難燃性マグネシウム合金押出製品（商品名：ノコマロイ） (PDF:330KB

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難燃性マグネシウム合金押出製品
Non-combustible Magnesium Alloy Extrusions
（商品名：ノコマロイ）
上田 光二
経営管理室 難燃性マグネシウム事業化プロジェクト
１．はじめに
要約
軽量で強度が強く、リサイクル性に優れた地球環境に優
近年、地球環境保護や温暖化対策から、軽量性とリサ
しい金属として注目を集めているマグネシウム合金を応
用し、構造材料として使用可能な難燃性マグネシウム合
金押出製品の実用化・製品化に成功し、鉄道車両用材料
燃焼試験で「不燃性」の認定を取得したので、その材料
特性、周辺加工技術、現状の実用化製品例等を紹介する
イクル性に優れたマグネシウム合金が注目され、携帯機
器（携帯電話、ノートパソコンなど）や自動車等の輸送
機器において実用化が進んできている。しかし、マグネ
シウム合金は非常に活性で燃えやすいために、製品とし
て使用するのに適していなかったり、成形や後加工に特
とともに、将来の展開について紹介する。
別な設備や安全管理を行う必要がある。
そこで、
（株）ケーエステクノス・アルミ事業部では活
性な性質を抑えた難燃性マグネシウムに着目し、独立行
政法人・産業技術総合研究所と共同研究「難燃性マグネ
シウム合金の熱間押出形材の製造に関する研究」を行い、
構造材料として使用可能な難燃性マグネシウム合金押出
製品の実用化・製品化に成功した。
２． 難燃性マグネシウム合金
難燃性マグネシウム合金は、通常のマグネシウム合金に
＜参考文献＞
１）上野英俊・坂本満他「難燃性マグネシウム合金の開発」
まてりあ 第39巻（2000）
２）軽金属協会「アルミニウム技術便覧」カロス出版（1996）
３）
（社）日本アルミニウム協会「アルミニウム統計表」
（平成
15年暦年）
４）日本マグネシウム協会「日本マグネシウム協会統計」
（2004）
５）小濱泰昭協力「浮上走行する高速列車エアロトレイン」
Newton12月号（2002）
６）東北大学・流体科学研究所・小濱研究室ホームページ
http://www.ifs.tohoku.ac.jp/kohama-lab/top-j.html
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図１ Ｃａ添加量と発火温度の関係
カルシウムを添加することにより発火温度を２００∼３００℃
上昇させている。
図１はカルシウム添加量の異なるマグネシウム合金
（ＡＺ９１：アルミニウム９％、亜鉛１％、残りマグネシウ
ム）を１０００℃の電気炉に入れ、その燃え出す温度を示し
Ｍｇ
Ｍｇ５Ｃａ
図２ ＭｇおよびＭｇ５Ｃａの表面酸化物組織
たもので、通常のマグネシウム合金（カルシウム添加量
が０％）では４００℃を少し超えたあたりから発火するが、
図３ 形材
図４ 板 材
２％カルシウム添加のマグネシウム合金では発火温度が
１）
７８０℃以上になっていることが分かる。
表現を変えれば、通常のマグネシウム合金は溶解温度
領域で発火するが、難燃性マグネシウム合金は溶けて液
体の状態になってもすぐには発火しない。
これは、通常のマグネシウム合金は多孔質の酸化マグ
ネシウム皮膜に覆われているため酸素の供給を遮断でき
ないのに対し、難燃性マグネシウム合金では６∼２０nm
（ナノメートル＝１０億分の１メートル）という極めて薄く、
緻密で平滑な酸化カルシウム皮膜に覆われているため、
その保護作用により酸素と遮断され、発火しにくくなる
図５ 棒 材
図６ 管 材
ことによる。通常のマグネシウム合金と難燃性マグネシ
ウム合金の表面組織を図２に示す。１）
３．難燃性マグネシウム合金押出製品
難燃性マグネシウム合金を押出加工した押出製品の一
例として、形材（図３）
、板材（図４）
、棒材（図５）
、管材（図
６）
、線材（図７）をそれぞれ示す。形材の形状・サイズ限
界を見極めるには、個別に細部の検討が必要であるが、当
社では直径１４０mmの外接円に収まる中実材や中空材が
一般的に生産可能である。また、板材は最大幅１８０mm×
板厚１mmや最小板厚０．
６mmの供給実績がある。また、
図７ 線 材
線材では最小径３．
２mmの供給実績がある。
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４．鉄道車両用材料燃焼試験
近い将来、鉄道車両部品や車両構体へ適用することを
視野に入れて、
（社）日本鉄道車両機械技術協会において、
板厚０．
８mmの難燃性マグネシウム合金押出製品を供試
体として、鉄道車両用材料燃焼試験を受けている。判定
は「不燃性」の区分を取得している。
（試験番号：車材燃
試１５-１８９Ｋ）
５．周辺加工技術
図８ パイプのＴＩＧ溶接
５．
１ 接合
接合は、ＦＳＷ（摩擦撹拌接合）
、レーザー溶接、ＴＩＧ
（タングステン イナート ガスシールド）溶接の３種類の
接合実績がある。外径２０mm×肉厚１．
５mmの難燃性マ
グネシウム合金パイプ材を突き合せて同じ材質の溶接棒
を用いて全周を電流値４０Ａの交流電源でＴＩＧ溶接したも
のを図８に示す。今後は用途を特定した上で、開先形状
や溶接条件による継手効率の評価を深めていくことがテ
ーマのひとつである。
５．
２ 切断
溶けてもすぐには発火しないという難燃性能を生か
図９ パイプの冷間曲げ
し、中空形材の板厚１．
２mmを出力４ｋＷの炭酸ガスレー
ザー切断機を使用して、高圧窒素をアシストガスとし、
出力３．
８ｋＷ、切断速度８m／分で量産品を切断している。
５．
３ 曲げ
難燃性マグネシウム合金は通常のマグネシウム合金と
同様に結晶が最密六方晶構造であり、常温下では加工に
よるすべり面をひとつしか持たないため、曲げ加工が難
しい金属である。しかし、事前に所定の熱処理を行えば
パイプベンダーを用いて冷間で曲げ加工が行える。外径
図１０ 多軸ヘッド
２０mm×肉厚１．
５mmの難燃性マグネシウム合金パイプ
材を、パイプ中心線の曲げ半径８０mmの条件で、出力
１４０kg／ｃｍ２のパイプベンダーを用いて曲げたものを図
９に示す。
立つため開示する時期を指定されることが多い。以下に、
開示の許可を得ている製品の例を示す。
６．実用化製品
６．
１
高速道路ＥＴＣ遮断機の阻止棒
高速道路のＥＴＣ遮断機に取り付けられている阻止棒の
押出品という素材供給の立場上、エンドユーザ様の最
骨材に難燃性マグネシウム合金押出製品が多く使われて
終製品は開示されなかったり、競合企業に対して優位に
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いる。アルミニウム合金製に比べて重量面で優位であり、
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Ｃ-ＦＲＰ
（カーボン繊維強化プラスチック）製に比べて価
格的に優位である。実際に、開閉速度をご覧いただけれ
８．まとめ
ば、レーザー切断加工で押出品をさらに軽量化している
難燃製マグネシウム製の骨材の優位性を理解していただ
長期的には、２０２０年にアメリカで運行が計画されて
けるであろう。
いる「エアロトレイン」
（三方が固体壁面に囲まれた凹型
６．
２
のガイドウェイ内を高速浮上走行する新交通システム）
多軸ボール盤の多軸ヘッド等
自動車関連の製造ライン内に配置された多軸ボール盤
（図１１）のプロジェクトで、機体に難燃性マグネシウム
の多軸ヘッドやバリ取り機ヘッドのハウジングに、難燃
合金の採用が構想されている５）６）ことを励みに、ケーエ
性マグネシウム合金押出製品が採用されている。
（図10）
ステクノスの押出技術や近畿車輌グループの周辺技術を
ロボットハンドに持たせて振り回す場合や、人手で着脱
蓄積し、関係先を含めた押出製品トータルのコスト低減
する場合に要求される軽量化に効果がある。また、ハウ
を進めていきたい。
ジングの加工には旋盤での仕上加工があり、難燃性能が
通常のマグネシウム合金に比べて優位性を持っている。
７． 今後の展開
現在の軽金属の雄であるアルミニウム合金の工業的生
産が始まってから１００年あまりであるが、その間に時効
硬化型合金、組織制御技術、分散強化合金、複合材料等
が開発され２）、用途にあった合金がリーズナブルな価格
（一部業界では値崩れを起こしている側面もある）で市場
図１１ エアロトレインイメージ図
（東北大学HPを参考に当社で作図）
に提供されるようになっている。特に、１９６０年代より
サッシなど土木・建築用を中心にアルミニウム合金押出
材の生産が急増し２）、近年の国内生産量はアルミニウム
合金全体で４００万トン／年間に達している。３）
一方、マグネシウム合金はまだ基本となる合金が開発
された段階で、国内総需要量は４万トン強／年間（アルミ
ニウム合金の１％）であり、その中でも押出材等の展伸材
は８００トン程度（マグネシウム合金全体の２％程度）であ
る４）。
しかし、今後はアルミニウム合金の開発に要した期間
よりもさらに短い開発期間で４００ＭＰａの高強度を有する
合金、２００℃程度の高温下でも強度を有する合金、熱処
理することにより６００ＭＰａの強度をもつ合金が開発され、
それらの合金に対応した各難燃性マグネシウム合金も開
発されていくものと考えている。
現在は、重量がアルミニウム合金の３分の２で、ＦＲＰ
と同程度という軽量面の特徴を生かした用途で押出製品
が採用されているが、高温強度の実現により輸送機器の
内燃機関への適用にも道が開け、時効硬化の実現により
航空機への適用にも道が開けてくると考えている。
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