JP5790274B2 - 車両用フレーム構造 - Google Patents

Description

この発明は、金属製のフレーム本体に補強体が内蔵された車両用フレーム構造に関する。

従来、車両用フレームの強度や剛性を向上させるために、フレーム本体に補強体を内蔵したものが知られている。このうち、例えば、下記特許文献１、２では、金属板からなるフレーム本体の内部に樹脂製の補強体を内蔵したものが開示されており、下記特許文献１では、６６ナイロン等の硬質合成樹脂材料からなる補強体が用いられる一方、下記特許文献２では、エポキシ系やウレタン系の発泡性の補強体が用いられている。

下記特許文献１、２では、樹脂性の補強体を用いることにより、フレームの強度、剛性を確保しながらも、フレーム全体の軽量化、つまりは重量効率の向上を実現している。

また、車両用フレームでは、複数枚の金属板に溶接を施すことによってフレーム本体を構成したものが多く用いられている。下記特許文献２では、２枚の金属板に形成したフランジ面にレーザ溶接を施すことにより、金属製のフレーム本体を構成している。

また、複数枚の金属板を溶接する方法としては、例えば、下記特許文献３に開示されているように、複数枚の金属板を重ね合わせた重ね合わせ部にアーク溶接を施す方法が知られている。下記特許文献３では、２枚の亜鉛めっき鋼板の少なくとも何れか一方に凸部を設けることで、溶接部の周囲に隙間を形成しており、これによって、アーク溶接時に気化した亜鉛（ガス）を上記隙間から逃がすようにしている。

特開２００２−３６２４１２号公報 特開平１１−２３５９８７号公報 特開昭６２−１７９８６９号公報

ところで、上記車両用フレームの製造では、予め発泡接着剤を貼付した補強体を金属板に固定（仮止め）した後、複数枚の金属板に溶接が施され、フレーム本体が生成される。そして、塗装乾燥炉にて上記発泡接着剤を発泡させることにより、フレーム本体の内壁と補強体とが接合される。

しかしながら、上述したように、発泡接着剤を貼付した補強体を金属板に固定した後で金属板を溶接すると、溶接部と対応する位置にある補強体や発泡接着剤が溶接熱によって損傷するという問題があった。

上記特許文献１、２では、上述したように、フレーム本体に補強体を内蔵した車両用フレームが開示されているものの、補強体や発泡接着剤の損傷を防止するための対策については何ら開示がない。また、上記特許文献３では、複数枚の金属板（亜鉛めっき鋼板）を溶接する方法が開示されているに過ぎず、上記対策については何ら開示も示唆もない。

この発明は、金属板の溶接時に発生する溶接熱によって補強体や発泡接着剤が損傷することを防止できる車両用フレーム構造を提供することを目的とする。

この発明による車両用フレーム構造は、金属製のフレーム本体に補強体が内蔵された車両用フレーム構造であって、上記フレーム本体は、２枚以上の金属板を上記フレーム本体の内外方向で重ね合わせた重ね合わせ部を有し、上記補強体は、上記重ね合わせ部から所定の間隔を隔てて上記フレーム本体の内方側に配置されると共に、上記重ね合わせ部の内壁に発泡接着剤で接合されており、上記重ね合わせ部に位置する上記２枚以上の金属板のうち、少なくとも上記フレーム本体の最も内方側に位置する第１金属板には、上記補強体から離間するように上記フレーム本体の外方側へ突出する凸部が設けられ、該凸部にて溶接が施され、上記凸部の周囲において、上記第１金属板と、該第１金属板と上記フレーム本体の外方側で隣り合う第２金属板との間に隙間が設けられたものである。

この構成によれば、フレーム本体の最も内方側に位置する第１金属板の凸部により、溶接部から補強体および発泡前の発泡接着剤までの距離を確保することができる。このため、金属板の溶接時に発生する溶接熱によって補強体や発泡接着剤が損傷することを防止できる。

しかも、上記凸部の周囲において、上記第１金属板と、該第１金属板と上記フレーム本体の外方側で隣り合う第２金属板との間に隙間が設けられたものであるから、溶接時に発生するガスを隙間から逃がすことができ、その結果、溶接不良の発生を防止することができる。従って、この場合、補強体や発泡接着剤の損傷防止と溶接不良の防止とを両立させることができる。

この発明の一実施態様においては、上記凸部の頂部に、上記第１金属板と上記フレーム本体の外方側で隣り合う第２金属板の内壁と略平行に対向する平坦部が設けられたものである。

この構成によれば、凸部の加工精度を極端に高めなくても、第１金属板の凸部と第２金属板とを隙間なく重ね合わせることができる。従って、凸部の成形の容易性を向上させつつ、凸部における溶接の確実性及び容易性を向上させることができる。

この発明によれば、第１金属板の凸部により、溶接部から補強体および発泡前の発泡接着剤までの距離を確保することができる。このため、金属板の溶接時に発生する溶接熱によって補強体や発泡接着剤が損傷することを防止できる。

しかも、上記凸部の周囲において、第１金属板と、当該第１金属板とフレーム本体の外方側で隣り合う第２金属板との間に隙間が設けられたので、溶接時に発生するガスを該隙間から逃がすことができ、この結果、溶接不良の発生を防止することができ、よって、補強体や発泡接着剤の損傷防止と溶接不良の防止とを両立させることができる。

本発明の前提構造を示す車両用フレーム構造を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 車両用フレームの製造方法を説明するための図。 車両用フレームを適用した車体構造を示す側面図。 図４の要部斜視図であり、サイドシル前端部とヒンジピラー下端部との接合部およびその周辺を示す図。 車両用フレーム構造の参考例を示す断面図。 本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造を示す断面図。

本発明の実施形態の説明に先立って、まず、その前提となる構造について詳述する。
図１は、車両用フレーム構造を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。図１、図２に示す車両用フレーム１（以下、単にフレーム１と略記する。）は、略矩形状をなす閉断面３０が長手方向に連続するフレーム体であり、主に金属製のフレーム本体１０と、樹脂製の補強体２０とにより構成されている。

フレーム本体１０は、断面ハット状の第１、第２金属板１１、１２と、平板状の第３金属板１３とにより構成されており、第１、第２金属板１１、１２の両端に形成したフランジ部１１ａ、１２ａと、第３金属板１３の端部とを溶接接合することにより略矩形状をなす閉断面３０が形成され、この閉断面３０内に上述した補強体２０が内蔵されている。ここで、フランジ部１１ａ、１２ａと第３金属板１３の端部とは、例えば、スポット溶接の他、レーザ溶接、アーク溶接、プラズマ溶接といった所謂高エネルギビーム溶接等の方法により接合することが可能である。なお、第３金属板１３として１枚の平板状の金属板を用いているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、第１、第２金属板１１、１２と同様、断面ハット状としてもよいし、複数枚の金属板で構成してもよい。

ところで、フレーム本体１０は、断面ハット状の第１、第２金属板１１、１２の端部同士がフレーム本体１０の内外方向にて重なり合った重ね合わせ部１４を有している。そして、この重ね合わせ部１４では、第１、第２金属板１１、１２の端部の縁部に沿うように溶接が施されており、これにより両金属板１１、１２が接合されている。なお、図１、図２に示す符号１５の部位は、重ね合わせ部１４の溶接後に形成された溶接痕１５である。

重ね合わせ部１４では、第１、第２金属板１１、１２がそれぞれフレーム本体１０の内方側、外方側に配置された状態で重なり合っている。そして、最も内方側に位置する第１金属板１１には、補強体２０から外方側に向かって離間するように突出する断面円弧状の凸部１１ｂが設けられると共に、第２金属板１２においても、凸部１１ｂと同様の凸部１２ｂが設けられ、凸部１１ｂ、１２ｂが互いに重なり合った状態となっている。そして、これら凸部１１ｂ、１２ｂの頂部が溶接されることにより、第１、第２金属板１１、１２が接合されている。ここで、第１、第２金属板１１、１２（凸部１１ｂ、１２ｂ）は、例えば、レーザ溶接、アーク溶接、プラズマ溶接といった高エネルギビーム溶接により接合される他、片側スポット溶接によって接合することも可能である。

また、本実施形態では、閉断面３０内の補強体２０が、フレーム本体１０の内壁と所定の間隔を隔てるように配設されている。そして、フレーム本体１０と補強体２０との間の隙間には、発泡接着剤４０が充填され、この発泡接着剤４０によりフレーム本体１０と補強体２０とが接合されている。これにより、重ね合わせ部１４では、該重ね合わせ部１４から所定の間隔を隔てて補強体２０がフレーム本体１０の内方側に配置され、補強体２０は、重ね合わせ部１４の内壁となる第１金属板１１の内壁に発泡接着剤４０で接合されている。

次に、図３を参照して、補強材２０をフレーム本体１０に内蔵したフレーム１を製造する方法について説明する。フレーム１の製造では、先ず、図３（ａ）に示すように、一部の部位を除いて補強体２０の外壁に発泡接着剤４０を貼付し、上記部位には、後述する被固定部２を取付ける。

そして、予め第１金属板１１のフランジ１１ａ（図１参照）を金属板１３の端部に接合して一体化した中間品１０′に対し、図３（ｂ）に示すように、補強体２０を仮止めする。ここで、第３金属板１３に仮止め具３が取り付けられており、図３（ｂ）に示す仮止め工程では、上述した補強体２０側の被固定部２を仮止め具３で固定することにより、中間品１０′に対する補強体２０の位置決めを行う。ここで、第１金属板１１には、予め凸部１１ｂが設けられており、図３（ｂ）では、凸部１１ｂが補強体２０から離間するように突出した状態で配置される。

次に、図３（ｃ）に示すように、補強体２０を仮止めした位置で、第１金属板１１に第２金属板１２を重ね合わせる。ここで、第２金属板１２においても、第１金属板１１と同様、予め凸部１２ｂが設けられており、図３（ｃ）に示す重ね合わせ工程では、２枚の金属板１１、１２にそれぞれ形成された凸部１１ｂ、１２ｂが重なるように第２金属板１２を重ね合わせる。このように、図３（ｃ）に示す重ね合わせ工程を経ることにより、重ね合わせ部１４では、少なくとも補強体２０に近い側に、上述した凸部１１ｂを設けた第１金属板１１が配置されることになる。

そして、第１、第２金属板１１、１２を重ね合わせた状態で、図３（ｄ）に示すように、凸部１１ｂ、１２ｂに溶接を施す。ここで、図３（ｄ）は、凸部１１ｂ、１２ｂがレーザ溶接によって溶接される場合を示しており、この場合、レーザ走査装置４から凸部１１ｂ、１２ｂの頂部に沿ってレーザビームＬＢを照射することにより、上記頂部に溶接痕１５を形成しながら、凸部１１ｂ、１２ｂ同士、つまりは第１金属板１１と第２金属板１２とを接合する。そして、図示を省略するが、図３（ｄ）に示す溶接工程と併せて第２金属板１２のフランジ部１２ａを第３金属板１３の端部に溶接することで、フレーム本体１０が生成される。

次に、補強体２０を仮止めした状態のまま、フレーム本体１０を塗装乾燥炉に搬送し、発泡接着剤４０を加熱発泡させる。これにより、図３（ｅ）に示すように、フレーム本体１０の内壁と補強体２０との間の隙間に発泡接着剤４０を充填させ、補強体２０をフレーム本体１０の内壁に接合する。

このように、図３に示す製造方法では、少なくとも、補強体２０に最も近い位置、すなわち、後に生成されるフレーム本体１０の最も内方側に、凸部１１ｂを設けた第１金属板１１を配置し、凸部１１ｂを補強体２０から離間するように突出させた状態で凸部１１ｂ、１２ｂにレーザ溶接を施している。この場合、凸部１１ｂにより、溶接部から補強体２０および発泡前の発泡接着剤４０までの距離を確保することができるため、第１、第２金属板１１、１２の溶接時に発生するレーザービームＬＢの溶接熱によって補強体２０や発泡接着剤４０が損傷することを防止できる。

次に、上述した製造方法により製造されたフレームを、車両に適用した例について説明する。
図４は、本発明に係るフレームを適用した車両の車体構造を示す側面図であり、図５は、同要部斜視図である。なお、図中において、矢印（Ｆ）は車体前方、矢印（Ｒ）は車体後方を示す。

図４に示す車体Ｘは、主に車体前部にて車体前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム５０と、車体下部にて車体前後方向に延びるサイドシル５１と、フロントサイドフレーム５０の後端部近傍にて上下方向に延びる左右一対のヒンジピラー５２と、ヒンジピラー５２の上端部から車体後方かつ上方に延びるフロントピラー（Ａピラーともいう）５３と、該フロントピラー５３の後端部から車体上部にて車体前後方向に延びるルーフレール５４と、該ルーフレール５４からサイドシル５１にかけて上下方向に延びて両者を連結するセンタピラー（Ｂピラーともいう）５５とを備えている。

図４に示す車体Ｘでは、車両の前突等によって車体前方から荷重が入力されると、フロントサイドフレーム５０により、上記荷重を車体後方に伝達することが可能になっている。

また、車体Ｘでは、サイドシル５１と、ヒンジピラー５２と、フロントピラー５３と、ルーフレール５４と、センタピラー５５とにより、前席、後席の乗員用の開口部５６、５７が形成されている。そして、ヒンジピラー５２、センタピラー５５は、それぞれ開口部５６、５７に対応して設けられるドア（図示せず）を開閉可能に支持すようになっている。

このうち、ヒンジピラー５２は、図４、図５に示すように、その下端部がサイドシル５１の前端部に接合されると共に、何れも車内側のインナパネル（図示せず）と車外側のアウタパネル５１Ａ、５２Ａとが接合されることによって連続した閉断面５８（図５参照）を形成している。そして、該閉断面５８内には、図５に示すように、車体前後方向に延びる樹脂製の補強体５９が内蔵され、発泡接着剤６０により、補強体５９がヒンジピラー５２およびサイドシル５１の内壁に接合されている。

また、サイドシル５１の前端部とヒンジピラー５２の後端部とにより重ね合わせ部６１が形成されており、この重ね合わせ部６１では、最も内方側（車内側）に位置するサイドシル５１のアウタパネル５１Ａに、補強体５９から外方側（車外側）に離間する凸部５１ａが設けられている。そして、ヒンジピラー５２においても、凸部５１ａと同様の凸部５２ａが設けられ、これら凸部５１ａ、５２ａが互いに重なり合った状態となっている。

重ね合わせ部６１では、サイドシル５１のアウタパネル５１Ａ、ヒンジピラー５２のアウタパネル５２Ａが、それぞれ上述した第１金属板１１、第２金属板１２に対応し、その凸部５１ａ、５２ａに沿ってレーザ溶接が施されることにより、両アウタパネル５１Ａ、５２Ａが接合されている。なお、図５において、符号６２で示す部位は、レーザ溶接により形成された溶接痕である。

ところで、車両の前突等によって車体前方から荷重が入力された時には、先ず、フロントサイドフレーム５０を介して車体後方に上記荷重が伝達され、その荷重の一部がヒンジピラー５２を介して車体下部のサイドシル５１に伝達される。そして、ヒンジピラー５２の下端部とサイドシル５１の前端部との接合部には、車体後方に向かって大きな荷重が入力されることとなる。

そこで、車体Ｘでは、図５に示すように、サイドシル５１の前端部とヒンジピラー５２の下端部との接合部に車体前後方向に延びる補強体５９を配設している。これにより、フロントサイドフレーム５０を介して上記荷重が上記接合部に入力されたとしても、該接合部が変形することが抑制され、その結果、上記荷重を、サイドシル５１を介してより確実に車体後部に伝達、分散させることができる。

ところで、図４、図５では、サイドシル５１の前端部とヒンジピラー５２の下端部とを重ね合わせて接合した接合部に車両用フレーム構造を適用しているが、当該車両用フレーム構造は、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ルーフレール５４とセンタピラー（Ｂピラー）５５の上端部とを重ね合わせて接合した接合部や、サイドシル５１とセンタピラー（Ｂピラー）５５の下端部とを重ね合わせて接合した接合部に適用してもよい。

図６は、車両用フレーム構造の参考例を示す。図６に示す参考例では、フレーム本体１０のうち最も内方側に位置する第１金属板１１に設けた凸部１１ｂの頂部に平坦部１１ｂ１が設けられると共に、第１金属板１１とフレーム本体１０の外方側で隣り合う第２金属板１２においても、凸部１１ｂと同様の凸部１２ｂが設けられ、その頂部には、平坦部１２ｂ１が設けられている。そして、平坦部１１ｂ１は、平坦部１２ｂ１の内壁と略平行に対向するように配置され、平坦部１１ｂ１、１２ｂ１にてレーザ溶接が施されている。なお、図６において、図１〜図５に示す先の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示す参考例では、第２金属板１２の内壁（ここでは凸部１２ｂの平坦部１２ｂ１）と略平行に対向する平坦部１１ｂ１を第１金属板１１の凸部１１ｂに設けることで、凸部１１ｂの加工精度を極端に高めなくても、第１金属板１１の凸部１１ｂと第２金属板１２とを隙間なく重ね合わせることができる。従って、凸部１１ｂの成形の容易性を向上させつつ、凸部１１ｂにおける溶接の確実性及び容易性を向上させることができる。

図７は、本発明に係る車両用フレーム構造の実施形態を示す。図７に示す実施形態では、図６に示す参考例と同様、第１金属板１１に設けた凸部１１ｂの頂部に平坦部１１ｂ１が設けられている。そして、平坦部１１ｂ１は、凸部が設けられていない平坦面を有する第２金属板１２の内壁と略平行に対向するように配置され、平坦部１１ｂ１にてレーザ溶接が施されている。なお、図７において、図１〜図６に示す先の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示す本実施形態では、凸部が設けられていない平坦面を有する第２金属板１２を用いることで、凸部１１ｂの周囲には、第１金属板１１と第２金属板１２との間に隙間１６が形成されている。これにより、例えば、上記特許文献３に開示されているように、金属板として亜鉛めっき鋼板を用いた場合、溶接時に発生するガス（具体的には、気化した亜鉛）を隙間１６から逃がすことができ、その結果、溶接不良の発生を防止することができる。従って、本実施形態の場合、補強体２０や発泡接着剤４０の損傷防止と溶接不良の防止とを両立させることができる。

なお、上述した各構成では、何れも２枚の金属板１１、１２（アウタパネル５１Ａ、５２Ａ）を重ね合わせて接合する場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、３枚以上の金属板を重ね合わせて接合する場合に本発明を適用してもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の、第１金属板は、第１金属板１１、およびサイドシル５１のアウタパネル５１Ａに対応し、
以下同様に、
第２金属板は、第２金属板１２、およびヒンジピラー５２のアウタパネル５２Ａに対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

１…車両用フレーム
１０…フレーム本体
１１…第１金属板
１１ｂ、１２ｂ…凸部
１１ｂ１、１２ｂ１…平坦部
１２…第２金属板
１４、６１…重ね合わせ部
１６…隙間
２０、５９…補強体
４０、６０…発泡接着剤
５１…サイドシル（第１金属板）
５２…ヒンジピラー（第２金属板）
５１Ａ…アウタパネル（第１金属板）
５２Ａ…アウタパネル（第２金属板）

Claims (2)

1. 金属製のフレーム本体に補強体が内蔵された車両用フレーム構造であって、
   上記フレーム本体は、２枚以上の金属板を上記フレーム本体の内外方向で重ね合わせた重ね合わせ部を有し、
   上記補強体は、上記重ね合わせ部から所定の間隔を隔てて上記フレーム本体の内方側に配置されると共に、
   上記重ね合わせ部の内壁に発泡接着剤で接合されており、
   上記重ね合わせ部に位置する上記２枚以上の金属板のうち、少なくとも上記フレーム本体の最も内方側に位置する第１金属板には、上記補強体から離間するように上記フレーム本体の外方側へ突出する凸部が設けられ、
   該凸部にて溶接が施され、
   上記凸部の周囲において、上記第１金属板と、該第１金属板と上記フレーム本体の外方側で隣り合う第２金属板との間に隙間が設けられた
   車両用フレーム構造。
2. 上記凸部の頂部に、上記第１金属板と上記フレーム本体の外方側で隣り合う第２金属板の内壁と略平行に対向する平坦部が設けられた
   請求項１に記載の車両用フレーム構造。

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