(57)【要約】【課題】鋳造性および加工性に優れるとともに、熱処理などの二次加工を行わずとも電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金を提供する。【解決手段】本発明に係る鋳造用アルミニウム合金は、重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物、あるいは、Ａｌおよび不純物ならびにその他の必要合金元素から構成されている。これら組成範囲の限定された各合金元素が発揮する作用効果によって、電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金を得ることが可能となる。例えば、本発明の組成範囲に限定されたアルミニウム合金の鋳放し状態の試験用鋳物からテストピースを切り出し、電気抵抗率の測定を実施した場合、今回発明合金は１０μΩ・ｃｍという高い電気抵抗率を示す。これは、純Ａｌの約５倍、ＡＣ４Ｃの約２倍の電気抵抗率に相当する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金。
【請求項２】
重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％、残部がＡｌおよび不純物ならびにその他の必要合金元素からなることを特徴とする電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金において、
鋳放し状態で、電気抵抗率が７μΩ・ｃｍ〜１０μΩ・ｃｍであることを特徴とする電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の組成をもつアルミニウム合金溶湯をダイカスト鋳造法により金型のキャビティに圧入して得られるアルミニウム合金であって、
熱処理加工を行うことなく電気抵抗率が７μΩ・ｃｍ〜１０μΩ・ｃｍであることを特徴とする電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の組成をもつアルミニウム合金溶湯をダイカスト鋳造法により金型のキャビティに圧入するときの空打ち射出速度が、低速射出速度で１．５ｍ／ｓ以上、高速射出速度で４．５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金の製造方法によって製造される回転電機の収納筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用アルミニウム合金に関し、特に、モータケースやモータハウジングなどの高い電気抵抗率を必要とする部材に用いられる鋳造用アルミニウム合金の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は、鉄系材料と比較して軽量であるという特性を有しているため、強度、耐熱性、耐摩耗性などの向上を図ることによって、その利用範囲が拡大している。
【０００３】
例えば、軽量化や薄肉化が求められる自動車用部品では、重力鋳造法や低圧鋳造法、ダイカスト鋳造法などの各種の製造手法に応じた最適な合金成分を有するアルミニウム合金が開発されてきている。このようなアルミニウム合金の一例として、例えば下記特許文献１には、アルミニウム合金に含有される合金元素を所定の値に調整することによって鋳造時の溶湯の湯流れや湯回りを良化し、薄肉鋳造部材を製造可能とした薄肉鋳造用アルミニウム合金が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２１２３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、多くのアルミニウム合金製部品が採用されている自動車産業においては、近年の電気自動車やハイブリッド車の実用化によって、アルミニウム合金のさらなる改良や適用範囲の拡大が求められている。
【０００６】
例えば、回転中のモータの周囲には、モータコイルからの漏れ磁束による磁場が発生している。漏れ磁束は、コイルの回転数に比例し、高回転中は強磁場を発生させるものである。このような強磁場中でアルミニウム合金などの金属材料を使用すると渦電流（誘導電流）が発生し、この渦電流の大きさはオームの法則に従って、材料の電気抵抗と反比例の関係にある。
【０００７】
一方、モータには出力損失が必ず発生し、この損失の内訳のひとつがモータ周囲部品に発生する渦電流による損失である。かかる渦電流が大きくなると、例えば、ジュール熱の発生によって温度が上昇し、モータ出力の低下につながってしまう。
【０００８】
このようなモータ出力損失を低減するためには、モータの周囲部品（例えば、回転電機の収納筐体としてのモータケースやモータハウジングなど）に発生する渦電流を抑制する必要がある。したがって、モータ出力損失を低減することができる電気抵抗率の高いアルミニウム合金の開発が求められていた。
【０００９】
したがって、本発明は、従来用いられていたアルミニウム合金に対して鋳造性や加工性が同等若しくは良好であり、なおかつ電気抵抗率の高い新たなアルミニウム合金を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金は、重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る他の電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金は、重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％、残部がＡｌおよび不純物ならびにその他の必要合金元素からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金は、鋳放し状態で、電気抵抗率が７μΩ・ｃｍ〜１０μΩ・ｃｍであることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金は、上記組成をもつアルミニウム合金溶湯をダイカスト鋳造法により金型のキャビティに圧入して得られる合金であって、熱処理加工を行うことなく電気抵抗率が７μΩ・ｃｍ〜１０μΩ・ｃｍであることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金の製造方法は、上記組成をもつアルミニウム合金溶湯をダイカスト鋳造法により金型のキャビティに圧入するときの空打ち射出速度が、低速射出速度で１．５ｍ／ｓ以上、高速射出速度で４．５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、かかる製造方法によって、回転電機の収納筐体を製造することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋳造性および加工性に優れるとともに、熱処理などの二次加工を行わずとも電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る鋳造用アルミニウム合金は、重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物、あるいは、Ａｌおよび不純物ならびにその他の必要合金元素から構成されていることを特徴としている。これら組成範囲の限定された各合金元素が発揮する作用効果によって、電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金を得ることが可能となる。以下に、本発明合金を構成する各合金元素の作用と組成範囲（重量％）の限定理由を説明する。
【００１８】
Ｓｉについて
Ｓｉは鋳造性の向上に寄与する元素である。特に、ダイカスト鋳造法による鋳造の場合、少なくとも１０％以上の含有量がなければ鋳造性が著しく低下する。一方、ＳｉはＡｌとの共晶点が１２％であり、Ｓｉの含有量が１２％を超えると金属組織中にＳｉが大きな結晶の固まりとして析出してしまうことになる。したがって、Ｓｉの含有量をＡｌとの共晶点である１２％以上とすると鋳造性は良くなるが加工性が低下してしまうことになる。したがって、Ｓｉの含有量は、鋳造性と加工性を両立させるために１０％〜１２％の範囲とした。
【００１９】
Ｍｇについて
Ｍｇは強化元素のひとつであり、Ｓｉと結合してＭｇ2Ｓｉという形で組織中に析出する。つまり、ＭｇはＳｉとの共存による時効硬化によって強度の向上に寄与する元素である。例えば、モータケースやモータハウジングなどの構造材に必要な強度を得るためには、Ｓｉの含有量１０％〜１２％に対して、Ｍｇは少なくとも４％以上が必要となる。ただし、Ｍｇは６％以上入れるとアルミニウム合金の脆化を招くため、入れすぎても強度が得られないことになってしまう。したがって、Ｍｇの含有量は、強度向上と脆化防止に最適な４％〜６％の範囲とした。
【００２０】
Ｍｎについて
ＭｎはＦｅと化合物をつくってアルミ合金の延性を向上させる元素である。具体的には、Ａｌ-Ｓｉ-Ｆｅの針状化合物を塊状化させて、延び低下を防止する役割を果たすものである。その含有量としては、最低０．５％以上が必要となる。ただし、Ｍｎが多量に存在すると、塊状化したＡｌ-Ｓｉ-Ｆｅ化合物が粗大化したり、あるいは他の金属化合物を形成したりするなどして延性を著しく低下させてしまう。これらの現象は、切削性低下の原因ともなるものである。さらに、Ｍｎの多量な含有は、耐食性を悪化させる原因ともなる。そこで、延性維持、切削性維持、耐食性維持のため、上限を３％とした。したがって、Ｍｎの含有量は、０．５％〜３％の範囲が適当である。
【００２１】
Ｃｕについて
ＣｕはＭｇと同様、強度の向上に寄与する元素であり、Ａｌと化合物を作ってＭｇ以上の強化元素としての役割を果たすものである。しかしながら、４％未満では強度強化の効果が小さく、６％を超えると耐食性が悪化してしまう。したがって、Ｃｕの含有量は、強度向上と耐食性維持に最適な４％〜６％の範囲とした。
【００２２】
Ａｌについて
Ａｌは自動車用部品などの軽量化に寄与する元素であるので、不純物およびその他の必要な合金元素と共に残部とした。
【００２３】
以上のように合金設計された本発明に係る鋳造用アルミニウム合金は、重力鋳造法、低圧鋳造法、ダイカスト鋳造法、スクイズ製法など既知の鋳造方法によって目標とする鋳物を製造することが可能である。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の鋳造用アルミニウム合金の実施例について、比較例とともに具体的に説明する。
【００２５】
試験材の作製
本実施例において使用される試験材は、次のようにして作製した。まず、表１に示す合金成分にて配合した試験材を溶解温度７５０℃にて溶解し、この溶湯を重力鋳造法で鋳型に流し込み試験用鋳物を作製する。鋳型には、ランズレー金型を使用し、鋳造後は室温まで自然放冷とした。
【００２６】
比較合金には、ＪＩＳ規格相当のＡＣ４Ｃ、およびＪＩＳ規格相当のＡＣ４ＣでＳｉのみを今回発明合金と同程度の１２％としたもの、Ｍｇのみを今回発明合金と同程度の５％としたもの、Ｍｎのみを今回発明合金と同程度の３％としたもの、Ｃｕのみを今回発明合金と同程度の５％としたものを用意した。これら比較合金は、各合金元素の効果を把握するとともに、今回発明合金の有効性をより正確に把握するために用意したものである。
【００２７】
なお、鋳造方法として重力鋳造法を採用したのは、最も簡易に行うことが可能であるとともに、鋳造法の違いが電気伝導率に影響を与えることは考え難いとの理由による。また、金型にランズレー金型を採用したのは、熱伝導率の高い銅製のランズレー金型を使用することによって鋳造後の冷却速度が速くなり、ダイカスト鋳造法による鋳造と比較的近い条件で試験材を作製することができるものとの配慮による。
【００２８】
【表１】
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第１の実施例
第１の実施例では、本発明に係る鋳造用アルミニウム合金の電気抵抗率について検証する。
【００２９】
図１は、純Ａｌと表１に示した今回発明合金および比較合金におけるアルミニウム合金の電気抵抗率の測定結果を比較した図である。
【００３０】
電気抵抗率の測定方法は、上述した方法によって作製された鋳放し状態の試験用（ランズレー）鋳物から、ＪＩＳ規格に従った所定の位置よりテストピースを切り出し、このテストピースについて直流４端子法を用いた電気抵抗率の測定を実施した。
【００３１】
なお、直流４端子法を用いたのは、測定対象物と測定端子との接触抵抗を極力排除することによって測定誤差を低減するためである。
【００３２】
図１に示す電気抵抗率の測定結果からも明らかな通り、今回発明合金は１０μΩ・ｃｍという高い電気抵抗率を示した。これは、純Ａｌの約５倍、ＪＩＳ規格相当のアルミニウム鋳物材（ＡＣ４Ｃ）の約２倍の電気抵抗率である。また、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｕの各合金元素のみを今回発明合金と同等とした比較合金についても、ＪＩＳ規格相当のアルミニウム鋳物材（ＡＣ４Ｃ）と比較して若干の電気抵抗率の上昇が確認されたが、今回発明合金には及ばなかった。このことは、今回発明合金が備える「重量％でＳｉ：１０％〜１２％、Ｍｇ：４％〜６％、Ｍｎ：０．５％〜３％、Ｃｕ：４％〜６％を含有する」という構成が高い電気抵抗率を実現させることを示している。
【００３３】
第２の実施例
第２の実施例では、本発明に係る鋳造用アルミニウム合金について熱処理の有無が電気抵抗率に及ぼす影響を検証する。
【００３４】
図２は、表１に示した今回発明合金と比較合金について、熱処理を行わない鋳放し（Ｆ）状態のもの、焼き鈍し処理（Ｏ）を行ったもの、Ｔ６と呼ばれる熱処理を行ったもの、の３種類について電気抵抗率の測定結果を比較した図である。
【００３５】
鋳放し（Ｆ）状態のテストピースの採取方法は第１の実施例で示した方法と同様であり、鋳放し状態の試験用（ランズレー）鋳物から、ＪＩＳ規格に従った所定の位置よりテストピースを切り出した。
【００３６】
焼き鈍し処理（Ｏ）を行った場合のテストピースの採取方法は、鋳放し状態の試験用（ランズレー）鋳物を溶体化温度５３０℃で５時間維持し、炉内放冷を行って室温まで温度を低下させた。その後、ＪＩＳ規格に従った所定の位置よりテストピースを切り出した。
【００３７】
Ｔ６と呼ばれる熱処理を行った場合のテストピースの採取方法は、鋳放し状態の試験用（ランズレー）鋳物を溶体化温度５４０℃で５時間維持し、水温５０℃の水中に投入して水焼き入れ（Ｗ．Ｑ．：water quenching）を行い、試験用（ランズレー）鋳物が水温と同じ５０℃となった時点で水中より取り出して室温放冷を行った。さらに、人工時効（artificial aging）処理として試験用（ランズレー）鋳物を炉内に投入し、炉内温度１４０℃を３．５時間維持し、炉外へ放出後、室温放冷を行った。その後、ＪＩＳ規格に従った所定の位置よりテストピースを切り出した。
【００３８】
以上のようにしてそれぞれ採取したテストピースについて、第１の実施例と同様に直流４端子法にて電気抵抗率を測定した。その結果、図２からも明らかな通り、焼き鈍し（Ｏ）処理、あるいは、Ｔ６処理を行うことによって電気抵抗率が低下することが明らかとなった。このことは、本発明合金においては、熱処理が不要であることを示している。
【００３９】
なお、発明者による実験によって、本発明合金の電気抵抗率は、鋳放し状態で、７μΩ・ｃｍ〜１０μΩ・ｃｍであることが確認されている。
【００４０】
以上説明した実施形態や実施例から明らかな通り、本発明に係る鋳造用アルミニウム合金は、Ｓｉの含有量が鋳造性と加工性を両立する１０％〜１２％（重量％）の範囲に規定されているので、鋳造性、加工性ともに良好である。また、本発明に係る鋳造用アルミニウム合金は、熱処理などの２次加工を行うことなく鋳放し状態で、７μΩ・ｃｍ〜１０μΩ・ｃｍという高い電気抵抗率を実現することが可能である。したがって、本発明によれば、鋳造性および加工性を損なわず、さらに、熱処理を行わずに電気抵抗率を高めることができ、自動車部品などの構造材に適用することが可能な鋳造用アルミニウム合金を提供することができる。
【００４１】
また、本発明に係る電気抵抗率の高い鋳造用アルミニウム合金の製造方法としては、例えば、特許請求の範囲に記載の組成をもつアルミニウム合金溶湯をダイカスト鋳造法により金型のキャビティに圧入するときの空打ち射出速度が、低速射出速度で１．５ｍ／ｓ以上、高速射出速度で４．５ｍ／ｓ以上であることが好適である。かかる製造方法によれば、肉厚が２〜２０ｍｍである薄肉アルミダイカスト製品を製造することが可能である。こうして得られた薄肉アルミダイカスト製品は、構造材としての強度を維持しながらも高い電気抵抗率を有しているため、自動車のモータケースやモータハウジングなどという構造材として使用することが好適である。
【００４２】
なお、本発明の技術的範囲は上記実施形態や実施例に記載の範囲には限定されず、上記実施形態あるいは実施例に多様な変更又は改良を加えることが可能である。つまり、本発明に係る鋳造用アルミニウム合金は、特許請求の範囲に記載した化学成分組成を有するものであればどのようなものであっても良い。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４３】
また、上記実施形態あるいは実施例では、回転電機の収納筐体としてのモータケースやモータハウジングなど、特定の自動車部品に適用される鋳造用アルミニウム合金を例示して説明したが、例えば、油圧部品、ミッションケ−ス、フライホイールハウジング、ブラケット、水冷シリンダブロック、ハンドルなど、非常に多くの製品に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】純Ａｌと表１に示した今回発明合金および比較合金におけるアルミニウム合金の電気抵抗率の測定結果を比較した図である。
【図２】表１に示した今回発明合金と比較合金について、熱処理を行わない鋳放し（Ｆ）状態のもの、焼き鈍し処理（Ｏ）を行ったもの、Ｔ６と呼ばれる熱処理を行ったもの、の３種類について電気抵抗率の測定結果を比較した図である。
【図１】
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【図２】
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