JP2004359188A - 車両フレーム構造およびその製造方法ならびに製造治具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中空押出形材よりなる複数のクロスメンバ3の端部を、中空押出形材よりなる一対のサイドメンバ2A、2Bの形材周縁部に設けた穴11を貫通して形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部13との間で溶接接合するようにした。また、クロスメンバ3の一端を一方のサイドメンバ2Aの形材周縁部に設けた穴11を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ3周縁部13との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバ3の収縮変形量ΔLを計測し、次いで、クロスメンバ3の他端を、前記収縮変形量ΔLを加算した位置で、他方のサイドメンバ3Bの形材周縁部に設けた穴11を貫通させて形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部13との間で溶接接合するようにした。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両フレーム構造およびその製造方法ならびに製造治具に関し、特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の中空押出形材を組合せて溶接結合して形成するに好適な車両フレーム構造およびその製造方法ならびに製造治具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来からアルミニウムまたはアルミニウム合金(以下では、単にアルミニウムと称する)の中空押出形材を組合せて溶接結合して形成する車両フレーム構造が提案されている(特許文献1参照)。
【0003】
これは、自動車のサブフレームを対象とし、押出方向に延びるとともに周壁部に一体に成形して中空部を仕切る補強用隔壁部を備えるアルミニウム中空押出形材のクロスメンバと、アルミニウム中空押出形材のサイドメンバとを、互いに略直角に配置し、クロスメンバの補強用隔壁部と連結する周壁部の外面に、サイドメンバ端部の周壁部の一部を前記連結部分に沿ってMIG溶接等により接合して、クロスメンバとサイドメンバとの連結強度を高める構成としている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−337722号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、溶接対象への入熱量が大きいMIG溶接により線膨張係数が高いアルミニウム材を溶接する場合には、アルミニウム材に溶接後に軸収縮変形を生ずるものであり、この軸収縮変形を考慮した溶接方法若しくは接合部構造を必要とする。
【0006】
しかしながら、上記従来例では、サイドメンバの端部にクロスメンバの周壁部を突合せてMIG溶接するのみであるため、例えば、サイドメンバを一方のクロスメンバにMIG溶接した後に他方のクロスメンバにMIG溶接する場合には、先のMIG溶接によりサイドメンバに生じる熱収縮変形により後でMIG溶接しようとする他端と他方のクロスメンバとの間に隙間を生じ、そのMIG溶接の溶接品質を低下させる虞があった。また、この不具合を解消すべく、サイドメンバの両端を両クロスメンバへ同時にMIG溶接する場合には、溶接後に生ずる熱収縮変形によりクロスメンバ同士の間隔が短くなり形状精度を低下させる虞があった。
【0007】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、溶接品質を維持しつつ高い形状精度が得られる車両フレーム構造およびその製造方法ならびに製造治具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】
本発明の車両フレーム構造は、クロスメンバの端部を、一対のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通して形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合して、中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成するようにした。
【0009】
また、本発明の車両フレーム構造の製造方法は、クロスメンバの一端を一方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバの収縮変形量を計測し、次いで、クロスメンバの他端を、前記収縮変形量を加算した位置で、他方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合するようにしている。
【0010】
【発明の効果】
したがって、本発明のフレーム構造では、クロスメンバの端部を、一対のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通して形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合して、中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成するようにしたため、クロスメンバの一端の溶接時に生ずるクロスメンバの軸収縮変形が発生して他方の端部とサイドメンバとの位置関係が変化しても、継手隙間が発生せず安定した溶接を行うことができる。
【0011】
また、本発明の製造方法では、クロスメンバの一端を一方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバの収縮変形量を計測し、次いで、クロスメンバの他端を、前記収縮変形量を加算した位置で、他方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合するため、全ての端部を溶接完了させた後の車両フレーム構造の精度を向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両フレーム構造およびその製造方法ならびに製造治具を一実施形態に基づいて説明する。図1〜図3は、本発明を適用した車両フレーム構造および製造方法の一実施形態であり、図1は車両フレーム構造の全体を示す斜視図、図2はその溶接継手部の詳細を示す斜視図、図3は車両フレーム構造の製造方法を示す工程図である。
【0013】
図1は、例えば、車体のフロア部分の骨格構造に適用した車両フレーム構造1であり、左右一対のサイドメンバ2A、2Bと、両サイドメンバ2A、2B同士を連結する複数のクロスメンバ3とを備え、複数のクロスメンバ3の両端部分は夫々サイドメンバ2A、2BにMIG溶接により一体的に形成している。
【0014】
前記サイドメンバ2A、2Bは、断面がボックス形状をなすアルミニウム中空押出形材により構成され、例えば、図2に示すように、上壁部5、下壁部6および左右壁部7、8の周壁部4を備えるアルミニウム中空押出形材であり、内部に押出方向に延びて左右壁部7、8を連結して中空部を仕切る補強隔壁9、および、補強隔壁9と上壁部5とを連結して更に上部中空部を仕切る補強隔壁10とを備えるアルミニウム中空押出形材から製作されている。左右一対となる各サイドメンバ2A、2Bの他方のサイドメンバ2B、2Aと対向する内側の左右壁部8の補強壁部9を避けた位置には、クロスメンバ3の外形断面形状と同じ形状をなし、クロスメンバ3の端部が差込み可能な穴11を開口させて備える。
【0015】
前記クロスメンバ3は、断面がボックス形状をなすアルミニウム中空押出形材により構成され、例えば、上下前後壁部よりなる周壁部13を備えるアルミニウム中空押出形材から製作されている。クロスメンバ3の全長は、前記両サイドメンバ2A、2Bの穴11を開口させた内側の左右壁部8同士の間隔よりも長く、互いの外側にある左右壁部7同士の間隔よりも短く形成している。クロスメンバ3の一方の端部3Aは、一方のサイドメンバ2Aの左右壁部8に設けた穴11に挿入した状態で、穴11の縁とクロスメンバ2Aの周壁部4とをMIG溶接12により一体に接合し、この接合時に生ずるクロスメンバ3の熱収縮変形を測定する。図中、14はMIG溶接トーチであり、15はフィラワイヤを模式的に示す。クロスメンバ3の他方の端部3Bは、他方のサイドメンバ2Bの左右壁部8に設けた穴11に挿入した状態で、クロスメンバ3の周壁部13と穴11とをMIG溶接する。後者のMIG溶接の際には、前者のMIG溶接12により生じた熱収縮変形を補正し且つ後者のMIG溶接により見込まれる熱収縮変形を加味した接合位置に他方のサイドメンバ2Bの位置を補正して実施する。
【0016】
図3は、上記した溶接方法の具体的手順を示すものであり、以下詳細に説明する。
【0017】
サイドメンバ2A、2Bおよびクロスメンバ3を支持する治具装置20は、左右のサイドメンバ2A、2Bを夫々クランプして保持する一対のサイドメンバ治具21A、21Bと、一方のサイドメンバ治具21Aを固定支持し、他方のサイドメンバ治具21Bを一方のサイドメンバ治具21Aに対して接近離脱方向に移動可能に摺動支持する治具ベース22とを備える。他方のサイドメンバ治具21Bは、制御装置23により駆動制御されるサーボモータ24により一方のサイドメンバ治具21Aに対して接近離脱方向に移動され且つ位置決めされる。治具ベース22上には、クロスメンバ3に取付けた検出治具25によりクロスメンバ3のMIG溶接前およびMIG溶接後の伸縮位置を検出する変位センサ26が配置され、前記制御装置23は、前記変位センサ26よりの信号に基づいてクロスメンバ3の軸収縮変形を演算し、前記サーボモータ24を駆動して他方のサイドメンバ治具21Bを位置決め制御するよう構成している。
【0018】
先ず、一対のサイドメンバ治具21A、21B上に夫々サイドメンバ2A、2Bを夫々の穴11を対向させてクランプして固定する。そして、他方のサイドメンバ治具21Bをサーボモータ24により後退させて、クロスメンバ3の夫々の端部3A、3Bを両サイドメンバ2A、2Bの穴11に挿入可能とする。クロスメンバ3のセット作業が実行されてクロスメンバ3の両端3A、3Bが両サイドメンバ2A、2Bの穴11に挿入され、クロスメンバ3に検出治具25が取付けられてクロスメンバ3がセットされると、図3(A)に示すように、他方のサイドメンバ治具21Bを前進させて所定位置に復帰させ、一方のサイドメンバ2Aとクロスメンバ3とのMIG溶接可能状態となる。所定位置の他方のサイドメンバ治具21Bおよび一方のサイドメンバ治具21Aにセットされてサイドメンバ2A、2Bの外形寸法は、車両に設計値により求められた設定寸法Lとされる。また、変位センサ26はクロスメンバ3の溶接前の位置を検出し、制御装置23はクロスメンバ3の溶接前位置を記憶する。
【0019】
次いで、一方のサイドメンバ2Aに設けた穴11の縁全周と穴11に接触しているクロスメンバ3周縁部13全周とをMIG溶接する。MIG溶接は、例えば、図示しない溶接ロボットにより溶接ワイヤ15を繰出しながら溶接トーチ14により行われる。溶接による熱はクロスメンバ3およびサイドメンバ2Aに伝達され、クロスメンバ3に伝達された入熱量はクロスメンバ3を熱膨張させる。
【0020】
溶接後においては、図3(B)に示すように、MIG溶接部12付近のクロスメンバ3の温度上昇およびアルミニウム材に特有な急激な温度低下により、クロスメンバ3の温度変化した溶接変形寄与部3Cの収縮変形が発生し、この収縮量は溶接変形寄与部3Cから十分離れた場所を固定している検出治具25の変位量ΔLとなり、変位センサ26で計測され、制御装置23に変位量データとして入力される。
【0021】
次いで、制御装置23は、図3(C)に示すように、サーボモータ24により他方のサイドメンバ治具21Bを前記変位量ΔLだけ後退した位置に移動させ位置決めする。
【0022】
この状態で他方のサイドメンバ2Bに設けた穴11の縁全周と穴11に接触しているクロスメンバ3周縁部13全周とをMIG溶接する。このMIG溶接も、例えば、図示しない溶接ロボットにより溶接ワイヤ15を繰出しながら溶接トーチ14により行われる。溶接による熱はクロスメンバ3およびサイドメンバ2Bに伝達され、クロスメンバ3に伝達された入熱量はクロスメンバ3を熱膨張させる。この熱膨張は制御装置23によりサーボモータ24を自由状態として他方のサイドメンバ治具2Bの位置移動により吸収させる。
【0023】
溶接が完了すると、図3(D)に示すように、MIG溶接部12付近のクロスメンバ3の温度上昇およびアルミニウム材に特有な急激な温度低下により、クロスメンバ3の温度変化した溶接変形寄与部3Dの収縮変形が発生し、他方のサイドメンバ治具21Bの位置変化により吸収される。しかしながら、このMIG溶接によりクロスメンバ3に入熱される入熱量は、最初のMIG溶接によりクロスメンバ3に入熱された入熱量と同等であるため、両方の溶接が完了するとフレーム構造1の全幅Lは溶接前の全幅Lと同じとなる。
【0024】
このようにして、溶接変形が継手隙間に影響を与えない構造、工法とでき、溶接変形量ΔLを見込んだ治具挙動としているため、安定した溶接品質と目標部品精度との両方を満足させる車両フレーム構造とすることができる。
【0025】
従って、図4(A)および図4(B)に示すように、クロスメンバ3を一方のサイドメンバ2AにMIG溶接した後に他方のサイドメンバ2BにMIG溶接する場合において、先のMIG溶接によりクロスメンバ3に生じる熱収縮変形(ΔS)により後でMIG溶接しようとする他端と他方のサイドメンバ2Bとの間に生じる隙間ΔSによって、後のMIG溶接の溶接品質を低下させることも防止できる。また、図4(C)および図4(D)に示すように、クロスメンバ3の両端を両サイドメンバ2A、2Bへ同時にMIG溶接する場合において、溶接後に生ずる熱収縮変形(ΔL+ΔL)によりサイドメンバ2A、2B同士の間隔が短くなり(L−2ΔL)形状精度を低下させることも防止できる。
【0026】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【0027】
(ア)クロスメンバ3の端部3A、3Bを、一対のサイドメンバ2A、2Bの形材周縁部4に設けた穴11を貫通して形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部13との間で溶接接合して、中空押出形材よりなる一対のサイドメンバ2A、2Bに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバ3の両端部3A、3Bを溶接接合して形成するようにしたため、クロスメンバ3の一端3Aの溶接時に生ずるクロスメンバ3の軸収縮変形が発生して他方の端部3Bとサイドメンバ2Bとの位置関係が変化しても、継手隙間が発生せず安定した溶接を行うことができる。
【0028】
(イ)また、クロスメンバ3の一端3Aを一方のサイドメンバ2Aの形材周縁部4に設けた穴11を貫通させて形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部13との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバ3の収縮変形量ΔLを計測し、次いで、クロスメンバ3の他端3Bを、前記収縮変形量を加算した位置で、他方のサイドメンバ2Bの形材周縁部4に設けた穴11を貫通させて形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部12との間で溶接接合するため、全ての端部3A、3Bの溶接完了後の車両フレーム構造1の精度を向上させることができる。
【0029】
(ウ)左右一対のサイドメンバ2A、2Bを夫々クランプ保持するサイドメンバ保持治具21A、21Bを備え、少なくともいずれか一方のサイドメンバ保持治具21Aもしくは21Bは、他方のサイドメンバ保持治具21Bもしくは21Aに対して接近離脱方向に移動可能に配置され、クロスメンバ3の最初の端部3Aまたは3Bのサイドメンバ2Aもしくは2Bの形材周縁部4に設けた穴11を貫通させて形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部13との間での溶接接合時に生ずる収縮変形量ΔLに応じて、もう一方の端部3Bもしくは3Aのサイドメンバ2Bもしくは2Aの形材周縁部4に設けた穴11を貫通させて形材内に収容した状態で穴11の縁とクロスメンバ3周縁部13との間での溶接接合時に両者の溶接位置を両サイドメンバ保持治具21A、21B間の間隔を大きくして溶接するようにしたため、アルミニウム材からなる中空押出形材のように大きい収縮変形量となる材料においても容易に全溶接完了後のフレーム構造精度を向上させることができる。
【0030】
なお、上記実施形態において、サイドメンバ2およびクロスメンバ3共にボックス状の断面のアルミニウム押出形材を利用した車体フレーム構造1について説明しているが、図示しないが、他の角形および丸型形状のアルミニウム押出形材を利用する車両フレーム構造であってもよく、また、特殊形状のアルミニウム押出形材を利用する車両フレーム構造であってもよい。
【0031】
また、上記実施形態において、クロスメンバ3の軸収縮変形を測定する変位センサ26を利用する治具装置20について説明しているが、図示しないが、一方の溶接時にクロスメンバの他端を他方のサイドメンバ治具に保持させて他方のサイドメンバ治具の変位をサーボモータにより検出して軸収縮変形を検出するようにしてもよい。
【0032】
さらに、上記実施形態において、一方のサイドメンバ2Aは治具ベース22に固定して軸方向に移動しないものについて説明したが、図示しないが、両方のサイドメンバ治具を軸方向に移動可能に構成し、MIG溶接している側のサイドメンバ治具を固定し、残る側のサイドメンバ治具は軸方向移動可能として収縮変形を吸収させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す車両フレーム構造の全体斜視図。
【図2】同じく溶接継手部の詳細を示す斜視図。
【図3】車両フレーム構造の製造方法を工程(A)〜(D)に分けて示す工程図。
【図4】比較例の溶接方法および溶接結果を(A)、(B)および(C)、(D)に分けて示す説明図。
【符号の説明】
1 車両フレーム構造
2A、2B サイドメンバ
3 クロスメンバ
3C、3D 溶接変形寄与部
11 穴
12 溶接部
13 周縁部
14 溶接トーチ
15 フィラワイヤ
20 治具装置
21A、21B サイドメンバ治具
22 治具ベース
23 制御装置
24 サーボモータ
26 変位センサ
Claims (3)
- 中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成する車両フレーム構造において、
前記クロスメンバの端部は、一対のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通して形材内に収容された状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合されていることを特徴とする車両フレーム構造。 - 中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成する車両フレーム構造の製造方法において、
先ず、クロスメンバの一端を一方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、
次に、前記溶接接合により生じるクロスメンバの収縮変形量を計測し、
次いで、クロスメンバの他端を、他方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴に貫通させて形材内に収容した状態とし且つ前記収縮変形量を加算した位置で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合することを特徴とする車両フレーム構造の製造方法。 - 中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成する車両フレーム構造の製造治具であって、
左右一対のサイドメンバを夫々クランプ保持するサイドメンバ保持治具を備え、
少なくともいずれか一方のサイドメンバ保持治具は、他方のサイドメンバ保持治具に対して接近離脱方向に移動可能に配置され、
クロスメンバの一方の端部をサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間での溶接接合時に生ずる収縮変形に応じて、他方の端部をサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間での溶接接合時に両者の溶接位置を両サイドメンバ保持治具間の間隔を大きくして溶接するようにしたことを特徴とする車両フレーム構造の製造治具。
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