JP2003531073A - モジュール式スペースフレーム - Google Patents

モジュール式スペースフレーム

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JP2003531073A
JP2003531073A JP2001578265A JP2001578265A JP2003531073A JP 2003531073 A JP2003531073 A JP 2003531073A JP 2001578265 A JP2001578265 A JP 2001578265A JP 2001578265 A JP2001578265 A JP 2001578265A JP 2003531073 A JP2003531073 A JP 2003531073A
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JP2001578265A
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フェデリコ ジー ジェイケル
ジャンフランコ ガビアネーリ
フランク エイ ホートン
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コスマ インターナショナル インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 ピックアップトラック型自動車を構成する車両用スペースフレームは、本体モジュールとフロントモジュールとを含む。本体モジュールは、横方向に間隔をあけて長手方向に延びる１対の主サイドレール構造体と、それぞれが対応する主サイドレール構造体に結合され、そこから上向きに延びて主サイドレール構造体上に１対の最後部ピラーを形成する１対の最後部直立構造体とを含む。本体モジュールは、更に、各々が所定の不規則な外部表面形態に固定されて外面的に変形した管状金属壁によって形成され、各々がピラー形成部分と長手方向延長部分とを有する、１対のハイドロフォーム上部長手方向部材を含む。フロントモジュールは、１対のフロント下部サイドレール構造体、１対のフロント上部サイドレール構造体、及び、フロント結合構造体を含む。フロント結合構造体は、フロント下部サイドレール構造体を横方向に間隔をあけた関係で互いに結合し、また、フロント上部サイドレール構造体を横方向に間隔をあけた関係で互いに結合する。フロントモジュールは、各フロント下部サイドレール構造体を対応する主サイドレール構造体と強固に相互結合し、かつ、各フロント上部サイドレール構造体を、関連する主サイドレール構造体から上向きに間隔をあけた位置において、対応するハイドロフォーム上部長手方向部材のピラー形成部分と強固に相互結合することにより、本体モジュールに固定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、概略的には、自動車のスペースフレームに関し、更に詳細には、個
々のハイドロフォーム部材で構成されたモジュール式スペースフレームに関する
。
【０００２】 （背景技術） 車両の製造においては、スペースフレーム構成が益々多用されてきている。ス
ペースフレームは、エンジン、動力伝達装置、懸架装置、及び、懸架車体部品を
含む他の自動車構成要素が取り付けられる「かご」状構造を形成するように接合
部において結合された個々のフレーム構成要素のアセンブリである。管状ハイド
ロフォーム法は、製造者が、ハイドロフォーム法に依らないスペースフレームに
比べてフレームの剛性、寸法上の安定性、疲労寿命、及び、耐衝突強度を増大さ
せることを可能にし、同時にフレームの質量とコストを低減すると思われるので
、スペースフレームの製造において多くの利点を提供する可能性がある。
【０００３】 ハイドロフォーム法は、高圧流体を使用して管状ブランクを外向きに拡大し、
ダイ・アセンブリのダイキャビティの表面と一致させて、個々のハイドロフォー
ム部材を形成する金属成形法である。個々のブランクは、広範囲の長手方向形状
を有するようにハイドロフォームすることが可能であり、各ハイドロフォーム部
材は、その全長に沿って連続的に変化する横断面形状を有することができる。ハ
イドロフォーム処理中に、又は、ハイドロフォーム処理後に、ハイドロフォーム
部材の長手方向沿いの選ばれた位置において、オプションとして様々な寸法及び
形状の穴をあけることが可能である。
【０００４】 従来技術による車両用のフレームは、多くの場合、幾つかの構造体をプレス加
工によって形成し、次いで個々にプレス加工されたこれら幾つかの部材を溶接す
ることによって作製されたフレーム部品を含んでいた。車両製造業者は、この種
類のフレーム部品を単一のハイドロフォーム部品で置き換え、それによってフレ
ーム構造を完成するために必要な部品数と溶接数とを減らすことができる。その
結果、車両の重量と組立コストとが低減される。ハイドロフォーム処理中におけ
るブランクの壁の塑性変形が原因の一つで、ハイドロフォーム部品はより大きな
強度も有する。より具体的には、ハイドロフォーム処理中に流体圧力によって引
き起こされるブランク壁の外向きの拡大は、ブランクの金属材料を均一に硬化さ
せる加工硬化効果を生じる。このことは、製造業者が幾つかのプレス加工された
フレーム部品をより強固で軽量な単一のハイドロフォーム部品で置き換えること
を可能にする。ハイドロフォーム法はまた、プレス加工法よりも金属材料の無駄
を減らす。
【０００５】 このように、管状ハイドロフォーム法は、従来のプレス及び溶接加工に勝る多
くの利点を有する。より効率の良い横断面設計、及び、各ハイドロフォーム部品
の全長に沿った壁厚調整と同時に構造強度及びフレーム剛度の増強を達成するこ
とにより、フレーム部品の数を減らすことができ、フレームの全体重量を減らす
ことができる。必要な部品数が減少するから、工具に要するコストは低減される
。ハイドロフォーム各部品の寸法精度が高められるから、累積公差（つまり、フ
レームの寸法上の不正確度）は減少する。 自動車産業が、スペースフレーム構成要素の製造のための現存の装置を使用で
きるという点でも有利である。しかしながら、殆どの車体デザインはモデル年度
毎に変化するから、新しい車体デザインを実現するために車両フレームの形態を
変える必要があることは普通であって、これによって以前の車両モデルに使用し
たフレーム構成要素の製造装置が旧式になる可能性がある。
【０００６】 スペースフレームのデザインをモジュール化する手法は、スペースフレームの
幾つかの部分を２つ又はそれ以上のモデルのために使用し、しかも車体デザイン
の更新を可能にするから、スペースフレーム構成要素製造装置の有効寿命を延ば
すことができる。スペースフレームのデザインをモジュール化する手法は、管状
ハイドロフォーム法によって提供される諸々の利点の故に、ハイドロフォーム部
材で構成されるスペースフレームデザインにおいては特に有利である。従って、
組み立てが容易で、幾つかの車両モデル間で車両スペースフレームの一部分の再
使用を可能にするハイドロフォームモジュール式スペースフレームを実現するこ
とは、自動車産業にとって望ましいことである。できるだけ少数の部品を使用し
てスペースフレームを製造し、可能な限り累積公差を減少させることもまた必要
である。
【０００７】 （発明の開示） 上述のニーズを満たすため、本発明の態様は、本体モジュールとフロントモジ
ュールとを含む、ピックアップトラック型自動車を構成する車両用スペースフレ
ームを提供する。本体モジュールは、横方向に間隔をあけて長手方向に延びる１
対の主サイドレール構造体と、それぞれが対応する主サイドレール構造体に結合
され、そこから上向きに延びて主サイドレール構造体上に１対の最後部ピラーを
形成する１対の最後部直立構造体とを含む。本体モジュールは、更に、各々が所
定の不規則な外部表面形態に固定されて外面的に変形した管状金属壁によって形
成され、各々がピラー形成部分と長手方向延長部分とを有する、１対のハイドロ
フォーム上部長手方向部材を含む。各ピラー形成部分は、それぞれの主サイドレ
ール構造体に結合され、主サイドレール構造体から上向きに延びてＡピラーを形
成し、また、各長手方向延長部分は、その反対側端部において上記の最後部ピラ
ーのうちの関連する１つに結合され、それによって関連Ａピラーと最後部ピラー
との間の長手方向の長さを規定する。複数の結合構造体が本体モジュールに含ま
れており、それらは、主サイドレール構造体、上部長手方向部材、及び、ピラー
対を横方向に間隔をあけた一定の関係に配置するように作製され、かつ配置され
る。フロントモジュールは、１対のフロント下部サイドレール構造体、１対のフ
ロント上部サイドレール構造体、及び、フロント結合構造体を含む。フロント結
合構造体は、フロント下部サイドレール構造体を横方向に間隔をあけた関係で互
いに結合し、また、フロント上部サイドレール構造体を横方向に間隔をあけた関
係で互いに結合するように作製され、かつ配置される。フロントモジュールは、
各フロント下部サイドレール構造体を対応する主サイドレール構造体と強固に相
互結合し、かつ、各フロント上部サイドレール構造体を、関連する主サイドレー
ル構造体から上向きに間隔をあけた位置において、対応するハイドロフォーム上
部長手方向部材のピラー形成部分と強固に相互結合することにより、本体モジュ
ールに対して強固に固定される。
【０００８】 （発明を実施するための最良の形態） 図１は、ピックアップトラック型車両のためのモジュール式スペースフレーム
１０を示す。スペースフレーム１０は、本体モジュール２０とフロントモジュー
ル２２とを含む。本体モジュール２０は、横方向に間隔をあけて配置されて長手
方向に延びる１対の主サイドレール構造体１４と１対の最後部直立構造体２６と
を含む。各最後部直立構造体２６は、それぞれの主サイドレール構造体１４に結
合され、そこから上向きに延び、主サイドレール構造体１４上で１対の最後部ピ
ラーを形成する。
【０００９】 本体モジュール２０はまた、１対のハイドロフォーム管状上部長手方向部材３
０及び３２を含み、これらは、各々、所定の不規則な外部表面形態に固定されて
外方に向かって変形した管状金属壁によって形成されている。上部長手方向部材
３０及び３２は鏡像関係にある構成を有するので、上部長手方向部材３０に関し
てのみ詳細に説明するが、その説明は、上部長手方向部材３２に対しても等しく
当てはまる。各上部長手方向部材３０は、ピラー形成部分３４と、一体的な長手
方向延長部分３６とを含む。各ピラー形成部分３４は、接合部３７において対応
する主サイドレール構造体１４に結合され、そこから上向きに延びて、その上に
最前部つまり「Ａ」ピラーを形成する。
【００１０】 各上部長手方向部材３０の長手方向延長部分３６は、一端において関連するピ
ラー形成部分３４に一体的に結合され、その反対側端部３８において関連する最
後部ピラー２６の上端部に結合される（後述するように、そして該上端部と一体
的結合部を形成する）。従って、各ハイドロフォーム上部長手方向部材３０の長
手方向延長部分３６は、本体モジュール２０の両側の関連する最前部及び最後部
の端部ピラー２６及び３４の間の長手方向長さを規定する。本出願人に譲渡され
た「ハイドロフォームスペースフレーム及びその製造方法」という名称の米国特
許第６、０９２、８６５号明細書に詳細に教示及び説明されているように、一体
的なハイドロフォーム構造体によって形成された長手方向長さは、最前部及び最
後部ピラーの間の累積公差を最小化する。各長手方向延長部分３６はまた、それ
らの間に屋根支持構造体又はルーフレール構造体を提供する。
【００１１】 全体を、４０で示した複数の横方向に延びる結合構造体は、主サイドレール構
造体１４の間、上部長手方向部材３０及び３２の間、及び、最後部ピラー２６の
間に結合される。この複数の結合構造体４０は、主サイドレール構造体１４、上
部長手方向部材３０及び３２、及び、ピラー対３４及び２６（すなわち、Ａピラ
ー３４と最後部ピラー２６）を横方向に間隔をあけた一定の関係で固定するよう
に作製され、かつ配置されている。
【００１２】 各上部長手方向部材３０は、更に、第２のハイドロフォームピラー形成部分５
０を含み、これは、各上部長手方向部材３０がほぼ逆Ｕ字形の形態を有するよう
に、上部長手方向部材の長手方向延長部分３６の反対側端部３８から一体的に下
向きに延びて、関連する主サイドレール構造体１４と接合部５２を形成する。第
２のピラー形成部分５０の各々は、各主サイドレール構造体１４上に最後部ピラ
ー、すなわち「Ｄ」ピラー２６を形成する。
【００１３】 各主サイドレール構造体１４は、その最後部部分がピックアップトラック型車
両の荷台部分の下部サイドレール５４を形成するように、関連する上部長手方向
部材３０及び３２の第２のピラー形成部分５０との接合部５２を超えて後方へ延
びる。スペースフレーム１０は、更に、主サイドレール構造体１４の荷台を形成
する下方部分５４の自由端の間で横方向に延びる荷台横断構造体５８を含む。１
対の荷台直立構造体６０の各々は、荷台横断構造体５８の対応する自由端から上
向きに延びる。長手方向に延びる１対の荷台上部サイドレール構造体６２の各々
は、対応する荷台直立構造体６０と、関連する上部長手方向部材３０及び３２の
第２のピラー形成部分５０（つまり、関連するＤピラー）の中間部分との間に結
合される。 スペースフレーム１０は、２対の中間直立構造体２４及び２５を含む。各対２
４及び２５である対部材は、対応する主サイドレール構造体１４と、関連する上
部長手方向部材３０及び３２の長手方向延長部分３６との間に結合され、それに
よって本体モジュール２０の１対の中間ピラーを形成する。この対２４及び２５
は、それぞれ本体モジュール２０のＢピラー及びＣピラーを構成する。
【００１４】 ＢピラーとＣピラーは、好ましくは、１対の管状ハイドロフォームＵ字形横断
部材６４及び６６によって提供される。各部材６４及び６６は、所定の不規則な
外部表面形態に固定されて外面的に変形された管状金属壁によって形成され、本
体モジュール２０の主サイドレール構造体１４の間に横方向に取り付けられる。
各Ｕ字形横断部材６４及び６６は、それぞれ横断部分６８及び７０と、対応する
横断部分６８及び７０の対向する端部における対応する連結部７６及び７８から
一体的に延びる１対のそれぞれ脚部分７２及び７４とを含む。各Ｕ字形横断部材
６４及び６６の各脚部分７２及び７４は、その自由端において、主サイドレール
構造体とのそれぞれの接合部７５及び７７における対応する主サイドレール構造
体１４に結合され、そこから上向きに延びる。
【００１５】 各Ｕ字形部材６４及び６６の各連結部７６及び７８は、関連する上部長手方向
部材３０及び３２の長手方向延長部分３６とそれぞれ接合部２３及び２７におい
て結合されているので、それによって、第１及び第２のＵ字形横断部材６４及び
６６の脚部分７２及び７４は、上述の通り、対応する長手方向及び横方向に間隔
をあけた中間（Ｂ及びＣ）ピラー２４及び２５の第１及び第２の対を形成する。
好ましくは、接合部２３及び２７は、米国特許第６、０９２、８６５号明細書に
教示された原理に従って上部長手方向部材３０に形成された凹部で連結部７６及
び７８を溶接することにより形成されるが、接合部２３及び２７のいずれかを形
成するためにいずれかの部材に凹部を形成することは必要ではない。例えば、こ
れらの部材は凹部なしでも互いに溶接することができる。横断部分６８及び７０
は、上部長手方向部材３０及び３２の長手方向延長部分３６の間、及び、ピラー
２４及び２５の間で横方向に延び、それによって、対応する中間ピラー対２４及
び２５の間の横方向の長さを規定する。横断部分６８及び７０はまた、横方向に
間隔をあけた一定の関係で中間ピラーを互いに結合するように作製され、かつ配
置された、本体モジュール２０の横方向に延びる結合構造体４０の一部を提供す
る。
【００１６】 フロントモジュール２２は、１対のフロント下部サイドレール構造体１８、１
対のフロント上部サイドレール構造体４２、及び、全体的に４４で指示したフロ
ント結合構造体を含む。フロント結合構造体４４は、（ｉ）フロント下部サイド
レール構造体１８を横方向に間隔をあけた一定の関係で互いに結合し、（ii）フ
ロント上部サイドレール構造体４２を横方向に間隔をあけた一定の関係で互いに
結合するように作製され、かつ配置される。
【００１７】 フロント結合構造体４４は、（１）突合せ溶接接合部４１において、フロント
上部サイドレール構造体４２の前方端部の間に結合され、それによってフロント
上部Ｕ字形構造体の湾曲部分と脚部分とをそれぞれ形成する、横方向に延びる前
方上部横断構造体３９、（２）突合せ溶接接合部４５において、フロント下部サ
イドレール構造体１８の前方端部の間に結合され、それによってフロント下部Ｕ
字形構造体の湾曲部分と脚部分とを形成する、横方向に延びる前方下部横断構造
体４３、（３）それぞれがフロント上部Ｕ字形構造体及びフロント下部Ｕ字形構
造体の湾曲部分３９及び４３の間に一般的に結合された、横方向に間隔をあけて
垂直方向に延びる１対の結合構造体４７、及び、（４）フロント下部Ｕ字形構造
体の脚部分の対（フロント下部サイドレール構造体１８によって形成される）の
間に結合された横方向に延びる結合構造体４９を含む。
【００１８】 フロントモジュール２２は、（１）各フロント下部サイドレール構造体を対応
する主サイドレール構造体１４と強固に相互結合し（そして、それらの間に、図
１に示されていないが鎖線によって表された、伸縮的に相互係合されて溶接され
た接合部を形成する）、（２）各フロント上部サイドレール構造体４２を、関連
する主サイドレール構造体１４から上方に間隔をあけた位置において（図１には
示されていないが、一点鎖線で表した突合せ溶接接合部において）、対応するハ
イドロフォーム上部長手方向部材３０及び３２のピラー形成部分３４と強固に相
互結合することにより、本体モジュール２０に強固に固定される。各フロント上
部サイドレール構造体４２の後方端部は、関連する主サイドレール構造体１４か
ら上方に間隔をあけた位置で結合される。
【００１９】 好ましくは、主サイドレール構造体１４は、鏡像構成を有する１対のハイドロ
フォーム管状主サイドレール部材８０及び８２によって形成される。サイドレー
ル部材８０に関してのみ詳細に考察するが、その説明は、部材８２に対しても等
しく当てはまる。ハイドロフォームサイドレール部材８０は、基本的に真っ直ぐ
な前方部分８４を有し、これは、上向きに傾斜した中間部分８６の中へ移行し、
それは、次いで基本的に真っ直ぐな後方部分８８（これは、ピックアップトラッ
ク荷台の荷台部分の下部サイドレール５４を形成する）の中に移行する。
【００２０】 上部長手方向部材３０は、突合せ溶接結合部９０を含む管状金属ブランクで形
成される。突合せ溶接結合部９０を含むブランクの構造と製造、及び、その後の
そのハイドロフォーム処理については、以下で詳しく考察する。長手方向延長部
分３０の第２のピラー形成部分５０の端部は、基本的に矩形断面を有しており、
ハイドロフォームサイドレール部材８０にある切欠き８１を貫通して、その下方
まで延びる。好ましくは、上部長手方向部材３０は、切欠き８１内で溶接されて
接合部５２を形成する。その端部には、切り抜かれた切欠き９２が設けられる。
好ましくはハイドロフォーム法で作製されて、本体モジュール２０の横方向に延
びる結合構造体４０の一部を形成する横断部材９４は、上部長手方向部材３０及
び３２のそれぞれの切欠き９２に取り付けられ、溶接又はその他の適切な手段に
よりその切欠きに固定される。
【００２１】 横方向に延びる基本的に真っ直ぐな３つの横断部材９６及び９８、及び、１０
０（好ましくは、ハイドロフォーム処理で形成される）は、上部長手方向部材３
０及び３２の間に取り付けられる。具体的には、横断部材９６及び９８の対は、
上部長手方向部材３０及び３２に形成されたそれぞれハイドロフォーム凹部１０
２及び１０４内に強固に固定され（好ましくは、溶接により）、それぞれ接合部
１０６及び１０８を形成する。横断部材１００は、ほぼ管状構造を有するが、平
坦化された端部を備え、この平坦な端部は、各上部長手方向部材３０の長手方向
延長部分３６と重なる関係に配置され、それに溶接されて接合部１１０を形成す
る。
【００２２】 好ましくは、荷台横断構造体５８と荷台直立構造体６０とは、各々、基本的に
真っ直ぐな３つの別々のハイドロフォーム管状部材６１、６３、及び、６５によ
って形成され、これらの管状部材は、接合部７３において互いに突合せ溶接され
る。好ましくは、ハイドロフォーム部材６３及び６５は、横断構造体５８を形成
するハイドロフォーム部材６１の対応する端部に突合せ溶接される。同様に、各
上部サイドレール構造体６２は、好ましくは、突合せ溶接により接合部１１３及
び１１５においてスペースフレームに結合された、基本的に真っ直ぐなハイドロ
フォーム管状部材６７及び６９によって形成される。代替的に、スペースフレー
ム１０の荷台部分の後部における横断構造体５８と、直立構造体６０の対とは、
一体型ハイドロフォームＵ字形部材（図示せず）の脚部分と横断部分とによって
、又は、他の任意の構成によって形成することができる。
【００２３】 好ましくは、フロント下部サイドレール構造体１８とフロント上部サイドレー
ル構造体４２とは、各々、別々のハイドロフォーム部材１１２、１１４、１１６
、及び、１１８によって形成される。同様に、前方上部及び前方下部横断構造体
３９及び４３、及び、横断構造体４９は、好ましくは、それぞれハイドロフォー
ム部材１２０、１２２、及び、１２４によって形成される（しかし、任意の適切
な構成を使用することができる）。ハイドロフォーム部材１１６、１１８、及び
、１２０は、好ましくは接合部４１において溶接により結合され、ハイドロフォ
ーム部材１１２、１１４、及び、１２２は、好ましくは接合部４５において溶接
により結合され、ハイドロフォーム部材１１２、１１４、及び、１２４は、好ま
しくは接合部１２６において溶接により結合される。垂直方向に延びる結合構造
体４７は、好ましくは、プレス加工又は他の任意の適切な手段により形成された
キャビティの板金構造体であって、溶接又は他の任意の適切な手段によって横断
部材１２０及び１２２の間に固定される。接合部３７及び７５は、ハイドロフォ
ーム部材３０及び７２を、主サイドレール構造体１４のそれぞれ開口部１１３及
び１１５に溶接することにより形成される。接合部７７は、Ｕ字形部材７４の切
欠部分１１７を、主サイドレール構造体１４の上側及び外側表面に溶接すること
により形成することができる。
【００２４】 上部及び下部フロントサイドレール部材及びフロント結合構造体の形状及び長
さは、フロントモジュールの高さ、フロントモジュールの幅（車の横方向の幅）
、及び、フロントモジュールの長さ（従って、車両の長さ）にある範囲をもたら
すために変えることができる。フロント下部サイドレール構造体１８が本体モジ
ュールの一部である場合（接合部において主サイドレール構造体に接合されてい
るか、又は、それに対して一体的に結合されているかに関わらず）、本体モジュ
ールが車両の長さを決めることになることもまた理解することができる。
【００２５】 ハイドロフォーム処理の方法 上に述べたスペースフレーム１０の各ハイドロフォーム部材を形成するための
好ましいハイドロフォーム処理は、図２から理解することができる。各ハイドロ
フォーム部材は、適切な金属材料で作製された管状ブランク６２０で形成され、
閉じた横断面と開いた管状端部とを有する。各ブランク６２０は、任意の適切な
方法で製造されてもよい。例えば、各ブランク６２０の横断面は、ロール成形作
業において長手方向に延びる板金の連続ストリップをロール成形し、次いで継目
溶接作業により横断面を閉じることによって成形されてもよい。すなわち、好ま
しくは、ハイドロフォーム管状部材の各々は、最初の管状ブランクを作り出す際
に形成された長手方向に延びる単一の継目溶接を有するのみである。この点は、
２つの継目に沿って向かい合わせの関係で溶接された２つのＣ字形つまり「クラ
ムシェル」形の各半分を含むより従来の管状フレーム部材とは明確に異なる。管
状ブランクは、次に、特定のハイドロフォーム部材を作るのに必要な長さに切断
される。
【００２６】 部品形状次第でもし必要ならば、突合せ溶接結合部で互いに突合せ溶接された
異なる直径を有する２つの別々にロール成形された管状ブランクから単一管状ブ
ランクを形成することも本発明の範囲に含まれる。つまり、単一のハイドロフォ
ーム部材の直径がその長手方向の長さに沿って大きく増大（又は、減少）する場
合には、このハイドロフォーム部材を製造するのに使用される管状ブランクは、
異なる直径を有する２つのブランクを突合せ溶接することによって作ることがで
きる。突合せ溶接される２つの端部の直径は、大口径管状ブランクの一端の口径
を縮小する縮小工具を使用するか、又は、代替的に、小口径ブランクの端部の直
径を拡大する押し広げ又は拡大工具を使用するか、又は、これら両方を組合せて
使用するかのいずれかにより等しくすることができる。
【００２７】 これらの作業のいずれによる結果も、互いに突合せ溶接される２つの端部の直
径を等しくする。突合せ溶接結合部は、ハイドロフォーム処理作業に先立って形
成されるが、突合せ溶接作業は、いかなる事前曲げ作業（この作業については直
ぐ後で考察する）が実行される前又は後のいずれにおいても実行することができ
る。突合せ溶接結合部を有するハイドロフォーム部材の一例は、突合せ溶接部９
０を有する図１に示すスペースフレーム１０の上部長手方向部材３０である。
【００２８】 部材の幾何学形状が複雑であるか、又は、仕上がり部材内に急な湾曲が何か存
在する場合、ブランクは、オプションとして「予め曲げる」、つまりハイドロフ
ォーム型アセンブリ内に置かれる前に曲げられる場合がある。例えば、ハイドロ
フォーム部材に急な曲げ（３０°を超える曲げ）を有することになる場合、本発
明は、「角ばった管状部品のしわの寄らないハイドロフォーム処理の方法と装置
」という名称の米国特許第６、０６５、５０２号明細書の教示に従ってブランク
を曲げることが好ましい。この米国特許第６、０６５、５０２号明細書の教示は
、曲げ処理作業中、特にハイドロフォーム部品の各曲げ部分の凹部上にしわが形
成されるのを回避するのに利用することができる。スペースフレーム１０（図１
）の個々のハイドロフォーム部品における急な曲げの例としては、第１のＵ字形
部材６４の各脚部分７２と横断部分６８との間の曲げ部分が含まれる。
【００２９】 米国特許第６、０６５、５０２号明細書の方法論は、３０°未満の角度で曲げ
られる部品には適用しない方が好ましいことを理解する必要がある。好ましくは
、真っ直ぐな部品（例えば、図１に示す横断部材９４など）は、「ひねりのない
管成形のためのハイドロフォーム型アセンブリ」という名称の米国特許第５、９
７９、２０１号明細書の教示に従ってハイドロフォームされる。ブランクはまた
、ダイ・アセンブリに置かれるのに先立って、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）
曲げ機械で曲げてもよい。ブランクをダイ・アセンブリに置く前に、ブランクの
外部に適切な潤滑剤を塗布してもよい。
【００３０】 再び図２を参照すると、管状ブランク６２０は、次に、ダイ・アセンブリ６２
６のダイの半分６２２及び６２４の間に置かれ、ダイ・アセンブリが閉じられる
。管状ブランク６２０は、それがハイドロフォーム流体で満たされるように、好
ましくは流体槽に浸される。ハイドロフォームラムアセンブリ６２８及び６３０
は、各アセンブリ６２８及び６３０のラム部材６３６及び６３８が管状ブランク
６２０の端部を密封するように、管状ブランク６２０のそれぞれの端部と係合さ
れる。ラム部材６３６及び６３８は、ハイドロフォーム流体を強化することがで
きる油圧増強装置を含み、これにより、外面的に不規則に変形された、管状ブラ
ンク６２０の全体的に６４０で指示された管状金属壁に対してブランク６２０内
の流体の流体圧力を増大させて、ダイキャビティのダイ表面６４２と一致するよ
うにし、それによって所定の不規則な形態に固定された外部表面を有するハイド
ロフォーム部材を形成する。
【００３１】 ラム部材６３６及び６３８は、ブランク６２０の各反対端を軸方向内向きに押
して、外向き拡大時のブランク内の金属流れを生じさせる。流体圧力と軸方向圧
力とは、独立的に制御可能である。好ましくは、管状ブランク６２０の端部は、
十分に成形されたハイドロフォーム部材の壁厚を元の管状ブランク６２０の壁厚
の所定範囲内に維持するために、ハイドロフォーム処理作業中、軸方向内向きに
押される。好ましくは、ラム部材６３６及び６３８は、得られるハイドロフォー
ム部材の壁厚がブランク６２０の元の壁厚の約±１０％以内になるように（つま
り、管の直径が外向きに拡大する間、壁が薄くなるのを補償するように）、ブラ
ンク６２０の外向きに拡大する壁部分の壁厚を補充又は維持するように協働する
。
【００３２】 管状ブランク６２０は、ハイドロフォーム型のキャビティを形成する表面６４
２と一致するように膨張して、管状ブランク６２０の金属壁６４０をダイ・アセ
ンブリ６２６の表面６４２と一致するように不規則に外面の形に拡大し、部材の
目標とする形状に対応する形状を金属壁６４０に与える。本発明によって各スペ
ースフレーム１０、１５０、３００、及び、４６０の各ハイドロフォーム部材を
形成するのに使用される各ダイキャビティの形状は、本明細書で意図されている
新しくて有利なハイドロフォーム管状部材の形状に特に適合している。
【００３３】 ハイドロフォーム部材内に穴を形成する場合、穴は、ハイドロフォーム処理作
業中に部材がまだダイ・アセンブリ内にある間に形成されてもよく、又は、ハイ
ドロフォーム部材がダイ・アセンブリから除去された後に、部材に必要な他の任
意の更なる処理と併行して形成されてもよい。より具体的には、穴は、当業技術
でハイドロピアシング作業という呼称で知られている作業により、ハイドロフォ
ーム処理中に形成することができる。ハイドロピアシング作業は、本明細書にお
いてその全内容が引用により本出願に援用されている米国特許第５、４６０、０
２６号明細書に開示されている。代替的には、穴又は切欠きは、ハイドロフォー
ム処理作業が完了した後に、ハイドロフォーム部材に切り込まれてもよい。凹部
（図１の凹部１０２及び１０４など）は、ネットパッドを使用することにより、
ブランクの金属壁が外向きに拡大されている間にハイドロフォーム部材の壁に形
成することができる。
【００３４】 多くのハイドロフォーム部材の横断面が、その特定のハイドロフォーム部材の
長さに沿って変化するということを理解することができる。例えば、管状ハイド
ロフォーム横断部材６４の脚部分７２及び横断部分６８の横断面は、その長手方
向の長さに沿って変化する。横断部分６８は、比較的小さな実質的に矩形の横断
面を有し、脚部分７２は、その自由端付近では比較的大きな実質的に矩形の横断
面を有し、その中央部分では不規則な横断面を有する。この管状ハイドロフォー
ム部材、又は、本明細書で開示された他の任意の管状ハイドロフォーム部材の横
断面形態を変えることは、本発明の原理から逸脱することなく達成可能であるこ
とを理解することができる。
【００３５】 スペースフレームを形成する方法 自動車のスペースフレーム１０を形成する好ましい方法は、１対の上部長手方
向部材３０の各々をハイドロフォーム処理手順で形成することを含むことをこう
して理解することができ、各手順は、金属壁６４０を有する角ばった形状の管状
ブランク６２０を準備する段階、この管状ブランク６２０をダイキャビティを形
成するダイ表面６４２を有するダイ・アセンブリ６２６の中に置く段階、及び、
壁６４０を拡大させてダイ表面６４２と一致させるためにブランク６２０の内部
に加圧流体を供給し、それにより、ピラー形成部分３４と長手方向延長部分３６
とを含む、所定の不規則な外部表面形態に固定され外面的に不規則に変形された
管状金属壁６４０によって形成されたハイドロフォーム部材３０を形成する段階
を含む。本方法は、更に、本体モジュール２０とフロントモジュール２２とを含
むスペースフレームのための構成要素を準備する段階を含む。本体モジュールの
構成要素は、１対の主サイドレール構造体１４、１対の最後部直立構造体２６、
及び、複数の結合構造体４０を含む。フロントモジュールの構成要素は、１対の
フロント下部サイドレール構造体、１対のフロント上部サイドレール構造体４２
、及び、フロント結合構造体４４を含む。
【００３６】 本方法は、次に、本体モジュールにおいては、各上部長手方向部材のピラー形
成部分が、対応する主サイドレール構造体に結合され、それによって１対のＡピ
ラーを形成し、各最後部直立構造体が、対応する主サイドレール構造体と、関連
する上部長手方向部材の長手方向延長部分の端部との間に結合されて１対の最後
部ピラー（つまり、Ｄピラー）を形成し、複数の結合構造体が、主サイドレール
構造体と上部長手方向部材とを横方向に間隔をあけた一定の関係で結合するよう
に作製かつ配置されるように、また、フロントモジュールにおいては、フロント
結合構造体が、フロント上部サイドレール構造体を横方向に間隔をあけた関係で
相互に結合し、フロント下部サイドレール構造体を横方向に間隔をあけた関係で
相互に結合するように、モジュールを組み立てる段階を必要とする。本方法は、
次に、フロントモジュールと本体モジュールとを結合してスペースフレームを形
成するために、フロントモジュールを本体モジュールに対して組み立てる段階を
必要とする。本体モジュール及びフロントモジュールは、各主サイドレール構造
体を、対応するフロント下部サイドレール構造体に結合し、各フロント上部サイ
ドレール構造体を、関連する主サイドレール構造体から上向きに間隔をあけた位
置において、対応する上部長手方向部材のピラー形成部分に結合することにより
結合される。
【００３７】 好ましくは、本方法は、１対の中間ピラーと、横断部材６４をハイドロフォー
ム処理手順で形成することにより中間ピラーの間に結合される横断構造体とを本
体モジュールに設ける段階を更に含む。 組立手順には、Ｕ字形ハイドロフォーム横断部材の脚部分の各々が、対応する
主サイドレール構造体と、関連する上部長手方向部材の長手方向延長部分との間
に結合され、それにより、脚部分が、スペースフレームのＢピラーを形成する１
対の対応する中間ピラーを形成し、横断部分が、その間の横方向の長さを規定し
て脚部分の間に結合された横断構造体をもたらすように、スペースフレームを組
み立てる段階が更に含まれる。
【００３８】 スペースフレーム１０の様々な部分を「モジュール」と呼称したが、この特徴
付けは広義に解釈されるように意図されており、スペースフレームのいずれかが
作製される方法を限定することを意図しないということに注意する必要がある。
各スペースフレームの本体モジュールとフロントモジュールとは別々に組み立て
られ、その後それらを共に組み立ててそれぞれのスペースフレームを形成するこ
とが好ましい。しかしながら、各スペースフレーム１０を様々な方法で作製する
ように意図されており、従って、様々なハイドロフォーム部材及び他の構造部材
が互いに接合されて各スペースフレームを形成する順序に関しては、本出願で示
された又は述べられたいかなるものによっても限定は何も示唆されていないとい
うことが理解されるものとする。 すなわち、本発明は、限られた数の実施形態に関して開示され説明されたが、
本発明の範囲から逸脱することなくそれに対する変形及び変更が為し得ることは
明白である。従って、特許請求の範囲は、本明細書に記載された原理及び利点に
従うそのような全ての変更、変形、及び、それらの等価物を網羅するように意図
されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従って構成されたピックアップ型車両のためのスペースフレー
ムの一部分解斜視図である。
【図２】 管状ブランクを有するハイドロフォーム型アセンブリの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ホートン フランク エイ アメリカ合衆国 ミシガン州 48309 ロ チェスター ヒルズ シャルマーズ ドラ イヴ 1993 Ｆターム(参考） 3D003 AA01 AA04 BB09 CA09 CA18 CA32 CA48 【要約の続き】 に相互結合し、かつ、各フロント上部サイドレール構造 体を、関連する主サイドレール構造体から上向きに間隔 をあけた位置において、対応するハイドロフォーム上部 長手方向部材のピラー形成部分と強固に相互結合するこ とにより、本体モジュールに固定される。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 本体モジュール及びフロントモジュールを含み、 前記本体モジュールは、横方向に間隔をあけて長手方向に延びる１対の主サイ
    ドレール構造体、各々が対応する主サイドレール構造体に結合され、そこから上
    向きに延びてその上に１対の最後部ピラーを形成する１対の後部直立構造体、各
    々が、所定の不規則な外部表面形態に固定され外面的に変形された管状金属壁に
    よって形成され、各々が、対応する主サイドレール構造体に結合され、そこから
    上向きに延びてＡピラーを各々が形成するピラー形成部分と、反対側端部におい
    て前記最後部ピラーの関連する１つに結合され、それによって関連するＡピラー
    と最後部ピラーとの間の長手方向の長さを各々が形成する長手方向延長部分とを
    含む、１対のハイドロフォーム上部長手方向部材、及び、主サイドレール構造体
    と上部長手方向部材とピラー対とを横方向に間隔をあけた一定の関係に配置する
    複数の結合構造体を含み、 前記フロントモジュールは、１対のフロント下部サイドレール構造体、１対の
    フロント上部サイドレール構造体、及び、フロント下部サイドレール構造体を横
    方向に間隔をあけた関係で互いに結合し、フロント上部サイドレール構造体を横
    方向に間隔をあけた関係で互いに結合するフロント結合構造体を含み、 前記フロントモジュールは、各フロント下部サイドレール構造体を対応する主
    サイドレール構造体と強固に相互結合し、各フロント上部サイドレール構造体を
    、関連する主サイドレール構造体から上向きに間隔をあけた位置において、対応
    するハイドロフォーム上部長手方向部材の関連するＡピラーと強固に結合するこ
    とにより、前記本体モジュールと強固に固定される ことを特徴とする、ピックアップトラック型自動車を構成するスペースフレー
    ム。
  2. 【請求項２】 対応する主サイドレール構造体と、関連する上部長手方向部
    材の長手方向延長部分との間に結合され、それによって各中間ピラー対を各々が
    形成する、少なくとも１対の中間直立構造体を更に含み、 前記複数の横方向に延びる結合構造体が、前記各中間ピラー対を横方向に間隔
    をあけた関係で互いに結合する ことを特徴とする請求項１に記載のスペースフレーム。
  3. 【請求項３】 各上部長手方向部材は、その長手方向延長部分の反対端から
    一体的に下向きに延びて関連する主サイドレール構造体との接合部を形成する第
    ２のハイドロフォームピラー形成部分を更に含み、それにより、各上部長手方向
    部材がほぼ逆Ｕ字形形態を有し、かつ、各第２のピラー形成部分が各主サイドレ
    ール構造体上に最後部ピラーを形成し、 各主サイドレール構造体は、各主サイドレール構造体の後方部分がピックアッ
    プ型トラックの荷台部分の下部サイドレールを形成するように、関連する上部長
    手方向部材の第２のピラー形成部分を超えて後方へ延び、 スペースフレームは、主サイドレール構造体の荷台形成部分の自由端の間で横
    方向に延びる荷台横断構造体、各々が荷台横断構造体の対応する端部から上向き
    に延びる１対の荷台直立構造体、及び、荷台直立構造体と、関連する上部長手方
    向部材の第２ピラー形成部の中間部分との間に各々が結合された１対の長手方向
    に延びる荷台上部サイドレール構造体を更に含む ことを特徴とする請求項２に記載のスペースフレーム。
  4. 【請求項４】 各々が所定の不規則な外部表面形態に固定されて外面的に変
    形された管状金属壁によって形成された１対の管状ハイドロフォームＵ字形横断
    部材を更に含み、 各Ｕ字形横断部材は、横断部分と、その各反対端における結合部から一体的に
    延びる１対の脚部分とを含み、 各Ｕ字形横断部材の各脚部分は、その自由端において対応する主サイドレール
    構造体に結合されて、そこから上向きに延び、 各Ｕ字形部材の各結合部は、関連する上部長手方向部材の長手方向延長部分に
    結合され、それにより、第１及び第２のＵ字形横断部材の脚部分が、対応する前
    記横方向に間隔をあけた中間ピラーの第１及び第２の対を形成し、 第１及び第２のＵ字形横断部材の横断部分は、関連する中間ピラー対の間で横
    方向に延び、それにより、対応する前記中間ピラー間の横方向の長さを規定し、 第１及び第２のＵ字形横断部材は、その脚部分の対が本体モジュールのそれぞ
    れＢピラー及びＣピラーを形成するように、長手方向に間隔をあけて配置される ことを特徴とする請求項３に記載のスペースフレーム。
  5. 【請求項５】 フロント結合構造体は、 フロント上部サイドレール構造体の前方端部間に結合された横方向に延びる前
    方上部横断構造体を含み、それにより、前方上部横断構造体及びフロント上部サ
    イドレール構造体は、フロント上部Ｕ字形構造体のそれぞれ湾曲部分及び脚部分
    を形成し、 フロント下部サイドレール構造体の前方端部間に結合された横方向に延びる前
    方下部横断構造体を含み、それにより、前方下部横断構造体及びフロント下部サ
    イドレール構造体は、フロント下部Ｕ字形構造体のそれぞれ湾曲部分及び脚部分
    を形成し、 各々が一般的にフロント上部Ｕ字形構造体及び下部フロントＵ字形構造体の湾
    曲部分の間に結合される、１対の横方向に間隔をあけて垂直方向に延びる結合構
    造体を含み、 フロント下部Ｕ字形構造体の１対の脚部分の間に結合された横方向に延びる結
    合構造体を含む ことを特徴とする請求項４に記載のスペースフレーム。
  6. 【請求項６】 １対の上部長手方向部材の各々をハイドロフォーム処理手順
    で成形する段階と、 本体モジュール及びフロントモジュールを含むスペースフレームのための構成
    要素であって、本体モジュールの構成要素が１対の主サイドレール構造体、１対
    の後部直立構造体、及び、複数の結合構造体を含み、フロントモジュールの構成
    要素が１対のフロント下部サイドレール構造体、１対のフロント上部サイドレー
    ル構造体、及び、フロント結合構造体を含む構成要素を準備する段階と、 本体モジュールにおいて、各上部長手方向部材のピラー形成部分が、対応する
    主サイドレール構造体に結合され、それによって１対のＡピラーを形成し、各後
    部直立構造体が、対応する主サイドレール構造体と、関連する上部長手方向部材
    の長手方向延長部分の端部との間に結合されて１対の最後部ピラーを形成し、複
    数の結合構造体が、主サイドレール構造体及び上部長手方向部材を横方向に間隔
    をあけた一定の関係で固定するように作製されて配置され、また、フロントモジ
    ュールにおいて、フロント結合構造体が、フロント上部サイドレール構造体を横
    方向に間隔をあけた関係で相互に結合し、フロント下部サイドレール構造体を横
    方向に間隔をあけた関係で相互に結合するように、前記モジュールを組み立てる
    段階と、 各主サイドレール構造体を対応するフロント下部サイドレール構造体に結合し
    、各フロント上部サイドレール構造体を、関連する主サイドレール構造体から上
    向きに間隔をあけた位置において、対応する上部長手方向部材のピラー形成部分
    に結合することにより、前記本体モジュールと前記フロントモジュールとを結合
    する段階と を含むことを特徴とする、自動車のためのスペースフレームを形成する方法。
  7. 【請求項７】 Ｕ字形の管状金属ブランクを準備する段階と、ダイキャビテ
    ィを形成するダイ表面を有するハイドロフォーム型アセンブリに該ブランクを入
    れる段階と、該ブランクを前記ダイ表面に一致させるように拡大し、それにより
    、所定の不規則な外部表面形態に固定されて外面的に不規則に変形された管状金
    属壁によって形成され、かつ、横断部分と前記横断部分の各反対端における結合
    部から延びる１対の脚部分とを有するＵ字形ハイドロフォーム部材を形成するた
    めに、該ブランクの内部に加圧流体を供給する段階とを含むハイドロフォーム処
    理手順で成形された横断部材を形成することにより、１対の中間ピラー及びそれ
    らの間に結合された横断構造体を本体モジュール上に設ける段階、及び 前記Ｕ字形ハイドロフォーム横断部材の前記脚部分の各々が、対応する主サイ
    ドレール構造体と、関連する上部長手方向部材の長手方向延長部分との間に結合
    され、それにより、前記脚部分が、本体モジュールのＢピラーを形成する前記中
    間ピラー対を形成し、前記横断部分が、その間の横方向の長さを形成して脚部分
    の間に結合された横断構造体をもたらすように、前記本体モジュールを更に組み
    立てる段階 を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の自動車のためのスペースフレー
    ムを形成する方法。
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