JP5031643B2 - クロスメンバ及びクロスメンバユニット製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両のサイドメンバにガセットを介してリベットで固定されるクロスメンバ及びクロスメンバユニット製造方法に関する。

中型や大型のトラック・バスなどのフレーム（車枠）として、はしご形フレームと呼ばれるものが使用されることがある。このはしご形フレームは、通常、車両の長さ方向に延びると共にこの長さ方向に直交する幅方向（車両の幅方向）に所定間隔離れて配置された一対のサイドメンバ（縦材）と、この一対のサイドメンバに長手方向両端部が固定された複数本のクロスメンバ（横材）などから構成されている。クロスメンバには種々の形状があり、その一つとして横断面がコ字状のものが知られている。このような横断面がコ字状のクロスメンバの長手方向両端部をサイドメンバに固定するためにガセットを用いる技術が知られている。

図４を参照して、ガセットを用いたクロスメンバについて説明する。

図４は、クロスメンバの長手方向両端部にガセットを固定してクロスメンバユニットを作製する様子を示す斜視図である。

クロスメンバユニット１０は、横断面がコ字状のクロスメンバ１２と、このクロスメンバ１２の長手方向両端部にそれぞれ固定された４つのガセット１８とから構成されている。クロスメンバ１２は、コ字状の底辺に相当するウエブ面１４（車両の幅方向（矢印Ｗ方向）に延びる細長い板状のもの）と、このウエブ面１４の幅方向両端辺からほぼ垂直に立ち上がって矢印Ｗ方向に延びる細長い一対のフランジ面１６，１６とから構成されている。一対のフランジ面１６，１６の長手方向両端部にそれぞれガセット１８が固定されるので、クロスメンバ１２の長手方向両端部には一対のガセット１８が二組固定されることとなる。

ガセット１８がクロスメンバ１２のフランジ面１６，１６にリベット２０で締結されるので、フランジ面１６，１６及びガセット１８には、リベット２０が差し込まれるリベット孔１６ａ、１８ａが形成されている。また、ガセット１８には、クロスメンバユニット１０をサイドメンバ２２に固定するためのリベット孔１８ｂも形成されている。図４では、サイドメンバ２２の一部が二点鎖線で表されている。上記した各リベット孔１６ａ、１８ａを重ね合わせてリベット２０を差し込んでこれらのリベット孔１６ａ、１８ａにリベット２０を充満させることによりクロスメンバユニット１０が形成される。このクロスメンバユニット１０を構成するガセット１８のリベット孔１８ｂをサイドメンバ２２のリベット孔（図示せず）に重ね合わせてリベット（このリベットは図示せず）を差し込んでこれらのリベット孔１８ｂ等にリベットを充満させることによりはしご形フレーム（図示せず）が作製される。

図５と図６を参照して、上記した従来のクロスメンバユニットの問題点を説明する。図５は、クロスメンバが曲がったクロスメンバユニットを示す平面図である。図６（ａ）は、リベットでガセットを取り付ける前におけるクロスメンバのリベット孔近傍部分を示す部分拡大図であり、（ｂ）は、リベットでガセットを取り付けた後におけるクロスメンバのリベット孔近傍部分を示す部分拡大図である。

クロスメンバ１２とガセット１８をリベット２０（図４参照）で締結する際、リベット２０がその軸方向に圧縮されるので、リベット２０の直径が増加し（リベット２０が太くなり）、この結果、各リベット孔１６ａ、１８ａが押し拡げられる。このため、クロスメンバ１２のうちリベット孔１６ａの周辺部分は、クロスメンバ１２の長さ方向に増加すると同時に、ウエブ面１４の剛性がウエブ面１４の伸びを拘束するので、フランジ面１６はウエブ面１４に比べてより大きく変形することがある。このような場合、図５に示すように、クロスメンバ１２の長手方向両端部はハの字状に変形するという問題がある。

上記のようにクロスメンバ１２の長手方向両端部がハの字状に変形した場合、図５に示すように、クロスメンバ１２に締結されるガセット１８もハの字状になった状態で取り付けられることとなる。ガセット１８が車両長さ方向（矢印Ｌ方向）に長いときは、上記のハの字状の変形は顕著となり、ガセット１８のリベット孔１８ｂとサイドメンバ２２（図４参照）のリベット孔（図示せず）とにずれが生じる。一致して重なるべき２つのリベット孔に上記のようにずれが生じたときは、このずれたリベット孔にリベット（図示せず）を挿入するために先端の尖ったボルシン（棒状のもの）を差し込んでこじる等して孔を合わせなければならず、手間と労力がかかるという問題がある。

また、リベットがリベット孔１６ａを押し拡げる際には、図６（ｂ）に示すように、二点鎖線で示す状態から実線で示す状態に変化し、この結果、孔縁部分１６ｃに引張応力Ｆが発生するので、孔縁部分１６ｃから母材が破断するおそれがある。この破断を防止するために、リベット孔１６ａの余肉を十分に確保しなければならず、リベット孔１６ａのピッチを小さくして締結部の接合強度を低下させたり、クロスメンバ１２のフランジ幅Ａを大きくしたりする。このため、材料費やクロスメンバユニットの重量が増加するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、クロスメンバを曲げることなくガセットを固定できるクロスメンバ及びクロスメンバユニット製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のクロスメンバは、車両のサイドメンバにガセットを介してリベットで固定される、横断面がコ字状のクロスメンバにおいて、
（１）前記ガセットに形成されたリベット孔に対応する、その長手方向に延びる長軸をもつ楕円形状のリベット孔が形成されたことを特徴とするものである。

ここで、
（２）前記コ字状の横断面のうち両翼の先端に最も近いリベット孔が前記楕円形状に形成されたものであってもよい。

さらに、
（３）前記楕円形状のリベットの長軸と短軸の差は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内であってもよい。

また、上記目的を達成するための本発明のクロスメンバユニット製造方法は、車両のサイドメンバに固定されるガセットと、その長手方向両端部に前記ガセットがリベットで固定されたクロスメンバとからなるクロスメンバユニットを製造するクロスメンバユニット製造方法において、
（４）前記ガセットに形成された複数のリベット孔に対応する、前記サイドメンバに形成された複数のリベット孔のうちの少なくとも一つを、前記クロスメンバの長手方向に延びる長軸をもつ楕円形状に形成しておき、
（５）前記ガセット及び前記サイドメンバ双方のリベット孔を重ねてリベットを差し込んで、これらのリベット孔にリベットを充満させることにより、前記ガセットと前記クロスメンバとを固定して前記クロスメンバユニットを製造することを特徴とするものである。

ここで、
（６）前記クロスメンバの長手方向に延びる長軸をもつ楕円形状のリベット孔を形成する際に、コ字状の横断面をもつクロスメンバの該コ字状横断面の両翼の先端に最も近いリベット孔を、前記楕円形状にしてもよい。

本発明では、クロスメンバにガセットを固定する場合、クロスメンバの楕円形状のリベット孔にリベットが充満し、このリベット孔が押し拡げられる。このとき、リベットは楕円形状から真円形状に変形する。この結果、リベット孔は楕円の短軸方向により伸ばされ、長軸方向にはほとんど伸びない。従って、クロスメンバには曲げ変形が発生せず、サイドメンバと締結されるガセットのリベット孔は左右平行となる。このため、車軸組立時にガセットとサイドメンバの孔がずれることはなくなり、サイドメンバ用のリベット孔にリベットを容易に挿入することができ、組立の作業性が大幅に向上するとともに、孔のずれをボルシンでこじるような労力が不要となる。

本発明は、中型や大型のトラック・バスなどのフレーム（車枠）の一構成部品となるクロスメンバに実現された。

図１を参照して、本発明のクロスメンバの一例を説明する。図１（ａ）は、本発明のクロスメンバの一例を示す平面図であり、（ｂ）は、このクロスメンバの長手方向一端部にリベットで固定されるガセットを示す平面図であり、（ｃ）は、このクロスメンバの長手方向他端部にリベットで固定されるガセットを示す平面図であり、（ｄ）は、（ａ）のｄ―ｄ断面を示す断面図である。

クロスメンバ４０は、（ｄ）に示すように、横断面がコ字状であり、コ字状の底辺に相当するウエブ面４２（車両の幅方向（矢印Ｗ方向）に延びる細長い板状のもの）と、このウエブ面４２の幅方向（矢印Ｗ方向に直交する矢印Ｕ方向）両端辺からほぼ垂直に立ち上がって矢印Ｗ方向に延びる細長い一対のフランジ面４４，４６とから構成されている。一対のフランジ面４４，４６の長手方向両端部にそれぞれガセット５０，６０が固定されるので、クロスメンバ４０の長手方向両端部には一対のガセット５０，６０が二組固定されることとなる。図１には、フランジ面４４の長手方向両端部に固定されるガセット５０，６０を示しているが、フランジ面４６の長手方向両端部に固定されるガセットも同じ形状であるので、ここでは省略する。

フランジ面４４の長手方向両端部にはそれぞれ、複数（図１では、３つずつの例を示す）のリベット孔４４ａが形成されている。フランジ面４６の長手方向両端部にも同じ形状のリベット孔が形成されているが、ここでは省略する。リベット孔４４ａそれぞれに対応するように、ガセット５０，６０にはリベット孔５０ａ，６０ａが形成されている。後述するように、これらのリベット孔４４ａにガセット５０，６０のリベット孔５０ａ，６０ａを重ね合わせ、この状態でこれらのリベット孔４４ａ，５０ａ，６０ａにリベットを差し込んで潰すことにより、リベット孔４４ａ，５０ａ，６０ａにリベットが充満してクロスメンバ４０にガセット５０，６０が固定される。本発明の特徴はリベット孔４４ａの形状にある。

リベット孔４４ａは楕円形状であり、この楕円の長軸Ｘはクロスメンバ４０の長手方向（矢印Ｗ方向）に延びている。この楕円の短軸Ｙはフランジ面４４の幅方向に延びている。長軸Ｘと短軸Ｙの差は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましいが、図１ではこの差が誇張して描かれている。

上記の例では、フランジ面４４の長手方向一端部に形成された３つのリベット孔４４ａの全てを楕円形状にしたが、一つのリベット孔だけを楕円形状にしてもよい。この場合、フランジ面４４の幅方向先端４４ｂに（コ字状の横断面のうち両翼の先端に）最も近いリベット孔４４’ａだけを楕円形状にし、他の２つのリベット孔４４ａを円形（真円）にする。リベット孔４４’ａを楕円形状にする理由は、図６を参照して説明したように、孔縁部分１６ｃに引張応力Ｆが発生させないためであり、リベット孔４４’ａを楕円形状にしたときの作用・効果については後述する。なお、ガセット５０，６０のリベット孔５０ａ，６０ａは全て円形（真円）である。また、ガセット５０，６０には、サイドメンバに固定するためのリベット孔５０ｂ，６０ｂも形成されている。

図２、図３を参照して、本発明のクロスメンバユニット製造方法の一例を説明する。図２は、クロスメンバ及びガセット双方のリベット孔を重ね合わせた状態を示す平面図である。図３（ａ）は、クロスメンバのリベット孔にリベットが充満される前の状態を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は、クロスメンバのリベット孔にリベットが充満された後の状態を拡大して示す平面図である。

クロスメンバ４０の一対のフランジ面４４，４６の長手方向両端部にそれぞれガセット５０，６０をリベットで固定することにより、クロスメンバユニット３０が製造される。クロスメンバユニット３０を製造するに際しては、図２に示すように、ガセット５０，６０それぞれのリベット孔５０ａ，６０ａを、これらに対応するリベット孔４４ａ（４４’ａ）に重ね合わせる。続いて、この重ね合わせたリベット孔にリベットを差し込んで潰して、これらのリベット孔にリベットを充満させる。これにより、ガセット５０，６０とクロスメンバ４０とが固定されてクロスメンバユニット３０が製造される。

上記のように、楕円形状のリベット孔４４ａ（４４’ａ）にリベットが充満し、これらのリベット孔４４ａ（４４’ａ）が押し拡げられるときには、図３（ｂ）の二点鎖線の状態（楕円形状）から実線の状態（真円形状）に変形する。この結果、リベット孔４４ａ（４４’ａ）は楕円の短軸Ｙ方向（クロスメンバ４０の幅方向（矢印Ｚ方向））により伸ばされ、長軸Ｘ方向（クロスメンバ４０の長手方向（矢印Ｗ方向））にはほとんど伸びない。

従って、クロスメンバ４０には、図５や図６を参照して説明したような曲げ変形は発生せず、サイドメンバ（図示せず）と締結されるガセット５０，６０のリベット孔５０ｂ、６０ｂは左右平行となる。このため、車軸組立時にガセット５０，６０とサイドメンバの孔がずれることはなくなり、リベット孔５０ｂ、６０ｂにリベットを容易に挿入することができ、組立の作業性が大幅に向上するとともに、従来のような孔のずれをボルシンでこじるような労力が不要となる。

また、リベット孔４４’ａの形状が楕円から真円に変形する際は、図３（ｂ）に示すように、クロスメンバ４０のフランジ面４４のうちリベット孔４４’ａの縁から幅方向先端４４ｂまでの間の部分（縁部分４４ｃ）が凸形になるよう変形する。この理由は、縁部分４４ｃが局部的に面内で曲げられるからである。このように縁部分４４ｃが凸形になるよう変形するので、フランジ面４４の幅方向先端４４ｂと縁部分４４ｃの間には曲げモーメントＭ１が発生し、縁部分４４ｃには圧縮応力ｆ２が発生する。この圧縮応力ｆ２は、リベット孔４４’ａが押し広げられる際に発生するリベット孔４４’ａの縁周方向の引張応力と相殺するので、最も応力の集中する孔縁の引張応力は軽減される。従って、リベット孔４４’ａの縁から幅方向先端４４ｂまでの長さ（厚みであり、余肉）が短いときであっても、このリベット孔４４’ａにリベットを締結する際の亀裂発生を防止できる。このため、フランジ面４４，４６の幅を減少させて、クロスメンバの材料費の節減や軽量化を図ることができる。

また、フレーム（車枠）の剛性を確保するなどの理由でクロスメンバ４０の幅を削減できない場合には、クロスメンバ４０の幅方向先端４４ｂに最も近いリベット孔４４’ａをより幅方向先端４４ｂに近づけることができ、リベットのピッチを増加させることができるので、ガセット５０，６０とクロスメンバ４０の締結強度が向上する。

（ａ）は、本発明のクロスメンバの一例を示す平面図であり、（ｂ）は、このクロスメンバの長手方向一端部にリベットで固定されるガセットを示す平面図であり、（ｃ）は、このクロスメンバの長手方向他端部にリベットで固定されるガセットを示す平面図であり、（ｄ）は、（ａ）のｄ―ｄ断面を示す断面図である。 クロスメンバ及びガセット双方のリベット孔を重ねた状態を示す平面図である。 （ａ）は、クロスメンバのリベット孔にリベットが充満される前の状態を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は、クロスメンバのリベット孔にリベットが充満された後の状態を拡大して示す平面図である。 クロスメンバの長手方向両端部にガセットを固定してクロスメンバユニットを作製する様子を示す斜視図である。 クロスメンバが曲がったクロスメンバユニットを示す平面図である。 （ａ）は、リベットでガセットを取り付ける前におけるクロスメンバのリベット孔近傍部分を示す部分拡大図であり、（ｂ）は、リベットでガセットを取り付けた後におけるクロスメンバのリベット孔近傍部分を示す部分拡大図である。

符号の説明

３０ クロスメンバユニット
４０ クロスメンバ
４２ ウエブ面
４４，４６ フランジ面
４４ａ，４４’ａ リベット孔
５０，６０ ガセット
５０ａ，６０ａ リベット孔

Claims (5)

1. 車両のサイドメンバにガセットを介してリベットで固定される、横断面がコ字状のクロスメンバにおいて、
   前記ガセットに形成されたリベット孔に対応する、その長手方向に延びる長軸をもつ楕円形状のリベット孔が形成されたことを特徴とするクロスメンバ。
2. 前記コ字状の横断面のうち両翼の先端に最も近いリベット孔が前記楕円形状に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のクロスメンバ。
3. 前記楕円形状のリベットの長軸と短軸の差は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクロスメンバ。
4. 車両のサイドメンバに固定されるガセットと、その長手方向両端部に前記ガセットがリベットで固定されたクロスメンバとからなるクロスメンバユニットを製造するクロスメンバユニット製造方法において、
   前記ガセットに形成された複数のリベット孔に対応する、前記サイドメンバに形成された複数のリベット孔のうちの少なくとも一つを、前記クロスメンバの長手方向に延びる長軸をもつ楕円形状に形成しておき、
   前記ガセット及び前記サイドメンバ双方のリベット孔を重ねてリベットを差し込んで、これらのリベット孔にリベットを充満させることにより、前記ガセットと前記クロスメンバとを固定して前記クロスメンバユニットを製造することを特徴とするクロスメンバユニット製造方法。
5. 前記クロスメンバの長手方向に延びる長軸をもつ楕円形状のリベット孔を形成する際に、コ字状の横断面をもつクロスメンバの該コ字状横断面の両翼の先端に最も近いリベット孔を、前記楕円形状にすることを特徴とする請求項４に記載のクロスメンバユニット製造方法。

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