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技術 車体のクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 浅井哲也奥本隆一
出願日 2018年9月7日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-167486
公開日 2020年3月19日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-040444
状態 未査定
技術分野 平削り,ブローチ,やすり,リーマ,その他 型打ち,へら絞り,深絞り 車両用車体構造 特定物品の製造
主要キーワード 略平坦形状 ベース台 所定断面形状 段落ち 開断面構造 押さえ治具 金属製板材 適用箇所
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重要な関連分野

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図面 (9)

課題

部品点数の削減による構造の簡素化および溶接箇所の削減を図りながらも軽量化することができる車体のクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法を提供する。

解決手段

金属製板材W1における一方側の面を凹状に他方側の面を凸状にそれぞれプレス加工する。金属製板材W1における前記他方側の面をシェービング加工により略平坦形状切削する。このようにして作製された金属製板材W1を折り曲げた後、他の金属製板材W2に対し、閉断面構造を構成するように接合する。これにより、金属製板材W1に厚板部と薄板部とを設けることが可能となり、クロスメンバを軽量化することができる。また、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接する必要がないため、部品点数の削減を図ることができ、構造の簡素化、および、溶接箇所の削減による製造コストの低廉化、熱害の抑制、錆の発生の抑制を図ることができる。

概要

背景

従来、車両の車体フレームとして、車体前後方向に沿って延在する左右一対サイドレールサイドフレームとも呼ばれる)と、これらサイドレール同士の間に架け渡されたクロスメンバとを備えた構造(フレーム構造と呼ばれている)が知られている。一般に、前記クロスメンバは、金属製板材高張力鋼板等)がプレス加工等によって所定の断面構造(例えば閉断面構造等)とされて高い剛性が得られるようになっている。

特許文献1には、金属製板材のプレス加工によって断面ハット形状に構成されたクロスメンバ(フロアクロスメンバ)が開示されている。

概要

部品点数の削減による構造の簡素化および溶接箇所の削減をりながらも軽量化することができる車体のクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法を提供する。金属製板材W1における一方側の面を凹状に他方側の面を凸状にそれぞれプレス加工する。金属製板材W1における前記他方側の面をシェービング加工により略平坦形状切削する。このようにして作製された金属製板材W1を折り曲げた後、他の金属製板材W2に対し、閉断面構造を構成するように接合する。これにより、金属製板材W1に厚板部と薄板部とを設けることが可能となり、クロスメンバを軽量化することができる。また、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接する必要がないため、部品点数の削減をることができ、構造の簡素化、および、溶接箇所の削減による製造コストの低廉化、熱害の抑制、錆の発生の抑制をることができる。

目的

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数の削減による構造の簡素化および溶接箇所の削減を図りながらも軽量化することができる車体のクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車体フレームの一部を構成すると共に車幅方向に沿って延在し、上板部の一部にエンジンマウント取付部を有する所定断面形状金属製板材で成るクロスメンバにおいて、車幅方向に沿って延在する単一の金属製板材で成るクロスメンバアッパを有しており、前記クロスメンバアッパは、前記上板部における前記エンジンマウント取付部およびその周辺部の領域の板厚寸法が他の領域の板厚寸法よりも大きく設定されていることを特徴とするクロスメンバ。

請求項2

請求項1記載のクロスメンバにおいて、前記クロスメンバアッパにおける一方側の面には段差部が設けられており、前記段差部によって段落ちされた領域の裏面となる前記クロスメンバアッパの他方側の面には削り痕部が設けられていて、前記段差部を挟んで前記クロスメンバアッパの延在方向の一方側には厚板部が他方側には薄板部がそれぞれ設けられていることを特徴とするクロスメンバ。

請求項3

請求項2記載のクロスメンバにおいて、当該クロスメンバは前記クロスメンバアッパとクロスメンバロアとが接合されて閉断面構造で構成されており、前記クロスメンバアッパにおいて前記段差部が設けられている前記一方側の面は、前記閉断面構造の内側の面とされ、前記クロスメンバアッパにおいて前記削り痕部が設けられている前記他方側の面は、前記閉断面構造の外側の面とされていることを特徴とするクロスメンバ。

請求項4

車体フレームの一部を構成すると共に車幅方向に沿って延在し、上板部の一部にエンジンマウント取付部を有する所定断面形状の金属製板材で成るクロスメンバの製造方法であって、クロスメンバアッパとなる金属製板材における一方側の面を凹状に他方側の面を凸状にそれぞれ形成するプレス加工工程と、前記プレス加工工程の後、前記金属製板材における前記他方側の面の前記凸状の部分を切削して削り痕部を形成するシェービング加工工程と、前記シェービング加工工程の後、前記金属製板材を所定断面形状とするように折り曲げる折り曲げ加工工程と、を含んでいることを特徴とするクロスメンバの製造方法。

技術分野

0001

本発明は車体のクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法に係る。特に、本発明は、板厚寸法が互いに異なる複数の領域を備えたクロスメンバの改良に関する。

背景技術

0002

従来、車両の車体フレームとして、車体前後方向に沿って延在する左右一対サイドレールサイドフレームとも呼ばれる)と、これらサイドレール同士の間に架け渡されたクロスメンバとを備えた構造(フレーム構造と呼ばれている)が知られている。一般に、前記クロスメンバは、金属製板材高張力鋼板等)がプレス加工等によって所定の断面構造(例えば閉断面構造等)とされて高い剛性が得られるようになっている。

0003

特許文献1には、金属製板材のプレス加工によって断面ハット形状に構成されたクロスメンバ(フロアクロスメンバ)が開示されている。

先行技術

0004

特開2004−352022号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1に開示されているように金属製板材(板厚寸法が均一な金属製板材)をプレス加工することによってクロスメンバを製造した場合、クロスメンバの全体に亘って板厚寸法が均一となる。そして、この板厚寸法は、クロスメンバにおいて特に荷重が大きく作用する部分での強度が十分に確保できるように規定されている。従って、それ以外の部分(作用する荷重が比較的小さい部分)では板厚寸法が無駄に大きくなってしまうことになる。このため、クロスメンバを軽量化して車体重量の軽減を図るには限界がある。

0006

クロスメンバの軽量化を図る構造として、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接することでクロスメンバを製造することが考えられる。例えば、図8に示すように、クロスメンバaを、アッパメンバbとロア側メンバcとで構成し、アッパ側メンバbを、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材b1,b2,b3を溶接することによって作製し、また、これらメンバb,c同士も溶接によって一体化させるようにしたものである。例えば、長手方向の中央部分にエンジンマウント(図示省略)が取り付けられるクロスメンバaにあっては、前記アッパ側メンバbにおいて、車幅方向の中央部分に大きな荷重(エンジンマウントを介してエンジンから入力される上下方向の荷重)が作用することになる。この場合、中央に位置するパネル材b2の板厚寸法を大きくし、それ以外のパネル材b1,b3の板厚寸法を小さくすることで、前記荷重に対する剛性を十分に得ながらもクロスメンバaの軽量化を図ることが可能になる。なお、このクロスメンバaの長手方向の両側にはガセットd,dがボルト締結によって連結されており、クロスメンバaは、このガセットd,dを介してサイドレール(図示省略)に連結されることになる。

0007

しかしながら、このようにしてクロスメンバaを製造する場合、部品点数が多くなって、構造の複雑化を招いてしまう可能性がある。また、複数箇所での溶接が必要となることから、製造コストの高騰、溶接箇所での熱害(溶接箇所の強度低下)、錆の発生(溶接箇所の周辺部での錆の発生)を招いてしまう可能性がある。また、溶接箇所(接合箇所)の強度が低下する(分割構造としない場合に比べて強度が低下する)ことから板厚寸法(前記パネル材b1,b3の板厚寸法)を小さくするには限界があり、その結果、クロスメンバaの軽量化を図るには限界があった。

0008

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数の削減による構造の簡素化および溶接箇所の削減を図りながらも軽量化することができる車体のクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、車体フレームの一部を構成すると共に車幅方向に沿って延在し、上板部の一部にエンジンマウント取付部を有する所定断面形状の金属製板材で成るクロスメンバを前提とする。そして、このクロスメンバは、車幅方向に沿って延在する単一の金属製板材で成るクロスメンバアッパを有しており、前記クロスメンバアッパは、前記上板部における前記エンジンマウント取付部およびその周辺部の領域の板厚寸法が他の領域の板厚寸法よりも大きく設定されていることを特徴とする。

0010

この特定事項により、単一の金属製板材で成るクロスメンバアッパに板厚寸法が大きく設定された厚板部と板厚寸法が小さく設定された薄板部とが設けられていることになる。つまり、クロスメンバにおいて特に荷重が大きく作用する部分である上板部のエンジンマウント取付部およびその周辺部の領域を厚板部で構成し、作用する荷重が比較的小さい部分を薄板部で構成することができ、これにより、作用する荷重に応じた板厚寸法を単一の金属製板材上に得ることができる。その結果、板厚寸法が無駄に大きくなってしまう領域を削減することができ、クロスメンバを軽量化することができる。また、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接する必要がないため(図8で示した構造を採用する必要がないため)、部品点数の削減を図ることができ、構造の簡素化、および、溶接箇所の削減による製造コストの低廉化、熱害の抑制、錆の発生の抑制を図ることができる。

0011

この場合に、前記クロスメンバアッパにおける一方側の面(表裏各面のうちの一方側の面)には段差部が設けられており、前記段差部によって段落ちされた領域の裏面となる前記クロスメンバアッパの他方側の面には削り痕部(クロスメンバアッパの表面部分が削り取られたことによる削り痕部)が設けられていて、前記段差部を挟んで前記クロスメンバアッパの延在方向の一方側には厚板部が他方側には薄板部がそれぞれ設けられていることが好ましい。

0012

つまり、クロスメンバアッパにおける一方側の面に段差部を設け、他方側の面に削り痕部を設けることで、単一の金属製板材で成るクロスメンバアッパに厚板部(一方側の面における段落ちが小さい部分)と薄板部(一方側の面における段落ちが大きい部分)とを設けることが可能となる。

0013

また、前記クロスメンバは前記クロスメンバアッパとクロスメンバロアとが接合されて閉断面構造で構成されており、前記クロスメンバアッパにおいて前記段差部が設けられている前記一方側の面は、前記閉断面構造の内側の面とされ、前記クロスメンバアッパにおいて前記削り痕部が設けられている前記他方側の面は、前記閉断面構造の外側の面とされていることが好ましい。

0014

閉断面構造のクロスメンバに外力が作用した場合、その外側の面には引っ張り応力が発生する。この際、この外側の面に段差部が存在していると、該段差部に応力が集中してしまう可能性がある。この点に鑑み、本解決手段では、内側の面(前記一方側の面)に段差部を設けると共に、外側の面(前記他方側の面)に削り痕部を設けて略平坦な面にし、これによって外側の面での引っ張り応力の集中が生じないようにしている。これにより、クロスメンバの強度の信頼性を高めることができる。

0015

また、前記クロスメンバの製造方法も本発明の技術的思想範疇である。つまり、車体フレームの一部を構成すると共に車幅方向に沿って延在し、上板部の一部にエンジンマウント取付部を有する所定断面形状の金属製板材で成るクロスメンバの製造方法を対象とする。そして、このクロスメンバの製造方法は、プレス加工工程と、シェービング加工工程と、折り曲げ加工工程とを含んでいる。プレス加工工程では、クロスメンバアッパとなる金属製板材における一方側の面を凹状に他方側の面を凸状にそれぞれ形成する。シェービング加工工程では、前記プレス加工工程の後、前記金属製板材における前記他方側の面の前記凸状の部分を切削して削り痕部を形成する。折り曲げ加工工程では、前記シェービング加工工程の後、前記金属製板材を所定断面形状とするように折り曲げる。

0016

この製造方法によって製造されたクロスメンバは、前記一方側の面においてプレス加工工程によって凹状に形成された部分の外縁に段差部が形成されている。また、前記他方側の面の凸状の部分がシェービング加工工程によって切削されて削り痕部が形成されている。これにより、前記段差部を挟んで金属製板材の延在方向の一方側には厚板部が他方側には薄板部がそれぞれ設けられることになる。

0017

そして、この製造方法によって製造されたクロスメンバによっても、前述したように、板厚寸法が無駄に大きくなってしまう領域を削減することができ、軽量化することができる。また、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接する必要がないため、部品点数の削減を図ることができ、構造の簡素化、および、溶接箇所の削減による製造コストの低廉化、熱害の抑制、錆の発生の抑制を図ることができる。

発明の効果

0018

本発明では、単一の金属製板材で成るクロスメンバアッパの上板部におけるエンジンマウント取付部およびその周辺部の領域の板厚寸法を他の領域の板厚寸法よりも大きく設定している。これにより、板厚寸法が無駄に大きくなってしまう領域を削減することができ、クロスメンバを軽量化することができる。また、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接する必要がないため、部品点数の削減を図ることができ、構造の簡素化、および、溶接箇所の削減による製造コストの低廉化、熱害の抑制、錆の発生の抑制を図ることができる。

図面の簡単な説明

0019

実施形態に係る車体フレームを示す斜視図である。
第3クロスメンバを車体前方の左上側から見た斜視図である。
第3クロスメンバの平面図である。
図2におけるIV−IV線に沿った断面図である。
図2におけるV−V線に沿った断面図である。
図4におけるVI部分の拡大図である。
第3クロスメンバの製造工程の概略を説明するための図である。
板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接してクロスメンバを製造する場合を説明するための斜視図である。

実施例

0020

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、所謂ラダーフレームとして構成された車体フレームのクロスメンバに対して本発明を適用した場合について説明する。

0021

−車体フレームの概略構造
図1は本実施形態に係る車体フレーム1を示す斜視図である。なお、この図1における矢印FRは車体前方向、矢印UPは上方向、矢印RHは車体右方向、矢印LHは車体左方向をそれぞれ示している。

0022

図1に示すように、車体フレーム1は、車幅方向の両外側において車体前後方向に沿って延在された左右一対のサイドレール11,11を備えている。このサイドレール11,11は、閉断面構造で成り、車体前後方向に沿って連続する中間部11a,11a、前側キック部11b,11b、前部11c,11c、後側キック部11d,11dおよび後部11e,11eを備えている。

0023

中間部11aは、前輪(図示省略)の配設位置と後輪(図示省略)の配設位置との間の所定範囲において車体前後方向に沿って水平方向に延在している。

0024

前側キック部11bは、前記中間部11aの前端に連続し車体前方側に向かうに従って上方へ湾曲する形状となっている。前部11cは、前側キック部11bの前端に連続し車体前方側に延在している。この前部11cにおける車幅方向の外側には前記前輪が配設されている。このため、このサイドレール11,11の前部11c,11cにおける車幅方向の寸法(左右の各前部11c,11c間の寸法)は、この前輪との干渉を考慮して、前記中間部11a,11aにおける車幅方向の寸法(左右の各中間部11a,11a間の寸法)よりも短く設定されている。このため、前側キック部11b,11bは、車体後方側に向かうに従って車幅方向の外側に湾曲する形状となっている。

0025

後側キック部11dは、前記中間部11aの後端に連続し車体後方側に向かうに従って上方へ湾曲する形状となっている。後部11eは、後側キック部11dの後端に連続し車体後方側に延在している。この後部11eにおける車幅方向の外側には前記後輪が配設されている。このため、このサイドレール11,11の後部11e,11eにおける車幅方向の寸法(左右の各後部11e,11e間の寸法)も、この後輪との干渉を考慮して、前記中間部11a,11aにおける車幅方向の寸法(左右の各中間部11a,11a間の寸法)よりも短く設定されている。このため、後側キック部11d,11dは、車体前方側に向かうに従って車幅方向の外側に湾曲する形状となっている。

0026

左右一対のサイドレール11,11の前部11c,11cの前側には、車両前突時エネルギ衝突荷重)を吸収するためのクラッシュボックス12,12がそれぞれ設けられている。左右一対のクラッシュボックス12,12の前端部には、車幅方向に沿って延在するバンパリインフォースメント(図示省略)が架け渡されている。

0027

各サイドレール11,11同士の間には、車幅方向に沿って延在された複数のクロスメンバ13a〜13h,2が架け渡されている。図中における符号13aは第1クロスメンバ、符号13bは第2クロスメンバ、符号2は第3クロスメンバ、符号13dは第4クロスメンバ、符号13eは第5クロスメンバ、符号13fは第6クロスメンバ、符号13gは第7クロスメンバ、符号13hはリヤクロスメンバである。

0028

サイドレール11,11の前部11c,11cにおける第1クロスメンバ13aと第2クロスメンバ13bとの間の位置には、車幅方向の外側に突出する金属製のサスペンションサポートブラケット14,14が配設されている。

0029

また、サイドレール11の前側キック部11bの後端部、サイドレール11の前部11cの前端部、サイドレール11の後側キック部11dの前端部それぞれには、キャブマウントブラケット15a,15b,15cが配設されている。これらキャブマウントブラケット15a,15b,15cは、車幅方向の外側へ突出されており、図示しないキャブマウントが取り付けられるようになっている。そして、キャブマウントおよびキャブマウントブラケット15a,15b,15cを介して、キャビン(図示省略)をサイドレール11に連結できるように構成されている。

0030

−第3クロスメンバの構造−
本実施形態の特徴は、前記各クロスメンバ13a〜13h,2のうち第3クロスメンバ2の構造にある。つまり、この第3クロスメンバ2が、本発明でいうクロスメンバに相当する。以下、この第3クロスメンバ2について説明する。

0031

図2は、第3クロスメンバ2を車体前方の左上側から見た斜視図である。図3は、第3クロスメンバ2の平面図である。なお、これら図2および図3では第3クロスメンバ2をサイドレール11に連結するためのガセット7,7も併せて示している。また、これら図2および図3における矢印FRは車体前方向、矢印UPは上方向、矢印RHは車体右方向、矢印LHは車体左方向をそれぞれ示している。また、図4は、図2におけるIV−IV線に沿った断面図である。図5は、図2におけるV−V線に沿った断面図である。

0032

第3クロスメンバ2は、2枚の金属製板材W1,W2が溶接されることにより断面が矩形状の閉断面構造(本発明でいう所定断面形状)で構成されている。より具体的には、第3クロスメンバ2は、下側が開放された断面形状のクロスメンバアッパ(上側の金属製板材)W1と、上側が開放された断面形状のクロスメンバロア(下側の金属製板材)W2とが一体的に接合されて構成されている。

0033

また、この第3クロスメンバ2は、車体前側に位置する前壁部3、この前壁部3の上端縁から車体後方側に延在する上板部4、この上板部4の後端縁(車体前後方向における後側の端縁)から下方に延在する後壁部5、この後壁部5の下端縁から車体前方側に延在する下板部6を備えている。これにより、前壁部3と後壁部5とは車体前後方向で対向している。また、上板部4と下板部6とは上下方向で対向している。

0034

上板部4における車幅方向の中央部分には、図示しないエンジンマウントの下部が挿入されるように上下方向に貫通されたエンジンマウント挿入孔(エンジンマウント取付部)41が形成されている。また、このエンジンマウント挿入孔41の周辺部には、エンジンマウントをボルト止めするためのボルト挿入孔42,42,…が形成されている。

0035

また、第3クロスメンバ2の長手方向の両側にはガセット7,7がボルト締結によって連結されており、第3クロスメンバ2は、このガセット7,7を介してサイドレール11,11に連結されている。

0036

(第3クロスメンバの板厚寸法)
第3クロスメンバ2の特徴は、クロスメンバアッパW1において、板厚寸法が互いに異なる複数の領域が備えられている点にある。本実施形態では、板厚寸法が互いに異なる4種類の領域が備えられている。板厚寸法が最も大きい領域を第1領域Aと呼び、板厚寸法が第2番目に大きい領域を第2領域Bと呼び、板厚寸法が第3番目に大きい領域を第3領域Cと呼び、板厚寸法が最も小さい領域を第4領域Dと呼ぶこととする。

0037

このように板厚寸法が互いに異なる複数の領域を設けるための構造として、具体的には、図6図4におけるVI部分の拡大図)に示すように、第3クロスメンバ2の閉断面構造の内側の面(本発明でいうクロスメンバアッパにおける一方側の面)21を部分的に凹陥させることで段差部22,23が設けられているのに対し、閉断面構造の外側の面(本発明でいうクロスメンバアッパの他方側の面)24が略平坦になっており、内側の面21の凹陥寸法が異なっていることで板厚寸法が互いに異なる複数の領域が構成されている。つまり、板厚寸法は、前記内側の面21において段差部22,23によって段落ちされた領域と前記外側の面24との間の寸法(図6における寸法t1,t2,t3)によって決定されることになり、前記凹陥寸法が大きい領域ほど(段差部22,23による段落ちが大きいほど)板厚寸法が小さい領域として構成されている。このため、前記段差部22,23を挟んでクロスメンバアッパW1の延在方向の一方側(段差部22,23による段落ちが小さい部分)は板厚寸法が比較的大きい領域(本発明でいう厚板部)となっており、クロスメンバアッパW1の延在方向の他方側(段差部22,23による段落ちが大きい部分)は板厚寸法が比較的小さい領域(本発明でいう薄板部)となっている。

0038

図6に示すものでは、2箇所に段差部22,23が設けられている。このため、この図6における右側の段差部22を挟んで左側の領域と右側の領域とでは板厚寸法が異なっている。この部分にあっては、段差部22を挟んで右側の領域が本発明でいう厚板部(板厚寸法t1の部分)となっており、段差部22を挟んで左側の領域が本発明でいう薄板部(板厚寸法t2の部分)となっている。また、この図6における左側の段差部23を挟んで左側の領域と右側の領域とにおいても板厚寸法が異なっている。この部分にあっては、段差部23を挟んで右側の領域が本発明でいう厚板部(板厚寸法t2の部分)となっており、段差部23を挟んで左側の領域が本発明でいう薄板部(板厚寸法t3の部分)となっている。

0039

前述したように、本実施形態では、第3クロスメンバ2に本発明が適用されているため、この第3クロスメンバ2(より具体的には第3クロスメンバ2のクロスメンバアッパW1)に前記厚板部および前記薄板部がそれぞれ設けられていることになる。

0040

このように第3クロスメンバ2の閉断面構造の内側の面21を部分的に凹陥させて段差部22,23を設けると共に、閉断面構造の外側の面24を略平坦にするための製造方法としては、金属製板材(クロスメンバアッパとなる金属製板材)W1のプレス加工とシェービング加工とが行われる。詳しくは後述するが、金属製板材W1における一方側の面(閉断面構造の内側となる面21)を凹状に他方側の面(閉断面構造の外側となる面24)を凸状にそれぞれ形成するプレス加工を行った後に(このプレス加工が終了した時点での金属製板材W1の形状を図6において仮想線で示す)、この金属製板材W1における前記他方側の面(閉断面構造の外側となる面24)の前記凸状の部分を切削するシェービング加工を行い(このシェービング加工が終了した時点での金属製板材W1の形状を図6において実線で示す)、この他方側の面(閉断面構造の外側となる面24)を略平坦にする。つまり、一方側の面(閉断面構造の内側となる面21)には凹部を残して前記段差部22,23を設けると共に、他方側の面(閉断面構造の外側となる面24)の凸状の部分を切削することでこの面を略平坦にする。これにより、前述したような板厚寸法が互いに異なる複数の領域を1枚の金属製板材W1上に形成するようにしている。

0041

このようにして金属製板材W1を加工した場合、前記他方側の面(外側の面)24にあっては、シェービング加工によって前記凸状の部分を切削したことに伴い、この他方側の面24の一部には削り痕部(段差部22,23によって段落ちされた領域の裏面となる金属製板材W1の他方側の面24に設けられた削り痕部)25が存在することになる。この削り痕部25は、前記凸状の部分を切削した部分の切断面が現れている部分であって、他の部分(切削されていない部分)とは明らかに表面の形状(表面の光沢や表面粗さ等)が異なっている。例えば、金属製板材W1の表面処理が施されていた場合には、その表面処理層が除去されている。また、金属製板材W1の表面に酸化被膜が存在していた場合には、その酸化被膜が除去されている。また、場合によっては、削り痕部25の外縁部には僅かなエッジが残っている。また、この削り痕部25は、他の部分と完全に面一な平坦となっているとは限らず、他の部分よりも僅かに(例えば0.1mm程度)隆起した形状となっている場合もある。

0042

図3では、これら板厚寸法が互いに異なる複数の領域を区別するためにそれぞれに斜線を付している。具体的には、第1領域Aには左斜め下に向かって傾斜する実線の斜線を付している。第2領域Bには右斜め下に向かって傾斜する実線の斜線を付している。第3領域Cには左斜め下に向かって傾斜する破線の斜線を付している。第4領域Dには右斜め下に向かって傾斜する破線の斜線を付している。各領域A〜Dの板厚寸法の一例として、第1領域Aは3.5mm、第2領域Bは3.0mm、第3領域Cは2.5mm、第4領域Dは2.0mmとなっている。これら値はこれに限定されるものではない。

0043

(各領域の適用箇所
次に、前記各領域A〜Dの適用箇所について説明する。

0044

第1領域A(各領域A〜Dのうち最も板厚寸法が大きい領域)の適用箇所は以下のとおりである。
・上板部4の車幅方向の中央部分であって、前記エンジンマウント挿入孔41およびボルト挿入孔42,42,…の周辺部分(エンジンマウントの取付座となる部分)
第2領域B(各領域A〜Dのうち2番目に板厚寸法が大きい領域)の適用箇所は以下のとおりである。
・上板部4において、第1領域Aよりも車幅方向の外側の部分
・前壁部3における車幅方向の中央部分
・後壁部5における車幅方向の中央部分
第3領域C(各領域A〜Dのうち3番目に板厚寸法が大きい領域)の適用箇所は以下のとおりである。
・上板部4において、第2領域Bよりも車幅方向の外側の部分であって、後述する第4領域Dを囲む部分
・前壁部3における車幅方向の両外側部分
・後壁部5における車幅方向の両外側部分
第4領域D(各領域A〜Dのうち最も板厚寸法が小さい領域)の適用箇所は以下のとおりである。
・上板部4において、第3領域Cの中央部分
このように、第3クロスメンバ2にあっては、エンジンマウントの下部が挿入されるエンジンマウント挿入孔41の周辺の領域における板厚寸法が、その他の領域における板厚寸法よりも大きくなっている。これにより、エンジンマウントを介してエンジンから入力される上下方向の荷重が入力されて応力が高くなりやすい車幅方向の中央部分の強度を高くすることができるようにしている。

0045

−第3クロスメンバの製造工程−
次に、前述の如く構成される第3クロスメンバ2の製造工程について説明する。

0046

この第3クロスメンバ2の製造工程としては、金属製板材(クロスメンバアッパとなる金属製板材:例えば高張力鋼板等)W1のプレス加工工程、金属製板材W1のシェービング加工工程、2つの金属製板材W1,W2の折り曲げ加工工程、および、2つの金属製板材W1,W2の接合工程が順に行われる。

0047

図7は、この第3クロスメンバ2の製造工程の概略を説明するための図である。

0048

先ず、図示しない剪断機によって所定形状(長尺状)に剪断された金属製板材W1をプレス機100にセットする(図7(a)を参照)。このプレス機100は、上面にダイス101が設置されたベース台102と、このベース台102に対して昇降可能なパンチ103とを備えている。このパンチ103を昇降させるための機構は従来のプレス機と同様であるのでここでの説明は省略する。

0049

そして、ベース台102上に載置した金属製板材W1に向けてパンチ103を下降させることで(プレス加工工程)、金属製板材W1の下面に凸部を上面に凹部をそれぞれ形成する(図7(b)を参照)。これにより、図7における金属製板材W1の外側部分にあっては、中央部分に対して上側に段落ちされた状態となる。つまり、この外側部分が上側に向けて凸状(本発明でいう凸状の部分)となる。また、このプレス加工工程で得られた前記凸部(下面における凸部)の外縁が、将来的に前記段差部22,23を構成することになる。

0050

また、ここでの凹部の凹陥寸法としては、金属製板材W1の板厚寸法よりも小さく設定されている。また、この凹部の凹陥寸法は、後述するシェービング加工工程によって得ようとする板厚寸法(目標板厚寸法)に応じて設定される。つまり、目標板厚寸法が大きいほど凹部の凹陥寸法が小さくなるように、前記パンチ103の凸部の突出寸法および前記ダイス101の凹部の凹陥寸法がそれぞれ設定される。

0051

その後、前記プレス加工された金属製板材W1のシェービング加工を行う。このシェービング加工では、金属製板材W1における上面を略平坦形状に切削する。具体的には、プレス加工された金属製板材W1を前記ベース台102上に載置した状態のまま、前記パンチ103に代えて押さえ治具200を配置する。この押さえ治具200の下面は平坦面となっている。また、この押さえ治具200は、金属製板材W1との間にシェービング加工用工具切削刃)201が通過する空間だけベース台102との間に間隔を存している。図7(c)に示すように、この空間に切削刃201を通過させることで、金属製板材W1の外側部分(上側に凸となっている部分)を切削により切除し、この金属製板材W1の上面が略平坦面とされる。つまり、金属製板材W1の中央部分の上面と略面一となるように外側部分が切削される。

0052

このシェービング加工工程で得られた金属製板材W1は、切削刃201によって切削された領域が薄板部として加工されることになり、その他の部分が厚板部として加工されることになる。

0053

この図7では、説明を簡単にするために金属製板材W1の中央部分に厚板部を、その外側に薄板部を加工する場合について説明したが、前述したように、実際の第3クロスメンバ2にあっては、板厚寸法が互いに異なる4種類の領域が各所に備えられているため、これら板厚寸法が得られるように前記パンチ103およびダイス101が作製されており、プレス加工工程で成形された複数箇所が切削刃201によって切削されることになる。

0054

そして、このようにして板厚寸法が互いに異なる領域が備えられた金属製板材(クロスメンバアッパとなる金属製板材)W1を作製しておき、この金属製板材W1および他方の金属製板材(クロスメンバロアとなる金属製板材)W2それぞれをプレス加工などによってコ字状に成形し(折り曲げ加工工程)、図7(d)に示すように、それぞれの端縁同士を重ね合わせ溶接(接合工程)することで略矩形状の閉断面にする。

0055

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態では、金属製板材W1における一方側の面(閉断面構造の内側となる面)21に段差部22,23を設け、他方側の面(閉断面構造の外側となる面)24に削り痕部25を設けることで、単一の金属製板材W1に厚板部と薄板部とを設けるようにしている。つまり、この金属製板材W1によって第3クロスメンバ2を製造することにより、該第3クロスメンバ2において特に荷重が大きく作用する部分を厚板部で構成し、作用する荷重が比較的小さい部分を薄板部で構成することができ、これにより、作用する荷重に応じた板厚寸法を単一の金属製板材W1上に得ることができる。具体的には、第3クロスメンバ2の車幅方向の中央部分に設けられたエンジンマウント挿入孔41およびボルト挿入孔42,42,…の周辺部分を、それに隣接する部分よりも板厚寸法が大きい厚板部として構成している。その結果、板厚寸法が無駄に大きくなってしまう領域を削減することができ、第3クロスメンバ2を軽量化することができる。また、板厚寸法が互いに異なる複数のパネル材を一体的に溶接する必要がないため(図8で示した構造を採用する必要がないため)、部品点数の削減を図ることができ、構造の簡素化、および、溶接箇所の削減による製造コストの低廉化、熱害の抑制、錆の発生の抑制を図ることができる。

0056

また、本実施形態では、金属製板材W1,W2それぞれは、車幅方向に亘る単一の部材として構成されている。このため、2枚の金属製板材W1,W2のみによって第3クロスメンバ2を構成することが可能になり、第3クロスメンバ2を構成するための部材の点数(金属製板材W1,W2の使用枚数)を大幅に削減することができる。また、第3クロスメンバ2を開断面構造で構成した場合には、1枚の金属製板材W1のみによって第3クロスメンバ2を構成することも可能である。

0057

また、本実施形態では、第3クロスメンバ2の閉断面構造の内側の面21に段差部22,23が設けられ、外側の面24に削り痕部25が設けられて略平坦とされている。閉断面構造の第3クロスメンバ2に外力が作用した場合、その外側の面24には引っ張り応力が発生する。この際、この外側の面24に段差部が存在していると、該段差部に応力が集中してしまう可能性がある。この点に鑑み、本実施形態では、内側の面21に段差部22,23を設けると共に、外側の面24に削り痕部25を設けて略平坦な面にし、これによって外側の面24での引っ張り応力の集中が生じないようにすることができる。これにより、第3クロスメンバ2の強度の信頼性を高めることができる。

0058

−他の実施形態−
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

0059

例えば、前記実施形態では、各クロスメンバ13a〜13h,2のうち第3クロスメンバ2として本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、エンジンマウントが取り付けられる他のクロスメンバに対して適用してもよい。

0060

また、前記実施形態では、板厚寸法が互いに異なる4種類の領域を備えた第3クロスメンバ2について説明した。本発明はこれに限らず、板厚寸法が互いに異なる3種類以下の領域を備えた第3クロスメンバや、板厚寸法が互いに異なる5種類以上の領域を備えた第3クロスメンバとしてもよい。また、各領域の配設箇所や形状も前記実施形態に限定されることなく、適宜設定することが可能である。

0061

また、前記実施形態では、金属製板材W1において段差部22,23が設けられている面を第3クロスメンバ2における閉断面構造の内側の面とし、平坦となっている面を第3クロスメンバ2における閉断面構造の外側の面としていた。本発明はこれに限らず、金属製板材において段差部が設けられている面を第3クロスメンバ2における閉断面構造の外側の面とし、平坦となっている面を第3クロスメンバ2における閉断面構造の内側の面とするようにしてもよい。

0062

また、前記実施形態では、クロスメンバアッパとなる金属製板材W1およびクロスメンバロアとなる金属製板材W2それぞれの開放側の端縁同士を部分的に重ね合わせて溶接する重ね溶接によって閉断面構造の第3クロスメンバ2を製造するようにしていた。本発明はこれに限らず、各金属製板材W1,W2を突き合わせ溶接することで閉断面構造の第3クロスメンバ2を製造するようにしてもよい。

0063

また、本発明では、前述した構造の第3クロスメンバ2を製造する手段として、金属の3Dプリンタパウダヘッド方式やメタルデポジッション方式等)を使用するようにしてもよい。

0064

本発明は、フレーム構造の車体フレームに適用されるクロスメンバおよびクロスメンバの製造方法に適用可能である。

0065

1車体フレーム
11サイドレール
2 第3クロスメンバ(クロスメンバ)
21 内側の面
22,23段差部
24 外側の面
25 削り痕部
4上板部
41エンジンマウント挿入孔(エンジンマウント取付部)
W1クロスメンバアッパ、金属製板材
W2クロスメンバロア、金属製板材

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