JP2007269123A

JP2007269123A - フレーム構造用締結部材、フレーム部材、及びフレーム締結方法

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Publication number: JP2007269123A
Application number: JP2006096063A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Ema; 光弘江間; Yoshihaya Imamura; 美速今村; Junya Kasamatsu; 淳也笠松; Takahito Fujii; 孝人藤井
Original assignee: Hino Motors Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】アルミニウム材製の閉断面フレーム同士の結合強度が低下しないフレーム構造用締結部材、フレーム部材、及びフレーム締結方法を提供する。
【解決手段】締結部材５は、平板状の基部４と、この基部４に対して垂直方向に延びる１対の支持部３とを有するπ字状の押出形材からなる。締結部材５の基部４は、アルミニウム材製の閉断面構造を有するサイドフレーム１の側面にボルト１５により接合されている。また、アルミニウム材製の閉断面構造を有するクロスメンバ２の端部は、１対の支持部３に挟持されている。そして、クロスメンバ２と支持部３とは溶接部１６において溶接され、これにより、サイドフレーム１とクロスメンバ２とが締結部材５を介して締結される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、総称してアルミニウム材という）製のフレーム部材を互いに締結するフレーム構造用締結部材、フレーム構造用締結部材が一体形成されたフレーム部材、及びフレーム構造用締結部材を使用したフレーム締結方法に関する。

近時、排気ガス等による地球環境問題に対して、自動車等の輸送機の車体の軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、特に、自動車の車体に対しては、従来から使用されている鋼材に代わって、より軽量なアルミニウム材の適用が増加しつつある。また、トラック等の業務用運搬車両については、車体を軽量化することにより積載量の増加が見込めるため、アルミ化が希求されている。

現行の運搬車両の鋼製フレーム部材は、コの字型の開断面フレーム部材を組み合わせ、板を介してボルト又はリベットにより組み立てている（例えば、特許文献１参照）。図８は、従来の開断面フレーム部材同士の接合方法の一例を示す斜視図である。図８に示すように、コの字型の開断面フレーム部材であるサイドフレーム１０１には、同様にコの字型の開断面フレーム部材であるクロスメンバ１０２の端部が接合されており、この接合は、略台形をなす板状部１０３を介して複数のボルト１０４により締結することによりなされている。

アルミニウム材の押出形材による閉断面フレーム部材は、軽量で高剛性である。特許文献２では、アルミニウム押出形材からなる閉断面フレーム部材同士の結合構造について記載されており、十分な強度を有し、ボルト止め等によっても接合可能な継手構造を提供している。同文献においては、第１の閉断面フレーム部材の結合部位には開口部が設けられており、この開口部の周縁には折曲げ状の接合片が形成されている。そして、この開口部に第２の閉断面フレーム部材を貫通させると共に、第２の閉断面フレーム部材と接合片とをボルト等により接合することで、第１の閉断面フレーム部材と第２の閉断面フレーム部材とを接合固定している。

また、特許文献３においては、アルミニウム合金製の閉断面フレーム部材であるサイドフレームに、同様にアルミニウム合金製の閉断面フレームであるクロスメンバの端部を突き当てて、当接部を全周溶接している。

また、図９は、従来の閉断面フレーム部材同士の接合方法の一例を示す斜視図である。図９に示すように、アルミニウム押出形材による閉断面構造のクロスメンバ１０６の端部は、溶接部１０９において端版１０８に溶接されている。そして、端板１０８はボルト１０７によりサイドフレーム１０５に接続されている。

特許公報２７４７７６７号公報特開平８−６１３２６号公報特開平７−３１０１５６号公報

しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。

特許文献２に記載の従来技術のように、サイドフレームに穴を切削し、クロスメンバを貫通させる方法は、手間がかかり高コストとなる。また、特許文献３におけるクロスメンバとサイドフレームとを直接溶接する方法、又はクロスメンバに端板を溶接し、その端板とサイドフレームとを溶接又はボルト若しくはリベット等で取り付ける方法は、フレーム部材同士の結合強度が弱いという問題点がある。特に、溶接部が応力の集中するフレーム部材の付け根にくるので、元々溶接部の強度が弱いアルミニウムフレーム部材の場合は、フレーム部材の結合強度が更に低下してしまうという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム材製の閉断面フレーム部材同士の結合強度が低下しないフレーム構造用締結部材、フレーム部材、及びフレーム締結方法を提供することを目的とする。

本発明に係るフレーム構造用締結部材は、基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部と、を有し、前記基部及び前記支持部は押出成形により一体となって形成されており、前記基部は閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材に接合され、前記１対の支持部の間には閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材が挟持され、前記支持部と前記第２のフレーム部材とが溶接されることにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とが締結されることを特徴とする。

本発明に係るフレーム部材は、前記フレーム構造用締結部材がアルミニウム又はアルミニウム合金の押出成形により一体となって形成され、且つ閉断面形状を有することを特徴とする。

前記フレーム構造用締結部材には、スプリングブラケットが一体化して形成されていてもよい。

本発明に係るフレーム締結方法は、基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部とが、押出成形により一体となって形成された締結部材を使用し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材の側面に前記締結部材の前記基部を接合し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材の開口部が前記締結部材の１対の支持部間に配置されるようにこの第２のフレーム部材を前記第１のフレーム部材に対して垂直に前記１対の支持部間に挟み込み、前記第２のフレーム部材と前記１対の支持部とを溶接することにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを締結することを特徴とする。

本発明に係るフレーム締結方法は、基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部とが、押出成形により一体となって形成された夫々第１及び第２の締結部材を使用し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材の側面に前記第１の締結部材の基部を接合し、前記第２の締結部材が前記第１の締結部材と直交するように前記第２の締結部材を前記第１の締結部材の１対の支持部間に挟み込んで配置し、前記第２の締結部材の基部を前記第１のフレーム部材の側面に接合し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材の開口部が前記第１及び第２の締結部材の夫々１対の支持部間に配置されるようにこの第２のフレーム部材を前記第１のフレーム部材に対して垂直に前記第１及び第２の締結部材の夫々１対の支持部間に挟み込み、前記第２のフレーム部材と前記第１及び第２の締結部材の夫々１対の支持部とを溶接することにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを締結することを特徴とする。

前記第１の締結部材の支持部の基部に垂直な方向の長さと、前記第２の締結部材の支持部の基部に垂直な方向の長さとが互いに異なってもよい。

本発明に係るフレーム締結方法は、基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部とが、押出成形により一体となって形成された夫々第１及び第２の締結部材を使用し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材の側面に前記第１の締結部材の基部を接合し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材の開口部が前記第２の締結部材の１対の支持部間に配置されるようにこの第２のフレーム部材を前記第２の締結部材の１対の支持部間に挟み込み、前記第２のフレーム部材と前記第２の締結部材の支持部とを溶接し、前記第２の締結部材が前記第１の締結部材と直交するように前記第２の締結部材を前記第１の締結部材の１対の支持部間に挟み込んで配置し、前記第２の締結部材の基部を前記第１のフレーム部材の側面に接合し、前記第２のフレーム部材と前記第１の締結部材の支持部とを溶接することにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを締結することを特徴とする。

本発明によれば、閉断面形状を有するアルミニウムフレーム部材同士の溶接に使用する締結部材の形状をπ字状の形状とすることにより、熱軟化部等があり強度が母材よりも弱くなっている溶接部を、応力が集中するフレーム部材の端部から離すことができるため、フレーム部材の結合強度の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係るフレーム構造用締結部材について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るフレーム構造用締結部材を使用したフレーム部材の接合構造を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の締結部材５は、平板状の基部４と、この基部４に対して垂直方向に延びる１対の支持部３とからなる。このπ字状の締結部材５は、アルミニウム材の押出形材から形成されている。締結部材５の基部４は、アルミニウム材製の閉断面構造を有するフレーム部材であるサイドフレーム１の側面にボルト１５により接合されている。アルミニウム材製の閉断面構造を有するフレーム部材であるクロスメンバ２の端部は、１対の支持部３の間に挟まれるようにして締結部材５に嵌め込まれており、クロスメンバ２はその両側面を１対の支持部３により支持されている。そして、クロスメンバ２と支持部３とは溶接部１６において溶接され、これにより、サイドフレーム１とクロスメンバ２とが締結部材５を介して締結される構造となっている。

本実施形態においては、締結部材をπ字状の押出形材とすることにより、アルミニウム材製の閉断面構造を有するフレーム部材同士の接合において、熱軟化部等により強度が母材よりも低くなっている溶接部を、応力が集中するフレーム部材の端部から離すことができるため、フレーム部材の結合強度の低下を防止することができる。

なお、本実施形態においては、締結部材５はボルト１５によりサイドフレーム１に接合されているが、この締結部５をサイドフレーム１の押出成形時に一体として成形してもよい。

次に、本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。図２は、本変形例に係る締結部材を示す斜視図であり、（ａ）締結部材を水平に配置した斜視図、（ｂ）締結部材を垂直に配置した斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例の締結部材６は、平板状の基部４と、この基部４に対して略垂直方向に延びる１対の支持部３６とからなる点は第１の実施形態と同様であるが、支持部３６の形状が第１の実施形態とは異なり、支持部３６には補強部が一体成形されている。即ち、図２（ａ）においては、締結部材６を水平面で切断した場合の支持部３６における断面形状は三角形状となっており、フレーム部材が当接し基部４に対して垂直方向に延びる支持部３６の主要部は、基部４に対して斜めに延びる支持部３６の補強部により側面から補強される構造となっている。この構造により応力が分散され、支持部３６の強度は第１の実施形態よりも高められている。なお、締結部材の形状は本発明の本質を逸脱しない範囲で様々な形状が可能であり、押出形材であるため、断面形状を自由に設定でき、応力が集中するフレーム部材の端部を補強するための種々の形状をとることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、（ａ）本発明の第２の実施形態におけるフレーム部材の接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）接合部における縦断面図である。本実施形態においては、本発明の締結部材を２つ使用し、これらを２方向に組み合わせることによりフレーム部材を接合している。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、アルミニウム材製の閉断面構造を有するフレーム部材であるサイドフレーム１の側面には、締結部材７がボルト１５により締結されている。締結部材７は、第１の実施形態の締結部材と同様の形状であり、図７（ｂ）に示す形状を有する。この締結部材７の１対の支持部間には、支持部の配置が互いに直交するようにして、締結部材８が挟み込まれており、締結部材８は締結部材７の上に配置されている。また、締結部材８は、ボルト１５によりサイドフレーム１の側面に締結されている。締結部材８の形状は第１の実施形態の締結部材とほぼ同じであるが、図３（ｂ）に示すように、締結部材８の基部とサイドフレーム１との間に締結部材７の基部が入るように、締結部材８の基部には空隙である逃げ部分２０が設けられている。また、図７（ａ）は、締結部材８を示す斜視図であり、締結部材８の基部の１対の支持部２７に挟まれた部分である中央部２６ｂと、締結部材８の基部の１対の支持部２７の外側に夫々形成された端部２６ａ及び２６ｃとは同一平面上にはなく、端部２６ａ及び２６ｃが張る平面と中央部２６ｂとの間には空間が形成され、この空間部分に別の締結部材の基部が嵌め込まれるようになっている。

更に、アルミニウム材製の閉断面構造を有するフレーム部材であるクロスメンバ２の端部は、締結部材８の１対の支持部の間に挟まれるようにして締結部材８に嵌め込まれており、クロスメンバ２の対向する１対の側面は締結部材８の１対の支持部により支持されている。更に、クロスメンバ２のもう一つの対向する１対の側面は締結部材７の１対の支持部により支持されている。そして、クロスメンバ２と、締結部材７及び８の各支持部とを溶接部１６において溶接することにより、サイドフレーム１とクロスメンバ２とが締結部材７及び８を介して締結される構造となっている。

本実施形態においては、π字状の締結部材を２方向に組み合わせることによりフレーム部材同士を締結しているため、多方向からの負荷加重に対する補強が可能となる。また、第１の実施形態の締結部材とこれに逃げ部分２０を設けた締結部材とを組み合わせて使用していることから、多方向の強度・剛性を確保できる補強部材を安価に提供することができる。

なお、π字状の締結部材を予めフレーム部材に取り付けた後に、フレーム部材同士を組み付けてもよい。即ち、図６に示すように、サイドフレーム１の側面に予め締結部材３８を接合し、一方、クロスメンバ２の端部に締結部材３７を接合し、更に、締結部材３７の基部を締結部材３８の支持部に挟み込み、サイドフレーム１に接合することにより、図３の接合構造を実現することができる。なお、締結部材３８は、図７（ｂ）における締結部材と同一の形状であり、第１の実施形態において使用される締結部材である。また、締結部材３７には、図７（ａ）と同様に逃げ部分が設けられている。このように、締結部材を予めフレーム部材に取り付けることにより、組み付けの際の位置決めが容易になるという効果がある。

次に、第２の実施形態の変形例について説明する。図４は、第２の実施形態の変形例におけるフレーム部材の接続構造を示す斜視図である。本変形例と、第２の実施形態との相違点は、本変形例における２つの締結部材９及び１０の支持部の長さが互いに異なる点である。即ち、締結部材１０の支持部の基部に垂直な方向の長さは、締結部材９の支持部の基部に垂直な方向の長さよりも大きい。これにより、クロスメンバ２と締結部材１０の支持部とを溶接する溶接部１６ａは、クロスメンバ２と締結部材９の支持部とを溶接する溶接部１６ｂから離れて形成されている。また、締結部材９には、図３における締結部材８と同様に基部に逃げ部分が設けられており、締結部材１０は、第１の実施形態の締結部材と同じ形状である。なお、図４においては、図３と同一の構成物には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本変形例においては、π字状の締結部材を２方向に組み合わせ、更に、夫々の支持部の長さを変えることにより、強度低下部である溶接部を分散させ、フレーム部材の結合強度をより高めている。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係るフレーム構造用締結部材を使用したフレーム部材の接合構造を示す斜視図である。本実施形態においては、第２の実施形態を示す図３におけるように、２つの締結部材１１及び１２により、２方向からクロスメンバ２を支持している。本実施形態の特徴は、締結部材１２はスプリングブラケット１３と一体化されて成形されている点である。これにより、これらを別々に製造して組み合わせるよりも、コストダウンが可能となる。また、締結部材１２には、図３における締結部材８と同様に基部に逃げ部分が設けられており、締結部材１１は、第１の実施形態の締結部材と同じ形状である。なお、その他の特徴は第２の実施形態と同様であるため、図５においては、図３と同一の構成物には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本発明の第１の実施形態に係るフレーム構造用締結部材を使用したフレーム部材の接合構造を示す斜視図である。第１の実施形態の変形例に係る締結部材を示す斜視図であり、（ａ）締結部材を水平に配置した斜視図、（ｂ）締結部材を垂直に配置した斜視図である。（ａ）本発明の第２の実施形態におけるフレーム部材の接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）接合部における縦断面図である。第２の実施形態の変形例におけるフレーム部材の接続構造を示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係るフレーム構造用締結部材を使用したフレーム部材の接合構造を示す斜視図であるフレーム部材に予め締結部材を取り付けた例を示す斜視図である。（ａ）第２の実施形態において使用される締結部材を示す斜視図、（ｂ）第１の実施形態において使用される締結部材を示す斜視図である。従来の開断面フレーム部材同士の接合方法の一例を示す斜視図である。従来の閉断面フレーム部材同士の接合方法の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１；サイドフレーム
２；クロスメンバ
３、２７、３６；支持部
４；基部
５、６、７、８、９、１０、１１、１２、３７、３８；締結部材
１３；スプリングブラケット
１５；ボルト
１６、１６ａ、１６ｂ；溶接部
２０；逃げ部分
２６ａ、２６ｃ；端部
２６ｂ；中央部
１０１、１０５；サイドフレーム
１０２、１０６；クロスメンバ
１０３；板状部
１０４、１０７；ボルト
１０８；端板
１０９；溶接部

Claims

基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部と、を有し、前記基部及び前記支持部は押出成形により一体となって形成されており、前記基部は閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材に接合され、前記１対の支持部の間には閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材が挟持され、前記支持部と前記第２のフレーム部材とが溶接されることにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とが締結されることを特徴とするフレーム構造用締結部材。
請求項１に記載のフレーム構造用締結部材がアルミニウム又はアルミニウム合金の押出成形により一体となって形成され、且つ閉断面形状を有することを特徴とするフレーム部材。
前記フレーム構造用締結部材には、スプリングブラケットが一体化して形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフレーム部材。
基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部とが、押出成形により一体となって形成された締結部材を使用し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材の側面に前記締結部材の前記基部を接合し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材の開口部が前記締結部材の１対の支持部間に配置されるようにこの第２のフレーム部材を前記第１のフレーム部材に対して垂直に前記１対の支持部間に挟み込み、前記第２のフレーム部材と前記１対の支持部とを溶接することにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを締結することを特徴とするフレーム締結方法。
基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部とが、押出成形により一体となって形成された夫々第１及び第２の締結部材を使用し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材の側面に前記第１の締結部材の基部を接合し、前記第２の締結部材が前記第１の締結部材と直交するように前記第２の締結部材を前記第１の締結部材の１対の支持部間に挟み込んで配置し、前記第２の締結部材の基部を前記第１のフレーム部材の側面に接合し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材の開口部が前記第１及び第２の締結部材の夫々１対の支持部間に配置されるようにこの第２のフレーム部材を前記第１のフレーム部材に対して垂直に前記第１及び第２の締結部材の夫々１対の支持部間に挟み込み、前記第２のフレーム部材と前記第１及び第２の締結部材の夫々１対の支持部とを溶接することにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを締結することを特徴とするフレーム締結方法。
前記第１の締結部材の支持部の基部に垂直な方向の長さと、前記第２の締結部材の支持部の基部に垂直な方向の長さとが互いに異なることを特徴とする請求項５に記載のフレーム締結方法。
基部と、この基部に対して垂直方向に延びる１対の支持部とが、押出成形により一体となって形成された夫々第１及び第２の締結部材を使用し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１のフレーム部材の側面に前記第１の締結部材の基部を接合し、閉断面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第２のフレーム部材の開口部が前記第２の締結部材の１対の支持部間に配置されるようにこの第２のフレーム部材を前記第２の締結部材の１対の支持部間に挟み込み、前記第２のフレーム部材と前記第２の締結部材の支持部とを溶接し、前記第２の締結部材が前記第１の締結部材と直交するように前記第２の締結部材を前記第１の締結部材の１対の支持部間に挟み込んで配置し、前記第２の締結部材の基部を前記第１のフレーム部材の側面に接合し、前記第２のフレーム部材と前記第１の締結部材の支持部とを溶接することにより、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを締結することを特徴とするフレーム締結方法。