JP4124013B2

JP4124013B2 - 車体フレームの接合構造

Info

Publication number: JP4124013B2
Application number: JP2003122776A
Authority: JP
Inventors: 正紀近藤; 容一森
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2004322925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体フレームの接合構造に関し、更に詳しくは、左右のサイドメンバにクロスメンバをアーク溶接によって接合して連結する車体フレームの接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、自動車等の車両における車体フレームは、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバを左右に設け、これらのサイドメンバ同士にクロスメンバを橋渡してアーク溶接することによって組み付けている。前記クロスメンバは、断面略矩形状の角形パイプに形成されており、クロスメンバの両端部をサイドメンバの側面に突き当てた状態でクロスメンバの端部の外周４辺に沿って隅肉溶接を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５６１７７公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の車体フレームの接合構造によれば、アーク溶接によってクロスメンバやサイドメンバが熱変形を起こして互いにねじれたり、クロスメンバが収縮するおそれがあった。このようなねじれや収縮等の熱変形が発生すると、溶接治具からクロスメンバ等のワークを取り出せなかったり、ワーク同士に大きな隙間が生じて接合できないという不具合が生じるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、アーク溶接等の入熱量の大きい接合を行った場合でも熱変形が生じにくい車体フレームの接合構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車体フレームの接合構造にあっては、互いに所定の間隔を隔てて一対のサイドメンバを延設し、これらのサイドメンバ同士にクロスメンバを橋渡し、該クロスメンバの両端をサイドメンバに溶接して連結する車体フレームの接合構造において、
前記クロスメンバの両端の少なくとも一端側に、クロスメンバよりも低い熱膨張係数を有する拘束部材を配設すると共に、この拘束部材を係止手段によってクロスメンバに係止し、前記クロスメンバを筒状に形成し、このクロスメンバの内方に拘束部材を収容して係止すると共に、前記クロスメンバのうち、端部以外の部位における内方に長軸方向に延びるリブを形成し、このクロスメンバの端部の内方に拘束部材を収容すると共に、前記リブを、拘束部材をクロスメンバの長軸方向に係止する係止手段としたことを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明に係る車体フレームの接合構造によれば、クロスメンバの端部に、熱変形しにくい拘束部材を係止しているため、クロスメンバの端部に溶接を行っても、溶接熱による車体フレームの変形が生じることなく、良好な寸法精度を有する車体フレームを得ることができる。即ち、溶接によってクロスメンバ及びサイドメンバに膨張や収縮が生じるが、拘束部材が熱変形を受けにくいため、この拘束部材が前記クロスメンバ等の変形を拘束し、車体フレーム全体の変形を抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態による車体フレームの接合構造を図面と共に詳述する。
【０００９】
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態による接合構造を適用した車体フレーム１０の前部を示す斜視図である。車幅方向の左右には、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ１１Ｒ，１１Ｌが所定の間隔を隔てて配設されており、これらのサイドメンバ１１Ｒ，１１Ｌは、断面略矩形状の角筒状に形成されている。サイドメンバ１１Ｒ，１１Ｌの前端部には、角筒状のクロスメンバ１２が車幅方向に沿って橋渡しされ、それらの両端部１３，１４がアーク溶接によってサイドメンバ１１Ｒ，１１Ｌの側面１５，１６に接合されている。この接合部においては、クロスメンバ１２の外周面の４辺に亘って溶接ビード１７，１８が形成されている。なお、前記サイドメンバ１１Ｒ，１１Ｌとクロスメンバ１２は、共に、アルミニウム合金から形成されている。
【００１０】
また、図１，２に示すように、クロスメンバ１２の右側端部の内方には、拘束部材であるセラミックパイプ１９が収容されており、該セラミックパイプ１９の車幅方向内側の端縁２０に対応するクロスメンバ１２の側面には、クロスメンバ１２の内方側に凸状に形成されたエンボス（係止手段）２１が設けられている。このエンボス２１は、クロスメンバ１２を構成する４面の側面のうち、少なくとも１面に形成すれば良いが、できるだけ多くの側面に形成することが望ましい。また、エンボス２１の数についても、図１では各側面に２つずつ形成しており、１面に対して少なくとも１つ以上形成すれば良いが、更に多数形成した方が確実にセラミックパイプ１９を係止することができる。
【００１１】
なお、本実施形態では、これまでクロスメンバ１２の一端側にのみセラミックパイプ１９を配設したが、図４に示すように、クロスメンバ２２の左右両端側に配設しても良い。この場合においても、クロスメンバ２２の左側の端部にも角筒状のセラミックパイプ２３を収容し、該セラミックパイプ２３の端縁２４に対応するクロスメンバ２２の側面にエンボス２５を形成する。
【００１２】
前記構成を有する第１の実施形態による車体フレームの接合構造による作用を図２を用いて説明する。
【００１３】
本実施形態では、アルミニウム合金からなるクロスメンバ１２の内方に、クロスメンバ３２よりも熱膨張係数の小さいセラミックパイプ１９を収容し、該セラミックパイプ１９をエンボス２１によって係止している。よって、クロスメンバ１２の端部にその外周に沿ってアーク溶接の隅肉溶接を施すと、クロスメンバ１２，２２の端部に溶接ビード１７が形成される。この溶接ビード１７が冷却して凝固すると、クロスメンバ１２全体が収縮し始める。ここで、セラミックパイプ１９は熱変形を受けにくいため、溶接熱による膨張及び収縮がほとんど発生せず、クロスメンバ１２の寸法変化が少ない。クロスメンバ１２に設けられた係止手段であるエンボス２１の位置は冷却に伴って車幅方向外方に移動しようとするが、前記セラミックパイプ１９の端縁２０に引っかかって移動できない。よって、クロスメンバ１２の収縮による車体フレーム１０の変形がなく、良好な寸法精度を有する車体フレーム１０を得ることができる。
【００１４】
[第２の実施形態]
次いで、第２の実施形態を図５〜図７を用いて説明するが、前記第１の実施形態と同一構造の部位については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
図５は、第２の実施形態による接合構造を適用した車体フレーム３０の前部を示す断面図である。本実施形態におけるクロスメンバ３２は、アルミニウム合金からなる押出し材であり、図５における車幅方向中央部の領域Ｐでは、断面略田の字状（図６参照）に形成されており、領域Ｐの左右両側の領域Ｑ，Ｒでは、断面略口字状の角筒（図７参照）に形成されている。領域Ｐのクロスメンバ３２は、図６に示すように、外周側の４面の側面３５と、これらの側面３５の中央部同士を連結する略十字状のリブ３６とから一体に形成されている。また、領域Ｑ，Ｒのクロスメンバ３２は、図７に示すように、リブがない角筒状に形成されており、このクロスメンバ３２の内方側に、第１の実施形態と同様のセラミックパイプ１９が収容されている。このように、リブ３６は、クロスメンバ３２の車幅方向中央部の領域Ｒのみに形成されており、図７に示すように、クロスメンバ３２内に収容したセラミックパイプ１９に当接してセラミックパイプ１９の位置を固定する係止手段となっている。
【００１６】
前記構成を有する第２の実施形態による車体フレーム３０による作用を説明する。本実施形態では、アルミニウム合金からなるクロスメンバ３２の内方に、クロスメンバ３２よりも熱膨張係数の小さいセラミックパイプ１９，２３を収容し、該セラミックパイプ１９，２３をリブ３６によって係止している。よって、クロスメンバ３２の端部にその外周に沿ってアーク溶接の隅肉溶接を施しても、クロスメンバ３２は溶接後の冷却に伴って車幅方向外方に移動しようとするが、前記リブ３６がセラミックパイプ１９，２３に引っかかって移動できない。よって、前述した第１の実施形態と同様に、クロスメンバ３２の収縮による車体フレーム３０の変形がなく、良好な寸法精度を有する車体フレーム３０を得ることができる。
【００１７】
[第３の実施形態]
次いで、第３の実施形態を図８を用いて説明するが、前記第１及び第２の実施形態と同一構造の部位については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１８】
本実施形態の車体フレーム４０においては、クロスメンバ４２の左右両端部の内方にセラミックパイプ１９，２３を収容し、該セラミックパイプ１９，２３の車幅方向内側の端縁２０，２４に対応するクロスメンバ４２の側面に、前記セラミックパイプ１９，２３を係止する係止手段としてボルト部材４３を配設している。このボルト部材４３は、本体部４４の長さｂがクロスメンバ４２の板厚ｔよりも長いため、本体部４４の先端４４ａがクロスメンバ４２の内方側に突出している。この突出した先端４４ａがセラミックパイプ１９の端縁２０に当接することにより、セラミックパイプ１９を係止している。
【００１９】
前記構成を有する第３の実施形態による車体フレーム４０による作用を説明する。本実施形態では、アルミニウム合金からなるクロスメンバ４２の内方に、クロスメンバ４２よりも熱膨張係数の小さいセラミックパイプ１９，２３を収容し、該セラミックパイプ１９，２３をボルト部材４３によって係止している。よって、クロスメンバ４２の端部にその外周に沿ってアーク溶接の隅肉溶接を施しても、クロスメンバ４２は溶接後の冷却に伴って車幅方向外方に移動しようとするが、前記ボルト部材４３がセラミックパイプ１９に引っかかって移動できない。よって、前述した第１及び第２の実施形態と同様に、クロスメンバ４２の収縮による車体フレーム４０の変形がなく、良好な寸法精度を有する車体フレーム４０を得ることができる。
【００２０】
[第４の実施形態]
次いで、第４の実施形態を図９を用いて説明するが、前記第１〜第３の実施形態と同一構造の部位については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
本実施形態の車体フレーム５０においては、クロスメンバ５２の左右両端部の内方にセラミックパイプ１９，２３を収容し、該セラミックパイプ１９，２３の車幅方向内側の端部に対応するクロスメンバ５２の側面に、前記セラミックパイプ１９，２３を係止する係止手段としてピン状部材５３を固定している。このピン状部材５３の長さｌはクロスメンバ５２の幅寸法ｗよりも長いため、クロスメンバの側面に形成した取付孔５４にピン状部材５３を挿入して貫通させると、クロスメンバ５２の側面同士を橋渡した状態でピン状部材５３がクロスメンバ５２に係止される。このピン状部材５３がセラミックパイプ１９の端縁２０，２４に当接することにより、セラミックパイプ１９，２３を係止している。
【００２２】
前記構成を有する第４の実施形態による車体フレーム５０による作用を説明する。本実施形態では、アルミニウム合金からなるクロスメンバ５２の内方に、熱膨張係数の小さいセラミックパイプ１９，２３を収容し、該セラミックパイプ１９，２３をピン状部材５３によって係止している。よって、クロスメンバ５２の端部にその外周に沿ってアーク溶接の隅肉溶接を施しても、クロスメンバ５２は溶接後の冷却に伴って車幅方向外方に移動しようとするが、前記ピン状部材５３がセラミックパイプ１９，２３に引っかかって移動できない。よって、前述した第１〜第３の実施形態と同様に、クロスメンバ５２の収縮による車体フレーム５０の変形がなく、良好な寸法精度を有する車体フレーム５０を得ることができる。
【００２３】
なお、クロスメンバに配設する拘束部材として好ましい例について説明する。表１は、クロスメンバ及び拘束部材の機械的性質をそれらの材質別に示したものである。
【００２４】
【表１】

この表１に示すように、拘束部材としては、クロスメンバの材質であるアルミニウム合金（ＪＩＳ６０６３−Ｔ５，６Ｎ０１−Ｔ５）よりも熱膨張係数の低いものを用いる。前記セラミックパイプ１９，２３は、例えば、窒化ホウ素焼結体及び炭化ケイ素を用いて作製することができる。また、表１に示すように、前記拘束部材としてはセラミックに限定されることなく、銅合金や鉄等の金属を広く用いることができる。なお、拘束部材の選定基準としては、熱膨張係数がクロスメンバよりも低いことに加え、望ましくは、更にクロスメンバよりも耐力が大きく、溶融点が高いことが挙げられる。
【００２５】
以上述べたように、本発明は、第１〜第４実施形態に例をとって説明したが、これらの各実施形態に限定されるものではなく、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実施形態による車体フレームの前端部を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるセラミックパイプを示す斜視図である。
【図４】セラミックパイプをクロスメンバの左右両端部に設けた車体フレームを示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による車体フレームを示す断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による車体フレームを示す断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態による車体フレームを示す断面図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０…車体フレーム
１１Ｒ，１１Ｌ…サイドメンバ
１２，２２，３２，４２…クロスメンバ
１３，１４…両端部
１９，２３…セラミックパイプ（拘束部材）
２１，２５…エンボス（係止手段）
３６…リブ（係止手段）
４３…ボルト部材（係止手段）
５３…ピン状部材（係止手段）

Claims

互いに所定の間隔を隔てて一対のサイドメンバを延設し、これらのサイドメンバ同士にクロスメンバを橋渡し、該クロスメンバの両端をサイドメンバに溶接して連結する車体フレームの接合構造において、
前記クロスメンバの両端の少なくとも一端側に、クロスメンバよりも低い熱膨張係数を有する拘束部材を配設すると共に、この拘束部材を係止手段によってクロスメンバに係止し、
前記クロスメンバを筒状に形成し、このクロスメンバの内方に拘束部材を収容して係止すると共に、
前記クロスメンバのうち、端部以外の部位における内方に長軸方向に延びるリブを形成し、このクロスメンバの端部の内方に拘束部材を収容すると共に、前記リブを、拘束部材をクロスメンバの長軸方向に係止する係止手段としたことを特徴とする車体フレームの接合構造。
前記拘束部材と係止手段を、クロスメンバの両端に設けたことを特徴とする請求項１に記載の車体フレームの接合構造。
互いに所定の間隔を隔てて一対のサイドメンバを延設し、これらのサイドメンバ同士にクロスメンバを橋渡し、該クロスメンバの両端をサイドメンバに溶接して連結する車体フレームの接合構造において、
前記クロスメンバの両端の少なくとも一端側に、クロスメンバよりも低い熱膨張係数を有する拘束部材を配設すると共に、この拘束部材を係止手段によってクロスメンバに係止すると共に、前記拘束部材は、セラミックからなる筒状部材であることを特徴とする車体フレームの接合構造。
前記拘束部材と係止手段を、クロスメンバの両端に設けたことを特徴とする請求項３に記載の車体フレームの接合構造。
前記クロスメンバを筒状に形成し、このクロスメンバの内方に拘束部材を収容して係止したことを特徴とする請求項３又は４に記載の車体フレームの接合構造。
前記クロスメンバのうち、端部以外の部位における内方に長軸方向に延びるリブを形成し、このクロスメンバの端部の内方に拘束部材を収容すると共に、前記リブを、拘束部材をクロスメンバの長軸方向に係止する係止手段としたことを特徴とする請求項５に記載の車体フレームの接合構造。
前記係止手段は、クロスメンバの側面に形成されてクロスメンバの内方に突出するエンボスであることを特徴とする請求項５に記載の車体フレームの接合構造。
前記係止手段は、クロスメンバの内方に突出するボルト部材であることを特徴とする請求項５に記載の車体フレームの接合構造。
前記係止手段は、クロスメンバの内方に突出するピン状部材であることを特徴とする請求項５に記載の車体フレームの接合構造。