(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法であって、
前記難燃性マグネシウム合金を均質加熱温度300℃以上400℃以下、均質加熱時間5時間以上10時間以下で均質化処理する均質化処理工程と、
前記均質化処理工程後の前記難燃性マグネシウム合金のビレットをこの難燃性マグネシウム合金が再結晶化する温度より高い温度350℃以上450℃以下に維持してリブ付き形材に押出加工する押出工程とを含み、
前記難燃性マグネシウム合金は、カルシウムを0.5mass%以上2.5mass%以下、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下、亜鉛0.1mass%以上1.5mass%以下、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下、ケイ素を0.01mass%以上0.1mass%以下、鉄及び銅をそれぞれ0.002mass%未満、ニッケルを0.002mass%未満含有し、残部がマグネシウムであること、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法において、
前記押出工程は、前記難燃性マグネシウム合金をＴリブ形材に押出加工する工程であること、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金の押出形材、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】
従来のアルミニウム合金形材は、平行な平板状の面板部の間を複数のウェブ部によって繋ぐ中空形材であり、この中空形材がアルミニウム合金によって一体形成されている（例えば、引用文献１参照）。このような従来のアルミニウム合金形材では、機器を吊り下げる機器吊り受け金を一方の面板部の切欠部にボルトによって固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000-108899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形材は、２枚の板材の間をコア材によって結合することによって車体構体の外板及び柱などと内側のぎ装用骨組とを一体化した複合構造であるダブルスキン構造である。このため、従来のアルミニウム合金形材では、新幹線車両のような高速車両構体に適用するとトラス状のコア材部分の重量が増加し、車両の軽量化を図ることができない問題点があった。
【０００５】
この発明の課題は、難燃性マグネシウム合金を用いることによって重量を軽減することができる難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法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１〜図６に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法であって、前記難燃性マグネシウム合金を均質加熱温度300℃以上400℃以下、均質加熱時間5時間以上10時間以下で均質化処理する均質化処理工程（＃１３０）と、前記均質化処理工程後の前記難燃性マグネシウム合金のビレット（Ｂ）をこの難燃性マグネシウム合金が再結晶化する温度より高い温度350℃以上450℃以下に維持してリブ付き形材に押出加工する押出工程（＃１４０）とを含み、前記難燃性マグネシウム合金は、カルシウムを0.5mass%以上2.5mass%以下、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下、亜鉛0.1mass%以上1.5mass%以下、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下、ケイ素を0.01mass%以上0.1mass%以下、鉄及び銅をそれぞれ0.002mass%未満、ニッケルを0.002mass%未満含有し、残部がマグネシウムであることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の押出形材（３）の製造方法（＃１００）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法において、前記押出工程は、前記難燃性マグネシウム合金をＴリブ形材に押出加工する工程であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によると、難燃性マグネシウム合金を用いることによって重量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形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難燃性マグネシウム合金の押出形材の外観図であり、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIIB部分を拡大して示す断面図である。
【図３】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材を接合部で接合した状態を示す縦断面図である。
【図４】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材を骨組と組み合わせた状態を示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のIV-IVD線で切断した状態を示す断面図である。
【図５】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法の工程図である。
【図６】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造に使用される押出加工装置を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、図１〜図４に示す外板３と、図１及び図４に示す骨組４などから構成されている。構体２は、骨組４の一部を外板３と一体化させることによって骨組４の簡素化及び製造工程の簡略化を実現するとともに、軽量かつ低コストな構造を実現したシングルスキン構体である。
【００１４】
図１〜図４に示す外板３は、構体２の車外側の板部分を構成する部材である。外板３は、図１に示す構体２の側構え２ｂ，２ｃ部分を主として構成する。図１〜図４に示す外板３は、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金の押出形材である。外板３は、素材特性としての難燃性を確保するために製造時にマグネシウムにカルシウムが添加されている。外板３は、押出法によってリブ付形材に成形されている。外板３は、図２〜図４に示すように、断面形状がＴ字状のＴリブ形材に成形されている。外板３は、図２〜図４に示す板状部３ａと、リブ部３ｂと、図２及び図３に示す開先部３ｃと、接合部３ｄなどを備えている。外板３は、図２及び図３に示すように、板状部３ａ、リブ部３ｂ及び開先部３ｃが一体に成形されている。
【００１５】
図２〜図４に示す板状部３ａは、外板３の本体を構成する部分である。板状部３ａは、互いに平行な平坦な表面を備えている。リブ部３ｂは、板状部３ａに剛性を付与する部分である。リブ部３ｂは、板状部３ａの一方の表面から突出してこの板状部３ａと一体に形成されている。リブ部３ｂは、外板３の内側表面となる側の板状部３ａの表面に形成されている。図２及び図３に示す開先部３ｃは、板状部３ａ同士を溶接するためにこの板状部３ａの溶接面に形成する溝部である。開先部３ｃは、板状部３ａの長さ方向の両端部に所定の傾斜角度で形成されたＶ形開先であり、板状部３ａと一体に形成されている。接合部３ｄは、板状部３ａ同士を接合した部分である。接合部３ｄは、板状部３ａの端部同士を開先部３ｃで突き合せて溶接し形成された継手部（溶接継手）である。接合部３ｄは、板状部３ａの長さ方向と直交する方向に間隔をあけて形成されている。
【００１６】
図１〜図４に示す外板３は、厚さが10mmを超えると軽量化を図ることができず、2mmを下回ると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。外板３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、TIG溶接又はMIG溶接などによって端部同士（接合面同士）が接合されて構体２に組み込まれる。
【００１７】
難燃性マグネシウム合金は、例えば、Mg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金が好ましく、Mg-Al-Zn-Ca合金が特に好ましい。このような難燃性マグネシウム合金としては、AZX311(Mg-3Al-Zn-Ca)、AMX602(Mg-6Al-Mn-2Ca)、AZX611(Mg-6Al-Zn-Ca)、AZX612(Mg-6Al-Zn-2Ca) 又はAZX911(Mg-9Al-Zn-Ca)が好ましい。難燃性マグネシウム合金は、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、2.5mass%を超えると難燃性が飽和し圧延等の加工が困難になるため、カルシウムを0.5mass%以上2.5mass%以下含有することが好ましい。
【００１８】
難燃性マグネシウム合金は、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。難燃性マグネシウム合金は、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。難燃性マグネシウム合金は、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。
【００１９】
難燃性マグネシウム合金は、ケイ素の含有量が0.1mass%を超えると不純物として強度に影響を及ぼすため、ケイ素を0.01mass%以上0.1mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、鉄及び銅の含有量がそれぞれ0.002mass%以上であると耐食性の問題があるため、鉄及び銅をそれぞれ0.002mass%未満含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、ニッケルの含有量が0.002mass%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0.002mass%未満含有することが好ましい。
【００２０】
図１及び図４に示す骨組４は、外板３と組み合わせて構体２を構成する主要部材である。骨組４は、図１に示すように、外板３と直交するように外板３の内側（車内側）に配置されており、図１及び図４に示すように外板３の長さ方向に所定の間隔をあけて配置されている。骨組４は、図４に示すように、外板３のリブ部３ｂが貫通するようにこの骨組４の両縁部を切り欠いた切欠部４ａを備えている。骨組４は、断面形状が略Ｕ字状に形成されている。骨組４は、切欠部４ａに外板３のリブ部３ｂを貫通させた状態で、この骨組４とこの外板３とを隅肉溶接することによってこの外板３と接合されている。骨組４は、例えば、外板３と同様の難燃性マグネシウム合金を押出法によって成形した押出形材、又は難燃性マグネシウム合金をプレス成形法によって成形した形材である。骨組４には、この骨組４の上端面に内装材などが取り付けられる。
【００２１】
次に、この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材の製造方法について説明する。
図５に示す製造方法＃１００は、図１及び図２に示す難燃性マグネシウム合金の押出形材を製造する方法であり、加熱溶解工程＃１１０と、鋳造工程＃１２０と、均質化処理工程＃１３０と、押出工程＃１４０などを含む。
【００２２】
図５に示す加熱溶解工程＃１１０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＃１１０では、Mg-Al-Zn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。
【００２３】
鋳造工程＃１２０は、加熱溶解工程＃１１０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＃１２０では、加熱溶解工程＃１１０後のマグネシウム合金の溶融金属を押出成形するために、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。
【００２４】
均質化処理工程＃１３０は、鍛造工程＃１２０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＃１３０では、鍛造工程＃１２０後のマグネシウム合金のビレットを均質加熱（均質化処理）により熱処理する。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300℃未満であると均質不十分の問題があり、400℃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300℃以上400℃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5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、10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5時間以上10時間以下で均質化処理することが好ましい。
【００２５】
図６に示す押出加工装置５は、所定の形状の金型に素材を押し出して所定の断面形状の連続体を成形する装置である。押出加工装置５は、難燃性マグネシウム合金のビレット（素材）Ｂを加熱し収容する耐熱容器のコンテナ５ａと、このコンテナ５ａの出口に装着されてビレットＢを通過させながら所定の断面形状の押出形材Ｅに成形するダイ（金型）５ｂと、コンテナ５ａ内のビレットＢをダイ５ｂに向かって押し出すラム（ステム）５ｃと、ビレットＢとラム５ｃとの間に挟み込まれてコンテナ５ａの内周面と密着してラム５ｃとともに移動するダミーブロック５ｄなどを備えている。
【００２６】
図５に示す押出工程＃１４０は、カルシウムを含有する難燃性のマグネシウム合金を押出加工する工程である。押出工程＃１４０は、均質化処理工程＃１３０後の難燃性マグネシウム合金のビレットＢを図５に示す押出加工装置５によって圧力を加えて押し出し所定の形状の押出形材（素形材）Ｅに加工する。押出工程＃１４０では、例えば、均質化処理工程＃１３０後の難燃性マグネシウム合金のビレットＢをコンテナ５ａ内に入れラム５ｃによってダイ５ｂに向かって押し出す直接押出（前方押出）によって押出形材Ｅが製造される。押出工程＃１４０では、例えば、熱間押出の場合には、加工硬化を防ぎ難燃性マグネシウム合金のビレットＢがダイ５ｂを容易に通過するように、均質化処理工程＃１３０後の難燃性マグネシウム合金が再結晶化する温度より高い温度（例えば、350〜450℃）にビレットＢを維持する。
【００２７】
この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金の押出法によってリブ付き形材に外板３が成形されている。このため、アルミニウム合金よりも軽量である難燃性マグネシウム合金のリブ付き形材を適用することによって、従来のアルミニウム合金の中空形材に比べて軽量化を図りつつ難燃性を確保することができる。また、交通輸送手段１に適用する場合には、難燃性マグネシウム合金の比重を利用することによって構体２の重量を軽減することができる。例えば、従来のアルミニウム合金製の構体に比べて最大２割程度の軽量化を図ることができる。
【００２８】
(2) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金のＴリブ形材に外板３が成形されている。このため、従来のアルミニウム合金の中空形材と同等の強度及び剛性を維持することができる。
【００２９】
(3) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金がMg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金である。このため、従来のアルミニウム合金に比べて難燃性を向上させることができる。
【実施例】
【００３０】
次に、この発明の実施例について説明する。
【００３１】
【表１】
0006552111.tif 000002
【００３２】
試験材は、表１に示す実施例に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材を用いた。表１に示す単位は、質量パーセントである。
表１に示す実施例は、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(AZX611(Mg-6Al-Zn-Ca))をＴリブ形材に成形した板材である。実施例は、マグネシウム合金を電気炉によって加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを1.01mass%添加して鋳造しビレットを作製し、加熱温度300〜400℃で5〜10時間加熱して均質化処理した後に、ビレット温度430℃、押出ダイス温度480℃、コンテナ温度425℃、押出製品速度0.5m/minで押出加工装置によって押出加工して作製した。
【００３３】
（機械的性質）
【００３４】
【表２】
0006552111.tif 000003
【００３５】
実施例について機械的性質を確認した。表２に示す耐力、引張強さ及び伸びは、引張試験装置（インストロン社製万能試験機 Model 4206）によって実施例の試験材をJIS Z 2241によって測定したときの測定値である。その結果、表２に示すように、実施例は耐力、引張強さ及び伸びの諸性質について、従来のアルミニウム合金形材と同様に優れていることが確認された。
【００３６】
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、鉄道車両に難燃性マグネシウム合金の押出形材を適用した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に難燃性マグネシウム合金の押出形材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。
【００３７】
(2) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金をＴリブ形材に成形する場合を例に挙げて説明したが、Ｉ型形材に成形することもできる。また、この実施形態では、直接押出（前方押出）によって押出形材Ｅを製造する場合を例に挙げて説明したが、ビレットをコンテナとともに移動させて静止した金型から押し出す間接押出によって押出形材を製造することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  交通輸送手段（鉄道車両）
２  構体
３  外板（押出形材）
３ａ  板状部
３ｂ  リブ部
３ｃ  開先部
３ｄ  接合部
４  骨組
４ａ  切欠部
５  押出加工装置
５ａ  コンテナ
５ｂ  ダイ
５ｃ  ラム
５ｄ  ダミーブロック
Ｂ  ビレット
Ｅ  押出形材
【図１】
0006552111.tif 000004
【図２】
0006552111.tif 000005
【図３】
0006552111.tif 000006
【図４】
0006552111.tif 000007
【図５】
0006552111.tif 000008
【図６】
0006552111.tif 000009