JP2006315676A

JP2006315676A - 金属製中空材同士の接合体

Info

Publication number: JP2006315676A
Application number: JP2006152380A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Hagiwara; 靖久萩原
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】熱歪や熱影響による強度低下を生じることのない金属製中空材同士の接合体を提供する。
【解決手段】一方の金属製中空材１の対向壁１１、１２に設けられた挿通孔３、３に、他方の金属製中空材２が、前記対向壁を貫通した状態に挿通されるとともに、各対向壁１１、１２に対する外側部分及び一方の金属製中空材１への挿入部分を含む領域において、他方の中空材２がその孔径が挿通孔３、３よりも径大になるように他方の中空材２の内部から拡管されることにより、他方の金属製中空材２が挿通孔３、３に食い込み状態に一方の中空材１に密着されてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、二つの金属製中空材が交差状態に接合され、自動車フレームやはしご等に用いられる金属製中空材同士の接合体に関する。

例えば、自動車のスペースフレームやラダーフレーム等として、アルミニウムまたはその合金等の金属からなるサイドフレーム用中空材に、同じく金属製のクロスメンバー用中空材が直角状に結合されたものがある。

このような結合は、次のようにして行われていた。即ち、図２及び図３に示されるように、断面積の大きな角形のサイドフレーム用中空材（１）の対向側壁（１１）（１２）に挿通孔（３）（３）を設けるとともに、これら対向側壁を貫通した状態にクロスメンバー用中空材（２）を前記挿通孔（３）に挿通したのち、挿通孔（３）の周周を溶接し、これにより両中空材（１）（２）が接合固定されていた。

しかしながら、このような接合体では、溶接の際に溶接部を含む広範囲な領域で熱歪が発生し、寸法変化が大きくなるという問題があった。特に、中空材がアルミニウムまたはその合金からなる場合には、熱影響によって強度低下を生じるものであった。

この発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、熱歪や熱影響による強度低下を生じることのない金属製中空材同士の接合体の提供を目的とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。

１．一方の金属製中空材の対向壁に設けられた円形の挿通孔に、他方の金属製中空材が、前記対向壁を貫通した状態に挿通されるとともに、各対向壁に対する外側部分及び一方の金属製中空材への挿入部分を含む領域において、他方の中空材がその孔径が挿通孔よりも径大になるように他方の中空材の内部から拡管されることにより、他方の金属製中空材が挿通孔に食い込み状態に一方の中空材に密着されてなることを特徴とする金属製中空材同士の接合体。

２．前記一方の金属製中空材（１）の挿通孔（３）（３）は円形であり、前記他方の金属製中空材は、表面に溝、リブ及び継ぎ目を有しない肉厚一定の断面円形に形成されている前項１に記載の金属製中空材同士の接合体。

３．前記拡管は、電磁成形法、機械的プレス法、液圧を利用する方法のいずれかの方法で行われたものである前項１又は前項２に記載の金属製中空材同士の接合体。

４．自動車フレームである前項１〜３のいずれかに記載の金属製中空材同士の接合体。

５．金属製中空材がアルミニウムまたはその合金からなる前項１〜４のいずれかに記載の金属製中空材同士の接合体。

一方の金属製中空材の対向壁に設けられた円形の挿通孔に、他方の金属製中空材が、前記対向壁を貫通した状態に挿通されるとともに、各対向壁に対する外側部分及び一方の金属製中空材への挿入部分を含む領域において、他方の中空材がその孔径が挿通孔よりも径大になるように他方の中空材の内部から拡管されることにより、他方の金属製中空材が挿通孔に食い込み状態に一方の中空材に密着されてなることを特徴とするものであるから、溶接により接合する場合のような熱歪や熱影響による強度低下の発生を排除することができ、寸法変化の小さくかつ強度的にも優れた接合体となしうる。

次に、この発明の一実施の形態を、自動車フレームにおけるサイドフレーム用中空材と同じくクロスメンバー用中空材とが、直角状に接合された接合体を例にとって説明する。

図２及び図３において、（１）は断面長方形状のサイドフレーム用中空材、（２）は断面円形のクロスメンバー用中空材であり、いずれもアルミニウムまたはその合金製である。

両部材の接合に際しては、まず図２に示されるように、サイドフレーム用中空材（１）の左右対向側壁（１１）（１２）の接合予定位置に、クロスメンバー用中空材（２）の外径よりも僅かに大きな孔径の挿通孔（３）（３）をそれぞれ設ける。

次に、図３に示されるように、クロスメンバー用中空材（２）を、その先端部がサイドフレーム用中空材（１）を超えて突出するまで、前記挿通孔（３）（３）に挿通せしめる。

次に、クロスメンバー用中空材（２）を拡管する。拡管は、サイドフレーム用中空材（１）の少なくとも各対向壁（１１）（１２）に対する内外両側部分を含む領域で行う。この実施形態では、図１のように、サイドフレーム用中空材（１）の対向壁（１１）（１２）の外側部分、及びサイドフレーム用中空材（１）への挿入部分を含む長さＬの領域において、クロスメンバー用中空材（２）を拡管している。かつ、拡管は、挿通孔（３）の周縁にクロスメンバー用中空材（２）が食い込んで強く密着するように、クロスメンバー用中空材（２）を挿通孔（３）（３）の孔径よりも径大に拡管しなければならない。拡管の方法は限定されることはなく、図４のように、クロスメンバー用中空材（２）の内部に電磁コイル（４）を挿入し、コイルに電流を流すことにより生じる径大方向の電磁力を利用する電磁成形法でも良いし、機械的プレス法によっても良いし、液圧を利用しても良いが、作業が簡単でかつ広範囲な領域を同時拡管可能なことから、電磁成形法によるのが好ましい。

クロスメンバー用中空材（２）の拡管後は、図１に示されるように、クロスメンバー用中空材（２）がサイドフレーム用中空材（１）の挿通孔（３）（３）の周縁に食い込み状態に強く密着するとともに、サイドフレーム用中空材（１）の両側壁（１１）（１２）はクロスメンバー用中空材（２）の外側拡管部（５）および内側拡管部（６）によって挟着された状態となり、クロスメンバー用中空材（２）の軸方向への移動が阻止される。こうして、サイドフレーム用中空材（１）とクロスメンバー用中空材（２）とが強固に接合される。

なお、以上の実施例では、断面角形のサイドフレーム用中空材（１）と、断面円形のクロスメンバー用中空材（２）を用いた場合を示したが、中空材の形状は限定されることはなく、断面角形の中空材同士あるいは断面円形の中空材同士の接合に本発明を適用しても良い。

サイドフレーム用中空材（１）及びクロスメンバー用中空材（２）として、Ａ６０６３−Ｔ５アルミニウム合金材を用意した。サイドフレーム用中空材（１）は、縦１５０ｍｍ×横１００ｍｍ×肉厚５ｍｍの断面角形のパイプを用いた。一方、クロスメンバー用中空材（２）は、外径８０ｍｍ×肉厚３ｍｍの断面円形のパイプを用いた。

そして、サイドフレーム用中空材（１）の左右対向側壁（１１）（１２）に、直径８１ｍｍの円形挿通孔（３）（３）を設けるとともに、クロスメンバー用中空材（２）をその先端部がサイドフレーム用中空材（２）を超えて２０ｍｍ突出するまで、前記挿通孔（３）（３）に挿通せしめた。

次いで、クロスメンバー用中空材（２）の管端内部に、電磁コイル（４）を挿入配置したのち、該コイルに通電して径大方向への電磁力をクロスメンバー用中空材（２）に付与して、拡管成形を行った。拡管成形は、クロスメンバー用中空材（２）の管端から長さＬ＝１４０ｍｍの部分に対して、外径９０ｍｍ（半径方向の張出量は５ｍｍ）となるように行った。

こうして得られた接合体について、接合強度を調べるため、クロスメンバー用中空材（２）に引抜力を付与したところ、接合部の破壊に至る引抜力は１００００ｋｇであった。

一方、拡管を施すことなく、挿通孔（３）（３）の周囲においてＭＩＧ溶接を施すことにより、サイドフレーム用中空材（１）とクロスメンバー用中空材（２）を接合した以外は、上記と同様にして接合部材を製作した。そして、上記と同様にクロスメンバー用中空材（２）に引抜力を付与したところ、熱影響による強度低下のため、５０００ｋｇの引抜力で接合部の破壊に至るものであった。

この発明の一実施形態に係る接合体の断面図である。一方の中空部材を他方の中空部材の挿通孔に挿通する前の状態の斜視図である。同じく挿通後の斜視図である。拡管成形前の断面図である。

符号の説明

１…サイドフレーム用中空部材（中空部材）
１１、１２…対向壁
２…クロスメンバー用中空部材（中空部材）
３…挿通孔
４…電磁コイル
５…外側拡管部
６…内側拡管部

Claims

一方の金属製中空材（１）の対向壁（１１）（１２）に設けられた挿通孔（３）（３）に、他方の金属製中空材（２）が、前記対向壁を貫通した状態に挿通されるとともに、各対向壁（１１）（１２）に対する外側部分及び一方の金属製中空材（１）への挿入部分を含む領域において、他方の中空材（２）がその孔径が挿通孔（３）（３）よりも径大になるように他方の中空材（２）の内部から拡管されることにより、他方の金属製中空材（２）が挿通孔（３）（３）に食い込み状態に一方の中空材（１）に密着されてなることを特徴とする金属製中空材同士の接合体。
前記一方の金属製中空材（１）の挿通孔（３）（３）は円形であり、前記他方の金属製中空材（３）は、表面に溝、リブ及び継ぎ目を有しない肉厚一定の断面円形に形成されている請求項１に記載の金属製中空材同士の接合体。
前記拡管は、電磁成形法、機械的プレス法、液圧を利用する方法のいずれかの方法で行われたものである請求項１又は請求項２に記載の金属製中空材同士の接合体。
自動車フレームである請求項１〜３のいずれかに記載の金属製中空材同士の接合体。
金属製中空材（１）（２）がアルミニウムまたはその合金からなる請求項１〜４のいずれかに記載の金属製中空材同士の接合体。