(57)【要約】【課題】マグネシウム合金部材について、破断面がせん断面よりも小さくなり加工断面が滑らかになるようにしてせん断加工を行えるせん断加工用金型およびせん断加工方法を提供する。【解決手段】マグネシウム合金部材を貫通する貫通部を備えたマグネシウム合金部材のせん断加工用金型を次のように構成する。すなわち、貫通部は、その貫通部よりも硬度の高い硬質膜が表面上に形成されている硬質端部を有し、その硬質端部は、先端部からの幅ｗおよびマグネシウム合金部材の厚さｄについて下記関係式を満たし、かつ先端部から幅ｗの部分がその幅ｗの部分以外の部分よりも径を狭めた縮径部となっているようにする。ｄ≦ｗ≦３ｄ【選択図】図４
2010194575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金部材を貫通する貫通部を備えたマグネシウム合金部材のせん断加工用金型であって、
前記貫通部は、該貫通部よりも硬度の高い硬質膜が表面上に形成されている硬質端部を有し、該硬質端部は、先端部からの幅ｗおよび前記マグネシウム合金部材の厚さｄについて下記関係式を満たし、かつ前記先端部から前記幅ｗの部分が該幅ｗの部分以外の部分よりも径を狭めた縮径部となっていることを特徴とするマグネシウム合金部材のせん断加工用金型。
ｄ≦ｗ≦３ｄ
【請求項２】
前記縮径部は、該縮径部と該縮径部以外の部分との境目となる接続部から前記先端部に向かい漸次縮径されていることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金部材のせん断加工用金型。
【請求項３】
前記縮径部は、前記先端部から前記幅ｗの部分が均等な太さで形成されていることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金部材のせん断加工用金型。
【請求項４】
前記縮径部の前記先端部側に、太さの均等な均等縮径部が形成されていることを特徴とする請求項２記載のマグネシウム合金部材のせん断加工用金型。
【請求項５】
前記縮径部以外の部分の太さｈ１および前記縮径部の太さｈ２について下記関係式を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のマグネシウム合金部材のせん断加工用金型。
０．９６≦ｈ２／ｈ１≦０．９９
【請求項６】
マグネシウム合金部材を貫通する貫通部を備えたせん断加工用金型を用いたマグネシウム合金部材の加工方法であって、
前記貫通部を挿通させる挿通孔を備えた受台に前記マグネシウム合金部材を載置し、
前記貫通部との隙間が前記マグネシウム合金部材の厚さの２パーセントから１６パーセントになるように前記挿通孔の内径を設定して、前記挿通孔に前記貫通部を挿通させることを特徴とするマグネシウム合金部材のせん断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金部材のせん断加工に用いられる金型およびせん断加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は実用されている合金の中でも強度が高く、軽くて丈夫なことから、近年、自動車等の輸送機器、パーソナルコンピュータ等のモバイル電子機器、家庭用電化製品等に採用され、需要の伸びが期待されている。しかしながら、マグネシウム合金はアルミニウム合金に比べて加工性が低いという課題があり、その課題のため、原材料価格の高騰も相まってマグネシウム合金部材の成形品は製造コストが高くなっている。マグネシウム合金の加工性が低いことの原因に室温での展延性の低さがあり、そのため、非特許文献１に記載されているように、マグネシウム合金部材のプレス加工は温間から熱間域で行うことが有効であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１７９８９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】古閑伸裕：塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第４４巻、第５０６号、ｐ．２５０−２５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、マグネシウム合金部材やアルミニウム合金部材といった金属部材について、せん断加工を行うときは、例えば特許文献１に示されているようにパンチ（ポンチともいう）やダイといったせん断加工用の金型を用いる。
【０００６】
しかし、マグネシウム合金部材は室温での展延性が低く、しかも脆いため、従来のせん断加工用の金型を用いてせん断加工を行うと、せん断加工によって現れた切口面（加工断面ともいう）に、凹凸の大きな破断面が凹凸のない滑らかなせん断面よりも大きく現われ、表面がでこぼこになってしまう、という課題があった。
【０００７】
加工断面に破断面が現われると、マグネシウム合金部材の脆さゆえに破断面から細かいかけらやくずが落ちやすくなる。すると、せん断加工によってマグネシウム合金部材を例えば電子部品を載せるための基板に加工していたときは、破断面から落ちたかけらによって配線がショートするといった動作不良を起こすおそれが生じる。また、せん断加工で孔を形成すると、その孔に螺子を挿通する際、破断面の凹凸が邪魔になってスムーズな挿通が行いにくいといった課題もある。さらに、マグネシウム合金部材に孔開け加工をしたときは、孔の入口（だれ面）と出口（かえり面）とで内径差を生じてしまうため、孔の寸法精度を高められないといった課題もある。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、マグネシウム合金部材について、破断面がせん断面よりも小さくなり加工断面が滑らかになるようにしてせん断加工を行えるせん断加工用金型およびせん断加工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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、マグネシウム合金部材を貫通する貫通部を備えたマグネシウム合金部材のせん断加工用金型であって、貫通部は、その貫通部よりも硬度の高い硬質膜が表面上に形成されている硬質端部を有し、その硬質端部は、先端部からの幅ｗおよびマグネシウム合金部材の厚さｄについて下記関係式を満たし、かつ先端部から幅ｗの部分がその幅ｗの部分以外の部分よりも径を狭めた縮径部となっているマグネシウム合金部材のせん断加工用金型を特徴とする。
ｄ≦ｗ≦３ｄ
【００１０】
このせん断加工用金型では、縮径部によってマグネシウム合金部材に形成される孔の内周面を漸次押し広げながらせん断加工を行える。
【００１１】
上記せん断加工用金型の場合、縮径部は、その縮径部とその縮径部以外の部分との境目となる接続部から先端部に向かい漸次縮径されているようにすることができる。
【００１２】
また、上記せん断加工用金型の場合、縮径部は、先端部から幅ｗの部分が均等な太さで形成されているようにすることができる。
【００１３】
さらに、縮径部の先端部側に、太さの均等な均等縮径部が形成されているようにすることもできる。
【００１４】
上記せん断加工用金型はいずれも、縮径部以外の部分の太さｈ１および縮径部の太さｈ２について下記関係式を満たすようにすることができる。
０．９６≦ｈ２／ｈ１≦０．９９
【００１５】
そして、本発明は、マグネシウム合金部材を貫通する貫通部を備えたせん断加工用金型を用いたマグネシウム合金部材の加工方法であって、貫通部を挿通させる挿通孔を備えた受台にマグネシウム合金部材を載置し、貫通部との隙間がマグネシウム合金部材の厚さの２パーセントから１６パーセントになるように挿通孔の内径を設定して、挿通孔に貫通部を挿通させるマグネシウム合金部材のせん断加工方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
以上詳述したように、本発明によれば、マグネシウム合金部材について、破断面がせん断面よりも小さくなり加工断面が滑らかになるようにしてせん断加工を行えるせん断加工用金型およびせん断加工方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るせん断加工用金型を備えたせん断加工装置の概略の構成を模式的に示す正面図である。
【図２】せん断加工用金型におけるパンチユニットを取付部とともに示した断面図で（ａ）は上型の下降前、（ｂ）は上型の下降後を示す断面図である。
【図３】パンチを示す図で（ａ）は側面図、（ｂ）は貫通部の正面図である。
【図４】テーパー部を備えた貫通部の先端部分を示す側面図である。
【図５】均等縮径部を備えた貫通部の先端部分を示す側面図である。
【図６】テーパー部および均等縮径部を備えた貫通部の先端部分を示す側面図である。
【図７】ストレート型の貫通部の先端部分を示す側面図である。
【図８】パンチによりマグネシウム合金板の孔開け加工が行われている様子を示す断面図で（ａ）はテーパー部を備えたパンチの場合、（ｂ）はストレート型のパンチの場合を示している。
【図９】マグネシウム合金板を示す平面図である。
【図１０】テーパー部を備えたパンチによりマグネシウム合金板の孔開け加工が行われている様子を示す断面図で、（ａ）はパンチの貫通部がマグネシウム合金板に接触した直後、（ｂ）は貫通部が下降してマグネシウム合金板に亀裂が生じたとき、（ｃ）は貫通部がさらに下降したときを示している。
【図１１】均等縮径部を備えたパンチによりマグネシウム合金板の孔開け加工が行われている様子を示す断面図で、（ａ）はパンチの貫通部がマグネシウム合金板に接触した直後、（ｂ）は貫通部が下降してマグネシウム合金板に亀裂が生じたとき、（ｃ）は貫通部がさらに下降したときを示している。
【図１２】先端部分（貫通部）の形状の異なるパンチを用意し、クリアランスを０．０２ｍｍにした場合と０．０４ｍｍにした場合とでそれぞれマグネシウム合金板について孔開け加工を行った結果をまとめたグラフである。
【図１３】マグネシウム合金板について、“ストレート”を用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像である。
【図１４】同じく、拡大したＳＥＭ画像である。
【図１５】マグネシウム合金板について、“テーパー”を用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像である。
【図１６】同じく、拡大したＳＥＭ画像である。
【図１７】形状が“ストレート”で材質の異なる複数のパンチを用いてマグネシウム合金板について孔開け加工を行った結果をまとめたグラフである。
【図１８】マグネシウム合金板について、“ハイス”で構成されたパンチを用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像である。
【図１９】同じく、拡大したＳＥＭ画像である。
【図２０】形状が“ストレート”で無処理のパンチと、ＩＣＦレッドＤＬＣ、ＩＣＦイエローＤＬＣ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮの硬質膜を形成したパンチの５種類のパンチを用いてマグネシウム合金板について孔開け加工を行った結果をまとめたグラフである。
【図２１】ＴｉＣＮの硬質膜を形成したパンチを用いて孔開け加工を行った場合の孔の内周面を示すＳＥＭ画像である。
【図２２】同じく、拡大したＳＥＭ画像である。
【図２３】無処理のパンチを用いてアルミニウム合金板について孔開け加工を行った場合の孔の内周面を示すＳＥＭ画像である。
【図２４】同じく、拡大したＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は本発明の実施の形態に係るせん断加工用金型を備えたせん断加工装置３０の概略の構成を模式的に示す正面図である。図１に示すとおり、せん断加工装置３０は、上型１と下型２とを有し、上型１がガイドポスト３によって上下に移動し、マグネシウム合金部材（例えば後述するマグネシウム合金板５１、図９参照）に打ち抜きによる孔開け加工を行うようになっている。
【００２０】
上型１は下型２と対向する側に取付部５が固定され、この取付部５に３本のパンチユニット６が下型２に向かって張り出すようにして固定されている。また、下型２の上型１と対向する側に受台（ダイス）４が固定されている。
【００２１】
受台４は、上面が孔開け加工の対象となるマグネシウム合金部材を載せられる大きさの平坦に形成され、その一部に後述する貫通部１１（図３，図４，図８等参照）を挿通させる寸法調整可能な挿通孔４ａが形成されている（挿通孔４ａは図８参照）。
【００２２】
パンチユニット６は図２（ａ），（ｂ）に詳しく示すように、取付部５により押されることによって撓みながら変形するパンチプレート７と、パンチプレート７の内側に摺動自在に納められたパンチ８と、パンチプレート７の取付部５から最も離れた端部に固定された押え部材９とを有している。
【００２３】
押え部材９は厚肉円板状部材の中央に中心軸に沿った貫通孔が形成された構成を有している。その貫通孔は貫通部１１の外形形状に応じた大きさで形成されている。また、貫通孔は図２（ａ）に示すように貫通部１１の先端部分が挿入され、孔開け加工が行われるときに貫通部１１が図２（ｂ）に示すようにして摺動するようになっている。
【００２４】
パンチ８は図３に示すように、鍔部１０ａと、鍔部１０ａに固定されているパンチ本体部１０ｂと、パンチ本体部１０ｂに固定され、マグネシウム合金部材を貫通する形状に形成された貫通部１１とを有している。パンチ８は、パンチ本体部１０ｂと貫通部１１との径の大きさの異なるショルダーパンチと呼ばれる構造を有しており、貫通部１１がマグネシウム合金部材を貫通することによって孔開けを行うために用いられる。パンチ８は例えばダイス鋼（ＳＫＤともいう）を用いることができる。
【００２５】
鍔部１０ａは、取付部５からの脱落防止のために設けたものであって、厚肉円板状に形成されている。パンチ本体部１０ｂは鍔部１０ａよりも径が小さく中心軸方向に沿って細長い円柱状に形成されている。
【００２６】
貫通部１１はパンチ本体部１０ｂよりも径が小さく中心軸方向に沿って細長い円柱状に形成されている。この貫通部１１は、パンチ本体部１０ｂから離れた先端部分が図４に示すような構造を有している。貫通部１１は、マグネシウム合金部材に最も先に接する部分、すなわち、先端部１３ａから所定範囲の部分に形成された硬質端部１２を有し、その硬質端部１２のうちの先端部１３ａから所定範囲の部分（後述する接続部１５までの部分）がテーパー部１３となったテーパー金型を構成している。
【００２７】
硬質端部１２は、太さの一様な貫通部本体１２ａよりも硬度の高い硬質膜１２ｂが貫通部本体１２ａの表面上に形成された部分である。図４に示す網目部分が硬質端部１２を示している。硬質膜１２ｂは、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）によって形成することができる。そのほか、硬質膜１２ｂはＣｒＮ，ＴｉＣＮなどによって形成することもできる。
【００２８】
テーパー部１３は中心軸に沿った長さ（高さ）が貫通部本体１２ａよりも短い（低い）円錐台と同等の形状を有し、その周面は、貫通部本体１２ａとの境目になる接続部１５において最も径が大きく、接続部１５から先端部１３ａに向かって漸次縮径されて形成されている。先端部１３ａは円形状の平坦面になっている。
【００２９】
そして、貫通部１１は貫通部本体１２ａの径の大きさ（太さ）をｈ１、テーパー部１３の最も縮径された部分（先端部１３ａ）の大きさをｈ２としたときにｈ２はｈ１よりも小さい大きさである。テーパー部１３を設けることにより、マグネシウム合金部材について、破断面がせん断面よりも小さくなるようにするためには、下記式１に示すように、ｈ１とｈ２との比が一定範囲内に納まるようにする必要がある。ｈ１、ｈ２の具体的な数値については後述する。
式１：０．９６≦ｈ２／ｈ１≦０．９９
【００３０】
また、貫通部１１はマグネシウム合金部材の孔開けしようとする部分（孔開け部分ともいう）の厚さｄと、テーパー部１３の中心軸に沿った長さ（幅ともいう）ｗについての下記の式２の関係を満たす形状に形成されている。ｄ、ｗの具体的な数値については後述する。
式２：ｄ≦ｗ≦３ｄ
【００３１】
以上のような構成を有するせん断加工装置３０の使用手順および動作内容について述べれば次のとおりである。
【００３２】
まず、せん断加工を行おうとするマグネシウム合金部材を孔開け部分がパンチユニット６の真下に位置するようにして受台４の上に載せる。また、図８（ａ）に示すように、受台４の挿通孔４ａの寸法を調整して、貫通部１１の先端部１３ａとの隙間（クリアランスともいう）ｔがマグネシウム合金部材（マグネシウム合金板５１）の厚さｄの２〜１６％程度になるように、挿通孔４ａの内径を設定する。
【００３３】
ここで、マグネシウム合金部材として、例えばマグネシウム合金板５１を用いることができる。マグネシウム合金板５１は図９に示すような平面視の寸法（面積）に対して厚さが薄い平面視矩形状の板材である。マグネシウム合金板５１は圧延加工によって形成されているので、図９に示すような圧延方向を有している。
【００３４】
次に、ガイドポスト３によって上型１をＤ１で示す方向（下向き）に移動させる。そして、パンチユニット６の押え部材９を孔開け部分に接触させ、パンチユニット６により、マグネシウム合金板５１を受台４上に押さえつける。
【００３５】
それから、さらに上型１を方向Ｄ１に移動させると、図２（ｂ）に示すように取付部５から押されることによってパンチプレート７が撓み、パンチプレート７の長さが縮む。このパンチプレート７の縮みに伴い押え部材９が貫通部１１に沿って上向きに摺動し、相対的に貫通部１１の先端部分が押え部材９から突出する。このとき、貫通部１１の先端部分がマグネシウム合金板５１に接触して、下向きの力をさらに受けて終には貫通部１１がマグネシウム合金板５１を貫通する。こうして、マグネシウム合金板５１に貫通部１１の外形寸法に応じた孔を開ける孔開け加工が行われる。孔開け加工が行われるとマグネシウム合金板５１には図９に示すような孔５２が形成される。
【００３６】
ここで、マグネシウム合金板５１について、以上のような孔開け加工が行われているときについて図８（ａ）、図１０を参照して詳しく述べれば次のとおりである。マグネシウム合金板５１は、押え部材９と受台４とで挟み込まれて動かないように位置が固定されている。その状態のまま貫通部１１が上から下に向かって押え部材９から突出するため、貫通部１１の接触した部分が押し出される（飛び出る）ようにしてマグネシウム合金板５１が変形する。このとき、マグネシウム合金板５１は展延性が低いので、押し出される部分と、押え部材９および受台４に挟み込まれている部分との間に比較的早く亀裂（後述する亀裂ｅ）を生じる。
【００３７】
詳しくは、図１０（ａ）に示すように、マグネシウム合金板５１は貫通部１１が接触してある程度食い込むまでは亀裂を生じることなく変形する。ところが、貫通部１１が上側からさらに下降すると、図１０（ｂ）に示すように、マグネシウム合金板５１は貫通部１１によって押し出されている部分（押し出され部）５１ａと、それ以外の部分（本体部）５１ｂとに分離し、双方の間に亀裂ｅが生じる。すると、マグネシウム合金板５１は脆いため、押し出され部５１ａと本体部５１ｂとに、亀裂ｅに起因して凹凸の大きな切口面５４，５５が現れる。
【００３８】
そして、貫通部１１は先端部分にテーパー部１３が形成されているが、テーパー部１３は先端部１３ａまで漸次縮径されている。そのため、テーパー部１３は本体部５１ｂの切口面５５を図１０（ｂ）のｆで示す方向に押し出し、したがって、孔の内周面を漸次押し広げながら押し出され部５１ａを下方に押し出していく。テーパー部１３によるこのような動作は接続部１５がマグネシウム合金板５１に接触するまで継続する。
【００３９】
接続部１５がマグネシウム合金板５１に接触すると、そこから後、貫通部１１の太さが一様なので、切口面５５に対する押し広げは治まるものの、切口面５５に突出している部分があれば図１０（ｃ）に示すように接続部１５によって削られる。このような過程を経ることにより、マグネシウム合金板５１に孔を形成することができる。
【００４０】
以上のように、貫通部１１によってマグネシウム合金板５１に孔開け加工を行った場合、テーパー部１３により、孔の内周面（切口面５５）を漸次押し広げながら孔開け加工を行うことができる。
【００４１】
特に、テーパー部１３の幅ｗがマグネシウム合金板５１の厚さｄに対して、ｄ≦ｗの関係を満たしているから（前述の式２参照）、テーパー部１３による押し広げが孔の内周面の厚さ方向全体に対して行われる。仮にｄ≦ｗの関係を満たしていないとすると、孔の内周面の中で押し広げが行われ難い箇所ができてしまい、切口面を滑らかにする効果が減殺されてしまうので好ましくない。
【００４２】
一方、孔の内周面（切口面５５）を滑らかにするには、適切なタイミングで接続部１５がマグネシウム合金板５１に到達する必要があり、そのためには、幅ｗが厚さｄに対してｗ≦３ｄとすることが適切である。ｗ＞３ｄになるまでテーパー部１３の幅を大きくすると、接続部１５がマグネシウム合金板５１に到達する前に孔開けが完了しやすくなり、好ましくない。
【００４３】
さらに、貫通部１１の太さｈ１、ｈ２は、それらの比が前述の式１に示す一定範囲内に納まるように設定されている。ここで、太さｈ１、ｈ２の比が式１を満たさない場合、例えば、ｈ２／ｈ１＜０．９６にすると、テーパー部１３の周面の傾斜が孔の内周面に対して急になり、テーパー部１３の周面から孔の内周面までの間隔が離れやすくなって孔の内周面への適切な押し広げを行い難くなる。また、０．９９＜ｈ２／ｈ１にすると、テーパー部１３の周面の傾斜が緩慢になり、この場合も孔の内周面への適切な押し広げを行い難くなる。
【００４４】
さらに、クリアランスｔをマグネシウム合金板５１の厚さｄの２％〜１６％の範囲内に納まるようにしている。この数値範囲は、後述する実施例１〜３に示すクリアランスｔをいずれもカバーする範囲である。クリアランスｔを厚さｄの２％よりも小さくすると、先端部１３ａが挿通孔４ａを通り難くなり、破断面が形成されやすくなるから好ましくない。クリアランスｔを厚さｄの１６％よりも大きくすると、テーパー部１３による押し広げ効果が減殺されるので好ましくない。
【００４５】
このようなことを考慮し、テーパー部１３を前述した構成とした上で、クリアランスｔを厚さｄの２％〜１６％の範囲内に納まるようにすることにより、図１０（ｃ）に示すように切口面５５について大きな凹凸を減らすことができるようになり、切口面５５を滑らかにすることができる。したがって、貫通部１１を用いてマグネシウム合金板５１に孔開け加工を行うと、マグネシウム合金板５１に形成された孔の表面には、凹凸のない滑らかなせん断面が大きく現れ、凹凸の大きな破断面はせん断面よりも小さくなる。
【００４６】
すると、マグネシウム合金板５１に孔開け加工を行い、例えば、電子部品を載せるための基板を形成した場合、形成された孔にはせん断面が破断面よりも大きく現れているため、破断面から落ちたかけらによって配線がショートするような不具合はほぼ解消されることとなる。しかも、孔に螺子を挿通する作業も行いやすくなり、孔の寸法精度を高めることもできる。
【００４７】
その上、貫通部１１は硬質端部１２を有している。硬質端部１２は貫通部本体１２ａの表面に硬質膜１２ｂが形成されている。マグネシウム合金板５１のようなマグネシウム合金部材は他の物質と溶着しやすい性質を有するものの、貫通部１１が硬質端部１２を有するため、貫通部１１とマグネシウム合金板５１との溶着が起こることはない。さらに、硬質端部１２を有することによって貫通部１１の耐摩耗性を高めることもできるから、パンチ８の耐久性を高めることもできる。
【００４８】
（第２の実施形態）
前述したせん断加工装置３０は、貫通部１１（図４参照）を有するパンチ８（図２および図３）の代わりに図５に示すような貫通部２１を有するパンチ８を用いることができる。貫通部２１は図５に示すような構造を有している。貫通部２１は貫通部１１と比較して、テーパー部１３の代わりに均等縮径部１４を有し、均等縮径部１４の貫通部本体１２ａに固定される付け根部分に、円環状に張り出す鍔部１６が形成されて段付金型を構成している点で相違している。
【００４９】
均等縮径部１４は、貫通部本体１２ａと同様に円柱状に形成されているが、貫通部本体１２ａよりもやや径が小さく縮径されており、その付け根部分から先端まで（幅ｗの範囲が）均等な太さで形成されている。また、均等縮径部１４の幅ｗが厚さｄに対して前述した式２の関係を満たしている。
【００５０】
貫通部２１は貫通部本体１２ａの径の大きさ（太さ）をｈ１、均等縮径部１４の径の大きさをｈ２としたときに、ｈ２はｈ１よりも小さい大きさである。均等縮径部１４を設けることにより、マグネシウム合金部材について、破断面がせん断面よりも小さくなるようにするためには、前述の式１に示すように、ｈ１とｈ２との比が一定範囲内に納まるようにする必要がある。
【００５１】
そして、マグネシウム合金板５１について、貫通部２１を備えたパンチ８によって前述と同様の孔開け加工が行われているときについて詳しく述べれば次のとおりである。
【００５２】
すなわち、図１１（ａ）に示すように、マグネシウム合金板５１は貫通部２１が接触してある程度食い込むまでは亀裂を生じることなく変形する。ところが、マグネシウム合金板５１は展延性が低いので押し出され部５１ａと、押え部材９および受台４に挟み込まれている本体部５１ｂとの間に亀裂を生じる。貫通部２１が上側からさらに下降すると、図１１（ｂ）に示すように、マグネシウム合金板５１は押し出され部５１ａと本体部５１ｂとに分離して、亀裂に起因して凹凸の大きな切口面５６，５７が現れる。
【００５３】
そして、貫通部２１は先端部分に均等縮径部１４が形成されている。均等縮径部１４は貫通部本体１２ａよりも縮径された均等な太さを有し、鍔部１６が均等縮径部１４よりも張り出すような格好になっている。すると、図１１（ｂ）に示すように、鍔部１６が孔の内部に進入していくときに切口面５７のうちの突出している部分を鍔部１６の張出幅（均等縮径部１４の付根部分から張り出している円環状部分の幅）に応じた大きさで掻き落としながら進んでいく。そのため、図１１（ｃ）に示すように、切口面５７のうちの大きく突出している部分が鍔部１６によりその張出幅に応じた大きさで掻き落とされていく。
【００５４】
一方、貫通部２１の太さｈ１、ｈ２について、ｈ２／ｈ１＜０．９６になっていたとすると、鍔部１６の張出幅が大きくなりすぎてしまい、突出している部分が大きく掻き落とされてしまう。そうすると、マグネシウム合金板５１の脆さゆえに切口面５７が崩れて余計なかけらが発生してしまい、切口面５７を滑らかにすることが困難である。また、０．９９＜ｈ２／ｈ１にすると、鍔部１６の張出幅が小さくなりすぎてしまい、掻き落としが不十分になりやすい。
【００５５】
しかし、貫通部２１を前述した式１を満たす形状にすれば、切口面５７に対して必要十分な大きさで掻き落としを行うことができ、切口面５７を滑らかにすることができる。また、均等縮径部１４の幅ｗが厚さｄに対して前述した式２の関係を満たしているから、鍔部１６による掻き落としを確実に行える。
【００５６】
以上のように、貫通部２１によってマグネシウム合金板５１に孔開け加工を行った場合、鍔部１６により、孔の内周面を鍔部１６の張出幅に応じた大きさで掻き落とししながら孔開け加工を行うことができる。そのため、図１１（ｃ）に示すように切口面５７について大きな凹凸を減少させることができ、切口面５７を滑らかにすることができる。したがって、貫通部２１を用いてマグネシウム合金板５１に孔開け加工を行うと、マグネシウム合金板５１の形成された孔の表面には、凹凸のない滑らかなせん断面が破断面よりも大きく現れる。よって、貫通部１１を用いた場合同様に、配線がショートするような不具合は解消され、孔に螺子を挿通する作業も行いやすくなり、孔の寸法精度を高めることもできる。
【００５７】
（第３の実施形態）
前述したせん断加工装置３０は、貫通部１１を有するパンチ８の代わりに図６に示すような貫通部２２を有するパンチ８を用いることができる。貫通部２２は図６に示すような構造を有している。貫通部２２は貫通部１１と比較して、テーパー部１３における貫通部本体１２ａから離れた先端部分に均等縮径部１７が形成されている点、テーパー部１３と均等縮径部１７との部分が幅ｗ１になっている点とで相違している。均等縮径部１７は、均等縮径部１４と同様の円柱状に形成されているが、先端部１３ａよりもやや径が小さく縮径されており、その付け根部分から先端まで均等な太さで形成されている。
【００５８】
貫通部２２は貫通部本体１２ａの径の大きさ（太さ）をｈ１、均等縮径部１７の径の大きさをｈ２としたときに、太さｈ１、ｈ２の比が前述の式１を満たす形状に形成されている。
【００５９】
そして、マグネシウム合金板５１について、貫通部２２を備えたパンチ８によって前述の同様の孔開け加工を行うと、テーパー部１３により、孔の内周面を漸次押し広げながら孔開け加工を行うことができ、その後、接続部１５によって切口面の突出している部分を掻き落としながら孔を開けることができる。そのため、この場合も、マグネシウム合金板５１に形成された孔の表面には、凹凸のない滑らかなせん断面が破断面よりも大きく現れるようになる。
【実施例１】
【００６０】
次に、以上のようなパンチ８を用いてマグネシウム合金板５１について実際に行った孔開け加工の結果について述べれば次のとおりである。
【００６１】
ここで、図１２は、貫通部の形状の異なるパンチ８を用意し、クリアランスを０．０２ｍｍにした場合と０．０４ｍｍにした場合とでそれぞれマグネシウム合金板５１について孔開け加工を行った結果をまとめたグラフである。マグネシウム合金板５１は厚さｄを０．５ｍｍにしているため、クリアランスｔは、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍの場合で厚さｄに対してそれぞれ４％、８％になる。
【００６２】
図１２において、“ストレート”とは、図７、図８（ｂ）に示す貫通部１００を備えたパンチのように、先端部分の太さが均一な貫通部を備えたパンチを意味している。また、“段つき”とは、貫通部２１を備えたパンチ８（図５）を意味し、“テーパー”とは、貫通部１１を備えたパンチ８（図４）を意味している。
【００６３】
貫通部２１（図５）について、ｈ１は直径３．１ｍｍ、ｈ２は直径３．０２ｍｍ、貫通部１１（図４）について、ｈ１は直径３．１ｍｍ、ｈ２は直径３．０３ｍｍとし、テーパー部１３のテーパー角（図４に示す角度ｘ）は２°に設定している。また、幅ｗは１ｍｍに設定している。
【００６４】
図１２に示すように、“ストレート”（図７に示した貫通部１００）を用いて孔開け加工を行った場合、せん断面の長さがクリアランスを０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍにした場合でそれぞれマグネシウム合金板５１の厚さの４０％、２０％に留まるため、破断面がせん断面よりも大きくなる。これに対し、“段つき”を用いて孔開け加工を行うと、せん断面の長さがクリアランスを０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍにした場合でそれぞれマグネシウム合金板５１の厚さの１００％、６０％にまで拡大されるから、せん断面の方が破断面よりも大きくなる。また、“テーパー”を用いて孔開け加工を行うと、せん断面の長さがクリアランスを０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍにした場合でいずれも８０％にまで拡大されるから、この場合もせん断面の方が破断面よりも大きくなる。
【００６５】
この結果からみて明らかなとおり、前述した貫通部１１（“テーパー”）、貫通部２１（“段つき”）を備えたパンチ８を用いて孔開け加工を行うと、せん断面が破断面よりも大きくなった孔を形成することができる。特に、“段つき”の場合はクリアランスｔをマグネシウム合金板５１の厚さｄの４％にした場合の方がせん断面が大きくなるから、クリアランスｔを厚さｄの４％に設定して孔開け加工を行うことが好ましい。
【００６６】
図１３は、マグネシウム合金板５１として，代表的なマグネシウム合金であるＡＺ３１からなるマグネシウム合金板５１（厚さｄは０．５ｍｍ）について、“ストレート”（図７に示した貫通部１００）を用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像であり、図１４はその拡大したＳＥＭ画像である。いずれもクリアランスｔは８％に設定されている。図１３，１４に示すように、孔の内周面には大きな凹凸が多数現れており、表面がでこぼこしてざらついていることが理解される。
【００６７】
一方、図１５は、同じＡＺ３１からなるマグネシウム合金板５１（厚さｄは０．５ｍｍ）について、“テーパー”を用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像であり、図１６はその拡大したＳＥＭ画像である。クリアランスｔは４％に設定されている。図１５，１６に示すように、孔の内周面の下側２割程度の範囲にやや大きな凹凸が現れているものの、上側８割程度は極めて滑らになっている。したがって、“テーパー”を用いることによって、破断面よりも大きなせん断面を備えた孔が形成されることが理解される。
【００６８】
図１３〜１６から明らかなとおり、“テーパー”（貫通部１１を備えたパンチ８）を用いることによって、破断面よりも大きなせん断面を備えた孔を形成することができる。
【００６９】
一方、図２３は、アルミニウム合金を用いたマグネシウム合金板５１と同様の板材（アルミ合金板）について、“ストレート”を用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像であり、図２４はその拡大したＳＥＭ画像である。アルミニウム合金は展延性が高いので、“ストレート”を用いて孔開け加工を行っても、図２３，２４に示すように、孔の内周面には、下側１割から２割程度の部分にやや大きな凹凸が現れているものの、それ以外の部分はとても滑らになっている。
【００７０】
つまり、“テーパー”（貫通部１１を備えたパンチ８）を用いることにより、たとえ展延性が低くて脆いマグネシウム合金板であっても、アルミ合金板とほぼ同等の品質で孔開け加工を行えるようになる、ということが理解される。
【実施例２】
【００７１】
次に、材質の違いによる孔開け作用の相違を調べるため、形状が“ストレート”であるが、材質の異なる複数のパンチを用いてマグネシウム合金板５１について孔開け加工を行った。その結果は、図１７に示されている。
【００７２】
図１７は、形状は“ストレート”であるが、材質の異なる複数のパンチを用意し、クリアランスを０．０４ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０８ｍｍにした場合についてそれぞれマグネシウム合金板５１について孔開け加工を行った結果をまとめたグラフである。マグネシウム合金板５１は厚さｄを０．５ｍｍにしているため、クリアランスｔは、０．０４ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０８ｍｍの場合で厚さｄに対してそれぞれ８％、１２％、１６％になる。
【００７３】
図１７において、“ＳＫＤ”とは、ダイス鋼（Ｄｉｅ  Ｓｔｅｅｌ）とも呼ばれ、耐摩耗性および靭性の高い高炭素、高クロム鋼や、炭素鋼にＣｒなどを添加した工具鋼を用いたパンチ８を意味している。また、“ハイス”とは、ハイス鋼（Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｓｔｅｅｌ）を意味し、高速度工具鋼を用いたパンチ８を意味している。高速度工具鋼は成分中にタングステンを多量に含むタングステ系ハイスと、モリブデンを含むモリブデン系ハイスとに分けられる。さらに、“粉末ハイス”とは、粉末治金法により生成されたパンチ８を意味している。粉末治金法とは、霧吹状にした合金成分素材を集め焼き固める技術であり、粒子が均一で精密な素材を生成することができる。
【００７４】
図１７に示すように、“ＳＫＤ”では、クリアランスを０．０４ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０８ｍｍにした場合でそれぞれせん断面の長さが４０％、７０％、６０になったのに対し、“ハイス”では、９０％、６０％、６０％にまで拡大されている。また、“粉末ハイス”では、９０％、４０％、２０％になっている。この結果からみて、せん断面の方が破断面よりも大きくなる、すなわち、せん断面の長さが５０％を超えるのは、“ＳＫＤ”でクリアランスを０．０６ｍｍ、０．０８ｍｍにした場合、“ハイス”でクリアランスを０．０４ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０８ｍｍにした場合、“粉末ハイス”でクリアランスを０．０４ｍｍにした場合である。
【００７５】
したがって、パンチの材質は、“ＳＫＤ”、“ハイス”、“粉末ハイス”のいずれでもよいが、クリアランスによることなく大きなせん断面が現れるという点では３つの中では“ハイス”が好ましい。また、クリアランスｔはマグネシウム合金板５１の厚さｄの８％〜１６％の範囲に設定することで、せん断面が破断面よりも大きくなることが理解される。図１７は、形状が“ストレート”のパンチについての結果を示しているが、“段つき”や“テーパー”についても同様であると考えられる。なお、図１８は、“ハイス”を用いて形成した孔の内周面を示すＳＥＭ画像であり、図１９は拡大したＳＥＭ画像である。
【実施例３】
【００７６】
次に、硬質膜の違いによる孔開け作用の相違を調べるため、形状が“ストレート”であるが、膜質の異なる硬質膜を形成したパンチを用いてマグネシウム合金板５１について孔開け加工を行った。その結果は、図２０に示されている。
【００７７】
図２０は、形状は“ストレート”であるが、無処理（硬質膜を形成しない場合）のパンチと、ＩＣＦレッドＤＬＣ、ＩＣＦイエローＤＬＣ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮの硬質膜をそれぞれ形成したパンチという５種類のパンチを用いてクリアランスを０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍにした場合のそれぞれについてマグネシウム合金板５１に孔開け加工を行った結果をまとめたグラフである。マグネシウム合金板５１は厚さｄを０．５ｍｍにしているため、クリアランスｔは、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍの場合で厚さｄに対してそれぞれ４％、８％になる。
【００７８】
無処理では、クリアランスを０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍにした場合のそれぞれでせん断面の大きさが４０％、２０％に留まるのに対し、ＩＣＦレッドＤＬＣ、ＩＣＦイエローＤＬＣ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮの硬質膜を形成した場合はいずれも６０％以上になっている。したがって、これらの硬質膜を形成することにより、破断面よりも大きなせん断面を備えた孔が形成されることが理解される。図２０は、形状が“ストレート”のパンチについての結果を示しているが、“段つき”や“テーパー”についても同様であると考えられる。なお、図２１は、ＴｉＣＮの硬質膜を形成した場合の孔の内周面を示すＳＥＭ画像であり、図２２は拡大したＳＥＭ画像である。
【００７９】
以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。
【００８０】
例えば、以上の説明では、平面視の大きさに対して厚さの薄いマグネシウム合金板５１について孔開け加工を行う場合を例にとって説明しているが、マグネシウム合金板５１と厚さは同じであるが平面視の大きさが小さい部材について孔開け加工を行う場合についても本発明は適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明を適用することにより、マグネシウム合金部材について、破断面がせん断面よりも小さくなり加工断面が滑らかになるようにしてせん断加工を行える。
【符号の説明】
【００８２】
８…パンチ、１１、２１，２２…貫通部、１２…硬質端部、１２ａ…貫通部本体、１３…テーパー部、１４，１７…均等縮径部、１５…接続部、１６…鍔部、５１…マグネシウム合金板。
【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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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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