JP2009161111A - 車体フレーム部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイドロフォーム成形等により製造された閉断面部材を有する車体フレーム部材の製造方法において、大型化や重量増を抑えかつ量産向けの方法を用いた上で、前記閉断面部材の断面内にダイアゴナルメンバを追加する。
【解決手段】前記ダイアゴナルメンバ２５を屈曲させてなる屈曲ピース３１を、前記フレーム本体３ａの前記ハイドロフォーム成形前の素材であるパイプ部材Ｐの開口端から挿入、固定するパイプ部材加工工程と、前記屈曲ピース３１固定後のパイプ部材Ｐに前記ハイドロフォーム成形を施して前記フレーム本体３ａを形成するハイドロフォーム成形工程とを有し、前記屈曲ピース３１は、前記ハイドロフォーム成形により直線状に伸びて前記ダイアゴナルメンバ２５となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、閉断面部材を有する車体フレーム部材の製造方法に関する。

一般的な乗用車等の車両の車体において、パネル部品と骨格部品とを溶接等により一体に接合してなるモノコック構造とし、その軽量化及び高剛性化を図ることが多い。このような車体のフレーム部材の内、比較的複雑な形状を有して延びる管状の閉断面部材を有するものにおいて、部品精度の向上や剛性の確保が要求される場合がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１６６８４８号公報

上述のような閉断面部材は、既存のハイドロフォーム成形（金型にセットしたパイプ部材内に液体を充填し、該液体を加圧し前記パイプ部材を膨出させて前記金型の内部形状に倣った形状とする工法）により製造することが望ましい。
一方、上記閉断面部材において、例えば衝撃荷重等の大荷重が加わった際に閉断面が圧潰すると、前記荷重を安定して受けることができなくなるので、該閉断面部材における荷重が集中し易い箇所には、その断面内に例えば筋交い部材（ダイアゴナルメンバ）等の補強部材を追加することが望ましい。
しかし、特にハイドロフォーム成形で製造した閉断面部材は、液圧を充填することから完全な閉断面を有しており、かつその断面形状も長手方向位置によって変化すると共に曲げや潰しも適宜施されることから、その断面内にダイアゴナルメンバを追加することが難しいという課題がある。また、閉断面部材の断面外周を覆うように補強部材を追加することも考えられるが、この場合、車体フレーム部材の大型化や大幅な重量増を招き易くという課題がある。
そこでこの発明は、ハイドロフォーム成形等により製造された閉断面部材を有する車体フレーム部材の製造方法において、大型化や重量増を抑えかつ量産向けの方法を用いた上で、前記閉断面部材の断面内にダイアゴナルメンバを追加することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、ハイドロフォーム成形により製造される閉断面部材（例えば実施例のフレーム本体３ａ）の断面内にダイアゴナルメンバ（例えば実施例のダイアゴナルメンバ２５）を追加してなる車体フレーム部材（例えば実施例のアッパフレーム３）の製造方法において、前記ダイアゴナルメンバを屈曲させてなる屈曲ピース（例えば実施例の屈曲ピース３１）を、前記閉断面部材の前記ハイドロフォーム成形前の素材であるパイプ部材（例えば実施例のパイプ部材Ｐ）の開口端（例えば実施例の開口端ｔ）から挿入、固定するパイプ部材加工工程と、前記屈曲ピース固定後のパイプ部材に前記ハイドロフォーム成形を施して前記閉断面部材を形成するハイドロフォーム成形工程とを有し、前記屈曲ピースは、前記ハイドロフォーム成形により直線状に伸びて前記ダイアゴナルメンバとなることを特徴とする。

本発明によれば、前記閉断面部材のハイドロフォーム成形前の素材であるパイプ部材において、その所定箇所の断面内に前記ダイアゴナルメンバを屈曲させてなる屈曲ピースを予め挿入、固定し、このパイプ部材にハイドロフォーム成形を施して閉断面部材を形成すると共に、前記屈曲ピースを直線状に伸ばして筋交い状のダイアゴナルメンバに復元させることで、該閉断面部材における任意の箇所の断面内にダイアゴナルメンバを追加することができる。すなわち、閉断面部材の断面外周を覆う補強部材を追加するような場合と比べて大型化や重量増が抑えられ、かつハイドロフォーム成形前のパイプ部材への屈曲ピースの挿入、固定といった量産向けの方法を用いた上で、ハイドロフォーム成形により製造された閉断面部材の断面内にダイアゴナルメンバを追加することができる。

以下、この発明を乗用車の車体のフロントバルクヘッドのアッパフレームに適用した例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１は、一般的な乗用車におけるパネル部品と骨格部品とを溶接等により一体に接合してなるモノコック構造の車体１の前部を示す。車体１の前部には、不図示のラジエータを支持、保護する枠状のフロントバルクヘッド２が設けられる。フロントバルクヘッド２は、その上部を構成するアッパフレーム３と、下部を構成するロアフレーム４とを主になる。

アッパフレーム３は、左右に延びる上辺部５と、該上辺部５の両側から斜め後外側に向けて湾曲して延びる左右斜辺部６とを有してなる。一方、ロアフレーム４は、左右に延びる下辺部７と、該下辺部７の両側から上方に向けて湾曲して延びる左右側辺部８とを有してなる。

アッパフレーム３の上辺部５両側の下面には、ロアフレーム４の左右側辺部８の上端部が接合される。アッパフレーム３の左右斜辺部６の後端部は、その後方において前後に延在するホイルハウスアッパメンバ１２の前端部に接合される。ロアフレーム４の左右側辺部８の後面には、その後方において前後に延在するフロントサイドフレーム１３の前端部が接合される。なお、図中符号１４はダンパハウジングを、符号１６はダッシュアッパパネルをそれぞれ示す。

ここで、アッパフレーム３は、中空の断面形状（閉断面構造）を有して前記上辺部５及び左右斜辺部６に沿って延びる管状のフレーム本体３ａを主になる。フレーム本体３ａは、例えば丸形鋼管（金属管）にハイドロフォーム成形等を施してなり、その長手方向位置によって異なる断面形状を有する。

図２（ａ）を併せて参照し、フレーム本体３ａにおける少なくとも上辺部５の左右両側に位置する部位の断面形状は、例えば概ね前後方向に直交する前後壁部２１，２２と、やや前下がりに傾斜する上下壁部２３，２４とを有するやや縦長の矩形状とされる。
ここで、フレーム本体３ａの上辺部５の左右両側は、例えば車両前方からの荷重作用時に該荷重が集中し易い部位でもある。
そこで、フレーム本体３ａの上辺部５の左右両側には、その断面内の上部後側の角部と下部前側の角部との間を前下がりの対角線状に横断するように、フレーム本体３ａの長手方向に沿う板状のダイアゴナルメンバ２５が挿入、固定される。

ダイアゴナルメンバ２５は、フレーム本体３ａと溶接可能な鋼板（金属板）からなり、フレーム本体３ａの長手方向で所定幅を有する。ダイアゴナルメンバ２５は、フレーム本体３ａの断面内を前述の如く横断するメンバ本体２６と、該メンバ本体２６の上縁部（後縁部）からフレーム本体３ａの後壁部２２に沿って下方に屈曲して延びる上接合フランジ２７と、メンバ本体２６の下縁部（前縁部）からフレーム本体３ａの下壁部２４に沿って後方に屈曲して延びる下接合フランジ２８とを有してなる。

上下接合フランジ２７，２８は、フレーム本体３ａの内面（上接合フランジ２７は後壁部２２の上部内面、下フランジ２８は下壁部２４の前部内面）に当接した状態で、例えば断面外側からの片側アクセススポット溶接により対応する壁部にそれぞれ結合され、もってダイアゴナルメンバ２５とフレーム本体３ａとが一体化される。

このようなダイアゴナルメンバ２５は、アッパフレーム３に衝撃荷重等の大荷重が加わった際にもフレーム本体３ａの閉断面が圧潰することを抑制し、フレーム本体３ａが安定して前記荷重を受けることを可能として該荷重を前記ホイルハウスアッパメンバ１２やフロントサイドフレーム１３に伝達可能とする。なお、ダイアゴナルメンバ２５はフレーム本体３ａの左右それぞれに一つずつ設けられるが、その数量や配置は適宜変更可能である。

次に、上記アッパフレーム３の製造方法について図３を参照して説明する。
まず、フレーム本体３ａのハイドロフォーム成形前の素材となる例えば直線状のパイプ部材（丸形鋼管）Ｐを用意し、該パイプ部材Ｐの両開口端ｔからその所定箇所の断面内に後述の屈曲ピース３１を挿入、固定する（パイプ部材加工工程、図３（ａ）参照）。

ここで、図２（ｂ）を併せて参照し、前記屈曲ピース３１は、前記ダイアゴナルメンバ２５のメンバ本体２６をフレーム本体３ａの断面視で適宜屈曲させてなる。メンバ本体２６は、その略中間部にフレーム本体３ａの長手方向に沿う稜線ｐ１を形成するように前記断面視で鈍角に屈曲する。フレーム本体３ａ（パイプ部材Ｐ）の断面視において、屈曲ピース３１におけるメンバ本体２６の上縁ｐ２及び稜線ｐ１間の距離Ｌａと下縁ｐ３及び稜線ｐ１間の距離Ｌｂとの合計は、ダイアゴナルメンバ２５におけるメンバ本体２６の上縁ｐ２及び下縁ｐ３間の距離Ｌｃ（図２（ａ）参照）にほぼ等しい。なお、屈曲ピース３１は、メンバ本体２６を複数個所で屈曲させたものでもよく、かつメンバ本体２６を緩やかに湾曲させたものであってもよい。

また、上下接合フランジ２７，２８は、パイプ部材Ｐの内面に整合するように前記断面視で緩やかに湾曲する。上下接合フランジ２７，２８は、パイプ部材Ｐにおけるハイドロフォーム成形後にフレーム本体３ａの後壁部２２の上部又は下壁部２４の前部となる部位の内面にそれぞれ当接し、当該部位に前記片側アクセススポット溶接により結合される。すなわち、屈曲ピース３１の形状は、パイプ部材Ｐにおけるハイドロフォーム成形後の断面形状を想定して決定されている。

再び図３を参照し、次いで、屈曲ピース３１固定後のパイプ部材Ｐにパイプベンダー機等を用いた曲げ加工（ベンド加工）を施してフレーム本体３ａの概略形状を形成する（パイプベンド加工工程、図３（ｂ）参照）。
次いで、上記ベンド加工後のパイプ部材Ｐの所定部位（図では前記上辺部５に相当する部位）に、プレス機等を用いたプリクラッシュ加工（後のハイドロフォーム成形用の金型に入るように閉断面を所定量潰す加工）を施す（プリクラッシュ加工工程、図３（ｃ）参照）。

次いで、上記プリクラッシュ加工後のパイプ部材Ｐをハイドロフォーム成形用の金型にセットし、該パイプ部材Ｐに低液圧を加えながら金型を閉じることで、パイプ部材Ｐの所定部位を所定量潰したり曲げたりするハイドロベンド加工を施す（ハイドロベンド加工工程、図３（ｄ）参照）。

上記金型を閉じた後には、パイプ部材Ｐに高液圧を加えてハイドロフォーム成形を施し、所望の立体形状を有するフレーム本体３ａを形成する（ハイドロフォーム成形工程、図３（ｅ）参照）。このとき、パイプ部材Ｐの丸形断面がフレーム本体３ａの矩形断面に変化することで、屈曲ピース３１におけるメンバ本体２６の上下縁ｐ２，ｐ３間の直線距離が増加し、断面視で屈曲形状にあったメンバ本体２６が直線形状に変化して、筋交い状のダイアゴナルメンバ２５に復帰する（図２参照）。

これにより、フレーム本体３ａの所定箇所の断面内にダイアゴナルメンバ２５が追加されたアッパフレーム３が構成される。なお、図３（ｅ）ではフレーム部材３ａにおける孔等の詳細な図示は略す。
なお、前述したハイドロフォーム成形とは、金型にセットしたパイプ部材Ｐ内に液体を充填し、該液体を加圧し前記パイプ部材Ｐを膨出させて前記金型の内部形状に倣った形状とする既存の工法である。

以上説明したように、上記実施例における車体フレーム部材（アッパフレーム３）の製造方法は、ハイドロフォーム成形により製造されるフレーム本体３ａの断面内にダイアゴナルメンバ２５を追加してなるアッパフレーム３に対応するものにおいて、前記ダイアゴナルメンバ２５を屈曲させてなる屈曲ピース３１を、前記フレーム本体３ａの前記ハイドロフォーム成形前の素材であるパイプ部材Ｐの開口端ｔから挿入、固定するパイプ部材加工工程と、前記屈曲ピース３１固定後のパイプ部材Ｐに前記ハイドロフォーム成形を施して前記フレーム本体３ａを形成するハイドロフォーム成形工程とを有し、前記屈曲ピース３１は、前記ハイドロフォーム成形により直線状に伸びて前記ダイアゴナルメンバ２５となるものである。

この構成によれば、前記フレーム本体３ａのハイドロフォーム成形前の素材であるパイプ部材Ｐにおいて、その所定箇所の断面内に前記ダイアゴナルメンバ２５を屈曲させてなる屈曲ピース３１を予め挿入、固定し、このパイプ部材Ｐにハイドロフォーム成形を施してフレーム本体３ａを形成すると共に、前記屈曲ピース３１を直線状に伸ばして筋交い状のダイアゴナルメンバ２５に復元させることで、該フレーム本体３ａにおける任意の箇所の断面内にダイアゴナルメンバ２５を追加することができる。すなわち、フレーム本体３ａの断面外周を覆う補強部材を追加するような場合と比べて大型化や重量増が抑えられ、かつハイドロフォーム成形前のパイプ部材Ｐへの屈曲ピース３１の挿入、固定といった量産向けの方法を用いた上で、ハイドロフォーム成形により製造されたフレーム本体３ａの断面内にダイアゴナルメンバ２５を追加することができる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えばダイアゴナルメンバ２５は、フレーム本体３ａの断面内を前下がりの対角線状に横断するものに限らず、後下がりの対角線状であったり、前後壁部２１，２２間又は上下壁部２３，２４間さらにはこれらを適宜連結するものであってもよい。また、フレーム本体３ａ（閉断面部材）の断面形状は矩形状に限らず、したがって、ダイアゴナルメンバ２５も様々な筋交い状に設けることが可能である。
また、閉断面部材の素材は、丸形鋼管に限らず角形等の断面形状を有する金属管（アルミ管やステンレス管等を含む）であってもよい。同様に、ダイアゴナルメンバも鋼板以外の各種金属板であってもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、フロントバルクヘッドのアッパフレームへの適用に限らず、かつ乗用車以外の車両（バス、トラック、自動二輪及び三輪車、原動機付自転車、自転車、四輪バギー車等）にも適用できることはもちろん、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における車体前部の斜視図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図（上記車体のフロントバルクヘッドのアッパフレームの断面図）、（ｂ）は前記アッパフレームのハイドロフォーム成形前における（ａ）に相当する断面図である。 上記アッパフレームの製造工程を（ａ）〜（ｅ）の順に示す説明図であり、（ａ）はパイプ部材加工工程、（ｂ）はパイプベンド加工工程、（ｃ）はプリクラッシュ加工工程、（ｄ）はハイドロベンド加工工程、（ｅ）はハイドロフォーム成形工程をそれぞれ示す。

符号の説明

１ 車体
２ フロントバルクヘッド
３ アッパフレーム（車体フレーム部材）
３ａ フレーム本体（閉断面部材）
２５ ダイアゴナルメンバ
３１ 屈曲ピース
Ｐ パイプ部材
ｔ 開口端

Claims (1)

1. ハイドロフォーム成形により製造される閉断面部材の断面内にダイアゴナルメンバを追加してなる車体フレーム部材の製造方法において、
   前記ダイアゴナルメンバを屈曲させてなる屈曲ピースを、前記閉断面部材の前記ハイドロフォーム成形前の素材であるパイプ部材の開口端から挿入、固定するパイプ部材加工工程と、
   前記屈曲ピース固定後のパイプ部材に前記ハイドロフォーム成形を施して前記閉断面部材を形成するハイドロフォーム成形工程とを有し、
   前記屈曲ピースは、前記ハイドロフォーム成形により直線状に伸びて前記ダイアゴナルメンバとなることを特徴とする車体フレーム部材の製造方法。
   

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