JP4615224B2 - 三次元連結構造 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、２つの中空形材により形成される、ビークル用の支持フレームの三次元連結構造、及びその製造方法に関する。

ビークル支持フレームに対する連結構造が、種々の態様で知られている。ＥＰ０５６８２１３Ｂ１公報には、ビークル支持フレームの接続要素に対する接続部を有する三次元接続構造が記載されている。前記接続部は、側板２つ及び前記側板に接続するウェブ板を有する押出Ｕ形材（前記押出Ｕ形材内には、支持要素が配置されており、そして接着〔グルーイング〕により結合されている）を含むことが好ましい。本質的に直方体の付属部品が、側板の一方及びウェブ板（前記ウェブ板の表面に、追加の支持要素を配置して、前記接続部へと接着することができる）の外側に取り付けられており、その結果、前記支持要素を、コンパクトな構造を有する安定な連結構造に組み込むことができる。しかしながら、この構造は、前記支持要素と接続する接続部の形態の更なる構成部材を必要とするという不利な点があり、これにより、支持フレームの合計重量の望ましくない増加がもたらされる。

ＥＰ０５６８２５１Ｂ１公報には、ビークル用の支持フレームであって、中空形材からなる多数の組立部品を含む、支持フレームが開示されている。前記中空形材は、直線の位置又は角の位置、好ましくは直角の位置において、種々のタイプの連結構造によって相互に連結する。別の形材と直角に配置されている形材の連結、例えば中柱（Ｂ−カラム）と側方シルとの間の連結は、Ｔ形連結構造によって実施する。前記Ｔ連結の或る態様によると、正方形の断面を有する第１の中空形材が、それぞれ９０°に折り曲げられていて且つもう一方と一直線に整列されている２つのセクション（一方の末端において、Ｃ形の断面を有する）を含み、この末端の上に、第２中空形材を位置させて、それらに溶接することができる。三次元フレーム構造は、平面（二次元）的に製造した複数の連結構造を用いて実施する。このケースでは、三次元連結構造、すなわち、１地点において３つの空間的方向に伸びる中空形材の相互の連結が得られない。

前記態様のＴ−連結と類似の連結構造が、ＤＥ３７２６０７９Ａ１公報により公知である。この公報には、実用車、特にバス用のドアフレーム構造物が記載されている。この構造物の中心的構成部材は、２つの中空形材をドアフレームの構成部材としてもう一方の中空形材と直角的に連結するためのＴ−連結構造である。このケースでは、一方の中空形材を、もう一方の形材の方を向いている末端において、２つのＵ形連結片（これは、所望の遷移輪郭に成形し、そして連結されるべき形材上に配置させることができる）が形成されるように、対向する側面が縦方向に切り出されている。前記ドアフレームは、単に平面（二次元）的構造物であり、このケースにおいても、三次元連結構造は、実施されていない。

更に、実践から知られている適用においては、ハイドロフォーミング法によって折り曲げられた中空形材（これは、溶接フランジがないので、好都合な重量を有する）を用いて、三次元連結構造を製造する。しかしながら、このケースでは、最少折り曲げ半径を小さくすることができないために、詰まった組立空間を有する車体領域において使用することがしばしば考えられず、更に、存在する重量削減能力が使用されないままであることが、問題であると思われる。

最後に、２つの中空形材（特に、正方形の横断面を有する）を含む三次元連結構造が、ＵＳ１９７２３０９に記載されている。この連結構造を製造するには、第１中空形材を、残りの側面１つ以外の側面を特定の長さにわたって切断し、そしてこの側面を、同じ断面を有する第２中空形材の縦方向の角の１つの回りで折り曲げて、折り曲げた前記側面及び前記切断に隣接する第１中空形材の末端が、第２中空形材の４つの側面を完全に囲み、そしてそれと同時に、フォーム−フィッティング法により第２中空形材の４つの側面に向かって押す。別のデザインによると、第１中空形材に、その４つの稜部に沿って、公報に記載された長さで刻み目を設け、そしてこの縦方向の切断に関連して、側面３つ上の外周の回りを中心的に切り開く。これら３側面上に得られた刻み目を設けられた領域を、外側に垂直に折り曲げ、続いて第１中空形材の切り抜かれていない側面を、前記の方法で第２中空形材の縦方向の角１つの回りで折り曲げ、前記の外側に曲げられた領域を、フランジのように、第２中空形材の４つの側面のうちの２つに対して押しつける。

この方法で組み立てられた連結構造は、高い剛性度を提供するが、使用可能な形材の横断面に関して変化させることができない。切断の長さ及び／又は縦方向の稜部の刻み目は、充分な安定性に必要な形合わせの要求を完全に満たすために、第２中空形材の断面形状に正確に適合させなければならない。

従って、本発明は、コンパクトな構造物及び剛性が高く重量が軽いことを特徴とする、最初に述べたタイプの連結構造を提供するという課題に基づく。

この課題は、２つの中空形材により形成される三次元連結構造であって、前記三次元連結構造において、第１中空形材が、平坦な側面を少なくとも１つ有し、及び外周の回りで、前記平坦な側面中に位置するウェブ以外の部分が切り開かれており、及び前記ウェブの回りで折り曲げられており、そして第２中空形材が、直接隣接している平坦な側面を少なくとも２つ有し、前記側面が、第１中空形材において、前記切り開き及び前記折り曲げによって生成されると共に相互に対向している２つの末端に対して押しつけられており、２つの前記中空形材は、第１中空形材の縁領域において、相互に一体的に連結している、前記連結構造によって達成される。

本発明の特に有利な点は、第１中空形材を切り開き、次いで折り曲げることにより、ハイドロフォーミングを用いて製造される従来の連結構造と比べて、非常に小さな折り曲げ半径（これは、非常にコンパクトで従って重量−最適化された連結構造の構造物を可能とする）を達成することができる点にある。同時に、第１中空形材の末端に対して押しつけられる第２中空形材の側壁が第１中空形材の隔壁板として連結構造を補強するので、非常に高い剛性が達成される。従って、支持板又は他の形態での追加の補強要素を使用する必要が無く、このことにより、重量に関して好適な構造物が得られる。

本発明の或る態様では、２つの中空形材の輪郭（ｋｏｎｔｕｒｅｎ）を、もう一方に対して、形を合わせる方法で押しつける。そのため、衝突の際に、支持フレーム全体に作用する力が分散されることとなり、支持フレームの個々の要素がつぶれる危険性が減少する。特に、形を合わせる方法で中空形材をもう一方の中空形材に対して押しつけるので、一点に集中する負荷ピークの発生が回避される。前記三次元連結構造は、特に乗員室の領域に使用されるので、衝突の際における搭乗者の保護の増加が得られる。

本発明の別の態様によれば、もう一方の末端に対して向かい合っている第１注形材の末端が、突出している縁領域（これを、第２中空形材に対して押しつける）を有する。これらの形態は、溶接、はんだ付け、又はその他の連結方法によって、２つの中空形材を連結するのに容易に使用することができる結合領域である。

前記連結構造がビークルの支持フレームの大きく負荷がかかる領域において使用される場合には、稜部の湾曲表面の全体にわたって延びると共に稜部の湾曲表面に沿って曲げられた直方体状切り出しを、第１中空形材の稜部における分割切断部に沿って、分割切断部に対して対称的に切り出すことが好適である。これにより、第１中空形材のもう一方の末端と対向する末端の角における負荷によって生じる切欠き効果を大きく回避することができる。これに関連して、切り出された切り出し部が角を丸くされている場合に特に有利であることが分かっている。前記連結構造をビークル支持フレームの負荷が少ない領域に使用する場合には、より対費用効果的な製造のために、この態様を省くことができる。

更に、前記の課題は、
（ａ）平坦な側面を少なくとも１つ有する第１中空形材を、前記平坦な側面に位置するウェブ以外のその外周の回りで、切り開き；
（ｂ）部分的に切り開かれている第１中空形材を、前記平坦な側面に位置するウェブの回りで折り曲げ；
（ｃ）第２中空形材の直接隣接している２つの平坦な側面を、第１中空形材において、前記切り開き及び前記折り曲げによって生成されると共に相互に対向している２つの末端上に配置し；そして
（ｄ）第２中空形材を、第１中空形材の縁領域で、第１中空形材に対して一体的に連結させる
工程を含む、本発明による連結構造の製造方法によって達成される。

第１中空形材の折り曲げにより、前記三次元連結構造の幾何学は、製造技術に対する過度の支出なしで、使用者の空間的要求に適合させることができる。この場合、可能な限り形を合わせる方法で第２中空形材をもう一方の形材に押しつけられるようにするには、第２中空形材の２つの平坦な側面の間の角度は、前記曲げ角に相当しなければならない。

前記方法の別の態様によると、第１中空形材を、切断前に、平坦な側面中に位置するウェブを除く外周の回りで変形させ、そして前記変形の中心辺りに分割切断部を位置させる。こうして、前記切断方法の助けをかりて、もう一方の末端の方に対向している第１中空形材の末端上に、突出している縁領域を生成する。この縁領域を、第２中空形材の平坦な側面に対して平面を押しつけ、そして２つの中空形材の一体的な連結に好適であると共に、それらの担持能力に関しても好適な、幾何学的関係を提供する。

前記方法の更に有利な態様によると、第１中空形材を、レーザービーム切断により切断する。これにより、縁が正確に切断されることとなり、その結果として、中空形材の一体的な連結も、より簡単に製造される。

前記中空形材は、溶接又ははんだ付けにより連結することができ、溶接又ははんだ付けに再びレーザービーム技術を用いると特に有利であることが示されている。

以下において、典型的態様を示す図面に基づいて、本発明を説明する。
図１は、中空形材からなる自動車用支持フレームの三次元連結構造を、平面図で示す；
図２は、図１の連結構造を、図１の矢印Ａの視点から見た正面図で示す；
図３は、図１の連結構造を、図１の矢印Ａの視点から見て、溶接シームを消去した正面図で示す；
図４は、図１の連結構造を、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図で示す；
図５ａ〜ｅは、図１の連結構造を製造する方法の工程を示す。

図１に記載の三次元連結構造は、２つの中空形材（１，２）を含み、この中空形材（１，２）は、一緒になって三脚の形を形成して、もう一方の形材と一体的に連結する。第１中空形材１は、本質的に正方形の断面を有し、そのウェブ１ｃ以外の外周の回りを切り開き、そして前記ウェブ１ｃの回りで折り曲げ、それにより、もう一方の末端と対向する中空形材１の末端（１ａ，１ｂ）を得る。第２中空形材２は、二等辺三角形の断面を有し、そしてその斜辺側面（２ａ，２ｂ）を、前記第１中空形材１の末端（１ａ，１ｂ）に対して押しつける。この場合、前記斜辺側面（２ａ，２ｂ）の間の角度は、前記折り曲げ角度に相当し、そのため、斜辺側面（２ａ，２ｂ）が中空形材１の末端（１ａ，１ｂ）の表面に対して可能な限り形を合わせる方法で押しつけられる。

中空形材１の２つの末端（１ａ，１ｂ）は、それらの分割切断部に沿って、曲げ開き縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）を有し、これを、中空形材２の斜辺側面（２ａ，２ｂ）に対して押しつける。中空形材２の前部末端は、末端（１ａ，１ｂ）の曲げ開き縁領域１ｄと、殆ど同一平面で終末となっており、このことにより、前記の三脚状の形が得られる。しかしながら、中空形材１を超えて張り出すことも考えられる。中空形材１の２つの末端（１ａ，１ｂ）は、それらの曲げ開き縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）において、溶接シーム（３ａ，３ｂ，３ｃ）を介して、第２中空形材の斜辺側面に連結する。中空形材２の斜辺側面（２ａ，２ｂ）に共有される角２ｃは、溶接シーム３ｄを介して、中空形材１のウェブ１ｃに連結する。

図２及び図３は、前記連結構造の平面図を示す。図２において、溶接シームは、明瞭性のため図示されていない。

前記連結構造を製造するための個々の方法工程を、図５ａ〜ｅに示す。図５ａに記載のとおり、最初に、中空形材１の側面３つ内に、ハイドロフォーミングを用いて、外周の回りに変形１ｘを設ける。次いで、中空形材１を、変形されていない第４の側面中のウェブ１ｃを除いて、前記変形１ｘの中間に沿って、好ましくはレーザービーム切断によって切断する（図５ｂ）。この場合、中空形材（１）の稜部において、前記稜部の湾曲表面の全体にわたって延びると共に、前記湾曲表面に沿って湾曲する四辺形切り出し（１ｇ）が、分割切断部に関して対称的に切り出されるような方法で、切断ツールを案内する。こうして、分割切断部に沿って突出する縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）を生成する。続いて、曲げ角度αで、中空形材１をウェブ１ｃの回りで曲げる（図５ｃ）。次の工程において、中空形材２の斜辺側面（２ａ，２ｂ）〔これらが囲む角度は、前記折り曲げ角αに相当する〕を、突出している縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）の全部が斜辺前記側面（２ａ，２ｂ）に対して押しつけられるように、中空形材１の末端（１ａ，１ｂ）上に配置する（図５ｄ）。図５ｅに記載の最終工程で、中空形材１の末端（１ａ，１ｂ）を、突出している縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）において、中空形材２の斜辺側面（２ａ，２ｂ）に溶接する。更に、前記斜辺側面（２ａ，２ｂ）に共有される角２ｃに、ウェブ１ｃを溶接する。

中空形材からなる自動車用支持フレームの三次元連結構造を示す平面図である。 図１の矢印Ａの視点から見た図１の連結構造の正面図である。 溶接シームを消去した、図１の矢印Ａの視点から見た図１の連結構造の正面図である。 図１の連結構造の、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１の連結構造を製造する方法に関連する工程を示す説明図である。 図１の連結構造を製造する方法に関連する工程を示す説明図である。 図１の連結構造を製造する方法に関連する工程を示す説明図である。 図１の連結構造を製造する方法に関連する工程を示す説明図である。 図１の連結構造を製造する方法に関連する工程を示す説明図である。

１・・・第１中空形材；
１ａ，１ｂ・・・末端；１ｃ・・・ウェブ；
１ｄ，１ｅ，１ｆ・・・縁領域；
１ｇ・・・四辺形切り出し；
１ｘ・・・外部隆起；
２・・・第２中空形材；
２ａ，２ｂ・・・斜辺側面；２ｃ・・・共有される角；
３ａ，３ｂ，３ｃ・・・溶接シーム。

Claims (10)

1. ビークル用の支持フレームの２つの中空形材（１，２）からなる三次元連結構造であって、前記三次元連結構造において、第１中空形材（１）が、４つの平坦な側面と４つの稜部をもつ四角柱の中空形材であり、前記平坦な側面のうちの１つに位置するウェブ（１ｃ）以外のその外周の回りで前記第１中空形材（１）を切り開くことによって得られる分割切断部を有し、前記ウェブ（１ｃ）の回りで折り曲げられており、そして第２中空形材（２）が、直接隣接している平坦な側面を少なくとも２つ有し、前記側面が、第１中空形材（１）において、前記切り開き及び前記折り曲げによって生成されると共に相互に対向している２つの末端（１ａ，１ｂ）に対して押しつけられており、第１中空形材（１）の２つの末端（１ａ，１ｂ）は、それらの分割切断部に沿って、曲げ開き縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）を有しており、２つの前記中空形材（１，２）は、第１中空形材の前記縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）において、相互に一体的に連結している、前記連結構造において、
   第１中空形材（１）の稜部において、分割切断部に沿って、前記稜部の湾曲表面の全体にわたって延びると共に前記湾曲表面に沿って湾曲する四辺形の切り出し（１ｇ）が、前記分割切断部に関して対称的に切り出されていることを特徴とする、前記連結構造。
2. 前記の２つの中空形材（１，２）の輪郭が、形を合わせる方法で相互に押しつけられていることを特徴とする、請求項１に記載の連結構造。
3. 前記第１中空形材（１）が、相互に対向しているその末端（１ａ，１ｂ）上に突出している縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）を有し、前記縁領域が、第２中空形材（２）に対して押しつけられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の連結構造。
4. 前記の切り出された切り出し（１ｇ）が、丸みのある角を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の連結構造。
5. 請求項１に記載の連結構造を製造する方法であって、
   （ａ）４つの平坦な側面と４つの稜部をもつ四角柱の第１中空形材（１）を、前記平坦な側面のうちの１つに位置するウェブ（１ｃ）以外のその外周の回りで、切り開き；
   （ｂ）部分的に切り開かれている第１中空形材（１）を、前記平坦な側面に位置するウェブの回りで折り曲げ；
   （ｃ）第２中空形材（２）の直接隣接している２つの平坦な側面（２ａ，２ｂ）を、第１中空形材（１）において、前記切り開き及び前記折り曲げによって生成されると共に相互に対向している２つの末端（１ａ，１ｂ）上に配置し、ここで、第１中空形材（１）の２つの末端（１ａ，１ｂ）は、それらの分割切断部に沿って、曲げ開き縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）を有しており、；そして
   （ｄ）第２中空形材（２）を、第１中空形材の前記縁領域（１ｄ，１ｅ，１ｆ）において、第１中空形材（１）と一体的に連結させ、ここで、
   第１中空形材（１）の稜部が、分割切断部に沿って、前記稜部の湾曲表面の全体にわたって延びると共に前記湾曲表面に沿って湾曲する四辺形の切り出し（１ｇ）を含み、そして、前記切り出し（１ｇ）が前記分割切断部に関して対称的に配置されることとする；
   工程を特徴とする、前記方法。
6. 第１中空形材（１）を切り開く前に、前記平坦な表面に位置するウェブ（１ｃ）以外の外周の回りで第１中空形材（１）を変形させ、そして前記変形（１ｘ）の中間に前記分割切断部を設けることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. ハイドロフォーミングによって、第１中空形材（１）に前記変形（１ｘ）を設けることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. レーザービーム切断によって前記第１中空形材（１）を切り開くことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
9. 溶接又ははんだ付けによって前記中空形材（１，２）を連結することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
10. レーザービームを用いて溶接又ははんだ付けを実施することを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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