(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属製部材の少なくとも一部となる板状部同士を重ね合わせ、その重ね合わされた重ね合わせ部にスポット溶接することによって製造される車体部品の製造方法において、
前記重ね合わせ部のうち、スポット溶接によってナゲットを形成する部分を除くその周囲に、加熱によって焼き戻しされた軟化部を、前記重ね合わせ部の板面に沿う広がりをもたせるように形成する加熱工程と、
前記加熱工程の後に、前記部分に、当該部分を挟み込むようにスポット溶接装置の一対の溶接電極を当て、スポット溶接を行うスポット溶接工程と、
を有し、
前記加熱工程において、前記軟化部は、通電加熱装置を用いた通電加熱により形成し、
前記通電加熱装置は、前記重ね合わせ部に当接して当該重ね合わせ部を挟み込む一対の通電電極を備え、
前記通電電極は、前記溶接電極とは別に前記軟化部を形成する専用のものとして設けられており、
前記通電電極が有する前記重ね合わせ部への当接面には、前記部分の大きさに合わせた孔部が形成されていることを特徴とする車体部品の製造方法。
【請求項２】
前記孔部の径は、前記部分の径以上かつ前記部分の径に２ｍｍを加算した値以下であることを特徴とする請求項１に記載の車体部品の製造方法。
【請求項３】
前記通電電極の前記当接面は、一定幅を有する円環状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車体部品の製造方法。
【請求項４】
複数の金属製部材の少なくとも一部となる板状部同士を重ね合わせ、その重ね合わされた重ね合わせ部にスポット溶接することによって車体部品を製造する車体部品の製造装置において、
前記重ね合わせ部のうち、スポット溶接によってナゲットを形成する部分を除くその周囲に、加熱によって焼き戻しされた軟化部を前記重ね合わせ部の板面に沿う広がりをもたせるように形成する通電加熱装置と、
前記通電加熱装置によって前記軟化部が形成された後に、前記部分に、当該部分を挟み込む一対の溶接電極を当てて、スポット溶接を行うスポット溶接装置と、
を備え、
前記通電加熱装置は、前記重ね合わせ部に当接して当該重ね合わせ部を挟み込む一対の通電電極を有し、
前記通電電極は、前記溶接電極とは別に前記軟化部を形成する専用のものとして設けられており、
前記通電電極が有する前記重ね合わせ部への当接面には、前記部分の大きさに合わせた孔部が形成されていることを特徴とする車体部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体部品の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の骨格部品や補強部品等の車体部品として、所定形状に成形された複数の金属製部材によって構成される場合がある。この場合、複数の金属製部材同士の少なくとも一部が重ね合わされ、その重ね合わされた部分で溶接されることにより、それら複数の金属製部材同士が接合される。その溶接方法としては、スポット溶接がよく用いられる（例えば、補強部品について特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、金属製部材同士をスポット溶接によって接合する場合、板状をなす金属製部材同士の間にナゲット（溶融部）が形成され、そのナゲットによって部材同士が接合する。ただ、金属製部材が、１０００ＭＰａを超える引張り強度を有する高強度鋼板等よりなる場合、スポット溶接の際の加熱によってナゲットが形成される部分の周囲が焼き戻され、その部分の軟化が生じる。
【０００５】
図６は、スポット溶接によりナゲットが形成された部分の周囲における硬さの分布を示すグラフである。この図６に示すように、スポット溶接によってナゲットが形成されたナゲット形成部の周囲に、軟化のピーク部Ｐが形成される。このような状態では、車体部品に外力が作用した場合に、その軟化のピーク部Ｐに応力が集中し、破断が生じやすくなることが懸念される。
【０００６】
そこで、本発明は、スポット溶接を用いた接合であっても、ナゲットが形成された部分の周囲において、局所的な応力集中の発生が抑制された車体部品を得ることのできる車体部品の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明は、複数の金属製部材の少なくとも一部となる板状部同士を重ね合わせ、その重ね合わされた重ね合わせ部にスポット溶接することによって製造される車体部品の製造方法において、前記重ね合わせ部のうち、スポット溶接によってナゲットを形成する部分に、スポット溶接装置の電極を当ててスポット溶接を行うスポット溶接工程と、前記部分の周囲に、加熱によって焼き戻しされた軟化部を前記重ね合わせ部の板面に沿う広がりをもたせるように形成する加熱工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記加熱工程において、前記軟化部は、通電加熱装置を用いた通電加熱により形成し、前記通電加熱装置は、前記重ね合わせ部に当接して当該重ね合わせ部を挟み込む一対の通電電極を備えていることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、上記第２の発明において、前記通電電極が有する前記重ね合わせ部への当接面には、前記部分の大きさに合わせた孔部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明では、上記第３の発明において、前記孔部の径は、前記部分の径以上かつ前記部分の径に２ｍｍを加算した値以下であることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明では、上記第３又は第４の発明において、前記通電電極の前記当接面は、一定幅を有する円環状であることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明では、複数の金属製部材の少なくとも一部となる板状部同士を重ね合わせ、その重ね合わされた重ね合わせ部にスポット溶接することによって車体部品を製造する車体部品の製造装置において、前記重ね合わせ部のうち、スポット溶接によってナゲットを形成する部分に電極を当てて、スポット溶接を行うスポット溶接装置と、前記部分の周囲に、加熱によって焼き戻しされた軟化部を前記重ね合わせ部の板面に沿う広がりをもたせるように形成する通電加熱装置と、を備え、前記通電加熱装置は、前記重ね合わせ部に当接して当該重ね合わせ部を挟み込む一対の通電電極を有し、前記通電電極が有する前記重ね合わせ部への当接面には、前記部分の大きさに合わせた孔部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、スポット溶接工程では、ナゲットを形成する部分（ナゲット形成部分）でスポット溶接が行われ、形成されたナゲットにより金属製部材同士が接合される。また、加熱工程では、前記部分の周囲に、加熱によって焼き戻しされた軟化部が、重ね合わせ部の板面に沿う広がりをもった状態で形成される。この２つの工程を経る製造方法によって溶接された車体部品では、ナゲットが形成された部分の周囲に、広がりをもった軟化部が形成されているため、局所的な応力集中が抑制された車体部品を得ることができる。
【００１４】
また、加熱工程において、軟化部は、ナゲットを形成する部分を除いた部分に形成される。ナゲットを形成する部分には、スポット溶接によってナゲットが形成される以上、その部分まで軟化させる必要がない。そのため、不要な部分にまで軟化部が形成されることを避けて、製造効率を高めることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、通電加熱装置が有する一対の通電電極が重ね合わせ部を挟み込むようにして当該重ね合わせ部に当接し、通電加熱により軟化部が形成される。仮に、高周波やレーザを用いた加熱の場合、通電電極が重ね合わせ部に当接して加熱する通電加熱とは異なって非接触で加熱するため、加熱範囲の制御が困難で、必要以上の範囲に加熱されて軟化部が形成されてしまうおそれがある。その点、重ね合わせ部に当接させた電極間に通電して加熱する通電加熱では、通電電極の当接面の大きさを設定すれば所望の加熱範囲が得られるため、必要な範囲のみ軟化部を形成することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、通電電極の当接面に、ナゲット形成部分の大きさに合わせた孔部が形成されているため、ナゲット形成部分を除く軟化部の形成を容易に行うことができる。
【００１７】
第４の発明によれば、前記孔部の径は、前記部分の径以上かつ前記部分の径に２ｍｍを加算した値以下であることから、ナゲット形成部分の外周側に、通電加熱されない領域が形成されることを抑制できる。これにより、スポット溶接時の加熱によってナゲットの周囲に軟化のピーク部が発生することを抑制できる。
【００１８】
第５の発明によれば、通電電極の当接面が一定幅を有する円環状であるため、重ね合わせ部には、円環状をなす軟化部が形成される。これにより、ナゲット形成部分の周囲の全周にわたって均一な軟化領域が形成され、ナゲットの周囲での応力集中をより一層抑制することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、スポット溶接装置及び通電加熱装置を用いて、上記第１から第３の発明による効果が得られる車体部品の製造方法を好適に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スポット溶接された車体部品の一部を示す斜視図。
【図２】車体部品を製造する上での溶接工程を示す説明図。
【図３】通電加熱装置の通電電極を示す断面図。
【図４】通電加熱後の状態を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は硬さの分布を示すグラフ。
【図５】スポット溶接部の状態を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は硬さの分布を示すグラフ。
【図６】従来のスポット溶接後の硬さ分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示す車体部品１０は、自動車等の車両のボディを構成する骨格部品や補強部品の一例であり、図１にはその一部分が示されている。車体部品１０としては、具体的には、ピラー、クロスメンバ、サイドメンバ等である。
【００２３】
この図１に示した車体部品１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、その両部材１１，１２が重ね合わされた重ね合わせ部１３とを有している。金属製部材としての第１部材１１及び第２部材１２は、それぞれ引張り強度が１０００ＭＰａを超える高強度の金属材料、例えば鋼材よりなり、熱間プレス（ホットスタンプ）によって溝形形状をなすように成形されている。
【００２４】
重ね合わせ部１３は、各部材１１，１２がそれぞれ有するフランジ１４，１５が重ね合わされてなる部分である。フランジ１４，１５は、車体部品１０が延びる方向と直交する方向の両端部において、各部材１１，１２の側壁部１１ａ，１２ａから外方に延長されるように設けられている。このフランジ１４，１５が、板状部に相当する。そして、重ね合わせ部１３においてスポット溶接がなされ、両部材１１，１２が接合されている。スポット溶接されたスポット溶接部１６は、車体部品１０が延びる方向に沿って多数設けられている。
【００２５】
図２に示すように、スポット溶接部１６を形成する溶接工程は、加熱工程である通電加熱工程と、スポット溶接工程の２つの工程を経る。この２つの工程は、スポット溶接が予定される箇所ごとに連続して実施してもよいし、すべての箇所又は複数箇所ごとに通電加熱工程を実施し、その後にスポット溶接工程を実施する方法を採用してもよい。
【００２６】
通電加熱工程では、第１部材１１と第２部材１２との重ね合わせ部１３において、スポット溶接部１６を設けることが予定されている箇所に通電加熱を行う工程である。この工程では、スポット溶接によってナゲット（溶融部）Ｎを形成する部分、つまりナゲット形成部分１７（図４参照）を除き、そのナゲット形成部分１７の周囲が、重ね合わせ部１３の板厚方向全域にわたって通電加熱される。これにより、通電加熱された部分は焼き戻しされて軟化し、当該部分には軟化部１８が重ね合わせ部１３の板面に沿う広がりをもった状態で形成される。続くスポット溶接工程は、ナゲット形成部分１７にスポット溶接を行う工程である。以下、それぞれの工程について、より詳しく説明する。
【００２７】
まず、通電加熱工程について、図２に加えて、図３及び図４も併せて参照しながら説明する。図２に示すように、この通電加熱工程では、通電加熱装置２１が用いられる。通電加熱装置２１は、一対の通電電極２２，２３を有している。図３に示すように、各通電電極２２，２３は、重ね合わせ部１３を構成する各フランジ１４，１５の板面に当接する当接面２４，２５を有している。各当接面２４，２５の外形は、円形状をなしている。この場合、例えば、スポット溶接により形成されるナゲットＮの径（ナゲット径）が６ｍｍとすれば、各当接面２４，２５の径は２０ｍｍに設定される。
【００２８】
この通電加熱装置２１を用いて通電加熱を行う場合は、重ね合わせ部１３のうち、スポット溶接が予定される箇所において、これら一対の通電電極２２，２３の各当接面２４，２５を、フランジ１４，１５のそれぞれの板面に当接させる。この当接状態で、両通電電極２２，２３間に通電させることにより、通電電極２２，２３の各当接面２４によって挟まれた部分を所定温度（例えば、約６００℃）に加熱する。
【００２９】
ここで、各通電電極２２，２３の当接面２４，２５には、その中心部分に孔部２６，２７が設けられている。各孔部２６，２７は、それぞれ当接面２４，２５から凹んだ状態で設けられ、当接面２４，２５に平行な横断面において円形状をなしている。その径は、ナゲット径、つまりナゲット形成部分１７の径と同じとなるように設定されている。なお、各孔部２６，２７の径はナゲット径と同じであることが最適であるが、若干大きくても許容される。その許容範囲は、例えば、ナゲット径が６ｍｍの場合は２ｍｍ以下（孔部２６，２７の直径６ｍｍ〜８ｍｍ）であり、１ｍｍ以下（孔部２６，２７の直径６ｍｍ〜７ｍｍ）であればより好ましい。
【００３０】
このように、各通電電極２２，２３には、ナゲット径に相当する孔部２６，２７が設けられているため、両通電電極２２，２３によって加熱される部位、つまり各当接面２４，２５が当接する部分は円環状をなしている。図４（ａ）の平面図に示すように、加熱によって焼き戻されて軟化する部分は平面形状において円環状をなし、その部分が軟化部１８となっている。
【００３１】
その軟化部１８での軟化の状態をグラフに示したのが図４（ｂ）である。この図４（ｂ）に示すように、軟化部１８では、各部材１１，１２の硬さが、他の部分よりも低くなっている。例えば、第１部材１１及び第２部材１２として、引張り強度が１５００ＭＰａの鋼板を用いた場合、約６００℃の加熱による焼き戻しにより、７８０ＭＰａまで硬さが低下する。
【００３２】
その一方で、円環状をなす軟化部１８の中心部は、孔部２６，２７の存在によって各通電電極２２，２３の当接面２４，２５が当接しないため、通電加熱されない。そのため、その部分では焼き戻されて軟化することが抑制され、各部材１１，１２を構成する金属材料が有するもともとの硬さが維持される。この部位は、スポット溶接によりナゲットＮを形成するナゲット形成部分１７である。
【００３３】
次に、スポット溶接工程について、図２に加えて図６を参照しながら説明する。まず図２に示すように、このスポット溶接工程では、スポット溶接装置３１が用いられる。このスポット溶接装置３１と、前述した通電加熱工程を行う通電加熱装置２１とで、車体部品１０の製造装置が構成されている。スポット溶接装置３１は、一対の溶接用電極３２，３３を有している。各溶接用電極３２，３３の溶接面３４，３５の外形は、円形状をなしている。
【００３４】
重ね合わせ部１３のうち、スポット溶接が予定される箇所では、前述したように、すでに円環状をなす軟化部１８が形成されている。その状態で、一対の溶接用電極３２，３３の各溶接面３４，３５を、軟化部１８の中心部にあるナゲット形成部分１７に当接させ、スポット溶接を行う。これにより、ナゲット形成部分１７では、第１部材１１のフランジ１４と第２部材１２のフランジ１５との間に、ナゲットＮが形成される。このナゲットＮにより、重ね合わせ部１３において第１部材１１と第２部材１２の各フランジ１４，１５同士が接合される。
【００３５】
図５（ａ）の平面図に示すように、スポット溶接が行われた後のスポット溶接部１６では、フランジ１４，１５同士の間にナゲットＮが形成されたナゲット形成部１９を有している。そのナゲット形成部１９の周囲には、広がりをもった軟化部１８が形成されている。この状態における、スポット溶接部１６周辺の硬さの分布を示すのが図５（ｂ）である。この図５（ｂ）に示すように、ナゲット形成部１９の周囲の軟化部１８により、局所的な軟化のピークは形成されず、そのようなピークの存在による応力集中を回避することが可能となる。
【００３６】
本実施形態における車体部品１０の製造方法は上記のとおりであり、この製造方法によれば、以下に示す効果が得られる。
【００３７】
（１）すでに説明した通り、スポット溶接部１６において、ナゲット形成部１９の周囲に広がりをもった軟化部１８が形成されているため、局所的な応力集中が抑制された車体部品１０を得ることができる。これにより、車体部品１０に外力が作用したとしても、応力集中に伴う強度低下を抑制できる。
【００３８】
（２）通電加熱工程において、軟化部１８は、ナゲット形成部分１７を除いた部分に形成される。当該ナゲット形成部分１７は、スポット溶接によりナゲットＮが形成される以上、その部分まで軟化させる必要がない。そのため、不要な部分にまで軟化部１８が形成されることを避けて、製造効率を高めることができる。
【００３９】
（３）仮に、高周波やレーザを用いて加熱する場合、非接触での加熱となるため、加熱範囲の制御が困難で、必要以上の範囲に加熱されて軟化された部分が形成されてしまうおそれがある。軟化部分が広がることは、車体部品１０の強度を低下させる要因となる。その点、重ね合わせ部１３の板面に当接させた通電電極２２，２３の間に通電して加熱する通電加熱では、その当接面２４，２５の大きさを設定すれば所望の加熱範囲が得られ、必要な範囲だけに軟化部１８を形成することができる。また、通電加熱装置２１を用いた加熱方式は、高周波やレーザを用いた加熱方式に比べ、加熱効率が高いため、車体部品１０の製造コストを抑えることもできる。
【００４０】
（４）一対の通電電極２２，２３の各当接面２４，２５に、ナゲット形成部分１７の大きさに合わせた孔部２６，２７が形成されている。この通電電極２２，２３を用いるだけで、ナゲット形成部分１７を除いた軟化部１８の形成を容易に行うことができる。この場合、従前の通電加熱装置２１のうち、通電電極２２，２３だけを取り替えれば足りるため、装置の大幅な改造が不要となり、この点でも製造コストの抑制に寄与する。
【００４１】
（５）孔部２６，２７の存在により、各通電電極２２，２３の当接面２４，２５の面積はその分小さくなっている。そのため、孔部２６，２７が設けられていない当接面２４，２５に比べて、単位面積当たりの電流量が増加し、その分、加熱に必要な発熱効率を高めることができるというメリットも得られる。
【００４２】
（６）孔部２６，２７の径は、ナゲット形成部分１７の径以上かつ当該ナゲット形成部分１７の径に２ｍｍを加算した値以下に設定されている。そのため、ナゲット形成部分１７の外周側に、通電加熱されずに軟化部１８とならない領域が形成されることを抑制できる。これにより、スポット溶接時の加熱によってナゲットＮの周囲に軟化のピーク部が発生することを抑制できる。
【００４３】
（７）一対の通電電極２２，２３の各当接面２４，２５は、一定幅を有する円環状となっているため、重ね合わせ部１３には、円環状をなす軟化部１８が形成される。これにより、ナゲット形成部分１７の周囲の全周にわたって均一な軟化領域が形成され、ナゲットＮの周囲での応力集中をより一層抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記した実施形態に限らず、例えば次のような製造方法を実施してもよい。
【００４５】
（ａ）本実施の形態では、通電加熱装置２１とスポット溶接装置３１とを別箇独立した装置として説明したが、通電加熱もスポット溶接も、電極を用いて対象物に通電する点では同じである。そのため、電流発生装置等、電極を除く部分を共通化させてもよい。つまり、通電電極２２，２３と溶接用電極３２，３３とを有する一つの装置を用いて、使用する電極を変更しながら通電加熱工程とスポット溶接工程とを行うようにしてもよい。
【００４６】
（ｂ）本実施の形態では、軟化部１８が円環状をなす平面形状に形成されるようにしたが、軟化部１８の平面形状は、長円形状、矩形状、多角形状等の他の形状に形成されるようにしてもよい。この場合、軟化部１８の外形に合わせて、各通電電極２２，２３の当接面２４，２５の形状を変更すればよい。
【００４７】
（ｃ）本実施の形態では、第１部材１１と第２部材１２との２つの部材によって構成された車体部品１０を例としたが、車体部品１０は３つ以上の複数の部材によって構成されていてもよい。
【００４８】
（ｄ）本実施形態では、各部材１１，１２が有するフランジ１４，１５を板状部の例とし、それら各フランジ１４，１５を重ね合わせた部分を重ね合わせ部１３とした。これに代えて、側壁部１１ａ，１２ａを板状部とするなど、重ね合わせる板状部は各部材１１，１２のどの部分であってもよいし、両部材１１，１２の全体を重ね合わせてもよい。
【００４９】
（ｅ）本実施の形態では、溝形形状に成形された第１部材１１及び第２部材１２によって車体部品１０が構成されているが、車体部品１０を構成する金属製部材の形状は車体部品１０の種類によって形状は様々であり、特定の形状に限定されるものではない。
【００５０】
（ｆ）本実施の形態では、加熱工程における軟化部１８の形成を通電加熱によって行うようにしたが、高周波やレーザを用いた加熱方法を採用してもよい。もっとも、高周波やレーザを用いた加熱では、前述したような問題もあるため、必要な範囲にだけ軟化部１８を形成できるという点では、本実施形態のように通電加熱を採用することが好ましい。
【００５１】
（ｇ）本実施の形態では、車体部品１０の製造方法として、通電加熱工程により、ナゲット形成部分１７の周囲を通電加熱して軟化部１８を形成した後、スポット溶接工程により、ナゲット形成部分１７にスポット溶接を実施するようにした。これに代えて、工程を逆の順序として実施してもよい。つまり、ナゲット形成部分１７にスポット溶接を行うスポット溶接工程を実施し、ナゲット形成部分１７にナゲットＮを形成した後、ナゲット形成部分１７の周囲に、通電加熱によって軟化部１８を形成する通電加熱工程を実施するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…車体部品、１１…第１部材（金属製部材）、１２…第２部材（金属製部材）、１３…重ね合わせ部、１４，１５…フランジ（板状部）、１７…ナゲット形成部分、１８…軟化部、２１…通電加熱装置、２２，２３…通電電極、２４，２５…当接面、２６，２７…孔部、３１…スポット溶接装置、Ｎ…ナゲット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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