JP2016022881A - 接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｔ字形の接合部に作用するねじり荷重に対する剛性を向上できるようにする。
【解決手段】接合構造は、第１部材１０の側部に第２部材２０が接合され、Ｔ字形状をなし、第１上面１１ａ及びフランジ２５が、接合部３０で接合される。第１上面１１ａの裏側面には、長リブ１５ａが設けられる。長リブ１５ａは、第２部材２０の長手方向に対して交わる方向で第１部材１０の長手方向に沿って延び、接合部３０に重なるように配置される。長リブ１５ａは、裏面から離れる方向の長さよりも、第１部材１０の長手方向に沿う方向の長さが長い。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化樹脂材からなる２つの部材をＴ字形に接合する接合構造に関する。

Ｔ字形に接合される構造には、例えば、自動車の骨格を形成する部材を接合する構造がある。例えば、サイドメンバーとクロスメンバーの接合部は、Ｔ字形の接合構造となる。サイドメンバーは、車両前後方向に延びる部材で、クロスメンバーは、車幅方向に延びる部材である。これらの部材の結合については、例えば特許文献１に開示されている技術が知られている。

特許文献１には、サイドフレーム（サイドメンバー）及びクロスメンバーが鋳造等により一体に構成されている例が開示されている。サイドフレーム及びクロスメンバーとで、Ｔ字形を構成している。このＴ字形の部分に、リブを設けることによって、当該Ｔ字形の部分の剛性を向上させている。

特開平６−３２１１３８号公報

サイドメンバー及びクロスメンバーのＴ字形の接合部が一体に形成される場合には、当該文献に開示されているようにリブを設けることでＴ字形状部の剛性を固めることはできる。一方で、これらの骨格部材について、車体の軽量化等を目的として繊維強化樹脂材により構成されるものがある。これらは、溶着等（接着、超音波溶着、振動溶着等を含む。）により接合される。

上記文献に開示されるリブ構造の例では、別体の部材同士を接合するときに、各部材の接合部分を補強するように構成することは困難である。また、車体の骨格部材に限らず、繊維強化樹脂材により形成される部材同士をＴ字形に接合する場合の接合強度や剛性を向上させることは、上記例を適用することが困難な場合がある。

樹脂材は、鉄やアルミニウム等の金属材料に比べて比重が小さいが、機械的特性では劣る。これに対して、繊維強化樹脂材は、当該機械的特性を炭素繊維やガラス繊維で補う材料である。繊維強化樹脂材料は一般の樹脂材に比べて高コストなため、使用する量を抑制しつつ、要求性能を満足させること等が求められる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、繊維強化樹脂材からなる部材がＴ字形に接合される構造について、ねじり荷重に対する剛性を向上できるようにする接合構造を提供することである。

上記目的を達成するため本発明に係る接合構造は、繊維強化樹脂材からなり第１方向に延びる長尺の第１部材に、繊維強化樹脂材からなり前記第１方向に垂直な第２方向に延びる長尺の第２部材を接合する接合構造であって、前記第１部材には、前記第１方向に延びる平坦な第１主面と、前記第１方向に延び前記第１主面に垂直な側壁面とが設けられ、前記第１部材は、Ｌ字形の横断面形状を有し、前記第２部材には、前記第１主面に隣接し、前記第２方向に延びる平坦な第２主面が設けられ、前記第２主面の前記第１方向両側には、前記意第２方向に延び前記第２主面に垂直な縦壁面が設けられ、前記第２部材は、コの字形の横断面形状を有し、前記第２主面の第２方向端には、前記第１主面に当接するフランジが設けられ、前記第１主面及び前記フランジが、少なくとも１つの接合部で接合することによって、前記第１部材及び前記第２部材でＴ字形状に構成された接合構造において、前記第１主面の裏面には、少なくとも１つの長リブが設けられており、前記長リブは、前記第２方向に交差する方向で前記第１方向に沿うように延び、前記接合部に重なるように配置され、前記裏面から離れる方向の長さよりも、前記第１方向に沿う方向の長さが長くなるように構成されている。

また、本発明に係る接合構造の一態様では、前記第２主面及び前記縦壁面の裏面には、前記コの字状の横断面形状に沿うように内側リブが設けられ、該内側リブは、前記第１部材に隣接する位置に配置されている。

また、本発明に係る接合構造の一態様では、前記フランジは、前記第１方向に沿って延びており、前記長リブは、前記フランジの長手方向端と前記第１主面との境界上を超えて、前記第１方向に延びている。

また、本発明に係る接合構造の一態様では、前記接合部は、前記裏面に前記第１方向に間隔を空けて少なくとも２つ配置されており、前記長リブは、それぞれの前記接合部に重なるように、前記第１方向に間隔を空けて配置されている。

また、本発明に係る接合構造の一態様では、前記内側リブは、２枚の板材が交差してＸ字状を構成するＸ字状リブであり、前記第１部材の前記側壁面と前記第２部材の前記縦壁面とで角部が構成されており、前記Ｘ字状リブは、前記角部に隣接するように配置されている。

また、本発明に係る接合構造の一態様では、前記Ｘ字状リブの前記第１部材に近い方の端部から、Ｘ字状に交差する交差方向に沿って、前記第１部材に向かって延長したときの延長線上に、前記接合部が配置されている。

本発明によれば、長リブが接合部を通るように且つ第１部材の回転方向に沿うように、長リブを第１主面に設けることで、接合部周辺に応力が集中するのを抑え、変形を抑制できる。第２部材から所定の荷重の入力があると、第１部材には曲げモーメントが発生する。第２部材の長手方向に略垂直な長リブを第１部材に設けることで、第１部材及び第２部材の接合部の曲げモーメントに対する剛性を高め、第２部材及び第１部材それぞれに垂直な方向の曲げに対する強度及び剛性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る接合構造の一態様によれば、入力側となる第２部材の接合部近傍の剛性を高め、変形を抑えることで、フランジに発生する変形を抑えることができる。それによって、第２部材から第１部材への荷重の伝達をより確実に行うことができ、接合部に発生する応力を削減することが可能となる。

また、本発明に係る接合構造の一態様によれば、フランジの長手方向端よりも外側まで長リブを延長することで、接合部周辺の変形の抑制効果が向上し、フランジによる接触面積の拡大することが可能となり、応力の集中を緩和することができる。これにより、広い面積に応力を分散できるようになり、強度及び剛性の低下を抑制することが可能となる。

また、本発明に係る接合構造の一態様によれば、２つの接合部があるときに、長リブを必要な範囲（部分）に配置することで、部材削減が可能であり、部材の材料の使用を抑制することができる。

また、本発明に係る接合構造の一態様によれば、第２部材内にＸ字状リブを設けることで、第２部材のねじれに対する剛性を高め、接合部に発生する変形をより確実に低減することができる。さらに、第１部材への荷重の分散をより確実にすることで、接合部に発生する局所的に高い応力及び変形を緩和することが可能になる。

また、本発明に係る接合構造の一態様によれば、第１部材上の長リブと第２部材上のＸ字状リブを連動させることで、ねじれによって発生する応力を、第２部材の長手方向によって効果的に分散させることができるようになる。

本発明に係る接合構造の一例を示し、車体の下部構造の一部を示す概略斜視図である。 本発明に係る第１の実施形態の接合構造の斜視図で、図１のＡ部付近を拡大して示す部分斜視図である。 図１の接合構造を、車両下方から見た斜視図である。 図１の第１長リブの傾斜範囲を示す部分下面図である。 図１のＸ字状リブと接合部との関係を示す部分下面図である。 本発明に係る接合構造の第２の実施形態を示す概略斜視図である。

以下、本発明に係る接合構造の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明に係る接合構造は、２つの部材（第１部材及び第２部材）を備え、第２部材の長手方向端が、第１部材の長手方向の側部に接合され、Ｔ字形状をなす構造である。以下の第１及び第２の実施形態では、車体の骨格を構成するクロスメンバー２０がサイドメンバー１０に接続される構造の例について説明する。すなわち、第１部材はサイドメンバー１０、第２部材はクロスメンバー２０の例について説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態のサイドメンバー１０は、車体の骨格を構成する部材で、車両前後方向に延び、車幅方向両側に一対に配置される部材である。この例のサイドメンバー１０は、繊維強化樹脂材により形成されている。クロスメンバー２０は、サイドメンバー１０と同様に、車体の骨格を構成する部材である。当該クロスメンバー２０は、車幅方向に延びる部材であり、サイドメンバー１０の側部に接合されている。

上述したように、樹脂材は鉄やアルミニウム等の金属材料に比べて比重が小さいが機械的特性では劣る。繊維強化樹脂材は、劣っている機械特性について炭素繊維やガラス繊維で補う材料である。この例では、例えば、ＧＦＲＰ(Glass fiber reinforced plastics)のようなガラス繊維を用いたものや、ＣＦＲＰのようなカーボン繊維を用いたものにより形成される。サイドメンバー１０、クロスメンバー２０及びフロアパネル３５は、接着剤による接着や、超音波溶着及び振動溶着等により接合される。

以下、サイドメンバー１０及びクロスメンバー２０の接合構造について説明する。

図１に示すように、１つのサイドメンバー１０は、車幅方向外側に配置され、車両前後方向に延びる部材である。また、図２に示すように、サイドメンバー１０は、第１上壁部１１、内側壁部１２及び外側壁部１３を有する。第１上壁部１１には、水平に延びる第１上面１１ａが形成されている。内側壁部１２は、第１上壁部１１の車幅方向内側に配置されており、第１上面１１ａに垂直な内側壁面１２ａが形成されている。詳細な説明は省略するが、第１上壁部１１の車幅方向外側には、外側壁部１３が設けられている。

第１上壁部１１と内側壁部１２とで、Ｌ字形の横断面形状が形成される。この例では、第１上壁部１１、内側壁部１２及び外側壁部１３で、車両下方に開くコの字形の横断面形状が形成される。

クロスメンバー２０は、車幅方向に延びる部材であり、車幅方向外側端がサイドメンバー１０の第１上壁部１１及び内側壁部１２に接続される。接続については後で説明する。

クロスメンバー２０は、第２上壁部２１と、２つの縦壁部（前方縦壁部２２及び後方縦壁部２３）を有する。第２上壁部２１には、水平に延びる第２上面２１ａが形成されている。前方縦壁部２２は、第２上壁部２１の車両前部に配置されており、第２上面２１ａに垂直な前方縦壁面２２ａが形成されている。後方縦壁部２３は、第２上壁部２１の車両後部に配置されており、第２上面２１ａに垂直な後方縦壁面２３ａが形成されている。第２上壁部２１、前方縦壁部２２及び後方縦壁部２３で、車両下方に開くコの字形の横断面形状が形成される。

第２上面２１ａの車幅方向外側端には、車幅方向外側に突出するフランジ２５が設けられている。フランジ２５は、第２上面２１ａの車幅方向端から第２上面２１ａに連続するように延びており、サイドメンバー１０の第１上面１１ａに当接する。フランジ２５は、車両前後方向に延びる略長方形状である。また、フランジ２５は、第２上面２１ａの車両前端よりも車両前方に突出し、車両後端よりも車両後方に突出している。第１上面１１ａ及びフランジ２５は、２つの接合部３０で接合されている。これらの接合部３０は、車両前後方向に間隔を空けて設けられている。当該接合は、上記のように接着剤による接着や、超音波溶着及び振動溶着等により行われる。

また、前方縦壁部２２及び後方縦壁部２３の車幅方向外側には、サイドメンバー１０の内側壁面１２ａに当接する当接部２４が設けられている。この当接部２４と内側壁面１２ａとは、接合されている。当該接合は、フランジ２５と第１上面１１ａとの接合と同様に接着剤、超音波溶着及び振動溶着等により行われる。なお、接合部の図示は省略している。また、サイドメンバー１０及びクロスメンバーの車両下部には、下部フランジが設けられており、この下部フランジでフロアパネル３５に上記のように溶着（接着剤による接着や、超音波溶着及び振動溶着等を含む。）されている。

図２及び図３に示すように、第１上面１１ａの裏面には、長板状の２つの長リブ（第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂ）が設けられている。第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂは、サイドメンバー１０の長手方向（車両前後方向）に沿って延び、互いに車両前後方向に間隔を空けて配置されている。車両前側の接合部３０には第１長リブ１５ａが重なるように配置され、車両後方の接合部３０には第２長リブ１５ｂが重なるように配置される。なお、図３では、フロアパネル３５の図示は省略している。

当該第１長リブ１５ａの高さ及び第２長リブ１５ｂの高さよりも、車両前後方向長さが長くなるように構成される。ここで、高さとは、サイドメンバー１０の第１上面１１ａの裏面から車両下方に離れる方向の長さで、車両上下方向長さである。

第１長リブ１５ａは、車両前側（図３における上側）の接合部３０を起点として、フランジ２５の車両前方端と第１上面１１ａとの境界上を通り、車両前方に向かって延びる。また、第２長リブ１５ｂは、車両後側（図３における下側）の接合部を起点として、フランジ２５の車両後方端と第１上面１１ａとの境界上を通り、車両後方に向かって延びる。

また、第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂは、車両前後方向に対して車幅方向外側にやや傾斜している。第１長リブ１５ａは、接合部３０から離れるにしたがって（車両前方に向かうにしたがって）クロスメンバー２０から遠ざかる方向（車幅方向外側）に傾斜している。第２長リブ１５ｂは、第１長リブ１５ａと同様に、接合部３０から離れるにしたがって（車両後方に向かうにしたがって）クロスメンバー２０から遠ざかる方向（車幅方向外側）に傾斜している。

第１長リブ１５ａ等を傾斜させる場合には、第１長リブ１５ａ等は、サイドメンバー１０の長手方向に沿うように配置されればよい。好ましくは、クロスメンバー２０の長手方向（車幅方向）と、第１長リブ１５ａの長手方向のなす角度で、車幅方向内側で車両前方に形成される角度は、９０度（垂直）から１３５度程度であるとよい。同様に、クロスメンバー２０の長手方向（車幅方向）と、第２長リブ１５ｂの長手方向のなす角度で、車幅方向内側で車両後方に形成される角度は、９０度（垂直）から１３５度程度であるとよい。すなわち、図４に示す角度αが、９０度（α１）から１３５度（α２）程度であるとよい。なお、図示は省略するが、角度αが、クロスメンバー２０に近づくように、例えば４５度程度であってもよい。

クロスメンバー２０の第２上面２１ａに裏面には、Ｘ字状リブ２６が設けられている。このＸ字状リブ２６は、２枚の板材が交差して、車両上方視でＸ字形状を構成する。Ｘ字状リブ２６は、クロスメンバー２０がサイドメンバー１０に接合される接合部付近に配置される。

図２に示すように、サイドメンバー１０の内側壁面１２ａと、クロスメンバー２０の前方縦壁面２２ａとで、前方角部２２ｂが構成される。ここでは、クロスメンバー２０の当接部２４と前方縦壁面２２ａとで前方角部２２ｂが構成されている。同様に、内側壁面１２ａ（当接部２４）と後方縦壁面２３ａとで後方角部２３ｂが形成される。Ｘ字状リブ２６は、これら前方角部２２ｂ及び後方角部２３ｂに隣接するように配置されている。

図５に示すように、Ｘ字状リブ２６のサイドメンバー１０に近い方の端部から、Ｘ字状リブ２６を構成する板材の長手方向（交差方向）に延長したときの延長線上には、接合部３０が配置される。延長線は、図５の一点鎖線Ｘで示すように、Ｘ字状リブ２６の車両上方視で、車幅方向外側（図５における下方）に開く方向に延長する線である。Ｘ字状リブ２６の交差角度を変化させることにより、サイドメンバー１０の接合部周辺に負荷される荷重方向が変化する。当該交差角度が変わることによる荷重方向の変化に対応して、長リブ１５ａ、１５ｂについて接合部３０から延ばす方向を変えることが好ましい。さらに、クロスメンバー２０とサイドメンバー１０の接合部周辺に負荷される荷重方向を見極めた後に、長リブ１５ａ、１５ｂを延ばす方向（α）を決定することが好ましい。

以上説明したように接合構造を構成することによって、第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂが接合部３０を通り、サイドメンバー１０の回転方向に沿うように第１長リブ１５ａ等を第１上面１１ａの裏側の平面に設けることで、接合部３０の周辺の応力が集中するのを抑え、変形を抑えることができる。クロスメンバー２０から所定のねじり荷重の入力があると、サイドメンバー１０には曲げモーメントが発生する。クロスメンバー２０の長手方向に略垂直な長リブをサイドメンバー１０に設けることで、サイドメンバー１０及びクロスメンバー２０の接合部の曲げモーメントに対する剛性を高め、サイドメンバー１０及びクロスメンバー２０のそれぞれに垂直な方向（車両上下方向）の曲げに対する強度及び剛性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、クロスメンバー２０にＸ字状リブ２６等を設けることで、入力側となるクロスメンバー２０の接合部近傍の剛性を高め、変形を抑えることで、フランジ２５に発生する変形を抑えることができる。それによって、クロスメンバー２０からサイドメンバー１０への荷重の伝達をより確実に行うことができ、接合部に発生する応力を削減することが可能となる。

また、フランジ２５の長手方向端よりも外側まで長リブを延長することで、より接合部３０周辺の変形を抑えることができ、フランジ２５による接触面積の拡大することが可能となり、応力の集中を緩和することができる。これにより、広い面積に応力を分散できるようになり、強度及び剛性の低下を抑制することが可能となる。

本実施形態によれば、２つの接合部３０にそれぞれ第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂを配置するように構成されているため、必要な範囲に長リブを配置することができ、部材削減が可能で、部材の材料の使用を抑制することができる。

また、クロスメンバー２０内にＸ字状リブ２６を設けることで、クロスメンバー２０のねじれに対する剛性を高め、接合部に発生する変形をより確実に低減することができる。さらに、サイドメンバー１０への荷重の分散をより確実にすることで、接合部３０に発生する局所的に高い応力及び変形を緩和することが可能になる。

さらに、サイドメンバー１０上の長リブ１５ａ、１５ｂとクロスメンバー２０上のＸ字状リブ２６を連動させることで、ねじれによって発生する応力を、クロスメンバー２０の長手方向（車幅方向）によって効果的に分散させることができるようになる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態では、図６に示すように、クロスメンバー２０の内側に、コの字状リブ２９が設けられている。当該コの字状リブ２９は、第２上面２１ａ、前方縦壁面２２ａ、後方縦壁面２３ａそれぞれの裏面に取り付けられた長方形状の板材によって構成されている。コの字状リブ２９についても、Ｘ字状リブ２６と同様に、接合部付近に配置すればよい。

本実施形態によれば、Ｘ字状リブ２６を設けるのと同様に、クロスメンバー２０にコの字状リブ２９等を設けることで、入力側となるクロスメンバー２０の接合部近傍の剛性を高め、変形を抑えることで、フランジ２５に発生する変形を抑えることができる。それによって、クロスメンバー２０からサイドメンバー１０への荷重の伝達をより確実に行うことができ、接合部に発生する応力を削減することが可能となる。

［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

第１及び第２の実施形態では、２つの接合部３０それぞれに別の長リブを配置しているがこれに限らない。１つの長リブが、２つの接合部３０に重なるように構成してもよい。この場合、１つの長リブの車両前後方向長さは、フランジ２５の車両前後方向長さよりも長くなるように構成される。また、１つの長リブは、フランジ２５の車両前後方向端から前方及び後方に突出するように配置すればよい。また、第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂは、それぞれ接合部３０を起点として延びているが、これに限らない。第１長リブ１５ａ及び第２長リブ１５ｂが各接合部３０の接合領域を通り越して、各接合部３０を跨ぐように延びてもよい。

また、第２の実施形態で説明したコの字状リブ２９を、第１の実施形態で説明したＸ字状リブ２６に組み合わせるように構成してもよい。また、上記のクロスメンバー２０等は、断面が車両下方に開くコの字形状であるが、上方に開くように構成してもよい。

上記実施形態では、車体を構成する部材であるサイドメンバー１０とクロスメンバー２０の接合について説明したが、これに限らない。例えば、センターピラーとサイドシルを接合する構造や、フロントピラーとフロントサイドメンバーを接合する構造等にも適用することができる。さらに、本発明に係る接合構造は、車体を構成する部材に限られるものではなく、２つの部材をＴ字形に接合する構造に適用可能である。

１０ サイドメンバー（第１部材）
１１ 第１上壁部
１１ａ 第１上面
１２ 内側壁部
１２ａ 内側壁面
１３ 外側壁部
１５ａ 第１長リブ
１５ｂ 第２長リブ
２０ クロスメンバー（第２部材）
２１ 第２上壁部
２１ａ 第２上面
２２ 前方縦壁部
２２ａ 前方縦壁面
２２ｂ 前方角部
２３ 後方縦壁部
２３ａ 後方縦壁面
２３ｂ 後方角部
２４ 当接部
２５ フランジ
２６ Ｘ字状リブ
２９ コの字状リブ
３０ 接合部
３５ フロアパネル

Claims (6)

1. 繊維強化樹脂材からなり第１方向に延びる長尺の第１部材に、繊維強化樹脂材からなり前記第１方向に垂直な第２方向に延びる長尺の第２部材を接合する接合構造であって、
   前記第１部材には、前記第１方向に延びる平坦な第１主面と、前記第１方向に延び前記第１主面に垂直な側壁面とが設けられ、前記第１部材は、Ｌ字形の横断面形状を有し、
   前記第２部材には、前記第１主面に隣接し、前記第２方向に延びる平坦な第２主面が設けられ、前記第２主面の前記第１方向両側には、前記意第２方向に延び前記第２主面に垂直な縦壁面が設けられ、前記第２部材は、コの字形の横断面形状を有し、
   前記第２主面の第２方向端には、前記第１主面に当接するフランジが設けられ、
   前記第１主面及び前記フランジが、少なくとも１つの接合部で接合することによって、前記第１部材及び前記第２部材でＴ字形状に構成された接合構造において、
   前記第１主面の裏面には、少なくとも１つの長リブが設けられており、
   前記長リブは、
   前記第２方向に交差する方向で前記第１方向に沿うように延び、
   前記接合部に重なるように配置され、
   前記裏面から離れる方向の長さよりも、前記第１方向に沿う方向の長さが長くなるように構成されていることを特徴とする接合構造。
2. 前記第２主面及び前記縦壁面の裏面には、前記コの字状の横断面形状に沿うように内側リブが設けられ、
   該内側リブは、前記第１部材に隣接する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
3. 前記フランジは、前記第１方向に沿って延びており、
   前記長リブは、前記フランジの長手方向端と前記第１主面との境界上を超えて、前記第１方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合構造。
4. 前記接合部は、前記裏面に前記第１方向に間隔を空けて少なくとも２つ配置されており、
   前記長リブは、それぞれの前記接合部に重なるように、前記第１方向に間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の接合構造。
5. 前記内側リブは、２枚の板材が交差してＸ字状を構成するＸ字状リブであり、
   前記第１部材の前記側壁面と前記第２部材の前記縦壁面とで角部が構成されており、
   前記Ｘ字状リブは、前記角部に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の接合構造。
6. 前記Ｘ字状リブの前記第１部材に近い方の端部から、Ｘ字状に交差する交差方向に沿って、前記第１部材に向かって延長したときの延長線上に、前記接合部が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の接合構造。

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