JP2015174548A - フレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時に効率的にエネルギー吸収をすることができるフレーム構造を得る。
【解決手段】フレーム構造体１０は、複数のフレーム部材１２を含んで構成されている。フレーム部材１２には、軸方向の両端部に軸方向外側へ向けて開口した筒状端部１４Ａ、１４Ｂが形成されている。複数のフレーム部材１２は、同軸かつ直列的に配置されている。互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士は、一方の小径の筒状端部１４Ｂが他方の大径の筒状端部１４Ａに挿入された状態で連結されている。また、フレーム構造体１０には、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士を、隙間１６Ｓを介して半径方向に離間させた離間部１６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレーム構造に関する。

外力によってフレキシブルに変形可能な構造体が知られている。このような構造体としては、例えば、連結部にボールジョイントを有する配管の構造（例えば、特許文献１参照）やケーブルの保護用として金属製帯板材を螺旋状に巻回した保護部材（例えば、特許文献２参照）や多重関節のロボット要素（例えば、特許文献３参照）等がある。

特開２０１３−８３２８７号公報 特開２００６−３１４１６７号公報 米国特許第４８０５４７７号明細書

しかしながら、これらは衝突時にエネルギー吸収をさせることを目的としたものではないので、仮にこれらを例えば車両等のフレームに適用したとしても、衝突時に効率的にエネルギー吸収をすることはできない。

なお、特許文献１に開示された構造では、ポリエチレン管とは別体のボールジョイントの部分が、ポリエチレン管よりも半径方向外側に大きく膨出した構造になっている。また、特許文献３に開示された構造では、自在継手のフランジが、円筒形の固定ベースの軸方向に見て固定ベースの外周面よりも半径方向外側に大きく張り出した構造になっている。よって、特許文献１、３に開示された構造をフレームに応用したとしても、余計なスペースが必要になるといった問題もある。

本発明は、上記事実を考慮して、衝突時に効率的にエネルギー吸収をすることができるフレーム構造を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明のフレーム構造は、少なくとも軸方向の両端部に軸方向外側へ向けて開口した筒状端部が形成された複数のフレーム部材を有し、前記複数のフレーム部材を同軸かつ直列的に配置させて互いに隣り合う前記筒状端部の一方を他方に挿入させた状態で両者を連結すると共に、互いに隣り合う前記筒状端部同士を隙間及び弾性体の少なくとも一方を介して半径方向に離間させた離間部が形成され、外力によって互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を互いに交差させた場合に前記離間部の一部が接近方向に相対変位しかつその一方側が他方側から反力を受けるように設定されている。

上記構成によれば、互いに隣り合う筒状端部同士を隙間及び弾性体の少なくとも一方を介して半径方向に離間させた離間部が形成されているので、衝突時にフレーム部材に対してその軸方向に交差する方向の外力が作用すると、当該フレーム部材は、隣り合うフレーム部材に対して、互いの軸方向を交差させるように変位する。そして、衝突時の外力を受けたフレーム部材の筒状端部の一部は、隣り合う他の筒状端部の一部に対して接近方向に相対変位すると共に当該他の筒状端部の一部から反力を受ける。これにより、衝突時のエネルギーが吸収されながら他のフレーム部材に荷重が伝達される。そして、このような作用が、フレーム部材の間で順次なされると、局所変形が抑えられて、衝突時のエネルギーが効率的に吸収される。また、本発明は、筒状端部で反力を発生させて荷重を伝達する構造になっているので、スペース上も有利である。

請求項２に記載する本発明のフレーム構造は、請求項１記載の構成において、前記離間部は、互いに隣り合う前記筒状端部同士を、隙間を介して半径方向に離間させた部位とされ、外力によって互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を互いに交差させた場合に前記離間部の一部が当接するように設定されている。

上記構成によれば、衝突時にフレーム部材に対してその軸方向に交差する方向の外力が作用すると、当該フレーム部材は、隣り合うフレーム部材に対して、互いの軸方向を交差させるように変位し、筒状端部の一部が隣り合う他の筒状端部に当接する。このような当接によって、エネルギー吸収及び荷重伝達が効果的になされる。

請求項３に記載する本発明のフレーム構造は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記筒状端部には、互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を交差させた場合に係止される係止部が設けられている。

上記構成によれば、衝突時にフレーム部材に対してその軸方向に交差する方向の外力が作用すると、当該フレーム部材は、隣り合うフレーム部材に対して、互いの軸方向を交差させるように変位し、筒状端部に設けられた係止部が係止される。これにより、係止部が滑り止めとして機能するので、反力が効果的に得られる。よって、衝突時の荷重が当該フレーム部材から他のフレーム部材により効率的に伝達される。

請求項４に記載する本発明のフレーム構造は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の構成において、互いに隣り合う前記筒状端部同士をピン結合させるピン結合部が設けられている。

上記構成によれば、衝突時にピン結合部が破壊されると、それにより衝突時のエネルギーの一部が吸収される。

請求項５に記載する本発明のフレーム構造は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成において、互いに隣り合う前記筒状端部同士を全周に亘って線接触させる線接触部が設けられている。

上記構成によれば、線接触部が設けられることで筒状端部同士の連結が容易になる。

請求項６に記載する本発明のフレーム構造は、請求項１記載の構成において、前記離間部は、互いに隣り合う前記筒状端部同士を、前記弾性体を介して半径方向に離間させた部位とされ、外力によって互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を互いに交差させた場合に前記離間部の一部の一方側が前記弾性体を介して前記離間部の一部の他方側から反力を受けるように設定されている。

上記構成によれば、衝突時にフレーム部材に対してその軸方向に交差する方向の外力が作用すると、当該フレーム部材は、隣り合うフレーム部材に対して、互いの軸方向を交差させるように変位し、筒状端部の一部が隣り合う他の筒状端部から弾性体を介して反力を受ける。

以上説明したように、本発明のフレーム構造によれば、衝突時に効率的にエネルギー吸収をすることができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係るフレーム構造を示す正面図である。 図１の２−２線に沿った拡大断面図である。 図１のフレーム構造の一部における衝突時の変形状態を示す作用図である。図３（Ａ）は衝突直前の状態を示す。図３（Ｂ）は衝突されたフレーム部材がストロークする状態を示す。図３（Ｃ）はストロークしたフレーム部材の筒状端部が隣り合う他の筒状端部に当接した状態を示す。図３（Ｄ）は衝突されたフレーム部材の隣のフレーム部材がストロークする状態を示す。 対比構造における衝突時の変形状態を示す作用図である。図４（Ａ）は衝突直前の状態を示す。図４（Ｂ）は衝突後の状態を示す。 衝突時における時間と内部エネルギーとの関係を示すグラフである。図５（Ａ）は本実施形態の場合を示す。図５（Ｂ）は対比構造の場合を示す。 衝突時における時間と運動エネルギーとの関係を示すグラフである。図６（Ａ）は本実施形態の場合を示す。図６（Ｂ）は対比構造の場合を示す。 衝突時における時間と衝突体の加速度との関係を示すグラフである。図７（Ａ）は本実施形態の場合を示す。図７（Ｂ）は対比構造の場合を示す。 第１の実施形態の変形例を示す断面図である。図８（Ａ）は第１の変形例を示す。図８（Ｂ）は第２の変形例を示す。図８（Ｃ）は第３の変形例を示す。 本発明の第２の実施形態に係るフレーム構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るフレーム構造を示す断面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るフレーム構造について図１〜図７を用いて説明する。図１には、本実施形態に係るフレーム構造が正面図で示されている。また、図２には、図１の２−２線に沿った拡大断面図が示されている。

図１に示されるように、本実施形態に係るフレーム構造が適用されたフレーム構造体１０は、複数のフレーム部材１２を含んで構成されている。これらのフレーム部材１２は、金属製とされ、筒状（本実施形態では一例として略円筒状）に形成されている。これにより、各フレーム部材１２の軸方向の両端部には、軸方向外側へ向けて開口した筒状端部１４Ａ、１４Ｂが形成されている。また、フレーム部材１２は、その軸方向の一方側（図１の左側）から軸方向の他方側（図１の右側）へ向けて徐々に縮径して外周面がテーパ状に傾斜すると共に、軸方向の一方側の開口径ｄ１と軸方向の他方側の開口径ｄ２との関係が、ｄ１＞ｄ２に設定されている。

複数のフレーム部材１２は、同軸かつ直列的に配置され、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士は、一方の小径の筒状端部１４Ｂが他方の大径の筒状端部１４Ａに挿入された状態で連結されている。換言すれば、大径の筒状端部１４Ａと小径の筒状端部１４Ｂとは、それらの半径方向に重ね合わせられたオーバーラップ部に配置されている。複数のフレーム部材１２は、いずれも大径の筒状端部１４Ａがフレーム構造体１０の軸方向一方側（図１の左側）に向けられると共に小径の筒状端部１４Ｂがフレーム構造体１０の軸方向他方側（図１の右側）に向けられている。図２に示されるように、フレーム構造体１０には、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士を隙間１６Ｓを介して半径方向に離間させた離間部１６が形成されている。すなわち、複数のフレーム部材１２は、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士が剛結合ではなく半径方向に隙間１６Ｓを介して離間した状態でネジ２０によって連結されている。

ネジ２０は、ピン結合部１８を構成し、大径の筒状端部１４Ａの筒外側から締め付けられている。具体的に説明すると、ネジ２０は、その軸部２０Ａに雄ねじ部が形成されると共に、軸部２０Ａの軸方向の一方側に軸部２０Ａよりも大径の頭部２０Ｂが形成されている。これに対して、筒状端部１４Ａには、軸心を挟んだ両側にねじ孔２２が貫通形成されており、これらのねじ孔２２の内面には雌ねじ部（図示省略）が形成されている。そして、ネジ２０は、軸部２０Ａの雄ねじ部をねじ孔２２の雌ねじ部に螺合させると共に、軸部２０Ａの先端面を小径の筒状端部１４Ｂの外周面に圧接させている。これにより、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士は、ピン結合されている。

また、図３（Ｄ）に示されるように、フレーム構造体１０は、外力によって互いに隣り合うフレーム部材１２の各軸方向を互いに交差させた場合に離間部１６の一部が接近方向に相対変位して当接（接触）しかつその一方側が他方側から反力を受けるように設定されている。本実施形態では、互いに隣り合うフレーム部材１２の各軸方向が鈍角に交差する時点で（直角に交差する前に）離間部１６の一部が当接するように設定されている。

なお、図１に示される大径の筒状端部１４Ａは、小径の筒状端部１４Ｂよりも曲げに対する剛性が高い。このため、例えば、フレーム構造体１０の軸方向の一方側のみを固定端とするような場合には、大径の筒状端部１４Ａを固定端側に向けるように配置するのが好ましい。フレーム構造体１０の軸方向に交差する方向の荷重が作用した場合、自由端側よりも固定端側により大きな荷重が作用することになるためである。

次に、上記実施形態の作用及び効果について、図３及び図４を参照しながら説明する。

図４には、対比構造のフレーム１００の衝突時における変形状態が示されている。図４に示される対比構造のフレーム１００は、円筒状のパイプとされ、軸方向の一方側の端部が固定対象１０２に固定されている。このようなフレーム１００の軸方向の中央部に対して、図４（Ａ）に示されるように、その上方側から円筒状のパイプ１０４（衝突体）が落下した場合、パイプ１０４がフレーム１００に衝突すると、図４（Ｂ）に示されるように、フレーム１００は荷重点周辺で局所変形してしまう。

図３には、図１のフレーム構造体１０の衝突時における変形状態が示されている。なお、図３では、図１のフレーム構造体１０のうちの右側二個のフレーム部材１２の図示を省略している。図３に示されるフレーム構造体１０は、軸方向の一方側の端部が固定対象２４に固定されている。

このようなフレーム構造体１０の軸方向の中央部（図中ではフレーム部材１２（１２Ｘ））に対して、図３（Ａ）に示されるように、その上方側から円筒状のパイプ１０４（衝突体）が落下した場合、パイプ１０４がフレーム構造体１０に衝突すると、図３（Ｂ）に示されるように、衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）が概ねネジ２０の軸回りに回転移動（ストローク）する。すなわち、衝突時にフレーム部材１２（１２Ｘ）に対してその軸方向に交差する方向の外力Ｆが作用すると、当該フレーム部材１２は、隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）に対して、互いの軸方向を交差させるように変位し、離間部１６の一部が接近方向に相対変位する。このときの運動エネルギーによって衝突時のエネルギーの一部が吸収される。

次に、図３（Ｃ）に示されるように、衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）の大径の筒状端部１４Ａの一部が、隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）の小径の筒状端部１４Ｂに当接し（つまり、離間部１６の一部が当接し）、その筒状端部１４Ｂから反力及び摩擦抵抗を受ける。これにより、衝突時のエネルギーが吸収されながら衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）から隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）に荷重が伝達される。

なお、初期状態で大径の筒状端部１４Ａと小径の筒状端部１４Ｂとの間に隙間１６Ｓが形成されることで、衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）から隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）に対して荷重がダイレクトに伝達される割合を低減させることができる。

次に、図３（Ｄ）に示されるように、フレーム部材１２（１２Ｙ）が概ねネジ２０の軸回りに回転移動（ストローク）し、離間部１６の一部が接近方向に相対変位する。そして、フレーム部材１２（１２Ｙ）の大径の筒状端部１４Ａの一部が、隣り合うフレーム部材１２（１２Ｚ）の小径の筒状端部１４Ｂに当接し（つまり、離間部１６の一部が当接し）、その筒状端部１４Ｂから反力及び摩擦抵抗を受ける。これにより、衝突時のエネルギーが吸収されながらフレーム部材１２（１２Ｙ）から隣り合うフレーム部材１２（１２Ｚ）に荷重が伝達される。

このように、本実施形態のフレーム構造体１０では、対比構造のフレーム１００（図４参照）のような局所変形（局所的な断面崩れ）が抑えられてフレキシブルに変形することで、フレーム全体の変形量を大きくすることができる。そして、フレーム部材１２間で接近、当接及び荷重伝達という現象が順次繰り返されることで、各フレーム部材１２による荷重伝達が段階的になされると共に各フレーム部材１２で衝突時のエネルギーの吸収が分担される。

また、本実施形態では、隣り合うフレーム部材１２の軸方向が互いに直角に交差する前に筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士が当接して荷重を伝達することで、直列的に配置されたフレーム部材１２を容易に順次変位させることができ、衝突エネルギーの吸収及び荷重の伝達を効果的になすことができる。

また、本実施形態では、フレーム部材１２のストロークに伴って、ピン結合部１８でも摩擦によって衝突時のエネルギーの一部が吸収される。また、衝突時の荷重によってピン結合部１８が破壊される場合には、それによっても衝突時のエネルギーの一部が吸収される。

次に、図５〜図７を参照しながら、フレーム構造体１０及び対比構造のフレーム１００（図４参照）の変形解析結果について説明する。なお、図５〜図７は、図３及び図４に示されるパイプ１０４（衝突体）を前述したようにフレーム構造体１０及び対比構造のフレーム１００に衝突させた場合における変形解析結果である。また、各図の（Ａ）は本実施形態のフレーム構造体１０の場合の結果を示し、各図の（Ｂ）は対比構造のフレーム１００の場合の結果を示す。

図５には、衝突時における時間と内部エネルギーとの関係が示されている。図５に示される内部エネルギー履歴（吸収エネルギーの指標）を比較すると、対比構造のフレーム１００に比べて、フレーム構造体１０のほうがエネルギー吸収能力に優れていることが判る。

図６には、衝突時における時間と運動エネルギーとの関係が示されている。図６に示されるように、本実施形態のフレーム構造体１０は、対比構造のフレーム１００に比べて、全体的に変形しやすく、衝突エネルギーを運動エネルギーにより多く変換していることが判る。

図７には、衝突時における時間と衝突体の加速度との関係が示されている。図７に示される衝突体の加速度履歴を比較すると、本実施形態の場合は対比構造の場合よりも衝突体の加速度が緩和されていることが判る。

以上説明したように、本実施形態のフレーム構造によれば、衝突時に効率的にエネルギー吸収をすることができる。また、図３等に示される各フレーム部材１２が衝突時のエネルギー吸収を分担するため、衝突体であるパイプ１０４の加速度を緩和することができる。さらに、本実施形態のフレーム構造体１０は、筒状端部１４Ａ、１４Ｂで反力を発生させて荷重を伝達する構造になっているので、スペース上も有利である。

［第１の実施形態の変形例］
なお、図２に示されるピン結合部１８に代えて、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士をスポット溶接によりピン結合させるピン結合部が適用されてもよい。このような構成では、衝突荷重によって各フレーム部材が変位しようとした場合に、母材側が引き裂かれることでエネルギーの一部が吸収されるような変形形態も採り得る。

また、図２に示されるピン結合部１８に代えて、頭部及び軸部を備えた連結ピンと、連結ピンの先端部に通される抜止ピンと、を含んで構成されたピン結合部が設けられてもよい。すなわち、例えば、連結ピンの軸部が、大径の筒状端部の外側から、大径の筒状端部及び小径の筒状端部の両方を貫通して、その先端部が大径の筒状端部の外側に突出すると共に、当該先端部に抜止ピンが交差するように通されてもよい。

次に、第１の実施形態の変形例について図８を用いて説明する。図８には、第１の実施形態の変形例として、フレーム部材同士のオーバーラップ部及びその周囲部が各フレーム部材の軸線に沿って切断した断面図で示されている。なお、図８（Ａ）に示されるフレーム部材２６、図８（Ｂ）に示されるフレーム部材３０、及び図８（Ｃ）に示されるフレーム部材３４は、フレーム部材同士のオーバーラップ部を除き、第１の実施形態におけるフレーム部材１２と実質的に同様の構成とされている。また、隙間及び離間部については実質的に第１の実施形態と同様の構成部であるため、同一符号を付して説明を省略する。

図８（Ａ）の第１の変形例では、フレーム部材２６は、小径の筒状端部２８Ｂの開口端から半径方向外側に延出された引っ掛け用の係止部としての第一係止部２８Ｘを備えると共に、大径の筒状端部２８Ａの開口端から半径方向内側に延出された引っ掛け用の係止部としての第二係止部２８Ｙを備える。第一係止部２８Ｘ及び第二係止部２８Ｙは、離間して配置され、フレーム部材２６の軸方向に見て一部がオーバーラップしている。第一係止部２８Ｘ及び第二係止部２８Ｙは、互いに隣り合うフレーム部材２６の各軸方向を交差させた場合に係止されるように設定されている。なお、第一係止部２８Ｘ及び第二係止部２８Ｙは、フレーム部材２６の周方向に断続的に形成されても全周に亘って形成されてもよい。

図８（Ｂ）の第２の変形例では、フレーム部材３０は、小径の筒状端部３２Ｂに波状（曲面形状）に形成された係止部としての第一係止部３２Ｘを備えると共に、大径の筒状端部３２Ａに波状（曲面形状）に形成された係止部としての第二係止部３２Ｙを備える。第一係止部３２Ｘ及び第二係止部３２Ｙは、離間して配置され、フレーム部材３０の軸方向に見て一部がオーバーラップしている。第一係止部３２Ｘ及び第二係止部３２Ｙは、互いに隣り合うフレーム部材３０の各軸方向を交差させた場合に係止されるように設定されている。なお、第一係止部３２Ｘ及び第二係止部３２Ｙは、フレーム部材３０の周方向に断続的に形成されても全周に亘って形成されてもよい。

図８（Ｃ）の第３の変形例では、フレーム部材３４は、小径の筒状端部３６Ｂにねじ山状に形成された係止部としての第一係止部３６Ｘを備えると共に、大径の筒状端部３６Ａにねじ山状に形成された係止部としての第二係止部３６Ｙを備える。第一係止部３６Ｘ及び第二係止部３６Ｙは、離間して配置され、フレーム部材３４の軸方向に見て一部がオーバーラップしている。なお、第一係止部３６Ｘ及び第二係止部３６Ｙは、ねじ山を噛み合わせるように組み付けられ、互いに隣り合うフレーム部材３４の各軸方向を交差させた場合に係止されるように設定されている。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示される変形例によっても、前述した第１の実施形態と同様の作用及び効果が得られる。また、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示される変形例では、衝突時にフレーム部材２６、３０、３４に対してその軸方向に交差する方向の外力が作用すると、当該フレーム部材２６、３０、３４は、隣り合うフレーム部材２６、３０、３４に対して、互いの軸方向を交差させるように変位し、第一係止部２８Ｘ、３２Ｘ、３６Ｘと第二係止部２８Ｙ、３２Ｙ、３６Ｙとが係止される。これにより、第一係止部２８Ｘ、３２Ｘ、３６Ｘ及び第二係止部２８Ｙ、３２Ｙ、３６Ｙが滑り止めとして機能するので、反力が効果的に得られる。よって、衝突時の荷重が互いに隣り合うフレーム部材２６、３０、３４の間で効率的に伝達される。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係るフレーム構造について、図９を用いて説明する。図９には、本実施形態に係るフレーム構造が適用されたフレーム構造体４０の一部が軸方向に沿って切断した断面図で示されている。

図９に示されるように、フレーム構造体４０は、複数のフレーム部材４２を含んで構成されている。なお、図中ではフレーム構造体４０の一部として二個のフレーム部材４２が図示されているが、実際には３個以上（一例として図１と同様に５個）のフレーム部材４２が同軸かつ直列的に配置されている。これらのフレーム部材４２は、金属製とされ、筒状（本実施形態では一例として略円筒状）に形成されている。これにより、各フレーム部材４２の軸方向の両端部には、軸方向外側へ向けて開口した筒状端部４４Ａ、４４Ｂが形成されている。また、フレーム部材４２の外周面は、その軸方向の一方側（図９の左側）から他方側（図９の右側）へ向けて徐々に縮径してテーパ状に傾斜している。

互いに隣り合う筒状端部４４Ａ、４４Ｂ同士は、一方の小径の筒状端部４４Ｂが他方の大径の筒状端部４４Ａに挿入された状態で連結されている。換言すれば、大径の筒状端部４４Ａと小径の筒状端部４４Ｂとは、それらの半径方向に重ね合わせられたオーバーラップ部に配置されている。

大径の筒状端部４４Ａの内周面には、その開口端側から内方側へ向けて徐々に縮径するテーパ状の傾斜面４８が形成され、傾斜面４８の内方側の端縁に全周に亘る稜線部５０が形成されている。小径の筒状端部４４Ｂの外周面５２の先端５２Ａは、大径の筒状端部４４Ａの稜線部５０と線接触している。すなわち、本実施形態では、互いに隣り合う筒状端部４４Ａ、４４Ｂ同士を全周に亘って線接触させる線接触部５４が設けられており、小径の筒状端部４４Ｂは大径の筒状端部４４Ａに圧入で固定されている。なお、線接触部５４は、溶接等されてもよい。

また、大径の筒状端部４４Ａの傾斜面４８と小径の筒状端部４４Ｂの外周面５２との間には、隙間４６Ｓが形成されている。以上により、フレーム構造体４０には、互いに隣り合う筒状端部４４Ａ、４４Ｂ同士を隙間４６Ｓを介して半径方向に離間させた離間部４６が形成されている。すなわち、複数のフレーム部材４２は、互いに隣り合う筒状端部４４Ａ、４４Ｂ同士が剛結合ではなく半径方向に隙間４６Ｓを介して離間した状態で連結されている。

また、フレーム構造体４０は、外力によって互いに隣り合うフレーム部材４２の各軸方向を互いに交差させた場合に離間部４６の一部が接近方向に相対変位して当接しかつその一方側が他方側から反力を受けるように設定されている。

上記構成によっても、前述した第１の実施形態と同様の作用及び効果が得られる。また、本実施形態によれば、線接触部５４が設けられることで筒状端部４４Ａ、４４Ｂ同士の連結が容易になる。

なお、本実施形態の線接触部５４に代えて、互いに隣り合う筒状端部同士の一部を断続的又は連続的に面接触させる面接触部が設けられてもよい。このような構成では、衝突時にフレーム部材が変位した場合に、より大きい摩擦抵抗を得ることができ、これにより衝突時のエネルギーを吸収することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係るフレーム構造について、図１０を用いて説明する。図１０には、本実施形態に係るフレーム構造が適用されたフレーム構造体６０の一部が軸方向に沿って切断した断面図で示されている。この図に示されるように、フレーム構造体６０は、ピン結合部１８（図２参照）に代えて、弾性体としてのゴム部材６２が互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士を連結する点で、第１の実施形態に係るフレーム構造体１０とは異なる。他の構成は、第１の実施形態と同様の構成となっている。よって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。なお、図１０では、フレーム構造体６０の一部として二個のフレーム部材１２が図示されているが、実際には３個以上（一例として図１と同様に５個）のフレーム部材１２が同軸かつ直列的に配置されている。

図１０に示されるように、フレーム構造体６０には、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士をゴム部材６２を介して半径方向に離間させた離間部６４が形成されている。すなわち、複数のフレーム部材１２は、互いに隣り合う筒状端部１４Ａ、１４Ｂ同士が剛結合ではなく半径方向にゴム部材６２を介して離間した状態で連結されている。ゴム部材６２としては、フレーム部材１２に比べて、剛性が極めて低い（柔らかい）部材が適用されている。ゴム部材６２は、小径の筒状端部１４Ｂの外周面の全域と大径の筒状端部１４Ａの内周面の全域との間に介在（充填）されている。なお、ゴム部材６２は、筒状端部１４Ａ、１４Ｂとの間は、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。

フレーム構造体６０は、外力によって互いに隣り合うフレーム部材１２の各軸方向を互いに交差させた場合に離間部６４の一部が接近方向に相対変位しかつその一方側がゴム部材６２を介して他方側から反力を受けるように設定されている。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

衝突時に例えば図中右側のフレーム部材１２（１２Ｘ）に対してその軸方向に交差する方向の外力が作用すると、衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）がストロークして（離間部６４の一部が接近方向に相対変位して）ゴム部材６２が弾性変形する。すなわち、衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）は、隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）に対して、互いの軸方向を交差させるように変位し、衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）の大径の筒状端部１４Ａの一部が、ゴム部材６２を介して、隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）の小径の筒状端部１４Ｂの一部から反力を受ける。

これにより、衝突時のエネルギーが吸収されながら衝突されたフレーム部材１２（１２Ｘ）から隣り合うフレーム部材１２（１２Ｙ）に荷重が伝達される。このように本実施形態では、フレーム部材１２間でダイレクトではなくゴム部材６２を介して荷重が伝達される。そして、このような作用が、フレーム部材１２の間で順次なされると、局所変形が抑えられて、衝突時のエネルギーが効率的に吸収される。

本実施形態によっても、衝突時に効率的にエネルギー吸収をすることができる。なお、本実施形態の変形例として、弾性体には、ゴム部材６２に代えて、ウレタン部材、粘着性のある材料からなる部材、フレーム部材１２の径方向に付勢するバネ部材等のような他の弾性体が適用されてもよい。また、ゴム部材６２や他の弾性部材は、フレーム部材１２の周方向に断続的に配置されてもよい。

［実施形態の補足説明］
なお、上記実施形態の変形例として、フレーム構造体１０、４０、６０の一部のフレーム部材１２、４２を、特性の異なるフレーム部材（例えば、材質や板厚を変える等により剛性が異なるフレーム部材等）に取り替えてもよい（フレーム部材のモジュール化）。そして、フレーム構造体の部位毎に特性の異なる種々のフレーム部材を配置する等により、フレーム構造体の全体の変形モードを制御することができる。

また、ピン結合部等のようなフレーム部材同士の接合部の強度は任意に設定可能となっているため、ある任意の破壊強度で接合部を破壊するようなチューニングも可能となっている。

また、上記実施形態の変形例として、フレーム部材は、軸線方向の中間部が中実とされると共に、軸方向の両端部に軸方向外側へ向けて開口した筒状端部が形成されたような構成でもよい。

また、上記実施形態の変形例として、円筒の第一のフレーム部材と、第一のフレーム部材よりも小径に設定された円筒の第二のフレーム部材と、が直列方向に交互に連結されてもよい。また、フレーム部材は、例えば、角筒状等のような他の筒形状に形成されたフレーム部材であってもよい。さらに、フレーム部材は、例えば、繊維強化樹脂製等のような金属製以外のフレーム部材でもよい。

また、上記実施形態の変形例として、離間部は、互いに隣り合う筒状端部同士を隙間及び弾性体の両方を介して半径方向に離間させた部位としてもよい。また、例えば、一個のフレーム構造体が、互いに隣り合う筒状端部同士を、隙間を介して半径方向に離間させた第一の離間部と、互いに隣り合う筒状端部同士を、弾性体を介して半径方向に離間させた第二の離間部と、を備えてもよい。

また、上記実施形態の変形例として、互いに隣り合う筒状端部同士は、例えば、回転ジョイント等のような他の連結構造によって連結されてもよい。

また、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、例えば、バンパやピラー等のような車体骨格構造の一部に適用することができる。また、上述した種々のフレーム構造を例えば車体のＢピラーに適用した場合には、Ｂピラーにおいて、相対的に高い剛性が要求される部位（側突時に相対的に大きな荷重入力が想定される部位）に、相対的に剛性の高いフレーム部材を設定するのが好ましい。

さらに、請求項１記載の「両者」は、上記実施形態から明らかなように、互いに隣り合う筒状端部における一方及び他方の両者を意味する。

なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１２ フレーム部材
１４Ａ 筒状端部
１４Ｂ 筒状端部
１６ 離間部
１６Ｓ 隙間
１８ ピン結合部
２６ フレーム部材
２８Ａ 筒状端部
２８Ｂ 筒状端部
２８Ｘ 第一係止部（係止部）
２８Ｙ 第二係止部（係止部）
３０ フレーム部材
３２Ａ 筒状端部
３２Ｂ 筒状端部
３２Ｘ 第一係止部（係止部）
３２Ｙ 第二係止部（係止部）
３４ フレーム部材
３６Ａ 筒状端部
３６Ｂ 筒状端部
３６Ｘ 第一係止部（係止部）
３６Ｙ 第二係止部（係止部）
４２ フレーム部材
４４Ａ 筒状端部
４４Ｂ 筒状端部
４６ 離間部
４６Ｓ 隙間
５４ 線接触部
６２ ゴム部材（弾性体）
６４ 離間部

Claims (6)

1. 少なくとも軸方向の両端部に軸方向外側へ向けて開口した筒状端部が形成された複数のフレーム部材を有し、
   前記複数のフレーム部材を同軸かつ直列的に配置させて互いに隣り合う前記筒状端部の一方を他方に挿入させた状態で両者を連結すると共に、互いに隣り合う前記筒状端部同士を隙間及び弾性体の少なくとも一方を介して半径方向に離間させた離間部が形成され、
   外力によって互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を互いに交差させた場合に前記離間部の一部が接近方向に相対変位しかつその一方側が他方側から反力を受けるように設定されたフレーム構造。
2. 前記離間部は、互いに隣り合う前記筒状端部同士を、隙間を介して半径方向に離間させた部位とされ、
   外力によって互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を互いに交差させた場合に前記離間部の一部が当接するように設定されている、請求項１記載のフレーム構造。
3. 前記筒状端部には、互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を交差させた場合に係止される係止部が設けられている、請求項１又は請求項２に記載のフレーム構造。
4. 互いに隣り合う前記筒状端部同士をピン結合させるピン結合部が設けられている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフレーム構造。
5. 互いに隣り合う前記筒状端部同士を全周に亘って線接触させる線接触部が設けられている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフレーム構造。
6. 前記離間部は、互いに隣り合う前記筒状端部同士を、前記弾性体を介して半径方向に離間させた部位とされ、
   外力によって互いに隣り合う前記フレーム部材の各軸方向を互いに交差させた場合に前記離間部の一部の一方側が前記弾性体を介して前記離間部の一部の他方側から反力を受けるように設定されている、請求項１記載のフレーム構造。

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