JPH07310156A

JPH07310156A - 自動車のフレーム構造およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07310156A
Application number: JP6098968A
Authority: JP
Inventors: Hisao Tanigawa; 久男谷川; Kimio Ito; 公雄伊藤
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】経時変化のない優れたエネルギー吸収特性有
し、かつ作製コストの低い、自動車のフレーム構造を提
供する。【構成】図２の（ａ）に示すように、フロントサイド
フレームナンバー１０Ｒを成形するに際し、アルミニウ
ム合金としてＪＩＳ７００３合金を使用し、この合金の
Ｔ５材を断面中空方形状に押出し成形する。このフロン
トサイドフレームメンバー１０Ｒをフロント側クロスメ
ンバー３０に突き当てて全周溶接Ａして試験材を作製し
た。この試験材に、１６０℃の雰囲気中で２０分の短時
間加熱処理を施した。そして、この試験材を用いて軸方
向に圧縮力を加える試験を行い、この結果を図２の
（ｂ）に示した。比較例として、試験材を室温で７日間
放置した例を挙げた。この図から明らかなように、本発
明のものは、比較例のものより、エネルギー吸収量が大
きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の骨格となるフ
レームの構造に関し、特に、車体の前後方向に延びる形
で配置される、サイドメンバーのような衝撃エネルギー
を吸収する強度メンバーを備えたフレーム構造およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車においてモノコック方式
の車体が採用されている。これは、板材をプレス成形
し、これらを組み合わせて箱型の部材を形成して強度メ
ンバーを構成するものである。

【０００３】ところで、自動車には、その前後方向から
の衝撃力を吸収して乗員の安全を確保する方策が種々採
られている。車体の前後方向に延びるサイドフレームメ
ンバーには、ある一定荷重の負荷が加わると変形して衝
突エネルギーを吸収するように設計されている。すなわ
ち、サイドフレームメンバーには車体前後方向に直行す
る例えば長円形の張り出し部が成形されており、車両衝
突時にこの部分が変形の開始点となることにより、衝撃
力を抑え、その後のエネルギー吸収量を高めるようにな
っている。

【０００４】また、フレーム方式の車体は、フレームレ
ス方式の車体に比べると、車重自体は増加するが、正突
または後突方向の衝撃や荷重に対しては強く耐久性が高
い利点を有している。最近、環境問題対策で軽量化を目
的としてアルミニウム合金を車体に使うことが考えら
れ、モノコック方式の他、スペースフレーム構造と呼ば
れるアルミニウム押出し成形材を使った自動車フレーム
構造が検討されている。このフレーム構造においても上
記したのと同様にエネルギー吸収対策としての張り出し
部が採られている。

【０００５】さらに、特開昭６４−６７４８２号公報に
は、アルミニウム軽合金のフレーム部の外周に間隔をお
いて複数の溶接ビードを形成することにより、節目状に
絶対的な低剛性部を形成し、該低剛性部で長手方向に順
次フレーム部材に容易に変形を生じさせることにより、
衝撃力を吸収させるフレーム構造が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような衝撃力吸収のための張り出し部を加工すること
は、型構造を複雑にし、特に押出し型材の加工では加工
方法そのものの変更も必要になり、コストアップを招く
という問題点がある。

【０００７】また、特開昭６４−６７４８２号公報のも
のでは、一般に自動車などの構造部材として使用される
アルミニウム合金はＪＩＳ６０００系あるいは７０００
系の熱処理合金であるが、特に７０００系合金は、溶接
後室温に放置することによって、時効硬化し、一旦低下
した溶接部の強度が回復する特性を有する。このため、
７０００系合金は、溶接直後、優れたエネルギー吸収特
性を示すが、時間の経過とともに溶接部の硬さが高ま
り、これに伴って、エネルギー吸収特性は劣化し、かえ
って危険な状態にさえなるという問題点もある。６００
０系合金は、溶接後室温雰囲気中に放置しても、溶接部
の強度は回復しない。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、張り出し部が不要でコスト
アップを防ぎ、また、経時変化のない優れたエネルギー
吸収特性を有する、自動車のフレーム構造およびその製
造方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、Ｚｎ３．５〜７．０ｗｔ％、Ｍｇ０．４〜
２．５ｗｔ％を含み、さらにＣｕ０．０１〜０．２０ｗ
ｔ％、Ｍｎ０．１〜１．０ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．
２５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．３０ｗｔ％のうち一種
以上を含むアルミニウム合金からなり、車体の前後方向
に延びる閉断面構造の押し出し成形あるいはプレス成形
されたフレーム部材を備えた、自動車のフレーム構造に
おいて、該フレーム部材に、加熱温度１２０〜２５０℃
の加熱処理が６０分以内施されていることを特徴とする
ものである。また、前記加熱処理を施す前に、前記車体
を構成する他のエネルギー吸収部材と前記フレーム部材
の先端との接合部が溶接されている。さらに、前記エネ
ルギー吸収部材はサイドフレームメンバーである。そし
て、前記接合部が全周溶接されているものや、前記接合
部が一箇所であるものや、前記車体がフレーム部材と同
様なアルミニウム合金で構成されているものとすること
ができる。本発明の製造方法は、Ｚｎ３．５〜７．０ｗ
ｔ％、Ｍｇ０．４〜２．５ｗｔ％を含み、さらにＣｕ
０．０１〜０．２０ｗｔ％、Ｍｎ０．１〜１．０ｗｔ
％、Ｚｒ０．０５〜０．２５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜
０．３０ｗｔ％のうち一種以上を含むアルミニウム合金
を閉断面状に押し出し成形あるいはプレス成形してフレ
ーム部材を作製し、該フレーム部材と、車体を構成する
他のエネルギー吸収部材との接合部を全周溶接し、前記
フレーム部材および前記エネルギー吸収部材に、１２０
〜２５０℃で６０分以内の加熱処理を施すことを特徴と
するものである。また、前記加熱処理を、自動車の塗装
焼付け処理のための加熱処理によって行うことができ
る。

【００１０】

【作用】アルミニウム合金の成分は、自動車のフレーム
という用途上、必要とされる強度により決定したもので
ある。ＪＩＳ６０００系あるいは７０００系の熱処理系
合金では、強度向上に寄与する析出物が、溶接熱によっ
て固溶し、強度の低下が生ずるが、７０００系の熱処理
合金は室温放置中に強度の回復が起こってしまう。とこ
ろが、６０分以内の短時間加熱処理を行うと、析出状態
に変化が生じて強度の低下が生ずるため、従来のよう
な、張り出し部を設けた構造と同様なエネルギー吸収効
果があり、このことを見出して本発明に至ったのであ
る。さらに、フレーム部材のみをアルミニウムとするの
に限られず、車体全体をアルミニウム合金としてもよ
い。これにより、溶接が容易になり、しかも、溶接部の
強度も向上する。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。ここでは、本発明を、フロントサイドフレ
ームメンバーおよびリヤフロントサイドフレームメンバ
ーを備えたフレーム構造を例に挙げて説明する。

【００１２】（第１の実施例）図１に示すように、車体
１のアルミニウム合金で形成されたフレーム部材として
の一対のフロントサイドフレームメンバー１０Ｒ，１０
Ｌのうち、車体１の前方右側のフロントサイドフレーム
メンバー１０Ｒについて説明すると、その前端部分１０
ｃおよび後端部分１０ａは直線状とされているが、これ
らの直線状部分１０ｃ，１０ａを結ぶ中間部１０ｂは、
前輪２との干渉を避けるために、後方に延びる途中で下
方かつ外側向って３次元に曲げられている。そして、こ
のフロントサイドフレームメンバー１０Ｒには、フロン
トホイールエプロン等のパネル部材（不図示）と接続す
るために、垂直方向に延びるフランジ１０ｄが一体的に
立設されている。両フロントサイドフレームメンバー１
０Ｒ，１０Ｌの先端は、図示しないバンパーが取付けら
れるフロント側クロスメンバー３０に結合されている。

【００１３】これと同様に、前記車体１のフレーム部材
としての一対のリヤサイドフレームメンバーのうち、図
１に示される車体１の後方右側のリヤサイドフレームメ
ンバー２０の、前端部分２０ｃおよび後端部分２０ａは
直線状とされているが、これらの直線状部分２０ｃ，２
０ａを結ぶ中間部２０ｂは、後輪３との干渉を避けるた
めに、後方に延びる途中で上方かつ車体内側に向って３
次元に曲げられている。さらに、トランクフロア等と接
続するために、水平方向に延びる一対のフランジ２０
ｄ，２０ｅが一体的に立設されているとともに、一方の
フランジ２０ｄの後輪３に近接する延長部２０ｆはリヤ
ホイールエプロンと接続するために、鉛直方向上方に延
びるようにされている。一対のリヤサイドフレームメン
バーの後端は、図示しないバンパーが取付けられるリヤ
側クロスメンバー（不図示）に結合されている。

【００１４】ここで、本実施例の特徴部について説明す
る。図２の（ａ）に示すように、フロントサイドフレー
ムメンバー１０Ｒを成形するに際して、自動車のフレー
ムという用途上、アルミニウム合金として、ＪＩＳ７０
０３（Ａｌ−５．５％Ｚｎ−０．７％Ｍｇ）合金を使用
し、この合金のＴ５材を断面中空方形状に押出し成形す
る。このフロントサイドフレームメンバー１０Ｒを、該
フロントサイドフレームメンバー１０Ｒと同じアルミニ
ウム合金製のフロント側クロスメンバー３０に突き当て
て溶接し、この溶接部分は符号Ａで示すように、全周溶
接となっている。このように作製された試験材に、１６
０℃の雰囲気中で２０分の短時間加熱処理を施した。そ
して、この試験材を用いて、軸方向に圧縮力を加える試
験を行い、この結果を図２の（ｂ）に示した。比較例と
して、試験材を室温で７日間放置した例を挙げた。この
図から明らかなように、本実施例のもは、エネルギー吸
収量（横軸と曲線で囲まれた面積で示される）が大き
く、比較例のものは、変形の初期に溶接部近傍より破壊
し、エネルギー吸収量も小さい。

【００１５】加熱処理の時間が６０分以内の実験データ
および６０分を越える実験データや、加熱処理の温度が
それぞれ１２０〜２５０℃、１１０℃以下、２６０℃以
上の実験データは、以下の表１のとおりである。

【表１】表１の結果から明らかなように、加熱温度および加熱時
間のさらに好ましい範囲は、それぞれ１２０〜２００℃
で４０分以内である。

【００１６】（第２の実施例）図３の（ａ）に示すよう
に、リヤサイドフレームメンバー２０Ｒを成形するに際
して、ＪＩＳ７Ｎ０１（Ａｌ−４．５％Ｚｎ−１．３％
Ｍｇ）合金を使用し、この合金のＴ４材をハット型にプ
レス成形した後、これにスポット溶接により蓋材５０を
接合して断面中空方形状のリヤサイドフレームメンバー
２０Ｒを成形した。蓋材５０もＪＩＳ７Ｎ０１合金で形
成されている。このリヤサイドフレームメンバー２０Ｒ
を、該リヤサイドフレームメンバー２０Ｒと同じアルミ
ニウム合金製のリヤ側クロスメンバー４０に突き当てて
溶接し、この溶接は符号Ｂで示すように、接合部の全周
溶接となっている。このように作製された試験材に、１
５０℃の雰囲気中で２０分の短時間加熱処理を施した。
そして、この試験材を用いて、軸方向に圧縮力を加える
試験を行い、この結果を図３の（ｂ）に示した。比較例
として、試験材を室温で３０日間放置した後の例を挙げ
た。この図から明らかなように、本実施例のものも、エ
ネルギー吸収性に優れていることがわかる。

【００１７】上記各実施例において、サイドフレームメ
ンバーとクロスメンバーとの溶接箇所は接合部の一箇所
であり、溶接工数が大幅に低減する。すなわち、溶接箇
所について、上記特開昭６４−６７４８２号に開示され
ているような、複数の溶接ビードを形成するものでもよ
いが、これは、溶接工数が多く、経済的でないため、本
実施例のような、一箇所の接合部の全周溶接を採用する
ことが好ましい。

【００１８】また、フレームの加熱処理を自動車の製造
工程で別途行ってもよいが、これに限られず、前記製造
工程において塗装が行われる場合には、塗装焼付け処理
のための加熱処理によって行うことも可能であり、生産
コストが低下する。この場合、加熱処理温度は、塗装焼
付け温度と同一の１５０℃〜２００℃に設定し、加熱処
理時間を１０分〜３０分に設定する必要がある。さら
に、本発明は、フレーム式の車体に限られず、フレーム
レス式の車体にも適用できることは言うまでもなく、Ｊ
ＩＳ６０００系の熱処理系合金を用いてもにもよい。エ
ネルギー吸収部材としてのフレームのみをアルミニウム
とするのに限られず、車体全体をアルミニウム合金とし
てもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したとおりに構成さ
れているので、以下に記載するような効果を奏する。請
求項１に記載の発明は、従来のような張り出し部を設け
る必要はなく。経時変化のないエネルギー吸収特性を有
し、かつ作製コストの低いフレーム構造を提供できる。
結果的に、安全性を効率良く付与できて工業的意義が大
きい。請求項２に記載の発明は、上記効果の他、溶接工
数が低減し、作製コストがさらに低くなる。請求項３に
記載の発明は、経時変化のないサイドフレームメンバー
を提供できる。請求項４または５に記載の発明のよう
に、溶接部を全周溶接や一箇所とすることができる。請
求項６に記載の発明は、車体およびフレーム部材を同種
のアルミニウム合金とすることにより、溶接が容易にな
り、溶接強度も向上する。請求項７に記載の発明は、上
記自動車のフレーム構造を容易に提供できる。請求項８
に記載の発明は、エネルギーコストひいては生産コスト
が低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、自動車のフレーム構造の概略を示す
自動車の斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例を示す図であり、（ａ）
はフロントサイドフレームメンバーとクロスメンバーと
の結合材である試験材の拡大図、（ｂ）はこの試験材お
よび比較例の荷重−変位特性のグラフである。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図であり、（ａ）
はリヤサイドフレームメンバーとクロスメンバーとの結
合材である試験材の拡大図、（ｂ）はこの試験材および
比較例の荷重−変位特性のグラフである。

【符号の説明】

１車両２前輪３後輪１０Ｒ，１０Ｌフロントサイドフレームメン
バー２０Ｒリヤサイドフレームメンバー１０ａ後端部分１０ｂ直線部分１０ｃ前端部分１０ｄ，２０ｄ，２０ｅフランジ２０ｆ延長部３０フロント側クロスメンバー４０リヤ側クロスメンバー５０蓋材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ３．５〜７．０ｗｔ％、Ｍｇ０．４
〜２．５ｗｔ％を含み、さらにＣｕ０．０１〜０．２０
ｗｔ％、Ｍｎ０．１〜１．０ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜
０．２５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．３０ｗｔ％のうち
一種以上を含むアルミニウム合金からなり、車体の前後
方向に延びる閉断面構造の押し出し成形あるいはプレス
成形されたフレーム部材を備えた、自動車のフレーム構
造において、該フレーム部材に、加熱温度１２０〜２５０℃の加熱処
理が６０分以内施されていることを特徴とする自動車の
フレーム構造。
【請求項２】前記加熱処理を施す前に、前記車体を構
成する他のエネルギー吸収部材と前記フレーム部材の先
端との接合部が溶接されている請求項１に記載の自動車
のフレーム構造。
【請求項３】前記エネルギー吸収部材はサイドフレー
ムメンバーである請求項２に記載の自動車のフレーム構
造。
【請求項４】前記接合部が全周溶接されている請求項
２または３に記載の自動車のフレーム構造。
【請求項５】前記接合部が一箇所である請求項２乃至
４のいずれか１項に記載の自動車のフレーム構造。
【請求項６】前記車体が請求項１に記載のアルミニウ
ム合金で構成されている自動車のフレーム構造。
【請求項７】Ｚｎ３．５〜７．０ｗｔ％、Ｍｇ０．４
〜２．５ｗｔ％を含み、さらにＣｕ０．０１〜０．２０
ｗｔ％、Ｍｎ０．１〜１．０ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜
０．２５ｗｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．３０ｗｔ％のうち
一種以上を含むアルミニウム合金を閉断面状に押し出し
成形あるいはプレス成形してフレーム部材を作製し、該フレーム部材と、車体を構成する他のエネルギー吸収
部材との接合部を全周溶接し、前記フレーム部材および前記エネルギー吸収部材に、１
２０〜２５０℃で６０分以内の加熱処理を施すことを特
徴とする、自動車のフレーム構造の製造方法。
【請求項８】前記加熱処理を、自動車の塗装焼付け処
理のための加熱処理によって行う請求項７に記載の、自
動車のフレーム構造の製造方法。