JP2008212981A - Magnesium/magnesium alloy structure, and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法、さらに詳しくは、板状部材にボス、リブ、ヒンジ等の突出部を高密度にかつ高精度な位置・寸法で設けたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnesium and magnesium alloy structure and a method for manufacturing the same, and more specifically, magnesium and a magnesium alloy provided with protruding portions such as bosses, ribs and hinges on a plate-like member at high density and high accuracy. The present invention relates to a structure and a manufacturing method thereof.
近時、例えば、携帯用端末等の電子機器において多機能化が進み、これに伴い電子機器は、内部回路部品、操作部材、表示部材等が高密度化されて装着されている。一方、需要者は、電子機器に軽量・小型・優れた意匠性に関する強い要望を持っている。また、電子機器は、当然に、高密度化した内部部品が本体部材に強固に保持され、内部回路等が外部の衝撃から保護されることが要求されている。 Recently, for example, multifunctionalization of electronic devices such as portable terminals has progressed, and along with this, electronic circuit components, operation members, display members, and the like are mounted with high density. On the other hand, consumers have strong demands on electronic devices for lightweight, small size, and excellent design. In addition, as a matter of course, an electronic device is required to have a highly densified internal component firmly held by a main body member and to protect an internal circuit and the like from an external impact.
［従来技術］
これらの要望を満たす従来技術として、電子機器の外装部品やフレームは、複雑な形状の成形の容易さから、エンジニアリングプラスチック(PPS、ABS、PC、PC/ABS)を代表とする樹脂の射出成形品が使用されている。さらに、アルミニウムおよびその合金、ステンレス鋼、チタンおよびその合金、マグネシウム合金のプレス成形品、もしくはアルミニウムおよびその合金やマグネシウム合金をダイカストやチキソキャステイングの鋳造により成形されたものが使われている。
[Conventional technology]
As a conventional technology that satisfies these demands, the exterior parts and frames of electronic devices are resin injection molded products such as engineering plastics (PPS, ABS, PC, PC / ABS) because of the ease of molding complex shapes. Is used. Furthermore, aluminum and its alloys, stainless steel, titanium and its alloys, magnesium alloy press-formed products, or aluminum and its alloys and magnesium alloys formed by die casting or thixocasting are used.
上述した樹脂材料による電子機器用部品については、強度が低い問題がある。ノートＰＣ等は、満員電車の中など天板を圧迫するような場面があり、強度が低いと、筐体がたわみ、ディスプレイ部を破壊することがある。携帯電話などでは落下することがあり、強度が低いと筐体そのものが破損することがある。また、電子機器では装置内部で熱が発生し、ファンやフィンなどにより放熱しているが、樹脂筐体では熱が放散しにくいため、高集積化の妨げとなっている。 About the electronic device components by the resin material mentioned above, there exists a problem with low intensity | strength. A notebook PC or the like has a scene such as a crowded train that squeezes the top plate. If the strength is low, the casing may bend and the display unit may be destroyed. A mobile phone or the like may fall, and if the strength is low, the housing itself may be damaged. Also, in electronic devices, heat is generated inside the device and is dissipated by a fan, a fin, or the like. However, heat is hardly dissipated in the resin casing, which hinders high integration.
さらに、電子機器は電磁波を発生するが、これが遮断できないと、人体に有害となる。樹脂では電磁波を遮断できないため、筐体内面に金属めっきなどを施しているが、その分コスト高である。一方、金属筐体では樹脂に比べ強度が高く、熱伝導がよいため放熱性にも優れる。また、金属筐体は、導電率が高いため電磁波遮蔽性もよくなる。すなわち、金属筐体では筐体そのものがアースの役割を果たし、電磁波を吸収する。 Furthermore, although electronic devices generate electromagnetic waves, if they cannot be blocked, they are harmful to the human body. Since resin cannot block electromagnetic waves, metal plating or the like is applied to the inner surface of the housing, which is expensive. On the other hand, a metal casing has higher strength than a resin and has excellent heat dissipation due to good heat conduction. In addition, since the metal casing has high electrical conductivity, the electromagnetic shielding property is improved. That is, in a metal casing, the casing itself serves as a ground and absorbs electromagnetic waves.
以上の観点から近年は、樹脂材料に替えて、ステンレスやアルミニウムなどが筐体用の材料として用いられている。しかし、近年、携帯用電子機器では、小型化、軽量化の要求が高まっており、ステンレスは比重が大きく大幅な軽量化は不可能であり、アルミニウムは強度が低くリサイクル性も劣っている。 From the above viewpoint, in recent years, stainless steel, aluminum, or the like is used as a material for the housing instead of the resin material. However, in recent years, there has been an increasing demand for miniaturization and weight reduction in portable electronic devices, stainless steel has a large specific gravity and cannot be significantly reduced in weight, and aluminum has low strength and poor recyclability.
ステンレスやアルミニウムに替わる材料として、マグネシウムが注目され始めた。マグネシウムは、比重が鉄の１／４、アルミの２／３と非常に軽量である上、比強度、比剛性が非常に高い。比強度、比剛性が高い材料では、等重量の他の部材と比較した場合、強度、剛性が最も高くなる。また、同じ強度、剛性を持つ他の部材と比較した場合、最も軽量になる。この後者の特性を生かして、マグネシウム合金を電子機器筐体に適用し、軽量化を達成している。マグネシウム及びマグネシウム合金を使用した当初は、ダイカストやチキソキャスティングなどの鋳造法に依っており、板厚も１ｍｍ程度と厚く、歩留まりもよくなかった。 Magnesium has begun to attract attention as an alternative to stainless steel and aluminum. Magnesium is very lightweight, with a specific gravity of 1/4 of iron and 2/3 of aluminum, and has a very high specific strength and specific rigidity. A material having a high specific strength and specific rigidity has the highest strength and rigidity when compared with other members of equal weight. Moreover, when compared with other members having the same strength and rigidity, it is the lightest. Taking advantage of this latter characteristic, a magnesium alloy is applied to an electronic device casing to achieve weight reduction. At the beginning of using magnesium and magnesium alloy, it depended on casting methods such as die casting and thixocasting, and the plate thickness was as thick as about 1 mm, and the yield was not good.
一方、最近になって軽量化の要求がさらに厳しくなり、材料板厚も１ｍｍより薄くする必要が出てきた。鋳造法ではそのような薄板を歩留まりよく生産することは産業上不可能であり、圧延による薄板材料が注目されるようになった。しかし，この場合，薄いことによる剛性不足が問題となるため、補強板や表面にプレス成形で凹凸を付けることで剛性を確保している．しかしながら，補強板の使用は、そのものの部品代がかかる上に、重量も重くなる。さらに、その加工と組み付けの工程を要するため、生産性とコストの面からも好ましくない。プレス成形による凹凸の付与は，成形時には曲げ及び張出の部位にてクラック等の欠陥を生ずることがある。 On the other hand, recently, the demand for weight reduction has become more severe, and it has become necessary to make the material plate thickness thinner than 1 mm. In the casting method, it is industrially impossible to produce such a thin plate with a high yield, and a thin plate material obtained by rolling has come to attract attention. However, in this case, lack of rigidity due to thinness becomes a problem, so the rigidity is ensured by applying unevenness to the reinforcing plate and the surface by press molding. However, the use of the reinforcing plate increases the weight as well as the cost of the parts. Furthermore, since the process of the process and an assembly | attachment are required, it is unpreferable also from the surface of productivity and cost. The formation of unevenness by press molding may cause defects such as cracks at the bending and overhanging portions during molding.
金属構造体及び金属を主構造材料とする構造体の特に製造に係る従来技術として、以下のものがある。磁気記録再生装置に関するが、金属板のプレス成形を用い、金属板に対して樹脂を射出成形することによって、ボスやリブを成形するアウトサート成形が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
The following are examples of conventional techniques related to the manufacture of a metal structure and a structure including a metal as a main structural material. Although it relates to a magnetic recording / reproducing apparatus, outsert molding has been proposed in which bosses and ribs are molded by press molding of a metal plate and injection molding a resin on the metal plate (for example,
これらは、樹脂の射出成形を複合したもので複雑形状の成形が可能である。しかし、基本的に低強度の樹脂を局所的に成形するために、樹脂部が大型化する可能性がある。また、異種材料による成形であることから、リサイクル性に劣るといった欠点を有する。 These are a combination of resin injection molding and can be molded in a complicated shape. However, basically, the resin portion may be enlarged in order to locally mold the low-strength resin. Moreover, since it is the shaping | molding by a dissimilar material, it has the fault that it is inferior to recyclability.
さらに他の従来技術として、貫通孔を有したアルミ板と樹脂部を一体成形することによって、樹脂部の反対側に貫通孔で一体的に連結したリブ及びボスを同時に成形し、アルミ板の端部に沿ってアルミ板が根本に所定寸法くい込むように外枠も同時に一体成形した構造を構成する。樹脂部品の一部に金属板を用いるインサート成形法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
アウトサート成形と同様に、大型化や低リサイクル性などの欠点を有する。
As another prior art, by integrally molding an aluminum plate having a through hole and a resin portion, ribs and bosses integrally connected to the opposite side of the resin portion by a through hole are simultaneously formed, and the end of the aluminum plate is formed. The outer frame is also integrally formed at the same time so that the aluminum plate penetrates into the base with a predetermined dimension along the part. An insert molding method using a metal plate as a part of a resin component has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
Similar to outsert molding, it has disadvantages such as large size and low recyclability.
さらに他の従来技術として、マグネシウム合金製鍛造薄肉筐体の製造方法であって、マグネシウム合金素材を粗鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．０ｍｍ以下の筐体に成形し、前記筐体にトリミング及び機械加工を施し、その後前記筐体の全面に特殊複合陽極酸化皮膜処理を行う、プレスフォージングすなわち板鍛造の応用技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
さらにまた、マグネシウム合金製薄板素材を鍛造で成形してなることを特徴とするマグネシウム合金製薄肉成形体が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
さらにまた、マグネシウム合金製鍛造薄肉成形体の製造方法として、マグネシウム合金薄板素材を好ましくは荒鍛造及び仕上鍛造の複数工程で高温鍛造することにより主要部の肉厚がほぼ１．５ｍｍ以下の成形体に成形し、この成形体の必要部分にトリミング及び機械加工を施し、打ち抜き穴を有する成形体を得る方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
Yet another conventional technique is a method for manufacturing a magnesium alloy forged thin-walled casing, wherein the magnesium alloy material is subjected to high-temperature forging in a plurality of steps of rough forging and finish forging so that the thickness of the main part is approximately 1.0 mm or less. An application technique of press forging, that is, plate forging, in which a special composite anodic oxide film treatment is performed on the entire surface of the casing after being trimmed and machined, is disclosed (for example, , See Patent Document 4).
Furthermore, a magnesium alloy thin-walled product is disclosed, which is formed by forging a magnesium alloy thin plate material (see, for example, Patent Document 5).
Furthermore, as a method for producing a magnesium alloy forged thin-walled molded body, a molded body having a main part thickness of approximately 1.5 mm or less by high-temperature forging of the magnesium alloy sheet material, preferably by multiple steps of rough forging and finish forging. A method is disclosed in which a molded body having a punched hole is obtained by trimming and machining a necessary portion of the molded body (see, for example, Patent Document 6).
これらの従来技術は、プレスフォージングといった鍛造の応用技術を用いて、プレス成形と同時にボスやリブの成形を同時に行うものである。すなわち、これは、ボスやリブを素材をプレス成形することによって形成するから、重量増をもたらさず、さらに、リサイクル性にも優れている。
しかし、薄板の鍛造を行う場合には、板厚が薄くなるに従い鍛造圧力が高くなることが一般的に知られており、小型の成形品を成形するにも大型プレスが必要となる。このことから、大型の部材を鍛造により成形することは、産業上実用性がない。また、マグネシウム合金に限定した場合、３５０℃以上の高温で成形する必要があることから、離型や潤滑も特殊となり、金型寿命も短くなる欠点を有する。さらに、生産コストが非常に高くなる。
プレスフォージングは、特に、潤滑のために二硫化モリブデンの焼き付け塗装を行い、成形後にダイカストやチキソキャステイングと同様にショットによる剥離を行わなければならない。プレスフォージングはさらに、ボスやリブを成形した部分の裏面に、引けが生じるおそれがある。
These conventional techniques use a forging application technique such as press forging to simultaneously perform boss and rib forming simultaneously with press forming. That is, since the bosses and ribs are formed by press molding the material, the weight does not increase and the recyclability is also excellent.
However, when forging a thin plate, it is generally known that the forging pressure increases as the plate thickness decreases, and a large press is required to form a small molded product. For this reason, forming a large member by forging is not industrially practical. Further, when it is limited to a magnesium alloy, since it is necessary to mold at a high temperature of 350 ° C. or higher, the mold release and lubrication are special, and the mold life is shortened. Furthermore, the production cost is very high.
In press forging, molybdenum disulfide is baked and coated for lubrication, and after molding, peeling by shot is performed in the same manner as die casting and thixocasting. In addition, press forging may cause shrinkage on the back surface of the portion where the boss or rib is formed.
さらに他の従来技術として、インサート部品は、化粧面を兼ねた圧延材を所望の形状にプレス成形したものであり、鋳造体は上記インサート部品を用いて、インサート成形により形成される。鋳造体は、構造体のリブやボスとなり、インサート部品と鋳造体とは前記インサート成形の際に溶着される（例えば、特許文献７参照）。 As another prior art, the insert part is formed by pressing a rolled material that also serves as a decorative surface into a desired shape, and the cast body is formed by insert molding using the insert part. The cast body becomes a rib or boss of the structure, and the insert part and the cast body are welded during the insert molding (see, for example, Patent Document 7).
この特許文献７に記載された技術は、マグネシウム合金板材の表面に、同種金属を鋳造によりボスやリブを溶着により成形する技術である。また、一般的な重力鋳造を用いていることから、溶湯の湯流れ性や金型温度に鋳造条件が大きく制限される。すなわち、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形は、湯回り不足により成形不可となる可能性が高く、できたとしても低歩留まりとなる可能性が高い。
さらに，溶着により成形することから、必然的に基材の一部は溶融し、製品形状や外観を著しく損なう恐れが高い。また、溶着界面の酸化を防ぐためにアルゴンなどの不活性ガスを用いているが、鋳造中の脱ガスルートがなく、ブローホール、引け巣などの内在欠陥の残留は不可避である。
The technique described in Patent Document 7 is a technique for forming bosses and ribs on the surface of a magnesium alloy plate by casting the same metal and welding. Moreover, since general gravity casting is used, casting conditions are greatly limited by the flowability of the molten metal and the mold temperature. That is, when a large number of bosses are formed, or when a small-diameter boss and a thin and long rib are formed, there is a high possibility that the formation will be impossible due to lack of hot water, and even if it is possible, a low yield is likely.
Furthermore, since molding is performed by welding, a part of the base material inevitably melts, and there is a high possibility that the product shape and appearance will be significantly impaired. In addition, an inert gas such as argon is used to prevent oxidation at the weld interface, but there is no degassing route during casting, and it is inevitable that internal defects such as blow holes and shrinkage cavities remain.
本発明は、前記従来技術の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、アースの役割を果たし、電磁波を吸収し、さらにリサイクル性に優れたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす１ｍｍ程度の板厚であっても歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもつマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and plays the role of earth, absorbs electromagnetic waves, and further has excellent recyclability and a magnesium and magnesium alloy structure and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.
The present invention also provides a magnesium and magnesium alloy structure having a high yield and a desired high strength even with a plate thickness of about 1 mm that satisfies the demands of the technical field of electronic equipment and the like, and its manufacturing cost is low. It aims to provide a method.
本発明はさらに、一般的なプレス成形では成形不可能なボス、リブ、ヒンジ等が板材上に容易に成形可能であり、プレス応用技術である板鍛造よりも安価で容易に製造でき、さらに、複雑形状が成形できるダイカスト法やチキソキャスティング法での成形体よりも薄く軽く、プレス加工と鋳造で成形する技術よりも外観品質およびボス・リブの品質が高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はさらに、他の技術に比較して製造のために大型プレスを必要とせず、大型部材の製造も容易であり、また、従来のマグネシウム合金の３５０℃以上の成形温度より低い２００℃ないし３００℃で成形可能であり、離型や潤滑も従来技術で通常使用する油潤滑を使用でき、金型寿命も長く、量産化に適したマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
Further, the present invention can easily form bosses, ribs, hinges and the like that cannot be formed by general press molding on a plate material, and can be easily manufactured at a lower cost than plate forging, which is a press application technology. Magnesium and magnesium alloy structures that are thinner and lighter than molded bodies by die casting and thixocasting methods capable of forming complex shapes, and have higher appearance quality and higher boss and rib quality than technologies formed by pressing and casting, and methods for producing the same The purpose is to provide.
Furthermore, the present invention does not require a large press for manufacturing as compared with other technologies, and it is easy to manufacture large members, and 200 ° C. or lower, which is lower than the forming temperature of 350 ° C. or higher of conventional magnesium alloys. To provide magnesium and a magnesium alloy structure that can be molded at 300 ° C., can use oil lubrication that is usually used in the prior art for mold release and lubrication, has a long mold life, and is suitable for mass production, and a method for manufacturing the same. With the goal.
本発明はさらに、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形の場合でも、湯回り不足のおそれがなく、また金属材料の溶融による外観美の損ないや、ブローホール、引け巣等の内在のおそれのないマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention further eliminates the risk of running out of hot water even when molding a large number of bosses, forming small-diameter bosses, and thin, long ribs. It is an object of the present invention to provide a magnesium and magnesium alloy structure which does not have the possibility of nests and the like and a method for producing the same.
第１発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材に対して、マグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属を射出成形して、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板に突出部を形成することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の製造方法である。マグネシウム合金は、例えば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系のＡＺ９１やMg−Al−Mn系のAM６０である。 The first invention is characterized in that a magnesium or magnesium alloy thin plate member is injection-molded with a molten or semi-molten metal of magnesium and magnesium alloy, and a protrusion is formed on the magnesium and magnesium alloy thin plate. And a method for producing a magnesium alloy structure. The magnesium alloy is, for example, Mg-Al-Zn-based AZ91 or Mg-Al-Mn-based AM60.
第１発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、プレス成形体、圧延体、押出し体、鍛造体、切削体の何れかであることを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、携帯電話等で使用する薄く軽量で、複雑な形状を有し、位置・寸法等高精度の加工も要求されるものを、効率的に製造することができる効果を有する。
Embodiments of the first invention are as follows.
The magnesium and magnesium alloy thin plate member is any one of a press-formed body, a rolled body, an extruded body, a forged body, and a cut body. With this configuration, the first invention efficiently manufactures thin, lightweight, complicated shapes that require high-precision processing such as position and dimensions for use in mobile phones and the like. It has an effect that can be.
前記射出成形の湯道の中間部が、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、ボス及びリブのみをマグネシウム合金薄板部材に残留させることができ、他方不要な湯道の中間部等を容易に排除することが可能である。 An intermediate portion of the injection molding runner is not joined to the magnesium and magnesium alloy thin plate member. By comprising in this way, 1st invention can leave only a boss | hub and a rib in a magnesium alloy thin plate member, On the other hand, it is possible to exclude easily the intermediate part etc. of an unnecessary runner.
前記突出部が、ボス又はリブであって、前記射出成形の湯道の中間部が前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と接合していないことを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、不要な湯道の中間部等を容易に排除することが可能である。 The protruding portion is a boss or a rib, and an intermediate portion of the injection molding runner is not joined to the magnesium and magnesium alloy thin plate member. By comprising in this way, the 1st invention can exclude easily the intermediate part etc. of an unnecessary runner.
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材が、孔を有し、該孔を通過した前記溶融または半溶融金属が突出部を形成することを特徴とする。このように構成することによって、第１発明は、マグネシウム合金薄板部材とボスやリブの接合面積を大きくすることができ、製造されるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の強度を高めることができる。 The magnesium and magnesium alloy thin plate member has a hole, and the molten or semi-molten metal that has passed through the hole forms a protrusion. By comprising in this way, 1st invention can enlarge the joining area of a magnesium alloy thin plate member, a boss | hub, and a rib, and can raise the intensity | strength of the magnesium and magnesium alloy structure which are manufactured.
第２発明は、マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形されたマグネシウム及びマグネシウム合金の溶融または半溶融の金属からなる突出部を有することを特徴とするマグネシウム及びマグネシウム合金構造体である。 A second invention is a magnesium and magnesium alloy structure characterized by having a magnesium and magnesium alloy thin plate member and a protrusion made of a molten or semi-molten metal of magnesium and magnesium alloy injection-molded thereon.
第２発明の実施態様は、以下のとおりである。
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが、拡散結合していることを特徴とする。このように構成することによって、第２発明は、前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部との結合が強固になり、引け巣・肌荒等のない高品質で高精度の成形体を製造することができる。前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが溶融接合の場合、製品の形状や外観を著しく損ない、ユーザーの要求を満たすことができない恐れがある。
Embodiments of the second invention are as follows.
The magnesium and magnesium alloy thin plate member and the protrusion made of the molten or semi-molten metal injection-molded thereon are diffusion-bonded. By virtue of such construction, the second invention provides a strong bond between the magnesium and magnesium alloy thin plate member and the projection made of the molten or semi-molten metal injection-molded thereon, and the shrinkage nest / skin It is possible to produce a high-quality and high-precision molded product free from roughness. When the magnesium and magnesium alloy thin plate member and the protruding portion made of the molten or semi-molten metal are melt-bonded, the shape and appearance of the product may be significantly impaired, and the user's request may not be satisfied.
前記マグネシウム及びマグネシウム合金薄板部材と、これに射出成形された前記溶融または半溶融金属からなる突出部とが、機械的結合していることを特徴とする。このように構成することによって、第２発明は、投錨効果により、補助的にマグネシウム合金薄板部材と突出部との接合強度を高めることができる。 The magnesium and magnesium alloy thin plate member and the protruding portion made of the molten or semi-molten metal injection-molded thereon are mechanically coupled. By comprising in this way, 2nd invention can raise joint strength of a magnesium alloy thin plate member and a protrusion partly by the anchoring effect.
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によれば、アースの役割を果たし、電磁波を吸収し、さらにリサイクル性に優れたマグネシウム及びマグネシウム合金構造体を構成できる効果を有する。 According to the magnesium and magnesium alloy structure of the present invention and the manufacturing method thereof, the magnesium and magnesium alloy structure that plays the role of earth, absorbs electromagnetic waves, and is excellent in recyclability can be formed.
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればまた、製造コストが低く、電子機器等の技術分野の要望を満たす０．１ｍｍから５．０ｍｍ程度の板厚であって歩留まりが高く、かつ要望される高強度をもつマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。 According to the magnesium and magnesium alloy structure of the present invention and the manufacturing method thereof, the manufacturing cost is low, the plate thickness is about 0.1 mm to 5.0 mm that satisfies the demands of the technical field such as electronic equipment, and the yield is high. And a magnesium and magnesium alloy structure having a desired high strength and a method for producing the same.
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればさらに、他の技術に比較して製造のために大型プレスを必要とせず、大型部材の製造も容易であり、また、ダイカスト温度は３５０℃以上になるが、プレス成形温度は従来技術より低くなり、金型寿命も長く、量産化に適したマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。 According to the magnesium and magnesium alloy structure of the present invention and the manufacturing method thereof, a large press is not required for manufacturing compared to other techniques, and manufacturing of a large member is easy, and the die casting temperature is Although it becomes 350 degreeC or more, the press molding temperature becomes lower than a prior art, a metal mold | die lifetime is long, and it can provide the magnesium and magnesium alloy structure suitable for mass production, and its manufacturing method.
本発明のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によればさらに、ボスを多数成形する場合や、小径ボス、薄肉で長いリブの成形の場合でも、湯回り不足のおそれがなく、また金属材料の溶融による外観美の損ないや、ブローホール、引け巣等の内在のおそれがなく，高い生産性で寸法精度の高いマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を提供することができる。 According to the magnesium and magnesium alloy structure and the manufacturing method thereof of the present invention, there is no fear of running out of hot water even when a large number of bosses are formed, or even when forming small-diameter bosses and thin and long ribs. There can be provided a magnesium and magnesium alloy structure having high productivity and high dimensional accuracy, and a method for producing the same, without causing a loss of appearance beauty due to melting of the metal and there is no fear of inclusion of blowholes, shrinkage cavities, and the like.
以下に、本発明の実施形態のマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、マグネシウム合金薄板にボスを形成する形態である。図１は、本発明によるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体の成形方法を説明するためのものであって、マグネシウム及びマグネシウム合金構造体の成形装置の要部の断面を示す。成形装置１は、ダイカスト金型の可動型１１と、同じく固定型１２を有する。成形装置１は、さらに、溶湯の通り道であるランナーすなわち湯道１４を有する。湯道１４は、一端部が湯口１５に連通し、他端部はボス１６を形成するためのボスキャビテイ１７に連通している。成形に使用される被成形材であるマグネシウム合金薄板１０は、湯道１４とボスキャビテイ１７を連通する孔１８が形成されている。溶湯は、ダイカストマシン（図示せず）より矢印１９方向に圧入される。可動型１１及び固定型１２は、ヒーター（図示せず）や液体貫流加熱によって温度制御される。
Below, the magnesium and magnesium alloy structure of embodiment of this invention and its manufacturing method are demonstrated based on figures.
(First embodiment)
1st Embodiment is a form which forms a boss | hub in a magnesium alloy thin plate. FIG. 1 is a view for explaining a method for forming a magnesium and magnesium alloy structure according to the present invention, and shows a cross section of a main part of a forming apparatus for the magnesium and magnesium alloy structure. The
製造工程は、以下のとおりである。可動型１１を開き、マグネシウム合金薄板１０を固定型１２にセットする。固定型１２には、マグネシウム合金薄板１０と同形状の凹みが成形されており、手動もしくはロボット等を用いて自動でセットされる。次に、可動型１１を閉じ、ダイカストマシン（図示せず）を所定の圧力まで加圧する。融点以上に加熱され溶融したマグネシウム合金を、湯口１５を介して湯道１４に圧入する。湯道１４内の気体は、溶融したマグネシウム合金が圧入されるから、脱気や不活性ガスなどの置換は不要である。
溶融したマグネシウム合金の圧入後、温度制御されている可動型１１及び固定型１２は直ちに冷却され、マグネシウム合金薄板１０にボス１６が形成された成形体が得られる。
The manufacturing process is as follows. The
After the molten magnesium alloy is press-fitted, the temperature-controlled
図２は、上述した第１実施形態のダイカスト法を用いて、マグネシウム合金薄板２０に溶融マグネシウム合金を圧入して成形した構造体における直交する２面の断面を模式的に示す。マグネシウム合金薄板２０は、３個の丸い孔２２を有する。成形されたボス２４は、孔２２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、成形されたボス２６は、孔２２の直径と等しい直径を有し、成形されたボス２８は、孔２２の直径よりも１ｍｍ小さい直径を有する。
FIG. 2 schematically shows cross sections of two orthogonal surfaces in a structure formed by press-fitting a molten magnesium alloy into the magnesium alloy
可動型１１及び固定型１２は、予め２９０℃の設定温度にした加熱媒体によって加熱される。溶融マグネシウム合金は、Alが９mass%、Znが１mass%添加されたマグネシウム合金であり，あらかじめ６２０℃に加熱溶解させられている。
製造工程は、注湯時間は１秒以下であった。湯道１４内のマグネシウム合金は、成形直後はボス２４，２６，２８の背面に着いた状態であるが、湯道１４の中間部はマグネシウム合金薄板２０とは接合していない。湯道１４内のマグネシウム合金は、ボス２４，２６，２８との連続部分を切断することによってボス２４，２６，２８のみを残留させた構造体を得ることができる。
マグネシウム合金薄板２０とボス２４，２６，２８は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合される。ここで、マグネシウム合金薄板２０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
The
In the manufacturing process, the pouring time was 1 second or less. The magnesium alloy in the
The magnesium alloy
上述と同様の構成を使って，異なる合金組成の溶融マグネシウム合金で同様の実験を行った．溶融マグネシウム合金は，Alが６mass%，Mnが０．１５mass%添加されたマグネシウム合金であり，あらかじめ６４０℃に加熱溶解させられている。可動型１１及び固定型１２は同様に２９０℃の設定温度にした加熱媒体によって加熱される。
Alが６mass%，Mnが０．１５mass%添加されたマグネシウム合金であっても，マグネシウム合金薄板２０とボス２４，２６，２８は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合された。ここで、合金組成が変化した場合でも，マグネシウム合金薄板２０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
A similar experiment was conducted using molten magnesium alloys with different alloy compositions using the same configuration as described above. The molten magnesium alloy is a magnesium alloy to which Al is added at 6 mass% and Mn is added at 0.15 mass%, and is heated and melted at 640 ° C. in advance. Similarly, the
Even in the case of a magnesium alloy to which Al is added at 6 mass% and Mn is added at 0.15 mass%, the magnesium alloy
（第２実施形態）
第１実施形態の構成を使って、ダイカストマシンの射出速度の成形に与える影響を調べるために、ダイカストマシンの射出速度を変化させて成形性の確認を行った。射出速度の変化は、ダイカストマシンの調整ダイヤルによって行った。調整の範囲は、基準速度をベースとして、＋１０％、＋２０％とした。
基準速度においては、問題なく成形可能であった。基準速度＋１０％の射出速度においては、成形体の表面に光沢が生じ、良好であった。基準速度＋２０％の速度で成形を行った結果は、成形体の光沢が減衰し、一部湯回り不良も見られた。
(Second Embodiment)
In order to examine the influence of the injection speed of the die casting machine on the molding using the configuration of the first embodiment, the moldability was confirmed by changing the injection speed of the die casting machine. The change in the injection speed was made with the adjustment dial of the die casting machine. The range of adjustment was + 10% and + 20% based on the reference speed.
At the reference speed, molding was possible without problems. At the injection speed of the reference speed + 10%, the surface of the molded body was glossy and was good. As a result of molding at the speed of the reference speed + 20%, the gloss of the molded body was attenuated, and some poor hot water was observed.
（第３実施形態）
第３実施形態は、マグネシウム合金薄板にリブを形成する形態であって、図３は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第３実施形態では、マグネシウム合金薄板３０に対して、リブ状成形体３２を成形したものである。リブ状成形体３２の厚さは１ｍｍ、幅は３０ｍｍである。マグネシウム合金薄板３０に、リブ状成形体３２と同じ断面形状の溝孔３４を予め成形しておき、溶融マグネシウム合金を溝孔３４を通して圧入した。マグネシウム合金薄板部材の設置からダイカストまでの基本的な射出工程は、第１実施形態と同一である。マグネシウム合金薄板３０とリブ状成形体３２の成形体は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板３０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
(Third embodiment)
3rd Embodiment is a form which forms a rib in a magnesium alloy thin plate, Comprising: FIG. 3 shows typically the cross section in two orthogonal surfaces of the principal part of the formed magnesium alloy structure. In the third embodiment, a rib-shaped formed
（第４実施形態）
第４実施形態は、マグネシウム合金薄板にリブ状成形体を形成するが、第３実施形態のマグネシウム合金薄板に予め溝を形成することに替えて、複数の丸孔を形成し、この丸孔を通じて溶融金属を圧入してリブ状成形体を成形する形態である。図４は、マグネシウム合金薄板４０にダイカスト法を用いて成形を行った構造体の直交する二面における断面を模式的に示す。第４実施形態では、マグネシウム合金薄板４０に予め４個のリブ状成形体厚さと同一直径である１ｍｍの丸孔４４を形成する。リブ状成形体４２は、厚さ１ｍｍ，幅３０ｍｍである。溶融マグネシウム合金が丸孔４４を通してリブ状成形体４２に対応する部分に圧入した。マグネシウム合金薄板部材の設置からダイカストまでの基本的な射出工程は、第１実施形態と同一である。マグネシウム合金薄板４０とリブ状成形体４２の成形体は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板４０には、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a rib-shaped formed body is formed on a magnesium alloy thin plate. Instead of forming grooves in advance in the magnesium alloy thin plate of the third embodiment, a plurality of round holes are formed, and through these round holes, In this form, a molten metal is press-fitted to form a rib-shaped formed body. FIG. 4 schematically shows cross sections of two orthogonal surfaces of a structure obtained by forming the magnesium alloy
（第５実施形態）
第５実施形態は、マグネシウム合金薄板にボスを形成するが、第１実施形態のマグネシウム合金薄板に予め複数の丸孔を形成し、この丸孔を通じて溶融金属を圧入してボスを成形し、該ボスがフランジを有する形態である。図５は、上述したようにダイカスト法を用いてマグネシウム合金薄板５０に溶融マグネシウム合金を圧入して成形した構造体の直交する２面における断面を模式的に示す。マグネシウム合金薄板５０は、３個の丸い孔５２を有する。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５３は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５４が形成される。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５５は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５６が形成される。マグネシウム合金薄板５０の上側に成形されたボス５７は、孔５２の直径よりも１ｍｍ大きい直径を有し、下側に孔５２の直径よりも１ｍｍ大きいフランジ５８が形成される。
マグネシウム合金薄板５０とボス５３，５５，５７は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。ここで、マグネシウム合金薄板５０は、成形の影響による形状や表面の著しい変化は見られず、金属光沢を保ったままであった。マグネシウム合金薄板５０とボス５３，５５，５７は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。さらに、フランジ５２，５４，５６を有することによって、接合力がさらに補強され、成形したボス５３，５５，５７のマグネシウム合金薄板５０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, a boss is formed on a magnesium alloy thin plate. A plurality of round holes are formed in advance in the magnesium alloy thin plate of the first embodiment, and molten metal is press-fitted through the round holes to form a boss. The boss has a flange. FIG. 5 schematically shows a cross section of two orthogonal surfaces of a structure formed by press-fitting a molten magnesium alloy into the magnesium alloy
The magnesium alloy
（第６実施形態）
第６実施形態は、マグネシウム合金薄板の上側にリブを形成し、さらに下側に裏板を形成する形態であって、図６は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第６実施形態では、マグネシウム合金薄板６０に対して、上側にリブ状成形体６２を成形し、下側に裏板６４を設けたものである。リブ状成形体６２の厚さは１ｍｍ、幅は３０ｍｍである。マグネシウム合金薄板６０に、リブ状成形体６２と同じ断面形状の溝孔６４を予め成形しておき、可動型１１にリブ状成形体キャビテイ（図示せず）を設けておき、固定型１２に裏板キャビテイ（図示せず）を設けておく。溶融マグネシウム合金を、裏板キャビテイ（図示せず）、溝孔６４及びリブ状成形体キャビテイ（図示せず）に圧入する。マグネシウム合金薄板６０と裏板６４及びこれらを結合するマグネシウム合金は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されていた。さらに、フランジ６４を有することによって、第２実施形態のマグネシウム合金構造体に比較して接合力がさらに補強され、成形したリブ状成形体６２のマグネシウム合金薄板６０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
(Sixth embodiment)
6th Embodiment is a form which forms a rib in the upper side of a magnesium alloy thin plate, and also forms a back plate in the lower side, Comprising: FIG. 6 shows two orthogonal surfaces of the principal part of the formed magnesium alloy structure. The cross section in is typically shown. In the sixth embodiment, a rib-shaped formed
（第７実施形態）
第７実施形態は、マグネシウム合金薄板の上側にリブを形成し、さらに下側に裏板も形成する形態であって、図７は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第７実施形態では、図７に示すように、マグネシウム合金薄板７０に対して、上側にリブ状成形体７２を成形し、下側に裏板７４を設け、両者を複数の丸孔７６内のマグネシウム合金で連結する。マグネシウム合金薄板７０、裏板７４及び丸孔７６内のマグネシウム合金は、相互の接触面において拡散接合もしくは物理的な接合もしくはそれらの複合形態で接合されている。さらに、裏板７４を有することによって、第２実施形態のマグネシウム合金構造体に比較して接合力がさらに補強され、成形したリブ状成形体７２のマグネシウム合金薄板７０からの引き抜き荷重および剪断荷重に対する抗力が大きくなっている。
(Seventh embodiment)
7th Embodiment is a form which forms a rib in the upper side of a magnesium alloy thin plate, and also forms a back plate in the lower side, Comprising: FIG. 7 shows two orthogonal surfaces of the principal part of the formed magnesium alloy structure. The cross section in is typically shown. In the seventh embodiment, as shown in FIG. 7, a rib-shaped formed
（第８実施形態）
第８実施形態は、マグネシウム合金薄板にヒンジを形成する形態であって、図８は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第８実施形態では、図８に示すように、マグネシウム合金薄板８０の端部近傍に成形した矩形の孔８２及び円形の孔８４の周囲を側面からダイカストにより鋳ぐるみ、ヒンジ８６を成形した。矩形の孔８２及び円形の孔８４の周囲をダイカストによって鋳ぐるむ領域は、それ以外の領域よりも幅が広くても狭くても良く、さらには鍛造などにより板厚を減少させても同様の結果が得られる。比較的体積の大きいヒンジ８６を成形しても、被成形材の形状変化は軽微であった。
(Eighth embodiment)
8th Embodiment is a form which forms a hinge in a magnesium alloy thin plate, Comprising: FIG. 8 shows typically the cross section in two orthogonal surfaces of the principal part of the formed magnesium alloy structure. In the eighth embodiment, as shown in FIG. 8, the periphery of the
第８実施形態の変形として、図９に示すように、ヒンジ８６による鋳ぐるみが、マグネシウム合金薄板８０の端部近傍の両面を鋳ぐるむ。
As a modification of the eighth embodiment, as shown in FIG. 9, the cast-in by the
（第９実施形態）
第９実施形態は、マグネシウム合金薄板にヒンジを形成する形態であって、図１０は、形成されたマグネシウム合金構造体の要部の直交する２面における断面を模式的に示す。第９実施形態では、図１０に示すように、マグネシウム合金薄板９０の端部近傍に成形した鍵状の突出鍵部９２の周囲を側面からダイカストにより鋳ぐるみ、ヒンジ９４を成形したものである。この突出鍵部９２の形状は、成形するヒンジの形状に合わせて形状を変化させても良く、数を増すことで接合強度を上げることができる。また、第９実施形態と同様に板面両面を鋳ぐるんでも同様の結果が得られる。
(Ninth embodiment)
9th Embodiment is a form which forms a hinge in a magnesium alloy thin plate, Comprising: FIG. 10 shows the cross section in two orthogonal surfaces of the principal part of the formed magnesium alloy structure typically. In the ninth embodiment, as shown in FIG. 10, the
（比較例）
比較例として、第５実施形態図と同様の金型を使用し，被成形材としてマグネシウム合金薄板に替えて鉄板を用いて同様の成形を行った。ボスを成形する溶融金属として、マグネシウム合金を用いた。各ボスの成形性は、第５実施形態と同様であり、各成形体は外観上は良好に成形できた。成形体５３に対応するものは、引き抜き、押し込みの荷重において強く、良好な機械的特性を示した。しかし、成形体５５，５７に対応するもののボス成形方向への引き抜きについては、フランジに対応するものの作用があり強固であったが、ねじりや裏面への押し込みについては、同種合金の場合と比較して弱かった。このことから、鉄やチタンといった高融点金属に低融点金属でボスを成形する場合は、拡散相が形成されることはない。
(Comparative example)
As a comparative example, the same mold as in the fifth embodiment was used, and the same molding was performed using an iron plate instead of a magnesium alloy thin plate as a material to be molded. A magnesium alloy was used as the molten metal for forming the boss. The moldability of each boss was the same as in the fifth embodiment, and each molded body could be molded well in terms of appearance. The one corresponding to the molded
以上に示した，実施例により得られた成形体の評価をまとめて表１に示した。なお、表１には比較のため、実際に生産実績のあるプレスフォージングにより得られた成形体(比較例２)も示した。 Table 1 summarizes the evaluations of the molded bodies obtained by the examples described above. For comparison, Table 1 also shows a molded body (Comparative Example 2) obtained by press forging that has actually been produced.
表１より，本発明によるマグネシウム及びマグネシウム合金構造体及びその製造方法によれば、接合性や生産性が高く外観の良い成形体が得ることが理解できる。また、接合性と外観の観点から成形体形状を選択することができる。比較例１の異種金属の場合，重量増が避けられないことと，リサイクル性において問題が生じる。比較例２のプレスフォージングは，重量増こそ無いが，外観の確保および生産性すなわち大型設備の必要性・金型のコスト高に課題がある。 From Table 1, it can be understood that according to the magnesium and magnesium alloy structure and the manufacturing method thereof according to the present invention, a molded article having high bondability and productivity and good appearance can be obtained. Further, the shape of the molded body can be selected from the viewpoints of bondability and appearance. In the case of the dissimilar metal of Comparative Example 1, an increase in weight is unavoidable and a problem occurs in recyclability. The press forging of Comparative Example 2 does not increase the weight, but there are problems in securing the appearance and productivity, that is, the necessity of large equipment and the cost of the mold.
１ 成形装置
１１ 可動型
１２ 固定型
１４ 湯道
１５ 湯口
１６ ボス
１７ ボスキャビテイ
１８ 孔
３２ リブ状成形体(フランジ付き)
３４ 溝孔
５２，５４，５６ フランジ
６４ 裏板
DESCRIPTION OF
34
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