JPH0122343B2

JPH0122343B2 -

Info

Publication number: JPH0122343B2
Application number: JP3246681A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Sekiguchi; Shinji Fukuda
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1981-03-09
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1989-04-26
Also published as: JPS57149445A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はVTRのテープ接触部品用のアルミニ
ウム合金に係り、磁気テープと直接々触する固定
または回転する案内ドラム等に好適なアルミニウ
ム合金に関する。 VTR（ビデオテープレコーダー）は磁気テープ
に映像信号を磁気記録、再生する回転磁気ヘツド
部と、磁気テープを安定に走行させるための静止
または回転するテープ案内ドラムから構成されて
いる。これらの回転磁気ヘツド部あるいはテープ
案内ドラムの如く磁気テープと直接々触する部品
は磁粉を付着したテープ面を損うことなく安定し
たテープの走行を保持するうえで極めて重要な機
能を果すことが知られており、再生映像の精度
（映像の鮮明度、色むら等）を向上するため、磁
気テープ接触部品材料の改善が強く要望されてい
る。上記した磁気テープ接触部品材料に求められる
性質としては、(1)耐摩耗性、被削性（切削仕上り
面の平滑性）に優れ、必要な機械的強度を有する
ことはいうまでもないが、(2)テープとの動摩擦係
数が小さく、テープのはりつき現象を起さないも
のであることのほか(3)環境条件（温度、湿度等）
に対する適合性が最近とくに望まれるようになつ
てきた。高温高湿下においてもVTRの当初の性
能が発揮されるためには、まず熱膨張係数が小さ
く、そのオーダーがテープに近い材料が理想的で
ある。両者の熱膨張係数の差異が大きいと、温度
変化によつて接触面にラツプアングルが生じて映
像がずれる原因となり、テープの接触面圧が変り
動摩擦係数が変化するためテープの走行を不安定
にする。一方、高湿度下ではテープと接触部品の
面間の破水性が問題となる。即ち、両面間に充填
された水膜が形成され摩擦抵抗や凝集力によつ
て、テープのはりつきや滑りが生じ、テープ走行
が不安定になる。このような現象は接触部品面の
液の濡れ性と関係があり、液の接触角が小さい材
料からなる部品面ほど破水性が良く望ましい材料
である。従来VTRのテープ接触部品は、表面にCrハー
ドメツキを施した銅合金、オーステナイト系
SUS材、セラミツクコーテイングやアルマイト
被膜を施したアルミニウム鋳物材等が使用されて
いたが、最近では例えば(イ)特開昭53−93807、特
開昭54−164110或は(ロ)特開昭52−89512に開示さ
れるような主として過共晶Si域の主として耐摩耗
性に重点をおいたAl−Si−Cu−Mg系合金、(ハ)特
開昭54−153715、(ニ)特開昭55−11118の提案にみ
られるような主として被削性に重点をおいたAl
−Cu−Mg系合金が使用されるようになつてい
る。Al合金が軽量かつ加工性に優れ非磁性であ
る点でVTRのテープ接触部品材料としては総体
的には他に見られない適合性があるが、この種材
料に求められる前記の如き多くの特性を兼備した
Al合金材料は意外に得難い。上記(イ)のAl−Si−Cu−Mg系合金は、本来の優
れた耐摩耗性及び機械的強度を損うことなく、こ
の種の系の合金としては格段と優れた快削性を具
備させた点でVTRのテープ接触部品用に好評価
が得られてはいるが、硬質の初晶Si粒子が剥離し
て磁気テープを損傷することがあるのが難点であ
る。また切削加工時の切削刃の寿命短縮、加工面
の表面粗さ、仕上寸法精度等において必ずしも充
分でないところがある。上記(ロ)は過共晶Si域のAl−Si−Cu−Mg系の鋳
物用合金であつて、金型または砂型鋳物をもつて
テープ接触部品を製作するものであるが、かかる
合金は共晶組織におけるSi結晶の粒径が大きく、
快削性を期待することは困難である。上記(ハ)及び
(ニ)はいづれも鍛造または押出し等の塑性加工を経
て成形される快削性に優れたAl−Cu−Mg系合金
材であり、テープなじみ性に優れた材料ではある
が、Al−Si系に比し耐摩耗性、仕上げ面粗度、
および破水性に劣るのが難点である。本発明者等は上記したような現状に鑑み、
VTRのテープ接触部品用として求められる多面
的な特性をより一層兼備した実用性の高いアルミ
ニウム合金を開発することを技術的課題として
種々研究の結果、本発明に到達したものである。即ち、本発明の目的は、(1)耐摩耗性、快削性と
いう本来合金材では相反する性質を兼備し、か
つ、VTRテープ接触部品として充分な強度特性
を有し、かつ(2)テープとの動摩擦係数が小さく、
かつ破水性に富む仕上り部品面を形成する特性の
ほか(3)機械加工仕上げ面粗度が良く、また(4)鍛造
加工性に優れ、加工コストの低減をも図れるアル
ミニウム合金を提供することである。かかる目的
は１）重量でSi4.0〜8.0％、Cu1.5〜7.0％、
Mg0.6〜2.0％とFe0.1〜2.0％、Mn0.2〜3.0％を
含み、残部が不可避的不純物を含むAlからな
るVTRテープ接触部品用アルミニウム合金お
よび２）重量でSi4.0〜8.0％、Cu1.5〜7.0％、
Mg0.6〜2.0％、Fe0.1〜2.0％、Mn0.2〜3.0％と
Cr0.1〜0.4％、Co0.1〜0.4％、Zr0.05〜0.2％、
および稀土類元素0.05〜0.2％の群から選ばれ
た少なくとも１種以上を含み、残部不可避的不
純物を含むAlからなるVTRテープ接触部品用
アルミニウム合金。によつて達成することができる。以下、本発明の合金の組成範囲について説明す
る。 (1) Si：Al−Si共晶組織からなる素地を形成し、
本願発明の他の構成元素との相剰作用を果しつ
つ、主として合金に耐摩耗性、低熱膨張性を賦
与するほか、テープ接触面の破水性を向上する
元素である。Siが4.0重量％未満では耐摩耗性
が不充分であり、また8.0重量％を超える領域
では共晶Si量が減少し、初晶Siの析出がはじま
り、特にCu、Co、Mn、Zr等の元素が共存す
るとこの析出が促される。合金組織中に痕跡の
初晶Siを含まない均質な共晶組織を基地とする
ところが本発明合金の特徴的要件の一つであ
る。テープ接触面の破水性はとくにSi：5.0重
量％以上で向上するが組織中に析出存在するSi
の第二相粒子即ちMg₂Si、Al−Fe−Si系の金
属間化合物も、破水性を良くする効果があり、
これらの総合的効果を評価すると、Si含有量は
５〜６重量％がより好ましい範囲である。 (2) Cu：合金素地の強度を高め、かつ被削性を
良くする元素である。1.5重量％未満では被削
性が不充分であるほか、熱処理してもなお引張
り強度、耐力等が充分でない。また7.0重量％
を超えると、Siの共晶点低下をもたらすので好
ましくなく、また合金塊（後述するように実用
上、連続鋳造塊）の鋳造性、特に熱間割れを起
し易い弊害があり、良質な合金塊の安定した製
造を阻害するようになる。これらの諸点を総合
してCu含有量は２〜5.5重量％の範囲が一層好
ましい。 (3) Mg：合金の機械的強度、特に耐力向上に寄
与しこの系の合金熱処理性を向上するほかCu
との相剰的効果によりその被削性を一層確実に
する。そのほかSiとの相剰効果として、過剰の
SiをMg₂Siとして析出せしめ、これによつて破
水性を向上しまた合金に適度な硬度を賦与する
ほか耐食性を増進する。Mg含有量が0.6重量％
未満ではMg₂Siの析出が不足し、上記したよう
な効果を奏しえない。またMg含有量が2.0重量
％を超えると鋳造性が悪くなり、均質な合金塊
が得られなくなる。Mgの最も好ましい範囲は
0.8〜1.5重量％である。 (4) Fe、Mn：本発明合金はFe、Mnの双方を特
定量添加含有せしめることを必須要件としてい
るが、この目的は、合金組織中にAl−Fe−
Mn、Al−Si−Fe等の第二相粒子を析出せしめ
これらFe、Mnに係る第二相粒子の存在によつ
て、初晶Siの如き高硬度、高耐摩耗性結晶粒子
の不在を補う効果をねらつた特徴的構成元素で
ある。これによつて合金の被削性を損うことな
く、耐摩耗性、テープとの動摩擦性が賦与さ
れ、Fe含有量は、0.1重量％未満では事実上効
果が顕現されず、また2.0重量％を超えると過
剰にAl−Si−Fe相粒子が析出し、合金の強度
を損い、かつ耐食性が劣化するようになる。
Mnの含有範囲もFeとほぼ同様の限定理由によ
るが特にMnの場合は鋳造性悪化、結晶粒の過
剰の粗大化が起るので3.0重量％を超える添加
は良くない。Fe、Mnを併用すればFe単独の欠
点である耐食性、および伸びの低下等の害を防
止する効果があり、Fe0.8〜1.5重量％とMn1.8
〜2.5重量％の範囲の共存がより好ましい。 (5) Cr、Co、Zr、稀土類元素：本願特定発明は
上記した共晶Si系のAl、Si、Cu、Mg、Fe、
MnからなるVTRのテープ接触部品用として必
要な多面的な特性を具備した調和のとれた合金
であるが、本発明者は、これに更に少量の選択
元素即ちCr0.1〜0.4重量％、Co0.1〜0.4重量％、
Zr0.05〜0.2重量％、および稀土類元素0.05〜
0.2重量％の群から選ばれた少なくとも１種以
上を添加含有せしめることにより、一層改善さ
れた効果を奏しうることを見出し、本願第二発
明に到達したものである。即ち、上記の元素は
いづれもその量的範囲において合金の組織を一
層微細化し、特に共晶Si相を積極的に形成させ
る効果があり、合金組織を微細均質化せしめ、
切削加工後のテープ接触面の一層の緻密平滑化
をもたらし、テープとの動摩擦性、破水性の向
上に貢献する。ここで稀土類元素としてはCe、
Ｙ、等の複合合金であるミツシユメタルが実用
上適している。本発明合金からなるテープ接触部品を製造する
場合、その出発素材は前記引例の如き砂型、金型
の鋳物よりはむしろ、冷却速度の大きい直冷連続
鋳造法によつて製造される長尺鋳塊を鍛造手段に
より塑性加工し、ついで機械的切削手段により成
形仕上げされることが最も望ましい。この場合さ
きに本発明者等が発明し、本出願人が出願中（特
願昭54−143240）の鍛造用アルミニウム合金の製
造法を適用して、冷却速度（連続鋳造時の固液界
面の冷却速度）を25℃／秒以上に保持（特に直径
100mm以下の細径ビレツトがこの条件にふさわし
い）すれば、鋳造性は極めて向上し、長尺鋳塊を
押出し加工することなく直接鍛造加工しうるよう
になり生産性を向上しうるほか、合金塊の組織が
著しく微細化し、かつ金属間化合物からなる第二
相粒子が細かく均一に分散している。このため高
強度で耐摩耗性に富み、加うるにVTRテープ接
触部品として要求される緻密平滑な面いわゆる鏡
面仕上げ加工後の表面粗度は極めて優れたものと
なる。一般にダイヤモンド切削刃を有する切削工具等
による金属の鏡面仕上げ加工のような精密仕上げ
面が要求される場合、合金塊の組織まで調整する
必要があることが知見されており、上記したよう
な本発明合金の細径長尺鋳塊はかかる要請に適合
する。まさに理想的な合金材料である。しかし本願発明の合金材は上記したような連続
鋳造塊に限定されるものではなく、金型、砂型、
ダイカスト等の鋳造法によつて成形造塊し、これ
をそのまま又は熱、冷鍛造加工を加えた後、切削
成形加工してVTRテープ接触部品を製造しても
従来の合金材に比し本発明の特徴的効果は充分発
揮されるものである。以下実施例にもとづいて本発明を説明するが、
その要旨の範囲内で以下の実施例に限定されるも
のではない。実施例および比較例第１表に実施例および比較例の合金組成を示
す。該表に示した合金材No.１〜９およびNo.12〜No.
14は冷却速度28℃／秒に保持された垂直半連続鋳
造法により、直径68mmの円柱状長尺鋳塊に製造し
たものであり、得られた鋳塊の内部組織中の第二
相粒子は微細かつ均一に分散されていることが認
められた。また該表に示した合金材No.10、No.11、およびNo.
15、No.16は、金型鋳造によつて円柱状に造形して
得られたものであり、前記の他の合金材に比し、
その組織、および第二相粒子は粗くなつている。上記の鋳塊をいづれも480℃において１時間均
質化熱処理を施した後、ピーリング機により、表
面鋳皮を切削除去して合金材とした。（第１表の
組成はかかる合金材の分析値）上記合金材より試
片を直接切削成型し、または冷間鍛造成型後に切
削成型し、特性試験を行なつた。引張強度、耐力、伸びの試験には鋳塊をT₆熱
処理（505℃×３時間加熱後、水冷焼入れ、つい
で170℃×10時間の人工時効処理）を加えた後試
片を作成した。一方、表面粗さ、耐摩耗性、テー
プ走行性、動摩擦係数の試験については鋳塊を第
１図に示す如きVTRテープ回転ドラムの形状に
冷間鍛造成形し、然るのちT₆熱処理（上記と同
一条件）を施し、ついでダイヤモンド切削刃を有
する切削工具により、切削して鏡面仕上げ加工を
行ない供試した。

【表】

【表】第２表はこれら試片の特性値を示す。試験方法
の概要は下記のとおりである。イ）表面粗さ：冷間鍛造後、T₆熱処理し上記
切削仕上げ加工後に仕上げ面を表面粗さ計によ
り測定した。ロ）比摩耗量：大越式摩耗試験機により摩擦速
度3m／秒、荷重18.9Kg、摩擦距離600m／秒で
試験を行なつた。ハ）テープ走行性：1500時間VTR用磁気テー
プを走行させたのち再生映像の安定性を市販の
VTRにより試験を行なつた。ニ）動摩擦係数：市販VTRと同様の走行方法
で供試片の片方には50gの（Wp）逆張力を負
荷し、18.0cm／秒の速度で磁気テープを供試片
上を走行させ、負荷と相対する片側で作用荷重
（W_T）を測定し、これにより動摩擦係数を測定
した。第２表に端的に示される如く、鍛造加工性の指
標となる絞りと伸びに優れ、テープ接触部品用と
して充分な強度を有し、かつ極めて優れた表面粗
度、耐摩耗性、テープ走行性、動摩擦係数等
VTR接触部品用材料として好適であることが認
められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明合金の冷間鍛造成形による試
片の形状および寸法を示す縦断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量でSi4.0〜8.0％、Cu1.5〜7.0％、Mg0.6
〜2.0％、Fe0.1〜2.0％、Mn0.2〜3.0％を含み、
残部が不可避的不純物を含むAlからなることを
特徴とするVTRテープ接触部品用アルミニウム
合金。２重量でSi4.0〜8.0％、Cu1.5〜7.0％、Mg0.6
〜2.0％、Fe0.1〜2.0％、Mn0.2〜3.0％と、Cr0.1
〜0.4％、Co0.1〜0.4％、Zr0.05〜0.2％、および
稀土類元素0.05〜0.2％の群から選ばれた少くと
も１種以上を含み、残部不可避的不純物を含む
Alからなることを特徴とするVTRテープ接触部
品用アルミニウム合金。