JP4626988B2

JP4626988B2 - フレーム形材

Info

Publication number: JP4626988B2
Application number: JP2005054227A
Authority: JP
Inventors: 美速今村; 康裕森本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JP2005193301A

Description

本発明は、アルミニウム合金からなる角筒状の形材を溶接してトラック等の自動車の車体フレーム等を構成する溶接構造体の接合に使用されるフレーム形材に関する。

従来トラック等の自動車及び輸送機等の車体は、成形した鋼板端部を重ねて、その部位を抵抗スポット溶接によって接合している。このようにして組立てられたモノコック構造がトラック等の一般的な車体構造である。

しかし、この方法は、組立の自動化が容易であるという利点はあるものの、重ね部分が多く、構造形成上、無駄な部分がかなりあり、スリムでないことに加え、成形部材の形状が複雑で重量の増加も生じるという欠点がある。

これに対し、アーク溶接又はビーム溶接等により、フレームを突き合わせ溶接することにより車体を組み立てれば、構造的にスリムになるものの、溶接前のフレームの突合せ精度が溶接品質に大きく影響する。例えば、フレーム間にギャップが生じると溶接品質が著しく低下する。このため、フレームを押さえて組み立て状態に保持するための治具が必要であり、またフレーム自体も高精度の機械加工が必要である。従って、組立の自動化が困難である。

また、近時、車体の軽量化のために、車体をアルミニウム合金材で製作しようとする試みがなされている。この場合に、アルミニウム合金材はスポット溶接性が低く、モノコック構造においては、数千点の溶接をする必要があるが、その場合に電極の消耗が大きいという難点がある。また、板材の成形性もアルミニウム合金材は鋼材よりも悪いという難点がある。

そこで、トラック等の自動車及び輸送機等の車体に中空のパイプ状フレームを適用するスペースフレーム構造が提案されている。図１６は一般のトラックに使用されるものとして提案されたスペースフレーム構造を示す模式図である。図１６に示すように、角筒状のアルミニウム合金材製形材５１を、トラックのキャビンの形状に組み立て、各角筒状形材５１同士を溶接により接合して形材５１同士が固着される。これにより、所謂スペースフレーム構造が形成され、このスペースフレーム５０を覆うように構造板が取り付けられて自動車ボディが完成する。

このアルミニウム合金材製角筒状形材を使用して自動車の車体フレームを組み立てる場合に、鋳鍛造により製造した結節部材を介して形材同士を結合する方法が提案されている（特許文献１：特開昭６０−１３５３７５号公報）。

また、この結節部材を使用せずに、形材同士を直接結合する方法も提案されている（特許文献２：特開平６−２１９３２１号公報）。

特開昭６０−１３５３７５号公報特開平６−２１９３２１号公報

しかしながら、結節部材を使用する従来技術においては、結節部材の形状が複雑であり、部品点数が多くなるため、製造コストが高くなるという欠点がある。

また、従来の形材同士を直接結合する方法は、フレームを構成する形材に曲げ部材を使用している場合に、結合部に寸法上の誤差が生じやすく、また、結合部に捩れが生じやすいため、溶接接合する際に、結合部において形材同士を一致させることが容易ではない。また、形材と形材とを直接溶接接合しているので、形材の１カ所から複数の他の形材を分岐させる必要があるような場合には、溶接による熱影響部が１カ所に集中し、このため熱影響による軟化部も１カ所に集中してしまい、強度が劣化してしまう。

そこで、本願発明者等は、鋳鍛造により製造された結節部材を使用せずに、容易にフレーム同士のセッティングを行うための接合用部材を提案した（特願平８−２３７０２４号）。図１４は特願平８-２３７０２４号の技術に係る接合用部材を示す断面図である。この技術においては、底面とその両側面からなる断面がコ字形をなしフレームを嵌合する１対の嵌合部３２及び３３が接合用部材に設けられており、これらの嵌合部は底面及び両側面が相互に平行である。

しかし、この接合用部材を使用してフレーム同士を一直線状に接合しようとする場合、両フレームを嵌合部の一方の内側面に倣わせて固定する必要があるため、セッティング作業が煩雑である。一方、フレームを固定しない場合には、フレームと接合用部材との間にはめあい公差が生じているため、溶接構造体が組み立てられたときの寸法精度が低下するという問題点がある。図１５は特願平８-２３７０２４号の技術に係る接合用部材を使用した溶接接合を示す斜視図である。また、この接合用部材を使用した場合には、側面の縁部とフレームとが接している部分を溶接接合することはできるが、嵌合部３２及び３３中で接合用部材の側面又は底面とフレームとが接する部分を溶接することができないという問題点もある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、鋳鍛造により製造された結節部材を使用せずに形材同士を直接溶接接合する溶接構造物の製造方法の利点を生かしつつ、角筒状形材のセッティング作業を容易且つ迅速にし、そのセッティング作業性を向上させると共に、はめあい公差を低減し溶接面積を大きくすることができるフレーム形材を提供することを目的とする。

本発明に係るフレーム形材は、溶接構造体を製造するために使用される角筒状のフレーム形材において、前記角筒を構成する一隅部と、この一隅部を介して隣接する第１側板及び第２側板と、前記一隅部からのみ外方に延出する側壁とを有し、前記第１側板は前記第２側板に対して鈍角又は鋭角に傾斜しており、前記側壁は前記第２側板よりも前記第２側板に垂直の方向に関し前記第１側板から遠い位置から前記第２側板に平行に延びる部分を有することを特徴とする。

本発明においては、側壁はフレーム形材の１個のみの隅部から延出するので、他の形材をフレーム形材の側壁が延出する隅部に押付けることにより容易に位置決めできると共に、溶接トーチが届く範囲が広く溶接面積を大きくすることができる。このため、これらの形材を溶接接合して製造される溶接構造体の寸法精度を高めることができる。

第１側板を第２側板に対して鈍角に傾斜させることにより、第１側板は側壁に対して鋭角に傾斜し他の形材をより容易に位置決めすることができる。

第１側板を第２側板に対して鋭角に傾斜させることにより、第１側板は側壁に対して鈍角に傾斜し溶接トーチが届く範囲が広くなり溶接面積がより大きくなる。

本発明によれば、形材同士を極めて容易にセッティングすることができる。また、１個の形材に当接する側壁を１枚とすることにより、溶接トーチが届く範囲が広くなり溶接面積を大きくすることができる。

以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１参考例に係る接合用部材を示す断面図である。本参考例の接合用部材１１においては、１対の側壁１６及び１７が平行に配置されている。また、側壁１６の内面と形材と当接する側の面とのなす角度が鋭角となり、側壁１７の内面と形材と当接する側の面とのなす角度が鈍角となるように１対の連結板１４及び１５が配置されている。これにより、形材１及び２が連結される１対の連結部１２及び１３が形成される。このよう構成された連結部１２及び１３においては、連結板１４及び１５と側壁１６及び１７との屈曲線の長手方向に断面形状が均一であるので、押出成形により製造することができる。

図２は形材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。前述ように構成された接合用部材により接合される形材１及び２は、その端部を切断加工等により長手方向に対して傾斜する形状に加工されている。即ち、側壁１６の内面と連結板１４又は１５の形材との当接面とがなす角度を有するように接合端部が加工され、更に、その尖端部が面取りされている。

形材１及び２の尖端部を有する側の側面を側壁１６の内面に沿って、夫々連結部１２及び１３に挿入すると、形材１の尖端部が連結板１４と側壁１６との鋭角をなす屈曲部分に固定され、尖端部を有する側の側面が側壁１６の内面に倣う。形材２についても、同様にして、尖端部を有する側の側面が側壁１６の内面に倣う。

このようにして、形材１と形材２とを接合用部材１１を介して一直線状に位置決めした後、接合用部材１１の側壁１６と形材１及び２とを側壁１６の縁部に沿って溶接して接合し、同様にして側壁１７と形材１及び２とを溶接接合する。

本参考例においては、前述の如く、接合用部材１１が押出成形により製造できるため、その製造コストが低い。また、接合用部材１１の鋭角の屈曲部分に形材１及び２の尖端部を嵌合してセッティングするので、形材１と形材２とを極めて容易に一直線状にセッティングすることができる。このため、この形材と接合用部材により構成された溶接構造体の寸法精度は高い。更に、本参考例では、形材１と形材２とを直接溶接接合するのではなく、接合用部材１１の側壁と形材１及び２の側面とを溶接接合するので、形材における熱影響を受ける部分が分散され、軟化による強度劣化が防止される。更にまた、接合用部材１１の側壁１６及び１７を形材１及び２の側面に溶接するので、側壁による補強効果が得られ、形材１及び２を直接溶接接合する場合に比して、接合部の強度を高めることができる。

図３は本発明の第２参考例に係る接合用部材を示す断面図である。本参考例の接合用部材２１においては、上板２２と上板２２より幅が広い下板２３とが相互に平行に配設されている。そして、形材当接面を有する連結板２４及び２５が上板２２の端部と下板２３の端部とを連結するように設けられている。更に、上板２２の中心部と下板２３の中心部とを連結する連結板２６を設けることにより連結部が形成されている。そして、連結板２４又は２５と下板２３とが連結している端部から下板２３と平行に相互に逆方向に延出する１対の側壁２７及び２８が形成されている。

このように構成された接合用部材により接合される形材３及び４は、例えば、前述の形材１及び２と同様に端部をその長手方向に対して傾斜する形状に加工されている。この場合には、側壁の内面と連結板２４及び２５の形材当接面とがなす角度（鈍角）を有するように加工されている。なお、形材３及び４の尖端部には面取が施されていない。

図４は第２参考例に係る接合用部材を使用して１対の形材を一直線に接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本参考例においては、形材３と形材４とを接合用部材２１を介して一直線に位置決めした後、接合用部材２１と形材３とを側壁２７の縁部、側壁２７の内面と形材３の側面との突合せ線及び連結板２４と形材３の端部との突合せ線に沿って溶接して接合し、同様にして接合用部材２１と形材４とを溶接接合する。

本参考例においては、接合用部材２１の鈍角の屈曲部分に形材３及び４の鈍角に屈曲した端部を嵌合してセッティングするので、形材３と形材４とを極めて容易に一直線状にセッティングすることができる。更に、１個の形材に当接する側壁は１枚であり屈曲部分が鈍角をなしているので、溶接トーチを屈曲部分に挿入しやすいと共に、側壁２７及び２８の縁部以外にも側壁２７及び２８の内面と形材３及び４の外側面との突合せ線及び連結板２４及び２５と形材３及び４の端部との突合せ線に沿って溶接をすることができる。このため、大きな溶接面積を得ることができる。また、接合用部材２１の側壁２７及び２８を形材３及び４の側面に溶接するので、側壁による補強効果が得られ、形材３及び４を直接溶接接合する場合に比して、接合部の強度を高めることができる。

第２参考例に係る接合用部材により１対の形材を相互に平行に配置して溶接接合することもできる。図５は形材を示す断面図である。相互に平行に配置して溶接される形材５及び６は長手方向に垂直な断面において等脚台形をなし、下底板の隅部の角度は接合用部材２１の側壁２７と連結板２４とがなす角度（鈍角）と一致する。

図６は第２参考例に係る接合用部材を使用して１対の形材を相互に平行に接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本参考例においては、形材５と形材６とを接合用部材２１を介して相互に平行に位置決めした後、接合用部材２１と形材５とを側壁２７の縁部及び連結板２４と形材５との突合せ線に沿って溶接して接合し、同様にして接合用部材２１と形材６とを溶接接合する。

本参考例においては、接合用部材２１の鈍角の屈曲部分に形材５及び６の鈍角に屈曲した隅部を嵌合してセッティングするので、形材５と形材６とを極めて容易に相互に平行にセッティングすることができる。更に、１個の形材に当接する側壁は１枚であるので、側壁２７及び２８の縁部以外に連結板２４及び２５と形材５及び６との突合せ線に沿って溶接をすることができる。このため、大きな溶接面積を得ることができる。また、側壁による補強効果により接合部の強度を高めることができる。

また、第２参考例に係る接合用部材を使用することにより、形材に他の形材を直交するように配置して溶接接合することができる。図７は第２参考例に係る接合用部材を使用して形材に他の形材を直交するように接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本参考例においては、連結板２４の形材当接面と側壁２７の内面とがなす鈍角に形材３の鈍角の端部を当接して、連結板２５の形材当接面と側壁２８の内面とがなす鈍角に形材６の鈍角の隅部を当接する。そして、前述のようにして形材３及び６を接合用部材２１に溶接接合する。

本参考例においては、極めて容易に形材６に形材３を直交するようにセッティングすることができると共に、大きな溶接面積を得ることができる。また、側壁による補強効果により接合部の強度を高めることができる。

なお、形材当接面と外壁の内面とがなす角は鋭角又は直角でもよい、鋭角である場合には、鋭角の屈曲部分に嵌合した形材がずれにくいのでより位置決めしやすい。但し、溶接作業性を低下させないために、角度及び側壁の大きさは溶接トーチを挿入しやすいものであることが好ましい。

図８は本発明の第１の実施例に係るフレーム形材を示す断面図である。本実施例の形材（フレーム形材）４１においては、その長手方向に垂直な断面において台形をなし、１方の脚に該当する連結板は上底板４２及び下底板（第２側板）４３と直交し、他方の脚に該当する連結板（第１側板）４４は上底板４２と鈍角をなし下底板４３と鋭角をなしている。そして、連結板４４の外面は他の形材が当接する形材当接面となっている。更に、鋭角をなす隅部から下底板４３と平行に延出する側壁４５が設けられており、形材当接面と側壁４５の内面とにより鈍角が形成されている。

図９は形材を示す断面図である。形材４１と接合される形材４６は、その長手方向に垂直な断面において台形をなしており、形材４１から側壁４５を除いた形状を有する。

図１０は第１の実施例に係るフレーム形材を使用して他の形材を隣接して接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本実施例においては、形材４１の形材当接面と側壁４５の内面とのなす鈍角の屈曲部分に形材４６の鈍角に屈曲した隅部を当接して位置決めした後、形材４１と形材４６との突合せ線に沿って溶接接合する。

本実施例においては、形材４１の鈍角の屈曲部分に形材４６の鈍角に屈曲した隅部を嵌合してセッティングするので、形材４１と形材４６とを極めて容易に隣接させてセッティングすることができる。また、形材４１の側壁４５を形材４６の側面に溶接するので、側壁による補強効果が得られ、形材４１及び４６を直接溶接接合する場合に比して、接合部の強度を高めることができる。

図１１は第１の実施例に係るフレーム形材を使用して他の形材を直交させて接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本実施例において形材４１に直交して接合される形材４７は、例えば、形材３と同様の形状を有する。

本実施例においては、形材４１と形材４７とを形材４１の形材当接面と側壁４５の内面とのなす鈍角の屈曲部分に形材４７の鈍角に屈曲した端部を嵌合して位置決めした後、側壁４５の縁部、側壁４５の内面と形材４７の外側面との突合せ線及び連結板４４と形材４７の端部との突合せ線に沿って溶接接合する。

本実施例においては、形材４１の鈍角の屈曲部分に形材４５の鈍角に屈曲した端部を嵌合してセッティングするので、極めて容易に形材４１に形材４７を直交させてセッティングすることができる。更に、形材に当接する側壁が１枚であり屈曲部分が鈍角をなしているので、溶接トーチを挿入しやすいと共に、側壁４５の縁部以外にも側壁４５の内面と形材４７の外側面との突合せ線及び連結板４４と形材４７の端部との突合せ線に沿って溶接をすることができる。このため、大きな溶接面積を得ることができる。また、側壁による補強効果により接合部の強度を高めることができる。

また、形材当接面と外壁の内面とがなす角は鋭角でもよい。図１２は本発明の第２の実施例に係るフレーム形材を示す断面図である。本実施例の形材（フレーム形材）６１においては、その長手方向に垂直な断面において台形をなし、１方の脚に該当する連結板は上底板６２及び下底板（第２側板）６３と直交し、他方の脚に該当する連結板（第１側板）６４は上底板６２と鋭角をなし下底板６３と鈍角をなしている。そして、連結板６４の外面は他の形材が当接する形材当接面となっている。更に、鈍角をなす隅部から下底板６３と平行に延出する側壁６５が設けられており、形材当接面と側壁６５の内面とにより鋭角が形成されている。更に、この鋭角の屈曲部分には面取が施されている。

図１３は形材を示す断面図である。形材６１と接合される形材６６は、その長手方向に垂直な断面において台形をなしており、形材６５から側壁６５が除かれ鋭角に屈曲した隅部に形材６１の面取よりも大きな面取が施された形状を有する。

本実施例においては、形材６１の形材当接面と側壁６５の内面とのなす鋭角の屈曲部分に形材６６の鋭角に屈曲した隅部を当接して位置決めした後、形材６１と形材６６との突合せ線に沿って溶接接合する。

本実施例においては、形材６１の鋭角の屈曲部分に形材６６の鋭角に屈曲した隅部を嵌合してセッティングするので、形材６１と形材６６とをより容易に隣接させてセッティングすることができる。

また、形材６１に形材１と同様な形材を直交させて溶接接合することもできる。この場合には、鋭角の屈曲部分に嵌合した形材がずれないのでより位置決めしやすい。但し、溶接作業性を低下させないために、角度及び側壁の大きさはトーチを挿入しやすいものであることが好ましい。

なお、形材当接面と側壁の内面とがなす角は直角であってもよい。

本発明の第１参考例に係る接合用部材を示す断面図である。形材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明の第２参考例に係る接合用部材を示す断面図である。第２参考例に係る接合用部材を使用して１対の形材を一直線に接合する場合の接合状態を示す斜視図である。形材を示す断面図である。第２参考例に係る接合用部材を使用して１対の形材を相互に平行に接合する場合の接合状態を示す斜視図である。第２参考例に係る接合用部材を使用して形材に他の形材を直交するように接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本発明の第１の実施例に係るフレーム形材を示す断面図である。形材を示す断面図である。第１の実施例に係るフレーム形材を使用して他の形材を隣接して接合する場合の接合状態を示す斜視図である。第１の実施例に係るフレーム形材を使用して他の形材を直交させて接合する場合の接合状態を示す斜視図である。本発明の第２の実施例に係るフレーム形材を示す断面図である。形材を示す断面図である。特願平８-２３７０２４号の技術に係る接合用部材を示す断面図である。特願平８-２３７０２４号の技術に係る接合用部材を使用した溶接接合を示す斜視図である。トラックのスペースフレーム構造を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６、４１、４６、４７、５１、６１、６６；形材
１１、２１；接合用部材
１２、１３；連結部
１４、１５、２４、２５、２６、４４、６４；連結板
１６、１７、２７、２８、４５、６５；側壁
２２；上板
２３；下板
３２、３３；嵌合部
４２、６２；上底板
４３、６３；下底板
５０；スペースフレーム

Claims

溶接構造体を製造するために使用される角筒状のフレーム形材において、前記角筒を構成する一隅部と、この一隅部を介して隣接する第１側板及び第２側板と、前記一隅部からのみ外方に延出する側壁とを有し、前記第１側板は前記第２側板に対して鈍角に傾斜しており、前記側壁は前記第２側板よりも前記第２側板に垂直の方向に関し前記第１側板から遠い位置から前記第２側板に平行に延びる部分を有することを特徴とするフレーム形材。
溶接構造体を製造するために使用される角筒状のフレーム形材において、前記角筒を構成する一隅部と、この一隅部を介して隣接する第１側板及び第２側板と、前記一隅部からのみ外方に延出する側壁とを有し、前記第１側板は前記第２側板に対して鋭角に傾斜しており、前記側壁は前記第２側板よりも前記第２側板に垂直の方向に関し前記第１側板から遠い位置から前記第２側板に平行に延びる部分を有することを特徴とするフレーム形材。