JP2012121377A - フレーム部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 極めて高い剛性と、軽量な構造のものを、薄い板材を用いて、残留歪が生じることなく、容易かつ安価に成形できるようにしたフレーム部材とその製造方法を提供する。
【解決手段】 一対の対向する平板からなる側板１１と、側板１１の端部に側端部が接続された頂板１２とを有し、側板１１と頂板１２との角部に補強部Ｒが設けられた長尺なフレーム部材１０であり、補強部Ｒを、側板１１を面方向に延設した延設部１５と、延設部１５の先端部と頂板１２の側端部とを連結する連結板１６と、を有する耳状突部１７とし、平板材Ｂを折り曲げ成形することにより形成したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、車両のサスペンションなどを構成するフレーム部材とその製造方法に関する。

例えば、車両のフロントサスペンションに設けられたサブフレームは、概して、車体の前後方向に伸びるサイドメンバー部材と、車体の左右方向に伸びるクロスメンバー部材と、車体連結部などから構成されている。サイドメンバー部材は、左右のサスペンションアームを介して前輪と連結され、車体連結部がインシュレータ取付部を介して車体と連結される。

したがって、車体に連結されたサブフレームには、前輪から、前後、左右及び上下の方向の力が作用することになり、このような力やモーメントに対抗するために十分な剛性を有するものでなければならず、軽量であることが要請される。

このようなサブフレームを構成するサイドメンバー部材やクロスメンバー部材は、従来から、軸直角断面が、コ字状、ハット状あるいは閉断面構造のものが使用されているが、例えば、閉断面構造のものとしては、下記特許文献１及び特許文献２に開示されているフレーム部材がある。これら公報に開示されたフレーム部材は、矩形状をした軸直角断面の角部に補強部を設けたものである。特許文献１の補強部は、角部の肉厚を溶接により増肉することにより形成し、特許文献２の補強部は、角部の肉厚を加圧成形により増肉することにより形成している。

特開２００３−１１２２６０号公報 特開２００７−１７５７６５号公報

しかし、前者のように、溶接により角部の肉厚を増加させることは、作業環境的に好ましくなく、生産性も低下し、量産製品には適しない。また、後者のように、加圧成形により角部の肉厚を増加させると、生産性の低下はある程度防止できるが、容易に厚肉化が可能な材料、つまり余肉を有するものを使用しなければならず、全体的な重量が増大するおそれがあり、サスペンションの軽量化を図る上からは好ましくない。また、材料自体を圧縮変形させて角部を肉厚にするので、成形品に残留歪が生じる可能性もある。

特に、サブフレームは、長尺なフレーム部材を相互に連結したり、場合によっては、各フレーム部材自体に凹凸を設けてさらに剛性を高めたり、あるいは他の部材を取り付ける場を形成することもある。しかし、一部を厚肉にしたフレーム部材であれば、このような成形が容易でなく、面倒になるおそれがある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたもので、極めて高い剛性と、軽量な構造のものを、薄い板材を用いて、残留歪が生じることなく、容易かつ安価に成形できるフレーム部材とその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るフレーム部材は、一対の側板に頂板が接続された軸線方向に長尺なフレーム部材の前記側板と頂板との角部に設ける補強部を、前記側板を面方向に延設した延設部と、当該延設部の先端部と前記頂板の側端部とを連結する連結板と、を有し、前記頂板の表面より外方に突出した耳状突部により構成し、当該耳状突部を板材の折り曲げにより形成することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係るフレーム部材の製造方法は、一対の側板に頂板が接続された軸線方向に長尺なフレーム部材の前記側板と頂板との角部に設ける補強部を、前記側板を面方向に延設した延設部と、当該延設部の先端部と前記頂板の側端部とを連結する連結板と、を有し、前記頂板の表面より外方に突出した耳状突部により構成したフレーム部材の製造方法であって、相対的に近接離間する一対の型間に配置した平板材をフォーム成形し、前記頂板の両側端部に、前記軸線に沿うように伸延する前記連結板を形成するフォーム成形工程と、前記連結板の頂部から前記側板とのなす角が鋭角になるように折り曲げられた傾斜板を形成する折り曲げ工程と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明では、側板と頂板からなるフレーム部材の角部に形成される補強部を、前記フレーム部材を構成する板材を折り曲げ、前記側板を面方向に延設した延設部と、当該延設部の先端部と前記頂板と連結する連結板と、を有する耳状突部により形成したので、成形時に残留歪が生じることがなく、全長にわたり均一な極めて高い剛性を有する、軽量で安価なフレーム部材となる。

請求項２の発明では、前記両側板の反頂板側端部に外方に突出するフランジ板を設け、フレーム部材を軸直角断面ハット状としたので、前記各側板の上端に前記補強部を有し、下端にフランジ板を有するものとなり、高い剛性がさらに高まり、軽量で安価なフレーム部材となる。

請求項３の発明では、前記フランジ板間を連結する補強板を設け、軸直角断面を閉断面構造としたので、前項の効果に加え、高い剛性がさらに高まる。

請求項４の発明では、延設部と連結板の傾斜角が鋭角の耳状突部としたので、耳状突部は、いわば三角形状となり、極めて高い剛性を有し、簡単な構成であるため成形が容易となる。

請求項５の発明では、前記延設部を前記連結板に密着させた耳状突部としたので、極めて高い剛性のフレーム部材を容易に成形でき、フレーム部材自体もコンパクトになる。

請求項６の発明では、屈曲部を有する耳状突部としたので、耳状突部自体の高い剛性がさらに高まり、この結果、フレーム部材全体の剛性を高めることができる。

請求項７の発明では、複数の屈曲部を有する耳状突部としたので、耳状突部自体の高い剛性がさらに高まり、フレーム部材全体の剛性をさらに高めることができる。

請求項８の発明では、前記耳状突部を有するフレーム部材の製造方法であって、相対的に近接離間する一対の型間に配置した平板材をフォーム成形し、前記頂板の両側端部に、前記軸線に沿うように伸延する前記連結板を形成するフォーム成形工程と、前記連結板の頂部から前記側板とのなす角が鋭角になるように折り曲げられた傾斜板を形成する折り曲げ工程と、からなる方法であるため、前記補強部をプレス型により簡単に成形でき、コスト的にも極めて有利となる。

請求項９の発明では、さらに前記傾斜板を前記連結板に近接させる加圧成形工程により前記側板及び延設部を一体的に形成するので、板材を折り曲げることにより補強部を有するフレーム部材を簡単に製造できる。

フロントサスペンションのサブフレームを示す概略斜視図である。 本発明に係るフレーム部材の第１実施形態を示す、図１の２−２線に沿う断面図である。 同第１実施形態の第１変形例を示す断面図である。 同第１実施形態の第２変形例を示す断面図である。 同フレーム部材の第２実施形態を示す断面図である。 （Ａ）は同第２実施形態の第１変形例を示す断面図、（Ｂ）同第２実施形態の第２変形例を示す断面図である。 本発明に係るフレーム部材のプレス成形前の状態を示す概略縦断面図である。 図７の８−８線に沿う概略断面図である。 第１実施形態のフレーム部材のプレス成形時の状態を示す概略縦断面図である。 第１実施形態のハット状断面のフレーム部材のプレス成形時の状態を示す概略縦断面図である。 第１実施形態のフレーム部材の加圧成形時の状態を示す概略縦断面図である。 第２実施形態のフレーム部材の加圧成形時の状態を示す概略縦断面図である。 第２実施形態のフレーム部材の屈曲部成形時の状態を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

例えば、車両のフロントサスペンションは、左右の車輪間に位置するサブフレームを有している。サブフレーム１は、図１に示すように、車両の車幅方向に伸延するクロスメンバー２や、車両の前後方向に伸延するサイドメンバー３などを有し、車体連結部材（図示せず）を介して車体側と連結される。

このようなクロスメンバー２やサイドメンバー３は、いずれも薄い平板材（例えば、板厚ｔが１．６ｍｍ〜３．２ｍｍ）を軸直角断面がコ字状、ハット状あるいは閉断面構造に成形したフレーム部材１０が使用される。
＜第１実施形態＞
本実施形態のフレーム部材１０は、図２に示すように、概して、一対の対向する平板からなる側板１１と、側板１１の上端部に側端部が接続された頂板１２と、を有し、側板１１と頂板１２との角部に補強部Ｒが設けられた、軸直角断面が略Ｍ状をした、軸線方向に長尺なものである。

補強部Ｒは、側板１１を面方向に延設した延設部１５と、延設部１５の先端部と頂板１２の側端部とを連結する連結板１６とからなり、頂板１２の表面より外方（上方）に突出した耳状突部１７であり、フレーム部材１０の軸線方向全長に渡って形成されている。

耳状突部１７は、軸直角断面が三角形状をしており、延設部１５の先端部と頂板１２の側端部とを連結する連結板１６が、側板１１あるいは延設部１５に対し鋭角の傾斜角θを有している。このようにすれば、耳状突部１７は三角形状であるため、補強部Ｒ自体が極めて高い剛性を発揮し、しかも、軸線方向全長に渡って均一な剛性を有することになる。また、この耳状突部は、簡単な構成であるため、折り曲げ成形により容易に成形できる。

図３は、第１実施形態の第１変形例を示す断面図である。なお、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。以下同様。

図３に示す本実施形態のフレーム部材１０は、側板１１の反頂板側の端部にフランジ板１３を設けたものである。このようにすれば、フランジ板１３のないＭ状のフレーム部材１０よりも高い剛性を有するものとなる。

また、フランジ板１３の下面に、フランジ板１３間を連結する補強板１４（一点鎖線で示す）を溶接などの固着手段により取り付け、閉断面構造としても良い。このようにすれば、さらに高い剛性を有するものとなる。

図４は、第１実施形態の第２変形例を示す断面図である。本実施形態のフレーム部材１０は、側板１１と頂板１２が直交配置となるように構成したものである。このようにすれば、上方から荷重が作用した場合に側板１１の耐荷重性が向上し、下方に向かって広がり状態となる図２に示す略Ｍ状のフレーム部材１０よりも高い剛性を有するものとなる。なお、本変形例においても、側板１１にフランジ板１３や補強板１４を設ければ、より高い剛性を有するものとなる。
＜第２実施形態＞
図５は、フレーム部材の第２実施形態を示す断面図である。本実施形態のフレーム部材１０は、側板１１と頂板１２との角部に設けられている補強部Ｒを、延設部１５と連結板１６を相互に密着して、いわばビード状に伸延するビード状突部１８とし、側板１１と頂板１２が直交配置としたものである。なお、補強部Ｒは、頂板１２などとのなす角度が略直角となることが好ましいが、これのみに限定されるものではなく、多少内方あるいは外方に傾斜してもよいことはいうまでもない。

このように形成されたビード状突部１８は、フレーム部材１０の両角部において細い線状を呈し、外方に膨出しないので、フレーム部材自体がコンパクトなものとなる。また、側板１１、頂板１２及びビード状突部１８が直交する配置状態であり、しかも、延設部１５と連結板１６という２枚の板材が重合されたビード状突部１８がフレーム部材１０の軸線方向に全長にわたって伸延しているので、フレーム部材１０成形時には、全体形状の寸法精度なども出し易く、このフレーム部材１０を用いてサスペンションなどを成形する場合には、その強度計算などが容易になり、設計通りの製品を容易に製造することができる。

なお、本実施形態においても、側板１１にフランジ板１３や補強板１４を設ければ、より高い剛性を有するものとなる。

図６（Ａ）は、第２実施形態の第１変形例を示す断面図である。本変形例の補強部Ｒは、延設部１５と連結板１６が相互に密着した状態のビード状突部１８を上下方向中央で略直角に外方に向かって屈曲させた屈曲突部１９としたものである。屈曲突部１９は、外方屈曲のみでなく、内方屈曲であってもよく、また、側板１１に対する屈曲突部１９の屈曲角αは、直角のみでなく鋭角あるいは鈍角であってもよい。

このようにすれば、直状に上方突出するビード状突部１８よりも多少外方に膨出するが、屈曲部分を有しているので、補強部Ｒやフレーム部材が極めて高い剛性を有するものとなる。

図６（Ｂ）は、第２実施形態の第２変形例を示す断面図である。本変形例の補強部Ｒは、ビード状突部１８を略直角に内方に向かって複数回直角に屈曲させた屈曲突部１９Ａである。本変形例の場合も屈曲部は、内方屈曲のみでなく、外方屈曲であってもよく、また、屈曲は、直角に複数回行うのみでなく、円弧状に丸めてもよい。

このようにすれば、第１変形例よりもさらに剛性が高まり、フレーム部材全体の剛性をさらに高めることができ、成形も比較的容易である。

次に、本実施形態のフレーム部材の製造について説明する。

図７はフレーム部材のプレス成形前の状態を示す概略縦断面図、図８は図７の８−８線に沿う概略断面図、図９は第１実施形態のフレーム部材のプレス成形時の状態を示す概略縦断面図である。

例えば、第１実施形態の略Ｍ状をしたフレーム部材１０を製造するに当っては、まず、図７、８に示すような、プレス装置を準備する。なお、図では、成形用の平板材は、簡単のため線のみで示す。このプレス装置は、中央の第１上型３１、第１上型３１の両側部に設けられた第２上型３２からなる上型３３と、中央の第１下型３４、第１下型３４の側部に設けられた第２下型３５からなる下型３６と、を有し、それぞれが独立に昇降作動するようになっている。

第１上型３１は、フレーム部材の溝巾に相当する横幅Ｗ（図７参照）、フレーム部材の略全長に対応する長さＬ（図８参照）を有する平坦な下面部３１ａと、下面部３１ａの両側に形成された斜面部３１ｂと、を有している。第２上型３２は、第１上型３１側に斜面部３２ａが形成され、斜面部３１ｂ、３２ａにより連結板１６と側板１１あるいは延設部１５が傾斜角θを形成するようになっている。

一方、第１下型３４は、平坦な上面部３４ａと、上面部３４ａの両側に形成された、第１上型３１の斜面部３１ｂに対応する斜面部３４ｂが設けられている。第２下型３５は、第２上型３２の斜面部３２ａに対応する斜面部３５ａが形成されている。

この上型３３と下型３６は、平坦な下面部３１ａと上面部３４ａとにより頂板１２を、斜面部３１ｂと斜面部３４ｂとにより連結板１６を、斜面部３２ａと斜面部３５ａとにより延設部１５及び側板１１を形成する。
＜成形準備工程＞
プレスを開始する場合には、まず、図７に示すように、上型３３と下型３６との間に、帯状をした所定長の平板材Ｂを挿入しセットする。
＜フォーム成形工程＞
次に、第１上型３１を下降し、図９に示すように、平板材Ｂを第１下型３４の上面部３４ａと斜面部３４ｂにより形成された溝状凹部内に押し込むようにフォーム成形する。このフォーム成形により平板材Ｂには、頂板１２と連結板１６が形成される。
＜折り曲げ成形工程＞
次に、第２上型３２を下降し、図９に示すように、その斜面部３２ａと第２下型３５の斜面部３５ａとにより平板材Ｂに形成された連結板１６の外縁部分を折り曲げ成形し、この連結板１６に続く延設部１５と、この延設部１５に続く側板１１を同時に折り曲げ成形する。

この折り曲げ成形により連結板１６と延設部１５が傾斜角θを有する略Ｍ状をしたフレーム部材１０を製造することができる。

ただし、図３に示すフランジ板１３を有するフレーム部材１０を製造する場合には、図１０に示すように、上型３３は、第２上型３２の形状を変更し、下面にフランジ板１３形成用の下面３２ｂを設け、下型３６は、第２下型３５の側部にブロック状の第３下型３７を設けたものを使用する。

このようなプレス装置であれば、第２上型３２を下降して延設部１５及び側板１１を折り曲げ成形する場合に、第２上型３２の下面３２ｂと第３下型３７とにより平板材の両側端部にフランジ板１３も同時に折り曲げ成形することができる。
＜加圧成形工程＞
図４に示すような、側板１１と頂板１２が直交配置のフレーム部材１０を製造するに当っては、上述のようにして略Ｍ状のフレーム部材１０を製造した後、加圧成形工程を施すことが好ましい。

略Ｍ状のフレーム部材１０を製造した後において、図１１に示すように、第２下型３５と第３下型３７を第１下型３４の側部より退避させると共に、第２上型３２も退避させ、第１上型３１と第１下型３４のみにより、頂板１２、連結板１６、延設部１５及び側板１１が折り曲げ成形された平板材Ｂを保持した状態とする。そして、側板１１を、白抜き矢印で示すように側方から第１下型３４の側面に向かって加圧すると、図４に示すフレーム部材１０を成形することができる。

図５に示すような、ビード状突部１８を有するフレーム部材１０を製造するに当っては、前述したように略Ｍ状のフレーム部材１０を製造した後、これを、図１２に示すような、斜面部３１ｂのないブロック状の第１上型３１１と、斜面部３４ｂのないブロック状の下型３４１からなるプレス装置にセットする。

そして、白抜き矢印で示すように側方から上型３１１や下型３４１の側面に向かって加圧すると、連結板１６と延設部１５が相互に密着したビード状突部１８のフレーム部材１０を成形することができる。

また、屈曲突部１９や複数回屈曲させた屈曲突部１９Ａを有するフレーム部材１０を成形するには、前述のようにしてビード状突部１８が形成されたフレーム部材１０を使用し、このビード状突部１８を屈曲させることにより行う。

この場合は、例えば、図１３に示すような、プレス装置を使用する。このプレス装置は、一対のビード状突部１８を変形させるテーパ面４０が形成された第１加圧上型４１、及び、第１加圧上型４１の側部に設けられた第２加圧上型４２からなる上型４３と、頂板１２が載置される第１下型４４、及び、側板１１を第１下型４４との間で保持する第２下型４５からなる下型４６と、を有している。そして、第２下型４５の上面４５ａがビード状突部１８の高さ方向中間位置に対応する位置となるようにする。そして、フレーム部材１０を第１下型４４と第２下型４５により保持した状態で、第１加圧上型４１のテーパ面４０と第２下型４５の上面４５ａにおける角部とにより一対のビード状突部１８を変形させる。

しかし、このような変形によっても、一対のビード状突部１８は、テーパ面４０の傾斜状態に対応した傾斜（約４５度）となる程度の変形状態であるが、これを直角まで変形させるには、第２加圧上型４２を下降し、第２下型４５との間で、ビード状突部１８の上半部を加圧し、約４５度傾斜状態からさらに変形させ、屈曲突部１９を形成する。

なお、屈曲突部１９の形成に当っては、必ずしもプレス型を使用することはなく、ローラを用いて屈曲突部１９を形成することもできる。このようなロールを使用すれば、フレーム部材１０を流れ作業により生産でき、大量生産する場合には好ましいものとなる。

また、複数回屈曲させた屈曲突部１９Ａを形成する場合は、前述したプレス装置において、第２下型４５の上面４５ａの高さ位置を適宜調節し、第１加圧上型４１のテーパ面４０と第２下型における角部とによりビード状突部１８を複数回屈曲変形させればよい。

本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、上述した実施形態のフレーム部材は、車両のフロントサスペンションに設けられたサブフレームに適用される場合について説明したが、本発明は、これのみに限定されるものでなく、種々の機構の構成部品として使用する元ができるものである。

本発明は、例えば、車両のサスペンションに使用されるサブフレームに好適に利用できる。

１０…フレーム部材、
１１…側板、
１２…頂板、
１３…フランジ板、
１４…補強板、
１５…延設部、
１６‥連結板、
１７…耳状突部、
１９…屈曲部、
Ｂ…平板材、
Ｒ…補強部、
θ‥傾斜角。

Claims (9)

1. 一対の対向する平板からなる側板と、当該側板の端部に側端部が接続された頂板とを有し、前記側板と頂板との角部に補強部が設けられた、軸線方向に長尺なフレーム部材であって、
   前記補強部は、前記側板を面方向に延設した延設部と、当該延設部の先端部と前記頂板の側端部とを連結する連結板と、を有し、前記頂板の表面より外方に突出した耳状突部により構成され、当該耳状突部を、前記フレーム部材を構成する平板材を折り曲げ成形することにより形成したことを特徴とするフレーム部材。
2. 前記フレーム部材は、前記両側板の反頂板側となる端部に外方に突出するフランジ板を有する、軸直角断面ハット状としたことを特徴とする請求項１に記載のフレーム部材。
3. 前記フレーム部材は、前記フランジ板間を連結する補強板を有し、軸直角断面を閉断面構造としたことを特徴とする請求項２に記載のフレーム部材。
4. 前記耳状突部は、前記延設部の先端部に連結された前記連結板の前記延設部に対する傾斜角が鋭角となるように連結したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフレーム部材。
5. 前記耳状突部は、前記延設部と前記連結板とを相互に密着させて形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフレーム部材。
6. 前記耳状突部は、前記密着させた状態の前記延設部と連結板を屈曲させることにより形成した屈曲部を有することを特徴とする請求項５に記載のフレーム部材。
7. 前記屈曲部は、前記延設部と前記連結板を複数回屈曲させて形成したことを特徴とする請求項６に記載のフレーム部材。
8. 一対の対向する平板からなる側板と、当該側板の端部に側端部が接続された頂板とを有する軸線方向に長尺なフレーム部材の前記側板と頂板との角部に、前記側板を面方向に延設した延設部と、当該延設部の先端部と前記頂板の側端部とを連結する連結板と、を有し、前記頂板の表面より外方に突出した耳状突部より構成してなる補強部を設けたフレーム部材の製造方法であって、
   相対的に近接離間する一対の型間に配置した平板材をフォーム成形し、前記頂板の両側端部に、前記軸線に沿うように伸延する前記連結板を形成するフォーム成形工程と、
   前記連結板の頂部から前記側板とのなす角が鋭角になるように折り曲げられた傾斜板を形成する折り曲げ工程と、を有するフレーム部材の製造方法。
9. 前記フレーム部材の製造方法は、さらに前記傾斜板が前記連結板に近接するように変形させる加圧成形工程を有し、当該傾斜板の変形により前記側板及び延設部を一体的に形成することを特徴とする請求項８に記載のフレーム部材の製造方法。

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