JP2004291063A - 金属成形用金型 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形すること。
【解決手段】金属成形用金型Ｘは、主面部位２１’、および、主面部位２１’より厚く且つ主面部位２１’と連続する周壁部２２’、を有する成形体２０’を形成するための成形キャビティ２０と、成形キャビティ２０と連通するオーバーフロースペース３０と、を有する。
【選択図】 図４
【解決手段】金属成形用金型Ｘは、主面部位２１’、および、主面部位２１’より厚く且つ主面部位２１’と連続する周壁部２２’、を有する成形体２０’を形成するための成形キャビティ２０と、成形キャビティ２０と連通するオーバーフロースペース３０と、を有する。
【選択図】 図４
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を成形するのに使用できる金属成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの電子機器の筐体については、軽量であること、高強度であること、内蔵電子部品の生ずる熱を効率良く放散すること、並びにリサイクル性に優れていることなどが、要求される。これらの要求に対応すべく、電子機器の筐体としては、金属筐体が採用される場合が多い。電子機器用途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、マグネシウムやアルミニウムなどの軽金属を主成分とする軽合金が注目されている。特にマグネシウムは、構造材として実用され得る単体金属としては最も比強度が大きく、放熱性についてはアルミニウムに匹敵する程に高く、且つ比重についてはアルミニウムの約７割と小さいという特長を有するので、電子機器用金属筐体への適用が強く望まれる。
【０００３】
一方、ノートパソコンなどの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、製品総重量の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】
電子機器用途の金属筐体は、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。金型成形技術については、下記の特許文献１や特許文献２に開示されている。また、電子機器用途の金属筐体の構成材料としては、即ち当該金属成形技術において使用する溶湯としては、ＡＺ９１Ｄ合金（Ａｌ；９ｗｔ％、Ｚｎ；１ｗｔ％、Ｍｇ；残部）が採用される場合が多い。Ｍｇ合金については、例えば下記の特許文献３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３０３０８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０３０１４号公報
【特許文献３】
特開平５−１７１３３０号公報
【０００６】
比較的広面積の主板部、および当該主板部の周縁と連続する周壁部、を有する電子機器用金属筐体を金型成形技術により一体成形する場合には、主板部を規定する第１キャビティと、周壁部を規定する第２キャビティとを有する成形キャビティが型締状態にて内部に形成される金型が使用される。成形キャビティには、当該成形キャビティへの溶湯導入路としてのゲートと、成形キャビティを通過した溶湯が流入するオーバーフロースペースとが連通している。
【０００７】
このような金型内に溶湯を射出すると、当該溶湯は、ゲートからオーバーフロースペースの方向へ、成形キャビティ内を流れる。このとき、溶湯はキャビティにおける金型表面を伝ってキャビティ内を進行する傾向にあり、且つ、単位容積あたりの規定面面積の広さについては第２キャビティは第１キャビティよりも大きいので、第１キャビティの周縁に存在する第２キャビティが優先的に充填される傾向にある。溶湯射出中、溶湯は、具体的には、主板部を規定する第１キャビティよりも、周壁部を規定する第２キャビティにて速く流れる傾向にある。すなわち、第２キャビティにおける溶湯先端の移動速度は、第１キャビティにおけるそれよりも大きい傾向にある。その結果、溶湯は、第１キャビティよりも第２キャビティを先に充填するのである。溶湯で充たされた後も第２キャビティに対してゲートから直接的に又は間接的に溶湯が流入すると、第２キャビティにおける下流領域から第１キャビティの下流領域へと過剰溶湯が溢れ出る。
【０００８】
電子機器用金属筐体を成形するための上述のような金型では、従来、第２キャビティの溶湯パス幅は、第１キャビティのそれと同一である。過剰溶湯として第２キャビティから第１キャビティに溢れ出た溶湯は、それまで第１キャビティ内を流れ続けていた溶湯よりも、同一幅の溶湯パスを長距離移動しており、従って、より多くの熱量が金型に吸収されて低温である。溶湯は、上述のように、低温となるほど流動性が低下する。そのため、このような従来の金型を使用すると、成形キャビティのエンド部付近、すなわち成形キャビティとその下流のオーバーフロースペースとの連結部付近では、第２キャビティから溢れ出た溶湯が第１キャビティにて滞留し、ひいては凝固してしまう場合がある。その場合、第１キャビティからオーバーフロースペースへの溶湯流れが阻害され、成形体において未充填部分が発生してしまい、金属筐体を適切に形成することができない。
【０００９】
一方、ＡＺ９１Ｄ合金は、大型かつ厚肉の自動車部品用途に開発されたものであり、その溶湯の流動性は本来的に低い。そのため、電子機器用途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、肉厚０．８ｍｍ以下のＡ４サイズのノートパソコン筐体の金型成形において、流動性の低いＡＺ９１Ｄ合金を溶湯として使用すると、未充填部分の発生は顕著である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形するための技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【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用金型が提供される。この金型は、主面部位、および、主面部位より厚く且つ主面部位と連続する周壁部、を有する成形体を形成するための成形キャビティと、当該成形キャビティと連通するオーバーフロースペースと、を有することを特徴とする。成形体における主面部位とは、例えば、ノートパソコン筐体において比較的広面積を有する板状の部位である。周壁部とは、例えばノートパソコン筐体の側壁に相当し、主面部位の周縁の少なくとも一部と連続する部位である。
【００１２】
このような金型を使用すると、金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形することができる。本発明の金型に対して所定の溶湯注入口から溶湯を射出すると、当該溶湯は、成形キャビティに連通する所定の導入路からオーバーフロースペースの方向へ、成形キャビティ内を流れる。このとき、溶湯は成形キャビティにおける金型表面を伝って当該キャビティ内を進行する傾向にあるため、溶湯は、成形体の主面部位が形成される空間（第１規定部）よりも、成形体の周壁部が形成される空間（第２規定部）にて速く流れる傾向にある。単位容積あたりの規定面面積の広さについては、第２規定部は第１規定部よりも大きい。その結果、溶湯は、第１規定部よりも第２規定部を先に充填する。溶湯で充たされた後も第２規定部に対してゲートから直接的に又は間接的に溶湯が流入すると、第２規定部における下流領域から第１規定部の下流領域へと過剰溶湯が溢れ出る。本発明の金型では、周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅は、主面部位を規定する第２規定部のそれよりも広い。そのため、過剰溶湯として第２規定部から第１規定部に溢れ出た溶湯の温度低下は、上述の従来金型におけるそれよりも、小さい。その結果、成形キャビティのエンド部付近における溶湯の滞留や凝固は抑制され、金属筐体を適切に形成することが可能となる。
【００１３】
本発明の第１の側面において、好ましくは、周壁部の厚さは、主面部位の厚さの１．１〜１．３倍である。このような厚さ範囲は、成形体における未充填部分の発生を抑制し、且つ、成形キャビティの第２規定部における下流領域から第１規定部の下流領域への溶湯の溢れ量を適度に抑制するうえで好適である。
【００１４】
好ましくは、成形キャビティにおいて周壁部が形成される空間（第２規定部）と導入路とは連続している。このような構成は、導入路から成形キャビティに流入する溶湯について、第２規定部を優先的に流動させるうえで好適である。
【００１５】
好ましくは、成形キャビティにおいて周壁部が形成される空間（第２規定部）とオーバーフロースペースとは連続している。このような構成は、第２規定部における下流領域から第１規定部の下流領域への溶湯の溢れ量を適度に抑制するうえで好適である。
【００１６】
好ましくは、主面部位の厚さは０．８ｍｍ以下である。本発明は、主面部位の厚さが０．８ｍｍ以下である薄肉筐体を成形するための金型として実施する場合に特に実益が高い。
【００１７】
好ましくは、オーバーフロースペースの容積は、成形キャビティの容積の１５％以上である。本発明の金型が複数のオーバーフロースペースを有する場合には、本構成における容積とは、全てのオーバーフロースペースの合計容積である。このような構成は、成形体表面における湯流れ跡や湯じわの発生を防止ないし充分に低減するうえで好適である。金型内での溶湯の流動性を向上すべく、金型におけるキャビティ規定面（金型において導入路、成形キャビティ、およびオーバーフロースペースを規定する面）には、予め離型剤を付着しておく場合がある。離型剤は、溶湯に巻き込まれてしまう場合があり、巻き込まれ量は、金型内に流入するのが先である溶湯ほど多い傾向にある。成形体において離型剤の巻き込まれ量が多い部位では、湯流れ跡や湯じわが発生しやすい。オーバーフロースペースの容積が成形キャビティの容積の１５％以上であると、金型内に流入するのが先であって離型剤巻込み量の比較的多い溶湯を、成形キャビティに充分に収容することができる。その結果、成形体表面における湯流れ跡や湯じわの発生が防止ないし充分に低減されるのである。
【００１８】
好ましくは、オーバーフロースペースの流動路長は、成形キャビティの流動路長の０．６倍以上である。好ましくは、オーバーフロースペースにて溶湯が凝固して形成されるオーバーフロー部の厚さは、主面部位の厚さの０．５〜１０倍である。これらのような構成は、オーバーフロースペースについて、成形キャビティに対して充分な容積を確保するうえで好適である。
【００１９】
本発明の第２の側面によると金属成形体製造方法が提供される。この方法は、上述の構成を有する金属成形用金型に対し、ＡｌおよびＺｎの合計含有率が１５ｗｔ％以下であり且つＺｎ含有率が９ｗｔ％以上であるＭｇ合金の溶湯を、所定の溶湯注入口から射出することを特徴とする。
【００２０】
このような方法では、本発明の第１の側面に係る金型が使用される。したがって、本発明の第２の側面によると、得られる金属成形体において、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。加えて、第２の側面における合金よりなる溶湯は、第１の側面に係る金型において優れた流動性を有するという知見が得られている。したがって、本発明の第２の側面に係る方法によると、金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形することができるのである。
【００２１】
本発明の第２の側面において、好ましくは、溶湯として使用されるＭｇ合金のＦｅ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、Ｓｉ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、且つ、Ｍｎ含有率は０．５〜１ｗｔ％である。好ましくは、当該Ｍｇ合金において、Ｙ含有率は０．０１〜１ｗｔ％、ミッシュメタル含有率は０．０１〜２ｗｔ％、Ｃｕ含有率は３〜５ｗｔ％、Ｓｎ含有率は１〜５ｗｔ％、若しくは、Ｃａ含有率は０．１〜２．０ｗｔ％である。合金組成についてのこれらの構成は、当該合金の流動性を向上するうえで好適である。
【００２２】
好ましくは、溶湯の射出温度は５００〜６４０℃であり、且つ、溶湯射出時における金型の温度は１５０℃以上である。溶湯の射出温度とは、溶湯射出時における当該溶湯の温度である。第１の側面に係る金型に対して上述のような組成の合金を射出する場合には、このような温度条件が好適である。
【００２３】
好ましくは、金属成形用金型のキャビティ規定面には、Ｓｉ含有率が１ｗｔ％以下である離型剤が付着している。離型剤に含まれるＳｉは、上述のように成形体表面における湯流れ跡や湯じわの発生原因の一つであり、当該湯流れ跡や湯じわを防止ないし充分に低減するうえでは、このような離型剤が好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る金型Ｘの一の断面を表す。図２は金型Ｘの他の断面を表す。図３は、金型Ｘを使用して成形された金属製の成形体Ｙの斜視図である。図１および図２は、各々、図３の成形体における線Ｉ−Ｉおよび線ＩＩ−ＩＩに沿った箇所に対応するキャビティ形状を表す断面図である。
【００２５】
金型Ｘは、例えば電子機器筐体を金属成形するためのものであり、型締状態において、図３にて模式的に表す成形体Ｙの形状を規定するためのキャビティＣを有する。キャビティＣは、ゲート１０と、成形キャビティ２０と、オーバーフロースペース３０とからなる。成形体Ｙは、ゲート１０にて溶湯が凝固してなるゲート部１０’と、成形キャビティ２０にて溶湯が凝固してなる成形部２０’と、オーバーフロースペース３０にて溶湯が凝固してなるオーバーフロー部３０’とからなる。成形部２０’は、本金型成形技術により最終的に得ることを目的とする成形体に相当し、本実施形態ではノートパソコン筐体である。成形部２０’は、主板部２１’と周壁部２２’とからなる。周壁部２２’は、ノートパソコン筐体の側壁に相当するものであり、主板部２１’の周縁と連続している。
【００２６】
成形キャビティ２０は、第１規定部２１および第２規定部２２からなる。第１規定部２１は、成形部２０’の主板部２１’を規定し、第２規定部２２は、周壁部２２’を規定する。第２規定部２２の溶湯パス幅Ｌ２は、第１規定部２１の溶湯パス幅Ｌ１よりも長い。すなわち、成形キャビティ２０にて形成される成形部２０’においては、周壁部２２’は主板部２１’よりも肉厚である。本実施形態では、幅Ｌ１は例えば０．８ｍｍ以下であり、幅Ｌ２は、幅Ｌ１の１．１〜１．３倍である。
【００２７】
ゲート１０は、注入口１１を有し、この注入口１１からキャビティＣに溶湯が射出される。ゲート１０は、成形キャビティ２０の第２規定部２２と連続している。
【００２８】
オーバーフロースペース３０は、キャビティＣにて最も下流に設けられた空間であり、本実施形態では、成形キャビティ２０の第２規定部２２と連続している。オーバーフロースペース３０について、長さＬ３は、第１規定部２１の溶湯パス幅Ｌ１の例えば０．５〜１０倍である。すなわち、オーバーフロー部３０’の厚さは、成形部２０’の主板部２１’の厚さの０．５〜１０倍である。また、オーバーフロースペース３０の流動路長Ｌ４は、成形キャビティ２０の流動路長Ｌ５の例えば０．６倍以上である。オーバーフロースペース３０の流動路長Ｌ４は、オーバーフロー部３０’の流動長に対応する。このような構成において、オーバーフロースペース３０の容積は、成形キャビティ２０の容積の１５％以上である。したがって、成形体Ｙにおいて、オーバーフロー部３０’の体積は、成形部２０’の体積の１５％以上である。
【００２９】
このような金型Ｘを使用して金属射出成形を行う際には、まず、金型ＸにおいてキャビティＣを規定する面に、離型剤（図示略）を塗布する。離型剤は、液状である場合、エアスプレーで噴霧することによってキャビティ規定面に塗布することができる。離型剤としては、好ましくは、シリコーンオイルを含有するＭｇ合金用水性エマルジョン離型剤を採用する。この場合、所定の離型剤原液を水などで希釈することによって使用濃度に調製された離型剤におけるＳｉの含有率は、１ｗｔ％以下であるのが好ましい。キャビティ規定面に塗布ないし付着される離型剤中のＳｉ含有率が１ｗｔ％以下であると、Ｍｇ合金成形体に対する耐食性向上表面処理としてノンクロム系化成処理を採用する場合に、成形体へのＳｉ巻込み量が、当該化成処理を阻害しない程度に低減される傾向にある。
【００３０】
キャビティ規定面に離型剤を塗布した後、図１および図２に示すように、金型Ｘを型締めする。型締状態の金型Ｘの内部には、上述のように、ゲート１０と、成形キャビティ２０と、オーバーフロースペース３０とからなるキャビティＣが形成される。また、所定のＭｇ合金が、半溶融状態または溶融状態の溶湯として、金型Ｘの注入口１１に連通可能な鋳込スリーブ（図示略）に用意される。鋳込スリーブ内では、溶湯は所定の温度に維持可能である。
【００３１】
本発明の金型Ｘを使用して行う射出成形において溶湯として好ましく使用することのできるＭｇ合金においては、ＡｌおよびＺｎの合計含有率は１５ｗｔ％以下であり、且つ、Ｚｎ含有率が９ｗｔ％以上である。良好な耐食性を確保するという観点からは、当該Ｍｇ合金のＦｅ含有率は好ましくは０．１ｗｔ％以下であり、より好ましくは０．０５ｗｔ％以下であり、且つ、Ｍｎ含有率は好ましくは０．５〜１ｗｔ％である。得られる成形部２０’に施すノンクロム系化成処理に対するＳｉの影響を抑制するという観点からは、当該Ｍｇ合金のＳｉ含有率は好ましくは０．１ｗｔ％以下である。また、当該Ｍｇ合金は、Ｙ，ミッシュメタル，Ｃｕ，Ｓｎ，およびＣａからなる群より選択される成分を更に含有してもよい。各成分を含有する場合、Ｙ含有率は０．０１〜１ｗｔ％、ミッシュメタル含有率は０．０１〜２ｗｔ％、Ｃｕ含有率は３〜５ｗｔ％、Ｓｎ含有率は１〜５ｗｔ％、Ｃａ含有率は０．１〜２．０ｗｔ％であるのが好ましい。Ｙを含有する場合、Ｍｇ合金溶湯の流動性が向上するとともに、金属組織が微細化するためにＭｇ合金成形体の強度が向上する。また、ミッシュメタル，Ｃｕ，Ｓｎ，およびＣａは、Ｍｇ合金成形体の強度向上に寄与する。
【００３２】
金型Ｘを使用して行う射出成形においては、次に、上述の鋳込スリーブに摺動自在に嵌合するプランジャ（図示略）を駆動させることにより、鋳込スリーブ内の溶湯を所定の圧力で注入口１１からキャビティＣに射出する。このときの溶湯の温度は５００〜６４０℃とする。また、金型Ｘの温度は１５０℃以上とする。溶湯は、図４に示すように、ゲート１０を経て成形キャビティ２０へと流入し、更にオーバーフロースペース３０にまで充填される。
【００３３】
図５は、キャビティＣに溶湯が充填されていく過程を模式的に表すものである。金型Ｘに対して注入口１１から溶湯５０（図５において斜線ハッチを付して表す）を射出すると、溶湯５０は、ゲート１０からオーバーフロースペース３０の方向へ、成形キャビティ２０の内部を流れる。このとき、溶湯５０は成形キャビティ２０における金型表面を伝ってキャビティＣ内を進行する傾向にある。したがって、溶湯５０は、図５（ａ）に示すように、主板部２１’を規定する第１規定部２１よりも、周壁部２２’を規定する第２規定部２２にて速く流れる。単位容積あたりの規定面面積の広さについては第２規定部２２は第１規定部２１よりも大きいからである。その結果、溶湯５０は、第１規定部２１よりも第２規定部２２を先に充填することとなる。
【００３４】
その後、溶湯５０で充たされた後も第２規定部２２には溶湯５０が流入し続けるので、図５（ｂ）に示すように、第２規定部２２における下流領域から第１規定部２１の下流領域へと過剰溶湯が溢れ出るようになる。金型Ｘでは、上述のように、第２規定部２２の溶湯パス幅Ｌ２は、第１規定部２１の溶湯パス幅Ｌ１より広い。そのため、過剰溶湯として第２規定部２２から第１規定部２１に溢れ出る溶湯の温度低下は抑制されている。その結果、成形キャビティ２０のエンド部における溶湯の滞留や凝固は抑制され、当該エンド部は適切に充填される。成形キャビティ２０のエンド部とは、成形キャビティ２０における、オーバーフロースペース３０との境界部付近である。
【００３５】
溶湯が充分に冷却した後、図６に示すように、金型Ｘを開いて成形体Ｙを取り出す。成形体Ｙには、ゲート部１０’やオーバーフロー部３０’など、最終製造物には不要な部位が一体となっている。したがって、カッターやプレスなどを用いて、図６に示す破線に沿って成形体Ｙを切断し、これら不要部位が切り離される。その結果、成形部２０’が得られる。
【００３６】
上述の金属射出成形においては、キャビティＣを溶湯が流れる際、キャビティ規定面に噴霧しておいた離型剤の少なくとも一部は溶湯中に巻き込まれる。金属射出成形の技術においては、金属成形体における離型剤の巻込み量は、当該成形体の表面状態に影響を与えることが知られている。離型剤巻込み量が比較的多いと、成形体表面にて、ムラのある湯流れ跡、湯じわ、凹凸が発生する場合がある。また、離型剤巻込み量が比較的多いと、必要に応じて行われる成形体表面の化成処理に影響を与えてしまう場合がある。更に、離型剤の巻込み量はキャビティＣの形状に依存し、例えば乱流が生じ易い箇所での巻込み量は相対的に多いので、巻込み量の差に起因して、キャビティ内を流れる溶湯の速度に差が生じて充填不良を誘発する場合がある。溶湯の流動先端側の方が、流動後端側よりも乱流が生じ易く、従って、離型剤巻き込み量は相対的に多い傾向にある。
【００３７】
本発明の金型Ｘは、成形キャビティ２０の１５％以上の容積を有するオーバーフロースペース３０を備える。したがって、溶湯の流動速度の不均一性などから生じ得る乱流により離型剤を比較的多く巻込んだ溶湯は、オーバーフロースペース３０に適切に収容される。すなわち、離型剤を比較的多く含有する溶湯が、成形キャビティ２０にて残存して凝固してしまうことは抑制される。その結果、良好な表面状態を有する成形部２０’が得られるのである。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例とともに説明する。
【００３９】
【実施例１】
〔合金１の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、更に所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融し、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１２％Ｚｎ−３％Ａｌの組成を有するＭｇ合金である合金１を作製した。合金１は、不可避の不純物（例えばＭｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ）を含む。本実施例に係る合金１の組成は図７の表に掲げる。図７の表に掲げる数値は、合金に含まれる各元素などの重量百分率の値である。
【００４０】
〔金型成形〕
Ａ４サイズノートパソコン筐体の形状を規定する図１および図２に示すようなキャビティを型締状態において有する金型を使用して、金属射出成形を行った。具体的には、金型のキャビティ規定面に所定の離型剤をスプレー噴霧により塗布した後、ダイカストマシン（商品名：ＤＣ６５０ＣＬ、東芝機械製）を使用して、上述の合金１よりなる合金溶湯を当該金型に射出した。本実施例の金型におけるキャビティについて、主板部を規定する第１規定部の溶湯パス幅Ｌ１は０．６ｍｍであり、周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２はＬ１の１．１倍であり、オーバーフロースペースの容積は、成形キャビティの容積の１５％である。また、射出時の溶湯温度は６００℃とし、金型温度は２００℃とした。その結果、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該成形体について外観を観察したところ、成形体表面には凹凸や割れなどがなく、補修せずとも製品に適用可能であった。この結果は、図８の表に掲げる。外観観察については、本実施例ならびに下記の実施例および比較例において、表面に凹凸や割れなどがなく、補修せずとも製品に適用可能な成形体を○、パテ埋めなどの簡易な補修により製品に適用可能な成形体を△、製品に適用可能な程度に補修するのが困難な成形体を×として評価した。また、図８の表には、外観評価とともに、第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２の長さ、および、成形キャビティの容積に対するオーバーフロースペースの容積の割合も、示す。
【００４１】
【実施例２】
周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２を、Ｌ１の１．１倍に代えてＬ１の１．３倍とした以外は、実施例１の金型と同様に設計した金型を用意した。この金型を使用して、実施例１と同様にして金属射出成形を行うことによって、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該金属成形体の外観観察の結果は、図８の表に掲げる。
【００４２】
【比較例１，２】
周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２を、Ｌ１の１．１倍に代えてＬ１の０．８倍（比較例１）または１．０倍（比較例２）とした以外は、実施例１の金型と同様に設計した金型を用意した。各金型を使用して、実施例１と同様にして金属射出成形を行うことによって、各比較例について、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該金属成形体の外観観察の結果は、図８の表に掲げる。
【００４３】
【比較例３〜５】
周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２を、Ｌ１の１．１倍に代えてＬ１の１．０倍とし、且つ、オーバフロースペースの容積を、成形キャビティの容積の１５％に代えて５％（比較例３）、１０％（比較例４）、または２０％（比較例５）とした以外は、実施例１の金型と同様に設計した金型を用意した。各金型を使用して、実施例１と同様にして金属射出成形を行うことによって、各比較例について、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該金属成形体の外観観察の結果は、図８の表に掲げる。
【００４４】
【合金組成の検討】
〔合金２の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、７５０℃にて所定量のイットリウムを溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１２％Ｚｎ−３％Ａｌ−０．５％Ｙの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金２を作製した。合金２の組成は図７の表に掲げる。後出の合金の組成も図７の表に掲げる。
【００４５】
〔合金３の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、７１０℃にて所定量のミッシュメタルを溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１２％Ｚｎ−３％Ａｌ−１％ミッシュメタルの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金３を作製した。
【００４６】
〔合金４の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、６８０℃にて所定量のスズを溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−９％Ｚｎ−１％Ａｌ−３％Ｓｎの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金４を作製した。
【００４７】
〔合金５の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、６８０℃にて所定量の銅を溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−９％Ｚｎ−１％Ａｌ−３％Ｃｕの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金５を作製した。
【００４８】
〔合金６の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、更に所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融し、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１％Ｚｎ−９％Ａｌの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金６を作製した。合金６は、いわゆるＡＺ９１Ｄ合金に相当する。
【００４９】
〔金型成形〕
溶湯として合金１に代えて合金２〜６を採用し、実施例１の金型を使用して各合金ごとに金属射出成形を行い、各合金から図３に示すような金属成形体を形成した。
【００５０】
〔曲げ弾性率測定〕
合金１〜６から得られた各金属成形体から、サンプル片（長さ：５０ｍｍ、幅：１０ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ）を切り出し、各サンプル片について曲げ弾性率測定を行った。具体的には、万能試験機（商品名：インストロン５５８１、インストロンジャパン製）を使用して、ＪＩＳ Ｋ ７０５５に準拠して、各サンプル片について曲げ弾性率測定を行った。支持２点間距離（スパン）を３０ｍｍとし、当該支持２点間の略中央に対して押圧力を加えることによって、各サンプル片の曲げ弾性率を測定した。これらの結果は図９のグラフにまとめる。図９のグラフにおいては、合金６からなるサンプル片についての測定値を１とし、他のサンプル片についての測定値は、これに対する比率で表す。
【００５１】
〔アイゾット衝撃試験〕
合金１〜６から得られた各金属成形体から、別のサンプル片（長さ：６４ｍｍ、幅：１２．７ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ、幅方向への切欠き深さ：２．５ｍｍ）を切り出し、各サンプル片についてアイゾッド衝撃試験を行った。具体的には、アイゾット衝撃試験機（商品名：インパクトテスタ、東洋精機製）を使用して、ＪＩＳ Ｋ ７１１０に準拠してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は図１０のグラフにまとめる。図１０のグラフにおいては、合金６からなるサンプル片についての測定値を１とし、他のサンプル片についての測定値は、これに対する比率で表す。
【００５２】
【評価】
〔外観について〕
図８の表において実施例１，２と比較例１，２とを比較すると、周壁部を規定する第２規定部が、主板部を規定する第１規定部よりも厚く設計されている金型（実施例１，２）を使用すると、金属成形体において良好な表面状態が得られることが理解できよう。これは、実施例１，２の金型を使用して金属成形を行う場合には、比較例１，２の金型を使用して金属成形を行う場合よりも、溶湯射出時において溶湯が第２規定部を適度に優先的に流れ、成形キャビティを適切に充填するためであると考えられる。
【００５３】
また、比較例２，５と比較例３，４とを比較すると、オーバーフロースペースの容積が成形キャビティの容積の１５％以上である金型（比較例２，５）を使用すると、金属成形体において良好な表面状態が得られる傾向にあることが理解できよう。これは、比較例２，５を使用して金属成形を行う場合には、実施例３，４の金型を使用して金属成形を行う場合よりも、離型剤を比較的多く巻き込んでしまった溶湯が適切にオーバーフロースペースに収容されるためであると考えられる。
【００５４】
〔曲げ弾性率およびアイゾット衝撃強度について〕
図９のグラフに表れているように、合金１〜５よりなる成形体は、合金６（ＡＺ９１Ｄ合金）よりなる成形体よりも、高い曲げ弾性率を示す。また、図１０のグラフに表れているように、合金１〜３，５よりなる成形体は、合金６よりなる成形体よりも、高いアイゾット衝撃強度を示す。合金４よりなる成形体は、合金６よりなる成形体と同程度のアイゾット衝撃強度を示す。これらの結果から、合金１〜５は、ＡＺ９１Ｄ合金よりも、ノートパソコン筐体などの薄肉の金属成形体を形成するＭｇ合金材料として強度的特性において優れていることが理解できよう。
【００５５】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００５６】
（付記１）主面部位、および、前記主面部位より厚く且つ前記主面部位と連続する周壁部、を有する成形体を形成するための成形キャビティと、
溶湯注入口を有し且つ前記成形キャビティと連通する導入路と、
前記成形キャビティと連通するオーバーフロースペースと、を有することを特徴とする、金属成形用金型。
（付記２）前記周壁部の厚さは、前記主面部位の厚さの１．１〜１．３倍である、付記１に記載の金属成形用金型。
（付記３）前記成形キャビティにおいて前記周壁部が形成される空間と前記導入路とは連続している、付記１または２に記載の金属成形用金型。
（付記４）前記成形キャビティにおいて前記周壁部が形成される空間と前記オーバーフロースペースとは連続している、付記１から３のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記５）前記主面部位の厚さは０．８ｍｍ以下である、付記１から４のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記６）前記オーバーフロースペースの容積は、前記成形キャビティの容積の１５％以上である、付記１から５のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記７）前記オーバーフロースペースの流動路長は、前記成形キャビティの流動路長の０．６倍以上である、付記１から６のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記８）前記オーバーフロースペースにて溶湯が凝固して形成されるオーバーフロー部の厚さは、前記主面部位の厚さの０．５〜１０倍である、付記１から７のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記９）付記１から８のいずれか１つに記載の金属成形用金型に対し、ＡｌおよびＺｎの合計含有率が１５ｗｔ％以下であり且つＺｎ含有率が９ｗｔ％以上であるＭｇ合金の溶湯を、前記溶湯注入口から射出することを特徴とする、金属成形体製造方法。
（付記１０）前記Ｍｇ合金のＦｅ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、Ｓｉ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、且つ、Ｍｎ含有率は０．５〜１ｗｔ％である、付記９に記載の金属成形体製造方法。
（付記１１）前記Ｍｇ合金において、Ｙ含有率は０．０１〜１ｗｔ％、ミッシュメタル含有率は０．０１〜２ｗｔ％、Ｃｕ含有率は３〜５ｗｔ％、Ｓｎ含有率は１〜５ｗｔ％、若しくは、Ｃａ含有率は０．１〜２．０ｗｔ％である、付記９または１０に記載の金属成形体製造方法。
（付記１２）前記溶湯の射出温度は５００〜６４０℃であり、且つ、前記金型の温度は１５０℃以上である、付記９から１１のいずれか１つに記載の金属成形体製造方法。
（付記１３）前記金属成形用金型において前記導入路、前記成形キャビティ、および前記オーバーフロースペースを規定する面には、Ｓｉ含有率が１ｗｔ％以下である離型剤が付着している、付記９から１２のいずれか１つに記載の金属成形体製造方法。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によると、金属成形体の薄肉化を良好に達成することができる。例えばノートパソコン筐体について、Ａ４サイズであり且つ主板部にて０．８ｍｍ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である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金型の一の断面を表す。
【図２】本発明に係る金型の他の断面を表す。
【図３】本発明に係る金型を使用して形成された金属成形体の斜視図である。
【図４】金型のキャビティに溶湯が充填された状態を表す。
【図５】本発明に係る金型を使用した射出成形において、キャビティに溶湯が充填されていく過程を表す。
【図６】金型が開かれて成形体が取出される状態を表す。
【図７】合金１〜６の組成を表す。
【図８】実施例１，２および比較例１〜５に係る金属成形体についての外観観察の結果をまとめた表である。
【図９】合金１〜６よりなる各サンプル片についての曲げ弾性率測定の結果を表すグラフである。
【図１０】合金１〜６よりなる各サンプル片についてのアイゾット衝撃試験の結果を表すグラフである。
【符号の説明】
Ｘ 金型
Ｃ キャビティ
１０ ゲート
２０ 成形キャビティ
２１ 第１規定部
２２ 第２規定部
３０ オーバーフロースペース
Ｙ 成形体
１０’ ゲート部
２０’ 成形部
２１’ 主板部
２２’ 周壁部
３０’ オーバーフロー部
【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を成形するのに使用できる金属成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどの電子機器の筐体については、軽量であること、高強度であること、内蔵電子部品の生ずる熱を効率良く放散すること、並びにリサイクル性に優れていることなどが、要求される。これらの要求に対応すべく、電子機器の筐体としては、金属筐体が採用される場合が多い。電子機器用途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、マグネシウムやアルミニウムなどの軽金属を主成分とする軽合金が注目されている。特にマグネシウムは、構造材として実用され得る単体金属としては最も比強度が大きく、放熱性についてはアルミニウムに匹敵する程に高く、且つ比重についてはアルミニウムの約７割と小さいという特長を有するので、電子機器用金属筐体への適用が強く望まれる。
【０００３】
一方、ノートパソコンなどの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、製品総重量の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】
電子機器用途の金属筐体は、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。金型成形技術については、下記の特許文献１や特許文献２に開示されている。また、電子機器用途の金属筐体の構成材料としては、即ち当該金属成形技術において使用する溶湯としては、ＡＺ９１Ｄ合金（Ａｌ；９ｗｔ％、Ｚｎ；１ｗｔ％、Ｍｇ；残部）が採用される場合が多い。Ｍｇ合金については、例えば下記の特許文献３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３０３０８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０３０１４号公報
【特許文献３】
特開平５−１７１３３０号公報
【０００６】
比較的広面積の主板部、および当該主板部の周縁と連続する周壁部、を有する電子機器用金属筐体を金型成形技術により一体成形する場合には、主板部を規定する第１キャビティと、周壁部を規定する第２キャビティとを有する成形キャビティが型締状態にて内部に形成される金型が使用される。成形キャビティには、当該成形キャビティへの溶湯導入路としてのゲートと、成形キャビティを通過した溶湯が流入するオーバーフロースペースとが連通している。
【０００７】
このような金型内に溶湯を射出すると、当該溶湯は、ゲートからオーバーフロースペースの方向へ、成形キャビティ内を流れる。このとき、溶湯はキャビティにおける金型表面を伝ってキャビティ内を進行する傾向にあり、且つ、単位容積あたりの規定面面積の広さについては第２キャビティは第１キャビティよりも大きいので、第１キャビティの周縁に存在する第２キャビティが優先的に充填される傾向にある。溶湯射出中、溶湯は、具体的には、主板部を規定する第１キャビティよりも、周壁部を規定する第２キャビティにて速く流れる傾向にある。すなわち、第２キャビティにおける溶湯先端の移動速度は、第１キャビティにおけるそれよりも大きい傾向にある。その結果、溶湯は、第１キャビティよりも第２キャビティを先に充填するのである。溶湯で充たされた後も第２キャビティに対してゲートから直接的に又は間接的に溶湯が流入すると、第２キャビティにおける下流領域から第１キャビティの下流領域へと過剰溶湯が溢れ出る。
【０００８】
電子機器用金属筐体を成形するための上述のような金型では、従来、第２キャビティの溶湯パス幅は、第１キャビティのそれと同一である。過剰溶湯として第２キャビティから第１キャビティに溢れ出た溶湯は、それまで第１キャビティ内を流れ続けていた溶湯よりも、同一幅の溶湯パスを長距離移動しており、従って、より多くの熱量が金型に吸収されて低温である。溶湯は、上述のように、低温となるほど流動性が低下する。そのため、このような従来の金型を使用すると、成形キャビティのエンド部付近、すなわち成形キャビティとその下流のオーバーフロースペースとの連結部付近では、第２キャビティから溢れ出た溶湯が第１キャビティにて滞留し、ひいては凝固してしまう場合がある。その場合、第１キャビティからオーバーフロースペースへの溶湯流れが阻害され、成形体において未充填部分が発生してしまい、金属筐体を適切に形成することができない。
【０００９】
一方、ＡＺ９１Ｄ合金は、大型かつ厚肉の自動車部品用途に開発されたものであり、その溶湯の流動性は本来的に低い。そのため、電子機器用途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、肉厚０．８ｍｍ以下のＡ４サイズのノートパソコン筐体の金型成形において、流動性の低いＡＺ９１Ｄ合金を溶湯として使用すると、未充填部分の発生は顕著である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形するための技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【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用金型が提供される。この金型は、主面部位、および、主面部位より厚く且つ主面部位と連続する周壁部、を有する成形体を形成するための成形キャビティと、当該成形キャビティと連通するオーバーフロースペースと、を有することを特徴とする。成形体における主面部位とは、例えば、ノートパソコン筐体において比較的広面積を有する板状の部位である。周壁部とは、例えばノートパソコン筐体の側壁に相当し、主面部位の周縁の少なくとも一部と連続する部位である。
【００１２】
このような金型を使用すると、金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形することができる。本発明の金型に対して所定の溶湯注入口から溶湯を射出すると、当該溶湯は、成形キャビティに連通する所定の導入路からオーバーフロースペースの方向へ、成形キャビティ内を流れる。このとき、溶湯は成形キャビティにおける金型表面を伝って当該キャビティ内を進行する傾向にあるため、溶湯は、成形体の主面部位が形成される空間（第１規定部）よりも、成形体の周壁部が形成される空間（第２規定部）にて速く流れる傾向にある。単位容積あたりの規定面面積の広さについては、第２規定部は第１規定部よりも大きい。その結果、溶湯は、第１規定部よりも第２規定部を先に充填する。溶湯で充たされた後も第２規定部に対してゲートから直接的に又は間接的に溶湯が流入すると、第２規定部における下流領域から第１規定部の下流領域へと過剰溶湯が溢れ出る。本発明の金型では、周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅は、主面部位を規定する第２規定部のそれよりも広い。そのため、過剰溶湯として第２規定部から第１規定部に溢れ出た溶湯の温度低下は、上述の従来金型におけるそれよりも、小さい。その結果、成形キャビティのエンド部付近における溶湯の滞留や凝固は抑制され、金属筐体を適切に形成することが可能となる。
【００１３】
本発明の第１の側面において、好ましくは、周壁部の厚さは、主面部位の厚さの１．１〜１．３倍である。このような厚さ範囲は、成形体における未充填部分の発生を抑制し、且つ、成形キャビティの第２規定部における下流領域から第１規定部の下流領域への溶湯の溢れ量を適度に抑制するうえで好適である。
【００１４】
好ましくは、成形キャビティにおいて周壁部が形成される空間（第２規定部）と導入路とは連続している。このような構成は、導入路から成形キャビティに流入する溶湯について、第２規定部を優先的に流動させるうえで好適である。
【００１５】
好ましくは、成形キャビティにおいて周壁部が形成される空間（第２規定部）とオーバーフロースペースとは連続している。このような構成は、第２規定部における下流領域から第１規定部の下流領域への溶湯の溢れ量を適度に抑制するうえで好適である。
【００１６】
好ましくは、主面部位の厚さは０．８ｍｍ以下である。本発明は、主面部位の厚さが０．８ｍｍ以下である薄肉筐体を成形するための金型として実施する場合に特に実益が高い。
【００１７】
好ましくは、オーバーフロースペースの容積は、成形キャビティの容積の１５％以上である。本発明の金型が複数のオーバーフロースペースを有する場合には、本構成における容積とは、全てのオーバーフロースペースの合計容積である。このような構成は、成形体表面における湯流れ跡や湯じわの発生を防止ないし充分に低減するうえで好適である。金型内での溶湯の流動性を向上すべく、金型におけるキャビティ規定面（金型において導入路、成形キャビティ、およびオーバーフロースペースを規定する面）には、予め離型剤を付着しておく場合がある。離型剤は、溶湯に巻き込まれてしまう場合があり、巻き込まれ量は、金型内に流入するのが先である溶湯ほど多い傾向にある。成形体において離型剤の巻き込まれ量が多い部位では、湯流れ跡や湯じわが発生しやすい。オーバーフロースペースの容積が成形キャビティの容積の１５％以上であると、金型内に流入するのが先であって離型剤巻込み量の比較的多い溶湯を、成形キャビティに充分に収容することができる。その結果、成形体表面における湯流れ跡や湯じわの発生が防止ないし充分に低減されるのである。
【００１８】
好ましくは、オーバーフロースペースの流動路長は、成形キャビティの流動路長の０．６倍以上である。好ましくは、オーバーフロースペースにて溶湯が凝固して形成されるオーバーフロー部の厚さは、主面部位の厚さの０．５〜１０倍である。これらのような構成は、オーバーフロースペースについて、成形キャビティに対して充分な容積を確保するうえで好適である。
【００１９】
本発明の第２の側面によると金属成形体製造方法が提供される。この方法は、上述の構成を有する金属成形用金型に対し、ＡｌおよびＺｎの合計含有率が１５ｗｔ％以下であり且つＺｎ含有率が９ｗｔ％以上であるＭｇ合金の溶湯を、所定の溶湯注入口から射出することを特徴とする。
【００２０】
このような方法では、本発明の第１の側面に係る金型が使用される。したがって、本発明の第２の側面によると、得られる金属成形体において、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。加えて、第２の側面における合金よりなる溶湯は、第１の側面に係る金型において優れた流動性を有するという知見が得られている。したがって、本発明の第２の側面に係る方法によると、金属筐体などの薄肉の金属部材を適切に金型成形することができるのである。
【００２１】
本発明の第２の側面において、好ましくは、溶湯として使用されるＭｇ合金のＦｅ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、Ｓｉ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、且つ、Ｍｎ含有率は０．５〜１ｗｔ％である。好ましくは、当該Ｍｇ合金において、Ｙ含有率は０．０１〜１ｗｔ％、ミッシュメタル含有率は０．０１〜２ｗｔ％、Ｃｕ含有率は３〜５ｗｔ％、Ｓｎ含有率は１〜５ｗｔ％、若しくは、Ｃａ含有率は０．１〜２．０ｗｔ％である。合金組成についてのこれらの構成は、当該合金の流動性を向上するうえで好適である。
【００２２】
好ましくは、溶湯の射出温度は５００〜６４０℃であり、且つ、溶湯射出時における金型の温度は１５０℃以上である。溶湯の射出温度とは、溶湯射出時における当該溶湯の温度である。第１の側面に係る金型に対して上述のような組成の合金を射出する場合には、このような温度条件が好適である。
【００２３】
好ましくは、金属成形用金型のキャビティ規定面には、Ｓｉ含有率が１ｗｔ％以下である離型剤が付着している。離型剤に含まれるＳｉは、上述のように成形体表面における湯流れ跡や湯じわの発生原因の一つであり、当該湯流れ跡や湯じわを防止ないし充分に低減するうえでは、このような離型剤が好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る金型Ｘの一の断面を表す。図２は金型Ｘの他の断面を表す。図３は、金型Ｘを使用して成形された金属製の成形体Ｙの斜視図である。図１および図２は、各々、図３の成形体における線Ｉ−Ｉおよび線ＩＩ−ＩＩに沿った箇所に対応するキャビティ形状を表す断面図である。
【００２５】
金型Ｘは、例えば電子機器筐体を金属成形するためのものであり、型締状態において、図３にて模式的に表す成形体Ｙの形状を規定するためのキャビティＣを有する。キャビティＣは、ゲート１０と、成形キャビティ２０と、オーバーフロースペース３０とからなる。成形体Ｙは、ゲート１０にて溶湯が凝固してなるゲート部１０’と、成形キャビティ２０にて溶湯が凝固してなる成形部２０’と、オーバーフロースペース３０にて溶湯が凝固してなるオーバーフロー部３０’とからなる。成形部２０’は、本金型成形技術により最終的に得ることを目的とする成形体に相当し、本実施形態ではノートパソコン筐体である。成形部２０’は、主板部２１’と周壁部２２’とからなる。周壁部２２’は、ノートパソコン筐体の側壁に相当するものであり、主板部２１’の周縁と連続している。
【００２６】
成形キャビティ２０は、第１規定部２１および第２規定部２２からなる。第１規定部２１は、成形部２０’の主板部２１’を規定し、第２規定部２２は、周壁部２２’を規定する。第２規定部２２の溶湯パス幅Ｌ２は、第１規定部２１の溶湯パス幅Ｌ１よりも長い。すなわち、成形キャビティ２０にて形成される成形部２０’においては、周壁部２２’は主板部２１’よりも肉厚である。本実施形態では、幅Ｌ１は例えば０．８ｍｍ以下であり、幅Ｌ２は、幅Ｌ１の１．１〜１．３倍である。
【００２７】
ゲート１０は、注入口１１を有し、この注入口１１からキャビティＣに溶湯が射出される。ゲート１０は、成形キャビティ２０の第２規定部２２と連続している。
【００２８】
オーバーフロースペース３０は、キャビティＣにて最も下流に設けられた空間であり、本実施形態では、成形キャビティ２０の第２規定部２２と連続している。オーバーフロースペース３０について、長さＬ３は、第１規定部２１の溶湯パス幅Ｌ１の例えば０．５〜１０倍である。すなわち、オーバーフロー部３０’の厚さは、成形部２０’の主板部２１’の厚さの０．５〜１０倍である。また、オーバーフロースペース３０の流動路長Ｌ４は、成形キャビティ２０の流動路長Ｌ５の例えば０．６倍以上である。オーバーフロースペース３０の流動路長Ｌ４は、オーバーフロー部３０’の流動長に対応する。このような構成において、オーバーフロースペース３０の容積は、成形キャビティ２０の容積の１５％以上である。したがって、成形体Ｙにおいて、オーバーフロー部３０’の体積は、成形部２０’の体積の１５％以上である。
【００２９】
このような金型Ｘを使用して金属射出成形を行う際には、まず、金型ＸにおいてキャビティＣを規定する面に、離型剤（図示略）を塗布する。離型剤は、液状である場合、エアスプレーで噴霧することによってキャビティ規定面に塗布することができる。離型剤としては、好ましくは、シリコーンオイルを含有するＭｇ合金用水性エマルジョン離型剤を採用する。この場合、所定の離型剤原液を水などで希釈することによって使用濃度に調製された離型剤におけるＳｉの含有率は、１ｗｔ％以下であるのが好ましい。キャビティ規定面に塗布ないし付着される離型剤中のＳｉ含有率が１ｗｔ％以下であると、Ｍｇ合金成形体に対する耐食性向上表面処理としてノンクロム系化成処理を採用する場合に、成形体へのＳｉ巻込み量が、当該化成処理を阻害しない程度に低減される傾向にある。
【００３０】
キャビティ規定面に離型剤を塗布した後、図１および図２に示すように、金型Ｘを型締めする。型締状態の金型Ｘの内部には、上述のように、ゲート１０と、成形キャビティ２０と、オーバーフロースペース３０とからなるキャビティＣが形成される。また、所定のＭｇ合金が、半溶融状態または溶融状態の溶湯として、金型Ｘの注入口１１に連通可能な鋳込スリーブ（図示略）に用意される。鋳込スリーブ内では、溶湯は所定の温度に維持可能である。
【００３１】
本発明の金型Ｘを使用して行う射出成形において溶湯として好ましく使用することのできるＭｇ合金においては、ＡｌおよびＺｎの合計含有率は１５ｗｔ％以下であり、且つ、Ｚｎ含有率が９ｗｔ％以上である。良好な耐食性を確保するという観点からは、当該Ｍｇ合金のＦｅ含有率は好ましくは０．１ｗｔ％以下であり、より好ましくは０．０５ｗｔ％以下であり、且つ、Ｍｎ含有率は好ましくは０．５〜１ｗｔ％である。得られる成形部２０’に施すノンクロム系化成処理に対するＳｉの影響を抑制するという観点からは、当該Ｍｇ合金のＳｉ含有率は好ましくは０．１ｗｔ％以下である。また、当該Ｍｇ合金は、Ｙ，ミッシュメタル，Ｃｕ，Ｓｎ，およびＣａからなる群より選択される成分を更に含有してもよい。各成分を含有する場合、Ｙ含有率は０．０１〜１ｗｔ％、ミッシュメタル含有率は０．０１〜２ｗｔ％、Ｃｕ含有率は３〜５ｗｔ％、Ｓｎ含有率は１〜５ｗｔ％、Ｃａ含有率は０．１〜２．０ｗｔ％であるのが好ましい。Ｙを含有する場合、Ｍｇ合金溶湯の流動性が向上するとともに、金属組織が微細化するためにＭｇ合金成形体の強度が向上する。また、ミッシュメタル，Ｃｕ，Ｓｎ，およびＣａは、Ｍｇ合金成形体の強度向上に寄与する。
【００３２】
金型Ｘを使用して行う射出成形においては、次に、上述の鋳込スリーブに摺動自在に嵌合するプランジャ（図示略）を駆動させることにより、鋳込スリーブ内の溶湯を所定の圧力で注入口１１からキャビティＣに射出する。このときの溶湯の温度は５００〜６４０℃とする。また、金型Ｘの温度は１５０℃以上とする。溶湯は、図４に示すように、ゲート１０を経て成形キャビティ２０へと流入し、更にオーバーフロースペース３０にまで充填される。
【００３３】
図５は、キャビティＣに溶湯が充填されていく過程を模式的に表すものである。金型Ｘに対して注入口１１から溶湯５０（図５において斜線ハッチを付して表す）を射出すると、溶湯５０は、ゲート１０からオーバーフロースペース３０の方向へ、成形キャビティ２０の内部を流れる。このとき、溶湯５０は成形キャビティ２０における金型表面を伝ってキャビティＣ内を進行する傾向にある。したがって、溶湯５０は、図５（ａ）に示すように、主板部２１’を規定する第１規定部２１よりも、周壁部２２’を規定する第２規定部２２にて速く流れる。単位容積あたりの規定面面積の広さについては第２規定部２２は第１規定部２１よりも大きいからである。その結果、溶湯５０は、第１規定部２１よりも第２規定部２２を先に充填することとなる。
【００３４】
その後、溶湯５０で充たされた後も第２規定部２２には溶湯５０が流入し続けるので、図５（ｂ）に示すように、第２規定部２２における下流領域から第１規定部２１の下流領域へと過剰溶湯が溢れ出るようになる。金型Ｘでは、上述のように、第２規定部２２の溶湯パス幅Ｌ２は、第１規定部２１の溶湯パス幅Ｌ１より広い。そのため、過剰溶湯として第２規定部２２から第１規定部２１に溢れ出る溶湯の温度低下は抑制されている。その結果、成形キャビティ２０のエンド部における溶湯の滞留や凝固は抑制され、当該エンド部は適切に充填される。成形キャビティ２０のエンド部とは、成形キャビティ２０における、オーバーフロースペース３０との境界部付近である。
【００３５】
溶湯が充分に冷却した後、図６に示すように、金型Ｘを開いて成形体Ｙを取り出す。成形体Ｙには、ゲート部１０’やオーバーフロー部３０’など、最終製造物には不要な部位が一体となっている。したがって、カッターやプレスなどを用いて、図６に示す破線に沿って成形体Ｙを切断し、これら不要部位が切り離される。その結果、成形部２０’が得られる。
【００３６】
上述の金属射出成形においては、キャビティＣを溶湯が流れる際、キャビティ規定面に噴霧しておいた離型剤の少なくとも一部は溶湯中に巻き込まれる。金属射出成形の技術においては、金属成形体における離型剤の巻込み量は、当該成形体の表面状態に影響を与えることが知られている。離型剤巻込み量が比較的多いと、成形体表面にて、ムラのある湯流れ跡、湯じわ、凹凸が発生する場合がある。また、離型剤巻込み量が比較的多いと、必要に応じて行われる成形体表面の化成処理に影響を与えてしまう場合がある。更に、離型剤の巻込み量はキャビティＣの形状に依存し、例えば乱流が生じ易い箇所での巻込み量は相対的に多いので、巻込み量の差に起因して、キャビティ内を流れる溶湯の速度に差が生じて充填不良を誘発する場合がある。溶湯の流動先端側の方が、流動後端側よりも乱流が生じ易く、従って、離型剤巻き込み量は相対的に多い傾向にある。
【００３７】
本発明の金型Ｘは、成形キャビティ２０の１５％以上の容積を有するオーバーフロースペース３０を備える。したがって、溶湯の流動速度の不均一性などから生じ得る乱流により離型剤を比較的多く巻込んだ溶湯は、オーバーフロースペース３０に適切に収容される。すなわち、離型剤を比較的多く含有する溶湯が、成形キャビティ２０にて残存して凝固してしまうことは抑制される。その結果、良好な表面状態を有する成形部２０’が得られるのである。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例とともに説明する。
【００３９】
【実施例１】
〔合金１の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、更に所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融し、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１２％Ｚｎ−３％Ａｌの組成を有するＭｇ合金である合金１を作製した。合金１は、不可避の不純物（例えばＭｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｓｉ）を含む。本実施例に係る合金１の組成は図７の表に掲げる。図７の表に掲げる数値は、合金に含まれる各元素などの重量百分率の値である。
【００４０】
〔金型成形〕
Ａ４サイズノートパソコン筐体の形状を規定する図１および図２に示すようなキャビティを型締状態において有する金型を使用して、金属射出成形を行った。具体的には、金型のキャビティ規定面に所定の離型剤をスプレー噴霧により塗布した後、ダイカストマシン（商品名：ＤＣ６５０ＣＬ、東芝機械製）を使用して、上述の合金１よりなる合金溶湯を当該金型に射出した。本実施例の金型におけるキャビティについて、主板部を規定する第１規定部の溶湯パス幅Ｌ１は０．６ｍｍであり、周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２はＬ１の１．１倍であり、オーバーフロースペースの容積は、成形キャビティの容積の１５％である。また、射出時の溶湯温度は６００℃とし、金型温度は２００℃とした。その結果、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該成形体について外観を観察したところ、成形体表面には凹凸や割れなどがなく、補修せずとも製品に適用可能であった。この結果は、図８の表に掲げる。外観観察については、本実施例ならびに下記の実施例および比較例において、表面に凹凸や割れなどがなく、補修せずとも製品に適用可能な成形体を○、パテ埋めなどの簡易な補修により製品に適用可能な成形体を△、製品に適用可能な程度に補修するのが困難な成形体を×として評価した。また、図８の表には、外観評価とともに、第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２の長さ、および、成形キャビティの容積に対するオーバーフロースペースの容積の割合も、示す。
【００４１】
【実施例２】
周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２を、Ｌ１の１．１倍に代えてＬ１の１．３倍とした以外は、実施例１の金型と同様に設計した金型を用意した。この金型を使用して、実施例１と同様にして金属射出成形を行うことによって、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該金属成形体の外観観察の結果は、図８の表に掲げる。
【００４２】
【比較例１，２】
周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２を、Ｌ１の１．１倍に代えてＬ１の０．８倍（比較例１）または１．０倍（比較例２）とした以外は、実施例１の金型と同様に設計した金型を用意した。各金型を使用して、実施例１と同様にして金属射出成形を行うことによって、各比較例について、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該金属成形体の外観観察の結果は、図８の表に掲げる。
【００４３】
【比較例３〜５】
周壁部を規定する第２規定部の溶湯パス幅Ｌ２を、Ｌ１の１．１倍に代えてＬ１の１．０倍とし、且つ、オーバフロースペースの容積を、成形キャビティの容積の１５％に代えて５％（比較例３）、１０％（比較例４）、または２０％（比較例５）とした以外は、実施例１の金型と同様に設計した金型を用意した。各金型を使用して、実施例１と同様にして金属射出成形を行うことによって、各比較例について、図３に示すような形状の金属成形体を得た。当該金属成形体の外観観察の結果は、図８の表に掲げる。
【００４４】
【合金組成の検討】
〔合金２の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、７５０℃にて所定量のイットリウムを溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１２％Ｚｎ−３％Ａｌ−０．５％Ｙの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金２を作製した。合金２の組成は図７の表に掲げる。後出の合金の組成も図７の表に掲げる。
【００４５】
〔合金３の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、７１０℃にて所定量のミッシュメタルを溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１２％Ｚｎ−３％Ａｌ−１％ミッシュメタルの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金３を作製した。
【００４６】
〔合金４の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、６８０℃にて所定量のスズを溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−９％Ｚｎ−１％Ａｌ−３％Ｓｎの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金４を作製した。
【００４７】
〔合金５の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融した。更に、６８０℃にて所定量の銅を溶解炉に投入した後、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−９％Ｚｎ−１％Ａｌ−３％Ｃｕの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金５を作製した。
【００４８】
〔合金６の作製〕
所定量のマグネシウムインゴットを溶解炉に投入して７００℃以上で溶融した後、更に所定量の亜鉛インゴットおよびアルミニウムインゴットを溶解炉に投入して溶融し、これらを１時間ほど攪拌した。このようにして、Ｍｇ−１％Ｚｎ−９％Ａｌの組成を有して不可避の不純物を含むＭｇ合金である合金６を作製した。合金６は、いわゆるＡＺ９１Ｄ合金に相当する。
【００４９】
〔金型成形〕
溶湯として合金１に代えて合金２〜６を採用し、実施例１の金型を使用して各合金ごとに金属射出成形を行い、各合金から図３に示すような金属成形体を形成した。
【００５０】
〔曲げ弾性率測定〕
合金１〜６から得られた各金属成形体から、サンプル片（長さ：５０ｍｍ、幅：１０ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ）を切り出し、各サンプル片について曲げ弾性率測定を行った。具体的には、万能試験機（商品名：インストロン５５８１、インストロンジャパン製）を使用して、ＪＩＳ Ｋ ７０５５に準拠して、各サンプル片について曲げ弾性率測定を行った。支持２点間距離（スパン）を３０ｍｍとし、当該支持２点間の略中央に対して押圧力を加えることによって、各サンプル片の曲げ弾性率を測定した。これらの結果は図９のグラフにまとめる。図９のグラフにおいては、合金６からなるサンプル片についての測定値を１とし、他のサンプル片についての測定値は、これに対する比率で表す。
【００５１】
〔アイゾット衝撃試験〕
合金１〜６から得られた各金属成形体から、別のサンプル片（長さ：６４ｍｍ、幅：１２．７ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ、幅方向への切欠き深さ：２．５ｍｍ）を切り出し、各サンプル片についてアイゾッド衝撃試験を行った。具体的には、アイゾット衝撃試験機（商品名：インパクトテスタ、東洋精機製）を使用して、ＪＩＳ Ｋ ７１１０に準拠してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は図１０のグラフにまとめる。図１０のグラフにおいては、合金６からなるサンプル片についての測定値を１とし、他のサンプル片についての測定値は、これに対する比率で表す。
【００５２】
【評価】
〔外観について〕
図８の表において実施例１，２と比較例１，２とを比較すると、周壁部を規定する第２規定部が、主板部を規定する第１規定部よりも厚く設計されている金型（実施例１，２）を使用すると、金属成形体において良好な表面状態が得られることが理解できよう。これは、実施例１，２の金型を使用して金属成形を行う場合には、比較例１，２の金型を使用して金属成形を行う場合よりも、溶湯射出時において溶湯が第２規定部を適度に優先的に流れ、成形キャビティを適切に充填するためであると考えられる。
【００５３】
また、比較例２，５と比較例３，４とを比較すると、オーバーフロースペースの容積が成形キャビティの容積の１５％以上である金型（比較例２，５）を使用すると、金属成形体において良好な表面状態が得られる傾向にあることが理解できよう。これは、比較例２，５を使用して金属成形を行う場合には、実施例３，４の金型を使用して金属成形を行う場合よりも、離型剤を比較的多く巻き込んでしまった溶湯が適切にオーバーフロースペースに収容されるためであると考えられる。
【００５４】
〔曲げ弾性率およびアイゾット衝撃強度について〕
図９のグラフに表れているように、合金１〜５よりなる成形体は、合金６（ＡＺ９１Ｄ合金）よりなる成形体よりも、高い曲げ弾性率を示す。また、図１０のグラフに表れているように、合金１〜３，５よりなる成形体は、合金６よりなる成形体よりも、高いアイゾット衝撃強度を示す。合金４よりなる成形体は、合金６よりなる成形体と同程度のアイゾット衝撃強度を示す。これらの結果から、合金１〜５は、ＡＺ９１Ｄ合金よりも、ノートパソコン筐体などの薄肉の金属成形体を形成するＭｇ合金材料として強度的特性において優れていることが理解できよう。
【００５５】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００５６】
（付記１）主面部位、および、前記主面部位より厚く且つ前記主面部位と連続する周壁部、を有する成形体を形成するための成形キャビティと、
溶湯注入口を有し且つ前記成形キャビティと連通する導入路と、
前記成形キャビティと連通するオーバーフロースペースと、を有することを特徴とする、金属成形用金型。
（付記２）前記周壁部の厚さは、前記主面部位の厚さの１．１〜１．３倍である、付記１に記載の金属成形用金型。
（付記３）前記成形キャビティにおいて前記周壁部が形成される空間と前記導入路とは連続している、付記１または２に記載の金属成形用金型。
（付記４）前記成形キャビティにおいて前記周壁部が形成される空間と前記オーバーフロースペースとは連続している、付記１から３のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記５）前記主面部位の厚さは０．８ｍｍ以下である、付記１から４のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記６）前記オーバーフロースペースの容積は、前記成形キャビティの容積の１５％以上である、付記１から５のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記７）前記オーバーフロースペースの流動路長は、前記成形キャビティの流動路長の０．６倍以上である、付記１から６のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記８）前記オーバーフロースペースにて溶湯が凝固して形成されるオーバーフロー部の厚さは、前記主面部位の厚さの０．５〜１０倍である、付記１から７のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
（付記９）付記１から８のいずれか１つに記載の金属成形用金型に対し、ＡｌおよびＺｎの合計含有率が１５ｗｔ％以下であり且つＺｎ含有率が９ｗｔ％以上であるＭｇ合金の溶湯を、前記溶湯注入口から射出することを特徴とする、金属成形体製造方法。
（付記１０）前記Ｍｇ合金のＦｅ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、Ｓｉ含有率は０．１ｗｔ％以下であり、且つ、Ｍｎ含有率は０．５〜１ｗｔ％である、付記９に記載の金属成形体製造方法。
（付記１１）前記Ｍｇ合金において、Ｙ含有率は０．０１〜１ｗｔ％、ミッシュメタル含有率は０．０１〜２ｗｔ％、Ｃｕ含有率は３〜５ｗｔ％、Ｓｎ含有率は１〜５ｗｔ％、若しくは、Ｃａ含有率は０．１〜２．０ｗｔ％である、付記９または１０に記載の金属成形体製造方法。
（付記１２）前記溶湯の射出温度は５００〜６４０℃であり、且つ、前記金型の温度は１５０℃以上である、付記９から１１のいずれか１つに記載の金属成形体製造方法。
（付記１３）前記金属成形用金型において前記導入路、前記成形キャビティ、および前記オーバーフロースペースを規定する面には、Ｓｉ含有率が１ｗｔ％以下である離型剤が付着している、付記９から１２のいずれか１つに記載の金属成形体製造方法。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によると、金属成形体の薄肉化を良好に達成することができる。例えばノートパソコン筐体について、Ａ４サイズであり且つ主板部にて０．８ｍｍ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である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金型の一の断面を表す。
【図２】本発明に係る金型の他の断面を表す。
【図３】本発明に係る金型を使用して形成された金属成形体の斜視図である。
【図４】金型のキャビティに溶湯が充填された状態を表す。
【図５】本発明に係る金型を使用した射出成形において、キャビティに溶湯が充填されていく過程を表す。
【図６】金型が開かれて成形体が取出される状態を表す。
【図７】合金１〜６の組成を表す。
【図８】実施例１，２および比較例１〜５に係る金属成形体についての外観観察の結果をまとめた表である。
【図９】合金１〜６よりなる各サンプル片についての曲げ弾性率測定の結果を表すグラフである。
【図１０】合金１〜６よりなる各サンプル片についてのアイゾット衝撃試験の結果を表すグラフである。
【符号の説明】
Ｘ 金型
Ｃ キャビティ
１０ ゲート
２０ 成形キャビティ
２１ 第１規定部
２２ 第２規定部
３０ オーバーフロースペース
Ｙ 成形体
１０’ ゲート部
２０’ 成形部
２１’ 主板部
２２’ 周壁部
３０’ オーバーフロー部
Claims (5)
- 主面部位、および、前記主面部位より厚く且つ前記主面部位と連続する周壁部、を有する成形体を形成するための成形キャビティと、
前記成形キャビティと連通するオーバーフロースペースと、を有することを特徴とする、金属成形用金型。 - 前記周壁部の厚さは、前記主面部位の厚さの１．１〜１．３倍である、請求項１に記載の金属成形用金型。
- 前記オーバーフロースペースの容積は、前記成形キャビティの容積の１５％以上である、請求項１または２に記載の金属成形用金型。
- 前記オーバーフロースペースの流動路長は、前記成形キャビティの流動路長の０．６倍以上である、請求項１から３のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
- 前記オーバーフロースペースにて溶湯が凝固して形成されるオーバーフロー部の厚さは、前記主面部位の厚さの０．５〜１０倍である、請求項１から４のいずれか１つに記載の金属成形用金型。
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