JPH10506074A - 自動車用のラダー・フレーム構成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車用のレールフレーム構成体は後方クロス部材構成体によって相互連結している１対の概して平行な後方フレームレール部材を有する後方フレームモジュールを含んで成る。中央フレームモジュールは中央クロス部材構成体によって相互連結している１対の概して平行な中央フレームレール部材を含んで成り、当該中央フレームレール部材は各々垂直基壁部分と当該垂直基壁部分の両端から外方へ延在する１対の概して平行な水平壁部分とを含む概してＵ字形の横断面形態を有する。該Ｕ字形中央フレーム部材は各々２離間位置の間で曲げられ、該基壁部分の１端から延在する該水平壁部分の１方が内部に該離間位置の間の個所で実質的に伸延されている金属性グレンを有している。それに加えて、該基壁部分の他端から延在する該水平壁部分の他方が内部に該離間位置の間の個所で実質的に圧縮されている金属性グレンを有している。それに加えて、前方フレームモジュールは前方クロス部材構成体によって相互連結している１対の概して平行な管状前方フレームレール部材を含んで成る。当該管状前方フレームレール部材は各々不規則な形状とサイズの概して長方形の横断面を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車用のラダー・フレーム構成体 発明の背景 発明の分野 本発明は自動車用のサイドレールフレーム構成体とその成形方法に関する。 背景情報 自動車、特にはオフロード車、ピックアップトラック及び類似の車両の分野で は、エンジン、サスペンジョン・システム、等々の車両の種々の要素を搭載する ための車両ラダー・フレーム構成体（アッセンブリ）を提供することは知られて いる。代表的には、このフレーム構成体は車両の対立側に沿って概して延在する １対の長手方向に平行なサイドレール、並びにサイドレールに沿って離間配位点 において両サイドレールを接続する複数の横断するクロス部材を含む。フレーム 構成体は標準の旅客自動車（パッセンジャー・カー）において代表的に使用され る「単体」（ユニボディ）構造の車体部材に代わる剛性と強度を発揮させるため の主要負荷坦持部材として機能する。 一層近年になると、車両フレーム構成体は追加したモジュール方式を用いて製 造されている。更に具体的にいえば、車両フレーム構成体は便宜上、前フレーム モジュール、中央フレームモジュール、後フレームモジュールに３分割すること が出来る。これによって製造が容易になり、しかも特定のフレームモジュールを １タイプ或いはモデル以上の車両に対して使用させることが可能になる。更に、 モジュラー設計はフレーム構成体の異なる部分を異なる構造で以て製造出来ると いう利点を有している。例えば、前フレームモジュールは好ましくは閉鎖棒（ク ローズド・バー）のサイドレール（即ち、閉塞横断面形態）を用いて製造するこ とによって、運転台（カブ）の下の最大の捩じり剛さと衝突耐久性を有するフレ ーム構成体を提供する。他方、中央フレームモジュールと後フレームモジュール は好ましくは曲げ効能を向上させるため、そしてクロス部材とその他の要素の取 付けを容易にするために、車両の方へ内向きに開いた部分を有するＵ字形の横断 面形態で以て製造される。ここで使用されているように、用語のＵ字形とは、内 向きフランジがＵ字形態の夫々の端部に設けられている斯ゝる「Ｃ字形」と同義 語であり得る。 車両フレーム構成体製造に際しては、製造者は代表的にはスタンピング法（型 打ち法）を採用する。このスタンピング法は１台、或いは対立する２台の型打ち ダイ部材として、これが原材料、通常スチール、のシートをダイ間で圧縮（衝撃 ）することによりサイドレール・フレーム部材と所望形状（例えば、Ｕ字形の断 面形態を有する）のクロス部材とを成形する斯ゝるスタンプダイ部材を用いるこ とによって達成される。スタンピング工程の際に、原材料は順次移動させられて 異なる型打ちダイ・ステーション（部署）において最終形状が達成されるまで型 打ち成形される。更に、型打ちダイと設備は可成り高価であり、しかも頻繁に取 り替えなければならない。その結果、型打ち成形フレーム部材の製造と組立てに 関連する材料、労働力、設備の費用が際立って高いものにつくことは理解出来る 。 真っ直ぐな金属シートの型打ち成形に関連して生まれるもう１つの問題は多大 の量の原材料が浪費される、特に不規則形のフレーム 部品が要求される場合に浪費される。さらに具体的にいえば、不規則形が原材料 のシートから型打ち成形される場合に、型打ち形がシート上の安全な所に如何に 緻密に配置されるかに関係なく、多大な量の使用できない周辺材料（特にシート 側縁に）が存在する。１つの分析によれば、原材料ロールの３０％〜４０％まで の量が型打ち成形部品の不規則形により使用出来ないことが判明した。スタンピ ング法によれば、体積が大きい場合に材料の浪費量とそれに関連する費用が著し いものになることが理解される。 もう１つの問題はフレーム構成体に型打ち成形部材を組み立てることからもた らされる。この組立ては熱量を部品に与えるワイヤ溶接法を用いて実行される。 この組立て工程では、型打ち成形部品は加熱・成形工程で生じたストレスとスプ リングバックを制御するために所定位置に締結されなければならない。締結する ことがなければ、これらのストレスは構成体の著しい歪み（全体的に６〜12ｍｍ が代表的である）をもたらす。この組立て費用とツーリングは大容量の場合に、 品質の高い構成体を得るためには大きな投資、製造コスト、リワーク・コストを 要することになる。 特許文献は、サイドレール部材を型打ち成形されるより、むしろロール成形さ れる処置法を提案している。更に具体的にいえば、米国特許第2,127,61号におい て、１連の協労するローラに対し金属原材料のシートを通過させることによって シートを順次曲げて、ボックス形の横断面形態を有している管状サイドレール部 材に成形する装置が提案されている。ロール成形法はスタンピング法を凌ぐ数多 くの利益を与える。例えば、製造設備に必要な資本経費は著しく低い。それに加 え、ロール成形機は型打ちダイに関連した高度の衝撃のストレスを伴うことなく 機能するので、そのメインテナンスは軽度になり、有効寿命が長くなる。更に、 材料シートは１連ローラに 対し連続的に通過させること出来るので、フレームのサイドレール生産時間を早 めることが出来る。それに加えて、原材料のストリップがサイドレールの製造で 完全に使われるので、原材料はその殆ど、或いは全然浪費されることがない。組 立工程はローリング工程において部材群が接合によって完全に閉じたボックス形 断面になるので、最小化することが出来る。それ故に、ロール成形法に関連した 製造費は型打ち成形の場合の製造費より著しく低下することが理解される。 しかしながら、ロール成形法の利点はそれ故に所望形状のサイドレールを成形 するためのプロセス能力の無さによってこれまで制限されてきた。例えば、最も 望ましい形態の場合には、中央サイドレール部材に前述のようにＵ字形の断面形 態を設けることに有利性があるだけでなく、サイドレールの中央部分に垂直方向 に湾曲した湾曲部を、例えば後輪用の車軸取付具を収容するために、設けること が望ましい。スタンピング法とは違って、ロール成形法は真直ぐなサイドレール 部材（例えば、垂直方向に曲がっていない）だけを成形することが出来るに過ぎ ないので、垂直方向局部はその後の作業で形成されなければならない。例えば、 上述の特許’618では、真直ぐなボックス断面形サイドレールを、その成形後に 曲げ加工ミルにおいて曲げることによって前位と後位のキック・アップ（上曲げ 部）を設けることを意図している。ボックス断面形断面形態を曲折することはそ の固有の強度のために可成り単純ではあるが、Ｕ字形の形態を有するロール成形 サイドレール部材の曲折は今までの試行では不成功に終わっている。更に具体的 にいえば、この種の試みは開断面の形態が相対的に弱いこと並びに望ましくない 捩じれや歪みが発生しがちなところから、これまで効果が上がっていない。前レ ール用のボックス管状サイドフレームの使用は一定断面の必要のせ いで省かれていた。これはエンジン、フロント・サスペンション、車体、その他 のエンジン・コンパートメント要素の外形要件のせいで、一括させることが出来 ない。その結果の設計は材料使用にとって効果的ではなく、投資の節約が材料コ ストのペナルティを正当化し且つ一括拘束が厳しくない斯ゝる容積の小さい用途 と大きなトラックでのみ使用されている。 発明の要旨 従って、上記関心事に対処した自動車用のフレーム構成体（フレーム・アッセ ンブリ）を製造することの必要性が存在する。それ故に、本発明の目的はこの必 要性に答えることにある。本発明の原理によれば、この目的は自動車用のラダー フレーム構成体（梯子形枠アッセンブリ）を製造する方法を提供することによっ て達成される。本発明方法の含む工程の２つは、後方フレームレールモジュール の成形工程と前方フレームレールモジュールの成形工程である。もう１つの工程 は１対の中央フレームサイドレールを含んで成る中央フレームレールモジュール を成形するものであって、当該中央フレームサイドレールの各々は： １）金属 材料シートを当該シートの両側を折返し係合するように構成配置された１連の協 労するローラ群に対して、垂直基壁部分と当該基壁部分の両端から延在する１対 の外方延在水平壁部分とを含む概してＵ字形の横断面を有する形態に曲折するよ うに通過移動させること；及び２）Ｕ字形の形態シートの曲げ加工として、概し てその平面内に配位する該基壁部分を曲げ、他方では該基壁部分の１端から延在 する水平壁部分の１方を伸延し且つ該基壁部分の他端から延在する水平壁部分の 他方を圧縮することを含む斯ゝるＵ字形の形態シートの曲げ加工を行うことによ って成形される。本方法の最終工程は前方フレームレールモジュー ルと後方フレームレールモジュールを中央フレームレールモジュールの両端に固 く確保するものである。 前方フレームモジュールは１対の前フレームサイドレールとして、ロール成形 され且つ溶接されて管構造のブランクになる斯ゝるサイドレールを含んで成る。 ハイドロ成形法は流体圧として、当該ブランクを不規則形状に成形し且つ要求さ れる最終形状が出来るような材料流と壁厚（±１５％）を得るために管の両端を 押す斯ゝる流体圧を利用するものである。閉ボックスフレーム・パーツ（衝突エ ネルギーを吸収するフレームの前方部分に）を製造する場合、スタンピング法（ 型打ち成形法）は単独の一体成形管状部材を型打ち成形することが出来ないので 、一層問題のあるものとなる。その代わり、長手方向（縦方向）に溶接しなけれ ばならない複数の長尺断面を型打ち成形することが必要である。例えば、対面す る２つのＵ字形断面は溶接することによってボックス状の形態にすることが出来 る。このような構造は一体成形管状部材が採用されている構造のもの程には強く も、或いは高い寸法精度でもない。この方法は溶接材料と追加のマン・アワー等 の他の資源さえ必要とすることも理解出来る。 ロール成形法がサイドレールの前方部分用の管状部材を製造するために使用出 来ることは注目すべきことである。例えば、上述の特許’618において留意され たボックス形の形態を成形するためには、ストリップ材料の側縁が当接関係にな ってから溶接されるに至るまで、ストリップ材料の側縁（サイドエッジ）をロー ラ加工することによって正方形の断面形にすることが必要である。しかし、最近 ではハイドロ成形法として知られる方法で管形ブランクからボックス管状車両フ レーム・サイドレールセクションを一体的に成形することが提案されている。米 国特許第5,107,693号、第5,233,854号 、第5,333,775号、第54,567,743号、第5,070,717号、第5,239,852号及び第5,339 ,667号を参照されたい。ハイドロ成形フレームレールはサイドレールフレーム構 成体の前方部分にとって有益であるが、これまでの関係技術はハイドロ成形前方 サイドレールフレーム部材とロール成形・曲折Ｕ字形中央フレームレール部材と を有するモジュール式のサイドレール・フレームレール構成体を提供するに至っ ていない。 本発明の原理によれば、前方フレームサイドレールの各々は：１）キャビティ 形状を規定する内部面を有するダイモールドのキャビティに金属管状部材を挿置 し；そして２）当該金属管状部材の内部に流体を、管状部材を膨張させてダイモ ールドの内面と係合させることが出来るだけの圧力で以て与え、それによって管 状部材をキャビティ形状に実質的に合致させることによって成形される。 更に、本発明は：後方クロス部材構成体によって連結されている１対の概して 平行な後方フレームレール部材を有する後方フレームモジュール；中央クロス部 材構成体によって連結されている１対の概して平行な中央フレームレール部材を 含んで成る中央フレームモジュール；及び前方クロス部材構成体によって連結さ れている１対の概して平行な管状前方フレームレール部材を含んで成る前方フレ ームモジュールを含んで成る自動車用のレールフレーム構成体であって、 該中央フレーム部材の各々が垂直基壁部分と当該基壁部分の両端から延在して いる１対の外延する概して平行な水平壁部分とを含む概してＵ字形の横断面形態 を有しており、 当該Ｕ字形中央フレーム部材の各々がその離間配位した２点間で曲げられてお り、そして該基壁部分の１端から延在する該水平壁部分の１方が前記離間した２ 点間の箇所で実質的に伸延された金属性 グレン（結晶粒）を内部に有しており、そして 該基壁部分の他端から延在している該水平壁部分の他方が前記離間した２点間 の箇所で実質的に圧縮された金属性グレンを内部に有している、 斯ゝる構成の自動車用レールフレーム構成体を提供することによって発明目的を 達成する。 図面の簡単な説明 図１は本発明のフレームレール構成体を示す斜視図である。 図２（Ａ）は本発明の中央フレームレール部材の湾曲部を示す部分断面・切欠 き斜視図である。 図２（Ｂ）は本発明の中央フレームレール部材の前方端と前方フレームレール 部材の後方端とを示し且つ当該両端を互いに固く連結する方法を示す部分断面・ 切欠き斜視図である。 図２（Ｃ）は図２（Ａ）の線２（Ｃ）−２（Ｃ）に沿った断面図である。 図２（Ｄ）は本発明の中央フレームレール部材を示す斜視図である。 図３は本発明のロール成形装置を示す説明図である。 図４（Ａ）〜４（Ｊ）は本発明のロール成形法で使用される重い金属ロールを 示す切欠き断面図である。 図５（Ａ）〜５（Ｄ）は本発明の曲げ作業で使用する曲折用取付具を示す説明 図である。 図５（Ｄ）は本発明の曲げ作業の際にＵ字形断面レール部材を締め付けるため のクランプ機構を示す断面図である。 図６（Ａ）、６（Ｃ）、及び６（Ｅ）は本発明の管状の前方フレーム部材を成 形するときに使用するハイドロ成形モールド構成体と 管形ブランクとを示す縦断面図である。 図６（Ｂ）、６（Ｄ）、及び６（Ｆ）は本発明の管状の前方フレーム部材を成 形するときに使用するハイドロ成形モールド構成体と管形ブランクとを示す図６ （Ａ）、６（Ｃ）、及び６（Ｅ）の横断面図である。 図７は図６（Ｅ）に類似な図であって、本発明の別に採り得る態様を示す縦断 面図である。 発明の好適態様の詳細な説明 図１には、本発明の原理に従って製造されたレールフレーム構成体１０が全体 的に示される。レールフレーム構成体１０はモジュール方式に設計したものが好 ましく、全体的に１４で表示された後方フレームモジュール、全体的に１６で表 示された中央フレームモジュール、及び全体的に１８で表示された前方フレーム モジュールを含んで成る。前方フレームモジュールは１対の管状前方フレームレ ール部材２０を含み、各部材は閉横断面、好ましくは衝突エネルギー管理のため に十分に強く且つ十分な支持を与えるように長方形の断面を有している。前方フ レームレール部材２０はクロスレール部材２２として、フレーム構成体の捩じり 剛性を加えるために管形にするのが好ましい斯ゝるクロスレール部材によって相 互連結されている。前方フレームモジュール１８は数多くの車両要素をこれに装 着するようになっている。例えば、前方フレームモジュールは車体取付けブラケ ット（例えば、番号２４で表示）、ラック・ピニオンステアリング用ブラケット ２６、エンジン取付けブラケット２８、ラジエータ支持ブラケット３０、及び制 御アームブラケット３２を含む。後に詳しく説明されるように、前方フレームモ ジュール１８は好ましくはハイドロ成形法で成形するのが好ましく、この方法は 管状前方フレームレール部材２０に全体的に実質的に等しい壁厚を具備せしめる ことが出来る。それに加えて、ハイドロ成形法プロセスの際に、この種のシーム 溶接を要する型打ち成形法、或いはロール成形法によって製造された部材よりも 強く且つ寸法的に優れているように縦方向のシーム溶接を施すことは必要ではな い。 中央フレームモジュール１６は軸受け支持クロス部材３８と燃料タンククロス 部材４０等のクロス部材によって相互連結されている１対の平行な中央フレーム レール部材３６を含む。中央フレームモジュールは更に、前方車体取付けブラケ ット４４、後方車体取付けブラケット５０、及び後位ボックス取付けブラケット ５０を含む。両中央フレームレール部材３６はその前方端において、管状フレー ムレール部材２０の夫々の後方端に連結されている。好ましくは、固い連結は前 記端を互いに溶接することによって達成される。更に、中央フレームレール部材 ３６は内向きの実質的にＵ字形の形態になる横断面を有している。レール部材３ ６のための当該形態により、中央フレームモジュール１６に実質的な強度を具備 せしめると共に、色々な要素をこの部材に容易に取り付けることが出来る。 中央フレームレール部材３６は先ずＵ字形の断面形態を与えるようにローリン グ作業で、次いでレール部材３６に６０、６２で表示される僅かに曲がっている 前方と後方の湾曲部を与えるように曲げ加工で以て成形される。当該前方湾曲部 ６０と後方湾曲部６２は車輪・車軸の取付具と車両サスペンジョン等の種々の要 素を収める。 図２（Ａ）は１方のレール部材３６の後方湾曲部６２における部材部分の拡大 図である。このフレームレール部材３６の実質的Ｕ字形の形態が示されている。 このＵ字形の形態は基部分、即ち垂直壁部分１７０として、これが中央フレーム レール部材３６を完全なレールフレーム構成体１０に組み立てたときに実質的に 垂直に配位す ることになる斯ゝる垂直壁部分を含んで成る。Ｕ字形断面は更に垂直壁部分の両 端から延在する１対の水平壁部分１７２、１７４を含む。両水平壁部分１７２、 １７４は概して互いに平行であって、且つ中央レールフレーム部材が完全品のレ ールフレーム構成体に組み立てられたときに実質的に水平に配位する。両水平壁 部分１７２、１７４は車両に向けて概して内方へ延在し、それによって各中央フ レームレール部材のＵ字形の形態における開局部が同様に車両に向けて内向きに なることによってクロス部材並びに他の要素の取付けを容易にしている。図２（ Ａ）においては、Ｕ字形の形態が更に両水平壁部分１７２、１７４における基部 分１７０に連結された１方の端とは反対側の他方の端から夫々延在している１対 の内方延在フランジ部分１７６、１７８を含むことは分かる。これらのフランジ はオプションとして省略出来る。 しかし、両フランジ１７６、１７８を設けると、湾曲部の外位部分に沿って延 在するフランジ１７６が曲げ加工の結果としてやゝ外方へ広がる（フレア状に） ことは図面から理解出来る。更に具体的にいえば、レール部材３６の直線部分を 示す図２（Ａ）の点線部分から理解出来るように、フランジ１７６は中央レール 部材３６が曲げられていない垂直壁部分１７０と実質的に平行である。曲げ加工 の結果として更に、水平壁部分１７２における金属グレン（湾曲部の外位部分に おいて）は引き延ばされ、他方の水平壁部分１７４における金属グレン（湾曲部 の内位部分において）が圧縮されることは理解出来る。 垂直壁部分１７０の伸延と肉薄化は中央フレームレール部材の曲げ加工におい ても生じる。この伸延と肉薄化の大半は垂直壁部分１７０における外位湾曲部近 傍にある上位部分に向けて生じる（下に略１／３に亘り）。１８０で全体的に表 示された概してダイヤモン ド形状の伸延パターンによって提案されているように、垂直壁部分の伸延の大半 は湾曲部６２に沿った経路の中点で生起する。 図２（Ｂ）には、中央フレームレール部材３６の前方端５４と前方フレームレ ール部材２０の後方端５６が図示されている。フランジ１７８が中央フレームレ ール部材３６の全長に亘って設けられている場合、前方フレームレール部材２０ の後方端５６が中央フレームレール部材３６の中に両者の固定確保（例えば、溶 接により）される前に入れ子式に受容される必要のあることが理解出来る。しか し、有利なことには図２（Ｂ）に示すように、両フランジ１７６、１７８はこれ を前方端部分５４において除去することによってＵ字形断面がレール部材２０の 後方端５６を横方向に受け入れることを可能にする。これは製造作業を大いに容 易にすることが判明している。 図２（Ｃ）は図２（Ａ）の線２（Ｃ）−２（Ｃ）に沿った断面図である。この 図は湾曲部（６０、６２）の中央部分における垂直壁部分１７０の肉薄局部１８ ０を示している。図２（Ｄ）は中央フレームレール部材を示す斜視図であるが、 特に垂直壁部分１７０の肉薄局部１８０個所を強調している。 図１に戻って見ると、後フレームモジュール１４がクロス部材６８によって相 互連結された１対の平行な後方フレームレール部材６６を含むことが分かる。当 該部材はスペアタイアを搭載、即ち坦持するものである。後方フレームレール部 材６６はＵ字形断面を有し、そして中央フレームレール部材３６の後方端７８に 固く確保される前方端７６を有している。図２（Ｂ）に関して説明してきた事項 に類似して、前方端７６は中央フレームレール部材３６の後方部分の中に入れ子 式に、即ち横方向に受容される。 図１から、後方フレームレール部材６６の前方部分７６がこのレ ール部材の相対的に後方の部分に比べて幾分拡長された高さを有している。高さ 寸法を相違させた後方フレームレール部材６６を提供するために、従来のスタン ピング作業によるこの種の部材を成形することは好ましい。それはレール部材に この種の異なる寸法を具備せしめることがローリング法では難しいことによる。 しかしながら、後方フレームレール部材６６に実質的に一定の垂直壁高さを具備 せしめようとする場合には、ローリング技法を採用することが出来る。 前方フレームモジュール１８、中央フレームモジュール１６、及び後方フレー ムモジュール１４は各々を個別のユニットとして成形し、次いで完成品のフレー ム構成体に組み立てるのが好ましい。１個以上のモジュールを異なる車両で使用 するために、異なる形態（例えば、異なる長さや湾曲部）のモジュールと相互交 換することが出来ることは理解出来る。このモジュール方式は各モジュールが潜 在的に幾つかの異なるタイプの車両で使用できることから、製造コストの実質的 節約をもたらす。 これから図３を参照するが、これには本発明の中央フレームレール部材３６を 成形するロール加工装置が図示されている。このロール加工装置は全体的に１０ ０で表示されているが、これは金属の原材料、好ましくはスチール、の大きなス トリップを巻き戻すための巻戻しステーション１０４を含む。この金属コイルは 平坦な材料シート１０８が１列群の金属成形機として、テンパーミル１０１、ス トック直線加工機１０３、プレピアスプレス１０５、ローリングミル１０７、並 びに切断プレス１０９を含む斯ゝる金属成形機を通るように供給される。ローリ ングミル１０７は幾つかの対の協労する重い金属ローラ１１２を含む。好ましく は、最終セットのローラは、成形の際にロール成形されたセクションに与えられ た捩じれ部に 対し、これを真直ぐにする捩じりステーション１１１を含んで成る。 テンパーミル１０１はローリング工程の前に冷間金属還元を達成する。これは 金属に強度を付加するが、その肉厚を低減させてフレームを全体的に軽くし、他 方金属を相対的に狭い公差で以て成形可能にする。ストック直線加工機１０３は 金属シートを平坦にしてシートの不完全性や不整合性を是正する。プレピアスプ レス１０５は種々の構造物を装着したり、中央フレームレール部材を他のフレー ム要素に固定確保するために必要な中央フレームレール部材に要する孔を打抜く 。金属シートがＵ字形断面にロール加工された後に、中央フレームレール部材に 曲げ加工されるべき所定長のロール加工金属が切断プレス１０９によって切断さ れてる。 図４（Ａ）〜４（Ｉ）に目を向けると、これにはＵ字形中央フレームレール部 材３６を成形するためにローリングミル１０７で使用される複数対の連続形式の 金属ローラ１１２が更に詳しく図示されている。更に具体的にいえば、図４（Ａ ）には原材シートに存在する可能性のある不完全性や不整合性を是正するために 原材料のシート１０８を最初に平坦化するための第１対のローラ１２２、１２４ が切欠き断面図で以て示されている。図４（Ｂ）において、第１成形作業がロー ラ１２６、１２８で実行される。図４（Ｂ）によって理解されるように、ローラ １２６の材料係合外面１３０はやゝ凸状の形態になっているが、ローラ１２８の 材料係合外面１３２はやゝ凹状の形態になっていて、両者間でシートの両側と係 合した状態において材料シート１０８を圧縮する。原材料のシートの成形に加え て、各ローラのローリング係合は更に、次の対のローラ、例えば図４（Ｃ）に番 号１３６、１３８によって表示されたロール、にシートを供給するように働く。 図４（Ｃ）から図４（Ｄ）に、次いで図 ４（Ｅ）に進行するときに、協労する対のローラ：１３６、１３８；１４０、１ ４２；１４４、１４６がシート１０８の外位長手部分を曲げることによってＵ字 形の形態の両端にあるフランジ１７６、１７８となるべき部分を形成することは 理解出来る。次に、図４（Ｆ）〜４（Ｉ）において、湾曲部の第２の進展がロー ラ対：１４８、１５０；１５２、１５４；１５６、１５８；並びに１６０、１６ ２を利用することによって、材料シートが最終の所望形態に成形されるまでに、 達成される。 図４（Ｊ）は更に説明する目的で図４（Ｈ）のローラ１５６、１５８を完全断 面視で以て図示している。 図３及び図４（Ａ）〜４（Ｉ）に示す工程段階（ステップ）の結果として、実 質的にＵ字形の金属断面形態が形成され、金属の連続シートはその後の切断作業 （図示説明されていない）において中央フレームレール部材３６にするための所 望の長さに切断されることが理解出来る。ローリング法は、全材料ロール１０６ をレールフレームのセクションを種々のスタンピング・ステーションに、或いは それから移動させることを要さずに連続的に処理することが出来るので、従来の スタンピング法を凌いで非常に有利である。それに加えて、湾曲部の進行が材料 を各ステップ毎にゆっくりと所望の通りに形成することを許容するので、中央フ レームレール部材のＵ字形断面は型打ち成形（スタンピング）法よりもロール成 形法によって１層精度高く成形される。図にはローリングの九段階（ステップ） が示されているが、この種のステップを多かれ少なかれ使用出来ることは理解出 来るし、ステップ数が多くなればなるほど成形精度の高い断面が達成されること も理解出来る。例えば、図３には６対のローラのみが図示されている。 図５（Ａ）には、図３及び図４（Ａ）〜４（Ｉ）に示す方法によ って製造された真直ぐなロール成形フレームレール部材を曲げるときに利用され る、２００で以て全体的に表示された取付具が示されている。この取付具２００ はフレーム２０２、不動なフレームレール支持体２０４、並びに曲げ加工アーム ２０６、２０８を含む。取付具２００は具体的には、代表的な真直フレームレー ル部材のサイズ、形状、並びに重さを有する金属のＵ字形断面（フランジ付き或 いはフランジの付かない）を曲げ加工出来るように作られる。始めに、図５（Ｂ ）に示すように、２１０によって全体的に表示されている真直フレームレール部 材は不動支持体２０４と各曲げ加工アーム２０６、２０８にボルト締めされる。 さらに具体的にいえば、図５（Ｄ）に示すように、不動支持体と各曲げ加工アー ムは各々２０１で全体的に表示されているクランプ機構を具備しており、当該ク ランプ機構は真直に成形されたレール部材２１０の低位水平壁部分１７４と垂直 壁部分１７０とを支持するように企図された第１マウント（取付台）２１２を含 む。真直ぐなロール成形フレームレールを第１マウント２１２に装着した後に、 複数の楔２１６、２１８、２２０がＵ字形断面フレームレール部材の内位局限部 に挿置される。更に具体的にいえば、第１に外位楔２１６、２２０を横方向でフ レームレール部材の内位局限部に挿置し（例えば、図５（Ｂ）において左から右 へ）、次いで中央位楔２１８を両外位楔２１６、２２０の間に押し込み、それに よって両外位楔２１６、２２０が互いに引き離されて両水平壁部分１７２、１７ ４並びに垂直壁部分１７０の内面との実質連続的な接触を実現するにいたる。中 央位楔も垂直壁部分１７０と接触することが出来る。最終的には、第２マウント ２２２が楔の背後に確保されてフランジ部分１７６、１７８の外面並びに上位水 平壁部分１７２の外面と係合する。この構造の結果、フレームレール部材は固定 支持体２０４と各アーム２０６、２０８ の中で締付けられている全ての当該部材面で実質的に捕捉される。このような面 捕捉は曲げ加工の際にＵ字形フレームレール部材の実質的な座屈、捩じれ、或い はその他の望ましくない変形を阻止する。 真直ぐなＵ字形断面フレームレールを曲げ加工するために、両アーム２０６、 ２０８は液体力学やその他の押圧手段によって夫々の軸線に関して枢軸回動させ られる［図５（Ｃ）において時計方向に］。 図５（Ａ）〜５（Ｄ）に説明される曲げ作業の結果、図２（Ａ）に関して説明 したように、得られたフレームレール部材３６はその内部の金属グレンがその結 果として実質的に変成されていることが理解出来る。更に具体的にいえば、湾曲 部の外位部分では金属グレンがある程度引き延ばされ、湾曲部の内位部分では金 属グレンがある程度圧縮、或いは凝縮されることが理解出来る。全ての伸延（ス トレッチ）や圧縮は下記の離間位置の間の面域で生起する。即ち、当該位置では レールフレーム部材がボルト締めされ且つ固定（不動）支持体２０４とアーム２ ０６、２０８によって坦持された夫々のクランプ機構２０１によって締付けられ ている。金属の伸延と圧縮は、Ｕ字形断面フレームレール部材が例えば水平脚部 分１７２、１７４においてスタンピング作業で成形されるときに生起するものと は全く違っている。それは水平壁部分の伸延や圧縮が型打ち成形中に実行されな いからである。 図６（Ａ）〜６（Ｆ）を参照していえば、これらの図には前方フレームモジュ ール１８の管状前方フレームレール部材２０を成形する方法が図示されている。 図６（Ａ）に示すように、予め曲折されている管形ブランク３００を協労半金型 （ダイハーフ）３０２、３０４の間に挿置する。ブランクは公知の方法で製造す ることが出来 る。好ましくは、ブランクは金属性材料のシートをロール加工して完全に閉じた 管状断面にし、次いでこれをシーム溶接することによって成形される。代表的に は、管状部材３００は機械的に例えばＣＮＣ（コンピュータ数値制御曲げ加工機 ）におけるマンドレルを用いて、予め曲げ加工される。管状部材３００をダイ（ 金型）に挿置した後、ハイドロ成形用ポート３０８を管状部材３００の両端３０ ６と係合させ、そしてこれに封着（シール）させる。ダイハーフ３０２、３０４ を互いに相手のほうへ移動させるに従って、管３００は僅かだけ潰されて、例え ば図６（Ｄ）に示すように楕円断面形になる。 次に、１０，０００気圧までの高圧水をハイドロ成形用ポート３０８を通じて 管状部材３００の内位局限部に提供する。この高圧によって、管状部材が外方へ 拡張してダイ内のキャビティを規定する内部面３１０と係合させられる。これは 図６（Ｆ９）に示すように、管状部材を内部面３１０の形状にする。 高圧流体を管状部材に配給するに従って、ハイドロ成形用ポート３０８はこれ が拡張してダイの内部面３１０と接触するに従って、管の両端３０６に抗して内 方へ押され、それによって金属の壁厚を充足させる。これは管の破裂を阻止する 。 上記ハイドロ成形プロセスの際に管の単位長当たりの金属量が変化することは 理解出来る。さらに具体的に言えば，線型の外周が外方へ拡大するに従って、壁 厚が原ブランクの±１０％内に保たれるように、金属は側部から充足される。最 大拡張面域では、外周は１０％よりも大きく増大するが、壁厚は±１０％内に保 たれる。前方フレームレール部材は好ましくは最大強度が必要な部分において最 大外周（単位長当たり最大金属量）を有している。例えば、図１では、管状前方 フレームレール部材２０が概して前方湾曲部分におけ るサスペンジョンと隣接するエンジン取付けブラケットとを装着するための特定 位置に最大外周を有していることが分かる。 図７は図６（Ｅ）に実質的に類似しているが、ハイドロ成形モールド構成体と 前方管状サイドレール部材のための別に採り得る態様を示しいる。更に具体的に 言えば、モールドキャビティの内面が４０８で全体的に表示されている波形の形 態を有している。この形態は成形された管状部材に略一定の力で以て軸方向の潰 れを引き起こす形状を付与する。管状部材の前方端が自動車のフロントバンパー に連結されることになるので、構成体は前方衝突の事故においてフレーム構成体 の衝撃吸収特性を高めるように有利に機能する。 ここで採用されたハイドロ成形技法は、例えば“Idustrieanzeiger”No．20 o f 9，March 1984;“Metallumformtechnik”，Issue 1D/91,zp．15ff: A．Ebbing haus:“Precision Workpieces in Light Construction，Manufactured Through Internal High Pressure Mouldings”;“Werkstatt und Betrieb”123(1990)，3 ，P．241-243: A.Ebbinghaus:“Economic Construction with Internal High Pr essure Moulded Precision Workpieces”:“Werkstattt und Betrieb”122(1991 )，11 (1989)，P．933-938，に一層詳しく開示されている。上記刊行物はここで は参考のために組み込まれる。 本発明は図面と前述の説明において詳しく図解記述されたが、これは説明であ って、構成を限定するものではないと考えるべきものであり、ここには好適例が 示され、記述されたと理解し、そして添付の請求の範囲と精神の中に入る全ての 変化と変更が保護されるものと理解する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホートン，フランク エー. アメリカ合衆国，ミッドランド 48309, ロチェスター ヒルズ，チャルマーズ ド ライブ 1993 (72)発明者 マヨ，ハワード エー．ザ サード アメリカ合衆国，ペンシルバニア 17302, エアビル，ボックス 75エー，アールディ ー２ 【要約の続き】 ズの概して長方形の横断面を有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車用のフレーム構成体を製造する方法として、これが： 後方フレームレールモジュールを成形する工程； 前方フレームレールモジュールを成形する工程； １対の中央フレームサイドレールを含んで成る中央フレームレールモジュール を成形する工程として、金属性材料シートに対し１連の協労ローラとして、垂直 基壁部分と１対の当該基壁部分の両端から外方へ延在する水平壁部分とを含む概 してＵ字形の横断面を有している形態に該シートを曲げる態様で以て当該シート の両側をロール加工により係合させるように構成配置された斯ゝる１連の協労ロ ーラを通じて該シートを移動させ、該シートの該Ｕ字形の形態の曲げ加工として 、該基壁部分を概してその平面内で曲折し、他方該基壁部分の１端から延在する 該水平壁部分の１方を伸延し、且つ該基壁部分の他端から延在する該水平壁部分 の他方を圧縮することを含む斯ゝる曲げ加工を実行することによって該中央フレ ームサイドレールの各々が成形される斯ゝる中央フレームレールモジュールを成 形する工程；及び 該前方フレームレールモジュールと該後方フレームレールモジュールを該中央 フレームレールモジュールの両端に固く確保する工程、 を含んで成る斯ゝる自動車用のフレーム構成体を製造する方法。 ２．該前方フレームレールモジュールが１対の前フレームサイドレールを含ん で成り、当該前フレームサイドレールは： 金属性材料シートをロール成形し且つ溶接して金属性管状部材に形成し； ダイモールドとしてそのキャビティ形状を規定する内部面を有す る斯ゝるダイモールドの当該キャビティに該金属性管状部材を挿置し； 該金属性管状部材を外方へ拡張させて該ダイの該内部面と係合することによっ て該管状部材を該キャビティの形状に実質的に適合させるのに十分な圧力で以て 流体を該管状部材の内部に付与することによって成形される、請求項１に係る方 法。 ３．該曲げ加工工程は更に： 該シートの該Ｕ字形の形態の内、外面を曲げ加工装置を用いて縦方向の離間位 置において係合させ；そして 該内、外面との係合状態において該曲げ加工装置を移動させ、それによって該 基壁部分と該水平壁部分を該離間位置の間の個所において曲げるようにすること を含んで成る、請求項２に係る方法。 ４．該係合工程は： 該シートの該Ｕ字形の形態の該外面として該垂直壁部分の外面と該水平壁部分 の各々の外面とを含む斯ゝる該Ｕ字形の形態の該外面を該曲げ加工装置の外壁取 付け構成体と該離間位置において固く係合させ；そして 該曲げ加工装置の剛性楔部材を該シートの該Ｕ字形の形態に対して横方向へ移動 させて該形態の内位局限部の中に入れることによって該離間位置において該シー トの該Ｕ字形の形態の該内面として、該垂直壁部分の内面と該水平壁部分の各々 の内面とを含む斯ゝる該Ｕ字形の形態の該内面と固く係合させる工程を含んで成 る、請求項３に係る方法。 ５．該シートの該Ｕ字形の形態は更に該垂直壁部分とは反対の側の該水平壁部 分の終端から概して互いに相手の方へ該水平壁部分に平行に延在しているフラン ジ部分を含んで成り、該係合工程は更に： 該フランジ部分の外面を該曲げ加工装置の該外壁取付け構成体と該離間位置に おいて固く係合させ；そして 該フランジ部分の内面を該曲げ加工装置の該剛性楔部材と該離間位置において 固く係合させる工程を含んで成る、請求項４に係る方法。 ６．該外壁取付け構成体は固定マウントと該シートの該Ｕ字形の形態の該外面 と該離間位置の夫々において係合する可動マウントとを含んで成り、該楔部材は 該離間位置で且つ該固定マウントと該可動マウントに対して反対側において該Ｕ 字形の形態の該内面と係合しており、該曲げ加工工程は更に： 該曲げ加工装置のアームを動かすことによって該可動マウントとこれに対立す る該楔部材とを該固定マウントに対して相対的に動かし、それによって該基壁部 分が概してその平面内で且つ該離間位置の間で曲げられるようにし、且つ該水平 壁部分の１方が伸延され、該水平壁部分の他方が該離間位置の間の個所で圧縮さ れるようにする工程を含んで成る、請求項４に係る方法。 ７．該外壁取付け構成体は固定マウントと該シートの該Ｕ字形の形態の該外面 と該離間位置の夫々において係合する可動マウントとを含んで成り、該楔部材は 該離間位置で且つ該固定マウントと該可動マウントに対して反対側において該Ｕ 字形の形態の該内面と係合しており、該曲げ加工工程は更に： 該曲げ加工装置のアームを動かすことによって該可動マウントとこれに対立す る該楔部材とを該固定マウントに対して相対的に動かし、それによって該基壁部 分が概してその平面内で且つ該離間位置の間で曲げられるようにし、且つ該水平 壁部分の１方が伸延され、該水平壁部分の他方が該離間位置の間の個所で圧縮さ れるようにする工程を含んで成る、請求項５に係る方法。 ８．該アームを曲げ加工の際に作動させる工程は、該水平壁部分の外側に配位 する方から延在する該フランジ部分の１方を該垂直壁部分から外方へ離れるよう に移動させることによって該フランジ部分が互いに概して相手の方へ最早や延在 しないようにする、請求項７に係る方法。 ９．更に、該流体を該管状部材に付与する間に該管状部材の両端を互いに概し て相手の方へ内向きに押す工程を含んで成る、請求項２に係る方法。 １０．更に、該管状部材を該ダイモールドの該キャビティに挿置する前に該管 状部材を曲げる工程を含んで成る、請求項２に係る方法。 １１．該後方フレームレールモジュールを成形する該工程は： 金属性材料のシートを、垂直基壁部分と当該垂直基壁部分の両端から延在する １対の外方延在水平壁部分とを含む概してＵ字形の横断面を有する形態に該シー トを曲げ加工するように当該シートの両側を圧縮係合させるように構成配置され た協労型打ちダイの間に移動させる工程を含んで成る、請求項２に係る方法。 １２．該固く確保する工程は： 該中央フレームサイドレールの終端における該フランジ部分を該前フレームサ イドレールの終端に固く確保させるために除去し、 該管状前フレームサイドレールの該終端を、該管状前フレームサイドレールの 該終端が該中央フレームサイドレールの該内面と該除去フランジ部分を有する該 フレームレール端において係合するまで、該垂直基壁部分の該内面に向かう概し て直角の方向へ移動させ、そして 該前フレームレールの該終端を該中央フレームサイドレールの該内面に溶接す る工程を含んで成る、請求項７に係る方法。 １３．該固く確保する工程は該前方フレームレールモジュールと該後方フレー ムレールモジュールを該中央フレームレールモジュールの両端に溶接する工程を 含んで成る、請求項２に係る方法。 １４．更に、該管状部材が拡張されるに従って該管状部材の単位長さ当たりの 金属量を変化させる工程を含んで成る、請求項２に係る方法。 １５．更に、該管状部材の線型外周をその所定部分において原線型外周の１０ ％を越える値の割合だけ、壁厚を原壁厚の±１０％内に保ちながら、拡大させる 工程を含んで成る、請求項１４に係る方法。 １６．自動車用のレールフレーム構成体として、これが： 後方クロス部材構成体によって相互連結された１対の概して平行な後方フレー ムレール部材を含んで成る後方フレームモジュール； 中央クロス部材構成体によって相互連結された１対の概して平行な中央フレー ムレール部材を含んで成る中央フレームモジュールであって、当該中央フレーム 部材の各々が垂直基壁部分と当該基壁部分の両端から外方へ延在する概して平行 な水平壁部分とを含む概してＵ字形の横断面形態を有し、該Ｕ字形中央フレーム 部材の各々がその離間した２位置の間で曲げられ、該基壁部分の１端から延在す る該水平壁部分の１方がその内部に該離間位置の間の個所で実質的に伸延された 金属性グレンを有し、該基壁部分の他端から延在する該水平壁部分の他方がその 内部に該離間位置の間の個所で実質的に圧縮された金属性グレンを有している斯 ゝる構成の中央フレームモジュール；そして 前方クロス部材構成体によって相互連結された１対の概して平行な管状前方フ レームレール部材を含んで成る前方フレームモジュールを含んで成る斯ゝる自動 車用のレールフレーム構成体。 １７．該垂直壁部分は該２離間位置の間で伸延された金属性グレンを含んで成 り、該垂直壁部分は該伸延垂直壁部分の近傍に配位する局部として、該圧縮水平 壁部分の近傍に配位する局部よりも大きな度合で伸延されている斯ゝる局部を有 している、請求項１６に係る自動車用のレールフレーム構成体。 １８．該垂直壁部分の最大伸延量が該２離間位置の間の概して中点に配位しれ いる、請求項１７に係る自動車用のレールフレーム構成体。 １９．該前方フレームモジュールの該前方フレーム部材は各々、該前方フレー ム部材の衝撃吸収特性を高めるために交互に増大、低減をなす外径を備えた前方 部分を有している、請求項１６に係る自動車用のレールフレーム構成体。 ２０．該管状前方フレームレール部材が各々概して長方形の横断面を有してい る、請求項１６に係る自動車用のレールフレーム構成体。 ２１．該Ｕ字形中央フレーム部材は更に、各々が該垂直壁部分とは反対の側に ある該水平壁部分の夫々の端から夫々延在している１対のフランジ部分を含んで 成る、請求項１６に係る自動車用のレールフレーム構成体。 ２２．該フランジ部分は該２離間位置の外側の個所において該垂直壁部分に概 して平行であり、該フランジ部分の１方は該２離間位置の間の個所において該垂 直壁部分に対し傾斜するように曲げられている、請求項２１に係る自動車用のレ ールフレーム構成体。 ２３．該前方フレームモジュールと該後方フレームモジュールは該中央フレー ムモジュールの両端に固く確保されている、請求項２２に係る自動車用のレール フレーム構成体。 ２４．該中央フレームレール部材は各々その前方端で該フランジ 部分が欠けている、請求項２３に係る自動車両のレールフレーム構成体。 ２５．該管状前方フレームレールの各々の単位長当たりの金属量がその長さに 沿って変化する、請求項１６に係る自動車用のレールフレーム構成体。 ２６．該管状前方フレームレールの各々の線型外周は所定の局部においてその 他の局部に対し１０％を越える値の割合だけ、壁厚を当該他の局部の±１０％内 に保ちながら、拡大されている、請求項２５に係る自動車用のレールフレーム構 成体。 ２７．該管状フレームレール部材はその両端間に車両サスペンジョンを装着す るように企図された所定部分を有し、１０％を越える値の割合だけ拡大した該管 状フレームレール部材の当該所定部分が概して該曲げ部分を規定する面域の間に 配位している、請求項２６に係る自動車用のレールフレーム構成体。