(57)【要約】【課題】  溶接による熱変形が防止されるとともに、部品重量の軽量化および製造コストの軽減が図れ、かつ溶接工法が複雑にならない溶接構造部材を提供する。【解決手段】  中空断面を有する溶接構造部材１ａ，１ｂであって、前記中空断面における２つの溶接箇所Ａによって区画される第１の構造部１０と第２の構造部１１とを有し、前記中空断面における前記第２の構造部１１の長さＬ２は、前記第１の構造部１０の長さＬ１よりも長い溶接構造部材において、前記第２の構造部材１１に軸方向に伸延する段差部１５ａ，１５ｂが形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空断面を有する溶接構造部材であって、
前記中空断面における２つの溶接箇所によって区画される第１の構造部と第２の構造部とを有し、
前記中空断面における前記第２の構造部の長さは、前記第１の構造部の長さよりも長く、
前記第２の構造部に軸方向に伸延する段差部が形成されていることを特徴とする溶接構造部材。
【請求項２】
前記中空断面は、略四角形状を呈し、
前記第１の構造部は、前記中空断面を構成する第１の辺上に位置され、
前記段差部は、前記第１の辺と対向する第２の辺の両端部にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造部材。
【請求項３】
前記溶接構造部材の板厚が１０ｍｍ以下の場合、前記溶接箇所と前記段差部との間の前記溶接構造部材の長さは、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接構造部材。
【請求項４】
前記第１の構造部の板厚は、前記第２の構造部の板厚よりも厚いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の溶接構造部材。
【請求項５】
前記第１の構造部における外側表面に、他の溶接構造部材が、前記２つの溶接箇所において連結され得ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の溶接構造部材。
【請求項６】
前記第１の構造部は、板状を呈し、
前記第２の構造部は、コの字状を呈し、
前記第１の構造部の表面と、前記第２の構造部の端部とが、前記第２の溶接箇所によって連結されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の溶接構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接構造部材に関するものである。詳しくは、溶接による熱変形を防止するための溶接構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の骨格構造として、フロントサイドメンバーと呼ばれる部材が自動車前部の両側に配置される。このフロントサイドメンバーは、中空部を有する溶接構造部材によって構成され得るが、他部材との溶接によって熱変形を生じることが懸念される。
【０００３】
そこで、従来より、中空部を有する溶接構造部材において、溶接による熱変形を防止するために、溶接箇所近傍の内壁に補強材としての突起物を形成したものがある（特許文献１）。しかし、当該突起物が形成されることによって溶接構造部材の構造は複雑となるため、部品重量が重くなり、製造コストが高くつくことが考えられる。
【特許文献１】特開平１０−１０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、溶接による熱変形を防止可能であり、溶接構造部材の構造が複雑とならない溶接構造部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、下記の手段により達成される。
【０００６】
（１）中空断面を有する溶接構造部材であって、前記中空断面における２つの溶接箇所によって区画される第１の構造部と第２の構造部とを有し、前記中空断面における前記第２の構造部の長さは、前記第１の構造部の長さよりも長く、前記第２の構造部材に軸方向に伸延する段差部が形成されていることを特徴とする溶接構造部材。
【０００７】
（２）前記中空断面は、略四角形状を呈し、前記第１の構造部は、前記中空断面を構成する第１の辺上に位置され、前記段差部は、前記第１の辺と対向する第２の辺の両端部にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造部材。
【０００８】
（３）前記溶接構造部材の板厚が１０ｍｍ以下の場合、前記溶接箇所と前記段差部との間の前記溶接構造部材の長さは、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接構造部材。
【０００９】
（４）前記第１の構造部の板厚は、前記第２の構造部の板厚よりも厚いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の溶接構造部材。
【００１０】
（５）前記第１の構造部における外側表面に、他の溶接構造部材が、前記２つの溶接箇所において連結され得ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の溶接構造部材。
【００１１】
（６）前記第１の構造部は、板状を呈し、前記第２の構造部は、コの字状を呈し、前記第１の構造部の表面と、前記第２の構造部の端部とが、前記第２の溶接箇所によって連結されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の溶接構造部材。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中空断面を有する溶接構造部材において、他部材との溶接による熱変形を防止するために単純な構造を呈する段差部が形成されることによって、溶接による熱変形が防止されるとともに、溶接構造部材が複雑な構造とならず、部品重量の軽量化および製造コストの軽減が図れ、かつ溶接工法が複雑とならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態における溶接構造部材１ａ，１ｂの断面図である。
【００１５】
はじめに、（Ａ）に示す溶接構造部材１ａについて説明する。溶接構造部材１ａは、略四角形状を呈する中空部を有し、外側表面における２つの溶接箇所Ａにおいて、他部材２０と溶接される。他部材２０は、同じく中空部を有する溶接構造部材であり、端部２００が溶接箇所Ａにおいて溶接構造部材１ａと溶接される。なお、図中のＢは、溶着金属を示している。
【００１６】
溶接構造部材１ａは、２つの溶接箇所Ａによって第１の構造部１０と第２の構造部１１とに区画され、第２の構造部１１の長さＬ２は、第１の構造部１０の長さＬ１よりも長い。
【００１７】
第１の構造部１０は中空断面を構成する第１の辺１３上に位置され、第１の辺１３と対向する第２の辺１４の両端部において、第２の構造部１１に軸方向に伸延する２つの段差部１５ａが溶接構造部材１ａの内部に向けて突出するように形成されている。
【００１８】
また、溶接構造部材１ａの板厚は１０ｍｍ以下に形成され、溶接箇所Ａと段差部１５ａとの間の溶接構造部材１ａの長さＬ３は５０ｍｍ以上に形成されている。
【００１９】
次に、（Ｂ）に示す溶接構造部材１ｂについて説明する。溶接構造部材１ｂは、上述した段差部を変形した例であり、段差部以外の構成については溶接構造部材１ａと同一である。この溶接構造部材１ｂにおいて、段差部１５ｂは、溶接構造部材１ｂの外部に向けて突出するように形成されている。
【００２０】
溶接構造部材１ａ，１ｂにおいて、第１の構造部１０の長さＬ１は、第２の構造部１１の長さＬ２よりも短いため、第１の構造部１０の溶接によって生じる単位長さ当たりの熱変形量は第２の構造部１１よりも大きく生じ得る。しかし、本実施形態において、段差部１５ａ，１５ｂが形成されることにより、溶接構造部材１ａ，１ｂの剛性が向上されて、第１の構造部１０の熱変形量を過少なものとすることができる。これにより、溶接構造部材１ａ，１ｂの溶接による熱変形が防止される。
【００２１】
また、段差部１５ａ，１５ｂは単純な構造を呈するため、段差部１５ａ，１５ｂが形成された溶接構造部材１ａ，１ｂの構造は複雑とならない。これにより、溶接構造部材１ａ，１ｂの熱変形が防止されるとともに、部品重量の軽量化および製造コストの軽減が図れ、かつ溶接工法が複雑とならない。
【００２２】
また、溶接箇所Ａと段差部１５ａ，１５ｂとの間の溶接構造部材１ａ，１ｂの長さＬ３を５０ｍｍ以上とすることによって、溶接の熱によって段差部１５ａ，１５ｂに生じる熱変形を防止し、当該熱変形に伴う段差部１５ａ，１５ｂにおける剛性が低下しない。
【００２３】
さらに、段差部１５ａ，１５ｂが第２の辺１４の両端部に設けられることによって、段差部１５ａ，１５ｂが溶接構造部材１ａ，１ｂの剛性を向上させる機能が、効果的に発揮される。
【００２４】
図２は、本発明の第２の実施形態における溶接構造部材２の断面図である。
【００２５】
本実施形態における溶接構造部材２の基本構成、溶接される他部材、および他部材との溶接箇所は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、以下の説明において、第１の実施形態と共通する箇所については、第１の実施形態と同一の名称および符号を用いる。
【００２６】
ここで、第２の実施形態において、第１の構造部１０ａの板厚１０ａｘは、第２の構造部１１の板厚１１ｘよりも厚いものとされる。これによって、溶接構造部材２に他部材を溶接するにあたって、第１の構造部１０ａの熱変形に対する抵抗性を高めることができ、第１の構造部１０ａの熱変形量がさらに抑えられ、溶接構造部材２の熱変形が一層防止される。また、本実施形態においても、溶接構造部材２の構造は複雑とならないため、部品の軽量化および製造コストの軽減が図れ、溶接工法が複雑とならない。
【００２７】
なお、第１の構造部１０ａの板厚１０ａｘは、第２の構造部１１の板厚１１ｘに対して相対的に薄く形成すればよいため、溶接構造部材２の平均板厚は、任意の厚さに調整することが可能である。また、図２において、段差部１５ａは、溶接構造部材２の内部に突出するように形成されているが、図１の（Ｂ）に示すように溶接構造部材２の外部に突出するように形成されてもよい。
【００２８】
図３は、本発明の第３の実施形態における溶接構造部材３ａ，３ｂの断面図である。
【００２９】
第１および第２の実施形態において、中空断面を有する溶接構造部材が他の溶接構造部材と溶接する場合について述べたが、溶接構造部材自体を溶接を用いて製造する場合にも、溶接によって生じる熱変形を防止するために本発明を適用することができる。
【００３０】
はじめに、（Ａ）に示す溶接構造部材３ａについて説明する。溶接構造部材３ａは、板状を呈する第１の構造部１０と、コの字状を呈し、かつ第１の構造部１０の長さＬ１よりも長い長さＬ３を有する第２の構造部１１とがそれぞれ単独で製造され、第１の構造部１０の表面１０ｈと第２の構造部１１の端部１１ｂとが溶接されることにより、２つの溶接箇所Ａ１が形成されている。なお、図中のＢ１は溶着部である。
【００３１】
ここで、溶接後における溶接構造部材３ａの断面において、溶接箇所Ａ１が２箇所存在し、溶接構造部材３ａは溶接箇所によって第１の構造部１０と、第１の構造部１０よりも長さが長い第２の構造部１１とに区画されていることから、溶接構造部材３ａは、上述した溶接構造部材１ａ、１ｂ、および２と同様に、第１の構造部１０の熱変形量が大きく発生し得るものといえる。これにより、第１の構造部１０の熱変形量を抑えて、溶接構造部材３ａの熱変形を防止するため、第１および２の実施形態と同様に、溶接構造部材３ａにおいて段差部１５ａの形成または溶接構造部材３ａの板厚の調整を行なった。以下に具体的に示す。
【００３２】
（Ａ）に示す溶接構造部材３において、第１の辺１３と対向する第２の辺１４の両端部において、第２の構造部１１に軸方向に伸延する２つの段差部１５ａが形成されている。また、図において、段差部１５ａは、溶接構造部材３ａの内部に向けて突出するように形成されているが、図１の（Ｂ）に示すように溶接構造部材３ａの外部に向けて突出するように形成されてもよい。
【００３３】
また、溶接構造部材３ａの板厚は１０ｍｍ以下に形成され、溶接箇所Ａ１と段差部１５ａとの間の溶接構造部材１の長さＬ３は５０ｍｍ以上に形成されている。
【００３４】
次に、（Ｂ）に示す溶接構造部材３ｂについて説明する。溶接構造部材３ｂにおいて、段差部１５ａが（Ａ）に示す溶接構造部材３ａと同様に形成され、第１の構造部１０ａの板厚１０ａｘは第２の構造部１１の板厚１１ｘよりも厚く形成されている。
【００３５】
溶接構造部材３ａおよび３ｂが以上の構成を有することによって、溶接による第１の構造部１０の熱変形量が抑えられて溶接構造部材３の熱変形が防止されるとともに、溶接構造部材３の構造は複雑とならず、部品の軽量化および製造コストの軽減が図れ、溶接工法が複雑とならない。
【００３６】
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００３７】
例えば、第１および第２の実施形態において、本発明の溶接構造部材１ａ，１ｂ，２に溶接される他部材は、上記に限られず、溶接構造部材１ａ，１ｂ，２と２つの溶接箇所において溶接される部材すべてが溶接可能とされる。具体的には、互いに独立した２本の柱状物が、上記の２つの溶接箇所において本発明の溶接構造部材と溶接されて連結されてもよい。
【００３８】
さらに、本発明の溶接構造部材に施される溶接として、アーク溶接法、ガス溶接法、また抵抗溶接法など、熱によって金属を溶融するあらゆる方法の溶接が適用され得て、また、突合せ溶接、すみ肉溶接（連続・断続）、せん溶接、ビードまたは肉盛、点溶接、突起溶接、縫合せ溶接など、溶接構造部材の断面において２つの溶接箇所を形成し得るあらゆる種類の溶接が適用され得る。
【００３９】
＜第１の実施例＞
次に、本発明の第１の実施例として、上述したように溶接構造部材に段差部を形成することが、溶接による熱変形を防止する効果を発揮することを確認するために、実際に溶接構造部材を製作して他部材と溶接を行ない、溶接後に生じる熱変形量の計測を行なった。また、あわせて当該変形量について解析も行なった。以下に、図４〜６を用いて説明する。
【００４０】
図４は、第１の実施例において製作した各溶接構造部材の基本寸法および溶接箇所を示す概略斜視図である。なお、段差部の図示は省略した。
【００４１】
第１の実施例において製造した溶接構造部材は２体であるが、いずれの溶接構造部材も略四角形状を呈する中空断面を有し、基本寸法について、長手方向の寸法ｃは６００ｍｍ、横幅ｄは１２５ｍｍ、高さｅは６０ｍｍ、板厚は１．８ｍｍである。図示しない他部材との溶接は、シールドガスアーク溶接法によって、ロボットアームの先端部に設けられた溶接トーチが溶接順路ｆおよびｇ上を矢印ｈの方向へ向かって連続溶接を行なうものであり、溶接長さｉは４８０ｍｍである。また、溶接条件について、シールドガスは二酸化炭素１００％、溶接電流は１９０Ａ直流、溶接電圧は２１．５Ｖ、溶接速度は０．８ｍｍである。
【００４２】
この溶接によって、各溶接構造部材は、溶接が施された位置における断面において、上記実施形態で述べたように、溶接箇所が２箇所形成され、溶接構造部材は当該溶接箇所によって２つの構造部（第１の構造部と第２の構造部）に区画される。
【００４３】
図５は、第１の実施例において熱変形量の実測および解析に用いた各溶接構造部材の断面図である。
【００４４】
（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）に示す溶接構造部材は、本発明の実施例である実施例１、実施例２、および実施例３の溶接構造部材の断面図であり、（Ｄ）は、実施例と比較するための比較例１の溶接構造部材の断面図である。このうち、実際に製作して他の溶接構造部材と溶接を行なった溶接構造部材は、（Ａ）および（Ｄ）に示す実施例１および比較例１の溶接構造部材であり、（Ｂ）および（Ｃ）に示す実施例２および実施例３の溶接構造部材については製作せず、熱変形量の解析のみを行った。
【００４５】
（Ａ）に示す実施例１の溶接構造部材において、段差部１５ａが、第２の辺１４の両端部において溶接構造部材の軸方向に伸延するように形成され、段差部１５ａと溶接箇所との間の溶接構造部材の長さＬ３は５０ｍｍに形成されている。
【００４６】
（Ｂ）に示す実施例２の溶接構造部材において、段差部１５ａが第２の構造部１１に軸方向に伸延するように形成されているが、段差部１５Ｉと溶接箇所Ａとの間の溶接構造部  材の長さＬ３は４０ｍｍに形成されている。
【００４７】
（Ｃ）に示す実施例３の溶接構造部材において、段差部１５ａが第２の構造部１１に軸方向に伸延するように形成されているが、段差部１５ａは第１の辺１３の近傍に形成され、段差部１５ａと溶接箇所Ａとの間の溶接構造部材の長さＬ３は２０ｍｍに形成されている。
【００４８】
（Ｄ）に示す比較例３の溶接構造部材において、段差部は形成されていない。
【００４９】
次に、実測および解析結果を述べる。
【００５０】
溶接後に生じる各溶接構造部材の熱変形量について、実測においては、実施例１では０．７ｍｍ、比較例３では２．３ｍｍと計測された。また、解析においては、実施例１では０．７ｍｍ、実施例２では１．８ｍｍ、実施例３では２．２ｍｍ、比較例１では２．３ｍｍと解析され、実施例１および比較例１において解析値は実測値に近似するものとなった。また、図６は、上記の解析結果に基づき、段差部と溶接箇所の間における溶接構造部材の長さと、溶接構造部材の熱変形量との相関曲線を示した図である。
【００５１】
実施例１〜３および比較例１の解析および実測結果、または図６より、実施例１〜３における熱変形量は、比較例１における熱変形量よりも過少もしくは同等であることが把握される。これにより、溶接構造部材に段差部を形成することが熱変形に対して防止効果を発揮することが確認される。
【００５２】
また、実施例１〜３の解析結果、または図６より、溶接箇所と段差部との間の溶接構造部材の長さが長くなるほど、溶接による熱変形量が小さくなることが把握される。これにより、溶接箇所と段差部との間の溶接構造部材の長さが長くなるほど、溶接構造部材に生じる熱変形量は小さくなることが確認される。
【００５３】
＜第２の実施例＞
次に、溶接構造部材において第１の構造部の板厚を第２の構造部の板厚よりも厚くすることが、溶接によって溶接構造部材に生じる熱変形を防止する効果を発揮することについて検証するために、実際に溶接構造部材を製作して他部材と溶接を行ない、溶接後に生じる熱変形量を実測した。なお、第２の実施例において製作した溶接構造部材の寸法および溶接方法は、溶接構造部材の板厚を除いて、第１の実施例において製作した溶接構造部材と同一であるので、説明を省略する。
【００５４】
図７は、第２の実施例において熱変形量の実測に用いた溶接構造部材の断面図である。
【００５５】
（Ａ）および（Ｃ）は、実施例として製作した実施例１および実施例２の溶接構造部材の断面図であり、（Ｂ）は、上記実施例と比較するために製作した比較例１の溶接構造部材の断面図である。なお、製作した溶接構造部材の平均板厚は、全て１．８ｍｍとされる。
【００５６】
（Ａ）に示す実施例１の溶接構造部材において、第１の構造部１６の板厚は１．６ｍｍ、第２の構造部１７の板厚は１．９ｍｍに形成されている。
【００５７】
（Ｂ）に示す比較例１の溶接構造部材において、第１の構造部１１０および第２の構造部１１１の板厚１１０ｘおよび板厚１１１ｘは、いずれも１．８ｍｍに形成されている。
【００５８】
（Ｃ）に示す実施例２の溶接構造部材において、第１の構造部１８の板厚１８ｘは２．０ｍｍ、第２の構造部１９の板厚１９ｘは１．７ｍｍに形成されている。
【００５９】
次に、実測結果について述べる。
【００６０】
溶接によって生じる溶接構造部材の熱変形量について、実施例１では０．７ｍｍ、比較例１では２．３ｍｍ、実施例２では２．６ｍｍと計測され、実施例１における熱変形量は、比較例１および実施例２における熱変形量よりも小さいものとなった。このことから、第１の構成部１０の板厚１０ａを第２の構成部１１の板厚１１ａよりも厚くすることによって、溶接による熱変形量が小さくなり、変形が防止されることが確認される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態における溶接構造部材の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における溶接構造部材の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における溶接構造部材の断面図である。
【図４】第１の実施例において製作した各溶接構造部材の基本寸法および溶接箇所を示す概略斜視図である。
【図５】第１の実施例において熱変形量の実測および解析に用いた各溶接構造部材の断面図である。
【図６】、段差部と溶接箇所の間における溶接構造部材の長さと、溶接構造部材の熱変形量との相関曲線を求めた図である。
【図７】第２の実施例において熱変形量の実測に用いた溶接構造部材の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ，１ｂ，２，３ａ，３ｂ    溶接構造部材、
１０，１０ａ    第１の構造部、
１０ｘ，１０ａｘ    第１の構造部の板厚、
１１    第２の構造部、
１１ｘ    第２の構造部の板厚、
１３    第１の辺、
１４    第２の辺、
１５ａ，１５ｂ    段差部、
２０    他の溶接構造部材、
Ａ    溶接箇所、
Ｌ１    第１の構造部の長さ、
Ｌ２    第２の構造部の長さ、
Ｌ３    溶接箇所と段差部との間の前記溶接構造部材の長さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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