JP2015151067A - 自動車の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 三次元曲げ加工したＡピラーアッパーおよびルーフサイドレールを含む上部フレームの寸法誤差を補償して車体の寸法精度を高める。
【解決手段】 上部フレーム１４を、三次元曲げ加工したＡピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２を継ぎ手部材２７で接合して構成したので、Ａピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２の三次元曲げ加工に伴う寸法誤差を継ぎ手部材２７の部分で吸収することで、上部フレーム１４を一部材で構成する場合に比べて車体の寸法精度を高めることができる。しかも継ぎ手部材２７にサイドアウターパネル２２のフロントドア開口部２８の接合フランジ２２ｃを支持する支持部２７ａを設けたので、継ぎ手部材２７を利用してサイドアウターパネル２２を支持することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ａピラーアッパーおよびルーフサイドレールを含む上部フレームを三次元曲げ加工した複数の金属管を接合して構成する自動車の車体構造に関する。

自動車のＡピラー、ルーフサイドレールおよびＢピラーを一体化した長尺の部材を、中空の鋼管をロボットアームで把持して三次元曲げ加工することにより製造するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１２−１８８１１５号公報

ところで、プレス金型を用いない三次元曲げ加工は加工精度が比較的に低いため、長尺の部材の製造に適用した場合には寸法誤差が大きくなる傾向がある。特に、５ドア車両のルーフサイドレールはＡピラーアッパーの後端からＤピラーの上端へと連続する長尺の部材となり、このルーフサイドレールとＡピラーアッパーとを一部材で構成した上部フレームを三次元曲げ加工しようとすると、その全長が更に増加するために寸法誤差が更に増加してしまい、車体の組み立て時に一部材で構成した上部フレームの前端および後端をＡピラーとＣピラー（あるいはＤピラー）とで位置決めすると、ＢピラーまたはＣピラーを取り付ける上部フレームの前後方向中間部の位置誤差が大きくなって車体の寸法精度が低下する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、三次元曲げ加工したＡピラーアッパーおよびルーフサイドレールを含む上部フレームの寸法誤差を補償して車体の寸法精度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、Ａピラーアッパーおよびルーフサイドレールを含む上部フレームを三次元曲げ加工した複数の金属管を接合して構成する自動車の車体構造であって、前記複数の金属管どうしを継ぎ手部材を介して接合し、前記継ぎ手部材にサイドアウターパネルのドア開口部の接合フランジを支持する支持部を設けたことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記複数の金属管はＡピラーアッパーを構成する第１金属管および前記ルーフサイドレールを構成する第２金属管であり、前記第１金属管および前記第２金属管は断面が相互に異なることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記第１金属管は前記第２金属管よりも断面が小さいことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記継ぎ手部材は中空閉断面の部材であり、その一端部が前記第１金属管の内周面あるいは外周面に嵌合するとともに、その他端部が前記第２金属管の内周面あるいは外周面に嵌合することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記サイドアウターパネルのフロントドア開口部の接合フランジを、前記継ぎ手部材の支持部と、Ａピラーロアの支持部と、Ｂピラーの上部を前記ルーフサイドレールに接合するガセットの支持部とに接合することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記継ぎ手部材は両端部の断面が相互に異なっており、薄肉鋳鋼で一体成形されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態のルーフサイドレール１２は本発明の第２金属管に対応し、実施の形態のＡピラーアッパー１３は本発明の第１金属管に対応し、実施の形態のフロントドア開口部２８およびリヤドア開口部２９は本発明のドア開口部に対応する。

請求項１の構成によれば、Ａピラーアッパーおよびルーフサイドレールを含む上部フレームは三次元曲げ加工した複数の金属管を接合して構成される。これら複数の金属管どうしを継ぎ手部材を介して接合するので、車体の組み立て時に複数の金属管で構成した上部フレームの前端および後端をＡピラーとＣピラー（あるいはＤピラー）とで位置決めする際に、前後方向の途中は継ぎ手部材が上下方向および車幅方向の位置基準となるので、ＢピラーまたはＣピラーを取り付ける上部フレームの前後方向中間部の上下方向の位置誤差が小さくなって車体の寸法精度の低下が抑制される。

更に、継ぎ手部材はＡピラーアッパーおよびルーフサイドレールの三次元曲げ加工に伴う前後方向の寸法誤差を吸収するので、上部フレームを一部材で構成する場合に比べて車体前後方向の寸法精度を高めることができる。しかも、継ぎ手部材にサイドアウターパネルのドア開口部の接合フランジを支持する支持部を設けたので、継ぎ手部材の支持部を利用してサイドアウターパネルのドア開口部の接合フランジを支持することができる。

また請求項２の構成によれば、複数の金属管はＡピラーアッパーを構成する第１金属管およびルーフサイドレールを構成する第２金属管であり、第１金属管および第２金属管は断面が相互に異なるので、Ａピラーアッパーおよびルーフサイドレールにそれぞれ適した断面形状を採用することで、強度確保および軽量化を両立させることができる。

また請求項３の構成によれば、第１金属管は第２金属管よりも断面が小さいので。Ａプラーアッパーをルーフサイドレールよりも細くして前方視界を向上させるとともに、ルーフサイドレールをＡピラーアッパーよりも太くして車体上部の剛性を高めることができる。

また請求項４の構成によれば、継ぎ手部材は中空閉断面の部材であり、その一端部が第１金属管の内周面あるいは外周面に嵌合するとともに、その他端部が第２金属管の内周面あるいは外周面に嵌合するので、第１鋼管および第２鋼管を継ぎ手部材を介して強固に接合することができる。

また請求項５の構成によれば、サイドアウターパネルのフロントドア開口部の接合フランジを、継ぎ手部材の支持部と、Ａピラーロアの支持部と、Ｂピラーの上部をルーフサイドレールに接合するガセットの支持部とに接合するので、サイドアウターパネルの支持剛性を高めることができる。

また請求項６の構成によれば、継ぎ手部材は両端部の断面が相互に異なっているので、断面が異なる金属管どうしを継ぎ手部材で強固に接合することができ、しかも継ぎ手部材は薄肉鋳鋼で一体成形されるので、両端部の断面が相互に異なり、かつ支持部を有する継ぎ手部材の成形が容易である。

自動車の車体側部フレームの部分側面図。（第１の実施の形態） 図１の２方向拡大矢視図。（第１の実施の形態） 図１の３−３線拡大断面図。（第１の実施の形態） 図１の４−４線拡大断面図。（第１の実施の形態） 図１の５−５線拡大断面図。（第１の実施の形態） 図２に対応する図。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１に示すように、自動車の車体側部フレーム１１は、ルーフサイドレール１２およびＡピラーアッパー１３を接合した上部フレーム１４を備える。本発明の第１金属管に相当するＡピラーアッパー１３と、本発明の第２金属管に相当するルーフサイドレール１２とは、例えばロールフォーミング加工により一定の非円形閉断面に構成した直線状の鋼管を、例えば三次元熱間曲げ加工により所定形状に湾曲させたもので構成される。

Ａピラーアッパー１３にＹ字状に形成されたＡピラーロア１８の上端が接続され、ルーフサイドレール１２の前後方向中間部にＢピラー１９およびＣピラー２０の上端が接続され、ルーフサイドレール１２の後端にＤピラー２１の上端が接続される。そしてＡピラーロア１８、Ｂピラー１９、Ｃピラー２０およびＤピラー２１の下端をサイドシルおよびリヤサイドフレームよりなる下部フレーム（図示せず）で接続することで車体側部フレーム１１が構成され、車体側部フレーム１１の車幅方向外面に、フロントドア開口部２８よびリヤドア開口部２９を有するサイドアウターパネル２２が支持される。

図２および図３に示すように、ルーフサイドレール１２は上側の接合フランジ１２ａおよび下側の接合フランジ１２ｂを上下方向に重ね合わせて溶接Ｗ１により接合した閉断面の部材であり、サイドアウターパネル２２の上端を下向きに折り曲げた段部２２ａの下端を車幅方向内向きに折り曲げた接合フランジ２２ｂが、ルーフサイドレール１２の上側の接合フランジ１２ａの上面に上下方向に重ね合わされて溶接Ｗ２により接合される。ルーフパネル２３の車幅方向外端を下向きに折り曲げた段部２３ａの下端を車幅方向外向きに折り曲げた接合フランジ２３ｂが、サイドアウターパネル２２の上側の接合フランジ２２ｂの上面に上下方向に重ね合わされて溶接Ｗ３により接合される。そしてサイドアウターパネル２２の下端を下向きに折り曲げた下側の接合フランジ２２ｃに下端を溶接Ｗ４したステー２４の上端をルーフサイドレール１２の下面に溶接Ｗ５することで、サイドアウターパネル２２およびルーフパネル２３がルーフサイドレール１２に支持される。サイドアウターパネル２２の接合フランジ２２ｃは、サイドアウターパネル２２のフロントドア開口部２８およびリヤドア開口部２９の全周を囲むように形成される。

図２および図４に示すように、Ａピラーアッパー１３は前側の接合フランジ１３ａおよび後側の接合フランジ１３ｂを前後方向に重ね合わせて溶接Ｗ６により接合した閉断面の部材であり、その断面形状は上述したルーフサイドレール１２の断面形状に類似しているが、僅かに小さくなっている。サイドアウターパネル２２の前端を後向きに折り曲げた段部２２ｄの下端を車幅方向内向きに折り曲げた前側の接合フランジ２２ｅが、Ａピラーアッパー１３の前側の接合フランジ１３ａの前面に前後方向に重ね合わされて溶接Ｗ７により接合されるとともに、サイドアウターパネル２２の後端を後向きに折り曲げた前記接合フランジ２２ｃに後端を溶接Ｗ８したステー２５の前端をＡピラーアッパー１３の後面に溶接Ｗ９することで、サイドアウターパネル２２がＡピラーアッパー１３に支持される。そしてフロントガラス２６の車幅方向外端部が、Ａピラーアッパー１３の前側の接合フランジ１３ａの前面にサイドアウターパネル２２の接合フランジ２２ｅを挟んで接着Ｇされる。

図２および図５に示すように、薄肉鋳鋼で継ぎ目なく一体成形された短い筒状の継ぎ手部材２７は、その前部がＡピラーアッパー１３の後端部外周に隙間なく嵌合して溶接Ｗ１０され、その後部がルーフサイドレール１２の前端部外周に嵌合して溶接Ｗ１１される。Ａピラーアッパー１３の断面はルーフサイドレール１２の断面よりも僅かに小さいため、継ぎ手部材２７の前部は後部よりも僅かに細くなっている。継ぎ手部材２７の下部から板状の支持部２７ａが一体に突出しており、この支持部２７ａにサイドアウターパネル２２の接合フランジ２２ｃが溶接Ｗ１２される。

図１に示すように、サイドアウターパネル２２のフロントドア開口部２８の全周に亙って形成された接合フランジ２２ｃは、前記ステー２４，２５および前記継ぎ手部材２７の支持部２７ａ以外に、Ａピラーロア１８の後端の支持部１８ａと、Ｂピラー１９の上端をルーフサイドレール１２に接続するガセット３０の支持部３０ａとに接続される。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

車体側部フレーム１１の上部フレーム１４は概ね車両の前端から後端まで延びる長尺の部材であるため、それを一部材で三次元曲げ成形すると寸法誤差が大きくなる。よって、車体の組み立て時に一部材で構成した上部フレーム１４の前端および後端を位置決めすると、前後方向中間部の位置誤差が大きくなって車体の寸法精度が低下する問題がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、上部フレーム１４をＡピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２に２分割することで、上部フレーム１４よりも短いＡピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２の個々の寸法誤差を減少させるとともに、Ａピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２を継ぎ手部材２７で接合する際に、継ぎ手部材２７に対するＡピラーアッパー１３の後端およびルーフサイドレール１２の前端の嵌合深さを調整して溶接Ｗ１０，Ｗ１１することで、Ａピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２の寸法誤差を吸収して車体の寸法精度を高めることができる。

また車体の組み立て時に上部フレーム１４の前端および後端をＡピラーロア１８およびＤピラー２１で位置決めしたとき、上部フレーム１４の前後方向の途中の継ぎ手部材２７が上下方向および車幅方向の位置基準となることで、Ｂピラー１９およびＣピラー２０が接続される上部フレーム１４の前後方向中間部の上下方向の位置誤差が小さくなり、車体の寸法精度の低下が抑制される。

しかも継ぎ手部材２７に支持部２７ａを一体に形成し、この支持部２７ａを利用してサイドアウターパネル２２のフロントドア開口部２８の接合フランジ２２ｃを支持することで、特別の支持部を設ける必要をなくして部品点数を削減することができる。

またＡピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２の断面積を相互に異ならせ、Ａピラーアッパー１３の断面を細くして前方視界を向上させるとともに、ルーフサイドレール１２の断面を太くして車体上部の剛性を高めるので、強度確保および軽量化を両立させることができる。

また継ぎ手部材２７は中空閉断面の部材であり、その前端部がＡピラーアッパー１３の外周面に嵌合するとともに、その後端部がルーフサイドレール１２の外周面に嵌合するので、Ａピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２を継ぎ手部材２７を介して強固に接合することができる。

その際に、継ぎ手部材２７は両端部の断面が相互に異なっているので、断面が異なるＡピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２を継ぎ手部材２７で強固に接合することができ、しかも継ぎ手部材２７は薄肉鋳鋼で一体成形されるので、両端部の断面を相互に異ならせ、かつ支持部２７ａを一体に形成することが容易である。

またサイドアウターパネル２２のフロントドア開口部２８の接合フランジ２２ｃを、継ぎ手部材２７の支持部２７ａと、Ａピラーロア１８の支持部１８ａと、Ｂピラー１９の上部をルーフサイドレール１２に接合するガセット３０の支持部３０ａとに接合するので、サイドアウターパネル２２の支持剛性を高めることができる。

第２の実施の形態

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、継ぎ手部材２７の前端および後端をそれぞれＡピラーアッパー１３の外周およびルーフサイドレール１２の外周に嵌合しているが、第２の実施の形態は、継ぎ手部材２７の前端および後端をそれぞれＡピラーアッパー１３の内周およびルーフサイドレール１２の内周に嵌合したものである。Ａピラーアッパー１３の後端およびルーフサイドレール１２の前端間には隙間が形成されており、その隙間から支持部２７ａが突出する。

この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では継ぎ手部材２７を薄肉鋳鋼で一体成形しているが、それを３Ｄプリンターで製造しても良く、また複数のプレス鋼板を用いてＡピラーアッパー１３の後端部およびルーフサイドレール１２の前端部を挟み込む構造にしても良い。

またルーフサイドレール１２やＡピラーアッパー１３は鋼管に限定されず、アルミニウム管等の他種の金属管であっても良い。

また継ぎ手部材２７の前端をＡピラーアッパー１３の内周に嵌合して後端をルーフサイドレール１２の外周に嵌合したり、逆に継ぎ手部材２７の前端をＡピラーアッパー１３の外周に嵌合して後端をルーフサイドレール１２の内周に嵌合したりすることができる。

またルーフサイドレール１２およびＡピラーアッパー１３の三次元曲げ加工は、実施の形態の三次元熱間曲げ加工に限定されず、三次元冷間曲げ加工やハイドロフォーム加工であっても良い。

また実施の形態では上部フレーム１４をＡピラーアッパー１３およびルーフサイドレール１２に２分割しているが、それを３分割以上に分割しても良い。

１２ ルーフサイドレール（第２金属管）
１３ Ａピラーアッパー（第１金属管）
１４ 上部フレーム
１８ Ａピラーロア
１８ａ 支持部
１９ Ｂピラー
２２ サイドアウターパネル
２２ｃ 接合フランジ
２７ 継ぎ手部材
２７ａ 支持部
２８ フロントドア開口部（ドア開口部）
２９ リヤドア開口部（ドア開口部）
３０ ガセット
３０ａ 支持部

Claims (6)

1. Ａピラーアッパー（１３）およびルーフサイドレール（１２）を含む上部フレーム（１４）を三次元曲げ加工した複数の金属管を接合して構成する自動車の車体構造であって、 前記複数の金属管どうしを継ぎ手部材（２７）を介して接合し、前記継ぎ手部材（２７）にサイドアウターパネル（２２）のドア開口部（２８，２９）の接合フランジ（２２ｃ）を支持する支持部（２７ａ）を設けたことを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記複数の金属管はＡピラーアッパー（１３）を構成する第１金属管（１３）および前記ルーフサイドレール（１２）を構成する第２金属管（１２）であり、前記第１金属管（１３）および前記第２金属管（１２）は断面が相互に異なることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。
3. 前記第１金属管（１３）は前記第２金属管（１２）よりも断面が小さいことを特徴とする、請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記継ぎ手部材（２７）は中空閉断面の部材であり、その一端部が前記第１金属管（１３）の内周面あるいは外周面に嵌合するとともに、その他端部が前記第２金属管（１２）の内周面あるいは外周面に嵌合することを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
5. 前記サイドアウターパネル（２２）のフロントドア開口部（２８）の接合フランジ（２２ｃ）を、前記継ぎ手部材（２７）の支持部（２７ａ）と、Ａピラーロア（１８）の支持部（１８ａ）と、Ｂピラー（１９）の上部を前記ルーフサイドレール（１２）に接合するガセット（３０）の支持部（３０ａ）とに接合することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
6. 前記継ぎ手部材（２７）は両端部の断面が相互に異なっており、薄肉鋳鋼で一体成形されることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の自動車の車体構造。

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