JP4413650B2 - Bonding structure for automotive frame materials - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to an automobile frame material coupling structure that absorbs impact energy at the time of collision by compressive deformation.
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。）。
しかるに、前記のような多角形フレーム材においては、他のフレーム構成材と結合するにあたり、印籠嵌合で差し込み式に結合する構成が考えられるが、このような構成では、多角形フレーム材が結合相手のフレーム構成材と嵌合する領域内において、そのフレーム構成材により多角形フレーム材が拘束されて、多角形フレーム材の面外方向の座屈変形が妨げられることから、有効なエネルギ吸収ストロークとして機能しなくなる不都合が生じる。他方、他のフレーム構成材との嵌合によるエネルギ吸収ストロークへの影響を小さく抑えるため、嵌合寸法を短くする構成も考えられるが、このようにすると、多角形フレーム材の軸線方向と異なる横向きの外力に対する強度低下を招くことから、所要の強度を実現するためにフレーム材の断面寸法や長さなどの設計事項に制約を与える不都合が生じる。 However, in the case of the polygon frame material as described above, it is possible to adopt a configuration in which the frame material is coupled in a plug-in manner with a seal fitting when coupled with other frame components. In such a configuration, the polygon frame material is coupled. Since the polygonal frame material is constrained by the frame component material in the region where it mates with the other frame component material, the buckling deformation in the out-of-plane direction of the polygonal frame material is prevented. As a result, the inconvenience of not functioning occurs. On the other hand, in order to suppress the influence on the energy absorption stroke due to the fitting with other frame components, a configuration in which the fitting dimension is shortened is also conceivable. However, in this case, the horizontal direction is different from the axial direction of the polygon frame material. As a result, the strength of the frame member is reduced with respect to the external force, so that inconveniences are imposed on the design items such as the cross-sectional dimension and length of the frame material in order to achieve the required strength.
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において、軸線方向と異なる横向きの外力に対する強度低下を招くことなく、結合相手のフレーム構成材と嵌合する領域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。 The present invention has been devised on the basis of such inventor's knowledge, and the main purpose thereof is a polygonal frame material that absorbs shock at the time of collision by plastic deformation in the axial direction. Provided is an automotive frame material coupling structure configured such that a region fitted with a frame component of a coupling partner can function as an effective energy absorbing stroke without causing a decrease in strength against different lateral external forces. There is.
このような課題を解決するために、本発明においては、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（２）と、その結合相手となる他のフレーム構成材（３・４）とを結合する自動車用フレーム材の結合構造において、前記結合相手となるフレーム構成材が、前記多角形フレーム材が嵌入する筒状の嵌合部（３３・４１）に、その内面から径方向内向きに突出して、前記多角形フレーム材の頂角部に対して径方向外側から当接する突出部（３４・４４）を有し、前記多角形フレーム材の圧縮変形の際に前記外板部の径方向外向きの変形を許容する空間（Ａ・Ｂ）が、前記嵌合部の内面と前記外板部との間に画成されるようにし、前記フレーム構成材の突出部が、前記多角形フレーム材に対する当接面を略円弧状断面に形成されると共に、前記多角形フレーム材の頂角部に、径方向内向きに凹となる凹部（２５）が形成され、この凹部に前記突出部を当接させて、前記突出部を前記内板部と整合する位置に保持するようにしたものとした。特に、前記フレーム構成材が、バンパビーム（１）に連結されるバンパエクステンション（３）であり、このバンパエクステンションに、前記バンパビームに連結される本体部（３２）から前方に突出した態様で前記嵌合部（３３）が形成されて、その嵌合部に前記多角形フレーム材の前端部が嵌入する構成とすると良い。また、前記フレーム構成材が、サイドフレーム（５）の前端に取り付けられるブラケット（４）であり、このブラケットに、前記サイドフレームに連結されるフランジ部（４２）から後方に突出した態様で前記嵌合部（４１）が形成されて、その嵌合部に前記多角形フレーム材の後端部が嵌入する構成とすると良い。 In order to solve such a problem, in the present invention, the outer contour of the cross section has a substantially regular polygonal shape, and a plurality of outer plate portions (21) corresponding to the sides of the polygon, and the apex of the polygon. A polygonal frame member (2) having a plurality of inner plate portions (24) radially extending from the central portion (23) toward a plurality of corresponding apex angle portions (22), and a coupling partner thereof In the joining structure of an automobile frame material that joins another frame constituent material (3, 4), the frame constituent material that is the joining partner is a cylindrical fitting portion (33 · 41) has a projecting portion (34, 44) projecting radially inward from the inner surface thereof and coming into contact with the apex portion of the polygonal frame material from the radially outer side, Allow the outer plate portion to deform radially outward during compression deformation Approximately between (A · B) is, as defined between the inner surface and the outer plate portion of the fitting portion, the projecting portion of the frame structure material, an abutment surface for said polygonal frame member A concave portion (25) that is formed in an arcuate cross section and that is concave inward in the radial direction is formed in the apex portion of the polygonal frame member, and the protrusion is brought into contact with the concave portion to thereby form the protrusion. The part was held at a position aligned with the inner plate part . In particular, the frame component is a bumper extension (3) connected to the bumper beam (1), and the fitting is performed on the bumper extension in a manner protruding forward from a main body (32) connected to the bumper beam. A portion (33) may be formed, and the front end portion of the polygonal frame material may be fitted into the fitting portion. The frame component is a bracket (4) attached to the front end of the side frame (5), and the fitting is performed on the bracket in a manner protruding rearward from a flange portion (42) connected to the side frame. A joining portion (41) is formed, and the rear end portion of the polygonal frame material is preferably fitted into the fitting portion.
これによると、多角形フレーム材が結合相手となるフレーム構成材の嵌合部に差し込まれた領域内で円滑に座屈変形を起こすことができるため、多角形フレーム材の嵌合領域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、これにより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。その上、多角形フレーム材の軸線方向と異なる横向きの外力に対しては、内板部の面方向に生じる応力が、この内板部と整合する位置にある突出部に作用するため、大きな耐力を確保することができ、横向きの外力による多角形フレーム材の変形を抑制することができる。 According to this, since the polygonal frame material can be smoothly buckled and deformed in the region where the polygonal frame material is inserted into the fitting portion of the frame component material to be joined, the polygonal frame material fitting region is effective. It can be made to function as an energy absorption stroke, thereby ensuring a large energy absorption stroke and increasing the amount of energy absorption. In addition, for lateral force different from the axial direction of the polygonal frame material, the stress generated in the surface direction of the inner plate part acts on the protruding portion at a position aligned with the inner plate portion, so that it has a large proof stress. Can be ensured, and deformation of the polygonal frame material due to lateral external force can be suppressed.
この場合、前記嵌合部は、多角形フレーム材の軸線方向の端面が突き当てられる規制部を一端に備え、前記多角形フレーム材は、外板部の軸線方向の端部を規制部と溶接接合して結合相手となるフレーム構成材に対して固定された構成とすると良い。これによると、外板部は、変形の自由度が比較的高いため、衝突荷重の負担が小さいので、ここを溶接することにより、溶接の熱影響部による耐荷重の低下を小さく抑えることができる。 In this case, the fitting portion is provided with a restricting portion with which an end face in the axial direction of the polygonal frame material is abutted at one end, and the polygonal frame material is welded to the restricting portion with the axial end portion of the outer plate portion. It is good to set it as the structure fixed with respect to the frame structural material which joins and becomes a connection partner. According to this, since the outer plate portion has a relatively high degree of freedom of deformation, the burden of the collision load is small, so by welding here, it is possible to suppress a decrease in load resistance due to the heat affected zone of welding. .
このように本発明によれば、多角形フレーム材が結合相手となるフレーム構成材の嵌合部に差し込まれた嵌合領域内でも円滑に座屈変形を起こすため、嵌合領域が有効なエネルギ吸収ストロークとして機能するようになり、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上に多大な効果を奏する。 Thus, according to the present invention, since the polygonal frame material smoothly buckles and deforms even in the fitting region inserted into the fitting part of the frame constituent material to be joined, the fitting region has effective energy. It functions as an absorption stroke, and has a great effect in securing a large energy absorption stroke and increasing the amount of energy absorption.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a perspective view showing a bumper beam assembly to which the present invention is applied. FIG. 2 is a top view of the bumper beam assembly shown in FIG. In this bumper beam assembly, a
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。
The
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に取り付けられる。
The bumper beam assembly including the
図３は、図１に示した多角形フレーム及びバンパエクステンションを示す斜視図である。図４は、図１に示した多角形フレーム及びバンパエクステンション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。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。
FIG. 3 is a perspective view showing the polygonal frame and the bumper extension shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the polygon frame and the bumper extension shown in FIG. 1 cut along a plane orthogonal to the axis of the polygon frame. The
バンパエクステンション３は、車体幅方向に延在して一端にバンパビーム１に対する連結部３１を備えた本体部３２と、多角形フレーム２を取り囲む態様で本体部３２から車体前方に突出した筒状の嵌合部３３とを有しており、この嵌合部３３の内面には、径方向内向きに突出して多角形フレーム２の頂角部２２に対して径方向外側から当接する複数の突出部３４が設けられており、多角形フレーム２の座屈変形の際に外板部２１の径方向外向きの変形を許容する空間Ａが嵌合部３３と外板部２１との間に画成されるようになっている。
The
軸方向の衝突荷重により多角形フレーム２が座屈変形する際には、頂角部２２は、内板部２４により径方向の変形を規制されるものの周方向に変形可能であり、また外板部２１は、径方向の内外に変形可能であるため、多角形フレーム２が円滑に座屈変形を起こすが、多角形フレーム２がバンパエクステンション３の嵌合部３３内に差し込まれた嵌合領域内でも、嵌合部３３に設けられた突出部３４が頂角部２２の周方向の変形を拘束せず、また空間Ａにより外板部２１の径方向外向きの変形が許容されるため、多角形フレーム２は嵌合領域外と略同様にして円滑に座屈変形を起こすことができる。
When the
またこの多角形フレーム２では、軸線方向と異なる横向きの外力が作用すると、その分力が内板部２４に面方向の応力を発生させるが、この応力は、頂角部２２に当接して内板部２４と整合する位置にある突出部３４を介して嵌合部３３に作用し、変形自由度が高く変形し易い外板部２１には大きな荷重が作用しない。このため、多角形フレーム２は軸線方向と異なる横向きの外力に対して大きな耐力を有しており、横向きの外力による多角形フレーム２の変形を抑制することができる。
Further, in this
バンパエクステンション３の嵌合部３３に設けられた突出部３４は、多角形フレーム２に対する当接面を略円弧状断面に形成されている。また、多角形フレーム２の頂角部２２は、正六角形の頂角を切除した態様で径方向内向きに僅かに凹となっており、その凹部２５は、その中心を内板部２４の中心に整合させた位置に形成され、この凹部２５に当接する突出部３４が頂角部２２の周方向の変形を適度に拘束し、突出部３４を内板部２４と整合する位置に保持するようになっている。
The
図５は、図１に示した多角形フレーム及び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。ブラケット４は、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フランジ部４２とからなっており、フランジ部４２を貫通するボルト７によりサイドフレーム５に対して締結固定される。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the polygonal frame and bracket shown in FIG. 1 cut along a plane perpendicular to the axis of the polygonal frame. The
ブラケット４の嵌合部４１の内面には、前記バンパエクステンション３の嵌合部３３と同様、径方向内向きに突出して多角形フレーム２の頂角部２２に対して径方向外側から当接する複数の突出部４４が設けられており、多角形フレーム２の座屈変形の際に外板部２１の径方向外向きの変形を許容する空間Ｂが嵌合部４１と外板部２１との間に画成されるようになっている。突出部４４は、多角形フレーム２に対する当接面を略円弧状断面に形成されている。
Similar to the
図６は、図５に示したVI−VI線で切断した断面図である。バンパエクステンション３の嵌合部３３には、その略全長に渡って突出部３４が軸線方向に延設され、多角形フレーム２の頂角部２２に当接している。またブラケット４の嵌合部４１は、有底筒状に形成され、その側壁４１ｂには、その略全長に渡って突出部４４が軸線方向に延設され、多角形フレーム２の頂角部２２に当接している。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI shown in FIG. In the
図７は、図５に示したVII−VII線で切断した断面図である。バンパエクステンション３の嵌合部３３と多角形フレーム２の外板部２１との間には、外板部２１の径方向外向きの変形を許容する空間Ａが画成されており、またブラケット４の嵌合部４１と多角形フレーム２の外板部２１との間にも、同様に外板部２１の径方向外向きの変形を許容する空間Ｂが画成されており、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の各々と嵌合する領域内で円滑に座屈変形を起こし、その全長に渡って有効なエネルギ吸収ストロークとして機能する。なお、座屈変形時の外板部２１の変形を許容する空間Ａ・Ｂは、座屈振幅の半分以上の間隙寸法に設定すると良い。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII shown in FIG. Between the
バンパエクステンション３の嵌合部３３には、多角形フレーム２の軸線方向の端面が突き当てられる内向きフランジ部３５を一端に備え、多角形フレーム２は、外板部２１の軸線方向の端部を内向きフランジ部３５と溶接接合され、例えば突合せ溶接による溶接ビード３６によりバンパエクステンション３に対して固定される。またブラケット４の嵌合部４１は、有底筒状に形成され、その底壁４１ａに多角形フレーム２の軸線方向の端面が突き当てられ、多角形フレーム２は、外板部２１の軸線方向の端部を底壁４１ａと溶接接合され、例えばすみ肉溶接による溶接ビード４６によりブラケット４に対して固定される。このため、衝突荷重の負担が小さい外板部２１に溶接の熱影響が限定されるため、溶接による耐荷重の低下を小さく抑えることができる。
The
図８は、図５に示したフレーム材の結合構造の別の例を示す断面図である。この多角形フレーム８１では、耐荷重を増大するため、前記図５に示した例における頂角部２２の凹部２５が廃止され、頂角部８２が径方向外向きに凸となっており、この凸部にブラケットの嵌合部９１に設けられた突出部９２が当接している。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the frame material coupling structure shown in FIG. In this
図９は、図４・図５に示したフレーム材の結合構造における軸方向の荷重とストロークとの相関関係を示している。多角形フレーム２の頂角部２２を拘束せずに外板部２１を面拘束した構成（比較例）では、軸方向の荷重が入力されることで生じる変形量（stroke）が、嵌合部３３・４１に差し込まれた領域（拘束部）内に及ぶと、急激な荷重（force）の上昇が生じるのに対し、図４・図５に示したように、突出部３４・４４により頂角部２２を拘束した構成（実施例）では、嵌合領域（拘束部）内で座屈変形が進行することから、急激な荷重の上昇までの変形量、すなわちエネルギ吸収ストロークが大きくなっており、軸方向の衝突荷重に関する本発明の有効性を確認することができる。
FIG. 9 shows the correlation between the axial load and the stroke in the frame material coupling structure shown in FIGS. In the configuration (comparative example) in which the
図１０は、図４・図５に示したフレーム材の結合構造における横方向の外力が入力されたときの荷重特性図である。図４・図５に示したように嵌合部３３・４１内面の突出部３４・４４により多角形フレーム２の頂角部２２を拘束した構成（実施例）では、頂角部２２を拘束しない構成（比較例）に比較して、横方向（フレームの軸線に対して直交する方向）の外力が入力したときの変形量（Stroke）に対する発生荷重（Load）が大きくなっており、これにより横方向の外力に対する剛性及び強度が大幅に向上していることが認められ、横方向の外力に関する本発明の有効性を確認することができる。
FIG. 10 is a load characteristic diagram when a lateral external force is input in the frame material coupling structure shown in FIGS. 4 and 5. As shown in FIGS. 4 and 5, in the configuration (example) in which the
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他の様々なフレーム構成材に結合する構成に広く適用することができる。 In the present embodiment, the example of the bumper beam system has been described. However, the present invention is not limited to this, and is widely applied to a configuration in which a polygonal frame material is combined with other various frame components. be able to.
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する効果を有し、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。 The combined structure of the automobile frame material according to the present invention has an effect of increasing the energy absorption amount by ensuring a large energy absorption stroke at the time of collision, and in order to absorb impact energy at the time of collision by compressive deformation. This is useful as a coupling structure for automobile frame materials provided on the side frames of the parts.
１ バンパビーム
２・８１ 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
２１ 外板部
２２・８２ 頂角部
２３ 中心部
２４ 内板部
２５ 凹部
３３・４１・９１ 嵌合部
３４・４４・９２ 突出部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記結合相手となるフレーム構成材が、前記多角形フレーム材が嵌入する筒状の嵌合部に、その内面から径方向内向きに突出して、前記多角形フレーム材の頂角部に対して径方向外側から当接する突出部を有し、前記多角形フレーム材の圧縮変形の際に前記外板部の径方向外向きの変形を許容する空間が、前記嵌合部の内面と前記外板部との間に画成されるようにし、
前記フレーム構成材の突出部が、前記多角形フレーム材に対する当接面を略円弧状断面に形成されると共に、前記多角形フレーム材の頂角部に、径方向内向きに凹となる凹部が形成され、この凹部に前記突出部を当接させて、前記突出部を前記内板部と整合する位置に保持するようにしたことを特徴とする自動車用フレーム材の結合構造。 The outer contour of the cross section has a substantially regular polygonal shape, and extends radially from the center toward a plurality of outer plate portions corresponding to the sides of the polygon and a plurality of apex portions corresponding to the apexes of the polygon. A frame structure for an automobile that combines a polygonal frame material having a plurality of inner plate portions and a frame component material to be combined therewith,
The frame constituent material that is the mating partner protrudes radially inward from the inner surface of the cylindrical fitting portion into which the polygon frame material is fitted, and has a diameter with respect to the apex angle portion of the polygon frame material. A space that has a protruding portion that abuts from the outside in the direction, and allows a radially outward deformation of the outer plate portion when the polygonal frame material is compressed and deformed, and an inner surface of the fitting portion and the outer plate portion so as to be defined between the,
The projecting portion of the frame constituent material is formed in a substantially arc-shaped cross section with respect to the polygonal frame material, and a concave portion that is recessed radially inward at the apex angle portion of the polygonal frame material. An automobile frame material coupling structure, characterized in that the projecting portion is formed in contact with the concave portion and the projecting portion is held at a position aligned with the inner plate portion .
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