マグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法
【課題】製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす１ｍｍ程度の板厚であっても歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもち、さらに、一般的なプレス成形では成形不可能なボス、リブ、ヒンジ等が板材上に容易に成形可能であり、ボス・リブの品質が高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属から成形された突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【解決手段】マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属から成形された突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法、さらに詳しくは、板状部材にボス、リブ、ヒンジ等の突出部を高密度にかつ高精度な位置・寸法で設けたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、例えば、携帯用端末等の電子機器において多機能化が進み、これに伴い電子機器は、内部回路部品、操作部材、表示部材等が高密度化されて装着されている。一方、需要者は、電子機器に軽量・小型・優れた意匠性に関する強い要望を持っている。また、電子機器は、当然に、高密度化した内部部品が本体部材に強固に保持され、内部回路等が外部の衝撃から保護されることが要求されている。
【０００３】
［従来技術］
これらの要望を満たす従来技術として、電子機器の外装部品やフレームは、複雑な形状の成形の容易さから、エンジニアリングプラスチック(PPS、ABS、PC、PC/ABS)を代表とする樹脂の射出成形品が使用されている。さらに、アルミニウムおよびその合金、ステンレス鋼、チタンおよびその合金、マグネシウム合金のプレス成形品、もしくはアルミニウムおよびその合金やマグネシウム合金をダイカストやチキソキャステイングの鋳造により成形されたものが使われている。
【０００４】
上述した樹脂材料による電子機器用部品については、強度が低い問題がある。ノートＰＣ等は、満員電車の中など天板を圧迫するような場面があり、強度が低いと、筐体がたわみ、ディスプレイ部を破壊することがある。携帯電話などでは落下することがあり、強度が低いと筐体そのものが破損することがある。また、電子機器では装置内部で熱が発生し、ファンやフィンなどにより放熱しているが、樹脂筐体では熱が放散しにくいため、高集積化の妨げとなっている。
【０００５】
さらに、電子機器は電磁波を発生するが、これが遮断できないと、人体に有害となる。樹脂では電磁波を遮断できないため、筐体内面に金属めっきなどを施しているが、その分コスト高である。一方、金属筐体では樹脂に比べ強度が高く、熱伝導がよいため放熱性にも優れる。また、金属筐体は、導電率が高いため電磁波遮蔽性もよくなる。すなわち、金属筐体では筐体そのものがアースの役割を果たし、電磁波を吸収する。
【０００６】
以上の観点から近年は、樹脂材料に替えて、ステンレスやアルミニウムなどが筐体用の材料として用いられている。しかし、近年、携帯用電子機器では、小型化、軽量化の要求が高まっており、ステンレスは比重が大きく大幅な軽量化は不可能であり、アルミニウムは強度が低くリサイクル性も劣っている。
【０００７】
ステンレスやアルミニウムに替わる材料として、マグネシウムが注目され始めた。マグネシウムは、比重が鉄の１／４、アルミの２／３と非常に軽量である上、比強度、比剛性が非常に高い。比強度、比剛性が高い材料では、等重量の他の部材と比較した場合、強度、剛性が最も高くなる。また、同じ強度、剛性を持つ他の部材と比較した場合、最も軽量になる。この後者の特性を生かして、マグネシウム合金を電子機器筐体に適用し、軽量化を達成している。マグネシウム及びマグネシウム合金を使用した当初は、ダイカストやチキソキャスティングなどの鋳造法に依っており、板厚も１ｍｍ程度と厚く、歩留まりもよくなかった。
【０００８】
一方、最近になって軽量化の要求がさらに厳しくなり、材料板厚も１ｍｍより薄くする必要が出てきた。鋳造法ではそのような薄板を歩留まりよく生産することは産業上不可能であり、圧延による薄板材料が注目されるようになった。しかし，この場合，薄いことによる剛性不足が問題となるため、補強板や表面にプレス成形で凹凸を付けることで剛性を確保している．しかしながら，補強板の使用は、そのものの部品代がかかる上に、重量も重くなる。さらに、その加工と組み付けの工程を要するため、生産性とコストの面からも好ましくない。プレス成形による凹凸の付与は，成形時には曲げ及び張出の部位にてクラック等の欠陥を生ずることがある。
【０００９】
金属構造体及び金属を主構造材料とする構造体の特に製造に係る従来技術として、以下のものがある。磁気記録再生装置に関するが、金属板のプレス成形を用い、金属板に対して樹脂を射出成形することによって、ボスやリブを成形するアウトサート成形が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【００１０】
これらは、樹脂の射出成形を複合したもので複雑形状の成形が可能である。しかし、基本的に低強度の樹脂を局所的に成形するために、樹脂部が大型化する可能性がある。また、異種材料による成形であることから、リサイクル性に劣るといった欠点を有する。
【００１１】
さらに他の従来技術として、貫通孔を有したアルミ板と樹脂部を一体成形することによって、樹脂部の反対側に貫通孔で一体的に連結したリブ及びボスを同時に成形し、アルミ板の端部に沿ってアルミ板が根本に所定寸法くい込むように外枠も同時に一体成形した構造を構成する。樹脂部品の一部に金属板を用いるインサート成形法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
アウトサート成形と同様に、大型化や低リサイクル性などの欠点を有する。
【００１２】
さらに他の従来技術として、マグネシウム合金製鍛造薄肉筐体の製造方法であって、マグネシウム合金素材を粗鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．０ｍｍ以下の筐体に成形し、前記筐体にトリミング及び機械加工を施し、その後前記筐体の全面に特殊複合陽極酸化皮膜処理を行う、プレスフォージングすなわち板鍛造の応用技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
さらにまた、マグネシウム合金製薄板素材を鍛造で成形してなることを特徴とするマグネシウム合金製薄肉成形体が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
さらにまた、マグネシウム合金製鍛造薄肉成形体の製造方法として、マグネシウム合金薄板素材を好ましくは荒鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．５ｍｍ以下の成形体に成形し、この成形体の必要部分にトリミング及び機械加工を施し、打ち抜き穴を有する成形体を得る方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１３】
これらの従来技術は、プレスフォージングといった鍛造の応用技術を用いて、プレス成形と同時にボスやリブの成形を同時に行うものである。すなわち、これは、ボスやリブを素材をプレス成形することによって形成するから、重量増をもたらさず、さらに、リサイクル性にも優れている。
しかし、薄板の鍛造を行う場合には、板厚が薄くなるに従い鍛造圧力が高くなることが一般的に知られており、小型の成形品を成形するにも大型プレスが必要となる。このことから、大型の部材を鍛造により成形することは、産業上実用性がない。また、マグネシウム合金に限定した場合、３５０℃以上の高温で成形する必要があることから、離型や潤滑も特殊となり、金型寿命も短くなる欠点を有する。さらに、生産コストが非常に高くなる。
プレスフォージングは、特に、潤滑のために二硫化モリブデンの焼き付け塗装を行い、成形後にダイカストやチキソキャステイングと同様にショットによる剥離を行わなければならない。プレスフォージングはさらに、ボスやリブを成形した部分の裏面に、引けが生じるおそれがある。
【００１４】
さらに他の従来技術として、インサート部品は、化粧面を兼ねた圧延材を所望の形状にプレス成形したものであり、鋳造体は上記インサート部品を用いて、インサート成形により形成される。鋳造体は、構造体のリブやボスとなり、インサート部品と鋳造体とは前記インサート成形の際に溶着される（例えば、特許文献７参照）。
【００１５】
この特許文献７に記載された技術は、マグネシウム合金板材の表面に、同種金属を鋳造によりボスやリブを溶着により成形する技術である。また、一般的な重力鋳造を用いていることから、溶湯の湯流れ性や金型温度に鋳造条件が大きく制限される。すなわち、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形は、湯回り不足により成形不可となる可能性が高く、できたとしても低歩留まりとなる可能性が高い。
さらに，溶着により成形することから、必然的に基材の一部は溶融し、製品形状や外観を著しく損なう恐れが高い。また、溶着界面の酸化を防ぐためにアルゴンなどの不活性ガスを用いているが、鋳造中の脱ガスルートがなく、ブローホール、引け巣などの内在欠陥の残留は不可避である。
【００１６】
【特許文献１】特開平７−６５３３２号
【特許文献２】特開平５−２２０７６１号
【特許文献３】特開平５−１２４０６０号
【特許文献４】特開平１１−２７７１７３号
【特許文献５】特開２００１−１７０７３４号
【特許文献６】特開２００１−１７０７３５号
【特許文献７】特開平１１−２４５０１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記従来技術の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、アースの役割を果たし、電磁波を吸収し、さらにリサイクル性に優れたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす１ｍｍ程度の板厚であっても歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもつマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明はさらに、一般的なプレス成形では成形不可能なボス、リブ、ヒンジ等が板材上に容易に成形可能であり、プレス応用技術である板鍛造よりも安価で容易に製造でき、さらに、複雑形状が成形できるダイカスト法やチキソキャスティング法での成形体よりも薄く軽く、プレス加工と鋳造で成形する技術よりも外観品質およびボス・リブの品質が高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はさらに、他の技術に比較して製造のために大型プレスを必要とせず、大型部材の製造も容易であり、また、従来のマグネシウム合金の３５０℃以上の成形温度より低い２００℃ないし３００℃で成形可能であり、離型や潤滑も従来技術で通常使用する油潤滑を使用でき、金型寿命も長く、量産化に適したマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明はさらに、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形の場合でも、湯回り不足のおそれがなく、また金属材料の溶融による外観美の損ないや、ブローホール、引け巣等の内在のおそれのないマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材に対して、マグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属を射出成形して、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板に突出部を形成することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法である。マグネシウム合金は、例えば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系のＡＺ９１やMg−Al−Mn系のAM６０である。
【００２１】
第１発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、プレス成形体、圧延体、押出し体、鍛造体、切削体の何れかであることを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、携帯電話等で使用する薄く軽量で、複雑な形状を有し、位置・寸法等高精度の加工も要求されるものを、効率的に製造することができる効果を有する。
【００２２】
前記射出成形の湯道の中間部が、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、ボス及びリブのみをマグネシウム合金薄板部材に残留させることができ、他方不要な湯道の中間部等を容易に排除することが可能である。
【００２３】
前記突出部が、ボス又はリブであって、前記射出成形の湯道の中間部が前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、不要な湯道の中間部等を容易に排除することが可能である。
【００２４】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、孔を有し、該孔を通過した前記溶融または半溶融金属が突出部を形成することを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、マグネシウム合金薄板部材とボスやリブの接合面積を大きくすることができ、製造されるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の強度を高めることができる。
【００２５】
第２発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属からなる突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体である。
【００２６】
第２発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが、拡散結合していることを特徴とする。このように構成することによって、第２発明は、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部との結合が強固になり、引け巣・肌荒等のない高品質で高精度の成形体を製造することができる。前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが溶融接合の場合、製品の形状や外観を著しく損ない、ユーザーの要求を満たすことができない恐れがある。
【００２７】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが、機械的結合していることを特徴とする。このように構成することによって、第２発明は、投錨効果により、補助的にマグネシウム合金薄板部材と突出部との接合強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によれば、アースの役割を果たし、電磁波を吸収し、さらにリサイクル性に優れたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体を構成できる効果を有する。
【００２９】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればまた、製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす０．１ｍｍから５．０ｍｍ程度の板厚であって歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもつマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。
【００３０】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればさらに、他の技術に比較して製造のために大型プレスを必要とせず、大型部材の製造も容易であり、また、ダイカスト温度は３５０℃以上になるが、プレス成形温度は従来技術より低くなり、金型寿命も長く、量産化に適したマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。
【００３１】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればさらに、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形の場合でも、湯回り不足のおそれがなく、また金属材料の溶融による外観美の損ないや、ブローホール、引け巣等の内在のおそれがなく，高い生産性で寸法精度の高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施形態のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、マグネシウム合金薄板にボスを形成する形態である。図１は、本発明によるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の成形方法を説明するためのものであって、マグネシウム及びマグネシウム合金構造体の成形装置の要部の断面を示す。成形装置１は、ダイカスト金型の可動型１１と、同じく固定型１２を有する。成形装置１は、さらに、溶湯の通り道であるランナーすなわち湯道１４を有する。湯道１４は、一端部が湯口１５に連通し、他端部はボス１６を形成するためのボスキャビテイ１７に連通している。成形に使用される被成形材であるマグネシウム合金薄板１０は、湯道１４とボスキャビテイ１７を連通する孔１８が形成されている。溶湯は、ダイカストマシン（図示せず）より矢印１９方向に圧入される。可動型１１及び固定型１２は、ヒーター（図示せず）や液体貫流加熱によって温度制御される。
【００３３】
製造工程は、以下のとおりである。可動型１１を開き、マグネシウム合金薄板１０を固定型１２にセットする。固定型１２には、マグネシウム合金薄板１０と同形状の凹みが成形されており、手動もしくはロボット等を用いて自動でセットされる。次に、可動型１１を閉じ、ダイカストマシン（図示せず）を所定の圧力まで加圧する。融点以上に加熱され溶融したマグネシウム合金を、湯口１５を介して湯道１４に圧入する。湯道１４内の気体は、溶融したマグネシウム合金が圧入されるから、脱気や不活性ガスなどの置換は不要である。
溶融したマグネシウム合金の圧入後、温度制御されている可動型１１及び固定型１２は直ちに冷却され、マグネシウム合金薄板１０にボス１６が形成された成形体が得られる。
【００３４】
図２は、上述した第１実施形態のダイカスト法を用いて、マグネシウム合金薄板２０に溶融マグネシウム合金を圧入して成形した構造体における直交する２面の断面を模式的に示す。マグネシウム合金薄板２０は、３個の丸い孔２２を有する。成形されたボス２４は、孔２２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、成形されたボス２６は、孔２２の直径と等しい直径を有し、成形されたボス２８は、孔２２の直径よりも１ｍｍ小さい直径を有する。
【００３５】
可動型１１及び固定型１２は、予め２９０℃の設定温度にした加熱媒体によって加熱される。溶融マグネシウム合金は、Alが９mass%、Znが１mass%添加されたマグネシウム合金であり，あらかじめ６２０℃に加熱溶解させられている。
製造工程は、注湯時間は１秒以下であった。湯道１４内のマグネシウム合金は、成形直後はボス２４，２６，２８の背面に着いた状態であるが、湯道１４の中間部はマグネシウム合金薄板２０とは接合していない。湯道１４内のマグネシウム合金は、ボス２４，２６，２８との連続部分を切断することによってボス２４，２６，２８のみを残留させた構造体を得ることができる。
マグネシウム合金薄板２０とボス２４，２６，２８は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合される。ここで、マグネシウム合金薄板２０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００３６】
上述と同様の構成を使って，異なる合金組成の溶融マグネシウム合金で同様の実験を行った．溶融マグネシウム合金は，Alが６mass%，Mnが０．１５mass%添加されたマグネシウム合金であり，あらかじめ６４０℃に加熱溶解させられている。可動型１１及び固定型１２は同様に２９０℃の設定温度にした加熱媒体によって加熱される。
Alが６mass%，Mnが０．１５mass%添加されたマグネシウム合金であっても，マグネシウム合金薄板２０とボス２４，２６，２８は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合された。ここで、合金組成が変化した場合でも，マグネシウム合金薄板２０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００３７】
（第２実施形態）
第１実施形態の構成を使って、ダイカストマシンの射出速度の成形に与える影響を調べるために、ダイカストマシンの射出速度を変化させて成形性の確認を行った。射出速度の変化は、ダイカストマシンの調整ダイヤルによって行った。調整の範囲は、基準速度をベースとして、＋１０％、＋２０％とした。
基準速度においては、問題なく成形可能であった。基準速度＋１０％の射出速度においては、成形体の表面に光沢が生じ、良好であった。基準速度＋２０％の速度で成形を行った結果は、成形体の光沢が減衰し、一部湯回り不良も見られた。
【００３８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、マグネシウム合金薄板にリブを形成する形態であって、図３は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第３実施形態では、マグネシウム合金薄板３０に対して、リブ状成形体３２を成形したものである。リブ状成形体３２の厚さは１ｍｍ、幅は３０ｍｍである。マグネシウム合金薄板３０に、リブ状成形体３２と同じ断面形状の溝孔３４を予め成形しておき、溶融マグネシウム合金を溝孔３４を通して圧入した。マグネシウム合金薄板部材の設置からダイカストまでの基本的な射出工程は、第１実施形態と同一である。マグネシウム合金薄板３０とリブ状成形体３２の成形体は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板３０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００３９】
（第４実施形態）
第４実施形態は、マグネシウム合金薄板にリブ状成形体を形成するが、第３実施形態のマグネシウム合金薄板に予め溝を形成することに替えて、複数の丸孔を形成し、この丸孔を通じて溶融金属を圧入してリブ状成形体を成形する形態である。図４は、マグネシウム合金薄板４０にダイカスト法を用いて成形を行った構造体の直交する二面における断面を模式的に示す。第４実施形態では、マグネシウム合金薄板４０に予め４個のリブ状成形体厚さと同一直径である１ｍｍの丸孔４４を形成する。リブ状成形体４２は、厚さ１ｍｍ，幅３０ｍｍである。溶融マグネシウム合金が丸孔４４を通してリブ状成形体４２に対応する部分に圧入した。マグネシウム合金薄板部材の設置からダイカストまでの基本的な射出工程は、第１実施形態と同一である。マグネシウム合金薄板４０とリブ状成形体４２の成形体は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板４０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００４０】
（第５実施形態）
第５実施形態は、マグネシウム合金薄板にボスを形成するが、第１実施形態のマグネシウム合金薄板に予め複数の丸孔を形成し、この丸孔を通じて溶融金属を圧入してボスを成形し、該ボスがフランジを有する形態である。図５は、上述したようにダイカスト法を用いてマグネシウム合金薄板５０に溶融マグネシウム合金を圧入して成形した構造体の直交する２面における断面を模式的に示す。マグネシウム合金薄板５０は、３個の丸い孔５２を有する。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５３は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５４が形成される。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５５は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５６が形成される。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５７は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５８が形成される。
マグネシウム合金薄板５０とボス５３，５５，５７は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板５０は、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。マグネシウム合金薄板５０とボス５３，５５，５７は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。さらに、フランジ５２，５４，５６を有することによって、接合力がさらに補強され、成形したボス５３，５５，５７のマグネシウム合金薄板５０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
【００４１】
（第６実施形態）
第６実施形態は、マグネシウム合金薄板の上側にリブを形成し、さらに下側に裏板を形成する形態であって、図６は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第６実施形態では、マグネシウム合金薄板６０に対して、上側にリブ状成形体６２を成形し、下側に裏板６４を設けたものである。リブ状成形体６２の厚さは１ｍｍ、幅は３０ｍｍである。マグネシウム合金薄板６０に、リブ状成形体６２と同じ断面形状の溝孔６４を予め成形しておき、可動型１１にリブ状成形体キャビテイ（図示せず）を設けておき、固定型１２に裏板キャビテイ（図示せず）を設けておく。溶融マグネシウム合金を、裏板キャビテイ（図示せず）、溝孔６４及びリブ状成形体キャビテイ（図示せず）に圧入する。マグネシウム合金薄板６０と裏板６４及びこれらを結合するマグネシウム合金は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。さらに、フランジ６４を有することによって、第２実施形態のマグネシウム合金構造体に比較して接合力がさらに補強され、成形したリブ状成形体６２のマグネシウム合金薄板６０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
【００４２】
（第７実施形態）
第７実施形態は、マグネシウム合金薄板の上側にリブを形成し、さらに下側に裏板も形成する形態であって、図７は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第７実施形態では、図７に示すように、マグネシウム合金薄板７０に対して、上側にリブ状成形体７２を成形し、下側に裏板７４を設け、両者を複数の丸孔７６内のマグネシウム合金で連結する。マグネシウム合金薄板７０、裏板７４及び丸孔７６内のマグネシウム合金は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されている。さらに、裏板７４を有することによって、第２実施形態のマグネシウム合金構造体に比較して接合力がさらに補強され、成形したリブ状成形体７２のマグネシウム合金薄板７０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
【００４３】
（第８実施形態）
第８実施形態は、マグネシウム合金薄板にヒンジを形成する形態であって、図８は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第８実施形態では、図８に示すように、マグネシウム合金薄板８０の端部近傍に成形した矩形の孔８２及び円形の孔８４の周囲を側面からダイカストにより鋳ぐるみ、ヒンジ８６を成形した。矩形の孔８２及び円形の孔８４の周囲をダイカストによって鋳ぐるむ領域は、それ以外の領域よりも幅が広くても狭くても良く、さらには鍛造などにより板厚を減少させても同様の結果が得られる。比較的体積の大きいヒンジ８６を成形しても、被成形材の形状変化は軽微であった。
【００４４】
第８実施形態の変形として、図９に示すように、ヒンジ８６による鋳ぐるみが、マグネシウム合金薄板８０の端部近傍の両面を鋳ぐるむ。
【００４５】
（第９実施形態）
第９実施形態は、マグネシウム合金薄板にヒンジを形成する形態であって、図１０は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第９実施形態では、図１０に示すように、マグネシウム合金薄板９０の端部近傍に成形した鍵状の突出鍵部９２の周囲を側面からダイカストにより鋳ぐるみ、ヒンジ９４を成形したものである。この突出鍵部９２の形状は、成形するヒンジの形状に合わせて形状を変化させても良く、数を増すことで接合強度を上げることができる。また、第９実施形態と同様に板面両面を鋳ぐるんでも同様の結果が得られる。
【００４６】
（比較例）
比較例として、第５実施形態図と同様の金型を使用し，被成形材としてマグネシウム合金薄板に替えて鉄板を用いて同様の成形を行った。ボスを成形する溶融金属として、マグネシウム合金を用いた。各ボスの成形性は、第５実施形態と同様であり、各成形体は外観上は良好に成形できた。成形体５３に対応するものは、引き抜き、押し込みの荷重において強く、良好な機械的特性を示した。しかし、成形体５５，５７に対応するもののボス成形方向への引き抜きについては、フランジに対応するものの作用があり強固であったが、ねじりや裏面への押し込みについては、同種合金の場合と比較して弱かった。このことから、鉄やチタンといった高融点金属に低融点金属でボスを成形する場合は、拡散相が形成されることはない。
【００４７】
以上に示した，実施例により得られた成形体の評価をまとめて表１に示した。なお、表１には比較のため、実際に生産実績のあるプレスフォージングにより得られた成形体(比較例２)も示した。
【００４８】
表１より，本発明によるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によれば、接合性や生産性が高く外観の良い成形体が得ることが理解できる。また、接合性と外観の観点から成形体形状を選択することができる。比較例１の異種金属の場合，重量増が避けられないことと，リサイクル性において問題が生じる。比較例２のプレスフォージングは，重量増こそ無いが，外観の確保および生産性すなわち大型設備の必要性・金型のコスト高に課題がある。
【００４９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による成形体の成形方法を説明するための成形装置の概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図６】図６は、本発明の第６実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図７】図７は、本発明の第７実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図８】図８は、本発明の第８実施態様のマグネシウム合金構造体の平面説明図と、平面説明図の線Ａ−Ａ’に沿った断面説明図である。
【図９】図９は、本発明の第９実施態様のマグネシウム合金構造体の平面説明図と、平面説明図の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１０実施態様のマグネシウム合金構造体の平面説明図と、平面説明図の線Ｃ−Ｃ’に沿った断面説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 成形装置
１１ 可動型
１２ 固定型
１４ 湯道
１５ 湯口
１６ ボス
１７ ボスキャビテイ
１８ 孔
３２ リブ状成形体(フランジ付き)
３４ 溝孔
５２，５４，５６ フランジ
６４ 裏板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法、さらに詳しくは、板状部材にボス、リブ、ヒンジ等の突出部を高密度にかつ高精度な位置・寸法で設けたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、例えば、携帯用端末等の電子機器において多機能化が進み、これに伴い電子機器は、内部回路部品、操作部材、表示部材等が高密度化されて装着されている。一方、需要者は、電子機器に軽量・小型・優れた意匠性に関する強い要望を持っている。また、電子機器は、当然に、高密度化した内部部品が本体部材に強固に保持され、内部回路等が外部の衝撃から保護されることが要求されている。
【０００３】
［従来技術］
これらの要望を満たす従来技術として、電子機器の外装部品やフレームは、複雑な形状の成形の容易さから、エンジニアリングプラスチック(PPS、ABS、PC、PC/ABS)を代表とする樹脂の射出成形品が使用されている。さらに、アルミニウムおよびその合金、ステンレス鋼、チタンおよびその合金、マグネシウム合金のプレス成形品、もしくはアルミニウムおよびその合金やマグネシウム合金をダイカストやチキソキャステイングの鋳造により成形されたものが使われている。
【０００４】
上述した樹脂材料による電子機器用部品については、強度が低い問題がある。ノートＰＣ等は、満員電車の中など天板を圧迫するような場面があり、強度が低いと、筐体がたわみ、ディスプレイ部を破壊することがある。携帯電話などでは落下することがあり、強度が低いと筐体そのものが破損することがある。また、電子機器では装置内部で熱が発生し、ファンやフィンなどにより放熱しているが、樹脂筐体では熱が放散しにくいため、高集積化の妨げとなっている。
【０００５】
さらに、電子機器は電磁波を発生するが、これが遮断できないと、人体に有害となる。樹脂では電磁波を遮断できないため、筐体内面に金属めっきなどを施しているが、その分コスト高である。一方、金属筐体では樹脂に比べ強度が高く、熱伝導がよいため放熱性にも優れる。また、金属筐体は、導電率が高いため電磁波遮蔽性もよくなる。すなわち、金属筐体では筐体そのものがアースの役割を果たし、電磁波を吸収する。
【０００６】
以上の観点から近年は、樹脂材料に替えて、ステンレスやアルミニウムなどが筐体用の材料として用いられている。しかし、近年、携帯用電子機器では、小型化、軽量化の要求が高まっており、ステンレスは比重が大きく大幅な軽量化は不可能であり、アルミニウムは強度が低くリサイクル性も劣っている。
【０００７】
ステンレスやアルミニウムに替わる材料として、マグネシウムが注目され始めた。マグネシウムは、比重が鉄の１／４、アルミの２／３と非常に軽量である上、比強度、比剛性が非常に高い。比強度、比剛性が高い材料では、等重量の他の部材と比較した場合、強度、剛性が最も高くなる。また、同じ強度、剛性を持つ他の部材と比較した場合、最も軽量になる。この後者の特性を生かして、マグネシウム合金を電子機器筐体に適用し、軽量化を達成している。マグネシウム及びマグネシウム合金を使用した当初は、ダイカストやチキソキャスティングなどの鋳造法に依っており、板厚も１ｍｍ程度と厚く、歩留まりもよくなかった。
【０００８】
一方、最近になって軽量化の要求がさらに厳しくなり、材料板厚も１ｍｍより薄くする必要が出てきた。鋳造法ではそのような薄板を歩留まりよく生産することは産業上不可能であり、圧延による薄板材料が注目されるようになった。しかし，この場合，薄いことによる剛性不足が問題となるため、補強板や表面にプレス成形で凹凸を付けることで剛性を確保している．しかしながら，補強板の使用は、そのものの部品代がかかる上に、重量も重くなる。さらに、その加工と組み付けの工程を要するため、生産性とコストの面からも好ましくない。プレス成形による凹凸の付与は，成形時には曲げ及び張出の部位にてクラック等の欠陥を生ずることがある。
【０００９】
金属構造体及び金属を主構造材料とする構造体の特に製造に係る従来技術として、以下のものがある。磁気記録再生装置に関するが、金属板のプレス成形を用い、金属板に対して樹脂を射出成形することによって、ボスやリブを成形するアウトサート成形が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【００１０】
これらは、樹脂の射出成形を複合したもので複雑形状の成形が可能である。しかし、基本的に低強度の樹脂を局所的に成形するために、樹脂部が大型化する可能性がある。また、異種材料による成形であることから、リサイクル性に劣るといった欠点を有する。
【００１１】
さらに他の従来技術として、貫通孔を有したアルミ板と樹脂部を一体成形することによって、樹脂部の反対側に貫通孔で一体的に連結したリブ及びボスを同時に成形し、アルミ板の端部に沿ってアルミ板が根本に所定寸法くい込むように外枠も同時に一体成形した構造を構成する。樹脂部品の一部に金属板を用いるインサート成形法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
アウトサート成形と同様に、大型化や低リサイクル性などの欠点を有する。
【００１２】
さらに他の従来技術として、マグネシウム合金製鍛造薄肉筐体の製造方法であって、マグネシウム合金素材を粗鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．０ｍｍ以下の筐体に成形し、前記筐体にトリミング及び機械加工を施し、その後前記筐体の全面に特殊複合陽極酸化皮膜処理を行う、プレスフォージングすなわち板鍛造の応用技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
さらにまた、マグネシウム合金製薄板素材を鍛造で成形してなることを特徴とするマグネシウム合金製薄肉成形体が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
さらにまた、マグネシウム合金製鍛造薄肉成形体の製造方法として、マグネシウム合金薄板素材を好ましくは荒鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．５ｍｍ以下の成形体に成形し、この成形体の必要部分にトリミング及び機械加工を施し、打ち抜き穴を有する成形体を得る方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１３】
これらの従来技術は、プレスフォージングといった鍛造の応用技術を用いて、プレス成形と同時にボスやリブの成形を同時に行うものである。すなわち、これは、ボスやリブを素材をプレス成形することによって形成するから、重量増をもたらさず、さらに、リサイクル性にも優れている。
しかし、薄板の鍛造を行う場合には、板厚が薄くなるに従い鍛造圧力が高くなることが一般的に知られており、小型の成形品を成形するにも大型プレスが必要となる。このことから、大型の部材を鍛造により成形することは、産業上実用性がない。また、マグネシウム合金に限定した場合、３５０℃以上の高温で成形する必要があることから、離型や潤滑も特殊となり、金型寿命も短くなる欠点を有する。さらに、生産コストが非常に高くなる。
プレスフォージングは、特に、潤滑のために二硫化モリブデンの焼き付け塗装を行い、成形後にダイカストやチキソキャステイングと同様にショットによる剥離を行わなければならない。プレスフォージングはさらに、ボスやリブを成形した部分の裏面に、引けが生じるおそれがある。
【００１４】
さらに他の従来技術として、インサート部品は、化粧面を兼ねた圧延材を所望の形状にプレス成形したものであり、鋳造体は上記インサート部品を用いて、インサート成形により形成される。鋳造体は、構造体のリブやボスとなり、インサート部品と鋳造体とは前記インサート成形の際に溶着される（例えば、特許文献７参照）。
【００１５】
この特許文献７に記載された技術は、マグネシウム合金板材の表面に、同種金属を鋳造によりボスやリブを溶着により成形する技術である。また、一般的な重力鋳造を用いていることから、溶湯の湯流れ性や金型温度に鋳造条件が大きく制限される。すなわち、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形は、湯回り不足により成形不可となる可能性が高く、できたとしても低歩留まりとなる可能性が高い。
さらに，溶着により成形することから、必然的に基材の一部は溶融し、製品形状や外観を著しく損なう恐れが高い。また、溶着界面の酸化を防ぐためにアルゴンなどの不活性ガスを用いているが、鋳造中の脱ガスルートがなく、ブローホール、引け巣などの内在欠陥の残留は不可避である。
【００１６】
【特許文献１】特開平７−６５３３２号
【特許文献２】特開平５−２２０７６１号
【特許文献３】特開平５−１２４０６０号
【特許文献４】特開平１１−２７７１７３号
【特許文献５】特開２００１−１７０７３４号
【特許文献６】特開２００１−１７０７３５号
【特許文献７】特開平１１−２４５０１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記従来技術の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、アースの役割を果たし、電磁波を吸収し、さらにリサイクル性に優れたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす１ｍｍ程度の板厚であっても歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもつマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明はさらに、一般的なプレス成形では成形不可能なボス、リブ、ヒンジ等が板材上に容易に成形可能であり、プレス応用技術である板鍛造よりも安価で容易に製造でき、さらに、複雑形状が成形できるダイカスト法やチキソキャスティング法での成形体よりも薄く軽く、プレス加工と鋳造で成形する技術よりも外観品質およびボス・リブの品質が高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はさらに、他の技術に比較して製造のために大型プレスを必要とせず、大型部材の製造も容易であり、また、従来のマグネシウム合金の３５０℃以上の成形温度より低い２００℃ないし３００℃で成形可能であり、離型や潤滑も従来技術で通常使用する油潤滑を使用でき、金型寿命も長く、量産化に適したマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
本発明はさらに、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形の場合でも、湯回り不足のおそれがなく、また金属材料の溶融による外観美の損ないや、ブローホール、引け巣等の内在のおそれのないマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材に対して、マグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属を射出成形して、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板に突出部を形成することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法である。マグネシウム合金は、例えば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系のＡＺ９１やMg−Al−Mn系のAM６０である。
【００２１】
第１発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、プレス成形体、圧延体、押出し体、鍛造体、切削体の何れかであることを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、携帯電話等で使用する薄く軽量で、複雑な形状を有し、位置・寸法等高精度の加工も要求されるものを、効率的に製造することができる効果を有する。
【００２２】
前記射出成形の湯道の中間部が、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、ボス及びリブのみをマグネシウム合金薄板部材に残留させることができ、他方不要な湯道の中間部等を容易に排除することが可能である。
【００２３】
前記突出部が、ボス又はリブであって、前記射出成形の湯道の中間部が前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、不要な湯道の中間部等を容易に排除することが可能である。
【００２４】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、孔を有し、該孔を通過した前記溶融または半溶融金属が突出部を形成することを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、マグネシウム合金薄板部材とボスやリブの接合面積を大きくすることができ、製造されるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の強度を高めることができる。
【００２５】
第２発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属からなる突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体である。
【００２６】
第２発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが、拡散結合していることを特徴とする。このように構成することによって、第２発明は、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部との結合が強固になり、引け巣・肌荒等のない高品質で高精度の成形体を製造することができる。前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが溶融接合の場合、製品の形状や外観を著しく損ない、ユーザーの要求を満たすことができない恐れがある。
【００２７】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが、機械的結合していることを特徴とする。このように構成することによって、第２発明は、投錨効果により、補助的にマグネシウム合金薄板部材と突出部との接合強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によれば、アースの役割を果たし、電磁波を吸収し、さらにリサイクル性に優れたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体を構成できる効果を有する。
【００２９】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればまた、製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす０．１ｍｍから５．０ｍｍ程度の板厚であって歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもつマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。
【００３０】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればさらに、他の技術に比較して製造のために大型プレスを必要とせず、大型部材の製造も容易であり、また、ダイカスト温度は３５０℃以上になるが、プレス成形温度は従来技術より低くなり、金型寿命も長く、量産化に適したマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。
【００３１】
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればさらに、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形の場合でも、湯回り不足のおそれがなく、また金属材料の溶融による外観美の損ないや、ブローホール、引け巣等の内在のおそれがなく，高い生産性で寸法精度の高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施形態のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、マグネシウム合金薄板にボスを形成する形態である。図１は、本発明によるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の成形方法を説明するためのものであって、マグネシウム及びマグネシウム合金構造体の成形装置の要部の断面を示す。成形装置１は、ダイカスト金型の可動型１１と、同じく固定型１２を有する。成形装置１は、さらに、溶湯の通り道であるランナーすなわち湯道１４を有する。湯道１４は、一端部が湯口１５に連通し、他端部はボス１６を形成するためのボスキャビテイ１７に連通している。成形に使用される被成形材であるマグネシウム合金薄板１０は、湯道１４とボスキャビテイ１７を連通する孔１８が形成されている。溶湯は、ダイカストマシン（図示せず）より矢印１９方向に圧入される。可動型１１及び固定型１２は、ヒーター（図示せず）や液体貫流加熱によって温度制御される。
【００３３】
製造工程は、以下のとおりである。可動型１１を開き、マグネシウム合金薄板１０を固定型１２にセットする。固定型１２には、マグネシウム合金薄板１０と同形状の凹みが成形されており、手動もしくはロボット等を用いて自動でセットされる。次に、可動型１１を閉じ、ダイカストマシン（図示せず）を所定の圧力まで加圧する。融点以上に加熱され溶融したマグネシウム合金を、湯口１５を介して湯道１４に圧入する。湯道１４内の気体は、溶融したマグネシウム合金が圧入されるから、脱気や不活性ガスなどの置換は不要である。
溶融したマグネシウム合金の圧入後、温度制御されている可動型１１及び固定型１２は直ちに冷却され、マグネシウム合金薄板１０にボス１６が形成された成形体が得られる。
【００３４】
図２は、上述した第１実施形態のダイカスト法を用いて、マグネシウム合金薄板２０に溶融マグネシウム合金を圧入して成形した構造体における直交する２面の断面を模式的に示す。マグネシウム合金薄板２０は、３個の丸い孔２２を有する。成形されたボス２４は、孔２２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、成形されたボス２６は、孔２２の直径と等しい直径を有し、成形されたボス２８は、孔２２の直径よりも１ｍｍ小さい直径を有する。
【００３５】
可動型１１及び固定型１２は、予め２９０℃の設定温度にした加熱媒体によって加熱される。溶融マグネシウム合金は、Alが９mass%、Znが１mass%添加されたマグネシウム合金であり，あらかじめ６２０℃に加熱溶解させられている。
製造工程は、注湯時間は１秒以下であった。湯道１４内のマグネシウム合金は、成形直後はボス２４，２６，２８の背面に着いた状態であるが、湯道１４の中間部はマグネシウム合金薄板２０とは接合していない。湯道１４内のマグネシウム合金は、ボス２４，２６，２８との連続部分を切断することによってボス２４，２６，２８のみを残留させた構造体を得ることができる。
マグネシウム合金薄板２０とボス２４，２６，２８は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合される。ここで、マグネシウム合金薄板２０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００３６】
上述と同様の構成を使って，異なる合金組成の溶融マグネシウム合金で同様の実験を行った．溶融マグネシウム合金は，Alが６mass%，Mnが０．１５mass%添加されたマグネシウム合金であり，あらかじめ６４０℃に加熱溶解させられている。可動型１１及び固定型１２は同様に２９０℃の設定温度にした加熱媒体によって加熱される。
Alが６mass%，Mnが０．１５mass%添加されたマグネシウム合金であっても，マグネシウム合金薄板２０とボス２４，２６，２８は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合された。ここで、合金組成が変化した場合でも，マグネシウム合金薄板２０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００３７】
（第２実施形態）
第１実施形態の構成を使って、ダイカストマシンの射出速度の成形に与える影響を調べるために、ダイカストマシンの射出速度を変化させて成形性の確認を行った。射出速度の変化は、ダイカストマシンの調整ダイヤルによって行った。調整の範囲は、基準速度をベースとして、＋１０％、＋２０％とした。
基準速度においては、問題なく成形可能であった。基準速度＋１０％の射出速度においては、成形体の表面に光沢が生じ、良好であった。基準速度＋２０％の速度で成形を行った結果は、成形体の光沢が減衰し、一部湯回り不良も見られた。
【００３８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、マグネシウム合金薄板にリブを形成する形態であって、図３は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第３実施形態では、マグネシウム合金薄板３０に対して、リブ状成形体３２を成形したものである。リブ状成形体３２の厚さは１ｍｍ、幅は３０ｍｍである。マグネシウム合金薄板３０に、リブ状成形体３２と同じ断面形状の溝孔３４を予め成形しておき、溶融マグネシウム合金を溝孔３４を通して圧入した。マグネシウム合金薄板部材の設置からダイカストまでの基本的な射出工程は、第１実施形態と同一である。マグネシウム合金薄板３０とリブ状成形体３２の成形体は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板３０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００３９】
（第４実施形態）
第４実施形態は、マグネシウム合金薄板にリブ状成形体を形成するが、第３実施形態のマグネシウム合金薄板に予め溝を形成することに替えて、複数の丸孔を形成し、この丸孔を通じて溶融金属を圧入してリブ状成形体を成形する形態である。図４は、マグネシウム合金薄板４０にダイカスト法を用いて成形を行った構造体の直交する二面における断面を模式的に示す。第４実施形態では、マグネシウム合金薄板４０に予め４個のリブ状成形体厚さと同一直径である１ｍｍの丸孔４４を形成する。リブ状成形体４２は、厚さ１ｍｍ，幅３０ｍｍである。溶融マグネシウム合金が丸孔４４を通してリブ状成形体４２に対応する部分に圧入した。マグネシウム合金薄板部材の設置からダイカストまでの基本的な射出工程は、第１実施形態と同一である。マグネシウム合金薄板４０とリブ状成形体４２の成形体は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板４０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
【００４０】
（第５実施形態）
第５実施形態は、マグネシウム合金薄板にボスを形成するが、第１実施形態のマグネシウム合金薄板に予め複数の丸孔を形成し、この丸孔を通じて溶融金属を圧入してボスを成形し、該ボスがフランジを有する形態である。図５は、上述したようにダイカスト法を用いてマグネシウム合金薄板５０に溶融マグネシウム合金を圧入して成形した構造体の直交する２面における断面を模式的に示す。マグネシウム合金薄板５０は、３個の丸い孔５２を有する。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５３は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５４が形成される。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５５は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５６が形成される。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５７は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５８が形成される。
マグネシウム合金薄板５０とボス５３，５５，５７は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板５０は、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。マグネシウム合金薄板５０とボス５３，５５，５７は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。さらに、フランジ５２，５４，５６を有することによって、接合力がさらに補強され、成形したボス５３，５５，５７のマグネシウム合金薄板５０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
【００４１】
（第６実施形態）
第６実施形態は、マグネシウム合金薄板の上側にリブを形成し、さらに下側に裏板を形成する形態であって、図６は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第６実施形態では、マグネシウム合金薄板６０に対して、上側にリブ状成形体６２を成形し、下側に裏板６４を設けたものである。リブ状成形体６２の厚さは１ｍｍ、幅は３０ｍｍである。マグネシウム合金薄板６０に、リブ状成形体６２と同じ断面形状の溝孔６４を予め成形しておき、可動型１１にリブ状成形体キャビテイ（図示せず）を設けておき、固定型１２に裏板キャビテイ（図示せず）を設けておく。溶融マグネシウム合金を、裏板キャビテイ（図示せず）、溝孔６４及びリブ状成形体キャビテイ（図示せず）に圧入する。マグネシウム合金薄板６０と裏板６４及びこれらを結合するマグネシウム合金は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。さらに、フランジ６４を有することによって、第２実施形態のマグネシウム合金構造体に比較して接合力がさらに補強され、成形したリブ状成形体６２のマグネシウム合金薄板６０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
【００４２】
（第７実施形態）
第７実施形態は、マグネシウム合金薄板の上側にリブを形成し、さらに下側に裏板も形成する形態であって、図７は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第７実施形態では、図７に示すように、マグネシウム合金薄板７０に対して、上側にリブ状成形体７２を成形し、下側に裏板７４を設け、両者を複数の丸孔７６内のマグネシウム合金で連結する。マグネシウム合金薄板７０、裏板７４及び丸孔７６内のマグネシウム合金は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されている。さらに、裏板７４を有することによって、第２実施形態のマグネシウム合金構造体に比較して接合力がさらに補強され、成形したリブ状成形体７２のマグネシウム合金薄板７０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
【００４３】
（第８実施形態）
第８実施形態は、マグネシウム合金薄板にヒンジを形成する形態であって、図８は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第８実施形態では、図８に示すように、マグネシウム合金薄板８０の端部近傍に成形した矩形の孔８２及び円形の孔８４の周囲を側面からダイカストにより鋳ぐるみ、ヒンジ８６を成形した。矩形の孔８２及び円形の孔８４の周囲をダイカストによって鋳ぐるむ領域は、それ以外の領域よりも幅が広くても狭くても良く、さらには鍛造などにより板厚を減少させても同様の結果が得られる。比較的体積の大きいヒンジ８６を成形しても、被成形材の形状変化は軽微であった。
【００４４】
第８実施形態の変形として、図９に示すように、ヒンジ８６による鋳ぐるみが、マグネシウム合金薄板８０の端部近傍の両面を鋳ぐるむ。
【００４５】
（第９実施形態）
第９実施形態は、マグネシウム合金薄板にヒンジを形成する形態であって、図１０は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第９実施形態では、図１０に示すように、マグネシウム合金薄板９０の端部近傍に成形した鍵状の突出鍵部９２の周囲を側面からダイカストにより鋳ぐるみ、ヒンジ９４を成形したものである。この突出鍵部９２の形状は、成形するヒンジの形状に合わせて形状を変化させても良く、数を増すことで接合強度を上げることができる。また、第９実施形態と同様に板面両面を鋳ぐるんでも同様の結果が得られる。
【００４６】
（比較例）
比較例として、第５実施形態図と同様の金型を使用し，被成形材としてマグネシウム合金薄板に替えて鉄板を用いて同様の成形を行った。ボスを成形する溶融金属として、マグネシウム合金を用いた。各ボスの成形性は、第５実施形態と同様であり、各成形体は外観上は良好に成形できた。成形体５３に対応するものは、引き抜き、押し込みの荷重において強く、良好な機械的特性を示した。しかし、成形体５５，５７に対応するもののボス成形方向への引き抜きについては、フランジに対応するものの作用があり強固であったが、ねじりや裏面への押し込みについては、同種合金の場合と比較して弱かった。このことから、鉄やチタンといった高融点金属に低融点金属でボスを成形する場合は、拡散相が形成されることはない。
【００４７】
以上に示した，実施例により得られた成形体の評価をまとめて表１に示した。なお、表１には比較のため、実際に生産実績のあるプレスフォージングにより得られた成形体(比較例２)も示した。
【００４８】
表１より，本発明によるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によれば、接合性や生産性が高く外観の良い成形体が得ることが理解できる。また、接合性と外観の観点から成形体形状を選択することができる。比較例１の異種金属の場合，重量増が避けられないことと，リサイクル性において問題が生じる。比較例２のプレスフォージングは，重量増こそ無いが，外観の確保および生産性すなわち大型設備の必要性・金型のコスト高に課題がある。
【００４９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による成形体の成形方法を説明するための成形装置の概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図６】図６は、本発明の第６実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図７】図７は、本発明の第７実施態様のマグネシウム合金構造体の直交する２面の断面説明図である。
【図８】図８は、本発明の第８実施態様のマグネシウム合金構造体の平面説明図と、平面説明図の線Ａ−Ａ’に沿った断面説明図である。
【図９】図９は、本発明の第９実施態様のマグネシウム合金構造体の平面説明図と、平面説明図の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１０実施態様のマグネシウム合金構造体の平面説明図と、平面説明図の線Ｃ−Ｃ’に沿った断面説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 成形装置
１１ 可動型
１２ 固定型
１４ 湯道
１５ 湯口
１６ ボス
１７ ボスキャビテイ
１８ 孔
３２ リブ状成形体(フランジ付き)
３４ 溝孔
５２，５４，５６ フランジ
６４ 裏板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材に対して、マグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属を射出成形して、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板に突出部を形成することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項２】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、プレス成形体、圧延体、押出し体、鍛造体、切削体の何れかであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項３】
前記射出成形の湯道の中間部が、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項４】
前記突出部が、ボス又はリブであって、前記射出成形の湯道の中間部が前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項５】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、孔を有し、該孔を通過した前記溶融または半溶融金属が突出部を形成することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項６】
マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属から成形された突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【請求項７】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属から成形された突出部とが、拡散結合していることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【請求項８】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属から成形された突出部とが、機械的結合していることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【請求項１】
マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材に対して、マグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属を射出成形して、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板に突出部を形成することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項２】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、プレス成形体、圧延体、押出し体、鍛造体、切削体の何れかであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項３】
前記射出成形の湯道の中間部が、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項４】
前記突出部が、ボス又はリブであって、前記射出成形の湯道の中間部が前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項５】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、孔を有し、該孔を通過した前記溶融または半溶融金属が突出部を形成することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法。
【請求項６】
マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属から成形された突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【請求項７】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属から成形された突出部とが、拡散結合していることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【請求項８】
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属から成形された突出部とが、機械的結合していることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２１２９８１（Ｐ２００８−２１２９８１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４０１３（Ｐ２００７−５４０１３）
【出願日】平成１９年３月５日（２００７．３．５）
【出願人】（０００２３０８６９）日本金属株式会社 (29)
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月５日（２００７．３．５）
【出願人】（０００２３０８６９）日本金属株式会社 (29)
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