特開 2023-151981 金属部材の製造方法及び金属部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023151981

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】金属部材の製造方法及び金属部材

(51)【国際特許分類】

   B23K 31/00 20060101AFI20231005BHJP

   B21D 53/88 20060101ALI20231005BHJP

   B23K 9/02 20060101ALI20231005BHJP

   B23K 9/235 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

B23K31/00 F

B21D53/88 Z

B23K9/02 D

B23K9/02 S

B23K9/235 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022061877

(22)【出願日】2022-04-01

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】松田 和貴

(72)【発明者】

【氏名】児玉 真二

(72)【発明者】

【氏名】菊池 庄太

(72)【発明者】

【氏名】東 昌史

【テーマコード（参考）】

4E001

4E081

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001CA02

4E001DG01

4E081AA08

4E081BA05

4E081BA47

4E081DA06

4E081DA12

4E081FA12

(57)【要約】

【課題】溶接によって接合される第１部品及び第２部品を含む金属部材において、溶接部の疲労強度を向上させる。
【解決手段】金属部材（１００）の製造方法は、第１部品（４１）及び第２部品（４２）を準備する工程と、部品（４１，４２）の縦壁（４１５，４２５）同士を溶接する工程とを備える。第１部品（４１）及び第２部品（４２）の少なくとも一方には、縦壁（４１５，４２５）の縁部（４１５ａ，４２５ａ）から天板（４１１，４２１）側に延びるスリット（４１７，４２７）が設けられている。スリット（４１７，４２７）は、凹湾曲領域（４１６，４２６）に配置されている。溶接工程では、縦壁（４１５，４２５）同士の重ね合わせ部にスリット（４１７，４２７）が配置された状態で、第１部品（４１）の縦壁（４１５）の縁部（４１５ａ）又は第２部品（４２）の縦壁（４２５）の縁部（４２５ａ）に沿って縦壁（４１５，４２５）同士を溶接する。
【選択図】図４Ｅ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属部材の製造方法であって、
天板と、前記天板に連続する稜線部と、前記稜線部を介して前記天板に接続される縦壁と、をそれぞれ含む金属製の第１部品及び第２部品を準備する工程であって、前記第１部品及び前記第２部品の少なくとも一方には、前記天板側から見て部品の内側に凹状に湾曲する凹湾曲領域に配置され、前記縦壁の縁部から前記天板側に延びるスリットが設けられている工程と、
前記第１部品の前記天板と前記第２部品の前記天板とを対向させるとともに、前記第２部品の前記縦壁を前記第１部品の前記縦壁に内側から重ね合わせ、前記縦壁同士の重ね合わせ部に前記スリットが配置された状態で、前記第１部品の前記縦壁の縁部又は前記第２部品の前記縦壁の縁部に沿って前記縦壁同士を溶接する工程と、
を備える、製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の金属部材の製造方法であって、
前記スリットは、前記金属部材の使用時において当該金属部材に対して荷重が入力されたときに応力集中が生じると想定される部位を含む範囲に配置される、製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の金属部材の製造方法であって、
前記スリットは、前記第２部品に設けられる、製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載の金属部材の製造方法であって、
前記スリットの深さは、前記スリットの深さ方向における前記縦壁同士の前記重ね合わせ部の長さよりも大きい、製造方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法であって、
前記第１部品及び前記第２部品の少なくとも一方において、前記凹湾曲領域には、前記縦壁の前記縁部に沿って並ぶ複数の前記スリットが設けられている、製造方法。

【請求項6】

金属部材であって、
第１天板と、前記第１天板に連続する第１稜線部と、前記第１稜線部を介して前記第１天板に接続される第１縦壁と、を含む金属製の第１部品と、
前記第１天板に対向する第２天板と、前記第２天板に連続する第２稜線部と、前記第２稜線部を介して前記第２天板に接続され、前記第１縦壁に内側から重ね合わされる第２縦壁と、を含む金属製の第２部品と、
前記第１縦壁と前記第２縦壁とを溶接する溶接部と、
を備え、
前記金属部材は、平面視で前記金属部材の内側に凹状に湾曲する凹湾曲領域を含み、
前記凹湾曲領域において、前記第１縦壁及び前記第２縦壁の少なくとも一方には、前記第１縦壁と前記第２縦壁との重ね合わせ部に配置されるスリットが設けられている、金属部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金属部材の製造方法、及び金属部材に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車の車体を構成する構造部材として、金属部材が広く用いられている。金属部材には、互いに接合された２つの部品を含むものがある。例えば、特許文献１には、それぞれ横断面の一辺に開口部を有する上側部品及び下側部品を接合する構造が開示されている。

【0003】

特許文献１の接合構造において、上側部品及び下側部品の各々は、天板と、天板の両側縁に連続する縦壁とを含む。下側部品の縦壁には段部が形成されている。下側部品の縦壁のうち段部よりも先端側の部分は、上側部品の開口部に嵌合している。下側部品の段部は、アーク溶接によって上側部品の縦壁の先端部に線接合（重ね隅肉溶接）されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１４７５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、上記接合構造を有する部材として自動車のロアアームが例示されている。ロアアームは、平面視で部材内側に凹の湾曲形状を有する凹湾曲領域を含んでいる。凹湾曲領域では、溶接部の疲労割れが発生しやすい。例えば９８０ＭＰａ級以上の超高張力鋼等、高強度金属によって溶接対象の各部品が構成されている場合、凹湾曲領域における溶接部の疲労割れが特に発生しやすくなる。

【0006】

本開示は、溶接によって接合される第１部品及び第２部品を含む金属部材において、溶接部の疲労強度を向上させることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る金属部材の製造方法は、天板と、天板に連続する稜線部と、稜線部を介して天板に接続される縦壁とをそれぞれ含む金属製の第１部品及び第２部品を準備する工程と、第１部品の縦壁と第２部品の縦壁とを溶接する工程とを備える。第１部品及び第２部品の少なくとも一方には、縦壁の縁部から天板側に延びるスリットが設けられている。スリットは、凹湾曲領域に配置されている。凹湾曲領域は、第１部品及び第２部品のうち、天板側から見て部品の内側に凹状に湾曲する領域である。溶接する工程では、第１部品の天板と第２部品の天板とを対向させるとともに、第２部品の縦壁を第１部品の縦壁に内側から重ね合わせ、縦壁同士の重ね合わせ部にスリットが配置された状態で、第１部品の縦壁の縁部又は第２部品の縦壁の縁部に沿って縦壁同士を溶接する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、溶接によって接合される第１部品及び第２部品を含む金属部材において、溶接部の疲労強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る金属部材の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す金属部材の横断面図である。

【図3】図３は、図１に示す金属部材の凹湾曲領域において、金属部材に含まれる第１部品及び第２部品を内側から見た図である。

【図4A】図４Ａは、実施形態に係る金属部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図4B】図４Ｂは、実施形態に係る金属部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図4C】図４Ｃは、実施形態に係る金属部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図4D】図４Ｄは、実施形態に係る金属部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図4E】図４Ｅは、実施形態に係る金属部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図4F】図４Ｆは、実施形態に係る金属部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図5A】図５Ａは、一般的な金属部材において溶接部に高引張残留応力が発生するメカニズムを説明するための模式図である。

【図5B】図５Ｂは、一般的な金属部材において溶接部に高引張残留応力が発生するメカニズムを説明するための模式図である。

【図6】図６は、上記実施形態の変形例に係る金属部材の凹湾曲領域を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施形態に係る金属部材の製造方法は、天板と、天板に連続する稜線部と、稜線部を介して天板に接続される縦壁とをそれぞれ含む金属製の第１部品及び第２部品を準備する工程と、第１部品の縦壁と第２部品の縦壁とを溶接する工程とを備える。第１部品及び第２部品の少なくとも一方には、縦壁の縁部から天板側に延びるスリットが設けられている。スリットは、凹湾曲領域に配置されている。凹湾曲領域は、第１部品及び第２部品のうち、天板側から見て部品の内側に凹状に湾曲する領域である。溶接する工程では、第１部品の天板と第２部品の天板とを対向させるとともに、第２部品の縦壁を第１部品の縦壁に内側から重ね合わせ、縦壁同士の重ね合わせ部にスリットが配置された状態で、第１部品の縦壁の縁部又は第２部品の縦壁の縁部に沿って縦壁同士を溶接する（第１の構成）。

【0011】

修正グッドマン線図に基づくと、引張残留応力が高くなるほど材料の疲労強度は低下する。金属部材の凹湾曲領域では、他の領域と比較して溶接部の引張残留応力が高くなる傾向にある。以下、金属部材の凹湾曲領域において溶接部に高い引張残留応力が発生するメカニズムについて説明する。

【0012】

一般に、第１部品の縦壁と第２部品の縦壁とを重ね合わせて溶接するとき、縦壁のうち溶接線の近傍部分は、溶接線の接線方向に熱膨張する。例えば、第１部品及び第２部品において平面視で直線状を有する領域では、溶接線の接線方向が各縦壁に沿う方向（面内方向）と一致しているため、縦壁のうち溶接線の近傍部分は実質的に面内方向に膨張する。これに対して、凹湾曲領域では、第１部品及び第２部品の平面視で各縦壁が部品内側に凹状に湾曲しているため、溶接線の接線方向が各部品の縦壁に対して交差する方向（面外方向）となる。よって、重ね合わされた第１部品の縦壁及び第２部品の縦壁のうち、溶接線の近傍部分は、縦壁の面外方向に膨張する。一方、各縦壁のうち溶接線から離れている部分では、溶接線の近傍部分と比較して熱膨張が小さく、且つ天板による拘束が生じている。そのため、溶接線の近傍部分が縦壁の面外方向に膨張して部品内側に変位すると、各縦壁が部品内側に傾倒する。よって、重ね合わされた縦壁が部品内側に傾倒した状態（面外変形した状態）で、縦壁同士が溶接される。

【0013】

溶接後、第１部品及び第２部品は、例えば室温まで自然冷却される。第１部品及び第２部品の各縦壁のうち溶接された部分は、冷却によって収縮する。これにより、面外変形していた各縦壁が元の状態に復帰しようとし、各縦壁によって溶接部が金属部材の高さ方向に引っ張られて、溶接部に引張残留応力が発生する。この引張残留応力により、金属部材の凹湾曲領域では溶接部の疲労強度が低下する。

【0014】

これに対して、第１の構成に係る製造方法では、第１部品及び第２部品の少なくとも一方において、凹湾曲領域の縦壁にスリットが設けられている。第１部品の縦壁と第２部品の縦壁とを重ね合わせて溶接する際、縦壁同士の重ね合わせ部にスリットが配置される。これにより、溶接時における縦壁の面外変形を抑制することができる。より具体的には、第１部品及び第２部品のうち少なくとも一方の縦壁がスリットによって分断されているため、スリットを挟んで一方側の位置での縦壁の熱膨張が他方側の位置での縦壁の熱膨張に影響を及ぼしにくい。そのため、溶接線の接線方向から外れるような縦壁の熱膨張が凹湾曲領域全体として低減され、当該熱膨張に起因する縦壁の面外変形が生じにくくなる。よって、溶接後に金属部材が冷却される過程における各縦壁の復帰量も小さくなる。その結果、溶接部における引張残留応力が低減され、溶接部の疲労強度が向上する。

【0015】

スリットは、金属部材の使用時において当該金属部材に対して荷重が入力されたときに応力集中が生じると想定される部位を含む範囲に配置されることが好ましい（第２の構成）。

【0016】

第２の構成によれば、スリットは、金属部材への荷重の入力で応力集中が生じると想定される部位又はその近傍に配置される。例えば、金属部材が自動車の車体を構成する構造部材である場合、スリットは、金属部材が車体に組み付けられた後、自動車が走行する路面から金属部材への荷重の入力で応力集中が生じると想定される部位又はその近傍に設けられる。これにより、応力集中が生じると想定される部位で特に溶接部の引張残留応力が低減されるため、溶接部の疲労強度を効率よく向上させることができる。

【0017】

スリットは、第２部品に設けられていてもよい（第３の構成）。

【0018】

互いに重ね合わされた第１部品の縦壁及び第２部品の縦壁のうち、内側に配置された縦壁の面外変形は、溶接部における引張残留応力の増大に影響を及ぼしやすい。そこで、第３の構成では、第１部品の縦壁に対して内側に配置された第２部品の縦壁に、スリットが設けられている。これにより、溶接過程における第２部品の縦壁の面外変形が抑制されやすくなる。よって、溶接部における引張残留応力がより低減されやすい。

【0019】

スリットの深さは、スリットの深さ方向における縦壁同士の重ね合わせ部の長さよりも大きくてもよい（第４の構成）。

【0020】

第１部品及び第２部品の少なくとも一方において、凹湾曲領域には、複数のスリットが設けられていてもよい。複数のスリットは、縦壁の縁部に沿って並んでいる（第５の構成）。

【0021】

実施形態に係る金属部材は、金属製の第１部品と、金属製の第２部品と、溶接部とを備える。第１部品は、第１天板と、第１稜線部と、第１縦壁とを含む。第１稜線部は、第１天板に連続する。第１縦壁は、第１稜線部を介して第１天板に接続される。第２部品は、第２天板と、第２稜線部と、第２縦壁とを含む。第２天板は、第１天板に対向する。第２稜線部は、第２天板に連続する。第２縦壁は、第２稜線部を介して第２天板に接続される。第２縦壁は、第１縦壁に内側から重ね合わされる。溶接部は、第１縦壁と第２縦壁とを溶接する。金属部材は、凹湾曲領域を含む。凹湾曲領域は、金属部材の平面視で当該金属部材の内側に凹状に湾曲する。凹湾曲領域において、第１縦壁及び第２縦壁の少なくとも一方にはスリットが設けられている。スリットは、第１縦壁と第２縦壁との重ね合わせ部に配置される（第６の構成）。

【0022】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

【0023】

［金属部材の構成］
図１は、本実施形態に係る金属部材１００の斜視図である。金属部材１００は、例えば、自動車の車体を構成する構造部材として使用される。金属部材１００は、例えば、自動車のサスペンションメンバーや、サスペンションアーム、フレーム等であってもよい。本実施形態では、金属部材１００がサスペンションアームの一種であるロアアームである例について説明する。

【0024】

図１に示す例において、金属部材１００は、その平面視で全体的に湾曲している。金属部材１００は、アーム１１，１２を含む。アーム１１，１２は、金属部材１００の平面視で異なる方向に延びている。ロアアームである金属部材１００が自動車に取り付けられた状態では、一方のアーム１１は概ね車幅方向（左右方向）に延び、他方のアーム１２は概ね車長方向（前後方向）に延びる。アーム１１の先端部は、例えば、ボールジョイント及びステアリングナックル（図示略）を介して自動車の車輪に取り付けられる。アーム１２の先端部は、ブッシュ（図示略）を介して自動車の車体に取り付けられる。アーム１１，１２の境界部も、ブッシュ（図示略）を介して自動車の車体に取り付けられる。アーム１１，１２の境界部には、ブッシュを挿入するための筒部２０が固定されている。

【0025】

金属部材１００は、図１において二点鎖線で示すように、凹湾曲領域３０を含んでいる。凹湾曲領域３０は、金属部材１００のうち、平面視で部材内側に向かって凹状に湾曲している領域である。凹湾曲領域３０は、例えば、アーム１１のうち、アーム１１，１２の境界部にある筒部２０の近傍に位置している。

【0026】

図２は、金属部材１００の横断面図（ＩＩ－ＩＩ断面図）である。図２に示すように、金属部材１００は、部品４１，４２と、溶接部５１，５２とを備えている。

【0027】

第１部品４１は、天板４１１と、稜線部４１２，４１３と、縦壁４１４，４１５とを含む。稜線部４１２，４１３は、金属部材１００の横断面視で天板４１１の両側縁に連続している。稜線部４１２，４１３は、金属部材１００の横断面視で実質的に円弧状を有している。縦壁４１４，４１５は、天板４１１を挟んで互いに対向するように配置されている。一方の縦壁４１４は、稜線部４１２を介して天板４１１に接続されている。他方の縦壁４１５は、稜線部４１３を介して天板４１１に接続されている。

【0028】

第２部品４２は、第１部品４１とともに閉断面を構成する。第２部品４２は、金属部材１００が自動車に取り付けられたとき、第１部品４１の下側に位置してもよいし、第１部品４１の上側に位置してもよい。第２部品４２は、天板４２１と、稜線部４２２，４２３と、縦壁４２４，４２５とを含む。天板４２１は、第１部品４１の天板４１１と対向している。稜線部４２２，４２３は、金属部材１００の横断面視で実質的に円弧状を有している。縦壁４２４，４２５は、天板４２１を挟んで互いに対向するように配置されている。一方の縦壁４２４は、稜線部４２２を介して天板４２１に接続されている。他方の縦壁４２５は、稜線部４２３を介して天板４２１に接続されている。金属部材１００の横断面視で、縦壁４２４，４２５は、稜線部４２２，４２３から第１部品４１の天板４１１側に向かって延びている。

【0029】

第２部品４２の縦壁４２４，４２５は、第１部品４１の縦壁４１４，４１５の内側に配置されている。第２部品４２の一方の縦壁４２４は、第１部品４１の一方の縦壁４１４に対して内側から重ね合わされている。第２部品４２の他方の縦壁４２５は、第１部品４１の他方の縦壁４１５に対して内側から重ね合わされている。より具体的には、第２部品４２の縦壁４２４，４２５の一部が第１部品４１の縦壁４１４，４１５の一部と重ねられている。そのため、第２部品４２の縦壁４２４，４２５の縁部４２４ａ，４２５ａは、第１部品４１の縦壁４１４，４１５の縁部４１４ａ，４１５ａよりも第１部品４１の天板４１１側に位置している。

【0030】

溶接部５１，５２は、第１部品４１の縦壁４１４，４１５を第２部品４２の縦壁４２４，４２５に対して溶接している部分である。溶接部５１は、第１部品４１の一方の縦壁４１４の縁部４１４ａに沿って線状に設けられている。溶接部５２は、第１部品４１の他方の縦壁４１５の縁部４１５ａに沿って線状に設けられている。

【0031】

図３は、図１に示す凹湾曲領域３０において、第１部品４１及び第２部品４２を金属部材１００の内側から見た図である。

【0032】

図３に示すように、凹湾曲領域３０は、第１部品４１の凹湾曲領域４１６と、第２部品４２の凹湾曲領域４２６とを含んでいる。第１部品４１の凹湾曲領域４１６は、天板４１１側から見て（平面視で）、第１部品４１の内側に凹状に湾曲する領域である。第２部品４２の凹湾曲領域４２６も、天板４２１側から見て（平面視で）、第２部品４２の内側に凹状に湾曲する領域である。第２部品４２の凹湾曲領域４２６は、第１部品４１の凹湾曲領域４１６に対応するように第２部品４２に設けられている。

【0033】

第１部品４１の凹湾曲領域４１６及び第２部品４２の凹湾曲領域４２６は、以下のように定義することができる。すなわち、第１部品４１を天板４１１側から観察した状態で、縦壁４１５の縁部４１５ａ上において評価節点及びその両隣に約４ｍｍ離れた節点の３点から縁部４１５ａの曲率半径を算出し、曲率中心が第１部品４１の外側に位置する範囲を凹湾曲領域４１６と定義する。同様に、第２部品４２を天板４２１側から観察した状態で、縦壁４２５の縁部４２５ａ上において評価節点及びその両隣に約４ｍｍ離れた節点の３点から縁部４２５ａの曲率半径を算出し、曲率中心が第２部品４２の外側に位置する範囲を凹湾曲領域４２６と定義する。金属部材１００の凹湾曲領域３０の範囲は、第１部品４１の凹湾曲領域４１６及び第２部品４２の凹湾曲領域４２６の範囲と一致している。

【0034】

第２部品４２の縦壁４２５には、１つ以上のスリット４２７が設けられている。本実施形態の例では、複数のスリット４２７が縦壁４２５に設けられている。複数のスリット４２７は、第２部品４２の縦壁４２５と第１部品４１の縦壁４１５との重ね合わせ部に配置されるように、第２部品４２の縦壁４２５に設けられる。複数のスリット４２７は、少なくとも第２部品４２の凹湾曲領域４２６に設けられている。

【0035】

［金属部材の製造方法］
次に、金属部材１００の製造方法について、図４Ａ～図４Ｆを参照しつつ説明する。本実施形態に係る製造方法は、準備工程と、溶接工程とを含む。

【0036】

（準備工程）
準備工程では、第１部品４１及び第２部品４２を準備する。図４Ａは、第１部品４１及び第２部品４２の部分斜視図である。図４Ｂは、第１部品４１及び第２部品４２の部分側面図である。図４Ａ及び図４Ｂでは、第１部品４１の凹湾曲領域４１６及び第２部品４２の凹湾曲領域４２６のそれぞれについて、少なくとも一部を示している。

【0037】

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、準備された第１部品４１は、凹湾曲領域４１６側に稜線部４１３及び縦壁４１５を有している。準備された第２部品４２は、凹湾曲領域４２６側に稜線部４２３及び縦壁４２５を有している。第２部品４２の凹湾曲領域４２６において、縦壁４２５は複数のスリット４２７を含んでいる。

【0038】

スリット４２７の各々は、縦壁４２５の縁部４２５ａから天板４２１側に延びている。各スリット４２７の深さ方向の一端（基端）は、縦壁４２５の縁部４２５ａに開口している。各スリット４２７の他端（先端）は、稜線部４２３の縦壁４２５側の端部（Ｒ止まり）には到達していない。すなわち、図４Ｂに示すように、稜線部４２３の縦壁４２５側の端部から縦壁４２５の縁部４２５ａまでの距離を縦壁高さＨとし、各スリット４２７の深さをスリット深さＤとすると、縦壁高さＨよりもスリット深さＤの方が小さい。図４Ｂに示す例において、各スリット４２７の先端形状は、概ね円弧状となっている。しかしながら、各スリット４２７の先端形状は、これに限定されるものではない。

【0039】

図４Ｂを参照して、複数のスリット４２７は、縦壁４２５の縁部４２５ａに沿って配列されている。複数のスリット４２７は、間隔Ａを空けて配置されている。スリット４２７の各々は、スリット幅Ｗを有している。スリット幅Ｗは、縦壁４２５の縁部４２５ａが延びる方向におけるスリット４２７の最大長さである。スリット４２７間の間隔Ａは、例えば０．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下とすることができる。

【0040】

縦壁４２５の縁部４２５ａが延びる方向における凹湾曲領域４２６の長さをＬ、凹湾曲領域４２６に設けられた全てのスリット４２７のスリット幅Ｗの合計をＳ_Ｗとすると、Ｓ_Ｗ／Ｌは、例えば０．０５以上とすることができる。凹湾曲領域４２６においてスリット４２７が導入される範囲をＲとすると、Ｓ_Ｗ／Ｒは、例えば０．２５以上とすることができる。

【0041】

第１部品４１及び第２部品４２は、金属製である。第１部品４１及び第２部品４２は、それぞれ、金属板のプレス成形によって作製することができる。第１部品４１及び第２部品４２は、鋼板のプレス成形によって作製されてもよい。第１部品４１及び第２部品４２の素材としての鋼板は、例えば、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有することができる。

【0042】

第２部品４２のスリット４２７は、プレス成形前の金属板に形成されてもよい。スリット４２７は、金属板を第２部品４２に成形した後に、縦壁４２５に形成されてもよい。スリット４２７は、例えば、レーザー切断によって形成することができる。スリット幅Ｗは、レーザー切断の加工性を考慮すると０．２ｍｍ以上である。スリット幅Ｗが大きい場合、打ち抜き加工等によって第２部品４２にスリット４２７を形成することもできる。

【0043】

スリット４２７は、応力集中部位を含む範囲に設けられることが好ましい。応力集中部位は、金属部材１００の使用時において、金属部材１００に対して荷重が入力されたときに応力集中が生じると想定される部位である。金属部材１００が自動車の車体を構成する構造部材である場合、応力集中部位は、金属部材１００が車体に組み付けられた後、自動車の走行中において路面からの荷重の入力で応力集中が生じると想定される部位である。例えば、応力集中部位を中心とし、応力集中部位から縦壁４１５，４２５の縁部４１５ａ，４２５ａが延びる方向に沿って両側に１０ｍｍ以内の範囲にスリット４２７を設けることができる。応力集中部位は、汎用の解析用ソフトウェア（例えばダッソー・システムズ社製のＡｂａｑｕｓやＭＳＣ社製のＮａｓｔｒａｎ等）を用いて特定することが可能である。具体的には、上記ソフトウェアを用いて、参考文献（Ｊ．－Ｌ．Ｆａｙａｒｄ ａｎｄ Ａ．Ｂｉｇｎｏｎｎｅｔ，“Ｆａｔｉｇｕｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗｅｌｄｅｄ Ｔｈｉｎ Ｓｈｅｅｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２２，１４５－１５２（１９９７））で示される条件、すなわち、アーム１２の先端部及び筒部２０を固定し、アーム１１の先端部のうちボールジョイントを介する部分に、ＸＹ平面上でＸ軸から４５度の方向あるいはその反対となる２２５度の方向に負荷を与える条件、を設定して線形弾性解析を実施することにより、応力集中部位を特定することができる。このとき、Ｘ軸正方向は、筒部２０の中心からアーム１２の先端部の幅中心に向かう方向、Ｙ軸正方向は、筒部２０の中心からアーム１１の先端部側に向かう方向であってＸ軸を基準として９０度の方向である。

【0044】

（溶接工程）
溶接工程では、第１部品４１と第２部品４２とを溶接によって接合する。図４Ｃ及び図４Ｄを参照して、溶接工程では、まず、第１部品４１の天板４１１と第２部品４２の天板４２１とを対向させるとともに、第１部品４１の縦壁４１５に第２部品４２の縦壁４２５を内側から重ね合わせる。このとき、縦壁４１５，４２５同士の重ね合わせ部には、スリット４２７が配置される。本実施形態において、第２部品４２の縦壁４２５に形成されているスリット４２７の一部は、縦壁４１５，４２５同士の重ね合わせ部から露出する。すなわち、スリット４２７の深さ方向における縦壁４１５，４２５同士の重ね合わせ部の長さを重ね代Ｃとすると、スリット深さＤは重ね代Ｃよりも大きい。ただし、スリット深さＤは、重ね代Ｃ以下であってもよい。

【0045】

溶接工程では、縦壁４１５，４２５同士の重ね合わせ部にスリット４２７が配置された状態で、第１部品４１の縦壁４１５の縁部４１５ａに沿って縦壁４１５，４２５同士を溶接する。すなわち、第１部品４１の縦壁４１５及び第２部品４２の縦壁４２５は、重ね隅肉溶接される。これにより、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように、第１部品４１の縦壁４１５の縁部４１５ａ上に線状の溶接部５２が形成される。

【0046】

溶接工程後も、少なくとも縦壁４１５，４２５の重ね合わせ部にはスリット４２７が存在する。第２部品４２の縦壁４２５のうち第１部品４１の縦壁４１５から露出していた部分にスリット４２７の一部が残存することもある。溶接工程後は、スリット４２７が金属部材１００の外側から視認されないように、第１部品４１の縦壁４１５及び溶接部５２によってスリット４２７が覆われていることが好ましい。第２部品４２の縦壁４２５のうち金属部材１００の内側から見た面には、通常、溶接工程後もスリット４２７の全体が残存している。

【0047】

第１部品４１の縦壁４１５及び第２部品４２の縦壁４２５は、例えば、アーク溶接によって接合される。第１部品４１の縦壁４１５及び第２部品４２の縦壁４２５は、レーザー・アークハイブリッド溶接によって接合されてもよい。溶接工程において使用される溶接材料は特に限定されない。

【0048】

詳細な説明を省略するが、第１部品４１の他方の縦壁４１４（図２）及び第２部品４２の他方の縦壁４２４（図２）も、縦壁４１５，４２５と同様、重ね隅肉溶接によって接合される。よって、第１部品４１の縦壁４１４の縁部４１４ａ（図２）上には、線状の溶接部５１（図２）が形成される。

【0049】

［効果］
一般に、第１部品４１及び第２部品４２の凹湾曲領域４１６，４２６では、第１部品４１の縦壁４１５を第２部品の縦壁４２５に重ね合わせて隅肉溶接するとき、縦壁４１５の縁部４１５ａ及びその近傍部分が溶接線の接線方向に熱膨張する。凹湾曲領域４１６，４２６でこのような熱膨張が生じると、図５Ａにおいて二点鎖線で示す溶接前の状態から、縦壁４１５，４２５のうち溶接部５２に隣接する部分が部品４１，４２の内側に変位する。これにより、縦壁４１５，４２５が部品４１，４２の内側に傾倒して面外変形が発生する。縦壁４１５，４２５は、面外変形した状態で溶接部５２によって接合される。

【0050】

溶接後、第１部品４１及び第２部品４２は自然冷却される。このとき、図５Ｂに示すように、第１部品４１及び第２部品４２の縦壁４１５，４２５のうち溶接部５２に隣接する部分は、冷却によって収縮し、部品４１，４２の外側に変位する。これにより、面外変形していた縦壁４１５，４２５が元の状態に復帰しようとし、図５Ｂにおいて細線矢印で示すように、溶接部５２が縦壁４１５，４２５によって部品４１，４２の高さ方向に引っ張られる。その結果、溶接部５２に高い引張残留応力が発生する。

【0051】

しかしながら、本実施形態では、第２部品４２の凹湾曲領域４２６において縦壁４２５にスリット４２７が設けられている。第１部品４１の縦壁４１５と第２部品４２の縦壁４２５とを重ね合わせて溶接する際、縦壁４１５，４２５同士の重ね合わせ部にスリット４２７が配置される。これにより、溶接過程における縦壁４１５，４２５の面外変形を緩和することができる。より具体的には、縦壁４２５がスリット４２７によって分断されているため、縦壁４２５において、各スリット４２７を挟んで隣り合う部分の熱膨張が互いに影響を及ぼしにくくなる。そのため、第２部品４２の凹湾曲領域４２６全体として、縦壁４２５の面外変形を生じさせるような熱膨張が低減され、溶接後に金属部材１００が冷却されたときの縦壁４２５の復帰量も小さくなる。また、第２部品４２の縦壁４２５の面外変形が緩和されることに伴って、第２部品４２の縦壁４２５と溶接される第１部品４１の縦壁４１５の面外変形も緩和される。その結果、溶接部５２における引張残留応力が低減され、溶接部５２の疲労強度が向上する。

【0052】

本実施形態において、スリット４２７は、金属部材１００の使用時に応力集中が生じると想定される部位を含む範囲に設けられることが好ましい。例えば、金属部材１００が自動車を構成する部品として車体に組み付けられた後、自動車の走行中、路面からの荷重の入力によって応力集中が生じると想定される部位を含む範囲にスリット４２７が設けられる。これにより、応力集中が生じると想定される部位で特に溶接部５２の引張残留応力が低減されるため、溶接部５２の疲労強度を効率よく向上させることができる。

【0053】

互いに重ね合わされた縦壁４１５，４２５のうち、内側に配置された縦壁４２５の面外変形は、溶接部５２における引張残留応力の増大に影響を及ぼしやすい。そのため、本実施形態では、第１部品４１の縦壁４１５の内側に配置された第２部品４２の縦壁４２５にスリット４２７が設けられている。これにより、溶接過程における第２部品４２の縦壁４２５の面外変形が抑制されやすくなる。よって、溶接部５２における引張残留応力がより低減されやすい。

【0054】

金属部材１００の凹湾曲領域３０において、第２部品４２の縦壁４２５の外側にある第１部品４１の縦壁４１５にスリットが存在する場合、金属部材１００を用いた自動車が衝突した際に当該スリットが破断起点となる可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１部品４１の縦壁４１５にスリットを設けていない。また、第２部品４２の縦壁４２５に設けられたスリット４２７は、第１部品４１の縦壁４１５及び溶接部５２から露出していない。そのため、金属部材１００の強度を確保することができる。

【0055】

本実施形態において、スリット４２７の深さＤは、第１部品４１の縦壁４１５と第２部品４２の縦壁４２５との重ね代Ｃよりも大きい。これにより、溶接部５２における引張残留応力がより低減されやすくなる。

【0056】

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0057】

上記実施形態では、第２部品４２の縦壁４２５に１つ以上のスリット４２７が設けられている。しかしながら、図６に示すように、第１部品４１の縦壁４１５に１つ以上のスリット４１７が設けられてもよい。図６に示す例では、複数のスリット４１７が縦壁４１５に設けられている。これらのスリット４１７は、第１部品４１のうち、少なくとも凹湾曲領域４１６に設けられている。スリット４１７の各々は、縦壁４１５の縁部４１５ａから天板４１１側に延びている。溶接工程に際し、第１部品４１の縦壁４１５が第２部品４２の縦壁４２５に対して外側から重ねられたとき、スリット４１７は、縦壁４１５，４２５の重ね合わせ部に配置される。スリット４１７の間隔Ａ、スリット幅Ｗ、スリット幅合計Ｓ_Ｗ、スリット導入範囲Ｒ等は上記実施形態と同様に設定することができる。図６に示す例であっても、上記実施形態と同様に、凹湾曲領域４１６，４２６において縦壁４１５，４２５の面外変形を緩和することができる。

【0058】

あるいは、第２部品４２の縦壁４２５に１つ以上のスリット４２７が設けられるとともに、第１部品４１の縦壁４１５に１つ以上のスリット４１７が設けられていてもよい。この場合、第１部品４１の各スリット４１７の位置が第２部品４２のスリット４２７との位置と一致していることが好ましい。

【0059】

上記実施形態では、第２部品４２の凹湾曲領域４２６内においてのみ、縦壁４２５にスリット４２７が設けられている。しかしながら、第２部品４２のうち凹湾曲領域４２６以外の領域においても、縦壁４２５にスリット４２７が設けられていてもよい。例えば、縦壁４２５の全長にわたってスリット４２７が配列されていてもよい。

【0060】

同様に、第１部品４１の縦壁４１５にスリット４１７を設ける場合、第１部品４１の凹湾曲領域４１６に加え、凹湾曲領域４１６以外の領域においてスリット４１７が配置されていてもよい。例えば、縦壁４１５の全長にわたってスリット４１７が配列されていてもよい。

【0061】

上記実施形態では、金属部材１００のうち、アーム１１，１２の境界部近傍の凹湾曲領域３０において、第２部品４２の縦壁４２５にスリット４２７が設けられている。しかしながら、例えば、金属部材に凹湾曲領域が複数存在する場合、２つ以上の凹湾曲領域にスリット４１７及び／又はスリット４２７を設けることもできる。

【0062】

上記実施形態では、第１部品４１の縦壁４１５の縁部４１５ａに沿って溶接部５２が線状に形成されている。しかしながら、第２部品４２の縦壁４２５の縁部４２５ａに沿って線状の溶接部５２が形成されていてもよい。

【実施例0063】

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0064】

本開示による効果を確認するため、上記実施形態に係る金属部材１００と同様の形状を有する金属部材について、汎用のソフトウェア（Ａｂａｑｕｓ，ダッソー・システムズ社製）を用いてアーク溶接のＣＡＥ解析を実施した。本解析では、凹湾曲領域に設けるスリットの条件を変化させ、溶接止端部の複数の評価点で引張残留応力（縦壁側から見て溶接線に直角な方向（部材高さ方向）の成分）を評価した。比較のため、凹湾曲領域にスリットが設けられない金属部材についても、同様の解析を実施した。解析の条件及び評価結果を表１に示す。

【0065】

【表1】

【0066】

表１に示すように、第１部品及び第２部品の縦壁同士の重ね合わせ部にスリットを配置して溶接を行った実施例１～５では、比較例と比べて引張残留応力が低減した範囲が存在した。引張残留応力の低減範囲は、凹湾曲領域におけるスリット幅合計比率：Ｓ_Ｗ／Ｌが大きくなるほど増大した。

【0067】

本解析より、凹湾曲領域において縦壁同士の重ね合わせ部にスリットを配置して溶接を行うことで溶接部における引張残留応力を低減できることが確認された。溶接部における引張残留応力が低減すれば、溶接部の疲労割れを抑制することができ、溶接部の疲労強度が向上する。

【符号の説明】

【0068】

１００：金属部材
３０：凹湾曲領域
４１：第１部品
４１１：天板
４１２，４１３：稜線部
４１４，４１５：縦壁
４１４ａ，４１５ａ：縁部
４１６：凹湾曲領域
４１７：スリット
４２：第２部品
４２１：天板
４２２，４２３：稜線部
４２４，４２５：縦壁
４２４ａ，４２５ａ：縁部
４２６：凹湾曲領域
４２７：スリット
５１，５２：溶接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図5A】

【図5B】

【図6】