WO2016129389A1

WO2016129389A1 - 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

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Publication number: WO2016129389A1
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Abstract

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。

Description

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

　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（press forming）部品（part）を溶接により接合したプレス成形部品の接合構造（welding structures）、該接合構造を有する自動車用構造部品（structural parts for automotive body）及び接合部品（welding parts）の製造方法に関する。

　２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（fatigue resistance）に優れた高強度な（high-strength）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（suspension arm）、サスペンションフレーム（suspension frame）、シャシーフレーム（chassis frame）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１参照）。

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、一般社団法人溶接学会、1993年、第62巻、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（fatigue）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（fatigue crack）は、被溶接母材（welding base material）と溶接金属（weld metal）との境界部から発生し易い。溶接継手（welded joints）の疲労強度（fatigue strength）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（residual stress）や金属組織（metallographic structure）的因子ではなく、溶接金属の余盛り（excess weld metal）形状による応力集中（stress concentration）であると指摘されている（非特許文献１参照）。

　また、２つの部品をアーク溶接（arc welding）により隅肉溶接（fillet welding）した場合、溶接部の溶接止端（weld toe）は耐久試験（durability test）において亀裂（crack）の発端となり易い。従って、従来から重ね隅肉溶接（lap fillet welding）の多層化（特許文献２参照）や、シールドガス成分の工夫（特許文献３参照）、溶接部周辺の残留応力の除去（特許文献４参照）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さ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。

　上記課題を解決し、目的を達成するために、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（side wall portion）の先端部に、外側に突出する屈曲凸部（projection）を成形することにより段部を設け、この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。

　本発明に係るプレス成形部品の接合構造は、上記発明において、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（excess weld metal portion）がかかるように接合することを特徴とする。

　本発明に係るプレス成形部品の接合構造は、上記発明において、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。

　上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る自動車用構造部品は、上記プレス成形部品の接合構造を有することを特徴とする。

　上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接合部品の製造方法は、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ことにより段部を設け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。

　本発明に係る接合構造は、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、この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。これにより、本発明に係る接合構造は、溶接金属の終端部（terminal portion）と部品によって形成される形状部の応力集中係数（stress concentration factor）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。

図１は、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。図２は、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（suspension parts）の一例の斜視図である。図３は、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。図４は、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。図５は、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。図６は、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）。図７は、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）。図８は、実施例１における試験片の作製方法の説明図である。図９は、実施例１における平面曲げ（plane bending）疲労試験（fatigue test）片の形状の説明図である。図１０は、実施例１における疲労試験の方法の説明図である。図１１は、実施例２に係るサスペンションアームの説明図である。図１２は、実施例２に係る接合部品の断面図である。図１３は、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が成形されることにより段部７が設けられている。そして、接合構造１は、段部７よりも先端側が他方の部品（上側部品９）の開口部に嵌合され、上側部品９の縦壁部９ａの先端部と下側部品３の段部７とがアーク溶接により線接合されている。

　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（wheel）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、サスペンションアーム２１に作用する最大荷重となる。

　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により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とが直角形状となる。そして、溶接する部位は直角部の中心（角部）となり、溶接肉盛（welding buildup）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との距離は、必然的に少なくとも上側部品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（fillet）により連結される部材とみなすことができ、当該フィレットに応力が集中する場合の応力集中係数を考慮する必要がある。

　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（notch）を有する部材とみなすことができ、当該ノッチに応力が集中する場合の応力集中係数を考慮する必要がある。

　応力集中係数Ｋ_ｔの算出式は、従来の重ね隅肉溶接の場合は下式（１）となり、段部７を設ける溶接の場合は下式（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。

　なお、φは余盛角（excess metal angle）、ρは曲率半径（radius of curvature）、Ｔは重ね部の厚み、ｔは下板の厚み、ｈはビード高さである。

　なお、φは余盛角、ρは曲率半径、ｔ_１は段部を設けた板の厚み、ｔ_２は平板の厚み、ｈはビード高さである。

　式（１）及び式（２）に示すように、これらの式のいずれにおいても、図４に示すビード（bead）高さｈが小さいと応力集中係数Ｋ_ｔが小さくなり、応力集中が緩和されることがわかる。

　一方、溶接金属の溶鋼の濡れ性（wettability）や肉盛（cladding）量が同じである場合、溶接肉盛の形状が溶接金属の溶融固化後の形状に影響する。そのため、図４（ａ）に示す従来の重ね隅肉溶接と比べて、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Ｋ_ｔが緩和される。そして、疲労強度は、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７を設けて溶接した本発明の接合構造１の方が向上する。

　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（welding irregularities）が生じ易く、溶接の溶鋼（molten steel）が不足する部分を起点として疲労破壊し易いという問題があり、溶接方向への均一な溶接が可能とな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対してほぼ平行になるように溶接部品を置いて行われる。

　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の表面とが交差する直角部の中心（角部）である。そのため、溶接止端１１及び溶接止端１２は、それぞれ溶接肉盛と下側部品１０の金属板表面との交点、及び溶接肉盛と上側部品９の金属板表面との交点となる。従って、金属の溶鋼は、重力が作用することにより下側部品１０の金属板表面に流れ易い状態となり、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、溶接ムラが発生し易くなる。

　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とによって溝形状が形成される。そして、アーク溶接はこの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のバラツキがあっても、重力が作用して溶接の溶鋼がこの溝に溜まるように流れる。そのため、溶接方向に溶鋼のムラが生じても、溶鋼の界面張力（interfacial tension）や重力が作用して溶鋼自身に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安定した溶接が可能となり、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（propagation）する。ここで、従来の重ね隅肉溶接（図４（ａ）参照）と、段部７を設けて溶接する本発明（図４（ｂ）参照）とにおいて、一方の溶接止端１２は、肉盛溶接と上側部品９の金属板表面との交点と同位置となる。従来の重ね隅肉溶接の場合、他方の溶接止端１１が下側部品３の表面となる（図４（ａ）参照）。そのため、従来の重ね隅肉溶接では、亀裂の伝播方向が下側部品３の表面に対してほぼ垂直となり、この亀裂の伝播方向が疲労の繰り返し応力の方向（下側部品３の表面と平行な方向）とほぼ垂直の関係となるため、亀裂の伝播長（propagation length）が短くなる。

　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）参照）、上側部品９の板厚方向にほぼ平行に亀裂が伝播する。そのため、本発明では、段部７においては板厚方向とは斜めに亀裂が伝播するため、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１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（moment）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（section modulus）の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あり、同じ板厚であれば断面の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１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（fitting）している部位を拡大して示したものである。図５において、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とすることが好ましい。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ｔ２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倍でも所定の効果を得られることから、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を超えるようにすると、上側部品９の成形や上側部品９と下側部品３との組み立てが難しくなるため好ましくない。

　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は、相手側部品（上側部品９）の板厚ｔ２以下とすることが好ましい。これは、距離Ｌ１が板厚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）で比べた形状の差による効果が小さくなるからである。また、このような意味で、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、かつ同じモーメントが負荷された状態での発生応力が小さくなる。従って、嵌合長さＬ２は、大きいほど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、本発明に係る接合構造１は、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を成形することにより段部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、上記の説明では、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－１）、図７（ａ－２）参照）。

　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とすることが好ましい。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）参照）。

　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、この工程で作製された下側部品３は、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の字断面（U-shaped cross section）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Ｓ１で屈曲凸部５を成形することにより、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－１）、図７（ｂ－２）参照）。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の字断面形状となる。

＜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と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以下とすることが好ましく、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（stiffness）が大きくなり、かつ同じモーメントが負荷された状態での発生応力が小さくなる。従って、嵌合長さＬ２は、大きいほど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に、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。しかし、この２部品は一つの工程でプレス成形されるものではなく、この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（drawing process）や抜き工程（without process）を行う。

　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とすることなく、生産性を損なわず、経済性に優れ、かつ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の実験を行った。以下ではこの実験内容について説明する。ここで、自動車車両（automotive body）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（full vehicle）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る溶接（図８（ａ）参照）及び従来技術の重ね隅肉溶接（図８（ｂ）参照）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ｔ２が２．３ｍｍの９８０ＭＰａ級熱延鋼板（hot-rolled steel sheet）とした。

＜試験片の作製方法＞
　前記供試材から２５０ｍｍ×１７５ｍｍの寸法の鋼板（steel sheet）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。本発明例では、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（bender）を用いた曲げ成形（bending and forming）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とし、屈曲凸部５により形成される段部７の傾斜角度θは１３５°とし、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。

　次に、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。そして、この試験片から幅３０ｍｍの短冊を切り出し、この短冊から平面曲げ疲労試験片１９を作製した。平面曲げ疲労試験片１９は、図９に示すように、長さは９０ｍｍ、幅は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。比較例では、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。そして、溶接した鋼板から幅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を作製した。

　本発明例及び比較例ともに、鋼板同士の重ね代（嵌合長さ）Ｌ２は５ｍｍとした。また、溶接ビード（weld bead）幅Ｗは、本発明例と比較例とで同じとなるように５．５ｍｍ又は７ｍｍとした。

　本発明例及び比較例において、アーク溶接条件はともに、溶接電流を１８５Ａ又は２０５Ａとし、電圧を１９Ｖ又は２３Ｖとし、溶接速度を８５ｃｍ／ｍｉｎとし、シールドガスをＡｒ－２０％ＣＯ_２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（pulsating plane bending）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、上板を試験機の駆動アーム側に、下板を試験機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）とにより求めた。疲労試験条件は、応力比を０（片振り）、試験周波数を２０Ｈｚとし、疲労試験は最長１０００万回で打ち切った。

＜疲労試験結果＞
　疲労試験結果を後記する表３に示す。本発明例は段部７を設ける溶接であり、比較例は従来の重ね隅肉溶接である。表３に示すように、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（段部設定部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る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ｔ２が２．３ｍｍの９８０ＭＰａ級熱延鋼板を断面コの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、溶接電流を１８５Ａ、電圧を２３Ｖ、溶接速度を８５ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガスをＡｒ－２０％ＣＯ_２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。

　従来例では、他方の部品２３に段部２７を設けず、全ての接合部（図１１におけるＰ１～Ｐ３）において重ね隅肉溶接した。一方、本発明例では、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２７を設け、部品２９と嵌合してアーク溶接により線接合した。

　本発明例において、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を、図１２（ｂ）では板厚ｔ２の２倍（Ｄ＝２＊ｔ２）とし、図１２（ｃ）では板厚ｔ２の半分（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）し、車輪（wheel）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（横ブッシュ（bush））においては、Ｘ軸方向（車両前後方向）、Ｙ軸方向（車幅方向）及びＺ軸方向（車両鉛直方向）の並進運動（translational motion）（変位（displacement））を拘束して各軸周りの回転運動（rotary motion）のみを許容した。拘束点Ａ２（縦ブッシュ）においては、Ｙ，Ｚ軸方向の変位を拘束し、Ｘ軸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軸方向に荷重を８０００Ｎ、周波数を２．５Ｈｚとする繰返し荷重を与え、Ｙ，Ｚ軸方向の変位は拘束し、Ｘ軸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。

　表３に示すように、段部２７を設けて溶接した本発明例は、従来例と比べて、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（section modulus）が増加するため、剛性の増加にも寄与し、軽量化（weight reduction of automotive body）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。

　本発明は、接合部品の疲労強度を向上させることができるため、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適用することができる。

　　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

　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。
　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に記載のプレス成形部品の接合構造。
　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に記載のプレス成形部品の接合構造。
　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。
　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ことにより段部を設け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。