JP2004359190A

JP2004359190A - 車両フレーム構造およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004359190A
Application number: JP2003163197A
Authority: JP
Inventors: Daiki Fujiwara; 大樹藤原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: JP4127125B2

Abstract

【課題】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の製造方法を提供する。
【解決手段】クロスメンバ３の両端を一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材周縁部に設けた貫通穴９を貫通させて位置決めし、クロスメンバ３内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバ２Ａ、２Ｂの貫通穴９の縁とクロスメンバ３周縁部３Ｂとを溶接接合するようにした。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【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、上記従来例のように、溶接対象への入熱量が大きいＭＩＧ溶接により熱伝導率および線膨張係数が共に高く局部加熱が難しいアルミニウム材を溶接する場合には、ひずみ量を把握し且つその見込み量を入れて変形を制御することが難しく、溶接後の形状精度を低下させる虞があり、このひずみ変形を効果的に抑制できる溶接方法を必要とする。
【０００６】
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を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、クロスメンバの両端を一対のサイドメンバの形材周縁部に設けた貫通穴を貫通させて位置決めし、クロスメンバ内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバの貫通穴の縁とクロスメンバ周縁部とを溶接接合するようにした。
【０００８】
【発明の効果】
したがって、本発明では、クロスメンバの両端を一対のサイドメンバの形材周縁部に設けた貫通穴を貫通させて位置決めし、クロスメンバ内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバの貫通穴の縁とクロスメンバ周縁部とを溶接接合するため、溶接によるひずみ変形を効果的に抑制でき、溶接品質を維持しつつ高い形状精度を得ることができる。
【０００９】
【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断面図、図３は車両フレーム構造の製造方法を示す概略図である。
【００１０】
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。
【００１１】
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の左右壁部７、８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貫通穴９を開口させて備える。
【００１２】
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３Ｂ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同士の対向している内側の左右壁部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の両端部３Ａは、サイドメンバ２Ａ、２Ｂの内側の左右壁部８の貫通穴９に挿入した状態で、貫通穴９の縁とクロスメンバ３の周壁部３ＢとをＭＩＧ溶接４により一体に接合している。
【００１３】
中空押出形材で形成されているサイドメンバ２Ａ、２Ｂおよびクロスメンバ３の空洞内には、サイドメンバ２Ａ、２Ｂの外側の左右壁部７に開口している貫通穴９から注入した発泡ウレタン１０を充填発泡させている。発泡ウレタン１０により各メンバの強度は向上し、車体フレーム１全体の剛性を増加させている。
【００１４】
前記車体フレーム１の溶接方法を、図３に基づいて、以下に説明する。図３において、サイドメンバ２Ａ、２Ｂは、図示しない治具により所定位置にクランプされ、クロスメンバ３は、その両端をサイドメンバ２Ａ、２Ｂの内側の左右壁部８に設けた貫通穴９に挿入した状態で、図示しない治具により所定位置にクランプされる。
【００１５】
サイドメンバ２Ａ、２Ｂの外側の左右壁部７に開口している貫通穴９には中空穴１２を備える通水治具１１が挿入され、通水治具１１の先端はクロスメンバ３の中空押出形材の端部開口に嵌合している。通水治具１１の先端には耐熱性のシール１３を装備し、シール１３を介してクロスメンバ３の端部に当接し且つ開口に嵌合することで、両端の通水治具１１とクロスメンバ３の空洞部とは外部に対して水密状態となる空間を形成している。
【００１６】
両端の通水治具１１の中空穴１２は管路１４を経由して冷却水循環装置１５に接続され、冷却水循環装置１５により循環する温水若しくは通常の冷却水がクロスメンバ３内を流通するよう構成している。冷却水循環装置１５は、溶接機コントローラ１６により制御されるポンプ１７、タンク１８、およびタンク１８に温水若しくは冷却水を供給・排出する供給弁１９および排出弁２０を備え、循環する温水若しくは冷却水の温度を制御している。
【００１７】
以上の溶接装置において、溶接開始の準備状態として、タンク１８内に温水（４０℃〜５０℃）を供給し、ポンプ１７によりクロスメンバ３の空洞部内に温水を循環させ、クロスメンバ３およびクロスメンバ３と貫通穴９で接触しているサイドメンバ２Ａ、２Ｂの温度を昇温させる。この溶接メンバ同士の温度上昇により溶接開始時の溶接性を安定させる。
【００１８】
次いで、クロスメンバ３の周壁３Ｂとサイドメンバ２Ａ、２Ｂの貫通穴９の縁との間の溶接を開始する。溶接が開始されると、溶接熱が発生するため、溶接機コントローラ１６によりタンク１８内に通常の冷却水を供給し、冷却水をポンプ１７によりクロスメンバ３の空洞部内に冷却水を循環させ、溶接メンバの温度上昇を抑制する。クロスメンバ３およびサイドメンバ２Ａ、２Ｂは、溶接中に冷却水により温度上昇が抑制されるため、その変形が抑制される。
【００１９】
溶接が完了すると、サイドメンバ２Ａ、２Ｂとクロスメンバ３とは一体の車体フレーム１に形成される。通水治具１１を取外し、クロスメンバ３の空洞内部を乾燥させ、サイドメンバ２Ａ、２Ｂの開口している外側の左右壁部７の貫通穴９よりクロスメンバ３およびサイドメンバ２Ａ、２Ｂの空洞部内に発泡ウレタン１０を充填して発泡させる。発泡ウレタン１０の発泡により車体フレーム１として一体となった各メンバの強度が増加し、車体フレーム１の剛性が向上する。
【００２０】
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。
【００２１】
（ア）クロスメンバ３の両端を一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材周縁部に設けた貫通穴９を貫通させて位置決めし、クロスメンバ３内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバ２Ａ、２Ｂの貫通穴９の縁とクロスメンバ３周縁部３Ｂとを溶接接合するため、溶接によるひずみ変形を効果的に抑制でき、溶接品質を維持しつつ高い形状精度を得ることができる。
【００２２】
（イ）クロスメンバ３の両端は、一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材の左右壁部７、８に設けた貫通穴９の片側のみ貫通させてクロスメンバ３両端部３Ａが夫々サイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材内に収容された状態で位置決めし、クロスメンバ３内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバ２Ａ、２Ｂの貫通穴９の縁とクロスメンバ３周縁部３Ｂとを溶接接合するため、サイドメンバ２Ａ、２Ｂの開口している外側の左右壁部７の貫通穴９よりクロスメンバ３およびサイドメンバ２Ａ、２Ｂの空洞部内に発泡ウレタン１０を充填して発泡させて、車両フレーム１として一体となった各メンバの強度を増加させ、車両フレーム１の剛性を向上させることができる。もちろん、車両フレーム１のクロスメンバ３の空洞内とサイドメンバ２Ａ、２Ｂの空洞内とに別々に樹脂を充填させて発泡させてもよい。
【００２３】
（ウ）冷却水として、溶接開始まで調温された温水とすることにより、クロスメンバ３およびクロスメンバ３と貫通穴９で接触しているサイドメンバ２Ａ、２Ｂの温度を昇温させ、溶接メンバ同士の温度上昇により溶接開始時の溶接性を安定させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態において、クロスメンバ３の両端が、一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材の左右壁部８に設けた貫通穴９のみ貫通させてクロスメンバ３両端部が夫々サイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材内に収容された状態で位置決めするものについて説明したが、図示はしないが、クロスメンバの両端が一対のサイドメンバの左右壁部両方に設けられている貫通穴を貫通させて溶接するものであってもよく、その場合には、樹脂をクロスメンバの空洞内とサイドメンバの空洞内とに別々に充填させて発泡させるようにする。
【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を示す概略構成図。
【図２】同じく溶接継手部の詳細を示す断面図。
【図３】車両フレーム構造の製造方法を示す概略図。
【符号の説明】
１車両フレーム
２Ａ、２Ｂサイドメンバ
３クロスメンバ
４溶接部
７、８左右壁部
９貫通穴
１０発泡ウレタン等の樹脂
１１通水治具
１５冷却水循環装置

Claims

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、
クロスメンバの両端を一対のサイドメンバの形材周縁部に設けた貫通穴を貫通させて位置決めし、
クロスメンバ内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバの貫通穴の縁とクロスメンバ周縁部とを溶接接合したことを特徴とする車両フレーム構造の製造方法。
前記クロスメンバの両端は、一対のサイドメンバを構成する形材の左右壁部に設けた貫通穴の片側のみ貫通させてクロスメンバ両端部が夫々サイドメンバの形材内に収容された状態で位置決めし、
クロスメンバ内に冷却水を流通させた状態でサイドメンバの貫通穴の縁とクロスメンバ周縁部とを溶接接合したことを特徴とする請求項１に記載の車両フレーム構造の製造方法。
前記冷却水は、溶接開始まで調温された温水とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両フレーム構造の製造方法。
前記中空押出形材からなるクロスメンバとサイドメンバとを溶接して形成した車両フレームの少なくともクロスメンバ内の空洞内には、樹脂を充填させて発泡させてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の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において、
前記クロスメンバの端部を、サイドメンバの形材周縁部に設けた貫通穴を貫通して形材内に収容し、貫通穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、
前記クロスメンバおよび／またはサイドメンバの形材内の空洞部に樹脂を充填し且つ発泡させて構成したことを特徴とする車両フレーム構造。