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審決分類 審判 全部申し立て 2項進歩性  C22C
管理番号 1061065
異議申立番号 異議2001-70538  
総通号数 32 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許決定公報 
発行日 2000-09-19 
種別 異議の決定 
異議申立日 2001-02-21 
確定日 2002-04-03 
異議申立件数 2 
訂正明細書 有 
事件の表示 特許第3077976号「押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材」の請求項1ないし4に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。 
結論 訂正を認める。 特許第3077976号の請求項1ないし3に係る特許を取り消す。 
理由 1.手続きの経緯
本件特許第3077976号の手続きの経緯は次のとおりである。
特許出願 平成11年 3月 4日
設定登録 平成12年 6月16日
公報発行 平成12年 8月21日
特許異議申立 平成13年 2月21日他1件
取消理由通知 平成13年 7月 9日付
訂正請求 平成13年 9月20日
異議意見書 平成13年 9月20日

2.訂正の適否
2-1.訂正の要旨
・訂正事項a:特許明細書の特許請求の範囲の請求項1乃至3を次のように訂正する。
【請求項1】歪み速度1000/ｓで引張試験を実施したときの引張強さが150N/mm2以上、400N/mm2以下であることを特徴とする高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項2】Mg:0.2〜1.6%(ｗｔ%,以下同じ)、Si:0.2〜1.8%を含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1に記載された高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項3】上記Al-Mg-Si系アルミニウム合金が、Mg:0.35〜1.1%、Si:0.5〜1.3%、Cｕ:0.15〜0.7%、Ti:0.005〜0.2%、Zｒ:0.06〜0.2%を含み、さらにMn:0.05〜0.5%、Cｒ:0.05〜0.15%のいずれか1種又は2種を含み、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1又は2に記載された高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
・訂正事項b:特許明細書の特許請求の範囲の請求項4を削除する。

2-2.訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
訂正事項aは、請求項1乃至請求項3について、押出形材の性質である「高速圧縮変形時に蛇腹状に変形する」、及び押出形材の用途である「サイドメンバー又はバンパーステイ用」を付加するものであり、訂正事項bは、特許請求の範囲を削除するものであるから、これらの訂正は、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
また、押出形材の性質である「高速圧縮変形時に蛇腹状に変形する」点は願書に添付した明細書の段落0005に記載され、押出形材の用途である「サイドメンバー又はバンパーステイ用」は、願書に添付した明細書の段落0001に記載されていたものであるから、願書に添付した特許明細書に記載した事項の範囲内においてなされるもので、新規事項の追加に該当しない。また、これらの訂正により実質的に特許請求の範囲を拡張又は変更するものでもない。

2-3.訂正の適否についての結論
以上のとおりであるから、上記訂正請求は、特許法第120条の4第2項及び同条第3項で準用する第126条第2項乃至3項の規定に適合するので、当該訂正を認める。

3.異議申し立て理由及び取消理由についての判断
3-1.本件請求項1〜3に係る発明
上記2-1.の訂正事項aに記載のとおりである。

3-2.異議申立ての理由及び取消し理由
本件各発明は、特許異議申立人古河電気工業株式会社及び同岡田輝昌の提示した各刊行物に記載された発明である、若しくは、これらに記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件各発明の特許は、特許法第29条第1項第3号若しくは同第29条第2項の規定に違反してなされたものであり、本件特許は取り消されるべきものである。

3-3.引用された刊行物に記載の事項
◎甲第1号証:軽金属学会「第86回春期大会講演概要」平成6年5月(第195〜196頁)「6000系アルミニウム合金の高速圧縮変形特性」と題する論文において、
・摘示1-1:「1はじめに.
省燃費を目的として、自動車の軽量化が求められるなか、構造部材にもアルミ化が及んでいる。形材を使用したスペースフレーム構造の研究など進んでおり、実用化段階にまで達している。
6000系アルミニウム合金は、適度な強度と耐食性を有しているため、構造用として好ましい合金の一つである。フレームなどの構造用部材への適用を勘案すると、衝突時のような衝撃的な変形を受けた際の材料の変形挙動を把握しておくことは、重要であるものと考えられる。過去に、アルミニウム合金の衝撃変形時の挙動についての研究例がいくつか報告されているが、十分になされているとはいえない。
今回、上記観点から6000系アルミニウム合金の衝撃変形時の変形挙動について調査を行ない、調質条件との関係を検討した結果を報告する。
2.実験方法.
供試材として、Mnを含むAl-Mg-Si系合金を用いた。その化学成分をTable1に示した。DC鋳造によりφ90mmビレットを作成し、φ15mm棒に押出した。押出棒を、525〜535℃で溶体化処理後水冷し、室温時効(以下T4)材、亜時効(以下UA)材、T6材、過時効(以下OA)材および軟質(以下O)材を作成した。熱処理条件をTable2に示した。
高ひずみ速度領域(ε≒103ｓ-1)における評価は、ホプキンソン棒法を応用した試験機を用いた。低〜中間速度領域の試験にはインストロン万能試験機を使用した。試験は主として圧縮で行ったが、一部引張試験でも評価した。」と記載され、Tablelに供試材の化学成分分析値(mass%)及びTable2に供試材の各種熱処理方法が記載されている。(第195頁第1〜第20行)
・摘示1-2:「3結果
Fig.1〜3に圧縮変形を行った場合の、ε=0.05における各合金の変形速度と流動応力の関係を示した。静的な変形と比較して、衝撃変形時の流動応力は上昇する傾向を示した。」(第196頁第1〜7行)
・摘示1-3:「また、変形特性の評価としてエネルギー吸収量を比較することがある。合金NのT6材における、引張変形時の応力-ひずみ線図をFig.4に示した。これらの合金は、引張変形においても衝撃変形時には流動応力が高くなり、また、伸び値もやや大きくなる傾向が認められたため、これらの合金の衝撃変形時のエネルギー吸収量は大きくなっていることが確認された。」(第196頁15〜25行)と記載され、Fig.4には、合金NのT6材の1000/ｓと0.001/ｓの引張試験における応力ひずみ曲線が示されている。

◎甲第2号証:軽金属学会「第93回秋期大会講演概要」平成9年11月(109〜110頁)「Al-Mg-Si系合金における衝撃引張特性の歪速度依存性」と題する論文において、
「自動車用部材の高速走行時の衝突事故を想定した場合の高速変形に対する材料の特性を知る必要があり、本研究では、Al-Mg-Si系合金を供試材とし、油圧サーボ式高速負荷試験機を用いて、歪み速度が約103ｓ-1までの引張特性の室温での歪み速度依存性について調査した。」(第109頁左欄)と記載され、Table1に供試材であるAl-Mg-Si系合金6061-T6の化学組成が、そして、Fig.1に引張試験片が示されている。
また、「引張強さおよび0.2%耐力は、歪速度が約101ｓ-1までは変化を示さないが、それ以上の歪み速度においては、引張強さ及び0.2%耐力は歪速度の増大にともない上昇する。」(第109頁右欄)と記載され、Fig.2に6061合金の応力-歪曲線の負荷速度変化が、Fig.3に応力と歪速度の関係が示されている。(第110頁)

◎甲第3号証:特開平9一256096号公報
圧壊性能に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材に関して、
・摘示3-1:「【請求項1】T1調質下においてその結晶組織がファイバー組織を呈しており、その主要合金元素であるMgとSiとからなる化学量論的に平衡なMg2Siが0.8%(重量%、以下同じ)以上1.2%以下であり、MgとSiとからなる化学量論的に平衡なMg2Siを越えるSiを0.6%以下、Cｕを0.4%以下含む組成をもつことを特徴とする圧壊性能に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項2】T5調質下において・・・を特徴とする圧壊性能に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項3】T6調質下において・・・を特徴とする圧壊性能に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項5】Mn0.05%以上0.3%以下を含み、さらにTi0.01%以上0.1%以下、Cｒ0.05%以上0.1%以下、Zｒ0.05%以上0.1%以下のうち少なくとも1種以上を含む組成であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された圧壊性能に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項6】Ti0.01%以上0.1%以下、Cｒ0.05%以上0.1%以下及びZｒ0.05%以上0.1%以下を同時に含む組成であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された圧壊性能に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。」(第2頁【特許請求の範囲】)
・摘示3-2:「【従来の技術】6000系(Al-Mg-Si系)アルミニウム合金は、高い引張性質を得る合金の中では比較的耐食性に優れ、サッシ材料などとして市場に多く出回っており、リサイクルの面でも他の系のアルミニウム合金より優れていることから、構造部材、機能部材への適用が注目され、例えば特開平7-118782号公報にみられるように、押出形材を自動車のサイドメンバーやバンパーステイなどの衝撃吸収部材に適用することが検討されている。」(段落【0002】)、
「衝撃吸収部材に要求される特性の1つは、上記公報にも記載されているように、部材が押出軸方向に荷重を受けたとき形材全体がオイラー座屈(形材全体がくの字形に曲がる座屈)を起こさず割れを発生することなく蛇腹状に収縮変形することである。」(段落【0003】)、
「押出軸方向に圧縮の衝撃荷重あるいは圧縮の静的負荷を受けたとき、割れを発生することなく蛇腹状に収縮変形し、その衝撃荷重及び静的負荷を吸収する作用を持つとともに、合金が発揮し得る引張強さあるいは耐力を犠牲にすることなく、なおかつ圧壊性能が伸びの値に特に依存することもない、圧壊性能に優れたAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材を得ることを目的とする。」(段落【0005】)、
・摘示3-3:「本発明に関わるAl-Mg-Si系合金として、主要合金元素として上記のMgとSiを含み、必要に応じてCｕ、Ti、Mn、Cｒ、Zｒ等を含み、残部Al及び不純物からなる組成を挙げることができる。Cｕはその添加量に応じ、合金の引張強さ及び耐力を高める働きがあるが、その反面、耐食性、耐応力腐食割れ性を低下させるとともに、溶接時にはミクロフィッシャー(溶接される母材とビードとの界面近傍に発生する細かな内部割れ)と呼ばれる溶接欠陥を発生させやすくする。そのため、一般にAl-Mg-Si系合金にCｕを添加元素として配合するときは、ミクロフィッシャーを発生させないため0.4%を上限としている。」(段落【0013】)、
「また、本発明の押出形材においては、Ti又はT5調質下でCｕ含有量が0.4%を越えると押出軸方向の変形により割れが発生しやすくなり、T6調質下では0.2%を越えると割れが発生しやすくなる。T6調質下で圧壊割れを防止できる組成範囲が狭くなるのは、先にMg2Si及びSiに関して述べたと同様の理由による。以上の理由により、前記のようにCｕ含有量を0.4%以下又は0.2%以下(いずれも0%を含む)に制限した。なお、Cｕを添加して強度向上の効果を得るためには0.1%以上添加するのが好ましいが、この系の合金に容認される不純物として0.1%未満含有されていてもよい。」(段落【0014】)、
「Cｒは粒界のピン止め効果があり、押出形材のファイバー組織を安定化する働きがあることから、適宜添加される。・・・ZｒはCｒと同様粒界のピン止め効果があり、押出形材のファイバー組織を安定化する働きがあることから、適宜添加される。」(段落【0017】)、
そして、表1に実施例合金の化学成分が、表2、表3、表4に、各試験片につき測定した引張性質と圧壊特性及びマクロ組織が示されている。

◎甲第4号証:住友軽金属技報 第37巻第3号、第4号〔1996〕第84頁〜94頁
「アルミ二ウム合金押出形材のエネルギー吸収特性」と題する論文において
「1.はじめに 衝突時の衝撃を吸収する自動車用フロントサイドメンバーは一般に薄肉箱形形状であり、該部材としてアルミニウム合金押出形材が使用される。種々の断面形状を持つアルミニウム合金押出形材のエネルギー吸収特性を静的及び動的試験の両方で調査した。」旨(第84頁)
「3.〜6.自動車車体構造の衝突安全性のために、エネルギー吸収特性が重要であることが記載され、自動車構造部材フロントサイドメンバー用アルミニウム合金押出形材のエネルギー吸収特性を種々の断面形状の押出形材について軸方向の動的試験を行った。試験用台車の前部に長さ380mmの試験体を取り付けてバリア試験を実施し、予変形有り無しの場合の蛇腹変形可能の有無が、試験体断面形状ごとに調べられた。」旨記載され、図19にバリア衝突時の押出材変形状況が、表10にバリア衝突試験結果が、そして、表11に角度付きバリア試験結果が示されている。(第91〜94頁)
「7.まとめ サイドメンバーを対象として、アルミニウム合金押出形材の静的及び動的圧縮試験を行いエネルギー吸収特性を評価した結果、特に日型形材にて良好な特性が得られた。」(第94頁)

◎甲第5号証:(社)軽金属協会 自動車委員会編、自動車技術展「人とくるまのテクノロジー展’96」出展報告書、平成8年8月発行、第20〜27頁
「アルミ:欧米における自動車用スペースフレームの動向」と題して、
「アルミの特徴である押出形材を大巾に利用したアルミスペースフレーム(以下ASFと略す)車の開発が現在、欧米で盛んに行われており、2年前に世界初のASFの量産車として登場したAｕdiA8は記憶に新しい。」(第20頁左欄中段)、
「アルミの押出形材を大幅に採用したAｕdiA8のアルミスペースフレーム車において軸圧縮による衝突エネルギー吸収性が優れていること。」(第21頁左欄4行、7〜10行、下3〜1行)、
「AｕdiA8には、構造材に、6000系合金(Al-Mg-Si系合金)が使用されていること。」(第23頁の表2)が記載されている。

◎甲第6号証:アルミニウムハンドブック(第2版)軽金属協会 昭和57年9月30日発行
アルミニウムハンドブックの表2.1には、6061合金、6N0I合金等の6000系合金としてJIS規格の合金組成が示されている。
表2.1〔14頁〕の6061合金の組成は、Mg:0.8〜1.2%、Si:0.40〜0.8%、Cｕ:0.15〜0.40%、Ti:0.15%以下、Zn:0.25%以下、Mn:0.15%以下、Cｒ:0.04〜0.35%、Fe:0.7%以下、残部Alである。
そして、6N01合金の組成は、Mg:0.40〜0.8%、Si:0.40〜0.9%、Cｕ:0.35%以下、Ti:0.10%以下、Zn:0.25%以下、Mn:0.50%以下、Cｒ:0.30%以下、(Mn+Cｒ):0.50%以下、Fe:0.35%以下、残部Alである。
他に、6101,6003,6151,6063合金の組成も記されている。

◎甲第7号証:軽金属車両委員会報告書 昭和53年〜昭和58年 〔昭和59年7月15日発行〕
「新しい構造用Al-Mg-Si系合金」と題する論文において、
第106頁表1に、押出性や耐食性に優れるAl-Mg-Si系合金である6005系構造用合金(6005合金はJISの6N01合金に相当する)の化学組成が、そして、6005系構造用合金であるMR670とMR673の化学組成も示されている。
また、第111頁第1〜17行に、MR670、MR673においては、MnとZｒの複合添加により繊維組織が極めて強く発達する旨記載されている。
(以下、上記古河電気工業提示の甲第1〜甲第7各号証を各甲1〜甲7という。)

3-4.判断
3-4-1.本件請求項1発明について
本件発明は、サイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材にして、歪み速度1000/ｓで引張試験を実施したときの引張強さが150N/mm2以上、400N/mm2以下であって、高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるものである。
他方、甲1には、Al形材を自動車用の構造部材に使用する際の6000系合金の衝撃変形時の挙動及び調質条件との関係が調べられており、甲1で使用した供試材L、M、Nは、Table1に示すようにAl-Si-Mg系合金である(摘示1-1)。
この調査の結果、圧縮若しくは引張変形時の応力と変形歪み速度の関係は、特に高速衝撃変形時に応力は高くなり、衝撃変形時のエネルギー吸収量は大きくなることが示されている。
そして、Fig.4の引張応力-歪線図によれば、合金N材のT6材の1000/ｓでの衝撃変形時における引張変形応力は250MPa〜約375MPaであり、また、Fig.1〜3の各種供試材を圧縮試験した場合の結果によれば、衝撃変形1000/ｓでの流動応力は約170MPa〜約370MPaの値である(摘示1-3,1-2)。
また、甲2の記載においても甲1と同様に、Al-Mg-Si系合金の1000/ｓ高速変形時の引張強さは350MPa程度であることが知られる。
してみれば、甲1に例示の押出棒材或いは甲2使用材の歪み速度1000/ｓにおける変位-加重線図での引張強さは、本件規定で規定する150N/mm2〜400N/mm2の範囲内のものと認められ、本件規定の数値範囲のAl-Mg-Si系合金押出材は公知のものと認められる。
しかして、本件発明の押出形材では、上記歪み速度1000/ｓの衝撃変形時での引張強さの他に、高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるという押出形材の用途と特性をも規定しているが、上記のように6000系のAl-Mg-Si系Al押出形材を自動車のサイドメンバーやバンパーステイなどの衝撃吸収部材として使用すること、そして、該衝撃吸収部材は、荷重を受けたとき形材に割れを生ずることなく蛇腹状に収縮変形することが要求されており(摘示3-2)、また、甲4にも、静的試験を実施した4種類の形状のアルミニウム合金押出材について、動的試験により衝突の際の特性を評価し、蛇腹変形可能の有無が調べられている、さらに、既に実用化量産されている車であるAｕdiA8には、Al-Mg-Si系合金である6000系アルミ二ウム合金押出形材が自動車の構造材として使用されていること(甲5)を考慮すると、本件押出形材のこれら部材への適用は公然実施されていた量産技術、周知技術ともいえるものであって、本件で規定される用途及び特性は、Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材からなる自動車の衝撃吸収部材が当然具備すべき周知の事項である。
そして、上記甲1〜5にも記載のように、これらの部材への適用に際し、アルミニウム合金形材の使用や衝撃変形時の吸収エネルギーの点は既に検討すべきものとされており、本件で規定する程度の引張強さを有するAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出材は公知であるから、甲1及び甲2に例示の衝撃変形時、即ち歪み速度1000/ｓでの引張強さの値を参考にして、本件発明のように押出形材の引張強さの適正値を求め、その下限値及び上限値を定めることは、当業者が適宜に実験し確認することによって容易になし得るものと認められる。
3-4-2.本件請求項2発明について
本件請求項2発明は、請求項1発明のAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材に含まれるMg量及びSi量を、Mg:0.2〜1.6%(ｗｔ%,以下同じ)、Si:0.2〜1.8%と規定するが、甲1,甲2,甲3,甲6,甲7各刊行物に記載のAl-Mg-Si系アルミニウム合金は、本件合金組成の規定を満足するから、このような規定を加えても上記請求項1発明と同様に判断される。

3-4-3.本件請求項3発明について
本件請求項3発明は、Al-Si-Mg系合金の成分組成を規定するが、甲7に示されるAl-Mg-Si系合金であるMR673は、請求項3の合金成分組成の規定を満足しているし、また、甲7に記載のファイバー組織を発達させるZｒの作用を参考にすれば、甲6のJIS規定合金や甲7の6005A合金にZｒを所定量添加して本件規定の合金とすることは当業者が適宜になし得ることであるし、さらにまた、甲3に示される合金成分(摘示3-1)と詳細な説明の項に記載される各成分の作用(摘示3-3)の記載からも適宜に設定できるものと認められる。
したがって、本件請求項3発明も上記請求項1発明と同様に判断される。
4.むすび
以上のとおりであるから、本件請求項1〜3に係る発明は、上記刊行物甲1〜甲7に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであり、本件発明についての特許は特許法第29条第2項の規定に違反してされたものである。
したがって、本件発明についての特許は、特許法第113条第2号に該当し、取り消されるべきものである。
よって、結論のとおり決定する。
 
発明の名称 (54)【発明の名称】
衝撃エネルギー吸収特性に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】 歪み速度1000/ｓで引張試験を実施したときの引張強さが150N/mm2以上、400N/mm2以下であることを特徴とする高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項2】 Mg:0.2〜1.6%(ｗｔ%、以下同じ)、Si:0.2〜1.8%を含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1に記載された高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項3】 上記Al-Mg-Si系アルミニウム合金が、Mg:0.35〜1.1%、Si:0.5〜1.3%、Cｕ:0.15〜0.7%、Ti:0.005〜0.2%、Zｒ:0.06〜0.2%を含み、さらにMn:0.05〜0.5%、Cｒ:0.05〜0.15%のいずれか1種又は2種を含み、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1又は2に記載された高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム合金押出形材に関し、より詳しくは、形材の押出軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けたとき、その衝撃荷重を吸収する作用を持ち、特に自動車用構造部材、例えばサイドメンバーやバンパーステイ等に好適に適用されるアルミニウム合金押出形材に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境保護の観点から、低燃費車、電気自動車の開発に注目が集まっているが、その達成のためには車体の軽量化は必須である。一方、安全基準への対応や車体性能の向上のため、車体重量は増加する傾向にある。このような状況の中、アルミニウム合金押出形材は、鉄に比べその比重が約1/3であること、優れたエネルギー吸収性を有すること、さらには断面形状の自由度が高いことから、自動車のバンパー補強材、フレーム等に採用され、自動車部材における需要が伸びている。
自動車構造部材の中でも、特に自動車フレーム用としては、衝突時、蛇腹状に変形し高い効率で衝撃エネルギーを吸収することが要求される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
自動車フレーム用としては、比較的強度が高いAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材が主として検討されている。しかし、これまでのエネルギー吸収特性の評価は、通常、例えば特開平7-118782号公報に記載されているように、押出形材を所定長さに切断し、数10mm/分の圧縮速度で軸方向に圧縮して座屈変形させ、そのときの荷重-変位曲線からエネルギー吸収量を求め、また目視により割れの有無を観察することで行われている。従って、従来のAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材が優れたエネルギー吸収特性を示したとしても、それはあくまで準静的な圧縮条件下でのエネルギー吸収特性に過ぎない。
一方、実際の衝突時の変形は非常に大きな変形速度で生じる。そして、Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出材の場合も一般の材料と同様に、高速で変形した場合、低速で変形した場合と比較し強度が変化する。そのため、前記のように準静的に圧縮変形させた場合に優れたエネルギー吸収特性を示すものでも、高速で圧縮変形させた場合、圧壊割れが発生し、エネルギー吸収特性が変化してしまうことが多くある。
【0004】
従って、実際の衝突時において有効な自動車フレーム材を得るには、高速で圧縮変形させたとき優れたエネルギー吸収特性を示すアルミニウム合金押出形材を得る必要がある。
本発明は、このような要請に応えるためなされたもので、実際の衝突時のような高速で軸方向に変形が生じる場合に圧壊割れが発生せず、かつエネルギー吸収量が大きい、エネルギー吸収特性に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材を得ようというものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高速圧縮変形時のエネルギー吸収特性に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材を開発すべく種々実験研究を行う過程で、高速で引張試験を実施した場合の引張強さが、高速圧縮変形時のエネルギー吸収特性と密接な関係があることを見いだし、それをもとに本発明を得ることができた。
すなわち、本発明は、Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材において、歪み速度1000/ｓで引張試験を実施したときの引張強さが150N/mm2以上、400N/mm2以下、望ましくは200N/mm2以上、370N/mm2以下であることを特徴とし、この条件を満たすときAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材は、高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し、優れた衝撃エネルギー吸収特性を示す。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明では、高速引張試験の引張速度として歪み速度1000/ｓを選択し、その条件で引張試験を実施したときの引張強さを、高速圧縮変形時のエネルギー吸収特性を表す指標とした。ここで、歪み速度1000/ｓでの高速引張試験は、自動車が約30〜40km/hで衝突したときに変形する材料の歪み速度に相当する。自動車の衝突挙動は時速30〜40kmで検討しておけば、それ以上の速度で衝突した場合においても同様の挙動を示す。
そして、歪み速度1000/ｓでの引張強さが150N/mm2に満たないとき、高速で圧縮変形させたときのエネルギー吸収量が小さく、また自動車構造部材として必要な強度を満たさない。一方、歪み速度1000/ｓでの引張強さが400N/mm2を越えるとき、高速で圧縮変形させたときに圧壊割れが発生してしまい、エネルギー吸収部材として不適当である。
【0007】
本発明に係るAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材において、結晶組織を繊維状組織(ファイバー組織)とすることが望ましい。ここで、ファイバー組織とは押出材に見られる熱間加工組織で、押出方向に長くのばされた結晶粒組織のことである。
なお、材料が変形するときの材料内の歪みは転位の動きによって導かれるが、この転位は結晶粒界等の金属結晶の並びが不規則な部分は転位による格子のずれが蓄積し歪みが集中することになる。従って、材料内での転位の分布すなわち歪みの分布は、結晶粒径が細かい方が材料全体の中で均一になりやすい。そして、高速衝突時に割れの発生を抑制するためには、変形歪みを材料内で均等にさせる必要がある。再結晶を抑制し、ファイバー組織、すなわち粒界を細かな状態に保持することによって変形歪みを材料内に均等に分布させることができ、高強度とともに耐圧壊割れ性を向上させ、エネルギー吸収量を大きくすることができる。
【0008】
本発明に係るAl-Mg-Si系合金は、Mg、Siを主成分とする析出硬化型合金である。好ましい組成として、Mg:0.2〜1.6%、Si:0.2〜1.8%、必要に応じて、▲1▼Cｕ:1.0%以下、▲2▼Ti:0.005〜0.2%、▲3▼Mn:0.05〜0.5%、Cｒ:0.01〜0.2%、Zｒ0.01〜0.2%のいずれか1種又は2種以上、以上▲1▼〜▲3▼のいずれかを単独又は適宜組み合わせて含み、残部Al及び不可避不純物からなる組成を挙げることができる。このうち特に望ましい組成は、Mg:0.35〜1.1%、Si:0.5〜1.3%、Cｕ:0.15〜0.7%、Ti:0.005〜0.2%、Zｒ:0.06〜0.2%を含み、さらにMn:0.05〜0.5%、Cｒ:0.05〜0.15%のいずれか1種又は2種を含む組成である。なお、不純物としてFeは0.7%以下、その他の不純物は0.05%以下、合計で0.15%以下であれば、この合金の特性に影響を及ぼすことはない。
【0009】
各成分の限定理由はつぎの通りである。
(Mg、Si)
MgとSiは結合してMg2Siを形成することにより合金強度を向上させる。しかし、Mg:0.2ｗｔ%未満、Si:0.2ｗｔ%未満では自動車構造材として十分な強度が得られない。一方、Mg:1.6ｗｔ%以上、Si:1.8ｗｔ%以上では、粒界への析出物が多くなり圧壊割れが生じやすくなる。より望ましい範囲は、Mg:0.35〜1.1%、Si:0.5〜1.3%である。
(Cｕ)
Cｕは、その添加量に応じて合金の強度を上昇させる作用があり、適宜添加される。この作用を得るには、0.1ｗｔ%以上添加するのが好ましい。しかし、添加量が1ｗｔ%を越えると、耐食性、応力腐食割れ性及び溶接性が低下する。従って、Cｕを添加する場合は1.0ｗｔ%を上限とするのが望ましく、特に望ましい範囲はCｕ:0.15〜0.7%、さらに0.30%〜0.60%である。
【0010】
(Ti)
Tiは溶解鋳造時に核生成し鋳造組織を微細にする作用があり、適宜添加される。その効果は0.005%以上の添加で顕著となり、0.2ｗｔ%を越えると粗大な化合物を生成し圧壊割れ性悪化の原因となる。そのため、添加量は0.005〜0.2%とするのが望ましい。より望ましくは0.01〜0.1%である。
【0011】
(Mn、Cｒ、Zｒ)
Mnは合金の再結晶化を抑制し組織の微細化に効果があり、この性質から押出形材のファイバー組織を安定化する働きがある。これらの効果は、0.05%以上の添加で顕在化してくるが、0.5%を越えると熱処理時のMgの拡散を抑制し、熱処理性を悪化するとともに粗大な化合物を生成し、圧壊割れの原因となる。そのため、Mnを添加する場合は、添加量は0.05〜0.5ｗｔ%とするのが望ましい。
Cｒは粒界のピン留め効果があり、押出形材のファイバー組織を安定化する働きがあるため、適宜添加される。その効果は、0.01%以上の添加で顕在化してくるが、0.2%を越えて添加した場合、押出加工時の初期圧力を著しく高めてしまうため実用的でなく、その添加量は、0.01〜0.2%が好適である。
Zｒは、粒界のピン留め効果があり、押出形材のファイバー組織を安定化する働きがあることから適宜添加される。その効果は0.01%以上の添加で顕在化してくるが、0.2%を越えて添加してもファイバー組織を安定化する効果がそれ以上上がらないため、その添加量は0.01〜0.2ｗｔ%が好適である。
なお、所定量以上のZｒを添加した場合、過時効処理した場合の圧壊割れ性の改善効果が大きい。また、ZｒはMn、Cｒに比べてプレス焼入れ性の低下が小さく、Cｒは押出材の表面性状を著しく悪化させるので、これら3種の元素のうちではまずZｒを添加し、さらにMn又は/及びCｒを添加するのが望ましい。この場合、Zｒの作用を十分発揮させるため、Zｒ:0.06〜0.2%とし、さらにMn:0.05〜0.5%、Cｒ:0.05〜0.15%の範囲とする。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、比較例と比較して説明する。
まず、下記表1に示す組成のアルミニウム合金ビレット(直径155mm)を通常の方法により溶製した。
【0013】
【表1】

【0014】
次に、これらの鋳塊に対して、約550℃の温度で4時間の条件で均質化処理を施した。その後、押出温度が500℃、押出速度が5m/分の条件で各ビレットを押出加工し、直ちに水冷(平均冷却速度12000℃/分)又は空冷(平均冷却速度190℃/分)し、断面(外形)が70×50mm、肉厚が2mmの角パイプを製造した。その断面を図1に示す。この角パイプに対して、人工時効処理を施し供試材とした。処理条件を表2に示す。
【0015】
【表2】

【0016】
これらの供試材から長手方向に特開平10-318894号公報に開示されたJIS5号試験片をベースとする試験片を採取し、同公報に開示された計測方法で、歪み速度1000/ｓでの引張試験を実施した。その結果を表3に示す。
また、各供試材(長さ200mm)について高速で圧壊試験を行った。図2は圧壊試験方法を示す模式図である。落錘2(200kgf)により供試材1の軸方向に荷重を加え、ロードセル3で荷重を測定した。そのときの落錘の速度は約50km/hである。そして、この試験結果に基づいて変位-荷重線図を作成し、この変位-荷重線図から、変位量が100mmまでの範囲でエネルギー吸収量を測定し、2000J以上のものを○、それ未満を×と評価した。同時に圧壊した供試材の圧壊割れ性を目視で判定し、分断割れの発生していないものを○、分断割れが発生したものを×と評価した。この結果を表3にあわせて示す。
さらに、これらの結果からサイドメンバー等の自動車用部品の材料としての適性を評価した。その結果も表3にあわせて示す。これは、エネルギー吸収量及び圧壊割れ性の両方の特性が優れているものを○、いずれかの特性が劣るものを×と評価した。
【0017】
【表3】

【0018】
本発明の規定を満たす供試材Nｏ.1〜4は蛇腹状に変形し、表3から明らかなようにエネルギー吸収量と割れ性が共に良好であり、サイドメンバー等の自動車用部品の材料としての適正があることが分かる。このうちNｏ.1は過時効処理材であり、特に高強度、高エネルギー吸収量において優れた耐圧壊割れ性を示している。一方、Nｏ.5はエネルギー吸収量が、Nｏ.6は割れ性がそれぞれ劣り、適性がないことが分かる。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、高速で変形した場合に優れたエネルギー吸収特性を有し、例えばサイドメンバー等の自動車構造部材の材料として好適なアルミニウム合金押出形材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例に用いた押出形材の断面形状を示す図である。
【図2】 実施例で行った高速圧壊試験の説明図である。
【符号の説明】
1 供試材
2 落錘
3 ロードセル
 
訂正の要旨 ▲1▼ 訂正事項 a (特許請求の範囲の減縮)
特許明細書の特許請求の範囲の請求項1乃至3を次のよりに訂正する。訂正箇所にアンダーラインを付している。
「【請求項1】 歪み速度1000/ｓで引張試験を実施したときの引張強さが150N/mm2以上、400N/mm2以下であることを特徴とする高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項2】 Mg:0.2〜1.6%(ｗｔ%、以下同じ)、Si:0.2〜1.8%を含むAl-Mg-Si系アルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1に記載された高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。
【請求項3】 上記Al-Mg-Si系アルミニウム合金が、Mg:0.35〜1.1%、Si:0.5〜1.3%、Cｕ:0.15〜0.7%、Ti:0.005〜0.2%、Zｒ:0.06〜0.2%を含み、さらにMn:0.05〜0.5%、Cｒ:0.05〜0.15%のいずれか1種又は2種を含み、残部Al及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項1又は2に記載された高速圧縮変形時に蛇腹状に変形し押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるサイドメンバー又はバンパーステイ用Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材。」
▲2▼ 訂正事項b (特許請求の範囲の減縮)
特許明細書の特許請求の範囲の請求項4を削除する。
異議決定日 2002-02-12 
出願番号 特願平11-56368
審決分類 P 1 651・ 121- ZA (C22C)
最終処分 取消  
前審関与審査官 小川 武  
特許庁審判長 小野 秀幸
特許庁審判官 綿谷 晶廣
柿沢 恵子
登録日 2000-06-16 
登録番号 特許第3077976号(P3077976)
権利者 株式会社神戸製鋼所
発明の名称 押出軸方向の衝撃エネルギー吸収特性に優れるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出形材  
代理人 大川 宏  
代理人 香本 薫  
代理人 香本 薫  
代理人 飯田 敏三  
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