(57)【要約】【課題】溶接に伴う変形を抑制して、寸法精度の高い溶接組み立てを可能とした溶接方法を提供する。【解決手段】クロスメンバー４，５の両端面をサイドメンバー２，３に対しＴ継手の形態でほぼ直角に突き当てて、その突き当て部Ｗ１〜Ｗ４に溶接を施すことにより両者を溶接接合する方法である。クロスメンバー４，５の長さとして溶接後の収縮量だけ予め長く設定しておき、サイドメンバー２，３とそれに突き当てたクロスメンバー４，５とを押し付け力Ｆをもって互いに押し付けながらその突き当て部Ｗ１〜Ｗ４にミグ溶接を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の被溶接部材のうちその長手方向の一端面を同じく他方の被溶接部材に対しＴ継手の形態でほぼ直角に突き当てて、その突き当て部に溶接を施すことにより両者を溶接接合する方法であって、
上記一方の被溶接部材の長さとして溶接後の収縮量だけ予め長く設定しておき、
他方の被溶接部材とそれに突き当てた一方の被溶接部材とを互いに押し付けながらその突き当て部に溶接を施すことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
双方の被溶接部材がアルミニウム系の材料であって、少なくとも長手方向の一端面が他方の被溶接部材に突き当てられることになる一方の被溶接部材が閉断面構造の押出材であることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
溶接手段がミグ（ＭＩＧ）溶接であることを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
他方の被溶接部材を固定側ゲージに位置決め支持させるとともに、長手方向の一端面がその他方の被溶接部材に突き当てられることになる一方の被溶接部材を固定側ゲージに対し接近離間可能な可動側ゲージに位置決め支持させ、
固定側ゲージに対して可動側ゲージを進退移動させる送り手段にて可動側ゲージの位置を制御することにより、一方の被溶接部材に他方の被溶接部材に対する押し付け力を付与しながら溶接を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項５】
送り手段は、サーボモータと、このサーボモータの起動に基づく螺進作用により可動側ケージに推力を付与するボールねじとをもって構成されていることを特徴と請求項４に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム系押出材等からなる被溶接部材同士を溶接する方法に関し、特にパイプ状もしくは閉断面構造のアルミニウム系押出材を用いて自動車の車体フレームに代表されるようなフレーム構造体を組み立てるのに好適な溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のフレーム構造体の一例として車体フロア部における車体フレームの概略を図５に示す。そして、この種のフレーム構造体の接合もしくは溶接方法として例えば特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００３】
これらの特許文献１，２に記載の技術では、例えば左右一対のサイドメンバー２，３と同じく一対のクロスメンバー４，５とをもって矩形枠状の車体フレーム１を組み立てるにあたり、これらサイドメンバー２，３およびクロスメンバー４，５として機能することになる閉断面構造のアルミニウム系押出材同士をいわゆるＴ継手の形態で突き合わせた上で、その突き合わせ部の全周をミグ（ＭＩＧ）溶接等によりいきなり溶接したのでは、熱変形による車体フレーム１の寸法精度の低下が余儀なくされる点を考慮し、アルミニウム系押出材同士の溶接に際してその溶接の向きおよび順番の最適化を図ることで変形を抑制するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５６１７７号公報  （図１）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−３６１４２９号公報  （図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１，２に代表されるような従来の技術では、使用するアルミニウム系押出材の断面形状や板厚さらには溶接条件に応じてその都度溶接の向きおよび順番を検討し直す必要があり、工数増加とともに変形抑制効果の上で限界がある。特にアルミニウム系押出材はその製法の影響のために板材等と比較して肉厚の寸法精度が低いため、アーク溶接ではその肉厚のばらつきによる溶接品質の低下や溶接時の入熱による収縮等の変形が発生しやすく、なおも改善の余地を残している。
【０００７】
すなわち、溶接時の入熱量の影響で特にクロスメンバーに膨張、収縮などの熱変形が発生し、最終的には溶接後にそのクロスメンバーの全長が短くなる傾向にある。そして、クロスメンバーの全長が短くなると、反対側のサイドメンバーとの接合の際に隙間が大きくなり、溶接品質が悪化するほか、その溶接品質の適否に応じてクロスメンバーの全長寸法がばらつくこととなって好ましくない。
【０００８】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ溶接に伴う変形を一段と抑制して、寸法精度の高い溶接組み立てを可能とした溶接方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、一方の被溶接部材のうちその長手方向の一端面を同じく他方の被溶接部材に対しＴ継手の形態でほぼ直角に突き当てて、その突き当て部に溶接を施すことにより両者を溶接接合する方法であって、上記一方の被溶接部材の長さとして溶接後の収縮量だけ予め長く設定しておき、他方の被溶接部材とそれに突き当てた一方の被溶接部材とを互いに押し付けながらその突き当て部に溶接を施すことを特徴とする。
【００１０】
この場合、請求項２，３に記載のように、双方の被溶接部材がアルミニウム系の材料であって、少なくとも長手方向の一端面が他方の被溶接部材に突き当てられることになる一方の被溶接部材が閉断面構造の押出材であるものとし、溶接手段は例えばミグ（ＭＩＧ）溶接とする。
【００１１】
したがって、請求項１に記載の発明では、溶接後の収縮量を予め見込んだ長さに設定した一方を被溶接部材と他方の被溶接部材とを押し付けた状態で溶接を施すことにより、溶接後の一方の被溶接部材の長さ寸法も安定化し、反対側の溶接部を溶接する際に隙間が発生するようなこともなくなる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、一方の被溶接部材には溶接後の収縮量を予め見込んであるため、溶接後の収縮によっても長さ寸法がばらつくことがなく、溶接品質の向上と安定化ならびに溶接後の製品の寸法精度の向上が図れるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、図５に示したように車体フロア部の車体フレーム１を溶接にて組み立てる場合の例を示している。
【００１４】
図５に示す車体フレーム１は、先にも述べたように被溶接部材たるフレーム要素として機能することになる互いにほぼ平行な閉断面構造のサイドメンバー２，３同士の間に同じく被溶接部材たるフレーム要素として機能することになる閉断面構造の前後一対のクロスメンバー４，５を架橋的に配置し、それらサイドメンバー２，３とクロスメンバー４，５とを突き合わせた上でＴ継手の形態で例えばミグ（ＭＩＧ）溶接によるすみ肉溶接にて溶接接合することにより組み立てられる。ここで、サイドメンバー２，３およびクロスメンバー４，５はいずれもアルミニウムもしくはアルミニウム合金製のもので、均一断面の角パイプ状の押出材すなわち閉断面構造の押出材がそのまま使用されている。そして、サイドメンバー２，３の内部には複数の隔壁６が設けられている。
【００１５】
本実施の形態では、図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、一対のサイドメンバー２，３と同じく一対のクロスメンバー４，５とを略矩形枠状の配置となるように互いに突き合わせつつ相対位置決めを行ったならば、一方のサイドメンバー２を固定式とするとともに、他方のサイドメンバー３を一対のクロスメンバー４，５とともにその一方のサイドメンバー２に対し近接する方向にスライド可能として、他方のサイドメンバー３を一対のクロスメンバー４，５とともに押し付け力Ｆをもって一方のサイドメンバー２に対し押し付けながら、溶接部たる突き合わせ部Ｗ１〜Ｗ４に順次ミグ（ＭＩＧ）溶接を施すものとする。
【００１６】
一対のクロスメンバー４，５については、その断面積がサイドメンバー２，３に比べて小さい故に突き合わせ部Ｗ１〜Ｗ４にて溶接を施すとその長手方向において矢印ａ方向に収縮する点を考慮し、その収縮量を実験等により予め把握した上でその収縮量をクロスメンバー４，５の正規全長寸法（設計寸法）に対し予め上乗せしておくものとする。
【００１７】
そして、一対のサイドメンバー２，３に対し同じく一対のクロスメンバー４，５をいわゆるＴ継手の形態で突き合わせたならば、溶接トーチ７から消耗性電極であるアルミニウムのワイヤ８を繰り出しながら各突き合わせ部Ｗ１〜Ｗ４の全周にミグ溶接にてすみ肉溶接を施すものとする。溶接の順番は、例えば図１の（Ａ）の状態において溶接部Ｗ１とＷ２とを同時に溶接し、次いで残る溶接部Ｗ３とＷ４とを同時に溶接するものとする。また矢視ｂにおける溶接部Ｗ１〜Ｗ４での溶接の順番すなわちクロスメンバー４，５の断面における各辺Ｐ１〜Ｐ４の溶接の順番は、図２に示すように互いに対向する二辺Ｐ１，Ｐ２の溶接を同時に行い（ステップＳ１）、次いで残る二辺Ｐ３，Ｐ４の溶接を同時に行うものとする（ステップＳ２）。
【００１８】
このように、設計寸法よりも溶接後の収縮量だけ予め長く設定した一対のクロスメンバー４，５をサイドメンバー２または３に押し付けながら溶接を行うことは、予め設定してある収縮量分だけ押し付け力Ｆをもって溶接部Ｗ１〜Ｗ４でクロスメンバー４，５を収縮させることにほかならず、その長手方向での収縮量を安定化させて溶接精度を向上させることができ、例えば溶接部Ｗ１とＷ２とを溶接した後に、溶接部Ｗ３と溶接部Ｗ４とを溶接する際にその溶接部Ｗ３，Ｗ４でのクロスメンバー４，５の収縮に起因する隙間の発生を未然に防止できるようになる。その上、溶接部Ｗ１とＷ２もしくは溶接部Ｗ３とＷ４とを同時に溶接することにより、サイドメンバー２，３同士の平行度を確保することができる利点がある。
【００１９】
図３，４は上記の溶接方法に供される溶接治具のより具体的な構造を示しており、溶接治具は一対の固定側ゲージ９，９とこの固定側ゲージ９，９に対し接近離間可能な一対の可動側ゲージ１０，１０のほか、それら固定側ゲージ９，９と可動側ゲージ１０，１０との間に配置される各一対の固定式のサポートゲージ１１，１１とを備えており、固定側ゲージ９，９には一方のサイドメンバー２が、サポートゲージ１１，１１には一対のクロスメンバー４，５がそれぞれ位置決め支持され、また可動側ゲージ１０には他方のサイドメンバー３が位置決め支持される。サポートゲージ１１，１１はその上に位置決め支持されることになる一対のクロスメンバー４，５の長手方向でのスライド移動を許容する。
【００２０】
可動側ゲージ１０，１０は、送り手段として一対のボールねじ１２，１２とそれぞれに独立した回転駆動源としてのサーボモータ１３，１３を備えており、ボールねじ１２のスクリューシャフト１４は可動側ゲージ１０，１０に固定されているとともに、スクリューシャフト１４に螺合するナット部材１５はサーボモータ１３，１３によって回転駆動されるようになっている。そして、サーボモータ１３，１３の起動に基づくボールねじ１２，１２の螺進作用により可動側ゲージ１０が固定側ゲージ９に対し接近離間動作することになる。
【００２１】
したがって、サーボモータ１３，１３に回転指令を与えて可動側ゲージ１０，１０をスライド移動させることにより、双方のサイドメンバー２，３とクロスメンバー４，５とを押し付け力Ｆをもって互いに押し付けるようにして突き合わせて上でミグ溶接を施すことにより、上記のようにクロスメンバー４，５の長さ寸法の安定化と突き合わせ部Ｗ１〜Ｗ４での隙間の発生を未然に防止できるようになる。
【００２２】
この場合、サーボモータ１３，１３の回転制御に際して、各クロスメンバー４，５が設計寸法通りの長さとなるまでそれらのクロスメンバー４，５をサイドメンバー３とともに押し込むようなフィードバック位置制御を行えば、各クロスメンバー４，５の溶接後の長さ寸法の一層の安定化が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、（Ａ）は車体フレームの溶接組み立て時の平面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大斜視図。
【図２】図１の（Ｂ）のｂ矢視図。
【図３】図１の溶接組み立て方法に供される溶接治具の平面説明図。
【図４】図３の要部拡大正面説明図。
【図５】フレーム構造体の一例として自動車の車体フレームの概略構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１…車体フレーム
２，３…サイドメンバー（被溶接部材）
４，５…クロスメンバー（被溶接部材）
７，溶接トーチ
９…固定側治具
１０…可動側治具
１１…サポート治具
１２…ボールねじ（送り手段）
１３…サーボモータ（送り手段）
Ｆ…押し付け力
Ｗ１〜Ｗ４…突き合わせ部（溶接部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004358551.tif 000006
【図５】
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