(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】P2023059598
(43)【公開日】2023-04-27
(54)【発明の名称】フレーム構造体の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 31/00 20060101AFI20230420BHJP
B23K 9/00 20060101ALN20230420BHJP
【ＦＩ】
B23K31/00 F
B23K31/00 A
B23K9/00 501C
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021169696
(22)【出願日】2021-10-15
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤田 雄貴
(72)【発明者】
【氏名】山川 大貴
(72)【発明者】
【氏名】中原 拓巳
(72)【発明者】
【氏名】橋本 成一
(72)【発明者】
【氏名】今村 美速
【テーマコード（参考）】
4E081
【Ｆターム（参考）】
4E081YC01
(57)【要約】
【課題】曲げ部を有する中空部材に複数の接続用部材を溶接したフレーム構造体を、熱歪による精度低下を抑えて高精度に製造することが可能なフレーム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】湾曲した長尺のフレーム部材１３に複数のブラケット１５が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体１１の製造方法であって、フレーム部材１３にブラケット１５を溶接する溶接工程と、溶接工程後にフレーム部材１３の端部１３Ａ，１３Ｂから冷却媒体である空気ＣＡを内部へ流入させる冷却工程と、を含み、溶接工程及び冷却工程を、ブラケット１５の数だけ繰り返し行う。
【選択図】図３
【解決手段】湾曲した長尺のフレーム部材１３に複数のブラケット１５が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体１１の製造方法であって、フレーム部材１３にブラケット１５を溶接する溶接工程と、溶接工程後にフレーム部材１３の端部１３Ａ，１３Ｂから冷却媒体である空気ＣＡを内部へ流入させる冷却工程と、を含み、溶接工程及び冷却工程を、ブラケット１５の数だけ繰り返し行う。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
を含み、
前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、
フレーム構造体の製造方法。
前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
を含み、
前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、
フレーム構造体の製造方法。
【請求項2】
前記冷却工程において、前記冷却媒体が前記接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように前記冷却媒体を流入させる、
請求項１に記載のフレーム構造体の製造方法。
請求項１に記載のフレーム構造体の製造方法。
【請求項3】
前記冷却工程において、前記中空部材の一方の端部または他方の端部から前記冷却媒体を流入させる、
請求項１または請求項２に記載のフレーム構造体の製造方法。
請求項１または請求項２に記載のフレーム構造体の製造方法。
【請求項4】
前記冷却工程において、前記中空部材における前記接続用部材の溶接部に対して遠い端部から前記冷却媒体を流入させる、
請求項３に記載のフレーム構造体の製造方法。
請求項３に記載のフレーム構造体の製造方法。
【請求項5】
前記冷却工程において、前記接続用部材の溶接部及び少なくとも前記溶接部を含む領域における前記溶接部とその周囲を、７０℃以下に冷却させる、
請求項１～４のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
請求項１～４のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
【請求項6】
前記冷却工程において、前記中空部材の内部へ前記冷却媒体として空気を流入させる、
請求項１～５のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
請求項１～５のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
【請求項7】
前記溶接工程において、
前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、
請求項１～６のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、
請求項１～６のいずれか一項に記載のフレーム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フレーム構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
車両又は各種の産業機械等に使用されるフレーム構造体は、フレーム部材の一部に、他の部材又は車両等の本体部に接続するブラケット等の接続用部材を設けることが多い。接続用部材は、フレーム部材の直線状の部位に設けられるだけでなく、フレーム部材に曲げ加工が施されている場合には、その曲げ部又は曲げ部の近傍に設けられる場合もある。接続用部材は、フレーム構造体の組み付け先との間で高精度に接合するため、接続相手側の部材と相対的に一定の幾何学的な位置精度を有するようにフレーム部材へ取り付ける必要がある。
このような接続用部材を取り付ける手段として、フレーム部材にボルト等の機械的締結手段により取り付ける方法がある（特許文献１）。この方法によれば、取り付け孔の形状を、例えば長孔等にすることで、接続用部材の取り付け位置を調整でき、接続用部材の取り付け部の精度の調整が容易となる。
しかし、この方法では孔加工等の工数が増える上にボルト等を使用するため、接続用部材の取り付け部分の部品点数が多くなり、フレーム構造体全体の重量が増加する欠点がある。
これに対して、接続用部材を溶接によってフレーム部材に取り付ける技術がある（特許文献２、３）。これらの技術によれば、部品点数を増加させずにブラケットをフレーム部材に接合できるため、フレーム構造体の重量の増加が抑えられる。
このような接続用部材を取り付ける手段として、フレーム部材にボルト等の機械的締結手段により取り付ける方法がある（特許文献１）。この方法によれば、取り付け孔の形状を、例えば長孔等にすることで、接続用部材の取り付け位置を調整でき、接続用部材の取り付け部の精度の調整が容易となる。
しかし、この方法では孔加工等の工数が増える上にボルト等を使用するため、接続用部材の取り付け部分の部品点数が多くなり、フレーム構造体全体の重量が増加する欠点がある。
これに対して、接続用部材を溶接によってフレーム部材に取り付ける技術がある（特許文献２、３）。これらの技術によれば、部品点数を増加させずにブラケットをフレーム部材に接合できるため、フレーム構造体の重量の増加が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実用新案登録第２５８８６９８号公報
【特許文献2】特開２００５－０６６６６８号公報
【特許文献3】特開２００１－２３９９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、溶接による取り付けは、溶接時の熱歪により接続用部材の接合面が変形するため、接合相手側の部材との幾何学的な位置精度の確保が困難となる。これに加えて、例えば曲げ部を有するフレーム部材においては、一般的にプレスやベンダー（押し曲げ、引き曲げ、マンドレル曲げ加工機）等により曲げ加工が行われるが、曲げ加工の寸法精度を得るための矯正が必要となる。この矯正による変形量は大きくなりがちで、部材のスプリングバックも生じるため、フレーム部材自体の精度を所定の範囲に収めることは難しい。
特に、曲げ部を有するフレーム部材に複数の接続用部材を溶接する場合では、溶接による熱歪が累積し、設計形状に近い高精度な構造体を製造することが困難であった。
特に、曲げ部を有するフレーム部材に複数の接続用部材を溶接する場合では、溶接による熱歪が累積し、設計形状に近い高精度な構造体を製造することが困難であった。
【0005】
そこで本発明は、曲げ部を有する中空部材に複数の接続用部材を溶接したフレーム構造体を、熱歪による精度低下を抑えて高精度に製造することが可能なフレーム構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は下記の構成からなる。
湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
を含み、
前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、
フレーム構造体の製造方法。
湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
を含み、
前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、
フレーム構造体の製造方法。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、曲げ部を有する中空部材に複数の接続用部材を溶接したフレーム構造体を、熱歪による精度低下を抑えて高精度に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここでは一例として車両のラダーフレーム、ルーフフレーム等に用いるフレーム構造体を説明するが、フレーム構造体の適用対象、形状はこれに限らない。
＜フレーム構造体＞
図１は、フレーム構造体１１を示す斜視図である。図２は、図１に示すII－II線で切断したフレーム部材の断面図である。
フレーム構造体１１は、長尺状のフレーム部材１３と、接続用部材であるブラケット１５とを有する。フレーム構造体１１は、複数のブラケット１５を有しており、これらのブラケット１５は、フレーム部材１３の長手方向に沿って間隔をあけて設けられている。
ここでは一例として車両のラダーフレーム、ルーフフレーム等に用いるフレーム構造体を説明するが、フレーム構造体の適用対象、形状はこれに限らない。
＜フレーム構造体＞
図１は、フレーム構造体１１を示す斜視図である。図２は、図１に示すII－II線で切断したフレーム部材の断面図である。
フレーム構造体１１は、長尺状のフレーム部材１３と、接続用部材であるブラケット１５とを有する。フレーム構造体１１は、複数のブラケット１５を有しており、これらのブラケット１５は、フレーム部材１３の長手方向に沿って間隔をあけて設けられている。
【0010】
フレーム部材１３は、例えば軸方向に垂直な断面が四角形の中空押出部材であって、全体が弓状に湾曲している。フレーム部材１３の断面視において、一方の対角線方向は、フレーム部材１３の湾曲方向と略一致している。フレーム部材１３は、上記以外にも、丸パイプ、多角形パイプであってもよい。外側にリブのような突起部を有する形状であってもよい。また、内側に突起部を有する形状であってもよい。このフレーム部材１３は、プレス成形、又はベンダーなどの任意の成形機によって加工された曲げ部材である。
【0011】
フレーム部材１３は、アルミニウム合金が軽量化の観点から好ましいが、より強度の高い軟鋼、高張力鋼等の鋼材であってもよい。アルミニウム合金としては、６０００系、７０００系等の熱処理合金、又は５０００系等の非熱処理合金等、各種のアルミニウム合金を採用できる。熱処理型のアルミニウム合金は、Ｔ１，Ｔ５調質されたものが好ましく、また、曲げ部近傍を局部的に軟化させたものでもよい。
【0012】
ブラケット１５は、フレーム部材１３の長手方向の中間部にフレーム部材１３と一体に接続される。ブラケット１５は板材、又は板材を折り曲げ加工した形状であり、その一辺がフレーム部材１３に溶接される。ブラケット１５は、フレーム部材１３と溶接可能な同種の材料であることが好ましく、例えば、フレーム部材１３がアルミニウム合金であればブラケット１５もアルミニウム合金とする。
【0013】
＜フレーム構造体の製造装置＞
図３は、フレーム構造体１１の製造装置の全体構成図である。以下の説明では、同一の部材、同一の部位に対して同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡単化する。
フレーム構造体１１の製造装置（以下、製造装置ともいう。）１００は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａを支持する支持部１７と、他方の端部１３Ｂを支持する支持部１８と、フレーム部材１３の長手方向の途中でブラケット１５を対向させて配置する複数の置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、フレーム曲げ部２１と、溶接部２３とを備える。
図３は、フレーム構造体１１の製造装置の全体構成図である。以下の説明では、同一の部材、同一の部位に対して同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡単化する。
フレーム構造体１１の製造装置（以下、製造装置ともいう。）１００は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａを支持する支持部１７と、他方の端部１３Ｂを支持する支持部１８と、フレーム部材１３の長手方向の途中でブラケット１５を対向させて配置する複数の置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、フレーム曲げ部２１と、溶接部２３とを備える。
【0014】
支持部１７は、フレーム部材１３を支持する把持部１７ａと、把持部１７ａが一端部に固定された脚部１７ｂとを有する。支持部１８も同様に、把持部１８ａと脚部１８ｂとを有する。
置き台２０Ａは、ブラケット１５を載置する固定部１９ａと、固定部１９ａを支持する脚部１９ｂとを有し、ブラケット１５をフレーム部材１３に位置決めする。置き台２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄも置き台２０Ａと同様に、固定部１９ａを支持する脚部１９ｂとを有し、ブラケット１５をフレーム部材１３に位置決めする。
フレーム曲げ部２１は、フレーム部材１３の長手方向の中間部に配置され、フレーム部材１３に図３の上下方向に曲げ荷重を負荷する。これにより、フレーム部材１３の端部１３Ａ，１３Ｂと中間部との３点曲げによって、フレーム部材１３の中間部に上下方向の弾性変形が付与される。
置き台２０Ａは、ブラケット１５を載置する固定部１９ａと、固定部１９ａを支持する脚部１９ｂとを有し、ブラケット１５をフレーム部材１３に位置決めする。置き台２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄも置き台２０Ａと同様に、固定部１９ａを支持する脚部１９ｂとを有し、ブラケット１５をフレーム部材１３に位置決めする。
フレーム曲げ部２１は、フレーム部材１３の長手方向の中間部に配置され、フレーム部材１３に図３の上下方向に曲げ荷重を負荷する。これにより、フレーム部材１３の端部１３Ａ，１３Ｂと中間部との３点曲げによって、フレーム部材１３の中間部に上下方向の弾性変形が付与される。
【0015】
溶接部２３は、ブラケット１５をフレーム部材１３に溶接する。溶接部２３は、ＭＩＧ、ＴＩＧ等の溶融溶接を溶接トーチ２４の先端で行い、溶接時における溶接速度、溶接電流、溶接電圧等の各種溶接条件が調整可能となっている。
【0016】
製造装置１００は、冷却ノズル３１，３３と、エア供給部３５とを備える。冷却ノズル３１は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａの対向位置に配置される。冷却ノズル３３は、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂの対向位置に配置される。エア供給部３５は、冷却ノズル３１，３３へ冷却媒体である空気を供給し、各冷却ノズル３１，３３から空気を噴出させる。冷却ノズル３１から噴出される空気は、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａからフレーム部材１３の内部へ流入される。同様に、冷却ノズル３３から噴出される空気は、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂからフレーム部材１３の内部へ流入される。なお、冷却ノズル３１，３３からフレーム部材１３の内部へ送り込む空気には、必要に応じて二酸化窒素（ＮＯ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）あるいはヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを適量含ませてもよい。また、冷却媒体として、水等の液体を用いてもよいが、空気を用いれば乾燥等の後処理を不要にできる。
【0017】
また、製造装置１００は、ベース下板２５と、ベース上板２７と、昇降駆動部２９とを備える。ベース上板２７は、ベース下板２５の上側に略平行に配置される。昇降駆動部２９は、ベース上板２７を、ベース下板２５の板面と平行にしたまま昇降移動させる。ベース下板２５には、支持部１７，１８の脚部１７ｂ，１８ｂとフレーム曲げ部２１の脚部２１ａとが固定される。ベース上板２７には、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを支持する脚部１９ｂが固定され、脚部１７ｂ，１８ｂをそれぞれ貫通する開口部（図示略）が形成されている。
【0018】
製造装置１００は、制御部３７を有している。制御部３７は、溶接部２３、エア供給部３５及び昇降駆動部２９に接続されており、溶接部２３、エア供給部３５及び昇降駆動部２９は、制御部３７によって制御される。
【0019】
図４は、フレーム曲げ部２１の構成と、置き台２０Ａにブラケット１５を配置する様子を示す説明図である。
フレーム曲げ部２１は、フレーム部材１３を把持する把持部４３と、把持部４３を昇降自在に支持する支持機構４５と、把持部４３を昇降駆動する駆動部４７とを備える。
把持部４３は、下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとを有し、下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとの間にフレーム部材１３を挟み込む。このとき、把持部４３は、フレーム部材１３の一方の対角線方向に挟み込む。そして、ボルト等の締結部材によって下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとを締結することで、フレーム部材１３が把持部４３に固定される。把持部４３がフレーム部材１３の対角方向を挟み込むことで、フレーム部材１３の曲げ荷重負荷時に、フレーム部材１３の一部に面押しが生じるのを回避し、局所的な断面変形を防止できる。
フレーム曲げ部２１は、フレーム部材１３を把持する把持部４３と、把持部４３を昇降自在に支持する支持機構４５と、把持部４３を昇降駆動する駆動部４７とを備える。
把持部４３は、下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとを有し、下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとの間にフレーム部材１３を挟み込む。このとき、把持部４３は、フレーム部材１３の一方の対角線方向に挟み込む。そして、ボルト等の締結部材によって下側支持部４３ａと上側支持部４３ｂとを締結することで、フレーム部材１３が把持部４３に固定される。把持部４３がフレーム部材１３の対角方向を挟み込むことで、フレーム部材１３の曲げ荷重負荷時に、フレーム部材１３の一部に面押しが生じるのを回避し、局所的な断面変形を防止できる。
【0020】
支持機構４５は、脚部２１ａに固定された固定部４５ａとスライド部４５ｂとを有し、スライド部４５ｂに把持部４３が固定される。駆動部４７は、スライド部４５ｂを昇降駆動して、把持部４３を介してフレーム部材１３に下側への引張り力又は上側への押し上げ力を付与する。なお、フレーム部材１３の両端部を支持する支持部１７，１８は、把持部４３と同様の把持機構を有する把持部１７ａ，１８ａを備える。把持部１７ａ，１８ａは、フレーム部材１３をその一方の対角線方向に挟み込んで固定している。
【0021】
置き台２０Ａは、その脚部１９ｂがベース上板２７に立設され、脚部１９ｂの上端に設けた固定部１９ａの上面にブラケット１５が載置される。置き台２０Ａには、一対のピン４９が固定部１９ａの上面から突出して設けられ、ブラケット１５には、ピン４９に対応した開口孔１５ａが形成されている。一対のピン４９は、支持部１７，１８との位置関係が所定の基準位置となるように、置き台２０Ａに設けられている。
【0022】
ブラケット１５は、それぞれの開口孔１５ａにピン４９を挿入して固定部１９ａの上面に載置される。開口孔１５ａから突出したピン４９にはクランプ５１が装着される。クランプ５１の装着によって、ブラケット１５は、固定部１９ａに位置決めされて固定される。
【0023】
なお、置き台２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、置き台２０Ａと同様の構成であるので、説明を省略する。
【0024】
図５Ａは、ベース上板２７の初期状態を示す製造装置１００の正面図である。図５Ｂは、ベース上板２７をベース下板２５側へ下げた状態を示す製造装置１００の正面図である。
図５Ａに示すように、昇降駆動部２９は、ベース上板２７を昇降駆動して、ベース上板２７をベース下板２５から離反させる。上記したブラケット１５の基準位置は、昇降駆動部２９によりベース上板２７を上昇駆動させることで調整される。ブラケット１５は、この状態で置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されてフレーム部材１３に対して位置決めされる。そして、溶接部２３は、フレーム部材１３に対して位置決めされたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接するように駆動される。
図５Ａに示すように、昇降駆動部２９は、ベース上板２７を昇降駆動して、ベース上板２７をベース下板２５から離反させる。上記したブラケット１５の基準位置は、昇降駆動部２９によりベース上板２７を上昇駆動させることで調整される。ブラケット１５は、この状態で置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されてフレーム部材１３に対して位置決めされる。そして、溶接部２３は、フレーム部材１３に対して位置決めされたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接するように駆動される。
【0025】
図５Ｂに示すように、昇降駆動部２９がベース上板２７をベース下板２５に向けて下降させると、ブラケット１５の固定が解除される。つまり、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄがベース上板２７と一体に下降すると、フレーム部材１３が支持部１７，１８に固定されているため、ブラケット１５がフレーム部材１３側に残り、ブラケット１５と置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄとが離別する。
【0026】
＜ブラケットの溶接＞
上記構成の製造装置１００によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接させるには、昇降駆動部２９によってベース上板２７を上昇駆動させることで、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されたブラケット１５を基準位置に配置させる。この状態において、溶接部２３を駆動させ、溶接トーチ２４によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接する。このとき、フレーム部材１３とブラケット１５とのギャップ量を調整することにより、溶接熱量を効率よく制御できる。また、フレーム部材１３とブラケット１５とのギャップによって熱歪みによる変位が吸収されて、高精度な形状精度が得られる。
上記構成の製造装置１００によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接させるには、昇降駆動部２９によってベース上板２７を上昇駆動させることで、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されたブラケット１５を基準位置に配置させる。この状態において、溶接部２３を駆動させ、溶接トーチ２４によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接する。このとき、フレーム部材１３とブラケット１５とのギャップ量を調整することにより、溶接熱量を効率よく制御できる。また、フレーム部材１３とブラケット１５とのギャップによって熱歪みによる変位が吸収されて、高精度な形状精度が得られる。
【0027】
ブラケット１５は、全長にわたって連続的にフレーム部材１３へ溶接してもよいが、ブラケット１５の全長を連続溶接せずに断続的に溶接してもよい。断続的に溶接することにより、一度の溶接における溶接長を短くして入熱量を抑えることができ、十分な溶接強度を確保しつつ熱歪を効率的に抑えることができる。なお、短い溶接を断続的に行い、最終的にブラケット１５を全長にわたってフレーム部材１３に溶接してもよい。
【0028】
また、製造装置１００によってブラケット１５をフレーム部材１３に溶接させる際に、フレーム曲げ部２１でフレーム部材１３に曲げ荷重を付与してもよい。具体的には、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに固定されて基準位置に配置されたブラケット１５を、例えば、部分的にフレーム部材１３に溶接して仮止めする。その後、昇降駆動部２９によってベース上板２７をベース下板２５に向けて下降させ、仮止め後のブラケット１５の固定を解除させる。さらに、フレーム曲げ部２１によってフレーム部材１３の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷してフレーム部材１３を弾性変形させた状態で、ブラケット１５をフレーム部材１３に本溶接する。このように、ブラケット１５を仮止めしたフレーム部材１３を弾性変形させた状態で本溶接することで、本溶接時の熱歪みがフレーム部材１３に残存することを抑制でき、フレーム構造体１１を設計形状に近づけることができる。
【0029】
＜製造手順＞
上記構成の製造装置１００により、フレーム構造体１１を製造する手順を説明する。
図６Ａ～図６Ｄは、フレーム構造体１１の製造工程を示す製造装置１００の正面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、フレーム部材１３の端部から流入させた空気ＣＡの流れを示す概略断面図である。なお、本例では、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに支持したブラケット１５を順にフレーム部材１３へ溶接する場合を例示して説明する。
上記構成の製造装置１００により、フレーム構造体１１を製造する手順を説明する。
図６Ａ～図６Ｄは、フレーム構造体１１の製造工程を示す製造装置１００の正面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、フレーム部材１３の端部から流入させた空気ＣＡの流れを示す概略断面図である。なお、本例では、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに支持したブラケット１５を順にフレーム部材１３へ溶接する場合を例示して説明する。
【0030】
（置き台２０Ａのブラケット１５の接合）
図６Ａに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ａに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
図６Ａに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ａに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
【0031】
置き台２０Ａのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させてフレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
【0032】
このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＡにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＡに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＡから遠いフレーム部材１３の一方の端部１３Ａ側に配置させた冷却ノズル３１から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ａにおける矢印Ａ方向）空気を流入させる。すると、図７Ａに示すように、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂから流出する。このとき、空気ＣＡは、溶接部ＷＡにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＡに当たりながら他方の端部１３Ｂへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＡ及び溶接部ＷＡを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＡ及び溶接部ＷＡを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。検温の手段としては、例えば接触式温度計による局部的な検温、非接触温度計による検温、温度センサーやサーモグラフィでの全体的な検温等があげられる。
【0033】
（置き台２０Ｂのブラケット１５の接合）
置き台２０Ａに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｂに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｂに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
置き台２０Ａに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｂに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｂに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
【0034】
置き台２０Ｂのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させ、フレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
【0035】
このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＢにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＢに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＢから遠いフレーム部材１３の一方の端部１３Ａ側に配置させた冷却ノズル３１から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ｂにおける矢印Ａ方向）空気を流入させる。この場合も、図７Ａに示すように、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、溶接部ＷＢにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＢに当たりながら他方の端部１３Ｂへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＢ及び溶接部ＷＢを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＢ及び溶接部ＷＢを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。
【0036】
（置き台２０Ｃのブラケット１５の接合）
置き台２０Ｂに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｃに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｃに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
置き台２０Ｂに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｃに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｃに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
【0037】
置き台２０Ｃのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させ、フレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
【0038】
このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＣにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＣに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＣから遠いフレーム部材１３の他方の端部１３Ｂ側に配置させた冷却ノズル３３から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ｃにおける矢印Ｂ方向）空気を流入させる。すると、図７Ｂに示すように、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａから流出する。このとき、空気ＣＡは、溶接部ＷＣにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＣに当たりながら一方の端部１３Ａへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＣ及び溶接部ＷＣを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＣ及び溶接部ＷＣを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。
【0039】
（置き台２０Ｄのブラケット１５の接合）
置き台２０Ｃに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｄに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｄに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
置き台２０Ｃに支持させたブラケット１５をフレーム部材１３に溶接して冷却したら、図６Ｄに示すように、溶接部２３を駆動させ、置き台２０Ｄに支持させたブラケット１５を溶接トーチ２４によってフレーム部材１３に溶接する（溶接工程）。
【0040】
置き台２０Ｄのブラケット１５のフレーム部材１３への溶接直後、エア供給部３５を駆動させ、フレーム部材１３の内部に冷却媒体である空気を流入させる（冷却工程）。
【0041】
このとき、ブラケット１５の溶接部ＷＤにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＤに空気が当たるように、フレーム部材１３の内部に空気を流入させる。具体的には、ブラケット１５の溶接部ＷＤから遠いフレーム部材１３の他方の端部１３Ｂ側に配置させた冷却ノズル３３から空気を噴出させ、フレーム部材１３の内部へ向かって（図６Ｄにおける矢印Ｂ方向）空気を流入させる。この場合も、図７Ｂに示すように、フレーム部材１３の他方の端部１３Ｂから流入させた空気ＣＡは、フレーム部材１３の内部をフレーム部材１３に沿って流れ、溶接部ＷＤにおけるフレーム部材１３の曲げ部ＢＤに当たりながら一方の端部１３Ａへ流れる。これにより、ブラケット１５の溶接部ＷＤ及び溶接部ＷＤを含む近傍の領域が空気ＣＡによって効果的に冷却される。そして、溶接によって加熱されたフレーム部材１３の溶接部とその周囲を検温し、ブラケット１５の溶接部ＷＤ及び溶接部ＷＤを含む領域におけるフレーム部材１３の溶接部とその周囲を、７０℃以下になるまで冷却させる。
【0042】
上記のように、フレーム部材１３へのブラケット１５の溶接及びフレーム部材１３の内部への空気ＣＡの流入による冷却を繰り返すことにより、フレーム部材１３の長手方向に沿って複数のブラケット１５が溶接されたフレーム構造体１１が製造される。
【0043】
ところで、溶接時における冷却は、一般的に、溶接ビードなどの溶接部に空気などの冷却媒体を当てたり、溶接部に銅や真鍮などの冷却部材を当接させたりして直接冷却することが行われる。しかし、この場合、溶接部への冷却媒体の当て方や冷却部材の当接の仕方等により温度制御が難しくなる場合がある。
【0044】
これに対して、本製造方法では、フレーム部材１３へのブラケット１５の溶接及びフレーム部材１３の内部への空気ＣＡの流入による冷却を繰り返し、フレーム部材１３の長手方向に沿って複数のブラケット１５が溶接されたフレーム構造体１１を製造する。このように、ブラケット１５を溶接するたびにフレーム部材１３の内部に空気ＣＡを流して溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤを冷却して熱歪を制御するので、溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤの抜熱を安定的に行うことができる。これにより、熱歪の累積が抑えられ、熱歪による変形を矯正するための矯正量を抑制することができ、設計形状に近い形状のフレーム構造体１１を製造することができる。また、ブラケット１５を溶接するたびに冷却することにより、次のブラケット１５の溶接工程に迅速に移行できる。これにより、溶接のパス間の時間を短縮でき、生産性を向上できる。
【0045】
また、冷却工程において、空気ＣＡがブラケット１５の溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤにおける曲げ部ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤに当たるように空気ＣＡを流入させるので、ブラケット１５の溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ及びその近傍の領域を空気ＣＡによって効果的に冷却させることができる。
【0046】
しかも、フレーム部材１３の一方の端部１３Ａまたは他方の端部１３Ｂから空気ＣＡを流入させることにより、フレーム部材１３の内部における空気ＣＡの流れを一方向にして円滑にでき、冷却効率を高めて熱歪をより精度よく制御することができる。
【0047】
また、フレーム部材１３におけるブラケット１５の溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤから遠いいずれかの端部１３Ａ，１３Ｂから空気ＣＡを流入させる。これにより、流入させた空気ＣＡが溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤに到達するまでに空気ＣＡの乱流が促進される。したがって、溶接部ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ及びその近傍の領域における空気ＣＡによる熱伝達率が高められ、冷却効率が向上される。
【0048】
また、冷却工程において、フレーム部材１３の溶接部とその周囲を７０℃以下とすることにより、熱歪の大きい材料を溶接する際の熱歪をより効率的に抑制することができる。特に、入熱量の大きいＭＩＧ溶接等の熱歪を効果的に抑制できる。
【0049】
なお、置き台２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに支持したブラケット１５をフレーム部材１３へ溶接する順番は上記の例に限らない。
【0050】
ここで、本製造方法によって、フレーム部材１３に複数のブラケット１５を溶接してフレーム構造体１１を作製し、溶接による熱影響を検証した。
【0051】
フレーム部材１３としては、ビッカース硬さ６０ＨＶ、引張強さ１５５Ｎ／ｍｍ２のＴ１調質した熱処理型アルミニウム合金からなる押出材を用いた。このフレーム部材１３に複数のブラケット１５を溶接し、その後、１９０℃で３時間のテンパー処理（低温焼き鈍し）を行ってＴ５調質とした。
【0052】
その結果、ブラケット１５の溶接後におけるビッカース硬さは６０ＨＶ程度（溶接部から６ｍｍ～７ｍｍの位置）であり、溶接前とほとんど変わらなかった。さらに、テンパー処理によってＴ５調質とした後は、ビッカース硬さが８５ＨＶ程度（溶接部から６ｍｍ～７ｍｍの位置）となり、熱影響軟化部が存在しない状態となった。しかも、本製造方法によって作製したフレーム構造体１１は、テンパー処理時の温度レベルでは寸法精度崩れが発生しないことも確認された。
【0053】
このように、本製造方法によれば、フレーム部材１３へのブラケット１５の溶接直後に、フレーム部材１３の内部に空気ＣＡを流入させ、フレーム部材１３の内部から強制冷却することにより、溶接による熱影響部が軟化することなく若干硬くなったと考えられる。
【0054】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【0055】
例えば、接続用部材としてブラケットを例示して説明したが、ブラケットに限らず、他のフレーム等の構造用部材、フレーム部材に接合する部品、機能部材等であってもよい。
【0056】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
を含み、
前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、フレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材への接続用部材の溶接及び中空部材の内部への冷却媒体の流入による冷却を繰り返し、中空部材の長手方向に沿って複数の接続用部材が溶接されたフレーム構造体を製造する。このように、接続用部材を溶接するたびに中空部材の内部に冷却媒体を流して溶接部を冷却して熱歪を制御するので、溶接部の抜熱を安定的に行うことができる。これにより、熱歪の累積が抑えられ、熱歪による変形を矯正するための矯正量を抑制することができ、設計形状に近い形状のフレーム構造体を製造することができる。また、接続用部材を溶接するたびに冷却することにより、次の接続用部材の溶接工程に迅速に移行できる。これにより、溶接のパス間の時間を短縮でき、生産性を向上できる。
（１） 湾曲した長尺の中空部材に複数の接続用部材が長手方向に沿って溶接されたフレーム構造体の製造方法であって、
前記中空部材に前記接続用部材を溶接する溶接工程と、
前記溶接工程後に前記中空部材の端部から冷却媒体を内部へ流入させる冷却工程と、
を含み、
前記溶接工程及び前記冷却工程を、前記接続用部材の数だけ繰り返し行う、フレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材への接続用部材の溶接及び中空部材の内部への冷却媒体の流入による冷却を繰り返し、中空部材の長手方向に沿って複数の接続用部材が溶接されたフレーム構造体を製造する。このように、接続用部材を溶接するたびに中空部材の内部に冷却媒体を流して溶接部を冷却して熱歪を制御するので、溶接部の抜熱を安定的に行うことができる。これにより、熱歪の累積が抑えられ、熱歪による変形を矯正するための矯正量を抑制することができ、設計形状に近い形状のフレーム構造体を製造することができる。また、接続用部材を溶接するたびに冷却することにより、次の接続用部材の溶接工程に迅速に移行できる。これにより、溶接のパス間の時間を短縮でき、生産性を向上できる。
【0057】
（２） 前記冷却工程において、前記冷却媒体が前記接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように前記冷却媒体を流入させる、（１）に記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、冷却媒体が接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように冷却媒体を流入させることにより、接続用部材の溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域を冷却媒体によって効果的に冷却させることができる。
このフレーム構造体の製造方法によれば、冷却媒体が接続用部材の溶接部における曲げ部に当たるように冷却媒体を流入させることにより、接続用部材の溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域を冷却媒体によって効果的に冷却させることができる。
【0058】
（３） 前記冷却工程において、前記中空部材の一方の端部または他方の端部から前記冷却媒体を流入させる、（１）または（２）に記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材の一方の端部または他方の端部から冷却媒体を流入させることにより、中空部材の内部における冷却媒体の流れを一方向にして円滑にでき、冷却効率を高めて熱歪をより精度よく制御することができる。
このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材の一方の端部または他方の端部から冷却媒体を流入させることにより、中空部材の内部における冷却媒体の流れを一方向にして円滑にでき、冷却効率を高めて熱歪をより精度よく制御することができる。
【0059】
（４） 前記冷却工程において、前記中空部材における前記接続用部材の溶接部に対して遠い端部から前記冷却媒体を流入させる、（３）に記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材における接続用部材の溶接部から遠い端部から冷却媒体を流入させることにより、流入させた冷却媒体が溶接部に到達するまでに層流から乱流に遷移する。これにより、溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域における冷却媒体による熱伝達率が高められ、冷却効率が向上される。
このフレーム構造体の製造方法によれば、中空部材における接続用部材の溶接部から遠い端部から冷却媒体を流入させることにより、流入させた冷却媒体が溶接部に到達するまでに層流から乱流に遷移する。これにより、溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域における冷却媒体による熱伝達率が高められ、冷却効率が向上される。
【0060】
（５） 前記冷却工程において、前記接続用部材の溶接部及び少なくとも前記溶接部を含む領域における前記溶接部とその周囲を、７０℃以下に冷却させる、（１）～（４）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、接続用部材の溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域における溶接部とその周囲を７０℃以下とすることにより、熱歪の大きい材料を溶接する際の熱歪をより効率的に抑制することができる。特に、入熱量の大きいＭＩＧ溶接等の熱歪を効果的に抑制できる。
このフレーム構造体の製造方法によれば、接続用部材の溶接部及び少なくとも溶接部を含む領域における溶接部とその周囲を７０℃以下とすることにより、熱歪の大きい材料を溶接する際の熱歪をより効率的に抑制することができる。特に、入熱量の大きいＭＩＧ溶接等の熱歪を効果的に抑制できる。
【0061】
（６） 前記冷却工程において、前記中空部材の内部へ前記冷却媒体として空気を流入させる、（１）～（５）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、冷却媒体として空気を用いるので、安価に冷却を行うことができ、しかも、液体等の冷却媒体を用いる場合と比べ、乾燥等の後処理が不要で生産効率が高くなる。
このフレーム構造体の製造方法によれば、冷却媒体として空気を用いるので、安価に冷却を行うことができ、しかも、液体等の冷却媒体を用いる場合と比べ、乾燥等の後処理が不要で生産効率が高くなる。
【0062】
（７） 前記溶接工程において、
前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、（１）～（６）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、接続用部材を仮止めした中空部材を弾性変形させた状態で本溶接することで、本溶接時の熱歪みが中空部材に残存することを抑制でき、フレーム構造体をより設計形状に近づけることができる。
前記中空部材の長手方向の途中に前記接続用部材を仮止めし、
前記中空部材の長手方向の中間部に曲げ荷重を負荷して前記中空部材を弾性変形させた状態で、前記接続用部材を前記中空部材に本溶接する、（１）～（６）のいずれか一つに記載のフレーム構造体の製造方法。
このフレーム構造体の製造方法によれば、接続用部材を仮止めした中空部材を弾性変形させた状態で本溶接することで、本溶接時の熱歪みが中空部材に残存することを抑制でき、フレーム構造体をより設計形状に近づけることができる。
【符号の説明】
【0063】
１１ フレーム構造体
１３ フレーム部材（中空部材）
１３Ａ，１３Ｂ 端部
１５ ブラケット（接続用部材）
ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ 曲げ部
ＣＡ 空気（冷却媒体）
ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ 溶接部
１３ フレーム部材（中空部材）
１３Ａ，１３Ｂ 端部
１５ ブラケット（接続用部材）
ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ 曲げ部
ＣＡ 空気（冷却媒体）
ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ 溶接部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】