説明

商用車両フレーム用の構造継手及び構造継手で作成されたフレーム

トラックトレーラフレームの構造継手であって、前記構造継手は恒久的に取付けられた接続板を有する第1のフレーム部材を含み、前記接続板は溝及び隆起である複数の突起及び窪みを備えた起伏接続面を有している。第2のフレーム部材は前記接続板の接続面の突起及び窪みと相補的な複数の突起及び窪みを備えた起伏接続面を有している。第2のフレーム部材は、該第2のフレーム部材を前記接続板に締め付ける複数の取り外し可能な締結機構とともに、前記接続板に接触して前記第1のフレーム部材に取付けられており、そこで、前記起伏接続面は線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互結合している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、商用トラック・フレームなどの車両フレームに関し、より詳細には、フレーム部材用の継手およびそのような継手を含むモジュール式フレーム組立体に関する。
【背景技術】
【0002】
典型的な大型トラック・フレームは、クロスメンバによって接合されてほぼ長方形構造を形成する2本の細長いフレーム・レールを有する。バンパ、エンジンとトランスミッション、前車軸、後車軸およびサスペンションを含む他の構成要素が、フレームに取り付けられるか又はフレームによって支持される。
【0003】
商用車両フレームにかかる荷重または修理要求に対応するようにそれぞれ設計された種々の構造セグメントまたはユニットを含む商用車両フレームを設計し作成すると有利である。モジュール式フレーム・ユニットの使用を含むそのような手法は、組み立てと保守の改善を可能にし、モジュール式フレーム・ユニットは、どこか他の場所で組み立てられ、ユニットとして組み立てラインに運ぶことができる。更に、セグメント手法は、重量を減らすフレームの再設計を可能にし、これにより、車両の燃費を改善することができる。さらに、種々の材料および材料特性(例えば、剛性、重量)のフレーム・セグメントを選択することができ、セグメントは、質量、強度および耐久性の適切な組み合わせを実現するようにフレームの長さに沿って配置される。
【0004】
フレーム内の各フレーム・セグメント、ユニットまたはモジュールは、別のセグメント、ユニットまたはモジュールと少なくとも1つの構造接続(structural interface)または継手を必要とする。接続が首尾よく機能するためには、継手の完全性と耐久性が構造的に確実でなければならない。
【0005】
生産効率とアフターマーケット保守性のために、接続継手の組み立てと分解が容易だと有利である。
【0006】
一般的に、商用車両フレームにおける構造継手接続は、リベット、溶接、またはボルトとナットで組み立てられる。リベットと溶接は、一般に、「恒久的」構造継手と考えられ、そのような継手の分解には、かなりの労力を必要とし、通常は継手および/または締結機構システムのある程度の破壊を伴う。きわめて高い荷重状態での構造接続継手において、業界ではリベットが極めて好まれる。一方、フレーム部材または締結機構を傷付けずに取り外すことができるボルトとナットは、恒久的とは考えられず、これは、保守と修理およびトラック・フレームをある目的から別の目的に変換するのに有利である。しかしながら、ボルトとナットは、通常、リベットほど確実とは考えられない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、車両フレームの部材をきわめて確実な方法で接合しまた継手を容易に分解することができるシステムを提供する。本発明の特徴は、フレーム構成要素の嵌合面上に形成または提供された接続システムである。接続システムは、相互係合して部品の嵌合面における線形および回転剪断力に耐えるように成形された嵌合面を有する。
【0008】
本発明の一実施形態による車両内のフレーム部材の取り外し可能な構造継手は、第1の起伏接続面(contoured interface surface)を有する第1のフレーム部材と、第1のフレーム部材の起伏接続面と相補的な第2の起伏接続面を有する第2のフレーム部材と、第2のフレーム部材を接続板に取り外し可能に締結するための複数の取り外し可能な締結機構とを含み、起伏接続面は、線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合する。
【0009】
本発明によれば、第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の起伏接続面がそれぞれ、複数の突起と窪みを有する。突起と窪みは、表面のバンプとディップまたは隆起と溝として形成されてもよく、他の相補的係合形状として形成されてもよい。
【0010】
一実施形態によれば、第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の起伏接続面はそれぞれ、少なくとも1つの隆起と1つの溝を有し、各起伏接続面上の少なくとも1つの隆起が、別の起伏接続面上の少なくとも1つの溝と位置が合う。より好ましくは、起伏接続面はそれぞれ、複数の平行な隆起と溝を有する。
【0011】
第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の起伏接続面はそれぞれ、長手方向を有し、長手方向に対して斜めに向けられた少なくとも1対、好ましくは複数の隆起と溝を有してもよい。
【0012】
第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の起伏接続面はそれぞれ、少なくとも1つの長手方向に向けられた隆起と溝と、少なくとも1つの斜めに向けられた隆起と溝を有する。
【0013】
本発明の別の態様によれば、接続板の起伏接続面と第2のフレーム部材の起伏接続面は、異なる硬さ値を有する異なる材料で形成される。
【0014】
本発明の更に別の態様によれば、1つの起伏接続面は、フレーム部材に恒久的に取り付けられた板上に形成される。
【0015】
別の実施形態によれば、第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の起伏接続面はそれぞれ、同心円状に配列された溝と隆起と、複数の直線的に配置された溝と隆起を有する。
【0016】
本発明によれば、取り外し可能な構造継手を有するトラック・フレームは、第1のフレーム部材と、第1のフレーム部材に取り付けられ、複数の突起と窪みで起伏が付けられた接続面を有する接続板と、第1のフレーム部材に取り付けられ、接続板の接続面の複数の突起と窪みに相補的な複数の突起と窪みで起伏が付けられた接続面を有する第2のフレーム部材と、第2のフレーム部材を接続板に取り外し可能に締結するための複数の取り外し可能な締結機構とを有し、起伏接続面は、線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
本発明は、添付図面と関連して以下の詳細な説明を参照することによりよりよく理解される。
【0018】
【図1】先行技術による大型トラック・フレームの斜視図である。
【図2】本発明による接合構造によりフレームに取り付けられた前端モジュールを示す斜視断面図である。
【図3】エンジン支持体を前端構造物に接続する、図2に示された接合構造の分解図である。
【図4】前端モジュールをフレーム・レールに接続板によって接続する、本発明による第2の接合構造の分解図である。
【図5】図3に示された接合構造の反対側からの分解図である。
【図6】本発明の別の実施形態による接合構造接続板の正面図である。
【図7】本発明のさらに別の実施形態による接合構造接続板の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図1に、大型トラックの従来のフレーム1が斜視図で示されている。フレーム1は、剛性の荷重支持構造を構成するために、クロスメンバ4(3つのクロスメンバが示されている)とエンドクロスメンバ6によって接合された2つのフレーム・レール2,3で構成される。フレーム・レール2,3は、一般に薄鋼板から形成された細長いU字型部材である。図1に示されたフレーム1は、前端部7を有し、フレーム・レールは、車両エンジンを収容するために、広がってその間の空間を拡大するように曲げられる。
【0020】
フレーム1は、フレームに直接または間接に取り付けられたいくつか構成要素を支持するものである。エンジン架台組立体(図1に示されていない)が、前端7に取り付けられ、フレーム・レール2,3の間に亘る。フレーム・レールの前端に前バンパ組立体が取り付けられてもよい。更に、フレーム・レールの前端は、ラジエータ取り付け組立体を支持してもよい。また、フレームは、トラクタ型トラックでは、車両車軸とサスペンション、運転台および第5の車輪を支持する。
【0021】
フレーム自体を、トラックの所期の最終用途の必要に応じて選択し、組み立てラインまたは場所まで容易に運んでフレームに取り付けることができる構成モジュールに再設計することが好都合である。例えば、長距離トラック・フレームは、コンクリート・トラックやダンプ・トラックと異なるフレーム要求を有し、フレームが構成要素またはモジュールに分解される場合は、特定のフレーム構成要素が、すべてまたはいくつかのトラックに共通でよく、これにより、モジュール式フレーム・システムを開発することが可能になる。
【0022】
さらに、交換または修理を必要とすることがある構成要素の場合は、そのような構成要素をフレームに接合するために確実でしかも取外し可能な接合システムを有すると好都合である。例えば、前バンパは、衝突後に交換を必要とする場合がある。
【0023】
図2は、図1のフレーム・レール2,3と類似の細長いU字型チャネルとして形成されたフレーム・レール12,13を有するフレームを斜視断面図で示す。フレーム・レール12,13は、車両フレームの長手方向に平行に配置される。本発明によれば、フレーム・アーム22,24およびエンジンを支持するエンジン支持部材26で構成された前端組立体20は、フレーム・レール12,13の前端でフレームに取り付けられる。
【0024】
本発明は、フレーム構成要素のための確実な継手を提供し、この継手は、修理または交換のために必要に応じて取外し可能である。前端組立体20は、フレーム・アーム22,24およびエンジン支持部材26を有する。エンジン支持部材26は、図3により詳細に示された接合組立体30によってフレーム・アーム22,24に取り付けられ、フレーム・アーム間に横方向にまたがる。フレーム・アーム22,24は、図4と図5により詳細に示された接合組立体32によってフレーム部材12,13に接続される。
【0025】
フレーム・アーム22,24は、フレーム部材12,13の前方に延在するように構成される。フレーム・アーム22,24はそれぞれ、対応するそれぞれのフレーム部材12,13に繋がる接続部分40,41と、接続部分40,41から前方に延在する長手方向延在体42,43と、エンジン支持部材26に繋がる垂下し横方向に斜めになった脚44,45とを有する。
【0026】
エンジン支持部材26は、エンジンを支持する架台50を有する。フランジ52,54が、架台50の両側から横斜め上方に延在する。フランジ52,54は、フレーム・アーム22,24の脚44,45と繋がる。
【0027】
図3に移ると、エンジン支持部材26をフレーム・アーム22に接続する継手30の分解図が示される。エンジン支持部材26の反対側フランジ54をフレーム・アーム24に接続する継手が、前述の継手の鏡像であることが理解されよう。継手30は、フレーム・アーム22から垂下する脚44上に設けられた第1の起伏接続面(contoured interface surface)34を有する。エンジン支持部26のフランジ52上に第2の起伏接続面56が提供される。
【0028】
本発明によれば、起伏接続面34,56にはそれぞれ、起伏接続面の組み立ての際に嵌合し相互係合して継手30を構成するように配列された複数の突起と窪みが形成される。図3に示された継手30では、起伏接続面34,56は、複数の平行な溝と隆起として実施される。起伏接続面は相補的であり、すなわち、第1の接続面34が突起を有する場合は、第2の接続面56は窪みを有し、その逆の場合もある。嵌合する際、突起接続面と窪み接続面の相互係合は、嵌合面における線形剪断力とねじれ剪断力の両方に対する抵抗を提供する。相互係合面は、相対線形摺動と相対回転摺動に耐える。本発明の別の態様によれば、継手を構成する起伏接続面はそれぞれ、嵌合面と係合するときに一方の面のある程度の変形を可能にする異なる硬さ値を有する異なる材料で形成されてもよい。
【0029】
示された例では、突起と窪みは、フレームの横断方向と位置合わせされた隆起と溝として形成される。この機構は、長手方向のずれに対する抵抗を提供するので有利である(エンジン支持部26の前/後方向の変位に耐える)。この機構は、さらに、車両のコーナリングまたは右左折の動きで生じる場合があるフレーム・アーム22の脚44に対してフランジ52を回転させようとする力に対する抵抗を改善する(エンジン支持部26の相対的旋回とそれに伴うフレーム・レールの平行化(paralleling)に耐える)。フレームの平行化に対する抵抗は、車両の耐回転性を有利に改善する。
【0030】
嵌合フランジ52と脚44は、フランジと脚に設けられた位置が合った穴を貫通する複数のボルト46とナット48によって固定される。
【0031】
次に図4に移ると、アーム22とフレーム・レール12間の継手32の分解図が示される。継手32は、フレーム・レール12上に提供された第1の起伏接続面60と、フレーム・アーム22の接続部分40上に提供された第2の起伏接続面62(図5に示された)とを有する。第1の起伏接続面60と第2の起伏接続面62には、図3の起伏接続34,56と類似の突起と窪みが形成される。示された実施形態の起伏接続面60は、長手方向に延在して、面60の上部分、中央部分および下部分に組で配列された溝と隆起と、上の溝と隆起および中央の溝と隆起の間、中央の溝と隆起および下の溝と隆起の間に組で斜め向きに配列された溝と隆起とを有する。突起と窪みのこの組み合わせは、長手方向と垂直方向の線形のずれを防ぐのに役立ち、また接続面の相対回転に対する抵抗を提供する。図5を参照すると、アーム22上の起伏接続面62が、フレーム部材12上に提供された起伏接続面60の隆起を受け入れる溝と溝を受け入れる隆起とを有する相補的な方法で形成されることが分かる。この機構は、また、組み立て中の継手部材の位置合わせと嵌合を容易にする。
【0032】
第1のフレーム部材12が、比較的薄い金属板で作成され、その上に窪みと突起を形成するのが難しい場合があるので、起伏接続面60は、第1のフレーム部材12に取り付けられた接続板64上に形成される。接続板64は、図示されたようにリベット70によってフレーム部材12に取り付けられてもよい。あるいは、接続板64は、ボルトとナット、溶接、接着剤、または別の適切な恒久または半恒久的固定システムによって取り付けられてもよい。図示されたリベットの場合、接続板64には複数の穴72が設けられ、第1のフレーム部材12には第1の複数の72と位置が合った第2の複数の74が設けられる。後述するように、継手部材を組み立てるためにフレーム部材12と接続板64に追加の穴が設けられる。
【0033】
示された実施形態のフレーム部材22は、鋳造部材として形成されているが、代替として、第2のフレーム部材22上に第2の起伏接続面62を直接形成することができる鍛造部材でもよい。しかしながら、嵌合フレーム部材もまた比較的薄い部材の場合は、第2の接続板が提供されてもよい。
【0034】
図5に示された接続部分40の接続面62は、フレームの長手方向に向けられ離間された組になった溝と隆起と、接続板64の接続面60の溝と隆起に相補的な複数の傾斜した隆起と溝とを有する。
【0035】
継手32が組み立てられるとき、接続板64は、前述のように、例えばリベット70によってフレーム部材12に固定される。第2のフレーム部材22は、第2の起伏接続面62が第1の起伏接続面60と嵌合接触して面が相互係合した状態で配置される。複数の締結機構(例えば、ボルト80)が、対応するそれぞれの第2のフレーム部材22、接続板64および第1のフレーム部材12の位置合わせされた穴に位置決めされ、対応するそれぞれの複数のナット82で固定される。
【0036】
図4を参照すると、前端組立体20をフレーム・レール12,13に取り付けるには、フレーム・レール12,13の端部における長手方向からの広がり角(diverging angle)φと、これと対応してフレーム部材22,24における収束角βとを提供すると好都合である。これにより、前端組立体20がフレーム・レール12,13に近づき、完全に位置が合ったときだけ完全に接触した状態で継手構成要素の位置決めが可能になる。
【0037】
起伏接続面の実施形態は、図3、図4および図5と関連して図示され説明された。溝と隆起の場合、継手に剪断力が作用すると予想される方向に対して垂直または少なくとも斜めの向きが有効と考えられる。突起と窪みの他の形態を使用してもよい。図6は、便宜上接続板64a上に示された代替の起伏接続面60aを示す。この実施形態によれば、複数の同心円状の溝と隆起84(円形又は非円形(図示された))が、面60aに形成される。同心円状の溝と隆起は、単一の組でもよく、複数の組で配列されてもよい。
【0038】
起伏接続面60bの別の実施形態は、図7に接続板64b上に示され、図4の接続面60に示されたものと類似の溝と隆起が一体化されている。この実施形態では、接続面60b上に複数のバンプと空洞88が形成されている。
【0039】
本発明による構造継手は、エンジン支持体が前端フレーム組立体に取り付けられ、前端組立体が従来のフレーム・レール12に取り付けられた文脈で説明された。しかしながら、本発明の継手は、当業者によって理解されるような他のフレーム部材または構成要素の結合に適用することができる。また、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく等価物の置き換えを行うことができることを理解されよう。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両のフレーム部材用の構造継手であって、
第1の起伏接続面を有する第1のフレーム部材と、
前記第1のフレーム部材の前記起伏接続面と相互係合するように相補的に成形された第2の起伏接続面を有する第2のフレーム部材と、
前記第2のフレーム部材を前記接続板に締結するための複数の締結機構とを有し、前記相互係合された起伏接続面が、線形およびねじれ剪断力に耐える構造継手。
【請求項2】
前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、複数の突起と窪みを有する、請求項1に記載の構造継手。
【請求項3】
前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、少なくとも1つの隆起と1つの溝を有し、各起伏接続面上の少なくとも1つの隆起が、他方の起伏接続面上の少なくとも1つの溝と位置が合う、請求項1に記載の構造継手。
【請求項4】
第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の起伏接続面がそれぞれ、更に、前記少なくとも1つの隆起と溝に対して傾斜した少なくとも第2の隆起と溝を有する、請求項3に記載の構造継手。
【請求項5】
前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、長手方向を有し、前記長手方向に対して斜めに向けられた複数の隆起と溝を有する、請求項1に記載の構造継手。
【請求項6】
前記接続板のうちの1つの前記起伏接続面と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面が、異なる硬さ値を有する異なる材料で形成される、請求項1に記載の構造継手。
【請求項7】
前記第1の起伏接続面が、前記第1のフレーム部材に取り付けられた板上に形成される、請求項1に記載の構造継手。
【請求項8】
前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、同心円状に配列された溝と隆起を有する、請求項1に記載の構造継手。
【請求項9】
車両のフレーム部材用の構造継手であって、
第1のフレーム部材に取り付け可能な接続板であって、起伏接続面を有する接続板と、
前記接続板の前記起伏接続面と係合するように前記接続板の前記起伏接続面に相補的な起伏接続面を有する第2のフレーム部材と、
前記第2のフレーム部材を前記接続板に取り外し可能に締結するための複数の取り外し可能な締結機構とを含み、前記起伏接続面が、線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合する構造継手。
【請求項10】
前記接続板と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、複数の隆起と溝を有する、請求項9に記載の構造継手。
【請求項11】
前記接続板と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面が、更に、前記複数の隆起と溝に対して斜めに向けられた第2の複数の隆起と溝を有する、請求項10に記載の構造継手。
【請求項12】
前記複数の隆起と溝が、前記継手が取り付けられる車両フレームの長手方向に向けられている、請求項10に記載の構造継手。
【請求項13】
前記接続板のうちの1つの前記起伏接続面と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面が、異なる硬さ値を有する異なる材料で形成される、請求項9に記載の構造継手。
【請求項14】
前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、複数の突起と窪みを有する、請求項9に記載の構造継手。
【請求項15】
前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材の前記起伏接続面がそれぞれ、同心円状に配列された溝と隆起を有する、請求項9に記載の構造継手。
【請求項16】
構造継手を有するトラック・フレーム用の前端組立体であって、
トラック・フレームのフレーム・レールに取り付け可能な接続板であって、複数の突起と窪みで起伏が付けられた接続面を有する接続板と、
前記接続板によって前記フレーム・レールに取り付け可能なフレーム部材であって、前記接続板の前記接続面の前記複数の突起と窪みに対して相補的な複数の突起と窪みで起伏が付けられた接続面を有するフレーム部材と、
前記フレーム部材を前記接続板に締結する複数の取り外し可能な締結機構とを有し、前記起伏接続面が、線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合する前端組立体。
【請求項17】
前記フレーム部材に取り付けられたエンジン支持部材を有し、前記エンジン支持部材が、更に、複数の突起と窪みで起伏が付けられた表面を有する接続フランジを有し、前記フレーム部材が、複数の相補的に配列された突起と窪みで起伏が付けられた脚を有し、前記フランジと前記脚が、前記フランジと前記脚の前記起伏面が線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合した状態で締結される、請求項16に記載の前端組立体
【請求項18】
前記トラック・フレームの前記第2のフレーム・レールに取り付け可能な第2の接続板であって、複数の突起と窪みで起伏が付けられた接続面を有する第2の接続板と、
前記第2の接続板によって前記第2のフレーム・レールに取り付け可能な第2のフレーム部材であって、前記第1のフレーム部材と実質的に平行であり、前記接続板の前記接続面の前記複数の突起と窪みに対して相補的な複数の突起と窪みで起伏が付けられた接続面を有する第2のフレーム部材と、
前記フレーム部材を前記接続板に締結する複数の取り外し可能な締結機構とを更に有し、前記起伏接続面が、線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合する、請求項16に記載の前端組立体。
【請求項19】
前記第1のフレーム部材と第2のフレーム部材に取り付けられたエンジン支持部材を更に有し、前記エンジン支持部材が、複数の突起と窪みで起伏が付けられた面がそれぞれ形成された対向接続フランジを有し、前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材がそれぞれ、複数の相補的に配列された突起と窪みで起伏が付けられた支持脚を有し、前記対向接続フランジと前記支持脚が、前記第1のフレーム部材と第2のフレーム部材の間の空間にかかる前記エンジン支持部材により締結され、前記それぞれ締結されたフランジと脚の前記起伏面が、線形およびねじれ剪断力に耐えるように相互係合する、請求項18に記載の前端組立体。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公表番号】特表2012−501913(P2012−501913A)
【公表日】平成24年1月26日(2012.1.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−526834(P2011−526834)
【出願日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【国際出願番号】PCT/US2008/010693
【国際公開番号】WO2010/030257
【国際公開日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【出願人】(511066562)ボルボ グループ ノース アメリカ,エルエルシー (3)
【Fターム(参考)】