JP2010172909A

JP2010172909A - 圧延板、および圧延板の製造方法

Info

Publication number: JP2010172909A
Application number: JP2009015813A
Authority: JP
Inventors: Masasada Numano; 正禎沼野; Ryuichi Inoue; 龍一井上; Nobuyuki Okuda; 伸之奥田; Nozomi Kawabe; 望河部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12
Also published as: WO2010087074A1; TW201036724A

Abstract

【課題】マグネシウム合金からなる板材であって、薄くても剛性が高い板材、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】圧延板本体１０と、この本体１０に一体化され、本体１０厚さの１０倍以上の長さを有する突条２０とを有し、マグネシウム合金からなる圧延板１とする。突条２０は、圧延板１におけるリブの役割を果たすので、圧延板１の剛性を大きく向上させることができる。このような圧延板１は、外周に凹溝Ｇを有する圧延ロールＲを用意し、この圧延ロールＲによりマグネシウム合金からなる素材を圧延することで得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯用電気機器の筐体などに好適に利用することができるマグネシウム合金からなる圧延板、およびその製造方法に関するものである。

マグネシウムに種々の添加元素を含有したマグネシウム合金が、携帯電話やノートパソコンといった携帯用電気機器類の筐体や自動車部品などの部材の材料に利用されてきている。

最近、ＡＳＴＭ規格のＡＺ３１合金に代表される展伸用マグネシウム合金からなる板にプレス加工を施し、上記筐体を形成することが検討されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、ＡＳＴＭ規格のＡＺ９１合金からなり、プレス加工性に優れる板も検討されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−１０５０２９号公報特開２００２−２３９６４４号公報特開２００７−０９８４７０号公報

近年では、携帯機器の更なる軽量化が望まれており、筐体の原料であるマグネシウム合金からなる板材を軽量化することが望まれている。しかし、軽量化のためにマグネシウム合金からなる板材の厚さを薄くすると、携帯機器の筐体として要求される剛性を満たさない虞がある。

そこで、本発明の目的の一つは、マグネシウム合金からなる板材であって、薄くても剛性が高い板材、およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、マグネシウム合金からなる圧延板であって、板状の圧延板本体と、本体に一体に形成される突条とを備え、この突条が、圧延板本体の厚さの１０倍以上の長さを有することを特徴とする。

圧延板本体に一体化され、圧延板本体の厚さの１０倍の長さを有する突条は、圧延板におけるリブの役割を果たすので、圧延板の剛性を大きく向上させることができる。そのため、本発明の圧延板は、圧延板本体の厚さを薄くしても、高い剛性を誇る。また、圧延板本体に突条が一体化されていると、圧延板にプレス加工などの二次加工を行う際、加工により変形する部分に突条を含めることができる。これに対して、圧延板本体とは別部材とした突条を圧延板本体にネジ止めしたり溶接したりした場合、ネジ止め部や溶接部に変形が加わると、突条が圧延板本体から脱落するなどの不具合が生じる可能性が高い。

以下、本発明の構成を詳細に説明する。

＜圧延板の全体構成＞
本発明の圧延板が圧延により得られたものであることは、圧延板の物理的特性を調べることで容易にわかる。代表的な物理特性としては、圧延板の組織や、引張り強さ、硬度、伸び、表面状態などを挙げることができる。例えば、板材の伸びが１０％未満の場合、板材が圧延板であることは、板材の組織から判断するのであれば、剪断帯（圧延による高歪によって転位が蓄積されて形成された微細結晶からなる帯状の組織）が板厚断面に網目状となっていることから、引張り強さから判断するのであれば、３００ＭＰａ以上であることから、表面状態から判断するのであれば、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１０１）が１.５μｍ以下であることからわかる。

また、突条が圧延板本体に一体に形成されていることは、圧延板を直接観察することで容易にわかる。例えば、圧延板の断面を顕微鏡観察すれば、圧延板本体と突条との間につなぎ目がないことを組織学的に確認できる。

＜突条の形状と寸法＞
本発明圧延板１の突条２０は、図１（Ａ）の斜視図に示すように、圧延板本体１０の一面側に形成されていても良いし、図１（Ａ）とは異なり、本体１０の一面側と他面側の両方に設けられていても良い。圧延板１における突条２０は、例えば、圧延板本体１０の平均厚さを算出して、この平均厚さを圧延板本体１０の厚さｔとし、この厚さｔよりも厚い圧延板１の箇所として規定すれば良い。圧延板本体１０の厚さｔの好ましい範囲は、０.３〜３.０ｍｍ、より好ましい範囲は０.４〜１.０ｍｍである。この平均厚さは、圧延板本体１０について１０点以上の異なる測定点での測定値を平均したものとすれば良い。

突条２０の長さＬは、本体１０の厚さｔの１０倍以上であれば良いが、圧延板１の剛性を高める観点からすれば、好ましくはｔの２０倍以上、より好ましくはｔの３０倍以上である。長さＬの実測値としては、例えば、本発明圧延板を携帯電話の筐体として利用するのであれば３０ｍｍ以上、パソコンの筐体として利用するのであれば１００ｍｍ以上とすることが好ましい。

突条２０は、圧延板本体１０に対して単数設けられていても複数設けられていても良い。単数の場合、圧延板本体１０の一辺から、この一辺に対向する辺にかけて一連長に形成されていることが好ましい。複数の場合、例えば、図１（Ａ）に示すように、一連長の突条２０を複数並列しても良いし、図１（Ｂ）に示すように、複数の突条２０を一直線（Ｌ方向）上に配置した突条群を複数並列して設けても良い。どのような構成を選択するにせよ、突条２０の長さ方向に直交する任意の直線（図中に代表して４本示す二点鎖線）に、少なくとも一つの突条２０が交差するようにする。このようにすれば、上記任意の直線を曲げ代として圧延板１を曲げようとしても、いずれかの突条２０が曲げの抵抗となるので、曲がり難い圧延板１、即ち剛性の高い圧延板１となる。その他、複数の突条２０を設ける場合、圧延板１を上面視（下面視）したときに、少なくとも２つの突条２０が交差するような配置、例えば、十字架状や格子状に突条２０を配置しても良い。この場合も、交差する各突条２０の長さ方向と直交する直線に少なくとも一つの突条２０が交差するようにすることが好ましい。

突条２０の断面形状は、特に限定されない。例えば、断面形状として、矩形（図２（Ａ）参照）、三角形（図２（Ｂ）参照）、台形（図２（Ｃ）参照。好ましくは、等脚台形）、ドーム状（図２（Ｄ）参照。半円状などでも良い）などを挙げることができる。

突条２０の幅Ｗは、０.２〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましい。幅Ｗが小さくなると、突条２０に物理的な力が作用したときに突条２０が破損し易いし、幅Ｗが大きくなると、圧延板１の軽量化の度合いが低下する。

また、突条２０の高さＨは、突条２０の形状によって最適な値が変化するが、概ね０.２〜１.０ｍｍの範囲とすることが好ましく、この範囲で圧延板本体１０の厚さ以上とすることがより好ましい。その他、突条２０の高さＨは、突条２０の断面形状と断面積とから規定しても良い。圧延板１に付与する剛性と圧延板１の軽量化とのバランスを考慮すれば、一つの突条２０の好ましい断面積は０.１５〜１.５ｍｍ^２である。そして、この面積の範囲を満たしつつ、選択した断面形状で上述した幅Ｗの好ましい範囲を満たすように高さＨを設定すれば良い。例えば、断面矩形の突条２０であれば、幅Ｗを０.２〜４ｍｍとして高さＨを設定すれば良い。

また、圧延板本体１０に形成される突条２０の数は、特に限定されない。但し、突条２０の数があまりに多くなると、圧延板１の軽量化の効果が低くなる。従って、圧延板本体１０に複数の突条２０を形成するのであれば、隣り合う突条２０間の間隔Ｓを１５ｍｍ以上として、圧延板１に形成される突条２０を適当な数に調整することが好ましい。突条２０が一つでもあれば、圧延板１の強度を向上させる効果を有する。

＜圧延板の材質＞
圧延板を構成するマグネシウム合金は特に限定されない。例えば、耐食性を重視するのであれば、Ａｌを含有するＭｇ−Ａｌ系合金、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）系合金などが好適である。特に、Ａｌを８.３〜９.５質量％含有するＡＺ９１相当材（例えば、ＡＺ９１Ｅ；８.３〜９.２質量％のＡｌを含有、ＡＺ９１Ｄ；Ａｌ８.５〜９.５質量％のＡｌを含有）は、強度、塑性変形時の割れ難さといった機械的特性や、耐食性に優れる。

＜本発明圧延板の製造方法＞
圧延板本体に突条が一体に形成された圧延板を製造するためには、素材の圧延と同時に、圧延板本体に突条が形成されるようにすると良い。以下に、本発明の圧延板の製造方法を具体的に説明する。

本発明の圧延板の製造方法は、圧延ロールによりマグネシウム合金からなる素材を圧延することで圧延板を製造する方法であって、前記圧延ロールは、その外周に凹溝を有する構成とし、この圧延ロールで素材を圧延することで、本発明の圧延板を製造することを特徴とする。例えば、本発明の圧延板を得るにあたって複数パスの圧延ロールにより連続して圧延を行う場合、最終パスに凹溝を有する圧延ロールを使用すれば良い。

マグネシウム合金からなる板材に突条を一体に形成する場合、圧延以外の方法を使用すると以下に列挙するような欠点がある。例えば、プレスや鍛造などの塑性変形加工では、形成する突条の形状に自由度を持たせることができるものの、板材の強度が低く、割れ易い。しかも、突条を作るための金型の部分に素材が入り込み難い。そのため、圧延板に形成する突条の数が多くなると、各突条の形状にばらつきが生じ易く、板材の剛性が板材の部位によって異なり、安定した品質を維持することができない。また、切削により板材に突条を形成する場合、反応性の高いマグネシウム合金の切削屑が大量に生じるため、作業時の安全性に問題がある上、歩留りが悪く生産性が良くない。これらのことから、板材に一体化された突条を形成するためには圧延を利用することが最適である。

上記圧延ロールに形成される凹溝は、圧延ロールの周方向に沿って設けられていても良いし、圧延ロールの幅（軸）方向に平行に設けられていても良い。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に、凹溝Ｇを形成した圧延ロールＲと、この圧延ロールＲにより形成される圧延板１の概略図を示す。

図３（Ａ）に示すように、圧延ロールＲの周方向（図中の円弧矢印）に沿って凹溝Ｇを形成すれば、理論的には圧延板１の圧延方向（図中の直線矢印）に沿った突条２０を無限に形成することができる。ここで、圧延ロールＲに形成される凹溝Ｇは、周方向に連続している必要はなく、途中で分断されていても良い。この場合、圧延方向に所定の長さを有する突条２０が、所定の間隔を空けて圧延板１に断続的に形成される。

図３（Ｂ）に示すように、圧延ロールＲの幅方向に平行に凹溝Ｇを形成すれば、圧延方向に直交する突条２０を圧延方向に所定の間隔を空けて並列するように形成することができる。また、この構成によれば、圧延の際に、圧延方向と凹溝Ｇの形成方向とが直交しているので、凹溝Ｇに素材が入り込み易い。そのため、凹溝Ｇを深くしても凹溝Ｇの形状が精度良く転写された突条２０を形成することができる。

また、図３（Ａ）に示す凹溝と、図３（Ｂ）に示す凹溝とを組み合わせた圧延ロールとしても良い。この場合、圧延板を上面視したときに、十字架状に配された突条や、格子状に配された突条を形成することができる。

その他、凹溝を、圧延ロールの周方向と幅方向の両方に交差する方向に伸びるように形成しても良い。この場合、圧延板の斜め方向に伸びる突条を形成することができる。

本発明の圧延板は、圧延板本体に突条が形成されているため、薄肉であっても強度が高い。そのため、本発明の圧延板を携帯機器の筐体として利用すれば、その機器に要求される強度を満たしつつ機器の軽量化を図ることができる。

本発明圧延板の斜視図であって、（Ａ）は一連長の突条が複数並列された状態で設けられた圧延板、（Ｂ）は一直線上に配列された複数の突条からなる突条群が複数並列された状態で設けられた圧延板を示す。本発明圧延板を突条の形成方向と直交する方向に切断した本発明圧延板の部分断面図であって、（Ａ）は断面矩形の突条、（Ｂ）は断面三角形の突条、（Ｃ）は断面台形の突条、（Ｄ）は断面ドーム状の突条を有する圧延板を示す。圧延ロールと、その圧延ロールを使用して作製される圧延板の概略図であって、（Ａ）は圧延ロールの周方向に沿って形成される凹溝を有する圧延ロールを使用した場合、（Ｂ）は圧延ロールの軸方向に平行に形成された凹溝を有する圧延ロールを使用した場合を示す。実施形態に係る圧延板から切り出した試験片のたわみ量を測定する方法についての説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

[試験例1]
複数のマグネシウム合金からなる圧延板を作製し、その強度を測定した。

ＡＺ３１相当の組成（Ｍｇ−３.０質量％Ａｌ−１.０質量％Ｚｎ）、およびＡＺ９１相当の組成（Ｍｇ−９.０質量％Ａｌ−１.０質量％Ｚｎ）を有するマグネシウム合金からなる素材板（厚さ３.０ｍｍ）を複数用意した。本試験例における素材板は、双ロール鋳造により得たが、他の方法、例えば押し出しなどにより得ても良い。

次に、複数パスの圧延ロールを用意し、素材板の厚さを徐々に薄くすることで最終的な厚さが０.５ｍｍの圧延板を作製した。ここで、最終パスに使用する一対の圧延ロールのうち、上側の圧延ロールには凹凸の無い通常の圧延ロールを使用し、下側のロールには、図３（Ａ）に示すような複数の凹溝ＧがロールＲの周方向に並列して形成されているロールＲを使用した。このようにすることで、圧延板本体１０の一面側に突条２０が並列して形成された圧延板１を作製した（図３（Ａ）参照）。

次いで、得られた各圧延板を１５０ｍｍ×３０ｍｍの寸法に切り出した試験片を作製した。突条２０を有する圧延板１から得られる試験片Ｐは、試験片Ｐの長辺方向に１つの突条２０を有するように作製した（後述する図４を参照）。

さらに、図４に示すように、１００ｍｍの間隔を空けて配置される２つの支持台Ａ，Ｂにかけ渡すように試験片Ｐを配置した。試験片Ｐの支持台Ａ，Ｂのそれぞれに乗っている部分の長さは同じである。また、突条２０を有する試験片Ｐについては、突条２０の延伸方向が支持台Ａ，Ｂの並列方向に平行となるようにした（図４参照）。

そして、試験片Ｐうち、支持台Ａ，Ｂに下支えされていない部分の中間部に上から１ｋｇの荷重をかけて試験片Ｐのたわみ量（ｍｍ）を測定した。ここで、突条２０を有する試験片Ｐにあっては、突条２０の部分に荷重をかけた（図４を参照）。測定した各試験片Ｐのたわみ量を表１に示す。

表１の結果から、突条２０を有する試料２，４−６は、突条２０のない試料１，３よりもたわみ量が小さく、剛性が高い。これに対して、試料７，８を見れば、圧延板１の厚さｔを厚くすれば、圧延板１の軽量化を図ることはできないものの、圧延板１の剛性は高まることがわかる。また、突条２０の高さＨが０.５ｍｍである試料５の方が、０.２ｍｍである試料４よりも剛性が優れることが明らかになった。さらに、突条２０の断面形状が矩形である試料６の方が、等脚台形である試料４よりも剛性が優れることが明らかになった。

上述した突条を有する試料２，４−６は、二次加工に供することもできる。具体的には、これらの試料に対して突条の延伸方向と直交する方向に圧延板を直角に曲げるプレス加工を行ったところ、いずれの試料も損傷を生じることなく加工することができた。但し、断面矩形の突条を有するものについては、突条の高さＨを高くした場合に損傷が生じる虞があるので注意が必要である。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することが可能であり、上述した実施形態の構成に限定されるものではない。

本発明マグネシウム合金部材は、携帯機器やパソコンの筐体といった、軽量化が望まれる部材に好適に利用することができる。

１圧延板
１０本体２０突条
ｔ圧延板の厚さ
Ｌ突条の長さＷ突条の幅Ｈ突条の高さＳ突条間の間隔
Ｒ圧延ロールＧ凹溝
Ｐ試験片
Ａ，Ｂ支持台

Claims

マグネシウム合金からなる圧延板であって、
板状の圧延板本体と、
前記圧延板本体に一体に形成される突条とを備え、
前記突条は、圧延板本体の厚さの１０倍以上の長さを有することを特徴とする圧延板。
圧延板上で突条の長さ方向に直交する任意の直線に少なくとも１つの突条が交差することを特徴とする請求項１に記載の圧延板。
前記突条の断面形状が矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧延板。
。
前記突条の高さが前記圧延板本体の厚さ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延板。
前記マグネシウム合金は、Ａｌの含有量が８.３〜９.５質量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧延板。
圧延ロールによりマグネシウム合金からなる素材を圧延することで圧延板を製造する方法であって、
前記圧延ロールは、その外周に凹溝を有する構成とし、
この圧延ロールで素材を圧延することで、以下に示す圧延板を製造することを特徴とする圧延板の製造方法。
板状の圧延板本体と、前記圧延板本体に一体に形成される突条とを備え、前記突条が圧延板本体の厚さの１０倍以上の長さを有するマグネシウム合金からなる圧延板。
前記凹溝は、圧延ロールの周方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項６に記載の圧延板の製造方法。
前記凹溝は、圧延ロールの幅方向に平行に設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の圧延板の製造方法。