JP6142455B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、左右のフロントピラーアッパーの前端から前方に延びる閉断面のアッパーメンバの車幅方向内側部分をフロントサスペンションのダンパーハウジングのダンパー取付部に接続した自動車の車体構造に関する。

アウターパネルのフランジおよびインナーパネルのフランジ間にリーンフォースメントを挟んで溶接することで閉断面のフロントピラーを構成するものにおいて、アウターパネルのフランジおよびインナーパネルのフランジをずらして配置し、アウターパネルのフランジおよびリーンフォースメントを２枚重ねでシーム溶接するとともに、インナーパネルのフランジおよびリーンフォースメントを２枚重ねでシーム溶接することで、３枚重ねのシーム溶接を避けて溶接強度を確保するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００９−２５５８００号公報

ところで上記従来のものは、アウターパネルのフランジおよびリーンフォースメントを２枚重ねで接合するシーム溶接と、インナーパネルのフランジおよびリーンフォースメントを２枚重ねで接合するシーム溶接とが所定距離離れて平行に行われるため、アウターパネルおよびインナーパネルのフランジの幅が必然的に大きくなり、溶接部の寸法が大型化するだけでなく、フランジの幅が増加した分だけ重量も増加する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車体のフロントピラーから前方に延びるアッパーメンバを構成する第１、第２パネルの溶接部の寸法や重量を増加させることなく、その溶接強度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、左右のフロントピラーアッパーの前端から前方に延びる閉断面のアッパーメンバの車幅方向内側部分をフロントサスペンションのダンパーハウジングのダンパー取付部に接続した自動車の車体構造であって、前記アッパーメンバは、第１パネルおよび第２パネルの車幅方向外側の接合フランジを２枚重ねでシーム溶接し、かつ前記第１パネルおよび前記第２パネルの車幅方向内側の接合フランジを前記ダンパー取付部に３枚重ねでスポット溶接して構成され、前記シーム溶接のナゲット幅ｗを前記スポット溶接のナゲット径ｄよりも小さく設定したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、略水平方向に延びる前記アッパーメンバの前端から前下方に延びるロアメンバを備え、前記ロアメンバの前端はフロントサイドフレームの前端にアウトリガーを介して接続され、前記ロアメンバは第１パネルおよび第２パネルの車幅方向外側の接合フランジを２枚重ねでシーム溶接して構成され、前記アッパーメンバの前記第１パネルおよび前記ロアメンバの前記第１パネルは共通の部材であり、前記アッパーメンバの前記シーム溶接および前記ロアメンバの前記シーム溶接は相互の延長線上に連続することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記アッパーメンバの前記シーム溶接および前記ロアメンバの前記シーム溶接の端部間がスポット溶接され、このスポット溶接は、略水平な前記アッパーメンバの前端と前下りの前記ロアメンバの後端との接続部に配置されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態の第１接合フランジ２１ｃ，２２ｃおよび第２接合フランジ２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄは本発明の接合フランジに対応する。

請求項１の構成によれば、左右のフロントピラーアッパーの前端から前方に延びる閉断面のアッパーメンバの車幅方向内側部分がフロントサスペンションのダンパーハウジングのダンパー取付部に接続される。アッパーメンバは、第１パネルおよび第２パネルの車幅方向外側の接合フランジを２枚重ねでシーム溶接し、かつ第１パネルおよび第２パネルの車幅方向内側の接合フランジをダンパー取付部に３枚重ねでスポット溶接して構成され、シーム溶接のナゲット幅ｗをスポット溶接のナゲット径ｄよりも小さく設定したので、フロントサスペンションのダンパーからダンパーハウジングのダンパー取付部に荷重が入力したときに、接合フランジの口開き変形に対する強度が高く、しかも接合フランジの幅を小さくして軽量化が可能なシーム溶接を用いながら、通常のスポット溶接と同等の剪断強度を得ることができる。またシーム溶接は重ね合わせた接合フランジを電極で加圧しながら溶接するため、接合フランジ間の隙間がなくなって溶接強度が安定するだけでなく、特別の溶接治具が不要であるために生産性が向上する。

また請求項２の構成によれば、略水平方向に延びるアッパーメンバの前端から前下方に延びるロアメンバを備え、ロアメンバの前端はフロントサイドフレームの前端にアウトリガーを介して接続され、ロアメンバは第１パネルおよび第２パネルの車幅方向外側の接合フランジを２枚重ねでシーム溶接して構成され、アッパーメンバの第１パネルおよびロアメンバの第１パネルは共通の部材であり、アッパーメンバのシーム溶接およびロアメンバのシーム溶接は相互の延長線上に連続するので、アッパーメンバの第１パネルおよびロアメンバの第１パネルを共通化して部品点数を削減できるだけでなく、別部材であるアッパーメンバの第２パネルおよびロアメンバの第２パネルの板厚を異ならせて強度分布を任意に設定することができ、しかもアッパーメンバのシーム溶接およびロアメンバのシーム溶接は相互の延長線上に連続するのでシーム溶接の作業性が向上する。

また請求項３の構成によれば、アッパーメンバのシーム溶接およびロアメンバのシーム溶接の端部間がスポット溶接され、このスポット溶接は、略水平な前記アッパーメンバの前端と前下りの前記ロアメンバの後端との接続部に配置されるので、フロントサスペンションのダンパーから入力した荷重により変形し易い部分をスポット溶接し、それに隣接するアッパーメンバおよびロアメンバのシーム溶接の剥離を防止することができる。しかもアッパーメンバの前端とロアメンバの後端との接続部は第１パネルを加えて３枚重ねの溶接になるため、その部分をスポット溶接することでシーム溶接の溶接条件を局部的に変更する必要がなくなり、溶接品質の向上および作業性の向上が可能になる。

シーム溶接した部材およびスポット溶接した部材を比較する図。 シーム溶接およびスポット溶接を併用した部材の説明図。 自動車の車体前部の平面図。 図３の４方向矢視図。 図４から第２パネルを分離した状態を示す図。 図４の６Ａ−６Ａ線、６Ｂ−６Ｂ線および６Ｃ−６Ｃ線断面図。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１（Ａ）は一対のハット状断面の鋼板を、それらの接合フランジにおいて重ね合わせた状態でシーム溶接して閉断面に構成した部材を示しており、図１（Ｂ）は同じくスポット溶接したものを示している。スポット溶接のピッチは自動車の車体の溶接おいて一般的に使用されている３０ｍｍである。

この部材に曲げモーメントが作用したとき、離散的なスポット溶接の場合には隣接する溶接部と溶接部との間が口開き変形して隙間が発生し易くなるが、連続的なシーム溶接の場合には口開き変形が発生しないために曲げ強度が向上し、鋼板を薄肉化して軽量化を図ることができ、しかもシーム溶接のナゲット幅はスポット溶接のナゲット径よりも小さいため、その差分だけ接合フランジの幅を狭くして更なる軽量化を図ることができる。それに対し、前記部材に剥離荷重が作用したとき、ナゲット幅が小さいシーム溶接の場合は溶接端部から剥離が発生し易くなるが、ナゲット径が大きいスポット溶接の場合には剥離が発生し難くなる。

またシーム溶接で３０ｍｍ間隔のスポット溶接と同等の剪断強度を得るためには、シーム溶接のナゲット幅をｗとし、自動車の車体溶接に使用される一般的なスポット溶接のナゲット径をｄとしたとき、安全率を含めて、０．２９≦ｗ／ｄ≦０．３６が成立することが必要である。シーム溶接のナゲット幅ｗが小さすぎてｗ／ｄが０．２９未満になると剪断強度が不足してしまい、シーム溶接のナゲット幅ｗが大きすぎてｗ／ｄが０．３６を越えると母材である鋼材自体の破断が発生してしまう。

従って、図２に示すように、二つの鋼材の接合部の長手方向中央部をシーム溶接して曲げ荷重に対する強度を高め、シーム溶接の両端部をスポット溶接して剥離荷重に対する強度を高めることで、シーム溶接の利点およびスポット溶接の利点を両立させ、軽量でありながら曲げ強度および剥離強度の高い部材を得ることができる。しかもシーム溶接のナゲット幅ｗとスポット溶接のナゲット径ｄとの関係を、０．２９≦ｗ／ｄ≦０．３６に設定することで、自動車の車体溶接に使用される一般的なスポット溶接と同等の剪断強度を確保することができる。

次に、上述したシーム溶接およびスポット溶接の組み合わせを適用した実施の形態を、図３〜図６に基づいて説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図３および図４に示すように、自動車のフロアパネル１１の前端から起立するダッシュパネルロア１２の前面に左右一対のフロントサイドフレーム１３，１３の後端が接続されており、ダッシュパネルロア１２の車幅方向両端部の前面と、フロントサイドフレーム１３の後端部の車幅方向外面とがダンパーハウジング１４で接続される。ダンパーハウジング１４は、その上面に形成された平坦なダンパー取付部１４ａに、図示せぬフロントサスペンション装置のダンパーの上端が接続されるとともに、左右のダンパーハウジング１４，１４が車幅方向に延びるストラットタワーバー１５の両端部に接続される。

フロアパネル１１の前端の車幅方向両端部からダッシュパネルロア１２の後面に沿って起立する左右一対のフロントピラーロア１６，１６の上端に、左右一対のフロントピラーアッパー１７，１７の前端が接続される。各フロントピラーアッパー１７の前端からアッパーメンバ１８が前方に延び、アッパーメンバ１８の前端からロアメンバ１９が前下方に延びており、フロントサイドフレーム１３の前端とロアメンバ１９の前端とがアウトリガー２０により車幅方向に接続される。

図３〜図６に示すように、アッパーメンバ１８は、車幅方向内壁２１ａおよび下壁２１ｂを有するＬ字状断面の第１パネル２１と、車幅方向外壁２２ａおよび上壁２２ｂを有するＬ字状断面の第２パネル２２とを、それらの第１接合フランジ２１ｃ，２２ｃどうしを接合し、それらの第２接合フランジ２１ｄ，２２ｄどうしを接合して閉断面に構成される。またロアメンバ１９は、車幅方向内壁２３ａおよび下壁２３ｂを有するＬ字状断面の第１パネル２３と、車幅方向外壁２４ａおよび上壁２４ｂを有するＬ字状断面の第２パネル２４とを、それらの第１接合フランジ２３ｃ，２４ｃどうしを接合し、それらの第２接合フランジ２３ｄ，２４ｄどうしを接合して閉断面に構成される。

アッパーメンバ１８の第１パネル２１およびロアメンバ１９の第１パネル２３は一体に形成された一枚の板材であり、アッパーメンバ１８の第１パネル２１の水平方向に延びる第１接合フランジ２１ｃと、ロアメンバ１９の第１パネル２３の鉛直方向に延びる第１接合フランジ２３ｃとは、相互に９０°捩じれている（図５参照）。一方、アッパーメンバ１８の第１パネル２１の第２接合フランジ２１ｄと、ロアメンバ１９の第１パネル２３の第２接合フランジ２３ｄとは、共に水平方向に延びて相互に連続している。

アッパーメンバ１８は、第１パネル２１の第１接合フランジ２１ｃと、第２パネル２２の第１接合フランジ２２ｃとが上下方向に重ね合わされ。スポット溶接Ｗ２（ａ）により接合される。その際に、前記第１接合フランジ２１ｃ，２２ｃを、ダンパーハウジング１４のダンパー取付部１４ａに３枚重ねで重ね合わされてスポット溶接Ｗ２（ｃ）することで、アッパーメンバ１８の車幅方向内側部分がダンパーハウジング１４に一体化される（図６（Ａ）参照）。

またロアメンバ１９は、第１パネル２３の第１接合フランジ２３ｃと、第２パネル２４の第１接合フランジ２４ｃとが車幅方向に重ね合わされ。スポット溶接Ｗ２（ｂ）により接合される。その際に、アッパーメンバ１８の第２パネル２２の第１接合フランジ２２ｃの前端と、ロアメンバ１９の第２パネル２４の第１接合フランジ２４ｃの後端とは、第１パネル２１，２３の境界部において３枚重ねで重ね合わされてスポット溶接Ｗ２（ｄ）される（図６（Ｂ）参照）。

またアッパーメンバ１８は、第１パネル２１の第２接合フランジ２１ｄと、第２パネル２２の第２接合フランジ２２ｄとが上下方向に重ね合わされ、シーム溶接Ｗ１（ａ）より接合される。そしてシーム溶接Ｗ１（ａ）の両端部が、それぞれスポット溶接Ｗ２（ｅ），Ｗ２（ｆ）により接合される。このとき、シーム溶接Ｗ１（ａ）の前端側の１カ所のスポット溶接Ｗ２（ｆ）は、ロアメンバ１９の第２パネル２４の第２接合フランジ２４ｄに３枚重ねで重ね合わされて接合される。

またロアメンバ１９は、第１パネル２３の第２接合フランジ２３ｄと、第２パネル２４の第２接合フランジ２４ｄとが上下方向に重ね合わされ、シーム溶接Ｗ１（ｂ）より接合される。そしてシーム溶接Ｗ１（ｂ）の両端部が、それぞれスポット溶接Ｗ２（ｆ），Ｗ２（ｇ）により接合される。このとき、アッパーメンバ１８のシーム溶接Ｗ１（ａ）と、ロアメンバ１９のシーム溶接Ｗ１（ｂ）とは相互の延長線上に連続しており、それらの間に２カ所のスポット溶接Ｗ２（ｆ）が挟まれる。

本実施の形態では、上記各スポット溶接Ｗ２（ａ）〜Ｗ２（ｇ）のナゲット径はｄであり、上記各シーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）のナゲット幅ｗは前記ナゲット径ｄに対して０．２９≦ｗ／ｄ≦０．３６の関係が成立するように設定される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

前輪からの荷重がフロントサスペンション装置のダンパーを介してダンパーハウジング１４のダンパー取付部１４ａに入力すると、その荷重はダンパーハウジング１４からアッパーメンバ１８に伝達され、アッパーメンバ１８からフロントピラーアッパー１７に伝達されるとともに、ロアメンバ１９およびアウトリガー２０を介してフロントサイドフレーム１３の前端に伝達される。

アッパーメンバ１８の第１パネル２１および第２パネル２２の車幅方向外側の第２接合フランジ２１ｄ，２２ｄをシーム溶接Ｗ１（ａ）し、またロアメンバ１９の第１パネル２３および第２パネル２４の車幅方向外側の第２接合フランジ２３ｄ，２４ｄをシーム溶接Ｗ１（ｂ）し、そのシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）のナゲット幅ｗと上記各スポット溶接Ｗ２（ａ）〜Ｗ２（ｇ）のナゲット径ｄとの関係を、０．２９≦ｗ／ｄ≦０．３６に設定したので、アッパーメンバ１８の第２接合フランジ２１ｄ，２２ｄおよびロアメンバ１９の第２接合フランジ２３ｄ，２４ｄの口開き変形に対する強度が高く、しかも第２接合フランジ２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄの幅を小さくして軽量化が可能なシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）を用いながら、通常のスポット溶接と同等の剪断強度を得ることができる。

またシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）は重ね合わせた第１パネル２１，２３の第２接合フランジ２１ｄ，２３ｄと、第２パネル２２，２４の第２接合フランジ２２ｄ，２４ｄとを電極で加圧しながら溶接するため、両接合フランジ間の隙間がなくなって溶接強度が安定するだけでなく、特別の溶接治具が不要であるために生産性が向上する。

またアッパーメンバ１８の第２接合フランジ２１ｄ，２２ｄのシーム溶接Ｗ１（ａ）の後端をスポット溶接Ｗ２（ｅ）して前端をスポット溶接Ｗ２（ｆ）し、ロアメンバ１９の第２接合フランジ２３ｄ，２４ｄのシーム溶接Ｗ１（ｂ）の後端をスポット溶接Ｗ２（ｆ）して前端をスポット溶接Ｗ２（ｇ）、かつシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）のナゲット幅ｗとスポット溶接Ｗ２（ｅ），Ｗ２（ｆ），Ｗ２（ｇ）のナゲット径ｄとの関係を、０．２９≦ｗ／ｄ≦０．３６に設定したので、アッパーメンバ１８およびロアメンバ１９に曲げ荷重が加わったときにシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）により第１パネル２１，２３および第２パネル２２，２４が口開き変形するのを防止することができ、かつシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）よりも剥離強度が高いスポット溶接Ｗ２（ｅ），Ｗ２（ｆ），Ｗ２（ｇ）により、シーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）の両端部の剥離を防止することができる。

特に、アッパーメンバ１８およびロアメンバ１９の接続部において、アッパーメンバ１８の第２パネル２２の第２接合フランジ２２ｄと、ロアメンバ１９の第２パネル２４の第２接合フランジ２４ｄとが、一部材である第１パネル２１，２３に対して３枚重ねになる部分が、シーム溶接ではなくスポット溶接Ｗ２（ｆ）されるので（図６（Ｂ）参照）、その部分の剥離をスポット溶接Ｗ２（ｆ）により阻止することができるだけでなく、３枚重ねになった部分をシーム溶接する必要がないので、シーム溶接の溶接条件を溶接部位に応じて変化させる必要がなくなり、シーム溶接の品質を保証することができる。

またアッパーメンバ１８の第１パネル２１およびロアメンバ１９の第１パネル２３を共通の部材としたので、部品点数を削減できるだけでなく、アッパーメンバ１８の第２パネル２２およびロアメンバ１９の第２パネル２４を別部材とし、それらの板厚を異ならせて強度分布を任意に設定することができる。しかもアッパーメンバ１８のシーム溶接Ｗ１（ａ）およびロアメンバ１９のシーム溶接Ｗ１（ｂ）は相互の延長線上に連続するので、シーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）の作業性が向上するだけでなく、両シーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）間の３枚重ねの部分をスポット溶接Ｗ２（ｆ）することで、シーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）の溶接条件を局部的に変更する必要がなくなり、溶接品質の向上および作業性の向上が可能になる。

またアッパーメンバ１８のシーム溶接Ｗ１（ａ）およびロアメンバ１９のシーム溶接Ｗ１（ｂ）の端部間に位置するスポット溶接Ｗ２（ｆ）は、略水平なアッパーメンバ１８の前端と前下りのロアメンバ１９の後端との接続部に配置されるので、フロントサスペンションのダンパーから入力した荷重により変形し易い部分をスポット溶接Ｗ２（ｆ）し、それに隣接するアッパーメンバ１８およびロアメンバ１９のシーム溶接Ｗ１（ａ），Ｗ１（ｂ）の剥離を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、スポット溶接Ｗ２（ａ）〜Ｗ２（ｇ）の数は実施の形態に限定されるものではなく、任意に設定可能である。

１３ フロントサイドフレーム
１４ ダンパーハウジング
１４ａ ダンパー取付部
１７ フロントピラーアッパー
１８ アッパーメンバ
１９ ロアメンバ
２０ アウトリガー
２１ アッパーメンバの第１パネル
２１ｃ 第１接合フランジ（接合フランジ）
２１ｄ 第２接合フランジ（接合フランジ）
２２ アッパーメンバの第２パネル
２２ｃ 第１接合フランジ（接合フランジ）
２２ｄ 第２接合フランジ（接合フランジ）
２３ ロアメンバの第１パネル
２３ｄ 第２接合フランジ（接合フランジ）
２４ ロアメンバの第２パネル
２４ｄ 第２接合フランジ（接合フランジ）
Ｗ１（ａ） シーム溶接
Ｗ１（ｂ） シーム溶接
Ｗ２（ｃ） スポット溶接
Ｗ２（ｆ） スポット溶接

Claims (3)

1. 左右のフロントピラーアッパー（１７）の前端から前方に延びる閉断面のアッパーメンバ（１８）の車幅方向内側部分をフロントサスペンションのダンパーハウジング（１４）のダンパー取付部（１４ａ）に接続した自動車の車体構造であって、
   前記アッパーメンバ（１８）は、第１パネル（２１）および第２パネル（２２）の車幅方向外側の接合フランジ（２１ｄ，２２ｄ）を２枚重ねでシーム溶接（Ｗ１（ａ））し、かつ前記第１パネル（２１）および前記第２パネル（２２）の車幅方向内側の接合フランジ（２１ｃ，２２ｃ）を前記ダンパー取付部（１４ａ）に３枚重ねでスポット溶接（Ｗ２（ｃ））して構成され、前記シーム溶接（Ｗ１（ａ））のナゲット幅ｗを前記スポット溶接（Ｗ２（ｃ））のナゲット径ｄよりも小さく設定したことを特徴とする自動車の車体構造。
2. 略水平方向に延びる前記アッパーメンバ（１８）の前端から前下方に延びるロアメンバ（１９）を備え、前記ロアメンバ（１９）の前端はフロントサイドフレーム（１３）の前端にアウトリガー（２０）を介して接続され、前記ロアメンバ（１９）は第１パネル（２３）および第２パネル（２４）の車幅方向外側の接合フランジ（２３ｄ，２４ｄ）を２枚重ねでシーム溶接（Ｗ１（ｂ））して構成され、前記アッパーメンバ（１８）の前記第１パネル（２１）および前記ロアメンバ（１９）の前記第１パネル（２３）は共通の部材であり、前記アッパーメンバ（１８）の前記シーム溶接（Ｗ１（ａ））および前記ロアメンバ（１９）の前記シーム溶接（Ｗ１（ｂ））は相互の延長線上に連続することを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。
3. 前記アッパーメンバ（１８）の前記シーム溶接（Ｗ１（ａ））および前記ロアメンバ（１９）の前記シーム溶接（Ｗ１（ｂ））の端部間がスポット溶接（Ｗ２（ｆ））され、このスポット溶接（Ｗ２（ｆ））は、略水平な前記アッパーメンバ（１８）の前端と前下りの前記ロアメンバ（１９）の後端との接続部に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の自動車の車体構造。
   

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