(57)【要約】    【課題】  衝突時の衝撃吸収を軸方向についての塑性変形で行う多角形フレーム材の軸方向寸法を、限られた配置スペース内で大きく確保して、衝突時のエネルギ吸収量が増大するように構成する。    【解決手段】  多角形フレーム材２と他の中空フレーム材５との間に介装されるジョイント部材４を、多角形フレーム材の端部が嵌入固定される有底筒状の嵌合部４１と、この嵌合部の外周から外向きに延出されて、嵌合部を他の中空フレーム材内に受容させた態様で他の中空フレーム材に接合されるフランジ部４２とからなるものとする。特にジョイント部材における嵌合部の底壁４１ａに、多角形フレーム材の内板部２４に対応して中心部４３から放射状に複数条のリブ４４ａ〜４４ｆを延設する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面の外形輪郭が略正多角形状をなし、その多角形の辺に相当する複数の外板部と、多角形の頂点に相当する複数の頂角部へ向けて中心部から放射状に延出された複数の内板部とを有する多角形フレーム材を、ジョイント部材を介して他の中空フレーム材に結合する自動車用フレーム材の結合構造であって、
前記ジョイント部材が、前記多角形フレーム材の端部が嵌入固定される有底筒状の嵌合部と、この嵌合部の外周から外向きに延出されて、前記嵌合部を前記他の中空フレーム材内に受容させた態様で前記他の中空フレーム材に接合されるフランジ部とを有することを特徴とする自動車用フレーム材の結合構造。
【請求項２】
前記ジョイント部材における前記嵌合部の底壁に、前記多角形フレーム材の内板部に対応して中心部から放射状に複数条のリブが延設されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用フレーム材の結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時の衝撃エネルギを圧縮変形によって吸収する自動車用フレーム材の結合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の車体フレームにおいて、車体前部に設けられたフロントサイドフレームの軸線方向圧縮変形によって衝突時の衝撃エネルギを吸収するようにしたものが知られている。このような衝撃吸収フレーム材として、本出願と同一出願人は、アルミニウム合金の押出成型により、押し出し方向に直交する断面の外形輪郭が略正多角形状をなし、その多角形の辺に相当する複数の外板部と、多角形の頂点に相当する複数の頂角部へ向けて中心部から径方向に延出された複数の内板部とを有する多角形フレーム材を既に提案している（特許文献１・２・３参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２０８５１９号公報
【特許文献２】特開２００３−７２５８７号公報
【特許文献３】特開２００３−７２５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、前記のような衝撃吸収用の多角形フレーム材では、衝突時の衝撃吸収を軸方向についての塑性変形で行うため、多角形フレーム材の軸方向寸法により規定されるエネルギ吸収ストロークに応じてエネルギ吸収量が増減する。このため、他のフレーム材との結合構造を決定するにあたっては、エネルギ吸収量が増大するように、限られた配置スペース内で中空フレーム材の軸方向寸法を大きく確保し得る構成とすることが望まれる。
【０００４】
本発明は、このような発明者の知見に基づき案出されたものであり、その主な目的は、衝突時の衝撃吸収を軸方向についての塑性変形で行う多角形フレーム材の軸方向寸法を、限られた配置スペース内で大きく確保して、衝突時のエネルギ吸収量が増大するように構成された自動車用フレーム材の結合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、断面の外形輪郭が略正多角形状をなし、その多角形の辺に相当する複数の外板部（２１）と、多角形の頂点に相当する複数の頂角部（２２）へ向けて中心部（２３）から放射状に延出された複数の内板部（２４）とを有する多角形フレーム材を、ジョイント部材（４）を介して他の中空フレーム材（５）に結合する自動車用フレーム材の結合構造において、前記ジョイント部材が、前記多角形フレーム材の端部が嵌入固定される有底筒状の嵌合部（４１）と、この嵌合部の外周から外向きに延出されて、前記嵌合部を前記他の中空フレーム材内に受容させた態様で前記他の中空フレーム材に接合されるフランジ部（４２）とを有するものとした。
【０００６】
これによると、多角形フレーム材の軸方向の端部が他の中空フレーム材内に入り込むため、限られた配置スペース内で多角形フレーム材の軸方向寸法を大きく設定することができ、これにより衝突時のエネルギ吸収ストロークを大きく確保してエネルギ吸収量を増大することができる。
【０００７】
特に請求項２に示すとおり、前記ジョイント部材における前記嵌合部の底壁（４１ａ）に、前記多角形フレーム材の内板部に対応して中心部（４３）から放射状に複数条のリブ（４４ａ〜４４ｆ）が延設された構成とすることができる。これによると、多角形フレーム材が圧潰変形する際に多角形フレーム材の中心部からジョイント部材の嵌合部の底壁に入力される大きな荷重に対する曲げ強度がリブにより効率良く高められる。これにより多角形フレーム材の圧潰変形の途中でジョイント部材が破壊して多角形フレーム材による衝突エネルギ吸収を十分に機能させることができなくなる不都合を避けることができる
【０００８】
この場合、嵌合部の底壁の中心部から径方向外向きに延びたリブが、嵌合部の側壁側に回り込んで軸線方向に延びてフランジ部に到達し、同時に嵌合部の側壁から径方向外向きに延びて結合相手の中空フレーム材の周壁に近接する位置まで延設された構成とすると良い。これによると、多角形フレーム材とその結合相手の中空フレーム材とが異なる断面形状を有するためにフランジ部に生じる曲げ応力に対してフランジ部の強度がリブにより効率良く高められる。
【０００９】
さらに、前記リブは、フランジ部に近接するのにしたがって扇形状に拡幅された構成とすると良い。これによると、フランジ部とリブとの接続部分に発生するせん断力を分散して応力集中を緩和するため、ジョイント部材の材料破壊を確実に防止することができる。
【００１０】
特に前記多角形フレーム材は、バンパビームと一体化されてフロントバンパビームアセンブリを構成し、結合相手である他の中空フレーム材としてのサイドフレームに対してボルトにより締結固定されるものである場合、フロントバンパビームアセンブリの修理交換の際の脱着作業において、サイドフレームの端面開口に対して車体の前後方向にジョイント部材の嵌合部を出し入れすれば良く、また径方向外向きに張り出したフランジ部を貫通するボルトを車体の前後方向に抜き差しすれば良く、これによりフロントバンパビームアセンブリの脱着を車体の前方からの作業で行うことが可能になり、特に灯火類やフロントバルクヘッドなどの周辺部品を取り外すことなく作業を進めることができるため、作業性を高める利点が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、多角形フレーム材の軸方向の端部が他の中空フレーム材内に入り込むため、限られた配置スペース内で多角形フレーム材の軸方向寸法を大きく設定して衝突時のエネルギ吸収ストロークを大きく確保することができるため、衝突時のエネルギ吸収量を増大する上に大きな効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明が適用されたバンパビームアセンブリを示す斜視図である。図２は、図１に示したバンパビームアセンブリの上面図である。このバンパビームアセンブリでは、車体前部のフロントバンパフェイスに沿って設けられるバンパビーム１が、軸線方向の圧潰変形によって衝突時の衝撃エネルギを吸収する多角形フレーム２で左右両側を支持され、この左右の多角形フレーム２の前端は、左右のバンパエクステンション３を介してバンパビーム１に結合され、多角形フレーム２の後端は、ブラケット４を介してサイドフレーム５に結合される。
【００１４】
多角形フレーム２及びバンパビーム１は、アルミニウム合金にて押出成型されたものであり、バンパエクステンション３及びブラケット４は、アルミニウム合金にて鋳造成型されたものである。多角形フレーム２は、バンパエクステンション３及びブラケット４に対して溶接により一体化され、バンパエクステンション３は、バンパビーム１に対してボルト締結により一体化される。
【００１５】
これらバンパビーム１、多角形フレーム２、バンパエクステンション３、及びブラケット４からなるバンパビームアセンブリは、ブラケット４をボルト７によりサイドフレーム５に締結することでサイドフレーム５に取り付けられ、軽い衝突時にバンパビームアセンブリの構成部材のみの塑性変形で衝突エネルギの吸収し、バンパビームアセンブリのみの交換で修理が済むようになっている。
【００１６】
図３は、図１に示した多角形フレームとサイドフレームとの結合構造を示す分解斜視図である。多角形フレーム２は、断面の外形輪郭が実質的な正多角形状をなし、その多角形の辺に相当する複数の外板部２１と、多角形の頂点に相当する複数の頂角部２２へ向けて中心部２３から放射状に延出された複数の内板部２４とからなっている。特にここでは、多角形フレーム２は、外板部２１及び内板部２４をそれぞれ６つずつ有する正六角形状をなしている。
【００１７】
ブラケット４は、略ハット形の断面形状をなし、多角形フレーム２の端部が差し込まれる有底筒状の嵌合部４１と、この嵌合部４１の外周から外向きに延出された平板状のフランジ部４２とからなっており、嵌合部４１をサイドフレーム５の内部に受容させた態様で、フランジ部４２によりサイドフレーム５に接合固定されるようになっている。
【００１８】
またこのブラケット４は、多角形フレーム２の端部と溶接により接合され、このとき、多角形フレーム２の端面をブラケット４の嵌合部４１の底壁４１ａの内面に突き当てて、多角形フレーム２の外板部２１の軸線方向の端部と嵌合部４１の底壁４１ａとを例えばすみ肉溶接などで溶接すれば良く、これにより嵌合部４１内で多角形フレーム２の座屈変形が許容されるため、嵌合部４１に嵌入してサイドフレーム５内に入り込んだ多角形フレーム２の端部を、有効なエネルギ吸収ストロークとして機能させることができる。
【００１９】
サイドフレーム５は、中空で略方形状の断面形状をなし、その端部には、ブラケット４を接合するために板状の取付部５１が設けられている。この取付部５１には、ボルト７が螺合するナット５２が溶接にて予め固着されており、ブラケット４の嵌合部４１をサイドフレーム５の端面開口から内部に挿入してブラケット４のフランジ部４２とサイドフレーム５の取付部５１とを重ね合わせ、ボルト７をフランジ部４２のボルト挿通孔４６に通してナット５２に螺入することでブラケット４がサイドフレーム５に接合される。
【００２０】
このボルト７によりブラケット４をサイドフレーム５に組み付ける作業で、予め一体化されたバンパビームアセンブリがサイドフレーム５に取り付けられ、バンパビームアセンブリの修理交換の際の脱着作業においては、サイドフレーム５の端面開口に対して車体の前後方向にブラケット４の嵌合部４１を出し入れし、またボルト７を車体の前後方向に抜き差しすれば良く、これによりバンパビームアセンブリの脱着を車体の前方からの作業で行うことが可能になり、特に、図２に示したように、ヘッドランプ１１などの灯火類やフロントバルクヘッド１２などの周辺部品を取り外すことなく作業を進めることができる
【００２１】
ブラケット４の嵌合部４１の底壁４１ａには、多角形フレーム２の内板部２４に対応して中心部４３から放射状に複数条のリブ４４ａ〜４４ｆが延設されている。このリブ４４ａ〜４４ｆは、嵌合部４１の底壁４１ａから側壁４１ｂ側に回り込んでフランジ部４２に達するように延設されている。
【００２２】
図４は、図１に示したブラケットを多角形フレームの軸線に直交する平面で切断した断面図である。図５は、図４に示したＶ−Ｖ線で切断した断面図である。リブ４４ａ〜４４ｆは、嵌合部４１の側壁４１ｂからサイドフレーム５の周壁に近接する位置まで延設されている。特にここでは、多角形フレームの断面形状に対応して形成された略正６角形の断面形状をなす嵌合部４１の側壁４１ｂと、長方形状断面をなすサイドフレーム５との間において、サイドフレーム５の長辺方向に大きな間隙があり、このサイドフレーム５の長辺方向にリブ４４ａ〜４４ｆが延設されている。
【００２３】
また、リブ４４ａ〜４４ｆは、フランジ部４２の表面に近づくのにしたがって次第に拡幅された扇形状に形成されている。特にここでは、リブ４４ａ〜４４ｆの延設方向に直交する向き、すなわちサイドフレーム５の短辺方向にリブ４４ａ〜４４ｆが拡幅されている。これにより、フランジ部４２とリブ４４ａ〜４４ｆとの接続部分に発生するせん断力を分散して応力集中を緩和することができる。
【００２４】
図６は、図１に示した多角形フレームの断面内における各部位ごとの荷重発生状況を示している。多角形フレーム２に軸方向の衝突荷重が作用すると多角形フレーム２が座屈変形を起こすが、このとき、外板部２１は径方向の内外に変形可能であり、また頂角部２２及び内板部２４は周方向に変形可能であるのに対して、中心部２３は周囲の内板部２４により強く拘束されるため、座屈が規制されて大きな圧縮応力が発生する。このため、図５に示したように、ブラケット４の嵌合部４１の底壁４１ａでは、多角形フレーム２の中心部２３が当接する中心部４３に特に大きな荷重Ｆが作用する。
【００２５】
これに対して、嵌合部４１の底壁４１ａの中心部４３から径方向外向きに延びたリブ４４ａ〜４４ｆにより、嵌合部４１の底壁４１ａの断面２次モーメントが高く設定されているため、多角形フレーム２の中心部２３から入力される荷重Ｆにより嵌合部４１の底壁４１ａに発生する曲げ応力に対して高い強度を示す。
【００２６】
また図４に示したように、多角形フレーム２の断面形状に対応して形成された略正６角形の断面形状をなす嵌合部４１と、長方形状断面をなすサイドフレーム５とは、断面形状が大きく異なり、各々の稜線部分が互いにずれているため、軸方向の衝突荷重によりブラケット４のフランジ部４２に大きな曲げ応力が発生するが、嵌合部４１の側壁４１ｂに形成されたリブ４４ａ〜４４ｆが、側壁４１ｂからサイドフレーム５の周壁に近接する位置まで延設されているため、フランジ部４２に発生する曲げ応力に対して高い強度を示す。
【００２７】
図７は、図３に示したリブの形状の違いが強度に及ぼす影響を示す荷重特性図である。図４に示したように、リブ４４ａ〜４４ｆがフランジ部４２の近傍で扇形状に拡幅された構成（実施例１）は、扇形状に拡幅されずに真直な構成（実施例２）に比較して強度が大幅に向上しており、リブの形状によりジョイント部材の材料破壊を効果的に防止し得ることを確認することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、バンパビームシステムの例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多角形フレーム材をジョイント部材を介して他の中空フレーム材に結合する構成に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかる自動車用フレーム材の結合構造は、衝突時のエネルギ吸収ストロークを大きく確保してエネルギ吸収量を増大し得る効果を有し、衝突時の衝撃エネルギを圧縮変形によって吸収するために車体端部のサイドフレームに設けられる自動車用フレーム材の結合構造などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明が適用されたバンパビームアセンブリを示す斜視図である。
【図２】図１に示したバンパビームアセンブリの上面図である。
【図３】図１に示した多角形フレームとサイドフレームとの結合構造を示す分解斜視図である。
【図４】図１に示したブラケットを多角形フレームの軸線に直交する平面で切断した断面図である。
【図５】図４に示したＶ−Ｖ線で切断した断面図である。
【図６】図１に示した多角形フレームの断面内における各部位ごとの荷重発生状況を示す図である。
【図７】図３に示したリブの形状の違いが強度に及ぼす影響を示す荷重特性図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  バンパビーム
２  多角形フレーム
３  バンパエクステンション
４  ブラケット
５  サイドフレーム
７  ボルト
２１  外板部
２２  頂角部
２３  中心部
２４  内板部
４１  嵌合部、４１ａ  底壁、４１ｂ  側壁
４２  フランジ部
４３  中心部
４４ａ〜４４ｆ  リブ
【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】
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【図６】
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【図７】
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