車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材
【課題】高い接合強度を有し、亜鉛めっきによる強度低下を防止し、さらに熱歪み変形を防止することのできる車両フレーム部材の溶接方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１と、このフレーム部材１のフランジ部１１と接合することにより閉断面を形成するパネル部材２とを溶接する車両フレーム部材３の溶接方法であって、前記パネル部材２と接触する前記フランジ部１１の接触端部１２から前記フランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部１３に沿って連続溶接することを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１と、このフレーム部材１のフランジ部１１と接合することにより閉断面を形成するパネル部材２とを溶接する車両フレーム部材３の溶接方法であって、前記パネル部材２と接触する前記フランジ部１１の接触端部１２から前記フランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部１３に沿って連続溶接することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用ボディ部品などの衝突時のエネルギーを吸収して乗員を保護する車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロントサイドフレームなどの車両フレーム部材には衝突時の衝撃から乗員を保護するために、衝突の衝撃を和らげる必要があり、そのためその衝撃時のエネルギーをできるだけ吸収する性能が求められている。
従来、車両フレーム部材の接合には、複数のハット状のフレーム部材をスポット溶接（またはリベット、クリンチ）等のいわゆる点溶接・点接合が用いられている。このような技術としては、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
この特許文献１には、高密度エネルギビームを用いて、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネルとを溶接する車両フレーム部材のビーム溶接方法であって、上記フランジ部の幅方向の側縁部とパネルとを断続的に溶接することを特徴とする車両フレーム部材のビーム溶接方法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、衝突時のエネルギーを多く吸収して欲しいという要望が強いため車両フレーム部材の板厚を厚くしたり、より高強度な材料を用いたりしてこれに対応している。
また、規則正しく圧潰が進む様にハット状のフレーム部材の断面形状を工夫したり、ハット状のフレーム部材中にテーパを設けたりして、フレーム部材の構造を改良することによって対応している。
【０００５】
このような高強度な材料への変更はコスト増加を招くとともに加工性の低下に繋がり生産性が落ちる。また、板厚の増加もコストの増加を招くとともに、車体重量の増加に繋がる。
そのため、衝突時のエネルギーを多く吸収させたい場合の対策手法として、材料や板厚、構造の適正化の他にレーザ溶接などにより接合を「点」から「連続」にすることによって衝突時のエネルギー吸収量を増加させる技術が開発されている。このような技術としては、例えば、特許文献２がある。
【０００６】
この特許文献２には、閉断面構造の衝撃吸収部材を構成するハット断面形状の鋼板とフラット形状の鋼板またはハット断面形状の鋼板とを、前記ハット断面形状の鋼板のフランジ部でレーザ溶接する方法において、前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅Ｗが板厚ｔの１．４倍以上、３．０倍以下となるように連続溶接することを特徴とする軸圧潰時の衝撃吸収に優れた衝撃吸収部材のレーザ溶接方法が記載されている。また、この特許文献２には、前記ハット断面形状の鋼板およびフラット形状の鋼板の板厚をｔとした場合に、前記フランジの縦壁部からフランジの幅方向に距離ｄ＝１２ｔ0.5の範囲内でレーザにより連続溶接するのがよい旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７０５６８号公報
【特許文献２】特開２００２−７９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、前記したように衝突時のエネルギーを多く吸収して欲しいという要望に十分に応えられないことがある。
また、特許文献２のようにスポットに代えてレーザ溶接などにより接合を「点」から「連続」で行う場合には次のような問題がある。
（１）現行のスポット溶接部位を単純にレーザ溶接に置き換えた場合、レーザによる接合線が非常に細いため接合強度の確保ができず、衝突時のエネルギー吸収量も１０〜１５％しか向上しない。
（２）フロントサイドフレームなどの車両フレーム部材には防蝕のため亜鉛めっき鋼板が用いられているが、同重ね板組みの部位をレーザ溶接すると蒸気化した亜鉛がブローホールとして接合部内部に残留し、著しい強度低下を招く。
（３）従来のスポット溶接が「点」の接合であるのに対し、「連続」接合であるレーザ溶接を適用するとその入熱量が大きいため、著しい熱歪み変形が発生する。
【０００９】
前記したように、特許文献２には、ハット断面形状の鋼板およびフラット形状の鋼板の板厚をｔとした場合に、フランジの縦壁部からフランジの幅方向に距離ｄ＝１２ｔ0.5の範囲内でレーザによって連続溶接する旨が記載されているが、その溶接位置が適切化されていないため、フランジ部の壁部から離れてフランジ部の中央部分となったり、よりフランジ部外側方向となったりする場合がある。このような溶接位置でレーザによる連続溶接を行うと、前記した（２）および（３）の問題が顕著となる。
【００１０】
本発明は前記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い接合強度を有し、亜鉛めっき鋼板を用いている場合は亜鉛のブローホールによる強度低下を防止し、さらに熱歪み変形を防止することのできる車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接する車両フレーム部材の溶接方法であって、前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部に沿って連続溶接することを特徴としている。
【００１２】
このように、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを連続溶接するため、高い接合強度を有することができる。そのため、衝突時のエネルギー吸収量を増大させることができる。また、その溶接位置を前記した特定の範囲に規定したため、亜鉛めっき鋼板を用いた場合であっても連続溶接の際に亜鉛めっきから発生する亜鉛の蒸気が接触端部とパネル部材との間から大気に放出することができるのでブローホールの形成を防止することができる。そのため、接合不良がなくなり、接合強度の低下を防止することができる。さらに、溶接位置を前記した特定の範囲に規定したため、略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを溶接して固定されると、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材の壁部がリブ効果を発揮し、当該壁部の剛性により熱収縮にともなう歪み変形を抑えることができるため、熱歪み変形量を小さく抑えることができる。
【００１３】
また、本発明に係る車両フレーム部材は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接した車両フレーム部材であって、前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐが、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であり、前記壁部に沿って連続溶接されていることを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明に係る車両フレーム部材は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを連続溶接しているため、高い接合強度を有することができる。また、その溶接位置を前記した特定の範囲に規定しているため、亜鉛めっき鋼板を用いている場合であっても連続溶接の際に亜鉛めっきから発生する亜鉛の蒸気が接触端部とパネル部材との間から大気に放出されているのでブローホールが形成されていない。そのため、接合強度が低下しない。さらに、溶接位置を前記した特定の範囲に規定して略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを溶接して固定しているので、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材の壁部がリブ効果を発揮し、当該壁部の剛性により熱収縮にともなう熱歪み変形が抑えられているため、熱歪み変形量が小さく抑えられている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法によれば、溶接位置を最適化したため、高い接合強度を有することができ、また、亜鉛めっき鋼板を用いる場合であっても亜鉛のブローホールの形成を防止することによって強度低下を防止することができ、さらに熱歪み変形を防止することができる。つまり、最適位置への接合幅を確保した連続溶接施工が可能になり、衝突吸収エネルギー量を大幅（約３５〜４０％）に向上させることが可能となる。
【００１６】
本発明に係る車両フレーム部材によれば、溶接位置を最適化したため、高い接合強度を有することができ、また、亜鉛めっき鋼板を用いている場合であっても亜鉛のブローホールの形成を防止しているので強度低下を防止することができ、さらに熱歪み変形を防止することができる。つまり、最適位置への接合幅を確保した連続溶接施工により、衝突吸収エネルギー量が大幅（約３５〜４０％）に向上している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法の概略を示す概略図であって、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）のさらなる要部拡大図である。
【図２】本発明の溶接対象となる車両フレーム部材の一例を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、試験材の形状および寸法を説明する図である。
【図４】比較例と実施例の衝突時のエネルギー吸収量を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、熱歪み変形量の結果を示すグラフである。
【図６】ブローホールと溶落ちの発生を確認した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の要旨は、レーザとアークを複合した溶接技術などにより連続溶接を行うことで重ね溶接に必要な貫通性能と接合幅の確保を両立するとともに、ハット状のフレーム部材のフランジ部と、パネル部材とが接触するフランジ部の接触端部近傍、つまり、当該フレーム部材のフランジ部の丸みを帯びた角部（Ｒ部ともいう）近傍で連続溶接することにより、（１）部材形状がより拘束され、衝突エネルギー吸収量を大幅に向上させ、（２）亜鉛めっき鋼板を用いた場合はこれを溶接する際の溶接施工時に気化した亜鉛をＲ部から放出させてブローホールの形成を抑制し、（３）溶接施工時の入熱による部材形状の熱歪み変形を、ハット状のフレーム部材の壁部にリブ効果を発揮させることによって抑制する点にある。
【００１９】
以下、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材について図面を参照して詳細に説明する。
はじめに、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法について説明する。
本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、図１に示すように、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１と、このフレーム部材１のフランジ部１１と接合することにより閉断面を形成するパネル部材２とを溶接する車両フレーム部材３の溶接方法であって、前記パネル部材２と接触する前記フランジ部１１の接触端部１２から前記フランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部１３に沿って連続溶接するものである。
【００２０】
なお、本発明の溶接対象となる車両フレーム部材３としては、例えば、図２に示すフロントバルクヘッド３０のフロントサイドフレーム３１のほか、フロントバンパビームエクステンション、ロアリアフレームなどを挙げることができるがこれに限定されるものではなく、衝突時の衝撃エネルギーを吸収するための部材であればどのような部材にも適用することができる。
【００２１】
フレーム部材１およびパネル部材２は、例えば、亜鉛めっき鋼板を用いることができるが、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法が適用できる材質のものであればどのようなものでも用いることができる。
【００２２】
本発明における溶接手法は、連続溶接できるものであって、重ね溶接に必要な貫通性能と接合強度を確保することができればよい。例えば、レーザとアークの複合溶接（ハイブリッド溶接）を好適に適用できる。また例えば、溶接幅を広くするためにレーザを複数平行して施工する溶接手法なども好適に適用できる。レーザ溶接に使用するレーザ光線は、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、気体レーザ、固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザのいずれも使用することができる。レーザ溶接は貫通性能が優れているので部材間のギャップ制御が不要であるというメリットがある。アーク溶接は、ティグ溶接、ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接のいずれでも使用することができる。
【００２３】
溶接位置Ｐが±０ｍｍを超えてマイナス（−）寄り（つまり、溶接位置Ｐが接触端部１２から±０ｍｍを超えてフレーム部材１のフランジ部１１外側方向寄り）であると、亜鉛めっき鋼板を用いて連続溶接した際に発生する亜鉛の蒸気が排出されないので溶融した金属内にブローホールが形成される結果、接合強度が低下してしまうおそれがある。
また、溶接位置Ｐが＋１．５ｍｍを含んでプラス（＋）寄り（つまり、溶接位置Ｐが接触端部１２から＋１．５ｍｍを含んでフレーム部材１の接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向寄り）であると、連続溶接した際に、フレーム部材１およびパネル部材２のうちの少なくとも一方が溶落ちてしまうおそれがある。
したがって、パネル部材２と接触するフランジ部１１の接触端部１２からフランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内、より確実には±０ｍｍ≦Ｐ≦＋１．０ｍｍの範囲内で壁部１３に沿って連続溶接することとしている。
【００２４】
このような溶接位置Ｐで溶接すると、連続溶接であるため従来のスポット溶接などと比較して接合強度を高くすることができ、衝突時のエネルギー吸収量を増大させることができる。また、亜鉛めっき鋼板を用いて連続溶接した際に発生する亜鉛の蒸気を接触端部１２とパネル部材２との間から大気に放出させることができるのでブローホールの形成を防止することができる。さらに、略ハット状のフレーム部材１とパネル部材２とを溶接して固定されると、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材１の壁部１３がリブ効果を発揮し、当該壁部１３の剛性により熱収縮にともなう熱歪み変形を抑えることができるため、熱歪み変形量を小さく抑えることができる。
【００２５】
連続溶接する溶接機は、従来公知の溶接機を用いることができる。例えば、６軸多間接ロボットのアームの先端に取り付けられた溶接ヘッドを有する溶接機や、手動で溶接する手動溶接機を用いることができる。
このような溶接機による連続溶接は、フレーム部材１側およびパネル部材２側のいずれから行ってもよいが、部材の立体形状に邪魔されないのでパネル部材２側から溶接した方が容易である。かかる連続溶接は、例えば、壁部１３に当接して壁部１３の形状に倣って溶接を行う所謂倣い溶接で行うことができる。また、溶接を行わないマスターワークを用意し、これをティーチング作業に用いる溶接で行うことができる。さらに、ロボットアームの動作を予めプログラミングしておき、プログラミングしたプログラムを実行することによって溶接を行うことでも可能である。
【００２６】
亜鉛めっき鋼板で作製された車両フレーム部材３を前記した溶接機で連続溶接すると、フレーム部材１とパネル部材２に使用されている亜鉛めっきが蒸発することになるが、本発明の溶接方法ではフレーム部材１とパネル部材２が接触する接触端部１２近傍で溶接するため、そのような場合であっても亜鉛めっきの蒸気が接触端部１２とパネル部材２との間から大気に放出することができ、ブローホールの形成を防止することが可能である。そのため、接合強度が低下してしまうのを防止することができる。
【００２７】
したがって、このようにして溶接された本発明に係る車両フレーム部材３は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１と、このフレーム部材１のフランジ部１１と接合することにより閉断面を形成するパネル部材２とを溶接した車両フレーム部材であって、前記パネル部材２と接触する前記フランジ部１１の接触端部１２から前記フランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐが、前記接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であり、前記壁部１３に沿って連続溶接された構造を有することとなる。
【００２８】
そのため、本発明に係る車両フレーム部材３は、前記したように、連続溶接されているため従来のスポット溶接などと比較して接合強度を高くすることができ、衝突時のエネルギー吸収量が増大している。また、亜鉛めっき鋼板を用いた場合でも連続溶接の際に亜鉛めっきから発生する亜鉛の蒸気が接触端部１２とパネル部材２との間から大気に放出されているためブローホールが形成されておらず、接合強度が低下しない。さらに、略ハット状のフレーム部材１とパネル部材２とを溶接して固定されると、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材１の壁部１３がリブ効果を発揮し、当該壁部１３の剛性により熱収縮にともなう熱歪み変形を抑えることができる。そのため、例えば、スポット溶接のみの場合と比べると衝突吸収エネルギー量を約３５〜４０％向上させることが可能である。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法および本発明に係る車両フレームの実施例を比較例と対比して説明する。
〔１〕試験材の作製
まず、図３（ａ）〜（ｃ）に示す形状および寸法を有する試験材を作製した。試験材には板厚１．４ｍｍのＪＳＣ５９０Ｒを使用した。その形状は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１で幅方向の最大寸法は１１５ｍｍであり、長さは３００ｍｍであり、ハット状を呈する上部の幅寸法は７０ｍｍ、高さは７０ｍｍであった。また、フレーム部材１の接触端部１２をはじめとする角部には丸み（所謂アール）が設けられており、いずれもＲ３ｍｍで形成した。なお、接触端部１２から立ち上がる壁部１３（図１参照）は３°の傾斜が付けられている。つまりフランジ部１１（図１参照）と壁部１３の形成する角度は９３°となる。フレーム部材１とパネル部材２の溶接は、スポット溶接の場合は、図３（ｃ）に示すように、３０ｍｍピッチで１０箇所溶接し、連続溶接の場合は、一端部から他端部までを一繋がりとなるように連続して溶接した。このようにして形成した車両フレーム部材３の試験材の両端に、後記する測定内容に応じて、適宜衝撃時のエネルギー吸収量をはかるための板材（１７０ｍｍ×１２５ｍｍ）などを取り付けた。
【００３０】
〔２〕衝撃時のエネルギー吸収量の測定
前記した板材を取り付けた試験材に対して落錘試験を実施して、衝突時のエネルギー吸収量（％）の測定を行った。落錘試験は、時速５０ｋｍ／ｈ吸収ストローク１５０ｍｍという設定で算出した。図４にその結果を示す。ここで、図４の（ａ）は、スポット溶接単独で溶接したものであり、（ｂ）は、フランジ部１１の端部をマグ溶接とレーザ溶接の複合溶接にて連続溶接したものであり、（ｃ）は、フランジ部１１の中央をマグ溶接とレーザ溶接の複合溶接にて連続溶接したものであり、（ｄ）は、接触端部１２をマグ溶接とレーザ溶接の複合溶接にて連続溶接したものであり、（ｅ）は、接触端部１２をレーザ溶接単独で連続溶接したものである。なお、図４の縦軸は衝突時のエネルギー吸収量（％）を示す。
【００３１】
図４に示すように、従来例である（ａ）の衝突時のエネルギー吸収量を１００％とした場合、比較例に相当する（ｂ）は１１５％、同じく比較例に相当する（ｃ）は１２４．１％であったのに対し、実施例に相当する（ｄ）は１３８．５％であった。なお、比較例に相当する（ｅ）は１２２．０％であったが、落錘試験のばらつきが大きかったため参考値扱いとした。
図４を見てわかるように、実施例に相当する（ｄ）は、スポット溶接と比較して３８．５％も衝突時のエネルギー吸収量が増大していた。
【００３２】
〔３〕熱歪み変形量の測定
熱歪みの変形量の測定は、図５（ａ）に示すように、はじめにスポット溶接で４箇所仮止めした試験材（ＪＳＣ５９０Ｒ、板厚１．４ｍｍ）のフランジ部１１の中央（ギャップ０ｍｍ）をマグ溶接（アーク電流１５０Ａ）とレーザ溶接（レーザ出力３．３ｋＷ）の複合溶接にて溶接速度１７０ｃｍ／ｍｉｎで連続溶接した場合と、図５（ｂ）に示すように、はじめにスポット溶接で４箇所仮止めした試験材（ＪＳＣ５９０Ｒ、板厚１．４ｍｍ）のフランジ部１１の接触端部１２（ギャップ０ｍｍ）をマグ溶接（アーク電流２５０Ａ）とレーザ溶接（レーザ出力３．５ｋＷ）の複合溶接にて溶接速度２５０ｃｍ／ｍｉｎで連続溶接した場合とを、東京貿易株式会社製の非接触式３次元測定器 ＶＥＣＴＯＲＯＮ ＶＡＲ２００Ｌで測定することにより行った。結果を図５に示す。
【００３３】
比較例に相当するフランジ部１１の中央で連続溶接した場合の変形量［ｍｍ］は、フランジ部１１近傍で最大１．２７ｍｍ（図５（ａ）、（ｃ）参照）となり、パネル部材２の一般部では最大１．４３ｍｍ（図５（ａ）、（ｄ）参照）となった。
一方、実施例に相当するフランジ部１１の接触端部１２で連続溶接した場合の変形量［ｍｍ］は、フランジ部１１近傍で最大０．７３ｍｍ（図５（ｂ）、（ｃ）参照）となり、パネル部材２の一般部では最大０．５３ｍｍ（図５（ｂ）、（ｄ）参照）となった。
実施例に相当する接触端部１２近傍で連続溶接した場合、比較例に相当するフランジ部１１の中央で連続溶接した場合と比較すると、フランジ部１１近傍での変形量は−４２％となり、一般部での変形量は−６３％となった。
【００３４】
〔４〕ブローホールの発生率
図６に示すように、パネル部材２と接触するフランジ部１１の接触端部１２からフランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、＋１．５ｍｍ、＋１．０ｍｍ、＋０．５ｍｍ、±０ｍｍ、−０．５ｍｍ、−１．０ｍｍ、−１．５ｍｍの７箇所を狙い位置として溶接位置Ｐを設定し、図６の紙面奥行き方向に向かって、図５（ｂ）に示す条件と同様の条件、すなわち、マグ溶接（アーク電流２５０Ａ）とレーザ溶接（レーザ出力３．５ｋＷ）の複合溶接にて連続溶接した（溶接速度２５０ｃｍ／ｍｉｎ）。なお、フレーム部材１およびパネル部材２はＪＳＣ５９０Ｒで作製した。各溶接位置Ｐで溶接した様子を同図中にその溶接位置とともに示す。なお、図６の溶接の様子を示す写真は横向きになっているが、これは図６の紙面奥行き方向に向かって溶接したものを横向きに掲載したものである。ブローホールの発生率は、破断面を写真撮影してブローホールの面積率を算出することによって算出した。
【００３５】
その結果、図６に示すように、＋１．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は０％であり、ＨＡＺ破断であったものの、フレーム部材１に微量ではあるが溶落ちが見られた。
＋１．０ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は０％であり、ＨＡＺ破断であった。＋０．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は６．３％であり、ＨＡＺ破断であった。±０ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は１５．４％であり、ＨＡＺ破断であった。これらは、ブローホールは発生しないか、発生しても非常に少なかったため接合強度を低下させるほどではなかった。
一方、−０．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は３９．７％であり、シャー破断であった。−１．０ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は６０．９％であり、ＨＡＺ破断であった。−１．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は５５．６％であり、シャー破断であった。これらは、ブローホールが多く発生したため、接合強度が低下していることがわかった。
【００３６】
破断形態、溶落ち、およびブローホールの発生率についての結果を表１にまとめた。ブローホールの発生率は２８％以下であれば良好な接合強度を確保できると判断し、２８％以下を合格、２８％を超えるものを不合格とした。また、溶落ちについては、溶落ちがあったものを「有り」、溶落ちがなかったものを「無し」として示した。
表１に示すように、パネル部材２と接触するフランジ部１１の接触端部１２からフランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときにおける溶接位置Ｐが、接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内、より確実には±０ｍｍ≦Ｐ≦＋１．０ｍｍの範囲内であれば、表１の判定の欄に示すように“○”すなわち合格（実施例）となり、溶接位置Ｐが前記した範囲を外れると“×”すなわち不合格（比較例）となった。
【００３７】
以上に説明したように、溶接位置Ｐが、接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であれば高い接合強度を有し、亜鉛めっきによる強度低下を防止し、さらに熱歪み変形を防止することのできる車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材を提供するという本発明の所望する効果を奏することがわかった。
【００３８】
【表１】
【符号の説明】
【００３９】
１ フレーム部材
１１ フランジ部
１２ 接触端部
１３ 壁部
２ パネル部材
３ 車両フレーム部材
３０ フロントバルクヘッド
３１ フロントサイドフレーム
Ｐ 溶接位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用ボディ部品などの衝突時のエネルギーを吸収して乗員を保護する車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロントサイドフレームなどの車両フレーム部材には衝突時の衝撃から乗員を保護するために、衝突の衝撃を和らげる必要があり、そのためその衝撃時のエネルギーをできるだけ吸収する性能が求められている。
従来、車両フレーム部材の接合には、複数のハット状のフレーム部材をスポット溶接（またはリベット、クリンチ）等のいわゆる点溶接・点接合が用いられている。このような技術としては、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
この特許文献１には、高密度エネルギビームを用いて、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネルとを溶接する車両フレーム部材のビーム溶接方法であって、上記フランジ部の幅方向の側縁部とパネルとを断続的に溶接することを特徴とする車両フレーム部材のビーム溶接方法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、衝突時のエネルギーを多く吸収して欲しいという要望が強いため車両フレーム部材の板厚を厚くしたり、より高強度な材料を用いたりしてこれに対応している。
また、規則正しく圧潰が進む様にハット状のフレーム部材の断面形状を工夫したり、ハット状のフレーム部材中にテーパを設けたりして、フレーム部材の構造を改良することによって対応している。
【０００５】
このような高強度な材料への変更はコスト増加を招くとともに加工性の低下に繋がり生産性が落ちる。また、板厚の増加もコストの増加を招くとともに、車体重量の増加に繋がる。
そのため、衝突時のエネルギーを多く吸収させたい場合の対策手法として、材料や板厚、構造の適正化の他にレーザ溶接などにより接合を「点」から「連続」にすることによって衝突時のエネルギー吸収量を増加させる技術が開発されている。このような技術としては、例えば、特許文献２がある。
【０００６】
この特許文献２には、閉断面構造の衝撃吸収部材を構成するハット断面形状の鋼板とフラット形状の鋼板またはハット断面形状の鋼板とを、前記ハット断面形状の鋼板のフランジ部でレーザ溶接する方法において、前記フランジ部の重ね合わせ面での溶融幅Ｗが板厚ｔの１．４倍以上、３．０倍以下となるように連続溶接することを特徴とする軸圧潰時の衝撃吸収に優れた衝撃吸収部材のレーザ溶接方法が記載されている。また、この特許文献２には、前記ハット断面形状の鋼板およびフラット形状の鋼板の板厚をｔとした場合に、前記フランジの縦壁部からフランジの幅方向に距離ｄ＝１２ｔ0.5の範囲内でレーザにより連続溶接するのがよい旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７０５６８号公報
【特許文献２】特開２００２−７９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、前記したように衝突時のエネルギーを多く吸収して欲しいという要望に十分に応えられないことがある。
また、特許文献２のようにスポットに代えてレーザ溶接などにより接合を「点」から「連続」で行う場合には次のような問題がある。
（１）現行のスポット溶接部位を単純にレーザ溶接に置き換えた場合、レーザによる接合線が非常に細いため接合強度の確保ができず、衝突時のエネルギー吸収量も１０〜１５％しか向上しない。
（２）フロントサイドフレームなどの車両フレーム部材には防蝕のため亜鉛めっき鋼板が用いられているが、同重ね板組みの部位をレーザ溶接すると蒸気化した亜鉛がブローホールとして接合部内部に残留し、著しい強度低下を招く。
（３）従来のスポット溶接が「点」の接合であるのに対し、「連続」接合であるレーザ溶接を適用するとその入熱量が大きいため、著しい熱歪み変形が発生する。
【０００９】
前記したように、特許文献２には、ハット断面形状の鋼板およびフラット形状の鋼板の板厚をｔとした場合に、フランジの縦壁部からフランジの幅方向に距離ｄ＝１２ｔ0.5の範囲内でレーザによって連続溶接する旨が記載されているが、その溶接位置が適切化されていないため、フランジ部の壁部から離れてフランジ部の中央部分となったり、よりフランジ部外側方向となったりする場合がある。このような溶接位置でレーザによる連続溶接を行うと、前記した（２）および（３）の問題が顕著となる。
【００１０】
本発明は前記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い接合強度を有し、亜鉛めっき鋼板を用いている場合は亜鉛のブローホールによる強度低下を防止し、さらに熱歪み変形を防止することのできる車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接する車両フレーム部材の溶接方法であって、前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部に沿って連続溶接することを特徴としている。
【００１２】
このように、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを連続溶接するため、高い接合強度を有することができる。そのため、衝突時のエネルギー吸収量を増大させることができる。また、その溶接位置を前記した特定の範囲に規定したため、亜鉛めっき鋼板を用いた場合であっても連続溶接の際に亜鉛めっきから発生する亜鉛の蒸気が接触端部とパネル部材との間から大気に放出することができるのでブローホールの形成を防止することができる。そのため、接合不良がなくなり、接合強度の低下を防止することができる。さらに、溶接位置を前記した特定の範囲に規定したため、略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを溶接して固定されると、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材の壁部がリブ効果を発揮し、当該壁部の剛性により熱収縮にともなう歪み変形を抑えることができるため、熱歪み変形量を小さく抑えることができる。
【００１３】
また、本発明に係る車両フレーム部材は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接した車両フレーム部材であって、前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐが、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であり、前記壁部に沿って連続溶接されていることを特徴としている。
【００１４】
このように、本発明に係る車両フレーム部材は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを連続溶接しているため、高い接合強度を有することができる。また、その溶接位置を前記した特定の範囲に規定しているため、亜鉛めっき鋼板を用いている場合であっても連続溶接の際に亜鉛めっきから発生する亜鉛の蒸気が接触端部とパネル部材との間から大気に放出されているのでブローホールが形成されていない。そのため、接合強度が低下しない。さらに、溶接位置を前記した特定の範囲に規定して略ハット状のフレーム部材とパネル部材とを溶接して固定しているので、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材の壁部がリブ効果を発揮し、当該壁部の剛性により熱収縮にともなう熱歪み変形が抑えられているため、熱歪み変形量が小さく抑えられている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法によれば、溶接位置を最適化したため、高い接合強度を有することができ、また、亜鉛めっき鋼板を用いる場合であっても亜鉛のブローホールの形成を防止することによって強度低下を防止することができ、さらに熱歪み変形を防止することができる。つまり、最適位置への接合幅を確保した連続溶接施工が可能になり、衝突吸収エネルギー量を大幅（約３５〜４０％）に向上させることが可能となる。
【００１６】
本発明に係る車両フレーム部材によれば、溶接位置を最適化したため、高い接合強度を有することができ、また、亜鉛めっき鋼板を用いている場合であっても亜鉛のブローホールの形成を防止しているので強度低下を防止することができ、さらに熱歪み変形を防止することができる。つまり、最適位置への接合幅を確保した連続溶接施工により、衝突吸収エネルギー量が大幅（約３５〜４０％）に向上している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法の概略を示す概略図であって、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）のさらなる要部拡大図である。
【図２】本発明の溶接対象となる車両フレーム部材の一例を示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、試験材の形状および寸法を説明する図である。
【図４】比較例と実施例の衝突時のエネルギー吸収量を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、熱歪み変形量の結果を示すグラフである。
【図６】ブローホールと溶落ちの発生を確認した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の要旨は、レーザとアークを複合した溶接技術などにより連続溶接を行うことで重ね溶接に必要な貫通性能と接合幅の確保を両立するとともに、ハット状のフレーム部材のフランジ部と、パネル部材とが接触するフランジ部の接触端部近傍、つまり、当該フレーム部材のフランジ部の丸みを帯びた角部（Ｒ部ともいう）近傍で連続溶接することにより、（１）部材形状がより拘束され、衝突エネルギー吸収量を大幅に向上させ、（２）亜鉛めっき鋼板を用いた場合はこれを溶接する際の溶接施工時に気化した亜鉛をＲ部から放出させてブローホールの形成を抑制し、（３）溶接施工時の入熱による部材形状の熱歪み変形を、ハット状のフレーム部材の壁部にリブ効果を発揮させることによって抑制する点にある。
【００１９】
以下、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材について図面を参照して詳細に説明する。
はじめに、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法について説明する。
本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法は、図１に示すように、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１と、このフレーム部材１のフランジ部１１と接合することにより閉断面を形成するパネル部材２とを溶接する車両フレーム部材３の溶接方法であって、前記パネル部材２と接触する前記フランジ部１１の接触端部１２から前記フランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部１３に沿って連続溶接するものである。
【００２０】
なお、本発明の溶接対象となる車両フレーム部材３としては、例えば、図２に示すフロントバルクヘッド３０のフロントサイドフレーム３１のほか、フロントバンパビームエクステンション、ロアリアフレームなどを挙げることができるがこれに限定されるものではなく、衝突時の衝撃エネルギーを吸収するための部材であればどのような部材にも適用することができる。
【００２１】
フレーム部材１およびパネル部材２は、例えば、亜鉛めっき鋼板を用いることができるが、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法が適用できる材質のものであればどのようなものでも用いることができる。
【００２２】
本発明における溶接手法は、連続溶接できるものであって、重ね溶接に必要な貫通性能と接合強度を確保することができればよい。例えば、レーザとアークの複合溶接（ハイブリッド溶接）を好適に適用できる。また例えば、溶接幅を広くするためにレーザを複数平行して施工する溶接手法なども好適に適用できる。レーザ溶接に使用するレーザ光線は、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、気体レーザ、固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザのいずれも使用することができる。レーザ溶接は貫通性能が優れているので部材間のギャップ制御が不要であるというメリットがある。アーク溶接は、ティグ溶接、ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接のいずれでも使用することができる。
【００２３】
溶接位置Ｐが±０ｍｍを超えてマイナス（−）寄り（つまり、溶接位置Ｐが接触端部１２から±０ｍｍを超えてフレーム部材１のフランジ部１１外側方向寄り）であると、亜鉛めっき鋼板を用いて連続溶接した際に発生する亜鉛の蒸気が排出されないので溶融した金属内にブローホールが形成される結果、接合強度が低下してしまうおそれがある。
また、溶接位置Ｐが＋１．５ｍｍを含んでプラス（＋）寄り（つまり、溶接位置Ｐが接触端部１２から＋１．５ｍｍを含んでフレーム部材１の接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向寄り）であると、連続溶接した際に、フレーム部材１およびパネル部材２のうちの少なくとも一方が溶落ちてしまうおそれがある。
したがって、パネル部材２と接触するフランジ部１１の接触端部１２からフランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内、より確実には±０ｍｍ≦Ｐ≦＋１．０ｍｍの範囲内で壁部１３に沿って連続溶接することとしている。
【００２４】
このような溶接位置Ｐで溶接すると、連続溶接であるため従来のスポット溶接などと比較して接合強度を高くすることができ、衝突時のエネルギー吸収量を増大させることができる。また、亜鉛めっき鋼板を用いて連続溶接した際に発生する亜鉛の蒸気を接触端部１２とパネル部材２との間から大気に放出させることができるのでブローホールの形成を防止することができる。さらに、略ハット状のフレーム部材１とパネル部材２とを溶接して固定されると、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材１の壁部１３がリブ効果を発揮し、当該壁部１３の剛性により熱収縮にともなう熱歪み変形を抑えることができるため、熱歪み変形量を小さく抑えることができる。
【００２５】
連続溶接する溶接機は、従来公知の溶接機を用いることができる。例えば、６軸多間接ロボットのアームの先端に取り付けられた溶接ヘッドを有する溶接機や、手動で溶接する手動溶接機を用いることができる。
このような溶接機による連続溶接は、フレーム部材１側およびパネル部材２側のいずれから行ってもよいが、部材の立体形状に邪魔されないのでパネル部材２側から溶接した方が容易である。かかる連続溶接は、例えば、壁部１３に当接して壁部１３の形状に倣って溶接を行う所謂倣い溶接で行うことができる。また、溶接を行わないマスターワークを用意し、これをティーチング作業に用いる溶接で行うことができる。さらに、ロボットアームの動作を予めプログラミングしておき、プログラミングしたプログラムを実行することによって溶接を行うことでも可能である。
【００２６】
亜鉛めっき鋼板で作製された車両フレーム部材３を前記した溶接機で連続溶接すると、フレーム部材１とパネル部材２に使用されている亜鉛めっきが蒸発することになるが、本発明の溶接方法ではフレーム部材１とパネル部材２が接触する接触端部１２近傍で溶接するため、そのような場合であっても亜鉛めっきの蒸気が接触端部１２とパネル部材２との間から大気に放出することができ、ブローホールの形成を防止することが可能である。そのため、接合強度が低下してしまうのを防止することができる。
【００２７】
したがって、このようにして溶接された本発明に係る車両フレーム部材３は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１と、このフレーム部材１のフランジ部１１と接合することにより閉断面を形成するパネル部材２とを溶接した車両フレーム部材であって、前記パネル部材２と接触する前記フランジ部１１の接触端部１２から前記フランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐが、前記接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であり、前記壁部１３に沿って連続溶接された構造を有することとなる。
【００２８】
そのため、本発明に係る車両フレーム部材３は、前記したように、連続溶接されているため従来のスポット溶接などと比較して接合強度を高くすることができ、衝突時のエネルギー吸収量が増大している。また、亜鉛めっき鋼板を用いた場合でも連続溶接の際に亜鉛めっきから発生する亜鉛の蒸気が接触端部１２とパネル部材２との間から大気に放出されているためブローホールが形成されておらず、接合強度が低下しない。さらに、略ハット状のフレーム部材１とパネル部材２とを溶接して固定されると、連続溶接によって大きな入熱があってもフレーム部材１の壁部１３がリブ効果を発揮し、当該壁部１３の剛性により熱収縮にともなう熱歪み変形を抑えることができる。そのため、例えば、スポット溶接のみの場合と比べると衝突吸収エネルギー量を約３５〜４０％向上させることが可能である。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明に係る車両フレーム部材の溶接方法および本発明に係る車両フレームの実施例を比較例と対比して説明する。
〔１〕試験材の作製
まず、図３（ａ）〜（ｃ）に示す形状および寸法を有する試験材を作製した。試験材には板厚１．４ｍｍのＪＳＣ５９０Ｒを使用した。その形状は、幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材１で幅方向の最大寸法は１１５ｍｍであり、長さは３００ｍｍであり、ハット状を呈する上部の幅寸法は７０ｍｍ、高さは７０ｍｍであった。また、フレーム部材１の接触端部１２をはじめとする角部には丸み（所謂アール）が設けられており、いずれもＲ３ｍｍで形成した。なお、接触端部１２から立ち上がる壁部１３（図１参照）は３°の傾斜が付けられている。つまりフランジ部１１（図１参照）と壁部１３の形成する角度は９３°となる。フレーム部材１とパネル部材２の溶接は、スポット溶接の場合は、図３（ｃ）に示すように、３０ｍｍピッチで１０箇所溶接し、連続溶接の場合は、一端部から他端部までを一繋がりとなるように連続して溶接した。このようにして形成した車両フレーム部材３の試験材の両端に、後記する測定内容に応じて、適宜衝撃時のエネルギー吸収量をはかるための板材（１７０ｍｍ×１２５ｍｍ）などを取り付けた。
【００３０】
〔２〕衝撃時のエネルギー吸収量の測定
前記した板材を取り付けた試験材に対して落錘試験を実施して、衝突時のエネルギー吸収量（％）の測定を行った。落錘試験は、時速５０ｋｍ／ｈ吸収ストローク１５０ｍｍという設定で算出した。図４にその結果を示す。ここで、図４の（ａ）は、スポット溶接単独で溶接したものであり、（ｂ）は、フランジ部１１の端部をマグ溶接とレーザ溶接の複合溶接にて連続溶接したものであり、（ｃ）は、フランジ部１１の中央をマグ溶接とレーザ溶接の複合溶接にて連続溶接したものであり、（ｄ）は、接触端部１２をマグ溶接とレーザ溶接の複合溶接にて連続溶接したものであり、（ｅ）は、接触端部１２をレーザ溶接単独で連続溶接したものである。なお、図４の縦軸は衝突時のエネルギー吸収量（％）を示す。
【００３１】
図４に示すように、従来例である（ａ）の衝突時のエネルギー吸収量を１００％とした場合、比較例に相当する（ｂ）は１１５％、同じく比較例に相当する（ｃ）は１２４．１％であったのに対し、実施例に相当する（ｄ）は１３８．５％であった。なお、比較例に相当する（ｅ）は１２２．０％であったが、落錘試験のばらつきが大きかったため参考値扱いとした。
図４を見てわかるように、実施例に相当する（ｄ）は、スポット溶接と比較して３８．５％も衝突時のエネルギー吸収量が増大していた。
【００３２】
〔３〕熱歪み変形量の測定
熱歪みの変形量の測定は、図５（ａ）に示すように、はじめにスポット溶接で４箇所仮止めした試験材（ＪＳＣ５９０Ｒ、板厚１．４ｍｍ）のフランジ部１１の中央（ギャップ０ｍｍ）をマグ溶接（アーク電流１５０Ａ）とレーザ溶接（レーザ出力３．３ｋＷ）の複合溶接にて溶接速度１７０ｃｍ／ｍｉｎで連続溶接した場合と、図５（ｂ）に示すように、はじめにスポット溶接で４箇所仮止めした試験材（ＪＳＣ５９０Ｒ、板厚１．４ｍｍ）のフランジ部１１の接触端部１２（ギャップ０ｍｍ）をマグ溶接（アーク電流２５０Ａ）とレーザ溶接（レーザ出力３．５ｋＷ）の複合溶接にて溶接速度２５０ｃｍ／ｍｉｎで連続溶接した場合とを、東京貿易株式会社製の非接触式３次元測定器 ＶＥＣＴＯＲＯＮ ＶＡＲ２００Ｌで測定することにより行った。結果を図５に示す。
【００３３】
比較例に相当するフランジ部１１の中央で連続溶接した場合の変形量［ｍｍ］は、フランジ部１１近傍で最大１．２７ｍｍ（図５（ａ）、（ｃ）参照）となり、パネル部材２の一般部では最大１．４３ｍｍ（図５（ａ）、（ｄ）参照）となった。
一方、実施例に相当するフランジ部１１の接触端部１２で連続溶接した場合の変形量［ｍｍ］は、フランジ部１１近傍で最大０．７３ｍｍ（図５（ｂ）、（ｃ）参照）となり、パネル部材２の一般部では最大０．５３ｍｍ（図５（ｂ）、（ｄ）参照）となった。
実施例に相当する接触端部１２近傍で連続溶接した場合、比較例に相当するフランジ部１１の中央で連続溶接した場合と比較すると、フランジ部１１近傍での変形量は−４２％となり、一般部での変形量は−６３％となった。
【００３４】
〔４〕ブローホールの発生率
図６に示すように、パネル部材２と接触するフランジ部１１の接触端部１２からフランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときに、＋１．５ｍｍ、＋１．０ｍｍ、＋０．５ｍｍ、±０ｍｍ、−０．５ｍｍ、−１．０ｍｍ、−１．５ｍｍの７箇所を狙い位置として溶接位置Ｐを設定し、図６の紙面奥行き方向に向かって、図５（ｂ）に示す条件と同様の条件、すなわち、マグ溶接（アーク電流２５０Ａ）とレーザ溶接（レーザ出力３．５ｋＷ）の複合溶接にて連続溶接した（溶接速度２５０ｃｍ／ｍｉｎ）。なお、フレーム部材１およびパネル部材２はＪＳＣ５９０Ｒで作製した。各溶接位置Ｐで溶接した様子を同図中にその溶接位置とともに示す。なお、図６の溶接の様子を示す写真は横向きになっているが、これは図６の紙面奥行き方向に向かって溶接したものを横向きに掲載したものである。ブローホールの発生率は、破断面を写真撮影してブローホールの面積率を算出することによって算出した。
【００３５】
その結果、図６に示すように、＋１．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は０％であり、ＨＡＺ破断であったものの、フレーム部材１に微量ではあるが溶落ちが見られた。
＋１．０ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は０％であり、ＨＡＺ破断であった。＋０．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は６．３％であり、ＨＡＺ破断であった。±０ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は１５．４％であり、ＨＡＺ破断であった。これらは、ブローホールは発生しないか、発生しても非常に少なかったため接合強度を低下させるほどではなかった。
一方、−０．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は３９．７％であり、シャー破断であった。−１．０ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は６０．９％であり、ＨＡＺ破断であった。−１．５ｍｍの溶接位置ではブローホールの発生率は５５．６％であり、シャー破断であった。これらは、ブローホールが多く発生したため、接合強度が低下していることがわかった。
【００３６】
破断形態、溶落ち、およびブローホールの発生率についての結果を表１にまとめた。ブローホールの発生率は２８％以下であれば良好な接合強度を確保できると判断し、２８％以下を合格、２８％を超えるものを不合格とした。また、溶落ちについては、溶落ちがあったものを「有り」、溶落ちがなかったものを「無し」として示した。
表１に示すように、パネル部材２と接触するフランジ部１１の接触端部１２からフランジ部１１外側方向をマイナス（−）とし、接触端部１２から屈曲して立ち上がる壁部１３側方向をプラス（＋）としたときにおける溶接位置Ｐが、接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内、より確実には±０ｍｍ≦Ｐ≦＋１．０ｍｍの範囲内であれば、表１の判定の欄に示すように“○”すなわち合格（実施例）となり、溶接位置Ｐが前記した範囲を外れると“×”すなわち不合格（比較例）となった。
【００３７】
以上に説明したように、溶接位置Ｐが、接触端部１２を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であれば高い接合強度を有し、亜鉛めっきによる強度低下を防止し、さらに熱歪み変形を防止することのできる車両フレーム部材の溶接方法および車両フレーム部材を提供するという本発明の所望する効果を奏することがわかった。
【００３８】
【表１】
【符号の説明】
【００３９】
１ フレーム部材
１１ フランジ部
１２ 接触端部
１３ 壁部
２ パネル部材
３ 車両フレーム部材
３０ フロントバルクヘッド
３１ フロントサイドフレーム
Ｐ 溶接位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接する車両フレーム部材の溶接方法であって、
前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部に沿って連続溶接することを特徴とする車両フレーム部材の溶接方法。
【請求項２】
幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接した車両フレーム部材であって、
前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐが、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であり、前記壁部に沿って連続溶接されていることを特徴とする車両フレーム部材。
【請求項１】
幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接する車両フレーム部材の溶接方法であって、
前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐを、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内とし、前記壁部に沿って連続溶接することを特徴とする車両フレーム部材の溶接方法。
【請求項２】
幅方向の断面が略ハット状のフレーム部材と、このフレーム部材のフランジ部と接合することにより閉断面を形成するパネル部材とを溶接した車両フレーム部材であって、
前記パネル部材と接触する前記フランジ部の接触端部から前記フランジ部外側方向をマイナス（−）とし、前記接触端部から屈曲して立ち上がる壁部側方向をプラス（＋）としたときに、溶接位置Ｐが、前記接触端部を中心として±０ｍｍ≦Ｐ＜＋１．５ｍｍの範囲内であり、前記壁部に沿って連続溶接されていることを特徴とする車両フレーム部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５３５４５（Ｐ２０１０−２５３５４５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１０１１８（Ｐ２００９−１１０１１８）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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