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WO2013133157A1 - 継手構造 - Google Patents

継手構造 Download PDF

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Publication number
WO2013133157A1
WO2013133157A1 PCT/JP2013/055658 JP2013055658W WO2013133157A1 WO 2013133157 A1 WO2013133157 A1 WO 2013133157A1 JP 2013055658 W JP2013055658 W JP 2013055658W WO 2013133157 A1 WO2013133157 A1 WO 2013133157A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joint
bottom wall
cross
section
rigidity
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/055658
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
塩崎　毅
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｊｆｅスチール株式会社 filed Critical Ｊｆｅスチール株式会社
Priority to JP2013528159A priority Critical patent/JP5382271B1/ja
Priority to CN201380012049.2A priority patent/CN104144763B/zh
Priority to KR1020147020958A priority patent/KR101529019B1/ko
Priority to US14/378,167 priority patent/US20150003898A1/en
Priority to EP13758248.2A priority patent/EP2823928B1/en
Publication of WO2013133157A1 publication Critical patent/WO2013133157A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20—Floors or bottom sub-units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B7/00—Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D27/00—Connections between superstructure or understructure sub-units
    • B62D27/02—Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
    • B62D27/023—Assembly of structural joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20—Floors or bottom sub-units
    • B62D25/2009—Floors or bottom sub-units in connection with other superstructure subunits
    • B62D25/2036—Floors or bottom sub-units in connection with other superstructure subunits the subunits being side panels, sills or pillars
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/47—Molded joint
    • Y10T403/472—Molded joint including mechanical interlock

Definitions

  • the present invention relates to a joint structure of a press-bending part of a metal plate, and in particular, the longitudinal end is divided discontinuously along the three wall surfaces of the skeleton part, and is suitable for use in joining the skeleton part.
  • the present invention relates to a joint structure made of a bent part of a metal plate.
  • the floor structure of a vehicle such as an automobile includes a panel component 10 and a skeletal component having a hat-shaped cross-sectional shape arranged to reinforce the panel component 10 (non- Patent Document 1).
  • a skeletal component having a hat-shaped cross-sectional shape arranged to reinforce the panel component 10
  • As the skeleton parts arranged so that the longitudinal direction of the parts is along the longitudinal direction of the vehicle there are a side sill 14 arranged at the left and right side positions of the vehicle and an extension member extended from the front side member.
  • reference numeral 11 denotes a floor panel.
  • the side sill 14 and the center tunnel 20 are joined to both ends of the cross member 22 in the longitudinal direction. Since the cross member 22 serves as a load transmission path at the time of a side collision, the cross member 22 is formed of a high-strength steel plate. Moreover, the longitudinal direction both ends of the cross member 22 are made into the shape which can be shape
  • both ends in the longitudinal direction of the conventional cross member 22 are discontinuously divided into three along the longitudinal ends of the three wall surfaces. It has the joint structure joined to these parts.
  • joint structures in which the end of the skeleton part is directly joined to other parts by weld metal, and the joint structure in which the box structure formed at the end of the skeleton part is screwed to another part.
  • joint structures that are directly joined with weld metal or joint structures that are screwed take time to manufacture the joint structure and joint structure, and the production efficiency decreases.
  • the present invention describes a joint structure described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, in which the longitudinal end of a skeletal component that can be formed only by bending capable of applying a high-strength steel sheet is divided into three. Then, attention was paid to the possibility of suppressing the occurrence of cracking without reducing the plate thickness of the joint portion and maintaining high rigidity.
  • the end portions (bottom wall end portion 23a, side wall end portions) of the three wall surfaces of a member 23 having a hat-shaped cross section of the conventional cross member 22 (hereinafter referred to as a hat cross section member) 23b and 23c) are formed discontinuously.
  • the width w1 of the bottom wall end 23a is within the range of the width W of the bottom wall at the center of the hat cross-section member 23.
  • the discontinuous ends 23a, 23b, and 23c are overlapped and joined to the side wall of the hat cross-section member 15 of the side sill 14 or the center tunnel 20 (see FIG. 13).
  • reference numeral 16 indicates a flat member of the side sill 14
  • reference numeral 24 indicates a flat member of the cross member 22.
  • Non-Patent Document 2 it is known that the ridge line of the hat cross-section member is an important load path for the joint portion of the hat cross-section member. According to the description of Non-Patent Document 2, the load path passes through the welded portion from the ridge line of one hat cross-section member and reaches the ridge line of the other hat cross-section member. From this, it can be seen that the relative position between the ridge line and the welded portion affects the load path.
  • Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 in the conventional joint structure, as illustrated in FIG. 14, the width w1 of the portion joined to the side sill 14 or the center tunnel 20 (see FIG. 13). Therefore, it is difficult to require the joint structure to have higher rigidity in addition to high strength.
  • Non-Patent Document 2 does not disclose or suggest how the ridgeline and the welded portion should be arranged in order to realize an efficient load path.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a joint structure capable of improving rigidity in addition to strength.
  • a joint structure according to the present invention is a joint structure of a longitudinal section of a hat cross-sectional member that is a press-formed part of a metal plate and another member, and the longitudinal end of the hat cross-sectional member is a bottom wall.
  • the bottom wall end portion is discontinuously divided into three portions, that is, an end portion and two side wall end portions.
  • the width of the bottom wall end portion is wider than the width of the bottom wall at the central portion of the hat cross-section member, and the bottom wall end portion is the other member.
  • the two end portions of the side wall are bent and welded to the other member.
  • the joint structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the bottom wall end portion is spot welded to the other member on at least an extension line of the bottom wall ridge line in the central portion of the hat cross-section member.
  • the joint structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the two end portions of the side wall are spot welded to the other member.
  • the joint structure according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the bottom wall end portion has a shape that widens toward an end in a longitudinal direction of the hat cross-sectional member.
  • the joint structure according to the present invention can improve rigidity in addition to strength.
  • FIG. 1A is a perspective view of an example of a joint structure in the case of the floor structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a perspective view of another example of the joint structure in the case of the floor structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1C is a perspective view of another example of the joint structure in the case of the floor structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 1A from a single plate.
  • FIG. 2B is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 1B from a single plate.
  • FIG. 1A is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 1A from a single plate.
  • FIG. 2B is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 1B from a single plate.
  • FIG. 2C is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-sectional member shown in FIG. 1C from a single plate.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a stiffness test method.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the load of the load input plate obtained by the rigidity test shown in FIG. 3 and the load.
  • FIG. 5 is a diagram showing the rigidity improvement rate of the joint test body of the invention example based on the rigidity of the joint test body of the conventional example by the rigidity test.
  • FIG. 6 is a perspective view of an example of the joint structure in the case of the floor structure of the second embodiment of the present invention.
  • 7A is a plan view showing in detail a welded portion between the cross member and the side sill of FIG. FIG.
  • FIG. 7B is an enlarged perspective view showing in detail a welded portion between the cross member and the side sill in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 6 from a single metal plate.
  • FIG. 9A is a plan view and a front view showing a joint test body of Example 11 of the invention.
  • 9B is a plan view and a front view showing a joint test body of Invention Example 12.
  • FIG. 9C is a plan view and a front view showing a joint test body of Invention Example 13.
  • FIG. 10A is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 9A from one metal plate.
  • FIG. 10A is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-section member shown in FIG. 9A from one metal plate.
  • FIG. 10B is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-sectional member shown in FIG. 9B from a single metal plate.
  • FIG. 10C is a plan view showing a blank shape for producing the hat cross-sectional member shown in FIG. 9C from a single metal plate.
  • FIG. 11A is a plan view showing a joint specimen of Comparative Example 14.
  • FIG. 11B is a plan view showing a joint specimen of Invention Example 15.
  • FIG. 11C is a plan view showing a joint specimen of Invention Example 16.
  • FIG. 12 is a diagram showing the rigidity improvement rate of the joint specimens of Invention Examples 11 to 13 and Invention Examples 15 and 16 based on the rigidity of the joint specimen of Comparative Example 14 by the stiffness test.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an example of a floor structure of an automobile.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of a conventional joint structure.
  • FIGS. 1A to 1C are perspective views of Examples 1 to 3 of the joint structure in the floor structure of the first embodiment of the present invention, respectively.
  • the joint structures of Examples 1 to 3 include a side sill 14 and a cross member 26.
  • the side sill 14 includes a hat cross-section member 15 and a flat member 16.
  • the cross member 26 includes a hat cross-section member 27 and a flat member 28.
  • the end of the hat cross-section member 27 in the longitudinal direction is divided into three parts (bottom wall end 27 a, side wall ends 27 b, 27 c) and joined to the wall surface of the hat cross-section member 15.
  • 1A to 1C show cases where the shapes of the end portions in the longitudinal direction of the hat cross-section member 27 divided into three parts are different.
  • the x mark in the figure indicates the spot welding spot position.
  • the bottom wall end portion 27a is joined to the upper surface of the side sill 14, and its width w1 is wider than the width W of the bottom wall at the center of the hat cross-section member 27. .
  • the range of the welded portion can be made wider than the width W of the bottom wall at the center of the hat cross-section member 27.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a method for producing the hat cross-section member 27 shown in FIGS. 1A to 1C from a single plate, respectively.
  • 2A to 2C are shapes of blanks (element plates), and FIGS. 1A to 1C are shapes of hat cross-sectional members obtained by bending the blanks of FIGS. 2A to 2C.
  • a notch 27d is formed so that the flange portion at the end in the longitudinal direction of the hat cross-section member 27 is divided into three parts by bending. . 2A to 2C, the shape of the notch 27d is different.
  • the shape of the cutout 27d is preferably widened as it approaches the longitudinal end. Thereby, when producing a joint structure by punching or cutting the blank end portion, it is not necessary to remove the cut end of the blank, and the joint can be produced effectively using the entire blank.
  • the blank is bent to produce a hat cross-section member 27 shown in FIGS. 1A to 1C.
  • the center bottom wall end 23 a of the three longitudinal ends of the hat cross-section member 23 is narrower than the width W of the center bottom wall of the hat cross-section member 23. Only the side sill 14 could be joined.
  • the width w1 of the bottom wall end 27a is wider than the width W of the bottom wall of the central portion of the hat cross-section member 27.
  • the range of the welded portion becomes wider than the width W of the center bottom wall of the hat cross-section member 27, and the rigidity of the joint can be increased.
  • the bottom wall end portion 27a does not have to be flush with the central portion of the hat cross-section member 27, and is bent and joined to other parts. May be.
  • Example 1 joint specimens of Invention Examples 1 to 3 having the same configuration as the joint structure shown in FIGS. 1A to 1C were produced using a cold-rolled steel sheet having a thickness of 1.2 mm and a tensile strength of 980 MPa.
  • a joint test body of a conventional example to be compared a joint structure in which the width w1 of the bottom wall end 23a is narrower than the width W of the bottom wall at the center of the cross member 22 as shown in FIG. .
  • the rigidity test was done with respect to the joint test body of the invention example and the conventional example.
  • Fig. 3 shows the stiffness test method.
  • fixing plates 37 and 38 are attached to both ends in the longitudinal direction of the member 34 corresponding to the side sill composed of the components 35 and 36 by welding, and the fixing plates 37 and 38 are fixed.
  • a load input plate 50 was attached to the end of a member 46 corresponding to the cross member by welding, and a load Fx in the x direction and a load Fy in the y direction were applied to the load load input plate 50, respectively.
  • FIG. 4 shows the relationship between the displacement of the load input plate 50 obtained by the rigidity test shown in FIG. 3 and the load.
  • the rigidity of the joint test specimen is a value obtained by dividing the load by the displacement of the load input plate 50.
  • FIG. The greater the load per same displacement, the higher the rigidity.
  • FIG. 5 shows a comparison result between the joint specimen of the conventional example and the joint specimens of Invention Examples 1 to 3 by the rigidity test.
  • the rigidity of each specimen is shown as the rigidity improvement rate (%) of the joint specimens of Invention Examples 1 to 3 based on the rigidity of the joint specimen of the conventional example shown in FIG.
  • the joint specimens of Invention Examples 1 to 3 had a positive rigidity improvement rate in any load direction, and had a rigidity superior to that of the conventional joint specimen.
  • the joint specimens of Invention Examples 1 to 3 are joint structures suitable for obtaining higher rigidity than the joint specimens of the conventional examples.
  • FIG. 6 is a perspective view of Example 1 of the joint structure in the case of the floor structure of the second embodiment of the present invention, and shows a structure in which the cross member 62 and the side sill 64 are joined.
  • the longitudinal end of the cross member 62 which is a hat cross-section member, is divided into three parts (bottom wall end 62a, side wall ends 62b, 62c), respectively. Is joined to the side sill 64.
  • the bottom wall end 62a is joined to the upper surface of the side sill 64, and its width w1 is wider than the width W of the bottom wall at the center of the cross member 62, and spot welding exists there.
  • the position x of the hit point 66 reaches a range wider than the width W of the bottom wall at the center of the cross member 62.
  • FIG. 7A and 7B are a plan view showing a welded portion between the cross member 62 and the side sill 64 of FIG. 6 and a partially enlarged perspective view of FIG. 7A, respectively.
  • the spot welding hit point 68 closest to the extension line L of the ridge line 62d of the cross member 62 is disposed on the extension line L of the ridge line 62d.
  • the spot welding point 68 is positioned on the extension line of the ridge line 62d L, the bending R portion ranges X 2 cross member 62 shown in FIG. 7B, takes nugget edge of at least spot welding point 68 It points to that.
  • the bottom wall end portion 23 a of the three end portions 23 a, 23 b, 23 c in the longitudinal direction of the cross member 23 is narrower than the width W of the center bottom wall of the cross member 23. Bonding was possible only with w1.
  • the width w1 of the bottom wall end 62a is wider than the width W of the center bottom wall of the cross member 62.
  • the welded portion range can be made wider than the width W of the central bottom wall of the cross member 62, so that the rigidity of the joint can be increased.
  • a notch 62e is formed so that the longitudinal end of the hat cross-section member is divided into three parts. It is good to put in. That is, the notch shape is a shape that expands toward the longitudinal end of the hat cross-section member. Thereby, since the area of the bottom wall edge part of three edge parts becomes large, rigidity can be improved.
  • Example 2 are joint test bodies of Invention Examples 11 to 13, respectively, and spot welding points are arranged on the extended line of the ridge line of the cross member shown in FIGS. 7A and 7B.
  • Each joint specimen has a joint structure based on the second embodiment of the present invention.
  • the joint test body corresponds to a part 71 corresponding to a cross member which is a hat cross-section test part, a part 72 which is a flat test part, a part 73 corresponding to the hat cross-section test part of the side sill 64 of FIG. 6, and a flat test part.
  • the end portion in the longitudinal direction of the component 71 corresponding to the cross member is divided into three portions 71a, 71b, 71c and joined to the wall surface of the component 73.
  • 9A to 9C show a case where the divided shapes of the end portions in the longitudinal direction divided into the three portions 71a, 71b, 71c of the component 71 are different.
  • the x mark in the figure indicates the position of the spot welding hit point 66.
  • the material used was a cold-rolled steel sheet with a thickness of 1.2 mm and a tensile strength of 980 MPa for both the parts 71 to 74.
  • FIGS. 10A to 10C respectively show blank shapes when the parts 71 having the three types of shapes shown in FIGS. 9A to 9C are produced, and the shape of the notch 71e divided into three at the end in the longitudinal direction of the blank. Is different.
  • FIG. 11A shows Comparative Example 14, and FIG. 11B and FIG. 11C show the joint specimens of Invention Examples 15 and 16 for comparing the spot welding positions of the present invention.
  • the width w1 of the bottom wall end 71a among the three ends in the longitudinal direction of the component 71 is within the width W of the bottom wall at the center of the component 71.
  • the width w1 of the bottom wall end portion 71a is wider than the width W of the bottom wall at the center of the component 71, respectively. ing.
  • Example 15 shown in FIG. 11A shows Comparative Example 14 shown in FIG. 11A
  • the width w1 of the bottom wall end 71a among the three ends in the longitudinal direction of the component 71 is within the width W of the bottom wall at the center of the component 71.
  • the width w1 of the bottom wall end portion 71a is wider than the width W of the bottom wall at the center of the component 71, respectively. ing.
  • the spot welding hit point 68 closest to the ridge line 71 d of the part 71 among the spot weld hit points 66 (diameter about 5 mm) of the part 71 is an extension of the ridge line 71 d of the part 71 position are shifted 10mm outside the left and right from the (outer end of the bending R portion ranges X 2 shown in FIG. 7B). Further, in the joint test body of Invention Example 16 shown in FIG.
  • the spot welding hit point 68 closest to the ridge line 71 d of the part 71 among the spot weld hit points 66 (diameter about 5 mm) of the part 71 is position on the extended line are shifted 10mm on the inside of the left and right from the (inner end of the bending R portion ranges X 2 shown in FIG. 7B).
  • FIG. 12 shows the rigidity test results for the joint specimens of Invention Examples 11 to 13 and Invention Examples 15 and 16, and the joint specimen of Comparative Example 14.
  • the rigidity test was performed by the same method as shown in FIG.
  • the rigidity of each joint specimen is shown as a rigidity improvement rate (%) based on the rigidity of the joint specimen of Comparative Example 14 shown in FIG. 11A.
  • the joint specimens of Invention Examples 11 to 13 and Invention Examples 15 and 16 all have rigidity superior to that of the joint specimen of Comparative Example 14, and the spot weld spot is arranged on the extended line of the cross member ridge line.
  • the joint specimens of thirteen to thirteen had remarkably excellent rigidity.
  • the joint specimens of Invention Examples 11 to 13 and Invention Examples 15 and 16 are joint structures suitable for obtaining higher rigidity than the joint specimen of Comparative Example 14, and particularly the joint structures of Invention Examples 11 to 13. It can be seen that the specimen has a more suitable joint structure.
  • the present invention is applied to the joining of the side sill and the cross member in the automobile floor structure.
  • the application target of the present invention is not limited to this, and other members for vehicles and for vehicles It is applicable also to joining of members other than.

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Abstract

本発明は、強度に加えて剛性を向上させることが可能な継手構造を提供することを解決すべき課題としている。 本発明の継手構造は、金属板のプレス成形部品であるハット断面部材（２７）の長手方向の端部と他部材（サイドシル（１４））との継手構造であって、前記ハット断面部材（２７）の長手方向の端部が底壁端部（２７ａ）と側壁端部２ヶ所（２７ｂ、２７ｃ）との３つに不連続に分かれている。前記底壁端部（２７ａ）の幅（ｗ１）は前記ハット断面部材（２７）中央部の底壁の幅（Ｗ）より広くされて前記他部材（１４）と溶接されている。前記側壁端部２ヶ所（２７ｂ、２７ｃ）は曲げ成形されて前記他部材（１４）に溶接されている。

Description

継手構造
　本発明は、金属板のプレス曲げ加工部品の継手構造にかかり、特に、長手方向端部が骨格部品の３つの壁面に沿って不連続に分割され、骨格部品の接合に用いるのに好適な、金属板の曲げ加工部品からなる継手構造に関する。
　自動車等の車両のフロア構造は、図１３に示すように、パネル部品１０と、パネル部品１０を補強するために配置された、ハット型の断面形状を有する骨格部品と、を備えている（非特許文献１参照）。骨格部品には、部品長手方向が車両前後方向に沿うように配置されるものと、部品長手方向が車両左右方向に沿うように配置されるものと、がある。部品長手方向が車両前後方向に沿うように配置される骨格部品としては、車両の左右側部位置に配置されるサイドシル１４とフロントサイドメンバから延長されるエクステンションメンバとがある。部品長手方向が車両左右方向に沿うように配置される骨格部品としては、サイドシル１４とセンタートンネル２０とを繋ぐクロスメンバ２２がある。これらの骨格部品は車両の強度および剛性に対して重要な役割を果たしている。図１３において、符号１１はフロアパネルを示している。
　これら骨格部品のうち、クロスメンバ２２の長手方向の両端部にはそれぞれサイドシル１４およびセンタートンネル２０が接合される。クロスメンバ２２は、側面衝突時の荷重伝達経路となるため、高強度鋼板によって形成されている。また、クロスメンバ２２の長手方向両端部は、成形し難い高強度鋼板であっても加工できるように、曲げ加工のみで成形できる形状とされている。
　従来のクロスメンバ２２の長手方向両端部は、特許文献１および非特許文献１に記載されているとおり、３つの壁面の長手方向端部に沿って不連続に３分割され、各分割部分が他の部品に接合される継手構造を有している。
　また、特許文献２に記載されているとおり、部品長手方向端部が、プレス成形によって連続的な継手部分を構成し、他の部品に接合される継手構造がある。
　この他に、骨格部品の端部が溶接金属によって直接他の部品に接合される継手構造や、骨格部品端部に形成されたボックス構造が他の部品にネジ止めされる継手構造もある。
　これらの継手構造において、溶接金属で直接接合される継手構造やネジ止めされる継手構造は、接合時間や継手構造の製作に時間が掛かり、生産能率が低下する。
　また、特許文献２に記載されているプレス成形による連続的な継手構造は、プレス成形時に継手部分を広げるため、板厚が減少してプレス成形中に割れが発生したり、継手の剛性が骨格部品本体より低下したりする。
　そこで、本発明は、特許文献１および非特許文献１に記載されている、高強度鋼板の適用が可能な曲げ加工のみで成形できる骨格部品の長手方向端部が３つに分割される継手構造であれば、継手部分の板厚を減少させずに割れの発生を抑制し、剛性を高く保持できる可能性があることに着目した。
　しかし、図１４に示すように、従来のクロスメンバ２２のハット型の断面形状を有する部材（以下、ハット断面部材と称する）２３の３つの壁面の端部（底壁端部２３ａ、側壁端部２３ｂ、２３ｃ）はそれぞれ不連続に形成されている。また、底壁端部２３ａの幅ｗ１は、ハット断面部材２３の中央部の底壁の幅Ｗの範囲内となっている。そして、それらの不連続な端部２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、サイドシル１４のハット断面部材１５の側壁又はセンタートンネル２０（図１３参照）と重ね合わされて接合されている。
　図１４において、符号１６はサイドシル１４の平坦部材を示し、符号２４はクロスメンバ２２の平坦部材を示している。
　ところで、高剛性な自動車ボデーを設計するために、ボデーの一部に荷重が加わった場合などにおける構造内部の荷重の伝達経路であるロードパスを分析する手法が検討されている。ハット断面部材の継手部に対しては、非特許文献２に記載されているように、ハット断面部材の稜線が重要なロードパスとなることが知られている。非特許文献２の記載によれば、ロードパスは片方のハット断面部材の稜線から溶接部を通過して他方のハット断面部材の稜線へ達するようになっている。このことから、稜線と溶接部との相対位置がロードパスに影響することが伺える。
特開２０１０－２４７７９５号公報 特開２００６－２４０６０２号公報
自研センター構造調査シリーズ　トヨタ　カローラアクシオ，１４３頁 小林ら、「指標Ｕ＊による薄板構造の評価」、自動車技術会学術講演会前刷集、Ｎｏ．３４－１１、ｐ．５－１０（２０１１）
　しかしながら、特許文献１および非特許文献１に代表されるように、従来の継手構造では、図１４に例示したように、サイドシル１４又はセンタートンネル２０（図１３参照）と接合される部分の幅ｗ１が小さく、継手構造に高強度に加えて更に高剛性を要求することは難しい。
　また、非特許文献２の記載から、ロードパスにハット断面部材の稜線と溶接部との相対位置が関与することが伺える。しかしながら、非特許文献２は、効率的なロードパスを実現するためには、稜線と溶接部とをどのように配置すべきかについては何ら開示、示唆していない。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、強度に加えて剛性を向上させることが可能な継手構造を提供することにある。
　本発明に係る継手構造は、金属板のプレス成形部品であるハット断面部材の長手方向の端部と他部材との継手構造であって、前記ハット断面部材の長手方向の端部が、底壁端部と側壁端部２ヶ所との３つに不連続に分かれ、前記底壁端部の幅は前記ハット断面部材中央部の底壁の幅より広くされ、前記底壁端部は前記他部材と溶接されており、前記側壁端部２ヶ所は曲げ成形されて前記他部材に溶接されていることを特徴とする。
　本発明に係る継手構造は、上記発明において、前記底壁端部は少なくとも前記ハット断面部材中央部における底壁の稜線の延長線上で前記他部材とスポット溶接されていることを特徴とする。
　本発明に係る継手構造は、上記発明において、前記側壁端部２ヶ所は前記他部材にスポット溶接されていることを特徴とする。
　本発明に係る継手構造は、上記発明において、前記底壁端部は前記ハット断面部材の長手方向の端に向かって広がる形状となっていることを特徴とする。
　本発明に係る継手構造によれば、強度に加えて剛性を向上させることができる。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態のフロア構造の場合における継手構造の一実施例の斜視図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施形態のフロア構造の場合における継手構造の他の実施例の斜視図である。 図１Ｃは、本発明の第１の実施形態のフロア構造の場合における継手構造の他の実施例の斜視図である。 図２Ａは、一枚の板から図１Ａに示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図２Ｂは、一枚の板から図１Ｂに示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図２Ｃは、一枚の板から図１Ｃに示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図３は、剛性試験方法を示す斜視図である。 図４は、図３に示す剛性試験で得られる負荷荷重入力板の変位と負荷荷重との関係を示す図である。 図５は、剛性試験による従来例の継手試験体の剛性を基準とした発明例の継手試験体の剛性向上率を示す図である。 図６は、本発明の第２の実施形態のフロア構造の場合における継手構造の一実施例の斜視図である。 図７Ａは、図６のクロスメンバとサイドシルとの溶接部を詳細に示す平面図である。 図７Ｂは、図６のクロスメンバとサイドシルとの溶接部を詳細に示す拡大斜視図である。 図８は、一枚の金属板から図６に示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図９Ａは、発明例１１の継手試験体を示す平面図及び正面図である。 図９Ｂは、発明例１２の継手試験体を示す平面図及び正面図である。 図９Ｃは、発明例１３の継手試験体を示す平面図及び正面図である。 図１０Ａは、一枚の金属板から図９Ａに示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図１０Ｂは、一枚の金属板から図９Ｂに示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図１０Ｃは、一枚の金属板から図９Ｃに示すハット断面部材を作製するためのブランク形状を示す平面図である。 図１１Ａは、比較例１４の継手試験体を示す平面図である。 図１１Ｂは、発明例１５の継手試験体を示す平面図である。 図１１Ｃは、発明例１６の継手試験体を示す平面図である。 図１２は、剛性試験による比較例１４の継手試験体の剛性を基準とした発明例１１乃至１３及び発明例１５，１６の継手試験体の剛性向上率を示す図である。 図１３は、自動車のフロア構造の一例を示す斜視図である。 図１４は、従来の継手構造の一例を示す斜視図である。
　以下、図面を参照して、本発明の第１および第２の実施形態である継手構造について詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
　図１Ａ乃至１Ｃはそれぞれ、本発明の第１の実施形態のフロア構造における継手構造の実施例１乃至３の斜視図である。図１Ａ乃至１Ｃに示すように、実施例１乃至３の継手構造は、サイドシル１４と、クロスメンバ２６と、を備えている。サイドシル１４は、ハット断面部材１５と、平坦部材１６と、を備えている。クロスメンバ２６は、ハット断面部材２７と、平坦部材２８とを備えている。ハット断面部材２７の長手方向の端部は、３つの部分（底壁端部２７ａ、側壁端部２７ｂ、２７ｃ）に分かれ、ハット断面部材１５の壁面に接合されている。図１Ａ乃至１Ｃはそれぞれ、３つの部分に分かれるハット断面部材２７の長手方向端部の形状が異なる場合を示している。図中の×印はスポット溶接打点位置を示している。
　底壁端部２７ａ、側壁端部２７ｂ、２７ｃのうち、底壁端部２７ａはサイドシル１４の上面と接合されており、その幅ｗ１はハット断面部材２７の中央部の底壁の幅Ｗより広い。これにより、溶接部の範囲をハット断面部材２７の中央部の底壁の幅Ｗより広くすることができる。
　図２Ａ乃至２Ｃはそれぞれ、一枚の板から図１Ａ乃至１Ｃに示すハット断面部材２７を作製する方法を示す図である。図２Ａ乃至２Ｃはブランク（素板）形状、図１Ａ乃至１Ｃは図２Ａ乃至２Ｃのブランクを曲げ成形して得られたハット断面部材の形状である。図２Ａ乃至２Ｃに示すように、ハット断面部材２７を作製する際は、ハット断面部材２７の長手方向の端部のフランジ部が曲げ加工によって３つの部分に分かれるように切欠き２７ｄを入れておく。図２Ａ乃至２Ｃでは、切欠き２７ｄの形状が異なっている。切欠き２７ｄの形状は長手方向端部に近づくにつれて広がるようにするとよい。これにより、ブランク端部を打ち抜きまたは切断して継手構造を作製する際に、ブランクの切れ端しを除去する必要がなく、ブランク全体を用いて有効に継手を作製できる。このブランクを曲げ成形して図１Ａ乃至１Ｃに示すハット断面部材２７を作製する。
　図１４に示した従来の継手構造では、ハット断面部材２３の長手方向の３つの端部のうちの中央の底壁端部２３ａは、ハット断面部材２３の中央部底壁の幅Ｗより狭い範囲でしかサイドシル１４に接合できなかった。これに対して、図１Ａ乃至１Ｃに示す本発明の第１の実施形態においては、底壁端部２７ａの幅ｗ１がハット断面部材２７の中央部底壁の幅Ｗより広くなっている。この結果、溶接部の範囲がハット断面部材２７の中央部底壁の幅Ｗより広くなり、継手の剛性を高めることができる。
　ハット断面部材２７の長手方向の３つの端部２７ａ、２７ｂ、２７ｃのうち、底壁端部２７ａはハット断面部材２７の中央部と同一平面である必要はなく、曲げ加工して他部品に接合してもよい。
〔実施例１〕
　本実施例では、板厚１．２ｍｍの引張強度９８０ＭＰａ級の冷延鋼板を用いて図１Ａ乃至１Ｃに示す継手構造と同じ構成を有する発明例１乃至３の継手試験体を作製した。また、比較対象となる従来例の継手試験体として、図１４に示すような、底壁端部２３ａの幅ｗ１がクロスメンバ２２の中央部の底壁の幅Ｗよりも狭い継手構造を作製した。そして、発明例および従来例の継手試験体に対して剛性試験を行った。
　図３に剛性試験方法を示す。この剛性試験では、部品３５と部品３６とからなるサイドシル相当の部材３４の長手方向両端部に固定板３７，３８を溶接で取り付けて、固定板３７，３８を固定し、部品４７と部品４８とからなるクロスメンバ相当の部材４６の端部に負荷荷重入力板５０を溶接で取り付け、該負荷荷重入力板５０にｘ方向の負荷Ｆｘとｙ方向の負荷Ｆｙとをそれぞれ与えた。
　図４は図３に示す剛性試験で得られる負荷荷重入力板５０の変位と荷重との関係を示しており、継手試験体の剛性は荷重を負荷荷重入力板５０の変位で割った値とした。同一変位当たりの荷重が大きいほど、剛性が高くなる。
　図５に剛性試験による従来例の継手試験体と発明例１乃至３の継手試験体との比較結果を示す。各試験体の剛性は図１４に示した従来例の継手試験体の剛性を基準にした発明例１乃至３の継手試験体の剛性向上率（％）で示している。発明例１乃至３の継手試験体は、いずれの負荷方向に対しても剛性向上率がプラスの値であり、従来例の継手試験体より優れた剛性を備えていた。
　以上から、発明例１乃至３の継手試験体は従来例の継手試験体に比べて高い剛性を得るのに適した継手構造であることがわかる。
〔第２の実施形態〕
　図６は、本発明の第２の実施形態のフロア構造の場合における継手構造の実施例１の斜視図であり、クロスメンバ６２とサイドシル６４とが接合された構造を示している。
　図６に示すように、本実施形態においては、ハット断面部材であるクロスメンバ６２の長手方向の端部は、３つの部分（底壁端部６２ａ、側壁端部６２ｂ、６２ｃ）に分かれ、それぞれがサイドシル６４と接合されている。
　これら３つの端部のうち底壁端部６２ａはサイドシル６４の上面と接合されており、その幅ｗ１はクロスメンバ６２の中央部の底壁の幅Ｗより広く、又、そこに存在するスポット溶接打点６６の位置×は、クロスメンバ６２の中央部の底壁の幅Ｗより広い範囲に至っている。
　図７Ａ，７Ｂはそれぞれ、図６のクロスメンバ６２とサイドシル６４との溶接部を示す平面図および図７Ａの一部拡大斜視図である。図７Ａに示すように、クロスメンバ６２の稜線６２ｄの延長線Ｌに最も近いスポット溶接打点６８が稜線６２ｄの延長線Ｌの上に配置されている。このとき、稜線６２ｄの延長線Ｌの上にスポット溶接打点６８が配置されるとは、図７Ｂに示すクロスメンバ６２の曲げＲ部範囲Ｘ２に、少なくともスポット溶接打点６８のナゲットの端がかかっていることを指す。
　図１４に例示した従来の継手構造では、クロスメンバ２３の長手方向の３つの端部２３ａ、２３ｂ、２３ｃのうちの底壁端部２３ａがクロスメンバ２３の中央部底壁の幅Ｗより狭い範囲ｗ１でしか接合できなかった。これに対して、本実施形態では、底壁端部６２ａの幅ｗ１がクロスメンバ６２の中央部底壁の幅Ｗより広い。この結果、溶接部範囲をクロスメンバ６２の中央部底壁の幅Ｗより広くできるため、継手の剛性を高めることができる。
　また、１枚の板から作製するクロスメンバ６２等のハット断面部材のブランク形状としては、図８に示すように、ハット断面部材の長手方向の端部が３つの部分に分かれるように切欠き６２ｅを入れておくとよい。すなわち、切欠き形状が、ハット断面部材の長手方向の端に向かうにしたがい広がる形状とする。これにより、３つの端部のうちの底壁端部の面積が大きくなるので剛性を高めることができる。
〔実施例２〕
　図９Ａ乃至９Ｃはそれぞれ、発明例１１乃至１３の継手試験体であり、上記図７Ａ及び図７Ｂに示すクロスメンバの稜線の延長線上にスポット溶接打点が配置される。各継手試験体は本発明の第２の実施形態に基づく継手構造となっている。継手試験体は、ハット断面試験部品であるクロスメンバに対応する部品７１、平坦試験部品である部品７２、図６のサイドシル６４のハット断面試験部品に対応する部品７３、及び、平坦試験部品に対応する部品７４の４部品からなり、クロスメンバに対応する部品７１の長手方向の端部は、３つの部分７１ａ、７１ｂ、７１ｃに分かれて部品７３の壁面に接合されている。図９Ａ乃至９Ｃは、部品７１の３つの部分７１ａ、７１ｂ、７１ｃに分かれる長手方向の端部の分割形状が異なる場合を示している。図中の×印はスポット溶接打点６６の位置を示す。使用した材料は、部品７１乃至部品７４ともに板厚１．２ｍｍの引張強度９８０ＭＰａ級の冷延鋼板とした。
　図１０Ａ乃至１０Ｃは、図９Ａ乃至９Ｃに示した３種類の形状の部品７１を作製するときのブランク形状をそれぞれ示しており、ブランク長手方向の端部の３つに分割する切欠き７１ｅの形状が異なっている。
　図１１Ａは比較例１４、図１１Ｂ及び図１１Ｃは本発明のスポット溶接位置を比較する発明例１５及び発明例１６の継手試験体を示している。図１１Ａに示す比較例１４の継手試験体では、部品７１の長手方向の３つの端部のうち底壁端部７１ａの幅ｗ１が部品７１の中央部の底壁の幅Ｗ以内となっている。図１１Ｂに示す発明例１５の継手試験体及び図１１Ｃに示す発明例１６の継手試験体では、底壁端部７１ａの幅ｗ１が、それぞれ部品７１の中央部の底壁の幅Ｗより広くなっている。図１１Ｂに示す発明例１５の継手試験体では、部品７１のスポット溶接打点６６（直径約５ｍｍ）のうち、部品７１の稜線７１ｄに最も近いスポット溶接打点６８が、部品７１の稜線７１ｄの延長上位置（図７Ｂに示す曲げＲ部範囲Ｘ２の外側端）から左右の外側に１０ｍｍずれている。また、図１１Ｃに示す発明例１６の継手試験体では、部品７１のスポット溶接打点６６（直径約５ｍｍ）のうち、部品７１の稜線７１ｄに最も近いスポット溶接打点６８が、部品７１の稜線７１ｄの延長線上の位置（図７Ｂに示す曲げＲ部範囲Ｘ２の内側端）から左右の内側に１０ｍｍずれている。
　図１２に、発明例１１乃至１３及び発明例１５，１６の継手試験体と比較例１４の継手試験体に対する剛性試験結果を示す。剛性試験は、図３に示した方法と同様の方法で行った。各継手試験体の剛性は、図１１Ａに示した比較例１４の継手試験体の剛性を基準にした剛性向上率（％）で示している。発明例１１乃至１３及び発明例１５，１６の継手試験体はいずれも比較例１４の継手試験体より優れた剛性を備えており、クロスメンバ稜線の延長線上にスポット溶接打点を配置した発明例１１乃至１３の継手試験体は著しく優れた剛性を備えていた。
　以上から、発明例１１乃至１３及び発明例１５，１６の継手試験体は比較例１４の継手試験体に比べて高い剛性を得るのに適した継手構造であり、特に発明例１１乃至１３の継手試験体はより適した継手構造であることがわかる。
　前記実施例においては、本発明が自動車のフロア構造におけるサイドシルとクロスメンバとの接合に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、車両用の他の部材や車両用以外の部材の接合にも適用することができる。
　本発明によれば、強度に加えて剛性を向上させた継手構造を提供することができる。
　１４　サイドシル
　１５　ハット断面部材
　１６　平坦部材
　２６　クロスメンバ
　２７　ハット断面部材
　２７ａ　底壁端部
　２７ｂ，２７ｃ　側壁端部
　２７ｄ　切欠き
　２８　平坦部材
　３４　試験部材
　３５　ハット断面試験部品
　３６　平坦試験部品
　３７，３８　固定板
　４６　試験部材
　４７　断面試験部品
　４８　平坦試験部品
　５０　負荷荷重入力板
　６２　クロスメンバ
　６２ａ　底壁端部
　６２ｂ、６２ｃ　側壁端部
　６２ｄ　稜線
　６２ｅ、７１ｅ　切欠き
　６４　サイドシル
　６６　スポット溶接打点

Claims (4)

  1. 　金属板のプレス成形部品であるハット断面部材の長手方向の端部と他部材との継手構造であって、
    　前記ハット断面部材の長手方向の端部が、底壁端部と側壁端部２ヶ所との３つに不連続に分かれ、前記底壁端部の幅は前記ハット断面部材の中央部の底壁の幅より広くされ、前記底壁端部は前記他部材と溶接されており、前記側壁端部２ヶ所は曲げ成形されて前記他部材に溶接されていることを特徴とする継手構造。
  2. 　前記底壁端部は少なくとも前記ハット断面部材の中央部における底壁の稜線の延長線上で前記他部材とスポット溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の継手構造。
  3. 　前記側壁端部２ヶ所は前記他部材にスポット溶接されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の継手構造。
  4. 　前記底壁端部は前記ハット断面部材の長手方向の端部に向かって広がる形状となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の継手構造。
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