JP7332061B2 - 車両のフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両のクロスメンバとの接続部におけるフレーム構造に関する。

ピックアップトラック等の車両には、強度部材として、例えば車幅方向に互いに間隔をおいて一対のサイドフレームが備えられている。更に、この一対のサイドフレームは、略車幅方向に延びるクロスメンバによって接続されている。クロスメンバは、車両前後方向に間隔をおいて複数備えられている場合が多い。
車両のサイドフレームのように、強度と軽量化を要求されるフレームは、箱型形状になっているものが多い。更に、例えば特許文献１に記載されているように、クロスメンバの接続部においてサイドフレーム内にバルクヘッドを備えることで、当該接続箇所におけるフレームの強度を向上させている。

日本国特開２０１９－８９４１１号公報

ところで、車両前後方向に延びる一対のサイドフレームには、例えばリーフスプリングのようなサスペンション装置が懸架されている。したがって、サスペンション装置から、このサイドフレームにおける懸架場所に比較的大きな荷重が作用する。
また、ピックアップトラック等のように荷箱を備えた車両については、サイドフレームに荷箱を固定するためのマウントブラケットが複数個所備えられている。したがって、マウントブラケットからサイドフレームにも大きな荷重が作用する場合がある。

以上のように、サイドフフレームに比較的大きな荷重が作用する支持部を備えている車両については、これらの荷重を考慮してサイドフレームの強度を確保する必要がある。
特に、クロスメンバとサイドフレームとの接続部の近傍にサスペンション装置の支持部がある場合、特許文献１のようにクロスメンバとサイドフレームとの接続部にバルクヘッドを設けることで、当該接続部におけるフレームの強度が向上するものの、サスペンション装置からの荷重によるサイドフレームの捻じれによって操安性が低下する可能性があり、また車両走行時に繰り返し荷重を受けることに対してバルクヘッドを含むフレームについて耐久性の向上が要求されていた。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、サスペンション装置の支持部近辺にクロスメンバが接続されているサイドフレームにおいて、サイドフレームの捻じれを抑え、操安性を向上させるとともに耐久性を向上させる車両のフレーム構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のフレーム構造は、車両の前後方向に延びる一対のフレームを車幅方向に延びる中空状のクロスメンバによって接続して構成され、前記クロスメンバとの接続部から前記フレームの延長方向に離間した位置に、前記車両のサスペンション装置の支持部を備えた車両のフレーム構造であって、前記クロスメンバとの接続部において前記フレームの内部を補強するバルクヘッドが、前記フレームの延長方向に互いに離間して複数個備えられ、複数の前記バルクヘッドのうち前記支持部から遠い第１のバルクヘッドが、前記クロスメンバの部材の前記フレームとの接続位置より前記支持部に近づけて配置されたことを特徴とする。

これにより、クロスメンバとの接続部においてフレームの内部を補強するバルクヘッドが、フレームの延長方向に互いに離間して設けられることで、クロスメンバとの接続部におけるフレームの強度及び剛性を向上させることができる。そして、複数個のバルクヘッドのうち支持部から遠い第１のバルクヘッドがサスペンション装置の支持部に近づけて配置されることで、サスペンション装置の支持部から受ける荷重によるフレームの捻じれを抑制することができる。

好ましくは、前記車両に設けられた荷箱を前記フレームに固定するマウントブラケットを備え、前記マウントブラケットは、複数の前記バルクヘッドのうち前記支持部に近い第２のバルクヘッド及び前記クロスメンバの部材と、前記フレームの延長方向で同一位置に配置されているとよい。
これにより、第２のバルクヘッドによってマウントブラケットの設置位置でのフレームの強度及び剛性を向上させるとともに、マウントブラケットを介して荷箱から受ける荷重を第２のバルクヘッドを介してクロスメンバに分散させることができる。

好ましくは、前記フレームは車幅方向に分割した２個のフレーム部材を固定して形成されており、前記バルクヘッドは、分割した前記フレーム部材に合わせて車幅方向に分割して形成された板状部材であって、前記クロスメンバとの接続側の前記フレーム部材に固定される第１のバルクヘッド部材と、前記クロスメンバとの接続側と反対側の前記フレーム部材に固定される第２のバルクヘッド部材とを有し、前記第１のバルクヘッド部材の一部と前記第２のバルクヘッド部材の一部とを重ねて互いに接続して形成されているとよい。

これにより、バルクヘッドをフレーム内に容易に設置させることができる。
好ましくは、前記バルクヘッドは、板状部材の上下端部を前記サスペンション装置の支持部側に屈曲してフランジ部が形成され、当該フランジ部と前記フレームの内壁とを重ねて溶接により固定されているとよい。
これにより、バルクヘッドとフレームとを強固に固定することができる。また、フランジ部をサスペンション装置の支持部側に屈曲させることで、バルクヘッドの溶接による接続部（溶接部）をより支持部側に近づけて、バルクヘッドの溶接部における耐久性を向上させることができる。

好ましくは、前記第１のバルクヘッド部材に前記フランジ部を形成して前記フレーム部材に固定される一方、前記第２のバルクヘッド部材は上下端部を屈曲せずに前記フレームの内壁に付き当てて溶接し固定されているとよい。
これにより、第１のバルクヘッド部材と第２のバルクヘッド部材のうち、サスペンション装置の支持部からの荷重により応力が高くなる第１のバルクヘッド部材について、その溶接部における耐久性を向上させることができる。

本発明の車両のフレーム構造によれば、サスペンション装置の支持部から遠い第１のバルクヘッドの設置位置を支持部に近づけることで、サスペンション装置の支持部から受ける荷重によるフレームの捻じれを抑制することができる。
これにより、車両の操安性を向上させるとともに、車両走行時に繰り返し荷重を受けることによる第１のバルクヘッド及びその接続部におけるフレームの耐久性を向上させることができる。

本発明の実施形態の車両の右後部の概略構造を示す斜視図である。 本実施形態に係る車両のフレームの概略構造を示す斜視図である。 本実施形態に係るサスペンション装置の支持部付近のサイドフレームの斜視図である。 第１の実施形態に係るサイドフレームとクロスメンバとの接続部付近の構造を示す上面図である。 第２の実施形態に係るサイドフレームとクロスメンバとの接続部付近の構造を示す上面図である。 第２の実施形態に係るバルクヘッドの形状を示す縦断面図である。 第２の実施形態に係るバルクヘッドの形状を示す車両後方から視た図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の車両１の右後部の概略構造を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る車両１のフレーム２の概略構造を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係るサスペンション装置８の支持部付近をサイドフレーム６の車幅方向外側の前方から視た斜視図である。

本発明のフレーム構造を採用する車両１は、例えばピックアップトラックのように、車両後部に荷箱４を備えた車両である。

図１、２に示すように、車両１には、車幅方向に間隔をおいて車両前後方向に延びる一対のサイドフレーム５、６を備えている。また、車両１の後輪７の車軸は、リーフスプリング１１によるサスペンション装置８によって懸架されている。

荷箱４は、フレーム２上に載置され、サイドフレーム５、６に固定されたマウントブラケット３に図示しないボルト及びナットによって固定されている。

マウントブラケット３は、サイドフレーム５、６の車幅方向外側に、車両前後方向に互いに間隔をおいて複数備えられている。複数のマウントブラケット３のうち、車両最後方に配置されたマウントブラケット３は、車幅方向に延びて一対のサイドフレーム５、６を接続する最後方のクロスメンバ１０の車両前後位置付近に設けられている。

クロスメンバ１０は、後輪７の車軸を懸架するリーフスプリング１１の後端部を支持するシャックル１２よりも車両前方の近傍に配置されている。シャックル１２は、サイドフレーム５、６の側壁に設けられた挿入穴１３に挿入されて、車幅方向に延びる軸線を中心に回動可能にサイドフレーム５、６に支持される。また、シャックル１２は、リーフスプリング１１の後端部を車幅方向に延びる軸線を中心に回動可能に支持する。

図１～３に示すように、サイドフレーム５、６は、板金部材をコの字型に屈曲して形成された２個のフレーム部材１９、２０の両端部を突き合わせて溶接して形成されている。サイドフレーム５、６は、上下断面が箱型断面である中空状になっており、上壁２１、下壁２２、内側壁２３、外側壁２４を有している。上壁２１及び下壁２２に、フレーム部材１９、２０の突合せ部である溶接線２５を有している。

クロスメンバ１０は、上下断面が箱型断面である中空状になっており、上壁２６、下壁２７、前壁２８、後壁２９を有している。クロスメンバ１０の車幅方向端部は、サイドフレーム５，６の車幅方向内側の内側壁２３に突き当てられて溶接によって固定されている。

複数のマウントブラケット３のうち、車両最後方に配置されたマウントブラケット３は、上下断面がコの字型に形成され、上壁３０と２個の支持側壁３１、３２とを有している。マウントブラケット３は、上壁３０及び支持側壁３１、３２がサイドフレーム５、６の外側壁２４から車幅方向に垂直に延びるように配置される。マウントブラケット３の上壁３０は、サイドフレーム５、６の上壁２１と略同一の上下高さで、車両１の水平方向に延びるように配置される。マウントブラケット３の２個の支持側壁３１、３２は、車両前後方向に互いに間隔を置いて並ぶように配置される。したがって、マウントブラケット３の断面コの字型の開口部が下方に向くように配置されている。

マウントブラケット３の支持側壁３１、３２のサイドフレーム５、６側の端部が車両前後方向外方に垂直に屈曲して外側フランジ部３５が夫々設けられている。外側フランジ部３５とサイドフレームの外側壁２４とは、互いの対向面同士が当接し、外側フランジ部３５の外周部が溶接によって外側壁２４に固定されている。

マウントブラケット３の上壁３０には、ボルト穴３７が設けられている。そして、当該ボルト穴３７に、荷箱４の下部の強度部材に設けられたボルト穴、あるいは荷箱４の下部に固定されたマウントブラケットに設けられたボルト穴とともに、ボルトが挿入されて共締めされることで、マウントブラケット３を介して荷箱４とサイドフレーム５、６とが着脱可能に固定される。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るサイドフレーム６とクロスメンバ１０との接続部付近の構造を示す上面図である。

図４に示すように、車両最後方のクロスメンバ１０の後壁２９と、車両最後方のマウントブラケット３の車両後方側の支持側壁３１とは、車両前後位置が略一致している。また、クロスメンバ１０の後壁２９及びマウントブラケット３の支持側壁３１の車両後方近傍に、サスペンション装置８の支持部であるシャックル１２が配置されている。

また、サイドフレーム６の車幅方向内側のフレーム部材１９は、クロスメンバ１０の前壁２８と後壁２９との間の車両前後位置（分割部３８）で、前フレーム部材１９ａと後フレーム部材１９ｂとに前後に分割されている。フレーム部材１９は、前フレーム部材１９ａと後フレーム部材１９ｂとを分割部３８において溶接によって接続して構成されている。

サイドフレーム６内には、サイドフレーム６とクロスメンバ１０との接続部付近に、サイドフレーム６を補強する複数個（本実施形態では２個）のバルクヘッド５０、５１が設けられている。バルクヘッド５０、５１は、サイドフレーム６の延長方向である車両前後方向に互いに離間して配置される。

バルクヘッド５０、５１は、矩形状の厚板部材であって、全周がサイドフレーム６の内壁に溶接されて固定されている。即ち、バルクヘッド５０、５１は、サイドフレーム６の内壁を支持して、サイドフレーム６の強度及び剛性を向上させる効果を有する。

車両後側のバルクヘッド５０（第２のバルクヘッド）は、クロスメンバ１０の後壁２９及びマウントブラケット３の車両後方側の支持側壁３１と略同一の車両前後位置に配置されている。

一方、車両前側のバルクヘッド５１（第１のバルクヘッド）は、クロスメンバ１０の前壁２８より後方に、即ちクロスメンバ１０の前壁２８とサイドフレーム６との接続位置よりシャックル１２に近づけて配置されている。

なお、上記実施形態では、車両の右側のサイドフレーム６の構造について説明したが、車両の左側のサイドフレーム５についても左右対称で同様な構造にすればよい。

以上のように、本実施形態では、クロスメンバ１０の接続部付近のサイドフレーム６内に、車両前後方向に間隔をおいて２個のバルクヘッド５０、５１を備えているので、クロスメンバ１０の接続部付近のサイドフレーム６の強度及び剛性を向上させることができる。したがって、サイドフレーム６の当該接続部に応力が発生しても、サイドフレーム６の断面の変形を抑えることができる。これにより、サイドフレーム６の捻じれ剛性を向上させ、車両の操安性を向上させることができる。

サイドフレーム６とクロスメンバ１０との接続部付近に設けられた２個のバルクヘッド５０、５１のうち、車両後方側のバルクヘッド５０は、クロスメンバ１０の後壁２９と車両前後方向が略同一位置に配置されるので、クロスメンバ１０の後壁２９とサイドフレーム６との接続部付近のサイドフレーム６の強度及び剛性を向上させることができる。

車両後方側のバルクヘッド５０は、マウントブラケット３の車両後方側の支持側壁３１と略同一の車両前後位置に配置されているので、荷箱４からマウントブラケット３を介してサイドフレーム６の外側壁２４に作用する荷重によるサイドフレーム６の変形を抑制することができる。また、車両後方側のバルクヘッド５０と、マウントブラケット３の車両後方側の支持側壁３１と、クロスメンバ１０の後壁２９とが、バルクヘッド５０によって一直線に繋ぐように配置されているので、荷箱４からマウントブラケット３を介してサイドフレームに作用する荷重がクロスメンバ１０に分散され、サイドフレーム６の変形を更に抑制することができる。更には、サスペンション装置８のリーフスプリング１１からシャックル１２を介して入力する荷重についても、車両後方側のバルクヘッド５０を設けることで、サイドフレーム６とクロスメンバ１０に分散させることができる。

一方、車両前側のバルクヘッド５１は、クロスメンバ１０の前壁２８より後方に配置されている。ここで、車両前側のバルクヘッド５１をクロスメンバ１０の前壁２８と車両前後方向同一位置に配置すると、クロスメンバ１０の前壁２８とサイドフレーム６との接続部付近のサイドフレーム６の変形を効果的に抑えることが可能である。しかしながら、クロスメンバ１０の前壁２８は、後壁２９よりもサスペンション装置８の支持部であるシャックル１２から遠く位置しているので、車両走行時にシャックル１２から繰り返し入力する荷重によるサイドフレーム６の捻じれにより、バルクヘッド５１、その溶接部、更には、バルクヘッド５１付近のサイドフレーム６の耐久性が低下する可能性がある。

これに対し、本実施形態では、クロスメンバ１０の接続部近傍に設けられた２個のバルクヘッド５０、５１のうち、シャックル１２に遠い前側のバルクヘッド５１については、クロスメンバ１０の前壁２８より後方に位置させてシャックル１２に近づけるように配置することで、シャックル１２から入力する荷重によるバルクヘッド５１及びその付近のサイドフレーム６の変形を抑え、バルクヘッド５１を含むサイドフレーム６の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態では、クロスメンバ１０の接続位置付近のサイドフレーム６の車幅方向内側のフレーム部材１９に分割部３８を有しているが、前側のバルクヘッド５１を後方に位置させて分割部３８に近づけることで、シャックル１２から入力する荷重による分割部３８付近のサイドフレーム６の変形を抑制して、分割部３８及びその付近のサイドフレーム６の耐久性を向上させることができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るサイドフレーム６とクロスメンバ１０との接続部付近の構造を示す上面図である。図６は、第２の実施形態に係るバルクヘッド５１の形状を示す縦断面図である。図７は、第２の実施形態に係るバルクヘッド５１の形状を示す車両後方から視た図である。なお、図６は、図５中に記載されたＡ-Ａ部の縦断面図である。図７は、図５中に記載されたＢ-Ｂ部の縦断面図である。

図５～７に示すように、本発明の第２の実施形態に係るサイドフレーム６では、バルクヘッド５０、５１の形状が第１の実施形態と異なる。

車両前側のバルクヘッド５１は、分割したフレーム部材１９，２０に合わせて車幅方向に分割して形成された板状部材である。すなわち、バルクヘッド５１は、車幅方向内側のフレーム部材１９に固定される内側バルクヘッド部材５１ａ（第１のバルクヘッド部材）と、車幅方向外側のフレーム部材２０に固定される外側バルクヘッド部材５１ｂ（第２のバルクヘッド部材）と、により構成された二分割構造になっている。内側バルクヘッド部材５１ａは、２個のフレーム部材１９、２０のうちクロスメンバ１０の接続側に配置されたフレーム部材１９の内部に配置され、フレーム部材１９の内壁面に三方が当接して溶接により固定されている。外側バルクヘッド部材５１ｂは、２個のフレーム部材１９、２０のうちクロスメンバ１０の接続側とは反対側に配置されたフレーム部材２０の内部に配置され、フレーム部材２０の内壁面に三方が当接して溶接により固定されている。内側バルクヘッド部材５１ａと外側バルクヘッド部材５１ｂとは一部が重ね合って重ね部５３を構成し、当該重ね部５３において溶接により互いに接続されている。

車両後側のバルクヘッド５０も、車両前側のバルクヘッド５１と同様に、分割したフレーム部材１９，２０に合わせて車幅方向に分割して形成された板状部材である。すなわち、バルクヘッド５０は、内側バルクヘッド部材５０ａと外側バルクヘッド部材５０ｂとを接続して構成されている。

更に、車両前側のバルクヘッド５１の内側バルクヘッド部材５１ａには、板状部材の上端部及び下端部がシャックル１２に向けて車両後方側に屈曲して形成されたフランジ部５４、５４が夫々設けられている。このフランジ部５４、５４とサイドフレーム６の上壁２１及び下壁２２は、互いに重ね合わせて溶接されることによって固定されている。

なお、車両前側のバルクヘッド５１の外側バルクヘッド部材５１ｂは、上端部及び下端部が屈曲せずにフランジ部５４が設けられておらず、上端部及び下端部がサイドフレーム６の上壁２１及び下壁２２の内壁面に突き合わせ溶接により固定されている。

以上のように、第２実施形態では、バルクヘッド５０、５１が、車幅方向に分割した構造のサイドフレーム６と同様に、車幅方向に分割した構造になっている。したがって、フレーム部材１９、２０を突き合わせ溶接してサイドフレーム６を作成する前に、フレーム部材１９、２０に内側バルクヘッド部材５０ａ、５１ａ及び外側バルクヘッド部材５０ｂ、５１ｂを溶接により夫々あらかじめ固定することができる。そして、フレーム部材１９、２０を突き合わせ溶接する際に、例えばフレーム部材１９、２０に設けられた穴から内側バルクヘッド部材５０ａ、５１ａと外側バルクヘッド部材５０ｂ、５１ｂとの重ね部５３を溶接することで、バルクヘッド５０、５１を容易に設置することができる。

また、サイドフレーム６のフレーム部材１９、２０のうち、クロスメンバ１０が接続される車幅方向内側のフレーム部材１９は、クロスメンバ１０によりサイドフレーム６のねじれを抑制することから、車幅方向外側のフレーム部材２０よりも応力が高く発生し、耐久性が強く要求される。また、上記のように車両前側のバルクヘッド５１についても、シャックル１２からの荷重に対して耐久性が強く要求される。そこで、車両前側のバルクヘッド５１の内側バルクヘッド部材５１ａにフランジ部５４が設けられていることで、サイドフレーム６の上壁２１及び下壁２２を強固に支持及び固定することができ、バルクヘッド５１及びサイドフレーム６の耐久性を効果的に向上させることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。
例えば、第２実施形態においては、車両前側のバルクヘッド５１における内側バルクヘッド部材５１ａのみにフランジ部５４が設けられているが、その他のバルクヘッド部材５１ｂ、５０ａ、５０ｂにフランジ部５４が設けてもよい。また、第１実施形態のバルクヘッド５０、５１にフランジ部５４を設けてもよい。

また、例えば車両前側のバルクヘッド５１及び車両後側のバルクヘッド５０のうち、いずれか一方を、第２実施形態のような分割構造にしてもよい。

また、サイドフレーム５、６、クロスメンバ１０、バルクヘッド５０、５１、マウントブラケット３等の詳細な構造については、適宜変更してもよい。

本出願は、２０２０年１１月２０日出願の日本特許出願２０２０－１９３３１３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１ 車両
３ マウントブラケット
４ 荷箱
５、６ サイドフレーム（フレーム）
８ サスペンション装置
１０ クロスメンバ
１２ シャックル（支持部）
１９、２０ フレーム部材
５０ バルクヘッド（第２のバルクヘッド）
５１ バルクヘッド（第１のバルクヘッド）
５１ａ 内側バルクヘッド部材（第１のバルクヘッド部材）
５１ｂ 外側バルクヘッド部材（第２のバルクヘッド部材）
５４ フランジ部

Claims (5)

1. 車両の前後方向に延びる一対の中空状のフレームを車幅方向に延びるクロスメンバによって接続して構成され、
   前記クロスメンバとの接続部から前記フレームの延長方向に離間した位置に、前記車両のサスペンション装置の支持部を備えた車両のフレーム構造であって、
   前記クロスメンバとの接続部において前記フレームの内部を補強するバルクヘッドが、前記フレームの延長方向に互いに離間して複数個備えられ、
   複数の前記バルクヘッドのうち前記支持部から遠い第１のバルクヘッドが、前記クロスメンバの部材の前記フレームとの接続位置よりも前記支持部に近づけて配置され、
   前記車両に設けられた荷箱を前記フレームに固定するマウントブラケットを備え、
   前記マウントブラケットは、複数の前記バルクヘッドのうち前記支持部に近い第２のバルクヘッド及び前記クロスメンバの部材と、前記フレームの延長方向で同一位置に配置されていることを特徴とする車両のフレーム構造。
2. 前記フレームは車幅方向に分割した２個のフレーム部材を固定して形成されており、
   前記バルクヘッドは、分割した前記フレーム部材に合わせて車幅方向に分割して形成された板状部材であって、前記クロスメンバとの接続側の前記フレーム部材に固定される第１のバルクヘッド部材と、前記クロスメンバとの接続側とは反対側の前記フレーム部材に固定される第２のバルクヘッド部材とを有し、前記第１のバルクヘッド部材の一部と前記第２のバルクヘッド部材の一部とを重ねて互いに接続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両のフレーム構造。
3. 前記バルクヘッドは、板状部材の上下端部を前記サスペンション装置の支持部側に屈曲してフランジ部が形成され、当該フランジ部と前記フレームの内壁とを重ねて溶接により固定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両のフレーム構造。
4. 前記バルクヘッドは、板状部材の上下端部を前記サスペンション装置の支持部側に屈曲してフランジ部が形成され、当該フランジ部と前記フレームの内壁とを重ねて溶接により固定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両のフレーム構造。
5. 前記第１のバルクヘッド部材に前記フランジ部を形成して前記フレーム部材に固定される一方、前記第２のバルクヘッド部材は上下端部を屈曲せずに前記フレームの内壁に付き当てて溶接し固定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両のフレーム構造。

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