(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる押出材を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成され、接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体において、前記押出材は、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ５熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体。
【請求項２】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる圧延板を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成され、接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体において、前記圧延板は、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ６熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体。
【請求項３】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる押出材を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成され、接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体において、前記押出材は、少なくともその打ち込み型側のものが、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ５熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体。
【請求項４】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる圧延板を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成され、接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体において、前記圧延板は、少なくともその打ち込み型側のものが、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ６熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体。
【請求項５】
接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体の製造方法において、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ１熱処理が施された押出材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の前記押出材に対してＪＩＳのＴ５熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法。
【請求項６】
接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体の製造方法において、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ４熱処理が施された圧延板を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の前記圧延板に対してＪＩＳのＴ６熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法。
【請求項７】
接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体の製造方法において、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ１熱処理が施された押出材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の少なくともその打ち込み型側の前記押出材に対してＪＩＳのＴ５熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法。
【請求項８】
接合部の疲労強度が優れたアルミニウム合金接合体の製造方法において、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ１熱処理が施された圧延材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の少なくともその打ち込み型側の前記圧延材に対してＪＩＳのＴ６熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出材又は圧延板等のＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材を自己穿孔型リベットを使用して接合する技術に関し、特に疲労強度が優れた自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭電化製品の筐体等は、アルミニウム合金の押出型材又は圧延板により製作されており、これらのアルミニウム合金押出材又は圧延板は抵抗スポット溶接により接合されている。このようにアルミニウム合金材の接合により製造される構造材は、家庭電化製品の他に、自動車、鉄道、船舶等の輸送機等の分野においても使用されている。
【０００３】
しかし、スポット溶接機は高価であるため、その処理コストが高いという難点がある。また、スポット溶接は鋼材同士の接合には使用されているが、アルミニウム合金材の場合には、その表面に酸化皮膜が存在していたり、プレス油が付着していたりすると、電極が汚損して接合品質が不安定になるという問題点もあり、適用対象には制約が多く、簡便にアルミニウム合金材を接合できる技術の開発が要望されている。
【０００４】
そこで、本願発明者等は、この抵抗スポット溶接に代わるアルミニウム合金材の接合技術として、自己穿孔型リベットにより接合するメカニカルファスナ方式による接合方法を提案した（社団法人日本機械学会「第４回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集」１９９６年１１月１日発行）。この自己穿孔型リベットにより接合された接合部は、その静的強度は抵抗スポット溶接による接合部と同等の強度を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この自己穿孔型リベットにより接合したアルミニウム合金接合体は、接合自体が不能であるか、又はその接合部の疲労強度、即ち動的強度が低いという難点がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム合金材を自己穿孔型リベットにより接合した接合部の動的強度、即ち疲労強度を高めることができ、その寿命を延長することができる自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる押出材を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成されたアルミニウム合金接合体において、前記押出材は、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ５熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする。本願第２発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる圧延板を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成されたアルミニウム合金接合体において、前記圧延板は、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ６熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
本願第３発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる押出材を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成されたアルミニウム合金接合体において、前記押出材は、少なくともその打ち込み型側のものが、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ５熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする。本願第４発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金からなる圧延板を重ね、両者を自己穿孔型リベットにより接合して構成されたアルミニウム合金接合体において、前記圧延板は、少なくともその打ち込み型側のものが、前記リベットの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理が施され、前記リベットの打ち込み後にＪＩＳのＴ６熱処理が施されており、前記リベット打ち込み後の接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
本願第５発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ１熱処理が施された押出材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の前記押出材に対してＪＩＳのＴ５熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする。本願第６発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ４熱処理が施された圧延板を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の前記圧延板に対してＪＩＳのＴ６熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本願第７発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ１熱処理が施された押出材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の少なくともその打ち込み型側の前記押出材に対してＪＩＳのＴ５熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする。本願第８発明に係る自己穿孔型リベットによるアルミニウム合金接合体の製造方法は、ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材からなりＪＩＳのＴ１熱処理が施された圧延材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込んで両者を接合し、接合部の突出側面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が７０μｍ以下であるアルミニウム合金接合体を得る工程と、この接合体の少なくともその打ち込み型側の前記圧延材に対してＪＩＳのＴ６熱処理を施す工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、軟らかい状態、例えば、押出材の場合は、ＪＩＳのＴ１熱処理、圧延板の場合は、ＪＩＳのＴ４熱処理を施した状態のアルミニウム合金材を重ね、両者に自己穿孔型リベットを打ち込み、両者を機械的に接合する。その後、アルミニウム合金押出材に対し、高強度化熱処理を施す。例えば、アルミニウム合金材が押し出し材の場合は、ＪＩＳのＴ５熱処理を施し、圧延板の場合は、ＪＩＳのＴ６熱処理を施す。これにより、アルミニウム合金構造体として必要な強度が得られる。
【００１４】
本願発明者等が従来の自己穿孔型リベットによる接合部の疲労強度（動的強度）が低い原因を解明すべく、種々実験研究を繰り返した結果、構造体として必要な強度を具備したアルミニウム合金材に対してリベットを打ち込むと、その接合部の型側の面に、微細な割れが発生することが疲労強度を低下させる原因であることを知見した。このような微細な割れは、静的強度には影響を与えないが、動的に加重が印加される疲労加重の場合には、その微少な割れが亀裂に進展し、疲労寿命を短縮してしまう。
【００１５】
そこで、本発明においては、前述の如く、打ち込み後に、アルミニウム合金材に対して高強度化の熱処理を施し、必要な強度を得る。このようにして接合した接合部においては、リベットの打ち込み時は、アルミニウム合金材は比較的軟らかい状態であるので、その接合部に微少な割れは発生せず、従って、その微小割れが進展して疲労破壊が生じることが抑制される。
【００１６】
なお、６０００系合金押出形材は、押出性、耐食性、溶接性及びリサイクル性が優れており、鉄道車輌及び自動車等の分野における使用が増大している。一方、６０００系合金圧延材は、ベークハード性を有し、自動車等の塗装焼き付け工程において、同時に熱処理可能であり、高生産性を有するという利点がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、自己穿孔型リベット１を示す断面図、図２はこのリベット１を使用して接合された接合部を示す断面図である。リベット１は例えば軟鋼製であり、頭部に若干の広がりがあり、その中心部は下端面から円柱状にくり抜かれている。そして、接合すべきアルミニウム合金板２とアルミニウム合金板３とを重ね、アルミニウム合金板３の下面に型（図示せず）を配置し、アルミニウム合金板２の上方からリベット１を打ち込み、前記型によりリベット１の下半部を押し広げ、リベット１をアルミニウム合金板２，３に係止させる。この際、型側のアルミニウム合金板３はリベット１の拡開に合わせて流動し、同様に広がる。
【００１８】
本発明においては、アルミニウム合金板２、３は６０００系の押出型材又は圧延板である。アルミニウム合金板２、３が押出型材である場合は、リベット１の打ち込み前に、ＪＩＳのＴ１熱処理を施す。このＴ１熱処理は、４５０乃至５５０℃の押出温度から冷却させた状態である。そして、リベット１を打ち込んだ後に、アルミニウム合金板２、３に対し、Ｔ５熱処理を施す。このＴ５熱処理は、１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理である。
【００１９】
また、アルミニウム合金板２、３が圧延板である場合は、リベット１の打ち込み前に、アルミニウム合金板２、３をＴ４熱処理する。このＴ４熱処理は４８０乃至５５０℃に１０分間以下加熱して溶体化処理するものである。そして、このＴ４熱処理の後、１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱するＴ６熱処理を施す。
【００２０】
このようにして、リベットの打ち込み前は、アルミニウム合金板２、３は、▲１▼押出後、単に冷却させた状態（Ｔ１熱処理）、又は▲２▼圧延後、溶体化処理した状態（Ｔ４熱処理）であるので、軟らかく、流動変形しやすいため、リベット１を打ち込んでも、図２に示す型材側のアルミニウム合金板３の表面、即ち、型材に接触していた面に微小な割れが発生しない。このため、この微小な割れの進展により亀裂が発生することを防止することができる。
【００２１】
そして、リベット１の打ち込み後、アルミニウム合金板２，３をＴ５又はＴ６熱処理により高強度化熱処理する。これにより、アルミニウム合金板２，３は構造材として必要な強度を具備する。
【００２２】
一般的に、高強度の調質は、押出型材でＴ５、圧延板でＴ６である。この調質に工業的に簡便な方法で人工時効処理可能な調質が押出型材でＴ１、板材でＴ４である。
【００２３】
なお、型側のアルミニウム合金板３の厚さｔ１と打ち込み側のアルミニウム合金板２の厚さｔ２との比ｔ１／ｔ２は０．５乃至１０であることが好ましい。この比ｔ１／ｔ２が０．５未満であると、リベット１が型側のアルミニウム圧延板３を突き破りやすい。また、比ｔ１／ｔ２が１０より大きいと、リベット１がアルミニウム合金板２を穿孔できないか、又は穿孔してもリベット開口部が広がらず、正常な接合部を得にくい。
【００２４】
また、リベット打ち込み後の接合部の突出側（型側）面の表面粗さＲｙ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）は７０μｍ以下であることが好ましい。この接合部型側の表面粗さＲｙが７０μｍを超えると、疲労荷重が印加された場合に、割れの起点となりやすく、疲労強度が低下して疲労寿命が短くなるからである。
【００２５】
接合母材であるアルミニウム合金板２，３の表面粗さＲｍａｘは５０μｍ以下であることが好ましい。この母材の表面粗さＲｍａｘが５０μｍを超えると、接合部の型側の表面粗さが７０μｍを超えやすくなる。
【００２６】
更に、リベット１の直径は２乃至１０ｍｍであることが好ましい。リベット径が２ｍｍ未満であると、得られる接合部の継手強度が小さくなってしまい、リベット径が１０ｍｍを超えると、自己穿孔型リベットの打ち込み装置の構造上、接合可能なフランジ幅に制約が生じるからである。
【００２７】
更にまた、Ｔ５，Ｔ６熱処理後の接合部の型材側の表面、即ち突出側の表面のマイクロビッカース硬度は１００ＨＶ以上であることが好ましい。硬度が１００ＨＶ未満であると、かしめ効果が不十分となり、所望の継手性能を得ることができない。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、その特性を比較例と比較してその効果について説明する。実施例は、６Ｎ０１アルミニウム合金押出型材をＴ１熱処理し、その後、リベット接合し、更にＴ５熱処理したものである。一方、比較例は、６Ｎ０１アルミニウム合金圧延板をＴ５熱処理した後、リベット接合したものである。リベット径は５ｍｍである。
【００２９】
この接合部の継手サイズは４０ｍｍ×１５０ｍｍで板厚が２ｍｍであり、ラップ代は５０ｍｍである。そして、この接合部の引張せん断強度及び引張疲労強度を測定した。荷重方向は引張せん断方向であり、荷重比はＲ＝０．１、加振周波数は３０Ｈｚである。
【００３０】
下記表１は、引張せん断強度を示す。また、疲労試験の結果は下記表２及び図３に示す。
【００３１】
【表１】
0003957015.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003957015.tif 000003
【００３３】
この表１に示すように、本発明の実施例１乃至３は比較例４乃至６の接合部と同等以上の引張せん断強度を有している。一方、表２に示すように、疲労強度については、同一荷重で比較すると、本発明の実施例は比較例の１０乃至１０2倍寿命が長い。
【００３４】
そして、図３に示すように、実施例の疲労強度は、全てのサイクル数において比較例よりも高い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は軟らかい状態でアルミニウム合金材にリベットを打ち込み、リベット打ち込み後に高強度化熱処理して構造材としての必要な強度を得るから、型側の接合部表面に微小な割れが生成することを防止でき、亀裂の発生を防止することができる。このため、本発明の接合部は、疲労強度が極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己穿孔型リベット１を示す断面図である。
【図２】接合部の構造を示す断面図である。
【図３】実施例及び比較例の疲労強度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１：リベット
２、３：アルミニウム合金板
【図１】
0003957015.tif 000004
【図２】
0003957015.tif 000005
【図３】
0003957015.tif 000006