JP2012206599A - 自動車のバッテリーフレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーフレームの外枠フレームを構成する部品点数を減らし、かつ溶接歪みをなくし又は軽減する。
【解決手段】バッテリーフレームは、平面視略矩形の外枠フレーム１とその下面側に接合したアルミニウム合金製ロアプレート２からなる。外枠フレーム１は一対の同形状のフレーム部材３，４からなる。各フレーム部材３，４は、長手方向の２箇所で９０度の曲げ加工をしたアルミニウム合金製中空押出材からなり、向き合わせた端部で互いに接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面視略多角形の外枠フレームとその下部に接合したアルミニウム合金製ロアプレートからなる自動車のバッテリーフレーム構造に関する。

特許文献１〜４には、フロントクロスフレーム、リアクロスフレーム及び両サイドフレームが平面視矩形に組み付けられた外枠フレームと、前記外枠フレームの下部に接合されたロアプレートからなる自動車のバッテリーフレーム構造が記載されている。
特許文献１のバッテリーフレーム構造では、前記外枠フレームを構成する各フレーム部材は、いずれも鋼板をプレス成形したものであり、各フレーム部材は平面視矩形に組み付けられ、４箇所のコーナー部で互いに接合されている。また、特許文献２〜４のバッテリーフレーム構造では、前記外枠フレームを構成する各フレーム部材は、軽量化のため、いずれもアルミニウム合金中空押出材からなり、これらが平面視矩形に組み付けられ、４箇所のコーナー部で互いに接合されている。

特開平７−１８７０１６号公報 特開平９−１０４２４０号公報 特開平９−２４０２８８号公報 特開２００９−１９３９４２号公報

前記バッテリーフレームを構成する外枠フレームの主要部品は、フロントクロスフレーム、リアクロスフレーム及び両サイドフレームの４つであり、これらのフレーム部材は平面視矩形に配置され、部材同士が直交する４箇所のコーナー部において、一般に溶接により接合されている。しかし、この構造には次のような問題点がある。
（１）外枠フレームを構成する主要部品の点数が４個と多い。
（２）溶接箇所が４箇所となり、溶接歪みが大きくなる。特に外枠フレームの主要部品をアルミニウム中空押出材製とした場合、鋼材に比べて投入電力や熱膨張係数が高いため、溶接歪みが大きくなる。

本発明は、このような従来のバッテリーフレーム構造の問題点に鑑みてなされたもので、バッテリーフレームの主要部品をアルミニウム製とすることを前提として、部品点数を減らし、同時に４箇所のコーナー部で溶接することにより従来生じていた溶接歪みをなくし又は軽減することを目的とする。

本発明に係る自動車のバッテリーフレーム構造は、平面視略凸多角形の外枠フレームとその下面側に接合したアルミニウム合金製ロアプレートからなる。前記外枠フレームは端部同士を向き合わせて接合した一対の同形状のフレーム部材からなり、各フレーム部材はアルミニウム合金製中空押出材を長手方向の２箇所以上で同一面内で所定角度に曲げ加工したものである。典型的には、前記外枠フレームの平面視形状は略矩形である。この場合、前記フレーム部材の曲げ加工された箇所は２箇所となり、その曲げ角度は２箇所とも９０度に設定される。なお、外枠フレームは各コーナーが所定の曲率で曲げ加工されている関係で、略凸多角形（又は略矩形）と表現されている。
前記フレーム部材用として、口形断面、日形断面等の輪郭が略矩形の中空押出材、前記ロアプレート用として、圧延板材、押出板材、ダブルスキン形材（一対の互いに平行な平板状の面板の間にその面板を接続する複数個のリブが一体的に形成された押出材）等が適宜使用できる。

本発明に係る自動車のバッテリーフレーム構造の場合、従来のフロントクロスフレーム、リアクロスフレーム及び両サイドフレームの４つの部品に代わり、曲げ加工した２つのフレーム部材で外枠フレームを構成するので、部品点数を削減できる。また、外枠フレームを構成する２つのフレーム部材は同形状（断面形状及び平面視形状とも）であるから、１種類の部品で済み、生産効率が高い。これにより、バッテリーフレーム構造の低コスト化が可能である。
本発明に係る自動車のバッテリーフレーム構造の場合、従来のように外枠フレームの４つのコーナー部で溶接接合する代わりに、２つのフレーム部材の端部同士を接合するので、仮にその接合を溶接で行った場合でも、溶接箇所が２箇所に減ることで溶接歪みを低減できる。なお、機械的接合による場合でも、本発明のフレーム部材の端部のように直線状の部分での接合はコーナー部での接合に比べ容易に行える。

本発明に係る自動車のバッテリーフレーム構造の場合、製造工程にアルミニウム合金製中空押出材を曲げ加工する工程が入るが、アルミニウム合金製中空押出材は曲げ加工に適していて短時間で成形できる。従って、仮に２箇所の接合を溶接で行った場合でも、従来のように４つのコーナー部で溶接接合する場合に比べて、製造工程に要する時間を短縮でき、生産効率が高い。溶接作業自体もコーナー部の溶接に比べて容易である。これにより、バッテリーフレーム構造の低コスト化が可能である。

従来の外枠フレームでは、アルミニウム合金製中空押出材同士を、両者が直交するコーナー部で溶接するので、コーナー中心回りで外枠フレームの断面係数が変化する。このような場合、断面係数が最も低くなる箇所を基準にアルミニウム合金製中空押出材の断面設計を行う必要があり、場所によっては断面性能が過剰となり、それが外枠フレームの重量アップにつながる。これに対し、本発明の外枠フレームでは、コーナー部はアルミニウム合金製中空押出材が曲げ加工された箇所であり、コーナー中心に対し一定の断面を保持しているので、コーナー中心回りで外枠フレームの断面係数が変化しない。このため、最適な一律断面形状で外枠フレームの設計ができ、その分軽量化が可能となる。なお、外枠フレームはサイズ及び重量的に相当大きいものであり、この部分を軽量化することは車体全体の軽量化に大きく貢献する。

本発明に係るバッテリーフレーム構造の全体斜視図である。 その外枠フレームを構成するフレーム部材の斜視図である。 フレーム部材同士の接合構造の一例を説明する要部斜視図（ａ）、そのＡ−Ａ断面図（ｂ）、及び接合後の形状を示す側面図（ｃ）である。 外枠フレームとロアプレートの接合構造の一例を説明する要部断面図（ａ）、及び接合後の形状を示す側面図（ｂ）である。 外枠フレームとロアプレートの接合構造の他の例を説明する要部断面図である。

以下、図１〜５を参照して、本発明に係る自動車のバッテリーフレーム構造について、具体的に説明する。
図１に示すバッテリーフレームは、外枠フレーム１とその下面側に接合したロアプレート２からなる（ボルト等は図示を省略している）。
外枠フレーム１は平面視略矩形で、平面視略コ形の一対のフレーム部材３，４の端部同士を接合したものである。フレーム部材３，４は同じ平面視形状を有し、図２に示すように、同じ長方形断面（口形）のアルミニウム合金製中空押出材を、それぞれ長手方向の２箇所で同じ平面内で９０度曲げ加工したものである。フレーム部材３，４の曲げ加工領域３Ａ，４Ａは非曲げ加工領域３Ｂ，４Ｂに挟まれ、外枠フレーム１の４つのコーナー部を構成する。この曲げ加工は、２箇所とも同じ面内で行われ、かつ水平面内に配置される上下ウエブ５，６が面内曲げとなる形態で行われている。

図３（ａ）は、フレーム部材３，４の端部同士の接合方法の一例を示すもので、フレーム部材３，４の端部３ａ，４ａを向き合わせ、間にジョイント材７を配置し、これを端部３ａ，４ａの中空内部に嵌め入れる。端部３ａ，４ａは前記非曲げ加工領域３Ｂ、４Ｂの一部である。ジョイント材７は、長方形断面のアルミニウム合金製中空押出材であり、フレーム部材３，４の端部３ａ，４ａの中空内部にちょうど嵌り合う外形を有し、上側ウエブ８の内面側の２箇所にそれ自体公知のピアスナット９，９（ピアスナットについては例えば特開２００８−２２３８７７号公報参照）が固定されている。図３（ｂ）の断面図は、上側ウエブ８の内面側に固定されたピアスナット９を示す。フレーム部材３，４の端部３ａ，４ａの上側ウエブ５には、ピアスナット９に対応する位置にボルト穴１１，１１が形成されている。
ジョイント材７を嵌め入れた端部３ａ，４ａを突き合わせ、ボルト１２，１２（図３（ｃ）参照）を前記ボルト穴１１，１１に通してピアスナット９，９に螺合し、フレーム部材３，４及びジョイント材７を締結する。これによりフレーム部材３，４はその端部３ａ，４ａにおいて接合される。その状態が図３（ｃ）に示されている。

ロアプレート２は、図１に示すように、密接して並んだ平面視矩形の３個のダブルスキン形材１３〜１５からなる。
図４（ａ）に示すように、フレーム部材３，４の下側ウエブ６には、適宜間隔でそれ自体公知のブラインドナット１６（ブラインドナットについては例えば特開２００９−２５５７０８号公報の図４及び段落００１３参照）が固定されている。ブラインドナット１６は、下側ウエブ６の下面側からフレーム部材３，４の中空内部に挿入され、下側ウエブ６に固定されている。一方、ロアプレート２には、前記ブラインドナット１６に対応して、上側面板１７及びリブ１８の一部にブラインドナット１６のフランジ１６ａを収容する穴１９（ボルト穴でもある）が形成され、下側面板２１にボルト穴２２が形成されている。

ロアプレート２と外枠フレーム１の接合にあたり、ロアプレート２を外枠フレーム１（フレーム部材３，４の接合後）の下面側に、上側面板１７が外枠フレーム１の下面（フレーム部材３，４の下側ウエブ６の下面）に密着する形態で配置する。続いて、図４（ｂ）に示すように、ボルト２３をロアプレート２の下方から前記ボルト穴２２及び穴１９に通してブラインドナット１６に螺合し、ロアプレート２と外枠フレーム１（フレーム部材３，４）を締結する。これにより、ロアプレート２が外枠フレーム１の下部に接合される。

図５に、ブラインドナットを利用した外枠フレーム１（フレーム部材３，４）とロアプレート２の接合構造の他の例を示す。図５の接合構造において、図４に示すものと実質的に同じ部位には同じ番号を付与している。
図５に示す接合構造でも、フレーム部材３，４の下側ウエブ６に、適宜間隔でブラインドナット１６が固定されている。ブラインドナット１６が係合する穴に段差部２４が形成され、この段差部２４にブラインドナット１６のフランジ１６ａが収容されている。一方、ロアプレート２には、前記ブラインドナット１６に対応して、上側面板１７にボルト穴１９が形成され、下側面板２１及びリブ１８の一部にボルト穴２２が形成されている。

ロアプレート２と外枠フレーム１の接合にあたっては、ボルト２３をロアプレート２の下方から前記ボルト穴２２を通してロアプレート２の中空内部に挿入し、さらに軸部をボルト穴１９に通してブラインドナット１６に螺合し、ロアプレート２と外枠フレーム１（フレーム部材３，４）を締結する。これにより、ロアプレート２が外枠フレーム１の下部に接合される。
なお、図５の接合構造の接合ボルト２３は、ロアプレート２の上側面板１７と外枠フレーム１（フレーム部材３，４）の下側ウエブ６を接合する点で、図４の接合構造のボルト２３（ロアプレート２を貫通するボルト）と異なる。

上記バッテリーフレームにおいて、フレーム部材３，４は、例えばＪＩＳ６０００系又は７０００系アルミニウム合金押出材からなる。コーナー部の曲げ加工はドローベンディングやプレス曲げ等、種々の曲げ加工法が適用できる。曲げ加工部（コーナー部）の曲げ加工性を向上させるため、例えばＩＨ加熱で前記曲げ加工部の復元処理を行い、ｎ値（加工硬化指数）を大きくした上で曲げ加工を行うこともできる。
上記バッテリーフレームにおいて、外枠フレーム１はその直線状部（非曲げ加工領域３Ｂ、４Ｂ）が車体前後方向及び幅方向に向くように車体に設置される。その場合、車体前後方向又は車体幅方向に衝撃を受けた場合に、外枠フレーム１の直線状部が軸方向に圧壊することで衝突エネルギーを吸収することができる。従って、この外枠フレーム２は軸圧壊特性（軸方向に衝撃的又は静的圧縮力を受けたとき割れを発生することなく軸方向に潰れる性質）に優れたアルミニウム合金押出材（例えば特開２００１−３１６７５０号公報参照）からなることが望ましい。

本発明に係るバッテリーフレーム構造は、上記の例に限らず、例えば下記のような種々の他の形態をとり得る。
（１）上記の例では、外枠フレームは平面視略矩形としたが、必要に応じて略６角形、略８角形等、他の略凸多角形状とすることもできる。
（２）上記の例では、アルミニウム合金中空押出材の断面形状を口形としたが、このように輪郭が略矩形のもののほか、種々の断面形状のものを用いることができる。
（３）上記の例では、外枠フレームを構成する２つのフレーム部材を、ジョイント材を介してボルト締結したが、２つのフレームは端部同士をジョイント材を介し又は介さずに溶接して接合することもできる（例えば特開２００３−２５０９４号公報参照）。あるいは他の接合手段を適宜用いることができる。

（４）上記の例では、外枠フレームとロアプレートをボルト締結したが、両者を溶接により接合することもできる。あるいは他の接合手段を適宜用いることができる。
（５）上記の例では、ロアプレートを平面視で矩形としたが、例えば平面視形状を外枠フレームの輪郭内とするなど、バッテリー構造体を下から支えるロアプレートとしての機能を果たす限り、その平面視形状は適宜設定可能である。
（６）バッテリーフレームを車体フレームに取り付けるためのブラケットは図示を省略したが、このようなブラケットは適宜設置することができる。

１ 外枠フレーム
２ ロアプレート
３，４ 外枠フレームを構成するフレーム部材
３Ａ，４Ａ フレーム部材の曲げ加工領域
３Ｂ，４Ｂ フレーム部材の非曲げ加工領域
３ａ，４ａ フレーム部材の端部
７ ジョイント材
９ ピアスナット
１３〜１５ ロアプレートを構成するダブルスキン押出形材
１６ ブラインドナット

Claims (2)

1. 平面視略凸多角形の外枠フレームとその下面側に接合したアルミニウム合金製ロアプレートからなり、前記外枠フレームは端部同士を向き合わせて接合した一対の同形状のフレーム部材からなり、各フレーム部材はアルミニウム合金製中空押出材を長手方向の２箇所以上で同一面内で曲げ加工したものであることを特徴とする自動車のバッテリーフレーム構造。
2. 前記外枠フレームは平面視略矩形で、前記フレーム部材はアルミニウム合金製中空押出材を長手方向の２箇所で９０度曲げ加工したものであることを特徴とする請求項１に記載された自動車のバッテリーフレーム構造。

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