JP6485259B2

JP6485259B2 - 車両用フレームの接合構造

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Publication number: JP6485259B2
Application number: JP2015135306A
Authority: JP
Inventors: 宗志朗村田; 佐々木　隆; 隆佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: DE102016109912A1; CN106335547A; JP2017013747A; DE102016109912B4; US9902428B2; CN106335547B; US20170008565A1

Description

本発明は、車両用フレームの接合構造に関する。

水平部と水平部の両端からそれぞれ垂直に曲折形成された垂直フランジとを有する取付ブラケットを、矩形閉断面形状の押出材に被せ、垂直フランジの先端部を、押出材の壁面部にアーク溶接した取付構造は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２６８３２４号公報

しかしながら、車両の衝突などによって入力された荷重により、押出材が取付ブラケット側へ折れ曲がり変形したときには、アーク溶接部分が破断するおそれがあり、押出材によって、その荷重を吸収できないおそれがある。つまり、押し出し成形によって形成されたフレームを折れ曲がり変形させることで荷重を吸収する構造において、そのフレームの耐荷重強度及びロバスト性が確保されないおそれがある。

そこで、本発明は、押し出し成形によって形成され、入力された荷重を折れ曲がり変形することで吸収するフレームの耐荷重強度及びロバスト性を確保できる車両用フレームの接合構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の車両用フレームの接合構造は、軽金属の押し出し成形によって閉断面形状に形成された第１フレームと、軽金属で一方側が開放された開断面形状に形成され、前記第１フレームに接触した状態に重ね合わされる第２フレームと、を含んで構成された車両用フレームと、前記第２フレームに形成され、該第２フレームの開放方向側の辺縁部に沿って延在するスリット部と、前記第２フレームの前記辺縁部と前記第１フレームとが溶接されることで構成された第１溶接部と、前記スリット部の周縁部と前記第１フレームとが溶接されることで構成された第２溶接部と、を備え、前記第１フレームが前記第２フレーム側へ折れ曲がり変形したときの前記第１フレームの第１中立軸を含み、かつ前記第２フレームの開放方向が法線方向となる第１中立面と、前記第１フレームが前記第２フレーム側へ折れ曲がり変形したときの前記車両用フレームの第２中立軸を含み、かつ前記第２フレームの開放方向が法線方向となる第２中立面と、の間に、前記第１溶接部と前記第２溶接部の少なくとも一方が配置されている。

また、請求項２に記載の車両用フレームの接合構造は、請求項１に記載の車両用フレームの接合構造であって、前記第１フレームの長手方向中途部に車体下方側へ向かって凸となる屈曲部が形成されており、前記第２フレームは、前記第１フレームの前記屈曲部よりも車体後方側に重ね合わされている。

請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、車両の衝突などにより、第１フレームに、その延在方向一端部側から荷重が入力されたときには、第１フレームと第２フレームとの強度差により、第１フレームの延在方向一端部が、第２フレームに向かって折れ曲がり変形する。ここで、第２フレームは、その辺縁部が第１フレームに溶接された第１溶接部と、スリット部の周縁部が第１フレームに溶接された第２溶接部と、を有している。

したがって、第１フレームの延在方向一端部が、第２フレームに向かって折れ曲がり変形したときに、その曲げ応力が第１溶接部及び第２溶接部へ分散される（１つの溶接部に曲げ応力が集中しない）。よって、第１溶接部及び第２溶接部の破断が抑制され、第１フレームが第２フレームから剥離されるのが抑制される。これにより、第１フレームの耐荷重強度及びロバスト性が確保され、入力された荷重は、第１フレームの折れ曲がり変形によって効率よく吸収される。

また、第１中立面と第２中立面との間に、第１溶接部と第２溶接部の少なくとも一方が配置されている。ここで、第１中立面と第２中立面との間は、曲げ応力が作用し難い部位である。したがって、第１溶接部及び第２溶接部に掛かる曲げ応力が低減され、第１溶接部及び第２溶接部の破断が更に抑制される。

また、請求項３に記載の車両用フレームの接合構造は、請求項１又は請求項２に記載の車両用フレームの接合構造であって、前記第１溶接部が前記第１中立面と一致している。

請求項３に記載の発明によれば、第１溶接部と第１中立面とが一致している。したがって、第１溶接部に掛かる曲げ応力が更に低減され、第１溶接部の破断がより効果的に抑制される。

また、請求項４に記載の車両用フレームの接合構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用フレームの接合構造であって、前記第２溶接部が前記第２中立面と一致している。

請求項４に記載の発明によれば、第２溶接部と第２中立面とが一致している。したがって、第２溶接部に掛かる曲げ応力が更に低減され、第２溶接部の破断がより効果的に抑制される。

また、請求項５に記載の車両用フレームの接合構造は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両用フレームの接合構造であって、前記スリット部は、前記第２フレームの延在方向一端部側が開放されており、前記第１溶接部及び前記第２溶接部は、前記第２フレームの延在方向一端部を越える位置まで延在されている。

請求項５に記載の発明によれば、スリット部における第２フレームの延在方向一端部側が開放されており、第１溶接部及び第２溶接部が、第２フレームの延在方向一端部を越える位置まで延在されている。したがって、第２フレームの延在方向一端部において、第１溶接部及び第２溶接部の破断がより一層抑制される。

請求項１又は請求項２に係る発明によれば、押し出し成形によって形成され、入力された荷重を折れ曲がり変形することで吸収する第１フレームの耐荷重強度及びロバスト性を確保することができる。

また、請求項１に係る発明によれば、第１溶接部及び第２溶接部に掛かる曲げ応力を低減させることができ、第１溶接部及び第２溶接部の破断を抑制することができる。

請求項３に係る発明によれば、第１溶接部に掛かる曲げ応力を更に低減させることができ、第１溶接部の破断をより効果的に抑制することができる。

請求項４に係る発明によれば、第２溶接部に掛かる曲げ応力を更に低減させることができ、第２溶接部の破断をより効果的に抑制することができる。

請求項５に係る発明によれば、第２フレームの延在方向一端部において、第１溶接部及び第２溶接部の破断をより一層抑制することができる。

本実施形態に係る車両用フレームの接合構造を備えたサスペンションメンバを上方から見て示す斜視図である。本実施形態に係る車両用フレームの接合構造を備えたサスペンションメンバを下方から見て示す斜視図である。本実施形態に係る車両用フレームの接合構造を備えたサスペンションメンバを示す側面図である。本実施形態に係る車両用フレームの接合構造を備えたサスペンションメンバの要部を拡大して示す側面図である。図４のＸ−Ｘ線矢視断面図とサイドレールがサブサイドレール側へ屈曲部から折れ曲がり変形したときに作用する曲げ応力の分布を示す説明図である。本実施形態に係る車両用フレームの接合構造を備えたサスペンションメンバの前面衝突後を示す側面図である。本実施形態に係る車両用フレームの接合構造を備えたサスペンションメンバの要部の変形例を拡大して示す側面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを車体上方向、矢印ＦＲを車体前方向、矢印ＲＨを車体右方向とする。また、以下の説明で、特記することなく上下、前後、左右の方向を記載した場合は、車体上下方向の上下、車体前後方向の前後、車体左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。

また、ここでは、本実施形態に係る車両用フレームの接合構造１０の適用例として、サスペンションメンバ１２を挙げて説明するが、本実施形態に係る車両用フレームの接合構造１０は、サスペンションメンバ１２に適用される場合に限定されるものではない。

図１〜図３に示されるサスペンションメンバ１２は、車体前後方向に沿って延在する左右一対のフロントサイドメンバ（図示省略）の前部下側に、そのフロントサイドメンバに吊り下げられた状態で支持されるようになっている。ここで、各フロントサイドメンバは、車体前部側を車体後部側よりも高位に位置させるためのキック部を有している。

したがって、サスペンションメンバ１２は、その前端部である後述する左右一対のフロントボデーマウント１４が、キック部よりも車体前方側のフロントサイドメンバの前端部に取り付けられ、その後端部である後述するリアクロスメンバ１６の左右一対の締結部１６Ａが、キック部の下端部に取り付けられるようになっている。

サスペンションメンバ１２は、車幅方向に延在するフロントクロスメンバ１３と、フロントクロスメンバ１３の車幅方向両端部に接合された左右一対のフロントボデーマウント１４と、車幅方向に延在するとともに、車幅方向両端部からそれぞれ車体前方外側へ一体に延在された左右一対のサブサイドレール１８を有するリアクロスメンバ１６と、サブサイドレール１８の延在方向に延在するとともに、車体前方側端部がフロントボデーマウント１４に接合され、車体後方側端部がサブサイドレール１８に接合された左右一対のサイドレール２０と、を備えている。

フロントクロスメンバ１３及び第１フレームとしてのサイドレール２０は、アルミニウム合金等の軽金属材の押し出し成形によって一定の矩形閉断面形状（角筒状）に形成されており、高い延性を有している。そして、サイドレール２０は、その長手方向（延在方向）略中央部に、車幅方向から見た側面視で、車体下方側へ向かって凸となる（下凸状の）屈曲部２２を有している。

フロントボデーマウント１４は、アルミニウム合金等の軽金属材のダイカストで車体下方側が開放された開断面形状に形成されており、フロントサイドメンバの前端部に支持される構成になっている。また、リアクロスメンバ１６は、アルミニウム合金等の軽金属材のダイカストで車体下方側が開放された開断面形状に形成されており、第２フレームとしてのサブサイドレール１８も車体下方側が開放された開断面形状（断面略逆「Ｕ」字状）に形成されている。

サイドレール２０は、屈曲部２２よりも車体後方側の端部における略上半分（上側）が、サブサイドレール１８に覆われてアーク溶接によって線接合されている。そして、サイドレール２０は、屈曲部２２よりも車体後方側の端部における略下半分（下側）が、サブサイドレール１８等に覆われず、外部に露出されたままの状態とされている。なお、以下において、サイドレール２０の外面にサブサイドレール１８の内面が上方から面接触した状態に重ね合わされている部分を含む特定の領域を車両用フレームとしてのサイドフレーム２８とする（図３、図４参照）。

また、サイドレール２０は、屈曲部２２よりも車体前方側の端部における略上半分（上側）が、フロントボデーマウント１４の車体後方側へ延在する部位に覆われてアーク溶接によって線接合されている。そして、サイドレール２０は、屈曲部２２よりも車体前方側の端部における略下半分（下側）が、フロントボデーマウント１４等に覆われず、外部に露出されたままの状態とされている。

ここで、サイドフレーム２８の接合構造１０、即ちサイドレール２０とサブサイドレール１８との接合構造１０について更に詳細に説明する。なお、サイドレール２０とフロントボデーマウント１４との接合構造１０も同様であるため、それについての説明は適宜省略する。また、図５では、後述するリブ１９が省略されている。

図４、図５に示されるように、サイドレール２０の車幅方向外側を向く側壁である外壁（壁部）２４及び車幅方向内側を向く側壁である内壁（壁部）２６における車体上下方向中途部には、サイドレール２０の前端部が車体上方後側へ屈曲部２２から折れ曲がり変形させられたときに、それぞれ曲げ応力（引張変形力及び圧縮変形力）が作用し難い（サイドレール２０の長手方向に沿った）線状の領域が存在する。

この線状の領域は、サイドレール２０が屈曲部２２から下凸状に折れ曲がり変形したときに、その下壁２７側（下面側）の引張変形力及び上壁２５側（上面側）の圧縮変形力が共に作用し難く、かつサイドレール２０の断面の図心を通る長手方向に沿った第１中立軸ＮＡ１を含む（引張力と圧縮力のほぼ中心であり、変形の前後で長手方向に伸縮がない）仮想平面である第１中立面ＮＰ１と、サイドレール２０の外壁２４及び内壁２６との仮想交線部分（以下「第１交線部ＮＬ１」という）である。

この第１交線部ＮＬ１に、サブサイドレール１８の左右の側壁１８Ａにおける開放方向側の辺縁部（サブサイドレール１８の長手方向にほぼ沿った辺縁部）である下端部１８Ｂが、それぞれアーク溶接によって線接合されている（以下、その線接合されている部位を「第１溶接部３２」という）。すなわち、車幅方向から見た側面視で、第１溶接部３２が第１中立面ＮＰ１と一致するようになっている。

また、図１、図３〜図５に示されるように、サイドレール２０の外壁２４及び内壁２６に面接触した状態に重ね合わされている（サイドフレーム２８における）サブサイドレール１８の左右の側壁１８Ａの一部には、それぞれ側壁１８Ａの下端部１８Ｂに沿って、細長状のスリット部３０が形成されている。

このスリット部３０は、サイドレール２０が屈曲部２２から下凸状に折れ曲がり変形したときに、その下壁２７側（下面側）の引張変形力及び上壁２５側（上面側）の圧縮変形力が共に作用し難く、かつサイドフレーム２８の断面の図心を通る長手方向に沿った第２中立軸ＮＡ２を含む（引張力と圧縮力の中心であり、変形の前後で長手方向に伸縮がない）仮想平面である第２中立面ＮＰ２と、サイドレール２０の外壁２４及び内壁２６との仮想交線部分（以下「第２交線部ＮＬ２」という）を露出させるようになっている。

この第２交線部ＮＬ２に、サブサイドレール１８の左右の側壁１８Ａにおけるスリット部３０の周縁部が、それぞれアーク溶接によって線接合されている（以下、その線接合されている部位を「第２溶接部３４」という）。すなわち、車幅方向から見た側面視で、第２溶接部３４が第２中立面ＮＰ２と一致するようになっている。

なお、本実施形態に係る「第１交線部ＮＬ１及び第２交線部ＮＬ２」には、正確な仮想交線上だけではなく、正確な仮想交線上から若干ずれた略仮想交線上も含まれる。また、本実施形態では、第１溶接部３２が第１中立面ＮＰ１と一致し、第２溶接部３４が第２中立面ＮＰ２と一致しているが、これに限定されるものではなく、車幅方向から見た側面視で、第１中立面ＮＰ１と第２中立面ＮＰ２との間に、第１溶接部３２と第２溶接部３４の少なくとも一方が配置されていればよい。

また、図３、図４に示されるように、車幅方向から見た側面視で、サブサイドレール１８に覆われている（サイドフレーム２８における）サイドレール２０の後端上部は、車体後方下側へ向かって斜めに切り欠かれている。そのため、サイドレール２０の第１中立面ＮＰ１及びサイドフレーム２８の第２中立面ＮＰ２は、後端部に行くに従って車体後方下側へ傾斜されている。

したがって、サイドレール２０の外壁２４及び内壁２６にアーク溶接されるサブサイドレール１８の下端部１８Ｂ及びスリット部３０（アーク溶接部分）は、サイドレール２０の後端部に行くに従って車体後方下側へ傾斜されている。なお、これは、フロントボデーマウント１４に覆われているサイドレール２０の前端上部及びフロントボデーマウント１４の下端部１４Ｂ及びスリット部３０（アーク溶接部分）においても同様である（図３参照）。

また、サイドレール２０と、サブサイドレール１８及びフロントボデーマウント１４とのオーバーラップ量、即ちサイドレール２０の長手方向に沿った第１溶接部３２及び第２溶接部３４（アーク溶接部分）の長さは、定量的に予め設定されている。特に、第２溶接部３４（スリット部３０）の長さは、接合強度を向上させる観点から、できる限り長く形成されるようになっている。

しかし、その第１溶接部３２及び第２溶接部３４の長さは、後述するように、第１溶接部３２しか有していないサスペンションメンバ（図示省略）に比べて短くなっている。また、サブサイドレール１８の前端部１８Ｃ及びフロントボデーマウント１４の後端部１４Ｃは、それぞれサイドレール２０の外壁２４、上壁２５、内壁２６に接合（アーク溶接）されない構成になっている。これにより、後述する圧縮変形（塑性変形）が阻害されない構成になっている。

また、図１〜図４に示されるように、サブサイドレール１８は、サイドレール２０よりも板厚が厚い断面略ハット型形状に形成されている。すなわち、サブサイドレール１８の左右の側壁１８Ａにおける下端部１８Ｂには、それぞれ車幅方向外側と車幅方向内側へ突出するリブ１９が一体に形成されている。これにより、サブサイドレール１８の強度及び剛性が更に向上される構成になっている。

また、サスペンションメンバ１２の車体前方側には、エンジン及びトランスミッションを含むパワーユニット（図示省略）が配設されるようになっている。したがって、サスペンションメンバ１２のフロントクロスメンバ１３における車幅方向略中央部には、パワーユニットを下側から支持するためのエンジンマウント（図示省略）が設けられるようになっている。

なお、図１〜図３に示されるように、フロントクロスメンバ１３は、その車幅方向両端部における略上半分が、フロントボデーマウント１４の車幅方向内側へ延在する部位に覆われてアーク溶接によって線接合されている。そして、フロントクロスメンバ１３の車幅方向両端部における略下半分は、フロントボデーマウント１４等に覆われず、外部に露出されたままの状態とされている。

また、図２に示されるように、フロントクロスメンバ１３の車幅方向両端部は、車幅方向外側上方（車幅方向内側下方）へ向けて斜めに切り欠かれている。つまり、フロントクロスメンバ１３の車幅方向両端部において、断面形状の急変が生じない構成になっている。これにより、フロントクロスメンバ１３の車幅方向両端部における強度低下が抑制又は防止される構成になっている。

また、図１、図２に示されるように、リアクロスメンバ１６の車幅方向両端部には、フロントサイドメンバのキック部の下端部に取り付けるための締結部１６Ａが形成されている。そして、リアクロスメンバ１６の車幅方向両端部には、サスペンション（図示省略）を構成するロアアーム（図示省略）を取り付けるためのロアアーム取付部１６Ｂが形成されている。

以上のような構成とされた本実施形態に係る車両用フレーム（サイドフレーム２８）の接合構造１０を備えたサスペンションメンバ１２において、次にその作用について説明する。

上記したように、フロントクロスメンバ１３の車幅方向略中央部には、パワーユニットを下側から支持するエンジンマウントが設けられている。したがって、車両が前面衝突したときには、パワーユニットを介してサスペンションメンバ１２のフロントクロスメンバ１３に、その衝突荷重の一部が入力される。

ここで、サブサイドレール１８を有するリアクロスメンバ１６は、ダイカストで成形されており、その強度及び剛性が確保されている。特に、サブサイドレール１８の板厚は、サイドレール２０の板厚よりも厚く形成され、更に、サブサイドレール１８の各側壁１８Ａにおける下端部１８Ｂには、それぞれ車幅方向外側と車幅方向内側へ突出するリブ１９が一体に形成されている（断面ハット型形状に形成されている）ため、その強度及び剛性が向上されている。

したがって、フロントクロスメンバ１３に車体前方側から衝突荷重の一部が入力されると、サブサイドレール１８とサイドレール２０との耐力差（強度差）から、図６に示されるように、サイドレール２０の前端部が車体上方後側へ向かうように（矢印Ｆ方向へ）屈曲部２２から折れ曲がり変形するとともに、サブサイドレール１８の前端部１８Ｃが車体上方後側へ変形するのが抑制又は防止される。

また、このとき、サイドレール２０の屈曲部２２よりも車体後方側の端部における略下半分は、サブサイドレール１８に覆われず、外部に露出されたままの状態とされている。したがって、サイドレール２０の屈曲部２２からの折れ曲がり変形（塑性変形によるエネルギー吸収）が、サブサイドレール１８によって阻害されるおそれがない。

詳細に説明すると、図示は省略するが、例えばサブサイドレールが閉断面形状とされ、サイドレール２０の車体後方側端部が、そのサブサイドレール内に挿入されて接合（溶接）される構成であると、サイドレール２０の車体後方側端部における略下半分がサブサイドレールに覆われる。そのため、サイドレール２０の引張変形側（下面側）の塑性変形が、そのサブサイドレールによって阻害されるおそれがある。

しかしながら、本実施形態に係る接合構造１０を備えたサスペンションメンバ１２では、サイドレール２０の車体後方側端部における略下半分が、サブサイドレール等の被覆部材によって覆われない構成であるため、サイドレール２０の引張変形側（下面側）の塑性変形が阻害されるおそれがない。

また、サブサイドレール１８の前端部１８Ｃがサイドレール２０の外壁２４、上壁２５、内壁２６に接合（アーク溶接）されない構成であるため、サイドレール２０の圧縮変形側（上面側）の塑性変形が阻害されるおそれもない。したがって、サイドレール２０は、屈曲部２２から容易に折れ曲がり変形することができる。

また、サブサイドレール１８の各側壁１８Ａにおける下端部１８Ｂ及びスリット部３０の周縁部が、サイドレール２０の外壁２４及び内壁２６にアーク溶接によって線接合されて、第１溶接部３２及び第２溶接部３４とされている（複数の溶接部とされている）ため、サイドレール２０が屈曲部２２から折れ曲がり変形したときの曲げ応力が、１つの溶接部に集中しない。

つまり、サイドレール２０が屈曲部２２から折れ曲がり変形したときの曲げ応力は、サブサイドレール１８との接合部位である第１溶接部３２及び第２溶接部３４へ分散される。したがって、第１溶接部３２及び第２溶接部３４の破断が抑制又は防止され、サイドレール２０がサブサイドレール１８から剥離されるのが抑制又は防止される。よって、サイドレール２０の耐荷重強度及びロバスト性を確保することができる。

以上により、パワーユニットを介してサスペンションメンバ１２のフロントクロスメンバ１３に入力された衝突荷重の一部は、そのサスペンションメンバ１２におけるサイドレール２０の屈曲部２２からの折れ曲がり変形（塑性変形）によって効率よくエネルギー吸収される。

特に、屈曲部２２は、サイドレール２０の長手方向略中央部に形成されているため、その屈曲部２２に荷重を集中させ易い。よって、サイドレール２０の屈曲部２２からの折れ曲がり変形を促進させる（良好にコントロールする）ことができ、エネルギー吸収特性を向上させることができる。

なお、サイドレール２０の屈曲部２２よりも車体前方側の端部における略下半分も、フロントボデーマウント１４に覆われず、外部に露出されたままの状態とされている。そして、フロントボデーマウント１４の後端部１４Ｃは、サイドレール２０の外壁２４、上壁２５、内壁２６に接合（アーク溶接）されない構成とされている。

したがって、サイドレール２０の屈曲部２２からの折れ曲がり変形（塑性変形によるエネルギー吸収）が、フロントボデーマウント１４によって阻害されるおそれもない。つまり、フロントボデーマウント１４によって、サイドレール２０の引張変形側（下面側）及び圧縮変形側（上面側）の塑性変形が、それぞれ阻害されるおそれがないので、サイドレール２０は、屈曲部２２から更に容易に折れ曲がり変形することができる。

そして、サイドレール２０が屈曲部２２から折れ曲がり変形したときの曲げ応力は、フロントボデーマウント１４との接合部位である第１溶接部３２及び第２溶接部３４へ分散されるため、第１溶接部３２及び第２溶接部３４の破断が抑制又は防止され、サイドレール２０がフロントボデーマウント１４から剥離されるのが抑制又は防止される。

これにより、サイドレール２０の耐荷重強度及びロバスト性を更に確保することができ、フロントクロスメンバ１３に入力された衝突荷重の一部は、サイドレール２０によって更に効率よくエネルギー吸収される。

また、サブサイドレール１８は、各側壁１８Ａにおける下端部１８Ｂ及びスリット部３０の周縁部が、それぞれサイドレール２０の外壁２４及び内壁２６における第１交線部ＮＬ１及び第２交線部ＮＬ２にアーク溶接によって線接合されているため、サイドレール２０が屈曲部２２から折れ曲がり変形しても、第１溶接部３２及び第２溶接部３４には曲げ応力が作用し難い（第１溶接部３２及び第２溶接部３４では曲げ応力が最小限に抑えられる）。

したがって、サイドレール２０が屈曲部２２から下凸状に折れ曲がり変形しても、第１溶接部３２及び第２溶接部３４が破断されるのをより効果的に抑制又は防止することができ、サイドレール２０がサブサイドレール１８から剥離されるのをより効果的に抑制又は防止することができる。よって、サイドレール２０によるエネルギー吸収特性が低減されるおそれがない。

同様に、フロントボデーマウント１４は、各側壁１４Ａにおける下端部１４Ｂ及びスリット部３０の周縁部が、それぞれサイドレール２０の外壁２４及び内壁２６における第１交線部ＮＬ１及び第２交線部ＮＬ２にアーク溶接によって線接合されているため、サイドレール２０が屈曲部２２から折れ曲がり変形しても、第１溶接部３２及び第２溶接部３４には曲げ応力が作用し難い（第１溶接部３２及び第２溶接部３４では曲げ応力が最小限に抑えられる）。

したがって、サイドレール２０が屈曲部２２から下凸状に折れ曲がり変形しても、第１溶接部３２及び第２溶接部３４が破断されるのをより効果的に抑制又は防止することができ、サイドレール２０がフロントボデーマウント１４から剥離されるのをより効果的に抑制又は防止することができる。よって、サイドレール２０によるエネルギー吸収特性が低減されるおそれがない。

また、このサスペンションメンバ１２では、サブサイドレール１８の各側壁１８Ａ及びフロントボデーマウント１４の各側壁１４Ａに、それぞれ第１溶接部３２及び第２溶接部３４を有しているので、サイドレール２０の耐荷重強度及びロバスト性を確保しつつ、第１溶接部３２及び第２溶接部３４の長さを、例えば第１溶接部３２しか有していないサスペンションメンバ（図示省略）に比べて、短くすることができる。

換言すれば、サブサイドレール１８の長さを短くすることができ、サブサイドレール１８やフロントボデーマウント１４に覆われていないサイドレール２０の領域を増加させる（長手方向の長さを長く取る）ことができる。したがって、サイドレール２０の屈曲部２２からの下凸状の折れ曲がり変形をより一層促進させる（折れ曲がり変形のストローク長を延長させる）ことができ、エネルギー吸収特性を更に向上させることができる。

また、フロントボデーマウント１４及びリアクロスメンバ１６は、アルミニウム合金等の軽金属材のダイカストによって形成されているため、他の取付部品を取り付けるための座面やボス等を容易に形成することができる。すなわち、フロントボデーマウント１４及びリアクロスメンバ１６は、高剛性でありながら、形状の自由度が高く、部品点数の削減（形状の合理化）を図ることができる。

また、フロントボデーマウント１４及びリアクロスメンバ１６は、車体下方側が開放された開断面形状に形成されているため、フロントクロスメンバ１３やサイドレール２０に対する組み付け（接合）がし易い。したがって、サスペンションメンバ１２の組立工程を簡略化することができる。また、上記したように、サブサイドレール１８の長さを短くしてサイドレール２０の後端部に接合することができるため、そのサブサイドレール１８の長さ分、サスペンションメンバ１２を軽量化することができる。

また、フロントクロスメンバ１３及びサイドレール２０も、アルミニウム合金等の軽量金属材の押し出し成形によって形成されているため、フロントボデーマウント１４及びリアクロスメンバ１６と同様に、形状の自由度が高く、かつ、各両端部における略下半分を被覆部材等で覆う必要もないので、部品点数の削減が図れる。したがって、軽金属材で成形されたサスペンションメンバ１２を更に軽量化することができる。

また、サイドレール２０とサブサイドレール１８とはアーク溶接によって線接合されているので、両者を強固に接合することができ、両者の間に異物が入り込むことを抑制又は防止することができる。したがって、両者の間で電食が発生することも抑制又は防止することができる。なお、これは、サイドレール２０とフロントボデーマウント１４とのアーク溶接による線接合においても同様である。

また、図７に示されるように、サブサイドレール１８の側壁１８Ａ（サイドフレーム２８）におけるスリット部３０よりも前側端部（サブサイドレール１８の延在方向一端部側）を切り欠いて開放させ、その部位を含んでアーク溶接するようにしてもよい。詳細に説明すると、図１〜図６に示されているサイドフレーム２８では、サブサイドレール１８の側壁１８Ａにおけるスリット部３０よりも前側端部をアーク溶接することができないため、その部分に曲げ応力が作用すると、第２溶接部３４が破断され易くなる。

これに対し、サブサイドレール１８の側壁１８Ａにおけるスリット部３０よりも前側端部が開放されて、第２溶接部３４が車体前方側へ延長されていると（側壁１８Ａの前端部１８Ｃを越えてアーク溶接されていると）、その前側端部の接合強度及び剛性を向上させることができるため、その前側端部に曲げ応力が作用しても、第２溶接部３４が破断され難くなる。なお、第１溶接部３２も車体前方側へ延長される（側壁１８Ａの前端部１８Ｃを越えてアーク溶接される）ことが望ましい。これにより、第１溶接部３２及び第２溶接部３４の破断をより一層抑制することができる。

以上、本実施形態に係る車両用フレーム（サイドフレーム２８）の接合構造１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る接合構造１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、サイドレール２０の屈曲部２２は、サイドレール２０の長手方向略中央部に形成される構成に限定されるものではない。

また、サイドレール２０が、屈曲部２２から折れ曲がり変形したときに、サブサイドレール１８から剥離される（第１溶接部３２及び第２溶接部３４が破断される）のを抑制又は防止できる構成であれば、サブサイドレール１８の各側壁１８Ａにおける下端部１８Ｂ及びスリット部３０の周縁部がアーク溶接（線接合）される部位は、サイドレール２０の外壁２４及び内壁２６における第１交線部ＮＬ１及び第２交線部ＮＬ２でなくてもよい。

更に、サブサイドレール１８の強度及び剛性が充分に確保されるのであれば、各側壁１８Ａの下端部１８Ｂにリブ１９が形成されていなくてもよい。また、サイドレール２０と、サブサイドレール１８及びフロントボデーマウント１４とを線接合する溶接は、アーク溶接に限定されるものではなく、例えばレーザー溶接等であってもよい。また、軽金属材は、アルミニウム合金に限定されるものではなく、例えばマグネシウム合金やチタン合金等であってもよい。

また、本実施形態に係る接合構造１０は、サスペンションメンバ１２のサイドレール２０とサブサイドレール１８及びフロントボデーマウント１４とに適用される構成に限定されるものではなく、例えばサスペンションメンバ１２のフロントクロスメンバ１３とフロントボデーマウント１４とに適用されてもよく、更にはフロントサイドメンバ等にも適用されてもよい。また、本実施形態に係る接合構造１０は、断面矩形状のフレームに適用される構成に限定されるものではなく、例えば断面円形状のフレームにも適用可能である。

１０接合構造
１８サブサイドレール（第２フレーム）
１８Ｂ下端部（辺縁部）
２０サイドレール（第１フレーム）
２８サイドフレーム（車両用フレーム）
３０スリット部
３２第１溶接部
３４第２溶接部
ＮＡ１第１中立軸
ＮＡ２第２中立軸
ＮＰ１第１中立面
ＮＰ２第２中立面

Claims

軽金属の押し出し成形によって閉断面形状に形成された第１フレームと、軽金属で一方側が開放された開断面形状に形成され、前記第１フレームに接触した状態に重ね合わされる第２フレームと、を含んで構成された車両用フレームと、
前記第２フレームに形成され、該第２フレームの開放方向側の辺縁部に沿って延在するスリット部と、
前記第２フレームの前記辺縁部と前記第１フレームとが溶接されることで構成された第１溶接部と、
前記スリット部の周縁部と前記第１フレームとが溶接されることで構成された第２溶接部と、
を備え、
前記第１フレームが前記第２フレーム側へ折れ曲がり変形したときの前記第１フレームの第１中立軸を含み、かつ前記第２フレームの開放方向が法線方向となる第１中立面と、前記第１フレームが前記第２フレーム側へ折れ曲がり変形したときの前記車両用フレームの第２中立軸を含み、かつ前記第２フレームの開放方向が法線方向となる第２中立面と、の間に、前記第１溶接部と前記第２溶接部の少なくとも一方が配置されている車両用フレームの接合構造。
前記第１フレームの長手方向中途部に車体下方側へ向かって凸となる屈曲部が形成されており、
前記第２フレームは、前記第１フレームの前記屈曲部よりも車体後方側に重ね合わされている請求項１に記載の車両用フレームの接合構造。
前記第１溶接部が前記第１中立面と一致している請求項１又は請求項２に記載の車両用フレームの接合構造。
前記第２溶接部が前記第２中立面と一致している請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用フレームの接合構造。
前記スリット部は、前記第２フレームの延在方向一端部側が開放されており、前記第１溶接部及び前記第２溶接部は、前記第２フレームの延在方向一端部を越える位置まで延在されている請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両用フレームの接合構造。