JP2017522216A - 車両シャーシ構造 - Google Patents

Abstract

国際公開第２００９／１２２１７８号に記載されているような構造においては、複合パネルと管状骨格との間を結合することが必要である。筒状断面の金属部材が互いに接続された骨格と、複数の複合パネルであって、前記復号パネルの各々が複数の前記金属部材に接着され、前記複合パネルと前記金属部材との間の接着的結合のうちの少なくとも１つの結合が、前記複合パネルの平板部分の端部と一体であると共に当該端部から延びるアーチ構造によって形成され、かつ、前記少なくとも１つの結合が前記金属部材の外側に適合する前記アーチ構造によって形成される、前記複合パネルと、それらの間のギャップに沿った接着剤層であって、実質的に前記平板部分の端部から延びると共に、前記アーチ部の角度範囲の一部であり前記角度範囲の全範囲ではない部分にわたって延びる接着剤層と、を有する、車両シャーシについて説明する。また、筒状断面の金属部材の骨格を組み立てる工程と、複数の複合部材であって、前記複数の複合部材のうち少なくとも１つが、平板部分と、当該平板部分の端部に前記金属部材の外側形状と実質的に適合するアーチ構造と、を有する複合部材を複数提供する工程と、前記アーチ構造に沿って接着剤のビードを付着させ、前記アーチ構造の角度範囲であって前記アーチ構造の全角度範囲でない角度範囲を覆う工程と、前記金属部材が前記アーチ構造内に位置し、その間の空間の高さが所定の高さよりも低くなるように、少なくとも１つの前記複合部材と、前記金属部材と、を接合させる工程と、を含む、車両シャーシ形成方法について説明する。【選択図】図３〜６

Description

本発明は、車両シャーシとして使用する構造に関する。

国際公開第２００９／１２２１７８号として公開された発明者等による先の特許出願には、骨格に結合された複合パネルを用いて管状骨格が補強された車両シャーシが記載されている。これは、軽量で堅固なシャーシを生成させるだけでなく、良好な衝撃耐性を有し、サスペンションやエンジンマウント（等）に安定したハードポイントを提供し、安価に製造することができる。

このような構造において、複合パネルと管状骨格との間に接着剤を供給する必要がある。骨格の成形費用を低く維持するべく、少なくとも一部の管状要素を所定の形状に成形するための３Ｄデジタルチューブ曲げ方法を用いることを可能とする目的で、当該少なくとも一部の管状要素の断面は円形である。これは、パネルと菅の間の結合が、管の外側表面のアーチに沿っていることが必要となる。この結合はシャーシ全体の機械的強度の重要な部分であるため、この結合の信頼性及び強度の向上は有用である。

本発明は、すなわち、筒状断面の金属部材が互いに接続された骨格と、複数の複合パネルであって、前記復号パネルの各々が複数の前記金属部材に接着的に結合され、前記複合パネルと前記金属部材との間の結合のうちの少なくとも１つの結合が、前記複合パネルの平板部分の端部と一体であると共に当該端部から延びるアーチ構造によって形成され、かつ、前記少なくとも１つの結合が前記金属部材の外側に適合する前記アーチ構造によって形成される、前記複合パネルと、それらの間のギャップに沿った接着剤層であって、実質的に前記平板部分の端部から延びると共に、前記アーチ部の角度範囲の一部であり前記角度範囲の全範囲ではない部分にわたって延びる接着剤層と、を有する、車両シャーシを提供するものである。

本発明は、また、筒状断面の金属部材の骨格を組み立てる工程と、複数の複合部材であって、前記複数の複合部材のうち少なくとも１つが、平板部分と、当該平板部分の端部に前記金属部材の外側形状と実質的に適合するアーチ構造と、を有する複合部材を複数提供する工程と、前記アーチ構造に沿って接着剤のビードを付着させ、前記アーチ構造の角度範囲であって前記アーチ構造の全角度範囲でない角度範囲を覆う工程と、前記金属部材が前記アーチ構造内に位置し、その間の空間の高さが所定の高さよりも低くなるように、少なくとも１つの前記複合部材と、前記金属部材と、を接合させる工程と、を含む、車両シャーシ形成方法を提供するものである。

管状部分は、シャーシの重量を低減するために中空であってもよい。

一般的に、複合パネルは、必要とされる機械的特性を提供するために、比較的厚い。アーチ構造は、使用に際して、金属管状部材に接着されるため、平板部分よりも薄くても良い。

アーチ構造は、自由端部である第１端部と、平板部分に連続する第２端部と、を有していることが好ましく、その場合、接着剤のビードが、アーチ部の、第１端部よりも第２端部の近くに付着されることが好ましい。

金属管状部材とアーチ構造との間の空間の高さは、所定の高さよりも有意に低いことが好ましく、例えば、所定の高さの５０％以下、より好ましくは４０％以下、更に好ましくは３０％以下の値である。

本発明は、上述のシャーシを有する車両にも関する。

以下の添付図面を参照しつつ、本発明の一形態を実施例によって説明する。
図１は、複合シャーシ構造を示す図である。 図２は、図１のシャーシの一部をより詳細に示す図である。 図３は、複合パネルを管状部分に接合する順次工程を示す図である。 図４は、複合パネルを管状部分に接合する順次工程を示す図である。 図５は、複合パネルを管状部分に接合する順次工程を示す図である。 図６は、複合パネルを管状部分に接合する順次工程を示す図である。 図７は、複合パネルの管状部分への接近が近すぎる場合の効果を示す図である。 図８は、複合パネルの管状部分への接近が不十分である場合の効果を示す図である。

図１は、発明者等による先の国際公開第２００９／１２２１７８号公報に記載の車両シャーシの製造に用いられる管状フレーム構造を示している。フレーム構造１０は、車両の左側に２つの部材１２、１４、車両の右側に２つの部材１６、１８の４つの長手方向部材を含む。各側の部材は、様々なライザー要素２０、２２を介して、かつ、対応する２つの長手方向部材のうちの上側の部材１２、１６と合流するように車の後方に向けて上昇する下側の長手方向部材１４、１８によって、接続されている。この上昇形状は、車の後方に空間２４を生成し、後方の駆動装置を収容することができる。同様に、車の前方では、４つの長手方向部材のすべてが湾曲されており、長手方向部材が内側に車の中央線の方へ迂回し、前方の駆動装置のためのスペース２６が生成される。

長手方向部材１２、１４、１６、１８を的確な感覚に保つため、２８で示されるような、長手方向部材に接続され、車両を横断するように延びるクロス部材が設けられている。これにより、管状フレーム構造が得られる。

これらの管は、大径のスチール（又はアルミニウム）の薄壁管であり、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）処理によって切断され、曲げられる。管の端部は、現状、ＣＮＣレーザ装置、その後ＣＮＣによる曲げ、及びロボット溶接によって成形することができる。結果として、シャーシのスチール構造は、複数の管組織部分から形成され、その管組織自体が長く細いスチール片から得られる。これは、大きな単一のスチール鋼片を必要な形状に鍛造することが必要となる従来のプレススチールシャーシに対して、スチール管形状に製造し、曲げ、溶接するのに本質的である。そのため、管状フレームを形成し組み立てるのに必要な材料及びエネルギーの浪費は、相当するスチールプレスよりも大幅に小さい。

このように生成された複数管構造は、セルフジギングであり、それ故、製造に必要な追加部材が最小限である。ひとたび構造が互いに溶接されれば、露出するスチールの外側及び内部の保護は、適切な化学浴によって施すことができる。

ここに例示として記載のシャーシは、（例えば）発明者等による先の特許出願である国際公開第２００８／１１０８１４号に記載の３シーター個人輸送車両に関して用いることが想定される。そのため、この構造には、２人の後部乗員のためのフットウェル領域３０、３２と、中央に位置するドライバーのための着座領域３４と、が設けられる。しかしながら、この設計を、他の車両の設計やレイアウトに対応させることもできる。

スチールのロールフープ３６が、シャーシの後方に設けられ、骨格１０から上方に延び、且つ、骨格１０の一部を形成している。一対の上側の長手方向部材３８、４０がロールフープ３６から後方に延び、ストラット４２、４４によって支持されている。ロールフープ３６は、長手方向部材１２、１６に事前に溶接された一対のソケット４６、４８に収容されている。側方部材３８、４０が、ロールフープから後方に延び、後部ボディパネルを取り付けるための手段を提供している。この管状フレーム構造の完成体に、剛性薄板５０が付加される。

剛性薄板５０には、２つの主要な目的がある。１つは、管状部材間で付加を伝達し、複数管構造を補強することで、構造全体の剛性を向上させ、耐衝撃性を向上させることである。この点において、薄板は、適切な剛性を有する複合素材で作成される。カーボンファイバー複合材、家ブラーファイバー複合材、グラスファイバー複合材、金属マトリックス複合材等のその他の複合材料を含む、様々な複合素材が適当である。特に適切な複合材料は、第１の材料からなる心材と、第２の材料からなる被覆材を有する複合材料であり、適切な心材として紙ベースの材料を含み、被覆材として繊維補強プラスティック材料を含む複合材料である。

その補強の支持により、薄板を非平面形状に形成することができ、ねじれに対する剛性を与えることが可能となる。平面状の薄板は、１軸方向に高いねじれ剛性を与えるだけであるが、複合した曲げ（すなわち、１つ以上の非平行軸の曲げ）を有する薄板は、実質的にすべての次元において剛性を与えることができる。同様の効果を達成するために、薄板５０は、非平面形状を形成すべく、骨格１０に個々に接続された、いくつかの小さな部分から形成されていてもよい。

薄板５０の２つ目の目的は、車両に内部構造を提供し、管状部材の間の開口を覆うことにある。これにより、単独又は複数の薄板を、車両の所望のレイアウトに適した複合形状に応じて形成することができる。車両の後部５２から順に、貨物棚として、又は（この場合は）リア搭載エンジン室上の負荷領域の床面として機能する平面パネル５４があり、そして、後部座席乗員のためのシートの傾斜した背もたれを提供するための下向きカーブ５６がある。後部座席のスクアブ６０を設けるために再度上方にカーブした後、薄板５０の外側部材は下方にカーブし、後部座席の乗員のためのフットウェル３０、３２が設けられる。中央部分は、中央に搭載されるドライバーズシートを支持する隆起形状３４として前方に延び、これは、フットウェルの両側の上方に延びる側方パネル及び後部座席の両側の側方パネルと共に、薄板５０に三次元の複合屈曲をもたらす。

骨格１０の管状部分に対応する位置において、薄板５０に凹部が形成されている。これらは、骨格１０の部材の形状に、薄板５０が、追従し、同調し、例えばエポキシレジン等のような適切なエンジニアリング接着剤を介して結合させるようにすることができる。これは、骨格１０及び薄板５０の間に力が伝達することを可能にし、それにより薄板５０がシャーシの剛性及び耐衝撃性に寄与することを可能にする。これにより、薄板５０の凹部は骨格１０の管の周囲に沿って曲がり、関連する管に結合されることで、薄板５０及び骨格１０が、エンジン、駆動機構、内部及び外部のトリム等が適合可能な単一の耐荷重構造を形成することができる。

図２は、シャーシの左前方下部６２の断面をより詳細に示しており、組み付け方向とは逆向きに示している。この領域のスチール骨格１０は、必要な形状に曲げられた円形断面の長手方向部材１２、１４を含み、ブレーキ構成要素、ステアリング構成要素、及び車体等の装備品のための多数の固定ポイント６６を有する矩形断面のライザー要素６４と、矩形断面のトップ部材６８とを共に含み、共に骨格の局所を形成している。

骨格１０のこの部分を覆う複合パネル５０は、長手方向部材１２、１４の間に延びる縦方向の部分である。この複合パネル５０は、一方の長手方向部材１２から他方の長手方向部材１４まで直接延びるように概して平面であるが、長手方向部材１２、１４の湾曲部７２に適合するよう滑らかなカーブも有している。パネル５０の長手方向部材１２、１４に隣接して走る端部は、筒状断面の長手方向部材１２、１４の外側円筒面と実質的に同心円状となるようカーブしたアーチ部７４、７６として形成されている。各アーチ部は、長手方向部材の外側表面の周囲を９０°と１３５°の間の角度で弧を描いている。そのため、各アーチ部は、中央部分７０の（局所的）平面から外側に４５°の湾曲部７８を起点としている。

中央部分７０は、パネルに必要な剛性を提供するために、肥厚部８０を含んでいる。これは、パネルの重量を最小限とするためにハニカム構造等のような空隙を有していてもよい。傷がない環境耐性の端部をパネルに設けるために、端部の周囲に非ハニカムの薄いリムを形成し、アーチ部７４、７６がその薄いリム内に成形される。

アーチ部７４、７６と長手方向部材１２、１４の外側表面との間に小さな空間が維持されており、以下に説明する方法でエポキシレジン接着剤の層８２が挟まれている。これは、パネル５０を骨格１０に結合させ、シャーシの剛性及び強度に貢献する。

図３〜図６は、パネル５０を長手方向部材１２、１４へと接着する順次工程を示しており、パネル５０と部材１２との間の接着を図示している。エポキシレジン接着剤のビード８４がアーチ部７６の内面８６に付着させる。ここで重要なのは、ビード８４が内面８６の一部分のみを覆っており、内面の前部を覆っていないことである。ビードは、基部における幅よりも僅かに高く、先端における幅が基部における幅の約半分となるように、露出された先端に向けてテーパ形状を呈している。図示されたビードは、基部で１０ｍｍ、先端で５．４ｍｍ、高さ１１．５ｍｍの所定の寸法を有しているが、樹脂の粘性に応じて実際にはバラツキが生じることは明らかである。ビード８４はアーチ部７６の、自由端８８よりも湾曲部７８に近い方に位置している。

所定位置の接着ビード８４と共に、パネル５０は矢印９０の方向に長手方向部材１２の方に移動させる。図４は、ビード８４の先端が、長手方向部材１２の外側表面に接触する点を図示している。ビードの比較的大きな高さと比較的狭い幅のため、アーチ部７６上のビードの基部の角位置からずれた長手方向部材１２の角位置９２で先端が外側表面と接触する。これにより、パネル５０の移動は、矢印９０の方向に続けられ、ビード８４は長手方向部材１２の外側表面と、アーチ部７６の内側表面に沿って塗りつけられる。この塗りつけ工程により、真正面から接触させた接着剤の単一平面層とは異なり、自然に空気が抜け、両面において良好な結合が生成される。

ひとたびパネル５０が所定の位置（図６）に移動すると、かつてのビード８４は塗りつけられて接着剤の層８２となり、次いで放置されて硬化されてもよい。理想的には、パネル５０は、この硬化工程の少なくとも最初の間は、所定位置に支持されることになる。この組合せ体の方法による樹脂の層８２と隣接する表面との間の緊密な接触は、強固な結合を保証する。

図６は、所定の又は所望の位置で組み付けられた接合を示し、（この例では）アーチ部７６と長手方向部材１２との間のギャップは３ｍｍであり、樹脂の層８２によって部分的に充填されている。パネル５０と長手方向部材１２の間の重なり合う部分の角度範囲の概ね半分が、樹脂接着層８２で充填され、２つの部材の間に９０°の重なりの約半分が空隙９４に残されている。

図７は、アーチ部７６と長手方向部材１２がより近接した効果を、接着剤の適当な作用を保証するために２つの部材の間のギャップを最小限、この例では１．５ｍｍにした形で、示している。この近接により、樹脂は、以前は重なり部分の使用していなかった部分へと絞り出され、空隙９４が排除され、代わりにその空隙に接着剤が充填される。接着剤は、接合領域からはみ出るのにちょうど足りない量である。結果として、両者を分離するのに必要最小限の許容量でギャップをちょうど充填するためのビード８４の寸法を設計することで、重なり領域からの漏れの有無によって、その許容量が適当であったか否かを明確に可視化するバイナリーインディケータとなる。

図８は、アーチ部７６と長手方向部材１２の間のギャップを最大限の許容量、この場合は４．５ｍｍとした場合の結果を示している。ここで重要なのは、ビード８４が、依然両部材と接触していたことであり、図６又は図７に示されるように重なり領域に沿ってそれほど広がっていないものの、接合の構造的要請に十分な結合面積を有していたことである。

これにより、必要な結合強度によって結合面積の最小値が決定され、それに加えてギャップの最大許容量によってビード８４の断面積が決定される。すなわち、ギャップの最小許容量（これと併せて、ビード８４の断面積）によって、重なりの長さが決定され、角度範囲が決定される。ビード８４の必要な断面積からすると、所定のギャップの倍数（２倍〜４倍の間）で定式化され、理想的には僅かにテーパ状である詳細な形状が得られる。

これにより、（設計により）アーチ部と長手方向部材１２の間の重なりの空隙９４と、重なりの残りの接着剤と、を用いて、このように接合を組み付けることで、両表面と樹脂との間の緊密な接触を生じさせ、部材を配置するための完全な許容量範囲を提供する接着剤ビード８４のための設計戦略へと繋げることができる。結果として、結合の品質及び再現性が保証される。

上述の実施形態には、本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて様々な変更がなされ得ることは、当然ながら理解されるであろう。

Claims (15)

1. 筒状断面の金属部材が互いに接続された骨格と、
   複数の複合パネルであって、
   前記復号パネルの各々が複数の前記金属部材に接着的に結合され、
   前記複合パネルと前記金属部材との間の結合のうちの少なくとも１つの結合が、前記複合パネルの平板部分の端部と一体であると共に当該端部から延びるアーチ構造によって形成され、かつ、前記少なくとも１つの結合が前記金属部材の外側に適合する前記アーチ構造によって形成される、前記複合パネルと、
   それらの間のギャップに沿った接着剤層であって、実質的に前記平板部分の端部から延びると共に、前記アーチ部の角度範囲の一部であり全範囲ではない部分にわたって延びる接着剤層と、を有する、車両シャーシ。
2. 前記筒状断面が中空である、請求項１に記載の車両シャーシ。
3. 前記複合パネルの前記平板部分が、前記複合パネルの前記アーチ構造の厚さよりも厚い、請求項１又は請求項２に記載の車両シャーシ。
4. 前記アーチ構造が、自由端部である第１端部と、前記平板部分に連続する第２端部と、を有する、先行請求項のうちいずれか１項に記載の車両シャーシ。
5. 先行請求項のうちいずれか１項に記載の車両シャーシを有する車両。
6. 筒状断面の金属部材の骨格を組み立てる工程と、
   複数の複合部材であって、前記複数の複合部材のうち少なくとも１つが、平板部分と、当該平板部分の端部に前記金属部材の外側形状と実質的に適合するアーチ構造と、を有する複合部材を、複数提供する工程と、
   前記アーチ構造に沿って接着剤のビードを付着させ、前記アーチ構造の角度範囲であって全角度範囲でない角度範囲を覆う工程と、
   前記金属部材が前記アーチ構造内に位置し、その間の空間の高さが所定の高さよりも低くなるように、少なくとも１つの前記複合部材と、前記金属部材と、を接合させる工程と、を含む、車両シャーシ形成方法。
7. 前記筒状断面が中空である、請求項６に記載の車両シャーシ形成方法。
8. 前記複合部材の前記平板部分が、前記複合部材の前記アーチ構造の厚さよりも厚い、請求項６又は請求項７に記載の車両シャーシ形成方法。
9. 前記アーチ構造が、自由端部である第１端部と、前記平板部分に連続する第２端部と、を有する、請求項６から請求項８のうちいずれか１項に記載の車両シャーシ形成方法。
10. 前記接着剤の前記ビードを、前記アーチ構造における、前記第１端部よりも前記第２端部の近傍に付着させる、請求項９に記載の車両シャーシ形成方法。
11. 前記空間の高さが、前記所定の高さの５０％よりも低い、請求項６から請求項１０のうちいずれか１項に記載の車両シャーシ形成方法。
12. 前記空間の高さが、前記所定の高さの４０％よりも低い、請求項６から請求項１０のうちいずれか１項に記載の車両シャーシ形成方法。
13. 前記空間の高さが、前記所定の高さの３０％よりも低い、請求項６から請求項１０のうちいずれか１項に記載の車両シャーシ形成方法。
14. 実質的に、本明細書を参照しつつ説明された、及び／又は、添付図面に図示された、車両シャーシ。
15. 実質的に、本明細書を参照しつつ説明された、及び／又は、添付図面に図示された、車両シャーシ形成方法。

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