JP4820116B2 - 自動二輪車用フレームの溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車用フレームの溶接方法の改良に関するものである。

従来の自動二輪車用フレームの溶接方法として、複数のフレームの各端部をそれぞれ別々に溶接したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
国際公開第ＷＯ２００３／０００５４０号パンフレット

特許文献１の図５を以下の図１５で説明する。なお、符号は振り直した。
図１５は従来の自動二輪車のフレームを示す斜視図であり、車体フレーム３０１は、ヘッドパイプ３０２と、このヘッドパイプ３０２から後方斜め下方に延ばしたメインフレーム３０３と、このメインフレーム３０３の後部から下方に延ばしたピボットプレート３０４と、メインフレーム３０３の後部から後方斜め上方に延ばした左右一対のリヤフレーム３０６，３０６とからなる。

上記した車体フレーム３０１のメインフレーム３０３は角パイプ、ピボットプレート３０４は板材、リヤフレーム３０６は丸パイプであり、それぞれの素材が異なる。
例えば、車体フレーム３０１の素材のコストを低減するために、メインフレーム３０３、ピボットプレート３０４及びリヤフレーム３０６を、幾つかの部分に分けてそれぞれの部分を同一の素材である板材をプレス成形して造り、各部分を溶接で接合して閉断面のフレームとすることも可能である。この場合、例えば、リヤフレームを、その長手方向に沿って分割した２部材を溶接で結合する構造とした場合には、細長く剛性の低い部材を合わせて溶接することになり、溶接ひずみが大きくなって、例えば、リヤフレームの後端が反り返るため、溶接ひずみがより小さくなる溶接方法が望まれる。また、左右一対のリヤフレームは、溶接条件をうまく合わせないと、溶接ひずみが左右で異なることもある。

本発明の目的は、自動二輪車用フレームの溶接方法を改良することで、溶接ひずみを抑えることにある。

請求項１に係る発明は、メインフレームと、前記メインフレームの後部上部から二股状に後方に延ばした左右一対のシートレールとを有する自動二輪車用フレームを仮結合工程で仮結合し、この仮結合工程に続いて前部溶接工程、後部溶接工程とで溶接する溶接方法であって、自動二輪車用フレームは、前部の左メインフレーム半体及び後部の左シートレール半体からなる左フレーム半体と、前部の右メインフレーム半体及び後部の右シートレール半体からなる右フレーム半体と、左右のシートレール半体の内側を構成するＵ字形のシートレール内半部、との三部材からなり、仮結合工程は、左右一対のシートレールの外側を構成するシートレール外半部、左右一対のシートレールの内側を構成するシートレール内半部とを、溶接線が上面と下面とに現れるように仮結合する仮結合工程と、メインフレームを構成する左右のメインフレーム半体同士を合わせて仮結合する工程であり、前部溶接工程は、仮結合したメインフレームの上面を、前部から中央部に向かって溶接し、メインフレームの下面を前端部から中央部に向かう順で溶接し、次の後部溶接工程は、仮結合した左右のシートレールの一方の上面を後端部から中央部に向かって溶接し、この一方のシートレールの下面を後端部から中央部に向かって溶接し、左右のシートレールの他方の上面を後端部から中央部に向かって溶接し、この他方のシートレールの下面を後端部から中央部に向かう順で溶接することを特徴とする。

後部溶接工程にて、シートレール外半部とシートレール内半部とをそれぞれの後端部から自動二輪車用フレームの中央部に向かって溶接することで、シートレール外半部とシートレール内半部とをそれぞれの後端部側の剛性の低い部分から中央部の剛性の高い部分へと溶接することになり、初めに溶接する後端部側の剛性の低い部分では、絶対的な剛性が低く、且つ剛性の高い部分から離れているために溶融した電極ワイヤ及び母材の収縮がどの方向でもほぼ同等となり、中央部側の剛性の高い部分を溶接するときまでに溶接ひずみが累積され難い。

また本発明は、仮結合工程に、メインフレームを構成する左右のメインフレーム半体同士を合わせて仮結合し、この後に、メインフレーム半体同士を、それぞれの前端部から自動二輪車用フレームの中央部に向かって溶接する前部溶接工程を含むことを特徴とする。

前部溶接工程にて、左右のメインフレーム半体のそれぞれの前端部から自動二輪車用フレームの中央部に向かって溶接することで、左右のメインフレーム半体をそれぞれの前端部側の剛性が低い部分から自動二輪車用フレームの中央部側の剛性が高い部分へと溶接することになり、初めの前端部側の剛性の低い部分では、絶対的な剛性が低く、且つ剛性の高い部分から離れているために溶融した電極ワイヤ及び母材の収縮がどの方向でもほぼ同等となり、中央部側の剛性の高い部分を溶接するときまでに溶接ひずみが累積され難い。

請求項１に係る発明では、メインフレームと、前記メインフレームの後部上部から二股状に後方に延ばした左右一対のシートレールとを有する自動二輪車用フレームを仮結合工程で仮結合し、この仮結合工程に続いて前部溶接工程、後部溶接工程とで溶接する溶接方法であって、自動二輪車用フレームは、前部の左メインフレーム半体及び後部の左シートレール半体からなる左フレーム半体と、前部の右メインフレーム半体及び後部の右シートレール半体からなる右フレーム半体と、左右のシートレール半体の内側を構成するＵ字形のシートレール内半部、との三部材からなり、仮結合工程は、左右一対のシートレールの外側を構成するシートレール外半部、左右一対のシートレールの内側を構成するシートレール内半部とを、溶接線が上面と下面とに現れるように仮結合する仮結合工程と、メインフレームを構成する左右のメインフレーム半体同士を合わせて仮結合する工程であり、前部溶接工程は、仮結合したメインフレームの上面を、前部から中央部に向かって溶接し、メインフレームの下面を前端部から中央部に向かう順で溶接し、次の後部溶接工程は、仮結合した左右のシートレールの一方の上面を後端部から中央部に向かって溶接し、この一方のシートレールの下面を後端部から中央部に向かって溶接し、左右のシートレールの他方の上面を後端部から中央部に向かって溶接し、この他方のシートレールの下面を後端部から中央部に向かう順で溶接するようにしたので、シートレール外半部とシートレール内半部のそれぞれの後端部から自動二輪車用フレームの中央部に向かって溶接することとなり、フレームの剛性の低い部分（即ち、シートレール後端部側）から剛性の高い部分（即ち、中央部側）に向かって溶接するため、溶接の初めのうちの剛性の小さい部分では収縮量がどの方向でもほぼ同等となるため、特定の方向に溶接ひずみが累積し難く、溶接ひずみが少ない状態でフレーム、詳しくは、シートレールを溶接することができる。従って、寸法精度の高い自動二輪車用フレームを製造することができる。

また本発明では、メインフレーム半体同士を、それぞれの前端部から自動二輪車用フレームの中央部に向かって溶接するので、フレームの剛性の小さい部分（即ち、メインフレーム前端部）から剛性の高い部分（即ち、中央部）に向かって溶接するため、溶接の初めのうちの剛性の小さい部分では収縮量がどの方向でもほぼ同等となるため、特定の方向に溶接ひずみが累積し難く、溶接ひずみが少ない状態でフレーム、詳しくは、メインフレームを溶接することができる。従って、寸法精度の高い自動二輪車用フレームを製造することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る溶接装置を示す斜視図であり、溶接装置１０は、ワークとしての自動二輪車用の車体フレーム１１を保持するワーク保持具１２と、保持した車体フレーム１１を溶接するためのＭＩＧ溶接用の溶接トーチ１３，１３を備える溶接機構１４と、ワーク保持具１２を駆動する保持具駆動装置１６と、これらの溶接機構１４及び保持具駆動装置１６を制御する制御装置１７とからなる。上記のワーク保持具１２及び保持具駆動装置１６は、ワーク保持機構１８を構成するものである。

車体フレーム１１は、プレス成形した複数の板材とパイプ材とからなり、その板材は、板厚の異なる鋼板を予め接合したテーラードブランク材である。
ワーク保持具１２は、同一形状の車体フレーム１１を複数台、ここでは、２台をＸ軸方向に一列に配置して保持可能な第１ワーク保持部２１及び第２ワーク保持部２２を備える。

第１ワーク保持部２１は、車体フレーム１１を載せる横バー８１と、車体フレーム１１の前端部であるヘッドパイプ３１を保持するヘッドパイプ保持部８２と、車体フレーム１１のほぼ中央に位置する左右一対の左ピボット支持プレート３２及び右ピボット支持プレート３３（不図示）を保持するピボット保持部８３と、車体フレーム１１の後端部を保持する後端保持部８４とからなる。第２ワーク保持部２２は第１ワーク保持部２１と同一構造であり、説明は省略する。なお、８６は保持具駆動装置１６に連結する駆動装置連結部である。

溶接機構１４は、車体フレーム１１毎に設けた溶接トーチ１３，１３と、これらの溶接トーチ１３，１３を図中のＸ軸回りに回転させるトーチ第１駆動モータ２０３と、一方の溶接トーチ１３をＸ軸方向に移動させるトーチ第２駆動モータ２０４と、溶接トーチ１３，１３を図中のＺ軸回りに回転させるトーチ第３駆動モータ２０６，２０７とを備える。

保持具駆動装置１６は、多関節ロボットからなり、ワーク保持具１２を水平動（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動）、鉛直動（Ｚ軸方向の移動）及び回転動（Ｘ軸回りの回転）させることが可能な装置である。

図２は本発明に係るワークの結合前の状態を示す斜視図であり、ワークとしての溶接前の車体フレームを、ここでは１１Ａとする。
車体フレーム１１Ａは、左右に結合する左フレーム半体３４及び右フレーム半体３５と、これらの左フレーム半体３４及び右フレーム半体３５のそれぞれの後半部の内側に結合する後半部フレーム体３６と、前述のヘッドパイプ３１と、筒状のピボット支持部３７と、後半部フレーム体３６の後端に取付けたリヤクロスフレーム３８とからなる。なお、４１，４２はクロスパイプ、４３はクロス部材である。
上記した左フレーム半体３４及び右フレーム半体３５は、フロントフレーム半体４４を構成する部材である。

左フレーム半体３４は、左メインフレーム部４５と、この左メインフレーム部４５の後部に設けた左外側シートレール部４６と、これらの左メインフレーム部４５及び左外側シートレール部４６の連結部から下方に延ばした左ピボット支持プレート３２とを一体に成形した部材である。この左フレーム半体３４の中央部、即ち、左メインフレーム部４５及び左外側シートレール部４６のそれぞれの左ピボット支持プレート３２側の部分及び左ピボット支持プレート３２は、テーラードブランク材において他よりも板厚が厚い鋼板で形成した部分である。

右フレーム半体３５は、右メインフレーム部５１と、この右メインフレーム部５１の後部に設けた右外側シートレール部５２と、これらの右メインフレーム部５１及び右外側シートレール部５２の連結部から下方に延ばした右ピボット支持プレート３３とを一体に成形した部材であり、右メインフレーム部５１にヘッドパイプ３１を予め仮結合しておく。

この右フレーム半体３５の中央部、即ち、右メインフレーム部５１及び右外側シートレール部５２のそれぞれの右ピボット支持プレート３３側の部分及び右ピボット支持プレート３３は、テーラードブランク材において他よりも板厚が厚い鋼板で形成した部分である。従って、上記の左フレーム半体３４及び右フレーム半体３５を合わせて形成した車体フレーム１１Ａの中央部の剛性は高くなる。

ピボット支持部３７は、左ピボット支持プレート３２と右ピボット支持プレート部３３とにそれぞれ開けたピボット取付穴３２ａ，３３ａに通して溶接により結合する部材である。

クロスパイプ４２は、左ピボット支持プレート３２と右ピボット支持プレート部３３とにそれぞれ開けたクロスパイプ取付穴３２ｂ，３３ｂに通して溶接により結合する部材である。

後半部フレーム体３６は、幅広とした前部５５と、この前部５５の左右から後方へ延ばした左内側シートレール部５６及び右内側シートレール部５７とを一体に成形した部材である。
リヤクロスフレーム３８は、複数の板材からなる部材であり、左右一対の後方突出部３８ａ，３８ａを備える。

図３は本発明に係るワークの結合後の状態を示す斜視図であり、ワークとしての溶接後の車体フレームを、ここでは１１Ｂとする。
車体フレーム１１Ｂは、左メインフレーム部４５と右メインフレーム部５１とを合わせて溶接し、これらの左メインフレーム部４５及び右メインフレーム部５１のそれぞれの後端部と後半部フレーム体３６の前部５５とを合わせて溶接し、左外側シートレール部４６と左内側シートレール部５６とを合わせて溶接し、右外側シートレール部５２と右内側シートレール部５７と合わせて溶接した部材である。

上記した左メインフレーム部４５及び右メインフレーム部５１は、メインフレーム６１を構成し、左外側シートレール部４６及び左内側シートレール部５６は、シートレール６２を構成し、右外側シートレール部５２及び右内側シートレール部５７は、シートレール６３を構成する部分である。

図４は本発明に係る車体フレームの断面図である。
（ａ）は図３のａ−ａ線断面図であり、メインフレーム６１は、断面をほぼＣ字形状に成形した右メインフレーム部５１の外側に、断面をほぼＣ字形状に成形した左メインフレーム部４５を被せ、右メインフレーム部５１の上壁５１ａと左メインフレーム部４５の上壁４５ａとを重ね合わせ、右メインフレーム部５１の下壁５１ｂと左メインフレーム部４５の下壁４５ｂとを重ね合わせてそれぞれすみ肉溶接した部材である。溶接トーチ１３は上壁５１ａ，４５ａ、下壁５１ｂ，４５ｂのそれぞれに対して４５°傾けて溶接する。この角度はシートレール６２，６３（図３参照）でも同一である。

（ｂ）は図３のｂ−ｂ線断面図であり、シートレール６３は、断面をコ字形状に成形した右外側シートレール部５２の外側に右内側シートレール部５７を被せ、右外側シートレール部５２の上壁５２ａと右内側シートレール部５７の上壁５７ａとを重ね合わせ、右外側シートレール部５２の下壁５２ｂと右内側シートレール部５７の下壁５７ｂとを重ね合わせてそれぞれすみ肉溶接した部材である。

（ｃ）は図３のｃ−ｃ線断面図であり、シートレール６２は、断面をコ字形状に成形した左外側シートレール部４６の外側に左内側シートレール部５６を被せ、左外側シートレール部４６の上壁４６ａと左内側シートレール部５６の上壁５６ａとを重ね合わせ、左外側シートレール部４６の下壁４６ｂと左内側シートレール部５６の下壁５６ｂとを重ね合わせてそれぞれすみ肉溶接した部材である。

図５は本発明に係るワーク保持具の斜視図であり、ワーク保持具１２は、縦フレーム９０と、この縦フレーム９０の両端に取付けた横フレーム９１及び鉛直フレーム９２と、横フレーム９１の両端部に取付けた前述のヘッドパイプ保持部８２，８２と、縦フレーム９０及び鉛直フレーム９２の両側方に配置したサイド保持機構９４，９６と、鉛直フレーム９２の上部に取付けた後部保持機構９７と、保持具駆動装置１６（図１参照）に連結する駆動装置連結部８６とからなる。なお、９８は駆動装置連結部８６に含まれる連結フレームであり、鉛直フレーム９２の下部から一側方に延ばしたものである。

ヘッドパイプ保持部８２は、横フレーム９１に取付けた台座１０１と、この台座１０１に取付けたヘッドパイプ下部保持部材１０２及び支柱１０３と、この支柱１０３の側部に取付けたシリンダ装置１０４と、支柱１０３の上端にスイング自在に取付けるとともに一端にシリンダ装置１０４のロッド１０６を連結したアーム１０７と、このアーム１０７の他端に取付けたヘッドパイプ上部保持部材１０８とからなる。

シリンダ装置１０４は、シリンダ本体１１１と、このシリンダ本体１１１内に移動自在に挿入したピストン（不図示）と、このピストンに取付けたロッド１０６とからなり、シリンダ本体１１１の側面に設けたオイル供給排出口１１３，１１４の一方からオイルを供給し、他方からオイルを排出することにより、ロッド１０６を進退動させ、アーム１０７をスイングさせて、ヘッドパイプ下部保持部材１０２とヘッドパイプ上部保持部材１０８との間にヘッドパイプ３１（図２参照）をクランプ又はアンクランプする。

サイド保持機構９４は、縦フレーム９０及び鉛直フレーム９２の両側面に取付けたサイドプレート１１６，１１６と、サイドプレート１１６に取付けた横バー８１及びピボット保持部８３とからなる。サイド保持機構９６は、サイド保持機構９４と同一構造であり、説明は省略する。

ピボット保持部８３は、サイドプレート１１６に直に取付けた内側保持部１１８と、サイドプレート１１６に２本の支柱１２１，１２１を介して取付けた外側保持部１２２とからなる。

内側保持部１１８は、ベース部１２４と、このベース部１２４の側端部に取付けたピン受け台１２６と、ピボット支持部３７（図２参照）の一端部を支持するためにピン受け台１２６の先端に取付けた内側ピボット支持ピン１２７とからなる。

外側保持部１２２は、支柱１２１，１２１の先端に取付けたベース板１３１と、このベス板１３１に取付けた２つのシリンダ装置１３２，１３２（一方の符号１３２のみ示す。）と、これらのシリンダ装置１３２，１３２を構成するロッド１３３，１３３（不図示）に取付けたピン受けプレート１３４と、ピボット支持部３７の他端部を支持するためにピン受けプレート１３４に取付けた外側ピボット支持ピン１３６とからなる。

シリンダ装置１３２は、シリンダ本体１３８と、このシリンダ本体１３８内に移動自在に挿入したピストン（不図示）と、このピストンに取付けたロッド１３３（不図示）とからなり、シリンダ本体１３８内に油圧を供給することでロッド１３３を介してピン受けプレート１３４を移動させ、内側ピボット支持ピン１２７と外側ピボット支持ピン１３６とでピボット支持部３７の両端部を支持する。

後部保持機構９７は、鉛直フレーム９２の背面から後方斜め上方に延びる傾斜フレーム１４１と、この傾斜フレーム１４１の先端に直交するように取付けた後部横フレーム１４２と、この後部横フレーム１４２の両端部に設けた後端保持部８４，８４とからなる。

図６は本発明に係るワーク保持具の後部保持機構を示す斜視図であり、後部保持機構９７の後端保持部８４は、後部横フレーム１４２の両端部にベースプレート１４４を介して取付けた下部プレート１４５及びシリンダ装置１４６と、下部プレート１４５の上部にスイング自在に取付けたスイングアーム１４７と、車体フレームを保持するときのガイドとするために下部プレート１４５に左右に間隔を空けて取付けた一対のガイドプレート１４８，１５１（図５も参照）とからなる。
下部プレート１４５は上辺に歯部１５２，１５２を備え、スイングアーム１４７は下辺に、歯部１５２，１５２に噛み合う歯部１５３，１５３を備える。

シリンダ装置１４６は、シリンダ本体１５５と、このシリンダ本体１５５内に移動自在に挿入したピストン（不図示）と、このピストンに取付けたロッド１５６とからなり、ロッド１５６の先端をスイングアーム１４７の一端に連結することで、シリンダ本体１５５内にオイル供給排出口１５７（又はオイル供給排出口１５８）からオイルを供給したときに、ロッド１５６を伸ばし、スイングアーム１４７をスイングさせて、車体フレームのリヤクロスフレーム３８（図２参照）、詳しくは、後方突出部３８ａ，３８ａ（図２参照）を歯部１５２と歯部１５３とで挟み込み、固定する。

図７は本発明に係るワーク保持具の平面図であり、ワーク保持具１２は、ヘッドパイプ保持部８２，８２及び駆動装置連結部８６を除いて、縦フレーム９０上を通る直線１６０に対して対称な構造で、保持具駆動装置１６（図１参照）により、直線１６１を軸として回転可能としたものである。また、第１ワーク保持部２１と第２ワーク保持部２２とは、ヘッドパイプ保持部８２，８２を除いて直線１６０に対して対称である。

図８は本発明に係る溶接機構の正面図であり、溶接機構１４は、床面から立ち上げた支柱２１１と、この支柱２１１の上部にブラケット２１２，２１３で取付けたトーチ第１駆動モータ２０３と、このトーチ第１駆動モータ２０３の回転軸２０３ａを回転自在に支持するために支柱２１１の上端部に取付けた軸受部２１５，２１５と、回転軸２０３ａの先端に取付けたＬ字状フレーム２１６と、このＬ字状フレーム２１６の先端部に取付けたトーチ第３駆動モータ２０６と、このトーチ第３駆動モータ２０６の回転軸２０６ａに円弧状ブラケット２１７を介して取付けた一方の溶接トーチ１３と、Ｌ字状フレーム２１６に取付けたトーチ第２駆動モータ２０４及びトーチ移動レール２１８と、このトーチ移動レール２１８に移動自在に取付けたトーチ第３駆動モータ２０７と、このトーチ第３駆動モータ２０７の回転軸２０７ａに円弧状ブラケット２１７を介して取付けた他方の溶接トーチ１３と、トーチ第２駆動モータ２０４の回転軸２０４ａに連結することでトーチ第３駆動モータ２０７側に設けたナット部材（不図示）とねじ結合する送りねじ部材２２１と、支柱２１１の上部から側方に延ばしたビーム部材２２２と、溶接時にワークの溶接面に対して他側のワーク面を支持するためにビーム部材２２２の上面に伸縮自在に取付けたワーク支持部材２２３，２２３とからなる。

トーチ第３駆動モータ２０６は、Ｌ字状フレーム２１６に固定し、トーチ第３駆動モータ２０７は、トーチ第２駆動モータ２０４を駆動することにより送りねじ部材２２１を回転させてＬ字状フレーム２１６のトーチ移動レール２１８上を移動自在としたものであり、ワーク保持具１２（図７参照）で保持したワークの間隔に合わせて溶接トーチ１３を移動可能にする。

円弧状ブラケット２１７は、溶接トーチ１３の取付位置を変更することによりワークに対する溶接トーチ１３の角度を変更可能にする部材である。
図中の２２５はトーチ第１駆動モータ２０３の回転軸２０３ａの軸線であり、Ｌ字状フレーム２１６が回転する軸である。Ｌ字状フレーム２１６の回転に伴って溶接トーチ１３，１３がＸ軸回りに回転する。

以上に述べた溶接装置１０による車体フレーム１１Ａの溶接要領を図９〜図１３で説明する。
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第１作用図である。
（ａ）において、まず、溶接トーチ１３を車体フレーム１１Ａに対する相対的な進行方向（即ち、Ｙ軸方向である。）に鉛直方向に対して４５°傾け（且つ、図４に示したように、車体フレームの列の方向（即ち、Ｘ軸方向である。）にも鉛直方向に対して４５°傾ける。）、この溶接トーチ１３の先端に溶接箇所であるメインフレーム６１の溶接開始点（メインフレーム６１のヘッドパイプ３１側の端部である。）が臨むようにワーク保持具１２を保持具駆動装置１６で移動させ、且つ溶接トーチ１３に対して溶接面が側面視で４５°となるようにワーク保持具１２を、図１に示したヘッドパイプ３１が直立した状態から矢印Ａで示すように、軸となる直線１６１（直線１６１を黒丸で示す。以下同じ。）回りに保持具駆動装置１６で回転させる。以降、車体フレーム１１Ａの溶接面は常に溶接トーチ１３に対して４５°溶接の進行方向に傾いた状態とする。即ち、車体フレーム１１Ａの溶接時の溶接面は常に上方を向く。このように溶接面を上方へ向けることで、溶接時の溶融金属が垂れ落ちるのを防止し、良好な溶接品質を得ることができる。

（ｂ）は、（ａ）の状態からワーク保持具１２をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させるとともに矢印Ｂのように軸となる直線１６１回りに回転させて車体フレーム１１Ａに対して溶接トーチ１３を破線の矢印Ｃで示すように相対移動させてメインフレーム６１の上面を溶接することを示す。

図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第２作用図である。
（ａ）は、メインフレーム６１の上面を溶接した後、トーチ第３駆動モータ２０６，２０７（図８参照）を駆動して鉛直軸回りに溶接トーチ１３を１８０°回転させるとともに、ワーク保持具１２をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させ、且つ直線１６１回りに回転させてメインフレーム６１の下面が上方を向くように車体フレーム１１Ａをほぼ１８０°回転させて逆さまの状態とし、溶接トーチ１３にメインフレーム６１の下面の溶接開始位置を臨ませる。

即ち、溶接トーチ１３は、車体フレーム１１Ａに対する相対的な進行方向（即ち、Ｙ軸方向である。）に鉛直方向に対して４５°傾き、且つ、図４に示したように、車体フレームの列の方向（即ち、Ｘ軸方向である。）にも鉛直方向に対して４５°傾き、図１０に示したように、車体フレーム１１Ａの溶接時の溶接面は常に上方を向く。

この状態から、ワーク保持具１２をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させるとともに直線１６１回りに回転させて、溶接トーチ１３を車体フレーム１１Ａに対して破線の矢印Ｅで示すように相対移動させて、メインフレーム６１の下面を溶接することを示す。

（ｂ）は、メインフレーム６１の下面を溶接した後、ワーク保持具１２を、直線１６１回りに回転させるとともにＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させて、溶接トーチ１３に一方のシートレール６３の溶接開始位置である後端部を臨ませる。 そして、ワーク保持具１２をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させるとともに直線１６１回りに回転させて車体フレーム１１Ａに対して溶接トーチ１３を破線の矢印Ｆで示すように中央部側へ相対移動させる。

図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第３作用図である。
（ａ）は、図１０（ｂ）に続いてシートレール６３の上面を矢印Ｇの方向に溶接する状態を示す。ワーク保持具１２の移動と共に直線１６１回りの回転によって、車体フレーム１１Ａのヘッドパイプ３１側が大きく上がる。

（ｂ）は、一方のシートレール６３の上面の溶接が終了し、更に、一方のシートレール６３の上面と同様に他方のシートレール６３の上面を溶接した後に、トーチ第３駆動モータ２０６，２０７（図８参照）を駆動して鉛直軸回りに溶接トーチ１３を１８０°回転させるとともに、ワーク保持具１２をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させ、且つ直線１６１回りに回転させてシートレール６３の下面が上方を向くように車体フレーム１１Ａをほぼ１８０°回転させて逆さまの状態とし、溶接トーチ１３に一方のシートレール６３の下面の溶接開始位置である後端部を臨ませる。

そして、ワーク保持具１２をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向（図の表裏方向）へ移動させるとともに直線１６１回りに回転させて車体フレーム１１Ａに対して溶接トーチ１３を破線の矢印Ｈのように相対移動させて、シートレール６３の下面を中央部に向かって溶接することを示す。
次に、一方のシートレール６３の下面と同様に他方のシートレール６３の下面を後端部から中央部に向かって溶接する。

図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第４作用図であり、シートレール６３の溶接要領を平面図で再度示す。
（ａ）において、溶接トーチ１３の先端に車体フレーム１１Ａのシートレール６３の後端部を臨ませる。

（ｂ）において、ワーク保持具１２をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向（図の表裏方向）へ移動させるとともに直線１６１（図１０（ｂ）参照）回りに回転させて、溶接トーチ１３を破線の矢印Ｋで示すように、車体フレーム１１Ａに対して中央部側へ相対移動させる。図中に示した６５はメインフレーム６１の上面の溶接線、６６はシートレール６２の上面の溶接線、６７はシートレール６３の上面の溶接線である。（メインフレーム６１、シートレール６２，６３の下面の各溶接線７１〜７３については図４（ａ）〜（ｃ）参照。）

以上の図９〜図１２で述べた溶接順序及び溶接方向を再度図１３でまとめて説明する。
図１３は本発明に係る車体フレームの溶接順序及び溶接方向を示す作用図である。
車体フレーム１１Ａでは、溶接ひずみが最も小さくなるように以下の順序及び方向で溶接する。
（１）メインフレーム６１の上面６１ａを矢印で示すように前端部６１ｃから中央部１１ｃに向かって溶接する。
（２）メインフレーム６１の下面６１ｂ（不図示）を矢印で示すように前端部６１ｃから中央部１１ｃに向かって溶接する。

（３）シートレール６３の上面６３ａを矢印で示すように後端部６３ｃから中央部１１ｃに向かって溶接する。
（４）シートレール６２の上面６２ａを矢印で示すように後端部６２ｃから中央部１１ｃに向かって溶接する。
（５）シートレール６３の下面６３ｂ（不図示）を矢印で示すように後端部６３ｃから中央部１１ｃに向かって溶接する。
（６）シートレール６２の下面６２ｂ（不図示）を矢印で示すように後端部６２ｃから中央部１１ｃに向かって溶接する。なお、シートレール６２とシートレール６３の溶接順序は上記とは逆でも差し支えない。

図１３に示した溶接方向を設定した根拠を以下に説明する。
図１４（ａ）〜（ｄ）は溶接方向の設定の根拠を示す作用図である。
（ａ）の比較例において、例えば、車体フレーム３３１の中央部３３２から、車体フレーム３３１を構成するメインフレーム３３３の前端部３３４までを、車体フレーム３３１に対して溶接トーチ３３６を相対移動させて溶接する場合、中央部３３２は剛性が高く、メインフレーム３３３の前端部３３４側は剛性が低いため、剛性の高い中央部３３２から溶接を開始すると、溶接トーチ３３６の電極ワイヤ及び車体フレーム３３１の母材が溶融し、そして凝固し、溶接トーチ３３６の相対移動に伴って溶融と凝固を繰り返すときに、（Ａ）剛性の高い側から剛性の低い側に収縮する量と、（Ｂ）剛性の低い側から剛性の高い側へ収縮する量とを比較すると、剛性の高い側よりも剛性の低い側が収縮し易いから、（Ｂ）＞（Ａ）（矢印参照）となる。

従って、剛性の高い部分を基礎として近傍の剛性の低い部分が変形し、次に、この変形した部分を基礎として更に剛性の低い部分が変形するというように、その変形が剛性の低い部分に近づくにつれて累積し、メインフレーム３３３の前端部３３４を溶接するときにはメインフレーム３３３の前端部３３４側の変形量、即ち溶接ひずみは大きくなると考えられる。実際の溶接時は、車体フレーム３３１はワーク保持具に固定されているため、変形は表れないが、車体フレーム３３１をワーク保持具から外すと、車体フレーム３３１に内在する変形しようとする力によって、メインフレーム３３３の前端部３３４は想像線で示すように上方へ大きく反り返る。

（ｂ）の実施例（本実施形態）において、車体フレーム１１Ａのメインフレーム６１の前端部６１ｃ側から中央部１１ｃ側までを、車体フレーム１１Ａに対して溶接トーチ１３を相対移動させて溶接する場合、中央部１１ｃは剛性が高く、メインフレーム６１の前端部６１ｃ側は剛性が低いため、剛性の低い前端部６１ｃ側から溶接を開始すると、（ａ）に示した比較例と同様に電極ワイヤ及び車体フレーム１１Ａの母材の溶融と凝固を繰り返すが、（Ａ）剛性の高い側から剛性の低い側に収縮する量と、（Ｂ）剛性の低い側から剛性の高い側へ収縮する量とを比較すると、剛性の絶対値は低く、且つ剛性の高い部分から離れているから、（Ａ）及び（Ｂ）の各方向を問わずほぼ均等に収縮するため、各部の変形はあるものの、中央部１１ｃ側の剛性の高い部分に至るまでに変形が累積され難く、前端部６１ｃ側の変形量（溶接ひずみ）は大きくならないと考えられる。

（ｃ）の比較例は、例えば、車体フレーム３３１の中央部３３２から、車体フレーム３３１を構成するシートレール３４１の後端部３４２までを、車体フレーム３３１に対して溶接トーチ３３６を相対移動させて溶接する場合の例であり、中央部３３２は剛性が高く、この中央部３３２からシートレール３４１の後端部３４２側に近づくにつれて剛性は次第に低くなるため、剛性の高い中央部３３２から剛性の低い後端部３４２へ向けて溶接すると、（ａ）の場合と同様に、車体フレーム３３１をワーク保持具から外したときに、車体フレーム３３１に内在する変形しようとする力によって、シートレール３４１の後端部３４２側は大きく変形する、即ち、想像線で示すように上方へ大きく反り返る。

（ｄ）の実施例は、車体フレーム１１Ａのシートレール６２の後端部６２ｃ側から中央部１１ｃまでを、車体フレーム１１Ａに対して溶接トーチ１３を相対移動させて溶接する場合の例であり、剛性の低い後端部６２ｃ側から剛性の高い中央部１１ｃに向けて溶接すると、（ｃ）の場合と同様に、シートレール６２の後端部６２ｃ側の変形は大きくならなず、上方への反り返りが抑えられる。

以上の図２、図１３及び図１４（ｄ）で説明したように、本発明は第１に、メインフレーム６１と、このメインフレーム６１の後部下部に設けた左右一対の左ピボット支持プレート３２及び右ピボット支持プレート３３と、メインフレーム６１の後部上部から二股状に後方に延ばした左右一対のシートレール６２，６３とを有する自動二輪車用車体フレーム１１Ａの溶接方法であって、左右一対のシートレール６２，６３の外側を構成するシートレール外半部としての左外側シートレール部４６及び右外側シートレール部５２、メインフレーム６１、左ピボット支持プレート３２及び右ピボット支持プレート３３で構成したフロントフレーム半体４４と、左右一対のシートレール６２，６３の内側を構成するシートレール内半部としての左内側シートレール部５６及び右内側シートレール部５７とを、溶接線６５〜６７が上面６１ａ，６２ａ，６３ａ、溶接線７１〜７３（図４（ａ）〜（ｃ）参照）が下面６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ（図４（ａ）〜（ｃ）参照）に現れるように仮結合する仮結合工程と、シートレール外半部４６，５２とシートレール内半部５６，５７とを後端部６２ｃ，６３ｃから自動二輪車用車体フレーム１１Ａの中央部１１ｃに向かって溶接する後部溶接工程と、を含むことを特徴とする。

シートレール外半部４６，５２とシートレール内半部５６，５７の後端部６２ｃ，６３ｃから自動二輪車用車体フレーム１１Ａの中央部１１ｃに向かって溶接するので、車体フレーム１１Ａの剛性の低い部分（即ち、シートレール６２，６３の後端部６２ｃ，６３ｃ側）から剛性の高い部分（即ち、中央部１１ｃ側）に向かって溶接するため、溶接の初めのうちの剛性の小さい部分では、絶対的な剛性が低く、且つ剛性の高い部分から離れているために溶融した電極ワイヤ及び母材の収縮量がどの方向でもほぼ同等となり、特定の方向に溶接ひずみが累積し難く、溶接ひずみが少ない状態で車体フレーム１１Ａ、詳しくは、シートレール６２，６３を溶接することができる。従って、寸法精度の高い自動二輪車用車体フレーム１１Ｂ（図３参照）を製造することができる。

本発明は第２に、図２、図１３及び図１４（ｂ）で説明したように、仮結合工程に、メインフレーム６１を構成する左右のメインフレーム半体としての左メインフレーム部４５及び右メインフレーム部５１同士を合わせて仮結合し、この後に、メインフレーム半体４５，５１同士を、それぞれの前端部６１ｃから自動二輪車用車体フレーム１１Ａの中央部１１ｃに向かって溶接する前部溶接工程を含むことを特徴とする。

メインフレーム半体４５，５１同士を、それぞれの前端部６１ｃから中央部１１ｃに向かって溶接するので、車体フレーム１１Ａの剛性の小さい部分（即ち、メインフレーム６１の前端部６１ｃ）から剛性の高い部分（即ち、中央部１１ｃ）に向かって溶接するため、溶接の初めのうちの剛性の小さい部分では、絶対的な剛性が低く、且つ剛性の高い部分から離れているために溶融した電極ワイヤ及び母材の収縮量がどの方向でもほぼ同等となり、特定の方向に溶接ひずみが累積し難く、溶接ひずみが少ない状態で車体フレーム１１Ａ、詳しくは、メインフレーム６１を溶接することができる。従って、寸法精度の高い自動二輪車用車体フレーム１１Ｂ（図３参照）を製造することができる。

尚、本発明は、自動二輪車用フレームの溶接方法であるが、自動二輪車用フレームに限らず、剛性の大きい部分と剛性の小さい部分とを有する部材を複数仮結合した状態で溶接するものに適用してもよい。

本発明の溶接方法は、自動二輪車用フレームに好適である。

本発明に係る溶接装置を示す斜視図である。 本発明に係るワークの結合前の状態を示す斜視図である。 本発明に係るワークの結合後の状態を示す斜視図である。 本発明に係る車体フレームの断面図である。 本発明に係るワーク保持具の斜視図である。 本発明に係るワーク保持具の後部保持機構を示す斜視図である。 本発明に係るワーク保持具の平面図である。 本発明に係る溶接機構の正面図である。 本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第１作用図である。 本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第２作用図である。 本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第３作用図である。 本発明に係る車体フレームの溶接要領を示す第４作用図である。 本発明に係る車体フレームの溶接順序及び溶接方向を示す作用図である。 溶接方向の設定の根拠を示す作用図である。 従来の自動二輪車のフレームを示す斜視図である。

符号の説明

１１，１１Ａ，１１Ｂ…自動二輪車用フレーム（車体フレーム）、１１ｃ…車体フレームの中央部、３２，３３…ピボット支持プレート、４４…フロントフレーム半体、４５，５１…メインフレーム半体（左メインフレーム部、右メインフレーム部）、４６，５２…シートレール外半部（左外側シートレール部、右外側シートレール部）、５６，５７…シートレール内半部（左内側シートレール部、右内側シートレール部）、６１…メインフレーム、６１ｃ…メインフレームの前端部、６２，６３…シートレール、６２ａ，６３ａ…シートレールの上面、６２ｂ，６３ｂ…シートレールの下面、６２ｃ，６３ｃ…シートレールの後端部、６６，６７，７２，７３…溶接線。

Claims (1)

1. メインフレームと、前記メインフレームの後部上部から二股状に後方に延ばした左右一対のシートレールとを有する自動二輪車用フレームを仮結合工程で仮結合し、この仮結合工程に続いて前部溶接工程、後部溶接工程とで溶接する溶接方法であって、
   前記自動二輪車用フレームは、前部の左メインフレーム半体及び後部の左シートレール半体からなる左フレーム半体と、前部の右メインフレーム半体及び後部の右シートレール半体からなる右フレーム半体と、前記左右のシートレール半体の内側を構成するＵ字形のシートレール内半部、との三部材からなり、
   前記仮結合工程は、
   左右一対の前記シートレールの外側を構成するシートレール外半部、前記左右一対の前記シートレールの内側を構成するシートレール内半部とを、溶接線が上面と下面とに現れるように仮結合する仮結合工程と、前記メインフレームを構成する左右のメインフレーム半体同士を合わせて仮結合する工程であり、
   前記前部溶接工程は、
   仮結合した前記左右のメインフレームの上面を、前部から中央部に向かって溶接し、メインフレームの下面を前端部から中央部に向かう順で溶接し、
   次の前記後部溶接工程は、
   仮結合した前記左右のシートレールの一方の上面を後端部から中央部に向かって溶接し、この一方のシートレールの下面を後端部から中央部に向かって溶接し、
   左右のシートレールの他方の上面を後端部から中央部に向かって溶接し、この他方のシートレールの下面を後端部から中央部に向かう順で溶接する、
   ことを特徴とする自動二輪車用フレームの溶接方法。

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