溶接構造閉断面フレーム
【課題】衝突時等に外力が付加され圧壊するときに、フレームの溶接部で大きく開口したり破壊したりしない溶接構造閉断面フレームを提供する。
【解決手段】開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材１ａ及び１cをその開放端縁部同士を溶接することにより閉断面構造とした溶接構造閉断面フレームにおいて、内部に内部補強材５が設けられている。この内部補強材５は板材５ｂとこの板材５ｂに設けられた複数個の切り込みに挿入された補強部材５ａとから構成されている。補強部材５ａは、溶接線と直交方向の端部で、フレーム部材１ａ、１cに接触している。
【解決手段】開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材１ａ及び１cをその開放端縁部同士を溶接することにより閉断面構造とした溶接構造閉断面フレームにおいて、内部に内部補強材５が設けられている。この内部補強材５は板材５ｂとこの板材５ｂに設けられた複数個の切り込みに挿入された補強部材５ａとから構成されている。補強部材５ａは、溶接線と直交方向の端部で、フレーム部材１ａ、１cに接触している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車体フレーム及びサスペンションフレーム等の溶接構造閉断面フレームに関し、特に衝突時等においてフレームに外力が付加され圧壊するときに吸収エネルギーの低下がない溶接構造閉断面フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車体には、乗員の安全性を確保するために、車体フレーム、特にサイドフレーム（サイドメンバ）、クラッシュボックス、バンパーステイ及びサスペンションフレーム等、車両衝突時にフレームの縦方向（軸方向）が圧壊して衝撃エネルギーを負担する中空の強度部材が設けられている。近時、車体軽量化の観点から、これらの中空の強度部材として、アルミニウム合金製の押出形材によって形成されるエネルギー吸収部材が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、中空の押出形材によるエネルギー吸収部材は、バンパーステイ等軸方向が直線状であるエネルギー吸収部材には好適であるが、例えば乗用車のフロントサイドフレーム（サイドメンバ）等は軸方向において屈曲しており、直線状の押出形材を曲げ加工によって成形しなければならず、高い加工精度が必要であり、また加工コストが高いという問題点がある。また、押出形材は断面形状が一定であり、部材強度の要求部位及び取り付け部位によって断面形状を変えることが難しく、フレームの設計面で制約があるという問題点もある。
【０００４】
このため、板材をプレス等によって成形した開断面部材をスポット溶接、アーク溶接又はレーザ溶接等により接合し、閉断面を形成したエネルギー吸収部材も提案されている（例えば特許文献２、特許文献３及び特許文献４）。
【０００５】
更に、エネルギー吸収部材において、その性能を向上する観点から、切り欠きなどの脆弱部を設けてエネルギー吸収性能を向上する方法（例えば特許文献５）、及び脆弱部のある補強部材によってエネルギー吸収性能を向上する方法（例えば特許文献６）等も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０３２０２号公報
【特許文献２】特開平７−３１０１５６号公報
【特許文献３】特開平１１−２０８５０４号公報
【特許文献４】特開２００３−１７５８５８号公報
【特許文献５】特開平３−６５６３４号公報
【特許文献６】特開平１１−３４２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術に開示された構造は、押出形材によるフレームよりも断面設計の自由度が大きくなるが、アルミニウム合金によって上述のような構造を有するエネルギー吸収部材を形成した場合、応力が集中しやすい溶接部が母材部（非溶接部）よりも弱いため、衝突時等フレームに外力が付加され圧壊するときに、溶接部が大きく開口してしまうという問題点がある。溶接部が開口し、破壊すると、圧壊時の吸収エネルギーが低下する虞があるばかりか、開口部は鋭利な破断面になるため、この破断面が露出すると乗員及び周辺環境を傷つける虞があるという問題点がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、衝突時等に外力が付加され圧壊するときに、フレームの溶接部で大きく開口したり破壊したりしない溶接構造閉断面フレームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る溶接構造閉断面フレームは、開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材をその開放端縁部同士を溶接することにより閉断面構造とした溶接構造閉断面フレームにおいて、内部に内部補強材が配置されており、前記内部補強材は、内部に前記フレーム部材の長手方向に配置された板材と、この板材に所定間隔で切り込みを入れて前記切り込みにその面が前記板材の面に垂直になるように挿入して配置された複数個の補強部材とを有し、前記補強部材は、前記フレーム部材同士の溶接部が存在する相対した側面に当接していることを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が突合せ継手溶接により接合されているか、又は、前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が重ね継手溶接により接合されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材を溶接することにより閉断面を構成する溶接構造閉断面フレームに対し、衝突時等、外力が付加され圧壊するときに、溶接された２個のフレーム部材が溶接部において大きく開口しないため、圧壊時の吸収エネルギーの低下がなく、鋭利な開口部破断面の露出により乗員及び周辺環境を傷つける虞がない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図２】本発明の第２参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第４参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第５参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施形態に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】同じく本発明の実施形態の内部補強材５の形状を示す模式的斜視図である。
【図９】（ａ）は本発明の第６参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】比較例１の溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図１１】比較例２の溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図１２】比較例２の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的斜視図である。
【図１３】（ａ）は図１２におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４】参考試験例２の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的斜視図である。
【図１５】図１４におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】（ａ）は参考試験例６の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的上面図、（ｂ）は同じく模式的左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１参考例について説明する。図１は、本発明の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。このフレーム部材１ａの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材２が接続され、フレーム部材１ａと同形状を有するフレーム部材１ｂがフレーム部材１ａと対向した状態で、その開放端縁部同士をミグ（ＭＩＧ：Metal Inert Gas）溶接等によって接続され、これにより内部補強材２が設けられた口の字状の閉断面を有する溶接構造閉断面フレームが形成されている。本実施形態においてはフレームの溶接部が突合せ継手になっている。
【００１４】
次に、上述の如く構成された本参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。これにより、外力によるエネルギーを吸収する。このとき、内部補強材２はフレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度がこの方向と直角であるいずれの方向の圧縮強度よりも高いため、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００１５】
次に、本発明の第２参考例について説明する。図２は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。図２において図１と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。このフレーム部材１ａの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材２が接続され、フレーム部材１ａの外側面の間隔と等しい内側面の間隔を有するフレーム部材１ｃがフレーム部材１ａと対向した状態で、その開放端縁部同士が一部重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材２が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。本実施形態においてはフレームの溶接部が重ね継手になっている。
【００１６】
次に、上述の如く構成された本参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。これにより、外力によるエネルギーを吸収する。また、このとき上述の第１実施形態と同様の効果により溶接部が開口しない。
【００１７】
次に、本発明の第３参考例について説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図３（ｂ）及び図４（ｂ）は図３（ａ）及び図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図３及び４において図１及び２と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。このフレーム部材１ａの内側面に当接して等間隔に内部補強材３が接続されている。この内部補強材３は、フレーム部材１ａのコの字状の対向する辺よりも長く形成されており、フレーム部材１ａの対向する２辺に接しない部分が内側に傾斜していることにより、隅部に傾斜部が設けられている。また、内部補強材３の長さとフレーム部材１ａの内側の底面からフレーム部材１ａの先端までの長さとの差は、フレーム部材１ａの先端とフレーム部材１ｃの内側の底面までの長さと等しく設計されている。
【００１９】
本参考例においては、図４（ｂ）に示すように、内部補強材３とフレーム部材１ａとが、コの字状のフレームの側面のみにおいて接続されている。そして、フレーム部材１ａの外側面の間隔と等しい内側面の間隔を有するフレーム部材１ｃがフレーム部材１ａと対向し、一部が内部補強材３の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材３が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。
【００２０】
重ね継手で溶接を行う場合、所望の重ね継手長さになるようにフレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを位置決めすることが難しいが、本参考例においては内部補強材３が双方のフレーム部材の底面に当接する形状になっている。これにより、内部補強材３は溶接構造閉断面フレームを補強する機能だけでなく、フレーム溶接部の位置決めとしての機能も兼ね備えている。
【００２１】
次に、上述の如く構成された本参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１及び第２参考例に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。このとき、第１及び第２参考例とは異なり、内部補強材３がフレーム部材１ａ及び１ｃの双方に接していることにより、外力によるエネルギーを吸収するときに、この吸収エネルギーがより高くなる。また、このとき、内部補強材３は隅部に傾斜部が設けられており、フレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度がこの方向と直角であるいずれの方向の圧縮強度よりも高いため、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００２２】
次に、本発明の第４参考例について説明する。図５（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図５において図１乃至４と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
上述の第３参考例は、図４に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの側面のみにおいて接続されているのに対し、本第４参考例においては図５に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの底面のみにおいて接続されている点が異なり、それ以外は第３参考例と同様の構造を有している。本参考例に係る溶接構造閉断面フレームは、上述の第３参考例の動作及び得られる効果に加え、内部補強材３が底面のみにおいて接続され、側面においては接続されていないため、側面が凸形状に変形する吸収形態が促され、この結果、溶接部の開口破断が起こらない。
【００２４】
次に、本発明の第５参考例について説明する。図６（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図６において図１乃至５と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。また、フレーム部材１ａの外側面の間隔と等しい内側面の間隔を有するフレーム部材１ｃの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材４が接続され、フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとが対向したときにフレーム部材１ａの先端部が内部補強材４の先端部に接するようになっている。これにより、内部補強材４は溶接構造閉断面フレームを補強する機能だけでなく、フレーム溶接部の位置決めとしての機能も兼ね備えている。フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを対向させ、一部が内部補強材４の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材４が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。本参考例の動作及び得られる効果は上述の第２参考例と同様である。
【００２６】
次に、本発明の実施形態について説明する。図７（ａ）は本実施形態に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図７において図１乃至６と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図８は本実施形態の内部補強材５の形状を示す模式的斜視図である。図８において図１乃至７と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。フレーム部材１ｃの長手方向の長さと同寸法を有する板材５ｂは切削加工等によって等間隔に切り込みを設けられ、この切り込みに溶接線と直角方向に内部補強部材５ａが挿入されることによって内部補強材５が形成されている。内部補強材５は双方のフレーム部材の底面に当接する形状になっているため、内部補強材５は溶接構造閉断面フレームを補強する機能だけでなく、フレーム溶接部の位置決めとしての機能も兼ね備えている。また、内部補強材５はこれ自体で自立するため、内部補強材５とフレーム部材１ａ及び１ｃとは特に溶接されず、フレーム部材１ｃの内部に内部補強材５が挿入された状態でフレーム部材１ａを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材５の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材５が設けられた閉断面フレームが形成されている。
【００２８】
次に、上述の如く構成された本実施形態の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１乃至５参考例に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。このとき、第１及び第２参考例とは異なり、内部補強材５がフレーム部材１ａ及び１ｃの双方に接していることにより、外力によるエネルギーを吸収するときに、この吸収エネルギーがより高くなる。また、このとき、内部補強材５にはフレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向と直角の方向に切り込みが設けられているため、この切り込みが設けられている方向の圧縮強度が弱くなり、従って、溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度が相対的に高くなり、これにより、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００２９】
なお、上述の第１乃至５参考例における内部補強材２乃至４及び本発明の実施形態における板材５ｂは、溶接構造閉断面フレームの長手方向に等間隔に設けられているが、これらは必ずしも等間隔に設けられる必要はなく、溶接構造閉断面フレームの外部及び内部の構造を考慮して、適切な間隔で設けられることができる。
【００３０】
次に、本発明の第６参考例について説明する。図９（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図９において図１乃至８と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
本参考例の内部補強材６は、一辺がフレーム部材１ａの底辺の内側面の長さよりも短い口型押出形材がフレーム部材１ａの長手方向の長さよりも短い長さに切断され、これらが複数個横に並べられた状態で溶接等により接続されて形成されている。そして、口型押出形材は、押出方向が溶接部が存在する面を結ぶ方向と一致するようにフレーム内に配置されている。この内部補強材６は押出形材が切断され、溶接等により接続されているだけであるため、上述の本発明の実施形態の内部補強材５のように切削加工により切り込みを入れて作成する方法に比べ、加工コストが非常に安価である。また、切断された口型押出形材同士の接続は、仮付け程度でよく、大きな接合強度は要求されない。
【００３２】
フレーム部材１ａの内部に内部補強材６が挿入された状態でフレーム部材１ｃを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材６の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材６が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。
【００３３】
次に、上述の如く構成された本第６参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１乃至５参考例及び本発明の実施形態に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。このとき、第１及び第２参考例とは異なり、内部補強材６がフレーム部材１ａ及び１ｃの双方に接していることにより、外力によるエネルギーを吸収するときに、この吸収エネルギーがより高くなる。また、このとき、口型押出形材が、押出方向が溶接部が存在する面を結ぶ方向と一致するようにフレーム内に配置されているため、内部補強材６はフレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度がこの方向と直角であるいずれの方向の圧縮強度よりも高い。これにより、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００３４】
なお、上述の第６参考例における内部補強材６は同一の押出形材から切断した同断面形状の形材を使用しているが、必ずしも同形状の形材を使用する必要はなく、溶接構造閉断面フレームの内部の構造を考慮して、複数種の形材を使用することもできる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の効果を実証するための実施例について説明する。本発明の参考試験例１として、図１に示す上述の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ及び１ｂは、板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用し、開断面を有するよう、プレス加工によって成形した。フレーム部材１ａ及び１ｂの長手方向の長さは５００ｍｍ、底辺の長さは外側面において１００ｍｍである。
【００３６】
内部補強材２としては、同じく板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を矩形に成形し、フレーム部材１ａの端部から５０ｍｍの部位から内側面に当接して１００ｍｍの等間隔で配置し、ミグ溶接によって接続した。
【００３７】
その後、フレーム部材１ａと１ｂとを対向させた状態でフレーム溶接部が突合せ継手となるようにミグ溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００３８】
これにより、高さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍで、フレーム部材１ａの内部に１００ｍｍ間隔で５個の内部補強材２が配置され、突合せ継手を有する溶接構造閉断面フレームを作成した。
【００３９】
また、比較例１として、図１０に示すように、上述の参考試験例１において、フレーム部材１ａの内側面に内部補強材２を配置していないもの、即ち１００ｍｍ×１００ｍｍの閉断面及び５００ｍｍの長さを有し、突合せ継手を有する溶接構造閉断面フレームを作成した。図１０において図１乃至９と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
また、本発明の参考試験例２として、図２に示す上述の第２参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ及び１ｃは、板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用し、開断面を有するよう、プレス加工によって成形した。フレーム部材１ａ及び１ｂの長手方向の長さは５００ｍｍ、フレーム部材１ａの底辺の長さは外側面において１００ｍｍ、フレーム部材１ｃの底辺の長さは外側面において１０８ｍｍである。
【００４１】
内部補強材２としては、同じく板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を矩形に成形し、フレーム部材１ａの端部から５０ｍｍの部位から内側面に当接して１００ｍｍの等間隔で配置し、ミグ溶接によって接続した。
【００４２】
その後、フレーム部材１ａと１ｃとが一部重なりを有した状態で、フレーム溶接部が重ね継手となるようにミグ溶接を行い、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４３】
これにより、高さ１００ｍｍ、大きい方の幅１０８ｍｍ、小さい方の幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍで、フレーム部材１ａの内部に１００ｍｍ間隔で５個の内部補強材２が配置され、重ね継手を有する溶接構造閉断面フレームを作成した。
【００４４】
また、比較例２として、図１１に示すように、上述の参考試験例２において、フレーム部材１ａの内側面に内部補強材２を配置していない溶接構造閉断面フレームを作成した。図１１において図１乃至１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
また、本発明の参考試験例３として、図４に示す上述の第３参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ、１ｃ及び内部補強材３には、参考試験例１及び２と同様に板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用した。図４（ｂ）に示すように、内部補強材３とフレーム部材１ａとは、コの字状のフレームの側面のみにおいてミグ溶接によって接続した。そして、フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを、一部が内部補強材３の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４６】
また、本発明の参考試験例４として、図５に示す上述の第４参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。参考試験例３の溶接構造閉断面フレームが図４に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの側面のみにおいて溶接されているのに対し、本参考試験例４は図５に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの底面のみにおいて溶接されている点が異なり、それ以外は実施例３と同様の構造を有するよう作成した。
【００４７】
また、本発明の参考試験例５として、図６に示す上述の第５参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ、１ｃ及び内部補強材４には、参考試験例１乃至４と同様に板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用した。図６（ｂ）に示すように、フレーム部材１ｃの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材４を配置し、ミグ溶接によって接続した。そして、フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを、一部が内部補強材４の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４８】
また、本発明の実施例として、図７に示す上述の本発明の実施形態に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ、１ｃ及び内部補強材５には、参考試験例１乃至５と同様に板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用した。フレーム部材１ｃの長手方向の長さと同寸法を有する板材５ｂに切削加工等によって等間隔に切り込みを設け、この切り込みに溶接線と直角方向に内部補強部材５ａを挿入することによって内部補強材５を形成した。内部補強材５はこれ自体で自立するため、内部補強材５とフレーム部材１ａ及び１ｃとは特に接続せず、フレーム部材１ｃの内部に内部補強材５を挿入した状態でフレーム部材１ａを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材５の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４９】
また、本発明の参考試験例６として、図９に示す上述の第６参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。一辺が８０ｍｍで肉厚が２．５ｍｍのＡ６０６３−Ｔ５アルミニウム合金製口型押出形材を長さ８５ｍｍに切断し、この切断された口型押出形材同士を横に並べてミグ溶接により接続し、内部補強材６を形成した。フレーム部材１ａの内部に内部補強材６を挿入した状態でフレーム部材１ｃを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材６の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００５０】
上述の実施例、参考試験例１乃至６、及び比較例１乃至２の評価は１００ｔｏｎの万能材料試験機により溶接構造閉断面フレームの縦方向（長手方向）の圧縮試験によって行った。圧縮試験は各溶接構造閉断面フレームを１００ｍｍ圧縮し、各溶接構造閉断面フレームの全長が４００ｍｍになったところで終了し、各溶接構造閉断面フレームの破壊状況を観察した。
【００５１】
その結果、比較例１及び２の溶接構造閉断面フレーム、即ち内部補強材２が内側に設置されていない溶接構造閉断面フレームは、万能材料試験機によって縦圧縮荷重を付加していくと、溶接構造閉断面フレームの溶接部が内側に凹むように変形し、溶接部で開口し、破断した。
【００５２】
図１２は比較例２の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的斜視図、図１３（ａ）は図１２におけるＡ−Ａ線断面図、図１３（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。図１２及び１３において図１乃至１１と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。特に、比較例２の重ね継手を有する溶接構造閉断面フレームは、上板と下板との界面と溶接金属部との交点に応力が集中するため、図１３（ｂ）に示すように、溶接部において大きく開口し、破断した。比較例１の突合せ継手を有する溶接構造閉断面フレームも、溶接部近傍に応力が集中し破断するものの、比較例２の溶接構造閉断面フレーム程大きくは開口しなかった。
【００５３】
一方、参考試験例１及び２の溶接構造閉断面フレーム、即ち内部補強材２が内側に接続されている溶接構造閉断面フレームは、図１４に示すように溶接部が凸状に変形し、溶接金属に割れが入るものの、継手が破断して大きく開口することはなかった。図１５は図１４におけるＡ−Ａ線断面図である。図１４及び１５において図１乃至１３と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
また、実施例及び参考試験例３乃至６は、いずれの溶接構造閉断面フレームにおいてもフレームの溶接部で大きく開口破断することはなかった。ただし、参考試験例３のように内部補強材３とフレーム部材１ａとを、コの字状のフレームの側面のみにおいてミグ溶接によって接続したものは、内部補強材３と接している部分のフレームの溶接部は破断しないものの、内部補強材３と内部補強材３との間ではフレームの溶接部が破断した。ただし図１２に示すように大きく開口することはなかった。
【００５５】
参考試験例４の溶接構造閉断面フレームは、参考試験例３と同様の内部補強材３を有しており、参考試験例３のように内部補強材３とフレーム部材１ａとを、コの字状のフレームの側面のみにおいてミグ溶接によって溶接するのではなく、内部補強材３とフレーム部材１ａとを、コの字状のフレーム部材１ａの底面のみにおいてミグ溶接によって溶接したものである。参考試験例４においては、フレームの溶接部がある側面（コの字フレームの側面）が凸状に変形したが、溶接部が図１２のように大きく開口し、破断することはなかった。
【００５６】
また、参考試験例６の溶接構造閉断面フレームは、図１６に示すように内部補強材６の壁面がくの字状に変形したが、最も大きく変形した部位の前後（図１６に示す部位Ａ）においてもフレームの溶接部が内側に凹むようには変形しなかった。即ち、溶接構造閉断面フレームの縦方向の圧縮変形と同時に内部補強材６も変形し、図１６に示す部位Ａがフレーム部材１ａ及び１ｃに当接し、フレームの溶接部が内側に変形しないよう補強されるため、実施例、参考試験例１乃至６及び比較例１乃至２の中で破断（割れ）が最も少なかった。
【００５７】
開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材を溶接することにより閉断面を構成する溶接構造閉断面フレームにおいて、溶接構造閉断面フレームの内部にフレーム部材の内側面に当接して内部補強材を配置することにより、衝突時等フレームに外力が付加され圧壊するときに、溶接された２個のフレーム部材が溶接部において大きく開口しないため、圧壊時の吸収エネルギーの低下がなく、鋭利な開口部破断面の露出により乗員及び周辺環境を傷つける虞がない。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ、１ｂ、１ｃ ； フレーム部材
２、３、４、５、６ ； 内部補強材
５ａ ； 内部補強部材
５ｂ ； 板材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車体フレーム及びサスペンションフレーム等の溶接構造閉断面フレームに関し、特に衝突時等においてフレームに外力が付加され圧壊するときに吸収エネルギーの低下がない溶接構造閉断面フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車体には、乗員の安全性を確保するために、車体フレーム、特にサイドフレーム（サイドメンバ）、クラッシュボックス、バンパーステイ及びサスペンションフレーム等、車両衝突時にフレームの縦方向（軸方向）が圧壊して衝撃エネルギーを負担する中空の強度部材が設けられている。近時、車体軽量化の観点から、これらの中空の強度部材として、アルミニウム合金製の押出形材によって形成されるエネルギー吸収部材が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、中空の押出形材によるエネルギー吸収部材は、バンパーステイ等軸方向が直線状であるエネルギー吸収部材には好適であるが、例えば乗用車のフロントサイドフレーム（サイドメンバ）等は軸方向において屈曲しており、直線状の押出形材を曲げ加工によって成形しなければならず、高い加工精度が必要であり、また加工コストが高いという問題点がある。また、押出形材は断面形状が一定であり、部材強度の要求部位及び取り付け部位によって断面形状を変えることが難しく、フレームの設計面で制約があるという問題点もある。
【０００４】
このため、板材をプレス等によって成形した開断面部材をスポット溶接、アーク溶接又はレーザ溶接等により接合し、閉断面を形成したエネルギー吸収部材も提案されている（例えば特許文献２、特許文献３及び特許文献４）。
【０００５】
更に、エネルギー吸収部材において、その性能を向上する観点から、切り欠きなどの脆弱部を設けてエネルギー吸収性能を向上する方法（例えば特許文献５）、及び脆弱部のある補強部材によってエネルギー吸収性能を向上する方法（例えば特許文献６）等も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０３２０２号公報
【特許文献２】特開平７−３１０１５６号公報
【特許文献３】特開平１１−２０８５０４号公報
【特許文献４】特開２００３−１７５８５８号公報
【特許文献５】特開平３−６５６３４号公報
【特許文献６】特開平１１−３４２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術に開示された構造は、押出形材によるフレームよりも断面設計の自由度が大きくなるが、アルミニウム合金によって上述のような構造を有するエネルギー吸収部材を形成した場合、応力が集中しやすい溶接部が母材部（非溶接部）よりも弱いため、衝突時等フレームに外力が付加され圧壊するときに、溶接部が大きく開口してしまうという問題点がある。溶接部が開口し、破壊すると、圧壊時の吸収エネルギーが低下する虞があるばかりか、開口部は鋭利な破断面になるため、この破断面が露出すると乗員及び周辺環境を傷つける虞があるという問題点がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、衝突時等に外力が付加され圧壊するときに、フレームの溶接部で大きく開口したり破壊したりしない溶接構造閉断面フレームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る溶接構造閉断面フレームは、開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材をその開放端縁部同士を溶接することにより閉断面構造とした溶接構造閉断面フレームにおいて、内部に内部補強材が配置されており、前記内部補強材は、内部に前記フレーム部材の長手方向に配置された板材と、この板材に所定間隔で切り込みを入れて前記切り込みにその面が前記板材の面に垂直になるように挿入して配置された複数個の補強部材とを有し、前記補強部材は、前記フレーム部材同士の溶接部が存在する相対した側面に当接していることを特徴とする。
【００１０】
例えば、前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が突合せ継手溶接により接合されているか、又は、前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が重ね継手溶接により接合されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材を溶接することにより閉断面を構成する溶接構造閉断面フレームに対し、衝突時等、外力が付加され圧壊するときに、溶接された２個のフレーム部材が溶接部において大きく開口しないため、圧壊時の吸収エネルギーの低下がなく、鋭利な開口部破断面の露出により乗員及び周辺環境を傷つける虞がない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図２】本発明の第２参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第４参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第５参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施形態に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】同じく本発明の実施形態の内部補強材５の形状を示す模式的斜視図である。
【図９】（ａ）は本発明の第６参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】比較例１の溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図１１】比較例２の溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。
【図１２】比較例２の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的斜視図である。
【図１３】（ａ）は図１２におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４】参考試験例２の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的斜視図である。
【図１５】図１４におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１６】（ａ）は参考試験例６の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的上面図、（ｂ）は同じく模式的左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１参考例について説明する。図１は、本発明の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。このフレーム部材１ａの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材２が接続され、フレーム部材１ａと同形状を有するフレーム部材１ｂがフレーム部材１ａと対向した状態で、その開放端縁部同士をミグ（ＭＩＧ：Metal Inert Gas）溶接等によって接続され、これにより内部補強材２が設けられた口の字状の閉断面を有する溶接構造閉断面フレームが形成されている。本実施形態においてはフレームの溶接部が突合せ継手になっている。
【００１４】
次に、上述の如く構成された本参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。これにより、外力によるエネルギーを吸収する。このとき、内部補強材２はフレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度がこの方向と直角であるいずれの方向の圧縮強度よりも高いため、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００１５】
次に、本発明の第２参考例について説明する。図２は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的斜視図である。図２において図１と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。このフレーム部材１ａの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材２が接続され、フレーム部材１ａの外側面の間隔と等しい内側面の間隔を有するフレーム部材１ｃがフレーム部材１ａと対向した状態で、その開放端縁部同士が一部重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材２が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。本実施形態においてはフレームの溶接部が重ね継手になっている。
【００１６】
次に、上述の如く構成された本参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。これにより、外力によるエネルギーを吸収する。また、このとき上述の第１実施形態と同様の効果により溶接部が開口しない。
【００１７】
次に、本発明の第３参考例について説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図３（ｂ）及び図４（ｂ）は図３（ａ）及び図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図３及び４において図１及び２と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。このフレーム部材１ａの内側面に当接して等間隔に内部補強材３が接続されている。この内部補強材３は、フレーム部材１ａのコの字状の対向する辺よりも長く形成されており、フレーム部材１ａの対向する２辺に接しない部分が内側に傾斜していることにより、隅部に傾斜部が設けられている。また、内部補強材３の長さとフレーム部材１ａの内側の底面からフレーム部材１ａの先端までの長さとの差は、フレーム部材１ａの先端とフレーム部材１ｃの内側の底面までの長さと等しく設計されている。
【００１９】
本参考例においては、図４（ｂ）に示すように、内部補強材３とフレーム部材１ａとが、コの字状のフレームの側面のみにおいて接続されている。そして、フレーム部材１ａの外側面の間隔と等しい内側面の間隔を有するフレーム部材１ｃがフレーム部材１ａと対向し、一部が内部補強材３の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材３が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。
【００２０】
重ね継手で溶接を行う場合、所望の重ね継手長さになるようにフレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを位置決めすることが難しいが、本参考例においては内部補強材３が双方のフレーム部材の底面に当接する形状になっている。これにより、内部補強材３は溶接構造閉断面フレームを補強する機能だけでなく、フレーム溶接部の位置決めとしての機能も兼ね備えている。
【００２１】
次に、上述の如く構成された本参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１及び第２参考例に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。このとき、第１及び第２参考例とは異なり、内部補強材３がフレーム部材１ａ及び１ｃの双方に接していることにより、外力によるエネルギーを吸収するときに、この吸収エネルギーがより高くなる。また、このとき、内部補強材３は隅部に傾斜部が設けられており、フレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度がこの方向と直角であるいずれの方向の圧縮強度よりも高いため、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００２２】
次に、本発明の第４参考例について説明する。図５（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図５において図１乃至４と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
上述の第３参考例は、図４に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの側面のみにおいて接続されているのに対し、本第４参考例においては図５に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの底面のみにおいて接続されている点が異なり、それ以外は第３参考例と同様の構造を有している。本参考例に係る溶接構造閉断面フレームは、上述の第３参考例の動作及び得られる効果に加え、内部補強材３が底面のみにおいて接続され、側面においては接続されていないため、側面が凸形状に変形する吸収形態が促され、この結果、溶接部の開口破断が起こらない。
【００２４】
次に、本発明の第５参考例について説明する。図６（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図６において図１乃至５と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
アルミニウム合金板材がプレス加工等によって成形され、開断面を有するコの字状のフレーム部材１ａが形成されている。また、フレーム部材１ａの外側面の間隔と等しい内側面の間隔を有するフレーム部材１ｃの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材４が接続され、フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとが対向したときにフレーム部材１ａの先端部が内部補強材４の先端部に接するようになっている。これにより、内部補強材４は溶接構造閉断面フレームを補強する機能だけでなく、フレーム溶接部の位置決めとしての機能も兼ね備えている。フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを対向させ、一部が内部補強材４の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材４が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。本参考例の動作及び得られる効果は上述の第２参考例と同様である。
【００２６】
次に、本発明の実施形態について説明する。図７（ａ）は本実施形態に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図７において図１乃至６と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図８は本実施形態の内部補強材５の形状を示す模式的斜視図である。図８において図１乃至７と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。フレーム部材１ｃの長手方向の長さと同寸法を有する板材５ｂは切削加工等によって等間隔に切り込みを設けられ、この切り込みに溶接線と直角方向に内部補強部材５ａが挿入されることによって内部補強材５が形成されている。内部補強材５は双方のフレーム部材の底面に当接する形状になっているため、内部補強材５は溶接構造閉断面フレームを補強する機能だけでなく、フレーム溶接部の位置決めとしての機能も兼ね備えている。また、内部補強材５はこれ自体で自立するため、内部補強材５とフレーム部材１ａ及び１ｃとは特に溶接されず、フレーム部材１ｃの内部に内部補強材５が挿入された状態でフレーム部材１ａを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材５の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材５が設けられた閉断面フレームが形成されている。
【００２８】
次に、上述の如く構成された本実施形態の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１乃至５参考例に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。このとき、第１及び第２参考例とは異なり、内部補強材５がフレーム部材１ａ及び１ｃの双方に接していることにより、外力によるエネルギーを吸収するときに、この吸収エネルギーがより高くなる。また、このとき、内部補強材５にはフレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向と直角の方向に切り込みが設けられているため、この切り込みが設けられている方向の圧縮強度が弱くなり、従って、溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度が相対的に高くなり、これにより、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００２９】
なお、上述の第１乃至５参考例における内部補強材２乃至４及び本発明の実施形態における板材５ｂは、溶接構造閉断面フレームの長手方向に等間隔に設けられているが、これらは必ずしも等間隔に設けられる必要はなく、溶接構造閉断面フレームの外部及び内部の構造を考慮して、適切な間隔で設けられることができる。
【００３０】
次に、本発明の第６参考例について説明する。図９（ａ）は本参考例に係る溶接構造閉断面フレームを示す模式的側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。図９において図１乃至８と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
本参考例の内部補強材６は、一辺がフレーム部材１ａの底辺の内側面の長さよりも短い口型押出形材がフレーム部材１ａの長手方向の長さよりも短い長さに切断され、これらが複数個横に並べられた状態で溶接等により接続されて形成されている。そして、口型押出形材は、押出方向が溶接部が存在する面を結ぶ方向と一致するようにフレーム内に配置されている。この内部補強材６は押出形材が切断され、溶接等により接続されているだけであるため、上述の本発明の実施形態の内部補強材５のように切削加工により切り込みを入れて作成する方法に比べ、加工コストが非常に安価である。また、切断された口型押出形材同士の接続は、仮付け程度でよく、大きな接合強度は要求されない。
【００３２】
フレーム部材１ａの内部に内部補強材６が挿入された状態でフレーム部材１ｃを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材６の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接等によって接続され、即ち重ねすみ肉溶接され、これにより内部補強材６が設けられた溶接構造閉断面フレームが形成されている。
【００３３】
次に、上述の如く構成された本第６参考例の溶接構造閉断面フレームの動作について説明する。上述の第１乃至５参考例及び本発明の実施形態に係る溶接構造閉断面フレームの動作と同様、車両の衝突時等、溶接構造閉断面フレームの長手方向に外力が付加されると、溶接構造閉断面フレームが変形する。このとき、第１及び第２参考例とは異なり、内部補強材６がフレーム部材１ａ及び１ｃの双方に接していることにより、外力によるエネルギーを吸収するときに、この吸収エネルギーがより高くなる。また、このとき、口型押出形材が、押出方向が溶接部が存在する面を結ぶ方向と一致するようにフレーム内に配置されているため、内部補強材６はフレーム部材の溶接部が存在する相対した面を結ぶ方向の圧縮強度がこの方向と直角であるいずれの方向の圧縮強度よりも高い。これにより、溶接部が内側に凹むように変形することはなく、よって溶接部が開口することはない。
【００３４】
なお、上述の第６参考例における内部補強材６は同一の押出形材から切断した同断面形状の形材を使用しているが、必ずしも同形状の形材を使用する必要はなく、溶接構造閉断面フレームの内部の構造を考慮して、複数種の形材を使用することもできる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の効果を実証するための実施例について説明する。本発明の参考試験例１として、図１に示す上述の第１参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ及び１ｂは、板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用し、開断面を有するよう、プレス加工によって成形した。フレーム部材１ａ及び１ｂの長手方向の長さは５００ｍｍ、底辺の長さは外側面において１００ｍｍである。
【００３６】
内部補強材２としては、同じく板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を矩形に成形し、フレーム部材１ａの端部から５０ｍｍの部位から内側面に当接して１００ｍｍの等間隔で配置し、ミグ溶接によって接続した。
【００３７】
その後、フレーム部材１ａと１ｂとを対向させた状態でフレーム溶接部が突合せ継手となるようにミグ溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００３８】
これにより、高さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍで、フレーム部材１ａの内部に１００ｍｍ間隔で５個の内部補強材２が配置され、突合せ継手を有する溶接構造閉断面フレームを作成した。
【００３９】
また、比較例１として、図１０に示すように、上述の参考試験例１において、フレーム部材１ａの内側面に内部補強材２を配置していないもの、即ち１００ｍｍ×１００ｍｍの閉断面及び５００ｍｍの長さを有し、突合せ継手を有する溶接構造閉断面フレームを作成した。図１０において図１乃至９と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
また、本発明の参考試験例２として、図２に示す上述の第２参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ及び１ｃは、板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用し、開断面を有するよう、プレス加工によって成形した。フレーム部材１ａ及び１ｂの長手方向の長さは５００ｍｍ、フレーム部材１ａの底辺の長さは外側面において１００ｍｍ、フレーム部材１ｃの底辺の長さは外側面において１０８ｍｍである。
【００４１】
内部補強材２としては、同じく板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を矩形に成形し、フレーム部材１ａの端部から５０ｍｍの部位から内側面に当接して１００ｍｍの等間隔で配置し、ミグ溶接によって接続した。
【００４２】
その後、フレーム部材１ａと１ｃとが一部重なりを有した状態で、フレーム溶接部が重ね継手となるようにミグ溶接を行い、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４３】
これにより、高さ１００ｍｍ、大きい方の幅１０８ｍｍ、小さい方の幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍで、フレーム部材１ａの内部に１００ｍｍ間隔で５個の内部補強材２が配置され、重ね継手を有する溶接構造閉断面フレームを作成した。
【００４４】
また、比較例２として、図１１に示すように、上述の参考試験例２において、フレーム部材１ａの内側面に内部補強材２を配置していない溶接構造閉断面フレームを作成した。図１１において図１乃至１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
また、本発明の参考試験例３として、図４に示す上述の第３参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ、１ｃ及び内部補強材３には、参考試験例１及び２と同様に板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用した。図４（ｂ）に示すように、内部補強材３とフレーム部材１ａとは、コの字状のフレームの側面のみにおいてミグ溶接によって接続した。そして、フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを、一部が内部補強材３の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４６】
また、本発明の参考試験例４として、図５に示す上述の第４参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。参考試験例３の溶接構造閉断面フレームが図４に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの側面のみにおいて溶接されているのに対し、本参考試験例４は図５に示すように内部補強材３とフレーム部材１ａとがコの字状のフレームの底面のみにおいて溶接されている点が異なり、それ以外は実施例３と同様の構造を有するよう作成した。
【００４７】
また、本発明の参考試験例５として、図６に示す上述の第５参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ、１ｃ及び内部補強材４には、参考試験例１乃至４と同様に板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用した。図６（ｂ）に示すように、フレーム部材１ｃの内側面に当接して等間隔に矩形状を有する内部補強材４を配置し、ミグ溶接によって接続した。そして、フレーム部材１ａとフレーム部材１ｃとを、一部が内部補強材４の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４８】
また、本発明の実施例として、図７に示す上述の本発明の実施形態に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。フレーム部材１ａ、１ｃ及び内部補強材５には、参考試験例１乃至５と同様に板厚４ｍｍのＡ５４５４Ｐ−Ｏアルミニウム合金板材を使用した。フレーム部材１ｃの長手方向の長さと同寸法を有する板材５ｂに切削加工等によって等間隔に切り込みを設け、この切り込みに溶接線と直角方向に内部補強部材５ａを挿入することによって内部補強材５を形成した。内部補強材５はこれ自体で自立するため、内部補強材５とフレーム部材１ａ及び１ｃとは特に接続せず、フレーム部材１ｃの内部に内部補強材５を挿入した状態でフレーム部材１ａを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材５の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの溶接構造閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００４９】
また、本発明の参考試験例６として、図９に示す上述の第６参考例に係る溶接構造閉断面フレームを作成した。一辺が８０ｍｍで肉厚が２．５ｍｍのＡ６０６３−Ｔ５アルミニウム合金製口型押出形材を長さ８５ｍｍに切断し、この切断された口型押出形材同士を横に並べてミグ溶接により接続し、内部補強材６を形成した。フレーム部材１ａの内部に内部補強材６を挿入した状態でフレーム部材１ｃを対向させ、フレーム部材１ａと１ｃとが一部が内部補強材６の高さによって決まる重なりを有した状態でミグ溶接によって接続し、即ち重ねすみ肉溶接を行い、これにより高さが１００ｍｍの閉断面フレームを作成した。また、ミグ溶接は線径１．２ｍｍのＡ４０４３ＷＹ溶接ワイヤを使用し、通常のミグ溶接機によって行った。
【００５０】
上述の実施例、参考試験例１乃至６、及び比較例１乃至２の評価は１００ｔｏｎの万能材料試験機により溶接構造閉断面フレームの縦方向（長手方向）の圧縮試験によって行った。圧縮試験は各溶接構造閉断面フレームを１００ｍｍ圧縮し、各溶接構造閉断面フレームの全長が４００ｍｍになったところで終了し、各溶接構造閉断面フレームの破壊状況を観察した。
【００５１】
その結果、比較例１及び２の溶接構造閉断面フレーム、即ち内部補強材２が内側に設置されていない溶接構造閉断面フレームは、万能材料試験機によって縦圧縮荷重を付加していくと、溶接構造閉断面フレームの溶接部が内側に凹むように変形し、溶接部で開口し、破断した。
【００５２】
図１２は比較例２の溶接構造閉断面フレームの破壊状況を示す模式的斜視図、図１３（ａ）は図１２におけるＡ−Ａ線断面図、図１３（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。図１２及び１３において図１乃至１１と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。特に、比較例２の重ね継手を有する溶接構造閉断面フレームは、上板と下板との界面と溶接金属部との交点に応力が集中するため、図１３（ｂ）に示すように、溶接部において大きく開口し、破断した。比較例１の突合せ継手を有する溶接構造閉断面フレームも、溶接部近傍に応力が集中し破断するものの、比較例２の溶接構造閉断面フレーム程大きくは開口しなかった。
【００５３】
一方、参考試験例１及び２の溶接構造閉断面フレーム、即ち内部補強材２が内側に接続されている溶接構造閉断面フレームは、図１４に示すように溶接部が凸状に変形し、溶接金属に割れが入るものの、継手が破断して大きく開口することはなかった。図１５は図１４におけるＡ−Ａ線断面図である。図１４及び１５において図１乃至１３と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
また、実施例及び参考試験例３乃至６は、いずれの溶接構造閉断面フレームにおいてもフレームの溶接部で大きく開口破断することはなかった。ただし、参考試験例３のように内部補強材３とフレーム部材１ａとを、コの字状のフレームの側面のみにおいてミグ溶接によって接続したものは、内部補強材３と接している部分のフレームの溶接部は破断しないものの、内部補強材３と内部補強材３との間ではフレームの溶接部が破断した。ただし図１２に示すように大きく開口することはなかった。
【００５５】
参考試験例４の溶接構造閉断面フレームは、参考試験例３と同様の内部補強材３を有しており、参考試験例３のように内部補強材３とフレーム部材１ａとを、コの字状のフレームの側面のみにおいてミグ溶接によって溶接するのではなく、内部補強材３とフレーム部材１ａとを、コの字状のフレーム部材１ａの底面のみにおいてミグ溶接によって溶接したものである。参考試験例４においては、フレームの溶接部がある側面（コの字フレームの側面）が凸状に変形したが、溶接部が図１２のように大きく開口し、破断することはなかった。
【００５６】
また、参考試験例６の溶接構造閉断面フレームは、図１６に示すように内部補強材６の壁面がくの字状に変形したが、最も大きく変形した部位の前後（図１６に示す部位Ａ）においてもフレームの溶接部が内側に凹むようには変形しなかった。即ち、溶接構造閉断面フレームの縦方向の圧縮変形と同時に内部補強材６も変形し、図１６に示す部位Ａがフレーム部材１ａ及び１ｃに当接し、フレームの溶接部が内側に変形しないよう補強されるため、実施例、参考試験例１乃至６及び比較例１乃至２の中で破断（割れ）が最も少なかった。
【００５７】
開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材を溶接することにより閉断面を構成する溶接構造閉断面フレームにおいて、溶接構造閉断面フレームの内部にフレーム部材の内側面に当接して内部補強材を配置することにより、衝突時等フレームに外力が付加され圧壊するときに、溶接された２個のフレーム部材が溶接部において大きく開口しないため、圧壊時の吸収エネルギーの低下がなく、鋭利な開口部破断面の露出により乗員及び周辺環境を傷つける虞がない。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ、１ｂ、１ｃ ； フレーム部材
２、３、４、５、６ ； 内部補強材
５ａ ； 内部補強部材
５ｂ ； 板材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材をその開放端縁部同士を溶接することにより閉断面構造とした溶接構造閉断面フレームにおいて、内部に内部補強材が配置されており、前記内部補強材は、内部に前記フレーム部材の長手方向に配置された板材と、この板材に所定間隔で切り込みを入れて前記切り込みにその面が前記板材の面に垂直になるように挿入して配置された複数個の補強部材とを有し、前記補強部材は、前記フレーム部材同士の溶接部が存在する相対した側面に当接していることを特徴とする溶接構造閉断面フレーム。
【請求項２】
前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が突合せ継手により溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造閉断面フレーム。
【請求項３】
前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が重ね継手により溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造閉断面フレーム。
【請求項１】
開断面を有する２個のアルミニウム合金製のフレーム部材をその開放端縁部同士を溶接することにより閉断面構造とした溶接構造閉断面フレームにおいて、内部に内部補強材が配置されており、前記内部補強材は、内部に前記フレーム部材の長手方向に配置された板材と、この板材に所定間隔で切り込みを入れて前記切り込みにその面が前記板材の面に垂直になるように挿入して配置された複数個の補強部材とを有し、前記補強部材は、前記フレーム部材同士の溶接部が存在する相対した側面に当接していることを特徴とする溶接構造閉断面フレーム。
【請求項２】
前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が突合せ継手により溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造閉断面フレーム。
【請求項３】
前記２個のアルミニウム合金製のフレーム部材が重ね継手により溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造閉断面フレーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−７６７６２（Ｐ２０１０−７６７６２Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９７０５（Ｐ２００９−２６９７０５）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【分割の表示】特願２００６−９４６１４（Ｐ２００６−９４６１４）の分割
【原出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【分割の表示】特願２００６−９４６１４（Ｐ２００６−９４６１４）の分割
【原出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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