(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融凝固した溶接部によって接合された被溶接物からなる抵抗溶接部材の加工方法であって、
前記溶接部の周縁域に対応する前記被溶接物の環状域を環状加圧部材により圧縮冷間加工することにより該周縁域に環状の圧縮残留応力を付与する第一加工工程と、
該第一加工工程の開始後に、該溶接部の周縁域に内包される内包域に対応する該被溶接物の中央域を中央加圧部材により圧縮冷間加工することにより該内包域の引張残留応力を低減する第二加工工程と、
を備えることを特徴とする抵抗溶接部材の加工方法。
【請求項２】
前記第二加工工程で前記中央加圧部材に印加する荷重は、前記第一加工工程で前記環状加圧部材に印加する荷重よりも大きい請求項１に記載の抵抗溶接部材の加工方法。
【請求項３】
溶融凝固した溶接部によって接合された被溶接物からなる抵抗溶接部材であって、
該溶接部の周縁域には、圧縮残留応力（σｒｌ）が環状に分布しており、
該周縁域に内包される内包域には、該周縁域の圧縮残留応力（σｒｌ）の最大絶対値（｜σｒｌ｜ｍａｘ）よりも小さい残留応力（σｒｉ）が分布していることを特徴とする抵抗溶接部材。
【請求項４】
前記内包域の残留応力の最大値（σｒｉｍａｘ）は、前記最大絶対値（｜σｒｌ｜ｍａｘ）の１／２以下である請求項３に記載の抵抗溶接部材。
【請求項５】
前記溶接部は、全体として圧縮残留応力状態となっている請求項３または４に記載の抵抗溶接部材。
【請求項６】
前記内包域に引張残留応力が分布している請求項３または４に記載の抵抗溶接部材。
【請求項７】
圧接された電極から投入された電力によりジュール加熱され溶融凝固した溶接部によって接合された被溶接物からなる抵抗溶接部材の加工装置であって、
前記溶接部の周縁域に対応する前記被溶接物の環状域へ圧縮加工を加える環状加圧部材と、
該環状加圧部材による圧縮加工の開始後に該溶接部の周縁域に内包される内包域に対応する該被溶接物の中央域へ圧縮加工を加える中央加圧部材と、
を備えることを特徴とする抵抗溶接部材の加工装置。
【請求項８】
さらに、前記環状加圧部材に対して前記中央加圧部材を弾性的に支持すると共に該中央加圧部材が受けた荷重の少なくとも一部を弾性的に前記環状加圧部材へ伝達する弾性部材を備え、
該環状加圧部材と該中央加圧部材は該弾性部材を介して連動し得る請求項７に記載の抵抗溶接部材の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接等された抵抗溶接部材とその疲労強度を高める加工方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の部材を接合する場合、低コストで高強度な溶接が多用される。特に車体のように重ね合わせた鋼板（複数の被溶接物）を溶接する場合は、スポット溶接が多用される。スポット溶接は、一般的に、被溶接物へその両外側を挟持した電極から大電流を短時間流し、被溶接物が内接する付近を溶融凝固させてナゲット（溶接部）を形成することによって被溶接物を接合する抵抗溶接の一つである。
【０００３】
ところで、スポット溶接された部材（スポット溶接継手：抵抗溶接部材）は、溶接箇所が点在的であり、スポット間は溶接されないため、溶接部（ナゲット）の周縁（溶接端）近傍は鋭い切欠き状態となっている。すなわち、スポット溶接継手は切欠き係数の高い部材であり、その周縁域は応力集中による疲労破壊の起点となり易い。しかも溶接部またはその周辺は、溶接時の相変化や温度変化によって引張残留応力状態となっていることが多い。このためスポット溶接継手の疲労強度は、被溶接物に高強度材を用いても、被溶接物自体の疲労強度より遙かに小さかった。そこで、スポット溶接継手の疲労強度を向上させるために、溶接部付近へ圧縮残留応力を予め付与しておくことが下記の特許文献で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２２１５２号公報
【特許文献２】特開２００７−１３０６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献では、超音波衝撃やポンチによる冷間加工等を加えることにより、溶接部付近へ圧縮残留応力を付与することを提案している。しかし、本発明者が調査したところ、そのような圧縮残留応力の付与では、スポット溶接継手の疲労強度は僅かにしか向上しなかった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、スポット溶接継手等の抵抗溶接部材の疲労強度を大幅に向上させ得る抵抗溶接部材の加工方法とこの加工方法の実施に適した加工装置を提供することを目的とする。また、その加工方法により得られる抵抗溶接部材も併せて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】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、溶接部の周縁域の残留応力を圧縮残留応力とすると共に、その周縁域に内包された内包域の引張残留応力を大幅に低減（圧縮側へ移行）することにより、抵抗溶接部材の疲労強度が著しく向上させることを発見した。この成果を発展させることにより以降に述べる本発明を完成させるに至った。
【０００８】
《抵抗溶接部材の加工方法》
（１）本発明の抵抗溶接部材の加工方法は、溶融凝固した溶接部によって接合された被溶接物からなる抵抗溶接部材の加工方法であって、前記溶接部の周縁域に対応する前記被溶接物の環状域を環状加圧部材により圧縮冷間加工することにより該周縁域に環状の圧縮残留応力を付与する第一加工工程と、該第一加工工程の開始後に、該溶接部の周縁域に内包される内包域に対応する該被溶接物の中央域を中央加圧部材により圧縮冷間加工することにより該内包域の引張残留応力を低減する第二加工工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明の加工方法によれば、先ず第一加工工程で、疲労亀裂の起点となり得る溶接部の溶接端近傍（周縁域）が圧縮残留応力状態とされる。次に、これを前提として第二加工工程で、その周縁域に内包される内包域にあった引張残留応力が大幅に低減されるか、または圧縮残留応力側へ転換される。こうして溶接部またはその近傍の全体的な応力状態（応力分布）が、溶接時に不可避的に導入される引張残留応力状態から、圧縮残留応力状態側へ大きくシフトし、抵抗溶接部材は非常に優れた耐久性を発現するようになった。
【００１０】
ちなみに、本発明者が鋭意研究したところに依れば、第一加工工程のみまたは第二加工工程のみでは、溶接部またはその周辺へ部分的に圧縮残留応力を付与できても、依然として大部分に大きな引張残留応力が残存し、抵抗溶接部材の疲労強度はあまり向上しなかった。また第二加工工程後に第一加工工程を行った場合、疲労亀裂の起点となり得る溶接部の周縁域を圧縮残留応力状態とすることが困難であり、やはり、抵抗溶接部材の疲労強度はあまり向上しなかった。
【００１１】
また本発明に係る加工を施した抵抗溶接部材は、疲労試験などで繰返応力（変動応力）を受けても、上述した圧縮残留応力状態が殆ど変化せず、導入した圧縮残留応力が疲労強度の向上に安定して寄与していた。しかし、第一加工工程のみまたは第二加工工程のみを行ったような抵抗溶接部材では、圧縮残留応力が導入されたとしても、その圧縮残留応力は繰返応力により解放され易く、疲労強度の向上にはあまり寄与していなかった。
【００１２】
ところで、本発明の加工方法により抵抗溶接部材の疲労強度が顕著に向上するメカニズムは定かではないが、現状では次のように考えられる。先ず、溶接部またはその周辺に存在する引張残留応力を減少させ、さらには圧縮残留応力へシフトすることは、抵抗溶接部材の疲労限度線図上でいう平均応力を低減させ、さらには引張側から圧縮側へシフトすることに相当する。従って、疲労限度線図が一般的に左肩上がりになることを考慮すれば、溶接部またはその周辺に存在する引張残留応力を低減し、さらには圧縮残留応力を導入することによって、その疲労強度が向上することは一見、当然のように思われる。
【００１３】
確かに、被溶接物からなる平滑試験片の疲労限度線図を考えれば、引張残留応力の低減具合さらには圧縮残留応力の導入具合に応じて疲労強度は単純に増加し得る。しかし、スポット溶接継手のような抵抗溶接部材の疲労限度線図は、平滑被溶接物の平滑試験片の疲労限度線図とは異なり、切欠き係数の高い切欠き試験片の疲労限度線図に非常に近い状態にあることが明らかになった（図７参照）。そして、切欠き試験片の疲労限度線図は、平均応力σｍ＝０近傍で急激に変曲していた。具体的には、平均応力σｍ＞０（引張側）の範囲では、疲労強度が平均応力の変化に対して非常に緩やかに変化し、疲労強度の平均応力に対する感度が非常に鈍い。一方、平均応力σｍ＜０（圧縮側）の範囲では、疲労強度が平均応力の変化に対して非常に急峻に変化し、疲労強度の平均応力に対する感度が非常に鋭い。この切欠き試験片の疲労限度線図に基づいて考えると、疲労強度を確実に効率よく向上させるためには、単に引張残留応力を減少させたり、残留応力を零に近づける程度では十分ではなく、平均応力が圧縮側へ十分にシフトする程度に圧縮残留応力が導入されることが重要となる。
【００１４】
本発明の加工方法の場合、抵抗溶接部材の場合も切欠き試験片の場合と同様に、抵抗溶接部材の溶接部またはその周辺の引張残留応力が十分に低減されると共に、疲労破壊の起点となる溶接部の周縁域へ確実に圧縮残留応力が導入された結果、抵抗溶接部材の疲労強度が著しく向上したと考えられる。
【００１５】
《抵抗溶接部材の加工装置》
（１）本発明は、上記の加工方法としてのみならず、その加工方法を実施する加工装置としても把握できる。すなわち本発明は、圧接された電極から投入された電力によりジュール加熱され溶融凝固した溶接部によって接合された被溶接物からなる抵抗溶接部材の加工装置であって、前記溶接部の周縁域に対応する前記被溶接物の環状域へ圧縮加工を加える環状加圧部材と、該環状加圧部材による圧縮加工の開始後に該溶接部の周縁域に内包される内包域に対応する該被溶接物の中央域へ圧縮加工を加える中央加圧部材と、を備えることを特徴とする抵抗溶接部材の加工装置でもよい。
【００１６】
（２）この加工装置は、さらに、前記環状加圧部材に対して前記中央加圧部材を弾性的に支持すると共に該中央加圧部材が受けた荷重の少なくとも一部を弾性的に前記環状加圧部材へ伝達する弾性部材を備え、該環状加圧部材と該中央加圧部材は該弾性部材を介して連動し得ると好適である。
【００１７】
弾性部材を介して環状加圧部材と中央加圧部材が連動するため、上述した第一加工工程（環状圧縮工程）と第二加工工程（中央圧縮工程）を一動作（ワンアクション）で連続的に行うことが可能となり、効率的な加工が可能となる。
【００１８】
なお、環状加圧部材と中央加圧部材が連動して第一加工工程と第二加工工程が連続的に行われる場合でも、第一加工工程の開始後に第二加工工程が開始されることに変わりない。あくまでも、最初に加圧が開始される領域は、溶接部の周縁域または被溶接物の環状域である。但し、第一加工工程の開始後は、それと並行して第二加工工程がなされてもよく、第一加工工程と第二加工工程が終了するタイミングは問わない。第一加工工程の終了後に第二加工工程が終了してもよいし、両工程が同時に終了してもよい。
【００１９】
《抵抗溶接部材》
（１）本発明は、上記の加工方法により得られた抵抗溶接部材でもよい。さらに本発明は、加工方法を問わず、次のような抵抗溶接部材であってもよい。すなわち本発明は、圧接された電極から投入された電力によりジュール加熱され溶融凝固した溶接部によって接合された被溶接物からなる抵抗溶接部材であって、該溶接部の周縁域には、圧縮残留応力（σｒｌ）が環状に分布しており、該周縁域に内包される内包域には、該周縁域の圧縮残留応力（σｒｌ）の最大絶対値（｜σｒｌ｜ｍａｘ）よりも小さい残留応力（σｒｉ）が分布していることを特徴とする抵抗溶接部材としても把握できる。
【００２０】
（２）この場合、内包域の残留応力の最大値（σｒｉｍａｘ）は、最大絶対値（｜σｒｌ｜ｍａｘ）の１／２以下さらには１／３であると好ましい。また、その溶接部は、全体として圧縮残留応力状態となっていると好ましい。なお、圧縮残留応力状態となっているか否かは、測定した溶接部の残留応力のプロフィル（図５参照）に基づき、溶接部の周縁域および内包域について積分した積分値が負であればよい。
【００２１】
《その他》
特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。また、本明細書または図面に記載した種々の下限値または上限値は、任意に組合わされて「ａ〜ｂ」のような範囲を構成し得る。さらに、本明細書または図面に記載した範囲内に含まれる任意の数値を、新たな数値範囲を設定するための上限値または下限値とし得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】被溶接物（ワーク）間に溶接部（ナゲット）が形成される様子を示す抵抗溶接部材（スポット溶接）の概要図である。
【図２Ａ】第一加工工程の一例を示す説明図である。
【図２Ｂ】第二加工工程の一例を示す説明図である。
【図３Ａ】第一加工工程を施す被溶接物の環状域と第二加工工程を施す被溶接物の中央域を示す説明図である。
【図３Ｂ】その環状域に対応した溶接部の周縁域と、その中央域に対応した内包域を示す説明図である。
【図４Ａ】実際のスポット溶接継手の断面を示す写真である。
【図４Ｂ】その平面（スポット溶接面）を示す写真である。
【図４Ｃ】圧縮冷間加工前の溶接部近傍の残留応力プロフィルである。
【図５】実施例に係るスポット溶接継手の残留応力プロフィルである。
【図６】高張力鋼板とそれをスポット溶接した継手（圧縮冷間加工前後）について求めたＳ−Ｎ線図である。
【図７】平滑試験片および切欠き試験片に関する疲労限度線図である。
【図８】実施例に関して、切欠き試験片の疲労限度線図から想定される疲労強度を求めるための説明図である。
【図９】比較例に関する残留応力プロフィルである。
【図１０】比較例に関するＳ−Ｎ線図である。
【図１１】比較例に関して、切欠き試験片の疲労限度線図から想定される疲労強度を求めるための説明図である。
【図１２Ａ】抵抗溶接部材の加工装置の概要図である。
【図１２Ｂ】その加工装置により第一加工工程（環状圧縮工程）が開始された様子を示す説明図である。
【図１２Ｃ】第一加工工程（環状圧縮工程）に並行して第二加工工程（中央圧縮工程）が開始された（さらには終了した）様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。以下では主に本発明の加工方法を取り上げて説明するが、その内容は適宜、加工装置や抵抗溶接部材にも該当する。そして本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成が上述した本発明の構成に付加され得る。
【００２４】
《加工方法》
本発明の加工方法は、主に第一加工工程および第二加工工程からなる。
【００２５】
（１）第一加工工程
第一加工工程は溶接部の周縁域に環状の圧縮残留応力を付与する工程である。溶接部は、被溶接物がジュール加熱により溶融した後、凝固して形成された部分である。いわゆるスポット溶接でいうナゲットである。積層された被溶接物は、この溶接部により、点在的に接合されることになる。このため、接合される被溶接物の間（接合される内面側）を観ると、溶接部により接合されている部分とそうでない部分との間に、周状の溶接端からなる境界が形成される。この境界を本明細書では「溶接部の周縁」といい、その周縁を含む両側近傍を「溶接部の周縁域」という。この周縁域は、周縁を含む限り、その幅は問わない。敢えて言うなら、疲労亀裂の起点が存在し得る範囲となる。
【００２６】
この周縁域へ環状の圧縮残留応力を付与する方法は問わない。例えば、第一加工工程は、溶接部の周縁域に対応する被溶接物の環状域へ圧縮冷間加工を加える環状圧縮工程であると好適である。このような圧縮冷間加工によれば、周縁域への圧縮残留応力の付与が容易である。具体的には、例えば、スポット溶接後の電極痕を目印にして、その外周近傍をリング状のポンチで加圧すればよい。この加圧力（荷重）は、被溶接物の材質や厚さ等を考慮して適宜選択されるとよい。なお、環状域と周縁域とは、必ずしも正確に整合している必要はない。環状域を被溶接物の表面から内側へ延長した領域内に、少なくとも前述した溶接部の周縁の一部が存在すればよい。
【００２７】
（２）第二加工工程
第二加工工程は、第一加工工程の開始後に、上記の周縁域に内包される内包域の引張残留応力を低減する工程である。抵抗溶接により不可避的に導入される引張残留応力が、第一加工工程後も溶接部近傍に大きく残存していると、第一加工工程で導入された圧縮残留応力による疲労強度の向上が望めず、さらには繰返応力が加わった際にその圧縮残留応力が解放され得る。ここで第二加工工程を行うと、第一加工工程により導入された圧縮残留応力は残存しつつ、上記の引張残留応力は確実に低減し、さらには圧縮側へも導き得る。なお、内包域は、前述した周縁の内側であり、周縁域に内包される領域である。この内包域は、周縁域が特定されれば自ずと明らかとなる。
【００２８】
この内包域の引張残留応力を低減する方法は問わないが、例えば、第二加工工程は、溶接部の内包域に対応する被溶接物の中央域へ圧縮冷間加工を加える中央圧縮工程であると好適である。このような圧縮冷間加工によれば、内包域における引張残留応力の低減が容易である。具体的には、例えば、スポット溶接後の電極痕を目印にして、その中央を円柱状のポンチで加圧すればよい。この加圧力も、被溶接物の材質や厚さ等を考慮して適宜選択されるとよい。なお、中央域と内包域とは、必ずしも正確に整合している必要はない。中央域を被溶接物の表面から内側へ延長した領域に内包域が少なくとも一部重なっていればよい。
【００２９】
《被溶接物》
被溶接物の形状、材質などは問わない。代表的な被溶接物は積層した鋼板である。例えば、厚さ０．５〜３ｍｍ程度、含有炭素量（Ｃ）が０．０５〜０．２質量％の軟鋼板が抵抗溶接に用いられる。その他、高強度鋼（ハイテン）、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）、Ｃｕ合金、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ合金などの素材を被溶接物にしてもよい。さらに被溶接物は異種材の組み合わせでもよい。
【００３０】
《抵抗溶接》
抵抗溶接の際に用いる電極の形状、材質などは問わない。電極は通常、円柱状または円筒状の銅製である。円筒状の電極の場合、その内部に冷却水が供給されて電極が強制冷却されていると、電極の損耗が抑制されて好ましい。
【００３１】
被溶接物に外接する電極の端面は、通常、円形または緩やかな円錐形である。このとき、抵抗溶接が良好ならば、溶接部に形成されるナゲット形状も電極端面の形状に倣い、ほぼ円形になり好ましい。
【００３２】
電極から被溶接物へ投入される電力は、交流電力でも直流電力でもよい。その際、電極には定電流を供給しても、定電圧を供給してもよい。定電流を供給する場合、被溶接物が加熱されて高温になるほど発生するジュール熱量が多くなり、被溶接物が溶融凝固したナゲットが確実に形成されるので好ましい。なお、電極から被溶接物に供給する電流値などは、被溶接物の材質、所望するナゲット径、通電時間等により適宜調整される。
【実施例】
【００３３】
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３４】
《試料の製造》
（１）被加工材の製造（抵抗溶接）
被加工材となるスポット溶接継手（抵抗溶接部材）を図１に示すようにして製造した。先ず、スポット溶接に供する４０×１２５×厚さ１ｍｍの高張力鋼板（ＪＩＳ：ＳＰＦＣ９８０Ｙ相当）Ｗ１、Ｗ２（単に「鋼板Ｗ」という。）を用意した。次に図１に示すように、それらの端部を重ねた上下面へ電極１１１、１１２（単に「電極１１」という。）を圧接させ、この電極１１へ通電した。この際、電極１１による鋼板Ｗの加圧力は３ｋＮとした。通電は、６０サイクルの単相交流×実効電流値６．５ｋＡ×通電時間１８サイクルタイムＣｔ（１／６０秒）とした。用いた電極１１は円筒状で、その内部を水冷しつつスポット溶接した。電極の先端部はφ６ｍｍであり、その先端面は曲率半径４０ｍｍの湾曲面とした。
【００３５】
電極１１により鋼板Ｗの領域Ｙが加熱され、その領域Ｙ内の一部が溶融、凝固することによりナゲットＮが形成されて鋼板Ｗは接合される。こうして被加工材となるスポット溶接継手が得られた。
【００３６】
（２）被加工材への圧縮加工
得られた被加工材（スポット溶接継手）へ次のような圧縮加工を施した。ナゲットＮの上下方向（図上）に対応する鋼板Ｗの環状外表両面を図２Ａに示す円筒状ポンチＰｒ（環状加圧部材）で加圧する第一圧縮冷間加工（第一加工工程、環状圧縮工程）を行った。この円筒状ポンチＰｒへは静的圧縮試験機（万能材料試験機）を用いて４０ｋＮの荷重を印可した。なお、円筒状ポンチＰｒの端面を接触させる鋼板Ｗ上の環状域Ｗｒは、電極１１の痕跡を目印に特定した。こうして環状域ＷｒとナゲットＮの周縁域Ｎｒとの対応を図った（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。
【００３７】
この加工後、さらに、ナゲットＮの内包域Ｎｃを上下方向へ延長したところにある鋼板Ｗの円状外表両面（中央域Ｗｃ）を図２Ｂに示す円柱状ポンチＰｃ（中央加圧部材）で加圧する第二圧縮冷間加工（第二加工工程、中央圧縮工程）を行った。この円柱状ポンチＰｃへも同様に４０ｋＮの荷重を印可した。なお、円柱状ポンチＰｃの端面を接触させる鋼板Ｗ上の中央域Ｗｃも、電極１１の痕跡を目印に特定した。こうして中央域ＷｃとナゲットＮの内包域Ｎｃとの対応を図った（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。
【００３８】
以上のようにして、ナゲットＮの溶接端（周縁Ｎｅ）の近傍にできた周縁域Ｎｒへ圧縮残留応力を導入し、さらに、その周縁域Ｎｒに内包された内包域Ｎｃにおける引張残留応力を低減した試料（抵抗溶接部材）を得た。なお、以降では適宜、第一圧縮冷間加工および第二圧縮冷間加工を合わせて単に「圧縮冷間加工」という。
【００３９】
《試料の観察および残留応力の測定》
（１）圧縮冷間加工前の試料
圧縮冷間加工前の試料の外観を図４Ａおよび図４Ｂに示した。図４Ａはその縦断面写真であり、図４Ｂはその平面写真である。なお、図４Ａに示した写真は疲労試験後のものであるため、周縁Ｎｅの左右からそれぞれ上下方向に延びる疲労亀裂が生じている。
【００４０】
この試料（疲労試験前）の残留応力を測定したプロフィルを図４Ｃに示した。測定位置および測定方向は、ナゲットＮの直径を通る鋼板Ｗの延在方向（図４Ｂの平面写真中に示すＣ−Ｃ上）とした。また残留応力の測定は次のようにした。測定位置にＸ線を照射し、得られた回折ピーク位置から結晶格子面間隔の変化を測定するＸ線応力測定法を用いた。この際、ｓｉｎ２φ法により応力値を求めた。特性Ｘ線の種類としては、ＣｒＫα線、回折面には鉄の（２１１）面を用いた。
【００４１】
この残留応力プロフィルから、圧縮冷間加工前の試料では、溶接部およびその周辺が全体的に引張残留応力状態となっていることがわかる。そしてナゲットＮの内包域Ｎｃに、非常に大きな引張残留応力が存在していることが明らかとなった。
【００４２】
（２）圧縮冷間加工後の試料
圧縮冷間加工後の試料の残留応力プロフィルを図５に示した。測定方法は前述した通りである。この残留応力プロフィルから、圧縮冷間加工後の試料では、溶接部の周縁域Ｎｒが圧縮残留応力状態となっており、その内包域Ｎｃの引張残留応力は零に近いところまで低減されていることがわかる。具体的にいうと、内包域Ｎｃの残留応力（σｒｉ）は、高いところでも、周縁域Ｎｒの圧縮残留応力（σｒｌ）の最大絶対値（｜σｒｌ｜ｍａｘ）の１／５以下ぐらいまで低下している。
【００４３】
《疲労試験》
圧縮冷間加工前の試料と、圧縮冷間加工後の試料を用いて、種々の条件下で疲労試験を行った。この疲労試験はＪＩＳ  Ｚ３１３８に基づいて行った。圧縮冷間加工後の試料について得られた試験結果を○、圧縮冷間加工前の試料について得られた試験結果を●として、横軸：破断繰り返し数（Ｎ／回数）、縦軸：荷重範囲（ΔＬ／Ｎ）とする線図（いわゆるＳ−Ｎ線図）上にプロットした。こうして得られた線図を図６に示した。なお、荷重範囲とは、負荷波形の最大荷重と最小荷重の差である。また参考として、既述した高張力鋼板（平滑材）自体のＳ−Ｎ線図も、ＪＩＳ  Ｚ２２７３に基づいて実測し、図６上に重ねて示した。
【００４４】
《評価》
図６に示す線図から明らかなように、本実施例に係る圧縮冷間加工を施すことによって疲労限度が急激に向上している。具体的には、圧縮冷間加工前の試料に対して疲労限度が２．７倍にもなった。これは高張力鋼板の疲労限度にかなり接近するものである。従って本実施例の圧縮冷間加工を施すことにより、スポット溶接した部材でも高い疲労強度ひいては耐久性を確保でき、高張力鋼板の高特性を有効に活用した部材を得ることが可能となる。
【００４５】
《想定メカニズム》
このように本実施例の疲労限度が大幅に向上した理由は、現状、次のように考えられる。先ず、前述の高張力鋼板からなる平滑試験片と、その平滑試験片に切欠き係数α＝６の切欠きを設けた切欠き試験片とに関する疲労限度線図を求めた。これを図７に示す。ここで切欠き試験片（α＝６）を採用したのは、スポット溶接継手のナゲットの周縁状況を代替するためである。また、図７に示した平滑試験片（○印）および試験片（●印）の疲労限度は、ＪＩＳ  Ｚ２２７３に基づく試験を行って得たものである。この際、平均応力σｍは各試験片に与える荷重（応力）で調整し、各試験片へ残留応力は付与しなかった。
【００４６】
図７から明らかなように、切欠き試験片の疲労限度線図は、平滑試験片のものと大きく異なり、平均応力σｍ＝０を境にして疲労強度σｗが急激に変化することがわかった。具体的にいうと、平均応力σｍ＞０のとき（正領域のとき）、切欠き試験片の疲労強度σｗは、平均応力σｍが変化してもほとんど変化しない。つまり、平均応力σｍが減少しても疲労強度σｗはごく僅かな増加に留まる。しかし、平均応力σｍ＜０のとき（負領域のとき）、切欠き試験片の疲労強度σｗは平均応力σｍに対して急激に変化する。つまり、平均応力σｍが低下すると（圧縮側に大きくなると）、疲労強度σｗが急激に向上する。
【００４７】
次に、この切欠き試験片の疲労限度線図上に、応力比Ｒ＝０となる傾きをもち、横軸切片のみが異なる直線Ｌ０、直線Ｌ１および直線Ｌ２を重ねた線図を図８に示した。
【００４８】
ここで応力比Ｒは、試験片に印加される変動応力の最大応力σｍａｘに対するその最小応力σｍｉｎの比（Ｒ＝σｍｉｎ／σｍａｘ）である。各応力は引張応力が正で圧縮応力が負で表されるから、Ｒ＝０はσｍｉｎ＝０かつσｍａｘ＞０を意味する。つまりＲ＝０は、試験片に印加される応力変動が引張応力側の完全片振りであることを意味する。ちなみにこのとき、σｍ＝σｍａｘ／２＝σａ（応力振幅）であるから応力振幅σａは図７および図８に示す線図の縦軸（疲労強度σｗ）と重なる。なお、応力比Ｒ＝０の場合（σａ＝σｗ＝σｍ）を検討するのは、板材を対象とする場合、板材は座屈するため圧縮平均応力の作用を考える必要がないからである。すなわち板材の場合は、引張成分だけを考えるべきだからである。
【００４９】
直線Ｌ０の横軸切片はσｍ＝０であり、この直線上ではσｗ＝σｍとなる。これは、完全片振りの応力変動を考えると、試験片中の残留応力σｒ＝０つまり試験片に残留応力がない状態に相当する。この直線Ｌ０をσｍ＞０へ平行移動させた直線Ｌ１上ではσｗ＜σｍとなる。これは試験片中の残留応力σｒ＞０つまり試験片が引張残留応力状態にあるときに相当する。直線Ｌ０をσｍ＜０へ平行移動させた直線Ｌ２上ではσｗ＞σｍとなる。これは試験片中の残留応力σｒ＜０つまり試験片が圧縮残留応力状態にあるときに相当する。
【００５０】
次に、圧縮冷間加工前の残留応力σｒ１と圧縮冷間加工後の残留応力σｒ２とを、図４Ｃおよび図５の残留応力プロフィルに基づいて次のようにして求める。すなわち、ナゲット径Ｄｎ（本例ではＤｎ≒５ｍｍ）に対して、疲労亀裂が発生する位置は概ね、ナゲット中心から±０．６Ｄｎに相当する。そこで疲労亀裂発生位置の残留応力として、±（０．５〜０．７）Ｄｎにおける残留応力の平均値を求めた。
【００５１】
さらに、横軸切片をσｍ＝σｒ１とする直線Ｌ１および横軸切片をσｍ＝σｒ２とする直線Ｌ２と、切欠き試験片（切欠き係数α＝６）の疲労限度線図との交点Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ求め、これらＰ１、Ｐ２における疲労強度σｗをそれぞれσｗ１、σｗ２とする。
【００５２】
そうすると、図８の疲労限度線図上からσｗ１＝５６ＭＰａ、σｗ２＝１４０ＭＰａが求まる。これらの比率を求めると、σｗ２／σｗ１＝２．５となる。これは図７に示したＳ−Ｎ線図から得られた圧縮冷間加工前後の試料の疲労限度の比率２．７に酷似している。
【００５３】
この結果から、切欠き試験片（切欠き係数α＝６）が本実施例に係るスポット溶接継手を巧く代替しており、この切欠き試験片の疲労限度線図（図７および図８）をベースにした残留応力σｒと疲労強度σｗに関する上述の説明が妥当であるといえる。
【００５４】
以上のことを踏まえて検討すると、圧縮冷間加工した試料の疲労強度が大幅に向上したのは、その試料の溶接部が圧縮残留応力状態（σｒ＜０）にあったためと考えられる。特に、σｍ＝０のときに求まる疲労強度σｗ０（＞０）よりも大きな圧縮残留応力σｒ０（σｒ０＜−σｗ０）が圧縮冷間加工後の試料に付与されていたために、その疲労強度σｗが大幅に向上したと考えられる。
【００５５】
《比較例》
（１）前述した第一圧縮冷間加工と同様な圧縮冷間加工（印加荷重：１０ｋＮ）のみを行い、鋼板Ｗの環状域ＷｒまたはナゲットＮの周縁域Ｎｒに存在していた引張残留応力（図４Ｃ参照）を、ほぼ零に近い圧縮応力側へシフトさせた比較試料を用意した。この比較試料の残留応力プロフィルを図９に、Ｓ−Ｎ線図を図１０にそれぞれ示した。測定方法または試験方法は既述の通りである。
【００５６】
（２）図９および図１０から明らかなように、スポット溶接継手に従来のような圧縮冷間加工を単に加えても、疲労強度（疲労限度）の向上は高々１．４倍程度と僅かである。
【００５７】
この理由は図１１に示す線図から次のように考えられる。図１１は、前述した切欠き試験片について得られた疲労限度線図（図８の線図と同様）上に直線Ｌ３を重ねたものである。直線Ｌ３は、前述した直線Ｌ０や直線Ｌ１と同じ傾き（応力比Ｒ＝０：σｗ／σｍ＝１）を有し、図９に示した残留応力プロフィルから求まる残留応力σｒ３を横軸切片とする直線である。
【００５８】
上記の圧縮冷間加工を比較試料へ加えた場合、直線Ｌ１は直線Ｌ３へ移動する。この際、残留応力σｒ１に相当する位置から残留応力σｒ３に相当する位置へ、横軸切片が大きく移動している。ところが、このような範囲（σｒ＞σ０さらにはσｒ≧０）では、ベースとなる疲労限度線図の傾斜が非常に緩やかである。つまり、平均応力σｍひいては残留応力σｒに対して疲労強度σｗの感度が非常に鈍い。このため、σｒ１→σｒ３へ引張残留応力が大幅に低減しても、直線Ｌ３と疲労限度線図との交点Ｐ３から求まる疲労強度σｗ３は、前述した疲労強度σｗ１に対して僅かしか向上していない。
【００５９】
ここでσｒ３は、前述した−σｗ０にほぼ等しい。そうすると、圧縮残留応力の付与により疲労強度σｗを効果的に向上させるためには、残留応力プロフィルから求まる残留応力σｒを−σｗ０よりも小さくするのが好ましいといえる。
【００６０】
《抵抗溶接部材の加工装置》
（１）構成
被加工材（スポット溶接継手）への圧縮冷間加工は、上述したように独立した円筒状ポンチＰｒおよび円柱状ポンチＰｃを個別に用いて行う他、図１２Ａに示すような加工装置Ｄを用いて行うこともできる。この加工装置Ｄは、環状パンチ１（環状加圧部材）と中央パンチ２（中央加圧部材）とバネ３（弾性部材）とプレス機（例えば静的圧縮試験機）のパンチ等による加圧源（図略）とからなり、スポット溶接後の鋼板Ｗの上下両側にそれぞれ配置されている。なお、既述した部分と共通する部分には同じ符号を付して説明する。
【００６１】
環状パンチ１は、鉄鋼（工具鋼等）からなる高剛性な円筒体からなり、鋼板Ｗの環状域Ｗｒに当接する環状端面１ａを有する。環状パンチ１の内外径および環状端面１ａの端面形状は図２Ａに示した円筒状ポンチＰｒと同様である。
【００６２】
中央パンチ２も、鉄鋼製の高剛性体からなり、環状パンチ１に内挿される円柱部２１と、円柱部２１の一端側に設けられた円環状の鍔部２２とからなる。そして円柱部２１の円状端面２１ａが鋼板Ｗの中央域Ｗｃに当接し得る。円柱部２１の外径および円状端面２１ａの端面形状も、図２Ｂに示した円柱状ポンチＰｃと同様である。
【００６３】
バネ３は、中央パンチ２の円柱部２１に外挿され、その鍔部２２の環状端面２２ｂと環状パンチ１の環状端面１ｂとの間で保持されている。このバネ３のバネ定数は２８．１ｋＮ／ｍｍとした。またバネ３は、鍔部２２の円状端面２２ａに圧縮力が作用し、環状パンチ１が環状域Ｗｒの圧縮を開始した後（図１２Ｂ参照）、円柱部２１の円状端面２１ａが鋼板Ｗの中央域Ｗｃに当接しても（図１２Ｃ参照）、密着しないように自然長またはセット長（図１２Ａに示すときの長さ）が設定されている。ちなみに本実施例の場合、鍔部２２に荷重（加圧力）が印加されてから円柱部２１の円状端面２１ａが中央域Ｗｃに当接するまでにバネ３は１．２８ｍｍ圧縮されるように設定した。
【００６４】
（２）作用
先ず、円柱部２１の円状端面２１ａが鋼板Ｗの中央域Ｗｃに当接するまで、バネ３の圧縮量に比例した荷重の全てが環状パンチ１に印加される。この荷重により、環状パンチ１による鋼板Ｗの環状域Ｗｒの圧縮冷間加工がなされる（第一加工工程、環状圧縮工程）。
【００６５】
次に、円柱部２１の円状端面２１ａが鋼板Ｗの中央域Ｗｃに当接すると、環状パンチ１による鋼板Ｗの環状域Ｗｒへの荷重はほぼ一定に維持されたまま、円柱部２１によって鋼板Ｗの中央域Ｗｃが急激に加圧されるようになる。円柱部２１は、バネ３のバネ定数よりも遥かに大きい弾性率を有し、ほぼ剛体（荷重が付与されてもほとんど圧縮されない）だからである。こうして中央パンチ２の円柱部２１により、鋼板Ｗの中央域Ｗｃが圧縮冷間加工される（第二加工工程、中央圧縮工程）。
【００６６】
このように本実施例の加工装置Ｄを用いれば、中央パンチ２へ荷重を印加する一動作により、環状域Ｗｒの圧縮冷間加工と中央域Ｗｃの圧縮冷間加工とを連続的に行える。この点で、前述した円筒状ポンチＰｒおよび円柱状ポンチＰｃを用いる場合（図２Ａおよび図２Ｂ）とは大きく異なる。
【００６７】
（３）測定
前述した円筒状ポンチＰｒと円柱状ポンチＰｃを用いて圧縮冷間加工を順次行った場合（試料Ａ１〜Ａ５）と、加工装置Ｄを用いて連続的に圧縮冷間加工を行った場合（試料Ｂ１）とについて、スポット溶接後の鋼板Ｗに導入された周縁域の残留応力σｒｌと内包域の残留応力σｒｉを既述した方法で求めた。すなわち、先ず、鋼板Ｗの測定領域（スポット溶接した表面部分）に生じている残留応力プロフィルを測定した。次に、この残留応力プロフィルに基づき、ナゲット中心からの半径が（０．５〜０．７）Ｄｎ（本実施例のナゲット径Ｄｎ≒５ｍｍ）である環状域Ｗｒに生じている残留応力の平均値を、残留応力σｒｌとして算出した。また、その環状域Ｗｒの内周域（半径０．５Ｄｎの円周内域）である中央域Ｗｃに生じている残留応力の平均値を、残留応力σｒｉとして算出した。こうして各試料について得られた残留応力σｒｌ、σｒｉを荷重と共に表１に示した。
【００６８】
また、各試料について既述した疲労試験を行い、各試料の疲労強度も求めた。その結果を表１に併せて示した。
【００６９】
なお、表１に参考例として示した試料Ｃ０は、スポット溶接後に圧縮冷間加工を一切施さなかった場合である。試料Ｃ１は、円筒状ポンチＰｒによる圧縮冷間加工（第一加工工程）のみで、円柱状ポンチＰｃによる圧縮冷間加工（第二加工工程）を行わなかった場合である。試料Ｃ２、Ｃ３は、第二加工工程の荷重が小さく、周縁域に十分に大きな圧縮残留応力σｒｌを付与できなかった場合（σｒ３≦σｒｌとなる場合）である。
【００７０】
（４）評価
表１から以降のことがわかる。先ず、試料Ａ１〜Ａ５と試料Ｃ１〜Ｃ３とを比較すると明らかなように、疲労強度が大きく向上する場合、周縁域に十分に大きな圧縮残留応力（σｒｌ＜σｒ３）が付与されており、内包域の残留応力σｒｉも十分に小さくなっていた。このような状態は、第二加工工程で大きな荷重を印加している場合に生じている。特に試料Ａ５のように、第一加工工程の荷重が小さくても、第二加工工程で十分な荷重を印加すれば、疲労強度は大幅に向上することがわかった。
【００７１】
逆にいうと、疲労強度があまり向上していない試料では、周縁域に圧縮残留応力（σｒ３＜σｒｌ）が殆ど付与されておらず、内包域にも大きな引張残留応力が生じたままになっていた。このような状態は、第二加工工程がなされないか、第二加工工程で印加される荷重が小さい場合に生じている。特に試料Ｃ３のように、第一加工工程の荷重が十分に大きくても、第二加工工程の荷重が小さいと、疲労強度はほとんど向上しなかった。
【００７２】
また試料Ｂ１からわかるように、第一加工工程に続いて第二加工工程が連続的になされる場合でも、疲労強度が十分に向上し得ることがわかった。この場合も、やはり、周縁域には大きな圧縮残留応力が付与されおり、内包域の残留応力σｒｉも当初の引張残留応力（試料Ｃ０）が大幅に低減されたものとなっていた。ちなみに、試料Ｂ１の場合、第一加工工程により環状域Ｗｒに印加される荷重は最終的に３６ｋＮであり、第二加工工程により中央域Ｗｃに印加される荷重は最終的に全荷重の残部である４４ｋＮであった。
【００７３】
【表１】
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【符号の説明】
【００７４】
Ｗ      ワーク（被溶接物）
Ｗｒ    環状域
Ｗｃ    中央域
Ｎ      ナゲット（溶接部）
Ｎｒ    周縁域
Ｎｃ    内包域
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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