JP2022163908A - 車両用フレーム構造及び車両用フレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てた部品間に大きな隙間が形成されるのを防いだり、或いは、組み立てる部品同士が干渉するのを防ぐとともに、組立品の外形精度を高くすることができる車両用フレーム構造及び車両用フレームの製造方法を提供する。【解決手段】車両１０後部のフレーム構造１は、第１金属体２の板状部２０と第２金属体３との重合部分を板状部２０側からセルフピアスリベット４を打ち込むことにより繋いで組み立てられる。板状部２０の第２金属体３との重合部分で、且つ、板状部２０におけるセルフピアスリベット４の打込開始側の面には、第２金属体３とは反対側に延出するとともに、セルフピアスリベット４の打込部２ｄ周りに環状に延びる環状立壁部２ｂが設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、複数のプレス部品をセルフピアスリベットにより繋いだ車両用フレーム構造及びセルフピアスリベットで繋ぐことにより複数のプレス部品を組み立てて車両用フレームを得る車両用フレームの製造方法に関する。

従来より、車両用フレームは、複数のプレス部品をセルフピアスリベットで繋ぐことにより組み立てられる場合がある。例えば、特許文献１に開示されている車両用フレームは、互いに対向する側に開放する断面略ハット形状をなす第１及び第２プレス部品と、断面略Ｃ字状をなす補強板材とを備え、該補強板材は、第１プレス部品の内側に沿う形状をなしている。第１プレス部品の長手方向略中央部分には、第２プレス部品側に段差ができるように張り出す座部が設けられ、該座部は、補強板材に重ね合わせる座面部と、該座面部を挟んで互いに対向するとともに第１プレス部品の長手方向と直交する方向に平行に延びる一対の立壁部とで構成されている。補強部材は、第１プレス部品の内側に沿わせた状態で第１プレス部品側から座面部に打ち込むセルフピアスリベットにより第１プレス部品に組み付けられている。そして、第１プレス部品と第２プレス部品とを各々の開放部分が互いに向き合うようにした状態で第１プレス部品の各縁部に設けられたフランジ部と第２プレス部品の各縁部に設けられたフランジ部とをそれぞれ接合することにより、閉断面構造の車両用フレームが組み立てられている。

特開２０１７－７７７５８号公報（段落００１７～００２０欄、図１，２）

ところで、セルフピアスリベットの胴部は円筒状をなしているので、胴部を板状部に打ち込む際、胴部から板状部に対して荷重が環状に加わる。このとき、特許文献１のように、板状部におけるセルフピアスリベットの打込部周りにおいて互いに対向するとともに板面に沿って平行に延びる一対の立壁部が形成されているような場合、立壁部と打込部との間の距離が立壁部の領域毎に異なるので、セルフピアスリベットの胴部から板状部に対して加わる荷重によって板状部の打込部周りにおいて歪みが不均一に発生してしまう。そうすると、第１プレス体の板状部における打込部周りの変形がいびつなものになってしまい、第１プレス体と第２プレス体との間に大きな隙間が形成されたり、或いはその反対に第１プレス体と第２プレス体との間で干渉が発生したり、さらには、組立品の外形精度が低下してしまうおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、組み立てた部品間に大きな隙間が形成されるのを防いだり、或いは、組み立てる部品同士が干渉するのを防ぐとともに、組立品の外形精度を高くすることができる車両用フレーム構造及び車両用フレームの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、金属体におけるセルフピアスリベットを打ち込む打込部周りに環状に延びる環状立壁部を設けるようにしたことを特徴とする。

具体的には、第１金属体の板状部と第２金属体との重合部分を前記板状部側から打ち込むセルフピアスリベットにより繋いだ車両用フレーム構造において、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、前記板状部の第２金属体との重合部分で、且つ、前記板状部における前記セルフピアスリベットの打込開始側の面には、前記第２金属体とは反対側に延出するとともに、前記セルフピアスリベットの打込部周りに環状に延びる環状立壁部が設けられていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、前記板状部における前記環状立壁部が取り囲む円形状をなす取囲み部は、前記セルフピアスリベットを前記重合部分に打ち込む前の状態において前記第２金属体の反対側に向かって球面状に張り出していることを特徴とする。

第３の発明では、第２の発明において、前記板状部は、前記第２金属体側に円形盆状に張り出す座部を有し、該座部は、前記第２金属体に重ね合わせる前記取囲み部と、該取囲み部の外周縁部に連続する前記環状立壁部とで構成され、前記板状部と前記第２金属体との間の隙間は、ウェルドボンドで埋められていることを特徴とする。

また、本発明は、車両用フレームの製造方法をも対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第４の発明では、環状立壁部が形成された板状部を有する第１金属体の前記板状部における前記環状立壁部が形成された領域を第２金属体にあてがった後、前記板状部と前記第２金属体との重合部分にセルフピアスリベットを前記環状立壁部の内側において前記板状部側から打ち込んで当該板状部と前記第２金属体とを繋ぐことにより前記第１金属体と前記第２金属体とを組み立てることを特徴とする。

第１及び第４の発明では、セルフピアスリベットを第１金属体の板状部に打ち込む際、板状部に対してセルフピアスリベットの胴部が打ち込まれる領域を環状立壁部がその各領域において打込部からの距離が略同じになるように取り囲むようになる。したがって、セルフピアスリベットの胴部が板状部に加える環状の荷重により引き起こされる板状部の歪みが環状立壁部によって均等に抑制されるようになるので、組み立てた第１金属体と第２金属体との間に大きな隙間が形成されるのを防いだり、或いは、組み立てる第１金属体と第２金属体とが干渉するのを防ぐとともに、第１金属体及び第２金属体の組立品の外形精度を高めることができる。

第２の発明では、セルフピアスリベットを第１金属体の板状部に打ち込む際、取囲み部がセルフピアスリベットの打込側に張り出す球面状をなしているので、取囲み部におけるセルフピアスリベットの胴部の接する部分において当該胴部に対して発生する反力に抗して取囲み部の外周部分に第２金属体側への力が作用するようになる。したがって、例えば、セルフピアスリベットを第１金属体の板状部に打ち込んだ際に取囲み部の外周部分が第２金属体から離れる側に反るように変形して第２金属体との間に大きな隙間を発生させてしまうといった現象が起こるのを防ぐことができ、組み立てた第１金属体と第２金属体との間に大きな隙間を形成させないようにすることができる。

第３の発明では、第１金属体に設けた座部を第２金属体にあてがうと、座部を除く第１金属体と第２金属体との間に所定の隙間が形成されるようになる。したがって、第１金属体と第２金属体との間にウェルドボンドを満たした状態でセルフピアスリベットを用いたリベット接合を行うと、座部に対応する領域に位置するウェルドボンドがスムーズに座部周りの第１金属体と第２金属体との間の隙間に移動するようになり、例えば、行き場を失ったウェルドボンドがセルフピアスリベット周りに溜まって第１金属体及び第２金属体のセルフピアスリベット周りを変形させてしまって組立品の外観形状を大きく変化させてしまうといったことを防ぐことができる。

本発明の実施形態１に係る車両用フレーム構造を備えた車両後部を示す概略斜視図である。 図１のII－II線における断面図である。 図２のIII矢視図である。 リベット接合用金型に第１及び第２金属体を搬入して重ね合わせた直後の状態を示す概略断面図である。 図４の後、パッドを下降させてダイとの間で第１及び第２金属体を挟持した直後の状態を示す図である。 図５の後、パンチを下降させてセルフピアスリベットを第１及び第２金属体に打ち込んだ直後の状態を示す図である。 本発明の実施形態２の図２相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係るフレーム構造１と、当該フレーム構造１が適用された車両１０とを示す。フレーム構造１は、車両１０後部におけるサスペンションタワー１１周りを構成する構造の一部であり、ブレース部材である第１金属体２と、リアダンパを支持する領域を補強する補強部材としての第２金属体３とからなり、第１金属体２と第２金属体３とは、複数のセルフピアスリベット４により一体に繋がれている。

第１金属体２は、鋼板をプレス成形して得られたものであり、その板状部２０には、図２に示すように、板厚方向の一側（第２金属体３側）に円形盆状に張り出す複数の座部２ａが形成されている。

座部２ａは、板厚方向の一側に向かって次第に縮径しながら延びる環状立壁部２ｂと、該環状立壁部２ｂの延出端を塞ぐ円板状をなす底面部２ｃ（取囲み部）とを備え、該底面部２ｃの中央には、セルフピアスリベット４を打ち込む打込部２ｄが設定されている。

すなわち、底面部２ｃを取り囲む環状立壁部２ｂは、底面部２ｃの外周縁部に連続し、且つ、当該底面部２ｃの外周縁部から第１金属体２の板厚方向の他側（第２金属体３の反対側）に延出するとともに、セルフピアスリベット４の打込部２ｄ周りに環状に延びている。

また、底面部２ｃは、第２金属体３に重ね合わされるようになっていて、セルフピアスリベット４を第１金属体２と第２金属体３との重合部分に打ち込む前の状態において、図４に示すように、板厚方向の他側に向かって球面状に張り出している。

第２金属体３は、アルミニウム合金材をプレス成形して得られたものであり、その板厚は、図２に示すように、第１金属体２よりも厚く設定されている。

第１金属体２に第２金属体３を重ね合わせた際、第１金属体２と第２金属体３との間に形成される隙間Ｓ１は、ウェルドボンド５で埋められている。

セルフピアスリベット４は、円盤形状をなす頭部４ａと、該頭部４ａに連続する円筒状をなす胴部４ｂとで構成されている。

そして、図４乃至図６に示すように、第１金属体２の板状部２０における底面部２ｃを第２金属体３に重ねるとともに当該重合部分に板状部２０側からセルフピアスリベット４を打ち込むと、当該セルフピアスリベット４の胴部４ｂが第１金属体２を通過するとともに胴部４ｂの先端側が拡がりながら第２金属体３に入り込んで第１金属体２と第２金属体３とを繋ぐようになっている。

フレーム構造１は、図４乃至図６に示すように、リベット接合用金型６が装着されたセルフピアスリベット接合装置（図示せず）を用いて組み立てられる。

リベット接合用金型６は、上方に開口する凹部７ａが形成されたダイ７と、該ダイ７の上方に対向配置された筒中心線が上下方向に向く円筒状をなすパッド８とを備え、該パッド８は、図示しない昇降台により昇降可能になっている。

パッド８の内側には、中心線が上下方向に向く略円柱状をなすパンチ９が上下動可能に配設され、パンチ９の下端にセルフピアスリベット４をセット可能になっている。

次に、フレーム構造１の製造について詳述する。

まず、図４に示すように、リベット接合用金型６のパッド８が上昇した状態において、上面（第１金属体２を重ねる面）にウェルドボンド５が塗布された第２金属体３をダイ７にセットする。

次に、座部２ａが下方を向く姿勢で打込部２ｄが凹部７ａに対応する位置となるように第１金属体２を第２金属体３に載せる。すなわち、第１金属体２における環状立壁部２ｂが形成された領域を第２金属体３にあてがう。

その後、パッド８を下降させて当該パッド８により第１金属体２の座部２ａを第２金属体３に押し付ける。すると、図５に示すように、球面状をなす底面部２ｃが平坦な形状となるように変形するとともに、座部２ａと第２金属体３との間に位置するウェルドボンド５が第１金属体２と第２金属体３との間に形成される隙間Ｓ１に移動する。

しかる後、パンチ９を下動させる。すると、第１金属体２の底面部２ｃと第２金属体３との重合部分にセルフピアスリベット４が打ち込まれて第１金属体２と第２金属体３とが繋がる。

そして、同様に、第１金属体２と第２金属体３との間の複数個所をセルフピアスリベット４で繋ぐことにより第１金属体２と第２金属体３とを組み立てる。

このように、本発明の実施形態１によると、セルフピアスリベット４を第１金属体２の板状部２０に打ち込む際、板状部２０に対してセルフピアスリベット４の胴部４ｂが打ち込まれる領域を環状立壁部２ｂがその各領域において打込部２ｄからの距離が略同じになるように取り囲むようになる。したがって、セルフピアスリベット４の胴部４ｂが板状部２０に加える環状の荷重により引き起こされる板状部２０の歪みが環状立壁部２ｂによって均等に抑制されるようになるので、組み立てた第１金属体２と第２金属体３との間に大きな隙間が形成されるのを防いだり、或いは、組み立てる第１金属体２と第２金属体３とが干渉するのを防ぐとともに、第１金属体２及び第２金属体３の組立品の外形精度を高めることができる。

また、セルフピアスリベット４を第１金属体２の板状部２０に打ち込む際、底面部２ｃがセルフピアスリベット４の打込側に張り出す球面状をなしているので、底面部２ｃにおけるセルフピアスリベット４の胴部４ｂの接する部分において当該胴部４ｂに対して発生する反力に抗して底面部２ｃの外周部分に第２金属体３側への力（図５のＦ１参照）が作用するようになる。したがって、例えば、セルフピアスリベット４を第１金属体２の板状部２０に打ち込んだ際に底面部２ｃの外周部分が第２金属体３から離れる側に反るように変形して第２金属体３との間に大きな隙間を発生させてしまうといった現象が起こるのを防ぐことができ、組み立てた第１金属体２と第２金属体３との間に大きな隙間を形成させないようにすることができる。

さらに、第１金属体２に設けた座部２ａを第２金属体３にあてがうと、座部２ａを除く第１金属体２と第２金属体３との間に所定の隙間Ｓ１が形成されるようになる。したがって、第１金属体２と第２金属体３との間にウェルドボンド５を満たした状態でセルフピアスリベット４を用いたリベット接合を行うと、座部２ａに対応する領域に位置するウェルドボンド５がスムーズに座部２ａ周りの第１金属体２と第２金属体３との間の隙間Ｓ１に移動するようになり、例えば、行き場を失ったウェルドボンド５がセルフピアスリベット４周りに溜まって第１金属体２及び第２金属体３のセルフピアスリベット４周りを変形させてしまって組立品の外観形状を大きく変化させてしまうといったことを防ぐことができる。

《発明の実施形態２》
図７は、本発明の実施形態２のフレーム構造１を示す。この実施形態２では、第１金属体２の構造と、第１金属体２及び第２金属体３の間にウェルドボンド５が介在していない点とが実施形態１と異なっている以外は実施形態１と同様であるので、実施形態１と同様の部分には同じ符号を付し、その他、異なる部分のみを説明する。

実施形態２における第１金属体２の板厚方向の他側（第２金属体３の反対側）には、断面略山形状に張り出すとともに打込部２ｄ周りに環状に延びる環状突条部２ｅが形成され、該環状突条部２ｅの内側略半分が本発明の環状立壁部２ｂを構成している。

尚、実施形態２のフレーム構造１の製造は、第１金属体２の一部構造が異なる以外は、実施形態１と同じ手順で行うので、詳細な説明を割愛する。

以上、本発明の実施形態２によると、環状立壁部２ｂが第１金属体２の第２金属体３側に飛び出していないような構造の場合であっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明の実施形態１では、第１金属体２の座部２ａにおける底面部２ｃが球面状に張り出した形状をなしているが、平坦な形状であってもよい。

また、本発明の実施形態１では、第１金属体２と第２金属体３との間にウェルドボンド５を介在させているが、ウェルドボンド５を介在させるのは必須ではない。

また、本発明の実施形態２では、第１金属体２と第２金属体３との間にウェルドボンド５を介在させていないが、ウェルドボンド５を介在させてもよい。

また、本発明の実施形態１，２では、アルミニウム合金材をプレス成形することにより得た第２金属体３にセルフピアスリベット４を用いて第１金属体２を組み付けているが、アルミダイキャスト製の第２金属体３やその他の素材で形成された第２金属体３に第１金属体２を組み付けるようにしてもよい。

また、本発明の実施形態１，２のフレーム構造１は、車両１０後部のサスペンションタワー１１の一部構造に適用しているが、車両１０におけるその他の領域の構造に適用することも可能である。

本発明は、例えば、複数のプレス部品をセルフピアスリベットにより繋いだ車両用フレーム構造及びセルフピアスリベットで繋ぐことにより複数のプレス部品を組み立てて車両用フレームを得る車両用フレームの製造方法に適している。

１ フレーム構造
２ 第１金属体
２ａ 座部
２ｂ 環状立壁部
２ｃ 底面部（取囲み部）
２ｄ 打込部
３ 第２金属体
４ セルフピアスリベット
５ ウェルドボンド
１０ 車両
２０ 板状部
Ｓ１ 隙間

Claims (4)

1. 第１金属体の板状部と第２金属体との重合部分を前記板状部側から打ち込むセルフピアスリベットにより繋いだ車両用フレーム構造であって、
   前記板状部の第２金属体との重合部分で、且つ、前記板状部における前記セルフピアスリベットの打込開始側の面には、前記第２金属体とは反対側に延出するとともに、前記セルフピアスリベットの打込部周りに環状に延びる環状立壁部が設けられていることを特徴とする車両用フレーム構造。
2. 請求項１に記載の車両用フレーム構造において、
   前記板状部における前記環状立壁部が取り囲む円形状をなす取囲み部は、前記セルフピアスリベットを前記重合部分に打ち込む前の状態において前記第２金属体の反対側に向かって球面状に張り出していることを特徴とする車両用フレーム構造。
3. 請求項２に記載の車両用フレーム構造において、
   前記板状部は、前記第２金属体側に円形盆状に張り出す座部を有し、該座部は、前記第２金属体に重ね合わせる前記取囲み部と、該取囲み部の外周縁部に連続する前記環状立壁部とで構成され、
   前記板状部と前記第２金属体との間の隙間は、ウェルドボンドで埋められていることを特徴とする車両用フレーム構造。
4. 環状立壁部が形成された板状部を有する第１金属体の前記板状部における前記環状立壁部が形成された領域を第２金属体にあてがった後、前記板状部と前記第２金属体との重合部分にセルフピアスリベットを前記環状立壁部の内側において前記板状部側から打ち込んで当該板状部と前記第２金属体とを繋ぐことにより前記第１金属体と前記第２金属体とを組み立てることを特徴とする車両用フレームの製造方法。

Images