(57)【要約】【課題】ハイドロフォーム成形を用いた管状の車体フレーム部材及びその製造方法において、コストアップを抑えた上で断面周長、板厚及び素材を長手方向位置によって異ならせる。【解決手段】一方の外周形状と他方の内周形状とがほぼ同一である異なるサイズの鋼管１１，１２を用いて、前記一方の鋼管１２内に他方の鋼管１１を挿入して部分的に二重管構造部３ａを有するワークＷを形成し、該ワークＷに前記二重管構造部３ａを含んでハイドロフォーム成形を施してリヤフレーム３を製造する。リヤフレーム３は、長手方向の異なる部位に、比較的強度剛性の高い二重管構造部３ａと、比較的強度剛性の低い一重管構造部３ｂとをそれぞれ有する。【選択図】図３
2009154563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の外周形状と他方の内周形状とがほぼ同一である異なるサイズの金属管を用いて、前記一方の金属管内に他方の金属管を挿入して部分的に二重管構造部を有するワークを形成し、該ワークに前記二重管構造部を含んでハイドロフォーム成形を施すことを特徴とする車体フレーム部材の製造方法。
【請求項２】
前記二重管構造部を有するワークを形成し、前記二重管構造部を部分的に拡管した後、前記ワークにハイドロフォーム成形を施すことを特徴とする請求項１に記載の車体フレーム部材の製造方法。
【請求項３】
ハイドロフォーム成形により長手方向位置によって異なる断面形状を有する管状の車体フレーム部材において、前記長手方向の異なる部位に、比較的強度剛性の高い二重管構造部と、比較的強度剛性の低い一重管構造部とをそれぞれ有し、前記二重管構造部を含んで前記ハイドロフォーム成形が施されることを特徴とする車体フレーム部材。
【請求項４】
前記二重管構造部が湾曲状に設けられ、前記一重管構造部が直線状に設けられることを特徴とする請求項３に記載の車体フレーム部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車体フレーム部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一般的な乗用車等の車両の車体において、パネル部品と骨格部品とを溶接等により一体に接合してなるモノコック構造とし、その軽量及び高剛性化を図ることが多い。このような車体のフレーム部材の内、比較的複雑な形状を有して延びる管状のものは、既存のハイドロフォーム成形（金型にセットした金属管内に液体を充填し、該液体を加圧し前記金属管を膨出させて前記金型の内部形状に倣った形状とする工法）により製造を行うことがある（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【特許文献１】特許第３７２４６２１号公報
【特許文献２】特許第３８３３８８０号公報
【特許文献３】米国特許第５３３３７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の一般的なハイドロフォーム成形で前記管状の車体フレーム部材を製造する場合、その長手方向位置によって異なる断面形状を比較的自由に形成することが可能であるが、一般的な鋼管を素材として前記車体フレーム部材を製造する場合、前記長手方向のどの位置でもほぼ同一の（一定の）断面周長及び板厚となり、かつ素材も全長に渡って同一となるため、車体フレーム設計に制約が生じるという課題がある。
また、上記点を補う方法として、テーラードチューブ（部位によって板厚や材質を異ならせた鋼板からなるパイプ）やテーパーチューブ（長手方向位置によって断面周長を変化させたパイプ）等を素材とすることも考えられるが、この場合、素材コストひいてはフレーム製造コストを大幅に増加させるという課題がある。
そこでこの発明は、ハイドロフォーム成形を用いた管状の車体フレーム部材及びその製造方法において、コストアップを抑えた上で断面周長、板厚及び素材を長手方向位置によって異ならせることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、一方の外周形状と他方の内周形状とがほぼ同一である異なるサイズの金属管（例えば実施例の鋼管１１，１２）を用いて、前記一方の金属管内に他方の金属管を挿入して部分的に二重管構造部（例えば実施例の二重管構造部３ａ）を有するワーク（例えば実施例のワークＷ）を形成し、該ワークに前記二重管構造部を含んでハイドロフォーム成形を施すことを特徴とする車体フレーム部材の製造方法である。
【０００５】
請求項２に記載した発明は、前記二重管構造部を有するワークを形成し、前記二重管構造部を部分的に拡管した後、前記ワークにハイドロフォーム成形を施すことを特徴とする請求項１に記載の車体フレーム部材の製造方法である。
【０００６】
請求項３に記載した発明は、ハイドロフォーム成形により長手方向位置によって異なる断面形状を有する管状の車体フレーム部材（例えば実施例のリヤフレーム３）において、前記長手方向の異なる部位に、比較的強度剛性の高い二重管構造部（例えば実施例の二重管構造部３ａ）と、比較的強度剛性の低い一重管構造部（例えば実施例の一重管構造部３ｂ）とをそれぞれ有し、前記二重管構造部を含んで前記ハイドロフォーム成形が施されることを特徴とする車体フレーム部材である。
【０００７】
請求項４に記載した発明は、前記二重管構造部が湾曲状に設けられ、前記一重管構造部が直線状に設けられることを特徴とする請求項３に記載の車体フレーム部材である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１，２に記載した発明によれば、若干のサイズ違いの相似断面形状を有する複数の金属管を用いて、部分的に二重管構造部を有するワークを形成し、該ワークに前記二重管構造部を含めてハイドロフォーム成形を施すことで、テーラードチューブやテーパーチューブ等の高価な特殊素材を用いることなく、比較的安価な素材を用いて断面周長、板厚及び材質を長手方向位置によって異ならせた車体フレーム部材を製造することが可能となる。これにより、車体フレーム部材における長手方向の異なる部位間での強度剛性差を容易に設定することが可能となり、コストアップを抑えた上でフレーム設計自由度を高めることができる。
【０００９】
請求項３，４に記載した発明によれば、ハイドロフォーム成形を施した車体フレーム部材において、比較的安価な素材を用いて断面周長、板厚及び材質を長手方向位置によって異ならせることが可能となり、該車体フレーム部材における長手方向の異なる部位間での強度剛性差を容易に設定することが可能となり、コストアップを抑えた上でフレーム設計自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明を乗用車の車体のリヤフレームに適用した例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。
【００１１】
図１は、一般的な乗用車におけるパネル部品と骨格部品とを溶接等により一体に接合してなるモノコック構造の車体１の後部を示す。車体１のフロア部左右両側には、前後に延びる左右サイドシル２がそれぞれ配設される。左右サイドシル２の後端部の左右内側には、該後端部から左右内側に変位した後に後方へ延びる左右リヤフレーム３の前端部がそれぞれ接合される。左右サイドシル２の後端部間にはミドルクロスメンバ４が渡設され、左右リヤフレーム３の前後中間部間にはリヤクロスメンバ５が渡設される。左右リヤフレーム３の後端部には、これらの間に渡るリヤバンパービーム６が取り付けられる。なお、左右サイドシル２はその左右内側を構成するサイドシルインナ２ａのみ実線で示す。また、図中線ＣＳは車体左右中心面を示す。
【００１２】
図２を併せて参照し、左右リヤフレーム３は、中空角形の断面形状を有して延びる管状のもの（閉断面構造を有して延在するもの）で、その前部が内外フレーム部材７，８による二重管構造部３ａとされると共に、後部が前記内フレーム部材７のみ後方に延出してなる一重管構造部３ｂとされる（図３（ｅ）参照）。二重管構造部３ａは、一重管構造部３ｂに対して断面外周長が長く、かつ板厚も厚く、さらには複数の部材で構成されることで比較的高い強度剛性を有している。
【００１３】
二重管構造部３ａ（内フレーム部材７の前部及び外フレーム部材８）は、その前端側ほど左右外側を向くように緩やかに湾曲し、かつ前端側ほど断面形状を拡大させるように緩やかなテーパ状に設けられる。二重管構造部３ａの前端（リヤフレーム３の前端、内外フレーム部材７，８の前端）は、サイドシルインナ２ａの後端部における左右方向と略直交する左右内面に沿ってカットされ、該前端がサイドシルインナ２ａの後端部の内側面に接合される。なお、リヤフレーム３の前端にはサイドシルインナ２ａとの溶接用のフランジｆ１が形成され、アーク溶接のみならずスポット溶接も可能としている。また、前記各クロスメンバ４，５の両端にもサイドシルインナ２ａ及びリヤフレーム３との溶接用のフランジｆ２，ｆ３が形成され、アーク溶接及びスポット溶接の両方を可能としている。
【００１４】
一方、一重管構造部３ｂ（内フレーム部材７の後部）は、ほぼ一定の断面形状を有して前後方向に沿って延びる直線状とされ、その後端は前後方向と略直交する面に沿ってカットされる。なお、一重管構造部３ｂの後端（リヤフレーム３の後端）には不図示のリヤパネルとの結合用のフランジｆ４が形成されるが、該フランジｆ４に代わり別部品を接合するようにしてもよい。
一重管構造部３ｂにおける角形の断面形状の角部には、直線状の面取り形状ｃ１が形成され、二重管構造部３ａの後部における角形の断面形状の角部には、前記面取り形状ｃ１に連なる面取り形状ｃ２が途中で徐変し終端するように形成される。
【００１５】
内フレーム部材７の前部は外フレーム部材８内に挿入され、該外フレーム部材８の内周面に内フレーム部材７の外周面が整合するように形成されることで、内外フレーム部材７，８が一体的に結合される。なお、外フレーム部材８の後端は前後方向と略直交する面に沿ってカットされるが、該後端と内フレーム部材７の外周面との接合の有無は問わない。
リヤフレーム３の前部下側にはリヤサスペンションメンバ取り付け用のブラケットｂ１が接合され、リヤフレーム３の前後中間部上側かつ左右外側には、リヤホイースハウスとの連結部材ｂ２が外フレーム後端の前後に跨るように接合される。
【００１６】
ここで、図１，２に示す外フレーム部材８及び各クロスメンバ４，５を除く車体構成部品は、例えばＪＩＳ  Ｇ  ３４４５のＳＴＫＭ１１Ａ等の一般構造用鋼管からなり、外フレーム部材８及び各クロスメンバ４，５は、例えばＪＩＳ  Ｇ  ３４４５のＳＴＫＭ１４Ｂ等の高張力鋼管からなる。
これは、リヤフレーム３の後部（外フレーム部材８及び各クロスメンバ４，５に補強されない部位）の強度剛性は比較的下げることで、車両後突時（後面衝突時）にリヤフレーム３の後部を変形し易くして衝撃吸収性を高めると共に、リヤフレーム３の前部（外フレーム部材８及び各クロスメンバ４，５に補強された部位）の強度剛性は比較的上げることで、前記車両後突時における変形が客室空間まで至ることを抑制するためであり、かつリヤフレーム３の前部周りにはリヤサスペンションが支持されることから、該前部周りを高剛性化して後輪支持剛性を高めるためである。
【００１７】
次に、前記リヤフレーム３の製造方法について図３を参照して説明する。
まず、内外フレーム部材７，８となる直線状の丸形鋼管１１，１２を用意する（図３（ａ）参照）。以下、内フレーム部材７に対応するものを第一鋼管１１、外フレーム部材８に対応するものを第二鋼管１２とする。
第一鋼管１１は第二鋼管１２よりも長尺であり、かつ第一鋼管１１の外径と第二鋼管１２の内径とはほぼ同一とされる。すなわち、第一鋼管１１の外径は第二鋼管１２の外径からその板厚分だけ差し引いたものとされる。また、各鋼管１１，１２の材質及び板厚は互いに異なるものとされる。具体的には、第一鋼管１１の材質は例えば前記ＳＴＫＭ１１Ａであり板厚は比較的薄くされるのに対し、第二鋼管１２の材質は例えば前記ＳＴＫＭ１４Ｂであり板厚は比較的厚くされる。
【００１８】
次いで、第一鋼管１１の一側を第二鋼管１２内に挿入し、これらの相対位置をかしめ等により固定して一体のワークＷとした後（図３（ｂ）参照）、該ワークＷにおける各鋼管１１，１２が重なり合う部分（前記二重管構造部３ａに相当）を拡管加工等により拡管させ、テーパ状の末広がり形状を形成する（図３（ｃ）参照）。
次いで、ワークＷの必要箇所にパイプベンダー加工等により曲げを施した後（図３（ｄ）参照）、該ワークＷを（必要に応じて潰した後に）ハイドロフォーム金型へセットし、該ワークにハイドロフォーム成形を行い、所望の立体形状に形成する（図３（ｅ）参照）。これにより、各鋼管１１，１２同士が互いに密着して強固に一体化され、その長手方向の一側が二重管構造部３ａとされると共に他側が一重管構造部３ｂとされた前記リヤフレーム３が構成される。
【００１９】
このように製造されたリヤフレーム３は、その長手方向の位置によって異なる断面形状を有すると共に、長手方向の一側及び他側で異なる断面サイズ（断面周長）、板厚及び材質を有しているといえる。
すなわち、リヤフレーム３の長手方向の一側を構成する二重管構造部３ａは、リヤフレーム３の長手方向の他側を構成する一重管構造部３ｂに対して断面サイズが大きく（断面周長が長く）、かつ板厚も厚く、さらには材質の面でも外周に高張力鋼の層を有することから、強度剛性が比較的高い。しかも、リヤフレーム３の支持側（サイドシル２に結合される側）である二重管構造部３ａがその先端側（サイドシル２側）ほど断面形状を拡大するように拡管することから、車両後突時の荷重に対する強度剛性や後輪支持剛性も高められる。
【００２０】
一方、一重管構造部３ｂは、二重管構造部３ａに対して断面サイズが小さく（断面周長が短く）、かつ板厚も薄く、さらには材質も一般構造用鋼の単層からなることから、強度剛性が比較的低く、車両後突時の変形し易さを確保して衝撃吸収性を高めている。
なお、前述したハイドロフォーム成形とは、金型にセットした鋼管１１，１２内に液体を充填し、該液体を加圧し前記鋼管１１，１２を膨出させて前記金型の内部形状に倣った形状とする既存の工法である。
【００２１】
以上説明したように、上記実施例における車体フレーム部材（リヤフレーム３）の製造方法は、一方の外周形状と他方の内周形状とがほぼ同一である異なるサイズの鋼管１１，１２を用いて、前記一方の鋼管１２内に他方の鋼管１１を挿入して部分的に二重管構造部３ａを有するワークＷを形成し、前記二重管構造部３ａを部分的に拡管した後、前記ワークＷに前記二重管構造部３ａを含んでハイドロフォーム成形を施すものである。
【００２２】
この構成によれば、若干のサイズ違いの相似断面形状を有する複数の鋼管１１，１２を用いて、部分的に二重管構造部３ａを有するワークＷを形成し、該ワークＷに前記二重管構造部３ａを含めてハイドロフォーム成形を施すことで、テーラードチューブやテーパーチューブ等の高価な特殊素材を用いることなく、比較的安価な素材を用いて断面周長、板厚及び材質を長手方向位置によって異ならせたリヤフレーム３を製造することが可能となる。これにより、リヤフレーム３における長手方向の異なる部位間での強度剛性差を容易に設定することが可能となり、コストアップを抑えた上でフレーム設計自由度を高めることができる。
【００２３】
また、上記実施例における車体フレーム部材（リヤフレーム３）は、ハイドロフォーム成形により長手方向位置によって異なる断面形状を有する管状のものにおいて、長手方向の異なる部位に、比較的強度剛性の高い湾曲状の二重管構造部３ａと、比較的強度剛性の低い直線状の一重管構造部３ｂとをそれぞれ有し、前記二重管構造部３ａを含んで前記ハイドロフォーム成形が施されるものである。
【００２４】
この構成によれば、ハイドロフォーム成形を施したリヤフレーム３において、比較的安価な素材を用いて断面周長、板厚及び材質を長手方向位置によって異ならせることが可能となり、前述の製造方法と同様、リヤフレーム３における長手方向の異なる部位間での強度剛性差を容易に設定することが可能となり、コストアップを抑えた上でフレーム設計自由度を高めることができる。
【００２５】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、リヤフレーム３の素材は丸形鋼管に限らず角形等の断面形状を有する金属管であってもよい。すなわち、一方の外周形状と他方の内周形状とがほぼ同一である異なるサイズの金属管を用いればよい。また、前記素材は鋼管に限らず、アルミ管やステンレス管等を適宜用いてもよい。さらに、各金属管の断面周長、板厚及び材質等が適宜同一であってもよい。
また、一重管構造部３ｂ及び二重管構造部３ａの位置や数等は適宜変更可能であり、同じく拡管部分の位置や数等も適宜変更可能である。さらに、一重管構造部３ｂは、一般構造用鋼管の他、ハイテン材等の高強度材を用いてもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、乗用車のリヤフレーム３への適用に限らず、かつ乗用車以外の車両（バス、トラック、自動二輪及び三輪車、原動機付自転車、自転車、四輪バギー車等）にも適用できることはもちろん、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施例における車体後部の主要構成部品の上面図である。
【図２】上記車体後部の主要構成部品の分解斜視図である。
【図３】上記車体のリヤフレームを側面から見て、その製造工程を（ａ）〜（ｅ）の順に示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  車体
３  リヤフレーム（車体フレーム部材）
３ａ  二重管構造部
３ｂ  一重管構造部
１１，１２  鋼管（金属管）
Ｗ  ワーク
【図１】
2009154563.tif 000003
【図２】
2009154563.tif 000004
【図３】
2009154563.tif 000005