JP2003182627A - 中空構造部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重量を増加させることなく他の部材との連接
部の強度を高め、軽量化と剛性の向上とを両立させた中
空構造部材を提供する。 【解決手段】 長く延びる部材本体１０の、他の部材１
１が連接される位置に、膨出部１２を設ける。この膨出
部１２は形状的に滑らかに膨出部形状の一部をなしてい
る溶接代を備え、荷重を掛けられる方向に張り出ている
かまたは肉厚となっていることが好ましい。膨出部１２
を部材本体１０の肉厚以上の肉厚を有するものとし、ま
た長手方向に平行な縞形状を備えたものとして座屈防止
を図ることが好ましい。膨出部１２は管状素材をハイド
ロフォーム加工することにより形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用のフレー
ム等に適した中空構造部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、自動車用のラダーフ
レームは縦方向に延びる一定断面の中空構造部材（サイ
ドフレーム）１の複数位置に、桁部材と呼ばれる他の部
材２を連接した構造のものである。他の部材２も中空構
造を持ち、その両端部は中空構造部材１の側面にＴ字型
に突き合わされ溶接により連接されている。ところがこ
の溶接部は材質が不連続となるうえ、形状的にも不連続
となるために集中応力が発生し易く、様々な荷重を受け
るフレームの強度的なウイークポイントとなっている。
このため、従来から溶接部の外側に図６に示すような補
強材３を溶接することにより補強しているが、この補強
材３の分だけ重量が増加するという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、重量を増加させることなく他の部材
との連接部の強度を高め、軽量化とフレーム剛性の向上
とを両立させることができる中空構造部材を提供するた
めになされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた請求項１の発明は、ある直線または曲線に
沿って長く延びる中空構造部材であって、他の部材が連
接される位置に、膨出部を設けたことを特徴とするもの
である。膨出部の詳細な形状は、その連接部に掛かる外
力条件に応じて定められるものである。即ち必ずしも四
方に張り出た膨出形状になるとは限らず、場合によって
は一方にのみ張り出た膨出形状も有り得る。ここでは膨
出部を、張り出た部位のみではなく、張り出た部位を含
む断面全体を指すものとする。

【０００５】請求項２の発明のように、この膨出部が、
他の部材を溶接接合により連接するための溶接代を備
え、かつその溶接代が形状的に滑らかに膨出部形状の一
部をなしているものであることが好ましく、また請求項
３の発明のように、この膨出部は一般的に部材本体の肉
厚以上の肉厚を有するものであることが好ましい。また
請求項４の発明のように、一般的に膨出部は、その膨出
部に連接される部材が荷重を掛けられる方向により張り
出ているかまたは肉厚となっていることが好ましく、更
に中空構造部材がその軸方向に強い荷重を強いられる場
合には、請求項５の発明のように、膨出部が部材本体の
長手方向に平行な縞形状を備えたものであることが好ま
しい。これらの膨出部は、管状素材をハイドロフォーム
加工することにより形成されたものとすることができ
る。

【０００６】本発明の中空構造部材は、長く延びる中空
構造部材の他の部材を連接する位置に膨出部を設けたも
のであるから、この膨出部に他の部材を溶接すれば、連
接部の対曲げ抵抗を示す断面二次モーメントや、連接部
の対捩れ抵抗を示す極二次モーメントを、従来の一定断
面形状の中空構造部材よりも大きくすることができる。
このため従来のように補強材を取りつける必要もなくな
り、軽量化と強度アップを両立させることが可能とな
る。なお、請求項２以下の発明の意義については、以下
の実施形態とともに説明する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の中空構造部材の一
例を示す図である。本発明の中空構造部材は、ある直線
または曲線に沿って長く延びるものであって、この実施
形態では自動車用のフレームを構成するためのサイドフ
レームである。１０は部材本体であって、ここでは断面
が四角形の鋼材からなるものである。この部材本体１０
の中間位置に他の部材１１（桁部材）が溶接により連接
され、フレームが構成される。

【０００８】本発明では、部材本体１０の他の部材１１
が連接される位置に、膨出部１２が設けられている。こ
れらの膨出部１２は、管状素材をハイドロフォーム加工
することにより、部材本体１０と一体に形成することが
できる。ハイドロフォーム加工は、管状素材の内部に高
い液圧を加えながら管状素材の端部を軸押しすることに
より管状素材を膨出させ、成形型の内部形状に沿って塑
性変形させる加工法である。なお前記したように、膨出
部１２は張り出た部位のみならず張り出た部位を含む断
面全体を指すものとする。

【０００９】このように、部材本体１０の他の部材１１
が連接される位置に膨出部１２を設けることにより、連
接部の断面二次モーメントや極二次モーメントを大きく
することができ、フレームの剛性を向上させることがで
きる。具体的には、膨出部１２の張り出し高さを部材本
体１０の高さの１.５倍にすることにより、曲げ抵抗力
を約３０％、捩れ抵抗力を３５％向上させることができ
る。

【００１０】この膨出部１２には、図２に示すように他
の部材１１が溶接される。このため膨出部１２の張り出
し先端部に溶接代１３が設けられる。一般に溶接部は冶
金的残留応力を発生させ、強度（靭性）を低下させるう
え、溶接位置が形状的に不連続となって応力集中を招
き、更に溶接部の強度（靭性）を低下させる。そこで図
２に示すように、溶接代１３が形状的に滑らかに膨出部
形状の一部をなしているようにしておくことにより、応
力集中を防止することができる。

【００１１】なお、他の部材１１の外面のみならず内面
も形状的に滑らかになっていることが好ましく、このた
めに膨出部１２の張り出し先端面には凹部１４を形成し
ておくことが好ましい。これらの工夫によって、膨出部
１２の張り出し先端部に他の部材１１をＴ字溶接した場
合に比較して、図２の構造では溶接部の強度を５０％以
上も向上させることができる。

【００１２】このように膨出部１２を形成することは溶
接部の強度向上のために極めて有効であり、理論的には
そのサイズが大きいほど効果が大きい。しかし風船のよ
うに大きく膨らませると、膨出部１２の肉厚が薄くなり
すぎ、荷重を受けた際に座屈してしまうおそれがある。
そこで請求項３に示すように、膨出部１２の肉厚を部材
本体１０の肉厚以上とすることが好ましい。

【００１３】なお、通常は部材本体１０の一部を膨出さ
せるとその部分の肉厚は薄くなるはずであるが、前記し
たように管状素材をハイドロフォーム加工する方法を採
用すれば、軸押しを加えることによって膨出部１２の張
り出し部位に素材を流動させ、膨出部１２の肉厚を厚く
することができる。また膨出部１２となる部分の肉厚を
予め厚くした管状素材（テーラードパイプ）を用いた
り、予曲げ加工した管状素材を用いることによっても、
膨出部１２の肉厚を厚くすることができる。これによっ
て膨出部１２の座屈を防止することができる。

【００１４】膨出部１２は、その膨出部１２に連接され
る部材が荷重を掛けられる方向により張り出ているかま
たは肉厚となっていることが好ましい。換言すれば、外
力により動かされようとする方向により多くの部材質量
が存在するように、膨出させるか肉厚化させておくこと
が好ましい。具体的には、膨出部１２が主として図２に
示すＸ、Ｙ方向の荷重を受ける場合には、図２のように
荷重を掛けられる方向に張り出させておけばよいが、同
じ膨出部１２が図３に示すようにＺ方向の荷重をも受け
る場合には、膨出部１２をＺ方向にも張り出させておく
ことが好ましい。

【００１５】実際の自動車用のフレームでは、部材本体
１０と他の部材１１との連接部に上下、左右、前後方向
の荷重が加わるほか、部材本体１０自体が軸力を受け、
且つ３軸方向のねじり荷重も作用するため、応力解析の
結果、膨出部１２の断面を図２、図３に示すような形状
とするのが最適であることが分かった。しかし他の部材
１１とは反対側（図１〜図３における下側）から荷重を
受けることはないため、図１〜図３における下側には張
り出させる必要はない。縞形状は概ね連接部の逆方向に
位置させることが強度的に有利となることが多く、この
例ではたまたま、軸方向の縞を張り出し程度の小さい部
位に設けている。このように荷重を受ける方向を考慮し
て膨出部１２の形状を設定することにより、この実施形
態では全方向に張り出させた場合よりも約１８％の軽量
化を図ることができた。

【００１６】なお連接部がｘ軸方向にのみ力を受ける場
合には、膨出部１２自体の軸方向強度を向上させるため
に、図４に示すように膨出部１２に部材本体１０の長手
方向に延びる平行な縞１５を形成することができる。こ
れらの縞１５は膨出部１２の側面にも断面を凹凸として
補強リブと同様の効果を発揮する。この実施形態の場
合、これによって縞１５を形成することによって膨出部
の引張り圧縮強度を約１３％向上させることができた。

【００１７】このように膨出部１２を設けた中空構造部
材に他の部材１１を溶接すれば、従来に比べて連接部の
強度や剛性を大幅に高めることができ、図６に示したよ
うな補強材３を必要としない。このため本発明を自動車
用のフレームに適用すれば、軽量化とフレーム剛性アッ
プとを同時に実現することができる。しかし本発明は必
ずしも自動車用のフレームに限定されるものではなく、
各種の構造部材に適用できるものである。

【００１８】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１の発明
によれば、他の部材を溶接すれば、連接部の対曲げ抵抗
や対捩れ抵抗を大きくすることができ、補強材を取りつ
ける必要もなくなり、軽量化と強度アップを両立させる
ことが可能となる。請求項２の発明によれば、溶接部の
応力集中を防止して溶接部の強度を高めることができ
る。請求項３の発明によれば、膨出部の座屈を防止する
ことができ、請求項４の発明によれば、荷重を受ける方
向を考慮した最適設計が可能となる。また請求項５の発
明によれば、膨出部の座屈を防止することができ、構造
体全体の信頼性を高めることができる。さらに請求項６
の発明によれば、上記した各発明の中空構造部材を確実
かつ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空構造部材の実施形態を示す平面図
である。

【図２】膨出部の水平断面図である。

【図３】膨出部の垂直断面図である。

【図４】縞を持つ膨出部を示す斜視図である。

【図５】従来の自動車用のフレームを示す水平断面図で
ある。

【図６】従来の連接部の補強材を示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 従来の中空構造部材 ２ 他の部材 ３ 補強材 １０ 本発明の中空構造部材の部材本体 １１ 他の部材 １２ 膨出部 １３ 溶接代 １４ 膨出部の先端面の凹部 １５ 縞

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある直線または曲線に沿って長く延びる
   中空構造部材であって、他の部材が連接される位置に、
   膨出部を設けたことを特徴とする中空構造部材。
2. 【請求項２】 膨出部が、他の部材を溶接接合により連
   接するための溶接代を備え、かつその溶接代が形状的に
   滑らかに膨出部形状の一部をなしている請求項１記載の
   中空構造部材。
3. 【請求項３】 膨出部が、部材本体の肉厚以上の肉厚を
   有する請求項１または２記載の中空構造部材。
4. 【請求項４】 膨出部が、その膨出部に連接される部材
   が荷重を掛けられる方向により張り出ているかまたは肉
   厚となっている請求項１〜３の何れかに記載の中空構造
   部材。
5. 【請求項５】 膨出部が、部材本体の長手方向に平行な
   縞形状を備えたものである請求項１〜４の何れかに記載
   の中空構造部材。
6. 【請求項６】 膨出部が、管状素材をハイドロフォーム
   加工することにより形成されたものである請求項１〜５
   の何れかに記載の中空構造部材。