JP3965230B2 - シャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に用いられるシャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４に示すように、ＲＶやトラック等の自動車に用いられるシャシーフレームａは、車幅方向に所定間隔を隔てて配置された一対のサイドメンバーｂ、ｂと、それらサイドメンバーｂ、ｂの間に掛け渡されたクロスメンバーｃとから構成されている。上記サイドメンバーｂは、図１５に示すように、断面コ字状に形成された外側片ｄとそれより一回り小さな断面コ字状の内側片ｅとを対向させて係合させ、それらを溶接部ｆで接合して構成されている。
【０００３】
従来、上記外側片ｄは、最も強度が必要な部位に応じた肉厚のシート材をプレス加工することにより、図１４に示すように車体の前後方向に一体的に形成され、他方、上記内側片ｅは、各部位の必要強度に応じた肉厚のシート材をそれぞれプレス加工することにより、車体の前後方向に３分割されていた。すなわち、従来のサイドメンバーｂは、厚さ一定の一体物の外側部材ｄに厚さの異なる３個の内側部材ｅを溶接して構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、車両の衝突安全性が問題となっているが、これを踏まえて、上述のように外側片ｄを一体物とすると共に内側片ｅを３分割とし、外側片ｄの板厚を最も強度が必要な部位に合わせて設定すると、たとえ各内側片ｅ、ｅ、ｅの板厚をそれぞれ異ならせても、強度が不要な部位の外側片ｄの板厚が過剰に厚くなり、所謂オーバクォリティとなることがある。そこで、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できるサイドメンバーの開発が望まれていた。
【０００５】
また、外側片ｄを車体の前後方向に一体物のプレス品とするには、大型のプレス加工機が必要となるため、不経済である。また、左右１個ずつの外側片ｄと、左右３個ずつの内側片ｅ、ｅ、ｅとを、それぞれ異なった形状にプレス加工しなければならないため、金型の数が増えて高コスト化の原因となっていた。そこで、製造に際して、小型のプレス加工機で成形でき、金型の数も少なくなるサイドメンバーの開発が望まれていた。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現でき安全性が向上するのみならず、小型のプレス加工機で成形できる上に金型の数も少なくて済み低コスト化をも推進できるシャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシャシーフレーム用サイドメンバーは、車体の前後方向に伸びるサイドメンバーを屈曲部と直線部とに分割し、それら分割された各メンバー片を直列に接続してなり、上記メンバー片が、断面重心に対して点対称な中空部材をその断面重心を通る直線で２分割した形状の２個の分割片を有し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接してなるシャシーフレーム用サイドメンバーであって、上記メンバー片のうちの一のメンバー片が、一方の分割片の端部に外側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、これに隣接する他のメンバー片が、一方の分割片の端部に内側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入してその周囲を溶接してなるものである。
【０００８】
本発明によれば、各メンバー片の板厚を異ならせることにより、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できる。よって、安全性が向上する。また、各メンバー片を屈曲部と直線部としたので、少なくとも直線部をサイドメンバーの左右で共用でき、金型の数が減る。また、各メンバー片の長さが短くなるので小型のプレス加工機を用いることができる。よって、低コスト化を推進できる。
【０００９】
また、上記メンバー片が、断面重心に対して点対称な中空部材をその断面重心を通る直線で２分割した形状の２個の分割片を有し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接してなるものとしたので、メンバー片を構成する２個の分割片の断面形状が同一となるため、それをプレス成形するための金型の共用化が図れ、さらに低コスト化を推進できる。
【００１０】
また、上記メンバー片のうちの一のメンバー片が、一方の分割片の端部に外側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、これに隣接する他のメンバー片が、一方の分割片の端部に内側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入してその周囲を溶接してサイドメンバーを構成するようにしたので、一のメンバー片の内面およびこれに挿入される他のメンバー片の外面にはジョグルが突出しないため、挿入することによりそれらが密着して接続強度が向上する。
【００１１】
また、上記一のメンバー片を構成する一方の分割片と他方の分割片との長手方向の端部を段違いとし、上記他のメンバー片を構成する一方の分割片と他方の分割片との長手方向の端部を逆段違いとし、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を段違いとしてもよい。こうすれば、溶接線が車体の前後方向に段違いにズレるので、応力の集中が分散されて接続強度が高まる。
また、上記一のメンバー片の長手方向の端部に切込部を形成し、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を上記一のメンバー片の切込部に沿って形成してもよい。こうすれば、溶接長が長くなるので接続強度が高まる。
また、上記一のメンバー片の長手方向の端部を斜めに形成し、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を上記一のメンバー片の長手方向の端部に沿って形成してもよい。こうすれば、溶接長が長くなるので接続強度が高まる。
【００１２】
また、車高方向に屈曲した中空部材をその断面重心を通る直線で長手方向に沿って２分割した形状の分割片を２個用意し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接して車高方向に屈曲した中間体を製作し、その中間体を車幅方向に屈曲させてメンバー片とし、そのメンバー片をサイドメンバーの一部として組み込むようにしてもよい。
【００１３】
このように、車高方向および車幅方向に屈曲したメンバー片を製造する際に、まず車高方向のみに屈曲した中間体をプレス加工により製作し、これを車幅方向に後曲げすることにより、中間体を構成する各分割片の形状がサイドメンバーの左右で同一となるため、プレス加工の金型の共通化を図ることができ、低コスト化を推進できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、この自動車用のシャシーフレーム１は、車幅方向に所定間隔を隔てて配置され車体の前後方向に伸びる一対のサイドメンバー２、２と、それらサイドメンバー２、２の間に掛け渡されたクロスメンバー３とから構成されている。
【００１６】
サイドメンバー２は、図２にも示すように、フロント部メンバー片２ａと、センター部メンバー片２ｂと、リヤー部メンバー片２ｃと、エンド部メンバー片２ｄとに分割され、それら各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを直列に接続して構成されている。フロント部メンバー片２ａは、車高方向の屈曲Ｋ（以下キックアップという）と車幅方向に屈曲Ｏ（以下オフセットという）とを有しており、特許請求の範囲の請求項１の屈曲部に相当する。リヤー部メンバー片２ｃは、キックアップのみを有し、同様に屈曲部に相当する。センター部メンバー片２ｂおよびエンド部メンバー片２ｄは、ともに直柱状に形成されており、特許請求の範囲の請求項１の直線部に相当する。
【００１７】
このように、サイドメンバー２を長手方向に４分割したので、各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの板厚を異ならせることにより、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できる。すなわち、フロント部メンバー片２ａにはその前端部４にてエネルギ吸収し立上部５にて座屈をコントロールする前面衝突性能が要求され、センター部メンバー片２ｂにはフロントアクスル６からの入力とリヤアクスル７からの入力とによる曲げモーメントが加わるため曲げ剛性が要求され、リヤー部メンバー片２ｃには立上部８、９にて座屈をコントロールする後面衝突性能が要求され、エンド部メンバー片２ｄには、車種ごとに異なる荷台長が要求されるが、これらの要求に合わせた最適な板厚をそれぞれのメンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに応じて選択できる。
【００１８】
また、サイドメンバー２を屈曲部（メンバー片２ａ、２ｃ）と直線部（メンバー片２ｂ、２ｄ）とに別けて分割したので、例えばメンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの断面形状を図１５に示すように断面コ字状に形成された外側片ｄとそれより一回り小さな断面コ字状の内側片ｅとを対向させて溶接した構造とした場合であっても、少なくとも直線部（メンバー片２ｂ、２ｄ）における外側片ｄと内側片ｅとをサイドメンバー２，２の左右で共用でき、それをプレス加工する金型の数が減る。よって、低コスト化を推進できる。また、各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの長さは、サイドメンバー２を長手方向に４分割しているため、図１４に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いて成形できる。よって、この点からも経済的といえる。
【００１９】
本実施形態においては、上記各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、図３に示すように、断面重心１０に対して点対称な略四角筒状の中空部材をその断面重心１０を通る直線１１で２分割した形状の２個の分割片１２、１２を有し、それら分割片１２、１２を閉断面構造となるように対向させて溶接して構成されている。図中１３は溶接部である。これによれば、各分割片１２、１２の断面形状が同一となる。各分割片１２、１２は、ウェブ部１４とフランジ部１５、１５とからコ字断面状に形成されており、平面状のシート材をプレス加工して成形される。各分割片１２の一方のフランジ部１５には、閉断面構造の外側へ向けてジョグル１６が形成されている。ジョグル１６には、別の分割片１２のフランジ部１５が係合され、双方の分割片１２、１２のフランジ部１５、１５が面一となっている。なお、上記ジョグル１６は、閉断面構造の内側へ向けて形成してもよく（図９(b) 参照）、分割片１２の両方のフランジ部１５、１５に形成してもよい。
【００２０】
図４は、センター部メンバー片２ｂの斜視図である。図示するように、センター部メンバー片２ｂは、直柱状に形成されているため、左右のサイドメンバー２、２において、分割片１２ｂの形状が全て同一となる。よって、左右のセンター部メンバー片２ｂ、２ｂを製作する際には、１種類の分割片１２ｂのみをプレス加工によって製造し、それを組み合わせればよく、部品の共用化すなわち金型の共通化が図れるため、低コスト化を推進できる。また、センター部メンバー片２ｂの長さは、サイドメンバー２を４分割しているため、図１４に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いることができる。以上のことは、同じく直柱状のエンド部メンバー片２ｄについても同様にいえる。
【００２１】
また、センター部メンバー片２ｂには、図２に示すようにフロントアクスル６からの入力とリヤアクスル７からの入力とによる曲げモーメントが加わるため所定の曲げ剛性が要求されるが、他のメンバー片２ａ、２ｃ、２ｄとは分離されているため、他のメンバー片２ａ、２ｃ、２ｄの板厚とは全く無関係に、それらの要求に合致した最適な板厚および形状を選択できる。また、ホイールベースが異なる車種には、当該センター部メンバー片２ｂの長さのみを異ならせ、他のメンバー片２ａ、２ｃ、２ｄをそのまま用いればよいため、極めて低コストで車種展開が可能となる。他方、荷台長が異なる車種には、エンド部メンバー片２ｄの長さのみを異ならせ、他のメンバー片２ａ、２ｂ、２ｃをそのまま用いればよいため、この場合にも極めて低コストで車種展開が可能となる。
【００２２】
図５は、リヤー部メンバー片２ｃの斜視図である。図示するように、リヤー部メンバー片２ｃは、キックアップのみであるため、当該メンバー片２ｃを構成する分割片１２C1、１２C2の形状がサイドメンバーの左右で同一となる。すなわち、図６(b) に示すキックアップとオフセットとを有するフロント部メンバー片２ａ、２ａでは、サイドメンバー２、２の左右において、各分割片１２の形状が異なるため４種類の金型が必要となるが、図５に示すキックアップのみのリヤー部メンバー片２ｂでは、分割片１２C1と１２C1とが同一形状となり、分割片１２C2と１２C2とが同一形状となるため、それらをプレス加工するときの金型を共用できる。このため、図５の如き左右のリヤー部メンバー片２ｂ、２ｂを製作する際には、２種類のみの金型を用意すればよく、低コスト化を推進できる。
【００２３】
また、リヤー部メンバー片２ｂには、図２に示すようにリヤアクスル７から入力が加わるためそれを支持する剛性と、立上部８、９にて座屈をコントロールする所定の後面衝突性能が要求されるが、他のメンバー片２ａ、２ｂ、２ｄとは分離されているため、他のメンバー片２ａ、２ｂ、２ｄの板厚とは全く無関係に、それらの要求に合致した最適な板厚および形状を選択できる。また、リヤー部メンバー片２ｃの長さは、サイドメンバー２を４分割しているため、図１４に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いて成形できる。
【００２４】
図６は、左右のフロント部メンバー片２ａ、２ａを製造する工程の概要図である。フロント部メンバー片２ａを製造する際には、先ず図６(a) に示すように、車高方向Ｈに屈曲した中空部材をその断面重心１０を通る直線１１で長手方向に沿って２分割した形状の分割片１２X1、１２X2を用意し（図３参照）、それら分割片１２X1、１２X2を閉断面構造となるように対向させて溶接して車高方向Ｈに屈曲したキックアップのみを有する中間体２ｘ、２ｘを製作する。この中間体２ｘ、２ｘは、キックアップのみを有するという点で本質的には図５に説明したリヤー部メンバー片２ｂ、２ｂと同様であるので、サイドメンバー２、２の左右にて分割片１２X1用の金型と分割片１２X2用の金型との２種類のみの金型で製作できる。その後、図６(b) に示すように、上記中間体２ｘ、２ｘを車幅方向内側Ｌに屈曲させ、オフセットをも備えたフロント部メンバー片２ａ、２ａとするのである。これにより、最初から図６(b) に示す形状のフロント部メンバー片２ａ、２ａの分割片１２をプレス加工すると４種類の金型が必要であるのが、金型数を半減できるのである。よって、低コストとなる。
【００２５】
また、図７（ａ）に示すように、車高方向Ｈにキックアップしたプレス加工品として上記分割片１２x1，１２x2を製作しておき（図例では、分割片１２x2のみを示す）、これを図７（ｂ）に示すように車幅方向内側Ｌに曲げ加工してオフセットを付け、それら分割片１２，１２を図７（ｃ）に示すように閉断面構造に組み合わせてフロント部メンバー片２ａを製作してもよい。この場合も、図７（ａ）に示す分割片１２x1，１２x2をプレス加工する金型は２種類のみで済むので、金型数が半減する。また、フロント部メンバー片２ａには、図２に示すようにフロントアクスル６から入力が加わるためのそれを支持する剛性と、所定の前面衝突性能が要求されるが、他のメンバー片２ｂ、２ｃ、２ｄとは分離されているため、他のメンバー片２ｂ、２ｃ、２ｄの板厚とは全く無関係に、それらの要求に合致した最適な板厚および形状を選択できる。また、フロント部メンバー片２ａの長さは、サイドメンバー２を４分割しているため、図１３に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係るサイドメンバー２によれば、フロント部メンバー片２ａを製作するための金型が２個となり、センター部メンバー片２ｂを製作するための金型が１個となり、リヤー部メンバー片２ｃを製作するための金型が２個となり、エンド部メンバー片２ｄを製作するための金型が１個となるため、合計で６個の金型を用いて左右のサイドメンバー２、２を製造できる。これに対して、図１４に示す従来のものでは、左右いずれか一方のサイドメンバーｂを製造するために、外側片ｄを製作するための金型が１個必要であり、内側片ｅ、ｅ、ｅを製作するための金型が３個必要であり、合計４個の金型が必要となる。よって、左右の両方のサイドメンバーｂ，ｂを製造するためには、４×２＝８個の金型が必要となる。よって、本実施形態によれば、金型数を削減でき低コスト化を推進できる。また、本実施形態によれば、従来と比べて小型のプレス加工機を用いることができるので、経済性に優れる。
【００２７】
次に、各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ同士の接続について説明する。
【００２８】
各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ同士の接続には、突き合わせ溶接を用いてもよいが、接続強度を高めるためには、図１および図２に示すように、印籠継ぎ構造１７が好ましい。印籠継ぎ構造１７の詳細を図８および図９に示す。これらの図８および図９はフロント部メンバー片２ａとセンター部メンバー片２ｂとの接続例を示す。図９(a) に示すように、フロント部メンバー片２ａは、前述と同様に、一方の分割片１２の端部に閉断面構造の外側へ向けてジョグル１６を形成し、そのジョグル１６に他方の分割片１２の端部を嵌め、それらを溶接部１３にて一体化して構成されている。他方、図９(b) に示すように、これに接続されるセンター部メンバー片２ｂは、上記ジョグル１６を閉断面構造の内側に向けて形成し、それらを溶接部１８にて一体化して構成されており、溶接部１８が表面から突出しないようになっている。そして、図９(c) に示すように、フロント部メンバー片２ａの内面の寸法は、センター部メンバー片２ｂの外面の寸法より僅かに大きく設定されている。
【００２９】
こうすれば、受入側のフロント部メンバー片２ａの内面および挿入側のセンター部メンバー片２ｂの外面には受入および挿入の邪魔になるジョグル１６が存在せず、しかもフロント部メンバー片２ａの内面の寸法とセンター部メンバー片２ｂの外面の寸法とが受入＆挿入にピッタリに調整されているので、挿入時にフロント部メンバー片２ａの内面にセンター部メンバー片２ｂの外面が密着する。よって、図８に示すように、フロント部メンバー片２ａの端部とセンター部メンバー片２ｂの外面とを周方向に沿って溶接し、溶接部１８によってそれらを一体化させることにより、フロント部メンバー片２ａとセンター部メンバー片２ｂとが高い接続強度で接続される。
【００３０】
なお、上記印籠継ぎ構造１７は、センター部メンバー片２ｂとリヤー部メンバー片２ｃとの接続や、リヤー部メンバー片２ｃとエンド部メンバー片２ｄとの接続にも、同様に用いられている。また、挿入側と受入側とを逆の関係とし、例えば図８および図９において、フロント部メンバー片２ａを挿入側とし、センター部メンバー片２ｂを受入側としてもよい。
【００３１】
図１０は、さらに接続強度を高めるようにしたものであり、受入側のメンバー片（例えば２ａ）を構成する一方の分割片１２と他方の分割片１２との長手方向の端部を段違いとし、挿入側のメンバー片（例えば２ｂ）を構成する一方の分割片１２と他方の分割片１２との長手方向の端部を逆段違いとしたものである。こうすれば、受入側のメンバー片２ａの内部に挿入側のメンバー片２ｂを挿入したときに、その周囲の溶接部１８の溶接線が車体の前後方向に段違いにズレるので、応力の集中が分散されて接続強度が高まる。
【００３２】
図１１は、受入側のメンバー片（例えば２ａ）のウェブ部１４に溶接部１８の溶接長を稼ぐための半円状の切込部１９を形成したものであり、図１２は、受入側のメンバー片（例えば２ａ）の端部２０を斜めに形成して溶接部１８の溶接長を稼ぐようにしたものである。これらによれば、溶接部１８の溶接長が図８のものに比べて長くなるので、接続強度が向上する。
【００３３】
図１３は、図８に示すメンバー片２ａ、２ｂの断面形状の参考例を示す図である。この場合にあっても、各メンバー片２ａ、２ｂは、断面重心１０に対して点対称な中空部材をその断面重心１０を通る直線１１で２分割した形状の２個の分割片１２、１２を有し、それら分割片１２、１２を閉断面構造となるように対向させて突合溶接して構成されている。従って、この場合であっても、分割片１２の断面形状が等しくなり、図３乃至図７に示すものと同様に、部材の共用化を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法によれば、サイドメンバーの長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できるので衝突安全性が向上すると共に、小型のプレス加工機で成形できる上に金型の数も少なくなるので低コスト化を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るサイドメンバーを備えたシャシーフレームの説明図であり、図１(a) は平面図であり、図１(b) は側面図である。
【図２】 上記サイドメンバーの側面図である。
【図３】 図２の III-III線断面図であり、上記サイドメンバーの断面図である。
【図４】 センター部メンバー片を示す斜視図である。
【図５】 リヤー部メンバー片を示す斜視図である。
【図６】 フロント部メンバー片の製造工程を示す概要図である。
【図７】 フロント部メンバー片の別の製造工程を示す概要図である。
【図８】 各メンバー片の接続の様子を示す側面図である。
【図９】 図９(a) は図８のａ−ａ線断面図、図９(b) は図８のｂ−ｂ線断面図、図９(c) は 図８のｃ−ｃ線断面図である。
【図１０】 各メンバー片の接続の変形例を示す平面図である。
【図１１】 各メンバー片の接続の変形例を示す側面図である。
【図１２】 各メンバー片の接続の変形例を示す側面図である。
【図１３】 各メンバー片の断面形状の参考例を示す断面図であり、図１３(a) は図８のａ−ａ線断面図、図１３(b) は図８のｂ−ｂ線断面図、図１３(c) は図８のｃ−ｃ線断面図である。
【図１４】 従来例としてのサイドメンバーを備えたシャシーフレームの説明図であり、図１４(a) は平面図であり、図１４(b) は側面図である。
【図１５】 図１４のXV- XV線断面図である。
【符号の説明】
１ シャシーフレーム
２ サイドメンバー
２ａ メンバー片（屈曲部）
２ｂ メンバー片（直線部）
２ｃ メンバー片（屈曲部）
２ｄ メンバー片（直線部）
２ｘ 中間体
１０ 断面重心
１１ 直線
１２ 分割片
１６ ジョグル
１９ 切込部
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に用いられるシャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４に示すように、ＲＶやトラック等の自動車に用いられるシャシーフレームａは、車幅方向に所定間隔を隔てて配置された一対のサイドメンバーｂ、ｂと、それらサイドメンバーｂ、ｂの間に掛け渡されたクロスメンバーｃとから構成されている。上記サイドメンバーｂは、図１５に示すように、断面コ字状に形成された外側片ｄとそれより一回り小さな断面コ字状の内側片ｅとを対向させて係合させ、それらを溶接部ｆで接合して構成されている。
【０００３】
従来、上記外側片ｄは、最も強度が必要な部位に応じた肉厚のシート材をプレス加工することにより、図１４に示すように車体の前後方向に一体的に形成され、他方、上記内側片ｅは、各部位の必要強度に応じた肉厚のシート材をそれぞれプレス加工することにより、車体の前後方向に３分割されていた。すなわち、従来のサイドメンバーｂは、厚さ一定の一体物の外側部材ｄに厚さの異なる３個の内側部材ｅを溶接して構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、車両の衝突安全性が問題となっているが、これを踏まえて、上述のように外側片ｄを一体物とすると共に内側片ｅを３分割とし、外側片ｄの板厚を最も強度が必要な部位に合わせて設定すると、たとえ各内側片ｅ、ｅ、ｅの板厚をそれぞれ異ならせても、強度が不要な部位の外側片ｄの板厚が過剰に厚くなり、所謂オーバクォリティとなることがある。そこで、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できるサイドメンバーの開発が望まれていた。
【０００５】
また、外側片ｄを車体の前後方向に一体物のプレス品とするには、大型のプレス加工機が必要となるため、不経済である。また、左右１個ずつの外側片ｄと、左右３個ずつの内側片ｅ、ｅ、ｅとを、それぞれ異なった形状にプレス加工しなければならないため、金型の数が増えて高コスト化の原因となっていた。そこで、製造に際して、小型のプレス加工機で成形でき、金型の数も少なくなるサイドメンバーの開発が望まれていた。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現でき安全性が向上するのみならず、小型のプレス加工機で成形できる上に金型の数も少なくて済み低コスト化をも推進できるシャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシャシーフレーム用サイドメンバーは、車体の前後方向に伸びるサイドメンバーを屈曲部と直線部とに分割し、それら分割された各メンバー片を直列に接続してなり、上記メンバー片が、断面重心に対して点対称な中空部材をその断面重心を通る直線で２分割した形状の２個の分割片を有し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接してなるシャシーフレーム用サイドメンバーであって、上記メンバー片のうちの一のメンバー片が、一方の分割片の端部に外側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、これに隣接する他のメンバー片が、一方の分割片の端部に内側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入してその周囲を溶接してなるものである。
【０００８】
本発明によれば、各メンバー片の板厚を異ならせることにより、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できる。よって、安全性が向上する。また、各メンバー片を屈曲部と直線部としたので、少なくとも直線部をサイドメンバーの左右で共用でき、金型の数が減る。また、各メンバー片の長さが短くなるので小型のプレス加工機を用いることができる。よって、低コスト化を推進できる。
【０００９】
また、上記メンバー片が、断面重心に対して点対称な中空部材をその断面重心を通る直線で２分割した形状の２個の分割片を有し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接してなるものとしたので、メンバー片を構成する２個の分割片の断面形状が同一となるため、それをプレス成形するための金型の共用化が図れ、さらに低コスト化を推進できる。
【００１０】
また、上記メンバー片のうちの一のメンバー片が、一方の分割片の端部に外側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、これに隣接する他のメンバー片が、一方の分割片の端部に内側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入してその周囲を溶接してサイドメンバーを構成するようにしたので、一のメンバー片の内面およびこれに挿入される他のメンバー片の外面にはジョグルが突出しないため、挿入することによりそれらが密着して接続強度が向上する。
【００１１】
また、上記一のメンバー片を構成する一方の分割片と他方の分割片との長手方向の端部を段違いとし、上記他のメンバー片を構成する一方の分割片と他方の分割片との長手方向の端部を逆段違いとし、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を段違いとしてもよい。こうすれば、溶接線が車体の前後方向に段違いにズレるので、応力の集中が分散されて接続強度が高まる。
また、上記一のメンバー片の長手方向の端部に切込部を形成し、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を上記一のメンバー片の切込部に沿って形成してもよい。こうすれば、溶接長が長くなるので接続強度が高まる。
また、上記一のメンバー片の長手方向の端部を斜めに形成し、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を上記一のメンバー片の長手方向の端部に沿って形成してもよい。こうすれば、溶接長が長くなるので接続強度が高まる。
【００１２】
また、車高方向に屈曲した中空部材をその断面重心を通る直線で長手方向に沿って２分割した形状の分割片を２個用意し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接して車高方向に屈曲した中間体を製作し、その中間体を車幅方向に屈曲させてメンバー片とし、そのメンバー片をサイドメンバーの一部として組み込むようにしてもよい。
【００１３】
このように、車高方向および車幅方向に屈曲したメンバー片を製造する際に、まず車高方向のみに屈曲した中間体をプレス加工により製作し、これを車幅方向に後曲げすることにより、中間体を構成する各分割片の形状がサイドメンバーの左右で同一となるため、プレス加工の金型の共通化を図ることができ、低コスト化を推進できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、この自動車用のシャシーフレーム１は、車幅方向に所定間隔を隔てて配置され車体の前後方向に伸びる一対のサイドメンバー２、２と、それらサイドメンバー２、２の間に掛け渡されたクロスメンバー３とから構成されている。
【００１６】
サイドメンバー２は、図２にも示すように、フロント部メンバー片２ａと、センター部メンバー片２ｂと、リヤー部メンバー片２ｃと、エンド部メンバー片２ｄとに分割され、それら各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを直列に接続して構成されている。フロント部メンバー片２ａは、車高方向の屈曲Ｋ（以下キックアップという）と車幅方向に屈曲Ｏ（以下オフセットという）とを有しており、特許請求の範囲の請求項１の屈曲部に相当する。リヤー部メンバー片２ｃは、キックアップのみを有し、同様に屈曲部に相当する。センター部メンバー片２ｂおよびエンド部メンバー片２ｄは、ともに直柱状に形成されており、特許請求の範囲の請求項１の直線部に相当する。
【００１７】
このように、サイドメンバー２を長手方向に４分割したので、各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの板厚を異ならせることにより、長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できる。すなわち、フロント部メンバー片２ａにはその前端部４にてエネルギ吸収し立上部５にて座屈をコントロールする前面衝突性能が要求され、センター部メンバー片２ｂにはフロントアクスル６からの入力とリヤアクスル７からの入力とによる曲げモーメントが加わるため曲げ剛性が要求され、リヤー部メンバー片２ｃには立上部８、９にて座屈をコントロールする後面衝突性能が要求され、エンド部メンバー片２ｄには、車種ごとに異なる荷台長が要求されるが、これらの要求に合わせた最適な板厚をそれぞれのメンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに応じて選択できる。
【００１８】
また、サイドメンバー２を屈曲部（メンバー片２ａ、２ｃ）と直線部（メンバー片２ｂ、２ｄ）とに別けて分割したので、例えばメンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの断面形状を図１５に示すように断面コ字状に形成された外側片ｄとそれより一回り小さな断面コ字状の内側片ｅとを対向させて溶接した構造とした場合であっても、少なくとも直線部（メンバー片２ｂ、２ｄ）における外側片ｄと内側片ｅとをサイドメンバー２，２の左右で共用でき、それをプレス加工する金型の数が減る。よって、低コスト化を推進できる。また、各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの長さは、サイドメンバー２を長手方向に４分割しているため、図１４に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いて成形できる。よって、この点からも経済的といえる。
【００１９】
本実施形態においては、上記各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、図３に示すように、断面重心１０に対して点対称な略四角筒状の中空部材をその断面重心１０を通る直線１１で２分割した形状の２個の分割片１２、１２を有し、それら分割片１２、１２を閉断面構造となるように対向させて溶接して構成されている。図中１３は溶接部である。これによれば、各分割片１２、１２の断面形状が同一となる。各分割片１２、１２は、ウェブ部１４とフランジ部１５、１５とからコ字断面状に形成されており、平面状のシート材をプレス加工して成形される。各分割片１２の一方のフランジ部１５には、閉断面構造の外側へ向けてジョグル１６が形成されている。ジョグル１６には、別の分割片１２のフランジ部１５が係合され、双方の分割片１２、１２のフランジ部１５、１５が面一となっている。なお、上記ジョグル１６は、閉断面構造の内側へ向けて形成してもよく（図９(b) 参照）、分割片１２の両方のフランジ部１５、１５に形成してもよい。
【００２０】
図４は、センター部メンバー片２ｂの斜視図である。図示するように、センター部メンバー片２ｂは、直柱状に形成されているため、左右のサイドメンバー２、２において、分割片１２ｂの形状が全て同一となる。よって、左右のセンター部メンバー片２ｂ、２ｂを製作する際には、１種類の分割片１２ｂのみをプレス加工によって製造し、それを組み合わせればよく、部品の共用化すなわち金型の共通化が図れるため、低コスト化を推進できる。また、センター部メンバー片２ｂの長さは、サイドメンバー２を４分割しているため、図１４に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いることができる。以上のことは、同じく直柱状のエンド部メンバー片２ｄについても同様にいえる。
【００２１】
また、センター部メンバー片２ｂには、図２に示すようにフロントアクスル６からの入力とリヤアクスル７からの入力とによる曲げモーメントが加わるため所定の曲げ剛性が要求されるが、他のメンバー片２ａ、２ｃ、２ｄとは分離されているため、他のメンバー片２ａ、２ｃ、２ｄの板厚とは全く無関係に、それらの要求に合致した最適な板厚および形状を選択できる。また、ホイールベースが異なる車種には、当該センター部メンバー片２ｂの長さのみを異ならせ、他のメンバー片２ａ、２ｃ、２ｄをそのまま用いればよいため、極めて低コストで車種展開が可能となる。他方、荷台長が異なる車種には、エンド部メンバー片２ｄの長さのみを異ならせ、他のメンバー片２ａ、２ｂ、２ｃをそのまま用いればよいため、この場合にも極めて低コストで車種展開が可能となる。
【００２２】
図５は、リヤー部メンバー片２ｃの斜視図である。図示するように、リヤー部メンバー片２ｃは、キックアップのみであるため、当該メンバー片２ｃを構成する分割片１２C1、１２C2の形状がサイドメンバーの左右で同一となる。すなわち、図６(b) に示すキックアップとオフセットとを有するフロント部メンバー片２ａ、２ａでは、サイドメンバー２、２の左右において、各分割片１２の形状が異なるため４種類の金型が必要となるが、図５に示すキックアップのみのリヤー部メンバー片２ｂでは、分割片１２C1と１２C1とが同一形状となり、分割片１２C2と１２C2とが同一形状となるため、それらをプレス加工するときの金型を共用できる。このため、図５の如き左右のリヤー部メンバー片２ｂ、２ｂを製作する際には、２種類のみの金型を用意すればよく、低コスト化を推進できる。
【００２３】
また、リヤー部メンバー片２ｂには、図２に示すようにリヤアクスル７から入力が加わるためそれを支持する剛性と、立上部８、９にて座屈をコントロールする所定の後面衝突性能が要求されるが、他のメンバー片２ａ、２ｂ、２ｄとは分離されているため、他のメンバー片２ａ、２ｂ、２ｄの板厚とは全く無関係に、それらの要求に合致した最適な板厚および形状を選択できる。また、リヤー部メンバー片２ｃの長さは、サイドメンバー２を４分割しているため、図１４に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いて成形できる。
【００２４】
図６は、左右のフロント部メンバー片２ａ、２ａを製造する工程の概要図である。フロント部メンバー片２ａを製造する際には、先ず図６(a) に示すように、車高方向Ｈに屈曲した中空部材をその断面重心１０を通る直線１１で長手方向に沿って２分割した形状の分割片１２X1、１２X2を用意し（図３参照）、それら分割片１２X1、１２X2を閉断面構造となるように対向させて溶接して車高方向Ｈに屈曲したキックアップのみを有する中間体２ｘ、２ｘを製作する。この中間体２ｘ、２ｘは、キックアップのみを有するという点で本質的には図５に説明したリヤー部メンバー片２ｂ、２ｂと同様であるので、サイドメンバー２、２の左右にて分割片１２X1用の金型と分割片１２X2用の金型との２種類のみの金型で製作できる。その後、図６(b) に示すように、上記中間体２ｘ、２ｘを車幅方向内側Ｌに屈曲させ、オフセットをも備えたフロント部メンバー片２ａ、２ａとするのである。これにより、最初から図６(b) に示す形状のフロント部メンバー片２ａ、２ａの分割片１２をプレス加工すると４種類の金型が必要であるのが、金型数を半減できるのである。よって、低コストとなる。
【００２５】
また、図７（ａ）に示すように、車高方向Ｈにキックアップしたプレス加工品として上記分割片１２x1，１２x2を製作しておき（図例では、分割片１２x2のみを示す）、これを図７（ｂ）に示すように車幅方向内側Ｌに曲げ加工してオフセットを付け、それら分割片１２，１２を図７（ｃ）に示すように閉断面構造に組み合わせてフロント部メンバー片２ａを製作してもよい。この場合も、図７（ａ）に示す分割片１２x1，１２x2をプレス加工する金型は２種類のみで済むので、金型数が半減する。また、フロント部メンバー片２ａには、図２に示すようにフロントアクスル６から入力が加わるためのそれを支持する剛性と、所定の前面衝突性能が要求されるが、他のメンバー片２ｂ、２ｃ、２ｄとは分離されているため、他のメンバー片２ｂ、２ｃ、２ｄの板厚とは全く無関係に、それらの要求に合致した最適な板厚および形状を選択できる。また、フロント部メンバー片２ａの長さは、サイドメンバー２を４分割しているため、図１３に示すようにサイドメンバーｂの全長に亘って一体物の外側片ｄをプレスしていた従来と比べ大幅に短くなり、小型のプレス加工機を用いることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係るサイドメンバー２によれば、フロント部メンバー片２ａを製作するための金型が２個となり、センター部メンバー片２ｂを製作するための金型が１個となり、リヤー部メンバー片２ｃを製作するための金型が２個となり、エンド部メンバー片２ｄを製作するための金型が１個となるため、合計で６個の金型を用いて左右のサイドメンバー２、２を製造できる。これに対して、図１４に示す従来のものでは、左右いずれか一方のサイドメンバーｂを製造するために、外側片ｄを製作するための金型が１個必要であり、内側片ｅ、ｅ、ｅを製作するための金型が３個必要であり、合計４個の金型が必要となる。よって、左右の両方のサイドメンバーｂ，ｂを製造するためには、４×２＝８個の金型が必要となる。よって、本実施形態によれば、金型数を削減でき低コスト化を推進できる。また、本実施形態によれば、従来と比べて小型のプレス加工機を用いることができるので、経済性に優れる。
【００２７】
次に、各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ同士の接続について説明する。
【００２８】
各メンバー片２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ同士の接続には、突き合わせ溶接を用いてもよいが、接続強度を高めるためには、図１および図２に示すように、印籠継ぎ構造１７が好ましい。印籠継ぎ構造１７の詳細を図８および図９に示す。これらの図８および図９はフロント部メンバー片２ａとセンター部メンバー片２ｂとの接続例を示す。図９(a) に示すように、フロント部メンバー片２ａは、前述と同様に、一方の分割片１２の端部に閉断面構造の外側へ向けてジョグル１６を形成し、そのジョグル１６に他方の分割片１２の端部を嵌め、それらを溶接部１３にて一体化して構成されている。他方、図９(b) に示すように、これに接続されるセンター部メンバー片２ｂは、上記ジョグル１６を閉断面構造の内側に向けて形成し、それらを溶接部１８にて一体化して構成されており、溶接部１８が表面から突出しないようになっている。そして、図９(c) に示すように、フロント部メンバー片２ａの内面の寸法は、センター部メンバー片２ｂの外面の寸法より僅かに大きく設定されている。
【００２９】
こうすれば、受入側のフロント部メンバー片２ａの内面および挿入側のセンター部メンバー片２ｂの外面には受入および挿入の邪魔になるジョグル１６が存在せず、しかもフロント部メンバー片２ａの内面の寸法とセンター部メンバー片２ｂの外面の寸法とが受入＆挿入にピッタリに調整されているので、挿入時にフロント部メンバー片２ａの内面にセンター部メンバー片２ｂの外面が密着する。よって、図８に示すように、フロント部メンバー片２ａの端部とセンター部メンバー片２ｂの外面とを周方向に沿って溶接し、溶接部１８によってそれらを一体化させることにより、フロント部メンバー片２ａとセンター部メンバー片２ｂとが高い接続強度で接続される。
【００３０】
なお、上記印籠継ぎ構造１７は、センター部メンバー片２ｂとリヤー部メンバー片２ｃとの接続や、リヤー部メンバー片２ｃとエンド部メンバー片２ｄとの接続にも、同様に用いられている。また、挿入側と受入側とを逆の関係とし、例えば図８および図９において、フロント部メンバー片２ａを挿入側とし、センター部メンバー片２ｂを受入側としてもよい。
【００３１】
図１０は、さらに接続強度を高めるようにしたものであり、受入側のメンバー片（例えば２ａ）を構成する一方の分割片１２と他方の分割片１２との長手方向の端部を段違いとし、挿入側のメンバー片（例えば２ｂ）を構成する一方の分割片１２と他方の分割片１２との長手方向の端部を逆段違いとしたものである。こうすれば、受入側のメンバー片２ａの内部に挿入側のメンバー片２ｂを挿入したときに、その周囲の溶接部１８の溶接線が車体の前後方向に段違いにズレるので、応力の集中が分散されて接続強度が高まる。
【００３２】
図１１は、受入側のメンバー片（例えば２ａ）のウェブ部１４に溶接部１８の溶接長を稼ぐための半円状の切込部１９を形成したものであり、図１２は、受入側のメンバー片（例えば２ａ）の端部２０を斜めに形成して溶接部１８の溶接長を稼ぐようにしたものである。これらによれば、溶接部１８の溶接長が図８のものに比べて長くなるので、接続強度が向上する。
【００３３】
図１３は、図８に示すメンバー片２ａ、２ｂの断面形状の参考例を示す図である。この場合にあっても、各メンバー片２ａ、２ｂは、断面重心１０に対して点対称な中空部材をその断面重心１０を通る直線１１で２分割した形状の２個の分割片１２、１２を有し、それら分割片１２、１２を閉断面構造となるように対向させて突合溶接して構成されている。従って、この場合であっても、分割片１２の断面形状が等しくなり、図３乃至図７に示すものと同様に、部材の共用化を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシャシーフレーム用サイドメンバーおよびその製造方法によれば、サイドメンバーの長手方向の部位に応じた最適な板厚分布を実現できるので衝突安全性が向上すると共に、小型のプレス加工機で成形できる上に金型の数も少なくなるので低コスト化を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るサイドメンバーを備えたシャシーフレームの説明図であり、図１(a) は平面図であり、図１(b) は側面図である。
【図２】 上記サイドメンバーの側面図である。
【図３】 図２の III-III線断面図であり、上記サイドメンバーの断面図である。
【図４】 センター部メンバー片を示す斜視図である。
【図５】 リヤー部メンバー片を示す斜視図である。
【図６】 フロント部メンバー片の製造工程を示す概要図である。
【図７】 フロント部メンバー片の別の製造工程を示す概要図である。
【図８】 各メンバー片の接続の様子を示す側面図である。
【図９】 図９(a) は図８のａ−ａ線断面図、図９(b) は図８のｂ−ｂ線断面図、図９(c) は 図８のｃ−ｃ線断面図である。
【図１０】 各メンバー片の接続の変形例を示す平面図である。
【図１１】 各メンバー片の接続の変形例を示す側面図である。
【図１２】 各メンバー片の接続の変形例を示す側面図である。
【図１３】 各メンバー片の断面形状の参考例を示す断面図であり、図１３(a) は図８のａ−ａ線断面図、図１３(b) は図８のｂ−ｂ線断面図、図１３(c) は図８のｃ−ｃ線断面図である。
【図１４】 従来例としてのサイドメンバーを備えたシャシーフレームの説明図であり、図１４(a) は平面図であり、図１４(b) は側面図である。
【図１５】 図１４のXV- XV線断面図である。
【符号の説明】
１ シャシーフレーム
２ サイドメンバー
２ａ メンバー片（屈曲部）
２ｂ メンバー片（直線部）
２ｃ メンバー片（屈曲部）
２ｄ メンバー片（直線部）
２ｘ 中間体
１０ 断面重心
１１ 直線
１２ 分割片
１６ ジョグル
１９ 切込部
Claims (5)
- 車体の前後方向に伸びるサイドメンバーを屈曲部と直線部とに分割し、それら分割された各メンバー片を直列に接続してなり、
上記メンバー片が、断面重心に対して点対称な中空部材をその断面重心を通る直線で２分割した形状の２個の分割片を有し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接してなるシャシーフレーム用サイドメンバーであって、
上記メンバー片のうちの一のメンバー片が、一方の分割片の端部に外側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、これに隣接する他のメンバー片が、一方の分割片の端部に内側へ向けて形成されたジョグルに他方の分割片の端部を嵌めてなり、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入してその周囲を溶接してなることを特徴とするシャシーフレーム用サイドメンバー。 - 上記一のメンバー片を構成する一方の分割片と他方の分割片との長手方向の端部を段違いとし、上記他のメンバー片を構成する一方の分割片と他方の分割片との長手方向の端部を逆段違いとし、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を段違いとした請求項１記載のシャシーフレーム用サイドメンバー。
- 上記一のメンバー片の長手方向の端部に切込部を形成し、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を上記一のメンバー片の切込部に沿って形成した請求項１記載のシャシーフレーム用サイドメンバー。
- 上記一のメンバー片の長手方向の端部を斜めに形成し、上記一のメンバー片の内部に上記他のメンバー片を挿入し、その周囲の溶接線を上記一のメンバー片の長手方向の端部に沿って形成した請求項１記載のシャシーフレーム用サイドメンバー。
- 車高方向に屈曲した中空部材をその断面重心を通る直線で長手方向に沿って２分割した形状の分割片を２個用意し、それら分割片を閉断面構造となるように対向させて溶接して車高方向に屈曲した中間体を製作し、その中間体を車幅方向に屈曲させてメンバー片とし、そのメンバー片をサイドメンバーの一部とするようにしたことを特徴とするシャシーフレーム用サイドメンバーの製造方法。
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