JP2012240118A - 自動車用骨格部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る自動車用骨格部品1は、断面形状が略ハット形状のフレーム部品3のフランジ部3aと、フランジ部3aに対向して配置するパネル部品5とを溶接して閉断面を構成する自動車用骨格部品1であって、溶接位置座標を、フランジ部3aとパネル部品5との接触位置の端部を0とし、フランジ部3aのフランジ外端側を(−)、略ハット形状における縦壁側を(+)とした座標系で表し、略ハット形状の縦壁部3bとフランジ部3aを繋ぐ円弧状部3cの半径をR(mm)としたときに、下式で表される位置Xを片側溶接方法にて連続溶接してなることを特徴とするものである。
+√(2Ra-a2)≧X>1.5 ただし、R≧2 (単位:mm)
a:溶接可能な間隙量
【選択図】 図1
Description
抵抗スポット溶接の場合には、スポット溶接用電極径が大きく、フランジ部3aに垂直に電極を当てて加圧する必要があるため、製品に25mm幅程度のフランジ部3aを設け、その中央部を溶接している。
そこで、特許文献1では、レーザ・アークハイブリッド溶接を用いて、フランジ部3aの接触端部から縦壁部の方向に(円弧上部3cの内側に)1.5mm未満の範囲を連続溶接することにより、亜鉛めっき鋼板を連続溶接する際に亜鉛のヒュームを逃がしブローホールの発生を防止するとともに、衝突安全性に優れた自動車用骨格部品21を製造することを提案している(図10、図11参照)。
このため、自動車用骨格部品11がねじれなどの変形を受けると、フランジ端部が開口して部品剛性が著しく低下するという問題があった。
しかしながら、特許文献1においては、フランジ部3aの接触端部から縦壁部3bの方向に(円弧上部3cの内側に)1.5mm未満の範囲を連続溶接するとしているので、上述したスポット溶接ほどではないが、溶接部23と縦壁部3bとの隙間部sの距離がある程度長い(図11参照)。このため、自動車用骨格部品21がねじれなどの変形を受けるとその隙間部sの部位が変形して部品の剛性を低下させるという問題が残されていた。
特に略ハット断面形状のフレーム部品3の円弧状部3cの曲率半径が大きい場合には、上記板間における隙間部sで示す領域が広くなるため、部材の剛性が著しく低下する。
つまり、特許文献1においては溶接時に着目して上記の連続溶接する位置を決めており、溶接後の自動車用骨格部品の剛性については検討されていない。
溶接位置座標を、前記フランジ部と前記他のフレーム部品またはパネル部品との接触位置の端部を0とし、前記フランジ部のフランジ外端側を(−)、前記略ハット形状における縦壁側を(+)とした座標系で表し、前記略ハット形状の縦壁部とフランジ部を繋ぐ円弧状部の半径をR(mm)としたときに、下式で表される位置Xを片側溶接方法にて連続溶接してなることを特徴とするものである。
+√(2Ra-a2)≧X>1.5 ただし、R≧2 (単位:mm)
a:溶接可能な間隙量
+√(2R-1)≧X>1.5 ただし、R≧2 (単位:mm)
そして、本発明による自動車用骨格部品を適用した自動車車体は、車体剛性が高く操縦安定性に優れるとともに、軽量化のために薄肉化した自動車用骨格部品の剛性低下を補償することができるため車体の軽量化にも寄与することができる。
そして、本実施の形態の自動車用骨格部品1は、溶接位置座標を、図3に示すように、フランジ部3aとパネル部品5との接触位置の端部を0とし、フランジ部3aのフランジ外端側を(−)、前記略ハット形状における縦壁側を(+)とした座標系で表し、略ハット形状の縦壁部3bとフランジ部3aを繋ぐ円弧状部3cの半径をR(mm)としたときに、下式で表される位置Xを片側溶接方法にて連続溶接してなることを特徴とするものである。
+√(2Ra-a2)≧X>1.5 ただし、R≧2 (単位:mm)
a:溶接可能な間隙量
溶接位置Xはなるべくフランジ接触端部より縦壁部3bに近い位置を溶接したほうが、後述の実施例により検証されるように剛性向上の観点からは有利である。しかしながら、溶接手法によって溶接可能な板間の間隙量aが決まっているため、溶接可能な間隙量aに対応する位置を上限値としたものである。自動車用骨格部品の剛性向上の観点からは、上限値に近い位置で溶接することが重要である。
図4に示すように、破線で示した円が略ハット形状の縦壁部3bとフランジ部3aを繋ぐ円弧状部3cを含む円である。
図4に示すように、溶接可能な板間の間隙量をaとすると、図4から分かるように、(R-a)2+X2=R2の関係があり、この式をXについて解くと、X=√(2Ra-a2)となる。このXが間隙量aに対応する溶接位置の上限値である。
このため、自動車用骨格部品1に荷重が作用して変形が生じる際に、間隙部sの開口が抑制され、部品の剛性を向上させることができる。
ただし、溶接方法によって、溶接可能な板間の間隙量aにそれぞれ異なる限界値があるため、本発明を適用するにあたっては溶接位置における板間の間隙量aに応じて、溶接手法を選定すればよい。
したがって、略ハット断面形状のフレーム部品3の円弧状部3cの半径をR(mm)とすると、√(2Ra-a2)においてa=1を代入することで、フレーム部品3のフランジ部3aと対向し溶接される部品の平坦部との板間の間隙量が1mm以内となる範囲は、√(2R-1)mmであることが分かる。逆に言えば、フランジ面の接触端部から√(2R-1)mmの範囲までは、フレーム部品3のフランジ部3aと対向し溶接される部品の平坦部との板間の間隙量が1mm以内となるため溶接が可能である。
なお、本発明の効果は、熱延鋼板、冷延鋼板、めっき鋼板などの鋼種にはよらない。
試験片に用いた素材は、1.6mm厚の引張強度270MPa級の冷延鋼板である。図6に示すように、試験片の端部を溶接により当て板に完全に固定し、反対側の端部に0.2kNmのトルクを負荷しそのときに生じた回転角を計測して剛性値を算出した。
溶接位置と、板間の間隙、及び溶接品質を表1に示す。なお、表1における「溶接位置」は、フランジ接触端部から縦壁部3b方向への距離を示している。
試験結果より、フランジ中央部を連続溶接することにより剛性値は5%程度上昇し、溶接位置をフランジ中央部からフランジ接触端部まで近づけることにより緩やかに剛性が向上し、フランジ接触端部(0mm)から縦壁部3b側に1.5mm程度の位置までは剛性値は飽和している。
更に本発明による1.5mm〜4mm(√(2R-1)=4.35)の範囲では、急激に剛性比が増加することがわかり、本発明による剛性向上効果が検証された。
このことは、溶接位置は板間距離が溶接可能な間隙量a(=1mm)以内にしなければならないことを示している。
1 自動車用骨格部品
3 フレーム部品
3a フランジ部
3b 縦壁部
3c 円弧状部
5 パネル部品
7 溶接部
11 自動車用骨格部品(従来例)
13 スポット溶接部
21 自動車用骨格部品(従来例)
23 溶接部
Claims (2)
- 断面形状が略ハット形状のフレーム部品のフランジ部と、該フランジ部に対向して配置する他のフレーム部品またはパネル部品とを溶接して閉断面を構成する自動車用骨格部品であって、
溶接位置座標を、前記フランジ部と前記他のフレーム部品またはパネル部品との接触位置の端部を0とし、前記フランジ部のフランジ外端側を(−)、前記略ハット形状における縦壁側を(+)とした座標系で表し、前記略ハット形状の縦壁部とフランジ部を繋ぐ円弧状部の半径をR(mm)としたときに、下式で表される位置Xを片側溶接方法にて連続溶接してなることを特徴とする自動車用骨格部品。
+√(2Ra-a2)≧X>1.5 ただし、R≧2 (単位:mm)
a:溶接可能な間隙量 - 前記片側溶接方法が、レーザ・アークハイブリッド溶接方法であり、下式で表される位置Xを片側溶接方法にて連続溶接してなることを特徴とする請求項1記載の自動車用骨格部品。
+√(2R-1)≧X>1.5 ただし、R≧2 (単位:mm)
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