JP2016147593A - プレス成形部品の接合構造、該接合構造を有する自動車用構造部品及び接合部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、疲労強度の高いプレス成形部品の接合構造、該接合構造を有する自動車用構造部品及び接合部品の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るプレス成形部品の接合構造は、プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合してなるプレス成形部品の接合構造であって、接合面の一部又は全部について、下側部品３における縦壁部３ａの先端部に外側に突出する屈曲凸部５を成形することにより段部７を設け、段部７よりも先端側を上側部品９の開口部に嵌合させ、下側部品３の段部７と上側部品９の縦壁部９ａの先端とをアーク溶接により線接合してなるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、断面の少なくとも一辺に開口部を有する２つのプレス成形部品を溶接により製造されたプレス成形部品の接合構造、該接合構造を有する自動車用構造部品及び接合部品の製造方法に関する。

二つの部品を溶接により線接合して構造部品を製造する際、耐疲労特性に優れて高強度な接合構造とすることは重要である。例えば、自動車の構造部品の中でも高い強度を必要とする部品であるサスペンションアーム、サスペンションフレーム、シャシーフレームなどは、より高強度な特性を確保するために断面の少なくとも一辺が開口する２部品を接合して閉断面としている（特許文献１）。

特開2013-82341号公報 特開2014-4607号公報 特開2012-213803号公報 特開平10-193164号公報

溶接学会誌、第62巻（1993）第8号、p.595

溶接により接合された構造部品の破損は疲労に起因することが多い。よって、疲労起因の破損を未然に防ぐことは部品設計において極めて重要である。
通常、疲労亀裂は被溶接母材と溶接金属との境界部から発生しやすく、溶接継手の疲労強度に関するこれまでの知見より、溶接部の疲労強度の低下の主な原因は残留応力や金属組織的因子ではなく、溶接金属の余盛り形状による応力集中であると指摘されている（非特許文献１）

２つの部品をアーク溶接により隅肉溶接した場合、溶接部の溶接止端は耐久試験において亀裂の発端となりやすいため、重ね隅肉溶接の多層化（特許文献２）や、シールドガス成分の工夫（特許文献３）、溶接部周辺の残留応力の除去（特許文献４）など、様々な手法で溶接部の疲労強度を向上させる検討がなされている。しかしながら、これらの手法は工数やコストがかかるため、適切な疲労強度向上の手段がないのが現状である。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺が開口する２つの部品を組み合わせてアーク溶接により線接合（重ね隅肉溶接）する場合において、工数やコストを増加せずに疲労強度を向上できるプレス成形部品の接合構造、該接合構造を有する自動車用構造部品及び接合部品の製造方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るプレス成形部品の接合構造は、プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合してなるプレス成形部品の接合構造であって、接合面の一部又は全部について、一方の部品における縦壁部の先端部に、外側に突出する屈曲凸部を成形することにより段部を設け、該段部よりも先端側を他方の部品の開口部に嵌合させ、前記一方の部品の段部と前記他方の部品の縦壁部の先端とをアーク溶接により線接合してなることを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記一方の部品と前記他方の部品の線接合は、前記段部の斜面部に溶接金属の余盛部がかかるように接合することを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記段部の高さをD、前記他方の部品の板厚をt2としたときに、0.5*t2≦D≦2*t2の関係を満たすことを特徴とするものである。

（４）本発明に係るプレス成形部品の接合構造を有する自動車用構造部品は、上記（１）乃至（３）のいずれか一つに記載のものである。

（５）本発明に係る接合部品の製造方法は、プレス加工により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合してなる接合部品の製造方法であって、一方の部品のブランク材における縦壁部の先端部に相当する部位に屈曲凸部を成形する屈曲凸部成形工程と、前記屈曲凸部が成形されたブランク材に縦壁部を成形して開口部を有する一方の部品を製造する第一プレス成形工程と、ブランク材に縦壁部を成形して開口部を有する他方の部品を製造する第二プレス成形工程と、前記一方の部品の前記段部よりも先端側を他方の部品の開口部に嵌合させ、前記一方の部品の段部と前記他方の部品の縦壁部の先端とをアーク溶接により線接合する接合工程とを備えることを特徴とするものである。

本発明に係る接合構造においては、プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて閉断面になるように接合するに際し、一方の部品における縦壁部の先端部に外側に突出する屈曲凸部を成形することにより段部を設け、該段部よりも先端側を他方の部品の開口部に嵌合させ、前記一方の部品の段部と前記他方の部品の縦壁部の先端とをアーク溶接にて線接合するようにしたので、溶接金属の終端部と部品によって形成される形状部の応力集中係数が抑制される形状となるため、溶接部からの破壊を防ぐことができ、接合部品の疲労強度を向上させることができる。

本発明に係るプレス成形部品の接合構造の断面図である。 本発明に係るプレス成形部品の接合構造を有する自動車用足回り部品の一例の斜視図である。 本発明の接合構造と従来の接合構造とを説明する断面図である。 応力集中係数K_tの算出式の記号の意味を説明する図である。 実施の形態１に係るプレス成形部品の接合構造を説明する図である。 実施の形態２に係る接合部品の製造方法の説明図である（その１）。 実施の形態２に係る接合部品の製造方法の説明図である（その２）。 実施例１における試験片の作成方法の説明図である。 実施例１における平面曲げ疲労試験片の形状の説明図である。 実施例１における疲労試験の方法の説明図である。 実施例２に係るサスペンションアームの説明図である。 実施例２に係る接合部品の断面図である。 実施例２における疲労試験の方法の説明図である。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るプレス成形部品の接合構造１（以下、単に「接合構造１」という）は、例として図１に示すような、プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合してなるものである。

接合構造１は、図１に示すように、一方の部品（下側部品３）における縦壁部３ａの先端部に外側に突出する屈曲凸部５を成形することにより段部７を設け、段部７よりも先端側を他方の部品（上側部品９）の開口部に嵌合させ、上側部品９の縦壁部９ａの先端部と下側部品３の段部７とをアーク溶接により線接合する。

接合構造１を有する接合部品としては、例えば図２に示すようなサスペンションアーム２１がある。サスペンションアーム２１は、車体から腕のように伸びて、ホイールの動きをコントロールする足回り部品であり、例えばブレーキで停止する際に車体の前後方向に作用する荷重が最大荷重となる。

ここで、図１に示すような段部７を設けてアーク溶接することで疲労強度が向上する理由を図３及び図４に基づいて説明する。

従来の重ね隅肉溶接の場合、図３（ａ）に示すように、金属板が重なる部分の断面形状は、図３（ａ）にて点線で示すように、下側部品１０の金属板の表面と上側部品９の金属板の板厚エッジにより直角形状となる。溶接する部位は直角部の中心（角部）となり、溶接肉盛は、下側部品３の金属板の表面部との交点、及び、上側部品９の金属板の表面部との交点でそれぞれ溶接止端１１及び溶接止端１２となる。このとき、溶接止端１１と溶接止端１２の距離は必然的に少なくとも上側部９の板厚分以上の長さとなる。
このような形状は、板幅方向に厚みが異なり、フィレットにより連結される部材とみなすことができて、当該フィレットに応力が集中する場合の応力集中係数に相当する。

一方、段部７を設けて溶接する本発明の場合、図３（ｂ）に示すように、下側部品３側の溶接止端１１は必然的に傾斜した平板に対する溶接肉盛となる。
このような形状は、板幅方向にノッチを有する部材とみなすことができて、当該ノッチに応力が集中する場合の応力集中係数に相当する。

応力集中係数K_tの算出式は、重ね隅肉溶接の場合は下式（１）となり、段部７を設けた溶接の場合は下式（２）となる。なお、各式の記号の意味は式の後のなお書き及び図４に記載の通りである。

式（１）及び式（２）のいずれにおいても、図４に示すビード高さhが小さいと応力集中係数K_tは小さくなり、応力集中は緩和されることがわかる。
一方、溶接金属の濡れ性や肉盛量が同じであれば、溶接肉盛の形状が溶接金属の溶融固化後の形状に影響し、図４（ａ）に示す従来の重ね隅肉溶接に比べて、図４（ｂ）に示すような段部７を設けて溶接する本発明は、明らかにビード高さhが小さい。従って、本発明は従来の重ね隅肉溶接よりも応力集中係数が緩和される。
そのため、従来の重ね隅肉により溶接した接合構造と比較して、段部を設けて溶接した本発明の接合構造の方が疲労強度は向上する。

また、従来の重ね隅肉溶接の場合、アーク溶接の溶接方向にムラが生じ易くて、溶接の溶鋼が不足する部分を起点に疲労破壊し易くて問題であり、溶接方向に均一な溶接を可能とする方法が望まれていた。なお、アーク溶接は溶接部品の表面が地面にほぼ平行になるように置いて行われる。
従来の重ね隅肉溶接では、図３（ａ）に示すように、溶接する部位は上側部品９の先端部端面と下側部品１０の縦壁部１０ａの表面が交差する直角部の中心（角部）であり、溶接止端１１及び溶接止端１２はそれぞれ下側部品１０の金属板表面との交点及び上側部品９の金属板表面との交点となる。従って、重力が作用して溶接金属の溶鋼は下側部品１０の金属板表面に流れ易い状態であり、溶接条件や金属板表面状態にわずかなバラツキがあると、溶接金属の溶鋼の濡れ性が変わり、溶接ムラが発生しやすい。

これに対して、本発明の場合、図３（ｂ）に示すように、下側部品３に段部７があるため、一方の溶接止端１１は段部７の傾斜面上となり、他方の溶接止端１２は上側部品９の縦壁部９ａの外表面の先端となって、下側部品３と上側部品９によって溝形状が形成される。アーク溶接は該溝形状に沿って行われるため、溶接条件や金属板の表面状態に多少バラツキがあっても、溶接の溶鋼は重力が作用してこの溝に溜まるように流れるため、溶接方向に溶鋼のムラを生じても、溶鋼の界面張力や重力が作用して溶鋼自身でムラを均等化する作用が働く。従って、本発明では、溶接ムラが生じにくくて安定した溶接が可能になり、その結果、溶接部の疲労強度が向上する。

さらに、溶接部が板の表面と平行な方向に繰返し応力を受ける場合、疲労破壊は溶接止端から発生し易く、亀裂はほぼ板厚方向に伝播する。従来の重ね隅肉溶接（図４（ａ））と、段部７を設けて溶接する本発明（図４（ｂ））において、一方の溶接止端１２は上側部品９の金属板表面との交点と同位置となる。
しかし、従来の重ね隅肉溶接の場合では、他方の溶接止端１１が下側部品表面であって（図４（ａ））、亀裂の伝播方向が下側部品表面にほぼ垂直であり、疲労の繰り返し応力の方向（下側部品の表面と平行な方向）とはほぼ垂直の関係となり、亀裂の伝播長が短い。

これに比べて、段部７を設けて溶接する本発明では、下側部品３の表面が傾斜しており（図４（ｂ））、上側部品９の板厚方向にほぼ平行に亀裂が伝播するため、段部７においては板厚方向とは斜めに亀裂が伝播して、伝播長が従来の重ね隅肉溶接より長くなる。その結果、本発明の接合構造は、従来の重ね隅肉溶接より疲労寿命が向上する。

また、本発明に係る接合構造１は、従来の重ね隅肉溶接に比べて部品の剛性も向上する。
すなわち、上側部品９の形状は従来例と同じとし、下側部品３に段部７を設けると、必然的に下側部品３の断面が大きくなる。同一のモーメントが負荷されたときに同じ位置の断面における最大発生応力は、断面係数が大きいほうが小さくなる。断面係数は断面の形状によって決まる数値で、同じ板厚であれば断面が大きい方が断面係数は大きい。それ故、本発明に係る接合構造は断面係数が大きくなり、最大発生応力が小さくなるため剛性が向上する。

次に、段部７の好ましい形状について、図５に基づいて説明する。図５は、図１において上側部品９と下側部品３とが嵌合している部位を拡大して示したものであり、下側部品３の板厚をt1、上側部品９の板厚をｔ2、段部７の高さ（屈曲凸部の高さ）をD、上側部品９の先端と段部７の傾斜面下端との距離をL1、下側部品３の上側部品９への嵌合長さをL2、段部７の傾斜角度をθとする。

まず、段部７の高さDと、上側部品９の板厚ｔ2との関係については、0.5*t2≦D≦2*t2とするのが好ましい。本発明においては、段部７の高さDが相手側部品（上側部品９）の板厚と同等（D＝t2）である必要はなく、段部７の高さDが相手側部品（上側部品９）の板厚t2の半分あるいは２倍でもでも所定の効果が得られることから、0.5*t2≦D≦2*t2としてもよい。これは、段部７がある一定量以上の高さに設定してあれば、重ね隅肉溶接の溶接金属よりは確実に形状が緩和されるためである。

さらに、段部７の高さを2*t2を超えるようにとすると上側部品９の成形や上側部品９と下側部品３の組み立てが難しくなるので好ましくない。

相手側部品（上側部品９）の先端と段部７の傾斜面下端との距離L1を相手側部品（上側部品９）の板厚t2以下とするとよい。これは、L1がt2より大きいと、段部７側の溶接止端１１が段部７の傾斜面ではなく、下側部品３の表面にかかってくるため、図３（ａ）及び図３（ｂ）で比べた形状の効果が小さくなるからである。この意味で、距離L1は、上側部品９の先端が段部７の傾斜面にかからない範囲であればより短い方が好ましい。
また、段部７の傾斜面と相手側部品（上側部品９）の接合面とがなす傾斜角度θは、90°≦θ≦150°とすることが好ましい。

下側部品３の上側部品９への嵌合長さL2は大きいほど、上側部品９と下側部品３の金属板が重なる部分が多くなり、当該部分だけでなく部品そのものの剛性が大きくなり、同じモーメントが負荷された状態では発生応力が小さくなるため、疲労強度向上に好ましい。

上記の説明では、下側部品３における縦壁部３ａの長手方向（紙面に垂直な方向）全体に屈曲凸部５を成形することによって段部７を設ける例を示したが、縦壁部３ａの長手方向の一部に本発明の段差形状を設けるようにしてもよい。

また、一方の部品（下側部品３）における左右両方の縦壁部３ａに屈曲凸部５を成形することで段部７を設けているが、縦壁部３ａの左側又は右側のどちらかに屈曲凸部５を成形することによって段部７を設け、他方の部品の縦壁部と接合してもよい。

さらに、下側部品３に段部７を設けて下側部品３の先端を上側部品９の中に嵌合して接合した例を示したが、これとは逆に上側部品９に段部７を設けて上側部品９の先端を下側部品３の中に嵌合させて接合してもよい。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る接合部品の製造方法は、主に図１に示す接合構造１を有する、少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合した接合部品を対象とし、図６に示すように、屈曲凸部成形工程（Ｓ１）と、第一プレス成形工程（Ｓ３）と、第二プレス成形工程（Ｓ５）と、接合工程（Ｓ７）とを備えている。
以下、図７に基づいて各工程を具体的に説明する。

＜屈曲凸部成形工程＞
屈曲凸部成形工程Ｓ１は、前記接合部品のうち、一方の部品のブランク材１３における縦壁部３ａの先端部に相当する部位に屈曲凸部５を成形する工程である（図７（ａ−２））。

屈曲凸部５の高さDは、相手側部品（上側部品９）の板厚ｔ2との関係において、0.5*t2≦D≦2*t2とするのが好ましい。
また、屈曲凸部５によって設けられる段部７の傾斜面と、相手側部品（上側部品９）の接合面とがなす傾斜角度θは、90°≦θ≦150°とすることが好ましい。

＜第一プレス成形工程＞
第一プレス成形工程Ｓ３は、屈曲凸部成形工程Ｓ１において屈曲凸部５が成形されたブランク材１３を、パンチ１５とダイ１７によってプレス成形し、縦壁部３ａを有する下側部品３を得る工程である（図７（ａ−３））。
この工程で成形された縦壁部３ａの先端部は、屈曲凸部成形工程Ｓ１で成形された外側に突出した屈曲凸部５を有している。また、縦壁部３ａが成形されたことにより、下側部品３の断面の少なくとも一辺に開口部を有するコ字断面形状となる。
当該工程で縦壁部３ａを成形する前に屈曲凸部成形工程Ｓ３で屈曲凸部５を成形することで、先端部に屈曲凸部５を有する縦壁部３ａを容易に成形することができる。

＜第二プレス成形工程＞
第二プレス成形工程Ｓ５は、ブランク材１３をパンチ１５とダイ１７によってプレス成形し、縦壁部９ａを有する上側部品９を得る工程である（図７（ｂ−２））。縦壁部９ａが成形されたことにより、この工程で作製された上側部品９は、少なくとも一辺に開口部を有するコ字断面形状となる。

＜接合工程＞
接合工程Ｓ７は、第一プレス成形工程Ｓ３で得られた下側部品３の段部７よりも先端側を、第二プレス成形工程Ｓ５で作製された上側部品９の縦壁部９ａに嵌合させ、アーク溶接により線接合する工程である。

上側部品９と下側部品３を嵌合して接合する際、上側部品９の板の先端と段部７の傾斜面下端との距離L1を上側部品９の板厚t2以下とするのが好ましく、距離L1は、上側部品９の先端が段部７の傾斜面にかからない範囲であればより短い方がより望ましい。

下側部品３の上側部品９への嵌合長さL2は大きいほど上側部品９と下側部品３の金属板が重なる部分が多くなり、当該部分だけでなく部品そのものの剛性が大きくなり、同じモーメントが負荷された状態では発生応力が小さくなるため、疲労強度向上に好ましい。

本実施の形態２は以下の効果を有する。
例えば自動車用のサスペンションアームは、本実施の形態２で対象とした接合部品と同様、プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合したものであるが、該２部品は一つの工程でプレス成形されるのではなく、該２部品の縦壁部をプレス成形する前工程として、プレス成形に供されるブランク材の絞り工程や抜き工程がある。
本発明に係る屈曲凸部成形工程をこれらの絞り工程や抜き工程に組み込んで屈曲凸部を成形することによって、工程数を増やすことなく、また、特別なプレス成形装置を必要せず、生産性を損なわずに経済性に優れ、疲労強度の高い接合部品を製造することができる。

本発明の作用効果について確認するため、具体的な実験を行ったので、これについて以下に説明する。
自動車車両に用いる部品の耐久性能の評価には、実際の車両に部品を組み込んで車体全体として行う評価、部品単位での評価、さらに小さい単位の材料（試験片）の基礎疲労試験での評価などがある。
本実施例１では、本発明に係る段部を設けた溶接（図８（ａ））および従来技術の重ね隅肉溶接（図８（ｂ））で作製した試験片による基礎疲労試験を行い、接合構造の性能を評価した。

＜供試材＞
供試材は、板厚2.3mmの980MPa級熱延鋼板とした。

＜試験片の作成方法＞
前記供試材から250mm×175mmの寸法の鋼板を切り出した。
図８（ａ）に、本発明例として、段部７を設けて溶接した試験片の溶接断面を示す。一方の切り出した鋼板の長さ250mm側の端部近傍に、ベンダーを用いた曲げ成形により屈曲凸部５を成形した。このとき、成形した屈曲凸部５により設けられた段部７の高さ（深さ）Dは供試材の板厚t2と等しい2.3mm、屈曲凸部５により形成される段部７の傾斜角度θは135°、上側部品９の先端と段部７の傾斜面下端との距離L1は2mmとした。

屈曲凸部５を成形した鋼板の端部側に、切り出したままの鋼板の端部を重ね合わせ、切り出したままの鋼板側の端面をMAGアーク溶接し、本発明の接合構造を有する試験片を作製した。該試験片から幅30mmの短冊を切り出し、該短冊から平面曲げ疲労試験片１９を作成した。平面曲げ疲労試験片１９は、図９に示すように、長さ90mm、幅30mmで、中央部の幅は22mmとした。

図８（ｂ）に、比較例として従来技術の重ね隅肉溶接で作製した試験片の溶接断面を示す。供試材から切り出したままの鋼板同士を重ね合わせ、MAGアーク溶接にて作製した。溶接した鋼板より、幅30mmの短冊を切り出し、図９に示す形状の平面曲げ疲労試験片１９を作成した。

本発明例及び比較例ともに、鋼板同士の重ね代L2は5mmとした。また、溶接ビード幅Wは、本発明例と比較例において同じとなるように5.5mm又は7mmとした。

本発明例及び比較例におけるアーク溶接条件はともに、溶接電流185A又は205A、電圧19V又は23V、溶接速度85cm/min、シールドガスをAr-20%CO₂とし、溶接ワイヤには直径1.2mmの780MPa級高張力鋼用を使用した。
アーク溶接条件を表１に示す

＜疲労試験方法＞
疲労試験は片振り平面曲げで行った（図１０参照）。試験機には東京衡機製PBF-30を使用し、平面曲げ疲労試験片１９の溶接ビードが下側を向くように前記試験機に設置した。このとき、上板を試験器の駆動アーム側に、下板を試験器の計測スイングアーム側に固定し、下板の板厚中央が曲げ中立面となるように平面曲げ疲労試験片１９を設置した。前記駆動アームを介して平面曲げ疲労試験片１９に目標応力が加えられるように繰返し荷重を与え、平面曲げ疲労試験片１９に亀裂が発生するまで試験を行った。平面曲げ疲労試験片１９に加えられる応力は、計測アームを介して計測されたモーメントと、平面曲げ疲労試験片１９の板厚及び板幅（上板と下板の平均値）より求めた。
疲労試験条件は応力比0（片振り）、試験周波数20Hzとし、該疲労試験は最長1000万回で打ち切った。

＜疲労試験結果＞
疲労試験結果を前記した表３に示す。本発明例は段部７を設けた溶接であり、一方、比較例は従来の重ね隅肉溶接である。表３より、溶接条件に関わらず、本発明例は比較例の疲労寿命を大きく上回る結果となった。

一般的に、自動車用のサスペンションアームは強度が要求されるため、プレス成形により加工され開口部を有する２つの部品を互いに嵌合させて閉断面形状とすることが多い。
そこで実施例２では、図１１に示すサスペンションアーム２１を対象とし、２部品の接合部（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に従来技術の重ね隅肉溶接又は本発明の段部を設けた溶接で作製したサスペンションアーム２１の疲労試験を実施し、本発明と従来技術とを比較した。

＜供試接合部品＞
サスペンションアーム２１を構成する２部品は、板厚2.3mm、980MPa級熱延鋼板を断面コ字状にプレス成形したものであり、一方の部品２９を発明例と従来例とで同一形状とする。
アーク溶接条件は、溶接電流185A、電圧23V、溶接速度85cm/min、シールドガスをAr-20%CO₂とし、溶接ワイヤには直径1.2mmの780MPa級高張力鋼用を使用した。
従来例として、他方の部品２３に段部２７を設けず、全ての接合部（図１１中Ｐ１〜Ｐ３）において重ね隅肉溶接した。
一方、発明例として、他方の部品２３の縦壁部に屈曲凸部を成形することで段部を設け、部品２９と嵌合してアーク溶接により線接合した。

他方の部品２３に屈曲凸部２５を成形して設けた段部２７の高さDは、図１２に示すように、板厚の２倍とした場合(D=2*t2)から板厚の半分とした場合(D=0.5*t2)とした。屈曲凸部２５を成形して段部２７を設定した部位は、図１１に示す段部設定部Ｐ１、Ｐ２及びＰ３の全てとした場合と、段部設定部Ｐ３のみとした場合の２条件とした。
表２に本実施例における段部高さ及び段部設定部の条件を示す。

＜疲労試験方法＞
疲労試験は、図１３に示すように、サスペンションアーム２１の車体取付側を拘束（拘束点Ａ１及びＡ２）、車輪取付側を荷重入力（入力点Ｂ）とした。
拘束条件として、拘束点Ａ１においては、X方向（車両前後方向）、Y方向（車幅方向）及びZ方向（車両鉛直方向）の並進運動（変位）を拘束して各軸周りの回転運動のみを許容した。拘束点Ａ２においては、Y、Z方向の変位を拘束し、X方向の変位と各軸周りの回転を許容した。
荷重条件として、入力点Ｂにおいて、X軸方向に荷重8000N、周波数2.5Hzとする繰返し荷重を与え、Y、Z方向の変位は拘束し、X方向の変位及び全ての方向の回転は許容した。
疲労試験の評価は、上記繰返し荷重によって前記２部品の接合部に亀裂が発生した繰返し回数により行った。

＜疲労試験結果＞
疲労試験の結果を表３に示す。

従来例に比べて、段部２７を設けて溶接した本発明例は亀裂が発生するまでの繰返し回数が増大し、段部２７を設けて２部品を接合することにより疲労寿命が増加する結果が得られた。

以上より、２部品を接合する部位に段部を設けて接合することにより、従来の重ね隅肉溶接に比べて溶接部の疲労強度が増加し、接合部品の疲労寿命が増加する効果が実証された。また、段部を設けるため屈曲凸部を成形することによって、接合部品の断面係数が増加するため、剛性の増加にも寄与し、軽量化効果も期待できる。

さらに、本実施例はサスペンションアームを対象として疲労試験を行ったものであるが、本発明は２部品を接合して閉断面形状を有する接合部品において、高い強度が必要とされるサスペンションフレームやシャシーフレームの製造にも容易に適用することができ、疲労強度及び剛性の向上を得ることができる。

１ 接合構造
３ 下側部品
３ａ 縦壁部（下側部品）
５ 屈曲凸部
７ 段部
９ 上側部品
９ａ 縦壁部（上側部品）
１０ 下側部品
１０ａ 縦壁部（下側部品）
１１ 溶接止端（下側部品側）
１２ 溶接止端（上側部品側）
１３ ブランク材
１５ パンチ
１７ ダイ
１９ 平面曲げ疲労試験片
２１ サスペンションアーム
２３ 部品
２５ 屈曲凸部
２７ 段部
２９ 部品

Claims (5)

1. プレス成形により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合してなるプレス成形部品の接合構造であって、
   接合面の一部又は全部について、一方の部品における縦壁部の先端部に、外側に突出する屈曲凸部を成形することにより段部を設け、該段部よりも先端側を他方の部品の開口部に嵌合させ、前記一方の部品の段部と前記他方の部品の縦壁部の先端とをアーク溶接により線接合してなることを特徴とするプレス成形部品の接合構造。
2. 前記一方の部品と前記他方の部品の線接合は、前記段部の斜面部に溶接金属の余盛部がかかるように接合することを特徴とする請求項１記載のプレス成形部品の接合構造。
3. 前記段部の高さをD、前記他方の部品の板厚をt2としたときに、0.5*t2≦D≦2*t2の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のプレス成形部品の接合構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプレス成形部品の接合構造を有する自動車用構造部品。
5. プレス加工により作製した断面の少なくとも一辺に開口部を有する２部品を、前記開口部を対向させて組み合わせて接合してなる接合部品の製造方法であって、
   一方の部品のブランク材における縦壁部の先端部に相当する部位に屈曲凸部を成形する屈曲凸部成形工程と、
   前記屈曲凸部が成形されたブランク材に縦壁部を成形して開口部を有する一方の部品を製造する第一プレス成形工程と、
   ブランク材に縦壁部を成形して開口部を有する他方の部品を製造する第二プレス成形工程と、
   前記一方の部品の前記段部よりも先端側を他方の部品の開口部に嵌合させ、前記一方の部品の段部と前記他方の部品の縦壁部の先端とをアーク溶接により線接合する接合工程とを備えることを特徴とする接合部品の製造方法。