JP4967206B2 - マグネシウム合金、並びに、これを用いて製造されるマグネシウム合金製筐体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノートパソコンや携帯電話などの筐体の成形に利用できるマグネシウム合金、並びに、当該マグネシウム合金を用いて製造される筐体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン等のモバイル電子機器の筐体に対しては、高強度であること、ＣＰＵ等から発生する熱を効率良く発散すること、リサイクル性が良いことなどが要求される。そして、これらの要求に対処すべく、ノートパソコン等のモバイル電子機器には、従来の樹脂筐体から、金属筐体が採用されるようになってきた。電子機器用金属筐体は、ダイカスト成形技術などにより成形される。
【０００３】
一方、ノートパソコン等のモバイル電子機器においては、小型化および軽量化が進んでいるところ、電子機器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、総重量の３０％以上もの重量を有する場合が多い金属筐体について軽量化を図ることは、重要である。
【０００４】
電子機器用金属筐体を構成する材料としては、近年、マグネシウムを主成分とする合金が注目を集めている。マグネシウムは、構造材として実用され得る単体金属のうち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、そのうえ比重については、Ａｌの約７割と、小さいためである。
【０００５】
しかしながら、現在広く使用されているマグネシウム合金（例えば、ＡＺ９１Ｄ；アルミニウム：９ｗｔ％、亜鉛：１ｗｔ％、残部：マグネシウム）は、本来、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一般的に低い傾向にある。具体的には、マグネシウム合金は、一般に、熱伝導率に優れているため、金型内へ射出されると急速に冷却され、その結果、固相の成長などにより溶湯の粘性が上がり、成形途中で溶湯が固化し易いものとなっている。より薄肉の製品を成形する場合において、溶湯の凝固時間がより短くなり、そのような不具合は顕著となる。そのため、従来のマグネシウム合金を溶湯に用いたダイカスト成形によって小型で薄肉の電子機器筐体を成形する際においては、マグネシウム合金溶湯の低流動性に起因して、成形途中での凝固、金型未充填、および鋳造割れなどの不良が発生し、充分な成形性を得ることができない場合がある。
【０００６】
例えば特開平８−８１７２８号公報および特開平８―６７９２８号公報には、従来のマグネシウム合金のこのような不具合などを解消することによって、マグネシウム合金の成形性を向上させることを目的とする技術が開示されている。具体的には、特開平８−８１７２８号公報に開示されているマグネシウム合金は、亜鉛４．０〜１５．０ｗｔ％、ケイ素０．５〜３．０ｗｔ％、アルミニウム０．５〜８．０ｗｔ％と、マグネシウムおよび不可避不純物とからなる。このような組成によって、成形体における耐食性の向上が図られるとともに、金型への充填性ないし湯回り性の向上が図られている。
【０００７】
一方、特開平８―６７９２８号公報によると、マグネシウム合金の当初の組成は、例えば、主成分のマグネシウム、アルミニウム４〜１０ｗｔ％、亜鉛３ｗｔ％以下、マンガン１ｗｔ％以下とされ、そこへ０．０１〜２ｗｔ％のストロンチウムを添加した後、当該マグネシウム合金が成形に供される。このような構成によって、マグネシウム合金の成形性の向上および成形体における機械的特性の向上が図られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなマグネシウム合金組成によっても、ノートパソコンなどに要求される薄肉な筐体を成形する場合には、マグネシウム合金の流動性は依然として充分なものでない。特に現状においては、Ａ４サイズのノートパソコン筐体には１．３ｍｍ以下の肉厚が求められており、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体には１．０ｍｍ以下の肉厚が求められているところ、上述のようなマグネシウム合金組成では、成形性および成形体の機械的強度を損うことなくそのような薄肉化を達成することは難しい。
【０００９】
金型温度を上げることや成形温度を上げることなどにより、マグネシウム合金の見かけの流動性を向上することも考え得るが、これらの方法は、成形装置への負担が大きく、好ましくない。例えば、金型表面材料に低熱伝導率の部位を設けることによって、溶湯の冷却速度遅らせる手段も、理論上採用し得るが、金型構造が複雑となり、コストアップを招来するという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、以上に述べた問題点を解消ないし軽減することを課題とし、溶融状態において優れた湯回り性を有するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有するマグネシウム合金、並びに、これを用いて製造されるマグネシウム合金製筐体およびその製造方法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の側面によるとマグネシウム合金が提供される。このマグネシウム合金は、主成分としてのマグネシウムと、９．０〜１３．０重量部のアルミニウムと、０．４〜１．０重量部の亜鉛と、０．１７〜１．０重量部のマンガンと、０．０５〜０．３重量部のケイ素と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によると、溶融状態において優れた湯回り性を有するマグネシウム合金を得ることができる。具体的には、例えば従来のＡＺ９１系合金などのような一般的なマグネシウム合金と比較して、マグネシウム合金１００重量部に対するアルミニウムの添加量を９．０〜１３．０重量部にまで増加することによって、マグネシウム合金の固相線温度および液相線温度が共に低下されている。これによって、溶融状態において、所定の温度における粘度は、従来の一般的なマグネシウム合金よりも低下する。そのため、成形時における溶湯としてのマグネシウム合金の湯回り性ないし流動性は、向上するのである。
【００１３】
また、本発明の第１の側面の構成によると、薄肉に成形された状態において充分な強度および粘弾性などの機械的特性を有するマグネシウム合金を得ることができる。従来のマグネシウム合金におけるアルミニウムの添加量を増加するのみでは、凝固状態において、マグネシウム合金の機械的特性は低下する傾向にある。本発明の第１の側面によると、アルミニウムの添加量の増加に基づくそのような不具合は、解消ないし充分に低減されている。具体的には、マグネシウム合金１００重量部に対するアルミニウムの添加量を９．０〜１３．０重量部にまで増加するとともに、亜鉛を０．４〜１．０重量部、マンガンを０．１７〜１．０重量部、ケイ素を０．０５〜０．３重量部の存在量で添加することによって、薄肉形成状態におけるマグネシウム合金の機械的特性の過剰な劣化が回避されている。
【００１４】
このように、本発明の第１の側面によると、溶融状態において優れた湯回り性を有するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有するマグネシウム合金を得ることができるのである。
【００１５】
本発明におけるアルミニウム濃度は、固相線温度および液相線温度の低下による溶湯の流動性の向上を図るうえでは増大させるのがよいが、過剰であると、マグネシウムより高比重であるため軽量化を阻んでしまうとともに、成形体に施すゲートカットやタッピングなどの後加工の際に割れなどの不良発生頻度が上昇する傾向にあるので、９〜１３ｗｔ％の範囲とされる。本発明における亜鉛濃度は、耐食性および流動性の向上を図るうえでは増大させるのがよいが、過剰であると成形体強度の低下を招いてしまう傾向にあるので、０．４〜１．０ｗｔ％の範囲とされる。本発明におけるマンガンおよびケイ素は、耐食性および流動性の向上を目的として添加されるが、過剰であると、成形体強度および流動性の低下を招いてしまう傾向にあるので、各々、０．１７〜１．０ｗｔ％、０．０５〜０．３ｗｔ％の濃度範囲とされる。
【００１６】
本発明の第１の側面において、好ましくは、アルミニウムは９．０〜１０．０重量部含まれており、マンガンは０．１７〜０．６重量部含まれている。このような組成は、Ａ４サイズのノートパソコン筐体を作成するうえで、好適である。上述のように、Ａ４サイズのノートパソコン筐体に対しては、１．３ｍｍ以下の肉厚が求められているところ、このようなマグネシウム合金組成によると、成形時における湯回り性を確保しつつ、Ａ４サイズのノートパソコン筐体の成形において、１．３ｍｍ以下の薄肉化を良好に達成することができるのである。
【００１７】
本発明の第１の側面において、好ましくは、アルミニウムは１０．０〜１３．０重量部含まれており、マンガンは０．３〜１．０重量部含まれている。このような組成は、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体を作成するうえで、好適である。上述のように、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体に対しては、１．０ｍｍ以下の肉厚が求められているところ、このようなマグネシウム合金組成によると、成形時における湯回り性を確保しつつ、Ａ５サイズのノートパソコン筐体の成形において、１．０ｍｍ以下の薄肉化を良好に達成することができるのである。
【００１８】
本発明の第２の側面によるとマグネシウム合金製筐体が提供される。このマグネシウム合金製筐体は、本発明の第１の側面に係るマグネシウム合金において、アルミニウムを９．０〜１０．０重量部とし、且つ、マンガンを０．１７〜０．６重量部としたものを用いて、０．９〜１．３ｍｍの厚さで成形された部位を有するものである。このような構成の筐体は、Ａ４サイズのノートパソコン筐体として良好に機能することができる。
【００１９】
本発明の第３の側面によると別のマグネシウム合金製筐体が提供される。このマグネシウム合金製筐体は、本発明の第１の側面に係るマグネシウム合金において、アルミニウムを１０．０〜１３．０重量部とし、且つ、マンガンを０．３〜１．０重量部としたものを用いて、０．４〜１．０ｍｍの厚さで成形された部位を有するものである。このような構成の筐体は、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体として良好に機能することができる。
【００２０】
本発明の第２および第３の側面に係るマグネシウム合金製筐体は、好ましくは、０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された低壁部と、側壁部とを備え、低壁部と側壁部の厚さ比が１：１．２〜１：２．５とされている。このような構成によると、成形時において、溶湯としてのマグネシウム合金が、金型により規定されるキャビティのうち、より幅広の側壁部を通ることによって、キャビティ全体へ行き渡り易くなる。すなわち、成形時におけるマグネシウム合金の湯回り性を向上することができる。
【００２１】
本発明の第４の側面によると、上述のいずれかのマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法が提供される。この製造方法は、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面に、ＴｉＡｌＮ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜（以下「ＤＬＣ膜」という）、またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によると、ＴｉＡｌＮ膜、ＤＬＣ膜、またはＳｉＯ2膜の存在によって、キャビティと当該キャビティを流動する溶湯としてのマグネシウム合金の摩擦係数が低下するため、成形時における溶湯の湯回り性が向上する。その結果、薄肉のマグネシウム合金製筐体を良好に製造することができる。
【００２３】
本発明の第５の側面によると、上述のいずれかのマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための他の方法が提供される。この製造方法は、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面にＴｉＡｌＮ膜を成膜し、当該ＴｉＡｌＮ膜上に更にＤＬＣ膜またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする。
【００２４】
マグネシウム合金との摩擦係数を低下せしめるためのＤＬＣ膜は、ＴｉＡｌＮ膜に対して強固な固着状態で成膜することができる。具体的には、多種類のガス供給を可能に構成された通常のＣＶＤ装置において、まず、キャビティ規定面に対して、ＴｉＡｌＮ膜を成長させる。ガス供給弁を切換え得ることにより、ＴｉＡｌＮ膜に対して、ＤＬＣ膜を成長させる。このとき、両膜の界面に、これら２つの化学種による拡散層を形成することができ、この拡散層の介在によって、両膜の固着状態を良好なものとすることが可能となるのである。一方、ＳｉＯ2膜も、金型のキャビティ規定面上に直接成膜するよりもＴｉＡｌＮ膜に対して成膜する方が、強固な固着状態で成膜することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を実施例として記載する。併せて、比較例も記載する。
【００２６】
【実施例１】
＜マグネシウム合金の作製＞
おおよそ表１の本実施例の欄に示す組成となるような所定量のマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、マンガン、およびケイ素よりなる総重量約３０ｋｇのマグネシウム合金材料と、０．５ｋｇのフラックスとを、約６８０℃に予熱した溶解炉に投入し、その後、約７２０℃まで加熱して、溶湯とした。このときのフラックスとしては、ＭｇＣｌ2５０ｗｔ％、ＫＣＬ２５ｗｔ％、ＢａＣｌ2２０ｗｔ％、ＣａＦ2５ｗｔ％からなるものを使用した。溶湯の均質性を得るため、溶湯を機械式の羽車を用いて撹拌した。撹拌する羽車の回転数は１００ｒｐｍとした。攪拌を止め、溶湯を２０分間静置した後、溶解炉から溶湯の一部を採取し、採取した溶湯から、直径５ｃｍおよび長さ１０ｃｍの円柱状の成形体を鋳造した。この鋳造体について、アーク式発光分光分析装置（ＰＤＡ−５５００ＩＩ、（株）島津製作所製）を用いて組成分析を行い、分析結果に基づいて合金組成を調整した。具体的には、例えば不足する成分について、当該成分のインゴットを溶解炉の溶湯に追加的に添加することによって、不足分を補った。このようにして成分調整した溶湯から５ｋｇのインゴットを鋳造し、表１における本実施例の欄に示す組成を有するマグネシウム合金を作成した。なお、組成分析の結果、銅の含有量は０．０２５ｗｔ％以下、鉄の含有量は０．００４ｗｔ％以下、ニッケルの含有量は０．００１ｗｔ％以下、ベリリウムの含有量は０．０００８〜０．００１５ｗｔ％であることが判った。
【００２７】
＜３点曲げ試験＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片（１０×１０×２５０ｍｍ）をダイカスト成形により作製した。本実施例のマグネシウム合金によると、成形時における射出圧力は５．３５ＭＰａを示した。そして、この試験片について、万能材料試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ５５８１、（株）インストロン製）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７０５５に準拠して３点曲げ試験を行った。試験条件は、負荷荷重速度を２ｍｍ／ｍｉｎ、スパン長さを４０ｍｍとした。その結果、曲げ強度は３９９０ｋｇｆ／ｃｍ2であった。ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片の成形時における射出圧力、および、当該試験片の曲げ強度についての結果を表２に掲げる。
【００２８】
＜アイゾット衝撃試験＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片（１０×１０×７５ｍｍ）をダイカスト成形により作製した。そして、この試験片について、アイゾット試験機（Ｂ−１２１２０２４０３、東洋精機製）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１１０に準拠してアイゾット衝撃試験を行った。試験条件は、ハンマを２．７５Ｊとし、持ち上げ角を１５０°とした。その結果、アイゾット衝撃強度は５．２６ｋｇｆｃｍ／ｃｍであった。この結果を表２に掲げる。
【００２９】
＜薄板成形＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、板厚０．６ｍｍの所定形状の薄板をダイカスト成形により作製し、射出速度１０００ｍｍ／ｓで、マグネシウム合金の成形性を調べた。その結果、マグネシウム合金がキャビティ全体に適切に充填され、且つ、バリの発生が充分に抑制された良好な薄板成形体を得ることができた。この結果を表２に掲げる。
【００３０】
＜ノートパソコンカバー体の作製＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、図１に示すノートパソコンカバー体をダイカスト成形により作製した。２種類のサイズを作製した。一方は、Ａ４サイズ用途であり、低壁部Ｂは１．３ｍｍの厚みを有する。もう一方は、Ｂ５サイズ用途であり、低壁部Ｂは０．７ｍｍの厚みを有する。側壁部Ｓの部材厚は、両サイズにおいて１．６ｍｍである。その結果、両サイズにおいて、バリの発生が充分に抑制された成形体を得ることができた。また、Ｂ５サイズについて、側壁部Ｓの部材厚０．７ｍｍのカバー体を成形したところ、成形体を得ることができたが、射出圧力が約２倍となり、成形が不安定となる傾向にあった。
【００３１】
＜塩水噴霧試験＞
上述のようにして作製したＡ４サイズのノートパソコンカバー体について、塩水噴霧試験により耐食性を評価した。試験条件は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠した。その結果、本実施例に係るマグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄ合金とほぼ同程度の腐食量を示し、充分な耐食性を有することが判った。
【００３２】
＜カバー開閉試験＞
上述のようにして作製したＡ４サイズのノートパソコンカバー体を用いてノートパソコン筐体を形成し、カバーの開閉試験を行った。その結果、約１．８万回に至るまで、ヒンジ部Ｈに割れは発生せず、本実施例に係るマグネシウム合金が充分な粘弾性を有していることが判った。
【００３３】
＜流動性評価＞
本実施例のマグネシウム合金について、図２に示すバーフロー金型１（フローパスの全長：１６５０ｍｍ、フローパスの幅：１０ｍｍ、フローパスの厚さ：０．７ｍｍ）を用いたダイカスト成形における射出圧力および流動長を測定し、流動性を調べた。測定は、バーフロー金型１のキャビティ規定面が、ｉ）未処理の状態、ii）５μｍのＴｉＡｌＮ膜を成膜した状態、iii）２μmのＴｉＡｌＮ膜上に、１μmの拡散層を介して２μmのＤＬＣ膜を成膜した状態、iv）２μｍのＴｉＡｌＮ膜上に３μmのＳｉＯ2膜を成膜した状態の各々について行った。これらの結果を表３に掲げる。なお、本測定におて、溶湯は、当該バーフロー金型１の中心に設けられた注入口２から金型出口３に向けて射出した。溶湯温度は、マグネシウム合金の液相線温度より１０〜３０℃高温の６５０℃とし、金型温度は２５０℃、射出速度は２．０ｍｍ／ｓｅｃとした。また、ＴｉＡｌＮ膜およびＤＬＣ膜の成膜手法としてはプラズマＣＶＤ法を採用した。プラズマＣＶＤ法における原料ガスには、ＴｉＡｌＮ膜にはＴｉＣｌ4、ＡｌＣｌ3、Ｎ2を用い、ＤＬＣ膜にはＣＨ4を用いた。一方、ＳｉＯ2膜は、スプレー塗布した後、１４０℃で３０分間乾燥することによって、成膜した。
【００３４】
表３に示すように、流動長は、キャビティ規定面が未処理の状態である場合に対して、ＴｉＡｌＮ膜を成膜した状態では、１．１４倍に延び、ＴｉＡｌＮ膜の上にＤＬＣ膜を成膜した状態では１．２３倍に延び、ＴｉＡｌＮ膜の上にＳｉＯ2膜を成膜した状態では１．３２倍に延びた。射出圧力は、キャビティ規定面が未処理の状態である場合に対して、ＴｉＡｌＮ膜を成膜した状態では９３％に低下し、ＴｉＡｌＮ膜の上にＤＬＣ膜を成膜した状態では８３％に低下し、ＴｉＡｌＮ膜にＳｉＯ2膜を成膜した状態では８８％に低下した。このように、金型のキャビティ規定面に表面処理を施すことにより、キャビティ規定面とそこを流れるマグネシウム合金の摩擦抵抗を小さくすることができ、その結果、マグネシウム合金の正味の流動性が向上し、薄肉筐体の成形において好適となった。なお、ＴｉＡｌＮ膜の上にＳｉＯ2膜を成膜した場合に最も流動距離が得られ、効果が高いが、５０回の試行で膜に剥離が発生した。これに対し、ＴｉＡｌＮ膜の上にＤＬＣ膜を成膜した状態では、改善効果は小さいが、１００回の試行でも剥離は発生しなかった。
【００３５】
【実施例２、実施例３】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を、９．０ｗｔ％（実施例２）または１３．０ｗｔ％（実施例３）の組成に変えた以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。両実施例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。また、実施例２については、実施例１と同様に薄板成形を行ったところ、マグネシウム合金がキャビティ全体に適切に充填され、且つ、バリの発生が充分に抑制された良好な薄板成形体を得ることができた。これらの結果は表２に掲げる。
【００３６】
実施例１と同様に、両実施例のマグネシウム合金のインゴットから、Ａ４サイズ用途であって１．３ｍｍの厚みを有する図１に示すノートパソコンカバー体と、Ｂ５サイズ用途であって０．７ｍｍの厚みを有する図１に示すノートパソコンカバー体とをダイカスト成形により作製した。その結果、両実施例のマグネシウム合金から成形された両カバー体において、バリの発生が充分に抑制された成形体を得ることができた。
【００３７】
上述のようにして得たＡ４サイズのノートパソコンカバー体について、実施例１と同様に、塩水噴霧試験を行って耐食性を評価した。その結果、両実施例に係るマグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄ合金とほぼ同程度の腐食量を示し、充分な耐食性を有することが判った。
【００３８】
上述のようにして作製したＡ４サイズのノートパソコンカバー体をノートパソコンに組込み、実施例１と同様にしてカバーの開閉試験を行った。その結果、約２万回（実施例２）および１．８万回（実施例３）に至るまで、ヒンジ部Ｈに割れは発生せず、両実施例に係るマグネシウム合金が充分な粘弾性を有していることが判った。
【００３９】
【実施例４】
マンガン濃度０．３ｗｔ％を１．０ｗｔ％の組成に変えた以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本実施例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４０】
【比較例１】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を８．０ｗｔ％に、亜鉛濃度１．０ｗｔ％を０．４ｗｔ％に、マンガン濃度０．３ｗｔ％を０．２ｗｔ％に、ケイ素濃度０．１ｗｔ％を０．０１ｗｔ％に低くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。また、実施例１と同様に薄板成形を行ったところ、マグネシウム合金がキャビティに充分に充填されず、薄板成形体が完成しなかった。
これらの結果は表２に掲げる。
【００４１】
【比較例２】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を１５．０ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４２】
【比較例３】
亜鉛濃度１．０ｗｔ％を０．３ｗｔ％に低くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４３】
【比較例４】
亜鉛濃度１．０ｗｔ％を２．０ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４４】
【比較例５】
マンガン濃度０．３ｗｔ％を２．０ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４５】
【比較例６】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を９．０ｗｔ％に低くし、ケイ素濃度０．１ｗｔ％を０．０１ｗｔ％に低くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。また、実施例１と同様に薄板成形を行ったところ、マグネシウム合金がキャビティに充分に充填されず、且つ、過度のバリが生じてしまい、良好な薄板成形体を得ることができなかった。これらの結果は表２に掲げる。
【００４６】
【比較例７】
ケイ素濃度０．１ｗｔ％を０．５ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【評価】
ダイカスト成形に供される合金において、溶湯としての湯回り性の良・不良は、特に成形時における射出圧力によって示唆されるところ、表２に示すように、実施例１〜４および比較例２，４，７のマグネシウム合金では、射出圧力はいずれも８．０ＭＰａ以下と低い値を示し、良好な湯回り性を有している。例えば実施例１，２のマグネシウム合金では、上述の０．６ｍｍ厚の薄板成形において、金型キャビティを完全に充填して良好な成形体を得ることができることが確認されている。これに対し、比較例１，３，５，６のマグネシウム合金では、射出圧力はいずれも９．５ＭＰａ以上という高い値を示し、湯回り性に乏しい。特に、比較例１，６のマグネシウム合金では、上述の０．６ｍｍ厚の薄板成形において、金型キャビティを完全には充填することができなかった。
【００５１】
一方、例えばノートパソコンなどの電子機器筐体として使用し得るほどの機械的特性を備えているか否かは、曲げ強度やアイゾット衝撃強度によって示唆されるところ、表２に示すように、実施例１〜４および比較例１，３，５，６のマグネシウム合金では、曲げ強度およびアイゾット衝撃強度共に充分な値を示している。特にアイゾット衝撃強度について４．５ｋｇｆｃｍ／ｃｍ以上の値を示しており、充分な機械的強度を備えていることが判る。また、例えば実施例１〜３のマグネシウム合金については、上述のカバー体開閉試験により、ノートパソコンカバー体として実用し得る程度の粘弾性を有していることが確認されている。これに対し、比較例比較例２，４，７のマグネシウム合金では、アイゾット衝撃強度はいずれも４．５ｋｇｆｃｍ／ｃｍ未満という低い値を示し、充分な機械的強度を備えていないことが判る。
【００５２】
以上より、実施例１〜４のマグネシウム合金は、射出圧力に示唆される湯回り性、並びに曲げ強度およびアイゾット衝撃強度に示唆される機械的強度について共に充分な値を示すので、薄肉成形に適するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有することが理解できよう。
【００５３】
以下、本発明の構成をそのバリエーションとともに付記として記載する。
【００５４】
（付記１）主成分としてのマグネシウムと、９．０〜１３．０重量部のアルミニウムと、０．４〜１．０重量部の亜鉛と、０．１７〜１．０重量部のマンガンと、
０．０５〜０．３重量部のケイ素と、を含むことを特徴とする、マグネシウム合金。
（付記２）アルミニウムは９．０〜１０．０重量部含まれており、マンガンは０．１７〜０．６重量部含まれている、付記１に記載のマグネシウム合金。
（付記３）アルミニウムは１０．０〜１３．０重量部含まれており、マンガンは０．３〜１．０重量部含まれている、付記１に記載のマグネシウム合金。
（付記４）付記２に記載のマグネシウム合金を用いて、０．９〜１．３ｍｍの厚みで成形された部位を有することを特徴とする、マグネシウム合金製筐体。
（付記５）付記３に記載のマグネシウム合金を用いて、０．４〜１．０ｍｍの厚みで成形された部位を有することを特徴とする、マグネシウム合金製筐体。
（付記６）０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された低壁部と、側壁部とを備え、低壁部と側壁部の厚さ比が１：１．２〜１：２．５である、付記４または５に記載のマグネシウム合金製筐体。
（付記７）付記４から６のいずれか１つに記載のマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法であって、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面に、ＴｉＡｌＮ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする、マグネシウム合金製筐体の製造方法。
（付記８）付記４から６のいずれか１つに記載のマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法であって、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面にＴｉＡｌＮ膜を成膜し、当該ＴｉＡｌＮ膜上に更にダイヤモンドライクカーボン膜またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする、マグネシウム合金製筐体の製造方法。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、溶融状態において優れた湯回り性を有するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有するマグネシウム合金を得ることができる。そして、このマグネシウム合金を用いると、良好な薄肉電子機器筐体などを成形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネシウム合金を用いて成形したノートパソコンカバー体の斜視図である。
【図２】流動長測定に用いたバーフロー金型の模式図である。
【符号の説明】
Ｂ 低壁部
Ｓ 側壁部
Ｈ ヒンジ部
１ バーフロー金型
２ 注入口
３ 金型出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノートパソコンや携帯電話などの筐体の成形に利用できるマグネシウム合金、並びに、当該マグネシウム合金を用いて製造される筐体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン等のモバイル電子機器の筐体に対しては、高強度であること、ＣＰＵ等から発生する熱を効率良く発散すること、リサイクル性が良いことなどが要求される。そして、これらの要求に対処すべく、ノートパソコン等のモバイル電子機器には、従来の樹脂筐体から、金属筐体が採用されるようになってきた。電子機器用金属筐体は、ダイカスト成形技術などにより成形される。
【０００３】
一方、ノートパソコン等のモバイル電子機器においては、小型化および軽量化が進んでいるところ、電子機器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、総重量の３０％以上もの重量を有する場合が多い金属筐体について軽量化を図ることは、重要である。
【０００４】
電子機器用金属筐体を構成する材料としては、近年、マグネシウムを主成分とする合金が注目を集めている。マグネシウムは、構造材として実用され得る単体金属のうち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、そのうえ比重については、Ａｌの約７割と、小さいためである。
【０００５】
しかしながら、現在広く使用されているマグネシウム合金（例えば、ＡＺ９１Ｄ；アルミニウム：９ｗｔ％、亜鉛：１ｗｔ％、残部：マグネシウム）は、本来、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一般的に低い傾向にある。具体的には、マグネシウム合金は、一般に、熱伝導率に優れているため、金型内へ射出されると急速に冷却され、その結果、固相の成長などにより溶湯の粘性が上がり、成形途中で溶湯が固化し易いものとなっている。より薄肉の製品を成形する場合において、溶湯の凝固時間がより短くなり、そのような不具合は顕著となる。そのため、従来のマグネシウム合金を溶湯に用いたダイカスト成形によって小型で薄肉の電子機器筐体を成形する際においては、マグネシウム合金溶湯の低流動性に起因して、成形途中での凝固、金型未充填、および鋳造割れなどの不良が発生し、充分な成形性を得ることができない場合がある。
【０００６】
例えば特開平８−８１７２８号公報および特開平８―６７９２８号公報には、従来のマグネシウム合金のこのような不具合などを解消することによって、マグネシウム合金の成形性を向上させることを目的とする技術が開示されている。具体的には、特開平８−８１７２８号公報に開示されているマグネシウム合金は、亜鉛４．０〜１５．０ｗｔ％、ケイ素０．５〜３．０ｗｔ％、アルミニウム０．５〜８．０ｗｔ％と、マグネシウムおよび不可避不純物とからなる。このような組成によって、成形体における耐食性の向上が図られるとともに、金型への充填性ないし湯回り性の向上が図られている。
【０００７】
一方、特開平８―６７９２８号公報によると、マグネシウム合金の当初の組成は、例えば、主成分のマグネシウム、アルミニウム４〜１０ｗｔ％、亜鉛３ｗｔ％以下、マンガン１ｗｔ％以下とされ、そこへ０．０１〜２ｗｔ％のストロンチウムを添加した後、当該マグネシウム合金が成形に供される。このような構成によって、マグネシウム合金の成形性の向上および成形体における機械的特性の向上が図られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなマグネシウム合金組成によっても、ノートパソコンなどに要求される薄肉な筐体を成形する場合には、マグネシウム合金の流動性は依然として充分なものでない。特に現状においては、Ａ４サイズのノートパソコン筐体には１．３ｍｍ以下の肉厚が求められており、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体には１．０ｍｍ以下の肉厚が求められているところ、上述のようなマグネシウム合金組成では、成形性および成形体の機械的強度を損うことなくそのような薄肉化を達成することは難しい。
【０００９】
金型温度を上げることや成形温度を上げることなどにより、マグネシウム合金の見かけの流動性を向上することも考え得るが、これらの方法は、成形装置への負担が大きく、好ましくない。例えば、金型表面材料に低熱伝導率の部位を設けることによって、溶湯の冷却速度遅らせる手段も、理論上採用し得るが、金型構造が複雑となり、コストアップを招来するという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、以上に述べた問題点を解消ないし軽減することを課題とし、溶融状態において優れた湯回り性を有するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有するマグネシウム合金、並びに、これを用いて製造されるマグネシウム合金製筐体およびその製造方法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の側面によるとマグネシウム合金が提供される。このマグネシウム合金は、主成分としてのマグネシウムと、９．０〜１３．０重量部のアルミニウムと、０．４〜１．０重量部の亜鉛と、０．１７〜１．０重量部のマンガンと、０．０５〜０．３重量部のケイ素と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によると、溶融状態において優れた湯回り性を有するマグネシウム合金を得ることができる。具体的には、例えば従来のＡＺ９１系合金などのような一般的なマグネシウム合金と比較して、マグネシウム合金１００重量部に対するアルミニウムの添加量を９．０〜１３．０重量部にまで増加することによって、マグネシウム合金の固相線温度および液相線温度が共に低下されている。これによって、溶融状態において、所定の温度における粘度は、従来の一般的なマグネシウム合金よりも低下する。そのため、成形時における溶湯としてのマグネシウム合金の湯回り性ないし流動性は、向上するのである。
【００１３】
また、本発明の第１の側面の構成によると、薄肉に成形された状態において充分な強度および粘弾性などの機械的特性を有するマグネシウム合金を得ることができる。従来のマグネシウム合金におけるアルミニウムの添加量を増加するのみでは、凝固状態において、マグネシウム合金の機械的特性は低下する傾向にある。本発明の第１の側面によると、アルミニウムの添加量の増加に基づくそのような不具合は、解消ないし充分に低減されている。具体的には、マグネシウム合金１００重量部に対するアルミニウムの添加量を９．０〜１３．０重量部にまで増加するとともに、亜鉛を０．４〜１．０重量部、マンガンを０．１７〜１．０重量部、ケイ素を０．０５〜０．３重量部の存在量で添加することによって、薄肉形成状態におけるマグネシウム合金の機械的特性の過剰な劣化が回避されている。
【００１４】
このように、本発明の第１の側面によると、溶融状態において優れた湯回り性を有するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有するマグネシウム合金を得ることができるのである。
【００１５】
本発明におけるアルミニウム濃度は、固相線温度および液相線温度の低下による溶湯の流動性の向上を図るうえでは増大させるのがよいが、過剰であると、マグネシウムより高比重であるため軽量化を阻んでしまうとともに、成形体に施すゲートカットやタッピングなどの後加工の際に割れなどの不良発生頻度が上昇する傾向にあるので、９〜１３ｗｔ％の範囲とされる。本発明における亜鉛濃度は、耐食性および流動性の向上を図るうえでは増大させるのがよいが、過剰であると成形体強度の低下を招いてしまう傾向にあるので、０．４〜１．０ｗｔ％の範囲とされる。本発明におけるマンガンおよびケイ素は、耐食性および流動性の向上を目的として添加されるが、過剰であると、成形体強度および流動性の低下を招いてしまう傾向にあるので、各々、０．１７〜１．０ｗｔ％、０．０５〜０．３ｗｔ％の濃度範囲とされる。
【００１６】
本発明の第１の側面において、好ましくは、アルミニウムは９．０〜１０．０重量部含まれており、マンガンは０．１７〜０．６重量部含まれている。このような組成は、Ａ４サイズのノートパソコン筐体を作成するうえで、好適である。上述のように、Ａ４サイズのノートパソコン筐体に対しては、１．３ｍｍ以下の肉厚が求められているところ、このようなマグネシウム合金組成によると、成形時における湯回り性を確保しつつ、Ａ４サイズのノートパソコン筐体の成形において、１．３ｍｍ以下の薄肉化を良好に達成することができるのである。
【００１７】
本発明の第１の側面において、好ましくは、アルミニウムは１０．０〜１３．０重量部含まれており、マンガンは０．３〜１．０重量部含まれている。このような組成は、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体を作成するうえで、好適である。上述のように、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体に対しては、１．０ｍｍ以下の肉厚が求められているところ、このようなマグネシウム合金組成によると、成形時における湯回り性を確保しつつ、Ａ５サイズのノートパソコン筐体の成形において、１．０ｍｍ以下の薄肉化を良好に達成することができるのである。
【００１８】
本発明の第２の側面によるとマグネシウム合金製筐体が提供される。このマグネシウム合金製筐体は、本発明の第１の側面に係るマグネシウム合金において、アルミニウムを９．０〜１０．０重量部とし、且つ、マンガンを０．１７〜０．６重量部としたものを用いて、０．９〜１．３ｍｍの厚さで成形された部位を有するものである。このような構成の筐体は、Ａ４サイズのノートパソコン筐体として良好に機能することができる。
【００１９】
本発明の第３の側面によると別のマグネシウム合金製筐体が提供される。このマグネシウム合金製筐体は、本発明の第１の側面に係るマグネシウム合金において、アルミニウムを１０．０〜１３．０重量部とし、且つ、マンガンを０．３〜１．０重量部としたものを用いて、０．４〜１．０ｍｍの厚さで成形された部位を有するものである。このような構成の筐体は、Ｂ５サイズのノートパソコン筐体として良好に機能することができる。
【００２０】
本発明の第２および第３の側面に係るマグネシウム合金製筐体は、好ましくは、０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された低壁部と、側壁部とを備え、低壁部と側壁部の厚さ比が１：１．２〜１：２．５とされている。このような構成によると、成形時において、溶湯としてのマグネシウム合金が、金型により規定されるキャビティのうち、より幅広の側壁部を通ることによって、キャビティ全体へ行き渡り易くなる。すなわち、成形時におけるマグネシウム合金の湯回り性を向上することができる。
【００２１】
本発明の第４の側面によると、上述のいずれかのマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法が提供される。この製造方法は、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面に、ＴｉＡｌＮ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜（以下「ＤＬＣ膜」という）、またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によると、ＴｉＡｌＮ膜、ＤＬＣ膜、またはＳｉＯ2膜の存在によって、キャビティと当該キャビティを流動する溶湯としてのマグネシウム合金の摩擦係数が低下するため、成形時における溶湯の湯回り性が向上する。その結果、薄肉のマグネシウム合金製筐体を良好に製造することができる。
【００２３】
本発明の第５の側面によると、上述のいずれかのマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための他の方法が提供される。この製造方法は、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面にＴｉＡｌＮ膜を成膜し、当該ＴｉＡｌＮ膜上に更にＤＬＣ膜またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする。
【００２４】
マグネシウム合金との摩擦係数を低下せしめるためのＤＬＣ膜は、ＴｉＡｌＮ膜に対して強固な固着状態で成膜することができる。具体的には、多種類のガス供給を可能に構成された通常のＣＶＤ装置において、まず、キャビティ規定面に対して、ＴｉＡｌＮ膜を成長させる。ガス供給弁を切換え得ることにより、ＴｉＡｌＮ膜に対して、ＤＬＣ膜を成長させる。このとき、両膜の界面に、これら２つの化学種による拡散層を形成することができ、この拡散層の介在によって、両膜の固着状態を良好なものとすることが可能となるのである。一方、ＳｉＯ2膜も、金型のキャビティ規定面上に直接成膜するよりもＴｉＡｌＮ膜に対して成膜する方が、強固な固着状態で成膜することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を実施例として記載する。併せて、比較例も記載する。
【００２６】
【実施例１】
＜マグネシウム合金の作製＞
おおよそ表１の本実施例の欄に示す組成となるような所定量のマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、マンガン、およびケイ素よりなる総重量約３０ｋｇのマグネシウム合金材料と、０．５ｋｇのフラックスとを、約６８０℃に予熱した溶解炉に投入し、その後、約７２０℃まで加熱して、溶湯とした。このときのフラックスとしては、ＭｇＣｌ2５０ｗｔ％、ＫＣＬ２５ｗｔ％、ＢａＣｌ2２０ｗｔ％、ＣａＦ2５ｗｔ％からなるものを使用した。溶湯の均質性を得るため、溶湯を機械式の羽車を用いて撹拌した。撹拌する羽車の回転数は１００ｒｐｍとした。攪拌を止め、溶湯を２０分間静置した後、溶解炉から溶湯の一部を採取し、採取した溶湯から、直径５ｃｍおよび長さ１０ｃｍの円柱状の成形体を鋳造した。この鋳造体について、アーク式発光分光分析装置（ＰＤＡ−５５００ＩＩ、（株）島津製作所製）を用いて組成分析を行い、分析結果に基づいて合金組成を調整した。具体的には、例えば不足する成分について、当該成分のインゴットを溶解炉の溶湯に追加的に添加することによって、不足分を補った。このようにして成分調整した溶湯から５ｋｇのインゴットを鋳造し、表１における本実施例の欄に示す組成を有するマグネシウム合金を作成した。なお、組成分析の結果、銅の含有量は０．０２５ｗｔ％以下、鉄の含有量は０．００４ｗｔ％以下、ニッケルの含有量は０．００１ｗｔ％以下、ベリリウムの含有量は０．０００８〜０．００１５ｗｔ％であることが判った。
【００２７】
＜３点曲げ試験＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片（１０×１０×２５０ｍｍ）をダイカスト成形により作製した。本実施例のマグネシウム合金によると、成形時における射出圧力は５．３５ＭＰａを示した。そして、この試験片について、万能材料試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ５５８１、（株）インストロン製）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７０５５に準拠して３点曲げ試験を行った。試験条件は、負荷荷重速度を２ｍｍ／ｍｉｎ、スパン長さを４０ｍｍとした。その結果、曲げ強度は３９９０ｋｇｆ／ｃｍ2であった。ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片の成形時における射出圧力、および、当該試験片の曲げ強度についての結果を表２に掲げる。
【００２８】
＜アイゾット衝撃試験＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片（１０×１０×７５ｍｍ）をダイカスト成形により作製した。そして、この試験片について、アイゾット試験機（Ｂ−１２１２０２４０３、東洋精機製）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ７１１０に準拠してアイゾット衝撃試験を行った。試験条件は、ハンマを２．７５Ｊとし、持ち上げ角を１５０°とした。その結果、アイゾット衝撃強度は５．２６ｋｇｆｃｍ／ｃｍであった。この結果を表２に掲げる。
【００２９】
＜薄板成形＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、板厚０．６ｍｍの所定形状の薄板をダイカスト成形により作製し、射出速度１０００ｍｍ／ｓで、マグネシウム合金の成形性を調べた。その結果、マグネシウム合金がキャビティ全体に適切に充填され、且つ、バリの発生が充分に抑制された良好な薄板成形体を得ることができた。この結果を表２に掲げる。
【００３０】
＜ノートパソコンカバー体の作製＞
上述のようにして得たマグネシウム合金のインゴットから、図１に示すノートパソコンカバー体をダイカスト成形により作製した。２種類のサイズを作製した。一方は、Ａ４サイズ用途であり、低壁部Ｂは１．３ｍｍの厚みを有する。もう一方は、Ｂ５サイズ用途であり、低壁部Ｂは０．７ｍｍの厚みを有する。側壁部Ｓの部材厚は、両サイズにおいて１．６ｍｍである。その結果、両サイズにおいて、バリの発生が充分に抑制された成形体を得ることができた。また、Ｂ５サイズについて、側壁部Ｓの部材厚０．７ｍｍのカバー体を成形したところ、成形体を得ることができたが、射出圧力が約２倍となり、成形が不安定となる傾向にあった。
【００３１】
＜塩水噴霧試験＞
上述のようにして作製したＡ４サイズのノートパソコンカバー体について、塩水噴霧試験により耐食性を評価した。試験条件は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠した。その結果、本実施例に係るマグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄ合金とほぼ同程度の腐食量を示し、充分な耐食性を有することが判った。
【００３２】
＜カバー開閉試験＞
上述のようにして作製したＡ４サイズのノートパソコンカバー体を用いてノートパソコン筐体を形成し、カバーの開閉試験を行った。その結果、約１．８万回に至るまで、ヒンジ部Ｈに割れは発生せず、本実施例に係るマグネシウム合金が充分な粘弾性を有していることが判った。
【００３３】
＜流動性評価＞
本実施例のマグネシウム合金について、図２に示すバーフロー金型１（フローパスの全長：１６５０ｍｍ、フローパスの幅：１０ｍｍ、フローパスの厚さ：０．７ｍｍ）を用いたダイカスト成形における射出圧力および流動長を測定し、流動性を調べた。測定は、バーフロー金型１のキャビティ規定面が、ｉ）未処理の状態、ii）５μｍのＴｉＡｌＮ膜を成膜した状態、iii）２μmのＴｉＡｌＮ膜上に、１μmの拡散層を介して２μmのＤＬＣ膜を成膜した状態、iv）２μｍのＴｉＡｌＮ膜上に３μmのＳｉＯ2膜を成膜した状態の各々について行った。これらの結果を表３に掲げる。なお、本測定におて、溶湯は、当該バーフロー金型１の中心に設けられた注入口２から金型出口３に向けて射出した。溶湯温度は、マグネシウム合金の液相線温度より１０〜３０℃高温の６５０℃とし、金型温度は２５０℃、射出速度は２．０ｍｍ／ｓｅｃとした。また、ＴｉＡｌＮ膜およびＤＬＣ膜の成膜手法としてはプラズマＣＶＤ法を採用した。プラズマＣＶＤ法における原料ガスには、ＴｉＡｌＮ膜にはＴｉＣｌ4、ＡｌＣｌ3、Ｎ2を用い、ＤＬＣ膜にはＣＨ4を用いた。一方、ＳｉＯ2膜は、スプレー塗布した後、１４０℃で３０分間乾燥することによって、成膜した。
【００３４】
表３に示すように、流動長は、キャビティ規定面が未処理の状態である場合に対して、ＴｉＡｌＮ膜を成膜した状態では、１．１４倍に延び、ＴｉＡｌＮ膜の上にＤＬＣ膜を成膜した状態では１．２３倍に延び、ＴｉＡｌＮ膜の上にＳｉＯ2膜を成膜した状態では１．３２倍に延びた。射出圧力は、キャビティ規定面が未処理の状態である場合に対して、ＴｉＡｌＮ膜を成膜した状態では９３％に低下し、ＴｉＡｌＮ膜の上にＤＬＣ膜を成膜した状態では８３％に低下し、ＴｉＡｌＮ膜にＳｉＯ2膜を成膜した状態では８８％に低下した。このように、金型のキャビティ規定面に表面処理を施すことにより、キャビティ規定面とそこを流れるマグネシウム合金の摩擦抵抗を小さくすることができ、その結果、マグネシウム合金の正味の流動性が向上し、薄肉筐体の成形において好適となった。なお、ＴｉＡｌＮ膜の上にＳｉＯ2膜を成膜した場合に最も流動距離が得られ、効果が高いが、５０回の試行で膜に剥離が発生した。これに対し、ＴｉＡｌＮ膜の上にＤＬＣ膜を成膜した状態では、改善効果は小さいが、１００回の試行でも剥離は発生しなかった。
【００３５】
【実施例２、実施例３】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を、９．０ｗｔ％（実施例２）または１３．０ｗｔ％（実施例３）の組成に変えた以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。両実施例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。また、実施例２については、実施例１と同様に薄板成形を行ったところ、マグネシウム合金がキャビティ全体に適切に充填され、且つ、バリの発生が充分に抑制された良好な薄板成形体を得ることができた。これらの結果は表２に掲げる。
【００３６】
実施例１と同様に、両実施例のマグネシウム合金のインゴットから、Ａ４サイズ用途であって１．３ｍｍの厚みを有する図１に示すノートパソコンカバー体と、Ｂ５サイズ用途であって０．７ｍｍの厚みを有する図１に示すノートパソコンカバー体とをダイカスト成形により作製した。その結果、両実施例のマグネシウム合金から成形された両カバー体において、バリの発生が充分に抑制された成形体を得ることができた。
【００３７】
上述のようにして得たＡ４サイズのノートパソコンカバー体について、実施例１と同様に、塩水噴霧試験を行って耐食性を評価した。その結果、両実施例に係るマグネシウム合金は、ＡＺ９１Ｄ合金とほぼ同程度の腐食量を示し、充分な耐食性を有することが判った。
【００３８】
上述のようにして作製したＡ４サイズのノートパソコンカバー体をノートパソコンに組込み、実施例１と同様にしてカバーの開閉試験を行った。その結果、約２万回（実施例２）および１．８万回（実施例３）に至るまで、ヒンジ部Ｈに割れは発生せず、両実施例に係るマグネシウム合金が充分な粘弾性を有していることが判った。
【００３９】
【実施例４】
マンガン濃度０．３ｗｔ％を１．０ｗｔ％の組成に変えた以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本実施例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４０】
【比較例１】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を８．０ｗｔ％に、亜鉛濃度１．０ｗｔ％を０．４ｗｔ％に、マンガン濃度０．３ｗｔ％を０．２ｗｔ％に、ケイ素濃度０．１ｗｔ％を０．０１ｗｔ％に低くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。また、実施例１と同様に薄板成形を行ったところ、マグネシウム合金がキャビティに充分に充填されず、薄板成形体が完成しなかった。
これらの結果は表２に掲げる。
【００４１】
【比較例２】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を１５．０ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４２】
【比較例３】
亜鉛濃度１．０ｗｔ％を０．３ｗｔ％に低くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４３】
【比較例４】
亜鉛濃度１．０ｗｔ％を２．０ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４４】
【比較例５】
マンガン濃度０．３ｗｔ％を２．０ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４５】
【比較例６】
アルミニウム濃度１１．０ｗｔ％を９．０ｗｔ％に低くし、ケイ素濃度０．１ｗｔ％を０．０１ｗｔ％に低くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。また、実施例１と同様に薄板成形を行ったところ、マグネシウム合金がキャビティに充分に充填されず、且つ、過度のバリが生じてしまい、良好な薄板成形体を得ることができなかった。これらの結果は表２に掲げる。
【００４６】
【比較例７】
ケイ素濃度０．１ｗｔ％を０．５ｗｔ％に高くした以外は、実施例１と同様の方法により、マグネシウム合金を作製した。本比較例のマグネシウム合金の組成は表１に掲げる。そして、実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ Ｚ２２０４ ２号試験片を作製して３点曲げ試験を行い、ＪＩＳ Ｚ２２０２ １号試験片を作製してアイゾット衝撃試験を行った。これらの結果は表２に掲げる。
【００４７】
【表１】
【表２】
【表３】
【評価】
ダイカスト成形に供される合金において、溶湯としての湯回り性の良・不良は、特に成形時における射出圧力によって示唆されるところ、表２に示すように、実施例１〜４および比較例２，４，７のマグネシウム合金では、射出圧力はいずれも８．０ＭＰａ以下と低い値を示し、良好な湯回り性を有している。例えば実施例１，２のマグネシウム合金では、上述の０．６ｍｍ厚の薄板成形において、金型キャビティを完全に充填して良好な成形体を得ることができることが確認されている。これに対し、比較例１，３，５，６のマグネシウム合金では、射出圧力はいずれも９．５ＭＰａ以上という高い値を示し、湯回り性に乏しい。特に、比較例１，６のマグネシウム合金では、上述の０．６ｍｍ厚の薄板成形において、金型キャビティを完全には充填することができなかった。
【００５１】
一方、例えばノートパソコンなどの電子機器筐体として使用し得るほどの機械的特性を備えているか否かは、曲げ強度やアイゾット衝撃強度によって示唆されるところ、表２に示すように、実施例１〜４および比較例１，３，５，６のマグネシウム合金では、曲げ強度およびアイゾット衝撃強度共に充分な値を示している。特にアイゾット衝撃強度について４．５ｋｇｆｃｍ／ｃｍ以上の値を示しており、充分な機械的強度を備えていることが判る。また、例えば実施例１〜３のマグネシウム合金については、上述のカバー体開閉試験により、ノートパソコンカバー体として実用し得る程度の粘弾性を有していることが確認されている。これに対し、比較例比較例２，４，７のマグネシウム合金では、アイゾット衝撃強度はいずれも４．５ｋｇｆｃｍ／ｃｍ未満という低い値を示し、充分な機械的強度を備えていないことが判る。
【００５２】
以上より、実施例１〜４のマグネシウム合金は、射出圧力に示唆される湯回り性、並びに曲げ強度およびアイゾット衝撃強度に示唆される機械的強度について共に充分な値を示すので、薄肉成形に適するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有することが理解できよう。
【００５３】
以下、本発明の構成をそのバリエーションとともに付記として記載する。
【００５４】
（付記１）主成分としてのマグネシウムと、９．０〜１３．０重量部のアルミニウムと、０．４〜１．０重量部の亜鉛と、０．１７〜１．０重量部のマンガンと、
０．０５〜０．３重量部のケイ素と、を含むことを特徴とする、マグネシウム合金。
（付記２）アルミニウムは９．０〜１０．０重量部含まれており、マンガンは０．１７〜０．６重量部含まれている、付記１に記載のマグネシウム合金。
（付記３）アルミニウムは１０．０〜１３．０重量部含まれており、マンガンは０．３〜１．０重量部含まれている、付記１に記載のマグネシウム合金。
（付記４）付記２に記載のマグネシウム合金を用いて、０．９〜１．３ｍｍの厚みで成形された部位を有することを特徴とする、マグネシウム合金製筐体。
（付記５）付記３に記載のマグネシウム合金を用いて、０．４〜１．０ｍｍの厚みで成形された部位を有することを特徴とする、マグネシウム合金製筐体。
（付記６）０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された低壁部と、側壁部とを備え、低壁部と側壁部の厚さ比が１：１．２〜１：２．５である、付記４または５に記載のマグネシウム合金製筐体。
（付記７）付記４から６のいずれか１つに記載のマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法であって、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面に、ＴｉＡｌＮ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする、マグネシウム合金製筐体の製造方法。
（付記８）付記４から６のいずれか１つに記載のマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法であって、マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面にＴｉＡｌＮ膜を成膜し、当該ＴｉＡｌＮ膜上に更にダイヤモンドライクカーボン膜またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする、マグネシウム合金製筐体の製造方法。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、溶融状態において優れた湯回り性を有するとともに、薄肉に成形された状態において充分な機械的特性を有するマグネシウム合金を得ることができる。そして、このマグネシウム合金を用いると、良好な薄肉電子機器筐体などを成形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマグネシウム合金を用いて成形したノートパソコンカバー体の斜視図である。
【図２】流動長測定に用いたバーフロー金型の模式図である。
【符号の説明】
Ｂ 低壁部
Ｓ 側壁部
Ｈ ヒンジ部
１ バーフロー金型
２ 注入口
３ 金型出口
Claims (5)
- ９．０〜１３．０質量部のアルミニウムと、
０．４〜１．０質量部の亜鉛と、
０．１７〜１．０質量部のマンガンと、
０．０５〜０．１質量部のケイ素と、
不可避不純物と、
残部としてのマグネシウムと、からなることを特徴する、マグネシウム合金。 - ９．０〜１３．０質量部のアルミニウムと、
０．４〜１．０質量部の亜鉛と、
０．１７〜１．０質量部のマンガンと、
０．０５〜０．１質量部のケイ素と、
不可避不純物と、
残部としてのマグネシウムと、からなるマグネシウム合金を用い、
０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された部位を有することを特徴とする、マグネシウム合金製筐体。 - 前記０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された低壁部と、側壁部とを備え、前記低壁部と前記側壁部の厚さ比が１：１．２〜１：２．５である、請求項２に記載のマグネシウム合金製筐体。
- ９．０〜１３．０質量部のアルミニウムと、
０．４〜１．０質量部の亜鉛と、
０．１７〜１．０質量部のマンガンと、
０．０５〜０．１質量部のケイ素と、
不可避不純物と、
残部としてのマグネシウムと、からなるマグネシウム合金を用い、０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された部位を有するマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法であって、前記マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面に、ＴｉＡｌＮ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする、マグネシウム合金製筐体の製造方法。 - ９．０〜１３．０質量部のアルミニウムと、
０．４〜１．０質量部の亜鉛と、
０．１７〜１．０質量部のマンガンと、
０．０５〜０．１質量部のケイ素と、
不可避不純物と、
残部としてのマグネシウムと、からなるマグネシウム合金を用い、０．４〜１．３ｍｍの厚さで成形された部位を有するマグネシウム合金製筐体をダイカスト成形によって製造するための方法であって、前記マグネシウム合金製筐体に対応するキャビティを規定する部材表面にＴｉＡｌＮ膜を成膜し、当該ＴｉＡｌＮ膜上に更にダイヤモンドライクカーボン膜またはＳｉＯ2膜を成膜した金型を用いることを特徴とする、マグネシウム合金製筐体の製造方法。
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