WO2017065231A1 - 自動車に取り付けられるフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法、および自動車に取り付けられるフレーム構造体 - Google Patents

自動車に取り付けられるフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法、および自動車に取り付けられるフレーム構造体 Download PDF

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徹 橋村
秀人 勝間
康裕 前田
良平 幸重
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a method for joining members constituting a frame structure attached to an automobile, and a frame structure attached to an automobile.
  • vehicle subframe In a vehicle body such as a monocoque type, the vehicle subframe is separated from the upper body (body skeleton) only in the chassis around the undercarriage. It is attached below the body, supports an automobile (vehicle) engine and speed reducer, and supports parts for the suspension are attached to the frame.
  • vehicle sub-frames were mostly made of steel or aluminum alone. Steel subframes are cheaper but heavier than aluminum, and aluminum subframes are lighter but more expensive than steel. Therefore, if a frame structure of dissimilar materials combining steel and aluminum is used, it is considered that there is a portion where the balance between cost and weight can be well balanced.
  • dissimilar metal bonding is required.
  • Patent Document 1 describes a subframe structure formed by joining an iron plate material and an aluminum member.
  • a friction welding method for joining the iron plate material and the aluminum member, a friction welding method (FSW method) is used. It is used.
  • the friction welding method is one of the wire bonding methods.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an automobile frame that can be improved in strength reliability as compared with a conventional joining method and can be joined at a relatively low cost. It is providing the joining method of the members which comprise a structure.
  • the joining method which concerns on 1 aspect of this invention is a joining method of the members which comprise the frame structure attached to a motor vehicle, Comprising: The 2nd formed in the hollow shape in the hole formed in the 1st member A member inserting step of inserting a member, and a caulking joining step of caulking and joining the first member and the second member by expanding an insertion portion of the second member with respect to the first member from the inside thereof It is characterized by providing.
  • the above-mentioned caulking joining is easier to maintain the quality of construction and strength than the friction welding method (FSW method). Moreover, it is advantageous in terms of equipment cost as compared with the friction welding method (FSW method) which requires a large force jig. That is, according to the present invention, strength reliability can be improved as compared with the conventional joining method, and members can be joined at a relatively low cost.
  • the caulking joining step includes an elastic body that inserts an elastic body from an end of the second member and places the elastic body inside the insertion portion of the second member.
  • a body compression step is
  • the construction is easy and the equipment cost is relatively low.
  • the reason for the relatively low equipment cost is that it can be implemented with equipment that applies a compressive force to the elastic body.
  • the method further includes a first member reinforcing step of reinforcing a portion of the first member in which the hole is formed with a reinforcing material, and the first member reinforcing step is performed. After that, it is preferable to carry out the member insertion step. According to this configuration, the strength of the joint can be further increased.
  • the method further includes a second member reinforcing step of reinforcing the insertion portion of the second member with a reinforcing material, and the member inserting step is performed after the second member reinforcing step is performed. It is preferable to implement. According to this configuration, the strength of the joint can be further increased.
  • At least one of the first member and the second member is an assembly member formed by assembling a plurality of members.
  • the members constituting each member can be easily obtained and manufactured, which is advantageous in terms of member costs.
  • the first member is a metal material
  • the second member is a metal material made of a material different from that of the first member
  • the balance between the cost and weight of the frame structure can be adjusted as compared with the case where a single material member is used.
  • the first member and the second member are implemented before the caulking joining step in the caulking joining portion between the first member and the second member. It is preferable to further include a painting step of painting at least one of the members.
  • one embodiment of the present invention is a frame structure that is attached to an automobile.
  • the frame structure includes a first member and a hollow second member inserted into a hole formed in the first member, and the second member is inserted into the first member.
  • the first member and the second member are in a state of caulking and joining, with the portion being expanded from the inside.
  • the above-mentioned caulking joining is easier to maintain the quality of construction and strength than the friction welding method (FSW method). Moreover, it is advantageous in terms of equipment cost as compared with the friction welding method (FSW method) which requires a large force jig. That is, the frame structure according to the present invention has higher strength reliability than the conventional frame structure and can be manufactured at a relatively low cost.
  • At least one of the portion in which the hole is formed in the first member and the insertion portion of the second member is reinforced with a reinforcing material. Preferably it is. According to this configuration, the strength of the joint can be further increased.
  • the first member is a metal material
  • the second member is a metal material made of a material different from that of the first member
  • the balance between the cost and weight of the frame structure can be adjusted as compared with the case where a single material member is used.
  • FIG. 4 It is a perspective view showing the frame structure concerning a 1st embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the joining site
  • FIG. 7 shows the attachment procedure of the reinforcing material to a cross member when a cross member is an assembly member.
  • FIG. 10 shows the attachment procedure of the reinforcing material to a cross member when manufacturing the frame structure shown in FIG.
  • frame structure (frame structure) according to the present invention can be applied to a frame for various uses attached to an automobile, such as an automobile subframe and a ladder frame.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a frame structure 101 according to the first embodiment of the present invention.
  • the frame structure 101 is a cross-shaped structure formed by joining two cross members 1 as first members and two side members 2 as second members.
  • the material of the cross member 1 is, for example, steel, and the material of the side member 2 is, for example, aluminum (or aluminum alloy) (the same applies to other embodiments described later).
  • the cross member 1 is a square tube-shaped hollow member (tube member), and has a hole 1a at the end. In the present embodiment, since the cross member 1 has a square tube shape, two (a pair of) holes 1 a are formed in one end of the cross member 1.
  • the side member 2 is a round tube-shaped hollow member (tube member). The outer diameter of the side member 2 and the inner diameter of the hole 1a are substantially the same.
  • Each member 1 and 2 may be a bent member instead of a straight shape (straight pipe).
  • the members 1 and 2 are not orthogonal to each other, but may intersect at an arbitrary angle.
  • the number of members 1 and 2 is not limited to two.
  • the shape of each member 1 and 2 does not need to be rod-shaped (the same applies to other embodiments described later).
  • the method for joining the cross member 1 and the side member 2 will be described.
  • the side member 2 is inserted into the hole 1a formed in the cross member 1 (member inserting step), and thereafter, the insertion portion A of the side member 2 with respect to the cross member 1 is expanded from the inside thereof, whereby the cross member 1 and the side The member 2 is caulked and joined (caulking joining process).
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for illustrating an example of a method for caulking and joining the cross member 1 and the side member 2 using the rubber 30 as an elastic body, and the side member shown in FIG. 2 and the side member 2 shown in FIGS. 2A and 2B are not matched in length.
  • the side member 2 is long as shown in FIG. 1, for example, the convex portion 22a (small diameter portion) of the receiving seat 22 and the convex portion 23a (small diameter portion) of the indenter 23 are shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the size may be longer than that.
  • the cylindrical rubber 30 is inserted into the side member 2 from the end of the side member 2, and the convex portion 22 a of the receiving seat 22 is inserted into the side member 2, and the insertion portion A of the side member 2 is inserted.
  • the rubber 30 is disposed inside.
  • the convex portion 23 a of the indenter 23 is inserted into the side member 2 from the end of the side member 2.
  • the insertion part A of the side member 2 is strongly pressed against the inner surface of the hole 1a of the cross member 1 and is expanded into a wave shape, whereby the side member 2 and the cross member 1 are strongly joined.
  • the expansion (expansion) of the insertion portion A is not shown (the same applies to other embodiments (FIGS. 3, 6, 9, 12, and 14) described later). .
  • the frame structure 102 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the portion of the cross member 1 in which the hole 1a is formed that is, the cross member 1 side of the joint portion between the cross member 1 and the side member 2 is reinforced with the reinforcing material 3. This is a frame structure.
  • the reinforcing material 3 is formed by joining a pair of reinforcing plates 4 and 5 having a U-shaped cross section.
  • a hole 3 a having the same size as the hole 1 a formed in the cross member 1 is formed in the reinforcing material 3.
  • the reinforcing plates 4 and 5 are joined together by welding or an adhesive.
  • the reinforcing member 3 is inserted from the end of the cross member 1, and after the holes 1a and 3a are aligned, the cross member 1 and the reinforcing member 3 are joined with an adhesive or the like (first member reinforcing step). Thereafter, the cross member 1 and the side member 2 are joined by performing the above-described member insertion step and caulking joining step (not limited to the method using the rubber 30), whereby the frame structure 102 is obtained.
  • FIG. 5 is a perspective view corresponding to FIG. 4 showing a procedure for attaching a reinforcing member to the cross member 1 when the cross member 1 is an assembly member.
  • the cross member 1 shown in FIG. 5 is formed by joining a pair of cross member segments 6 and 7 having a U-shaped cross section.
  • the reinforcing plates 4 and 5 are joined to the inner surfaces of the cross member segments 6 and 7 with an adhesive or the like, and then the cross member segments 6 and 7 are joined together.
  • the cross member segments 6 and 7 are joined together by welding, for example.
  • this may be joined to one of the cross member segments 6 and 7, and then the cross member segments 6 and 7 may be joined together.
  • FIGS. 6 to 8 are diagrams corresponding to FIGS. 3 to 5, respectively, and only differences between the third embodiment and the second embodiment will be described here.
  • the reinforcing member 8 of the present embodiment is a box-shaped reinforcing member having two (one set) holes 8a, and includes a pair of reinforcing plates 9 and 10 formed by bending a plate member. It is formed by joining.
  • the size of the hole 8 a is the same size as the hole 1 a formed in the cross member 1.
  • Reinforcing plates 9 and 10 are reinforcing plates formed by bending not only the part cut out into a semicircular shape but also the other end portions 9a and 10a inside. According to the reinforcing member 8 of the present embodiment, the strength of the joint portion between the cross member 1 and the side member 2 can be increased more than in the case of the reinforcing member 3 of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view corresponding to FIG. 7 showing a procedure for attaching a reinforcing member to the cross member 1 when the cross member 1 is an assembly member.
  • the reinforcing plates 9 and 10 are joined to the inner surfaces of a pair of cross member segments 6 and 7 having a U-shaped cross section with an adhesive or the like, and then the cross member segments 6 and 7 are joined together.
  • the cross member segments 6 and 7 are joined together by welding, for example.
  • the reinforcing plates 9 and 10 may be joined to form the box-shaped reinforcing member 8, which may be joined to one of the cross member segments 6 and 7, and then the cross member segments 6 and 7 may be joined together.
  • FIGS. 9 to 11 are diagrams corresponding to FIGS. 3 to 5, respectively, and only differences between the fourth embodiment and the second embodiment will be described here.
  • the reinforcing material 11 of the present embodiment is a rectangular plate material with holes 11 a, and two reinforcing materials 11 per side of the cross member 1 are the inner surfaces of the cross member 1. It is joined with adhesive.
  • the size of the hole 11 a is the same size as the hole 1 a formed in the cross member 1.
  • the cross member 1 is an assembly member formed by joining the cross member segments 6, 7, a pair of reinforcing plate segments 12, 13 are joined with respect to the reinforcing material 11. Shall be.
  • the reinforcing material 11 shown in FIG. May be joined to one of the cross member segments 6 and 7, and then the cross member segments 6 and 7 may be joined. According to the reinforcing material 11 of the present embodiment, it is easier to manufacture the reinforcing material than in the case of the reinforcing material 3 of the second embodiment.
  • the second to fourth embodiments described above are embodiments in which the portion of the cross member 1 in which the hole 1a is formed, that is, the cross member 1 side of the joint portion between the cross member 1 and the side member 2 is reinforced. It is.
  • the side member 2 side of the joining portion A of the side member 2, that is, the joint portion between the cross member 1 and the side member 2 is reinforced. It is a form.
  • the reinforcing member 14 here is a short tube having the same round tube shape as that of the side member 2, and is inserted inside the side member 2.
  • the reinforcing member 14 is inserted from the end of the side member 2 so that the reinforcing member 14 is located at the intersection (joint portion) between the cross member 1 and the side member 2, and the side member 2 and the reinforcing member 14 are bonded to each other with an adhesive or the like. (Second member reinforcing step). Thereafter, the cross member 1 and the side member 2 are joined by performing the above-described member insertion step and caulking joining step (not limited to the method using the rubber 30), whereby the frame structure 105 is obtained.
  • FIGS. 1-10 A frame structure 106 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the difference between the sixth embodiment and the fifth embodiment is the arrangement of the round tube-shaped reinforcing material in the side member 2.
  • the round tube-shaped reinforcing material 14 is arranged inside the side member 2.
  • the round tube-shaped reinforcing material 15 is arranged outside the side member 2. Is arranged. That is, the reinforcing member 15 is extrapolated to the side member 2.
  • the cross member 1 (first member) is made of steel
  • the side member 2 (second member) is made of aluminum (or aluminum alloy).
  • the material of member 2 was a different metal.
  • this coating is to prevent dissimilar metals from coming into contact with each other, at least a caulking joint portion between the cross member 1 and the side member 2 is coated, and after the coating, the cross member 1 and the side member 2 are coated. And caulking and joining. This is because the coating agent does not enter the contact surface between the members when the caulking is joined before the painting.
  • the joint portion between the cross member 1 and the side member 2 is reinforced with the reinforcing material (3, 8, 11, 14, 15).
  • the reinforcing material 3, 8, 11, 14, 15
  • coating each member so that members made of different metals among the cross member 1, the side member 2, and the reinforcing material (3, 8, 11, 14, 15) do not contact each other. Become.
  • the material of the cross member 1 is steel, and the material of the side member 2 is aluminum (or aluminum alloy).
  • the material of the cross member 1 may be aluminum (or aluminum alloy), the material of the side member 2 may be steel, and the material of both members may be the same metal.
  • the cross member 1 or the side member 2 is an assembly member composed of a plurality of members, the cross member 1 or the side member 2 is constituted by a member in which steel and aluminum (or aluminum alloy) are combined. Also good.
  • the metal material of the cross member 1 and the side member 2 is not limited to steel and aluminum (or aluminum alloy), and other metal materials may be used.
  • a resin material such as FRP (Fiber Reinforced Plastic) or CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) may be used as the material of the cross member 1 and the side member 2.
  • the above embodiment has shown a rectangular tube shape, but instead, a round tube, a rod-shaped member having a U-shaped cross section, or the like may be used as the cross member.
  • a square tube may be used instead of the round tube.
  • the caulking joining process using the rubber 30 is shown.
  • the coil is inserted into the side member 2 (second member), and the insertion portion A of the side member 2 (second member) is expanded from the inside by electromagnetic force generated by passing a current through the coil. It is good also as caulking joining (caulking joining by electromagnetic forming).
  • a metal tube expansion jig is placed in the side member 2 (second member), and the side member 2 (second member) is mechanically moved radially outward.
  • Insertion portion A may be expanded from the inside by caulking (mechanical caulking).
  • the cross member 1 as the first member is an assembly member formed by assembling a plurality of members.
  • the side member 2 as the second member, and the first member Both of the second member and the second member may be an assembly member formed by assembling a plurality of members.
  • the side member 2 is inserted into the hole 1a formed in the cross member 1, and the insertion portion is expanded from the inside.
  • a hole is formed in the side member, It is good also as a structure which inserts a cross member and expands the insertion part from the inner side.

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Abstract

クロスメンバー(1)(第1の部材の例)に形成された孔(1a)に、中空形状に形成されたサイドメンバー(2)(第2の部材の例)を挿入する(部材挿入工程)。クロスメンバー(1)に対するサイドメンバー(2)の挿入部(A)をその内側から拡げることによって、クロスメンバー(1)とサイドメンバー(2)とをかしめ接合する(かしめ接合工程)。

Description

自動車に取り付けられるフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法、および自動車に取り付けられるフレーム構造体
 本発明は、自動車に取り付けられるフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法、および自動車に取り付けられるフレーム構造体に関するものである。
 軽量化による燃費向上や運動性能向上のため、車両をオールアルミ化することが知られている。しかし、オールアルミ化による車両の軽量化は、製品コストの大幅上昇を伴う。コスト上昇を低減した軽量化として、いわゆるマルチマテリアル的な車両の設計製造方法に近年注目が集まり、その様な車が生産され始めている。この設計製造方法では、鋼と、それ以外の軽量化材料、例えばアルミニウム、マグネシウム、FRP(Fiber Reinforced Plastic)、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)を一台の車に複合的に用いる。
 例えば車両のサブフレームは、モノコック型などの自動車車体において、足回りの周囲のシャーシのみが上部のボデー(車体骨格)とは別体となる。ボデーの下方に取り付けられ、自動車(車両)のエンジンや減速機を支え、足回りの支持部品がそのフレームに取り付けられている。従来、車両のサブフレームは、ほとんど鋼もしくはアルミ単体で作られていた。鋼製のサブフレームはアルミ製に比べて低コストだが重く、アルミ製のサブフレームは鋼製より軽いが高コストである。そのため、鋼とアルミを組み合わせた異種材料のフレーム構造体にすれば、コストと重量のバランスがうまく両立できる部分があると考えられる。サブフレームを、部分的にアルミニウム材を用いた構造にしようとした場合、異種金属接合が必要となる。
 異種材料を接合する方法としては、リベット、ボルト、打ち抜きネジなどによる点接合法が多く採用されている。また、比較的強度の高いロウ付けなどの線接合法も考案されている。
 また、特許文献1には、鉄製板材とアルミニウム製部材とを接合してなるサブフレーム構造体が記載されており、鉄製板材とアルミニウム製部材との接合には、摩擦圧接法(FSW法)が用いられている。なお、摩擦圧接法は線接合法の一つである。
特開2014-168805号公報
 車両のサブフレームなど、強度剛性や疲労強度が高いレベルで要求されるフレーム構造体の場合、リベットなどによる点接合法で異種材料を接合すると、接合部位の強度剛性が比較的低くなり、要求される強度剛性や疲労強度に達しないことが予想される。また、ロウ付け・摩擦圧接といった線接合法では、より高い全体的な強度レベルが要求される自動車では要求される強度レベルに達しないことが予想される。
 さらには、摩擦圧接法の場合、専用の設備が必要となってしまう。接合する部材の裏表から大きな摩擦力を圧子に加えて接合するため、大きな加力治具が必要となる。また、接合速度に関しては、早い速度が得られにくい。このため、摩擦圧接法によると、接合コストが大幅に高くならざるを得ない。
 本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の接合方法よりも強度信頼性を高めることができ、且つ、比較的低コストで接合することができる自動車用のフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法を提供することである。
 本発明の一態様に係る接合方法は、自動車に取り付けられるフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法であって、第1の部材に形成された孔に、中空形状に形成された第2の部材を挿入する部材挿入工程と、前記第1の部材に対する前記第2の部材の挿入部をその内側から拡げることによって、前記第1の部材と前記第2の部材とをかしめ接合するかしめ接合工程とを備えることを特徴とする。
 上記したかしめ接合は、施工および強度の品質保持が摩擦圧接法(FSW法)などと比べて容易である。また、大きな加力治具が必要な摩擦圧接法(FSW法)に比べて設備コストの面で有利である。すなわち、本発明によると、従来の接合方法よりも強度信頼性を高めることができ、且つ、比較的低コストで部材同士を接合することができる。
 また本発明の一態様に係る接合方法において、前記かしめ接合工程は、前記第2の部材の端から弾性体を挿入して前記第2の部材の挿入部の内側に弾性体を配置する弾性体配置工程と、前記第2の部材の挿入部の内側に配置した前記弾性体に軸方向から圧縮力を加えて外側に膨らませることによって、前記第2の部材の挿入部をその内側から拡げる弾性体圧縮工程とを備えることが好ましい。
 この構成によると、施工が容易であり、且つ設備コストが比較的低くて済む。設備コストが比較的低くて済むのは、弾性体に圧縮力を付加する設備で実行可能であるからである。
 さらに本発明の一態様に係る接合方法において、前記第1の部材のうちの前記孔が形成された部分を補強材で補強する第1部材補強工程をさらに備え、前記第1部材補強工程を実施した後に前記部材挿入工程を実施することが好ましい。
 この構成によると、接合部の強度をより高めることができる。
 さらに本発明の一態様に係る接合方法において、前記第2の部材の挿入部を補強材で補強する第2部材補強工程をさらに備え、前記第2部材補強工程を実施した後に前記部材挿入工程を実施することが好ましい。
 この構成によると、接合部の強度をより高めることができる。
 さらに本発明の一態様に係る接合方法において、前記第1の部材および前記第2の部材のうちの少なくとも一方が、複数の部材を組み立ててなる組立部材であることが好ましい。
 この構成によると、各部材を構成する部材を入手・製作容易な部材とすることができ、部材コストの面で有利である。
 さらに本発明の一態様に係る接合方法において、前記第1の部材は金属材であり、前記第2の部材は前記第1の部材と異なる材質の金属材であることが好ましい。
 この構成によると、単一の材質の部材を用いる場合に比べて、フレーム構造体のコストと重量のバランスを調整することができる。
 さらに本発明の一態様に係る接合方法において、前記第1の部材と前記第2の部材とのかしめ接合部において、前記かしめ接合工程の前に実施する、前記第1の部材および前記第2の部材のうちの少なくとも一方に塗装を施す塗装工程をさらに備えることが好ましい。
 この構成によると、異種金属が接触していることにより発生する接合部の電食を防止することができる。
 別の観点から、本発明の一態様は、自動車に取り付けられるフレーム構造体でもある。このフレーム構造体は、第1の部材と、前記第1の部材に形成された孔に挿入された中空形状の第2の部材とを備え、前記第1の部材に対する前記第2の部材の挿入部がその内側から拡げられた状態となって、前記第1の部材と前記第2の部材とがかしめ接合の状態となっていることを特徴とする。
 上記したかしめ接合は、施工および強度の品質保持が摩擦圧接法(FSW法)などと比べて容易である。また、大きな加力治具が必要な摩擦圧接法(FSW法)に比べて設備コストの面で有利である。すなわち、本発明にフレーム構造体は、従来のフレーム構造体よりも強度信頼性が高く、且つ、比較的低コストで製造することができるものである。
 また本発明の一態様に係るフレーム構造体において、前記第1の部材のうちの前記孔が形成された部分、および前記第2の部材の挿入部のうちの少なくとも一方が補強材で補強されていることが好ましい。
 この構成によると、接合部の強度をより高めることができる。
 さらに本発明の一態様に係るフレーム構造体において、前記第1の部材は金属材であり、前記第2の部材は前記第1の部材と異なる材質の金属材であることが好ましい。
 この構成によると、単一の材質の部材を用いる場合に比べて、フレーム構造体のコストと重量のバランスを調整することができる。
 本発明の一態様に係る接合方法によれば、従来の接合方法よりも強度信頼性を高めることができ、且つ、比較的低コストで部材同士を接合することができる。
本発明の第1実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。 弾性体を用いたかしめ接合工程のうちの弾性体配置工程を説明するための接合部位の断面図である。 弾性体を用いたかしめ接合工程のうちの弾性体圧縮工程を説明するための接合部位の断面図である。 本発明の第2実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。 図3に示すフレーム構造体を製造するときのクロスメンバーへの補強材の取付手順を示す斜視図である。 クロスメンバーが組立部材であるときのクロスメンバーへの補強材の取付手順を示す図4に相当する斜視図である。 本発明の第3実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。 図6に示すフレーム構造体を製造するときのクロスメンバーへの補強材の取付手順を示す斜視図である。 クロスメンバーが組立部材であるときのクロスメンバーへの補強材の取付手順を示す図7に相当する斜視図である。 本発明の第4実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。 図9に示すフレーム構造体を製造するときのクロスメンバーへの補強材の取付手順を示す斜視図である。 クロスメンバーが組立部材であるときのクロスメンバーへの補強材の取付手順を示す図10に相当する斜視図である。 本発明の第5実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。 図12のB部拡大図である。 本発明の第6実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。 図14のC部拡大図である。
 以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明に係るフレーム構造体(フレーム構造)は、自動車のサブフレーム、ラダーフレームなど、自動車に取り付けられる種々の用途のフレームに適用することができる。
(第1実施形態)
 図1は、本発明の第1実施形態に係るフレーム構造体101を示す斜視図である。フレーム構造体101は、第1の部材としての2本のクロスメンバー1と、第2の部材としての2本のサイドメンバー2とを接合してなる井桁形状の構造体である。
 クロスメンバー1の材質は、例えば、鋼であり、サイドメンバー2の材質は、例えば、アルミニウム(またはアルミニウム合金)である(後述する他の実施形態においても同様)。
 クロスメンバー1は、角管形状の中空の部材(管部材)であり、端部に孔1aがあけられている。本実施形態では、角管形状のクロスメンバー1としているため、クロスメンバー1の端部に、片側当たり2つの(一対の)孔1aがあけられている。サイドメンバー2は、丸管形状の中空の部材(管部材)である。サイドメンバー2の外径寸法と孔1aの内径寸法とはほぼ同じ寸法とされる。
 各メンバー1,2は、ストレート形状(直管)ではなく、曲がった部材であってもよい。また、メンバー1,2同士は直交するのではなく、任意の角度で交差していてもよい。さらには、各メンバー1,2の本数は2本に限られるものでもない。さらには、各メンバー1,2の形状は、棒状である必要もない(後述する他の実施形態においても同様)。
 クロスメンバー1とサイドメンバー2とを接合する方法を説明する。クロスメンバー1に形成された上記孔1aに、サイドメンバー2を挿入し(部材挿入工程)、その後、クロスメンバー1に対するサイドメンバー2の挿入部Aをその内側から拡げることによって、クロスメンバー1とサイドメンバー2とをかしめ接合する(かしめ接合工程)。
 かしめ接合工程の一例について、図2A、図2Bを参照しつつ説明する。なお、図2A、図2Bは、クロスメンバー1とサイドメンバー2とを、弾性体としてのゴム30を用いてかしめ接合するための方法の一例を示すための図であり、図1に示すサイドメンバー2と、図2Aおよび図2Bに示すサイドメンバー2とは、長さの整合はとれていない。図1のようにサイドメンバー2が長い場合には、例えば、受座22の凸部22a(小径部)、および圧子23の凸部23a(小径部)を、図2Aおよび図2Bに示したものよりも長い寸法のものとすればよい。
<弾性体配置工程>
 まず、サイドメンバー2の端から円柱形状のゴム30をサイドメンバー2の中に挿入するとともに、受座22の凸部22aをサイドメンバー2の中に挿入して、サイドメンバー2の挿入部Aの内側にゴム30を配置する。また、圧子23の凸部23aをサイドメンバー2の端からサイドメンバー2の中に挿入する。
<弾性体圧縮工程>
 その後、サイドメンバー2内に圧子23の凸部23aを押し込むことで、サイドメンバー2の挿入部Aの内側に配置したゴム30に軸方向から圧縮力を加えてゴム30を外側に膨らませることによって、サイドメンバー2の挿入部Aをその内側から拡げる。図2Bに示したように、サイドメンバー2の挿入部Aのうちのクロスメンバー1の孔1aの内面と当接する部位は、孔1aの内面に強く押し付けられるもののその変形がクロスメンバー1によって抑えられる。これに対して、サイドメンバー2の挿入部Aのうちの孔1aの軸方向前後の部位は、クロスメンバー1によってその変形が特に拘束されていないため外側に拡がる。この部位に符号2aを付して拡径部位2aとしている。
 サイドメンバー2の挿入部Aがクロスメンバー1の孔1aの内面に強く押し付けられ、且つ波形状に拡管することで、サイドメンバー2とクロスメンバー1とは強く接合される。なお、図1に示すフレーム構造体101では、挿入部Aの拡がり(拡管)の図示は省略している(後述する他の実施形態(図3、6、9、12、14)においても同様)。
(第2実施形態)
 図3~5を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係るフレーム構造体102について説明する。本実施形態のフレーム構造体102は、クロスメンバー1のうちの孔1aが形成された部分、すなわち、クロスメンバー1とサイドメンバー2との接合部のうちのクロスメンバー1側が、補強材3で補強されているフレーム構造体である。
 図4に示すように、補強材3は、断面コ字形状の1組の補強板4,5を接合してなるものである。クロスメンバー1に形成された孔1aと同じ大きさの孔3aが補強材3に形成される。補強板4,5同士は、溶接や接着剤などにより接合される。
 クロスメンバー1の端から補強材3を挿入し、孔1aと孔3aとを合わせてからクロスメンバー1と補強材3とを接着剤などで接合する(第1部材補強工程)。その後、前記した部材挿入工程、かしめ接合工程(ゴム30を用いた方法に限られることはない)を行うことでクロスメンバー1とサイドメンバー2とを接合し、フレーム構造体102とする。
 図5は、クロスメンバー1が組立部材であるときのクロスメンバー1への補強材の取付手順を示す図4に相当する斜視図である。図5に示すクロスメンバー1は、断面コ字形状の1組のクロスメンバーセグメント6,7を接合してなるものである。
 クロスメンバーセグメント6,7の内面に、補強板4,5を接着剤などで接合し、その後、クロスメンバーセグメント6,7同士を接合する。クロスメンバーセグメント6,7同士は、例えば溶接により接合される。なお、補強板4,5を接合して角筒形状の補強材3としてから、これをクロスメンバーセグメント6,7の一方に接合し、その後、クロスメンバーセグメント6,7同士を接合してもよい。
(第3実施形態)
 図6~8を参照しつつ、本発明の第3実施形態に係るフレーム構造体103について説明する。第3実施形態と第2実施形態との相違点は、クロスメンバー1に設けた補強材の構成である。図6~8は、それぞれ、図3~5に対応する図であり、ここでは、第3実施形態と第2実施形態との相違点についてのみ記載する。
 図7に示すように、本実施形態の補強材8は、2つの(1組の)孔8aを有する箱形状の補強材であって、板材を折り曲げてなる1組の補強板9,10を接合してなるものである。孔8aの大きさは、クロスメンバー1に形成された孔1aと同じ大きさである。
 補強板9,10は、半円形状に切か欠かれた部分だけでなく、もう一方の両端部9a,10aも内側に折り曲げられてなる補強板である。本実施形態の補強材8によると、第2実施形態の補強材3の場合よりも、クロスメンバー1とサイドメンバー2との接合部の強度をより高めることができる。
 図8は、クロスメンバー1が組立部材であるときのクロスメンバー1への補強材の取付手順を示す図7に相当する斜視図である。断面コ字形状の1組のクロスメンバーセグメント6,7の内面に、補強板9,10を接着剤などで接合し、その後、クロスメンバーセグメント6,7同士を接合する。クロスメンバーセグメント6,7同士は、例えば溶接により接合される。なお、補強板9,10を接合して箱形状の補強材8としてから、これをクロスメンバーセグメント6,7の一方に接合し、その後、クロスメンバーセグメント6,7同士を接合してもよい。
(第4実施形態)
 図9~11を参照しつつ、本発明の第4実施形態に係るフレーム構造体104について説明する。第4実施形態と第2実施形態との相違点は、クロスメンバー1に設けた補強材の構成である。図9~11は、それぞれ、図3~5に対応する図であり、ここでは、第4実施形態と第2実施形態との相違点についてのみ記載する。
 図9,10に示すように、本実施形態の補強材11は、四角形の板材に孔11aをあけたものであり、クロスメンバー1の片側当たり2枚の補強材11が、クロスメンバー1の内面に接着剤などで接合される。孔11aの大きさは、クロスメンバー1に形成された孔1aと同じ大きさである。
 図11に示すように、クロスメンバー1がクロスメンバーセグメント6,7同士を接合してなる組立部材である場合には、補強材11に関しても、1組の補強板セグメント12,13を接合してなるものとする。なお、この場合、補強板セグメント12,13というように補強板を分割タイプのものにすることに代えて、図10に示した分割形成していない補強材11(四角形の板材に孔をあけたもの)を、クロスメンバーセグメント6,7の一方に接合しておき、その後、クロスメンバーセグメント6,7を接合するようにしてもよい。本実施形態の補強材11によると、第2実施形態の補強材3の場合よりも、補強材の製作が容易である。
(第5実施形態)
 図12、13を参照しつつ、本発明の第5実施形態に係るフレーム構造体105について説明する。
 前記した第2~第4実施形態は、クロスメンバー1のうちの孔1aが形成された部分、すなわち、クロスメンバー1とサイドメンバー2との接合部のうちのクロスメンバー1側を補強した実施形態である。これに対して、第5実施形態および後述する第6実施形態は、サイドメンバー2の挿入部A、すなわち、クロスメンバー1とサイドメンバー2との接合部のうちのサイドメンバー2側を補強した実施形態である。
 図12に示すように、ここでの補強材14は、サイドメンバー2と同じ丸管形状の短管であり、サイドメンバー2の内側に挿入される。
 クロスメンバー1とサイドメンバー2との交差部(接合部)に補強材14が位置するように、サイドメンバー2の端から補強材14を挿入し、サイドメンバー2と補強材14とを接着剤などで接合する(第2部材補強工程)。その後、前記した部材挿入工程、かしめ接合工程(ゴム30を用いた方法に限られることはない)を行うことでクロスメンバー1とサイドメンバー2とを接合し、フレーム構造体105とする。
(第6実施形態)
 図14、15を参照しつつ、本発明の第6実施形態に係るフレーム構造体106について説明する。第6実施形態と第5実施形態との相違点は、サイドメンバー2における丸管形状の補強材の配置である。第5実施形態では、サイドメンバー2の内側に丸管形状の補強材14を配置しているが、第6実施形態では、これに代えて、サイドメンバー2の外側に丸管形状の補強材15を配置している。すなわち、サイドメンバー2に補強材15を外挿している。
(その他の実施形態)
 前記した実施形態において、例示として、クロスメンバー1(第1の部材)の材質が鋼、サイドメンバー2(第2の部材)の材質がアルミニウム(またはアルミニウム合金)というように、クロスメンバー1およびサイドメンバー2の材質を異なる金属とした。この場合、異種金属が接触していることにより発生する電食を防止するために、クロスメンバー1およびサイドメンバー2のうちの少なくとも一方に塗装を施すことが好ましい。なお、この塗装は、異種金属が接触しないようにするためであるので、クロスメンバー1とサイドメンバー2との少なくともかしめ接合部に塗装を施し、塗装を施した後に、クロスメンバー1とサイドメンバー2とをかしめ接合する。塗装よりも前にかしめ接合すると、部材同士の接触面に塗装剤が入り込まないからである。
 なお、前記した第2~第6実施形態では、クロスメンバー1とサイドメンバー2との接合部を補強材(3、8、11、14、15)で補強している。この場合は、クロスメンバー1、サイドメンバー2、および補強材(3、8、11、14、15)のうちの異種金属とされた部材同士が接触しないように、各部材に塗装を施すこととなる。同一種の金属材を用いる場合は、電食の懸念が特にないため塗装を省略してもよい。
(変形例)
 上記した実施形態では、クロスメンバー1の材質が鋼、サイドメンバー2の材質がアルミニウム(またはアルミニウム合金)とした。これに代えて、クロスメンバー1の材質をアルミニウム(またはアルミニウム合金)、サイドメンバー2の材質を鋼としてもよいし、両メンバーの材質を同じ金属としてもよい。また、クロスメンバー1やサイドメンバー2を、複数の部材からなる組立部材とした場合には、鋼とアルミニウム(またはアルミニウム合金)とを組み合わせた部材で、クロスメンバー1やサイドメンバー2を構成してもよい。また、クロスメンバー1、サイドメンバー2の金属材は、鋼、アルミニウム(またはアルミニウム合金)に限定されるものではなく、その他の金属材を用いてもよい。さらには、FRP(Fiber Reinforced Plastic)、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)といった樹脂材をクロスメンバー1、サイドメンバー2の材料として用いてもよい。
 また、クロスメンバー1の形状に関し、上記した実施形態では角管形状のものを示したが、これに代えて、丸管、コの字断面の棒状部材などをクロスメンバーとして用いてもよい。サイドメンバー2に関しては、丸管に代えて角管を用いてもよい。
 上記した実施形態では、ゴム30(弾性体)を用いたかしめ接合工程を示した。これに代えて、サイドメンバー2(第2の部材)の中にコイルをいれ、コイルに電流を流すことで生じる電磁力で、サイドメンバー2(第2の部材)の挿入部Aを内側から拡げるかしめ接合(電磁成形によるかしめ接合)としてもよい。また、サイドメンバー2(第2の部材)の中に、金属の拡管用治具をいれ、この拡管用治具を機械的に径方向外側へ移動させることで、サイドメンバー2(第2の部材)の挿入部Aを内側から拡げるかしめ接合(メカニカルかしめ接合)としてもよい。
 また上記した実施形態では、第1の部材としてのクロスメンバー1が、複数の部材を組み立ててなる組立部材である場合を示したが、第2の部材としてのサイドメンバー2、および第1の部材および第2の部材の両方が、複数の部材を組み立ててなる組立部材であってもよい。
 また上記した実施形態では、クロスメンバー1にあけた孔1aにサイドメンバー2を挿入して、その挿入部を内側から拡げているが、これに代えて、サイドメンバーに孔をあけ、この孔にクロスメンバーを挿入して、その挿入部を内側から拡げるという構造としてもよい。
 その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。
 1:クロスメンバー(第1の部材)
 1a:孔
 2:サイドメンバー(第2の部材)
 A:挿入部
 3、8、11、14、15:補強材
 101~106:フレーム構造体

Claims (10)

  1.  自動車に取り付けられるフレーム構造体を構成する部材同士の接合方法であって、
     第1の部材に形成された孔に、中空形状に形成された第2の部材を挿入する部材挿入工程と、
     前記第1の部材に対する前記第2の部材の挿入部をその内側から拡げることによって、前記第1の部材と前記第2の部材とをかしめ接合するかしめ接合工程と、
     を備える、接合方法。
  2.  請求項1に記載の接合方法において、
     前記かしめ接合工程は、
     前記第2の部材の端から弾性体を挿入して前記第2の部材の挿入部の内側に弾性体を配置する弾性体配置工程と、
     前記第2の部材の挿入部の内側に配置した前記弾性体に軸方向から圧縮力を加えて外側に膨らませることによって、前記第2の部材の挿入部をその内側から拡げる弾性体圧縮工程と、
     を備える、接合方法。
  3.  請求項1に記載の接合方法において、
     前記第1の部材のうちの前記孔が形成された部分を補強材で補強する第1部材補強工程をさらに備え、
     前記第1部材補強工程を実施した後に前記部材挿入工程を実施する、接合方法。
  4.  請求項1に記載の接合方法において、
     前記第2の部材の挿入部を補強材で補強する第2部材補強工程をさらに備え、
     前記第2部材補強工程を実施した後に前記部材挿入工程を実施する、接合方法。
  5.  請求項1に記載の接合方法において、
     前記第1の部材および前記第2の部材のうちの少なくとも一方が、複数の部材を組み立ててなる組立部材である、接合方法。
  6.  請求項1~5のいずれかに記載の接合方法において、
     前記第1の部材は金属材であり、前記第2の部材は前記第1の部材と異なる材質の金属材である、接合方法。
  7.  請求項6に記載の接合方法において、
     前記第1の部材と前記第2の部材とのかしめ接合部において、前記かしめ接合工程の前に実施する、前記第1の部材および前記第2の部材のうちの少なくとも一方に塗装を施す塗装工程をさらに備える、接合方法。
  8.  自動車に取り付けられるフレーム構造体であって、
     第1の部材と、
     前記第1の部材に形成された孔に挿入された中空形状の第2の部材と、
     を備え、
     前記第1の部材に対する前記第2の部材の挿入部がその内側から拡げられた状態となって、前記第1の部材と前記第2の部材とがかしめ接合の状態となっている、フレーム構造体。
  9.  請求項8に記載のフレーム構造体において、
     前記第1の部材のうちの前記孔が形成された部分、および前記第2の部材の挿入部のうちの少なくとも一方が補強材で補強されている、フレーム構造体。
  10.  請求項8または9に記載のフレーム構造体において、
     前記第1の部材は金属材であり、前記第2の部材は前記第1の部材と異なる材質の金属材である、フレーム構造体。
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