(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込むメカニカルクリンチ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、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されており、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されていることを特徴とするメカニカルクリンチ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材を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込むメカニカルクリンチ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、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のものに対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されており、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のものに対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されていることを特徴とするメカニカルクリンチによるアルミニウム合金接合体。
【請求項３】
前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理、即ち４５０乃至５５０℃の押出温度から冷却する熱処理を施され、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理、即ち４８０乃至５５０℃に１０分間以下加熱して溶体化処理する熱処理を施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のメカニカルクリンチ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材を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込んで両者をメカニカルクリンチにより接合し、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理を施し、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理を施すことを特徴とするメカニカルクリンチによるアルミニウム合金接合体の製造方法。
【請求項５】
ＪＩＳ６０００系アルミニウム合金材を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込んで両者をメカニカルクリンチにより接合し、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のものに対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理を施し、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のもの対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理を施すことを特徴とするメカニカルクリンチによるアルミニウム合金接合体の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理、即ち４５０乃至５５０℃の押出温度から冷却する熱処理を施し、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理、即ち４８０乃至５５０℃に１０分間以下加熱して溶体化処理する熱処理を施すことを特徴とする請求項４又は５に記載のメカニカルクリンチ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メカニカルクリンチにより接合する技術に関し、特に疲労強度が優れたメカニカルクリンチ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、メカニカルクリンチ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）。このメカニカルクリンチ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、このメカニカルクリンチにより接合したアルミニウム合金接合体は、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メカニカルクリンチ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メカニカルクリンチ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】
本発明に係るメカニカルクリンチ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材を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込むメカニカルクリンチ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、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されており、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る他のメカニカルクリンチ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材を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込むメカニカルクリンチ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、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のものに対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されており、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のものに対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理が施されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記パンチの打ち込み前にＪＩＳのＴ１熱処理、即ち４５０乃至５５０℃の押出温度から冷却する熱処理を施され、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記パンチの打ち込み前にＪＩＳのＴ４熱処理、即ち４８０乃至５５０℃に１０分間以下加熱して溶体化処理する熱処理を施されていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係るメカニカルクリンチ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を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込んで両者をメカニカルクリンチにより接合し、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理を施し、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記アルミニウム合金材に対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理を施すことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他のメカニカルクリンチ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を重ね、両者をダイを背当てにしてパンチにより局部的に押し込んで両者をメカニカルクリンチにより接合し、前記パンチの押し込み後に、前記アルミニウム合金材が押出材である場合は、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のものに対してＪＩＳのＴ５熱処理、即ち１７０乃至２００℃に１０分乃至１０時間加熱する熱処理を施し、前記アルミニウム合金材が圧延板である場合は、前記アルミニウム合金材の少なくともそのパンチ側のもの対してＪＩＳのＴ６熱処理、即ち１５０乃至２００℃に３０分乃至１０時間加熱する熱処理を施すことを特徴とする。
【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、両者にパンチを押し込んで、メカニカルクリンチにより、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メカニカルクリンチ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パンチを押し込むと、その接合部のパンチ側の面に、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、パンチの押し込み後に、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、パンチの押し込み時は、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及び図２は、メカニカルクリンチによる接合方法を説明する模式図である。アルミニウム合金板１，２を重ね、下方にダイ３を配置し、アルミニウム合金板１，２を挟んでその上方にパンチシリンダ５を配置する。このシリンダ５内をパンチ４が上下動する。また、ダイ３はその可動部３ａ，３ｂが固定部に設けた軸を中心として揺動可能に固定部に支持されており、パンチ４が下降すると、可動部３ａ，３ｂが開くようになっている。
【００１８】
そして、接合すべきアルミニウム合金板１とアルミニウム合金板２とを重ね、アルミニウム合金板２の下面にダイ３を配置し、アルミニウム合金板１上にパンチシース５を配置し、パンチ４をアルミニウム合金板１，２に向けて押し込む。そうすると、可動部３ａ，３ｂが開き、この開いた可動部３ａ，３ｂ間にアルミニウム合金板１，２が流れ込み、メカニカルクリンチによりアルミニウム合金板１，２が接合される。
【００１９】
本発明においては、アルミニウム合金板１、２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１、２が押出型材である場合は、パンチ４の押し込み前に、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、パンチ４を押し込んだ後に、アルミニウム合金板１、２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。
【００２０】
また、アルミニウム合金板１、２が圧延板である場合は、パンチ４の押し込み前に、アルミニウム合金板１、２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。
【００２１】
このようにして、パンチの押し込み前は、アルミニウム合金板１、２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、パンチ４を押し込んでも、図２に示すパンチ４側のアルミニウム合金板１の表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接合部に亀裂が発生することを防止することができる。
【００２２】
そして、パンチ４の押し込み後、アルミニウム合金板１，２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１，２は構造材として必要な強度を具備する。
【００２３】
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。
【００２４】
なお、ダイ３側に形成される突部の断面において、その突部の山頂部の直径Ｄ１と、山裾部の直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は、０．５乃至１．０であることが好ましい。この比Ｄ１／Ｄ２が０．５未満であると、接合に必要な引張強度が得られない。一方、比Ｄ１／Ｄ２が１．０を超えると、アルミニウム合金板の接合部に微小な割れが発生するため、疲労強度が低下する。更に好ましくは、この直径比Ｄ１／Ｄ２は０．７乃至０．９である。なお、山頂部の直径Ｄ１とは、断面において、山頂部の接線と変曲点の最大接線との交点間の長さをいい、山裾部の直径Ｄ２とは、断面において、母材部の接線と変曲点の最大接線との交点間の長さをいう。
【００２５】
【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、メカニカルクリンチにより接合し、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、メカニカルクリンチ接合したものである。パンチ径は６．４ｍｍである。
【００２６】
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を測定した。下記表１は、得られた引張せん断強度の測定値を示す。
【００２７】
【表１】
0003736594.tif 000002
【００２８】
この表１に示すように、本発明の実施例１乃至３は接合部の引張せん断強度が高いのに比して、比較例４乃至６の接合部は絞り周辺部に破断部が生じ、引張せん断強度を測定できなかった。
【００２９】
【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パンチを押し込み、パンチ押し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、従来のようにポンチ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】メカニカルクリンチの一工程を示す断面図である。
【図２】同じくその次の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２；アルミニウム合金板
３；ダイ
３ａ，３ｂ；可動部
４；パンチ
５；パンチシース
【図１】
0003736594.tif 000003
【図２】
0003736594.tif 000004