特許 6584729 抵抗スポット溶接継手の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6584729

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】抵抗スポット溶接継手の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/11 20060101AFI20190919BHJP

   B23K 11/24 20060101ALI20190919BHJP

   B23K 35/04 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   B23K11/11 540

   B23K11/24 310

   B23K11/24 315

   B23K35/04

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-520162(P2019-520162)

(86)(22)【出願日】2018年12月19日

(86)【国際出願番号】JP2018046881

【審査請求日】2019年4月12日

(31)【優先権主張番号】特願2017-242972(P2017-242972)

(32)【優先日】2017年12月19日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000241496

【氏名又は名称】豊田鉄工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100162204

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 学

(72)【発明者】

【氏名】古迫 誠司

(72)【発明者】

【氏名】泰山 正則

(72)【発明者】

【氏名】三浦 智伸

(72)【発明者】

【氏名】柳川 朋紀

【審査官】 岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−６３４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０８８３１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１７０６８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２０７９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６１８７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １１／１１

Ｂ２３Ｋ １１／２４

Ｂ２３Ｋ ３５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２枚以上の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部を電極により加圧して通電するする抵抗スポット溶接継手の製造方法であって、
先端部が凸状の曲面を有し、該曲面の曲率半径が３０ｍｍ以下である前記電極を用い、
電流Ｉａ（ｔ）（ｋＡ）を以下の式（１）、（２）を満たすように通電時間ｔａ（ｓｅｃ）の間通電する予備通電工程と、
前記予備通電工程後に本通電工程
を備え、
前記予備通電工程及び前記本通電工程の電流はすべて直流である
ことを特徴とする抵抗スポット溶接継手の製造方法。
Iａ(t)≦６．０（ｋＡ） ・・・式（１）

【数1】

【請求項2】

前記予備通電工程において電流を増大させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【請求項3】

前記本通電工程において電流を増大させることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【請求項4】

前記本通電工程の通電方式が通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【請求項5】

前記鋼板の少なくとも１枚の鋼板の接触抵抗が１ｍΩ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼板の抵抗スポット溶接継手の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車の車体はプレス成形された鋼板を、主に抵抗溶接によるスポット溶接にて接合することで組み立てられる。スポット溶接では、板厚に応じたナゲット径の確保とチリ（散り）の抑制の両立が求められる。

【0003】

近年、自動車の分野では、車体の軽量化と衝突安全性を確保するため、骨格部品に高強度鋼板の採用が拡大しつつある。中でも、高強度鋼板を用いて熱間成形したホットスタンプ鋼板は高い成形精度と低いプレス荷重を両立できるため、その採用が進んでいる。

【0004】

しかし、高強度鋼板を１段通電方式でスポット溶接する場合ではチリが発生しやすく、適正電流範囲の確保が困難となる。また、ホットスタンプ用鋼板の表層に亜鉛めっきやアルミめっきがあると、加熱中にめっきの酸化が進んで酸化亜鉛や酸化アルミなどが形成される。これら酸化物が成長すると鋼板の接触抵抗が上昇する。その結果、車体のスポット組付溶接においてチリが発生しやすくなり、ナゲット径の安定確保が困難となるという問題もある。

【0005】

このような問題に対して、特許文献１には、予備通電により鋼板の接触面同士のなじみを向上させた後に本通電を行う２段通電方法を採用することによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制するスポット溶接方法が開示されている。

【0006】

特許文献２には、予備通電により３√ｔ〜５√ｔの径を有するナゲットを形成させた後に電流値を下げ、その後、再び電流値を上げて一定電流の本通電又はパルス状の本通電を行う通電方式を採用することによって、高張力鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制するスポット溶接方法が開示されている。

【0007】

また、そのような予備通電、本通電による２段通電方法をホットスタンプ鋼板のスポット溶接に適用した例として、特許文献３では、酸化亜鉛等の電気抵抗が高い皮膜で覆われたホットスタンプ鋼板をスポット溶接する際、予備通電を、溶接電極で鋼板を加圧しながら通電と通電休止を複数回繰り返すパルセーション通電で行い、その後に、パルセーション通電時の最大通電時間よりも長時間連続的に本通電するようにしたスポット溶接方法が開示されている。

【0008】

さらに、特許文献４では、特許文献３と同様の鋼板をスポット溶接する際、予備通電と本通電を、パルセーション通電で行い、かつ、本通電の最大電流を予備通電の最大電流より高く通電するようにしたスポット溶接方法が開示されている。

【0009】

この特許文献３、４に開示の方法では、予備通電のパルセーション通電時に、通電と通電休止とが繰り返されることにより、熱膨張、収縮による振動を鋼板の電極接触面に与えて、高融点の酸化物層を効果的に溶接部の外側に排除することができるとともに、パルセーション通電の通電休止により電極の冷却効果を十分に働かせて、溶接部の急激な温度上昇を抑制できる。このため、チリの発生を抑制しつつ、短時間で鋼板の接触面同士のなじみを向上させる効果を得ることができ、接触界面での電流密度の上昇を抑制し急激なナゲット成長を抑制することができる。その結果、ホットスタンプ鋼板のスポット溶接におけるチリの発生を抑制することができる。

【0010】

特許文献５には、電極の加圧力を鋼板の板厚に応じた適正な範囲とし、さらに、通電パターンを適正範囲とすることで、インデンテーションの発生を抑制しつつナゲット径を確保し、かつ、散りの発生を防止するスポット溶接方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１０−１８８４０８号公報

【特許文献2】特開２０１０−２０７９０９号公報

【特許文献3】国際公開第２０１５／００５１３４号

【特許文献4】国際公開第２０１５／０９３５６８号

【特許文献5】国際公開第２０１４／０４５４３１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

ホットスタンプに用いる鋼板は、高温に加熱した時に鉄スケールの発生を防止するため、亜鉛系めっき、アルミニウム系めっきなどの表面処理が施されたものが多い。そのような表面処理鋼板をホットスタンプすると、加熱中にめっきの酸化が進んで酸化亜鉛や酸化アルミなどの酸化物層が形成される。これら酸化物層が成長すると、ホットスタンプ後の鋼板（ホットスタンプ鋼板）では接触抵抗が１ｍΩ以上に上昇する。そのようなホットスタンプ鋼板を用いた車体等のスポット組付溶接において、チリの発生が容易となり、ナゲット径の安定確保が困難となるという問題もある。

【0013】

特許文献３、４に開示の技術は、インバータ直流の溶接電源を用いたパルセーション通電（通電及び通電休止を短時間に複数回繰り返す通電）の作用によって、高融点の酸化物層を溶接部の外側に排除することにより、予備通電時における鋼板の接触面同士のなじみを向上させるものである。しかし、酸化物層が厚い場合など効果が十分でない場合があり、そのような場合でもさらにチリの発生を抑制できることが望まれる。また、電流が小さいなどの利点があるために最近は主流となりつつあるインバータ直流では、特許文献４の開示されているように、交流より適正電流範囲が狭くなるという問題がある。

【0014】

特許文献５に開示の技術は、板厚に応じて加圧力を変え、さらに通電パターンを適正な範囲とすることにより、ナゲット径を確保し、チリの発生も抑制するものであるが、酸化物層が厚い場合など効果が十分でない場合があり、そのような場合でもさらにチリの発生を抑制できることが望まれる。

【0015】

本発明では、このような実情に鑑み、少なくとも一枚のホットスタンプ鋼板を含む鋼板のスポット溶接の際、チリの発生を抑制できるスポット溶接技術を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

表層に酸化亜鉛などの電気抵抗の高い物質が形成されている接触抵抗の高い鋼板同士を組合せてスポット溶接する場合において、表層の電気抵抗の高い物質を分散又は移動させてチリを抑制し、安定してナゲット径を確保する手段について検討した。

【0017】

その結果、先端部の凸状の曲面における曲率半径が小さい電極を用い、本通電の前に予備通電を実施すると、表層の電気抵抗の高い物質を効果的に分散又は移動させることができ、このため本通電でのチリの発生電流が上昇し、適正な溶接電流範囲を拡大できることを見出した。

【0018】

そして、電極先端径、加圧力、予備通電の通電条件についてさらに検討した結果、表層の電気抵抗の高い物質を分散又は移動させてチリを抑制し、安定してナゲット径を確保できる条件を見出した。

【0019】

そのようにしてなされた本発明の要旨は、以下のとおりである。

【0020】

［１］２枚以上の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部を電極により加圧して通電するする抵抗スポット溶接継手の製造方法であって、先端部が凸状の曲面を有し、該曲面の曲率半径が３０ｍｍ以下である前記電極を用い、電流Ｉａ（ｔ）（ｋＡ）を以下の式（１）、（２）を満たすように通電時間ｔａ（ｓｅｃ）の間通電する予備通電工程と、前記予備通電工程後に本通電工程を備え、前記予備通電工程及び前記本通電工程の電流はすべて直流であることを特徴とする抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【0021】

Iａ(t)≦６．０（ｋＡ） ・・・式（１）

【数1】

【0022】

［２］前記予備通電工程において電流を増大させることを特徴とする前記［１］の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【0023】

［３］前記本通電工程において電流を増大させることを特徴とする前記［１］又は［２］の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【0024】

［４］前記本通電工程の通電方式が通電と通電休止とを複数回繰り返すパルセーション通電であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【0025】

［５］前記鋼板の少なくとも１枚の鋼板の接触抵抗が１ｍΩ以上であることを特徴とする請求項［１］〜［４］のいずれかの抵抗スポット溶接継手の製造方法。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、ホットスタンプ鋼板のように、表層に電気抵抗の高い物質が存在している鋼板のスポット溶接に対し、チリを抑制し、安定してナゲット径を確保できる溶接方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】１８００ＭＰａ級ホットスタンプ材を、電極先端部の曲率半径Ｒの異なる電極を用いてスポット溶接した場合におけるチリの発生数を示すグラフである。

【図2】スポット溶接の通電パターンの一例を示す図である。

【図3】電極先端部の直径を説明するための図である。

【図4】スポット溶接の通電パターンの他の例を説明するための図である。

【図5】本通電にパルセーション通電を用いる場合の通電パターンを説明するための図である。

【図6】接触抵抗の測定方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0029】

溶融めっきなどの表面処理がなされた鋼板をホットスタンプした後のホットスタンプ鋼板（表面処理ホットスタンプ鋼板）を抵抗スポット溶接すると、中チリと共に表チリも出やすくなり、適正電流範囲が著しく狭くなり、チリの発生する電流が低くなる。このため適正電流範囲内（ただし、適正電流範囲の上限付近の電流を除く。）の電流値でチリを発生せずに溶接すると、得られるナゲット径も小さくなる。

【0030】

ここで、「適正電流範囲」とは、少しずつ電流を上げていき、スポット溶接される鋼板の板厚の平均値をｔとしたときに、ナゲット径が４√ｔ以上となる最初の電流（以下「４√ｔ電流」という）から、チリが初めて発生する電流までの範囲をいう。

【0031】

表面処理ホットスタンプ鋼板を抵抗スポット溶接すると、チリが出やすくなり、適正電流範囲が狭くなる原因については次のように考えられる。

【0032】

表面処理ホットスタンプ鋼板は、めっき金属と基材の鋼との合金化反応によって、金属間化合物及び鉄基の固溶体がその表面に形成されており、さらにその外面にめっきに由来する金属（例えば、Ｚｎ）を主成分とする酸化皮膜を有している。そのため、表面処理ホットスタンプ鋼板は冷間でプレスした鋼板と比べて、鋼板同士の接触部での抵抗が高く発熱量が大きい。

【0033】

一方、ホットスタンプ工程でめっき金属と鋼との合金化が進行し、表面近傍の融点も鉄に近い高い値となっているので、ホットスタンプ前のめっき鋼板と比較して、鋼板同士の接触部が軟化しにくく通電パスの拡大が抑制される。特に、インバータ直流方式の通電では単相交流に比べ発熱効率が高いため、通電初期のナゲットの形成が非常に急激となる。このためナゲットの周囲における圧接部の成長が追い付かず溶融金属を閉じ込めることができなくなり中チリが発生するものと推定される。

【0034】

また、直流は単相交流のような電流休止時間がないため、電極による冷却効果が得られにくい。このため、ナゲットが板厚方向に成長しやすく、鋼板の最表層まで溶融部が達して、表チリが発生するものと推定される。本発明において、「直流」とは、交流のようにプラス／マイナスが逆転するような通電は含まないこととする。このため、連続通電のように常に電流が流れている通電だけではなく、通電及び通電休止を短時間に複数回繰り返すパルセーション通電も、プラス／マイナスが逆転しない限り、直流と判定する。

【0035】

本発明者らは、２段通電によるスポット溶接の予備通電の際に、酸化物層の厚みなどによらず、酸化物層を分断して溶接部の外側に確実に排除する手段について検討した。

【0036】

その結果、予備通電の際に、先端部の曲率半径が３０ｍｍ以下の電極によりホットスタンプ鋼板を加圧すると、電極先端部が鋼板に作用する面圧が増大し、鋼板表面の酸化物を分散・移動できる効果が増す。さらに電極の冷却効果によって鋼板表層の冷却が高まり、特に表チリの発生が抑制されることを見出した。

【0037】

本発明者らは、ホットスタンプされた板厚１．４ｍｍの亜鉛めっき鋼板（ホットスタンプ鋼板）を２枚重ね合わせてスポット溶接する際に、通電条件を、本通電のみの１段通電と予備通電及び本通電の２段通電とし、目標とするナゲット径を５．９ｍｍとしてスポット溶接した場合において、電極先端部の曲率を変化させたときのチリの発生状況を調べた。試験数はそれぞれ４０体ずつとした。

【0038】

２段通電は、図２に示すように、電流値Ｉａ：３．５ｋＡで通電時間ｔａ：０．４ｓｅｃの予備通電を行い、続いて本通電を行う通電パターンを用いた。

【0039】

電極には、図３に示すような、加圧時に初期接触部となる先端部が凸状の曲面となっているＤＲ（ドームラジアス）型で、先端部曲面の直径ｄが６ｍｍで、曲率半径（先端Ｒ）が、１００ｍｍ、４０ｍｍ、１５ｍｍのものを用いた。通電中の加圧力は５００ｋｇｆ（４．９ｋＮ）とした。

【0040】

図１に、それぞれの場合のチリ発生数の試験結果を示す。

【0041】

図１に示されるように、１段通電でスポット溶接した場合に対し、２段通電によって溶接することによりチリの発生数が減少する。特に、予備通電に加え、先端部の曲率半径の小さい電極を用いると、チリの発生数が大きく減少することが確認された。

【0042】

以上の知見をもとに、さらに本発明者らは、通電を予備通電と本通電の２段通電で行うことを前提として、電極の先端部の曲率半径及び予備通電の通電条件を変化させて、チリを抑制して、必要なナゲット径を得られる条件を検討した結果、前記（１）及び（２）で規定した条件とし、電極先端部の曲率半径が３０ｍｍ以下とすることにより、チリを発生させないで、必要とするナゲット径が得られる適正な溶接電流範囲が拡大することを見出した。

【0043】

本発明は、このような検討結果に基づいてなされたものであり、以下本発明に必要な要件や好ましい要件についてさらに説明する。

【0044】

（スポット溶接の対象とする鋼板）
本発明は、高強度鋼よりなる素材鋼板（たとえば、電気めっき鋼板又は溶融めっき鋼板を含む薄鋼板）を、焼き入れ可能な温度まで加熱しオーステナイト化した後、金型でプレス成形と同時に冷却し焼き入れするホットスタンプされた鋼板（以下「ホットスタンプ鋼板」という）であって、表面に、高温に加熱した時に鉄スケールの発生を防止するための亜鉛系めっき、アルミニウム系めっきなどの表面処理が施された素材鋼板を用いてホットスタンプされたホットスタンプ鋼板をスポット溶接の主な対象とする。本発明はホットスタンプ鋼板以外の鋼板にも適用可能であり、特にホットスタンプ鋼板に限定される必要はない。

【0045】

なお、ホットスタンプ鋼板は、多くの場合、平板ではなく成形加工された成形体であるが、要は、重ね合わされる部分が板状であればよいので、本発明では、成形体である場合も含めて「ホットスタンプ鋼板」という。また、亜鉛系めっき鋼板やアルミニウム系めっき鋼板をホットスタンプして得られるホットスタンプ鋼板を、以下の説明では「表面処理ホットスタンプ鋼板」という場合がある。

【0046】

ホットスタンプ鋼板は、亜鉛系又はアルミニウム系のめっき皮膜と基材の鋼との合金化反応によって、金属間化合物及び鉄基の固溶体がその表面に形成されており、さらにその外面にめっきに由来する金属（例えば、亜鉛系めっきであれば亜鉛を指す。）を主成分とする酸化物層を有している。そのため、表面処理ホットスタンプ鋼板は裸の鋼板と比べて、接触抵抗が１ｍΩ以上と高く、通電による発熱量が大きい。また、ホットスタンプ鋼板は、ホットスタンプ工程でめっきと鋼との合金化が進行し、表面近傍の融点も鉄に近い高い値となっているので、加熱前のめっき皮膜を備える鋼板と比較して、鋼板同士の接触部が軟化しにくくなっている。本発明は、そのような接触抵抗が１ｍΩ以上の鋼板のスポット溶接に適用することにより特に効果を発揮する。なお、接触抵抗の測定方法については後述する。

【0047】

鋼板の板厚について、特に制限はない。一般に、自動車用部品又は車体で使用される鋼板の板厚は０．６〜３．２ｍｍであり、本発明のスポット溶接継手の製造方法は、この範囲において十分な効果を有する。

【0048】

（板組）
２枚以上の鋼板を重ね合わせる際の板組みは、電極の当たる側の鋼板の少なくとも１枚が表面処理ホットスタンプ鋼板を含むことが好ましい。表面処理ホットスタンプ鋼板に組合わされる鋼板としては、表面処理ホットスタンプ鋼板や５９０ＭＰａ級以上の高張力鋼板を含む組み合わせが好ましい。通常の自動車車体の組立てでは、これらの鋼板を２枚又は３枚の鋼板を重ね合わせた板組みに対して抵抗スポット溶接が行われる。

【0049】

（電極）
本発明では、電極の先端表面の曲率半径が１０ｍｍ以上の表面領域（ただし、電極の最先端部を含む表面領域とする。）が電極の加圧方向（通常は電極の長さ方法と同じになる。）に対して垂直な面へ投影された領域の面積Ａと、面積が等価な円の直径（いわゆる、等価円相当径）を、電極先端部直径ｄと定義する。つまり、電極先端部直径ｄは、２√（Ａ／π）として算出される。この定義によると、例えば、図３のように、曲率半径が４０ｍｍ以上の表面領域が、電極の加圧方向（通常は電極の長さ方法と同じになる。）に対して垂直な面へ投影された領域が、円形の場合、その円の直径が電極先端部直径ｄとなる。

【0050】

本発明では、前述のように、電極先端部曲面の曲率半径（先端Ｒ）を３０ｍｍ以下とする。２０ｍｍ以下であることが好ましい。下限は、特に限定されるものではないが、鋼板との接触面積を確保するために１０ｍｍ程度とする。

【0051】

このような曲率半径の電極を使用することにより、電極先端部が鋼板に作用する面圧が増大し、鋼板表面の酸化物を分散・移動できる効果が増す、すなわち、鋼板の接触抵抗を効率的に低減できる。さらに、電極の冷却効果によって鋼板表層の冷却が高まるため、特に表チリの発生が抑制される。

【0052】

なお、電極先端部曲面の直径ｄは特に限定されるものではないが、４〜６ｍｍが好ましい。

【0053】

電極材質としては、クロム銅又はアルミナ分散銅が好ましいが、溶着及び表チリを防止する観点ではアルミナ分散銅の方が望ましい。

【0054】

（溶接電源）
スポット溶接における通電は、インバータ直流方式などの直流の溶接電源を用いて通電する。インバータ直流方式はトランスを小さくでき、可搬重量の小さいロボットに搭載できるメリットがあるため、特に自動化ラインで多く用いられる。

【0055】

インバータ直流方式は、従来用いられてきた単相交流方式のような電流のオンオフがなく、連続的に電流を付与するため、発熱効率が高い。

【0056】

（加圧・通電条件）
図２に、スポット溶接における通電パターンの基本的な例をタイムチャートで示す。この通電パターンでは、まず、所定の加圧力を印加しながら電流値Ｉａで通電する予備通電を行い、次いで、電流値Ｉｂで通電して、ナゲットが所定の径になるよう本通電を行う。ここで、ＩｂはＩａよりも高いことが好ましい。そして、本通電の通電が終了した後、所定のホールド時間が経過した時点で電極を鋼板から離間し、加圧力を解放する。

【0057】

予備通電では、電極と鋼板表面を高い面圧で接触させて、鋼板表面の酸化物層を分散させ、さらに酸化物の一部を電極の接触範囲の外に移動（排除）させるようにして、表面の接触抵抗を低下させる。また、電流値を下げて、接触初期にナゲットの急速な成長を抑制し、チリが発生しないようにする。

【0058】

そのために、前記のように先端部の曲率半径が３０ｍｍ以下の電極を使用したうえで、予備通電の電流値Ｉａを６ｋＡ以下の条件とする。このような条件にすることにより、チリを発生させないで、鋼板表面の接触抵抗を低下させることができる。

【0059】

予備通電での通電時間は、鋼板表面の電極と接触する部分の酸化層を破壊し、一部を接触範囲外に排除するできる時間以上とする。具体的には、以下の式（１）、（２）を満たすようにｔａ（ｓｅｃ）間通電する。

【0060】

Ｉａ（ｔ）≦６．０（ｋＡ） ・・・式（１）

【数2】

【0061】

ただし、式（１）及び式（２）中のＩａ（ｔ）（ｋＡ）は予備通電開始からｔ（ｓｅｃ）経過時における予備通電の電流値である。

【0062】

予備通電の効果を発現させるため、以下の式（３）で定義される予備通電における電流積分値Ｓは、式（２）に示されるように、０．５ｋＡ・ｓ以上とする。必要に応じて、前記電流積分値Ｓの下限を０．６ｋＡ・ｓ、０．８ｋＡ・ｓ、１．０ｋＡ・ｓ又は１．２ｋＡ・ｓとしてもよい。予備通電工程の通電時間を特に定める必要はないが、０．０５〜１ｓとなる場合が多い。必要に応じて、その通電時間の下限を０．１ｓ、０．１５ｓ又は０．２ｓとしてもよい。その上限を０．９ｓ、０．８ｓ、０．７ｓ又は０．８ｓとしてもよい。

【0063】

【数3】

【0064】

なお、上述のとおり、本発明の実施形態においては、予備通電における電流（予備通電時に電流が変動する場合は、予備通電時の電流の最大値）は６ｋＡ以下である。予備通電の電流の下限を特に定める必要はないが、パルセーション通電も考慮すると、その下限は０ｋＡである。必要に応じて、１ｋＡ又は２ｋＡとしてもよい。

【0065】

また、加圧力は一般的な２．９ｋＮ以上が好ましい。好ましくは３．４ｋＮ以上である。さらに好ましくは３．５ｋＮ以上、３．８ｋＮ以上、４．０ｋＮ以上、又は４．４ｋＮ以上である。加圧力が適正な範囲を超えて大きくなると、たとえば電極加圧部の凹みが大きくなって(局所的に板厚の薄い部分が形成されて)継手強度が低下したり、又は電流密度が極端に低下して本通電時のナゲット形成が困難になったりする場合があるため、加圧力は１０ｋＮ以下、９．５ｋＮ以下、又は９．０ｋＮ以下とすることが好ましい。

【0066】

予備通電では、鋼板表面の電極と接触する部分や鋼板同士が接触する部分の酸化層を破壊して分離し、一部を接触範囲外に移動させることを主な目的としているので、予備通電時にナゲットを形成しなくてもよい。

【0067】

予備通電に続く本通電では、チリを発生させずに所定の径のナゲットが得られる一般的な条件が採用できる。

【0068】

本発明では、本通電の電流値を、必要なナゲット径が得られる電流値まで高めても、図１に示されるようにチリの発生を大幅に低減できるので、表面の電気抵抗値が高い鋼板でも必要なナゲット径を安定的に確保することができる。

【0069】

本通電の電流の範囲を特に定める必要はないが、パルセーション通電の場合を除き、１．０〜１０．０ｋＡとしてもよい。その下限を２．０ｋＡ，３．０ｋＡ，５．５ｋＡ，６．０ｋＡ、６．５ｋＡとしてもよい。その上限を１２．０ｋＡ、１１．５ｋＡ、１１．０ｋＡ、１０．５ｋＡ又は１０．０ｋＡとしてもよい。パルセーション通電も考慮すると、電流の下限は、０ｋＡである。本通電の電流値の最大値は、通常、予備通電の最大値よりも大きくなる。

【0070】

以上では、通電パターンとして、図２に示されるような、予備通電と本通電を一定の電流値で連続通電するパターンを例に説明したが、一定の電流値ではなく、電流値を徐々に増加させることができる。電流値を徐々に増加させるのは、連続的であっても、段階的であってもよい。

【0071】

図４（ａ）に、予備通電の開始初期に、電流を連続的に徐々に増大させる通電、すなわちアップスロープ通電を行う例を示す。実線は最初から、破線は途中の電流値からアップスロープ通電を行う例を示す。予備通電をアップスロープ通電で開始することにより、通電初期の接触抵抗が高い時期のナゲットの生成及び急成長を抑制することができる。

【0072】

また、図４（ｂ）に本通電の開始初期に、電流を徐々に増大させるアップスロープ通電を行う例を、図４（ｃ）に、本通電の途中で電流を段階的に増加させる例をそれぞれ示す。

【0073】

本通電をアップスロープ通電で開始することにより、ナゲットの急成長を抑制することができる。また、途中で電流を増加させることにより通電時間を短縮することができる。

【0074】

また、本通電を、図５に示すように、通電と通電休止との周期を繰り返すパルセーション通電としてもよい。パルセーション通電では、通電休止により、本通電中の溶接部の急激な温度上昇を抑制でき、連続通電に比べてチリ発生が抑制できるので望ましい。

【0075】

パルセーション通電の最大電流値は、予備通電の電流値より大きい値とする。パルセーション通電として、例えば、３サイクル通電後１サイクル休止とする周期を繰り返す通電方式が例示される。

【0076】

なお、パルセーション通電の第１周期目は、図５では、予備通電に連続して通電されているが、休止期間をおいてから第１周期目の通電を開始することもできる。さらに、最大電流は段階的に増加させることもできる。

【0077】

パルセーション通電における通電条件は、チリを発生させずに所定の径のナゲットが得られる条件が採用される。一般的には、４√ｔ以上のナゲット径が生産管理上の基準とされることが多い。本発明では、図１に示されるように、チリが発生することなくより大きいナゲット径（たとえば、４√ｔ以上）を有する溶接継手を得ることができる。

【0078】

本発明において、予備通電と本通電の定義は下記のとおりとする。

【0079】

まず、一定電流の通電で１段階の通電の場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、予備通電はなく本通電のみとする。一定電流の通電後に異なる一定電流の通電の段階の通電の場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、１段階目を予備通電と、２段階目を本通電とする。前後の段階で電流が異なるものの各段階では一定電流の通電であり、かつ３段階以上の通電の場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、６ｋＡを初めて超えた段階以降の通電をすべて本通電とし、本通電以前の通電をすべて予備通電とする（ただし、各段階の電流がすべて６ｋＡ未満の場合、最後の段階の通電を本通電とし、本通電以前の通電を予備通電とする。）。

【0080】

アップスロープ通電のように通電中の電流の増減がある場合（連続通電又はパルセーション通電であろうとも、また通電休止時間の有無及び通電休止時間の長さにかかわらず）、６ｋＡを初めて超えた時点以降の通電をすべて本通電とし、本通電以前の通電をすべて予備通電とする。したがって、このようなアップスロープ通電のように通電中の電流の増減がある場合であり、かつ、電流がすべて６ｋＡ未満の場合、本発明の実施形態と判断しない。

【0081】

（接触抵抗）
接触抵抗の測定方法を図６に示す。鋼板（めっきをしていてもしていなくてもよい）を１枚スポット溶接用電極で挟む。電極に１Ａの電流Ｉを通電する。上側電極１ａと鋼板２との間の電圧Ｖ１、下側電極１ｂと鋼板２との間の電圧Ｖ２を測定する。

【0082】

上側電極と鋼板間の電気抵抗をＲ１、下側電極と鋼板間の電気抵抗をＲ３、鋼板バルク（母材）そのものの固有抵抗に起因する抵抗をＲ２とする。Ｒ２はゼロと近似できる。また、上下の電極の抵抗もゼロと近似できる。よって、測定された電圧Ｖ１、Ｖ２と電気抵抗Ｒ１、Ｒ３との間の関係は次のように近似できる。

【0083】

V１= (R1+R2)×Ｉ ≒ R1×Ｉ = R1×1(A)= R１
V２= (R2+R3)×Ｉ ≒ R3×Ｉ = R3×1(A)= R３

【0084】

Ｒ１、Ｒ３のいずれか大きいほうの抵抗値を本発明での接触抵抗とする。

【0085】

本発明では、接触抵抗が１ｍΩ以上の鋼板を主な適用対象とするが、接触抵抗が１ｍΩ未満の鋼板にも適用可能であり、接触抵抗が１ｍΩ以上の鋼板に限定される必要はない。必要に応じて、接触抵抗の下限を２ｍΩ、５ｍΩ、８ｍΩ又は１０ｍΩに限定してもよい。接触抵抗の上限を特に定める必要はないが、その上限を１００ｍΩ、５０ｍΩ、３０ｍΩ又は２０ｍΩとしてもよい。

【0086】

本発明は、以上説明したように構成されるものであるが、以下、実施例を用いて、本発明の実施可能性及び効果についてさらに説明する。

【実施例1】

【0087】

サーボ加圧式インバータ直流スポット溶接機を用い、板厚２．０ｍｍの１５００ＭＰａ級のＧＡめっきホットスタンプ鋼板（ホットスタンプ前のめっき付着量：片側あたり５５ｇ／ｍ^２、加熱条件：９００℃で４分炉加熱）から作成した試験片を２枚重ね合わせて、抵抗スポット溶接を実施した。試験片の形状は、巾３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの短冊状とした。鋼板の接触抵抗を前記の方法で測定したところ、すべて１２ｍΩであった。
電極には、先端部曲面の直径ｄが６ｍｍ、曲率半径（先端Ｒ）が１５〜１００ｍｍのＤＲ型電極（クロム銅）を用いた。

【0088】

溶接条件を表１に示す。本通電の電流値は、４ｋＡからちりが発生するまで電流値をふった。すべての電源は、インバータ直流の電源とした。

【0089】

先端Ｒが異なる電極を用い、表１に示す電流値で予備通電工程を実施した後、本通電工程における電流値を変化させ、ナゲット径及びチリ発生状況の調査を行った。各試験番号における供試鋼板の板厚、強度（引張強さ）、溶接条件、及び試験結果（本通電工程の適正電流範囲）を同じく表１に示す。

【0090】

表１から分かるように、本発明例は、本通電工程での上限電流を上昇させることができるため、１段通電を行った比較例や、２段通電ではあるが、本発明の条件を満たさない比較例よりも、幅広く１．５ｋＡ以上の適正電流範囲を試験片レベルで得ることができる。

【0091】

これにより、本発明では４√ｔ電流から４√ｔ電流＋１．５ｋＡ以上の範囲の十分な適正電流範囲が得られ、チリ発生電流未満の値に本通電工程の電流値を設定することで、実部品の溶接でもチリを発生させず、かつ、分流、電極損耗による外乱があってもナゲット径が４√ｔ以上となるスポット溶接部を安定して確保することができる。一方、比較例では適正電流範囲が目標の１．５ｋＡ以上を満たさなかった。

【0092】

【表1】

【0093】

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示にすぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0094】

１ スポット溶接電極
１ａ 上側電極
１ｂ 下側電極
２ 鋼板
３ めっき層

【要約】

少なくとも一枚のホットスタンプ鋼板を含む鋼板のスポット溶接の際、チリの発生を抑制できるスポット溶接継手の製造方法であって、２枚以上の鋼板を重ね合わせ、その重ね合わせ部を抵抗スポット溶接する際に、先端部が凸状の曲面を有し、該曲面の曲率半径が３０ｍｍ以下である電極を用い、電流Ｉａ（ｔ）（ｋＡ）、時間ｔａ（ｓｅｃ）の予備通電と本通電の２段通電で行う。予備通電及び本通電の電流はすべて直流であり、Ｉａ（ｔ）、ｔａ（ｓｅｃ）は、Iａ(t)≦６．０（ｋＡ）、

を満たす。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】