JP5112886B2

JP5112886B2 - 車体フレーム部材

Info

Publication number: JP5112886B2
Application number: JP2008000428A
Authority: JP
Inventors: 豊也金口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: JP2009161040A

Description

この発明は、閉断面部材を有する車体フレーム部材に関する。

一般的な乗用車等の車両の車体において、パネル部品と骨格部品とを溶接等により一体に接合してなるモノコック構造とし、その軽量化及び高剛性化を図ることが多い。このような車体のフレーム部材の内、比較的複雑な形状を有して延びる管状の閉断面部材を有するものにおいて、部品精度の向上や剛性の確保が要求される場合がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１６６８４８号公報

上述のような閉断面部材は、既存のハイドロフォーム成形（金型にセットした金属管内に液体を充填し、該液体を加圧し前記金属管を膨出させて前記金型の内部形状に倣った形状とする工法）により製造することが望ましい。
一方、上記閉断面部材において、例えば衝撃荷重等の大荷重が加わった際に閉断面が圧潰すると、前記荷重を安定して受けることができなくなるので、該閉断面部材における荷重が集中し易い箇所には、その断面内に例えば筋交い部材（ダイアゴナルメンバ）等の補強部材を追加することが望ましい。
しかし、特にハイドロフォーム成形で製造した閉断面部材は、液圧を充填することから完全な閉断面を有しており、かつその断面形状も長手方向位置によって変化すると共に曲げや潰しも適宜施されることから、その断面内に補強部材を追加することが難しいという課題がある。また、閉断面部材の断面外周を覆うように補強部材を追加することも考えられるが、この場合、車体フレーム部材の大型化や大幅な重量増を招き易くという課題がある。
そこでこの発明は、ハイドロフォーム成形等により製造された閉断面部材を有する車体フレーム部材において、大型化や重量増を抑えかつ量産向けの方法を用いた上で、前記閉断面部材の断面内に補強部材を追加することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、閉断面部材（例えば実施例のフレーム本体３ａ）を有する車体フレーム部材（例えば実施例のアッパフレーム３）において、当該車体フレーム部材は、フロントバルクヘッドのアッパフレームであり、丸型鋼管にハイドロフォーム成形を施して形成し、その長手方向位置によって異なる断面形状を有する前記閉断面部材を有する車体フレーム部材であって、左右に延びる上辺部（例えば実施例の上辺部５）と、該上辺部の両側から斜め後外側に向けて湾曲して延びる左右斜辺部（例えば実施例の左右斜辺部６）とから構成され、該左右斜辺部の後端部は、ホイルハウスアッパメンバ（例えば実施例のホイルハウスアッパメンバ１２）の前端部に結合され、少なくとも前記上辺部の左右両側に位置する部位の断面形状は、前後方向に直交する前壁部及び後壁部（例えば実施例の前壁部２１、後壁部２２）と、これら前壁部及び後壁部を接続する上壁部及び下壁部（例えば実施例の上壁部２３及び下壁部２４）と、を有する縦長の矩形状とされ、前記前壁部から前記後壁部まで到達するように棒状部材（例えば実施例の２５，１２５，２２５）を挿入し、該棒状部材の両端部と前記前壁部及び後壁部の両壁部とを結合し、前記棒状部材の少なくとも前端に、該棒状部材の軸方向に沿うようにナット孔（例えば実施例のナット孔２８）が穿設されることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記前壁部及び後壁部にはそれぞれ前記棒状部材を挿通させる挿通孔（例えば実施例の前挿通孔３１、後挿通孔３２）が形成され、前記棒状部材は、前記挿通孔に挿通されて、その前後端部をそれぞれ前記前壁部及び後壁部から突出させ、前記前壁部及び後壁部の外側で、これら前壁部及び後壁部に溶接されることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記棒状部材の前端又は後端には、フランジ部（例えば実施例のフランジ部２７）が形成され、該棒状部材は、該フランジ部を前記前壁部又は後壁部に当接させて前記挿通孔に挿通され、前記フランジ部の全周が、前記前壁部又は後壁部に溶接されることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、前記前壁部及び後壁部は、前下がりに傾斜することを特徴とする。

本発明によれば、前記閉断面部材における閉断面を形成する一対の壁部に適宜孔開け加工を行い、該閉断面部材に棒状部材を挿入、固定することのみで、閉断面部材における任意の箇所の断面内にダイアゴナル状の補強部材としての棒状部材を追加することができる。すなわち、閉断面部材の断面外周を覆う補強部材を追加するような場合と比べて大型化や重量増が抑えられ、かつ閉断面部材への孔開け加工や棒状部材の挿入、固定といった量産向けの方法を用いた上で、ハイドロフォーム成形等により製造された閉断面部材の断面内にダイアゴナル状の補強部材を追加することができる。

以下、この発明を乗用車の車体のフロントバルクヘッドのアッパフレームに適用した例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１は、一般的な乗用車におけるパネル部品と骨格部品とを溶接等により一体に接合してなるモノコック構造の車体１の前部を示す。車体１の前部には、不図示のラジエータを支持、保護する枠状のフロントバルクヘッド２が設けられる。フロントバルクヘッド２は、その上部を構成するアッパフレーム３と、下部を構成するロアフレーム４とを主になる。

アッパフレーム３は、左右に延びる上辺部５と、該上辺部５の両側から斜め後外側に向けて湾曲して延びる左右斜辺部６とを有してなる。一方、ロアフレーム４は、左右に延びる下辺部７と、該下辺部７の両側から上方に向けて湾曲して延びる左右側辺部８とを有してなる。

アッパフレーム３の上辺部５両側の下面には、ロアフレーム４の左右側辺部８の上端部が接合される。アッパフレーム３の左右斜辺部６の後端部は、その後方において前後に延在するホイルハウスアッパメンバ１２の前端部に接合される。ロアフレーム４の左右側辺部８の後面には、その後方において前後に延在するフロントサイドフレーム１３の前端部が接合される。なお、図中符号１４はダンパハウジングを、符号１６はダッシュアッパパネルをそれぞれ示す。

ここで、アッパフレーム３は、中空の断面形状（閉断面構造）を有して前記上辺部５及び左右斜辺部６に沿って延びる管状のフレーム本体３ａを主になる。フレーム本体３ａは、例えば丸形鋼管にハイドロフォーム成形等を施してなり、その長手方向位置によって異なる断面形状を有する。

図２を併せて参照し、フレーム本体３ａにおける少なくとも上辺部５の左右両側に位置する部位の断面形状は、例えば概ね前後方向に直交する前後壁部２１，２２と、やや前下がりに傾斜する上下壁部２３，２４とを有するやや縦長の矩形状とされる。
ここで、フレーム本体３ａの上辺部５の左右両側は、例えば車両前方からの荷重作用時に該荷重が集中し易い部位でもある。
そこで、フレーム本体３ａの上辺部５の左右両側には、その閉断面を前後壁部２１，２２に渡って貫通するように、例えば前後方向に沿う鉄鋼製の棒状部材２５が挿入、固定される。

棒状部材２５は、その本体部である円柱状の軸部２６と、該軸部２６の一端側（図では前端側）に形成された円板状のフランジ部２７とを有してなる。軸部２６の少なくとも前側の軸中心には、その長手方向に沿うようにナット孔２８が穿設される。ナット孔２８は、軸部２６におけるフランジ部２７側の端面（前端面）に開口し、該ナット孔２８には、例えばストラットタワーバーやホーン等を支持する支持ステー２９がボルトＢにより固定される。すなわち、棒状部材２５は、所定の軸方向長さを有するカラーナットとして機能する。なお、ナット孔２８が軸部２６を貫通するものであってもよい。換言すれば、棒状部材２５が中空状（パイプ状）の部材であってもよい。また、棒状部材２５はフレーム本体３ａの左右それぞれに複数ずつ（図では二つずつ）設けられるが、その数量や配置は適宜変更可能である。

フレーム本体３ａの前後壁部２１，２２には、棒状部材２５の軸部２６を挿通可能な前後挿通孔３１，３２がそれぞれ形成される。棒状部材２５は、その軸部２６をフランジ部２７と反対側の端部（後端部３４）から前挿通孔３１を通じてフレーム本体３ａの断面内に挿入し、該後端部３４を後挿通孔３２からフレーム本体３ａの断面外に所定量（例えばフランジ部２７の厚さと同程度）だけ突出させる。

このとき、フランジ部２７の軸部２６側の面が前壁部２１の前面（フレーム本体３ａの外面）に当接し、この状態でフランジ部２７（棒状部材２５の前端部３３でもある）の外周がフレーム本体３ａの前壁部２１に例えばアーク溶接により全周に渡って溶接され、かつ軸部２６の後端部３４の外周がフレーム本体３ａの後壁部２２に同じくアーク溶接により全周に渡って溶接されることで、棒状部材２５の前後端部３３，３４がフレーム本体３ａの前後壁部２１，２２にそれぞれ結合され、棒状部材２５とフレーム本体３ａとが一体化される。

これにより、棒状部材２５がフレーム本体３ａの所定箇所の断面内に追加されたダイアゴナル状の補強部材として機能し、衝撃荷重等の大荷重が加わった際にもフレーム本体３ａの閉断面が圧潰することを抑制し、フレーム本体３ａが安定して前記荷重を受けることを可能として該荷重を前記ホイルハウスアッパメンバ１２やフロントサイドフレーム１３に伝達可能とする。特に、棒状部材２５のフランジ部２７が比較的広面積でフレーム本体３ａの前壁部２１に接することで、該前壁部２１の前挿通孔３１周りの変形を効果的に抑え、前記圧潰を効果的に抑制する。また、棒状部材２５が他部品の固定部を兼ねることで、部品点数削減等の設計の合理化をも可能とする。

次に、上記アッパフレーム３の製造方法について図３を参照して説明する。
まず、フレーム本体３ａの素材となる例えば直線状の丸形鋼管Ｐを用意し、該鋼管Ｐにパイプベンダー機等を用いた曲げ加工を施してフレーム本体３ａの概略形状を形成する（図３（ａ）参照）。
次いで、上記曲げ加工後の鋼管Ｐの所定部位（図では前記上辺部５に相当する部位）に、プレス機等を用いたプリクラッシュ加工（後のハイドロフォーム成形用の金型に入るように閉断面を所定量潰す加工）を施す（図３（ｂ）参照）。

次いで、上記プリクラッシュ加工後の鋼管Ｐをハイドロフォーム成形用の金型にセットし、該鋼管Ｐに低液圧を加えながら金型を閉じることで、鋼管Ｐの所定部位を所定量潰したり曲げたりするハイドロベンド加工を施す（図３（ｃ）参照）。
上記金型を閉じた後には、鋼管Ｐに高液圧を加えてハイドロフォーム成形を施し、所望の立体形状を有するフレーム本体３ａを形成する（図３（ｄ）参照）。

上記形成後のフレーム本体３ａには、前記前後挿通孔３１，３２の形成を含む孔開け加工等を施した後、該フレーム本体３ａに前記棒状部材２５を前述の如く挿入、固定することで、フレーム本体３ａの所定箇所の断面内にダイアゴナル状の補強部材としての棒状部材２５を追加したアッパフレーム３を構成する（図３（ｅ）参照）。
なお、前述したハイドロフォーム成形とは、金型にセットした鋼管Ｐ内に液体を充填し、該液体を加圧し前記鋼管Ｐを膨出させて前記金型の内部形状に倣った形状とする既存の工法である。

以上説明したように、上記実施例における車体フレーム部材（アッパフレーム３）は、ハイドロフォーム成形により製造された閉断面部材であるフレーム本体３ａを主とするものにおいて、前記フレーム本体３ａに、その閉断面を形成する一側の壁部（前壁部２１）から他側の壁部（後壁部２２）まで到達するように棒状部材２５を挿入し、該棒状部材２５の前後端部３３，３４と前記フレーム本体３ａの前後壁部２１，２２とを結合したものである。

この構成によれば、前記フレーム本体３ａにおける閉断面を形成する一対の壁部２１，２２に適宜孔開け加工を行い、該フレーム本体３ａに棒状部材２５を挿入、固定することのみで、フレーム本体３ａにおける任意の箇所の断面内にダイアゴナル状の補強部材としての棒状部材２５を追加することができる。すなわち、フレーム本体３ａの断面外周を覆う補強部材を追加するような場合と比べて大型化や重量増が抑えられ、かつフレーム本体３ａへの孔開け加工や棒状部材２５の挿入、固定といった量産向けの方法を用いた上で、ハイドロフォーム成形により製造されたフレーム本体３ａの断面内にダイアゴナル状の補強部材を追加することができる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば図４（ａ）に示すように、前記棒状部材２５に代わり、軸部２６の前端側ではなく後端側にフランジ部２７を有する棒状部材１２５を用いた構成としてもよい。棒状部材１２５は、その軸部２６を前端部３３から後挿通孔３２を通じてフレーム本体３ａの断面内に挿入し、該前端部３３を前壁部２１における前記前挿通孔３１に代わる前ボルト孔３１’周囲の後面（フレーム本体３ａの内面）に当接させる。なお、前ボルト孔３１’は前挿通孔３１に対して同軸かつやや小径のものである。

このとき、フランジ部２７の軸部２６側の面が後壁部２２の後面（フレーム本体３ａの外面）に当接し、この状態でフランジ部２７（棒状部材１２５の後端部３４でもある）の外周がフレーム本体３ａの後壁部２２に例えばアーク溶接により全周に渡って溶接され、軸部２６の前端部３３は前記ボルトＢが締め込まれることで前壁部２１に固定されることで、棒状部材１２５の前後端部３３，３４がフレーム本体３ａの前後壁部２１，２２にそれぞれ結合され、棒状部材１２５とフレーム本体３ａとが一体化される。
なお、図では棒状部材１２５の前端部３３がフレーム本体３ａの前壁部２１に溶接されないが、該前端部３３を前壁部２１に溶接するようにしてもよい。このとき、棒状部材１２５の前端部３３を前壁部２１から突出させるようにしてもよい。

また、図３（ｂ）に示すように、前記棒状部材２５に代わり、フランジ部２７及びナット孔２８を有さない単なる円柱状の軸部２６からなる棒状部材２２５を用いた構成としてもよい。棒状部材２２５は、フレーム本体３ａの閉断面をその前後壁部２１，２２に渡って貫通し、その前後端部３３，３４を前後壁部２１，２２から所定量突出させ、この状態で該前後端部３３，３４の外周がフレーム本体３ａの前後壁部２１，２２にそれぞれ例えばアーク溶接により全周に渡って溶接することで、棒状部材２２５の前後端部３３，３４がフレーム本体３ａの前後壁部２１，２２にそれぞれ結合されることで、棒状部材２２５とフレーム本体３ａとが一体化される。
なお、棒状部材２２５の前後端部３３，３４の少なくとも一方が、前述の如くボルトＢによりフレーム本体３ａに固定される構成としてもよい。このとき、他部品を共締めするか否かは問わない（図２、図３（ａ）の場合も同様である。）。

さらに、例えばフレーム本体３ａの上下壁部２３，２４に渡るように棒状部材を設けた構成としてもよい。また、フレーム本体３ａ（閉断面部材）の断面形状は矩形状に限らず、したがって、閉断面部材の閉断面を構成する一側の壁部からこれと概ね対向する他側の壁部まで到達するように棒状部材を設けた構成であればよい。
しかも、閉断面部材は、ハイドロフォーム成形により製造されたものの他に、ロールフォーム成形により製造されたもの、パイプの単純加工により製造されたもの、複数の部材を適宜組み合わせて製造されたもの等であってもよい。また、閉断面部材の素材は、丸形鋼管に限らず角形等の断面形状を有する金属管（アルミ管やステンレス管等を含む）であってもよい。同様に、棒状部材も鉄鋼以外の各種金属さらには樹脂を用いたものであってもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、フロントバルクヘッドのアッパフレームへの適用に限らず、かつ乗用車以外の車両（バス、トラック、自動二輪及び三輪車、原動機付自転車、自転車、四輪バギー車等）にも適用できることはもちろん、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における車体前部の斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。上記車体のフロントバルクヘッドのアッパフレームの製造工程を（ａ）〜（ｅ）の順に示す説明図である。（ａ），（ｂ）共に上記実施例の変形例を示す図２に相当する断面図である。

符号の説明

１車体
２フロントバルクヘッド
３アッパフレーム（車体フレーム部材）
３ａフレーム本体（閉断面部材）
２１前壁部（壁部）
２２後壁部（壁部）
２５，１２５，２２５棒状部材
３３前端部（端部）
３４後端部（端部）

Claims

閉断面部材を有する車体フレーム部材において、
当該車体フレーム部材は、フロントバルクヘッドのアッパフレームであり、丸型鋼管にハイドロフォーム成形を施して形成し、その長手方向位置によって異なる断面形状を有する前記閉断面部材を有する車体フレーム部材であって、左右に延びる上辺部と、該上辺部の両側から斜め後外側に向けて湾曲して延びる左右斜辺部とから構成され、該左右斜辺部の後端部は、ホイルハウスアッパメンバの前端部に結合され、
少なくとも前記上辺部の左右両側に位置する部位の断面形状は、前後方向に直交する前壁部及び後壁部と、これら前壁部及び後壁部を接続する上壁部及び下壁部と、を有する縦長の矩形状とされ、
前記前壁部から前記後壁部まで到達するように棒状部材を挿入し、該棒状部材の両端部と前記前壁部及び後壁部の両壁部とを結合し、
前記棒状部材の少なくとも前端に、該棒状部材の軸方向に沿うようにナット孔が穿設されることを特徴とする車体フレーム部材。
前記前壁部及び後壁部にはそれぞれ前記棒状部材を挿通させる挿通孔が形成され、前記棒状部材は、前記挿通孔に挿通されて、その前後端部をそれぞれ前記前壁部及び後壁部から突出させ、前記前壁部及び後壁部の外側で、これら前壁部及び後壁部に溶接されることを特徴とする請求項１に記載の車体フレーム部材。
前記棒状部材の前端又は後端には、フランジ部が形成され、該棒状部材は、該フランジ部を前記前壁部又は後壁部に当接させて前記挿通孔に挿通され、前記フランジ部の全周が、前記前壁部又は後壁部に溶接されることを特徴とする請求項２に記載の車体フレーム部材。
前記前壁部及び後壁部は、前下がりに傾斜することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車体フレーム部材。