JP4127124B2

JP4127124B2 - 車両フレーム構造の製造方法ならびに製造治具

Info

Publication number: JP4127124B2
Application number: JP2003163192A
Authority: JP
Inventors: 大志樽井; 伸介武村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-06-09
Also published as: JP2004359188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両フレーム構造の製造方法ならびに製造治具に関し、特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の中空押出形材を組合せて溶接結合して形成するに好適な車両フレーム構造の製造方法ならびに製造治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下では、単にアルミニウムと称する）の中空押出形材を組合せて溶接結合して形成する車両フレーム構造が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、自動車のサブフレームを対象とし、押出方向に延びるとともに周壁部に一体に成形して中空部を仕切る補強用隔壁部を備えるアルミニウム中空押出形材のクロスメンバと、アルミニウム中空押出形材のサイドメンバとを、互いに略直角に配置し、クロスメンバの補強用隔壁部と連結する周壁部の外面に、サイドメンバ端部の周壁部の一部を前記連結部分に沿ってＭＩＧ溶接等により接合して、クロスメンバとサイドメンバとの連結強度を高める構成としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３３７７２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、溶接対象への入熱量が大きいＭＩＧ溶接により線膨張係数が高いアルミニウム材を溶接する場合には、アルミニウム材に溶接後に軸収縮変形を生ずるものであり、この軸収縮変形を考慮した溶接方法若しくは接合部構造を必要とする。
【０００６】
しかしながら、上記従来例では、サイドメンバの端部にクロスメンバの周壁部を突合せてＭＩＧ溶接するのみであるため、例えば、サイドメンバを一方のクロスメンバにＭＩＧ溶接した後に他方のクロスメンバにＭＩＧ溶接する場合には、先のＭＩＧ溶接によりサイドメンバに生じる熱収縮変形により後でＭＩＧ溶接しようとする他端と他方のクロスメンバとの間に隙間を生じ、そのＭＩＧ溶接の溶接品質を低下させる虞があった。また、この不具合を解消すべく、サイドメンバの両端を両クロスメンバへ同時にＭＩＧ溶接する場合には、溶接後に生ずる熱収縮変形によりクロスメンバ同士の間隔が短くなり形状精度を低下させる虞があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、溶接品質を維持しつつ高い形状精度が得られる車両フレーム構造の製造方法ならびに製造治具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両フレーム構造の製造方法は、クロスメンバの一端を一方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバの収縮変形量を計測し、次いで、クロスメンバの他端を、前記収縮変形量を加算した位置で、他方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合するようにしている。
【００１０】
【発明の効果】
したがって、本発明のフレーム構造の製造方法では、クロスメンバの一端を一方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバの収縮変形量を計測し、次いで、クロスメンバの他端を、前記収縮変形量を加算した位置で、他方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合するため、全ての端部を溶接完了させた後の車両フレーム構造の精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両フレーム構造の製造方法ならびに製造治具を一実施形態に基づいて説明する。図１〜図３は、本発明を適用した車両フレーム構造の製造方法の一実施形態であり、図１は車両フレーム構造の全体を示す斜視図、図２はその溶接継手部の詳細を示す斜視図、図３は車両フレーム構造の製造方法を示す工程図である。
【００１３】
図１は、例えば、車体のフロア部分の骨格構造に適用した車両フレーム構造１であり、左右一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂと、両サイドメンバ２Ａ、２Ｂ同士を連結する複数のクロスメンバ３とを備え、複数のクロスメンバ３の両端部分は夫々サイドメンバ２Ａ、２ＢにＭＩＧ溶接により一体的に形成している。
【００１４】
前記サイドメンバ２Ａ、２Ｂは、断面がボックス形状をなすアルミニウム中空押出形材により構成され、例えば、図２に示すように、上壁部５、下壁部６および左右壁部７、８の周壁部４を備えるアルミニウム中空押出形材であり、内部に押出方向に延びて左右壁部７、８を連結して中空部を仕切る補強隔壁９、および、補強隔壁９と上壁部５とを連結して更に上部中空部を仕切る補強隔壁１０とを備えるアルミニウム中空押出形材から製作されている。左右一対となる各サイドメンバ２Ａ、２Ｂの他方のサイドメンバ２Ｂ、２Ａと対向する内側の左右壁部８の補強壁部９を避けた位置には、クロスメンバ３の外形断面形状と同じ形状をなし、クロスメンバ３の端部が差込み可能な穴１１を開口させて備える。
【００１５】
前記クロスメンバ３は、断面がボックス形状をなすアルミニウム中空押出形材により構成され、例えば、上下前後壁部よりなる周壁部１３を備えるアルミニウム中空押出形材から製作されている。クロスメンバ３の全長は、前記両サイドメンバ２Ａ、２Ｂの穴１１を開口させた内側の左右壁部８同士の間隔よりも長く、互いの外側にある左右壁部７同士の間隔よりも短く形成している。クロスメンバ３の一方の端部３Ａは、一方のサイドメンバ２Ａの左右壁部８に設けた穴１１に挿入した状態で、穴１１の縁とクロスメンバ２Ａの周壁部４とをＭＩＧ溶接１２により一体に接合し、この接合時に生ずるクロスメンバ３の熱収縮変形を測定する。図中、１４はＭＩＧ溶接トーチであり、１５はフィラワイヤを模式的に示す。クロスメンバ３の他方の端部３Ｂは、他方のサイドメンバ２Ｂの左右壁部８に設けた穴１１に挿入した状態で、クロスメンバ３の周壁部１３と穴１１とをＭＩＧ溶接する。後者のＭＩＧ溶接の際には、前者のＭＩＧ溶接１２により生じた熱収縮変形を補正し且つ後者のＭＩＧ溶接により見込まれる熱収縮変形を加味した接合位置に他方のサイドメンバ２Ｂの位置を補正して実施する。
【００１６】
図３は、上記した溶接方法の具体的手順を示すものであり、以下詳細に説明する。
【００１７】
サイドメンバ２Ａ、２Ｂおよびクロスメンバ３を支持する治具装置２０は、左右のサイドメンバ２Ａ、２Ｂを夫々クランプして保持する一対のサイドメンバ治具２１Ａ、２１Ｂと、一方のサイドメンバ治具２１Ａを固定支持し、他方のサイドメンバ治具２１Ｂを一方のサイドメンバ治具２１Ａに対して接近離脱方向に移動可能に摺動支持する治具ベース２２とを備える。他方のサイドメンバ治具２１Ｂは、制御装置２３により駆動制御されるサーボモータ２４により一方のサイドメンバ治具２１Ａに対して接近離脱方向に移動され且つ位置決めされる。治具ベース２２上には、クロスメンバ３に取付けた検出治具２５によりクロスメンバ３のＭＩＧ溶接前およびＭＩＧ溶接後の伸縮位置を検出する変位センサ２６が配置され、前記制御装置２３は、前記変位センサ２６よりの信号に基づいてクロスメンバ３の軸収縮変形を演算し、前記サーボモータ２４を駆動して他方のサイドメンバ治具２１Ｂを位置決め制御するよう構成している。
【００１８】
先ず、一対のサイドメンバ治具２１Ａ、２１Ｂ上に夫々サイドメンバ２Ａ、２Ｂを夫々の穴１１を対向させてクランプして固定する。そして、他方のサイドメンバ治具２１Ｂをサーボモータ２４により後退させて、クロスメンバ３の夫々の端部３Ａ、３Ｂを両サイドメンバ２Ａ、２Ｂの穴１１に挿入可能とする。クロスメンバ３のセット作業が実行されてクロスメンバ３の両端３Ａ、３Ｂが両サイドメンバ２Ａ、２Ｂの穴１１に挿入され、クロスメンバ３に検出治具２５が取付けられてクロスメンバ３がセットされると、図３（Ａ）に示すように、他方のサイドメンバ治具２１Ｂを前進させて所定位置に復帰させ、一方のサイドメンバ２Ａとクロスメンバ３とのＭＩＧ溶接可能状態となる。所定位置の他方のサイドメンバ治具２１Ｂおよび一方のサイドメンバ治具２１Ａにセットされてサイドメンバ２Ａ、２Ｂの外形寸法は、車両に設計値により求められた設定寸法Ｌとされる。また、変位センサ２６はクロスメンバ３の溶接前の位置を検出し、制御装置２３はクロスメンバ３の溶接前位置を記憶する。
【００１９】
次いで、一方のサイドメンバ２Ａに設けた穴１１の縁全周と穴１１に接触しているクロスメンバ３周縁部１３全周とをＭＩＧ溶接する。ＭＩＧ溶接は、例えば、図示しない溶接ロボットにより溶接ワイヤ１５を繰出しながら溶接トーチ１４により行われる。溶接による熱はクロスメンバ３およびサイドメンバ２Ａに伝達され、クロスメンバ３に伝達された入熱量はクロスメンバ３を熱膨張させる。
【００２０】
溶接後においては、図３（Ｂ）に示すように、ＭＩＧ溶接部１２付近のクロスメンバ３の温度上昇およびアルミニウム材に特有な急激な温度低下により、クロスメンバ３の温度変化した溶接変形寄与部３Ｃの収縮変形が発生し、この収縮量は溶接変形寄与部３Ｃから十分離れた場所を固定している検出治具２５の変位量ΔＬとなり、変位センサ２６で計測され、制御装置２３に変位量データとして入力される。
【００２１】
次いで、制御装置２３は、図３（Ｃ）に示すように、サーボモータ２４により他方のサイドメンバ治具２１Ｂを前記変位量ΔＬだけ後退した位置に移動させ位置決めする。
【００２２】
この状態で他方のサイドメンバ２Ｂに設けた穴１１の縁全周と穴１１に接触しているクロスメンバ３周縁部１３全周とをＭＩＧ溶接する。このＭＩＧ溶接も、例えば、図示しない溶接ロボットにより溶接ワイヤ１５を繰出しながら溶接トーチ１４により行われる。溶接による熱はクロスメンバ３およびサイドメンバ２Ｂに伝達され、クロスメンバ３に伝達された入熱量はクロスメンバ３を熱膨張させる。この熱膨張は制御装置２３によりサーボモータ２４を自由状態として他方のサイドメンバ治具２Ｂの位置移動により吸収させる。
【００２３】
溶接が完了すると、図３（Ｄ）に示すように、ＭＩＧ溶接部１２付近のクロスメンバ３の温度上昇およびアルミニウム材に特有な急激な温度低下により、クロスメンバ３の温度変化した溶接変形寄与部３Ｄの収縮変形が発生し、他方のサイドメンバ治具２１Ｂの位置変化により吸収される。しかしながら、このＭＩＧ溶接によりクロスメンバ３に入熱される入熱量は、最初のＭＩＧ溶接によりクロスメンバ３に入熱された入熱量と同等であるため、両方の溶接が完了するとフレーム構造１の全幅Ｌは溶接前の全幅Ｌと同じとなる。
【００２４】
このようにして、溶接変形が継手隙間に影響を与えない構造、工法とでき、溶接変形量ΔＬを見込んだ治具挙動としているため、安定した溶接品質と目標部品精度との両方を満足させる車両フレーム構造とすることができる。
【００２５】
従って、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、クロスメンバ３を一方のサイドメンバ２ＡにＭＩＧ溶接した後に他方のサイドメンバ２ＢにＭＩＧ溶接する場合において、先のＭＩＧ溶接によりクロスメンバ３に生じる熱収縮変形（ΔＳ）により後でＭＩＧ溶接しようとする他端と他方のサイドメンバ２Ｂとの間に生じる隙間ΔＳによって、後のＭＩＧ溶接の溶接品質を低下させることも防止できる。また、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示すように、クロスメンバ３の両端を両サイドメンバ２Ａ、２Ｂへ同時にＭＩＧ溶接する場合において、溶接後に生ずる熱収縮変形（ΔＬ＋ΔＬ）によりサイドメンバ２Ａ、２Ｂ同士の間隔が短くなり（Ｌ−２ΔＬ）形状精度を低下させることも防止できる。
【００２６】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２７】
（ア）クロスメンバ３の端部３Ａ、３Ｂを、一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂの形材周縁部４に設けた穴１１を貫通して形材内に収容した状態で穴１１の縁とクロスメンバ３周縁部１３との間で溶接接合して、中空押出形材よりなる一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバ３の両端部３Ａ、３Ｂを溶接接合して形成するようにしたため、クロスメンバ３の一端３Ａの溶接時に生ずるクロスメンバ３の軸収縮変形が発生して他方の端部３Ｂとサイドメンバ２Ｂとの位置関係が変化しても、継手隙間が発生せず安定した溶接を行うことができる。
【００２８】
（イ）また、クロスメンバ３の一端３Ａを一方のサイドメンバ２Ａの形材周縁部４に設けた穴１１を貫通させて形材内に収容した状態で穴１１の縁とクロスメンバ３周縁部１３との間で溶接接合し、次に前記溶接接合により生じるクロスメンバ３の収縮変形量ΔＬを計測し、次いで、クロスメンバ３の他端３Ｂを、前記収縮変形量を加算した位置で、他方のサイドメンバ２Ｂの形材周縁部４に設けた穴１１を貫通させて形材内に収容した状態で穴１１の縁とクロスメンバ３周縁部１２との間で溶接接合するため、全ての端部３Ａ、３Ｂの溶接完了後の車両フレーム構造１の精度を向上させることができる。
【００２９】
（ウ）左右一対のサイドメンバ２Ａ、２Ｂを夫々クランプ保持するサイドメンバ保持治具２１Ａ、２１Ｂを備え、少なくともいずれか一方のサイドメンバ保持治具２１Ａもしくは２１Ｂは、他方のサイドメンバ保持治具２１Ｂもしくは２１Ａに対して接近離脱方向に移動可能に配置され、クロスメンバ３の最初の端部３Ａまたは３Ｂのサイドメンバ２Ａもしくは２Ｂの形材周縁部４に設けた穴１１を貫通させて形材内に収容した状態で穴１１の縁とクロスメンバ３周縁部１３との間での溶接接合時に生ずる収縮変形量ΔＬに応じて、もう一方の端部３Ｂもしくは３Ａのサイドメンバ２Ｂもしくは２Ａの形材周縁部４に設けた穴１１を貫通させて形材内に収容した状態で穴１１の縁とクロスメンバ３周縁部１３との間での溶接接合時に両者の溶接位置を両サイドメンバ保持治具２１Ａ、２１Ｂ間の間隔を大きくして溶接するようにしたため、アルミニウム材からなる中空押出形材のように大きい収縮変形量となる材料においても容易に全溶接完了後のフレーム構造精度を向上させることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態において、サイドメンバ２およびクロスメンバ３共にボックス状の断面のアルミニウム押出形材を利用した車体フレーム構造１について説明しているが、図示しないが、他の角形および丸型形状のアルミニウム押出形材を利用する車両フレーム構造であってもよく、また、特殊形状のアルミニウム押出形材を利用する車両フレーム構造であってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態において、クロスメンバ３の軸収縮変形を測定する変位センサ２６を利用する治具装置２０について説明しているが、図示しないが、一方の溶接時にクロスメンバの他端を他方のサイドメンバ治具に保持させて他方のサイドメンバ治具の変位をサーボモータにより検出して軸収縮変形を検出するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、上記実施形態において、一方のサイドメンバ２Ａは治具ベース２２に固定して軸方向に移動しないものについて説明したが、図示しないが、両方のサイドメンバ治具を軸方向に移動可能に構成し、ＭＩＧ溶接している側のサイドメンバ治具を固定し、残る側のサイドメンバ治具は軸方向移動可能として収縮変形を吸収させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両フレーム構造の全体斜視図。
【図２】同じく溶接継手部の詳細を示す斜視図。
【図３】車両フレーム構造の製造方法を工程（Ａ）〜（Ｄ）に分けて示す工程図。
【図４】比較例の溶接方法および溶接結果を（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）、（Ｄ）に分けて示す説明図。
【符号の説明】
１車両フレーム構造
２Ａ、２Ｂサイドメンバ
３クロスメンバ
３Ｃ、３Ｄ溶接変形寄与部
１１穴
１２溶接部
１３周縁部
１４溶接トーチ
１５フィラワイヤ
２０治具装置
２１Ａ、２１Ｂサイドメンバ治具
２２治具ベース
２３制御装置
２４サーボモータ
２６変位センサ

Claims

中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成する車両フレーム構造の製造方法において、
先ず、クロスメンバの一端を一方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合し、
次に、前記溶接接合により生じるクロスメンバの収縮変形量を計測し、
次いで、クロスメンバの他端を、他方のサイドメンバの形材周縁部に設けた穴に貫通させて形材内に収容した状態とし且つ前記収縮変形量を加算した位置で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間で溶接接合することを特徴とする車両フレーム構造の製造方法。
中空押出形材よりなる一対のサイドメンバに、中空押出形材よりなる複数のクロスメンバの両端部を溶接接合して形成する車両フレーム構造の製造治具であって、
左右一対のサイドメンバを夫々クランプ保持するサイドメンバ保持治具を備え、
少なくともいずれか一方のサイドメンバ保持治具は、他方のサイドメンバ保持治具に対して接近離脱方向に移動可能に配置され、
クロスメンバの一方の端部をサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間での溶接接合時に生ずる収縮変形に応じて、他方の端部をサイドメンバの形材周縁部に設けた穴を貫通させて形材内に収容した状態で穴の縁とクロスメンバ周縁部との間での溶接接合時に両者の溶接位置を両サイドメンバ保持治具間の間隔を大きくして溶接するようにしたことを特徴とする車両フレーム構造の製造治具。