JP3903803B2 - 車体結合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽合金で鋳造した車体構成部材を相互に結合して車体を組み立てるようにした車体結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体軽量化のために車体をアルミ等の軽合金で構成する場合、車体を適宜箇所で分割して鋳造により成形した車体構成部材を互いに結合して車体全体を構成することになるが、このアルミ合金製の車体構成部材では、剛性や強度を確保するために一般の車体構成部材である鋼板に比較して厚肉形成されることになる。
【０００３】
このように厚肉形成した車体構成部材を結合する場合、従来の鋼板製の車体構成部材と同様にスポット溶接した場合には、過大な加圧力や電流が必要となって溶接機の大型化が余儀なくされるとともに、その溶接時に発生する熱で車体構成部材自体が変形するなどの問題を生じるため、アルミ合金製の車体構成部材の結合には、溶接速度が速く、かつ、溶接熱の影響による変形が少ないレーザー溶接が用いられることになる。
【０００４】
また、アルミ合金により厚肉化した車体構成部材は、金型を用いた鋳造により成形する手法が取られるが、車体構成部材がコ字状断面である場合、金型の内型と外型とを分離して離型する際に、車体構成部材は熱収縮により内型に密着して容易に離脱されない状態となるため、前記車体構成部材の成形時にこの車体構成部材の内周面に受け部を同時に形成しておき、離型時には内型に配置した押出しピンの離型力（押圧力）を前記受け部に付加することにより、内型から車体構成部材を強制的に分離するようにしている。
【０００５】
この場合、押出しピンの離型力が片寄って作用して車体構成部材に歪みが発生しないように、前記受け部は車体構成部材の長さ方向に略均等な間隔をもって複数設けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記車体構成部材を相手側構成部材に結合する際、この車体側構成部材の端部を相手側構成部材に重ね合わせて溶接することになるが、この車体構成部材の内周面に受け部を形成する際、離型時の歪みを確実に防止するためには車体構成部材の結合端部にもこの受け部（特に、この結合端部に位置する受け部を結合側受け部と称す）を設ける必要がある。
【０００７】
ところが、このように車体構成部材の結合端部に結合側受け部が存在すると、この結合側受け部が前記両部材の結合に障害となってしまうため、相手側構成部材に結合側受け部との干渉を避けるための逃げ部を設けたり、車体構成部材の離型後に結合側受け部を機械加工により除去したりする必要があり、結合作業性や車体の生産性が悪化してしまう。
【０００８】
また、車体構成部材を相手側構成部材に重ね合わせてレーザー溶接する場合、その重ね合わせ部分での両部材のクリアランスを精度良く管理する必要があるが、鋳造により厚肉成形した車体構成部材では変形が困難であるため、各部材の重ね合わせ面における高い精度管理が必要となり、生産性の悪化や精度管理によるコストアップが生じてしまう。
【０００９】
更に、車体構成部材の結合端縁を相手側構成部材にレーザーによる隅肉溶接して両部材を結合した場合は、レーザー溶接のビード幅が狭いため両部材間に曲げ力や圧縮力が入力した場合には強度的に不利になってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、鋳造により成形した車体構成部材の結合端部に位置する押出しピンの受け部により相手側構成部材との結合作業に支障を来すことがなく、かつ、生産性を向上することができる車体結合構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、軽合金を鋳造して成形され、離型時に押出しピンの離型力を付加する受け部を内周面に複数突設した開断面の車体構成部材を備え、この車体構成部材の端部を相手側構成部材の外周面に重ね合わせて結合する車体結合構造において、
前記複数の受け部のうち相手側構成部材への結合端部に位置する結合側受け部を、車体構成部材と相手側構成部材との間に僅少のクリアランスが生じる突出量に調整して、該結合側受け部をこれら車体構成部材と相手側構成部材との重ね代の領域内に設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の車体結合構造において、前記結合側受け部の突出量を、前記結合端部を溶接する際に車体構成部材と相手側構成部材との間に必要とするクリアランスと等しく設定したことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明にあっては、請求項１または２に記載の車体結合構造において、前記結合側受け部の位置を相手側構成部材の端部から所定の距離を設けた位置とし、該結合側受け部を相手側構成部材に当接して、車体構成部材の結合端縁を相手側構成部材に隅肉溶接するとともに、前記結合側受け部を相手側構成部材の重ね代に重ね溶接したことを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明にあっては、請求項１〜３に記載の車体結合構造において、前記結合側受け部を、前記車体構成部材の開断面に沿って所要幅の帯状に連続形成したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、車体構成部材の結合端部に位置する結合側受け部の突出量を前述のように調整することにより、この結合側受け部を除去することなく車体構成部材と相手側構成部材とを結合することができ、従って、相手側構成部材に逃げ部を設けたり、結合側受け部を除去するための後加工が不要となるため、作業性や生産性が悪化するのを防止することができる。
【００１６】
また、車体構成部材の結合端縁を相手側構成部材にレーザー溶接等により接合するが、これら両者の重ね代の中で結合側受け部が当てリブとなって、両部材の重ね方向の位置決めを行えて、接合作業を容易に行うことができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、前記結合側受け部の突出量を、前記結合端部を溶接する際に車体構成部材と相手側構成部材との間に必要とするクリアランスと等しく設定したので、車体構成部材と相手側構成部材とを溶接する際のクリアランス管理を、結合側受け部を相手側構成部材に当接するのみで精度良く行うことができるため、接合作業を簡素化できると共に、クリアランス精度が高く溶接強度の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、車体構成部材と相手側構成部材とは、隅肉溶接した結合端縁と重ね溶接した結合側受け部とで固定されることにより、車体構成部材と相手側構成部材とは所要のスパンで結合端縁と結合側受け部との２箇所で固定できるため、これら両部材間に入力される曲げ力や圧縮力に対して大きな結合強度を発揮することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の発明の効果に加えて、前記結合側受け部を、前記車体構成部材の開断面に沿って所要幅の帯状に連続形成したので、結合側受け部と相手側構成部材との接触面積を拡大して、両部材の結合強度を更に増大することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００２１】
図１から図１０は本発明にかかる車体結合構造の第１実施形態を示し、図１は自動車の車体側部構造体の斜視図、図２はセンターピラーの背面斜視図、図３は図１中Ａ部の拡大斜視図、図４は図１中Ａ部に示した結合部分の分解斜視図、図５はセンターピラーの金型を示す図２中Ｂ−Ｂ線に対応する部分の断面図、図６はセンターピラーの金型を示す図２中Ｃ−Ｃ線に対応する部分の断面図、図７は図４中Ｄ方向から見た結合端部の背面図、図８は図３中Ｅ−Ｅ線に沿った断面図、図９は曲げ力入力時の図３中Ｆ−Ｆ線に対応した断面箇所で示す（ａ）は隅肉溶接のみの場合の断面図および（ｂ）は隅肉溶接と重ね溶接とを施した断面図、図１０は圧縮力入力時の図３中Ｆ−Ｆ線に対応した断面箇所で示す（ａ）は隅肉溶接のみの場合の断面図および（ｂ）は隅肉溶接と重ね溶接とを施した断面図である。
【００２２】
図１に示すように自動車の側部構造体１０は、フロントピラー１１、センターピラー１２およびリヤピラー１３を備え、これら各ピラー１１，１２，１３間に図外のフロントドアおよびリヤドアの取付け開口部１４，１５が設けられる。
【００２３】
センターピラー１２は、前記側部構造体１０の車体前後方向の略中央部に配置され、車体側方上部に配置されたルーフサイドメンバ１６と車体側方下部に配置されたサイドシル１７とに跨って結合されている。
【００２４】
前記センターピラー１２は、図２に示すように車室内方（同図中手前側）が開放された開断面構造の車体構成部材としてのピラーアウタ２０を備えている。
【００２５】
ピラーアウタ２０はアルミ等の軽合金を素材として鋳造により成形され、車幅方向外方に配置される外壁２１および車体前後方向に配置される前壁２２と後壁２３によって車室内方に開放する断面略コ字状の開断面として形成されるとともに、前壁２２および後壁２３の開放側端部には、それぞれフランジ部２２ａ，２３ａを形成して略ハット形断面を構成している。
【００２６】
図２に示すようにピラーアウタ２０の上端部には、ルーフサイドレール１６（図１参照）の車外側の下部形状に沿った上方ブラケット部２４を一体成形するとともに、下端部にはサイドシル１７のシルアウタの外形形状に沿った下方ブラケット部２５を一体成形してある。
【００２７】
そして、上方ブラケット部２４をルーフサイドレール１６の外側に被せて、この上方ブラケット部２４の前方の結合端部２４ａをフロントピラー１１に重ね合わせて結合Ｃ１するとともに、この上方ブラケット部２４の後方の結合端部２４ｂをリアピラー１３に重ね合わせて結合Ｃ２してある。
【００２８】
また、下方ブラケット部２５の前方の結合端部２５ａをサイドシル１７のシルアウタ１７ａの後端部に重ね合わせて結合Ｃ３するとともに、下方ブラケット部２５の後方の結合端部２５ｂをリヤフェンダー１８の前方延設部１８ａに重ね合わせて結合Ｃ４してある。
【００２９】
更に、フロントピラー１１の下端部を前記サイドシル１７のシルアウタ１７ａに重ね合わせて結合Ｃ５してある。
【００３０】
ここで、本実施形態は車体構成部材としての前記センターピラー１２のピラーアウタ２０と、相手側構成部材としてのサイドシル１７のシルアウタ１７ａとの結合Ｃ３の構造を例に取って以下説明する。
【００３１】
結合Ｃ３部分は、図３に示すようにシルアウタ１７ａの後端部に下方ブラケット２５の結合端部２５ａを重ね合わせて溶接Ｗ１，Ｗ２することにより結合されるが、図４に示すようにシルアウタ１７ａの重ね代１７ｂは前記下方ブラケット２５の略肉厚分が段差状に凹設され、この重ね代１７ｂに前記結合端部２５ａが重ね合わさることによりシルアウタ１７ａと下方ブラケット２５の外側面は連続する同一面となるようにしてある。
【００３２】
前記ピラーアウタ２０は前述のようにアルミ合金により鋳造されるが、この鋳造時にピラーアウタ２０の内周面には、離型時に後述の押出しピン３４の離型力を付加する複数の受け部２６，２６…を長さ方向に適宜間隔をもって略均等に配して一体成形してある。
【００３３】
ここで、前記受け部２６，２６…のうち、特に上方ブラケット２４の前，後結合端部２４ａ，２４ｂおよび下方ブラケット２５の前，後結合端部２５ａ，２５ｂに配置されるものを結合側受け部２６ａと称するものとする。
【００３４】
即ち、ピラーアウタ２０の鋳造は、図５，図６に示すように外型となる固定型３１と内型となる可動型３２とを備えた金型３０を用いて行い、これら固定型３１と可動型３２との間に形成したキャビティ３３にアルミ合金を溶融した溶湯を射出し、そして、冷却養生して硬化した後に離型して製品化される。
【００３５】
尚、図５は図２中Ｂ−Ｂ線に対応した一般箇所の受け部２６を成形する部分の断面であり、図６はＣ−Ｃ線に対応した接続端部２５ａの結合側受け部２６ａを成形する部分の断面である。
【００３６】
前記キャビティ３３には前記受け部２６および結合側受け部２６ａの形成部分３３ａ，３３ｂが形成されており、一方、可動型３２には前記形成部分３３ａ，３３ｂに対応する位置に押出しピン３４が摺動可能に設けられている。
【００３７】
そして、可動型３２を下降してピラーアウタ２０の成形品を離型する際、前記複数の押出しピン３４で受け部２６および結合側受け部２６ａを均等に押圧して離型力を付加することにより、熱収縮により可動型３２に密着したピラーアウタ２０を強制的に離型できるようになっている。
【００３８】
従って、前記受け部２６および結合側受け部２６ａは、押出しピン３４の離型力が片寄らないようにピラーアウタ２０の内周面に数多くかつ均等に配置して、ピラーアウタ２０を強制的に離型した際に歪み変形が生ずるのを防止する必要があり、前記各結合端部２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂにも結合側受け部２６ａを配置することが余儀なくされる。
【００３９】
ここで、本実施形態のセンターピラー１２とサイドシル１７との結合Ｃ３部分では、図７に示すように前記結合側受け部２６ａを、ピラーアウタ２０の重ね代２０ａの領域内に設けている。
【００４０】
つまり、ピラーアウタ２０の重ね代２０ａとは、シルアウタ１７ａの重ね代１７ａに面方向から重なり合う部分で、前記結合側受け部２６ａは重ね代２０ａの両側に設けられる前壁２２の延長部分と下方ブラケット２５の下側壁２７との対向部分から、重ね代２０ａの開断面に沿って向かい合うように１対形成される。
【００４１】
１対の結合側受け部２６ａ，２６ａは、重ね代２０ａの中央からシルアウタ１７ａの端部との間に、例えばピラーアウタ２０の結合端縁２０ｂから所定距離Ｌだけ内方に位置して対向配置される。
【００４２】
また、図８に示すように各結合側受け部２６ａ，２６ａはピラーアウタ２０とシルアウタ１７ａとの間に僅少のクリアランスが生じる突出量Ｓに調整され、本実施形態では、前記結合端部２５ａを溶接Ｗ１する際にピラーアウタ２０とシルアウタ１７ａとの間に必要とするクリアランスδに設定してある。
【００４３】
そして、ピラーアウタ２０をシルアウタ１７ａに結合するには、ピラーアウタ２０の結合端部２５ａをシルアウタ１７ａに、それぞれの重ね代２０ａ，１７ｂで重ね合わせて、結合側受け部２６ａをシルアウタ１７ａの重ね代１７ｂに当接させる。
【００４４】
この状態でそれぞれの重ね合わせ部分に前記溶接Ｗ１，Ｗ２を施すことになるが、図３に示すように一方の溶接Ｗ１は隅肉溶接で、ピラーアウタ２０の結合端縁２０ｂをシルアウタ１７ａにレーザー溶接し、他方の溶接Ｗ２は重ね溶接で、前記結合側受け部２６ａをシルアウタ１７ａに溶接している。
【００４５】
以上の構成により第１実施形態の車体結合構造にあっては、ピラーアウタ２０の結合端部２５ａに位置する結合側受け部２６ａを、ピラーアウタ２０とシルアウタ１７ａとの間に僅少のクリアランスが生じる突出量Ｓに調整することにより、この結合側受け部２６ａを除去することなくピラーアウタ２０とシルアウタ１７ａとを結合することができ、従って、シルアウタ１７ａに逃げ部を設けたり、結合側受け部２６ａを除去するための後加工が不要となって、作業性や生産性が悪化するのを防止することができる。
【００４６】
また、ピラーアウタ２０の結合端縁をシルアウタ１７ａにレーザー溶接により溶合するが、これら両者の重ね代２０ａの中央側で結合側受け部２６ａが当てリブとなって、両部材２０，１７ａの重ね方向の位置決めを行えて、接合作業を容易に行うことができる。
【００４７】
特に本実施形態では、前記結合側受け部２６ａの突出量Ｓを、隅肉溶接Ｗ１する際に必要となるピラーアウタ２０とシルアウタ１７ａとの間のクリアランスδと等しく設定したので、ピラーアウタ２０の結合端縁２０ｂをシルアウタ１７ａにレーザー溶接で隅肉溶接Ｗ１する際のクリアランス管理が、結合側受け部２６ａをシルアウタ１７ａの重ね代１７ｂに当接するのみで精度良く行うことができるため、結合作業を簡素化できるとともに、適正なクリアランスδにより溶接強度を増大することができる。
【００４８】
更に、ピラーアウタ２０とシルアウタ１７ａとの結合Ｃ３部分では、隅肉溶接Ｗ１した結合端縁２０ｂと重ね溶接Ｗ２した結合側受け部２６ａとの２箇所で固定され、これら隅肉溶接Ｗ１と重ね溶接Ｗ２とが距離Ｌだけ離れているため、センターピラー１２とサイドシル１７との間に入力される曲げ力や圧縮力に対して大きな結合強度を発揮することができる。
【００４９】
即ち、図９に示すように衝突などによって前記結合Ｃ３部分に曲げモーメントＭが作用した場合、同図（ａ）に示すように隅肉溶接Ｗ１のみで結合すると剥離荷重Ｆｈの発生により剥離現象が起きる傾向となるが、同図（ｂ）に示す本実施形態のように２箇所の隅肉溶接Ｗ１と重ね溶接Ｗ２で結合した場合には、モーメントＭを両溶接Ｗ１，Ｗ２間の距離Ｌを幅とする面で受けるため、これら溶接Ｗ１，Ｗ２に作用する剥離荷重は小さくなって結合状態を維持することができる。
【００５０】
また、図１０に示すように前記結合Ｃ３部分に圧縮荷重Ｆが作用した場合にも、同図（ａ）に示すように隅肉溶接Ｗ１のみで結合すると大きな剥離荷重Ｆｈが発生して剥離現象が起きる傾向となるが、同図（ｂ）に示す本実施形態のように２箇所の溶接Ｗ１，Ｗ２で結合した場合には、圧縮荷重Ｆを両溶接Ｗ１，Ｗ２間の面で受けるため剥離荷重が小さくなって結合状態を維持することができる。
【００５１】
また、このように隅肉溶接Ｗ１と重ね溶接Ｗ２の２箇所で溶接して結合強度を高く維持できることにより、溶接ビード幅が狭いレーザー溶接の使用が可能となるため、溶接作業を簡単に行うことができる。
【００５２】
図１１〜図１３は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００５３】
図１１はピラーアウタとシルアウタとの結合部分の斜視図、図１２はピラーアウタの結合端部の背面図、図１３は図１１中Ｇ−Ｇ線に沿った断面図である。
【００５４】
この第２実施形態の車体結合構造では、図１１，図１２に示すようにピラーアウタ２０の結合端部２５ａに設ける結合側受け部２６ａを、ピラーアウタ２０の開断面に沿って縦方向に所要幅の帯状に連続形成してある。
【００５５】
即ち、前記第１実施形態では１対の結合側受け部２６ａ，２６ａを、重ね代２０ａの両側の壁部２２，２７の対向部分から重ね代２０ａに沿って向かい合うように形成したが、この第２実施形態ではその向かい合った結合側受け部２６ａ，２６ａを互いに連結させて、連続した１つの結合側受け部２６ａとして形成してある。
【００５６】
従って、この第２実施形態にあっても前記第１実施形態と同様の作用および効果を奏するのは勿論のこと、特にこの第２実施形態では結合側受け部２６ａを重ね代２０ａの前幅に亘って連続して形成したので、この結合側受け部２６ａとシルアウタ１７ａとの接触面積を拡大して、両部材の結合強度を更に増大することができる。
【００５７】
ところで、本発明の車体結合構造は前記第１，第２実施形態に例を取って説明したが、勿論これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採ることができ、例えば、図１に示すようにセンターピラー１２とサイドシル１７との結合Ｃ３部分に限ることなく、センターピラー１２とフロントピラー１１との結合Ｃ１部分、センターピラー１２とリヤピラー１３との結合Ｃ２部分、センターピラー１２とリヤフェンダー１８との結合Ｃ４部分およびフロントピラー１１とサイドシル１７との結合Ｃ５部分にあっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における自動車の車体側部構造体の斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態におけるセンターピラーの背面斜視図。
【図３】図１中Ａ部の拡大斜視図である。
【図４】図１中Ａ部に示した結合部分の分解斜視図。
【図５】本発明の第１実施形態におけるセンターピラーの金型を示す図２中Ｂ−Ｂ線に対応する部分の断面図。
【図６】本発明の第１実施形態におけるセンターピラーの金型を示す図２中Ｃ−Ｃ線に対応する部分の断面図。
【図７】図４中Ｄ方向から見た結合端部の背面図。
【図８】図３中Ｅ−Ｅ線に沿った断面図。
【図９】曲げ力入力時の図３中Ｆ−Ｆ線に対応した断面箇所で示す（ａ）は隅肉溶接のみの場合の断面図および（ｂ）は隅肉溶接と重ね溶接とを施した断面図。
【図１０】圧縮力入力時の図３中Ｆ−Ｆ線に対応した断面箇所で示す（ａ）は隅肉溶接のみの場合の断面図および（ｂ）は隅肉溶接と重ね溶接とを施した断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態におけるピラーアウタとシルアウタとの結合部分の斜視図。
【図１２】本発明の第２実施形態におけるピラーアウタの結合端部の背面図。
【図１３】図１１中Ｇ−Ｇ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１２ センターピラー
１７ａ シルアウタ（相手側構成部材）
１７ｂ シルアウタの重ね代
２０ ピラーアウタ（車体構成部材）
２０ａ ピラーアウタの重ね代
２５ａ 結合端部
２６ 受け部
２６ａ 結合側受け部
３０ 金型
３１ 固定型（外型）
３２ 可動型（内型）
３４ 押出しピン
Ｗ１ 隅肉溶接
Ｗ２ 重ね溶接

Claims (4)

1. 軽合金を鋳造して成形され、離型時に押出しピンの離型力を付加する受け部を内周面に複数突設した開断面の車体構成部材を備え、この車体構成部材の端部を相手側構成部材の外周面に重ね合わせて結合する車体結合構造において、
   前記複数の受け部のうち相手側構成部材への結合端部に位置する結合側受け部を、車体構成部材と相手側構成部材との間に僅少のクリアランスが生じる突出量に調整して、該結合側受け部をこれら車体構成部材と相手側構成部材との重ね代の領域内に設けたことを特徴とする車体結合構造。
2. 前記結合側受け部の突出量を、前記結合端部を溶接する際に車体構成部材と相手側構成部材との間に必要とするクリアランスと等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の車体結合構造。
3. 前記結合側受け部の位置を相手側構成部材の端部から所定の距離を設けた位置とし、該結合側受け部を相手側構成部材に当接して、車体構成部材の結合端縁を相手側構成部材に隅肉溶接するとともに、前記結合側受け部を相手側構成部材の重ね代に重ね溶接したことを特徴とする請求項１または２に記載の車体結合構造。
4. 前記結合側受け部を、前記車体構成部材の開断面に沿って所要幅の帯状に連続形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車体結合構造。

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