NACHITECHNICALREPORT
Materials

13B3Vol.

June/2007■ 新商品・適用事例紹介
軽量高成形性圧延薄板「マグネシウム合金薄板」
マテリアル事業

Rolled Sheet with High Formability"Magnesium Alloy Sheet"

精密成形〈キーワード〉マグネシウム・圧延・薄板・成形性・深絞り・筐体
プレス・Mg・張出し性

マテリアル事業部／技術開発部

吉 本 隆 志 Takashi Yoshimoto松永 卓
Takashi Matsunaga
和 田 敏 秋 Toshiaki Wada

軽量高成形性圧延薄板「マグネシウム合金薄板」

要旨

薄板コイルが製造可能に

マグネシウム合金は、構造部材用に使用される金マグネシウム合金は、金属の中で比重が最も小さ属中でもっとも軽量であり、強度、電磁シールド性、く最軽量であると同時に強度も大きく、リサイクル性、振動吸収性、切削加工性、耐くぼみ性、寸法安定性、電磁シールド性、美観などの特長を有していることかリサイクル放熱性など高い機能を有している。また、

プラスチック代替や省燃費などの観点からノーら、近年、性が高く地球環境保護の面でも優れていることから、トパソコン筐体を始めとするモバイル機器筐体やミッ高強度、軽量を要する分野において、鉄やプラスチッションケースなどの自動車部材への採用が拡大してクなどに替わる材料として、注目が集まっている。

きている。

※1

NACHIのマテリアル事業は、切削工具などに使これらの部材は、鋳造法（ダイカスト、射出一方、用されるハイスの薄板材では国内トップシェアを有し成形）でつくられた鋳物であり、欠陥補修、磨きなどている。この技術を活かして、2001年にマグネシウムの後加工を要することと、厚み0.6mm以下の薄肉合金の薄板圧延技術の確立に着手し、広幅シート部材の成形が困難であるといった問題点があった。

材の商品化をすすめてきた。

1

1. マグネシウム合金のこのため薄肉化が可能で後加工を要しない方法

マグネシウム薄板の適用製品として、モバイル機として、圧延薄板をプレス成形する方式の開発・実器の筐体や自動車部材を中心に広範な展開が期

しかしながらマグネシウム（以用化が求められていた。

待される。

下Mgと記す）は、結晶構造においてアルミニウム（以Abstract

下Alと記す）や鉄（以下Feと記す）のような立方晶

Magnesium Alloy is the lightest metal that isused as the structural material. It has enoughstrength and capabilities of shielding from anelectromagnetic wave, absorbing vibration, being
cut, resisting depression, stabilizing dimensions
and releasing heat. In addition, as it is highly recyclable and friendly to the environment, the material has been drawing attention as a replacement for iron or plastics in the field where highly
strong and light materials are required.
NACHI Material Division has a top share in Japanin the HSS sheets that are used as cutting tools.
In 2001 using this technology, Nachi started todevelop the Magnesium Alloy Sheet RollingTechnology and has been working to supply thewide sheet of this alloy. The magnesium sheet isexpected to be used widely in many areas, especially as an external shell of a mobile device andautomotive part materials.

※2※3

金属と異なり、六方晶金属であるため常温での塑性※5※4

加工が困難であり、温間圧延技術、温間プレス技術の開発が必要であった。
とくに広NACHIでは、鋸刃用の高速度鋼薄板、幅薄板について70％を超えるシェアと差別化技術シー
このシーズを発展させて温間ズを有しており、今回、圧延技術を開発し、Mg合金圧延薄板の製造プロセスを確立した。
シート

コイル

1.0厚 × 600幅

0.5厚 × 350幅

図1薄板製品外観

2. Mg合金薄板の特徴
表1

表1から分かるように、Mg合金の比重は、鋼板のAlの2/3で、比強度は最も高い。
また、
プラスチッ
1/4.5、
クに比べ軽くて強く、発生した電波を外部に漏洩しなさらには環境にやさしいことなどが特徴である。
いこと、
以上のように、Mg合金はモバイル機器の筐体材（20℃）（MPa）

Mg合金薄板（AZ31） 1.78
Aｌ合金薄板（A5052） 2.68
冷延鋼板（SPCC） 7.86
ポリマーアロイ（PC／ABS） 1.3

が良いと軽量金属であって減衰能（振動吸収能）いう特殊な機能を有し、振動機器のカバーやマフラーまた、衝突に対してAlやFeよりもくなどに向いている。
さらに、金属光沢、ぼみにくいため自動車部材に適する。
触感の点で高級感があり、ファッション性という観点か

225
19536060143734646456920.65.6

表2
評価 項 目◎ 軽量性◎ 比強度◎ 耐くぼみ性◎ 切削性◎ 減衰能◎ 美感・触感◎ 人体無害性

熱伝 電磁 線膨張
導度 シールド性 係数（HB）（W/mK） （db） （×10−６）（GPa）25.3 5677
25.7 47137
26.2 10079
4.3 HR（120） 0.31

比強度：引張強さ／比重

料として最も好適な位置づけにある。
その他の特性を、長短含めて表2に一括して示す。

各種薄板材料の特性比較

比重 引張
ヤング
硬さ
強度 比強度 率 比剛性929295−26.8
23.8
12.070電磁シールド性：板厚0.8mm

Mg合金薄板の長所と短所

内 容
比重が実用金属中最小 Alの2／3、Feの1／4
実用金属中最大 プラスチックの3.5倍
物体の衝突で生じるくぼみが、Al・Feより小→薄くて強い
切削動力は軟鋼の1／6、Alの1／2
軽量かつ高減衰能をもつ唯一の金属
プラスチックより肌触り良で高級感あり
人体に無害 健康上必要元素

および塗装を必要とする。塑性加工性については、

Al合金と同等 プラスチックの4倍○ 引張強度○ 電磁シールド性 携帯電話、ノートパソコンなどから出る電磁波シールド性大（プラスチックはCu・Niメッキ必要）
Alの70%で良導体．
プラスチックの数百倍○ 熱伝導性○ 寸法安定性 100℃までは長時間保持で変形なし容易に可（MIG・TIG・摩擦）○ 溶接性
Feより良も酸に弱くイオン化傾向実用金属中最大△ 耐食性

前記したように、温間加工での対応となる。

× 塑性加工性ら用いられることもある。
短所としては、湿潤環境下でFeよりも錆び易く、耐食性が悪いために、一般的には防食表面処理

Alと異なり室温で塑性加工困難

3. Mg合金部材のプレス成形の進展
Mg合金部材の成形方式は、表3に示すように鋳AZ91はAZ31に比べて、耐食性は良いが、鋳物で造法と塑性加工法があり、あわせて４種類の方式があるため、強度的には劣る。いずれにしても、防食処ある。この中で、現在主流となっているのはダイカスト理を要するので、AZ31の方が有利といえる。最近は、法であるが、これに対して、生産性が良く、薄肉化がこの中間のAZ61（Al 6%含有）の塑性加工を研究す可能なプレス法が開発され、一部で実用化が開始さプレス法が進展する動きもある。以上のことから今後、これら4種類の製法についての特徴比較を、れている。

ると考えられる。

ダイカスト法は、複雑形状
表4に示す。前記したように、外観品質が悪い。一方、品の成形が可能だが、生産性、プレス法は、ボス部やリブの多い複雑形状品は不可だが生産性、外観品質、強度面で優れている。

表3

Mg合金部材の成形

鋳造法
マグネシウム製品
成形方法
塑性加工法

ダイカスト法はAlの多い
また、被成形性でみると、ダイカスト成形法 ・鋳造法では0.7mm以下の薄肉化は困難だが、塑
チクソモールディング法
性加工法では数十μmま（射出成形法）で可能
・塑性加工の中でもプレス※6 プレスフォージングは生産性が悪フォージング法
くプレス成形のニーズ大
プレス成形法

AZ91（Al 9%含有）、プレス法はAlの少ないAZ31（Al表4が用いられる。ダイカスト法では、鋳造時の湯3%含有）

使用材料 成形温度

Mg合金部材の成形
成形
サイクル

コメント

流れを良くするためにAlを多く含む必要があるため

成形法

プレス成形性という点では、AZ91が使用される。逆に、

ダイカスト

AZ91

650℃〜 20〜30s 表面の研磨やパテ埋めが必要で、バリも多く、後加工に手間がかかる。

チクソモールディング

AZ91

550
リブやボスの多い形状に向く。表面の研磨や〜600℃ 30〜45s パテ埋めが必要で、バリも出て、後加工も必要。

プレス
フォージング

AZ31〜400℃ 30〜45s 表面品質に優れ表面の研磨やパテ埋めが不要。
ある程度の高さのボス成形可。生産性が悪い。

プレス

AZ31

200〜10s〜300℃

Alが多いと成形が困難であるため、プレス法では、Alが用いられる。の少ないAZ31（Al 3%含有）

表面品質や後加工の少なさで有利。
生産性良｡ボス成形に難。板材が高い。
AZ91は鋳造用合金、AZ31は展伸材

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Vol.

13 B3

2

軽量高成形性圧延薄板「マグネシウム合金薄板」

4. Mg合金圧延薄板の材料特性とプレス成形性
1）製造プロセス

2）薄板と製造寸法

圧延薄板の製造工程を、模式的に、図2に示す。押薄板製品の外観を図3に、また、製造可能寸法を出法にて製造したコイル母材（三協立山アルミ（株））

表5に示す。厚み0.8mm以下の板材については、コを圧延することにより薄板化する方式である。この方イルまたは小切りシート材の両方にて対応可能である。

式のメリットは鋳造・熱間圧延方式と異なり、比較的薄3）板材の材種を1回の押出で得ることができるため、い母材（数mm）全工程としてコスト的に有利な点である。開発のポイン

化学成分は表6に示すように、基本的にはASTM

トは押出による寸法変動と圧延条件とのマッチングをロット規模によっ規格のAZ31を標準品としているが、図るなどである。ては、Al含有量2〜6%の範囲で特殊品対応も可能である。
（例：AZ21、AZ61）

原材料

ビレット鋳造

押出母材コイル製造

図2

コイル圧延

長さ

0.8〜3.0

最大600

最大2000

最大350

コイルまたは小切シート

引張応力（σ：MPa）

厚み

表6 Mg合金の化学成分

Rolling direction

0°45°90°150

0° 45° 90°
試験条件

1005000

化学成分（wt％）

材種
記号

引張特性：試験温度250℃

200

標準寸法（mm）
幅0.2〜0.8製品

Mg合金薄板の製造工程

表5 マグネシウム（Mg）薄板の製品寸法

マグネシウム薄板（材種：AZ31）

表面ミガキ

Al Zn Mn Fe Si Cu Ni Ca その他 Mg
合計
2.3 0.7 0.2 0.005 0.05 0.05 0.005 0.04 0.3
AZ31 〜3.5 〜1.3 以上 以下 以下 以下 以下 以下 以下 残10

図42030伸び（mm）

4050

・試験片厚み ：0.5mm
・試験片形状 ：JIS13号B
・標点距離 ：50mm
・平行部幅 ：12.5mm
・引張温度 ：250℃
・ひずみ速度 ：10−1s−1Mg合金薄板の温間引張り試験結果（引張特性）

150

Rolling direction

140130120

0° 45° 90°

1101001008060
引張応力
伸び0°

図33Mg合金薄板のミクロ

図545°
サンプル方向90°4020伸び（％）

当社品（0.6mm厚） 結晶粒径5〜8μm 市販品（0.6mm厚）結晶粒径5〜30μm引張応力（σ：MPa）

ASTM規格：ＡＺ３１（JIS規格：MP１相当）

0Mg合金薄板の引張り特性の異方性

表7 プレス成形性に関する指標
名称

項目

応力-ひずみ曲線を
σ＝Fεnで近似
ランクフォード値／r＝εw/εt
r値
伸び異方性／塑性ひずみ比 r＝0.5〜2.5
応力-ひずみ曲線を.
m値 ひずみ速度感受性指数σ＝Aεnεmで近似
n値4）薄板の材料特性とプレス成形性

加工硬化指数エリクセン
値

板厚1mmの薄板を温間（250℃）で引張試験

D／dp−伸び曲線であり、図5は、その結果を圧延方向LDR別にまとめたものである。また供試板材のミクロ組織写真を、図3に示す。図4、図5から分かるよ

パンチ径：dp
素板径：D（プレス成形性）

3.6

円筒深絞り試験条件

3.43.23122.8エリクセン値（mm）

変形を容易にしているためと考えられる。

限界絞り比（LDR）

市販板材に比べて均一微細となっている点が、高→良（粒内滑り）

限界絞り比（Limiting DrawingRatio）

うに、圧延方向による異方性は少なく、伸びにつ分かるように、平均結晶粒子径が10μm以下で、高→良張り出し性した結果を、図4および図5に示す。図4は、応力とを窺わせる。これは、図3のミクロ組織写真から高→良R10パンチ（1）材料特性

いては、60％以上を示し、成形性に優れているこ

深絞性 張出性との相関 との相関
高→良高→良（粒内滑り）

計算式

11（2）プレス成形性

10

プレス成形性の評価指標を一括して、表７に9示す。この中で、n値、r値、m値についてはデー

175200225
温度（℃）

タ紹介を略し、結論だけを述べる。n値およびr値

2508は、平均結晶粒子径が10μm以下においては、図6微細になっても大きな変化は認められない。これに対し、m値は平均結晶粒子径が微細になるに

・試験片板厚：0.5mm・パンチ直径：40mm 肩R：4mm
・ダイス内径 ：42mm 肩R：3mm
・パンチ温度：27〜34℃（常温水循環）・板押え力 ：19.2kNまたは22.5kN
・潤滑：テフロンシート（t＝0.05）・試験機：複動型油圧プレス
インナー出力（490kN）
アウター出力（784kN）

温間エリクセン試験条件
・試験片板厚：0.5mm
・パンチ直径 ：20mm
・ダイス内径 ：27mm
・パンチ側潤滑：テフロンシート（t＝0.05）

Mg合金薄板の成形温度と限界絞り比
φ40

とくに平均結晶粒子径つれて直線的に増加し、φ354μmにおいては、0.2以上となる。以上より、平均結晶粒子径10μm以下の本薄板においては、伸78mm

59mm

びの増大要因として粒界すべりが大きく寄与していると考えられる。

LDR3.0

次に、厚み0.5mmの薄板を深絞り試験に供し、図7を求めた結果を図6に、絞り
限界絞り比（LDR）

LDR3.2Mg合金薄板の限界深絞り試験品

図8Mg合金薄板の角筒深絞り試験品

試験品の写真を図7に示す。深絞り試験は、パンチ径φ40mmの金型を用い、成形温度を175〜250℃まで変化させて行なった。成形温度200〜9.9250℃で、LDR 3.0〜3.2が得られ、比較的低温で図911.2Mg合金薄板のエリクセン試験品

深絞り性が良好であることが分かる。また角筒形状に深絞りした試験品を、図8に示す。
また、エリクセン試験結果を、図6および図9に示す。エリクセン値は、先端径φ20mmの鋼製の半球を拘束した板に押し付けた場合の押し込み可能深さを示すものである。深絞りと同様に、試エリクセン値10〜11を示し
験温度200〜250℃で、ており、良好な張出し性を有していることが分かる。
NACHI TECHNICAL REPORTVol.

13 B3（3）薄板特性のまとめ機械的性質とプレス成形性の特性をまとめた
結果を、表8に示す。
表8

薄板特性の総括表板厚：1mm

材種

測定
温度

硬さ
耐力 引張強さ 伸び エリクセン（HV） （MPa）（MPa） （％）
値

AZ31

室温
200℃
250℃

60.2−−

22114595267180140185560310114

軽量高成形性圧延薄板「マグネシウム合金薄板」

5. Mg合金の用途
1）用途分野と市場動向（自動車系部品）

Mg合金が鋳造品またはプレス成形品として構造

オイルパン、エンジンカバーといっシートフレーム、部材に使用されている概略の状況を用途分類の形たものについて一部の公的機関とプレス業者にで表9に示す。この中でプレス成形品の採用動向において試作研究が行なわれている。この分野はついて述べる。

中期的取り組みの状況にある。
研究段階であり、適用板材としては、幅350mm以上の中･大型部（電子情報・光学系部品）材が主で、板厚も0.8〜1.5mm程度となっている。

2005年に一部のメーカーでノートパソコンおよびデジタルカメラなどモバイル機器の筐体への（日用品系部品）

Mg合金の採用が開始され、業界としてプレス品アタッシュケースや車椅子部材など軽量化がの採用機運が高まってきている。適用板材寸法は、求められるものにMg合金が実用化されている。

幅350mm以下の小型部材が主であり、板厚は、ヘルメットへの適用も検討され試作段階まできて形状を維持できる最小厚みとして、0.5〜0.6mmいる。この分野の需要量は限定的であり、試作が一般的である。

対 応がやりや す い 。適 用 板 材 は 、幅 3 5 0 〜600mmの中型部材が主で、板厚は0.8〜1.0mmが多い。
表9Mg合金の構造部材としての用途分類
電気機器筐体電子・光学系

構
造材
用
途

一般…薄型テレビ、DVDプレーヤー

OA機器筐体液晶プロジェクター

光学機器筐体デジタルカメラ、VTRカメラ

自動車部材

シリンダーヘッドカバー、トランスミッションケース
ドアフレーム、ステアリング芯金、オイルパン

二輪車部材

ヘルメット、チェンケース

生活用具

チェンソーハウジング、梯子
アタッシュケース 、

運動用具

ゴルフ運搬機
ヘルメット 、福祉機器車椅子、乗降板

自動車

日用品

携帯… 携帯電話、PDA、ノートP/C 、MDプレーヤー：プレス成形採用（Mg合金薄板プレス成形の特長と用途）① 厚み0.5mm以下の極薄肉構造部材（アルミ、プラスチック、紙代替部材）② 自動車関連の大型部材（ボンネット、ドアパネルなど）③ 機能部材（スピーカー、マフラー、カード保護ケースなど）などへの適用と、環境対応材料としてさらなる展開が期待される。
52）代表的用途の具体例（1）ノートパソコンの筐体（4）オイルパン

軽量化を競う状況にあり、上蓋を中心にダイカ自動車のMg部材のプレス成形化という観点

スト法によりMg化が進展している。こうした中で、からすれば、比較的取り組みやすい部材といえる。

一部メーカーがプレス品を本格採用したことで、深絞り性よりも張出し性が問題となる形状である。

プレス品指向が高まっている。プレス化に際しては、

オイルパン（308 × 227 × 40 : 板厚0.8mm）

ボス部に対し成形容易な設計が施されヒンジ部、る。板厚は、0.5〜0.6mmが用いられる。
ノートパソコン筐体（230 × 150 × 3 : 板厚0.6mm）

図13 オイルパンへの適用（5）アタッシュケース
2004年に、軽量化とファッション性の観点で、
図10 ノートパソコン筐体への適用

幅600mm、プレス法により商品化された。板材は、厚み1.0mmの広幅シートが用いられる。

（2）携帯電話の筐体

アタッシュケース（450 × 330 × 105 : 板厚1mm）

ダイカスト法により、Mg化が50%以上に達しているが、プレス法の採用はすすんでいない。小型部材のため、ダイカスト法でも薄肉化が可能で、コスト的にも有利なためと思われる。
携帯電話筐体（127 × 50 × 13 : 板厚0.6mm）

図14 アタッシュケースへの適用（6）ICカードの電磁シールド保護ケース
さらには良紙のような軽さと金属としての強さ、好な電磁シールド性を併せ持つ点を活用して、
図11

携帯電話筐体への適用（3）エンジンカバー

ICカードを悪質なスキミングから保護することを目的に考案・商品化された、持ち運びに便利なカー

スポーツ車への適用ということで試作
高級車、ド収納ケースである。ICカードにジャストフィットする研究が行なわれている。ファッション性の視点もクリップ形状となっており、財布に挿入した形である。広幅シートが用いられる。

使用できる。

エンジンカバー（610 × 520 × 70 : 板厚1mm）
カード保護ケース（55 × 85 × 3 : 板厚0.25mm）

図12 エンジンカバーへの適用
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13 B3

図15 カード保護ケースへの適用
6

（7）二輪車マフラー外筒（8）ヘルメット

軽量かつ、高減衰能を持つ唯一の金属といプラスチックに比べて強度が大きく、耐くぼみう特長を活かして、消音効果と軽量化を狙って性が高いことからヘルメットとして用いられることマフラーの外筒として適用が検討されている。

も考えられている。

二輪車マフラー外筒（φ110 × 380 : 板厚1.0mm）

図16二輪車マフラーへの適用

ヘルメット（205 × 260 × 120 : 板厚0.8mm）

図17ヘルメットへの適用

6. 適用分野拡大と付加価値の向上
マグネシウム合金の本格的な事業化を目指し、レス成形部材（完成品）を軸として、電機・電子、ＩＴ

NACHIと三協立山アルミは、協同で幅広薄板コイ分野をはじめ自動車や産業機械分野において、マルの開発に取り組み、今般、国内最大幅となる薄板グネシウム合金の適用分野を拡大する。

コイルの商品化に成功した。これにより、マグネシウ

アルミ建材分野で培った連続三協立山アルミは、ム部材成形の主流であったダイカスト製法から、より鋳造、押出技術を活かして、マグネシウム押出加工高品位な薄板プレス製法への切り替えが可能になる。

品の製造、販売を強化し、NACHIは、自動車・自動今後、マグネシウム合金の適用分野拡大と付加車部品業界で培ってきた精密成形技術を活かして、価値の向上をねらいに、溶接や表面処理技術の協マグネシウム合金の薄板シートやコイルの供給だけで同開発をすすめ、押出加工品、広幅薄板コイル、プなく、プレス成形部材、完成品の提供をすすめていく。

用語解説※1 電磁シールド性
電子機器の普及に伴い、電磁ノイズによる機械の誤動作が問題となっている。電磁シールド性は電磁波の透過を抑える効果の指標である。一般に金属には電磁シールド性があるが、樹脂にはシールド効果が無いので、金属メッキなどの処理が必要となる。

※4 温間圧延技術
材料を比較的低温（200〜300℃）に加熱制御して圧延する技術。

※2 立方晶金属
金属の結晶構造は主として体心立方晶、面心立方晶、稠密六方晶の3つに分類される。また、金属は3次元的に周期的な配列をした原子の集団（単位構造）からなり、これを結晶構造という。立方晶金属は、その単位構造のそれぞれの軸の角度がα=β=γ=90°である立方軸の長さがa=b=cであり、体の形をなす金属の分類である、立方晶系には体心立方格子（bcc）、面の格子系がある。具体的にはAl（アルミニウム）、Fe（鉄）､Cr心立方格子（fcc）（クロム）､Au（金）､Ag（銀）などがある。

※6 プレスフォージング法
曲げ、絞り、鍛造を同時に熱間で行なう成形加工法で、ボスやリブも同時に加工できる1mm以下の薄肉品量産技術。
（出典：日立金属のHP：http://www.hitachi-metals.co.jp/ ）※5 温間プレス技術
材料や金型を比較的低温（200〜300℃）に加熱してプレス成形する技術。

※3 六方晶金属
六方晶金属は、その単位構造の軸の長さがa=b≠cであり、それぞれの軸、γ＝120°である菱形を底面とする角柱をなす金属のの角度がα=β=90°分類である。Zn（亜鉛）、Zr（ジルコニウム）、Mg（マグネシウム）、Co（コバルト）、Ti（チタン）などがある。

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.13B3June / 2007〈発行〉 2007年6月20日
株式会社 不二越 開発本部 開発企画部
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