(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム断面の少なくとも一部を閉断面状に形成する閉断面部材を備え、該閉断面部材で囲まれた空間に充填材が発泡充填された車体のフレーム構造であって、
上記充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること、及び、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たすものであるとともに、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレームの断面における外周縁部の一部であって該曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設けられていて、上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有し、
上記充填材における任意の断面において５．６ｃｍ2 の枠内に存在する発泡気孔のうち最も大きいものから１１個を選択したときの該１１個の気孔径の平均値である平均発泡気孔径が、５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
【請求項２】
フレーム断面の少なくとも一部を閉断面状に形成する閉断面部材を備え、該閉断面部材で囲まれた空間に、中空状粒子が混入された充填材が充填された車体のフレーム構造であって、
上記充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること、及び、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たすものであるとともに、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレームの断面における外周縁部の一部であって該曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設けられていて、上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有し、
上記充填材における任意の断面において５．６ｃｍ2 内に存在する上記中空状粒子のうち最も大きいものから１１個を選択したときの該１１個の粒子径の平均値である中空状粒子平均径が、５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の車体のフレーム構造において、
充填材の厚さが、２〜２０ｍｍに設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両における車体のフレーム構造に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のフレーム構造としては、例えばセンターピラーのように２つのパネル材（センターピラーではアウタパネルとインナパネル）によりフレーム断面が閉断面状に形成されたものがよく知られており、強度や剛性が特に必要な部分では、上記両パネル材間にレインフォースメントを設けて補強するようにしている。そして、このようなフレーム構造において、強度、剛性、衝撃エネルギー吸収性等のさらなる向上化を図るには、上記パネル材やレインフォースメントの板厚を増加したり新たなレインフォースメントを追加したりするのが一般的である。
【０００３】
一方、例えば特開昭６３−２３１９１３号公報に示されているように、フレーム断面を閉断面状に形成する閉断面部材で囲まれた空間に、発泡ウレタンからなる充填材を発泡充填させることで、フレーム強度の向上化を図るようにすることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、燃費性能を向上させることが要求されており、この要求を満たすためには、車体を軽量にする必要がある。しかし、上述の如く、パネル材やレインフォースメントの板厚を増加する等の方法では、車体を軽量化することはできず、燃費性能と衝突安全性とを共に向上させることは困難である。
【０００５】
そこで、上記提案例（特開昭６３−２３１９１３号公報）のように、軽量の発泡ウレタン等からなる充填材を閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填させることで、車体を軽量化しつつ、衝突安全性の向上化を図るようにすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記発泡ウレタン等からなる充填材は、衝突荷重の作用に対してある程度以上の高い変形能を有するものであり、このような充填材を使用すると、衝撃荷重が荷重入力点からその周囲の閉断面部材に分散して伝達され難く、荷重入力点やその近傍でフレームが局部的に大きく変形するため、エネルギー吸収性を十分に向上させることはできないという問題がある。
【０００７】
また、充填材を発泡充填させる際、充填材量のばらつき等により充填不足にならないようにして生産性を向上させかつ軽量にするには、充填材の発泡率を高くすることが望ましいが、この発泡率を高くしようとすると、発泡気孔径が大きくなる傾向にあり、このため、大きな気孔により充填材と閉断面部材との実質的な接触面積が小さくなり、衝撃荷重を荷重入力点からその周囲の閉断面部材に分散させることがより一層困難になる。このことは、充填材中に、内部が中空であるガラスビーズ等のような中空状粒子を混入する場合も同様であって、その粒子径を大きくして軽量化と生産性の向上化とを図ろうとすると、エネルギー吸収性の向上化は困難になる。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のように閉断面部材で囲まれた空間に充填材が充填された車体のフレーム構造に対して、その充填材に工夫を凝らすことによって、車体の生産性を向上させつつ、燃費性能と衝突安全性とを確実に向上させようとすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、充填材を、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たすものとすると共に、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレームの断面における外周縁部の一部であって該曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設けて、上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有するようにし、この充填材の平均発泡気孔径（又は充填材中の中空状粒子の平均径）を５ｍｍ以下に設定するようにした。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明では、フレーム断面の少なくとも一部を閉断面状に形成する閉断面部材を備え、該閉断面部材で囲まれた空間に充填材が発泡充填された車体のフレーム構造を対象とする。
【００１１】
そして、上記充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること、及び、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たすものであるとともに、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレームの断面における外周縁部の一部であって該曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設けられていて、上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有し、上記充填材における任意の断面において５．６ｃｍ2 の枠内に存在する発泡気孔のうち最も大きいものから１１個を選択したときの該１１個の気孔径の平均値である平均発泡気孔径が５ｍｍ以下に設定されているものとする。
【００１２】
上記の構成により、閉断面部材において衝撃荷重の影響により折れ曲がって閉断面内側に進入する部分（座屈する部分）に対応させて充填材を発泡充填させることで、その部分に局所的に加わる力を充填材を介してその周囲の閉断面部材に分散させることができ、その部分の折れ曲がりを抑制したり、折れ曲がるようにしながら衝撃エネルギーを効果的に吸収したりすることができる。そして、上記充填材について、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上）としたのは、充填材の平均圧縮強度（最大曲げ強度）が大きくなるにつれて、フレームのエネルギー吸収量も増加するが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上）になるとエネルギー吸収量の増加度合いが飽和するからである。つまり、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であれば、フレームが局部的に変形して断面の潰れが生じることを最大限に抑制することができ、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であれば、フレームが局部的に大きく変形した場合でも、充填材の割れを抑制してフレームが脆性的に折損することを最大限に防止することができる。この結果、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たす充填材を用いれば、最大値に近いエネルギー吸収量が得られ、衝突安全性を向上させることができる。また、充填材が、曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有することで、該閉断面部材に局所的に加わる力を充填材を介してその周囲により確実に分散させることができると共に、フレームが負担し得る最大曲げモーメント値を効果的に高めることができる。しかも、充填材の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下に設定されているので、充填材と閉断面部材との実質的な接触面積を良好に維持することができ、上記接着効果が最大限に得られ、衝撃荷重を荷重入力点からその周囲の閉断面部材に確実に分散させることができる。一方、発泡気孔径を大きくしなくても、粒径の小さい発泡剤を比較的多く混入しておけば、充填材量のばらつき等による充填不足の発生を防止することができると共に、充填材を軽量にすることができる。したがって、車体の生産性を向上させつつ、車体の軽量化と衝突安全性の向上化とを確実に図ることができる。
【００１３】
請求項２の発明では、フレーム断面の少なくとも一部を閉断面状に形成する閉断面部材を備え、該閉断面部材で囲まれた空間に、中空状粒子が混入された充填材が充填された車体のフレーム構造を対象とする。
【００１４】
そして、上記充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること、及び、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たすものであるとともに、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレームの断面における外周縁部の一部であって該曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設けられていて、上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有し、上記充填材における任意の断面において５．６ｃｍ2 内に存在する上記中空状粒子のうち最も大きいものから１１個を選択したときの該１１個の粒子径の平均値である中空状粒子平均径が５ｍｍ以下に設定されているものとする。
【００１５】
この発明により、充填材を発泡充填させる場合と同様に、中空状粒子の平均径が５ｍｍ以下に設定されているので、充填材と閉断面部材との実質的な接触面積を良好に維持することができ、衝突安全性を向上させることができる。一方、中空状粒子の平均径をそれ程大きくしなくても、小径の中空状粒子を多く混入しておけば、軽量化及び生産性向上化を図ることができる。よって、請求項１と同様の作用効果が得られる。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、充填材の厚さが、２〜２０ｍｍに設定されているものとする。
【００１７】
こうすることで、充填材の厚さは、２ｍｍよりも小さいと、充填材の充填効果が低くて充填材を充填しない場合と殆ど変わらなくなる一方、２０ｍｍよりも大きいと、軽量化効果が小さくなると共に、充填材量のばらつき等により充填不足になる可能性が高くなるので、２〜２０ｍｍに設定している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るフレーム構造が適用されたセンターピラー２（フレーム）を備えた自動車車体１の全体構成を示す。このセンターピラー２は、車体１の左右両側部の前後方向略中央部において略上下方向に延び、その上端部は、車室ルーフ部の左右両側部において前後方向に延びるルーフサイドレール３に接合され、下端部は、車室フロア部の左右両側部において前後方向に延びるサイドシル４に接合されている。そして、上記センターピラー２のベルトライン部ないしその近傍には、後述の如く充填材１１（図２及び図３参照）が設けられており、車体１の側突時に衝撃荷重Ａｓが入力されても、ベルトライン部が折れて車室側に進入するのを抑制するようにしている。尚、図１中、５はフロントピラーであり、６はリヤピラーである。
【００１９】
上記センターピラー２は、図２及び図３に示すように、車体外側に位置する鋼板等からなるアウタパネル１２と、車体内側に位置する鋼板等からなるインナパネル１３と、該アウタパネル１２とインナパネル１３との間でかつセンターピラー２断面（フレーム断面）内に設けられた鋼板等からなるレインフォースメント１４とを備えている。このアウタパネル１２、インナパネル１３及びレインフォースメント１４は、各々、その左右両側部（車体１前後両側部）にフランジ部１２ａ，１２ａ、１３ａ，１３ａ、１４ａ，１４ａを有していて、該各フランジ部１２ａ，１３ａ，１４ａ同士がスポット溶接により接合されることで互いに一体化されている。すなわち、上記アウタパネル１２とレインフォースメント１４とは、センターピラー２断面の外周縁部の一部（車体外側部）を閉断面状に形成する閉断面部材であり、インナパネル１３とレインフォースメント１４とは、センターピラー２断面の中心部及び外周縁部の車体内側部を閉断面状に形成する閉断面部材である。そして、アウタパネル１２及びレインフォースメント１４は共に断面略コ字状をなし、その両者間の空間も断面略コ字状をなしている。
【００２０】
上記センターピラー２のベルトライン部ないしその近傍においてアウタパネル１２とレインフォースメント１４との間の空間（閉断面部材で囲まれた空間）には、例えばエポキシ樹脂からなる充填材１１が発泡充填されている。つまり、この充填材１１は、センターピラー２断面内全体ではなく、その断面において外周縁部の一部であって上記衝撃荷重Ａｓが入力される側の部分、又はその衝撃荷重Ａｓに起因してセンターピラー２に作用する曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分（センターピラー２の中立軸よりも車体外側）のみに充填されていて、断面略コ字状をなしている。上記充填材１１の平均圧縮強度は４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）に設定されていると共に、最大曲げ強度は１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されている。これは、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であれば、センターピラー２に上記衝撃荷重Ａｓが入力されてもセンターピラー２のベルトライン部が局部的に変形して断面の潰れが生じることを最大限に抑制することができ、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であれば、たとえセンターピラー２が局部的に大きく変形した場合でも、充填材１１の割れを抑制してセンターピラー２が脆性的に折損することを最大限に防止することができるからであり、平均圧縮強度を５ＭＰａ以上としかつ最大曲げ強度を６０ＭＰａ以上とすればその効果がより安定的に得られるからである。尚、上記平均圧縮強度は、充填材１１を一辺３０ｍｍの立方体に加工したものに対して一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えたときにおいて変位量（圧縮量）が０〜８ｍｍの範囲での平均強度をいう（図６参照）。また、上記最大曲げ強度は、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度をいう。
【００２１】
上記充填材１１は、図４（ａ）に模式的に示すように、その内部に発泡により生じた多数の発泡気孔１１ａ，１１ａ，…を有しており、この平均発泡気孔径は５ｍｍ以下（好ましくは４ｍｍ以下）に設定されている。これは、平均発泡気孔径が５ｍｍ以下であれば、５ｍｍよりも大きい場合の図４（ｂ）と比較すれば判るように、充填材１１とアウタパネル１２との実質的な接触面積が発泡気孔１１ａによりそれ程減少しないため、後述の如く衝突安全性を確実に向上させることができるからである。尚、上記充填材１１の平均発泡気孔径は、発泡後の充填材１１における任意の断面において５．６ｃｍ2  の枠内（形状は任意）に存在する発泡気孔１１ａのうち最も大きいものから１１個を選択したときに、その１１個の気孔径の平均値をいう。
【００２２】
次に、上記センターピラー２を組み立てる方法を説明する。先ず、図５（ａ）に示すように、レインフォースメント１４のアウタパネル１２側面の所定部分にシート状に加工した未発泡状態の充填材１０を貼り付けてセットする。この未発泡状態の充填材１０には発泡剤や硬化剤が混入されており、この発泡剤は、発泡硬化後の充填材１１の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下となるようにその粒径（一般に、発泡剤の粒径を小さくすればするほど平均発泡気孔径は小さくなる）や混入量が設定されている（尚、平均発泡気孔径は、発泡剤の材料や発泡条件によっても調整できる）。
【００２３】
その後、図５（ｂ）に示すように、上記充填材１０を貼り付けたレインフォースメント１４をアウタパネル１２にセットし、両者のフランジ部１２ａ，１４ａ同士をスポット溶接により接合する。そして、図５（ｃ）に示すように、上記レインフォースメント１４に対してインナパネル１３をセットして該インナパネル１３のフランジ部１３ａをレインフォースメント１４のフランジ部１４ａにスポット溶接により接合することで、センターピラー２の組立てが完了する。
【００２４】
次いで、車体１全体の組立てを完成させた後、その車体１を電着液に浸漬させて電着塗装を行い、その後に１８０℃雰囲気中に３５分間投入してその電着塗装の乾燥を行う（センターピラー２の最低温度は１５０℃程度になる）。そして、車体シーラを塗布し、１４０℃雰囲気中に２０分間投入してその車体シーラを乾燥させ（センターピラー２の温度は１００℃程度）、続いて、中塗塗装を行い、１４０℃雰囲気中に４０分間投入してその中塗塗装の乾燥を行い（センターピラー２は１４０℃で２０分間加熱されたことになる）、次いで、上塗塗装を行い、１４０℃雰囲気中に４０分間投入してその上塗塗装の乾燥を行う（センターピラー２は１４０℃で２０分間加熱されたことになる）。この電着塗装等の乾燥時に、上記充填材１０をその乾燥熱により加熱することで、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間に完全に発泡充填させる。このように未発泡状態の充填材１０を電着塗装等の乾燥熱により発泡硬化させるので、発泡工程を別途に設ける必要がなく、生産性を高めることができる。尚、電着塗装の乾燥工程で上記充填材１０の発泡が完了すると共に半分程度が硬化し、中塗塗装及び上塗塗装の乾燥工程で残りが硬化する（車体シーラの乾燥工程では、センターピラー２の温度が低過ぎて充填材１０は殆ど硬化しない）。
【００２５】
上記車体１に対して側突がなされた場合、衝撃荷重Ａｓによりセンターピラー２におけるアウタパネル１２のベルトライン部には、折れ曲がって（座屈して）断面内側に進入しようとする大きな力が局所的に作用することがある。しかし、この実施形態では、そのような力がアウタパネル１２に作用したとしても、その力を充填材１１を介して周囲に分散させることができる。このとき、充填材１１の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下に設定されているので、充填材１１とアウタパネル１２との実質的な接触面積を良好に維持することができ、衝撃荷重を荷重入力点からその周囲のアウタパネル１２に確実に分散させることができる。しかも、その充填材１１の平均圧縮強度が４ＭＰａ以上に設定され、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上に設定されているので、最大値に近いエネルギー吸収量が得られ、センターピラー２の折れ曲がりを最大限に抑制することができる。一方、充填材１１は、センターピラー２断面内全体ではなく、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間にしか設けられていないが、座屈開始の曲げモーメントは、センターピラー２断面内全体に設ける場合と殆ど変わらないので、少ない充填量で効果的に衝撃エネルギーを吸収することができる。また、未発泡状態の充填材１０に、粒径の小さい発泡剤を比較的多く混入しておけば、充填材１０の量ばらつき等による充填不足の発生を防止することができ、充填材１１を必要部分に完全に発泡充填させることができると共に、充填材１１を軽量にすることができる。よって、車体１の生産性を向上させつつ、車体１の軽量化と衝突安全性の向上化とを確実に図ることができる。
【００２６】
ここで、上記実施形態において、充填材１１の平均発泡気孔径は０．１ｍｍ以上であることが望ましい。すなわち、平均発泡気孔径が小さいほど充填材１１とアウタパネル１２との実質的な接触面積が良好に維持され、センターピラー２が負担し得る最大曲げモーメント値は大きくなるが、平均発泡気孔径が０．１ｍｍよりも小さいと、発泡剤の粒子径が小さくなり過ぎて未発泡状態の充填材１０中に発泡剤を混練することが困難になると共に、発泡時に発泡剤粒子間の間隔が小さくなって複数の発泡気孔１１ａが繋がることで、却って気孔径が大きくなる可能性があるからである。
【００２７】
また、上記レインフォースメント１４の強度（引張強さ、耐力）及び剛性の少なくとも一方は、アウタパネル１２と同等以上に設定することが望ましい。つまり、レインフォースメント１４の強度及び剛性の両方がアウタパネル１２よりも小さいと、アウタパネル１２のベルトライン部が折れ曲がって断面内側に進入しようとするときに、レインフォースメント１４が局所的に座屈変形してアウタパネル１２が充填材１１と共に断面内側に進入してしまうが、このようにレインフォースメント１４の強度及び剛性の少なくとも一方がアウタパネル１２と同等以上であれば、アウタパネル１２の断面内側への進入（折れ曲がり）をより一層確実に抑制することができる。
【００２８】
さらに、上記充填材１１充填部分におけるアウタパネル１２とレインフォースメント１４との間の隙間量（充填材１１の厚み）は２ｍｍ以上（好ましくは３ｍｍ以上）に設定することが望ましい。これは、充填材１１を充填しない場合には上記隙間量は小さいほどセンターピラー２が負担し得る最大曲げモーメント値は大きくなるが、充填材１１を充填する場合に上記隙間量が２ｍｍよりも小さいと、充填材１１の充填効果が低くて充填材１１を充填しない場合と殆ど変わらなくなるからである。一方、上記隙間量は、２０ｍｍよりも大きいと、軽量化効果が小さくて、コスト面で不利になると共に、充填材１０の量ばらつき等により充填不足になる可能性が高くなるので、２０ｍｍ以下に設定することが望ましい。
【００２９】
また、上記充填材１１とアウタパネル１２との間の少なくとも一部には、３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有する接着剤層（車体シーラ等）を設けることが望ましい。これは、アウタパネル１２に局所的に加わる力を充填材１１を介してその周囲により確実に分散させることができると共に、接着剤層によりセンターピラー２が負担し得る最大曲げモーメント値を効果的に高めることができ、また、上述の如くレインフォースメント１４の強度及び剛性の少なくとも一方をアウタパネル１２と同等以上にした場合には、アウタパネル１２が断面内側に進入することも断面外側に張り出すこともできず、アウタパネル１２の折れ曲がりを有効に防止することができるからである。そして、本発明では、接着剤層を設ける代わりに、充填材１１自体が、アウタパネル１２に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有するようにする。こうすれば、接着剤層を別途に設けなくても済み、容易に上記効果が得られる。このように充填材１１とアウタパネル１２とを接着する場合（特に充填材１１自体が引張せん断接着強さを有するようにした場合）に、充填材１１の平均発泡気孔径が５ｍｍよりも大きいと、十分な接着力が得られずに、上記のような接着効果が得られなくなるが、上記実施形態のように５ｍｍ以下にしておけば、上記接着効果が最大限に得られる。尚、充填材１１とアウタパネル１２との間だけでなく、充填材１１とインナパネル１３との間の少なくとも一部にも接着剤層を設けるようにしてもよい。
【００３０】
加えて、上記充填材１１は、センターピラー２長手方向において、センターピラー２の荷重支持点間（ルーフサイドレール３に接合された上端部とサイドシル４に接合された下端部との間）の長さに対して１５％以上の長さの範囲に充填されていることが望ましい。すなわち、充填材１１の充填範囲が大きくなるにつれてエネルギー吸収量は増大するが、荷重支持点間の長さに対して１５％で略飽和する。したがって、１５％以上の長さの範囲に充填すれば、略最大値に近いエネルギー吸収量が得られる。
【００３１】
尚、上記実施形態では、充填材１１は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）でかつ最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されたものとしたが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）又は最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されたものとしてもよい。このようにしても衝突安全性を十分に向上させることができる。そして、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間に充填された充填材１１を、アウタパネル１２側（衝突荷重入力側）とレインフォースメント１４側（反衝突荷重入力側）との２層で構成し、そのアウタパネル１２側には平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）のものを配置し、レインフォースメント１４側には最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）のものを配置するようにしてもよい。こうすれば、アウタパネル１２側に直接的に作用する圧縮荷重と、レインフォースメント１４側に作用する曲げ荷重とを各層の充填材１１によりそれぞれ有効に負担することができ、その各充填材１１に対して最も効果的な特性を付与して、効率的な補強を行うことができる。
【００３２】
また、充填材１１は、必ずしも発泡材である必要はなく、発泡材でない場合には、充填材１１中に、内部が中空であるガラスビーズや樹脂成形品等のような中空状粒子を混入することで、発泡材と同様に、軽量化と生産性向上化を図ることができる。そして、この場合でも、中空状粒子の平均径（充填材１１の任意の断面において５．６ｃｍ2 の枠内（形状は任意）に存在する中空状粒子のうち最も大きいものから１１個を選択したときに、その１１個の粒子径の平均値をいう）を５ｍｍ以下に設定すれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３３】
加えて、上記実施形態では、本発明のフレーム構造をセンターピラー２に適用したが、センターピラー２以外のピラー部材（上記フロントピラー５やリヤピラー６）にも適用することができる。また、その他にも、車体１の左右両側において前後方向に延びるフレーム部材（フロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、上記ルーフサイドレール３、サイドシル４等）、この左右のフレーム部材を連結する連結部材（クロスメンバ等）、ドア本体部の補強部材（インパクトバー等）、バンパの補強部材（バンパレインフォースメント等）等にも適用することができる。そして、前突時の衝撃荷重Ａｆや後突時の衝撃荷重Ａｒ（図１参照）等により曲げモーメントが作用するフレームの折れ曲がりを抑制しようとする場合には、上記実施形態のセンターピラー２のように、充填材１１を、そのフレーム断面の外周縁部において少なくとも上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設ければよい。
【００３４】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。
【００３５】
先ず、充填材そのものについて（つまりフレーム断面内に充填された状態ではなく、充填材自体について）、その基礎的な物理的及び機械的特性を調べた。すなわち、表１に示す６種類の材料について、各々その密度を調べると共に、平均圧縮強度及び最大曲げ強度を試験によって求めた。尚、上記密度は、いずれの材料についても、室温（約２０℃）における値を調べた。
【００３６】
表１の各材料中、発泡ウレタン樹脂は硬度が８ｋｇ／ｃｍ2のものを、Ａｌ発泡体はアルミニウム発泡材を、木材は松を、Ａｌ塊は棒状のアルミニウム材を、レインフォースメントは、一般的にフレーム断面内に設けられる厚さ１ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ；以下、この実施例では、鋼板は全てＳＰＣＣ）製の補強材をそれぞれ使用した。
【００３７】
尚、上記レインフォースメントの密度は、後述する図７に示すようなフレーム断面内に配設されたレインフォースメント重量と、該レインフォースメント配設部分に対応するフレームの容積から、フレーム内換算密度として算出したものである。また、発泡ウレタンの平均圧縮強度、並びにレインフォースメントの平均圧縮強度及び最大曲げ強度については、いずれも値が低すぎて計測することができなかった。
【００３８】
【表１】
0003596373.tif 000002
【００３９】
各充填材の平均圧縮強度を調べるための単体圧縮試験は、以下のようにして行った。すなわち、各材料の供試材を一辺３０ｍｍの立方体に加工してそれぞれ試験片を作製し、これに対して一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加え、図６において模式的に示すように、変位量（圧縮量）が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重を求めてこれを充填材の平均圧縮強度とした。
【００４０】
また、各充填材の最大曲げ強度を調べるための単体曲げ試験は、以下のようにして行った。すなわち、各材料の供試材を、幅５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの平板状に加工してそれぞれ試験片を作製し、各充填材の試験片について、支点間距離を８０ｍｍとし、その中央をＲ８の圧子で１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧することにより、所謂オートグラフにて三点曲げ試験を行った。そして、その荷重−変位線図から各充填材の最大曲げ強度を算出した。
【００４１】
上記表１の各充填材の密度のデータ及びコスト、軽量化効果等から、車体フレームのフレーム断面内に充填する充填材の密度としては、１．０ｇ／ｃｍ3以下が適当であり、好ましくは、０．６ｇ／ｃｍ3以下であれば、さらに軽量化効果が期待できる。
【００４２】
次に、上記各充填材をフレームの所定部分の内部空間に充填して、フレームの主としてエネルギー吸収特性を評価する試験を行った。
【００４３】
先ず、フレームを構成するパネル材としては、板厚１ｍｍの鋼板を用いた。この鋼板の引張強さは２９２Ｎ／ｍｍ2であり、降伏点は１４７Ｎ／ｍｍ2であり、伸びは５０．４％であった。
【００４４】
上記鋼板を用いて、図７に示すように、片側が開口した断面コ字状のパネル材Ｐｏと平板状のパネル材Ｐｉとを片ハット状に組み合わせ、その重合部分Ｌｆ（フランジ部）について６０ｍｍピッチでスポット溶接を行って最終的に組み立てた。
【００４５】
尚、図７において仮想線で示すように、フレーム断面内にレインフォースメントＲｆを配設したものの場合、このレインフォースメントＲｆの材料はフレームＦＲのパネル材Ｐｉ，Ｐｏの材料と同じものを用いた。この場合、レインフォースメントＲｆの両フランジ部（不図示）は、両パネル材Ｐｉ，Ｐｏのフランジ部（重合部分Ｌｆ）に挟み込んだ上で、三枚重ねにしてスポット溶接で組み立てた。
【００４６】
上記フレームＦＲの所定部分の内部空間に表１の各充填材をそれぞれ充填して各種の機械的試験を行い、平均圧縮強度又は最大曲げ強度とエネルギー吸収性との関係を調べた。
【００４７】
先ず、フレームの静的三点曲げ試験を実施した。図８は、フレームＦＲの静的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。また、図９は、この静的三点曲げ試験装置の要部を拡大して示す説明図である。
【００４８】
図７において実線で示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材ＳをＥｆ＝５０〜３００ｍｍの長さにわたって充填し、万能試験機により、圧子Ｍａを介してフレームＦＲの中央に静的荷重Ｗｓを加え、図１０に示すように、変位量０〜４５ｍｍの範囲での荷重−変位を測定し、静的エネルギー吸収量を求めた。
【００４９】
上記試験結果を図１１〜図１４のグラフに示す。先ず、図１１は、充填材質量とエネルギー吸収量との関係を表したものである。この図１１において、黒丸印（●）は木材を、黒四角印（■）はエポキシ樹脂Ａを、それぞれ充填した場合を示し、また、白三角印（△）は鋼板レインフォースメント（板厚１．０ｍｍ）をフレーム断面内に設けた場合を示している。尚、白丸印（○）は、板厚１．６ｍｍの鋼板の場合を参考までに示したものである。
【００５０】
このグラフ（図１１）から良く判るように、木材及びエポキシ樹脂Ａのいずれにおいても、充填材Ｓの充填質量が増えるに連れて吸収エネルギーが高くなり、試験装置の両支点Ｍｓで支持されたフレーム部分が潰れた状態で最大値を示した。また、木材やエポキシ樹脂等の充填材Ｓを用いた場合、レインフォースメントを設けただけの場合に比べて、同等のエネルギー吸収量を得るのに、はるかに少ない充填質量で済む。
【００５１】
このように、フレーム断面内に充填材Ｓを充填することにより、レインフォースメントＲｆを設けただけの場合に比べて、フレームＦＲのエネルギー吸収性が大幅に向上することが確認できた。
【００５２】
また、図１２は充填材Ｓの平均圧縮強度とエネルギー吸収量との関係を示したもので、グラフの横軸は対数目盛である。この測定においては、各充填材Ｓの充填長さＥｆを５０ｍｍとした。充填長さがこの程度以下の場合には、充填材Ｓは殆ど曲げ作用を受けることはなく、そのエネルギー吸収性は圧縮強度との相関性が非常に強くなる。尚、図１２において、ａ１点、ａ２点、ａ３点、ａ４点及びａ５点は、それぞれウレタン樹脂、Ａｌ発泡体、木材、エポキシ樹脂Ａ及びＡｌ塊についてのデータであることを示している。
【００５３】
この図１２のグラフから良く判るように、充填材Ｓの平均圧縮強度が大きくなるにつれてエネルギー吸収量も増加するが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上になるとフレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いは飽和する。換言すれば、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近いエネルギー吸収量を得ることができる。
【００５４】
特に、平均圧縮強度が５ＭＰａ以上になれば、フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合はより安定して飽和し、最大値に近いエネルギー吸収量をより安定して得ることができる。
【００５５】
さらに、図１３は充填材Ｓの最大曲げ強度とエネルギー吸収量との関係を示したもので、また、図１４は、図１３のグラフにおける最大曲げ強度８０ＭＰａ以下の部分を拡大して示すものである。この測定においては、各充填材Ｓの充填長さＥｆを１００ｍｍとした。充填長さが１００ｍｍ程度にまで増加すると、充填材の曲げ強度もフレームＦＲのエネルギー吸収性の向上に大きく寄与するようになる。尚、図１３及び図１４において、ｂ１点、ｂ２点、ｂ３点及びｂ４点は、それぞれＡｌ発泡体、エポキシ樹脂Ａ、木材及びＡｌ塊のデータであることを示している。
【００５６】
これらのグラフから良く判るように、充填材Ｓの最大曲げ強度が大きくなるにつれてエネルギー吸収量も増加するが、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上になると（特に図１４参照）フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いは飽和する。換言すれば、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近いエネルギー吸収量を得ることができる。
【００５７】
特に、最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上になれば、フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いはより安定して飽和し、最大値に近いエネルギー吸収量をより安定して得ることができる。
【００５８】
以上の静的エネルギー吸収性の試験において、フレーム断面内に充填材が充填されていない場合には、図１５に示すように、フレームＦＲは荷重Ｗｓの入力点で局部的に大きく変形する。これに対して、フレーム断面内に充填材が充填されている場合には、図１６に示すように、入力荷重Ｗｓは、入力点だけでなく、長さＥｆの範囲で充填された充填材Ｓを介してフレームＦＲの充填部分周辺に分散されることになる。すなわち、充填材Ｓを内部に充填することにより、フレームは、局部的に大きな変形が生じることなく、広範囲にわたって変形することになる。これにより、吸収エネルギーも飛躍的に増加するものと考えられる。
【００５９】
尚、このときの充填材Ｓの単体のエネルギー吸収量を計算によって求めると、全吸収エネルギーの７％以下であった。このことからも、充填材ＳをフレームＦＲ内に充填することによるエネルギー吸収性の向上は、充填材Ｓ自体のエネルギー吸収性よりも、充填材Ｓによる荷重分散効果が非常に大きく寄与してることが理解できる。
【００６０】
また、図１１のグラフにおいて、特に、エネルギー吸収量の上限を示す木材を充填したフレームについて、試験後のフレームの状態を目視観察すると、試験装置の両支点Ｍｓで支持されたフレーム部分がほぼ完全に潰れた状態となっていた。つまり、本フレームＦＲでの最大のエネルギー吸収がこの支点Ｍｓによる支持部分の潰れによるものであると考えられる。したがって、この場合、充填材Ｓの役割は入力荷重Ｗｓを支点部分に分散させることにあると言える。
【００６１】
さらに、充填長さＥｆ＝５０ｍｍで各充填材をそれぞれ充填した各フレームについて、試験後のフレーム断面の潰れ状態を目視観察すると、エネルギー吸収性が比較的低いもの（レインフォースメントＲｆのみ、ウレタン樹脂及びＡｌ発泡体）ではフレーム断面が荷重入力点でほぼ完全に潰れており、一方、エネルギー吸収性が比較的高いもの（エポキシ樹脂、木材及びＡｌ塊）ではフレーム断面は荷重入力点で余り潰れていなかった。
【００６２】
この荷重入力点でのフレーム断面の潰れは、充填材Ｓの圧縮強度が大きく寄与しており、上述のように、充填材Ｓの平均圧縮強度が増すにつれてエネルギー吸収量が増加し、約４ＭＰａで飽和し、約５ＭＰａでより安定して飽和している（図１２参照）。
【００６３】
このことから、断面の潰れはフレームのエネルギー吸収性能に大きく影響しており、断面が潰れると応力集中が生じて局部的な変形を加速し、フレームＦＲの折れを招来して、十分なエネルギー吸収量を確保することができなくなるものと考えられる。
【００６４】
フレームＦＲ内に充填された充填材Ｓへの圧縮荷重は、特に荷重入力側に直接的に作用するので、充填材Ｓの平均圧縮強度は、特に荷重入力側において上記断面の潰れを防ぐに足る値（４ＭＰａ以上）に維持されることが好ましい。
【００６５】
また、上述のように、充填材Ｓの充填長さＥｆが一定以上長くなると、充填材Ｓの平均圧縮強度がほぼ同等であってもエネルギー吸収性に差が生じる。充填材Ｓの充填長さＥｆを１００ｍｍとした場合においてエネルギー吸収量が比較的低かったエポキシ樹脂Ａを充填したフレームの断面を目視観察すると、充填材（エポキシ樹脂）に割れが生じていた。この割れに対しては最大曲げ強度が大きく影響しており、この最大曲げ強度が高くなるにつれてエネルギー吸収量が増加し、約１０ＭＰａで飽和し、約６０ＭＰａでより安定して飽和していた（図１３及び図１４参照）。
【００６６】
フレームＦＲ内に充填された充填材Ｓへの曲げ荷重は、特に反荷重入力側に直接的に作用するので、上記充填材Ｓの最大曲げ強度は、特に反荷重入力側において上記充填材の割れを防ぐに足る値（１０ＭＰａ以上）に維持されることが好ましい。
【００６７】
尚、以上のことから、フレームＦＲ内に充填材Ｓを充填する場合、充填材Ｓを異なる充填材で成る多層構造とし、荷重入力側には平均圧縮強度が所定値（少なくとも４ＭＰａ）以上の充填材層を設け、反荷重入力側には最大曲げ強度が所定値（少なくとも１０ＭＰａ）以上の充填材層を設けるようにすれば、非常に効率良くフレームＦＲのエネルギー吸収性を高めることができる。
【００６８】
上述の静的三点曲げ試験に続いて、フレームの動的三点曲げ試験を実施した。図１７は、フレームＦＲの動的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。上記静的三点曲げ試験の場合と同様に、図７において実線で示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材ＳをＥｆ＝５０〜３００ｍｍの長さにわたって充填し、落錘Ｍｂによりフレーム中央部分に衝撃荷重Ｗｄを与えた場合のフレームＦＲの変形量を測定すると共に、衝撃荷重をロードセルＭｃで測定し、図１８に示すように、変位量０〜４５ｍｍの範囲でのエネルギー吸収量を求めた。
【００６９】
図１９は、上記動的三点曲げ試験における充填材長さとエネルギー吸収量との関係を示したものである。この図１９において、黒丸印（●）は木材を、黒四角印（■）はエポキシ樹脂Ａをそれぞれ充填した場合を示している。
【００７０】
このグラフ（図１９）から良く判るように、静的三点曲げ試験の場合と同様に、木材及びエポキシ樹脂Ａのいずれにおいても、充填材Ｓの充填量が増えるにつれて吸収エネルギーが高くなり、また、エネルギー吸収量の上限が認められ、その値は約０．８５ｋＪであった。
【００７１】
このように、動的荷重Ｗｄについても、フレーム断面内に充填材Ｓを充填することにより、フレームＦＲのエネルギー吸収性が向上することが確認できた。
【００７２】
また、静的荷重Ｗｓの場合と動的荷重Ｗｄの場合とを比較すると、動的荷重Ｗｄに対する方がエネルギー吸収量は大きく、静的荷重Ｗｓに対する場合の約１．７倍であった。
【００７３】
さらに、以上で得られた静的荷重Ｗｓ及び動的荷重Ｗｄそれぞれにおけるエネルギー吸収性のデータから、静的荷重Ｗｓの場合と動的荷重Ｗｄの場合との比（静動比）を算出すると、非常に高い相関性が認められた。したがって、静的荷重Ｗｓにおけるエネルギー吸収性について行った考察（充填材Ｓによる荷重分散効果等）は、基本的には、動的荷重Ｗｄにおけるエネルギー吸収性を取り扱う場合にも、適用することができるものと考えられる。
【００７４】
図２０は、上記動的三点曲げ試験において、フレーム断面内にレインフォースメントＲｆのみが設けられた場合に対するエネルギー吸収性の向上率と、充填材Ｓの充填長さ範囲（荷重支点間距離に対する充填長さ割合）との関係を示すグラフである。この図２０において、白丸印（○）は木材を、白三角印（△）はエポキシ樹脂Ａをそれぞれ充填した場合を示している。
【００７５】
このグラフ（図２０）から良く判るように、木材及びエポキシ樹脂のいずれにおいても、充填材Ｓの充填長さ範囲が大きくなるにつれて吸収エネルギーが高くなるが、約１５％でほぼ飽和する。換言すれば、充填材Ｓの充填長さ範囲が荷重支点間距離に対して１５％以上あれば、ほぼ最大のエネルギー吸収量を得ることができる。したがって、充填材Ｓの充填範囲としては、荷重支点間距離に対して１５％以上であることが好ましい。
【００７６】
図２１は、フレームの静的片持ち曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。図２２に示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材Ｓを充填した上で、このフレームＦＲの一端を支持板Ｍｅに固定し、この支持板Ｍｅを装置基板Ｍｆに固定する。そして、万能試験機により、フレームＦＲのパネル材Ｐｉの他端近傍に圧子Ｍｄを介して静的荷重Ｗｍをパネル材Ｐｏ方向に加え、曲げ角度（荷重作用点の変位とこの荷重作用点の基端からの距離とで算出）と荷重との関係を測定し、最大曲げモーメント及び静的エネルギー吸収量を求めた。
【００７７】
図２３は、種々の充填材を充填したフレームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。このグラフにおいて、曲線ａは充填材なし（鋼板フレームのみ）のフレームの特性を、曲線ｂはエポキシ樹脂Ａを充填したフレームの特性を、曲線ｃはエポキシ樹脂Ｂを充填したフレームの特性を、曲線ｄは、エポキシ樹脂Ｂを充填しかつフレームＦＲのパネル材ＰｏとＰｉとの間に接着剤（引張せん断接着強さ７．３ＭＰａの車体シーラ）を適用したフレームの特性を、曲線ｅは木材（松）を充填したフレームの特性をそれぞれ示している。
【００７８】
この図２３のグラフから判るように、いずれの曲線についても、曲げ角度がある程度に達するまでは、曲げモーメント値は曲げ角度の増加に伴って立ち上がるように大きく上昇する。そして、曲線ａ〜ｃ及び曲線ｅについては、それぞれある曲げ角度でピーク（極大点）を迎え、その後は曲げ角度が増すにつれて曲げモーメントは低下する。曲線ａ（充填材なしで鋼板フレームのみ）の場合、この低下度合いが特に大きい。
【００７９】
これに対して、曲線ｄ（エポキシ樹脂Ｂ＋接着剤）の場合には、曲げモーメントが大きく上昇した後でも、曲げ角度の増加に対して曲げモーメントの落ち込みは見られず、高い曲げモーメント値を維持している。また、最大曲げモーメント値も５つの曲線のうちで最も大きい。同じ充填材（エポキシ樹脂Ｂ）を用いた曲線ｃと比較して、曲げ角度の増加に対する傾向及び最大曲げモーメントの大きさの両方について、明確な差がある。
【００８０】
すなわち、同じ充填材を用いても、この充填材をフレームのパネル材に対して接着剤で固定することにより、フレームの曲げモーメント特性が大きく向上することが判る。
【００８１】
また、図２４は、図２３と同様の種々の充填材を充填したフレームの最大曲げモーメント［Ｎｍ］及びエネルギー吸収量［Ｊ］を示す棒グラフである。このグラフにおいて、Ａ〜Ｅの各欄は、図２３の曲線ａ〜ｅとそれぞれ同じフレームを示している。また、各欄において、左側の数値（白抜きの棒グラフ）がフレームの最大曲げモーメント［Ｎｍ］を示し、右側の数値（斜線ハッチングの棒グラフ）はフレームのエネルギー吸収量［Ｊ］を示している。
【００８２】
この図２４のグラフから良く判るように、フレームのエネルギー吸収量は、エポキシ樹脂Ｂ＋接着剤（Ｄ欄）を適用したものが最も大きく、同じ充填材（エポキシ樹脂Ｂ）を用いたＣ欄のエネルギー吸収量と比べて明確な差がある。
【００８３】
すなわち、同じ充填材を用いても、この充填材をフレームのパネル材に対して接着剤で固定することにより、フレームのエネルギー吸収特性が大きく向上することが判る。
【００８４】
図２５は、接着剤層の引張せん断接着強さ（同図ではせん断接着強さという）と最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。この図２５のグラフから良く判るように、接着剤層の引張せん断接着強さが大きくなるにつれて最大曲げモーメントも増加するが、引張せん断接着強さが３ＭＰａ以上になると、最大曲げモーメントの増加度合い（グラフにおける曲線の勾配）は、それまでに比べて緩やかになる。つまり、接着剤層の引張せん断接着強さが３ＭＰａ以上であれば、フレームが負担できる最大曲げモーメントを非常に効果的に増加させ、十分な曲げモーメント値を達成して高いエネルギー吸収能力を得ることが可能である。したがって、接着剤層の引張せん断接着強さとしては、３ＭＰａ以上であればよい。また、引張せん断接着強さがさらに大きくなり、７ＭＰａ以上になると最大曲げモーメントの増加度合いは飽和する。換言すれば、引張せん断接着強さが７ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近い曲げモーメント値を得ることができる。よって、接着剤層の引張せん断接着強さが７ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
【００８５】
尚、上記引張せん断接着強さの測定は、ＪＩＳ  Ｋ  ６８５０の「接着剤の引張せん断接着強さ試験方法」に基づいて行ったものであり、図２６に示すように、被着材５１，５１として幅２５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの鋼板を用い、接着部分（長さ１２．５ｍｍ）に未発泡状態の充填材５２を挟み込んで０．５ｍｍ厚さに固定し、クランプした状態で電着塗装等の乾燥熱を模擬した加熱（１５０℃×３０分→１４０℃×２０分→１４０℃×２０分）を行い、その後、発泡してはみ出した部分を取り除いた状態で試験を行うことで引張せん断接着強さを測定した（接着剤層が有る場合も無い場合も同じ）。
【００８６】
次に、図２７に示す断面形状を備えた長さ２４０ｍｍのフレーム６０の断面内の一部に充填材を充填した場合と、全体に充填した場合とで、フレーム６０の曲げ角度と曲げモーメントとの関係がどのようになるかを図２１と同様の静的片持ち曲げ試験により調べた。尚、静的荷重は、インナパネル６３側からアウタパネル６２方向に加えた。
【００８７】
具体的には、（イ）アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填材を充填したものと、（ロ）インナパネル６３とレインフォースメント６４との間のみに充填材を充填したものと、（ハ）アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間、及びインナパネル６３とレインフォースメント６４との間の両方に充填材を充填したものと、（ニ）充填材を全く充填していないものとを作製してそれらに対して試験を行った。このとき、アウタパネル６２は厚さ０．７ｍｍの鋼板を、インナパネル６３は厚さ１．４ｍｍの鋼板を、レインフォースメント６４は厚さ１．２ｍｍの鋼板をそれぞれ使用した。また、充填材は、平均圧縮強度が９ＭＰａで最大曲げ強度が１０ＭＰａのエポキシ樹脂（フィラー、ゴム、硬化剤、発泡剤等を含む）を使用し、充填材自体が１０ＭＰａの引張せん断接着強さを有するようにした。そして、シート状の未発泡状態の充填材を１７０℃で３０分保持することでアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間、及び／又はインナパネル６３とレインフォースメント６４との間に完全に充填させた。尚、充填材の充填量は、アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間が１１７ｇであり、インナパネル６３とレインフォースメント６４との間が４２３ｇであった。
【００８８】
上記曲げ試験の結果を図２８〜図３０に示す。このことより、最大曲げモーメントは、充填材をフレーム断面内全体に充填したものが最もよいが、座屈開始の曲げモーメントで比較すると、充填材をアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填したものは、フレーム６０断面内全体に充填したものと殆ど変わらない。したがって、充填材をアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填することは、特にセンターピラーのように折れ曲がりを抑制する必要があるフレームに特に有効であって、充填材の重量当たりの曲げモーメントが非常に高くなり、充填量の観点から最も効率が良いことが判る。
【００８９】
続いて、上記フレーム６０のアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填材を充填する場合に、レインフォースメント６４の曲げ高さを変えることによりアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間の隙間量（ここでは図２７で７ｍｍの部分のみ）を変えて、上記と同様の曲げ試験を行うことで、その隙間量により最大曲げモーメントがどのように変化するかを調べた。そして、比較のために、充填材を全く充填しない場合についても調べた。尚、アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間における左右両側部の隙間量（図２７で５ｍｍの部分）は５ｍｍのままとした。
【００９０】
上記試験の結果を図３１に示す。このことより、充填材を充填しない場合には隙間量が小さいほど最大曲げモーメントは高くなるが、充填材を充填する場合には、隙間量が２ｍｍよりも小さくなると、充填材を充填しない場合と殆ど変わらず、２ｍｍ以上とすれば充填効果が十分に得られることが判る。
【００９１】
次いで、図３２（ａ）に示すように、アウタパネル７２とレインフォースメント７４との間のみに充填材７１を充填したセンターピラーを作製した（実施例１）。このとき、アウタパネル７２は厚さ０．７ｍｍの鋼板を、インナパネル７３は厚さ１．４ｍｍの鋼板を、レインフォースメント７４は厚さ１．２ｍｍの鋼板（材料がアウタパネル７２と同じであるので、強度はアウタパネル７２と同じであり、板厚がアウタパネル７２よりも大きいので、剛性がアウタパネル７２よりも大きい）をそれぞれ使用した。また、充填材７１は、平均圧縮強度が１３．０ＭＰａで最大曲げ強度が１３．５ＭＰａのエポキシ樹脂（フィラー、ゴム、硬化剤、発泡剤等を含む）を使用し、充填材７１自体が１０．５ＭＰａの引張せん断接着強さを有するようにした。そして、センターピラーを組み立てた後、電着塗装等の乾燥熱を模擬した加熱（１５０℃×３０分→１４０℃×２０分→１４０℃×２０分）を行って未発泡状態の充填材を発泡硬化させた。尚、充填材７１の平均発泡気孔径は５ｍｍ以下であり、その充填量は１５０ｇであった。
【００９２】
一方、比較のために、図３２（ｂ）に示すように、上記充填材７１を全く充填しない点以外は上記実施例１と同じもの（比較例１）を作製すると共に、この比較例１に対して充填材７１を充填しないで補強すべく、図３２（ｃ）に示すように、レインフォースメント７４の厚みを１．８ｍｍにしかつ該レインフォースメント７４に厚さ１．２ｍｍの鋼板からなる補強材７５を接合したもの（比較例２）を作製した。
【００９３】
そして、上記実施例１及び比較例１，２の各センターピラーに対して上記と同様の静的片持ち曲げ試験を行って、センターピラーの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を調べた。尚、静的荷重は、インナパネル７３側からアウタパネル７２方向に加えた。
【００９４】
上記センターピラー曲げ試験の結果を図３３に示す。このことより、実施例１のセンターピラーは比較例１，２よりもかなり高い曲げモーメントが得られ、しかも、比較例２の補強方法よりも格段に軽量化できることが判る。
【００９５】
次に、充填材の平均発泡気孔径が最大曲げ荷重にどのように影響するかを調べた。すなわち、図３４に示すように、２枚の１ｍｍ厚の鋼板８２，８２間（間隔７ｍｍ）に、上記センターピラー曲げ試験に用いた充填材７１と同様のエポキシ樹脂からなる充填材８１を、発泡剤の粒径を変えて発泡充填させることで試験片をそれぞれ作製し、この各試験片に対して、最大曲げ強度を調べるための上記単体曲げ試験と同様に、一方の鋼板８２を２つの支点８３，８３（支点間距離８０ｍｍ）で支持し、その中央において他方の鋼板８２をＲ８の圧子８４で１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧することにより、オートグラフにて三点曲げ試験を行った。そして、その荷重−変位線図から最大曲げ荷重を求めた。尚、各充填材８１の平均発泡気孔径は、図３４において一点鎖線で矩形状に囲まれた範囲（面積：０．７ｃｍ×８ｃｍ＝５．６ｃｍ2 ）に存在する発泡気孔のうち最も大きいものから１１個を選択して、その１１個の気孔径の平均を取ることにより求めた。
【００９６】
上記充填材の平均発泡気孔径と最大曲げ荷重との関係を図３５に示す。このことより、平均発泡気孔径が小さくなるにつれて最大曲げ荷重も大きくなることが判る。そして、平均発泡気孔径が５ｍｍ以下になると、最大曲げ荷重の増加度合いは、５ｍｍよりも大きい場合に比べて緩やかになり、４ｍｍ以下であればより一層安定する。
【００９７】
続いて、上記センターピラー曲げ試験に用いた実施例１とは充填材の平均発泡気孔径のみが異なるセンターピラーを４種類作製した。つまり、充填材の平均発泡気孔径を、１．４ｍｍにしたもの（実施例２）、２．１ｍｍにしたもの（実施例３）、５．６ｍｍにしたもの（比較例３）及び６．８ｍｍにしたもの（比較例４）を作製した。
【００９８】
そして、上記実施例２，３及び比較例３，４の各センターピラーに対して上記センターピラー曲げ試験と同様の静的片持ち曲げ試験を行って、センターピラーの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を調べた。
【００９９】
この曲げ試験の結果を図３６に示す。また、このときの平均発泡気孔径と最大曲げモーメントとの関係を図３７に示す。このことより、最大曲げモーメントは、平均発泡気孔径が小さい実施例２，３の方が比較例３，４よりもかなり大きくなることが判る。また、図３７より、平均発泡気孔径と最大曲げモーメントとは略直線関係にあることが判り、この関係から類推すると、平均発泡気孔径が５ｍｍ以下であれば、センターピラーとして必要な最大曲げモーメント値が得られることが判る。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体のフレーム構造によると、充填材を、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なくとも一方を満たすものとすると共に、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレームの断面における外周縁部の一部であって該曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の部分に設けて、上記曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側の閉断面部材に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有するようにし、この充填材の平均発泡気孔径又は充填材中の中空状粒子の平均径を５ｍｍ以下に設定したことにより、充填材の充填不足をなくして車体の生産性を向上させつつ、車体の軽量化と衝突安全性の向上化とを確実に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るフレーム構造が適用されたセンターピラーを備えた自動車車体の全体構成を示す斜視図である。
【図２】センターピラーのベルトライン部の縦断面図である。
【図３】センターピラーのベルトライン部の横断面図である。
【図４】充填材中の発泡気孔を模式的に示す断面図であり、（ａ）は平均発泡気孔径が５ｍｍ以下の場合であり、（ｂ）は平均発泡気孔径が５ｍｍよりも大きい場合である。
【図５】センターピラーの組立手順を示す説明図である。
【図６】充填材の平均圧縮強度を説明するためにフレームの静的圧縮荷重−変位曲線を模式的に示すグラフである。
【図７】三点曲げ試験に用いたフレームの構造を示す断面図である。
【図８】フレームの静的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。
【図９】図８の静的三点曲げ試験装置の要部を拡大して示す説明図である。
【図１０】静的エネルギー吸収量を説明するためにフレームの静的曲げ荷重−変位曲線を模式的に示すグラフである。
【図１１】充填材質量とフレームの静的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図１２】充填材の平均圧縮強度とフレームの静的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図１３】充填材の最大曲げ強度とフレームの静的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図１４】図１３の要部を拡大して示すグラフである。
【図１５】充填材が充填されていない場合のフレームの変形モードの一例を模式的に示す説明図である。
【図１６】充填材が充填されている場合のフレームの変形モードの一例を模式的に示す説明図である。
【図１７】フレームの動的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。
【図１８】動的エネルギー吸収量を説明するためにフレームの動的曲げ荷重−変位曲線を模式的に示すグラフである。
【図１９】充填材の充填長さとフレームの動的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図２０】動的三点曲げ試験における充填長さ範囲とエネルギー吸収性の向上率との関係を示すグラフである。
【図２１】フレームの静的片持ち曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。
【図２２】静的片持ち曲げ試験に用いたフレームの構造を示す断面図である。
【図２３】各種充填材が充填されたフレームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図２４】各種充填材が充填されたフレームについての最大曲げモーメント及びエネルギー吸収量を示すグラフである。
【図２５】接着剤層の引張せん断接着強さと最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図２６】引張せん断接着強さの測定方法を概略的に示す説明図である。
【図２７】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合との比較を行うために静的片持ち曲げ試験に用いたフレームを示す断面図である。
【図２８】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合と全く充填しない場合とにおいて、フレームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図２９】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合と全く充填しない場合とについて、座屈開始の曲げモーメントを比較して示すグラフである。
【図３０】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合とについて、充填材の重量当たりの曲げモーメントを比較して示すグラフである。
【図３１】アウタパネルとレインフォースメントとの間のみに充填材を充填する場合に、その隙間量と最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図３２】静的片持ち曲げ試験に用いたセンターピラーの構造を示す断面図である。
【図３３】図３２の各センターピラーの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図３４】充填材の平均発泡気孔径と最大曲げ荷重との関係を調べるための三点曲げ試験の要領を示す説明図である。
【図３５】充填材の平均発泡気孔径と最大曲げ荷重との関係を示すグラフである。
【図３６】実施例３及び比較例３，４の各センターピラーの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図３７】充填材の平均発泡気孔径と最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  車体
２  センターピラー（フレーム）
３  ルーフサイドレール（フレーム）
４  サイドシル（フレーム）
５  フロントピラー（フレーム）
６  リヤピラー（フレーム）
１１  充填材
１１ａ  発泡気孔
１２  アウタパネル（閉断面部材）
１３  インナパネル（閉断面部材）
１４  レインフォースメント（閉断面部材）
【図１】
0003596373.tif 000003
【図２】
0003596373.tif 000004
【図３】
0003596373.tif 000005
【図４】
0003596373.tif 000006
【図５】
0003596373.tif 000007
【図６】
0003596373.tif 000008
【図７】
0003596373.tif 000009
【図８】
0003596373.tif 000010
【図９】
0003596373.tif 000011
【図１０】
0003596373.tif 000012
【図１１】
0003596373.tif 000013
【図１２】
0003596373.tif 000014
【図１３】
0003596373.tif 000015
【図１４】
0003596373.tif 000016
【図１５】
0003596373.tif 000017
【図１６】
0003596373.tif 000018
【図１７】
0003596373.tif 000019
【図１８】
0003596373.tif 000020
【図１９】
0003596373.tif 000021
【図２０】
0003596373.tif 000022
【図２１】
0003596373.tif 000023
【図２２】
0003596373.tif 000024
【図２３】
0003596373.tif 000025
【図２４】
0003596373.tif 000026
【図２５】
0003596373.tif 000027
【図２６】
0003596373.tif 000028
【図２７】
0003596373.tif 000029
【図２８】
0003596373.tif 000030
【図２９】
0003596373.tif 000031
【図３０】
0003596373.tif 000032
【図３１】
0003596373.tif 000033
【図３２】
0003596373.tif 000034
【図３３】
0003596373.tif 000035
【図３４】
0003596373.tif 000036
【図３５】
0003596373.tif 000037
【図３６】
0003596373.tif 000038
【図３７】
0003596373.tif 000039