JP2017052006A - 重ね接合継手及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】継手強度に優れ、信頼性の向上した重ね接合継手を提供する。【解決手段】重ね合わされた複数の金属板で構成され、点状の接合部を有する重ね接合継手において、前記点状の接合部は、前記複数の金属板に跨る溶融凝固部を有し、前記溶融凝固部は、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とを有し、前記再溶融凝固部は、前記溶融凝固部を平面視したとき、当該溶融凝固部の円相当中心を含む点状で、前記複数の金属板に跨っており、前記凝固再加熱部は、前記再溶融凝固部の周囲に位置し、前記点状の接合部の溶融境界を含んでおり、前記再溶融凝固部より軟化していることを特徴とする重ね接合継手。【選択図】図３

Description

本発明は、重ね接合継手とその製造方法に関し、特に、自動車車体に用いられる高強度鋼板の重ね接合継手とその製造方法に関するものである。

近年、自動車分野では、低燃費化やＣＯ_２排出量の削減のため、車体を軽量化することや、衝突安全性の向上のため、車体部材を高強度化することが求められている。これらの要求を満たすためには、車体部材や各種部品などに高強度鋼板を使用することが有効である。

このような高強度鋼板よりなる車体の組立や部品の取付けなどの工程では、主として、抵抗加熱を用いたスポット状の溶融接合が広く普及しているが、近年、この抵抗スポット接合に替えて、一部で高パワー密度を有する光線（以下、光線とする）を用いた溶融接合（以下、単に接合とする）が使用されるようになってきている。光線を用いた接合は、高速施工が可能であり、また、既存の接合部への接合電流の分流が発生しないため、接合部のピッチ間隔を短くすることができ、多点接合による車体剛性の向上も可能である。

溶融接合により形成された継手（以下、接合継手とする）の品質指標の一つである継手強度には、せん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断強さ（ＴＳＳ）と、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張強さ（ＣＴＳ）がある。光線を用いた接合継手において、特に、ＣＴＳは、従来の抵抗スポット接合と同程度、又は、低下する傾向があり、炭素量の多い高強度鋼板の場合には特にＣＴＳが低くなることがあった。このため、高強度鋼板に光線を用いた接合を行った場合に、ＣＴＳ等の継手強度を向上させる技術が望まれていた。

このような状況のもと、光線を用いた接合において、継手強度を向上させる技術として、接合部の近傍に他の接合部を形成する技術（特許文献１、参照）、閉ループ状の本ビードの内側に、本ビードを焼き戻すことを目的とした他のビードを形成する技術（特許文献２、３、参照）が知られている。

一方、自動車車体の組立工程においては、スポット接合が多用されているが、この接合法で形成される、平面視で点形状の重ね接合継手と同様の形状を光線による接合で得る方法が特許文献４に開示されている。重ね鋼板の両側から電極で挟めない場合などにおいて、スポット接合継手に代替する技術として、光線による点状の重ね接合継手が注目されている。

特開２０１０−０１２５０４号公報 特開２０１２−２４００８６号公報 国際公開第２０１２／０５００９７号 特開昭６０−６８１８５号公報

しかしながら、上記光線によって形成される点状の重ね接合継手は、特に高強度鋼板の重ね接合継手の場合、十字引張強さ（ＣＴＳ）が十分に得られないという問題があり、継手強度を向上させることが望まれていた。

本発明は、このような実情に鑑み、継手強度に優れた重ね接合継手を提供することを課題とする。

本発明者らは、金属板に光線による接合を実施し、点状の接合部を形成した接合継手の継手強度を向上させるために、点状の接合部の溶融境界近傍の靱性を向上させる手段について鋭意検討した。

本発明者らは、点状の接合部を熱処理することに着想し、熱処理箇所及び熱処理方法について種々調査した。その結果、光線の照射側から点状の接合部の溶融凝固部を平面視したとき、当該溶融凝固部の内側に光線を照射して、外側輪郭が略円形状で、その中心まで再溶融凝固している形状（以下、「点状」という）の略中心部を、複数の金属板に跨って、再溶融凝固させて再溶融凝固部を形成するとともに、点状の接合部の溶融境界付近を焼き戻すように再加熱して凝固再加熱部を形成することで、ＣＴＳが向上することを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）重ね合わされた複数の金属板で構成され、点状の接合部を有する重ね接合継手において、
前記点状の接合部は、前記複数の金属板に跨る溶融凝固部を有し、
前記溶融凝固部は、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とを有し、
前記再溶融凝固部は、前記溶融凝固部を平面視したとき、当該溶融凝固部の円相当中心を含む点状で、前記複数の金属板に跨っており、
前記凝固再加熱部は、前記再溶融凝固部の周囲に位置し、前記点状の接合部の溶融境界を含んでおり、前記再溶融凝固部より軟化している
ことを特徴とする重ね接合継手。
（２）前記凝固再加熱部のうち、前記金属板の重ね合わせ面の前記溶融境界から、前記再溶融凝固部に向かって０．５ｍｍの範囲のビッカース硬さの平均値は、Ｈｖ３９０以下であり、かつ、前記再溶融凝固部のビッカース硬さの平均値よりＨｖ７０以上低いことを特徴とする前記（１）に記載の重ね接合継手。
（３）前記複数の金属板が、表面処理皮膜を有する金属板を１枚以上含むことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の重ね接合継手。
（４）複数の金属板を重ね合わせ、光線を照射して接合する重ね接合継手の製造方法において、
重ね合わされた一方の金属板に光線を照射して、前記複数の金属板に跨って点状に溶融凝固した溶融凝固部を有する点状の接合部を形成し、
前記光線の照射側から前記溶融凝固部を平面視したとき、当該溶融凝固部の内側に前記光線を再照射し、当該溶融凝固部の円相当中心を含む点状に、前記複数の金属板に跨って再溶融凝固させて再溶融凝固部を形成し、更に、当該再溶融凝固部の周囲に前記点状の接合部の溶融境界を含む凝固再加熱部を形成するとともに、その際の再加熱条件を調整して前記凝固再加熱部を前記再溶融凝固部より軟化させることを特徴とする重ね接合継手の製造方法。
（５）前記光線の再照射は、前記複数の金属板の板厚方向断面において、前記再溶融凝固した再溶融凝固部の外側端部から前記点状の接合部の溶融境界までの距離が１.０〜３.０ｍｍとなるように行われることを特徴とする前記（４）に記載の重ね接合継手の製造方法。
（６）前記複数の金属板に、表面処理皮膜を形成した金属板を１枚以上用いることを特徴とする前記（４）又は（５）に記載の重ね接合継手の製造方法。

本発明によれば、点状の接合部の溶融境界近傍に、靱性に優れる凝固再加熱部を設けたので、重ね接合継手の継手強度、特に、十字引張強さ（ＣＴＳ）を向上させることができる。そして、本発明の接合継手を自動車部品に適用することで、自動車部品の信頼性を向上させることができる。

点状の接合部を有する接合継手のビッカース硬さ分布の概略を示す図である。（ａ）は接合継手の断面の構造を模式的に示し、（ｂ）は接合継手のビッカース硬さ分布を示す。 点状の接合部の中心部に光線を照射した接合継手のビッカース硬さ分布の概略を示す図である。（ａ）は接合継手の断面の構造を模式的に示し、（ｂ）は接合継手のビッカース硬さ分布を示す。 本発明の接合継手の断面の構造を模式的に示す図である。 点状の接合部の形成の概要を示す斜視図である。（ａ）は異なる照射直径で光線を照射する概要図を示し、（ｂ）は集光面積を広くして光線を照射する概要図を示し、（ｃ）は形成された点状の接合部の斜視図を示す。 点状の接合部の熱処理の概要を示す斜視図である。（ａ）は異なる照射直径で光線を照射する概要図を示し、（ｂ）は集光面積を広くして光線を照射する概要図を示し、（ｃ）は再溶融凝固部と凝固再加熱部とを有する点状の接合部の斜視図を示す。

本発明の重ね接合継手（以下、「本発明の接合継手」という）は、複数の金属板に、光線を照射して形成された点状の接合部を有する重ね接合継手であって、前記点状の接合部が、溶融凝固部を有し、該溶融凝固部が、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とで構成され、該凝固再加熱部が再溶融凝固部より軟化している点に特徴を有する。

以下、本発明の接合継手に至った検討の経緯について説明するとともに、本発明の接合継手について説明する。
点状の接合部を有する重ね接合継手において、更に、継手強度を向上させることが望まれていた。そこで、本発明者らは、点状の接合部に熱処理することを検討し、点状の接合部の熱処理箇所及び熱処理方法について調査した。

重ね接合継手は、剥離方向に接合部に荷重が負荷されると、溶融境界の近傍に応力が集中し、破断に至り易い。そこで、光線の照射側から直径約６．０ｍｍの点状の接合部の溶融凝固部を平面視したとき、この溶融凝固部の内側に光線径約３．０ｍｍの光線を点状に再照射し、点状に再溶融凝固させるともに、溶融凝固部の溶融境界を熱処理することを実施し、接合継手のビッカース硬さ分布を調査した。その結果、再照射により溶融境界が焼き戻され、靱性の向上が確認された。この試験について、図面を用いて説明する。

図１に、点状の接合部を有する接合継手のビッカース硬さ分布の概略図を示す。図１（ａ）は、溶融凝固部を有する接合継手の断面の模式図を示し、図１（ｂ）は、溶融凝固部とその近傍における接合継手のビッカース硬さ分布の概略図を示す。図２に、点状の接合部の中心部に光線を再照射した接合継手のビッカース硬さ分布の概略図を示す。図２（ａ）は、接合継手の断面の模式図を示し、図２（ｂ）は、接合継手のビッカース硬さ分布の概略図を示す。

まず、ビッカース硬さの分布を調査した接合継手について、図１（ａ）及び図２（ａ）を用いて説明する。図１（ａ）及び図２（ａ）は、点状の接合部の溶融凝固部を含むように板厚方向に切断した接合継手の断面の模式図を示している。接合継手１は、金属板２ａ、２ｂを重ね合わせ、接合されたものである。金属板２ａ、２ｂは、引張強さ１５００ＭＰａホットスタンプ鋼板であり、接合され、点状の接合部の溶融凝固部３により接合されている。

図１（ａ）に示す接合継手１は、点状の接合部の溶融凝固部３に光線を再照射する熱処理を施す前のものである。図２（ａ）に示す接合継手１は、光線の照射側から点状の接合部の溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部３の内側に光線を再照射し、点状に再溶融凝固した再溶融凝固部３ａと、それにより再加熱された凝固再加熱部３ｂを有するものである。

次に、これらの接合継手のビッカース硬さ分布について、図１（ｂ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すビッカース硬さ分布の図は、それぞれ図１（ａ）及び図２（ａ）に示す、点線Ｘの位置（板厚方向のビッカース硬さの測定位置）を金属板表面と平行方向のビッカース硬さの測定範囲Ｌ１にわたって求めた概略図である。点線Ｘは、板厚方向において、金属板２ａ、２ｂの重ね合わせ面から金属板２ａ側に０．２ｍｍの位置である。また、Ｌ２は、溶融凝固部のビッカース硬さの測定範囲である。Ｌ３は、再溶融凝固部のビッカース硬さの測定範囲である。

図１（ｂ）に示すように、溶融凝固部３に光線を再照射する熱処理を施す前の接合継手１のビッカース硬さは、溶融凝固部３の内側（Ｌ２）において、ＨＶ４６０程度と硬く、ほぼ一定となっている。Ｌ２のすぐ外側は、溶融凝固部ではないが、高温域まで加熱され、焼入れられるので、硬さが大きい。なお、さらに外側に硬さの低い部位があるが、これは母材であるホットスタンプ鋼板のＨＡＺ軟化部である。

一方、図２（ｂ）に示すように、溶融凝固部３の内側に光線を再照射し、再溶融凝固部３ａ及び凝固再加熱部３ｂを有する接合継手１のビッカース硬さは、再溶融凝固部３ａの内側（Ｌ３）では、ＨＶ約４６０と高い値である。Ｌ３のすぐ外側は、再溶融凝固部３ａではないが、高温域まで加熱され、焼入れられるので、硬さが大きい。さらに外側にビッカース硬さが低い部位が形成された。溶融境界（半径約３ｍｍ付近）及びその内側の１ｍｍ弱までの平均硬さがＨＶ３２０程度にまで低下した。なお、溶融凝固部３の外側の母材のＨＡＺ軟化部はそのままの硬さとして残っている。

そして、両者の接合継手の十字引張強さ（ＣＴＳ）を調査したところ、溶融凝固部の内側に光線を再照射して形成された凝固再加熱部を有する接合継手の方の十字引張強さが高くなることが判明した。これより、図２（ａ）に示す点状の接合部が再溶融凝固部より軟化している凝固再加熱部を有するものは、溶融境界が焼き戻されて硬さが低減し、靱性が向上するものであることを知見した。また、金属板の組合せを変えても、点状の接合部が再溶融凝固部より軟化している凝固再加熱部を有するものでは、ＣＴＳの向上が確認された。

本発明は、以上のような検討過程を経て上記（１）に記載の発明に至ったものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。

次に、本発明の接合継手について、図３を用いて説明する。図３は、接合部を含むように板厚方向に切断した本発明の接合継手の断面図を示している。

本発明の接合継手１０は、複数の金属板２０ａ、２０ｂを重ね合わせ、金属板２０ａ側から金属板２０ａ表面の一部の限られた領域内に光線を照射し、点状の接合部を形成して複数の金属板２０ａ、２０ｂを重ね接合したものである。金属板２０ａ、２０ｂは、点状の接合部の溶融凝固部３０により接合されている。溶融凝固部３０は、光線の照射側から溶融凝固部３０を平面視したとき、中心部に溶融凝固したままの組織である再溶融凝固部３０ａと、凝固後に再加熱された凝固再加熱部３０ｂ、３０ｃとにより構成されている。
以下、点状の接合部、及び、複数の金属板の順で詳細に説明する。

＜点状の接合部＞
点状の接合部は、複数の金属板２０ａ、２０ｂを重ね合わせ、光線の照射により溶融凝固した溶融凝固部３０を有するものである。点状の接合部の溶融凝固部３０は、複数の金属板２０ａ、２０ｂに跨って形成されていれば、複数の金属板を貫通していても、貫通していなくてもよい。

点状とは、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部の外周輪郭が円形状又多角形状で、その輪郭の中心まで溶融凝固していることを意味する。円形状とは、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部が円形や楕円形の場合以外に、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせたものも含むものである。また、金属板に光線を渦巻状に、外周側から中心側又は中心側から外周側に向かって照射して形成した溶融凝固部の形状も点状に含まれる。

点状の接合部の溶融凝固部３０の幅Ｗ（光線の照射側から溶融凝固部を平面視したときの溶融凝固部の円相当径）は、継手強度等に応じて調整すればよく、特に限定されるものでないが、３〜１２ｍｍが例示される。好ましくは、４〜１０ｍｍである。

（再溶融凝固部）
再溶融凝固部３０ａは、点状の接合部の溶融凝固部３０の内側に光線を再照射し、点状に溶融凝固させて得られる部分であり、溶融凝固したままの組織となっている。点状とは、光線の照射側から再溶融凝固部を平面視したとき、再溶融凝固部の外周輪郭が円形状又多角形状で、その輪郭の中心まで溶融凝固していることを意味する。円形状とは、光線の照射側から再溶融凝固部を平面視したとき、再溶融凝固部が円形や楕円形の場合以外に、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせたものも含むものである。また、金属板に光線を渦巻状に、外周側から中心側又は中心側から外周側に向かって照射して形成した再溶融凝固部の形状も点状に含まれる。

再溶融凝固部３０ａは、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部の円相当の中心を含み、溶融凝固部３０の溶融境界を含まないように形成されている。ただし、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部の円相当の中心と、再溶融凝固部３０ａの円相当の中心とは、一致する必要はない。

また、再溶融凝固部３０ａは、接合継手１０の板厚方向において、複数の金属板２０ａ、２０ｂに跨って形成されている。すなわち、図３に示すように、再溶融凝固部３０ａは、少なくとも複数の金属板に跨って形成されていれば、金属板２０ｂを貫通してもしていなくてもどちらでもよい。

再溶融凝固部３０ａの幅Ｗａ（光線の照射側から溶融凝固部を平面視したときの再溶融凝固部の円相当径）の上限は、特に限定されるものでなく、再溶融凝固部３０ａの周囲にある凝固再加熱部３０ｂ、３０ｃの幅Ｗｂとの関係で決められる。

（凝固再加熱部）
凝固再加熱部３０ｂ、３０ｃは、点状の接合部の溶融凝固部３０に光線を再照射し、再溶融凝固部３０ａの周囲に溶融境界を含むように形成される部分であり、再溶融凝固部３０ａより軟化している部分を含むものである。再溶融凝固部３０ａに隣接した凝固再加熱部３０ｂは、母材の融点以下Ａｃ１点温度以上に再加熱された部位である。凝固再加熱部３０ｃは、Ａｃ１点温度以下に再加熱された部位であり、焼き戻された組織を有し、少なくとも金属板の重ね合わせ面近傍の溶融境界の周囲に形成されている。接合継手１０に剥離方向に荷重が負荷されると、金属板の重ね合わせ面近傍の溶融境界に応力が集中し、破断に至るため、少なくとも凝固再加熱部３０ｃの靱性を向上させる。

また、金属板の重ね合わせ面の溶融境界近傍の凝固再加熱部３０ｃは、応力が集中し易いため、ビッカース硬さの平均値を、Ｈｖ３９０以下とし、また、再溶融凝固部３０ａのビッカース硬さの平均値よりＨｖ７０以上低くすることが好ましい。また、このような凝固再加熱部３０ｃの幅Ｗｃを、少なくとも０．５ｍｍとすることで、溶融境界近傍の靱性を向上させることができる。凝固再加熱部３０ｃの幅Ｗｃを、少なくとも０．５ｍｍとするためには、凝固再加熱部３０ｂ、３０ｃの幅Ｗｂとして、１.０〜３.０ｍｍとすることが好ましい。

再溶融凝固部３０ａ、及び、凝固再加熱部３０ｃのビッカース硬さの平均値の測定では、中心軸Ｃを含む板厚方向の断面において、金属板の重ね合わせ面と接する溶融凝固部３０の溶融境界同士を結んだ線上を測定する。そして、再溶融凝固部３０ａ、及び、凝固再加熱部３０ｃにおいて、各部分の中央と両端近傍を含む３点以上等間隔でビッカース硬さを測定し、平均値を求める。具体的な測定条件の一例として、試験力０．３ｋｇで、両端から０．１５ｍｍピッチで硬さを測定し、０．１５ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．４５ｍｍでの硬さの平均値を求める。両端近傍とは、両端から幅の５〜１０％の範囲である。また、金属板の重ね合わせ面が複数あるときは、それぞれの金属板の重ね合わせ面と接する溶融凝固部３０の溶融境界同士を結んだ線上で測定する。なお、再溶融凝固部と凝固再加熱部とは、ミクロ組織の観察により、判別することができる。

＜複数の金属板＞
次に、本発明の接合継手を構成する複数の金属板について説明する。

（金属板の種類、組成）
金属板は、特に限定されるものでなく、種々の金属の板とすることができるが、鋼板とすることが好ましい。鋼板の成分組成は、特に限定されるものでなく、用途に応じた機械特性等が得られる成分組成の鋼板とすればよい。また、本発明の接合継手に炭素含有量を０．１０質量％以上の高強度鋼板を適用すると、十字引張強さの向上が顕著であり、このような鋼板を対象とすることが好ましい。

（金属板の板厚）
金属板の板厚は、特に限定されるものでなく、０．５〜３．２ｍｍの範囲とすることができる。板厚が０．５ｍｍ未満であっても、接合部の継手強度の向上の効果は得られるが、継手強度が板厚に影響するので、接合継手全体の強度向上の効果が小さくなり、接合継手の適用範囲が限定される。また、板厚が３．２ｍｍ超であっても、接合部の継手強度の向上の効果は得られるが、部材の軽量化の観点から、接合継手の適用範囲が限定される。

（金属板の表面処理皮膜）
複数の金属板は、少なくとも接合箇所の両面又は片面に表面処理皮膜を形成した金属板を１枚以上含んでいてもよい。表面処理皮膜は、めっき皮膜を含むものであり、更に、塗装皮膜等を含むものとすることができる。めっき皮膜としては、例えば、亜鉛めっき、アルミニウムめっき、亜鉛・ニッケルめっき、亜鉛・鉄めっき、亜鉛・アルミニウム・マグネシウム系めっき等であり、めっきの製造方法としては、溶融めっき、電気めっき等である。またホットスタンプされた亜鉛めっきやアルミニウムのめっきでもよい。

（金属板の形態）
金属板の形態は、少なくとも接合継手を形成する部分が板状であればよく、全体が板でなくてもよい。例えば、断面ハット形の特定の形状にプレス成型された部材のフランジ部、パイプの平面部などを含むものである。重ね合わせる金属板の枚数は、２枚に限らず、３枚以上としてもよい。また、各金属板の、種類、成分組成及び板厚は、全て同じとしても、相互に異なっていてもよい。また、別々の金属板から構成されるものに限定されず、１枚の金属板を管状などの所定の形状に成形して、端部を重ね合わせたものの重ね接合継手であってもよい。

以下、これに限定されるものではないが、自動車での重ね接合継手の例を示す。
Ａピラーの場合、２７０〜３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくはホットスタンプ鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくはホットスタンプ鋼板の３枚重ねの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

Ｂピラーの場合、引張強さが２７０〜３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくはホットスタンプ鋼板と、４４０〜９８０ＭＰａ級非めっき鋼板の３枚重ねの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

サイドシルの場合、２７０〜３４０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、５９０〜１８００ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼板の３枚重ねの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

フロアメンバーの場合、２７０〜５９０ＭＰａ級の合金化溶融亜鉛めっき鋼板のフロアパネルと、４４０〜１８００ＭＰａ級非めっき鋼板もしくは合金化溶融亜鉛めっき鋼板のフロアメンバーとの２枚重ねでの組み合わせでの重ね接合継手が例示される。

次に、本発明の重ね接合継手の製造方法（以下、「本発明の製法」という）について説明する。
本発明の製法は、
（ａ）複数の金属板を重ね合わせ、光線を照射し、金属板表面側から平面視したとき、外側輪郭が略円形状で、その中心まで溶融凝固した点状の接合部を形成すること、及び、
（ｂ）点状の接合部の内側に光線を再照射し、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、外側輪郭が略円形状で、その中心まで再溶融凝固した形状に再溶融凝固させるともに、再溶融凝固部より軟化するように溶融境界を再加熱することを含むものである。

まず、（ａ）複数の金属板を重ね合わせ、光線を照射し、金属板表面側から平面視したとき、外側輪郭が略円形状で、その中心まで溶融凝固した点状の接合部を形成することについて、図４を用いて説明する。

図４は、点状の接合部の形成の概要を示す斜視図である。図４（ａ）は、異なる照射直径で光線を照射する概要を示し、図４（ｂ）は、集光面積を広くして光線を照射する概要を示し、図４（ｃ）は、形成された点状の接合部を示す。

図４（ａ）には、光線５０を照射する方法の一例を示しており、異なる照射直径で光線５０を照射するものである。この図には、光線５０の照射予定箇所６０ａを点線で示しており、照射直径の異なる３つの照射予定箇所６０ａが示されている。

点状の接合部の形成では、まず、複数の金属板２０ａ、２０ｂを重ね合わせ、一方の金属板２０ａ側から光線５０を照射して接合を行う。光線５０の照射では、光線５０の照射側から照射予定箇所６０ａを平面視したとき、白抜き矢印で示すように、略円状に光線を走査する。その際に、光線５０の照射を、外側の照射予定箇所６０ａに行い、その後、内側の照射予定箇所６０ａに行っても、内側の照射予定箇所６０ａに行い、その後、外側の照射予定箇所６０ａに行ってもよい。光線の走査方向は、特に限定されるものでなく、時計回り、反時計回りのいずれでもよい。

また、光線５０の照射側からの照射予定箇所６０ａを平面視した場合、光線５０の照射予定箇所６０ａの外周形状を円としているが、楕円状、多角形状、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせた形状、渦巻状の形状としてもよい。光線５０の照射予定箇所６０ａを渦巻状の形状とした場合、光線５０の照射は、渦巻状の照射予定箇所６０ｂの外側の端部から、内側の端部に向かって、又は、渦巻状の照射予定箇所６０ｂの内側の端部から、外側の端部に向かって、渦巻状に光線を走査して行う。渦巻の方向は、特に限定されるものでなく、時計回り、反時計回りのいずれでもよい。

図４（ａ）では、直径の異なる３つの照射予定箇所を例示したが、光線の焦点面積や、点状の接合部の接合面積に応じて、直径の異なる照射予定箇所の数を増減させることができる。

図４（ｂ）には、光線５０を照射する方法の他の例を示しており、集光面積を広くして光線５０を照射するものである。この図には、光線５０の照射予定箇所６０ｂを点線で示している。そして、光線５０の照射は、光線の集光面積を広くして、１回で行われる。

図４（ａ）または図４（ｂ）に示すように光線５０を照射することで、溶融した溶融部が外側から中心側に凝固し、図４（ｃ）に示すように点状の接合部の溶融凝固部３０を形成できる。

また、複数の金属板に、表面処理皮膜を形成した金属板を１枚以上用いる場合、光線５０の照射を、外側の照射予定箇所６０ａに行い、その後、内側の照射予定箇所６０ａに行うことが好ましい。これにより、接合部内に欠陥を生じさせる気体となった皮膜を、溶融部の中心付近に集め、攪拌除去することが容易となる。なお、光線５０の照射を、内側の照射予定箇所６０ａに行い、その後、外側の照射予定箇所６０ａに行っても、光線５０の集光面積を広くして行っても、気体となった皮膜を溶融部から除去することができるため、これらの光線の照射方法を採用することを排除するものでない。

次に、（ｂ）点状の接合部の内側に光線を再照射し、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、外側輪郭が略円形状で、その中心まで再溶融凝固した形状（点状）に再溶融凝固させるともに、再溶融凝固部より軟化するように溶融境界を再加熱することについて説明する。

点状の接合部の熱処理では、図４で示す方法等により得られた点状の接合部の溶融凝固部３０の温度が所定温度以下、例えば、鋼板ではＭｓ点−５０℃（Ｍｓ点：マルテンサイト変態開始温度）以下となるまで待機し、その後に、金属板２０ａ側から溶融凝固部３０の内側に光線５０を照射して行う。内側とは、溶融凝固部３０の溶融境界を除く溶融凝固部３０内をいう。

溶融凝固部３０の温度をＭｓ点−５０℃以下とすると、鋼板中に一定量以上のマルテンサイトが生成されるため、点状の接合部の溶融凝固部３０を熱処理することで、このマルテンサイトが焼戻されて軟化し、継手強度が向上する。また、点状の接合部の溶融凝固部３０の熱処理の開始するときの溶融凝固部３０の温度の下限は、特に限定されないが、Ｍｓ点−２５０℃以下とするのが好ましい。Ｍｓ点−２５０℃で、一般の鋼板はマルテンサイト変態を終了するからである。

次に、点状の接合部の熱処理における光線５０の照射のうち、光線５０の走査について、図５を用いて説明する。
図５は、点状の接合部の熱処理の概要を示す斜視図である。図５（ａ）は、異なる照射直径で光線を照射する概要を示し、図５（ｂ）は、集光面積を広くして光線を照射する概要を示し、図５（ｃ）は、再溶融凝固部と凝固再加熱部とを有する点状の接合部を示す。

図５（ａ）には、再溶融予定箇所に光線５０を照射する方法の一例を示しており、異なる照射直径で光線を照射するものである。この図には、光線５０の照射予定箇所７０ａを点線で示しており、溶融凝固部３０の内側に、照射直径の異なる２つの照射予定箇所７０ａが示されている。

光線５０の照射では、白抜き矢印で示すように略円状に光線を走査する。その際に、光線５０の照射を、内側の照射予定箇所７０ａに行い、その後、外側の照射予定箇所７０ａに行っても、外側の照射予定箇所７０ａに行い、その後、内側の照射予定箇所７０ａに行ってもよい。光線の走査方向は、特に限定されるものでなく、時計回り、反時計回りのいずれでもよい。

光線５０の照射予定箇所７０ａは、光線５０の照射側から溶融凝固部３０を平面視したとき、溶融凝固部３０の円相当中心を含む点状に再溶融され、溶融凝固部３０の溶融境界が焼き戻されるように設定される。

また、光線５０の照射側から接合部を平面視した場合、光線５０の照射予定箇所７０ａの外周形状を円としているが、楕円状、多角形状、直径の異なる半円や半楕円を組み合わせた形状、渦巻状の形状としてもよい。また、直径の異なる２つの照射予定箇所を例示したが、光線の焦点面積や、点状の接合部の溶融凝固部の面積に応じて、直径の異なる照射予定箇所の数を増減させることができる。

図５（ｂ）には、再溶融予定箇所に光線５０を照射する方法の他の例を示しており、集光面積を広くして光線５０を照射するものである。この図には、溶融凝固部３０の内側に、光線５０の照射予定箇所８０ｂを点線で示している。そして、光線５０の照射は、光線の集光面積を広くして、１回で行われる。この例においても、光線５０の照射予定箇所８０ｂは、光線５０の照射側から溶融凝固部３０を平面視したとき、溶融凝固部３０の円相当中心を含む点状に再溶融され、溶融凝固部３０の溶融境界が焼き戻されるように設定される。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように光線５０を照射することで、図５（ｃ）に示すように、光線５０の照射側から溶融凝固部３０を平面視したとき、当該溶融凝固部の円相当中心を含む点状に再溶融凝固部３０ａが形成され、その周囲に凝固再加熱部３０ｂ、３０ｃが形成される。そして、溶融境界を含む凝固再加熱部３０ｃが焼き戻され、靱性が向上する。

また、点状の接合部の形成、及び、点状の接合部の溶融境界の熱処理において、光線の照射方法は、同じ照射方法でも、異なる照射方法でもよい。例えば、異なる照射直径で光線を照射して、点状の接合部を形成し、異なる照射直径で光線を照射して、点状の接合部の溶融境界を熱処理しても、集光面積を広くして光線を照射して、点状の接合部の形成し、異なる照射直径で光線を照射して、点状の接合部の溶融境界を熱処理してもよい。

次に、光線５０の照射のうち、凝固再加熱部３０ｂ、３０ｃの加熱温度について説明する。
点状の接合部の溶融凝固部３０のうち、少なくとも金属板２０ａ、２０ｂの重ね合わせ面近傍の溶融境界から０．５ｍｍの範囲の領域が、焼き戻されるように（凝固再加熱部３０ｃが得られるように）再加熱するとよい。

重ね合わせ面近傍の溶融境界から０．５ｍｍの範囲の領域を焼き戻すには、この範囲の最高到達温度がＡｃ１点以下の所定の温度（例えば、５００℃以上７００℃以下）となる条件で、光線５０を溶融凝固部３０の内側に照射する。凝固再加熱部３０ｃの温度は、鋼板表面で測定した温度を代表値として用いることができる。温度は、放射温度計や熱電対を用いて測定することができる。

このような温度とするには、予め、再溶融予定箇所（光線の照射予定箇所）の円相当直径又は形成される凝固再加熱部の幅Ｗｂと、光線の再照射中の前記範囲の温度との関係や、光線の再照射時間と前記範囲の温度との関係等を調査しておき、再溶融予定箇所（光線の照射予定箇所）の円相当直径、凝固再加熱部の幅Ｗｂ、光線の再照射時間等を調整することで行うことができる。また、凝固再加熱部３０ｃを５００℃以上７００℃以下とするには、凝固再加熱部の幅Ｗｂを１．０〜３．０ｍｍとなるように光線の照射を調整することが例示される。好ましくは、１．５〜２．５ｍｍである。

次に、点状の接合部の形成、及び、点状の接合部の熱処理で使用する光線について説明する。光線にはレーザを用いるのが一般的であり、その種類は、特に限定されるものでないが、リモート接合装置とすることが好ましい。リモート接合装置は、ロボットアームの先端に取り付けたガルバノミラーにより、光線を接合打点の間を高速で移動させるものであり、接合の作業時間の大幅な短縮が可能になる。また、発振器としては、気体励起タイプや固体励起タイプ、半導体タイプなどを用いることができる。

また、接合の条件は、従来の条件を採用することができる。例えば、出力２〜３０ｋＷ、集光面の光線径０．１〜８．０ｍｍ、接合速度０．１〜６０ｍ／ｍｉｎの接合条件で行うことができる。

また、自動車の組み立ては、複数の接合工程からなるが、１つの工程内で本発明の製法を実施する場合、１つ１つの接合点に対して、光線照射による接合と再溶融を実施してもよいが、Ｍｓ点−２５０℃以下までの冷却の待ち時間を低減するため、より好適には、光線照射により複数の溶融接合を実施し、その後、光線照射により複数の再溶融を実施するとことが好ましい。また複数の接合工程で本発明の製法を実施する場合、光線照射による溶融接合工程と、光線照射による再溶融工程を別々の工程とすることで、冷却の待ち時間を無くすことができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に、被接合部材とする鋼板を示す。

表１に示す、同種の鋼板を２枚重ね合わせて、ガルバノミラーを有するリモート接合装置を用い、ファイバーレーザにより接合を行い、点状の接合部を有する試験片を作成した。表２に、点状の接合部の形成条件を示す。光線径は、集光面での光線の直径である。

次に、各試験片の点状の接合部の熱処理を行った。この熱処理では、光線の照射側から溶融凝固部を平面視したとき、溶融凝固部と再溶融凝固部の中心が一致するようにし、試験片を貫通するように再溶融凝固部を形成して行った。表３に、点状のレーザ接合部の熱処理条件を示す。光線径は、集光面での光線の直径である。なお、熱処理では、点状の接合部の形成と同じリモート接合装置を用いた。

表４に、熱処理後の試験片について、凝固再加熱部の幅Ｗｂ、再溶融凝固部の平均ビッカース硬さＡ（引け巣は除く）、溶融凝固部の溶融境界から０．５ｍｍの範囲の平均ビッカース硬さＢ、平均ビッカース硬さＡとＢの差、十字引張強さ（ＣＴＳ）について示す。

ＣＴＳは、ＪＩＳ Ｚ３１３７にスポット接合の強度試験方法として記載されている方法を採用した。また、接合後、点状接合部の中心を通り、板面に垂直に鋼板を切断し研磨し、引け巣の大きさを観察するととともに、ビッカース硬さを測定した。なお、比較例１、５、１４のビッカース硬さＡは、溶融凝固部の中心部の平均ビッカース硬さである。

Ｎｏ．２〜４、６〜８、１０〜１３は、点状の接合部に熱処理を行い、本発明の接合継手で規定する構成を満足するため、溶融凝固部の溶融境界から０．５ｍｍの範囲の靱性が向上し、十字引張強さ（ＣＴＳ）が高い。

それに対して、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５、及び、Ｎｏ．１４は、点状の接合部に熱処理を行っていないため、溶融凝固部の溶融境界の靱性が向上せず、十字引張強さ（ＣＴＳ）が低い。また、Ｎｏ．９は、溶融凝固部の全部に熱処理を行ったため、溶融凝固部の溶融境界の靱性が向上せず、十字引張強さ（ＣＴＳ）が低い。

本発明によれば、点状の接合部の溶融境界近傍に、靱性に優れる凝固再加熱部を設けたので、重ね接合継手の継手強度、特に、十字引張強さ（ＣＴＳ）を向上させることができ、接合継手の信頼性を向上させることができる。そして、本発明の接合継手を自動車部品に適用することで、自動車部品の信頼性を向上させることができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。

１ 接合継手
２ａ、２ｂ 金属板
３ 点状の接合部の溶融凝固部
３ａ 再溶融凝固部
３ｂ 凝固再加熱部
１０ 接合継手
２０ａ、２０ｂ 金属板
３０ 点状の接合部の溶融凝固部
３０ａ 再溶融凝固部
３０ｂ 凝固再加熱部
３０ｃ 凝固再加熱部
５０ 光線
６０ａ、６０ｂ 照射予定箇所
７０ａ、７０ｂ 照射予定箇所
Ｘ 板厚方向のビッカース硬さの測定位置
Ｌ１ 金属板表面と平行方向のビッカース硬さの測定範囲
Ｌ２ 溶融凝固部のビッカース硬さの測定範囲
Ｌ３ 再溶融凝固部のビッカース硬さの測定範囲
Ｃ 中心軸
Ｗ 溶融凝固部の幅
Ｗａ 再溶融凝固部の幅
Ｗｂ 凝固再加熱部の幅
Ｗｃ 溶融境界近傍の凝固再加熱部の幅

Claims (6)

1. 重ね合わされた複数の金属板で構成され、点状の接合部を有する重ね接合継手において、
   前記点状の接合部は、前記複数の金属板に跨る溶融凝固部を有し、
   前記溶融凝固部は、再溶融凝固部と、凝固再加熱部とを有し、
   前記再溶融凝固部は、前記溶融凝固部を平面視したとき、当該溶融凝固部の中心を含む点状で、前記複数の金属板に跨っており、
   前記凝固再加熱部は、前記再溶融凝固部の周囲に位置し、前記点状の接合部の溶融境界を含んでおり、前記再溶融凝固部より軟化している
   ことを特徴とする重ね接合継手。
2. 前記凝固再加熱部のうち、前記金属板の重ね合わせ面の前記溶融境界から、前記再溶融凝固部に向かって０．５ｍｍの範囲のビッカース硬さの平均値は、Ｈｖ３９０以下であり、かつ、前記再溶融凝固部のビッカース硬さの平均値よりＨｖ７０以上低いことを特徴とする請求項１に記載の重ね接合継手。
3. 前記複数の金属板が、表面処理皮膜を有する金属板を１枚以上含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の重ね接合継手。
4. 複数の金属板を重ね合わせ、高いパワー密度を有する光線を照射して接合する重ね接合継手の製造方法において、
   重ね合わされた一方の金属板に高いパワー密度を有する光線を照射して、前記複数の金属板に跨って点状に溶融凝固した溶融凝固部を有する点状の接合部を形成し、
   前記高いパワー密度を有する光線の照射側から前記溶融凝固部を平面視したとき、当該溶融凝固部の内側に前記高いパワー密度を有する光線を再照射し、当該溶融凝固部の円相当中心を含む点状に、前記複数の金属板に跨って再溶融凝固させて再溶融凝固部を形成し、更に、当該再溶融凝固部の周囲に前記点状の接合部の溶融境界を含む凝固再加熱部を形成するとともに、その際の再加熱条件を調整して前記凝固再加熱部を前記再溶融凝固部より軟化させることを特徴とする重ね接合継手の製造方法。
5. 前記高いパワー密度を有する光線の再照射は、前記複数の金属板の板厚方向断面において、前記再溶融凝固した再溶融凝固部の外側端部から前記点状の接合部の溶融境界までの距離が１.０〜３.０ｍｍとなるように行われることを特徴とする請求項４に記載の重ね接合継手の製造方法。
6. 前記複数の金属板に、表面処理皮膜を形成した金属板を１枚以上用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の重ね接合継手の製造方法。

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