JPH02194152A - レーザー鏡用アルミニウム合金素材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザー反射鏡用のアルミニウム合金素材を製
造する方法に関するものである。

［従来の技術］ レーザー反射鏡はコンピューター用データ人力出力装置
（レーザープリンター光デイスク装置など）、価格自動
読取装置（ｐｏｓ）、デジタル・オーディオ・ディスク
（ＤＡＤ）、表面検査装置などに重要な機能部品として
使用されており、その素材としてアルミニウム合金、鋼
、黄銅、ガラスなどが用いられているが、何れも素材の
表面を平滑に加工した後にレーザーに対して高反射率を
有する表面処理を施して使用される。

レーザー鏡として用いるにはレーザー光に対する最終的
な反射率が９０％以上必要であり、このため素材にも出
来るだけ優れた平面精度と低い表面粗さ値が要求され、
またレーザー光を走査手段に用いるための回転多面鏡に
おいては高速回転に耐える機械的強度が求められている
。

このレーザー鏡用素材としてアルミニウム合金を使用す
る場合において、従来は先ず素材を精密研削盤若しくは
精密切削旋盤などによって平面加工を行ない、次いで素
材表面に無電解ニッケルめっきを施し、最後にラッピン
グ加工が行なわれていた。しかしながら、この方法では
素材表面に光沢ニッケルめっき層を形成させるための煩
雑な工程やラッピング工程に非常な長時間を要するため
にコスト高になり、また工程が多段階におよぶために表
面にキズが発生する機会が多くなり、これが製品歩留ま
りを低下させる原因となっていた。

これらの問題を回避する方法として、最近アルミニウム
合金素材をダイアモンド・バイトによって超精密切削加
工した後表面保護処理を行なって製品とする方法が開発
された。この方法によるときは鏡面加工の工程が比較的
単純であるために著しく加工費を節減することができる
が、機械加工されたアルミニウム合金素材の表面がその
ままレーザー光線の反射鏡として使用されるために素材
そのものに対してレーザー光の反射機能に関する高度の
特性が要求される結果となり、めっきとラッピング加工
の組み合わせによる従来の方法において用いられていた
アルミニウム合金素材では側底それらの要求特性を満足
することは困難となってきている。

［発明が解決すべき課題］ 即ち、ダイアモンド・バイトによる超精密切削加工と表
面保護処理との組み合わせによるレーザー鏡の製造法に
用いられるアルミニウム合金素材には次の特性が要求さ
れる。

＋１）ダイヤモンド・バイトによる切削性能が優れてい
ること、即ち刃先の圧縮応力に対して弾性変形量が少な
く、かつ加工変質層が生成しにくいこと。また加工面上
に刃先の跡が筋状に残らないこと。

（２）加１面の表面粗さが小さく、Ｒ１１，が０．０２
μｍ以下であること。このため結晶粒界の段差や介在物
が加工面に残留したり、或いは刃先によって切除された
跡が凹部となって残留してはならない。

（３）加工面の平面度が良好であること、特に平板状の
側面を反射鏡面として用いる回転多面鏡においては、上
下面の平行度が１μｍ以下であることが望ましく、加工
歪が残留しにくい材質であることが必要である。

（４）レーザー光に対する反射率ができるだけ高いこと
、素材の加工面においては少なくとも８７％以上、好ま
しくは９０％以上の反射率が得られることが望まれる。

（５）回転多面鏡用素材としては毎分２万乃至８万回転
という高速回転において面振動、弾性変形若することを
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記の目的達成のためにレーザー鏡用のア
ルミニウム合金の製造方法について、使用合金組成面と
合金加工技術面との組み合わせを中心に鋭意実験研究を
繰り返した結果本発明を完成するに至ったものである。

即ち本発明は、必須元素として重量でＭｇ２゜０〜６．
０％、Ｂｅ０．００１〜０．Ｏ１％を含み、更にＣｕｂ
、０２〜０．２５％、Ｚｎ０．０２〜０．５％のうち何
れか一者又は両者を含み、残部アルミニウム及不び可避
的不純物よりなり、不純物としてのＭｎ及びＣｒが夫々
００３％以下、Ｆｅ及びＳｔが夫々０．０５％以下、Ｔ
ｉが０．０２％以下であり、且つ前記以外の不純物の＋
と強度を有することが必要である。

本発明は上記したような種々の要求特性を同時に満足す
ることの出来るようなし得るようなレーザー鏡用アルミ
ニウム合金素材の製造方法を提供後所定の鋳塊に鋳造し
、次いでこの鋳塊を４００〜５５０℃の温度範囲で２〜
２４時間の加熱処理を行った後、熱間加工終了時の温度
が４００℃以下となるようにして熱間加工を行ない１次
に３０％以上の加工度となるように冷間加工を行ない、
しかる後焼鈍を行なって平均結晶粒度が１００μｍ以下
の素材とすることを特徴とするレーザー鏡用アルミニウ
ム合金素材の製造方法である。

本発明の製造方法によるときは得られたアルミニウム合
金素材はダイヤモンド・バイトによる切削加工性に優れ
、介在物や晶出物を最小限に制御し且つ結晶粒度を調整
したことによって、平滑度に優れ且つ９０％以上の反射
率を得ることができるのでレーザー反射鏡用素材として
使用するのに好適である。

［作用］ 次に本発明のレーザー鏡用アルミニウム合金素材の製造
方法の詳細及び作用について詳細に述べる。

前記した要求特性（２）に示すような良好な表面特性を
得るには粗大な金属間化合物粒子や非金属介在物粒子を
素材中に出来るだけ存在しないようにすることである。

もしもこれらの粒子が存在すると切削後の表面に突起物
として残留したり、或いは切削によって脱落した跡が穴
状の窪みどなって表面に残るためにこの部分でレーザー
光の［Ｌを生ずる。

このような問題に対処するために、（イ）アルミニウム
合金の溶湯を鋳造する前に孔径１０μｍ以下の濾材を用
いて濾過する。このようにすることによって、上記要求
特性を阻害するような非金属介在物の大部分が除去され
る。また（０）不溶性金属間化合物粒子については原料
として使用するアルミニウム合金中に、これを生成する
ような元素の存在を可及的に制限する必要がある０本発
明においては合金中に不可避的不純物として存在する元
素のうちその影響力の大きい元素、即ち鉄及び珪素を夫
々０．０５％以下に、マンガン及びクロムを人々０．０
３％以下に、またチタンを０．０２％以下に制限した。

また要求特性（４）に記した９０％或いはそれ以上の反
射率を得るためには前述したように非金属介在物や金属
間化合物の生成を換力抑制することはもとよりであるが
、更にダイヤモンド・バイトによる切削加工によって生
ずる新生面の鏡面状態が化学的変化によって劣化しない
ようにすることによって一層その効果が確実なものとな
る。即ち鏡面状態の保存は最終的には表面保護膜を形成
させて行なわれるが、一般にはした 切削加工時に新生面が空気との接触を開始下直後から表
面の酸化等による化学的変化が始まるために若干の反射
率の低下が避けられない１本発明者らはこのような変化
を抑止する方法について種々検討を加えた結果、合金中
に少量のベリリウムを添加すると鏡面反射率は一層向上
し、９０％以上の反射率を十分に確保し得ることを見出
した。この場合のベリリウムの添加量は０１００１％未
満では効果が少なく、０．０１％以上添加しても効果の
増大が期待出来ず、従って０．００１％から０．０１％
の範囲が適当である。

所要特性（＋１．（２］および（５）に記したようなダ
イヤモンド・バイトに対する被削性能や残留応力特性及
び高速回転に対する剛性などの機械的強度特性を得るた
めには、通常一般にアルミニウム合金の強化のために採
られる時効硬化による方法を採用せず固溶体硬化による
方法を採用した。

これは時効硬化による方法は高い強度や剛性が得られ易
い反面、時効析出した金属間化合物が素材の反射性能を
著しく阻害する恐れがあり本発明の目的に対しては適切
な強化方法とは言い難いからである。

即ち、本発明においては固溶体強化のとめの元素として
アルミニウム中に２０〜６．０％のマグネシウムを添加
し、更に０．０２〜０．２５％の銅及び０，０２〜０．
５％の亜鉛の何れか一者若しくは両者を同時に添加する
ことによって必要とする被削性能や剛性などの機械的特
性を十分に満足出来得ることを見出した。この場合に添
加するマグネシウムは２．０％未満では十分な強度が得
られ難＜、６．０％を超えるとＡ　１　ｚ　Ｍ　ｇ　ｓ
粒子が生成し易くなること、熱ｎｆＩ加工性が著しく低
下することなどの不都合を生ずる。一方銅及び亜鉛につ
いては５人々その下限の０．０２％未満では十分な強化
効果が得られず、また銅の０．２５％、亜鉛の０．５％
を超えると素材の耐食性低下を招く恐れを生ずる６強化
元素として添加されたマグネシウム、銅、亜鉛は各々均
一に固溶分布していることが必要であり、このためには
合金鋳塊を４００〜５５０℃の範囲の温度で２〜２４時
間の加熱処理を行なうのが有効である。加熱温度が４０
０℃未満であるか、或いは加熱温度が４００℃を超える
温度であっても処理時間が２時間に満たない場合には元
素の均一な固溶分散状態が得られず、一方加熱温度かが
５５０℃を超えるか、若しくは５５０℃以下であっても
処理時間が２４時間を超えるとマグネシウムの酸化が著
しくなり、切削加工面の反射率を低下させる結果となる
ので不適当である。また本発明においては加熱処理を施
した合金鋳塊を熱間加工、冷間加工の順に展伸加工を施
すものであるが、これらの加工処理に当たって熱間加工
終了時の温度を４００℃以下になるように加工温度の調
節を行ない、また冷間加工における加工度を３０％以上
とする。

上記したように各加工条件を限定することにょすること
が出来る。このように素材の結晶粒度を１００μｍ以下
に抑える理由は、結晶粒度が１００μｍを超えるとダイ
ヤモンド・バイトで超精密切削を行なった場合に切削後
の表面における粒界段差が顕著に現われ、その結果良好
な表面精度が（すられ難いからである。

このような結晶粒界の段差は結晶粒の大きさと深く関わ
っていると同時に、同一の圧縮応力に対する素材の弾性
変形ヱや残留応力、或いは加工変質層の生成Ｍなどによ
っても強く影響されるが本発明におけるアルミニウム合
金の組成とその熱処理及び加工条件は、総合的にこれら
の諸問題に対して有効に作用で顕著な効果をＲＮするも
のである。

次に本発明の効果を実施例によって示す。

［実施例１］ 実施例１はレーザー鏡用アルミニウム合金素材の製造に
おいて合金組成の影響を見ろために行なつたものであっ
て、合金素材の製造に当たっては本発明の加工条件を採
用し、合金組成には本発明の合金組成に該当するものと
、それ以外の組成を有するものとを使用した。第１表に
使用合金組成を示す。

第１表に示す組成を有する合金ｌから合金１４まで（合
金番号１〜合金番号５：本発明合金、合金番号６〜合金
番号１４．比較合金）を各々溶解し、これを孔径１０μ
ｍ以下のフィルターを通過させた後、直接水冷半連続鋳
造装置を使用して断面が２７３ｍｍ径の円柱状鋳塊に鋳
造した。

これらの鋳塊に対して各々４８０℃で１２時間の加熱処
理を施し、次いで３８０℃で直径１２０ｍｍの丸棒に熱
間押出加工を行ない、さらに断面縮小率４３％の冷間引
抜きを行なって直径９０ｍｍの丸棒を得た。

このようにして得られた合金素材について、先ず硬さ、
引張り強度５耐力及び伸びなどの機械的性質を測定し、
次に結晶の粒径（最大値）を測定した。またダイヤモン
ド・バイトを用いて精密切笛１碍 削加工を施した面について、表面粗さ、介在物若しくは
晶出物の存在量、刃先の跡やキズ等の条痕の有無、平行
入射可視光線に対する６０°反射率を測定しレーザー反
射鏡としての適正について評価した。

これらの結果について一括して第２表に示したが、本発
明組成の合金（合金番号１〜５）は何れも比較合金（合
金番号６〜１４）に比べてダイヤモンド・バイトによる
切削性に優れ、表面粗さもＲ，、，０，０２μｍ以下の
ものが得られるほか、切削面上に存在する介在物や晶出
物の数も非常に少なく、９０％以上の纒めて高い反射率
を得ることが出来るなどレーザー反射鏡としての優れた
適性が確認された。

［実施例２］ 実施例２においては本発明の組成の合金を使用し、加工
条件について本発明の条件とそれ以外の条件によってレ
ーザー反射鏡用合金素材を製造した場合について、加工
条件の違いによる性能の差を見たものである。

即ち、使用合金として実施例１において用いた本発明組
成の合金、即ち合金番号２及び５の合金を溶解し、孔径
１０μｍ以下のフィルターによる濾過の有無、熱間圧延
加工温度及び冷間圧延加工率などの諸要因が合金板の結
晶粒径やダイヤモンド・バイトによる切削面の表面状況
に及ぼす影響を検討した。（本発明条件：素材番号２−
２及び５−２、比較条件：それ以外の素材番号のもの）
この場合における鋳塊の加熱処理は４８０℃で１６時間
行ない、また冷間圧延板の焼鈍は３８０℃で１時間行な
った。

その結果を第３表に示す、第３表から判かるように本発
明の組成の合金を使用し本発明の条件で製造した素材（
素材番号２−２及び５−２）、即ちＬＯμｍ以下のフィ
ルターによって濾過を行ない、熱間圧延終了温度が４０
０℃以下、冷間圧延率が３０％以上の条件で製造した合
金素材においては、結晶粒径、ダイヤモンド・バイトに
よる切削面における表面粗さ、介在物及び晶出物の存在
状況、刃先跡目及びキズ、６０°反射率等何れの測定値
乃至判定においても優れた結果を示しており、本願発明
による合金素材がレーザー反射鏡用素材として優れた特
性を有するものであることが判かる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の製造方法、即ち特定の合金組
成を有するアルミニウム合金を用いて、特定の熱処理及
び加工条件によって展伸加工を施すときは、得られたレ
ーザー鏡用アルミニウム合金素材はダイヤモンド・バイ
トによる超精密切削加工による切削性能に優れ、表面粗
度、刃先跡目及び表面キズ、６０°反射率、介在物及び
晶出物の有無等何れにおいても、極めて良好な性能を示
しているほか、機械強度や剛性も高いのでレーザー反射
鏡用アルミニウム合金素材の製造方法として優れた発明
であると云える。

特許出願人　日本軽金属株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　必須元素として重量でＭｇ２．０〜６．０％、Ｂｅ０
   ．００１〜０．０１％、を含み、更にＣｕ０．０２〜０
   ．２５％、Ｚｎ０．０２〜０．５％のうちの何れか一者
   または両者を含み、残部Ａｌ及び不可避的不純物よりな
   り、不純物としてのＭｎ及びＣｒがそれぞれ０．０３％
   以下、Ｆｅ及びＳｉがそれぞれ０．０５％以下、Ｔｉが
   ０．０２％以下であり、且つ前記以外の不純物の合計が
   ０．１％以下であるようなアルミニウム合金溶湯を孔径
   １０μｍ以下の濾過材を通過させた後所定の鋳塊に鋳造
   し、次いでこの鋳塊を４００〜５５０℃の温度範囲で２
   〜２４時間の加熱処理を行なった後、熱間加工終了時の
   温度が４００℃以下となるようにして熱間加工を行ない
   、次に３０％以上の加工度となるように冷間加工を行な
   い、しかる後焼鈍を行なって平均結晶粒径が１００μｍ
   以下の素材とすることを特徴とするレーザー鏡用アルミ
   ニウム合金素材の製造法。