マグネシウム合金部材とその製造方法
【課題】基材に補強材を生産性よく接合することができるマグネシウム合金部材の製造方法を提供する。
【解決手段】このマグネシウム合金部材の製造方法は、以下の工程を備える。接合工程：マグネシウム合金からなる板材1に金属製の補強材2を接合し、その接合箇所に有機系材料を残存させないようにする。塑性加工工程：前記補強材2が接合された板材1に塑性加工を施す。この板材1と補強材2の好ましい接合手段としては、無機系接着剤を用いることが挙げられる。板材1と補強材2との接合構造によりマグネシウム合金部材を形成するため、切削などにより補強材を形成する場合に比べて、高い生産効率にてマグネシウム合金部材を得ることができる。
【解決手段】このマグネシウム合金部材の製造方法は、以下の工程を備える。接合工程：マグネシウム合金からなる板材1に金属製の補強材2を接合し、その接合箇所に有機系材料を残存させないようにする。塑性加工工程：前記補強材2が接合された板材1に塑性加工を施す。この板材1と補強材2の好ましい接合手段としては、無機系接着剤を用いることが挙げられる。板材1と補強材2との接合構造によりマグネシウム合金部材を形成するため、切削などにより補強材を形成する場合に比べて、高い生産効率にてマグネシウム合金部材を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金部材とその製造方法に関するものである。特に、基材に補強材を生産性よく接合することができるマグネシウム合金部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノート型パーソナルコンピュータといった携帯機器類の筐体や自動車部品などの構成材料に、軽量で比強度が高いマグネシウム合金が利用されてきている。特に、近時では、マグネシウム合金部材を薄肉化することで、一層の軽量化に対応することが求められている。ところが、マグネシウム合金部材を薄肉化すると、その剛性の低下を招くため、補強材を設けることが必要になる。
【０００３】
マグネシウム合金の基材に補強材を設ける場合、切削により基材と一体の補強材を形成したり（特許文献１）、基材に補強材を接合することが考えられる。この接合の具体的な手段としては、有機系接着シートにより補強材を基材に貼り付けることが挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開2002-018626号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、切削による補強材の形成では、切削により除去されるマグネシウム合金が多いため生産効率が低くなる。また、切削屑の発生や飛散は環境や安全の面からも避けたいところである。
【０００６】
一方、有機系接着シートを用いた接合では、マグネシウム合金部材をリサイクルする際、同部材を溶解すると、有害なガスや煤煙が発生するなど環境上の問題がある。特に、板材を種々の形態にプレス加工したプレス成形体に補強材を接合する場合、プレス成形体は種々の形態であるため、安定して補強材を接合することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、基材に補強材を生産性よく接合することができるマグネシウム合金部材の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、リサイクル時に有害なガスや煤煙などが発生しないマグネシウム合金部材とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、安定して確実に補強材を接合対象に接合できるマグネシウム合金部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法は、以下の工程を備えることを特徴とする。
接合工程：マグネシウム合金からなる板材に金属製の補強材を接合し、その接合箇所に有機系材料を残存させないようにする。
塑性加工工程：前記補強材が接合された板材に塑性加工を施す。
【００１１】
この構成によれば、板材と補強材との接合構造によりマグネシウム合金部材を形成するため、切削などにより補強材を形成する場合に比べて、高い生産効率にてマグネシウム合金部材を得ることができる。また、有機系材料を残存させることなく板材と補強材とを接合することで、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することがない。そして、補強材の接合対象の形状が板材に特定されているため、複雑形状の部材に補強材を接合する場合に比べて安定して確実に補強材を接合することができる。
【００１２】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、両者の長さの比Lr／Lbが0.8以上であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、板材の大半の領域に亘って補強材を接合しているため、補強材に板材に対して補強する機能を確実に持たせることができる。
【００１４】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記補強材と板材との熱膨張係数の差が10×10-6/K以下であることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、板材と補強材との熱膨張係数の差を小さくすることで、接合工程などでの加熱により補強材が変形して、適切な位置に接合し難くなったり、接合時の加熱で膨張し、接合後の収縮でマグネシウム合金部材に大きな歪が作用したりすることを抑制できる。
【００１６】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記接合は、板材及び補強材の少なくとも一方に無機系材料による接合層を形成して行うことが挙げられる。
【００１７】
この構成によれば、無機系材料により接合層を形成することで、有機系接着剤などの有機系材料を用いる必要がない。
【００１８】
接合層を介して板材と補強材とを接合する本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記無機系材料は、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含むことが挙げられる。
【００１９】
この構成によれば、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含む接合層を形成することで、接合強度と耐熱性に優れた接合を行うことができる。
【００２０】
接合層を介して板材と補強材とを接合する本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記無機系材料は、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種からなることが挙げられる。
【００２１】
この構成によれば、特に高い耐熱性を有する接合層を介して板材と補強材とを接合することができる。
【００２２】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記接合工程では、接合箇所を80℃以上350℃以下に加熱する加熱処理を含むことが挙げられる。
【００２３】
この構成によれば、接合層に有機溶剤や水分が含有されている場合でも、これら有機溶剤や水分を除去して、実質的に無機系材料からなる接合層を容易に構成することができる。
【００２４】
本発明のマグネシウム合金部材は、上記の本発明に係るマグネシウム合金部材の製造方法により得られたことを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、有機系材料を用いないため、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することを防止できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るマグネシウム合金の製造方法によれば、板材と補強材との接合構造によりマグネシウム合金部材を形成するため、高い生産効率にてマグネシウム合金部材を得ることができる。
【００２７】
本発明に係るマグネシウム合金によれば、リサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜接合対象＞
本発明における接合対象には、板材と補強材とがある。
【００２９】
《板材》
板材は、平板状の部材である。板材が平板状であることにより、補強材を安定して強固に接合しやすい。また、板材の接合面が湾曲面であれば、補強材の接合面の湾曲状態との湾曲状態を適合するために高い加工技術が求められるが、板材が平板状であれば、補強材の接合面も平面状でよく、板材・補強材共に比較的容易に得ることができる。
【００３０】
この板材の厚さは、特に限定されないが、2.0mm以下、特に1.5mm以下、更には1mm以下が好ましい。上記範囲において厚いほど強度に優れ、薄いほど薄型・軽量な筐体に適する。マグネシウム合金部材の用途に応じて板厚を選択するとよい。
【００３１】
この板材の長さは、補強材の長さに対して過剰に長くないことが好ましい。特に、補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、両者の長さの比Lr／Lbが0.8以上とすることが望ましい。広大な板材のごく一部に補強材を接合しても、殆ど補強機能を果たせないため、補強材で板材を補強するには、板材に対してある程度広範囲に亘って補強材が接合されている必要がある。そのため、上記比Lr／Lbを0.8以上とすることで、補強材に板材の剛性を高める補強機能を十分に持たせることができる。もちろん、板材と補強材の接合面同士は、局部的な接合でもよいが、全面に亘って接合されていることが好ましい。
【００３２】
また、板材自体がある程度大きい寸法である場合に補強材を接合する必要性が高く、板材が小さければ補強する必要性が低い。そのため、板材の長さが10cm以上の場合に、補強材を接合することの有効性が高い。
【００３３】
このような板材は、マグネシウム合金からなるものとする。マグネシウム合金は、Mgに添加元素を含有した種々の組成のもの(残部:Mg及び不純物)が利用できる。例えば、Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-RE(希土類元素)系、Y添加合金などが挙げられる。特に、Alを含有するMg-Al系合金は、耐食性が高い。Mg-Al系合金は、例えば、ASTM規格におけるAZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn:0.2〜1.5質量％)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Mn:0.15〜0.5質量％)、AS系合金(Mg-Al-Si系合金、Si:0.6〜1.4質量％)、Mg-Al-RE(希土類元素)系合金などが挙げられる。Al量は、1.0〜11質量％以下が好ましく、特に、Alを8.3〜9.5質量％、Znを0.5〜1.5質量％含有し、残部がMg及び不純物からなるMg-Al系合金が好ましい。その代表例であるAZ91合金は、AZ31合金といった他のMg-Al系合金と比較して、耐食性や強度、耐塑性変形性といった機械的特性に優れる。
【００３４】
このAZ91は耐食性に優れるため、筐体の内面や筐体内部に収納される部材など、外部に露出されない箇所の部材に利用する場合、塗装をしない或いは防食被膜を形成しないことも許容できることがある。塗装や防食被膜を形成しなければ、これらの形成工程を省略できる。また、塗装などをしなければ、通常、塗料などに含まれる有機溶媒も存在しないため、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することも抑制できる。防食被膜には、化成被膜や陽極酸化膜が挙げられる。
【００３５】
そして、板材の製造工程は、特に限定されない。鋳造板、圧延板のいずれでもよい。鋳造板は、双ロール法といった連続鋳造法、特に、WO/2006/003899に記載の鋳造方法で製造した鋳造板を利用することが好ましい。圧延板は、例えば特開2007-98470号公報に記載の圧延方法で製造した圧延板を利用することが好ましい。
【００３６】
《補強材》
補強材2は、図１に示すように、板材1に接合されることで、板材1を補強する機能を有する。この補強材2の形状は、板材1を補強することができればよく、特に限定されない。理論上、平板状の補強材を板材に面接合しても良いが、実用上、板材と直交する方向に突出する突片を有する形状の補強材2を用いることが好ましい。代表的には、図１に示す断面がL型の長尺材の他、T型やI型の長尺材が挙げられる。特に、補強材を板材に接合した状態で、板材の表面から突出する補強材の高さが、板材の厚さの2倍以上となる部分を有する形状の補強材が好ましい。一般に、板材を鍛造するなどしただけでは、板材の厚さの2倍以上となる突片を板材に形成することは事実上不可能である。また、高さの低い突片を鍛造で成形したとしても、突片周囲の板材が局所的に薄くなる。しかし、本発明では、補強材の高さが自由に選択できるため、板材の厚さの2倍以上となる高さを有する補強材を板材に接合することで、高い補強性能を実現することができる。もちろん、補強材周辺の板材が薄くなることもない。
【００３７】
これら平板状の補強材、又は断面がT型、L型やI型の補強材のいずれの場合も、板材との接合片及び突片の少なくとも一方には、必要に応じて、補強材の強度を保持できる限度で適宜な貫通孔を形成してもよい。この貫通孔の形成により補強材の軽量化を図ることができる。この貫通孔は、ねじ孔として利用しても良い。
【００３８】
補強材の材質は、金属とする。補強材を金属とすることでマグネシウム合金の板材を十分に補強できるようにする。具体的には、板材の軽量性を損なわないよう、マグネシウム合金やアルミニウム合金などの軽金属が好適である。その他、チタン合金なども補強材の材質として利用できる。
【００３９】
また、補強材の材質は、板材との熱膨張係数の差が10×10-6/K以下のものとすることが好ましい。さらに、100mm以上の部材が対象の場合は熱膨張係数の差が5×10-6/K以下であることがより好ましい。板材との熱膨張係数の差が大きい材料で補強材を構成すると、接合工程などでの加熱により、補強材が膨張して、適切な位置に接合し難くなるなどの問題がある。そこで、熱膨張係数の差が小さい板材と補強材を選択することで、両者の接合作業を容易に行えるようにできる。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金とマグネシウム合金とでは、熱膨張係数差が大きい。一方、ASTMに規定されるマグネシウム合金種同士では、熱膨張係数の差は比較的小さい。板材と補強材の構成材料が合金の場合、母材が共通のものとすることが好ましい。特に、板材と補強材との組成が実質的に同じであることがより好ましい。板材と補強材の組成が実質的に同じであれば、接合箇所での電食が生じ難い。
【００４０】
補強材の製造過程は、鋳造、圧延、押出、伸線などいずれであってもよい。もちろん、補強材は、鋳造材を圧延した圧延板、押出材を圧延した圧延板、鋳造材を押出した押出材、または鋳造材を伸線した伸線材でもよい。
【００４１】
補強材の板材に対する配列パターンとしては、長尺の補強材を板材の長手方向に沿って連続的に接合することが好ましい。複数の短い補強材を、間隔を空けて板材に接合しても補強効果は低いが、長尺材を連続的に補強材に接合することで、良好な補強特性が得られる。
【００４２】
＜接合工程＞
接合工程は、板材に補強材を接合する工程である。次の塑性加工工程を行う前の板材に対して補強材を接合するため、補強材の接合対象が平面状であり、補強材を安定して確実に板材に接合することができる。
【００４３】
この接合工程では有機系材料を残存しないように上記接合を行う。有機系材料には、有機系接着剤の他、有機系接着剤やプラスチックシートを用いた接着シートも含むものとする。有機系材料を残存しないようにすることで、本発明に係る製造方法により得られたマグネシウム合金部材をリサイクルする場合、部材を溶解しても有害なガスや煤煙の発生を回避することができる。有機系材料を残存させない接合には、接合に供する材料に有機系材料を含有しない場合と、接合に供する材料に有機系材料を含有するが、その有機系材料を除去する場合とがある。前者の具体例として、ホットクラッドや溶接が挙げられる。後者の具体例としては、有機溶媒を含有する無機系接着剤で板材と補強材との接合を行い、接合後に有機溶媒を除去することが挙げられる。また、本発明方法における有機系材料を残存させない接合は、板材と補強材との間に無機系材料からなる接合層を介在して行う場合と、板材と補強材とを直接接合する場合とに分類することもできる。前者の具体例としては、前記の無機系接着剤を用いた接着や、ホットクラッドがある。後者の具体例としては、溶接が挙げられる。前記無機系材料からなる接合層は、板材と補強材の少なくとも一方と異種の材質で構成することが好適である。
【００４４】
《無機系接着剤》
無機系接着剤には、AlやSiを含有する接着剤が挙げられる。より具体的には、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種を含有する接着剤が挙げられる。このような無機系接着剤は、十分な接着力を有することはもちろん、高い耐熱性を備えている。そのため、板材に補強材を接合した接合体、または接合体の板材に次の塑性加工を施した成形体に、後述するように、種々の熱処理を施すことができる。
【００４５】
《ホットクラッド》
ホットクラッドは、接合対象の部材同士を加熱して押圧することで接合する。通常、接合対象となる板材および補強材の少なくとも一方の接合面に金属薄膜を形成しておく。金属薄膜は、マグネシウム合金よりも塑性変形性に優れる金属からなることが好ましい。具体的には、Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種が挙げられる。金属薄膜の厚みは、0.1〜10μm程度が好ましい。下限値未満では、十分な接合強度を得ることが難しく、上限値を超えても過剰に金属薄膜の厚みが増大するばかりで、接合強度を向上することが難しい。この金属薄膜の形成手段としては、めっきの他、PVDまたはCVDによる成膜が挙げられ、中でもめっきが好適である。めっきの具体的な方法は、電気めっき、無電解めっきなどが挙げられる。
【００４６】
ホットクラッドを行う際の接合対象の加熱温度は、80℃以上350℃以下が好ましい。下限値未満では、板材と補強材とを接合することが難しく、上限値を超えるとマグネシウムの結晶粒の粗大化などの問題が生じる場合がある。また、圧接時の圧力は、20〜80MPa程度が好ましい。下限値未満では、十分な強度に板材と補強材とを接合することが難しく、上限値を超えても接合強度の向上が期待し難い。
【００４７】
《溶接》
溶接は、板材と補強材の接合面を溶融して接合する。より具体的には、スポット溶接が好適に利用できる。補強材の接合対象が比較的簡単な形状の板材であるため、溶接作業が容易にできる。また、溶接の場合、板材と補強材とは別に上述した接合層を形成する必要がない。
【００４８】
《前処理》
板材と補強材の接合を行う前に、両接合対象に脱脂処理を施すことが好ましい。この脱脂処理により、接合対象同士を強固に接合することができる。
【００４９】
＜塑性加工工程＞
塑性加工工程における加工の種類は、板材を成形する板成形であれば、特に限定されない。例えば、絞り成形、張り出し成形、曲げ成形などが挙げられる。これらの塑性加工工程は、板材のうち補強材の存在しない領域に対して塑性変形が生じるように行うことが好適である。例えば、図１に示すように、矩形の底面と、底面の各辺から立設される側面を備えるトレイ状の成形体を作製する場合、矩形のブランク板（板材１）を用い、そのブランク板のうち、成形後にトレイの底面となる箇所にのみ補強材2を接合しておけばよい。その成形の際、例えば、パンチやダイなどの成形工具は、補強材2に緩衝しないように切欠を有する構成とすればよい。
【００５０】
この塑性加工工程は、加工対象である塑性変形性を高められるように150℃〜300℃の温度域で行うことが好ましい。この規定範囲の温度にて塑性加工工程を行えば、加工対象に塑性変形に伴うクラックなどが生じ難い。
【００５１】
＜熱処理＞
板材に補強材を接合した接合体、または接合体の板材に上記の塑性加工を施した成形体には熱処理を施すことが好ましい。通常、無機系接着剤には、有機溶剤や水が含まれているため、この有機溶剤や水を除去するための熱処理を行うことが好ましい。有機溶剤を除去することで、接合層を実質的に無機系材料のみで構成することができる。また、水を除去することで、接合層周辺の耐食性を向上できる。この熱処理温度は、板材と補強材の接合箇所を80℃以上350℃以下とすることが好ましい。熱処理温度を80℃以上とすることで、短時間に有機溶剤や水を十分に除去することができる。また、熱処理温度を350℃以下とすることで、マグネシウム合金の軟化に伴う変形を防止し、マグネシウム合金の結晶粒径の粗大化に伴う強度低下を抑制する。さらに、上記熱処理温度に保持する熱処理時間は、長ければ十分に有機溶剤の除去が行えるが、過剰に処理時間が長いと合金部材の生産性が低下するため、30分以下、特に5分以下程度が好ましい。接合層が実質的に無機系材料のみで構成されていることは、例えば、接合層を含む接合体を加熱した際に発生するガスの有無をガスクロマトグラフィーなどで検出すれば確認できる。
【００５２】
一方、板材と補強材との接合をホットクラッドや溶接で行う場合、元々有機溶剤などは用いていないので、有機溶剤などを除去するための熱処理を省略することができる。
【００５３】
その他、前記塑性加工後の成形体に、塑性加工時に生じた歪を除去するための熱処理を施してもよい。
【００５４】
＜マグネシウム合金部材＞
本発明のマグネシウム合金部材は上述した本発明方法により得られる。つまり、この合金部材は、板材と、板材に接合される補強材とを備え、接合箇所に有機系材料が残存されていない。そして、板材に塑性変形部を備えている。
【００５５】
このマグネシウム合金部材は、防食被膜や塗装を備えていても良い。これらの少なくとも一方を備えることで、耐食性を向上すると共に、合金部材の外観を良好にすることができる。
【００５６】
特に、これら防食被膜および塗装を除くマグネシウム合金部材の重量の99％以上がマグネシウム合金からなることが好適である。この構成とすることで、無機系材料からなる接合層の過剰な増大を回避する。
【００５７】
また、本発明マグネシウム合金部材を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は、40μm以下とすることが好ましい。より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下である。このような微細な平均結晶粒径のマグネシウム合金を用いることで、板材または補強材の強度を向上することができる。
【００５８】
その他、本発明のマグネシウム合金部材において、板材には、補強材以外の部材が接合されていてもよい。補強材以外の部材としては、図１に示すように、ボス3やピン4などが挙げられる。特に、筒状のボス3の内面に雌ねじを形成して、その雌ねじに雄ねじを螺合できるようにしたり、ピン4などの突起を接合して、この突起を、補強材2付きの板材1を他の部材に組み合わせる際の位置合わせに利用することが挙げられる。この補強材以外の部材の接合手段も、上述したように有機系材料が残存しない方法が好適である。
【実施例１】
【００５９】
板材に補強材を接合した本発明の実施例及び比較例に係る筐体を作製し、その筐体の評価を行った。
【００６０】
＜板材（筐体の基板）＞
AZ31合金相当の組成(Mg3.0％、Al-1.0％Zn(全て質量％))、AZ61合金相当の組成(Mg-6.0％、Al-1.0％Zn(全て質量％))、AZ91合金相当の組成(Mg-9.0％、Al-1.0％Zn(全て質量％))を有する各マグネシウム合金からなり、双ロール連続鋳造法により得られた鋳造板(厚さ4mm)を複数用意した。得られた各鋳造板に、ロール温度:150〜250℃、板温度:200〜400℃、1パスあたりの圧下率を10〜50％の圧延条件で、厚さが0.5mmになるまで複数回圧延を施した。得られた圧延板に抜打ち加工を行い、プレス成形用のブランク板(板材)を用意した。この板材のサイズは、幅200mm×長さ300mmである。板材には、防食処理も塗装も行っていない。
【００６１】
＜補強材（リブ）＞
次に、補強材を用意する。補強材は、上述したAZ91相当材の圧延板から厚さ0.6mm、幅10mm、長さ150mmの矩形板を打ち抜き、この矩形板をそのまま用いる平板補強材と、矩形板をL型に曲げ加工したL型補強材の２種類を用意する。L型補強材は、板材との接合片の幅が8mm、板材に補強材を接合した際に板材表面から直交方向に突出する突片の高さが2mmである。なお、補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、Lr＝150mm、Lb=180mm
、両者の長さの比Lr／Lbは0.83である。また、AZ91とAZ31又はAZ61との熱膨張係数の差は、2×10-6/K以下である。そして、補強材には、防食処理も塗装も行っていない。
【００６２】
＜接合方法＞
上述した板材と補強材を接合する。接合方法は以下の４種類の方法で行った。いずれの場合も、板材の幅方向に沿って補強材を接合した。
【００６３】
（１）無機系接着剤
補強材における板材との接合面に無機系接着剤を塗布し、この接合面を板材に圧接する。無機系接着剤には、スリーボンド社製の耐熱性無機接着剤スリーボンド3732を用いた。この接着剤は酸化アルミニウムを主成分としている。板材に補強材を接合した後、その接合体に熱処理を施し、無機系接着剤中の有機溶媒（アルコール系溶剤）を除去する。この熱処理は、200℃で20分とした。
【００６４】
（２）シート状有機系接着剤
補強材における板材との接合面にシート状有機系接着剤を貼り付け、この接合面を板材に圧接する。シート状有機系接着剤はスリーボンド社製1600である。
【００６５】
（３）スポット溶接
補強材における接合面を板材の所定位置に配置し、スポット溶接を行う。ここでは、補強材の接合面の３箇所をスポット溶接した。
【００６６】
（４）ホットクラッド
補強材に対し、電気めっきによりCuめっき及びNiストライクめっきを順次施し、この補強材のめっき形成面を板材に約300℃の雰囲気下にて60MPaで圧接して接合する。Cuめっき及びNiストライクめっきの合計厚さは2.5μmである。
【００６７】
＜塑性加工＞
上記の方法により接合した接合体に塑性加工を施す。ここでは、プレス加工により、絞り深さ10mmのトレイ状に成形を行った。プレス加工は、補強材に干渉しない形状のパンチを用いて行った。このプレス加工は、接合体を280℃に加熱して温間加工として行った。
【００６８】
＜評価方法＞
得られた接合体について、たわみ試験を行う。上述のようにして得られた接合体から補強材を含む150mm×30mmの試験片を切り出し、この試験片の１点に１kgの荷重をかけ、試験片のたわみ量を測定する。たわみ量が5mm以下であれば○、5mm超なら×とする。これらの試験結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
表１から明らかなように、L型リブを用いた場合、平板のリブを２枚用いた場合よりもたわみ量が小さいことがわかる。つまり、板材を約３倍の厚みにするよりもL型リブを用いた方が補強効果の高いことがわかる。なお、無機系接着剤の硬化後の特性は、熱膨張係数：75×10-7/K、ビッカース硬度（0.2kgf）：200Hvである。また、試験片に占めるマグネシウム合金の質量割合は、シート状有機系接着剤を用いた試験片が99％未満、無機系接着剤、ホットクラッドを用いた試験片が99％以上であり、スポット溶接を用いた試験片は100％である。さらに、試験片を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は、20μm以下である。
【実施例２】
【００７１】
次に、図２に示すように、AZ91相当（熱膨張係数：約27.2×10-6/K）又はAZ31相当（熱膨張係数：約26.8×10-6/K）の組成からなる板材1にAZ91相当の組成からなる補強材2を接合して下記のサンプルを作製し、その各々についてリサイクル性、耐熱性、外観、作製時間、及び耐食性を調べた。このサンプルは、両端部がほぼ直角に曲げ加工された[型の板材1と、この板材1の上面に接合された断面がL型の補強材2とからなる。ここでは、板材1の幅方向に沿って補強材2を接合している。曲げ加工前の板材のサイズは、幅150mm、長さ300mm、厚さ0.5mmである。また、補強材2の形状・サイズは、実施例１のL型補強材と同じである。補強材2の長手方向の長さをLr、板材1の補強材2に沿った方向の長さをLbとしたとき、Lr＝150mm、Lb=150mm、両者の長さの比Lr／Lbは1.0である。接合方法は、下記の通りであり、そのうち無機系接着剤（スリーボンド3732）を用いた接合では、無機系接着剤中の有機溶媒を除去するため、200℃で20分の熱処理を行った。また、プレス加工時の加工対象の温度は、280℃である。
【００７２】
＜サンプル＞
サンプル2-1：AZ91の板材をトレイ形状にプレス成形した後、無機系接着剤を用いて補強材をプレス成形体に接合する。
【００７３】
サンプル2-2：AZ91の板材をトレイ形状にプレス成形した後、有機系接着剤を用いて補強材をプレス成形体に接合する。
【００７４】
サンプル2-3：AZ91の板材をトレイ形状にプレス成形した後、スポット溶接にて補強材をプレス成形体に接合する。
【００７５】
サンプル2-4：AZ91の板材に無機系接着剤を用いて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７６】
サンプル2-5：AZ91の板材に有機系接着剤を用いて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７７】
サンプル2-6：AZ91の板材にスポット溶接にて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７８】
サンプル2-7：AZ31の板材に無機系接着剤を用いて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７９】
サンプル2-8：AZ91の板材にホットクラッドにて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。ホットクラッドの条件は、実施例１と同様とする。
【００８０】
サンプル2-9：AZ91の板材に無機系接着剤を用いてA1050アルミニウム合金（熱膨張係数：25×10-6/K）で作製した補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００８１】
サンプル2-10：AZ91の板材に無機系接着剤を用いてSUS410（熱膨張係数：10.4×10-6/K）で作製した補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００８２】
＜評価方法＞
上記のサンプルについて、以下の評価を行う。その結果を表２に示す。
【００８３】
リサイクル性：試料となる接合体を細かく粉砕し、カーボンの坩堝に入れて、Ar雰囲気中にて溶解する。溶解の前後の組成をICP（Inductively Coupled Plasma）発光分析により分析し、組成の変動状態を調べる。溶解中にガスの発生に伴う異臭があったり、組成の変動があったら×、これらがなければ○とする。さらに、溶解して得られたマグネシウム合金に100ppm以上のFeが混入した場合、耐食性が著しく低下するために、×とする。
【００８４】
耐熱性：接合個所が含まれるように、接合体から2cm角を切り出し、試験片とする。この試験片を150℃の環境下に100時間保持し、接合箇所の剥離の有無を調べる。剥離がなければ○、剥離があれば×とする。
【００８５】
外観：接合箇所を目視にて外観検査し、溶接こぶの有無などを調べる。溶接こぶがなければ○、あれば△とする。また、サンプルの任意の平坦部において補強材の長さLrに対して反りが(0.005×Lr)mm未満の場合は○、反りが(0.005×Lr)mm以上の場合は×とする。
【００８６】
作製時間：100個の接合体の生産時間を計測し、その時間から接合体１個当たりの接合体の作製時間（秒）を算出する。但し、無機系接着剤中の有機溶媒を除去する熱処理時間は長いため、接合体の生産時間から除外する。
【００８７】
耐食性：接合部分が含まれるように、接合体から2cm角を試験片として切り出し、この試験片に24時間塩水噴霧試験を行って、腐食状況を調べる。腐食が認められなければ○、腐食が認められれば×とする。
【００８８】
【表２】
【００８９】
表２に示すように、補強材を板材に接合してからプレスした方が、板材をプレス成形してから補強材を接合するよりも製作時間が短いことがわかる。また、無機系接着剤を用いたサンプルは、リサイクル性、耐熱性、外観、作製時間のいずれも良好な結果であった。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法は、薄肉でありながら剛性にすぐれるマグネシウム合金部材を製造することに好適に利用できる。
【００９１】
また、本発明のマグネシウム合金部材は、電子機器の筐体などに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】（A）は本発明実施形態に係るマグネシウム合金部材の斜視図、（B）はその断面図である。
【図２】実施例２に係るマグネシウム合金部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
1 板材
2 補強材
3 ボス
4 ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金部材とその製造方法に関するものである。特に、基材に補強材を生産性よく接合することができるマグネシウム合金部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノート型パーソナルコンピュータといった携帯機器類の筐体や自動車部品などの構成材料に、軽量で比強度が高いマグネシウム合金が利用されてきている。特に、近時では、マグネシウム合金部材を薄肉化することで、一層の軽量化に対応することが求められている。ところが、マグネシウム合金部材を薄肉化すると、その剛性の低下を招くため、補強材を設けることが必要になる。
【０００３】
マグネシウム合金の基材に補強材を設ける場合、切削により基材と一体の補強材を形成したり（特許文献１）、基材に補強材を接合することが考えられる。この接合の具体的な手段としては、有機系接着シートにより補強材を基材に貼り付けることが挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開2002-018626号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、切削による補強材の形成では、切削により除去されるマグネシウム合金が多いため生産効率が低くなる。また、切削屑の発生や飛散は環境や安全の面からも避けたいところである。
【０００６】
一方、有機系接着シートを用いた接合では、マグネシウム合金部材をリサイクルする際、同部材を溶解すると、有害なガスや煤煙が発生するなど環境上の問題がある。特に、板材を種々の形態にプレス加工したプレス成形体に補強材を接合する場合、プレス成形体は種々の形態であるため、安定して補強材を接合することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、基材に補強材を生産性よく接合することができるマグネシウム合金部材の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、リサイクル時に有害なガスや煤煙などが発生しないマグネシウム合金部材とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、安定して確実に補強材を接合対象に接合できるマグネシウム合金部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法は、以下の工程を備えることを特徴とする。
接合工程：マグネシウム合金からなる板材に金属製の補強材を接合し、その接合箇所に有機系材料を残存させないようにする。
塑性加工工程：前記補強材が接合された板材に塑性加工を施す。
【００１１】
この構成によれば、板材と補強材との接合構造によりマグネシウム合金部材を形成するため、切削などにより補強材を形成する場合に比べて、高い生産効率にてマグネシウム合金部材を得ることができる。また、有機系材料を残存させることなく板材と補強材とを接合することで、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することがない。そして、補強材の接合対象の形状が板材に特定されているため、複雑形状の部材に補強材を接合する場合に比べて安定して確実に補強材を接合することができる。
【００１２】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、両者の長さの比Lr／Lbが0.8以上であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、板材の大半の領域に亘って補強材を接合しているため、補強材に板材に対して補強する機能を確実に持たせることができる。
【００１４】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記補強材と板材との熱膨張係数の差が10×10-6/K以下であることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、板材と補強材との熱膨張係数の差を小さくすることで、接合工程などでの加熱により補強材が変形して、適切な位置に接合し難くなったり、接合時の加熱で膨張し、接合後の収縮でマグネシウム合金部材に大きな歪が作用したりすることを抑制できる。
【００１６】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記接合は、板材及び補強材の少なくとも一方に無機系材料による接合層を形成して行うことが挙げられる。
【００１７】
この構成によれば、無機系材料により接合層を形成することで、有機系接着剤などの有機系材料を用いる必要がない。
【００１８】
接合層を介して板材と補強材とを接合する本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記無機系材料は、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含むことが挙げられる。
【００１９】
この構成によれば、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含む接合層を形成することで、接合強度と耐熱性に優れた接合を行うことができる。
【００２０】
接合層を介して板材と補強材とを接合する本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記無機系材料は、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種からなることが挙げられる。
【００２１】
この構成によれば、特に高い耐熱性を有する接合層を介して板材と補強材とを接合することができる。
【００２２】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法において、前記接合工程では、接合箇所を80℃以上350℃以下に加熱する加熱処理を含むことが挙げられる。
【００２３】
この構成によれば、接合層に有機溶剤や水分が含有されている場合でも、これら有機溶剤や水分を除去して、実質的に無機系材料からなる接合層を容易に構成することができる。
【００２４】
本発明のマグネシウム合金部材は、上記の本発明に係るマグネシウム合金部材の製造方法により得られたことを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、有機系材料を用いないため、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することを防止できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るマグネシウム合金の製造方法によれば、板材と補強材との接合構造によりマグネシウム合金部材を形成するため、高い生産効率にてマグネシウム合金部材を得ることができる。
【００２７】
本発明に係るマグネシウム合金によれば、リサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜接合対象＞
本発明における接合対象には、板材と補強材とがある。
【００２９】
《板材》
板材は、平板状の部材である。板材が平板状であることにより、補強材を安定して強固に接合しやすい。また、板材の接合面が湾曲面であれば、補強材の接合面の湾曲状態との湾曲状態を適合するために高い加工技術が求められるが、板材が平板状であれば、補強材の接合面も平面状でよく、板材・補強材共に比較的容易に得ることができる。
【００３０】
この板材の厚さは、特に限定されないが、2.0mm以下、特に1.5mm以下、更には1mm以下が好ましい。上記範囲において厚いほど強度に優れ、薄いほど薄型・軽量な筐体に適する。マグネシウム合金部材の用途に応じて板厚を選択するとよい。
【００３１】
この板材の長さは、補強材の長さに対して過剰に長くないことが好ましい。特に、補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、両者の長さの比Lr／Lbが0.8以上とすることが望ましい。広大な板材のごく一部に補強材を接合しても、殆ど補強機能を果たせないため、補強材で板材を補強するには、板材に対してある程度広範囲に亘って補強材が接合されている必要がある。そのため、上記比Lr／Lbを0.8以上とすることで、補強材に板材の剛性を高める補強機能を十分に持たせることができる。もちろん、板材と補強材の接合面同士は、局部的な接合でもよいが、全面に亘って接合されていることが好ましい。
【００３２】
また、板材自体がある程度大きい寸法である場合に補強材を接合する必要性が高く、板材が小さければ補強する必要性が低い。そのため、板材の長さが10cm以上の場合に、補強材を接合することの有効性が高い。
【００３３】
このような板材は、マグネシウム合金からなるものとする。マグネシウム合金は、Mgに添加元素を含有した種々の組成のもの(残部:Mg及び不純物)が利用できる。例えば、Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-RE(希土類元素)系、Y添加合金などが挙げられる。特に、Alを含有するMg-Al系合金は、耐食性が高い。Mg-Al系合金は、例えば、ASTM規格におけるAZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn:0.2〜1.5質量％)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Mn:0.15〜0.5質量％)、AS系合金(Mg-Al-Si系合金、Si:0.6〜1.4質量％)、Mg-Al-RE(希土類元素)系合金などが挙げられる。Al量は、1.0〜11質量％以下が好ましく、特に、Alを8.3〜9.5質量％、Znを0.5〜1.5質量％含有し、残部がMg及び不純物からなるMg-Al系合金が好ましい。その代表例であるAZ91合金は、AZ31合金といった他のMg-Al系合金と比較して、耐食性や強度、耐塑性変形性といった機械的特性に優れる。
【００３４】
このAZ91は耐食性に優れるため、筐体の内面や筐体内部に収納される部材など、外部に露出されない箇所の部材に利用する場合、塗装をしない或いは防食被膜を形成しないことも許容できることがある。塗装や防食被膜を形成しなければ、これらの形成工程を省略できる。また、塗装などをしなければ、通常、塗料などに含まれる有機溶媒も存在しないため、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に有害なガスや煤煙が発生することも抑制できる。防食被膜には、化成被膜や陽極酸化膜が挙げられる。
【００３５】
そして、板材の製造工程は、特に限定されない。鋳造板、圧延板のいずれでもよい。鋳造板は、双ロール法といった連続鋳造法、特に、WO/2006/003899に記載の鋳造方法で製造した鋳造板を利用することが好ましい。圧延板は、例えば特開2007-98470号公報に記載の圧延方法で製造した圧延板を利用することが好ましい。
【００３６】
《補強材》
補強材2は、図１に示すように、板材1に接合されることで、板材1を補強する機能を有する。この補強材2の形状は、板材1を補強することができればよく、特に限定されない。理論上、平板状の補強材を板材に面接合しても良いが、実用上、板材と直交する方向に突出する突片を有する形状の補強材2を用いることが好ましい。代表的には、図１に示す断面がL型の長尺材の他、T型やI型の長尺材が挙げられる。特に、補強材を板材に接合した状態で、板材の表面から突出する補強材の高さが、板材の厚さの2倍以上となる部分を有する形状の補強材が好ましい。一般に、板材を鍛造するなどしただけでは、板材の厚さの2倍以上となる突片を板材に形成することは事実上不可能である。また、高さの低い突片を鍛造で成形したとしても、突片周囲の板材が局所的に薄くなる。しかし、本発明では、補強材の高さが自由に選択できるため、板材の厚さの2倍以上となる高さを有する補強材を板材に接合することで、高い補強性能を実現することができる。もちろん、補強材周辺の板材が薄くなることもない。
【００３７】
これら平板状の補強材、又は断面がT型、L型やI型の補強材のいずれの場合も、板材との接合片及び突片の少なくとも一方には、必要に応じて、補強材の強度を保持できる限度で適宜な貫通孔を形成してもよい。この貫通孔の形成により補強材の軽量化を図ることができる。この貫通孔は、ねじ孔として利用しても良い。
【００３８】
補強材の材質は、金属とする。補強材を金属とすることでマグネシウム合金の板材を十分に補強できるようにする。具体的には、板材の軽量性を損なわないよう、マグネシウム合金やアルミニウム合金などの軽金属が好適である。その他、チタン合金なども補強材の材質として利用できる。
【００３９】
また、補強材の材質は、板材との熱膨張係数の差が10×10-6/K以下のものとすることが好ましい。さらに、100mm以上の部材が対象の場合は熱膨張係数の差が5×10-6/K以下であることがより好ましい。板材との熱膨張係数の差が大きい材料で補強材を構成すると、接合工程などでの加熱により、補強材が膨張して、適切な位置に接合し難くなるなどの問題がある。そこで、熱膨張係数の差が小さい板材と補強材を選択することで、両者の接合作業を容易に行えるようにできる。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金とマグネシウム合金とでは、熱膨張係数差が大きい。一方、ASTMに規定されるマグネシウム合金種同士では、熱膨張係数の差は比較的小さい。板材と補強材の構成材料が合金の場合、母材が共通のものとすることが好ましい。特に、板材と補強材との組成が実質的に同じであることがより好ましい。板材と補強材の組成が実質的に同じであれば、接合箇所での電食が生じ難い。
【００４０】
補強材の製造過程は、鋳造、圧延、押出、伸線などいずれであってもよい。もちろん、補強材は、鋳造材を圧延した圧延板、押出材を圧延した圧延板、鋳造材を押出した押出材、または鋳造材を伸線した伸線材でもよい。
【００４１】
補強材の板材に対する配列パターンとしては、長尺の補強材を板材の長手方向に沿って連続的に接合することが好ましい。複数の短い補強材を、間隔を空けて板材に接合しても補強効果は低いが、長尺材を連続的に補強材に接合することで、良好な補強特性が得られる。
【００４２】
＜接合工程＞
接合工程は、板材に補強材を接合する工程である。次の塑性加工工程を行う前の板材に対して補強材を接合するため、補強材の接合対象が平面状であり、補強材を安定して確実に板材に接合することができる。
【００４３】
この接合工程では有機系材料を残存しないように上記接合を行う。有機系材料には、有機系接着剤の他、有機系接着剤やプラスチックシートを用いた接着シートも含むものとする。有機系材料を残存しないようにすることで、本発明に係る製造方法により得られたマグネシウム合金部材をリサイクルする場合、部材を溶解しても有害なガスや煤煙の発生を回避することができる。有機系材料を残存させない接合には、接合に供する材料に有機系材料を含有しない場合と、接合に供する材料に有機系材料を含有するが、その有機系材料を除去する場合とがある。前者の具体例として、ホットクラッドや溶接が挙げられる。後者の具体例としては、有機溶媒を含有する無機系接着剤で板材と補強材との接合を行い、接合後に有機溶媒を除去することが挙げられる。また、本発明方法における有機系材料を残存させない接合は、板材と補強材との間に無機系材料からなる接合層を介在して行う場合と、板材と補強材とを直接接合する場合とに分類することもできる。前者の具体例としては、前記の無機系接着剤を用いた接着や、ホットクラッドがある。後者の具体例としては、溶接が挙げられる。前記無機系材料からなる接合層は、板材と補強材の少なくとも一方と異種の材質で構成することが好適である。
【００４４】
《無機系接着剤》
無機系接着剤には、AlやSiを含有する接着剤が挙げられる。より具体的には、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種を含有する接着剤が挙げられる。このような無機系接着剤は、十分な接着力を有することはもちろん、高い耐熱性を備えている。そのため、板材に補強材を接合した接合体、または接合体の板材に次の塑性加工を施した成形体に、後述するように、種々の熱処理を施すことができる。
【００４５】
《ホットクラッド》
ホットクラッドは、接合対象の部材同士を加熱して押圧することで接合する。通常、接合対象となる板材および補強材の少なくとも一方の接合面に金属薄膜を形成しておく。金属薄膜は、マグネシウム合金よりも塑性変形性に優れる金属からなることが好ましい。具体的には、Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種が挙げられる。金属薄膜の厚みは、0.1〜10μm程度が好ましい。下限値未満では、十分な接合強度を得ることが難しく、上限値を超えても過剰に金属薄膜の厚みが増大するばかりで、接合強度を向上することが難しい。この金属薄膜の形成手段としては、めっきの他、PVDまたはCVDによる成膜が挙げられ、中でもめっきが好適である。めっきの具体的な方法は、電気めっき、無電解めっきなどが挙げられる。
【００４６】
ホットクラッドを行う際の接合対象の加熱温度は、80℃以上350℃以下が好ましい。下限値未満では、板材と補強材とを接合することが難しく、上限値を超えるとマグネシウムの結晶粒の粗大化などの問題が生じる場合がある。また、圧接時の圧力は、20〜80MPa程度が好ましい。下限値未満では、十分な強度に板材と補強材とを接合することが難しく、上限値を超えても接合強度の向上が期待し難い。
【００４７】
《溶接》
溶接は、板材と補強材の接合面を溶融して接合する。より具体的には、スポット溶接が好適に利用できる。補強材の接合対象が比較的簡単な形状の板材であるため、溶接作業が容易にできる。また、溶接の場合、板材と補強材とは別に上述した接合層を形成する必要がない。
【００４８】
《前処理》
板材と補強材の接合を行う前に、両接合対象に脱脂処理を施すことが好ましい。この脱脂処理により、接合対象同士を強固に接合することができる。
【００４９】
＜塑性加工工程＞
塑性加工工程における加工の種類は、板材を成形する板成形であれば、特に限定されない。例えば、絞り成形、張り出し成形、曲げ成形などが挙げられる。これらの塑性加工工程は、板材のうち補強材の存在しない領域に対して塑性変形が生じるように行うことが好適である。例えば、図１に示すように、矩形の底面と、底面の各辺から立設される側面を備えるトレイ状の成形体を作製する場合、矩形のブランク板（板材１）を用い、そのブランク板のうち、成形後にトレイの底面となる箇所にのみ補強材2を接合しておけばよい。その成形の際、例えば、パンチやダイなどの成形工具は、補強材2に緩衝しないように切欠を有する構成とすればよい。
【００５０】
この塑性加工工程は、加工対象である塑性変形性を高められるように150℃〜300℃の温度域で行うことが好ましい。この規定範囲の温度にて塑性加工工程を行えば、加工対象に塑性変形に伴うクラックなどが生じ難い。
【００５１】
＜熱処理＞
板材に補強材を接合した接合体、または接合体の板材に上記の塑性加工を施した成形体には熱処理を施すことが好ましい。通常、無機系接着剤には、有機溶剤や水が含まれているため、この有機溶剤や水を除去するための熱処理を行うことが好ましい。有機溶剤を除去することで、接合層を実質的に無機系材料のみで構成することができる。また、水を除去することで、接合層周辺の耐食性を向上できる。この熱処理温度は、板材と補強材の接合箇所を80℃以上350℃以下とすることが好ましい。熱処理温度を80℃以上とすることで、短時間に有機溶剤や水を十分に除去することができる。また、熱処理温度を350℃以下とすることで、マグネシウム合金の軟化に伴う変形を防止し、マグネシウム合金の結晶粒径の粗大化に伴う強度低下を抑制する。さらに、上記熱処理温度に保持する熱処理時間は、長ければ十分に有機溶剤の除去が行えるが、過剰に処理時間が長いと合金部材の生産性が低下するため、30分以下、特に5分以下程度が好ましい。接合層が実質的に無機系材料のみで構成されていることは、例えば、接合層を含む接合体を加熱した際に発生するガスの有無をガスクロマトグラフィーなどで検出すれば確認できる。
【００５２】
一方、板材と補強材との接合をホットクラッドや溶接で行う場合、元々有機溶剤などは用いていないので、有機溶剤などを除去するための熱処理を省略することができる。
【００５３】
その他、前記塑性加工後の成形体に、塑性加工時に生じた歪を除去するための熱処理を施してもよい。
【００５４】
＜マグネシウム合金部材＞
本発明のマグネシウム合金部材は上述した本発明方法により得られる。つまり、この合金部材は、板材と、板材に接合される補強材とを備え、接合箇所に有機系材料が残存されていない。そして、板材に塑性変形部を備えている。
【００５５】
このマグネシウム合金部材は、防食被膜や塗装を備えていても良い。これらの少なくとも一方を備えることで、耐食性を向上すると共に、合金部材の外観を良好にすることができる。
【００５６】
特に、これら防食被膜および塗装を除くマグネシウム合金部材の重量の99％以上がマグネシウム合金からなることが好適である。この構成とすることで、無機系材料からなる接合層の過剰な増大を回避する。
【００５７】
また、本発明マグネシウム合金部材を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は、40μm以下とすることが好ましい。より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下である。このような微細な平均結晶粒径のマグネシウム合金を用いることで、板材または補強材の強度を向上することができる。
【００５８】
その他、本発明のマグネシウム合金部材において、板材には、補強材以外の部材が接合されていてもよい。補強材以外の部材としては、図１に示すように、ボス3やピン4などが挙げられる。特に、筒状のボス3の内面に雌ねじを形成して、その雌ねじに雄ねじを螺合できるようにしたり、ピン4などの突起を接合して、この突起を、補強材2付きの板材1を他の部材に組み合わせる際の位置合わせに利用することが挙げられる。この補強材以外の部材の接合手段も、上述したように有機系材料が残存しない方法が好適である。
【実施例１】
【００５９】
板材に補強材を接合した本発明の実施例及び比較例に係る筐体を作製し、その筐体の評価を行った。
【００６０】
＜板材（筐体の基板）＞
AZ31合金相当の組成(Mg3.0％、Al-1.0％Zn(全て質量％))、AZ61合金相当の組成(Mg-6.0％、Al-1.0％Zn(全て質量％))、AZ91合金相当の組成(Mg-9.0％、Al-1.0％Zn(全て質量％))を有する各マグネシウム合金からなり、双ロール連続鋳造法により得られた鋳造板(厚さ4mm)を複数用意した。得られた各鋳造板に、ロール温度:150〜250℃、板温度:200〜400℃、1パスあたりの圧下率を10〜50％の圧延条件で、厚さが0.5mmになるまで複数回圧延を施した。得られた圧延板に抜打ち加工を行い、プレス成形用のブランク板(板材)を用意した。この板材のサイズは、幅200mm×長さ300mmである。板材には、防食処理も塗装も行っていない。
【００６１】
＜補強材（リブ）＞
次に、補強材を用意する。補強材は、上述したAZ91相当材の圧延板から厚さ0.6mm、幅10mm、長さ150mmの矩形板を打ち抜き、この矩形板をそのまま用いる平板補強材と、矩形板をL型に曲げ加工したL型補強材の２種類を用意する。L型補強材は、板材との接合片の幅が8mm、板材に補強材を接合した際に板材表面から直交方向に突出する突片の高さが2mmである。なお、補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、Lr＝150mm、Lb=180mm
、両者の長さの比Lr／Lbは0.83である。また、AZ91とAZ31又はAZ61との熱膨張係数の差は、2×10-6/K以下である。そして、補強材には、防食処理も塗装も行っていない。
【００６２】
＜接合方法＞
上述した板材と補強材を接合する。接合方法は以下の４種類の方法で行った。いずれの場合も、板材の幅方向に沿って補強材を接合した。
【００６３】
（１）無機系接着剤
補強材における板材との接合面に無機系接着剤を塗布し、この接合面を板材に圧接する。無機系接着剤には、スリーボンド社製の耐熱性無機接着剤スリーボンド3732を用いた。この接着剤は酸化アルミニウムを主成分としている。板材に補強材を接合した後、その接合体に熱処理を施し、無機系接着剤中の有機溶媒（アルコール系溶剤）を除去する。この熱処理は、200℃で20分とした。
【００６４】
（２）シート状有機系接着剤
補強材における板材との接合面にシート状有機系接着剤を貼り付け、この接合面を板材に圧接する。シート状有機系接着剤はスリーボンド社製1600である。
【００６５】
（３）スポット溶接
補強材における接合面を板材の所定位置に配置し、スポット溶接を行う。ここでは、補強材の接合面の３箇所をスポット溶接した。
【００６６】
（４）ホットクラッド
補強材に対し、電気めっきによりCuめっき及びNiストライクめっきを順次施し、この補強材のめっき形成面を板材に約300℃の雰囲気下にて60MPaで圧接して接合する。Cuめっき及びNiストライクめっきの合計厚さは2.5μmである。
【００６７】
＜塑性加工＞
上記の方法により接合した接合体に塑性加工を施す。ここでは、プレス加工により、絞り深さ10mmのトレイ状に成形を行った。プレス加工は、補強材に干渉しない形状のパンチを用いて行った。このプレス加工は、接合体を280℃に加熱して温間加工として行った。
【００６８】
＜評価方法＞
得られた接合体について、たわみ試験を行う。上述のようにして得られた接合体から補強材を含む150mm×30mmの試験片を切り出し、この試験片の１点に１kgの荷重をかけ、試験片のたわみ量を測定する。たわみ量が5mm以下であれば○、5mm超なら×とする。これらの試験結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
表１から明らかなように、L型リブを用いた場合、平板のリブを２枚用いた場合よりもたわみ量が小さいことがわかる。つまり、板材を約３倍の厚みにするよりもL型リブを用いた方が補強効果の高いことがわかる。なお、無機系接着剤の硬化後の特性は、熱膨張係数：75×10-7/K、ビッカース硬度（0.2kgf）：200Hvである。また、試験片に占めるマグネシウム合金の質量割合は、シート状有機系接着剤を用いた試験片が99％未満、無機系接着剤、ホットクラッドを用いた試験片が99％以上であり、スポット溶接を用いた試験片は100％である。さらに、試験片を構成するマグネシウム合金の平均結晶粒径は、20μm以下である。
【実施例２】
【００７１】
次に、図２に示すように、AZ91相当（熱膨張係数：約27.2×10-6/K）又はAZ31相当（熱膨張係数：約26.8×10-6/K）の組成からなる板材1にAZ91相当の組成からなる補強材2を接合して下記のサンプルを作製し、その各々についてリサイクル性、耐熱性、外観、作製時間、及び耐食性を調べた。このサンプルは、両端部がほぼ直角に曲げ加工された[型の板材1と、この板材1の上面に接合された断面がL型の補強材2とからなる。ここでは、板材1の幅方向に沿って補強材2を接合している。曲げ加工前の板材のサイズは、幅150mm、長さ300mm、厚さ0.5mmである。また、補強材2の形状・サイズは、実施例１のL型補強材と同じである。補強材2の長手方向の長さをLr、板材1の補強材2に沿った方向の長さをLbとしたとき、Lr＝150mm、Lb=150mm、両者の長さの比Lr／Lbは1.0である。接合方法は、下記の通りであり、そのうち無機系接着剤（スリーボンド3732）を用いた接合では、無機系接着剤中の有機溶媒を除去するため、200℃で20分の熱処理を行った。また、プレス加工時の加工対象の温度は、280℃である。
【００７２】
＜サンプル＞
サンプル2-1：AZ91の板材をトレイ形状にプレス成形した後、無機系接着剤を用いて補強材をプレス成形体に接合する。
【００７３】
サンプル2-2：AZ91の板材をトレイ形状にプレス成形した後、有機系接着剤を用いて補強材をプレス成形体に接合する。
【００７４】
サンプル2-3：AZ91の板材をトレイ形状にプレス成形した後、スポット溶接にて補強材をプレス成形体に接合する。
【００７５】
サンプル2-4：AZ91の板材に無機系接着剤を用いて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７６】
サンプル2-5：AZ91の板材に有機系接着剤を用いて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７７】
サンプル2-6：AZ91の板材にスポット溶接にて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７８】
サンプル2-7：AZ31の板材に無機系接着剤を用いて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００７９】
サンプル2-8：AZ91の板材にホットクラッドにて補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。ホットクラッドの条件は、実施例１と同様とする。
【００８０】
サンプル2-9：AZ91の板材に無機系接着剤を用いてA1050アルミニウム合金（熱膨張係数：25×10-6/K）で作製した補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００８１】
サンプル2-10：AZ91の板材に無機系接着剤を用いてSUS410（熱膨張係数：10.4×10-6/K）で作製した補強材を接合後、接合体の板材をトレイ形状にプレス成形する。
【００８２】
＜評価方法＞
上記のサンプルについて、以下の評価を行う。その結果を表２に示す。
【００８３】
リサイクル性：試料となる接合体を細かく粉砕し、カーボンの坩堝に入れて、Ar雰囲気中にて溶解する。溶解の前後の組成をICP（Inductively Coupled Plasma）発光分析により分析し、組成の変動状態を調べる。溶解中にガスの発生に伴う異臭があったり、組成の変動があったら×、これらがなければ○とする。さらに、溶解して得られたマグネシウム合金に100ppm以上のFeが混入した場合、耐食性が著しく低下するために、×とする。
【００８４】
耐熱性：接合個所が含まれるように、接合体から2cm角を切り出し、試験片とする。この試験片を150℃の環境下に100時間保持し、接合箇所の剥離の有無を調べる。剥離がなければ○、剥離があれば×とする。
【００８５】
外観：接合箇所を目視にて外観検査し、溶接こぶの有無などを調べる。溶接こぶがなければ○、あれば△とする。また、サンプルの任意の平坦部において補強材の長さLrに対して反りが(0.005×Lr)mm未満の場合は○、反りが(0.005×Lr)mm以上の場合は×とする。
【００８６】
作製時間：100個の接合体の生産時間を計測し、その時間から接合体１個当たりの接合体の作製時間（秒）を算出する。但し、無機系接着剤中の有機溶媒を除去する熱処理時間は長いため、接合体の生産時間から除外する。
【００８７】
耐食性：接合部分が含まれるように、接合体から2cm角を試験片として切り出し、この試験片に24時間塩水噴霧試験を行って、腐食状況を調べる。腐食が認められなければ○、腐食が認められれば×とする。
【００８８】
【表２】
【００８９】
表２に示すように、補強材を板材に接合してからプレスした方が、板材をプレス成形してから補強材を接合するよりも製作時間が短いことがわかる。また、無機系接着剤を用いたサンプルは、リサイクル性、耐熱性、外観、作製時間のいずれも良好な結果であった。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のマグネシウム合金部材の製造方法は、薄肉でありながら剛性にすぐれるマグネシウム合金部材を製造することに好適に利用できる。
【００９１】
また、本発明のマグネシウム合金部材は、電子機器の筐体などに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】（A）は本発明実施形態に係るマグネシウム合金部材の斜視図、（B）はその断面図である。
【図２】実施例２に係るマグネシウム合金部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
1 板材
2 補強材
3 ボス
4 ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金からなる板材に金属製の補強材を接合し、その接合箇所に有機系材料を残存させないようにする接合工程と、
前記補強材が接合された板材に塑性加工を施す塑性加工工程とを備えることを特徴とするマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項２】
前記補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、両者の長さの比Lr／Lbが0.8以上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合金部材の製造方法。
【請求項３】
前記補強材と板材との熱膨張係数の差が10×10-6/K以下であることを特徴とする請求項2に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項４】
前記接合は、板材及び補強材の少なくとも一方に無機系材料による接合層を形成して行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項５】
前記無機系材料は、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項4に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項６】
前記無機系材料は、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種からなることを特徴とする請求項5に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項７】
前記接合工程では、接合箇所を80℃以上350℃以下に加熱する加熱処理を含むことを特徴とする請求項5又は6に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法により得られたことを特徴とするマグネシウム合金部材。
【請求項１】
マグネシウム合金からなる板材に金属製の補強材を接合し、その接合箇所に有機系材料を残存させないようにする接合工程と、
前記補強材が接合された板材に塑性加工を施す塑性加工工程とを備えることを特徴とするマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項２】
前記補強材の長手方向の長さをLr、板材の補強材に沿った方向の長さをLbとしたとき、両者の長さの比Lr／Lbが0.8以上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合金部材の製造方法。
【請求項３】
前記補強材と板材との熱膨張係数の差が10×10-6/K以下であることを特徴とする請求項2に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項４】
前記接合は、板材及び補強材の少なくとも一方に無機系材料による接合層を形成して行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項５】
前記無機系材料は、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項4に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項６】
前記無機系材料は、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種からなることを特徴とする請求項5に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項７】
前記接合工程では、接合箇所を80℃以上350℃以下に加熱する加熱処理を含むことを特徴とする請求項5又は6に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法により得られたことを特徴とするマグネシウム合金部材。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１５７５９８（Ｐ２０１０−１５７５９８Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３４６６９（Ｐ２００８−３３４６６９）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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