JP5912619B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接されている２つの車体フレームを引張板で引張荷重を付加した状態で連結してスポット溶接面のガタを規制するようにした車体構造に関する。

一般に、自動車の車両は、車体の骨格構造としてモノコックボディが知られている。モノコックボディは、骨格を形成する各フレームを溶接することで所定の形状に組み上げられるもので、溶接手段としてはスポット溶接が多く採用されている。

スポット溶接は、重ね合わせた複数枚の金属板を一対の電極チップで挟み込み、挟圧した状態で板厚方向に電流を流すことにより、金属板間にナゲットを形成し、このナゲットにより両金属板を接合させるものである。又、スポット溶接することで、ナゲットの周囲には板の浮き上がり（シート・セパレーション）という隙間が生じる。

例えば、左右のフロントサスペンションを、それぞれ支持する左右のフロントアッパフレームの基端は、フロントピラー（いわゆるＡピラー）の上下方向のほぼ中央部にスポット溶接されている。走行時において、フロントアッパフレームはフロントサスペンションからの振動荷重を直接受ける部位であり、この振動荷重を、フロントピラーを介して上部側のルーフと下部側のサイドシルとに分散させて効率よく吸収させることで良好な制振性を得ることができる。

しかし、フロントアッパフレームとフロントピラーとのスポット溶接部に形成されている隙間（シート・セパレーション）により、フロントアッパフレーム自体が上下振動し易く、フロントサスペンションからの振動荷重（主に、上下振動荷重）をフロントピラー側へ直接的に伝達することが困難になる。

この対策として、例えば特許文献１（特開２００５−１５３８００号公報）には、フロントピラーとフロントアッパフレームとの接合部に、補剛部材であるサイドフレームを接合させて、当該接合部の剛性を高めるようにした技術が開示されている。

特開２００５−１５３８００号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、補剛部材を接合部の形状に合わせて形成する必要があるため、汎用性に欠け、製造コストが嵩んでしまう問題がある。

又、他の対策として、スポット溶接の打点間隔を狭め、打点数を増やすことでフロントアッパフレームをフロントピラーに強固に結合させることも考えられるが、隙間（シート・セパレーション）を完全になくすことは困難であるばかりか、溶接工程が複雑化してしまうため、実現性に乏しい。

尚、上述した問題は、モノコックボディを構成する各フレームをスポット溶接で接合している場合、その全ての溶接部位に当てはまることは云うまでもない。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、汎用性に優れており、スポット溶接部位に隙間（シート・セパレーション）が形成されても、一方の車体フレームからの振動荷重を他方の車体フレームにスポット溶接部位を介して効率よく伝達させることのできる車体構造を提供することを目的とする。

本発明は、一方の車体フレームの端部に形成された面が他方の車体フレームの側面に溶接部を介して接合されており、前記両車体フレームにて前記面を頂点とする三角形の二辺が形成され、該三角形の底辺側に引張板を配設し、前記引張板の両側に設けた止め点を前記各車体フレームに設けた被止め点に固定する車体構造において、前記引張板の両側に設けた前記止め点間のピッチを前記両車体フレームに設けた前記被止め点間のピッチよりも短く設定した。

本発明によれば、スポット溶接された２つの車体フレームに設けた被止め点間のピッチよりも引張板の両側に設けた止め点間のピッチを短くしたので、引張板の止め点を車体フレームの被止め点に固定すると、この引張板に引張荷重が発生し、溶接部を介して接合される面間に形成される隙間（シート・セパレーション）により発生するガタが規制される。その結果、一方のフレームからの振動荷重を他方のフレームに溶接部を介して効率よく伝達させることができる。又、２つの車体フレームを引張板で連結しただけの簡単な構造であるため、製造が容易で、高い汎用性を得ることができる。

第１実施形態による車体構造を示す要部斜視図 同、スポット溶接部位の要部拡大図 同、図２のIII-III断面図 同、（ａ）は引張板が取付けられていない状態のスポット溶接部の動作を示す断面図、（ｂ）は引張板を取付けた状態のスポット溶接部の動作を示す断面図 第２実施形態によるシャーシフレームの底面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１〜図４に本発明の第１実施形態を示す。図１には車体（ホワイトボディ）１の前部構造が示されている。車体１の車幅方向左右に、他方の車体フレームとしてのフロントピラー（いわゆる、Ａピラー）２が配設されている。このフロントピラー２は、上部フロントピラー２ａと下部フロントピラー２ｂとを有し、上部フロントピラー２ａの上端がルーフパネル３の左右に設けられたルーフレール４に連続され、下端が前方斜め下方へ延出されて、下部フロントピラー２ｂの上端に連続されている。下部フロントピラー２ｂは下方へ延出されて、サイドシル５に連続されている。

又、上部フロントピラー２ａと下部フロントピラー２ｂとの接続部付近の前面に、一方の車体フレームとしてのフロントアッパフレーム６の後端が接合されているこのフロントアッパフレーム６はエンジンルームＥの左右上縁に沿って前方へ延出されている。更に、このフロントアッパフレーム６に、ホイールエプロン７の上端が接合されている。又、このホイールエプロン７とフロントアッパフレーム６とにストラットタワー８が接合されている。尚、このストラットタワー８に、フロントサスペンションのストラット等が支持されている。又、符号１１は、ラジエータ（図示せず）を保持するラジエータパネルであり、このラジエータパネル１１の両側から後方へ延出するアーム部１１ａがフロントアッパフレーム６に連続されている。

フロントピラー２は、断面略コの字状のアウタパネルとインナパネルとを接合させて中空状に形成されている。一方、フロントアッパフレーム６は、断面ハット形のアウタパネルとインナパネルとを接合して中空略角柱状に形成されており、その後端部に溶接面６ａが形成されている。この溶接面６ａがフロントピラー２の前面にスポット溶接されている（図２参照）。尚、図２の＊印はスポット溶接位置を示す。

図４（ａ）に示すように、フロントアッパフレーム６の溶接面６ａをフロントピラー２の側面（図では前面）にスポット溶接すると、フロントアッパフレーム６の溶接面６ａとフロントピラー２の前面との間にナゲットｎが形成され、このナゲットｎの周囲にシート・セパレーションという隙間ｔが形成される。

走行時、フロントアッパフレーム６には、フロントサスペンションから振動荷重が印加され、更に、この振動荷重は溶接面６ａを介してフロントピラー２に伝達される。フロントサスペンションからの振動（主に、上下振動）を車体１全体で効率よく吸収するには、フロントアッパフレーム６が受けた振動荷重をフロントピラー２側へ直接的に伝達することが望ましい。

しかし、上述したように、スポット溶接面間には隙間ｔが形成されるため、図４（ａ）に矢印で示すように、フロントアッパフレーム６が僅かに上下揺動し易くなり、フロントアッパフレーム６からの振動荷重がフロントピラー２側へ直接的に伝達され難くなる。

そのため、本実施形態では、図１、図２に示すように、溶接面６ａを頂点とし、フロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとを溶接面６ａを挟む二辺とする三角形の底辺側に引張板１２を配設し、この引張板１２の両端側をフロントアッパフレーム６の基部と、下部フロントピラー２ｂの上部とにブレース（筋交い）状に連結している。引張板１２はばね鋼製の薄板であり、帯板をプレス加工して形成されている。

具体的には、図３に示すように、引張板１２の両端に止め点としての止め孔１３が穿設されており、この止め孔１３に挿通されたボルト１４を螺入する被止め点としてのねじ孔２ｃ，６ｂが、フロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとに各々螺設されている。

仮に、止め孔１３の径がボルト１４の軸径と同一とした場合、引張板１２に穿設されている止め孔１３のピッチＰ１は、フロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとに螺設されているねじ孔２ｃ，６ｂ間のピッチＰ２よりも若干短く設定されている。勿論、止め孔１３の径がボルト１４の軸径よりも大きい場合、その直径の差分だけピッチＰ１は短く設定される。

従って、引張板１２の止め孔１３に挿通されたボルト１４を、フロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとに螺設されているねじ孔２ｃ，６ｂにそれぞれ螺入すると、引張板１２によりフロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとの間に引張荷重が発生し、図４（ｂ）に矢印で示すように、フロントアッパフレーム６の溶接面６ａと下部フロントピラー２ｂの前面とが互いに近接して隙間ｔを狭める方向へ常時付勢される。そのため、フロントアッパフレーム６の上下方向の揺動、いわゆるガタが規制される。

このような構成では、走行時、フロントサスペンションからの上下振動がフロントアッパフレーム６に伝達されると、このフロントアッパフレーム６の基側端部の溶接面６ａに上下方向の揺動トルク（モーメント）が印加される。

このフロントアッパフレーム６は、引張板１２によって下部フロントピラー２ｂ側へ引張された状態で保持されている（図２参照）。そのため、フロントアッパフレーム６の溶接面６ａと下部フロントピラー２ｂの前面との間に、スポット溶接により隙間ｔ（図４参照）が形成されても、フロントアッパフレーム６の基部付近での上下揺動（いわゆる、ガタ）を規制することができる。その結果、フロントサスペンションからの振動をフロントピラー２側へ直接的に伝達することができるので、サスペンションからの振動荷重を、フロントピラー２を含む車体１全体で効率よく吸収させることができる。

又、引張板１２はばね鋼製の薄板であり、構造が簡単であるため安価に製造することができる。更に、フロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとにねじ孔２ｃ，６ｂを螺設するだけで、引張板１２をボルト１４にて簡単に取付けることができるため、既存の車両に対しても容易に適用することができ、高い汎用性を得ることができる。

［第２実施形態］
図５に本発明の第２実施形態を示す。上述した第１実施形態では、フロントアッパフレーム６と下部フロントピラー２ｂとのスポット溶接部分に生じるガタを規制する態様について説明したが、第１実施形態で説明した引張板１２を用いることによるガタの規制はスポット溶接部の全てに適用することができる。

特に、シャーシフレームは走行時において、前輪、及び後輪を支持するサスペンションからの上下振動が伝達される部位であるため、一方の車体フレームの端部を他方の車体フレームの側面にスポット溶接しているような部位に比較的大きな揺動トルク（モーメント）が印加される。図５はシャーシフレーム１’のスポット溶接された２つのフレーム間に引張板１２を用いて引張荷重を発生させて、ガタを規制するようにした態様が示されている。

先ず、シャーシフレーム１’の構成について簡単に説明する。尚、このシャーシフレーム１’は左右対称であり、対称な部品は同一の符号を付して説明を簡略化する。図中の符号２１は車両の前後方向に沿って配設された左右一対のフロントフレームであり、このフロントフレーム２１の外側にサイドシル５がほぼ平行にに配設され、このサイドシルの後端部に、後方へ延在するリヤサイドフレーム２３が配設されている。尚、符号２４は前輪、２５は後輪であり、Ｆｔは車両前方を示している。又、このサイドシル５の前端に、第１実施形態で示した下部フロントピラー２ｂの下端部が連続されている。更に、上述したフレーム５，２１，２３、及び後述するトルクボックス２９が、本発明の主要フレームに対応している。

又、両フロントフレーム２１の後端がリヤフロントクロスメンバ２６に各々スポット溶接されている。更に、このリヤフロントクロスメンバ２６の左右両端が、互いに対向するサイドシル５の後端部の対向面にスポット溶接されている。更に、サイドシル５の後部であってリヤフロントクロスメンバ２６のそれぞれの端部に、リヤサイドフレーム２３の前部がスポット溶接されている。更に、このリヤサイドフレーム２３の対向面がリヤクロスメンバ２７の両端にスポット溶接されている。更に、フロントフレーム２１の外側面とこれに対向するサイドシル５の前端部にトルクボックス２９の両端がスポット溶接されている。このトルクボックス２９は台形状に形成されており、フロントフレーム２１側からサイドシル５方向へ斜め後方に延在されている。

一方、車体中央部であるフロントフレーム２１の中間部がトンネルクロスメンバ３０の両端にスポット溶接されている。尚、トンネルクロスメンバ３０の中央部は、プロペラ軸３１、排気パイプ等が配設されているフロアトンネル（図示せず）の形状に沿って曲げ形成されている。このフロントフレーム２１の先端側はエンジンルームＥに臨まされており、このフロントフレーム２１間にエンジン３２が配設されている。このエンジン３２の後部にはトランスミッション３３が連設され、このトランスミッション３３がプロペラ軸３１を介して後部に配設されているデファレンシャル装置３４に連設されている。

引張板１２はスポット溶接されている２つのフレームをブレース（筋交い）状に連結して引張荷重を付加し、スポット溶接された溶接面のガタを規制する。この場合、図５には、各引張板１２ａ〜１２ｇにて、スポット溶接された２つのフレーム（一方の車体フレームと他方の車体フレーム）をブレース（筋交い）状に連結する態様が示されている。但し、図においては、説明を簡略化するために、車幅方向右側と左側とで引張板１２ａ〜１２ｇを異なる態様で連結する状態が示されているが、実際の各引張板１２ａ〜１２ｇは左右対称に配設される。

この各引張板１２ａ〜１２ｇの中で、特に、車体前後方向へ延出する主要フレームであるフレーム５，２１，２３，２９に対して、各スポット溶接面を頂点とし、その底辺側を、引張板１２ａ〜１２ｃを用いて引張荷重を付加した状態で連結することで、これらのスポット溶接面のガタが規制され、フロントアッパフレーム６（図１参照）からの振動荷重を車体後方へ効率よく伝達させることができる。更に、各引張板１２ａ〜１２ｇを設けることで、前輪２４を支持するフロントサスペンションのみならず、後輪２５を支持するリヤサスペンションからの振動荷重もシャーシフレーム１’を含む車体１全体で効率よく吸収させることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば引張板１２、１２ａ〜１２ｇは、引張性に優れた鋼板であればステンレス鋼板等であっても良い。

１…車体
１’…シャーシフレーム
２…フロントピラー
２ｂ…下部フロントピラー
５…サイドシル
６…フロントアッパフレーム
６ａ…溶接面
１２，１２ａ〜１２ｇ…引張板
２１…フロントフレーム、
２３…リヤサイドフレーム、
２９…トルクボックス
ｎ…ナゲット
Ｐ１，Ｐ２…ピッチ
ｔ…隙間

Claims (4)

1. 一方の車体フレームの端部に形成された面が他方の車体フレームの側面に溶接部を介して接合されており、
   前記両車体フレームにて前記面を頂点とする三角形の二辺が形成され、該三角形の底辺側に引張板を配設し、
   前記引張板の両側に設けた止め点を前記各車体フレームに設けた被止め点に固定する車体構造において、
   前記引張板の両側に設けた前記止め点間のピッチを前記両車体フレームに設けた前記被止め点間のピッチよりも短く設定した
   ことを特徴とする車体構造。
2. 前記両車体フレームは車体の前後方向へ延在する主要フレームである
   ことを特徴とする請求項１記載の車体構造。
3. 前記引張板は鋼製の薄板から形成されている
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載の車体構造。
4. 前記引張板はばね鋼であることを特長とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車体構造。

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