JP3596366B2

JP3596366B2 - 車体のフレーム構造

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Publication number: JP3596366B2
Application number: JP22284599A
Authority: JP
Inventors: 勝則花川; 貢深堀; 恭聡石田; 幸男山本; 元康麻川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2001048053A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両における車体のフレーム構造に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のフレーム構造としては、例えばセンターピラーのように２つのパネル材（センターピラーではアウタパネルとインナパネル）によりフレーム断面が閉断面状に構成されたものがよく知られており、強度や剛性が特に必要な部分では、フレーム断面内にレインフォースメントを設けて補強するようにしている。
【０００３】
そして、例えば特開昭６３−２３１９１３号公報に示されているように、上記閉断面内において発泡ウレタンからなる軽量の充填材をフレーム長手方向の所定部分のみに充填することで、その所定部分の補強を図るようにすることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記提案例のように、充填材がフレーム長手方向に部分的に配設されたものでは、その充填材が設けられた所定部分のフレーム強度は向上するものの、充填材が設けられていない部分の強度はそのままであり、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部において大きな強度変化が生じるため、その境界部に応力が集中して、境界部で大きく変形してしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造に対して、その構成を改良することによって、フレームの充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部に応力が集中するのを抑制して、該境界部での変形を防止しようとすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、フレーム長手方向において充填材が設けられていない部分におけるフレーム断面内に部分補強材を設け、この部分補強材のフレーム長手方向端部に、上記充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部を形成するようにした。
【０００７】
具体的には、この発明では、フレーム断面内の一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造を対象とする。
【０００８】
そして、上記フレーム長手方向において上記充填材が設けられていない部分における上記フレーム断面内に、部分補強材が設けられ、上記部分補強材は、フレーム断面内においてフレーム長手方向略全体に亘って配設されたレインフォースメントに設けられ、上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材と上記レインフォースメントとで構成された閉断面内に充填され、上記充填材、レインフォースメント及びフレーム断面外側縁部を構成するパネル材は、断面略コ字状をなし、上記レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方が、上記フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定され、上記部分補強材のフレーム長手方向端部に、上記充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部が形成されているものとする。
【０００９】
上記の構成により、延出部を有する部分補強材によりフレームの充填材が設けられていない部分の強度をも向上して、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化は小さくなる。また、部分補強材をレインフォースメントに設けることで、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に設ける場合よりも充填材が設けられていない部分を効果的に補強することができると共に、フレームを組み立てる前に、予めレインフォースメントと部分補強部材とを一体化しておくことで、生産性を向上させることができる。さらに、レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定することで、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材が折れ曲がって断面内側に進入するのを確実に抑制することができる。よって、その境界部に応力が集中するのを抑制して該境界部での変形を防止することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、部分補強材の延出部が形成されていない端部は強度メンバに接合されているものとする。このことで、請求項１の発明の作用効果をより安定的に得ることができる。
【００１１】
請求項３の発明では、フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造を対象とする。
【００１２】
そして、上記充填材のフレーム長手方向端部の強度が、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されているものとする。
【００１３】
この発明により、フレームの充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化は小さくなるので、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１４】
請求項４の発明では、フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造を対象とする。
【００１５】
そして、上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に接着され、上記充填材のフレーム長手方向端部の上記パネル材に対する引張せん断接着強さが、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されているものとする。
【００１６】
こうすることで、充填材を接着することによりパネル材に加わる力を充填材を介して広範囲に分散させることができ、簡単な構成で剛性やエネルギー吸収能力を高めることができるが、充填材のフレーム長手方向端部の接着強さが中間部よりも低いので、その端部に対応する部分のフレーム強度は低くなり、充填材が設けられていない部分の強度に近くなる。よって、フレームの充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化は小さくなり、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項３又は４の発明において、充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材と、フレーム断面内に設けられたレインフォースメントとで構成された閉断面内に充填されているものとする。
【００１８】
こうすることで、特に充填材の平均圧縮強度を５ＭＰａ以上に設定しかつ最大曲げ強度を６０ＭＰａ以上に設定した場合（請求項６参照）には、レインフォースメントと充填材との相乗効果により衝撃エネルギーを効果的に吸収することができ、充填材をフレーム断面全体に配設しなくても済み、充填材量を低減することができる。
【００１９】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれか１つの発明において、充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が５ＭＰａ以上で、かつ、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上に設定されたものとする。
【００２０】
このことにより、フレームにおいて衝撃荷重の影響により折れ曲がる部分（座屈する部分）等に対応して充填材を設けることで、その部分に加わる力を充填材を介してその周囲に分散させることができ、その部分の折れ曲がりを防止したり、折れ曲がるようにしながら衝撃エネルギーを効果的に吸収したりすることができる。そして、上記充填材について、平均圧縮強度を５ＭＰａ以上とし、かつ最大曲げ強度を６０ＭＰａ以上としたのは、充填材の平均圧縮強度又は最大曲げ強度が大きくなるにつれて、フレームのエネルギー吸収量も増加するが、平均圧縮強度が５ＭＰａ以上でかつ最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上になるとエネルギー吸収量の増加度合いが確実に飽和するからである。つまり、平均圧縮強度が５ＭＰａ以上であれば、フレームが局部的に大きく変形して断面の潰れが生じることを最大限に抑制することができ、最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上であれば、フレームが局部的に大きく変形した場合でも、充填材の割れを抑制してフレームが脆性的に折損することを最大限に防止することができる。この結果、この特性を満たす充填材を用いれば、最大値に近いエネルギー吸収量が得られ、衝突安全性をかなり向上させることができる。したがって、エネルギー吸収量を増大させるためにパネル材の板厚を増大させる必要がなく、軽量の充填材（特にエポキシ樹脂からなる発泡充填材）を充填すれば、車体を軽量化することができ、燃費性能をも向上させることができる。そして、このような高強度の充填材をフレーム長手方向に部分的に設けるだけでは、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との間の強度差が非常に大きくなって、その境界部で変形しやすくなるが、この発明では、境界部の強度変化を小さくして該境界部での変形を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るフレーム構造が適用されたセンターピラー２（フレーム）を備えた自動車車体１の全体構成を示す。このセンターピラー２は、車体１の左右両側部の前後方向略中央部において略上下方向に延び、その上端部は、車室ルーフ部の左右両側部において前後方向に延びるルーフサイドレール３に接合され、下端部は、車室フロア部の左右両側部において前後方向に延びるサイドシル４に接合されている。そして、上記センターピラー２のベルトライン部ないしその近傍には、後述の如く充填材１１（図２及び図３参照）が設けられており、側突時に衝撃荷重Ａｓが入力されても、ベルトライン部が折れて車室側に進入するのを抑制するようにしている。尚、図１中、５はフロントピラーであり、６はリヤピラーである。
【００２２】
上記センターピラー２は、図２及び図３に示すように、車体外側に位置する鋼板等からなるアウタパネル１２と、車体内側に位置する鋼板等からなるインナパネル１３と、該アウタパネル１２とインナパネル１３との間でかつセンターピラー２断面（フレーム断面）内に設けられた鋼板等からなるレインフォースメント１４とを備えている。このアウタパネル１２、インナパネル１３及びレインフォースメント１４は、各々、その左右両側部（車体１前後両側部）にフランジ部１２ａ，１２ａ、１３ａ，１３ａ、１４ａ，１４ａを有していて、該各フランジ部１２ａ，１３ａ，１４ａ同士がスポット溶接により接合されることで互いに一体化されている。すなわち、上記アウタパネル１２とインナパネル１３とは、センターピラー２断面を閉断面状に構成するパネル材であって、センターピラー２断面外側縁部を構成しており、アウタパネル１２とレインフォースメント１４とによりセンターピラー２断面の車体外側部が閉断面状に構成され、インナパネル１３とレインフォースメント１４とによりセンターピラー２断面の車体内側部が閉断面状に構成されている。そして、アウタパネル１２及びレインフォースメント１４は共に断面略コ字状をなし、その両者間の空間も断面略コ字状をなしている。
【００２３】
上記センターピラー２のベルトライン部ないしその近傍においてアウタパネル１２とレインフォースメント１４との間の空間には、例えばエポキシ樹脂からなる充填材１１が発泡充填されている。つまり、この充填材１１は、センターピラー２断面内全体ではなく、その断面において上記衝撃荷重Ａｓが入力される側、又はその衝撃荷重Ａｓに起因してセンターピラー２に作用する曲げモーメントにより圧縮応力が発生する側（センターピラー２の中立軸よりも車体外側）のみに充填されていて、断面略コ字状をなしている。上記充填材１１の平均圧縮強度は４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）に設定されていると共に、最大曲げ強度は１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されている。これは、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であれば、センターピラー２に上記衝撃荷重Ａｓが入力されてもセンターピラー２のベルトライン部が局部的に変形して断面の潰れが生じることを最大限に抑制することができ、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であれば、たとえセンターピラー２が局部的に大きく変形した場合でも、充填材１１の割れを抑制してセンターピラー２が脆性的に折損することを最大限に防止することができるからであり、平均圧縮強度を５ＭＰａ以上としかつ最大曲げ強度を６０ＭＰａ以上とすればその効果がより安定的に得られるからである。尚、上記平均圧縮強度は、充填材１１を一辺３０ｍｍの立方体に加工したものに対して一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えたときにおいて変位量（圧縮量）が０〜８ｍｍの範囲での平均強度をいう（図１７参照）。また、上記最大曲げ強度は、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度をいう。
【００２４】
そして、図２及び図４〜図７に示すように、センターピラー２長手方向において充填材１１（図４及び図５では後述する未発泡状態の充填材１０を示す）が設けられていない部分におけるセンターピラー２断面内に、共に鋼板等からなる断面略コ字状の上側部分補強材４１と下側部分補強材４２とが設けられている。すなわち、この上側部分補強材４１は、センターピラー２長手方向略全体に亘って設けられたレインフォースメント１４のインナパネル１３側面における充填材１１よりも上側の部分に、溶接等により接合されて設けられ（フランジ部は有していない）、上記下側部分補強材４２は、上記レインフォースメント１４のインナパネル１３側面における充填材１１よりも下側の部分に、溶接等により接合されて設けられている（フランジ部は有していない）。尚、上記レインフォースメント１４は、この実施形態では、上側レインフォースメント４５と下側レインフォースメント４６（図５に二点鎖線で示す）とが一体的に結合されてなり、上記下側部分補強材４２は上記上側レインフォースメント４５の下部に設けられている（図４では下側レインフォースメント４６とアウタパネル１２とを省略している）。
【００２５】
上記上側部分補強材４１の下端部には、充填材１１の上端部にラップするように延出する延出部４１ａが形成され、下側部分補強材４２の上端部には、充填材１１の下端部にラップするように延出する延出部４２ａが形成されている。この上側及び下側部分補強材４１，４２の各延出部４１ａ，４２ａの一部は、未発泡状態の充填材１０ともラップしており（図５参照）、発泡後の充填材１１に対してはそのラップ範囲が未発泡状態の充填材１０よりも上下に大きくなる。
【００２６】
上記上側部分補強材４１の上端部（延出部４１ａが形成されていない端部）は、アウタパネル１２、インナパネル１３及び上側レインフォースメント４５と共に強度メンバであるルーフサイドレール３に接合されている。
【００２７】
上記未発泡状態の充填材１０は、後述の如くセンターピラー２を組み立てる前に上側レインフォースメント４５に貼り付けるものであって、シート状に加工されており、その上下両端部には略三角形状の切欠き部１０ａ，１０ａがそれぞれ形成されている。この各切欠き部１０ａは、上記上側レインフォースメント４５において該各切欠き部１０ａに対応するように設けた位置合わせ用孔１４ｅ，１４ｅと共に、未発泡状態の充填材１０を上側レインフォースメント４５に貼り付ける際の位置合わせ用に設けたものである。
【００２８】
次に、上記センターピラー２を組み立てる方法を説明する。先ず、予め上側及び下側補強材４１，４２を接合したレインフォースメント１４のアウタパネル１２側面の所定部分に上記未発泡状態の充填材１０を貼り付けてセットする。このとき、この充填材１０の各切欠き部１０ａをレインフォースメント１４の各位置合わせ用孔１４ｅにそれぞれ合わせてセットする。尚、未発泡状態の充填材１０は、予めレインフォースメント１４に沿った形状に加工しておいて１０℃以下で保管したものを使用するようにすれば、粘土状である充填材１０の硬さが気温によって変化しても、レインフォースメント１４の形状に沿ってならしたり位置合わせしたりする作業が容易になる。
【００２９】
その後、上記充填材１０を貼り付けたレインフォースメント１４をアウタパネル１２にセットし、両者のフランジ部１２ａ，１４ａ同士をスポット溶接により接合する。そして、上記レインフォースメント１４に対してインナパネル１３をセットして該インナパネル１３のフランジ部１３ａをレインフォースメント１４のフランジ部１４ａにスポット溶接により接合することで、センターピラー２の組立てが完了する。
【００３０】
次いで、車体１全体の組立てを完成させた後、その車体１を電着液に浸漬させて電着塗装を行い、その後に１８０℃雰囲気中に３５分間投入してその電着塗装の乾燥を行う（センターピラー２の最低温度は１５０℃程度になる）。そして、車体シーラを塗布し、１４０℃雰囲気中に２０分間投入してその車体シーラを乾燥させ（センターピラー２の温度は１００℃程度）、続いて、中塗塗装を行い、１４０℃雰囲気中に４０分間投入してその中塗塗装の乾燥を行い（センターピラー２は１４０℃で２０分間加熱されたことになる）、次いで、上塗塗装を行い、１４０℃雰囲気中に４０分間投入してその上塗塗装の乾燥を行う（センターピラー２は１４０℃で２０分間加熱されたことになる）。この電着塗装等の乾燥時に、上記充填材１０をその乾燥熱により加熱することで、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間に完全に発泡充填させる。このように未発泡状態の充填材１０を電着塗装等の乾燥熱により発泡硬化させるので、発泡工程を別途に設ける必要がなく、生産性を高めることができる。尚、電着塗装の乾燥工程で上記充填材１０の発泡が完了すると共に半分程度が硬化し、中塗塗装及び上塗塗装の乾燥工程で残りが硬化する（車体シーラの乾燥工程では、センターピラー２の温度が低過ぎて充填材１０は殆ど硬化しない）。
【００３１】
上記車体１に対して側突がなされた場合、衝撃荷重Ａｓによりセンターピラー２におけるアウタパネル１２のベルトライン部には、折れ曲がって（座屈して）断面内側に進入しようとする大きな力が局所的に作用することがある。しかし、この実施形態１では、そのような力がアウタパネル１２に作用したとしても、その力を充填材１１を介して周囲に分散させることができ、しかも、その充填材１１の平均圧縮強度が４ＭＰａ以上に設定され、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上に設定されているので、最大値に近いエネルギー吸収量が得られ、センターピラー２の折れ曲がりを最大限に抑制することができる。一方、充填材１１は、センターピラー２断面内全体ではなく、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間にしか設けられていないが、座屈開始の曲げモーメントは、センターピラー２断面内全体に設ける場合と殆ど変わらないので、少ない充填量で効果的に衝撃エネルギーを吸収することができる。しかも、充填材１１は発泡材であるので、車体を軽量化することができる。よって、燃費性能を向上させながら、衝突安全性を向上させることができる。
【００３２】
そして、センターピラー２長手方向において充填材１１が設けられていない部分に、延出部４１ａ，４２ａを有する上側及び下側部分補強材４１，４２が設けられているので、この上側及び下側部分補強材４１，４２によりセンターピラー２の充填材１１が設けられていない部分の強度をも向上して、充填材１１が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化を小さくすることができる。よって、その境界部に応力が集中するのを抑制して該境界部での変形を防止することができる。
【００３３】
ここで、上記実施形態においては、上記レインフォースメント１４の強度（引張強さ、耐力）及び剛性の少なくとも一方は、アウタパネル１２と同等以上に設定する。つまり、レインフォースメント１４の強度及び剛性の両方がアウタパネル１２よりも小さいと、アウタパネル１２のベルトライン部が折れ曲がって断面内側に進入しようとするときに、レインフォースメント１４が局所的に座屈変形してアウタパネル１２が充填材１１と共に断面内側に進入してしまうが、このようにレインフォースメント１４の強度及び剛性の少なくとも一方がアウタパネル１２と同等以上であれば、アウタパネル１２の断面内側への進入（折れ曲がり）をより一層確実に抑制することができる。
【００３４】
また、上記充填材１１充填部分におけるアウタパネル１２とレインフォースメント１４との間の隙間量は２ｍｍ以上（好ましくは３ｍｍ以上）に設定することが望ましい。これは、充填材１１を充填しない場合には上記隙間量は小さいほどセンターピラー２が負担し得る最大曲げモーメント値は大きくなるが、充填材１１を充填する場合に上記隙間量が２ｍｍよりも小さいと、充填材１１の充填効果が低くて充填材１１を充填しない場合と殆ど変わらなくなるからである。一方、上記隙間量は、２０ｍｍよりも大きいと、軽量化効果が小さくなると共に、コスト面で不利になるので、２０ｍｍ以下に設定することが望ましい。
【００３５】
さらに、上記アウタパネル１２と充填材１１との間の少なくとも一部には、３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有する接着剤層（車体シーラ等）を設けることが望ましい。これは、アウタパネル１２に局所的に加わる力を充填材１１を介してその周囲に確実に分散させることができると共に、接着剤層によりセンターピラー２が負担し得る最大曲げモーメント値を効果的に高めることができ、また、上述の如くレインフォースメント１４の強度及び剛性の少なくとも一方をアウタパネル１２と同等以上にした場合には、アウタパネル１２が断面内側に進入することも断面外側に張り出すこともできず、アウタパネル１２の折れ曲がりを有効に防止することができるからである。そして、接着剤層を設ける代わりに、充填材１１自体が、アウタパネル１２に対して３ＭＰａ以上の引張せん断接着強さを有するようにしてもよく、こうすれば、接着剤層を別途に設けなくても済み、容易に上記効果が得られる。尚、アウタパネル１２と充填材１１との間だけでなく、インナパネル１３と充填材１１との間の少なくとも一部にも接着剤層を設けるようにしてもよい。
【００３６】
加えて、上記充填材１１は、センターピラー２長手方向において、センターピラー２の荷重支持点間（ルーフサイドレール３に接合された上端部とサイドシル４に接合された下端部との間）の長さに対して１５％以上の長さの範囲に充填されていることが望ましい。すなわち、充填材１１の充填範囲が大きくなるにつれてエネルギー吸収量は増大するが、荷重支持点間の長さに対して１５％で略飽和する。したがって、１５％以上の長さの範囲に充填すれば、略最大値に近いエネルギー吸収量が得られる。
【００３７】
尚、上記実施形態では、充填材１１は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）でかつ最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されたものとしたが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）又は最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されたものとしてもよい。このようにしても衝突安全性を十分に向上させることができる。そして、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間に充填された充填材１１を、アウタパネル１２側（衝突荷重入力側）とレインフォースメント１４側（反衝突荷重入力側）との２層で構成し、そのアウタパネル１２側には平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）のものを配置し、レインフォースメント１４側には最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ以上）のものを配置するようにしてもよい。こうすれば、アウタパネル１２側に直接的に作用する圧縮荷重と、レインフォースメント１４側に作用する曲げ荷重とを各層の充填材１１によりそれぞれ有効に負担することができ、その各充填材１１に対して最も効果的な特性を付与して、効率的な補強を行うことができる。
【００３８】
また、充填材１１は、このように高強度を有するものでなくてもよく、発泡ウレタン樹脂等のように上記充填材１１よりも強度の低いものであっても本発明を適用することができ、発泡材でなくてもよい。そして、充填材１１を、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との間だけでなく、インナパネル１３とレインフォースメント１４との間にも充填するようにしてもよく、レインフォースメント１４がない場合には、アウタパネル１２とインナパネル１３との間に充填材１１を充填するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、充填材１１が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化を小さくするために上側及び下側部分補強材４１，４２を設けたが、上述の如くアウタパネル１２と充填材１１との間に接着剤層を設けたり充填材１１自体が接着力を有するようにしたりして、充填材１１の上下両端部のアウタパネル１２に対する引張せん断接着強さを、該充填材１１の上下方向中間部よりも低く設定するようにしてもよい。この場合、充填材１１の上下両端部の引張せん断接着強さは７ＭＰａよりも小さく設定し（場合によっては、０であってもよい）、上下方向中間部は７ＭＰａ以上に設定するのが望ましい。そして、上記充填材１１の上下両端部の引張せん断接着強さを低くするには、上下方向中間部よりも引張せん断接着強さが低い接着剤を使用したり、上下方向中間部と同じ接着剤を部分的にマスキングして使用したりすればよく、また、充填材１１自体が接着力を有するようにした場合には、引張せん断接着強さが互いに異なる２種類の充填材を用いればよい。
【００４０】
さらにまた、上記境界部の強度変化を小さくするために、充填材１１の上下両端部の強度を、該充填材１１の上下方向中間部よりも低く設定するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、未発泡状態の充填材１０における上記位置合わせ用の各切欠き部１０ａをかなり大きくすることにより、上下両端部の発泡充填密度を低下させることで該上下両端部の発泡後の強度を上下方向中間部よりも低くすることができる。また、図９に示すように、未発泡状態の充填材１０の上下両端部における左右両側を切り欠いて上下両端部の発泡後の強度を低くするようにしてもよい。
【００４１】
また、未発泡状態の充填材１０の上側レインフォースメント４５に対する位置合わせを行うために、上記切欠き部１０ａ，１０ａを設ける代わりに、図１０及び図１１に示すような突起部１０ｂ，１０ｂを形成してもよく、図１２に示すような貫通孔１０ｃ，１０ｃを形成してもよい。そして、充填材１０に上記のような各突起部１０ｂを形成する場合に（切欠き部１０ａを形成する場合でもよい）、その各突起部１０ｂ等で位置合わせ用孔１４ｅの少なくとも一部を覆うようにすれば、アウタパネル１２とレインフォースメント１４とを結合した後に充填材１０が正しい位置に貼り付けられているか否かを検査することができる。そして、この位置合わせ用孔１４ｅから充填材１０が発泡時に漏れ出すのを出来る限り抑制するには、その径を３ｍｍ以下とすればよい。また、位置合わせ用孔１４ｅは円形である必要はなく、例えば図１３〜図１５に示すような形状にしてもよく、この場合に、充填材１０の各位置合わせ用孔１４ｅからの漏れを抑制するには、各図に示す箇所を３ｍｍ以下に設定すればよい。さらに、充填材１０に上記のような各貫通孔１０ｃを形成する場合に、図１６に示すように、クリップ４９を上記上側の貫通孔１０ｃと上側レインフォースメント４５の位置合わせ用孔１４ｅとに貫通させて係止させれば、充填材１０の保持を行うことができると共に、クリップ４９が位置合わせ用孔１４ｅから突出しているか否かにより、充填材１０が正しい位置に貼り付けられているか否かの検査を行うこともできる。
【００４２】
また、位置合わせ用孔１４ｅの代わりに、上記のような検査はできないが、上側レインフォースメント４５に、充填材１０との位置合わせ用として凸部や凹部を形成してもよく、マーキングを施してもよい。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、充填材１１はセンターピラー２長手方向において１箇所しか設けていないが、２箇所以上に分離して設けてもよく、この場合には、２つの充填材間にも部分補強材を設ければよく、この部分補強材のフレーム長手方向両端部に延出部を設ければよい。
【００４４】
加えて、上記実施形態では、本発明のフレーム構造をセンターピラー２に適用したが、センターピラー２以外のピラー部材（上記フロントピラー５やリヤピラー６）にも適用することができる。また、その他にも、車体１の左右両側において前後方向に延びるフレーム部材（フロントサイドフレーム、リヤサイドフレーム、上記ルーフサイドレール３、サイドシル４等）、この左右のフレーム部材を連結する連結部材（クロスメンバ等）、ドア本体部の補強部材（インパクトバー等）、バンパの補強部材（バンパレインフォースメント等）等にも適用することができる。
【００４５】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。
【００４６】
先ず、充填材そのものについて（つまりフレーム断面内に充填された状態ではなく、充填材自体について）、その基礎的な物理的および機械的特性を調べた。すなわち、表１に示す６種類の材料について、各々その密度を調べると共に、平均圧縮強度及び最大曲げ強度を試験によって求めた。尚、上記密度は、いずれの材料についても、室温（約２０℃）における値を調べた。
【００４７】
表１の各材料中、発泡ウレタン樹脂は硬度が８ｋｇ／ｃｍ²のものを、Ａｌ発泡体はアルミニウム発泡材を、木材は松を、Ａｌ塊は棒状のアルミニウム材を、レインフォースメントは、一般的にフレーム断面内に設けられる厚さ１ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ；以下、この実施例では、鋼板は全てＳＰＣＣ）製の補強材をそれぞれ使用した。
【００４８】
尚、上記レインフォースメントの密度は、後述する図１８に示すようなフレーム断面内に配設されたレインフォースメント重量と、該レインフォースメント配設部分に対応するフレームの容積から、フレーム内換算密度として算出したものである。また、発泡ウレタンの平均圧縮強度、並びにレインフォースメントの平均圧縮強度及び最大曲げ強度については、いずれも値が低すぎて計測することができなかった。
【００４９】
【表１】
【００５０】
各充填材の平均圧縮強度を調べるための単体圧縮試験は、以下のようにして行った。すなわち、各材料の供試材を一辺３０ｍｍの立方体に加工してそれぞれ試験片を作製し、これに対して一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加え、図１７において模式的に示すように、変位量（圧縮量）が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重を求めてこれを充填材の平均圧縮強度とした。
【００５１】
また、各充填材の最大曲げ強度を調べるための単体曲げ試験は、以下のようにして行った。すなわち、各材料の供試材を、幅５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの平板状に加工してそれぞれ試験片を作製し、各充填材の試験片について、支点間距離を８０ｍｍとし、その中央をＲ８の圧子で１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧することにより、所謂オートグラフにて三点曲げ試験を行った。そして、その荷重一変位線図から各充填材の最大曲げ強度を算出した。
【００５２】
上記表１の各充填材の密度のデータ及びコスト、軽量化効果等から、車体フレームのフレーム断面内に充填する充填材の密度としては、１．０ｇ／ｃｍ³以下が適当であり、好ましくは、０．６ｇ／ｃｍ³以下であれば、さらに軽量化効果が期待できる。
【００５３】
次に、上記各充填材をフレームの所定部分の内部空間に充填して、フレームの主としてエネルギー吸収特性を評価する試験を行った。
【００５４】
先ず、フレームを構成するパネル材としては、板厚１ｍｍの鋼板を用いた。この鋼板の引張強さは２９２Ｎ／ｍｍ²であり、降伏点は１４７Ｎ／ｍｍ²であり、伸びは５０．４％であった。
【００５５】
上記鋼板を用いて、図１８に示すように、片側が開口した断面コ字状のパネル材Ｐｏと平板状のパネル材Ｐｉとを片ハット状に組み合わせ、その重合部分Ｌｆ（フランジ部）について６０ｍｍピッチでスポット溶接を行って最終的に組み立てた。
【００５６】
尚、図１８において仮想線で示すように、フレーム断面内にレインフォースメントＲｆを配設したものの場合、このレインフォースメントＲｆの材料はフレームＦＲのパネル材Ｐｉ，Ｐｏの材料と同じものを用いた。この場合、レインフォースメントＲｆの両フランジ部（不図示）は、両パネル材Ｐｉ，Ｐｏのフランジ部（重合部分Ｌｆ）に挟み込んだ上で、三枚重ねにしてスポット溶接で組み立てた。
【００５７】
上記のフレームＦＲの所定部分の内部空間に表１の各充填材をそれぞれ充填して各種の機械的試験を行い、平均圧縮強度又は最大曲げ強度とエネルギー吸収性との関係を調べた。
【００５８】
先ず、フレームの静的三点曲げ試験を実施した。図１９は、フレームＲｆの静的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。また、図２０は、この静的三点曲げ試験装置の要部を拡大して示す説明図である。
【００５９】
図１８において実線で示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材ＳをＥｆ＝５０〜３００ｍｍの長さにわたって充填し、万能試験機により、圧子Ｍａを介してフレームＦＲの中央に静的荷重Ｗｓを加え、図２１に示すように、変位量０〜４５ｍｍの範囲での荷重一変位を測定し、静的エネルギー吸収量を求めた。
【００６０】
上記試験結果を図２２〜図２５のグラフに示す。先ず、図２２は、充填材質量とエネルギー吸収量との関係を表したものである。この図２２において、黒丸印（●）は木材を、黒四角印（■）はエポキシ樹脂Ａを、それぞれ充填した場合を示し、また、白三角印（△）は鋼板レインフォースメント（板厚１．０ｍｍ）をフレーム断面内に設けた場合を示している。尚、白丸印（○）は、板厚１．６ｍｍの鋼板の場合を参考までに示したものである。
【００６１】
このグラフ（図２２）から良く判るように、木材及びエポキシ樹脂Ａのいずれにおいても、充填材Ｓの充填質量が増えるに連れて吸収エネルギーが高くなり、試験装置の両支点Ｍｓで支持されたフレーム部分が潰れた状態で最大値を示した。また、木材やエポキシ樹脂等の充填材Ｓを用いた場合、レインフォースメントを設けただけの場合に比べて、同等のエネルギー吸収量を得るのに、はるかに少ない充填質量で済む。
【００６２】
このように、フレーム断面内に充填材Ｓを充填することにより、レインフォースメントＲｆを設けただけの場合に比べて、フレームＦＲのエネルギー吸収性が大幅に向上することが確認できた。
【００６３】
また、図２３は充填材Ｓの平均圧縮強度とエネルギー吸収量との関係を示したもので、グラフの横軸は対数目盛である。この測定においては、各充填材Ｓの充填長さＥｆを５０ｍｍとした。充填長さがこの程度以下の場合には、充填材Ｓは殆ど曲げ作用を受けることはなく、そのエネルギー吸収性は圧縮強度との相関性が非常に強くなる。尚、図２３において、ａ１点、ａ２点、ａ３点、ａ４点及びａ５点は、それぞれウレタン樹脂、Ａｌ発泡体、木材、エポキシ樹脂Ａ及びＡｌ塊についてのデータであることを示している。
【００６４】
この図２３のグラフから良く判るように、充填材Ｓの平均圧縮強度が大きくなるにつれてエネルギー吸収量も増加するが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上になるとフレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いは飽和する。換言すれば、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近いエネルギー吸収量を得ることができる。
【００６５】
特に、平均圧縮強度が５ＭＰａ以上になれば、フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合はより安定して飽和し、最大値に近いエネルギー吸収量をより安定して得ることができる。
【００６６】
さらに、図２４は充填材Ｓの最大曲げ強度とエネルギー吸収量との関係を示したもので、また、図２５は、図２４のグラフにおける最大曲げ強度８０ＭＰａ以下の部分を拡大して示すものである。この測定においては、各充填材Ｓの充填長さＥｆを１００ｍｍとした。充填長さが１００ｍｍ程度にまで増加すると、充填材の曲げ強度もフレームＦＲのエネルギー吸収性の向上に大きく寄与するようになる。尚、図２４及び図２５において、ｂ１点、ｂ２点、ｂ３点及びｂ４点は、それぞれＡｌ発泡体、エポキシ樹脂Ａ、木材及びＡｌ塊のデータであることを示している。
【００６７】
これらのグラフから良く判るように、充填材Ｓの最大曲げ強度が大きくなるにつれてエネルギー吸収量も増加するが、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上になると（特に図２５参照）フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いは飽和する。換言すれば、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近いエネルギー吸収量を得ることができる。
【００６８】
特に、最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上になれば、フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いはより安定して飽和し、最大値に近いエネルギー吸収量をより安定して得ることができる。
【００６９】
以上の静的エネルギー吸収性の試験において、フレーム断面内に充填材が充填されていない場合には、図２６に示すように、フレームＦＲは荷重Ｗｓの入力点で局部的に大きく変形する。これに対して、フレーム断面内に充填材が充填されている場合には、図２７に示すように、入力荷重Ｗｓは、入力点だけでなく、長さＥｆの範囲で充填された充填材Ｓを介してフレームＦＲの充填部分周辺に分散されることになる。すなわち、充填材Ｓを内部に充填することにより、フレームは、局部的に大きな変形が生じることなく、広範囲にわたって変形することになる。これにより、吸収エネルギーも飛躍的に増加するものと考えられる。
【００７０】
尚、このときの充填材Ｓの単体のエネルギー吸収量を計算によって求めると、全吸収エネルギーの７％以下であった。このことからも、充填材ＳをフレームＦＲ内に充填することによるエネルギー吸収性の向上は、充填材Ｓ自体のエネルギー吸収性よりも、充填材Ｓによる荷重分散効果が非常に大きく寄与してることが理解できる。
【００７１】
また、図２２のグラフにおいて、特に、エネルギー吸収量の上限を示す木材を充填したフレームについて、試験後のフレームの状態を目視観察すると、試験装置の両支点Ｍｓで支持されたフレーム部分がほぼ完全に潰れた状態となっていた。つまり、本フレームＦＲでの最大のエネルギー吸収がこの支点Ｍｓによる支持部分の潰れによるものであると考えられる。したがって、この場合、充填材Ｓの役割は入力荷重Ｗｓを支点部分に分散させることにあると言える。
【００７２】
さらに、充填長さＥｆ＝５０ｍｍで各充填材をそれぞれ充填した各フレームについて、試験後のフレーム断面の潰れ状態を目視観察すると、エネルギー吸収性が比較的低いもの（レインフォースメントＲｆのみ、ウレタン樹脂及びＡｌ発泡体）ではフレーム断面が荷重入力点でほぼ完全に潰れており、一方、エネルギー吸収性が比較的高いもの（エポキシ樹脂、木材及びＡｌ塊）ではフレーム断面は荷重入力点で余り潰れていなかった。
【００７３】
この荷重入力点でのフレーム断面の潰れは、充填材Ｓの圧縮強度が大きく寄与しており、上述のように、充填材Ｓの平均圧縮強度が増すにつれてエネルギー吸収量が増加し、約４ＭＰａで飽和し、約５ＭＰａでより安定して飽和している（図２３参照）。
【００７４】
このことから、断面の潰れはフレームのエネルギー吸収性能に大きく影響しており、断面が潰れると応力集中が生じて局部的な変形を加速し、フレームＦＲの折れを招来して、十分なエネルギー吸収量を確保することができなくなるものと考えられる。
【００７５】
フレームＦＲ内に充填された充填材Ｓへの圧縮荷重は、特に荷重入力側に直接的に作用するので、充填材Ｓの平均圧縮強度は、特に荷重入力側において上記断面の潰れを防ぐに足る値（４ＭＰａ以上）に維持されることが好ましい。
【００７６】
また、上述のように、充填材Ｓの充填長さＥｆが一定以上長くなると、充填材Ｓの平均圧縮強度がほぼ同等であってもエネルギー吸収性に差が生じる。充填材Ｓの充填長さＥｆを１００ｍｍとした場合においてエネルギー吸収量が比較的低かったエポキシ樹脂Ａを充填したフレームの断面を目視観察すると、充填材（エポキシ樹脂）に割れが生じていた。この割れに対しては最大曲げ強度が大きく影響しており、この最大曲げ強度が高くなるにつれてエネルギー吸収量が増加し、約１０ＭＰａで飽和し、約６０ＭＰａでより安定して飽和していた（図２４及び図２５参照）。
【００７７】
フレームＦＲ内に充填された充填材Ｓへの曲げ荷重は、特に反荷重入力側に直接的に作用するので、上記充填材Ｓの最大曲げ強度は、特に反荷重入力側において上記充填材の割れを防ぐに足る値（１０ＭＰａ以上）に維持されることが好ましい。
【００７８】
尚、以上のことから、フレームＦＲ内に充填材Ｓを充填する場合、充填材Ｓを異なる充填材で成る多層構造とし、荷重入力側には平均圧縮強度が所定値（少なくとも４ＭＰａ）以上の充填材層を設け、反荷重入力側には最大曲げ強度が所定値（少なくとも１０ＭＰａ）以上の充填材層を設けるようにすれば、非常に効率良くフレームＦＲのエネルギー吸収性を高めることができる。
【００７９】
上述の静的三点曲げ試験に続いて、フレームの動的三点曲げ試験を実施した。図２８は、フレームＦＲの動的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。上記静的三点曲げ試験の場合と同様に、図１８において実線で示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材ＳをＥｆ＝５０〜３００ｍｍの長さにわたって充填し、落錘Ｍｂによりフレーム中央部分に衝撃荷重Ｗｄを与えた場合のフレームＦＲの変形量を測定すると共に、衝撃荷重をロードセルＭｃで測定し、図２９に示すように、変位量０〜４５ｍｍの範囲でのエネルギー吸収量を求めた。
【００８０】
図３０は、上記動的三点曲げ試験における充填材長さとエネルギー吸収量との関係を示したものである。この図３０において、黒丸印（●）は木材を、黒四角印（■）はエポキシ樹脂Ａをそれぞれ充填した場合を示している。
【００８１】
このグラフ（図３０）から良く判るように、静的三点曲げ試験の場合と同様に、木材及びエポキシ樹脂Ａのいずれにおいても、充填材Ｓの充填量が増えるにつれて吸収エネルギーが高くなり、また、エネルギー吸収量の上限が認められ、その値は約０．８５ｋＪであった。
【００８２】
このように、動的荷重Ｗｄについても、フレーム断面内に充填材Ｓを充填することにより、フレームＦＲのエネルギー吸収性が向上することが確認できた。
【００８３】
また、静的荷重Ｗｓの場合と動的荷重Ｗｄの場合とを比較すると、動的荷重Ｗｄに対する方がエネルギー吸収量は大きく、静的荷重Ｗｓに対する場合の約１．７倍であった。
【００８４】
さらに、以上で得られた静的荷重Ｗｓ及び動的荷重Ｗｄそれぞれにおけるエネルギー吸収性のデータから、静的荷重Ｗｓの場合と動的荷重Ｗｄの場合との比（静動比）を算出すると、非常に高い相関性が認められた。したがって、静的荷重Ｗｓにおけるエネルギー吸収性について行った考察（充填材Ｓによる荷重分散効果等）は、基本的には、動的荷重Ｗｄにおけるエネルギー吸収性を取り扱う場合にも、適用することができるものと考えられる。
【００８５】
図３１は、上記動的三点曲げ試験において、フレーム断面内にレインフォースメントＲｆのみが設けられた場合に対するエネルギー吸収性の向上率と、充填材Ｓの充填長さ範囲（荷重支点間距離に対する充填長さ割合）との関係を示すグラフである。この図３１において、白丸印（○）は木材を、白三角印（△）はエポキシ樹脂Ａをそれぞれ充填した場合を示している。
【００８６】
このグラフ（図３１）から良く判るように、木材及びエポキシ樹脂のいずれにおいても、充填材Ｓの充填長さ範囲が大きくなるにつれて吸収エネルギーが高くなるが、約１５％でほぼ飽和する。換言すれば、充填材Ｓの充填長さ範囲が荷重支点間距離に対して１５％以上あれば、ほぼ最大のエネルギー吸収量を得ることができる。したがって、充填材Ｓの充填範囲としては、荷重支点間距離に対して１５％以上であることが好ましい。
【００８７】
図３２は、フレームの静的片持ち曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。図３３に示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材Ｓを充填した上で、このフレームＦＲの一端を支持板Ｍｅに固定し、この支持板Ｍｅを装置基板Ｍｆに固定する。そして、万能試験機により、フレームＦＲのパネル材Ｐｉの他端近傍に圧子Ｍｄを介して静的荷重Ｗｍをパネル材Ｐｏ方向に加え、曲げ角度（荷重作用点の変位とこの荷重作用点の基端からの距離とで算出）と荷重との関係を測定し、最大曲げモーメント及び静的エネルギー吸収量を求めた。
【００８８】
図３４は、種々の充填材を充填したフレームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。このグラフにおいて、曲線ａは充填材なし（鋼板フレームのみ）のフレームの特性を、曲線ｂはエポキシ樹脂Ａを充填したフレームの特性を、曲線ｃはエポキシ樹脂Ｂを充填したフレームの特性を、曲線ｄは、エポキシ樹脂Ｂを充填しかつフレームＦＲのパネル材ＰｏとＰｉとの間に接着剤（剪断強度７．３ＭＰａの車体シーラ）を適用したフレームの特性を、曲線ｅは木材（松）を充填したフレームの特性をそれぞれ示している。
【００８９】
この図３４のグラフから判るように、いずれの曲線についても、曲げ角度がある程度に達するまでは、曲げモーメント値は曲げ角度の増加に伴って立ち上がるように大きく上昇する。そして、曲線ａ〜ｃ及び曲線ｅについては、それぞれある曲げ角度でピーク（極大点）を迎え、その後は曲げ角度が増すにつれて曲げモーメントは低下する。曲線ａ（充填材なしで鋼板フレームのみ）の場合、この低下度合いが特に大きい。
【００９０】
これに対して、曲線ｄ（エポキシ樹脂Ｂ＋接着剤）の場合には、曲げモーメントが大きく上昇した後でも、曲げ角度の増加に対して曲げモーメントの落ち込みは見られず、高い曲げモーメント値を維持している。また、最大曲げモーメント値も５つの曲線のうちで最も大きい。同じ充填材（エポキシ樹脂Ｂ）を用いた曲線ｃと比較して、曲げ角度の増加に対する傾向及び最大曲げモーメントの大きさの両方について、明確な差がある。
【００９１】
すなわち、同じ充填材を用いても、この充填材をフレームのパネル材に対して接着剤で固定することにより、フレームの曲げモーメント特性が大きく向上することが判る。
【００９２】
また、図３５は、図３４と同様の種々の充填材を充填したフレームの最大曲げモーメント［Ｎｍ］及びエネルギー吸収量［Ｊ］を示す棒グラフである。このグラフにおいて、Ａ〜Ｅの各欄は、図３４の曲線ａ〜ｅとそれぞれ同じフレームを示している。また、各欄において、左側の数値（白抜きの棒グラフ）がフレームの最大曲げモーメント［Ｎｍ］を示し、右側の数値（斜線ハッチングの棒グラフ）はフレームのエネルギー吸収量［Ｊ］を示している。
【００９３】
この図３５のグラフから良く判るように、フレームのエネルギー吸収量は、エポキシ樹脂Ｂ＋接着剤（Ｄ欄）を適用したものが最も大きく、同じ充填材（エポキシ樹脂Ｂ）を用いたＣ欄のエネルギー吸収量と比べて明確な差がある。
【００９４】
すなわち、同じ充填材を用いても、この充填材をフレームのパネル材に対して接着剤で固定することにより、フレームのエネルギー吸収特性が大きく向上することが判る。
【００９５】
図３６は、接着剤層の引張せん断接着強さ（同図ではせん断接着強さという）と最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。この図３６のグラフから良く判るように、接着剤層の引張せん断接着強さが大きくなるにつれて最大曲げモーメントも増加するが、引張せん断接着強さが３ＭＰａ以上になると、最大曲げモーメントの増加度合い（グラフにおける曲線の勾配）は、それまでに比べて緩やかになる。つまり、接着剤層の引張せん断接着強さが３ＭＰａ以上であれば、フレームが負担できる最大曲げモーメントを非常に効果的に増加させ、十分な曲げモーメント値を達成して高いエネルギー吸収能力を得ることが可能である。したがって、接着剤層の引張せん断接着強さとしては、３ＭＰａ以上であればよい。また、引張せん断接着強さがさらに大きくなり、７ＭＰａ以上になると最大曲げモーメントの増加度合いは飽和する。換言すれば、引張せん断接着強さが７ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近い曲げモーメント値を得ることができる。よって、接着剤層の引張せん断接着強さが７ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
【００９６】
尚、上記引張せん断接着強さの測定は、ＪＩＳＫ６８５０の「接着剤の引張せん断接着強さ試験方法」に基づいて行ったものであり、図３７に示すように、被着材５１，５１として幅２５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの鋼板を用い、接着部分（長さ１２．５ｍｍ）に未発泡状態の充填材５２を挟み込んで０．５ｍｍ厚さに固定し、クランプした状態で電着塗装等の乾燥熱を模擬した加熱（１５０℃×３０分→１４０℃×２０分→１４０℃×２０分）を行い、その後、発泡してはみ出した部分を取り除いた状態で試験を行うことで引張せん断接着強さを測定した（接着剤層が有る場合も無い場合も同じ）。
【００９７】
次に、図３８に示す断面形状を備えた長さ２４０ｍｍのフレーム６０の断面内の一部に充填材を充填した場合と、全体に充填した場合とで、フレーム６０の曲げ角度と曲げモーメントとの関係がどのようになるかを図３２と同様の静的片持ち曲げ試験により調べた。尚、静的荷重は、アウタパネル６２側からインナパネル６３方向に加えた。
【００９８】
具体的には、（イ）アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填材を充填したものと、（ロ）インナパネル６３とレインフォースメント６４との間のみに充填材を充填したものと、（ハ）アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間、及びインナパネル６３とレインフォースメント６４との間の両方に充填材を充填したものと、（ニ）充填材を全く充填していないものとを作製してそれらに対して試験を行った。このとき、アウタパネル６２は厚さ０．７ｍｍの鋼板を、インナパネル６３は厚さ１．４ｍｍの鋼板を、レインフォースメント６４は厚さ１．２ｍｍの鋼板をそれぞれ使用した。また、充填材は、平均圧縮強度が９ＭＰａで最大曲げ強度が１０ＭＰａのエポキシ樹脂（フィラー、ゴム、硬化剤、発泡剤等を含む）を使用し、充填材自体が１０ＭＰａの引張せん断接着強さを有するようにした。そして、シート状の未発泡状態の充填材を１７０℃で３０分保持することでアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間、及び／又はインナパネル６３とレインフォースメント６４との間に完全に充填させた。尚、充填材の充填量は、アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間が１１７ｇであり、インナパネル６３とレインフォースメント６４との間が４２３ｇであった。
【００９９】
上記曲げ試験の結果を図３９〜図４１に示す。このことより、最大曲げモーメントは、充填材をフレーム断面内全体に充填したものが最もよいが、座屈開始の曲げモーメントで比較すると、充填材をアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填したものは、フレーム６０断面内全体に充填したものと殆ど変わらない。したがって、充填材をアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填することは、特にセンターピラーのように折れ曲がりを抑制する必要があるフレームに特に有効であって、充填材の重量当たりの曲げモーメントが非常に高くなり、充填量の観点から最も効率が良いことが判る。
【０１００】
続いて、上記フレーム６０のアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填材を充填する場合に、レインフォースメント６４の曲げ高さを変えることによりアウタパネル６２とレインフォースメント６４との間の隙間量（ここでは図３８で７ｍｍの部分のみ）を変えて、上記と同様の曲げ試験を行うことで、その隙間量により最大曲げモーメントがどのように変化するかを調べた。そして、比較のために、充填材を全く充填しない場合についても調べた。尚、アウタパネル６２とレインフォースメント６４との間における左右両側部の隙間量（図３８で５ｍｍの部分）は５ｍｍのままとした。
【０１０１】
上記試験の結果を図４２に示す。このことより、充填材を充填しない場合には隙間量が小さいほど最大曲げモーメントは高くなるが、充填材を充填する場合には、隙間量が２ｍｍよりも小さくなると、充填材を充填しない場合と殆ど変わらず、２ｍｍ以上とすれば充填効果が十分に得られることが判る。
【０１０２】
次いで、図４３（ａ）に示すように、アウタパネル７２とレインフォースメント７４との間のみに充填材７１を充填したセンターピラーを作製した（実施例１）。このとき、アウタパネル７２は厚さ０．７ｍｍの鋼板を、インナパネル７３は厚さ１．４ｍｍの鋼板を、レインフォースメント７４は厚さ１．２ｍｍの鋼板（材料がアウタパネル７２と同じであるので、強度はアウタパネル７２と同じであり、板厚がアウタパネル７２よりも大きいので、剛性がアウタパネル７２よりも大きい）をそれぞれ使用した。また、充填材７１は、平均圧縮強度が１３．０ＭＰａで最大曲げ強度が１３．５ＭＰａのエポキシ樹脂（フィラー、ゴム、硬化剤、発泡剤等を含む）を使用し、充填材７１自体が１０．５ＭＰａの引張せん断接着強さを有するようにした。そして、センターピラーを組み立てた後、電着塗装等の乾燥熱を模擬した加熱（１５０℃×３０分→１４０℃×２０分→１４０℃×２０分）を行って未発泡状態の充填材を発泡硬化させた。尚、充填材７１の充填量は１５０ｇであった。
【０１０３】
一方、比較のために、図４３（ｂ）に示すように、上記充填材７１を全く充填しない点以外は上記実施例１と同じもの（比較例１）を作製すると共に、この比較例１に対して充填材７１を充填しないで補強すべく、図４３（ｃ）に示すように、レインフォースメント７４の厚みを１．８ｍｍにしかつ該レインフォースメント７４に厚さ１．２ｍｍの鋼板からなる補強材７５を接合したもの（比較例２）を作製した。
【０１０４】
そして、上記実施例１及び比較例１，２の各センターピラーに対して上記と同様の静的片持ち曲げ試験を行って、センターピラーの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を調べた。尚、静的荷重は、アウタパネル７２側からインナパネル７３方向に加えた。
【０１０５】
上記センターピラー曲げ試験の結果を図４４に示す。このことより、実施例１のセンターピラーは比較例１，２よりもかなり高い曲げモーメントが得られ、しかも、比較例２の補強方法よりも格段に軽量化できることが判る。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体のフレーム構造では、補強用の充填材をフレーム長手方向に部分的に配設し、このフレーム長手方向において充填材が設けられていない部分におけるフレーム断面内（フレーム長手方向略全体に亘って配設されたレインフォースメント）に、充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部を有する部分補強材を設け、充填材を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材とレインフォースメントとで構成された閉断面内に充填し、レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定するようにした。また、さらに他の車体のフレーム構造では、充填材のフレーム長手方向端部の強度を、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定するか、又は、充填材を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に接着し、この充填材のフレーム長手方向端部の上記パネル材に対する引張せん断接着強さを、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定するようにした。したがって、これらのフレーム構造によると、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部に応力が集中するのを抑制して該境界部での変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るフレーム構造が適用されたセンターピラーを備えた自動車車体の全体構成を示す斜視図である。
【図２】センターピラーのベルトライン部の縦断面図である。
【図３】センターピラーのベルトライン部の横断面図である。
【図４】センターピラーの分解斜視図である。
【図５】未発泡状態の充填材と上側及び下側部分補強材との上下方向における位置関係を示すレインフォースメントの正面図である。
【図６】図５のVI−VI線拡大断面図である。
【図７】図５のVII−VII線拡大断面図である。
【図８】発泡後において充填材の上下両端部の強度を低くするための未発泡状態時における形状例を示す正面図である。
【図９】発泡後において充填材の上下両端部の強度を低くするための未発泡状態時におけるさらに別の形状例を示す正面図である。
【図１０】未発泡状態の充填材に位置合わせ用として突起部を形成した例を示す正面図である。
【図１１】未発泡状態の充填材に位置合わせ用として突起部を形成したさらに別の例を示す正面図である。
【図１２】未発泡状態の充填材に位置合わせ用として貫通孔を形成した例を示す正面図である。
【図１３】位置合わせ用孔の他の形態を示す説明図である。
【図１４】位置合わせ用孔のさらに他の形態を示す説明図である。
【図１５】位置合わせ用孔のさらに他の形態を示す説明図である。
【図１６】充填材の貫通孔とレインフォースメントの位置合わせ用孔とにクリップを貫通させた場合を示す充填材発泡前のセンターピラーベルトライン部の縦断面図である。
【図１７】充填材の平均圧縮強度を説明するためにフレームの静的圧縮荷重−変位曲線を模式的に示すグラフである。
【図１８】三点曲げ試験に用いたフレームの構造を示す断面図である。
【図１９】フレームの静的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。
【図２０】図１９の静的三点曲げ試験装置の要部を拡大して示す説明図である。
【図２１】静的エネルギー吸収量を説明するためにフレームの静的曲げ荷重−変位曲線を模式的に示すグラフである。
【図２２】充填材質量とフレームの静的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図２３】充填材の平均圧縮強度とフレームの静的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図２４】充填材の最大曲げ強度とフレームの静的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図２５】図２４の要部を拡大して示すグラフである。
【図２６】充填材が充填されていない場合のフレームの変形モードの一例を模式的に示す説明図である。
【図２７】充填材が充填されている場合のフレームの変形モードの一例を模式的に示す説明図である。
【図２８】フレームの動的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。
【図２９】動的エネルギー吸収量を説明するためにフレームの動的曲げ荷重−変位曲線を模式的に示すグラフである。
【図３０】充填材の充填長さとフレームの動的エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【図３１】動的三点曲げ試験における充填長さ範囲とエネルギー吸収性の向上率との関係を示すグラフである。
【図３２】フレームの静的片持ち曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す説明図である。
【図３３】静的片持ち曲げ試験に用いたフレームの構造を示す断面図である。
【図３４】各種充填材が充填されたフレームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図３５】各種充填材が充填されたフレームについての最大曲げモーメント及びエネルギー吸収量を示すグラフである。
【図３６】接着剤層の引張せん断接着強さと最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図３７】引張せん断接着強さの測定方法を概略的に示す説明図である。
【図３８】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合との比較を行うために静的片持ち曲げ試験に用いたフレームを示す断面図である。
【図３９】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合と全く充填しない場合とにおいて、フレームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図４０】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合と全く充填しない場合とについて、座屈開始の曲げモーメントを比較して示すグラフである。
【図４１】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体に充填した場合とについて、充填材の重量当たりの曲げモーメントを比較して示すグラフである。
【図４２】アウタパネルとレインフォースメントとの間のみに充填材を充填する場合に、その隙間量と最大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【図４３】静的片持ち曲げ試験に用いたセンターピラーの構造を示す断面図である。
【図４４】図４３の各センターピラーの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１車体
２センターピラー（フレーム）
３ルーフサイドレール（フレーム）
４サイドシル（フレーム）
５フロントピラー（フレーム）
６リヤピラー（フレーム）
１１充填材
１２アウタパネル（パネル材）
１３インナパネル（パネル材）
１４レインフォースメント
４１上側部分補強材
４１ａ延出部
４２下側部分補強材
４２ａ延出部

Claims

フレーム断面内の一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造であって、
上記フレーム長手方向において上記充填材が設けられていない部分における上記フレーム断面内に、部分補強材が設けられ、
上記部分補強材は、フレーム断面内においてフレーム長手方向略全体に亘って配設されたレインフォースメントに設けられ、
上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材と上記レインフォースメントとで構成された閉断面内に充填され、
上記充填材、レインフォースメント及びフレーム断面外側縁部を構成するパネル材は、断面略コ字状をなし、
上記レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方が、上記フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定され、
上記部分補強材のフレーム長手方向端部に、上記充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部が形成されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
請求項１記載の車体のフレーム構造において、
部分補強材の延出部が形成されていない端部は強度メンバに接合されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造であって、
上記充填材のフレーム長手方向端部の強度が、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造であって、
上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に接着され、
上記充填材のフレーム長手方向端部の上記パネル材に対する引張せん断接着強さが、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
請求項３又は４記載の車体のフレーム構造において、
充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材と、フレーム断面内に設けられたレインフォースメントとで構成された閉断面内に充填されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の車体のフレーム構造において、
充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が５ＭＰａ以上で、かつ、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上に設定されたものであることを特徴とする車体のフレーム構造。