JP2005201789A

JP2005201789A - 部材の成形方法および時計外装部品並びに装飾品

Info

Publication number: JP2005201789A
Application number: JP2004008972A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hirasawa; 栄司平澤; Mitsutaka Nishikawa; 光貴西川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】バルク金属ガラスの大きさに制約されずに、金属ガラスの優れた特性を生かした部材の成形を可能にすること。
【解決手段】母材１１の表面が金属ガラス１２で被膜された部材１０を加熱して金属ガラス１２をそのガラス転移点以上に加熱する加熱工程と、金属ガラス１２が粘性流動状態となったところで、所望の形状が形成された金型２０，３０と金属ガラス１２とを押圧し、金属ガラス１２を金型２０，３０の形状に合わせて変形させるプレス成形工程と、金属ガラス１２をそのガラス転移点より低い温度まで冷却して金属ガラス１２と金型３０および／または金型２０とを引き離す工程とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、部材の成形方法および時計外装部品並びに装飾品に関する。

時計外装部品や装飾品を製造するのに、バルクアモルファス合金（バルク金属ガラス）をガラス転移点以上に加熱し、その合金に型転写を行って所望の形状に成形することが、既に知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１６６０６９号公報

しかしながら、製作できるバルク金属ガラスの大きさには制約があり、それによって製造できる時計外装部品や装飾品の大きさが制限されていた。また、全体が金属ガラスからなるため材料費が高価となることに加え、バルク金属ガラス全体をそのガラス転移点以上に加熱するため、そのための加工費も高価となっていた。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、バルク金属ガラスの大きさに制約されることなく、金属ガラスの優れた特性を生かした部材の成形を可能にする方法、並びにその方法により時計外装部品や装飾品等の製品をより安価に得ることを目的とする。

本発明の方法は、母材の表面が金属ガラスで被膜された部材を加熱して該金属ガラスをそのガラス転移点以上に加熱する加熱工程と、前記金属ガラスが粘性流動状態となったところで、所望の形状が形成された金型と前記金属ガラスとを押圧し、前記金属ガラスを前記金型の形状に合わせて変形させるプレス成形工程と、前記金属ガラスをそのガラス転移点より低い温度まで冷却して該金属ガラスと前記金型とを引き離す工程とを、備えたことを特徴とする。これにより、バルク金属ガラスのサイズに制約されることなく、表面が金属ガラス製となっている任意の大きさの製品を製造できる。従って、傷が付きにくく、錆びにくい各種製品をより低コストで得ることが可能となる。また、金型を鏡面に仕上げておくことで、磨き工程を省いても、鏡面仕上がりの製品を得ることができる。

なお、本発明は、母材の表面が金属ガラスで予め被膜された部材に対して適用するほかに、前記加熱工程の前に、母材の表面に金属ガラスを溶射して前記部材を形成する金属ガラス被膜工程を含めても良い。

また、前記加熱工程での加熱は、不活性ガス中または真空中で行うことが好ましい。これにより、部材及び金型の酸化防止が図れるからである。

本発明の時計外装部品や装飾品は、上記いずれかの方法により製造されたものである。
この時計外装部品や装飾品は、表面が金属ガラスからなるため、傷が付きにくく、錆びにくいことに加えて、より低コストで得られる。また、金型を鏡面に仕上げておくことで、それを利用して成形された時計外装部品や装飾品の表面も鏡面仕上げの製品となる。

本発明に利用される金属ガラスは、Ａｌ基、Ｚｒ基、Ｐｄ基、Ｎｉ基等からなるアモルファス金属であって、金属でありながら酸化物ガラスのようにガラス転移点以上の温度で流動状態となる性質を有するものである。具体的なものとして、Ｚｒ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ、Ｐｄ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐ、Ｐｄ−Ｃｕ−Ｂ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｓ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｚｒ−Ｔｉ−Ｓｎ−Ｓｉ等の合金ある。金属ガラスは、高強度、高摩耗性、高耐蝕性等工業応用上優れた性質を備えており、ゴルフクラブ、時計ケース、電源用チョークコイル、光ディスク用スタンパ、光学素子等への応用が実行または提案されている。本発明は、このような金属ガラスを、製造しようとする製品（例えば時計外装部品や装飾品）の芯となる母材の表面に数ｍｍ（１ｍｍ〜５ｍｍ程度）被膜した加工部材を用い、その金属ガラスを粘性流動化させた状態でプレス成形し、目的の最終形状を得ようとするものである。

以下、本発明の成形方法の一例を時計外装部品の製造を例に挙げて図面を参照しながら説明する。まず、図１は本発明の成形方法で得ようとする時計外装部品の形状を示す図であり、そこでは（ａ）が底面図、（ｂ）が上面図、（ｃ）が側面図である。図１からわかるように、本時計外装部品１は、表示板やベルト等が取り付けられ、ムーブメントや回路が収納される腕時計のケースである。従って、この時計外装部品１は円筒部１Ａとベルト固定部１Ｂとを備えている。

図２は図１の時計外装部品１の製造に用いる部材１０の説明図、図３と図４は母材１１に金属ガラス１２を被膜する方法を示す説明図である。部材１０を得るために、ここでは、図２（ａ）に示すような時計外装部品１の芯となるリング状の母材１１を円筒管材から切り出す。この母材１１はアルミ製等の安価なものでよく、その形状は、例えば、内径３３ｍｍ、外形３５ｍｍ、高さ４ｍｍとすることができる。そして、その母材１１の表面に金属ガラス１２を被膜して、図２（ｂ）に示すような、母材１１の表面全体に金属ガラス１２の層が数ｍｍ（この例では１〜２ｍｍ程度）形成された時計外装部品１を製造するための部材１０を得る。

母材１１の表面への金属ガラス１２の被膜は、たとえば、図３、図４に示すように、金属ガラス（例えば、Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₀Ｃｕ₃₀Ｎｉ₅）を液状にして、ノズルからその液滴を溶射して行う方法がある。ここで、図３はリング状母材１１の側面へ金属ガラス１２を溶射する例であり、母材１１の内周面および外周面にそれぞれまんべんなく１ｍｍ程度被膜する。また、図４は母材１１の上下端面へ金属ガラス１２を溶射する例であり、母材１１の上下端面にそれぞれまんべんなく２ｍｍ程度被膜する。母材１１の上下端面への金属ガラス１２の被膜厚をその側面の被膜厚より多くしているのは、上下端面部分の金属ガラス１２を、後述する金型と部材１０との隙間に流動させて、その隙間を金属ガラス１２で充填するためである。

ところで、上記に示した母材１１のサイズや金属ガラス１２の膜厚は大体の目安であり、部材１０の全体としては、最終形状の体積と同一になるように調整することが必要となる。また、母材１１自体の形状はプレス成形の前後で変化しないことを前提としており、従って、母材１１はプレス成形後の最終製品に対応させて、予め所定の形状にしておく必要がある。なお、母材１１に金属ガラス１２が被膜された部材１０が別途手に入るならば、図３、図４に示すような金属ガラスの被膜工程は不要となる。

部材１０を時計外装部品１としての最終形状にするために用いる金型は、図５と図６に示すような下型２０と上型３０のセットからなる。なお、図５において、（ａ）が時計外装部品１に適応した所望の形状が形成されている面を示す下型の平面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）が（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。また、図６において、（ｄ）が時計外装部品１に適応した所望の形状が形成されている面を示す上型の平面図、（ｅ）が（ｄ）のＣ−Ｃ断面図、（ｆ）が（ｄ）のＤ−Ｄ断面図である。下型２０は、時計外装部品１の円筒部１Ａとベルト固定部１Ｂとにそれぞれ対応する円筒部対応形状部２１とベルト固定部対応形状部２２とを有し、上型３０もまた、時計外装部品１の円筒部１Ａとベルト固定部１Ｂとにそれぞれ対応する円筒部対応形状部３１とベルト固定部対応形状部３２とを有している。このような金型２０，３０は、例えばＳＵＳ３１６等の耐熱鋼を用いて製造できる。また、金型２０，３０の所望形状面を鏡面仕上げとしておくと、プレス成形により得られた時計外装部品の表面を鏡面にすることができる。

次に、図７〜図１２に示す工程図をもとに、上記の部材１０を金型２０，３０を利用してプレス成形し時計外装部品１を得る方法を説明する。部材１０をプレス成形するには、まず、図示していないプレス機に下型２０および上型３０を取り付ける。そして、図７の側断面図、図８の平面図に示すように、下型２０の円筒部対応形状部２１に部材１０を載置する。続いて、図９に示すように、部材１０の金属ガラス１２がガラス転移点以上（Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₀Ｃｕ₃₀Ｎｉ₅の場合４６０〜４７０℃程度）となるように加熱して金属ガラス１２を粘性流動化させる。なお、この加熱方法は特に限定されるものではなく、例えば下型２０および上型３０を赤外線ヒータ等で加熱することで行うことができる。また、酸化しやすい金属ガラスの場合には、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中、または真空中で加熱するのが好ましい。

次に、図１０に示すように、下型２０と上型３０とを互いに押圧（プレス）することにより、それら金型２０，３０と金属ガラス２とを押圧して、粘性流動化状態の金属ガラス１２を金型２０，３０の形状に合わせて変形させる。すなわち、金属ガラス１２を金型２０，３０と部材１０との隙間に流動させて、その隙間を金属ガラス１２で充填する。これによって、円筒部１Ａの表面（内外周面および上下端面）が最終形状に成形されるとともに、部材１０の上下端面等の金属ガラス１２がベルト固定部対応形状部２２，３２に流れこんで、ベルト固定部１Ｂも成形される。したがってここでは、金型２０，３０と部材１０とで構成される隙間に金属ガラス１２が隙間無く充填されるような圧力、例えば６０ＭＰａ程度の圧力で互いの金型２０，３０を加圧することが必要となる。

続いて、図１１、図１２に示すように、金型２０，３０を冷却しながら金属ガラス１２を冷却してゆき、そのガラス転移点温度より低い温度で、かつ金属ガラス１２が形状を保持できる温度となった時点で（Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₀Ｃｕ₃₀Ｎｉ₅ の場合は、３９０℃付近）、金型２０，３０の押圧を開放し、上型３０を上方に引き上げてそれを金属ガラス１２および下型２０から引き離す。なお、この場合の冷却方法は、毎秒５℃程度の割合で引き下げる急冷が好ましく、それは金型３０，２０を窒素ガス等で冷却して行うことができる。

さらに、金属ガラス１２を引き続き冷却して常温状態とし、最後に、上型３０を完全に引き上げて、時計外装部品１に形成された部材１０を下型２０から取り出す（図１２参照）。

上記の方法によれば、時計外装部品１をバルク金属ガラスのサイズに制約されずに製造できる。また、この方法により製造された時計外装部品１は、その表面が金属ガラス１２の成形品となっており、強度及び耐腐食性の点で優れたものとなる。さらに、金型２０，３０を鏡面仕上としておけば、時計外装部品１の表面も鏡面仕上げとなる利点も有する。

なお、上記実施の形態では、上下２つの金型を用いて部材両面の金属ガラスを成形したが、一方の金型だけを用いて部材片面の被膜金属ガラスだけを成形した成形品を得るようにしてもよい。また、母材へ被膜されて成形に供される金属ガラスの厚さは、製造しようとする製品の形状に応じて適宜調整してよい。

本発明は、バルク金属ガラスの大きさに制約されることなく金属ガラスの特性を生かした精密加工に利用でき、時計外装部品に限らず、各種の部品や装飾品等を得るのに利用できる。

本発明の実施形態の成形方法により得ようとする時計外装部品を示す図。図１の時計外装部品を製造するための部材の説明図。母材に金属ガラスを被膜する方法を示す説明図。母材に金属ガラスを被膜する方法を示す説明図。時計外装部品のプレス成形に用いる下型の説明図。時計外装部品のプレス成形に用いる上型の説明図。上下金型と部材の載置を示す側断面図。図７の下型および部材を上型方向から見た平面図。部材の加熱工程を示す工程図。部材のプレス成形工程を示す工程図。部材の冷却と金型の開放を示す工程図。金属ガラスと金型との引き離しおよび製品の取り出しを示す工程図。

符号の説明

１…時計外装部品、１Ａ…時計外装部品の円筒部、１Ｂ…時計外装部品のベルト固定部、１０…部材、１１…母材、１２…金属ガラス、２０…金型（下型）、２１…円筒部対応形状部、２２…ベルト固定部対応形状部、３０…金型（上型）、３１…円筒部対応形状部、３２…ベルト固定部対応形状部。

Claims

母材の表面が金属ガラスで被膜された部材を加熱して該金属ガラスをそのガラス転移点以上に加熱する加熱工程と、
前記金属ガラスが粘性流動状態となったところで、所望の形状が形成された金型と前記金属ガラスとを押圧し、前記金属ガラスを前記金型の形状に合わせて変形させるプレス成形工程と、
前記金属ガラスをそのガラス転移点より低い温度まで冷却して該金属ガラスと前記金型とを引き離す工程と、
を備えたことを特徴とする部材の成形方法。
前記加熱工程の前に、母材の表面に金属ガラスを溶射して前記部材を形成する金属ガラス被膜工程を、備えたことを特徴とする請求項１記載の部材の成形方法。
前記加熱工程での加熱は、不活性ガス中または真空中で行うことを特徴とする請求項１または２記載の部材の成形方法。
請求項１ないし３の何れかに記載の方法により製造された時計外装部品。
請求項１ないし３の何れかに記載の方法により製造された装飾品。