JP2001088740A

JP2001088740A - 車体のフレーム構造

Info

Publication number: JP2001088740A
Application number: JP26549999A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Hanakawa; 勝則花川; Mitsugi Fukahori; 貢深堀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP3596373B2

Abstract

(57)【要約】【課題】充填材１１が発泡充填されたセンターピラー
２において、充填不足にならないようにして生産性を向
上させつつ、燃費性能と衝突安全性とを確実に向上させ
る。【解決手段】アウタパネル１２とレインフォースメン
ト１４との間に充填材１１を発泡充填し、その充填材１
１の平均圧縮強度を４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ
以上）に設定しかつ最大曲げ強度を１０ＭＰａ以上（好
ましくは６０ＭＰａ以上）に設定すると共に、充填材１
１の平均発泡気孔径を５ｍｍ以下に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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形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、上記両パネ
ル材間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。そして、このようなフレーム構造において、
強度、剛性、衝撃エネルギー吸収性等のさらなる向上化
を図るには、上記パネル材やレインフォースメントの板
厚を増加したり新たなレインフォースメントを追加した
りするのが一般的である。

【０００３】一方、例えば特開昭６３−２３１９１３号
公報に示されているように、フレーム断面を閉断面状に
形成する閉断面部材で囲まれた空間に、発泡ウレタンか
らなる充填材を発泡充填させることで、フレーム強度の
向上化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】ところで、近年では、
燃費性能を向上させることが要求されており、この要求
を満たすためには、車体を軽量にする必要がある。しか
し、上述の如く、パネル材やレインフォースメントの板
厚を増加する等の方法では、車体を軽量化することはで
きず、燃費性能と衝突安全性とを共に向上させることは
困難である。

【０００５】そこで、上記提案例（特開昭６３−２３１
９１３号公報）のように、軽量の発泡ウレタン等からな
る充填材を閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填させる
ことで、車体を軽量化しつつ、衝突安全性の向上化を図
るようにすることが考えられる。

【０００６】しかしながら、上記発泡ウレタン等からな
る充填材は、衝突荷重の作用に対してある程度以上の高
い変形能を有するものであり、このような充填材を使用
すると、衝撃荷重が荷重入力点からその周囲の閉断面部
材に分散して伝達され難く、荷重入力点やその近傍でフ
レームが局部的に大きく変形するため、エネルギー吸収
性を十分に向上させることはできないという問題があ
る。

【０００７】また、充填材を発泡充填させる際、充填材
量のばらつき等により充填不足にならないようにして生
産性を向上させかつ軽量にするには、充填材の発泡率を
高くすることが望ましいが、この発泡率を高くしようと
すると、発泡気孔径が大きくなる傾向にあり、このた
め、大きな気孔により充填材と閉断面部材との実質的な
接触面積が小さくなり、衝撃荷重を荷重入力点からその
周囲の閉断面部材に分散させることがより一層困難にな
る。このことは、充填材中に、内部が中空であるガラス
ビーズ等のような中空状粒子を混入する場合も同様であ
って、その粒子径を大きくして軽量化と生産性の向上化
とを図ろうとすると、エネルギー吸収性の向上化は困難
になる。

【０００８】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、上記のように閉断面部
材で囲まれた空間に充填材が充填された車体のフレーム
構造に対して、その充填材に工夫を凝らすことによっ
て、車体の生産性を向上させつつ、燃費性能と衝突安全
性とを確実に向上させようとすることにある。

【０００９】

【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、この発明では、充填材を、平均圧縮強度が４ＭＰ
ａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上で
あることの少なくとも一方を満たすものとし、この充填
材の平均発泡気孔径（又は充填材中の中空状粒子の平均
径）を５ｍｍ以下に設定するようにした。

【００１０】具体的には、請求項１の発明では、フレー
ム断面の少なくとも一部を閉断面状に形成する閉断面部
材を備え、該閉断面部材で囲まれた空間に充填材が発泡
充填された車体のフレーム構造を対象とする。

【００１１】そして、上記充填材は、平均圧縮強度が４
ＭＰａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以
上であることの少なくとも一方を満たすものであり、上
記充填材の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下に設定されてい
るものとする。

【００１２】上記の構成により、閉断面部材において衝
撃荷重の影響により折れ曲がって閉断面内側に進入する
部分（座屈する部分）等に対応させて充填材を発泡充填
させることで、その部分に局所的に加わる力を充填材を
介してその周囲の閉断面部材に分散させることができ、
その部分の折れ曲がりを抑制したり、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
が４ＭＰａ以上（最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上）とし
たのは、充填材の平均圧縮強度（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４ＭＰａ以上（最大曲げ強度が１
０ＭＰａ以上）になるとエネルギー吸収量の増加度合い
が飽和するからである。つまり、平均圧縮強度が４ＭＰ
ａ以上であれば、フレーム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、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、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上である
こと及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少
なくとも一方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、衝突安全性を向上させるこ
とができる。しかも、充填材の平均発泡気孔径が５ｍｍ
以下に設定されているので、充填材と閉断面部材との実
質的な接触面積を良好に維持することができ、衝撃荷重
を荷重入力点からその周囲の閉断面部材に確実に分散さ
せることができる。一方、発泡気孔径を大きくしなくて
も、粒径の小さい発泡剤を比較的多く混入しておけば、
充填材量のばらつき等による充填不足の発生を防止する
ことができると共に、充填材を軽量にすることができ
る。したがって、車体の生産性を向上させつつ、車体の
軽量化と衝突安全性の向上化とを確実に図ることができ
る。尚、「平均圧縮強度」は、充填材を一辺３０ｍｍの
立方体に加工したものに対して一方向から１０ｍｍ／ｍ
ｉｎ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い、「充填
材の平均発泡気孔径」は、発泡後の充填材における任意
の断面において５．６ｃｍ²の枠内（形状は任意）に存
在する発泡気孔のうち最も大きいものから１１個を選択
したときに、その１１個の気孔径の平均値をいう。

【００１３】請求項２の発明では、フレーム断面の少な
くとも一部を閉断面状に形成する閉断面部材を備え、該
閉断面部材で囲まれた空間に、中空状粒子が混入された
充填材が充填された車体のフレーム構造を対象とする。

【００１４】そして、上記充填材は、平均圧縮強度が４
ＭＰａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以
上であることの少なくとも一方を満たすものであり、上
記充填材中の中空状粒子の平均径が５ｍｍ以下に設定さ
れているものとする。

【００１５】この発明により、充填材を発泡充填させる
場合と同様に、中空状粒子の平均径が５ｍｍ以下に設定
されているので、充填材と閉断面部材との実質的な接触
面積を良好に維持することができ、衝突安全性を向上さ
せることができる。一方、中空状粒子の平均径をそれ程
大きくしなくても、小径の中空状粒子を多く混入してお
けば、軽量化及び生産性向上化を図ることができる。よ
って、請求項１と同様の作用効果が得られる。尚、「中
空状粒子の平均径」は、充填材の任意の断面において
５．６ｃｍ²内に存在する中空状粒子のうち最も大きい
ものから１１個を選択したときに、その１１個の粒子径
の平均値をいう。

【００１６】請求項３の発明では、請求項１又は２の発
明において、充填材は、フレーム断面の外周縁部の少な
くとも一部に設けられているものとする。

【００１７】このことで、充填材がフレーム断面全体に
なくても、充填材をフレーム断面の外周縁部に設けるこ
とにより効果的に補強することができ、しかも、充填材
量が少なくて済み、より一層軽量化することができる。
また、このように充填材がフレーム断面の一部にしかな
い場合には、特に充填材と閉断面部材との実質的な接触
面積を確保しないと、補強効果が十分に得られなくなる
が、この発明では、充填材と閉断面部材との実質的な接
触面積を良好に維持することができ、衝突安全性を十分
に向上させることができる。

【００１８】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
いて、充填材の厚さが、２〜２０ｍｍに設定されている
ものとする。

【００１９】こうすることで、充填材の厚さは、２ｍｍ
よりも小さいと、充填材の充填効果が低くて充填材を充
填しない場合と殆ど変わらなくなる一方、２０ｍｍより
も大きいと、軽量化効果が小さくなると共に、充填材量
のばらつき等により充填不足になる可能性が高くなるの
で、２〜２０ｍｍに設定している。

【００２０】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、車体衝突時に曲げモーメントが
作用するフレームの断面において該曲げモーメントによ
り圧縮応力が発生する側の部分に設けられているものと
する。

【００２１】このことにより、充填材がフレーム断面の
一部にしかなくても、充填材による補強効果を最大限に
発揮させることができ、フレームの折れ曲がりを良好に
抑制することができる。

【００２２】

【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、車体１の側突時に衝撃荷
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。

【００２３】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１
３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１
４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，１
２ａ、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とレインフォースメン
ト１４とは、センターピラー２断面の外周縁部の一部
（車体外側部）を閉断面状に形成する閉断面部材であ
り、インナパネル１３とレインフォースメント１４と
は、センターピラー２断面の中心部及び外周縁部の車体
内側部を閉断面状に形成する閉断面部材である。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。

【００２４】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（閉断面部材で囲まれた空
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、その断面において外周
縁部の一部であって上記衝撃荷重Ａｓが入力される側の
部分、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
側の部分（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６参照）。

【００２５】上記充填材１１は、図４（ａ）に模式的に
示すように、その内部に発泡により生じた多数の発泡気
孔１１ａ，１１ａ，…を有しており、この平均発泡気孔
径は５ｍｍ以下（好ましくは４ｍｍ以下）に設定されて
いる。これは、平均発泡気孔径が５ｍｍ以下であれば、
５ｍｍよりも大きい場合の図４（ｂ）と比較すれば判る
ように、充填材１１とアウタパネル１２との実質的な接
触面積が発泡気孔１１ａによりそれ程減少しないため、
後述の如く衝突安全性を確実に向上させることができる
からである。尚、上記充填材１１の平均発泡気孔径は、
発泡後の充填材１１における任意の断面において５．６
ｃｍ²の枠内（形状は任意）に存在する発泡気孔１１
ａのうち最も大きいものから１１個を選択したときに、
その１１個の気孔径の平均値をいう。

【００２６】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、図５（ａ）に示すように、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
分にシート状に加工した未発泡状態の充填材１０を貼り
付けてセットする。この未発泡状態の充填材１０には発
泡剤や硬化剤が混入されており、この発泡剤は、発泡硬
化後の充填材１１の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下となる
ようにその粒径（一般に、発泡剤の粒径を小さくすれば
するほど平均発泡気孔径は小さくなる）や混入量が設定
されている（尚、平均発泡気孔径は、発泡剤の材料や発
泡条件によっても調整できる）。

【００２７】その後、図５（ｂ）に示すように、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，１
４ａ同士をスポット溶接により接合する。そして、図５
（ｃ）に示すように、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１
３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。

【００２８】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１５
０℃程度になる）。そして、車体シーラを塗布し、１４
０℃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１
４０℃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）。

【００２９】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る。
このとき、充填材１１の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下に
設定されているので、充填材１１とアウタパネル１２と
の実質的な接触面積を良好に維持することができ、衝撃
荷重を荷重入力点からその周囲のアウタパネル１２に確
実に分散させることができる。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。また、未発泡状態の充填材１０に、粒
径の小さい発泡剤を比較的多く混入しておけば、充填材
１０の量ばらつき等による充填不足の発生を防止するこ
とができ、充填材１１を必要部分に完全に発泡充填させ
ることができると共に、充填材１１を軽量にすることが
できる。よって、車体１の生産性を向上させつつ、車体
１の軽量化と衝突安全性の向上化とを確実に図ることが
できる。

【００３０】ここで、上記実施形態において、充填材１
１の平均発泡気孔径は０．１ｍｍ以上であることが望ま
しい。すなわち、平均発泡気孔径が小さいほど充填材１
１とアウタパネル１２との実質的な接触面積が良好に維
持され、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、平均発泡気孔径が０．１ｍｍよ
りも小さいと、発泡剤の粒子径が小さくなり過ぎて未発
泡状態の充填材１０中に発泡剤を混練することが困難に
なると共に、発泡時に発泡剤粒子間の間隔が小さくなっ
て複数の発泡気孔１１ａが繋がることで、却って気孔径
が大きくなる可能性があるからである。

【００３１】また、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ことが望ましい。
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１
２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。

【００３２】さらに、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（充填材１１の厚み）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て、コスト面で不利になると共
に、充填材１０の量ばらつき等により充填不足になる可
能性が高くなるので、２０ｍｍ以下に設定することが望
ましい。

【００３３】また、上記充填材１１とアウタパネル１２
との間の少なくとも一部には、３ＭＰａ以上のせん断接
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より確実に分散さ
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１
２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３
ＭＰａ以上の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。このように充填材１１とア
ウタパネル１２とを接着する場合（特に充填材１１自体
がせん断接着強さを有するようにした場合）に、充填材
１１の平均発泡気孔径が５ｍｍよりも大きいと、十分な
接着力が得られずに、上記のような接着効果が得られな
くなるが、上記実施形態のように５ｍｍ以下にしておけ
ば、上記接着効果が最大限に得られる。尚、充填材１１
とアウタパネル１２との間だけでなく、充填材１１とイ
ンナパネル１３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。

【００３４】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。

【００３５】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６０
ＭＰａ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。

【００３６】また、充填材１１は、必ずしも発泡材であ
る必要はなく、発泡材でない場合には、充填材１１中
に、内部が中空であるガラスビーズや樹脂成形品等のよ
うな中空状粒子を混入することで、発泡材と同様に、軽
量化と生産性向上化を図ることができる。そして、この
場合でも、中空状粒子の平均径（充填材１１の任意の断
面において５．６ｃｍ²の枠内（形状は任意）に存在す
る中空状粒子のうち最も大きいものから１１個を選択し
たときに、その１１個の粒子径の平均値をいう）を５ｍ
ｍ以下に設定すれば、上記実施形態と同様の作用効果が
得られる。

【００３７】さらに、上記実施形態では、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
間のみに発泡充填させたが、インナパネル１３とレイン
フォースメント１４との間にも発泡充填させるようにし
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１
１を発泡充填させるようにしてもよい。

【００３８】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。そして、前突時の衝撃荷重
Ａｆや後突時の衝撃荷重Ａｒ（図１参照）等により曲げ
モーメントが作用するフレームの折れ曲がりを抑制しよ
うとする場合には、上記実施形態のセンターピラー２の
ように、充填材１１を、そのフレーム断面の外周縁部に
おいて少なくとも上記曲げモーメントにより圧縮応力が
発生する側の部分に設ければよく（フレーム断面の外周
縁部全周でもよく、フレーム断面全体でもよい）、フレ
ームを折れ曲がるようにしつつ衝撃エネルギーを効果的
に吸収しようとする場合には、充填材１１を、フレーム
断面において曲げモーメントにより引張応力が発生する
側の部分に設けてもよい。

【００３９】

【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。

【００４０】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及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。

【００４１】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。

【００４２】尚、上記レインフォースメントの密度は、
後述する図７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。

【００４３】

【表１】

【００４４】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６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。

【００４５】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−変位線図から各充填
材の最大曲げ強度を算出した。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】上記鋼板を用いて、図７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Ｌ
ｆ（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。

【００５０】尚、図７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。

【００５１】上記フレーム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。

【００５２】先ず、フレームの静的三点曲げ試験を実施
した。図８は、フレームＦＲ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９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。

【００５３】図７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＝５
０〜３００ｍｍ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１０に示すように、変位量０〜４５ｍｍ
の範囲での荷重−変位を測定し、静的エネルギー吸収量
を求めた。

【００５４】上記試験結果を図１１〜図１４のグラフに
示す。先ず、図１１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１１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。

【００５５】このグラフ（図１１）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。

【００５６】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。

【００５７】また、図１２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１２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。

【００５８】この図１２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。

【００５９】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。

【００６０】さらに、図１３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
１４は、図１３のグラフにおける最大曲げ強度８０ＭＰ
ａ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１３及び図１４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。

【００６１】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１４参照）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。

【００６２】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。

【００６３】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１５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１６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。

【００６４】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。

【００６５】また、図１１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。

【００６６】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。

【００６７】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１２参照）。

【００６８】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Ｆ
Ｒ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。

【００６９】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。

【００７０】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１０Ｍ
Ｐａで飽和し、約６０ＭＰａでより安定して飽和してい
た（図１３及び図１４参照）。

【００７１】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。

【００７２】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１０ＭＰ
ａ）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。

【００７３】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１７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７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＝５０〜３００ｍ
ｍ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１８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。

【００７４】図１９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１９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。

【００７５】このグラフ（図１９）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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】図２０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２０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。

【００８０】このグラフ（図２０）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。

【００８１】図２１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２２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Ｗ
ｍ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。

【００８２】図２３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Ｐ
ｉとの間に接着剤（せん断接着強さ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。

【００８３】この図２３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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】また、図２４は、図２３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２３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。

【００８７】この図２４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。

【００８８】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。

【００８９】図２５は、接着剤層の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。この図
２５のグラフから良く判るように、接着剤層のせん断接
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、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
着剤層のせん断接着強さとしては、３ＭＰａ以上であれ
ばよい。また、せん断接着強さがさらに大きくなり、７
ＭＰａ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、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、接着剤層のせん断接着強さが７Ｍ
Ｐａ以上であることがさらに好ましい。

【００９０】尚、上記せん断接着強さの測定は、ＪＩＳ
Ｋ６８５０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２６に示すよう
に、被着材５１，５１として幅２５ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍ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）。

【００９１】次に、図２７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２１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、インナパネル６３側からアウタパネル
６２方向に加えた。

【００９２】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４２
３ｇであった。

【００９３】上記曲げ試験の結果を図２８〜図３０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。

【００９４】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２７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２７で５ｍｍの部分）は５ｍｍのま
まとした。

【００９５】上記試験の結果を図３１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。

【００９６】次いで、図３２（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１３．５ＭＰ
ａ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
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の平均発泡気孔径は５ｍｍ以下であ
り、その充填量は１５０ｇであった。

【００９７】一方、比較のために、図３２（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３２（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。

【００９８】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、インナパネル
７３側からアウタパネル７２方向に加えた。

【００９９】上記センターピラー曲げ試験の結果を図３
３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。

【０１００】次に、充填材の平均発泡気孔径が最大曲げ
荷重にどのように影響するかを調べた。すなわち、図３
４に示すように、２枚の１ｍｍ厚の鋼板８２，８２間
（間隔７ｍｍ）に、上記センターピラー曲げ試験に用い
た充填材７１と同様のエポキシ樹脂からなる充填材８１
を、発泡剤の粒径を変えて発泡充填させることで試験片
をそれぞれ作製し、この各試験片に対して、最大曲げ強
度を調べるための上記単体曲げ試験と同様に、一方の鋼
板８２を２つの支点８３，８３（支点間距離８０ｍｍ）
で支持し、その中央において他方の鋼板８２をＲ８の圧
子８４で１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧することによ
り、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−変位線図から最大曲げ荷重を求めた。尚、各
充填材８１の平均発泡気孔径は、図３４において一点鎖
線で矩形状に囲まれた範囲（面積：０．７ｃｍ×８ｃｍ
＝５．６ｃｍ²）に存在する発泡気孔のうち最も大きい
ものから１１個を選択して、その１１個の気孔径の平均
を取ることにより求めた。

【０１０１】上記充填材の平均発泡気孔径と最大曲げ荷
重との関係を図３５に示す。このことより、平均発泡気
孔径が小さくなるにつれて最大曲げ荷重も大きくなるこ
とが判る。そして、平均発泡気孔径が５ｍｍ以下になる
と、最大曲げ荷重の増加度合いは、５ｍｍよりも大きい
場合に比べて緩やかになり、４ｍｍ以下であればより一
層安定する。

【０１０２】続いて、上記センターピラー曲げ試験に用
いた実施例１とは充填材の平均発泡気孔径のみが異なる
センターピラーを４種類作製した。つまり、充填材の平
均発泡気孔径を、１．４ｍｍにしたもの（実施例２）、
２．１ｍｍにしたもの（実施例３）、５．６ｍｍにした
もの（比較例３）及び６．８ｍｍにしたもの（比較例
４）を作製した。

【０１０３】そして、上記実施例２，３及び比較例３，
４の各センターピラーに対して上記センターピラー曲げ
試験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。

【０１０４】この曲げ試験の結果を図３６に示す。ま
た、このときの平均発泡気孔径と最大曲げモーメントと
の関係を図３７に示す。このことより、最大曲げモーメ
ントは、平均発泡気孔径が小さい実施例２，３の方が比
較例３，４よりもかなり大きくなることが判る。また、
図３７より、平均発泡気孔径と最大曲げモーメントとは
略直線関係にあることが判り、この関係から類推する
と、平均発泡気孔径が５ｍｍ以下であれば、センターピ
ラーとして必要な最大曲げモーメント値が得られること
が判る。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車体のフ
レーム構造によると、充填材を、平均圧縮強度が４ＭＰ
ａ以上であること及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上で
あることの少なくとも一方を満たすものとし、この充填
材の平均発泡気孔径又は充填材中の中空状粒子の平均径
を５ｍｍ以下に設定したことにより、充填材の充填不足
をなくして車体の生産性を向上させつつ、車体の軽量化
と衝突安全性の向上化とを確実に図ることができる。

【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】充填材中の発泡気孔を模式的に示す断面図であ
り、（ａ）は平均発泡気孔径が５ｍｍ以下の場合であ
り、（ｂ）は平均発泡気孔径が５ｍｍよりも大きい場合
である。

【図５】センターピラーの組立手順を示す説明図であ
る。

【図６】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７】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８】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９】図８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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】図１３の要部を拡大して示すグラフである。

【図１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】接着剤層の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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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３３】図３２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。

【図３４】充填材の平均発泡気孔径と最大曲げ荷重との
関係を調べるための三点曲げ試験の要領を示す説明図で
ある。

【図３５】充填材の平均発泡気孔径と最大曲げ荷重との
関係を示すグラフである。

【図３６】実施例３及び比較例３，４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。

【図３７】充填材の平均発泡気孔径と最大曲げモーメン
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１１ａ発泡気孔１２アウタパネル（閉断面部材）１３インナパネル（閉断面部材）１４レインフォースメント（閉断面部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレーム断面の少なくとも一部を閉断面
状に形成する閉断面部材を備え、該閉断面部材で囲まれ
た空間に充填材が発泡充填された車体のフレーム構造で
あって、上記充填材は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること
及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なく
とも一方を満たすものであり、上記充填材の平均発泡気孔径が５ｍｍ以下に設定されて
いることを特徴とする車体のフレーム構造。
【請求項２】フレーム断面の少なくとも一部を閉断面
状に形成する閉断面部材を備え、該閉断面部材で囲まれ
た空間に、中空状粒子が混入された充填材が充填された
車体のフレーム構造であって、上記充填材は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であること
及び最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることの少なく
とも一方を満たすものであり、上記充填材中の中空状粒子の平均径が５ｍｍ以下に設定
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】請求項１又は２記載の車体のフレーム構
造において、充填材は、フレーム断面の外周縁部の少なくとも一部に
設けられていることを特徴とする車体のフレーム構造。
【請求項４】請求項３記載の車体のフレーム構造にお
いて、充填材の厚さが、２〜２０ｍｍに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５】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、車体衝突時に曲げモーメントが作用するフレ
ームの断面において該曲げモーメントにより圧縮応力が
発生する側の部分に設けられていることを特徴とする車
体のフレーム構造。