(57)【要約】【課題】角筒状のフレーム材同士を突き合わせて溶接を施すにあたり、溶接に伴う変形を抑制するとともに、溶接部の接合強度を確保することができるフレーム構造体の溶接方法を提供する。【解決手段】角筒状の一方のフレーム材１０（サイドフレーム）の側面に、角筒状の他方のフレーム材２０（クロスフレーム）の端面を突き当てた状態で、その突き当て部を溶接することにより、フレーム構造体１００を組立てるフレーム構造体の組立方法であって、クロスフレーム２０の端面２１の周縁を構成する辺のうち、長さの長い長辺Ｓ１を溶接する際には、その長辺Ｓ１の長さを二つ以上に分割して溶接する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角筒状の一方のフレーム材の側面に、角筒状の他方のフレーム材の端面を突き当てた状態で、その突き当て部を溶接することにより、フレーム構造体を組立てるフレーム構造体の組立方法であって、前記他方のフレーム材の端面の周縁を構成する辺のうち、長さの長い長辺を溶接する際には、その長辺の長さを二つ以上に分割して溶接することを特徴とするフレーム構造体の組立方法。
【請求項２】
前記長辺の溶接は、該長辺の一方の端部から中央部にかけて溶接した後に、該長辺の他方の端部から中央部にかけて溶接を行うことを特徴とする請求項１記載のフレーム構造体の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角筒状のアルミニウム系の押出材等を溶接接合し、車体フレーム等のフレーム構造体を組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗用車やトラックの車体フレーム等のフレーム構造体は、アルミニウム系押出材等からなる角筒状のフレーム材を溶接して組み立てることにより形成されている。溶接によりフレーム構造体に変形が生じると、決められた寸法精度を得ることができないため、各フレーム材を溶接する際には、各部材を治具により拘束する等して、溶接により生じるフレーム構造体の変形を抑制している。
【０００３】
また、特許文献１では、左右一対のフレーム材（サイドメンバ）同士の間に複数のフレーム材（クロスメンバ）を突き当てて溶接する際に、変形を抑制するため、サイドメンバに対するクロスメンバの突き当て部での溶接の向きと順序の最適化を図っている。
【０００４】
また、特許文献２では、他方のフレーム材（被溶接部材）に突き当てるべき一方のフレーム材の端面を予めテーパ状に形成することで、突き当て部の四辺部のうち一辺部に相当する位置において他方のフレーム材との間にＶ溝状の開先を形成しておき、開先を形成した一辺部を最初に溶接し、その後に反対側の一辺部の溶接を行うことで、倒れ量（変形量）を相殺している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２‐３５６１７７号公報
【特許文献２】特開２００５‐２１９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フレーム構造体の変形の抑制と、必要な接合強度の確保との両方を満足することは難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、角筒状のフレーム材同士を突き合わせて溶接を施すにあたり、溶接に伴う変形を抑制するとともに、溶接部の接合強度を確保することができるフレーム構造体の溶接方法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】
【０００８】
本発明は、角筒状の一方のフレーム材の側面に、角筒状の他方のフレーム材の端面を突き当てた状態で、その突き当て部を溶接することにより、フレーム構造体を組立てるフレーム構造体の組立方法であって、前記他方のフレーム材の端面の周縁を構成する辺のうち、長さの長い長辺を溶接する際には、その長辺の長さを二つ以上に分割して溶接することを特徴とする。
【０００９】
溶接部の入熱量及び熱溶融領域は、溶接長が長くなるにつれて増えていく。このため、溶接長が長くなるとフレーム材への入熱量が増え、フレーム材の溶接部とそれ以外の部分との温度差が大きくなるとともに、熱溶融領域が広くなり、変形（ゆがみ）が生じ易い。
長辺部分の溶接を二つ以上に分割して行うことにより、フレーム材への入熱量を小さくでき、熱溶融領域を減らすことができるので、溶接に伴う変形を抑制できるとともに、連続で溶接したときと同等以上の接合強度を確保することができる。
【００１０】
本発明のフレーム構造体の組立方法において、前記長辺の溶接は、該長辺の一方の端部から中央部にかけて溶接した後に、該長辺の他方の端部から中央部にかけて溶接を行うとよい。
このように、溶接部のエンド部を、長辺の中央部に配置して接合することで、さらに溶接に伴う変形を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶接長が長くなるフレーム材の長辺を、二つ以上に分割して溶接を行うことで、フレーム材への入熱量を小さくでき、熱溶融領域を減らすことができる。したがって、溶接に伴う変形を抑制するとともに、連続で溶接したときと同等以上の接合強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態のフレーム構造体の組立方法を説明する斜視図である。
【図２】図１に示すフレーム構造体のＡ矢視図である。
【図３】変形量の測定方法を説明する斜視図である。
【図４】変形量の測定点を説明するフレーム構造体の上面図である。
【図５】接合強度の測定方法を説明する斜視図である。
【図６】実施例における各試料の条件を一覧にした表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のフレーム構造体の組立方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のフレーム構造体の組立方法は、図１に示すように、断面が口型の角筒状に形成された一方のフレーム材１０（以下、サイドフレーム）の側面に、同じく角筒状に形成された他方のフレーム材２０（以下、クロスフレーム）の端面を突き当てた状態で、その突き当て部を溶接することにより、サイドフレーム１０とクロスフレーム２０とを接合し、フレーム構造体１００を組み立てる方法である。
【００１４】
サイドフレーム１０及びクロスフレーム２０は、アルミニウム合金の押出成形によって角筒状に形成されており、例えば、高さＨ：１００ｍｍ、幅Ｗ：３０ｍｍ、厚さｔ：２．５ｍｍとされている。
フレーム構造体１００を組み立てるにあたり、図１及び図２に示すように、サイドフレーム１０の側面にクロスフレーム２０の端面２１を突き当て、クロスフレーム２０の端面２１の周縁を構成する辺のうち、長さの長い辺（長辺Ｓ１）が垂直になるように配置する。そして、所定の位置に配置した状態でクランプ等の治具（図示略）により拘束する。
次に、サイドフレーム１０とクロスフレーム２０との突き当て部に、例えば、電子ビーム溶接による溶解溶接法により溶接を行う。溶接条件としては、使用するフレーム材の条件によって設定が異なるが、本実施形態では、溶接電流１６０Ａ、溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎに設定する。
【００１５】
また、図２に示す破線矢印（１）〜（５）は、溶接順序及び溶接の方向を示しており、クロスフレーム２０の端面２１の周縁を構成する辺のうち溶接長の長い長辺Ｓ１から順に溶接する。
この際、垂直に配置された長辺Ｓ１を、二つ以上に分割して溶接する。例えば、図２に破線矢印（１），（２）で示すように、長辺Ｓ１の下端部から中央部に向かって溶接（上進溶接）した後に、長辺Ｓ１の上端部から中央部に向かって溶接（下進溶接）することにより、長辺Ｓ１を二分割して溶接する。次に、長辺Ｓ１の反対側の長辺Ｓ１も同様に、下端部から中央部に向かって溶接し（破線矢印（３））、その後に上端部から中央部に向かって溶接する（破線矢印（４））ことにより、溶接を施す。両長辺Ｓ１の溶接終了後、上側の短辺Ｓ２を溶接し（破線矢印（５））、フレーム構造体１００の組み立てを完了させる。
なお、両長辺Ｓ１の溶接により必要な接合強度が得られれば、短辺Ｓ２は必ずしも溶接することを必要としない。
【００１６】
このように、本実施形態のフレーム構造体の組立方法によれば、溶接長が長くなる長辺Ｓ１の溶接を二分割して行うことにより、サイドフレーム１０及びクロスフレーム２０への入熱量を小さくでき、熱溶融領域を減らすことができる。したがって、溶接に伴うフレーム構造体１００の変形の発生を低減することができるとともに、溶接部１５の接合強度を確保することができる。
なお、長辺を二分割して溶接する場合には、長辺の端部から中央部へ向けての溶接だけでなく、中央部から端部へ向けての溶接（後述する図６の試料７）、いずれも同一方向へ行う溶接（後述する図６の試料８）のいずれをも採用することができる。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明のフレーム構造体の組立方法に係る実施例について説明する。
図５に示すように、高さ（長辺）Ｈ：１００ｍｍ、幅Ｗ（短辺）：３０ｍｍ、厚さｔ：２．５ｍｍの角筒状のフレーム材で形成された長さＬ１：３００ｍｍのサイドフレーム１０と、長さＬ２：２７０ｍｍのクロスフレーム２０とを用意し、図６に示す溶接方法で試料１〜９のフレーム構造体１００を組立て、各フレーム構造体１００の変形の大きさ及び接合強度（破断強度）を確認した。なお、フレーム材の材料には、ＪＩＳ規格における６０００系合金のアルミニウムを使用した。また、各フレーム構造体１００の溶接は、電子ビーム溶接による溶解溶接法を用い、溶接条件としては、溶接電流１６０Ａ、溶接速度１００ｃｍ／ｍｉｎとした。
【００１８】
図６の溶接方法に示す矢印（１）〜（４）は、溶接順序及び溶接の方向を示している。
例えば、試料１〜４の溶接条件は、各長辺を一度に連続して溶接したことを表している。また、試料１〜３は、長辺の全長１００ｍｍの全域を溶接したことを示し、試料４は、長辺の両端部を残した内側８０ｍｍの領域に溶接を施したことを示す。
試料５〜９においては、各長辺を二分割して溶接したことを表している。例えば、試料５は、長辺の上端部から中央部に向かって溶接した後に（矢印（１））、長辺の下端部から中央部に向かって溶接することにより（矢印（２））、長辺を二分割して溶接した。また、試料７は、長辺の中央部から上端部に向かって溶接した後に（矢印（１））、長辺の中央部から下端部に向かって溶接することにより（矢印（２））、長辺を二分割して溶接した。
【００１９】
また、変形の大きさは、クロスフレーム２０との接合面１２とは反対側のサイドフレーム１０の側面（測定面１１）において、サイドフレーム１０とクロスフレーム２０との溶接前後の各測定点Ｍ１〜Ｍ６の変位量を測定することにより確認した。
各測定点Ｍ１〜Ｍ６の変位量の測定は、図３に示すように、測定ブロック３０の９０°で交差する基準面３１Ａ，３１Ｂにクロスフレーム２０の二面を突き当てることにより、サイドフレーム１０を上方に配置するとともに、クロスフレーム２０を垂直に立てた状態とし、クロスフレーム２０の上面（測定面１１）を測定することにより行う。
【００２０】
測定面１１の測定は、図４に示すように、６点の測定点Ｍ１〜Ｍ６を測定することにより行う。これら測定点Ｍ１〜Ｍ６の測定は、測定面１１の中央に設定された基準点Ｍ０を基準（ゼロ点）として行う。なお、基準点Ｍ０は、測定面１１の裏面側に配置されたクロスフレーム２０の端面２１中央位置に重なる点に設定されている。
また、図６に示す「ひずみの総和」は、測定点Ｍ１〜Ｍ６の溶接前後における変位量の絶対値の総和を算出したものである。
【００２１】
接合強度は、図５に示すように、接合後のフレーム構造体１００のサイドフレーム１０を垂直に立てた状態に治具（図示略）で固定し、水平状態に配置されたクロスフレーム２０に荷重Ｆを加え、サイドフレーム１０とクロスフレーム２０との溶接部１５に破断が生じるまで荷重Ｆを加え続け、その際に記録された最大荷重の大きさにより評価した。各フレーム構造体の最大荷重の測定結果を図６に示す。
なお、荷重Ｆは、サイドフレーム１０とクロスフレーム２０との接合面からの１８０ｍｍ（距離Ｄ）の位置で加えた。
【００２２】
また、図６の「立ち上がり剛性」は、弾性範囲内で、荷重Ｆを加えた部位の沈み込み量（ｍｍ）に対する荷重（ｋＮ）の比率（荷重／沈み込み量）を示しており、値が大きくなる程、剛性が高いことを表す。
【００２３】
図６に示すとおり、長辺の全長に連続して溶接を施した試料１〜３では、ひずみの総和が４ｍｍを超え、変形量が大きくなった。一方、同様に長辺の全長に溶接を施したが、長辺の全長を二分割して溶接した試料５〜８では、ひずみの総和が３ｍｍ台に抑えられ、全長を連続して溶接した場合と比べて変形量を抑えることができた。さらに、試料５〜８は、接合強度においても、全長を連続して溶接した試料１〜３と同等以上の強度を得られることが確認できた。
また、長辺の全長を二分割して溶接した試料５〜８のうち、長辺の一方の端部から中央部にかけて溶接した後に、長辺の他方の端部から中央部にかけて溶接を行うことにより、溶接部のエンド部を長辺の中央部に配置した試料５及び試料６においては、他の場合と比べてさらに変形量を低減でき、接合強度を高くできることがわかった。
【００２４】
また、長辺の両端部を残し、内側８０ｍｍの領域に溶接を施した試料４と、長辺の両端部及び中央部を残すとともに、二分割して溶接を施した試料９においては、ひずみの総和が２ｍｍ台となり、変形量を大幅に抑えることができた。しかし、溶接部の面積が小さくなるため、長辺の全長を溶接した場合と比べて最大荷重が小さくなり、両長辺の接合だけでは必要な接合強度が得られないことがわかった。
さらに、長辺を二分割して溶接した場合には、連続して溶接した場合と比較して、立ち上がり剛性が高くなることがわかった。
【００２５】
以上のように、溶接長が長くなる長辺の溶接を二分割して行うことにより、溶接に伴うフレーム構造体の変形を低減できるとともに、連続で溶接したときと同等以上の接合強度を確保することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、長辺を二分割して溶接を行ったが、二つ以上に分割して多分割の溶接を行ってもよい。
また、上記実施形態においては、電子ビーム溶接による溶解溶接法により溶接を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、レーザー溶接法、アーク溶接等によっても行うことができる。
また、サイドフレーム及びクロスフレームを構成するフレーム材は、断面が口型の角筒状のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２７】
１０  サイドフレーム（フレーム材）
１１  測定面
１２  接合面
１５  溶接部
２０  クロスフレーム（フレーム材）
２１  端面
１００  フレーム構造体
【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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