JP5472025B2

JP5472025B2 - 車両の締結構造

Info

Publication number: JP5472025B2
Application number: JP2010231389A
Authority: JP
Inventors: 弘太郎捧; 圭水野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: CN103209885A; US8801072B2; WO2012049844A1; CN103209885B; DE112011103467T5; JP2012081916A; US20130168989A1

Description

本発明は、車両のキャビンとシャーシフレームとを締結する車両の締結構造に関するものである。

従来、下記特許文献１に示されるように、シャーシフレームから入力される外力に対するボディの強度を高め、またシャーシフレームから入力される振動エネルギーを分散させることによりフロアパネルの振動および車室内のこもり音を抑えることを目的として、シャーシフレームに対してボディのピラー近くのフロアクロスメンバがボディマウントを介して支持された車両用ボディマウント構造において、上記フロアクロスメンバにおけるピラーの直下位置に、ボディマウントにおけるマウントボルトの一端部を固定することが行われている。

特開２００１−２３９９５５号公報

上記特許文献１に開示された車両用ボディマウント構造では、ピラー直下位置のフロアクロスメンバに溶接されたボディマウント用のナットに、マウントボルトをキャビン（ボディ）の下方から締め付けて結合することにより、キャビンのフロアパネルに作業用開口部を形成することなく、シャーシフレームに対するキャビンの締結作業を容易に行い得るように構成している。しかし、上記車両に前突事故等が発生してシャーシフレームを後退させる方向の衝撃荷重が入力された場合には、上記ナットによる支持部を基点としてマウントボルトに大きな剪断力が付与され、そのねじ溝部に応力が集中して該マウントボルトが破断し易いという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、車両のキャビンとシャーシフレームとの締結強度を簡単な構成で効果的に向上させることができる車両の締結構造を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、車両のキャビンとシャーシフレームとを締結する車両の締結構造であって、上記キャビンおよびシャーシフレームの一方に設けられたマウントブラケットと、その他方に設けられた被締結部材と、該被締結部材に止着される締結部材と、上記マウントブラケットと上記被締結部材との間に配設される緩衝部材とを有し、上記被締結部材には、締結部材が止着される止着部と、該止着部に上記締結部材を案内する案内部とが設けられるとともに、該案内部の基端部には、車両の衝突時に上記シャーシフレームに入力された衝撃荷重に応じて変形した締結部材に当接して該締結部材を支持する支持部が設けられたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の車両の締結構造において、上記締結部材の軸径よりも大径の挿通孔と、その先端部に設けられた先窄まりのガイド部とが上記案内部に設けられるとともに、上記挿通孔の基端部により締結部材の支持部が構成されたものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載の車両の締結構造において、挿通孔の全長がその口径よりも大きな値に設定されたものである。

請求項４に係る発明は、上記請求項３に記載の車両の締結構造において、挿通孔の全長が上記締結部材の直径の１．５〜２．０倍に設定されるとともに、挿通孔の口径が上記締結部材の軸径の１．２〜１．５倍に設定されたものである。

請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の締結構造において、締結部材の先端部に形成されたセルフタッピングねじ部が上記被締結部材の止着部にねじ込まれることにより、上記締結部材が被締結部材に螺着されるように構成されたものである。

請求項１に係る発明では、車両のキャビンとシャーシフレームとを締結する車両の締結構造において、上記キャビンおよびシャーシフレームの一方に設けられたマウントブラケットと、その他方に設けられた被締結部材と、該被締結部材に止着される締結部材と、上記マウントブラケットと上記被締結部材との間に配設される緩衝部材とを有し、上記被締結部材に、締結部材が止着される止着部と、該止着部に上記締結部材を案内する案内部とを設けるとともに、該案内部の基端部に、車両の衝突時に上記シャーシフレームに入力された衝撃荷重に応じて変形した締結部材に当接して該締結部材を支持する支持部を設けため、上記衝撃荷重を締結部材の長さ方向に分散させて支持することができ、該締結部材の特定部に上記衝撃荷重に対応した剪断荷重が集中的に作用して締結部材が破断されるという事態の発生を効果的に防止し、該締結部材により締結された車両のキャビンとシャーシフレームとの締結強度を安定して維持できるという利点がある。

請求項２に係る発明では、上記締結部材の軸径よりも大径の挿通孔と、その先端部に設けられた先窄まりのガイド部とを上記案内部に設け、上記挿通孔の基端部により締結部材の支持部を構成したため、上記締結部材の先端部を上記案内部の端部から止着部に挿入する際に、その挿入位置を目視することなく上記挿入作業を容易に行うことができるとともに、上記締結部材に形成されたねじ溝等の端部を上記挿通孔の端部からなる支持部から離間した位置に配設することにより、上記ねじ溝部を基点とした破断が上記締結部材に生じるのを効果的に防止できるという利点がある。

請求項３に係る発明では、挿通孔の全長をその口径よりも大きな値に設定したため、車両の前突時等に、上記締結部材が弾性変形するのに応じ、該締結部材の下方部を案内部の下端部に対して確実に当接させることができる。

請求項４に係る発明では、挿通孔の全長を上記締結部材の直径の１．５〜２．０倍に設定するとともに、挿通孔の口径を上記締結部材の軸径の１．２〜１．５倍に設定したため、簡単かつコンパクトな構成で車両の前突時等に上記案内部の下端部に締結部材の下方部を当接させて、これを適正に支持できるという利点がある。

請求項５に係る発明では、締結部材の先端部に形成されたセルフタッピングねじ部を上記被締結部材の止着部にねじ込むことにより、上記締結部材が被締結部材に螺着されるように構成したため、該締結部材の締結作業と同時に上記止着部の周面にねじ溝を形成することができ、上記締結部材の止着作業を容易に行うことができるとともに、該締結部材により車両のキャビンとシャーシフレームとを適正に締結できるという利点がある。

本発明に係る締結構造を備えた車両の全体構成を示す斜視図である。上記車両のシャーシフレームの構造を示す側面図である。上記車両のシャーシフレームの構造を示す斜視図である。上記車両のシャーシフレームの構造を示す平面図である。本発明に係る締結構造の実施形態を示す正面断面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。締結部材を被締結部材に締結する前の状態を示す図６相当図である。締結部材が変形した状態を示す図６相当図である。従来例の締結構造を示す図６相当図である。締結部に作用する荷重に応じて締結部の変位状態を示すグラフである。

図１〜図４は、本発明の実施形態に係る車両のサスペンション支持構造を備えた小型トラックからなる車両１の全体構成を示している。該車両１は、エンジンルーム２および車室３を有するキャビン４と、その後方に配設された荷台５とを有し、これらがシャーシフレーム６上に支持されている。該シャーシフレーム６は、車両１の前後方向に延びる左右一対のサイドフレーム７，７と、該左右のサイドフレーム７，７を連結するように車幅方向に延びる複数本のクロスメンバ８〜１４とにより平面視で梯子状に形成されている。

上記シャーシフレーム６のサイドフレーム７は、エンジンルーム２の左右両側辺部を支持する細幅部１５と、その後端部に連設されるとともに後方側に至るに従って幅寸法が大きくなるように変化する拡幅部１６と、その後端部に連設された広幅部１７とを有し、該広幅部１７により上記キャビン４および荷台５の左右両側辺部が支持されている。また、上記サイドフレーム７の拡幅部１６と広幅部１７との境界部および該広幅部１７の前後方向中間部には、上記キャビン４を支持するマウントブラケット１８が設けられている。

上記キャビン４には、図５〜図７に示すように、その床面部を構成するフロアパネル１９の下面に溶接されるフランジ部２０と、上記フロアパネル１９と所定距離を置いてその下方に配設された底面部２１とを有する断面ハット型のアッパプレート２２が取り付けられている。該アッパプレート２２の下方には、そのフランジ部２０とともに、フロアパネル１９の下面に一体的に溶接されるフランジ部２３と、上記アッパプレート２２の底面部２１と所定距離を置いてその下方に配設された底面部２４とを有する断面ハット型のロアプレート２５が取り付けられている。

上記アッパプレート２２の底面部２１とロアプレート２５との間には、上記キャビン４とシャーシフレーム６とを締結する締結部材２６が止着される被締結部材２７が設置され、該被締結部材２７の上端部が取付ボルト２８によりアッパプレート２２の底面部２１に固着されている。上記被締結部材２７は、断面円形の棒状体からなり、その上部には上記取付ボルト２８が螺着されるねじ孔２９が形成されるとともに、その下方には上記締結部材２６が止着される止着部３０が形成されている。

上記止着部３０は、締結部材２６に先端部に形成されたセルフタッピングねじ部３１の直径よりもやや小さい内径を有する開口部からなっている。そして、上記締結部材２６によりキャビン４とシャーシフレーム６とを締結する際に、上記セルフタッピングねじ部３１を被締結部材２７の止着部３０にねじ込むことにより、該セルフタッピングねじ部３１に対応したねじ溝を止着部３０の周面に形成しつつ、該止着部３０に上記締結部材２６の先端部を螺着するように構成されている。

また、上記被締結部材２７の下端部には、締結部材２６のセルフタッピングねじ部３１を上記止着部３０に案内する案内部３２が形成されている。該案内部３２は、上記締結部材２６の軸径、具体的にはセルフタッピングねじ部３１の直径よりも大径の挿通孔３３と、その先端部（上端部）に設けられた先窄まりのテーパ面からなるガイド部３４とを有している。上記挿通孔３３の全長Ｌは、その口径Ｄよりも大きな値に設定されることにより、後述するように車両１の衝突時に、上記シャーシフレーム６に入力された衝撃荷重に応じて変形した締結部材２６を支持する支持部が、上記挿通孔３３の基端部により構成されている。

上記ロアプレート２５の底面部２４には、締結部材２６のセルフタッピングねじ部３１が挿通される開口部が上記挿通孔３３に対応した位置に形成されている。また、上記締結部材２６の先端部に形成されたセルフタッピングねじ部３１の全長Ｎは、該セルフタッピングねじ部３１を上記被締結部材２７の止着部３０に螺着した状態で、該止着部３０のやや下方に上記セルフタッピングねじ部３１の下端部が位置するように、上記止着部３０の全長よりも所定距離だけ長く形成されている。

上記マウントブラケット１８は、基端部がシャーシフレーム６の外面に溶接されるとともに、先端部が車幅方向外方側に向けて突出する上面板３７と、その周縁部を囲繞するように設けられた側面板３８とを有している。上記マウントブラケット１８の上面板３７には、ゴムブッシュ等からなる緩衝部材３９の設置孔４０が形成されるとともに、該緩衝部材３９を保持する保持部材４１が取付ボルト４２により固定されるようになっている。なお、図５において、符号３６は、キャビン４の側辺部に設けられたサイドシルである。

上記マウントブラケット１８は、上下一対のワッシャプレート４３，４４と、両ワッシャプレート４３，４４間に配設されたパイプ材からなるスペーサ４５と、上記上面板３７の下方に配設される取付プレート４６と、該取付プレート４６の下面に配設されたナット４７とを有している。また、上記保持部材４１には、マウントブラケット１８の上面板３７に取付ボルト４２を介して固定される固定板５０と、上記緩衝部材３９の下方部を抱持する抱持部５１とが設けられている。

そして、上記緩衝部材３９をスペーサ４５に外嵌して固定するとともに、上記緩衝部材３９を保持部材４１の抱持部５１に抱持させ、かつ上記スペーサ４５上下にワッシャプレート４３，４４をそれぞれ配設した状態で、上記保持部材４１を、マウントブラケット１８の上面板３７に形成された設置孔４０の上方から該設置孔４０内に挿入して上記保持部材４１をマウントブラケット１８の上面板３７に固定することにより、該マウントブラケット１８に緩衝部材３９が支持されるようになっている。

上記締結部材２６および緩衝部材３９等を用いて車両１のキャビン４をシャーシフレーム６に締結するには、上記保持部材４１の固定板５０および上記取付プレート４６とによってマウントブラケット１８の上面板３７を上下から挟持した状態で、上記取付ボルト４２をナット４７に螺着することにより、上記保持部材４１を介してマウンドブラケット１８に緩衝部材３９を固定する。また、マウントブラケット１８の下方から下部ワッシャプレート４４、スペーサ４５および上部ワッシャプレート４３の上方に挿通するように設置された締結部材２６のセルフタッピングねじ部３１を、上記シャーシフレーム６に固定された被締結部材２７の下方から上記案内部３２内に挿入する。

次に、上記締結部材２６の先端部に設けられたセルフタッピングねじ部３１を上記案内部３２の挿通孔３３内に導入した後、上記ガイド部３４を介してセルフタッピングねじ部３１の先端部を案内することにより、該セルフタッピングねじ部３１を被締結部材２７の止着部３０内に導入する。そして、上記締結部材２６を図外の回動工具で回転駆動しつつ、上記セルフタッピングねじ部３１を被締結部材２７の止着部３０にねじ込んで、該被締結部材２７に上記締結部材２６の先端部を螺着することにより、マウントブラケット１８の上部ワッシャプレート４３をキャビン４に取り付けられたロアプレート２５の底面部２４に圧接させて、上記マウントブラケット１８にキャビン４に固定する。

このようにしてシャーシフレーム６のサイドフレーム７に設けられたマウントブラケット１８を、キャビン４の側面部下面に取り付けられたロアプレート２５に固定することにより、該キャビン４と上記シャーシフレーム６との間に上記緩衝部材３９を配設した状態で、上記マウントブラケット１８および締結部材２６等を介して車両１のキャビン４とシャーシフレーム６とを締結することができる。

上記構成を有する車両１の前端部が障害物に衝突する等により上記シャーシフレーム６を後退させる方向の衝撃荷重が入力された場合には、上記マウントブラケット１８を介して緩衝部材３９およびスペーサ４５が後方に付勢される。この結果、図８に示すように、上記締結部材２６の上方部が被締結部材２７に保持された状態で、締結部材２６の下方部が後方に押圧されて締結部材２６が傾斜するように弾性変形することにより、上記被締結部材２７に設けられた案内部３２の下端部に当接して支持されることになる。

上記のように車両１のシャーシフレーム６に設けられたマウントブラケット１８と、上記キャビン４に設けられた被締結部材２７との間に緩衝部材３９を配設した状態で、締結部材２６によりキャビン４とシャーシフレーム６とを締結するように構成した車両の締結構造において、上記被締結部材２７に、締結部材２６が止着される止着部３０と、該止着部３０に上記締結部材２６を案内する案内部３２とを設けるとともに、車両１の衝突時に上記シャーシフレーム６に入力された衝撃荷重に応じて変形した締結部材２６に当接して該締結部材２６を支持する支持部を上記案内部３２の端部に設けたため、車両１のキャビン４とシャーシフレーム６との締結強度を簡単な構成で効果的に向上できるという利点がある。

すなわち、上記案内部３２を設けることなく、例えば図９に示す従来構造のように、フロアパネル１９の下方に設けられた被締結部材６１の下部略全域に亘り、締結部材６４の雄ねじ部６２が螺着される雌ねじ部６３を設けた構造とした場合には、車両１の前突時にシャーシフレーム６を後退させる方向の衝撃荷重Ｋに応じ、上記被締結部材６１の雌ねじ部６３に螺着された雄ねじ部６２の下端部近傍６２ａに大きな剪断力および曲げ荷重が集中して作用するため、該雄ねじ部６２の下端部近傍に形成されたねじ溝部を基点として締結部材６４が破断し易い傾向がある。

これに対して、図６および図７に示すように、上記締結部材２６の軸径より大径の挿通孔３３と、その先端部に設けられた先窄まりのガイド部３４とを有する案内部３２上記被締結部材２７に設けるとともに、上記挿通孔３３の全長Ｌをその口径Ｄよりも大きな値に設定した本発明に係る実施形態では、車両１の前突時にシャーシフレーム６を後退させる方向の衝撃荷重Ｋが上記マウントブラケット１８を介して緩衝部材３９およびスペーサ４５が作用するのに応じ、図８に示すように、上記締結部材２６の下方部が後方に押圧されることにより締結部材２６が弾性変形して傾斜状態となった場合に、上記被締結部材２７に設けられた案内部３２の下端部に上記締結部材２６の下方部が当接して支持されることになる。

したがって、上記衝撃荷重を締結部材２６の長さ方向に分散させて支持することができ、該締結部材２６の特定部に上記衝撃荷重に対応した剪断荷重が集中的に作用して締結部材２６が破断されるという事態の発生を効果的に防止し、該締結部材２６により締結された車両１のキャビン４とシャーシフレーム６との締結強度を安定して維持できるという利点がある。しかも、上記案内部３２の下端部からなる支持部と、上記締結部材２６に端部に形成されたセルフタッピングねじ部３１の下端部とを離間させた状態で上記締結部材２６のセルフタッピングねじ部３１を被締結部材２７の止着部３０に止着することができるため、上記セルフタッピングねじ部３１のねじ溝部を基点として締結部材２６が破断するという事態の発生を効果的に防止することができる。

例えば、図９に示す従来例おいて、１３ｍｍの直径を有する締結ボルトからなる締結部材６４を用いた締結部に作用する荷重を徐々に増大させて締結部の変位量を測定し、かつ図６および図７に示す本発明例において、１３ｍｍの直径を有するセルフタッピングボルトからなる締結部材２６を用いた締結部に作用する荷重を徐々に増大させて締結部の変位量を測定する試験を行ったところ、図１０に示すようなデータが得られた。なお、図６および図７に示す本発明例では、被締結部材２７に形成された挿通孔３３の口径Ｄを１８．０ｍｍに設定するとともに、その全長Ｌを２３．２ｍｍに設定した。

図１０に示すデータから、上記従来例では、上記締結部材６４による締結部に３３．３ｋＮの荷重が作用して締結部の変位量が約３５ｍｍとなった時点で、上記締結部材６４が降伏点に達し、上記変位量が約５５ｍｍとなった時点で、上記締結部材６４に破断が生じた。これに対して上記本発明例では、上記締結部材２６による締結部に６６．３ｋＮの荷重が作用して締結部の変位量が約７０ｍｍとなった時点で、上記締結部材２６が降伏点に達し、かつ上記変位量が約１１５ｍｍを超えるまで、上記締結部材２６が破断することがなく、上記従来例に比べて、車両１のキャビン４とシャーシフレーム６との締結強度を格段に向上できることが確認された。

また、上記実施形態に示すように、締結部材２６の軸径よりも大径の挿通孔３３と、その先端部（上端部）に設けられた先窄まりのガイド部３４とを上記案内部３２に設け、上記挿通孔３３の基端部（下端部）により締結部材２６の支持部を構成した場合には、上記締結部材２６の先端部を上記案内部３２の下方から止着部３０に挿入する際に、その挿入位置を目視することなく上記挿入作業を容易に行うことができる。

しかも、上記シャーシフレーム６を後退させる衝撃荷重の入力時には、上記挿通孔３３の下端部からなる支持部により上記衝撃荷重を支持することにより、該締結部材２６が上記衝撃荷重に応じて破断されるという事態の発生を効果的に防止し、上記締結部材２６により締結された車両１のキャビン４とシャーシフレーム６との締結強度を安定して維持することができる。さらには、上記締結部材２６に形成されたセルフタッピングねじ部３１の下端部を上記挿通孔３３の下端部からなる支持部から離間した位置に配設することができるため、上記セルフタッピングねじ部３１のねじ溝部を基点とした破断が生じるのを効果的に防止できるという利点がある。

なお、上記シャーシフレーム６を後退させる衝撃荷重の入力時に、上記挿通孔３３の下端部からなる支持部により上記衝撃荷重を効果的に支持するために必要とされる挿通孔３３の全長Ｌおよびその口径Ｄの適正値は、上記締結部材２６の直径および材質等により様々に変化するために一律に規定することはできない。しかし、上記挿通孔３３の全長Ｌがその口径Ｄよりも小さいと、車両１の前突時に、上記案内部３２の下端部に締結部材２６の下方部を当接させて支持することが困難であるため、少なくとも上記挿通孔３３の全長Ｌをその口径Ｄよりも大きな値に設定することが望ましい。

上記挿通孔３３の全長Ｌおよびその口径Ｄを締結部材２６の軸径に応じて種々変化させ、締結部材２６による締結部の変位状態を測定する実験を行ったところ、上記挿通孔３３の全長Ｌを上記締結部材の直径の１．５〜２．０倍に設定するとともに、挿通孔３３の口径Ｄを上記締結部材の軸径の１．２〜１．５倍に設定することにより、簡単かつコンパクトな構成で車両１の前突時等に上記案内部３２の下端部に締結部材２６の下方部を当接させて適正に支持できることが確認された。

また、上記実施形態に示すように、締結部材２６の先端部に形成されたセルフタッピングねじ部３１を上記被締結部材２７の止着部３０にねじ込むことにより、上記締結部材２６を被締結部材２７に螺着するように構成した場合には、該締結部材２６の締結作業と同時に上記被締結部材２７の止着部３０の周面にねじ溝を形成できるため、上記締結部材２６の止着作業を容易に行うことができるとともに、該締結部材２６により車両１のキャビン４とシャーシフレーム６とを適正に締結することができる。

なお、上記実施形態では、車両１のキャビン４に被締結部材２７を設けるとともに、上記シャーシフレーム６にマウントブラケット１８を設け、該マウントブラケット１８の下方から上記被締結部材２７に対して締結部材２６を止着するように構成した例にいて説明したが、上記被締結部材２７およびマウントブラケット１８を上下逆向きに配置してもよい。すなわち、車両１のキャビン４にマウントブラケット１８を設けるとともに、上記シャーシフレーム６に被締結部材２７を設け、上記マウントブラケット１８の上方から上記被締結部材２７に対して締結部材２６を止着するように構成してもよい。

１車両
４キャビン
６シャーシフレーム
１８マウントブラケット
２６締結部材
２７被締結部材
３０止着部
３１セルフタッピングねじ部
３２案内部
３３挿通孔
３４ガイド部
３９緩衝材

Claims

車両のキャビンとシャーシフレームとを締結する車両の締結構造であって、上記キャビンおよびシャーシフレームの一方に設けられたマウントブラケットと、その他方に設けられた被締結部材と、該被締結部材に止着される締結部材と、上記マウントブラケットと上記被締結部材との間に配設される緩衝部材とを有し、上記被締結部材には、締結部材が止着される止着部と、該止着部に上記締結部材を案内する案内部とが設けられるとともに、該案内部の基端部には、車両の衝突時に上記シャーシフレームに入力された衝撃荷重に応じて変形した締結部材に当接して該締結部材を支持する支持部が設けられたことを特徴とする車両の締結構造。
案内部は、上記締結部材の軸径よりも大径の挿通孔と、その先端部に設けられた先窄まりのガイド部とを有し、上記挿通孔の基端部により締結部材の支持部が構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両の締結構造。
挿通孔の全長がその口径よりも大きな値に設定されたことを特徴とする請求項２に記載の車両の締結構造。
挿通孔の全長が上記締結部材の直径の１．５〜２．０倍に設定されるとともに、挿通孔の口径が上記締結部材の軸径の１．２〜１．５倍に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の車両の締結構造。
締結部材の先端部に形成されたセルフタッピングねじ部が上記被締結部材の止着部にねじ込まれることにより、上記締結部材が被締結部材に螺着されるように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の締結構造。