JP3065269B2 - アルミ合金製工具の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばねじ締め、
あるいは電気工事等の作業時に使用されるスパナ、トル
クレンチ、モンキレンチ、ペンチ、ニッパ、プライヤ等
の作業用工具及びその製造方法であって、疲労強度を高
め、しかも軽量化して工具の取扱いを容易ならしめるこ
とができるアルミ合金製工具の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばねじの締付作業時に使用さ
れるスパナ、モンキレンチ、トルクレンチ等のねじ締め
工具、あるいは電気工事等に使用されるペンチ、ニッパ
等の作業用工具の一般材質は鋼であった。この鋼製作業
用工具は、重量が嵩み、このために作業性が悪く、特に
大型の上記作業用工具では、片手での取扱いも困難とな
って、複数の作業者でなければ所望の作業ができないこ
ともある等の不便があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記作業用工
具を用いる作業時において、その作業性を高めるために
上記作業用工具の軽量化が要求されており、この要求に
答えるために、その作業用工具の材料としてチタン合金
の使用が提案されている。しかしながらチタン合金は価
格的に高価であることから実用に供することが困難であ
った。

【０００４】以上のことから近年では、密度が小さくし
かも比強度（強度／密度）が比較的大きい高強度アルミ
合金が特に軽量化を目的とした金属製品の材料として使
用されているが、現状の高強度アルミ合金は、鋼やチタ
ン合金に比べて強度が低く、さらには、工具としての設
計応力値を下げなければならないために、その工具の体
積（肉厚）を増加せざるを得ないものであった。また現
状の高強度アルミ合金は、工具等の成形加工時における
加工条件によって敏感にミクロ組織が変化し、たとえば
再結晶組織が粗大化してしまうことにより、製品の引張
強度及び疲労強度が低下してしまうという不具合があっ
た。

【０００５】本発明はかかる従来の高強度アルミ合金に
よる不具合に着目してなされたもので、上記の作業用工
具を成形するに当り、成形品のミクロ組織の変化を抑
制、および細粒組織として、引張強度及び疲労強度を高
めることができ、さらには作業工具を使用する際の作業
性を高めるために、その作業工具の体積（肉厚）増加を
必要最少限となして、工具のコンパクトを図り、さらに
は、十分な耐久性を満たし得るアルミ合金製工具の製造
方法の提供を目的としている。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項１では、亜鉛（Ｚｎ）：７．２〜８．５重量
％、マグネシウム（Ｍｇ）：２．５〜３．５重量％、銅
（Ｃｕ）：１．５〜３．０重量％、クロム（Ｃｒ）：
０．２０〜０．３５重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：
０．０３〜０．２０重量％、チタニウム（Ｔｉ）：０．
２０重量％以下、残部アルミニウム（Ａｌ）および不可
避的不純物からなるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミ合
金の展伸材をプリフォームとし、そのプリフォームを型
鍛造する際の金型が、プリフォームに接触する瞬間時の
金型速度（型鍛造速度）を０．２〜３ｍ／秒に設定し
て、型鍛造することで安定した高い疲労強度特性を示す
型鍛造素材を得、この型鍛造素材を用いて工具を製造す
るアルミ合金製工具の製造方法を特徴とする。

【０００９】さらに上記の目的を達成するために、請求
項２では、亜鉛（Ｚｎ）：７．２〜８．５重量％、マグ
ネシウム（Ｍｇ）：２．５〜３．５重量％、銅（Ｃ
ｕ）：１．５〜３．０重量％、クロム（Ｃｒ）：０．２
０〜０．３５重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０３
〜０．２０重量％、チタニウム（Ｔｉ）：０．２０重量
％以下、残部アルミニウム（Ａｌ）および不可避的不純
物からなるＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミ合金の展伸
材をプリフォームとし、そのプリフォームを型鍛造する
際のプリフォーム加熱温度を３００〜４８０℃に設定し
て型鍛造することで、安定した高い疲労強度特性を示す
型鍛造素材を得、この型鍛造素材を用いて工具を製造す
るアルミ合金製工具の製造方法であることを特徴として
いる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明について具体的に説
明する。

【００１１】先ず本発明におけるアルミ合金の成分と、
その組成範囲について説明する。

【００１２】ａ．亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、銅（Ｃｕ） これら成分は成形加工後の熱処理時に微細な析出物とし
て母材中に析出し強度を著しく向上させる。しかしこれ
ら成分を多量に添加すると成形性の低下や巨大な金属間
化合物が生じ疲労強度を低下させる。少量添加は強度が
十分得られない。そこで成分組成範囲をＺｎ：７．２〜
８．５重量％、Ｍｇ：２．５〜３．５重量％、Ｃｕ：
１．５〜３．０重量％とする必要がある。

【００１３】ｂ．クロム（Ｃｒ） Ｃｒは再結晶抑制、再結晶粒微細化効果および強度向上
効果があるが多量に添加すると巨大金属間化合物を生じ
成形性、強度に悪影響を及ぼす。少量添加では十分な効
果は得られない。そのため成分組成範囲をＣｒ：０．２
０〜０．３５重量％とした。

【００１４】ｃ．ジルコニウム（Ｚｒ） Ｚｒは再結晶抑制、再結晶粒微細化効果があり成形加工
によるミクロ組織の変化を防ぐ。また疲労強度向上効果
もあるが、多量添加すると巨大金属間化合物を生じ成形
性、疲労強度が低下する。少量添加では効果が不十分で
あることから組成成分範囲を０．０３〜０．２０重量％
とした。

【００１５】ｄ．チタニウム（Ｔｉ） Ｔｉはインゴット鋳造組織（金属組織）を微細化する効
果があると同時に疲労強度を高める効果がある。またこ
のチタニウムの添加量は、多量添加しても効果は飽和す
るため０．２重量％以下とした。

【００１６】かくして、本発明のアルミ合金製工具を成
形するためのアルミ合金の成分と、組成範囲を決定した
アルミ合金を使用する工具の製造方法である型鍛造速度
及び型鍛造温度について説明する。

【００１７】ｅ．型鍛造速度 現在作業工具素形材の型鍛造速度は非常に速く４〜８ｍ
／秒であるが、この速度でアルミ合金を型鍛造すると表
層部から内部にかけて広い範囲で粗大な再結晶組織とな
ってしまう。粗大な再結晶組織部分は疲労強度が低く工
具素形材として適さない。そこで本合金系において型鍛
造速度（鍛造金型が、プリフォームに接触する瞬間時の
金型速度）を０．２〜３ｍ／秒とすることで再結晶を抑
制し、型鍛造素材の疲労強度が向上する。型鍛造速度が
遅すぎても効果は飽和して鍛造時間が長くなってしま
う。

【００１８】ｆ．型鍛造温度 高強度アルミ合金の微細な結晶粒組織となる型鍛造温度
範囲は非常に狭いため素形材肉厚の変化や鍛造条件によ
って粗大な再結晶組織を呈する。先に述べたように粗大
な再結晶組織部分は疲労強度が低く工具素形材として適
さない。そこで本合金系において型鍛造時のプリフォー
ム加熱温度範囲が３００〜４８０℃の広範囲で素形材肉
厚の変化や型鍛造条件によって粗大な再結晶組織を呈す
ることを抑制することが可能となる。プリフォーム加熱
温度が４８０℃より高い型鍛造では素形材に割れが生じ
やすくなり３００℃より低い場合では金型の寿命が低下
するとともに形状不良が生じやすくなる。

【００１９】

【実施例】本発明立証のためトルクレンチヘッドの型鍛
造素形材にて、表１で示すように従来品（Ａ）と（Ｂ）
との比較実験を行った。

【００２０】表１に示す化学成分の丸棒押出材（プリフ
ォーム）を加熱温度４７０℃、鍛造速度０．８ｍ／秒で
型鍛造後、Ｔ６処理（４７０℃／３時間／水冷＋１２０
℃／２４時間／放冷）したトルクレンチヘッドの型鍛造
素材を機械加工し試験片を作製し引張試験および３点曲
げ疲労試験を行った。その結果を表２，３に示す。

【００２１】また粗大再結晶組織を呈した工具の引張試
験、疲労試験結果についても表２、表３に示す。表４は
従来品（Ａ）及び（Ｂ）で本発明品との重量比の比較を
示す。

【００２２】表２、表３より明らかなように本発明によ
り製造された工具は優れた静的強度と疲労強度を有する
ことがわかる。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】上述の説明で判るように、本発明合金製工
具は、従来合金製工具に比べ、引張強さ、０．２％耐力
及び疲労強度が十分高く、従来合金製工具よりも軽量化
することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明のアルミ合金製工
具によれば、疲労強度に優れたものとなり、その上工具
の製造コストをチタン合金などよりも低減せしめること
ができる。さらに工具を軽量コンパクト化することがで
きるので、作業性に優れた工具を製造することができる
という効果を奏するものである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】亜鉛（Ｚｎ）：７．２〜８．５重量％、 マグネシウム（Ｍｇ）：２．５〜３．５重量％、 銅（Ｃｕ）：１．５〜３．０重量％、 クロム（Ｃｒ）：０．２０〜０．３５重量％、 ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０３〜０．２０重量％、 チタニウム（Ｔｉ）：０．２０重量％以下、 残部アルミニウム（Ａｌ）および不可避的不純物からな
   るＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミ合金の展伸材をプリ
   フォームとし、そのプリフォームを型鍛造する際の金型
   が、プリフォームに接触する瞬間時の金型速度（型鍛造
   速度）を、０．２〜３ｍ／秒に設定して型鍛造すること
   で安定した高い疲労強度特性を示す型鍛造素材を得、こ
   の型鍛造素材を用いて工具を製造することを特徴とする
   アルミ合金製工具の製造方法。
2. 【請求項２】亜鉛（Ｚｎ）：７．２〜８．５重量％、 マグネシウム（Ｍｇ）：２．５〜３．５重量％、 銅（Ｃｕ）：１．５〜３．０重量％、 クロム（Ｃｒ）：０．２０〜０．３５重量％、 ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０３〜０．２０重量％、 チタニウム（Ｔｉ）：０．２０重量％以下、 残部アルミニウム（Ａｌ）および不可避的不純物からな
   るＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系アルミ合金の展伸材をプリ
   フォームとし、そのプリフォームを型鍛造する際のプリ
   フォーム加熱温度を３００〜４８０℃に設定して型鍛造
   することで、安定した高い疲労強度特性を示す型鍛造素
   材を得、この型鍛造素材を用いて工具を製造することを
   特徴とするアルミ合金製工具の製造方法。