JP2000264246A

JP2000264246A - 車体用フレーム及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000264246A
Application number: JP11071049A
Authority: JP
Inventors: Yoshihaya Imamura; 美速今村; Kazuo Yonezawa; 和男米澤; Fujio Nakamura; 藤雄中村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP4297548B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度の仮付けを容易に行うことができる車
体用フレーム及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１の中空形材３に第２の中空形材３を
嵌合する。次に、第１の中空形材１３と第２の中空形材
１３とが重なり合った領域を電磁成形することにより第
１の中空形材１３と第２の中空形材１３とをかしめる。
そして、第１の中空形材１３の端部と第２の中空形材１
３の外面とのすみ肉溶接を行い、溶接金属８を形成す
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体に使
用される車体用フレーム及びその製造方法に関し、特
に、高精度に位置決め及び仮付けがされた車体用フレー
ム及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スポット溶接により自動車の車体
等を組み立てる場合、先ず、車体を構成するユニットを
夫々ジグ上で位置決めした状態で仮付し、ユニットとし
て自立した状態で搬送する。その後、各ユニットから車
体全体を組み立て、この時点で本溶接（増打）を行って
いる。これらの工程は、スポット溶接による場合のもの
であるが、アーク溶接による場合にも、同様の工程によ
り自動車車体が組み立てられている。

【０００３】図９（ａ）及び（ｂ）は従来の自動車フレ
ームの製造法を工程順に示す模式図である。図１０はジ
グベースを示す模式図である。また、図１１（ａ）及び
（ｂ）は従来の仮付け状態を示す模式図である。

【０００４】パイプ状アルミニウム形材２３でフレーム
を構成する場合、図９（ａ）に示すように、ポジショナ
機能を有するジグベース２２が使用される。更に、現場
に設けられたレール２４上を移動しジグベース２２と連
動して溶接を行う溶接ロボットアーム２５が使用され
る。ジグベース２２上には、アルミニウム形材２３の位
置決めを行う位置決め具２１ａ及びこの位置決め材２１
ａにアルミニウム形材を固定するクランプ２１ｂが設け
られている。そして、仮付け工程においては、アルミニ
ウム形材２３を位置決め具２１ａ上にクランプ２１ｂに
より高精度に固定することにより、位置決めを行った
後、図９（ａ）に示すように、ジグベース２２と溶接ロ
ボットアーム２５とを連動させて開先を一点ずつアーク
溶接トーチ２８を使用して確実に仮付け溶接することに
より、仮付け部２９を形成する。

【０００５】次に、図９（ｂ）に示すように、クランプ
２１ｂを開放して仮付けされたアルミニウム形材２３を
自立させる。そして、仮付けされたアルミニウム形材２
３の一部をハンドリングロボット２６に掴ませた状態
で、このハンドリングロボット２６と連動する溶接ロボ
ットアーム２７を使用して本溶接を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車体を
構成するユニットが大きくなるほど、必然的にジグの大
型化が必要となり、併設される溶接ロボットアームも複
数用意する必要がある等設備全体が大規模化する。更
に、特にパイプ状形材によりフレームを形成する場合
に、ジグにポジショナ機能をもたせ溶接ロボットアーム
との連携により一点ずつ確実に溶接する必要があるの
で、高精度の位置決めを行うときには、溶接作業が極め
て複雑なものとなり、生産性が低くなるという問題点が
ある。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高精度の仮付けを容易に行うことができる
車体用フレーム及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る車体用フレ
ームは、内面又は外面に突出する突出部が形成された第
１の中空形材と、外面又は内面に凹部を有する第２の中
空形材とを有し、前記突出部を前記凹部に嵌合すること
により前記第１及び第２の中空形材が結合されているこ
とを特徴とする。

【０００９】なお、前記突出部及び前記凹部は、夫々前
記第１及び第２の中空形材の周方向に１又は複数個点在
していてもよく、夫々前記第１及び第２の中空形材の周
方向に延びていてもよい。

【００１０】本発明に係る他の車体用フレームは、内面
又は外面に突出する第１の突出部が形成された第１の中
空形材と、内面又は外面に突出する第２の突出部が形成
され前記第１の中空形材に突き合わされた第２の中空形
材と、外面又は内面に第１及び第２の凹部を有する中空
の連結部材とを有し、前記第１の突出部を前記第１の凹
部に嵌合し前記第２の突出部を前記第２の凹部に嵌合す
ることにより前記第１及び第２の中空形材が前記連結部
材を介して結合されていることを特徴とする。

【００１１】なお、前記第１及び第２の突出部並びに前
記第１及び第２の凹部は、夫々前記第１及び第２の中空
形材並びに前記連結部材の周方向に１又は複数個点在し
ていてもよく、夫々前記第１及び第２の中空形材並びに
前記連結部材の周方向に延びていてもよい。

【００１２】本発明においては、第１の中空形材と第２
の中空形材とが突出部を凹部に嵌合して結合されている
か、又は連結部材を介して突出部を凹部に嵌合して結合
されているので、その仮付けは容易且つ高精度に行われ
る。

【００１３】本発明に係る車体用フレームの製造方法
は、第１の中空形材に第２の中空形材を嵌合する工程
と、前記第１の中空形材と前記第２の中空形材とが重な
り合った領域を電磁成形することにより前記第１の中空
形材と前記第２の中空形材とをかしめる工程と、を有す
ることを特徴とする。

【００１４】本発明に係る他の車体用フレームの製造方
法は、第１の中空形材に中空の連結部材を嵌合する工程
と、前記連結部材に第２の中空形材を嵌合する工程と、
前記第１の中空形材と前記連結部材とが重なり合った領
域及び前記第２の中空形材と前記連結部材とが重なり合
った領域を電磁成形することにより前記第１及び第２の
中空形材と前記連結部材とをかしめる工程と、を有する
ことを特徴とする。

【００１５】本発明方法においては、電磁成形により、
第１の中空形材と第２の中空形材とをかしめるか、又は
第１及び第２の中空形材と連結部材とをかしめているの
で、高い精度の位置決め及び仮付けを容易に行うことが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る車体
用フレームの製造方法について、添付の図面を参照して
具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係る車体用
フレームの製造方法に使用されるジグベースを示す模式
図である。また、図２は同じく、車体用フレームの製造
方法に使用される電磁成形器を示す模式図である。

【００１７】図１に示すように、本実施例に使用される
ジグベース２上には、パイプ状形材３の位置決め及びク
ランプ機能を有しアルミニウム形材等のパイプ状形材３
の電磁成形を行う複数個の電磁成形器１が配設されてい
る。

【００１８】また、電磁成形器１には、図２に示すよう
に、上部ハウジング４及び下部ハウジング５が設けられ
ており、上部ハウジング４には、シリンダ６が連結され
ている。シリンダ６は、空圧式又は油圧式のものであ
る。このシリンダ６により、上部ハウジング４が開閉さ
れる。上部ハウジング４と下部ハウジング５によって単
巻コイルを構成し、上部ハウジング４と下部ハウジング
５との間には、絶縁材７が設けられている。更に、図２
には図示しないが、上部ハウジング４の下方及び下部ハ
ウジングの上方には、上部ハウジング４が閉じられたと
きに周状に形成される１つの凸部を有する磁束集中器が
取り付けられており、これらの磁束集中器の間に、パイ
プ状形材３が配置される。

【００１９】図３（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第１の実
施例に係る車体用フレームの製造方法を工程順に示す形
材の断面図である。上述のように構成された電磁成形器
１を使用してパイプ状形材３の溶接接合を行う際には、
先ず、上部ハウジング４をシリンダ６により開き、下部
ハウジング５内の磁束集中器上にパイプ状形材３を配置
する。このとき、図３（ａ）に示すように、接合される
形材の一方の外面形状を他方の内面形状と整合するもの
としておき、一方の形材を他方の形材の内部に嵌合させ
る。これにより、パイプ状形材３の位置決め及び固定が
行われる。

【００２０】次に、図３（ｂ）に示すように、電磁成形
器１に設けられた磁束集中器１ａにより、嵌合された２
つのパイプ状形材３の重なり部を全周かしめる。これに
より、パイプ状形材３の仮付が高い精度で行われる。

【００２１】次に、電磁成形器１の上部ハウジング４を
開き、ジグベース２から仮付けされたパイプ状形材３を
取り出す。そして、図３（ｃ）に示すように、露出して
いる一方の形材の端部と他方の形材の外面とのすみ肉溶
接を行い、溶接金属８を形成する。これにより、本溶接
が行われる。

【００２２】このように、本実施例によれば、ジグベー
ス２上に配設された電磁成形器１にパイプ状形材３を取
り付けることのみで、パイプ状形材３の位置決め及び固
定が高精度に行われる。また、仮付のための溶接は行わ
れないので、溶接ロボットアームは不要である。従っ
て、ジグベース２には、溶接ロボットアームと連動させ
るためのポジショナ機能が不要となるため、ジグベース
２は単純な平置きされるもので十分である。

【００２３】また、このようにして製造された車体用フ
レームは、図３（ｃ）に示す形状を有する。即ち、一方
の形材が他方の形材の内面に倣って挿入され、それらが
重なり合う領域において、外側の形材には、内側に突出
する突出部が形成され、内側の形材には、この突出部に
整合する凹みが形成されている。

【００２４】従って、仮付け溶接が不要であるので、高
精度のものを低コストで容易に製造することができる。

【００２５】なお、上述の第１の実施例において接合さ
れる形材同士は重ね継手により溶接されるものである
が、形材同士が突合せ継手により溶接されるものであっ
てもよい。この場合、両形材の内側に嵌合される連結部
材が使用され、両形材をかしめるため、磁束集中器に周
状に２つの凸部が形成された電磁成形器が使用される。
図４（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の実施例に係る車
体用フレームの製造方法を工程順に示す形材の断面図で
ある。

【００２６】本実施例においては、接合されるパイプ状
形材１３同士は当接し合うものである。従って、上述の
ように、これらの内側に嵌合されるパイプ状の連結部材
１２が使用される。具体的には、先ず、図４（ａ）に示
すように、連結部材１２をその軸方向の半分の長さ程度
一方のパイプ状形材１３の内側に嵌合する。次いで、他
方のパイプ状形材１３と連結部材１２の露出部とを嵌合
する。これにより、パイプ状形材１３の位置決め及び固
定が行われる。

【００２７】次に、図４（ｂ）に示すように、周状に形
成された２つの凸部を有する磁束集中器１１ａにより、
２つのパイプ状形材１３と連結部材１２との両重なり部
を全周かしめる。これにより、パイプ状形材１３の仮付
が高い精度で行われる。

【００２８】次に、第１の実施例と同様に、ジグベース
から仮付けされたパイプ状形材１３を取り出す。そし
て、図４（ｃ）に示すように、両パイプ状形材１３の突
合せ部の溶接を行い、溶接金属１８を形成する。これに
より、本溶接が行われる。

【００２９】このように、本実施例によっても、パイプ
状形材１３の位置決め及び固定が容易に高精度に行われ
る。また、ジグベースは単純な平置きされるもので十分
である。

【００３０】また、このようにして製造された車体用フ
レームは、図４（ｃ）に示す形状を有する。即ち、一方
の形材が他方の形材の内面に倣って挿入され、それらが
重なり合う領域において、２つの形材１２には、内側に
突出する突出部が夫々形成され、パイプ状の連結部材１
３には、これらの突出部に整合する凹みが形成されてい
る。

【００３１】従って、第２の実施例によっても、仮付け
溶接が不要であるので、高精度のものを低コストで容易
に製造することができる。

【００３２】なお、第１及び第２の実施例では、パイプ
状形材は、全周かしめられているが、かしめは局部的な
ものであってもよい。図５（ａ）は全周がかしめられた
形材を示す模式図、（ｂ）は局部的にかしめられた形材
を示す模式図である。

【００３３】例えば、第１の実施例と同様に、全周のか
しめが行われた場合、図５（ａ）に示すように、角筒パ
イプ状の形材１４の各側面に周に沿ったかしめ部１４ａ
が形成される。一方、局部的なかしめが行われた場合、
図５（ｂ）に示すように、角筒パイプ状の形材１５の１
外面のみにかしめ部１５ａが形成される。

【００３４】このように、局部的にかしめても、本発明
による仮付の精度の高さ及び製造の容易性は十分に得る
ことができる。

【００３５】なお、かしめを局部的に行う場合には、第
１の実施例では内側に嵌合される形材のかしめられる予
定の領域の肉厚を他の領域のものよりうすくしておくこ
とが望ましく、第２の実施例では予め連結部材のかしめ
られる予定の領域の肉厚を他の領域のものより薄くして
おくことが望ましい。図６（ａ）はかしめが局部的に行
われる場合の連結部材を示す模式図であり、（ｂ）はか
しめが局部的に行われた後のかしめ部を示す模式図であ
る。

【００３６】かしめが行われる前のかしめ部の肉厚をｔ
２、他の領域の肉厚をｔ１とすると、不等式ｔ１＞ｔ２
が成り立つことが望ましい。この不等式が成り立てば、
かしめをより一層容易に行うことができるようになる。
また、局部的なかしめ部は形材の周方向に複数個点在し
ていてもよい。

【００３７】次に、電磁成形器の回路構成について説明
する。図７（ａ）及び（ｂ）は電磁成形器を簡略化して
示す回路図である。基本的には、電磁成形器に内蔵され
るコイルと電源との間にコンデンサがコイルと並列に接
続され、コイルとコンデンサとの間にスイッチが設けら
れた構造となっている。

【００３８】コンデンサは、例えば、図７（ａ）に示す
ように、各コイルにより共用されることができる。この
場合、各コイルＬ１ａ及びコイルＬ１ｂとコンデンサＣ
１との間に、夫々スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂが設けられ
る。

【００３９】このような構造の電磁成形器においては、
コイルＬ１ａを内蔵する電磁成形器により１箇所をかし
めた後、コンデンサＣ１を充電する。次に、コイルＬ１
ｂを内蔵する電磁成形器により他の１箇所をかしめる。
コイルの数が３個以上ある場合には、同様にしてコイル
Ｃ１の充電及び放電を繰り返して全ての電磁成形器によ
りかしめを行えばよい。なお、電磁成形器によるかしめ
に要する時間は数秒程度である。

【００４０】また、コンデンサが、図７（ｂ）に示すよ
うに、各電磁成形器に独立して設けられていてもよい。
この場合、各コイルＬ２ａ及びＬ２ｂとコンデンサＣ２
ａ及びＣ２ｂとの間に、夫々スイッチＳ２ａ、Ｓ２ｂが
設けられる。

【００４１】このような構造の電磁成形器においては、
スイッチＳ２ａ及びＳ２ｂを同時に導通状態とすること
により、コイルＬ２ａを内蔵する電磁成形器及びコイル
Ｌ２ｂを内蔵する電磁成形器を同時に動作させることが
できる。コイルの数が３個以上ある場合にも同様であ
る。このため、段階的な仮付けではなくなるので、溶接
等による仮付けにおいて問題となっている局部的に残留
する応力等が緩和される。

【００４２】図８は本発明の第２の実施例に使用される
電磁成形器を示す模式図である。図４（ｂ）に示す磁束
集中器１１ａの外側にコイルＬ１１が設けられており、
このコイルＬ１１と電源との間に、コイルＬ１１と並列
にコンデンサＣ１１が接続されている。そして、コンデ
ンサＣ１１とコイルＬ１１との間にスイッチＳ１１が設
けられている。

【００４３】このように構成された電磁成形器において
は、スイッチＳ１１が開かれた状態で、コンデンサＣ１
１が充電される。その後、スイッチＳ１１が閉じられる
と、コンデンサＣ１１２充電された電荷が放電され、コ
イルＬ１１に大電流が流れる。そして、パイプ状形材１
３及び連結部材１２に磁力が及び、これらに凹みが形成
され、これらがかしめられる。

【００４４】なお、上述の実施例により製造された車体
用フレームは、全て形材の外面から内面に向かってかし
められているが、内面から外面に向かってかしめられて
いてもよい。このような車体用フレームは、例えば、２
つの形材及び連結部材の所定の位置に予め突出部及び凹
部を形成しておき、これらを嵌合させることにより得る
ことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アーク溶接用ロボット及びスポット溶接用ガン等の別の
アプローチによらなくても、高精度の仮付けを容易に行
うことができる。また、仮付けに使用されるジグベース
にポジショナ機能は不要となるので、単純な平置きのジ
グベースを使用することができる。従って、生産性を向
上させることができ、自動車の車体フレームに適用すれ
ば、アルミニウム又はアルミニウム合金製の車体フレー
ムを低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る車体用フレームの製造方
法に使用されるジグベースを示す模式図である。

【図２】同じく、車体用フレームの製造方法に使用され
る電磁成形器を示す模式図である。

【図３】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第１の実施例に係
る車体用フレームの製造方法を工程順に示す形材の断面
図である。

【図４】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の実施例に係
る車体用フレームの製造方法を工程順に示す形材の断面
図である。

【図５】（ａ）は全周がかしめられた形材を示す模式
図、（ｂ）は局部的にかしめられた形材を示す模式図で
ある。

【図６】（ａ）はかしめが局部的に行われる場合の連結
部材を示す模式図であり、（ｂ）はかしめが局部的に行
われた後のかしめ部を示す模式図である。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は電磁成形器を簡略化して示
す回路図である。

【図８】本発明の第２の実施例に使用される電磁成形器
を示す模式図である。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は従来の自動車フレームの製
造法を工程順に示す模式図である。

【図１０】ジグベースを示す模式図である。

【図１１】（ａ）及び（ｂ）は従来の仮付け状態を示す
模式図である。

【符号の説明】

１；電磁成形器１ａ、１１ａ；磁束集中器２；ジグベース３、１３、１４、１５、２３；形材４、５；ハウジング６；シリンダ７；絶縁材８、１８、２９；溶接金属１２；連結部材１４ａ、１５ａ；かしめ部Ｃ１、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ；コンデンサＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ１１；スイッチＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ１１；コイル２１ａ；位置決め具２１ｂ；クランプ２２；ジグベース２４；レール２５、２７；溶接ロボットアーム２６；ハンドリングロボット２８；アーク溶接トーチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内面に突出する突出部が形成された第１
の中空形材と、外面に凹部を有する第２の中空形材とを
有し、前記突出部を前記凹部に嵌合することにより前記
第１及び第２の中空形材が結合されていることを特徴と
する車体用フレーム。
【請求項２】外面に突出する突出部が形成された第１
の中空形材と、内面に凹部を有する第２の中空形材とを
有し、前記突出部を前記凹部に嵌合することにより前記
第１及び第２の中空形材が結合されていることを特徴と
する車体用フレーム。
【請求項３】前記突出部及び前記凹部は、夫々前記第
１及び第２の中空形材の周方向に１又は複数個点在して
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の車体用フ
レーム。
【請求項４】前記突出部及び前記凹部は、夫々前記第
１及び第２の中空形材の周方向に延びていることを特徴
とする請求項１又は２に記載の車体用フレーム。
【請求項５】内面に突出する第１の突出部が形成され
た第１の中空形材と、内面に突出する第２の突出部が形
成され前記第１の中空形材に突き合わされた第２の中空
形材と、外面に第１及び第２の凹部を有する中空の連結
部材とを有し、前記第１の突出部を前記第１の凹部に嵌
合し前記第２の突出部を前記第２の凹部に嵌合すること
により前記第１及び第２の中空形材が前記連結部材を介
して結合されていることを特徴とする車体用フレーム。
【請求項６】外面に突出する第１の突出部が形成され
た第１の中空形材と、外面に突出する第２の突出部が形
成され前記第１の中空形材につきあわされた第２の中空
形材と、内面に第１及び第２の凹部を有する中空の連結
部材とを有し、前記第１の突出部を前記第１の凹部に嵌
合し前記第２の突出部を前記第２の凹部に嵌合すること
により前記第１及び第２の中空形材が前記連結部材を介
して結合されていることを特徴とする車体用フレーム。
【請求項７】前記第１及び第２の突出部並びに前記第
１及び第２の凹部は、夫々前記第１及び第２の中空形材
並びに前記連結部材の周方向に１又は複数個点在してい
ることを特徴とする請求項５又は６に記載の車体用フレ
ーム。
【請求項８】前記第１及び第２の突出部並びに前記第
１及び第２の凹部は、夫々前記第１及び第２の中空形材
並びに前記連結部材の周方向に延びていることを特徴と
する請求項５又は６に記載の車体用フレーム。
【請求項９】第１の中空形材に第２の中空形材を嵌合
する工程と、前記第１の中空形材と前記第２の中空形材
とが重なり合った領域を電磁成形することにより前記第
１の中空形材と前記第２の中空形材とをかしめる工程
と、を有することを特徴とする車体用フレームの製造方
法。
【請求項１０】第１の中空形材に中空の連結部材を嵌
合する工程と、前記連結部材に第２の中空形材を嵌合す
る工程と、前記第１の中空形材と前記連結部材とが重な
り合った領域及び前記第２の中空形材と前記連結部材と
が重なり合った領域を電磁成形することにより前記第１
及び第２の中空形材と前記連結部材とをかしめる工程
と、を有することを特徴とする車体用フレームの製造方
法。