溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、および、その製造方法
【課題】高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなり、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】高強度鋼板１と溶接ナットまたは溶接ボルトとがプロジェクション溶接によって接合され、溶接ナットまたは溶接ボルトは下面側が高強度鋼板１との接合面とされたフランジ部を有し、接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられ、さらに、縦断面においてプロジェクション部の略半球状の円弧と接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとし、プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有し、凹部はプロジェクション部の周囲に局所的に設けられ、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲である。
【解決手段】高強度鋼板１と溶接ナットまたは溶接ボルトとがプロジェクション溶接によって接合され、溶接ナットまたは溶接ボルトは下面側が高強度鋼板１との接合面とされたフランジ部を有し、接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられ、さらに、縦断面においてプロジェクション部の略半球状の円弧と接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとし、プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有し、凹部はプロジェクション部の周囲に局所的に設けられ、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、および、その製造方法に関し、特に、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとをプロジェクション溶接によって接合することで得られ、溶接部の遅れ破壊が抑制されるとともに高い静的強度を得ることが可能な、自動車用構造部材、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。また、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においては、高強度鋼板からなる部品にナットやボルトが溶接されてなる構成が採用されている。
【０００３】
上述のようなナットまたはボルトが接合された自動車用構造部材を製造するにあたっては、プロジェクション溶接法を用いて高強度鋼板の表面に溶接ナットまたは溶接ボルトを接合する方法が一般的である。このような、プロジェクション溶接によって得られる自動車用構造部材に要求される特性としては、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとの接合強度が高く、且つ、ばらつきが小さいことが挙げられる。
【０００４】
上述のような、溶接ナットや溶接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、静的強度特性と遅れ破壊特性が挙げられる。溶接継手の静的強度としては、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、静的強度特性は、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。
【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、良好な成形性及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３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、即ち、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、即ち、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、即ち、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】
ここで、溶接ナットまたは溶接ボルトが接合されてなる自動車用構造部材は、自動車に組み込んだ際の自重による応力や、走行した際の変動応力が加わる。さらに、腐食が進行する環境下では、ナットやボルトが鋼板に接合された接合部に遅れ破壊が発生することがある。この際の遅れ破壊特性は、主として、母材の強度や、溶接部の水素濃度の他、残留応力、変動加重応力あるいは自重応力等の各種応力によって変動する。具体的には、母材強度が高い場合や溶接部の水素濃度が高い場合、付与される応力が高い場合等に、遅れ破壊が生じやすくなる。
【００１３】
一方、例えば、鋼板に母材強度の低いものを採用した場合には、遅れ破壊特性の低下は抑制できるものの、自動車用構造部材の静的強度が低下するという問題がある。このため、優れた遅れ破壊特性を備えるとともに、高い静的強度を備えた、溶接ナット部を有する自動車用構造部材が望まれている。
【００１４】
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、あるいは鋼板成分が限定されたりする方法である。このため、プロジェクション溶接部の特性、特に、引張強さが７５０ＭＰａ以上の高強度鋼板を基盤に用いた場合の接合強度を向上させるのが難しく、必ずしも、遅れ破壊特性や静的強度特性を向上させる効果が十分とは言えないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなり、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた、自動車用構造部材、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、プロジェクション溶接前の母材強度が高い高強度鋼板を用い、溶接ナットまたは溶接ボルトにおけるプロジェクション部を適正な形状とするとともに、その周辺部に、適正な位置および形状とされた凹部を設けることで溶接部の強度特性を維持しつつ、遅れ破壊を防止可能なことを知見した。そして、このような溶接ナットまたは溶接ボルトと高強度鋼板とをプロジェクション溶接することにより、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を備える自動車用構造部材が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１８】
［１］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、前記凹部は、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
［２］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、前記凹部は、前記フランジ部の前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
［３］ 前記高強度鋼板の板厚が０．６〜６．０ｍｍの範囲であることを特徴とする、［１］または［２］記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【００１９】
［４］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、さらに、前記凹部が、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
［５］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、さらに、前記凹部が、前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
［６］ 前記高強度鋼板の板厚を０．６〜６．０ｍｍの範囲とすることを特徴とする、［４］または［５］に記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材によれば、上記構成の如く、高強度鋼板との接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられ、且つ、縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するとともに、この凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲とされた構成の溶接ナットまたは溶接ボルトを採用している。
これにより、プロジェクション溶接前の母材強度が１１００ＭＰａ以上である高強度鋼板を用いた場合であっても、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとの溶接部の強度特性を確保でき、優れた遅れ破壊特性と高い静的強度を両立することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法によれば、上記した構成の溶接ナットまたは溶接ボルトを用い、高強度鋼板とでプロジェクション溶接を行う方法なので、上述のような、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を備える自動車用構造部材を製造することが可能となる。
【００２２】
従って、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部品や車体、並びにそれらの製造、組立工程において本発明を適用することにより、遅れ破壊特性及び静的強度の向上に伴う安全性の向上等の他、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】
【００２３】
【図１】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ナットとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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）は溶接ナットの構造を詳細に説明する断面図、（ｂ）は接合面から見た平面図、（ｃ）は（ａ）の要部断面図である。
【図３】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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高強度鋼板と溶接ナットとを溶接する工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ナットとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す要部断面図である。
【図５】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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）は溶接ボルトの構造を詳細に説明する断面図、（ｂ）は接合面から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。
【図７】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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高強度鋼板と溶接ボルトとを溶接する工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、および、その製造方法の一実施形態について、図１〜図８を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明の自動車用構造部材、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。
【００２５】
［第１の実施形態］
以下に、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材（以下、単に自動車用構造部材と略称することがある）の第１の実施形態について詳述する。
【００２６】
本実施形態の自動車用構造部材５０は、図１に示す例のように、溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板１にピアス孔１１を設け、該ピアス孔１１の中心１１ａと溶接ナット２のねじ孔（ねじ部）２２の中心２２ａとが概略一致した状態で、高強度鋼板１と溶接ナット２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各々が接合されることで得られるものである。上述の溶接ナット２は、図２（ａ）〜（ｃ）に示す例のように、下面側が高強度鋼板１との接合面２ａとされたフランジ部２Ａを有するとともに、接合面２ａに略半球状のプロジェクション部２１が設けられており、さらに、フランジ部２Ａの縦断面において、プロジェクション部２１の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦２１Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部２１の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部２３を有している。そして、凹部２３は、接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、凹部２３の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部２３の深さ寸法ｔ２が、フランジ部２Ａの厚み寸法ｔ１の半分以下とされている。また、本実施形態で説明する例の溶接ナット２は、凹部２３が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部２Ａの接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ、平面視略環状で局所的に設けられている。
【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）〜（ｃ）に示す例のように、溶接ナット２の、高強度鋼板１と接合される接合面２ａに突起状の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、被接合物の溶接ナット２に設けられた突起状のプロジェクション部に集中して通電を行うため、本実施形態のような、溶接ナット２と高強度鋼板１の板厚方向寸法が異なる場合であっても、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）中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。
【００２９】
［溶接ナット］
図１に例示する本実施形態の自動車用構造部材５０は、高強度鋼板１とプロジェクション溶接される溶接ナット（ウェルドナット）２として、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような、接合面２ａに略半球状のプロジェクション部２１が備えられたものを採用している。また、図１においては、高強度鋼板１と上記構成の溶接ナット２とがプロジェクション溶接されてなる、自動車部品等の分野において適用可能な自動車用構造部材５０を例示している。
【００３０】
本発明において用いられる溶接ナットは、その概略形状や寸法がＪＩＳ Ｂ １１９６に準拠するものである。また、本発明で用いられる溶接ナット２に備えられた突起部（プロジェクション部２１）は、ＪＩＳ Ｂ １１９６に記載されたＴ型ナットに設けられている略半球状の突起形状を基本とするものである。また、溶接ナット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】
本発明において、溶接ナット２のプロジェクション部２１に上記形状を採用した理由としては、一般的に用いられる溶接ナットの突起部には三角形の平坦面があり、溶接時に加圧した際、三角形の角部近傍において、片当たり現象等による当たりの強弱が発生することから、入熱がアンバランスとなり、ひいては大入熱部の残留応力が高レベルとなるため、全体では低入熱であっても、突起部周囲に遅れ破壊が発生してしまうことが挙げられる。本発明では、溶接ナット２に備えられるプロジェクション部２１を略半球状で構成することにより、溶接時に加圧した際に、プロジェクション部２１と高強度鋼板１との間で生じる当たりの強弱が緩和される作用が得られる。これにより、プロジェクション溶接時の応力集中作用や溶接電流の集中作用が抑制され、溶接入熱が均一となるので、溶接後の残留応力が低減され、遅れ破壊特性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、溶接ナット２の接合面２ａに設けられるプロジェクション部２１の数（突起数）としては、３点とすることが好ましい。プロジェクション部２１が、接合面２ａに３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点となり、当たりの状態が面的に安定して定まるからである。接合面におけるプロジェクション部の数が２点だと、溶接加圧の際に、プロジェクション部と鋼板の当たりの状態が安定せず、また、４点以上では、当たりの弱いプロジェクション部が発生し、入熱のアンバランスが顕著となってしまうおそれがある。
【００３３】
また、本発明においては、溶接ナット２の成分組成（鋼種）については特に制限されず、例えば、炭素鋼や合金鋼等、この分野で一般的に用いられているものと同成分のものを使用することができる。
また、本発明で用いる溶接ナット２の強度レベルとしても、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、溶接ナット２は、ビッカース硬度Ｈｖが３２０以下の材質からなることが好ましい。
【００３４】
上述したように、本発明で用いる溶接ナット２は、プロジェクション部２１の近傍に凹部２３が設けられている。より詳細には、図２（ｃ）に示すように、凹部２３は、溶接ナット２の縦断面において、プロジェクション部２１の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦２１Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部２１の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に、その最外部が収まるように設けられている。
【００３５】
本発明においては、プロジェクション部２１に加え、さらに、このプロジェクション部２１から所定の範囲の位置に凹部２３を配置することにより、プロジェクション溶接の際に、突起が凹部を埋めるように変形する。これにより、従来の溶接ナットをプロジェクション溶接する場合のような、突起の早期圧縮変形に伴う接触面積の急速な増加を防止できることから、接合時の発熱効率が一層向上し、さらなる低入熱化が可能となるので、遅れ破壊特性の改善に極めて有効となる。また、凹部２３を設けた場合であっても、プロジェクション部２１における発熱は確保できるので、十分な接合面積を確保することができ、高い静的強度を得ることが可能となる。
【００３６】
一般に、高強度鋼板１と溶接ナット２とをプロジェクション溶接する場合、高強度鋼板１とプロジェクション部２１との接触面積が小さいことから、このプロジェクション部２１の周辺において電流集中が生じるため、この部分において最も温度が上昇する。このため、突起からなるプロジェクション部は溶接中に加圧・加熱されることから、強度が低下した状態で圧縮されるので、拡散や溶融が可能となる十分に高い温度において接合が完了される。しかしながら、プロジェクション部の圧縮に伴って急激に接触面積が増加するため、この部分における電流密度の低下および温度低下が発生することから、温度が低下した状態での接合を考慮し、溶接電流を高めとする必要がある。
【００３７】
本発明においては、上記構成の凹部２３を備えた構成を採用することにより、プロジェクション部２１は、加圧・加熱された際に凹部２３に侵入するように変形する。この際の詳細なメカニズムは明らかではないが、プロジェクション部２１が凹部２３に侵入するように変形することで、プロジェクション部２１と高強度鋼板１との接触面積の急激な増加を抑制でき、電流密度の低下が遅れるものと考えられる。従って、溶接通電における電流値を低めに設定することができ、溶接部や、引張残留応力の分布範囲を縮小することが可能になるものと考えられる。
【００３８】
溶接ナットにおいて、凹部の位置が、その最外部が上記した中心Ｃから３Ｒの範囲を外れる場合には、加圧・加熱されたプロジェクション部が凹部内に侵入するのが困難になる。このため、上述のような、溶接部や、引張残留応力の分布範囲の縮小に伴う遅れ破壊特性の改善効果が得られなくなる。
【００３９】
また、本発明で用いる溶接ナット２は、接合面２ａが下面側であるフランジ部２Ａを有するものであり、凹部２３が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部２Ａの接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられた構成とされている。さらに、凹部２３の合計体積が、プロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部２３の深さ寸法ｔ２が、フランジ部２Ａの厚み寸法ｔ１の半分以下とされている。
【００４０】
凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７倍未満だと、遅れ破壊を防止する十分な効果が得られない。一方、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．３倍超だと、プロジェクション部の変形による埋め込み作用が得られない凹部が増加するため、フランジ部の実質的な断面積が減少することによる強度低下が生じ、押し込み荷重試験を行った場合に低荷重破断となるおそれがある。
また、凹部の深さがフランジ部の厚み寸法の半分超だと、変形したプロジェクション部が凹部内に流入しきれないため、フランジ部の実質的な断面積が減少し、上記同様、押し込み荷重に対する強度が低下するおそれがある。
【００４１】
なお、本発明において用いる溶接ナットに設けられる凹部は、上述のような、プロジェクション部２１と同一の接合面に設けられる構成に限定されるものでは無い。例えば、図４に例示するように、接合面２ａが下面側であるフランジ部２Ａを有するものであり、凹部２３Ａが、フランジ部２Ａの接合面２ａと反対側の上面におけるプロジェクション部２１に対応する位置で概略一致するように、局所的に設けられた構成を採用することも可能である。図４において例示する凹部２３Ａは断面視略台形状であり、詳細な図示を省略するが、上面側からの平面視で略円形状とされている。但し、図４に例示するような凹部２３Ａを設けた構成を採用する場合、フランジ部２Ａの厚み寸法が大きい場合には凹部２３Ａの深さ寸法を増加させる必要があるが、このような加工は工業生産的に困難となるおそれがあるので、フランジ部２Ａの厚さに留意する必要がある。
【００４２】
そして、このような構成とした場合、上記したプロジェクション部２１の半径Ｒは、接合強度や、溶接時の発熱効率を考慮すると、０．５〜２．５ｍｍの範囲が好ましい。また、フランジ部２Ａの厚み寸法は、強度維持や加工性等の観点から、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲が好ましい。
【００４３】
さらに、本発明では、図４に示すような構成とした場合にも、上記同様、凹部２３Ａの合計体積がプロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲である構成とする。凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７倍未満だと、遅れ破壊を防止する十分な効果が得られない。一方、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．３倍超だと、プロジェクション部の変形による埋め込み作用が得られない凹部が増加するため、フランジ部の実質的な断面積が減少することによる強度低下が生じ、押し込み荷重試験を行った場合に低荷重破断となるおそれがある。
【００４４】
なお、図１〜図４に示す例においては、凹部の形状が断面略半円状（凹部２３）あるいは断面略台形状（凹部２３Ａ）とされているが、これらの形状に限定されるものではない。例えば、凹部の断面形状としては、断面略Ｖ字状や断面略Ｕ字状であっても良く、適宜、各種形状を採用することが可能である。
【００４５】
また、本実施形態においては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような、プロジェクション部２１の周囲において平面視略環状で連続的に設けられた凹部２３を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、凹部の平面視形状としては、プロジェクション部の周囲において、小サイズの凹部が平面視略環状で断続的に並べられた形状であっても良い。また、この場合の凹部の断面形状についても、例えば、略半円形状等、適宜採用することが可能である。
【００４６】
［高強度鋼板］
以下に、本発明における被溶接物である高強度鋼板１の鋼板特性について詳しく説明する。
【００４７】
「成分組成」
本発明で用いられる高強度鋼板の成分組成としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に説明するような組成とされた一般的な高強度鋼板を採用することができる。
【００４８】
（Ｃ：炭素）０．０１〜０．５％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な元素であり、その下限を０．０１％とした。また、Ｃは、広い冷却速度の条件範囲で焼き入れ性を確保する上で必須の成分であるため、０．０５％以上で添加することがより好ましい。一方、Ｃを過剰に添加すると溶接性が低下する場合があることから、その上限を０．５％とした。また、Ｃ含有量の上限は、溶接性とのバランスを考慮し、０．３％とすることがより好ましい。
【００４９】
（Ｓｉ：シリコン）０．０１〜１．５％
Ｓｉは、鋼の強度確保や焼き入れ性確保のために、その含有量を０．０１％以上とした。しかしながら、Ｓｉの過剰な添加は鋼板のコスト向上をもたらすことから、その上限を１．５％に制限した。なお、鋼板の表面に溶融亜鉛を施す場合、Ｓｉはめっき性を劣化させることから、その上限を０．２％に制限することが好ましい。
【００５０】
（Ｍｎ：マンガン）０．１〜４％
Ｍｎは、鋼の強化効果や焼入れ性の向上効果が発現する最低添加量として、その下限を０．１％とする必要がある。一方、Ｍｎの過剰な添加は、伸びに悪影響を及ぼすため、その上限を４％とした。
【００５１】
（Ｃｒ：クロム）０．０１〜２％
Ｃｒの添加量の加減を０．０１％としたのは、０．０１％以上の添加で強度向上の効果や焼入れ性の向上効果が発現するためである。一方、Ｃｒの添加量の上限を２％としたのは、これを超える量でＣｒを添加すると、加工性・延性に悪影響を及ぼすためである。
【００５２】
（Ｂ：ボロン）０．０００１〜０．０１％
Ｂは、０．０００１％以上の添加で焼入れ性の確保に有効であるものの、その添加量が０．０１質量％を超えると、必要以上に鋼板強度が上昇して加工性が低下することから、その上限を０．０１％とした。
【００５３】
（Ｔｉ：チタン）０．０１〜０．３％
Ｔｉは、鋼中で窒化物を形成することで、鋼中のＢが窒化物を形成してＢによる焼入れ性向上効果が低下するのを防止することができる。このような効果が発現するのは、Ｔを０．０１％以上で添加した場合であるため、その下限を０．０１％とした。一方、Ｔｉを添加し過ぎると延性劣化をもたらすことから、その上限を０．３％とした。
【００５４】
（Ａｌ：アルミニウム）０．００３〜１．５％
Ａｌは、低Ｓｉの組成とする場合に、脱酸を目的として添加するものであり、その下限を０．００３％とした。一方、Ａｌの過剰な添加は、溶接性や溶融亜鉛めっき性を劣化させることから、その添加量の上限を１．５％とした。
【００５５】
本実施形態で用いられる高強度鋼板１は、上記必須成分に加え、強度のさらなる向上を目的として、さらに、強炭化物形成元素であるＮｂ、Ｖ、Ｍｏの内の１種または２種以上を添加することができる。
【００５６】
（Ｎｂ：ニオブ）０．０１〜０．０５％
Ｎｂは、微細な炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成して、鋼板の強化に極めて有効であることから、必要に応じて０．０１％以上を添加する。一方、Ｎｂの過剰な添加は延性劣化をもたらすため、その上限を０．０５％とした。
【００５７】
（Ｖ：バナジウム）０．００１〜０．１０％
Ｖは、少量の添加で焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、このような効果が発現する下限は０．００１％である。一方、Ｖを過剰に添加すると溶接性が低下するため、その添加量を０．１０％以下に制限した。
【００５８】
（Ｍｏ：モリブデン）０．０５〜０．５％
Ｍｏは、０．０５％以上の添加で鋼の強化効果や焼入れ性の向上効果が現れるため、これを下限とした。一方、Ｍｏの過剰な添加は延性劣化を伴うため、その添加量の上限を０．５％とした。
【００５９】
（Ｃａ：カルシウム、Ｚｒ：ジルコニウム、ＲＥＭ：希土類元素）併せて０．０００５〜０．０１％
本実施形態においては、鋼板表面にめっき処理を施した場合、めっきの濡れ性を劣化させるＳｉ系の内部粒界酸化相生成を抑制することを目的として、Ｃａ、Ｚｒ、ＲＥＭ（希土類元素：原子番号５７〜７１）の内の１種又は２種以上を添加することができる。これにより、本実施形態では、鋼板中において、Ｓｉ系の酸化物のような粒界酸化物が形成されるのではなく、比較的微細な酸化物を分散して形成させることができる。本実施形態においてＣａ、Ｚｒ、ＲＥＭを添加する場合、これらの内の１種又は２種以上の元素を、併せて０．０００５％以上添加することにより、上記効果が得られる。一方、これらの元素を過剰に添加することは、鋳造性や熱間加工性等の製造性、及び、鋼板製品の延性を低下させるため、その上限を０．０１％に制限した。
【００６０】
「母材強度（引張強さ）」１１００ＭＰａ以上
本発明の自動車用構造部材５０においては、プロジェクション溶接を行う前の母材強度、即ち、溶接前の高強度鋼板１の引張強さを１１００ＭＰａ以上に規定する。
鋼板の強度は、プロジェクション溶接後の自動車用構造部材５０の遅れ破壊特性や、静的強度に対して大きな影響を及ぼす。本発明においては、まず、鋼板（母材）として、引張強さが１０００ＭＰａ以上とされた高強度鋼板１を用いることで、プロジェクション溶接で得られる自動車用構造部材５０の静的強度を高めている。一方、母材の強度を高めた場合には、一般に、接合部近傍の溶接部において遅れ破壊特性が低下し、構造部材を自動車に組み込んで走行した際に加わる応力や腐食等が組み合わせられることにより、溶接部に遅れ破壊が発生することがある。
【００６１】
なお、高強度鋼板の引張強さが１１００ＭＰａ未満では、そもそも、上述のような遅れ破壊特性が低下する問題は生じにくいという一方で、静的強度が低下するという問題があることから、本発明の適用対象外である。
【００６２】
「鋼組織」
次に、本発明の自動車用構造部材５０に用いられる高強度鋼板１の母材ミクロ組織について述べる。
自動車用構造部材を製造する際の熱間プレス工程においては、鋼板に焼き入れを施して高強度を達成するだけでなく、部品によっては、部分的に焼き入れを施さず、この部分を低強度・高延性とする必要がある。本発明者等は、上述のように焼き入れを施さない部分がある場合、即ち、母材まま、あるいは、組織変化の少ない熱処理を受けた部分がある場合に、この部分が高延性を発揮できる組織を見出した。具体的には、熱間プレス前の鋼のミクロ組織を、体積分率で５０〜１００％のフェライト相を含み、且つ、０〜５０％のパーライトを含む組織とすることがより好ましい。ここで、フェライト相は、加工性を確保するためには、下限を体積分率で５０％とすることが好ましい。一方、パーライトは強度確保に有効であるため、フェライトと共存させるものの、過多にすると延性の低下が著しくなるため、その上限を５０％とすることが好ましい。
【００６３】
なお、パーライトに替えて、強度確保のため、ベイナイトやマルテンサイトを共存させても良い。但し、ベイナイトやマルテンサイトが過多に存在すると延性の低下を招くことから、両組織の和を体積分率で５０％以下とすることが好ましい。
【００６４】
「板厚」
本発明において用いられる高強度鋼板１の板厚は、特に限定されず、自動車用構造部材の分野で用いられる一般的な板厚、例えば、０．６〜６．０ｍｍ程度の板厚の高強度鋼板を用いることができる。また、板厚の増加とともに溶接部での応力集中も増加するので、高強度鋼板１の板厚は上記範囲であることが好ましい。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遅れ破壊特性、並びに、静的強度特性を向上させる十分な効果が得られる。
【００６５】
なお、プロジェクション溶接は抵抗溶接法なので、適切な溶接電流の範囲内で良好な溶接熱影響部Ｂを形成させるためには、高強度鋼板１の板厚が所定以下であることが好ましく、具体的には上記上限であることが好ましい。一方、高強度鋼板の板厚が薄くなり過ぎると、接合部近傍に良好な溶接熱影響部を形成させても、母材自体が破断し、押し込み荷重が低レベルとなる他、部材の強度や剛性も担保できないので、上述のように、板厚の下限を０．６ｍｍとすることが好ましい。
【００６６】
「めっき」
本発明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、冷間圧延後の状態で母材として使用できるものであるが、必要に応じて、鋼板表面に、溶融亜鉛めっき、又は、合金化溶融亜鉛めっき等を施しても良い。また、めっきの表層に無機系、有機系の皮膜、例えば、潤滑皮膜等が設けられていても良い。また、これらのめっきの目付量についても、特に限定されず、プロジェクション溶接の障害とならない範囲で、適宜決定すれば良い。
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できるとともに、熱間プレス時の酸化を防止できる効果が得られる。
【００６７】
なお、本発明の自動車用構造部材に用いられる高強度鋼板としては、例えば、特開２００６−９１１６号公報に開示されたホットプレス鋼板や、特開２００３−１６６０３５号公報に開示の裸高強度鋼板等を適用することが可能である。
【００６８】
［製造方法］
以下に、上述したような本発明に係る自動車用構造部材を製造する方法の一例について説明する。
本実施形態の自動車用構造部材５０の製造方法は、溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板１にピアス孔１１を形成し、該ピアス孔１１の中心１１ａと溶接ナット２のねじ孔（ねじ部）２２の中心２２ａとを概略一致させた状態で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り、高強度鋼板１と溶接ナット２とを接合する方法である。そして、溶接ナット２として、下面側が高強度鋼板１との接合面２ａとされたフランジ部２Ａを有するとともに、接合面２ａに略半球状のプロジェクション部２１が設けられており、且つ、フランジ部２Ａの縦断面において、プロジェクション部２１の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦２１Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部２１の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、円の中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部２３を有するものを用いる。さらに、溶接ナット２として、凹部２３が、接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、凹部２３の合計体積がプロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部２３の深さ寸法ｔ２が、前記フランジ部の厚み寸法ｔ１の半分以下であるものを用いる方法を採用している。また、上述したように、本実施形態で用いる溶接ナット２は、凹部２３が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部２Ａの接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられている。
【００６９】
本実施形態の製造方法によれば、高強度鋼板１と、上記構成のロジェクション部２１および凹部２３を備えた溶接ナット２を用い、この溶接ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する方法である。これにより、上述したように、接合時の発熱効率が一層向上し、さらなる低入熱化が可能となるので、遅れ破壊特性の改善に極めて有効となる。また、凹部２３を設けた場合であってもプロジェクション部２１における発熱は確保できるので、十分な接合面積を確保することができ、高い静的強度を得ることが可能となる。
【００７０】
また、上記同様、溶接ナット２として、接合面２ａが下面側であるフランジ部２Ａを有するものを使用する場合には、凹部２３Ａが、フランジ部２Ａの接合面２ａと反対側の上面におけるプロジェクション部２１に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられたものを採用する。この場合にも、凹部２３の体積がプロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であるものを用いる。
【００７１】
なお、本発明の自動車用構造部材を製造する際にプロジェクション溶接で用いる溶接機としては、例えば、従来公知の定置式ダイレクト通電方式の溶接機を使用することができ、電源としても、単相交流、直流インバータ、交流インバータ等の何れ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、溶接ナットプロジェクション溶接用電極を採用することができる。
【００７２】
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、高強度鋼板１と溶接ナット２とを、プロジェクション溶接機８０を用いて溶接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。
【００７３】
以下、図３に示すプロジェクション溶接機８０を用いて高強度鋼板１と溶接ナット２とを溶接する手順について、自動車用構造部材５０を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００７４】
まず、自動車用構造部材５０を製造するにあたっては、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１において溶接ナット部５５が形成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、例えば、板厚が０．６ｍｍ以上６、０ｍｍ以下のものを用い、従来公知の加工方法を用いて、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又は溶融亜鉛めっき等を、溶接の障害とならない程度の目付け量で施すことができる。またさらに、めっきの表層には、無機系、有機系の皮膜等を形成しておいても良い。
【００７５】
また、図２（ａ）〜（ｃ）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および凹部２３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側にプロジェクション部２１および凹部２３が備えられている。
【００７６】
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を挿入することで、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、溶接ナット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、溶接ナット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、溶接ナット２の接合面２ａに設けられた略半球状の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する。
【００７７】
次に、重ね合わせられた高強度鋼板１と溶接ナット２とを、上部電極８１と下部電極８２との間に挟み、加圧することで、高強度鋼板１と溶接ナット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と溶接ナット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。この際、プロジェクション部２１は、加圧・加熱された際に凹部２３に侵入するように変形する。
このような概略手順により、図１に示すような、溶接ナット部５５を有する自動車用構造部材５０を製造することができる。
【００７８】
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、突起状の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、接合部Ａ近傍の温度上昇を抑制することができるので、溶接熱影響部Ｂにおける残留応力の低減が可能となる。
【００７９】
また、本発明においては、上記条件でプロジェクション溶接を行う際、溶接電流や加圧力、加圧時間等の各溶接条件については、従来から、高強度鋼板と溶接ナットとをプロジェクション溶接する際に用いられる各条件を何ら制限無く採用することができる。
【００８０】
［第２の実施形態］
本発明に係る自動車用構造部材、および、その製造方法の第２の実施形態について、図５〜図８を参照しながら以下に説明する。なお、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。
【００８１】
本実施形態では、図５に例示するような自動車用構造部材５０Ａを構成するにあたり、図６（ａ）〜（ｃ）に例示するような溶接ボルト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、溶接ナット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。
【００８２】
なお、本実施形態では、第１の実施形態で用いた溶接ナット２に代わり、溶接ボルト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、溶接ボルト１２の成分組成についても、第１の実施形態における溶接ナット２と同様である。また、本実施形態で用いる溶接ボルト１２は、高強度鋼板１との接合面１２ａに略半球状のプロジェクション部１３が設けられており、且つ、縦断面において、プロジェクション部１３の略半球状の円弧と接合面（下面）１２ａとが交差してなす半円の弦１３Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部１３の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部１４を有する点においても、上記実施例１と同様である。また、さらに、図６（ａ）〜（ｃ）に示す例の溶接ボルト１２は、接合面１２ａが下面側であるフランジ部１２Ａを有するものであり、凹部１４が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部１２Ａの接合面１２ａにおけるプロジェクション部１３の周囲にのみ局所的に設けられている点についても、第１の実施形態の溶接ナット２と同様である。
【００８３】
また、本実施形態の自動車用構造部材５０Ａ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、溶接ボルト１２の成分組成の他、プロジェクション部１３や凹部１４の形成位置や大きさ等の各条件についても、第１の実施形態と同様の条件である。例えば、溶接ボルト１２として、図６（ａ）〜（ｃ）に示すようなフランジ部１２Ａを有し、接合面１２ａにおけるプロジェクション部１３の周囲にのみ、略半球状の凹部１４が局所的に設けられたものを採用する。この際、溶接ボルト１２に形成された凹部１４の合計体積についても、プロジェクション部１３の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部１４の深さ寸法ｔ２を、フランジ部１２Ａの厚み寸法ｔ１の半分以下とする。また、図８に示すような、凹部１４Ａが、フランジ部１２Ａの接合面１２ａと反対側の上面におけるプロジェクション部１３に対応する位置で概略一致するように、局所的に設けられた構成の溶接ボルト１２を採用しても良い。この場合にも、溶接ボルト１２に形成される凹部１４Ａの合計体積を、プロジェクション部１３の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲とする。
【００８４】
本実施形態において用いられる溶接ボルト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、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１３についても、第１の実施形態における溶接ナット２と同様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６（ａ）〜（ｃ）に例示する溶接ボルト１２の接合面１２ａ側に備えられたプロジェクション部１３のような、略半球状の突起形状を採用することが可能である。さらに、第１の実施形態の溶接ナット２の場合と同様、溶接ボルト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。
【００８５】
以下、本実施形態の自動車用構造部材５０Ａ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５に示すような、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自動車用構造部材５０Ａを製造する場合を例に挙げて説明する。
【００８６】
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、電源ならびに電極を備えたものを何ら制限なく採用することができる。
【００８７】
このような溶接機の一例を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）は、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。
【００８８】
まず、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１において溶接ボルト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、接合時に溶接ボルト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を施すことができ、またさらに、めっきの表層に、無機系や有機系の皮膜等を形成しておくこともできる。
【００８９】
また、図６（ａ）〜（ｃ）に例示するような、ＪＩＳ Ｂ１１９５に準拠した、プロジェクション部１３を形成した溶接ボルト１２を準備する。この溶接ボルト１２には、接合面１２ａの各角部に略半球状のプロジェクション部１３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。また、溶接ボルト１２には、接合面１２ａにおけるプロジェクション部１３の周囲に、平面視略環状の凹部１４が設けられている。
【００９０】
次に、図７（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。
【００９１】
次に、図７（ｂ）に示すように、溶接ボルト１２のねじ部１２Ｂを、高強度鋼板１のピアス孔１１並びに位置決め孔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、溶接ボルト１２のねじ部１２Ｂ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、溶接ボルト１２の接合面１２ａ側に設けられたプロジェクション部１３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。
【００９２】
次に、図７（ｂ）に示すように、重ね合わせられた高強度鋼板１と溶接ボルト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と溶接ボルト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と溶接ボルト１２（プロジェクション部１３）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。この際、プロジェクション部１３は、加圧・加熱された際に凹部１４に侵入するように変形する。
このような概略手順により、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような溶接ボルト１２と、高強度鋼板１とが接合された自動車用構造部材５０Ａを製造することができる。
【００９３】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、溶接ボルト１２と高強度鋼板１とを、プロジェクション部１３および凹部１４が備えられた溶接ボルト１２を用いてプロジェクション溶接する方法である。溶接ボルト１２の接合面１２ａに略半球状のプロジェクション部１３を設けることにより、プロジェクション溶接時の応力集中作用や溶接電流の集中作用が抑制され、溶接入熱が均一となるので、溶接後の残留応力が低減され、遅れ破壊特性を向上させることが可能となる。さらに、このプロジェクション部１３から所定の範囲の位置に凹部１４を配置することで接合時の発熱効率が一層向上し、さらなる低入熱化が可能となるので、遅れ破壊特性が改善できる。さらに、凹部１４を設けた場合でもプロジェクション部１３における発熱は確保できるので、十分な接合面積を確保することができ、高い静的強度を得ることが可能となる。
【００９４】
以上説明したように、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材によれば、上記構成の如く、高強度鋼板１との接合面２ａに略半球状のプロジェクション部が設けられ、且つ、縦断面において、プロジェクション部の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するとともに、この凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲とされた構成の溶接ナットまたは溶接ボルトを採用している。これにより、プロジェクション溶接前の母材強度が１１００ＭＰａ以上である高強度鋼板１を用いた場合であっても、高強度鋼板１と溶接ナット２または溶接ボルト１２との溶接部の強度特性を高度に維持でき、優れた遅れ破壊特性と高い静的強度を両立することが可能となる。
【００９５】
また、本発明に係る自動車用構造部材の製造方法によれば、上記したような構成のプロジェクション部および凹部を備える溶接ナット２または溶接ボルト１２を用い、高強度鋼板１とでプロジェクション溶接を行う方法なので、上述のような、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を備える自動車用構造部材を製造することが可能となる。
【００９６】
従って、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部品や車体、並びにそれらの製造、組立工程において本発明を適用することにより、遅れ破壊特性及び静的強度の向上に伴う安全性の向上等の他、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】
【００９７】
以下、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００９８】
［実施例１］
本実施例では、まず、下記表１に示すような組成成分を有する鋼板を準備するとともに、下記表２に示すようなプロジェクション部および凹部を有する各種の溶接ナットを準備した。そして以下に説明するような条件並びに手順により、高強度鋼板に溶接ナットをプロジェクション溶接して供試片を作製した後、各種評価試験を行った。
【００９９】
「鋼板サンプルの製造」
まず、下記表１の鋼種番号Ａに示すような化学成分組成を有する鋼を転炉で溶製し、常法に従って連続鋳造でスラブとした。そして、これらのスラブを、加熱炉中で１１４０℃〜１２５０℃の温度で加熱し、８１０℃〜８８０℃の仕上げ温度で熱間圧延を行い、６００℃〜６６０℃にて巻き取り、高強度熱延鋼板とした。さらに、酸洗後に冷間圧延、焼鈍（焼鈍温度：７２０℃）を施し、高強度冷延鋼板（板厚：１．０ｍｍ及び２．３ｍｍ）とした。その後、鋼板表面に溶融亜鉛めっき（目付け量：７０ｇ／ｍ２）を施した。そして、この鋼板を用い、加熱炉にて９５０℃×５ｍｉｎの条件にて加熱を行うことで、ハット形状品の熱間プレスを実施し、部材強度１４７０ＭＰａクラスの部材を採取した。この際に得られた部材は、幅１００ｍｍ、長さ：３００ｍｍ、高さ：６０ｍｍの断面ハット形状であった（特開２００６−９１１６号公報を参照）。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
そして、上記手順で得られた鋼板から試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に従って引張強さ試験を行い、結果を下記表２に示した。
【０１０２】
「溶接ナット」
本実施例では、溶接ナットとして、ＪＩＳ Ｂ １１９６に準拠し、接合面に略半球状のプロジェクション部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１Ｂ形・Ｍ８×１に類似した、強度区分８Ｔの溶接ナット（３個のプロジェクション部の突出距離が１．５ｍｍ）を用いた。また、本実施例では、プロジェクション部に加え、さらに、下記表２に示すような凹部が、接合面あるいは接合面と反対の上面側に設けられた溶接ナットを用いた。
【０１０３】
「プロジェクション溶接」
次に、上記手順で得られた高強度鋼板のサンプルおよび上記溶接ナットを用い、下記の条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板に溶接ナットを溶接し、溶接後の遅れ破壊特性を調査するための供試材を作製した。本実施例においては、図３に示すようなプロジェクション溶接機８０を用いて、以下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に溶接ナット２を接合した。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（ダイレクト通電方式：単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下１０Ｌ／ｍｉｎ
（４）初期加圧時間：３０サイクル／６０Ｈｚ
（５）電極による加圧力：１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ）
（６）溶接電流：１０ｋＡ
（７）通電時間：３サイクル／６０Ｈｚ（０．０５０ｓｅｃ）
（８）溶接後の電極保持時間：１０サイクル／６０Ｈｚ（０．１７ｓｅｃ）
【０１０４】
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、溶接ナット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と溶接ナット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。
以上のような手順により、図１に示すように、高強度鋼板２と溶接ナット１とをプロジェクション溶接によって接合して自動車用構造部材の供試材を作製した。
【０１０５】
「評価方法」
上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の供試材について、０．２Ｎの塩酸に１００ｈｒの時間で浸漬させることにより、遅れ破壊特性を評価した。この際、上記時間で浸漬した後、溶接部に割れが生じていない場合を「ＯＫ」とし、割れが生じた場合を「ＮＧ」として、結果を下記表２に示した。
【０１０６】
また、プロジェクション溶接後の上記供試材について、ＪＩＳ Ｂ １１９６で規定された押込み剥離試験を行うことにより、静的強度特性を評価した。この際、高強度鋼板１と溶接ナット２とを接合した供試材における高強度鋼板１側から、ピアス孔１１を通じて試験ナットをねじ込み、この試験ナットの頭部から圧縮荷重を付与し、溶接ナット２が剥離した際、即ち、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。そして、押込み荷重（押込み剥離強度）が５．０ｋＮ以上である場合を「ＯＫ」とし、５．０ｋＮ未満を「ＮＧ」として、結果を下記表２に示した。
【０１０７】
下記表２に、各鋼板の鋼種番号および引張強さの一覧を示し、また、プロジェクション部および凹部を有する各種の溶接ナットの仕様一覧を示すとともに、遅れ破壊特性及び静的強度特性の評価結果の一覧を示す。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
「評価結果」
表２に示す処理番号３、４、９、１０は本発明例であり、また、処理番号１、２、５〜８、１１、１２は比較例である（備考欄を参照）。これらの内、処理番号１〜７は、プロジェクション部と同じ溶接面に凹部が設けられた溶接ナットを用いた例であり、また、処理番号８〜１２は、プロジェクション部が設けられた接合面と反対の上面側に凹部が設けられた溶接ナットを用いた例である。
【０１１０】
表２に示すように、本発明で規定するプロジェクション部および凹部を備えた溶接ナットを用い、本発明で規定する引張強さの高強度鋼板と溶接ナットとをプロジェクション溶接することで得られた本発明例のサンプル（処理番号３、４、９、１０）においては、遅れ破壊特性、並びに、静的強度特性の何れもが、全て「ＯＫ」の評価であり、これらの特性に優れていることが分かる。
【０１１１】
これに対し、表２に示すように、本発明で規定する凹部が設けられていないか、あるいは、本発明の規定範囲外の条件の凹部が設けられた溶接ナット用い、高強度鋼板と溶接ナットとをプロジェクション溶接してなる比較例のサンプル（処理番号１、２、５〜８、１１、１２）においては、遅れ破壊特性、又は、静的強度特性の少なくとも何れかが「ＮＧ」の評価となった。
【０１１２】
ここで、処理番号１の比較例のサンプルは、溶接ナットに凹部が設けられていないため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号２の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．５倍と本発明で規定する下限未満であったため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号５の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．５倍と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号６の比較例では、フランジ部の厚みが２ｍｍであるのに対して凹部の最大深さが１．２ｍｍとなっており、深さの比が０．６と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号７の比較例では、プロジェクション部の中心Ｃから凹部の最外部までの距離が５ｍｍと、本発明で規定する上限を超えているため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
【０１１３】
また、処理番号８の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．５倍と本発明で規定する下限未満であったため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号１１の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．５倍と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号１２の比較例では、プロジェクション部の中心Ｃから凹部の最外部までの距離が６ｍｍと、本発明で規定する上限を超えているため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
【０１１４】
［実施例２］
本実施例では、まず、上記実施例１と同様、上記表１に示すような組成成分を有する鋼板を準備するとともに、上記表２に示すようなプロジェクション部および凹部を有する各種の溶接ボルトを準備した。そして以下に説明するような条件並びに手順により、高強度鋼板に溶接ナットをプロジェクション溶接して供試片を作製した後、実施例１と同様の方法で各種評価試験を行った。なお、以下の実施例２の説明においては、上記実施例１と共通する条件および手順については、その詳しい説明を省略する。
【０１１５】
「溶接ボルト」
本実施例では、溶接ボルトとして、ＪＩＳ Ｂ １１９５に準拠し、接合面に略半球状のプロジェクション部を備えたものを使用した。より具体的には、ＪＩＳ Ｂ １１９５規定によるＭ８×１に類似した、強度区分８Ｔの溶接ボルト（３個のプロジェクション部の突出距離が１．５ｍｍ）を用いた。また、本実施例では、プロジェクション部に加え、さらに、上記表２に示すような凹部が接合面側に設けられた溶接ボルトを用いた。
【０１１６】
「プロジェクション溶接」
次に、上記手順で得られた高強度鋼板のサンプルおよび上記溶接ボルトを用い、下記の条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板に溶接ボルトを溶接し、溶接後の遅れ破壊特性を調査するための供試材を作製した。本実施例においては、図７（ａ）、（ｂ）に示すようなプロジェクション溶接機９０を用いて、以下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に溶接ボルト１２を接合した。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（ダイレクト通電方式：単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下１０Ｌ／ｍｉｎ
（４）初期加圧時間：３０サイクル／６０Ｈｚ
（５）電極による加圧力：１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ）
（６）溶接電流：１０ｋＡ
（７）通電時間：３サイクル／６０Ｈｚ（０．０５０ｓｅｃ）
（８）溶接後の電極保持時間：１０サイクル／６０Ｈｚ（０．１７ｓｅｃ）
【０１１７】
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、溶接ボルト１２をピアス孔１１並びに位置決め孔９４に挿入することにより、溶接ボルト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、溶接ボルト１２の軸芯とが概略一致した状態にするとともに、溶接ボルト１２の下面１２ａ側に設けられたプロジェクション部１３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てプロジェクション溶接した。
以上のような手順により、図５に示すように、高強度鋼板１と溶接ボルト１２とをプロジェクション溶接によって接合して自動車用構造部材の供試材を作製した。
【０１１８】
「評価方法」
上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の供試材について、上記実施例１と同様の手順及び条件で遅れ破壊特性を評価し、溶接部に割れが生じていない場合を「ＯＫ」、割れが生じた場合を「ＮＧ」として、結果を上記表２に示した。
【０１１９】
また、プロジェクション溶接後の上記供試材について、ＪＩＳ Ｂ １１９５で規定された押込み剥離試験を行うことにより、静的強度特性を評価した。この際、高強度鋼板１と溶接ボルト１２とを溶接した試験片における溶接ボルト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を徐々に付与し、溶接ボルト１２が剥離した際、即ち、プロジェクション部１３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。そして、上記実施例１と同様、押込み荷重（押込み剥離強度）が５．０ｋＮ以上である場合を「ＯＫ」とし、５．０ｋＮ未満を「ＮＧ」として、結果を下記表２に示した。
【０１２０】
「評価結果」
上記表２に示す処理番号１４、１５は本発明例であり、また、処理番号１３、１６は比較例である（備考欄を参照）。また、これら処理番号１４〜１６は、プロジェクション部と同じ溶接面に凹部が設けられた溶接ボルトを用いた例である。
【０１２１】
表２に示すように、本発明で規定するプロジェクション部および凹部を備えた溶接ボルトを用い、本発明で規定する引張強さの高強度鋼板と溶接ボルトとをプロジェクション溶接することでえら得られた本発明例のサンプル（処理番号１４、１５）においては、遅れ破壊特性、並びに、静的強度特性の何れもが、全て「ＯＫ」の評価であり、これらの特性に優れていることが分かる。
【０１２２】
これに対し、表２に示すように、本発明で規定する範囲外の条件の凹部が設けられた溶接ボルト用い、高強度鋼板と溶接ボルトとをプロジェクション溶接してなる比較例のサンプル（処理番号１３、１６）においては、遅れ破壊特性、又は、静的強度特性の少なくとも何れかが「ＮＧ」の評価となった。
【０１２３】
また、処理番号１３の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．５倍と本発明で規定する下限未満であったため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号１６の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．５倍と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
【０１２４】
なお、上記実施例１、２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、接合部の静的強度（押込み剥離強さ）を向上させ、また、割れの発生を防止でき、遅れ破壊特性が向上する本発明の効果が得られることが確認できた。
【０１２５】
上記実施例の結果より、本発明の自動車用構造部材及びその製造方法が、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を両立可能であることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明によれば、例えば、フロントサイドメンバーやセンターピラー、ヒンジレインフォーメント等の自動車用構造部材およびその製造方法に関し、良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部における優れた遅れ破壊特性および静的強度特性が得られる。従って、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】
【０１２７】
１…高強度鋼板、
１ａ…表面
１１…ピアス孔、
１１ａ…中心（ピアス孔）、
２…溶接ナット、
２Ａ…フランジ部、
２ａ…接合面、
２１…プロジェクション部、
２１Ａ…半円の弦（略半球状のプロジェクション部）、
２２…ねじ孔（ねじ部）、
２２ａ…中心（ねじ孔）、
２３、２３Ａ…凹部、
１２…溶接ボルト、
１２Ａ…フランジ部、
１２Ｂ…ねじ部、
１２ａ…接合面、
１３…プロジェクション部、
１３Ａ…半円の弦（略半球状のプロジェクション部）、
１４、１４Ａ…凹部、
５０、５０Ａ…自動車用構造部材、
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）、
８４…位置決めピン、
９４…位置決め穴、
Ａ、Ａ１…接合部、
Ｂ、Ｂ１…溶接熱影響部、
Ｃ…半円の弦上の中心（略半球状のプロジェクション部）、
Ｒ…半径（略半球状のプロジェクション部）、
ｔ１…フランジ部の厚み寸法、
ｔ２…凹部の深さ寸法、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、および、その製造方法に関し、特に、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとをプロジェクション溶接によって接合することで得られ、溶接部の遅れ破壊が抑制されるとともに高い静的強度を得ることが可能な、自動車用構造部材、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。また、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においては、高強度鋼板からなる部品にナットやボルトが溶接されてなる構成が採用されている。
【０００３】
上述のようなナットまたはボルトが接合された自動車用構造部材を製造するにあたっては、プロジェクション溶接法を用いて高強度鋼板の表面に溶接ナットまたは溶接ボルトを接合する方法が一般的である。このような、プロジェクション溶接によって得られる自動車用構造部材に要求される特性としては、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとの接合強度が高く、且つ、ばらつきが小さいことが挙げられる。
【０００４】
上述のような、溶接ナットや溶接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、静的強度特性と遅れ破壊特性が挙げられる。溶接継手の静的強度としては、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、静的強度特性は、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。
【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、良好な成形性及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３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、即ち、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、即ち、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、即ち、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】
ここで、溶接ナットまたは溶接ボルトが接合されてなる自動車用構造部材は、自動車に組み込んだ際の自重による応力や、走行した際の変動応力が加わる。さらに、腐食が進行する環境下では、ナットやボルトが鋼板に接合された接合部に遅れ破壊が発生することがある。この際の遅れ破壊特性は、主として、母材の強度や、溶接部の水素濃度の他、残留応力、変動加重応力あるいは自重応力等の各種応力によって変動する。具体的には、母材強度が高い場合や溶接部の水素濃度が高い場合、付与される応力が高い場合等に、遅れ破壊が生じやすくなる。
【００１３】
一方、例えば、鋼板に母材強度の低いものを採用した場合には、遅れ破壊特性の低下は抑制できるものの、自動車用構造部材の静的強度が低下するという問題がある。このため、優れた遅れ破壊特性を備えるとともに、高い静的強度を備えた、溶接ナット部を有する自動車用構造部材が望まれている。
【００１４】
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、あるいは鋼板成分が限定されたりする方法である。このため、プロジェクション溶接部の特性、特に、引張強さが７５０ＭＰａ以上の高強度鋼板を基盤に用いた場合の接合強度を向上させるのが難しく、必ずしも、遅れ破壊特性や静的強度特性を向上させる効果が十分とは言えないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなり、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた、自動車用構造部材、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、プロジェクション溶接前の母材強度が高い高強度鋼板を用い、溶接ナットまたは溶接ボルトにおけるプロジェクション部を適正な形状とするとともに、その周辺部に、適正な位置および形状とされた凹部を設けることで溶接部の強度特性を維持しつつ、遅れ破壊を防止可能なことを知見した。そして、このような溶接ナットまたは溶接ボルトと高強度鋼板とをプロジェクション溶接することにより、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を備える自動車用構造部材が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１８】
［１］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、前記凹部は、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
［２］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、前記凹部は、前記フランジ部の前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
［３］ 前記高強度鋼板の板厚が０．６〜６．０ｍｍの範囲であることを特徴とする、［１］または［２］記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【００１９】
［４］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、さらに、前記凹部が、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
［５］ 溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、さらに、前記凹部が、前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
［６］ 前記高強度鋼板の板厚を０．６〜６．０ｍｍの範囲とすることを特徴とする、［４］または［５］に記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材によれば、上記構成の如く、高強度鋼板との接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられ、且つ、縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するとともに、この凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲とされた構成の溶接ナットまたは溶接ボルトを採用している。
これにより、プロジェクション溶接前の母材強度が１１００ＭＰａ以上である高強度鋼板を用いた場合であっても、高強度鋼板と溶接ナットまたは溶接ボルトとの溶接部の強度特性を確保でき、優れた遅れ破壊特性と高い静的強度を両立することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法によれば、上記した構成の溶接ナットまたは溶接ボルトを用い、高強度鋼板とでプロジェクション溶接を行う方法なので、上述のような、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を備える自動車用構造部材を製造することが可能となる。
【００２２】
従って、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部品や車体、並びにそれらの製造、組立工程において本発明を適用することにより、遅れ破壊特性及び静的強度の向上に伴う安全性の向上等の他、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】
【００２３】
【図１】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ナットとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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）は溶接ナットの構造を詳細に説明する断面図、（ｂ）は接合面から見た平面図、（ｃ）は（ａ）の要部断面図である。
【図３】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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高強度鋼板と溶接ナットとを溶接する工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ナットとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す要部断面図である。
【図５】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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）は溶接ボルトの構造を詳細に説明する断面図、（ｂ）は接合面から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。
【図７】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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高強度鋼板と溶接ボルトとを溶接する工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、高強度鋼板と溶接ボルトとがプロジェクション溶接されてなる自動車用構造部材の構造を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、および、その製造方法の一実施形態について、図１〜図８を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明の自動車用構造部材、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。
【００２５】
［第１の実施形態］
以下に、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材（以下、単に自動車用構造部材と略称することがある）の第１の実施形態について詳述する。
【００２６】
本実施形態の自動車用構造部材５０は、図１に示す例のように、溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板１にピアス孔１１を設け、該ピアス孔１１の中心１１ａと溶接ナット２のねじ孔（ねじ部）２２の中心２２ａとが概略一致した状態で、高強度鋼板１と溶接ナット２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各々が接合されることで得られるものである。上述の溶接ナット２は、図２（ａ）〜（ｃ）に示す例のように、下面側が高強度鋼板１との接合面２ａとされたフランジ部２Ａを有するとともに、接合面２ａに略半球状のプロジェクション部２１が設けられており、さらに、フランジ部２Ａの縦断面において、プロジェクション部２１の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦２１Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部２１の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部２３を有している。そして、凹部２３は、接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、凹部２３の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部２３の深さ寸法ｔ２が、フランジ部２Ａの厚み寸法ｔ１の半分以下とされている。また、本実施形態で説明する例の溶接ナット２は、凹部２３が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部２Ａの接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ、平面視略環状で局所的に設けられている。
【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）〜（ｃ）に示す例のように、溶接ナット２の、高強度鋼板１と接合される接合面２ａに突起状の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、被接合物の溶接ナット２に設けられた突起状のプロジェクション部に集中して通電を行うため、本実施形態のような、溶接ナット２と高強度鋼板１の板厚方向寸法が異なる場合であっても、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）中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。
【００２９】
［溶接ナット］
図１に例示する本実施形態の自動車用構造部材５０は、高強度鋼板１とプロジェクション溶接される溶接ナット（ウェルドナット）２として、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような、接合面２ａに略半球状のプロジェクション部２１が備えられたものを採用している。また、図１においては、高強度鋼板１と上記構成の溶接ナット２とがプロジェクション溶接されてなる、自動車部品等の分野において適用可能な自動車用構造部材５０を例示している。
【００３０】
本発明において用いられる溶接ナットは、その概略形状や寸法がＪＩＳ Ｂ １１９６に準拠するものである。また、本発明で用いられる溶接ナット２に備えられた突起部（プロジェクション部２１）は、ＪＩＳ Ｂ １１９６に記載されたＴ型ナットに設けられている略半球状の突起形状を基本とするものである。また、溶接ナット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】
本発明において、溶接ナット２のプロジェクション部２１に上記形状を採用した理由としては、一般的に用いられる溶接ナットの突起部には三角形の平坦面があり、溶接時に加圧した際、三角形の角部近傍において、片当たり現象等による当たりの強弱が発生することから、入熱がアンバランスとなり、ひいては大入熱部の残留応力が高レベルとなるため、全体では低入熱であっても、突起部周囲に遅れ破壊が発生してしまうことが挙げられる。本発明では、溶接ナット２に備えられるプロジェクション部２１を略半球状で構成することにより、溶接時に加圧した際に、プロジェクション部２１と高強度鋼板１との間で生じる当たりの強弱が緩和される作用が得られる。これにより、プロジェクション溶接時の応力集中作用や溶接電流の集中作用が抑制され、溶接入熱が均一となるので、溶接後の残留応力が低減され、遅れ破壊特性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、溶接ナット２の接合面２ａに設けられるプロジェクション部２１の数（突起数）としては、３点とすることが好ましい。プロジェクション部２１が、接合面２ａに３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点となり、当たりの状態が面的に安定して定まるからである。接合面におけるプロジェクション部の数が２点だと、溶接加圧の際に、プロジェクション部と鋼板の当たりの状態が安定せず、また、４点以上では、当たりの弱いプロジェクション部が発生し、入熱のアンバランスが顕著となってしまうおそれがある。
【００３３】
また、本発明においては、溶接ナット２の成分組成（鋼種）については特に制限されず、例えば、炭素鋼や合金鋼等、この分野で一般的に用いられているものと同成分のものを使用することができる。
また、本発明で用いる溶接ナット２の強度レベルとしても、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、溶接ナット２は、ビッカース硬度Ｈｖが３２０以下の材質からなることが好ましい。
【００３４】
上述したように、本発明で用いる溶接ナット２は、プロジェクション部２１の近傍に凹部２３が設けられている。より詳細には、図２（ｃ）に示すように、凹部２３は、溶接ナット２の縦断面において、プロジェクション部２１の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦２１Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部２１の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に、その最外部が収まるように設けられている。
【００３５】
本発明においては、プロジェクション部２１に加え、さらに、このプロジェクション部２１から所定の範囲の位置に凹部２３を配置することにより、プロジェクション溶接の際に、突起が凹部を埋めるように変形する。これにより、従来の溶接ナットをプロジェクション溶接する場合のような、突起の早期圧縮変形に伴う接触面積の急速な増加を防止できることから、接合時の発熱効率が一層向上し、さらなる低入熱化が可能となるので、遅れ破壊特性の改善に極めて有効となる。また、凹部２３を設けた場合であっても、プロジェクション部２１における発熱は確保できるので、十分な接合面積を確保することができ、高い静的強度を得ることが可能となる。
【００３６】
一般に、高強度鋼板１と溶接ナット２とをプロジェクション溶接する場合、高強度鋼板１とプロジェクション部２１との接触面積が小さいことから、このプロジェクション部２１の周辺において電流集中が生じるため、この部分において最も温度が上昇する。このため、突起からなるプロジェクション部は溶接中に加圧・加熱されることから、強度が低下した状態で圧縮されるので、拡散や溶融が可能となる十分に高い温度において接合が完了される。しかしながら、プロジェクション部の圧縮に伴って急激に接触面積が増加するため、この部分における電流密度の低下および温度低下が発生することから、温度が低下した状態での接合を考慮し、溶接電流を高めとする必要がある。
【００３７】
本発明においては、上記構成の凹部２３を備えた構成を採用することにより、プロジェクション部２１は、加圧・加熱された際に凹部２３に侵入するように変形する。この際の詳細なメカニズムは明らかではないが、プロジェクション部２１が凹部２３に侵入するように変形することで、プロジェクション部２１と高強度鋼板１との接触面積の急激な増加を抑制でき、電流密度の低下が遅れるものと考えられる。従って、溶接通電における電流値を低めに設定することができ、溶接部や、引張残留応力の分布範囲を縮小することが可能になるものと考えられる。
【００３８】
溶接ナットにおいて、凹部の位置が、その最外部が上記した中心Ｃから３Ｒの範囲を外れる場合には、加圧・加熱されたプロジェクション部が凹部内に侵入するのが困難になる。このため、上述のような、溶接部や、引張残留応力の分布範囲の縮小に伴う遅れ破壊特性の改善効果が得られなくなる。
【００３９】
また、本発明で用いる溶接ナット２は、接合面２ａが下面側であるフランジ部２Ａを有するものであり、凹部２３が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部２Ａの接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられた構成とされている。さらに、凹部２３の合計体積が、プロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部２３の深さ寸法ｔ２が、フランジ部２Ａの厚み寸法ｔ１の半分以下とされている。
【００４０】
凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７倍未満だと、遅れ破壊を防止する十分な効果が得られない。一方、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．３倍超だと、プロジェクション部の変形による埋め込み作用が得られない凹部が増加するため、フランジ部の実質的な断面積が減少することによる強度低下が生じ、押し込み荷重試験を行った場合に低荷重破断となるおそれがある。
また、凹部の深さがフランジ部の厚み寸法の半分超だと、変形したプロジェクション部が凹部内に流入しきれないため、フランジ部の実質的な断面積が減少し、上記同様、押し込み荷重に対する強度が低下するおそれがある。
【００４１】
なお、本発明において用いる溶接ナットに設けられる凹部は、上述のような、プロジェクション部２１と同一の接合面に設けられる構成に限定されるものでは無い。例えば、図４に例示するように、接合面２ａが下面側であるフランジ部２Ａを有するものであり、凹部２３Ａが、フランジ部２Ａの接合面２ａと反対側の上面におけるプロジェクション部２１に対応する位置で概略一致するように、局所的に設けられた構成を採用することも可能である。図４において例示する凹部２３Ａは断面視略台形状であり、詳細な図示を省略するが、上面側からの平面視で略円形状とされている。但し、図４に例示するような凹部２３Ａを設けた構成を採用する場合、フランジ部２Ａの厚み寸法が大きい場合には凹部２３Ａの深さ寸法を増加させる必要があるが、このような加工は工業生産的に困難となるおそれがあるので、フランジ部２Ａの厚さに留意する必要がある。
【００４２】
そして、このような構成とした場合、上記したプロジェクション部２１の半径Ｒは、接合強度や、溶接時の発熱効率を考慮すると、０．５〜２．５ｍｍの範囲が好ましい。また、フランジ部２Ａの厚み寸法は、強度維持や加工性等の観点から、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲が好ましい。
【００４３】
さらに、本発明では、図４に示すような構成とした場合にも、上記同様、凹部２３Ａの合計体積がプロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲である構成とする。凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７倍未満だと、遅れ破壊を防止する十分な効果が得られない。一方、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．３倍超だと、プロジェクション部の変形による埋め込み作用が得られない凹部が増加するため、フランジ部の実質的な断面積が減少することによる強度低下が生じ、押し込み荷重試験を行った場合に低荷重破断となるおそれがある。
【００４４】
なお、図１〜図４に示す例においては、凹部の形状が断面略半円状（凹部２３）あるいは断面略台形状（凹部２３Ａ）とされているが、これらの形状に限定されるものではない。例えば、凹部の断面形状としては、断面略Ｖ字状や断面略Ｕ字状であっても良く、適宜、各種形状を採用することが可能である。
【００４５】
また、本実施形態においては、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような、プロジェクション部２１の周囲において平面視略環状で連続的に設けられた凹部２３を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、凹部の平面視形状としては、プロジェクション部の周囲において、小サイズの凹部が平面視略環状で断続的に並べられた形状であっても良い。また、この場合の凹部の断面形状についても、例えば、略半円形状等、適宜採用することが可能である。
【００４６】
［高強度鋼板］
以下に、本発明における被溶接物である高強度鋼板１の鋼板特性について詳しく説明する。
【００４７】
「成分組成」
本発明で用いられる高強度鋼板の成分組成としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に説明するような組成とされた一般的な高強度鋼板を採用することができる。
【００４８】
（Ｃ：炭素）０．０１〜０．５％
Ｃは、鋼の強度を確保するために必要な元素であり、その下限を０．０１％とした。また、Ｃは、広い冷却速度の条件範囲で焼き入れ性を確保する上で必須の成分であるため、０．０５％以上で添加することがより好ましい。一方、Ｃを過剰に添加すると溶接性が低下する場合があることから、その上限を０．５％とした。また、Ｃ含有量の上限は、溶接性とのバランスを考慮し、０．３％とすることがより好ましい。
【００４９】
（Ｓｉ：シリコン）０．０１〜１．５％
Ｓｉは、鋼の強度確保や焼き入れ性確保のために、その含有量を０．０１％以上とした。しかしながら、Ｓｉの過剰な添加は鋼板のコスト向上をもたらすことから、その上限を１．５％に制限した。なお、鋼板の表面に溶融亜鉛を施す場合、Ｓｉはめっき性を劣化させることから、その上限を０．２％に制限することが好ましい。
【００５０】
（Ｍｎ：マンガン）０．１〜４％
Ｍｎは、鋼の強化効果や焼入れ性の向上効果が発現する最低添加量として、その下限を０．１％とする必要がある。一方、Ｍｎの過剰な添加は、伸びに悪影響を及ぼすため、その上限を４％とした。
【００５１】
（Ｃｒ：クロム）０．０１〜２％
Ｃｒの添加量の加減を０．０１％としたのは、０．０１％以上の添加で強度向上の効果や焼入れ性の向上効果が発現するためである。一方、Ｃｒの添加量の上限を２％としたのは、これを超える量でＣｒを添加すると、加工性・延性に悪影響を及ぼすためである。
【００５２】
（Ｂ：ボロン）０．０００１〜０．０１％
Ｂは、０．０００１％以上の添加で焼入れ性の確保に有効であるものの、その添加量が０．０１質量％を超えると、必要以上に鋼板強度が上昇して加工性が低下することから、その上限を０．０１％とした。
【００５３】
（Ｔｉ：チタン）０．０１〜０．３％
Ｔｉは、鋼中で窒化物を形成することで、鋼中のＢが窒化物を形成してＢによる焼入れ性向上効果が低下するのを防止することができる。このような効果が発現するのは、Ｔを０．０１％以上で添加した場合であるため、その下限を０．０１％とした。一方、Ｔｉを添加し過ぎると延性劣化をもたらすことから、その上限を０．３％とした。
【００５４】
（Ａｌ：アルミニウム）０．００３〜１．５％
Ａｌは、低Ｓｉの組成とする場合に、脱酸を目的として添加するものであり、その下限を０．００３％とした。一方、Ａｌの過剰な添加は、溶接性や溶融亜鉛めっき性を劣化させることから、その添加量の上限を１．５％とした。
【００５５】
本実施形態で用いられる高強度鋼板１は、上記必須成分に加え、強度のさらなる向上を目的として、さらに、強炭化物形成元素であるＮｂ、Ｖ、Ｍｏの内の１種または２種以上を添加することができる。
【００５６】
（Ｎｂ：ニオブ）０．０１〜０．０５％
Ｎｂは、微細な炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成して、鋼板の強化に極めて有効であることから、必要に応じて０．０１％以上を添加する。一方、Ｎｂの過剰な添加は延性劣化をもたらすため、その上限を０．０５％とした。
【００５７】
（Ｖ：バナジウム）０．００１〜０．１０％
Ｖは、少量の添加で焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、このような効果が発現する下限は０．００１％である。一方、Ｖを過剰に添加すると溶接性が低下するため、その添加量を０．１０％以下に制限した。
【００５８】
（Ｍｏ：モリブデン）０．０５〜０．５％
Ｍｏは、０．０５％以上の添加で鋼の強化効果や焼入れ性の向上効果が現れるため、これを下限とした。一方、Ｍｏの過剰な添加は延性劣化を伴うため、その添加量の上限を０．５％とした。
【００５９】
（Ｃａ：カルシウム、Ｚｒ：ジルコニウム、ＲＥＭ：希土類元素）併せて０．０００５〜０．０１％
本実施形態においては、鋼板表面にめっき処理を施した場合、めっきの濡れ性を劣化させるＳｉ系の内部粒界酸化相生成を抑制することを目的として、Ｃａ、Ｚｒ、ＲＥＭ（希土類元素：原子番号５７〜７１）の内の１種又は２種以上を添加することができる。これにより、本実施形態では、鋼板中において、Ｓｉ系の酸化物のような粒界酸化物が形成されるのではなく、比較的微細な酸化物を分散して形成させることができる。本実施形態においてＣａ、Ｚｒ、ＲＥＭを添加する場合、これらの内の１種又は２種以上の元素を、併せて０．０００５％以上添加することにより、上記効果が得られる。一方、これらの元素を過剰に添加することは、鋳造性や熱間加工性等の製造性、及び、鋼板製品の延性を低下させるため、その上限を０．０１％に制限した。
【００６０】
「母材強度（引張強さ）」１１００ＭＰａ以上
本発明の自動車用構造部材５０においては、プロジェクション溶接を行う前の母材強度、即ち、溶接前の高強度鋼板１の引張強さを１１００ＭＰａ以上に規定する。
鋼板の強度は、プロジェクション溶接後の自動車用構造部材５０の遅れ破壊特性や、静的強度に対して大きな影響を及ぼす。本発明においては、まず、鋼板（母材）として、引張強さが１０００ＭＰａ以上とされた高強度鋼板１を用いることで、プロジェクション溶接で得られる自動車用構造部材５０の静的強度を高めている。一方、母材の強度を高めた場合には、一般に、接合部近傍の溶接部において遅れ破壊特性が低下し、構造部材を自動車に組み込んで走行した際に加わる応力や腐食等が組み合わせられることにより、溶接部に遅れ破壊が発生することがある。
【００６１】
なお、高強度鋼板の引張強さが１１００ＭＰａ未満では、そもそも、上述のような遅れ破壊特性が低下する問題は生じにくいという一方で、静的強度が低下するという問題があることから、本発明の適用対象外である。
【００６２】
「鋼組織」
次に、本発明の自動車用構造部材５０に用いられる高強度鋼板１の母材ミクロ組織について述べる。
自動車用構造部材を製造する際の熱間プレス工程においては、鋼板に焼き入れを施して高強度を達成するだけでなく、部品によっては、部分的に焼き入れを施さず、この部分を低強度・高延性とする必要がある。本発明者等は、上述のように焼き入れを施さない部分がある場合、即ち、母材まま、あるいは、組織変化の少ない熱処理を受けた部分がある場合に、この部分が高延性を発揮できる組織を見出した。具体的には、熱間プレス前の鋼のミクロ組織を、体積分率で５０〜１００％のフェライト相を含み、且つ、０〜５０％のパーライトを含む組織とすることがより好ましい。ここで、フェライト相は、加工性を確保するためには、下限を体積分率で５０％とすることが好ましい。一方、パーライトは強度確保に有効であるため、フェライトと共存させるものの、過多にすると延性の低下が著しくなるため、その上限を５０％とすることが好ましい。
【００６３】
なお、パーライトに替えて、強度確保のため、ベイナイトやマルテンサイトを共存させても良い。但し、ベイナイトやマルテンサイトが過多に存在すると延性の低下を招くことから、両組織の和を体積分率で５０％以下とすることが好ましい。
【００６４】
「板厚」
本発明において用いられる高強度鋼板１の板厚は、特に限定されず、自動車用構造部材の分野で用いられる一般的な板厚、例えば、０．６〜６．０ｍｍ程度の板厚の高強度鋼板を用いることができる。また、板厚の増加とともに溶接部での応力集中も増加するので、高強度鋼板１の板厚は上記範囲であることが好ましい。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遅れ破壊特性、並びに、静的強度特性を向上させる十分な効果が得られる。
【００６５】
なお、プロジェクション溶接は抵抗溶接法なので、適切な溶接電流の範囲内で良好な溶接熱影響部Ｂを形成させるためには、高強度鋼板１の板厚が所定以下であることが好ましく、具体的には上記上限であることが好ましい。一方、高強度鋼板の板厚が薄くなり過ぎると、接合部近傍に良好な溶接熱影響部を形成させても、母材自体が破断し、押し込み荷重が低レベルとなる他、部材の強度や剛性も担保できないので、上述のように、板厚の下限を０．６ｍｍとすることが好ましい。
【００６６】
「めっき」
本発明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、冷間圧延後の状態で母材として使用できるものであるが、必要に応じて、鋼板表面に、溶融亜鉛めっき、又は、合金化溶融亜鉛めっき等を施しても良い。また、めっきの表層に無機系、有機系の皮膜、例えば、潤滑皮膜等が設けられていても良い。また、これらのめっきの目付量についても、特に限定されず、プロジェクション溶接の障害とならない範囲で、適宜決定すれば良い。
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できるとともに、熱間プレス時の酸化を防止できる効果が得られる。
【００６７】
なお、本発明の自動車用構造部材に用いられる高強度鋼板としては、例えば、特開２００６−９１１６号公報に開示されたホットプレス鋼板や、特開２００３−１６６０３５号公報に開示の裸高強度鋼板等を適用することが可能である。
【００６８】
［製造方法］
以下に、上述したような本発明に係る自動車用構造部材を製造する方法の一例について説明する。
本実施形態の自動車用構造部材５０の製造方法は、溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板１にピアス孔１１を形成し、該ピアス孔１１の中心１１ａと溶接ナット２のねじ孔（ねじ部）２２の中心２２ａとを概略一致させた状態で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り、高強度鋼板１と溶接ナット２とを接合する方法である。そして、溶接ナット２として、下面側が高強度鋼板１との接合面２ａとされたフランジ部２Ａを有するとともに、接合面２ａに略半球状のプロジェクション部２１が設けられており、且つ、フランジ部２Ａの縦断面において、プロジェクション部２１の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦２１Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部２１の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、円の中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部２３を有するものを用いる。さらに、溶接ナット２として、凹部２３が、接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、凹部２３の合計体積がプロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部２３の深さ寸法ｔ２が、前記フランジ部の厚み寸法ｔ１の半分以下であるものを用いる方法を採用している。また、上述したように、本実施形態で用いる溶接ナット２は、凹部２３が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部２Ａの接合面２ａにおけるプロジェクション部２１の周囲にのみ局所的に設けられている。
【００６９】
本実施形態の製造方法によれば、高強度鋼板１と、上記構成のロジェクション部２１および凹部２３を備えた溶接ナット２を用い、この溶接ナット２と高強度鋼板１とをプロジェクション溶接する方法である。これにより、上述したように、接合時の発熱効率が一層向上し、さらなる低入熱化が可能となるので、遅れ破壊特性の改善に極めて有効となる。また、凹部２３を設けた場合であってもプロジェクション部２１における発熱は確保できるので、十分な接合面積を確保することができ、高い静的強度を得ることが可能となる。
【００７０】
また、上記同様、溶接ナット２として、接合面２ａが下面側であるフランジ部２Ａを有するものを使用する場合には、凹部２３Ａが、フランジ部２Ａの接合面２ａと反対側の上面におけるプロジェクション部２１に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられたものを採用する。この場合にも、凹部２３の体積がプロジェクション部２１の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であるものを用いる。
【００７１】
なお、本発明の自動車用構造部材を製造する際にプロジェクション溶接で用いる溶接機としては、例えば、従来公知の定置式ダイレクト通電方式の溶接機を使用することができ、電源としても、単相交流、直流インバータ、交流インバータ等の何れ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、溶接ナットプロジェクション溶接用電極を採用することができる。
【００７２】
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、高強度鋼板１と溶接ナット２とを、プロジェクション溶接機８０を用いて溶接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。
【００７３】
以下、図３に示すプロジェクション溶接機８０を用いて高強度鋼板１と溶接ナット２とを溶接する手順について、自動車用構造部材５０を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００７４】
まず、自動車用構造部材５０を製造するにあたっては、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１において溶接ナット部５５が形成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、例えば、板厚が０．６ｍｍ以上６、０ｍｍ以下のものを用い、従来公知の加工方法を用いて、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又は溶融亜鉛めっき等を、溶接の障害とならない程度の目付け量で施すことができる。またさらに、めっきの表層には、無機系、有機系の皮膜等を形成しておいても良い。
【００７５】
また、図２（ａ）〜（ｃ）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および凹部２３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側にプロジェクション部２１および凹部２３が備えられている。
【００７６】
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を挿入することで、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、溶接ナット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、溶接ナット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、溶接ナット２の接合面２ａに設けられた略半球状の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する。
【００７７】
次に、重ね合わせられた高強度鋼板１と溶接ナット２とを、上部電極８１と下部電極８２との間に挟み、加圧することで、高強度鋼板１と溶接ナット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と溶接ナット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。この際、プロジェクション部２１は、加圧・加熱された際に凹部２３に侵入するように変形する。
このような概略手順により、図１に示すような、溶接ナット部５５を有する自動車用構造部材５０を製造することができる。
【００７８】
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、突起状の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、接合部Ａ近傍の温度上昇を抑制することができるので、溶接熱影響部Ｂにおける残留応力の低減が可能となる。
【００７９】
また、本発明においては、上記条件でプロジェクション溶接を行う際、溶接電流や加圧力、加圧時間等の各溶接条件については、従来から、高強度鋼板と溶接ナットとをプロジェクション溶接する際に用いられる各条件を何ら制限無く採用することができる。
【００８０】
［第２の実施形態］
本発明に係る自動車用構造部材、および、その製造方法の第２の実施形態について、図５〜図８を参照しながら以下に説明する。なお、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。
【００８１】
本実施形態では、図５に例示するような自動車用構造部材５０Ａを構成するにあたり、図６（ａ）〜（ｃ）に例示するような溶接ボルト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、溶接ナット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。
【００８２】
なお、本実施形態では、第１の実施形態で用いた溶接ナット２に代わり、溶接ボルト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、溶接ボルト１２の成分組成についても、第１の実施形態における溶接ナット２と同様である。また、本実施形態で用いる溶接ボルト１２は、高強度鋼板１との接合面１２ａに略半球状のプロジェクション部１３が設けられており、且つ、縦断面において、プロジェクション部１３の略半球状の円弧と接合面（下面）１２ａとが交差してなす半円の弦１３Ａ上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部１３の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部１４を有する点においても、上記実施例１と同様である。また、さらに、図６（ａ）〜（ｃ）に示す例の溶接ボルト１２は、接合面１２ａが下面側であるフランジ部１２Ａを有するものであり、凹部１４が断面視略半円状の凹みとされ、フランジ部１２Ａの接合面１２ａにおけるプロジェクション部１３の周囲にのみ局所的に設けられている点についても、第１の実施形態の溶接ナット２と同様である。
【００８３】
また、本実施形態の自動車用構造部材５０Ａ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、溶接ボルト１２の成分組成の他、プロジェクション部１３や凹部１４の形成位置や大きさ等の各条件についても、第１の実施形態と同様の条件である。例えば、溶接ボルト１２として、図６（ａ）〜（ｃ）に示すようなフランジ部１２Ａを有し、接合面１２ａにおけるプロジェクション部１３の周囲にのみ、略半球状の凹部１４が局所的に設けられたものを採用する。この際、溶接ボルト１２に形成された凹部１４の合計体積についても、プロジェクション部１３の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、凹部１４の深さ寸法ｔ２を、フランジ部１２Ａの厚み寸法ｔ１の半分以下とする。また、図８に示すような、凹部１４Ａが、フランジ部１２Ａの接合面１２ａと反対側の上面におけるプロジェクション部１３に対応する位置で概略一致するように、局所的に設けられた構成の溶接ボルト１２を採用しても良い。この場合にも、溶接ボルト１２に形成される凹部１４Ａの合計体積を、プロジェクション部１３の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲とする。
【００８４】
本実施形態において用いられる溶接ボルト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、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１３についても、第１の実施形態における溶接ナット２と同様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６（ａ）〜（ｃ）に例示する溶接ボルト１２の接合面１２ａ側に備えられたプロジェクション部１３のような、略半球状の突起形状を採用することが可能である。さらに、第１の実施形態の溶接ナット２の場合と同様、溶接ボルト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。
【００８５】
以下、本実施形態の自動車用構造部材５０Ａ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５に示すような、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自動車用構造部材５０Ａを製造する場合を例に挙げて説明する。
【００８６】
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、電源ならびに電極を備えたものを何ら制限なく採用することができる。
【００８７】
このような溶接機の一例を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）は、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。
【００８８】
まず、プロジェクション溶接を行う前に、高強度鋼板１において溶接ボルト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、接合時に溶接ボルト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を施すことができ、またさらに、めっきの表層に、無機系や有機系の皮膜等を形成しておくこともできる。
【００８９】
また、図６（ａ）〜（ｃ）に例示するような、ＪＩＳ Ｂ１１９５に準拠した、プロジェクション部１３を形成した溶接ボルト１２を準備する。この溶接ボルト１２には、接合面１２ａの各角部に略半球状のプロジェクション部１３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。また、溶接ボルト１２には、接合面１２ａにおけるプロジェクション部１３の周囲に、平面視略環状の凹部１４が設けられている。
【００９０】
次に、図７（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。
【００９１】
次に、図７（ｂ）に示すように、溶接ボルト１２のねじ部１２Ｂを、高強度鋼板１のピアス孔１１並びに位置決め孔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、溶接ボルト１２のねじ部１２Ｂ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、溶接ボルト１２の接合面１２ａ側に設けられたプロジェクション部１３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。
【００９２】
次に、図７（ｂ）に示すように、重ね合わせられた高強度鋼板１と溶接ボルト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と溶接ボルト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と溶接ボルト１２（プロジェクション部１３）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。この際、プロジェクション部１３は、加圧・加熱された際に凹部１４に侵入するように変形する。
このような概略手順により、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような溶接ボルト１２と、高強度鋼板１とが接合された自動車用構造部材５０Ａを製造することができる。
【００９３】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、溶接ボルト１２と高強度鋼板１とを、プロジェクション部１３および凹部１４が備えられた溶接ボルト１２を用いてプロジェクション溶接する方法である。溶接ボルト１２の接合面１２ａに略半球状のプロジェクション部１３を設けることにより、プロジェクション溶接時の応力集中作用や溶接電流の集中作用が抑制され、溶接入熱が均一となるので、溶接後の残留応力が低減され、遅れ破壊特性を向上させることが可能となる。さらに、このプロジェクション部１３から所定の範囲の位置に凹部１４を配置することで接合時の発熱効率が一層向上し、さらなる低入熱化が可能となるので、遅れ破壊特性が改善できる。さらに、凹部１４を設けた場合でもプロジェクション部１３における発熱は確保できるので、十分な接合面積を確保することができ、高い静的強度を得ることが可能となる。
【００９４】
以上説明したように、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材によれば、上記構成の如く、高強度鋼板１との接合面２ａに略半球状のプロジェクション部が設けられ、且つ、縦断面において、プロジェクション部の略半球状の円弧と接合面２ａとが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するとともに、この凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲とされた構成の溶接ナットまたは溶接ボルトを採用している。これにより、プロジェクション溶接前の母材強度が１１００ＭＰａ以上である高強度鋼板１を用いた場合であっても、高強度鋼板１と溶接ナット２または溶接ボルト１２との溶接部の強度特性を高度に維持でき、優れた遅れ破壊特性と高い静的強度を両立することが可能となる。
【００９５】
また、本発明に係る自動車用構造部材の製造方法によれば、上記したような構成のプロジェクション部および凹部を備える溶接ナット２または溶接ボルト１２を用い、高強度鋼板１とでプロジェクション溶接を行う方法なので、上述のような、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を備える自動車用構造部材を製造することが可能となる。
【００９６】
従って、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部品や車体、並びにそれらの製造、組立工程において本発明を適用することにより、遅れ破壊特性及び静的強度の向上に伴う安全性の向上等の他、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】
【００９７】
以下、本発明に係る溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材、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、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００９８】
［実施例１］
本実施例では、まず、下記表１に示すような組成成分を有する鋼板を準備するとともに、下記表２に示すようなプロジェクション部および凹部を有する各種の溶接ナットを準備した。そして以下に説明するような条件並びに手順により、高強度鋼板に溶接ナットをプロジェクション溶接して供試片を作製した後、各種評価試験を行った。
【００９９】
「鋼板サンプルの製造」
まず、下記表１の鋼種番号Ａに示すような化学成分組成を有する鋼を転炉で溶製し、常法に従って連続鋳造でスラブとした。そして、これらのスラブを、加熱炉中で１１４０℃〜１２５０℃の温度で加熱し、８１０℃〜８８０℃の仕上げ温度で熱間圧延を行い、６００℃〜６６０℃にて巻き取り、高強度熱延鋼板とした。さらに、酸洗後に冷間圧延、焼鈍（焼鈍温度：７２０℃）を施し、高強度冷延鋼板（板厚：１．０ｍｍ及び２．３ｍｍ）とした。その後、鋼板表面に溶融亜鉛めっき（目付け量：７０ｇ／ｍ２）を施した。そして、この鋼板を用い、加熱炉にて９５０℃×５ｍｉｎの条件にて加熱を行うことで、ハット形状品の熱間プレスを実施し、部材強度１４７０ＭＰａクラスの部材を採取した。この際に得られた部材は、幅１００ｍｍ、長さ：３００ｍｍ、高さ：６０ｍｍの断面ハット形状であった（特開２００６−９１１６号公報を参照）。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
そして、上記手順で得られた鋼板から試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に従って引張強さ試験を行い、結果を下記表２に示した。
【０１０２】
「溶接ナット」
本実施例では、溶接ナットとして、ＪＩＳ Ｂ １１９６に準拠し、接合面に略半球状のプロジェクション部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１Ｂ形・Ｍ８×１に類似した、強度区分８Ｔの溶接ナット（３個のプロジェクション部の突出距離が１．５ｍｍ）を用いた。また、本実施例では、プロジェクション部に加え、さらに、下記表２に示すような凹部が、接合面あるいは接合面と反対の上面側に設けられた溶接ナットを用いた。
【０１０３】
「プロジェクション溶接」
次に、上記手順で得られた高強度鋼板のサンプルおよび上記溶接ナットを用い、下記の条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板に溶接ナットを溶接し、溶接後の遅れ破壊特性を調査するための供試材を作製した。本実施例においては、図３に示すようなプロジェクション溶接機８０を用いて、以下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に溶接ナット２を接合した。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（ダイレクト通電方式：単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下１０Ｌ／ｍｉｎ
（４）初期加圧時間：３０サイクル／６０Ｈｚ
（５）電極による加圧力：１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ）
（６）溶接電流：１０ｋＡ
（７）通電時間：３サイクル／６０Ｈｚ（０．０５０ｓｅｃ）
（８）溶接後の電極保持時間：１０サイクル／６０Ｈｚ（０．１７ｓｅｃ）
【０１０４】
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、溶接ナット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と溶接ナット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。
以上のような手順により、図１に示すように、高強度鋼板２と溶接ナット１とをプロジェクション溶接によって接合して自動車用構造部材の供試材を作製した。
【０１０５】
「評価方法」
上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の供試材について、０．２Ｎの塩酸に１００ｈｒの時間で浸漬させることにより、遅れ破壊特性を評価した。この際、上記時間で浸漬した後、溶接部に割れが生じていない場合を「ＯＫ」とし、割れが生じた場合を「ＮＧ」として、結果を下記表２に示した。
【０１０６】
また、プロジェクション溶接後の上記供試材について、ＪＩＳ Ｂ １１９６で規定された押込み剥離試験を行うことにより、静的強度特性を評価した。この際、高強度鋼板１と溶接ナット２とを接合した供試材における高強度鋼板１側から、ピアス孔１１を通じて試験ナットをねじ込み、この試験ナットの頭部から圧縮荷重を付与し、溶接ナット２が剥離した際、即ち、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。そして、押込み荷重（押込み剥離強度）が５．０ｋＮ以上である場合を「ＯＫ」とし、５．０ｋＮ未満を「ＮＧ」として、結果を下記表２に示した。
【０１０７】
下記表２に、各鋼板の鋼種番号および引張強さの一覧を示し、また、プロジェクション部および凹部を有する各種の溶接ナットの仕様一覧を示すとともに、遅れ破壊特性及び静的強度特性の評価結果の一覧を示す。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
「評価結果」
表２に示す処理番号３、４、９、１０は本発明例であり、また、処理番号１、２、５〜８、１１、１２は比較例である（備考欄を参照）。これらの内、処理番号１〜７は、プロジェクション部と同じ溶接面に凹部が設けられた溶接ナットを用いた例であり、また、処理番号８〜１２は、プロジェクション部が設けられた接合面と反対の上面側に凹部が設けられた溶接ナットを用いた例である。
【０１１０】
表２に示すように、本発明で規定するプロジェクション部および凹部を備えた溶接ナットを用い、本発明で規定する引張強さの高強度鋼板と溶接ナットとをプロジェクション溶接することで得られた本発明例のサンプル（処理番号３、４、９、１０）においては、遅れ破壊特性、並びに、静的強度特性の何れもが、全て「ＯＫ」の評価であり、これらの特性に優れていることが分かる。
【０１１１】
これに対し、表２に示すように、本発明で規定する凹部が設けられていないか、あるいは、本発明の規定範囲外の条件の凹部が設けられた溶接ナット用い、高強度鋼板と溶接ナットとをプロジェクション溶接してなる比較例のサンプル（処理番号１、２、５〜８、１１、１２）においては、遅れ破壊特性、又は、静的強度特性の少なくとも何れかが「ＮＧ」の評価となった。
【０１１２】
ここで、処理番号１の比較例のサンプルは、溶接ナットに凹部が設けられていないため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号２の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．５倍と本発明で規定する下限未満であったため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号５の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．５倍と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号６の比較例では、フランジ部の厚みが２ｍｍであるのに対して凹部の最大深さが１．２ｍｍとなっており、深さの比が０．６と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号７の比較例では、プロジェクション部の中心Ｃから凹部の最外部までの距離が５ｍｍと、本発明で規定する上限を超えているため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
【０１１３】
また、処理番号８の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．５倍と本発明で規定する下限未満であったため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号１１の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．５倍と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号１２の比較例では、プロジェクション部の中心Ｃから凹部の最外部までの距離が６ｍｍと、本発明で規定する上限を超えているため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
【０１１４】
［実施例２］
本実施例では、まず、上記実施例１と同様、上記表１に示すような組成成分を有する鋼板を準備するとともに、上記表２に示すようなプロジェクション部および凹部を有する各種の溶接ボルトを準備した。そして以下に説明するような条件並びに手順により、高強度鋼板に溶接ナットをプロジェクション溶接して供試片を作製した後、実施例１と同様の方法で各種評価試験を行った。なお、以下の実施例２の説明においては、上記実施例１と共通する条件および手順については、その詳しい説明を省略する。
【０１１５】
「溶接ボルト」
本実施例では、溶接ボルトとして、ＪＩＳ Ｂ １１９５に準拠し、接合面に略半球状のプロジェクション部を備えたものを使用した。より具体的には、ＪＩＳ Ｂ １１９５規定によるＭ８×１に類似した、強度区分８Ｔの溶接ボルト（３個のプロジェクション部の突出距離が１．５ｍｍ）を用いた。また、本実施例では、プロジェクション部に加え、さらに、上記表２に示すような凹部が接合面側に設けられた溶接ボルトを用いた。
【０１１６】
「プロジェクション溶接」
次に、上記手順で得られた高強度鋼板のサンプルおよび上記溶接ボルトを用い、下記の条件でプロジェクション溶接を行ない、高強度鋼板に溶接ボルトを溶接し、溶接後の遅れ破壊特性を調査するための供試材を作製した。本実施例においては、図７（ａ）、（ｂ）に示すようなプロジェクション溶接機９０を用いて、以下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に溶接ボルト１２を接合した。
（１）溶接機：定置式６０ｋＶＡエアー加圧型（ダイレクト通電方式：単相交流）
（２）電極：Ｆ型、φ２５、Ｃｕ−Ｃｒ合金製
（３）冷却水流量：上下１０Ｌ／ｍｉｎ
（４）初期加圧時間：３０サイクル／６０Ｈｚ
（５）電極による加圧力：１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ）
（６）溶接電流：１０ｋＡ
（７）通電時間：３サイクル／６０Ｈｚ（０．０５０ｓｅｃ）
（８）溶接後の電極保持時間：１０サイクル／６０Ｈｚ（０．１７ｓｅｃ）
【０１１７】
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、溶接ボルト１２をピアス孔１１並びに位置決め孔９４に挿入することにより、溶接ボルト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、溶接ボルト１２の軸芯とが概略一致した状態にするとともに、溶接ボルト１２の下面１２ａ側に設けられたプロジェクション部１３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てプロジェクション溶接した。
以上のような手順により、図５に示すように、高強度鋼板１と溶接ボルト１２とをプロジェクション溶接によって接合して自動車用構造部材の供試材を作製した。
【０１１８】
「評価方法」
上記手順で得られた、プロジェクション溶接後の供試材について、上記実施例１と同様の手順及び条件で遅れ破壊特性を評価し、溶接部に割れが生じていない場合を「ＯＫ」、割れが生じた場合を「ＮＧ」として、結果を上記表２に示した。
【０１１９】
また、プロジェクション溶接後の上記供試材について、ＪＩＳ Ｂ １１９５で規定された押込み剥離試験を行うことにより、静的強度特性を評価した。この際、高強度鋼板１と溶接ボルト１２とを溶接した試験片における溶接ボルト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を徐々に付与し、溶接ボルト１２が剥離した際、即ち、プロジェクション部１３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。そして、上記実施例１と同様、押込み荷重（押込み剥離強度）が５．０ｋＮ以上である場合を「ＯＫ」とし、５．０ｋＮ未満を「ＮＧ」として、結果を下記表２に示した。
【０１２０】
「評価結果」
上記表２に示す処理番号１４、１５は本発明例であり、また、処理番号１３、１６は比較例である（備考欄を参照）。また、これら処理番号１４〜１６は、プロジェクション部と同じ溶接面に凹部が設けられた溶接ボルトを用いた例である。
【０１２１】
表２に示すように、本発明で規定するプロジェクション部および凹部を備えた溶接ボルトを用い、本発明で規定する引張強さの高強度鋼板と溶接ボルトとをプロジェクション溶接することでえら得られた本発明例のサンプル（処理番号１４、１５）においては、遅れ破壊特性、並びに、静的強度特性の何れもが、全て「ＯＫ」の評価であり、これらの特性に優れていることが分かる。
【０１２２】
これに対し、表２に示すように、本発明で規定する範囲外の条件の凹部が設けられた溶接ボルト用い、高強度鋼板と溶接ボルトとをプロジェクション溶接してなる比較例のサンプル（処理番号１３、１６）においては、遅れ破壊特性、又は、静的強度特性の少なくとも何れかが「ＮＧ」の評価となった。
【０１２３】
また、処理番号１３の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の０．５倍と本発明で規定する下限未満であったため、塩酸中における浸漬で割れが発生し、遅れ破壊特性が「ＮＧ」となった。
また、処理番号１６の比較例では、凹部の合計体積がプロジェクション部の合計体積の１．５倍と本発明で規定する上限を超えているため、押込み剥離強度が５ｋＮ未満であり、静的強度特性が「ＮＧ」となった。
【０１２４】
なお、上記実施例１、２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、接合部の静的強度（押込み剥離強さ）を向上させ、また、割れの発生を防止でき、遅れ破壊特性が向上する本発明の効果が得られることが確認できた。
【０１２５】
上記実施例の結果より、本発明の自動車用構造部材及びその製造方法が、優れた遅れ破壊特性及び高い静的強度を両立可能であることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明によれば、例えば、フロントサイドメンバーやセンターピラー、ヒンジレインフォーメント等の自動車用構造部材およびその製造方法に関し、良好な溶接作業性を確保しつつ、接合部における優れた遅れ破壊特性および静的強度特性が得られる。従って、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】
【０１２７】
１…高強度鋼板、
１ａ…表面
１１…ピアス孔、
１１ａ…中心（ピアス孔）、
２…溶接ナット、
２Ａ…フランジ部、
２ａ…接合面、
２１…プロジェクション部、
２１Ａ…半円の弦（略半球状のプロジェクション部）、
２２…ねじ孔（ねじ部）、
２２ａ…中心（ねじ孔）、
２３、２３Ａ…凹部、
１２…溶接ボルト、
１２Ａ…フランジ部、
１２Ｂ…ねじ部、
１２ａ…接合面、
１３…プロジェクション部、
１３Ａ…半円の弦（略半球状のプロジェクション部）、
１４、１４Ａ…凹部、
５０、５０Ａ…自動車用構造部材、
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）、
８４…位置決めピン、
９４…位置決め穴、
Ａ、Ａ１…接合部、
Ｂ、Ｂ１…溶接熱影響部、
Ｃ…半円の弦上の中心（略半球状のプロジェクション部）、
Ｒ…半径（略半球状のプロジェクション部）、
ｔ１…フランジ部の厚み寸法、
ｔ２…凹部の深さ寸法、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、
前記凹部は、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【請求項２】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、
前記凹部は、前記フランジ部の前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【請求項３】
前記高強度鋼板の板厚が０．６〜６．０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【請求項４】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、
さらに、前記凹部が、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【請求項５】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、
さらに、前記凹部が、前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【請求項６】
前記高強度鋼板の板厚を０．６〜６．０ｍｍの範囲とすることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【請求項１】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、
前記凹部は、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【請求項２】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を設け、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とが概略一致した状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとが接合されることで得られる自動車用構造部材であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトは、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、さらに、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有しており、
前記凹部は、前記フランジ部の前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【請求項３】
前記高強度鋼板の板厚が０．６〜６．０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材。
【請求項４】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、
さらに、前記凹部が、前記接合面における前記プロジェクション部の周囲にのみ局所的に設けられるとともに、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であり、且つ、前記凹部の深さ寸法が、前記フランジ部の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【請求項５】
溶接前の引張強さが１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板にピアス孔を形成し、該ピアス孔の中心と溶接ナットまたは溶接ボルトのねじ部の中心とを概略一致させた状態で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り、前記高強度鋼板と前記溶接ナットまたは溶接ボルトとを接合する、自動車用構造部材の製造方法であって、
前記溶接ナットまたは溶接ボルトとして、下面側が前記高強度鋼板との接合面とされたフランジ部を有するとともに、前記接合面に略半球状のプロジェクション部が設けられており、且つ、前記フランジ部の縦断面において、前記プロジェクション部の略半球状の円弧と前記接合面とが交差してなす半円の弦上の中心をＣとするとともに、前記プロジェクション部の半径をＲ（ｍｍ）としたとき、前記中心Ｃから３Ｒの距離の範囲内に凹部を有するものを用い、
さらに、前記凹部が、前記接合面と反対側の上面において、前記プロジェクション部に対応する位置で概略一致するように局所的に設けられており、且つ、前記凹部の合計体積が前記プロジェクション部の合計体積の０．７〜１．３倍の範囲であることを特徴とする、溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【請求項６】
前記高強度鋼板の板厚を０．６〜６．０ｍｍの範囲とすることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の溶接部の遅れ破壊特性並びに静的強度特性に優れた自動車用構造部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７９６４６（Ｐ２０１２−１７９６４６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５２４０（Ｐ２０１１−４５２４０）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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