(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にバンパーが連結される自動車フレームのサイドメンバーが、
鋼材チューブと、
アルミニウムチューブと前記アルミニウムチューブの外周面に形成されたガラス繊維強化複合材料チューブとの二重構造を有し、前記鋼材チューブに連結され、前記鋼材チューブと前記バンパーとの間に配置されるハイブリッドチューブと、を有し、
前記鋼材チューブと前記ハイブリッドチューブとの連結は、前記アルミニウムチューブの外側形状が、鋼材チューブの内側形状に等しく形成され、前記鋼材チューブ及びハイブリッドチューブが部分的に重なるように、前記アルミニウムチューブの端部を前記鋼材チューブに挿入し、重なった部分を貫通する少なくとも一つ以上の締結具により締結されて連結されることを特徴とする自動車フレームのサイドメンバー。
【請求項２】
自動車フレームのサイドメンバー製造方法が、
（ａ）アルミニウムチューブの外周面にガラス繊維マットを巻いて繊維プリフォームを形成し、前記繊維プリフォームに樹脂を含浸させ、前記繊維プリフォームに含浸された樹脂を硬化させることによって、前記アルミニウムチューブと外部ガラス強化繊維複合材チューブとからなる二重構造のハイブリッドチューブを形成する段階、
（ｂ）前記アルミチューブの外側形状が、鋼材チューブの内側形状に等しく形成され、前記鋼材チューブと前記ハイブリッドチューブとが部分的に重なるように、前記アルミニウムチューブの端部を前記鋼材チューブに挿入し、重なった部分を貫通する締結具で締結することにより、前記ハイブリッドチューブと前記鋼材チューブとを連結する段階、を有することを特徴とする自動車フレームのサイドメンバー製造方法。
【請求項３】
前記ガラス繊維マットは、連続長繊維マット（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｍａｔ）又はチョップドストランドマット（Ｒａｎｄｏｍ  Ｃｈｏｐｐｅｄ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｍａｔ）であることを特徴とする請求項２に記載の自動車フレームのサイドメンバー製造方法。
【請求項４】
前記樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の自動車フレームのサイドメンバー製造方法。
【請求項５】
前記樹脂は、不飽和ポリエステルであることを特徴とする請求項４に記載の自動車フレームのサイドメンバー製造方法。
【請求項６】
前記樹脂の含浸は、前記プリフォームが形成されたアルミニウムチューブを金型に入れ、金型内に樹脂を加圧注入して含浸することを特徴とする請求項２に記載の自動車フレームのサイドメンバー製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車フレームのサイドメンバー及びその製造方法に関するもので、特にフロントサイドメンバーとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車フレームのサイドメンバー２−１、２−２は、図１に示したように、通常四角形の閉断面構造を有し、自動車のフロント及びリヤー部に車体の長さ方向に配置されたフレーム１の一部である。特にフロントサイドメンバー２−１は、車輌のボディー（ｂｏｄｙ）の構成要素として十分な剛性を持ち、前方衝突時にエンジンが進入することを防止して車体及び装置を保護することができるように構成されなければならない。従って、追加的な剛性補強のために、又は構造的に脆弱な部位に補強材が加えられることもある。
【０００３】
一方、フロントサイドメンバー２−１は、衝突時衝突エネルギーを吸収して乗客を保護することができるように衝突安定性がさらに要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにサイドメンバー２−１、２−２が剛性と衝突安定性を共に兼備するようにその素材の選定や構造設計に対して絶えざる研究が進行されてきたが、これは非常に難しい課題である。それに加え、漸増する車輌の軽量化要求は、これをさらに難しくしている。
【０００５】
サイドメンバー軽量化の経緯のうち、多様な試みの一つは高強度鋼板の利用である。しかし、このような試みは、衝突エネルギー吸収能力の低下なしにパワートレーンとサスペンションマウンティングを考慮した十分な剛性が確保されなければならず、まだまだ解決しなければならない問題が山積している。
【０００６】
サイドメンバー軽量化の経緯のうち、もう一つの試みは、繊維強化プラスチックの利用である。しかし、繊維強化プラスチックは、自体脆性（ｂｒｉｔｔｌｅ）破壊により連続的な衝突荷重の吸収が難しい。従って、部材の安定的崩壊のために閉断面チューブの末端を鋭く加工するトリガー機構（ｔｒｉｇｇｅｒ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）が必要であり、それに荷重が軸方向に一致しない場合（曲げ荷重を受ける場合）にエネルギー吸収が低下する傾向がある。
【０００７】
本発明者は、このような不安定な崩壊現象を解決するとともに軽量化及びエネルギー吸収能力を確保するため、アルミニウムチューブにガラス繊維強化プラスチック（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ：以下、ＧＦＲＰと称する）を積層して硬化させたハイブリッドチューブ構造を提案した（参照：自動車工学会論文集Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．６，２０００．１２．，アルミニウム／ＧＦＲＰ混成四角チューブの静的圧縮崩壊及びエネルギー吸収特性）。このようなチューブ構造は、アルミニウムの延性（ｄｕｃｔｉｌｅ）特性がＧＦＲＰの脆性特性を補完していかなる形態の荷重にも安定的な崩壊を示し、各材料の相互作用により単位質量当りエネルギー吸収能力が向上する結果を示した。
【０００８】
しかし、前述のハイブリッドサイドメンバーの製造方法は、アルミニウムチューブにガラス繊維／エポキシプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ：ガラス繊維とエポキシの半硬化状態）を幾重も直接積層してオートクレーブ（ａｕｔｏｃｌａｖｅ：高温、高圧硬化オーブン）で硬化させる方法で製造され、生産性は低く生産単価は高くなる。それにこのような方法でサイドメンバーの全体部位を製造することは、さらに費用を高めることになり実用性が劣る問題点がある。
【０００９】
本発明は前記のような点を勘案して創出されたもので、前述のハイブリッドチューブの長所を有しながらも大量生産に適合し製作費用が低廉で、使用中にも交替及び整備が容易な自動車フレームのサイドメンバーを提供することにその目的がある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前述した本発明の自動車フレームのサイドメンバーの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による自動車フレームのサイドメンバーは、一端にバンパーが連結される自動車フレームのサイドメンバーが、鋼材チューブと、アルミニウムチューブと前記アルミニウムチューブの外周面に形成されたガラス繊維強化複合材料チューブとの二重構造を有し、前記鋼材チューブに連結され、前記鋼材チューブと前記バンパーとの間に配置されるハイブリッドチューブと、を有し、前記鋼材チューブと前記ハイブリッドチューブとの連結は、前記アルミニウムチューブの外側形状が、鋼材チューブの内側形状に等しく形成され、前記鋼材チューブ及びハイブリッドチューブが部分的に重なるように、前記アルミニウムチューブの端部を前記鋼材チューブに挿入し、重なった部分を貫通する少なくとも一つ以上の締結具により締結されて連結されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によるサイドメンバー製造方法は、（ａ）アルミニウムチューブの外周面にガラス繊維マットを巻いて繊維プリフォームを形成し、前記繊維プリフォームに樹脂を含浸させ、前記繊維プリフォームに含浸された樹脂を硬化させることによって、前記アルミニウムチューブと外部ガラス強化繊維複合材チューブとからなる二重構造のハイブリッドチューブを形成する段階、（ｂ）前記アルミチューブの外側形状が、鋼材チューブの内側形状に等しく形成され、前記鋼材チューブと前記ハイブリッドチューブとが部分的に重なるように、前記アルミニウムチューブの端部を前記鋼材チューブに挿入し、重なった部分を貫通する締結具で締結することにより、前記ハイブリッドチューブと前記鋼材チューブとを連結する段階、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記ガラス繊維マットが、連続長繊維マット（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｍａｔ）又はチョップドストランドマット（Ｒａｎｄｏｍ  Ｃｈｏｐｐｅｄ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｍａｔ）であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記樹脂は、熱硬化性樹脂で、不飽和ポリエステルであることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記樹脂の含浸は、前記プリフォームが形成されたアルミニウムチューブを金型に入れ、金型内に樹脂を加圧注入して含浸することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい一実施の形態について、添付図面を参照し詳細に説明する。
【００２０】
図２乃至図４は、本発明による自動車フレームのサイドメンバーの望ましい実施の形態を示した図面である。
【００２１】
本発明のサイドメンバー２００は、図２乃至図４に示したように、高強度鋼板である鋼材チューブ２１０とバンパー（図４で二点鎖線に示す）との間に配置されて鋼材チューブ２１０に連結されたハイブリッドチューブ２２０を有する。
【００２２】
本発明のハイブリッドチューブ２２０は、内部のアルミニウムチューブ２２１と外部のガラス繊維強化複合材料チューブ２２２とからなる二重構造を有する。
【００２３】
本発明のハイブリッドチューブ２２０及び鋼材チューブ２１０は、通常のサイドメンバー用チューブと同様に円形又は四角形の閉断面構造を有する。
【００２４】
鋼材チューブ２１０とハイブリッドチューブ２２０との連結は、図示したように、ハイブリッドチューブ２２０の一端部が鋼材チューブに挿入され部分的に重なって、二つのチューブが重なった部位２３０に少なくとも一つ以上、望ましくは少なくとも二つ以上の締結部材２４０、例えばボルト／ナット又はリベットで締結され連結されている。このために、二つのチューブは重なった部位２３０に少なくとも一つ以上、望ましくは少なくとも二つ以上のボルト又はリベットの締結孔２５１、２５２が形成されている。従って、望ましくは、図面に示した一実施の形態のように鋼材チューブ２１０に挿入されるハイブリッドチューブ部位にはガラス繊維強化複合材料チューブを形成しない方がよい。
【００２５】
このように本発明のハイブリッドチューブ２２０は、アルミニウムチューブ２２１とガラス繊維強化複合材料チューブ２２２との二重構造を有することにより、アルミニウムとガラス繊維強化複合材料との相互作用により安定的な崩壊モードでエネルギーを吸収することができるようになる。また、サイドメンバー全体を交替する程ではない低速衝突の場合には、ハイブリッドチューブ２２２だけを簡単に交替することにより修理費用を節減することができる。
【００２６】
以下に、本発明による自動車フレームのサイドメンバーの製造方法について説明する。
【００２７】
本発明のハイブリッドチューブ２２２は、樹脂移送成形（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ：ＲＴＭ）により製造される。樹脂移送成形は、金型内に予め補強材を位置させておき、外部から圧力を加えて樹脂を含浸、硬化させて製品を生産する方法をいう。この方法は、生産性が高く機械的な性質に優れた製品を得ることができ、複雑な形状の大形部品を容易に成形することができるとともに、補強材の量と方向性を調節して製品の機械的な性質を向上させることができるなどの長所を有しており、最近大いに脚光を浴びる成形法である。
【００２８】
従って、金型形状に適合するようにバインダーを使用してプリフォームを製造しなければならず、予め適合するように製造されたアルミニウムチューブ２２１の外周面に連続長繊維ストランドマット（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ＳｔｒａｎｄＭａｔ）又はチョップドストランドマット（Ｒａｎｄｏｍ  Ｃｈｏｐｐｅｄ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｍａｔ）のようなガラス繊維を巻いてプリフォームを形成する。この場合、金型内の樹脂流動予測のためにプリフォームの透過性係数を予め実験で測定することが望ましい。
【００２９】
次いで、プリフォームの形成されたアルミニウムチューブを金型内に配置し、外部から圧力を加えてプリフォームに樹脂が含浸されるようにした後これを硬化させる。使用される樹脂としては、比較的粘度の低い熱硬化性樹脂（１００〜１０００ｃＰ）の不飽和ポリエステルである。不飽和ポリエステルは、低圧で樹脂を注入することができるため成形器の形体器具と金型の簡略化が可能であり、射出成形や圧縮成形に比べて成形費用を減少させることができる。
【００３０】
樹脂移送成形工程の生産性を左右する重要な過程は、樹脂の注入と硬化過程である。樹脂の注入では、圧力、温度、粘度流動速度などが考慮されなければならなく、圧力と温度を調節して速い硬化と流動が同時に得られるように最適化しなければならない。
【００３１】
このように製造されたハイブリッドチューブ２２０を予め適合するように製造された鋼材チューブ２１０に連結する。連結は、上述したようにハイブリッドチューブ２２０の一端部を鋼材チューブに挿入し部分的に重なるようにして、その部位２３０にリベット又はボルト／ナット締結、その他溶接などの多様な連結方法により連結する。このために二つのチューブの重なる部位に多数のボルト締結孔２５１、２５２を予め形成する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、次のような優れた効果がある。
ハイブリッドチューブがアルミニウムチューブとガラス繊維強化複合材料チューブとの二重構造を有することから、アルミニウムチューブのアルミニウムとガラス繊維強化複合材料との相互作用により安定的な崩壊モードでエネルギーを吸収することができるようになる。
【００３３】
また、サイドメンバー全体を交替する程ではない低速衝突の場合には、ハイブリッドチューブだけを簡単に交替することにより修理費用を節減することができる。
サイドメンバーの前方部をこのチューブが代替することによって得られる軽量化の効果も大きい。
ＲＴＭ工程の特性上、大量生産及び原価節減にも非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の通常の自動車フレームを示した斜視図である。
【図２】本発明の自動車フレームのサイドメンバーを示した斜視図である。
【図３】本発明の自動車フレームのサイドメンバーの分解斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ’矢視縦断面図である。
【符号の説明】
２００    サイドメンバー
２１０    鋼材チューブ
２２０    ハイブリッドチューブ
２２１    アルミニウムチューブ
２２２    ガラス繊維強化複合材料チューブ
【図１】
0004048301.tif 000002
【図２】
0004048301.tif 000003
【図３】
0004048301.tif 000004
【図４】
0004048301.tif 000005