(57)【要約】  【課題】  多用な形態の衝突に対してフレーム本体の変形挙動を適正に制御できる車体フレーム構造を提供する。  【解決手段】  電圧の印加によって伸縮する圧電素子５と、凹部８を備えた金属製のホルダ７を設ける。圧電素子５を、電圧の印加時に伸縮する方向が押圧されるようにホルダ７の凹部８に圧入固定する。ホルダ７上の、圧電素子５の伸縮方向の両側位置を、フレーム本体１の設定位置にボルト結合する。圧電素子５に印加する電圧の制御によってフレーム本体１の変形挙動を変化させる。  【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加によって伸縮する圧電素子と、この圧電素子の収納部を備えた金属製のホルダを設け、
前記圧電素子を、電圧の印加時に伸縮する方向が押圧されるように前記ホルダの収納部に圧入固定すると共に、
前記ホルダ上の、圧電素子の伸縮方向の両側位置を、車体フレームのフレーム本体の設定位置に金属材料同士の係合によって固定し、
前記圧電素子に印加する電圧の制御によってフレーム本体の変形挙動を可変にしたことを特徴とする車体フレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の衝突時等に車体フレームの変形を適正に制御することのできる車体フレーム構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衝突時に車体フレームを適正に変形させる技術として、車体フレームのフレーム本体に窪み等による脆弱部を設け、衝突荷重の入力時に、フレーム本体が脆弱部を中心として変形するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１６５１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この従来の車体フレーム構造の場合、フレーム本体に形成した脆弱部によって一定の変形を誘起するものであるため、多用な衝突形態に柔軟に対応することが難しい。
【０００４】
そこでこの発明は、多用な形態の衝突に対してフレーム本体の変形挙動を適正に制御できる車体フレーム構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記課題を解決するための手段として、電圧の印加によって伸縮する圧電素子（例えば、後述の実施形態における圧電素子５）と、この圧電素子の収納部（例えば、後述の実施形態における凹部８）を備えた金属製のホルダ（例えば、後述の実施形態におけるホルダ７）を設け、前記圧電素子を、電圧の印加時に伸縮する方向が押圧されるように前記ホルダの収納部に圧入固定すると共に、前記ホルダ上の、圧電素子の伸縮方向の両側位置を、車体フレームのフレーム本体（例えば、後述の実施形態におけるフレーム本体１）の設定位置に金属材料同士の係合によって固定し、前記圧電素子に印加する電圧の制御によってフレーム本体の変形挙動を可変にした。
【０００６】
この発明の場合、電圧の印加によって圧電素子が伸縮すると、その伸縮に伴う荷重が金属製のホルダを介してフレーム本体に伝達される。このため、圧電素子が伸長するときにはフレーム本体に抗力が作用することとなり、逆に圧電素子が収縮するときにはフレーム本体に曲げ方向の荷重が加えられる。
圧電素子は金属製のホルダに圧入固定されているため、電圧の印加に伴う圧電素子の発生応力は効率良くホルダに伝達される。また、ホルダとフレーム本体は圧入やボルト締結等の金属材料同士の係合によって固定されているため、圧電素子の発生応力はホルダを介してさらにフレーム本体に効率良く伝達される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、圧電素子に対する電圧の印加によってフレーム本体の変形挙動を能動的に制御できるため、多様な形態の衝突に柔軟に対処することが可能であるうえ、圧電素子を伸縮方向で圧入固定した金属製のホルダを金属材料同士の係合によってフレーム本体に固定したことから、圧電素子の発生応力を効率良くフレーム本体に伝達することができる。したがって、この発明においては、大電圧を要することなくフレーム本体の変形挙動を確実に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、車体フレームのフレーム本体１に取り付けられてフレーム本体１上の応力を制御する圧電素子アクチュエータ２の平面図を示すものであり、図２，図３は、圧電素子アクチュエータ２がフレーム本体１に取り付けられた状態を示す断面図と斜視図である。なお、図３では、車体の前部両側に配置されてバンパビーム（図示せず）を支持するフロントサイドメンバがフレーム本体１の一例として描かれている。
【０００９】
図３に示すフレーム本体１は鋼材から成り、矩形断面が長手方向に延出し、その長手方向の一部に一対の屈曲部３ａ，３ｂを挟んで傾斜部４が設けられている。圧電素子アクチュエータ２は、傾斜部４の上壁の略中央上面側に取り付けられている。
【００１０】
圧電素子アクチュエータ２は、図２に示すようにセラミックの積層構造から成る周知の圧電素子５の上下の面に一対の電極６ａ，６ｂが設けられ、この圧電素子５が金属製のホルダ７に保持された概略構成となっている。圧電素子５は全体として長方形状の板状に形成され、外部からの電圧印加によってその板形状の長手方向に伸縮するようになっている。ホルダ７は、図１に示すように圧電素子５よりも一回り大きい板状に形成され、その上面側の中央には、ホルダ７の長手方向に沿う長方形状の凹部８が形成されている。この凹部８は、圧電素子５が圧入状態で収容される部分であり、この発明における収容部を構成している。圧電素子５は、電圧の印加によって伸縮する方向がホルダ７の長手方向に向くように凹部８内に圧入されている。また、圧電素子５の下面側には絶縁材料を介して金属製のベース材９ｂが接合されており、圧電素子５の上面側には絶縁性の樹脂材料９ａが接合されている。これらのベース材９ｂと樹脂材料９ａは、圧電素子５と共に凹部８内に収容されている。
【００１１】
圧電素子５の電極６ａ，６ｂは、配線１０ａ，１０ｂを介して電圧供給回路（図示せず）に接続され、この電圧供給回路がコントローラ（図示せず）によって制御されるようになっている。コントローラは、その入力側にレーダや荷重センサ等の衝突検出手段（図示せず）が接続され、この衝突検出手段が検出した衝突上方に応じて圧電素子５に適宜電圧を印加するようになっている。
【００１２】
また、ホルダ７の長手方向の両端位置には、板厚方向に貫通する一対の取付孔１１が形成されており、ホルダ７をフレーム本体１に固定するためのボルト１２がこの取付孔１１に挿通されるようになっている。ホルダ７は、フレーム本体１の上面に重合され、その状態のまま圧電素子５の伸縮方向の両側位置においてフレーム本体１にボルト締結されている。なお、図２において、１３は、ホルダ７の底部側に形成された配線引き出し孔である。
【００１３】
ところで、圧電素子アクチュエータ２は、図４の（Ａ）〜（Ｃ）に順次示すようにして組み立てられる。
即ち、まず、図４（Ａ）に示すように電極６ａ，６ｂが取り付けられた圧電素子５の下面側に板状のベース材９ｂを接着し、その状態において、ホルダ７の凹部８内に圧電素子５とベース材９ｂの接合体を治具１５を用いて圧入する。このとき、圧電素子５は、少なくとも電圧の印加時に伸縮する方向の両端部が押圧されるように凹部８内に圧入される。
こうして、図４（Ｂ）に示すように圧電素子５とベース材９ｂの接合体が凹部８内に圧入されると、次に、配線１０ａ，１０ｂを外部に引き出した状態において、凹部８内の圧電素子５の上方側空間部に樹脂材料９ａを充填し、その樹脂材料９ａの固化を待って組立を完了する。
【００１４】
以上のように構成されたこの車体フレーム  構造は、車両の衝突状況に応じて衝突検出手段から検出信号が出力されると、コントローラが圧電素子アクチュエータ２に対してその衝突の態様に適した信号を出力する。
【００１５】
具体的には、例えば、フレーム本体１の設定箇所を積極的に中折れさせた方が有利な衝突形態の場合には、圧電素子５に電圧を印加せず、逆に中折れさせない方が有利な衝突形態の場合には、伸張方向（踏ん張る方向）の応力を発生するように圧電素子５に電圧を印加する。この車体フレーム構造は、このように車両の衝突形態に応じて圧電素子５の発生応力を制御することによって、フレーム本体１の変形挙動を変化させることができるため、多様な形態の衝突に柔軟に対処することが可能である
【００１６】
なお、ここでは圧電素子アクチュエータ２（圧電素子５）をフレーム本体１上の一箇所にだけ設けているものとして説明したが、フレーム本体１上の複数箇所に圧電素子アクチュエータ２を設けるようにすれば、より緻密な変形挙動の制御を実現することができる。また、圧電素子５に対する印加電圧は、伸張方向の応力を発生する向きではなく、圧電素子アクチュエータ２の取付部位と衝突形態によっては、逆に収縮方向の応力を発生する向きに印加するようにしても良い。
【００１７】
また、この車体フレーム構造においては、圧電素子５を直接フレーム本体１に接着するのではなく、伸縮方向が押圧されるように金属製のホルダ７の凹部８に圧入固定して、このホルダ７の両端部をフレーム本体１にボルト係合するようにしているため、圧電素子５で発生する応力を効率良くフレーム本体１に伝達することができる。
【００１８】
図５は、（ア）の圧電素子５の単体の応力伝達率を１００％としたときの、（イ）圧電素子５を圧入したホルダ７、（ウ）ホルダ７をボルト結合したフレーム本体１、（エ）圧電素子５を接着材２１によって固定したフレーム本体１について夫々応力伝達効率を調べたときの様子を示すものである。（イ）の試験では、ホルダ７の上面に歪センサ２０を貼り付け、（ウ）と（エ）の試験では、フレーム本体１の圧電素子取付部の下面側に歪センサ２０を貼り付けて夫々歪を計測した。
【００１９】
この計測の結果は、図６のグラフに示す通りである。
（エ）の圧電素子５をフレーム本体１に接着固定した場合には、応力伝達率が僅か５％であるのに対して、（イ）のホルダ７での応力伝達率は３４％、さらにそのホルダ７を結合した（ウ）のフレーム本体１では２２％となった。
【００２０】
この試験結果から明らかなように、圧電素子５を金属製のホルダ７に圧入してそのホルダ７をフレーム本体１にボルト結合するようにした場合には、高い応力伝達率でもって圧電素子５の発生歪をフレーム本体１に伝達することができる。したがって、このフレーム構造においては、比較的低い電圧でもってフレーム本体１の変形挙動を制御することができる。
【００２１】
なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、圧電素子５を圧入固定した金属製のホルダ７をフレーム本体１にボルト１２によって係合したが、図７に示すようにフレーム本体１側に予め凹部２３を形成しておき、その凹部２３にホルダ７を圧入固定するようにしても良い。この場合には、フレーム本体１の外面側にホルダ７やボルト１２が突出しなくなるため、他の部材のレイアウト上有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態を示す平面図。
【図２】同実施形態を示す図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図。
【図３】同実施形態を示す斜視図。
【図４】同実施形態の製造工程を示す断面図。
【図５】応力試験の概略を説明するための図であり、（ア）圧電素子単体の平面図、（イ）圧電素子を圧入したホルダの斜視図、（ウ）ホルダをボルト結合したフレーム本体の断面図、（エ）圧電素子を接着固定したフレーム本体の断面図を併せて描いた図。
【図６】図５の（ア）〜（エ）に対応する応力試験の結果を示すグラフ。
【図７】他の実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２３】
１…フレーム本体  ５…圧電素子  ７…ホルダ  ８…凹部（収納部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006240489.tif 000007
【図６】
2006240489.tif 000008
【図７】
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