マグネシウム合金ダイカストにおける薄肉化技術

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(1)9 2 4. 鋳. 技術報告. 物第 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. マグネシウム合金ダイカストにおける. 薄肉化技術官治一幸*. Th i n W a l lT e c h n o l o 副倒 o fM a g n e s i u r nAll o yD i eC a s t i n g s. K a z u y u k iK a n j i 1.はじめに従来，マグネシウム合金ダイカスト(以下，マグネシ. 。 {+c(均一 T s ) } o e2. t=0.7X. 4 ) .( Tm-Td). …(1). t ;充てん時間(凝固時間)， q;溶融潜熱， c ;溶湯の. ウムダイカストとする)の用途としては，チェーンソー. 比熱， Tm;溶湯の温度， T s ;合金の固相線の温度，. やくぎ打機に代表されるハンドワークツールの部品や，. ρ;溶湯の比重， e ;製品肉厚， ).;溶湯の熱伝導率，. シリンダヘッドカバー.ステアリングホイール等の自動. Td;金型表面温度. 車部品が主力であった.これらの多くは，軽量化を狙っ. ( 1 )式より，凝国時聞に影響する要因は，製品肉厚が. た鉄やアルミニウム合金から材料置換されたものであ. 最も大きい.マグネシウムダイカスト ( AZ9 1D)の場. る.またこれらの部品は，それなりの強度が必要なた. 合，. め，鋳物の肉厚はアルミダイカストと同等で，平均 2 . 5. となる.. m m程度であった.ところが最近，可搬 PC(モーパイ. 2 ( 1 )式は概算で，t =0.005e ( e ;肉厚単位は mm). 製品肉厚を 1mmとすると充てん時間は， 0 .0055と. ル・パーソナル・コンピュータ)の僅体のように，プ. .0315に比べて，極なり，標準肉厚 2.5mmの場合の 0. ラスチックから材料置換されたものは，肉厚が 0.8mm. めて短時間のうちに充てんを完了しなければならない.. 程度で樹脂と同等の機能を満足するため，より一層の薄. ここまでくると現在のダイカストマシンの能力を超えて. 肉化を要求されるようになった.もともと薄肉化が得意. しまう.. なダイカストでも， 1mm以下の肉厚となると鋳造は難. ししミ .. 肉厚については製品設計で決まってしまい， ( 1 )式の中で凝困時間を操作できるのは，金型温度と溶湯温度く. ここでは，マグネシウムダイカストの原材料，金型設計，鋳造，仕上げの各工程の中で，マグネシウムダイカストの薄肉化技術という観点からポイントを述べる.. 2 . 薄肉化への基本的な考え方薄肉化を考えるとき，最も重要なことは，湯流れの問題である. 溶湯は，キャピティを充てんしていく過程で，熱を型に奪われながら移動し，回相率か高くなり，動けなくなった時点で停止する.ここではこの時間を凝固時間と呼ぶことにする.ダイカストは，各種鋳造法の中でも冷却. らいしか残らない. したがって薄肉化への基本的な対応、としては，金型温度と溶湯温度を低下させることなく，短時間のうちにキャピティの充てんを完了することを各プロセスの中で考えることが重要である.. 3 . 具体的な手法 3 . 1 原材料現在 J I Sでは，表 1に示すようにマグネシウムダイカスト用合金として， 3種類 6合金か規定されている. このうち，機械的性質及ぴ鋳造性に優れた MDI1D. 速度が速いので，凝固時聞が非常に短く，通常百分の何. (AZ91D)が一般的に使用されれ圏内では 80%以上を. 秒のレベルである.また，湯口から溶湯が噴出し始める. 占める.今後は，級性の高い MDI2Bや AM50が増え. 持から，最後の溶湯が噴出完了するまでの時間を充てん. てくる傾向にあるが，いずれも MgAlの二元系合金を. 時間と呼ぶ.鋳造の基本は，充てん時間を凝固時間より. 基本としたものである.二元系合金の流動性は，凝固範. 小さくすることが必要条件である. ここでやや古典的ではあるが，実操業値とよく一致している. B e n n e t tの充てん時間(凝固時間)の計算式を ( 1 ). 式として示す.. 囲，つまり液相線と国相線の温度差が大きくなるほど向上する.これは，図 1に示すように Mg-AI系合金は，依頼原稿平成 7年 7月 7日原稿受理噂. (株)メッツ生産技術室.

(2) マグネシウム合金ダイカストにおける薄肉化技術. 925. 表 1 マグネシウムダイカスト用合金地金. (m ぉs %) t 重忽. 化学成分. 記号. F c. Mg. 0 . 0 1以下. 一. 残鼠. 0. 2 5以下. 0 . 0 1以下. 一. 孜. 0 . 0 8以下. 0. 0 1 5以下. 叫 4 以下 o . ∞1以下 o.. 妓~. 0. 15以上. 0. 2 0以下. 0 . 2 5以下. 0 . 0 1以下. 妓~. 0. 2 0以下. 0. 2 7以上. 0. 0 8以下. 0. 10以下. 0.22-. 0.6-. C u. A l. Zn. Mn. S i. 1 1 宝A. MDI lA. 8.5-9. 5. 0. 45-0.9. 0. 1 7以上. 0 . 2 0以下. 0 . 0 8以下. l l i B. MDI lB. 8. 5-9.5. 0. 45-0.9. 0 . 1 7以上. 0 . 3 0以下. l t 主D. MD110. 8.5-9. 5. 0.45-0. 9. 17 以上 0.. 2段 λ. MOl2A. 5.7-6. 3. 0 . 2 0以下. 2 五 : 1B. MOl2B. 5.7-6. 3. 3段 A. MOl3A. 3 . 7 4 . 8. 0 . 4 8. 備考. N i. 一. ∞4以下 o . ∞ 8以下 o . ∞l以下 o. o . ω以下 0.01以下一. m. 銭 l l f > 童生音色. 1 .4. ∞. 量生化防止のためには，ベリリウムの含有量を o . α)Q5-0. 15 %にすることが望ましい. す.その中でも，湯口の位置と大きさの設定は品質を大. WEIGHτPERCENTALUvlI N llM. きく左右する.. 7 0 0 1. 前に述べたように，凝固時間内に充てんを完了するように，湯口の大きさを役定することが必要条件であるが，それだけで，必要十分条件にはならない.洛湯がキャピティ内を最短距離で，滑らかに流れる位置に，湯口を鮫定しなければならない.また，最終充てん箇所には十分な湯だまりを設置し，場合によってはキャピティ内の背圧を小さくする目的で，真空装置を付加することも薄肉マグネシウムダイカストには有効である.以前は金型股針において，湯口の大きさは計算できても，湯口や湯だまりなどの位偉は容易に決めることができなかっ. 副 + ， 1 1 I f(MgI7AII1). た. しかし，最近になってコンピュータによる湯流れ解. A. C E. で設定可能となってきた.. v s. Nt o o. 山. yFX. 岬町帥叩. M O剛 WE崎刊. CRCA. l'. OAOL. ート. 析ができるようになり，ある程度適切な位置が設計時点次に薄肉マグネシヴムダイカストでは，溶湯治、ら金型への熱移動量が少ないので金型の温度が上らない.充て. 20 30 ATOMIC PERCENTALUMINIUvI. 10. 40. 図 1 Mg-AI系状態図. A Iの含有量が増えると液相線温度が低下し，溶湯温度を一定にした場合，過熱上昇分が増えたことによると考. ん時間をかせぐためには，金型温度を高めに誘導する必要がある.このため薄肉マグネシウムダイカストには，金型温度コントロールシステムを設計段階で考慮する必要がある. 3.3 鋳造. A1系合金は，A1の含有量がえられる.したがって Mg-. 金型方案が設定され，金型が製作された後では，鋳造. おおいほど流動伎はよくなる. しかし，鋳造性は材料の. 条件で流動性をコントロールする方法は限られている.. 流動性だけでは評価できないので，参考までに褒 2に各. 最も容易な手段は，充てん時聞を短くするため，射出. 材料の鋳造性等の評価例を示す.. lS規定材の中では薄肉ダイカストの材料としては， ]. MDIDが総合評価としても最も適しているといえる.. 速度を速くすることである.図 2に高速射出速度と流動畏の関係を示す.通常のダイカストマシンが持つ最大射出速度は， 5-6m/s程度であり，この手段にも限界が. 3.2 金型設計. ある.薄肉マグネシウムダイカストでは，マシンを最大. 金型方案は，ダイカストの品質に大きな影響を及ぼ. 射出速度に近い領域で鋳造する場合が多く，この時の湯.

(3) 9 2 6. 物第 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. 鋳. 8 ) 表 2 ダイカスト合金の鋳造性等 (ASTM規格 B94・8. 表性面判気密性. 2 3. MD3A(A : S41A). 4. 2. 2. 3 2. る. 戸ム. す味意を事る. 悪. ，、 e. d守. L F F. ・3. 好. 良性. ス不め一. /. 8 0 0. I j (. a7∞. a. ∞. 艇. 7. ¥. 1 1 1. 、. 書. AZ91. ¥. 。 ". 峨. 丹署. o ・. ADCI2. • I 8∞. 4. 2. l. //. 9 0 0. 強高度温判. 2. 2 2. 2. が理 1 処に等地的旗下ト充のプ. ヵ・たリイわのク. ダじ裟温. 評刷制判. :湯塗高値:. 1 0 0 0. めっき性処表理性面判. 加機工械性. サ'. M DrD(AZ91 D ) MD2s(AM60s). l れ問性書熱. ¥. •、 ¥. ¥ ¥ ¥. ¥. 、、、. ト・. oADCI2. ・. ∞. 6. ∞. 6. AZ 9 1. • 2. 口速度は 100m/s以上に達し，アルミニウムダイカス. ¥. 、、. 、. ∞. 5. 高速射出速度， m /s. 図 2 高速射出速度と流動畏. •. 、. ショット世イムラ汽 s. 図 3 ショットタイムラグと流動長薄肉ダイカストでは，製品肉厚と湯口厚さが同じにな. トじ比べ焼付きにくいマグネシウムダイカストでも焼付. ることが多い. したがって，湯口切断の方法は，プレス. きが発生する.. マ切削による切断が必要となる.. 次にコールドチャンパ方式においては、溶湯温度の低. ダイカストの製造原価に占める仕上げコストは，通常. 下原因となるショットスリープ内での熱損失を極力押え. は低く押えられている. しかし，薄肉マグネシウムダイ. るため，溶湯のスリープ内での滞留時間を短くする必要. カストでは仕上げコストがかかる場合があり，この点が. がある .図 3にショットタイムラグと流動長の関係を示. 大きな問題となることがある.. す.ショットスリープ内での熱損失を少なくする方法としては，セラミックススリープが有効である.. 4 . 応用事例. ( 1 )式から金型温度と溶湯温度を高くするれば，凝固. プラスチック成形品からマグネシウムダイカスト品へ. 時聞がかせげるため有効な手段に思える.しかし，実際. 材料置換された例として，可搬 PCの箆体がある.これ. には金型温度を上げすぎると，製品取られ，ひずみ，ふ. はマグネシウムダイカストの軽量，放熱性，電磁シール. 〈ーれ等の鋳造欠陥が発生する.また.溶湯温度を上げす. ド性などの特性が評価されたことによる.. ぎると溶湯が燃焼し始め，給湯が困難民なるなどの弊害. 4 . 1 可搬 PCの笹体に要求されあ特性. が発生する.. 4 .1 .1 軽量かつコンパクト. 3.4 仕上げ. 可鍛 PCは，持ち運びを前提とした商品であるから軽.

(4) 9 2 7. マグネシウム合金ダイカストにおける薄肉化技術表 3 ハウジング材料の物性比較(代表例) 材. 車ヰ. 1 市強材. 名. ( ma s s%). 一. ABS PC/ABS. 曲げ i l l I 1 性率. 比重. 引張り強さ. ( Gpa). ( M pa). 1 .23. 2.25. 35. 1 .25. 2.53. 60. PC/ABS. GF20. 1 .35. 5.80. 100. PC. CF10. 1 .25. 6.61. 104. マグネシウム. ( A Z 9 I D ). 注) GF:ガラス繊維. 1 .80 CF: 炭素繊維. 45. PC:ポリカーボネート表 4 熱伝導率の比較(代表例). くすることが必要である.また，内部に組込まれる部品. m・"C) 単位:W/(. は， O.lmm単位でパッキングが設計されており，内部容積をかせぐため，雀体の肉厚を薄くすることが重要な課題となっている.この点で比強度の高いマグネシウムダイカストが，表 3に示すように樹脂に比べて強度特性. ABS樹脂製ノートブック PCの笹体肉厚は，. 2.2mm程度であるが，マグネシウムダイカストに置き換えると，その肉厚は O.82mmで樹脂と同ーの剛性が確保でき軽量化と容積増加が実現できる.. 4 .1 .2 放熱性最近の M PUの高性能化に伴い，発生する熱の処理が. PC (GF40%). O .3I. PPE/PA ( CF). O .41. P BT. が優れており製品設計上有利となる. 現在の. 223. 0.25. マグネシウム. AZ91D. 19. アルミ. ADC12. 100. 亜. ZDC2. 1I3. 鉛. り，笹体の製品設計上の注意点、を示す.. 4 . 2 . 1 湯口設置場所の確保. Cでは，喚気ファン問題となってきた.デスクトップ P. ダイカスト化にあたっては，重要な項目として，湯口. によって熱の放出ができるが，可搬 P Cではほとんどす. の設置場所をまず確保する必要がある .プラスチック射. き聞がないほど部品治す詰っているため，強制換気は困難. 出成形と異なり，ダイカストの湯口設置場所は制約され. である.. る.. マグネシウムダイカストは金属であるため，樹脂に比. 可鍛 P Cの形状は，機能的な制約により平たい箱型で. べると褒 4に示すように熱伝導率は数百倍もよく，僅体. ある. しかもアダプタカード，バッテリー，種々のコネ. を通して自然放熱することが期待できる.. クタ類を挿入する関口部が四方にあいている. したがっ. 4 .1 .3 電磁シールド性. て，スライド中子で鋳抜くことが必要なため，ますます. Cは使用する場所が不特定である.そのため，可搬 P. 湯口設置場所が限られてくる.そこで，四方のうち長手. 電磁ノイズの発生源となることと問時に，外郡ノイズに. 方向の側面を湯口設置場所とし，ストレートでシンプル. よる誤動作防止対策が必要となる.従来，樹脂製可搬. な形状にすることを製品設計の段階で考慮する.. PCの電磁シールドの方法としては，雀体をめっきする用法が取られている. マグネシウムダイカスト製箆体は，金属であるためもともと導電体であり，すぐれた電磁シールド性を示す.. 4 . 2 製品設計以上述べてきたように，可徹 P Cの雀体のマグネシウムダイカストへの材料置換は多くの利点がある . しか. 4 . 2 . 2 押出ピン位置の設定薄肉品の場合，製品自体の強度が小さいため，金型から取り出す際の押出ピンを通常に比ぺて増やす必要がある.特にポスやリプは取られやすいので，そういう箇所に重点的に押出ピンを配置する.そのために必要な押出座が，内部挿入部品と干渉することのないように事前に考慮する .. し樹脂の図面でそのままダイカスト品を得ることは難しい.ここでは，薄肉マグネシウムダイカストイヒにあた. これらはほんの l例であるが，極限の薄肉マグネシ.

(5) 9 2 8. 鋳. 物第. 6 7巻 ( 1 9 9 5 )第 1 2号. ウムダイカストを製造する場合，ダイカスト用に製品形. イズで1.1mm，A4サイズ1.3mmといったところに. 状まで考えた製品設計か3 重要である.そのために完成品. ある .現有ダイカストマシンの能力からするとほぼこれ. メーカ(設計部門)と部品メーカ(製造部門)が，密接な協. が限界と思われる.さらなる薄肉化をめざすには，より. 議を行いながら進めることがより一層重要となってく. 速い射出能力を持つダイカストマシンの開発と，より断. る.. 熱効果の高い離型剤の開発が待たれる.. “何 mmまで薄肉化できますか"という質問をよく受ける.実際には，薄肉化のポイントは製品設計を行う側にもあることを十分認識する必要がある .. 5 . おわりに残念ながら現時点では，ユーザの望む肉厚まで薄くすることは達成できていない.現量産品の肉厚は， B5サ. 文献 1 ) 菅野友信，植原寅蔵;アルミニウム合金ダイカスト/その技術と不良対策 ( 1 9 8 8 )2 6 2 2 ) 軽合金鋳物・ダイカストの生産技術 ( 1 9 9 3 )3 3 5 3 ) 樋口和夫;コンピュータ機器へのマグネシウムの利用(マグネシウムマニェアル)( 1 9 9 5 ).

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