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WO2019198672A1 - T字継手構造 - Google Patents

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Publication number
WO2019198672A1
WO2019198672A1 PCT/JP2019/015344 JP2019015344W WO2019198672A1 WO 2019198672 A1 WO2019198672 A1 WO 2019198672A1 JP 2019015344 W JP2019015344 W JP 2019015344W WO 2019198672 A1 WO2019198672 A1 WO 2019198672A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joint structure
side sill
reinforcing
longitudinal direction
shaped joint
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/015344
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
野樹 木本
Original Assignee
日本製鉄株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社 filed Critical 日本製鉄株式会社
Priority to CN201980022964.7A priority Critical patent/CN111918811B/zh
Priority to JP2020513259A priority patent/JP6969673B2/ja
Publication of WO2019198672A1 publication Critical patent/WO2019198672A1/ja

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/02Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted comprising longitudinally or transversely arranged frame members
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20Floors or bottom sub-units

Definitions

  • the present invention relates to a T-joint structure that is a joint structure between members.
  • Patent Document 1 discloses a T-joint structure joined so as to connect the upper surface of the side sill and the upper surface of the cross member.
  • FIG. 2 is a view showing a conventional T-shaped joint structure 50 in which the cross member 20 is brought into contact with the top plate portion 12a of the side sill 10, but the T-shaped joint structure of Patent Document 1 is the conventional T-shaped joint shown in FIG.
  • the rigidity and impact resistance of the structure 50 can be greatly improved.
  • the vehicle body of an automobile is required to improve rigidity and impact resistance, it is also required to reduce the weight of the vehicle body in order to improve fuel consumption.
  • the T-joint structure of Patent Document 1 has a large increase in weight with respect to the conventional T-joint structure 50, so there is room for further improvement from the viewpoint of weight reduction.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to ensure both sufficient bending rigidity and impact resistance and light weight in a T-shaped joint structure.
  • One aspect of the present invention for solving the above problems is a hollow member having a T-shaped joint structure and having a first plane portion and a second plane portion that is a plane portion other than the first plane portion.
  • a first member and a second hollow member that is fixed in contact with the first flat surface portion of the first member and extends perpendicular to the longitudinal direction of the first member.
  • a reinforcing member provided inward of the first member, and one end of the reinforcing member in the longitudinal direction of the second member is a first end. When the other end is called the second end, the first end of the reinforcing member is joined to the inner surface of the first flat portion of the first member.
  • the second end portion of the reinforcing member is joined to the inner surface of the second flat portion of the first member, and includes the hollow portion of the second member.
  • the range of the portion where the first flat portion of the first member and the second member are in contact with each other is at least partially overlapped in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the second member in the vertical cross section. It is characterized by.
  • FIG. 3 shows the vehicle body structure of a common motor vehicle. It is a figure which shows the conventional T-joint structure of a side sill and a cross member. It is a perspective view which shows schematic structure of the T-shaped joint structure of the side sill and cross member which concerns on embodiment of this invention. It is a perspective view at the time of seeing FIG. 3 from the bottom. It is a figure which shows the cross section perpendicular
  • FIG. 1 It is a top view of the T-shaped joint structure concerning another embodiment of the present invention. It is a figure which shows the cross section perpendicular
  • the T-shaped joint structure 1 of the present embodiment includes a side sill 10 as an example of a first member, a cross member 20 as an example of a second member, and the inside of the side sill 10. It is comprised with the reinforcement member 30 provided in.
  • Cross member 20 is joined to the side sill 10 in contact with the side sill 10, and is fixed so as to extend perpendicular to the side sill longitudinal L 1.
  • a direction perpendicular to both the side sill longitudinal direction L 1 and the cross member longitudinal direction L 2 is referred to as a “height direction H”.
  • the side sill longitudinal direction L 1 is the vehicle length direction
  • the cross member longitudinal direction L 2 is the vehicle width direction
  • the height direction H is the vehicle height direction.
  • a flat plate 11 is used as an outer member, and a member whose cross-sectional shape perpendicular to the side sill longitudinal direction L 1 is a hat shape (hereinafter referred to as “hat-shaped member 12”) is used as an inner member. It has been.
  • the hat-shaped member 12 includes a top plate portion 12a, a vertical wall portion 12b extending perpendicularly to the top plate portion 12a from both ends in the height direction H of the top plate portion 12a, and a height from the distal end portion of the vertical wall portion 12b. And a flange portion (hereinafter referred to as “hat flange portion 12c”) extending outward in the vertical direction H.
  • the flat plate 11 and the hat flange portion 12c are joined by, for example, spot welding.
  • the structure of the outer member and inner member of the side sill 10 is not limited to what was demonstrated by this embodiment.
  • the outer member may be a hat-like member as with the inner member. That is, the side sill 10 may be a hollow member having a hollow portion 10a.
  • Hat member 22 includes a top plate portion 22a, and a vertical wall portion 22b which extends perpendicularly to the side sill longitudinal direction L 1 of the top plate portion 22a from both ends of the top plate portion 22a, the distal end portion of the vertical wall portion 22b a flange portion extending outwardly of the side sill longitudinal L 1 (hereinafter, "hat flange 22c”) and a.
  • the flat plate 21 and the hat flange portion 22c are joined by, for example, spot welding.
  • the structure of the outer member and inner member of the cross member 20 is not limited to what was demonstrated by this embodiment.
  • the outer member may be a hat-like member as with the inner member.
  • the flat plate 21 may be a floor panel (not shown).
  • top plate flange portion 23 a a flange portion extending from the vertical wall portion 22 b to the outside in the side sill longitudinal direction L 1
  • vertical wall flange portion 23 b a flange portion extending from the vertical wall portion 22 b to the outside in the side sill longitudinal direction L 1
  • flat plate flange portion 23 c a flange portion extending from the plate portion 21 a in the cross member longitudinal direction L 2 is formed.
  • the top plate flange portion 23a and the vertical wall flange portion 23b are joined together by, for example, single-side spot welding in a state where the top plate flange portion 23a and the vertical wall flange portion 23b are in contact with the top plate portion 12a of the side sill 10.
  • the flat plate flange 23c is joined by, for example, single-side spot welding in a state where the side sill 10 is in contact with the vertical wall 12b on the vehicle outer side in the height direction H.
  • the side sill 10 and the cross member 20 are fixed by joining the top-plate flange part 23a, the vertical wall flange part 23b, and the flat plate flange part 23c to the side sill 10.
  • first end portion 30 a one end portion of both end portions in the cross member longitudinal direction L 2 of the plate-shaped reinforcing member 30 is the top plate portion 12 a of the side sill 10.
  • second end portion 30 b is joined to the inner surface of the vertical wall portion 12 b on the upper side in the height direction H of the side sill 10.
  • the position in the height direction H of the first end portion 30 a is substantially the same position as the position in the height direction H of the top plate flange portion 23 a, and the top plate portion 12 a of the side sill 10
  • the first end portion 30a and the top plate flange portion 23a of the cross member 20 are sandwiched.
  • a range in the height direction H (hereinafter referred to as “contact range R 1 ”) and a range in the height direction H (hereinafter referred to as “contact range R”) of the top plate portion 12 a of the side sill 10 in contact with the top plate flange portion 23 a. 2 ”) partially overlaps.
  • the contact range R 1 and the contact range R 2 are viewed from the cross member longitudinal direction L 2 , the lower portion of the contact range R 1 overlaps the upper portion of the contact range R 2 .
  • the midway portion 30c which is a portion between the first end portion 30a and the second end portion 30b, is not joined to the inner surface of the side sill 10, and the height direction in the cross section shown in FIG. It is a straight line inclined with respect to H.
  • the midway portion 30c has, for example, a shape along the inner surface of the top plate portion 12a and the vertical wall portion 12b of the side sill 10, and may be joined to the top plate portion 12a and the vertical wall portion 12b, respectively.
  • the shape of the midway portion 30c as in the form, it is possible to reduce the amount of material used for the reinforcing member 30 while ensuring sufficient bending rigidity and impact resistance, and to suppress costs.
  • the intermediate portion 30c as shown in examples described later, the shape in a cross section perpendicular to the side sill longitudinal direction L 1 may be curved.
  • the joining method of the reinforcing member 30 with respect to the inner surface of the side sill 10 is not particularly limited, for example, the bonding is performed by being attached to the inner surface of the side sill 10 using an adhesive.
  • the hat-shaped member 12 and the flat plate 11 are spot-welded.
  • the side sill 10 is manufactured. Thereafter, the T-joint structure 1 is manufactured by spot welding in a state where the cross member 20 is abutted against the top plate portion 12 a of the side sill 10.
  • the CFRP carbon fiber reinforced resin
  • the CFRP may be thermosetting, but is preferably thermoplastic from the viewpoint of moldability and adhesiveness.
  • the T-shaped joint structure 1 of the present embodiment is configured as described above.
  • the top plate portion 12a of the side sill 10 follows the bending of the cross member 20 when the cross member 20 is bent in the height direction H (hereinafter referred to as “vertical bending”). Further, out-of-plane deformation is likely to occur at the portion where the top plate flange portion 23a contacts.
  • the first end 30a of the reinforcing member 30 is joined to the top plate 12a of the side sill 10, and the second end 30b is joined to the vertical wall 12b. ing.
  • the first end portion 30a of the reinforcing member 30 is joined to the top plate portion 12a of the side sill 10
  • the second end portion 30b of the reinforcing member 30 is a vertical wall portion that is a flat surface portion different from the top plate portion 12a.
  • the increase in weight with respect to the degree of improvement in bending rigidity and impact resistance against vertical bending is small, and the weight efficiency in terms of bending rigidity and impact resistance against vertical bending is improved. To do. In other words, even when the thickness of the side sill 10 and the cross member 20 is reduced for weight reduction, sufficient bending rigidity and impact resistance can be ensured.
  • the contact range R 1 of the first end portion 30 a in the top plate portion 12 a of the side sill 10 is reduced to the top plate portion 12 a. It is necessary to overlap with the contact range R 2 of the top flange portion 23a. Then, it is preferable that the overlapping portions of the contact area R 2 and the contact range R 1 becomes larger in terms of increasing the flexural rigidity and impact resistance.
  • the length in the side sill longitudinal direction L 1 of the reinforcing member 30 shown in FIG. 3 is referred to as “the width W a of the reinforcing member 30”, and the side sill longitudinal direction L 1 in the joining region between the side sill 10 and the top plate flange portion 23 a. Is referred to as “the width W b of the junction region”.
  • the width W a of the reinforcing member 30 is appropriately changed according to the required bending rigidity or impact resistance, weight limit, or the like, but preferably satisfies W b ⁇ 1.5W a .
  • top plate portion 12a of the side sill 10 By satisfying this condition, out-of-plane deformation of the top plate portion 12a of the side sill 10 can be further suppressed, and bending rigidity and impact resistance can be improved.
  • the top plate flange portion 23a of the top plate portion 12a and the cross member 20 of the side sill 10 as shown in FIG. 3 are joined by spot welding, and the width W b of the junction region, to the side sill longitudinal direction L 1 This is the distance between spot hit points located at both ends of the spot hit points arranged along.
  • the top plate portion 12a and the top plate flange portion 23a is, for example, laser welding as shown in FIG.
  • the continuous welding arc welding or the like or if it is joined with an adhesive, and the width W b of the junction region, the weld region or from one end to the other in the side sill longitudinal direction L 1 of the adhesive region in length.
  • the thickness of the reinforcing member 30 is appropriately changed according to the required bending rigidity or impact resistance, weight limit, or the like, and is preferably 1 to 5 mm, for example.
  • the reinforcing member 30 is made of, for example, CFRP
  • the amount of the reinforcing member 30 that can be used in the T-shaped joint structure 1 as in the present embodiment is melted as the scrap to which the reinforcing member 30 is joined. Even when reused, the steel impurities will not increase excessively. That is, the T-joint structure 1 of the present embodiment is excellent in recyclability because it is not necessary to separate the side sill 10 and the reinforcing member 30 when reusing parts as scrap.
  • the shape of the reinforcing member 30 is not limited to that described in the above embodiment.
  • the second end 30b of the reinforcing member 30 may be V-shaped instead of linear in plan view.
  • the rigidity in the cross section of the side sill 10 can be increased by giving the shape to the reinforcing member 30, and as a result, the rigidity of the T-shaped joint structure 1 can be further increased.
  • the 2nd end part 30b of the reinforcement member 30 was joined to the inner surface of the vertical wall part 12b of the upper side of the height direction H among the vertical wall parts 12b of the side sill 10, FIG. As shown, it may be joined to the inner surface of the vertical wall portion 12b on the lower side in the height direction H. Even in this case, the first end portion 30a of the reinforcing member 30 is joined to the top plate portion 12a of the side sill 10, and the second end portion 30b is joined to the vertical wall portion 12b which is a flat portion other than the top plate portion 12a. ing. Therefore, also in the case of the T-shaped joint structure 1 shown in FIG. 8, the positional relationship between the top plate portion 12a and the vertical wall portion 12b is easily maintained when an external force is applied, and the out-of-plane deformation of the top plate portion 12a is suppressed. It becomes possible.
  • the second end 30b of the reinforcing member 30 may be joined to the inner surface of the flat plate 11 of the side sill 10 as shown in FIG. Even in this case, the first end 30a of the reinforcing member 30 is joined to the top plate portion 12a of the side sill 10, and the second end 30b is joined to the flat plate 11 which is a flat portion other than the top plate portion 12a. . Also in the case of the T-shaped joint structure 1 shown in FIG. 9, the positional relationship between the top plate portion 12a and the flat plate 11 is easily maintained when an external force is applied, and it is possible to suppress the out-of-plane deformation of the top plate portion 12a. Become.
  • the bending rigidity and impact resistance of the T-joint structure 1 are obtained. Can be improved.
  • the T-joint structure 1 may be, for example, a joint structure of a roof side rail and a roof cross member.
  • the longitudinal direction of the roof side rail is the vehicle length direction
  • the longitudinal direction of the roof cross member is the vehicle width direction
  • the height direction H is the vehicle height direction.
  • the T-joint structure may be a T-joint structure of another part included in the vehicle body structure of the automobile.
  • a T-joint structure can be employed in a ladder frame as shown in FIG.
  • the T-shaped joint structure is not limited to the automobile field, and can be used as a T-shaped joint structure between members in other fields. Even in this case, as in the above-described embodiment, sufficient bending rigidity and impact resistance can be ensured and the weight can be reduced.
  • the T-joint structure has the first end portion of the reinforcing member 30.
  • 30a is joined to the inner surface of the first flat portion of the first member (the top plate portion 12a of the side sill 10 in the example of FIG. 5), and the second end 30b of the reinforcing member 30 is other than the first flat portion. It can be said that this is a structure joined to the inner surface of the second flat portion (the vertical wall portion 12b of the side sill 10 in the example of FIG. 5 and the flat plate 11 of the side sill 10 in the example of FIG. 9).
  • the first member has a cross section perpendicular to the longitudinal direction L 1 of the first member, which is cut so as to include the hollow portion of the second member.
  • the range R 2 in the height direction H overlaps at least partially.
  • the “first flat surface portion” and the “second flat surface portion” of the first member refer to the hollow portion of the first member among the flat portions of the first member (example of FIG. 5). Then, it means a flat portion constituting the hollow portion 10a) of the side sill 10.
  • the hollow portion 10a is composed of the top plate portion 12a of the hat-shaped member 12, the vertical wall portion 12b, and the flat plate 11, and the hat flange portion 12c. Although it is a plane part, it does not contribute to the structure of the hollow part 10a. For this reason, the hat flange portion 12c is not the first plane portion or the second plane portion in this specification.
  • the reinforcing member may be a member made of FRP (fiber reinforced resin) such as a member made of CFRP (carbon fiber reinforced resin) or a member made of GFRP (glass fiber reinforced resin). Further, the reinforcing member may be an aluminum alloy member, a magnesium alloy member, a steel material, or the like. Further, the reinforcing member may be a composite member made of the plurality of materials described above.
  • FRP fiber reinforced resin
  • CFRP carbon fiber reinforced resin
  • GFRP glass fiber reinforced resin
  • the reinforcing member may be an aluminum alloy member, a magnesium alloy member, a steel material, or the like.
  • the reinforcing member may be a composite member made of the plurality of materials described above.
  • the reinforcing member made of FRP means a fiber reinforced resin member made of a matrix resin and a reinforced fiber material contained in the matrix resin and combined.
  • the reinforcing fiber material for example, carbon fiber or glass fiber can be used.
  • boron fiber, silicon carbide fiber, aramid fiber, or the like can be used as the reinforcing fiber material.
  • FRP as the reinforcing fiber base material used as the base material of the reinforcing fiber material, for example, a nonwoven fabric base material using chopped fibers, a cloth material using continuous fibers, a unidirectional reinforcing fiber base material (UD material), etc. are used. can do.
  • These reinforcing fiber bases can be appropriately selected according to the orientation of the reinforcing fiber material.
  • the reinforcing member made of CFRP is a reinforcing member made of FRP using carbon fiber as a reinforcing fiber material.
  • carbon fiber for example, a PAN-based or pitch-based one can be used. By using the carbon fiber, the strength with respect to weight can be improved efficiently.
  • the reinforcing member made of GFRP is a reinforcing member made of FRP using glass fiber as a reinforcing fiber material. Although it is inferior to a carbon fiber in mechanical characteristics, it can suppress the electric corrosion of a metal member.
  • thermosetting resin Either a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used as the matrix resin used for the reinforcing member made of FRP.
  • thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, and vinyl ester resins.
  • Thermoplastic resins include polyolefins (polyethylene, polypropylene, etc.) and acid-modified products thereof, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, thermoplastic aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyethersulfone.
  • polyphenylene ether and modified products thereof polyarylate, polyetherketone, polyetheretherketone, polyetherketoneketone, styrene resins such as vinyl chloride and polystyrene, and phenoxy resin.
  • the matrix resin may be formed of a plurality of types of resin materials.
  • thermoplastic resin As the matrix resin from the viewpoint of workability and productivity. Furthermore, the density of the reinforcing fiber material can be increased by using a phenoxy resin as the matrix resin. Moreover, since the phenoxy resin has a molecular structure very similar to that of an epoxy resin that is a thermosetting resin, the phenoxy resin has a heat resistance comparable to that of an epoxy resin. Moreover, application to a high temperature environment is also possible by further adding a curing component.
  • the addition amount may be appropriately determined in consideration of the impregnation property to the reinforcing fiber material, the brittleness of the reinforcing member made of FRP, the tact time, the workability, and the like.
  • the type of the adhesive resin composition that forms the adhesive resin layer is not particularly limited.
  • the adhesive resin composition may be either a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • the kind of thermosetting resin and thermoplastic resin is not particularly limited.
  • thermoplastic resins polyolefins and acid-modified products thereof, polystyrene, polymethyl methacrylate, AS resin, ABS resin, thermoplastic aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyamide, polyamide
  • a thermosetting resin 1 or more types chosen from an epoxy resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, and a urethane resin can be used, for example
  • the adhesive resin composition can be appropriately selected according to the characteristics of the matrix resin constituting the reinforcing member made of FRP, the characteristics of the reinforcing member, or the characteristics of the metal member.
  • the adhesiveness is improved by using a resin having a polar functional group or a resin subjected to acid modification as the adhesive resin layer.
  • the adhesion between the reinforcing member made of FRP and the metal member can be improved. If it does so, the deformation
  • the form of the adhesive resin composition used to form the adhesive resin layer can be, for example, a liquid such as powder or varnish, or a solid such as a film.
  • a crosslinkable adhesive resin composition may be formed by blending a crosslinkable curable resin and a crosslinker into the adhesive resin composition.
  • a crosslinkable curable resin for example, a bifunctional or higher functional epoxy resin or a crystalline epoxy resin can be used.
  • an amine, an acid anhydride, etc. can be used as a crosslinking agent.
  • various additives such as various rubber
  • the composite of the reinforcing member made of FRP into the metal member can be realized by various methods.
  • FRP as a reinforcing member made of FRP or a prepreg for FRP molding that is a precursor thereof and a metal member are bonded with the above-described adhesive resin composition, and the adhesive resin composition is solidified (or cured). It is obtained with.
  • the reinforcing member made of FRP and the metal member can be combined by performing thermocompression bonding.
  • the above-mentioned adhesion of the FRP or FRP molding prepreg to the metal member may be performed by appropriately selecting before molding, during molding or after molding, or may be performed step by step as appropriate.
  • FRP or FRP molding prepreg may be bonded to the metal member.
  • FRP or FRP molding prepreg is bonded to the workpiece by heating and pressing appropriately for each part, after molding the workpiece to which the reinforcing member made of FRP is bonded, the reinforcing member made of FRP is separated. May be bonded to the molded metal member to obtain a metal member combined with a reinforcing member made of FRP.
  • the portion where the reinforcing member made of FRP is bonded can be subjected to molding such as bending while controlling the temperature.
  • the matrix resin of the reinforcing member made of FRP is a thermoplastic resin
  • composite batch molding in which the thermocompression bonding step and the molding step are integrated may be performed.
  • the joining method of the reinforcing member made of FRP and the metal member is not limited to the above-described adhesion by the adhesive resin layer.
  • the reinforcing member made of FRP and the metal member may be mechanically joined. More specifically, a fastening hole is formed at a position corresponding to each of the reinforcing member made of FRP and the metal member, and these are fastened through the hole by a fastening means such as a bolt or a rivet.
  • the reinforcing member and the metal member may be joined.
  • the reinforcing member made of FRP and the metal member may be joined by a known joining means. Further, the reinforcing member and the metal member made of FRP may be joined together by a plurality of joining means.
  • the adhesion by the adhesive resin layer and the fastening by the fastening means may be used in combination.
  • the reinforcing member may be formed by overlaying as an overlaying part.
  • the type of metal used for overlaying is appropriately determined in view of the characteristics of the metal member with the base material.
  • the joining method with a metal member is not restricted to welding, A various appropriate joining method can be used.
  • the metal member according to the present invention may be plated. Thereby, corrosion resistance improves. In particular, it is more suitable when the metal member is a steel material.
  • the type of plating is not particularly limited, and known plating can be used. For example, as galvanized steel sheets (steel materials), hot dip galvanized steel sheets, galvannealed steel sheets, Zn—Al—Mg alloy plated steel sheets, aluminum plated steel sheets, electrogalvanized steel sheets, electric Zn—Ni alloy plated steel sheets, etc. Can be used.
  • the metal member may have a surface coated with a film called chemical conversion treatment.
  • chemical conversion treatment a generally known chemical conversion treatment can be used.
  • the chemical conversion treatment zinc phosphate treatment, chromate treatment, chromate-free treatment or the like can be used.
  • the film may be a known resin film.
  • the metal member may be one that is generally painted. Thereby, corrosion resistance improves more.
  • a known resin can be used.
  • an epoxy resin, a urethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, or a fluorine resin can be used as a main resin.
  • generally well-known pigment may be added to the coating as needed.
  • the coating may be a clear coating to which no pigment is added. Such coating may be applied to the metal member in advance before the reinforcing member made of FRP is combined, or may be applied to the metal member after combining the reinforcing member made of FRP. Further, after the metal member is previously painted, a reinforcing member made of FRP may be combined, and further painted.
  • the paint used for painting may be a solvent-based paint, a water-based paint, a powder paint, or the like.
  • a known method can be applied as a method of painting.
  • electrodeposition coating, spray coating, electrostatic coating, immersion coating, or the like can be used as a coating method. Since electrodeposition coating is suitable for coating the end face and gap portion of a metal member, it is excellent in corrosion resistance after coating. Moreover, coating film adhesion improves by performing generally well-known chemical conversion treatments, such as a zinc phosphate process and a zirconia process, on the surface of a metal member before coating.
  • each analysis model includes a side sill 10, a cross member 20 joined to the top plate portion 12 a of the side sill 10, and a reinforcing member 30 made of CFRP provided inside the side sill 10.
  • the first end portion 30 a of the reinforcing member 30 is joined to the inner surface of the top plate portion 12 a of the side sill 10, and the second end portion 30 b is joined to the vertical wall portion 12 b on the upper side in the height direction H of the side sill 10.
  • FIG. 11 Example 1
  • FIG. 12 Example 2
  • the midway portion 30 c of the reinforcing member 30 has a straight cross-sectional shape perpendicular to the side sill longitudinal direction L 1 .
  • middle portion 30c of the reinforcing member 30 the shape of the cross section perpendicular to the side sill longitudinal direction L 1 is a curved as shown in FIG. 13.
  • the width of the reinforcing member 30 is longer than the width of the top plate flange portion 23 a of the cross member 20.
  • the material of the side sill 10 and the cross member 20 is a 1.5 GPa grade steel plate
  • the thickness of the side sill 10 is 0.8 mm
  • the thickness of the cross member 20 is 1. 4 mm.
  • Thickness of the reinforcing member 30 is 1.0 mm, the fiber direction of the CFRP is parallel to a cross member longitudinally L 2.
  • the reinforcing member used has an elastic modulus in the fiber direction of 131.5 GPa and an elastic modulus in the direction orthogonal to the fibers of 8.5 GPa.
  • the breaking stress in the fiber direction is 2490 MPa, and the breaking stress in the direction perpendicular to the fiber is 76 MPa.
  • non-contact side end portion the end portion on the side that does not contact the side sill 10 (hereinafter referred to as “non-contact side end portion”) is allowed to be displaced in the height direction H.
  • the cross section is constrained so as not to cause in-plane deformation.
  • a deformation simulation assuming vertical bending of the cross member 20 is performed by inputting a downward load F (100 N) in the height direction H to the non-contact side end of the cross member 20. did.
  • F 100 N
  • FIG. 14 shows the amount of displacement in the vehicle width direction (cross member longitudinal direction L 2 ) at the position in the vehicle height direction of the top plate portion 12a of the side sill 10 as a result of the deformation simulation.
  • the reference position of the vehicle height direction coordinate in FIG. 14 is the R stop position on the lower side of the top plate portion 12a of the side sill 10.
  • the “connection position” in FIG. 14 is a welding position between the top plate portion 12a of the side sill 10 and the top plate flange portion 23a of the cross member 20 shown in FIG.
  • the out-of-plane deformation of the top plate portion 12a of the side sill 10 was reduced compared to the case in which the reinforcing member was not provided.
  • Table 1 below and FIG. 16 show the bending rigidity of each analysis model in this simulation.
  • the 0 ° direction in the CRFP orientation is a direction parallel to the longitudinal direction L 2 of the cross member 20.
  • “Bending stiffness” is a load (kN) per unit displacement (mm) generated in each analysis model, and shows a value when the result in the analysis model without reinforcement is 1.
  • the bending rigidity is improved by providing the reinforcing member. That is, in the T-shaped joint structure according to the present invention, the weight efficiency of rigidity against vertical bending is greatly improved. Thereby, for example, even when the thickness of the side sill or the cross member is reduced for weight reduction, the T-joint structure according to the present invention can ensure sufficient bending rigidity. Therefore, according to the T-shaped joint structure according to the present invention, it is possible to achieve both sufficient bending rigidity and light weight.
  • the collision simulation (A) is a simulation simulating a pole side collision. As shown in FIG. 17, the collision simulation (A) was performed by applying an impactor to the central portion in the side sill longitudinal direction L 1 of the flat plate 11 with which the cross member 20 abuts. More specifically, the simulation was performed by causing an impactor having a diameter of 254 mm to collide from the outside of the side sill 10 at a position on the center line of the cross member 20 and the entire height of the side sill 10 at 500 mm / s. Then, the impact resistance of the analytical model was evaluated by evaluating the maximum load (reaction force) and absorbed energy when the impactor stroke was 30 mm.
  • the 0 ° direction in the CRFP orientation is a direction parallel to the longitudinal direction L 2 of the cross member 20.
  • the maximum load in the analysis models of Examples 3 to 5 having different CFRP orientations is shown in FIG. 18, and the absorbed energy in the analysis models of Examples 3 to 5 is shown in FIG.
  • the maximum load and the absorbed energy are increased as compared with the conventional T-joint structure in which the reinforcing member is not provided.
  • the maximum load in the analysis models of Examples 6 to 7 where the thicknesses of the reinforcing members are different from each other is shown in FIG. 20, and the absorbed energy in the analysis models of Examples 6 to 7 is shown in FIG.
  • the maximum load and the absorbed energy are increased as compared with the conventional T-joint structure in which the reinforcing member is not provided.
  • the collision simulation (B) is a simulation simulating a pole side collision, but the position of the impactor is different from the above-described collision simulation (A).
  • the impactor is applied to a position offset in the side sill longitudinal direction L 1 from the center of the flat plate 11 of the side sill 10 with which the cross member 20 abuts. More specifically, the simulation is performed by causing an impactor having a diameter of 254 mm to collide at 500 mm / s from the outside of the side sill 10 at a position offset by 100 mm in the side sill longitudinal direction L 1 from the center line of the cross member 20 and over the entire height of the side sill 10. It was done.
  • the analysis model is a model shown in Table 3 below.
  • the 0 ° direction in the CRFP orientation is a direction parallel to the longitudinal direction L 2 of the cross member 20.
  • the maximum load in the analysis models of Examples 3 to 5 in which the CFRP orientations of the reinforcing members are different from each other is shown in FIG. 23, and the absorbed energy in the analysis models of Examples 3 to 5 is shown in FIG.
  • the maximum load and the absorbed energy of the T-joint structure according to the present invention are increased compared to the conventional T-joint structure in which the reinforcing member is not provided.
  • the maximum load in the analysis models of Examples 6 to 7 where the thicknesses of the reinforcing members are different from each other is shown in FIG. 25, and the absorbed energy in the analysis models of Examples 6 to 7 is shown in FIG.
  • the maximum load and the absorbed energy are increased as compared with the conventional T-joint structure in which the reinforcing member is not provided.
  • the collision simulation (C) is a simulation that simulates a side collision between vehicles. As shown in FIG. 27, in the collision simulation (C), the position of the impactor is offset upward in the height direction H with respect to the above-described collision simulation (A). Specifically, the simulation was performed by causing an impactor having a diameter of 254 mm to collide at 500 mm / s from the outside of the side sill 10 to a position on the center line of the cross member 20 and an upper half region of the entire height of the side sill 10.
  • the analysis model is a model shown in Table 4 below.
  • the 0 ° direction in the CRFP orientation is a direction parallel to the longitudinal direction L 2 of the cross member 20.
  • the maximum load in the analysis models of Examples 3 to 5 having different CFRP orientations of the reinforcing members are shown in FIG. 28, and the absorbed energy in the analysis models of Examples 3 to 5 is shown in FIG.
  • the maximum load and absorbed energy of the T-shaped joint structure according to the present invention are increased compared to the conventional T-shaped joint structure in which the reinforcing member is not provided.
  • the T-joint structure according to the present invention has a maximum load and absorbed energy increased as compared to the conventional T-joint structure in which the reinforcing member is not provided.
  • the reaction force was large at the stage where the impactor displacement was small, that is, at the initial stage of deformation of the T-shaped joint structure. Therefore, it is thought that the out-of-plane deformation of the top sill portion of the side sill was suppressed at the initial stage of deformation, and the reaction force was increased compared with the conventional T-joint structure, which contributed to the improvement of absorbed energy. Therefore, according to the T-shaped joint structure according to the present invention, sufficient impact resistance can be ensured.
  • the T-shaped joint structure according to the present invention can achieve both sufficient bending rigidity and impact resistance and light weight.
  • the reinforcing member of the analysis model of Example 5 is a laminate of a CFRP layer having a fiber direction of 45 °, a CFRP layer having a ⁇ 45 ° direction, a CFRP layer having a 90 ° direction, and a CFRP layer having a 0 ° direction.
  • This is a member composed of four layers of CFRP.
  • the deformation progresses locally in various directions at the portion where the impactor collides with the side sill.
  • the fiber direction of the FRP is preferably an orientation called a so-called pseudo isotropic as in Example 5, but if there are at least two fiber directions, there is one It is possible to improve the impact resistance as compared with the case of a reinforcing member made of FRP only in the fiber direction. Therefore, when the reinforcing member is a member made of FRP, the reinforcing member preferably has two or more fiber directions.
  • the reinforcing member having two or more fiber directions may be configured, for example, by stacking FRP layers having one fiber direction in different directions, or one FRP like a so-called cloth material. You may be comprised by the cross-weaving of the linear fiber in a layer.
  • the present invention can be used for, for example, a joining structure of a side sill and a cross member of an automobile.

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Abstract

第1の平面部と、第2の平面部とを有した中空部材である、第1の部材と、第1の部材の第1の平面部に当接して固定された、該第1の部材の長手方向に対して垂直に延びる中空部材である、第2の部材と、第1の部材の内方に設けられた補強部材と、を有し、第2の部材の中空部を含むように切断された、第1の部材の長手方向に垂直な断面において、第1の部材の第1の平面部と補強部材の第1の端部が接触する部分の範囲と、第1の部材の第1の平面部と第2の部材が接触する部分の範囲が、上記垂直な断面における第2の部材の長手方向に垂直な方向において少なくとも一部重なっている、T字継手構造。

Description

T字継手構造
 本発明は、部材同士の接合構造であるT字継手構造に関する。
 自動車の車体を構成する部材同士の接合構造として、例えば図1に示すサイドシルとクロスメンバーの接合構造のようなT字継手構造がある。自動車の車体には、走行中の車体の安定性や乗り心地に係る曲げ剛性や、衝突時に乗員を保護するための耐衝撃性が求められることから、上記のような車体のT字継手構造となる箇所においても曲げ剛性や耐衝撃性を向上させることが望まれる。この要求に鑑み、特許文献1にはサイドシルの上面とクロスメンバーの上面を繋ぐように接合されたT字継手構造が開示されている。
国際公開第2016/076315号
 図2はサイドシル10の天板部12aにクロスメンバー20を当接させる従来のT字継手構造50を示す図であるが、特許文献1のT字継手構造は図2に示す従来のT字継手構造50に対して剛性や耐衝撃性を大きく向上させることができる。しかしながら、自動車の車体には剛性や耐衝撃性の向上が求められる一方、燃費向上のために車体重量の軽量化も求められる。この観点において、特許文献1のT字継手構造は、従来のT字継手構造50に対して重量の増加も大きいことから、軽量化の観点からさらに改善の余地がある。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、T字継手構造において、十分な曲げ剛性および耐衝撃性の確保と軽量化を両立させることを目的とする。
 上記課題を解決する本発明の一態様は、T字継手構造であって、第1の平面部と、前記第1の平面部以外の平面部である第2の平面部とを有した中空部材である、第1の部材と、前記第1の部材の前記第1の平面部に当接して固定された、該第1の部材の長手方向に対して垂直に延びる中空部材である、第2の部材と、前記第1の部材の内方に設けられた補強部材と、を有し、前記補強部材の、前記第2の部材の長手方向における両端部のうち、一方の端部を第1の端部と称し、他方の端部を第2の端部と称した際に、前記補強部材の前記第1の端部は、前記第1の部材の前記第1の平面部の内面に接合され、前記補強部材の前記第2の端部は、前記第1の部材の前記第2の平面部の内面に接合され、前記第2の部材の中空部を含むように切断された、前記第1の部材の長手方向に垂直な断面において、前記第1の部材の前記第1の平面部と前記補強部材の前記第1の端部が接触する部分の範囲と、前記第1の部材の前記第1の平面部と前記第2の部材が接触する部分の範囲が、前記垂直な断面における前記第2の部材の長手方向に垂直な方向において少なくとも一部重なっていることを特徴としている。
 本発明によれば、T字継手構造において、十分な曲げ剛性および耐衝撃性の確保と軽量化を両立させることができる。
一般的な自動車の車体構造を示す図である。 従来のサイドシルとクロスメンバーのT字継手構造を示す図である。 本発明の実施形態に係るサイドシルとクロスメンバーのT字継手構造の概略構成を示す斜視図である。 図3を下から見た場合の斜視図である。 本発明の実施形態に係るT字継手構造における、クロスメンバーの中空部を含むように切断された、サイドシル長手方向に対して垂直な断面を示す図である。 サイドシル天板部とクロスメンバー天板フランジ部との接合手段の一例を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るT字継手構造の平面図である。 本発明の別の実施形態に係るT字継手構造における、クロスメンバーの中空部を含むように切断された、サイドシル長手方向に対して垂直な断面を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るT字継手構造における、クロスメンバーの中空部を含むように切断された、サイドシル長手方向に対して垂直な断面を示す図である。 自動車のラダーフレームを示す図である。 変形シミュレーションの解析モデルを示す図である。 変形シミュレーションの解析モデルを示す図である。 図12に示す解析モデルにおける、クロスメンバーの中空部を含むように切断された、サイドシル長手方向に対して垂直な断面を示す図である。 サイドシル天板部の車高方向の位置における車幅方向の変位量を示す図である。 図14中の接続位置について説明するための図である。 変形シミュレーションにおける各解析モデルの曲げ剛性を示す図である。 衝突シミュレーション(A)の解析モデルを示す図である。 CFRPからなる補強部材の繊維方向が異なる各解析モデルにおける最大荷重を示す図である。 CFRPからなる補強部材の繊維方向が異なる各解析モデルにおける吸収エネルギーを示す図である。 補強部材の厚さが異なる各解析モデルにおける最大荷重を示す図である。 補強部材の厚さが異なる各解析モデルにおける吸収エネルギーを示す図である。 衝突シミュレーション(B)の解析モデルを示す図である。 CFRPからなる補強部材の繊維方向が異なる各解析モデルにおける最大荷重を示す図である。 CFRPからなる補強部材の繊維方向が異なる各解析モデルにおける吸収エネルギーを示す図である。 補強部材の厚さが異なる各解析モデルにおける最大荷重を示す図である。 補強部材の厚さが異なる各解析モデルにおける吸収エネルギーを示す図である。 衝突シミュレーション(C)の解析モデルを示す図である。 CFRPからなる補強部材の繊維方向が異なる各解析モデルにおける最大荷重を示す図である。 CFRPからなる補強部材の繊維方向が異なる各解析モデルにおける吸収エネルギーを示す図である。 補強部材の厚さが異なる各解析モデルにおける最大荷重を示す図である。 補強部材の厚さが異なる各解析モデルにおける吸収エネルギーを示す図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
 本実施形態ではT字継手構造として自動車のサイドシルとクロスメンバー(フロアクロスメンバー)の接合構造の一例を挙げて説明する。図3~図5に示すように本実施形態のT字継手構造1は、第1の部材の一例としてのサイドシル10と、第2の部材の一例としてのクロスメンバー20と、サイドシル10の内方に設けられた補強部材30で構成されている。クロスメンバー20は、サイドシル10に当接した状態でサイドシル10に接合され、サイドシル長手方向L1に対して垂直に延びるようにして固定されている。なお、本明細書では、サイドシル長手方向L1およびクロスメンバー長手方向L2の両方に対して垂直な方向を“高さ方向H”と称す。本実施形態のようなサイドシル10とクロスメンバー20の接合構造の場合、サイドシル長手方向L1が車長方向、クロスメンバー長手方向L2が車幅方向、高さ方向Hが車高方向となる。
 本実施形態のサイドシル10は、アウター部材として平板11が用いられ、インナー部材として、サイドシル長手方向L1に垂直な断面の形状がハット形状である部材(以下、“ハット状部材12”)が用いられている。ハット状部材12は、天板部12aと、天板部12aの高さ方向Hの両端部から天板部12aに対して垂直に延びる縦壁部12bと、縦壁部12bの先端部から高さ方向Hの外側に延びるフランジ部(以下、“ハットフランジ部12c”)とを有している。平板11とハットフランジ部12cとは例えばスポット溶接により接合されている。なお、サイドシル10のアウター部材とインナー部材の構成は本実施形態で説明したものに限定されない。例えばアウター部材はインナー部材と同様、ハット状部材であっても良い。すなわち、サイドシル10は中空部10aを有する中空部材であれば良い。
 本実施形態のクロスメンバー20は、アウター部材として平板21が用いられ、インナー部材として、クロスメンバー長手方向L2に垂直な断面の形状がハット形状である部材(以下、“ハット状部材22”)が用いられている。ハット状部材22は、天板部22aと、天板部22aのサイドシル長手方向L1の両端部から天板部22aに対して垂直に延びる縦壁部22bと、縦壁部22bの先端部からサイドシル長手方向L1の外側に延びるフランジ部(以下、“ハットフランジ部22c”)とを有している。平板21とハットフランジ部22cとは例えばスポット溶接により接合されている。なお、クロスメンバー20のアウター部材とインナー部材の構成は本実施形態で説明したものに限定されない。例えばアウター部材はインナー部材と同様、ハット状部材であっても良い。また、平板21はフロアパネル(不図示)であっても良い。この場合、フロアパネルの一部とハット状部材とにより中空部が形成されるクロスメンバー20が構成される。すなわち、クロスメンバー20は中空部20aを有する中空部材であれば良い。
 クロスメンバー20の長手方向L2における両端部のうち、サイドシル10に当接する側の端部(以下、“当接側端部23”)においては、クロスメンバー20の天板部22aから高さ方向Hに延びるフランジ部(以下、“天板フランジ部23a”)と、縦壁部22bからサイドシル長手方向L1の外側に延びるフランジ部(以下、“縦壁フランジ部23b”)と、平板21の板部21aからクロスメンバー長手方向L2に延びるフランジ部(以下、“平板フランジ部23c”)とが形成されている。天板フランジ部23aおよび縦壁フランジ部23bは、サイドシル10の天板部12aに当接した状態で例えば片面スポット溶接により接合されている。平板フランジ部23cは、サイドシル10の、高さ方向Hの車外側の縦壁部12bに当接した状態で例えば片面スポット溶接により接合されている。このようにして天板フランジ部23a、縦壁フランジ部23bおよび平板フランジ部23cがサイドシル10に接合されていることで、サイドシル10とクロスメンバー20とが固定されている。
 図5に示すように板状の補強部材30のクロスメンバー長手方向L2の両端部のうち、一方の端部(以下、“第1の端部30a”)は、サイドシル10の天板部12aの内面に接合され、他方の端部(以下、“第2の端部30b”)は、サイドシル10の、高さ方向Hの上側の縦壁部12bの内面に接合されている。第1の端部30aの高さ方向Hにおける位置は、天板フランジ部23aの高さ方向Hにおける位置と概ね同一の位置となっており、サイドシル10の天板部12aは、補強部材30の第1の端部30aとクロスメンバー20の天板フランジ部23aに挟まれた状態となっている。詳述すると、クロスメンバー20の中空部20aを含むように切断された、サイドシル長手方向L1に垂直な断面において、サイドシル10の天板部12aの、第1の端部30aが接触する部分における高さ方向Hの範囲(以下、“接触範囲R1”)と、サイドシル10の天板部12aの、天板フランジ部23aが接触する部分における高さ方向Hの範囲(以下、“接触範囲R2”)とが一部重なった状態にある。換言すると、接触範囲R1と接触範囲R2をクロスメンバー長手方向L2から見た場合には、接触範囲R1の下部が接触範囲R2の上部と重なった状態にある。
 本実施形態においては、第1の端部30aと第2の端部30bとの間の部分である中途部30cがサイドシル10の内面に接合されておらず、図5に示す断面において高さ方向Hに対して傾斜した直線状となっている。中途部30cは、例えばサイドシル10の天板部12aおよび縦壁部12bの内面に沿うような形状を有し、天板部12aおよび縦壁部12bにそれぞれ接合されていても良いが、本実施形態のような中途部30cの形状であれば、十分な曲げ剛性および耐衝撃性を確保しつつ、補強部材30の材料の使用量を削減することができ、コストを抑えることができる。また、中途部30cは後述する実施例で示すように、サイドシル長手方向L1に垂直な断面における形状が曲線状であっても良い。
 サイドシル10の内面に対する補強部材30の接合方法は特に限定されないが、例えば接着剤を用いてサイドシル10の内面に貼付されることで接合される。このため、本実施形態のT字継手構造1を製造する際には、例えばサイドシル10のハット状部材12の内面に補強部材30を接合した後、ハット状部材12と平板11とをスポット溶接してサイドシル10を製造する。その後、クロスメンバー20をサイドシル10の天板部12aに突き当てた状態でスポット溶接することでT字継手構造1を製造する。なお、接着剤を用いる場合、サイドシル10の内面と補強部材30との接合部分の断面を観察すれば、サイドシル10と補強部材30との間に接着剤が存在していることを確認することができる。なお、補強部材30が例えばCFRP(炭素繊維強化樹脂)からなる場合、CFRPは熱硬化性のものであっても良いが、成形性および接着性の観点から、熱可塑性のものであることが好ましい。
 本実施形態のT字継手構造1は以上のように構成されている。従来のT字継手構造の場合、クロスメンバー20に高さ方向Hの曲げ(以下、“縦曲げ”)が加わった際にサイドシル10の天板部12aがクロスメンバー20の曲げに追随してしまい、天板フランジ部23aが接触する部分において面外変形が生じやすい。
 一方、本実施形態のT字継手構造1においては、サイドシル10の天板部12aに補強部材30の第1の端部30aが接合され、縦壁部12bに第2の端部30bが接合されている。このようにサイドシル10の天板部12aに補強部材30の第1の端部30aが接合され、補強部材30の第2の端部30bが、天板部12aと異なる平面部である縦壁部12bに接合されていることで、T字継手構造1が外力を受けた際に天板部12aと縦壁部12bの位置関係が保持されやすくなる。そうすると、クロスメンバー20に縦曲げが加わった際に、補強部材30が突っ張るので、天板部12aの面外変形が抑制される。これにより、T字継手構造1の縦曲げに対する曲げ剛性を向上することができる。これに加え、側面衝突時においてもサイドシル10の天板部12aの面外変形の程度を抑えることができるので、T字継手構造1としての耐衝撃性を向上させることが可能となる。
 また、本実施形態のT字継手構造1によれば、縦曲げに対する曲げ剛性および耐衝撃性の向上度合いに対する重量の増加が小さく、縦曲げに対する曲げ剛性および耐衝撃性の観点における重量効率が向上する。換言すると、軽量化のためにサイドシル10とクロスメンバー20の板厚を薄くした場合でも、十分な曲げ剛性および耐衝撃性を確保することができる。
 なお、例えば補強部材30の第1の端部30aの下端がクロスメンバー20の天板フランジ部23aの上端よりも高い位置にあると、天板部12aの天板フランジ部23aが接触している部分で面外変形が生じやすくなる。同様に、第1の端部30aの下端が天板フランジ部23aの下端よりも低い位置にあると、天板部12aの天板フランジ部23aが接触している部分で面外変形が生じやすくなる。したがって、T字継手構造1の曲げ剛性および耐衝撃性を向上させるためには、サイドシル10の天板部12aにおける第1の端部30aの接触範囲R1の少なくとも一部が、天板部12aにおける天板フランジ部23aの接触範囲R2と重なっている必要がある。そして、曲げ剛性および耐衝撃性を向上させるという観点においては接触範囲R1と接触範囲R2の重なる部分がより大きくなることが好ましい。
 ここで、図3に示す補強部材30のサイドシル長手方向L1の長さを“補強部材30の幅Wa”と称し、サイドシル10と天板フランジ部23aとの接合領域のサイドシル長手方向L1の長さを“接合領域の幅Wb”と称す。補強部材30の幅Waは、要求される曲げ剛性もしくは耐衝撃性、または重量制限等に応じて適宜変更されるものであるが、Wb≦1.5Waを満たすことが好ましい。この条件を満たすことでサイドシル10の天板部12aの面外変形をさらに抑制することができ、曲げ剛性および耐衝撃性を向上させることができる。なお、図3のようにサイドシル10の天板部12aとクロスメンバー20の天板フランジ部23aとがスポット溶接で接合されている場合、接合領域の幅Wbとは、サイドシル長手方向L1に沿って並ぶスポット打点のうちの両端に位置するスポット打点間の距離である。また、図6のように天板部12aと天板フランジ部23aとが例えばレーザ溶接、アーク溶接等の連続溶接、または接着で接合されている場合、接合領域の幅Wbとは、溶接領域または接着領域のサイドシル長手方向L1における一端から他端までの長さである。なお、補強部材30の厚さは要求される曲げ剛性もしくは耐衝撃性、または重量制限等に応じて適宜変更されるものであるが、例えば1~5mmが好ましい。
 また、補強部材30が例えばCFRPからなる場合、本実施形態のようなT字継手構造1に使用される程度の補強部材30の量であれば、補強部材30が接合された部品をスクラップとして溶解して再利用する場合でも、鋼の不純物が過度に増加するようなことはない。すなわち、本実施形態のT字継手構造1は、スクラップとして部品を再利用する際にサイドシル10と補強部材30を分別する必要がないため、リサイクル性に優れたものである。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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うることは明らかであり、そ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。
 例えば補強部材30の形状は上記実施形態で説明したものに限定されない。例えば図7に示すように、補強部材30の第2の端部30bは平面視において直線状ではなく、V字状であっても良い。このように補強部材30に形状を付与することでサイドシル10の断面における剛性を高め、結果的にT字継手構造1の剛性をさらに高めることができる。また、補強部材30の第1の端部30aや中途部30cに、サイドシル10の剛性を高めるための形状を付与しても良い。
 上記実施形態では、補強部材30の第2の端部30bが、サイドシル10の縦壁部12bのうちの高さ方向Hの上側の縦壁部12bの内面に接合されていたが、図8に示すように高さ方向Hの下側の縦壁部12bの内面に接合されていても良い。この場合でも、補強部材30の第1の端部30aがサイドシル10の天板部12aに接合され、第2の端部30bが天板部12a以外の平面部である縦壁部12bに接合されている。したがって、図8に示すT字継手構造1の場合も、外力を受けた際に天板部12aと縦壁部12bの位置関係が保持されやすくなり、天板部12aの面外変形を抑制させることが可能となる。
 また、補強部材30の第2の端部30bは、図9に示すようにサイドシル10の平板11の内面に接合されていても良い。この場合でも、補強部材30の第1の端部30aがサイドシル10の天板部12aに接合され、第2の端部30bが天板部12a以外の平面部である平板11に接合されている。図9に示すT字継手構造1の場合も、外力を受けた際に天板部12aと平板11の位置関係が保持されやすくなり、天板部12aの面外変形を抑制させることが可能となる。
 すなわち、補強部材30の第2の端部30bが、第1の端部30aが接合されている平面部以外の平面部に接合されていれば、T字継手構造1の曲げ剛性および耐衝撃性を向上させることができる。
 また、上記実施形態のクロスメンバー20の種類としては、サイドシル10に接合されるフロアクロスメンバー、フロントクロスメンバーおよびリアクロスメンバーの他に、例えば図1のようにルーフサイドレールに接合されるルーフクロスメンバーもある。このため、T字継手構造1は例えばルーフサイドレールとルーフクロスメンバーの接合構造であっても良い。T字継手構造がルーフサイドレールとルーフクロスメンバーの接合構造の場合、ルーフサイドレールの長手方向が車長方向、ルーフクロスメンバーの長手方向が車幅方向、高さ方向Hが車高方向となる。また、T字継手構造は自動車の車体構造に含まれる他の部分のT字継手構造であっても良い。例えばT字継手構造は、図10のようなラダーフレームにおいても採用され得る。さらに、T字継手構造は自動車分野に限らず、他の分野における部材同士のT字継手構造として利用することもできる。この場合でも、上記実施形態と同様に十分な曲げ剛性および耐衝撃性の確保と軽量化を両立させることができる。
 また、例えば上記実施形態で説明したサイドシル10とクロスメンバー20を、“第1の部材”と“第2の部材”で言い換えたとすると、T字継手構造は、補強部材30の第1の端部30aが第1の部材の第1の平面部(図5の例ではサイドシル10の天板部12a)の内面に接合され、かつ補強部材30の第2の端部30bが第1の平面部以外の第2の平面部(図5の例ではサイドシル10の縦壁部12b、図9の例ではサイドシル10の平板11)の内面に接合された構造であると言える。また、曲げ剛性および耐衝撃性を向上させるためには、第2の部材の中空部を含むように切断された、第1の部材の長手方向L1に垂直な断面において、第1の部材の第1の平面部と補強部材30の第1の端部30aが接触する部分の高さ方向Hにおける範囲R1と、第1の部材の第1の平面部と第2の部材が接触する部分の高さ方向Hにおける範囲R2とが少なくとも一部重なっていることを要する。なお、T字継手構造がルーフサイドレールとルーフクロスメンバーの接合構造の場合にはルーフサイドレールが第1の部材となり、ルーフクロスメンバーが第2の部材となる。
 本明細書における第1の部材の“第1の平面部”および“第2の平面部”とは、第1の部材が有する平面部のうち、第1の部材の中空部(図5の例ではサイドシル10の中空部10a)を構成する平面部のことを意味する。例えば第1の部材が図5のようなサイドシル10である場合、中空部10aはハット状部材12の天板部12aと、縦壁部12bと、平板11で構成されており、ハットフランジ部12cは平面部であるものの、中空部10aの構成には寄与していない。このため、ハットフランジ部12cは、本明細書における第1の平面部または第2の平面部ではない。
 なお、補強部材の素材は特に限定されない。補強部材は、例えばCFRP(炭素繊維強化樹脂)からなる部材やGFRP(ガラス繊維強化樹脂)からなる部材等のFRP(繊維強化樹脂)からなる部材であっても良い。また、補強部材は、アルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、または鋼材等であっても良い。また、補強部材は、上述した複数の素材からなる複合部材であっても良い。
<FRPからなる補強部材の種類>
 FRPからなる補強部材は、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂部材を意味する。
 強化繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を用いることができる。他にも、強化繊維材料として、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、アラミド繊維等を用いることができる。FRPにおいて、強化繊維材料の基材となる強化繊維基材としては、例えば、チョップドファイバーを使用した不織布基材や連続繊維を使用したクロス材、一方向強化繊維基材(UD材)等を使用することができる。これらの強化繊維基材は、強化繊維材料の配向性の必要に応じて、適宜選択され得る。
 CFRPからなる補強部材は、強化繊維材料として炭素繊維を用いたFRPからなる補強部材である。炭素繊維としては、例えば、PAN系またはピッチ系のものが使用できる。炭素繊維を用いることにより、重量に対する強度等を効率よく向上させることができる。
 GFRPからなる補強部材は、強化繊維材料としてガラス繊維を用いたFRPからなる補強部材である。炭素繊維よりも機械的特性に劣るが、金属部材の電蝕を抑制することができる。
 FRPからなる補強部材に用いられるマトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにビニルエステル樹脂等があげられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)およびその酸変性物、ナイロン6およびナイロン66等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートおよびポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、塩化ビニル、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、並びにフェノキシ樹脂等があげられる。なお、マトリックス樹脂は、複数種類の樹脂材料により形成されていてもよい。
 金属部材への適用を考慮すると、加工性、生産性の観点から、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、マトリックス樹脂としてフェノキシ樹脂を用いることで、強化繊維材料の密度を高くすることができる。また、フェノキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と分子構造が酷似しているためエポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有する。また、硬化成分をさらに添加することにより、高温環境への適用も可能となる。硬化成分を添加する場合、その添加量は、強化繊維材料への含浸性、FRPからなる補強部材の脆性、タクトタイムおよび加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。
<接着樹脂層>
 補強部材がFRP等により形成される場合、FRPからなる補強部材と金属部材(上記実施形態では、サイドシル10)との間に接着樹脂層が設けられ、該接着樹脂層によりFRPからなる補強部材と金属部材とが接合されてもよい。
 接着樹脂層を形成する接着樹脂組成物の種類は特に限定されない。例えば、接着樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであってもよい。熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンおよびその酸変性物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、AS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、並びにポリエーテルケトンケトン等から選ばれる1種以上を使用することができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる1種以上を使用することができる。
 接着樹脂組成物は、FRPからなる補強部材を構成するマトリックス樹脂の特性、補強部材の特性または金属部材の特性に応じて適宜選択され得る。例えば、接着樹脂層として極性のある官能基を有する樹脂や酸変性などを施された樹脂を用いることで、接着性が向上する。
 このように、上述した接着樹脂層を用いてFRPからなる補強部材を金属部材に接着させることにより、FRPからなる補強部材と金属部材との密着性を向上させることができる。そうすると、金属部材に対し荷重が入力された際の、FRPからなる補強部材の変形追従性を向上させることができる。この場合、金属部材の変形体に対するFRPからなる補強部材の効果をより確実に発揮させることが可能となる。
 なお、接着樹脂層を形成するために用いられる接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニス等の液体、フィルム等の固体とすることができる。
 また、接着樹脂組成物に架橋硬化性樹脂および架橋剤を配合して、架橋性接着樹脂組成物を形成してもよい。これにより接着樹脂組成物の耐熱性が向上するため、高温環境下での適用が可能となる。架橋硬化性樹脂として、例えば2官能性以上のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂を用いることができる。また、架橋剤として、アミンや酸無水物等を用いることができる。また、接着樹脂組成物には、その接着性や物性を損なわない範囲において、各種ゴム、無機フィラー、溶剤等その他添加物が配合されてもよい。
 FRPからなる補強部材の金属部材への複合化は、種々の方法により実現される。例えば、FRPからなる補強部材となるFRPまたはその前駆体であるFRP成形用プリプレグと、金属部材とを、上述した接着樹脂組成物で接着し、該接着樹脂組成物を固化(または硬化)させることで得られる。この場合、例えば、加熱圧着を行うことにより、FRPからなる補強部材と金属部材とを複合化させることができる。
 上述したFRPまたはFRP成形用プリプレグの金属部材への接着は、部品の成形前、成形中または成形後を適宜選択して実施するまたは、適宜部分ごとに段階を踏んで実施すれば良い。例えば、被加工材である金属材料を金属部材に成形した後に、FRPまたはFRP成形用プリプレグを該金属部材に接着しても良い。また、被加工材にFRPまたはFRP成形用プリプレグを適宜部分ごとに加熱圧着により接着した後に、FRPからなる補強部材が接着された該被加工材を成形した後、該FRPからなる補強部材の別の部分を該成形後の金属部材に接着し、FRPからなる補強部材と複合化された金属部材を得てもよい。FRPからなる補強部材のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であれば、FRPからなる補強部材が接着された部分について、温度を制御しながら曲げ加工等の成形を行うことも可能である。また、FRPからなる補強部材のマトリクス樹脂が熱可塑樹脂である場合、加熱圧着工程と成形工程とが一体となった複合一括成形が行われてもよい。
 なお、FRPからなる補強部材と金属部材との接合方法は、上述した接着樹脂層による接着に限られない。例えば、FRPからなる補強部材と金属部材とは、機械的に接合されてもよい。より具体的には、FRPからなる補強部材と金属部材のそれぞれ対応する位置に締結用の孔が形成され、これらがボルトやリベット等の締結手段により当該孔を介して締結されることにより、FRPからなる補強部材と金属部材とが接合されていてもよい。他にも公知の接合手段によってFRPからなる補強部材と金属部材とが接合されてもよい。また、複数の接合手段により複合的にFRPからなる補強部材と金属部材とが接合されてもよい。例えば、接着樹脂層による接着と、締結手段による締結とが複合的に用いられてもよい。
 また、補強部材は、肉盛部として肉盛により形成されていてもよい。この場合肉盛に用いられる金属の種類は、金属部材の母材との特性を鑑みて適宜決定される。また、金属部材との接合方法は溶接に限られず、種々の適切な接合方法を用いることができる。
<金属部材およびその表面処理>
 本発明に係る金属部材は、めっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板(鋼材)として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Zn-Al-Mg系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Zn-Ni系合金めっき鋼板等が用いられ得る。
 また、金属部材は、表面に化成処理とよばれる皮膜が被覆されていてもよい。これにより、耐食性がより向上する。化成処理として、一般に公知の化成処理を用いることができる。例えば、化成処理として、りん酸亜鉛処理、クロメート処理、クロメートフリー処理等を用いることができる。また、上記皮膜は、公知の樹脂皮膜であってもよい。
 また、金属部材は、一般に公知の塗装が施されているものであってもよい。これにより、耐食性がより向上する。塗装として、公知の樹脂を用いることができる。例えば、塗装として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはふっ素系樹脂等を主樹脂としたものを用いることができる。また、塗装には、必要に応じて、一般に公知の顔料が添加されていてもよい。また、塗装は、顔料が添加されていないクリヤー塗装であってもよい。かかる塗装は、FRPからなる補強部材を複合化する前に予め金属部材に施されていてもよいし、FRPからなる補強部材を複合化した後に金属部材に施されてもよい。また、予め金属部材に塗装が施されたのちにFRPからなる補強部材が複合化され、さらにその後塗装が施されてもよい。塗装に用いられる塗料は、溶剤系塗料、水系塗料または紛体塗料等であってもよい。塗装の施工方法として、一般に公知の方法が適用され得る。例えば、塗装の施工方法として、電着塗装、スプレー塗装、静電塗装または浸漬塗装等が用いられ得る。電着塗装は、金属部材の端面や隙間部を被覆するのに適しているため、塗装後の耐食性に優れる。また、塗装前に金属部材の表面にりん酸亜鉛処理やジルコニア処理等の一般に公知の化成処理を施すことにより、塗膜密着性が向上する。
<変形シミュレーション>
 本発明に係るT字継手構造の曲げ剛性の評価のため、図11(実施例1)および図12(実施例2)に示す解析モデルを作成して変形シミュレーションを実施した。各解析モデルはサイドシル10と、サイドシル10の天板部12aに接合されたクロスメンバー20と、サイドシル10の内方に設けられたCFRPからなる補強部材30で構成されている。補強部材30の第1の端部30aはサイドシル10の天板部12aの内面に接合され、第2の端部30bはサイドシル10の高さ方向Hの上側の縦壁部12bに接合されている。また、図11に示す解析モデルにおいて、補強部材30の中途部30cは、サイドシル長手方向L1に垂直な断面の形状が直線状となっている。図12に示す解析モデルにおいて、補強部材30の中途部30cは、サイドシル長手方向L1に垂直な断面の形状が図13のように曲線状となっている。補強部材30の幅はクロスメンバー20の天板フランジ部23aの幅よりも長くなっている。なお、本シミュレーション含めて以下の各シミュレーションにおいては、サイドシル10およびクロスメンバー20の素材は1.5GPa級の鋼板であり、サイドシル10の板厚は0.8mm、クロスメンバー20の板厚は1.4mmである。補強部材30の板厚は1.0mmであり、CFRPの繊維方向はクロスメンバー長手方向L2に対して平行となっている。また、使用した補強部材は、繊維方向の弾性率131.5GPa、繊維と直交方向の弾性率8.5GPaである。また、繊維方向の破断応力は2490MPa、繊維と直交方向の破断応力は76MPaとする。
 変形シミュレーションにおいて、サイドシル10の長手方向L1の両端部の断面は完全に拘束されている。また、クロスメンバー20の長手方向L2の両端部のうち、サイドシル10に当接しない側の端部(以下、“非当接側端部”)は高さ方向Hへの変位が許容されつつ、断面の面内変形は生じないように拘束されている。このような拘束条件の下、クロスメンバー20の非当接側端部に高さ方向Hの下向きの荷重F(100N)を入力することで、クロスメンバー20の縦曲げを想定した変形シミュレーションを実施した。なお、比較例として図11の解析モデルに対して補強部材が設けられていない従来のT字継手構造の解析モデルを作成し、同様の解析条件で変形シミュレーションを実施した。
 図14に、変形シミュレーションの結果として、サイドシル10の天板部12aの車高方向の位置における車幅方向(クロスメンバー長手方向L2)の変位量を示す。なお、図14における車高方向座標の基準位置は、サイドシル10の天板部12aの下側のR止まりの位置である。また、図14中の“接続位置”とは、図15に示す、サイドシル10の天板部12aとクロスメンバー20の天板フランジ部23aとの溶接位置である。図14に示すように、補強部材が設けられた実施例1および実施例2では、補強部材が設けられていない場合と比較してサイドシル10の天板部12aの面外変形が小さくなった。
 また、下記表1および図16に本シミュレーションにおける各解析モデルの曲げ剛性を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
※CRFP配向における0°方向はクロスメンバー20の長手方向L2に平行な方向である。
 “曲げ剛性”は、各解析モデルに発生する単位変位(mm)あたりの荷重(kN)であり、補強なしの解析モデルにおける結果を1とした場合の値を示している。図16に示すように、実施例1および実施例2においては補強部材が設けられていることで、曲げ剛性が向上している。すなわち、本発明に係るT字継手構造においては、縦曲げに対する剛性の重量効率が大きく向上している。これにより、例えば軽量化のためにサイドシルやクロスメンバーの板厚を薄くした場合でも、本発明に係るT字継手構造によれば十分な曲げ剛性を確保することができる。したがって、本発明に係るT字継手構造によれば、十分な曲げ剛性の確保と軽量化を両立させることができる。
 次に、本発明に係るT字継手構造の耐衝撃性の評価のため、実施例1の解析モデルを用いて衝突シミュレーションを実施した。衝突シミュレーションでは、サイドシル10の長手方向L1の両端部が完全拘束されている。
<衝突シミュレーション(A)>
 衝突シミュレーション(A)はポール側面衝突を模擬したシミュレーションである。図17に示すように衝突シミュレーション(A)は、クロスメンバー20が当接する、平板11のサイドシル長手方向L1の中央部にインパクタを当てることで実施された。詳述すると、クロスメンバー20の中心線上の位置、かつサイドシル10の全高にわたって、サイドシル10の外側から直径254mmのインパクタを500mm/sで衝突させることでシミュレーションが実施された。そして、インパクタのストローク30mm時における最大荷重(反力)と吸収エネルギーを評価することで、解析モデルの耐衝撃性を評価した。
 なお、解析モデルとして下記表2に示すものを作成し、シミュレーションを実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
※CRFP配向における0°方向はクロスメンバー20の長手方向L2に平行な方向である。
 シミュレーション結果として、CFRPの配向が互いに異なる実施例3~5の解析モデルにおける最大荷重を図18に示し、実施例3~5の解析モデルにおける吸収エネルギーを図19に示す。図18および図19に示すように本発明に係るT字継手構造は、補強部材が設けられていない従来のT字継手構造に対して最大荷重および吸収エネルギーが増加している。
 シミュレーション結果として、補強部材の板厚が互いに異なる実施例6~7の解析モデルにおける最大荷重を図20に示し、実施例6~7の解析モデルにおける吸収エネルギーを図21に示す。図20および図21に示すように本発明に係るT字継手構造は、補強部材が設けられていない従来のT字継手構造に対して最大荷重および吸収エネルギーが増加している。
<衝突シミュレーション(B)>
 衝突シミュレーション(B)はポール側面衝突を模擬したシミュレーションであるが、前述の衝突シミュレーション(A)とはインパクタの位置が異なっている。図22に示すように衝突シミュレーション(B)では、クロスメンバー20が当接するサイドシル10の平板11の中央部から、サイドシル長手方向L1にオフセットした位置にインパクタを当てている。詳述すると、クロスメンバー20の中心線からサイドシル長手方向L1に100mmオフセットした位置、かつサイドシル10の全高にわたって、サイドシル10の外側から直径254mmのインパクタを500mm/sで衝突させることでシミュレーションが実施された。なお、解析モデルは、下記表3に示すモデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
※CRFP配向における0°方向はクロスメンバー20の長手方向L2に平行な方向である。
 シミュレーション結果として、補強部材のCFRPの配向が互いに異なる実施例3~5の解析モデルにおける最大荷重を図23に示し、実施例3~5の解析モデルにおける吸収エネルギーを図24に示す。図23および図24に示すように本発明に係るT字継手構造は、補強部材が設けられていない従来のT字継手構造に対して最大荷重および吸収エネルギーが増加している。
 シミュレーション結果として、補強部材の板厚が互いに異なる実施例6~7の解析モデルにおける最大荷重を図25に示し、実施例6~7の解析モデルにおける吸収エネルギーを図26に示す。図25および図26に示すように本発明に係るT字継手構造は、補強部材が設けられていない従来のT字継手構造に対して最大荷重および吸収エネルギーが増加している。
<衝突シミュレーション(C)>
 衝突シミュレーション(C)は、車両同士の側面衝突を模擬したシミュレーションである。図27に示すように衝突シミュレーション(C)では、前述の衝突シミュレーション(A)に対し、インパクタの位置が高さ方向Hの上方にオフセットしている。詳述すると、クロスメンバー20の中心線上の位置、かつサイドシル10の全高の上半分の領域に、サイドシル10の外側から直径254mmのインパクタを500mm/sで衝突させることでシミュレーションが実施された。なお、解析モデルは、下記表4に示すモデルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
※CRFP配向における0°方向はクロスメンバー20の長手方向L2に平行な方向である。
 シミュレーション結果として、補強部材のCFRPの配向が互いに異なる実施例3~5の解析モデルにおける最大荷重を図28に示し、実施例3~5の解析モデルにおける吸収エネルギーを図29に示す。図28および図29に示すように本発明に係るT字継手構造は、補強部材が設けられていない従来のT字継手構造に対して最大荷重および吸収エネルギーが増加している。
 シミュレーション結果として、補強部材の板厚が互いに異なる実施例6~7の解析モデルにおける最大荷重を図30に示し、実施例6~7の解析モデルにおける吸収エネルギーを図31に示す。図30および図31に示すように本発明に係るT字継手構造は、補強部材が設けられていない従来のT字継手構造に対して最大荷重および吸収エネルギーが増加している。
 本シミュレーションにおけるインパクタの変位と、インパクタが受ける反力との関係を評価したところ、インパクタの変位が小さい段階、すなわちT字継手構造の変形初期段階において反力が大きくなっていた。したがって、変形初期段階でサイドシルの天板部の面外変形が抑えられたことで、従来のT字継手構造と比較して反力が大きくなり、吸収エネルギーの向上に寄与したと考えられる。したがって、本発明に係るT字継手構造によれば、十分な耐衝撃性を確保することができる。
 以上の変形シミュレーションおよび衝突シミュレーションの結果を総括すると、本発明に係るT字継手構造によれば、十分な曲げ剛性および耐衝撃性の確保と軽量化とを両立することができることが示された。
 なお、実施例5の解析モデルの補強部材は、繊維方向が45°方向のCFRPの層、-45°方向のCFRPの層、90°方向のCFRPの層、0°方向のCFRPの層が積層された4層のCFRPからなる部材である。前述の衝突シミュレーションでは、サイドシルの、インパクタが衝突した部分において局所的に様々な方向に変形が進むことになるが、実施例5の解析モデルにおいては、互いに異なる繊維方向のCFRPの層が複数存在していることにより、一方向の荷重だけでなく複数方向の荷重に対して反力を生じさせることができる。すなわち、実施例5の解析モデルにおいては、様々な方向に進む変形を抑えることができるため、衝突シミュレーション(A)~(C)のいずれのシミュレーションにおいても良好な結果が得られた。このような効果は、補強部材の素材がCFRPである場合に限らず、FRPであれば得ることができる。また、補強部材がFRPで構成される場合、FRPの繊維方向は、実施例5のような、いわゆる疑似等方と呼ばれる配向であることが好ましいが、少なくとも2つの繊維方向があれば、1つの繊維方向のみのFRPからなる補強部材の場合に比べて耐衝撃性を向上させることが可能である。したがって、補強部材がFRPからなる部材である場合、補強部材は、2以上の繊維方向を有していることが好ましい。なお、2以上の繊維方向を有する補強部材は、例えば一の繊維方向からなるFRPの層が互いに異なる向きで重ねられることによって構成されていてもよいし、いわゆるクロス材のように一のFRPの層内において直線状の繊維が交差して編み込まれることによって構成されていてもよい。
 本発明は、例えば自動車のサイドシルとクロスメンバーの接合構造に利用することができる。
1    T字継手構造
10   サイドシル
10a  サイドシルの中空部
11   サイドシルの平板
12   サイドシルのハット状部材
12a  天板部
12b  縦壁部
12c  ハットフランジ部
20   クロスメンバー
20a  クロスメンバーの中空部
21   クロスメンバーの平板
21a  平板の板部
22   クロスメンバーのハット状部材
22a  天板部
22b  縦壁部
22c  ハットフランジ部
23   クロスメンバーの当接側端部
23a  天板フランジ部
23b  縦壁フランジ部
23c  平板フランジ部
30   補強部材
30a  補強部材の第1の端部
30b  補強部材の第2の端部
30c  補強部材の中途部
50   従来のT字継手構造
F    荷重
H    高さ方向
1    サイドシル長手方向
2    クロスメンバー長手方向
1    サイドシルの天板部における第1の端部の接触範囲
2    サイドシルの天板部における天板フランジ部の接触範囲
a    補強部材の幅
b    クロスメンバーの天板フランジ部の幅

Claims (10)

  1.  T字継手構造であって、
     第1の平面部と、前記第1の平面部以外の平面部である第2の平面部とを有した中空部材である、第1の部材と、
     前記第1の部材の前記第1の平面部に当接して固定された、該第1の部材の長手方向に対して垂直に延びる中空部材である、第2の部材と、
     前記第1の部材の内方に設けられた補強部材と、を有し、
     前記補強部材の、前記第2の部材の長手方向における両端部のうち、一方の端部を第1の端部と称し、他方の端部を第2の端部と称した際に、
     前記補強部材の前記第1の端部は、前記第1の部材の前記第1の平面部の内面に接合され、
     前記補強部材の前記第2の端部は、前記第1の部材の前記第2の平面部の内面に接合され、
     前記第2の部材の中空部を含むように切断された、前記第1の部材の長手方向に垂直な断面において、前記第1の部材の前記第1の平面部と前記補強部材の前記第1の端部が接触する部分の範囲と、前記第1の部材の前記第1の平面部と前記第2の部材が接触する部分の範囲が、前記垂直な断面における前記第2の部材の長手方向に垂直な方向において少なくとも一部重なっている。
  2.  請求項1に記載のT字継手構造において、
     前記第1の部材は、ハット状部材を有し、
     前記第1の平面部は、前記ハット状部材の天板部であり、
     前記第2の平面部は、前記ハット状部材の縦壁部である。
  3.  請求項1または2に記載のT字継手構造において、
     前記第1の部材の長手方向および前記第2の部材の長手方向の両方に対して垂直な方向を高さ方向と称し、
     前記第2の部材の長手方向の両端部のうち、前記第1の部材の前記第1の平面部側の端部に、前記高さ方向に延びるフランジ部が形成され、
     前記第2の部材の前記フランジ部と、前記第1の部材の前記第1の平面部とが接合されている。
  4.  請求項3に記載のT字継手構造において、
     前記第2の部材は、ハット状部材を有し、
     前記第2の部材の前記フランジ部は、前記第2の部材の前記ハット状部材の天板部に形成されている。
  5.  請求項3または4に記載のT字継手構造において、
     前記補強部材の幅Waと、前記第1の部材の前記第1の平面部と前記第2の部材の前記フランジ部との接合領域の幅Wbとが、Wb≦1.5Waを満たす。
  6.  請求項1~5のいずれか一項に記載のT字継手構造において、
     前記補強部材は、FRP、アルミニウム合金、マグネシウム合金、および鋼材の少なくともいずれかからなる部材である。
  7.  請求項1~6のいずれか一項に記載のT字継手構造において、
     前記補強部材は、2以上の繊維方向を有する、FRPからなる部材である。
  8.  請求項6または7に記載のT字継手構造において、
     前記FRPは、CFRPまたはGFRPの少なくともいずれかである。
  9.  請求項1~8のいずれか一項に記載のT字継手構造において、
     前記第1の部材は、自動車のサイドシルであり、前記第2の部材は、自動車のフロアクロスメンバーである。
  10.  請求項1~8のいずれか一項に記載のT字継手構造において、
     前記第1の部材は、自動車のルーフサイドレールであり、前記第2の部材は、自動車のルーフクロスメンバーである。
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