抵抗溶接装置、および抵抗溶接方法
【課題】重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接によって接合するにあたり、十分な破断強度を備える接合部を形成し得る抵抗溶接装置、および抵抗溶接方法を提供する。
【解決手段】重ね合わせた同種の第１の鋼板（例えば、高張力鋼板）１０、１１同士にさらに、第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板（例えば、軟鋼）１６を重ねた接合部１２を抵抗溶接する抵抗溶接装置１００である。この抵抗溶接装置にあっては、接合部を挟み込む一対の電極チップ２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端径φａ、φｂを、重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してある。
【解決手段】重ね合わせた同種の第１の鋼板（例えば、高張力鋼板）１０、１１同士にさらに、第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板（例えば、軟鋼）１６を重ねた接合部１２を抵抗溶接する抵抗溶接装置１００である。この抵抗溶接装置にあっては、接合部を挟み込む一対の電極チップ２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端径φａ、φｂを、重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接装置、および抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両軽量化のために、より高張力な鋼板を適用することによって、使用する鋼板の板厚を薄肉化することが行われている。高張力鋼板同士の接合には、一般的に抵抗溶接（スポット溶接）が適用されている（特許文献１を参照）。抵抗溶接においては、２枚ないしは３枚の高張力鋼板が重ね合わされた接合部を、一対の電極によって挟み込んでいる。一対の電極は、接合部に付勢する加圧力および通電パターンが変更可能に構成されている。一対の電極によって接合部を挟み込み、加圧しながら電流を所定の時間流すことによって、鋼板間に発生する抵抗熱を利用して鋼板を溶融し、それぞれの鋼板を接合して接合体を得ている。
【０００３】
自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどにあっては、強度を確保するとともに造形の自由度をもたせるために、異種材の鋼板を重ねて接合したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１５７０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のボディサイドのように、例えば、重ね合わせた高張力鋼板同士にさらに、高張力鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板（例えば、軟鋼）を重ねた接合部を抵抗溶接によって接合する場合、通電時間や電流値を調整するだけでは、十分な破断強度を備える接合部を得ることが難しい。すなわち、重ね合わせた高張力鋼板同士の間に必要な径のナゲットを形成することを第一に通電時間や電流値を調整すると、一方の高張力鋼板と他の鋼板との間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部の破断強度が低下することがある。これとは逆に、一方の高張力鋼板と他の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成することを第一に通電時間や電流値を調整すると、重ね合わせた高張力鋼板同士の間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部の破断強度が低下することがある。所定の径のナゲットを形成することが困難であるので、後熱通電を行っても接合部の強度を向上させることはできない。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接によって接合するにあたり、十分な破断強度を備える接合部を形成し得る抵抗溶接装置、および抵抗溶接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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明は、重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接装置である。この抵抗溶接装置にあっては、前記接合部を挟み込む一対の電極チップのそれぞれの先端径を、前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してある。
【０００８】
また、上記目的を達成する本発明は、重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接方法である。この抵抗溶接方法にあっては、前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する先端径を備える一対の電極チップによって前記接合部を挟み込んで通電する本通電工程を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の抵抗溶接装置にあっては、接合部を挟み込む一対の電極チップのそれぞれの先端径を、重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してあるため、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部を形成することが可能となる。
【００１０】
本発明の抵抗溶接方法によれば、重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する先端径を備える一対の電極チップによって接合部を挟み込んで通電する本通電工程を有しているため、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の抵抗溶接装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部を示す拡大図である。
【図３】本実施形態の高張力鋼板の接合体を得るための通電パターンおよび加圧パターンを示す図である。
【図４】再通電工程におけるクール時間と電流値との関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を示すグラフである。
【図６】ナゲット径と十字引張強さ（ＣＴＳ強度）との関係を示すグラフである。
【図７】対比例１における電極チップの先端径の組み合わせを示す図である。
【図８】対比例１において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を示すグラフである。
【図９】対比例２における電極チップの先端径の組み合わせを示す図である。
【図１０】対比例２において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
【００１３】
図１および図２を参照して、図示する抵抗溶接装置１００は、概説すると、重ね合わせた同種の第１の鋼板１０、１１同士にさらに、第１の鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板１６を重ねた接合部１２を抵抗溶接するために用いられる。この抵抗溶接装置１００にあっては、接合部１２を挟み込む一対の電極チップ２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端径φａ、φｂを、重ね合わせた第１の鋼板１０、１１同士の間に必要な径（図２に矢印ｂによって示される）のナゲット１３および一方の第１の鋼板１１と第２の鋼板１６との間に必要な径（図２に矢印ａによって示される）のナゲット１３を形成する寸法に設定してある。重ね合わせる第１の鋼板が高張力鋼板であって、これに重ねる第２の鋼板が軟鋼である場合を例に挙げて説明する。なお、説明の便宜上、第２の鋼板１６を「他の鋼板１６」ともいう。以下、詳述する。
【００１４】
自動車車体にあっては、プレス部品１０、１１、１６同士を接合するために抵抗溶接（スポット溶接）を適用している。図示するプレス部品１０、１１は、高張力鋼板から形成され、プレス部品１６は、軟鋼、例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板から形成されている。プレス部品１０、１１、１６にはそれぞれ、接合用のフランジ１０ａ、１１ａ、１６ａが用意されている。そのフランジ１０ａ、１１ａ、１６ａ同士を重ねた接合部１２に、溶接ガン２０によって局所的に加圧および通電する。これによって、鋼板間に抵抗熱（ジュール熱）を発生させ、その熱によってプレス部品１０、１１、１６を構成する鋼板を溶融接合し、車体を組み立ている。図１における符号「１５」は、プレス部品１０、１１、１６同士を抵抗溶接してなる接合体を示している。
【００１５】
溶接ガン２０は、対をなす電極チップ２１ａ、２１ｂと、接合部１２に電極チップ２１ａ、２１ｂを介して加圧力を付勢する加圧シリンダ２２とを備えている。電極チップ２１２１ａ、２１ｂは、電流供給装置３０に接続されている。電流供給装置３０は、電流値および電圧値が調整自在に構成されている。電流供給装置３０は、電極チップ２１ａ、２１ｂを介して通電するパターンを制御するためのコントローラ４０に接続されている。
【００１６】
重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットを形成することを基準に通電時間や電流値を調整した場合には、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部１２の破断強度が低下することがある。これとは逆に、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成することを基準に通電時間や電流値を調整すると、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部１２の破断強度が低下することがある。
【００１７】
そこで、本実施形態にあっては、通電時間や電流値を調整するだけではなく、電極チップ２１ａの先端径φａを、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径（図２に矢印ａによって示される）のナゲット１３を形成する寸法に設定し、電極チップ２１ｂの先端径φｂを、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径（図２に矢印ｂによって示される）のナゲット１３を形成する寸法に設定してある。図２における破線ｉは電流が流れる範囲を示すための境界線である。
【００１８】
このような構成の抵抗溶接装置１００によれば、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間において必要な径のナゲット、および一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができる。その結果、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００１９】
一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの一方（２１ａ）の先端径φａが、一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの他方（２１ｂ）の先端径φｂと異なっていてもよい。例えば、電極チップ２１ａの先端径φａが６ｍｍであり、電極チップ２１ｂの先端径φｂが８ｍｍである。高張力鋼板１０、１１と、この高張力鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板１６との種々の組み合わせにおいて、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができるからである。
【００２０】
高張力鋼板１０、１１は、軟鋼からなる他の鋼板１６に比べると、炭素量が多く導電性は良いものの、硬いことから変形し難い。一対の電極チップ２１ａ、２１ｂによって接合部１２を挟み込んだ場合、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士は密着し難いが、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６とは他の鋼板１６が大きく変形して密着状態となる。そのため、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間の電気抵抗は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の電気抵抗よりも大きくなる。このような場合には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１に接する側の電極チップ２１ｂの先端径φｂが、他の鋼板１６に接する側の電極チップ２１ａの先端径φａよりも大きいことが好ましい。電気抵抗が小さい側の電極チップ２１ａの接触径が大きくならないことから、電流密度が低下せず、電電気抵抗の比較的低い他の鋼板１６（軟鋼）を溶かすことができる。そして、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができるからである。
【００２１】
高張力鋼板の炭素量は例えば０．１〜０．３質量％であり、他の鋼板は例えば炭素量０．０５質量％以下の軟鋼である。高張力鋼板と軟鋼との板組は、自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどに適用されることが多く、十分な破断強度を備える接合部１２を形成した自動車車体のパネル部品を製造することができるからである。なお、これらの炭素量は一例に過ぎず、本発明はこの範囲に限定されるものではない。
【００２２】
本実施形態の高張力鋼板１０、１１および軟鋼１６の接合体１５は、以下のようにして得ることができる。
【００２３】
図３は、本実施形態の高張力鋼板の接合体を得るための通電パターンおよび加圧パターンを模式的に示す図である。
【００２４】
図３を参照して、本実施形態の高張力鋼板１０、１１および軟鋼１６の接合体１５を得るための抵抗溶接方法は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成する先端径φａ、φｂを備える一対の電極チップ２１ａ、２１ｂによって接合部１２を挟み込んで通電する本通電工程（Ｓ１）を有している。さらに、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す再通電工程（Ｓ２）と、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま再通電工程（Ｓ２）の後に通電を停止するホールド工程（Ｓ３）と、を有している。
【００２５】
本実施形態の再通電工程（Ｓ２）にあっては通電の休止と再通電とを２回繰り返しており、本通電工程（Ｓ１）における１回の通電と合わせて、合計３回の通電を行っている。以下では、説明の便宜上、本通電工程（Ｓ１）における通電を「第１通電」といい、再通電工程（Ｓ２）における１回目の通電を「第２通電」といい、再通電工程（Ｓ２）における２回目の通電を「第３通電」という。
【００２６】
高張力鋼板は、例えば、炭素量が０．１８質量％の１．２ＧＰａ級鋼である。板厚が１．４ｍｍの上記高張力鋼板を重ね合わせ、さらに板厚が０．７５ｍｍのＧＡ軟鋼（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）を重ね合わせて接合部１２を構成してある。３枚の合計板厚は３．５５ｍｍである。高張力鋼板と軟鋼との板組は、上述したように自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどに広く適用されている。
【００２７】
本通電工程（Ｓ１）では、安定した溶接強度が得られる限界ナゲット径を得るため、本通電工程（Ｓ１）における加圧力、第１通電における通電時間、第１通電における電流値、および電極チップ２１ａ、２１ｂの先端径φａ、φｂなどは、限界ナゲット径以上の大きさのナゲット１３が生成される条件にて設定してある。
【００２８】
再通電工程（Ｓ２）では、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま、通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す。通電の休止つまりクールは、ナゲット１３における溶融金属が十分に冷却される前に第２通電、第３通電を行い得る時間だけ行う。例えば、通電の休止は４サイクル（０．０８秒）である。第２通電および第３通電における通電時間、および第２通電および第３通電における電流値は、ナゲット１３を再度溶融させることなく急冷と後加熱とを行い得る通電時間および電流値に設定されている。例えば、第２通電および第３通電における通電時間は、３サイクル（０．０６秒）であり、第２通電および第３通電における電流値は、１０．５ｋＡである。
【００２９】
第２通電および第３通電における電流値は、第１通電における電流値以上である。
【００３０】
再通電工程（Ｓ２）における急冷・後加熱の程度は、材料の合計板厚に依存している。すなわち、ナゲット径が等しい場合、合計板厚によって溶融金属の体積が変化することから、ほぼ同一の初期通電パターン（第１通電）であっても、再加熱の入熱量を大きくする必要がある。
【００３１】
そこで、再通電工程（Ｓ２）においては、ナゲット１３における溶融金属の単位体積当たりの再通電による入熱量が定められ、ナゲット１３における溶融金属の体積が単位体積に対して増減するのに応じて、再通電による入熱量を増減変化させることが好ましい。さまざまな板組においても、引張強度を実用上十分に改善した接合体を得ることができるからである。
【００３２】
図４は、再通電工程（Ｓ２）におけるクール時間と電流値との関係を示すグラフである。グラフの「○」は重ね合わされた高張力鋼板同士を含む接合部１２における引張強度を実用上十分に改善できたことを示し、「×」は引張強度を改善できなかったことを示している。「○」のエリアは、２点鎖線によって囲んで示されるように、冷却を一定にしているので右上がりの特性となる。このグラフより、クール時間が長くなると、電流値を若干増加させる必要があることがわかる。したがって、上記の再通電による入熱量については、クール時間も考慮したものである。
【００３３】
本実施形態では、第３通電の完了と同時に加圧力を解除していない。つまり、ホールド工程（Ｓ３）では、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したままの状態を、通電を停止した後、短時間（ホールド時間）だけ維持する。ホールド時間は、急冷が完了する短時間でよく、例えば、１サイクル（０．０２秒）である。
【００３４】
ホールド工程（Ｓ３）が終了すると、加圧力を解除する。
【００３５】
図５は、本実施形態において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を模式的に示すグラフである。図５には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径が白丸によって示され、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径が黒菱形によって示されている。実線は特性線を示している。破線Ｌ１は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ２は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径を示している。
【００３６】
ナゲット径を制御する因子は、本通電工程（Ｓ１）における加圧力、第１通電における通電時間、第１通電における電流値、および電極チップ２１ａ、２１ｂの先端径φａ、φｂである。図５に示すように、第１通電における電流値に関する好適な溶接条件を見出すことができた。つまり、第１通電における電流値を適切に選ぶことによって、図５に一点鎖線によって囲んで示すように、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径として基準ナゲット径Ｌ１を確保でき、これと同時に、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径として基準ナゲット径Ｌ２を確保できることがわかった。
【００３７】
図６は、ナゲット径と十字引張強さ（ＣＴＳ強度）との関係を模式的に示すグラフである。十字引張強さ（ＣＴＳ強度）は、重ね合わされた高張力鋼板同士を剥離方向に引張荷重を加えたときの強さである。ナゲット径は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径である。本実施形態における電極チップの先端径の組み合わせ（φａとφｂ）によって得られたナゲット径が黒菱形によって示され、対比例における電極チップの先端径の組み合わせ（φａとφａ）によって得られたナゲット径が「×」によって示されている。破線Ｌ３は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ４は、要求される十字引張強さ（ＣＴＳ強度）を示している。破線Ｌ４よりも上の領域が要求強度を満足する領域である。図６に示すように、本実施形態における電極チップの先端径の組み合わせ（φａとφｂ）によって、ナゲット径のばらつき幅ｄが小さくなり、要求強度を満足する接合部１２を得ることができた。
【００３８】
図７は、対比例１における電極チップ５１ａ、５１ｂの先端径の組み合わせ（φａとφａ）を示す図、図８は、対比例１において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を模式的に示すグラフである。図７には、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径が矢印ａによって示され、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径が矢印ｂによって示されている。破線ｉは電流が流れる範囲を示すための境界線である。図８には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径が黒丸によって示され、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径が黒菱形によって示されている。実線は特性線を示している。破線Ｌ１は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ２は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径を示している。
【００３９】
対比例１における高張力鋼板および他の鋼板は実施形態と同じである。つまり、高張力鋼板は、炭素量が０．１８質量％の１．２ＧＰａ級鋼である。板厚が１．４ｍｍの上記高張力鋼板を重ね合わせ、さらに板厚が０．７５ｍｍのＧＡ軟鋼（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）を重ね合わせて接合部１２を構成してある。
【００４０】
対比例１のように一対の電極チップの先端径が同径の電極チップ５１ａ、５１ｂを用いて、第１通電における電流値を変化させて溶接し、得られたナゲット径を観察した。一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径として基準ナゲット径Ｌ１を確保できるときはある。但し、このときであっても、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間では、電気抵抗が高く、また板間の接触面の径が鋼板１０、１１の板厚を基準とする基準ナゲット径よりも小さいため、著しいスパッタが発生し、ナゲットを成長させることができない。したがって、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができない。
【００４１】
なお、連続打点性を確保するため、新品チップ（あるいはチップ先端をドレッシングした直後）では、基準ナゲット径を下回るナゲット径を作っておく必要があるため、上記の問題が発生しやすい。
【００４２】
図８に符号Ａ１によって示される領域においては、軟鋼である他の鋼板１６の発熱が遅く、ナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがない。また、符号Ａ２によって示される領域においては、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間から発生するスパッタによって熱が捨てられてしまい、薄板側のナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがほとんどない。したがって、十分な破断強度を備える接合部を形成することができない。
【００４３】
図９は、対比例２における電極チップ５２ａ、５２ｂの先端径の組み合わせ（φｂとφｂ）を示す図、図１０は、対比例２において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を模式的に示すグラフである。図９には、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径が矢印ａによって示され、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径が矢印ｂによって示されている。破線ｉは電流が流れる範囲を示すための境界線である。図１０には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径が黒丸によって示され、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径が黒菱形によって示されている。実線は特性線を示している。破線Ｌ１は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ２は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径を示している。
【００４４】
対比例２における高張力鋼板および他の鋼板は実施形態と同じである。つまり、高張力鋼板は、炭素量が０．１８質量％の１．２ＧＰａ級鋼である。板厚が１．４ｍｍの上記高張力鋼板を重ね合わせ、さらに板厚が０．７５ｍｍのＧＡ軟鋼（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）を重ね合わせて接合部１２を構成してある。
【００４５】
対比例２のように先端径がともにφｂである電極チップ５２ａ、５２ｂを用いて、第１通電における電流値を変化させて溶接し、得られたナゲット径を観察した。重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間の接触面の径が大きくなるため、著しいスパッタを生じることなく基準ナゲット径Ｌ１を確保できるときはある。但し、このときであっても、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の接触径も大きくなるため、電流密度が低下して、電気抵抗の比較的低い軟鋼である他の鋼板１６を溶かすことができず、基準ナゲット径Ｌ２を確保することができない。したがって、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができない。
【００４６】
特に軟鋼がめっき鋼板の場合、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に溶融しためっきが広がることによって、さらに通電径が広がるため、軟鋼板を溶かし難くなる。
【００４７】
なお、連続して溶接するにしたがってチップ先端径が広がっていくため、チップ先端をドレッシングする直前で、上記の問題が発生しやすい。
【００４８】
図１０に符号Ａ１によって示される領域においては、軟鋼である他の鋼板１６の発熱が遅く、ナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがない。また、符号Ａ２によって示される領域においては、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間から発生するスパッタによって熱が捨てられてしまい、薄板側のナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがほとんどない。したがって、十分な破断強度を備える接合部を形成することができない。
【００４９】
上記の対比例１および２に対して、本実施形態にあっては、電極チップ２１ａの先端径をφａとし、電極チップ２１ｂの先端径をφｂとしてあるため、高張力鋼板１０、１１同士の間の接触面の径が大きくなるため、著しいスパッタを生じることなく基準ナゲット径Ｌ１を確保できる。しかも、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の接触径が大きくならないことから、電流密度が低下せず、電気抵抗の比較的低い軟鋼である他の鋼板１６を溶かすことができ、基準ナゲット径Ｌ２を確保することができる。高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲット１３、および一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲット１３を同時に確保することができる結果として、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態にあっては、接合部１２を挟み込む一対の電極チップ２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端径φａ、φｂを、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の高張力鋼板１１と軟鋼である他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してあるため、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５１】
一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの一方（２１ａ）の先端径φａが、一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの他方（２１ｂ）の先端径φｂと異なっている。高張力鋼板１０、１１と、この高張力鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板１６との種々の組み合わせにおいて、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５２】
重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間の電気抵抗は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の電気抵抗よりも大きいので、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１に接する側の電極チップ２１ｂの先端径φｂを、他の鋼板１６に接する側の電極チップ２１ａの先端径φａよりも大きく設定している。電気抵抗が小さい側の電極チップ２１ａの接触径が大きくならないことから、電流密度が低下せず、電電気抵抗の比較的低い他の鋼板１６（軟鋼）を溶かすことができる。そして、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５３】
高張力鋼板の炭素量は例えば０．１〜０．３質量％であり、他の鋼板は例えば炭素量０．０５質量％以下の軟鋼である。高張力鋼板と軟鋼との板組は、自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどに適用されることが多く、十分な破断強度を備える接合部１２を形成した自動車車体のパネル部品を製造することができる。
【００５４】
本実施形態の高張力鋼板１０、１１および軟鋼１６の接合体１５を得るための抵抗溶接方法にあっては、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成する先端径φａ、φｂを備える一対の電極チップ２１ａ、２１ｂによって接合部１２を挟み込んで通電する本通電工程（Ｓ１）を有している。各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５５】
さらに、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す再通電工程（Ｓ２）と、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま再通電工程（Ｓ２）の後に通電を停止するホールド工程（Ｓ３）と、を有している。接合部１２における冷却履歴をコントロールして、ナゲット１３周辺の熱影響部に対する軟化効果を十分に発揮させ、ナゲット１３界面方向への亀裂の進展が進み難くなる。これによって、界面破断が抑制され、接合体１５における接合部１２の破断強度を向上させることが可能となる。
【００５６】
さらに、再通電工程（Ｓ２）においては本通電工程（Ｓ１）における電流値以上の電流を短時間かける再通電を行って、ナゲット１３周辺の熱影響部の温度をコントロールしているので、溶接時間が長くなることがない。したがって、同一工程内において溶接可能な打点数が少なくならず、接合体の生産性が低下することがない。
【００５７】
よって、本実施形態によれば、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士にさらに、高張力鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板１６を重ねた接合部１２を抵抗溶接によって接合するにあたり、十分な破断強度を備える接合部１２を形成し得る抵抗溶接装置、および抵抗溶接方法を提供することができる。
【００５８】
なお、第１の鋼板が高張力鋼板であって第２の鋼板が軟鋼である場合を例に挙げて説明したが、第１の鋼板が軟鋼であって第２の鋼板が高張力鋼板である場合にも本発明を適用可能である。３枚の板組の実施形態について説明したが、４枚以上の板組についても本発明を適用できることは言うまでもない。また、第２の鋼板が、重ね合わせた第１の鋼板と同じ高張力鋼板であって、炭素量や硬さが異ならないような場合であっても、板厚が異なるときには、必要なナゲット径が異なってくるので本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０、１１ プレス部品（第１の鋼板、高張力鋼板）、
１２ 接合部、
１３ ナゲット、
１５ 高張力鋼板および軟鋼の接合体、
１６ 他の鋼板（第２の鋼板、軟鋼）、
２０ 溶接ガン、
２１ａ 電極チップ、
２１ｂ 電極チップ、
２２ 加圧シリンダ、
３０ 電流供給装置、
４０ コントローラ、
１００ 抵抗溶接装置、
Ｓ１ 本通電工程、
Ｓ２ 再通電工程、
Ｓ３ ホールド工程、
φａ 電極チップ２１ａの先端径、
φｂ 電極チップ２１ｂの先端径。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接装置、および抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両軽量化のために、より高張力な鋼板を適用することによって、使用する鋼板の板厚を薄肉化することが行われている。高張力鋼板同士の接合には、一般的に抵抗溶接（スポット溶接）が適用されている（特許文献１を参照）。抵抗溶接においては、２枚ないしは３枚の高張力鋼板が重ね合わされた接合部を、一対の電極によって挟み込んでいる。一対の電極は、接合部に付勢する加圧力および通電パターンが変更可能に構成されている。一対の電極によって接合部を挟み込み、加圧しながら電流を所定の時間流すことによって、鋼板間に発生する抵抗熱を利用して鋼板を溶融し、それぞれの鋼板を接合して接合体を得ている。
【０００３】
自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどにあっては、強度を確保するとともに造形の自由度をもたせるために、異種材の鋼板を重ねて接合したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１５７０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のボディサイドのように、例えば、重ね合わせた高張力鋼板同士にさらに、高張力鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板（例えば、軟鋼）を重ねた接合部を抵抗溶接によって接合する場合、通電時間や電流値を調整するだけでは、十分な破断強度を備える接合部を得ることが難しい。すなわち、重ね合わせた高張力鋼板同士の間に必要な径のナゲットを形成することを第一に通電時間や電流値を調整すると、一方の高張力鋼板と他の鋼板との間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部の破断強度が低下することがある。これとは逆に、一方の高張力鋼板と他の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成することを第一に通電時間や電流値を調整すると、重ね合わせた高張力鋼板同士の間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部の破断強度が低下することがある。所定の径のナゲットを形成することが困難であるので、後熱通電を行っても接合部の強度を向上させることはできない。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接によって接合するにあたり、十分な破断強度を備える接合部を形成し得る抵抗溶接装置、および抵抗溶接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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明は、重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接装置である。この抵抗溶接装置にあっては、前記接合部を挟み込む一対の電極チップのそれぞれの先端径を、前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してある。
【０００８】
また、上記目的を達成する本発明は、重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接方法である。この抵抗溶接方法にあっては、前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する先端径を備える一対の電極チップによって前記接合部を挟み込んで通電する本通電工程を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の抵抗溶接装置にあっては、接合部を挟み込む一対の電極チップのそれぞれの先端径を、重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してあるため、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部を形成することが可能となる。
【００１０】
本発明の抵抗溶接方法によれば、重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の第１の鋼板と第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する先端径を備える一対の電極チップによって接合部を挟み込んで通電する本通電工程を有しているため、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の抵抗溶接装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部を示す拡大図である。
【図３】本実施形態の高張力鋼板の接合体を得るための通電パターンおよび加圧パターンを示す図である。
【図４】再通電工程におけるクール時間と電流値との関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を示すグラフである。
【図６】ナゲット径と十字引張強さ（ＣＴＳ強度）との関係を示すグラフである。
【図７】対比例１における電極チップの先端径の組み合わせを示す図である。
【図８】対比例１において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を示すグラフである。
【図９】対比例２における電極チップの先端径の組み合わせを示す図である。
【図１０】対比例２において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
【００１３】
図１および図２を参照して、図示する抵抗溶接装置１００は、概説すると、重ね合わせた同種の第１の鋼板１０、１１同士にさらに、第１の鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板１６を重ねた接合部１２を抵抗溶接するために用いられる。この抵抗溶接装置１００にあっては、接合部１２を挟み込む一対の電極チップ２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端径φａ、φｂを、重ね合わせた第１の鋼板１０、１１同士の間に必要な径（図２に矢印ｂによって示される）のナゲット１３および一方の第１の鋼板１１と第２の鋼板１６との間に必要な径（図２に矢印ａによって示される）のナゲット１３を形成する寸法に設定してある。重ね合わせる第１の鋼板が高張力鋼板であって、これに重ねる第２の鋼板が軟鋼である場合を例に挙げて説明する。なお、説明の便宜上、第２の鋼板１６を「他の鋼板１６」ともいう。以下、詳述する。
【００１４】
自動車車体にあっては、プレス部品１０、１１、１６同士を接合するために抵抗溶接（スポット溶接）を適用している。図示するプレス部品１０、１１は、高張力鋼板から形成され、プレス部品１６は、軟鋼、例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板から形成されている。プレス部品１０、１１、１６にはそれぞれ、接合用のフランジ１０ａ、１１ａ、１６ａが用意されている。そのフランジ１０ａ、１１ａ、１６ａ同士を重ねた接合部１２に、溶接ガン２０によって局所的に加圧および通電する。これによって、鋼板間に抵抗熱（ジュール熱）を発生させ、その熱によってプレス部品１０、１１、１６を構成する鋼板を溶融接合し、車体を組み立ている。図１における符号「１５」は、プレス部品１０、１１、１６同士を抵抗溶接してなる接合体を示している。
【００１５】
溶接ガン２０は、対をなす電極チップ２１ａ、２１ｂと、接合部１２に電極チップ２１ａ、２１ｂを介して加圧力を付勢する加圧シリンダ２２とを備えている。電極チップ２１２１ａ、２１ｂは、電流供給装置３０に接続されている。電流供給装置３０は、電流値および電圧値が調整自在に構成されている。電流供給装置３０は、電極チップ２１ａ、２１ｂを介して通電するパターンを制御するためのコントローラ４０に接続されている。
【００１６】
重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットを形成することを基準に通電時間や電流値を調整した場合には、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部１２の破断強度が低下することがある。これとは逆に、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成することを基準に通電時間や電流値を調整すると、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットを確保できず、接合部１２の破断強度が低下することがある。
【００１７】
そこで、本実施形態にあっては、通電時間や電流値を調整するだけではなく、電極チップ２１ａの先端径φａを、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径（図２に矢印ａによって示される）のナゲット１３を形成する寸法に設定し、電極チップ２１ｂの先端径φｂを、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径（図２に矢印ｂによって示される）のナゲット１３を形成する寸法に設定してある。図２における破線ｉは電流が流れる範囲を示すための境界線である。
【００１８】
このような構成の抵抗溶接装置１００によれば、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間において必要な径のナゲット、および一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができる。その結果、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００１９】
一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの一方（２１ａ）の先端径φａが、一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの他方（２１ｂ）の先端径φｂと異なっていてもよい。例えば、電極チップ２１ａの先端径φａが６ｍｍであり、電極チップ２１ｂの先端径φｂが８ｍｍである。高張力鋼板１０、１１と、この高張力鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板１６との種々の組み合わせにおいて、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができるからである。
【００２０】
高張力鋼板１０、１１は、軟鋼からなる他の鋼板１６に比べると、炭素量が多く導電性は良いものの、硬いことから変形し難い。一対の電極チップ２１ａ、２１ｂによって接合部１２を挟み込んだ場合、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士は密着し難いが、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６とは他の鋼板１６が大きく変形して密着状態となる。そのため、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間の電気抵抗は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の電気抵抗よりも大きくなる。このような場合には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１に接する側の電極チップ２１ｂの先端径φｂが、他の鋼板１６に接する側の電極チップ２１ａの先端径φａよりも大きいことが好ましい。電気抵抗が小さい側の電極チップ２１ａの接触径が大きくならないことから、電流密度が低下せず、電電気抵抗の比較的低い他の鋼板１６（軟鋼）を溶かすことができる。そして、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができるからである。
【００２１】
高張力鋼板の炭素量は例えば０．１〜０．３質量％であり、他の鋼板は例えば炭素量０．０５質量％以下の軟鋼である。高張力鋼板と軟鋼との板組は、自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどに適用されることが多く、十分な破断強度を備える接合部１２を形成した自動車車体のパネル部品を製造することができるからである。なお、これらの炭素量は一例に過ぎず、本発明はこの範囲に限定されるものではない。
【００２２】
本実施形態の高張力鋼板１０、１１および軟鋼１６の接合体１５は、以下のようにして得ることができる。
【００２３】
図３は、本実施形態の高張力鋼板の接合体を得るための通電パターンおよび加圧パターンを模式的に示す図である。
【００２４】
図３を参照して、本実施形態の高張力鋼板１０、１１および軟鋼１６の接合体１５を得るための抵抗溶接方法は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成する先端径φａ、φｂを備える一対の電極チップ２１ａ、２１ｂによって接合部１２を挟み込んで通電する本通電工程（Ｓ１）を有している。さらに、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す再通電工程（Ｓ２）と、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま再通電工程（Ｓ２）の後に通電を停止するホールド工程（Ｓ３）と、を有している。
【００２５】
本実施形態の再通電工程（Ｓ２）にあっては通電の休止と再通電とを２回繰り返しており、本通電工程（Ｓ１）における１回の通電と合わせて、合計３回の通電を行っている。以下では、説明の便宜上、本通電工程（Ｓ１）における通電を「第１通電」といい、再通電工程（Ｓ２）における１回目の通電を「第２通電」といい、再通電工程（Ｓ２）における２回目の通電を「第３通電」という。
【００２６】
高張力鋼板は、例えば、炭素量が０．１８質量％の１．２ＧＰａ級鋼である。板厚が１．４ｍｍの上記高張力鋼板を重ね合わせ、さらに板厚が０．７５ｍｍのＧＡ軟鋼（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）を重ね合わせて接合部１２を構成してある。３枚の合計板厚は３．５５ｍｍである。高張力鋼板と軟鋼との板組は、上述したように自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどに広く適用されている。
【００２７】
本通電工程（Ｓ１）では、安定した溶接強度が得られる限界ナゲット径を得るため、本通電工程（Ｓ１）における加圧力、第１通電における通電時間、第１通電における電流値、および電極チップ２１ａ、２１ｂの先端径φａ、φｂなどは、限界ナゲット径以上の大きさのナゲット１３が生成される条件にて設定してある。
【００２８】
再通電工程（Ｓ２）では、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま、通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す。通電の休止つまりクールは、ナゲット１３における溶融金属が十分に冷却される前に第２通電、第３通電を行い得る時間だけ行う。例えば、通電の休止は４サイクル（０．０８秒）である。第２通電および第３通電における通電時間、および第２通電および第３通電における電流値は、ナゲット１３を再度溶融させることなく急冷と後加熱とを行い得る通電時間および電流値に設定されている。例えば、第２通電および第３通電における通電時間は、３サイクル（０．０６秒）であり、第２通電および第３通電における電流値は、１０．５ｋＡである。
【００２９】
第２通電および第３通電における電流値は、第１通電における電流値以上である。
【００３０】
再通電工程（Ｓ２）における急冷・後加熱の程度は、材料の合計板厚に依存している。すなわち、ナゲット径が等しい場合、合計板厚によって溶融金属の体積が変化することから、ほぼ同一の初期通電パターン（第１通電）であっても、再加熱の入熱量を大きくする必要がある。
【００３１】
そこで、再通電工程（Ｓ２）においては、ナゲット１３における溶融金属の単位体積当たりの再通電による入熱量が定められ、ナゲット１３における溶融金属の体積が単位体積に対して増減するのに応じて、再通電による入熱量を増減変化させることが好ましい。さまざまな板組においても、引張強度を実用上十分に改善した接合体を得ることができるからである。
【００３２】
図４は、再通電工程（Ｓ２）におけるクール時間と電流値との関係を示すグラフである。グラフの「○」は重ね合わされた高張力鋼板同士を含む接合部１２における引張強度を実用上十分に改善できたことを示し、「×」は引張強度を改善できなかったことを示している。「○」のエリアは、２点鎖線によって囲んで示されるように、冷却を一定にしているので右上がりの特性となる。このグラフより、クール時間が長くなると、電流値を若干増加させる必要があることがわかる。したがって、上記の再通電による入熱量については、クール時間も考慮したものである。
【００３３】
本実施形態では、第３通電の完了と同時に加圧力を解除していない。つまり、ホールド工程（Ｓ３）では、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したままの状態を、通電を停止した後、短時間（ホールド時間）だけ維持する。ホールド時間は、急冷が完了する短時間でよく、例えば、１サイクル（０．０２秒）である。
【００３４】
ホールド工程（Ｓ３）が終了すると、加圧力を解除する。
【００３５】
図５は、本実施形態において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を模式的に示すグラフである。図５には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径が白丸によって示され、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径が黒菱形によって示されている。実線は特性線を示している。破線Ｌ１は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ２は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径を示している。
【００３６】
ナゲット径を制御する因子は、本通電工程（Ｓ１）における加圧力、第１通電における通電時間、第１通電における電流値、および電極チップ２１ａ、２１ｂの先端径φａ、φｂである。図５に示すように、第１通電における電流値に関する好適な溶接条件を見出すことができた。つまり、第１通電における電流値を適切に選ぶことによって、図５に一点鎖線によって囲んで示すように、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径として基準ナゲット径Ｌ１を確保でき、これと同時に、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径として基準ナゲット径Ｌ２を確保できることがわかった。
【００３７】
図６は、ナゲット径と十字引張強さ（ＣＴＳ強度）との関係を模式的に示すグラフである。十字引張強さ（ＣＴＳ強度）は、重ね合わされた高張力鋼板同士を剥離方向に引張荷重を加えたときの強さである。ナゲット径は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径である。本実施形態における電極チップの先端径の組み合わせ（φａとφｂ）によって得られたナゲット径が黒菱形によって示され、対比例における電極チップの先端径の組み合わせ（φａとφａ）によって得られたナゲット径が「×」によって示されている。破線Ｌ３は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ４は、要求される十字引張強さ（ＣＴＳ強度）を示している。破線Ｌ４よりも上の領域が要求強度を満足する領域である。図６に示すように、本実施形態における電極チップの先端径の組み合わせ（φａとφｂ）によって、ナゲット径のばらつき幅ｄが小さくなり、要求強度を満足する接合部１２を得ることができた。
【００３８】
図７は、対比例１における電極チップ５１ａ、５１ｂの先端径の組み合わせ（φａとφａ）を示す図、図８は、対比例１において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を模式的に示すグラフである。図７には、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径が矢印ａによって示され、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径が矢印ｂによって示されている。破線ｉは電流が流れる範囲を示すための境界線である。図８には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径が黒丸によって示され、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径が黒菱形によって示されている。実線は特性線を示している。破線Ｌ１は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ２は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径を示している。
【００３９】
対比例１における高張力鋼板および他の鋼板は実施形態と同じである。つまり、高張力鋼板は、炭素量が０．１８質量％の１．２ＧＰａ級鋼である。板厚が１．４ｍｍの上記高張力鋼板を重ね合わせ、さらに板厚が０．７５ｍｍのＧＡ軟鋼（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）を重ね合わせて接合部１２を構成してある。
【００４０】
対比例１のように一対の電極チップの先端径が同径の電極チップ５１ａ、５１ｂを用いて、第１通電における電流値を変化させて溶接し、得られたナゲット径を観察した。一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径として基準ナゲット径Ｌ１を確保できるときはある。但し、このときであっても、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間では、電気抵抗が高く、また板間の接触面の径が鋼板１０、１１の板厚を基準とする基準ナゲット径よりも小さいため、著しいスパッタが発生し、ナゲットを成長させることができない。したがって、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができない。
【００４１】
なお、連続打点性を確保するため、新品チップ（あるいはチップ先端をドレッシングした直後）では、基準ナゲット径を下回るナゲット径を作っておく必要があるため、上記の問題が発生しやすい。
【００４２】
図８に符号Ａ１によって示される領域においては、軟鋼である他の鋼板１６の発熱が遅く、ナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがない。また、符号Ａ２によって示される領域においては、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間から発生するスパッタによって熱が捨てられてしまい、薄板側のナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがほとんどない。したがって、十分な破断強度を備える接合部を形成することができない。
【００４３】
図９は、対比例２における電極チップ５２ａ、５２ｂの先端径の組み合わせ（φｂとφｂ）を示す図、図１０は、対比例２において、第１通電における電流値とナゲット径との関係を模式的に示すグラフである。図９には、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径が矢印ａによって示され、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径が矢印ｂによって示されている。破線ｉは電流が流れる範囲を示すための境界線である。図１０には、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間のナゲット径が黒丸によって示され、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間のナゲット径が黒菱形によって示されている。実線は特性線を示している。破線Ｌ１は、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な基準ナゲット径を示し、破線Ｌ２は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な基準ナゲット径を示している。
【００４４】
対比例２における高張力鋼板および他の鋼板は実施形態と同じである。つまり、高張力鋼板は、炭素量が０．１８質量％の１．２ＧＰａ級鋼である。板厚が１．４ｍｍの上記高張力鋼板を重ね合わせ、さらに板厚が０．７５ｍｍのＧＡ軟鋼（合金化溶融亜鉛めっき鋼板）を重ね合わせて接合部１２を構成してある。
【００４５】
対比例２のように先端径がともにφｂである電極チップ５２ａ、５２ｂを用いて、第１通電における電流値を変化させて溶接し、得られたナゲット径を観察した。重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間の接触面の径が大きくなるため、著しいスパッタを生じることなく基準ナゲット径Ｌ１を確保できるときはある。但し、このときであっても、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の接触径も大きくなるため、電流密度が低下して、電気抵抗の比較的低い軟鋼である他の鋼板１６を溶かすことができず、基準ナゲット径Ｌ２を確保することができない。したがって、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができない。
【００４６】
特に軟鋼がめっき鋼板の場合、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に溶融しためっきが広がることによって、さらに通電径が広がるため、軟鋼板を溶かし難くなる。
【００４７】
なお、連続して溶接するにしたがってチップ先端径が広がっていくため、チップ先端をドレッシングする直前で、上記の問題が発生しやすい。
【００４８】
図１０に符号Ａ１によって示される領域においては、軟鋼である他の鋼板１６の発熱が遅く、ナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがない。また、符号Ａ２によって示される領域においては、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間から発生するスパッタによって熱が捨てられてしまい、薄板側のナゲット径が基準ナゲット径Ｌ２に達することがほとんどない。したがって、十分な破断強度を備える接合部を形成することができない。
【００４９】
上記の対比例１および２に対して、本実施形態にあっては、電極チップ２１ａの先端径をφａとし、電極チップ２１ｂの先端径をφｂとしてあるため、高張力鋼板１０、１１同士の間の接触面の径が大きくなるため、著しいスパッタを生じることなく基準ナゲット径Ｌ１を確保できる。しかも、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の接触径が大きくならないことから、電流密度が低下せず、電気抵抗の比較的低い軟鋼である他の鋼板１６を溶かすことができ、基準ナゲット径Ｌ２を確保することができる。高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲット１３、および一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲット１３を同時に確保することができる結果として、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態にあっては、接合部１２を挟み込む一対の電極チップ２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端径φａ、φｂを、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の高張力鋼板１１と軟鋼である他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してあるため、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５１】
一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの一方（２１ａ）の先端径φａが、一対の電極チップ２１ａ、２１ｂの他方（２１ｂ）の先端径φｂと異なっている。高張力鋼板１０、１１と、この高張力鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板１６との種々の組み合わせにおいて、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５２】
重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間の電気抵抗は、一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間の電気抵抗よりも大きいので、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１に接する側の電極チップ２１ｂの先端径φｂを、他の鋼板１６に接する側の電極チップ２１ａの先端径φａよりも大きく設定している。電気抵抗が小さい側の電極チップ２１ａの接触径が大きくならないことから、電流密度が低下せず、電電気抵抗の比較的低い他の鋼板１６（軟鋼）を溶かすことができる。そして、各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を容易に設定することができ、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５３】
高張力鋼板の炭素量は例えば０．１〜０．３質量％であり、他の鋼板は例えば炭素量０．０５質量％以下の軟鋼である。高張力鋼板と軟鋼との板組は、自動車車体のパネル部品、例えばボディサイドなどに適用されることが多く、十分な破断強度を備える接合部１２を形成した自動車車体のパネル部品を製造することができる。
【００５４】
本実施形態の高張力鋼板１０、１１および軟鋼１６の接合体１５を得るための抵抗溶接方法にあっては、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の高張力鋼板１１と他の鋼板１６との間に必要な径のナゲットを形成する先端径φａ、φｂを備える一対の電極チップ２１ａ、２１ｂによって接合部１２を挟み込んで通電する本通電工程（Ｓ１）を有している。各鋼板間において必要な径のナゲットを同時に確保できる溶接条件（通電時間や電流値など）を設定することができ、その結果、十分な破断強度を備える接合部１２を形成することができる。
【００５５】
さらに、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す再通電工程（Ｓ２）と、接合部１２に本通電工程（Ｓ１）と同じ加圧力を付勢したまま再通電工程（Ｓ２）の後に通電を停止するホールド工程（Ｓ３）と、を有している。接合部１２における冷却履歴をコントロールして、ナゲット１３周辺の熱影響部に対する軟化効果を十分に発揮させ、ナゲット１３界面方向への亀裂の進展が進み難くなる。これによって、界面破断が抑制され、接合体１５における接合部１２の破断強度を向上させることが可能となる。
【００５６】
さらに、再通電工程（Ｓ２）においては本通電工程（Ｓ１）における電流値以上の電流を短時間かける再通電を行って、ナゲット１３周辺の熱影響部の温度をコントロールしているので、溶接時間が長くなることがない。したがって、同一工程内において溶接可能な打点数が少なくならず、接合体の生産性が低下することがない。
【００５７】
よって、本実施形態によれば、重ね合わせた高張力鋼板１０、１１同士にさらに、高張力鋼板１０、１１と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる他の鋼板１６を重ねた接合部１２を抵抗溶接によって接合するにあたり、十分な破断強度を備える接合部１２を形成し得る抵抗溶接装置、および抵抗溶接方法を提供することができる。
【００５８】
なお、第１の鋼板が高張力鋼板であって第２の鋼板が軟鋼である場合を例に挙げて説明したが、第１の鋼板が軟鋼であって第２の鋼板が高張力鋼板である場合にも本発明を適用可能である。３枚の板組の実施形態について説明したが、４枚以上の板組についても本発明を適用できることは言うまでもない。また、第２の鋼板が、重ね合わせた第１の鋼板と同じ高張力鋼板であって、炭素量や硬さが異ならないような場合であっても、板厚が異なるときには、必要なナゲット径が異なってくるので本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０、１１ プレス部品（第１の鋼板、高張力鋼板）、
１２ 接合部、
１３ ナゲット、
１５ 高張力鋼板および軟鋼の接合体、
１６ 他の鋼板（第２の鋼板、軟鋼）、
２０ 溶接ガン、
２１ａ 電極チップ、
２１ｂ 電極チップ、
２２ 加圧シリンダ、
３０ 電流供給装置、
４０ コントローラ、
１００ 抵抗溶接装置、
Ｓ１ 本通電工程、
Ｓ２ 再通電工程、
Ｓ３ ホールド工程、
φａ 電極チップ２１ａの先端径、
φｂ 電極チップ２１ｂの先端径。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接装置であって、
前記接合部を挟み込む一対の電極チップのそれぞれの先端径を、前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の前記第１の鋼板と前記弟２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してなる抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記第１の鋼板が高張力鋼板であって前記第２の鋼板が軟鋼である、または、前記第１の鋼板が軟鋼であって前記第２の鋼板が高張力鋼板である請求項１に記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】
前記一対の電極チップの一方の先端径が、前記一対の電極チップの他方の先端径と異なっている請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項４】
前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間の電気抵抗が、一方の前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間の電気抵抗よりも大きく、
前記重ね合わせた第１の鋼板に接する側の電極チップの先端径が、前記第２の鋼板に接する側の電極チップの先端径よりも大きい請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
【請求項５】
前記高張力鋼板の炭素量が０．１〜０．３質量％であり、前記軟鋼が炭素量０．０５質量％以下である請求項２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項６】
重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接方法であって、
前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する先端径を備える一対の電極チップによって前記接合部を挟み込んで通電する本通電工程を有する抵抗溶接方法。
【請求項７】
前記第１の鋼板が高張力鋼板であって前記第２の鋼板が軟鋼である、または、前記第１の鋼板が軟鋼であって前記第２の鋼板が高張力鋼板である請求項６に記載の抵抗溶接方法。
【請求項８】
前記接合部に前記本通電工程と同じ加圧力を付勢したまま、通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す再通電工程と、
前記接合部に前記本通電工程と同じ加圧力を付勢したまま、前記再通電工程の後に通電を停止するホールド工程と、をさらに有する請求項６または請求項７に記載の抵抗溶接方法。
【請求項１】
重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接装置であって、
前記接合部を挟み込む一対の電極チップのそれぞれの先端径を、前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の前記第１の鋼板と前記弟２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する寸法に設定してなる抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記第１の鋼板が高張力鋼板であって前記第２の鋼板が軟鋼である、または、前記第１の鋼板が軟鋼であって前記第２の鋼板が高張力鋼板である請求項１に記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】
前記一対の電極チップの一方の先端径が、前記一対の電極チップの他方の先端径と異なっている請求項１または請求項２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項４】
前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間の電気抵抗が、一方の前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間の電気抵抗よりも大きく、
前記重ね合わせた第１の鋼板に接する側の電極チップの先端径が、前記第２の鋼板に接する側の電極チップの先端径よりも大きい請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
【請求項５】
前記高張力鋼板の炭素量が０．１〜０．３質量％であり、前記軟鋼が炭素量０．０５質量％以下である請求項２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項６】
重ね合わせた同種の第１の鋼板同士にさらに、前記第１の鋼板と炭素量、板厚、および硬さの少なくとも１つが異なる第２の鋼板を重ねた接合部を抵抗溶接する抵抗溶接方法であって、
前記重ね合わせた第１の鋼板同士の間に必要な径のナゲットおよび一方の前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に必要な径のナゲットを形成する先端径を備える一対の電極チップによって前記接合部を挟み込んで通電する本通電工程を有する抵抗溶接方法。
【請求項７】
前記第１の鋼板が高張力鋼板であって前記第２の鋼板が軟鋼である、または、前記第１の鋼板が軟鋼であって前記第２の鋼板が高張力鋼板である請求項６に記載の抵抗溶接方法。
【請求項８】
前記接合部に前記本通電工程と同じ加圧力を付勢したまま、通電の休止と再通電とを少なくとも１回繰り返す再通電工程と、
前記接合部に前記本通電工程と同じ加圧力を付勢したまま、前記再通電工程の後に通電を停止するホールド工程と、をさらに有する請求項６または請求項７に記載の抵抗溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１８７６１６（Ｐ２０１２−１８７６１６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４６１７（Ｐ２０１１−５４６１７）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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