(57)【要約】【課題】軽量化を図りつつ難燃性を確保し容易に製造することができる接合材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体を提供する。【解決手段】接合材３は、一対の板材３ａ，３ｂの間にハニカム構造体３ｃが接合された部材である。接合材３は、例えば、鉄道車両の構体２を構成する車外面板又は室内面板と略同じ厚さに形成されている。板材３ａ，３ｂは、難燃性マグネシウム合金である。板材３ａ，３ｂは、例えば、Mg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金が好ましい。ハニカム構造体３ｃは、空隙部３ｅを有するアルミニウム合金である。ハニカム構造体３ｃは、隙間なく配列された断面形状が六角形のコア部３ｆなどを備えるハニカム材（軽量構造体）であり、コア部３ｆ内には空隙部３ｅが形成されている。  接着層３ｄは、板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着する層である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の板材の間にハニカム構造体が接合されている接合材であって、
前記板材は、難燃性マグネシウム合金であり、
前記ハニカム構造体は、アルミニウム合金であること、
を特徴とする接合材。
【請求項２】
請求項１に記載の接合材において、
前記板材と前記ハニカム構造体とを接着する接着層を備えること、
を特徴とする接合材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の接合材において、
前記難燃性マグネシウム合金は、
カルシウムを0.5mass%以上2.0mass%未満含有し、
アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有すること、
を特徴とする接合材。
【請求項４】
請求項３に記載の接合材において、
前記難燃性マグネシウム合金は、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有すること、
を特徴とする接合材。
【請求項５】
請求項３に記載の接合材において、
前記難燃性マグネシウム合金は、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有すること、
を特徴とする接合材。
【請求項６】
一対の板材の間にハニカム構造体が接合されている接合材の製造方法であって、
難燃性マグネシウム合金を前記板材に加工する板材加工工程と、
アルミニウム合金を前記ハニカム構造体に加工するハニカム構造体加工工程と、
前記一対の板材と前記ハニカム構造体とを接合する接合工程とを含むこと、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の接合材の製造方法において、
前記難燃性マグネシウム合金は、
カルシウムを0.5mass%以上2.0mass%未満含有し、
アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有すること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の接合材の製造方法において、
前記難燃性マグネシウム合金は、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有すること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の接合材の製造方法において、
前記難燃性マグネシウム合金は、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有すること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の接合材の製造方法において、
前記板材加工工程は、前記難燃性マグネシウム合金を前記板材に圧延加工する圧延工程を含むこと、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の接合材の製造方法において、
前記圧延工程は、圧延温度が200℃以上350℃以下であり、圧下率が60%以上80%以下であること、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１２】
請求項６から請求項１１までのいずれか１項に記載の接合材の製造方法において、
前記ハニカム構造体加工工程は、前記アルミニウム合金を前記ハニカム構造体に機械加工する機械加工工程を含むこと、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１３】
請求項６から請求項１２までのいずれか１項に記載の接合材の製造方法において、
前記接合工程は、前記一対の板材と前記ハニカム構造体とを接着する接着工程を含むこと、
を特徴とする接合材の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接合材を備える鉄道車両の構体。
【請求項１５】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接合材を備える交通輸送手段の構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一対の板材の間にハニカム構造体が接合されている接合材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高速車両構体では、アルミニウム材料の特性向上のためCu(銅)、Mg(マグネシウム)、Si(ケイ素)、Zn(亜鉛)などの元素をアルミニウムに添加したアルミニウム合金が使用されている。このようなアルミニウム合金材は、押し出し性、中強度、溶接性に優れているとともに、比重が軽いため軽量化の高まりとともに鉄道車両への使用が進んでいる。また、アルミニウム合金の一対の表面板の間に、アルミニウム合金の蜂の巣状のコアを挟み込んだハニカムパネルが提案されている。従来のアルミニウム合金製のハニカムパネルは、一対の表面板と、この一対の表面板間にろう付けされる枠体と、一対の表面板と枠体との間の空間に配置されてこれらにろう付けされるコア材とを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のアルミニウム合金製のハニカムパネルは、高マグネシウム入りのアルミニウム材の地金金属の表面に、低マグネシウム入りのアルミニウム材の被覆金属を貼り付けて複合材料に形成して、強度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平10-216870号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアルミニウム合金製のハニカムパネルは、一対の表面板の強度が不足しており、高速鉄道車両などに適用する場合には十分な強度を確保しつつより一層の軽量化を図る必要がある。高速鉄道車両では、アルミニウム合金に代わる軽量材として繊維強化プラスティック(FRP)などの樹脂系複合材が使用されている。例えば、FRPは炭素繊維と高分子とが複合した複合材料であり優れた強度特性を示すとともに、軽量化をより一層図ることができる。しかし、樹脂系複合材は、強度と剛性が優れているが、鉄道車両への適用に関しては鉄道車両の構体として使用可能な大型素材の製造が困難であり、コストが非常に高くなってしまう問題点がある。
【０００５】
この発明の課題は、軽量化を図りつつ難燃性を確保し容易に製造することができる接合材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図２及び図３に示すように、一対の板材（３ａ，３ｂ）の間にハニカム構造体（３ｃ）が接合されている接合材であって、前記板材は、難燃性マグネシウム合金であり、前記ハニカム構造体は、アルミニウム合金であることを特徴とする接合材（３）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の接合材において、図３に示すように、前記板材と前記ハニカム構造体とを接着する接着層（３ｃ）を備えることを特徴としている接合材である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接合材において、前記難燃性マグネシウム合金は、カルシウムを0.5mass%以上2.0mass%未満含有し、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有することを特徴とする接合材である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の接合材において、前記難燃性マグネシウム合金は、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有することを特徴とする接合材である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３に記載の接合材において、前記難燃性マグネシウム合金は、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有することを特徴とする接合材である。
【００１１】
請求項６の発明は、図２〜図４に示すように、一対の板材（３ａ，３ｂ）の間にハニカム構造体（３ｃ）が接合されている接合材の製造方法であって、難燃性マグネシウム合金を前記板材に加工する板材加工工程（＃１１０）と、アルミニウム合金を前記ハニカム構造体に加工するハニカム構造体加工工程（＃１２０）と、前記一対の板材と前記ハニカム構造体とを接合する接合工程（＃１３０）とを含むことを特徴とする接合材（３）の製造方法（＃１００）である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の接合材の製造方法において、前記難燃性マグネシウム合金は、カルシウムを0.5mass%以上2.0mass%未満含有し、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有することを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項７に記載の接合材の製造方法において、前記難燃性マグネシウム合金は、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有することを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項７に記載の接合材の製造方法において、前記難燃性マグネシウム合金は、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有することを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の接合材の製造方法において、前記板材加工工程は、前記難燃性マグネシウム合金を前記板材に圧延加工する圧延工程を含むことを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の接合材の製造方法において、前記圧延工程は、圧延温度が200℃以上350℃以下であり、圧下率が60%以上80%以下であることを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項６から請求項１１までのいずれか１項に記載の接合材の製造方法において、前記ハニカム構造体加工工程は、前記アルミニウム合金を前記ハニカム構造体に機械加工する機械加工工程を含むことを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１８】
請求項１３の発明は、請求項６から請求項１２までのいずれか１項に記載の接合材の製造方法において、前記接合工程は、前記一対の板材と前記ハニカム構造体とを接着する接着工程を含むことを特徴とする接合材の製造方法である。
【００１９】
請求項１４の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接合材（３）を備える鉄道車両の構体である。
【００２０】
請求項１５の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接合材（３）を備える交通輸送手段の構体（１）である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、軽量化を図りつつ難燃性を確保し容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施形態に係る接合材を備える交通輸送手段の構体の一部を破断して示す斜視図である。
【図２】この発明の実施形態に係る接合材の一部を破断して示す斜視図である。
【図３】この発明の実施形態に係る接合材の断面図である。
【図４】この発明の実施形態に係る接合材の製造方法の工程図である。
【図５】この発明の実施例に係る難燃性マグネシウム合金の金属組織を一例として示す顕微鏡写真である。
【図６】この発明の実施例に係る難燃性マグネシウム合金の難燃性の評価結果を一例として示す写真である。
【図７】この発明の実施例に係る難燃性マグネシウム合金の圧延加工性の評価結果を一例として示す写真であり、(Ａ)は難燃性マグネシウム合金のカルシウムの配合量が1.0mass%である場合の圧延加工後の外観の写真であり、(Ｂ)は難燃性マグネシウム合金のカルシウムの配合量が2.0mass%である場合の圧延加工後の外観の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１に示す交通輸送手段１は、電車又は気動車などの鉄道車両である。構体２は、交通輸送手段１の主構造である。構体２は、図１に示すように、乗客又は貨物などの重量を支持し車体の床部分又は台枠を構成する床構え２ａと、この床構え２ａの両縁に固定され車体の側面部分を構成する一対の側構え２ｂ，２ｃと、この一対の側構え２ｂ，２ｃの上縁に固定され車体の屋根部分を構成する屋根構え２ｄと、車両の両端部分を構成する図示しない妻構えなどを備えている。構体２は、例えば、接合材３によって形成された車外面板と室内面板とをトラス又はリブによって結合したダブルスキン構体である。
【００２４】
図１〜図３に示す接合材３は、一対の板材３ａ，３ｂの間にハニカム構造体３ｃが接合された部材である。接合材３は、図２及び図３に示す板材３ａ，３ｂと、ハニカム構造体３ｃと、図３に示す接着層３ｄなどを備えている。接合材３は、図３に示すように、一対の板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを重ね合わせて接着層３ｄによって接合したサンドイッチ構造の合せ板材（クラッド材）である。接合材３は、例えば、鉄道車両の構体２を構成する車外面板又は室内面板と略同じ厚さに形成されている。
【００２５】
図２及び図３に示す板材３ａ，３ｂは、難燃性マグネシウム合金である。板材３ａ，３ｂは、素材特性としての難燃性を確保するために製造時にカルシウムが添加されている。板材３ａ，３ｂは、例えば、Mg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金が好ましい。板材３ａ，３ｂは、カルシウムの含有量が0.5mass%未満であると十分な難燃性の効果を発揮することができず、2.0mass%以上であると脆くなって圧延時に割れが発生するため、カルシウムを0.5mass%以上2.0mass%未満含有することが好ましい。
【００２６】
板材３ａ，３ｂは、アルミニウムの含有量が2.0mass%未満であると強度が低下し、10.0mass%を超えると金属間化合物の量が増加して加工性が低下するため、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有することが好ましい。板材３ａ，３ｂは、亜鉛の含有量が0.1mass%未満であると耐食性、鋳造性、塑性加工性が低下し、1.5mass%を超えるとアーク溶接性が悪くなる他、耐食性や鋳造性に効果が少なくなるため、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有することが好ましい。板材３ａ，３ｂは、マンガンの含有量が0.1mass%未満であると耐食性と鋳造性が悪くなり、1.5mass%を超えると加工性が低下するため、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有することが好ましい。
【００２７】
板材３ａ，３ｂは、鉄の含有量が0.001mass%を下回ると鋳造性の問題があり、0.002mass%を超えると耐食性の問題があるため、鉄を0.001mass%以上0.002mass%以下含有することが好ましい。板材３ａ，３ｂは、ケイ素及び銅の含有量がそれぞれ0.01mass%以上になると耐食性及び溶接性の問題があるため、ケイ素及び銅の含有量をそれぞれ0.01mass%未満含有することが好ましい。板材３ａ，３ｂは、ニッケルの含有量が0.001mass%以上になると耐食性及び溶接性の問題があるため、ニッケルの含有量を0.001mass%未満含有することが好ましい。
【００２８】
板材３ａ，３ｂは、厚さが10mmを超えると接合材３全体の軽量化を図ることができず、2mmを下回ると接合材３全体の強度が不足するため、厚さを2mm以上10mm以下にすることが好ましい。板材３ａ，３ｂは、例えば、摩擦撹拌接合(摩擦撹拌溶接)(Friction Stir Welding(FSW))、レーザ溶接又はMIG溶接などの低熱源接合方法によって端部同志（接合面同志）が接合されて構体２に組み込まれる。
【００２９】
図２及び図３に示すハニカム構造体３ｃは、空隙部３ｅを有するアルミニウム合金である。ハニカム構造体３ｃは、隙間なく配列された断面形状が六角形のコア部３ｆなどを備えるハニカム材（軽量構造体）であり、コア部３ｆ内には空隙部３ｅが形成されている。ハニカム構造体３ｃは、例えば、耐食性及び加工性に優れた3000系アルミニウム合金のようなAl-Mn系アルミニウム合金、又は車両用内装材に使用される5000系アルミニウム合金のようなAl-Mg系アルミニウム合金などが好ましい。ハニカム構造体３ｃは、例えば、フライス加工のような機械加工によってコア部３ｆが切削されて所定の形状のコア材に形成されている。ハニカム構造体３ｃは、図２に示すように、箔厚Ｔ、セルサイズＳ及び高さＨが所定の範囲内に設定されている。箔厚Ｔは、25μmを下回ると剛性の問題があり、60μmを超えると座屈の問題があるため、25μm以上60μm以下にすることが好ましい。セルサイズＳは、3.2mmを下回ると剛性の問題があり、20.0mmを超えると座屈及び強度不足の問題があるため、3.2mm以上20.0mm以下にすることが好ましい。高さＨは、5mmを下回ると剛性不足の問題があり、10mmを超えると座屈の問題があるため、5mm以上10mm以下にすることが好ましい。
【００３０】
図３に示す接着層３ｄは、板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着する層である。接着層３ｄは、例えば、エポキシ系やイソシアナート系のような二液接着剤（反応型接着剤）、エポキシ系やフェノール系などの熱硬化性接着剤、又は空気中の水分によって高速でアニオン重合して硬化するα−シアノアクリラート型の瞬間接着剤などによって形成することが好ましい。接着層３ｄは、塗布後に加熱処理する場合にはエポキシ接着剤などの強力接着剤によって形成することが好ましく、塗布後に加熱処理しない場合にはエポキシ系接着剤又はエポキシ接着剤以外の他の接着剤によって形成することが好ましい。接着層３ｄは、板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着した後に低温処理（例えば室温処理）されて乾燥される。
【００３１】
次に、この発明の実施形態に係る接合材の製造方法について説明する。
図４に示す製造方法＃１００は、図２及び図３に示す一対の板材３ａ，３ｂの間にハニカム構造体３ｃが接合されている接合材３を製造する方法である。製造方法＃１００は、板材加工工程＃１１０と、ハニカム構造体加工工程＃１２０と、接合工程＃１３０などを含む。図４に示す板材加工工程＃１１０は、難燃性マグネシウム合金を板材３ａ，３ｂに加工する工程である。板材加工工程＃１１０は、加熱溶解工程＃１１１と、鋳造工程＃１１２と、均質化処理工程＃１１３と、圧延工程＃１１４などを含む。板材加工工程＃１１０では、難燃性マグネシウム合金を圧延加工し素形材として板材３ａ，３ｂを製造する。
【００３２】
加熱溶解工程＃１１１は、マグネシウム合金とカルシウムとを加熱溶解する工程である。加熱溶解工程＃１１１では、Mg-Al-Az系のマグネシウム合金とカルシウム、又はMg-Al-Mg系のマグネシウム合金とカルシウムとを真空又はアルゴンガス雰囲気化で600〜750℃の範囲内で加熱溶解する。
【００３３】
鋳造工程＃１１２は、加熱溶解工程＃１１１後のマグネシウム合金の溶融金属を鋳造する工程である。鋳造工程＃１１２では、加熱溶解工程＃１１１後のマグネシウム合金の溶融金属を塑性加工するために、所定の形状及び寸法のマグネシウム合金の鋳塊（金属塊）に鋳造した後に、このマグネシウム合金の鋳塊を分塊圧延して正方形又は丸型断面の小型のマグネシウム合金の鋼片（鋳造ビレット）に加工する。
【００３４】
均質化処理工程＃１１３は、鍛造工程＃１１２後のマグネシウム合金の金属材料の合金元素がこの金属材料中に均質に分布するように、この金属材料を所定の温度に加熱して一定時間保持する工程である。均質化処理工程＃１１３では、鍛造工程＃１１２後のマグネシウム合金の鋼片を一度200℃で36時間の均質加熱（均質化処理）を行う。均質化処理工程＃１３０では、マグネシウム合金の鋼片の均質加熱温度が150℃未満であると均質不十分の問題があり、200℃を超えると結晶粒粗大化の問題があるため、均質加熱温度を150℃以上200℃以下で均質化処理することが好ましい。また、均質化処理工程＃１３０では、マグネシウム合金の鋼片の均質加熱時間が30時間未満であると均質不十分及び合金元素の偏析の問題があり、45時間を超えると結晶粒粗大化の問題があるため、均質加熱温度を30時間以上45時間以下で均質化処理することが好ましい。
【００３５】
圧延工程＃１１４は、均質化処理工程＃１１３後のマグネシウム合金を圧延加工して素形材を製造する工程である。圧延工程＃１１４では、マグネシウム合金の圧延温度が200℃未満であると圧延時に割れが発生し、350℃を超えると結晶粒が再結晶化して柔らかくなるため、圧延温度を200℃以上350℃以下で圧延加工することが好ましい。また、圧延工程＃１１４では、マグネシウム合金の圧下率が60%未満であると欠陥が発生し、80%を超えると割れが発生するため、圧下率を60%以上80%以下で圧延加工することが好ましい。
【００３６】
ハニカム構造体加工工程＃１２０は、アルミニウム合金をハニカム構造体３ｃに加工する工程である。ハニカム構造体加工工程＃１２０は、アルミニウム合金をハニカム構造体３ｃに機械加工する機械加工工程を含む。ハニカム構造体加工工程＃１２０では、例えば、所定の厚さのアルミニウム合金板をフライス加工して、図２に示すような六角形のコア材が隙間なく配列されたハニカム構造体３ｃに加工する。
【００３７】
図４に示す接合工程＃１３０は、一対の板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接合する工程である。接合工程＃１３０は、図２及び図３に示す一対の板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着する接着工程を含む。接合工程＃１３０では、図３に示すように、板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとが接着層３ｄによって接着されて接合される。接合工程＃１３０では、板材３ａ，３ｂ又はハニカム構造体３ｃのいずれか一方又は双方の表面に強力接着剤を塗布して接着層３ｄを形成し、ハニカム構造体３ｃの高さ方向の両面と板材３ａ，３ｂとを接合してハニカムサンドイッチ工法によって接合材３が製造される。接合工程＃１３０では、例えば、エポキシ系接着剤によって接着層３ｄを形成するときには、接着層３ｄが固化して板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとが完全に固着処理されるように、板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着後に温度40℃で２時間又は温度60℃で１時間熱処理する。
【００３８】
この発明の実施形態に係る接合材とその製造方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、板材３ａ，３ｂが難燃性マグネシウム合金であり、ハニカム構造体３ｃがアルミニウム合金である。このため、軽量化を図りつつ難燃性を確保することができる。また、一対の表面板の間に蜂の巣状のコアを挟み込んだ従来のアルミニウム合金性のハニカムパネルに比べて、表面板をマグネシウム合金にすることによって、重量を１割程度軽量化することができる。その結果、鉄道車両などの交通輸送手段１の構体２に軽量材である接合材３を適用することによって、交通輸送手段の軽量化をより一層図ることができる。さらに、表面板として板材３ａ，３ｂに難燃性のマグネシウム合金の薄板を使用することによって、鉄道車両などの交通輸送手段１の火災安全性などを確保することができる。
【００３９】
(2) この実施形態では、板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着層３ｄが接着する。このため、簡単な接着工程によって短時間に低コストで接合材３を製造することができる。また、一対の板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着層３ｄから剥離することができるため、リサイクル性を向上させることができる。
【００４０】
(3) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金がカルシウムを0.5mass%以上2.0mass%未満含有し、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有する。このため、軽量化を図りつつ難燃性を確保させることができる。その結果、鉄道車両などの交通輸送手段１の構体の一部である一対の板材３ａ，３ｂに難燃性マグネシウム合金を適用することによって、従来のアルミニウム合金製の鉄道車両などに比べて軽量化を図ることができるとともに、鉄道車両の火災安全性などを確保することができる。また、従来のマグネシウム合金のように難燃性を確保するためにマグネシウム合金の表面に難燃剤をコーティングする必要がなくなって、安価に製造することができる。
【００４１】
(4) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金は、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有する。このため、亜鉛を含有することで融点を下げて鍛造が容易になって圧延加工によって高強度のマグネシウム合金を容易に製造することができる。
【００４２】
(5) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金は、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有する。このため、マンガンを含有することで耐食性及び強度に優れたマグネシウム合金を容易に製造することができる。
【００４３】
(6) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金を板材３ａ，３ｂに板材加工工程＃１１０で加工し、アルミニウム合金をハニカム構造体３ｃにハニカム構造体加工工程＃１２０で加工し、一対の板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接合工程＃１３０で接合する。このため、難燃性アルミニウム合金の板材３ａ，３ｂとアルミニウム合金のハニカム構造体３ｃとを貼り合せるだけで、短時間で低コストに接合材３を容易に製造することができる。
【００４４】
(7) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金を板材３ａ，３ｂに圧延加工する圧延工程＃１１４を板材加工工程＃１１０が含む。このため、所定の強度を有する薄板状の難燃性マグネシウム合金を製造することができる。
【００４５】
(8) この実施形態では、圧延工程の圧延温度が200℃以上350℃以下であり、圧下率が60%以上80%以下であるである。このため、圧延時に割れが発生するのを防ぐことができるとともに、結晶粒が再結晶化して柔らかくなるのを防ぐことができる。
【００４６】
(9) この実施形態では、アルミニウム合金をハニカム構造体３ｃに機械加工する機械加工工程をハニカム構造体加工工程＃１２０が含む。このため、所定の形状を有する蜂の巣状のコア材を容易に製造することができる。
【００４７】
(10) この実施形態では、一対の板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着する接着工程を接合工程＃１３０が含む。このため、従来のアルミニウム製のハニカムパネルのようなろう付けのための加熱作業が不要になって、高強度の接着剤を使用することで接合材３の製造工程を簡略化することができる。
【実施例】
【００４８】
次に、この発明の実施例について説明する。
【００４９】
【表１】
2015131417.tif 000003
【００５０】
【表２】
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【００５１】
試験材は、表１に示す実施例１〜４及び比較例２，３に係る難燃性マグネシウム合金と、表２に示す比較例１に係るアルミニウム合金とを用いた。表１，２に示す単位は、質量パーセントである。
（実施例１）
実施例１は、カルシウムを添加したMg-Al-Zn-Ca系の難燃性マグネシウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1 mmに加工した板材である。実施例１に係る難燃性マグネシウム合金は、マグネシウムにアルミニウムを3.1mass%、亜鉛を0.84mass%を含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度580℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを1.0mass%添加して鋳造しビレットを作製し、250℃、圧下率60％で圧延して作製した。
【００５２】
（実施例２）
実施例２は、カルシウムを添加したMg-Al-Zn-Ca系の難燃性マグネシウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1mmに加工した板材である。実施例２に係る難燃性マグネシウム合金は、マグネシウムにアルミニウムを5.9mass%、亜鉛を0.93mass%含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度 580℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを1.0mass%添加して鋳造しビレットを作製し、250℃、圧下率60％で圧延して作製した。
【００５３】
（実施例３）
実施例３は、カルシウムを添加したMg-Al-Mn-Ca系の難燃性マグネシウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1mmに加工した板材である。実施例３に係る難燃性マグネシウム合金は、マグネシウムにアルミニウムを3.3mass%、マンガンを0.98mass%含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度600℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させて後にカルシウムを1.0mass%添加して鋳造しビレットを作製し、250℃、圧下率60％で圧延して作製した。
【００５４】
（実施例４）
実施例４は、カルシウムを添加したMg-Al-Mn-Ca系の難燃性マグネシウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1mmに加工した板材である。実施例４に係る難燃性マグネシウム合金は、マグネシウムにアルミニウムを6.2mass%、マンガンを1.01mass%含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度600℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させて後にカルシウムを1.0mass%添加して鋳造しビレットを作製し、250℃、圧下率60％で圧延して作製した。
【００５５】
図５に示すように、実施例２に係る難燃性マグネシウム合金の金属組織を観察したところ、アルミニウムとカルシウムとが結合して金属間化合物(Al2Ca)が生成されており、糸状の金属間化合物が蜂の巣状に形成されていることが確認された。
【００５６】
（比較例１）
比較例１は、表２に示す化学成分の合金番号A6061のAl-Mg-Si系のアルミニウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1mmに加工した板材である。
【００５７】
（比較例２）
比較例２は、表１に示す化学成分のAZ61のMg-Al-Zn系のマグネシウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1mmに加工した板材である。
【００５８】
（比較例３）
比較例３は、カルシウムを添加したMg-Al-Zn-Ca系の難燃性マグネシウム合金を長さ60mm×幅20mm×厚さ1mmに加工した板材である。比較例３に係る難燃性マグネシウム合金は、実施例２に係る難燃性マグネシウム合金の化学成分のうちカルシウムの含有量のみが異なる。比較例３に係る難燃性マグネシウム合金は、マグネシウムにアルミニウムを5.9mass%、亜鉛を0.93mass%を含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度 580℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを2.0mass%添加して鋳造しビレットを作製し、250℃、圧下率60％で圧延して作製した。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
この発明の実施例及び比較例の難燃性及び圧延加工性の評価結果を表２に示す。
（燃焼試験）
実施例１〜４及び比較例１，２の難燃性を確認するために燃焼試験を実施した。燃焼試験は、ガスバーナを使用して実施例１〜４及び比較例１〜３を直接加熱する手法で行った。燃焼試験装置は、ブロックで囲いをくみ上げ、上面にガスバーナを設置したものを試作した。燃焼温度は、最大加熱温度が700℃程度で、加熱時間が1分であり、熱電対を使用して測定した。その結果、図５に示すように、比較例１に係るアルミニウム合金については発火する前に溶融し、比較例２に係るマグネシウム合金については発火し燃焼することが確認された。一方、実施例１〜４及び比較例３に係る難燃性マグネシウム合金については、いずれも発火せず難燃性の効果が確認された。このため、図４に示すようなマグネシウム合金の金属組織内のカルシウム系の金属間化合物によって難燃性が保持されることが確認された。
【００６１】
（圧延加工性）
実施例１〜４及び比較例３に係る難燃性マグネシウム合金の圧延加工性を確認するために、油圧式圧延加工機を用い、荷重を200kg、圧延温度を250℃、圧下率60％で圧延加工を実施した。その結果、図６に示すように、比較例３に係る難燃性マグネシウム合金については割れが確認された。このため、カルシウムを2mass%以上含有する難燃性マグネシウム合金については圧延加工性が劣ることが確認された。一方、実施例１〜４に係る難燃性マグネシウム合金については、いずれも割れが発生せず圧延加工性が良好であることが確認された。このため、図４に示すようなマグネシウム合金の金属組織内のカルシウム系の金属間化合物によって強度が確保されることが確認された。
【００６２】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両に接合材３を適用する場合を例に挙げて説明したが、自動車、船舶、航空機又は飛翔体などの他の交通輸送手段についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、鉄道車両の構体２に接合材３を適用する場合を例に挙げて説明したが、鉄道車両の床材、パンタグラフカバー又は台車塞ぎ板などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、断面形状が六角形のコア部３ｆを備えるハニカム構造体３ｃを例に挙げて説明したが、断面形状を六角形に限定するものではなく、三角形、四角形又はひし形などのコア部についてもこの発明を適用することができる。
【００６３】
(2) この実施形態では、板材加工工程＃１１０において難燃性マグネシウム合金を圧延加工して板材３ａ，３ｂを製造する場合を例に挙げて説明したが、押出、鍛造、鋳造、曲げなどの加工によって板材３ａ，３ｂを製造することもできる。例えば、図４に示す均質化処理工程＃１１３後の鋳造ビレットや圧延工程＃１１４後の圧延材に対して鍛造のプレスフォージング法を利用して板材３ａ，３ｂを製造することもできる。この場合には、200℃〜350℃でプレスフォージングを行うことが好ましい。また、この実施形態では、ハニカム構造体加工工程＃１２０においてアルミニウム合金を切削加工してハニカム構造体３ｃを製造する場合を例に挙げて説明したが、押出、鍛造、鋳造などの加工によってハニカム構造体３ｃを製造することもできる。さらに、この実施形態では、接合工程＃１３０において板材３ａ，３ｂとハニカム構造体３ｃとを接着層３ｄによって接合する場合を例に挙げて説明したが、摩擦撹拌接合、レーザ溶接又はMIG溶接などの低熱源接合方法によってこれらを接合することもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１  交通輸送手段（鉄道車両）
２  構体
３  接合材
３ａ，３ｂ  板材（難燃性マグネシウム合金）
３ｃ  ハニカム構造体（アルミニウム合金）
３ｄ  接着層
３ｅ  空隙部
３ｆ  コア部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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