JP2002160032A

JP2002160032A - 構造部材及びその製造方法

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Publication number: JP2002160032A
Application number: JP2001154230A
Authority: JP
Inventors: Yoshihaya Imamura; 美速今村; Satoru Iwase; 哲岩瀬
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-06-04
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP3847102B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な工程により十分に高い強度を得ること
ができる構造部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】ケーブル１６に接続されたスイッチＳＷ
を閉じることにより、電磁拡管コイル１５にケーブル１
６から電源を供給する。この結果、円筒補強部材２のフ
ランジ面１ａの内部に収まっている部位は、瞬間的に拡
管される。また、円筒補強部材２のフランジ面１ａから
突出した部位は瞬間的に外側に倒れてフランジ面１ａの
外面に密着する。また、溝１４ｃの深さは、電磁コイル
１５と溝１４ｃの側面との間隔よりも小さいものであ
り、円筒補強部材２の下端部はサイドメンバ支持具１４
による抵抗を受けずに変形することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車及びトラッ
ク等の車体フレーム又はバンパ等として使用される構造
部材及びその製造方法に関し、特に、容易に十分な強度
を得ることができる構造部材及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、トラック等の輸送機器のフレーム
を構成するサイドメンバ及びクロスメンバとして、閉口
断面及び開口断面のものが使用されている。一般に、車
載ケーブル等の配線及び配管はこれらのサイドメンバ及
びクロスメンバに沿って引き回されるため、その内部に
配線及び配管を容易に配置することが可能な開口断面の
ものが好ましい。このような開口断面の部材としては、
例えば横断面の形状が「コ」の字型となっているチャン
ネル形の開口断面のものがあり、Ｃチャンネルとよばれ
る。また、Ｃチャンネルの両フランジ面の端部から外側
に延出する部分を備えたハット形のものも開口断面の部
材として使用されている。

【０００３】しかし、開口断面の部材は、閉口断面の部
材と比較すると同寸法では強度の点において劣るという
欠点がある。特に、車体の軽量化のために鋼製フレーム
に替わるものとして導入が検討されているアルミニウム
又はアルミニウム合金（以下、アルミニウム及びアルミ
ニウム合金を総称してアルミニウムという）において
は、強度の確保は重要である。そこで、開口断面の部材
をフレームに使用する場合、そのままでは強度が不足す
る箇所に補強部材が設けられている。また、自動車のバ
ンパにおいても、高い強度が必要とされる箇所に、この
ような補強部材が設けられている。図８（ａ）及び
（ｂ）は開口断面部材用の従来の補強部材を示す斜視図
である。

【０００４】従来の補強部材としては、図８（ａ）に示
すように、チャンネル形のフレーム５１と同様に、横断
面の形状が「コ」の字型となっている補強部材５２があ
る。このような補強部材５２は、フレーム５１の内側に
嵌合され、更にリベット又は溶接によりフレーム５１に
接合される。また、図８（ｂ）に示すように、平板状の
補強部材５３もある。このような補強部材５３は、フレ
ーム５１の開口部を塞ぐようにして配置され、溶接等に
よりフレーム５１に接合される。更に、単純にウェブ面
又はフランジ面の肉厚を増加させることを目的として板
材又は横断面が「Ｌ」の字型の部材を溶接等により接合
する方法もある。

【０００５】また、特開平１１−２９０６３号公報に
は、取付ボスをフレームに接合する場合に、補強部材自
体の取り付けを容易にすると共に接合部の剛性を向上す
ることを目的とした補強部材が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リベッ
トにより補強部材を押出形材に接合した場合には、完全
には補強部材が押出形材に一体化されておらず、両部材
間にすべりが生じて十分な強度を得にくいという問題点
がある。これに対し、十分な強度を得ようと押出形材の
全体にわたって補強部材を接合したのでは、重量が増加
してしまう。

【０００７】一方、溶接により接合する場合には、部材
の配置を反転する工程が必要になる等、その作業が煩雑
なものとなる。また、補強される押出形材自体が溶融す
るため、その寸法が変動する虞があり、高い寸法精度が
必要とされる部位へ適用する場合には好ましくない。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、簡便な工程により十分に高い強度を得るこ
とができる構造部材及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る構造部材
は、互いに対向する１対の板部を有し前記１対の板部に
夫々孔が形成された第１の部材と、前記両孔に挿入され
電磁拡管されて前記第１の部材を補強する補強部材又は
前記両孔に挿入され電磁拡管されて前記両孔を互いに連
結する連結部材と、を有することを特徴とする。

【００１０】本発明においては、第１の部材の１対の板
部に夫々孔が形成され、そこに補強部材又は連結部材が
挿入されて電磁拡管されているので、補強部材又は連結
部材と第１の部材との一体性が極めて高い。また、電磁
成形は、溶接と比較すると極めて簡便な作業により行う
ことが可能である。従って、容易に強度が高く軽量の構
造部材が得られる。なお、本発明の構造部材は、例えば
乗用車及びトラック等の車体フレーム（サイドメンバ、
クロスメンバ、バンパステイ、サイドフレーム、サスペ
ンションサブフレーム）若しくはバンパ等の自動車用構
造部材、鉄道車両用構造部材又は船舶用構造部材等とし
て使用することができる。

【００１１】なお、補強部材又は連結部材としては、ア
ルミニウム材又は銅若しくは銅合金材等の高導電性の部
材が好ましい。

【００１２】本発明に係る構造部材の製造方法は、互い
に対向する１対の板部を有し前記１対の板部に夫々孔が
形成された第１の部材の前記両孔内に円筒状の補強部材
又は連結部材を挿入する工程と、前記補強部材又は連結
部材の内部に電磁拡管コイルを挿入する工程と、前記電
磁拡管コイルに通電することにより、前記補強部材の両
端部を外側に屈曲させ前記第１の部材を補強する工程又
は前記連結部材の両端部を外側に屈曲させ前記両孔を互
いに連結する工程と、を有することを特徴とする。

【００１３】なお、前記補強部材又は連結部材の少なく
とも一方の端部と前記第１の部材とを溶接する工程を有
することが好ましい。このように溶接を行うことによ
り、接合の信頼性をより一層向上させることができる。
この場合の溶接としては、例えばアーク溶接及びレーザ
溶接だけでなく、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）等を行っても
よい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るアル
ミニウムフレーム（構造部材）及びその製造方法につい
て、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本
発明の第１の実施例により製造されたアルミニウムフレ
ームを示す斜視図、図２は本発明の第１の実施例に使用
するアルミニウム部材を示す図であって、（ａ）はチャ
ンネル形押出形材を示す斜視図、（ｂ）は補強部材を示
す斜視図である。また、図３は本発明の第１の実施例に
おいて各アルミニウム部材を組み合わせた状態を示す断
面図、図４は本発明の第１の実施例において電磁成形を
行った状態を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）
は模式的断面図である。

【００１５】本実施例においては、図１並びに図２
（ａ）及び（ｂ）に示すように、アルミニウム製のチャ
ンネル形押出形材１をアルミニウム製で円筒形状を有す
る円筒補強部材２により補強してフレームを製造する。
チャンネル形押出形材１のフランジ面（板部）１ａの幅
は、例えば７０ｍｍであり、ウェブ面１ｃの幅は、例え
ば１００ｍｍである。また、チャンネル形押出形材１の
肉厚は、フランジ面１ａ及びウェブ面１ｃのいずれにお
いても、例えば４ｍｍである。

【００１６】先ず、チャンネル形押出形材１の両フラン
ジ面１ａの補強が必要とされる箇所に孔１ｂを形成す
る。各孔の大きさは特に限定されるものではないが、全
て同じ大きさであれば、工具の交換等の手間が省けるの
で、好ましい。本実施例では、各孔の直径は、例えば３
０ｍｍである。

【００１７】チャンネル形押出形材１に孔１ｂを形成す
る一方で、次のようなフレーム組立治具１１を準備して
おく。フレーム組立治具１１には、押出形材支持具１４
が設けられている。押出形材支持具１４は、おおよそ
「Ｌ」の字型の形状を有しており、その水平部分１４ａ
の「Ｌ」の字の屈曲部から若干離間した位置に溝１４ｃ
が形成されている。更に、「Ｌ」の字の屈曲部の内側及
び溝１４ｃの隅部には、夫々丸く削られた曲面１４ｄ、
１４ｅが形成されている。そして、押出形材支持具１４
の溝１４ｃの中央部から上方に延びる電磁拡管コイル１
５が押出形材支持具１４に設けられている。電磁拡管コ
イル１５の長さは、例えば１６０ｍｍである。なお、溝
１４ｂは、深さがその側面と電磁拡管コイル１５との間
隔よりも浅くなるようにして形成されている。各押出形
材支持具１４の各部位の寸法は、その水平部分１４ａの
内側面にチャンネル形押出形材１の下側に位置するフラ
ンジ面１ａが倣い、その垂直部分１４ｂの内側面にチャ
ンネル形押出形材１のウェブ面１ｃが倣うように定めら
れている。

【００１８】上述のようにチャンネル形押出形材１の所
定位置に孔１ｂを形成し、フレーム組立治具１１を準備
した後、図３に示すように、孔１ｂに円筒補強部材２を
嵌挿する。円筒補強部材２の外径は孔１ｂ等の直径（例
えば、３０ｍｍ）とほぼ等しく、円筒補強部材２の内径
は、例えば電磁拡管コイル１５の外径より０．１ｍｍ程
度大きい。また、円筒補強部材２の長さは、フランジ面
１ａの外面の間隔より長く、後述の電磁拡管により端部
が倒れてその倒れた部分がフランジ面１ａに密着する程
度のモーメントが作用し得るものであればよい。そし
て、各円筒補強部材２内に電磁拡管コイル１５を挿入す
る。

【００１９】続いて、図４（ｂ）に示すように、ケーブ
ル１６に接続されたスイッチＳＷを閉じることにより、
電磁拡管コイル１５にケーブル１６から電源を供給す
る。この結果、円筒補強部材２のフランジ面１ａの内部
に収まっている部位は、瞬間的に拡管される。また、図
４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円筒補強部材２のフ
ランジ面１ａから突出した部位は瞬間的に外側に倒れて
フランジ面１ａの外面に密着する。なお、図４（ｂ）に
示すように、円筒補強部材２の下端部は、スイッチＳＷ
の導通前は溝１４ｃの底に当接しており、スイッチＳＷ
の導通により浮上することになるが、その変形は瞬間的
なものであるため、円筒補強部材２の落下量は無視し得
る程度のものである。また、前述のように、溝１４ｃの
深さは、電磁コイル１５と溝１４ｃの側面との間隔より
も小さいので、円筒補強部材２の下端部は押出形材支持
具１４による抵抗を受けずに変形することが可能であ
る。一方、チャンネル形押出形材にはその孔２ｂ等を拡
げる力が作用するのみであり、その寸法の変動はほとん
ど発生しない。

【００２０】このようにして作製されたアルミニウムフ
レームにおいては、押出形材に補強部材が完全に一体化
されているので、従来の中実リベットを使用して押出形
材に補強部材が接合されているものと比較すると、リベ
ット挿入する孔１ｂとリベット（円筒補強部材２）との
間の空隙が極めて少なく十分な補強効果が得られる。ま
た、従来の溶接により押出形材に補強部材が接合されて
いるものと比較すると、上述の実施例では電磁成形によ
り接合が行われているので、接合作業が極めて簡易なも
のとなっている。更に、電磁成形が行われる対象の部材
は円筒補強部材２であるため、チャンネル形押出形材１
の寸法の変動はほとんど発生せず、アルミニウムフレー
ムの寸法精度が極めて高い。更に、信頼性向上のため
に、円筒補強部材２のフランジ面１ａと密着している密
着部２ａの端部とを重ねすみ肉溶接し、円環状にビード
を形成してもよいが、この溶接は同一平面内で行われる
ので、溶接姿勢の制約が少ない。

【００２１】なお、円筒補強部材２は、例えば押出形材
として得ることが可能である。また、チャンネル形押出
形材及び円筒補強部材の材質は特に限定されるものでは
なく、例えば５０００系アルミニウム合金又は６０００
系アルミニウム合金を使用することができる。特に、円
筒補強部材にあっては、電磁成形に関して導電性が高い
６０００系アルミニウム合金を使用することが好まし
い。

【００２２】また、第１の実施例においては、円筒補強
部材２の外表面は平滑面となっているが、チャンネル形
押出形材の孔の側面及びフランジ面との摩擦を高めるた
めに凹凸が形成されていることが好ましい。図５は円筒
補強部材の一例を示す断面図である。この円筒補強部材
６においては、横断面の形状が三角形となる複数の突起
６ａが外表面の長手方向に沿って延びるようにして形成
されている。この円筒補強部材６を使用した場合、電磁
成形により突起６ａがチャンネル形押出形材の孔の側面
及びフランジ面に食い込むため、摩擦抵抗が増加し、よ
り一層高い結合強度を得ることができる。一方、円筒補
強部材の内表面は、できるだけ平滑になっていることが
好ましい。これは、電磁拡管コイルを挿入するときの摩
擦をより低減するためである。なお、このような外表面
及び内表面の円筒補強部材も、押出形材として得ること
が可能である。

【００２３】また、アルミニウムフレームを輸送機器等
に適用する場合、その機器に必要とされる電気配線及び
配管等を円筒補強部材の中空部分を通してもよい。

【００２４】更に、電磁成形を行う際の円筒補強部材を
Ｔ１状態のものとし、電磁成形後に、例えば２００℃程
度に加熱することにより、円筒補強部材をＴ５状態とし
て、その強度を向上させてもよい。例えば、電磁成形後
に自動車の塗装工程におけるベークハードが加熱工程を
兼ねるようにしてもよい。

【００２５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第２の実施例は、自動車のアルミニウム製のサス
ペンションサブフレームを製造する方法に係るものであ
る。図６は本発明の第２の実施例に係るサスペンション
サブフレームの主構造の製造方法を示す斜視図であり、
図７は第２の実施例により製造されたサスペンションサ
ブフレームにおけるマウント部２３を示す断面図であ
る。

【００２６】第２の実施例に係る自動車のサスペンショ
ンサブフレーム主構造２１は、例えば断面が「コ」の字
型の２個の部材２２ａ及び２２ｂが互いに接合されて構
成されている。また、サスペンションサブフレーム主構
造２１には、例えば４個のマウント部２３が設けられて
いる。各マウント部２３においては、第１の実施例と同
様に、部材２２ａ及び２２ｂに互いに対向する孔２４が
形成されている。そして、第１の実施例における円筒補
強部材２と同様の円筒連結部材２５が各孔２４に嵌挿さ
れる。その後、円筒連結部材２５を、第１の実施例と同
様に拡管する。図６には、３個の円筒連結部材２５の拡
管が終了し、残りの１個が拡管される前の状態を示して
いる。

【００２７】全ての円筒連結部材２５の拡管が終了して
完成したサスペンションサブフレームの円筒連結部材２
５内には、金属管３１の周囲に円筒状のゴム（緩衝材）
３２が取り付けられて構成されたブッシュ３３が圧入さ
れる。そして、各マウント部２３上に車体２６が載せら
れる。車体２６のマウント部２３に接する部位には金属
管３１に整合する孔２９が形成されており、この孔２９
及び金属管３１内にボルト２７が挿入され、ナット３８
で締め付けることにより車体２６がサスペンションサブ
フレーム主構造２１に固定される。

【００２８】なお、振動の吸収等を目的としてゴムブッ
シュ等の緩衝材が圧入されるサブフレームのカラー部
（孔）としては、上述のような車体が搭載されるボディ
マウント部の他に、エンジンが搭載されるエンジンマウ
ント部、デファレンシャルギアボックスが搭載されるデ
ファレンシャルギアボックスマウント部、タンク等の器
物が搭載される器物マウント部、アーム取り付けブラケ
ット部及びアームのジョイント部等が挙げられる。

【００２９】このようにして構成された車体フレームに
おいては、円筒連結部材２５内でゴム３２が変形しやす
いので、外部から負荷がかかった場合でも、ゴム３２の
変形によりその負荷を吸収して金属製の部材の変形を防
止することが可能である。

【００３０】なお、第２の実施例においても、第１の実
施例と同様に、円筒連結部材２５の形状、組成及びその
加工方法については、適宜選択することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
第１の部材の２面に孔が形成され、そこに補強部材が挿
入されて電磁拡管されているので、補強部材と第１の部
材との一体性を極めて高いものとすることができる。ま
た、電磁成形は、溶接と比較すると極めて簡便な作業に
より行うことが可能である。従って、強度が高く軽量の
構造部材を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例により製造されたアルミニウム
フレームを示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例に使用するアルミニウム部材を
示す図であって、（ａ）はチャンネル形押出形材を示す
斜視図、（ｂ）は補強部材を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例において各アルミニウム部材を
組み合わせた状態を示す断面図である。

【図４】本発明の実施例において電磁成形を行った状態
を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は模式的断
面図である。

【図５】円筒補強部材の一例を示す断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係るサスペンションサ
ブフレームの製造方法を示す斜視図である。

【図７】第２の実施例により製造されたサスペンション
サブフレームにおけるマウント部２３を示す断面図であ
る。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は開口断面部材用の従来の補
強部材を示す斜視図である。

【符号の説明】

１；チャンネル形押出形材１ａ；フランジ面１ｂ；孔１ｃ；ウェブ面２、６；円筒補強部材２ａ；密着部６ａ；突起１４；サイドメンバ支持具１５；電磁拡管コイル２１；サスペンションサブフレーム主構造２２ａ、２２ｂ；部材２３；マウント部２４；孔２５；円筒連結部材２６；車体２７；ボルト２８；ナット２９；孔３１；金属管３２；ゴム（緩衝材）３３；ブッシュ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する１対の板部を有し前記１
対の板部に夫々孔が形成された第１の部材と、前記両孔
に挿入され電磁拡管されて前記第１の部材を補強する補
強部材と、を有することを特徴とする構造部材。
【請求項２】互いに対向する１対の板部を有し前記１
対の板部に夫々孔が形成された第１の部材と、前記両孔
に挿入され電磁拡管されて前記両孔を互いに連結する連
結部材と、を有することを特徴とする構造部材。
【請求項３】互いに対向する１対の板部を有し前記１
対の板部に夫々孔が形成された第１の部材の前記両孔内
に円筒状の補強部材を挿入する工程と、前記補強部材の
内部に電磁拡管コイルを挿入する工程と、前記電磁拡管
コイルに通電することにより、前記補強部材の両端部を
外側に屈曲させ前記第１の部材を補強する工程と、を有
することを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項４】前記補強部材の少なくとも一方の端部と
前記第１の部材とを溶接する工程を有することを特徴と
する請求項２に記載の構造部材の製造方法。
【請求項５】互いに対向する１対の板部を有し前記１
対の板部に夫々孔が形成された第１の部材の前記両孔内
に円筒状の連結部材を挿入する工程と、前記連結部材の
内部に電磁拡管コイルを挿入する工程と、前記電磁拡管
コイルに通電することにより、前記連結部材の両端部を
外側に屈曲させ前記両孔を互いに連結する工程と、を有
することを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項６】前記連結部材の少なくとも一方の端部と
前記第１の部材とを溶接する工程を有することを特徴と
する請求項５に記載の構造部材の製造方法。