JP2002178170A

JP2002178170A - 差厚ブランク材及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002178170A
Application number: JP2000385752A
Authority: JP
Inventors: Koichi Matsumoto; 公一松本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-06-25

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス成形性及び量産時の信頼性を向上させ
ることができる差厚ブランク材及びその製造方法を提供
する。【解決手段】補強板材１２の一長辺の端部である２箇
所の角部を主板材１１の一長辺の端部である２箇所の角
部に位置合わせし、補強板材１３及び１４の各一角部を
主板材１１の残りの２箇所の角部に位置合わせして補強
板材１２乃至１４を主板材１１上に積層する。このと
き、補強板材１２乃至１４と主板材１１との間には、例
えばナイロンエポキシ樹脂製の接着剤（図示せず）を塗
布しておくことが好ましい。その後、補強板材１２乃至
１４と主板材１１とを、夫々複数箇所で摩擦撹拌接合
（ＦＳＷ）により接合することにより、複数の接合部１
５を形成する。この結果、主板材１１と補強板材１２乃
至１４とが一体化されて差厚ブランク材１が形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車の内装パネル
に好適なアルミニウム又はアルミニウム合金製の差厚ブ
ランク材に関し、特に、プレス成形時の割れの抑制を図
った差厚ブランク材に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の鋼板の端面を突き合わせて溶接で
接合することによって１枚の鋼板を製造する技術が、例
えば特開平１０−１８０４７０号公報に開示されてい
る。このようにして製造された板材は、テーラードブラ
ンク材とよばれており、接合により一体化された後に、
例えばプレス成形によって特定の部材形状に加工され
る。

【０００３】このようなテーラードブランク材によれ
ば、高い強度が要求される部分に高強度材又は厚い鋼板
を使用することにより、補強材を別途使用しなくても必
要な強度及び剛性を確保することが可能になる。また、
接合される複数の鋼板の一部に端材を使用することによ
り、材料の歩留まりが向上するので、金型数を減少させ
ることができると共に、必要な部材を低コストで製造す
ることが可能になる。更に、肉厚配分を容易に最適化す
ることとができるので、必要な強度及び剛性を確保しつ
つ最も軽量な部材を得ることができるようにもなる。

【０００４】このように、テーラードブランク材には種
々の効果があり、鋼板については既に実用化されてい
る。このため、鋼板よりも軽量化の点で優れているアル
ミニウム又はアルミニウム合金板（以下、アルミニウム
及びアルミニウム合金を総称してアルミニウムとい
う。）への適用も検討されている。例えば、アルミニウ
ム板を接合して製造されたテーラードブランク材をプレ
ス成形して所望の形状の部材を得ようとする試みがなさ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム板のプレス成形性については、鋼板ほどの知識の
集積がなされていないのが現状である。また、鋼板同士
を突き合わせて溶接した場合には、溶接部の強度は母材
よりも高くなるが、アルミニウム板同士を突き合わせ溶
接した場合には、溶接部の強度の方が低くなる。具体的
には、鋼板では、（溶接部の耐力／母材の耐力）×１０
０（％）の値が１５０％程度であるのに対し、５０００
系又は６０００系のアルミニウム合金板では、６０乃至
８０％程度に過ぎない。このため、プレス成形時に張力
が加わる部位に溶接部が含まれていると、その部分の強
度が低いので、溶接部の変形量が他の部位よりも大きく
なる。更に、アルミニウム板では、溶接部を含む部分の
破断伸びは、母材のみのものの５割程度と小さいため、
プレス成形途中に、主に溶接部で割れ（破断）が生じる
ことが多い。従って、鋼板の場合と同様の方法で複数の
アルミニウム板を突き合わせ溶接して製造されたテーラ
ードブランク材をプレス成形することによっては、成形
高さが低い簡単な形状の製品しか作ることができない。

【０００６】このため、アルミニウム合金板を突き合わ
せ溶接してテーラードブランク材を製造する場合には、
プレス成形による変形量が激しくなるコーナ部から遠く
離れた場所が接合部になるようにするのが一般的であ
る。しかし、この場合には、溶接部の形成位置及びテー
ラードブランク材自体の形状に対する制限が大きく、鋼
板の場合よりも低い効果しか得られなくなってしまう。

【０００７】また、アルミニウム板同士を溶接によって
突き合わせ接合した場合には、溶接部に溶接欠陥が存在
するか否かによって強度が著しく変動するため、量産時
における信頼性が低いという問題点もある。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、プレス成形性及び量産時の信頼性を向上さ
せることができる差厚ブランク材及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る差厚ブラン
ク材は、互いに板厚が異なる部位を有しプレス成形によ
って加工される差厚ブランク材であって、アルミニウム
又はアルミニウム合金からなる１枚の主板材と、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金からなり前記主板材上に積
層された補強板材と、が摩擦撹拌接合により一体化され
て形成されていることを特徴とする。

【００１０】本発明においては、主板材だけでは強度及
び剛性が不足する部位に補強板材を設けることにより、
重量の増加を抑制しながら必要な強度及び剛性を確保す
ることができる。この際、複数枚の板材を突き合わせて
構成されるテーラードブランク材とは異なり、単一の板
材からなる１枚の主板材が全面にわたって存在している
ため、プレス成形時に割れが極めて生じにくく、成形高
さが比較的高い部材であっても容易に成形することが可
能になる。従って、接合箇所に対する制限はほとんどな
いため、要求される強度及び剛性に応じて主板材及び補
強板材の厚さだけでなく、摩擦撹拌接合を行う場所をも
自由に最適化することが可能である。また、補強板材に
は端材を使用することも可能であるため、材料歩留まり
を向上させてコストを低減することも可能である。な
お、複数枚の補強板材が１箇所に積層されていてもよ
い。

【００１１】また、単一の主板材に補強板材が摩擦撹拌
接合されるので、接合部の一部に欠陥があったとして
も、これを原因として強度が極端に低下することはな
く、高い信頼性を得ることが可能である。更に、部位毎
の板厚差が大きい場合、従来の突き合わせによるもので
は製造が困難であるが、本発明では積層の後に摩擦撹拌
接合が行われて形成されているので、容易に製造するこ
とができる。

【００１２】なお、前記主板材と前記補強板材とが接着
された後摩擦撹拌接合されていることが好ましい。主板
材と補強板材とが端面ではなく比較的広い面積の表面で
接することになるため、接着剤による接着により、接合
の信頼性が向上するだけでなく、耐振性が向上する。こ
の場合、接着剤としては、例えばポリビニルアルコール
系、ゴム系、エポキシ、アクリル、ポリエステル及びポ
リアミド等を使用することができる。

【００１３】また、前記摩擦撹拌接合が前記補強板材の
端部において行われてその端部と前記主板材の表面との
間に前記主板材の表面に対して表面が傾斜する接合部が
形成されていると、補強板材が設けられている部分と設
けられていない部分との間での形状の変化が比較的なだ
らかになるため、主板材の補強板材が設けられていない
部分への応力集中が緩和されてプレス成形時に割れがよ
り一層生じにくくなる。

【００１４】更に、前記プレス成形後の部材は、開口部
及び凹凸部からなる群から選択された少なくとも一の部
位を有してもよい。このような開口部及び凹凸部は、主
板材及び／又は補強板材に積層前に予め形成されていて
もよく、摩擦撹拌接合後の前記プレス成形と同時又はそ
の後に形成されてもよい。凹凸部は、例えばエンボス加
工によって１方向又は互いに交差する２方向に沿って繰
り返して形成されていてもよい。

【００１５】更にまた、本発明に係る差厚ブランク材
は、前記プレス成形の後に自動車の内装パネル、例えば
ドアのインナーパネル、バックドアのパネル、サイドパ
ネル及びフロアサイドパネル等として使用されてもよ
い。

【００１６】また、前記主板材及び前記補強板材は、夫
々３０００系アルミニウム合金、５０００系アルミニウ
ム合金、６０００系アルミニウム合金及び７０００系ア
ルミニウム合金からなる群から選択された一種のアルミ
ニウム合金からなることが好ましい。なお、「３０００
系」、「５０００系」、「６０００系」及び「７０００
系」には、ＪＩＳ規格だけでなくＡＡ規格によるものも
含まれる。これらのアルミニウム合金のうち、特に６０
００系アルミニウム合金はリサイクル特性の点で優れて
いる。なお、ＡＡ又はＪＩＳ規格における５０００系ア
ルミニウム合金はＭｇの含有量が４質量％以上のもので
あり、６０００系アルミニウム合金はＭｇの他にＳｉが
一定の範囲内で含有されているものであるが、必ずしも
各成分元素の含有量は、規格の範囲内に入っていなくて
も、適宜変更することができる。即ち、具体的な用途及
び要求される特性に応じて、他の元素が含有されていて
もよい。また、１０００系又は３０００系等のアルミニ
ウム合金製であってもよい。

【００１７】本発明に係る差厚ブランク材の製造方法
は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる１枚の
主板材上にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる
補強板材を積層する工程と、前記主板材と前記補強板材
とを摩擦撹拌接合する工程と、を有することを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る差厚
ブランク材及びその製造方法について、添付の図面を参
照して具体的に説明する。図１（ａ）乃至（ｃ）は本発
明の第１の実施例に係る差厚ブランク材並びにその製造
方法及び加工方法を工程順に示す斜視図である。また、
図２は第１の実施例により製造された差厚ブランク材の
一部を示す断面図である。

【００１９】第１の実施例では、図１（ａ）に示すよう
に、１枚の主板材１１及び３枚の補強板材１２乃至１４
を使用して差厚ブランク材を製造する。これらの板材は
いずれも、例えば６０００系アルミニウム合金製であ
る。主板材１１は矩形形状を有し、その板厚は均一であ
る。補強板材１２も矩形形状を有し、その長さは主板材
１１のそれと等しく、その幅は主板材１１のものよりも
狭く、例えば１／５程度である。補強板材１３及び１４
も矩形形状を有し、その長さ及び幅は主板材のものより
も小さく、例えば１／５程度である。

【００２０】先ず、図１（ｂ）に示すように、補強板材
１２の一長辺の端部である２箇所の角部を主板材１１の
一長辺の端部である２箇所の角部に位置合わせし、補強
板材１３及び１４の各一角部を主板材１１の残りの２箇
所の角部に位置合わせして補強板材１２乃至１４を主板
材１１上に積層する。このとき、補強板材１２乃至１４
と主板材１１との間には、例えばナイロンエポキシ樹脂
製の接着剤（図示せず）を塗布しておくことが好まし
い。

【００２１】その後、図１（ｂ）及び図２に示すよう
に、補強板材１２乃至１４と主板材１１とを、夫々複数
箇所で摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）により接合することによ
り、複数の接合部１５を形成する。この結果、主板材１
１と補強板材１２乃至１４とが一体化されて差厚ブラン
ク材１が形成される。

【００２２】次いで、図１（ｃ）に示すように、プレス
成形により、例えば差厚ブランク材１の中央部に凸部を
形成することにより、例えばパネル用部材３を形成す
る。更に、パネル用部材３の周辺部にトリミング等を施
して所望の形状にする。

【００２３】このように、第１の実施例によれば、主板
材１１の表面上に補強板材１２乃至１４を摩擦撹拌接合
して差厚ブランク材１を製造しているので、突き合わせ
溶接によって製造されるテーラードブランク材と比し
て、部位毎の板厚の差が大きいブランク材を得ようとす
る場合であっても、容易に製造することができる。ま
た、差厚ブランク材１においては、全面にわたって単一
の板材から構成された主板材１１が存在しているので、
プレス成形によっても割れが極めて生じにくく、成形高
さが比較的高い形状の部材（例えば、自動車の内装パネ
ル）を容易に得ることができる。更に、補強板材１２乃
至１４の形状及び大きさによっては、端材を使用するこ
ともできるので、従来のテーラードブランク材と同様
に、材料の歩留まりを高くしてコストを低減することも
可能である。また、軽量化、強度及び剛性についても、
少なくとも従来のテーラードブランク材と同程度のもの
を得ることが可能である。更に、１枚の主板材１１上に
補強板材１２乃至１４が摩擦撹拌接合されているので、
接合部１５に欠陥があった場合でも、これを原因として
差厚ブランク材１又はパネル用部材３の強度が極端に低
下することがなく、高い信頼性を確保することができ
る。

【００２４】なお、２枚の板材を接合する方法として
は、アーク溶接等を行う方法も挙げられるが、本実施例
のように摩擦撹拌接合によって接合した場合には、次の
ような種々の利点がある。先ず、溶加材が不要であるた
め、接合部の組成が母材の組成からほとんど変化しな
い。このため、溶接部の強度等を見積もることがより容
易なものとなる。また、アーク溶接は、全てのアルミニ
ウム合金に行うことはできないが、摩擦撹拌接合はどの
ような組成であっても行うことが可能である。更に、ア
ーク溶接は補強板材の周囲にのみ行うことが可能である
が、摩擦撹拌接合は、図１（ｂ）に示すように、補強板
材の中心部等にも行うことが可能である。即ち、接合箇
所の自由度が大きい。従って、その後のプレス成形等の
曲げ加工等における応力分布等を考慮して接合箇所を選
択することが可能である。

【００２５】また、図１（ｃ）に示すように、パネル用
部材３に開口部１８を形成してもよい。この開口部１８
は、主板材１１と補強板材１２とを摩擦撹拌接合する前
に主板材１１に形成してもよく、摩擦撹拌接合後でプレ
ス成形前に形成してもよい。更に、パネル用部材３に凹
凸部（図示せず）を形成してもよい。この凹凸部も、プ
レス成形と同時に形成してもよく、その前後に別工程に
よって形成してもよい。

【００２６】また、主板材及び補強板材の平面形状及び
材質は特に限定されるものではない。更に、補強板材を
設ける位置は、好ましくはその後にプレス成形等を施さ
れる際に強度の補強が必要とされる位置であり、補強板
材の板厚はその箇所にどの程度の強度が必要とされるか
によって適宜調整することができる。更にまた、差厚ブ
ランク材１をプレス成形することによって得る部材は、
パネル用部材に限定されるものではない。

【００２７】更に、摩擦撹拌接合を行った後に、信頼性
向上等を目的として更にアーク溶接等によりすみ肉溶接
等を行ってもよい。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図３（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の実施例に
係る差厚ブランク材並びにその製造方法及び加工方法を
工程順に示す斜視図である。

【００２９】第２の実施例では、図３（ａ）に示すよう
に、１枚の主板材２１及び１枚の補強板材２２を使用し
て差厚ブランク材を製造する。これらの板材はいずれ
も、第１の実施例と同様に、例えば６０００系アルミニ
ウム合金製である。主板材２１は矩形形状の板が長手方
向において２箇所で屈曲された形状、即ち「コ」の字型
の形状を有し、その板厚は均一である。補強板材２２も
「コ」の字型の形状を有しているが、その幅は主板材２
１のものよりも狭く、例えば１／３乃至１／２程度であ
る。以下の説明では、「コ」の字型形状の内側の面を内
面、外側の面を外面という。

【００３０】先ず、図３（ｂ）に示すように、補強板材
２２の内面における２箇所の屈曲部主板材１１の外面に
おける２箇所の屈曲部に位置合わせして補強板材２２主
板材２１上に積層する。このとき、補強板材２２と主板
材２１との間には、第１の実施例と同様に、例えばナイ
ロンエポキシ樹脂製の接着剤（図示せず）を塗布してお
くことが好ましい。

【００３１】その後、図３（ｂ）に示すように、補強板
材２２と主板材２１とを複数箇所で摩擦撹拌接合により
接合することにより、複数の接合部２５を形成する。こ
の結果、主板材２１と補強板材２２とが一体化されて差
厚ブランク材２が形成される。

【００３２】次いで、図３（ｃ）に示すように、エンボ
ス加工（プレス成形）により、例えば主板材２１の２箇
所の屈曲部に挟まれた部分の外面で補強板材２１に覆わ
れていない領域の中央部に凹部２４を形成することによ
り、「コ」の字型部材４を形成する。更に、「コ」の字
型部材４に所定の加工を施して所望の形状にする。

【００３３】このように、第２の実施例によれば、主板
材２１の表面上に補強板材２２を摩擦撹拌接合して差厚
ブランク材２を製造しているので、プレス成形によって
も割れが極めて生じにくく、深さが比較的深い凹部２４
を具備した部材を容易に得ることができる。更に、第１
の実施例と同様に、補強板材２２の形状及び大きさによ
っては、端材を使用することもでき、従来のテーラード
ブランク材と同様に、材料の歩留まりを高くしてコスト
を低減することも可能である。また、軽量化、強度及び
剛性についても、少なくとも従来のテーラードブランク
材と同程度のものを得ることが可能である。更に、単一
の板材からなる主板材２１上に補強板材２２が摩擦撹拌
接合されているので、接合部２５に欠陥があった場合で
も、これを原因として差厚ブランク材２又は「コ」の字
型部材４の強度が極端に低下することがなく、高い信頼
性を確保することができる。

【００３４】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図４は本発明の第３の実施例に係る差厚ブランク
材を示す平面図である。

【００３５】第３の実施例に係る差厚ブランク材５は、
１個の主板材３１に３個の補強板材３２乃至３４が接着
及び摩擦撹拌接合されて構成されている。補強板材３２
乃至３４は、複数箇所で主板材３１に接合され、複数の
接合部３５が形成されている。そして、主板材３１の補
強板材３２乃至３４が接合された表面とは反対側の表面
に突出する複数の円錐状（コーン状）の凹部３６がプレ
ス成形により形成されて、インナーパネルが製造され
る。その後、複数の凹部３６は、前記反対側表面の各頂
部において樹脂を介してアウターパネルに接合される。

【００３６】本実施例においても、一枚の板材からなる
主板材３１の表面上に補強板材３２乃至３４を摩擦撹拌
接合して差厚ブランク材５を製造しているので、プレス
成形によっても割れが極めて生じにくく、深さが比較的
深い凹部３６を具備した部材を容易に得ることができ
る。更に、第１及び第２の実施例と同様の効果を得るこ
とも可能である。

【００３７】なお、第１乃至第３の実施例においては、
補強板材の中央部等で摩擦撹拌接合を行っているが、補
強板材の主板材との境界部で摩擦撹拌接合を行ってもよ
い。図５は補強板材の主板材との境界部で摩擦撹拌接合
を行った場合の接合部を示す断面図である。

【００３８】補強板材４２の主板材４１との境界部で摩
擦撹拌接合を行った場合には、図５に示すように、接合
部４５によって補強板材４２の角部に存在していた直角
部分がなくなり、接合部４５の表面は主板材４１の表面
に対して傾斜した面となる。このため、主板材４１の補
強板材４２が設けられていない部位への応力集中が緩和
され、この部位でのプレス成形時の割れがより一層生じ
にくくなる。

【００３９】また、補強板材の端部に、鉤状の凸部が形
成されていてもよい。このような凸部が形成されていれ
ば、この凸部を主板材の側面に係合させることができ、
位置決めを容易に行うことができるようになる。このよ
うな補強板材には、例えば押出材を使用することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
主板材だけでは強度及び剛性が不足する部位に補強板材
を設けることにより、重量の増加を抑制しながら必要な
強度及び剛性を確保することができる。この際、複数枚
の板材を突き合わせて構成されるテーラードブランク材
とは異なり、単一の板材からなる１枚の主板材が全面に
わたって存在しているため、プレス成形時に割れが極め
て生じにくく、成形高さが比較的高い部材であっても容
易に成形することができる。従って、接合箇所に対する
制限はほとんどないため、要求される強度及び剛性に応
じて主板材及び補強板材の厚さだけでなく、摩擦撹拌接
合を行う場所をも自由に最適化することができる。ま
た、補強板材には端材を使用することも可能であるた
め、材料歩留まりを向上させてコストを低減することも
できる。更に、単一の主板材に補強板材が摩擦撹拌接合
されるので、接合部の一部に欠陥があったとしても、こ
れを原因として強度が極端に低下することはなく、高い
信頼性を得ることができる。更にまた、部位毎の板厚差
が大きい場合、従来の突き合わせによるものでは製造が
困難であるが、本発明によれば、積層の後に摩擦撹拌接
合が行われて形成されているので、容易に製造すること
ができる。また、主板材と補強板材とが比較的広い面積
で接触するので、それらの間に接着剤を介在させて信頼
性をより向上させることができる。

【００４１】また、請求項３に係る発明によれば、接合
部の表面が補強板材から主板材にかけて傾斜した面にな
るため、補強板材が設けられていない部分への応力集中
を緩和させてその部分での割れをより一層生じにくくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第１の実施例に係
る差厚ブランク材並びにその製造方法及び加工方法を工
程順に示す斜視図である。

【図２】第１の実施例により製造された差厚ブランク材
の一部を示す断面図である。

【図３】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の実施例に係
る差厚ブランク材並びにその製造方法及び加工方法を工
程順に示す斜視図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係る差厚ブランク材を
示す平面図である。

【図５】補強板材の主板材との境界部で摩擦撹拌接合を
行った場合の接合部を示す断面図である。

【符号の説明】

１、２、５；テーラードブランク材３、４；部材１１、２１、３１、４１；主板材１２、１３、１４、２２、３２、３３、３４、４２；補
強板材１５、２５、３５、４５；接合部１８；開口部２４、３６；凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 21/10 Ｃ２２Ｃ 21/10 // Ｂ２３Ｋ 101:18 Ｂ２３Ｋ 101:18 103:10 103:10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに板厚が異なる部位を有しプレス成
形によって加工される差厚ブランク材であって、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金からなる１枚の主板材と、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなり前記主板材
上に積層された補強板材と、が摩擦撹拌接合により一体
化されて形成されていることを特徴とする差厚ブランク
材。
【請求項２】前記主板材と前記補強板材とが接着され
た後摩擦撹拌接合されていることを特徴とする請求項１
に記載の差厚ブランク材。
【請求項３】前記摩擦撹拌接合が前記補強板材の端部
において行われてその端部と前記主板材の表面との間に
前記主板材の表面に対して表面が傾斜する接合部が形成
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の差
厚ブランク材。
【請求項４】前記プレス成形後の部材は、開口部及び
凹凸部からなる群から選択された少なくとも一の部位を
有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
に記載の差厚ブランク材。
【請求項５】前記プレス成形の後に自動車の内装パネ
ルとして使用されることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれか１項に記載の差厚ブランク材。
【請求項６】前記主板材及び前記補強板材は、夫々３
０００系アルミニウム合金、５０００系アルミニウム合
金、６０００系アルミニウム合金及び７０００系アルミ
ニウム合金からなる群から選択された一種のアルミニウ
ム合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れか１項に記載の差厚ブランク材。
【請求項７】アルミニウム又はアルミニウム合金から
なる１枚の主板材上にアルミニウム又はアルミニウム合
金からなる補強板材を積層する工程と、前記主板材と前
記補強板材とを摩擦撹拌接合する工程と、を有すること
を特徴とする差厚ブランク材の製造方法。