JP6137404B2 - 部材の接合構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、部材同士を接合してなる接合構造体に関する。
自動車の車体は、第1の部材の面に対して第2の部材の端部を突き当てるようにして接合された接合部を有している。かかる接合部としては、例えば、サイドシルとフロアクロスメンバーとの接合部、トンネルとフロアクロスメンバーとの接合部、ルーフレールとルーフクロスメンバーとの接合部、ホイールハウスとリアフロアクロスメンバーとの接合部、及びフロントサイドメンバーとダッシュクロスメンバーとの接合部が挙げられる。ここに例示した接合部では、第2の部材の端部にフランジが設けられ、このフランジを利用して第2の部材が第1の部材に接合されている。
自動車の車体では、このような接合部を有する構造体に対しても、高い機械的な特性が求められる。例えば、かかる接合構造体においては、ねじり剛性や軸圧壊における吸収エネルギー特性を向上させることが重要とされる。これに対して、特許文献1には、第2の部材側に切り欠きのない連続したフランジが設けられ、当該フランジにスポット溶接部が形成されて第1の部材と接合された構造が開示されている。かかる特許文献1に記載された接合構造によれば、車幅部材の変形の抑制及びねじり剛性の向上を図ることができる。
特許文献1に記載の接合構造によれば、車幅部材の変形が抑制され、また、ねじり剛性が向上するが、さらなる性能向上が望まれる。また、このような性能向上は、車体のみに限られず、同様の接合構造を有する構造体についても同様に望まれる。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、部材同士を接合してなる接合部を備える接合構造体の機械的特性、特に、ねじり剛性及び軸圧壊における吸収エネルギー特性をさらに向上させることが可能な、新規かつ改良された接合構造体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第1の部材と第2の部材とを有し、前記第1の部材の面に前記第2の部材の端部が付き当てられており、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する接合部を備える、部材の接合構造体であって、前記接合部は、前記第2の部材の端部に沿って連続して形成されて少なくとも一部が前記第1の部材の面に重なる端部フランジと、前記端部フランジと前記第1の部材とを接合する単位接合部と、を備え、前記端部フランジは、立上り曲面部を介して前記第2の部材の端部の少なくとも一部に連続して形成され、前記立上り曲面部は、前記第2の部材の板厚よりも厚くされた増肉部を含み、前記単位接合部の少なくとも一部は、前記端部フランジと前記増肉部との境界から3mm以下の範囲に設けられる、部材の接合構造体が提供される。
前記第2の部材は、略ハット形又は溝形の断面形状を有し、前記端部フランジは、前記略ハット形又は溝形を形成するウェブ片と壁片との間の稜線部の端部に形成される稜線部フランジを含み、前記増肉部は、前記稜線部と前記稜線部フランジとの間の前記立上り曲面部に形成されてもよい。
前記単位接合部は、前記稜線部の端部と、当該稜線部に連続する前記ウェブ片及び前記壁片の少なくとも一部の端部とに亘って連続して形成されてもよい。
前記単位接合部は、前記端部フランジのうちの前記第1の部材の面に接触する部位の全長に亘って連続して形成されてもよい。
前記単位接合部は、前記端部フランジに断続的に形成され、その長さが前記端部フランジと前記第1の部材とが接触する領域の全長の50%以上となる長さであってもよい。
前記接合部に、さらにスポット溶接部を有してもよい。
前記第1の部材が自動車のフロアトンネル又はサイドシルであり、前記第2の部材がフロアクロスメンバーであってもよい。
以上説明したように本発明の部材の接合構造体によれば、機械的特性、特に、ねじり剛性及び軸圧壊における吸収エネルギー特性をさらに向上させることが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<1.接合構造体の全体構成>
図1は、本発明の実施の形態にかかる接合構造体1の説明図であり、接合構造体1としての自動車の車体のフロア部2の一部を表した斜視図である。本実施形態にかかる接合構造体1は、トンネル部材3(フロアトンネル)を第1の部材とし、フロアクロスメンバー10を第2の部材として、トンネル部材3の側面にフロアクロスメンバー10の端部を突き当てるようにしてT字状に接合した接合部15を有する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる接合構造体1の説明図であり、接合構造体1としての自動車の車体のフロア部2の一部を表した斜視図である。本実施形態にかかる接合構造体1は、トンネル部材3(フロアトンネル)を第1の部材とし、フロアクロスメンバー10を第2の部材として、トンネル部材3の側面にフロアクロスメンバー10の端部を突き当てるようにしてT字状に接合した接合部15を有する。
トンネル部材3及びフロアクロスメンバー10において、接合部15以外の材料や形状は公知の構成とすることができる。また、本実施形態では、トンネル部材3とフロアクロスメンバー10との接合部15を有する接合構造体1を例に採って説明するが、接合構造体1はかかる例に限られない。例えば、サイドシル(第1の部材に相当)とフロアクロスメンバー(第2の部材に相当)との接合構造体、ルーフレール(第1の部材に相当)とルーフクロスメンバー(第2の部材に相当)との接合構造体、ホイールハウス(第1の部材に相当)とリアフロアクロスメンバー(第2の部材に相当)との接合構造体、及びフロントサイドメンバー(第1の部材に相当)とダッシュクロスメンバー(第2の部材に相当)との接合構造体にも、本実施形態を適用することができる。
<2.接合部>
図2は、図1に示す接合構造体1のうちの接合部15の拡大図を示す。図3は、図2にIII−IIIで示した線に沿って切断したフロアクロスメンバー10の断面図を示す。図3は、フロアクロスメンバー10の長手方向(フロアクロスメンバー10が延びる方向)に直交する断面(以下、「横断面」ともいう。)の断面を接合部15側に向かって見た図であり、接合部15が正面に見える。図4は、図3にIV−IVで示した線に沿って切断した接合部15の断面図を示す。図5は、図3にV−Vで示した線に沿って切断した接合部15の断面図を示す。
図2は、図1に示す接合構造体1のうちの接合部15の拡大図を示す。図3は、図2にIII−IIIで示した線に沿って切断したフロアクロスメンバー10の断面図を示す。図3は、フロアクロスメンバー10の長手方向(フロアクロスメンバー10が延びる方向)に直交する断面(以下、「横断面」ともいう。)の断面を接合部15側に向かって見た図であり、接合部15が正面に見える。図4は、図3にIV−IVで示した線に沿って切断した接合部15の断面図を示す。図5は、図3にV−Vで示した線に沿って切断した接合部15の断面図を示す。
本実施形態において、フロアクロスメンバー10は、上面を形成するウェブ片11と、ウェブ片11の端部から垂下するように延びる壁片12と、壁片12のうちウェブ片11とは反対側の端部から延びる長手方向フランジ13とを有している。壁片12はウェブ片11の両端部に連続して形成されている。ウェブ片11と壁片12との間には稜線部19が形成されている。フロアクロスメンバー10は、ウェブ片11、その両端部に連続する稜線部19、及び稜線部19からさらに連続する2つの壁片12によって、略ハット形の横断面をなす部材である。フロアクロスメンバー10は、例えば、高張力鋼板を用いてプレス成形により形成される。
なお、フロアクロスメンバー10の長手方向については、図2に示すように、長手方向フランジ13にスポット溶接部13aが形成され、フロア部材4に対してスポット溶接により接合されている。フロア部材4に対する長手方向フランジ13の接合は、スポット溶接に接着剤を併用したウェルドボンドによるものでもよく、レーザー溶接によるものでもよい。
一方、フロアクロスメンバー10を含む接合構造体1では、当該フロアクロスメンバー10の長手方向端部に、トンネル部材3との接合部15が形成されている。接合部15は、フロアクロスメンバー10の長手方向端部に形成された端部フランジ16と、端部フランジ16を介してフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とを接合する単位接合部17とを有している。単位接合部17は、端部フランジ16とトンネル部材3とを実際に接合する部位である。
本実施形態において、端部フランジ16は、ウェブ片11、稜線部19及び壁片12の長手方向端部に形成されたフランジであって、ウェブ片11、稜線部19及び壁片12に沿って連続して設けられている。かかる端部フランジ16は、稜線部19の端部に形成される稜線部フランジ14を含んでいる。また、端部フランジ16は、立上り曲面部18を介して、ウェブ片11、稜線部19及び壁片12に連続して形成されている。
本実施形態では、溶接による単位接合部17が、端部フランジ16のうちのトンネル部材3に接触している部位の全長に亘って設けられている。すなわち、図3に示す端部フランジ16のうち、単位接合部17が形成されていない部位では、端部フランジ16がトンネル部材3から離れている(図2を参照)。かかる単位接合部17は、端部フランジ16と立上り曲面部18との境界部分Sに隣接する位置に設けられている。
溶接の方法は特に限定されないが、レーザー溶接やレーザーアークハイブリッド溶接、レーザーろう付け、アーク溶接等、接合構造体1を相対的に移動させつつ連続して溶接することができる溶接方法であることが好ましい。好適には、隙間に対する裕度が高く、高速の溶接が可能であるレーザーアークハイブリッド溶接とすることができる。
ここで、フロアクロスメンバー10は、ブランク材に対して、例えば曲げ加工や絞り加工等のプレス加工を施すことにより成形される。その際に、稜線部19は、端部フランジ16となるブランク材の端部を折り曲げた後、あるいは、折り曲げながら、端部フランジ16の曲げ方向とは反対側の面を内側にしてブランク材を曲げることにより形成される。フロアクロスメンバー10とトンネル部材3との接合構造体1の機械的特性を高めるには、単位接合部17が、立上り曲面部18に近い位置で、すなわち、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sを含むようにあるいは隣接して形成されるとよい。このためには、端部フランジ16の根元部分の立上り曲面部18の曲率半径Rfを小さくすることが望まれる。
ただし、立上り曲面部18の曲率半径Rfを小さく設計するほど、稜線部19に沿ってブランク材を曲げたときに、立上り曲面部18側とは反対側の稜線部フランジ14の端部に割れが生じたり、稜線部フランジ14の根元の立上り曲面部18に大きなしわが生じたりしやすくなる。かかる割れや大きなしわは、ブランク材の板厚が厚いほど、あるいは、ブランク材の張力が大きいほど発生しやすい。そのため、フロアクロスメンバー10の端部に稜線部フランジ14を含む端部フランジ16を形成する場合、立上り曲面部18の曲率半径Rfを限界まで小さくすることが困難となっている。
図4には、ウェブ片11の端部において、端部フランジ16が立上り曲面部18を介してウェブ片11に連続して形成されている様子が示されている。ウェブ片11の端部の接合部15では、端部フランジ16の一方の面がトンネル部材3の接合対象面に重ねられて配置され、その少なくとも一部がトンネル部材3に接触している。図4に示した例では、立上り曲面部18を除く端部フランジ16の一方の面の全部が、トンネル部材3に接触している。そして、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sに隣接して、単位接合部17が設けられている。
ブランク材を単に曲げ加工して、端部フランジ16を形成する際には、立上り曲面部18に成形される部分でブランク材料の伸びが生じて、板厚がブランク材の板厚よりも薄くなりやすい。すなわち、ウェブ片11の端部や壁片12の端部に形成される立上り曲面部18の板厚は、ブランク材の板厚に対して減少する傾向が見られる。図示しないが、壁片12の端部においても、図4に示したように、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sに隣接して、単位接合部17が設けられている。
図5には、稜線部19の端部において、立上り曲面部18を介して稜線部フランジ14が稜線部19に連続して形成されている様子が示されている。稜線部19の端部の接合部15においても、稜線部フランジ14の一方の面がトンネル部材3の接合対象面に重ねられて配置され、その少なくとも一部がトンネル部材3に接触している。図5に示した例では、立上り曲面部18を除く稜線部フランジ14の一方の面の全部が、トンネル部材3に接触している。このとき、稜線部19の端部に形成される立上り曲面部18は、その板厚がフロアクロスメンバー10を形成するためのブランク材の板厚よりも厚くされた増肉部20として形成されている。
稜線部フランジ14の根元に形成される立上り曲面部18では、ブランク材の材料が流入するか、あるいはしわが生じることで、板厚がブランク材の板厚よりも厚くなる。図5には、元のブランク材の板厚(破線)に対して板厚が増加した様子が示されている。ブランク材の板厚に対する増肉部20の厚さの割合を示す増肉率が大きいほど、増肉部20における曲率半径Rfは小さくなる。上述のように、稜線部フランジ14の端部の割れや、根元部分の大きなしわを防ぐためには、端部フランジ16の根元の立上り曲面部18の曲率半径Rfを小さくすることに限界があるものの、稜線部フランジ14の根元部分では増肉部20が形成される。そのため、増肉部20の曲率半径Rfは他の部分に比べて小さくなる。
したがって、かかる増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sを含むように、あるいは、境界部分Sに隣接して、単位接合部17を設けることにより、立上り曲面部18の曲げの中心位置Pにより近い位置に単位接合部17が配置される。これにより、フロアクロスメンバー10とトンネル部材3との接合構造体1の機械的特性が向上する。特に、ウェブ片11と壁片12との間に位置する折れ曲がり部分である稜線部19は、軸方向に衝突荷重が入力された際に荷重を担う部分である。したがって、立上り曲面部18のうち、稜線部19の端部の増肉部20に隣接して単位接合部17が設けられることにより、衝突荷重が稜線部19へと効率的に伝達され、吸収エネルギー効率をさらに向上させることができる。
図6及び図7は、ウェブ片11、稜線部19及び壁片12に亘って連続して形成される端部フランジ16を有するフロアクロスメンバー10を成形するプレス成形の一例について説明するための図である。図6は、プレス成形装置のパンチ211、ダイ212及び稜線押えパッド213を示す斜視図であり、図7は、稜線押えパッド213により、ブランク材Bをパンチ211に押し当てている様子を示す斜視図である。
かかる例では、図7に示すように、稜線押えパッド213により、ブランク材Bがパンチ211に押し当てられ、ウェブ片11に成形される部分と稜線部19に成形される部分の端部とが拘束された状態で、ダイ212によってブランク材Bが曲げ加工される。これにより、立上り曲面部18の曲率半径Rfを小さくしつつ、立上り曲面部18側とは反対側の稜線部フランジ14の端部の割れを抑制して、稜線部フランジ14を含む端部フランジ16が形成される。
このとき、稜線部19の端部の立上り曲面部18では、著しいしわの発生が抑制されるものの、ブランク材Bの材料の流入やしわの発生によって板厚が大きくなり、増肉部20が形成される。かかる増肉部20では、増肉されていない部分に比べて、立上り曲面部18の曲率半径Rfが小さくなる。これにより、立上り曲面部18と稜線部フランジ14との境界部分Sが、曲げの中心位置Pにより近づけられる。
図8は、稜線部フランジ14を含む端部フランジ16と、立上り曲面部18との板厚分布を示すコンター図である。図8に示すように、立上り曲面部18側とは反対側の稜線部フランジ14の端部の板厚は減少する一方、稜線部フランジ14の根元部分の立上り曲面部18の板厚は増加している。
図9は、ウェブ片11、稜線部19及び壁片12の端部の板厚減少率(%)を、ウェブ片11から、稜線部19及び壁片12にかけての道のりの距離に沿って示したグラフである。ウェブ片11、稜線部19及び壁片12の端部は、立上り曲面部18の立上り開始位置に相当する。板厚減少率(%)が負の値を示す場合、板厚が増加していることを意味する。図9に示すように、ウェブ片11及び壁片12の端部では板厚減少率(%)は概ね正の値となっており、板厚が減少している一方、稜線部19の端部では板厚減少率(%)が負の値となっており、板厚が増加していることが分かる。
すなわち、本実施形態にかかる接合構造体1では、単位接合部17の少なくとも一部が、立上り曲面部18の増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sに隣接して形成されている。上述のとおり、増肉部20では、他の部分に比べて立上り曲面部18の曲率半径Rfが小さくなっており、立上り曲面部18の曲げの中心位置Pに近い位置で稜線部フランジ14がトンネル部材3に接触する。したがって、稜線部フランジ14と増肉部20との境界部分Sに隣接して単位接合部17が設けられることにより、稜線部19の端部により近い位置で、稜線部フランジ14とトンネル部材3とが接合される。
稜線部フランジ14を含む端部フランジ16とトンネル部材3とを接合する単位接合部17は、端部フランジ16と立上り曲面部18との境界部分Sから3mm以下の範囲を含むように設けられる。すなわち、端部フランジ16が、トンネル部材3に面接触するように構成される場合、単位接合部17は、端部フランジ16が立上り曲面部18側でトンネル部材3に最初に接触した部位から3mm以下の範囲に少なくとも一部が含まれるように形成されている。図4及び図5の例において、端部フランジ16あるいは稜線部フランジ14と立上り曲面部18との境界部分Sから単位接合部17までの距離Lは0mmとなっている。
これにより、接合構造体1のねじり剛性、及び軸圧壊における吸収エネルギー特性を確実に向上させることができる。なお、後で例示するが、単位接合部17は、立上り曲面部18と端部フランジ16あるいは稜線部フランジ14との境界部分Sよりも、ウェブ片11、稜線部19及び壁片12に近づく側に配置されてもよい。かかる位置に単位接合部17が配置されることにより、ねじり剛性及び軸圧壊における吸収エネルギー特性を安定的に向上させることができる。特に、立上り曲面部18のうちの、稜線部19の端部の増肉部20に隣接して単位接合部17が設けられることにより、衝突荷重が稜線部19へと効率的に伝達され、吸収エネルギー効率をさらに向上させることができる。
フロアクロスメンバー10とトンネル部材3とを溶接により接合する場合、端部フランジ16側から溶接をしてもよいし、トンネル部材3側から溶接してもよい。この場合の溶接法としてはレーザーアークハイブリッド溶接が望ましい。
以上説明したように、本実施形態にかかる接合構造体1は、端部フランジ16あるいは稜線部フランジ14と立上り曲面部18との境界部分Sから少なくとも3mm以内の範囲を含むように、単位接合部17が設けられている。したがって、端部フランジ16及び稜線部フランジ14が、立上り曲面部18側で最初にトンネル部材3に接触する位置の近傍で、フロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合され、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊における吸収エネルギー特性を向上させることができる。
また、本実施形態にかかる接合構造体1では、単位接合部17が、立上り曲面部18のうち、稜線部19の端部に形成された増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sから3mm以内の範囲を含んで設けられている。したがって、軸方向への衝突荷重を担う稜線部19に対して効率的に荷重が伝達され、軸圧壊における吸収エネルギー特性がさらに向上する。
<3.変形例>
以上、一実施形態にかかる接合構造体1について説明したが、接合部15の構成は、上記実施形態の例に限られない。以下、接合部の変形例の幾つかについて説明する。なお、接合部以外の部分の構成については、上記の実施形態と同様の構成とすることができるために、ここでは接合部についてのみ説明する。
以上、一実施形態にかかる接合構造体1について説明したが、接合部15の構成は、上記実施形態の例に限られない。以下、接合部の変形例の幾つかについて説明する。なお、接合部以外の部分の構成については、上記の実施形態と同様の構成とすることができるために、ここでは接合部についてのみ説明する。
(3−1.第1の変形例)
図10は、第1の変形例による接合部25を示す図であり、接合部25の断面図を示している。図10は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
図10は、第1の変形例による接合部25を示す図であり、接合部25の断面図を示している。図10は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
第1の変形例による接合部25は、単位接合部27が、増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sに隣接する増肉部20に形成された例である。図示しないが、ウェブ片11及び壁片12の端部においても、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sに隣接する立上り曲面部18に単位接合部27が形成されてもよい。
かかる接合部25においても、曲率半径Rfが小さくされた増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sからの距離Lが3mm以下の範囲に単位接合部27が設けられる。これにより、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。特に、衝突荷重を担う稜線部19の端部に形成される増肉部20を利用して単位接合部27が形成されるため、稜線部19に対して効率的に衝突荷重が伝達されて、軸圧壊の吸収エネルギー特性を向上させることができる。
また、第1の変形例による接合部25では、立上り曲面部18の位置に単位接合部27が形成されることから、ウェブ片11や稜線部19、壁片12の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されるようになる。さらに、接合部25では、稜線部19の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されることから、衝突荷重が稜線部19に効率的に伝達される。したがって、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性がさらに向上する。
(3−2.第2の変形例)
図11は、第2の変形例による接合部35を示す図であり、接合部35の断面図を示している。図11は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
図11は、第2の変形例による接合部35を示す図であり、接合部35の断面図を示している。図11は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
第2の変形例による接合部35は、単位接合部37が、増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sを跨いで、フロアクロスメンバー10とトンネル部材3とで挟まれた内側部分に対して設けられた例である。図示しないが、ウェブ片11及び壁片12の端部においても、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sを跨いで、フロアクロスメンバー10とトンネル部材3とで挟まれた内側部分に対して単位接合部37が形成されてもよい。
かかる接合部35では、曲率半径Rfが小さくされた増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sを含むように単位接合部37が設けられる。すなわち、増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sから単位接合部37までの距離Lは0mmである。これにより、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。特に、衝突荷重を担う稜線部19の端部に形成される増肉部20を利用して単位接合部37が形成されるため、稜線部19に対して効率的に衝突荷重が伝達されて、軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。
また、第2の変形例による接合部35では、立上り曲面部18の位置に単位接合部37が形成されることから、ウェブ片11や稜線部19、壁片12の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されるようになる。さらに、接合部35では、稜線部19の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されることから、衝突荷重が稜線部19に効率的に伝達される。したがって、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性がさらに向上する。
(3−3.第3の変形例)
図12は、第3の変形例による接合部45を示す図であり、接合部45の断面図を示している。図12は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
図12は、第3の変形例による接合部45を示す図であり、接合部45の断面図を示している。図12は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
第3の変形例による接合部45は、単位接合部47がろう付けにより形成された例である。かかるろう付けによる単位接合部47は、立上り曲面部18とトンネル部材3とで挟まれた内側部分に形成されており、単位接合部47は、立上り曲面部18と稜線部フランジ14との境界部分Sに隣接して設けられている。図示しないが、ウェブ片11及び壁片12の端部においても、立上り曲面部18とトンネル部材3とで挟まれた内側部分に対して、ろう付けによる単位接合部47が形成されてもよい。
かかる接合部45では、曲率半径Rfが小さくされた増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sからの距離Lが3mm以下の範囲に単位接合部47が設けられる。図12では、距離Lは0mmとなっている。これにより、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。特に、衝突荷重を担う稜線部19の端部に形成される増肉部20を利用して単位接合部47が形成されるため、稜線部19に対して効率的に衝突荷重が伝達されて、軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。
また、第3の変形例による接合部45では、立上り曲面部18の位置に単位接合部27が形成されることから、ウェブ片11や稜線部19、壁片12の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されるようになる。さらに、接合部45では、稜線部19の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されることから、衝突荷重が稜線部19に効率的に伝達される。したがって、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性がさらに向上する。
(3−4.第4の変形例)
図13は、第4の変形例による接合部55を示す図であり、接合部55の断面図を示している。図13は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
図13は、第4の変形例による接合部55を示す図であり、接合部55の断面図を示している。図13は、図5に対応する図であって、稜線部フランジ14とトンネル部材3との接合部分の断面図を示している。
第4の変形例による接合部55は、単位接合部57が接着剤による接着により形成された例である。かかる接着剤による単位接合部57は、立上り曲面部18及び稜線部フランジ14とトンネル部材3とが対向する領域に亘って形成され、単位接合部57は、立上り曲面部18と稜線部フランジ14との境界部分Sを含んで設けられている。すなわち、増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sから単位接合部57までの距離Lは0mmである。図示しないが、ウェブ片11及び壁片12の端部においても、立上り曲面部18及び端部フランジ16とトンネル部材3とが対向する領域に、接着剤による単位接合部57が形成されてもよい。
かかる接合部55では、曲率半径Rfが小さくされた増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sを含むように単位接合部57が設けられる。これにより、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。特に、衝突荷重を担う稜線部19の端部に形成される増肉部20を利用して単位接合部57が形成されるため、稜線部19に対して効率的に衝突荷重が伝達されて、軸圧壊の吸収エネルギー特性が向上する。
また、第4の変形例による接合部55では、立上り曲面部18の位置に単位接合部27が形成されることから、ウェブ片11や稜線部19、壁片12の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されるようになる。さらに、接合部55では、稜線部19の延長線上でフロアクロスメンバー10とトンネル部材3とが接合されることから、衝突荷重が稜線部19に効率的に伝達される。したがって、接合構造体1のねじり剛性及び軸圧壊の吸収エネルギー特性がさらに向上する。
(3−5.第5の変形例)
図14は、第5の変形例による接合部65を示す図であり、接合部65を平面視した図を示している。図14は、図3に対応する図であって、フロアクロスメンバー10の横断面を、接合部65側に向かって見た図である。
図14は、第5の変形例による接合部65を示す図であり、接合部65を平面視した図を示している。図14は、図3に対応する図であって、フロアクロスメンバー10の横断面を、接合部65側に向かって見た図である。
第5の変形例による接合部65は、単位接合部67が断続的に形成されている。単位接合部67は、稜線部19の端部の増肉部20と稜線部フランジ14との境界部分Sからの距離Lが3mm以下の範囲を含むように形成されている。このように、単位接合部67は、稜線部フランジ14を含む端部フランジ16のうちのトンネル部材3と接触している部位の全長に亘って連続して形成されている必要はなく、断続的に形成されてもよい。好ましくは、単位接合部67は、その合計の長さが、端部フランジ16のうちのトンネル部材3と接触している部分の全長の50%以上となるように形成される。単位接合部67の具体的な構成は、上記の各実施形態並びに変形例にかかる単位接合部の構成を適宜選択することができる。
(3−6.第6の変形例)
図15は、第6の変形例による接合部75を示す図である。図15は、図2に対応する図であって、接合部75の斜視図を示している。
図15は、第6の変形例による接合部75を示す図である。図15は、図2に対応する図であって、接合部75の斜視図を示している。
第6の変形例による接合部75は、上記実施形態にかかる接合構造体1の接合部15に対して、さらにスポット溶接部76を設けたものである。第6の変形例による接合部75では、まず、端部フランジ16とトンネル部材3とがスポット溶接部76で固定されるために、形状が安定する。これにより、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sに隣接して単位接合部77を容易に設けることができるとともに、接合部75に曲げ荷重が付与された場合の変形を小さく抑えることができる。この場合、稜線部フランジ14にスポット溶接部76を設けることにより、衝突荷重をさらに効率的に稜線部に伝達することができ、軸圧壊の吸収エネルギー特性を向上させることができる。単位接合部77の構成は、上記の各実施形態並びに変形例にかかる単位接合部の構成を適宜選択することができる。
以上説明した各変形例による接合部を有する接合構造体によっても、ねじり剛性、及び軸圧壊における吸収エネルギー特性を向上させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、横断面がハット形である第2の部材を例に採って説明したが、本発明はかかる例に限られず、第2の部材は適宜の横断面で構成することができる。例えば、長手方向フランジ13を備えない溝形断面を有する第2の部材であっても本発明は適用可能である。
また、上記実施形態では、立上り曲面部18のうち、稜線部19の端部に増肉部20が形成されていたが、本発明はかかる例に限られない。例えば、立上り曲面部18のうち、ウェブ片11や壁片12の端部に増肉部を備える場合には、当該増肉部と端部フランジ16との境界部分Sからの距離Lが3mm以下の範囲を含むように、単位接合部が設けられてもよい。このように単位接合部を設けた場合であっても、ウェブ片11あるいは壁片12の端部において、立上り曲面部18の曲率半径Rfが小さく、立上り曲面部18と端部フランジ16との境界部分Sが曲げの中心位置Pに近い領域を利用して、第1の部材と第2の部材とを接合することができる。
また、上記実施形態では、第2の部材としてのフロアクロスメンバー10の端部フランジ16を、第1の部材としてのトンネル部材3の所定の面に対して接合する場合を例に採って説明したが、本発明はかかる例に限られない。例えば、図16及び図17に示すような接合構造体1A,1Bであってもよい。
図16に示す接合構造体1Aでは、第2の部材10Aの壁片12の端部に形成された端部フランジ16Aaを第1の部材3Aのウェブ片7に当接させ、第2の部材10Aのウェブ片11を延長して形成された端部フランジ16Abを第1の部材3Aの壁片8に引っ掛けた状態で、第2の部材10Aが第1の部材3Aに対して接合されている。かかる接合構造体1Aにおいて、第2の部材10Aの立上り曲面部18Aと端部フランジ16Aaとの境界部分に隣接して単位接合部17Aaが設けられている。かかる単位接合部17Aaは、第1の部材3Aのウェブ片7に対して第2の部材10Aを接合する。
また、接合構造体1Aにおいて、第1の部材3Aの稜線部9と壁片8との境界部分に隣接して単位接合部17Abが設けられている。かかる単位接合部17Abは、第1の部材3Aの壁片8に対して第2の部材10Aを接合する。かかる接合構造体1Aにおいて、第2の部材10Aは、一旦、図2に示すように端部フランジ16が形成された後、ウェブ片11の端部に形成された端部フランジ16を曲げて製造される。したがって、立上り曲面部18Aは増肉部20Aを含む。当該増肉部20Aと端部フランジ16Aaとの境界部分に隣接して単位接合部17Aaを設けることにより、接合構造体1Aのねじり剛性、及び軸圧壊における吸収エネルギー特性を向上させることができる。
図17に示す接合構造体1Bでは、第2の部材10Bのウェブ片11及び壁片12の端部に形成された端部フランジ16Bを第1の部材3Bのウェブ片7に当接させた状態で、第2の部材10Bが第1の部材3Bに対して接合されている。第2の部材10Bのウェブ片11の端部に形成された端部フランジ16Bは、第1の部材3Bの稜線部9の形状に対応するように折れ曲がっている。かかる接合構造体1Bにおいても、第2の部材10Bの立上り曲面部18Bと端部フランジ16Bとの境界部分に隣接して単位接合部17Bが設けられている。
単位接合部17Bは、第1の部材3Bのウェブ片7に対して第2の部材10Bを接合する。単位接合部17Bは、第1の部材3Bの稜線部9に隣接する位置にも設けられている。かかる接合構造体1Bにおいても、立上り曲面部18Bが増肉部20Bを含むように構成され、当該増肉部20Bと端部フランジ16Bとの境界部分に隣接して単位接合部17Bを設けることにより、接合構造体1Bのねじり剛性、及び軸圧壊における吸収エネルギー特性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
<評価1>
まず、評価1では、横断面形状が80mm×80mmの矩形中空断面を有する、長さ500mmの部材を第2の部材として想定し、これに各種の接合部を形成する接合構造体の特性を、数値計算により評価した。稜線部に相当する矩形中空断面のコーナー部の曲率半径Rpは10mmとした。また、第2の部材の物性値として、板厚1.4mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板の機械的特性の値を用いた。
まず、評価1では、横断面形状が80mm×80mmの矩形中空断面を有する、長さ500mmの部材を第2の部材として想定し、これに各種の接合部を形成する接合構造体の特性を、数値計算により評価した。稜線部に相当する矩形中空断面のコーナー部の曲率半径Rpは10mmとした。また、第2の部材の物性値として、板厚1.4mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板の機械的特性の値を用いた。
(実施例1)
実施例1の接合構造体の接合部85では、図18に示したように、部材81の端部の外周の全長に亘って端部フランジ86が設けられ、この端部フランジ86の全長に亘って連続した単位接合部87が形成されている。ここで、端部フランジ86の幅Wは20mm、部材81と端部フランジ86との間の立上り曲面部の曲率半径Rfは5mmであり、部材81と稜線部フランジ84との間の立ち上がり曲面部の曲率半径Rfは4mmである。そして、単位接合部87は図4あるいは図5に示した構成であり、立上り曲面部と端部フランジ86との境界部分Sから単位接合部87までの距離Lが3mmである。
なお、図18は、部材81を、端部フランジ86側に向かって見た図である。
実施例1の接合構造体の接合部85では、図18に示したように、部材81の端部の外周の全長に亘って端部フランジ86が設けられ、この端部フランジ86の全長に亘って連続した単位接合部87が形成されている。ここで、端部フランジ86の幅Wは20mm、部材81と端部フランジ86との間の立上り曲面部の曲率半径Rfは5mmであり、部材81と稜線部フランジ84との間の立ち上がり曲面部の曲率半径Rfは4mmである。そして、単位接合部87は図4あるいは図5に示した構成であり、立上り曲面部と端部フランジ86との境界部分Sから単位接合部87までの距離Lが3mmである。
なお、図18は、部材81を、端部フランジ86側に向かって見た図である。
(実施例2)
実施例2では、上記距離Lを1mmとした点以外については、実施例1と同様の構成とした。
実施例2では、上記距離Lを1mmとした点以外については、実施例1と同様の構成とした。
(実施例3)
実施例3では、単位接合部を図10に示した構成とし、かつ、上記距離Lを2mmとした点以外については、実施例1と同様の構成とした。
実施例3では、単位接合部を図10に示した構成とし、かつ、上記距離Lを2mmとした点以外については、実施例1と同様の構成とした。
(実施例4)
実施例4の接合構造体の接合部105は、実施例2の構成に類似する構成となっているが、図19に示したように、4つの単位接合部107が稜線部フランジ84の位置に対応するように断続的に設けられている。4つの単位接合部107は、端部フランジ86のうち4つのコーナー部に、それぞれ長さ40mmで配置されている。すなわち、実施例4では、端部フランジ86の全長の50%の長さの範囲が溶接されている。
実施例4の接合構造体の接合部105は、実施例2の構成に類似する構成となっているが、図19に示したように、4つの単位接合部107が稜線部フランジ84の位置に対応するように断続的に設けられている。4つの単位接合部107は、端部フランジ86のうち4つのコーナー部に、それぞれ長さ40mmで配置されている。すなわち、実施例4では、端部フランジ86の全長の50%の長さの範囲が溶接されている。
(比較例1)
比較例1の接合構造体の接合部95は、実施例2の構成に類似する構成となっているが、図20に示したように、4つの単位接合部97が端部フランジ86に沿って断続的に設けられ、稜線部フランジ84に対応する位置には単位接合部が設けられていない。4つの単位接合部97は、端部フランジ86のうちの直線の4辺に、それぞれ長さ40mmで配置されている。すなわち、比較例1では、端部フランジ86の全長の50%の長さの範囲が溶接されている。
比較例1の接合構造体の接合部95は、実施例2の構成に類似する構成となっているが、図20に示したように、4つの単位接合部97が端部フランジ86に沿って断続的に設けられ、稜線部フランジ84に対応する位置には単位接合部が設けられていない。4つの単位接合部97は、端部フランジ86のうちの直線の4辺に、それぞれ長さ40mmで配置されている。すなわち、比較例1では、端部フランジ86の全長の50%の長さの範囲が溶接されている。
(比較例2)
比較例2の接合構造体の接合部115は、実施例1の構成に類似する構成となっているが、図21に示したように、端部フランジ116が角部において切り欠かれ、稜線部フランジが存在しない。端部フランジ116には、その全長に亘って単位接合部117が設けられている。立上り曲面部と端部フランジ116との境界部分Sから単位接合部117までの距離Lは3mmとした。
比較例2の接合構造体の接合部115は、実施例1の構成に類似する構成となっているが、図21に示したように、端部フランジ116が角部において切り欠かれ、稜線部フランジが存在しない。端部フランジ116には、その全長に亘って単位接合部117が設けられている。立上り曲面部と端部フランジ116との境界部分Sから単位接合部117までの距離Lは3mmとした。
(比較例3)
比較例3の接合構造体の接合部は、上記距離Lを1mmとした点以外については、比較例2と同様の構成とした。
比較例3の接合構造体の接合部は、上記距離Lを1mmとした点以外については、比較例2と同様の構成とした。
(比較例4)
比較例4の接合構造体の接合部125は、図22に示したように、全周に亘る端部フランジ126が設けられており、当該端部フランジ126に8か所のスポット溶接部127が設けられている。立上り曲面部と端部フランジ126との境界部分Sからスポット溶接部127までの距離Lは7.5mmである。
比較例4の接合構造体の接合部125は、図22に示したように、全周に亘る端部フランジ126が設けられており、当該端部フランジ126に8か所のスポット溶接部127が設けられている。立上り曲面部と端部フランジ126との境界部分Sからスポット溶接部127までの距離Lは7.5mmである。
(比較例5)
比較例5の接合構造体の接合部は、比較例4の構成に類似する構成となっているが、8か所のスポット溶接部127のうちの稜線部フランジ124に設けられた4か所のスポット溶接部127についての上記距離Lは4.0mmとした。
比較例5の接合構造体の接合部は、比較例4の構成に類似する構成となっているが、8か所のスポット溶接部127のうちの稜線部フランジ124に設けられた4か所のスポット溶接部127についての上記距離Lは4.0mmとした。
(評価方法)
図23は、実施例及び比較例の接合構造体の特性の評価方法を示す説明図である。ここでは、部材の両端それぞれを、上記実施例及び比較例で説明した接合部により剛体プレートに接合した状態で、図23に矢印Nで示したように一方の剛体プレートを回転したときのねじり剛性を評価した。また、同様に部材の両端を剛体プレートに接合した状態で、図23に矢印Aで示したように一方の剛体プレートを軸線方向に圧縮するように押圧したときの軸圧壊特性を評価した。
図23は、実施例及び比較例の接合構造体の特性の評価方法を示す説明図である。ここでは、部材の両端それぞれを、上記実施例及び比較例で説明した接合部により剛体プレートに接合した状態で、図23に矢印Nで示したように一方の剛体プレートを回転したときのねじり剛性を評価した。また、同様に部材の両端を剛体プレートに接合した状態で、図23に矢印Aで示したように一方の剛体プレートを軸線方向に圧縮するように押圧したときの軸圧壊特性を評価した。
(評価1の結果)
表1は、評価結果を示している。ねじり剛性は、ねじり角度が1度当たりのモーメント(N・m/deg)で表し、軸圧壊特性は、圧壊ストローク量が5mmまでの吸収エネルギー(kJ)で表している。また、図24及び図25は、表1に基づくねじり剛性及び軸圧壊特性のグラフを示している。図24は、各実施例及び比較例におけるねじり剛性を示し、図25は、各実施例及び比較例における軸圧壊特性を示している。
表1は、評価結果を示している。ねじり剛性は、ねじり角度が1度当たりのモーメント(N・m/deg)で表し、軸圧壊特性は、圧壊ストローク量が5mmまでの吸収エネルギー(kJ)で表している。また、図24及び図25は、表1に基づくねじり剛性及び軸圧壊特性のグラフを示している。図24は、各実施例及び比較例におけるねじり剛性を示し、図25は、各実施例及び比較例における軸圧壊特性を示している。
表1、図24及び図25から分かるように、実施例による接合部を有する接合構造体では、ねじり剛性及び軸圧壊特性ともに比較例の接合構造体に比べて高い性能を有している。
なお、計算を容易にするために、各実施例及び各比較例では、第2の部材が矩形中空断面を有する部材としたが、第2の部材がハット形又は溝形の断面でも同様の傾向を示す。
なお、計算を容易にするために、各実施例及び各比較例では、第2の部材が矩形中空断面を有する部材としたが、第2の部材がハット形又は溝形の断面でも同様の傾向を示す。
<評価2>
次に、評価2では、上記実施例2の接合構造体の構成に類似する構成の接合構造体を用いて、端部フランジ立上り曲面部の曲率半径Rfを異ならせ、各接合構造体の特性の違いを、数値計算により評価した。想定した第2の部材の形態や物性値、あるいは、ねじり剛性及び軸圧壊特性の評価方法は、評価1と同じ条件とした。
次に、評価2では、上記実施例2の接合構造体の構成に類似する構成の接合構造体を用いて、端部フランジ立上り曲面部の曲率半径Rfを異ならせ、各接合構造体の特性の違いを、数値計算により評価した。想定した第2の部材の形態や物性値、あるいは、ねじり剛性及び軸圧壊特性の評価方法は、評価1と同じ条件とした。
ここでは、部材の端部の外周の全長に亘って形成された立上り曲面部の曲率半径Rfを、1mm、3mm、5mm、8mm、12mmの5種類に設定した。また、それぞれの立上り曲面部と端部フランジとの境界部分Sから端部フランジ方向に1mmの範囲内を単位接合部とした。
(評価2の結果)
図26及び図27は、軸圧壊特性を示している。図26は、圧壊ストローク量(mm)と吸収エネルギー(kJ)との関係を曲率半径Rfごとに示し、図27は、圧壊ストローク量が5mmまでの吸収エネルギー(kJ)を曲率半径Rfごとに示している。また、図28及び図29は、ねじり剛性を示している。図28は、ねじり角度(deg)とモーメント(N・m)との関係を曲率半径Rfごとに示し、図29は、ねじり角度が1度当たりのモーメント(N・m/deg)を曲率半径Rfごとに示している。
図26及び図27は、軸圧壊特性を示している。図26は、圧壊ストローク量(mm)と吸収エネルギー(kJ)との関係を曲率半径Rfごとに示し、図27は、圧壊ストローク量が5mmまでの吸収エネルギー(kJ)を曲率半径Rfごとに示している。また、図28及び図29は、ねじり剛性を示している。図28は、ねじり角度(deg)とモーメント(N・m)との関係を曲率半径Rfごとに示し、図29は、ねじり角度が1度当たりのモーメント(N・m/deg)を曲率半径Rfごとに示している。
図26及び図27から分かるように、立上り曲面部の曲率半径Rfを小さくするとともに、立上り曲面部と端部フランジとの境界部分Sに隣接して単位接合部を形成することにより、軸圧壊特性が向上する。一方、図28及び図29から分かるように、ねじり剛性は、立上り曲面部の曲率半径Rfが5mmのときに極小値を示し、曲率半径Rfを小さくあるいは大きくすることによりねじり剛性が向上する。したがって、軸圧壊特性及びねじり剛性をともに向上させるには、立上り曲面部の曲率半径Rfを小さくするとともに、立上り曲面部と端部フランジとの境界部分Sに隣接して単位接合部を形成するとよいことが分かる。
1 車体(接合構造体)
2 フロア部
3 トンネル部材(第1の部材)
4 フロア部材
10 フロアクロスメンバー(第2の部材)
11 ウェブ片
12 壁片
13 長手方向フランジ
14 稜線部フランジ
15 接合部
16 端部フランジ
17 単位接合部
18 立上り曲面部
19 稜線部
20 増肉部
Rf 立上り曲面部の曲率半径
S 立上り曲面部と端部フランジ(稜線部フランジ)との境界部分
2 フロア部
3 トンネル部材(第1の部材)
4 フロア部材
10 フロアクロスメンバー(第2の部材)
11 ウェブ片
12 壁片
13 長手方向フランジ
14 稜線部フランジ
15 接合部
16 端部フランジ
17 単位接合部
18 立上り曲面部
19 稜線部
20 増肉部
Rf 立上り曲面部の曲率半径
S 立上り曲面部と端部フランジ(稜線部フランジ)との境界部分
Claims (7)
- 第1の部材と第2の部材とを有し、前記第1の部材の面に前記第2の部材の端部が付き当てられており、前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する接合部を備える、部材の接合構造体であって、
前記接合部は、前記第2の部材の端部に沿って連続して形成されて少なくとも一部が前記第1の部材の面に重なる端部フランジと、前記端部フランジと前記第1の部材とを接合する単位接合部と、を備え、
前記端部フランジは、立上り曲面部を介して前記第2の部材の端部の少なくとも一部に連続して形成され、前記立上り曲面部は、前記第2の部材の板厚よりも厚くされた増肉部を含み、
前記単位接合部の少なくとも一部は、前記端部フランジと前記増肉部との境界から3mm以下の範囲に設けられる、部材の接合構造体。 - 前記第2の部材は、略ハット形又は溝形の断面形状を有し、
前記端部フランジは、前記略ハット形又は溝形を形成するウェブ片と壁片との間の稜線部の端部に形成される稜線部フランジを含み、
前記稜線部と前記稜線部フランジとの間の前記立上り曲面部が、前記増肉部として形成される、請求項1に記載の部材の接合構造体。 - 前記単位接合部は、前記稜線部の端部と、当該稜線部に連続する前記ウェブ片及び前記壁片の少なくとも一部の端部とに亘って連続して形成される、請求項2に記載の部材の接合構造体。
- 前記単位接合部は、前記端部フランジのうちの前記第1の部材の面に接触する部位の全長に亘って連続して形成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の部材の接合構造体。
- 前記単位接合部は、前記端部フランジに断続的に形成され、その長さが前記端部フランジと前記第1の部材とが接触する領域の全長の50%以上となる長さである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の部材の接合構造体。
- 前記接合部に、さらにスポット溶接部を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の部材の接合構造体。
- 前記第1の部材が自動車のフロアトンネル又はサイドシルであり、前記第2の部材がフロアクロスメンバーである、請求項1〜6のいずれかに記載の部材の接合構造体。
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