JP2002356177A - 車体フレーム用アルミニウム合金材の接合方法及びアルミニウム合金製車体フレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム合金製車体フレームを構成する
部材の溶接時における変形を低減することができるアル
ミニウム合金材の接合方法及びアルミニウム合金製車体
フレームを提供する。 【解決手段】 サイドメンバ１の上面１ｂ及びクロスメ
ンバ３の上面３ａの当接部に対し、例えばアーク溶接法
により突き合わせ溶接を行う。このとき、溶接の進行方
向は、クロスメンバ４から離間する方向、即ち、サイド
メンバ１のクロスメンバ３から張り出している側の端部
１ｃに向かう方向とする。次に、サイドメンバ１の側面
１ａ及びクロスメンバ３のクロスメンバ４と対向する側
面の裏側に位置する側面３ｂの当接部に対し、例えばア
ーク溶接法によりすみ肉溶接を立向下進で行う。続い
て、サイドメンバ１の側面１ａ及びクロスメンバ３のク
ロスメンバ４側の側面３ｃの当接部に対し、例えばアー
ク溶接法によりすみ肉溶接を立向下進で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車及びトラッ
ク等のアルミニウム合金製車体フレームの製造に好適な
アルミニウム合金材の接合方法及びアルミニウム合金製
車体フレームに関し、特に、溶接時に発生する部材の変
形の低減を図ったアルミニウム合金材の接合方法及びア
ルミニウム合金製車体フレームに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車等の車体は、成形した鋼板
端部を重ねて、その部位を抵抗スポット溶接によって接
合している。このようにして組み立てられたモノコック
構造が自動車等の一般的な車体構造である。

【０００３】しかし、この方法は、組み立ての自動化が
容易であるという利点はあるものの、重ね部分が多く、
構造形成上、無駄な部分がかなりあり、スリムでないこ
とに加え、成形部材の形状が複雑で重量の増加も生じる
という欠点がある。

【０００４】これに対し、アーク溶接又はビーム溶接等
により、フレームを突き合わせ溶接することにより車体
を組み立てれば、構造的にスリムになるものの、溶接前
のフレームの突き合わせ精度が溶接品質に大きく影響す
る。例えば、フレーム間に予期できないギャップが生じ
ると安定した溶接品質を得ることが難しくなる。このた
め、フレームを拘束して組み立て状態に保持するための
治具が必要であり、またフレーム自体も高精度の機械加
工が必要である。従って、組み立ての自動化が困難であ
る。

【０００５】また、近時、車体の軽量化のために、車体
をアルミニウムで製作しようとする試みがなされてい
る。この場合に、アルミニウムは鋼に比べスポット溶接
性が悪く、モノコック構造においては、数千点の溶接を
する必要があるが、その場合に電極の消耗が大きいとい
う難点がある。また、板材の成形性もアルミニウムは鋼
よりも悪いという難点がある。

【０００６】そこで、トラック等の自動車及び輸送機等
の車体に中空のパイプ状フレームを適用するスペースフ
レーム構造が提案されている（実開平７−３５２５２号
公報）。図８は実開平７−３５２５２号公報に記載され
たスペースフレーム構造を示す模式図である。図８に示
すように、例えば角筒状のアルミニウム製形材５１を、
乗用車の車体の形状に組み立て、各角筒状形材５１同士
を溶接により接合して形材５１同士が固着される。これ
により、所謂スペースフレーム構造が形成され、このス
ペースフレーム５０を覆うように構造板が取り付けられ
て自動車ボディが完成する。

【０００７】このスペースフレームを製造するためのア
ルミニウム製の押出成形によるフレーム同士を接合する
方法としては、接合方法の特性及び継手部に対して要求
される特性等を勘案して、アーク溶接法、抵抗スポット
溶接法又は機械的接合方法等が実施されている。特に、
強度が要求される接合部位には、輸送機分野等で実績の
あるアーク溶接法、例えばＡＣ・ＴＩＧ（以下、ＴＩＧ
という）法又はＤＣＥＰ・ＭＩＧ若しくはＡＣ・ＭＩＧ
（以下、総称してＭＩＧという）法が適用されている。

【０００８】そして、自動車等の車体フレームを溶接に
より組み立てる際には、従来、各部材を治具により拘束
して変形の抑制を行おうとしている。図９は車体フレー
ムの基本構造を示す斜視図である。互いに平行に配置さ
れた２本のサイドメンバ２１及び２２が２本のクロスメ
ンバ２３及び２４により連結されている。クロスメンバ
２３及び２４の端面がサイドメンバ２１及び２２の側面
に、例えばアーク溶接法により溶接されている。

【０００９】このような構造の車体フレームは、サイド
メンバ２１及び２２の間にクロスメンバ２３及び２４を
その端面がサイドメンバ２１及び２２の側面に当接する
ようにゲージプレート又はロケート（位置決め）ピンに
よって精密に位置決めしてクランプにより拘束し、溶接
を行うことにより形成されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金製の車体フレームにおいて、部材の肉厚が４
ｍｍ程度以上であれば特に変形等の問題は生じないもの
の、更なる軽量化のために部材の肉厚を３ｍｍ以下にま
で薄肉化すると、溶接後にクランプを解放したときに、
サイドメンバの各クロスメンバから張り出した両端部が
内側に湾曲してしまうという問題点がある。図１０はサ
イドメンバの変形状態を示す斜視図である。このような
変形が生じると、決められた寸法精度を得ることができ
ず、例え強制的に変形を抑え込みながら組み立てること
ができたとしても、車体を組み立てにくく、変形が抑え
込まれている部位に比較的大きな残留応力が内在するた
め、車体の使用時の応力状態として不利になる虞があ
る。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルミニウム合金製車体フレームを構成す
る部材の溶接時における変形を低減することができるア
ルミニウム合金材の接合方法及びアルミニウム合金製車
体フレームを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る車体フレー
ム用アルミニウム合金材の接合方法は、複数本のアルミ
ニウム合金製のクロスメンバを１対のアルミニウム合金
製のサイドメンバの間に前記サイドメンバの少なくとも
一方の端部が張り出すようにして配置して前記クロスメ
ンバの長手方向における端面を前記サイドメンバに接合
する工程を有する車体フレーム用アルミニウム合金材の
接合方法において、前記クロスメンバの端面を前記サイ
ドメンバに接合する工程は、前記複数本のクロスメンバ
のうち前記サイドメンバの張り出している張出端部に最
も近く位置するものを前記サイドメンバに接合する際
に、前記張出端部側に位置する前記クロスメンバの外側
部と前記サイドメンバとを溶接する工程と、前記外側部
に対向する前記クロスメンバの内側部と前記サイドメン
バとを溶接する工程と、を有し、前記外側部と前記サイ
ドメンバとを溶接する工程を前記内側部と前記サイドメ
ンバとを溶接する工程より先に行うことを特徴とする。

【００１３】なお、前記クロスメンバの断面形状は、実
質的に矩形であってもよい。この実質的に矩形には、長
方形だけでなく正方形も含まれる。また、前記クロスメ
ンバの端面を前記サイドメンバに接合する工程は、複数
回に分けて前記クロスメンバの端面を前記サイドメンバ
に溶接する工程を有し、前記クロスメンバの前記サイド
メンバの張出端部に最も近く位置する部位を前記クロス
メンバの前記サイドメンバの張出端部から最も離間する
部位よりも先に溶接することができる。更に、前記複数
回の溶接の中で前記外側部と前記サイドメンバとを溶接
する工程を最初に行うことができる。

【００１４】本発明に係る他の車体フレーム用アルミニ
ウム合金材の接合方法は、複数本のアルミニウム合金製
の第１の部材の端面とアルミニウム合金製の第２の部材
の側面とを前記第２の部材の一端部を張り出させて接合
する車体フレーム用アルミニウム合金材の接合方法にお
いて、前記第１の部材の端面を前記第２の部材の側面に
当接させて配置する工程と、前記複数本の第１の部材の
うち前記第２の部材の張り出している張出端部に最も近
く位置するものを前記第２の部材に接合する際に、前記
張出端部側に位置する前記第１の部材の外側部と前記第
２の部材とを溶接する工程と、前記外側部に対向する前
記第１の部材の内側部と前記第２の部材とを溶接する工
程と、を有し、前記外側部と前記第２の部材とを溶接す
る工程を前記内側部と前記第２の部材とを溶接する工程
より先に行うことを特徴とする。

【００１５】なお、前記外側部と内側部とを連結する連
結部と前記第２の部材とを溶接する工程と前記外側部及
び内側部の一方と前記第２の部材とを溶接する工程とを
連続して行い１つの溶接ビードを形成することにより、
溶接強度が向上すると共に、より一層第２の部材の曲が
り変形を低減することができる。また、前記第１の部材
を、車体フレームのクロスメンバとし、前記第２の部材
を、車体フレームのサイドメンバとしてもよい。

【００１６】本発明においては、溶接を行う箇所の順序
を適切に規定しているので、サイドメンバ又は第２の部
材の張り出している部分における溶接による曲がり変形
を低減することができる。

【００１７】本発明に係るアルミニウム合金製車体フレ
ームは、上述のいずれかの方法により接合されたアルミ
ニウム合金材を有することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係るアル
ミニウム合金材の接合方法について、添付の図面を参照
して具体的に説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実
施例に係るアルミニウム合金材の接合方法を示す斜視
図、（ｂ）は断面図である。なお、図１中の、及び
は溶接の順序を示している。

【００１９】本実施例においては、図１（ａ）に示すよ
うに、断面形状が「口」の字型（閉口断面形状）の２本
のサイドメンバ（第２の部材）１及び２を互いに平行に
配置し、これらの間に断面形状が「口」の字型の２本の
クロスメンバ（第１の部材）３及び４をサイドメンバ１
及び２に直交するように接合する。サイドメンバ１及び
２のサイズは、例えば肉厚：２乃至３ｍｍ、長さ：１４
００ｍｍ、高さ：１００ｍｍ、幅：７０ｍｍ、クロスメ
ンバ３及び４のサイズは、例えば肉厚：２乃至３ｍｍ、
長さ：１０００ｍｍ、高さ；１００ｍｍ、幅７０ｍｍで
あるが、これらに限定されるものではない。

【００２０】先ず、サイドメンバ１及び２並びにクロス
メンバ３及び４を所定の位置に配置してクランプにより
拘束する。このとき、クロスメンバ３及び４の各端面を
サイドメンバ１及び２の内側の各側面１ａ等に当接させ
る。クロスメンバ３及び４のサイドメンバ１及び２の端
部からの距離は、例えば３５０ｍｍである。次いで、こ
れらの部材を拘束したまま仮付けを行う。

【００２１】その後、図１（ｂ）に示すように、サイド
メンバ１の上面１ｂ及びクロスメンバ３の上面３ａの当
接部に対し、例えばアーク溶接法により突き合わせ溶接
を行う。このとき、溶接の進行方向は、クロスメンバ４
から離間する方向、即ち、サイドメンバ１のクロスメン
バ３から張り出している側の端部１ｃに向かう方向とす
る。このときの溶接電流は、各部材の肉厚が２ｍｍであ
れば、例えば８０Ａとし、各部材の肉厚が３ｍｍであれ
ば、例えば１２０Ａとする。

【００２２】次に、サイドメンバ１の側面１ａ及びクロ
スメンバ３の端部１ｃ側の側面（外側部）３ｂの当接部
に対し、例えばアーク溶接法によりすみ肉溶接を立向下
進で行う。続いて、サイドメンバ１の側面１ａ及びクロ
スメンバ３のクロスメンバ４側の側面（内側部）３ｃの
当接部に対し、例えばアーク溶接法によりすみ肉溶接を
立向下進で行う。これらの立向下進溶接における溶接電
流は、各部材の肉厚が２ｍｍであれば、例えば１００Ａ
とし、各部材の肉厚が３ｍｍであれば、例えば１２０Ａ
とする。

【００２３】次いで、サイドメンバ２とクロスメンバ３
との当接部、サイドメンバ１とクロスメンバ４の当接
部、並びにサイドメンバ２とクロスメンバ４との当接部
に対しても、同様に、上面同士のサイドメンバの張り出
し側に向かう方向を進行方向とする突き合わせ溶接、ク
ロスメンバの前記張り出し側の側面（外側部）とサイド
メンバの内側面との立向下進でのすみ肉溶接、及びクロ
スメンバの他方の側面（内側部）とサイドメンバの内側
面との立向下進でのすみ肉溶接をこの順で行う。なお、
サイドメンバの内側面とは、２本のサイドメンバの互い
に対向する側の側面、即ちクロスメンバが当接する側面
をいう。

【００２４】このような本実施例によれば、サイドメン
バ１及び２のクロスメンバ３及び４の外側に延出した部
分における曲がりの発生を低減することができる。

【００２５】なお、各当接部における２側面に対する溶
接順が上述のものであれば、４箇所の当接部に対して、
サイドメンバ１とクロスメンバ３との当接部の溶接を最
初に行う必要はなく、いずれの当接部を最初に溶接して
もよい。また、４箇所の当接部を同時に溶接してもよ
い。

【００２６】また、仮付け後にクランプによる拘束を解
除し、本溶接を拘束がない状態で行ってもよい。

【００２７】更に、第１の実施例においては、クロスメ
ンバの側面における溶接を行う前に上面における溶接を
行っているが、クロスメンバの側面における溶接を行っ
た後に上面における溶接を行ってもよい。また、２側面
の溶接で十分な接合強度が得られれば、上面における溶
接は必ずしも必要なものではない。但し、上面における
溶接を行う場合には、曲がり変形を抑制するという観点
の上では、その進行方向を他方のクロスメンバに近づく
方向、即ち張り出している端部から離間する方向とする
ことが好ましいが、溶接施工の観点からは、第１の実施
例のように、その進行方向を他方のクロスメンバから離
間する方向、即ち張り出している端部に向かう方向にす
ることが好ましい。これは、その後に続くクロスメンバ
の内側部とサイドメンバとの溶接を行いやすくなるから
である。

【００２８】更にまた、第１の実施例では、クロスメン
バを２本としているが、クロスメンバの数は特に限定さ
れるものではなく、３本以上であってもよい。

【００２９】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２（ａ）は本発明の第２の実施例に係るアルミ
ニウム合金材の接合方法を示す斜視図、（ｂ）は断面図
である。なお、図２中の及びは溶接の順序を示して
いる。

【００３０】本実施例においては、図２（ａ）に示すよ
うに、２本のサイドメンバ１及び２の間に断面形状が略
「口」の字型の２本のクロスメンバ５及び６をサイドメ
ンバ１及び２に直交するように接合する。サイドメンバ
１及び２のサイズは、第１の実施例のものと同様である
が、クロスメンバ５及び６のサイズは、例えば肉厚：２
乃至３ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ、高さ；９５ｍｍ、幅
７０ｍｍであり、上面側の２つの隅部に半径が１３ｍｍ
以上の面取りが施されている。

【００３１】先ず、クロスメンバ５及び６の各端面をサ
イドメンバ１及び２の各側面１ａ等に当接させて配置す
る。次いで、これらの部材をクランプで拘束して仮付け
を行う。

【００３２】その後、図２（ｂ）に示すように、クロス
メンバ５とサイドメンバ１の側面１ａとの当接部に対
し、上面５ａ及びサイドメンバ１の端部１ｃに近い側の
側面５ｂにおけるすみ肉溶接を、例えばアーク溶接法に
より行う。このとき、上面５ａにおけるすみ肉溶接の進
行方向は、クロスメンバ６から離間する方向、即ち、端
部１ｃに近づく方向とし、側面５ｂにおけるすみ肉溶接
は立向下進とし、これらの溶接を連続して行う。このと
きの溶接電流は、各部材の肉厚が２ｍｍであれば、例え
ば９０Ａとし、各部材の肉厚が３ｍｍであれば、例えば
１２０Ａとする。

【００３３】次に、サイドメンバ１の側面１ａ及びクロ
スメンバ５のクロスメンバ６側の側面５ｃの当接部に対
し、例えばアーク溶接法によりすみ肉溶接を立向下進で
行う。このときの溶接電流は、各部材の肉厚が２ｍｍで
あれば、例えば１００Ａとし、各部材の肉厚が３ｍｍで
あれば、例えば１２０Ａとする。

【００３４】続いて、サイドメンバ２とクロスメンバ５
との当接部、サイドメンバ１とクロスメンバ６の当接
部、並びにサイドメンバ２とクロスメンバ６との当接部
に対しても、同様に、上面からサイドメンバの張り出し
側の側面への連続したすみ肉溶接、及びクロスメンバの
他方の側面におけるすみ肉溶接をこの順で行う。

【００３５】このような第２の実施例によれば、第１の
実施例よりも一層曲がりの発生を低減することができ、
作業性も向上させることができる。

【００３６】なお、第１及び第２の実施例においては、
各溶接をアーク溶接法により行っているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えばＹＡＧレーザ又は
ＣＯ _２レーザ等を使用したレーザ溶接法、電子ビーム溶
接法等の連続したビードを形成する溶融溶接法により行
うことができる。

【００３７】また、サイドメンバ及びクロスメンバの断
面形状は、第１及び第２の実施例におけるものに限定さ
れるものではなく、例えば「日」の字型（閉口断面形
状）の断面形状であってもよく、「ハット型」とよばれ
る「コ」の字型の両端部から外方に延出する部分が設け
られた形状（開口断面形状）を例えば、開口部が下方に
位置するように各部材を配置して用いてもよい。更に、
各部材の肉厚は特に限定されるものではないが、強度及
び重量の観点から２乃至３ｍｍ程度であることが好まし
い。図３（ａ）及び（ｂ）は本発明に使用することがで
きる部材の例を示す断面図である。例えば、クロスメン
バの断面形状を、図３（ａ）に示すような８角形として
もよく、図３（ｂ）に示すような上側に凸部が設けられ
たような形状としてもよい。但し、これらの部材を使用
する場合にも、張り出し側端面７ａにおけるサイドメン
バとの溶接をその反対側の端面７ｂにおける溶接よりも
先に行う必要があり、特に端面７ａにおける溶接を最初
に行うことが好ましい。

【００３８】更に、第１及び第２の実施例では、各部材
を水平面上に配置して接合しているが、本発明はこれに
限定されるものではない。例えば、これらの部材を立た
せて接合することもできる。但し、この場合でも、各部
材の相対的な位置関係を基準とした溶接の順序は、第１
及び第２の実施例のものと同様のものにする。

【００３９】更にまた、位置決め後で本溶接の前に仮付
を行うこと好ましいが、必ずしも仮付を行う必要はな
い。仮付を行った場合には、仮付後に位置決めの際の拘
束を解除しても解除しなくても極めて良好な結果が得ら
れるが、仮付を行わない場合に拘束を解除して本溶接を
行うと、拘束により位置決めがされていたにも拘わら
ず、各部材の位置がずれてしまう。このため、仮付を行
わない場合には、拘束を解除せずに本溶接を行う必要が
ある。また、仮付の位置は、本溶接の終点近傍にあるこ
とが好ましいが、これに限定されるものではなく他の位
置に仮付をしてもよい。

【００４０】また、サイドメンバ及びクロスメンバ等の
本発明に使用する部材の形状については、例えば長さは
３００乃至５０００ｍｍ、幅は２０乃至２００ｍｍ、肉
厚は０．５乃至５ｍｍであるが、これらに限定されるも
のではなく、例えば湾曲した部位がある部材を使用して
もよい。

【００４１】更に、第１及び第２の実施例では、クロス
メンバの３辺に位置する両側面及び上面とサイドメンバ
の側面とを溶接しているが、更にクロスメンバの他の１
辺に位置する下面とサイドメンバの側面とを溶接しても
よい。この場合にも、その溶接の進行方向は、曲がり変
形を抑制するという観点において、張り出し部から離間
する方向とすることが好ましい。

【００４２】更にまた、第１又は第２の実施例により作
製された車体フレームが自動車等に搭載される際には、
その向きは特に限定されるものではない。例えば、サイ
ドメンバが自動車の進行方向（長手方向）に平行に配置
されてもよく、サイドメンバが自動車の幅方向に平行に
配置されてもよい。また、これらの車体フレームは、自
動車のシャーシとして搭載されるものであってもよく、
その上にエンジン等が載置されシャーシの上に載置され
るサスペンションサブフレームとして搭載されるもので
あってもよい。

【００４３】また、２本のサイドメンバの間に２本のク
ロスメンバを接合する場合には、４つの接合箇所が存在
するが、これらの接合箇所間の接合順序は次のようにす
ることが好ましい。例えば図１に示すサイドメンバ１及
び２とクロスメンバ３及び４とを接合する場合で、４本
の溶接トーチを使用するときには、サイドメンバ１及び
２とクロスメンバ３との各接合箇所、並びにサイドメン
バ１及び２とクロスメンバ４との各接合箇所の総計で４
つの接合箇所において同時に接合を行うことが好まし
い。また、２本の溶接トーチを使用するときには、サイ
ドメンバ１及び２とクロスメンバ３との各接合箇所にお
いて同時に接合を行い、サイドメンバ１及び２とクロス
メンバ４との各接合箇所において同時に接合を行うこと
が好ましい。また、１本の溶接トーチを使用するときに
は、例えばクロスメンバ３とサイドメンバ１との接合箇
所、クロスメンバ３とサイドメンバ２との接合箇所、ク
ロスメンバ４とサイドメンバ１との接合箇所、クロスメ
ンバ４とサイドメンバ２との接合箇所というように、１
つのクロスメンバの両端を接合した後に他のクロスメン
バの接合に取りかかることが好ましい。特に、４本の溶
接トーチを使用するときには、各接合箇所において外側
部の溶接を同時に行い、その後内側部の溶接を同時に行
うことが好ましい。また、２本の溶接トーチを使用する
ときには、同時に接合を行う２つの接合箇所において外
側部の溶接を同時に行い、その後内側部の溶接を同時に
行うことが好ましい。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。

【００４５】第１実験例 以下に示す種々の順序で、実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．４
及び比較例Ｎｏ．１１乃至Ｎｏ．１４において、第１の
実施例と同様の形状及び配置で２本のサイドメンバ及び
２本のクロスメンバをＭＩＧ溶接により接合した。な
お、各部材の肉厚は２ｍｍとし、これらのＭＩＧ溶接で
は、溶接ワイヤの直径を１．２ｍｍ、溶接速度を７０ｃ
ｍ／分、溶接電流を１００Ａとした。また、以下の説明
において、クロスメンバの「外側面」とは、クロスメン
バのそのクロスメンバからサイドメンバが張り出してい
る側の側面をいい、クロスメンバの「内側面」とは、ク
ロスメンバの他方の側面をいう。図４（ａ）は第１実験
例及び第２実験例におけるサイドメンバとクロスメンバ
との関係を示す断面図であり、（ｂ）は第１実験例の各
実施例又は比較例における溶接順序及び曲がり量を示す
模式図である。なお、図４中の及びは溶接の順序を
示している。

【００４６】実施例Ｎｏ．１では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
下進溶接及び内側面１３ｂにおける立向下進溶接をこの
順で行った。

【００４７】実施例Ｎｏ．２では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
上進溶接及び内側面１３ｂにおける立向上進溶接をこの
順で行った。

【００４８】実施例Ｎｏ．３では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
下進溶接及び内側面１３ｂにおける立向上進溶接をこの
順で行った。

【００４９】実施例Ｎｏ．４では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
上進溶接及び内側面１３ｂにおける立向下進溶接をこの
順で行った。

【００５０】比較例Ｎｏ．１１では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向下進溶接及び外側面１３ａにおける立向下進溶接をこ
の順で行った。

【００５１】比較例Ｎｏ．１２では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向上進溶接及び外側面１３ａにおける立向上進溶接をこ
の順で行った。

【００５２】比較例Ｎｏ．１３では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向上進溶接及び外側面１３ａにおける立向下進溶接をこ
の順で行った。

【００５３】比較例Ｎｏ．１４では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向下進溶接及び外側面１３ａにおける立向上進溶接をこ
の順で行った。

【００５４】そして、サイドメンバの各端部における変
位を曲がり量として測定した。なお、この曲がり量は、
各実施例及び比較例において、夫々仮付を行った後にＭ
ＩＧ溶接を行ったもの（仮付あり）、及び仮付を行わず
にＭＩＧ溶接を行ったもの（仮付なし）について測定し
た。図５は曲がり量の測定方法を示す図であって、
（ａ）は本溶接前の状態を示す上面図であり、（ｂ）は
本溶接後の状態を示す上面図である。この曲がり量測定
では、図５に示すように、クロスメンバ及びサイドメン
バを配置し本溶接（ＭＩＧ溶接）を行う前の状態におけ
る両サイドメンバの外側の側面間の距離Ａを定盤の上で
３次元形状測定機を使用して０．５ｍｍ単位で計測し、
本溶接（ＭＩＧ溶接）後に車体フレームを拘束治具から
取り外し、両サイドメンバの外側の側面の端部間の距離
Ｂを０．５ｍｍ単位で計測し、（Ａ−Ｂ）／２で求めら
れる量（ｍｍ）を曲がり量として測定した。そして、こ
のような測定を各実施例及び比較例について１０回行
い、その平均値を求め、曲がり量が３．０ｍｍ未満のも
のを合格、３．０ｍｍ以上のものを不合格と判定した。

【００５５】図４に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至Ｎ
ｏ．４においては、クロスメンバの「外側面」を「内側
面」よりも先に溶接しているので、その溶接方向（下進
であるか上進であるか）に拘わらず、曲がり量は１．５
ｍｍ以下と極めて小さく、合格であった。

【００５６】これに対し、比較例Ｎｏ．１１乃至Ｎｏ．
１４においては、クロスメンバの「内側面」を「外側
面」よりも先に溶接しているので、その溶接方向に拘わ
らず、曲がり量は３．０ｍｍ以上と大きく、不合格であ
った。

【００５７】なお、仮付ありの場合には、仮付による拘
束のために曲がり量は３．０ｍｍを超えることはなく、
仮付なしの場合には、仮付による拘束はないが、治具に
よる拘束があるため、その曲がり量は５．０ｍｍを超え
ることはなかった。

【００５８】第２実験例 以下に示す種々の順序で、実施例Ｎｏ．５乃至Ｎｏ．１
０及び比較例Ｎｏ．１５乃至Ｎｏ．２０において、上述
の第１の実験例と同様の条件で２本のサイドメンバ及び
２本のクロスメンバをＭＩＧ溶接により接合した。な
お、立向溶接の溶接電流は１００Ａとし、水平溶接の溶
接電流は８０Ａとした。図６は仮付ありの場合における
第２実験例の各実施例又は比較例における溶接順序及び
曲がり量を示す模式図であり、図７は仮付なしの場合に
おける第２実験例の各実施例又は比較例における溶接順
序及び曲がり量を示す模式図である。なお、図６及び図
７中の〜は溶接の順序を示している。

【００５９】実施例Ｎｏ．５では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
下進溶接及び内側面１３ｂにおける立向下進溶接をこの
順で行った後、クロスメンバ１１の上面において外側面
１３ａ側から内側面１３ｂ側に向かってサイドメンバ１
２との溶接を行った。

【００６０】実施例Ｎｏ．６では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
下進溶接を行った後、クロスメンバ１１の上面において
外側面１３ａ側から内側面１３ｂ側に向かってサイドメ
ンバ１２との溶接を行い、その後、内側面１３ｂにおけ
る立向下進溶接を行った。

【００６１】実施例Ｎｏ．７では、クロスメンバ１１の
上面において外側面１３ａ側から内側面１３ｂ側に向か
ってサイドメンバ１２との溶接を行った後、クロスメン
バ１１の外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面
との立向下進溶接及び内側面１３ｂにおける立向下進溶
接をこの順で行った。

【００６２】実施例Ｎｏ．８では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
下進溶接を行った後、クロスメンバ１１の上面において
内側面１３ｂ側から外側面１３ａ側に向かってサイドメ
ンバ１２との溶接を行い、その後、内側面１３ｂにおけ
る立向下進溶接を行った。

【００６３】実施例Ｎｏ．９では、クロスメンバ１１の
外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側面との立向
下進溶接及び内側面１３ｂにおける立向下進溶接をこの
順で行った後、クロスメンバ１１の上面において内側面
１３ｂ側から外側面１３ａ側に向かってサイドメンバ１
２との溶接を行った。

【００６４】実施例Ｎｏ．１０では、クロスメンバ１１
の上面において内側面１３ｂ側から外側面１３ａ側に向
かってサイドメンバ１２との溶接を行った後、クロスメ
ンバ１１の外側面１３ａにおけるサイドメンバ１２の側
面との立向下進溶接及び内側面１３ｂにおける立向下進
溶接をこの順で行った。

【００６５】比較例Ｎｏ．１５では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向下進溶接及び外側面１３ａにおける立向下進溶接をこ
の順で行った後、クロスメンバ１１の上面において外側
面１３ａ側から内側面１３ｂ側に向かってサイドメンバ
１２との溶接を行った。

【００６６】比較例Ｎｏ．１６では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向下進溶接を行った後、クロスメンバ１１の上面におい
て外側面１３ａ側から内側面１３ｂ側に向かってサイド
メンバ１２との溶接を行い、その後、外側面１３ａにお
ける立向下進溶接を行った。

【００６７】比較例Ｎｏ．１７では、クロスメンバ１１
の上面において外側面１３ａ側から内側面１３ｂ側に向
かってサイドメンバ１２との溶接を行った後、クロスメ
ンバ１１の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側
面との立向下進溶接及び外側面１３ａにおける立向下進
溶接をこの順で行った。

【００６８】比較例Ｎｏ．１８では、クロスメンバ１１
の上面において内側面１３ｂ側から外側面１３ａ側に向
かってサイドメンバ１２との溶接を行った後、クロスメ
ンバ１１の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側
面との立向下進溶接及び外側面１３ａにおける立向下進
溶接をこの順で行った。

【００６９】比較例Ｎｏ．１９では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向下進溶接及び外側面１３ａにおける立向下進溶接をこ
の順で行った後、クロスメンバ１１の上面において内側
面１３ｂ側から外側面１３ａ側に向かってサイドメンバ
１２との溶接を行った。

【００７０】比較例Ｎｏ．２０では、クロスメンバ１１
の内側面１３ｂにおけるサイドメンバ１２の側面との立
向下進溶接を行った後、クロスメンバ１１の上面におい
て内側面１３ｂ側から外側面１３ａ側に向かってサイド
メンバ１２との溶接を行い、その後、外側面１３ａにお
ける立向下進溶接を行った。

【００７１】そして、第１の実験例と同様に、サイドメ
ンバの各端部における変位を曲がり量として測定し、１
０回の測定の平均値を求めた。これらの結果を図６及び
図７中の括弧内に示す。

【００７２】図６及び図７に示すように、実施例Ｎｏ．
５乃至Ｎｏ．１０においては、クロスメンバの「外側
面」を「内側面」よりも先に溶接しているので、その溶
接方向（下進であるか上進であるか）に拘わらず、曲が
り量は２．５ｍｍ以下と極めて小さく、合格であった。
特に、実施例Ｎｏ．５乃至Ｎｏ．７においては、水平溶
接の進行方向を内側面側に向かう方向としているので、
曲がり量が仮付をしない場合であっても１．５ｍｍ以下
となった。その中でも特に、実施例Ｎｏ．５及びＮｏ．
６においては、外側面における溶接を最初に行っている
ので、仮付を行った場合の曲がり量が０．５ｍｍとな
り、ほとんど変形が生じなかった。

【００７３】また、水平溶接の進行方向が同一の実施例
Ｎｏ．８及びＮｏ．１０と実施例Ｎｏ．９とを比較する
と、仮付なしの場合に、実施例Ｎｏ．９の変形量が実施
例Ｎｏ．８及びＮｏ．１０の変形量よりも小さくなって
いる。これは、仮付を行わない場合には、水平溶接を行
う前に両側板部における側面１３ａ及び１３ｂの溶接を
行うことにより、溶接箇所の対称性が高くなり、拘束の
度合いが大きくなるからである。

【００７４】これに対し、比較例Ｎｏ．１５乃至Ｎｏ．
２０においては、クロスメンバの「内側面」を「外側
面」よりも先に溶接しているので、その溶接方向に拘わ
らず、曲がり量は３．０ｍｍ以上と大きく、不合格であ
った。また、比較例Ｎｏ．１７は、不合格レベルではあ
るものの、水平溶接の進行方向を張り出し部から離間す
る方向とすると共に、内側面１３ｂにおける立向溶接を
水平溶接の後に行っているので、仮付なしの場合の変形
量が他の比較例よりも若干小さくなった。

【００７５】なお、第１の実験例と同様に、仮付ありの
場合に曲がり量が３．０ｍｍを超えることはなく、仮付
なしの場合に曲がり量が５．０ｍｍを超えることはなか
った。

【００７６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶接を行う箇所の順序を適切に規定しているので、従来
溶接により発生していた張り出し部が内側に湾曲すると
いう変形を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例に係るアルミニ
ウム合金材の接合方法を示す斜視図、（ｂ）は断面図で
ある。

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例に係るアルミニ
ウム合金材の接合方法を示す斜視図、（ｂ）は断面図で
ある。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明に使用することがで
きる部材の例を示す断面図である。

【図４】（ａ）は第１実験例及び第２実験例におけるサ
イドメンバとクロスメンバとの関係を示す断面図であ
り、（ｂ）は第１実験例の各実施例又は比較例における
溶接順序及び曲がり量を示す模式図である。なお、図４
中の及びは溶接の順序を示している。

【図５】曲がり量の測定方法を示す図であって、（ａ）
は本溶接前の状態を示す上面図であり、（ｂ）は本溶接
後の状態を示す上面図である。

【図６】仮付ありの場合における第２実験例の各実施例
又は比較例における溶接順序及び曲がり量を示す模式図
である。

【図７】仮付なしの場合における第２実験例の各実施例
又は比較例における溶接順序及び曲がり量を示す模式図
である。

【図８】スペースフレーム構造を示す模式図である。

【図９】車体フレームの基本構造を示す斜視図である。

【図１０】サイドメンバの変形状態を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１、２、１２、２１、２２；サイドメンバ １ａ；側面 １ｂ；上面 １ｃ；端部 ３、４、５、６、１１、２３、２４；クロスメンバ ３ａ、５ａ；上面 ３ｂ、３ｃ、５ｂ、５ｃ；側面 １３ａ；クロスメンバの外側面 １３ｂ；サイドメンバの外側面 ５０；スペースフレーム ５１；形材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉持 剛生 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB07 BB08 CB01 DA01 DE03 4E081 YC08 YC09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本のアルミニウム合金製のクロスメ
   ンバを１対のアルミニウム合金製のサイドメンバの間に
   前記サイドメンバの少なくとも一方の端部が張り出すよ
   うにして配置して前記クロスメンバの長手方向における
   端面を前記サイドメンバに接合する工程を有する車体フ
   レーム用アルミニウム合金材の接合方法において、前記
   クロスメンバの端面を前記サイドメンバに接合する工程
   は、前記複数本のクロスメンバのうち前記サイドメンバ
   の張り出している張出端部に最も近く位置するものを前
   記サイドメンバに接合する際に、前記張出端部側に位置
   する前記クロスメンバの外側部と前記サイドメンバとを
   溶接する工程と、前記外側部に対向する前記クロスメン
   バの内側部と前記サイドメンバとを溶接する工程と、を
   有し、前記外側部と前記サイドメンバとを溶接する工程
   を前記内側部と前記サイドメンバとを溶接する工程より
   先に行うことを特徴とする車体フレーム用アルミニウム
   合金材の接合方法。
2. 【請求項２】 前記クロスメンバの断面形状は、実質的
   に矩形であることを特徴とする請求項１に記載の車体フ
   レーム用アルミニウム合金材の接合方法。
3. 【請求項３】 前記クロスメンバの端面を前記サイドメ
   ンバに接合する工程は、複数回に分けて前記クロスメン
   バの端面を前記サイドメンバに溶接する工程を有し、前
   記クロスメンバの前記サイドメンバの張出端部に最も近
   く位置する部位を前記クロスメンバの前記サイドメンバ
   の張出端部から最も離間する部位よりも先に溶接するこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の車体フレーム用
   アルミニウム合金材の接合方法。
4. 【請求項４】 前記外側部と前記サイドメンバとを溶接
   する工程を最初に行うことを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれか１項に記載の車体フレーム用アルミニウム合
   金材の接合方法。
5. 【請求項５】 複数本のアルミニウム合金製の第１の部
   材の端面とアルミニウム合金製の第２の部材の側面とを
   前記第２の部材の一端部を張り出させて接合する車体フ
   レーム用アルミニウム合金材の接合方法において、前記
   第１の部材の端面を前記第２の部材の側面に当接させて
   配置する工程と、前記複数本の第１の部材のうち前記第
   ２の部材の張り出している張出端部に最も近く位置する
   ものを前記第２の部材に接合する際に、前記張出端部側
   に位置する前記第１の部材の外側部と前記第２の部材と
   を溶接する工程と、前記外側部に対向する前記第１の部
   材の内側部と前記第２の部材とを溶接する工程と、を有
   し、前記外側部と前記第２の部材とを溶接する工程を前
   記内側部と前記第２の部材とを溶接する工程より先に行
   うことを特徴とする車体フレーム用アルミニウム合金材
   の接合方法。
6. 【請求項６】 前記外側部と内側部とを連結する連結部
   と前記第２の部材とを溶接する工程と前記外側部及び内
   側部の一方と前記第２の部材とを溶接する工程とを連続
   して行い１つの溶接ビードを形成することを特徴とする
   請求項５に記載の車体フレーム用アルミニウム合金材の
   接合方法。
7. 【請求項７】 前記第１の部材は、車体フレームのクロ
   スメンバであり、前記第２の部材は、車体フレームのサ
   イドメンバであることを特徴とする請求項５又は６に記
   載の車体フレーム用アルミニウム合金材の接合方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
   方法により接合された車体フレーム用アルミニウム合金
   材を有することを特徴とするアルミニウム合金製車体フ
   レーム。