JPH0264502A - 鏡面を有する精密部材の製造法 - 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、高い形状寸法精度を有し特に表面粗さの小さ
い鏡面を有することを要求される精密部材、例えば磁気
ディスク、金型、反射ミラー等の新規製造法に関する。

（従来の技術） この種の鏡面を有する精密部材は、従来技術では次のよ
うにして製造される。

アルミニウム合金磁気ディスクを例とすると、（ｉ）第
６図（イ）のように、所定組成のアルミニウム合金溶湯
（ａ）から連続鋳造によって鋳造素材（ｂ）を作成する
。この鋳造素材（ｂ）の組織は、溶湯が鋳型（Ｃ）の表
面に接して冷却される部分から凝固を開始するので、外
表層には鋳造方向に対し直角に発達した柱状晶（ｄ）が
生じている。

（ｉｉ）鋳造素材（ｂ）の表面を切削し表層の偏析層を
除去して手入れする。

（ｉｉｉ）この手入れ鋳造素材を、第６図（ロ）のよう
に熱間で粗圧延し、さらに第６図（ハ）のように熱間で
仕上圧延して、厚さ２〜３薗の所定厚さの板材（ｅ）と
する。圧延後の板材は種々の方位をもつ結晶粒の集合体
からなる組織となる。

（ｉｖ）第６図（ニ）のように板材から所定の形状精度
の円板素材（ｆ）を打抜く。

（ｖ）円板素材に歪を除去する熱処理を施す。

（ｖｉ）歪除去円板素材の円板面に、ダイヤモンドバイ
トによる超精密切削による鏡面加工を施す。

精密部材が反射ミラーの場合、上記と同様な工程を経て
、ミラー面は超精密切削により鏡面加工される。

精密部材が金型の場合、鋳造、熱処理された金型素材の
型面がラッピング、ボリシング等の鏡面加工法によって
鏡面仕上げされる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の従来技術の工程により製作された鏡面を有する精
密部材は、所定の寸法精度にまで加工された加工素材の
組織が任意の方位を持つ結晶粒の集合体、すなわち多結
晶体であることに基づいて、鏡面加工した表面は第７図
写真図に示すようになり、結晶粒界が明確に認められ、
この粒界に段差が生じ、段差は０．０２〜０．０３μｍ
にも達する。

超精密切削、ラッピング、ポリシング等の鏡面加工方法
に種々の工夫を加え、電解複合研磨する等しても、鏡面
の表面粗さをこの粒界段差より小さくすることは従来で
きていない。

これは粒界を挟む結晶粒に方位差があって各結晶粒の変
形能が異なるため、加工感受性の差によって粒界段差の
影響を受けないようにすることが事実上不可能であった
ことに因ると考えられる。

他の製作法として、種々の方位を有する結晶粒の影響を
受けないようにするという立場からは、単結晶の素材を
用いることが考えられるが、機械的強度が低下し、コス
トも割高になる等、新たに解決を要する多くの問題が生
ずる。また非晶質コーティングにより素材の結晶面を覆
うことも考えられるが、この目的の非晶質メツキは耐熱
性に欠け、さらに硬度が高いために工具の摩耗が著しく
形状精度が出にくい等の問題が別に生ずる。

一方、鏡面を有する精密部材の用途の面からすれば、磁
気ディスクの場合、表面粗さの小さいほうが記憶密度が
向上することが知られている。金型の場合には、粒界段
差が製品に転写されることが問題となる。また反射ミラ
ーの場合には、乱反射の原因となる可能性があることに
問題がある。これらの要求に対し素材の結晶粒界段差の
影響をできるだけ受けないようにして鏡面の表面粗さを
さらに小さくすることが望まれる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来技術の製作法からする鏡面の表面粗さの
限界を克服して鏡面を有する精密部材の機能を向上させ
るためになされたものであって、一方向凝固組織を有す
る鋳造素材を作成し、これに許容される程度に小さい加
工度の塑性変形加工を含む加工を施して成品精密部材の
形状、寸法精度の加工素材とし、のち所定面を鏡面加工
して仕上げるようにする。

すなわち工程順序を逆にして言い換えると、成品精密部
材に基づいて鏡面加工を行いうるまでに精密部材の形状
、寸法精度を有する加工素材を鋳造素材か、らつ（るに
は、その間に必要とするだけの熱間、冷間の塑性変形加
工、切削、研磨、打抜き等の機械加工、歪取り焼鈍等の
熱処理を加えるが、そのうちに含まれる塑性変形加工は
一定程度以下に留めるものとし、またそれに適合するよ
うに一方向凝固組織を有する鋳造素材の形状を与えるよ
うにする。こうして−連の製作方案を策定し、施工条件
を決定して加工工程数が最小限であるようにする。

このようにすれば、表面粗さが０．０２μｍ　Ｒｍａｘ
より小さい鏡面を有する精密部材が新たに得られる。ま
たそのためには前記の塑性変形加工度は全加工率で５０
％以下に留まるようにするのがよい。

精密部材が平面の鏡面を有する磁気ディスク、反射ミラ
ーのような板材の場合は、塑性変形加工として加える熱
間あるいは冷間の圧延の全圧下率が５０％以下であるよ
うにする。

すなわち、本発明の鏡面を有する精密部材の製造法は、
構成としては、所定組成の合金溶湯から一方向凝固組織
を有する鋳造素材を作成しこの鋳造素材に低加工率の塑
性変形加工を含む加工を加えて所定の部材形状の加工素
材とし、この加工素材の所定面に鏡面加工を施すことを
特徴とする。

（作　用） 本発明方法によると、一方向凝固組織を有する鋳造素材
は、所要寸法精度を有する精密部材に賦形する過程で各
種加工を施しても、塑性変形加工を５０％以下の程度の
低加工率に留める限り、結晶粒組織は変化しても結晶粒
相互間の方位の変化は殆どなく、もとの方位性は維持さ
れるので、種々の方位を有する結晶粒の集合体になるこ
とはない。従ってこれにダイヤモンドバイトによる超精
密切削等による鏡面加工を施した場合に、結晶粒毎の加
工感受性の差、従って結晶粒界段差は生じても僅かとな
り、表面粗さが０．０２μｍ　Ｒｍａｘより小さい超鏡
面を得ることができる。

鏡面加工法として、前記の他、電解複合研磨、ラッピン
グ、ボリシングを用いてもこのことには変わりはない。

製作された表面粗さの小さい鏡面を有する精密部材は、
磁気ディスクであれば従来より記憶密度が高いという作
用を発揮し、金型′、反射ミラーでも従来の問題点が軽
減、解消されるという作用をする。

（実施例） （Ｉ）ｌ気ディスク（Ａ） 第１図の装置を用い、その黒鉛内面の鋳型（１）内に開
口側をホルダ（２）で閉じて磁気ディスク材料のＡ　ｆ
ｆ１−Ｍｇ合金（ＪＩＳ　５０８６・相当）の溶湯を注
入して保持しヒータ（３）で７５０’Ｃに加熱する一方
、ホルダ（２）に冷却水パイプ（４）を通じて冷却水を
循環させその側から冷却して凝固を開始させながら、ホ
ルダ（２）を鋳型（１）と相対的に０．５ｍｍ／分の速
度で後退して凝固材を引抜いてゆくことにより、・幅９
５ＩＩＩＴ１１、厚さ２０胴、長さ２５０ｍｍの一方向
凝固組織を有する鋳造素材を作成した。

この鋳造素材を冷間および熱間で、本発明例から比較例
にわたる各種の圧下率で圧延して板状素材を作成した。

熱処理を行ったのち、ダイヤモンドバイトにより超精密
切削により鏡面加工を行い、得られた鏡面の表面粗さを
測定した。

第３図はその結果を示し、横軸に圧延加工の全圧下率（
％）をとり、縦軸に表面粗さＲｍａｘ　（ｎｍ）をとり
、冷間圧延のものは白丸印で、熱間圧延は黒丸印で表示
しである。全圧下率で示される加工率が５０％以下の範
囲ではＲｍａにが０．０２μｍ以下となり本発明例の範
囲で、この限度以上の圧下率の比較例では表面粗さが従
来程度に留まることが知られる。

（ｎ）磁気ディスク（Ｂ） 実施例（１）と同様にして得た板状素材に、鏡面加工と
して電解複合研磨を施した。

第４図はその結果を第３図と同様の表示法で示す。ただ
し冷間圧延のものは白画角印で、熱間圧延のものは黒画
角印で表示しである。

この場合も、実施例（１）と同様、圧延加工の全圧下率
が５０％以下では、鏡面表面粗さをＲｍａｘは０．０２
μｍより小さくなっている。

（Ｉ［［）磁気ディスク（Ｃ） この実施例では、一方向凝固組織を有する鋳造素材を、
特公昭５５−４６２６５号に準する第２図の装置を用い
て作成した。

すなわち、６９０″Ｃの前記と同じ＾１−Ｍｇ合金溶湯
をタンデイツシュ（５）から鋳型（６）に注ぐ。

鋳型（５）内の幅６０鵬、厚み２０ｎ＋ｍの孔断面の黒
鉛製型孔内に注がれた溶湯は、外周に設けたヒータ（７
）により全体を６６０°Ｃに保温される。

方、鋳型の出口側には冷却水を噴霧するノズル（８）を
設けて、冷却水を２．０１２　／ｍｉｎの割合で供給し
、凝固した前記寸法の鋳造素材（９）をグミ−ｉ”（０
０）に後続させてピンチロール（１１）　ニヨリ４０ｍ
／ｍｉｎの速度で鋳型から引抜いてゆく。

こうして得られた鋳造素材（９）は一方向凝固組織を有
する。

この鋳造素材を実施例（１）と同様の条件で圧延加工を
加え、得られた板状素材にダイヤモンドバイトによる超
精密切削を行って鏡面加工を施し、表面粗さを測定した
。

第５図はその結果を前同様の表示法で示す。

ただし冷間圧延のものは白玉角印で熱間圧延のものは黒
三角印で表示しである。

前同様の表面粗さの結果が得られることが判る。

（ｒＶ）金型 主要成分Ｃ：０．５′ｇ、Ｓ（：　０．３ＸＳＭｎ　：
　０．１χ、Ｆｅ　：　ｂａｌの金型鋼（）！ＲＣ４０
）の一方向凝固組織の鋳造素材を作成し、次の工程順序
で型面の鏡面加工を行った。

（ｉ）旋削、 （ｉｉ）平面研削（ＷＡＩ１１２０）、（ｉｉｉ）ラッ
ピング （柿＃２０００　、ＷＡ＃４０００　、ＷＡＩ＄８００
０の順序）（ｉｖ）ダイヤモンドラッピング （ダイヤ粒度１μｍ） （Ｖ）ダイヤモンドラッピング （ダイヤ粒度０．５μｍ） 得られた鏡面の表面粗さを測定した結果は、１０点を測
定した平均値で０．０１８μｖａ　ＲｍａｘでありＳＯ
，０２μｍ　Ｒｎ＋ａｘより小さし）。

（発明の効果） 以上のように、本発明方法によると、従来技術によるよ
りも鏡面の表面粗さが小さい精密部材を得ることができ
、磁気ディスク、反射ミラー、金型等としての機能を高
めることができ、またそのための加工工程数を少なくし
、特殊な加工技術に依存しなくても済む等の効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において特定鋳造素材をつくる状況の１
例を示す装置縦断略示側面図、第２図はその他例を示す
装置縦断略示側面図、第３図は横軸の塑性変形加工率と
縦軸の鏡面表面粗さとの関係により比較例とともに本発
明実施結果の１例を示す図表、第４図はその他例を示す
図表、第５図はさらにその他例を示す図表、第６図は従
来技術で、第６図（イ）はその鋳造状況を示す図、第６
図（ロ）はその粗圧延を示す図、第６図（ハ）はその仕
上圧延を示す図、第６図（ニ）はそのディスク打抜状況
を示す図、第７図は従来技術の鏡面の表面の顕微鏡写真
である。 （１）・・・鋳型、（２）・・・ホルダ、（３）・・・
ヒータ、（４）・・・冷却水パイプ、（５）・・・タン
デイツシュ、（６）・・・鋳型、（７）・・・ヒータ、
（８）・・・冷却水ノズル、（９）・・・鋳造素材、Ｇ
Ｏ）・・・ダミーパー、０１）・・・ピンチロール、（
ａ）・・・溶湯、（ｂ）・・・鋳造素材、（Ｃ）・・・
鋳型、（ｄ）・・・柱状晶、（ｅ）・・・板材、（ｆ）
・・・円板素材。 箪１　図 Ｋ　２１図 こ−７ 着を友寅η 全圧下性ゝ （幻 ）。 ５図 全 反 下 辛 （％） （イ） 図・ 全圧 下 や Ｃ’ｌ＞ 篤６図 （ハ） 手続補 正 書（方 式） 事件の表示 昭和６３ 年 特 許 願第２１７９７５号 ２゜ 発明の名称 鏡面を有する精密部材の製造法 ３゜ 補正をする者事件との関係 特　　許　出願人 神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号 （１１９）株式会社神戸製鋼所 代表者　　亀　高　素　吉 ４゜ 代 理 人　　〒６５０ （発送日：昭和６３年１１月２９日） ７゜ 補正の内容

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定組成の合金溶湯から一方向凝固組織を有する
   鋳造素材を作成し、この鋳造素材に低加工率の塑性変形
   加工を含む加工を加えて所定の部材形状の加工素材とし
   、この加工素材の所定面に鏡面加工を施すことを特徴と
   する鏡面を有する精密部材の製造法。
2. （２）前記塑性変形加工の加工率を５０％以下とする特
   許請求の範囲第１項記載の鏡面を有する精密部材の製造
   法。
3. （３）板状の精密部材とするため、前記塑性変形加工を
   圧下率５０％以下の圧延として加工素材を板状とする特
   許請求の範囲第１項および第２項のいずれか１に記載の
   鏡面を有する精密部材の製造法。