JP4754386B2

JP4754386B2 - 閉断面構造部材の製造方法

Info

Publication number: JP4754386B2
Application number: JP2006095974A
Authority: JP
Inventors: 松本　　剛; 美速今村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007269118A

Description

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、総称してアルミニウム材という）からなる閉断面構造部材にナットを取り付けるナット取り付け構造に関する。

従来、自動車用のドアビーム等のフレーム部材には鋼材が用いられており、鋼材は、元々、強度及び弾力性を有するため、フレーム部材は開断面形状のままの状態で使用されている。ドアビームは、車両等のドアに組み込まれ、外部からの衝撃に備えてドアを補強するものである。そして、フレーム部材の取り付けには、直接溶接する方法の他に、リペア時に取り替えができるように、ボルト締結されるものがある。図４は、開断面構造の鋼部材１０１を平板状の鋼部材１０４にボルト締結する従来例を示す斜視図である。図４に示すように、鋼部材１０４にはボルト締結用の挿通孔が設けられており、この挿通孔にはボルト１０３が鋼部材１０４の背面から挿通されている。また、開断面構造の鋼部材１０１にも、ボルト締結用の挿通孔が設けられており、この挿通孔上にはナット１０２が配置され、挿通孔を介してボルト１０３をナット１０２に螺合させることにより、鋼部材１０１を鋼部材１０４に取り付けることができる。本従来例においては、鋼部材１０１が開断面構造であるため、ボルト固定場所にはアクセスし易いが、フレーム部材が鋼材であるため、軽量化は困難である。なお、ボルト締結の際には、ナットはフレーム部材側に、アーク又はプロジェクション等の溶接法により固定されている。図７は、鋼部材１０６上に、鋼製のナット１１２を溶接固定した従来例を示し、溶接部１１４がナット１１２の周囲に形成されている。

一方、近時、燃費向上及び地球環境への配慮のため、自動車等の車両の軽量化が推し進められており、鋼に替わってアルミニウム材が多用され始めている。

しかしながら、フレーム部材をアルミニウム材により製造し、ボルト締結を行う場合には、ナットのフレーム部材への取り付けに問題がある（鋼製のナットのアルミニウム材への取り付け構造については、例えば特許文献１参照）。即ち、既存のナットは鋼製であり、溶接によるアルミニウム材への取り付けにおいては、金属間化合物が生成し、取り付けが脆くなるため困難である。また、アルミニウムからなるフレーム部材を開断面構造とすると、アルミニウムは、元々、強度及び弾性がないため、フレーム部材は剛性不足となる。このため、基本的には、閉断面構造を用いることとなる。そのため、フレーム部材としては、主に、押出形材を用いた中空部材が用いられる。

特開２００２−２９５４３５

しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。

アルミニウム材製の押出形材を用いた閉断面構造のフレーム部材を取り付ける際には、ナットを一時的に固定するための工具等を使用するために、ナットの取り付け部に切削加工を施す必要がある。また、フレーム部材の長手方向の中央付近には、開口部からは工具等が届かないため、取り付け箇所に切削等により穴をあける必要があり、結局は剛性の低下につながるという問題点がある。図５は、アルミニウム材製の押出形材１０５を平板状の鋼部材１０４にボルト締結する従来例を示す斜視図である。図５においては、押出形材１０５の端部を切削し、ナット１０２を一時的に固定するための工具又はジグ等の使用スペースを設け、ボルト１０３をナット１０２に螺合させて取り付けを行う。このため、ナット１０２の接触部となる面の板厚を厚くするなど、構造が複雑になるばかりか、軽量化の効果が薄れる。また、押出形材１０５の長手方向の中央部付近にナット１０２を配置する場合、取り付け面の反対側の面を切削する必要があるため、この切削部が開断面となり、剛性が低下するという問題点がある。また、切削前の元の断面形状は全長に亘り一定であり、局部的に断面の変化をつけることは困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、鋼製構造物への取り付けが容易であり、取り付け強度に優れると共に軽量な、ナットが予め固定されたアルミニウム又はアルミニウム合金製の閉断面構造部材を提供することを目的とする。

本発明に係る閉断面構造部材の製造方法は、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１部材及び第２部材を、前記第１部材及び第２部材の少なくとも一方のプレス成形用金型に鋼製のピアスナットを組み込んでプレス成形することにより、夫々断面が開断面形状の第１及び第２の開断面構造部材を得ると共に、前記第１の開断面構造部材若しくは前記第２の開断面構造部材又はその双方の内側の面における前記ピアスナットのねじ穴に連通するボルト挿通孔が設けられた箇所に前記プレス成形によりピアスナットを固定する工程と、
前記ピアスナットが内面に配置され且つ断面が閉断面形状となるように前記第１の開断面構造部材と前記第２の開断面構造部材とを溶接する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、アルミニウム材製の閉断面構造部材を容易に鋼製構造物に取り付けることができ、アルミニウム材の使用により構造物の軽量化が達成される。特に、この閉断面構造部材をドアビーム等に適用した場合には、車両の軽量化につながる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材について説明する。図１は、本実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材を示す斜視図であり、アルミニウム材製のドアビームの取り付け構造を示している。また、図２は、第１の実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材の製法を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態のドアビーム６は、断面がコの字型の開断面構造を有するアルミニウム材製のフレーム部材であるアルミニウム部材１と、このアルミニウム部材１と同一形状のアルミニウム材製のアルミニウム部材２とを、ドアビーム６の断面が閉断面となるように接合部５で溶接又は接合して構成されている。このドアビーム６の内側の面のアルミニウム部材２上には、複数のピアスナット３が固定されており、ピアスナット３のねじ穴と一致するように、アルミニウム部材２にはボルト挿通孔８が設けられている。

また、図１においては、ドアビーム６は、このドアビーム６が取り付けられる鋼製のドア７の上方に配置されており、ドア７を構成する鋼製のパネルの所定の箇所にはボルト締結用の挿通孔が設けられており、ドア７のドアビーム６の取り付け面とは反対側の面から挿通孔を介してボルト４が挿通されている。そして、ボルト４をピアスナット３に螺合させて固定することにより、ドアビーム６はドア７に取り付けられる。

次に、ピアスナット３のアルミニウム部材２への固定方法について説明する。図６は、アルミニウム部材上に鋼製のピアスナットを固定する例を示す断面図であり、本実施形態で用いる固定方法である。図６に示すように、ピアスナット３にはフランジ１２が形成されており、このフランジ１２をアルミニウム部材２に設けられた挿通孔に埋め込むことでかしめ部１３において機械的にかしめられ、ピアスナット３はアルミニウム部材２に固定される。

閉断面構造を形成するアルミニウム部材は、アルミニウム板材をプレス成形した部材、開断面形状の押出形材、鋳物材、及び鍛造材のいずれでも、又いずれの組み合わせでもよい。また、アルミニウム部材は、アルミニウム合金からなる部材であってもよい。

開断面構造のアルミニウム部材１及び２を溶接する場合の溶接方法は、アーク溶接、レーザ溶接、ＥＢ（Electron Beam）溶接、及びプラズマ溶接等のアルミニウム材の溶接に用いられるものであればいずれでもよい。また、開断面構造のアルミニウム部材１及び２を接合する場合の接合方法は、摩擦攪拌接合、接着、機械的接合等のアルミニウム部材の接合で用いられるものであればいずれでもよい。

本実施形態においては、開断面構造を有するアルミニウム部材に予めピアスナットを機械的に固定しておき、このアルミニウム部材を、開断面構造を有する別のアルミニウム部材と溶接又は接合することにより、閉断面構造を有するドアビームを作製する。これにより、ドアビームの端部を加工することなく、ドアビームを容易に鋼製構造物に取り付けることが可能となる。そして、アルミニウム部材の使用により構造物の軽量化が達成される。特に、この閉断面構造部材をドアビーム等に適用した場合には、車両の軽量化につながる。また、ドアビームの長手方向の全長に亘り閉断面構造が形成されており、端部を切削した部材よりも十分な剛性が確保されているため、薄型化又は小型化による軽量化を図ることができる。また、ドアビームの長手方向中央部付近に予めピアスナットを埋め込むことで、中央部付近でも切削することなくボルト締結が可能な構造となっている。

また、量産工程においては、プレス工程に予めピアスナットを金型に組み込むことにより、プレス成形と同時にナットをアルミニウム部材に取り付けることができ、工程の短縮による時間及びコストの削減にもなる。また、ナットのねじ穴とアルミニウム部材に設けられたボルト挿通孔の一致の精度である穴位置精度が極めて高くなると共に、ナットの固定方法が溶接ではないため、溶接時のように穴位置がずれることもなく、鋼製のナットをアルミニウム部材に精度良く固定することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材について説明する。図３は、本実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材を示す斜視図であり、アルミニウム材製のドアビームの取り付け構造を示している。本実施形態と第１の実施形態との相違点は、閉断面構造を有するドアビーム１１を構成する２つのアルミニウム部材９及び１０の形状が、図１におけるアルミニウム部材１及び２の形状と異なる点である。即ち、ドアビーム６の閉断面はドアビーム６の切断面によらず一定形状であるが、ドアビーム１１の閉断面はその切断面により変化しており、本実施形態においては、板状のアルミニウム部材をプレス成形することにより、異形閉断面構造を有するドアビーム６を作製している。これにより、必要な部位の断面構造を変えた設計が可能となり、適用範囲が拡がる。なお、図３においては、図１と同一の構成物には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態におけるその他の動作及び効果は、第１の実施形態の動作及び効果と同様である。

本発明は、自動車のドアビーム及びシャーシフレーム等の長手形状部材に好適に使用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材を示す斜視図である。第１の実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材の製法を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るアルミニウム材製の閉断面構造部材を示す斜視図である。開断面構造の鋼部材をボルト締結する従来例を示す斜視図である。アルミニウム材製の押出形材をボルト締結する従来例を示す斜視図である。アルミニウム部材上に鋼製のピアスナットを固定する例を示す断面図である。鋼部材上に鋼製のナットを溶接固定する従来例を示す断面図である。

符号の説明

１、２、９；アルミニウム部材
３；ピアスナット
４；ボルト
５；接合部
６、１１；ドアビーム
７；ドア
８；挿通孔
１２；フランジ
１３；かしめ部
１０１、１０４、１０６；鋼部材
１０２、１１２；ナット
１０３；ボルト
１０５；押出形材
１１４；溶接部

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１部材及び第２部材を、前記第１部材及び第２部材の少なくとも一方のプレス成形用金型に鋼製のピアスナットを組み込んでプレス成形することにより、夫々断面が開断面形状の第１及び第２の開断面構造部材を得ると共に、前記第１の開断面構造部材若しくは前記第２の開断面構造部材又はその双方の内側の面における前記ピアスナットのねじ穴に連通するボルト挿通孔が設けられた箇所に前記プレス成形によりピアスナットを固定する工程と、
前記ピアスナットが内面に配置され且つ断面が閉断面形状となるように前記第１の開断面構造部材と前記第２の開断面構造部材とを溶接する工程と、
を有することを特徴とする閉断面構造部材の製造方法。