(57)【要約】【課題】  軽量で、生産性に優れ、製造工程を削減して製造コストの低減が図れるねじ部品を提供すること。【解決手段】  結晶粒径が１００μｍ以下の微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム、マグネシウム合金、又はこれらを母相（マトリックス）とする複合材料を、超塑性現象が発現する２５０℃〜４００℃に加熱し、その超塑性現象を利用して温間鍛造により成形してなるねじ部品である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム、マグネシウム合金、又はこれらを母相（マトリックス）とする複合材料を温間鍛造により成形してなるねじ部品。
【請求項２】
結晶粒径が１００μｍ以下の微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム、マグネシウム合金、又はこれらを母相（マトリックス）とする複合材料を、超塑性現象が発現する２５０℃〜４００℃の昇温状態で塑性加工を施す温間鍛造により成形してなるねじ部品。
【請求項３】
前記微細粒超塑性組織を有するマグネシウム合金が、Ａｌ重量比１．０〜１２．０％、Ｚｎ重量比０．３〜２．５％、Ｍｎ重量比０．２〜０．３％、残部Ｍｇ及び不可避の不純物からなる請求項１又は２記載のねじ部品。
【請求項４】
前記微細粒超塑性組織を有するマグネシウム合金が、Ｚｎ重量比２．０〜８．０％、Ｚｒ重量比０．１〜１．０％、残部Ｍｇ及び不可避の不純物からなる請求項１又は２記載のねじ部品。
【請求項５】
前記複合材料が、前記微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム又はマグネシウム合金を母相（マトリックス）とし、強化材として炭素繊維、ガラス繊維、ウィスカー、酸化物、炭化物、窒化物を添加したものであることを特徴とする請求項１又は２記載のねじ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量で、生産性に優れ、製造工程を削減して製造コストの低減が図れるねじ部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、家電、ＯＡ機器など各種製品について軽量化の要求が高まってきている。このような製品の軽量化に適合する素材として、軽量で、かつ比強度にも優れているマグネシウム合金が注目されている。一方、製品の軽量化に伴って、その組み立てに使用されるボルト・ナットなどのねじ部品も軽量化が求められている。
【０００３】
しかし、マグネシウム合金は、鋳造性、切削性に優れているが、化学的に活性であり、切削加工による切り粉等は燃えやすいため管理が大変であるといった問題がある。また、マグネシウムの結晶構造が最密立方構造（ｈｃｐ構造）であるため、常温での塑性加工性が悪いという難点がある。
【０００４】
一方、展伸用マグネシウム合金として、合金記号ＡＺ３１，ＡＺ６１，ＡＺ８０あるいはＺＫ６０などがＪＩＳ規格により規定されているけれども、上記のような理由によって、ねじ部分にはマグネシウム合金が使用されていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明者等は、特定の温度条件下において超塑性現象を発現する微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム、マグネシウム合金に着目し、種々実験研究を重ねた結果、化学組成、結晶粒径を特定し、超塑性現象を発現する条件下での温間鍛造によりねじ部品の鍛造成形及び転造加工が可能であることを見出した。
【０００６】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、軽量で、生産性に優れ、製造工程を削減して製造コストの低減が図れるねじ部品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に、本発明のねじ部品は、微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム、マグネシウム合金、又はこれらを母相（マトリックス）とする複合材料を温間鍛造により成形してなるものである。
【０００８】
具体的には、結晶粒径が１００μｍ以下の微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウム、マグネシウム合金、又はこれらを母相（マトリックス）とする複合材料を、超塑性現象が発現する２５０℃〜４００℃の昇温状態で塑性加工を施す温間鍛造により成形してなるものである。
【０００９】
前記微細粒超塑性組織を有するマグネシウム合金は、Ａｌ重量比１．０〜１２．０％、Ｚｎ重量比０．３〜２．５％、Ｍｎ重量比０．２〜０．３％、残部Ｍｇ及び不可避の不純物からなる超塑性材料、あるいはＺｎ重量比２．０〜８．０％、Ｚｒ重量比０．１〜１．０％、残部Ｍｇ及び不可避の不純物からなる超塑性材料が望ましい。
【００１０】
また、前記複合材料は、前記微細粒超塑性組織を有する工業用マグネシウム又はマグネシウム合金を母相（マトリックス）として、強度、耐磨耗性などを向上させるため複合化するものであって、形態としては繊維強化あるいは粒子分散強化などがあり、強化材としては炭素繊維、ガラス繊維、ウィスカー、酸化物、炭化物、窒化物などが好ましい。
【００１１】
以下に、本発明に用いるマグネシウム合金の化学組成を上記のように限定した理由について説明する。軽量だけの目的なら工業用純マグネシウムでもよいが、用途によってさらに強度などを必要とする場合には上記のマグネシウム合金、あるいはこれらを母相（マトリックス）とする上記の複合材料が好ましい。
【００１２】
さらに、マグネシウム合金について述べると、合金組成は概ねＭｇ＋固溶元素＋高融点元素からなっている。固溶元素としてはＺｎ、Ａｌなどがあり、材料の最終ミクロ組織の微細化に必要な下部組織（共晶セル）の微細化のため必要であり、固溶範囲内で多いほど好ましい。しかし、多くなると延性、靭性などを低下させるので上述の範囲が好ましい。次に、高融点元素としてはＭｎ、Ｚｒなどがあり、ピンニング粒子として高温での結晶粒の安定化のため必要であり、ピンニング粒子の大きさは通常１μｍ以下である。添加量は多いほど効果があるが多すぎるとピンニング粒子の粗大化を招き、常温での延性、靭性を低下させるので上述の範囲が好ましい。
【００１３】
また、ねじ素材である前記の工業用純マグネシウム、マグネシウム合金、又はこれらを母相（マトリックス）とする複合材料の前記微細粒超塑性組織の結晶粒径は微細なほど好ましいけれども、結晶粒径が１００μｍ以下であれば、２５０℃〜４００℃の昇温状態で超塑性現象を発現する。好ましくは８０μｍ以下とする。
【００１４】
マグネシウムは熱伝導率が高い（鉄の約２倍）ので、前記素材（線材又は棒材）を上記の温度範囲に加熱し、成形用パンチ・ダイスでボルト頭部などを鍛造成形すると、成形用パンチ・ダイスによって素材が冷却され、１段成形後に１００℃以下まで下がるおそれがある。したがって、１段成形後、素材を再加熱し、２段目の鍛造成形をする必要がある。この場合、素材を２５０℃〜４００℃の昇温状態に加熱すると共に、成形用ダイスを最終段の鍛造成形まで２５０℃以上の昇温状態に保持して温間鍛造を行なうと、連続鍛造成形が可能となる。この場合、前記成形用ダイスに対応するパンチも同様の温度域に加熱しておくことが好ましい。また、ねじ山の転造加工工程でも前記素材と同様の温度域に加熱することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、軽量で、かつ比強度にも優れているマグネシウム製ねじ部品が容易に得られる。しかも、素材の鍛造成形性が良いので、製造工程の段数を削減して製造コストの低減が図れるだけではなく、成形用パンチ・ダイスの寿命が大幅に延びるというすぐれた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は、Ａｌ重量比３．１％、Ｚｎ重量比１．１％、Ｍｎ重量比０．２１％、残部実質的にＭｇから成り、結晶粒径が１０μｍ未満の微細粒超塑性組織を有するマグネシウム合金について、３００℃〜３５０℃におけるひずみ速度と伸びの関係を示しており、図２は、３００℃〜３５０℃におけるひずみ速度と応力の関係を示している。
【００１８】
図１のグラフから分かるように、ひずみ速度が大きくなるにつれて伸びは低下しているが、ひずみ速度１０-2ｓ-1においても１００〜２００％を示しており、優れた加工性を示している。図２からは、温度の上昇と共に各ひずみ速度においても変形応力が低下し、加工性が向上していることが分かる。
【００１９】
また、図３はＡ１重量比２．９％、Ｚｎ重量比０．９％、Ｍｎ重量比０．２０％、残部実質的にＭｇから成り、かつ結晶粒径が１００μｍのマグネシウム合金について、３２５℃〜４００℃におけるひずみ速度と伸びの関係を示しており、図４は、３２５℃〜４００℃におけるひずみ速度と応力の関係を示している。
【００２０】
図３のグラフから分かるように、ひずみ速度が大きくなるにつれて伸びは低下しているが、たとえば、ひずみ速度１０-4ｓ-1において、３５０℃〜４００℃で１３０〜１７０％を示しており、優れた加工性を示している。図４からは、温度の上昇と共に各ひずみ速度においても変形応力が低下し、加工性が向上していることが分かる。
【００２１】
以下、実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
実施例１．
ボルトの種類：六角穴付きボルト
形状：Ｍ８×３０
化学組成：Ａｌ重量比３．１％、Ｚｎ重量比１．１％、Ｍｎ重量比０．２１％、残部実質的にＭｇから成り、かつ、結晶粒径が１０μｍの微細粒超塑性組織を有する線径８φのマグネシウム合金を素材として、３００℃〜３５０℃で３段成形にて温間鍛造を行なった。さらに、同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。得られたボルトの重量はステンレス鋼ボルト（材質：ＸＭ７）の約１／４であった。通常ダイス、パンチの寿命は２〜３万程度であるが、２倍以上鍛造成形しても異常がなかった。
【００２３】
実施例２．
ボルトの種類：十字穴付き小ねじ
形状：Ｍ１０×２０
化学組成：Ｚｎ重量比５．２％、Ｚｒ重量比０．５％、残部実質的にＭｇから成り、かつ、結晶粒径が１００μｍの微細粒超塑性組織を有する線径１０φのマグネシウム合金を素材として、３５０℃〜４００℃で３段成形にて温間鍛造を行なった。さらに、同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。
【００２４】
実施例３．
ボルトの種類：Ｔ頭ボルト
形状：Ｍ２０×１００
化学組成：Ａｌ重量比６．５％、Ｚｎ重量比０．９％、Ｍｎ重量比０．２５％、残部実質的にＭｇから成り、かつ、結晶粒径が５０μｍの微細粒超塑性組織を有する線径２０φのマグネシウム合金を素材として、２５０℃〜３００℃で４段成形にて温間鍛造を行なった。さらに、同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。得られたボルトの重量はステンレス鋼ボルト（材質：ＳＵＳ３０４）の約１／４であった。通常ダイス寿命は２〜３万程度であるが、２倍以上鍛造しても異常がなかった。
【００２５】
実施例４．
結晶粒径が１００μｍの微細粒超塑性組織を有する工業用純マグネシウムから成る６φの線材を素材として、十字穴付き小ねじＭ６×１０を３５０℃〜４００℃で３段成形にて鍛造し、さらに同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。
【００２６】
実施例５．
工業用純マグネシウムを母相（マトリックス）とし、強化材としてガラス繊維を３０ｗｔ％含有する複合材料で結晶粒径が１０μｍの微細粒超塑性組織を有する６φのプリフォームワイヤを素材として、十字穴付き小ねじＭ６×１０を２５０℃〜３００℃で３段成形にて鍛造し、さらに同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。
【００２７】
実施例６．
ボルトの種類：六角穴付きボルト
形状：Ｍ８×５０
化学組成：Ｚｎ重量比６．０％、Ｚｒ重量比０．７％、残部実質的にＭｇから成り、かつ、結晶粒径が５０μｍの微細粒超塑性組織を有する線径８φのマグネシウム合金を素材として、３００℃〜３５０℃で３段成形にて温間鍛造を行なった。さらに、同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。
【００２８】
実施例７．
ボルトの種類：十字穴付き小ねじ
形状：Ｍ８×３０
化学組成：Ｚｎ重量比５．０％、Ｚｒ重量比０．７５％、残部実質的にＭｇから成り、かつ、結晶粒径が５０μｍの微細粒超塑性組織を有する線径８φのマグネシウム合金を素材として、３００℃〜３５０℃で２段成形にて温間鍛造を行なった。さらに、同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。
【００２９】
実施例８．
ボルトの種類：十字穴付き小ねじ
形状：Ｍ１０×３０
化学組成：Ａｌ重量比９．０％、Ｚｎ重量比０．６％、Ｍｎ重量比０．３０％、残部実質的にＭｇから成り、かつ、結晶粒径が３０μｍの微細粒超塑性組織を有する線径１０φのマグネシウム合金を素材として、２５０℃〜３００℃で２段成形にて温間鍛造を行なった。さらに、同様の温度域で転造によりねじ加工を行ない、製品とした。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
上記の各実施例では、ボルトと小ねじについて説明したが、本発明はナットにも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に用いるマグネシウム合金のひずみ速度と伸びの関係を示すグラフである。
【図２】本発明に用いるマグネシウム合金のひずみ速度と応力の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に用いる別のマグネシウム合金のひずみ速度と伸びの関係を示すグラフである。
【図４】同上マグネシウム合金のひずみ速度と応力の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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