JP4124034B2 - 車体フレーム材の結合方法および結合構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせて溶接接合する車体フレーム材の結合方法および結合構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車における車体軽量化のために、車体をアルミニウムで製作しようとする試みがなされており、例えば下記特許文献1〜3にその一例が記載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−337722号公報
【0004】
【特許文献2】
特開2002−361429号公報
【0005】
【特許文献3】
特開2002−356177号公報
この場合、アルミニウムは通常用いている鋼に比べてスポット溶接性が悪く、主として板プレス品からなるモノコック構造においては、数千点の溶接をする必要があるが、その場合に電極の消耗が大きいという難点がある。また、板材の成形性もアルミニウムは鋼よりも悪いという難点がある。
【0006】
そこで、トラックなどの自動車や輸送機などの車体に中空のパイプ状フレームを適用するスペースフレーム構造が、下記特許文献4に提案されている。
【0007】
【特許文献4】
実開平7−35252号公報
これは、図3に示すように、角筒状のアルミニウム製の押出材1を、乗用車の車体の形状に組み立て、各押出材1同士を溶接により接合している。これにより、いわゆるスペースフレーム構造が形成され、このスペースフレーム3を覆うように、構造板が取り付けられて自動車の車体が完成する。
【0008】
上記したスペースフレーム3を製造するためのアルミニウム製の押出材1同士を接合する方法としては、接合方法の特性および継手部に対し要求される特性などを勘案して、アーク溶接法、抵抗スポット溶接法または機械的接合法などが実施されている。特に、強度が要求される接合部位には、輸送機分野などで実績のあるアーク溶接法、例えばTIGまたはMIG溶接法が適用されている。
【0009】
図4は、車体フレームの基本構造を示す斜視図である。これは、互いに平行に配置された2本のサイドメンバ5が2本のクロスメンバ7により連結されている。この連結部の溶接は、図5に示すように、クロスメンバ7の端面をサイドメンバ5の側面に突き合わせて継手部を形成し、この継手部を例えばMIGトーチ9を用いてMIG溶接を行う。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したMIG溶接などアーク溶接の溶接品質は、継手部の隙間および被溶接物の板厚に大きく影響を受けるので、フレーム材に極めて高い精度が要求され、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【0011】
そこで、この発明は、フレーム材に高い部品精度を不要として製造コストを低減させることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、軽合金製の車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせ、この突き合わせ部に、前記各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせる結合材を配置し、この結合材の前記各フレーム材に対する重ね合わせ部に対してレーザ溶接を行う車体フレーム材の結合方法であって、前記結合材は、前記各フレーム材相互間に位置する基部と、この基部に接続されて前記各フレーム材の表面に重ね合わせる結合部とを備え、この結合部は、前記各フレーム材を両側から挟むように各フレーム材毎に一対備え、この各一対の結合部相互の間隔を、対応する各フレーム材の前記結合部で挟まれる方向の外形寸法より大きく設定してレーザ溶接を行う車体フレーム材の結合方法としてある。
【0013】
【発明の効果】
この発明によれば、結合材を、各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせ、この各重ね合わせ部に対してレーザ溶接を行うようにしたので、各フレーム材の突き合わせ部相互間に隙間があっても、また重ね合わせ部に隙間があっても、各フレーム材相互を確実に溶接することができ、フレーム材に高い部品精度が不要となって製造コストを低減することができる。また、レーザ溶接を用いていることから、アーク溶接と比較して溶接速度を高めることができ、フレーム材への入熱量を低く抑えて車体フレームの精度向上に寄与することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0015】
図1は、この発明の実施の一形態に係わる車体フレーム材の結合方法を示す正面図である。ここでのフレーム材としては、前記図4,図5に示したものと同様に、自動車の車体におけるサイドメンバ11および、このサイドメンバ11の側面11aに結合するクロスメンバ13を用いている。図2は、上記図1に示してあるレーザ溶接装置15によってフレーム材相互を結合した状態を示す斜視図である。
【0016】
サイドメンバ11は、車幅方向両側部にて車体前後方向に延長して配置され、この両サイドメンバ11相互を車幅方向に延長されるクロスメンバ13によって連結する。このような各フレーム材は、軽合金として例えばアルミニウム合金製の中空押出材を使用する。
【0017】
サイドメンバ11の側面11aにクロスメンバ13の端面13aが、後述する結合材17を配置できる程度の隙間を介して対向しており、各メンバ11,13相互間に結合材17を配置する。結合材17は、各フレーム材と同様なアルミニウム合金製の板状押出材とする。
【0018】
上記した結合材17は、サイドメンバ11とクロスメンバ13との間に位置してサイドメンバ11の側面11aとほぼ平行な板状の基部17aと、基部17aに連続するサイドメンバ側結合部17bおよびクロスメンバ側結合部17cをそれぞれ備える。
【0019】
サイドメンバ側結合部17bは、基部17aの上下両端からサイドメンバ11の上下両面に沿って延び、サイドメンバ11を上下から挟むように一対備えている。ここで、一対のサイドメンバ側結合部17b相互の間隔Aは、サイドメンバ11の上下の外形寸法Bより大きく設定してある。
【0020】
クロスメンバ側結合部17cは、基部17aの下端および中央からクロスメンバ13の上下両面に沿って延び、クロスメンバ13を上下から挟むように一対備えている。ここで、一対のクロスメンバ側結合部17c相互の間隔Dは、クロスメンバ13の上下の外形寸法Eより大きく設定してある。
【0021】
図1に示してあるレーザ溶接装置15は、レーザ光19を被溶接部に照射する加工ヘッド21をヘッド支持具23に支持してあり、ヘッド支持具23の下端には、被溶接部を押さえ付ける隙間矯正ローラ25を、ローラ支持アーム27を介して回転可能に設けてある。
【0022】
一方、ロボット29のアーム先端にはブラケット31を設け、このブラケット31に、前記したヘッド支持部23を、ガイドレール33を介して上下動可能に取り付ける。ブラケット31の上部には駆動シリンダ35を設け、駆動シリンダ35のピストンロッド35aをヘッド支持部23に連結する。すなわち、駆動シリンダ35が作動することで、ヘッド支持部23が加工ヘッド21および隙間矯正ローラ25とともに上下動する。
【0023】
また、前記したレーザ光19は、レーザ発振器37により光ファイバ39を通して加工ヘッド21に送られる。
【0024】
次に、サイドメンバ11とクロスメンバ13とを結合させる際の結合材17を用いた溶接方法について説明する。まず、図1に示すように、サイドメンバ11およびクロスメンバ13を所定の結合加工作業位置に固定した後、結合材17をサイドメンバ11とクロスメンバ13との互いの突き合わせ部に配置する。
【0025】
このとき、結合材17の基部17aをサイドメンバ11の側面11aとクロスメンバ13の端面13aとの間に挿入する。さらに、一対のサイドメンバ側結合部17bでサイドメンバ11を上下から挟むようにし、かつ一対のクロスメンバ側結合部17cでクロスメンバ13を上下から挟むようにする。
【0026】
すなわち、結合材17のサイドメンバ側結合部17bをサイドメンバ11の一対の両表面に重ね合わせるとともに、クロスメンバ側結合部17cをクロスメンバ13の一対の両表面に重ね合わせる。
【0027】
この状態で、ロボット29により加工ヘッド21を被溶接部となる上記した重ね合わせ部上に移動させ、その後駆動シリンダ35により隙間矯正ローラ25を重ね合わせ部に所定の押圧力によって押し付け、サイドメンバ側結合部17bとサイドメンバ11との隙間、またはクロスメンバ側結合部17cとクロスメンバ13との隙間を矯正する。このときの矯正後の隙間は0.3mm以下となるように、駆動シリンダ35の加圧力を設定することが望ましい。
【0028】
上記の隙間を矯正した状態で、ロボット29により加工ヘッド21を隙間矯正ローラ25とともに被溶接部(重ね合わせ部)に沿って図1中で紙面に直交する方向に移動させることで、図2に示すように、レーザ溶接によるビード41を形成する。これにより、サイドメンバ11とクロスメンバ13とを結合材17を介して溶接固定することになる。
【0029】
上記した本発明の実施形態によれば、サイドメンバ11とクロスメンバ13とを結合する際に、結合材17のサイドメンバ側結合部17bおよびクロスメンバ側結合部17cを、サイドメンバ11およびクロスメンバ13にそれぞれ重ね合わせた状態でレーザ溶接を行うので、サイドメンバ11とクロスメンバ13との間に隙間を備えていても、またサイドメンバ11とサイドメンバ側結合部17bとの間および、クロスメンバ13とクロスメンバ側結合部17cとの間にそれぞれ隙間を備えていても、サイドメンバ11とクロスメンバ13との溶接による結合を確実に行うことができる。
【0030】
このため、サイドメンバ11およびクロスメンバ13を構成するフレーム材の高い部品精度が不要となり、製造コストを低減することができる。特に、サイドメンバ11およびクロスメンバ13を構成する中空押出材は、その製造工法上、板材と比較して肉厚の精度が低くなるが、このような肉厚のばらつきがあっても、溶接品質を低下させることなく確実な溶接作業を行うことができる。
【0031】
また、フレーム材の結合方法としてレーザ溶接を用いていることから、アーク溶接と比較して溶接速度を高めることができ、フレーム材への入熱量を低く抑えて車体フレームの精度向上に寄与することができる。
【0032】
なお、上記した実施形態では、溶接ビード41を、一つの被溶接部に対して1本設けているが、その位置および本数は、構造要件により任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の一形態に係わる車体フレーム材の結合方法を示す正面図である。
【図2】図1に示してあるレーザ溶接装置によってフレーム材相互を結合した状態を示す斜視図である。
【図3】車体フレームとしてスペースフレーム構造を示す斜視図である。
【図4】車体フレームの基本構造を示す斜視図である。
【図5】図4のフレーム構造に対しMIG溶接を行っている状態示す説明図である。
【符号の説明】
11 サイドメンバ(フレーム材)
13 クロスメンバ(フレーム材)
17 結合材
17a 基部
17b サイドメンバ側結合部(結合部)
17c クロスメンバ側結合部(結合部)
Claims (7)
- 軽合金製の車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせ、この突き合わせ部に、前記各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせる結合材を配置し、この結合材の前記各フレーム材に対する重ね合わせ部に対してレーザ溶接を行う車体フレーム材の結合方法であって、前記結合材は、前記各フレーム材相互間に位置する基部と、この基部に接続されて前記各フレーム材の表面に重ね合わせる結合部とを備え、この結合部は、前記各フレーム材を両側から挟むように各フレーム材毎に一対備え、この各一対の結合部相互の間隔を、対応する各フレーム材の前記結合部で挟まれる方向の外形寸法より大きく設定してレーザ溶接を行うことを特徴とする車体フレーム材の結合方法。
- 前記各一対の結合部と前記各フレーム材との間の隙間を隙間矯正ローラにより矯正した状態でレーザ溶接を行うことを特徴とする請求項1記載の車体フレーム材の結合方法。
- 前記フレーム材は、アルミニウム合金製の中空押出材であることを特徴とする請求項1または2記載の車体フレーム材の結合方法。
- 前記フレーム材は、車体前後方向に延びるサイドメンバと、このサイドメンバの側面に端部を突き合わせるクロスメンバとを備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の車体フレーム材の結合方法。
- 軽合金製の車体フレームを構成するフレーム材相互を突き合わせ、この突き合わせ部に、前記各フレーム材の一対の両表面にそれぞれ重ね合わせる結合材を配置し、この結合材の前記各フレーム材に対する重ね合わせ部に対してレーザ溶接がなされている車体フレーム材の結合構造であって、前記結合材は、前記各フレーム材相互間に位置する基部と、この基部に接続されて前記各フレーム材の表面に重ね合わせる結合部とを備え、この結合部は、前記各フレーム材を両側から挟むように各フレーム材毎に一対備え、この各一対の結合部相互の間隔が、対応する各フレーム材の前記結合部で挟まれる方向の外形寸法より大きく設定された状態から、前記各一対の結合部と前記各フレーム材との間の隙間を隙間矯正ローラにより矯正した状態でレーザ溶接がなされていることを特徴とする車体フレーム材の結合構造。
- 前記フレーム材は、アルミニウム合金製の中空押出材であることを特徴とする請求項5記載の車体フレーム材の結合構造。
- 前記フレーム材は、車体前後方向に延びるサイドメンバと、このサイドメンバの側面に端部を突き合わせるクロスメンバとを備えることを特徴とする請求項5または6記載の車体フレーム材の結合構造。
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