プロジェクション溶接継手およびその製造方法
【課題】散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止することが可能なプロジェクション溶接継手および製造方法を提供する。
【解決手段】所定の成分組成を有するナット２（またはボルト）と、引張強さ：７５０〜１６００ＭＰａ、板厚：０．８〜３．０ｍｍ、次式｛［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］｝で表される炭素等量Ｃｅｑが０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板１とがプロジェクション溶接されてなり、ナット２（またはボルト）と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２（またはボルト）の呼び径部分の面積ＳＲとの比が次式｛０．７≦ＳＪ／ＳＲ≦１．５｝で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている。
【解決手段】所定の成分組成を有するナット２（またはボルト）と、引張強さ：７５０〜１６００ＭＰａ、板厚：０．８〜３．０ｍｍ、次式｛［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］｝で表される炭素等量Ｃｅｑが０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板１とがプロジェクション溶接されてなり、ナット２（またはボルト）と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２（またはボルト）の呼び径部分の面積ＳＲとの比が次式｛０．７≦ＳＪ／ＳＲ≦１．５｝で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクション溶接継手およびその製造方法に関し、特に、自動車用部品や車体の接合部で使用され、ナットまたはボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなり、接合部におけるトルク剥離強さおよび押込み剥離強さ等の静的強度に優れたプロジェクション溶接継手およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野においては、低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）排出量削減を目的とした車体の軽量化および衝突安全性向上のために、車体や部品等に、高強度鋼板を使用するニーズが高まっている。一方、例えば、フロントサイドメンバーやセンターピラー、ヒンジリンフォース等の自動車用構造部材のように、高強度鋼板からなる部品にナットやボルトを接合する場合には、主に、プロジェクション溶接方法が用いられている。しかしながら、高強度鋼板にナットやボルトをプロジェクション溶接した場合には、以下のような問題が生じる。
【０００３】
ナットやボルトをプロジェクション溶接した接合部（溶接継手）の品質指標としては、静的強度と疲労強度が挙げられるが、まず重要なのは静的強度である。溶接継手の静的強度には、ナットやボルトに回転力を負荷して測定するトルク剥離強さと、剥離方向に押込み荷重を負荷して測定する押込み剥離強さがある。
一般に、上述した静的強度は、プロジェクション溶接した接合部および熱影響部の硬さの値が適度に高く十分な強度があり、かつ靭性も高い場合には、十分に高い値が得られるが、接合部および熱影響部の硬さの値が高過ぎて靭性が低い場合には著しく低下する。
【０００４】
また、高強度鋼板、特に引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を使用した場合には、溶接時の通電初期段階においてプロジェクション部を十分に潰すことができず、その結果、電流密度増加による過剰発熱によって散りが発生して周辺に付着し、溶接後にねじが通り難くなる等の問題が生じる。さらに、プロジェクション部が十分に潰れない状態で接合が行われると、接合面積が十分に得られず、その結果、十分な静的強度が得られない場合もある。
【０００５】
ナットやボルトをプロジェクション溶接する方法に関しては、例えば、ボルトと基板部材とをプロジェクション溶接するにあたり、まず、一方の電極を対向方向に進退する分割電極で構成し、他方の電極を両分割電極の対向間隙に向けて上方に配設することで、溶接電極を適正配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、ボルトと基板部材を分割電極の上に搬入した後、他方の電極を降下させてボルトと基板部材を圧接させ、プロジェクション溶接を行うことで、溶接工程において時間の無駄を無くし、スピードアップすることが可能とされている。
【０００６】
また、プロジェクション溶接方法に関し、溶接通電を、低電流から高電流の２段階で変化させて行うとともに、低電流時の通電時間を高電流時よりも短く設定する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、上記方法を採用することにより、プロジェクション溶接継手の接合強度が一層向上するとともにばらつきを低減させることができ、溶接品質をより高めることが可能とされている。
【０００７】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分を調整する方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３によれば、鋼板の化学成分を適正化することにより、引張強さ（ＴＳ）：７８０ＭＰａ以上、伸び（Ｅｌ）：２０％以上、降伏比（ＹＲ）：６５％以下の鋼板特性とプロジェクション溶接性の両立を図ることができ、良好な成形性およびプロジェクション溶接性が得られるとされている。
【０００８】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分を調整するとともに、炭素当量を比較的低めに設定する方法が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４によれば、鋼板中の炭素当量を低減させることにより、良好な溶接性を有する５７０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板の製造が可能であるとされている。
【０００９】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分や板厚、炭素当量に加え、板厚や炭素当量によって算出されるＤＩ値を調整する方法が提案されている（例えば、特許文献５を参照）。特許文献５によれば、鋼板自体の強度を確保しつつ、ナットとの接合強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させるとともに、接合強度のばらつきを低減させることが可能とされている。
【００１０】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分を適正に調整するとともに、接合部断面での熱影響部における硬さ分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の断面積と厚さの比を所定範囲に規定する方法が提案されている（例えば、特許文献６を参照）。特許文献６によれば、上記構成により、ナットと鋼板との接合強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させるとともに、接合強度のばらつきを低減させることが可能とされている。
【００１１】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板成分を適正化するとともに、熱影響部の最大深さ部を含む、鋼板表面に垂直な方向での硬さ分布について、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の厚さが鋼板厚さの３０％以上であるか、あるいは、ビッカース硬さが３００Ｈｖ以上の領域の厚さが鋼板厚さの５０％以上に制御されたものが提案されている（例えば、特許文献７を参照）。特許文献７によれば、上記構成により、ナットと鋼板との接合強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させるとともに、接合強度のばらつきを低減させることが可能とされている。
【００１２】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板の厚さ方向の所定範囲において、酸化物の含有量の上限を規定したものが提案されている（例えば、特許文献８〜１０を参照）。特許文献８〜１０によれば、溶接強度を低下させる要因となる酸化物の含有量を規制することにより、プロジェクション溶接部の強度を高めることが可能とされている。
【００１３】
しかしながら、上述した各方法は、何れも、特別な溶接法が必要であったり、鋼板成分が限定されたり、プロジェクション溶接部の特性、特に、引張強さが７５０ＭＰａ以上の炭素等量が高い鋼板を基盤に用いた場合の接合強度を確実にかつ安定して向上させるのが難しく、その効果も十分でないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１７８１６１号公報
【特許文献２】特開２００４−５０２８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１８１６号公報
【特許文献４】特開平６−６５６３７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１０６３４３号公報
【特許文献６】特開２０１０−１１５６７８号公報
【特許文献７】特開２０１０−１１６５９２号公報
【特許文献８】特開２０１１−００６７６４号公報
【特許文献９】特開２０１１−００６７６５号公報
【特許文献１０】特開２０１１−００６７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一般的に、ナットまたはボルトは、強度が必要とされるため、その炭素量や炭素当量は高めに設定されている。このため、ナットまたはボルトと高強度鋼板、特に引張強さが７５０ＭＰａ以上の炭素当量が高い高強度鋼板とをプロジェクション溶接した場合には、接合部および熱影響部の硬さが増加し過ぎて靭性が低下し、十分なトルク剥離強さや押込み剥離強さが得られなくなるという問題が生じる。また、入熱条件が高いか、あるいは板厚が厚い（板厚：１．８ｍｍ以上）場合には、プロジェクション溶接後に生じる接合部の急激な収縮により、硬くて靭性が低い部分において、高温割れや低温割れが起こるという問題が生じる。さらに、従来の方法では、特に引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を使用した場合に、通電初期にプロジェクション部を十分に潰すことができず、その結果、電流密度が増加して過剰発熱が起こり、散りが発生してそれがネジの部分に付着し、溶接後にねじが通り難くなることがあった。また、プロジェクション部が十分に潰れない状態でプロジェクション溶接を行ったために接合面積が不十分となり、十分な静的強度が得られないという問題も生じていた。
【００１６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、ナットまたはボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなり、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さ等の静的強度に優れた、プロジェクション溶接継手およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者等が上記問題を解決するために鋭意研究したところ、ナットまたはボルトの化学成分（炭素量を含む）、ならびに、高強度鋼板の引張強さ、板厚、炭素当量を規定して接合部の硬さと靭性を適度に制御し、さらに、ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積と、ナットまたはボルトの呼び径部分の面積との比を適正範囲で規定することにより、プロジェクション溶接された接合部の静的強度が向上するとともに、高温割れや低温割れの発生を防止できることを知見した。さらに、通電初期段階において、アップスロープや予備通電を行うことでプロジェクション部を安定して十分に潰すことにより、散りの発生を防止でき、また、適度で十分な接合面積を確保して高い接合強度が得られることを知見した。これに加え、溶接通電の直後に加圧力を増加させることで、溶接後の収縮によって生じる引張残留応力の発生を軽減させ、溶接部において高温割れや低温割れが発生するのを防止でき、高い接合強度が得られることを知見した。
【００１８】
上記により、本発明者等は、溶接用電極の配分や通電パターン制御を実施する等の特殊な溶接プロセスを実施することなく、また、鋼板の化学成分やＤＩ値を特別に調整することもなく、実用の溶接条件の範囲内でプロジェクション溶接を実施することで、溶接継手の静的強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させることが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１９】
［１］ 質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２８％、Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるナットまたはボルトと、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなる溶接継手であって、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たし、かつ、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下であることを特徴とするプロジェクション溶接継手。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示し、上記（２）式において、ＳＪ：ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナットまたはボルトの呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。
【００２０】
［２］ 上記［１］に記載の化学成分を有するナットまたはボルトと、上記［１］に記載の引張強さ、板厚、ならびに、上記［１］に記載の（１）式で表される炭素当量を有する高強度鋼板とを、加圧しながら通電加熱を行うプロジェクション溶接によって接合する、プロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比を、上記［１］に記載の（２）式で表される関係とし、かつ、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔが、それぞれ下記（３）〜（５）式を満たす条件として、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板とを加圧しながら溶接通電を行うことにより、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接することを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．９６ ≦ ＥＦ ≦５．８８ ・・・・・（３）
５０ ≦ Ｗｔ ≦ ２４０ ・・・・・（４）
Ｈｔ ≦ １６０ ・・・・・（５）
但し、上記（３）〜（５）式において、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）、Ｗｔ：通電時間（ｍｓ）、Ｈｔ：溶接後の電極保持時間（ｍｓ）を示す。
【００２１】
［３］ 上記［２］に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記溶接通電を行う前に、下記（６）式を満たす条件でアップスロープ通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１６ ≦ ＵＳｔ ≦ ８０ ・・・（６）
但し、上記（６）式において、ＵＳｔ：アップスロープ時間（ｍｓ）を示す。
［４］ 上記［２］に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記溶接通電を行う前に、下記（７）、（８）式を満たす条件で予備通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
０．２×ＷＣ ≦ ＰＲＣ ≦ ０．６×ＷＣ ・・・（７）
１６ ≦ ＰＲｔ ≦ ８０ ・・・（８）
但し、上記（７）式において、ＷＣ：プロジェクション溶接電流（ｋＡ）、ＰＲＣ：予備通電電流（ｋＡ）を示し、上記（８）式において、ＰＲｔ：予備通電時間（ｍｓ）を示す。
【００２２】
［５］ 上記［２］〜［４］の何れか１項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記溶接通電の後、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦ（ｋＮ）を、下記（９）式で表される関係を満たす範囲とすることを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．２×ＥＦ ≦ ＰＥＦ ≦ １．５×ＥＦ ・・・（９）
但し、上記（９）式において、ＰＥＦ：溶接通電後の電極保持加圧力（ｋＮ）、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）を示す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法によれば、上記構成により、特に、自動車用部品や車体の接合部に用いられ、ナットまたはボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手において、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止できるので、接合部およびその部品の信頼性を向上させることが可能となる。したがって、例えば、自動車用部品や車体、ならびにそれらの製造、組立工程において本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法を適用することにより、高強度鋼板の採用による安全性の向上の他、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手を備えた構造部材を示す断面図である。
【図２】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は図１に示すナットの構造を詳細に説明する断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、プロジェクション溶接機を用いてナットと高強度鋼板とを接合する工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の断面における接合部・熱影響部の硬さ分布の測定方法を示す概略図である。
【図５】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を示す断面図である。
【図６】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を示す断面図である。
【図７】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手を備えた構造部材を示す断面図である。
【図８】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は図７に示すボルトの構造を詳細に説明する概略図、（ｂ）は（ａ）のボルトを下面側から見た概略図である。
【図９】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、プロジェクション溶接機を用いてボルトと高強度鋼板とを接合する工程を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の断面における接合部・熱影響部の硬さ分布の測定方法を示す概略図である。
【図１１】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を示す断面図である。
【図１２】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を示す断面図である。
【図１３】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、溶接通電前にアップスロープ通電を行う場合の通電パターンを示すグラフである。
【図１４】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、溶接通電前に予備通電を行う場合の通電パターンを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
以下、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第１の実施形態について、主に図１〜図３を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
【００２６】
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２８％、Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるナット２と、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板１とがプロジェクション溶接されてなる。そして、本実施形態においては、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示し、上記（２）式において、ＳＪ：ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナット２の呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。
【００２７】
『プロジェクション溶接法』
本発明において説明するプロジェクション溶接とは、被接合物の接合箇所に大電流を流し、この接合箇所を抵抗発熱によって加熱しながら圧力を加えて接合を行う、いわゆる抵抗溶接法の一種である。具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示す例のように、ナット２の、高強度鋼板１と接合される接合面２ａにプロジェクション部２１を設け、このプロジェクション部に電流を集中して流すことで、加熱すると同時に加圧を行って接合する方法である。また、プロジェクション溶接は、重ね合わせた被接合物を電極の先端で挟持し、通電と同時に電極で加圧することで接合を行う、いわゆるスポット溶接法の装置を用い、電極を変更して行うことができる方法である。
【００２８】
プロジェクション溶接は、上述のように、被接合物のナット２に設けられたプロジェクション部に集中して通電を行うため、小電流の通電で電流密度を高くすることができる。これにより、母材（高強度鋼板１）表面において確実に接合部を形成させることができ、良好な接合を行うことが可能となる。このような接合部は、多くの場合、溶融することなく圧接（固相接合）となるが、溶接電流が高い場合には溶融する場合もある。
以下、本実施形態における各限定理由について詳述する。
【００２９】
『ナット』
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０は、図１に例示するように、高強度鋼板１とプロジェクション溶接されるナット（溶接ナット）２として、図２（ａ）、（ｂ）に示すような、接合面２ａにプロジェクション部２１が備えられたものを採用することができる。また、図１においては、上記構成のプロジェクション溶接継手１０が備えられてなる、自動車部品等の分野において適用可能な構造部材５０を例示している。
【００３０】
本実施形態において用いられるナット（溶接ナット）は、その概略形状や寸法がＪＩＳ Ｂ １１９６に規定された溶接ナットに準拠するものである。また、本実施形態で用いられるナット２に備えられる突起部（プロジェクション部２１）としては、ＪＩＳ Ｂ １１９６に記載された各種の突起形状を何ら制限無く採用することができる。例えば、ＪＩＳ Ｂ １１９６に記載された四角溶接ナット（１Ｃ形）に設けられ、また、図２（ａ）、（ｂ）に例示するナット２に備えられたプロジェクション部２１のような突起形状等を採用することが可能である。さらに、ナット２の概略形状や寸法としては、ＪＩＳに規定されるものに限定されるものではなく、用途や性能に応じて適宜変更されていても良い。
【００３１】
ナット２の接合面２ａに設けられたプロジェクション部２１の数（突起数）としては、特に限定されないが、例えば、３〜４点とすることが好ましく、図２（ａ）、（ｂ）等に示す例では４点とされている。この理由としては、プロジェクション部２１が接合面２ａに３〜４点設けられていれば、溶接加圧の際に、プロジェクション部（突起部）２１と高強度鋼板１との接触位置が３〜４点となり、面としての当たりの状態が安定して定まることが挙げられる。接合面におけるプロジェクション部の数を２点とした場合、溶接加圧の際に、プロジェクション部２１と高強度鋼板１の当たりの状態が安定しないことがあり、また、４点を超えた場合には、当たりの弱いプロジェクション部が発生して入熱がアンバランスとなり、接合部の強度が低下する恐れがある。
【００３２】
「成分組成」
本実施形態で用いられるナット２は、上述したように、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２８％、Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成とされたものである。
以下、ナット２の成分中における各元素の限定理由について説明するが、以下の説明における含有量「％」は、特に指定がない限り「質量％」を表すものとする。
【００３３】
（Ｃ：炭素）０．０７〜０．２８％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な元素であり、その含有量が０．０７％未満ではナットの強度が不足するため、下限を０．０７％とした。一方、Ｃを過剰に添加すると、接合部の硬さが増加し過ぎて靱性が低下し、また、高温割れや低温割れが生じやすくなるため、その上限を０．２８％に制限した。
【００３４】
（Ｓｉ：珪素）０．００７〜０．３５％
Ｓｉは、脱酸や強度の確保に必要な元素であり、このような効果を得るためには０．００７％以上の添加が必要である。一方、Ｓｉを過剰に添加すると、ナットの溶接性や靱性が低下することから、その上限を０．３５％に制限した。
【００３５】
（Ｍｎ：マンガン）０．２０〜１．２０％
Ｍｎは、焼入れ性の向上や、ナットの強度向上に必要な元素であり、このような効果を得るためには０．２０％以上の添加が必要である。一方、Ｍｎを過剰に添加すると、ナットの溶接性や靱性が低下することから、その上限を１．２０％に制限した。
【００３６】
（Ｐ：リン）０．０２０％以下
Ｐは、ナットをなす鋼中に不可避的に混入してくる元素であり、その含有量は少ないほうが好ましい。Ｐの含有量が多くなると、ナットの靭性低下や接合部の高温割れを引き起こすことから、その上限を０．０２０％以下に制限した。
【００３７】
（Ｓ：硫黄）０．０３５％以下
Ｓは、Ｐと同様、ナットをなす鋼中に不可避的に混入してくる元素である。Ｓの含有量が多くなると、ナットの靭性低下や接合部の高温割れを引き起こすため、その上限を０．０３５％以下に制限した。
【００３８】
（Ｃｕ：銅）０．３０％以下
Ｃｕは、ナットの強度向上に必要な元素であることから、ある程度の量で添加されていることが好ましい。しかしながら、Ｃｕを過剰に添加すると熱間加工性が低下し、また、高温割れを引き起こすことから、その上限を０．３０％に制限した。一方、Ｃｕの含有量は、溶接性を確保する観点から、強度向上効果が得られる範囲内で可能な限り少量とすることがより好ましく、具体的には０．１％以下とすることが好ましい。
【００３９】
「ナットのその他の鋼特性」
本実施形態で用いられるナット２の強度レベルとしては、特に制限されるものではなく、一般的な強度レベル、例えば、５Ｔ（４９０ＭＰａ相当）や、８Ｔ（７８５ＭＰａ相当）のものを好適に用いることができる。
またさらに、ナット２のビッカース硬さも特に制限されるものではなく、適宜、設定することが可能である。
【００４０】
『高強度鋼板』
以下に、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０をなす高強度鋼板１の鋼板特性について詳述する。
本実施形態において、プロジェクション溶接によってナット２と接合される高強度鋼板１は、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲とされている。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示す。
【００４１】
「引張強さ」７５０〜１６００ＭＰａ
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０においては、母材強度、すなわち、高強度鋼板１の引張強さを７５０〜１６００ＭＰａの範囲に規定する。
鋼板の強度は、プロジェクション溶接後のプロジェクション溶接継手１０の静的強度や、割れの抑制等に対して大きな影響を及ぼす。本実施形態においては、まず、鋼板として、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａの範囲とされた高強度鋼板１を用いることで、ナット２とプロジェクション溶接することで得られるプロジェクション溶接継手１０の静的強度が高められ、また、高温割れや低温割れが発生するのを抑制できる。
【００４２】
鋼板の引張強さが７５０ＭＰａ未満の場合には、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が小さいため、そもそも高温割れや低温割れが発生し難いことから、本発明の適用対象外である。
また、高強度鋼板の引張強さが１６００ＭＰａを超えると、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きいため、高温割れや低温割れが発生し易くなるので、本発明の適用範囲外である。
【００４３】
「板厚」０．８〜３．０ｍｍ
本実施形態において用いられる高強度鋼板１の板厚を、０．８〜３．０ｍｍの範囲に規定する。高強度鋼板１の板厚が上記範囲であれば、本発明の適用による静的強度の向上、ならびに、高温割れや低温割れを抑制する十分な効果が得られる。
【００４４】
高強度鋼板の板厚が０．８ｍｍ未満の場合には、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が小さいため、そもそも高温割れや低温割れが発生し難くなるので、本発明の適用対象外である。
また、高強度鋼板の板厚が３．０ｍｍを超えると、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きいため、高温割れや低温割れが発生し易くなるので、本発明の適用対象外である。
【００４５】
「鋼種」
（鋼組織）
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０において用いられる高強度鋼板１の鋼種については、特に限定されず、例えば、２相組織型（例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織等）、加工誘起変態型（フェライト中に残留オーステナイトを含む組織）、焼入れ型（マルテンサイト組織）、微細結晶型（フェライト主体組織）等、何れの型の鋼板であっても良い。何れの鋼種からなる高強度鋼板を用いた場合であっても、鋼板の特性を失うことなく、本発明を適用することによる上記効果が確実に得られる。
【００４６】
（成分組成）
高強度鋼板１の成分組成としても、特に限定されるものではなく、この分野で一般的に用いられている炭素鋼や合金鋼等を採用することが可能である。但し、本実施形態の高強度鋼板１としては、以下に詳述するように、上記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑと各元素との関係を満足する組成のものを採用することが必須となる。
【００４７】
（炭素当量：Ｃｅｑ）０．２２〜０．５０質量％
本実施形態においては、下記（１）式で規定される、高強度鋼板１の炭素当量Ｃｅｑを、０．２２〜０．５０質量％の範囲に規定する。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示す。
【００４８】
高強度鋼板の炭素当量Ｃｅｑが０．２２質量％未満の場合には、そもそも接合部の強度低下や、高温割れ、低温割れの問題が発生し難いので、本発明の適用対象外である。
また、高強度鋼板の炭素当量Ｃｅｑが０．５０質量％を超えると、接合部の強度低下や高温割れ、低温割れの発生が顕著となり、本発明の適用対象外である。
【００４９】
ところで、下記（６）式は、接合部の硬さに関わる炭素当量Ｃｅｑｈを表し、また、下記（７）式は、接合部の靭性に関わる炭素当量Ｃｅｑｔを表しており、この（７）式は、上記（１）式と共通となっている。
Ｃｅｑｈ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／４０＋［Ｃｒ］／２０ ・・・・・（６）
Ｃｅｑｔ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・・・（７）
但し、上記（６）、（７）式において、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］および［Ｓ］は、それぞれ高強度鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各含有量（質量％）を示す。
【００５０】
一般的に、鋼板の引張強さが増加すると、上記（６）、（７）式で表される炭素当量（ＣｅｑｈまたはＣｅｑｔ）の数値が増加し、その結果、接合部の硬さが増加して靱性が低下する。このように、接合部の硬さが増加して靱性が低下すると、接合部の剥離方向の強度が低下し、また、割れが発生し易くなる。特に、上記（７）式で表される炭素当量Ｃｅｑｔの数値が大き過ぎる場合、具体的には炭素当量Ｃｅｑｔが０．２２以上になると、上述のような接合部の強度低下や割れの発生が起こるようになる。
【００５１】
「めっき」
本実施形態において用いられる高強度鋼板１は、表面処理を施さずに、冷間圧延・熱間圧延後の状態で使用することもできるが、必要に応じてめっき処理を施しても良い。また、この際のめっき層の種類についても、例えば、Ｚｎ系、Ｚｎ−Ｆｅ系、Ｚｎ−Ｎｉ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ｍｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｌ-Ｓｉ系等、何れのめっき層であっても良い。また、めっき層の表層に無機系、有機系の皮膜（例えば、潤滑皮膜等）が施されていても良い。
【００５２】
また、これらのめっき層の目付量についても、特に限定されないが、両面の目付量で１００ｇ／１００ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。めっきの目付量が片面あたりで１００ｇ／ｍ２を越えると、めっき層がプロジェクション溶接の際の障害となる場合がある。
高強度鋼板１の表面に上述のようなめっき処理を施すことにより、鋼板の耐食性を確保することが可能となる。
【００５３】
『接合部の面積と呼び径部分の面積との比』
本実施形態においては、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たすことが必要である。
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
但し、上記（２）式において、ＳＪ：ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナット２の呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。
【００５４】
上記（２）式で表されるＳＪ／ＳＲが０．７未満だと、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さや押込み剥離強さの低下が生じる。また、上記（２）式で表されるＳＪ／ＳＲが１．５を超える接合部を得ようとすると、散りが発生し易くなって周辺部に付着することからねじが通り難くなり、また、過度な加圧によって割れが生じることがある。
【００５５】
『接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値』５５０Ｈｖ以下
本実施形態においては、上記（２）式で表されるＳＪ／ＳＲを規定したうえで、さらに、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に規定する。接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖを超えると、靭性低下による接合部の強度低下や割れの発生が顕著に起こるようになるので好ましくない。また、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値は、接合強度の観点からは、３００Ｈｖ以上であることが好ましい。
【００５６】
『製造方法』
以下に、上述したような本実施形態のプロジェクション溶接継手を製造する方法の一例について説明する。
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法は、上記化学成分を有するナット２と、上記引張強さ、板厚、ならびに、上記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑを有する高強度鋼板１とを、加圧しながら通電加熱を行うプロジェクション溶接によって接合する方法であり、通電時の電極（図３中に示す上部電極８１および下部電極８２）の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔが、それぞれ下記（３）〜（５）式を満たす条件として、ナット２と高強度鋼板１とを加圧しながら通電を行うことにより、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が上記（２）式で表される関係となるようにし、かつ、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下になるようにプロジェクション溶接する方法を採用している。
１．９６ ≦ ＥＦ ≦５．８８ ・・・・・（３）
５０ ≦ Ｗｔ ≦ ２４０ ・・・・・（４）
Ｈｔ ≦ １６０ ・・・・・（５）
但し、上記（３）〜（５）式において、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）、Ｗｔ：通電時間（ｍｓ）、Ｈｔ：溶接後の電極保持時間（ｍｓ）を示す。
【００５７】
「通電時の電極の加圧力：ＥＦ」１．９６〜５．８８（ｋＮ）
本実施形態においては、プロジェクション溶接による通電を行う際の、上部電極８１および下部電極８２による加圧力ＥＦ（ｋＮ）を、上記（３）式で表される範囲、すなわち、１．９６〜５．８８（ｋＮ）の範囲に規定する。
電極による加圧力ＥＦは、溶接後の接合部面積ＳＪや接合部の残留応力に影響を与え、接合部の強度、特に剥離方向の強度や、接合部における割れの発生に大きな影響を及ぼす。本実施形態においては、通電時間Ｗｔや、溶接後の電極保持時間Ｈｔを所定範囲に規定するとともに、上部電極８１および下部電極８２による加圧力ＥＦを上記範囲に規定することにより、ナット２に備えられるプロジェクション部２１を十分に潰しながら、溶接後の接合部面積を適正に制御し、接合部の強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００５８】
通電時の電極による加圧力ＥＦが１．９６ｋＮ未満だと、ナットに設けられたプロジェクション部が十分に潰れず、ナットと高強度鋼板との間に隙間ができ易くなり、また、十分な接合面積が得られないため、接合部において十分な強度が得られなくなる。さらに、プロジェクション部の電流密度が増加して過剰発熱が起こるため、接合部において散りが発生し易くなり、この散りが周辺に付着することによって、ネジが通り難くなる。
一方、電極による加圧力ＥＦが５．８８ｋＮを超えると、プロジェクション部の変形が大きくなり過ぎ、溶接途中で電流密度が下がり、拡散が不十分になって接合部の強度が低下する。また、過度な加圧により、接合部等に割れが生じることがある。
【００５９】
「通電時間：Ｗｔ」５０〜２４０（ｍｓ）
本実施形態では、プロジェクション溶接による通電時間Ｗｔを、上記（４）式で表される範囲、すなわち、５０〜２４０ｍｓの範囲に規定する。
本実施形態では、通電時の電極の加圧力ＥＦおよび溶接後の電極保持時間Ｈｔを所定範囲に規定するとともに、通電時間Ｗｔを上記範囲とすることにより、ナット２に備えられるプロジェクション部２１を十分に潰しながら、溶接後の接合部のビッカース硬さを適正に制御し、接合部の強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００６０】
通電時間Ｗｔが５０ｍｓ未満だと、プロジェクション部が十分に潰れず、ナットと高強度鋼板との間に隙間ができ易くなり、また、十分な接合面積が得られず拡散も不十分となるため、接合部で十分な強度が得られなくなる。
一方、通電時間Ｗｔが２４０ｍｓを超えると、溶接入熱が大きくなり過ぎて、熱影響部において軟化（ＨＡＺ軟化）等が起こり、ナットや鋼板の強度低下を招き、さらに、作業効率も低下するという問題が生じる。
【００６１】
なお、本実施形態におけるプロジェクション溶接電流ＷＣ（ｋＡ）については、ナットと鋼板とを接合するプロジェクション溶接法において従来から採用されている電流値と同程度とすれば良い。
【００６２】
「溶接後の電極保持時間：Ｈｔ」１６０（ｍｓ）以下
本実施形態においては、プロジェクション溶接通電を行った後の電極保持時間Ｈｔを、上記（５）式で表される範囲、すなわち、１６０ｍｓ以下に規定する。なお、上記範囲の電極保持時間Ｈｔで、上部電極８１および下部電極８２によってナット２および高強度鋼板１を加圧する際の加圧力は、上記（３）式で表される範囲とすることができる。
【００６３】
溶接後の電極保持時間Ｈｔは、溶接後の接合部のビッカース硬さに影響を与え、接合部の強度や、接合部における割れの発生に大きな影響を及ぼす。
溶接後の電極保持時間Ｈｔが１６０ｍｓを超えると、接合部、特に、鋼板側の冷却速度が早くなるため、接合部近傍の硬さが過剰に増加する。また、工程時間が長くなるため、作業効率も低下するという問題が生じる。強度のばらつき低下や強度向上の観点からは、保持時間Ｈｔは出来るだけ短い方が好ましい。
【００６４】
なお、上述した保持時間Ｈｔは実際の保持時間を示しており、溶接装置にもよるが、通常は装置側で設定した時間よりも長くなる。
【００６５】
「溶接通電パターン」
本実施形態においては、ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する際の基本通電パターンとしては、従来からこの分野において採用されている通電パターンを何ら制限なく採用することができる。
また、本実施形態においては、その他、大電流・短時間通電や、小電流・長時間通電等、様々な通電パターンも想定されるが、上記した通電時の電極の加圧力ＥＦと通電時間Ｗｔは、適宜最適条件に調整することが好ましい。
【００６６】
本実施形態によれば、上述したような、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔを適正な範囲に限定した条件で、ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する。これにより、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接継手１０を製造することができる。したがって、接合部Ａの強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００６７】
「プロジェクション溶接の手順」
以下に、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０の製造方法における、プロジェクション溶接の手順について概略を説明する。
【００６８】
（プロジェクション溶接機）
本実施形態においてプロジェクション溶接で用いる溶接機としては、例えば、従来公知の通電方式で、電源としては単相交流、直流インバータ、交流インバータ等、何れの電源も使用することができる。また、溶接に用いられる電極としては、例えば、ナットと鋼板との接合に一般的に用いられる、クロム銅合金やアルミナ分散銅等からなる、プロジェクション溶接用電極を採用することができる。
【００６９】
上述のような溶接機として、一般的なプロジェクション溶接機の一例を図３に示す。図３は、ナット２と高強度鋼板１とを、プロジェクション溶接機８０を用いて接合する状態を説明する図であり、このプロジェクション溶接機８０は、上部電極（可動電極）８１、下部電極（固定電極）８２、位置決めピン８５を備えて概略構成される。
【００７０】
（手順）
プロジェクション溶接継手１０を製造する手順について、図３に示すプロジェクション溶接機８０を用いてナット２と高強度鋼板１とを接合し、プロジェクション溶接継手１０を備える構造部材５０を製造する場合を例に挙げて以下に説明する。
【００７１】
まず、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１においてナット２が接合される位置にピアス孔１１を形成する。この際、高強度鋼板１として上記した範囲の板厚のものを用い、従来公知の加工方法、例えば、打ち抜きやレーザ切断等の方法を用いて、ピアス孔１１を形成する。
また、高強度鋼板１の表面１ａには、必要に応じて、予め、合金化溶融亜鉛めっきまたは溶融亜鉛めっき等が、溶接の障害とならない程度の目付量で施されていても良い。さらに、めっきの表層には、無機系、有機系の皮膜等が形成されていても良い。
【００７２】
また、図２（ａ）、（ｂ）に例示するような、ＪＩＳ Ｂ１１９６に準拠した、プロジェクション部２１を形成したナット２を準備する。図示例のナット２に備えられるプロジェクション部２１は、接合面２ａ側に備えられている。
【００７３】
次に、図３に示すプロジェクション溶接機８０に備えられる下部電極８２上に高強度鋼板１をセットする。この際、位置決めピン８５を、高強度鋼板１に設けられるピアス孔１１に挿入することで、高強度鋼板１の位置決めを行う。
次に、ねじ孔２２に位置決めピン８５を挿入して位置合わせしながら、ナット２を高強度鋼板１上にセットする。これにより、高強度鋼板１に形成されたピアス孔１１の中心１１ａと、ナット２のねじ孔２２の中心２２ａとが概略一致した状態でセットされる。また、この際、ナット２の接合面２ａに設けられたプロジェクション部２１が高強度鋼板１の表面１ａと接触するようにセットされる。
【００７４】
次に、重ね合わせられた高強度鋼板１とナット２とを、上部電極８１と下部電極８２との間に挟み、これら各電極によって加圧することで、高強度鋼板１とナット２とを加圧しながら通電加熱を行う。これにより、高強度鋼板１とナット２（プロジェクション部２１）との間が、プロジェクション溶接によって接合部Ａで接合される。このような概略手順により、図１に示すような、プロジェクション溶接継手１０を備える構造部材５０を製造することができる。
【００７５】
なお、本実施形態においては、図３に示すようなプロジェクション溶接機８０を用いた場合のように、プロジェクション部２１の直上部近傍を押さえる構成の上部電極８１を用いる方法とすることがより好ましい。このような方法を採用することにより、通電パス（電極間距離）の短縮を図ることができるとともに、上部電極８１への熱伝導の促進により、ナットや接合部Ａ近傍の過剰な温度上昇を抑制することができるので、熱影響部ＢにおけるＨＡＺ軟化の抑制や引張残留応力の低減が可能となる。
【００７６】
［第２の実施形態］
本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第２の実施形態について、図７〜図９を参照しながら以下に説明する。なお、本実施形態は、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
また、本実施形態では、上記第１の実施形態と共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００７７】
本実施形態では、図７に例示するようなプロジェクション溶接継手１０Ａを構成するにあたり、図８（ａ）、（ｂ）に例示するようなボルト（溶接ボルト）１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接している点で、ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接している第１の実施形態とは異なる。
なお、本実施形態では、第１の実施形態で用いたナット２に代わり、ボルト１２を用いた点以外の条件、具体的には、高強度鋼板１の各特性は第１の実施形態と同様であり、また、ボルト１２の成分組成についても、第１の実施形態におけるナット２と同様である。またさらに、本実施形態では、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１の面積ＳＪと、ボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が、上記の（２）式で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａ１および熱影響部Ｂ１のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている点についても、第１の実施形態と同様である。
【００７８】
また、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０Ａの製造方法においても、プロジェクション溶接に用いる高強度鋼板１の各特性、ボルト１２の成分組成の他、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１の面積ＳＪと、ボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比の各条件については、第１の実施形態と同様の条件である。さらに、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔの各溶接条件と、接合部Ａ１および熱影響部Ｂ１のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接する点についても、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
本実施形態において用いられるボルト１２は、その概略形状や寸法がＪＩＳ Ｂ １１９５に規定された溶接ボルトに準拠するものである。また、また、本実施形態で用いられるボルト１２に備えられるプロジェクション部についても、第１の実施形態におけるナット２と同様、各種の突起形状を何ら制限無く採用することができる。例えば、ＪＩＳ Ｂ １１９５において規定される溶接ボルトにおいて、図８（ａ）、（ｂ）に例示するボルト１２の下面１２Ａ側に備えられたプロジェクション部１２ａのような突起形状等を採用することが可能である。さらに、第１の実施形態におけるナット２の場合と同様、ボルト１２の概略形状や寸法としては、ＪＩＳに規定されるものに限定されるものではなく、用途や性能に応じて適宜変更されていても良い。
【００８０】
以下、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０Ａの製造方法における、プロジェクション溶接の手順について概略を説明する。本実施形態においては、図７に示すような、ボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接し、プロジェクション溶接継手１０Ａを備える構造部材５０Ａを製造する場合を例に挙げて説明する。
【００８１】
本実施形態において、ボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する溶接機として、第１の実施形態と同様の通電方式で、電源としては、単相交流、直流インバータ、交流インバータ等、何れの電源も使用することができる。また、溶接に用いられる電極としては、例えば、ボルトと鋼板との接合に一般的に用いられる、クロム銅合金やアルミナ分散銅等からなる、プロジェクション溶接用電極を採用することができる。
【００８２】
このような溶接機の一例を図９（ａ）、（ｂ）に示す。図９（ａ）、（ｂ）は、ボルト１２と高強度鋼板１とを、プロジェクション溶接機９０を用いて接合する状態を説明する図であり、このプロジェクション溶接機９０は、上部電極９１、下部電極（固定電極）９２、位置決め穴９４を備えて概略構成される。また、図示例のプロジェクション溶接機９０は、位置決め穴９４内部の側壁に、絶縁体９２ａが備えられている。
【００８３】
まず、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１においてボルト１２が接合される位置に、第１の実施形態と同じ方法によってピアス孔１１を形成する。このピアス孔１１には、接合時にボルト１２が挿入される。
また、高強度鋼板１の表面１ａには、第１の実施形態と同様、必要に応じて、予め、合金化溶融亜鉛めっきや溶融亜鉛めっき等が施されていても良く、さらに、めっきの表層に、無機系や有機系の皮膜等が形成されていても良い。
【００８４】
また、図８（ａ）、（ｂ）に例示するような、ＪＩＳ Ｂ１１９５に準拠した、プロジェクション部１２ａを形成したボルト１２を準備する。このボルト１２には、下面１２Ａの各部にプロジェクション部１２ａが形成されており、この部分で高強度鋼板１と接触するように構成されている。
【００８５】
次に、図９（ａ）に示すように、プロジェクション溶接機９０に備えられる下部電極９２上に高強度鋼板１をセットする。この際、高強度鋼板１に設けられるピアス孔１１と位置決め孔９４とを、概略で位置合わせしておく。
【００８６】
次に、図９（ｂ）に示すように、ボルト１２を、高強度鋼板１のピアス孔１１ならびに位置決め孔９４に挿入することにより、位置決めしながら高強度鋼板１にセットする。これにより、高強度鋼板１に形成されたピアス孔１１の中心１１ａと、ボルト１２の軸芯とが概略一致した状態でセットされる。また、この際、ボルト１２の下面１２Ａ側に設けられたプロジェクション部１２ａが、高強度鋼板１の表面１ａと接触するようにセットされる。
【００８７】
次に、図９（ｂ）に示すように、重ね合わせられた高強度鋼板１とボルト１２とを、上部電極９１と下部電極９２との間に挟んで加圧することで、高強度鋼板１とボルト１２とを加圧しながら通電加熱を行う。これにより、高強度鋼板１とボルト１２（プロジェクション部１２ａ）との間が、プロジェクション溶接によって接合部Ａ１で接合される。
このような概略手順により、図９に示すような、ボルト１２と高強度鋼板１とが接合された、プロジェクション溶接継手１０Ａを備える構造部材５０Ａを製造することができる。
【００８８】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１および熱影響部Ｂ１のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接継手１０Ａを製造することができる。したがって、接合部Ａ１の強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００８９】
［第３の実施形態］
本発明におけるプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第３の実施形態について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、上記第１、２の実施形態と同じ図面を参照してその構成を説明するとともに、共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００９０】
本実施形態では、図１に例示するようなナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接してプロジェクション溶接継手１０を得るか、あるいは、図７に例示するようなボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接してプロジェクション溶接継手１０Ａを得るにあたり、上記条件の溶接通電を行う前に、下記条件のアップスロープ通電を行う点で、上記第１、２の実施形態とは異なる（図１３のグラフを参照）。また、本実施形態では、溶接通電を行う前にアップスロープ通電を行う以外の条件、すなわち、溶接通電時の各条件や、ナット２やボルト１２の成分、高強度鋼板１の鋼特性等については、上記第１、２の実施形態と同様である。またさらに、本実施形態では、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａ、あるいは、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１における面積ＳＪと、ナット２またはボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が、上記の（２）式で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａ、Ａ１および熱影響部Ｂ、Ｂ１のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている点についても、第１、２の実施形態と同様である。
【００９１】
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法においては、上記第１の実施形態において詳述した溶接通電を行う前に、下記（６）式を満たす条件でアップスロープ通電を行う。本実施形態では、その後、上記第１の実施形態と同様の条件および手順で溶接通電を行う。
１６ ≦ ＵＳｔ ≦ ８０ ・・・（６）
但し、上記（６）式において、ＵＳｔ：アップスロープ時間（ｍｓ）を示す。
【００９２】
本実施形態においては、図１３に示すように、プロジェクション溶接電流ＷＣでの溶接通電の前に、プロジェクション溶接電流ＷＣまで電流値を徐々に上げる上記条件のアップスロープ通電を行うことで、アップスロープ通電および溶接通電の際の加圧時に、ナット２またはボルト１２に備えられるプロジェクション部２１、１２ａを安定して十分に潰すことができる。このように、プロジェクション部を十分に潰して溶接することで、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくなり、適度で十分な接合面積を確保することができるので、安定的に高い接合強度が得られる。また、プロジェクション部２１、１２ａと鋼板１との接触がかなり不安定な状態で溶接されたとしても、散りの発生を防止することが可能となるため、散りの付着によってねじが通り難くなるという問題が無くなり、溶接後のねじの通り易さを確保することが可能となる。
【００９３】
アップスロープ時間が１６ｍｓ未満でも比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないこともあるため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接触が不安定な状況下での溶接では、散りが発生することもある。一方、アップスロープ時間が８０ｍｓを超えると、プロジェクション部が過剰に潰れた状態となり、溶接時の電流密度が低下するため、隙間の低下や接合強度の向上、安定が得られなくなるとともに、溶接時間も長くなって生産効率も低下する。
【００９４】
［第４の実施形態］
本発明におけるプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第４の実施形態について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、上記第１〜３の実施形態と同じ図面を参照してその構成を説明するとともに、共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００９５】
本実施形態では、図１に例示するようなプロジェクション溶接継手１０を得るか、あるいは、図７に例示するようなプロジェクション溶接継手１０Ａを得るにあたり、上記条件の溶接通電を行う前に、上述のアップロード通電に代わり、下記条件の予備通電を行う点で、上記第３の実施形態とは異なる（図１４のグラフを参照）。また、本実施形態では、溶接通電を行う前に予備通電を行う点以外の各条件については、上記第３の実施形態と同様である。
【００９６】
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法においては、上記第１の実施形態において詳述した溶接通電を行う前に、下記（７）、（８）式を満たす条件で予備通電を行う。本実施形態では、その後、上記第１の実施形態と同様の条件および手順で溶接通電を行う。
０．２×ＷＣ ≦ ＰＲＣ ≦ ０．６×ＷＣ ・・・（７）
１６ ≦ ＰＲｔ ≦ ８０ ・・・（８）
但し、上記（７）式において、ＷＣ：プロジェクション溶接電流（ｋＡ）、ＰＲＣ：予備通電電流（ｋＡ）を示し、上記（８）式において、ＰＲｔ：予備通電時間（ｍｓ）を示す。
【００９７】
本実施形態においては、図１４に示すように、プロジェクション溶接電流ＷＣでの溶接通電の前に、上記条件の予備通電を行うことにより、予備通電および溶接通電の際の加圧時に、ナット２またはボルト１２に備えられるプロジェクション部２１、１２ａを安定して十分に潰すことができる。このように、プロジェクション部を十分に潰して溶接することで、上記第３の実施形態と同様に、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくなり、適度で十分な接合面積を確保することができるので、安定的に高い接合強度が得られる。また、プロジェクション部２１、１２ａと鋼板１との接触が不安定な状態で溶接されたとしても、散りの発生を防止することが可能となるため、散りの付着によってねじが通り難くなるという問題が無くなり、溶接後のねじの通り易さを確保することが可能となる。
【００９８】
予備通電を行う際の予備通電電流ＰＲＣが、上記（７）式で規定する下限、すなわち、プロジェクション溶接電流ＷＣの０．２倍を下回っても、比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接触が不安定な状況下では散りが発生することもある。一方、予備通電電流ＰＲＣが、プロジェクション溶接電流ＷＣの０．６倍を超えると、プロジェクション部が過剰に潰れた状態となり、溶接時の電流密度が低下するため、隙間の低下や接合強度の向上、安定が得られなくなる。
【００９９】
また、予備通電における予備通電時間ＰＲｔが、上記（８）式で規定する下限、すなわち、１６ｍｓを下回っても比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接触が不安定な状況下では散りが発生することもある。一方、予備通電時間ＰＲｔが８０ｍｓを超えると、プロジェクション部が過剰に潰れた状態となり、溶接時の電流密度が低下するため、隙間の低下や接合強度の向上、安定が得られなくなるとともに、溶接時間も長くなって生産効率も低下する。
【０１００】
なお、図１４においては、上記条件による予備通電の後、直ちに電極への供給電流を上げ、プロジェクション溶接電流ＷＣでの溶接通電を開始する例を示しているが、これには限定されない。例えば、予備通電の後、１６〜６０ｍｓ程度のインターバル（通電休止時間）を設け、その後、溶接通電を開始するパターンとしても構わない。
【０１０１】
［第５の実施形態］
本発明におけるプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第５の実施形態について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、上記第１〜４の実施形態と同じ図面を参照してその構成を説明するとともに、共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【０１０２】
本実施形態では、図１に例示するようなプロジェクション溶接継手１０を得るか、あるいは、図７に例示するようなプロジェクション溶接継手１０Ａを得るにあたり、上記条件の溶接通電を行った後、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦを以下に説明する条件とする点で、上記第１〜４の実施形態とは異なる。また、本実施形態では、溶接通電後の電極保持加圧力ＰＥＦ以外の各条件については、上記第１〜第４の実施形態と同様である。
【０１０３】
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法においては、上記第１の実施形態において詳述した溶接通電を行った後に、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦ（ｋＮ）を、下記（９）式で表される関係を満たす範囲とする。
１．２×ＥＦ ≦ ＰＥＦ ≦ １．５×ＥＦ ・・・（９）
但し、上記（９）式において、ＰＥＦ：溶接通電後の電極保持加圧力（ｋＮ）、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）を示す。
【０１０４】
本実施形態においては、溶接通電後に、ナット２またはボルト１２と高強度鋼板１を上部電極および下部電極で保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦを上記範囲とすることにより、溶接通電の直後に加圧力を増加させる方法としている。これにより、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくなり、適度で十分な接合面積を確保することができるので、安定的に高い接合強度が得られる。また、溶接後の収縮によって生じる引張残留応力の発生を軽減させ、溶接部において高温割れや低温割れ、特に低温割れが発生するのを防止でき、高い接合強度が得られる。
【０１０５】
溶接通電後の電極保持加圧力ＰＥＦが上記（９）式で規定する下限、すなわち、通電時の加圧力ＥＦの１．２倍を下回っても比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないことがあるため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接合部に十分な加圧力が作用しないため、引張残留応力を低減する効果が十分に得られず、高温割れや低温割れ、特に低温割れが発生する。一方、溶接通電後の電極保持加圧力ＰＥＦが、通電時の加圧力ＥＦの１．５倍を超えると、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間は小さくなり、高温割れや低温割れが起こらなくなるが、加圧力が大きくなり過ぎて電極の損傷が起こり易くなり、また、高い加圧力を加えるためには特殊な溶接機が必要となることから、コストアップの要因となる。
【０１０６】
以上説明したように、本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法によれば、上記構成により、特に、自動車用部品や車体の接合部に用いられ、ナット２またはボルト１２と高強度鋼板１とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手１０、１０Ａにおいて、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部Ａ、Ａ１の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止できるので、接合部Ａ、Ａ１およびその部品の信頼性を向上させることが可能となる。
したがって、例えば、自動車用部品や車体、ならびにそれらの製造、組立工程において本発明のプロジェクション溶接継手１０、１０Ａおよびその製造方法を適用することにより、高強度鋼板の採用による安全性の向上の他、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【実施例】
【０１０７】
以下、本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【０１０８】
［実施例１］
以下、本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の実施例１について、図１〜図６を適宜参照しながら説明する。
本実施例では、まず、下記表１に示すような成分組成を有する各種のナットを準備した。そして、これらのナットを、以下に説明するような条件ならびに手順により、下記表２および表３に示すような鋼板特性を有する各種の高強度鋼板にプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
【表２】
【０１１１】
【表３】
【０１１２】
『ナットのプロジェクション溶接』
実施例１においては、図３に示すようなプロジェクション溶接機８０を用いてナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接した。このプロジェクション溶接機８０は、上部電極８１、下部電極８２、位置決めピン８５を備えている。
【０１１３】
本実施例では、下記に示す各条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板１にナット２を接合した。この際、ナット２として、ＪＩＳ Ｂ １１９６に準拠し、接合面に４カ所のプロジェクション部２１を備えたものを使用した。より具体的には、ＪＩＳ Ｂ １１９６規定による１Ｃ形・Ｍ６×１、Ｍ８×１、Ｍ１０×１、Ｍ１２×１、強度区分８Ｔのナット２（４カ所のプロジェクション部２１の突出寸法が１ｍｍ）を用い、外形寸法が５０×５０×ｔ（ｍｍ）とされた下記表２および表３に示すような各種の高強度鋼板１とプロジェクション溶接を行った。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下２ｌ／分
（４）初期加圧時間：６００ｍｓ
（５）電極による加圧力ＥＦ：１．７６〜６．０８ｋＮ
（６）溶接電流ＷＣ：８．５〜１５．５ｋＡ
（７）通電時間Ｗｔ：４０〜２６０ｍｓ
（８）溶接後の電極保持時間Ｈｔ：６０〜１８０ｍｓ
【０１１４】
本実施例では、プロジェクション溶接を行う前に、まず、高強度鋼板１にピアス孔１１を形成した後、ピアス孔１１の中心と、ナット２のねじ孔２２の中心とを概ね一致させた状態とし、高強度鋼板１とナット２とを重ね合わせた状態で、加圧しながら通電加熱を行ってプロジェクション溶接した。
このようなプロジェクション溶接を行った際の、各溶接条件の一覧を下記表２および表３に示す。
【０１１５】
なお、上記条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。また、プロジェクション溶接の後、ナット／高強度鋼板間の隙間の大きさを目視で観察した。
【０１１６】
『評価方法』
次に、上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の試験片について、以下に説明するような各種評価試験を行ない、結果を表２および表３に示した。
【０１１７】
「接合部の断面マクロ組織観察」
上記手順で得られた各試験片について、接合部をマイクロカッターで切断して研磨し、ピクリン酸でエッチングした後、その組織を光学顕微鏡で観察して、接合状態（圧接または溶融接合）、および割れの有無を観察した。
【０１１８】
「ビッカース硬さ分布測定」
図４は、プロジェクション溶接継手の接合部、熱影響部のビッカース硬さの分布を測定する方法を説明するための概略図であり、図１や図２（ａ）、（ｂ）等と対応する部分には同一の符号を付している。図１に示すように、ナット２のプロジェクション部２１と高強度鋼板１とは、プロジェクション溶接されることによって、接合部（接合界面：図中Ａで示す部分）およびその周囲にＨＡＺ部（熱影響部：図中Ｂで示す部分）が形成されるが、本実施例では、この部分の硬さを、接合部の断面から垂直方向および水平方向に向かって測定した。なお、各試験片での測定にあたっては、４箇所の突起（プロジェクション部）のうち、対角の位置にある２つの突起について硬さ分布を測定した。
【０１１９】
また、ビッカース硬さの測定においては、従来公知の測定方法を用いた。すなわち、まず、正四角錐ダイヤモンドからなる先端３０１がピラミッド形の圧子３００を試験片の接合部および熱影響部の表面に、荷重Ｆ（Ｎ）で押し込んだ。そして、除荷して、圧子３００を当該部分から移動した後、圧子でできたへこみの対角線の長さｄ（ｍｍ）から、表面積Ｓ（ｍｍ２）を算出し、荷重Ｆ（Ｎ）を表面積Ｓ（ｍｍ２）で除することにより、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を求めた。
【０１２０】
さらに、本実施例では、各試験片について、ＪＩＳ Ｂ １１９６に規定する試験方法にしたがって、剥離強さ（トルク剥離強さ、押込み剥離強さ）を測定するとともに、それらのばらつきについて測定し、結果を表２および表３に示した。なお、押込み剥離強さを測定した後の試験片を用いて、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪを求め、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比である「接合率」を求めた。また、呼び径部分の面積は、公称値ではなく実際の呼び径を用いて算出した。各々の剥離強さおよびそのばらつきを測定する際の試験方法について下記に説明する。
【０１２１】
「トルク剥離試験」
図５は、プロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を説明するための概略図である。図５に示すように、本試験では、ナット２と高強度鋼板１とを接合した試験片におけるナット２に、トルクレンチ１１０付きのソケット１１１を嵌め込み、トルクレンチ１１０によって、ナット２のねじ孔２２の中心（軸心）２２ａに垂直な平面内で回転力を与え、ナット２が剥離した際、すなわち、図１等に示すプロジェクション部２１が高強度鋼板１から剥離した際のトルク（トルク剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、トルク剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験におけるトルク剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。
【０１２２】
「押込み剥離試験条件」
図６は、プロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を説明するための概略図である。図６に示すように、本試験では、ナット２と高強度鋼板１を接合した試験片における高強度鋼板１側から、ピアス孔１１を通じてボルト１０８をねじ込み、ボルト１０８の頭部から圧縮荷重Ｆを付与し、ナット２が剥離した際、すなわち、図１等に示すプロジェクション部２１が高強度鋼板１から剥離した際の荷重（押込み剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、押込み剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験における押込み剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。また、上記条件および手順による押込み剥離試験の後、接合部の面積（ＳＪ）ならびに呼び径部分の面積（ＳＲ）を測定し、その比を計算した。
【０１２３】
『評価結果』
表１は、本実施例において用いたナットの化学成分組成の一覧を示すものであり、また、表２および表３は、ナット仕様ならびに高強度鋼板の特性、プロジェクション溶接条件、各評価結果の一覧を示すものである。ここで、表２および表３には、溶接時の散り発生有無、ナット／高強度鋼板間の隙間、接合状態、接合率（ＳＪ／ＳＲ）、接合部における割れの有無、接合部・熱影響部（ＨＡＺ）における最高硬さとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきも示している。なお、ナットと高強度鋼板の接合状態（圧接または溶接）については、光学顕微鏡で観察した。また、表２および表３中における各評価結果では、本発明で規定する要件を満足し、良好な値を示したものの評価を「○」で示しており、やや特性が劣るものの評価を「△」で示し、また、特性がかなり劣るものを「×」で示している。
【０１２４】
表２に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ａ−１〜Ａ−２５）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表３に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ａ−４４〜Ａ−６０）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。なお、表３中に示すように、ナットの成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎが本発明の規定範囲外である場合（Ａ−４１〜Ａ−４３）には、ナットの強度が不足するという問題はあるものの、プロジェクション溶接された接合部としては問題がないことが確認された。
【０１２５】
実験Ｎｏ．Ａ−４４では、ナットの化学成分中におけるＣ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さ増加とそれに伴う靱性低下によって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４５では、ナットの化学成分中におけるＳｉ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４６では、ナットの化学成分中におけるＭｎ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２６】
実験Ｎｏ．Ａ−４７では、ナットの化学成分中におけるＰ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４８では、ナットの化学成分中におけるＳ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４９では、ナットの化学成分中におけるＣｕ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２７】
実験Ｎｏ．Ａ−５０では、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−５１では、上記同様、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２８】
実験Ｎｏ．Ａ−５２、５３では、鋼板の炭素当量Ｃｅｑが本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さが増加して靱性が低下し、割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−５４、５５では、鋼板の板厚が本発明の規定範囲を超えているため、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２９】
実験Ｎｏ．Ａ−５６、５７では、溶接電流が低めであることから、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回っており、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−５８、５９では、溶接電流が高めであることから、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、溶接時に散りが発生するとともに、接合状態が溶融接合となっており、さらに、接合部に割れが発生したことから、総合評価が劣っている。
【０１３０】
実験Ｎｏ．Ａ−６０では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の冷却速度が早く接合部近傍の硬さが過剰に増加し、その結果、接合部に割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１３１】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２について、図７〜図１２を適宜参照ながら説明する。
本実施例では、まず、上記表１に示すような成分組成を有する各種のボルトを準備した。そして、これらのボルトを、以下に説明するような条件ならびに手順により、下記表４および表５に示すような鋼板特性を有する各種の高強度鋼板にプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。
【０１３２】
【表４】
【０１３３】
【表５】
【０１３４】
『ボルトのプロジェクション溶接』
実施例２においては、図９に示すようなプロジェクション溶接機９０を用いてボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接した。このプロジェクション溶接機９０は、上部電極９１、下部電極９２、位置決め孔９４を備えている。
【０１３５】
本実施例では、下記に示す各条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板１にボルト１２を接合した。この際、ボルト１２として、ＪＩＳ Ｂ １１９５に準拠し、下面１２Ａ側の４カ所にプロジェクション部１２ａを備えたものを使用した。より具体的には、ＪＩＳ Ｂ １１９６規定によるＭ６×１、Ｍ８×１、Ｍ１０×１、Ｍ１２×１、強度区分８Ｔのボルト１２（４カ所のプロジェクション部１２ａの突出寸法が１ｍｍ）を用い、外形寸法が５０×５０×ｔ（ｍｍ）とされた下記表４および表５に示すような各種の高強度鋼板１とプロジェクション溶接を行った。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下２ｌ／分
（４）初期加圧時間：６００ｍｓ
（５）電極による加圧力ＥＦ：１．７６〜６．０８ｋＮ
（６）溶接電流ＷＣ：８．５〜１５．５ｋＡ
（７）通電時間Ｗｔ：４０〜２６０ｍｓ
（８）溶接後の電極保持時間Ｈｔ：６０〜１８０ｍｓ
【０１３６】
本実施例では、プロジェクション溶接を行う前に、まず、高強度鋼板１にピアス孔１１を形成した後、この高強度鋼板１を下部電極９２上にセットした。そして、ボルト１２をピアス孔１１ならびに位置決め孔９４に挿入することにより、ボルト１２を位置決めしながら高強度鋼板１上にセットした。この際、高強度鋼板１のピアス孔１１の中心１１ａと、ボルト１２の軸芯とが概略一致した状態にするとともに、ボルト１２の下面１２Ａ側に設けられたプロジェクション部１２ａが、高強度鋼板１の表面１ａと接触するようにセットし、重ね合わせた状態で、加圧しながら通電加熱を行った。
このようなプロジェクション溶接を行った際の、各溶接条件の一覧を下記表４および表５に示す。
【０１３７】
なお、上記条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。また、プロジェクション溶接後に、ボルト／高強度鋼板の間の隙間の大きさを目視で観察した。
【０１３８】
『評価方法』
次に、上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の試験片について、以下に説明するような各種評価試験を行ない、結果を表４および表５に示した。
【０１３９】
「接合部の断面マクロ組織観察」
上記手順で得られた各試験片について、接合部をマイクロカッターで切断して研磨し、ピクリン酸でエッチングした後、その組織を光学顕微鏡で観察して、接合状態（圧接または溶融接合）、および割れの有無を観察した。
【０１４０】
「ビッカース硬さ分布測定」
図１０は、プロジェクション溶接継手の接合部、熱影響部のビッカース硬さの分布を測定する方法を説明するための概略図であり、図７や図８（ａ）、（ｂ）等と対応する部分には同一の符号を付している。図１０に示すように、ボルト１２のプロジェクション部１２ａと高強度鋼板１とは、プロジェクション溶接されることによって、接合部（接合界面：図中Ａ１で示す部分）およびその周囲にＨＡＺ部（熱影響部：図中Ｂ１で示す部分）Ｂ１が形成されるが、本実施例では、この部分の硬さを、接合部の断面から垂直方向および水平方向に向かって測定した。なお、各試験片での測定にあたっては、４箇所の突起（プロジェクション部）のうち、対角の位置にある２つの突起について硬さ分布を測定した。
【０１４１】
また、ビッカース硬さの測定においては、従来公知の測定方法を用いた。すなわち、まず、正四角錐ダイヤモンドからなる先端３０１がピラミッド形の圧子３００を試験片の接合部および熱影響部の表面に、荷重Ｆ（Ｎ）で押し込んだ。そして、除荷して、圧子３００を当該部分から移動した後、圧子でできたへこみの対角線の長さｄ（ｍｍ）から、表面積Ｓ（ｍｍ２）を算出し、荷重Ｆ（Ｎ）を表面積Ｓ（ｍｍ２）で除することにより、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を求めた。
【０１４２】
さらに、本実施例では、各試験片について、ＪＩＳ Ｂ １１９５に規定する試験方法にしたがって、剥離強さ（トルク剥離強さ、押込み剥離強さ）を測定するとともに、それらのばらつきについて測定し、結果を表４および表５に示した。なお、押込み剥離強さを測定した後の試験片を用いて、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪを求め、ボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比である「接合率」を求めた。また、呼び径部分の面積は、公称値ではなく実際の呼び径を用いて算出した。各々の剥離強さおよびそのばらつきを測定する際の試験方法について下記に説明する。
【０１４３】
「トルク剥離試験」
図１１は、プロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を説明するための概略図である。図１１に示すように、本試験では、ボルト１２と高強度鋼板１とを接合した試験片におけるボルト１２に、トルクレンチ２１０付きのソケット２１１ａ、２１１ｂを嵌め込み、トルクレンチ２１０によって、ボルト１２の軸心に垂直な平面内で回転力を与え、ボルト１２が剥離した際、すなわち、図７等に示すプロジェクション部１２ａが高強度鋼板１から剥離した際のトルク（トルク剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、トルク剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験におけるトルク剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。
【０１４４】
「押込み剥離試験条件」
図１２は、プロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を説明するための概略図である。図１２に示すように、本試験では、ボルト１２と高強度鋼板１を溶接した試験片におけるボルト１２のねじ切り部側から、荷重中心が軸芯と一致するように、ねじ切り部側軸端に圧縮荷重Ｆを徐々に付与し、ボルト１２が剥離した際、すなわち、プロジェクション部１２ａが高強度鋼板１から剥離した際の荷重（押込み剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、押込み剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験における押込み剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。また、上記条件および手順による押込み剥離試験の後、接合部の面積（ＳＪ）ならびに呼び径部分の面積（ＳＲ）を測定し、その比を計算した。
【０１４５】
『評価結果』
表１は、本実施例において用いたボルトの化学成分組成の一覧を示し、また、表４および表５は、ボルト仕様ならびに高強度鋼板の特性、プロジェクション溶接条件、各評価結果の一覧を示すものである。ここで、表４および表５には、溶接時の散り発生有無、ボルト／高強度鋼板間の隙間、接合状態、接合率（ＳＪ／ＳＲ）、接合部における割れの有無、接合部・熱影響部（ＨＡＺ）における最高硬さ、とともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきも示している。なお、ボルトと高強度鋼板の接合状態（圧接または溶接）については、光学顕微鏡で観察した。また、表４および表５中における各評価結果では、本発明で規定する要件を満足し、良好な値を示したものの評価を「○」で示しており、やや特性が劣るものの評価を「△」で示し、また、特性がかなり劣るものを「×」で示している。
【０１４６】
表４に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ｂ−１〜Ｂ−２５）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表５に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ｂ−４４〜Ｂ−６０）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。なお、表４中に示すように、ボルトの成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎが本発明の規定範囲外である場合（Ｂ−４１〜Ｂ−４３）には、ボルトの強度が不足するという問題はあるものの、プロジェクション溶接された接合部としては問題がないことが確認された。
【０１４７】
実験Ｎｏ．Ｂ−４４では、ボルトの化学成分中におけるＣ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さ増加とそれに伴う靱性低下によって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４５では、ボルトの化学成分中におけるＳｉ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４６では、ボルトの化学成分中におけるＭｎ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１４８】
実験Ｎｏ．Ｂ−４７では、ボルトの化学成分中におけるＰ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４８では、ボルトの化学成分中におけるＳ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４９では、ボルトの化学成分中におけるＣｕ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１４９】
実験Ｎｏ．Ｂ−５０では、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−５１では、上記同様、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５０】
実験Ｎｏ．Ｂ−５２、５３では、鋼板の炭素当量Ｃｅｑが本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さが増加して靱性が低下し、割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−５４、５５では、鋼板の板厚が本発明の規定範囲を超えているため、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５１】
実験Ｎｏ．Ｂ−５６、５７では、溶接電流が低めであることから、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回っており、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−５８、５９では、溶接電流が高めであることから、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、溶接時に散りが発生するとともに、接合状態が溶融接合となっており、さらに、接合部に割れが発生したことから、総合評価が劣っている。
【０１５２】
実験Ｎｏ．Ｂ−６０では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の冷却速度が早く接合部近傍の硬さが過剰に増加し、その結果、接合部に割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５３】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１と同様の方法で、表２および表３に示した溶接条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。
【０１５４】
実施例３の各評価結果を表２および表３に示す。
表２に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ａ−２６〜Ａ−４０）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表３に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ａ−６１〜Ａ−７５）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。
【０１５５】
実験Ｎｏ．Ａ−６１〜６３では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を下回っているため、溶接時に散りが発生し、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生することから、総合評価が劣っている。また、実験Ｎｏ．Ａ−６２では、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回り、また、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−６４では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−６５では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−６６では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、また、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えていることから、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５６】
実験Ｎｏ．Ａ−６７〜６９では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を下回っているため、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生したことから、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−７０では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生し、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−７１、７２では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５７】
実験Ｎｏ．Ａ−７３〜７５では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５８】
［実施例４］
実施例４においては、実施例２と同様の方法で、表４および表５に示した溶接条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例２と同様の評価を行った。
【０１５９】
実施例４の各評価結果を表４および表５に示す。
表４に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ｂ−２６〜Ｂ−４０）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表５に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ｂ−６１〜Ｂ−７５）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。
【０１６０】
実験Ｎｏ．Ｂ−６１〜６３では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を下回っているため、溶接時に散りが発生し、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生することから、総合評価が劣っている。また、実験Ｎｏ．Ｂ−６２では、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回り、また、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−６４では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−６５では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−６６では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、また、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えていることから、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１６１】
実験Ｎｏ．Ｂ−６７〜６９では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を下回っているため、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生したことから、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−７０では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生し、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−７１、７２では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１６２】
実験Ｎｏ．Ｂ−７３〜７５では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１６３】
［実施例５］
実施例５においては、実施例１、３と同様の方法で、下記表６および表７に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例５においては、溶接通電を行う前に、下記表６および表７に示す条件のアップスロープ通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１６４】
【表６】
【０１６５】
【表７】
【０１６６】
実施例５の各評価結果を表６および表７に示す。
表６に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項３で規定する条件でアップスロープ通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｃ−１〜Ｃ−４０）においては、何れの例においても、ナットと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１６７】
これに対し、実施例１、３の表２および本実施例の表７に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、アップスロープ通電の条件が本発明における請求項３の規定範囲外（アップスロープ通電が無い、あるいは、アップスロープ通電の時間が規定範囲より長い）であった試験例（表２の実験Ｎｏ．Ａ−１〜Ａ−４０および表７の実験Ｎｏ．Ｃ−４１〜Ｃ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、アップスロープ通電を実施した方が、ナットと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１６８】
したがって、実施例１、３で示したように、アップスロープ通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、アップスロープ通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１６９】
［実施例６］
実施例６においては、実施例２、４と同様の方法で、下記表８および表９に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例６においては、溶接通電を行う前に、下記表８および表９に示す条件のアップスロープ通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１７０】
【表８】
【０１７１】
【表９】
【０１７２】
実施例６の各評価結果を表８および表９に示す。
表８に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項３で規定する条件でアップスロープ通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｄ−１〜Ｄ−４０）においては、何れの例においても、ボルトと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１７３】
これに対し、実施例２、４の表４および本実施例の表８に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、アップスロープ通電の条件が本発明における請求項３の規定範囲外（アップスロープ通電が無い、あるいは、アップスロープ通電の時間が規定範囲より長い）であった試験例（表４の実験Ｎｏ．Ｂ−１〜Ｂ−４０および表８の実験Ｎｏ．Ｄ−４１〜Ｄ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、アップスロープを実施した方がボルトと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１７４】
したがって、実施例２、４で示したように、アップスロープ通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、アップスロープ通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１７５】
［実施例７］
実施例７においては、実施例１、３と同様の方法で、下記表１０および表１１に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例７においては、溶接通電を行う前に、下記表１０および表１１に示す条件の予備通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１７６】
【表１０】
【０１７７】
【表１１】
【０１７８】
実施例７の各評価結果を表１０および表１１に示す。
表１０に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項４で規定する条件で予備通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｅ−１〜Ｅ−４０）においては、何れの例においても、ナットと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１７９】
これに対し、実施例１、３の表２および本実施例の表１１に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、予備通電の条件が本発明における請求項４の規定範囲外（予備通電が無い、あるいは、予備通電の電流値、時間が規定範囲外）であった試験例（表２の実験Ｎｏ．Ａ−１〜Ａ−４０および表１０の実験Ｎｏ．Ｅ−４１〜Ｅ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、予備通電を実施した方がナットと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１８０】
したがって、実施例１、３で示したように、予備通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、予備通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１８１】
［実施例８］
実施例８においては、実施例２、４と同様の方法で、下記表１２および表１３に示した溶接条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例２と同様の評価を行った。なお、実施例８においては、溶接通電を行う前に、下記表１２および表１３に示す条件の予備通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１８２】
【表１２】
【０１８３】
【表１３】
【０１８４】
実施例８の各評価結果を表１２および表１３に示す。
表１２に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項４で規定する条件で予備通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｆ−１〜Ｆ−４０）においては、何れの例においても、ボルトと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が、目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１８５】
これに対し、実施例２、４の表４および本実施例の表１３に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、予備通電の条件が本発明における請求項４の規定範囲外（予備通電が無い、あるいは、予備通電の電流値、時間が規定範囲外）であった試験例（表４のＮｏ．Ｂ−１〜Ｂ−４０および表１３の実験Ｎｏ．Ｆ−４１〜Ｆ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、予備通電を実施した方がボルトと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１８６】
したがって、実施例２、４で示したように、予備通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、予備通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１８７】
［実施例９］
実施例９においては、実施例１、３と同様の方法で、下記表１４および表１５に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。また、耐低温割れ（耐遅れ破壊）性を調査するために、溶接試験片を０．２Ｎの硫酸中に２４時間浸漬し、取り出した後に水洗して断面組織を観察し、割れが発生しているかどうかを調べた。なお、実施例９においては、溶接通電を行った後に電極を保持する際、電極保持加圧力ＰＥＦを下記表１４および表１５に示す条件とした。
【０１８８】
【表１４】
【０１８９】
【表１５】
【０１９０】
実施例９の各評価結果を表１４および表１５に示す。
表１４に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行った後、本発明の請求項５で規定する条件で電極保持を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｇ−１〜Ｇ−４０）は、何れの例においても、ナットと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、上記実施例１、３の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１９１】
これに対し、実施例１、３の表２および本実施例の表１５に示すように、試験例（実験Ｎｏ．Ｇ−４１〜Ｇ−８０）は、溶接通電に関しては本発明で規定する各条件で行ったものの、その後の電極保持を行った際の電極保持加圧力ＰＥＦが、本発明における請求項５の規定範囲外であった例である。試験例である、これら実験Ｎｏ．Ｇ−４１〜Ｇ−８０においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無いものの、電極保持加圧力ＰＥＦが小さい場合には硫酸浸漬によって割れが生じ、また、電極保持加圧力ＰＥＦが大きい場合には電極の損傷が大きかった。また、何れの試験においても問題が認められなかった実験Ｎｏ．Ｇ−４６、Ｇ−５６でも、上記実施例１、３における本発明例と比較して、継手特性で特に向上が認められない結果となった。
【０１９２】
したがって、実施例１、３で示したように、溶接通電後、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させることによって、低温割れが防止され、さらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１９３】
［実施例１０］
実施例１０においては、実施例２、４と同様の方法で、下記表１６および表１７に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例２と同様の評価を行った。また、実施例９と同様、耐低温割れ（耐遅れ破壊）性を調査するために、溶接試験片を０．２Ｎの硫酸中に２４時間浸漬し、取り出した後に水洗して断面組織を観察し、割れが発生しているかどうかを調べた。なお、実施例１０においては、溶接通電を行った後に電極を保持する際、電極保持加圧力ＰＥＦを下記表１６および表１７に示す条件とした。
【０１９４】
【表１６】
【０１９５】
【表１７】
【０１９６】
実施例１０の各評価結果を表１６および表１７に示す。
表１６に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行った後、本発明の請求項５で規定する条件で電極保持を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｈ−１〜Ｈ−４０）は、何れの例においても、ボルトと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、上記実施例２、４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１９７】
これに対し、実施例２、４の表４および本実施例の表１７に示すように、試験例（実験Ｎｏ．Ｈ−４１〜Ｈ−８０）は、溶接通電に関しては本発明で規定する各条件で行ったものの、その後の電極保持を行った際の電極保持加圧力ＰＥＦが、本発明における請求項５の規定範囲外であった例である。試験例である、これら実験Ｎｏ．Ｈ−４１〜Ｈ−８０においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無いものの、電極保持加圧力ＰＥＦが小さい場合には硫酸浸漬によって割れが生じ、また、電極保持加圧力ＰＥＦが大きい場合には電極の損傷が大きかった。また、何れの試験においても問題が認められなかった実験Ｎｏ．Ｈ−４６、Ｈ−５６でも、上記実施例２、４における本発明例と比較して、継手特性で特に向上が認められない結果となった。
【０１９８】
したがって、実施例２、４で示したように、溶接通電後、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させることによって、低温割れが防止され、さらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１９９】
なお、上記実施例１〜１０においては、板厚を変更して実験を行った場合も、また、めっき種や目付量等を変更して実験を行った場合も、結果は上記と同様であり、散りの発生を防止し、接合部の静的強度（トルク剥離強さおよび押込み剥離強さ）を向上させ、また、割れの発生を防止できる本発明の効果が得られることが確認できた。
【０２００】
以上説明した実施例の結果より、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の適用により、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
本発明によれば、自動車用部品の製造や車体の組立等で用いられる、ナットまたはボルトと高強度鋼板とをプロジェクション溶接して得られるプロジェクション溶接継手およびその製造方法に関し、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部における高い静的強度を得ることができ、また、接合部における割れの発生を防止することが可能となる。したがって、自動車分野等で高強度鋼板を適用することによる安全性向上や、車体全体の軽量化に伴う低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【符号の説明】
【０２０２】
１…高強度鋼板、
１ａ…表面
１１…ピアス孔、
１１ａ…ピアス孔の中心、
２…ナット、
２ａ…接合面、
２１…プロジェクション部、
２２…ねじ孔、
２２ａ…ねじ孔の中心、
１０、１０Ａ…プロジェクション溶接継手、
１２…ボルト、
１２Ａ…下面、
１２ａ…プロジェクション部、
５０、５０Ａ…構造部材（プロジェクション溶接継手を備える構造部材）、
８０、９０…プロジェクション溶接機、
８１、９１…上部電極、
８２、９２…下部電極（固定電極）、
９４…位置決め穴、
８５…位置決めピン、
Ａ、Ａ１…接合部、
Ｂ、Ｂ１…熱影響部（ＨＡＺ）、
ＳＪ…ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積、
ＳＲ…ナットまたはボルトの呼び径部分の面積、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクション溶接継手およびその製造方法に関し、特に、自動車用部品や車体の接合部で使用され、ナットまたはボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなり、接合部におけるトルク剥離強さおよび押込み剥離強さ等の静的強度に優れたプロジェクション溶接継手およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野においては、低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）排出量削減を目的とした車体の軽量化および衝突安全性向上のために、車体や部品等に、高強度鋼板を使用するニーズが高まっている。一方、例えば、フロントサイドメンバーやセンターピラー、ヒンジリンフォース等の自動車用構造部材のように、高強度鋼板からなる部品にナットやボルトを接合する場合には、主に、プロジェクション溶接方法が用いられている。しかしながら、高強度鋼板にナットやボルトをプロジェクション溶接した場合には、以下のような問題が生じる。
【０００３】
ナットやボルトをプロジェクション溶接した接合部（溶接継手）の品質指標としては、静的強度と疲労強度が挙げられるが、まず重要なのは静的強度である。溶接継手の静的強度には、ナットやボルトに回転力を負荷して測定するトルク剥離強さと、剥離方向に押込み荷重を負荷して測定する押込み剥離強さがある。
一般に、上述した静的強度は、プロジェクション溶接した接合部および熱影響部の硬さの値が適度に高く十分な強度があり、かつ靭性も高い場合には、十分に高い値が得られるが、接合部および熱影響部の硬さの値が高過ぎて靭性が低い場合には著しく低下する。
【０００４】
また、高強度鋼板、特に引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を使用した場合には、溶接時の通電初期段階においてプロジェクション部を十分に潰すことができず、その結果、電流密度増加による過剰発熱によって散りが発生して周辺に付着し、溶接後にねじが通り難くなる等の問題が生じる。さらに、プロジェクション部が十分に潰れない状態で接合が行われると、接合面積が十分に得られず、その結果、十分な静的強度が得られない場合もある。
【０００５】
ナットやボルトをプロジェクション溶接する方法に関しては、例えば、ボルトと基板部材とをプロジェクション溶接するにあたり、まず、一方の電極を対向方向に進退する分割電極で構成し、他方の電極を両分割電極の対向間隙に向けて上方に配設することで、溶接電極を適正配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、ボルトと基板部材を分割電極の上に搬入した後、他方の電極を降下させてボルトと基板部材を圧接させ、プロジェクション溶接を行うことで、溶接工程において時間の無駄を無くし、スピードアップすることが可能とされている。
【０００６】
また、プロジェクション溶接方法に関し、溶接通電を、低電流から高電流の２段階で変化させて行うとともに、低電流時の通電時間を高電流時よりも短く設定する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、上記方法を採用することにより、プロジェクション溶接継手の接合強度が一層向上するとともにばらつきを低減させることができ、溶接品質をより高めることが可能とされている。
【０００７】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分を調整する方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３によれば、鋼板の化学成分を適正化することにより、引張強さ（ＴＳ）：７８０ＭＰａ以上、伸び（Ｅｌ）：２０％以上、降伏比（ＹＲ）：６５％以下の鋼板特性とプロジェクション溶接性の両立を図ることができ、良好な成形性およびプロジェクション溶接性が得られるとされている。
【０００８】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分を調整するとともに、炭素当量を比較的低めに設定する方法が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４によれば、鋼板中の炭素当量を低減させることにより、良好な溶接性を有する５７０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板の製造が可能であるとされている。
【０００９】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分や板厚、炭素当量に加え、板厚や炭素当量によって算出されるＤＩ値を調整する方法が提案されている（例えば、特許文献５を参照）。特許文献５によれば、鋼板自体の強度を確保しつつ、ナットとの接合強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させるとともに、接合強度のばらつきを低減させることが可能とされている。
【００１０】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板側の化学成分を適正に調整するとともに、接合部断面での熱影響部における硬さ分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の断面積と厚さの比を所定範囲に規定する方法が提案されている（例えば、特許文献６を参照）。特許文献６によれば、上記構成により、ナットと鋼板との接合強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させるとともに、接合強度のばらつきを低減させることが可能とされている。
【００１１】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板成分を適正化するとともに、熱影響部の最大深さ部を含む、鋼板表面に垂直な方向での硬さ分布について、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の厚さが鋼板厚さの３０％以上であるか、あるいは、ビッカース硬さが３００Ｈｖ以上の領域の厚さが鋼板厚さの５０％以上に制御されたものが提案されている（例えば、特許文献７を参照）。特許文献７によれば、上記構成により、ナットと鋼板との接合強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させるとともに、接合強度のばらつきを低減させることが可能とされている。
【００１２】
また、プロジェクション溶接方法に関し、鋼板の厚さ方向の所定範囲において、酸化物の含有量の上限を規定したものが提案されている（例えば、特許文献８〜１０を参照）。特許文献８〜１０によれば、溶接強度を低下させる要因となる酸化物の含有量を規制することにより、プロジェクション溶接部の強度を高めることが可能とされている。
【００１３】
しかしながら、上述した各方法は、何れも、特別な溶接法が必要であったり、鋼板成分が限定されたり、プロジェクション溶接部の特性、特に、引張強さが７５０ＭＰａ以上の炭素等量が高い鋼板を基盤に用いた場合の接合強度を確実にかつ安定して向上させるのが難しく、その効果も十分でないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１７８１６１号公報
【特許文献２】特開２００４−５０２８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１８１６号公報
【特許文献４】特開平６−６５６３７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１０６３４３号公報
【特許文献６】特開２０１０−１１５６７８号公報
【特許文献７】特開２０１０−１１６５９２号公報
【特許文献８】特開２０１１−００６７６４号公報
【特許文献９】特開２０１１−００６７６５号公報
【特許文献１０】特開２０１１−００６７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一般的に、ナットまたはボルトは、強度が必要とされるため、その炭素量や炭素当量は高めに設定されている。このため、ナットまたはボルトと高強度鋼板、特に引張強さが７５０ＭＰａ以上の炭素当量が高い高強度鋼板とをプロジェクション溶接した場合には、接合部および熱影響部の硬さが増加し過ぎて靭性が低下し、十分なトルク剥離強さや押込み剥離強さが得られなくなるという問題が生じる。また、入熱条件が高いか、あるいは板厚が厚い（板厚：１．８ｍｍ以上）場合には、プロジェクション溶接後に生じる接合部の急激な収縮により、硬くて靭性が低い部分において、高温割れや低温割れが起こるという問題が生じる。さらに、従来の方法では、特に引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を使用した場合に、通電初期にプロジェクション部を十分に潰すことができず、その結果、電流密度が増加して過剰発熱が起こり、散りが発生してそれがネジの部分に付着し、溶接後にねじが通り難くなることがあった。また、プロジェクション部が十分に潰れない状態でプロジェクション溶接を行ったために接合面積が不十分となり、十分な静的強度が得られないという問題も生じていた。
【００１６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、ナットまたはボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなり、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さ等の静的強度に優れた、プロジェクション溶接継手およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者等が上記問題を解決するために鋭意研究したところ、ナットまたはボルトの化学成分（炭素量を含む）、ならびに、高強度鋼板の引張強さ、板厚、炭素当量を規定して接合部の硬さと靭性を適度に制御し、さらに、ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積と、ナットまたはボルトの呼び径部分の面積との比を適正範囲で規定することにより、プロジェクション溶接された接合部の静的強度が向上するとともに、高温割れや低温割れの発生を防止できることを知見した。さらに、通電初期段階において、アップスロープや予備通電を行うことでプロジェクション部を安定して十分に潰すことにより、散りの発生を防止でき、また、適度で十分な接合面積を確保して高い接合強度が得られることを知見した。これに加え、溶接通電の直後に加圧力を増加させることで、溶接後の収縮によって生じる引張残留応力の発生を軽減させ、溶接部において高温割れや低温割れが発生するのを防止でき、高い接合強度が得られることを知見した。
【００１８】
上記により、本発明者等は、溶接用電極の配分や通電パターン制御を実施する等の特殊な溶接プロセスを実施することなく、また、鋼板の化学成分やＤＩ値を特別に調整することもなく、実用の溶接条件の範囲内でプロジェクション溶接を実施することで、溶接継手の静的強度、すなわち、押込み剥離強さおよびトルク剥離強さを向上させることが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１９】
［１］ 質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２８％、Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるナットまたはボルトと、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなる溶接継手であって、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たし、かつ、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下であることを特徴とするプロジェクション溶接継手。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示し、上記（２）式において、ＳＪ：ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナットまたはボルトの呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。
【００２０】
［２］ 上記［１］に記載の化学成分を有するナットまたはボルトと、上記［１］に記載の引張強さ、板厚、ならびに、上記［１］に記載の（１）式で表される炭素当量を有する高強度鋼板とを、加圧しながら通電加熱を行うプロジェクション溶接によって接合する、プロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比を、上記［１］に記載の（２）式で表される関係とし、かつ、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔが、それぞれ下記（３）〜（５）式を満たす条件として、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板とを加圧しながら溶接通電を行うことにより、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接することを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．９６ ≦ ＥＦ ≦５．８８ ・・・・・（３）
５０ ≦ Ｗｔ ≦ ２４０ ・・・・・（４）
Ｈｔ ≦ １６０ ・・・・・（５）
但し、上記（３）〜（５）式において、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）、Ｗｔ：通電時間（ｍｓ）、Ｈｔ：溶接後の電極保持時間（ｍｓ）を示す。
【００２１】
［３］ 上記［２］に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記溶接通電を行う前に、下記（６）式を満たす条件でアップスロープ通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１６ ≦ ＵＳｔ ≦ ８０ ・・・（６）
但し、上記（６）式において、ＵＳｔ：アップスロープ時間（ｍｓ）を示す。
［４］ 上記［２］に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記溶接通電を行う前に、下記（７）、（８）式を満たす条件で予備通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
０．２×ＷＣ ≦ ＰＲＣ ≦ ０．６×ＷＣ ・・・（７）
１６ ≦ ＰＲｔ ≦ ８０ ・・・（８）
但し、上記（７）式において、ＷＣ：プロジェクション溶接電流（ｋＡ）、ＰＲＣ：予備通電電流（ｋＡ）を示し、上記（８）式において、ＰＲｔ：予備通電時間（ｍｓ）を示す。
【００２２】
［５］ 上記［２］〜［４］の何れか１項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、前記溶接通電の後、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦ（ｋＮ）を、下記（９）式で表される関係を満たす範囲とすることを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．２×ＥＦ ≦ ＰＥＦ ≦ １．５×ＥＦ ・・・（９）
但し、上記（９）式において、ＰＥＦ：溶接通電後の電極保持加圧力（ｋＮ）、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）を示す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法によれば、上記構成により、特に、自動車用部品や車体の接合部に用いられ、ナットまたはボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手において、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止できるので、接合部およびその部品の信頼性を向上させることが可能となる。したがって、例えば、自動車用部品や車体、ならびにそれらの製造、組立工程において本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法を適用することにより、高強度鋼板の採用による安全性の向上の他、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手を備えた構造部材を示す断面図である。
【図２】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は図１に示すナットの構造を詳細に説明する断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、プロジェクション溶接機を用いてナットと高強度鋼板とを接合する工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の断面における接合部・熱影響部の硬さ分布の測定方法を示す概略図である。
【図５】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を示す断面図である。
【図６】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の一実施形態を模式的に説明する図であり、ナットと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を示す断面図である。
【図７】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手を備えた構造部材を示す断面図である。
【図８】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は図７に示すボルトの構造を詳細に説明する概略図、（ｂ）は（ａ）のボルトを下面側から見た概略図である。
【図９】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、プロジェクション溶接機を用いてボルトと高強度鋼板とを接合する工程を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の断面における接合部・熱影響部の硬さ分布の測定方法を示す概略図である。
【図１１】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を示す断面図である。
【図１２】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、ボルトと高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を示す断面図である。
【図１３】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、溶接通電前にアップスロープ通電を行う場合の通電パターンを示すグラフである。
【図１４】本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の他の実施形態を模式的に説明する図であり、溶接通電前に予備通電を行う場合の通電パターンを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
以下、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第１の実施形態について、主に図１〜図３を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
【００２６】
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２８％、Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるナット２と、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板１とがプロジェクション溶接されてなる。そして、本実施形態においては、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示し、上記（２）式において、ＳＪ：ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナット２の呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。
【００２７】
『プロジェクション溶接法』
本発明において説明するプロジェクション溶接とは、被接合物の接合箇所に大電流を流し、この接合箇所を抵抗発熱によって加熱しながら圧力を加えて接合を行う、いわゆる抵抗溶接法の一種である。具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示す例のように、ナット２の、高強度鋼板１と接合される接合面２ａにプロジェクション部２１を設け、このプロジェクション部に電流を集中して流すことで、加熱すると同時に加圧を行って接合する方法である。また、プロジェクション溶接は、重ね合わせた被接合物を電極の先端で挟持し、通電と同時に電極で加圧することで接合を行う、いわゆるスポット溶接法の装置を用い、電極を変更して行うことができる方法である。
【００２８】
プロジェクション溶接は、上述のように、被接合物のナット２に設けられたプロジェクション部に集中して通電を行うため、小電流の通電で電流密度を高くすることができる。これにより、母材（高強度鋼板１）表面において確実に接合部を形成させることができ、良好な接合を行うことが可能となる。このような接合部は、多くの場合、溶融することなく圧接（固相接合）となるが、溶接電流が高い場合には溶融する場合もある。
以下、本実施形態における各限定理由について詳述する。
【００２９】
『ナット』
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０は、図１に例示するように、高強度鋼板１とプロジェクション溶接されるナット（溶接ナット）２として、図２（ａ）、（ｂ）に示すような、接合面２ａにプロジェクション部２１が備えられたものを採用することができる。また、図１においては、上記構成のプロジェクション溶接継手１０が備えられてなる、自動車部品等の分野において適用可能な構造部材５０を例示している。
【００３０】
本実施形態において用いられるナット（溶接ナット）は、その概略形状や寸法がＪＩＳ Ｂ １１９６に規定された溶接ナットに準拠するものである。また、本実施形態で用いられるナット２に備えられる突起部（プロジェクション部２１）としては、ＪＩＳ Ｂ １１９６に記載された各種の突起形状を何ら制限無く採用することができる。例えば、ＪＩＳ Ｂ １１９６に記載された四角溶接ナット（１Ｃ形）に設けられ、また、図２（ａ）、（ｂ）に例示するナット２に備えられたプロジェクション部２１のような突起形状等を採用することが可能である。さらに、ナット２の概略形状や寸法としては、ＪＩＳに規定されるものに限定されるものではなく、用途や性能に応じて適宜変更されていても良い。
【００３１】
ナット２の接合面２ａに設けられたプロジェクション部２１の数（突起数）としては、特に限定されないが、例えば、３〜４点とすることが好ましく、図２（ａ）、（ｂ）等に示す例では４点とされている。この理由としては、プロジェクション部２１が接合面２ａに３〜４点設けられていれば、溶接加圧の際に、プロジェクション部（突起部）２１と高強度鋼板１との接触位置が３〜４点となり、面としての当たりの状態が安定して定まることが挙げられる。接合面におけるプロジェクション部の数を２点とした場合、溶接加圧の際に、プロジェクション部２１と高強度鋼板１の当たりの状態が安定しないことがあり、また、４点を超えた場合には、当たりの弱いプロジェクション部が発生して入熱がアンバランスとなり、接合部の強度が低下する恐れがある。
【００３２】
「成分組成」
本実施形態で用いられるナット２は、上述したように、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．２８％、Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｕ：０．３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成とされたものである。
以下、ナット２の成分中における各元素の限定理由について説明するが、以下の説明における含有量「％」は、特に指定がない限り「質量％」を表すものとする。
【００３３】
（Ｃ：炭素）０．０７〜０．２８％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な元素であり、その含有量が０．０７％未満ではナットの強度が不足するため、下限を０．０７％とした。一方、Ｃを過剰に添加すると、接合部の硬さが増加し過ぎて靱性が低下し、また、高温割れや低温割れが生じやすくなるため、その上限を０．２８％に制限した。
【００３４】
（Ｓｉ：珪素）０．００７〜０．３５％
Ｓｉは、脱酸や強度の確保に必要な元素であり、このような効果を得るためには０．００７％以上の添加が必要である。一方、Ｓｉを過剰に添加すると、ナットの溶接性や靱性が低下することから、その上限を０．３５％に制限した。
【００３５】
（Ｍｎ：マンガン）０．２０〜１．２０％
Ｍｎは、焼入れ性の向上や、ナットの強度向上に必要な元素であり、このような効果を得るためには０．２０％以上の添加が必要である。一方、Ｍｎを過剰に添加すると、ナットの溶接性や靱性が低下することから、その上限を１．２０％に制限した。
【００３６】
（Ｐ：リン）０．０２０％以下
Ｐは、ナットをなす鋼中に不可避的に混入してくる元素であり、その含有量は少ないほうが好ましい。Ｐの含有量が多くなると、ナットの靭性低下や接合部の高温割れを引き起こすことから、その上限を０．０２０％以下に制限した。
【００３７】
（Ｓ：硫黄）０．０３５％以下
Ｓは、Ｐと同様、ナットをなす鋼中に不可避的に混入してくる元素である。Ｓの含有量が多くなると、ナットの靭性低下や接合部の高温割れを引き起こすため、その上限を０．０３５％以下に制限した。
【００３８】
（Ｃｕ：銅）０．３０％以下
Ｃｕは、ナットの強度向上に必要な元素であることから、ある程度の量で添加されていることが好ましい。しかしながら、Ｃｕを過剰に添加すると熱間加工性が低下し、また、高温割れを引き起こすことから、その上限を０．３０％に制限した。一方、Ｃｕの含有量は、溶接性を確保する観点から、強度向上効果が得られる範囲内で可能な限り少量とすることがより好ましく、具体的には０．１％以下とすることが好ましい。
【００３９】
「ナットのその他の鋼特性」
本実施形態で用いられるナット２の強度レベルとしては、特に制限されるものではなく、一般的な強度レベル、例えば、５Ｔ（４９０ＭＰａ相当）や、８Ｔ（７８５ＭＰａ相当）のものを好適に用いることができる。
またさらに、ナット２のビッカース硬さも特に制限されるものではなく、適宜、設定することが可能である。
【００４０】
『高強度鋼板』
以下に、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０をなす高強度鋼板１の鋼板特性について詳述する。
本実施形態において、プロジェクション溶接によってナット２と接合される高強度鋼板１は、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲とされている。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示す。
【００４１】
「引張強さ」７５０〜１６００ＭＰａ
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０においては、母材強度、すなわち、高強度鋼板１の引張強さを７５０〜１６００ＭＰａの範囲に規定する。
鋼板の強度は、プロジェクション溶接後のプロジェクション溶接継手１０の静的強度や、割れの抑制等に対して大きな影響を及ぼす。本実施形態においては、まず、鋼板として、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａの範囲とされた高強度鋼板１を用いることで、ナット２とプロジェクション溶接することで得られるプロジェクション溶接継手１０の静的強度が高められ、また、高温割れや低温割れが発生するのを抑制できる。
【００４２】
鋼板の引張強さが７５０ＭＰａ未満の場合には、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が小さいため、そもそも高温割れや低温割れが発生し難いことから、本発明の適用対象外である。
また、高強度鋼板の引張強さが１６００ＭＰａを超えると、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きいため、高温割れや低温割れが発生し易くなるので、本発明の適用範囲外である。
【００４３】
「板厚」０．８〜３．０ｍｍ
本実施形態において用いられる高強度鋼板１の板厚を、０．８〜３．０ｍｍの範囲に規定する。高強度鋼板１の板厚が上記範囲であれば、本発明の適用による静的強度の向上、ならびに、高温割れや低温割れを抑制する十分な効果が得られる。
【００４４】
高強度鋼板の板厚が０．８ｍｍ未満の場合には、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が小さいため、そもそも高温割れや低温割れが発生し難くなるので、本発明の適用対象外である。
また、高強度鋼板の板厚が３．０ｍｍを超えると、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きいため、高温割れや低温割れが発生し易くなるので、本発明の適用対象外である。
【００４５】
「鋼種」
（鋼組織）
本実施形態のプロジェクション溶接継手１０において用いられる高強度鋼板１の鋼種については、特に限定されず、例えば、２相組織型（例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織等）、加工誘起変態型（フェライト中に残留オーステナイトを含む組織）、焼入れ型（マルテンサイト組織）、微細結晶型（フェライト主体組織）等、何れの型の鋼板であっても良い。何れの鋼種からなる高強度鋼板を用いた場合であっても、鋼板の特性を失うことなく、本発明を適用することによる上記効果が確実に得られる。
【００４６】
（成分組成）
高強度鋼板１の成分組成としても、特に限定されるものではなく、この分野で一般的に用いられている炭素鋼や合金鋼等を採用することが可能である。但し、本実施形態の高強度鋼板１としては、以下に詳述するように、上記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑと各元素との関係を満足する組成のものを採用することが必須となる。
【００４７】
（炭素当量：Ｃｅｑ）０．２２〜０．５０質量％
本実施形態においては、下記（１）式で規定される、高強度鋼板１の炭素当量Ｃｅｑを、０．２２〜０．５０質量％の範囲に規定する。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示す。
【００４８】
高強度鋼板の炭素当量Ｃｅｑが０．２２質量％未満の場合には、そもそも接合部の強度低下や、高温割れ、低温割れの問題が発生し難いので、本発明の適用対象外である。
また、高強度鋼板の炭素当量Ｃｅｑが０．５０質量％を超えると、接合部の強度低下や高温割れ、低温割れの発生が顕著となり、本発明の適用対象外である。
【００４９】
ところで、下記（６）式は、接合部の硬さに関わる炭素当量Ｃｅｑｈを表し、また、下記（７）式は、接合部の靭性に関わる炭素当量Ｃｅｑｔを表しており、この（７）式は、上記（１）式と共通となっている。
Ｃｅｑｈ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／４０＋［Ｃｒ］／２０ ・・・・・（６）
Ｃｅｑｔ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・・・（７）
但し、上記（６）、（７）式において、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］および［Ｓ］は、それぞれ高強度鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各含有量（質量％）を示す。
【００５０】
一般的に、鋼板の引張強さが増加すると、上記（６）、（７）式で表される炭素当量（ＣｅｑｈまたはＣｅｑｔ）の数値が増加し、その結果、接合部の硬さが増加して靱性が低下する。このように、接合部の硬さが増加して靱性が低下すると、接合部の剥離方向の強度が低下し、また、割れが発生し易くなる。特に、上記（７）式で表される炭素当量Ｃｅｑｔの数値が大き過ぎる場合、具体的には炭素当量Ｃｅｑｔが０．２２以上になると、上述のような接合部の強度低下や割れの発生が起こるようになる。
【００５１】
「めっき」
本実施形態において用いられる高強度鋼板１は、表面処理を施さずに、冷間圧延・熱間圧延後の状態で使用することもできるが、必要に応じてめっき処理を施しても良い。また、この際のめっき層の種類についても、例えば、Ｚｎ系、Ｚｎ−Ｆｅ系、Ｚｎ−Ｎｉ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ｍｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｌ-Ｓｉ系等、何れのめっき層であっても良い。また、めっき層の表層に無機系、有機系の皮膜（例えば、潤滑皮膜等）が施されていても良い。
【００５２】
また、これらのめっき層の目付量についても、特に限定されないが、両面の目付量で１００ｇ／１００ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。めっきの目付量が片面あたりで１００ｇ／ｍ２を越えると、めっき層がプロジェクション溶接の際の障害となる場合がある。
高強度鋼板１の表面に上述のようなめっき処理を施すことにより、鋼板の耐食性を確保することが可能となる。
【００５３】
『接合部の面積と呼び径部分の面積との比』
本実施形態においては、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たすことが必要である。
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
但し、上記（２）式において、ＳＪ：ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナット２の呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。
【００５４】
上記（２）式で表されるＳＪ／ＳＲが０．７未満だと、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さや押込み剥離強さの低下が生じる。また、上記（２）式で表されるＳＪ／ＳＲが１．５を超える接合部を得ようとすると、散りが発生し易くなって周辺部に付着することからねじが通り難くなり、また、過度な加圧によって割れが生じることがある。
【００５５】
『接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値』５５０Ｈｖ以下
本実施形態においては、上記（２）式で表されるＳＪ／ＳＲを規定したうえで、さらに、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に規定する。接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖを超えると、靭性低下による接合部の強度低下や割れの発生が顕著に起こるようになるので好ましくない。また、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値は、接合強度の観点からは、３００Ｈｖ以上であることが好ましい。
【００５６】
『製造方法』
以下に、上述したような本実施形態のプロジェクション溶接継手を製造する方法の一例について説明する。
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法は、上記化学成分を有するナット２と、上記引張強さ、板厚、ならびに、上記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑを有する高強度鋼板１とを、加圧しながら通電加熱を行うプロジェクション溶接によって接合する方法であり、通電時の電極（図３中に示す上部電極８１および下部電極８２）の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔが、それぞれ下記（３）〜（５）式を満たす条件として、ナット２と高強度鋼板１とを加圧しながら通電を行うことにより、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪと、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が上記（２）式で表される関係となるようにし、かつ、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下になるようにプロジェクション溶接する方法を採用している。
１．９６ ≦ ＥＦ ≦５．８８ ・・・・・（３）
５０ ≦ Ｗｔ ≦ ２４０ ・・・・・（４）
Ｈｔ ≦ １６０ ・・・・・（５）
但し、上記（３）〜（５）式において、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）、Ｗｔ：通電時間（ｍｓ）、Ｈｔ：溶接後の電極保持時間（ｍｓ）を示す。
【００５７】
「通電時の電極の加圧力：ＥＦ」１．９６〜５．８８（ｋＮ）
本実施形態においては、プロジェクション溶接による通電を行う際の、上部電極８１および下部電極８２による加圧力ＥＦ（ｋＮ）を、上記（３）式で表される範囲、すなわち、１．９６〜５．８８（ｋＮ）の範囲に規定する。
電極による加圧力ＥＦは、溶接後の接合部面積ＳＪや接合部の残留応力に影響を与え、接合部の強度、特に剥離方向の強度や、接合部における割れの発生に大きな影響を及ぼす。本実施形態においては、通電時間Ｗｔや、溶接後の電極保持時間Ｈｔを所定範囲に規定するとともに、上部電極８１および下部電極８２による加圧力ＥＦを上記範囲に規定することにより、ナット２に備えられるプロジェクション部２１を十分に潰しながら、溶接後の接合部面積を適正に制御し、接合部の強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００５８】
通電時の電極による加圧力ＥＦが１．９６ｋＮ未満だと、ナットに設けられたプロジェクション部が十分に潰れず、ナットと高強度鋼板との間に隙間ができ易くなり、また、十分な接合面積が得られないため、接合部において十分な強度が得られなくなる。さらに、プロジェクション部の電流密度が増加して過剰発熱が起こるため、接合部において散りが発生し易くなり、この散りが周辺に付着することによって、ネジが通り難くなる。
一方、電極による加圧力ＥＦが５．８８ｋＮを超えると、プロジェクション部の変形が大きくなり過ぎ、溶接途中で電流密度が下がり、拡散が不十分になって接合部の強度が低下する。また、過度な加圧により、接合部等に割れが生じることがある。
【００５９】
「通電時間：Ｗｔ」５０〜２４０（ｍｓ）
本実施形態では、プロジェクション溶接による通電時間Ｗｔを、上記（４）式で表される範囲、すなわち、５０〜２４０ｍｓの範囲に規定する。
本実施形態では、通電時の電極の加圧力ＥＦおよび溶接後の電極保持時間Ｈｔを所定範囲に規定するとともに、通電時間Ｗｔを上記範囲とすることにより、ナット２に備えられるプロジェクション部２１を十分に潰しながら、溶接後の接合部のビッカース硬さを適正に制御し、接合部の強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００６０】
通電時間Ｗｔが５０ｍｓ未満だと、プロジェクション部が十分に潰れず、ナットと高強度鋼板との間に隙間ができ易くなり、また、十分な接合面積が得られず拡散も不十分となるため、接合部で十分な強度が得られなくなる。
一方、通電時間Ｗｔが２４０ｍｓを超えると、溶接入熱が大きくなり過ぎて、熱影響部において軟化（ＨＡＺ軟化）等が起こり、ナットや鋼板の強度低下を招き、さらに、作業効率も低下するという問題が生じる。
【００６１】
なお、本実施形態におけるプロジェクション溶接電流ＷＣ（ｋＡ）については、ナットと鋼板とを接合するプロジェクション溶接法において従来から採用されている電流値と同程度とすれば良い。
【００６２】
「溶接後の電極保持時間：Ｈｔ」１６０（ｍｓ）以下
本実施形態においては、プロジェクション溶接通電を行った後の電極保持時間Ｈｔを、上記（５）式で表される範囲、すなわち、１６０ｍｓ以下に規定する。なお、上記範囲の電極保持時間Ｈｔで、上部電極８１および下部電極８２によってナット２および高強度鋼板１を加圧する際の加圧力は、上記（３）式で表される範囲とすることができる。
【００６３】
溶接後の電極保持時間Ｈｔは、溶接後の接合部のビッカース硬さに影響を与え、接合部の強度や、接合部における割れの発生に大きな影響を及ぼす。
溶接後の電極保持時間Ｈｔが１６０ｍｓを超えると、接合部、特に、鋼板側の冷却速度が早くなるため、接合部近傍の硬さが過剰に増加する。また、工程時間が長くなるため、作業効率も低下するという問題が生じる。強度のばらつき低下や強度向上の観点からは、保持時間Ｈｔは出来るだけ短い方が好ましい。
【００６４】
なお、上述した保持時間Ｈｔは実際の保持時間を示しており、溶接装置にもよるが、通常は装置側で設定した時間よりも長くなる。
【００６５】
「溶接通電パターン」
本実施形態においては、ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する際の基本通電パターンとしては、従来からこの分野において採用されている通電パターンを何ら制限なく採用することができる。
また、本実施形態においては、その他、大電流・短時間通電や、小電流・長時間通電等、様々な通電パターンも想定されるが、上記した通電時の電極の加圧力ＥＦと通電時間Ｗｔは、適宜最適条件に調整することが好ましい。
【００６６】
本実施形態によれば、上述したような、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔを適正な範囲に限定した条件で、ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する。これにより、接合部Ａおよび熱影響部Ｂのビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接継手１０を製造することができる。したがって、接合部Ａの強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００６７】
「プロジェクション溶接の手順」
以下に、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０の製造方法における、プロジェクション溶接の手順について概略を説明する。
【００６８】
（プロジェクション溶接機）
本実施形態においてプロジェクション溶接で用いる溶接機としては、例えば、従来公知の通電方式で、電源としては単相交流、直流インバータ、交流インバータ等、何れの電源も使用することができる。また、溶接に用いられる電極としては、例えば、ナットと鋼板との接合に一般的に用いられる、クロム銅合金やアルミナ分散銅等からなる、プロジェクション溶接用電極を採用することができる。
【００６９】
上述のような溶接機として、一般的なプロジェクション溶接機の一例を図３に示す。図３は、ナット２と高強度鋼板１とを、プロジェクション溶接機８０を用いて接合する状態を説明する図であり、このプロジェクション溶接機８０は、上部電極（可動電極）８１、下部電極（固定電極）８２、位置決めピン８５を備えて概略構成される。
【００７０】
（手順）
プロジェクション溶接継手１０を製造する手順について、図３に示すプロジェクション溶接機８０を用いてナット２と高強度鋼板１とを接合し、プロジェクション溶接継手１０を備える構造部材５０を製造する場合を例に挙げて以下に説明する。
【００７１】
まず、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１においてナット２が接合される位置にピアス孔１１を形成する。この際、高強度鋼板１として上記した範囲の板厚のものを用い、従来公知の加工方法、例えば、打ち抜きやレーザ切断等の方法を用いて、ピアス孔１１を形成する。
また、高強度鋼板１の表面１ａには、必要に応じて、予め、合金化溶融亜鉛めっきまたは溶融亜鉛めっき等が、溶接の障害とならない程度の目付量で施されていても良い。さらに、めっきの表層には、無機系、有機系の皮膜等が形成されていても良い。
【００７２】
また、図２（ａ）、（ｂ）に例示するような、ＪＩＳ Ｂ１１９６に準拠した、プロジェクション部２１を形成したナット２を準備する。図示例のナット２に備えられるプロジェクション部２１は、接合面２ａ側に備えられている。
【００７３】
次に、図３に示すプロジェクション溶接機８０に備えられる下部電極８２上に高強度鋼板１をセットする。この際、位置決めピン８５を、高強度鋼板１に設けられるピアス孔１１に挿入することで、高強度鋼板１の位置決めを行う。
次に、ねじ孔２２に位置決めピン８５を挿入して位置合わせしながら、ナット２を高強度鋼板１上にセットする。これにより、高強度鋼板１に形成されたピアス孔１１の中心１１ａと、ナット２のねじ孔２２の中心２２ａとが概略一致した状態でセットされる。また、この際、ナット２の接合面２ａに設けられたプロジェクション部２１が高強度鋼板１の表面１ａと接触するようにセットされる。
【００７４】
次に、重ね合わせられた高強度鋼板１とナット２とを、上部電極８１と下部電極８２との間に挟み、これら各電極によって加圧することで、高強度鋼板１とナット２とを加圧しながら通電加熱を行う。これにより、高強度鋼板１とナット２（プロジェクション部２１）との間が、プロジェクション溶接によって接合部Ａで接合される。このような概略手順により、図１に示すような、プロジェクション溶接継手１０を備える構造部材５０を製造することができる。
【００７５】
なお、本実施形態においては、図３に示すようなプロジェクション溶接機８０を用いた場合のように、プロジェクション部２１の直上部近傍を押さえる構成の上部電極８１を用いる方法とすることがより好ましい。このような方法を採用することにより、通電パス（電極間距離）の短縮を図ることができるとともに、上部電極８１への熱伝導の促進により、ナットや接合部Ａ近傍の過剰な温度上昇を抑制することができるので、熱影響部ＢにおけるＨＡＺ軟化の抑制や引張残留応力の低減が可能となる。
【００７６】
［第２の実施形態］
本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第２の実施形態について、図７〜図９を参照しながら以下に説明する。なお、本実施形態は、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
また、本実施形態では、上記第１の実施形態と共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００７７】
本実施形態では、図７に例示するようなプロジェクション溶接継手１０Ａを構成するにあたり、図８（ａ）、（ｂ）に例示するようなボルト（溶接ボルト）１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接している点で、ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接している第１の実施形態とは異なる。
なお、本実施形態では、第１の実施形態で用いたナット２に代わり、ボルト１２を用いた点以外の条件、具体的には、高強度鋼板１の各特性は第１の実施形態と同様であり、また、ボルト１２の成分組成についても、第１の実施形態におけるナット２と同様である。またさらに、本実施形態では、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１の面積ＳＪと、ボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が、上記の（２）式で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａ１および熱影響部Ｂ１のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている点についても、第１の実施形態と同様である。
【００７８】
また、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０Ａの製造方法においても、プロジェクション溶接に用いる高強度鋼板１の各特性、ボルト１２の成分組成の他、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１の面積ＳＪと、ボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比の各条件については、第１の実施形態と同様の条件である。さらに、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔの各溶接条件と、接合部Ａ１および熱影響部Ｂ１のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接する点についても、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
本実施形態において用いられるボルト１２は、その概略形状や寸法がＪＩＳ Ｂ １１９５に規定された溶接ボルトに準拠するものである。また、また、本実施形態で用いられるボルト１２に備えられるプロジェクション部についても、第１の実施形態におけるナット２と同様、各種の突起形状を何ら制限無く採用することができる。例えば、ＪＩＳ Ｂ １１９５において規定される溶接ボルトにおいて、図８（ａ）、（ｂ）に例示するボルト１２の下面１２Ａ側に備えられたプロジェクション部１２ａのような突起形状等を採用することが可能である。さらに、第１の実施形態におけるナット２の場合と同様、ボルト１２の概略形状や寸法としては、ＪＩＳに規定されるものに限定されるものではなく、用途や性能に応じて適宜変更されていても良い。
【００８０】
以下、本実施形態のプロジェクション溶接継手１０Ａの製造方法における、プロジェクション溶接の手順について概略を説明する。本実施形態においては、図７に示すような、ボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接し、プロジェクション溶接継手１０Ａを備える構造部材５０Ａを製造する場合を例に挙げて説明する。
【００８１】
本実施形態において、ボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する溶接機として、第１の実施形態と同様の通電方式で、電源としては、単相交流、直流インバータ、交流インバータ等、何れの電源も使用することができる。また、溶接に用いられる電極としては、例えば、ボルトと鋼板との接合に一般的に用いられる、クロム銅合金やアルミナ分散銅等からなる、プロジェクション溶接用電極を採用することができる。
【００８２】
このような溶接機の一例を図９（ａ）、（ｂ）に示す。図９（ａ）、（ｂ）は、ボルト１２と高強度鋼板１とを、プロジェクション溶接機９０を用いて接合する状態を説明する図であり、このプロジェクション溶接機９０は、上部電極９１、下部電極（固定電極）９２、位置決め穴９４を備えて概略構成される。また、図示例のプロジェクション溶接機９０は、位置決め穴９４内部の側壁に、絶縁体９２ａが備えられている。
【００８３】
まず、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１においてボルト１２が接合される位置に、第１の実施形態と同じ方法によってピアス孔１１を形成する。このピアス孔１１には、接合時にボルト１２が挿入される。
また、高強度鋼板１の表面１ａには、第１の実施形態と同様、必要に応じて、予め、合金化溶融亜鉛めっきや溶融亜鉛めっき等が施されていても良く、さらに、めっきの表層に、無機系や有機系の皮膜等が形成されていても良い。
【００８４】
また、図８（ａ）、（ｂ）に例示するような、ＪＩＳ Ｂ１１９５に準拠した、プロジェクション部１２ａを形成したボルト１２を準備する。このボルト１２には、下面１２Ａの各部にプロジェクション部１２ａが形成されており、この部分で高強度鋼板１と接触するように構成されている。
【００８５】
次に、図９（ａ）に示すように、プロジェクション溶接機９０に備えられる下部電極９２上に高強度鋼板１をセットする。この際、高強度鋼板１に設けられるピアス孔１１と位置決め孔９４とを、概略で位置合わせしておく。
【００８６】
次に、図９（ｂ）に示すように、ボルト１２を、高強度鋼板１のピアス孔１１ならびに位置決め孔９４に挿入することにより、位置決めしながら高強度鋼板１にセットする。これにより、高強度鋼板１に形成されたピアス孔１１の中心１１ａと、ボルト１２の軸芯とが概略一致した状態でセットされる。また、この際、ボルト１２の下面１２Ａ側に設けられたプロジェクション部１２ａが、高強度鋼板１の表面１ａと接触するようにセットされる。
【００８７】
次に、図９（ｂ）に示すように、重ね合わせられた高強度鋼板１とボルト１２とを、上部電極９１と下部電極９２との間に挟んで加圧することで、高強度鋼板１とボルト１２とを加圧しながら通電加熱を行う。これにより、高強度鋼板１とボルト１２（プロジェクション部１２ａ）との間が、プロジェクション溶接によって接合部Ａ１で接合される。
このような概略手順により、図９に示すような、ボルト１２と高強度鋼板１とが接合された、プロジェクション溶接継手１０Ａを備える構造部材５０Ａを製造することができる。
【００８８】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１および熱影響部Ｂ１のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接継手１０Ａを製造することができる。したがって、接合部Ａ１の強度向上や、割れの発生を防止する顕著な効果が得られる。
【００８９】
［第３の実施形態］
本発明におけるプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第３の実施形態について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、上記第１、２の実施形態と同じ図面を参照してその構成を説明するとともに、共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００９０】
本実施形態では、図１に例示するようなナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接してプロジェクション溶接継手１０を得るか、あるいは、図７に例示するようなボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接してプロジェクション溶接継手１０Ａを得るにあたり、上記条件の溶接通電を行う前に、下記条件のアップスロープ通電を行う点で、上記第１、２の実施形態とは異なる（図１３のグラフを参照）。また、本実施形態では、溶接通電を行う前にアップスロープ通電を行う以外の条件、すなわち、溶接通電時の各条件や、ナット２やボルト１２の成分、高強度鋼板１の鋼特性等については、上記第１、２の実施形態と同様である。またさらに、本実施形態では、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａ、あるいは、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａ１における面積ＳＪと、ナット２またはボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比が、上記の（２）式で表される関係を満たし、かつ、接合部Ａ、Ａ１および熱影響部Ｂ、Ｂ１のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下とされている点についても、第１、２の実施形態と同様である。
【００９１】
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法においては、上記第１の実施形態において詳述した溶接通電を行う前に、下記（６）式を満たす条件でアップスロープ通電を行う。本実施形態では、その後、上記第１の実施形態と同様の条件および手順で溶接通電を行う。
１６ ≦ ＵＳｔ ≦ ８０ ・・・（６）
但し、上記（６）式において、ＵＳｔ：アップスロープ時間（ｍｓ）を示す。
【００９２】
本実施形態においては、図１３に示すように、プロジェクション溶接電流ＷＣでの溶接通電の前に、プロジェクション溶接電流ＷＣまで電流値を徐々に上げる上記条件のアップスロープ通電を行うことで、アップスロープ通電および溶接通電の際の加圧時に、ナット２またはボルト１２に備えられるプロジェクション部２１、１２ａを安定して十分に潰すことができる。このように、プロジェクション部を十分に潰して溶接することで、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくなり、適度で十分な接合面積を確保することができるので、安定的に高い接合強度が得られる。また、プロジェクション部２１、１２ａと鋼板１との接触がかなり不安定な状態で溶接されたとしても、散りの発生を防止することが可能となるため、散りの付着によってねじが通り難くなるという問題が無くなり、溶接後のねじの通り易さを確保することが可能となる。
【００９３】
アップスロープ時間が１６ｍｓ未満でも比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないこともあるため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接触が不安定な状況下での溶接では、散りが発生することもある。一方、アップスロープ時間が８０ｍｓを超えると、プロジェクション部が過剰に潰れた状態となり、溶接時の電流密度が低下するため、隙間の低下や接合強度の向上、安定が得られなくなるとともに、溶接時間も長くなって生産効率も低下する。
【００９４】
［第４の実施形態］
本発明におけるプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第４の実施形態について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、上記第１〜３の実施形態と同じ図面を参照してその構成を説明するとともに、共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００９５】
本実施形態では、図１に例示するようなプロジェクション溶接継手１０を得るか、あるいは、図７に例示するようなプロジェクション溶接継手１０Ａを得るにあたり、上記条件の溶接通電を行う前に、上述のアップロード通電に代わり、下記条件の予備通電を行う点で、上記第３の実施形態とは異なる（図１４のグラフを参照）。また、本実施形態では、溶接通電を行う前に予備通電を行う点以外の各条件については、上記第３の実施形態と同様である。
【００９６】
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法においては、上記第１の実施形態において詳述した溶接通電を行う前に、下記（７）、（８）式を満たす条件で予備通電を行う。本実施形態では、その後、上記第１の実施形態と同様の条件および手順で溶接通電を行う。
０．２×ＷＣ ≦ ＰＲＣ ≦ ０．６×ＷＣ ・・・（７）
１６ ≦ ＰＲｔ ≦ ８０ ・・・（８）
但し、上記（７）式において、ＷＣ：プロジェクション溶接電流（ｋＡ）、ＰＲＣ：予備通電電流（ｋＡ）を示し、上記（８）式において、ＰＲｔ：予備通電時間（ｍｓ）を示す。
【００９７】
本実施形態においては、図１４に示すように、プロジェクション溶接電流ＷＣでの溶接通電の前に、上記条件の予備通電を行うことにより、予備通電および溶接通電の際の加圧時に、ナット２またはボルト１２に備えられるプロジェクション部２１、１２ａを安定して十分に潰すことができる。このように、プロジェクション部を十分に潰して溶接することで、上記第３の実施形態と同様に、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくなり、適度で十分な接合面積を確保することができるので、安定的に高い接合強度が得られる。また、プロジェクション部２１、１２ａと鋼板１との接触が不安定な状態で溶接されたとしても、散りの発生を防止することが可能となるため、散りの付着によってねじが通り難くなるという問題が無くなり、溶接後のねじの通り易さを確保することが可能となる。
【００９８】
予備通電を行う際の予備通電電流ＰＲＣが、上記（７）式で規定する下限、すなわち、プロジェクション溶接電流ＷＣの０．２倍を下回っても、比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接触が不安定な状況下では散りが発生することもある。一方、予備通電電流ＰＲＣが、プロジェクション溶接電流ＷＣの０．６倍を超えると、プロジェクション部が過剰に潰れた状態となり、溶接時の電流密度が低下するため、隙間の低下や接合強度の向上、安定が得られなくなる。
【００９９】
また、予備通電における予備通電時間ＰＲｔが、上記（８）式で規定する下限、すなわち、１６ｍｓを下回っても比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接触が不安定な状況下では散りが発生することもある。一方、予備通電時間ＰＲｔが８０ｍｓを超えると、プロジェクション部が過剰に潰れた状態となり、溶接時の電流密度が低下するため、隙間の低下や接合強度の向上、安定が得られなくなるとともに、溶接時間も長くなって生産効率も低下する。
【０１００】
なお、図１４においては、上記条件による予備通電の後、直ちに電極への供給電流を上げ、プロジェクション溶接電流ＷＣでの溶接通電を開始する例を示しているが、これには限定されない。例えば、予備通電の後、１６〜６０ｍｓ程度のインターバル（通電休止時間）を設け、その後、溶接通電を開始するパターンとしても構わない。
【０１０１】
［第５の実施形態］
本発明におけるプロジェクション溶接継手およびその製造方法の第５の実施形態について、以下に説明する。
なお、本実施形態では、上記第１〜４の実施形態と同じ図面を参照してその構成を説明するとともに、共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【０１０２】
本実施形態では、図１に例示するようなプロジェクション溶接継手１０を得るか、あるいは、図７に例示するようなプロジェクション溶接継手１０Ａを得るにあたり、上記条件の溶接通電を行った後、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦを以下に説明する条件とする点で、上記第１〜４の実施形態とは異なる。また、本実施形態では、溶接通電後の電極保持加圧力ＰＥＦ以外の各条件については、上記第１〜第４の実施形態と同様である。
【０１０３】
本実施形態のプロジェクション溶接継手の製造方法においては、上記第１の実施形態において詳述した溶接通電を行った後に、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦ（ｋＮ）を、下記（９）式で表される関係を満たす範囲とする。
１．２×ＥＦ ≦ ＰＥＦ ≦ １．５×ＥＦ ・・・（９）
但し、上記（９）式において、ＰＥＦ：溶接通電後の電極保持加圧力（ｋＮ）、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）を示す。
【０１０４】
本実施形態においては、溶接通電後に、ナット２またはボルト１２と高強度鋼板１を上部電極および下部電極で保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦを上記範囲とすることにより、溶接通電の直後に加圧力を増加させる方法としている。これにより、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくなり、適度で十分な接合面積を確保することができるので、安定的に高い接合強度が得られる。また、溶接後の収縮によって生じる引張残留応力の発生を軽減させ、溶接部において高温割れや低温割れ、特に低温割れが発生するのを防止でき、高い接合強度が得られる。
【０１０５】
溶接通電後の電極保持加圧力ＰＥＦが上記（９）式で規定する下限、すなわち、通電時の加圧力ＥＦの１．２倍を下回っても比較的良好な継手が得られるが、プロジェクション部が十分潰れないことがあるため、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間が小さくならず、接合面積も十分でないため、より安定的に十分な接合強度が得られない。また、接合部に十分な加圧力が作用しないため、引張残留応力を低減する効果が十分に得られず、高温割れや低温割れ、特に低温割れが発生する。一方、溶接通電後の電極保持加圧力ＰＥＦが、通電時の加圧力ＥＦの１．５倍を超えると、ナット２またはボルト１２と鋼板１との間の隙間は小さくなり、高温割れや低温割れが起こらなくなるが、加圧力が大きくなり過ぎて電極の損傷が起こり易くなり、また、高い加圧力を加えるためには特殊な溶接機が必要となることから、コストアップの要因となる。
【０１０６】
以上説明したように、本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法によれば、上記構成により、特に、自動車用部品や車体の接合部に用いられ、ナット２またはボルト１２と高強度鋼板１とがプロジェクション溶接されてなるプロジェクション溶接継手１０、１０Ａにおいて、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部Ａ、Ａ１の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止できるので、接合部Ａ、Ａ１およびその部品の信頼性を向上させることが可能となる。
したがって、例えば、自動車用部品や車体、ならびにそれらの製造、組立工程において本発明のプロジェクション溶接継手１０、１０Ａおよびその製造方法を適用することにより、高強度鋼板の採用による安全性の向上の他、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【実施例】
【０１０７】
以下、本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【０１０８】
［実施例１］
以下、本発明に係るプロジェクション溶接継手およびその製造方法の実施例１について、図１〜図６を適宜参照しながら説明する。
本実施例では、まず、下記表１に示すような成分組成を有する各種のナットを準備した。そして、これらのナットを、以下に説明するような条件ならびに手順により、下記表２および表３に示すような鋼板特性を有する各種の高強度鋼板にプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。
【０１０９】
【表１】
【０１１０】
【表２】
【０１１１】
【表３】
【０１１２】
『ナットのプロジェクション溶接』
実施例１においては、図３に示すようなプロジェクション溶接機８０を用いてナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接した。このプロジェクション溶接機８０は、上部電極８１、下部電極８２、位置決めピン８５を備えている。
【０１１３】
本実施例では、下記に示す各条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板１にナット２を接合した。この際、ナット２として、ＪＩＳ Ｂ １１９６に準拠し、接合面に４カ所のプロジェクション部２１を備えたものを使用した。より具体的には、ＪＩＳ Ｂ １１９６規定による１Ｃ形・Ｍ６×１、Ｍ８×１、Ｍ１０×１、Ｍ１２×１、強度区分８Ｔのナット２（４カ所のプロジェクション部２１の突出寸法が１ｍｍ）を用い、外形寸法が５０×５０×ｔ（ｍｍ）とされた下記表２および表３に示すような各種の高強度鋼板１とプロジェクション溶接を行った。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下２ｌ／分
（４）初期加圧時間：６００ｍｓ
（５）電極による加圧力ＥＦ：１．７６〜６．０８ｋＮ
（６）溶接電流ＷＣ：８．５〜１５．５ｋＡ
（７）通電時間Ｗｔ：４０〜２６０ｍｓ
（８）溶接後の電極保持時間Ｈｔ：６０〜１８０ｍｓ
【０１１４】
本実施例では、プロジェクション溶接を行う前に、まず、高強度鋼板１にピアス孔１１を形成した後、ピアス孔１１の中心と、ナット２のねじ孔２２の中心とを概ね一致させた状態とし、高強度鋼板１とナット２とを重ね合わせた状態で、加圧しながら通電加熱を行ってプロジェクション溶接した。
このようなプロジェクション溶接を行った際の、各溶接条件の一覧を下記表２および表３に示す。
【０１１５】
なお、上記条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。また、プロジェクション溶接の後、ナット／高強度鋼板間の隙間の大きさを目視で観察した。
【０１１６】
『評価方法』
次に、上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の試験片について、以下に説明するような各種評価試験を行ない、結果を表２および表３に示した。
【０１１７】
「接合部の断面マクロ組織観察」
上記手順で得られた各試験片について、接合部をマイクロカッターで切断して研磨し、ピクリン酸でエッチングした後、その組織を光学顕微鏡で観察して、接合状態（圧接または溶融接合）、および割れの有無を観察した。
【０１１８】
「ビッカース硬さ分布測定」
図４は、プロジェクション溶接継手の接合部、熱影響部のビッカース硬さの分布を測定する方法を説明するための概略図であり、図１や図２（ａ）、（ｂ）等と対応する部分には同一の符号を付している。図１に示すように、ナット２のプロジェクション部２１と高強度鋼板１とは、プロジェクション溶接されることによって、接合部（接合界面：図中Ａで示す部分）およびその周囲にＨＡＺ部（熱影響部：図中Ｂで示す部分）が形成されるが、本実施例では、この部分の硬さを、接合部の断面から垂直方向および水平方向に向かって測定した。なお、各試験片での測定にあたっては、４箇所の突起（プロジェクション部）のうち、対角の位置にある２つの突起について硬さ分布を測定した。
【０１１９】
また、ビッカース硬さの測定においては、従来公知の測定方法を用いた。すなわち、まず、正四角錐ダイヤモンドからなる先端３０１がピラミッド形の圧子３００を試験片の接合部および熱影響部の表面に、荷重Ｆ（Ｎ）で押し込んだ。そして、除荷して、圧子３００を当該部分から移動した後、圧子でできたへこみの対角線の長さｄ（ｍｍ）から、表面積Ｓ（ｍｍ２）を算出し、荷重Ｆ（Ｎ）を表面積Ｓ（ｍｍ２）で除することにより、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を求めた。
【０１２０】
さらに、本実施例では、各試験片について、ＪＩＳ Ｂ １１９６に規定する試験方法にしたがって、剥離強さ（トルク剥離強さ、押込み剥離強さ）を測定するとともに、それらのばらつきについて測定し、結果を表２および表３に示した。なお、押込み剥離強さを測定した後の試験片を用いて、ナット２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪを求め、ナット２の呼び径部分の面積ＳＲとの比である「接合率」を求めた。また、呼び径部分の面積は、公称値ではなく実際の呼び径を用いて算出した。各々の剥離強さおよびそのばらつきを測定する際の試験方法について下記に説明する。
【０１２１】
「トルク剥離試験」
図５は、プロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を説明するための概略図である。図５に示すように、本試験では、ナット２と高強度鋼板１とを接合した試験片におけるナット２に、トルクレンチ１１０付きのソケット１１１を嵌め込み、トルクレンチ１１０によって、ナット２のねじ孔２２の中心（軸心）２２ａに垂直な平面内で回転力を与え、ナット２が剥離した際、すなわち、図１等に示すプロジェクション部２１が高強度鋼板１から剥離した際のトルク（トルク剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、トルク剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験におけるトルク剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。
【０１２２】
「押込み剥離試験条件」
図６は、プロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を説明するための概略図である。図６に示すように、本試験では、ナット２と高強度鋼板１を接合した試験片における高強度鋼板１側から、ピアス孔１１を通じてボルト１０８をねじ込み、ボルト１０８の頭部から圧縮荷重Ｆを付与し、ナット２が剥離した際、すなわち、図１等に示すプロジェクション部２１が高強度鋼板１から剥離した際の荷重（押込み剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、押込み剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験における押込み剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。また、上記条件および手順による押込み剥離試験の後、接合部の面積（ＳＪ）ならびに呼び径部分の面積（ＳＲ）を測定し、その比を計算した。
【０１２３】
『評価結果』
表１は、本実施例において用いたナットの化学成分組成の一覧を示すものであり、また、表２および表３は、ナット仕様ならびに高強度鋼板の特性、プロジェクション溶接条件、各評価結果の一覧を示すものである。ここで、表２および表３には、溶接時の散り発生有無、ナット／高強度鋼板間の隙間、接合状態、接合率（ＳＪ／ＳＲ）、接合部における割れの有無、接合部・熱影響部（ＨＡＺ）における最高硬さとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきも示している。なお、ナットと高強度鋼板の接合状態（圧接または溶接）については、光学顕微鏡で観察した。また、表２および表３中における各評価結果では、本発明で規定する要件を満足し、良好な値を示したものの評価を「○」で示しており、やや特性が劣るものの評価を「△」で示し、また、特性がかなり劣るものを「×」で示している。
【０１２４】
表２に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ａ−１〜Ａ−２５）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表３に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ａ−４４〜Ａ−６０）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。なお、表３中に示すように、ナットの成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎが本発明の規定範囲外である場合（Ａ−４１〜Ａ−４３）には、ナットの強度が不足するという問題はあるものの、プロジェクション溶接された接合部としては問題がないことが確認された。
【０１２５】
実験Ｎｏ．Ａ−４４では、ナットの化学成分中におけるＣ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さ増加とそれに伴う靱性低下によって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４５では、ナットの化学成分中におけるＳｉ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４６では、ナットの化学成分中におけるＭｎ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２６】
実験Ｎｏ．Ａ−４７では、ナットの化学成分中におけるＰ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４８では、ナットの化学成分中におけるＳ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−４９では、ナットの化学成分中におけるＣｕ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２７】
実験Ｎｏ．Ａ−５０では、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−５１では、上記同様、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２８】
実験Ｎｏ．Ａ−５２、５３では、鋼板の炭素当量Ｃｅｑが本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さが増加して靱性が低下し、割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−５４、５５では、鋼板の板厚が本発明の規定範囲を超えているため、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１２９】
実験Ｎｏ．Ａ−５６、５７では、溶接電流が低めであることから、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回っており、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−５８、５９では、溶接電流が高めであることから、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、溶接時に散りが発生するとともに、接合状態が溶融接合となっており、さらに、接合部に割れが発生したことから、総合評価が劣っている。
【０１３０】
実験Ｎｏ．Ａ−６０では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の冷却速度が早く接合部近傍の硬さが過剰に増加し、その結果、接合部に割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１３１】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２について、図７〜図１２を適宜参照ながら説明する。
本実施例では、まず、上記表１に示すような成分組成を有する各種のボルトを準備した。そして、これらのボルトを、以下に説明するような条件ならびに手順により、下記表４および表５に示すような鋼板特性を有する各種の高強度鋼板にプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。
【０１３２】
【表４】
【０１３３】
【表５】
【０１３４】
『ボルトのプロジェクション溶接』
実施例２においては、図９に示すようなプロジェクション溶接機９０を用いてボルト１２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接した。このプロジェクション溶接機９０は、上部電極９１、下部電極９２、位置決め孔９４を備えている。
【０１３５】
本実施例では、下記に示す各条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板１にボルト１２を接合した。この際、ボルト１２として、ＪＩＳ Ｂ １１９５に準拠し、下面１２Ａ側の４カ所にプロジェクション部１２ａを備えたものを使用した。より具体的には、ＪＩＳ Ｂ １１９６規定によるＭ６×１、Ｍ８×１、Ｍ１０×１、Ｍ１２×１、強度区分８Ｔのボルト１２（４カ所のプロジェクション部１２ａの突出寸法が１ｍｍ）を用い、外形寸法が５０×５０×ｔ（ｍｍ）とされた下記表４および表５に示すような各種の高強度鋼板１とプロジェクション溶接を行った。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下２ｌ／分
（４）初期加圧時間：６００ｍｓ
（５）電極による加圧力ＥＦ：１．７６〜６．０８ｋＮ
（６）溶接電流ＷＣ：８．５〜１５．５ｋＡ
（７）通電時間Ｗｔ：４０〜２６０ｍｓ
（８）溶接後の電極保持時間Ｈｔ：６０〜１８０ｍｓ
【０１３６】
本実施例では、プロジェクション溶接を行う前に、まず、高強度鋼板１にピアス孔１１を形成した後、この高強度鋼板１を下部電極９２上にセットした。そして、ボルト１２をピアス孔１１ならびに位置決め孔９４に挿入することにより、ボルト１２を位置決めしながら高強度鋼板１上にセットした。この際、高強度鋼板１のピアス孔１１の中心１１ａと、ボルト１２の軸芯とが概略一致した状態にするとともに、ボルト１２の下面１２Ａ側に設けられたプロジェクション部１２ａが、高強度鋼板１の表面１ａと接触するようにセットし、重ね合わせた状態で、加圧しながら通電加熱を行った。
このようなプロジェクション溶接を行った際の、各溶接条件の一覧を下記表４および表５に示す。
【０１３７】
なお、上記条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。また、プロジェクション溶接後に、ボルト／高強度鋼板の間の隙間の大きさを目視で観察した。
【０１３８】
『評価方法』
次に、上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の試験片について、以下に説明するような各種評価試験を行ない、結果を表４および表５に示した。
【０１３９】
「接合部の断面マクロ組織観察」
上記手順で得られた各試験片について、接合部をマイクロカッターで切断して研磨し、ピクリン酸でエッチングした後、その組織を光学顕微鏡で観察して、接合状態（圧接または溶融接合）、および割れの有無を観察した。
【０１４０】
「ビッカース硬さ分布測定」
図１０は、プロジェクション溶接継手の接合部、熱影響部のビッカース硬さの分布を測定する方法を説明するための概略図であり、図７や図８（ａ）、（ｂ）等と対応する部分には同一の符号を付している。図１０に示すように、ボルト１２のプロジェクション部１２ａと高強度鋼板１とは、プロジェクション溶接されることによって、接合部（接合界面：図中Ａ１で示す部分）およびその周囲にＨＡＺ部（熱影響部：図中Ｂ１で示す部分）Ｂ１が形成されるが、本実施例では、この部分の硬さを、接合部の断面から垂直方向および水平方向に向かって測定した。なお、各試験片での測定にあたっては、４箇所の突起（プロジェクション部）のうち、対角の位置にある２つの突起について硬さ分布を測定した。
【０１４１】
また、ビッカース硬さの測定においては、従来公知の測定方法を用いた。すなわち、まず、正四角錐ダイヤモンドからなる先端３０１がピラミッド形の圧子３００を試験片の接合部および熱影響部の表面に、荷重Ｆ（Ｎ）で押し込んだ。そして、除荷して、圧子３００を当該部分から移動した後、圧子でできたへこみの対角線の長さｄ（ｍｍ）から、表面積Ｓ（ｍｍ２）を算出し、荷重Ｆ（Ｎ）を表面積Ｓ（ｍｍ２）で除することにより、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を求めた。
【０１４２】
さらに、本実施例では、各試験片について、ＪＩＳ Ｂ １１９５に規定する試験方法にしたがって、剥離強さ（トルク剥離強さ、押込み剥離強さ）を測定するとともに、それらのばらつきについて測定し、結果を表４および表５に示した。なお、押込み剥離強さを測定した後の試験片を用いて、ボルト１２と高強度鋼板１との接合部Ａの面積ＳＪを求め、ボルト１２の呼び径部分の面積ＳＲとの比である「接合率」を求めた。また、呼び径部分の面積は、公称値ではなく実際の呼び径を用いて算出した。各々の剥離強さおよびそのばらつきを測定する際の試験方法について下記に説明する。
【０１４３】
「トルク剥離試験」
図１１は、プロジェクション溶接継手のトルク剥離試験方法を説明するための概略図である。図１１に示すように、本試験では、ボルト１２と高強度鋼板１とを接合した試験片におけるボルト１２に、トルクレンチ２１０付きのソケット２１１ａ、２１１ｂを嵌め込み、トルクレンチ２１０によって、ボルト１２の軸心に垂直な平面内で回転力を与え、ボルト１２が剥離した際、すなわち、図７等に示すプロジェクション部１２ａが高強度鋼板１から剥離した際のトルク（トルク剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、トルク剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験におけるトルク剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。
【０１４４】
「押込み剥離試験条件」
図１２は、プロジェクション溶接継手の押込み剥離試験方法を説明するための概略図である。図１２に示すように、本試験では、ボルト１２と高強度鋼板１を溶接した試験片におけるボルト１２のねじ切り部側から、荷重中心が軸芯と一致するように、ねじ切り部側軸端に圧縮荷重Ｆを徐々に付与し、ボルト１２が剥離した際、すなわち、プロジェクション部１２ａが高強度鋼板１から剥離した際の荷重（押込み剥離強さ）を測定した。この際、各条件において、５個の試験片を用いてそれぞれ測定を行ない、その平均値を求めた。なお、押込み剥離強さのばらつきについては、５個の試験片について測定した際の最大値と最小値の差（最大値−最小値）から求めた。また、本試験における押込み剥離強さの基準値は、ＪＩＳで規定される合格値を用いた。また、上記条件および手順による押込み剥離試験の後、接合部の面積（ＳＪ）ならびに呼び径部分の面積（ＳＲ）を測定し、その比を計算した。
【０１４５】
『評価結果』
表１は、本実施例において用いたボルトの化学成分組成の一覧を示し、また、表４および表５は、ボルト仕様ならびに高強度鋼板の特性、プロジェクション溶接条件、各評価結果の一覧を示すものである。ここで、表４および表５には、溶接時の散り発生有無、ボルト／高強度鋼板間の隙間、接合状態、接合率（ＳＪ／ＳＲ）、接合部における割れの有無、接合部・熱影響部（ＨＡＺ）における最高硬さ、とともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきも示している。なお、ボルトと高強度鋼板の接合状態（圧接または溶接）については、光学顕微鏡で観察した。また、表４および表５中における各評価結果では、本発明で規定する要件を満足し、良好な値を示したものの評価を「○」で示しており、やや特性が劣るものの評価を「△」で示し、また、特性がかなり劣るものを「×」で示している。
【０１４６】
表４に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ｂ−１〜Ｂ−２５）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表５に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ｂ−４４〜Ｂ−６０）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。なお、表４中に示すように、ボルトの成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎが本発明の規定範囲外である場合（Ｂ−４１〜Ｂ−４３）には、ボルトの強度が不足するという問題はあるものの、プロジェクション溶接された接合部としては問題がないことが確認された。
【０１４７】
実験Ｎｏ．Ｂ−４４では、ボルトの化学成分中におけるＣ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さ増加とそれに伴う靱性低下によって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４５では、ボルトの化学成分中におけるＳｉ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４６では、ボルトの化学成分中におけるＭｎ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の靱性が低下し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１４８】
実験Ｎｏ．Ｂ−４７では、ボルトの化学成分中におけるＰ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４８では、ボルトの化学成分中におけるＳ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって強度が低下し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−４９では、ボルトの化学成分中におけるＣｕ量が本発明の規定範囲を超えているため、接合部で偏析が顕著になって割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１４９】
実験Ｎｏ．Ｂ−５０では、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−５１では、上記同様、鋼板の引張強さが本発明の規定範囲を超えているため、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生している。また、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５０】
実験Ｎｏ．Ｂ−５２、５３では、鋼板の炭素当量Ｃｅｑが本発明の規定範囲を超えているため、接合部の硬さが増加して靱性が低下し、割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−５４、５５では、鋼板の板厚が本発明の規定範囲を超えているため、溶接後の冷却収縮時における接合部への負荷が大きく、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５１】
実験Ｎｏ．Ｂ−５６、５７では、溶接電流が低めであることから、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回っており、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−５８、５９では、溶接電流が高めであることから、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、溶接時に散りが発生するとともに、接合状態が溶融接合となっており、さらに、接合部に割れが発生したことから、総合評価が劣っている。
【０１５２】
実験Ｎｏ．Ｂ−６０では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部の冷却速度が早く接合部近傍の硬さが過剰に増加し、その結果、接合部に割れが発生するとともに、トルク剥離強さとそのばらつき、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５３】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１と同様の方法で、表２および表３に示した溶接条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。
【０１５４】
実施例３の各評価結果を表２および表３に示す。
表２に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ａ−２６〜Ａ−４０）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表３に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ａ−６１〜Ａ−７５）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。
【０１５５】
実験Ｎｏ．Ａ−６１〜６３では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を下回っているため、溶接時に散りが発生し、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生することから、総合評価が劣っている。また、実験Ｎｏ．Ａ−６２では、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回り、また、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−６４では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−６５では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−６６では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、また、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えていることから、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５６】
実験Ｎｏ．Ａ−６７〜６９では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を下回っているため、ナット／高強度鋼板間に隙間が発生したことから、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−７０では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生し、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ａ−７１、７２では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５７】
実験Ｎｏ．Ａ−７３〜７５では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１５８】
［実施例４］
実施例４においては、実施例２と同様の方法で、表４および表５に示した溶接条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例２と同様の評価を行った。
【０１５９】
実施例４の各評価結果を表４および表５に示す。
表４に示すように、本発明で規定する各要件を満足する本発明例（実験Ｎｏ．Ｂ−２６〜Ｂ−４０）においては、何れの例においても優れた特性を示すことが明らかである。
これに対し、表５に示すように、本発明で規定するいずれかの要件が外れる比較例（実験Ｎｏ．Ｂ−６１〜Ｂ−７５）においては、上記各評価項目のうちの何れかが「×」あるいは「△」となっており、特性が劣っていることが明らかである。
【０１６０】
実験Ｎｏ．Ｂ−６１〜６３では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を下回っているため、溶接時に散りが発生し、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生することから、総合評価が劣っている。また、実験Ｎｏ．Ｂ−６２では、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を下回り、また、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−６４では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えており、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−６５では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−６６では、溶接時の加圧力が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、また、接合率（ＳＪ／ＳＲ）が本発明の規定範囲を超えていることから、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１６１】
実験Ｎｏ．Ｂ−６７〜６９では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を下回っているため、ボルト／高強度鋼板間に隙間が発生したことから、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−７０では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生し、総合評価が劣っている。
実験Ｎｏ．Ｂ−７１、７２では、溶接時の通電時間が本発明の規定範囲を超えているため、溶接時に散りが発生するとともに、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１６２】
実験Ｎｏ．Ｂ−７３〜７５では、溶接後の保持時間が本発明の規定範囲を超えているため、接合部に割れが発生し、押込み剥離強さとそのばらつきの評価が劣っている。
【０１６３】
［実施例５］
実施例５においては、実施例１、３と同様の方法で、下記表６および表７に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例５においては、溶接通電を行う前に、下記表６および表７に示す条件のアップスロープ通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１６４】
【表６】
【０１６５】
【表７】
【０１６６】
実施例５の各評価結果を表６および表７に示す。
表６に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項３で規定する条件でアップスロープ通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｃ−１〜Ｃ−４０）においては、何れの例においても、ナットと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１６７】
これに対し、実施例１、３の表２および本実施例の表７に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、アップスロープ通電の条件が本発明における請求項３の規定範囲外（アップスロープ通電が無い、あるいは、アップスロープ通電の時間が規定範囲より長い）であった試験例（表２の実験Ｎｏ．Ａ−１〜Ａ−４０および表７の実験Ｎｏ．Ｃ−４１〜Ｃ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、アップスロープ通電を実施した方が、ナットと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１６８】
したがって、実施例１、３で示したように、アップスロープ通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、アップスロープ通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１６９】
［実施例６］
実施例６においては、実施例２、４と同様の方法で、下記表８および表９に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例６においては、溶接通電を行う前に、下記表８および表９に示す条件のアップスロープ通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１７０】
【表８】
【０１７１】
【表９】
【０１７２】
実施例６の各評価結果を表８および表９に示す。
表８に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項３で規定する条件でアップスロープ通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｄ−１〜Ｄ−４０）においては、何れの例においても、ボルトと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１７３】
これに対し、実施例２、４の表４および本実施例の表８に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、アップスロープ通電の条件が本発明における請求項３の規定範囲外（アップスロープ通電が無い、あるいは、アップスロープ通電の時間が規定範囲より長い）であった試験例（表４の実験Ｎｏ．Ｂ−１〜Ｂ−４０および表８の実験Ｎｏ．Ｄ−４１〜Ｄ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、アップスロープを実施した方がボルトと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１７４】
したがって、実施例２、４で示したように、アップスロープ通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、アップスロープ通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１７５】
［実施例７］
実施例７においては、実施例１、３と同様の方法で、下記表１０および表１１に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例７においては、溶接通電を行う前に、下記表１０および表１１に示す条件の予備通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１７６】
【表１０】
【０１７７】
【表１１】
【０１７８】
実施例７の各評価結果を表１０および表１１に示す。
表１０に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項４で規定する条件で予備通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｅ−１〜Ｅ−４０）においては、何れの例においても、ナットと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１７９】
これに対し、実施例１、３の表２および本実施例の表１１に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、予備通電の条件が本発明における請求項４の規定範囲外（予備通電が無い、あるいは、予備通電の電流値、時間が規定範囲外）であった試験例（表２の実験Ｎｏ．Ａ−１〜Ａ−４０および表１０の実験Ｎｏ．Ｅ−４１〜Ｅ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、予備通電を実施した方がナットと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１８０】
したがって、実施例１、３で示したように、予備通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、予備通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１８１】
［実施例８］
実施例８においては、実施例２、４と同様の方法で、下記表１２および表１３に示した溶接条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例２と同様の評価を行った。なお、実施例８においては、溶接通電を行う前に、下記表１２および表１３に示す条件の予備通電を行うとともに、各条件および手順によるプロジェクション溶接の際、散りの発生の有無を目視によって観察した。
【０１８２】
【表１２】
【０１８３】
【表１３】
【０１８４】
実施例８の各評価結果を表１２および表１３に示す。
表１２に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行う前に、本発明の請求項４で規定する条件で予備通電を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｆ−１〜Ｆ−４０）においては、何れの例においても、ボルトと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、優れた特性を示すことが明らかとなった。また、これら本発明例においては、散りの発生が、目視確認の範囲では認められず、上記実施例１〜４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１８５】
これに対し、実施例２、４の表４および本実施例の表１３に示すように、溶接通電に関しては、本発明で規定する各条件で行ったものの、予備通電の条件が本発明における請求項４の規定範囲外（予備通電が無い、あるいは、予備通電の電流値、時間が規定範囲外）であった試験例（表４のＮｏ．Ｂ−１〜Ｂ−４０および表１３の実験Ｎｏ．Ｆ−４１〜Ｆ−８０）においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無かった。しかしながら、予備通電を実施した方がボルトと鋼板間の隙間がさらに小さくなり、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきも小さくなった。
【０１８６】
したがって、実施例２、４で示したように、予備通電を行わなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、予備通電を行うことによってさらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１８７】
［実施例９］
実施例９においては、実施例１、３と同様の方法で、下記表１４および表１５に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するナットと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例１と同様の評価を行った。また、耐低温割れ（耐遅れ破壊）性を調査するために、溶接試験片を０．２Ｎの硫酸中に２４時間浸漬し、取り出した後に水洗して断面組織を観察し、割れが発生しているかどうかを調べた。なお、実施例９においては、溶接通電を行った後に電極を保持する際、電極保持加圧力ＰＥＦを下記表１４および表１５に示す条件とした。
【０１８８】
【表１４】
【０１８９】
【表１５】
【０１９０】
実施例９の各評価結果を表１４および表１５に示す。
表１４に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行った後、本発明の請求項５で規定する条件で電極保持を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｇ−１〜Ｇ−４０）は、何れの例においても、ナットと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、上記実施例１、３の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１９１】
これに対し、実施例１、３の表２および本実施例の表１５に示すように、試験例（実験Ｎｏ．Ｇ−４１〜Ｇ−８０）は、溶接通電に関しては本発明で規定する各条件で行ったものの、その後の電極保持を行った際の電極保持加圧力ＰＥＦが、本発明における請求項５の規定範囲外であった例である。試験例である、これら実験Ｎｏ．Ｇ−４１〜Ｇ−８０においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無いものの、電極保持加圧力ＰＥＦが小さい場合には硫酸浸漬によって割れが生じ、また、電極保持加圧力ＰＥＦが大きい場合には電極の損傷が大きかった。また、何れの試験においても問題が認められなかった実験Ｎｏ．Ｇ−４６、Ｇ−５６でも、上記実施例１、３における本発明例と比較して、継手特性で特に向上が認められない結果となった。
【０１９２】
したがって、実施例１、３で示したように、溶接通電後、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させることによって、低温割れが防止され、さらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１９３】
［実施例１０］
実施例１０においては、実施例２、４と同様の方法で、下記表１６および表１７に示した溶接通電条件で、表１に示す成分組成を有するボルトと各種の高強度鋼板とをプロジェクション溶接し、接合部の特性を調査するための試験片を作製した。そして、得られた試験片について、実施例２と同様の評価を行った。また、実施例９と同様、耐低温割れ（耐遅れ破壊）性を調査するために、溶接試験片を０．２Ｎの硫酸中に２４時間浸漬し、取り出した後に水洗して断面組織を観察し、割れが発生しているかどうかを調べた。なお、実施例１０においては、溶接通電を行った後に電極を保持する際、電極保持加圧力ＰＥＦを下記表１６および表１７に示す条件とした。
【０１９４】
【表１６】
【０１９５】
【表１７】
【０１９６】
実施例１０の各評価結果を表１６および表１７に示す。
表１６に示すように、本発明で規定する条件で溶接通電を行った後、本発明の請求項５で規定する条件で電極保持を行った本発明例（実験Ｎｏ．Ｈ−１〜Ｈ−４０）は、何れの例においても、ボルトと鋼板間の隙間が小さく、また、トルク剥離強さと押込み剥離強さのばらつきが小さく、上記実施例２、４の各々における本発明例と比較しても、さらに優れた継手特性を備えていることが明らかである。
【０１９７】
これに対し、実施例２、４の表４および本実施例の表１７に示すように、試験例（実験Ｎｏ．Ｈ−４１〜Ｈ−８０）は、溶接通電に関しては本発明で規定する各条件で行ったものの、その後の電極保持を行った際の電極保持加圧力ＰＥＦが、本発明における請求項５の規定範囲外であった例である。試験例である、これら実験Ｎｏ．Ｈ−４１〜Ｈ−８０においては、プロジェクション溶接で得られる継手としての特性には大きな問題は無いものの、電極保持加圧力ＰＥＦが小さい場合には硫酸浸漬によって割れが生じ、また、電極保持加圧力ＰＥＦが大きい場合には電極の損傷が大きかった。また、何れの試験においても問題が認められなかった実験Ｎｏ．Ｈ−４６、Ｈ−５６でも、上記実施例２、４における本発明例と比較して、継手特性で特に向上が認められない結果となった。
【０１９８】
したがって、実施例２、４で示したように、溶接通電後、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させなくても比較的良好な継手が得られるが、本実施例で示したように、電極保持加圧力ＰＥＦを増加させることによって、低温割れが防止され、さらに良好な継手が得られることが明らかとなった。
【０１９９】
なお、上記実施例１〜１０においては、板厚を変更して実験を行った場合も、また、めっき種や目付量等を変更して実験を行った場合も、結果は上記と同様であり、散りの発生を防止し、接合部の静的強度（トルク剥離強さおよび押込み剥離強さ）を向上させ、また、割れの発生を防止できる本発明の効果が得られることが確認できた。
【０２００】
以上説明した実施例の結果より、本発明のプロジェクション溶接継手およびその製造方法の適用により、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部の静的強度、すなわち、トルク剥離強さおよび押込み剥離強さを向上させ、また、割れの発生を防止できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
本発明によれば、自動車用部品の製造や車体の組立等で用いられる、ナットまたはボルトと高強度鋼板とをプロジェクション溶接して得られるプロジェクション溶接継手およびその製造方法に関し、散りが発生しない良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部における高い静的強度を得ることができ、また、接合部における割れの発生を防止することが可能となる。したがって、自動車分野等で高強度鋼板を適用することによる安全性向上や、車体全体の軽量化に伴う低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
【符号の説明】
【０２０２】
１…高強度鋼板、
１ａ…表面
１１…ピアス孔、
１１ａ…ピアス孔の中心、
２…ナット、
２ａ…接合面、
２１…プロジェクション部、
２２…ねじ孔、
２２ａ…ねじ孔の中心、
１０、１０Ａ…プロジェクション溶接継手、
１２…ボルト、
１２Ａ…下面、
１２ａ…プロジェクション部、
５０、５０Ａ…構造部材（プロジェクション溶接継手を備える構造部材）、
８０、９０…プロジェクション溶接機、
８１、９１…上部電極、
８２、９２…下部電極（固定電極）、
９４…位置決め穴、
８５…位置決めピン、
Ａ、Ａ１…接合部、
Ｂ、Ｂ１…熱影響部（ＨＡＺ）、
ＳＪ…ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積、
ＳＲ…ナットまたはボルトの呼び径部分の面積、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．０７〜０．２８％、
Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、
Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、
Ｐ ：０．０２０％以下、
Ｓ ：０．０３５％以下、
Ｃｕ：０．３０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるナットまたはボルトと、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなる溶接継手であって、
前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たし、かつ、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下であることを特徴とするプロジェクション溶接継手。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
｛但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示し、上記（２）式において、ＳＪ：ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナットまたはボルトの呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。｝
【請求項２】
請求項１に記載の化学成分を有するナットまたはボルトと、請求項１に記載の引張強さ、板厚、ならびに、請求項１に記載の（１）式で表される炭素当量を有する高強度鋼板とを、加圧しながら通電加熱を行うプロジェクション溶接によって接合する、プロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比を、請求項１に記載の（２）式で表される関係とし、かつ、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔが、それぞれ下記（３）〜（５）式を満たす条件として、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板とを加圧しながら溶接通電を行うことにより、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接することを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．９６ ≦ ＥＦ ≦５．８８ ・・・・・（３）
５０ ≦ Ｗｔ ≦ ２４０ ・・・・・（４）
Ｈｔ ≦ １６０ ・・・・・（５）
｛但し、上記（３）〜（５）式において、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）、Ｗｔ：通電時間（ｍｓ）、Ｈｔ：溶接後の電極保持時間（ｍｓ）を示す。｝
【請求項３】
請求項２に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記溶接通電を行う前に、下記（６）式を満たす条件でアップスロープ通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１６ ≦ ＵＳｔ ≦ ８０ ・・・（６）
｛但し、上記（６）式において、ＵＳｔ：アップスロープ時間（ｍｓ）を示す。｝
【請求項４】
請求項２に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記溶接通電を行う前に、下記（７）、（８）式を満たす条件で予備通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
０．２×ＷＣ ≦ ＰＲＣ ≦ ０．６×ＷＣ ・・・（７）
１６ ≦ ＰＲｔ ≦ ８０ ・・・（８）
｛但し、上記（７）式において、ＷＣ：プロジェクション溶接電流（ｋＡ）、ＰＲＣ：予備通電電流（ｋＡ）を示し、上記（８）式において、ＰＲｔ：予備通電時間（ｍｓ）を示す。｝
【請求項５】
請求項２〜請求項４の何れか１項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記溶接通電の後、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦ（ｋＮ）を、下記（９）式で表される関係を満たす範囲とすることを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．２×ＥＦ ≦ ＰＥＦ ≦ １．５×ＥＦ ・・・（９）
｛但し、上記（９）式において、ＰＥＦ：溶接通電後の電極保持加圧力（ｋＮ）、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）を示す。｝
【請求項１】
質量％で、
Ｃ ：０．０７〜０．２８％、
Ｓｉ：０．００７〜０．３５％、
Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、
Ｐ ：０．０２０％以下、
Ｓ ：０．０３５％以下、
Ｃｕ：０．３０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるナットまたはボルトと、引張強さが７５０〜１６００ＭＰａ、板厚が０．８〜３．０ｍｍであるとともに、下記（１）式で表される炭素当量Ｃｅｑが質量％で０．２２〜０．５０％の範囲である高強度鋼板とがプロジェクション溶接されてなる溶接継手であって、
前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比が下記（２）式で表される関係を満たし、かつ、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値が５５０Ｈｖ以下であることを特徴とするプロジェクション溶接継手。
Ｃｅｑ ＝ ［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋２［Ｐ］＋４［Ｓ］ ・・・（１）
０．７ ≦ ＳＪ／ＳＲ ≦ １．５ ・・・・・（２）
｛但し、上記（１）式において、Ｃｅｑ：炭素当量（質量％）、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｓ］：Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓの各々の含有量（質量％）を示し、上記（２）式において、ＳＪ：ナットまたはボルトと高強度鋼板との接合部の面積（ｍｍ２）、ＳＲ：ナットまたはボルトの呼び径部分の面積（ｍｍ２）を示す。｝
【請求項２】
請求項１に記載の化学成分を有するナットまたはボルトと、請求項１に記載の引張強さ、板厚、ならびに、請求項１に記載の（１）式で表される炭素当量を有する高強度鋼板とを、加圧しながら通電加熱を行うプロジェクション溶接によって接合する、プロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板との接合部の面積ＳＪと、前記ナットまたはボルトの呼び径部分の面積ＳＲとの比を、請求項１に記載の（２）式で表される関係とし、かつ、通電時の電極の加圧力ＥＦ、通電時間Ｗｔ、および、溶接後の電極保持時間Ｈｔが、それぞれ下記（３）〜（５）式を満たす条件として、前記ナットまたはボルトと前記高強度鋼板とを加圧しながら溶接通電を行うことにより、前記接合部および熱影響部のビッカース硬さの最大値を５５０Ｈｖ以下に制御しながらプロジェクション溶接することを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．９６ ≦ ＥＦ ≦５．８８ ・・・・・（３）
５０ ≦ Ｗｔ ≦ ２４０ ・・・・・（４）
Ｈｔ ≦ １６０ ・・・・・（５）
｛但し、上記（３）〜（５）式において、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）、Ｗｔ：通電時間（ｍｓ）、Ｈｔ：溶接後の電極保持時間（ｍｓ）を示す。｝
【請求項３】
請求項２に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記溶接通電を行う前に、下記（６）式を満たす条件でアップスロープ通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１６ ≦ ＵＳｔ ≦ ８０ ・・・（６）
｛但し、上記（６）式において、ＵＳｔ：アップスロープ時間（ｍｓ）を示す。｝
【請求項４】
請求項２に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記溶接通電を行う前に、下記（７）、（８）式を満たす条件で予備通電を行うことを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
０．２×ＷＣ ≦ ＰＲＣ ≦ ０．６×ＷＣ ・・・（７）
１６ ≦ ＰＲｔ ≦ ８０ ・・・（８）
｛但し、上記（７）式において、ＷＣ：プロジェクション溶接電流（ｋＡ）、ＰＲＣ：予備通電電流（ｋＡ）を示し、上記（８）式において、ＰＲｔ：予備通電時間（ｍｓ）を示す。｝
【請求項５】
請求項２〜請求項４の何れか１項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記溶接通電の後、電極保持時間Ｈｔで電極を保持する際の電極保持加圧力ＰＥＦ（ｋＮ）を、下記（９）式で表される関係を満たす範囲とすることを特徴とするプロジェクション溶接継手の製造方法。
１．２×ＥＦ ≦ ＰＥＦ ≦ １．５×ＥＦ ・・・（９）
｛但し、上記（９）式において、ＰＥＦ：溶接通電後の電極保持加圧力（ｋＮ）、ＥＦ：通電時の電極の加圧力（ｋＮ）を示す。｝
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１５７９００（Ｐ２０１２−１５７９００Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９３０４（Ｐ２０１１−１６９３０４）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
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