(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板から形成した閉断面部材と鋼板からなる平板状部材とを重ね合わせ、前記閉断面部材側においては前記平板状部材との重ね合わせ部から離間した位置に給電電極を設置し、前記平板状部材側においては前記閉断面部材との重ね合わせ部に溶接電極を配置して加圧しながら押し当て、前記溶接電極と前記給電電極との間で通電することによって前記閉断面部材と前記平板状部材とを溶接するインダイレクトスポット溶接方法であって、
前記溶接電極は、電極先端部の直径Ｄ１が３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲、前記電極先端部の先端Ｒが１０ｍｍ以上であり、且つ、前記電極先端部の周縁から電極外周に向かう傾斜面の、電極軸と直交する方向に対する傾斜角度θが１０〜３０°の範囲である円すい台ラジアル形（ＣＲ形）の形状の電極であり、
前記閉断面部材と平板状部材との間の鋼板間隙間を２．０ｍｍ以下とするとともに、前記平板状部材をなす鋼板の板厚をｔ２としたとき、溶接通電中の電極加圧力Ｐを０．５ｋＮ以上、且つ、下記（１）式で表される電極加圧力の最大値Ｐｍａｘ（ｋＮ）以下とし、さらに、前記電極加圧力Ｐを溶接通電中において一定とし、直流電源を用いて溶接することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
Ｐｍａｘ（ｋＮ）  ＝  ２．０  ＋  ｔ２ ・・・（１）
｛但し、上記（１）式において、Ｐｍａｘ：電極加圧力の最大値（ｋＮ）、ｔ２：平板状部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）を示す。｝
【請求項２】
前記溶接電極は、前記電極先端部の先端Ｒが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
【請求項３】
溶接通電中において、前記溶接電極及び前記給電電極に印加する溶接電流ＷＣを一定とするとともに、前記溶接電流ＷＣを５ｋＡ以上１２ｋＡ以下の範囲とし、通電時間ＷＴを０．１ｓ以上０．５ｓ以下の範囲とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
【請求項４】
前記閉断面部材及び前記平板状部材をなす鋼板表面の接触抵抗が１０ｍΩ以上２００ｍΩ以下の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
【請求項５】
前記閉断面部材をなす鋼板の板厚ｔ１（ｍｍ）と、前記平板状部材をなす鋼板の板厚ｔ２（ｍｍ）との関係が、下記（２）〜（４）式を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
ｔ１  ＞  ｔ２      ・・・・・・（２）
１．０    ≦  ｔ１  ≦  ２．３      ・・・・・（３）
０．４５  ≦  ｔ２  ≦  ｔ１        ・・・・・（４）
｛但し、上記（２）〜（４）式において、ｔ１：閉断面部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔ２：平板状部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）を示す。｝
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板からなる部材同士を溶接するにあたり、一方の側から溶接電極を加圧するとともに他方の側には給電電極を設置し、これら各電極間で通電することでスポット溶接を行うインダイレクトスポット溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の車体や部品を溶接するに際しては、抵抗スポット溶接方法の一種であるダイレクトスポット溶接方法が用いられている。また、近年、自動車の剛性向上や軽量化を目的として、ハイドロフォーミングやロール成形等によって製造された、中空形状の閉断面構造部材が自動車に適用されつつある。このような部材は、閉断面構造であるが故、他部材との溶接を行う際に、両部材側からの電極加圧が必要な通常のダイレクトスポット溶接方法を適用することが困難である。このため、閉断面部材を溶接する場合には、一方の部材側からのアクセスで溶接を行うことが可能なアーク溶接が採用されている。
【０００３】
しかしながら、特に自動車分野においては、高い生産性や溶接機の共通化、生産コスト等を考慮した場合、車体溶接方法の主流であるスポット溶接の採用が望まれる。このため、閉断面部材を溶接するにあたっては、中空の部材形状に対応可能なインダイレクトスポット溶接方法を採用することも検討されている。このインダイレクトスポット溶接方法とは、例えば、一方の部材側から溶接電極を加圧しながら押し当てるとともに、他方の部材側には給電電極を設置して、これら溶接電極と給電電極との間で通電することでスポット溶接を行う方法である。
【０００４】
以下、図１（ａ）を参照して、インダイレクトスポット溶接方法について説明する。鋼板を中空状に成形した閉断面部材をスポット溶接する場合、他部材である平板状部材との溶接は、片側から溶接電極で加圧しながら、この溶接電極と給電電極との間で通電し、被溶接箇所を溶融させる方法となる。このように、閉断面部材のスポット溶接にあたっては、電極同士が鋼板を挟んで直に対向することが不可能なので、図示例のように、溶接箇所において平板状部材側から溶接電極を加圧しながら押し当て、閉断面部材側に給電電極を配置する等の方法が採用されている。そして、溶接電極と給電電極との間で通電することで、溶接電極を押し当てた箇所において鋼板母材の溶融が生じ、閉断面部材と平板状部材とを溶接することができる。
【０００５】
ここで、例えば、平板状部材同士をスポット溶接する工程等、部材周辺にスペース的な余裕があり、部材を上下から挟み込むことが可能な開口が得られる場合においては、一般的なダイレクトスポット溶接方法が用いられる。一方、自動車用ピラー等のような中空の閉断面部材をスポット溶接する場合には、閉断面部材の内部に溶接電極を設置することはスペース面で困難であり、部材をなす鋼板を両部材側から電極で挟み込むことが出来ないことから、上述したようなインダイレクトスポット溶接方法を適用することが望まれている。
【０００６】
しかしながら、上述のようなインダイレクトスポット溶接方法においては、被溶接部材の片側からのみ溶接電極で加圧する方法のため、この加圧力が大き過ぎると溶接中の温度上昇によって鋼板の強度が低下し、溶接部が加圧方向に大きく変形した状態となる。このため、溶接電極と各部材をなす鋼板との間や、鋼板同士の接触面積が増加して電流密度が低下し、鋼板同士が重ね合わせられた被溶接箇所において溶融金属が生成され難くなる。即ち、従来のインダイレクトスポット溶接方法では、安定して十分なナゲット径を確保することが困難となり、その結果、溶接部の強度が低下する場合がある。一方、上述のような溶接電極と鋼板あるいは鋼板同士の接触面積の増加を防止するために溶接電極の加圧力を低下させた場合には、接触部分の面積が減少することで当該箇所の温度が急激に上昇し、散りが発生してナゲット径がばらつく等の問題が生じることがある。このため、インダイレクトスポット溶接方法を閉断面部材の溶接に適用した場合には、適正な加圧力や電流範囲が非常に狭いことから、自動車分野等における実生産が困難であるという問題があった。
【０００７】
上述のような、インダイレクトスポット溶接において安定したナゲット径を得るため、通電時間を２つの時間帯に区分し、最初の時間帯においては高い加圧力且つ低い溶接電流で通電した後、次の時間帯においては低い加圧力且つ高い溶接電流で通電を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような方法によれば、インダイレクトスポット溶接の初期段階で、溶接電極と鋼板との間、並びに、鋼板同士をなじませて接触面積を確保した後、低い加圧力として高い溶接電流を通電することで電流密度を確保することで、ナゲット径が安定して得られるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１９４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の方法を適用した場合であっても、特に鋼板間に隙間がある場合には、閉断面部材をインダイレクトスポット溶接する際の電流密度が適正とならず、溶接時にちりが発生したり、ナゲット径のばらつきが大きくなったりするという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、溶接電極と鋼板との間、並びに、鋼板同士の接触面積の増減に伴って電流密度がばらつくのを抑制でき、ちりが発生することなくナゲット径を安定して確保でき、強度特性に優れた溶接部を形成させることが可能なインダイレクトスポット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】
【００１１】
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、インダイレクトスポット溶接方法を用いて中空の閉断面部材を溶接するにあたり、まず、溶接電極の先端形状を適正化することで、溶接時における溶接電極と鋼板との間、並びに、鋼板同士の接触面積を適正に確保できることを知見した。このような電極形状の適正化に加え、さらに、直流電源を用いたインダイレクトスポット溶接方法を採用することにより、溶接箇所の電流密度を適正に制御し、ちりの発生を抑制しながら十分なナゲット径を確保することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１２】
［１］  鋼板から形成した閉断面部材と鋼板からなる平板状部材とを重ね合わせ、前記閉断面部材側においては前記平板状部材との重ね合わせ部から離間した位置に給電電極を設置し、前記平板状部材側においては前記閉断面部材との重ね合わせ部に溶接電極を配置して加圧しながら押し当て、前記溶接電極と前記給電電極との間で通電することによって前記閉断面部材と前記平板状部材とを溶接するインダイレクトスポット溶接方法であって、前記溶接電極は、電極先端部の直径Ｄ１が３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲、前記電極先端部の先端Ｒが１０ｍｍ以上であり、且つ、前記電極先端部の周縁から電極外周に向かう傾斜面の、電極軸と直交する方向に対する傾斜角度θが１０〜３０°の範囲である円すい台ラジアス形（ＣＲ形）の形状の電極であり、前記閉断面部材と平板状部材との間の鋼板間隙間を２．０ｍｍ以下とするとともに、前記平板状部材をなす鋼板の板厚をｔ２としたとき、溶接通電中の電極加圧力Ｐを０．５ｋＮ以上、且つ、下記（１）式で表される電極加圧力の最大値Ｐｍａｘ（ｋＮ）以下とし、さらに、前記電極加圧力Ｐを溶接通電中において一定とし、直流電源を用いて溶接することを特徴とするインダイレクトスポット溶接方法。
Ｐｍａｘ（ｋＮ）  ＝  ２．０  ＋  ｔ２ ・・・（１）
｛但し、上記（１）式において、Ｐｍａｘ：電極加圧力の最大値（ｋＮ）、ｔ２：平板状部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）を示す。｝
［２］  前記溶接電極は、前記電極先端部の先端Ｒが１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする［１］に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
［３］  溶接通電中において、前記溶接電極及び前記給電電極に印加する溶接電流ＷＣを一定とするとともに、前記溶接電流ＷＣを５ｋＡ以上１２ｋＡ以下の範囲とし、通電時間ＷＴを０．１ｓ以上０．５ｓ以下の範囲とすることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のインダイレクトスポット溶接方法。
［４］  前記閉断面部材及び前記平板状部材をなす鋼板表面の接触抵抗が１０ｍΩ以上２００ｍΩ以下の範囲であることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載のインダイレクトスポット溶接方法。
［５］  前記閉断面部材をなす鋼板の板厚ｔ１（ｍｍ）と、前記平板状部材をなす鋼板の板厚ｔ２（ｍｍ）との関係が、下記（２）〜（４）式を満たすことを特徴とする上記［１］〜［４］の何れかに記載のインダイレクトスポット溶接方法。
ｔ１  ＞  ｔ２      ・・・・・・（２）
１．０    ≦  ｔ１  ≦  ２．３      ・・・・・（３）
０．４５  ≦  ｔ２  ≦  ｔ１        ・・・・・（４）
｛但し、上記（２）〜（４）式において、ｔ１：閉断面部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔ２：平板状部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）を示す。｝
【００１３】
なお、本発明において説明する閉断面部材とは、鋼板を成形することで得られる、例えば、中空状や管状の部材を指し、また、平板状部材とは、平板状とされた鋼板をそのままか、あるいは、微細な加工を加えた概ね平板状の部材を指す。
【００１４】
また、本発明において説明する「溶接電極の電極先端部の先端Ｒが１０ｍｍ以上」とは、電極先端部の形状がほぼ無限大となる場合をも含むものである。即ち、先端Ｒがほぼ無限大の場合には、電極先端部の先端形状が概ね平面状となるケースも含まれるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のインダイレクトスポット溶接方法によれば、インダイレクトスポット溶接方法を用いて中空の閉断面部材を溶接するにあたり、溶接電極の先端形状を適正化するとともに、さらに、直流電源を用いることにより、溶接時における溶接電極と鋼板との間、並びに、鋼板同士の接触面積を適正に確保しながら、溶接箇所の電流密度を適正に制御し、ちりの発生を抑制するとともに十分なナゲット径を確保することができる。これにより、良好な作業性を維持しつつ、信頼性が高く強度特性に優れた溶接部を形成させることが可能となる。従って、例えば、自動車用部品の製造や車体の組立等の工程において本発明のインダイレクトスポット溶接方法を適用することで、生産性の向上の他、車体全体の剛性向上や軽量化により、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】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態であるインダイレクトスポット溶接方法の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）は閉断面部材状に平板状部材を重ね合わせて溶接電極を押し当てた状態を示す断面図、（ｂ）は重ね合わされた閉断面部材と平板状部材とが溶接電極によって加圧された状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態であるインダイレクトスポット溶接方法の一例を模式的に説明する図であり、溶接電極の電極先端形状を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態であるインダイレクトスポット溶接方法の他の例を模式的に説明する図であり、閉断面部材を介して２枚の平板状部材を重ね合わせ、インダイレクトスポット溶接を行う場合の断面図である。
【図４】本発明の実施形態であるインダイレクトスポット溶接方法について説明する図であり、溶接通電中における加圧力及び通電パターンの一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態であるインダイレクトスポット溶接方法について説明する図であり、溶接電極による加圧力及び板厚と溶接可否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】
【００１７】
以下、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法について、主に図１〜図５を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明におけるインダイレクトスポット溶接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。
【００１８】
近年、特に自動車分野において、車体の剛性向上や軽量化を目的として、ハイドロフォーミングやロール成形等によって製造された中空形状の閉断面構造部材を使用するニーズが高まっている。また、このような閉断面部材と他部材とを接合するにあたっては、両部材側からの電極加圧が必要な通常のダイレクトスポット溶接方法を適用することが困難であることから、中空の部材形状に対応可能なインダイレクトスポット溶接方法を採用することが望まれている。しかしながら、従来のインダイレクトスポット溶接方法では、溶接電極と鋼板との間や鋼板同士の接触面積が増加した場合に電流密度が低下して溶接金属が生成され難くなり、十分なナゲット径が得られないという問題があった。一方、溶接電極の加圧力を低くした場合には、接触部分の面積が減少することでこの部分の温度が急激に上昇し、散りが発生してナゲット径がばらつく等の問題があった。これに対し、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法においては、上述したように、溶接電極の先端形状を適正化するとともに、さらに、直流電源を用いる方法を採用している。これにより、従来と同様のスポット溶接設備を用いて、溶接時における溶接電極と鋼板との間、並びに、鋼板同士の接触面積を適正に確保しながら、溶接箇所の電流密度を適正に制御し、ちりの発生を抑制するとともに十分なナゲット径を確保することで、信頼性が高く強度特性に優れた溶接部を形成させることが可能となる。
【００１９】
即ち、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼板から形成した閉断面部材１と鋼板からなる平板状部材２とを重ね合わせ、閉断面部材１側においては平板状部材２との重ね合わせ部Ａから離間した位置に給電電極４を設置し、平板状部材２側においては閉断面部材１との重ね合わせ部Ａに溶接電極５を配置して加圧しながら押し当て、溶接電極５と給電電極４との間で通電することによって閉断面部材１と平板状部材２とを溶接する方法である。そして、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法は、溶接電極５として、電極先端部５１の直径Ｄ１が３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲、電極先端部５１の先端Ｒが１０ｍｍ以上であり、且つ、電極先端部５１の周縁５１ａから電極外周５２に向かう傾斜面５１ｂの、電極軸５Ａと直交する方向に対する傾斜角度θが１０〜３０°の範囲であるものを用いるとともに、直流電源を用いて溶接する方法とされている。
【００２０】
本発明において用いられるインダイレクトスポット溶接方法では、図１（ａ）に示す例のように、まず、被溶接材である閉断面部材１と平板状部材２とを重ね合わせる。
また、図示例においては、閉断面部材１と平板状部材２との重ね合わせ部Ａの位置において、平板状部材２側に溶接電極５を配置するとともに、中空状の閉断面部材１における溶接電極５とは反対側の位置に、給電電極４が設置されている。
【００２１】
そして、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、閉断面部材１と平板状部材２とを重ね合わせた部分Ａに、平板状部材２側から溶接電極５を押し当てながら、この溶接電極５と給電電極４との間で通電することにより、閉断面部材１及び平板状部材２をなす各鋼板の間に溶融金属を形成させる。この溶融金属は、溶接通電が終了した後、水冷された溶接電極５による抜熱や鋼板中への熱伝導によって急速に冷却されて凝固する。これにより、図１（ｂ）に示すように、閉断面部材１と平板状部材２との間に、断面楕円形状のナゲット（溶接金属部）３が形成される。このようなナゲット３が形成されることにより、鋼板からなる閉断面部材１と平板状部材２とが溶接される。
【００２２】
あるいは、図３に示す例のように、閉断面部材１を介して２枚の平板状部材２Ａ、２Ｂを重ね合わせ、これら平板状部材２Ａ、２Ｂの各々の側から溶接電極５（並びに給電電極４）を押し付けつつ通電することにより、閉断面部材１と平板状部材２Ａとの間、並びに、閉断面部材１と平板状部材２Ｂとの間に図示略のナゲットを形成させることで、これら各部材が溶接される。なお、図３に示す各構成においては、各々の名称を区別するため、符号４を給電電極と称しているが、溶接電極５側と同様に溶接部が形成されるので、両電極に実質の相違は無い。
以下、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法において規定する各条件について詳述する。
【００２３】
「溶接電極」
本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法では、上述したように、溶接電極５として、図２に示すような、電極先端部５１の直径Ｄ１が３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲、電極先端部５１の先端Ｒが１０ｍｍ以上であり、且つ、電極先端部５１の周縁５１ａから電極外周５２に向かう傾斜面５１ｂの、電極軸５Ａと直交する方向に対する傾斜角度θが１０〜３０°の範囲であるものを用いる。
【００２４】
ここで、電極先端部の直径Ｄ１が３ｍｍ未満だと、母材（鋼板）を溶融できたとしても、形成されるナゲットの径が十分とならず、継手強度不足となるおそれがある。一方、閉断面部材１及び平板状部材２をなす鋼板同士の重ね合わせ部を溶融溶接させるためには、高い電流密度を維持することが必要となる。電極先端部の直径Ｄ１が６ｍｍ超では、鋼板同士の重ね合わせ部における接触径（接触面積）が過大となって電流密度が不足し、溶接溶融させることが困難になるおそれがある。従って、本発明では、インダイレクトスポット溶接に用いる溶接電極５の電極先端部５１の直径Ｄ１を、３ｍｍ以上６ｍｍ以下に限定した。
【００２５】
また、電極先端部の先端Ｒが１０ｍｍ未満だと、鋼板同士の重ね合わせ部における接触面積が不足し、母材を溶融できたとしても、ナゲットの径が十分とならず、継手強度不足となるおそれがある。
【００２６】
一方、本発明で説明する電極先端部の先端Ｒは１０ｍｍ以上である。この場合、先端Ｒは、ほぼ無限大のＲをも含むものとして捉えることができ、先端Ｒがほぼ無限大の場合には、電極先端部５１の先端形状は概ね平面状となるケースも含まれる。このような場合の電極先端形状としては、例えば、ＪＩＳ  Ｃ９３０４で規定されるＰ形（ポイント形）が挙げられる。
【００２７】
なお、Ｐ形以外の電極では、電極先端部の先端Ｒが５０ｍｍ超だと、溶接電極と鋼板との間を溶接するにあたって望ましい電極先端の中央からの接触が困難になり、電極先端部の周囲全体のみ、あるいは、その一部のみが鋼板と接触する状態となるか、又は、電極先端部全体が鋼板に接触できたとしても鋼板が加圧方向に変形するため、先端周囲にのみ高い圧力が分布する状態となる場合もある。このような場合には、ナゲットの径が十分でなくなったり、リング状に形成された状態となったりすることから、高い継手強度を得るのが困難になるおそれがある。このため、本発明では、インダイレクトスポット溶接に用いる溶接電極５の電極先端部５１の先端Ｒを１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とすることが、上記問題を解決できる点からより好ましい。
【００２８】
また、本発明では、図２中に示すような、電極先端部５１の周縁５１ａから電極外周５２に向かう傾斜面５１ｂの、電極軸５Ａと直交する方向に対する傾斜角度θの範囲を規定している。このような、電極先端部５１における傾斜面５１ｂの傾斜角度θ（図２参照）を適正角度に規定することにより、インダイレクトスポット溶接の工程後期段階において、電極先端部５１と鋼板との接触面積が増加するため、ちりの発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
上述のような、電極先端部５１における傾斜面５１ｂの傾斜角度θが１０°未満だと、インダイレクトスポット溶接の工程後期段階において、電極先端部５１の傾斜面５１ｂと鋼板との接触面積が増加し過ぎ、電流密度の低下によってナゲット径が十分でなくなるおそれがある。
また、上記傾斜角度θが３０°を超えると、インダイレクトスポット溶接の工程後期段階において接触面積が増加し難くなるので、ちりの発生を抑制する効果が得られ難くなる。
従って、本発明では、インダイレクトスポット溶接に用いる溶接電極５に関し、図２中に示すような電極先端部５１の傾斜面５１ｂの傾斜角度θを１０〜３０°の範囲に規定した。
【００３０】
本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法で用いられる溶接電極５の形状としては、ＪＩＳ  Ｃ９３０４で規定されるような各種形状を採用することができ、図２においては、代表例として、ＣＲ形（円すい台ラジアス形）のものを示している。本発明では、上記のＣＲ形の溶接電極に代表されるように、電極先端部の直径Ｄ１を可能な限り小さくすることが可能な形状の溶接電極を採用することが、ちりの発生を抑制しながら電流密度を適正に制御し、十分なナゲット径が得られる点から好ましい。特に、本発明では、上記のＣＲ形の他、溶接電極５と鋼板との間、並びに、鋼板同士の接触面積を小さく維持でき、電流密度の低下を防止することが可能なＰ形（ポイント形）、ポイントドーム形（ＰＤ形）、ポイントドームラジアス形（ＰＲ形）の内の何れかの形状の電極を用いることが好ましい。
【００３１】
なお、本発明において、給電電極４の形状は特に問わない。しかしながら、給電電極４として溶接電極５と同形状のものを採用することが、図３に示すような、閉断面部材１を介して２枚の平板状部材２Ａ、２Ｂを重ね合わせ、これら平板状部材２Ａ、２Ｂの両側から溶接電極５及び給電電極４を押し付けつつ通電することで、各部材を一度の工程で溶接することが可能となる点から好ましい。
【００３２】
「電源（直流電源）」
本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法では、溶接用の電源として直流電源を採用している。一般的なスポット溶接方法において用いる電源としては、直流電源の他、交流電源も使用されることもあるが、交流電源を用いた場合、ピーク電流が高くなった際にちりが発生し易く、また、電流が増減するが故に発熱効率が低くなる。このため、交流電源を用いた場合には、適正な溶接条件の範囲が非常に狭くなるという問題がある。これに対し、直流電源は、一定の電流値を維持しながら通電を行うことから、ちりの発生の抑制と発熱効率の向上を両立でき、適正な溶接条件の範囲が大きくなり、溶接工程における条件設定も非常に容易になる。従って、本発明のインダイレクトスポット溶接方法においては、溶接用の電源として直流電源を採用している。
【００３３】
「その他の溶接条件」
以下に、本実施形態のインダイレクトスポット溶接方法における、その他の溶接条件について説明する。本発明においては、溶接電流や通電時間等の具体的な数値に関しては特に限定されず、一般的な高強度鋼板を溶接するインダイレクトスポット溶接方法において、従来から採用されている電流値や通電時間等と同程度とすることができるが、より好ましくは、以下のような条件とする。
【００３４】
本実施形態においては、図４のグラフに例示するように、溶接通電中において、溶接電極５及び給電電極４に印加する溶接電流ＷＣを一定とすることが好ましい。さらに、本実施形態では、溶接電流ＷＣを５ｋＡ以上１２ｋＡ以下の範囲とし、溶接時の通電時間ＷＴを０．１ｓ以上０．５ｓ以下の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
溶接電流ＷＣが５ｋＡ未満だと、十分な発熱が得られず、母材（鋼板）を溶融溶接するのが困難になる。また、溶接電流ＷＣが１２ｋＡを超えると、ちりの発生や溶接部の変形が顕著となり、溶接不良となるおそれがある。従って、本実施形態では、溶接電流ＷＣを５ｋＡ以上１２ｋＡ以下の範囲とすることが好ましい。
【００３６】
また、溶接時の通電時間ＷＴが０．１ｓ未満だと、十分なナゲット径を確保するのが困難となり、仮に、ナゲット径を確保するために溶接電流ＷＣを増加させた場合には、ちりが発生するという問題がある。また、通電時間ＷＴが０．５ｓを超える際には、低電流の溶接電流ＷＣとの組合せとする必要があるが、この場合、入熱レベルが低いことから溶接部の温度が上昇し難いうえに、時間経過とともに熱伝導が進行し、低強度部位の拡大と溶接部の変形の増大が同時進行する。この結果、溶接電極と鋼板、並びに、鋼板同士の接触面積の増加と、電流密度の低下が生じ、母材の溶融溶接がさらに困難となる。また、通電時間ＷＴを０．５ｓ超として、高電流の溶接電流ＷＣと組合せた場合には、ちりが発生し易くなり、さらには溶接部に割れが生じるおそれもある。従って、本実施形態では、溶接時の通電時間ＷＴを０．１ｓ以上０．５ｓ以下の範囲とすることが好ましい。
【００３７】
なお、スポット溶接法においては、通電時間をサイクル表示するのが一般的であり、０．１ｓは電源周波数５０Ｈｚの地域では５サイクルに換算され、同６０Ｈｚの地域では６サイクルに換算される。また、０．５ｓは５０Ｈｚの地域では２５サイクルに、６０Ｈｚの地域では３０サイクルに換算される。
【００３８】
また、本実施形態においては、閉断面部材１と平板状部材２との間の鋼板間隙間を２．０ｍｍ以下とするとともに、平板状部材２をなす鋼板の板厚をｔ２としたとき、溶接通電中の電極加圧力Ｐを０．５ｋＮ以上、且つ、下記（１）式で表される電極加圧力の最大値Ｐｍａｘ（ｋＮ）以下とし、さらに、電極加圧力Ｐを溶接通電中において一定とすることが好ましい。
Ｐｍａｘ（ｋＮ）  ＝  ２．０  ＋  ｔ２ ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｐｍａｘ：電極加圧力の最大値（ｋＮ）、ｔ２：平板状部材をなす鋼板の板厚（ｍｍ）を示す。
【００３９】
被溶接材である閉断面部材１と平板状部材２との間の鋼板間隙間が２．０ｍｍを超えると、溶接電極と鋼板、並びに、鋼板同士の接触面積が小さくなり、電流密度が高くなりすぎてちりが発生し易くなることがある。また、上記の鋼板間隙間が２．０ｍｍを超えると、安定して十分なナゲット径を確保するのが困難となり、継手強度が低くなる可能性がある。従って、本実施形態では、閉断面部材１と平板状部材２との間の鋼板間隙間が２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
また、溶接通電中の電極加圧力Ｐを０．５ｋＮ未満だと、特に、鋼板間隙間が大きい場合に、溶接電極と鋼板、並びに、鋼板同士の接触面積の確保が困難になるおそれがある。このため、ちりが発生し易く、ナゲット径を確保するのが困難になる場合がある。一方、電極加圧力Ｐを、上記（１）式で表されるＰｍａｘ超とした場合には、溶接中の溶接部における凹み変形が大きくなり、溶接電極と鋼板、並びに、鋼板同士の接触面積が増大して電流密度が低下し、溶融溶接が困難になるおそれがある。従って、本実施形態では、電極加圧力Ｐの最大値であるＰｍａｘを、上記（１）式で表される範囲とすることが好ましい。
なお、溶接電極５における電極先端部５１の直径Ｄ１を増大させた場合においても、電極加圧力Ｐの最大値であるＰｍａｘは、上記（１）式で見積もることが可能である。
【００４１】
ここで、上記（１）式で表される最大加圧力＝Ｐｍａｘについて、図５のグラフを参照しながら説明する。図５のグラフ中において、鋼板の板厚が１ｍｍの場合、加圧力が１〜３ｋＮの際には、鋼板間の溶融溶接が可能な条件となっているが、加圧力が３．２ｋＮになると、鋼板間の溶融溶接が困難な条件となっている。また、鋼板の板厚が１．６ｍｍの場合には、圧力が１〜３．５ｋＮの際には、鋼板間の溶融溶接が可能な条件となっているが、加圧力が４〜４．５ｋＮになると、鋼板間の溶融溶接が困難な条件となっている。また、鋼板の板厚が２．３ｍｍの場合には、圧力が１〜４ｋＮの際には、鋼板間の溶融溶接が可能な条件となっているが、加圧力が５ｋＮになると、鋼板間の溶融溶接が困難な条件となっている。このように、図５のグラフから、電極加圧力Ｐの最大値であるＰｍａｘを、上記（１）式で表される範囲とすることにより、各鋼板間を確実に溶融溶接することが可能となることが明らかである。
【００４２】
また、本実施形態においては、閉断面部材１及び平板状部材２をなす鋼板表面の接触抵抗が１０ｍΩ以上２００ｍΩ以下の範囲であることが好ましい。
上記の接触抵抗は、鋼板表面に特定の被膜処理を施すことで増加させることができる。これにより、インダイレクトスポット溶接における工程の初期段階において鋼板間の発熱を促進させ、溶融溶接が容易となる。上記の鋼板表面の接触抵抗が１０ｍΩ未満だと、鋼板間の界面における抵抗発熱促進効果が発現しない。一方、鋼板表面の接触抵抗が２００ｍΩ超だと、通電不良等によって鋼板の穴開きやちりが発生するおそれがある。従って、本実施形態では、鋼板表面の接触抵抗を１０ｍΩ以上２００ｍΩ以下の範囲とすることが好ましい。
【００４３】
また、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法においては、その他の溶接条件については、従来から行われているインダイレクトスポット溶接方法と同様の条件とすることができる。またさらに、本実施形態では、例えば、溶接通電の前に所定条件の前通電を行ったり、あるいは、溶接通電の後の所定の後通電を行ったりする通電パターンとすることも可能であり、その他、各通電工程の間に通電休止時間を設ける等のパターンを盛り込むことも可能である。
【００４４】
また、本発明のインダイレクトスポット溶接方法においては、例えば、図１に例示するような給電電極４及び溶接電極５が備えられた従来公知の抵抗スポット溶接設備を何ら制限無く採用することが可能である。
【００４５】
「鋼板特性」
本発明において、閉断面部材１及び平板状部材２（２Ａ、２Ｂ）に用いられる鋼板としては、特に限定されるものではなく、自動車分野等において通常用いられる高強度鋼板等を何ら制限無く用いることができる。
【００４６】
また、本発明のインダイレクトスポット溶接方法の適用は、閉断面部材１と平板状部材２とを同種同厚の鋼板の組合せに限定するものではなく、同種異厚、異種同厚、あるいは異種異厚の組合せで行うことも可能である。
【００４７】
また、本発明では、閉断面部材１及び平板状部材２をなす鋼板の表層に施されるめっき層の有無や種類についても特に限定されるものでは無い。例えば、各部材をなす鋼板の表層に、Ｚｎ系、Ｚｎ−Ｆｅ系、Ｚｎ−Ｎｉ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ｍｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｌ-Ｓｉ系等からなる何れかのめっき層が形成されていても良い。また、めっき層の表層に、さらに、無機系あるいは有機系の皮膜（例えば、潤滑皮膜等）が施されていても良い。また、めっき層の目付量についても特に限定されないが、例えば、
両面の目付け量で１００（ｇ／ｍ２）／１００（ｇ／ｍ２）以下とすることが好ましい。めっきの目付け量が片面あたりで１００（ｇ／ｍ２）を越えると、このめっき層が溶接の際の障害となる場合がある。
【００４８】
また、本発明では、閉断面部材１及び平板状部材２をなす鋼板の板厚についても、特に限定されるものではない。例えば、各部材をなす鋼板としては、自動車車体等の分野で用いられる一般的な板厚、例えば、０．４０〜３．２ｍｍ程度の板厚の鋼板を用いることができ、また、部材の強度剛性を確保する観点から、０．４５ｍｍ以上の範囲であることがより好ましく、軽量化の観点からは、２．３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００４９】
さらに、本発明では、閉断面部材１をなす鋼板の板厚ｔ１（ｍｍ）と、平板状部材２をなす鋼板の板厚ｔ２（ｍｍ）との関係が、下記（２）〜（４）式を満たすことがより好ましい。
ｔ１  ＞  ｔ２      ・・・・・・（２）
１．０    ≦  ｔ１  ≦  ２．３      ・・・・・（３）
０．４５  ≦  ｔ２  ≦  ｔ１        ・・・・・（４）
但し、上記（２）〜（４）式において、ｔ１：閉断面部材１をなす鋼板の板厚（ｍｍ）、ｔ２：平板状部材２をなす鋼板の板厚（ｍｍ）を示す。  
【００５０】
まず、上記（２）式で表されるように、閉断面部材１をなす鋼板の板厚ｔ１は、平板状部材２をなす鋼板の板厚ｔ２よりも厚いことが、閉断面部材１が部材全体の強度・剛性を担保することを前提としてインダイレクトスポット溶接を行う本発明においては好ましい。
また、閉断面部材１をなす鋼板の板厚ｔ１が１．０ｍｍ未満では、十分な部材剛性を発揮できず、２．３ｍｍ超では車体軽量化のメリットが得られないことから、閉断面部材１をなす鋼板の板厚ｔ１は、上記（３）式で表される範囲であることが好ましい。
また、平板状部材２をなす鋼板の板厚ｔ２が０．４５ｍｍ未満では、平板状部材２単体で十分な部材剛性を発揮することができず、２．３ｍｍ超では車体軽量化のメリットが得られないことから、平板状部材２をなす鋼板の板厚ｔ２は、上記（４）式で表される範囲であることが好ましい。
【００５１】
本発明では、閉断面部材１をなす鋼板の板厚ｔ１、並びに、平板状部材２をなす鋼板の板厚ｔ２の各々を上記範囲とすることにより、ちりの発生を抑制するとともに、十分なナゲット径を確保し、継手強度を向上させる効果がより顕著に得られる。
【００５２】
以上説明したように、本発明に係るインダイレクトスポット溶接方法によれば、インダイレクトスポット溶接方法を用いて中空の閉断面部材１を溶接するにあたり、溶接電極５の先端形状を適正化するとともに、さらに、直流電源を用いることにより、溶接時における溶接電極５と閉断面部材１をなす鋼板との間、並びに、閉断面部材１及び平板状部材２をなす各鋼板同士の接触面積を適正に確保しながら、溶接箇所の電流密度を適正に制御し、ちりの発生を抑制するとともに十分なナゲット径を確保することができる。これにより、良好な作業性を維持しつつ、信頼性が高く強度特性に優れた溶接部を形成させることが可能となる。
【００５３】
従って、例えば、自動車用部品の製造や車体の組立等の工程において本発明のインダイレクトスポット溶接方法を適用することで、生産性の向上の他、車体全体の剛性向上や軽量化により、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】
【００５４】
以下、本発明に係るインダイレクトスポット溶接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。
【００５５】
［実施例１］
まず、下記表１に示すような板厚、引張強さとされた５９０ＭＰａ級の機械構造用炭素鋼鋼管および２７０ＭＰａ級の軟鋼板を用意した。そして、機械構造用炭素鋼鋼管から、ハイドロフォーム成形法を用いて、図１（ａ）に示すような、約６０ｍｍ×９０ｍｍの概略角管状とされた中空の閉断面部材を作製した。また、用意した軟鋼板から３０ｍｍ×１００ｍｍの平板状部材を作製した。
【００５６】
次に、閉断面部材及び平板状部材を、図１（ａ）、（ｂ）に示す閉断面部材１と平板状部材２のように重ね合わせ、下記表１に示す条件（本発明の請求項１に記載の条件）で、インダイレクトスポット溶接方法によって溶接し、溶接試験サンプルを作製した。この際、溶接電極５を両部材の重ね合わせ部Ａに押し当てる一方、下側に位置する閉断面部材１において、溶接電極５と中空部を介して対向する位置に給電電極４を設置した。また、インダイレクトスポット溶接の際、溶接部からの散りの発生の有無を目視で確認した。
【００５７】
そして、光学顕微鏡を用いて溶接部断面のマクロ組織観察を行い、ナゲット径を測定した。
【００５８】
さらに、上記同様の手順で、本発明の請求項１で規定する範囲外の溶接条件でインダイレクトスポット溶接を行い、上記と同様の方法で各種試験を行った（表１中の比較例及び参考例を参照）。
下記表１に、実施例１における溶接試験サンプルの作製条件並びに試験結果の一覧を示す。ここで、下記表１中においては、ナゲット径が３．５√ｔ以上（但し、ｔは平板状部材の板厚ｔ２）で、かつ、溶接中にちりが発生しないか、あるいは１０個以下と微少な場合を良好条件（本発明例）とし、ナゲット径が３．５√ｔ未満か、あるいはちりが１０個超で大量に発生した場合を不良条件（比較例）とした。なお、ナゲットがリング状となった場合のナゲット径は、断面で測定される各ナゲットのサイズを合計した値とした。
【００５９】
【表１】
0005836826.tif 000002
【００６０】
表１に示すように、本発明で規定する条件でインダイレクトスポット溶接を行った本発明例（条件番号１、２、９、１０、１６）の溶接試験サンプルは、何れの例においてもちりが発生せず、また、十分なナゲット径を確保できることが明らかとなった。
【００６１】
これに対し、本発明の規定を逸脱する条件でインダイレクトスポット溶接を行った比較例（条件番号３〜８、１４、１５）の溶接試験サンプルは、溶接中にちりが大量に発生するか、あるいは、十分なナゲット径が得られない結果となった。
条件番号３の比較例では、ＣＲ形電極の電極先端部直径Ｄ１が本発明で規定する上限を超えており、溶接中におけるちりの発生は見られなかったものの、ナゲット径が３．５√ｔを下回り、十分でないものとなった。
条件番号４の比較例では、条件番号３と同様、ＣＲ形電極の電極先端部直径Ｄ１が本発明で規定する上限を超えており、ナゲット径は３．５√ｔ以上で十分に得られたものの、溶接中にちりが大量に発生した。
【００６２】
条件番号５の比較例では、ＣＲ形電極の、電極先端部の周縁から電極外周に向かう傾斜面の、電極軸と直交する方向に対する傾斜角度θが本発明で規定する上限を超えており、ナゲット径は３．５√ｔ以上で十分に得られたものの、溶接中にちりが大量に発生した。
条件番号６の比較例では、ＣＲ形電極の電極先端部の先端Ｒが本発明で規定する下限を下回っており、溶接中におけるちりの発生は見られなかったものの、ナゲット径が３．５√ｔを下回り、十分でないものとなった。
【００６３】
条件番号７の比較例は、単相交流電源を用いてインダイレクトスポット溶接を行った例であり、溶接中におけるちりの発生は見られなかったものの、ナゲット径が３．５√ｔを下回り、十分でないものとなった。
条件番号８の比較例は、条件番号７と同様、単相交流電源を用いてインダイレクトスポット溶接を行った例であるが、溶接中にちりが大量に発生するとともに、ナゲット径が３．５√ｔを下回り、十分でないものとなった。
【００６４】
条件番号１４の比較例は、ＤＲ形電極を用いてインダイレクトスポット溶接を行った例であり、本発明で規定する電極先端部の周縁から電極外周に向かう傾斜面の傾斜角度θが無い形状であることから、溶接中におけるちりの発生は見られなかったものの、ナゲット径が３．５√ｔを下回り、十分でないものとなった。
条件番号１５の比較例は、条件番号１４と同様、ＤＲ形電極を用いてインダイレクトスポット溶接を行った例であり、溶接中にちりが大量に発生するとともに、ナゲット径が３．５√ｔを下回り、十分でないものとなった。
【００６５】
［実施例２］
表２に示すような、上記実施例１と同様の５９０ＭＰａ級の機械構造用炭素鋼鋼管および２７０ＭＰａ級の軟鋼板を用い、実施例１と同様の手順で溶接試験サンプルを作製し、同様の方法で各種試験を行った。この際、上記接試験サンプルの、インダイレクトスポット溶接時の溶接電流ＷＣ、通電時間ＷＴ、鋼板表面の接触抵抗、閉断面部材をなす鋼板の板厚ｔ１及び平板状部材となす鋼板の板厚ｔ２を、下記表２に示す条件（本発明の請求項３〜請求項５に記載の条件）とし、その他の条件は上記実施例１と同様の範囲（本発明の請求項１に記載の条件）とした（表２中の条件番号２３；本発明例）。
【００６６】
さらに、上記同様の手順で、本発明の請求項１に記載の条件において、電極加圧力Ｐ（最大値Ｐｍａｘ）を、請求項１で規定する範囲外の溶接条件とするか（表２中の条件番号２０、２１；試験例を参照）、あるいは、本発明の請求項１に記載の条件を満たしながら、上記の溶接電流ＷＣ、通電時間ＷＴ、鋼板表面の接触抵抗の何れかを、本発明の請求項３、４で規定する範囲外の溶接条件としてインダイレクトスポット溶接を行い、上記と同様の方法で各種試験を行った（表２中の条件番号１７〜１９、２３；試験例を参照）。
下記表２に、実施例２における溶接試験サンプルの作製条件並びに試験結果の一覧を示す。
【００６７】
【表２】
0005836826.tif 000003
【００６８】
表２に示すように、本発明の請求項１（請求項２）で規定する溶接電極の条件に加え、さらに、本発明の請求項３〜５で規定する各条件を適用した条件番号２２の本発明例においては、ナゲット径が５．７ｍｍと十分に大きなものが得られ、また、溶接中のちりの発生が全く見られなかった。
【００６９】
ここで、表２に示す条件番号１７〜１９、２３は、本発明の請求項１を満たす条件でインダイレクトスポット溶接を行う一方、本発明の請求項３、４で規定するその他の各条件の何れかを満たしていない試験例である。
本発明においては、上述した条件番号２２の結果で示すように、請求項１における溶接電極の形状、鋼板間隙間及び電極加圧力の規定に加え、さらに、請求項３で規定する溶接電流ＷＣ並びに通電時間ＷＴ、請求項４で規定する鋼板表面の接触抵抗、請求項５で規定する閉断面部材及び平板状部材をなす鋼板の板厚の関係を適用した場合には、溶接中に殆どちりが発生することなく、非常に大きなナゲット径が得られる。しかしながら、条件番号１７〜１９、２３に示すように、本発明では、請求項３、４で規定する各条件を満たしていない場合であっても、請求項１で規定する溶接電極の条件を満たすことで、溶接中のちりの発生を抑制しながら、十分なナゲット径を得ることが可能となる。
【００７０】
例えば、条件番号１７、１８の試験例では、溶接電流ＷＣが本発明の請求項３の規定範囲外となっているが、３．２〜５．２ｍｍと十分なナゲット径が得られるとともに、溶接中のちりの発生も無いか、あるいは非常に僅かなものとなっている。
また、条件番号１９の試験例では、溶接電流ＷＣ及び溶接時間ＷＴの何れもが、本発明の請求項３の規定範囲外となっているが、３．０ｍｍと十分なナゲット径が得られるとともに、溶接中のちりの発生も見られなかった。
また、条件番号２０、２１の試験例では、電極加圧力Ｐが本発明の請求項１で規定する範囲外となっているが、３．１〜３．７ｍｍと十分なナゲット径が得られるとともに、溶接中のちちの発生も無いか、あるいは非常に僅かなものとなっている。
また、条件番号２３の試験例では、鋼板表面の接触抵抗が本発明の請求項４で規定する上限を超えているが、溶接中のちりの発生は最小限に抑制され、また、３．５ｍｍと十分なナゲット径が得られた。
【００７１】
なお、上記実施例２の条件番号２２、２３に示すように、本実施例では、さらに、他の鋼種で、板の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、ナゲット径を確保し、且つ、散りの発生を防止することができ、信頼性の高い溶接部が形成可能な本発明の効果が得られることが確認できた。
【００７２】
以上説明した実施例の結果より、本発明のインダイレクトスポット溶接方法を用いることにより、鋼板からなる中空の閉断面部材を溶接した場合に、ちりの発生を抑制するとともに十分なナゲット径を確保することができ、良好な作業性を維持しつつ、信頼性が高く強度特性に優れた溶接部を形成させることが可能となることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、中空の閉断面部材をインダイレクトスポット溶接する際、ちりの発生を抑制するとともに十分なナゲット径を確保することができる。これにより、十分に高い強度を有する溶接部を良好な作業性で得ることが可能となる。従って、例えば、自動車用部品の製造や車体の組立等の工程において本発明を適用することで、生産性の向上の他、車体全体の剛性向上や軽量化により、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】
【００７４】
１…閉断面部材（鋼板）、
２（２Ａ、２Ｂ）…平板状部材（鋼板）、
３（３Ａ、３Ｂ）…ナゲット（溶接金属部）、
４…給電電極、
５…溶接電極、
５Ａ…電極軸、
５１…電極先端部、
５１ａ…周縁、
５１ｂ…傾斜面、
５２…電極外周、
Ａ…重ね合わせ部、
【図１】
0005836826.tif 000004
【図２】
0005836826.tif 000005
【図３】
0005836826.tif 000006
【図４】
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【図５】
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