KR101940934B1

KR101940934B1 - 접합 구조

Info

Publication number: KR101940934B1
Application number: KR1020177004610A
Authority: KR
Inventors: 겐이치로 오츠카; 요시아키 나카자와; 류이치 니시무라; 마사노리 야스야마
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2019-01-21
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: JPWO2016031964A1; EP3196105B1; JP6269843B2; CN106573653A; BR112017003331A2; CN106573653B; EP3196105A4; MX2017002403A; CA2956055A1; US20170225717A1; CA2956055C; RU2660095C1; KR20170033386A; EP3196105A1; WO2016031964A1; US10435081B2

Abstract

본 발명의 접합 구조는, 제1 금속판과; 한 쌍의 제2 금속판을 구비하고, 한쪽의 상기 제2 금속판의 단부면과 다른 쪽의 상기 제2 금속판의 단부면이 대향하는 상태에서, 상기 한 쌍의 제2 금속판의 각각이 상기 제1 금속판에 중첩되어 있고, 서로 대향하는 상기 단부면이, 단일의 용융 금속 덩어리에 의해 상기 제1 금속판과 일체적으로 접합되어 있다.

Description

접합 구조 {JOINING STRUCTURE}

본 발명은 접합 구조에 관한 것이다.

본원은 2014년 8월 29일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-175620호와, 2015년 2월 4일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2015-020332호에 기초하여 우선권을 주장하며, 이들의 내용을 여기에 원용한다.

모노코크 구조를 갖는 자동차 차체는, 복수의 성형 패널을, 각각의 에지부를 서로 중첩한 상태로 용접함으로써 조립된다. 성형 패널의 용접에는, 저항 스폿 용접 및 레이저 용접 등이 사용된다. 자동차 차체에 있어서, 고하중이 부하되는 부분 및 엔진 등의 중량물이 탑재되는 부분에는, 사이드 실(로커), 사이드 멤버 및 각종 필러 등의 구조 부재가 접합된다. 이에 의해, 자동차 차체에 요구되는 강성 및 강도가 확보된다.

최근에는, 각 구조 부재의 접합 강도 및 각종 강성(비틀림 강성이나 굽힘 강성)을 한층 더 높일 것이 요구되고 있다. 한편, 연비 향상에 의해 온난화 가스의 배출량을 삭감하기 위해, 각 구조 부재의 더 한층의 경량화도 요구되고 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는, 자동차 차체의 구조 부재인 사이드 실과 다른 구조 부재의 접합 구조가 개시되어 있다. 사이드 실의 길이 방향의 단부에는, 사이드 실의 내측을 향하여 절곡된 내향 플랜지가 설치되어 있다. 사이드 실은, 상기 내향 플랜지를 통하여 다른 구조 부재(예를 들어 A 필러 하부)와 접합되어 있다.

하기 특허문헌 2에는, 사이드 실 아우터부를 포함하는 사이드 실 아우터 패널과, 사이드 실 아우터부의 내측을 차체 전후 방향으로 연장하여 사이드 실 아우터부에 접합되는 사이드 실 스티프너와, 사이드 실 스티프너의 후단부에 대향하는 전방벽을 갖는 리어 휠 하우징 멤버와, 사이드 실 스티프너의 후단부에 접속되어 사이드 실 스티프너의 후단부 개구를 막는 후방벽을 갖는 연결 멤버를 구비하고, 리어 휠 하우징 멤버의 전방벽과 연결 멤버의 후방벽이 접합된 차량측부 구조가 개시되어 있다. 이 차량측부 구조에 따르면, 사이드 실 후단부측의 강성을 향상시킬 수 있다.

또한, 하기 특허문헌 3에는, 프론트 사이드 멤버 본체부 및 그의 후방부이며 또한 하방에 위치하는 킥업부를 갖는 프론트 사이드 멤버가 개시되어 있다. 이 프론트 사이드 멤버는, 좌우 한 쌍의 이너 부재와 아우터 부재를 서로 맞대어 스폿 용접함으로써 구성되어 있다. 이너 부재 및 아우터 부재는, 서로 접하도록 오목 형상으로 성형된 상하 방향 중간부를 갖는다. 이들 상하 방향 중간부끼리를 서로 맞대어 스폿 용접함으로써, 프론트 사이드 멤버에 결합부가 설치된다.

도 22는, 일반적인 자동차 차체(200)의 구조예를 도시하는 도면이다. 도 22에 도시하는 바와 같이, 자동차 차체(200)는, 구조 부재로서, 사이드 실(로커)(202), A 필러(프론트 필러)(203), B 필러(센터 필러)(204) 및 루프 레일(205) 등을 구비하고 있다.

자동차의 고성능화에 수반하여, 자동차 차체(200)의 강성(비틀림 강성이나 굽힘 강성)을 한층 더 높여 조종 안정성이나 정숙성 등의 쾌적성을 더 향상시킬 것이 요구되고 있다.

도 23은, 사이드 실(202)의 일례를 도시하는 사시도이다. 또한, 도면을 판독하기 쉽게 하기 위해, 도 23에서는, 사이드 실 이너 패널(206) 및 사이드 실 아우터 패널(207)을 이점쇄선에 의해 투명한 상태로 도시한다.

도 23에 도시하는 바와 같이, 사이드 실(202)은, 사이드 실 이너 패널(206), 사이드 실 아우터 패널(207), 제1 레인포스(208) 및 제2 레인포스(209)로 이루어지는 폐단면을 갖는다.

사이드 실 이너 패널(206)은, 그 폭 방향의 양단부에 각각 2개의 플랜지(206a 및 206b)를 가짐과 함께, 이들 2개의 플랜지(206a 및 206b)를 요소로 하는 햇형의 횡단면 형상을 갖는다.

사이드 실 아우터 패널(207)은, 그 폭 방향의 양단부에 각각 2개의 플랜지(207a 및 207b)를 가짐과 함께, 이들 2개의 플랜지(207a 및 207b)를 요소로 하는 햇형의 횡단면 형상을 갖는다.

제1 레인포스(208)는, 2개의 플랜지(206a 및 206b)와 2개의 플랜지(207a 및 207b)의 사이에 배치되고, 또한 사이드 실 이너 패널(206) 및 사이드 실 아우터 패널(207)에 3매 합쳐 중첩된 상태에서, 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃(용융 금속 덩어리)(210)에 의해 접합되어 있다.

제2 레인포스(209)도, 제1 레인포스(208)와 마찬가지로, 2개의 플랜지(206a 및 206b)와 2개의 플랜지(207a 및 207b)의 사이에 배치되고, 또한 사이드 실 이너 패널(206) 및 사이드 실 아우터 패널(207)에 3매 합쳐 중첩된 상태에서, 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃(210)에 의해 접합되어 있다.

또한, 제1 레인포스(208) 및 제2 레인포스(209)는, 사이드 실 이너 패널(206) 및 사이드 실 아우터 패널(207)의 각각의 길이 방향에 있어서, 서로 맞대어지거나(맞닿아지거나), 혹은 이격되어 배치된다.

또한, 통상, 용접 너깃(210)은 판 두께 방향 중앙부에 형성되기 때문에, 외부로부터 용접 너깃(210)을 시인할 수는 없지만, 설명의 편의상, 도 23에서는 용접 너깃(210)의 위치를 인식할 수 있도록 도시하고 있다.

이와 같이, 자동차 차체에 사용되는 구조 부재의 대부분은 용접에 의해 조립된다. 이 때문에, 자동차 차체의 강성을 높이기 위해서는, 레이저 용접, 아크 용접 나아가 플라즈마 용접과 같은 선형의 연속 용접을 사용하는 것이 유효하다. 이에 비해, 자동차 차체의 구조 부재의 용접 방법으로서 저비용이기 때문에 가장 다용되는 저항 스폿 용접은, 연속 용접이 아니라 점형의 불연속 용접이기 때문에, 연속 용접보다, 구조 부재의 강성의 면에서는 불리하다. 이 때문에, 저항 스폿 용접을 사용하였다고 해도 자동차 차체의 강성을 향상 가능한 기술이 개발되어 있다.

예를 들어 하기 특허문헌 4 내지 6에는, 저항 스폿 용접에 의해 조립된 각종 구조 부재가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2012-144185호 공보 일본 특허 제5411245호 공보 일본 특허 제3820867호 공보 일본 특허 제5082249호 공보 일본 특허 제5599553호 공보 일본 특허 제5261984호 공보

특허문헌 1에 개시된 자동차 차체의 접합 구조에서는, 서로 인접하는 내향 플랜지의 사이에 갭이 존재하는 상태에서, 사이드 실이 내향 플랜지를 통하여 다른 구조 부재에 접합된다. 즉, 인접하는 내향 플랜지끼리 이격된 상태로 사이드 실과 다른 구조 부재가 접합되기 때문에, 사이드 실의 강성이 저하되고, 그 결과, 사이드 실로서 요구되는 기능이 저하되어 버린다.

또한, 사이드 실의 강성의 저하를 억제하기 위해, 인접하는 내향 플랜지끼리를 중첩한 상태에서, 내향 플랜지의 중첩부 및 그 근방을 용접함으로써, 사이드 실과 다른 구조 부재를 접합하는 방법도 고려된다. 그러나, 이 방법에서는, 인접하는 내향 플랜지의 일부를 중첩하는 것에 기인하여 중량의 증가를 초래하고, 그 결과, 지구 온난화 가스의 삭감을 위해 현재의 자동차 차체에 매우 강하게 요청되는 대폭의 경량화를 실현하는 것은 곤란하게 된다.

특허문헌 2에 개시된 구조에서는, 연결 멤버라고 하는 새로운 부품을 사용할 필요가 있다. 즉, 이 구조에서는, 연결 멤버의 증설에 기인하여 중량의 증가를 초래하고, 그 결과, 상술한 바와 같이 자동차 차체에 강하게 요청되는 경량화를 실현하는 것은 곤란하게 된다.

특허문헌 3에 개시된 구조에서는, 애당초, 접합 강도가 낮고 충돌 방향(차량 전후 방향)에 대하여 수직으로 되는 면에 맞대기 스폿 용접이 행해진다. 그 때문에, 충돌 시에 스폿 용접부에 있어서 용이하게 파단이 발생하여, 원하는 충돌 특성을 얻을 수 없게 된다. 또한, 상이한 부재끼리의 에지만을 맞대기 스폿 용접하면 보다 파단되기 쉽다.

특허문헌 4 내지 6에는, 도 23에 도시하는 구조 부재, 즉 사이드 실 이너 패널(206), 사이드 실 아우터 패널(207), 제1 레인포스(208) 및 제2 레인포스(209)로 이루어지는 폐단면을 갖는 구조이며, 또한 제1 레인포스(208) 및 제2 레인포스(209)가, 사이드 실 이너 패널(206) 및 사이드 실 아우터 패널(207)의 각각의 길이 방향에 있어서 맞대어지거나 혹은 이격되어 배치되는 구조를 갖는 사이드 실(202)은, 개시도 시사도 되어 있지 않다.

이 때문에, 특허문헌 4 내지 6에 개시된 발명에 기초해도, 저항 스폿 용접에 의해서도 강성을 가능한 한 높일 수 있는 구조를 갖는 사이드 실(202)을 제공할 수는 없다.

상술한 바와 같이, 사이드 실(202)과 같은 자동차 차체의 구조 부재는, 저비용, 경량이면서도 고강성일 필요가 있다. 사이드 실(202)에 있어서의 2개의 플랜지(206a 및 206b)와 2개의 플랜지(207a 및 207b)의 용접 범위를 확대하는 것(예를 들어 스폿 용접수(용접 너깃수)를 증가시키는 것)에 의해, 구조 부재의 강성을 높이는 것이 가능하게 되지만, 용접 범위를 확대하는 것에 의한 용접 비용의 상승은 부정할 수 없다.

또한, 2개의 플랜지(206a 및 206b)와 2개의 플랜지(207a 및 207b)를, 사이드 실 이너 패널(206) 및 사이드 실 아우터 패널(207)의 각각의 길이 방향에 있어서 중첩하여 용접하면, 구조 부재의 강성을 높일 수 있지만, 그만큼 재료 비용이 증가할 뿐만 아니라, 구조 부재의 중량도 증가한다.

이 때문에, 2개의 플랜지(206a 및 206b)와 2개의 플랜지(207a 및 207b)의 용접 범위를 확대하지 않고, 1개당 스폿 용접에 의한 강성을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 구조 부재를 개발할 필요가 있다.

이와 같이, 최근에는, 자동차 차체에 대한 저비용화, 경량화 및 고강성화와 같은 3가지 요청을 밸런스 좋게 실현할 필요가 있다. 예를 들어, 스폿 용접수를 증가시킴으로써 플랜지의 용접 범위를 확대하면, 자동차 차체의 강성이 향상되지만, 용접 범위의 확대에 수반하여 용접 비용이 불가피하게 상승한다. 또한, 플랜지를 크게 하면, 자동차 차체의 강성이 향상되지만, 플랜지의 대형화에 수반하여 재료 비용이 증가함과 함께 중량도 증가하고, 그 결과, 자동차 차체의 경량화를 실현하는 것이 곤란하게 된다.

상기의 설명에서는, 저비용화, 경량화 및 고강성화가 요청되는 구조체로서 자동차 차체를 일례로서 예시하였지만, 자동차 차체에 한하지 않고, 예를 들어 철도 차량의 차체 및 비행기의 기체 등의 다른 구조체에 대해서도 저비용화, 경량화 및 고강성화가 요청되는 경우가 많다.

따라서, 최근에는, 자동차 차체를 포함하는 구조체에 대하여 요청되는 저비용화, 경량화 및 고강성화를 밸런스 좋게 실현하는 것이 가능한 기술을 개발하는 것이 매우 중요해지고 있다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 구조체에 대한 저비용화, 경량화 및 고강성화라고 하는 3가지 요청을 밸런스 좋게 실현하는 것이 가능한 접합 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해 이하와 같은 수단을 채용한다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 접합 구조는, 제1 금속판과; 한 쌍의 제2 금속판을 구비하고, 한쪽의 상기 제2 금속판의 단부면과 다른 쪽의 상기 제2 금속판의 단부면이 대향하는 상태에서, 상기 한 쌍의 제2 금속판의 각각이 상기 제1 금속판에 중첩되어 있고, 서로 대향하는 상기 단부면이, 단일의 용융 금속 덩어리에 의해 상기 제1 금속판과 일체적으로 접합되어 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 한 쌍의 제2 금속판이, 동일 평면 상에 존재하고 있어도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 접합 구조에 있어서, 서로 대향하는 상기 단부면 간의 거리가, 0mm 이상 1mm 미만이어도 된다.

(4) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 한 쌍의 제2 금속판의 판 두께를 t(mm), 서로 대향하는 상기 단부면 간의 거리를 G(mm)라고 정의하였을 때, 하기 조건식 (a)가 만족되어도 된다.

0mm²≤G×t<1mm²… (a)

(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 접합 구조에 있어서, 서로 대향하는 상기 단부면 간의 거리가, 상기 제2 금속판의 판 두께의 40％ 미만이어도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 접합 구조에 있어서, 서로 대향하는 상기 단부면의 연장 길이가, 3mm 이상 50mm 미만이어도 된다.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 한 쌍의 제2 금속판이, 재축 방향으로 일정한 단면 형상을 갖는 금속 성형판의 재축 방향 단부에 설치된 한 쌍의 내향 플랜지여도 된다.

(8) 상기 (7)에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 금속 성형판의 상기 단면 형상이, 앵글 형상, 채널 형상 또는 사각 형상이어도 된다.

(9) 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 금속 성형판이 자동차 차체의 사이드 실이고, 상기 제1 금속판이 상기 자동차 차체의 A 필러 하부의 일부여도 된다.

(10) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 접합 구조가 제3 금속판을 더 구비하고, 상기 제1 금속판과 상기 제3 금속판의 사이에 상기 한 쌍의 제2 금속판이 놓여져 있고, 서로 대향하는 상기 단부면이, 상기 용융 금속 덩어리에 의해 상기 제1 금속판 및 상기 제3 금속판과 일체적으로 접합되어 있어도 된다.

(11) 상기 (10)에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 제1 금속판이, 재축 방향으로 햇형의 단면 형상을 갖는 제1 금속 성형판에 설치된 플랜지이고, 상기 제3 금속판이, 재축 방향으로 햇형의 단면 형상을 갖는 제2 금속 성형판에 설치된 플랜지여도 된다.

(12) 상기 (11)에 기재된 접합 구조에 있어서, 상기 제1 금속 성형판이 자동차 차체의 사이드 실 아우터 패널이고, 상기 제2 금속 성형판이 상기 자동차 차체의 사이드 실 이너 패널이고, 상기 한 쌍의 제2 금속판이 각각 상기 자동차 차체의 레인포스 또는 센터 필러 이너 패널이어도 된다.

본 발명의 상기 형태에 따르면, 구조체에 대한 저비용화, 경량화 및 고강성화라고 하는 3가지 요청을 밸런스 좋게 실현하는 것이 가능한 접합 구조를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 접합 구조(1)(사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 구조)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는, 도 1에 도시하는 접합 구조(1)를 A 필러 하부(3)측에서 본 도면이다.
도 3은, 도 2에 도시하는 접합 구조(1)의 A-A 화살표 방향에서 본 단면도(용접 개소의 판 두께 방향 단면도)이다.
도 4는, 도 2에 도시하는 접합 구조(1)에 있어서 용접 너깃(17)이 형성된 지점을 확대한 도면이다.
도 5는, 접합 구조(1)의 해석 모델을 도시하는 설명도이다.
도 6은, 해석 모델에 있어서의 사이드 실의 길이 방향 단부를 발췌하여 도시하는 측면도이다.
도 7a는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 1)의 설명도이다.
도 7b는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 1)의 설명도이다.
도 7c는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 1)의 설명도이다.
도 7d는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 1)의 설명도이다.
도 8a는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 2)의 설명도이다.
도 8b는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 2)의 설명도이다.
도 8c는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 2)의 설명도이다.
도 8d는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 2)의 설명도이다.
도 9a는, 본 발명예의 해석 모델(개발 형상)의 설명도이다.
도 9b는, 본 발명예의 해석 모델(개발 형상)의 설명도이다.
도 9c는, 본 발명예의 해석 모델(개발 형상)의 설명도이다.
도 9d는, 본 발명예의 해석 모델(개발 형상)의 설명도이다.
도 10은, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델에 대하여, 8점 용접 및 12점 용접의 경우의 비틀림 강성을 나타내는 그래프이다.
도 11은, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델에 대하여, 8점 용접 및 12점 용접의 경우의 비틀림 강성/용접부수를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델에 대하여, 8점 용접 및 12점 용접의 경우의 비틀림 강성/(내향 플랜지의 평면의 중량)을 나타내는 그래프이다.
도 13은, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델을 1도 회전시켰을 때의 변형 분포를 도시하는 설명도이다.
도 14는, 도 9c에 도시하는 개발 형상에 대하여, 서로 인접하는 내향 플랜지 간의 갭(단부면 간 거리)과 비틀림 강성의 관계를 해석한 결과를 도시한다.
도 15는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 접합 구조(111)(사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 접합 구조)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 16은, 도 15의 B 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 17은, 도 16에 도시하는 용접 지점의 C-C 화살표 방향에서 본 단면도(용접 지점의 판 두께 방향 단면도)이다.
도 18은, 사이드 실의 단면 형상을 도시하는 설명도이다.
도 19는, 종래예의 사이드 실, 본 발명예의 사이드 실에 있어서의 제1 레인포스 및 제2 레인포스 각각의 배치와, 용접 너깃의 위치를 도시하는 설명도이다.
도 20은, 실시예에 있어서의 해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은, 실시예에 있어서의 해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22는, 자동차 차체의 바디 쉘의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 23은, 사이드 실의 일례를 도시하는 사시도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 저비용화, 경량화 및 고강성화가 요청되는 구조체로서 자동차 차체를 예시하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 자동차 차체는, 구조 부재로서 사이드 실 및 A 필러 하부를 구비하고 있다. 이하의 제1 실시 형태에서는, 사이드 실과 A 필러 하부의 접합 구조에 대하여 본 발명의 접합 구조가 적용된 형태에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 접합 구조(1)(사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 구조)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2는, 도 1에 도시하는 접합 구조(1)를 A 필러 하부(3)측에서 본 도면이다.

또한, 제1 실시 형태에서는, 사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 구조(1)에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이 형태에만 한정되는 것은 아니다. 도 1 및 도 2에서는, 사이드 실(2) 및 A 필러 하부(3)의 각각의 형상을 간략화하여 도시한다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 도면을 판독하기 쉽게 하기 위해, A 필러 하부(3)를 이점쇄선을 사용하여 투시 상태로 도시한다.

[사이드 실(2)]

사이드 실(2)은, 재축 방향(도 1에 도시하는 화살표 방향)으로 일정한 단면 형상(본 실시 형태에서는 사각 형상)을 갖는 금속 성형판이다. 보다 구체적으로는, 사이드 실(2)은, 인장 강도가 통상 590MPa급(바람직하게는 780MPa급, 더욱 바람직하게는 980MPa급)의 고장력 강판제의 길면서도 중공인 통형의 프레스 성형체이다. 프레스 성형은, 냉간 프레스여도 되고, 열간 프레스여도 된다.

사이드 실(2)은, 적어도 제1 면(4)과 제1 능선(5)과 제2 면(6)을 구비한다.

제1 면(4)은, 재축 방향으로 연장된다. 제1 능선(5)은, 제1 면(4)에 이어짐과 함께 재축 방향으로 연장된다. 또한, 제2 면(6)은, 제1 능선(5)에 이어짐과 함께 재축 방향으로 연장된다.

사이드 실(2)은, 대략 사각형의 횡단면 형상을 갖는다. 그 때문에, 사이드 실(2)은, 제2 면(6)에 이어지는 제2 능선(7)과, 제2 능선(7)에 이어지는 제3 면(8)과, 제3 면(8)에 이어지는 제3 능선(9)과, 제3 능선(9)에 이어지는 제4 면(10)과, 제4 면(10) 및 제1 면(4)에 이어지는 제4 능선(11)을 더 구비한다.

사이드 실(2)은, 대략 사각형의 횡단면 형상이 아니라, 예를 들어 앵글형의 횡단면 형상을 가져도 된다. 이 경우, 사이드 실(2)은, 제1 면(4), 제1 능선(5) 및 제2 면(6)만을 갖는다. 또한, 사이드 실(2)은, 채널형의 단면 형상을 가져도 된다. 이 경우, 사이드 실(2)은, 제1 면(4), 제2 면(6), 제3 면(8), 제1 능선(5) 및 제2 능선(7)만을 갖는다.

사이드 실(2)의 재축 방향 단부(12)에는, 제1 내향 플랜지(13), 제2 내향 플랜지(14), 제3 내향 플랜지(15) 및 제4 내향 플랜지(16)가 동일 평면 상에 존재하도록 설치되어 있다.

제1 내향 플랜지(13)는 제1 면(4)에 이어져 형성된다.

제2 내향 플랜지(14)는, 제2 면(6)에 이어짐과 함께 제1 내향 플랜지(13)와의 사이에 간극을 갖고 제1 내향 플랜지(13)와는 겹치지 않고 형성된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 내향 플랜지(13)의 제1 단부면(13a)과 제2 내향 플랜지(14)의 제2 단부면(14b)이 동일 평면 상에서 대향하고 있다. 제1 내향 플랜지(13)와 제2 내향 플랜지(14)의 페어는, 본 발명에 있어서의 한 쌍의 제2 금속판에 대응한다.

제3 내향 플랜지(15)는, 제3 면(8)에 이어짐과 함께 제2 내향 플랜지(14)와의 사이에 간극을 갖고 제2 내향 플랜지(14)와는 겹치지 않고 형성된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제2 내향 플랜지(14)의 제1 단부면(14a)과 제3 내향 플랜지(15)의 제2 단부면(15b)이 동일 평면 상에서 대향하고 있다. 제2 내향 플랜지(14)와 제3 내향 플랜지(15)의 페어도, 본 발명에 있어서의 한 쌍의 제2 금속판에 대응한다.

제4 내향 플랜지(16)는, 제4 면(10)에 이어짐과 함께 제3 내향 플랜지(15)와의 사이에 간극을 갖고 제3 내향 플랜지(15)와는 겹치지 않고 형성된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제3 내향 플랜지(15)의 제1 단부면(15a)과 제4 내향 플랜지(16)의 제2 단부면(16b)이 동일 평면 상에서 대향하고 있다. 제3 내향 플랜지(15)와 제4 내향 플랜지(16)의 페어도, 본 발명에 있어서의 한 쌍의 제2 금속판에 대응한다.

또한, 제4 내향 플랜지(16)는, 제1 내향 플랜지(13)와의 사이에 간극을 갖고 제1 내향 플랜지(13)와는 겹치지 않고 형성된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제4 내향 플랜지(16)의 제1 단부면(16a)과 제1 내향 플랜지(13)의 제2 단부면(13b)이 동일 평면 상에서 대향하고 있다. 제4 내향 플랜지(16)와 제1 내향 플랜지(13)의 페어도, 본 발명에 있어서의 한 쌍의 제2 금속판에 대응한다.

[A 필러 하부(3)]

A 필러 하부(3)는, 사이드 실(2)과 마찬가지로, 고장력 강판의 프레스 성형품이다. A 필러 하부(3)의 평탄한 부위(이하, 평탄부라고 칭함)(31)에 대하여 사이드 실(2)이 접합된다. A 필러 하부(3)의 일부인 평탄부(31)는, 본 발명에 있어서의 제1 금속판에 대응한다. A 필러 하부(3)의 평탄부(31)에 대하여, 사이드 실(2)이, 제1 내향 플랜지(13), 제2 내향 플랜지(14), 제3 내향 플랜지(15) 및 제4 내향 플랜지(16)를 통하여, 예를 들어 저항 스폿 용접에 의해 접합된다.

[사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합]

도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 내향 플랜지(13)의 제1 단부면(13a)과 제2 내향 플랜지(14)의 제2 단부면(14b)이 대향하는 상태에서, 제1 내향 플랜지(13) 및 제2 내향 플랜지(14)의 각각이, A 필러 하부(3)의 평탄부(31)에 중첩되어 저항 스폿 용접에 의해 접합되어 있다.

도 3은, 도 2에 도시하는 접합 구조(1)의 A-A 화살표 방향에서 본 단면도(용접 지점의 판 두께 방향 단면도)이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 내향 플랜지(13)의 제1 단부면(13a) 및 제2 내향 플랜지(14)의 제2 단부면(14b)(서로 대향하는 단부면)은, 저항 스폿 용접에 의해 접합면(판 두께 방향 중심부)으로부터 타원형으로 넓어지도록 형성된 단일의 용융 금속 덩어리(이하, 용접 너깃이라고 칭함)(17)에 의해 A 필러 하부(3)의 평탄부(31)와 일체적으로 접합되어 있다.

또한, 용융 금속 덩어리란, 용접 프로세스에 의해 발생한 고열에 의해 녹은 금속이 냉각되어 응고된 것이며, 금속 부재끼리의 견고한 접합을 담당하는 부위이다. 일반적으로는, 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용융 금속 덩어리는 용접 너깃(혹은 간단히 너깃)이라고 호칭되고 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제2 내향 플랜지(14)의 제1 단부면(14a)과 제3 내향 플랜지(15)의 제2 단부면(15b)이 대향하는 상태에서, 제2 내향 플랜지(14) 및 제3 내향 플랜지(15)의 각각이, A 필러 하부(3)의 평탄부(31)에 중첩되어 저항 스폿 용접에 의해 접합되어 있다.

제2 내향 플랜지(14)의 제1 단부면(14a) 및 제3 내향 플랜지(15)의 제2 단부면(15b)(서로 대향하는 단부면)은, 저항 스폿 용접에 의해 접합면으로부터 타원형으로 넓어지도록 형성된 단일의 용접 너깃(18)에 의해 A 필러 하부(3)의 평탄부(31)와 일체적으로 접합되어 있다. 또한, 용접 너깃(18)의 단면 형상은, 도 3에 도시하는 용접 너깃(17)의 단면 형상과 마찬가지이므로, 용접 너깃(18)의 단면 형상의 도시를 생략한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제3 내향 플랜지(15)의 제1 단부면(15a)과 제4 내향 플랜지(16)의 제2 단부면(16b)이 대향하는 상태에서, 제3 내향 플랜지(15) 및 제4 내향 플랜지(16)의 각각이, A 필러 하부(3)의 평탄부(31)에 중첩되어 저항 스폿 용접에 의해 접합되어 있다.

제3 내향 플랜지(15)의 제1 단부면(15a) 및 제4 내향 플랜지(16)의 제2 단부면(16b)(서로 대향하는 단부면)은, 저항 스폿 용접에 의해 접합면으로부터 타원형으로 넓어지도록 형성된 단일의 용접 너깃(19)에 의해 A 필러 하부(3)의 평탄부(31)와 일체적으로 접합되어 있다. 또한, 용접 너깃(19)의 단면 형상은, 도 3에 도시하는 용접 너깃(17)의 단면 형상과 마찬가지이므로, 용접 너깃(19)의 단면 형상의 도시를 생략한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제4 내향 플랜지(16)의 제1 단부면(16a)과 제1 내향 플랜지(13)의 제2 단부면(13b)이 대향하는 상태에서, 제4 내향 플랜지(16) 및 제1 내향 플랜지(13)의 각각이, A 필러 하부(3)의 평탄부(31)에 중첩되어 저항 스폿 용접에 의해 접합되어 있다.

제4 내향 플랜지(16)의 제1 단부면(16a) 및 제1 내향 플랜지(13)의 제2 단부면(13b)(서로 대향하는 단부면)은, 저항 스폿 용접에 의해 접합면으로부터 타원형으로 넓어지도록 형성된 단일의 용접 너깃(20)에 의해 A 필러 하부(3)의 평탄부(31)와 일체적으로 접합되어 있다. 또한, 용접 너깃(20)의 단면 형상은, 도 3에 도시하는 용접 너깃(17)의 단면 형상과 마찬가지이므로, 용접 너깃(20)의 단면 형상의 도시를 생략한다.

사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 강도는, 각 용접 너깃(17, 18, 19 및 20)의 크기(너깃 직경)에 의존한다. 따라서, 요구되는 접합 강도에 따른 용접 조건(전극의 가압력, 전류값, 통전 시간 등)에서 저항 스폿 용접을 행함으로써, 각 용접 너깃(17, 18, 19 및 20)의 너깃 직경을 적절하게 제어할 필요가 있다.

예를 들어, 너깃 직경이 2.5√t 이상으로 되도록 용접 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, t는 각 내향 플랜지(13 내지 16)의 판 두께(즉, 사이드 실(2)의 판 두께)이며, 그 단위는 mm이다. 너깃 직경이 3.0√t 이상으로 되도록 용접 조건을 설정하는 것이 보다 바람직하고, 너깃 직경이 4.0√t 이상으로 되도록 용접 조건을 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

제1 내향 플랜지(13), 제2 내향 플랜지(14), 제3 내향 플랜지(15) 및 제4 내향 플랜지(16)는, 모두, 용접성, 특히 저항 스폿 용접성이나 레이저 용접성을 확보하기 위해, 대략 동일 평면 상에 존재하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 내향 플랜지(13 내지 16)가, 서로 겹치지 않고, A 필러 하부(3)의 평탄부(31)에 대하여 밀착(면 접촉)되어 있는 것이 바람직하다.

도 4는, 도 2에 도시하는 접합 구조(1)에 있어서의 용접 너깃(17)이 형성된 지점을 확대한 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 내향 플랜지(13)의 제1 단부면(13a)과 제2 내향 플랜지(14)의 제2 단부면(14b)의 사이의 거리(서로 대향하는 단부면 간의 거리: 이하, 단부면 간 거리라고 칭함)(G)가, 0mm 이상 1mm 미만인 것이 바람직하다. 경량화와, A 필러 하부(3)와의 용접성, 특히 저항 스폿 용접성이나 레이저 용접성을 모두 확보하기 위해서이다.

상세는 후술하겠지만, 단부면 간 거리(G)가 1mm 이상인 경우, 용접 너깃(17)을 안정적으로 형성할 수 없으므로, 접합 구조(1)의 비틀림 강성이 저하된다. 비틀림 강성 향상의 관점에서, 단부면 간 거리(G)는, 0mm 이상 0.3mm 미만인 것이 보다 바람직하고, 0mm 이상 0.1mm 미만인 것이 더욱 바람직하다. 특히, 사이드 실(2)이 변형되었을 때, 제1 내향 플랜지(13)의 제1 단부면(13a)과 제2 내향 플랜지(14)의 제2 단부면(14b)이 서로 접촉하도록, 단부면 간 거리(G)를 0.1mm 미만으로 할 것이 권장된다.

또한, 내향 플랜지(13 및 14)의 판 두께 t(단위는 mm)가 큰 경우, 저항 스폿 용접 시에 쇳물이 비산되기 때문에, 단부면 간 거리(G)를 판 두께 t로 규격화해도 된다. 단부면 간 거리(G)를 판 두께 t로 규격화한 경우의 조건식은 이하와 같다.

바람직한 조건식: 0mm²≤G×t<1mm²… (a)

보다 바람직한 조건식: 0mm²≤G×t<0.3mm²… (b)

더 바람직한 조건식: 0mm²≤G×t<0.1mm²… (c)

또한, 단부면 간 거리(G)의 바람직한 범위를 판 두께 t의 백분율로 정의하는 경우, 단부면 간 거리(G)는 0mm 이상 판 두께 t의 40％ 미만인 것이 바람직하다. 단부면 간 거리(G)가 판 두께 t의 40％ 이상인 경우, 용접 너깃(17)을 안정적으로 형성할 수 없으므로, 접합 구조(1)의 비틀림 강성이 저하된다. 비틀림 강성 향상의 관점에서, 단부면 간 거리(G)는 0mm 이상 판 두께 t의 10％ 미만인 것이 보다 바람직하다.

단부면 간 거리(G)를 규정하는 이유는, 단부면 간 거리(G)가 지나치게 길면, 저항 스폿 용접 시에 단부면 사이로부터 용융된 용접 금속이 누출되어 버려, 원하는 용접 강도를 얻을 수 없기 때문이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 내향 플랜지(13)의 제1 단부면(13a) 및 제2 내향 플랜지(14)의 제2 단부면(14b)의 연장 길이(서로 대향하는 단부면의 연장 길이: 이하, 단부면 길이라고 칭함)(D)는, 3mm 이상 50mm 미만인 것이 바람직하다. 단부면 길이(D)가 3mm 미만인 경우, 저항 스폿 용접을 행하는 것이 곤란하게 된다. 가령, 저항 스폿 용접 대신에 레이저 용접 등으로 용접하는 것이 가능하였다고 해도, 단부면 길이(D)가 3mm 미만인 경우에는 부재로서의 강성을 확보할 수 없다. 단부면 길이(D)가 50mm 이상인 경우, 사이드 실(2)의 중량이 증가하고, 그 결과, 자동차 차체의 중량 증가를 초래한다. 고강성화와 경량화의 밸런스를 고려하면, 단부면 길이(D)는, 3mm 이상 20mm 미만인 것이 보다 바람직하다.

상기 단부면 간 거리(G)의 조건 및 단부면 길이(D)의 조건은, 제1 내향 플랜지(13)와 제2 내향 플랜지(14)의 페어뿐만 아니라, 제2 내향 플랜지(14)와 제3 내향 플랜지(15)의 페어, 제3 내향 플랜지(15)와 제4 내향 플랜지(16)의 페어, 및 제4 내향 플랜지(16)와 제1 내향 플랜지(13)의 페어에 대해서도 적용되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에서는, 사이드 실(2)의 내향 플랜지(13 내지 16)와 A 필러 하부(3)의 평탄부(31)가, 4개의 용접 너깃(17 내지 20)에 의해 접합되어 있는 형태를 예시하였지만, 내향 플랜지(13 내지 16)와 평탄부(31)가, 용접 너깃(17 내지 20)이 존재하는 지점 이외의 지점에서도 용접되어 있어도 된다. 이에 의해, 사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 강도를 더 높이는 것이 가능하게 된다. 단, 용접 지점의 증가에 수반하여 용접 비용이 상승하기 때문에, 용접 지점의 총수는, 요구되는 접합 강도와 제조 비용을 감안하여, 적절히 결정하면 된다.

또한, 사이드 실(2)은, 소재인 블랭크를 공지된 방법으로 프레스 성형함으로써 제조되지만, 블랭크의 길이 방향의 에지부에 내향 플랜지(13 내지 16)를 형성한 후에, 블랭크의 프레스 가공을 행함으로써 사이드 실(2)을 제조해도 된다. 또는 블랭크의 프레스 가공에 의해 사이드 실(2)의 본체 부분을 형성한 후에, 내향 플랜지(13 내지 16)를 형성해도 된다.

상기의 설명에서는, 저항 스폿 용접에 의해 형성되는 용융 금속 덩어리(용접 너깃)를 구조 부재의 접합에 사용하는 경우를 예시하였지만, 예를 들어 저항 스폿 용접 이외에, 아크 용접, 레이저 용접 및 레이저 아크 용접 등의 불연속 용접에 의해 형성되는 용융 금속 덩어리를 구조 부재의 접합에 사용해도 된다. 이들 불연속 용접에 의해 형성되는 용융 금속 덩어리의 형상으로서, C 형상, O 형상, 타원 형상, 직선 형상, 곡선 형상, 물결 형상 및 소용돌이 형상 등이 예시된다.

상기와 같은 제1 실시 형태에 관한 접합 구조(1)에 따르면, 저항 스폿 용접수(용접 너깃수)를 증가시키지 않고, 플랜지의 확대량을 최소한으로 억제하면서, 자동차 차체(특히, 사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 부분)의 고강성화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 즉, 접합 구조(1)에 따르면, 자동차 차체에 대한 저비용화, 경량화 및 고강성화라고 하는 3가지 요청을 밸런스 좋게 실현하는 것이 가능하게 된다.

이하, 접합 구조(1)에 의해 상기 효과가 얻어지는 근거에 대하여, 하기 실시예를 참조하면서 설명한다.

[실시예]

도 1에 도시하는 접합 구조(1)의 해석 모델을 제작하고, 수치 해석을 행하여, 접합 구조(1)의 성능을 평가하였다. 도 5는, 해석 모델(21)을 도시하는 설명도이고, 도 6은 해석 모델(21)에 있어서의 사이드 실(22)의 길이 방향 단부를 발췌하여 도시하는 측면도이다.

해석 모델(21)은, 접합 구조(1)와 마찬가지로, 사이드 실(22)(전체 길이 500mm, 제1 능선의 곡률 반경 5mm)의 길이 방향의 양단(21a, 21b) 각각에 4매의 내향 플랜지를 구비한다. 양단(21a, 21b) 각각에 형성된 4매의 내향 플랜지는, 저항 스폿 용접의 접합 강도에 상당하는 접합 강도로, A 필러 하부의 평탄부인, 강체의 단부판(23, 24)에 접합된다. 또한, 사이드 실(22), A 필러 하부의 평탄부(23, 24) 모두, 판 두께 1.4mm, 인장 강도 590MPa의 고장력 강판으로 이루어지는 것으로 하였다.

그리고, 이 해석 모델(21)의 해석에 있어서, 단부판(23)을 완전 구속한 상태에서, 사이드 실(22)의 중심축 주위에 단부판(24)을 1도(1deg.) 회전시킴으로써, 비틀림 강성을 평가하였다.

도 7a 내지 도 7d는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 1)의 설명도이다. 도 7a는, 종래예의 해석 모델에 있어서의 사이드 실(22)을 도시하는 사시도이다. 도 7b는, 도 7a에 있어서의 A 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 7c 및 도 7d는, 종래예의 해석 모델의 저항 스폿 용접 위치를 도시하는 설명도이다. 도 7c는 8점 용접의 경우를 도시하고, 도 7d는 12점 용접의 경우를 도시한다. 또한, 정사각형을 이루는 저항 스폿 용접의 한 변의 길이는 4.7mm이다. 이것은 후술하는 종래 형상 2 및 개발 형상에서도 동일하다.

도 7a에 도시하는 바와 같이, 해석 모델(종래 형상 1)에서는 4매의 내향 플랜지는, 서로 겹치지 않고 이격되어 있다. 4매의 내향 플랜지의 각각의 폭(wh)은 모두 14mm이다. 서로 인접하는 내향 플랜지 간의 갭(단부면 간 거리)은, 4매의 내향 플랜지가 존재하는 평면 내에 있어서의 최단 거리로 7mm이다. 도 7c 및 도 7d에 있어서의 사각 표시는 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃을 모식적으로 도시한다.

도 8a 내지 도 8d는, 종래예의 해석 모델(종래 형상 2)의 설명도이다. 도 8a는, 종래예의 해석 모델에 있어서의 사이드 실(25)을 도시하는 사시도이다. 도 8b는, 도 8a에 있어서의 A 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 8c 및 도 8d는, 종래예의 해석 모델의 저항 스폿 용접 위치를 도시하는 설명도이다. 도 8c는 8점 용접의 경우를 도시하고, 도 8d는 12점 용접의 경우를 도시한다. 도 8c 및 도 8d에 있어서의 사각 표시는 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃을 모식적으로 도시한다.

도 8a에 도시하는 바와 같이, 해석 모델(종래 형상 2)에서는, 서로 인접하는 2매의 내향 플랜지의 한쪽에 단차가 형성되어 있고, 그 단차의 부위에서 2매의 내향 플랜지가 중첩된 상태로 접합(용접)되어 있다. 4매의 내향 플랜지의 각각의 폭은 모두 14mm이다.

도 9a 내지 도 9d는, 본 발명예의 해석 모델(개발 형상)의 설명도이다. 도 9a는, 종래예의 해석 모델에 있어서의 사이드 실을 도시하는 사시도이다. 도 9b는, 도 9a에 있어서의 A 화살표 방향에서 본 도면이다. 도 9c 및 도 9d는, 종래예의 해석 모델의 저항 스폿 용접 위치를 도시하는 설명도이다. 도 9c는 8점 용접의 경우를 도시하고, 도 9d는 12점 용접의 경우를 도시한다. 도 9c 및 도 9d에 있어서의 사각 표시는 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃을 모식적으로 도시한다.

도 9a에 도시하는 바와 같이, 해석 모델(개발 형상)에서는, 서로 인접하는 2매의 내향 플랜지의 한쪽의 단부면과 다른 쪽의 단부면이 동일 평면 상에서 대향하고, 또한 밀착되어 있다. 즉, 단부면 간 거리는 0mm이다. 한쪽 단부면과 다른 쪽 단부면은, 단일의 용접 너깃에 의해 도시하지 않은 단부판(A 필러 하부의 평탄부에 상당)에 일체적으로 접합되어 있다.

도 10은, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델에 대하여, 8점 용접 및 12점 용접의 경우의 비틀림 강성을 나타내는 그래프이다. 도 11은, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델에 대하여, 8점 용접 및 12점 용접의 경우의 비틀림 강성/용접부수(용접 너깃수)를 나타내는 그래프이다. 도 12는, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델에 대하여, 8점 용접 및 12점 용접의 경우의 비틀림 강성/(내향 플랜지의 평면의 중량)을 나타내는 그래프이다.

도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 용접부수가 동일 수인 것끼리 비교하면, 개발 형상에 있어서의 비틀림 강성 및 1용접부수당 비틀림 강성이 가장 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 개발 형상의 8점 용접은, 종래 형상 1의 12점 용접보다 강성이 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 종래 형상 2와 비교하여 개발 형상은 내향 플랜지의 겹침이 없기 때문에 경량이라는 것을 알 수 있다.

도 13은, 종래 형상 1, 2 및 개발 형상의 해석 모델을 1도 회전시켰을 때의 변형 분포를 도시하는 설명도이다. 도 13에 있어서의 숫자는, 선으로 지시하는 부위에서 해석된 판 두께 중심에서의 전단 응력의 값을 나타낸다.

도 13을 참조하면서, 종래 형상 1, 2에 대한 개발 형상의 우위성을 설명한다.

[종래 형상 1에 대한 개발 형상의 우위성]

개발 형상에서는, 종래 형상 1과 단순하게 동일 용접 점수(동일한 용접 너깃수)라도, 종래 형상 1에서는 도 7b에 도시하는 바와 같이 8점 용접의 1매의 플랜지에 있어서의 구속 점수는 2점인 것에 비해, 개발 형상에서는 도 7b에 도시하는 바와 같이 8점 용접의 1매의 플랜지에 있어서의 구속 점수는 3점으로 되어, 플랜지를 구속하는 포인트가 증가하기 때문에, 종래 형상 1보다 고강성으로 된다.

[종래 형상 2와 비교한 개발 형상의 우위성]

종래 형상 2의 내향 플랜지의 단부에는 인접하는 내향 플랜지와 중첩하기 위해 판 두께분의 단차부를 설치할 필요가 있으며, 이 단차부가 응력 집중 부위로 되는 것에 비해, 개발 형상에서는 인접하는 내향 플랜지의 어느 것도 완전히 평탄하게 할 수 있다. 이 때문에, 종래 형상 2에 있어서의 내향 플랜지의 코너 부분은 용접부의 점에서 구속되는 것에 비해, 개발 형상은 점에서의 구속에 추가하여 내향 플랜지의 에지끼리(단부면끼리) 접촉하고 있기 때문에 선으로 구속할 수 있다. 이 때문에, 이들 2가지 영향에 의해, 개발 형상에서는, 도 13의 그래프에 도시하는 바와 같이, 종래 형상 2보다 내향 플랜지의 전단 응력이 집중하지 않고 균일하게 되고, 이에 의해, 전단 응력이 균일해짐으로써 강성이 향상된다.

도 14는, 도 9c에 도시하는 개발 형상에 대하여, 서로 인접하는 내향 플랜지 간의 갭(단부면 간 거리)과 비틀림 강성의 관계를 해석한 결과를 도시한다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 단부면 간 거리가 1mm 이상으로 되면, 비틀림 강성이 크게 저하되므로, 단부면 간 거리는 0mm 이상 1mm 미만이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14로부터, 단부면 간 거리는 0mm 이상 0.3mm 미만인 것이 보다 바람직하고, 0mm 이상 0.1mm 미만인 것이 가장 바람직하다는 것도 알 수 있다. 특히, 단부면 간 거리를 0mm로 하는, 즉 서로 대향하는 단부면끼리를 밀착시킴으로써, 비틀림 강성을 대폭 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 해석 결과에 의해, 본 발명예(접합 구조(1))에 따르면, 자동차 차체에 대한 저비용화, 경량화 및 고강성화라고 하는 3가지 요청을 밸런스 좋게 실현 가능하다는 것이 입증되었다.

또한, 본 발명예(접합 구조(1))에 따르면, 종래 형상 2와 같이 플랜지끼리를 중첩할 필요가 없으므로, 종래 형상 2와 비교하여, 사이드 실과 A 필러 하부의 용접 작업 공정을 삭감할 수 있다.

[제2 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 23을 사용하여 설명한 바와 같이, 자동차 차체는, 구조 부재로서, 사이드 실 이너 패널, 사이드 실 아우터 패널, 제1 레인포스 및 제2 레인포스를 구비하고 있다. 제2 실시 형태에서는, 이들 구조 부재의 접합 구조에 대하여 본 발명의 접합 구조가 적용된 형태에 대하여 설명한다. 또한, 상기 제1 레인포스 및 제2 레인포스 중 적어도 한쪽이, 센터 필러 이너 패널이어도 된다.

도 15는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 접합 구조(111)(사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 접합 구조)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 16은, 도 15의 B 화살표 방향에서 본 도면이다. 또한, 도면을 판독하기 쉽게 하기 위해, 도 15 및 도 16에 있어서도, 사이드 실 이너 패널(106) 및 사이드 실 아우터 패널(107)을 이점쇄선에 의해 투명한 상태로 도시한다. 또한, 이후의 설명에서는, 접합 구조(111) 자체가 사이드 실인 경우를 예로 들지만, 본 발명은 사이드 실에 한정되지는 않으며, 루프 레일이나 A 필러 등에도 적용된다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 접합 구조(즉 사이드 실)(111)는, 사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)로 이루어지는 폐단면을 갖는다.

사이드 실 이너 패널(106)은, 재축 방향으로 일정한 단면 형상을 갖는 금속 성형판이며, 보다 구체적으로는 고장력 강판으로 이루어지는 프레스 성형판이다. 사이드 실 이너 패널(106)은, 그 폭 방향의 양단부에 각각 2개의 플랜지(106a 및 106b)를 갖는다.

사이드 실 이너 패널(106)은, 2개의 플랜지(106a 및 106b)를 요소로 하는 햇형의 횡단면 형상을 갖는다.

사이드 실 아우터 패널(107)은, 재축 방향으로 일정한 단면 형상을 갖는 금속 성형판이며, 보다 구체적으로는 고장력 강판으로 이루어지는 프레스 성형판이다. 사이드 실 아우터 패널(107)은, 그 폭 방향의 양단부에 각각 2개의 플랜지(107a 및 107b)를 갖는다.

사이드 실 아우터 패널(107)은, 2개의 플랜지(107a 및 107b)를 요소로 하는 햇형의 횡단면 형상을 갖는다.

제1 레인포스(108)는, 고장력 강판으로 이루어지는 평판이다. 제1 레인포스(108)는, 2개의 플랜지(106a 및 106b)와 2개의 플랜지(107a 및 107b)의 사이에 배치되고, 또한 사이드 실 이너 패널(106) 및 사이드 실 아우터 패널(107)에 3매 합쳐 중첩된 상태에서, 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃(112)에 의해 사이드 실 이너 패널(106) 및 사이드 실 아우터 패널(107)과 접합되어 있다. 또한, 도 15에서는, 용접 너깃(112)을 가시화한 상태로 도시하고 있다.

제2 레인포스(109)도, 제1 레인포스(108)와 마찬가지로, 고장력 강판으로 이루어지는 평판이다. 제2 레인포스(109)는, 2개의 플랜지(106a 및 106b)와 2개의 플랜지(107a 및 107b)의 사이에 배치되고, 또한 사이드 실 이너 패널(106) 및 사이드 실 아우터 패널(107)에 3매 합쳐 중첩된 상태에서, 저항 스폿 용접에 의해 형성된 용접 너깃(112)에 의해 사이드 실 이너 패널(106) 및 사이드 실 아우터 패널(107)과 접합되어 있다.

제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)는, 사이드 실 이너 패널(106) 및 사이드 실 아우터 패널(107)의 각각의 길이 방향에 있어서, 서로 맞대어지거나, 또는 소정 거리를 이격하여 배치된다.

도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 제1 레인포스(108)의 단부면(108a)과 제2 레인포스(109)의 단부면(109a)이 동일 평면 상에서 대향하는 상태에서, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)가, 사이드 실 이너 패널(106)과 사이드 실 아우터 패널(107)의 사이에 놓여져 있다.

도 17은, 도 16에 도시하는 용접 지점의 C-C 화살표 방향에서 본 단면도(용접 지점의 판 두께 방향 단면도)이다. 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 제1 레인포스(108)의 단부면(108a) 및 제2 레인포스(109)의 단부면(109a)(서로 대향하는 단부면)은, 저항 스폿 용접에 의해 접합면(판 두께 방향 중심부)으로부터 타원형으로 넓어지도록 형성된 단일의 용접 너깃(113a)에 의해 사이드 실 이너 패널(106)의 플랜지(106a) 및 사이드 실 아우터 패널(107)의 플랜지(107a)와 일체적으로 접합되어 있다.

이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 도 16에 도시하는 용접 지점(용접 너깃(113a))에 착안하면, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)가 본 발명에 있어서의 한 쌍의 제2 금속판에 대응하고, 사이드 실 이너 패널(106)의 플랜지(106a)가 본 발명에 있어서의 제1 금속판에 대응하고, 사이드 실 아우터 패널(107)의 플랜지(107a)가 본 발명에 있어서의 제3 금속판에 대응한다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 제1 레인포스(108)의 단부면(108a) 및 제2 레인포스(109)의 단부면(109a)(서로 대향하는 단부면)은, 저항 스폿 용접에 의해 접합면(판 두께 방향 중심부)으로부터 타원형으로 넓어지도록 형성된 단일의 용접 너깃(113b)에 의해 사이드 실 이너 패널(106)의 플랜지(106b) 및 사이드 실 아우터 패널(107)의 플랜지(107b)와 일체적으로 접합되어 있다.

또한, 용접 너깃(113b)의 판 두께 방향의 단면 형상은, 도 17에 도시하는 용접 너깃(113a)의 단면 형상과 마찬가지이므로, 용접 너깃(113b)의 단면 형상의 도시를 생략한다.

이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 용접 너깃(113b)에 착안하면, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)가 본 발명에 있어서의 한 쌍의 제2 금속판에 대응하고, 사이드 실 이너 패널(106)의 플랜지(106b)가 본 발명에 있어서의 제1 금속판에 대응하고, 사이드 실 아우터 패널(107)의 플랜지(107b)가 본 발명에 있어서의 제3 금속판에 대응한다.

사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 접합 강도는, 각 용접 너깃(112, 113a 및 113b)의 크기(너깃 직경)에 의존한다. 따라서, 요구되는 접합 강도에 따른 용접 조건(전극의 가압력, 전류값, 통전 시간 등)에서 저항 스폿 용접을 행함으로써, 각 용접 너깃(112, 113a 및 113b)의 너깃 직경을 적절하게 제어할 필요가 있다.

예를 들어, 너깃 직경이 2.5√t 이상으로 되도록 용접 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, t는 각 레인포스(108 및 109)의 판 두께이며, 그 단위는 mm이다. 너깃 직경이 3.0√t 이상으로 되도록 용접 조건을 설정하는 것이 보다 바람직하고, 너깃 직경이 4.0√t 이상으로 되도록 용접 조건을 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)는, 모두, 용접성, 특히 저항 스폿 용접성이나 레이저 용접성을 확보하기 위해, 대략 동일 평면 상에 존재하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)가, 서로 겹치지 않고, 사이드 실 이너 패널(106)의 플랜지(106a 및 106b)와, 사이드 실 아우터 패널(107)의 플랜지(107a 및 107b)에 대하여 밀착(면 접촉)되어 있는 것이 바람직하다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 레인포스(108)의 단부면(108a)과 제2 레인포스(109)의 단부면(109a)의 사이의 거리(단부면 간 거리)(G)가, 0mm 이상 1mm 미만인 것이 바람직하다(도 15 및 도 16 참조). 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 실시 형태에 있어서도, 비틀림 강성 향상의 관점에서, 단부면 간 거리(G)는, 0mm 이상 0.3mm 미만인 것이 보다 바람직하고, 0mm 이상 0.1mm 미만인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 판 두께 t(단위는 mm)가 큰 경우, 저항 스폿 용접 시에 쇳물이 비산되기 때문에, 단부면 간 거리(G)를 판 두께 t로 규격화해도 된다. 단부면 간 거리(G)를 판 두께 t로 규격화한 경우의 조건식은, 제1 실시 형태에서 설명한 조건식 (a) 내지 (c)와 동일하다.

또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 실시 형태에 있어서도, 단부면 간 거리(G)의 바람직한 범위를 판 두께 t의 백분율로 정의하는 경우, 단부면 간 거리(G)는 0mm 이상 판 두께 t의 40％ 미만인 것이 바람직하다. 단부면 간 거리(G)가 판 두께 t의 40％ 이상인 경우, 용접 너깃(113a 및 113b)을 안정적으로 형성할 수 없으므로, 접합 구조(111)의 비틀림 강성이 저하된다. 비틀림 강성 향상의 관점에서, 단부면 간 거리(G)는 0mm 이상 판 두께 t의 10％ 미만인 것이 보다 바람직하다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 레인포스(108)의 단부면(108a) 및 제2 레인포스(109)의 단부면(109a)의 연장 길이(단부면 길이)(D)는, 3mm 이상 50mm 미만인 것이 바람직하다(도 16 참조). 여기서, 도 16에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에 있어서의 단부면 길이(D)는, 서로 대향하는 단부면(108a 및 109a)의 전체 길이 중, 플랜지(106a 및 107a)와 겹쳐 있는 부분의 길이이다. 한편, 도 16에 도시하는 용접 지점의 반대측의 용접 지점, 즉 용접 너깃(113b)의 형성 지점에 있어서의 단부면 길이(D)는, 서로 대향하는 단부면(108a 및 109a)의 전체 길이 중, 플랜지(106b 및 107b)와 겹쳐 있는 부분의 길이이다.

단부면 길이(D)가 3mm 미만인 경우, 저항 스폿 용접을 행하는 것이 곤란하게 된다. 가령, 저항 스폿 용접 대신에 레이저 용접 등으로 용접할 수 있었다고 해도, 단부면 길이(D)가 3mm 미만인 경우에는 부재로서의 강성을 확보할 수 없다. 단부면 길이(D)가 50mm 이상인 경우, 부재 중량이 증가하고, 그 결과, 자동차 차체의 중량 증가를 초래한다. 고강성화와 경량화의 밸런스를 고려하면, 단부면 길이(D)는, 3mm 이상 20mm 미만인 것이 보다 바람직하다.

이 때문에, 접합 구조(111)에서는, 저항 스폿 용접과 같은 점형의 불연속 용접을 사용함으로써도, 중량 증가를 억제하면서 저비용으로, 축심 주위의 높은 비틀림 강성을 얻을 수 있다.

이상의 설명에서는, 접합 구조(111)가 사이드 실이기 때문에, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)를, 사이드 실 이너 패널(106)과 사이드 실 아우터 패널(107)의 사이에 끼워 넣는 경우를 예시하였다. 그러나, 본 발명은 이 경우에 한정되지 않고, 한 쌍의 레인포스(한 쌍의 제2 금속판)를, 상부 패널(제1 금속판)과 하부 패널(제3 금속판)의 사이에 끼워 넣는 형태에도 적용할 수 있다.

상기와 같은 제2 실시 형태에 관한 접합 구조(111)에 따르면, 저항 스폿 용접수(용접 너깃수)를 증가시키지 않고, 패널에 중첩되는 레인포스의 면적을 최소한으로 억제하면서, 자동차 차체의 고강성화(특히 사이드 실 자체의 비틀림 강성의 향상)를 도모하는 것이 가능하게 된다. 즉, 접합 구조(111)에 따르면, 자동차 차체에 대한 저비용화, 경량화 및 고강성화라고 하는 3가지 요청을 밸런스 좋게 실현하는 것이 가능하게 된다.

이하, 접합 구조(111)에 의해 상기 효과가 얻어지는 근거에 대하여, 하기 실시예를 참조하면서 설명한다.

[실시예]

도 15에 도시하는 접합 구조(사이드 실)(111)와, 도 23에 도시하는 바와 같은 구조를 갖는 종래예의 사이드 실(2-1 내지 2-3)에 대하여, 한쪽 단부를 완전 구속한 상태에서 다른 쪽 단부에 축심 주위의 비틀림을 부여함으로써, 중심각에서 0.1deg 비틀림을 부여하였을 때의 비틀림 강성을, 수치 해석에 의해 구하였다.

도 18은, 사이드 실(111), 사이드 실(2-1 내지 2-3)의 횡단면 형상을 도시하는 설명도이다. 또한, 도 18에서는, 사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109) 각각의 판 두께 중심 위치를 도시한다.

이 해석에서는, 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 각각의 길이(L1, L2)는 모두 239.975mm로 하고, 단부면 간 거리(G)는 0.05mm로 하였다. 또한, 사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 각각의 강도 및 판 두께는, 이하와 같이 하였다.

ㆍ사이드 실 이너 패널(106): 980MPa, 1.0mm

ㆍ사이드 실 아우터 패널(107): 980MPa, 1.0mm

ㆍ제1 레인포스(108): 980MPa, 1.0mm

ㆍ제2 레인포스(109): 980MPa, 1.0mm

도 19의 (a) 내지 (d)는, 각각, 종래예의 사이드 실(2-1 내지 2-3), 본 발명예의 사이드 실(111)에 있어서의 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 각각의 배치와, 용접 너깃(110, 112, 113a 및 113b)의 위치를 도시하는 설명도이다.

해석 결과를 도 20 및 도 21의 그래프에 도시한다. 도 20은, 사이드 실(2-1, 2-2 및 111)에 대하여, 중심각에서 0.1deg 비틀림을 부여하였을 때의 비틀림 강성을 나타내는 그래프이다. 도 21은, 사이드 실(2-3 및 111)에 대하여, 용접 너깃 1개당, 중심각에서 0.1deg 비틀림을 부여하였을 때의 비틀림 강성을 나타내는 그래프이다.

도 20 및 도 21의 그래프에 의해, 본 발명에 따르면, 종래보다, 저항 스폿 용접과 같은 점형의 불연속 용접으로 용접함으로써도, 중량 증가를 억제하면서 저비용으로, 축심 주위의 높은 비틀림 강성을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 형태로 변경할 수 있다.

상기 제1 실시 형태에서는, 사이드 실(2)과 A 필러 하부(3)의 접합 구조에 대하여 본 발명의 접합 구조를 적용하는 경우를 예시하였지만, 예를 들어 도 22에 도시하는 사이드 실(202)과 C 필러 하부(220)의 접합 구조, 또는 사이드 실(202)과 크로스 멤버(230)의 접합 구조에 대해서도 본 발명의 접합 구조(제1 실시 형태에서 설명한 접합 구조)를 적용할 수 있다.

상기 제2 실시 형태에서는, 사이드 실 이너 패널(106), 사이드 실 아우터 패널(107), 제1 레인포스(108) 및 제2 레인포스(109)의 접합 구조에 대하여 본 발명의 접합 구조를 적용하는 경우를 예시하였지만, 예를 들어 도 22에 도시하는 B 필러(204) 또는 루프 레일(205)에 있어서, 한 쌍의 레인포스를 2매의 패널 사이에 끼워 넣는 구조를 채용할 필요가 있는 경우에는, 그 구조에 대해서도 본 발명의 접합 구조(제2 실시 형태에서 설명한 접합 구조)를 적용할 수 있다.

상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 저비용화, 경량화 및 고강성화가 요청되는 구조체로서 자동차 차체를 일례로서 예시하였지만, 자동차 차체에 한하지 않고, 예를 들어 철도 차량의 차체 및 비행기의 기체 등의 다른 구조체에 대해서도 본 발명의 접합 구조를 적용할 수 있다.

1: 접합 구조
2: 사이드 실(금속 성형판)
3: A 필러 하부
13: 제1 내향 플랜지(제2 금속판)
14: 제2 내향 플랜지(제2 금속판)
15: 제3 내향 플랜지(제2 금속판)
16: 제4 내향 플랜지(제2 금속판)
31: A 필러 하부의 평탄부(제1 금속판)
17 내지 20: 용접 너깃(용융 금속 덩어리)
111: 접합 구조
106: 사이드 실 이너 패널(제1 금속 성형판)
107: 사이드 실 아우터 패널(제2 금속 성형판)
106a, 106b: 플랜지(제1 금속판)
107a, 107b: 플랜지(제3 금속판)
108: 제1 레인포스(제2 금속판)
109: 제2 레인포스(제2 금속판)
113a, 113b: 용접 너깃(용융 금속 덩어리)

Claims

제1 금속판과,
재축 방향으로 일정한 단면 형상을 갖는 금속 성형판의 재축 방향 단부에 설치된 한 쌍의 내향 플랜지를 구비하고,
한쪽의 상기 내향 플랜지의 단부면과 다른 쪽의 상기 내향 플랜지의 단부면이 대향하는 상태에서, 한 쌍의 상기 내향 플랜지의 각각이 상기 제1 금속판에 중첩되어 있고,
서로 대향하는 상기 단부면이, 단일의 용융 금속 덩어리에 의해 상기 제1 금속판과 일체적으로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 구조.
제1항에 있어서, 상기 금속 성형판의 상기 단면 형상이, 앵글 형상, 채널 형상 또는 사각 형상인 것을 특징으로 하는 접합 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 성형판이 자동차 차체의 사이드 실이고,
상기 제1 금속판이 상기 자동차 차체의 A 필러 하부의 일부인 것을 특징으로 하는 접합 구조.
제1 금속판과,
한 쌍의 제2 금속판과,
제3 금속판을 구비하고,
한쪽의 상기 제2 금속판의 단부면과 다른 쪽의 상기 제2 금속판의 단부면이 대향하는 상태에서, 상기 한 쌍의 제2 금속판의 각각이 상기 제1 금속판과 상기 제3 금속판의 사이에 놓여 있고,
서로 대향하는 상기 단부면이, 단일의 용융 금속 덩어리에 의해 상기 제1 금속판과 상기 제3 금속판과 일체적으로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접합 구조.
제4항에 있어서, 상기 제1 금속판이, 재축 방향으로 햇형의 단면 형상을 갖는 제1 금속 성형판에 설치된 플랜지이고,
상기 제3 금속판이, 재축 방향으로 햇형의 단면 형상을 갖는 제2 금속 성형판에 설치된 플랜지인 것을 특징으로 하는 접합 구조.
제5항에 있어서, 상기 제1 금속 성형판이 자동차 차체의 사이드 실 아우터 패널이고,
상기 제2 금속 성형판이 상기 자동차 차체의 사이드 실 이너 패널이고,
상기 한 쌍의 제2 금속판이 각각 상기 자동차 차체의 레인포스 또는 센터 필러 이너 패널인 것을 특징으로 하는 접합 구조.
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