JP4155707B2 - ハイドロフォーム加工された立体フレーム及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は自動車用の立体フレームに関する。
【０００２】
（背景技術）
自動車用の各種構成部品及び車体パネルの装着に供される車両立体フレームを提供することは自動車業界では公知である。基本的に立体フレームは多くのフレーム部材で構成され、これら部材は溶接その他の連結手段で相互に接合される。主として多数の連結部分を必要とすることが公差の増大に繋がり、このことが立体フレームの寸法精度の問題を引き起こす。
【０００３】
（発明の概要）
必要とする構成部品点数及び連結部分の数が従来の立体フレームよりも少なく、従ってより高い寸法精度を達成可能な立体フレームを提供することが望まれる。
【０００４】
本発明の一つの実施形態によれば、ここに提供する自動車用立体フレームは、第一のハイドロフォーム加工された長手方向に延在する管状下方サイドレール部材と第二のハイドロフォーム加工された長手方向に延在する管状下方サイドレール部材を有し、下方サイドレール部材は相互に横方向に離間し、相互に平行に延びている。それぞれのハイドロフォーム加工部材は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。またこの立体フレームは一対の略平行なハイドロフォーム加工された管状上部長手方向部材を有し、この長手方向部材のそれぞれは一体構造であって対応する下方サイドレール部材の１つに固定される。各上部長手方向部材は自動車のルーフを支持するように構成され配置された長手方向延在部分を有し、それぞれの長手方向延在部分は立体フレームのＡピラーの上端部と立体フレームの最後方ピラーの上端部との間に長手方向に伸びている。ハイドロフォーム加工された管状長手方向上部構造体はこのようにＡピラーと立体フレームの最後方ピラーとの間の長さを画定する。横方向に伸びる連結構造体は下方サイドレールを相互に連結する。
【０００５】
本発明のもう一つの実施形態によれば以下のステップで実施される：管状金属素材を、型アセンブリが型空隙部を画定する型表面をもつ構成のハイドロフォーム加工型アセンブリの中に置き；加圧流体を管状金属素材の内部に流入して素材を膨脹させて型空隙部の型表面に密着させ、これによって所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される第一上方長手方向部材を形成し；第二上方長手方向部材を形成し；離間した第一及び第二の下方サイドレールを提供し；第一の上方長手方向部材を第一の下方サイドレールの両端部に連結し；第二の上方長手方向部材を第二の下方サイドレールの両端部に連結し；相互に横方向に離間した略平行な第一及び第二の下方サイドレールを配置し；横方向に延在する連結構造体を用いて前記第一及び第二の下方サイドレールを相互に連結する。
【０００６】
本発明の立体フレームによれば必要とする構成部品は数が少なくて済むので、組立て作業は大いに簡略化される。
【０００７】
図１は本発明の原理に従って製造した車両立体フレーム１０の斜視図である。車両立体フレーム１０は一対のハイドロフォーム加工された下方サイドレール部材１２により与えられる一対の横方向に離間して長手方向に伸びた一対の下方のサイドレール構造体を有する。各ハイドロフォーム加工された部材は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。サイドレール１２部材はそれぞれが、上方と後方に傾斜する中間部分１６に移行する比較的直線状の前方部分１４を有する。加えて、各サイドレール部材１２は中間部分１６の上方後端から後方に伸びる略直線状の後方部分１８をもつ。下方サイドレール部材１２の前方部分１４及び後方部分１８は組立てた車両において略水平に配置され、地面に対して平行かつ互いに平行とされている。中間部分１６は後輪を収容するための後方「キックアップ」を提供する。
【０００８】
サイドレール部材１２はそれぞれ直線管状素材から、従来のロール成形法及びシーム溶接法により成形され、これらは図示のような略Ｓ字形に曲げられてから従来のハイドロフォーム法において直径方向に広げて成形される。
【０００９】
下方サイドレール部材１２は長手方向の範囲に沿って異なる断面形状を有する。例えば、下方サイドレール部材１２は後方部分１８に向かって実質的に矩形断面となっているのが好ましい。より前方部分１４に向かって下方サイドレール部材１２は実質的に六角形の断面形状を有する。このハイドロフォーム加工された部材あるいは本明細書で開示する他の管状のハイドロフォーム加工された部材の断面形状を変えることは本発明の原理から逸脱せずになしうる。
【００１０】
車両立体フレーム１０は更に、一対のハイドロフォーム加工された逆Ｕ字形状を有する長手方向上部部材２０により与えられる一対の長手方向上部構造体を有する。ハイドロフォーム加工された各上部部材は、所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。各上部部材２０は、前方に配置されて、上方及び後方に延在する前方部分２４に移行する下方垂直部分２２を有する。このような前方部分２４各々が車両立体フレームの”Ａ”ピラーを形成する。それぞれの長手方向上部部材２０は更に上方及び後方延在前方部分２４から移行して後方に延在する最上部で長手方向に延び略直線状の部分２６を有する。直線部分２６は長手方向上部部材２０の略逆Ｕ字形に湾曲した部分を構成する。各々長手方向上部部材２０の後方部分に向けて、下方及び後方延在部分２８があり、この部分２８は最上部直線部分２６の後方部分から移行している。下方及び後方延在部分各々が対応する立体フレームの”Ｄ”ピラーを形成する。最終的に、各長手方向上部部材２０は下方及び後方延在部分２８から下方に伸びる各下方垂直部分３０に終結している。
【００１１】
図示のように、それぞれの長手方向上部部材２０はその全長に及んで略矩形断面を有するのが好ましい。加えて、長手方向上部部材２０は両方とも単一管状素材からハイドロフォーム加工され、好ましくは突合せ溶接部分３２で相互に突合せ溶接された二つの別々にロール成形された管状素材から成形されていることを理解されたい。特に、突合せ溶接部分３２はハイドロフォーム加工作業に先立って加工され、直径の異なる二つの別々の管状素材を相互に連結する。より詳細には、下方垂直部分２２は上方及び後方延在前方部分２４よりもずっと直径が大きいので、各長手方向上部部材２０のこれらの部分は実質的に直径の異なる素材から成形されるのが好ましい。連結部分３２は、最終的に下方垂直部分２２を形成する管状素材の一端の直径を減らす圧縮工具により加工され、この素材の一端は、最終的に参照番号３３で示された長手方向上部部材の支えとなる小径ロール成形素材の端部に突合せ溶接されてもよい。あるいは、フレアー加工または膨脹工具が小径の素材を上方及び後方延在前方部分２４の下方前方端部を形成するその一端で拡大するのに使用可能であり、これにより部分３３を形成する素材部分の下方垂直部分２２を形成する素材の接合端部と略等しい直径を有する端部を提供する。突合せ溶接作業は、対応する管状素材部分がＵ字形に曲げられる前後の何れかに実施できる。素材の曲げ加工はハイドロフォーム加工する前に行われる。素材部分が相互に突合せ溶接されて完成単一素材構造体を形成した後に、この単一素材構造体は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される対応する長手方向上部部材２０内に単一ユニットとしてハイドロフォーム加工される。
【００１２】
各下方垂直部分２２の下方エッジ３４は下方サイド部材１２の前方部分１４の対応する上面部分３５とぴったり合致する形状で受容されるような外形とされている。下方エッジ３４はハイドロフォーム加工完了後このような合致する形状にカットされる。エッジ３４は上面部分３５に、好ましくはミグ溶接で適当な位置に位置決めされる。
【００１３】
下方サイド部材１２の後方部分１８は切り込みエッジ３６で終結する。エッジ３６はそれぞれ対応する長手方向部材２０の垂直部分３０のコーナー部分を受容するように構成され配置されている。より詳細には、垂直部分３０はそれぞれ矩形断面を有する。下方サイド部材１２のエッジ３６は、垂直部分３０の外側表面３８及び前側表面４０と係合するように切り込みとして形成されている。エッジ３６は垂直部分３０にミグ溶接されるのが好ましい。
【００１４】
複数の交差構造体が長手方向上部部材２０間に相互連結される。第一交差構造体はハイドロフォーム加工された交差部材４４により与えられる。それぞれのハイドロフォーム加工された交差部材は、所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。第一交差部材４４は長手方向上部部材２０間に連結されるハイドロフォーム加工した管状部分を備え、上方及び後方延材前方部分２４の下方部分に向かって突合せ溶接連結部分３２の直上に連結されるのが好ましい。同様に、交差部材４６は、上方及び後方延在前方部分２４と最上直線部分２６との間の屈曲部分すなわちアーチ形移行部分付近において二つの長手方向上部部材２０を連結する。加えて、ハイドロフォーム加工された後方交差部材４８は、最上直線部分２６と下方及び後方延在部分２８との間の屈曲部分すなわちアーチ形移行部分付近において二つの長手方向上部部材２０の間に伸びている。交差部材４４，４６，４８の各々は略矩形断面をもち、従来の円形管状素材からハイドロフォーム加工されることが好ましい。
【００１５】
交差部材４４，４６，４８は両端部が上部部材２０の隣接する部分と重なり合ったすなわち上に重なった状態で配置され、長手方向上部部材２０の外側形状にハイドロフォーム加工された凹部に受容され、適当な位置にミグ溶接される。
【００１６】
一対の逆Ｕ字形交差構造体は交差部材４６と４８の間に配置された一対のハイドロフォーム加工された交差部材５０と５２により与えられる。それぞれのハイドロフォーム加工された交差部材５０及び５２は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。前方に配置されたＵ字形交差部材５０は車両横断方向に略水平に配置された湾曲部分５４をもち、一対の脚部分５６は湾曲部分５４の両端部から下方に伸びている。交差構造体５０のコーナー部分あるいは接合部分５８は湾曲部分５４とそれぞれの脚部分５６の間に移行部分を形成する。コーナー部分５８は、最上部直線部分２６の隣接し下側に位置する部分と重なり合ったすなわち上に重なった状態で配置される。脚部分５６の底部エッジ６０はカットされて各下方サイドレール部材１２の各隣接上面３５に対して固定する形状とされている。底部エッジ６０は下方サイドレール部材１２の上面とミグ溶接される。
【００１７】
コーナー部分５８は最上部直線部分２６の外側形状に形成されたハイドロフォーム加工された凹部内に受容され、対応する最上部直線部分２６と重なり合うグローブジョイントを形成し、適当な位置にミグ溶接される。
【００１８】
後方交差部材５２は実質的に水平に配置され車両横断方向に伸びる湾曲部分７０をもつ。湾曲部分５２は湾曲部分７０の両端の接合部から垂直下方に伸びる脚部分７２に移行する。コーナー部分７４は湾曲部分７０とそれぞれの脚部分７２の間に移行部分を形成する。コーナー部分７４は最上部直線部分２６の隣接部分と重なり合ったすなわち上に重なった状態で配置される。特にコーナー部分７４は、最上部直線部分２６の外側形状に形成されたハイドロフォーム加工された凹部内に配置される。脚部分７２はその両端７６が対応する下方サイドレール部材１２にハイドロフォーム加工された凹部内に受容され適当な位置にミグ溶接される。再度、凹部は下方サイドレール部材１２内に形成され端部部分７６を受け入れる。
【００１９】
交差構造体５０の脚５６の上方部分は立体フレームの”Ｂ”ピラーを形成することを理解されたい。同様に更に後方に配された交差部材５２の脚部分７２の上方部分は”Ｃ”ピラーを形成する。最終的にそれぞれの長手方向上部部材２０の後方に伸びる部分２８は”Ｄ”ピラーを形成する。
【００２０】
下方後方交差部材８０は矩形断面内にハイドロフォーム加工され、長手方向上部部材２０の後方垂直部分３０の下方両端間に伸びる。垂直部分３０は、後方交差部材８０の上面８４及び前面８６と係合するように構成され、配置されるコーナー部分８２を与えるように切り込まれる。エッジ８２はミグ溶接により表面８４及び８６に溶接されるのが好ましい。
【００２１】
車両立体フレームアセンブリ１０は更に、ドア構造体９０を含む。ドア構造体９０は、ハイドロフォーム加工された下方Ｕ字形管状部材９２と直線管状交差部材９４を含み、交差部材９４はＵ字形部材９２の垂直脚９６の両端に隣接して溶接され、逆Ｕ字形のハイドロフォーム加工された部材９８はＵ字形部材９２の管状端部内に伸縮自在に受容される両脚部分を有している。それぞれのハイドロフォーム加工された部材９０、９４、９８は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。
【００２２】
図２〜４を参照すると、図示の凹部１００はハイドロフォームプロセスの結果成形されたものである。図示の特定形状を与えるためにハイドロフォーム加工用の型アセンブリの一部として網パッドが設けられている。図示のとおり、凹部１００は直線部分２６の上部壁１０１内に形成される。上部壁１０１は対向する傾斜面１０２と、隣接する直線状の水平に配置された壁部分１０４をもつ凹部１０１を形成する。凹部のこの特定の形状は決して決定的なものではないことを理解されたい。傾斜面１０２はより垂直に配置して面１０４に対して実質的に直交させることもできる。凹部１００は、ハイドロフォーム加工された直線部分２６の底壁１１０が、上部壁１０１に対応する形状をもつように成形される。底壁部分１１０は下方及び内側に傾斜した壁部分１１２をもち、この部分１１２は実質的に水平な壁部分１１４に隣接する。壁部分１１４は壁部分１０４より長い。加えて、傾斜壁部分１１２は壁部分１０２の傾斜よりも小さい角度で傾斜するのが好ましい。その結果凹部１００の領域において上部壁部分１０１と下方壁部分１１０の間の距離は実質的に、この凹部の両側のすぐ周囲を囲む部分すなわち隣接部分よりも小さい。凹部１００に形成された下方壁１１０は通常上部壁１０１の形状に合致するので下方壁１１０は実質的に直線形であろうことが分かる。
【００２３】
上部交差部材５２の好適な形状が図示してあるがこの部材５２はコーナー部分７４の下方向きの凹部に組付けられる。この凹部は概して凹部１０１と補完し合う形状をもち、かつ水平または直線状表面をもち、この面は最上部直線部分２６の上面１０４の上に乗せて固定される。交差部材５２に設けた下方向き凹部において、水平壁部分１２０と１２２の間の厚さは、コーナー部分７４の下方の交差構造体５２の凹部分で小さくなっており、この凹部を挟む両側のそれぞれの壁部分１２０，１２２間の厚さよりも実質的に小さい。
【００２４】
交差部材５２の長手方向直線部分２６とコーナー部分７４に形成した重なり合う凹部によって、交差部材５２と横方向に距離をもつ最上部直線部分２６の間の連結を形成する重ね合せの交差が可能になり、その結果寸法の減じた横断面が得られ、部材間の接触面積の比率が相対的に高く保たれる。所望の断面形状は、重ね合わせ部材の一つが凹部を有するのみで達成可能だが、このような凹部は重ねり合わせる両方の部分に設けられていることが望ましい。
【００２５】
凹部をもつ同様な重ね合わせ接合連結が、交差部材５０のコーナー部分５８の略下方の最上部直線部分２６をもつ交差部材５０の連結に提供されている。
【００２６】
長手方向上部部材２０に同様な凹部が形成され、交差部材４４，４６及び４８の両端との連結を形成する。しかし、この種の連結部分では、長手方向上部部材２０内に形成された凹部は上方のまたは外側に面する壁部分１１１にだけ形成される。これらの連結部分において対向する壁部分は上記に論じた通り実質的に直線状である。加えて、交差部材４４，４６及び４８には凹部は全く設けられないが、これらは断面寸法を減らした溶接連結部分を形成するように両端の凹部内に受容される。
【００２７】
最後に、同形の連結部分が交差部材５２の底部分７６に連結するために溶融され、この交差部材５２は下方サイドレール部材１２内に形成されたハイドロフォーム加工された凹部内に受容され溶接される。更に、壁部分のうち凹部を形成する構成とされるのは１つだけで、対向する壁部分は実質的に平坦であるか、または隣接壁部分から連続していることは、図１の領域１４０から理解されるとおりである。
【００２８】
上述のフレーム部材は全てハイドロフォーム加工されているため精密な形状の立体フレームが得られる。例えば、長手方向上部部材２０は単一ユニットとしてハイドロフォーム加工されるので、前方下方垂直部分２２と後方下方垂直部分３０の間（または”Ａ”ピラーと”Ｄ”ピラーの間の所望の距離が、部品が別々に形成され連結される構造と比較してより高い精度と精密性の範囲内で得られる。車両横断方向についても同様であり、例えば”Ｃ”ピラー間または”Ｂ”ピラー間の距離は、交差部材５０と５２がハイドロフォーム加工される場合の精度に従って高精度に達成される。
【００２９】
図５は本発明の第二実施形態の斜視図である。図５に示す立体フレーム２００は車両本体モジュール又は車両骨組み構造体２１０及び車両骨組み構造体の前端部に連結された前方端部モジュールアセンブリ４００によって与えられる構造体アセンブリを有する。
【００３０】
車両骨組み構造体２１０は多くの点で第一実施形態の立体フレーム１０に類似している。車両骨組み構造体２１０は一対のハイドロフォーム加工された長手方向に延在する下方サイドレール部材２１２により与えられる一対の横方向に離間して長手方向に延在する下方サイド構造体を備える。サイドレール部材２１２のそれぞれは上方及び後方に傾斜した部分２１６に移行する比較的直線状の前方部分２１４をもつ。加えて、サイドレール部材２１２のそれぞれは中間部分２１６の上部後方端部から後方に伸びる略直線状もしくは若干アーチ形の部分２１８を含む。しかし第一実施形態とは異なり、サイドレール部材２１２はまた下方及び後方に伸び、サイドレール部材２１２の後方端部を形成する後方部分２１９を有する。部分２１６，２１８及び２１９は後輪を収容する後方「キックアップ」を提供する。
【００３１】
サイドレール部材２１２はそれぞれ直線管状素材から成形されるが、それには従来のロール成形及びシーム溶接が用いられるのが好ましく、サイドレールは略Ｓ字形に曲げられてから直径方向に膨脹され従来のハイドロフォーム加工作業において成形される。それぞれのハイドロフォーム加工されたサイドレール部材は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。
【００３２】
車両骨組み構造体２００は更に、一対のハイドロフォーム加工された長手方向上部部材２２０により与えられる一対の長手方向上部構造体を含む。それぞれのハイドロフォーム加工された長手方向上部部材２２０は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。各上部部材２２０は前方に配置された下方垂直部分２２２をもち、この部分は上方及び後方延在前方部分２２４に移行する。部分２２２と２２４は車両骨組み構造体２００の”Ａ”ピラーを形成する。各長手方向上部構造体２２０は最上部の長手方向に伸びる略直線状の部分２２６を更に含み、この部分は上方及び後方延在前方部分２２４から移行して延在している。
【００３３】
各長手方向部材２２０は略直線の部分２２６の後方部分に向けて終結し、この部分２２６で車両骨組み構造体の後方リングアセンブリ２２７に溶接される。後方リングアセンブリ２２７は二つのＵ字形管状ハイドロフォーム加工部材２２９と２３１とを備える。それぞれのハイドロフォーム加工された部材２２９及び２３１は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。上部Ｕ字形部材２２９は反転されその両端で、直立の下部Ｕ字形部材２３１の両端部にクローブ接合部２３７で連結される。より詳細には、上部Ｕ字形部材２２９の両脚２４３は下部Ｕ字形部材２３１の両脚２４１の両端の断面直径より小さい断面直径部分で終結する。従って上部Ｕ字形部材２２９の両脚２４３の端部は下部Ｕ字形部材２３１の開放端部内に受容され適当な位置に溶接される。下方部材２３１の脚２４１内に受容される端部の直上にある上部Ｕ字形部材２２９の部分は直径方向に広げられて、下方部材２３１の上方に伸びる脚２４１の開放端部の噛み合う上部エッジを係合するフランジ面を形成し、下方部材２３１の脚の中に上方部材２２９の脚部分２４３が伸びる長さを制限する。この後方リングアセンブリ２２７は車両後部ドアまたはリフトゲート用の後方開口を画定する。
【００３４】
上部Ｕ字形部材２２９の脚２４３と下部Ｕ字形部材２３１の脚２４１は連携して、横方向に離間し略平行で垂直に伸びる、フレームアセンブリ２００のＤピラー２２８を形成する。上部Ｕ字形部材２２９は横方向に延びて脚部分２４３の間に連結された湾曲部分２４８を有する。
【００３５】
二つのＵ字形部材から成形された後方リングアセンブリ２２７は、立体フレームの動的安定性を強化し、整合器の観点からフレームの適用環境におけるその捩れを防止する。
【００３６】
脚２４３と湾曲部分２４８間の連結部は、略直線部分２２６の後方端部に溶接により接合される。上部長手方向部材２２０は各々が”Ａ”ピラー全体を含み、また対応する”Ｄ”ピラー２２８の上方端部が連結される部分をも画定する。ハイドロフォーム加工管状構造体２２０は後方リングアセンブリ２２７とともに車両骨組み構造体２１０の長手方向寸法と車両横断寸法の両方を画定する。
【００３７】
図示の通り、下部Ｕ字形部材２３１の脚２４１は湾曲部分２４５によって連結される。湾曲部分２４５と両脚部分２４１の間の連結部すなわち移行部分はサイドレール２１２の後方端部と溶接により連結される。各サイドレール部材２１２の端部に切り欠き部２１３（図７）が形成され下部Ｕ字形部材２３１を内部に受容する。
【００３８】
図６を参照すると、好ましくは複数のハイドロフォーム加工された交差部材により与えられる複数の交差構造体が長手方向上部部材２２０間に相互連結される。特に第一交差部材２４４は実質的に矩形断面をもち、長手方向上部部材２２０間に連結された、好ましくは下方部分２２２と、”Ａ”ピラーの上方及び後方延在部分２２４との間で、かつ突合せ溶接連結部分２３２の直上に連結された、ハイドロフォーム加工された管状部分を備える。同様に、交差部材２４６は概ね”Ａ”ピラーの上方端部間で二つの長手方向上部構造体２２０を連結する。それぞれのハイドロフォーム加工された交差部材２４４、２４６は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。
【００３９】
図１５を参照すると、交差部材２４４，２４６は両端が上部部材２２０に連結される。これらの連結は溶接による。既に第一実施形態で述べたように好ましくはハイドロフォーム加工中に長手方向上部部材２２０に凹部が形成される。交差部材２４４，２４６の両端はこの凹部に受容され溶接される。接合部２４７は構造体用接着連結により容易に得られ、この接着連結は溶接に代替するか併用して用いられる。
【００４０】
図５と６に戻って参照すると、一対の交差構造体が、交差部材２４６と後方後方リングアセンブリ２２７の間に配置される一対の逆Ｕ字形ハイドロフォーム加工交差部材２５０と２５２によって与えられる。それぞれのハイドロフォーム加工された交差部材２５０及び２５２は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。前方に配置されたＵ字形交差部材２５０は車両横断方向に伸びる略水平に配置された湾曲部分２５４と、湾曲部分２５４の両端から下方に伸びる一対の脚部分２５６を有する。交差部材２５０のコーナー部分２５８は湾曲部分２５４とそれぞれの脚部分２５６の間の移行部を形成する。コーナー部分２５８は、最上部直線部分２２６の隣接し下側に位置する部分と重なり合った、すなわち上に重なった状態で配置される。コーナー部分はむしろ構造用接着剤により直線部分に接着されるのが好ましい。
【００４１】
後方交差部材２５２は実質的に水平に配置され車両横断方向に伸びる湾曲部分２７０を備える。湾曲部分２５２は湾曲部分２７０の両端から垂直及び下方延在脚部分２７２に移行する。コーナー部分２７４は湾曲部分２７０と各脚部分２７２との間に移行部を形成する。コーナー部分２７４は最上部直線部分２２６の隣接部分に重なり合った、すなわち上に重なったで配置され、構造用接着剤により接合されるのが好ましい。
【００４２】
コーナー部分２５８及び／または２７４は第一実施形態におけるように、最上部直線部分２２６の外側形状に形成したハイドロフォーム加工された凹部に配置されてもよい。
【００４３】
図１０を参照すると、脚部分２５６の底端部２６０はサイドレール部材２１２の開口内に受容されて適当な位置に溶接される。
【００４４】
図１２を参照すると、脚部分２７２は、両端２７６を対応する下方サイドレール部材２１２に打ち抜かれた開口２７７内に受容され、適当な位置に溶接される。
【００４５】
上記第二実施形態で論じた各重ね合わせ接合部において、ハイドロフォーム加工用型にハイドロフォーム加工管状部材中に凹部を形成して部品の接合を容易化するために網パッドが使用可能であって、これは特に図２〜４に関連して、第一実施形態で論じた内容から理解されよう。この連結形態はどんな接合部にも適用可能でありコーナー部分２５８と２７４に限るものではないことを理解されたい。
【００４６】
図５と６に示すように、各長手方向上部部材２２０は不規則な、殆どピラミッド形の、すなわち台形断面を有するのが好ましい。加えて、両方の長手方向上部部材２２０は単一の管状素材構造体からハイドロフォーム加工されており、突合せ溶接結合部２３２において相互に突合せ溶接された、二つの別々にロール成形された管状素材から形成されるのが好ましいことを理解されたい。特に、第一実施形態で述べたように、突合せ溶接結合部２３２はハイドロフォーム加工に先んじて加工され、直径の異なる二つの別々の管状素材部材を相互に連結する。
【００４７】
第一実施形態で論じたように、下方サイドレール部材２１２はその全長にわたって断面形状が変化している。サイドレール部材２１２は”Ａ”ピラーの下方部分２２２の直前の位置から骨組み構造体２１０の後方端部まで伸びているのが好ましい。サイドレール部材２１２の前方端部は前方フレームモジュール４００の前方サイドレール部材４１２に接合される。
【００４８】
好ましくは、サイドレール部材２１２は二つの別々にロール成形され、突合せ溶接接合部または溝接合部２４７の舌部のところで相互に突合せ溶接された管状素材から成形される。突合せ溶接部２４７はハイドロフォーム加工に先んじて加工され、”Ａ”ピラーに関連して上述した様に、異なる直径の二つの別々の管状素材を相互に連結する。
【００４９】
好ましくはハイドロフォーム加工された複数の付加交差フレーム部材２５５，２５７及び２５９によって与えられる複数の付加交差フレーム構造体がサイドレール部材２１２間に連結される。それぞれのハイドロフォーム加工された部材２５５、２５７及び２５９は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。交差部材２５９はライザフロアパン支持構造を構成する。交差部材２５９は後輪を収容する後方キックアップの直前のサイドレール部材の部分でサイドレール部材２１２間に連結される。交差部材２５９の端部には切り欠き部２７７があり、サイドレール部材２１２の下面を中に受け入れる構成となっている。交差部材２５９はサイドレール部材２１２に溶接される。
【００５０】
図９に示すように、下方垂直部分２２２の各下方部分２３４は、上部壁の孔２３５及び各下方サイドレール部材２１２の前方部分２１４の下方壁の孔２４９の中に受容される。孔２３５と２４９は、ハイドロフォーム加工法として当該技術において公知のハイドロフォーム加工またはハイドロフォーム加工完了後合致する形状に切削加工するか何れかによるハイドロフォーミングプロセスを経て成形される。下方部分２３４は図示のように位置決めされ、その後ミグ溶接されるのが好ましい。交差フレーム部材２５１はＬ字形ブラケット２５３により下方サイドレール部材２１２を相互に連結する。Ａピラー下方部分２２２と同じ長手方向位置において、ブラケットが交差フレーム部材２５１をサイドレール部材２１２の長手方向に対して連結する。フレーム部材２５１が下方サイドレール部材２１２の長手方向に対して下方部分２２２と少なくとも部分的に重なり合う。任意に、交差部材２５５の両端部はサイドレール部材２１２のそれぞれの下方壁の凹部に受容され、適当な位置に溶接される。
【００５１】
立体フレーム２１０の剛性または構造体的一体性を改善するために、特定の接合部を図８に示すようなガセットまたはブラケット２９４を使って補強できる。特に、垂直延在部材と下方長手方向部材の間の接合部は図示の馬蹄形ブラケットで補強できる。
【００５２】
図１１を参照すると、車両前方ドア２６７が組込まれた車両骨組み構造体２１０が図示されている。ドア２６７はドアの外側パネル２７１に溶接されたハイドロフォーム加工された下方交差部材２６９を含む。周辺ゴムシール構造体２７３がドア２６７に固定されドアを包囲し、ドアが閉じた時に下方レール部材と共にドアシールを形成するか、あるいは美的カバーとなる。ハイドロフォーム加工された下方交差部材２６９は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。下方交差部材２６９は、図１のドアフレーム構造体９０に類似のドアフレーム構造体の下方部分を形成する。シール構造体２７３はやはり、ドアが閉じたときに”Ａ”ピラーと共にシールを形成する。好ましくはドア２６７のハイドロフォーム加工された垂直部材２７５により与えられた前方に配置された垂直構造体２７５の一部はドア構造体の下方に伸びる前方脚部分を形成し、これは図１に示すドアの上方フレーム構造体９８の前方部分７５に類似する。この構造体はこのように図１の部材９８と類似の、反転した管状ハイドロフォーム加工構造体部分を形成する。
【００５３】
図１３と１４を参照すると、前方端部モジュール４００は好ましくは複数のハイドロフォーム加工部材から成り、グローブ固定したサイドレール２１２を連結した下方前方フレーム部材４１２を含む。一対の上部長手方向延在部材４２０が、前方フードを含む車体パネルを支持する車両の上部前方端部を構成する。各部材４２０には上下面において両端部に形成され立体フレームのＡピラーを受容するための凹部が設けられ、適当な位置に溶接される。部材４２０はＡピラーを連結しているが、Ａピラーは部材４２０に加えられた長手方向の力を吸収する。同様に前方レール部材４１２に加えられた長手方向の力はレール部材２１２により吸収される。
【００５４】
図１６はリアクウォータパネルＱが立体フレーム２００に装着される。好ましくはリアクウォータパネルは、構造用接着剤ＡによりＣピラー２７２及び長手方向延在部分２２６の後方部分に固定される。
【００５５】
図１７を参照すると、車両のルーフＲはブラケットＢにより長手方向延在部分２２６に装着できる。ブラケットＢはコーナーパネルＰをも保持してよい。前方のドライバー側のドアＤが図示されるが、ドアの部品は後方の乗客用ドアのより詳細な説明によって理解されよう。
【００５６】
車両Ｃピラーと後方乗客ドア３７４の間の境界面及びＣピラー２７２とリアクウォータパネル３７５との連結が図１８に示してある。好ましくはドア３７４は、二つのＵ字形管状部材を、第一実施形態のドアに関する上記の教示に従ってハイドロフォーム加工して製造した周辺ハイドロフォーム加工ドア枠体３７６を有する。フレーム３７６は外側ドアシート金属３７７に溶接される。ドアシール３７８とドアウィンドウ３７９がやはり図示してある。
【００５７】
図２０は本発明の方法を図解するためのハイドロフォーム加工用型アセンブリの断面図である。本発明に基づく型空隙部の形状は特に新規で有益な管状部品で現在製造を計画している部品の形状に適合している。図２０は本質を代表するものであり、二つのハイドロフォーム加工用ラムアセンブリ５００と５０２とが図示され、これらのラムアセンブリはそれぞれが外側ラムアセンブリを有し、管状素材５１０の両端と係合し封止するよう動作可能で、ハイドロフォーム加工型構造体５１４の型空隙部５１２の中に受容されるように（例えばＣＮＣ曲げで）曲げられる。素材５１０は上述したあらゆるＵ字形部材または逆Ｕ字形部材を表すことができる。管状体５１０はハイドロフォーム加工用流体で満たすよう水槽に浸漬されるのが好ましい。ラム５００と５０２には油圧増幅器が含まれ、これによりハイドロフォーム加工用流体を増幅して管状素材を膨脹させ型表面に確実に順応させる。外側ラム５０４と５０６は素材５１０内への金属の流れを創り出すように型構造体の内部に押し出し、最終の管状部品の壁厚さを素材の元の壁厚さの約±１０％以内に補充または維持する（すなわち管状素材の直径方向の膨脹による壁厚さの減少を補足するためである）。
【００５８】
簡単には、本発明のハイドロフォーム加工技術に従い、略Ｕ字形状を有する第一の管状金属素材がハイドロフォーム加工型アセンブリの中に置かれ、前記型アセンブリは型空隙部を画定する型表面を有する。管状素材の端部が封止され、水圧液体が前記第一の管状金属素材の内部で油圧増幅器により加圧され、前記素材を膨脹させ前記型空隙部の型表面に確実に密着させ、その結果最初のハイドロフォーム加工された長手方向上部部材、すなわち第一実施形態の長手方向部材２０及び第二実施形態の長手方向部材２２０を形成する。素材の外側への膨張時に、素材の金属表面は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。略Ｕ字形状を有する第二の管状金属素材もまたハイドロフォーム加工型アセンブリの中に置かれ、加圧流体がこの第二の管状金属素材を膨脹させ、そして前記素材を膨脹させて型空隙部の型表面に確実に密着させることによって第二のハイドロフォーム加工された長手方向上部部材（２０または２２０）を形成する。第一及び第二の長手方向上部部材はそれぞれ少なくとも１つの車両フレームピラーを備える。例えば、第一実施形態の各長手方向上部部材２０は共にＡピラーとＤピラーを備え、一方、第二実施形態ではそれぞれの構造体２２０はそれぞれＡピラーを形成する。第一及び第二のサイドレール部材（１２または２１２）が設けられ、第一のハイドロフォーム加工された長手方向上部部材の少なくとも１つのピラーが離間した第一の下部サイド構造体に連結される。各第二のハイドロフォーム加工された長手方向上部部材（２０または２２０）の少なくとも１つのピラーが離間した第二の下部サイドレール部材に連結される。第一及び第二の下部サイドレールは相互に横方向に離間して配置される。第一及び第二のサイドレール部材（１２または２１２）は、例えば第一実施形態の交差部材８０及び第二実施形態の交差部材２５１，２５５及び２５７のように横方向に伸びた連結構造体により相互に連結される。
【００５９】
本発明のまた意図するところは、Ｕ字形交差部材（例えば５０，５２，２５０及び２５２は、略Ｕ字形をもつ管状金属素材をハイドロフォーム加工型アセンブリの中に配置して内部に加圧して膨脹させ型表面に密着させることによってハイドロフォーム加工されることである。第一及び第二の下部サイドレール部材は相互に横方向に離間して配置される。ハイドロフォーム加工された交差構造体の第一端部は第一下部サイドレール部材に連結され、ハイドロフォーム加工した交差構造体の第二端部は第二下部サイドレール部材に連結される。
【００６０】
ここに述べたハイドロフォーム加工された管状部材のそれぞれは管状材料から得た一体構成の管状素材から成形されることが理解されよう。素材は従来のロール成形によって加工し、続いてシーム溶接技術によって成形するの好ましい。管状素材は次に膨脹されてハイドロフォーム加工用型空隙部を画定する表面に密着され、所望の完成部品の形状に対応する形状に形成される。好ましくは管状素材の端部はハイドロフォーム加工中は相互に向かって内側に力を加えられ、元の管状素材の壁厚さの所定の範囲内に成形後の壁厚さが納まるように補充しあるいは維持される。単一の管状素材部材はそれ自体が、ハイドロフォーム加工に用いるハイドロフォーム加工用型の中に置かれる前に、２個またはそれ以上の個数の管状素材を相互に接合することにより（例えば端部同士で行う管状素材部材の突合せ溶接によって）成形されてよいが、本出願明細書に開示されたハイドロフォーム加工された管状部材のそれぞれは、このようにハイドロフォーム加工型の中に置かれた単一の管状素材から成形されるということを理解されたい。このように、ここで開示されたそれぞれのハイドロフォーム加工された管状構造体は一体成形の管状構造体であり、その意味するところは、所望の形状に対応する単一管状構造体にハイドロフォーム加工されているが、相互に固定された複数の管状構造体を備えてはいないことである。加えて、好適な方法により成形されれば、本発明に係るハイドロフォーム加工された管状部材のそれぞれは単に単一の長手方向シーム溶接部を有するにすぎず、この溶接部は元の管状素材を創り出す際に加工されたものということになる。これは多くの従来の管状枠体部材、すなわち２つのシームに沿って対向する形で相互に溶接した２個のＣ形またはクラムシェル半割れ体から成る管状フレーム構造体とは異なる。ハイドロフォーム加工中に、管状素材は半径方向外側に膨張して型表面に密着し、それぞれのハイドロフォーム加工部材は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される。
【００６１】
本発明について限られた数の実施形態により開示し説明してきたが、本発明の思想や範囲を逸脱することなく変更や改造ができることは明らかである。従って以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載した原理と利点に従うこのような改造、変更及びそれに匹敵するもの全てに及ぶことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の思想に従って製造した車両立体フレームの斜視図である。
【図２】 図１の第一実施形態において、一つのコーナー部分における後方交差構造体と長手方向上部構造体の一つの対応する最上部の直線部分との間の連結部分の斜視図である。
【図３と４】 図２に示す連結部分の直線部分の断面図ならびに部分斜視図である。
【図５】 本発明の思想に従って製造した車両立体フレームの第二実施形態の斜視図である。
【図６と７】 図５の立体フレームの各組立て段階の斜視図である。
【図８〜１９】 図５の実施形態に用いられる接合部の様々な視点からの図である。
【図２０】 本発明の方法を図示したハイドロフォーム加工用型アセンブリの断面図である。

Claims (6)

1. 自動車用立体フレーム（１０）であって：
   長手方向に延在して横方向に離間した、第一及び第二の下方サイドレール（１２）と；
   一対のハイドロフォーム加工された管状上部長手方向部材（２０）であって、それぞれが所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定され、それぞれの上部長手方向部材が前記下方サイドレールの対応する１つに連結されることによって特徴づけられ、各上部長手方向部材は前記対応する下方サイドレールから上方に伸びる直立部分（２２，２４）を有して前記立体フレームのＡピラーを形成し、各上部長手方向部材は直立部分を形成する前記Ａピラーから後方に伸びる長手方向部分（２６）を有し、各上部長手方向部材は前記立体フレームの最後方ピラー（２８）を形成するように前記対応する下方サイドレールに向けて下方に伸び、これにより前記ハイドロフォーム加工された管状上部長手方向部材の長手方向延在部分が前記Ａピラーと前記立体フレームの前記最後方ピラーとの間の長さを画定し、各直立部分は前記最後方ピラーのうちの該当するものの下端部から所望の長手方向距離だけ離間された下端部を有する構成のハイドロフォーム加工された一対の管状上部長手方向部材（２０）と、
   第一脚部分（５６）の自由端で前記第一下方サイドレール（１２）に連結され、その第二脚部分（５６）の自由端で前記第二下方サイドレール（１２）に連結され、前記第一脚部分はその自由端から上方に伸びて第一Ｂピラーを形成し、前記ハイドロフォーム加工された交差部材は前記第一のＢピラーから前記車両フレームを横断して延在する前記脚部分の間に交差部材（５４）を有し、前記第二脚部分は前記交差部分からその自由端に向けて下方に伸びて第二のＢピラーを形成し、これにより前記ハイドロフォーム加工された管状交差部材の交差部分が前記立体フレームの前記Ｂピラー間の横方向距離を画定し、前記第一脚部分（５６）の自由端と第二脚部分（５６）の自由端が横方向に離間されて所望の車両横断距離において前記下方サイドレールを略平行関係に維持する逆Ｕ字形ハイドロフォーム加工管状交差部材（５０）と、
   を備え、
   前記ハイドロフォーム加工された管状交差部材（５０）は前記ハイドロフォーム加工された管状上部長手方向部材（２０）のそれぞれの前記長手方向延在部分（２６）と当接し重なり合う状態で配置され、前記ハイドロフォーム加工された管状上部長手方向部材のそれぞれの前記長手方向延在部分は凹部（１００）を有し、前記ハイドロフォーム加工された管状交差部材（５０）が前記脚部分と前記凹部の中に配置された前記交差部材との間に接合部分（５８）を有し、
   前記上部長手方向部材の間で横方向に延在しかつ前記上部長手方向部材を互いに連結して前記下方サイドレールを互いに離間した平行関係に維持する複数のハイドロフォーム加工された前方連結部材（４４，４６，４８）を備え、ハイドロフォーム加工された部材が精密に構成された前記立体フレームを提供するように組み立てられた、自動車用立体フレーム。
2. 前記下方サイドレールは第一及び第二のハイドロフォーム加工された管状サイドレール部材（１２）を備え、これら管状サイドレール部材のそれぞれは所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される請求項１に記載の立体フレーム。
3. 更に前記下方サイドレールに対して直交して伸びるハイドロフォーム加工された管状部材（５２）を備え、前記連結部材は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外側に変形した管状金属壁によって画定される請求項２に記載の立体フレーム。
4. 更にドア構造体（９０）を有し、前記ドア構造体はその直立部分で前記上部長手方向部材の一つとピボット連結され、この直立部分は前記対応する下方サイドレールの前記前方端部（１４）から上方に伸びる請求項１に記載の立体フレーム。
5. 前記ドア構造体は複数のハイドロフォーム加工された管状ドア部材（９２，９８）を備え、前記各ドア部材は所定の不規則な外側表面構造体に固定された不規則に外 側に変形した管状金属壁によって画定され、前記ハイドロフォーム加工された管状ドア部材は端部同士が連結されて前記ドア構造体の周辺部分を形成する請求項４に記載の立体フレーム。
6. 前記複数のハイドロフォーム加工された管状ドア部材はハイドロフォーム加工された第一のＵ字形管状ドア部材（９２）とハイドロフォーム加工された第二のＵ字形管状ドア部材（９８）とを備え、前記ハイドロフォーム加工された第二のＵ字形管状ドア部材は前記ハイドロフォーム加工された第一Ｕ字形管状ドア部材に対して反転され、前記ハイドロフォーム加工された第一のＵ字形管状ドア部材の両端部にそれぞれ連結された両端部を有する請求項５に記載の立体フレーム。

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