JP7453539B2 - 抵抗スポット溶接継手、自動車部材、ハット型部材、及び抵抗スポット溶接継手の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗スポット溶接継手、自動車部材、ハット型部材、及び抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。

近年、自動車分野では、低燃費化及びＣＯ_２排出量の削減等のために、車体を軽量化することが求められている。さらに自動車分野では、衝突安全性の向上のために、車体部材を高強度化することが求められている。これらの要求を満たすためには、車体部材等の各種部品の材料を、高強度鋼板とすることが有効である。

また、車体の高防錆化の観点から、部材を耐食性に優れた鋼板で構成する必要がある。亜鉛系めっき鋼板は、耐食性が良好であることが幅広く知られている。上記の軽量化、及び高強度化の観点から、自動車用として用いられる亜鉛系めっき鋼板は、高強度鋼板と接合されたり、そのめっき原板が高強度鋼板とされたりすることが通常である。

自動車の車体の組立、及び部品の取付けなどの工程では、主として、スポット溶接が使われている。しかしながら、亜鉛系めっきを有する高強度鋼板、又は亜鉛系めっき鋼板と接する高強度鋼板にスポット溶接を行うと、割れが発生するという問題がある。

この割れの原因の一つは、電極によって加えられる加圧力、並びに鋼板の熱膨張及び収縮による引張応力などが溶接箇所に加わることであると考えられている。もう一つの原因は、溶接箇所で溶融した亜鉛、及び亜鉛と電極の銅との合金等が、高強度鋼板の結晶粒界に侵入して粒界強度を低下させて引き起こされる、いわゆる液体金属脆化であると考えられている。自動車車体では、溶接箇所の割れが著しいと部材強度が低下するという問題がある。この問題を解決するために、鋼板の成分組成及び組織などを制御することにより、溶接箇所の割れを抑制する技術が知られている。

特許文献１には、少なくとも、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体である第１の構成部材と、他の鋼板またはその成形体であって第１の構成部材に重ねられてスポット溶接された第２の構成部材とを備える重ね溶接部材が開示されている。ここで、重ね溶接部材は、スポット溶接により形成されたナゲットと、重ね溶接部材の長手方向にナゲットに隣接して少なくとも前記第１の構成部材側に設けられた長穴とを有し、長穴は、ナゲットの周囲に形成されているＨＡＺ最軟化部にかからないように設けられている。しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ＨＡＺ最軟化部での破断を目的とするものであり、溶接時の割れに関しては何ら検討されておらず、そのための具体的な構成も開示されていない。

特許文献２には、引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板を他の金属板と重ね合わせて溶接により接合した構成を有する構造材において、溶接による溶接部付近を起点とする破断が発生しにくくする技術が開示されている。構造材は、引張強さが９８０ＭＰａ以上の鋼板である第１部材と、前記第１部材と重ね合わされる金属板である第２部材と、複数の溶接部と、複数の溶接部それぞれの周囲に形成され、ビッカース硬さが第１部材のビッカース硬さより５０ＨＶ以上低い複数の熱影響部とを備える。隣り合う熱影響部の間において、第１部材の一対の端部が設けられる。隣り合う熱影響部の間における第１部材の一対の端部は、隣り合う溶接部を結ぶ線を横切る方向に延びる。しかしながら、特許文献２に記載の切り欠きは、フランジの端部から連続して設けられた物である。このような切り欠きは、継手や部材の剛性を損なう恐れがある。また、特許文献２にはフランジに穴を設ける構成が開示されているが、この穴は、溶接箇所から離れているので、溶接箇所の引張応力を緩和する効果を発揮し得ないと考えられる。

特開２０１５－３５５２号公報 国際公開第２０１９／０８７３１０号

本発明は、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含みながら、溶接箇所での割れの発生が抑制された抵抗スポット溶接継手、自動車部材、及びハット型部材を提供することを課題とする。さらに本発明は、溶接箇所での割れの発生を抑制可能な、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含む抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る抵抗スポット溶接継手は、重ねられた複数の鋼板と、前記鋼板を接合する１つ以上のナゲットと、を備え、前記鋼板のうち１枚以上は、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、前記鋼板のうち１枚以上は、その表面に亜鉛系めっきを有し、前記高強度鋼板のうち１枚以上は、前記亜鉛系めっきと接し、前記亜鉛系めっきと接する前記高強度鋼板のうち１枚以上は、１つ以上の前記ナゲットの周囲に配された１つ以上の穴を有し、平面視において、前記穴と、前記穴に最も近い前記ナゲットとの最短距離が１．５ｍｍ以上であり、平面視において、前記穴のうち、前記穴に最も近い前記ナゲットの中心から半径３．５×ｄｎ（ｄｎ：前記穴に最も近い前記ナゲットの直径）以内の領域にある部分が、有効応力緩和部と定義され、平面視において、前記有効応力緩和部の重心と前記穴に最も近い前記ナゲットの前記中心とを結んだ直線に垂直な直線に対し、前記有効応力緩和部を投影した長さがｄｎ以上である。
（２）上記（１）に記載の抵抗スポット溶接継手では、平面視において、前記有効応力緩和部の幅が２０ｍｍ以下であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の抵抗スポット溶接継手では、前記穴の外周が面取りされていてもよい。
（４）本発明の別の態様に係る自動車部材は、上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接継手を備える。
（５）本発明の別の態様に係るハット型部材は、頂面部と、前記頂面部の両側に設けられた側面部と、前記側面部の端部に設けられたフランジ部と、を有する第１部材と、平板形状を有する第２部材と、を備え、前記第１部材と前記第２部材とが、前記フランジ部において、上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接継手によって接合される。
（６）上記（５）に記載のハット型部材では、前記穴が、前記第１部材に設けられ、前記穴が、前記フランジ部と前記側面部との境界である屈曲部と、前記ナゲットとの間の領域を避けて配されてもよい。
（７）本発明の別の態様に係る抵抗スポット溶接継手の製造方法は、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板に１つ以上の穴を形成する工程と、前記穴が形成された１枚以上の前記高強度鋼板と、亜鉛系めっきとが接するように、複数の鋼板を重ね合わせる工程と、抵抗スポット溶接によってナゲットを形成する工程と、を備え、平面視において、前記穴と、前記穴に最も近い前記ナゲットとの最短距離を１．５ｍｍ以上とし、前記穴に最も近い前記ナゲットの直径をｄｎと定義し、平面視において、前記穴のうち、前記穴に最も近い前記ナゲットの中心から半径３．５×ｄｎ以内の領域にある部分を、有効応力緩和部と定義し、平面視において、前記有効応力緩和部の重心と前記穴に最も近い前記ナゲットの前記中心とを結んだ直線に垂直な直線に対し、前記有効応力緩和部を投影した長さをｄｎ以上とする。
（８）上記（７）に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、前記穴を形成する工程の前に、割れが生じる領域を推定する工程と、前記割れが生じる領域を、前記ナゲットと前記穴との間とするように、前記穴及び前記ナゲットの位置を決定する工程と、をさらに備えてもよい。
（９）上記（８）に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法は、有限要素法を用いて推定される、前記ナゲットの周囲の引張応力発生領域を、前記割れが生じる領域と推定してもよい。

本発明によれば、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含みながら、溶接箇所での割れの発生が抑制された抵抗スポット溶接継手、自動車部材、及びハット型部材を提供することができる。さらに本発明によれば、溶接箇所での割れの発生を抑制可能な、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含む抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することができる。

本発明に係る抵抗スポット溶接継手の一例を示す断面図である。 本発明に係る抵抗スポット溶接継手の一例を示す断面図である。 本発明に係る抵抗スポット溶接継手における、ナゲット及び穴の一例の平面図である。 本発明に係るハット型部材の一例を示す斜視図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。 本発明の効果を検証するための実験例の平面図である。

高強度鋼板を含み、且つ亜鉛系めっきを含むスポット溶接継手において、溶接部が割れる原因は、（１）抵抗スポット溶接の際に溶接部に生じる引張応力、及び（２）液体金属の存在であると推定される。これら２つの現象のうち１つを取り除くことで、溶接部の割れを抑制できると考えられる。本発明者らは、溶接部に生じる引張応力を緩和する手段について鋭意検討した。

抵抗スポット溶接の際、溶接部に引張応力を生じさせるのは、例えば以下の外乱因子であると推定される。
（ａ）溶接電極の軸芯と、該溶接電極と接触する鋼板表面の垂線とが平行でない状態
（ｂ）一方の溶接電極の先端部から該先端部に最も近い鋼板表面までの距離と、他方の溶接電極の先端部から該先端部に最も近い鋼板表面までの距離が異なる状態
（ｃ）一方の前記溶接電極の軸芯の延長線上に他方の前記溶接電極の軸芯がない状態
（ｄ）溶接箇所の重ね合わせ面の間に隙間を有した状態
上記のような外乱因子が存在する場合、溶接電極の加圧保持終了後（電極解放後）において、溶接部のコロナボンド直外、及びコロナボンドのナゲット際に、引張応力が高くなる箇所が生じる。

これらの外乱因子を取り除く手段として、例えば製造設備の位置決め精度、及び鋼板の形状精度を高めることが考えられる。しかし、これら手段は部品の製造工程を複雑化することとなり好ましくない。

そこで本発明者らは、外乱因子の存在を許容しながら、溶接部に生じる引張応力を緩和する手段を検討した。そして本発明者らは、抵抗スポット溶接の前に、ナゲットを形成すべき箇所の近傍に所定形状の穴を設けることが、引張応力の緩和のために極めて有効であることを知見した。穴の近傍にナゲットを形成すると、たとえ上述のような外乱因子があったとしても、穴の存在により溶接部の変形に対する周囲からの拘束が低下するため、溶接部の熱膨張・収縮に伴い発生する引張応力が減少したり、電極解放時のスプリングバックに起因する引張応力が減少したりして、ひいては溶接部の割れを抑制することができる。

なお、応力緩和の効率性の観点からは、穴とナゲットとの間の距離は小さいことが好ましいことがわかった。一方、穴がナゲットに近すぎる場合、後述するように溶接中の散り発生が容易となる他、ナゲットの周囲のコロナボンド部と穴とが重なって、コロナボンド部の面積が減少し、溶接部の接合強度が低下することがわかった。従って、接合強度の観点からは、穴とナゲットとの間の距離は離れていることが好ましいと本発明者らは考えた。以上の本発明者らの知見によれば、穴とナゲットとの間の距離を最適化することが必要である。

また、穴の有効応力緩和部の投影長さがｄｎ（ナゲット径、すなわちナゲット直径）以上である限り、部材の強度や剛性の観点から、穴の幅は小さいほうが好ましい。

以上の知見に基づいて得られた、本発明の一態様に係る抵抗スポット溶接継手１は、重ねられた複数の鋼板１１と、鋼板１１を接合する１つ以上のナゲット１２と、を備え、鋼板１１のうち１枚以上は、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板１１’であり、鋼板１１のうち１枚以上は、その表面に亜鉛系めっき１１１を有し、高強度鋼板１１’のうち１枚以上は、亜鉛系めっき１１１と接し、亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’のうち１枚以上は、１つ以上のナゲット１２の周囲に配された１つ以上の穴１３を有し、平面視において、穴１３と、穴１３に最も近いナゲット１２との最短距離が１．５ｍｍ以上であり、平面視において、穴１３のうち、穴１３に最も近いナゲット１２の中心から半径３．５×ｄｎ（ｄｎ：穴１３に最も近いナゲット１２の直径）以内の領域にある部分が、有効応力緩和部１３１と定義され、平面視において、有効応力緩和部１３１の重心と穴１３に最も近いナゲット１２の中心とを結んだ直線に垂直な直線に対し、有効応力緩和部１３１を投影した長さがｄｎ以上である。以下に、本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１について詳細に説明する。

本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１は、図１に示されるように、複数の鋼板１１と、これらを接合する１つ以上のナゲット１２とを有する。ナゲット１２とは、鋼板１１が抵抗スポット溶接によって溶融し、次いで凝固することにより形成された、いわゆる溶融凝固部である。ナゲット１２の周囲には、コロナボンド（図示されない）が形成されることが通常である。コロナボンドとは、重ね抵抗溶接において、ナゲットの周辺に生じる固相溶接されたリング状の部分である（ＪＩＳ Ｚ ３００１－６：２０１３「溶接用語－第６部：抵抗溶接」）。なお、本実施形態では、用語「溶接部」を、ナゲット及びコロナボンドの両方から構成される、鋼板１１の接合に貢献する領域の総称として用いる場合がある。

ナゲット１２の個数及び配置は特に限定されず、抵抗スポット溶接継手１の形状に応じて適宜選択することができる。例えば抵抗スポット溶接継手１が後述するハット型部材２に含まれる場合、ナゲット１２は、フランジ部２１３の延在方向に沿って一定間隔で、複数個配されることが通常である。また、ナゲット１２の大きさ及び形状も特に限定されず、通常の範囲内で適宜選択することができる。例えば、ナゲット１２の直径ｄｎを２．０～８．０ｍｍと規定してもよい。なお、ナゲット径ｄｎは、ナゲット中心（鋼板１１を平面視したときに視認できるインデンテーションの中心に等しい）を通り、鋼板１１の表面に垂直に切断した断面において測定される値である。なお、散りが発生した場合、散りとナゲットとは、区別することができる。散りを除いたナゲットの部分の直径をナゲット径とする。

ナゲット１２の直径ｄｎは、全てのナゲット１２において一定でもよいし、ナゲット１２毎に異ならせてもよい。なお、後述する穴１３の形状と位置は、ナゲット１２の直径ｄｎに応じて規定される。ナゲット１２の直径ｄｎがナゲット１２毎に相違する場合、穴１３に最も近いナゲット１２の直径ｄｎに基づいて、穴１３の形状と位置を特定すればよい。

複数の鋼板１１の枚数は特に限定されない。図１には、鋼板１１の枚数が３枚である抵抗スポット溶接継手１を例示したが、鋼板１１の枚数が２枚であっても、４枚以上であってもよい。

鋼板１１のうち少なくとも１枚は、引張強さが７８０ＭＰａ以上とされる。本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１では、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼板を、高強度鋼板１１’と称し、それ以外の鋼板を低強度鋼板１１’’と称する。抵抗スポット溶接継手１を構成する複数の鋼板１１のうち１枚以上を高強度鋼板１１’とすることで、抵抗スポット溶接継手１の強度を飛躍的に高めることができる。

なお、高強度鋼板１１’の枚数、及び配置は特に限定されない。図１に例示された抵抗スポット溶接継手１では、高強度鋼板１１’が２枚である。しかしながら、高強度鋼板１１’が１枚、又は３枚であってもよい。また、図１に例示された抵抗スポット溶接継手１では、２枚の高強度鋼板１１’が接している。しかしながら、２枚の高強度鋼板１１’の間に低強度鋼板１１’’が挟まれていてもよい。

さらに、鋼板１１のうち少なくとも１枚は、その表面に亜鉛系めっき１１１を有する。即ち、鋼板１１のうち１枚以上は亜鉛系めっき鋼板である。亜鉛系めっき１１１とは、亜鉛を主成分とするめっきであり、例えば溶融亜鉛めっき（ＧＩ）、合金化溶融亜鉛めっき（ＧＡ）、及び電気亜鉛めっき（ＥＧ）等である。亜鉛系めっき鋼板は耐食性に優れるので、抵抗スポット溶接継手１を構成する鋼板１１のうち１枚以上の表面に亜鉛系めっき１１１を設けることにより、抵抗スポット溶接継手１の耐食性を高めることができる。

なお、亜鉛系めっき１１１をいずれの鋼板１１に配してもよい。図１に例示された抵抗スポット溶接継手１では、亜鉛系めっき１１１が、抵抗スポット溶接継手１の片方の表面に配された低強度鋼板１１’’のみに設けられている。しかしながら、亜鉛系めっき１１１が、２枚以上の鋼板１１に配されていてもよい。また、図２に例示されるように、亜鉛系めっき１１１が高強度鋼板１１’に配されていてもよい。また、図１及び図２のいずれにおいても、亜鉛系めっき１１１は鋼板１１の両面に配されているが、亜鉛系めっき１１１が鋼板１１の片面のみに配されてもよい。

抵抗スポット溶接継手１を構成する複数の鋼板１１のうち１枚以上を高強度鋼板１１’とし、且つ、複数の鋼板１１のうち１枚以上を亜鉛系めっき鋼板とした場合、高強度鋼板１１’と亜鉛系めっき１１１とが接しうる。ここで、「高強度鋼板１１’と亜鉛系めっき１１１とが接する」とは、亜鉛系めっき１１１が設けられていない高強度鋼板１１’が、亜鉛系めっき１１１が設けられた鋼板１１と接していること、及び、高強度鋼板１１’の表面に亜鉛系めっき１１１が設けられていることの両方を意味する。

例えば、図１に例示される抵抗スポット溶接継手１では、上から一番目の低強度鋼板１１’’だけがその両面に亜鉛系めっき１１１を有し、上から二番目、及び三番目の高強度鋼板１１’は亜鉛系めっき１１１を有しない。この図１の抵抗スポット溶接継手１では、上から一番目の低強度鋼板１１’’と上から二番目の高強度鋼板１１’との間で、高強度鋼板１１’と亜鉛系めっき１１１とが接している。図１の抵抗スポット溶接継手１では、上から二番目の高強度鋼板１１’が、亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’である。

また、図２に例示される抵抗スポット溶接継手１では、上から三番目に配された高強度鋼板１１’だけがその両面に亜鉛系めっき１１１を有し、上から一番目の低強度鋼板１１’’、及び上から二番目の高強度鋼板１１’は亜鉛系めっき１１１を有しない。この図２の抵抗スポット溶接継手１では、上から二番目の高強度鋼板１１’と三番目の高強度鋼板１１’との間、及び抵抗スポット溶接継手１の下側の表面において、高強度鋼板１１’と亜鉛系めっき１１１とが接している。図２の抵抗スポット溶接継手１では、上から二番目の高強度鋼板１１’及び上から三番目の高強度鋼板１１’が、亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’である。

亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’に形成された溶接部においては、割れが生じやすい。この原因は、（１）抵抗スポット溶接の際に溶接部に生じる引張応力、及び（２）液体金属の存在であると推定される。なお、液体金属脆化は、亜鉛系めっき１１１が高強度鋼板１１’の表面に設けられている場合も、亜鉛系めっき１１１が高強度鋼板１１’に接する低強度鋼板の表面に設けられている場合も生じうる。

そこで、本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１では、亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’のうち１枚以上において、ナゲット１２の周囲に穴１３を形成する。この穴１３は、抵抗スポット溶接をしてナゲット１２を形成する前に、予め高強度鋼板１１’に設けられるものである。穴１３は、抵抗スポット溶接の際に種々の外乱因子によって生じる引張応力を緩和する。そのため、穴１３は、抵抗スポット溶接時に生じる割れを抑制することができる。

なお、亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’が２枚以上ある場合、いずれの高強度鋼板１１’に穴１３を設けてもよい。穴１３を設ける高強度鋼板１１’の枚数も、１枚以上の任意の数とすることができる。図２に例示される抵抗スポット溶接継手１では、穴１３は、亜鉛系めっき１１１と接する２枚の高強度鋼板１１’のうち、上から二番目のもののみに形成されている。しかし、穴１３を、亜鉛系めっき１１１と接する高強度鋼板１１’のうち上から三番目のもののみに形成してもよいし、上から二番目及び三番目の高強度鋼板１１’の両方に形成してもよい。割れを抑制する観点からは、穴を設ける高強度鋼板１１’の数が多いほうが好ましく、継手強度を確保する観点からは、穴を設ける高強度鋼板１１’の数が少ないほうが好ましい。抵抗スポット溶接継手１の用途及び形状などに応じて、穴を設ける高強度鋼板１１’の数を適宜選択することが好ましい。

一方、穴１３の位置及び大きさを最適化しなければ、望ましい抵抗スポット溶接継手１を得ることはできない。以下に、穴１３の位置及び大きさを、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１のナゲット１２及び穴１３を平面視したものである。図３において、ナゲット１２の平面視での形状は円とされているが、散りが発生すると円ではなくなる。しかし、散りとナゲットとは区別できるので、散りを除いたナゲットの部分で直径を測定する。

まず、穴１３とナゲット１２との間隔が小さすぎると、コロナボンドが生じる箇所と穴１３とが重なるおそれがある。この場合、穴１３においてコロナボンドが形成されず、接合強度が低下する。また、穴１３とナゲット１２との間隔が小さすぎると、抵抗スポット溶接の際に、穴１３から溶融金属が散りとして飛散するおそれがある。従って、平面視において、穴１３とナゲット１２との間の最短距離を１．５ｍｍ以上とする必要がある。即ち穴１３は、抵抗スポット溶接継手１を平面視した図面である図３に示される、ナゲット１２の端部から１．５ｍｍ未満の領域ａの内部に入り込んでいてはならない。好ましくは、平面視において、穴１３とナゲット１２との間の最短距離は１．７ｍｍ以上、２．０ｍｍ以上、又は２．２ｍｍ以上である。

また、穴１３とナゲット１２との間隔が大きすぎると、応力緩和効果が期待できない。具体的には、平面視において、ナゲット１２の中心から、ナゲットの直径ｄｎ（散りがある場合は、散りを除いたナゲット１２の直径）の３．５倍超離れた領域に設けられた穴は、応力緩和効果を発揮しないと考えられる。換言すると、図３に示された、ナゲット１２の中心から３．５×ｄｎ以下の領域ｂの内部に存在する穴１３だけが、応力緩和効果を発揮すると考えられる。本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１では、ナゲット１２の中心から３．５×ｄｎ以下の領域ｂの内部に存在する穴１３を、有効応力緩和部１３１と称する。

本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１では、この有効応力緩和部１３１がナゲット１２を覆う範囲が規定される。具体的には、平面視において、穴１３の有効応力緩和部１３１の重心と、この穴１３に最も近いナゲット１２の中心とを結んだ直線ｃに関して垂直な直線ｄに、前記有効応力緩和部を投影した長さｅ（以下、投影長さｅと称する場合がある）が、最も近いナゲット１２の直径ｄｎ以上と規定される。投影長さｅがｄｎ未満である場合、穴１３による応力緩和が不十分となり、高強度鋼板１１’の割れを効果的に抑制できないおそれがある。投影長さｅを１．１×ｄｎ以上、１．２×ｄｎ以上、又は１．５×ｄｎ以上としてもよい。

上述の規定を満たす限り、穴１３の構成は特に限定されず、抵抗スポット溶接継手１の用途に応じて適宜変更することができる。以下に、穴１３の好適な例について述べる。

有効応力緩和部１３１の幅ｗは、平面視において、２０ｍｍ以下であることが好ましい。ここで「有効応力緩和部１３１の幅ｗ」とは、ナゲット１２の中心を通る任意の仮想的な直線のうち、有効応力緩和部１３１と重なる箇所の長さの最大値である。従って、有効応力緩和部１３１の幅ｗを求める際は、例えば、（１）ナゲット１２及び穴１３が視野内に含まれるように、抵抗スポット溶接継手１の平面視の写真を撮影し、（２）ナゲット１２の中心を通る直線を、その直線と有効応力緩和部１３１とが重なる箇所が最も長くなるように、写真に記入し、（３）その直線と有効応力緩和部１３１とが重なる箇所の長さを測定すればよい。

一方、有効応力緩和部１３１の幅ｗの下限値は特に規定されない。例えば、穴１３（及び有効応力緩和部１３１）は、平面視において、幅が実質的に０ｍｍであるスリット状であってもよい。この場合であっても、穴１３は抵抗スポット溶接時の鋼板の歪みに応じて変形するので、応力緩和効果を発揮する。本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手における「穴」とは、切込み（スリット）をも含む概念である。ただし、穴１３がスリット状であった場合、抵抗スポット溶接の完了後に、穴１３の終端における応力集中が問題となるおそれがある。そのため、平面視において、有効応力緩和部１３１の幅ｗを０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。また、同様の理由により、穴１３の終端が０．１ｍｍ以上の曲率半径を有することが好ましい。

穴１３は、任意の形状とすることができる。図３には、平面視で長方形形状を有する穴１３が例示されているが、例えば平面視での穴１３の外周が、面取りされていてもよい。面取りされた外周とは、応力集中が生じるような角部を含まない外周（即ち、直線部と、これら直線部を接続する曲線部とからなる外周）を意味する。穴１３の外周が角部を含まない場合、抵抗スポット溶接継手１の強度を一層高めることができる。また、穴１３は、ナゲット１２の外形に沿った円弧状とすることが好ましい。

ナゲットを複数備える抵抗スポット溶接継手の場合、穴１３の個数は特に限定されず、抵抗スポット溶接継手１の形状に応じて適宜選択することができる。例えば抵抗スポット溶接継手１が後述するハット型部材２に含まれる場合、ナゲット１２は、フランジ部２１３の延在方向に沿って一定間隔で、複数個配されることが通常である。この場合、穴１３は、各ナゲット１２の周囲に配置することができる。ただし、全てのナゲット１２の周囲に穴１３を配置する必要はない。引張応力の生じやすさは、部材形状に影響される。部材の形状次第で、引張応力が生じやすいナゲット１２と、引張応力が生じにくいナゲット１２とが、抵抗スポット溶接継手１において混在し得る。この場合、引張応力が生じやすいと考えられるナゲット１２の周囲のみに穴１３を配置すればよい。

次に、本発明の別の態様に係る自動車部材について述べる。本実施形態に係る自動車部材は、上述された本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１を備える。これにより、本実施形態に係る自動車部材は、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含みながら、溶接箇所での割れの発生が抑制されている。自動車部材の例として、バンパー、Ａピラー、Ｂピラー、サイドシル、フロアメンバー、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、シート骨格、シートレールおよびそれらのピラー同士の結合部（Ｂピラーとサイドシルの結合部、Ｂピラーとルーフレールの結合部、ルーフクロスメンバーとルーフレールの結合部）等を挙げることができる。

次に、本発明の別の態様に係るハット型部材について述べる。ハット型部材とは、図４に示されるような、頂面部２１１と、頂面部２１１の両側に設けられた側面部２１２と、側面部２１２の端部に設けられたフランジ部２１３と、を有する第１部材２１と、平板形状を有する第２部材２２と、を備え、第１部材２１と第２部材２２とが、フランジ部２１３において接合された部材である。第１部材２１の頂面部２１１、側面部２１２、及びフランジ部２１３は、平板を折り曲げたような形状を有する。そのため、フランジ部２１３と側面部２１２との境界は、屈曲部２１４となっている。なお、第１部材２１は平板を折り曲げて形成することが通常であるが、絞り加工などによって製造されることも妨げられない。

本実施形態に係るハット型部材２は、第１部材２１と第２部材２２とが、フランジ部２１３において、本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１によって接合される。これにより、本実施形態に係るハット型部材２は、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含みながら、溶接箇所での割れの発生が抑制されている。なお、図４では、穴１３の記載は省略している。

本実施形態に係るハット型部材２において、穴１３の位置は特に限定されない。例えば、穴１３が第１部材２１のフランジ部２１３に設けられる場合、穴１３は、フランジ部２１３と側面部２１２との境界である屈曲部２１４と、ナゲット１２との間の領域を避けて配されてもよい。この構成によれば、ハット型部材２が、第１部材２１と第２部材２２とを離隔させる方向の応力を受けた場合に、穴１３を起点としたフランジ部２１３の破断を抑制することができる。

一方、屈曲部２１４と、ナゲット１２との間の領域において引張応力が生じやすい場合、穴１３を屈曲部２１４と、ナゲット１２との間の領域に設けてもよい。穴１３が、屈曲部２１４を越えて、側面部２１２に及んでもよい。この場合、穴１３とナゲット１２との最短距離、有効応力緩和部１３１の投影長さｅ及び、ナゲット１２の中心を基準とした穴１３の幅ｗは、第１部材２１を平板形状に曲げ戻して（又は、曲げ戻したと仮定して）測定される値とされる。なお、抵抗スポット溶接継手１及び自動車部材において穴１３が設けられた高強度鋼板１１’が平板形状ではない場合も、ハット型部材２において穴１３が屈曲部２１４を越えて側面部２１２に及ぶときと同様に、各パラメータ値を測定する。

また、ハット型部材２が、フランジ部２１３以外においてナゲット１２及び穴１３を有してもよい。例えば図４に示されるように、ハット型部材２が、第１部材２１を補強する第３部材２３をさらに有し、第１部材２１と第３部材２３とが、頂面部２１１及び／又は側面部２１２において接合されてもよい。この際、ナゲット１２は第１部材２１頂面部２１１及び／又は側面部２１２に設けられることとなる。図４においては省略されているが、穴１３を、これらナゲット１２の周囲に配するために、頂面部２１１及び／又は側面部２１２に形成してもよい。

次に、本発明の別の態様に係る抵抗スポット溶接継手１の製造方法について述べる。本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１の製造方法は、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板１１’に１つ以上の穴１３を形成する工程と、穴１３が形成された１枚以上の高強度鋼板１１’と、亜鉛系めっき１１１とが接するように、複数の鋼板１１を重ね合わせる工程と、抵抗スポット溶接によってナゲット１２を形成する工程と、を備え、平面視において、穴１３と、穴１３に最も近いナゲット１２との最短距離を１．５ｍｍ以上とし、穴１３に最も近いナゲット１２の直径をｄｎと定義し、平面視において、穴１３のうち、穴１３に最も近いナゲット１２の中心から半径３．５×ｄｎ以内の領域にある部分を、有効応力緩和部１３１と定義し、平面視において、有効応力緩和部１３１の重心と穴１３に最も近いナゲット１２の中心とを結んだ直線に垂直な直線に対し、有効応力緩和部１３１を投影した長さをｄｎ以上とする。

まず、穴１３を形成する工程Ｓ１では、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板１１’に穴１３を形成する。穴１３を形成する手段は特に限定されず、レーザ加工、パンチング、ワイヤー放電加工、フライス加工、ドリル加工等の種々の手段を用いることができる。

ここで、穴１３を用いて抵抗スポット溶接時の割れを防止するために、平面視において、穴１３と、この穴１３に最も近いナゲット１２との最短距離を１．５ｍｍ以上とし、平面視において、穴１３の有効応力緩和部１３１の投影長さｅをｄｎ以上とする必要がある。しかしながら、穴１３を形成する工程Ｓ１は、後述する抵抗スポット溶接工程Ｓ３より先に行われる。従って、穴１３を形成する時点で、ナゲット１２は形成されていない。上述の要件を満たすように穴１３を形成するためには、ナゲット１２を形成する位置を予め定めておくことが好ましい。また、抵抗スポット溶接工程Ｓ３を模擬した溶接試験を予め行い、ナゲット１２の直径ｄｎを予想することが好ましい。ただし、穴１３を形成する工程Ｓ１においてはナゲット１２の位置を精密に考慮せず、抵抗スポット溶接工程Ｓ３において、穴１３の位置に応じてナゲット１２の形成位置を決めることもできる。また、既に別の抵抗スポット溶接継手の製造において用いられている溶接条件を用いる等、ナゲット１２の直径ｄｎを予想できる事情があれば、溶接試験は不要である。

次に、重ね合わせ工程Ｓ２では、１枚以上の穴１３が形成された高強度鋼板１１’と、亜鉛系めっき１１１とが接するように、複数の鋼板１１を重ね合わせる。ここで「高強度鋼板１１’と亜鉛系めっき１１１とが接する」とは、上述のように、亜鉛系めっき１１１が設けられていない高強度鋼板１１’が、亜鉛系めっき１１１が設けられた鋼板１１と接していること、及び、高強度鋼板１１’の表面に亜鉛系めっき１１１が設けられていることの両方を意味する。高強度鋼板１１’の表面に亜鉛系めっき１１１が設けられている場合、重ね合わせ工程Ｓ２において特段の配慮をしなくとも、高強度鋼板１１’と、亜鉛系めっき１１１とが接するように、複数の鋼板１１を重ね合わせることとなる。

抵抗スポット溶接工程Ｓ３では、穴１３の近傍に、抵抗スポット溶接によってナゲット１２を形成する。ナゲット１２と穴１３との位置関係は、上述した範囲内とされる。ナゲット１２の大きさ及び位置を正確に予想した上で穴１３を作成しているのであれば、抵抗スポット溶接工程Ｓ３において特段の配慮は不要である。一方、抵抗スポット溶接工程Ｓ３において、ナゲット１２の位置及び大きさを、穴１３の位置及び大きさ等に応じて制御してもよい。

上述の要件を満たす限り、穴１３の位置に関わらず、応力緩和効果が得られ、抵抗スポット溶接工程Ｓ３での割れ発生を抑制できる。一方、予め割れが生じる領域を予想できるのであれば、割れが生じる領域の近傍に穴１３を配することが好ましい。これにより割れを一層確実に抑制することができる。そこで、本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手１の製造方法は、穴１３を形成する工程Ｓ１の前に、割れが生じる領域を推定する工程と、割れが生じる領域の近傍に穴１３を形成し、ナゲット１２の位置を決定する工程と、をさらに備えてもよい。

割れが生じる領域の推定は、種々の手段によって行うことができる。例えば、鋼板１１の形状に起因して生じるナゲット１２の周囲の引張応力発生領域を、有限要素法を用いて推定し、この引張応力発生領域を、割れが生じる領域と推定することができる。また、抵抗スポット溶接装置の外乱要因（溶接電極の軸芯と、該溶接電極と接触する鋼板表面の垂線とがなす角度など）を調査して、その結果に基づき、割れが生じる領域を推定してもよい。また、穴１３を形成することなく抵抗スポット溶接継手を製造する予備溶接を行い、この予備溶接における割れの発生状況に基づいて、割れが生じる領域を推定してもよい。

スポット溶接時の割れの発生頻度、及び散り発生の有無を調査するために、以下に示す手順で種々の評価を行った。
まず、表１に開示された板厚及び引張強さを有する高強度亜鉛系めっき鋼板を２枚重ねたものに対して、１か所でスポット溶接を実施した。各抵抗スポット溶接継手において、同じ種類の鋼板を母材として用いた。

スポット溶接の前に、一部の例を除き、ナゲットの近傍に穴を形成した。ナゲットの直径（ナゲット径ｄｎ）、穴とナゲットとの最短距離、穴の形状、有効応力緩和部の投影長さｅ、及び穴の幅を表１に示す。なお、２枚の鋼板両方に、同じ形状の穴を形成し、穴の外縁が一致するように２枚の鋼板を重ね合わせて、抵抗スポット溶接を行った。また、表１に記載のナゲット径は、ナゲット形成後にナゲットの中心（即ちインデンテーションの中心）を通り、鋼板の表面に対し垂直に切断し、切断面において測定することによって得られた実測値である。また、一部の試験体においては、穴が形成されたものの、その穴の位置が不適切であり、有効応力緩和部が存在しなかった。この場合、有効応力緩和部の投影長さ及び幅は０ｍｍとなる。ただし、このような継手に関しては、穴の大きさを参考値として表に記載した。すなわち、記号「※」が付された値については、有効応力緩和部の投影長さ及び幅ではなく、穴の投影長さ及び幅を記した。さらに、参考のために、穴の大きさ、形状、及び位置の詳細を図５Ａ～図５Ｊに示した。このような試験体を、各条件につき１０個ずつ作成した。

ここで、図５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｊは、穴の長手方向の中心とナゲットの中心とを結んだ直線が、穴の長手方向に対し、垂直に配置された例である。
図５Ｇは、穴の上端とナゲットの中心との距離が８ｍｍ、穴の下端とナゲットの中心との距離が８ｍｍとなるように配置された例である。
図５Ｈは、穴の上端とナゲットの中心との距離が２３ｍｍ、穴の下端とナゲットの中心との距離が２３ｍｍとなるように配置された例である。
図５Ｊは、穴の一部が、有効応力緩和部になっている例である。

これにより得られた試験片において、割れの数及び散りの有無を調査した。調査結果を表２に示す。なお、割れの数とは、試験体数１０個のうち、割れた試験片の数である。割れの有無は、溶接後の溶接部断面観察によって確認した。割れの数が３以下であり、且つ、スポット溶接の際に散りが発生しなかった試験片を、合格と判断した。

穴を有しない試験片Ｎｏ．１は、従来の抵抗スポット溶接継手にあたる。ここでは、散りが発生しなかったものの、割れが多く発生した。
試験片Ｎｏ．２及びＮｏ．７は、穴がナゲットに近すぎたので、散りが発生した。
試験片Ｎｏ．５及びＮｏ．９は、穴がナゲットから遠すぎて、有効応力緩和部が形成されなかった。そのため、割れを十分に抑制することができなかった。
試験片Ｎｏ．６は、穴の有効応力緩和部の投影長さが不足したので、割れを十分に抑制することができなかった。
一方、本発明の要件を満たす試験片については、散りが発生せず、且つ割れを十分に抑制することができた。

本発明によれば、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含みながら、溶接箇所での割れの発生が抑制された抵抗スポット溶接継手、自動車部材、及びハット型部材を提供することができる。さらに本発明によれば、溶接箇所での割れの発生を抑制可能な、亜鉛系めっきと接する高強度鋼板を含む抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することができる。そのため、本発明は高い産業上の利用可能性を有する。

１ 抵抗スポット溶接継手
１１ 鋼板
１１’ 高強度鋼板
１１’’低強度鋼板
１１１ 亜鉛系めっき
１２ ナゲット（穴に最も近いナゲット）
１３ 穴
１３１ 有効応力緩和部
２ ハット型部材
２１ 第１部材
２１１ 頂面部
２１２ 側面部
２１３ フランジ部
２１４ 屈曲部
２２ 第２部材
２３ 第３部材
ａ ナゲットの端部から１．５ｍｍ未満の領域
ｂ ナゲットの端部から１．２×ｄｎ以下の領域
ｃ 有効応力緩和部の重心とナゲットの中心とを結んだ直線
ｄ 直線ｃに垂直な直線
ｅ 有効応力緩和部の投影長さ

Claims (9)

1. 重ねられた複数の鋼板と、
   前記鋼板を接合する１つ以上のナゲットと、
   を備える抵抗スポット溶接継手であって、
   前記鋼板のうち１枚以上は、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、
   前記鋼板のうち１枚以上は、その表面に亜鉛系めっきを有し、
   前記高強度鋼板のうち１枚以上は、前記亜鉛系めっきと接し、
   前記亜鉛系めっきと接する前記高強度鋼板のうち１枚以上は、１つ以上の前記ナゲットの周囲に配された１つ以上の穴を有し、
   平面視において、前記穴と、前記穴に最も近い前記ナゲットとの最短距離が１．５ｍｍ以上であり、
   平面視において、前記穴のうち、前記穴に最も近い前記ナゲットの中心から半径３．５×ｄｎ（ｄｎ：前記穴に最も近い前記ナゲットの直径）以内の領域にある部分が、有効応力緩和部と定義され、
   平面視において、前記有効応力緩和部の重心と前記穴に最も近い前記ナゲットの前記中心とを結んだ直線に垂直な直線に対し、前記有効応力緩和部を投影した長さがｄｎ以上である抵抗スポット溶接継手。
2. 平面視において、前記有効応力緩和部の幅が２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗スポット溶接継手。
3. 前記穴の外周が面取りされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗スポット溶接継手。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接継手を備える自動車部材。
5. 頂面部と、前記頂面部の両側に設けられた側面部と、前記側面部の端部に設けられたフランジ部と、を有する第１部材と、
   平板形状を有する第２部材と、
   を備え、
   前記第１部材と前記第２部材とが、前記フランジ部において、請求項１～３のいずれか一項に記載の抵抗スポット溶接継手によって接合されるハット型部材。
6. 前記穴が、前記第１部材に設けられ、
   前記穴が、前記フランジ部と前記側面部との境界である屈曲部と、前記ナゲットとの間の領域を避けて配されることを特徴とする請求項５に記載のハット型部材。
7. 引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板に１つ以上の穴を形成する工程と、
   前記穴が形成された１枚以上の前記高強度鋼板と、亜鉛系めっきとが接するように、複数の鋼板を重ね合わせる工程と、
   抵抗スポット溶接によってナゲットを形成する工程と、
   を備え、
   平面視において、前記穴と、前記穴に最も近い前記ナゲットとの最短距離を１．５ｍｍ以上とし、
   前記穴に最も近い前記ナゲットの直径をｄｎと定義し、
   平面視において、前記穴のうち、前記穴に最も近い前記ナゲットの中心から半径３．５×ｄｎ以内の領域にある部分を、有効応力緩和部と定義し、
   平面視において、前記有効応力緩和部の重心と前記穴に最も近い前記ナゲットの前記中心とを結んだ直線に垂直な直線に対し、前記有効応力緩和部を投影した長さをｄｎ以上とする
   抵抗スポット溶接継手の製造方法。
8. 前記穴を形成する工程の前に、
   割れが生じる領域を推定する工程と、
   前記割れが生じる領域を、前記ナゲットと前記穴との間とするように、前記穴及び前記ナゲットの位置を決定する工程と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
9. 有限要素法を用いて推定される、前記ナゲットの周囲の引張応力発生領域を、前記割れが生じる領域と推定する
   ことを特徴とする請求項８に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

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