JP2004017078A

JP2004017078A - 金属成形体製造方法およびこれに用いられる金型

Info

Publication number: JP2004017078A
Application number: JP2002174012A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 木村　浩一; Kota Nishii; 西井　耕太
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22
Also published as: TW200307582A; TWI230635B; KR100875359B1; CN1467049A; US20030230393A1; KR20030095960A; US7222657B2; CN1217756C

Abstract

【課題】成形体の薄肉化を良好に達成することのできる金属成形体製造方法を提供すること。
【解決手段】金属成形体製造方法において、セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む断熱膜６で被覆された箇所を有するキャビティ規定面５ｃを備えた金型５に対し、溶融金属を射出する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノートパソコンなどの電子機器の金属筐体の成形に利用できる金属成形体製造方法、および、これに用いられる金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯電子機器の筐体については、高強度であること、内蔵電子部品の生ずる熱を効率良く発散すること、リサイクル性に優れていることなどが要求される。そして、これらの要求に対処すべく、携帯電子機器の筐体としては、従来の樹脂筐体から金属筐体が採用されるようになってきた。電子機器用の金属筐体を構成する材料としては、機器の軽量化の観点より、マグネシウム（Ｍｇ）やアルミニウム（Ａｌ）などの軽金属を主成分とする軽合金が注目されている。特にＭｇは、構造材として実用され得る単体金属のうち最も比強度が大きく、放熱性についてはＡｌに匹敵する程に高く、そのうえ比重についてはＡｌの約７割と小さい、という特長を有する。
【０００３】
一方、ノートパソコンなどの携帯電子機器においては、小型化および軽量化が進んでおり、機器全体の小型化および軽量化を達成するためには、要素部品の小型化および軽量化が必要である。特に、総重量の３０％以上もの重量を有する場合の多い金属筐体について、薄肉化して軽量化を図ることは、重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子機器用の金属筐体は、一般に、ダイカスト法やチクソモールディング法などの金型成形技術により製造される。しかしながら、これら金型成形技術においては、成形体の薄肉化を図るべく、金型に規定されるキャビティを幅狭に設定するほど、溶融状態にある金属材料すなわち溶湯の凝固が早急に始まる傾向にある。具体的には、溶湯をキャビティに射出すると、溶湯からこれが接触する金型へ熱が伝搬する。すなわち、金型により、溶湯の有する熱量の一部が吸収される。したがって、溶湯は、キャビティ内を進行するにつれて冷却される。すると、溶湯の粘性は次第に上昇し、これに伴って溶湯の流動性ないし湯回り性は低下する。その結果、キャビティの末端部分まで行き渡る前に溶湯が固化し、成形体において未充填部分が生ずる場合がある。
【０００５】
携帯電子機器用の金属筐体の構成材料として現在広く使用されているＭｇ合金、例えばＡＺ９１Ｄ（アルミニウム；９ｗｔ％、亜鉛；１ｗｔ％、残部；マグネシウム）は、大型かつ厚肉の自動車部品用途に開発されたものであって、その溶湯の流動性は本来的に低い。そのため、携帯電子機器用の薄肉の筐体をこのようなＭｇ合金で成形する場合、成形体において未充填部分が発生するという上述の不具合は生じ易い。例えば、Ａ４サイズのノートパソコン筐体には１．０ｍｍ以下の厚さが求められており、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体には０．７ｍｍ以下の厚さが求められているが、従来の金型成形技術によると、Ｍｇ合金溶湯からそのような薄肉筐体を適切に成形するのは困難である。
【０００６】
特開２００１−７９６４５号公報には、溶湯から金型への伝熱を抑制して溶湯の流動性を向上することを目的として、金型のキャビティ規定面において断熱ブロックを配設する技術が開示されている。より具体的には、固定型の母材よりも熱伝導率の小さな部位を有する断熱ブロックが、キャビティを規定しつつ当該固定型に対して嵌設されている。しかしながら、そのような断熱ブロックは、目的とする成形体の形状すなわちキャビティ形状ごとに作製しなければならない。このような、汎用性に乏しい構造体を必要とする技術では、金型成形品の製造コストの上昇を招来してしまう。
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、成形体の薄肉化を良好に達成することのできる金属成形体製造方法、および、これに使用するための金型を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると金属成形体の製造方法が提供される。この方法は、セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む断熱膜で被覆された箇所を有するキャビティ規定面を備えた金型に対し、溶融金属を射出することを特徴とする。
【０００９】
このような方法によると、金属成形体の薄肉化を良好に達成することができる。本発明で使用される金型のキャビティ規定面の全面または一部には、セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む混合物が膜状に形成されている。この混合物膜はセラミック粉末を含んでおり、セラミックは、鉄系合金などの金属よりなる金型母材よりも熱伝導率が低い。そのため、当該混合膜は、熱伝導率の低い断熱膜として機能し得る。その結果、キャビティ内を流れる溶融金属すなわち溶湯から金型への伝熱が抑制される。
【００１０】
また、断熱膜は耐熱性樹脂すなわち樹脂材料を含んでおり、硬化状態にある樹脂材料の表面は、金型母材の金属表面よりも、溶湯に対する摩擦抵抗が小さい。そのため、当該断熱膜は、溶湯に対するキャビティ規定面の摩擦抵抗を低下させ得る。その結果、キャビティ内を流れる溶湯と当該キャビティ規定面との間の摩擦は低減される。
【００１１】
加えて、本発明に係る断熱膜は樹脂材料を含んでおり、樹脂材料は弾性に優れている。そのため、当該断熱膜は、溶湯流入時に金型が熱膨張しても、この熱膨張を吸収することによって断熱膜自身に割れが発生するのを回避することができる。すなわち、当該断熱膜は、熱衝撃に対して充分な耐久性を有し得る。このような耐久性に優れた断熱膜は、金属成形体の量産化に適している。
【００１２】
このように、本発明によると、金属成形体の金型成形において、溶湯から金型への伝熱が抑制されるとともに、溶湯とキャビティ規定面との摩擦が低減される。また、断成膜によるこのような作用は比較的長く持続する。したがって、本発明によると、金型内における溶湯の湯回り性は向上し、良好に薄肉化が図られた金属成形体を量産することが可能となるのである。
【００１３】
好ましくは、セラミック粉末は、炭化ケイ素粉末、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、窒化ケイ素粉末、およびシリカ粉末よりなる群から選択される。これらの粉末の平均粒径は、０．１〜５０μｍの範囲が好ましい。断熱膜において高い耐久性を達成するという観点からは、セラミック粉末としては、耐磨耗性の高い炭化ケイ素粉末を採用するのが好ましい。また、断熱膜を形成するためのコストの低減、ひいては金属成形体製造におけるコストの低減という観点からは、セラミック粉末としては、比較的安価なアルミナ粉末を採用するのが好ましい。
【００１４】
好ましくは、耐熱性樹脂は、フッ素樹脂、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）樹脂、耐熱フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群より選択される。特に、フッ素樹脂は、硬化時における表面の摩擦抵抗が小さく、且つ、例えばＰＢＩ樹脂より安価で作業性に優れるという特長を有する。また、ＰＢＩ樹脂は、非常に優れた耐熱性を有する。
【００１５】
断熱膜におけるセラミック粉末の含有率は、０．１〜３０ｗｔ％の範囲が好ましい。また、断熱膜は、５〜１００μｍの厚みを有するのが好ましい。これらの構成は、断熱膜において良好な断熱性を達成するのに寄与し、金属成形体の薄肉成形において好適である。
【００１６】
本発明の第２の側面によると、金属成形体を製造するための金型が提供される。この金型は、セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む断熱膜で被覆されたキャビティ規定面を有することを特徴とする。
【００１７】
このような構成の金型は、本発明の第１の側面に係る金属成形体製造方法において使用されるものである。したがって、本発明の第２の側面によると、金属成形体の製造において、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を実施例として記載する。併せて、比較例も記載する。
【００１９】
【実施例１】
＜流動性評価＞
図１に示すような平面視形状のキャビティが形成されるバーフロー金型１（フローパスの全長；１６５０ｍｍ、フローパスの幅；１０ｍｍ、フローパスの厚さ；０．７ｍｍ）の当該キャビティ規定面の全体に対して断熱膜を形成し、当該金型１を使用したＭｇ合金（ＡＺ９１Ｄ）のダイカスト成形における溶湯の射出圧力および流動長を測定することによって、溶湯の流動性を評価した。本実施例の断熱膜は、９０ｗｔ％のフッ素樹脂（商品名：ナヴァロン、オキツモ（株）製）と、これに分散する１０ｗｔ％のアルミナ粉末（平均粒径０．２μｍ）とからなり、２０μｍの膜厚を有する。本実施例の断熱膜は、キャビティ規定面に対して、断熱膜を構成する材料を含む溶液をスプレー塗布した後に、所定の温度でこれを乾燥することによって形成した。本測定において、溶湯は、バーフロー金型１の中心に設けられた注入口２から金型出口３に向けて射出した。溶湯温度は、Ｍｇ合金（ＡＺ９１Ｄ）の液相線温度より１０〜３０℃高温の６５０℃とし、金型温度は２５０℃、射出速度は８０ｍ／ｓとした。本測定の結果は表１に掲げる。
【００２０】
＜成形体の作製＞
板材を成形するためのキャビティ（長さ１５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）を規定する金型の当該キャビティ規定面の全体に対して本実施例の断熱膜（膜厚２０μｍ）を形成し、当該金型を使用したＭｇ合金（ＡＺ９１Ｄ）のダイカスト成形により、サンプル成形体を作製した。図３は、使用した金型５の断面を模式的に表す。金型５は、固定型５ａと、これに対して進退動可能な可動型５ｂとを備える。金型５のキャビティ規定面５ｃには、本発明に係る断熱膜６が形成されている。本金型成形においては、溶湯の射出速度を５０ｍ／ｓとし、この射出速度での溶湯の射出圧力を測定した。そして、サンプル成形体について外観観察を行い、成形体表面におけるひけ及び湯しわの発生、バリの発生、未充填部位の有無を調べた。射出速度、ならびに、射出圧力および外観観察の結果は、表２に掲げる。
【００２１】
【実施例２】
９０ｗｔ％のフッ素樹脂及びこれに分散する１０ｗｔ％のアルミナ粉末からなる断熱膜に代えて、９０ｗｔ％のポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）樹脂（商品名：ポリペンコ、日本ポリペンコ製）及びこれに分散する１０ｗｔ％の炭化ケイ素粉末（平均粒径０．５μｍ）からなる断熱膜（膜厚２０μｍ）を形成した以外は、実施例１と同様にして流動性の評価を行い、また、実施例１と同様にしてサンプル成形体を作製した。本実施例の断熱膜は、金型のキャビティ規定面を、断熱膜を構成する材料を含む溶液にディップし、所定の温度でこれを乾燥することによって形成した。本実施例についての結果も表１および表２に掲げる。
【００２２】
【比較例１】
断熱膜を形成しない以外は実施例１と同様にして流動性の評価を行った。また、断熱膜を形成せず、且つ、溶湯の射出速度を５０ｍ／ｓに代えて８０ｍ／ｓとした以外は実施例１と同様にして、サンプル成形体を作製した。本比較例についての結果も表１および表２に掲げる。
【００２３】
【比較例２】
９０ｗｔ％のフッ素樹脂及びこれに分散する１０ｗｔ％のアルミナ粉末からなる断熱膜に代えて、ＴｉＡｌＮからなる本比較例の被膜（膜厚５μｍ）を形成した以外は、実施例１と同様にして流動性の評価を行った。また、断熱膜を本比較例の被膜に変更し、且つ、溶湯の射出速度を５０ｍ／ｓに代えて８０ｍ／ｓとした以外は実施例１と同様にして、サンプル成形体を作製した。ＴｉＡｌＮ膜は、原料ガスとしてＴｉＣｌ_４，ＡｌＣｌ_３，Ｎ_２を用いたプラズマＣＶＤ法により形成した。本比較例についての結果も表１および表２に掲げる。
【００２４】
【比較例３】
９０ｗｔ％のフッ素樹脂及びこれに分散する１０ｗｔ％のアルミナ粉末からなる断熱膜に代えて、ＴｉＡｌＮ層（厚さ２μｍ）およびその上のＳｉＯ_２層（厚さ３μｍ）からなる本比較例の複合被膜（膜厚５μｍ）を形成した以外は、実施例１と同様にして流動性の評価を行った。また、断熱膜を本比較例の複合被膜に変更し、且つ、溶湯の射出速度を５０ｍ／ｓに代えて８０ｍ／ｓとした以外は実施例１と同様にして、サンプル成形体を作製した。ＴｉＡｌＮ層は、原料ガスとしてＴｉＣｌ_４，ＡｌＣｌ_３，Ｎ_２を用いたプラズマＣＶＤ法により形成した。ＳｉＯ_２層は、ヒートレスガラス（大橋化学製）をＴｉＡｌＮ層上にスプレー塗布した後、１４０℃で３０分間乾燥することによって形成した。本比較例についての結果も表１および表２に掲げる。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
【評価】
表１に示すように、バーフロー金型における流動長については、キャビティ規定面になんら被膜を形成していない比較例１に対して、実施例１では１．６７倍、実施例２では１．７２倍を達成した。比較例２では１．１４倍、比較例３では１．３３倍に留まった。また、バーフロー金型における射出圧力については、比較例１に対して、実施例１では６４％、実施例２では６７％にまで低下した。比較例２では９３％、比較例３では８８％までしか低下しなかった。このように、セラッミク粉末と耐熱性樹脂からなる断熱膜が形成されている金型を使用すると、断熱膜として従来より利用されているＴｉＡｌＮ膜やＳｉＯ_２／ＴｉＡｌＮ膜が形成されている金型を使用するよりも、流動長は延び、且つ、射出圧力は低下した。すなわち、溶湯の流動性は向上した。
【００２８】
表２に示すように、厚さ０．６ｍｍの薄肉成形体の成形においては、実施例１および実施例２では、比較例１〜３よりも小さな溶湯射出速度によって、ひけ及び湯しわ、バリ、並びに未充填部を生じることなく良好に成形できることが理解できよう。このような優れた成形性は、図２に示すようなノートパソコン筐体を成形する場合にも得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によると、セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む断熱膜で被覆されたキャビティ規定面を有する金型を使用して金属成形体を射出成形することによって、溶湯の湯回り性を向上することができる。その結果、本発明によると、金属成形体の薄肉化が良好に達成される。例えばノートパソコン筐体においては、Ａ４サイズで１．０ｍｍ以下の厚さを有する金属筐体を、Ｂ５サイズで０．７ｍｍ以下の厚さを有する金属筐体を、歩留りよく量産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例および比較例における流動性評価で使用したバーフロー金型のキャビティを表す。
【図２】本発明で製造することのできる金属製のノートパソコン筐体を表す。
【図３】本発明に係る金型を表す。
【符号の説明】
５　　　金型
５ａ　　固定型
５ｂ　　可動型
５ｃ　　キャビティ規定面
６　　　断熱膜

Claims

セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む断熱膜で被覆された箇所を有するキャビティ規定面を備えた金型に対し、溶融金属を射出することを特徴とする、金属成形体製造方法。
前記セラミック粉末は、炭化ケイ素粉末、アルミナ粉末、およびシリカ粉末よりなる群から選択される、請求項１に記載の金属成形体製造方法。
前記耐熱性樹脂は、フッ素樹脂またはポリベンゾイミダゾール樹脂を含む、請求項１または２に記載の金属成形体製造方法。
前記断熱膜における前記セラミック粉末の含有率は、０．１〜３０ｗｔ％である、請求項１から３のいずれか１つに記載の金属成形体製造方法。
前記断熱膜は、５〜１００μｍの厚みを有する、請求項１から４のいずれか１つに記載の金属成形体製造方法。
金属成形体を製造するための金型であって、
セラミック粉末と耐熱性樹脂とを含む断熱膜で被覆されたキャビティ規定面を有することを特徴とする金型。