(57)【要約】【課題】フレーム本体に入力された荷重を補強体に伝達することができ、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる車両用フレーム構造を提供する。【解決手段】フレーム本体１０の内部に補強体２０が配設された車体フレーム１において、補強体２０は、複数の閉断面部と隣り合う閉断面部を連結する連結部とを有し、閉断面部が、互いに対向する一対の第１面部と一対の第２面部とを備え、第２面部が第１面部より長い断面略長方形状に形成されると共に第２面部が曲げの中立軸と略直交する方向に配置され、補強体２０におけるフレーム本体１０の長手方向一方側及び他方側に、フレーム本体１０に接合された第１節状部材３０及び第２節状部材４０がそれぞれ接合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉断面状に形成されたフレーム本体の内部に補強体が配設された車両用フレーム構造であって、
前記補強体は、
前記フレーム本体の長手方向に延びると共に前記フレーム本体の長手方向と直交する直交断面において閉断面状に形成され、且つ互いに離間して配置された複数の閉断面部と、
隣り合う前記閉断面部を連結する連結部と、
を有し、
前記閉断面部がそれぞれ、互いに対向する一対の第１面部と一対の第２面部とを備え、該第２面部の前記直交断面における断面長さが該第１面部の前記直交断面における断面長さより長い断面略長方形状に形成されると共に、該第２面部が前記フレーム本体に荷重が入力される際に曲げの中立軸と略直交する方向に配置され、
前記補強体における前記フレーム本体の長手方向一方側及び他方側に、前記フレーム本体の内部を区切るように前記フレーム本体に接合された第１節状部材及び第２節状部材がそれぞれ接合されている、
ことを特徴とする車両用フレーム構造。
【請求項２】
前記フレーム本体は、該フレーム本体に荷重が入力される際に該フレーム本体の曲げ変形を促進する変形促進部を備え、
前記補強体は、前記フレーム本体の前記変形促進部を含む所定領域の内部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用フレーム構造。
【請求項３】
前記第１節状部材及び前記第２節状部材は、少なくとも前記曲げの中立軸より引張側において前記補強体に接合されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用フレーム構造。
【請求項４】
前記第１節状部材及び前記第２節状部材は、前記フレーム本体に入力された荷重を前記補強体に伝達するように前記フレーム本体及び前記補強体に接合されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項５】
前記フレーム本体は、第１車体構成部材及び第２車体構成部材から閉断面状に形成され、
前記第１節状部材及び前記第２節状部材はそれぞれ、前記フレーム本体に荷重が入力される際に前記フレーム本体の引張側及び圧縮側にそれぞれ配置される引張側節状部材及び圧縮側節状部材から構成され、
前記引張側節状部材及び前記圧縮側節状部材は、前記第１車体構成部材及び前記第２車体構成部材にそれぞれ接合され、
前記引張側節状部材及び前記圧縮側節状部材のうち前記引張側節状部材のみが前記補強体に接合されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両における車体の一部を構成する車両用フレームの構造に関し、特に閉断面状に形成されたフレーム本体の内部に補強体が配設された車両用フレーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車体は、車両衝突時などに乗員の安全性を確保するためや車体への損傷を抑制するために、車体に入力される衝撃荷重を吸収するように構成されている。車体の前後部については、バンパレインとサイドフレームとの間にクラッシュカンを配設して、車両衝突時などにクラッシュカンを折り畳むように潰すことでエネルギを吸収するように構成したものが知られている。
【０００３】
また、サイドフレームに該サイドフレームの曲げ変形を促進するビード部などの変形促進部を設けて、車両衝突時などに変形促進部を起点としてサイドフレームを効率良く曲げ変形させて潰すことでエネルギを吸収するように構成したものも知られている。
【０００４】
例えば、図１０に示す車体フレーム１００のように、車体の前部において、バンパ（不図示）内に配設されたバンパレイン１０１と、バンパレイン１０１の車体後方側に配置されたフロントサイドフレーム１０２との間にクラッシュカン１０３を設けると共に、閉断面状に形成したフロントサイドフレーム１０２に閉断面内に窪む変形促進部としてのビード部１０２ａを設けて、車両衝突時などに前方側から荷重Ｆが入力される際にクラッシュカン１０３が潰れると共にビード部１０２ａを起点としてフロントサイドフレーム１０２が曲げ変形して潰れることでエネルギを吸収するように構成したものが知られている。
【０００５】
また、例えば特許文献１には、閉断面状に形成したフロントサイドフレームを車体前後方向に略真っ直ぐに形成すると共に断面八角形状に形成して、断面円筒形状又は断面四角形状に形成する場合に比して、車両衝突時などにフロントサイドフレームに荷重が入力される際のエネルギの吸収効率を高めるようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８２０８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サイドフレームなどの車両用フレーム（車体フレーム）において、車体フレームが潰れるときのエネルギ吸収量をさらに高めるために、閉断面状に形成したフレーム本体の曲げ変形して潰れる部分の内部に補強体を配置することが考えられるが、かかる場合、補強体によって重量の増加を招くこととなるので、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を如何に高めるかが問題となる。
【０００８】
閉断面状に形成した車体フレームに荷重が入力されて車体フレームが曲げ変形して潰れる場合、荷重に対する反力が最大曲げ荷重を超えると急激に低下して、車体フレームの曲げ変形が急激に進行して潰れることが知られている。
【０００９】
図１１（ａ）に示すように、正方形閉断面状に形成した車体フレーム１１０に、該車体フレーム１１０の両端部の上方に圧子（不図示）を介して荷重Ｆを入力して曲げモーメントＭを作用する場合、上面部１１０ａでは圧縮応力が生じ、下面部１１０ｂでは引張応力が生じ、側面部１１０ｃでは上面部１１０ａ側に圧縮応力が生じると共に下面部１１０ｂ側に引張応力が生じることとなる。
【００１０】
そして、図１１（ｂ）に示すように、圧子のストロークが大きくなるにつれて荷重Ｆに対する反力Ｆ’１が大きくなり、荷重Ｆに対する反力Ｆ’１が最大となる最大曲げ荷重Ｆ’１ｍａｘを超えると急激に反力Ｆ’１が低下することとなる。
【００１１】
これに対し、本願発明者等は、種々の試験研究を重ねた結果、図１２（ａ）に示すように、上面部１２０ａ、下面部１２０ｂ及び側面部１２０ｃを備えて縦長長方形閉断面状の車体フレーム１２０では、図１２（ｂ）に示すように、荷重Ｆに対する反力Ｆ’２が最大曲げ荷重Ｆ’２ｍａｘを超えても急激に低下しないことを見出した。
【００１２】
車体フレームが曲げ変形することにより吸収できるエネルギであるエネルギ吸収量は、荷重Ｆに対する反力と圧子のストロークとの積で表されることから、閉断面状に形成される閉断面部を縦長長方形にすることで、荷重Ｆに対する反力が急激に低下することを抑制してエネルギ吸収量を高めることができ、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができると考えられる。
【００１３】
閉断面状に形成したフレーム本体の内部に配置された補強体についても、該補強体を閉断面状に形成すると共に縦長長方形に形成することで、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができると考えられるが、この場合、フレーム本体に入力された荷重を補強体に確実に伝達させることが求められる。
【００１４】
そこで、本発明は、フレーム本体の内部に補強体が配設された車両用フレーム構造において、フレーム本体に入力された荷重を補強体に伝達することができ、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる車両用フレーム構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１６】
まず、本願の請求項１に係る発明は、閉断面状に形成されたフレーム本体の内部に補強体が配設された車両用フレーム構造であって、前記補強体は、前記フレーム本体の長手方向に延びると共に前記フレーム本体の長手方向と直交する直交断面において閉断面状に形成され、且つ互いに離間して配置された複数の閉断面部と、隣り合う前記閉断面部を連結する連結部と、を有し、前記閉断面部がそれぞれ、互いに対向する一対の第１面部と一対の第２面部とを備え、該第２面部の前記直交断面における断面長さが該第１面部の前記直交断面における断面長さより長い断面略長方形状に形成されると共に、該第２面部が前記フレーム本体に荷重が入力される際に曲げの中立軸と略直交する方向に配置され、前記補強体における前記フレーム本体の長手方向一方側及び他方側に、前記フレーム本体の内部を区切るように前記フレーム本体に接合された第１節状部材及び第２節状部材がそれぞれ接合されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本願の請求項２に係る発明は、前記請求項１に係る発明において、前記フレーム本体は、該フレーム本体に荷重が入力される際に該フレーム本体の曲げ変形を促進する変形促進部を備え、前記補強体は、前記フレーム本体の前記変形促進部を含む所定領域の内部に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
更に、本願の請求項３に係る発明は、前記請求項１又は請求項２に係る発明において、前記第１節状部材及び前記第２節状部材は、少なくとも前記曲げの中立軸より引張側において前記補強体に接合されていることを特徴とする。
【００１９】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、前記請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記第１節状部材及び前記第２節状部材は、前記フレーム本体に入力された荷重を前記補強体に伝達するように前記フレーム本体及び前記補強体に接合されていることを特徴とする。
【００２０】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、前記請求項１から請求項４の何れか１項に係る発明において、前記フレーム本体は、第１車体構成部材及び第２車体構成部材から閉断面状に形成され、前記第１節状部材及び前記第２節状部材はそれぞれ、前記フレーム本体に荷重が入力される際に前記フレーム本体の引張側及び圧縮側にそれぞれ配置される引張側節状部材及び圧縮側節状部材から構成され、前記引張側節状部材及び前記圧縮側節状部材は、前記第１車体構成部材及び前記第２車体構成部材にそれぞれ接合され、前記引張側節状部材及び前記圧縮側節状部材のうち前記引張側節状部材のみが前記補強体に接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
【００２２】
まず、本願の請求項１に係る発明によれば、フレーム本体の内部に配設された補強体におけるフレーム本体の長手方向一方側及び他方側に、フレーム本体の内部を区切るようにフレーム本体に接合された第１節状部材及び第２節状部材がそれぞれ接合されている。これにより、フレーム本体に荷重が入力されてフレーム本体が曲げ変形する際に、フレーム本体に入力される荷重を第１節状部材及び第２節状部材を介して補強体に伝達することができる。
【００２３】
また、補強体は、複数の閉断面部と連結部とを有し、閉断面部が、互いに対向する一対の第１面部と一対の第２面部とを備え、第２面部が第１面部より長い断面略長方形状に形成されると共に、第２面部が曲げの中立軸と略直交する方向に配置されている。これにより、第２面部が曲げの中立軸と略平行に配置された閉断面部や断面略正方形状に形成された閉断面部を用いる場合に比べて、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる。さらに、複数の閉断面部が連結部によって連結されているので、断面略長方形状に形成された複数の閉断面部が倒れることを抑制することができ、前記効果を有効に得ることができる。
【００２４】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、フレーム本体は、荷重が入力される際に曲げ変形を促進する変形促進部を備え、補強体は、フレーム本体の変形促進部を含む所定領域の内部に配置されることにより、変形促進部を起点としてフレーム本体が曲げ変形するときに、フレーム本体に入力される荷重を第１節状部材及び第２節状部材を介して補強体に伝達することができ、前記効果を有効に奏することができる。
【００２５】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、第１節状部材及び第２節状部材は、少なくとも曲げの中立軸より引張側において補強体に接合されることにより、フレーム本体に荷重が入力される際に曲げの中立軸より引張側で補強体と第１及び第２節状部材とが離れることを抑制することができるので、前記荷重を補強体に伝達することができ、前記効果を有効に奏することができる。
【００２６】
また、第１及び第２節状部材をそれぞれ、曲げの中立軸より引張側のみについて補強体に接合することで、曲げの中立軸より引張側及び圧縮側についてそれぞれ補強体に接合する場合に比べて、接合箇所を少なくすることができ、生産性を向上させることが可能である。
【００２７】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、第１節状部材及び第２節状部材は、フレーム本体に入力された荷重を補強体に伝達するようにフレーム本体及び補強体に接合されていることにより、フレーム本体に入力される荷重を補強体に確実に伝達してフレーム本体の曲げ変形に沿って補強体を曲げ変形させることができ、前記効果を有効に得ることができる。
【００２８】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、フレーム本体は、第１車体構成部材及び第２車体構成部材から閉断面状に形成され、第１節状部材及び第２節状部材はそれぞれ、フレーム本体の引張側及び圧縮側にそれぞれ配置される引張側節状部材及び圧縮側節状部材から構成され、引張側節状部材及び圧縮側節状部材は、第１車体構成部材及び第２車体構成部材にそれぞれ接合され、引張側節状部材及び圧縮側節状部材のうち引張側節状部材のみが補強体に接合されている。
【００２９】
これにより、第１車体構成部材に、補強体に接合された第１及び第２節状部材の引張側節状部材を接合し、第２車体構成部材に、第１及び第２節状部材の圧縮側節状部材を接合し、その後に第１及び第２車体構成部材を接合することによって製造することが可能であり、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる車両用フレーム構造を比較的容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用フレーム構造を適用したフロントサイドフレームを示す斜視図である。
【図２】図１に示すフロントサイドフレームの分解斜視図である。
【図３】図１におけるＹ３−Ｙ３線に沿ったフロントサイドフレームの断面図である。
【図４】図１におけるＹ４−Ｙ４線に沿ったフロントサイドフレームの断面図である。
【図５】第１実施形態に係るフロントサイドフレームにおける第１節状部材と補強体及びフレーム本体との接合位置を説明するための説明図である。
【図６】フロントサイドフレームの曲げ変形を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る車両用フレーム構造を適用したフロントサイドフレームを示す斜視図である。
【図８】図７に示すフロントサイドフレームの分解斜視図である。
【図９】第２実施形態に係るフロントサイドフレームの製造方法を説明するための説明図である。
【図１０】従来のバンパレイン、クラッシュカン及びフロントサイドフレームを備えた車体フレームを示す模式図である。
【図１１】正方形閉断面状に形成した車体フレームの曲げ変形の解析シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】縦長長方形閉断面状に形成した車体フレームの曲げ変形の解析シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語など特定の方向を意味する用語を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００３２】
本願発明者等は、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる車両用フレーム構造の開発にあたり、先ず、正方形閉断面状及び縦長長方形閉断面状に形成した車体フレームに外部から荷重を入力して曲げ変形する場合について、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）によるシミュレーション解析を行った。
【００３３】
図１１は、正方形閉断面状に形成した車体フレームの曲げ変形の解析シミュレーション結果を示す図であり、図１１（ａ）に示すように、上面部１１０ａ、下面部１１０ｂ及び両側の側面部１１０ｃを備えた正方形閉断面状の車体フレーム１１０に、該車体フレーム１１０の両端部の上方に圧子（不図示）を介して荷重Ｆを入力して曲げモーメントＭを作用させた場合についてシミュレーション解析を行った。
【００３４】
車体フレーム１１０では、図１１（ｂ）に定性的に示すように、圧子のストロークが大きくなるにつれて荷重Ｆに対する反力Ｆ’１が大きくなり、荷重Ｆに対する反力Ｆ’１が最大となる最大曲げ荷重Ｆ’１ｍａｘを超えると反力Ｆ’１が急激に低下した。
【００３５】
図１２は、縦長長方形閉断面状に形成した車体フレームの曲げ変形の解析シミュレーション結果を示す図である。図１２（ａ）に示すように、上面部１２０ａ、下面部１２０ｂ及び両側の側面部１２０ｃを備えた縦長長方形閉断面状の車体フレーム１２０についても同様に解析した。車体フレーム１２０については、車体フレーム１１０の長手方向と直交する直交断面における上面部及び下面部の断面長さを四分の一にしたことを除いて車体フレーム１１０と同様にして行った。
【００３６】
車体フレーム１２０についても、図１２（ｂ）に定性的に示すように、圧子のストロークが大きくなるにつれて荷重Ｆに対する反力Ｆ’２が大きくなるが、荷重Ｆに対する反力Ｆ’２が最大曲げ荷重Ｆ’２ｍａｘを超えても急激に低下することなく、最大曲げ荷重Ｆ’２ｍａｘを超えても所定ストロークまで最大曲げ荷重Ｆ’２ｍａｘに略等しい状態を維持した後に急激に低下した。なお、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）では、便宜上、車体フレーム１１０の最大曲げ荷重Ｆ’１ｍａｘと車体フレーム１２０の最大曲げ荷重Ｆ’２ｍａｘとが等しくなるようにして表示している。
【００３７】
これらシミュレーション解析結果から、車体フレームにおいて、縦長長方形閉断面状に形成した閉断面部を用いることで、閉断面部を正方形状に形成する場合に比して、エネルギ吸収量を高めることができ、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができると考えられる。
【００３８】
以下に、本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用フレーム構造を適用したフロントサイドフレームを示す斜視図、図２は、図１に示すフロントサイドフレームの分解斜視図、図３は、図１におけるＹ３−Ｙ３線に沿ったフロントサイドフレームの断面図、図４は、図１におけるＹ４−Ｙ４線に沿ったフロントサイドフレームの断面図である。
【００３９】
図１から図４に示すように、本発明の第１実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームとしてのフロントサイドフレーム１は、車体前部において車体前後方向に延びるように配設され、閉断面状に形成されたフレーム本体１０と、フレーム本体１０の内部に配設された補強体２０とを有している。
【００４０】
フレーム本体１０は、それぞれ鋼鈑などの金属製の板状素材を断面ハット状にプレス加工して得られる車外側の第１車体構成部材としてのフロントサイドフレームアウタパネル（以下、「アウタパネル」という）１１と車内側の第２車体構成部材としてのフロントサイドフレームインナパネル（以下、「インナパネル」という）１２とから構成されている。
【００４１】
アウタパネル１１は、略水平方向に延びる上面部１１ａと、上面部１１ａの下方に位置して略水平方向に延びる下面部１１ｂと、略垂直方向に延びる側面部１１ｃとを備え、側面部１１ｃが車外側に膨出するように形成されている。アウタパネル１１はまた、上面部１１ａから上方へ延びる上フランジ部１１ｄと、下面部１１ｂから下方へ延びる下フランジ部１１ｅとを備えて断面略ハット状に形成されている。
【００４２】
一方、インナパネル１２は、略水平方向に延びる上面部１２ａと、上面部１２ａの下方に位置して略水平方向に延びる下面部１２ｂと、略垂直方向に延びる側面部１２ｃとを備え、側面部１２ｃが車内側に膨出するように形成されている。インナパネル１２はまた、上面部１２ａから上方へ延びる上フランジ部１２ｄと、下面部１２ｂから下方へ延びる下フランジ部１２ｅとを備えて断面略ハット状に形成されている。
【００４３】
アウタパネル１１の上フランジ部１１ｄとインナパネル１２の上フランジ部１２ｄとが接合されると共に、アウタパネル１１の下フランジ部１１ｅとインナパネル１２の下フランジ部１２ｅとが接合される。これにより、フレーム本体１０は、アウタパネル１１及びインナパネル１２によって矩形閉断面状に形成されている。
【００４４】
インナパネル１２の側面部１２ｃには、フレーム本体１０と直交する直交断面に略平行に上下方向に延びると共にフレーム本体１０の内方側に断面円弧状に窪むように形成されたビード部１２ｆが設けられている。フレーム本体１０に前方側から所定値以上の荷重が入力される際は、フレーム本体１０は、ビード部１２ｆを起点として曲げ変形し、ビード部１２は、フレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の曲げ変形を促進する変形促進部として機能する。
【００４５】
補強体２０は、フレーム本体１０の長手方向におけるビード部１２ｆを含む所定領域の内部に配置されている。補強体２０は、それぞれ鋼鈑などの金属製の板状素材をプレス加工して得られる第１板状部材２１と第２板状部材２２とから構成されている。
【００４６】
第１板状部材２１は、図３に示すように、略垂直方向に延びる基部２１ａと、基部２１ａから車外側に断面略矩形状に突出する複数の凸部２１ｂ、本実施形態では４つの凸部２１ｂとを備え、複数の凸部２１ｂは、上下方向に離間して配置されている。凸部２１ｂはそれぞれ、アウタパネル１１の側面部１１ｃに沿って略垂直方向に延びる頂面部２１ｃと、略水平方向に延びる両側の側面部２１ｄとを備えている。
【００４７】
一方、第２板状部材２２は、図３に示すように、略垂直方向に延びる基部２２ａと、基部２２ａから車内側に断面略矩形状に突出する複数の凸部２２ｂ、本実施形態では４つの凸部２２ｂとを備え、複数の凸部２２ｂは、上下方向に離間して配置されている。凸部２２ｂはそれぞれ、インナパネル１２の側面部１２ｃに沿って略垂直方向に延びる頂面部２２ｃと、略水平方向に延びる両側の側面部２２ｄとを備えている。第１板状部材２１と第２板状部材２２とは、基部２１ａ、２２ａに対して凸部２１ｂ、２２ｂの突出方向が反対方向であることを除き略同様に形成されている。
【００４８】
第１板状部材２１と第２板状部材２２とは、基部２１ａと基部２２ａとが接合されることにより接合される。これにより、補強体２０は、第１板状部材２１の凸部２１ｂと第２板状部材２２の凸部２２ｂとによってフレーム本体１０の長手方向と直交する直交断面において閉断面状に形成される複数の閉断面部２５、本実施形態では４つの閉断面部２５と、第１板状部材２１の基部２１ａと第２板状部材２２の基部２２ｂとによって隣り合う閉断面部２５を連結する連結部２６とを有する。
【００４９】
複数の閉断面部２５は、フレーム本体１０の長手方向に延びるように設けられ、互いに離間して上下方向に配置されている。閉断面部２５はそれぞれ、対向する一対の略垂直方向に延びる第１面部２５ａと、対向する一対の略水平方向に延びる第２面部２５ｂとを備えて断面略長方形状に形成されている。
【００５０】
第１面部２５ａは、第１板状部材２１の凸部２１ｂの頂面部２１ｃと第２板状部材２２の凸部２２ｂの頂面部２２ｃとから構成され、第２面部２５ｂは、第１板状部材２１の凸部２１ｂの側面部２１ｄと第２板状部材２２の凸部２２ｂの側面部２２ｄとから構成されている。
【００５１】
本実施形態では、第１板状部材２１の凸部２１ｂと第２板状部材２２の凸部２２ｂとはそれぞれ、側面部２１ｄ、２２ｄの断面長さが頂面部２１ｃ、２２ｃの断面長さの２倍に設定され、第２面部２５ｂの断面長さは、第１面部２５ａの断面長さの４倍に設定されている。
【００５２】
第２面部２５ｂの断面長さは、好ましくは第１面部２５ａの断面長さの２倍以上に設定される。第２面部２５ｂの断面長さが第１面部２５ａの断面長さの２倍未満に設定される場合には、第１面部２５ａの断面長さの２倍以上に設定される場合に比して、閉断面部２５に入力される荷重に対する反力が最大曲げ荷重を超えると低下しやすくなり、エネルギ吸収量の向上効果が低くなると考えられるからである。
【００５３】
連結部２６は、隣り合う閉断面部２５の隣り合う第２面部２５ｂどうしを連結している。本実施形態では、連結部２６は、フレーム本体１０の直交断面における隣り合う第２面部２５の中央どうしを連結している。
【００５４】
前述したように、フレーム本体１０の車内側にはビード部１２ｆが設けられており、フレーム本体１０は、フレーム本体１０に荷重が入力されて曲げ変形される際には、フレーム本体１０の車内側で圧縮応力が生じ、フレーム本体１０の車外側で引張応力が生じ、フレーム本体１０の車幅方向における略中央に曲げの中立軸Ｌ１が生じることとなる。
【００５５】
補強体２０の閉断面部２５は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１と略直交する方向に第２面部２５ｂが配置され、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１と略平行に第１面部２５ａが配置されるように設けられる。
【００５６】
また、補強体２０は、第１、第２板状部材２１、２２の基部２１ａ、２２ａの上方端部によって形成される上方に延びる上フランジ部２７と、第１、第２板状部材２１、２２の基部２１ａ、２２ａの下方端部によって形成される下方に延びる下フランジ部２８とを有している。
【００５７】
補強体２０の上フランジ部２７は、アウタパネル１１の上フランジ部１１ｄとインナパネル１２の上フランジ部１２ｄとの間に挟まれて接合され、補強体２０の下フランジ部２８は、アウタパネル１１の下フランジ部１１ｅとインナパネル１２の下フランジ部１２ｅとの間に挟まれて接合される。
【００５８】
補強体２０にはまた、フレーム本体１０の長手方向一方側及び他方側である前方側及び後方側に、フレーム本体１０の内部をフレーム本体１０の長手方向である車体前後方向に区切るように節状に設けられた第１節状部材３０及び第２節状部材４０がそれぞれ接合されている。
【００５９】
第１節状部材３０は、図２に示すように、フレーム本体１０の内部を車体前後方向に区切るように設けられた隔壁部３０ａと、フレーム本体１０の上方側、下方側、車外側及び車内側に沿うように隔壁部３０ａの上辺部、下辺部、車外側の側辺部及び車内側の側辺部にそれぞれ設けられた前方側へ延びる第１、第２、第３及び第４フランジ部３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅとを有している。
【００６０】
第１節状部材３０は、隔壁部３０ａが補強体２０の前方端部と接合されて補強体２０と接合され、第１フランジ部３０ｂがアウタパネル１１及びインナパネル１２の上面部１１ａ及び１２ａと接合され、第２フランジ部３０ｃがアウタパネル１１及びインナパネル１２の下面部１１ｂ及び１２ｂと接合され、第３フランジ部３０ｄがアウタパネル１１の側面部１１ｃと接合され、第４フランジ部３０ｅがインナパネル１２の側面部１２ｃと接合されてフレーム本体１０に接合される。
【００６１】
一方、第２節状部材４０は、図２及び後述する図６に示すように、フレーム本体１０の内部を車体前後方向に区切るように設けられた隔壁部４０ａと、フレーム本体１０の上方側、下方側、車外側及び車内側に沿うように隔壁部４０ａの上辺部、下辺部、車外側の側辺部及び車内側の側辺部にそれぞれ設けられた後方側へ延びる第１、第２、第３及び第４フランジ部４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅとを有している。
【００６２】
第２節状部材４０は、隔壁部４０ａが補強体２０の後方端部と接合されて補強体２０と接合され、第１フランジ部４０ｂがアウタパネル１１及びインナパネル１２の上面部１１ａ及び１２ａと接合され、第２フランジ部４０ｃがアウタパネル１１及びインナパネル１２の下面部１１ｂ及び１２ｂと接合され、第３フランジ部４０ｄがアウタパネル１１の側面部１１ｃと接合され、第４フランジ部４０ｅがインナパネル１２の側面部１２ｃと接合されてフレーム本体１０に接合される。
【００６３】
このようにして構成されるフロントサイドフレーム１を製造する際には、先ず、第１板状部材２１と第２板状部材２２とを溶接接合して補強体２０を形成する。そして、補強体２０に第１節状部材３０及び第２節状部材４０を溶接接合し、補強体２０に接合された第１節状部材３０及び第２節状部材４０をアウタパネル１１に溶接接合し、その後に、アウタパネル１１をインナパネル１２と溶接接合すると共に第１節状部材３０及び第２節状部材４０をインナパネル１２に溶接接合し、フロントサイドフレーム１を製造する。
【００６４】
補強体２０に第１節状部材３０を接合する際には、補強体２０の前方側の端部全体が第１節状部材３０と接合されているが、補強体２０の前方側の端部は、少なくともフレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より引張側において第１節状部材３０と接合され、例えば、曲げの中立軸Ｌ１より引張側のみにおいて第１節状部材３０と接合するようにしてもよい。
【００６５】
図５は、第１実施形態に係るフロントサイドフレームにおける第１節状部材と補強体及びフレーム本体との接合位置を説明するための説明図である。補強体２０に第１節状部材３０を接合する際に、図５の黒色部で示した部分Ａ１、Ａ２、すなわち補強体２０の前方側の端部におけるフレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より引張側の部分及び圧縮側の端部のみを第１節状部材３０と接合するようにしてもよい。
【００６６】
第２節状部材４０についても同様に、補強体２０に第２節状部材４０を接合する際には、補強体２０の後方側の端部全体が第２節状部材４０と接合されているが、補強体２０の後方側の端部は、少なくともフレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より引張側において第２節状部材４０と接合され、例えば、曲げの中立軸Ｌ１より引張側のみにおいて第２節状部材４０と接合するようにしてもよく、あるいは曲げの中立軸Ｌ１より引張側の部分及び圧縮側の端部のみを第２節状部材４０と接合するようにしてもよい。
【００６７】
また、第１節状部材３０をアウタパネル１１及びインナパネル１２に接合する際には、アウタパネル１１に沿って配置される第１、第２及び第３フランジ部３０ｂ、３０ｃ、３０ｄがアウタパネル１１に接合され、インナパネル１２に沿って配置される第１、第２、第４フランジ部３０ｂ、３０ｃ、３０ｅがインナパネル１２に接合されているが、第１節状部材３０は、少なくとも曲げの中立軸Ｌ１より引張側においてフレーム本体１０に接合され、例えばアウタパネル１１のみと接合するようにしてもよい。
【００６８】
第１節状部材３０をフレーム本体１０に接合する際に、図５の斜線ハッチングを施した部分Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、すなわちフレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の曲げ中立軸Ｌ１より引張側に位置する第１フランジ部３０ｂ及び第２フランジ部３０ｃの部分並びに第３フランジ部３０ｄのみをフレーム本体１０、具体的にはアウタパネル１１に接合するようにしてもよい。
【００６９】
第２節状部材４０についても同様に、第２節状部材４０をアウタパネル１１及びインナパネル１２に接合する際には、アウタパネル１１に沿って配置される第１、第２及び第３フランジ部４０ｂ、４０ｃ、４０ｄがアウタパネル１１に接合され、インナパネル１２に沿って配置される第１、第２、第４フランジ部４０ｂ、４０ｃ、４０ｅがインナパネル１２に接合されているが、第２節状部材４０は、少なくとも曲げの中立軸Ｌ１より引張側においてフレーム本体１０に接合され、例えばアウタパネル１１のみと接合するようにしてもよい。
【００７０】
ここで、フレーム本体１０に荷重が入力されて曲げ変形される場合について説明する。
図６は、フロントサイドフレームの曲げ変形を説明するための説明図である。フロントサイドフレーム１に荷重が入力されて曲げ変形される場合、ビード部１２ｆを起点として曲げ変形され、図６に示すように、フロントサイドフレーム１は車外側に膨出するように曲げ変形される。
【００７１】
フレーム本体１０の車内側で圧縮応力が生じ、フレーム本体１０の車外側で引張応力が生じ、フレーム本体１０の車幅方向における略中央に曲げの中立軸Ｌ１が生じることとなる。フレーム本体１０に荷重が入力されるとき、本実施形態では、第１節状部材３０及び第２節状部材４０は、フレーム本体１０に入力された荷重を補強体２０に伝達するようにフレーム本体１０及び補強体２０に溶接接合されている。
【００７２】
第１節状部材３０及び第２節状部材４０は、フレーム本体１０に荷重が入力されるときに、
I）第１、第２節状部材３０、４０が座屈変形しないこと、具体的には第１、第２節状部材３０、４０と補強体２０との接合面の最大曲げモーメント強度が補強体２０の最大曲げモーメント強度より大きいこと、
II）第１、第２節状部材３０、４０と補強体２０との接合がはずれないこと、具体的には第１、第２節状部材３０、４０と補強体２０との引張方向における接合強度が補強体２０の最大曲げモーメントにおける最大引張荷重より大きいこと、
III）第１、第２節状部材３０、４０とフレーム本体１０との接合がはずれないこと、具体的には第１、第２節状部材３０、４０とフレーム本体１０のせん断方向における接合強度が補強体２０の最大曲げモーメントにおける最大引張荷重より大きいこと、
IV）第１、第２節状部材３０、４０が接合されるフレーム本体１０の接合部近傍が座屈変形しないこと、具体的には第１、第２節状部材３０、４０の最大曲げモーメント強度が補強体２０の最大曲げモーメント強度より大きく且つフレーム本体１０の最大曲げモーメント強度が補強体２０の最大曲げモーメント強度より大きいこと、
を満足するように構成されている。
【００７３】
なお、本実施形態では、連結部２６は、フレーム本体１０の直交断面における隣り合う第２面部２５の中央どうしを連結しているが、これに限定されるものでなく、フレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の圧縮側において隣り合う第２面部２５を連結するようにしてもよい。
【００７４】
このように、本実施形態に係る車体フレーム１では、フレーム本体１０の内部に配設された補強体２０におけるフレーム本体１０の長手方向一方側及び他方側に、フレーム本体１０の内部を区切るようにフレーム本体１０に接合された第１節状部材３０及び第２節状部材４０がそれぞれ接合されている。これにより、フレーム本体１０に荷重が入力されてフレーム本体１０が曲げ変形する際に、フレーム本体１０に入力される荷重を第１節状部材３０及び第２節状部材４０を介して補強体２０に伝達することができる。
【００７５】
また、補強体２０は、複数の閉断面部２５と連結部２６とを有し、閉断面部２５が、互いに対向する一対の第１面部２５ａと一対の第２面部２５ｂとを備え、第２面部２５ｂが第１面部２５ａより長い断面略長方形状に形成されると共に、第２面部２５ｂが曲げの中立軸Ｌ１と略直交する方向に配置されている。これにより、第２面部が曲げの中立軸と略平行に配置された閉断面部や断面略正方形状に形成された閉断面部を用いる場合に比べて、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる。さらに、複数の閉断面部が連結部によって連結されているので、断面略長方形状に形成された複数の閉断面部が倒れることを抑制することができる。
【００７６】
また、フレーム本体１０は、荷重が入力される際に曲げ変形を促進する変形促進部１２ｆを備え、補強体２０は、フレーム本体１０の変形促進部１２ｆを含む所定領域の内部に配置されることにより、変形促進部１２ｆを起点としてフレーム本体１０が曲げ変形するときに、フレーム本体１０に入力される荷重を第１節状部材３０及び第２節状部材４０を介して補強体２０に伝達することができる。
【００７７】
更に、第１節状部材３０及び第２節状部材４０は、少なくとも曲げの中立軸Ｌ１より引張側において補強体２０に接合されることにより、フレーム本体１０に荷重が入力される際に曲げの中立軸Ｌ１より引張側で補強体２０と第１及び第２節状部材３０、４０とが離れることを抑制することができるので、前記荷重を補強体に伝達することができる。
【００７８】
また、第１及び第２節状部材３０、４０をそれぞれ、曲げの中立軸Ｌ１より引張側のみについて補強体２０に接合することで、曲げの中立軸Ｌ１より引張側及び圧縮側についてそれぞれ補強体２０に接合する場合に比べて、接合箇所を少なくすることができ、生産性を向上させることが可能である。
【００７９】
また更に、第１節状部材３０及び第２節状部材４０は、フレーム本体１０に入力された荷重を補強体２０に伝達するようにフレーム本体１０及び補強体２０に接合されていることにより、フレーム本体１０に入力される荷重を補強体２０に確実に伝達してフレーム本体１０の曲げ変形に沿って補強体２０を曲げ変形させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、補強体２０をアウタパネル１１の側面部１１ｃとインナパネル１２の側面部１２ｃとに直接接合していないが、車体フレーム１の生産性や適用部位等を考慮して、適宜、補強体２０をアウタパネル１１の側面部１１ｃやインナパネル１２の側面部１２ｃに直接接合するようにしてもよい。かかる場合には、車体フレーム１によるエネルギ吸収量をさらに高めることができる。
【００８１】
図７は本発明の第２実施形態に係る車両用フレーム構造を適用したフロントサイドフレームを示す斜視図であり、図８は、図７に示すフロントサイドフレームの分解斜視図である。第２実施形態に係るフロントサイドフレーム５１は、第１実施形態に係るフロントサイドフレーム１と、第１及び第２節状部材がそれぞれフレーム本体１０の圧縮側及び引張側に分割して構成されること以外は同様であるので、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。なお、第１実施形態では、車体右側のフロントサイドフレームを用いて示しているが、第２実施形態では、車体左側のフロントサイドフレームを用いて示している。
【００８２】
フロントサイドフレーム５１においても、アウタパネル１１及びインナパネル１２によってフレーム本体１０が閉断面状に形成され、フレーム本体１０の内部に補強体２０が配設され、補強体２０は、第１板状部材２１と第２板状部材２２とによって構成され、閉断面状に形成される複数の閉断面部２５と、隣り合う閉断面部２５を連結する連結する連結部２６とを有している。
【００８３】
補強体２０には、フレーム本体１０の前方側及び後方側に、フレーム本体１０の内部を区切るように節状に設けられた第１節状部材６０及び第２節状部材７０がそれぞれ接合されるが、フロントサイドフレーム５１では、第１節状部材６０及び第２節状部材７０がそれぞれフレーム本体１０の圧縮側及び引張側に分割して構成されている。
【００８４】
第１節状部材６０は、図７及び図８に示すように、フレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の引張側及び圧縮側となる車外側及び車内側にそれぞれ配置される引張側節状部材６１及び圧縮側節状部材６２から構成されている。
【００８５】
引張側節状部材６１は、図８に示すように、フレーム本体１０、具体的にはアウタパネル１１の内部を車体前後方向に区切るように設けられた隔壁部６１ａと、フレーム本体１０の上方側、下方側及び車外側に沿うように隔壁部６１ａの上辺部、下辺部及び車外側の側辺部にそれぞれ設けられた前方側へ延びる第１、第２及び第３フランジ部６１ｂ、６１ｃ、６１ｄとを有している。
【００８６】
引張側節状部材６１は、隔壁部６１ａが補強体２０の前方端部と接合されて補強体２０と接合され、第１フランジ部６１ｂがアウタパネル１１の上面部１１ａと接合され、第２フランジ部６１ｃがアウタパネル１１の下面部１１ｂと接合され、第３フランジ部６１ｄがアウタパネル１１の側面部１１ｃと接合されてアウタパネル１１に接合される。
【００８７】
一方、圧縮側節状部材６２は、フレーム本体１０、具体的にはインナパネル１２の内部を車体前後方向に区切るように設けられた隔壁部６２ａと、フレーム本体１０の上方側、下方側及び車内側に沿うように隔壁部６２ａの上辺部、下辺部及び車内側の側辺部にそれぞれ設けられた前方側へ延びる第１、第２及び第３フランジ部６２ｂ、６２ｃ、６２ｄとを有している。
【００８８】
圧縮側節状部材６２は、隔壁部６２ａが補強体２０に接合されることなく、第１フランジ部６２ｂがインナパネル１２の上面部１２ａと接合され、第２フランジ部６２ｃがインナパネル１２の下面部１２ｂと接合され、第３フランジ部６２ｄがインナパネル１２の側面部１２ｃと接合されてインナパネル１２に接合される。
【００８９】
第２節状部材７０についても、第１節状部材６０と同様に、フレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の引張側及び圧縮側となる車外側及び車内側にそれぞれ配置される引張側節状部材７１及び圧縮側節状部材７２から構成されている。
【００９０】
引張側節状部材７１は、図８及び後述する図９に示すように、フレーム本体１０、具体的にはアウタパネル１１の内部を車体前後方向に区切るように設けられた隔壁部７１ａと、フレーム本体１０の上方側、下方側及び車外側に沿うように隔壁部７１ａの上辺部、下辺部及び車外側の側辺部にそれぞれ設けられた後方側へ延びる第１、第２及び第３フランジ部７１ｂ、７１ｃ、７１ｄとを有している。
【００９１】
引張側節状部材７１は、隔壁部７１ａが補強体２０の後方端部と接合されて補強体２０と接合され、第１フランジ部７１ｂがアウタパネル１１の上面部１１ａと接合され、第２フランジ部７１ｃがアウタパネル１１の下面部１１ｂと接合され、第３フランジ部７１ｄがアウタパネル１１の側面部１１ｃと接合されてアウタパネル１１に接合される。
【００９２】
一方、圧縮側節状部材７２は、フレーム本体１０、具体的にはインナパネル１２の内部を車体前後方向に区切るように設けられた隔壁部７２ａと、フレーム本体１０の上方側、下方側及び車内側に沿うように隔壁部７２ａの上辺部、下辺部及び車内側の側辺部にそれぞれ設けられた後方側へ延びる第１、第２及び第３フランジ部７２ｂ、７２ｃ、７２ｄとを有している。
【００９３】
圧縮側節状部材７２は、隔壁部７２ａが補強体２０に接合されることなく、第１フランジ部７２ｂがインナパネル１２の上面部１２ａと接合され、第２フランジ部７２ｃがインナパネル１２の下面部１２ｂと接合され、第３フランジ部７２ｄがインナパネル１２の側面部１２ｃと接合されてインナパネル１２に接合される。
【００９４】
第２実施形態に係るフロントサイドフレーム５１では、補強体２０に第１節状部材６０及び第２節状部材７０を接合する際には、補強体２０の前方端部が第１節状部材６０の引張側節状部材６１と接合され、補強体２０の後方端部が第２節状部材７０の引張側節状部材７１と接合され、フレーム本体１０に荷重が入力される際にフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より引張側においてのみ接合される。
【００９５】
図９は、第２実施形態に係るフロントサイドフレームの製造方法を説明するための説明図である。第２実施形態に係るフロントサイドフレーム５１を製造する場合においても、先ず、第１板状部材２１と第２板状部材２２とを溶接接合して補強体２０を形成する。そして、補強体２０に引張側節状部材６１と引張側節状部材７１とを溶接接合する。
【００９６】
次に、図９に示すように、補強体２０に接合された引張側節状部材６１及び７１をアウタパネル１１に接合すると共に、圧縮側節状部材６２と圧縮側節状部材７２とをインナパネル１２に溶接接合し、その後に、アウタパネル１１をインナパネル１２と溶接接合し、フロントサイドフレーム５１を製造する。
【００９７】
フロントサイドフレーム５１についても、フレーム本体１０に荷重が入力されるとき、第１節状部材６０及び第２節状部材７０は、フレーム本体１０に入力された荷重を補強体２０に伝達するようにフレーム本体１０及び補強体２０に接合されている。
【００９８】
このように、本実施形態に係る車体フレーム５１においても、フレーム本体１０の内部に配設された補強体２０におけるフレーム本体１０の長手方向一方側及び他方側に、フレーム本体１０の内部を区切るようにフレーム本体１０に接合された第１節状部材６０及び第２節状部材７０がそれぞれ接合されている。これにより、フレーム本体１０に荷重が入力されてフレーム本体１０が曲げ変形する際に、フレーム本体１０に入力される荷重を第１節状部材６０及び第２節状部材７０を介して補強体２０に伝達することができる。
【００９９】
また、補強体２０は、複数の閉断面部２５と連結部２６とを有し、閉断面部２５が、互いに対向する一対の第１面部２５ａと一対の第２面部２５ｂとを備え、第２面部２５ｂが第１面部２５ａより長い断面略長方形状に形成されると共に、第２面部２５ｂが曲げの中立軸Ｌ１と略直交する方向に配置されている。これにより、第２面部が曲げの中立軸と略平行に配置された閉断面部や断面略正方形状に形成された閉断面部を用いる場合に比べて、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる。
【０１００】
また、フレーム本体１０は、アウタパネル１１及びインナパネル１２から閉断面状に形成され、第１及び第２節状部材６０、７０はそれぞれ、フレーム本体１０の引張側及び圧縮側にそれぞれ配置される引張側節状部材６１、７１及び圧縮側節状部材６２、７２から構成され、引張側節状部材６１、７１及び圧縮側節状部材６２、７２は、アウタパネル１１及びインナパネル１２にそれぞれ接合され、引張側節状部材６１、７１のみが補強体２０に接合されている。
【０１０１】
これにより、アウタパネル１１に、補強体２０に接合された第１及び第２節状部材６０、７０の引張側節状部材６１、７１を接合し、インナパネル１２に、第１及び第２節状部材６０、７０の圧縮側節状部材６２、７２を接合し、その後にアウタパネル１１及びインナパネル１２を接合することによって製造することが可能であり、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる車体フレームを比較的容易に製造することが可能である。
【０１０２】
本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
以上のように、本発明によれば、フレーム本体に入力された荷重を補強体に伝達することができ、重量の増加を抑制しつつエネルギ吸収量を高めることができる車両用フレーム構造を提供することができ、例えばフロントサイドフレームやリアサイドフレームなどの車体の一部を構成する車体フレームに広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【０１０４】
１、５１、１１０、１００、１２０  車体フレーム
１０  フレーム本体
１１  アウタパネル（第１車体構成部材）
１２  インナパネル（第２車体構成部材）
１２ｆ  ビード部（変形促進部）
２０  補強体
２５  閉断面部
２５ａ  第１面部
２５ｂ  第２面部
２６  連結部
３０、６０  第１節状部材
４０、７０  第２節状部材
６１、７１  引張側節状部材
６２、７２  圧縮側節状部材
【図１】
2015227123.tif 000003
【図２】
2015227123.tif 000004
【図３】
2015227123.tif 000005
【図４】
2015227123.tif 000006
【図５】
2015227123.tif 000007
【図６】
2015227123.tif 000008
【図７】
2015227123.tif 000009
【図８】
2015227123.tif 000010
【図９】
2015227123.tif 000011
【図１０】
2015227123.tif 000012
【図１１】
2015227123.tif 000013
【図１２】
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