JP2009154566A - 車体フレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異種金属である鉄製の部品と軽合金鋳造部品の結合に係る工数を低減しつつ容易に結合させることができ、さらに防錆性能を向上することができる車体フレーム構造を提供する。
【解決手段】フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６あるいはブラケット２５を覆うようにダンパハウジング１０を一体鋳造成型することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、異種金属を用いた車体フレーム構造に関するものである。

従来、車体フレーム構造にあっては、プレス成型した複数の板材を張り合わせて骨格を形成するいわゆるモノコック構造が採用されている。このモノコック構造の場合、板材同士をフランジ等で溶接して閉断面構造を形成するため、衝突時の衝撃吸収性に優れ、また、衝撃を分散させるための設計自由度が高くなっている。
しかしながら、フランジや溶接箇所が多いと車体重量が増加して燃費の悪化につながるため、ハイドロフォーミングにより成型した中空閉断面の鉄素材を用いる車体フレーム構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、ハイドロフォーミングによる成型とは、金型にセットされたパイプ材の内部に液体を充填した後、液体圧力を上げながらパイプ材の軸方向にパイプ材を押し込み、パイプ材を金型に倣わせて成型する工法であり、断面形状の複雑な自動車の車体骨格部材として使用されることに大きな期待がもたれている。

ところで近年、車両においては省燃費化を図るために、更なる車体の軽量化が要望されている。そして、車体の軽量化のために、従来用いていた鉄素材よりも比重の低い合金としてアルミニウム合金やチタニウム合金などの軽合金を適所に用いることが提案されている。この場合、従来用いている鉄素材部品との結合、すなわち異種金属同士の結合が不可欠となるため、一般にＳＰＲ（Self Piercing Rivets）等を用いた方法により結合させることとなる。
特開２００５−３４３４５４号公報

しかしながら、上述したＳＰＲを用いた結合方法では、鉄素材部品と軽合金部品とを重ねクランプした状態でリベットを一方から押し込み結合させるため、作業工数が増加してしまう。さらにこのＳＰＲは、一方から押し込む方式であるため開放断面の材料同士を結合するのに適しており、ハイドロフォーミングにより成型された閉断面構造の鉄材料部品の結合にはリベットの押し込みストロークを確保できないため適さない。
さらに、ＳＰＲで結合された鉄材料部品と軽合金部品との間には水分が浸入して錆が発生する虞があるという課題がある。

そこで、この発明は、異種金属である鉄素材部品と軽合金鋳造部品の結合に係る工数を低減しつつ容易に結合させることができ、さらに防錆性能を向上することができる車体フレーム構造を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、車体フレーム（例えば、実施の形態におけるフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６）あるいは車体フレーム取付け用鉄素材部品（例えば、実施の形態におけるブラケット２５）を覆うように軽合金鋳造部品（例えば、実施の形態におけるダンパハウジング１０）を一体鋳造成型することを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記鉄素材部品が、鉄製の車体フレームに取り付けられる鉄製ブラケットであって、この鉄製のブラケットの取付部位に孔（例えば、実施の形態における孔２６）を設け、該孔に前記軽合金材料の廻り込み部（例えば、実施の形態における廻り込み部２７）を形成したことを特徴とする

請求項１に記載した発明によれば、車体フレームあるいはこの車体フレーム取付け用鉄素材部品に軽合金鋳造部品が覆うように一体鋳造成型されることで、ＳＰＲを用いずに結合させることができるため、例えば、ハイドロフォーミングにより成型された閉断面構造の鉄素材部品を用いることができ、したがって、スポット溶接などに係る工数を低減しつつ、車両の軽量化に寄与することができる効果がある。
また、ＳＰＲを省略することで、ＳＰＲに係る作業工数を省略できるとともに、ＳＰＲを行うための装置が不要となるため、コスト削減を図ることができる効果がある。
さらに、鉄素材部品に軽合金鋳造部品が覆うように一体鋳造成型されることで、鉄素材部品よりも軽合金鋳造部品の方が熱収縮量が大きいため、鋳造成型後に温度が低下して常温になると鉄素材部品を軽合金鋳造品が押圧してこれら鉄素材部品と軽合金鋳造品との対向する面が互いに密着して隙間が生じるのを防止でき、したがって、水分の浸入を防止して防錆性能を向上させることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、軽合金材料の廻り込み部が鉄製のブラケットの取付部位に形成された孔に廻り込んで鉄製のブラケットと軽合金材料との結合力を増加させることができるため、鉄製のブラケットが抜け方向に変位するのを防止することができる効果がある。

次に、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態の車体フレーム構造は車体前部に適用されるものである。そして、図１は、車体フレームの要部を右前方から見た斜視図である。
図１に示すように、車体の前部には、ラジエータ周り前方に車体フレームを構成するバルクヘッドＢが設けられている。このバルクヘッドＢは、車幅方向に沿って形成され上部に配置されるバルクヘッドアッパフレーム部１と、このバルクヘッドアッパフレーム部１の下方に車幅方向に沿って形成されたバルクヘッドロアクロスメンバ部１ｂと、これらバルクヘッドアッパフレーム部１およびバルクヘッドクロスメンバ部１ｂの左側部同士および右側部同士を接続する上下方向に沿う２本のバルクヘッドサイドステイ部３とからなる。なお、この実施の形態の車体フレームは、上述したバルクヘッドＢを中心にして左右対称に形成され、車体左側と車体右側とは同様な構成であるため、以下、車体左側を一例に説明する。

バルクヘッドアッパフレーム部１は、その端部側で湾曲して、そのまま車体左側の前後方向に沿って延びるフロントホイルハウスアッパメンバー２と一体的に形成されている。このバルクヘッドアッパフレーム部１およびフロントホイルハウスアッパメンバー２は、それぞれハイドロフォーミングにより中空閉断面構造の角パイプ状に成型された鉄素材の部品であり、このフロントホイルハウスアッパメンバー２の後端部が車体を構成するフロントピラーの前端部に接続される。

バルクヘッドアッパフレーム部１の湾曲部分には、下方に延びるバルクヘッドサイドステイ部３の上端部が溶接により結合され、このバルクヘッドサイドステイ部３の下端部には、上述したバルクヘッドＢを構成するバルクヘッドロアクロスメンバ部１ｂの端部が溶接により結合されている。そして、バルクヘッドサイドステイ部３の上下方向中央には、車体前後方向に沿って形成される鉄素材の部品であるサイドフレーム４の前端部の側面が溶接により接続されている。ここで、サイドフレーム４は、ハット形断面形状のサイドフレームインナ４ａにクロージングプレート４ｂが溶接されて閉断面形状に形成されており、サイドフレームインナ４ａのハット形断面形状のツバ部分がそれぞれ上部フランジ部４ｃおよび下部フランジ部４ｄを構成し、これら上部フランジ部４ｃおよび下部フランジ部４ｄを介してサイドフレーム４への鉄製の部品が溶接より接合可能となっている。

サイドフレーム４の前部外側面には、バルクヘッドサイドステイ部３が溶接される位置よりもやや後方位置に車幅方向外側に向かって延びるフロントサイドガセット５が接続されている。フロントサイドガセット５は、断面形状が略矩形に形成された鉄製の部品であり、その基部側のフランジ部５ａを介して溶接によりサイドフレーム４の側面に結合されている。また、フロントサイドガセット５の端部側には、フランジ部５ｂを介してロアメンバ６が溶接により結合されている。

ロアメンバ６は、フロントホイルハウスアッパメンバー２と同様にハイドロフォーミングによって中空閉断面構造の角パイプ状に成型された鉄製の部品であり、フロントホイルハウスアッパメンバー２の下方に配置される。より具体的には、ロアメンバ６は、上述したフロントサイドガセット５が接続されるとともにフロントホイルハウスアッパメンバー２に接近する方向で側面視略Ｓ字状に曲げ加工された前部湾曲部７と、上面がフロントホイルハウスアッパメンバー２の下面に当接して所定の長さだけフロントホイルハウスアッパメンバー２と平行になる中間部８と、この中間部８よりも後方でフロントホイルハウスアッパメンバー２から下方に向かって離間する方向に側面視略Ｓ字状に曲げ加工された後部湾曲部９とを有している。ここで、ロアメンバ６の前部湾曲部７および後部湾曲部９は熱間三次元曲げ等によって曲げ加工されており、このように形成されたロアメンバ６と上述したフロントホイルハウスアッパメンバー２とでツインフレーム構造をなしている。なお、後部湾曲部９よりも後方に位置するロアメンバ６の後端部は、図示しない車体フレームを構成するサイドシル又はフロントピラーの前端部などに接続される。

図２，３に示すように、上述したフロントホイルハウスアッパメンバー２と、ロアメンバ６とは、フロントホイルハウスアッパメンバー２とロアメンバ６とが互いに当接するロアメンバ６の中間部８の位置でダンパハウジング１０に結合されている。

ダンパハウジング１０は、軽合金であるアルミニウム合金を鋳造により一体成型した部品であり、フロントホイルハウスアッパメンバー２とロアメンバ６とを被覆して結合する結合部１１と、前輪を懸架するサスペンションのダンパ（図示略）の上端部が収容および固定されるハウジング部１２とで構成されている。

ハウジング部１２は、ダンパの上端部がボルト等により締付け固定される上壁部１５と、この上壁部１５の結合部１１とは反対側の辺部から略垂直に下方に延びてその下端部にサイドフレーム４への接続部１６を有した主壁部１７と、この主壁部１７の両側縁と結合部１１に渡って形成された側壁部１８，１８とからなる。これら主壁部１７と側壁部１８とでハウジング部１２の周壁が形成されており、主壁部１７の両側縁には、結合部１１側に向かう傾斜面である面取り部１７ａが形成されている。

上壁部１５は、その略中央部分にダンパの上端部を取り付けるための孔１９が形成されており、この孔１９の周縁には、ダンパの上端部の取り付けフランジ（図示略）をボルト等により固定するための取付孔２０が複数箇所、具体的には３箇所に形成されている。つまり、サスペンションを装着する際には、ダンパの上端部をダンパハウジング１０内に下方から挿入して取り付けフランジを上壁部１５の下面に当接させ、上壁部１５とダンパの取り付けフランジとを上述の取付孔２０を介してボルト等により締結させる。また、上壁部１５の孔１９の周縁には、車両前部の左右両側に配置されているダンパハウジング１０同士を接続するストラットタワーバー（図示略）の端部がボルト等により固定されるボス２１が形成されている。

側壁部１８は、主壁部１７に対して略直角に形成された平面を備え、その下縁が主壁部１７の面取り部１７ａの下端から上方に向かって立ち上がるとともに傾斜角度が結合部１１に近づくほど緩やかになる略弧状に形成されている。また、側壁部１８の結合部１１側の下縁には、該下縁に沿って側壁部１８の垂直方向外側に延びる、ホイールハウスインナ（図示略）の取付け用または補強用のフランジ部２３が形成されている。

図２、図３、図５に示すように、主壁部１７の下部に形成された接続部１６には、鉄製のブラケット２５が設けられている。ブラケット２５は、主壁部１７の下縁に沿って長尺な板材であって、その上部が主壁部１７に覆われるとともに、その下部が主壁部１７の延長方向すなわち下方に向かって延出してサイドフレーム４の下部フランジ部４ｄに重ねて溶接されるようになっている。このようにブラケット２５を主壁部１７の下方に延出して設けて下部フランジ部４ｄと重ねて溶接することで、せん断方向がダンパハウジング１０に作用する突き上げ荷重の方向と一致するため強度的に有利になる。なお、ブラケット２５をサイドフレーム４の上部フランジ部４ｃに溶接するようにしてもよい。

ブラケット２５の上部の主壁部１７に覆われている部分には複数の孔２６が主壁部１７の下縁に沿う方向に並んで形成されている。そして、ダンパハウジング１０の鋳造成型時に主壁部１７を形成するアルミニウム合金がこの孔２６に廻り込んで貫通状態で凝固することで主壁部１７の廻り込み部２７（図３参照）が形成されている。この主壁部１７の廻り込み部２７が主壁部１７の内外方向に貫通して形成されていることでブラケット２５と主壁部１７との結合が強固なものとなり、とりわけブラケット２５の上下方向への変位が確実に規制されダンパハウジング１０への突き上げ荷重に対して強度的に有利となる。また、ブラケット２５は、上述した主壁部１７の面取り部１７ａが形成される部分にまで回り込んでおり、この部分が面取り部１７ａに沿って屈曲形成されている。そのため、主壁部１７の下縁に沿う方向へのブラケット２５の変位が規制され、さらにブラケット２５の上下方向に対する強度も向上している。なお、ブラケット２５に形成される孔２６の個数や孔径は必要とするブラケット２５と主壁部１７との締結に必要となる引張方向の強度に応じて適宜設定すればよく、例えば、孔２６の個数が増えるほど引張強度が増加し、また孔径が増加するほど引張強度が増加する。

ところで、図３に示すように、ダンパハウジング１０のハウジング部１２の主壁部１７と反対側に設けられた結合部１１は、アルミニウム合金からなるダンパハウジング１０と、鉄素材からなる上述したフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６とを結合する。この結合部１１は、フロントホイルハウスアッパメンバー２の上面に沿う上壁部２８と、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６の側面に沿う２枚の側壁部２９と、ロアメンバ６の下面に沿う下壁部３０とからなり、上下方向に重なって配置されたフロントホイルハウスアッパメンバー２とロアメンバ６との周囲を一様に覆っている。さらにダンパハウジング１０の内側に配置される側壁部２９には、ハウジング部１２の上壁部１５および側壁部１８（図１参照）が一体的に結合されている。

ここで、アルミニウム合金などの軽合金の鋳造品の熱収縮量は、鉄製の部品の熱収縮量よりも大きくなる。つまり、図３に示すように、鉄製のブラケット２５をダンパハウジング１０の鋳造成型時に接続部１６のアルミニウム合金で覆い、高温状態の接続部１６およびブラケット２５を常温まで低下させると、ブラケット２５の収縮量よりも、このブラケット２５を覆う接続部１６の収縮量が大きくなる。そのため、接続部１６のブラケット２５と接する内面がブラケット２５の外面を押圧することとなり、ブラケット２５と接続部１６との対向する面が互いに密着する。

さらに、図４に示すように、フロントホイルハウスアッパメンバー２とロアメンバ６とが当接配置される部分を、ダンパハウジング１０の鋳造成型時に結合部１１で覆い、成型を終えた結合部１１、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６の温度を常温まで低下させると、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６の収縮量（図中、網あり矢印で示す）よりもこれらを覆う結合部１１の収縮量（図中、網なし矢印で示す）の方が大きくなる。そのため、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６の外周面を、結合部１１を構成する上壁部２８、側壁部２９および下壁部３０の各内周面が押圧して、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６が結合部１１によって締付けられることとなる。このようにフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６が共に結合部１１により締付けられることで結合力が増大し、さらに、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６と結合部１１との対向する面が互いに密着するとともに、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６との対向する面も互いに密着することとなる。

そして上述のような車両フレーム構造とすることで、例えばバルクヘッドアッパフレーム部１に衝突による荷重が加わった場合には、この荷重がフロントホイルハウスアッパメンバー２を介して結合部１１からダンパハウジング１０、サイドフレーム４、ロアメンバ６に、さらにフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６を介してフロントピラーやサイドシルに効率よく分散させることができる。

したがって、上述した実施の形態によれば、フロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６にアルミニウム合金からなるダンパハウジング１０の結合部１１が覆うように一体鋳造成型されることで、フロントホイルハウスアッパメンバー２にハイドロフォーミングにより成型された閉断面構造の鉄製の部品を用いることができ、この結果、溶接などに係る工数を低減できるとともに、車両の軽量化に寄与することができる。

また、ＳＰＲを用いずに鉄製の部品であるフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６とアルミニウム合金からなるダンパハウジング１０とを結合させることができるため、ＳＰＲに係る作業工数を省略できるとともに、ＳＰＲを行うための装置が不要となり、この結果、コスト削減を図ることができる。
さらに、鉄製の部品であるフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６に結合部１１が覆うように一体鋳造成型されることで、これらフロントホイルハウスアッパメンバー２と結合部１１との対向する面、および、ロアメンバ６と結合部１１との対向する面とがそれぞれ密着して隙間が生じるのを防止することができるため、水分の浸入を防止して防錆性能を向上させることができる。

また、ダンパハウジング１０の主壁部１７の廻り込み部２７がブラケット２５の上部に形成された孔２６に廻り込んでブラケット２５と接続部１６との結合力を増加させることができるため、ブラケット２５が抜ける方向に変位するのを防止することができる。

なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、ダンパハウジング１０の結合部１１により結合させる部品は、角材に限られるものではなく、また、ハイドロフォーミングにより成型された部品に限られるものでもない。

さらに、上述した実施の形態では、この発明を車体前部の構造に適用したが、車体のどのような部位にも適用できる。つまり、軽合金鋳造部品はダンパハウジング１０に限られるものではなく、また、鉄製の部品もフロントホイルハウスアッパメンバー２およびロアメンバ６に限られるものではない。
そして、上記実施の形態では軽合金としてアルミニウム合金を用いる場合について説明したが、軽合金は鉄よりも熱収縮量が大きい軽合金であれば良い。

本発明の実施の形態における車体フレームの要部を右前方から見た斜視図である。 本発明の実施の形態におけるダンパハウジングを示す斜視図である。 本発明の実施の形態における図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における結合部の拡大断面図である。 本発明の実施の形態における接続部の拡大断面図である。

符号の説明

２ フロントホイルハウスアッパメンバー（車体フレーム）
６ ロアメンバ（車体フレーム）
２５ ブラケット（車体フレーム取付け用鉄素材部品）
１０ ダンパハウジング（軽合金鋳造部品）
２６ 孔
２７ 廻り込み部

Claims (2)

1. 車体フレームあるいは車体フレーム取付け用鉄素材部品を覆うように軽合金鋳造部品を一体鋳造成型することを特徴とする車体フレーム構造。
2. 前記鉄素材部品は、鉄製の車体フレームに取り付けられる鉄製ブラケットであって、この鉄製のブラケットの取付部位に孔を設け、該孔に前記軽合金材料の廻り込み部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の車体フレーム構造。

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