(57)【要約】  本発明の目的は、溶接部の破断を少なくすることができる溶接構造体を提供する。  本発明によれば、２枚または３枚の鋼板（１１，１２）が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、鋼板が接合された溶接構造体が提供される。この溶接構造体では、ナゲット（１４）の径をｄｎｇ（ｍｍ）、スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、積層部での鋼板１枚当たりの平均厚さをｔａｖｅ（ｍｍ）とするとき、スポット溶接部は、平均厚さｔａｖｅ（ｍｍ）に応じて、０．５ｍｍ≦ｔａｖｅ＜１．１ｍｍである場合にｄｎｇ＞ｄ（ｔａｖｅ）２／１を満たし、１．１ｍｍ≦ｔａｖｅ≦２．６ｍｍである場合にｄｎｇ＞１．０５ｄを満たす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体であって、
ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、前記スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とするとき、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ａ）または（ｂ）の条件を満たす、溶接構造体。
（ａ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （１）
（ｂ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （２）
【請求項２】
請求項１に記載の溶接構造体であって、
荷重が加えられることにより塑性変形することが予定された変形予定領域を含み、
少なくとも前記変形予定領域内に前記スポット溶接が施されている、溶接構造体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接構造体であって、
前記変形予定領域では、散りの付着がない、溶接構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記鋼板の引張強度が980MPa以上である、溶接構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記電極は、前記積層部において前記鋼板に押し付けられる電極体と、前記電極体の周囲で前記鋼板に押し付けられるリング状部材とを有する複合電極である、溶接構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の溶接構造体であって、
前記可動電極は、
前記積層部において前記鋼板に対向して押し付けられる第１及び第２の前記リング状部材と、
前記第１及び第２のリング状部材にそれぞれ設けられた貫通孔にそれぞれ挿入され、前記積層部において前記鋼板に対向して押し付けられる第１及び第２の前記電極体と、を有し、
前記鋼板を介して前記第１及び第２の電極体の間に電流が流される、溶接構造体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記条件（ａ）または（ｂ）を満足する前記スポット溶接部が、２０％〜６０％の範囲に存在する、溶接構造体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記スポット溶接部について、下記（３）式で定義されるＣ当量Ｃｅｑが、０．１３質量％以上である、溶接構造体。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋１／９０［Ｓｉ］＋１／１００（［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］）  （３）
ただし、［Ｃ］：前記スポット溶接部の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｓｉ］：前記スポット溶接部の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｍｎ］：前記スポット溶接部の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｃｒ］：前記スポット溶接部の平均Ｃｒ含有量（質量％）
【請求項９】
請求項２〜８のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記溶接構造体が、自動車用の部材であって、前記変形予定領域が、軸圧縮荷重を受けることが予定されている、溶接構造体。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記溶接構造体が、自動車用の部材であって、前記変形予定領域が、曲げ荷重を受けることが予定されている、溶接構造体。
【請求項１１】
２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体の製造方法であって、
前記スポット溶接を施す工程が、第１工程および第２工程を含み、
前記第１工程では、前記積層部を間に挟んで、棒状の第１電極体と棒状の第２電極体とを対向して配置させるとともに、前記第１電極体が挿入される貫通穴を有し後端に第１弾性体が連結された第１リング状部材と前記第２電極体が挿入される貫通穴を有し後端に第２弾性体が連結された第２リング状部材とを対向して配置し、
前記第２工程では、前記第１電極体および前記第２電極体の各先端面を前記積層部に押し付けるとともに、前記第１弾性体から前記第１リング状部材に押付け圧力を加えつつ、前記第２弾性体から前記第２リング状部材に押付け圧力を加えながら、前記第１リング状部材および前記第２リング状部材の各先端面を前記積層部に押し付けて、前記積層部を加圧し、前記第１電極体と前記第２電極体との間に電流を印加し、
前記第１工程および前記第２工程により、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ｃ）または（ｄ）の条件を満足する、溶接構造体の製造方法。
（ｃ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （４）
（ｄ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （５）
ただし、ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の鋼板を備え、複数の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所での抵抗スポット溶接（以下、単に「スポット溶接」ともいう。）により接合された溶接構造体およびその製造方法に関する。特に、荷重が加えられることにより変形することが予定された変形予定領域を含む溶接構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、自動車の構造を、骨格部材について示す斜視図である。
自動車の側部には、フロントサイドメンバー２、リアサイドメンバー３、およびサイドシル７が配置されている。これらの部材は、いずれも、自動車の前後方向（以下、単に、「前後方向」という。）に沿って設けられている。フロントサイドメンバー２は、前部に配置され、リアサイドメンバー３は、後部に配置され、サイドシル７は、前後方向中間部に配置されている。【０００３】
前後方向中間部において、床（フロア）に沿って、自動車の幅方向に延びるフロアクロスメンバー４、４’が設けられている。前後方向中間部において、側部には、上下方向に延びるセンターピラー６が設けられている。自動車の前端部には、自動車の幅方向に延びるバンパーレインフォースメント５が設けられている。
以上の部材は、自動車の骨格をなす骨格部材である。【０００４】
骨格部材、およびクラッシュボックス１ａ、１ｂは、複数の鋼板を備えた溶接構造体である。溶接構造体は、複数の鋼板が積み重ねられた積層部を有し、積層部で、それらの鋼板が複数箇所でのスポット溶接により接合されている。自動車の衝突時にスポット溶接部（以下、単に、「溶接部」ともいう。）が破断（シャー破断）すると、骨格部材は、所望の変形を発生することができず、したがって、衝突のエネルギーを十分に吸収することができなくなる。このため、シャー破断を抑制することができる溶接構造体が求められている。【０００５】
特許文献１には、引張強度４４０MPaの高張力鋼板において、溶接による熱影響部の幅を狭くすることにより、母材鋼板で破断させる方法について記載されている。特許文献２には、ナゲットの外側を広く軟化させ、かつ、ナゲット内を等軸状のマルテンサイト組織とすることにより、引張せん断力、および十字引張特性の双方に優れた高張力鋼板の抵抗スポット溶接継手を得る方法について記載されている。特許文献３および４には、多段階に通電条件を制御して、ナゲット径ｄを、３×ｔm1/2≦ｄ≦６×ｔm1/2とする（ｔmは、最も薄い板の板厚（ｍｍ））ことについて、記載されている。特許文献３の方法によれば、初期散り、および中散りの発生を抑制できるとされており、特許文献４の方法によれば、高い継手強度を達成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９５７３号公報
【特許文献２】特開２０１３−７８７８２号公報
【特許文献３】特許第５３５９５７１号公報
【特許文献４】特許第５３３３５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１〜４の方法は、ナゲット径を、一定の大きさより大きくできないことを前提とするため、溶接部での破断を抑制するには、限界があった。特に、鋼板の引張強度が高くなるほど電気抵抗が高くなるため、溶接時の発熱により散りが発生し、ナゲット径が小さくなり、安定した溶接強度を確保できない問題があった。【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶接部の破断を、より少なくすることが可能な、新規かつ改良された溶接構造体および溶接構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態である溶接構造体は、
２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体であって、
ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、前記スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とするとき、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ａ）または（ｂ）の条件を満たす、溶接構造体。
（ａ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （１）
（ｂ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （２）【００１０】
この溶接構造体は、荷重が加えられることにより塑性変形することが予定された変形予定領域を含み、少なくとも前記変形予定領域内に前記スポット溶接が施されているものであっても良い。【００１１】
また、前記変形予定領域では、散りの付着がないものであっても良い。【００１２】
また、前記鋼板の引張強度が980MPa以上であっても良い。【００１３】
また、前記電極は、前記積層部において前記鋼板に押し付けられる電極体と、前記電極体の周囲で前記鋼板に押し付けられるリング状部材とを有する複合電極であっても良い。【００１４】
また、前記可動電極は、前記積層部において前記鋼板に対向して押し付けられる第１及び第２の前記リング状部材と、前記第１及び第２のリング状部材にそれぞれ設けられた貫通孔にそれぞれ挿入され、前記積層部において前記鋼板に対向して押し付けられる第１及び第２の前記電極体と、を有し、前記鋼板を介して前記第１及び第２の電極体の間に電流が流されるものであっても良い。【００１５】
また、前記条件（ａ）または（ｂ）を満足する前記スポット溶接部が、２０％〜６０％の範囲に存在するものであっても良い。【００１６】
前記スポット溶接部について、下記（３）式で定義されるＣ当量Ｃｅｑが、０．１３質量％以上であることが好ましい。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋１／９０［Ｓｉ］＋１／１００（［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］）  （３）
ただし、［Ｃ］：前記スポット溶接部の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｓｉ］：前記スポット溶接部の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｍｎ］：前記スポット溶接部の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｃｒ］：前記スポット溶接部の平均Ｃｒ含有量（質量％）【００１７】
この溶接構造体は、たとえば、自動車用の部材であってもよく、この場合、前記変形予定領域は、たとえば、軸圧縮荷重、および曲げ荷重の少なくとも一方を受けることが予定されたものとすることができる。【００１８】
本発明の一実施形態である溶接構造体の製造方法は、
２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体の製造方法であって、
前記スポット溶接を施す工程が、第１工程および第２工程を含み、
前記第１工程では、前記積層部を間に挟んで、棒状の第１電極体と棒状の第２電極体とを対向して配置させるとともに、前記第１電極体が挿入される貫通穴を有し後端に第１弾性体が連結された第１リング状部材と前記第２電極体が挿入される貫通穴を有し後端に第２弾性体が連結された第２リング状部材とを対向して配置し、
前記第２工程では、前記第１電極体および前記第２電極体の各先端面を前記積層部に押し付けるとともに、前記第１弾性体から前記第１リング状部材に押付け圧力を加えつつ、前記第２弾性体から前記第２リング状部材に押付け圧力を加えながら、前記第１リング状部材および前記第２リング状部材の各先端面を前記積層部に押し付けて、前記積層部を加圧し、前記第１電極体と前記第２電極体との間に電流を印加し、
前記第１工程および前記第２工程により、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ｃ）または（ｄ）の条件を満足する、溶接構造体の製造方法。
（ｃ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （４）
（ｄ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （５）
ただし、ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の溶接構造体およびその製造方法は、従来の溶接構造体に比して、溶接部の破断を少なくすることができ、したがって、優れた衝突吸収エネルギー性能を示す。特に、本発明を高張力鋼板からなる溶接構造体に適用した場合は、このような効果を顕著に奏することができ、このため、鋼板を厚くする必要がない。したがって、この場合は、鋼板を薄肉化して、溶接構造体の軽量化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、自動車の構造を、骨格部材について示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第２実施形態の溶接構造体の構成例Ａを模式的に示す右側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第２実施形態の溶接構造体の構成例Ｂを模式的に示す右側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、第２実施形態の溶接構造体の構成例Ｃを模式的に示す右側面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、第２実施形態の溶接構造体の構成例Ｄを模式的に示す右側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、フロントサイドメンバーの側面図であって、変形予定領域を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、センターピラーの側面図であって、変形予定領域を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、リアサイドメンバーの側面図であって、変形予定領域を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、サイドシルの斜視図であって、変形予定領域を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、溶接構造体においてスポット溶接部近傍の部分の断面図であって、圧痕において両端部近傍に曲率が変化する領域が認められる場合の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、溶接構造体においてスポット溶接部近傍の部分の断面図であって、圧痕において端部近傍に曲率が変化する領域が認められず、かつ、圧痕の凹み量を特定可能である場合の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、溶接構造体においてスポット溶接部近傍の部分の切断面写真であって、圧痕の凹み量を特定可能ではない場合の切断面写真である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の溶接構造体の製造方法に用いることができる抵抗スポット溶接装置の一例を示す模式図であり、溶接前の状態を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の溶接構造体の製造方法に用いることができる抵抗スポット溶接装置の一例を示す模式図であり、溶接中の状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５Ａおよび図５Ｂに示す抵抗スポット溶接装置を用いたスポット溶接でナゲットが形成される状況を説明するための模式図であり、リング状部材が導電体ではない場合を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す抵抗スポット溶接装置を用いたスポット溶接でナゲットが形成される状況を説明するための模式図であり、リング状部材が導電体である場合を示す図である。
【図７】図７は、ナゲット径と十字引張荷重との関係を示す図である。
【図８】図８は、曲げ変形による圧潰試験に用いた溶接構造体を構成するハットチャンネル部材およびクロージングプレートの形状および寸法を示す正面図および右側面図である。
【図９】図９は、ナゲット径と、曲げ変形による吸収エネルギーとの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、軸圧潰試験に用いた溶接構造体を構成するハットチャンネル部材およびクロージングプレートの形状および寸法を示す正面図および右側面図である。
【図１１】図１１は、ナゲット径と、軸圧潰変形による吸収エネルギーとの関係を示す図である。
【図１２】本実施形態に係る手法で溶接構造体を得た場合に、ナゲットの径ｄng（ｍｍ）と素材の鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）との関係を示す特性図である。
【図１３Ａ】第１実施形態の溶接構造体の構成例Ｅを模式的に示す右側面図である。
【図１３Ｂ】第２実施形態の溶接構造体の構成例Ｆを模式的に示す右側面図である。
【図１４Ａ】第１実施形態の溶接構造体の構成例Ｇを模式的に示す右側面図である。
【図１４Ｂ】第２実施形態の溶接構造体の構成例Ｈを模式的に示す右側面図である。
【図１５】第１実施形態の溶接構造体の構成例Ｉを模式的に示す右側面図である。
【図１６】第１実施形態の溶接構造体の構成例Ｊを模式的に示す右側面図である。
【図１７】第１実施形態の溶接構造体の構成例Ｋを模式的に示す右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
以下に、本発明の溶接構造体およびその製造方法について、その実施形態を詳述する。
〈溶接構造体〉
上述のように、本実施形態の溶接構造体は、２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体であって、ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とするとき、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ａ）または（ｂ）の条件を満たす。
（ａ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （１）
（ｂ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （２）
【００２３】
このような本実施形態の溶接構造体は、２枚の鋼板からなり、積層部には、２枚の鋼板が積み重ねられる形態（以下、「第１実施形態」ともいう）を採用できる。２枚の鋼板を第１および第２の鋼板とする場合、たとえば、後述の図８に示すように、第１の鋼板をハットチャンネル部材とし、第２の鋼板をクロージングプレート部材とすることができる。
【００２４】
また、本実施形態の溶接構造体は、３枚の鋼板からなる形態（以下、「第２実施形態」ともいう）を採用できる。この場合、積層部は、３枚の鋼板のうちの２枚の鋼板が積み重ねられていてもよく、３枚の鋼板の全てが積み重ねられていてもよい。このような第２実施形態の溶接構造体は、たとえば、筒状の本体と、その本体の中空領域を仕切る中板とから構成できる。より具体的には３枚の鋼板を第１、第２および第３の鋼板とする場合、図２Ａ〜図２Ｄに示す構成例を採用できる。
【００２５】
図２Ａ〜Ｄは、第２実施形態の溶接構造体の構成例を模式的に示す右側面図であり、図２Ａは構成例Ａ、図２Ｂは構成例Ｂ，図２Ｃは構成例Ｃ、図２Ｄは構成例Ｄをそれぞれ示す。図２Ａに示す溶接構造体４３では、本体が第１の鋼板５３および第２の鋼板６３から構成される。また、中板は、第３の鋼板７３から構成される。第１の鋼板５３はハットチャンネル部材であり、第２の鋼板６３はクロージングプレート部材である。このような構成例Ａの溶接構造体は、積層部を４箇所有し、いずれの積層部も、３枚の鋼板のうちの２枚の鋼板が積み重ねられる。
【００２６】
図２Ｂ〜図２Ｄに示す溶接構造体（４４〜４６）では、本体が第１の鋼板（５４〜５６）および第２の鋼板（６４〜６６）から構成される。また、中板は、第３の鋼板（７４〜７６）から構成される。第１の鋼板（５４〜５６）および第２の鋼板（６４〜６６）は、いずれも、所定角度（同図では９０°）の曲げ部を２箇所有する。このような構成例Ｂ〜Ｄの溶接構造体は、積層部を２箇所有し、いずれの積層部も、３枚の鋼板の全てが積み重ねられる。
【００２７】
また、図１３Ａは構成例Ｅ、図１３Ｂは構成例Ｆ、図１４Ａは構成例Ｇ、図１４Ｂは構成例Ｈ、図１５は構成例Ｉ、図１６は構成例Ｊ、図１７は構成例Ｋをそれぞれ示す。図１３Ａに示す溶接構造体８０では、本体が第１の鋼板８３および第２の鋼板９３から構成される。図１３Ｂに示す溶接構造体８２では、本体が第１の鋼板８３および第２の鋼板９３から構成され、中板は、第３の鋼板８４から構成される。第１の鋼板８３はハットチャンネル部材であり、第２の鋼板９３はクロージングプレート部材である。構成例Ｅの溶接構造体は、積層部を２箇所有し、いずれの積層部も、２枚の鋼板が積み重ねられる。構成例Ｆの溶接構造体は、積層部を４箇所有し、いずれの積層部も、３枚の鋼板のうちの２枚の鋼板が積み重ねられる。
【００２８】
図１４Ａに示す溶接構造体１００では、本体が第１の鋼板１０３および第２の鋼板１１３から構成される。図１４Ｂに示す溶接構造体１０１では、本体が第１の鋼板１０３および第２の鋼板１１３から構成され、中板は、第３の鋼板１１４から構成される。第１の鋼板１０３はハットチャンネル部材であり、第２の鋼板１１３はクロージングプレート部材である。構成例Ｇの溶接構造体は、積層部を２箇所有し、いずれの積層部も、２枚の鋼板が積み重ねられる。構成例Ｈの溶接構造体は、積層部を４箇所有し、そのうち３箇所の積層部では３枚の鋼板のうちの２枚の鋼板が積み重ねられ、残りの１箇所の積層部では３枚の鋼板が積み重ねられる。
【００２９】
図１５に示す溶接構造体１２０では、本体が第１の鋼板１２３および第２の鋼板１３３から構成される。第１の鋼板１２３はハットチャンネル部材であり、第２の鋼板１３３はクロージングプレート部材である。構成例Ｉの溶接構造体は、積層部を３箇所有し、いずれの積層部も、２枚の鋼板が積み重ねられる。
【００３０】
図１６に示す溶接構造体１４０では、本体が第１の鋼板１４３および第２の鋼板１５３から構成される。第１の鋼板１４３はハットチャンネル部材であり、第２の鋼板１５３はクロージングプレート部材である。構成例Ｊの溶接構造体は、積層部を２箇所有し、いずれの積層部も、２枚の鋼板が積み重ねられる。
【００３１】
図１７に示す溶接構造体１５０では、本体が第１の鋼板１５３および第２の鋼板１６３から構成される。第１の鋼板１５３はハットチャンネル部材であり、第２の鋼板１６３はクロージングプレート部材である。構成例Ｋの溶接構造体は、積層部を２箇所有し、いずれの積層部も、２枚の鋼板が積み重ねられる。
【００３２】
このような本実施形態の溶接構造体は、図１を参照して、たとえば、クラッシュボックス１ａ、１ｂ、フロントサイドメンバー２、リアサイドメンバー３、フロアクロスメンバー４、４’、バンパーレインフォースメント５、センターピラー６、およびサイドシル７のいずれかに適用できる。
【００３３】
自動車に対しては、主として、前方、後方、および側方からの衝突（図１において、太矢印と共に、それぞれ、”Fr. impact”, “Rr. impact”, および”Side impact”と記す。）が生じ得る。この際、自動車において、衝突が生じた部位近傍の部材が変形する。上記の部材は、いずれも、長手方向に延びる形状を有する。部材先端部付近では、衝突時に長手方向（または、軸方向）に沿う方向に荷重が加わると、長手方向に蛇腹状に縮む（折り畳まれる）軸圧潰変形（進行性塑性座屈変形）が生じる。また、部材が屈曲部を有する場合は、衝突時に長手方向に沿う方向に荷重が加わると、この屈曲部で、折れ曲がりを伴う曲げ変形が生じる。部材中央部付近では、衝突時に長手方向に垂直または斜交した方向に荷重が加わると、曲げ変形が生じる。また、部材に対して、断面方向に直接荷重が作用すると、曲げ変形を伴いながら、断面崩壊しつつ部材全体での曲げ変形を生じる。
【００３４】
表１に、各部材について、荷重が加えられることにより塑性変形することが予定された領域（以下、「変形予定領域」という）の例を示す。図３Ａ〜図３Ｄは、それぞれ、フロントサイドメンバー２、センターピラー６、リアサイドメンバー３、およびサイドシル７における変形予定領域を示す図である。
【００３５】
【表１】
2015137512.tif 000003
【００３６】
溶接構造体であるこれらの部材では、各部材の長さ方向（長手方向）に沿って、スポット溶接による複数の溶接部が、たとえば、等ピッチで形成されている。変形予定領域にある溶接部は、前記（ａ）および（ｂ）の条件のいずれかを満たす。
【００３７】
表１、および図３Ａ〜図３Ｄの例では、溶接構造体の長さ方向に関して、変形予定領域の長さは、溶接構造体の全長に対して、およそ２０〜６０％を占める。したがって、スポット溶接部が、溶接構造体の長さ方向の全体に渡って、ほぼ等間隔に存在する場合、すべてのスポット溶接部のうち、およそ２０〜６０％のスポット溶接部が、変形予定領域に存在する。この場合、残りのスポット溶接部は、前記（ａ）および（ｂ）の条件のいずれも満たさなくてもよい。
【００３８】
クラッシュボックス１ａ、１ｂ、およびバンパーレインフォースメント５（図１参照）については、変形予定領域は、各部材の全領域であり、各部材のすべての溶接部が、前記
（ａ）および（ｂ）の条件のいずれかを満たしている必要がある。
【００３９】
前記（ａ）および（ｂ）の条件で規定されるナゲット径は、従来のスポット溶接で、散りを発生させずに形成可能であったナゲット径より大きい。
【００４０】
散りは、スポット溶接をする際に、母材鋼板の溶接予定領域内で局部的に電流密度の高い部分が生じ、その部分の急激な加熱溶融によって母材の融液が飛散することにより発生する。このため、溶接構造体に散りの付着がある場合は、スポット溶接の条件が同じでも、ナゲットの大きさ、および肉厚分布等の形状が一定にならない。その結果、変形予定領域のすべてにおいて、前記（ａ）および（ｂ）の条件を満たす溶接部を備えた溶接構造体は得られない。また、この場合、安定して高い強度を有するナゲットは得られず、前記（ａ）および（ｂ）の条件を満たしていても、シャー破断が頻繁に生じる。
【００４１】
本実施形態の溶接構造体は、散りの発生・付着がないので、製造時に、加熱溶融した母材の融液が溶融部の外へ飛び出していない。このため、スポット溶接をする際に、溶接予定領域内で均一な加熱が生じており、スポット溶接の条件が同じであれば、ナゲットの大きさ、および形状がほぼ一定になる。本実施形態の溶接構造体は、前記（ａ）および（ｂ）の条件のいずれかを満たすことにより、ナゲットの強度は安定して高くなり、シャー破断は生じ難い。
【００４２】
本実施形態において、スポット溶接に用いた電極の先端径が不明であるときは、溶接構造体の鋼板の表面に形成された圧痕の径を、電極の先端径とすることができる。圧痕は、スポット溶接する際に、電極の先端が鋼板の表面に押しつけられることにより形成される。以下、溶接構造体の構造、および圧痕の径を決定する方法について、２枚の鋼板（第１の鋼板および第２の鋼板）が接合されている場合を参照しながら説明する。
【００４３】
図４Ａは、溶接構造体において、スポット溶接部近傍を示す断面図である。
この溶接構造体１０は、第１の鋼板１１と、第２の鋼板１２とを備えている。溶接構造体１０は、第１および第２の鋼板１１、１２が互いに積み重ねられた積層部を有する。第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とは、この積層部において、複数箇所で、スポット溶接により接合されている。図４Ａには、１つのスポット溶接部１３のみを示す。
【００４４】
第１および第２の鋼板１１、１２の各々の表面には、スポット溶接に用いた電極の先端に対応する圧痕１５が形成されている。図４Ａでは、圧痕１５は、凹部である。溶接部１３の内部には、ナゲット１４が形成されている。図４Ａにおいて、溶接部１３は、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２との間の面に対して実質的に対称であり、圧痕１５およびこれに関連する参照符号は、第１および第２の鋼板１１、１２の一方のみについて示す。
【００４５】
本実施形態において、ナゲットの径（以下、「ナゲット径」という。）ｄngは、ナゲット１４が形成された部分近傍の鋼板（１１、１２）に平行な方向のナゲット１４の最大長さと定義する。図４Ａは、第１および第２の鋼板に垂直な断面であって、圧痕１５の最大径部を含む断面（以下、「最大径断面」という。）を示しており、ナゲット径は、この断面において、第１および第２の鋼板１１、１２に平行な方向のナゲット１４の最大長さとすることができる。溶接部１３の切断面において、ナゲット１４は、他の部分とは異なる色（明度）を示すので、第１および第２の鋼板１１、１２に平行な方向のナゲット１４の長さは、容易に測定可能である。
【００４６】
圧痕１５は、スポット溶接を行ったときに電極の先端部により押圧された領域に相当する。電極が押圧された鋼板（同図では第１の鋼板１１および第２の鋼板１２）の種類および厚さが同じであれば、ナゲット径ｄngが大きいほど、圧痕１５は深くなる傾向がある。
【００４７】
本実施形態における圧痕１５の径（すなわち、スポット溶接に用いた電極の先端径）ｄは、以下のように定義する。
図４Ａでは、圧痕１５において両端部近傍に曲率が変化する領域が認められる。圧痕１５の内面は、曲率半径が大きな曲面である（または、平坦面である）底面と、底面の周囲に形成され、底面より曲率半径が小さく、全体として底面に対して傾斜した傾斜面とを有する。図４Ａの断面において、圧痕１５の輪郭の曲率は、底面と傾斜面との間で変化している。この場合、圧痕１５の径ｄは、この断面（最大径断面）において、曲率が変化する（または、曲率の変化が最大である）２つの点１６ａ、１６ｂの距離とする。
【００４８】
図４Ｂに、溶接部１３近傍の部分であって、圧痕１５において端部近傍に曲率が変化する領域が認められず、かつ、圧痕１５の凹み量Ｄを特定可能である部分の最大径断面を示す。図４Ｂにおいて、図４Ａに示す構成要素と同じ構成要素の部分は、同じ参照符号を付して説明を省略する。
【００４９】
この場合（圧痕１５の一方の端部近傍にのみ曲率が変化する領域が認められる場合を含む）は、当該断面において、鋼板（１１、１２）に平行な方向についての圧痕１５（凹んだ領域）の長さを、圧痕１５の径ｄとする。
【００５０】
図４Ｃに、溶接部１３近傍の部分であって、圧痕１５の凹み量を特定可能ではない部分の、最大径断面での切断面の写真を示す。図４Ｃにおいて、図４Ａに示す構成要素と同じ構成要素の部分は、同じ参照符号を付して説明を省略する。ナゲット１４の周囲には、熱影響による硬化部１７が存在する。その硬化部１７は、スポット溶接時、母材である第１および第２の鋼板１１、１２がオーステナイト域まで加熱されて焼入れられたことで形成される。
【００５１】
圧痕１５の凹み量を特定可能ではない場合は、圧痕１５の径ｄは、第１または第２の鋼板１１、１２の最大径断面における熱影響による硬化部１７の径とする。当該断面において、熱影響による硬化部１７の明度は他の部分とは異なるので、熱影響による硬化部１７の径は容易に測定可能である。
【００５２】
スポット溶接に用いた電極の先端径は、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明した方法で特定される圧痕の径とする代わりに、鋼板の表面においてＣｕ（銅）濃度が高い領域の最大径としてもよい。スポット溶接に用いる電極はＣｕを含有し、スポット溶接の際に、電極のＣｕが鋼板の表面に転写される。したがって、鋼板の表面においてＣｕ濃度が高い領域は、電極の先端に対応する。
【００５３】
圧痕の径を、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明した方法により特定する場合、およびＣｕ濃度が高い領域で特定する場合のいずれでも、一方の鋼板１１の圧痕１５の径ｄと、他方の鋼板１２の圧痕１５の径ｄとが同じとみなすことができない場合は、両方の鋼板１１、１２の圧痕１５の径ｄの平均値を、圧痕１５の径ｄとする。
【００５４】
本実施形態において、２枚の鋼板が積み重ねられた積層部がスポット溶接で接合される場合、積層部での鋼板１枚当たりの平均厚さｔave（ｍｍ）は、（ｔ1＋ｔ2）／２となる。ただし、２枚の鋼板の個々の厚さをｔ1（ｍｍ）およびｔ2（ｍｍ）とする。平均厚さｔaveは０．５ｍｍ以上かつ２．６ｍｍ以下である。平均厚さｔaveがこの範囲内にあるとき、本実施形態の溶接構造体の好ましい製造方法（後述）により、散りを発生させずに、前記（１）式または（２）式を満たす溶接部を形成することが可能である。
【００５５】
一方、本実施形態において、３枚の鋼板が積み重ねられた積層部がスポット溶接で接合される場合、積層部での鋼板１枚当たりの平均厚さｔave（ｍｍ）は、（ｔ3＋ｔ4＋ｔ5）／３となる。ただし、３枚の鋼板の個々の厚さをｔ3（ｍｍ）、ｔ4（ｍｍ）およびｔ5（ｍｍ）とする。平均厚さｔaveは、２枚の鋼板が積み重ねられた積層部がスポット溶接で接合される場合と同様に、０．５ｍｍ以上かつ２．６ｍｍ以下である。平均厚さｔaveがこの範囲内にあるとき、本実施形態の溶接構造体の好ましい製造方法（後述）により、散りを発生させずに、前記（１）式または（２）式を満たす溶接部を形成することが可能である。
【００５６】
本実施形態において、溶接部のピッチが狭いほど、すなわち溶接構造体の単位長さあたりの溶接部の数が多いほど、衝撃を受けたときに吸収できるエネルギーは多くなる。しかし、溶接部のピッチを短くしすぎると、溶接時に、隣接する溶接部のナゲットが重なり、この場合、隣接する溶接点方向に電流が分流するために、所定の径でナゲットが形成されない。このため、溶接部のピッチは１７ｍｍ以上であることが好ましい。
【００５７】
本実施形態は、下記（３）式で定義されるＣ（炭素）当量Ｃｅｑが０．１３質量％以上である溶接部を備えた溶接構造体に適用することが好ましい。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋１／９０［Ｓｉ］＋１／１００（［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］）  （３）
ただし、［Ｃ］：溶接部の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｓｉ］：溶接部の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｍｎ］：溶接部の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｃｒ］：溶接部の平均Ｃｒ含有量（質量％）
【００５８】
一般に、溶接しようとする鋼板のＣ当量が多いほど、電気抵抗が高くなり、散りを発生させずにスポット溶接することが困難になる。溶接部のＣ当量Ｃｅｑが０．１３質量％以上の場合、散りを発生させずにスポット溶接することは、従来の製造方法によっては、極めて困難である一方、本実施形態の溶接構造体の好ましい製造方法（後述）により可能である。
【００５９】
溶接部のＣ当量Ｃｅｑは、複数の鋼板の平均化学組成に基づくＣ当量にほぼ等しい。２枚の鋼板（第１および第２の鋼板）が積み重ねられた積層部でスポット溶接によって接合される場合、２枚の鋼板の厚さが異なるときは、２枚の鋼板の平均化学組成は、第１の鋼板の平均化学組成と第２の鋼板の平均化学組成とを、厚さｔ1および厚さｔ2で加重平均したものとする。具体的には、第１および第２の鋼板の平均化学組成に基づくＣ当量Ｃｅｑplateは、下記（６）式で与えられる。
Ｃｅｑplate＝Ｒ1［Ｃ］1＋Ｒ2［Ｃ］2＋１／９０（Ｒ1［Ｓｉ］1＋Ｒ2［Ｓｉ］2）＋１
／１００（Ｒ1［Ｍｎ］1＋Ｒ2［Ｍｎ］2＋Ｒ1［Ｃｒ］1＋Ｒ2［Ｃｒ］2）  （６）
ただし、［Ｃ］1：第１の鋼板の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｃ］2：第２の鋼板の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｓｉ］1：第１の鋼板の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｓｉ］2：第２の鋼板の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｍｎ］1：第１の鋼板の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｍｎ］2：第２の鋼板の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｃｒ］1：第１の鋼板の平均Ｃｒ含有量（質量％）
［Ｃｒ］2：第２の鋼板の平均Ｃｒ含有量（質量％）
Ｒ1＝ｔ1／（ｔ1＋ｔ2）
Ｒ2＝ｔ2／（ｔ1＋ｔ2）
【００６０】
また、３枚の鋼板（第１、第２および第３の鋼板）が積み重ねられた積層部でスポット溶接によって接合される場合、３枚の鋼板の厚さが異なるとき、３枚の鋼板の平均化学組成は、第１の鋼板の平均化学組成と第２の鋼板の平均化学組成と第３の鋼板の平均化学組成を、厚さｔ3、厚さｔ4および厚さｔ5で加重平均したものとする。具体的には、第１、第２および第３の鋼板の平均化学組成に基づくＣ当量Ｃｅｑplateは、下記（７）式で与えられる。
Ｃｅｑplate＝Ｒ3［Ｃ］3＋Ｒ4［Ｃ］4＋Ｒ5［Ｃ］5＋１／９０（Ｒ3［Ｓｉ］3＋Ｒ4［Ｓｉ］4＋Ｒ5［Ｓｉ］5）＋１／１００（Ｒ3［Ｍｎ］3＋Ｒ4［Ｍｎ］4＋Ｒ5［Ｍｎ］5＋Ｒ3［Ｃｒ］3＋Ｒ4［Ｃｒ］4＋Ｒ5［Ｃｒ］5）  （７）
ただし、［Ｃ］3：第１の鋼板の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｃ］4：第２の鋼板の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｃ］5：第３の鋼板の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｓｉ］3：第１の鋼板の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｓｉ］4：第２の鋼板の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｓｉ］5：第３の鋼板の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｍｎ］3：第１の鋼板の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｍｎ］4：第２の鋼板の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｍｎ］5：第３の鋼板の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｃｒ］3：第１の鋼板の平均Ｃｒ含有量（質量％）
［Ｃｒ］4：第２の鋼板の平均Ｃｒ含有量（質量％）
［Ｃｒ］5：第３の鋼板の平均Ｃｒ含有量（質量％）
Ｒ3＝ｔ3／（ｔ3＋ｔ4＋ｔ5）
Ｒ4＝ｔ4／（ｔ3＋ｔ4＋ｔ5）
Ｒ5＝ｔ5／（ｔ3＋ｔ4＋ｔ5）
【００６１】
以下に、難溶接材の高張力鋼板であって、本実施形態における鋼板として用いることができる鋼板の化学組成を例示する。以下の例では、主にベイナイトまたはマルテンサイトを主相とし、一部、フェライトや残留オーステナイトを含んだ組織を形成することを想定している。この組織を有する鋼板は、高強度で、衝突時に母材破断が発生しない程度の延性を有する。本実施形態における鋼板は、上記組織、および以下の化学組成を有するものに限定されない。以下の例では、各元素の含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【００６２】
〈鋼板の化学組成の例〉
(i) Ｃ：０．０６％〜０．３５％
Ｃは、主相であるベイナイトまたはマルテンサイト、および残留オーステナイトの生成を促進する作用を有する。Ｃは、また、マルテンサイトの強度を高めることにより鋼板の引張強度を向上させる作用を有する。さらに、Ｃは、固溶強化により鋼を強化し、鋼板の降伏強度、および引張強度を向上させる作用を有する。
【００６３】
Ｃ含有量が０．０６％未満では、上記作用による効果を得ることが困難な場合がある。したがって、Ｃ含有量は、０．０６％以上とすることが好ましく、より好ましくは、０．１２％超であり、さらに好ましくは、０．１４％超である。一方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると、マルテンサイトの硬度が過度に高くなったり、また残留オーステナイトの安定度が過度に増すため加工誘起変態が生じにくくなって、鋼板の局部延性の著しい低下を招く場合がある。また、溶接性の劣化が著しくなる。このため、Ｃ含有量は、０．３５％以下とすることが好ましい。
【００６４】
(ii) Ｍｎ：１．０％〜３．５％
Ｍｎは、主相であるベイナイトまたはマルテンサイト、および残留オーステナイトの生成を促進する作用を有する。Ｍｎは、また、固溶強化により鋼を強化し、鋼板の降伏強度および引張強度を向上させる作用を有する。さらに、Ｍｎは、固溶強化によりベイナイトの強度を高めるので、高歪負荷条件下におけるベイナイトの硬度を高めることにより鋼板の局部延性を向上させる作用を有する。
【００６５】
Ｍｎ含有量が１．０％未満では、上記作用による効果を得ることが困難な場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は１．０％以上とすることが好ましく、より好ましくは、１．５％超であり、さらに好ましくは、１．８％超であり、特に好ましくは、２．０％超である。一方、Ｍｎ含有量が３．５％超では、ベイナイト変態を過度に遅延させてしまい、その結果、残留オーステナイトの安定化を図ることができずに、所定の残留オーステナイトを確保することが困難となる。このため、Ｍｎ含有量は、３．５％以下とすることが好ましい。
【００６６】
(iii) Ｓｉ＋Ａｌ：０．２０％〜３．０％
ＳｉおよびＡｌは、ベイナイト中の炭化物の生成を抑制することにより残留オーステナイトの生成を促し、鋼板の均一延性や局部延性を向上させる作用を有する。また、ＳｉおよびＡｌは、固溶強化により鋼を強化し、鋼板の降伏強度、および引張強度を向上させる作用を有する。さらに、ＳｉおよびＡｌは、固溶強化によりベイナイトの強度を高めるので、高歪負荷条件下におけるベイナイトの硬度を高めることにより鋼板の局部延性を向上させる作用を有する。
【００６７】
ＳｉおよびＡｌの合計含有量（以下、「（Ｓｉ＋Ａｌ）含有量」ともいう。）が０．２０％未満では上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、（Ｓｉ＋Ａｌ）含有量は０．２０％以上とすることが好ましく、より好ましくは、０．５％以上であり、
さらに好ましくは、０．８％以上である。一方、（Ｓｉ＋Ａｌ）含有量を３．０％超としても、上記作用による効果は飽和してしまいコスト的に不利となる。また、変態点の高温化を招いて生産性を阻害する。このため、（Ｓｉ＋Ａｌ）含有量は、３．０％以下とすることが好ましい。
【００６８】
Ｓｉは優れた固溶強化能を有するため、Ｓｉ含有量は、０．２０％以上とすることが好ましく、０．８％以上とすることがさらに好ましい。一方、Ｓｉは、鋼板の化成処理性や溶接性を低下させる作用を有するので、Ｓｉ含有量は１．９％未満とすることが好ましく、１．７％未満とすることがさらに好ましく、１．５％未満とすることが特に好ましい。
【００６９】
(iv) Ｐ：０．１０％以下
Ｐは、一般に不純物として含有され、粒界に偏析して鋼を脆化させ、衝撃荷重負荷時における割れの発生を促進する作用を有する。Ｐ含有量が０．１０％超では、上記作用による鋼の脆化が顕著となり、衝撃荷重負荷時における割れの発生を抑制することが困難となる。Ｐ含有量は、好ましくは０．０２０％未満、さらに好ましくは０．０１５％未満である。
【００７０】
(v) Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、一般に不純物として含有され、硫化物系介在物を鋼中に形成して、成形性を劣化させる作用を有する。Ｓ含有量が０．０１０％超では上記作用による影響が顕在化する。Ｓ含有量は、好ましくは０．００５％以下、さらに好ましくは０．００３％未満、特に好ましくは０．００１％以下である。
【００７１】
(vi) Ｎ：０．０１０％以下
Ｎは、一般に不純物として鋼中に含有され、鋼板の延性を劣化させる作用を有する。Ｎ含有量が０．０１０％超では、この延性低下が著しくなる。Ｎ含有量は、好ましくは０．００５０％以下である。
【００７２】
このように鋼は、Ｃ：０．０６％〜０．３５％、Ｍｎ：１．０％〜３．５％、（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．２０％〜３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下およびＮ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の対象とする鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００７３】
以下に説明する元素は、任意元素であり、必要に応じて上述の化学組成を有する鋼に、Ｆｅの一部に代えて含有させることができる。
【００７４】
(vii) Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、およびＢ：０．０１％以下からなる群から選択される１種または２種以上
Ｃｒ、Ｍｏ、およびＢは、焼き入れ性を高め、ベイナイトの生成を促進する作用を有する。また、これらの元素は、マルテンサイトや残留オーステナイトの生成を促進する作用を有する。さらに、固溶強化により鋼を強化し、鋼板の降伏強度、および引張強度を向上させる作用を有する。したがって、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＢからなる群から選択される１種または２種以上を含有させてもよい。上記作用による効果をより確実に得るには、Ｃｒ：０．１％以上、Ｍｏ：０．１％以上、およびＢ：０．００１０％以上のいずれかを満足させることが好ましい。
【００７５】
しかし、Ｃｒ含有量が０．５％を超えたり、Ｍｏ含有量が０．５％を超えたり、Ｂ含有量が０．０１％を超えたりすると、鋼板の一様伸びや局部延性の著しい低下を招く場合がある。このため、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＢの１種または２種以上を含有させる場合は、それぞれ上述の含有量の範囲内で含有させることが好ましい。
【００７６】
〈溶接構造体の製造方法〉
１．抵抗スポット溶接装置
図５Ａ、および図５Ｂは、本発明の溶接構造体の製造方法で用いることができる抵抗スポット溶接装置の一例を示す模式図であり、図５Ａは溶接前の状態を、図５Ｂは溶接中の状態をそれぞれ示す。図５Ａ、および図５Ｂに示すスポット溶接装置は、一対の複合電極２０、３０を備えている。以下、説明の便宜上、それらの複合電極２０、３０のうちの一方（図５Ａ、および図５Ｂ中の上側の複合電極）を第１複合電極２０といい、他方（図５Ａ、および図５Ｂ中の下側の複合電極）を第２複合電極３０ともいう。第１複合電極２０と第２複合電極３０とは、スポット溶接する対象である複数の鋼板（同図では第１および第２の鋼板１１、１２）が積み重ねられた積層部を間に挟んで、対向して配置される。第１複合電極２０の構成と第２複合電極３０の構成とは、同じである。すなわち、第１複合電極２０は、第１電極体２１と第１リング状部材２２とを備え、第２複合電極３０は、第２電極体３１と第２リング状部材３２とを備えている。
【００７７】
第１電極体２１は、真直ぐな棒状のシャンク２１ｂと、このシャンク２１ｂの先端に取り付けられた電極チップ２１ａとを備え、全体として棒状である。シャンク２１ｂは、電極チップ２１ａに隣接して鍔部２１ｂａを有する。電極チップ２１ａは、ＤＲ型電極チップである。すなわち、電極チップ２１ａは、先端部が凸形状に突出した概ね円柱状であって、その先端面２１ａａが曲率半径の大きい凸曲面に形成されている。先端面２１ａａの周縁部では、曲率半径が小さくなっている。すなわち、先端面２１ａａと、その周縁部との間で、曲率が変化している。
【００７８】
電極チップ２１ａとしては、ＤＲ型電極チップ以外にも周知の電極チップを用いることができ、たとえば、フラット型電極チップを用いてもよい。シャンク２１ｂは、その後端部がホルダ２４に固定されている。
【００７９】
第１リング状部材２２は、中心軸上に円形の貫通穴２２ｂを有する円筒状であり、その中心軸上に第１電極体２１が配置される。第１電極体２１の電極チップ２１ａおよび鍔部２１ｂａは、第１リング状部材２２に挿入されており、第１リング状部材２２の先端面２２ａを含む平面との間を軸方向に沿って相対的に移動が可能である。電極チップ２１ａの第１リング状部材２２の後方への移動は、第１電極体２１の鍔部２１ｂａが第１リング状部材２２の後端部のストッパ面２２ｃに接触することによって制限される。第１リング状部材２２と第１電極体２１とは、電気的には接続されていない。
【００８０】
ホルダ２４の前端には保持板２５が固定されている。第１リング状部材２２の後端と保持板２５との間には、第１弾性体２３として、圧縮コイルバネ２３Ａが配置されている。第１電極体２１のシャンク２１ｂは、圧縮コイルバネ２３Ａ（第１弾性体２３）の中心軸上に配置されている。第１リング状部材２２は、シャンク２１ｂに沿って相対的に移動が可能である。
【００８１】
同様に、第２電極体３１は、真直ぐな棒状のシャンク３１ｂと、このシャンク３１ｂの先端に取り付けられた電極チップ３１ａとを備え、全体として棒状である。シャンク３１ｂは、電極チップ３１ａに隣接して鍔部３１ｂａを有する。電極チップ３１ａは、ＤＲ型電極チップである。シャンク３１ｂは、その後端部がホルダ３４に固定されている。
【００８２】
第２リング状部材３２は、中心軸上に円形の貫通穴３２ｂを有する円筒状であり、その中心軸上に第２電極体３１が配置される。第２電極体３１の電極チップ３１ａおよび鍔部３１ｂａは、第２リング状部材３２に収容されており、第２リング状部材３２の先端面３２ａを含む平面との間を軸方向に沿って相対的に移動が可能である。電極チップ３１ａの第１リング状部材３２の後方への移動は、第２電極体３１の鍔部３１ｂａが第２リング状部材３２の後端部のストッパ面３２ｃに接触することによって制限される。第２リング状部材３２と第２電極体３１とは、電気的には接続されていない。
【００８３】
ホルダ３４の前端には保持板３５が固定されている。第２リング状部材３２の後端と保持板３５との間には、第２弾性体３３として、圧縮コイルバネ３３Ａが配置されている。第２電極体３１のシャンク３１ｂは、圧縮コイルバネ３３Ａ（第２弾性体３３）の中心軸上に配置されている。第２リング状部材３２は、シャンク３１ｂに沿って相対的に移動が可能である。
【００８４】
第１電極体２１および第２電極体３１をそれぞれ構成するシャンク２１ｂ、３１ｂおよび電極チップ２１ａ、３１ａの材質は、クロム銅、クロムジルコニウム銅、ベリリウム銅、アルミナ分散強化銅、または銅タングステン等である。いずれの場合でも、電極チップ２１ａ、３１ａは、銅を含有する。
【００８５】
第１リング状部材２２および第２リング状部材３２は、外部からの力に対して実質的に変形しないことが望ましいが、その材質に特に限定はなく、金属等の導電体であっても、セラミックス等の絶縁体であってもよい。また、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２は、第１電極体２１および第２電極体３１と同じ材質であっても良い。また、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２は、各先端面２２ａ、３２ａの全部を導電体で構成してもよいし、その一部を導電体で構成してもよい。
【００８６】
第１リング状部材２２および第２リング状部材３２を導電体とする場合、その材質は、特に限定はなく、第１電極体２１および第２電極体３１の材質と同じであってもよく、第１電極体２１および第２電極体３１と異なっていてもよい。ただし、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２の材質は、少なくとも溶接対象の鋼板の組よりも高い電気伝導率を有することが好ましい。詳細は後述するが、スポット溶接時に鋼板内に流れる電流を、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２に向けて有効に引き込むためである。
【００８７】
このような構成の第１複合電極２０および第２複合電極３０は、各々のホルダ２４、３４が図示しないスポット溶接ガンに装着される。具体的には、溶接ガンは、開閉動作が可能な一対のアームを有し、そのうちの一方のアームの先端に第１複合電極２０のホルダ２４が装着され、他方のアームの先端に第２複合電極３０のホルダ３４が装着される。両アームの開閉動作により、第１複合電極２０と第２複合電極３０とは、互いに離間したり接近したりする。このとき、第１電極体２１と第２電極体３１とは、互いに対向して同軸状に配置され、また、第１リング状部材２２と第２リング状部材３２とは、互いに対向して同軸状に配置された状態になっている。一対のアームのうちの一方は、固定されていてもよい。
【００８８】
また、第１電極体２１と第２電極体３１とは、図示しない電源装置に接続されている。たとえば、電源装置として直流電源装置を用いる場合、電源の正極および負極が、第１および第２電極体２１、３１の一方および他方にそれぞれ接続される。電源装置としては、交流電源装置を用いることも可能である。
【００８９】
２．抵抗スポット溶接
まず、図５Ａに示すように、素材として、板組を準備し、その板組は、２枚の鋼板（１１、１２）が互いに積み重ねられた積層部を有する。次に、積層部を間に挟んで、第１複合電極２０の第１電極体２１と第２複合電極３０の第２電極体３１とを対向して配置させるとともに、それぞれの第１リング状部材２２と第２リング状部材３２とを対向して配置させる。この動作は、溶接ガンの移動、または板組の搬送によって行われる。
【００９０】
次に、溶接ガンの両アームの閉動作を実行し、板組の積層部への第１複合電極２０および第２複合電極３０の押付け動作を開始する。これにより、第１複合電極２０では、ホルダ２４が積層部に向けて移動し、これと同時に、第２複合電極３０では、ホルダ３４が積層部に向けて移動する。これに伴い、第１複合電極２０では、始めに、第１リング状部材２２の先端面２２ａが第２の鋼板１２の表面に接触して押し付けられ、第１リング状部材２２のそれ以上の移動が制限される。第２複合電極３０では、始めに、第２リング状部材３２の先端面３２ａが第１の鋼板１１の表面に接触して押し付けられ、第２リング状部材３２のそれ以上の移動が制限される。
【００９１】
さらに、第１複合電極２０では、第１電極体２１が第２の鋼板１２に向けて移動し続ける。このとき、第１リング状部材２２と保持板２５との間隔が次第に狭まり、第１弾性体２３（圧縮コイルバネ２３Ａ）が圧縮変形する。これと同時に、第２複合電極３０では、第２電極体３１が第１の鋼板１１に向けて移動し続ける。このとき、第２リング状部材３２と保持板３５との間隔が次第に狭まり、第２弾性体３３（圧縮コイルバネ３３Ａ）が圧縮変形する。
【００９２】
そして、図５Ｂに示すように、第１複合電極２０では、電極チップ２１ａの先端部が第２の鋼板１２の表面に接触して押し付けられ、第１電極体２１のそれ以上の移動が制限される。これと同時に、第２複合電極３０では、電極チップ３１ａの先端部が第１の鋼板１１の表面に接触して押し付けられ、第２電極体３１のそれ以上の移動が制限される。
【００９３】
第１および第２の鋼板１１、１２の表面に、それぞれ、電極チップ３１ａ、２１ａの先端部が押し付けられることにより（または、この状態で、第１および第２電極体２１、３１間に電流が流されることにより）、圧痕１５（図４Ａ〜図４Ｃ参照）が形成される。
【００９４】
図４Ａにおいて、凹部として形成された圧痕１５の底面は、図５Ａおよび図５Ｂに示す第１および第２電極体２１、３１の先端面２１ａａ、３１ａａが接触した部分に相当する。図４Ａにおいて、圧痕１５の傾斜面は、図５Ａおよび図５Ｂに示す電極チップ２１ａ、３１ａにおいて、先端面２１ａａ、３１ａａの周縁に形成され、先端面２１ａａ、３１ａａに対して傾斜した傾斜面に相当する。
【００９５】
図４Ｂ、および図４Ｃに示す圧痕１５では、電極チップ２１ａ、３１ａの傾斜面に対応する部分は、明確に現れていない。
【００９６】
図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明した圧痕の径ｄは、電極チップ２１ａ、３１ａの先端面２１ａａ、３１ａａの径に対応している。
【００９７】
上述のようにして、板組の積層部は、互いに対向する第１電極体２１と第２電極体３１とによって挟み込まれるとともに、互いに対向する第１リング状部材２２と第２リング状部材３２とによって挟み込まれる。このとき、積層部には、第１電極体２１および第２電極体３１から押付け圧力が加えられ、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２からも押付け圧力が加えられている。
【００９８】
ここで、第１リング状部材２２には、圧縮変形している第１弾性体２３から圧縮変形の反発力が作用し、第２リング状部材３２には、圧縮変形している第２弾性体３３から圧縮変形の反発力が作用している。このため、第１および第２の鋼板１１、１２同士は、第１電極体２１および第２電極体３１との接触領域を加圧されるだけでなく、その周りの環状領域（第１リング状部材２２および第２リング状部材３２との接触領域）を加圧され、広範囲にわたり十分に接触した状態になる。これにより、シートセパレーション（第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とが、電極チップ２１ａ、２２ａによる押圧部周辺で離間すること）の発生が抑制される。
【００９９】
この状態になった後、電源装置を駆動し、第１電極体１１と第２電極体２１との間に電流を印加して、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とを溶接する。
【０１００】
図６Ａおよび図６Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す抵抗スポット溶接装置を用いたスポット溶接でナゲットが形成される状況を説明するための模式図である。これらの図のうち、図６Ａは、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２が導電体でない場合を示し、図６Ｂは、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２が導電体である場合を示す。図６Ａおよび図６Ｂ中、破線矢印は、溶接電流の流れを示している。
【０１０１】
図６Ａに示すように、第１および第２の鋼板１１、１２同士の接触領域は、第１電極体２１および第２電極体３１との接触領域のみならず、その周りの第１リング状部材２２および第２リング状部材３２との接触領域までと広範囲にわたっているため、著しいシートセパレーションは発生しない。このため、第１電極体２１と第２電極体３１との間に電流を印加すると、従来のスポット溶接に比して、電流が広範囲に広がって流れる。
【０１０２】
とりわけ、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２が導電体である場合、図６Ｂに示すように、第１および第２の鋼板１１、１２内では、電流がさらに広範囲に広がって流れる。具体的には、電流は、第１電極体２１から第２電極体３１に向けて、中間部で広がって流れるだけでなく、第１電極体２１から第１リング状部材２２に向けて引き込まれた後、第２リング状部材３２に向けて引き込まれ、最終的に第２電極体３１に向けて流れる。第１および第２の鋼板１１、１２同士が、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２からの強力な加圧によって、第１リング状部材２２と第２リング状部材３２との対向領域で十分に接触しつつ、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２がいずれも高い電気伝導率を有するからである。
【０１０３】
一般に、散り（中散り）は金属板同士の間から発生するが、電極に大電流を印加すると、電極と金属板との接触部が過加熱となり、その金属板表面から散り（表散り）が発生する場合がある。図６Ｂに示す実施形態のように、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２を導電体とすれば、第１電極体２１および第２電極体３１から導電体の第１リング状部材２２および第２リング状部材３２へ電流が迂回するため、電極と金属板との接触部での発熱が抑えられ、その金属板表面からの散りの発生を抑制することができるという利点もある。
【０１０４】
したがって、第１および第２の鋼板１１、１２同士が第１リング状部材２２および第２リング状部材３２によって強力に加圧されているため、第１および第２の鋼板１１、１２同士の接触領域が広範囲にわたって溶融し、ナゲット径の大きいナゲット１４が形成される。また、このスポット溶接によれば、ナゲット径の拡大に伴って、適正電流範囲を拡大することができる。
【０１０５】
このように本実施形態の溶接構造体の製造方法は、シートセパレーションの抑制や散り発生の抑制、ナゲット径の拡大、適正電流範囲の拡大といった効果を奏し、その効果を板組が第１および第２の鋼板で構成される場合を例にして説明した。これらの効果は、板組が２枚の鋼板で構成される場合に限らず、３枚の鋼板で構成される場合にも奏する。したがって、本実施形態の溶接構造体の製造方法により、第１実施形態の溶接構造体に限らず、第２実施形態の溶接構造体も得ることができる。
【０１０６】
なお、板組が３枚の鋼板で構成される場合、必要に応じて、加圧力や電流値、通電パターンを適宜調整すればよい。これにより、後述の実施例で示すような板組が２枚の鋼板で構成される場合と同様に、ナゲット径の大きいナゲットを形成できる。
【０１０７】
シートセパレーションを十分に抑制するためには、電極チップ２１ａ、３１ａが板組に接触している状態において、第１電極体２１の先端面２１ａａの外周縁と第１リング状部材２２の先端面２２ａの内周縁との間隔、および第２電極体３１の先端面３１ａａの外周縁と第２リング状部材３２の先端面３２ａの内周縁との間隔が重要である。これらの間隔は、溶接時に両者が干渉しない範囲で、可能な限り近づけることが好ましい。これらの間隔が広過ぎると、シートセパレーションの抑制効果が小さくなり、さらに、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２が導電体である場合は、電流が広がり難くなる。それらの間隔は、７ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。
【０１０８】
本発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は、他の形態でも実施できる。たとえば、溶接構造体は、家電製品（例：コピー機）の筐体であって、薄鋼板を用いて製作されるものであってもよい。この場合、本発明の溶接構造体により、たとえば、当該製品が落下したときの衝撃を良好に吸収し、製品内部を保護することができる。
【実施例】
【０１０９】
本発明の効果を確認するために、以下の試験を行った。
試験には、表２に示す鋼板Ａ〜Ｃ(Mat. A〜Mat. C)のいずれかを用いた。表２には、各鋼板Ａ〜Ｃについて、化学組成と、鋼板の特性として、厚さ、降伏強度(YS)、引張強度(TS)、および破断伸び(El)とを示す。鋼板Ａ〜Ｃは、いずれも、自動車の骨格部材の鋼板として、一般的に用いられるものである。表２に示すように、鋼板Ａ〜ＣのＣ当量Ｃｅｑは、いずれも０．１５質量％超であり、従来の溶接方法では、散りを発生させずにスポット溶接を行うことが困難なものである。【０１１０】
【表２】
2015137512.tif 000004
【０１１１】
〈十字引張試験〉
図５Ａおよび図５Ｂに示す抵抗スポット溶接装置、ならびに従来の抵抗スポット溶接装置を、それぞれ用いて、２枚の鋼板をスポット溶接して、溶接構造体を作製し、十字引張試験を実施した。【０１１２】
上述のように、図５Ａおよび図５Ｂに示す抵抗スポット溶接装置は、第１および第２の複合電極２０、３０（以下、「可動電極」という。）を備えており、第１および第２電極体２１、３１、ならびに第１および第２リング状部材２２、３２により、素材を挟み込んで電流を流すように構成した。従来のスポット溶接装置は、図５Ａおよび図５Ｂに示す抵抗スポット溶接装置から、第１および第２リング状部材１２、２２、ならびに第１および第２弾性体２３、３３を排したものに相当し、第１および第２電極体２１、３１に相当する電極（以下、「通常電極」という。）により、素材を挟み込んで電流を流すように構成した。【０１１３】
２枚の鋼板として、いずれも、表２の鋼板Ｃ（厚さ２．０ｍｍ）を用いた。積層部での鋼板１枚当たりの平均厚さｔaveは、２．０ｍｍであり、したがって、１．１０２５〜２．６ｍｍの範囲内にあった。スポット溶接は、電流の大きさを変化させて行った。
十字引張試験は、ＪＩＳ
Ｚ ３１３７に規定される方法により行った。【０１１４】
図１２は、本実施形態に係る手法で溶接構造体を得た場合に、得られたナゲットの径ｄng（ｍｍ）と素材の鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）との関係を示す特性図である。２枚の鋼板が積み重ねられた積層部において、複数箇所でのスポット溶接により２枚の鋼板が接合された溶接構造体において、それぞれの鋼板の厚さをｔ１，ｔ２とすると、図１２の横軸の平均厚さｔave＝（ｔ１＋ｔ２）／２である。【０１１５】
本実施形態の工法によれば、図１２に示すように、ハッチングで示した範囲でナゲットの径ｄng（ｍｍ）と平均厚さをｔave（ｍｍ）との関係が得られた。より詳細には、平均厚さｔave＝１．１（ｍｍ）を境に、ナゲットの径ｄng（ｍｍ）、平均厚さｔave（ｍｍ）、およびスポット溶接に用いた電極の先端径ｄ（ｍｍ）の関係に異なる特性が得られることが判明した。【０１１６】
具体的には、０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合、以下の条件（ａ）が得られた。
（ａ）ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （１）【０１１７】
また、１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合、以下の条件（ｂ）が得られた。
（ｂ）ｄng＞１．０５ｄ  （２）【０１１８】
素材の鋼板１枚当たりの平均厚さｔaveが１．１ｍｍよりも小さい薄い継手においては、曲げ剛性が低いために溶接部に剥離応力が生じやすく、その剥離応力による溶接部での界面剥離を抑制させるためには、ナゲットの径ｄng（ｍｍ）を条件（ａ）のように制御する必要がある。一方、素材の鋼板１枚当たりの平均厚さｔaveが１．１ｍｍ以上の場合には、曲げ剛性が高いために、条件（ｂ）に示すように、１．０５ｄよりも大きいナゲット径ｄng（ｍｍ）を設ければ溶接部での界面剥離を抑制できる。従って、条件（ａ）、条件（ｂ）を満たすことにより、製造した溶接構造体によれば所望の変形挙動を実現できる。【０１１９】
可動電極を用いて作製した溶接構造体には、散りが付着していなかったが、通常電極を用いて作製した溶接構造体には、散りが付着していた。図７に、ナゲット径ｄngと十字引張荷重Ｐとの関係を示す。図７において、破線は、ナゲット径が１．０５ｄ（ｄは、スポット溶接に用いた電極の先端径）であることを示す。本発明の溶接構造体は、図７で、可動電極を用い、ｄng＞１．０５ｄであるものである。【０１２０】
可動電極を用いた場合、および通常電極を用いた場合のいずれも、ナゲット径ｄngが大きくなるに従って、十字引張荷重Ｐが大きくなる傾向がある。しかし、通常電極を用いた場合は、可動電極を用いた場合に比して、同じナゲット径ｄngに対する十字引張荷重Ｐのばらつきが大きく、ｄng＞１．０５ｄを満たしても、必ずしも、可動電極を用いた場合（散りの付着がなかったもの）と同等の十字引張荷重Ｐが得られていない。散りの付着がなかったものは、散りの付着があったものに比して、安定して、高い十字引張荷重Ｐが得られている。可動電極を用いた場合、ｄng＞１．０５ｄであるスポット溶接部のみならず、ｄng≦１．０５ｄであるスポット溶接部も得られているが、溶接条件を適切に設定することにより、ｄng＞１．０５ｄである溶接構造体を、ほぼ確実に得ることができる。【０１２１】
ナゲット径ｄngを一定の大きさよりも大きくすることができない場合は、溶接部での破断を抑制するには限界がある。特に、鋼板の引張強度が高くなるほど、溶接部にかかる応力が高くなるため、大きなナゲット径ｄngを確保して強固な溶接を行う必要がある。また、鋼板の板厚が厚くなるほど、溶接部にかかる応力が高くなるため、大きなナゲット径ｄngを確保して強固な溶接を行う必要がある。【０１２２】
一方、鋼板の引張強度が高くなるほど電気抵抗が高くなるため、溶接時の発熱により散りが発生する。散りの発生によりナゲット径が小さくなり、また板厚が薄くなり、また安定した溶接が困難となるため、溶接した鋼板が剥離し易くなる。このため、散りの発生を抑制しつつ、より大きなナゲット径ｄngを得ることが望ましい。本実施形態では、第１複合電極２０及び第２複合電極３０が備える第１リング状部材２２及び第２リング状部材３２を鋼板に押し付けることで、溶接される鋼板同士が確実に密着するため、ナゲット径ｄngを確実に大きくすることができ、溶接部の強度を大幅に高めることができる。また、第１リング状部材２２及び第２リング状部材を導電体によって構成した場合は、図６Ｂに示したように電流が広範囲に広がって流れ、電流密度が低下するため、散りの発生を確実に抑止することが可能である。従って、本実施形態によれば、引張強度が980MPa以上の鋼板を用いた場合であっても、条件（ａ）、条件（ｂ）を満たすナゲット径ｄngを確保することができ、且つ散りの発生を抑止できるため、溶接部の接合強度を大幅に高めることができ、溶接部に剥離が生じることを確実に抑止できる。換言すれば、従来の工法を用いた場合、特に引張強度が980MPa以上の鋼板では、条件（ａ）、条件（ｂ）を満たすナゲット径ｄngを確保することは困難である。【０１２３】
また、本実施形態にかかる可動電極を用いない場合、ナゲット径の拡大を図るためには、電極の加圧力を増大させて大電流を流す程度の方法しかない。これに対し、本実施形態にかかる可動電極を用いた場合は、第１電極体２１および第２電極体３１の外周において、第１リング状部材２２および第２リング状部材３２を鋼板に押し付けるため、シートセパレーションを抑制しつつナゲット径を増大することができる。このため、従来電極では、高加圧力に起因して鋼板の板間隙が大きくなるのに対し、本実施形態にかかる可動電極ではシートセパレーション抑制により板間隙を十分に小さくすることが可能となる。従って、従来手法による板間隙が大きい溶接部の継手は、衝突時の変形過程で溶接部を剥離させる応力状態となり易く剥離し易いが、本実施形態にかかる可動電極にて形成された大径のナゲットの継手によれば、従来電極で形成された継手よりも板間隙が小さいために衝突変形時の剥離が確実に抑えられる。【０１２４】
〈圧壊試験〉
下記の要領で、溶接構造体に対して、衝突試験（いわゆる動的変形衝撃試験）を行った。衝撃試験は、実際に自動車が衝突する際の基本試験様式である曲げ変形、および軸圧潰変形の２種類の条件で行った。【０１２５】
１．曲げ変形
鋼板ＡおよびＢを用いたハットチャンネル部材およびクロージングプレート部材を用意した。図８に、ハットチャンネル部材、およびクロージングプレート部材の形状および寸法を示す。図８に示すように、ハットチャンネル部材は、幅が１２０ｍｍ、高さが６０ｍｍ、長さが６００ｍｍであり、幅方向両側に幅２０ｍｍの突出部（屈曲部、およびフランジ）を有していた。このフランジを、ハットチャンネル部材と同じ長さおよび幅を有するクロージングプレート部材に積み重ねて、クロージングプレート部材とスポット溶接した。【０１２６】
スポット溶接は、可動電極、および通常電極をそれぞれ用いて行った。溶接部のピッチは、１７．５ｍｍ、および３５ｍｍとした。【０１２７】
この溶接構造体を、クロージングプレート部材を上方に向けた状態で、２本の半円筒状の治具（円筒部の曲率半径：３０ｍｍ）上に載置した。このとき、各治具は、円筒部を上方に向け、２本の治具が平行に、これらの間隔が４４０ｍｍとなるように配置した。【０１２８】
この状態の溶接構造体の長手方向中間部に対して、上方から、油圧圧縮試験機にて、半円筒状のインパクター（円筒部の曲率半径：１５０ｍｍ）を、円筒部を下方に向けて、速度８．６ｋｍ／ｈの速度で衝突させた。【０１２９】
その際、インパクターの変位を測定するとともに、その曲げ変形に伴う変形抵抗を、インパクターに内蔵した圧電式のロードセルにより測定した。インパクターの移動量である試験変位は６０ｍｍとした。試験変位に対する変形抵抗の曲線に基づき、変形抵抗を試験変位（インパクターが溶接構造体に衝突してから４５ｍｍ移動するまで）で積分して、溶接構造体が曲げ変形する際の吸収エネルギーＵとした。【０１３０】
図９に、ナゲット径ｄngと吸収エネルギーＵとの関係を示す。図９に示すように、鋼板Ａ(Mat.
A)、および鋼板Ｂ(Mat. B)を用いた場合のいずれも、概ね、ナゲット径ｄngが大きくなるに従って、吸収エネルギーＵが大きくなる。鋼板Ａを用いた場合は、ナゲット径ｄngが１．０５ｄを超えると、吸収エネルギーＵは、安定して高い値を示す。【０１３１】
鋼板Ａを用いた場合は、ピッチの差によっては、吸収エネルギーＵに大きな差は出ていない。一方、鋼板Ｂを用いた場合は、可動電極で溶接したものを比較すると、ピッチが１７．５ｍｍの溶接構造体は、ピッチが３５ｍｍの溶接構造体に比して、吸収エネルギーが高くなる傾向がある。表２に示すように、鋼板Ｂは、鋼板Ａに比して、Ｃ当量が高い。Ｃ当量が高い鋼板（たとえばＣｅｑ＞０．３の鋼板）を用いる場合は、十分に高い吸収エネルギーを得るには、ピッチを短くするのが好ましい。【０１３２】
２．軸圧潰変形
鋼板Ｃ（厚さ１．６ｍｍ）を用いたハットチャンネル部材およびクロージングプレート部材を用意した。図１０に、ハットチャンネル部材、およびクロージングプレート部材の形状および寸法を示す。図１０に示すように、ハットチャンネル部材は、幅が１２０ｍｍまたは１２６、高さが６０ｍｍ、長さが３００ｍｍであり、幅方向両側に幅２０ｍｍまたは２３ｍｍの突出部（屈曲部、およびフランジ）を有していた。ハットチャンネル部材の幅方向に関して各屈曲部の長さは５ｍｍであり、したがって、フランジの幅は１５ｍｍまたは１８ｍｍである。このフランジを、ハットチャンネル部材と同じ長さおよび幅を有するクロージングプレート部材に積み重ねて、クロージングプレート部材とスポット溶接した。【０１３３】
スポット溶接は、可動電極、および通常電極をそれぞれ用いて行った。溶接部のピッチは、３５ｍｍとした。【０１３４】
この溶接構造体の軸方向を鉛直方向に向け、この溶接構造体に対して、その軸方向に、上方から、質量が８５０ｋｇの錘体を４．８３ｍの高さから自由落下させ、３５ｋｍ／ｈの速度で衝突させた。このとき、錐体の変位を測定するとともに、溶接構造体の変形抵抗を、圧電式のロードセルで測定した。そして、錐体の変位に対する変形抵抗の曲線に基づき、変形抵抗を錐体の変位（錐体が、溶接構造体に衝突してから、２００ｍｍ移動するまで）で積分して、溶接構造体が軸圧壊変形する際の吸収エネルギーＵとした。【０１３５】
図１１に、ナゲット径ｄngと吸収エネルギーＵとの関係を示す。図１１の凡例で、フランジの幅が２０ｍｍの場合を「ｌf＝２０ｍｍ」と記し、フランジの幅が２３ｍｍの場合を「ｌf＝２３ｍｍ」と記している。図１１に示すように、概ね、ナゲット径ｄngが大きくなるに従って、吸収エネルギーＵは大きくなり、ナゲット径ｄngが１．０５ｄを超える
と、吸収エネルギーＵは、安定して高い値を示す。【０１３６】
なお、以上説明した可動電極による溶接を主接合とし、補助接合としてレーザー溶接や接着を併用しても良い。この場合、接着剤としては、電気を通すウェルドボンドなどの接着剤を用いることができる。【０１３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１３８】
１０、４１〜４６：溶接構造体、    １１、５１〜５６：第１の鋼板、
１２、６１〜６６：第２の鋼板、    ７３〜７６：第３の鋼板、
１３、４１ａ、４２ａ：スポット溶接部、    １４：ナゲット、    １５：圧痕
【図１】
2015137512.tif 000005
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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】
2015137512.tif 000024
【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図４Ｃ】
2015137512.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月13日(2016.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体であって、
ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、前記スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とするとき、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ａ）または（ｂ）の条件を満たす、溶接構造体。
（ａ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （１）
（ｂ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （２）
【請求項２】
請求項１に記載の溶接構造体であって、
荷重が加えられることにより塑性変形することが予定された変形予定領域を含み、
少なくとも前記変形予定領域内に前記スポット溶接が施されている、溶接構造体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接構造体であって、
前記変形予定領域では、散りの付着がない、溶接構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記鋼板の引張強度が980MPa以上である、溶接構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記電極は、前記積層部において前記鋼板に押し付けられる電極体と、前記電極体の周囲で前記鋼板に押し付けられるリング状部材とを有する複合電極である、溶接構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の溶接構造体であって、
前記複合電極は、
前記積層部において前記鋼板に対向して押し付けられる第１及び第２の前記リング状部材と、
前記第１及び第２のリング状部材にそれぞれ設けられた貫通孔にそれぞれ挿入され、前記積層部において前記鋼板に対向して押し付けられる第１及び第２の前記電極体と、を有し、
前記鋼板を介して前記第１及び第２の電極体の間に電流が流される、溶接構造体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記条件（ａ）または（ｂ）を満足する前記スポット溶接部が、２０％〜６０％の範囲に存在する、溶接構造体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記スポット溶接部について、下記（３）式で定義されるＣ当量Ｃｅｑが、０．１３質量％以上である、溶接構造体。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋１／９０［Ｓｉ］＋１／１００（［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］）  （３）
ただし、［Ｃ］：前記スポット溶接部の平均Ｃ含有量（質量％）
［Ｓｉ］：前記スポット溶接部の平均Ｓｉ含有量（質量％）
［Ｍｎ］：前記スポット溶接部の平均Ｍｎ含有量（質量％）
［Ｃｒ］：前記スポット溶接部の平均Ｃｒ含有量（質量％）
【請求項９】
請求項２〜８のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記溶接構造体が、自動車用の部材であって、前記変形予定領域が、軸圧縮荷重を受けることが予定されている、溶接構造体。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかに記載の溶接構造体であって、
前記溶接構造体が、自動車用の部材であって、前記変形予定領域が、曲げ荷重を受けることが予定されている、溶接構造体。
【請求項１１】
２枚または３枚の鋼板が積み重ねられた積層部で、複数箇所でのスポット溶接により、前記鋼板が接合された溶接構造体の製造方法であって、
前記スポット溶接を施す工程が、第１工程および第２工程を含み、
前記第１工程では、前記積層部を間に挟んで、棒状の第１電極体と棒状の第２電極体とを対向して配置させるとともに、前記第１電極体が挿入される貫通穴を有し後端に第１弾性体が連結された第１リング状部材と前記第２電極体が挿入される貫通穴を有し後端に第２弾性体が連結された第２リング状部材とを対向して配置し、
前記第２工程では、前記第１電極体および前記第２電極体の各先端面を前記積層部に押し付けるとともに、前記第１弾性体から前記第１リング状部材に押付け圧力を加えつつ、前記第２弾性体から前記第２リング状部材に押付け圧力を加えながら、前記第１リング状部材および前記第２リング状部材の各先端面を前記積層部に押し付けて、前記積層部を加圧し、前記第１電極体と前記第２電極体との間に電流を印加し、
前記第１工程および前記第２工程により、スポット溶接部は、平均厚さｔave（ｍｍ）に応じて下記（ｃ）または（ｄ）の条件を満足する、溶接構造体の製造方法。
（ｃ）０．５ｍｍ≦ｔave＜１．１ｍｍである場合：ｄng＞ｄ（ｔave）1/2  （４）
（ｄ）１．１ｍｍ≦ｔave≦２．６ｍｍである場合：ｄng＞１．０５ｄ  （５）
ただし、ナゲットの径をｄng（ｍｍ）、スポット溶接に用いた電極の先端径をｄ（ｍｍ）、前記積層部での前記鋼板１枚当たりの平均厚さをｔave（ｍｍ）とする。
【国際調査報告】
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