JP4565183B2

JP4565183B2 - 成形品およびマグネシウム合金の成形方法

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Publication number: JP4565183B2
Application number: JP2004294031A
Authority: JP
Inventors: 明久井上; 宣二鈴木
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: JP2006104533A; CN1782112A

Description

本発明は、成形品および流動性に優れたマグネシウム合金を用いた成形方法に関する。

従来から、携帯電話のケース部分や自動車のエンジン部品等にマグネシウム合金が用いられており、中でも所定量のアルミニウム、亜鉛、マンガンを含有するマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）が一般的に用いられている。このマグネシウム合金は、強度が大きいことに加えて比重が小さいため、製品や部材等の軽量化を目的として使用されることが多く、一般的には、射出成形によって部材等が成形されている。また、このようなマグネシウム合金は、種々のものに使用されるため、その使用目的に応じて、他の成分を含有させて、特性を変更することも行われている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載されたマグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄが、アルミニウム８．５〜９．５重量％、亜鉛０．４５〜０．９重量％、マンガン０．１７〜０．４重量％を含有し、残部がマグネシウムと不純物からなっているのに対し、アルミニウム２〜１０重量％、カルシウム１．０〜１０重量％を含有し、残部がマグネシウムと不純物からなるように構成されている。そして、製品を成形する際には、このマグネシウム合金を液相線温度またはそれ以下の低い温度で加熱した状態で射出成形が行われている。これによって、耐熱性に優れた製品が得られる。また、低い温度で成形するため製品に熱間割れが発生したり、金型に焼き付きが発生したりすることを防止することができる。
特開平９−２７１９１９号公報

しかしながら、前述したマグネシウム合金は、自動車のエンジン部品等のように、肉厚が大きく、耐熱性が要求される製品の成形には適しているが、携帯電話のケース部分のように薄肉部分を含む部材を成形する場合には、流動性が充分でないため、鋳造欠陥等の不良品の発生が多くなるという問題がある。

本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、流動性を向上させることにより、厚みを小さくできる成形品およびマグネシウム合金の成形方法を提供することである。

前述した目的を達成するため、本発明に係る成形品の構成上の特徴は、液相線以上の温度に加熱溶解されたマグネシウム合金を射出成形することによって所定の形状に成形される成形品であって、マグネシウム合金を、アルミニウム９．５〜１２重量％、亜鉛０．６５〜１．７５重量％、カルシウム０．５〜１．５重量％およびマンガン０．１７〜０．４重量％を含有し、残部がマグネシウムと、０．０５重量％以下の珪素、０．０２５重量％以下の銅、０．００４重量％以下の鉄および０．００１重量％以下のニッケルである不純物とからなる材料とし、成形品が、厚みが０．８ｍｍ以下の薄肉部分を含んでいることにある。

前述のように構成した本発明に係る成形品に用いるマグネシウム合金は、従来から使用されているＡＺ９１Ｄのマグネシウム合金（以下、ＡＺ９１Ｄ材と記す。）と比較して、アルミニウムの含有量が増加されているとともに、ＡＺ９１Ｄ材には含まれていないカルシウムが含まれている。これによると、マグネシウム合金の流動性が大幅に向上する。また、引張強さ、耐久性、硬度等の機械的性質の向上も図れ、実用的効果の大きな合金が得られる。このマグネシウム合金は、特に肉厚の小さな成形品の成形に適したものとなる。

また、マグネシウム合金中に含まれるアルミニウムの量が多いと射出成形時の加熱によってマグネシウム合金が発火しやすくなるが、カルシウムを添加することにより、マグネシウム合金の発火温度が大幅に上がる。すなわち、ＡＺ９１Ｄ材の発火温度が４３０〜５２０℃であるのに対し、カルシウムを１重量％添加することにより、発火温度は７８０〜８７０℃に上昇する。このため、発火を防止することができ成形作業がし易くなるとともに、安全性の向上も図れる。

また、アルミニウムの含有量が１２重量％以上、カルシウムの含有量が１．５重量％以上になると、マグネシウム合金の靭性が減少して成形の際に成形割れが生じたり、成形後にプレス加工する際にプレス欠けが生じたりするおそれがある。また、これらの含有量が少なすぎると流動性の向上に大きな効果を得ることができなくなる。このため、カルシウムおよびアルミニウムの含有量は、前述した範囲に設定することが必要である。

また、本発明に係るマグネシウム合金では、不純物が、０．０５重量％以下の珪素、０．０２５重量％以下の銅、０．００４重量％以下の鉄および０．００１重量％以下のニッケルである。これらの成分は、本発明に係るマグネシウム合金に必要なものでなく、製造過程において不可避的に入ってしまうものである。このため、これらの成分は無くてもよく、残存していても前述した量以下にすることが必要である。これによって、流動性や機械的性質に優れたマグネシウム合金を得ることができる。

本発明によると、マグネシウム合金の流動性が大幅に向上するため、薄肉で複雑な形状の成形品を良好な状態で得ることができる。

本発明に係るマグネシウム合金の成形方法の構成上の特徴は、アルミニウム９．５〜１２重量％、亜鉛０．６５〜１．７５重量％、カルシウム０．５〜１．５重量％およびマンガン０．１７〜０．４重量％を含有し、残部がマグネシウムと、０．０５重量％以下の珪素、０．０２５重量％以下の銅、０．００４重量％以下の鉄および０．００１重量％以下のニッケルである不純物とからなるマグネシウム合金を液相線以上の温度に加熱溶解する加熱溶解工程と、加熱溶解工程によって、加熱溶解されたマグネシウム合金を金型内に射出して成形体を成形する成形工程とを備え、成形体が、厚みが０．８ｍｍ以下の薄肉部分を含んでいることにある。

本発明に係るマグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄ材と比較して、流動性が向上するとともに、固相温度が若干高くなる。このため、このマグネシウム合金の加熱温度は、ＡＺ９１Ｄ材の加熱温度よりも高くする必要があるが、これをさらに上昇させて、マグネシウム合金を液相線以上の温度で溶解して成形することにより、材料が金型の成形用凹部の隅々まで良好な状態で入るようになり、複雑な形状の成形品の製造が可能になる。

また、本発明に係るマグネシウム合金の成形方法では、成形体が、厚みが０．８ｍｍ以下の薄肉部分を含んでいる。例えば、携帯電話のケース部分には、厚みが、０．５ｍｍ程度の薄い部分を含むことがある。本発明に係るマグネシウム合金を用いることにより、このような肉厚の小さな成形品も良好な状態で成形することが可能になる。また、本発明に係るマグネシウム合金の成形方法では、加熱溶解工程および前記成形工程を、アルゴンガス雰囲気で行うことが好ましい。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかるマグネシウム合金からなる原料チップＭを用いて成形品Ｐを成形するための射出成形機１０の概略を示している。この射出成形機１０は、内部にスクリュー１１を内蔵する射出シリンダー１２と、射出シリンダー１２に原料チップＭを供給する原料ホッパー１３と、射出シリンダー１２の後端部に設置されスクリュー１１を駆動させる高速射出ユニット１４と、射出シリンダー１２の先端部に設けられた金型１５とを備えている。

射出シリンダー１２の後端側部分の上部には、原料チップＭを内部に取り込むためのチップ取り込み口１２ａが設けられている。また、原料ホッパー１３の下方には、原料ホッパー１３の下端開口から落下する原料チップＭをチップ取り込み口１２ａの上方に送るための原料供給装置１６が設置されている。そして、原料供給装置１６の下流端とチップ取り込み口１２ａとの間には、原料供給装置１６の下流端から落下する原料チップＭをチップ取り込み口１２ａから射出シリンダー１２内に送るための原料供給管１６ａが設けられている。

原料供給装置１６は、搬送路を振動させることにより原料チップＭを原料ホッパー１３の下端部から原料供給管１６ａ側に搬送できるフィーダーで構成されている。また、原料供給管１６ａ内には、アルゴンガス供給装置（図示せず）からアルゴンガスが供給されて、内部は不活性のアルゴンガス雰囲気になっている。したがって、原料供給管１６ａ内を通過する原料チップＭは酸化されることなく射出シリンダー１２内に送られる。また、射出シリンダー１２内に送られた原料チップＭは、高速射出ユニット１４の作動により回転するスクリュー１１によって、勢いよく射出シリンダー１２の先端側に移動する。

また、射出シリンダー１２の外周面には、所定間隔で、６個のヒーター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆが射出シリンダー１２の後端側から前端側に向って設けられ、射出シリンダー１２内を移動する原料チップＭを溶解温度以上に加熱できるようになっている。そして、射出シリンダー１２の先端部には、射出ノズル１８が設けられており、この射出ノズル１８の先端部の外周面には射出ノズル１８を加熱して所定温度に維持するためのヒーター１９が取り付けられている。

このため、原料チップＭは、スクリュー１１の回転によって移動する間にヒーター１７ａ等の加熱によって溶解され、金型１５内に形成された成形品形成凹部１５ａ内に射出される。金型１５は、固定型２１と可動型２２とで構成されており、固定型２１の中央には、スプール形成穴２１ａが形成されている。このスプール形成穴２１ａは、固定型２１と可動型２２との境界面に形成されたランナー形成穴１５ｂを介して成形品形成凹部１５ａに連通しており、射出シリンダー１２で溶解され、射出ノズル１８から射出されてくる溶融材料ＨＭをランナー形成穴１５ｂを介して成形品形成凹部１５ａ側に通過させる。

成形品形成凹部１５ａ内に形成された成形品Ｐは、可動型２２が移動して固定型２１から離れることにより成形品形成凹部１５ａから取り出される。また、図示していないが、この射出成形機１０は、金型１５の所定部分を冷却するための冷却水路、射出成形機１０を作動させるための制御装置、各種のスイッチ等が設けられた操作パネル等を備えている。射出成形機１０をこのように構成したことにより、連続したタッチ成形（射出ノズル１８を固定型２１側に常時接触させた状態で行う射出成形）を良好な状態で行うことができる。

また、原料チップＭは、アルミニウム９．５〜１２重量％、亜鉛０．６５〜１．７５重量％、カルシウム０．５〜１．５重量％およびマンガン０．１７〜０．４重量％を含有し、残部が、マグネシウムと、不可避の不純物である０．０５重量％以下の珪素、０．０２５重量％以下の銅、０．００４重量％以下の鉄および０．００１重量％以下のニッケルとからなるマグネシウム合金を、大きさが３〜５ｍｍのチップ状に形成したもので構成した。そして、原料チップＭを用いて成形される成形品Ｐは、厚みが０．４ｍｍ程度の薄肉部分を含む携帯電話用のケース部材とした。

以上のように構成された射出成形機１０を用いて、原料チップＭで成形品Ｐを射出成形する場合は、まず、原料ホッパー１３内に原料チップＭを充填するとともに、電源スイッチをオン状態にして射出成形機１０を作動可能な状態にする。そして、スタートボタンをオン状態にして、射出成形機１０の作動を開始させる。これによって、下蓋１３ａが開いて原料チップＭが原料供給装置１６側に落下するとともに、原料供給装置１６が作動を開始する。そして、原料ホッパー１３から原料供給装置１６の搬送面上に落下した原料チップＭは順次搬送面の下流側に移送され、原料供給装置１６の下流端から原料供給管１６ａ内を通過して射出シリンダー１２内に落下する。

ついで、原料チップＭが、射出シリンダー１２内に充填されると、高速射出ユニット１４が作動して射出シリンダー１２内のスクリュー１１が回転移動して、射出成形が行われる。その際、原料チップＭは、ヒーター１７ａ等の加熱によって徐々に昇温していき、射出ノズル１８に到達するときには、液相線温度以上の略６２０℃になって溶解され溶融材料ＨＭになっている。また、その射出成形の際、原料供給装置１６が停止して原料チップＭが射出シリンダー１２内に入らないようになる。そして、成形品Ｐが成形されると、可動型２２の移動により金型１５が開いて、成形品Ｐはロボット（図示せず）によって取り出される。

なお、図２に、マグネシウム−アルミニウム系平衡状態図を示し、図３にマグネシウム−カルシウム系平衡状態図を示している。図２によると、マグネシウムにアルミニウムが９％含まれるときの液相線の温度は５９８℃を示しており、図３によると、マグネシウムにカルシウムが３％含まれるときの液相線の温度は６２６℃を示している。熱分析によっても、アルミニウム１１％、カルシウム１％を含む場合は、５８２℃であった。これらの値から、本発明に係るマグネシウム合金の液相線上の最高温度は略６１０℃であるとした。このため、溶融材料ＨＭの温度が略６１０℃であれば、本発明に係るマグネシウム合金の成分を前述した範囲内でどのような組み合わせにしてもその溶解温度は、液相線以上の温度になる。このため、マグネシウム合金の流動性がよくなり、良好な成形品Ｐが得られる。

このように、本実施形態では、原料チップＭを、従来から一般的に使用されているＡＺ９１Ｄ材と比較して、アルミニウムを多く含んでいるとともに、ＡＺ９１Ｄ材には含まれていないカルシウムを含んだマグネシウム合金で構成している。このため、原料チップＭが溶解して溶融材料ＨＭになったときの流動性が大幅に向上し、肉厚の小さな成形品Ｐの成形に適したものとなる。また、複雑な形状の成形品Ｐの射出成形も可能になる。また、不純物である珪素が、０．０５重量％以下、銅が０．０２５重量％以下、鉄が０．００４重量％以下、ニッケルが０．００１重量％以下の含有量になっているため、これらの不純物によって、流動性や機械的性質が低下することが防止される。

つぎに、図４に示した吸引装置３０を用いて、ＡＺ９１Ｄ材、カルシウムを含まない比較例のマグネシウム合金および本発明に係る実施例のマグネシウム合金とに対してそれぞれ吸引実験を行った。以下、吸引装置３０の構成、吸引実験の方法およびその実験結果について説明する。

吸引装置３０は、鉄るつぼ３１を密閉状態で収容できる電気炉３２と、真空ポンプ３３と、アルゴンガスボンベ３４と、減圧タンク３５とを備えている。電気炉３２における鉄るつぼ３１が収容される収容部３２ａは開閉可能になって、鉄るつぼ３１を出し入れできるようになっている。そして、収容部３２ａの周囲には、ヒーター３６ａと温度センサ３６ｂとからなる温度調節器３６が設けられて、収容部３２ａ内の温度を設定した温度に調節できるようになっている。また、鉄るつぼ３１内には、実験用の溶融マグネシウム合金ＴＭが充填され、その内部に、溶融マグネシウム合金ＴＭの温度を測定する温度計３１ａが設置されている。

そして、収容部３２ａは、配管３３ａを介して真空ポンプ３３に接続されており、配管３３ａには、配管３３ａ内を開閉するハンドバルブ３３ｂが設けられている。また、収容部３２ａは、配管３４ａを介してアルゴンガスボンベ３４に接続されており、配管３４ａには、配管３４ａ内を開閉するハンドバルブ３４ｂが設けられている。さらに、収容部３２ａは、配管３５ａを介して減圧タンク３５に接続されており、配管３５ａには、配管３５ａ内を開閉するハンドバルブ３５ｂと電磁バルブ３５ｃとが設けられている。

また、配管３５ａは昇降可能な状態で設けられており、その下端部は、銅製の吸引パイプ３５ｄに連結されている。この吸引パイプ３５ｄは、内径がΦ３ｍｍの細管で構成されており、その下端部は、鉄るつぼ３１内に向って延びている。なお、この吸引パイプ３５ｄは洗浄されて異物等が除去された状態で収容部３２ａ内に設置されている。

また、収容部３２ａは、収容部３２ａ内を排気するための排気管３７に接続されており、内部に充填されるアルゴンガス等の気体をこの排気管３７から排気できる。この排気管３７にもハンドバルブ３７ａが設けられて、排気管３７を開閉できるようになっている。さらに、減圧タンク３５は、接続管３８を介して、配管３３ａにおける真空ポンプ３３とハンドバルブ３３ｂとの間の部分に接続されている。この接続管３８にもハンドバルブ３８ａが設けられている。また、減圧タンク３５には、減圧タンク３５内の圧力を測定する圧力メータ３９と、排出管３９ａとが接続されており、排出管３９ａにはリークバルブ３９ｂが設けられている。

このように構成された吸引装置３０を用いて吸引実験はつぎのようにして実施した。まず、内部にマグネシウム合金が充填された鉄るつぼ３１を電気炉３２の収容部３２ａ内に入れ、収容部３２ａ内を排気するとともに、アルゴンガスを充満させて収容部３２ａを密閉した。そして、温度調節器３６によって、収容部３２ａ内の温度を上昇させて設定温度に維持することによりマグネシウム合金を溶解して、溶融マグネシウム合金ＴＭにした。また、温度調節器３６の設定温度は、温度計３１ａの指示温度が６１０℃になるように設定した。

そして、配管３５ａを下降させて吸引パイプ３５ｄの下端部を鉄るつぼ３１内の溶融マグネシウム合金ＴＭに浸漬させ、１秒後、真空ポンプ３３の作動により減圧タンク３５内を０．０２ＭＰａに減圧した。そのときに、溶融マグネシウム合金ＴＭが吸引パイプ３５ｄ内で上昇した距離を吸引長とした。この実験をＡＺ９１Ｄ材、各比較例のマグネシウム合金および各実施例のマグネシウム合金に対してそれぞれ１０回行った。その結果を以下の表１〜表４に示した。

下記の表１は、ＡＺ９１Ｄ材とカルシウムを含まない比較例に係るマグネシウム合金とを用いて実験した結果を示している。ＡＺ９１Ｄ材（現行材）では、吸引長の平均値は９４．３ｍｍであった。以下、この値を吸引長の基準値１００として、各比較例および後述する実施例の値を比較した。比較例のマグネシウム合金は、それぞれ、アルミニウムの含有量を、１０重量％、１１重量％、１２重量％とし、亜鉛の含有量を、０．６５重量％、１．２重量％、１．７５重量％とした９種類のマグネシウム合金とした。また、比較例のマグネシウム合金の残りの成分は、０．３重量％のマンガンと残りの部分を占めるマグネシウムとで構成した。

表１から分かるように、アルミニウムの含有量が９〜１２重量％の範囲では、アルミニウムの含有量が多いほど吸引長は大きくなる。また、亜鉛の含有量が少ないほど吸引長はやや大きくなる傾向が見られる。

また、下記の表２〜表４には、実施例に係るマグネシウム合金を用いて実験した結果を示している。実施例のマグネシウム合金は、それぞれ比較例のマグネシウム合金と同様、アルミニウムの含有量を、１０重量％、１１重量％、１２重量％、亜鉛の含有量を、０．６５重量％、１．２重量％、１．７５重量％とし、マンガンをそれぞれ０．３重量％含む９種類の組み合わせのマグネシウム合金を３組設定した。そして、各組を構成するマグネシウム合金にそれぞれ、カルシウムを、０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％添加して、残りをマグネシウムで構成した２７種類のマグネシウム合金について、実験を行った。下記の表２は、カルシウムを０．５重量％含むマグネシウム合金の結果を示している。

表２から分かるように、アルミニウムの含有量が１０〜１２重量％の範囲では、アルミニウムの含有量が多くなるほど吸引長は大きくなる。しかしながら、亜鉛の含有量については少なくしても多くしても有意差は見られなかった。また、下記の表３はカルシウムを１．０重量％含むマグネシウム合金の結果を示している。

表３から分かるように、アルミニウムの含有量が１０〜１２重量％の範囲では、アルミニウムの含有量が多くなるほど吸引長は大きくなる。また、亜鉛の含有量については多いほど吸引長は多少長くなる傾向が見られる。下記の表４はカルシウムを１．５重量％含むマグネシウム合金の結果を示している。

表４から分かるように、アルミニウムの含有量が１０〜１２重量％の範囲では、アルミニウムの含有量が多くなるほど吸引長は大きくなる。また、亜鉛の含有量については少ないほど吸引長は多少長くなる傾向が見られる。また、表１〜表４から、カルシウムを含ませることにより吸引長は長くなり、カルシウムの含有量が、０．５〜１．５重量％の範囲では、カルシウムの含有量が多いほど吸引長が長くなることが分かる。

また、表１〜表４に示した結果を視覚的に分かり易くするために、これらの値を、図５〜図７にグラフで示した。図５〜図７は、亜鉛の含有量の違いに基づいて３種類の組み合わせを作り、それぞれの組み合わせに含まれるマグネシウム合金の実験結果を一つにまとめて示している。また、図５〜図７における横軸は、それぞれカルシウムの含有量を示しており、縦軸は吸引長の比（ＡＺ９１Ｄ材の吸引長に対する比）を示している。そして、グラフの各線は、同量のアルミニウムを含むマグネシウム合金の実験結果を一つの線で結んで表したものである。これによって、アルミニウムとカルシウムが吸引長に及ぼす影響が分かり易くなるようにしている。

すなわち、図５は、亜鉛を０．６５重量％含むマグネシウム合金の実験結果を示し、図６は、亜鉛を１．２重量％含むマグネシウム合金の実験結果を示し、図７は、亜鉛を１．７５重量％含むマグネシウム合金の実験結果を示している。また、図５〜図７において、菱形の印を結んだ線はアルミニウムが１０重量％、四角の印を結んだ線はアルミニウムが１１重量％、三角の印を結んだ線はアルミニウムが１２重量％をそれぞれ含むマグネシウム合金の結果を示している。図５〜図７に示したグラフからもアルミニウムおよびカルシウムの含有量が多いほど吸引長が長くなることが分かる。

また、各種のマグネシウム合金の流動性を検証するために、図１に示した射出成形機１０と同様のチクソ成形機（図示せず）を用いて、試験金型内に、表５に示した従来材（ＡＺ９１Ｄ材）、比較例１〜３および実施例１〜９のマグネシウム合金を鋳込んで、流動長を比較した。この試験金型は、図８（ａ），（ｂ）に示した形状の試験片形成部４０を備えており、試験片形成部４０内に鋳込まれた各マグネシウム合金における試験片形成部４０のゲート４０ａから最初にクラック（表裏に貫通している割れ）が生じた部分までの長さをそれぞれの流動長として比較した。

図８（ａ），（ｂ）におけるＬ1〜Ｌ7は、それぞれ対応する部分の長さを示しており、Ｌ1は試験片形成部４０の全長で３８６ｍｍ、Ｌ2はゲート４０ａ近傍の厚みの大きな部分の長さで６０ｍｍ、Ｌ3は先細りになったテーパ部分の長さで２０ｍｍ、Ｌ4は先端側の厚みの小さな部分の長さで３０６ｍｍ、Ｌ5はゲート４０ａの厚みで１．２ｍｍ、Ｌ6は先端部の厚みで０．７ｍｍ、Ｌ7は試験片形成部４０の幅で６０ｍｍである。

また、チクソ成形機としては、日本製鋼所のＪＬＭ−２２０ＭＧを用い、成形条件は、成形温度を６２０℃、成形速度を２ｍ／秒、金型温度を１７５℃とした。さらに、離型剤として、松村石油のＭＫ−４００を希釈倍率１００倍として用いた。また、マグネシウム合金としては、表５に示したように、従来材はＡＺ９１Ｄ材、比較例１〜３は、カルシウムを含まず亜鉛を略１．２重量％含み、アルミニウムをそれぞれ、略１０、１１，１２重量％含むものとした。

実施例１〜３は、カルシウムを０．５重量％、亜鉛を１．２重量％含み、アルミニウムをそれぞれ、略１０、１１，１２重量％含むものとした。実施例４〜６は、カルシウムを１重量％、亜鉛を１．２重量％含み、アルミニウムをそれぞれ、略１０、１１，１２重量％含むものとした。実施例７〜９は、カルシウムを１．５重量％、亜鉛を１．２重量％含み、アルミニウムをそれぞれ、略１０、１１，１２重量％含むものとした。そして、サンプル数は、それぞれについて３０個としてそれぞれの平均値を算出し比較した。また、表５には、従来材の平均値を基準値１００とした場合の各例の比率も記載した。

その結果、各サンプルの流動長は、従来材が２４８．９３ｍｍであったのに対し、実施例１が３０２．２８ｍｍ、実施例２が３１９．５７ｍｍ、実施例３が３２６．２３ｍｍ、実施例４が３３０．４７ｍｍ、実施例５が３４７．１０ｍｍ、実施例６が３４９．５０ｍｍ、実施例７が３１２．７７ｍｍ、実施例８が３５２．６８ｍｍ、実施例９が３６７．４０であった。また、比較例１が２８８．４３ｍｍ、比較例２が３２８．１０ｍｍ、比較例３が３３０．１７ｍｍであった。

この結果から、カルシウムの含有量が増加するほどマグネシウム合金の流動長が長くなることが分る。また、カルシウムの含有量が同じ場合には、アルミニウムの含有量が多いほどマグネシウム合金の流動長が長くなることが分かる。また、カルシウムを含まない比較例１〜３においてもアルミニウムの含有量が増加するほど流動長が長くなった。これらの結果から、カルシウムおよびアルミニウムの含有量が増加するほどマグネシウム合金の流動性が向上することが分かる。

また、実施例１〜９、比較例１〜３ともに、従来材よりも良好な値を示した。また、この表５に示した結果を視覚的に分かり易くするために、図９にグラフで示した。図９においても、菱形の印を結んだ線はアルミニウムが１０重量％、四角の印を結んだ線はアルミニウムが１１重量％、三角の印を結んだ線はアルミニウムが１２重量％をそれぞれ含むマグネシウム合金の結果を示している。

また、前述した従来材、比較例１〜３および実施例１〜９のマグネシウム合金を用いてサンプルを成形し、それぞれのサンプルに対して引張強さ、０．２％耐力および硬度の測定を行った。測定は、各試験について３個のサンプルで実施しその測定値の平均値を比較した。引張強さは、サンプルを引っ張り続けて切断したときの応力（ＭＰａ）であり、０．２％耐力は応力と歪みとの関係から求められる降伏応力（ＭＰａ）である。また、硬度は、Ｈｖ（ビッカース硬度計で測定した硬さ）で示した。この測定の結果を下記の表６に示した。

表６に示したように、引張強さは、実施例１〜９の中では、カルシウムを０．５重量％含みアルミニウムを１２重量％含む実施例３のサンプルが最大の２６７ＭＰａで、カルシウムを１．５重量％含みアルミニウムを１０重量％含む実施例７サンプルが最小の２５２ＭＰａであった。また、カルシウムを含まない比較例１〜３のサンプルはすべて実施例１〜９のサンプルと同等もしくはそれ以上の良好な値を示し、従来材のサンプルは最低値を示した。これらの結果から、引張強さは、アルミニウムを増加することにより大きくすることができるが、カルシウムを増加することにより小さくなることが分かる。

また、０．２％耐力においては、比較例１〜３のサンプル、実施例１〜９のサンプルともに、従来材のサンプルよりも大きな向上が見られ、比較例１〜３のサンプルよりも実施例１〜９のサンプルの方が良好な結果が得られた。また、同一量のカルシウムを含むサンプルの中では、アルミニウムの含有量が多いものほど良好な結果が得られた。これらの結果から、０．２％耐力は、カルシウムの含有量が多いほど向上し、さらにアルミニウムの含有量が多いと多少向上することが分かる。

また、硬度においては、比較例１〜３のサンプル、実施例１〜９のサンプルともに、従来材のサンプルよりも大きな向上が見られ、比較例１〜３のサンプルよりも実施例１〜９のサンプルの方が良好な結果が得られた。また、カルシウムの含有量が多いサンプルほど硬度も大きくなり、同一量のカルシウムを含むサンプルの中では、アルミニウムの含有量が多いサンプルほど良好な結果が得られた。これらの結果から、硬度は、カルシウムの含有量が多いほど向上し、さらにアルミニウムの含有量が多いと多少向上することが分かる。

また、図１０に、アルミニウムを１１重量％含む比較例２、実施例２，５，８のサンプルについての測定結果をグラフに示した。図１０においては、菱形印を結んだ線は引張強さの結果を示し、四角印を結んだ線は０．２％耐力の結果、×印を結んだ線は硬度の結果を示している。これによって、カルシウムの含有量に対する機械的性質の向上を確認することができる。

また、前述した従来材、比較例１〜３および実施例１〜９のマグネシウム合金を用いてサンプルを成形し、それぞれのサンプルに対して塩水噴霧試験を実施した。塩水噴霧試験は、成形したままで化成処理を行っていないサンプルに対して、温度が３５℃の５％塩化ナトリウムを、１サイクルを８時間の噴霧と１６時間の休止として、このサイクルを繰り返すことにより実施し、その間の錆の発生を比較することによって行った。また、塩水噴霧試験は、各材料について３個のサンプルで実施しその測定値の平均値を比較した。この試験結果を下記の表７に示している。

表７では、錆の発生が無いか微小である場合を「○」で示し、錆の発生が少ない場合を「▲」で示し、錆の発生がかなり有る場合を「×」で示し、錆の発生が多い場合を「××」で示している。表７に示したように、従来材のサンプルでは、２サイクル終了後に多少の錆が発生し、３サイクル終了後にはかなりの錆が発生したのに対し、比較例１〜３および実施例１〜９のサンプルでは、２サイクル終了後には、僅かな錆しか発生せず、３サイクル終了後に、多少の錆が発生した。

また、４サイクル終了後には、従来材のサンプルでは、多量の錆が発生したのに対し、比較例１〜３および実施例４〜９のサンプルでは、従来材のサンプルの錆発生よりも少ないがかなりの錆が発生した。また、実施例１〜３のサンプルでは、多少の錆しか発生しなかった。この結果から、塩水噴霧に対する錆の発生は、カルシウムを添加するとともに、アルミニウムを増加することにより向上することが認められるが、カルシウムの含有量は少ない方がより効果的であることが分かる。

また、従来材、比較例１〜３および実施例１〜９のマグネシウム合金を用いて成形したサンプルに対して化成処理を行ったのちに塩水噴霧試験を実施した。化成処理は、サンプルの表面を脱脂したのちに、塩酸や硫酸等の酸でエッチングし、サンプルの表面にリン酸マンガンカルシウム系のアルカリ溶液による不動態膜を形成することによって行った。また、塩水噴霧試験は、前述した塩水噴霧試験と同じ条件で行い、サンプル数も各材料について３個とした。この試験結果を下記の表８に示している。

表８に示したように、従来材、比較例１〜３および実施例４〜９のサンプルでは、４サイクル終了後に多少の錆が発生したのに対し、実施例１〜３のサンプルでは、４サイクル終了後にも、錆は殆ど発生しなかった。この結果から、化成処理を行ったのちに塩水噴霧した場合の錆の発生の減少は、アルミニウムを増加しても有意差は認められないが、少量のカルシウムを添加したときに向上することが認められる。

また、従来材、比較例１〜３および実施例１〜９のマグネシウム合金を用いて成形したサンプルに対して塗装密着試験を実施した。この塗装密着試験は、前述した化成処理を行ったサンプルに、下塗りの塗料（ハニー化成：ＡＷ−１３０ＧＲ）を塗布したのちに、上塗りの塗料（ハニー化成：ＭＡ−１５０ＳＬ）を塗布し、それぞれについて初期密着試験、湿潤試験、耐湿試験を行うことによって実施した。

湿潤試験は、サンプルを、温度が５０℃、湿度が９８％の雰囲気中に２４時間保持することにより行い、耐湿試験は、サンプルを、温度が６０℃、湿度が９５％の雰囲気中に１２０時間保持することによって行った。そして、初期密着試験、湿潤試験、耐湿試験ともに、サンプルの表面を碁盤状に区切って１００のマスを形成し、その中の合格数（良好な部分）を数えることによって判定した。また、サンプル数は各材料について３個とした。この試験結果を下記の表９に示している。

表９では、合格数が９５以上の場合を「○」で示しており、合格数が９５以上であれば良、９５未満であれば不可と判定した。表９に示したように、従来材、比較例１〜３および実施例１〜９のサンプルすべてにおいて、合格数は９５以上で、９５未満の不可のものは無かった。この結果から、本発明に係るマグネシウム合金は、塗装密着性は、従来のＡＺ９１Ｄ材と同等の性能を発揮することができ、充分使用に耐え得るものであることが認められる。

また、本発明は、前述した実施形態に限るものでなく適宜、変更実施が可能である。例えば、前述した実施形態では、成形品Ｐを携帯電話のケース部材としているが、これに限るものでなく、マグネシウム合金を射出成形することによって成形されるものであれば他のものでもよい。ただし、本発明に係るマグネシウム合金は、薄肉部分を含む成形品の成形に使用することにより大きな効果を発揮する。また、マグネシウム合金を射出成形する際の溶解温度は、前述した６１０℃や６２０℃に限らず、これ以下の温度であっても、マグネシウム合金が溶解する液相線温度以上であればよい。また、それ以外の部分の構造等についても本発明の技術的範囲内で変更が可能である。

本発明の一実施形態によるマグネシウム合金を用いて射出成形を行う射出成形機の概略を示す断面図である。マグネシウム−アルミニウム系平衡状態図である。マグネシウム−カルシウム系平衡状態図である。吸引装置を示す構成図である。亜鉛を０．６５重量％含むマグネシウム合金の吸引長を示したグラフである。亜鉛を１．２重量％含むマグネシウム合金の吸引長を示したグラフである。亜鉛を１．７５重量％含むマグネシウム合金の吸引長を示したグラフである。流動長測定に使用される試験金型が備える試験片形成部を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は奥端側から見た背面図である。流動長測定結果を示したグラフである。機械的性質の測定結果を示したグラフである。

符号の説明

１０…射出成形機、ＨＭ…溶融材料、Ｍ…原料チップ、Ｐ…成形品。

Claims

液相線以上の温度に加熱溶解されたマグネシウム合金を射出成形することによって所定の形状に成形される成形品であって、
前記マグネシウム合金を、アルミニウム９．５〜１２重量％、亜鉛０．６５〜１．７５重量％、カルシウム０．５〜１．５重量％およびマンガン０．１７〜０．４重量％を含有し、残部がマグネシウムと、０．０５重量％以下の珪素、０．０２５重量％以下の銅、０．００４重量％以下の鉄および０．００１重量％以下のニッケルである不純物とからなる材料とし、前記成形品が、厚みが０．８ｍｍ以下の薄肉部分を含んでいることを特徴とする成形品。
アルミニウム９．５〜１２重量％、亜鉛０．６５〜１．７５重量％、カルシウム０．５〜１．５重量％およびマンガン０．１７〜０．４重量％を含有し、残部がマグネシウムと、０．０５重量％以下の珪素、０．０２５重量％以下の銅、０．００４重量％以下の鉄および０．００１重量％以下のニッケルである不純物とからなるマグネシウム合金を液相線以上の温度に加熱溶解する加熱溶解工程と、
前記加熱溶解工程によって、加熱溶解された前記マグネシウム合金を金型内に射出して成形体を成形する成形工程と
を備え、前記成形体が、厚みが０．８ｍｍ以下の薄肉部分を含んでいることを特徴とするマグネシウム合金の成形方法。
前記加熱溶解工程および前記成形工程が、アルゴンガス雰囲気で行われる請求項２に記載のマグネシウム合金の成形方法。