(57)【要約】【課題】高い剛性を確保しつつ、構造体の側部に他の構造体を結合する骨格構造体を提供することを第１の課題とする。また、２つの構造体が垂直に交わる部位でも、摩擦攪拌接合が可能な骨格構造体を提供することを第２の課題とする。【解決手段】骨格構造体１であって、側面２１に挿入孔２２が設けられたサイドフレーム２（中空構造体）と、挿入孔２２に挿入され、挿入孔２２に相対する内側面２３と当接する当接部４１ｂと、クロスメンバ３（他の構造体）を嵌合可能な嵌合部４２とを有する一対のブラケット４１，４１（中間部材４）と、を有し、ブラケット４１の当接部４１ｂとサイドフレーム２とを接合した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に挿入孔が設けられた中空構造体と、
前記挿入孔に挿入され、前記挿入孔に相対する内側面と当接する当接部と、他の構造体を嵌合可能な嵌合部とを有する中間部材と、
を有し、
前記中間部材の当接部と前記中空構造体とを接合したことを特徴とする骨格構造体。
【請求項２】
前記中間部材に、前記挿入孔の周縁部と係止される係止部を設け、この係止部と前記周縁部とを接合したことを特徴とする請求項１に記載の骨格構造体。
【請求項３】
前記中間部材は、各々独立した前記当接部を有する一対のブラケットで構成され、この一対のブラケットの間に前記嵌合部を形成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の骨格構造体。
【請求項４】
前記一対のブラケットの前記当接部同士が連結されていることを特徴とする請求項３に記載の骨格構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材を接合して構成される骨格構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム合金やマグネシウム合金からなる押出材を接合して、車両のフレーム構造等の骨格構造を構成することが知られている。
【０００３】
押出材同士の接合では、例えば、図７（ａ）に示すように、一方の押出材１０１の側面１０１ａに他方の押出材１０２の端面１０２ａ（図７（ｂ）参照）を単純に突き当てて、その突き当てた部位（接合部１０３）をＭＩＧ溶接する手法が一般に行われている。
【０００４】
また、特許文献１には、サイドフレームとクロスメンバとを結合して構成される車両のメンバ結合構造が記載されている。図８に示すように、この車両のメンバ結合構造２００は、車両前後方向に沿って連続する前側のサイドフレーム２０１と後側のサイドフレーム２０２、車幅方向に沿うクロスメンバ２０３とを、ブラケット２０４を介して結合している。これによれば、ブラケット２０４に形成された各フランジ２０４ａがそれぞれ各フレーム２０１，２０２，２０３の対応端部２０１ａ，２０２ａ，２０３ａの内面に当接し、荷重付加時における各対応端部２０１ａ，２０２ａ，２０３ａの断面変形を防止するため、高い曲げ強度およびねじれ強度を有するようになっている。
【特許文献１】特開平９−３０１２１６号公報（段落００１７〜００２４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、押出材同士を単純に突き当てて接合する手法（図７（ａ）参照）では、図７（ｂ）に示すように、押出材１０１の側面１０１ａのような単面（裏側が補強されていない単純な平面）に押出材１０２を溶接するため、押出材１０１の側面１０１ａが面外変形を起こしやすく剛性を確保しにくいという問題があった。また、このように押出材１０１の側面に押出材１０２が垂直に交わるように接合される場合には、平坦部を接合する技術である摩擦攪拌接合（ＦＳＷ接合）を適用することもできない。
【０００６】
ここで、摩擦攪拌接合とは、接合時の熱影響による歪みや変形の少ない接合技術として、近年広く注目されている技術である。摩擦攪拌接合では、図９に示すように、２つの被接合材３０１，３０２の当接する部位（接合部３０３）に対し、回転ツール３０５を回転させながら押圧することで挿入し、回転ツール３０５の回転力によって当接部分の周辺を塑性流動させて、被接合材３０１，３０２同士を接合する。つまり、この技術は、回転ツール３０５が作動可能（被接合材に挿入可能）な平坦な部分が確保されなければならず、図７（ａ），（ｂ）に示すような角部を接合部とする場合は適用することができない。
【０００７】
一方、特許文献１に記載された車両のメンバ結合構造２００（図８参照）は、剛性を高めることができるが、３つのフレーム２０１，２０２，２０３を結合するものであるため、ある押出材の側面に他の押出材を結合する場合（つまり、図７（ａ），（ｂ）の場合）には適用することができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、高い剛性を確保しつつ、構造体の側部に他の構造体を結合する骨格構造体を提供することを第１の課題とする。また、２つの構造体が垂直に交わる部位でも、摩擦攪拌接合が可能な骨格構造体を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、骨格構造体であって、側面に挿入孔が設けられた中空構造体と、前記挿入孔に挿入され、前記挿入孔に相対する内側面と当接する当接部と、他の構造体を嵌合可能な嵌合部とを有する中間部材と、を有し、前記中間部材の当接部と前記中空構造体とを接合したことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、中空構造体の挿入孔に挿入され、挿入孔の相対する内側面に当接する当接部と、他の構造体を嵌合可能な嵌合部と、を有する中間部材を設けた。このように、中間部材が中空構造体の内側面に当接することで、他の構造体からの入力が中空構造体の断面全体に伝わるため、中空構造体の剛性が高められる。また、他の構造体を嵌合部に嵌合するため、その位置決めも容易に行うことができる。さらに、中間部材を中空構造体に接合する際には、中間部材の当接部と中空構造体の側面が重ね合わされた部位を、中空構造体の外側面から接合する。つまり、従来のような角部を接合するわけではなく、平坦部を接合するため、接合作業が容易になる。特に、摩擦攪拌接合も可能となる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の骨格構造体であって、前記中間部材に、前記挿入孔の周縁部と係止される係止部を設け、この係止部と前記周縁部とを接合したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、中間部材の当接部と中空構造体の内側面とが接合されるとともに、中間部材の係止部と中空構造体の周縁部とが接合される。このように、中間部材と中空構造体とを２箇所で接合することで、接合強度を高めることができる。また、中間部材の係止部と中空構造体の周縁部とを接合することで、周縁部の剛性を高めることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の骨格構造体であって、前記中間部材は、各々独立した前記当接部を有する一対のブラケットで構成され、この一対のブラケットの間に前記嵌合部を形成していることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、中間部材を単純な構造に作製することができる。また、各ブラケットを別々に中空構造体に接合することができるため、接合作業性も向上する。さらに、各ブラケットを一つの部材として構成するのではなく、分割して必要最小限の部材（一対のブラケット）としたことで、軽量化を図ることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の骨格構造体であって、前記一対のブラケットの前記当接部同士が連結されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、中間部材が１つの部品として構成されていることで、請求項３に記載された骨格構造体の中間部材よりも一層単純な構造で同様の効果を得ることができる。また、部品点数を削減することができるとともに、その管理が容易になる。さらに、請求項３に記載された骨格構造体では、各ブラケットの当接部が２箇所あるため、２回の接合作業が必要であったが、この中間部材では、各ブラケットの当接部同士が連結されているため、その部分を１回接合するだけでよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る骨格構造体によれば、高い剛性を確保しつつ、構造体の側部に他の構造体を結合することができる。また、２つの構造体が垂直に交わる部位でも、摩擦攪拌接合を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、第１の実施の形態に係る骨格構造体が用いられた車体のフレーム構造を示す斜視図である。
【００１９】
図１に示すように、車体のフレーム構造Ｆは、車両前後方向に延びる左右一対のサイドフレーム２，２（中空構造体）の間にクロスメンバ３（他の構造体）が架設されて構成されている。サイドフレーム２には、クロスメンバ３が垂直に交わるように結合される。このサイドフレーム２，２とクロスメンバ３が結合される部位Ａに、本実施形態に係る骨格構造体１（図２参照）が用いられている。
【００２０】
図２は、第１の実施の形態に係る骨格構造体を示す分解斜視図である。
図２に示すように、骨格構造体１は、サイドフレーム２にクロスメンバ３を結合するための構造体であって、サイドフレーム２に中間部材４を接合して構成される（図３参照）。
【００２１】
サイドフレーム２は、断面矩形状の中空構造体であり、例えば、アルミニウム合金製の押出材から形成される。サイドフレーム２の側面２１には、矩形状の挿通孔２２が形成されており、クロスメンバ３および中間部材４が挿入可能になっている。
【００２２】
クロスメンバ３は、サイドフレーム２と同様に断面矩形状の中空構造体であり、アルミニウム合金製の押出材から形成されている。このクロスメンバ３は、中間部材４に嵌合される。
【００２３】
中間部材４は、一対のブラケット４１，４１から構成される部材であり、例えば、アルミニウム合金からなる部材である。ブラケット４１，４１は、いずれも同一形状に形成されており、基部４１ａと、この基部４１ａの先端部から屈曲して形成される当接部４１ｂと、基部４１ａの中間部から当接部４１ｂと同じ方向に凸状に形成される第１の係止部４１ｃおよび第２の係止部４１ｄと、を各々備えている。第１の係止部４１ｃと第２の係止部４１ｄの間隔は、サイドフレーム２の側面２１の厚みと略同一であり、第２の係止部４１ｄは、第１の係止部４１ｃより若干長めに形成されている。
【００２４】
図３は、サイドフレームとクロスメンバの結合部位を示す断面平面図である。
図３に示すように、一対のブラケット４１，４１は、互いに対向するようにサイドフレーム２に接合される。具体的には、ブラケット４１は、サイドフレーム２の挿通孔２２に挿入され、その当接部４１ｂは、サイドフレーム２の挿通孔２２に相対する内側面２３に当接する。また、第１の係止部４１ｃと第２の係止部４１ｄとが、サイドフレーム２の挿通孔２２の周縁部２２ａを挟み込むように取り付けられる。そして、各ブラケット４１，４１の各基部４１ａ，４１ａの間である嵌合部４２に、クロスメンバ３が嵌合される。
【００２５】
次に、サイドフレームとクロスメンバの結合方法について図４を参照しながら説明する。図４は、サイドフレームとクロスメンバの結合方法について説明する図である。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、まず、サイドフレーム２に挿通孔２２を開けた後、図４（ｂ）に示すように、ブラケット４１，４１を挿通孔２２に挿入する。各ブラケット４１，４１は、当接部４１ｂをサイドフレーム２の内側面２３に当接させるとともに、第１の係止部４１ｃと第２の係止部４１ｄとで周縁部２２ａを挟み込むように、サイドフレーム２にセットされる。
【００２７】
次に、図４（ｃ）に示すように、当接部４１ｂとサイドフレーム２を摩擦攪拌接合する。具体的には、回転ツール５を回転させながら、当接部４１ｂとサイドフレーム２が重ね合わされた部位に回転ツール５のプローブ５１を所定の深さまで挿入し、接合線（紙面垂直方向）に沿って回転ツール５を移動させることで接合する。回転ツール５のプローブ５１の近傍の材料は、プローブ５１とサイドフレーム２の間で発生する摩擦熱および加工熱により昇温されて軟化し、軟化した材料はプローブ５１の回転により攪拌され、回転ツール５の後方で固相結合される。
【００２８】
このようにして、図４（ｄ）に示すように、当接部４１ｂとサイドフレーム２とが重ね合わされた部位ａと、第１の係止部４１ｃおよび第２の係止部４１ｄとサイドフレーム２の周縁部２２ａとが重ね合わされた部位ｂとを順に摩擦攪拌接合し、骨格構造体１を形成する。なお、第２の係止部４１ｄの長さは、短すぎると回転ツール５が基部４１ａと干渉するため、回転ツール５のショルダ５２の半径以上に形成されており、回転ツール５が作動可能な領域が確保されている。また、本実施形態では、第２の係止部４１ｄとサイドフレーム２とともに、第１の係止部４１ｃも接合するように構成したが、少なくとも第２の係止部４１ｄとサイドフレーム２が接合されていればよく、第１の係止部４１ｃの長さを短くした場合（ショルダ５２の半径以下の場合）には、第１の係止部４１ｃまで接合することは要しない。
【００２９】
そして、図４（ｅ）に示すように、一対のブラケット４１，４１の間の嵌合部４２に、クロスメンバ３を嵌合した後、基部４１ａの端部とクロスメンバ３とが重なり合う部位ｃを、トーチ６から照射されるレーザによって溶接する。これにより、サイドフレーム２にクロスメンバ３が結合される。なお、勿論、この部位ｃは、摩擦攪拌接合により接合するものであってもよい。
【００３０】
以上によれば、本実施形態において以下の効果を得ることができる。
サイドフレーム２内にブラケット４１を設けたことで、クロスメンバ３からの入力がサイドフレーム２の断面全体に伝わるため、サイドフレーム２の剛性が高められる。特に、本実施形態では、ブラケット４１，４１の間の全長に亘ってクロスメンバ３を嵌合させているため、その剛性が一層向上する。また、ブラケット４１，４１の間にクロスメンバ３を嵌合するため、その位置決めも容易に行うことができる。さらに、サイドフレーム２にブラケット４１を接合する際、回転ツール５が作動可能な領域が確保されていることから、平坦部を接合する技術である摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００３１】
また、中間部材４を一対のブラケット４１，４１で構成したことで、各ブラケット４１をサイドフレーム２に別々に接合することができるため、接合作業性も向上する。さらに、各ブラケット４１，４１を１つの部材として構成するのではなく、分割して必要最小限の部材としたことで、軽量化を図ることができる。
【００３２】
さらに、ブラケット４１とサイドフレーム２とは、２箇所の部位ａ，ｂで接合されているため、その接合強度が高められる。特に、第１の係止部４１ｃおよび第２の係止部４１ｄと、周縁部２２ａとが接合されていることで、挿通孔２２の周縁部２２ａの剛性を高めることができる。
【００３３】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、骨格構造体１（図４参照）を車体のフレーム構造Ｆ（図１参照）に適用した場合について説明したが、本発明は車体のフレーム構造に限定されるものではなく、１つの中空構造体の側部に他の構造体を結合する場合であれば、適用することができる。
【００３４】
前記実施形態では、サイドフレーム２、クロスメンバ３、および、ブラケット４をいずれもアルミニウム合金からなる部材としたが、本発明の各部材の材質は限定されるものではなく、マグネシウム合金やスチール鋼等からなる部材であってもよい。また、摩擦攪拌接合によれば異種金属であっても接合できることから、接合される各部材が異種金属からなるものであってもよい。
【００３５】
前記実施形態では、摩擦攪拌接合によりサイドフレーム２とブラケット４を接合する場合について説明したが、本発明の接合手法は限定されるものではなく、レーザ溶接、ＭＩＧ溶接等種々の接合手法を用いることができる。
【００３６】
前記実施形態では、中間部材４を一対のブラケット４１，４１として構成したが、当接部４１ｂ，４１ｂを相対する方向に延設し、この当接部４１ｂ，４１ｂ同士を連結する構成としてもよい。これによれば、１つの部品として構成されることになるから、部品点数を削減できるとともに、その管理を容易に行うことができる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図５は、第２の実施の形態に係る骨格構造体を示す分解斜視図である。なお、第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る骨格構造体の構成を一部変更した形態であるので、同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
図５に示すように、骨格構造体１Ａは、サイドフレーム２にクロスメンバ３を結合するための構造体であって、サイドフレーム２に中間部材７を接合して構成される（図６参照）。
【００３９】
中間部材７は、断面コの字状に形成された基部７１から形成され、この基部７１の中央の面が当接部７１ａとなっている。また、基部７１の相対向する面には、それぞれ外方に凸状の係止部７１ｂ，７１ｂが形成されている。
【００４０】
図６は、サイドフレームとクロスメンバの結合部位を示す断面平面図である。
図６に示すように、中間部材７は、サイドフレーム２に接合される。具体的には、中間部材７は、サイドフレーム２の挿通孔２２に相対する内側面２３に当接する。また、係止部７１ｂ，７１ｂは、サイドフレーム２の挿通孔２２の周縁部２２ａの外側で係止される。そして、当接部７１ａと内側面２３の部位、および、係止部７１ｂと周縁部２２ａの部位において、中間部材７とサイドフレーム２とを接合する。接合手法は、摩擦攪拌接合、ＭＩＧ接合、ＴＩＧ接合等種々の手法を用いることができる。その後、この中間部材７の基部７１内の嵌合部７２に、クロスメンバ３が嵌合され、中間部材７とクロスメンバ３とを溶接する。
【００４１】
以上によれば、本実施形態において以下の効果を得ることができる。
サイドフレーム２内に中間部材７を設けたことで、クロスメンバ３からの入力がサイドフレーム２の断面全体に伝わるため、サイドフレーム２の剛性が高められる。特に、本実施形態では、中間部材７の基部７１の内部全体にクロスメンバ３を嵌合させているため、その剛性が一層向上する。また、中間部材７の間にクロスメンバ３を嵌合するため、その位置決めも容易に行うことができる。さらに、サイドフレーム２に中間部材７を接合する際、回転ツール５が作動可能な領域が確保されていることから、平坦部を接合する技術である摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００４２】
また、中間部材７を１つの部品として構成したことで、第１の実施の形態よりも部品点数を削減でき、また、その管理を容易に行うことができる。
【００４３】
さらに、中間部材７とサイドフレーム２とは、２箇所の部位で接合されているため、その接合強度が高められる。特に、係止部７１ｂと、周縁部２２ａとが接合されていることで、挿通孔２２の周縁部２２ａの剛性を高めることができる。
【００４４】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、中間部材７において係止部７１ｂを１つ設けただけだが、第１の実施の形態と同様に、周縁部２２ａの内面側に係止される係止部を１つ追加する（計２つ設ける）ものであってもよい。この場合、中間部材７を挿通孔２２内に挿入するとき、追加した係止部が干渉することが考えられるが、中間部材７の基部７１の両辺を内側に撓ませながら挿入するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施の形態に係る骨格構造体が用いられた車体フレーム構造を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る骨格構造体を示す分解斜視図である。
【図３】サイドフレームとクロスメンバの結合部位を示す断面平面図である。
【図４】サイドフレームとクロスメンバの結合方法について説明する図である。
【図５】第２の実施の形態に係る骨格構造体を示す分解斜視図である。
【図６】サイドフレームとクロスメンバの結合部位を示す断面平面図である。
【図７】第１の従来例に係る骨格構造体を示す図であって、（ａ）は骨格構造体の斜視図、（ｂ）は骨格構造体の断面平面図である。
【図８】第２の従来例に係る骨格構造体を示す分解斜視図である。
【図９】摩擦攪拌接合について説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，１Ａ  骨格構造体
２      サイドフレーム
３      クロスメンバ
４      中間部材
５      回転ツール
７      中間部材
４１    ブラケット
４１ｂ  当接部
４１ｃ  第１の係止部
４１ｄ  第２の係止部
７１    基部
７１ａ  当接部
７１ｂ  係止部
Ｆ      フレーム構造
【図１】
2007268589.tif 000003
【図２】
2007268589.tif 000004
【図３】
2007268589.tif 000005
【図４】
2007268589.tif 000006
【図５】
2007268589.tif 000007
【図６】
2007268589.tif 000008
【図７】
2007268589.tif 000009
【図８】
2007268589.tif 000010
【図９】
2007268589.tif 000011