JP7212569B2

JP7212569B2 - フレーム材の製造方法及び車体フレーム

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Publication number: JP7212569B2
Application number: JP2019067445A
Authority: JP
Inventors: 喜裕武田
Original assignee: Press Kogyo Co Ltd
Current assignee: Press Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020164063A

Description

本開示は、ラダーフレーム等に用いられるフレーム材の製造方法と、そのフレーム材を用いた車体フレームに関する。

ラダーフレームのサイドレール及びクロスメンバに用いられるフレーム材としては、チャネル材が知られている。チャネル材は、断面Ｃ字状に形成される。

特開２００５－２７１７０２号公報特開昭５７－１５１４６７号公報特開２００３－３２０９６０号公報

ところで、チャネル材で構成されるフレーム材を補強する場合、特許文献２のように、フレーム材より一回り小さいチャネル材を補強材として断面Ｃ字状のフレーム材内に嵌入させる。この場合、単純な一定断面のフレーム材及び補強材をプレス成形する場合でも最低２つのプレス型が必要となりコストが上昇する。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、剛性の高いフレーム材を安価に製造できるフレーム材の製造方法及びそのフレーム材を用いた車体フレームを提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
板材をＺ字状に形成すると共に、Ｚ字の上辺部を下辺部より短く形成して同形状のＺ字材を２つ形成する第１ステップと、
１つの前記Ｚ字材を上下反転させて上辺部が下辺部より長い反転Ｚ字材を形成する第２ステップと、
前記反転Ｚ字材と前記Ｚ字材を上下に重ねると共に、上下に重なる前記上辺部同士の先端位置を揃え、かつ、上下に重なる前記下辺部同士の先端位置を揃えて前記反転Ｚ字材及び前記Ｚ字材間に閉断面部を形成する第３ステップと、
上下に重なる前記上辺部同士を接合すると共に、上下に重なる前記下辺部同士を接合する第４ステップと
を備えたことを特徴とするフレーム材の製造方法が提供される。

好ましくは、前記上辺部及び前記下辺部は、これらの間に位置される中間辺部に対して直角に配置される。

好ましくは、前記Ｚ字材は、鋼板をプレス加工して形成される。

好ましくは、前記Ｚ字材は金属にて構成され、上下に重なる前記上辺部同士は溶接にて接合され、上下に重なる前記下辺部同士は溶接にて接合される。

好ましくは、上下に重なる前記上辺部同士は締結され、上下に重なる前記下辺部同士は締結される。

また、本開示の一の態様によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフレーム材で構成された左右一対のサイドレールと、
前記サイドレール間に掛け渡して設けられたクロスメンバと
を備えたことを特徴とする車体フレームが提供される。

本開示の一の態様によれば左右の前記サイドレールは、その上辺部の先端同士を対向させるように配置される。

好ましくは、前記クロスメンバは、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフレーム材で構成される。

好ましくは、前記サイドレール間には前記クロスメンバが前後方向に離間して複数設けられ、対向する前記クロスメンバは、その上辺部の先端同士を対向させるように配置される。

好ましくは、左右の前記サイドレールは、その下辺部の先端同士を対向させるように配置される。

好ましくは、前記サイドレール間には前記クロスメンバが前後方向に離間して複数設けられ、対向する前記クロスメンバは、その下辺部の先端同士を対向させるように配置される。

上記の態様によれば、剛性の高いフレーム材を安価に製造できる。

本開示の一実施の形態に係る車体フレームの概略説明図である。車体フレームの要部拡大斜視図である。車体フレームが用いられる車両を後方から視た背面断面図である。車体フレームに用いられるフレーム材の製造方法を示す斜視図である。フレーム材の製作手順を示す流れ図である。フレーム材の製作手順を示す説明図である。他の実施の形態を示す車体フレームの要部拡大斜視図である。他の実施の形態を示す車体フレームが用いられる車両を後方から視た背面断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、後述する実施の形態における前後左右上下の各方向は、後述する車体フレームが採用される車両の各方向をいうものとする。ただし、本実施の形態における各方向は、説明の便宜のために用いるものであり、後述する部材間の相対的な位置関係を表す。

図１は、本実施形態に係る車体フレーム１を上方から視た概略説明図である。図２は、車体フレーム１を斜め上前方から視た拡大斜視図である。

図１及び図２に示すように、車体フレーム１は、ラダーフレームで構成される。車体フレーム１は、左右に離間して配置される一対のサイドレール２と、これらサイドレール２間に掛け渡して設けられるクロスメンバ３とを備える。

サイドレール２は、後述するフレーム材２０で構成される。フレーム材２０は、前後方向に長く形成され断面Ｚ字状（もしくはクランク状）に形成されるＺ字材４と、Ｚ字材４を上下反転させて形成される反転Ｚ字材５とを組み合わせて形成される。

図２及び図４に示すように、Ｚ字材４は、上下方向に延びる中間辺部６と、中間辺部６の上端から左方及び右方の一方に延びる上辺部７と、中間辺部６の下端から左方及び右方の他方（上辺部７とは反対方向）に延びる下辺部８とを備える。上辺部７及び下辺部８は、中間辺部６に対して直角に配置される。また、上辺部７の左右方向の長さＬ１は、下辺部８の左右方向の長さＬ２より短く設定される。また、上辺部７及び中間辺部６間の上側隅部９は、断面円弧状かつ直角に折れ曲がって形成される。そして、下辺部８及び中間辺部６間の下側隅部１０も、断面円弧状かつ直角に折れ曲がって形成される。Ｚ字材４は金属にて構成される。なお、Ｚ字材４は、剛性を有する他の材料で構成されてもよい。

反転Ｚ字材５は、前後方向（長手方向）に延びる軸ｘを中心としてＺ字材４を上下反転させた形状に形成される。これにより、反転Ｚ字材５の上辺部１１の左右方向の長さＬ２は、下辺部１２の左右方向の長さＬ２より長く設定される。そして、反転Ｚ字材５の上辺部１１が中間辺部１３から延びる左右方向の向きは、Ｚ字材４の上辺部１１が中間辺部１３から延びる左右方向の向きと同じになる。また、反転Ｚ字材５の下辺部１２が中間辺部１３から延びる左右方向の向きは、Ｚ字材４の下辺部８が中間辺部１３から延びる左右方向の向きと同じになる。反転Ｚ字材５は金属にて構成される。なお、反転Ｚ字材５は、剛性を有する他の材料で構成されてもよい。

また、反転Ｚ字材５の上辺部１１は、Ｚ字材４の上辺部７上に重ねて配置されると共に、左右方向においてＺ字材４の上辺部７と先端位置を揃えて配置される。反転Ｚ字材５の下辺部１２は、Ｚ字材４の下辺部８上に重ねて配置されると共に、左右方向においてＺ字材４の下辺部８と先端位置を揃えて配置される。このため、反転Ｚ字材５の中間辺部１３とＺ字材４の中間辺部６との間に間隙１４が形成される。また、この間隙１４は、重ねて配置される上辺部７、１１及び下辺部８、１２のうち、長い方の上辺部１１及び下辺部８に上下を仕切られて閉断面状に形成される。すなわち、Ｚ字材４及び反転Ｚ字材５間には、閉断面部１５が形成される。

図２及び図３に示すように、車体フレーム１の左右両側に配置されるサイドレール２は、上辺部７、１１の先端同士を対向させるように配置される。これにより、サイドレール２間に電気自動車用バッテリー等の大型部品１６を収容可能な空間１７が形成される。閉断面部１５より車幅方向内方に位置される上辺部７、１１は、大型部品１６の上方への移動を規制するストッパとして機能する。また、閉断面部１５より車幅方向外方に位置される下辺部８、１２は、大型部品１６を支持する支持フランジとして機能する。

大型部品１６は、サイドレール２間の空間１７に収容される部品本体部１６ａと、部品本体部１６ａから左右方向の外方に延びて形成され下辺部８の下面に重ね合わされる部品フランジ部１６ｂとを備える。

また、反転Ｚ字材５の下辺部１２には、部品フランジ部１６ｂを下側の下辺部８と重ね合わせた状態にロックすると共に、大型部品１６を昇降駆動させる昇降装置１８が設けられる。昇降装置１８は、上側の下辺部１２上に設けられる装置本体部１８ａと、装置本体部１８ａに下方に延びて設けられ上下方向に伸縮可能な伸縮ロッド１８ｂとを備える。下辺部８、１２には、上下に貫通する孔（図示せず）が形成されており、伸縮ロッド１８ｂは孔に上下動可能に挿通される。伸縮ロッド１８ｂの下端部は、部品フランジ部１６ｂに着脱可能に取り付けられる。昇降装置１８は、伸縮ロッド１８ｂを上昇させることで部品フランジ部１６ｂを下辺部８に圧着させて大型部品１６を支持する。

なお、大型部品１６の重量に対して下辺部８、１２の剛性が不足する場合、下辺部８、１２は補強リブ１９で補強されてもよい。この場合、補強リブ１９は、上下方向及び左右方向に延びる板状に形成され、下端縁を上側の下辺部１２に接合されると共に左端縁又は右端縁を車幅方向外側の中間辺部１３に接合されるとよい。

次にフレーム材２０の製造方法について説明する。

フレーム材２０を製造する場合、図５及び図６に示すように第１ステップＳ０１から第４ステップＳ０４までの工程を順に行う。

第１ステップＳ０１では、板材をプレス加工してＺ字材４を２つ形成する。このとき、上辺部７の左右方向の長さＬ１下辺部８の左右方向の長さＬ２より短く形成される。また、ステップＳ０１で形成される２つのＺ字材４は、同一の形状である。このため、用意するプレス型は１つでよく、Ｚ字材４を安価に形成できる。なお、Ｚ字材４は、ロール加工等の他の加工方法で形成されてもよい。

第２ステップＳ０２では、一方のＺ字材４を前後方向に延びる軸ｘを中心として上下反転させて（１８０°回転させて）反転Ｚ字材５を形成する。このとき、Ｚ字材４の上下反転作業には、例えば、一般に用いられているホイスト２１及び反転機２２を用いるとよい。Ｚ字材４の姿勢を変えるだけであるため、反転Ｚ字材５を容易かつ安価に形成できる。

第３ステップＳ０３では、Ｚ字材４と反転Ｚ字材５とを位置合わせする。具体的には、反転Ｚ字材５とＺ字材４を上下に重ねると共に、上下に重なる上辺部７、１１同士の先端位置を揃え、上下に重なる下辺部８、１２同士の先端位置を揃える。これにより、反転Ｚ字材５及びＺ字材４間に矩形状の閉断面部１５が形成される。

第４ステップＳ０４では、上下に重なる上辺部７、１１同士を接合すると共に、上下に重なる下辺部８、１２同士を接合する。具体的には、Ｚ字材４の上辺部７の先端と、反転Ｚ字材５の上辺部１１の先端とをへり継手溶接により接合する。また、Ｚ字材４の下辺部８の先端と、反転Ｚ字材５の下辺部１２の先端とをへり継手溶接により接合する。図６における符号２３は、溶接部である。なお、上辺部７、１１同士の接合方法及び下辺部８、１２同士の接合方法は上述に限られない。例えば、上辺部７、１１同士、或いは下辺部８、１２同士は、図示しないボルト及びナットで締結されてもよく、図示しないリベットで締結されてもよい。また、上辺部７、１１及び下辺部８、１２の板厚寸法が比較的小さい場合、上辺部７、１１同士、或いは下辺部８、１２同士は、スポット溶接等にて接合されてもよい。

次に本実施の形態の作用について述べる。

サイドレール２間の空間１７に収容された大型部品１６を取り外す場合、大型部品１６の鉛直下方に図示しない台車等を配置したのち、昇降装置１８の伸縮ロッド１８ｂを伸張させる。これにより、大型部品１６は降下され、台車上に載る。この後、伸縮ロッド１８ｂから大型部品１６を取り外す。これにより、車体フレーム１を備える車両Ｖから大型部品１６を下方に移動させて取り外すことができる。この後、台車を走行させることで大型部品１６を自由に移動させることができる。

また、サイドレール２間の空間１７に大型部品１６を収容させる場合、予め伸縮ロッド１８ｂを縮退させておき、台車等を用いて大型部品１６を空間１７の鉛直下方に配置する。この後、伸縮ロッド１８ｂを伸張させ、伸縮ロッド１８ｂの下端を大型部品１６の部品フランジ部１６ｂに取り付ける。この後、伸縮ロッド１８ｂを縮退させる。これにより、大型部品１６は鉛直上方に移動され、サイドレール２間の空間１７に収容される。

このとき、例えば従来構造のサイドレール（図示せず）間に大型部品１６を収容する場合、サイドレールは上下に延びるウェブ及びウェブの上下両端から車幅方向内方に延びるフランジを有する断面Ｃ字状に形成される。このため、上昇中の大型部品１６がサイドレールに当たる場合、大型部品１６はフランジの先端に局所的に当たることとなり破損する可能性が高い。また、大型部品１６がフランジの先端に引っ掛かり、スムーズに上昇されない可能性も高い。

しかし、本実施の形態に係る車体フレーム１によれば、サイドレール２間の空間１７は、左右両端をサイドレール２の中間辺部６によって区画される。空間１７を区画する中間辺部６は前後方向及び上下方向に延びる平面状に形成され、中間辺部６及び下辺部８間の下側隅部１０は断面円弧状に形成される。このため、たとえ上昇中の大型部品１６が下側隅部１０に当たったとしても大型部品１６の損傷が抑制される。また、たとえ上昇中の大型部品１６が中間辺部６に当たったとしても大型部品１６は平面状の中間辺部６にガイドされる。このため、大型部品１６が中間辺部６に引っ掛かることが抑制され、大型部品１６をスムーズに上昇させることができる。そして、大型部品１６をサイドレール２間の空間１７に安定して収容させることができる。

また、中間辺部６は平面状に形成されており、空間１７に収容された大型部品１６が接触した場合でも大型部品１６の損傷が抑制される。このため、大型部品１６を中間辺部６に接近させる配置ができ、より大きなサイズの大型部品１６をサイドレール２間の空間１７に収容できる。特に大型部品１６が電気自動車用バッテリーである場合、より大きい大容量の電気自動車用バッテリーを搭載できる。

本実施の形態に係るフレーム材２０の製造方法は、板材をＺ字状に形成すると共に、Ｚ字の上辺部７を下辺部８より短く形成してＺ字材４を２つ形成する第１ステップＳ０１と、１つのＺ字材４を上下反転させて反転Ｚ字材５を形成する第２ステップＳ０２と、反転Ｚ字材５とＺ字材４を上下に重ねると共に、上辺部７、１１同士の先端位置を揃え、かつ、下辺部８、１２同士の先端位置を揃えて反転Ｚ字材５及びＺ字材４間に閉断面部１５を形成する第３ステップＳ０３と、上辺部７、１１同士を接合すると共に、下辺部８、１２同士を接合する第４ステップＳ０４とを備える。このため、フレーム材２０を製造するための型を２つ用意する必要がなく、フレーム材２０を安価に製造できる。また、フレーム材２０には閉断面部１５が形成されるため、剛性の高いフレーム材２０を得ることができる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。

（１）図７に示すように、サイドレール２のみならず、クロスメンバ３もフレーム材２０で構成されてもよい。この場合、サイドレール２間にはクロスメンバ３が前後方向に離間して複数設けられ、隣り合うクロスメンバ３は、上辺部７、１１の先端同士を対向させるように配置されるとよい。そして、これらクロスメンバ３間であってサイドレール２間の空間１７に大型部品１６が収容されるとよい。クロスメンバ３の断面円弧状の下側隅部１０が大型部品１６に隣接されることとなり、サイドレール２間かつクロスメンバ３間の空間１７に向けて上昇する大型部品１６がクロスメンバ３に当たった場合でも大型部品１６の破損が抑制される。

（２）ダンプカー等、架装物のリフト機構を備える車両Ｖに前述のフレーム材２０をサイドレール２として用いる場合、図８に示すように、サイドレール２は、下辺部８、１２の先端同士を対向させるように配置されてもよい。この場合、下辺部８、１２上に大型部品２４を載置でき、大型部品２４を容易に保持できる。またこれにより、大型部品２４が車両Ｖから落下し難い構造にできる。また、車体フレーム１から大型部品２４を取り外す際、大型部品２４を上方に移動させて取り外すことができる。

この場合、クロスメンバ３（図１参照）は、サイドレール２と同じ断面形状のフレーム材２０で構成されてもよい。この場合、サイドレール２間にはクロスメンバ３が前後方向に離間して複数設けられ、隣り合うクロスメンバ３は、下辺部８、１２の先端同士を対向させるように配置されるとよい。そして、これらクロスメンバ３間であってサイドレール２間の空間１７に大型部品１６が収容されるとよい。大型部品２４をサイドレール２の下辺部８、１２と、クロスメンバ３の下辺部８、１２とで支持することができる。また、サイドレール２及びクロスメンバ３の断面円弧状の上側隅部２５が大型部品２４に隣接されることとなり、サイドレール２間かつクロスメンバ３間の空間１７に向けて降下する大型部品２４がサイドレール２及びクロスメンバ３に当たった場合でも大型部品２４の破損が抑制される。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１：車体フレーム
２：サイドレール
３：クロスメンバ
４：Ｚ字材
５：反転Ｚ字材
６：中間辺部
７：上辺部
８：下辺部
１１：上辺部
１２：下辺部
１３：中間辺部
１５：閉断面部
２０：フレーム材
Ｓ０１：第１ステップ
Ｓ０２：第２ステップ
Ｓ０３：第３ステップ
Ｓ０４：第４ステップ

Claims

板材をＺ字状に形成すると共に、Ｚ字の上辺部を下辺部より短く形成して同形状のＺ字材を２つ形成する第１ステップと、
１つの前記Ｚ字材を上下反転させて上辺部が下辺部より長い反転Ｚ字材を形成する第２ステップと、
前記反転Ｚ字材と前記Ｚ字材を上下に重ねると共に、上下に重なる前記上辺部同士の先端位置を揃え、かつ、上下に重なる前記下辺部同士の先端位置を揃えて前記反転Ｚ字材及び前記Ｚ字材間に閉断面部を形成する第３ステップと、
上下に重なる前記上辺部同士を接合すると共に、上下に重なる前記下辺部同士を接合する第４ステップと
を備えたことを特徴とするフレーム材の製造方法。
前記上辺部及び前記下辺部は、これらの間に位置される中間辺部に対して直角に配置される
請求項１に記載のフレーム材の製造方法。
前記Ｚ字材は、鋼板をプレス加工して形成される請求項１に記載のフレーム材の製造方法。
前記Ｚ字材は金属にて構成され、上下に重なる前記上辺部同士は溶接にて接合され、上下に重なる前記下辺部同士は溶接にて接合される
請求項１から３のいずれか一項に記載のフレーム材の製造方法。
上下に重なる前記上辺部同士は締結され、上下に重なる前記下辺部同士は締結される
請求項１から４のいずれか一項に記載のフレーム材の製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフレーム材で構成された左右一対のサイドレールと、
前記サイドレール間に掛け渡して設けられたクロスメンバと
を備えたことを特徴とする車体フレーム。
左右の前記サイドレールは、その上辺部の先端同士を対向させるように配置された
請求項６に記載の車体フレーム。
前記クロスメンバは、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフレーム材で構成された
請求項７に記載の車体フレーム。
前記サイドレール間には前記クロスメンバが前後方向に離間して複数設けられ、対向する前記クロスメンバは、その上辺部の先端同士を対向させるように配置された
請求項８に記載の車体フレーム。
左右の前記サイドレールは、その下辺部の先端同士を対向させるように配置された
請求項６に記載の車体フレーム。
前記クロスメンバは、請求項１から５のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフレーム材で構成された
請求項１０に記載の車体フレーム。
前記サイドレール間には前記クロスメンバが前後方向に離間して複数設けられ、対向する前記クロスメンバは、その下辺部の先端同士を対向させるように配置された
請求項１１に記載の車体フレーム。