JP2005008117A - 車体フレーム材の結合方法および結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム材に高い部品精度を不要として製造コストを低減する。
【解決手段】車体前後方向に延びるサイドメンバ１１の側面１１ａにクロスメンバ１３の端面１３ａを突き合わせ、この突き合わせ部に結合材１７を配置する。結合材１７は、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３との間に位置する基部１７ａと、基部１７ａに連続する上下一対のサイドメンバ側結合部１７ｂおよび上下一対のクロスメンバ側結合部１７ｃをそれぞれ備える。サイドメンバ側結合部１７ｂをサイドメンバ１１に対して上下から挟むように、またクロスメンバ側結合部１７ｃをクロスメンバ１３に対して上下から挟むようにして配置する。そして、サイドメンバ側結合部１７ｂまたはクロスメンバ側結合部１７ｃの上から、レーザ溶接装置１５を用いてレーザ溶接を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせて溶接接合する車体フレーム材の結合方法および結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車における車体軽量化のために、車体をアルミニウムで製作しようとする試みがなされており、例えば下記特許文献１〜３にその一例が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３３７７２２号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００２−３６１４２９号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開２００２−３５６１７７号公報
この場合、アルミニウムは通常用いている鋼に比べてスポット溶接性が悪く、主として板プレス品からなるモノコック構造においては、数千点の溶接をする必要があるが、その場合に電極の消耗が大きいという難点がある。また、板材の成形性もアルミニウムは鋼よりも悪いという難点がある。
【０００６】
そこで、トラックなどの自動車や輸送機などの車体に中空のパイプ状フレームを適用するスペースフレーム構造が、下記特許文献４に提案されている。
【０００７】
【特許文献４】
実開平７−３５２５２号公報
これは、図３に示すように、角筒状のアルミニウム製の押出材１を、乗用車の車体の形状に組み立て、各押出材１同士を溶接により接合している。これにより、いわゆるスペースフレーム構造が形成され、このスペースフレーム３を覆うように、構造板が取り付けられて自動車の車体が完成する。
【０００８】
上記したスペースフレーム３を製造するためのアルミニウム製の押出材１同士を接合する方法としては、接合方法の特性および継手部に対し要求される特性などを勘案して、アーク溶接法、抵抗スポット溶接法または機械的接合法などが実施されている。特に、強度が要求される接合部位には、輸送機分野などで実績のあるアーク溶接法、例えばＴＩＧまたはＭＩＧ溶接法が適用されている。
【０００９】
図４は、車体フレームの基本構造を示す斜視図である。これは、互いに平行に配置された２本のサイドメンバ５が２本のクロスメンバ７により連結されている。この連結部の溶接は、図５に示すように、クロスメンバ７の端面をサイドメンバ５の側面に突き合わせて継手部を形成し、この継手部を例えばＭＩＧトーチ９を用いてＭＩＧ溶接を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したＭＩＧ溶接などアーク溶接の溶接品質は、継手部の隙間および被溶接物の板厚に大きく影響を受けるので、フレーム材に極めて高い精度が要求され、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明は、フレーム材に高い部品精度を不要として製造コストを低減させることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、軽合金製の車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせ、この突き合わせ部に、前記各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせる結合材を配置し、この結合材の前記各フレーム材に対する重ね合わせ部に対してレーザ溶接を行う車体フレーム材の結合方法としてある。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、結合材を、各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせ、この各重ね合わせ部に対してレーザ溶接を行うようにしたので、各フレーム材の突き合わせ部相互間に隙間があっても、また重ね合わせ部に隙間があっても、各フレーム材相互を確実に溶接することができ、フレーム材に高い部品精度が不要となって製造コストを低減することができる。また、レーザ溶接を用いていることから、アーク溶接と比較して溶接速度を高めることができ、フレーム材への入熱量を低く抑えて車体フレームの精度向上に寄与することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は、この発明の実施の一形態に係わる車体フレーム材の結合方法を示す正面図である。ここでのフレーム材としては、前記図４，図５に示したものと同様に、自動車の車体におけるサイドメンバ１１および、このサイドメンバ１１の側面１１ａに結合するクロスメンバ１３を用いている。図２は、上記図１に示してあるレーザ溶接装置１５によってフレーム材相互を結合した状態を示す斜視図である。
【００１６】
サイドメンバ１１は、車幅方向両側部にて車体前後方向に延長して配置され、この両サイドメンバ１１相互を車幅方向に延長されるクロスメンバ１３によって連結する。このような各フレーム材は、軽合金として例えばアルミニウム合金製の中空押出材を使用する。
【００１７】
サイドメンバ１１の側面１１ａにクロスメンバ１３の端面１３ａが、後述する結合材１７を配置できる程度の隙間を介して対向しており、各メンバ１１，１３相互間に結合材１７を配置する。結合材１７は、各フレーム材と同様なアルミニウム合金製の板状押出材とする。
【００１８】
上記した結合材１７は、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３との間に位置してサイドメンバ１１の側面１１ａとほぼ平行な板状の基部１７ａと、基部１７ａに連続するサイドメンバ側結合部１７ｂおよびクロスメンバ側結合部１７ｃをそれぞれ備える。
【００１９】
サイドメンバ側結合部１７ｂは、基部１７ａの上下両端からサイドメンバ１１の上下両面に沿って延び、サイドメンバ１１を上下から挟むように一対備えている。ここで、一対のサイドメンバ側結合部１７ｂ相互の間隔Ａは、サイドメンバ１１の上下の外形寸法Ｂより大きく設定してある。
【００２０】
クロスメンバ側結合部１７ｃは、基部１７ａの下端および中央からクロスメンバ１３の上下両面に沿って延び、クロスメンバ１３を上下から挟むように一対備えている。ここで、一対のクロスメンバ側結合部１７ｃ相互の間隔Ｄは、クロスメンバ１３の上下の外形寸法Ｅより大きく設定してある。
【００２１】
図１に示してあるレーザ溶接装置１５は、レーザ光１９を被溶接部に照射する加工ヘッド２１をヘッド支持具２３に支持してあり、ヘッド支持具２３の下端には、被溶接部を押さえ付ける隙間矯正ローラ２５を、ローラ支持アーム２７を介して回転可能に設けてある。
【００２２】
一方、ロボット２９のアーム先端にはブラケット３１を設け、このブラケット３１に、前記したヘッド支持部２３を、ガイドレール３３を介して上下動可能に取り付ける。ブラケット３１の上部には駆動シリンダ３５を設け、駆動シリンダ３５のピストンロッド３５ａをヘッド支持部２３に連結する。すなわち、駆動シリンダ３５が作動することで、ヘッド支持部２３が加工ヘッド２１および隙間矯正ローラ２５とともに上下動する。
【００２３】
また、前記したレーザ光１９は、レーザ発振器３７により光ファイバ３９を通して加工ヘッド２１に送られる。
【００２４】
次に、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３とを結合させる際の結合材１７を用いた溶接方法について説明する。まず、図１に示すように、サイドメンバ１１およびクロスメンバ１３を所定の結合加工作業位置に固定した後、結合材１７をサイドメンバ１１とクロスメンバ１３との互いの突き合わせ部に配置する。
【００２５】
このとき、結合材１７の基部１７ａをサイドメンバ１１の側面１１ａとクロスメンバ１３の端面１３ａとの間に挿入する。さらに、一対のサイドメンバ側結合部１７ｂでサイドメンバ１１を上下から挟むようにし、かつ一対のクロスメンバ側結合部１７ｃでクロスメンバ１３を上下から挟むようにする。
【００２６】
すなわち、結合材１７のサイドメンバ側結合部１７ｂをサイドメンバ１１の一対の両表面に重ね合わせるとともに、クロスメンバ側結合部１７ｃをクロスメンバ１３の一対の両表面に重ね合わせる。
【００２７】
この状態で、ロボット２９により加工ヘッド２１を被溶接部となる上記した重ね合わせ部上に移動させ、その後駆動シリンダ３３により隙間矯正ローラ２５を重ね合わせ部に所定の押圧力によって押し付け、サイドメンバ側結合部１７ｂとサイドメンバ１１との隙間、またはクロスメンバ側結合部１７ｃとクロスメンバ１３との隙間を矯正する。このときの矯正後の隙間は０．３ｍｍ以下となるように、駆動シリンダ３５の加圧力を設定することが望ましい。
【００２８】
上記の隙間を矯正した状態で、ロボット２９により加工ヘッド２１を隙間矯正ローラ２５とともに被溶接部（重ね合わせ部）に沿って図１中で紙面に直交する方向に移動させることで、図２に示すように、レーザ溶接によるビード４１を形成する。これにより、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３とを結合材１７を介して溶接固定することになる。
【００２９】
上記した本発明の実施形態によれば、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３とを結合する際に、結合材１７のサイドメンバ側結合部１７ｂおよびクロスメンバ側結合部１７ｃを、サイドメンバ１１およびクロスメンバ１３にそれぞれ重ね合わせた状態でレーザ溶接を行うので、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３との間に隙間を備えていても、またサイドメンバ１１とサイドメンバ側結合部１７ｂとの間および、クロスメンバ１３とクロスメンバ側結合部１７ｃとの間にそれぞれ隙間を備えていても、サイドメンバ１１とクロスメンバ１３との溶接による結合を確実に行うことができる。
【００３０】
このため、サイドメンバ１１およびクロスメンバ１３を構成するフレーム材の高い部品精度が不要となり、製造コストを低減することができる。特に、サイドメンバ１１およびクロスメンバ１３を構成する中空押出材は、その製造工法上、板材と比較して肉厚の精度が低くなるが、このような肉厚のばらつきがあっても、溶接品質を低下させることなく確実な溶接作業を行うことができる。
【００３１】
また、フレーム材の結合方法としてレーザ溶接を用いていることから、アーク溶接と比較して溶接速度を高めることができ、フレーム材への入熱量を低く抑えて車体フレームの精度向上に寄与することができる。
【００３２】
なお、上記した実施形態では、溶接ビード４１を、一つの被溶接部に対して１本設けているが、その位置および本数は、構造要件により任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態に係わる車体フレーム材の結合方法を示す正面図である。
【図２】図１に示してあるレーザ溶接装置によってフレーム材相互を結合した状態を示す斜視図である。
【図３】車体フレームとしてスペースフレーム構造を示す斜視図である。
【図４】車体フレームの基本構造を示す斜視図である。
【図５】図４のフレーム構造に対しＭＩＧ溶接を行っている状態示す説明図である。
【符号の説明】
１１ サイドメンバ（フレーム材）
１３ クロスメンバ（フレーム材）
１７ 結合材
１７ａ 基部
１７ｂ サイドメンバ側結合部（結合部）
１７ｃ クロスメンバ側結合部（結合部）

Claims (10)

1. 軽合金製の車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせ、この突き合わせ部に、前記各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせる結合材を配置し、この結合材の前記各フレーム材に対する重ね合わせ部に対してレーザ溶接を行うことを特徴とする車体フレーム材の結合方法。
2. 前記フレーム材は、アルミニウム合金製の中空押出材であることを特徴とする請求項１記載の車体フレーム材の結合方法。
3. 前記フレーム材は、車体前後方向に延びるサイドメンバと、このサイドメンバの側面に端部を突き合わせるクロスメンバとを備えることを特徴とする請求項１または２記載の車体フレーム材の結合方法。
4. 前記結合材は、前記各フレーム材相互間に位置する基部と、この基部に接続されて前記各結合材の表面に重ね合わせる結合部とを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車体フレーム材の結合方法。
5. 前記結合材の結合部は、前記各フレーム材を両側から挟むように各フレーム材毎に一対備えていることを特徴とする請求項４記載の車体フレーム材の結合方法。
6. 軽合金製の車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせ、この突き合わせ部に、前記各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせる結合材を配置し、この結合材の前記各フレーム材に対する重ね合わせ部に対してレーザ溶接がなされていることを特徴とする車体フレーム材の結合構造。
7. 前記フレーム材は、アルミニウム合金製の中空押出材であることを特徴とする請求項６記載の車体フレーム材の結合構造。
8. 前記フレーム材は、車体前後方向に延びるサイドメンバと、このサイドメンバの側面に端部を突き合わせるクロスメンバとを備えることを特徴とする請求項６または７記載の車体フレーム材の結合構造。
9. 前記結合材は、前記各フレーム材相互間に位置する基部と、この基部に接続されて前記各結合材の表面に重ね合わせる結合部とを備えることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の車体フレーム材の結合構造。
10. 前記結合材の結合部は、前記各フレーム材を両側から挟むように各フレーム材毎に一対備えていることを特徴とする請求項９記載の車体フレーム材の結合構造。

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