(57)【要約】【課題】品質のばらつきがなく、生産性よく製造することができるマグネシウム系材料加工製品およびその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】マグネシウム系材料からなる原料板材を均一加熱手段によって設定された原料板材温度まで加熱する原料加熱工程と、プレス金型を設定された金型温度まで加熱する金型加熱工程と、原料板材を設定された原料温度に、超硬金型を設定された金型温度に保持した状態で原料板材を前記プレス金型によってプレス成形するプレス成形工程とを備えるマグネシウム系材料加工製品の製造方法であって、均一加熱手段による加熱の前に原料板材の反りを反り矯正手段によって矯正する原料板材矯正工程を備えていることを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム系材料からなる原料板材を均一加熱手段によって設定された原料板材温度まで加熱する原料加熱工程と、プレス金型を設定された金型温度まで加熱する金型加熱工程と、原料板材を設定された原料温度に、プレス金型を設定された金型温度に保持した状態で原料板材を前記プレス金型によってプレス成形するプレス成形工程とを備えるマグネシウム系材料加工製品の製造方法であって、
均一加熱手段による加熱の前に原料板材の反りを反り矯正手段によって矯正する原料板材矯正工程を備えていることを特徴とするマグネシウム系材料加工製品の製造方法。
【請求項２】
均一加熱手段が高周波誘導加熱手段であって、この高周波誘導加熱手段によって原料板材を加熱し、原料板材の各部の温度を１５０℃以上３００℃以下の範囲に保持した状態でプレス成形する請求項１記載のマグネシウム系材料加工製品の製造方法。
【請求項３】
プレス金型が成形面にダイヤモンドライクカーボン膜が成膜された超硬金型であって、油による熱媒循環式加熱手段によってプレス金型を加熱し、金型温度の各部の温度を２２０℃以上２４０℃以下の範囲に保持した状態でプレス成形する請求項1または請求項２に記載のマグネシウム系材料加工製品の製造方法。
【請求項４】
プレス金型が順送金型に組み込まれていて、プレス成形工程で原料板材が深絞りされる請求項１〜請求項３のいずれかに記載のマグネシウム合金製品の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のマグネシウム系材料製成形品の製造方法で得られ、表面の算術平均粗さＲａが２．３μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム系材料加工製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウムやマグネシウム合金等のマグネシウム系材料の加工製品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム系材料は軽量で剛性が高く、リサイクル性が良いことから、携帯電話、携帯情報端末、ＭＤ（Mini-Disk）、ＣＤ（Compact Disc）機器、ノートパソコン等の情報家電に広く用いられようとしている。
しかし、マグネシウム系材料からなる所望形状の製品を製造する場合、従来のマグネシウム系材料を溶融して金型に流し込むダイキャスト成形、チクソ成形などでは、小型精密成形ができにくく、特に肉厚が薄部分では成形が困難であった。たとえ、成形ができたとしてもその外観が悪く、ピンホールやボイドが形成されるなど製品として問題となるものが多く発生し、非常に歩留まりが悪く生産性に乏しかった。
【０００３】
そこで、マグネシウム系材料をあらかじめ圧延加工して得た薄板状の原料板材と、プレス金型とを、それぞれ所望温度に加熱した状態で、原料板材をプレス金型でプレス成形する方法が提案されている（たとえば、特許文献１、２参照）。
しかしながら、上記特許文献１、２に記載されたプレス成形を用いた製造方法では、マグネシウム系材料材料の圧延特性や深絞り特性が十分なものを得にくく、肉厚が比較的厚く浅い絞り加工製品にしか対応できなかった。また、流動性の良く深絞り性の良いいマグネシウム系材料が開発できても、マグネシウム系材料のプレス金型に対する滑りが悪く、得られる成形品表面に絞り傷が入り製品として不適切なものしか得られなかった。
【０００４】
また、マグネシウム成形用金型としては、プリハードン系の構造用炭素鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼、特殊ステンレス鋼、超硬合金材など各種金型材料からなるものが用いられてきたが、これらの材料のみで形成された金型では、マグネシウム系材料の成形温度を種々変化させ、マグネシウム系材料の流動性を変えて成形しても擦り傷を防止することはできなかった。さらに、通常良く使用される熱処理や窒化処理、浸炭処理などの従来手法や最近増えてきている窒化クロム、窒化チタン、炭化チタンなどのセラミックスコーティングを施した金型においても、成膜した皮膜が数回から数十回で剥離して長期の成形に耐えることができなかった。また、滑り性が良いと言われるダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と記す）を金型の成形面に成膜した場合も前述のセラミックスコーティングしたものと同様に数回から数十回で剥離して長期の成形に耐えることができなかった。
【０００５】
そこで、本願発明の発明者らは、プラズマベースイオン注入・成膜法を用いて、０．１〜１０Ｐａの真空中で炭化水素系ガスプラズマを発生させ、この中に上記のような従来のマグネシウム系材料成形用金型をさらすとともに、金型に１〜５０ｋｅＶ、１００〜３０００サイクルの高圧負パルスを印加して、カーボンイオンを金型の成形面およびその近傍部に注入し、成形面およびそん近傍部を超硬化するとともに、この超硬化された成形面にさらにＤＬＣ膜を成膜することにより、表面硬度を向上させ、且つ耐滑り性を大幅に改良したマグネシウム成形用金型を先に提案している（特許文献３参照）。
【０００６】
この改良したマグネシウム成形用金型によれば、上記のように、表面硬度が高く且つ滑り性に優れているので、長期の成形に耐えることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６１３５２号公報
【特許文献２】特開２００３−４８０２６号公報
【特許文献３】特開２００４−３１５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の成形方法では、上記の改良したマグネシウム成形用金型を用いた場合であっても、金型が長期の使用に耐え得ても、プレス成形後の成形品の表面形状にばらつきがあることがわかった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みて、品質のばらつきがなく、生産性よく製造することができるマグネシウム系材料加工製品およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の発明者らが鋭意検討を行い、ばらつきの原因は、プレス成形時の原料板材の加熱温度分布に起因すること、すなわち、原料板材の各部間の温度差が大きくばらつくと、プレス成形の際に部分的に原料板材の延び等が大きく異なったりして成形品の表面に傷等が発生することが判り、さらに研究を重ねた結果、加熱温度分布のばらつきの原因が原料板材の反りに関連があることが判り本発明を完成するに到った。
【００１１】
すなわち、本発明の請求項１に記載のマグネシウム系材料加工製品の製造方法（以下、「請求項１の製造方法」と記す）は、マグネシウム系材料からなる原料板材を均一加熱手段によって設定された原料板材温度まで加熱する原料加熱工程と、プレス金型を設定された金型温度まで加熱する金型加熱工程と、原料板材を設定された原料温度に、超硬金型を設定された金型温度に保持した状態で原料板材を前記プレス金型によってプレス成形するプレス成形工程とを備えるマグネシウム系材料加工製品の製造方法であって、均一加熱手段による加熱の前に原料板材の反りを反り矯正手段によって矯正する原料板材矯正工程を備えていることを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項２に記載のマグネシウム系材料加工製品の製造方法（以下、「請求項２の製造方法」と記す）は、請求項１の製造方法において、均一加熱手段が高周波誘導加熱手段であって、この高周波誘導加熱手段によって原料板材を加熱し、原料板材の各部の温度を１５０℃以上３００℃以下の範囲に保持した状態でプレス成形することを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項３に記載のマグネシウム系材料加工製品の製造方法（以下、「請求項３の製造方法」と記す）は、請求項１または請求項２の製造方法において、プレス金型が成形面にダイヤモンドライクカーボン膜が成膜された超硬金型であって、油による熱媒循環式加熱手段によってプレス金型を加熱し、金型温度の各部の温度を２２０℃以上２４０℃以下の範囲に保持した状態でプレス成形することを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項４に記載のマグネシウム系材料加工製品の製造方法（以下、「請求項４の製造方法」と記す）は、請求項１〜請求項３のいずれかの製造方法において、プレス金型が順送金型に組み込まれていて、プレス成形工程で原料板材が深絞りされることを特徴としている。
【００１５】
本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品は、請求項１〜請求項４のいずれかの製造方法を用いて得られ、表面の算術平均粗さＲａが２．３μｍ以下であることを特徴としている。
【００１６】
本発明において使用されるマグネシウム系材料とは、マグネシウムおよびマグネシウム合金を意味する。
マグネシウム合金としては、特に限定されないが、たとえば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−Ａｌ系合金、Ｍｇ−希土類元素系合金などが挙げられる。
【００１７】
Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金としては、ＡＺ３１Ａ、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ３１Ｃ、ＡＺ６１Ａ、ＡＺ８０Ａなどが挙げられる。
Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金としては、ＺＫ５１Ａ、ＺＫ６１Ａ、ＺＫ６０、Ｍ６、Ｍ５、Ｍ４などが挙げられる。
【００１８】
Ｍｇ−Ａｌ系合金としては、ＡＭ１００Ａなどが挙げられる。
Ｍｇ−希土類元素系合金としては、ＥＺ３３Ａ、ＺＥ４１Ａ、ＱＥ２２Ａなどが挙げられる。
【００１９】
これらのマグネシウム合金中、好ましい合金は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金であり、より好ましくはＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金であり、さらに好ましくはＡＺ３１Ａ、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ３１Ｃである。
【００２０】
原料板材の厚みとしては、合金の種類や成形品の形状により適宜決定され、特に限定されないが、通常０．０３〜５．０ｍｍが好ましく、０．１〜３．０ｍｍがより好ましい。
原料板材の反り矯正手段としては、特に限定されないが、たとえば、スキンパス矯正機が挙げられ、原料板材の厚みのばらつきを一定になるべく調整するための圧下機能と反りを修正するためのレベラー機能の両方を兼ね備えたものが望ましい。
【００２１】
反り矯正手段によって矯正された原料板材の平坦度としては、幅方向４ｍｍで０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２２】
本発明において、プレス金型として使用される成形面にダイヤモンドライクカーボン膜が成膜された超硬金型は、特に限定されないが、たとえば、０．１〜１０Ｐａの真空中で、炭化水素系ガスプラズマを発生させ、金型形状をした金属金型材料をこのプラズマ雰囲気中にさらすとともに、金型材料に１〜５０ｋｅＶ、１００〜３０００サイクルの高圧負パルスを印加して、カーボンイオンを金型材料の成形面およびその近傍部に注入して金型材料の成形面に超硬のカーボンイオン注入層を形成したのち、従来のＤＬＣ膜の成膜方法を用いてカーボンイオン注入層の表面にＤＬＣ膜を成膜する方法、カーボンイオン注入後前述の炭化水素系ガスを用いてＤＬＣを成膜する方法等が挙げられる。
【００２３】
上記超硬金型の製造方法に用いられる炭化水素系ガスとしては、たとえば、メタン、アセチレン、ベンゼン、トルエン及びシクロヘキサノン、クロロベンゼン、二フッ化炭素、四フッ化炭素等が挙げられる。
カーボンイオン注入層は、特に限定されないが、成形面より１００ｎｍ以上の厚さであることが好ましい。
【００２４】
金属金型材料の材質としては、特に限定されないが、たとえば、鉄系のプリハードン構造用炭素鋼、合金工具鋼、高速度工具、特殊ステンレス鋼、ＷＣ／Ｃｏ系の超硬合金材やＴｉＣ、ＴａＣ、Ｍｏ2Ｃ、ＶＣなど各種材料が挙げられ、ＤＬＣ膜の密着性を向上させるためにＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｖ、Ｔａ等のカーボンとの結合性がある元素を多く含有する合金材料が好ましく、特にタングステン炭化物を多く含有する超硬合金材料等のアモルファスカーボンを遊離させた状態の超硬合金材料が、カーボンが潤滑剤として有効に作用して好ましい。また、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｖ、Ｔａ等の金属元素は、プラズマベースのイオン源に取り付けた金属イオン源からパルスイオン注入することもできる。
ＤＬＣ膜の物性は、使用するガス種、ガス圧、印加電圧等によって異なるが、金型との密着性に優れ、高硬度で膜厚の厚いＤＬＣ膜が好ましい。
【００２５】
本発明において、均一加熱手段としては、均一に加熱することができれば、特に限定されないが、高周波誘導加熱手段を用いることが好ましい。
本発明において、表面粗さは、特に限定されないが、たとえば、３次元微小部形状測定装置を用いて測定することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品の製造方法は、以上のように、均一加熱手段による加熱の前に原料板材の反りを反り矯正手段によって矯正する原料板材矯正工程を備えているので、均一加熱手段によって常に原料板材全体が各部間に温度差ができるだけないように加熱される。したがって、傷等のない加工製品を安定して製造することができる。
【００２７】
また、請求項２の製造方法のように、均一加熱手段が高周波誘導加熱手段であって、この高周波誘導加熱手段によって原料板材を加熱し、原料板材の各部の温度を１５０℃以上３００℃以下の範囲に保持した状態でプレス成形するようにすれば、傷等のない加工製品をより安定して製造することができる。
【００２８】
さらに、請求項３の製造方法のように、プレス金型が成形面にＤＬＣ膜が成膜された超硬金型であって、油による熱媒循環式加熱手段によってプレス金型を加熱し、金型温度の各部の温度を２２０℃以上２４０℃以下の範囲に保持した状態でプレス成形するようにすれば、ＤＬＣ膜の酸化による劣化が少なくなり、金型の耐久性に優れるとともに、金型部位による熱膨張の変化が少なく、傷等のない加工製品をより精度よく安定して製造することができる。
【００２９】
また、請求項４の製造方法のように、プレス金型が順送金型に組み込まれていて、プレス成形工程で原料板材が深絞りされるようにすれば、深絞り構造だけせなく、パンチや折り曲げ加工など一連の成形工程を１つの順送金型で実施することができる。
【００３０】
本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品は、本発明のマグネシウム系材料加工製品の製造方法によって製造され、その表面の算術平均粗さＲａが２．３μｍ以下であるので、バフ，ショットブラスト等の後工程の処理時間を大幅に短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品の製造方法に用いる順送金型の原料板材の均一加熱手段である高周波誘導加熱手段の１例をあらわし、図２は、本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品の製造方法に用いる順送金型のプレス金型の１例をあらわしている。
【００３２】
図１に示すように、この高周波誘導加熱手段１は、エアーシリンダー２によって順送金型のプレス金型３の上を臨む位置と、プレス金型３から外れた位置とに移動可能になっていて、プレス金型３の上を臨む位置で、プレス金型３に供給された後述する矯正済みの板状原料６を均一加熱するようになっている。なお、図１中、１１は高周波誘導コイル、１２は温度計である。
【００３３】
図２に示すように、このプレス金型３は、外枠４と、成形面を形成する超硬金型本体５とを備えている。
外枠４は、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ４３５）によって形成されていて、超硬金型本体５の周囲を囲むように、熱媒体循環路４１が設けられている。
【００３４】
熱媒体循環路４１は、熱媒体としての油（たとえば、Ｎｅｏ  ＳＫ−ＯＩＬ等）が熱媒体加熱手段７によって所定の温度に加熱された状態で図２に矢印で示すように循環されるようになっている。すなわち、熱媒体のである加熱された油によって外枠４が所定温度まで加熱されるようになっている。
超硬金型本体５は、０．１〜１０Ｐａの真空中で、炭化水素系ガスプラズマを発生させ、金型形状をした金属金型材料をこのプラズマ雰囲気中にさらすとともに、金型材料に１〜５０ｋｅＶ、１００〜３０００サイクルの高圧負パルスを印加して、カーボンイオンを金型材料の成形面およびその近傍部に注入して金型材料の成形面に超硬のカーボンイオン注入層を形成したのち、従来のＤＬＣ膜の成膜方法を用いてカーボンイオン注入層の表面にＤＬＣ膜を成膜することによって得られ、外枠４に設けられた凹部４２に嵌合されている。
【００３５】
そして、上記のような順送金型を用いた本発明のマグネシウム系材料加工製品の製造方法は、まず、原料ロールから引き出された長尺のマグネシウム系材料を所望の長さに切断して得た原料板材の反りを、均一加熱手段による加熱の前に反り矯正手段によって矯正する原料板材矯正工程を実施する。
【００３６】
つぎに、図１に示すように原料板材矯正工程を経て、平坦度を略一定にした矯正済み原料板材６を、順送金型のプレス金型３上にセットするとともに、エアーシリンダー２を操作して高周波誘導加熱手段１をプレス金型３の上側に配置し、プレス金型３上の矯正済み原料板材６を高周波誘導加熱手段１によって原料板材６の各部の温度を１５０℃以上３００℃以下の範囲に保持するように加熱する。
また、同時に、プレス金型３の熱媒体循環路４１に熱媒体加熱手段７によって所定温度に加熱された油を循環させてプレス金型３の各部の温度を２２０℃以上２４０℃以下の範囲に保持した状態にしておく。
【００３７】
原料板材６の加熱が終了すると、直ちに、エアーシリンダー２を操作して、高周波誘導加熱手段１をプレス金型３から外れた位置に移動させるとともに、図示していないが、プレス金型３上に設けられたしわ押さえで、原料板材６のプレス部の周囲を押さえた状態で絞りパンチをプレス金型３側に押し下げてプレス成形する。
その後、必要に応じて打ち抜き工程、折り曲げ工程等を実施してマグネシウム系材料加工製品を得るようになっている。
【００３８】
本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、プレス金型が順送金型に組み込まれていたが、プレス金型単独でも構わない。
【実施例１】
【００３９】
図２に示すプレス金型３の熱媒体循環路４１内に熱媒体加熱手段７によって２３０±１０℃に温調された油を循環させ、プレス金型３の図２に示すａ〜ｈの各部の温度を測定し、その結果を表１に示した。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
上記表１に示すように、油による熱媒体循環加熱方式を採用すれば、金型の各部の温度のばらつきが温度差３℃程度に抑えられることがわかる。すなわち、２３０±１０℃を十分に満足できることがよくわかる。
【実施例２】
【００４２】
図３に示す各部の寸法Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3がそれぞれＬ1＝90ｍｍ，Ｌ2＝40ｍｍ，Ｌ3＝47ｍｍであるとともに、厚みが0.8ｍｍの反りが矯正された八角形のＡＺ３１Ｂ製板材６を以下の条件で高周波誘導加熱し、図３に示すＩ〜VIIIの各部の温度を調べ、その結果を表２に示した。
【００４３】
（高周波誘導加熱条件）
・周波数：40KHz
・加熱時間：3秒
・加熱速度：３０℃／秒
【００４４】
【表２】
2006205173.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品は、特に限定されないが、たとえば、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などの移動情報端末；ノート型パソコン；デジタルビデオ、デジタルカメラなどの映像機器；産業ロボット、エンターテインメントロボット［たとえば、ＡＩＢＯ、ＡＳＩＭＯ、ピノ（いずれも登録商標）などの、人間や動物等を模したロボット］などのロボット；ＣＤ（Compact Disc）プレイヤー、ＭＤ（Mini-Disk）プレイヤー、ポータブルカセットディスク、ポータブルＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの情報記録及び／又は再生装置；家庭用ゲーム機器［たとえば、プレイステーション、Ｘｂｏｘ（いずれも登録商標）などのゲーム機器］などのゲーム機器等の筐体部分、内部構成部品（たとえば、ゲーム機器の内部ピックアップ）などの用途に用いることができる。また、自動車部品、航空宇宙産業用部品（人工衛星の筐体、太陽電池用パドルの支え、宇宙ステーションの構造材）などとしても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品の製造方法に用いる順送金型の原料板材の均一加熱手段である高周波誘導加熱手段の１例をあらわす断面図である。
【図２】本発明にかかるマグネシウム系材料加工製品の製造方法に用いる順送金型のプレス金型の１例をあらわす断面図である。
【図３】実施例で用いた原料板材の各部の寸法をあらわす平面図である。
【図４】実施例２で求めた表面粗さ曲線である。
【符号の説明】
【００４７】
１  高周波誘導加熱手段（均一加熱手段）
２  エアーシリンダー
３  プレス金型
４  外枠
４１  熱媒体循環路
４２  凹部
５  超硬金型本体
６  原料板材
７  熱媒体加熱手段
【図１】
2006205173.tif 000005
【図２】
2006205173.tif 000006
【図３】
2006205173.tif 000007
【図４】
2006205173.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月1日(2005.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
【表１】
2006205173.tif 000009
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【表２】
2006205173.tif 000010