JPH08332974A

JPH08332974A - 車体装架フレームの製造方法

Info

Publication number: JPH08332974A
Application number: JP7140929A
Authority: JP
Inventors: Yoshihaya Imamura; 美速今村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17
Also published as: DE19622661A1; DE19622661B4; US5767476A

Abstract

(57)【要約】【目的】作業上簡単なスポット溶接のみを用いて結合
することができ、量産に適して製造コストが低く、高精
度な車体装架フレームの製造方法を提供する。【構成】車体装架フレームは、アルミニウム合金の形
材１３同士をそのフランジ１５を抵抗スポット溶接より
固定することによって組み立てることができる。この形
材１３にはその押出し加工による成形時に、フランジ１
５が本体１４と一体的に形成されている。また、結節部
材を介して形材を結合することもできる。この結節部材
は、結節部材本体を押出し加工により成形した後、スポ
ット溶接用フランジとしての側板をレーザ溶接によって
本体に貫通溶接することにより製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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
らなる角パイプ状の形材等の車体装架フレームの製造方
法に関し、特に組立精度及び生産性が高い車体装架フレ
ームの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車及び輸送機等の車体を中空のフレ
ームにより支持するために、スペースフレーム構造が一
般的に使用されている。図１６は一般の乗用車に適用し
たスペースフレーム構造を示す模式図である。結節部材
５は、Ａピラー１ａ、ルーフサイドレール２及びＡクロ
スビーム上３ａの３本の形材を結合しており、３本の形
材を所望の角度で結合する。また、結節部材６、７及び
８も結節部材５と同様に３本の形材を結合するものであ
る。一方、結節部材９はＡピラー１ａ、Ａピラー１ｂ、
Ａクロスビーム下３ｂ及びフードリッジ４の合計４本の
形材を結合しており、４本の形材を所望の角度で結合す
るものである。これらの２種類の結節部材が、車体装架
フレームの製造において代表的なものである。このよう
に、車体装架フレームは夫々の成形形材を結節部材で結
合して製造されており、この結節部材には鋳造品が使用
されている。

【０００３】図１７は図１６における結節部材９を例に
して鋳造結節部材の結合方法を示す模式図である。一般
的には、中空材であるＡピラー１ｂに鋳造結節部材９を
差し込んで、両者の境界部分１０をミグ溶接又はティグ
溶接にて接合する。この鋳造結節部材又はその他の結節
部材を使用する場合には、車体装架フレームの重量が増
加すること、鋳造結節部材の製造費が高価であること、
及び結合部材を用いるために溶接箇所が多数となり装架
フレーム自体の製造費も高価になることから、結節部材
を使用しない装架フレームの製造方法が提案されている
（特開平６−２１９３２１号公報）。

【０００４】図１８は結節部材を使用せずに形材を接合
する方法を示す模式図である。先ず図１６におけるＡピ
ラー１ａとフードリッジ４に当たる部分を一体化曲げ部
材１１で加工し、各部材の当接部で連結するように成形
し、これらをミグ溶接、ティグ溶接又は高エネルギー密
度ビーム溶接等を使用して溶接部１２で接合している。
この製造方法は、成形材同士を直接に接合する方法であ
るので、溶接箇所が削減されるため、製造コストを低減
できるものとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、接合方法としてミグ溶接、ティグ
溶接又は高エネルギー密度ビーム溶接等を使用する必要
上、製造コストの低減には限界がある。このため、生産
性が高く、車体装架フレームの量産に適した低コストの
車体装架フレームの開発が要望されている。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、生産性が高く量産に適していて製造コスト
が低いと共に、高精度な車体装架フレームの製造方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る車体装架フ
レームの製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合
金からなる形材に結合用フランジを設けておき、形材同
士をそれらのフランジを抵抗スポット溶接により固定し
て結合することを特徴とする。

【０００８】本発明に係る他の車体装架フレームの製造
方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる形
材と結節部材に結合用フランジを設けておき、形材と形
材との間に結節部材を配置し、形材と結節部材とをそれ
らのフランジを抵抗スポット溶接により固定して結合す
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本願発明者は、従来のミグ溶接、ティグ溶接及
び高エネルギー密度ビーム溶接等を使用することなく、
形材同士を接合する方法を開発すべく種々研究を行っ
た。その結果、各形材を押出し加工等により成形する際
に、結合用フランジを設けておくことにより、このフラ
ンジを介して形材同士を抵抗スポット溶接により固定す
ることができ、これにより、低コストに形材を結合でき
ることを見い出した。また、結節部材を使用する場合
は、結節部材にも結合用フランジを設けておくことによ
り、形材と結節部材とをそれらのフランジを抵抗スポッ
ト溶接することにより固定することができる。このよう
にして、本発明においては、車体装架フレームを製造す
る際の生産性が向上し、製造コストも低減することがで
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施例に
て使用する形材１３を示す断面図である。この形状１３
は矩形パイプ状本体１４の外側にスポット溶接用フラン
ジ１５が４枚設けられている形状を有する。なお、フラ
ンジ１５は、２枚以上であれば結合の強度は確保され
る。この矩形パイプ状本体１４は日型、目型又は田型等
の補強矩形パイプであっても同様に取り扱うことができ
る。また、スポット溶接用（結合用）フランジ１５の厚
さｔは、スポット溶接の強度及び押出し加工における技
術上の制約を考慮すると、１乃至４ｍｍ程度の厚さとす
ることが望ましく、スポット溶接用フランジ１５の幅ｗ
は、スポット溶接の電極径の２／３以上の幅が必要であ
る。更に、スポット溶接用フランジ１５の配置間隔ｐ
は、溶接ガンを挿入することができる程度のものにする
ことが必要である。

【００１１】図２は図１の一部拡大図である。本実施例
ではスポット溶接用フランジ１５の厚さｔを２ｍｍと
し、直径１６ｍｍの電極を使用することから、スポット
溶接用フランジの幅ｗを１５ｍｍとし、上下電極の交わ
る角度ｒが１５０゜の溶接ガンを使用する。そして、上
部電極チップ１６及び下部電極チップ１７により、フラ
ンジ１５を抵抗スポット溶接する。矩形パイプ状本体部
１４の断面形状は例えば正方形であり、その１辺長ｈ₁
は例えば５０ｍｍである。この場合、スポット溶接用フ
ランジ１５の配置間隔ｐは４６ｍｍとなる。更に、この
正方形パイプ状本体１４の肉厚ｎは例えば３ｍｍであ
る。

【００１２】この形材１３は図３に示すように、相互に
平行に重ね合わせることにより、フランジ１５の複数の
点１８においてスポット溶接し、得られたナゲット１９
によって形材１３同士が結合される。

【００１３】このように形材同士をフランジを介して結
合する方法は、図４に示すように、屈曲した形材２０
も、他の形材１３とそれらの平行部で重ね合わせて、フ
ランジの複数の点１８をスポット溶接することによって
接合することができ、これにより、更に本発明の用途が
広がる。

【００１４】図５は、押し出し加工で成形加工した結節
部材本体２１を示す断面図、図６はこの結節部材本体２
１により結合される形材２３を示す。形材２３は縦がｈ
₂ 、横がｈ₁ の矩形の本体２４に対し、その先端部（長
さｓ）を除いてスポット溶接用フランジ２６を設けたも
のである。形材２３の先端部２５は結節部材本体２１に
設けた凹部２２ａ等に嵌入される部分である。即ち、結
節部材本体２１は形材２３の先端部２５を差し込む凹部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有し、その開口部を外部に向
けて放射状に配置され、その相互間は所望の結合角度に
対応する角度で傾斜している。なお、この結合角度は押
出ダイの設計時点で任意に設定することができる。本実
施例では図１６における結節部材５、６、７および８を
包括するものとして、４本の形材を結合する結節部材９
の形状を例に挙げて説明する。図５に示す実施例では、
例えば、凹部２２ａと凹部２２ｂとがなす角度θ₁ を９
０゜とし、凹部２２ｂと凹部２２ｃとがなす角度θ₂ を
１２０゜とする。凹部２２ａのフランジ間の間隔ａ₂₃は
図６に示す矩形角パイプ状先端部２５の１辺長ｈ₁と対
応し、凹部２２ａのフランジ幅ｂ₂₃は同じく矩形角パイ
プ状先端部２５の長さｓに対応する。本実施例では、凹
部２２ｂ及び２２ｃについても凹部２２ａと同様の形状
寸法を有する。

【００１５】また、図５において凹部２２ａ、２２ｂ及
び２２ｃの中央に位置する孔部２２ｄは、凹部２２ａ、
２２ｂ及び２２ｃに対して垂直に形材２３の先端部２５
を差し込むためのもので、横寸法ｄ₂₄は形材のｈ₁ と対
応し、縦寸法ｅ₂₄はｈ₂ に対応する。これらの寸法は、
例えば、ａ₂₁＝ａ₂₂＝ａ₂₃＝ｄ₂₄＝５０ｍｍ、ｂ₂₁＝ｂ
₂₂＝ｂ₂₃＝ｅ₂₄＝５０ｍｍである。形材２３の先端部２
５は凹部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び孔部２２ｄに差し
込まれるため、両者の寸法公差はすきまばめ程度に設定
する必要がある。

【００１６】この結節部材２１は、図７に示すように、
押出加工により成形した後、所定寸法に切断して製造す
ることができる。この切断長さｃ₂₁、ｃ₂₂、ｃ₂₃、ｃ₂₄
は夫々凹部２２ａ、２２ｂ及び２２ｃに関しては形材２
３の先端部２５のｈ₂ に対応し、孔部２２ｄに関しては
形材２３の先端部２５のｓに対応する。上述の説明から
明らかなように、これらの切断長さｃ₂₁、ｃ₂₂、ｃ₂₃及
びｃ₂₄は、その寸法が全て同一であることが必要であ
る。このように、１本の押出し部材から切断加工のみを
行うことによって複数個の結節部材本体が得られるの
で、結節部材の大量生産を効率的に行うことができる。

【００１７】この結節部材本体２１には、図８に示すよ
うに、打ち抜き加工等によって得られたＹ字状の側板２
７が当てがわれ、側板２７の上からレーザ溶接によって
本体２１と側板２７とが貫通溶接される。これにより側
板２７には本体２１の形状にビード２９ａが形成され、
図９におけるレーザ溶接部断面３０に示すように側板２
７が貫通溶融されて側板２７が本体２１に溶接される。
このようにして、結節部材２９が完成する。

【００１８】図９は結節部材２９の正面図を示す。側板
２７に対向する側板２８についても同様に溶接するが、
側板２８には形材２３の先端部２５を差し込めるよう
に、図５における孔部２２ｄと同一サイズの孔を設ける
必要がある。

【００１９】図８における側板２７の先端幅ｇは図６に
おけるフランジを含む形材幅ｆと同一にし、側板２７を
スポット溶接用フランジとして機能させる。また、図８
におけるフランジ部の長さｉはスポット溶接の打点数と
ピッチにより定められる。例えば、両端１５ｍｍを残し
て３０ｍｍピッチで５打点の溶接を行う場合は、ｉ＝１
５０ｍｍとする。側板２８の幅及びフランジ部の長さに
ついても側板２７と同様にする。なお、これらの側板の
板厚は形材におけるスポット溶接フランジと同様に例え
ば２ｍｍとする。

【００２０】以上のようにして製造された結節部材２９
に、図８に示す矢印の方向からスポット溶接用フランジ
付き形材２３の先端部２５を差し込んで、フランジ同士
を抵抗スポット溶接にて溶接し、結節部材２９と形材２
３とを結合させる。

【００２１】結節部材本体２１の中央孔部２２ｄに形材
２３の先端部２５を挿入する場合には、図９に示すよう
に、側板２８に対し垂直に挿入する。これは、図１４に
おいてＡクロスビーム下３ｂのように、他の全ての形材
に対して垂直な関係にある形材を結合する場合に相当す
る。この場合は、図１０に示すように、Ｌ型補強材３１
を介してスポット溶接のみによって結節部材２９及び他
の形材に結合される。また、このスポット溶接部３２は
３枚重ねの溶接となるが、この接合は１回のスポット溶
接により容易に得ることができる。

【００２２】更に、図１１に示すように、このＬ型補強
材により補強的な役割を持たせるために、Ｌ型補強材と
してアルミニウム材３３と鋼材３４からなるクラッド材
３５を使用し、アルミニウム材側が結節部材及び形材に
接するようにしてスポット溶接を行うと、結合部の剛性
が高くなる。

【００２３】このようにして、結節部材２９を介して４
個の形材２３を結合することにより、図１２に示すよう
に結節が完了する。なお、結節部材本体２１及び形材２
３については例えば、Ａ６Ｎ０１−Ｔ５材を使用し、結
節部材２９を構成する側板２７、２８及びＬ型補強材３
１については例えばＡ５１８２−Ｏ材を使用することが
できる。

【００２４】本発明によって図１６に示すスペースフレ
ームの結節部材５乃至９を作製すると、車体フレームの
全ての部分をスポット溶接によって結合することが可能
となり、生産性が向上する。また、アーク溶接を一切使
用していないことから組立時の溶接変形が皆無となり、
高精度の組立が実現される。

【００２５】ここで、比較例と実施例に関して被試験材
を作製し、回転剛性の比較試験を行った。被試験材とし
て、比較例については図１３に示すように、断面の１辺
が５０ｍｍ、長さが７００ｍｍ、厚さが３ｍｍの角材３
７の中心に、この角材に垂直方向に同一サイズで長さを
３２５ｍｍに切断した角材３８をアーク溶接の周溶接に
より接合したフレーム結合体を使用した。

【００２６】実施例については、図５における凹部のな
す角度がθ₁ ＝θ₂ ＝９０゜である主要部品を使用する
ことと、長さが３２５ｍｍである３本の形材を使用する
こと以外は実施例の説明において述べた条件で、図１４
に示すようにスポット溶接を行うことにより接合したフ
レーム結合体を使用した。

【００２７】回転剛性の試験方法について比較例の被試
験材を例にとり、以下に説明する。図１５に示すように
角材３７を両側から固定し、角材３８の頭部に角材３７
の長手方向、即ちフレーム結合体面に対して面内にＰ１
の荷重を印加するか、又は、角材３８の頭部に角材３７
及び３８に対して垂直方向、即ちフレーム結合面に対し
て面外にＰ２の荷重を印加し、点Ｏを中心とした角材３
８の変形角度を求めることによって評価した。実施例の
被試験材についても同様に評価した。上記の方法によっ
て得られた回転剛性の試験結果を下記表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】上記表１に示すように実施例におけるフレ
ーム結合体の回転剛性は比較例に対して面内及び面外に
ついて１．５倍の剛性を有している。これは実施例にお
けるスポット溶接用フランジが補強リブの役割を果たし
ているからであると考えられる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明方法によれ
ば、作業効率が高いスポット溶接のみによって軽量のア
ルミニウム又はアルミニウム合金製フレームを結合する
ことができ、しかもその接合部は高強度である。そし
て、本発明は全ての軽量フレーム装架構造、即ち乗用車
のシャーシ部分、鉄道車輌、飛行機及びケーブルカーの
キャビン等のあらゆる種類の輸送機に使用できる装架フ
レームを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る形材を示す断面図であ
る。

【図２】同じくその一部拡大図である。

【図３】２本の形材をスポット溶接により接合した場合
の模式図である。

【図４】曲げ形材と他の形材とをスポット溶接によって
接合した場合の模式図である。

【図５】本発明の実施例に係る結節部材を構成する本体
２１を示す断面図である。

【図６】結節部材本体２１に挿入される形材２３を示す
模式図である。

【図７】本実施例の結節部材本体２１を押出し加工によ
って成形する方法を示す模式的斜視図である。

【図８】結節部材本体に貫通溶接される側板を示す模式
図である。

【図９】本実施例の結節部材を示す正面図である。

【図１０】結節部材と形材とをＬ型補強材により接合し
た状態を示す断面図である。

【図１１】同じくＬ型補強材としてクラッド材を使用し
た場合を示す断面図である。

【図１２】本発明の結節部材を使用して形材同士を結合
した状態を示す斜視図である。

【図１３】アーク溶接の周溶接により結合した従来のフ
レーム結合体を示す模式図である。

【図１４】本発明の実施例方法により接合したフレーム
結合体を示す模式図である。

【図１５】比較例及び実施例について行った回転剛性の
試験方法を示す模式図である。

【図１６】一般の乗用車をスペースフレーム構造により
組み立てた状態を示す模式図である。

【図１７】鋳造結節部材を使用して形材を接合する従来
方法を示す模式図である。

【図１８】結節部材を使用せずに形材を接合する従来方
法を示す模式図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ；Ａピラー２；ルーフサイドレール３ａ；Ａクロスビーム上３ｂ；Ａクロスビーム下４；フードリッジ５、６、７、８、９；結節部材１０、１２；溶接部１１；一体化曲げ部材１３、２３、３９；形材１４、２４；本体１５、２６；フランジ１６；上部電極チップ１７；下部電極チップ１８、３２；スポット溶接部１９；ナゲット２０；曲げ形材２２ａ、２２ｂ、２２ｃ；凹部２２ｄ；孔２５；先端部２７、２８；側板２９；結節部材３０；レーザ溶接部断面３１；Ｌ型補強材３３；アルミニウム材３４；鋼材３５；クラッド材３６；アーク溶接部３７、３８；角材ｗ；スポット溶接用フランジの幅ｑ；スポット溶接用フランジの配置間隔ｔ；スポット溶接用フランジの厚さｒ；溶接ガンの上下電極の交わる角度ｎ；矩形パイプ部の肉厚ａ₂₁、ａ₂₂、ａ₂₃；凹部のフランジ間の間隔ｂ₂₁、ｂ₂₂、ｂ₂₃；凹部のフランジ幅ｃ₂₁、ｃ₂₂、ｃ₂₃、ｃ₂₄；結節部材の主要部品の押出し
加工における切断長さｄ₂₄、ｅ₂₄；角穴部の１辺及び他の１辺の長さ θ₁ ；凹部２２ａと凹部２２ｂとがなす角 θ₂ ；凹部２２ｂと凹部２２ｃとがなす角ｆ；フランジ部を含む形材幅ｇ；側板の先端幅ｈ₁ 、ｈ₂ ；矩形角パイプ部断面の１辺及び他の１辺の
長さｉ；側板におけるフランジ部の長さｓ；矩形パイプ部の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる形材に結合用フランジを設けておき、形材同士をそ
れらのフランジを抵抗スポット溶接により固定して結合
することを特徴とする車体装架フレームの製造方法。
【請求項２】アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる形材と結節部材に結合用フランジを設けておき、形
材と形材との間に結節部材を配置し、形材と結節部材と
をそれらのフランジを抵抗スポット溶接により固定して
結合することを特徴とする車体装架フレームの製造方
法。
【請求項３】前記結合用フランジは押出加工により形
材と一体的に成形することを特徴とする請求項１又は２
に記載の車体装架フレームの製造方法。
【請求項４】前記結合用フランジは、２枚以上である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
の車体装架フレームの製造方法。
【請求項５】前記結節部材は、押出加工により形材と
同一断面形状に成形された本体と、レーザ溶接の貫通溶
融によって前記本体に接合された結合用フランジとを有
することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の車体装架フレームの製造方法。
【請求項６】前記結節部材は、複数個の形材差し込み
用凹部を有し、各凹部は所望の結合角度で配置されてい
ることを特徴とする請求項４乃至５のいずれか１項に記
載の車体装架フレームの製造方法。