JP2016019991A - 積層金属板のスポット溶接方法及び積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的とするところは、金網をコア層に用いた積層金属板を他の金属板とスポット溶接することができ、かつ、溶接部分の強度を向上することが可能な、新規かつ改良された積層金属板のスポット溶接方法等を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と他の金属板とを積層することで溶接対象積層体を作製する積層工程と、溶接対象積層体を電極で加圧しながら電極間に第１の溶接電流を流すことで、金網と金属板との接触面積を増大させる第１の通電工程と、溶接対象積層体を電極で加圧しながら電極間に第１の溶接電流よりも大きな第２の溶接電流を流すことで、積層金属板と他の金属板とをスポット溶接する第２の通電工程と、を含むことを特徴とする、積層金属板のスポット溶接方法が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、積層金属板のスポット溶接方法及び積層体に関する。

自動車部材、家電の筐体、建材等の様々な用途において、軽量で、剛性が高く、かつ、曲げ、深絞り、張り出し等の加工性に優れる鋼板が広く求められている。さらに、近年、地球温暖化対策として、ＣＯ_２の排出量が厳しく規制されており、特に、自動車部材の用途においては、ＣＯ_２の排出量を削減するために、軽量化のニーズが特に高いだけでなく、剛性、耐衝撃性、加工性、及び加工後の形状安定性も高い水準の性能が要求される。このような要求に対する解決策として、樹脂等の軽量材をコア層とし、コア層を鋼板で挟んだ積層鋼板が提案されている。このような積層鋼板は、軽量かつ高い剛性を有するため、自動車部材への展開が期待されている。例えば、コア層に樹脂を用いた積層鋼板が特許文献１〜３に開示されている。特許文献２〜３に開示された積層鋼板は、鋼板が樹脂層よりも厚くなっており、制振鋼板とも称される。制振鋼板は、外部からの振動、騒音を低減することができることから、電化製品、車両、床材等への適用が期待されている。

ところで、従来から薄板材料を自動車などの構造部材に適用する場合の代表的な接合技術としてスポット溶接が知られている。コア層に樹脂を用いた積層鋼板は、コア層が電気絶縁体であるため、このような積層鋼板同士を他の金属板と溶接する場合には、様々な問題が発生する。具体的には、積層鋼板と他の金属板との溶接部分（ナゲット）の強度が十分でないという問題、溶接部分の形状が歪むといった問題が生じやすい。

そこで、特許文献１に開示された技術では、以下のように積層鋼板同士を溶接する。すなわち、まず、積層鋼板の一部を重ね合わせる。これにより、一方の積層鋼板を構成する鋼板と他方の積層鋼板を構成する鋼板とが接触する。そして、積層鋼板が重なりあった部分を加圧するとともに、互いに接触した鋼板同士を通電する。これにより、互いに接触した鋼板同士がスポット溶接される。すなわち、積層鋼板同士がスポット溶接される。

特許文献２に開示された技術では、樹脂層に導電性を持たせるために、樹脂層に金属粒子を分散させている。そして、この技術では、積層鋼板と他の鋼板との溶接初期に大きな溶接電流を流し、その後、初期の溶接電流よりも小さい溶接電流を流す。これにより、積層鋼板と他の鋼板とがスポット溶接される。

特許文献３に開示された技術でも、樹脂層に導電性を持たせるために、樹脂層に金属粒子を分散させている。そして、この技術では、積層鋼板と他の鋼板との溶接初期に溶接電流を徐々に大きくし、その後、一定の大きさの溶接電流を流す。特許文献３では、溶接電流を徐々に大きくする期間をアップスロープ通電期間と称している。これにより、積層鋼板と他の鋼板とがスポット溶接される。

特開昭５８−９７４８６号公報 特開平３−８６３８０号公報 特開平７−７５８７９号公報

ところで、近年、樹脂をコア層に用いた積層鋼板よりも高い剛性や耐衝撃性を確保することが可能な積層鋼板として、コア層に金網を用いた積層鋼板が提案されているが、この積層鋼板にもスポット溶接性の問題があった。具体的には、この積層鋼板では、コア層は導電性を有するため、電流は流れるが、金網と鋼板との接触面積が非常に小さい。このため、鋼板同士をスポット溶接する場合と同様の条件で積層鋼板に電流を流すと、金網と鋼板との接触部分の電流密度が非常に大きくなる。さらに、金網と鋼板との接触部分は金網と鋼板との界面に不均一に分布する。このため、溶接時の温度分布が不均一となる。これらの理由により、溶接時に大量のチリ等が発生するのみならず、そもそも積層鋼板と他の金属板とが溶接されない（すなわち、ナゲットが形成されない）という問題があった。したがって、コア層に金網を用いた積層鋼板は、自動車部材への適用に限界があった。

そして、特許文献１〜３に開示された技術では、これらの問題を何ら解決することができなかった。すなわち、特許文献１に開示された技術をこの積層鋼板に適用した場合、積層鋼板同士の一部だけを重ね合わせた状態でしか積層鋼板同士をスポット溶接することができない。さらに、この技術では、積層鋼板の片面同士しかスポット溶接されないので、溶接部分の強度が依然として弱い。

また、特許文献２に開示された技術をこの積層鋼板に適用した場合、溶接初期に積層鋼板に大電流を流すので、上記の問題がさらに悪化する。特許文献３に開示された技術をこの積層鋼板に適用した場合、アップスロープ通電期間の前半では、溶接電流が小さすぎて金網と鋼板との接触面積がほとんど変化しない。そして、アップスロープ通電期間の後半には、金網と積層鋼板との接触部分の電流密度が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、金網をコア層に用いた積層金属板を他の金属板とスポット溶接することができ、かつ、溶接部分の強度を向上することが可能な、新規かつ改良された積層金属板のスポット溶接方法及び積層体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と他の金属板とを積層することで溶接対象積層体を作製する積層工程と、溶接対象積層体の表裏面上に電極を配置する電極配置工程と、溶接対象積層体を電極で加圧しながら電極間に第１の溶接電流を流すことで、金網と金属板との接触面積を増大させる第１の通電工程と、溶接対象積層体を電極で加圧しながら電極間に第１の溶接電流よりも大きな第２の溶接電流を流すことで、積層金属板と他の金属板とをスポット溶接する第２の通電工程と、を含むことを特徴とする、積層金属板のスポット溶接方法が提供される。

ここで、第１の溶接電流は第２の溶接電流の５０％以下であってもよい。

また、第２の溶接電流を電極間に流す第２の通電時間は、第１の溶接電流を電極間に流す第１の通電時間の６０％以下であってもよい。

また、第１及び第２の通電工程における加圧力は２００ｋｇｆ以上であってもよい。

また、電極の間を無通電状態とする冷却工程を第１の通電工程と第２の通電工程との間で行ってもよい。

また、溶接対象積層体は、積層金属板を積層したものであってもよい。

本発明の他の観点によれば、金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と他の金属板とを上記のスポット溶接方法によって溶接することで作製されたことを特徴とする、積層体が提供される。

本発明の他の観点によれば、金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と、他の金属板と、積層金属板の表裏面を構成する金属板と他の金属板とを連結するナゲットと、を備えることを特徴とする、積層体が提供される。

以上説明したように本発明によれば、第１通電工程を行うことで金網と金属板との接触面積を増加し、金網と金属板との接触部分の数を増大し、当該接触部分の分布をより均一にする。その後、第２の通電工程を行う。第２の通電工程時には、金網と金属板との接触部分の電流密度が減少し、かつ、積層金属板内の温度分布がより均一になる。したがって、第２の通電工程時に大電流を流しても上述したスポット溶接性の問題が生じにくい。言い換えれば、第２の通電工程時に大電流を電極間に流すことができる。この結果、積層金属板の金属部分が溶融し、ナゲットが形成される。すなわち、積層金属板と他の金属板とがスポット溶接される。また、本発明のスポット溶接によって形成されるナゲットは、積層金属板と他の金属板とを連結するのみならず、積層金属板を構成する金属板同士も連結する。したがって、ナゲットの強度が向上する。この結果、積層金属板からなる自動車の構造部材の組み立てや、部品同士の接合において、スポット溶接の適用が可能となる。即ち、本発明の積層金属板は、より幅広い自動車部材に適用が可能となる。

本発明の実施形態に係るスポット溶接方法の概要を示す側断面図である。 第１の通電工程後のＢＢ’断面を示す断面図である。 第１の通電工程によってコア層が変形した状態を示す断面写真である。 溶接部分（ナゲット）及びその周辺の構造を示す側断面図である。 溶接部分（ナゲット）及びその周辺の構造を示す断面写真である。 第１の溶接電流の通電を開始してからの各時刻と電極間に流れる電流との対応関係を示す。 第１の溶接電流の通電を開始してからの各時刻と電極１００に流れる電流との対応関係を示す。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．積層金属板の構成＞
本実施形態では、図１に示すように、金網１３をコア層１２に用いた積層金属板１０同士をスポット溶接する。以下の説明では、２枚の積層金属板１０のうち、一方を積層金属板１０ａ、他方を積層金属板１０ｂとも称する。まず、本実施形態のスポット溶接の対象となる積層金属板１０の構成について説明する。なお、積層金属板１０ａは積層金属板１０ｂ以外の金属板、例えば鋼板とスポット溶接されてもよいことはもちろんである。

積層金属板１０は、金属板１１と、コア層１２とを備える。金属板１１は、コア層１２の表裏両面上に設けられる。すなわち、金属板１１はコア層１２を覆う部材である。金属板１１を構成する金属の種類（材質）は特に制限されず、スポット溶接可能な金属であれば特に制限されない。金属板１１の好ましい例は鋼板である。また、鋼板の種類は特に制限されない。本実施形態で使用可能な鋼板としては、例えば、ブリキ、薄錫めっき鋼板、電解クロム酸処理鋼板（ティンフリースチール）、ニッケルめっき鋼板等の缶用鋼板や、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛−鉄合金めっき鋼板、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板、溶融アルミニウム−シリコン合金めっき鋼板、溶融鉛−錫合金めっき鋼板等の溶融めっき鋼板や、電気亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛−ニッケルめっき鋼板、電気亜鉛−鉄合金めっき鋼板、電気亜鉛−クロム合金めっき鋼板等の電気めっき鋼板等の表面処理鋼板、冷延鋼板、熱延鋼板、ステンレス鋼板等が挙げられる。

コア層１２は、金網１３と接着層１４とを含む。金網１３は、金属フレームが網状に分布したシート状の部材である。金網１３の種類は特に制限されない。たとえば、金網１３は、金属線材を網状に織り込むことで作製された金網であってもよい。この場合、金属線材が金属フレームとなる。また、金網１３は、金属板に多数のパンチング孔を形成することで作製された金網（いわゆるパンチングメタル）であってもよい。この場合、パンチング孔間の金属部分（バー）が金属フレームとなる。また、金網１３は、金属板に多数の切り欠きを形成した後、金属板を切り欠きの長さ方向と交差する方向に延伸する（すなわち、切り欠きを拡張する）ことで作製された金網（いわゆるエキスパンドメタル）であってもよい。この場合、拡張された切り欠き間の金属部分が金属フレームとなる。図１に示す金網１３は、金属線材を網状に織り込むことで作製されたものである。また、金網１３を構成する金属の種類（材質）も特に制限されず、スポット溶接可能な金属であれば特に制限されない。金網１３の材質の好ましい例は鋼材である。

接着層１４は、金網１３の表裏両面に設けられ、金網１３と金属板１１とを接着する。接着層１４はなくてもよい。接着層１４を構成する接着剤は特に制限されず、金網をコア層に用いた積層金属板に使用される接着剤であれば本実施形態でも問題なく使用可能である。ただし、接着剤の耐熱性・耐久性を確保するという観点から、エポキシ樹脂を基材とした構造用接着剤が好ましく、中でも硬化剤が予め混合された一液加熱硬化型接着剤が、ハンドリング性の面からさらに好ましい。また、積層金属板１０の溶接性を確保するという観点からは、導電性接着剤が好ましい。この導電性接着剤としては、例えば、上述したような接着剤に、アルミ粉、ニッケル粉や鉄粉等の金属粉を所定量添加したもの等が挙げられる。なお、接着層１４を形成する代わりに、ブレーズ接合等によって金網１３を金属板１１に接合してもよい。

金網１３は、凹凸の多い形状を有しているため、図１に示すように、金網１３と金属板１１との接触部分の面積、すなわち接触面積が非常に小さい。なお、領域Ｂ１は金網１３と金属板１１との接触部分を示す。このため、積層鋼板１０に電流を流すと、金網１３と金属板１１との接触部分の電流密度が非常に大きくなる。さらに、金網１３の凹凸形状にはばらつきがある。このため、金網１３と金属板１１との接触部分は金網１３と金属板１１との界面に不均一に分布する。このため、溶接時の温度分布が不均一となる。したがって、従来のスポット溶接方法では、積層金属板１０と他の金属板とをスポット溶接することができなかった。

そこで、本実施形態に係るスポット溶接方法では、まず、第１の通電工程において、電極１００間に低電流（第１の溶接電流）を流しながら積層金属板１０を加圧する。これにより、金網１３を構成する金属フレームが扁平状に変形する。すなわち、接触部分の面積が増大する。さらに、金網１３と金属板１１との接触部分の数が増大し、接触部分の分布がより均一になる。その後、第２の通電工程において、電極１００間に大電流（第２の溶接電流）を流す。第２の通電工程時には、金網１３と金属板１１との接触面積が増大しているので、金網１３と金属板１１との接触部分の電流密度が減少する。さらに、接触部分の分布がより均一になっているので、積層金属板１０ａ内の温度分布がより均一になる。したがって、第２の通電工程時に大電流を流しても上述したスポット溶接性の問題が生じにくい。言い換えれば、第２の通電工程時に大電流を電極１００間に流すことができる。この結果、積層金属板１０ａの金属部分が溶融し、ナゲットが形成される。すなわち、積層金属板１０ａと積層金属板１０ｂとがスポット溶接される。また、本実施形態のスポット溶接によって形成されるナゲット４０は、積層金属板１０ａと積層金属板１０ｂとを連結するのみならず、積層金属板１０ａを構成する金属板１１同士、及び積層金属板１０ｂを形成する金属板１１同士も連結する。したがって、ナゲット４０の強度が向上する。以下、本実施形態に係るスポット溶接方法を詳細に説明する。

＜２．スポット溶接方法＞
（２−１．積層工程）
次に、本実施形態に係るスポット溶接方法について説明する。本実施形態に係るスポット溶接方法は、積層工程、電極配置工程、第１の通電工程、及び第２の通電工程に大別される。

積層工程では、積層金属板１０ａ、１０ｂを積層することで、溶接対象積層体２０を作製する。積層金属板１０ａの金属板１１ａは溶接対象積層体２０の表面を構成し、積層金属板１０ｂの金属板１１ｂは溶接対象積層体２０の裏面を構成する。また、積層金属板１０ａの金属板１１ｂと積層金属板１０ｂの金属板１１ａとは互いに接触する。

（２−２．電極配置工程）
次に、溶接対象積層体２０の表裏面上に電極１００を配置する。例えば、図１に示すように、積層金属板１０ａを構成する金属板１１ａ上、積層金属板１０ｂを構成する金属板１１ｂ上にそれぞれ電極１００を配置する。電極１００は、同軸上に配置される。

（２−３．第１の通電工程）
次いで、第１の通電工程を行う。この工程では、溶接対象積層体２０を電極１００で加圧しながら電極１００間に第１の溶接電流を流す。

ここで、電極１００による加圧力、第１の溶接電流の大きさ、及び第１の溶接電流の通電時間（すなわち第１の通電時間）は、以下の条件（１ａ）、（２ａ）が満たされるように設定される。
（１ａ）溶接対象積層体２０の表裏面を構成する金属板が電極１００によって凹み、かつ、金網１３と金属板１１との接触面積が増大（すなわち金網１３が扁平状に変形）する。
（２ａ）積層金属板１０間及び金属板１１／金網１３間にナゲットが形成されない。

上記条件（１ａ）、（２ａ）を満たす加圧力、第１の溶接電流の大きさ、及び第１の通電時間は、積層金属板１０を構成する金属の種類、金属板１１の厚さ、金網１３のメッシュ（単位長さ当りの開口の数）、金属フレームの太さ、電極１００の直径、及び電極１００の先端部の曲率等によって変動しうる。したがって、これらのパラメータを考慮しながら加圧力、第１の溶接電流の大きさ、及び第１の通電時間を設定すればよい。

ただし、ナゲットが強固となるためには、後述する金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであることが好ましく、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであることが好ましい。

そこで、加圧力は、２００〜４５０ｋｇｆであることが好ましい。加圧力がこの範囲内の値となる場合に、上記ナゲット径を有するナゲットが形成される。

また、第１の溶接電流の大きさは、後述する第２の溶接電流の５０％以下であることが好ましい。第１の溶接電流がこの範囲内の大きさとなる場合に、上記ナゲット径を有するナゲットが形成される。

また、第１の通電時間は、０．０２〜０．４秒であることが好ましい。第１の通電時間がこの範囲内の大きさとなる場合に、上記ナゲット径を有するナゲットが形成される。

第１の通電工程によって、金網１３の金属フレームが扁平状に変形するので、金属板１１と金網１３との接触面積が増大する。さらに、金属板１１と金網１３との接触部分の数が増大し、接触部分の分布もより均一になる。金属フレームが扁平になった様子を図２に模式的に示し、図３に写真で示す。なお、図２は、第１の通電工程後のＢＢ’断面図である。図３は、実際に第１の通電工程を行った積層金属板１０のある断面を示す。図２及び図３に示すように、金属板１１と金網１３との接触部分（領域Ｂ１で示される部分）の面積が増大している。また、図１の状態ではＢＢ’断面上では金網１３と金属板１１とが接触していないが、第１の通電工程によってこの断面上でも金網１３と金属板１１とが接触している。したがって、接触部分の数が増大する。また、接触部分の分布もより均一になる。

（２−４．第２の通電工程）
第２の通電工程では、溶接対象積層体２０を電極１００で加圧しながら電極１００間に第１の溶接電流よりも大きな第２の溶接電流を流す。これにより、積層金属板１０ａと他の金属板（図１の例では積層金属板１０ｂ）とをスポット溶接する。本実施形態では、スポット溶接後の溶接対象積層体２０を積層体３０とも称する。

ここで、電極１００による加圧力、第２の溶接電流の大きさ、及び第２の溶接電流の通電時間（すなわち第２の通電時間）は、以下の条件（１ｂ）、（２ｂ）が満たされるように設定される。
（１ｂ）積層金属板１０間及び金属板１１／金網１３間にナゲットが形成される。
（２ｂ）電極１００と溶接対象積層体２０とが溶着しない。

条件（１ｂ）、（２ｂ）を満たす加圧力、第２の溶接電流の大きさ、及び第２の通電時間は、積層金属板１０を構成する金属の種類、金属板１１の厚さ、金網１３のメッシュ（単位長さ当りの開口の数）、金属フレームの太さ、電極１００の直径、及び電極１００の先端部の曲率等によって変動しうる。したがって、これらのパラメータを考慮しながら加圧力、第２の溶接電流の大きさ、及び第２の通電時間を決定すればよい。本実施形態では、第１の通電工程によって金網１３と金属板１１との接触面積が増大し、金網１３と金属板１１との接触部分の数が増大し、かつ当該接触部分の分布がより均一になっている。したがって、第２の溶接電流を積層金属板１０に流した際に、金網１３と金属板１１との接触部分の電流密度が減少し、かつ、積層金属板１０内の温度分布がより均一になる。したがって、第２の溶接電流として大電流とすることができ、ひいては、積層金属板１０間及び金属板１１／金網１３間にナゲットを形成することができる。すなわち、積層金属板１０ａと他の金属板（図１の例では積層金属板１０ｂ）とをスポット溶接することができる。

加圧力の好ましい範囲は第１の通電工程と同様である。第２の溶接電流の好ましい範囲は、１０〜１５ｋＡである。第２の電時間の好ましい範囲は、第１の通電時間の６０％以下である。６０％超の場合、電極と鋼板の溶着が生じてしまい、溶接不良となる恐れがある。加圧力、第２の溶接電流、及び第２の通電時間がこれらの範囲内となる場合に、上記ナゲット径を有するナゲットが形成される。

図４は、第４の通電工程によって形成されたナゲット４０を模式的に示す側断面図である。ナゲット４０は、積層金属板１０ａの金属板１１ａ、１１ｂ、及び積層金属板１０ｂの金属板１１ａ、１１ｂをすべて連結（溶着）している。すなわち、ナゲット４０は、積層金属板１０ａ、１０ｂの金網１３／金属板１１間、及び金属板１１間（すなわち、積層金属板１０ａ、１０ｂ間）に亘って形成されている。図５に、本実施形態の第２の通電工程によって実際に形成されたナゲットの一例を示す。このように、本実施形態のナゲットは、積層金属板１０ａと他の金属板とを連結するのみならず、積層金属板１０ａ内の金属板１１同士も連結するので、非常に強度が大きい。

本実施形態では、ナゲット４０の大きさを金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１、金属板間ナゲット径Ｌ_２で評価する。金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１は、ナゲット４０のうち、金網１３／金属板１１間に形成される部分の径（直径）であり、金属板間ナゲット径Ｌ_２は、金属板１１間に形成される部分の直径である。本実施形態では、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであることが好ましく、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであることが好ましい。

金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１は、例えば以下の方法により測定される。すなわち、金属板１１を積層体３０から引き剥がす。これにより、金属板１１の表面には、略円形のナゲット痕が残る。そして、このナゲット痕の直径を金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１とする。なお、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１は、以下の方法により測定されてもよい。すなわち、ナゲット４０の中心を通る平面（例えば図１のＢＢ’平面）でナゲット４０を切断し、ナゲットの切断面のうち、金網１３／金属板１１間に配置される部分の長さを測定する。そして、測定値を金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１とする。

金属板間ナゲット径Ｌ_２は、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１と同様の方法により測定される。すなわち、積層金属板１０ａを他の金属板（図１の例では積層金属板１０ｂ）から引き剥がす。これにより、積層金属板１０ａの表面、すなわち金属板１１ｂの表面には、略円形のナゲット痕が残る。そして、このナゲット痕の直径を金属板間ナゲット径Ｌ_２とする。なお、金属板間ナゲット径Ｌ_２は、以下の方法により測定されてもよい。すなわち、ナゲット４０の中心を通る平面（例えば図１のＢＢ’平面）でナゲット４０を切断し、ナゲットの切断面のうち、積層金属板１０ａと他の金属板との間に配置される部分の長さを測定する。そして、測定値を金属板間ナゲット径Ｌ_２とする。

図６に、第１の溶接電流の通電を開始してからの各時刻と電極１００間に流れる電流との対応関係を示す。時刻０は第１の溶接電流の通電を開始した時刻を示す。時刻０〜時刻ｔ_１までの時間は第１の通電時間を示し、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの時間は第２の通電時間を示す。電流値Ｉ_１は第１の溶接電流の大きさを示し、電流値Ｉ_２は第２の溶接電流の大きさを示す。

なお、電極１００間を無通電状態とする冷却工程を第１の通電工程と第２の通電工程との間で行ってもよい。図７は、第１の溶接電流の通電を開始してからの各時刻と電極１００間に流れる電流との対応関係を示す。時刻０は第１の溶接電流の通電を開始した時刻を示す。時刻０〜時刻ｔ_１までの時間は第１の通電時間を示し、時刻ｔ_３から時刻ｔ_２までの時間は第２の通電時間を示す。冷却工程は、時刻ｔ_１から時刻ｔ_３の間で行われる。電流値Ｉ_１は第１の溶接電流の大きさを示し、電流値Ｉ_２は第２の溶接電流の大きさを示す。冷却工程を行うことで、電極１００の寿命を向上することができる。

（実施例１）
次に、本実施形態の実施例について説明する。実施例１では、以下の処理を行った。

（積層金属板の作製）
金属板１１として板厚０．３ｍｍの冷延鋼板を用意した。また、金網１３として、金属フレームが硬鋼線で構成され、金属フレームの太さが０．６ｍｍ、メッシュが１２（１インチ当りの開口の数が１２）、板厚が１．２ｍｍである金網を用意した。そして、金網１３の両面に接着剤（エポキシ樹脂）を塗工した。

そして、金網１３の両面に接着剤を塗布することでコア層１２を作製し、コア層１２の両面に金属板１１を接着することで、実施例１に係る積層金属板１０を作製した。なお、接着は、金属板１１を２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧力で２０分間加圧することで行われた。実施例１では、２枚の積層金属板１０、すなわち積層金属板１０ａ、１０ｂを作製した。

（積層工程）
積層工程では、２枚の積層金属板１０ａ、１０ｂを積層することで、溶接対象積層体２０を作製した。

（電極配置工程）
次に、溶接対象積層体２０の表裏面上に電極１００を配置した。実施例１では、電極１００として、直径６ｍｍ、先端部の曲率４０ＲのＤＲ（ドームラジアス）型電極を用いた。

（第１の通電工程）
次いで、第１の通電工程を行った。実施例１では、各電極１００に３５０ｋｇｆの加圧力を掛けて溶接対象積層体２０を加圧した。そして、この状態を５０サイクル（１サイクル＝１／５０秒）維持した。すなわち、スクイズ期間を５０サイクル（＝１．０秒）とした。

その後、５ｋＡの第１の溶接電流を電極１００間、すなわち溶接対象積層体２０に流した。通電時間は１０サイクル（＝０．２秒）とした。

（第２の通電工程）
次いで、第２の通電工程を行った。実施例１では、各電極１００の加圧力を維持したまま１０ｋＡの第２の溶接電流を電極１００間に流した。通電時間は３サイクル（＝０．０６秒）とした。そして、各電極１００の加圧力を維持したまま通電を終了し、その状態を１０サイクル維持した。すなわち、ホールド期間を１０サイクル（＝０．２秒）とした。これにより、評価対象の積層体３０を作製した。その後、電極１００を積層体３０から話した。

（評価）
次に、上記の工程によりナゲット４０が形成されたことを確認するために、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１及び金属板間ナゲット径Ｌ_２を測定した。具体的には、積層体３０の表面を構成する金属板１１（積層金属板１０ａの金属板１１ａ）を積層体３０から引き剥がした。そして、金属板１１の表面を観察したところ、ナゲット痕が形成されていた。したがって、金網１３／金属板１１間にナゲット４０が形成されていることが確認できた。そして、このナゲット痕の直径、すなわち金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１を測定したところ、２．４ｍｍであった。さらに、積層金属板１０ａを積層金属板１０ｂから引き剥がした。そして、金属板１１の表面を観察したところ、ナゲット痕が形成されていた。したがって、金属板１１間にナゲット４０が形成されていることが確認できた。そして、このナゲット痕の直径、すなわち金属板間ナゲット径Ｌ_２を測定したところ、６．８９ｍｍであった。このように、実施例１では、ナゲット４０が確かに形成されていた。

（実施例２）
次に、第１の通電工程及び第２の通電工程における加圧力の好ましい範囲を確認するために、実施例２を行った。具体的には、各通電工程における加圧力を１５０、２００、２５０、３００、４００、４５０、５００ｋｇｆに変更した他は、実施例１と同様の処理を行った。この結果、いずれの加圧力においても、ナゲット４０が形成されたが、加圧力が１５０ｋｇｆ、５００ｋｇｆとした場合、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍ外の値であり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍ外の値であった。一方、加圧力が２００〜４５０ｋｇｆとなる場合には、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであるナゲット４０が形成された。したがって、加圧力は２００〜４５０ｋｇｆであることが好ましいことがわかった。

（実施例３）
次に、第１の溶接電流の好ましい範囲を確認するために、実施例３を行った。具体的には、第２の溶接電流の大きさを固定し、第１の溶接電流の大きさだけを変更した以外は、実施例１と同様の処理を行った。具体的には、実施例３では、第１の溶接電流を、第２の溶接電流に対して２０％、３０％、４０％、５０％、６０％の大きさに変更させた。この結果、第１の溶接電流が第２の溶接電流に対して６０％となる場合、ナゲット４０は形成されたが、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍ外の値であり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍ外の値であった。また、第１の溶接電流が第２の溶接電流に対して２０％となる場合、金網１３の金属フレームが扁平とならなかった。このため、ナゲット４０が形成されなかった。一方、第１の溶接電流が第２の溶接電流に対して３０％、４０％、５０％となる場合、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであるナゲット４０が形成された。したがって、第１の溶接電流の好ましい範囲は、第２の溶接電流の５０％以下であることがわかった。なお、第１の溶接電流の好ましい下限値は第２の溶接電流の３０％程度となる。

（実施例４）
次に、第１の通電時間の好ましい範囲を確認するために、実施例４を行った。具体的には、第１の通電時間を０．０１、０．０２、０．０５、０．１、０．３、０．４、０．５秒にした他は、実施例１と同様の処理を行った。この結果、第１の通電時間が０．０１、０．５秒となる場合、ナゲット４０は形成されたが、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍ外の値であり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍ外の値であった。一方、第１の通電時間が０．０２、０．０５、０．１、０．３、０．４秒となる場合、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであるナゲット４０が形成された。したがって、第１の通電時間の好ましい範囲は、０．０２〜０．４秒であることがわかった。

（実施例５）
次に、第２の溶接電流の好ましい範囲を確認するために、実施例５を行った。具体的には、第２の溶接電流間を、９．０、１０、１３、１５、１６ｋＡにした他は、実施例１と同様の処理を行った。この結果、第２の溶接電流が９．０ｋＡとなる場合、ナゲット４０は形成されたが、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍ外の値であり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍ外の値であった。また、第２の溶接電流が１６ｋＡとなる場合、鋼板と電極間で溶着があった。一方、第２の溶接電流が１０、１３、１５ｋＡとなる場合、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであるナゲット４０が形成された。したがって、第２の溶接電流の好ましい範囲は、１０〜１５ｋＡであることがわかった。

（実施例６）
次に、第２の通電時間の好ましい範囲を確認するために、実施例６を行った。具体的には、第１の通電時間を固定し、第２の通電時間だけを変更した以外は、実施例１と同様の処理を行った。具体的には、実施例６では、第２の通電時間を、第１の通電時間に対して２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％の大きさに変更させた。この結果、第２の通電時間が第１の通電時間に対して７０％となる場合、ナゲット４０は形成されたが、鋼板と電極間で溶着があった。また、第２の通電時間が第１の通電時間に対して２０％となる場合、ナゲット４０が形成されなかった。一方、第２の通電時間が第１の通電時間に対して３０％、４０％、５０％、６０％となる場合、金網／金属板間ナゲット径Ｌ_１が１．０〜６．０ｍｍであり、金属板間ナゲット径Ｌ_２が２．５〜８．０ｍｍであるナゲット４０が形成された。したがって、第２の通電時間の好ましい範囲は、第１の通電時間の６０％以下であることがわかった。なお、第２の通電時間の好ましい下限値は第１の通電時間の３０％程度となる。

（実施例７）
冷却工程を行った場合の効果を確認するために、実施例７を行った。具体的には、実施例７では、第１の通電工程と第２の通電工程との間に１サイクルの冷却工程を行った他は、実施例１と同様の処理を行った。この結果、実施例１と同様の形状のナゲット４０が形成されることを確認した。

（比較例１）
次に、加圧力２００ｋｇｆ、通電時間１２サイクルとし、溶接電流を１０ｋＡとし、スポット溶接を実施した。この結果、溶接時に大量のチリが発生し、スポット溶接部における表皮鋼板に大きな膨れが生じた。

（比較例２）
次に、比較例１の溶接条件に加え、最初の５サイクルを溶接電流が１０ｋＡまで、漸増するようなアップスロープ通電期間を設け、スポット溶接を実施した。この結果、比較例１と同様に溶接時に大量のチリが発生し、スポット溶接部における表皮鋼板に大きな膨れが生じた。比較例１、２は、従来のスポット溶接方法に相当するものである。

以上により、本実施形態によれば、第１通電工程を行うことで金網１３と金属板１１との接触面積を増加し、金網１３と金属板１１との接触部分を増大し、当該接触部分の分布をより均一にする。その後、第２の通電工程を行う。第２の通電工程時には、金網１３と金属板１１との接触部分の電流密度が減少し、かつ、積層金属板１０ａ内の温度分布がより均一になる。したがって、第２の通電工程時に大電流を流しても上述したスポット溶接性の問題が生じにくい。言い換えれば、第２の通電工程時に大電流を電極１００間に流すことができる。この結果、積層金属板１０ａの金属部分が溶融し、ナゲットが形成される。すなわち、積層金属板１０ａと他の金属板とがスポット溶接される。また、本実施形態のスポット溶接によって形成されるナゲット４０は、積層金属板１０ａと他の金属板（例えば積層金属板１０ｂ）とを連結するのみならず、積層金属板１０ａを構成する金属板１１同士（及び積層金属板１０ｂを構成する金属板１１同士）も連結する。したがって、ナゲット４０の強度が向上する。この結果、積層金属板からなる自動車の構造部材の組み立てや、部品同士の接合において、スポット溶接の適用が可能となる。即ち、本発明の積層金属板は、より幅広い自動車部材に適用が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０、１０ａ、１０ｂ 積層金属板
１１、１１ａ、１１ｂ 金属板
１２ コア層
１３ 金網
１４ 接着層
２０ 溶接対象積層体
３０ 積層体
４０ ナゲット

Claims (8)

1. 金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と他の金属板とを積層することで溶接対象積層体を作製する積層工程と、
   前記溶接対象積層体の表裏面上に電極を配置する電極配置工程と、
   前記溶接対象積層体を前記電極で加圧しながら前記電極間に第１の溶接電流を流すことで、前記金網と前記金属板との接触面積を増大させる第１の通電工程と、
   前記溶接対象積層体を前記電極で加圧しながら前記電極間に前記第１の溶接電流よりも大きな第２の溶接電流を流すことで、前記積層金属板と前記他の金属板とをスポット溶接する第２の通電工程と、を含むことを特徴とする、積層金属板のスポット溶接方法。
2. 前記第１の溶接電流は前記第２の溶接電流の５０％以下であることを特徴とする、請求項１記載の積層金属板のスポット溶接方法。
3. 前記第２の溶接電流を前記電極間に流す第２の通電時間は、前記第１の溶接電流を前記電極間に流す第１の通電時間の６０％以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の積層金属板のスポット溶接方法。
4. 前記第１及び第２の通電工程における加圧力は２００ｋｇｆ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層金属板のスポット溶接方法。
5. 前記電極の間を無通電状態とする冷却工程を前記第１の通電工程と前記第２の通電工程との間で行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層金属板のスポット溶接方法。
6. 前記溶接対象積層体は、前記積層金属板を積層したものであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層金属板のスポット溶接方法。
7. 金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と他の金属板とを請求項１〜６のいずれか１項に記載のスポット溶接方法によって溶接することで作製されたことを特徴とする、積層体。
8. 金網を含むコア層の両面に金属板が設けられた積層金属板と、
   他の金属板と、
   前記積層金属板の表裏面を構成する金属板と前記他の金属板とを連結するナゲットと、を備えることを特徴とする、積層体。