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車両のフレーム連結構造
説明

車両のフレーム連結構造

【課題】 アルミニウム合金押出材を用いたサイドフレーム22とサブフレーム37の連結構造を改良して、サイドフレームとサブフレームを軽量化する。サイドフレームとサブフレームの組み付け時の位置決めを容易にする。
【解決手段】 サイドフレーム22が、アルミニウム合金押出材からなる縦フレーム3,4とそれらを連結する連結フレーム25からなる。連結フレーム25は一対の凹溝状部材26,27を左右に向き合わせてその開口部を衝合させ(衝合ライン28)、溶接接合した中空の部材であり、サブフレーム37の両端部に形成した連結部が、凹溝状部材26,27により左右から挟まれ、前記連結フレーム25の中空内部に密着して支持されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと、このサイドフレームに連結されるサブフレームのような構造体の連結構造に関する。
【背景技術】
【0002】
フロントサスペンションやパワーユニットを支持するサブフレームは、例えば下記特許文献1,2に記載されたように、車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームに支持されている。
【0003】
【特許文献1】特開2002−349632号公報
【特許文献2】特開2003−118631号公報
【0004】
一方、車体の軽量化のため、サイドフレームやクロスメンバー等のメインフレーム構造を、従来の鋼材からアルミニウム合金に置き換えることが提案されている。図11に示すトラック用メインフレーム1はその一例を示すもので、サイドフレーム2がアルミニウム合金押出材からなる矩形断面の前後部縦フレーム3,4と、アルミニウム合金板をプレス成形した中間フレーム5からなり、クロスメンバー6〜10等もアルミニウム合金押出材からなる。中間フレーム5は、一対の凹溝状部材5a,5bを左右に向き合わせて配置し、衝合させた開口部(衝合ラインを5cで示す)を突き合わせ溶接により接合した筒状の部材であり、その後端に後部縦フレーム3の前端部が嵌入して固定され、その前端に前部縦フレーム4の後端部が嵌入して固定されている。中間フレーム5は、サイドフレーム2を構成する前後部縦フレーム3,4の断面形状がそれぞれ異なっていたり、縦フレーム4の高さや左右の間隔が縦フレーム3と異なる場合に、縦フレーム3から縦フレーム4への移行部分として使用されており、この中間フレーム5の外面に図示しないサブフレームが溶接等により固定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、このような中間フレームにサブフレーム等の重量のある構造物を固定する場合、該重量物の荷重を支持するため中間フレームを全体に肉厚にして高剛性とする必要があり、メインフレーム構造の軽量化が十分に行えないという問題がある。また、中間フレーム(左右の凹溝状部材)の溶接接合及び前記構造物の溶接固定に際しての正確な位置決め作業に大きい負担がかかるという問題もある。
本発明は、このような凹溝状部材からなる中間フレームを備えるサイドフレームと該サイドフレームに連結される構造体の連結構造を改良して、メインフレーム構造の軽量化を図り、前記連結フレームと構造体の組み付け作業が容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと該サイドフレームに取り付けられる構造体の連結構造において、左右のサイドフレームが後部及び前部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続し前端が前記前部縦フレームの後端に接続した連結フレームで構成され、前記連結フレームは凹溝状部材を向き合わせて配置し互いに溶接接合してなる筒状の部材であり、前記構造体は端部に連結部を有し、該連結部が前記凹溝状部材により挟まれて前記連結フレームの中空内部に支持されていることを特徴とする。この場合、前記連結フレームは、図11に示す従来のサイドフレームの中間フレーム5に相当する。
【0007】
このフレーム連結構造において、前記サイドフレームを構成する前部及び後部縦フレームは、例えば断面形状を異にするアルミニウム合金押出材からなり、後部縦フレームの前端部は連結フレームの後端に嵌入し、前部縦フレームの後端部は前記連結フレームの前端に嵌入している。また、前記構造体は例えばフロントサスペンションを支持するサブフレームであり、その場合、構造体は両端部に前記連結部を有し、該連結部が左右の連結フレームの中空内部に支持されている。
また、本発明は、左右のサイドフレームが後部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続した連結フレームで構成される場合(前部縦フレームがなく連結フレームが前部縦フレームの分まで長く形成されている場合)にも適用される。
【発明の効果】
【0008】
本発明の連結構造では、構造体の端部(連結部)が連結フレームを構成する凹溝状部材により挟まれ、連結フレームの中空内部に支持されている。つまり、連結フレームの中空内部に構造体の連結部がちょうど中子のように嵌入し保持されているから、その2重構造により連結構造の剛性がアップし、連結フレーム及び構造体(連結部)の双方について薄肉化及び軽量化が可能であり、軽量化のための穴抜きも可能となる。また、構造体の連結部が連結フレームの中空内部に保持されているから、構造体の重量及び構造体に加わる振動や衝撃がその連結部を介して連結フレームの中空内部に掛かることになり、連結フレームに掛かる荷重が分散され、従来例に比べて集中荷重が掛かりにくい構造となっている。これも連結フレームの薄肉化及び軽量化を可能とする。
前記連結フレームと構造体を組み付けるときは、凹溝状部材を互いに向き合わせて配置し、該凹溝状部材により構造体の連結部を両側(例えば左右)から挟み、その状態で凹溝状部材を互いに溶接接合して中空の連結フレームとするが、構造体の連結部がちょうど中子のように両側の凹溝状部材のなす中空内部に密着して支持されることにより、前記連結部の連結フレームに対する位置決め及び凹溝状部材同士の位置決めが容易となり、さらに溶接等も精度よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、図1〜図10を参照して、本発明に係るフレーム連結構造について具体的に説明する。
図1にメインフレーム21とサブフレーム37の全体構造を示す。メインフレーム21において、図11に示すメインフレーム1のものと実質的に同じ部材には同じ参照番号を付与している。
メインフレーム21は、前後方向に延びる左右のサイドフレーム22,22と、複数個のクロスメンバー6〜10等からなる。サイドフレーム22,22の一部を構成する筒状の連結フレーム25,25は、アルミニウム合金板をプレス成形したもので、その後端には後部縦フレーム3の先端部が嵌入して溶接等により固定され、その前端には前部縦フレーム4の後端部が嵌入して同じく溶接等により固定されている。
【0010】
連結フレーム25,25は、それぞれ一対の凹溝状部材26,27からなり、図2に示すように各凹溝状部材26,27の開口部を衝合させたとき(衝合ライン28)、それぞれ上方側に開口29、下方側に開口30,31が形成され、外側壁に周囲がくぼんだ開口32が形成され、内外側壁の略対称位置に開口33〜36が形成されている。
また、前後方向に垂直な面における断面は略矩形であり、後端部は後部縦フレーム3の先端部が嵌入し、前端部は前部縦フレーム4の後端部が嵌入するサイズに成形されている。連結フレーム25を構成する凹溝状部材26,27は、アルミニウム合金板をプレス成形して製造できる。
なお、開口29は後述するブラケット51が嵌入する穴、開口30は後述する横部材39の左右の上端が嵌入する穴、開口31は後述する横部材40の左右の上端が嵌入する穴、開口32は後述するブラケット52を固定する穴、開口33〜36は軽量化のための抜き穴である。
【0011】
サブフレーム37は、独立懸架式のサスペンションに対応したもので、図3に示すように、断面略3角形状の縦部材38,38と、前後の横部材39,40と、両者の間に介在し外形が略矩形の中空断面をなす連結部材41,42からなる。
連結部材41,42は同じ断面形状で、左右の側壁43,44及び45,46(図5,6参照)に段部が形成されて上半分が広幅、下半分が挟幅とされ、内部にコーナーをつなぐ斜めのリブが形成され、上壁と側壁(44,46)及び前記リブにより画定される略3角形の中空部に、縦部材38の前後の端部が所定長さにわたり嵌入している。縦部材38にも連結部材41,42の前記段部に対応する段部が形成され、両者の嵌合が密になっている。縦部材38と連結部材41,42は溶接等により相互に接合されている。
【0012】
横部材39,40の左右端部の上端には、連結部材41,42の広幅の部分と同じ幅の一対の側壁47,48及び49,50(図5,6参照)がそれぞれ形成され、その側壁47,48及び49,50によって構成される凹溝に、連結部材41,42の挟幅の部分が密に嵌入している。連結部材41,42と横部材39,40は溶接等により相互に接合されている。
連結部材41,42の前後方向の長さは、横部材39,40の前後方向の長さより長く形成され、横部材39,40の凹溝から前後にはみ出している。また、横部材39,40の前後方向の長さは、前記開口30,31の前後方向の幅とほぼ一致している。
なお、前記縦部材38及び連結部材41,42が、本発明でいう構造体(サブフレーム)の連結部に相当する。
【0013】
図3において、51はサスペンションのアッパーアームを支持するブラケットであり、縦部材38の上面に溶接等により固定され、53,54はサスペンションアームを支持するブラケットであり、それぞれ横部材39,40の下部に溶接等により固定されている。ブラケット51の前後方向の長さは、前記開口29の前後方向の幅とほぼ一致している。
なお、サブフレーム37は、各部材38〜42に全てアルミニウム合金押出材を用い、これらを組み付けて製造できる。また、ブラケット51はアルミニウム合金押出材を用い、ブラケット53,54はアルミニウム合金板を組み付けて製造できる。
【0014】
図2に示す連結フレーム25,25と図3に示すサブフレーム34を組み付けた状態を、図4〜図6に示す。この組み付けを行うときは、まず、両凹溝状部材26,27を溶接固定して連結フレーム25を組み立てる前に、外側の凹溝状部材26に形成した穴32の外側に、それぞれブラケット52を凹溝の内側から溶接する(図2の仮想線参照)。ブラケット52はサスペンションのコイルばねを支持するブラケットであり、アルミニウム合金押出管(拡径する)とプレス成形したアルミニウム合金板を接合して製造できる。
続いて、連結フレーム25を構成する両凹溝状部材26,27を向かい合わせにし、横部材39の箇所に開口30を対応させ、横部材40の箇所に開口31を対応させ、ブラケット51の箇所に開口29を対応させ、両凹溝状部材26,27を閉じて縦部材38及び連結部材41,42を左右から挟み、両凹溝状部材26,27の開口部を衝合させる。
【0015】
このとき、前記開口30の箇所では、横部材39の上端部に形成された側壁47,48が、開口30の内側に前後方向の遊びがない程度にちょうど嵌り込み、また、連結フレーム25の左右の側壁の内面が、連結部材41の側壁43,44及び横部材39の前記側壁47,48に当接密着する。前記開口31の箇所では、横部材40の上端部に形成された側壁49,50が、開口31の内側に前後方向の遊びがない程度にちょうど嵌り込み、連結フレーム25の左右の側壁の内面が、連結部材42の側壁45,46及び横部材40の前記側壁49,50に当接密着する。また、前記開口30の前後の箇所では、連結フレーム25の左右の側壁及び底壁の内面が、連結部材41の前記横部材39の凹溝から前後にはみ出した部分において、前記連結部材41の側壁43,44及び底壁55に当接し、前記開口31の前後の箇所では、連結フレーム25の左右の側壁及び底壁の内面が、連結部材42の前記横部材40の凹溝から前後にはみ出した部分において、前記連結部材42の側壁45,46及び底壁56に当接密着する。
さらに、開口29の箇所では、ブラケット51が該開口29の凹所に密に嵌合する。
【0016】
続いて、衝合ライン28に沿って両凹溝状部材26,27を突き合わせ溶接により接合して連結フレーム25とし、さらに、連結フレーム25とサブフレーム38を適宜箇所において溶接接合する。
これにより、サブフレーム37の両端の連結部(縦部材38及び連結部材41,42)を、連結フレーム25の中空内部にちょうど中子のように保持し、サブフレーム37を連結フレーム25に固定することができる。
【0017】
なお、前記フレーム連結構造において、前記サブフレーム37は本発明における構造体に相当し、該サブフレーム37は両端に連結部(縦部材38及び連結部材41,42)を有し、左右の連結フレーム25,25により支持されている。一方、ブラケット51についても本発明における構造体とみることができる。この場合、サブフレーム37の連結部(縦部材38及び連結部材41,42)がブラケット51の連結部を兼ね、該連結部が一方の連結フレーム25に支持されていることになる。
【0018】
図7は、サブフレーム37の上面に追加のブラケット61,62を固定し、連結フレーム25とそのサブフレーム37を組み付けた状態を示す。ブラケット61,62はアルミニウム合金押出材からなり、ブラケット61はサブフレーム37を構成する縦部材38上にブラケット51と接した状態で固定され、ブラケット62は連結部材41上にブラケット51から少し離れて固定されている。また、連結フレーム25には、ブラケット61に対応する開口63(前記開口29が前方側に広がったもの)と、ブラケット62に対応する開口64が形成され、各ブラケット61,62(及びブラケット51)が前記開口63,64から上方に突出している。ブラケット61,62についても、ブラケット51と同様に、本発明における構造体とみることができる。この場合、サブフレーム37の連結部(図3に示す縦部材38及び連結部材41,42)が各ブラケット61,62の連結部を兼ね、該連結部が一方の連結フレーム25内に支持されていることになる。
なお、ブラケット61,62の上面は連結フレーム25から上方に突出し、ブラケット51とともに同じ高さの平坦な面を構成している。これらは、そのままキャブの座面(受け面)として利用できる。一方、図4に示す構造の場合、連結フレーム25の上面がキャブの座面となり、衝合ライン28の溶接ビードを切削して座面になる部分を平坦に整形する必要がある。
【0019】
図8は、連結フレーム25にサブフレーム37及び追加のブラケット65を組み付けた状態を示す。連結フレーム25の内側には、ブラケット65に対応する開口66が形成され、ブラケット65が前記開口66から内向きに突出している。ブラケット65は本発明でいう構造体に相当し、端部に本発明でいう連結部を有し、該連結部は前記連結部材41又は42と類似する形態で連結フレーム25内に支持されている。
【0020】
図9に本発明に係る別のメインフレーム71とサブフレーム37の全体構造を示す。メインフレーム71において、図1に示すメインフレーム21のものと実質的に同じ部材には同じ参照番号を付与している。
メインフレーム71は、前後方向に延びる左右のサイドフレーム72,72と、複数個のクロスメンバー6〜10等からなり、各サイドフレーム72は、後部縦フレーム3と連結フレーム73からなる。メインフレーム21との相違点は、連結フレーム73が前方側に長く延び、メインフレーム21における連結フレーム25及び前部縦フレーム4の代わりをする点(前部縦フレーム4が存在しない)と、連結フレーム73が連結フレーム25のような突き合わせ溶接でなく、隅肉溶接により接合されている点のみである。
【0021】
連結フレーム73は、図10に示すように、それぞれ一対の凹溝状部材74,75からなり、外側の凹溝状部材75の方が内側の凹溝状部材74より縦幅が大きく、凹溝状部材74の開口部が凹溝状部材75の開口部内に嵌り込み、凹溝状部材75がその開口端縁において凹溝状部材74に隅肉溶接されている(接合ライン76)。
【0022】
なお、以上述べた連結フレーム25,73は、一対の凹溝状部材を左右から向き合わせて配置し、互いに溶接接合することにより筒状に形成したが、上下から向き合わせて配置し、これを互いに溶接接合して筒状に形成することもできる。また、互いに向き合わせて配置した凹溝状部材の一方又は双方を、複数個の凹溝状の部材から構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係るメインフレームとサブフレームの全体構造を示す斜視図である。
【図2】その連結フレームの構造を示す斜視図である。
【図3】サブフレームの構造を示す斜視図である。
【図4】連結フレームとサブフレームを組み付けた状態の斜視図である。
【図5】前方側の横部材の箇所における前後方向に垂直な面内でのサブフレームの断面図である。
【図6】後方側の横部材の箇所における前後方向に垂直な面内でのサブフレームの断面図である。
【図7】サブフレームに追加のブラケットを固定し、連結フレームとそのサブフレームを組み付けた状態の斜視図である。
【図8】サブフレーム及び追加のブラケットと連結フレームを組み付けた状態の斜視図である。
【図9】本発明に係る別のメインフレームの全体構造を示す斜視図である。
【図10】その連結フレームの構造を示す斜視図である。
【図11】従来のメインフレームとサブフレームの全体構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0024】
22,72 サイドフレーム
25,73 連結フレーム
26,27,74,75 凹溝状部材
28 衝合ライン
37 サブフレーム
38 縦部材
39,40 横部材
41,42 連結部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと該サイドフレームに取り付けられる構造体の連結構造において、左右のサイドフレームが後部及び前部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続し前端が前記前部縦フレームの後端に接続した連結フレームで構成され、前記連結フレームは凹溝状部材を向き合わせて配置し互いに溶接接合してなる筒状の部材であり、前記構造体は端部に連結部を有し、該連結部が前記凹溝状部材により挟まれて前記連結フレームの中空内部に支持されていることを特徴とする車両のフレーム連結構造。
【請求項2】
前記サイドフレームを構成する前部及び後部縦フレームが断面形状を異にするアルミニウム合金押出材からなり、後部縦フレームの前端部が連結フレームの後端に嵌入し、前部縦フレームの後端部が前記連結フレームの前端に嵌入していることを特徴とする請求項1に記載された車両のフレーム連結構造。
【請求項3】
車両の前後方向に延びる左右のサイドフレームと該サイドフレームに取り付けられる構造体の連結構造において、左右のサイドフレームが後部縦フレームと、後端が前記後部縦フレームの前端に接続した連結フレームで構成され、該連結フレームは凹溝状部材を向き合わせて配置し互いに溶接接合してなる筒状の部材であり、前記構造体は端部に連結部を有し、該連結部が前記凹溝状部材により挟まれて前記連結フレームの中空内部に支持されていることを特徴とする車両のフレーム連結構造。
【請求項4】
前記サイドフレームを構成する後部縦フレームがアルミニウム合金押出材からなり、その前端部が連結フレームの後端に嵌入していることを特徴とする請求項3に記載された車両のフレーム連結構造。
【請求項5】
前記構造体がフロントサスペンションを支持するサブフレームであり、その左右の両端部に前記連結部を有し、該連結部が左右の連結フレームの中空内部に支持されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載された車両のフレーム連結構造。

【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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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2006−76552(P2006−76552A)
【公開日】平成18年3月23日(2006.3.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−327230(P2004−327230)
【出願日】平成16年11月11日(2004.11.11)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】