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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-15
(45)【発行日】2023-06-23
(54)【発明の名称】車両用構造部材
(51)【国際特許分類】
B62D 21/15 20060101AFI20230616BHJP
B60R 19/04 20060101ALI20230616BHJP
B62D 25/04 20060101ALI20230616BHJP
B62D 25/06 20060101ALI20230616BHJP
B62D 25/20 20060101ALI20230616BHJP
【ＦＩ】
B62D21/15 C
B60R19/04 M
B62D25/04 A
B62D25/04 B
B62D25/06 A
B62D25/20 C
B62D25/20 F
B62D25/20 G
B62D25/20 H
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2017039649
(22)【出願日】2017-03-02
(65)【公開番号】P2017159894
(43)【公開日】2017-09-14
【審査請求日】2019-11-07
【審判番号】
【審判請求日】2022-03-07
(31)【優先権主張番号】P 2016041256
(32)【優先日】2016-03-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】広瀬 智史
(72)【発明者】
【氏名】中澤 嘉明
【合議体】
【審判長】中村 則夫
【審判官】藤井 昇
【審判官】八木 誠
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－８８７４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５０－６８４１３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１０－２０８４０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－３１５３４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－８３９３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
B62D17/00-25/08
B62D25/14-29/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
長手方向に延びる底壁部と、前記底壁部の両端から起立した一対の側壁部と、前記底壁部に対向する天壁部とを有し、前記底壁部、前記一対の側壁部および前記天壁部により閉断面を形成する中空部材と、前記中空部材の内側に設けられ、前記一対の側壁部の並び方向の両端が前記一対の側壁部に固定されている主補強部材と、
前記長手方向の前記中空部材と前記主補強部材とが対向する領域の一部において、前記中空部材または前記主補強部材の少なくともいずれかに設けられる曲げ誘起部と、
前記長手方向の前記曲げ誘起部が設けられた領域を含む前記長手方向の部分において、前記主補強部材に密着して配置され、前記主補強部材と、前記底壁部または前記天壁部のうち一方とを連結し、さらに、前記主補強部材および前記側壁部に連続して密着して配置される、副補強部材と、
を備え、
前記副補強部材は充填部材であり、
前記副補強部材として、前記主補強部材の前記長手方向の一端において前記主補強部材と前記天壁部とを連結する第１副補強部材と、前記主補強部材の前記長手方向の他端において前記主補強部材と前記底壁部とを連結する第２副補強部材とを備えている、車両用構造部材。
【請求項2】
前記副補強部材は、前記天壁部および前記側壁部に連続して密着して配置される、請求項１に記載の車両用構造部材。
【請求項3】
前記副補強部材の内部に空洞が設けられる、請求項１または２に記載の車両用構造部材。
【請求項4】
前記曲げ誘起部は、前記中空部材の断面の重心により形成される前記長手方向に沿った中心軸の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分である、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項5】
前記曲げ誘起部は、前記副補強部材を除く前記車両用構造部材の断面の重心により形成される前記長手方向に沿った中心軸の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分である、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項6】
前記曲げ誘起部は、前記中空部材の断面係数が前記長手方向で変化する部分を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項7】
前記曲げ誘起部は、前記副補強部材を除く前記車両用構造部材の断面係数が前記長手方向で変化する部分を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項8】
前記曲げ誘起部は、凹部、凸部、穴部、板厚変化部または薄肉部の少なくともいずれかが設けられた部分を含む、請求項６または７に記載の車両用構造部材。
【請求項9】
前記凹部、前記凸部または前記板厚変化部の少なくともいずれかが、前記中空部材の前記長手方向に沿って、複数並設される、請求項８に記載の車両用構造部材。
【請求項10】
前記曲げ誘起部は、前記中空部材または前記主補強部材の少なくともいずれかの降伏強度が前記長手方向で変化する部分を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項11】
前記主補強部材のヤング率は前記副補強部材のヤング率以上である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項12】
前記主補強部材は鋼板により形成される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項13】
前記主補強部材の板厚は２．３ｍｍ以下である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項14】
前記中空部材を形成する金属板の板厚は２．３ｍｍ以下である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【請求項15】
前記車両用構造部材は、フロントサイドメンバ、リアサイドメンバ、クラッシュボックス、ピラー、フロアレインフォースメント、フロアクロスメンバ、バンパーレインフォースメント、サイドシル、ルーフサイドレール、ルーフセンターレインフォースメントまたはトンネルの少なくともいずれかを含む、請求項１～１４のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用構造部材に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、地球環境保護の観点から、自動車の燃費改善が要求されている。その一方で、車両の衝突安全性の維持または向上が要求されている。これらの要求を満足するために、高強度かつ軽量な車体構造の開発が進められている。
【0003】
上述した要求を満たすための車体構造を実現するために、車両用構造部材であるフレームの強度を向上させて当該フレームの変形を抑制するための技術の開発が進められている。例えば、レインフォースメント等の補強部材がフレームの内側に設けられることがある。さらに、発泡樹脂材等により形成される充填部材が、フレームとレインフォースメントとの間に充填されることがある。
【0004】
より具体的には、下記特許文献１には、フレームを形成する金属要素と、当該金属要素の各側面に接合するレインフォースメントとの間の空間に充填部材が充填される技術について開示されている。下記特許文献２には、フレーム内側に設けられるレインフォースメントと当該フレームとの間に充填部材が充填される技術について開示されている。このような技術により、フレームの強度を向上させ、より剛性の高いフレームを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特表２０１５－５２３２６９号公報
【文献】特開２００２－１７３０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上記のフレームを従来よりも高強度である金属板（鋼板（高強度鋼板）、またはアルミ板等）により形成する場合、変形ストロークおよび衝撃吸収エネルギ等により示される衝突安全性能が従来の金属板により形成されたフレームと同等の性能となるように、高強度金属板の板厚が設定される。この場合板厚は、従来の金属板の板厚よりも薄く設定される。以降、金属板を金属板の代表的な素材である鋼板と記載する。
【0007】
しかし、車両衝突時において薄肉化されたフレームに曲げが生じた場合、当該フレームが面外変形し易くなることにより、フレームについて想定されていた衝突安全性能を確保できなくなる可能性があることを本発明者らは見出した。まず、フレームの板厚が従来よりも小さくなると、フレームの曲げ剛性が低下し、衝突荷重により当該フレームに高い応力が生じやすくなる。すると、当該フレームの曲げ変形時において、当該フレームを構成する各壁面において面外変形が生じやすくなる。
【0008】
図４５は、薄肉化されたフレーム１００の断面形状の変化の一例を示す断面図である。図４５に示すように、フレーム１００において曲げが生じると、底壁部１００ａが面外方向に膨らみ、かつ、側壁部１００ｂが断面内方へ倒れ込む（断面形状１０１）。さらに折れ曲げが進展すると、側壁部１００ｂの断面内方への倒れ込みがさらに進むので、フレーム１００の断面形状１０２が、当初の断面形状から大幅に変形してしまう。この断面変形により、フレーム断面により行われる仕事により発揮される衝突安全性能が設計段階よりも低くなるため、当該フレームが従来有する衝突安全性能が低減してしまう。そのため、単にフレームを形成する高強度鋼板を用いて薄肉化することにより車体の軽量化を図るだけでは、想定されていた衝突安全性能を確保できない可能性がある。
【0009】
さらに、仮にフレーム１００の内側に設けられたレインフォースメントの板厚が車体の軽量化のために小さくなると、図４５で示したように、フレーム１００の断面形状の変形により、レインフォースが面外変形しやすくなり、座屈することが考えられる。この場合、レインフォースメントによるフレームの断面形状の維持を図ることが困難となり、当該フレームについて想定されていた衝突安全性能を確保できない可能性がある。
【0010】
上記特許文献１および２に開示されている技術は、フレームの強度を高めて、衝突によるフレームの曲げ変形を抑制するために充填部材を使用する技術である。しかし、例えば、衝突エネルギの吸収のためにフレームに曲げが強制的に生じる場合、曲げが生じた部分において発生し得るフレームおよびレインフォースメントの面外変形を、上記特許文献に開示された技術を用いて抑制することは困難である。したがって、上記文献に開示された技術を用いて当初想定されていた衝撃吸収エネルギ等の衝突安全性能を維持することは困難である。
【0011】
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、車体の軽量化を図りつつ、フレームの衝突安全性能を維持することが可能な、新規かつ改良された車両用構造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、長手方向に延びる底壁部と、上記底壁部の両端から起立した一対の側壁部と、上記底壁部に対向する天壁部とを有し、上記底壁部、上記一対の側壁部および上記天壁部により閉断面を形成する中空部材と、
上記中空部材の内側に設けられ、前記一対の側壁部の並び方向の両端が前記一対の側壁部に固定されている主補強部材と、上記長手方向の上記中空部材と上記主補強部材とが対向する領域の一部において、上記中空部材または上記主補強部材の少なくともいずれかに設けられる曲げ誘起部と、上記長手方向の上記曲げ誘起部が設けられた領域を含む上記長手方向の部分において、上記主補強部材に密着して配置され、上記主補強部材と、上記底壁部または上記天壁部のうち一方とを連結し、さらに、上記主補強部材および上記側壁部に連続して密着して配置される、副補強部材と、を備え、上記副補強部材は充填部材であり、上記副補強部材として、上記主補強部材の上記長手方向の一端において上記主補強部材と上記天壁部とを連結する第１副補強部材と、上記主補強部材の上記長手方向の他端において上記主補強部材と上記底壁部とを連結する第２副補強部材とを備えている、車両用構造部材が提供される。
上記中空部材の内側に設けられ、前記一対の側壁部の並び方向の両端が前記一対の側壁部に固定されている主補強部材と、上記長手方向の上記中空部材と上記主補強部材とが対向する領域の一部において、上記中空部材または上記主補強部材の少なくともいずれかに設けられる曲げ誘起部と、上記長手方向の上記曲げ誘起部が設けられた領域を含む上記長手方向の部分において、上記主補強部材に密着して配置され、上記主補強部材と、上記底壁部または上記天壁部のうち一方とを連結し、さらに、上記主補強部材および上記側壁部に連続して密着して配置される、副補強部材と、を備え、上記副補強部材は充填部材であり、上記副補強部材として、上記主補強部材の上記長手方向の一端において上記主補強部材と上記天壁部とを連結する第１副補強部材と、上記主補強部材の上記長手方向の他端において上記主補強部材と上記底壁部とを連結する第２副補強部材とを備えている、車両用構造部材が提供される。
【0015】
上記副補強部材は、上記天壁部および上記側壁部に連続して密着して配置されてもよい。
【0016】
上記副補強部材の内部に空洞が設けられてもよい。
【0017】
上記曲げ誘起部は、上記中空部材の断面の重心により形成される上記長手方向に沿った中心軸の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分であってもよい。
【0018】
上記曲げ誘起部は、上記副補強部材を除く上記車両用構造部材の断面の重心により形成される上記長手方向に沿った中心軸の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分であってもよい。
【0019】
上記曲げ誘起部は、上記中空部材の断面係数が上記長手方向で変化する部分を含んでもよい。
【0020】
上記曲げ誘起部は、上記副補強部材を除く上記車両用構造部材の断面係数が上記長手方向で変化する部分を含んでもよい。なお、断面係数は、断面の形状とその断面を構成する材料から決定される曲げ剛性、または全塑性モーメントと同義とする。
【0021】
上記曲げ誘起部は、凹部、凸部、穴部、板厚変化部または薄肉部の少なくともいずれかが設けられた部分を含んでもよい。
【0022】
上記凹部、上記凸部または上記板厚変化部の少なくともいずれかが、上記中空部材の上記長手方向に沿って、複数並設されてもよい。
【0023】
上記曲げ誘起部は、上記中空部材または上記主補強部材の少なくともいずれかの降伏強度が上記長手方向で変化する部分を含んでもよい。
【0024】
上記主補強部材のヤング率は上記副補強部材のヤング率以上であってもよい。
【0027】
上記主補強部材は金属板により形成されてもよい。
【0028】
上記主補強部材の板厚は２．３ｍｍ以下であってもよい。
【0029】
上記中空部材を形成する金属板の板厚は２．３ｍｍ以下であってもよい。
【0030】
上記車両用構造部材は、フロントサイドメンバ、リアサイドメンバ、クラッシュボックス、ピラー、フロアレインフォースメント、フロアクロスメンバ、バンパーレインフォースメント、サイドシル、ルーフサイドレール、ルーフセンターレインフォースメントまたはトンネルの少なくともいずれかを含んでもよい。
【0031】
上記構成によれば、曲げ誘起部の内側に設けられる主補強部材に副補強部材が密着して設けられるので、主補強部材の面外変形に対する抵抗を大きくすることができる。これにより、衝突荷重の入力時における主補強部材の面外変形が抑制されるので、主補強部材による中空部材の断面変形を抑制する効果が発揮される。したがって、中空部材の面外変形が抑制されるので、中空部材の断面により発揮される衝突エネルギの吸収効果を維持することができる。すなわち、副補強部材を主補強部材に対する補強部材として用いることにより、車体の重量の増加を抑えつつ（つまり、車体の軽量化を実現しつつ）、車両用構造部材の衝突安全性能を維持することが可能となる。なお、本発明において密着とは、隙間なく接して配置されることを意味する。特に密着のうち、互いを拘束する接着がさらに好ましい。また、互いを拘束しない場合でも、主補強部材が副補強部材に向かって面外変形するのを副補強部材が抑制する効果が発揮される。
【発明の効果】
【0032】
以上説明したように本発明によれば、車体の軽量化を図りつつ、衝突安全性能を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の一実施形態に係る車両用フレームの一例の概略構成を示す斜視図である。
【図2】同実施形態に係る中空部材の一例のＹ軸方向に直交する断面を示す断面図である。
【図3】同実施形態に係る中空部材の中心軸を可視化した模式図である。
【図4】同実施形態に係るフレームの一例のＺ軸方向に直交する断面における断面図である。
【図7】同実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレームの断面図である。
【図8】同実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレームの断面図である。
【図9】同実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレームの断面図である。
【図10】同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレームの断面図である。
【図11】同実施形態に係る穴部に対向して設けられる充填部材の変形例を説明するためのフレームの断面図である。
【図12】同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。
【図13】同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。
【図14】同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。
【図15】同実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。
【図16】同実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレームの断面図である。
【図17】同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。
【図18】同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。
【図19】同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。
【図20】同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。
【図21】同実施形態に係る凹部の形状および大きさの一例を示す模式図である。
【図22】同実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。
【図23】同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレームの断面図である。
【図24】同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。
【図25】同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。
【図26】同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。
【図27】同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。
【図28】同実施形態に係る凸部の形状および大きさの一例を示す模式図である。
【図29】同実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。
【図30】同実施形態に係る中空部材に設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。
【図31】同実施形態に係る中空部材に設けられる薄肉部の一例を示す模式図である。
【図32】同実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレームの断面図である。
【図33】同実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。
【図34】同実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。
【図35】同実施形態に係る中空部材に設けられる強度変化部の一例を示す模式図である。
【図36】同実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレームの断面図である。
【図37】同実施形態に係る中空部材の内側にレインフォースメントを長手方向に離間して並設した構成例を示すフレームの断面図である。
【図38】本発明の他の実施形態に係る中空部材の第１の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。
【図39】本発明の他の実施形態に係る中空部材の第２の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。
【図40】比較例２に係るフレームの屈曲部における断面形状の衝突シミュレーション前後の変化を示す図である。
【図41】実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状の衝突シミュレーション前後の変化を示す図である。
【図42】各サンプルに係るフレームの、ストロークＳｔに対するＥ．Ａ．を示すグラフである。
【図43】各サンプルに係るフレームのＥ．Ａ．＝１４ｋＪに対するストロークＳｔ１４ｋＪを示すグラフである。
【図44】比較例１に係るフレームのストロークＳｔ14ｋＪに対する、比較例２、比較例３および実施例１に係るフレームのストロークＳｔ14ｋＪの改善代を示すグラフである。
【図45】薄肉化されたフレームの断面形状の変化の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
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。
【0035】
＜１．車両用フレームの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用フレーム１の一例の概略構成を示す斜視図である。なお、本明細書における車両用フレーム１は車両用構造部材の一例であり、以下単にフレーム１と記載する。なお、当該車両用構造部材は、例えば、自動車のフロントサイドメンバ、リアサイドメンバを含む。フロントサイドメンバは、後端部を構成するフロントサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するフロントサイドメンバフロントを含む。リアサイドメンバは、後端部を構成するリアサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するリアサイドメンバフロントを含む。また当該車両用構造部材は、例えば、自動車のピラーを含む。ピラーは、例えば、フロントピラー（Ａピラー）、センターピラー（Ｂピラー）、リアピラー（Ｃピラー、Ｄピラー）、ルーフピラーを含む。また、当該車両用構造部材は、例えば、フロアレインフォースメント、フロアクロスメンバ、バンパーレインフォースメント、サイドシル、ルーフサイドレール、ルーフセンターレインフォースメント、クラッシュボックス、トンネル等を含む。また、当該車両用構造部材は、自動車のみならず、他の車両および自走可能な機械にも適用可能である。他の車両および自走可能な機械には、例えば、二輪車両、バスまたは牽引車等の大型車両、トレーラー、鉄道車両、建設機械、鉱山機械、農業機械、一般機械、および船舶等が含まれる。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用フレーム１の一例の概略構成を示す斜視図である。なお、本明細書における車両用フレーム１は車両用構造部材の一例であり、以下単にフレーム１と記載する。なお、当該車両用構造部材は、例えば、自動車のフロントサイドメンバ、リアサイドメンバを含む。フロントサイドメンバは、後端部を構成するフロントサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するフロントサイドメンバフロントを含む。リアサイドメンバは、後端部を構成するリアサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するリアサイドメンバフロントを含む。また当該車両用構造部材は、例えば、自動車のピラーを含む。ピラーは、例えば、フロントピラー（Ａピラー）、センターピラー（Ｂピラー）、リアピラー（Ｃピラー、Ｄピラー）、ルーフピラーを含む。また、当該車両用構造部材は、例えば、フロアレインフォースメント、フロアクロスメンバ、バンパーレインフォースメント、サイドシル、ルーフサイドレール、ルーフセンターレインフォースメント、クラッシュボックス、トンネル等を含む。また、当該車両用構造部材は、自動車のみならず、他の車両および自走可能な機械にも適用可能である。他の車両および自走可能な機械には、例えば、二輪車両、バスまたは牽引車等の大型車両、トレーラー、鉄道車両、建設機械、鉱山機械、農業機械、一般機械、および船舶等が含まれる。
【0036】
本実施形態に係るフレーム１は、第１の構造部材２、第２の構造部材３、レインフォースメント４、および充填部材５を備える。本実施形態に係る中空部材１０は、第１の構造部材２および第２の構造部材３により形成される。図２は、本実施形態に係る中空部材１０の一例のＹ軸方向に直交する断面を示す断面図である。以下、図１および図２を参照しながら、本実施形態に係るフレーム１の構成について説明する。
【0037】
本実施形態に係る第１の構造部材２は、長尺状の中空部材を形成する構造部材の一例であり、ハット形の断面形状を有する。図１に示すように、第１の構造部材２は、長手方向（略Ｙ軸方向）に延びる底壁部２ａ、側壁部２ｂ、２ｂ、フランジ部２ｃ、２ｃ、および稜線部２ｄ、２ｄ、２ｅ、２ｅを有する。
【0038】
側壁部２ｂは、底壁部２ａのＺ軸方向（幅方向）の両端から起立して設けられる。図２に示すように、側壁部２ｂは、底壁部２ａと略垂直の角度を成して設けられることが衝突性能の観点から好ましい。また、稜線部２ｄは、底壁部２ａと側壁部２ｂとの境界となる部分である。
【0039】
フランジ部２ｃは、側壁部２ｂの底壁部２ａに対し反対側の端部からＺ軸方向に沿って外側に起立して設けられる。図２に示すように、フランジ部２ｃは、側壁部２ｂと略垂直の角度を成して設けられることが多いが、これに限らず部材の設計に応じて適宜決めればよい。また、稜線部２ｅは、側壁部２ｂとフランジ部２ｃとの境界となる部分である。
【0040】
本実施形態に係る第２の構造部材３は、上記中空部材を第１の構造部材２とともに形成する構造部材の一例であり、板状の部材である。図２に示すように、第２の構造部材３は、天壁部３ａ、および接合部３ｃ、３ｃを有する。
【0041】
天壁部３ａは、第１の構造部材２の底壁部２ａに対向する部分である。また、接合部３ｃは、第１の構造部材２のフランジ部２ｃに対して当接し、フランジ部２ｃと接合される部分である。つまり、天壁部３ａは、第２の構造部材３における一対の稜線部２ｅとのそれぞれの接続部分の間に存在する領域に相当する部分である。また、接合部３ｃは、第２の構造部材３における稜線部２ｅとフランジ部２ｃの端部とに挟まれるフランジ部２ｃの領域に当接する部分である。
【0042】
本実施形態に係る中空部材１０は、フランジ部２ｃと接合部３ｃとが接合されることにより、第１の構造部材２と第２の構造部材３とにより形成される。このとき、図２に示すように、中空部材１０は閉断面を有する。この閉断面は、底壁部２ａと、一対の側壁部２ｂ、２ｂと、天壁部３ａにより形成される。なお、フランジ部２ｃと接合部３ｃとの接合方法は特に限定されない。例えば、当該接合方法は、溶接、リベットまたはボルト締結等であってもよい。本実施形態では、フランジ部２ｃと接合部３ｃは、スポット溶接により接合される。
【0043】
なお、中空部材１０の有する閉断面の形状は略多角形である。ここで、略多角形とは、複数の線分で近似表現することが可能である閉じた平面図形を意味する。例えば、図２に示した閉断面は、４つの線分（底壁部２ａ、側壁部２ｂ、天壁部３ａに相当）および４つの頂点（稜線部２ｄ、２ｅに相当）からなる略四角形である。この略四角形は、矩形、台形等を含む。
【0044】
また、本発明の一実施形態に係る中空部材１０の有する閉断面の形状が略四角形以外の略多角形である場合であっても、本明細書において、当該中空部材１０は、底壁部２ａ、一対の側壁部２ｂ、２ｂおよび天壁部３ａにより形成されるものとして説明する。中空部材１０の有する閉断面の形状の例については後述する。
【0045】
なお、本実施形態に係る第１の構造部材２および第２の構造部材３は、例えば鋼板等の金属板により形成されることが好ましい。また、衝突性能の観点から両構造部材の板厚はバス等の大型の車両で多く用いられるフレーム構造では、２．３ｍｍ以下が好ましく、通常のサイズの車両で多く用いられるモノコック構造車両では１．８ｍｍ以下であることが好ましく、バイク等の小型車両では１．４ｍｍ以下であることが好ましい。両構造部材の板厚が大きい場合、衝突荷重の入力による中空部材１０の折れ曲げ箇所における当該構造部材の面外変形が生じにくいため、本発明により得られる効果は小さい。また、両構造部材の板厚が大きい場合、フレームの軽量化を達成することが困難である。また、本実施形態に係る第１の構造部材２および第２の構造部材３の強度は特に限定されない。ただし、軽量化により低減し得るフレームの全体的な強度を補うために、両構造部材の引張強度は７８０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、両構造部材の引張強度は９８０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
【0046】
図１に戻り、フレーム１の構成要素について説明する。本実施形態に係るレインフォースメント４は、主補強部材の一例である。レインフォースメント４は、図１に示すように、主面部４ａおよび接合部４ｂを有する。本実施形態に係る主面部４ａは、底壁部２ａおよび天壁部３ａに対向するようにレインフォースメント４が設けられる。他の実施形態においては、主面部４ａは、一対の側壁部２ｂに対向するように設けられてもよい。また、主面部４ａは、必ずしも中空部材１０を形成する各壁部に対向させて設けられなくてもよい。
【0047】
また、本実施形態に係る接合部４ｂは、側壁部２ｂに接合される。これにより、主面部４ａが一対の側壁部２ｂ、２ｂ間を架け渡すように設けられる。そうすると、中空部材１０に衝撃が加わった際にレインフォースメント４が一対の側壁部２ｂ、２ｂの変形を抑えるので、中空部材１０の断面変形を抑制することができる。なお、接合部４ｂと側壁部２ｂとの接合方法は特に限定されない。例えば、当該接合方法は、溶接、リベットまたはボルト締結等であってもよい。本実施形態では、接合部４ｂと側壁部２ｂは、スポット溶接により接合される。また、レインフォースメント４は、充填部材５の配置領域を区切るためのしきい板としての機能も有する。
【0048】
本実施形態に係るレインフォースメント４は、例えば鋼板等の金属板により形成されることが衝突性能の観点から好ましい。レインフォースメント４の板厚はバス等の大型の車両で多く用いられるフレーム構造では、２．３ｍｍ以下が好ましく、通常のサイズの車両で多く用いられるモノコック構造車両では１．８ｍｍ以下であることが好ましく、バイク等の小型車両では１．４ｍｍ以下であることが好ましい。レインフォースメント４の板厚が大きい場合、上述したように、衝突荷重の入力による中空部材１０の折れ曲げ箇所におけるレインフォースメント４の面外変形が生じにくいため、本発明により得られる効果は小さい。また、レインフォースメント４の板厚が大きい場合、フレームの軽量化を達成することが困難である。また、軽量化によるフレームの強度の低減を補うために、レインフォースメント４の引張強度は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。また、レインフォースメント４を形成する材料は、プラスチック、炭素繊維、合金板または複合材であってもよい。
【0049】
なお、本実施形態に係るレインフォースメント４の中空部材１０の内部における具体的な配置位置については後述する。
【0050】
本実施形態に係る充填部材５は、副補強部材の一例である。本実施形態に係る充填部材５は、例えば発泡樹脂材からなる硬質の発泡充填部材である。より具体的には、充填部材５は、中空部材１０の内側に設置された後に、化学変化により硬化する充填部材である。また、充填部材５の代わりに、副補強部材として他の補強部材が用いられてもよい。この場合、主補強部材であるレインフォースメント４のヤング率が副補強部材のヤング率よりも大きい、または同一である副補強部材が用いられることが好ましい。例えば、本実施形態に係る充填部材５のヤング率は、本実施形態に係るレインフォースメント４のヤング率の約１０００分の１である。
【0051】
なお、本実施形態に係る充填部材５の中空部材１０の内部における具体的な配置位置については後述する。
【0052】
また、本実施形態に係る中空部材１０には、屈曲部６Ａおよび６Ｂが設けられる。屈曲部６は、中空部材１０が屈曲する部分である。すなわち、屈曲部６とは、中空部材１０の断面の重心により形成される中心軸の長手方向における曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分である。図３は、中空部材１０の中心軸を可視化した模式図である。図３に示すように、中空部材１０の中心軸Ｃ１は、屈曲部６Ａおよび６Ｂにおいて屈曲している。
【0053】
屈曲部６は、詳しくは後述するが、曲げ誘起部の一例である。このような屈曲部６を備える中空部材１０は、例えば第１の構造部材２および第２の構造部材３の一部が屈曲するようにプレス成形を行い、これらの構造部材を組み立てることにより得られる。このような屈曲部６は、フレーム１が適用される車両の構造に応じて適宜設けられる。中空部材１０に設けられる屈曲部６の数は特に限定されず、上述したように車両の構造に応じて適宜決定される。すなわち、中空部材１０に屈曲部６が設けられない場合も存在する。
【0054】
中空部材１０に曲げ誘起部が形成された場合、長手方向への衝突によって曲げ誘起部において曲げ変形が生じる。例えば、図３に示すように、かかる屈曲部６Ａおよび６Ｂの曲率半径ＲＡおよびＲＢの少なくともいずれかが２６０ｍｍ以下であれば、中空部材１０は、衝突荷重の入力時に、上記曲率半径の条件を満たす屈曲部６Ａおよび６Ｂのうちの少なくともいずれかにおいて曲げ変形が生じる。この曲げ変形に必要なエネルギが衝突によるエネルギから供給される。すなわち、中空部材１０の曲げ変形により衝突エネルギを吸収することができる。この曲げ誘起部を中空部材１０に設けることにより、衝突により生じる中空部材１０の曲げ起点を設定することができる。そのため、中空部材１０の想定外の曲げによるキャビンへの衝撃を回避することができるので、キャビンの安全性を維持することができる。さらに、レインフォースメント４が中空部材１０を内側から支えるように、中空部材１０の曲げ誘起部の内側に設けられる。これにより、中空部材１０の衝突時の断面変形を抑制し、衝突に対する耐荷重性を高めることができる。ゆえに、衝突安全性能を総合的に高めることができる。
【0055】
このような中空部材１０の軽量化を図るために、中空部材１０を高強度鋼板により形成することが挙げられる。中空部材１０を高強度化することにより、中空部材１０を形成する鋼板の板厚を小さくすることができる。これにより、フレーム１の強度を確保しつつ、フレーム１の軽量化が可能となる。また、レインフォースメント４についても、フレーム１の全体的な軽量化のために、高強度化および薄板化が望まれる。
【0056】
しかし、中空部材１０の板厚が小さくなると、断面形状に基づく曲げ剛性が減少する。そのため、中空部材１０が、フレーム１の曲げ変形の際に面外変形してしまう可能性がある。このとき、レインフォースメント４は面外変形する中空部材１０から圧縮力を受け、同様に面外変形してしまう場合がある。この場合、レインフォースメント４が座屈する可能性がある。レインフォースメント４が座屈してしまうと、レインフォースメント４による中空部材１０の断面形状の維持効果が顕著に減少する。これにより、レインフォースメント４は中空部材１０の面外変形を抑制することができない。この場合、中空部材１０の断面形状が大きく変化するため、想定されていたフレーム１の衝突安全性能を発揮することが困難となる。
【0057】
そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、本発明に係る車両用構造部材を想到した。本発明によれば、中空部材に設けられた曲げ誘起部の内側に主補強部材が設けられ、主補強部材に副補強部材が密着して配置される。副補強部材が主補強部材に密着することにより、衝撃を受けた際の主補強部材の面外変形を抑制し、主補強部材の座屈を抑制することができる。したがって、衝突荷重が入力された際においても、主補強部材が中空部材の面外変形を抑制する効果を発揮させることができる。これにより、フレームの衝突安全性能を十分に発揮させることが可能となる。
【0058】
以下、本発明の一実施形態に係るフレーム１の内部における、レインフォースメント４および充填部材５の配置の一例について説明する。なお、上述した曲げ誘起部は屈曲部６に限られない。曲げ誘起部の具体例については後述する。
【0059】
図４は、本実施形態に係るフレーム１の一例のＺ軸方向に直交する断面における断面図である。なお、図４に示す断面図は、図１に示した中空部材１０のＩＶ－ＩＶ切断線における中空部材１０の断面図に相当する。図４に示すように、中空部材１０には屈曲部６Ａおよび６Ｂが設けられている。屈曲部６Ａは、底壁部２ａが曲げ内側となる方向に屈曲して設けられている。
【0060】
本実施形態に係る充填部材５は、レインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置される。図４に示した例では、充填部材５Ａは、底壁部２ａに対向する部分に設けられている。また、充填部材５Ｂは、天壁部３ａに対向する部分に設けられている。
【0061】
なお、図４に示すフレーム１に関して付された各寸法の記号の定義は以下の通りである。本実施形態に係る中空部材１０のＬＦＬは、例えば数百ｍｍ程度である。
ＬＦＬ：中空部材１０のＹ軸方向（長手方向）の長さ。
ＤＦＬ１：中空部材１０の衝突側の端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＤＦＬ２：中空部材１０の他端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＬＲ：レインフォースメント４の長手方向の長さ。
ＳＦＬ：屈曲部６の長手方向前後における第２の構造部材３のオフセット長さ。
ＬＦＭＡ、ＬＦＭＢ：充填部材５Ａおよび５ＢのＹ軸方向の長さ。
ＬＦＬ：中空部材１０のＹ軸方向（長手方向）の長さ。
ＤＦＬ１：中空部材１０の衝突側の端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＤＦＬ２：中空部材１０の他端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＬＲ：レインフォースメント４の長手方向の長さ。
ＳＦＬ：屈曲部６の長手方向前後における第２の構造部材３のオフセット長さ。
ＬＦＭＡ、ＬＦＭＢ：充填部材５Ａおよび５ＢのＹ軸方向の長さ。
【0062】
図５および図６は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線およびＶＩ－ＶＩ切断線における断面図である。図５に示すように、充填部材５Ａは、底壁部２ａと、主面部４ａと、一対の側壁部２ｂとにより形成される空間７Ａにおいて、主面部４ａに密着して配置されている。なお、詳しくは後述するが、充填部材５Ａは、少なくとも主面部４ａに密着するように配置されればよい。例えば、充填部材５Ａは、必ずしも空間７Ａ側に配置されなくてもよい。より具体的には、充填部材５Ａは、レインフォースメント４に対する空間７Ａの反対側の空間において、主面部４ａに密着して配置されてもよい。また、図６に示すように、屈曲部６Ｂにおいて、充填部材５Ｂは、天壁部３ａと、主面部４ａと、一対の側壁部２ｂとにより形成される空間７Ｂにおいて、主面部４ａに密着して配置されている。なお、充填部材５Ｂは、充填部材５Ａの例と同様に、必ずしも空間７Ｂに配置されなくてもよい。より具体的には、充填部材５Ｂは、レインフォースメント４に対する空間７Ｂの反対側の空間において、主面部４ａに密着して配置されてもよい。
【0063】
図５を参照しながら、充填部材５Ａによる作用および効果について説明する。まず、充填部材５Ａは、レインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置されている。充填部材５Ａが主面部４ａに密着（好ましくは接着）することにより、主面部４ａの面外変形に対する抵抗が高くなる。これにより、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、レインフォースメント４にかかるＺ軸方向の圧縮応力に起因して生じ得る主面部４ａの面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。したがって、レインフォースメント４は、当該衝突荷重の入力による側壁部２ｂの変形を抑制できるので、中空部材１０の閉断面の断面変形も抑制される。ゆえに、フレーム１の衝突安全性能をより確実に発揮させることができる。
【0064】
また、図５を参照すると、充填部材５Ａは、屈曲部６における底壁部２ａの部分の内面に密着して配置されている。充填部材５Ａがかかる位置に密着（好ましくは接着）して配置されることにより、屈曲部６Ａにおける底壁部２ａの面外変形に対する抵抗が高くなる。これにより、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、当該折れ曲げが生じた位置における底壁部２ａの面外変形を抑制することができる。したがって、中空部材１０の閉断面の断面変形が充填部材５Ａにより直接的に抑制される。ゆえに、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。
【0065】
さらに、図５に示した例では、充填部材５Ａは、主面部４ａと底壁部２ａとを連結している。ここで連結とは、充填部材５Ａが主面部４ａと底壁部２ａとをまたいでそれぞれに密着して配置されることを意味する。フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６において折れ曲げが生じた場合に、主面部４ａと底壁部２ａとにおける面外変形は、それぞれ相対する方向に生じる。ここで、主面部４ａと底壁部２ａとを充填部材５Ａによって連結することにより、充填部材５Ａが、主面部４ａおよび底壁部２ａのそれぞれの変形により受ける力を相殺することができる。これにより、主面部４ａの面外変形を単に抑制するだけではなく、面外変形を生じさせる力そのものを減じることができる。よって、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。
【0066】
また、図５に示した例では、充填部材５Ａは、レインフォースメント４と側壁部２ｂとに連続して密着して配置されている。つまり充填部材５Ａは、主面部４ａと側壁部２ｂとを接続する接続部分４ｃの内側に密着して配置されている。フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６において折れ曲げが生じた場合に、接続部分４ｃに高い応力が発生し、接続部分４ｃにおいて局所的に塑性変形が生じる。充填部材５Ａが接続部分４ｃに密着（好ましくは接着）して配置されることにより、接続部分４ｃにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、フレーム１の衝突安全性能をより効果的に高めることができる。
【0067】
また、図５に示した例では、充填部材５Ａは、底壁部２ａと側壁部２ｂとに連続して密着して配置されている。つまり充填部材５Ａは、稜線部２ｄの内側に密着して配置されている。上述した接続部分４ｃにおける塑性変形と同様に、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、稜線部２ｄにおいて局所的に塑性変形が生じる。そのため、充填部材５Ａがかかる位置に密着（好ましくは接着）して配置されることにより、稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、フレーム１の衝突安全性能をより効果的に高めることができる。
【0068】
なお、図５に示した例では充填部材５Ａは稜線部２ｄおよび接続部分４ｃの全ての内側に密着して配置されていたが、稜線部２ｄまたは接続部分４ｃの少なくともいずれかの内側に充填部材５Ａが配置されていれば、かかる効果は発揮される。
【0069】
以上、充填部材５Ａの配置によりもたらされる作用および効果について説明した。なお、上述した作用および効果は、図６に示したような、天壁部３ａと主面部４ａとの間に充填される充填部材５Ｂについても同様に発揮される。
【0070】
このように、本実施形態に係るフレーム１においては、曲げ誘起部である屈曲部６の内側にレインフォースメント４が設けられ、充填部材５がレインフォースメント４に密着して配置される。かかる構成により、フレーム１への衝突荷重の入力の際にレインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。これにより、レインフォースメント４によって中空部材１０の断面形状が維持されるため、中空部材１０の断面変形を抑制することができる。したがって、車体の軽量化を図るために中空部材１０およびレインフォースメント４の板厚を小さくする場合においても、フレーム１の衝突安全性能を維持することができる。
【0071】
なお、図４に示したレインフォースメント４は一の部材により形成され、屈曲部６における底壁部２ａおよび天壁部３ａのそれぞれに対向するように設けられているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、レインフォースメント４は、屈曲部６等の曲げ誘起部における底壁部２ａまたは天壁部３ａに対向して複数設けられてもよい。また、レインフォースメント４は、中空部材１０の長手方向に沿って全体的に設けられてもよい。つまり、レインフォースメント４は、曲げ誘起部の内側に設けられていれば、レインフォースメント４の中空部材１０の長手方向における位置および長さは特に限定されない。
【0072】
＜２．充填部材の配置例＞
以上、本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂの配置について説明した。なお、充填部材５の配置は、図５および図６に示した例に限定されない。以下、充填部材５の他の配置例について説明する。
以上、本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂの配置について説明した。なお、充填部材５の配置は、図５および図６に示した例に限定されない。以下、充填部材５の他の配置例について説明する。
【0073】
（第１の配置例）
図７は、本実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図７に示す断面図は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図７は、本実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図７に示す断面図は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
【0074】
図７に示すように、充填部材５０は、主面部４ａの底壁部２ａに対向する面の中央部分に密着（好ましくは接着）して配置されている。かかる配置により、上述したように、主面部４ａの面外変形に対する抵抗を大きくすることができる。つまり、充填部材５０が主面部４ａの一部だけに密着して配置されることによっても、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、主補強部材の座屈を抑制することができる。すなわち、中空部材１０の断面変形を抑制する効果を十分に得ることができる。したがって、要求される衝突安全性能を確保することが可能であれば、図７に示したように、充填部材５０が主面部４ａの一部だけに配置されてもよい。これにより、充填部材５０の充填量が少なくなるので、充填部材５Ａのコストおよびフレーム１の重量を低く抑えることができる。
【0075】
なお、充填部材５０の配置位置は、上述したように、主面部４ａの底壁部２ａに対向する側に限られない。例えば、図７に示した充填部材５０は、主面部４ａの天壁部３ａに対向する側に設けられてもよい。つまり、レインフォースメント４に充填部材５０が密着して配置されていれば、充填部材５０の主面部４ａにおける配置面は特に限定されない。
【0076】
（第２の配置例）
図８は、本実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図８に示す断面図は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図８は、本実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図８に示す断面図は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
【0077】
図８に示すように、充填部材５１は、主面部４ａの中央部分と底壁部２ａの中央部分とを連結するように、各部分に密着（好ましくは接着）して配置されている。かかる配置により、上述したように、レインフォースメント４および底壁部２ａの面外変形をより効果的に抑制することができる。この場合、図８に示したように、充填部材５１が主面部４ａの一部および底壁部２ａの一部のみを連結しても、中空部材１０の断面変形を抑制する効果を十分に得ることができる。したがって、要求される衝突安全性能を確保することが可能であれば、図８に示したように、充填部材５１が主面部４ａおよび底壁部２ａの一部だけを連結するように配置されてもよい。これにより、充填部材５Ａの充填量が少なくなるので、充填部材５１のコストおよびフレーム１の重量を低く抑えることができる。
【0078】
また、充填部材５１の配置位置は、上述したように、主面部４ａと底壁部２ａとの間に限られない。例えば、図８に示した充填部材５１は、主面部４ａと天壁部３ａとの間に配置され、主面部４ａと天壁部３ａとを連結してもよい。また、レインフォースメント４の主面部４ａが側壁部２ｂに対向するように設けられている場合、充填部材５１は、いずれかの側壁部２ｂと主面部４ａとを連結してもよい。つまり、レインフォースメント４に充填部材５１が密着して配置されていれば、充填部材５１による連結対象となる部分は特に限定されない。
【0079】
なお、第１の配置例および第２の配置例に示した充填部材５の主面部４ａ（および底壁部２ａ）のＺ軸方向における配置位置については特に限定されない。例えば、曲げモーメントを受ける主面部４ａのたわみ量が最も大きくなる主面部４ａの中央部分に充填部材５が密着して配置されることが好ましい。これにより、レインフォースメント４の弾性変形によりレインフォースメント４に衝突エネルギが付勢されることを防ぐことができる。レインフォースメント４に衝突エネルギが付勢されると、衝突時の曲げによるエネルギ吸収が阻害されるためである。
【0080】
また、図７および図８に示したように、充填部材５は必ずしも空間７Ａを密に充填するように配置されなくてもよい。充填部材５は少なくともレインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置されていれば、レインフォースメント４による中空部材の断面変形を抑制する効果が発揮される。充填部材５の空間７Ａにおける充填量および配置位置は、要求されるフレーム１の衝突安全性能およびフレーム１の重量、並びに充填部材５による充填コスト等に基づいて、適宜調整され得る。また、充填部材５は必ずしも空間７Ａに設けられなくてもよい。すなわち、充填部材５は、中空部材１０の空間のうち、空間７Ａとは異なる側の空間に配置されてもよい。
【0081】
（第３の配置例）
図９は、本実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図９に示す断面図は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図９は、本実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図９に示す断面図は、図４に示したフレーム１のＶ－Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
【0082】
図９に示すように、充填部材５２は、主面部４ａ、底壁部２ａ、および一対の側壁部２ｂにより囲まれて形成される空間７Ａに、主面部４ａおよび底壁部２ａ、および一対の側壁部２ｂに密着（好ましくは接着）するように配置されている。また、充填部材５２は、その内部に空洞５２ａを有する。これにより、レインフォースメント４および中空部材１０の変形を抑制させる効果を高めつつ、充填部材５２の充填量を抑制することができる。なお、図９に示した充填部材５２は、レインフォースメント４に密着して配置されていれば、他の壁部との密着の有無、および充填量は特に限定されない。
【0083】
＜３．曲げ誘起部の例＞
次に、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部の例について説明する。上記の実施形態では、曲げ誘起部である屈曲部６について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、屈曲部を有さない中空部材（例えば、長手方向において略直線状に延びる中空部材を含む）においては、穴部、凹部、凸部、板厚変化部、および異強度部等が設けられた部分が、曲げ誘起部としての機能を実現する。穴部、凹部、凸部、および板厚変化部のいずれかが設けられた部分は、中空部材１０の長手方向で中空部材１０の断面係数が変化する部分である。中空部材１０の長手方向で断面係数が変化する部分においては、同一の曲げモーメントにより中空部材１０に生じる曲げ応力が変化するので、当該部分において中空部材１０の曲げが誘起される。より具体的には、長手方向で中空部材１０のうち断面係数が相対的に小さい部分については、当該部分における曲げ応力が相対的に大きくなるので、当該部分において屈曲が生じる。また、長手方向で中空部材１０のうち断面係数が相対的に大きい部分については、当該部分の中空部材１０の長手方向の前後における領域を含む部分の断面係数が相対的に小さくなる。したがって、当該領域と上記断面係数が相対的に大きい部分との境界部分において屈曲が生じる。
次に、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部の例について説明する。上記の実施形態では、曲げ誘起部である屈曲部６について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、屈曲部を有さない中空部材（例えば、長手方向において略直線状に延びる中空部材を含む）においては、穴部、凹部、凸部、板厚変化部、および異強度部等が設けられた部分が、曲げ誘起部としての機能を実現する。穴部、凹部、凸部、および板厚変化部のいずれかが設けられた部分は、中空部材１０の長手方向で中空部材１０の断面係数が変化する部分である。中空部材１０の長手方向で断面係数が変化する部分においては、同一の曲げモーメントにより中空部材１０に生じる曲げ応力が変化するので、当該部分において中空部材１０の曲げが誘起される。より具体的には、長手方向で中空部材１０のうち断面係数が相対的に小さい部分については、当該部分における曲げ応力が相対的に大きくなるので、当該部分において屈曲が生じる。また、長手方向で中空部材１０のうち断面係数が相対的に大きい部分については、当該部分の中空部材１０の長手方向の前後における領域を含む部分の断面係数が相対的に小さくなる。したがって、当該領域と上記断面係数が相対的に大きい部分との境界部分において屈曲が生じる。
【0084】
また、異強度部は、中空部材１０の長手方向で中空部材１０の降伏強度が変化する部分である。中空部材１０の長手方向で降伏強度が変化する部分においては、当該部分における中空部材１０の塑性変形が誘起される。例えば、長手方向で中空部材１０のうち降伏強度が相対的に小さい部分については、当該部分における塑性変形が中空部材１０において最初に生じるため、当該部分において屈曲が生じる。また、長手方向で中空部材１０のうち降伏強度が相対的に大きい部分については、当該部分の中空部材１０の長手方向の前後における領域を含む部分の降伏強度が相対的に小さくなる。したがって、当該領域と上記降伏強度が相対的に大きい部分との境界部分において屈曲が生じる。
【0085】
（穴部）
図１０は、本実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図１０に示すように、底壁部２ａには穴部６０が設けられている。穴部６０が設けられた部分における中空部材１０の断面係数は、穴部６０が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の断面係数よりも低い。したがって、図１０に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１は、穴部６０が設けられた部分において、穴部６０が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくとも穴部６０が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により穴部６０の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
図１０は、本実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図１０に示すように、底壁部２ａには穴部６０が設けられている。穴部６０が設けられた部分における中空部材１０の断面係数は、穴部６０が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の断面係数よりも低い。したがって、図１０に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１は、穴部６０が設けられた部分において、穴部６０が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくとも穴部６０が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により穴部６０の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
【0086】
なお、図１０に示した例では、底壁部２ａの穴部６０が設けられた部分に充填部材５が配置されていたが、本発明はかかる例に限定されない。図１１は、本実施形態に係る穴部に対向して設けられる充填部材の変形例を説明するためのフレーム１の断面図である。図１１に示すように、穴部６０の内側の空間には充填部材５が配置されなくてもよい。これにより、穴部６０における底壁部２ａの屈曲変形をより確実に行うことが可能である。なお、以下に示す他の曲げ誘起部の例においても同様に、曲げ誘起部の近傍の空間に充填部材５を配置させないようにすることで、曲げ誘起部における屈曲変形をより確実に行うことが可能となる。
【0087】
また、穴部の形状および配置については、上述した例に限られない。図１２～図１５は、本実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。図１２に示すように、円形の穴部６０ａが底壁部２ａに設けられてもよい。また、図１３に示すように、複数の穴部６０ｂが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の穴部６０ｂが、中空部材１０Ａの長手方向に横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、穴部６０ｂが曲げの起点として、中空部材１０Ａが底壁部２ａ側に曲げ変形やすくなる。
【0088】
また、図１４に示すように、中空部材１０Ａの長手方向に横切る方向に延在する穴部６０ｃが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、穴部６０ｃが曲げの起点として、中空部材１０Ａが底壁部２ａ側に曲げ変形される。なお、穴部６０ｃの形状は、図１４に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
【0089】
なお、上述した中空部材１０Ａの長手方向に横切る方向は、図１２～図１４に示すような、中空部材１０Ａの長手方向に直交する方向に限定されない。例えば、穴部６０が設けられた部分の面において、中空部材１０Ａの長手方向と当該横切る方向とのなす角が、４５度以上９０度以下であることが好ましい。これにより、安定した曲げ変形を誘起させることができる。
【0090】
また、穴部６０の設けられる部分は底壁部２ａに限られない。例えば、側壁部２ｂや天壁部３ａに穴部６０が設けられてもよい。また、穴部６０が設けられた部分に対向する部分には、穴部６０等が設けられないことが好ましい。例えば、穴部６０が底壁部２ａに設けられた場合、天壁部３ａには別の穴部６０の曲げ変形を誘起する部分は設けられないことが好ましい。衝突荷重の入力時に、穴部６０が設けられた側に曲げ変形を誘起するためである。
【0091】
また、図１５に示すように、穴部６０ｄが稜線部２ｄに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ａのうち長手方向で穴部６０ｄが設けられた部分の断面係数が顕著に低下するので、穴部６０ｄが設けられた部分を曲げの起点とする曲げ変形をより確実に誘起することができる。
【0092】
（凹部）
図１６は、本実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、ビード部６１は、本実施形態における凹部の一例である。図１６に示すように、底壁部２ａにはビード部６１が設けられている。ビード部６１が設けられた部分における中空部材１０の断面係数は、ビード部６１が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の断面係数よりも低い。したがって、図１６に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１はビード部６１が設けられた部分において、ビード部６１が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくともビード部６１が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力によりビード部６１の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
図１６は、本実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、ビード部６１は、本実施形態における凹部の一例である。図１６に示すように、底壁部２ａにはビード部６１が設けられている。ビード部６１が設けられた部分における中空部材１０の断面係数は、ビード部６１が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の断面係数よりも低い。したがって、図１６に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１はビード部６１が設けられた部分において、ビード部６１が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくともビード部６１が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力によりビード部６１の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
【0093】
なお、凹部の形状および配置については、上述した例に限られない。図１７～図２０は、本実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。ここでいう凹部とは、エンボスやビードなどの、中空部材１０Ｂの底壁部２ａ等に設けられる窪み部分を意味する。図１７に示すように、円形の凹部６１ａが底壁部２ａに設けられてもよい。
【0094】
また、図１８に示すように、複数の凹部６１ｂが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の凹部６１ｂが、中空部材１０Ｂの長手方向に横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、複数の凹部６１ｂが曲げの起点として、中空部材１０Ｂが底壁部２ａ側に曲げ変形されやすくなる。
【0095】
また、図１９に示すように、中空部材１０Ｂの長手方向に横切る方向に延在するビード部６１ｃが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、ビード部６１ｃが曲げの起点として、中空部材１０Ｂが底壁部２ａ側に曲げ変形される。なお、ビード部６１ｃの形状は、図１９に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
【0096】
なお、上述した中空部材１０Ｂの長手方向に横切る方向は、図１９に示すような、中空部材１０Ｂの長手方向に直交する方向に限定されない。例えば、凹部６１が設けられた部分の面において、中空部材１０Ｂの長手方向と当該横切る方向とのなす角が、４５度以上９０度以下であればよい。
【0097】
また、凹部６１の設けられる部分は底壁部２ａに限られない。例えば、側壁部２ｂや天壁部３ａに凹部６１が設けられてもよい。また、凹部６１が設けられた部分に対向する部分には、凹部６１等が設けられないことが好ましい。例えば、凹部６１が底壁部２ａに設けられた場合、天壁部３ａには別の凹部６１の曲げ変形を誘起する部分は設けられないことが好ましい。衝突荷重の入力時に、凹部６１が設けられた側に曲げ変形を誘起するためである。
【0098】
また、図２０に示すように、凹部６１ｄが稜線部２ｄに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ｂのうち長手方向で凹部６１ｄが設けられた部分の断面係数が顕著に変化するので、凹部６１ｄが設けられた部分を曲げの起点とする曲げ変形をより確実に誘起することができる。
【0099】
上述したような凹部６１を設ける場合、凹部６１の形態は特に限定されないが、凹部６１は以下に示す形態を有することが好ましい。例えば、中空部材１０Ｂが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、図２１に示すように、凹部６１の深さＤｄ（凹部６１が設けられた部分の面６１１と凹部６１の底６１２との間における、平面に直交する方向の長さ、図２１参照）は、中空部材１０Ｂの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、中空部材１０Ｂの長手方向における凹部６１の縁６１３同士の距離Ｌｄ（図２１参照）は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0100】
図２２は、本実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。図２２に示すように、中空部材１０Ｂの長手方向に延在する凹部６１ｅ、６１ｆが、中空部材１０Ｂの長手方向に沿って並んで設けられてもよい。この場合、中空部材１０Ｂのうち、長手方向における凹部６１ｅと凹部６１ｆとの間の部分６１０で曲げが生じる。すなわち、中空部材１０Ｂのうち、凹部６１ｅ、６１ｆが設けられた部分と、凹部６１ｅと凹部６１ｆとの間の部分６１０とでは断面係数が異なるので、衝突荷重の入力時において、当該部分６１０を曲げの起点として曲げ変形が生じる。なお、この場合においても、中空部材１０Ｂが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、凹部６１ｅ、６１ｆの深さＤｄは、中空部材１０Ｂの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、当該部分６１０には、凹部、後述する凸部、薄肉部または異強度部等が形成されていてもよい。
【0101】
なお、凹部６１ｅおよび凹部６１ｆは、図２２に示すように、必ずしも直列に並んでいなくてもよい。また、凹部６１ｅおよび凹部６１ｆは、必ずしも中空部材１０Ｂの長手方向に延在していなくてもよい。例えば、凹部６１ｅおよび凹部６１ｆが設けられた部分の面において、中空部材１０Ｂの長手方向と凹部６１ｅおよび凹部６１ｆの延在方向とのなす角は、０度以上４５度以下であればよい。
【0102】
（凸部）
図２３は、本実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図２３に示すように、底壁部２ａには凸部６２が設けられている。凸部６２が設けられた部分における中空部材１０の断面係数は、凸部６２が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の断面係数よりも高い。したがって、図２３に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、中空部材１０の長手方向における凸部６２の前後の領域８ａまたは８ｂの少なくともいずれかにおいて、凸部６２が曲げ内側となるように屈曲する。この領域８ａおよび８ｂは、Ｙ軸方向における、中空部材１０の断面係数の変化が生じる領域である。そのため、レインフォースメント４は少なくとも凸部６２並びに凸部６２の前後の領域８ａおよび８ｂに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により凸部６２の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
図２３は、本実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図２３に示すように、底壁部２ａには凸部６２が設けられている。凸部６２が設けられた部分における中空部材１０の断面係数は、凸部６２が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の断面係数よりも高い。したがって、図２３に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、中空部材１０の長手方向における凸部６２の前後の領域８ａまたは８ｂの少なくともいずれかにおいて、凸部６２が曲げ内側となるように屈曲する。この領域８ａおよび８ｂは、Ｙ軸方向における、中空部材１０の断面係数の変化が生じる領域である。そのため、レインフォースメント４は少なくとも凸部６２並びに凸部６２の前後の領域８ａおよび８ｂに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により凸部６２の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
【0103】
なお、凸部の形状および配置については、上述した例に限られない。図２４～図２６は、本実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。ここでいう凸部は、例えば、中空部材１０の加工等により実現される。すなわち、かかる凸部は、中空部材１０Ｃを構成する鋼板の一部を変形させて設けられるものであってもよい。図２４に示すように、円形の凸部６２ａが底壁部２ａに設けられてもよい。
【0104】
また、図２５に示すように、複数の凸部６２ｂが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の凸部６２ｂが、中空部材１０Ｃの長手方向に横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、中空部材１０Ｃの長手方向における複数の凸部６２ｂの前後の領域のいずれかが曲げの起点として、中空部材１０Ｃが底壁部２ａ側に曲げ変形されやすくなる。
【0105】
また、図２６に示すように、中空部材１０Ｃの長手方向に横切る方向に延在する凸部６２ｃが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、中空部材１０Ｃの長手方向における凸部６２ｃの前後の領域のいずれかが曲げの起点として、中空部材１０Ｃが底壁部２ａ側に曲げ変形される。なお、凸部６２ｃの形状は、図２６に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
【0106】
なお、上述した中空部材１０Ｃの長手方向に横切る方向は、図２６に示すような、中空部材１０Ｃの長手方向に直交する方向に限定されない。例えば、凸部６２が設けられた部分の面において、中空部材１０Ｃの長手方向と当該横切る方向とのなす角が、４５度以上９０度以下であればよい。
【0107】
また、凸部６２の設けられる部分は底壁部２ａに限られない。例えば、側壁部２ｂや天壁部３ａに凸部６２が設けられてもよい。また、凸部６２が設けられた部分に対向する部分には、凸部６２等が設けられないことが好ましい。例えば、凸部６２が底壁部２ａに設けられた場合、天壁部３ａには別の凸部６２等の曲げ変形を誘起する部分は設けられないことが好ましい。衝突荷重の入力時に、凸部６２が設けられた側に曲げ変形を誘起するためである。
【0108】
また、図２７に示すように、凸部６２ｄが稜線部２ｄに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ｃのうち長手方向で凸部６２ｄが設けられた部分の断面係数が顕著に変化するので、凸部６２ｄが設けられた部分を曲げの起点とする曲げ変形をより確実に誘起することができる。
【0109】
上述したような凸部６２を設ける場合、凸部６２の形態は特に限定されないが、凸部６２は以下に示す形態を有することが好ましい。例えば、中空部材１０Ｃが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、図２８に示すように、凸部６２の高さＨｄ（凸部６２が設けられた部分の面６２１と凸部６２の頂６２２との間における、平面に直交する方向の長さ、図２８参照）は、中空部材１０Ｃの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、中空部材１０Ｃの長手方向における凸部６２の縁６２３同士の距離Ｌｄ（図２８参照）は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0110】
図２９は、本実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。図２９に示すように、中空部材１０Ｃの長手方向に延在する凸部６２ｅ、６２ｆが、中空部材１０Ｃの長手方向に沿って並んで設けられてもよい。この場合、中空部材１０Ｃのうち、長手方向における凸部６２ｅと凸部６２ｆとの間の部分６２０で曲げが生じる。すなわち、中空部材１０Ｃのうち、凸部６２ｅ、６２ｆが設けられた部分と、凸部６２ｅと凸部６２ｆとの間の部分６２０とでは断面係数が異なるので、衝突荷重の入力時において、当該部分６２０を曲げの起点として曲げ変形が生じる。なお、この場合においても、中空部材１０Ｃが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、凸部６２ｅ、６２ｆの高さ（Ｈｄ）は、中空部材１０Ｃの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、当該部分６２０には、上述した凹部、凸部または後述する薄肉部もしくは異強度部等が形成されていてもよい。
【0111】
なお、凸部６２ｅおよび凸部６２ｆは、図２９に示すように、必ずしも直列に並んでいなくてもよい。また、凸部６２ｅおよび凸部６２ｆは、必ずしも中空部材１０Ｃの長手方向に延在していなくてもよい。例えば、凸部６２ｅおよび凸部６２ｆが設けられた部分の面において、中空部材１０Ｃの長手方向と凸部６２ｅおよび凸部６２ｆの延在方向とのなす角は、０度以上４５度以下であればよい。
【0112】
（板厚変化部・薄肉部）
また、底壁部２ａには曲げ誘起部を実現する構成として板厚変化部が設けられてもよい。図３０は、本実施形態に係る中空部材に設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。ここでいう板厚変化部とは、中空部材１０Ｄの長手方向において板厚が変化する部分を意味する。図３０に示すように、中空部材１０Ｄは、第１板厚部１１１および第２板厚部１１２を備える。第１板厚部１１１は中空部材１０Ｄの端部側に設けられ、第２板厚部１１２は、中空部材１０Ｄの長手方向に沿って第１板厚部１１１と連続して設けられる。第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との間では、鋼板の板厚が異なる。板厚の大小関係については特に限定されないが、中空部材１０Ｄ全体の曲げ剛性の確保の観点から、第２板厚部１１２の板厚が第１板厚部１１１の板厚よりも大きいことが好ましい。
また、底壁部２ａには曲げ誘起部を実現する構成として板厚変化部が設けられてもよい。図３０は、本実施形態に係る中空部材に設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。ここでいう板厚変化部とは、中空部材１０Ｄの長手方向において板厚が変化する部分を意味する。図３０に示すように、中空部材１０Ｄは、第１板厚部１１１および第２板厚部１１２を備える。第１板厚部１１１は中空部材１０Ｄの端部側に設けられ、第２板厚部１１２は、中空部材１０Ｄの長手方向に沿って第１板厚部１１１と連続して設けられる。第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との間では、鋼板の板厚が異なる。板厚の大小関係については特に限定されないが、中空部材１０Ｄ全体の曲げ剛性の確保の観点から、第２板厚部１１２の板厚が第１板厚部１１１の板厚よりも大きいことが好ましい。
【0113】
この場合、図３０に示すように、第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との境目の部分が板厚変化部１１３となる。この板厚変化部１１３において中空部材１０Ｄの長手方向での断面係数が変化する。すなわち、板厚変化部１１３が曲げ誘起部６に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｄに入力された場合、フレーム１は板厚変化部１１３において屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくとも板厚変化部１１３が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により板厚変化部１１３の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
【0114】
また、曲げ誘起部６は、例えば、薄肉部により実現されてもよい。図３１は、本実施形態に係る中空部材に設けられる薄肉部の一例を示す模式図である。図３１に示すように、底壁部２ａには、中空部材１０Ｄの長手方向前後において、他の部分よりも相対的に板厚が薄い薄肉部１１４が設けられている。薄肉部１１４を含む部分における中空部材１０の断面係数は、薄肉部１１４が設けられた部分の前後（中空部材１０Ｄの長手方向についての）における部分の中空部材１０Ｄの断面係数よりも低い。すなわち、中空部材１０Ｄのうち薄肉部１１４が設けられた部分が曲げ誘起部６に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｄに入力された場合、フレーム１は薄肉部が設けられた部分において、薄肉部が曲げ内側となるように屈曲する。
【0115】
かかる板厚変化部を有する中空部材１０Ｄは、例えば、切削、プレス、およびテーラードブランクからなる被加工板により形成されてもよい。かかる被加工板は、溶接線を有するテーラーウェルドブランク（Tailor Welded Blank；ＴＷＢ）であってもよい。また、上記被加工板は、圧延ロールにより板厚を異ならせて設けられるテーラーロールドブランク（Tailor Rolled Blank；ＴＲＢ）であってもよい。ＴＷＢにおいては、板厚変化部における差厚は０．２ｍｍ以上とすることが可能である。また、ＴＲＢにおいては、部材長手方向当たりの板厚変化部における板厚変化量は、０．１ｍｍ／１００ｍｍ以上とすることが可能である。
【0116】
（異強度部・強度変化部）
図３２は、本実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図３２に示すように、底壁部２ａには異強度部６３が設けられている。異強度部６３は、例えば、中空部材１０に対して部分的に溶接、焼き入れまたは焼き戻し等の熱処理等を行うことにより設けられる。異強度部６３が設けられた部分における中空部材１０の降伏強度は、異強度部６３が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の降伏強度とは異なる。したがって、図３２に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、異強度部６３または異強度部６３の近傍において、異強度部６３が曲げ内側となるように屈曲する。この屈曲は、異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域が塑性変形することにより生じる屈曲である。そのため、レインフォースメント４は少なくとも異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域に対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により異強度部６３または異強度部６３の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
図３２は、本実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図３２に示すように、底壁部２ａには異強度部６３が設けられている。異強度部６３は、例えば、中空部材１０に対して部分的に溶接、焼き入れまたは焼き戻し等の熱処理等を行うことにより設けられる。異強度部６３が設けられた部分における中空部材１０の降伏強度は、異強度部６３が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の降伏強度とは異なる。したがって、図３２に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、異強度部６３または異強度部６３の近傍において、異強度部６３が曲げ内側となるように屈曲する。この屈曲は、異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域が塑性変形することにより生じる屈曲である。そのため、レインフォースメント４は少なくとも異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域に対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により異強度部６３または異強度部６３の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
【0117】
なお、異強度部の配置については、上述した例に限られない。図３３、図３４は、本実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。ここでいう異強度部は、中空部材１０Ｅを形成する被加工板に対する溶接または熱処理等により実現される。
【0118】
図３３に示すように、中空部材１０Ｅの長手方向に対する断面周方向に沿って異強度部１２０が設けられている。この場合も、中空部材１０Ｅのうち異強度部１２０が設けられた部分が曲げ誘起部６に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、フレーム１は異強度部１２０が設けられた部分において、異強度部１２０が曲げ内側となるように屈曲する。
【0119】
なお、かかる異強度部は、例えば、図３４に示したように、底壁部２ａ等、中空部材１０Ｅの断面を構成する壁部の少なくともいずれかに部分的に設けられてもよい。かかる場合においても、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、フレーム１は異強度部１２１が設けられた部分において、異強度部１２１が曲げ内側となるように屈曲する。
【0120】
また、曲げ誘起部６は、例えば、強度変化部により実現されてもよい。図３５は、本実施形態に係る中空部材に設けられる強度変化部の一例を示す模式図である。図３５に示すように、中空部材１０Ｅは、第１強度部１２２および第２強度部１２３を備える。第１強度部１２２は中空部材１０Ｅの端部側に設けられ、第２強度部１２３は、中空部材１０Ｅの長手方向に沿って第１強度部１２２と連続して設けられる。第１強度部１２２と第２強度部１２３との間では、鋼板の降伏強度が異なる。降伏強度の大小関係については特に限定されないが、中空部材１０Ｅ全体としての曲げ剛性の確保の観点から、第２強度部１２３の降伏強度が第１強度部１２２の降伏強度よりも大きいことが好ましい。
【0121】
この場合、図３５に示すように、第１強度部１２２と第２強度部１２３との境目の部分が強度変化部１２４となる。この強度変化部１２４において中空部材１０Ｅの長手方向での降伏強度が変化する。すなわち、強度変化部１２４が曲げ誘起部６に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、フレーム１は強度変化部１２４において屈曲する。
【0122】
（組み合わせ）
なお、屈曲部を有する中空部材において、屈曲部の曲げ内側部分に上記の例に示した穴部等の曲げを誘起させるための部分がさらに設けられてもよい。図３６は本実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレーム１の断面図である。図３６に示すように、中空部材１０には屈曲部６Ａが設けられ、底壁部２ａの曲げ内側部分６Ａａには穴部６４が設けられる。レインフォースメント４は少なくとも曲げ内側部分６Ａａおよび穴部６４に対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により、屈曲部６において中空部材１０をより確実に屈曲させることができる。
なお、屈曲部を有する中空部材において、屈曲部の曲げ内側部分に上記の例に示した穴部等の曲げを誘起させるための部分がさらに設けられてもよい。図３６は本実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレーム１の断面図である。図３６に示すように、中空部材１０には屈曲部６Ａが設けられ、底壁部２ａの曲げ内側部分６Ａａには穴部６４が設けられる。レインフォースメント４は少なくとも曲げ内側部分６Ａａおよび穴部６４に対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により、屈曲部６において中空部材１０をより確実に屈曲させることができる。
【0123】
曲げ誘起部の組み合わせは図３６に示した例に限られず、上記に示した曲げ誘起部の例を複数組み合わせることにより、曲げ誘起部における中空部材１０の屈曲をより確実に生じさせることができる。例えば、上述した屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部の少なくとも２つ以上の組み合わせにより、曲げ誘起部が実現されてもよい。
【0124】
なお、図１０、図１１、図１６、図２３、図３２、図３６に示したレインフォースメント４の設置位置は、曲げ誘起部の内側のみであるが、本発明はかかる例に限定されない。少なくとも曲げ誘起部の内側に設けられていれば、レインフォースメント４の長手方向の長さおよび設置位置は特に限定されない。フレーム１に要求される衝突安全性能および重量等に応じて、レインフォースメント４のサイズ、材質および設置位置は適宜調整される。
【0125】
（曲げ誘起部の他の例）
また、中空部材１０に効果的な曲げ誘起部が設けられない場合であっても、レインフォースメント４に屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部が設けられれば、レインフォースメント４の屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部が曲げ誘起部になる。しかしながら、レインフォースメント４に曲げ誘起部が設けられても、中空部材１０の曲げ誘起部に比べ、同じ条件であれば、曲げ誘起部としての効果は得られにくい。なぜなら、レインフォースメント４は中空部材１０の内部にあるため、断面係数への影響が小さいからである。
また、中空部材１０に効果的な曲げ誘起部が設けられない場合であっても、レインフォースメント４に屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部が設けられれば、レインフォースメント４の屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部が曲げ誘起部になる。しかしながら、レインフォースメント４に曲げ誘起部が設けられても、中空部材１０の曲げ誘起部に比べ、同じ条件であれば、曲げ誘起部としての効果は得られにくい。なぜなら、レインフォースメント４は中空部材１０の内部にあるため、断面係数への影響が小さいからである。
【0126】
故に、中空部材１０に設けられた曲げ誘起部が主要な曲げ誘起部として扱われる。また、中空部材１０に曲げ誘起部が設けられず、レインフォースメント４に凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部があれば、それらが曲げ誘起部とみなされる。
【0127】
この場合、例えば、屈曲部については、中空部材１０とレインフォースメント４とを合わせた断面（すなわち、充填部材５を除くフレーム１の断面）の重心により形成される長手方向に沿った中心軸の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分が、曲げ誘起部となる屈曲部とみなされる。
【0128】
さらに、レインフォースメント４に上述したような構成に基づく曲げ誘起部が設けられていない場合であっても、レインフォースメント４の端部が曲げ誘起部になることもある。なぜなら、フレーム１の長手方向において、レインフォースメント４の有無により断面係数が変化するからである。図３７は、本実施形態に係る中空部材１０の内側にレインフォースメント４を長手方向に離間して並設した構成例を示すフレーム１の断面図である。例えば、図３７に示すように、レインフォースメント４を長手方向に離間して配置した場合、部材の長手方向のレインフォースメント４の端部の位置に充填部材５を配置すれば、部材の変形を緩和することができる。このように、充填部材５を除くフレーム１の断面係数が長手方向で変化する部分が、曲げ誘起部とみなされる。
【0129】
＜４．中空部材の閉断面の形状の例＞
中空部材１０の有する閉断面の形状の例について説明する。図３８は、本発明の他の実施形態に係る中空部材１０の第１の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。図３８に示すように、中空部材１０の閉断面は、Ｘ軸について対称な略六角形の形状を有する。このうち、第１の構造部材２のＸ軸方向に略直交する部分において、４つの頂点２ｄ、２ｄ、２ｆ、２ｆが存在する。ここで、頂点２ｄの内角ａｎｇ１が頂点２ｆの内郭ａｎｇ２より小さい場合、頂点２ｄが稜線部２ｄとして定義される。すなわち、頂点２ｆ、２ｆを含む、一対の稜線部２ｄに挟まれる部分が、底壁部２ａと定義される。
中空部材１０の有する閉断面の形状の例について説明する。図３８は、本発明の他の実施形態に係る中空部材１０の第１の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。図３８に示すように、中空部材１０の閉断面は、Ｘ軸について対称な略六角形の形状を有する。このうち、第１の構造部材２のＸ軸方向に略直交する部分において、４つの頂点２ｄ、２ｄ、２ｆ、２ｆが存在する。ここで、頂点２ｄの内角ａｎｇ１が頂点２ｆの内郭ａｎｇ２より小さい場合、頂点２ｄが稜線部２ｄとして定義される。すなわち、頂点２ｆ、２ｆを含む、一対の稜線部２ｄに挟まれる部分が、底壁部２ａと定義される。
【0130】
図３９は、本発明の他の実施形態に係る中空部材１０の第２の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。図３９に示すように、第１の構造部材２および第２の構造部材３０は、ハット形の断面形状を有する。すなわち、中空部材１０は、ハット形の断面形状を有する２つの構造部材により形成される。この場合、第１の構造部材２の側壁部２ｂおよび第２の構造部材３０の側壁部３０ｂは、第１の構造部材２の稜線部２ｅと第２の構造部材３０の稜線部３０ｅとを介して、連続した一つの側壁部（連続側壁部）として定義される。すなわち、中空部材１０の閉断面は、底壁部２ａと、一対の連続側壁部と、底壁部３０ａ（天壁部に相当）により形成される。
【0131】
また、中空部材１０、および中空部材１０の有する閉断面の形状は、図２、図３８および図３９に示した例に限定されない。中空部材１０の有する閉断面の形状が略多角形であり、当該閉断面を形成する底壁部、一対の側壁部および天壁部に相当する部分が定義できれば、本発明に係る技術は中空部材１０に対して適用可能である。例えば、中空部材は、Ｕ字形の断面形状を有する２つの構造部材を、開口部分が対向するように重ねあわせることにより得られる閉断面を有する中空部材であってもよい。また、中空部材は、円管に対してハイドロフォーミングまたは曲げ加工等を行うことにより形成される中空部材であってもよい。
【実施例】
【0132】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明の効果を確認するために、本実施例では、レインフォースメントおよび充填部材によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
【0133】
本発明者らはレインフォースメントおよび充填部材によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証するために、シミュレーションを用いて、各種フレームの衝撃エネルギ吸収量（Energy Absorption；Ｅ．Ａ．（ｋＪ））に対する衝突時のストロークＳｔ（ｍｍ）を算出した。ストロークＳｔとは、図４に示すように、フレーム１の衝突側の端面を起点とする、衝突物体の移動量を示す。つまり、同一のＥ．Ａ．に対してストロークＳｔが短いほど、衝突安全性能が高いと言える。
【0134】
本実施例におけるサンプルとして、従来のフレーム（参考例１）、本実施形態に係る中空部材１０のみにより構成されるフレーム（比較例１）、本実施形態に係る中空部材１０の内側にレインフォースメント４のみが設けられたフレーム（比較例２）、本実施形態に係る中空部材１０の内側に充填部材５のみが設けられたフレーム（比較例３）、および本実施形態に係る中空部材１０の内側にレインフォースメント４および充填部材５が設けられたフレーム（実施例１）を用意した。なお、参考例１、各比較例および実施例１における中空部材１０の内側におけるレインフォースメント４、充填部材５および屈曲部６の配置位置は、図４、図５および図６に示す配置位置と同一である。図４、図５および図６に示す構成から、充填部材５が除かれたものが比較例２であり、レインフォースメント４が除かれたものが比較例３、レインフォースメント４および充填部材５の両方が除かれたものが参考例１および比較例１である。
【0135】
なお、本実施例において用いられた各フレームの各寸法（図４参照）は、以下の通りである（単位はｍｍ）。
ＬＦＬ＝５００
ＤＦＬ１＝７０
ＤＦＬ２＝９０
ＬＲ＝２４０
ＳＦＬ＝６０
ＬＦＭＡ＝７０
ＬＦＭＢ＝７０
ＬＦＬ＝５００
ＤＦＬ１＝７０
ＤＦＬ２＝９０
ＬＲ＝２４０
ＳＦＬ＝６０
ＬＦＭＡ＝７０
ＬＦＭＢ＝７０
【0136】
各フレームに関するパラメータは下記表１のとおりである。
【0137】
【表1】
【0138】
また、第１の構造部材、第２の構造部材およびレインフォースメントはいずれも鋼板により形成されている。また、充填部材の材質はポリウレタン（ヤング率＝１００ＭＰａ）である。
【0139】
各サンプルに係るフレームの長手方向における端部に衝突荷重を入力し、衝突物体のストロークに対するＥ．Ａ．について算出した。また、衝突シミュレーション後の比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状について比較を行った。
【0140】
まず、衝突シミュレーション後の比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状について説明する。図４０および図４１は、比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状の衝突シミュレーション前後の変化を示す図である。図４０に示すように、比較例２に係るフレーム１のレインフォースメント４の主面部４ａにおいてＸ軸方向に面外変形し、座屈が生じている。また、底壁部２ａ、側壁部２ｂおよび稜線部２ｄにおいてもそれぞれ面外変形が生じている。そのため、中空部材１０の断面形状が大きく変化している。これは、主面部４ａが面外変形することにより、レインフォースメント４による中空部材１０の断面変形の抑制効果が失われたためであると考えられる。
【0141】
一方、図４１に示すように、実施例１に係るフレーム１のレインフォースメント４の主面部４ａにおいて面外変形は生じていない。また、中空部材１０の断面形状は衝突前後において変化していない。これは、レインフォースメント４に密着して配置された充填部材５Ａによりレインフォースメント４の面外変形を抑制する効果が発揮されているためであると考えられる。したがって、レインフォースメント４による中空部材１０の断面変形の抑制効果が発揮されていると考えられる。
【0142】
次に、衝突物体のストロークに対するＥ．Ａ．についての算出結果について説明する。図４２は、各サンプルに係るフレームの、ストロークＳｔに対するＥ．Ａ．を示すグラフである。各サンプルに係るフレームは、Ｅ．Ａ．＝１４ｋＪにおいてほぼ完全に座屈する。また、図４３は、各サンプルに係るフレームのＥ．Ａ．＝１４ｋＪに対するストロークＳｔ１４ｋＪを示すグラフである。図４３に示すように、実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪは、他の比較例に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪよりも小さい。さらに、参考例１と比較すると、実施例１に係るフレームの重量が約３０％低いにもかかわらず、フレームのストロークＳｔ１４ｋＪが同等の水準であることが示された。
【0143】
また、図４２に示すように、実施例１に係るフレームのストロークＳｔの増加に対するＥ．Ａ．の増加率が、他の比較例に係るフレームと比較して大きいことが示された。これは、衝突荷重の入力による屈曲部におけるフレームの断面形状が維持されていることにより、断面形状の変化が生じている他のフレームよりも衝突エネルギ吸収量が大きくなるためと考えられる。
【0144】
図４４は、比較例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪに対する、比較例２、比較例３および実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代を示すグラフである。図４４に示すように、実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代は、比較例２に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代および比較例３に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代の和よりも大きい。この結果から、レインフォースメントに対して充填部材を密着して配置させることにより、レインフォースメントによるフレームの断面形状の変化の抑制を、より効果的に実現できることが明らかとなった。
【0145】
本実施例より、実施例１に係るフレームでは、衝突荷重の入力によるフレームの断面形状の変化を抑制することができる。これにより、軽量化が施されたフレームにおいても、衝突安全性能を確保することが可能となることが示された。
【0146】
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。
【符号の説明】
【0147】
１ （車両用）フレーム
２ 第１の構造部材
２ａ 底壁部
２ｂ 側壁部
２ｃ フランジ部
２ｄ、２ｅ 稜線部
３、３０ 第２の構造部材
３ａ 天壁部
３０ａ 底壁部
３０ｂ 側壁部
３ｃ、３０ｃ 接合部
４ レインフォースメント
４ａ 主面部
４ｂ 接合部
５ 充填部材
６ 屈曲部（曲げ誘起部）
１０ 中空部材
６０、６４ 穴部
６１ 凹部
６２ 凸部
６３ 異強度部
２ 第１の構造部材
２ａ 底壁部
２ｂ 側壁部
２ｃ フランジ部
２ｄ、２ｅ 稜線部
３、３０ 第２の構造部材
３ａ 天壁部
３０ａ 底壁部
３０ｂ 側壁部
３ｃ、３０ｃ 接合部
４ レインフォースメント
４ａ 主面部
４ｂ 接合部
５ 充填部材
６ 屈曲部（曲げ誘起部）
１０ 中空部材
６０、６４ 穴部
６１ 凹部
６２ 凸部
６３ 異強度部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】