JP2018158364A

JP2018158364A - 車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造

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Publication number: JP2018158364A
Application number: JP2017057000A
Authority: JP
Inventors: 塩崎　毅; Takeshi Shiozaki; 毅塩崎; 尚記山口; Naoki Yamaguchi; 玉井　良清; Yoshikiyo Tamai; 良清玉井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP6579139B2

Abstract

【課題】先端部を突き合わせて隅肉溶接される角型閉断面部材の疲労強度を向上する車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る隅肉溶接継手構造１は、一対の対向する面部３ａの先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材３の開口端部３ｂを、角型閉断面部材５の側面５ａに、前記凹状に切り取られた先端部を側面５ａに当接させるとともに他の一対の面部３ｃの先端部が側面５ａを跨ぐように嵌合させて隅肉溶接されたものであって、前記凹状に切り取られた先端部に張出し形状部７が形成され、張出し形状部７の先端部が側面５ａに当接し、かつ、張出し形状部７は、角型閉断面部材３の両側の稜線の曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿い、張出し形状部７の張出し高さをＨ、幅をＷ、溶接部９の幅をＷ_ｂ、角型閉断面部材３の板厚をｔとしたとき、Ｈ≧2.5ｔ、Ｗ≧Ｗ_ｂを満たすように設定されていることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造に関し、特に、角型閉断面部材の開口端部と他の角型閉断面部材の側面とを隅肉溶接されてなる車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造に関する。

自動車車体のシャシー部品のうちフレーム・足回り部品には、アーク溶接によって組み立てられた溶接構造体が多い。シャシー・足回り部品等に求められる性能のうち、路面からの入力荷重等に対する耐久・疲労強度は最も重要な要求性能の一つである。そのため、シャシー・足回り部品等においては従来を越える疲労強度の向上が求められている。

アーク溶接によって組み立てられた溶接構造体が破壊する場合、その大半は疲労き裂に起因しており、その疲労き裂のほとんどは、溶接継手部、特に溶接止端部（溶接金属と被溶接母材との境界部）から発生すると言われている（非特許文献１）。

一方、近年、自動車の衝突安全性能の向上と燃費規制の対応とを両立すべく、自動車車体の軽量化が進められている。そのため、最近では、車体骨格部材はもとより、これまで防錆性確保の観点から最低限の肉厚確保が必要とされていたシャシー部品に対しても、高強度鋼板を適用し、これまで以上に薄肉化の検討がなされている。しかしながら、高強度鋼板を適用した場合、溶接金属との強度差が大きくなること、成形時の残留応力が大きくなること、ゲージダウンなどにより、疲労強度が低下することが懸念される。したがって、高強度鋼板の適用による自動車車体の軽量化においては、溶接継手部における疲労強度の向上が大きな課題であり、そのためには、疲労強度に直接影響する溶接継手部における応力集中を低減することが重要である。

そこで、従来から、溶接継手部における応力集中を低減させる方法として、溶接止端部をグラインダーで研削する、溶接ワイヤを変更または溶接時のシールドガスを変更するなどの溶接手法の改善による対策が提案されている。例えば、特許文献１には、ピーニング処理により溶接止端部の形状を滑らかにする技術が開示されている。しかしながら、これらの方法は、後処理や工法の改善のためにコスト・工数が余分に必要となるといった問題がある。

また、特許文献２には、一方の部品の隅肉溶接する部分の一部または全部に溶接方向に沿った溝を形成し、溶接時にその溝を溶着金属で埋めて溶接ビードの脚長が上記溝の幅よりも大きくなるように溶接する方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、隅肉溶接継手で接合されている鋼板の曲り変形を抑制して溶接部近傍の応力集中を低減するために、溶接ビード近傍の鋼板に溶接前に予めプレス成形でリブ状のプレスビードを形成し、このプレスビードの一部が隅肉溶接の溶接ビードと接するか重なるようにする技術が開示されている。

ＷＯ２０１１／０５５８４８Ａ１特開２００８−１８３５６９号公報ＷＯ２０１６／１２９６９０Ａ１

溶接学会誌、第６２巻（１９９３）第８号、ｐ．５９５−５９８

一方の部品の端面を他方の部品の表面に載せてＴ字状に溶接したＴ字溶接継手を有する溶接構造体においても、該Ｔ字溶接継手に繰返し荷重が負荷された場合、その疲労き裂のほとんどは溶接継手部、特に溶接止端部から発生する。

特許文献２に開示されている溶接方法は、Ｔ字溶接継手を対象としたものである。しかし、一方の部材に形成された溝を溶着金属で埋めて溶接ビードの脚長が溝の幅よりも大きくなるように溶接するため、溶着金属を多く必要とすることや、溶接止端部は溝が形成されていない元の部材の表面に位置するものであるため、溶接止端部の形状が滑らかに緩和せず、疲労強度を向上する効果が十分に得られない場合があるなどの課題があった。

さらに、特許文献３（図１０）に開示されている溶接方法は、角型金属管を用いたボックス材と、角型金属管の先端部の相互に対応する二組の面のうち一組の面がボックス材の形状に合わせて切り取られたボックス材とをＴ字状に隅肉溶接したときに、先端部の全周が隅肉溶接される側のボックス材の溶接止端部に生じる疲労き裂に対しては、疲労強度の向上効果が得られないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶接のコストと工程数を増やすことなく、疲労強度に優れる車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造を提供することを目的としている。

本発明者は、図１５に示すような、自動車車体のフレーム構造１０１に繰り返し荷重が入力したときの疲労強度の向上を検討した。
図１５（ｂ）に一例を示すフレーム構造１０１は、図１６に示すように、対向する一対の面部１０５ａの先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材１０５の開口端部１０５ｂを、角型閉断面部材１０７の側面１０７ａに、前記凹状に切り取られた先端部を側面１０７ａに当接させるとともに他の一対の面部１０５ｃの先端部を側面１０７ａに跨ぐように嵌合させて開口端部１０５ｂの全周が隅肉溶接された隅肉溶接継手構造１０３を作成するものであるが、このような隅肉溶接継手構造１０３に荷重が入力すると、先端部を突き合わせて溶接する角型閉断面部材１０５における稜線部１０５ｄの溶接止端部に応力が集中し、疲労強度が低下することを見出した。

そこで、発明者はさらに検討をすすめた結果、先端部が当接される角型閉断面部材の稜線部の曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って張り出した形状を形成し、該張り出した形状のまま他の角型閉断面部材の側面に当接させることにより、稜線部における溶接止端部の応力集中を緩和できるという知見を得た。
本発明は、係る知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。

（１）本発明に係る車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造は、一対の対向する面部の先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材の開口端部を、他の角型閉断面部材の側面に、前記凹状に切り取られた先端部を前記側面に当接させるとともに他の一対の面部の先端部が前記側面を跨ぐように嵌合させて、前記開口端部の全周が隅肉溶接されて形成されるものであって、前記凹状に切り取られた先端部に張り出した形状の張出し形状部が形成され、該張出し形状部の先端部が前記他の角型閉断面部材の側面に当接し、かつ、該張出し形状部は、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材の両側の稜線の曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って形成され、前記張出し形状部の張出し高さをＨ、幅をＷ、前記隅肉溶接の溶接部の幅をＷ_ｂ、前記角型閉断面部材の板厚をｔとしたとき、Ｈ≧2.5ｔ、Ｗ≧Ｗ_ｂを満たすように設定されていることを特徴とするものである。

本発明においては、一対の対向する面部の先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材の開口端部を、他の角型閉断面部材の側面に、前記凹状に切り取られた先端部を前記側面に当接させるとともに他の一対の面部の先端部が前記側面を跨ぐように嵌合させて、前記開口端部の全周が隅肉溶接されて形成されるものであって、前記凹状に切り取られた先端部に張り出した形状の張出し形状部が形成され、該張出し形状部の先端部が前記他の角型閉断面部材の側面に当接し、かつ、該張出し形状部は、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材の両側の稜線の曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って形成され、前記張出し形状部の張出し高さをＨ、幅をＷ、前記隅肉溶接の溶接部の幅をＷ_ｂ、前記角型閉断面部材の板厚をｔとしたとき、Ｈ≧2.5ｔ、Ｗ≧Ｗ_ｂを満たすように設定されていることにより、先端部を突き合わせて溶接される側の角型閉断面部材の稜線における溶接止端部の応力集中を緩和させることができ、継手構造の疲労強度を向上させることができる。

本実施の形態に係る閉断面部材の隅肉溶接継手構造を説明する説明図である。本実施の形態に係る閉断面部材の隅肉溶接継手構造の隅肉溶接前の状態を示す分解斜視図である。従来の閉断面部材の隅肉溶接継手構造を説明する説明図である。従来の閉断面部材の隅肉溶接継手構造に、x、y、z方向それぞれの荷重を入力したときの最大主応力の分布を示す図である。本実施の形態に係る閉断面部材の隅肉溶接継手構造に、x、y、z方向それぞれの荷重を入力したときの最大主応力の分布を示す図である（張出し高さＨ＝6.5mm）。本実施の形態及び実施例において比較例とする閉断面部材の隅肉溶接継手構造を説明する説明図である。本実施例において比較例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造を説明する説明図である（その１）。本実施例において比較例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造を説明する説明図である（その２）。本実施例において比較例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造を説明する説明図である（その３）。本実施例において発明例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造に、x、y、z方向それぞれの荷重を入力したときの最大主応力の分布を示す図である（張出し高さＨ＝8mm）。本実施例において比較例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造に、y方向の荷重を入力したときの最大主応力の分布を示す図である（その１）。本実施例において比較例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造に、y方向の荷重を入力したときの最大主応力の分布を示す図である（その２）。本実施例において比較例とした閉断面部材の隅肉溶接継手構造に、y方向の荷重を入力したときの最大主応力の分布を示す図である（その３）。本実施例において求めた閉断面部材の隅肉溶接継手構造の疲労強度の結果（従来例を基準とした比率）を示す図である。自動車車体のフレーム構造における閉断面部材の隅肉溶接継手構造を有する溶接構造体の一例を示す図である。自動車車体のフレーム構造における閉断面部材の隅肉溶接継手構造を模式的に示した図である。

本発明の実施の形態に係る閉断面部材の隅肉溶接継手構造１（以下、「隅肉溶接継手構造１」という）について、図１及び図２を参照して、以下に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

隅肉溶接継手構造１は、図１及び図２に示すように、一対の対向する面部３ａの先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材３の開口端部３ｂを、他の角型閉断面部材５の側面５ａに、前記凹状に切り取られた先端部（凹状に切り取られた面部３ａの先端部の端面）を側面５ａに当接させるとともに、他の一対の面部３ｃの先端部が側面５ａを跨ぐように嵌合させて、開口端部３ｂと嵌合部の全周が隅肉溶接されて溶接部９が形成されたものである。

そして、前記凹状に切り取られた先端部に張り出した形状の張出し形状部７を形成し、張出し形状部７の先端部が側面５ａに当接し、かつ、張出し形状部７は、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材３の両側の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して前記凹状に切り取られた先端部に沿って形成され、張出し形状部７の張出し高さをＨ、幅をＷ、前記隅肉溶接の溶接部９の幅をＷ_ｂ、角型閉断面部材３の板厚をｔとしたとき（図１（ｂ）参照）、Ｈ≧2.5ｔ、Ｗ≧Ｗ_ｂを満たすように設定されている。

ここで、角型閉断面部材３の稜線部３ｄとは、面部３ａと面部３ｃとの間に屈曲形成されたＲ形状部のことであり、したがって、角型閉断面部材３の両側の稜線部３ｄの曲げＲ終わりとは、前記Ｒ形状部のＲ終わりである。

張出し形状部７は、図１（ｂ）に示すように、張出し高さＨ及び幅Ｗにより規定することができ、張出し高さＨ及び幅Ｗの上記範囲については、後述する実施例において説明する。

＜疲労強度が向上する理由＞
図１に示すような本発明の隅肉溶接継手構造１の疲労強度が向上する理由を、図３に示す従来の隅肉溶接継手構造１１と対比して、以下に説明する。

従来の隅肉溶接継手構造１１は、図３に示すように、一対の対向する面部３ａの先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材１３の開口端部１３ｂを、角型閉断面部材５の側面５ａに、前記凹状に切り取られた先端部がそのまま側面５ａに当接させるとともに、他の一対の面部３ｃの先端部が側面５ａを跨ぐように嵌合させて、開口端部１３ｂの全周が隅肉溶接されたものである。凹状に切り取られた先端部には張出し形状部は設けていない。

このような従来の隅肉溶接継手構造１１において、例えば角型閉断面部材１３の上端に入力荷重が与えられると、角型閉断面部材１３の稜線部３ｄにおける溶接部９の溶接止端部（図３の部位１５）に高い応力が集中する。

図４に、鋼板からなる隅肉溶接継手構造１１の角型閉断面部材１３の上端に対して３方向（図４中のx、y、z方向）の荷重（Fx、Fy、Fz）をそれぞれ入力したときの鋼板表面における最大主応力の分布を示す。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、いずれの入力荷重の方向においても角型閉断面部材１３の稜線部３ｄの溶接止端部（図４中、破線楕円で囲んだ部位）において高い応力集中が生じている。これは、面部３ａの両側における稜線部３ｄの間の平板部は剛性が低いため、剛性が高い稜線部３ｄに力が集中して伝達して、形状が急変する前記溶接止端部に応力集中するためである。

また、側面５ａに嵌合されて隅肉溶接される角型閉断面部材５側の溶接止端部の応力は、角型閉断面部材１３側の溶接止端部の応力より低くなっているが、これは、角型閉断面部材５の縦壁面５ｂ（図３参照）の面内に引張力が生じるように力が伝達され、角型閉断面部材５の稜線部５ｃ（側面５ａと縦壁面５ｂとの間に屈曲形成されたＲ形状部）における力の伝達が低減されるためであると考えられる。

これに対し、本実施の隅肉溶接継手構造１の角型閉断面部材３の上端に３方向の荷重をそれぞれ入力したときの鋼板表面における最大主応力の分布を図５に示す。本実施の形態に係る隅肉溶接継手構造１では、図１に示すように、角型閉断面部材３の先端部に溶接部９側に張り出した張出し形状部７が形成され、張出し形状部７の先端部が側面５ａに当接して隅肉溶接されているので、従来の隅肉溶接継手構造１１よりも接合断面が拡大する。さらに、張出し形状部７が稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って形成されたものであるため、面部３ａの両側の稜線部３ｄの間の部位における剛性が向上して当該部位に力が分散して伝達されるようになり、稜線部３ｄの力の集中が回避される。その結果、図５に示すように、x、y、z方向それぞれの入力荷重に対し、稜線部３ｄの溶接止端部（図５中の破線楕円で囲んだ部位）の応力集中が、図４に示す従来の場合より低減し、隅肉溶接継手構造１の疲労強度が向上することがわかる。

すなわち、本実施の形態に係る隅肉溶接継手構造１は、角型閉断面部材３の凹状に切り取られた先端部に張出し形状部７を設けることで、角型閉断面部材５との接合断面を拡大させるとともに稜線部３ｄの間の剛性を向上させ、疲労強度を向上させるものである。
なお、本発明は張出し形状部７が稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して先端部に沿って形成され、さらに、張出し高さＨ≧2.5ｔからなり、これらのうちいずれかが欠けても、疲労強度を向上させるためには不十分である。

例えば、図６に示す隅肉溶接継手構造２１のように、角型閉断面部材２３の先端部に稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して凸状に突出した凸状ビード形状部２５を設けることで、稜線部３ｄ（面部３ａの両側）の間の部位における剛性を向上させることは可能である。しかしながら、凸状ビード形状部２５は、図６（ｂ）のＡ−Ａ断面に示すように、面部３ａの先端は張り出し形状ではなく、上方を凸状に突出させた形状であるため、面部３ａの先端部と側面５ａとの接合断面を拡大させることはできない。したがって、隅肉溶接継手構造２１においては、稜線部３ｄの溶接止端部の応力集中を十分に低減することはできず、疲労強度の向上は期待できない。
また、張出し形状部であって、稜線部の曲げＲ終わりから連続せずに離れて形成されると、後述する比較例５（図１２（ｂ））のように稜線部３ｄの溶接止端部に高い応力集中が生じて、疲労強度の向上は期待できない。

本発明の作用効果について確認するための実験を行った。以下、これについて説明する。
本実施例では、本発明例として図１に示す隅肉溶接継手構造１を対象とし、隅肉溶接継手構造１に所定の荷重を負荷したときの応力解析を行うとともに、隅肉溶接継手構造１の疲労試験を行った。

応力解析においては、隅肉溶接継手構造１の角型閉断面部材３の上端にx、y又はz方向に所定の荷重Fx、Fy及びFzをそれぞれ入力したときのCAE解析を行い、隅肉溶接継手構造１の表面における最大主応力分布を求め、その値の大小により溶接部９の溶接止端部における応力集中を評価した。応力集中するほど（最大主応力の最大値が大きいほど）疲労強度は低下する。

本発明例では、図１に示す隅肉溶接継手構造１について、角型閉断面部材３の板厚ｔ（＝2.6mm）を基準として、張出し形状部７の張出し高さＨをＨ＝2.5ｔ（＝6.5mm）としたものを発明例１、Ｈ＝3.1ｔ（＝8mm）としたものを発明例２とした。
また、発明例１及び発明例２ともに、張出し形状部７の幅Ｗ（＝14mm又は14.4mm）は、隅肉溶接の溶接部９の幅Ｗ_ｂよりも大きい値（Ｗ≧Ｗ_ｂ）に設定した（図１（ｂ）参照）。

また、比較対象として、図３に示す隅肉溶接継手構造１１を従来例、また、図７〜図９に示す各隅肉溶接継手構造を比較例１〜８とし、発明例と同様に最大主応力の分布とその最大値及び疲労強度を求めた。

従来例及び比較例１〜８はいずれも、本発明例と同様、一対の対向する面部の先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材の開口端部を、他の角型閉断面部材の側面に、凹状に切り取られた先端部の端面を側面に当接させるとともに他の一対の面部の先端部が他の角型閉断面部材の側面を跨ぐように嵌合させて、前記開口端部および嵌合部の全周を隅肉溶接したものである点については共通しているが、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材の開口端部またはその近傍の形状に差異を設けたものである。

従来例１は、前述の図３に示す角型閉断面部材１３の先端部に張り出した形状を設けることなく、角型閉断面部材１３の開口端部１３ｂを他の角型閉断面部材５の側面５ａに嵌合させて隅肉溶接した隅肉溶接継手構造１１である。

比較例１の隅肉溶接継手構造３１（側面ビード付与）は、図７（ａ）に示すように、角型閉断面部材５の側面５ａに当接する面部３ａの先端部は従来例と同様の張出し形状を設けることのない形状とし、側面５ａを跨ぐ面部３ｃの先端部に凸状に突出した凸状ビード形状部３５が形成された角型閉断面部材３３を有するものであり、凸状ビード形状部３５の突出高さを5mmとしたものである。ここで、凸状ビード形状部３５は、面部３ｃの両側の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って形成されたものではない。

比較例２の隅肉溶接継手構造４１は、図７（ｂ）に示すように、角型閉断面部材５の側面５ａに当接する面部３ａの先端は張り出した形状とせず、該先端の上方に凸状ビード形状部４５が形成された角型閉断面部材４３を有するものであり、凸状ビード形状部４５の突出高さを5mmとしたものである。ここで、凸状ビード形状部４５は、面部３ａの両側の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して先端部に沿って形成されたものではない。

比較例３の隅肉溶接継手構造５１は、図７（ｃ）に示すように、角型閉断面部材５の側面５ａに当接する面部３ａの両側の稜線部３ｄに沿って延出するように凸状ビード形状部５５が形成された角型閉断面部材５３を有するものであり、凸状ビード形状部５５の突出高さを5mmとしたものである。

比較例４の隅肉溶接継手構造６１は、特許文献３に例示され、図８（ａ）に示すように、側面５ａに当接する面部３ａの先端部中央に長手方向に沿って延出するように凸状ビード形状部６５が形成された角型閉断面部材６３を有するものであり、凸状ビード形状部６５の突出高さを5mmとしたものである。

比較例５の隅肉溶接継手構造７１は、本発明の構成の一部のみからなり、図８（ｂ）に示すように、側面５ａに当接する面部３ａの先端部に張り出した張出し形状部７５が形成されたものであり、張出し形状部７５の張出し高さをＨ＝8.3mmとしたものである。ただし、本発明と異なり張出し形状部７５は、角型閉断面部材７３の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して先端部に沿って形成されたものではない。

比較例６の隅肉溶接継手構造８１は、本発明の構成の一部からなり、図８（ｃ）に示すように発明例１及び発明例２の隅肉溶接継手構造１と形状は同じであるが、本発明と異なり、張出し形状部７の張出し高さをＨ＝5mm（面部３ａの板厚ｔに対してＨ＝1.9ｔ）としたものであり、本発明のＨ≧2.5ｔより張出し高さが低い。

比較例７の隅肉溶接継手構造２１は、図９（ａ）に示すように、前述した図６に示したものと同様に、側面５ａに当接する面部３ａの先端は上方に凸状ビード形状部２５が形成されたものであり、凸状ビード形状部２５の突出高さをＨ＝5mm（面部３ａの板厚ｔに対してＨ＝1.9ｔ）としたものであり、本発明のＨ≧2.5ｔより低い。また、本発明の構成の一部と同じく凸状ビード形状部２５は、その両端が角型閉断面部材２３の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して形成されたものである。

比較例８の隅肉溶接継手構造２１は、比較例７と同様、図９（ｂ）に示すように、側面５ａに当接する面部３ａの先端は上方に凸状ビード形状部２９が形成されたものであり、凸状ビード形状部２９の突出高さをＨ＝6.5mm（本発明の構成の一部と同じく面部３ａの板厚ｔに対してＨ＝2.5ｔ）としたものである。また、凸状ビード形状部２９は、本発明の構成の一部と同じくその両端が角型閉断面部材２７の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して形成されたものである。

なお、上記以外の発明例及び比較例に係る隅肉溶接継手構造の寸法は、いずれも、図３に示す従来の隅肉溶接継手構造１１と同一とした。

以下、まずは、応力解析により求めた最大主応力の分布の結果を示す。
前述した図４に従来例、図５に発明例１における最大主応力の分布を、また、図１０に発明例２における最大主応力の分布のCAE解析結果を示す。

従来例の結果から、いずれの荷重入力方向に対しても、稜線部３ｄ（図３参照）近傍の溶接止端部（図４中の破線楕円で囲んだ部位）において最大主応力の最大値を示すことがわかる。

発明例１及び発明例２についても、従来例と同様、いずれの荷重入力方向に対しても、稜線部３ｄ（図１参照）近傍の溶接止端部（図５及び図１０中に破線楕円で囲んだ部位）において最大主応力の最大値を示すが、その値は、例えばy方向において、発明例１は14.6MPa（図５）、発明例２は13.69MPa（図１０）と従来例の17.2MPa（図４）よりも小さくなり、応力集中が緩和されていることがわかる。
また、発明例１（図５、Ｈ＝2.5ｔ）と発明例２（図１０、Ｈ＝3.1ｔ）とを比較すると、張出し形状部７の張出し高さＨを高くした発明例２の方が最大主応力の最大値は低下した。

次に、比較対象とした比較例１〜比較例８において、y方向に荷重を入力した場合における最大主応力の分布の解析結果を図１１〜図１３に示す。これら比較例における最大主応力の最大値について、以下、y方向に荷重を入力した従来例における最大主応力の最大値（＝17.2MPa、図４（ｂ））と比較する。

比較例１は、側面５ａを跨ぐ面部３ｃの先端部に凸状ビード形状部３５が設けられたものであり（図７（ａ））、図１１（ａ）に示すように、角型閉断面部材３３の稜線部３ｄ近傍の溶接止端部（図１１（ａ）中の破線楕円で囲んだ部位）における最大主応力の最大値は20.07MPaであり、従来例の17.2MPaよりも高い結果であった。

比較例２は、凸状ビード形状部４５が稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して形成されておらず、面部３ａの先端が張り出した形状ではないものであり（図７（ｂ））、図１１（ｂ）に示すように、稜線部３ｄ近傍の溶接止端部（図１１（ｂ）中の破線楕円で囲んだ部位）における最大主応力の最大値は20.29MPaであり、従来例の17.2MPaよりも高い値であった。

比較例３は、側面５ａに当接する面部３ａの両側の稜線部３ｄに沿って延出する凸状ビード形状部５５が形成されているものであり（図７（ｃ））、図１１（ｃ）に示すように最大主応力の最大値は16.21MPaであり、従来例の17.2MPaよりもやや低い値であった。

比較例４は、凸状ビード形状部６５が面部３ａの先端部中央に長手方向に延出して形成されたものであり（図８（ａ））、図１２（ａ）に示すように最大主応力の最大値は17.45MPaであり、従来例の17.2MPaよりも若干高い値であった。

比較例５は、面部３ａの先端部に形成された張出し形状部７５が両側の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して形成されていないものであり（図８（ｂ））、図１２（ｂ）に示すように最大主応力の最大値は17.19MPaであり、従来例の17.2MPaとほぼ同じであった。

比較例６は、張出し形状部７の張出し高さを本発明より低いＨ＝1.9ｔ（＜2.5ｔ（本発明））としたものであり（図８（ｃ））、図１２（ｃ）に示すように最大主応力の最大値は16.35MPaであり、従来例の17.2MPaよりもやや低い値であった。

比較例７は、凸状ビード形状部２５（Ｈ＝1.9ｔ）が稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して形成されてはいるが面部３ａの先端が張り出した形状ではないものであり（図９（ａ））、図１３（ａ）に示すように、角型閉断面部材２３の稜線部３ｄ近傍の溶接止端部（図１３（ａ）中の破線楕円で囲んだ部位）における最大主応力の最大値は16.80MPaであり、従来例の17.2MPaよりもやや低い値であった。

比較例８は、凸状ビード形状部２９（Ｈ＝2.5ｔ）が稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して形成されてはいるが面部３ａの先端が張り出した形状ではないものであり（図９（ｂ））、図１３（ｂ）に示すように、角型閉断面部材２７の稜線部３ｄ近傍の溶接止端部（図１３（ｂ）中の破線楕円で囲んだ部位）における最大主応力の最大値は17.49MPaであり、比較例７の16.8MPa及び従来例の17.2MPaよりも高い値であった。

従って、y方向に荷重を入力した場合の応力解析により求めた最大主応力の最大値は、従来例が17.2MPa、比較例１〜８が16.21〜20.07MPaであったが、これらに対して、本発明例は13.69〜14.6MPaと著しく低い値であり、応力集中を緩和して疲労強度を向上できることがわかった。

次に、図１４に、発明例１、発明例２及び比較例１〜比較例８において、x、y、z方向それぞれの荷重入力方向における疲労強度の評価結果をまとめて示す。ここで、図１４に示す疲労強度は、従来例におけるx、y、z方向それぞれの荷重入力方向の疲労強度を基準とした相対値で示した。

比較例１〜比較例４は、従来例よりも疲労強度が向上した荷重入力方向がいくつかあるものの、すべての荷重入力方向に対して疲労強度が向上する結果は得られなかった。
比較例５は、x及びz方向の荷重入力に対する疲労強度は従来例よりもやや向上したものの、y方向の荷重入力に対する疲労強度は従来例と同程度に留まる結果であった。
比較例６は、発明例１及び発明例２と類似する張出し形状を有する隅肉溶接継手構造１であるが、その高さが本発明より低いため、x、y及びz方向のいずれの荷重入力において疲労強度は従来例よりも向上したものの、その向上率はわずかであった。

比較例７は、面部３ａの両側の稜線部３ｄの曲げＲ終わりから連続して凸状ビード形状部２５が形成されたものであるため、凸状ビード形状部４５が稜線部３ｄから連続して形成されていない比較例２よりも疲労強度は向上したものの、従来例と比べて疲労強度の向上率はわずかであった。

さらに、比較例８は、比較例７と同じ隅肉溶接継手構造２１において凸状ビード形状部２９の突出高さＨを高くしたものであり、x及びz方向の荷重入力に対する疲労強度は従来例に比べてわずかに向上したものの、y方向の荷重入力に対する疲労強度は従来例よりも低下する結果となった。

上記の比較例１〜８に比べて、発明例１及び発明例２においては、x、y、z方向いずれの荷重入力方向においても疲労強度は従来例よりも向上し、良好な結果となった。

以上、本発明に係る隅肉溶接継手構造においては、凹状に切り取られた角型閉断面部材の先端部に張り出した形状の張出し形状部が形成され、該張出し形状部の先端部が他の角型閉断面部材の側面に当接し、かつ、該張出し形状部は、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材の両側の稜線の曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って形成され、前記張出し形状部の張出し高さをＨ、幅をＷ、前記隅肉溶接の溶接部の幅をＷ_ｂ、前記角型閉断面部材の板厚をｔとしたとき、Ｈ≧2.5ｔ、Ｗ≧Ｗ_ｂを満たすように設定することにより、荷重入力方向によらず、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材の稜線部の溶接止端部における応力集中を緩和し、疲労強度を向上できることが示された。

１隅肉溶接継手構造
３角型閉断面部材
３ａ面部
３ｂ開口端部
３ｃ面部
３ｄ稜線部
５角型閉断面部材
５ａ側面
５ｂ縦壁面
５ｃ稜線部
７張出し形状部
９溶接部
１１隅肉溶接継手構造（従来例）
１３角型閉断面部材
１３ｂ開口端部
１５稜線部における溶接止端部の部位
２１隅肉溶接継手構造（比較例）
２３角型閉断面部材
２５凸状ビード形状部
２７角型閉断面部材
２９凸状ビード形状部
３１隅肉溶接継手構造（比較例）
３３角型閉断面部材
３５凸状ビード形状部
４１隅肉溶接継手構造（比較例）
４３角型閉断面部材
４５凸状ビード形状部
５１隅肉溶接継手構造（比較例）
５３角型閉断面部材
５５凸状ビード形状部
６１隅肉溶接継手構造（比較例）
６３角型閉断面部材
６５凸状ビード形状部
７１隅肉溶接継手構造（比較例）
７３角型閉断面部材
７５張出し形状部
８１隅肉溶接継手構造（比較例）
１０１自動車車体のフレーム構造
１０３隅肉溶接継手構造
１０５角型閉断面部材
１０５ａ面部
１０５ｂ開口端部
１０５ｃ面部
１０５ｄ稜線部
１０７角型閉断面部材
１０７ａ側面

Claims

一対の対向する面部の先端部が凹状に切り取られた角型閉断面部材の開口端部を、他の角型閉断面部材の側面に、前記凹状に切り取られた先端部を前記側面に当接させるとともに他の一対の面部の先端部が前記側面を跨ぐように嵌合させて、前記開口端部の全周が隅肉溶接されて形成される車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造であって、
前記凹状に切り取られた先端部に張り出した形状の張出し形状部が形成され、該張出し形状部の先端部が前記他の角型閉断面部材の側面に当接し、かつ、該張出し形状部は、前記凹状に切り取られた角型閉断面部材の両側の稜線の曲げＲ終わりから連続して前記先端部に沿って形成され、前記張出し形状部の張出し高さをＨ、幅をＷ、前記隅肉溶接の溶接部の幅をＷ_ｂ、前記角型閉断面部材の板厚をｔとしたとき、Ｈ≧2.5ｔ、Ｗ≧Ｗ_ｂを満たすように設定されていることを特徴とする車体の閉断面部材の隅肉溶接継手構造。