JP5426920B2 - 接合成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半凝固スラリーの固化物でワークの端部を鋳ぐるんだ接合成形品の製造方法に関する。

組成が互いに相違する金属材同士を接合して接合成形品を得る手法の１つとして、半凝固スラリーを用いた射出成形が開示されている。すなわち、成形型内にワークを収容し、型締めを行った後に半凝固スラリーを注入して該半凝固スラリーをキャビティの形状に対応する形状に成形するとともに、該半凝固スラリーを前記ワークに接合する手法である（例えば、特許文献１参照）。ここで、「半凝固スラリー」とは、特許文献１にも記載されている通り、固液共存状態の溶湯を指称する。なお、一般的に、半凝固スラリーは、加圧された際にはじめて流動性を示す程度に軟質である。

しかしながら、この場合、ワークと半凝固スラリー、換言すれば、金属材同士の強度や接合品質が安定した金属接合を得ることは容易ではない。この理由は、ワークと半凝固スラリーとの間の接合界面に１０ｎｍ程度の薄い酸化膜等が存在するためであると推察される。

そこで、特許文献２記載の発明では、固液共存温度とした金属溶湯でワークを押圧することによって、該ワークの表面の酸化膜を除去することを試みている。

特開２００１−５８２５３号公報 特開平１０−９９９６１号公報

特許文献２記載の発明では、金属溶湯をワークの表面に沿って平行に移動させるようにしている。スタンプ成形を行う場合においてこの手法を適用する場合、ワークの上端面に半凝固スラリーを載置した後、該半凝固スラリーに対してスタンピングを施し、これにより該半凝固スラリーを変形させながらワークの表面に沿って移動させることが想起される。

しかしながら、この場合、半凝固スラリーにおけるワークの表面に沿って移動した部位は該ワークに対して比較的容易に接合するものの、ワークの表面に沿って移動しない部位は該ワークに対して接合し難くなる。この理由は、半凝固スラリーが移動しないので、該部位における界面の酸化膜が除去され難くなるためであると推察される。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、鋳ぐるみ部位において半凝固スラリーの酸化膜が除去され、このため、ワークと、該ワークの端部を囲繞するように鋳ぐるんだ半凝固スラリーの固化物との接合強度が大きな接合成形品が得られる接合成形品の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ワークの端部が半凝固スラリーの固化物によって囲繞されるように鋳ぐるまれた接合成形品であって、
前記端部が、前記固化物の表面の酸化膜を押し破り、前記酸化膜が存在しない固化物の内部で前記固化物と接合していることを特徴とする。

すなわち、本発明においては、ワークの端部が、半凝固スラリーにおける酸化膜が存在しない部位、換言すれば、半凝固スラリーの材質である金属面が露呈した部位まで埋入し、この露呈した金属面と接触している。半凝固スラリーにおいて、酸化膜が存在しない部位は濡れ性が良好である。従って、ワークの端部に半凝固スラリーが濡れ密着し、この状態で、半凝固スラリーが固化物となる。これに伴い、該固化物とワークとが堅牢に接合する。換言すれば、合金種が異なる金属材同士であっても接合強度が優れた鋳ぐるみ部を有する接合成形品を得ることができる。

また、本発明は、成形型内に収容された半凝固スラリーをスタンピングにより変形させてワークの端部を鋳ぐるんだ状態で前記半凝固スラリーを固化させることで接合成形品を得る接合成形品の製造方法であって、
前記半凝固スラリーに対して前記ワークの端部を当接させ、前記端部で前記半凝固スラリーを相対的に押圧することによって、前記半凝固スラリーの表面の酸化膜を前記端部で押し破り、前記端部を前記半凝固スラリーの内部に埋入することを特徴とする。

上記した工程が実施される際、半凝固スラリーの表面の酸化膜がワークの端部で破られるので、該端部は、半凝固スラリーにおける酸化膜が存在しない部位まで埋入する。一方、半凝固スラリーがワークに押圧された状態で該ワークに対して相対的に摺動するとき、摩擦によってワークの酸化膜が破壊される。結局、埋入箇所においては、表面の酸化膜が破壊されることで金属面が露呈したワークが、表面から酸化膜が除去されることで金属面が露呈した半凝固スラリーに対向して接触する。

すなわち、上記した工程を経ることにより、半凝固スラリーに埋入して金属面が露呈したワークの端部を、露呈した半凝固スラリーの材質である金属によって濡れ密着させることができる。このようにしてワークの端部に濡れ密着した半凝固スラリーを固化させることにより、該固化物とワークとが堅牢に接合して接合強度が優れた鋳ぐるみ部を有する接合成形品を得ることができる。

このような鋳ぐるみ部を形成するには、例えば、半凝固スラリーの高さ方向における下端部と上端部の間に前記ワークの前記端部を配置し、その後、前記半凝固スラリーに対してスタンピングを施すようにすればよい。

いずれの場合においても、前記ワークに対してプレス成形を施すようにしてもよい。この場合、所定の形状の接合成形品を容易且つ簡便に、しかも、効率よく作製することができるという利点がある。

本発明によれば、ワークの端部を、半凝固スラリーにおける酸化膜が存在しない部位まで埋入し、この部位において露呈した半凝固スラリーの材質である金属に接触させるようにしている。半凝固スラリーにおいて、酸化膜が存在しない部位は濡れ性が良好であり、しかも、この場合、ワークの端部の酸化膜も破壊されているので、濡れ性が一層良好となる。このようにしてワークの端部に良好に濡れ密着した状態の半凝固スラリーが固化物となるため、該固化物とワークとが堅牢に接合する。その結果、合金種が相違する金属材同士であっても、接合強度が優れた鋳ぐるみ部を有する接合成形品を得ることができる。

本実施の形態に係る接合成形品である自動車乗員室用ドアの全体概略縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１に示す自動車乗員室用ドアを製造するための金型装置の要部概略縦断面図である。 図３に示す金型装置によってワークを第２ドア用フレーム部材に成形した状態を示す要部概略縦断面図である。 図４に続き、半凝固スラリーの流動を開始させた状態を示す要部概略縦断面図である。 図６Ａ、図６Ｂは、流動の進行の度合いと、半凝固スラリーと第２ドア用フレーム部材の端部との位置関係を示す要部拡大縦断面図である。 半凝固スラリーが第１連結部材の形状に成形された状態を示す前記金型装置の要部概略縦断面図である。 型開きがなされて自動車乗員室用ドアが露呈した状態を示す前記金型装置の要部概略縦断面図である。

以下、本発明に係る接合成形品につき、その製造方法との好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る接合成形品としての自動車乗員室用ドア１０の全体概略縦断面図である。この自動車乗員室用ドア１０は、ドア本体部１２を有する。

ドア本体部１２は、横長の第１ドア用フレーム部材１６と、該第１ドア用フレーム部材１６の各端部に配置されて該第１ドア用フレーム部材１６の長手方向に対して略直交する方向に延在する第２ドア用フレーム部材１８及び第３ドア用フレーム部材２０と、これら第１ドア用フレーム部材１６、第２ドア用フレーム部材１８及び第３ドア用フレーム部材２０とともに略長方形をなす窓用フレーム部材２２で構成される。

そして、第１ドア用フレーム部材１６の一端部と第２ドア用フレーム部材１８の一端部は第１連結部材２６を介して連結され、第２ドア用フレーム部材１８の他端部と窓用フレーム部材２２の一端部は、第２連結部材２８を介して連結されている。また、窓用フレーム部材２２の残余の他端部は第３連結部材３０を介して第３ドア用フレーム部材２０の一端部と連結され、該第３ドア用フレーム部材２０の他端部は第４連結部材３２を介して第１ドア用フレーム部材１６の他端部と連結されている。

本実施の形態において、第１ドア用フレーム部材１６、第２ドア用フレーム部材１８、第３ドア用フレーム部材２０及び窓用フレーム部材２２は同種のアルミニウム合金材であり、第１連結部材２６、第２連結部材２８、第３連結部材３０及び第４連結部材３２は、互いに同種であって且つ第１ドア用フレーム部材１６、第２ドア用フレーム部材１８、第３ドア用フレーム部材２０及び窓用フレーム部材２２とは合金種が異なるアルミニウム合金材である。第１ドア用フレーム部材１６、第２ドア用フレーム部材１８、第３ドア用フレーム部材２０及び窓用フレーム部材２２の材質と、第１連結部材２６、第２連結部材２８、第３連結部材３０及び第４連結部材３２の材質の一例としては、それぞれ、Ａ５１８２、ＡＣ４ＣＨ（ともにＪＩＳ）が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

ここで、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面の一部を拡大して図２に示す。この図２から諒解されるように、第２ドア用フレーム部材１８の端部は第１連結部材２６の内部に埋入して該第１連結部材２６に接合している。なお、図１から諒解されるように、第１連結部材２６の内部には、第１ドア用フレーム部材１６の一端部も埋入されて該第１連結部材２６に接合している。

図２に示すように、第１連結部材２６の表面には酸化膜３４が存在しており、第２ドア用フレーム部材１８は、この酸化膜３４を押し破るようにして第１連結部材２６の内部に埋入している。すなわち、第２ドア用フレーム部材１８は、第１連結部材２６の内部における酸化膜３４が存在しない箇所、換言すれば、第１連結部材２６の材質であるアルミニウム合金等が露呈した箇所で、該第１連結部材２６と接合している。

一方、第２ドア用フレーム部材１８において、第１連結部材２６から露呈した部位の表面にも酸化膜３６が存在している。なお、第１連結部材２６に埋入した部位には酸化膜３６は存在しない。後述するように、第１連結部材２６となる半凝固スラリーが第２ドア用フレーム部材１８の表面を摺動する際、この摺動によって酸化膜３６が破壊されるからである。

図示は省略するが、第２ドア用フレーム部材１８の残余の端部も窓用フレーム部材２２の一端部とともに第２連結部材２８に鋳ぐるまれており、同様に、窓用フレーム部材２２の他端部は第３ドア用フレーム部材２０の一端部とともに第３連結部材３０に鋳ぐるまれている。さらに、第３ドア用フレーム部材２０の他端部及び第１ドア用フレーム部材１６の他端部は、第４連結部材３２に鋳ぐるまれている。

勿論、これらの連結箇所においても、図２と同様に、各部材１８、２０、２２が各連結部材２６、２８、３０、３２の表面の酸化膜３４を押し破るようにして内部に埋入している。また、各部材１８、２０、２２の表面の酸化膜３６が破壊されている。

この自動車乗員室用ドア１０（接合成形品）は、その要部概略縦断面が図３に示される金型装置４０によって作製される。ここで、図３は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面に対応する部位を成形する部位を示している。

金型装置４０は、第２ドア用フレーム部材１８となるワーク４２を成形する成形型としての第１ダイ４４及び第１パンチ４６と、第１連結部材２６となる半凝固スラリー４８に対してスタンプ成形を施すための第２ダイ５０及び第２パンチ５２とを有する。この中、第１ダイ４４及び第２ダイ５０は固定盤５４上に設けられ、一方、第１パンチ４６及び第２パンチ５２は、前記固定盤５４に対して接近又は離間可能に設けられた可動盤５６における前記固定盤５４に臨む側の面に設けられる。

第１ダイ４４は、図示しない複数個のシリンダの各ロッド同士によって構成される第１ロッド列５８の先端に支持されている。このため、第１ダイ４４は、前記シリンダが同期して動作することによって第１ロッド列５８が同時に前進動作・後退動作することに追従し、鉛直方向に沿って変位する。

一方の第１パンチ４６は、図示しない複数個のシリンダの各ロッド同士によって構成される第２ロッド列６０の先端に支持されている。従って、第２パンチ５２もまた、前記シリンダが同期して動作することによって第２ロッド列６０が同時に前進動作・後退動作することに追従し、鉛直方向に沿って変位することが可能である。

第２ダイ５０は、固定盤５４上において、第１ダイ４４に隣接するように設置される。前記半凝固スラリー４８は、この第２ダイ５０の幅広な上端面に載置される。

なお、上端面、及び図３における右端部上面のそれぞれには、第１ノックアウトピン６２及び第２ノックアウトピン６４（図８参照）が突出・埋没自在に埋設されている。これら第１ノックアウトピン６２及び第２ノックアウトピン６４が前記上端面及び前記右端部上面から突出することに伴い、接合成形品が離型される。

第２パンチ５２は、半凝固スラリー４８を押圧するための型である。すなわち、半凝固スラリー４８は、第２パンチ５２から押圧されることによって圧潰されるとともに流動する。

以上の構成において、可動盤５６は、図示しない昇降機構の作用下に固定盤５４に対して接近又は離間する。可動盤５６が固定盤５４に対して接近したときに型締めがなされ、一方、可動盤５６が固定盤５４から離間したときに型開きがなされる。

本実施の形態に係る接合成形品の製造方法は、上記のように構成された金型装置４０において、以下のようにして実施される。

はじめに、図３に示すように、第１ダイ４４と第１パンチ４６の間にワーク４２が挿入される。その一方で、第２ダイ５０の上端面に半凝固スラリー４８が載置される。半凝固スラリー４８は、第１ダイ４４に対して所定間隔、好ましくは１０ｍｍ以上離間した位置に配置される。また、ワーク４２の端部は、半凝固スラリーの高さ方向下端部と上端部の間に配置される（図４参照）。

上記したように、ワーク４２の材料としては、例えば、アルミニウム合金であるＡ５１８２を選定すればよく、半凝固スラリー４８の材料としては、例えば、Ａ５１８２とは合金種の異なるアルミニウム合金であるＡＣ４ＣＨを選定すればよい。なお、半凝固スラリー４８及びワーク４２の表面には、該表面が大気中の酸素によって酸化されて生成した、いわゆる不動態としての酸化膜３４、３６（図２及び図６参照）がそれぞれ存在する。

次に、図４に示すように、前記昇降機構の作用下に可動盤５６ごと第１パンチ４６及び第２パンチ５２を下降させる。この下降に伴って、先ず、第１ダイ４４と第１パンチ４６によって第１キャビティ６６が形成されるとともに、ワーク４２が該第１キャビティ６６の形状に対応する形状、すなわち、第２ドア用フレーム部材１８に対応する形状に成形される。第２ドア用フレーム部材１８の端部は、半凝固スラリー４８側に向かって延在するように、第１キャビティ６６から突出する。

なお、この時点では、半凝固スラリー４８が圧潰されることはない。

次に、図５に示すように、前記昇降機構の作用下に可動盤５６をさらに降下させる。これにより第２パンチ５２が半凝固スラリー４８を押圧しはじめ、その結果、該半凝固スラリー４８が圧潰されて流動を開始する。なお、第２ロッド列６０は同期して後退動作し、このため、第１キャビティ６６及び第２ドア用フレーム部材１８の位置が保持される。

半凝固スラリー４８中、第１ダイ４４及び第１パンチ４６側に流動した分は、当初は図６Ａに示すように第２ドア用フレーム部材１８の端部から離間しているものの、流動の進行に伴って端部に当接する。流動がさらに進行すると、図６Ｂに示すように、端部が酸化膜３４を押し破るようにして半凝固スラリー４８の内部に埋入する。

このとき、半凝固スラリー４８は、第２パンチ５２を介して付加された押圧力によって第２ドア用フレーム部材１８の端部を押圧しながら該第２ドア用フレーム部材１８の両端面に沿って摺動する。この摺動に伴う摩擦によって、第２ドア用フレーム部材１８の表面に存在する酸化膜３６が破壊される。すなわち、第２ドア用フレーム部材１８の表面から酸化膜３６が除去され、金属面が露呈する。なお、酸化膜３６を破壊するためには、第２ドア用フレーム部材１８に対する半凝固スラリー４８の相対的な摺動距離は、１０ｍｍ以上であることが好ましい。

酸化膜３４は、半凝固スラリー４８の表面にのみ存在し、内部には存在しない。半凝固スラリー４８において、金属面が露呈した内部は、他の金属材、すなわち、第２ドア用フレーム部材１８に対する濡れ性が良好である。このように濡れ性が良好な半凝固スラリー４８に囲繞された第２ドア用フレーム部材１８の端部は、該半凝固スラリー４８の内部により濡れ密着される（図５参照）。

ここで、半凝固スラリー４８に埋入された第２ドア用フレーム部材１８の端部も金属面が露呈している。従って、第２ドア用フレーム部材１８に対する半凝固スラリー４８の濡れ性が一層良好となる。

図７に示すように、可動盤５６がさらに下降されると、半凝固スラリー４８が第１ダイ４４及び第１パンチ４６、及び第２パンチ５２のシール部６８によって堰止される。すなわち、半凝固スラリー４８は、第１ダイ４４、第１パンチ４６、第２ダイ５０及び第２パンチ５２によって形成される第２キャビティ７０に対応する形状に成形される。この際には、第１ロッド列５８が若干後退動作し、第１ダイ４４を下降させる。これにより、可動盤５６が容易に下降することができるようになる。

この状態で半凝固スラリー４８を冷却固化させて第１連結部材２６とすれば、第２ドア用フレーム部材１８の端部と半凝固スラリー４８との間に新たな酸化膜が生成することを回避しながら、第１連結部材２６に対して該端部を連結することができる。

同様にして、金型装置４０の別の箇所で第１ドア用フレーム部材１６、第３ドア用フレーム部材２０が成形され、且つ窓用フレーム部材２２とともに第１連結部材２６、第２連結部材２８、第３連結部材３０又は第４連結部材３２中の所定の連結部材に鋳ぐるまれる。以上により、部材１６、１８、２０、２２の端部同士が連結部材２６、２８、３０、３２を介して接合された接合成形品としての自動車乗員室用ドア１０が得られる。

最後に、図８に示すように、前記昇降機構の作用下に可動盤５６が上昇することに伴って第１ダイ４４、第２ダイ５０から第１パンチ４６、第２パンチ５２が離間し、これにより型開きがなされる。そして、第１ノックアウトピン６２及び第２ノックアウトピン６４が第２ダイ５０から突出し、自動車乗員室用ドア１０が離型される。

このようにして得られた自動車乗員室用ドア１０（接合成形品）においては、部材１６、１８、２０、２２の端部と連結部材２６、２８、３０、３２のいずれかとの接合強度が大きい。上記から諒解されるように、部材１６、１８、２０、２２の端部と連結部材２６、２８、３０、３２との間に酸化膜３４、３６が介在することが回避されているからである。

以上のように、本実施の形態によれば、流動する半凝固スラリー４８を所定の部材１６、１８、２０、２２の端部に当接させ、この端部で該半凝固スラリー４８の表面に存在する酸化膜３４を押し破り、該端部を半凝固スラリー４８の内部、すなわち、酸化膜３４が存在しない箇所に埋入させることに加え、半凝固スラリー４８で部材１６、１８、２０、２２の端面を押圧しながら該端面に沿って摺動させ、この際の摩擦によって該部材１６、１８、２０、２２の表面の酸化膜３６を破壊するようにしている。これにより、合金種が相違する金属材同士である部材１６、１８、２０、２２と半凝固スラリー４８（連結部材２６、２８、３０、３２）とを堅牢に接合させることができる。

なお、上記した実施の形態では、半凝固スラリー４８を流動させることによって、該半凝固スラリー４８を所定の部材１６、１８、２０、２２の端部で押圧するようにしているが、例えば、シリンダ等によって部材１６、１８、２０、２２を移動させることで該部材１６、１８、２０、２２の端部を半凝固スラリー４８に埋入させ、その後、半凝固スラリー４８に対してスタンピング成形を行うようにしてもよい。この場合においても、部材１６、１８、２０、２２の移動距離は１０ｍｍ以上に設定することが好ましい。

また、この実施の形態では、ワーク４２に対してプレス成形を施すことで第２ドア用フレーム部材１８に成形する場合を例示して説明しているが、ワーク４２に対するプレス成形を行うことなく、半凝固スラリー４８に対するスタンプ成形のみを行うようにしてもよい。

さらに、接合成形品が自動車乗員室用ドア１０に特に限定されるものでないことはいうまでもない。

１０…自動車乗員室用ドア １６、１８、２０…ドア用フレーム部材
２２…窓用フレーム部材 ２６、２８、３０、３２…連結部材
３４、３６…酸化膜 ４０…金型装置
４２…ワーク ４４、５０…ダイ
４６、５２…パンチ ４８…半凝固スラリー
５８、６０…ロッド列 ６６、７０…キャビティ

Claims (3)

1. 成形型内に収容された半凝固スラリーをスタンピングにより変形させてワークの端部を鋳ぐるんだ状態で前記半凝固スラリーを固化させることで接合成形品を得る接合成形品の製造方法であって、
   前記半凝固スラリーに対して前記ワークの端部を当接させ、前記端部で前記半凝固スラリーを相対的に押圧することによって、前記半凝固スラリーの表面の酸化膜を前記端部で押し破り、前記端部を前記半凝固スラリーの内部に埋入することを特徴とする接合成形品の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記半凝固スラリーの高さ方向における下端部と上端部の間に前記ワークの前記端部を配置し、前記半凝固スラリーに対してスタンピングを施すことを特徴とする接合成形品の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法において、前記ワークに対してプレス成形を施すことを特徴とする接合成形品の製造方法。

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