JP2011189743A - マグネシウム合金部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂部材を備えるマグネシウム合金部材、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ａｌを５.８〜１０質量％含有するマグネシウム合金の圧延板２であり、その一方の面２Ａから他方の面２Ｂに貫通する貫通孔２Ｈを有する圧延板２と、圧延板２における一方の面２Ａの一部から貫通孔２Ｈを経て他方の面２Ｂの一部に至ることで圧延板２に機械的に係合する樹脂部材３と、を備えるマグネシウム合金部材１である。このマグネシウム合金部材１は、インサート成形により製造することができる。本発明のマグネシウム合金部材１によれば、樹脂部材３が圧延板２に確りと固定されて外れることがない。
【選択図】図１

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部材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。

マグネシウム合金は、六方晶の結晶構造（ｈｃｐ構造）を有するため常温での塑性加工性に乏しいことから、上記筐体などのマグネシウム合金部材は、ダイカスト法やチクソモールド法による鋳造材が主流である。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

上記筐体に社名などのロゴマークを形成することがある。しかし、マグネシウム合金は塑性加工性に乏しいため、マグネシウム合金に微細な加工を施すことが難しい。そこで、微細な加工を施し易い樹脂部材をマグネシウム合金に取り付けることが望まれている。

本発明の目的の一つは、微細な加工を施すことができる樹脂部材を備えるマグネシウム合金部材、およびその製造方法を提供することにある。

本発明マグネシウム合金部材は、Ａｌを５.８〜１０質量％含有するマグネシウム合金の圧延板であり、その一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する圧延板と、前記圧延板における一方の面の一部から前記貫通孔を経て他方の面の一部に至ることで前記圧延板に機械的に係合する樹脂部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の構成とすることにより、マグネシウム合金の圧延板に係合した樹脂部材の部分に微細な加工を行なうことができる。例えば、ロゴマークなどを樹脂部材に形成したマグネシウム合金部材を作製することができる。また、その樹脂部材は、圧延板の一方の面から貫通孔を経て他方の面に至ることで圧延板に機械的に係合しているため、圧延板から外れ難い。

＜圧延板と樹脂部材との係合＞
圧延板と樹脂部材の係合状態の具体例を図１に例示する。例えば、図１（Ａ）では、貫通孔２Ｈを埋めるように樹脂部材３を配置しつつ、圧延板２の一方の面２Ａと他方の面２Ｂに沿って広がるようにすることで、圧延板２と樹脂部材３とが強固に係合されている。その他、図１（Ｂ）に示すように、樹脂部材３が、圧延板２の貫通孔２Ｈから一方の面２Ａと他方の面２Ｂを経て圧延板２の外側縁に至るように設けても良い。なお、後述する実施形態２の図３に示すように、貫通孔２Ｈの全てが樹脂部材３で埋まっていなくても良い。

＜圧延板の材質＞
圧延板を構成するマグネシウム合金であるＡｌを含有するＭｇ−Ａｌ系合金は、耐食性が高い。Ｍｇ−Ａｌ系合金としては、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。含有されるＡｌ量は、５.８〜１０質量％であり、代表的にはＡＺ６０、ＡＺ８０、ＡＺ９１を挙げることができる。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、Ａｌの含有量が２.５〜３.５質量％のＡＺ３１相当材と比較して、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。耐食性が高いと、次段で述べる樹脂部材の材料として、極性の高い樹脂や、吸湿性の高い樹脂、酸価・アミン価の高い樹脂などを使用することができるので、用途に応じた樹脂材料の選択の幅が広がる。

＜圧延板の状態＞
圧延板は、さらに塑性加工された部分を有していても良い。例えば、曲げ加工やプレス加工などによって、圧延板の一部を屈曲させるなどすれば、その屈曲している部分が塑性加工された部分となる。

＜樹脂部材の材質＞
樹脂部材の材質は、材質の硬度や耐食性、耐久性、耐熱性などを考慮して、本発明マグネシウム合金部材の用途に応じて適宜選択すれば良く、特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、具体例としては、ポリプロピレン樹脂や、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などを挙げることができる。また、樹脂部材の材料としてゴム材料、具体的には、天然ゴム、あるいはイソプレンゴムやスチレンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴムなどを挙げることができる。これらの材料からなる樹脂部材には、フィラーや、カラーバッチなどを配合しても良い。

＜樹脂部材の厚さ＞
樹脂部材の厚さは、適宜選択することができ、特に限定されない。好ましくは、樹脂部材は、圧延板との係合を維持することができる強度を有する厚さとする。例えば、樹脂部材が圧延板の一方の面と他方の面に沿って広がる部分の樹脂部材の厚さを０.５ｍｍ以上とすると良い。この厚さの樹脂部材であれば、上述した樹脂材料のいずれを選択しても、圧延板から容易に外れるような変形が起こらない。

＜樹脂部材の形状＞
樹脂部材の形状は、合金部材の用途に応じて適宜選択すれば良く、特に限定されない。例えば、圧延板の縁部において縁部の保護を目的とするのであれば、樹脂部材は角の無い丸みを持った形状とすれば良い。また、樹脂部材を後付け部品の取付部とするのであれば、樹脂部材と後付け部品とを機械的に接合することができる形状に形成すれば良い。

＜その他＞
マグネシウム合金部材におけるマグネシウム合金の体積比率は、８０〜９５％であることが好ましい。つまり、マグネシウム合金部材に占める樹脂部材の体積割合は、５〜２０％とすることが好ましい。樹脂部材が多すぎると、マグネシウム合金部材に要求される剛性を満たさなくなる虞がある。ここで、マグネシウム合金部材に占めるマグネシウム合金の体積比率が上記範囲にあると、合金部材の比重が小さくなり、本発明の合金部材を使用した機器の軽量化を図ることができる。体積割合を上記のように設定すると、圧延板と樹脂部材を合わせたマグネシウム合金部材の比重は、概ね１.６〜１.７５になる。例えば、比重０.９のポリプロピレン（ノバテックＰＰ−ＭＡ３（商品名；日本ポリケム株式会社製））が合金部材の２０体積％を占めれば、合金部材の比重は約１.６になる（ＡＺ９１相当材の比重は約１．８）。

＜本発明マグネシウム合金部材の製造方法＞
マグネシウム合金の圧延板に樹脂部材を取り付けてマグネシウム合金部材を製造する方法として、圧延板に対して硬化していない樹脂を付けた後に樹脂を硬化させることでマグネシウム合金部材を製造する方法が挙げられる。例えば、圧延板に未硬化の樹脂を配置して金型で挟み込むプレス成形や、金型に圧延板を配置して金型内に未硬化の樹脂を注入するインサート成形を利用することが挙げられる。未硬化の樹脂を使用する場合、樹脂が硬化した際に圧延板の貫通孔に密着して係合される。

他方、圧延板と既に硬化している樹脂部材とを別個に用意し、圧延板の貫通孔に樹脂部材を嵌め込むことでマグネシウム合金部材を製造する方法が挙げられる。例えば、圧延板の貫通孔の外径に一致する接合面を有する樹脂部材を貫通孔に嵌め込むようにしても良い。硬化している樹脂部材を圧延板の貫通孔に後付けする場合、樹脂部材が圧延板から外れないように係合させるために、樹脂部材が圧延板の一方の面から縁部を経て他方の面に至るようにする必要がある。

上述した方法のうち、特にインサート成形は、樹脂部材の形状パターンに自由度を持たせることが容易であるし、量産性の面からも好ましいので、本発明のマグネシウム合金部材の製造に適する。また、インサート成形は、圧延板に対する樹脂部材の密着性を高めるという点でも優れる。以下に、本発明のマグネシウム合金部材の製造方法を説明する。

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。
・Ａｌを５.８〜１０質量％含有するマグネシウム合金からなる圧延板であり、その一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する圧延板を金型に配置する工程と、
・圧延板における一方の面の一部から貫通孔を経て他方の面の一部に至るように樹脂をインサート成形することで、圧延板に機械的に係合する樹脂部材を形成する工程。

本発明マグネシウム合金部材の製造方法の一形態として、マグネシウム合金の圧延板を双ロール鋳造法により得ても良い。双ロール鋳造法は、マグネシウム合金の急冷・凝固が可能であるため、得られる圧延板に酸化物や偏析などが生じることを低減でき、後工程において圧延板にプレス加工や曲げ加工などの塑性加工を行う際に圧延板に亀裂や割れなどの不具合が生じ難い。

また、本発明マグネシウム合金部材の製造方法の一形態として、インサート成形の前、もしくは後に、圧延板の形状を変える塑性加工を行っても良い。例えば、インサート成形の前に、上述したような樹脂部材に係合する凹部や凸部を形成するために、プレス加工や曲げ加工を行っても良い。

本発明マグネシウム合金部材は、樹脂部材がマグネシウム合金の圧延板の貫通孔に係合しているので、その樹脂部材に微細な加工を施すことができる。しかも、樹脂部材は圧延板の貫通孔に機械的に係合しているため、圧延板から外れ難い。

マグネシウム合金製の圧延板と樹脂部材との係合状態を例示する概略図である。（Ａ）は、圧延板に形成された貫通孔に樹脂部材が嵌まり込み、かつその樹脂部材がさらに圧延板の一方の面と他方の面に広がる例を示す。（Ｂ）は、圧延板の外側縁と圧延板の貫通孔にわたって樹脂部材が配置される例を示す。 実施形態に係るマグネシウム合金部材を製造する工程を示す概略図であって、（Ａ）は用意した圧延板の概略図を、（Ｂ）は出来上がったマグネシウム合金部材の表面図および横断面図を示す。 その他の実施形態に係るマグネシウム合金部材であって、（Ａ）は圧延板の中央部に形成された貫通孔の全周に樹脂部材を係合させた例を、（Ｂ）は圧延板の中央部に形成された貫通孔の四隅に樹脂部材を係合させた例を示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
本実施形態のマグネシウム合金部材１の製造にあたり、まず図２（Ａ）に示すように、寸法が２５０ｍｍ×３５０ｍｍ×０.６ｍｍでＡＺ９１相当材（Ａｌ含有量：９.０質量％、Ｚｎ含有量：１.０質量％、残部：Ｍｇ＋不純物）からなる圧延板２を準備した。この圧延板２の中央部分には、打ち抜きにより１０ｍｍ×３０ｍｍの貫通孔２Ｈが形成されている。

次に、圧延板２を金型に配置した後、金型内にシリコーンゴム樹脂（信越化学株式会社製のＫＥ９５１Ｖ）を注入するインサート成形を実施した。この一連の工程により、図２（Ｂ）に示すようなマグネシウム合金部材１を得ることができる。この合金部材１における樹脂部材３は、圧延板２の貫通孔２Ｈを埋めるように設けられると共に、圧延板２の一方の面２Ａと他方の面２Ｂに沿って広がっており、圧延板２に係合している。また、一方の面２Ａと他方の面２Ｂに沿って広がる部分の樹脂部材３の厚さは、１ｍｍであり、この部分の樹脂部材３は容易に変形することがなく、樹脂部材３が圧延板２から外れることがない。

なお、本実施形態においては、樹脂部材３にロゴが形成されているが、このロゴは、金型に形成される凹凸が転写されたものである。もちろん、インサート成形後に樹脂部材３に加工を施してロゴを形成しても良い。

＜実施形態２＞
その他、実施形態１とは異なる樹脂部材の配置状態を図３に基づいて例示する。

まず、図３（Ａ）に示すマグネシウム合金部材１（斜視図）では、圧延板２の中央部に圧延板２を貫通する貫通孔２Ｈが形成されており、この貫通孔２Ｈの縁部を全周にわたって覆う樹脂部材３が設けられている。樹脂部材３は、圧延板２における一方の面から貫通孔２Ｈ側の縁部を経て他方の面に至ることで、圧延板２に係合している。また、樹脂部材３は、圧延板２に設けられる貫通孔２Ｈを埋めつくすことなく、縁部近傍のみに設けられており、合金部材１の中央部には合金部材１を厚さ方向に貫通する貫通窓２０が形成されている。そして、この貫通窓２０に嵌め込むことで、ＩＣチップなどを実装した基板である後付け部品４を容易に取り付けることができるようになっている。

図３（Ｂ）に示すマグネシウム合金部材１（斜視図）では、圧延板２の中央部に圧延板２を貫通する貫通孔２Ｈが形成されており、この貫通孔２Ｈの縁部の四隅に樹脂部材３が設けられている。樹脂部材３は、圧延板２の一方の面から縁部を経て他方の面に至ることで圧延板２に係合している。この図における樹脂部材３は、後付け部品４であるモニターを取り付けるためのボス部の役割を兼ねており、合金部材１にモニターを容易に取り付けることができるようになっている。

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。例えば、マグネシウム合金の組成や樹脂部材の材料などを適宜変更することができる。

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、各種の部品などを取り付けることが望まれる部材に好適に利用することができる。

１ マグネシウム合金部材
２ 圧延板 ２Ａ 圧延板の一方の面 ２Ｂ 圧延板の他方の面
２Ｈ 貫通孔 ２０ 貫通窓
３ 樹脂部材
４ 後付け部品

Claims (9)

1. Ａｌを５.８〜１０質量％含有するマグネシウム合金の圧延板であり、その一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する圧延板と、
   前記圧延板における一方の面の一部から前記貫通孔を経て他方の面の一部に至ることで前記圧延板に機械的に係合する樹脂部材と、
   を備えることを特徴とするマグネシウム合金部材。
2. 前記圧延板は、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に記載のマグネシウム合金部材。
3. マグネシウム合金部材におけるマグネシウム合金の体積比率が８０〜９５％であることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム合金部材。
4. 前記圧延板はさらに、塑性加工された部分を有する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。
5. 前記塑性加工は、プレス加工である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。
6. Ａｌを５.８〜１０質量％含有するマグネシウム合金の圧延板であり、その一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を有する圧延板を金型に配置する工程と、
   前記圧延板における一方の面の一部から前記貫通孔を経て他方の面の一部に至るように樹脂をインサート成形することで、前記圧延板に機械的に係合する樹脂部材を形成する工程と、
   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。
7. 双ロール鋳造により前記圧延板を得る工程を備えることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
8. 前記樹脂部材の成形の前、もしくは後に、前記圧延板の形状を変える塑性加工を行なう工程を備えることを特徴とする請求項６または７に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。
9. 前記塑性加工は、プレス加工であることを特徴とする請求項８に記載のマグネシウム合金部材の製造方法。

Images