JP4640930B2 - 車両のフレーム連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと、このサイドフレームに連結されるサブフレームのような構造体の連結構造に関する。

フロントサスペンションやパワーユニットを支持するサブフレームは、例えば下記特許文献１，２に記載されたように、車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームに支持されている。

特開２００２−３４９６３２号公報 特開２００３−１１８６３１号公報

一方、車体の軽量化のため、サイドフレームやクロスメンバー等のメインフレーム構造を、従来の鋼材からアルミニウム合金に置き換えることが提案されている。図１１に示すトラック用メインフレーム１はその一例を示すもので、サイドフレーム２がアルミニウム合金押出材からなる矩形断面の前後部縦フレーム３，４と、アルミニウム合金板をプレス成形した中間フレーム５からなり、クロスメンバー６〜１０等もアルミニウム合金押出材からなる。中間フレーム５は、一対の凹溝状部材５ａ，５ｂを左右に向き合わせて配置し、衝合させた開口部（衝合ラインを５ｃで示す）を突き合わせ溶接により接合した筒状の部材であり、その後端に後部縦フレーム３の前端部が嵌入して固定され、その前端に前部縦フレーム４の後端部が嵌入して固定されている。中間フレーム５は、サイドフレーム２を構成する前後部縦フレーム３，４の断面形状がそれぞれ異なっていたり、縦フレーム４の高さや左右の間隔が縦フレーム３と異なる場合に、縦フレーム３から縦フレーム４への移行部分として使用されており、この中間フレーム５の外面に図示しないサブフレームが溶接等により固定される。

しかし、このような中間フレームにサブフレーム等の重量のある構造物を固定する場合、該重量物の荷重を支持するため中間フレームを全体に肉厚にして高剛性とする必要があり、メインフレーム構造の軽量化が十分に行えないという問題がある。また、中間フレーム（左右の凹溝状部材）の溶接接合及び前記構造物の溶接固定に際しての正確な位置決め作業に大きい負担がかかるという問題もある。
本発明は、このような凹溝状部材からなる中間フレームを備えるサイドフレームと該サイドフレームに連結される構造体の連結構造を改良して、メインフレーム構造の軽量化を図り、前記連結フレームと構造体の組み付け作業が容易に行えるようにすることを目的とする。

本発明は、車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと該サイドフレームに取り付けられる構造体の連結構造において、左右のサイドフレームが後部及び前部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続し前端が前記前部縦フレームの後端に接続した連結フレームで構成され、前記連結フレームは凹溝状部材を向き合わせて配置し互いに溶接接合してなる筒状の部材であり、前記構造体は端部に連結部を有し、該連結部が前記凹溝状部材により挟まれて前記連結フレームの中空内部に支持されていることを特徴とする。この場合、前記連結フレームは、図１１に示す従来のサイドフレームの中間フレーム５に相当する。

このフレーム連結構造において、前記サイドフレームを構成する前部及び後部縦フレームは、例えば断面形状を異にするアルミニウム合金押出材からなり、後部縦フレームの前端部は連結フレームの後端に嵌入し、前部縦フレームの後端部は前記連結フレームの前端に嵌入している。また、前記構造体は例えばフロントサスペンションを支持するサブフレームであり、その場合、構造体は両端部に前記連結部を有し、該連結部が左右の連結フレームの中空内部に支持されている。
また、本発明は、左右のサイドフレームが後部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続した連結フレームで構成される場合（前部縦フレームがなく連結フレームが前部縦フレームの分まで長く形成されている場合）にも適用される。

本発明の連結構造では、構造体の端部（連結部）が連結フレームを構成する凹溝状部材により挟まれ、連結フレームの中空内部に支持されている。つまり、連結フレームの中空内部に構造体の連結部がちょうど中子のように嵌入し保持されているから、その２重構造により連結構造の剛性がアップし、連結フレーム及び構造体（連結部）の双方について薄肉化及び軽量化が可能であり、軽量化のための穴抜きも可能となる。また、構造体の連結部が連結フレームの中空内部に保持されているから、構造体の重量及び構造体に加わる振動や衝撃がその連結部を介して連結フレームの中空内部に掛かることになり、連結フレームに掛かる荷重が分散され、従来例に比べて集中荷重が掛かりにくい構造となっている。これも連結フレームの薄肉化及び軽量化を可能とする。
前記連結フレームと構造体を組み付けるときは、凹溝状部材を互いに向き合わせて配置し、該凹溝状部材により構造体の連結部を両側（例えば左右）から挟み、その状態で凹溝状部材を互いに溶接接合して中空の連結フレームとするが、構造体の連結部がちょうど中子のように両側の凹溝状部材のなす中空内部に密着して支持されることにより、前記連結部の連結フレームに対する位置決め及び凹溝状部材同士の位置決めが容易となり、さらに溶接等も精度よく行うことができる。

以下、図１〜図１０を参照して、本発明に係るフレーム連結構造について具体的に説明する。
図１にメインフレーム２１とサブフレーム３７の全体構造を示す。メインフレーム２１において、図１１に示すメインフレーム１のものと実質的に同じ部材には同じ参照番号を付与している。
メインフレーム２１は、前後方向に延びる左右のサイドフレーム２２，２２と、複数個のクロスメンバー６〜１０等からなる。サイドフレーム２２，２２の一部を構成する筒状の連結フレーム２５，２５は、アルミニウム合金板をプレス成形したもので、その後端には後部縦フレーム３の先端部が嵌入して溶接等により固定され、その前端には前部縦フレーム４の後端部が嵌入して同じく溶接等により固定されている。

連結フレーム２５，２５は、それぞれ一対の凹溝状部材２６，２７からなり、図２に示すように各凹溝状部材２６，２７の開口部を衝合させたとき（衝合ライン２８）、それぞれ上方側に開口２９、下方側に開口３０，３１が形成され、外側壁に周囲がくぼんだ開口３２が形成され、内外側壁の略対称位置に開口３３〜３６が形成されている。
また、前後方向に垂直な面における断面は略矩形であり、後端部は後部縦フレーム３の先端部が嵌入し、前端部は前部縦フレーム４の後端部が嵌入するサイズに成形されている。連結フレーム２５を構成する凹溝状部材２６，２７は、アルミニウム合金板をプレス成形して製造できる。
なお、開口２９は後述するブラケット５１が嵌入する穴、開口３０は後述する横部材３９の左右の上端が嵌入する穴、開口３１は後述する横部材４０の左右の上端が嵌入する穴、開口３２は後述するブラケット５２を固定する穴、開口３３〜３６は軽量化のための抜き穴である。

サブフレーム３７は、独立懸架式のサスペンションに対応したもので、図３に示すように、断面略３角形状の縦部材３８，３８と、前後の横部材３９，４０と、両者の間に介在し外形が略矩形の中空断面をなす連結部材４１，４２からなる。
連結部材４１，４２は同じ断面形状で、左右の側壁４３，４４及び４５，４６（図５，６参照）に段部が形成されて上半分が広幅、下半分が挟幅とされ、内部にコーナーをつなぐ斜めのリブが形成され、上壁と側壁（４４，４６）及び前記リブにより画定される略３角形の中空部に、縦部材３８の前後の端部が所定長さにわたり嵌入している。縦部材３８にも連結部材４１，４２の前記段部に対応する段部が形成され、両者の嵌合が密になっている。縦部材３８と連結部材４１，４２は溶接等により相互に接合されている。

横部材３９，４０の左右端部の上端には、連結部材４１，４２の広幅の部分と同じ幅の一対の側壁４７，４８及び４９，５０（図５，６参照）がそれぞれ形成され、その側壁４７，４８及び４９，５０によって構成される凹溝に、連結部材４１，４２の挟幅の部分が密に嵌入している。連結部材４１，４２と横部材３９，４０は溶接等により相互に接合されている。
連結部材４１，４２の前後方向の長さは、横部材３９，４０の前後方向の長さより長く形成され、横部材３９，４０の凹溝から前後にはみ出している。また、横部材３９，４０の前後方向の長さは、前記開口３０，３１の前後方向の幅とほぼ一致している。
なお、前記縦部材３８及び連結部材４１，４２が、本発明でいう構造体（サブフレーム）の連結部に相当する。

図３において、５１はサスペンションのアッパーアームを支持するブラケットであり、縦部材３８の上面に溶接等により固定され、５３，５４はサスペンションアームを支持するブラケットであり、それぞれ横部材３９，４０の下部に溶接等により固定されている。ブラケット５１の前後方向の長さは、前記開口２９の前後方向の幅とほぼ一致している。
なお、サブフレーム３７は、各部材３８〜４２に全てアルミニウム合金押出材を用い、これらを組み付けて製造できる。また、ブラケット５１はアルミニウム合金押出材を用い、ブラケット５３，５４はアルミニウム合金板を組み付けて製造できる。

図２に示す連結フレーム２５，２５と図３に示すサブフレーム３７を組み付けた状態を、図４〜図６に示す。この組み付けを行うときは、まず、両凹溝状部材２６，２７を溶接固定して連結フレーム２５を組み立てる前に、外側の凹溝状部材２６に形成した穴３２の外側に、それぞれブラケット５２を凹溝の内側から溶接する（図２の仮想線参照）。ブラケット５２はサスペンションのコイルばねを支持するブラケットであり、アルミニウム合金押出管（拡径する）とプレス成形したアルミニウム合金板を接合して製造できる。
続いて、連結フレーム２５を構成する両凹溝状部材２６，２７を向かい合わせにし、横部材３９の箇所に開口３０を対応させ、横部材４０の箇所に開口３１を対応させ、ブラケット５１の箇所に開口２９を対応させ、両凹溝状部材２６，２７を閉じて縦部材３８及び連結部材４１，４２を左右から挟み、両凹溝状部材２６，２７の開口部を衝合させる。

このとき、前記開口３０の箇所では、横部材３９の上端部に形成された側壁４７，４８が、開口３０の内側に前後方向の遊びがない程度にちょうど嵌り込み、また、連結フレーム２５の左右の側壁の内面が、連結部材４１の側壁４３，４４及び横部材３９の前記側壁４７，４８に当接密着する。前記開口３１の箇所では、横部材４０の上端部に形成された側壁４９，５０が、開口３１の内側に前後方向の遊びがない程度にちょうど嵌り込み、連結フレーム２５の左右の側壁の内面が、連結部材４２の側壁４５，４６及び横部材４０の前記側壁４９，５０に当接密着する。また、前記開口３０の前後の箇所では、連結フレーム２５の左右の側壁及び底壁の内面が、連結部材４１の前記横部材３９の凹溝から前後にはみ出した部分において、前記連結部材４１の側壁４３，４４及び底壁５５に当接し、前記開口３１の前後の箇所では、連結フレーム２５の左右の側壁及び底壁の内面が、連結部材４２の前記横部材４０の凹溝から前後にはみ出した部分において、前記連結部材４２の側壁４５，４６及び底壁５６に当接密着する。
さらに、開口２９の箇所では、ブラケット５１が該開口２９の凹所に密に嵌合する。

続いて、衝合ライン２８に沿って両凹溝状部材２６，２７を突き合わせ溶接により接合して連結フレーム２５とし、さらに、連結フレーム２５とサブフレーム３８を適宜箇所において溶接接合する。
これにより、サブフレーム３７の両端の連結部（縦部材３８及び連結部材４１，４２）を、連結フレーム２５の中空内部にちょうど中子のように保持し、サブフレーム３７を連結フレーム２５に固定することができる。

なお、前記フレーム連結構造において、前記サブフレーム３７は本発明における構造体に相当し、該サブフレーム３７は両端に連結部（縦部材３８及び連結部材４１，４２）を有し、左右の連結フレーム２５，２５により支持されている。一方、ブラケット５１についても本発明における構造体とみることができる。この場合、サブフレーム３７の連結部（縦部材３８及び連結部材４１，４２）がブラケット５１の連結部を兼ね、該連結部が一方の連結フレーム２５に支持されていることになる。

図７は、サブフレーム３７の上面に追加のブラケット６１，６２を固定し、連結フレーム２５とそのサブフレーム３７を組み付けた状態を示す。ブラケット６１，６２はアルミニウム合金押出材からなり、ブラケット６１はサブフレーム３７を構成する縦部材３８上にブラケット５１と接した状態で固定され、ブラケット６２は連結部材４１上にブラケット５１から少し離れて固定されている。また、連結フレーム２５には、ブラケット６１に対応する開口６３（前記開口２９が前方側に広がったもの）と、ブラケット６２に対応する開口６４が形成され、各ブラケット６１，６２（及びブラケット５１）が前記開口６３，６４から上方に突出している。ブラケット６１，６２についても、ブラケット５１と同様に、本発明における構造体とみることができる。この場合、サブフレーム３７の連結部（図３に示す縦部材３８及び連結部材４１，４２）が各ブラケット６１，６２の連結部を兼ね、該連結部が一方の連結フレーム２５内に支持されていることになる。
なお、ブラケット６１，６２の上面は連結フレーム２５から上方に突出し、ブラケット５１とともに同じ高さの平坦な面を構成している。これらは、そのままキャブの座面（受け面）として利用できる。一方、図４に示す構造の場合、連結フレーム２５の上面がキャブの座面となり、衝合ライン２８の溶接ビードを切削して座面になる部分を平坦に整形する必要がある。

図８は、連結フレーム２５にサブフレーム３７及び追加のブラケット６５を組み付けた状態を示す。連結フレーム２５の内側には、ブラケット６５に対応する開口６６が形成され、ブラケット６５が前記開口６６から内向きに突出している。ブラケット６５は本発明でいう構造体に相当し、端部に本発明でいう連結部を有し、該連結部は前記連結部材４１又は４２と類似する形態で連結フレーム２５内に支持されている。

図９に本発明に係る別のメインフレーム７１とサブフレーム３７の全体構造を示す。メインフレーム７１において、図１に示すメインフレーム２１のものと実質的に同じ部材には同じ参照番号を付与している。
メインフレーム７１は、前後方向に延びる左右のサイドフレーム７２，７２と、複数個のクロスメンバー６〜１０等からなり、各サイドフレーム７２は、後部縦フレーム３と連結フレーム７３からなる。メインフレーム２１との相違点は、連結フレーム７３が前方側に長く延び、メインフレーム２１における連結フレーム２５及び前部縦フレーム４の代わりをする点（前部縦フレーム４が存在しない）と、連結フレーム７３が連結フレーム２５のような突き合わせ溶接でなく、隅肉溶接により接合されている点のみである。

連結フレーム７３は、図１０に示すように、それぞれ一対の凹溝状部材７４，７５からなり、外側の凹溝状部材７５の方が内側の凹溝状部材７４より縦幅が大きく、凹溝状部材７４の開口部が凹溝状部材７５の開口部内に嵌り込み、凹溝状部材７５がその開口端縁において凹溝状部材７４に隅肉溶接されている（接合ライン７６）。

なお、以上述べた連結フレーム２５，７３は、一対の凹溝状部材を左右から向き合わせて配置し、互いに溶接接合することにより筒状に形成したが、上下から向き合わせて配置し、これを互いに溶接接合して筒状に形成することもできる。また、互いに向き合わせて配置した凹溝状部材の一方又は双方を、複数個の凹溝状の部材から構成することもできる。

本発明に係るメインフレームとサブフレームの全体構造を示す斜視図である。 その連結フレームの構造を示す斜視図である。 サブフレームの構造を示す斜視図である。 連結フレームとサブフレームを組み付けた状態の斜視図である。 後方側の横部材の箇所における前後方向に垂直な面内でのサブフレームの断面図（図４のＡ−Ａ断面図）である。 前方側の横部材の箇所における前後方向に垂直な面内でのサブフレームの断面図（図４のＢ−Ｂ断面図）である。 サブフレームに追加のブラケットを固定し、連結フレームとそのサブフレームを組み付けた状態の斜視図である。 サブフレーム及び追加のブラケットと連結フレームを組み付けた状態の斜視図である。 本発明に係る別のメインフレームの全体構造を示す斜視図である。 その連結フレームの構造を示す斜視図である。 従来のメインフレームとサブフレームの全体構造を示す斜視図である。

符号の説明

２２，７２ サイドフレーム
２５，７３ 連結フレーム
２６，２７，７４，７５ 凹溝状部材
２８ 衝合ライン
３７ サブフレーム
３８ 縦部材
３９，４０ 横部材
４１，４２ 連結部材

Claims (4)

1. 車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと該サイドフレームに取り付けられる構造体の連結構造において、左右のサイドフレームが後部及び前部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続し前端が前記前部縦フレームの後端に接続した連結フレームで構成され、前記連結フレームは一対の凹溝状部材を向き合わせて配置し互いに溶接接合してなる筒状の部材であり、前記構造体はフロントサスペンションを支持するサブフレームであり、その左右の両端部に連結部を有し、該連結部が前記連結フレームの底壁に形成された開口から前記連結フレームの筒状内部に嵌入して、前記筒状内部に前後方向に沿って配置され、前記一対の凹溝状部材により挟まれ、かつ前記開口の前後で前記連結フレームの底壁に当接し、左右の連結フレームの筒状内部に支持されていることを特徴とする車両のフレーム連結構造。
2. 前記サイドフレームを構成する前部及び後部縦フレームが断面形状を異にするアルミニウム合金押出材からなり、後部縦フレームの前端部が連結フレームの後端に嵌入し、前部縦フレームの後端部が前記連結フレームの前端に嵌入していることを特徴とする請求項１に記載された車両のフレーム連結構造。
3. 車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと該サイドフレームに取り付けられる構造体の連結構造において、左右のサイドフレームが後部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続した連結フレームで構成され、該連結フレームは一対の凹溝状部材を向き合わせて配置し互いに溶接接合してなる筒状の部材であり、前記構造体はフロントサスペンションを支持するサブフレームであり、その左右の両端部に連結部を有し、該連結部が前記連結フレームの底壁に形成された開口から前記連結フレームの筒状内部に嵌入し、前記筒状内部に前後方向に沿って配置され、前記一対の凹溝状部材により挟まれ、かつ前記開口の前後で前記連結フレームの底壁に当接し、左右の連結フレームの筒状内部に支持されていることを特徴とする車両のフレーム連結構造。
4. 前記サイドフレームを構成する後部縦フレームがアルミニウム合金押出材からなり、その前端部が連結フレームの後端に嵌入していることを特徴とする請求項３に記載された車両のフレーム連結構造。
   

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