WO2013073499A1 - 自動車用サブフレーム - Google Patents

Abstract

自動車用サブフレーム（１１）の本体部（１２）およびサスペンション支持部材（１３）の接合部は、サスペンション支持部材（１３）にアッパープレート（１４）を直接重ねて接合する第１接合部（Ａ）と、サスペンション支持部材（１３）にロアプレート（１５）を直接重ねて接合する第２接合部（Ｂ）とからなり、第１、第２接合部（Ａ，Ｂ）は相互に重ならずに車体前後方向に延在するので、サスペンションアーム（１６）からサスペンション支持部材（１３）に入力された荷重をアッパープレート（１４）およびロアプレート（１５）の両方に直接伝達することが可能になり、本体部（１２）およびサスペンション支持部材（１３）の接合強度が高められる。しかもアッパープレート（１４）およびロアプレート（１５）はサスペンション支持部材（１３）に対して同じ側から接合されるので、ワークの姿勢を反転させる必要がなくなって作業効率が向上する。

Description

自動車用サブフレーム

　本発明は、相互に重ね合わされたアッパープレートおよびロアプレートよりなる本体部の車幅方向外縁と、前記本体部の車幅方向両側に配置された一対のサスペンション支持部材の車幅方向内縁とを、前後方向に延びる接合部で接合した自動車用サブフレームに関する。

　板材よりなるアッパーメンバと板材よりなるロアメンバとを閉断面を構成するように接合し、その車幅方向の両端部にサスペンションアームを支持するアームブラケットをリーンフォースメントを介して接合した自動車用サブフレームが、下記特許文献１により公知である。

日本特開平７－１７９１８０号公報

　ところで、アッパープレートおよびロアプレートよりなる中空の本体部の車幅方向両端部に一対のサスペンション支持部材を接合して自動車用サブフレームを構成する場合に、本明細書の［発明を実施するための形態］の欄で詳述するように、サスペンション支持部材の上面および下面にそれぞれアッパープレートおよびロアプレートを接合すると、接合強度は増加する反面、接合作業の過程でサブフレームを上下反転させる必要が生じて作業効率が低下する問題があり、逆にアッパープレートおよびロアプレートを纏めてサスペンション支持部材の上面あるいは下面に接合すると、接合作業の過程でサブフレームを上下反転させる必要がなくなって作業効率は向上する反面、サスペンション支持部材、アッパープレートおよびロアプレートの３枚重ねの接合が必要になるために充分な接合強度が得られなくなる問題がある。

　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、サブフレームを構成するアッパープレート、ロアプレートおよびサスペンション支持部材を接合する際に、接合強度を確保しながら接合作業の効率を高めることを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明によれば、相互に重ね合わされたアッパープレートおよびロアプレートよりなる本体部の車幅方向外縁と、前記本体部の車幅方向両側に配置された一対のサスペンション支持部材の車幅方向内縁とを、前後方向に延びる接合部で接合した自動車用サブフレームにおいて、前記接合部は、前記サスペンション支持部材に前記アッパープレートおよび前記ロアプレートの一方を直接重ねて接合する第１接合部と、前記サスペンション支持部材に前記アッパープレートおよび前記ロアプレートの他方を直接重ねて接合する第２接合部とからなり、前記第１接合部および前記第２接合部は相互に重ならずに車体前後方向に延在することを第１の特徴とする自動車用サブフレームが提案される。

　また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記アッパープレートおよび前記ロアプレートのうち、少なくとも前記サスペンション支持部材に近い側のプレートの車幅方向外縁は、前記サスペンション支持部材に形成した段部に対向することを第２の特徴とする自動車用サブフレームが提案される。

　また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記アッパープレートおよび前記ロアプレートの前後縁は車幅方向に延びる第３接合部で相互に接合されることを第３の特徴とする自動車用サブフレームが提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第３の何れか１つの特徴に加えて、前記本体部は前記アッパープレートおよび前記ロアプレート間に空間を有する中空構造であることを第４の特徴とする自動車用サブフレームが提案される。

　本発明の第１の特徴によれば、自動車用サブフレームは、相互に重ね合わされたアッパープレートおよびロアプレートよりなる本体部の車幅方向外縁と、前記本体部の車幅方向両側に配置された一対のサスペンション支持部材の車幅方向内縁とを、前後方向に延びる接合部で接合して構成される。本体部およびサスペンション支持部材の接合部は、サスペンション支持部材にアッパープレートおよびロアプレートの一方を直接重ねて接合する第１接合部と、サスペンション支持部材にアッパープレートおよびロアプレートの他方を直接重ねて接合する第２接合部とからなり、第１接合部および第２接合部は相互に重ならずに車体前後方向に延在するので、サスペンションからサスペンション支持部材に入力された荷重をアッパープレートおよびロアプレートの両方に直接伝達することが可能になって本体部およびサスペンション支持部材の接合強度が高められる。しかもアッパープレートおよびロアプレートはサスペンション支持部材に対して同じ側から接合されるので、サスペンション支持部材にアッパープレートを接合する工程と、サスペンション支持部材にロアプレートを接合する工程との間でワークの姿勢を反転させる必要がなくなって作業効率が向上する。

　また本発明の第２の特徴によれば、アッパープレートおよびロアプレートのうち、少なくともサスペンション支持部材に近い側のプレートの車幅方向外縁を、サスペンション支持部材に形成した段部に対向させたので、サスペンション支持部材と前記プレートとの間に段差が発生するのを防止して美観を高めることができる。

　また本発明の第３の特徴によれば、アッパープレートおよびロアプレートの前後縁を車幅方向に延びる第３接合部で相互に接合したので、第１、第２接合部と干渉しない第３接合部によってサブフレームの本体部の強度を高めることができる。

　また本発明の第４の特徴によれば、サブフレームの本体部はアッパープレートおよびロアプレート間に空間を有する中空構造であるため、サスペンションからサスペンション支持部材を介して本体部に入力される荷重に耐え得る強度を軽量な構造で確保することができる。

図１はサブフレームの平面図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２－２線断面図である。（第１の実施の形態） 図３は図１の３－３線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は図１の４－４線断面図である。（第１の実施の形態） 図５は図１の５－５線断面図である。（第１の実施の形態） 図６は第１工程の説明図である。（第１の実施の形態） 図７は第２工程および第３工程の説明図である。（第１の実施の形態） 図８は摩擦攪拌接合を行う装置の概略図である。（第１の実施の形態）

１２　　　　本体部
１３　　　　サスペンション支持部材
１３ｃ　　　段部
１４　　　　アッパープレート
１５　　　　ロアプレート
Ａ　　　　　第１接合部
Ｂ　　　　　第２接合部
Ｃ　　　　　第３接合部

　以下、図１～図８に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態

　図１は、自動車の車体前部に取り付けられるフロントサブフレーム１１を上方から見た平面図であって、このサブフレーム１１は車幅方向中央に位置する本体部１２と、本体部１２の車幅方向両側に接合される左右一対のサスペンション支持部材１３，１３とで構成される。図１～図５から明らかなように、本体部１２は例えば走行用のモータ・ジェネレータ（不図示）を支持する部分であり、金属板をプレス加工した上側のアッパープレート１４および下側のロアプレートロアプレート１５を接合した中空構造を有している。アッパープレート１４およびロアプレートロアプレート１５は車幅方向両端部を除いて概ね同一の外形形状を有するため、図１ではロアプレート１５の大部分がアッパープレート１４の下側に隠れている。

　サスペンション支持部材１３，１３はアルミニウムのダイキャスト製品であり、それらは車体中心面に対して面対称な形状を有しているので、以下、その一方のサスペンション支持部材１３について構造を説明する。サスペンション支持部材１３に支持されるサスペンションアーム１６はＡ型アームであり、その前部がゴムブッシュジョイント１７を介してサスペンション支持部材１３の二股状の前部アーム支持部１３ａに支持されるとともに、その後部がゴムブッシュジョイント１８を介してサスペンション支持部材１３の平板状の後部アーム支持部１３ｂに支持される。後部アーム支持部１３ｂの下面にはジョイントホルダ１９（図７参照）が重ね合わされており、ゴムブッシュジョイント１８は後部アーム支持部１３ｂおよびジョイントホルダ１９間に挟まれて固定される。

　アッパープレート１４の中央部下面には補強部材２０（図２および図５参照）が固定されており、この補強部材２０の下端をロアプレート１５の上面に当接させた状態で、ロアプレート１５を下から上に貫通するボルト２１で締結することで、アッパープレート１４およびロアプレート１５が補強部材２０を挟んで接続される。

　アッパープレート１４の後部上面には後部マウント部材２２（図２および図３参照）が固定されるとともに、後部マウント部材２２の下側に位置するアッパープレート１４の下面には一対の補強部材２３，２３（図２および図３参照）が固定され、更にアッパープレート１４の中央部上面には前部マウント部材２４（図４参照）が固定される。そして後部マウント部材２２および前部マウント部材２４にモータ・ジェネレータ（不図示）の後部が支持される。

　次に、サブフレーム１１の組立工程について説明する。

　サブフレーム１１のアッパープレート１４、ロアプレート１５およびサスペンション支持部材１３，１３は、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）により接合されて組み立てられる。摩擦攪拌接合は、先端に突起のある円筒状の工具を回転させながら重ね合わせたワークに強く押し付け、工具の突起をワークに貫入して摩擦熱を発生させながら工具の回転力で接合部の周辺を塑性流動させて攪拌することで、重ね合わせたワークを溶接するものである。

　図８は摩擦攪拌接合を行う装置の概略図であって、２台のロボット２５，２５のアーム２５ａ，２５ａの先端に支持したパレット２６にワークであるサブフレーム１１を支持し、位置を固定された受台２７と位置を固定されたツール２８とでワークの被加工部を上下から挟んだ状態で、ロボット２５，２５によりパレット２６を移動させながら接合作業を行うものである。本実施の形態では、サブフレーム１１は車載状態に対して上下反転した姿勢で摩擦攪拌接合が行われる。

　図６はサブフレーム１１の組み立ての第１工程を示すものである。パレット２６上に左右のサスペンション支持部材１３，１３を支持し、その上面にアッパープレート１４を載置する。車載状態のサブフレーム１１は、左右のサスペンション支持部材１３，１３が最も上側にあり、その下方にアッパープレート１４およびロアプレート１５が配置されるが、加工時にはサスペンション支持部材１３が最も下側に配置される。

　サスペンション支持部材１３の車幅方向内縁の上面に、アッパープレート１４の車幅方向外縁を上方から重ね合わせるとき、前側および後側に重ね合わせ部が形成され、その間にアッパープレート１４およびサスペンション支持部材１３が面一に突き合わされる、突き合わせ部ａが形成される。突き合わせ部ａは、図４および図６に鎖線で囲んで示される。前側の重ね合わせ部には３個の第１接合部Ａが形成され、後側の重ね合わせ部には２個の第１接合部Ａが形成される。これら５個の第１接合部Ａ（図３、図５および図６参照）は摩擦攪拌接合により接合されるもので、アッパープレート１４の車幅方向外縁に沿って前後方向に配置される。サスペンション支持部材１３にアッパープレート１４を接合した状態で、前記突き合わせ部ａを除く部分で、アッパープレート１４の車幅方向外縁は、サスペンション支持部材１３に形成した段部１３ｃ（図３、図５および図６参照）に車幅方向内側から対向する。

　図７はサブフレーム１１の組み立ての第２工程を示すものである。第１工程で接合したサスペンション支持部材１３，１３およびアッパープレート１４の上面にロアプレート１５を重ね合わせる。ロアプレート１５の車幅方向外縁の外形は、基本的にアッパープレート１４の車幅方向外縁の外形よりも大きく、前記第１接合部Ａはロアプレート１５により完全に覆い隠されており、アッパープレート１４の前後の一部ｂ（図７参照）だけがロアプレート１５車幅方向外縁からはみ出している。そして前記突き合わせ部ａ（図６参照）の車幅方向外側に、サスペンション支持部材１３にロアプレート１５を摩擦攪拌接合する左右各１箇所の第２接合部Ｂ（図４および図７参照）が設けられる。第２接合部Ｂは、前側の３個の第１接合部Ａと後側の２個の第１接合部Ａとの間に挟まれるように位置している。従って、第１接合部Ａおよび第２接合部Ｂは前後方向に列状に並んでいる。

　ロアプレート１５は、第２接合部Ｂでサスペンション支持部材１３に接合されるだけでなく、左右各２本のボルト２９，３０でサスペンション支持部材１３に締結される。即ち、ロアプレート１５の前部はボルト２９でサスペンション支持部材１３に締結され、またロアプレート１５の後部は、ジョイントホルダ１９をロアプレート１５に固定する３本のボルト３０，３１，３１のうちの１本のボルト３０でサスペンション支持部材１３に共締めされる。

　尚、サブフレーム１１は、左右のジョイントホルダ１９，１９をサスペンション支持部材１３に固定する合計４本のボル３１…と、サスペンション支持部材１３の左右前部を貫通する合計２本のボルト３２，３２とで、車体のフロントサイドフレーム（不図示）の下面に固定される（図１参照）。

　続く第３工程では、図７に示すように、アッパープレート１４と、その上面に重ね合わされたロアプレート１５とが２枚重ねになった部分を、第３接合部Ｃおよび第４接合部Ｄにおいて摩擦攪拌接合により接合する。第３接合部Ｃ（図２および図７参照）は、本体部１２の前縁に沿って車幅方向全域に延びる部分と、本体部１２の後縁に沿って車幅方向全域に延びる部分とであり、この第３接合部Ｃによって本体部１２が閉断面に構成される。第４接合部Ｄ（図４および図７参照）は、本体部１２の中央部の左右各２箇所でアッパープレート１４およびロアプレート１５が接触する部分に配置される。

　仮に、サスペンション支持部材１３にアッパープレート１４およびロアプレート１５を重ね合わせて３枚重ねの状態で摩擦攪拌接合を行おうとすると、充分な接合力が得られないためにサブフレーム１１の強度が不充分になる可能性がある。また、仮に３枚重ねの状態で摩擦攪拌接合を行ったとしても、サスペンション支持部材１３に直接接合されるアッパープレート１４にはサスペンション支持部材１３からの荷重が充分に伝達されるが、サスペンション支持部材１３にアッパープレート１４を介して接合されるロアプレート１５にはサスペンション支持部材１３からの荷重が充分に伝達されないため、サスペンション支持部材１３からの荷重をアッパープレート１４およびロアプレート１５に均等に伝達することができず、サブフレーム１１の強度が低下する問題がある。

　これを回避するために、アッパープレート１４をサスペンション支持部材１３の上面に重ね合わせて２枚重ねの状態で摩擦攪拌接合を行い、続いてロアプレート１５をサスペンション支持部材１３の下面に重ね合わせて２枚重ねの状態で摩擦攪拌接合を行うことが考えられる。しかしながら、その場合には、最初の工程の後でサブフレーム１１の姿勢を上下反転させる必要があるため、作業効率が大幅に低下する問題がある。

　一方、本実施の形態によれば、第１工程でサスペンション支持部材１３の上面にアッパープレート１４を重ね合わせて接合し、第２工程でアッパープレート１４の上面にロアプレート１５を重ね合わせて接合するので、途中でサブフレーム１１の姿勢を上下反転させる必要がなくなって作業効率が大幅に向上する。しかも、アッパープレート１４はサスペンション支持部材１３に直接接合され、ロアプレート１５もサスペンション支持部材１３に直接接合されるため、サスペンション支持部材１３からの荷重をアッパープレート１４およびロアプレート１５に均等に伝達してサブフレーム１１の強度を高めることができる。

　またアッパープレート１４の車幅方向外縁をサスペンション支持部材１３に形成した段部１３ｃに車幅方向内側から外側に向けて対向させたので、サスペンション支持部材１３とアッパープレート１４との間に段差が発生するのを防止して美観を高めることができる。

　また第１接合部Ａおよび第２接合部Ｂと干渉しない第３接合部Ｃおよび第４接合部Ｄでアッパープレート１４およびロアプレート１５を相互に接合して閉断面を構成するので、第１、第２接合部Ａ，Ｂの機能を損なうことなくサブフレーム１１の本体部１２を閉断面化して強度を高めることができる。

　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、実施の形態ではサスペンション支持部材１３、アッパープレート１４およびロアプレート１５の接合に摩擦攪拌接合を用いているが、溶接等の他の接合手段を採用することができる。

　また実施の形態では、アッパープレート１４およびロアプレート１５をサスペンション支持部材１３の下面に接合しているが、それをサスペンション支持部材１３の上面に接合しても良い。

　また実施の形態ではアッパープレート１４だけをサスペンション支持部材１３の段部１３ｃに対向させているが、ロアプレート１５だけを、あるいはアッパープレート１４およびロアプレート１５の両方をサスペンション支持部材１３の段部１３ｃに対向させても良い。

　またロアプレート１５をボルト２９，２９およびボルト３０，３０でサスペンション支持部材１３，１３に結合している部分を、第２接合部Ｂで接合しても良い。

　また実施の形態ではフロントサブフレーム１１を例示したが、本発明はリヤサブフレームに対しても適用することができる。

Claims (4)

1. 　相互に重ね合わされたアッパープレート（１４）およびロアプレート（１５）よりなる本体部（１２）の車幅方向外縁と、前記本体部（１２）の車幅方向両側に配置された一対のサスペンション支持部材（１３）の車幅方向内縁とを、前後方向に延びる接合部で接合した自動車用サブフレームにおいて、
   　前記接合部は、前記サスペンション支持部材（１３）に前記アッパープレート（１４）および前記ロアプレート（１５）の一方を直接重ねて接合する第１接合部（Ａ）と、前記サスペンション支持部材（１３）に前記アッパープレート（１４）および前記ロアプレート（１５）の他方を直接重ねて接合する第２接合部（Ｂ）とからなり、前記第１接合部（Ａ）および前記第２接合部（Ｂ）とは相互に重ならずに車体前後方向に延在することを特徴とする自動車用サブフレーム。
2. 　前記アッパープレート（１４）および前記ロアプレート（１５）のうち、少なくとも前記サスペンション支持部材（１３）に近い側のプレートの車幅方向外縁は、前記サスペンション支持部材（１３）に形成した段部（１３ｃ）に対向することを特徴とする、請求項１に記載の自動車用サブフレーム。
3. 　前記アッパープレート（１４）および前記ロアプレート（１５）の前後縁は車幅方向に延びる第３接合部（Ｃ）で相互に接合されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用サブフレーム。
4. 　前記本体部（１２）は前記アッパープレート（１４）および前記ロアプレート（１５）間に空間を有する中空構造であることを特徴とする、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の自動車用サブフレーム。

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