JP2010222684A - 金属ガラス物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状にかかわらず容易かつ迅速に対応できる金属ガラス物品の製造方法の提供。
【解決手段】この発明は、金属ガラス物品を製造する方法であって、第１工程と第２工程を基本とする。第１工程では、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さに敷き詰めて金属ガラス層を形成する。第２工程では、第２工程で形成した金属ガラス層の所定部に対してレーザ光を照射し、当該照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させ、その所定の厚さからなる所望の凝固形状を作成する。そして、第１工程と第２工程とを交互に繰り返し、金属ガラスで所望の立体形状を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉末状の金属ガラスを使用して金属ガラス物品を製造する金属ガラス物品の製造方法に関する。

従来、金属ガラス物品の一例としては、磁気カードやビデオテープなどの記録再生などに使用されるインダクティブ形ヘッドに適用されるバルク状の金属ガラス合金からなるコアが知られている（特許文献１参照）。
このインダクティブ形ヘッドのコアは、軟磁性金属ガラスの粉末を型に入れて焼結して成形するようにしている。このような製造方法では、コアのサイズや形状に応じた型を用意する必要があり、コアのサイズや形状が異なる場合には、それに応じて異なる型をいちいち用意しなければならないという不具合がある。
このため、インダクティブ形ヘッドのコアなどの金属ガラス物品を粉末状の金属ガラスを使用して製造する場合に、型などを使用せずに製造できることが望まれる。さらに、金属ガラス物品の大きさや立体形状（構造）にかかわらず適用できる、新たな金属ガラス物品の製造方法の出現が望まれる。

特開平１１−７３６０８号公報

そこで、本発明の幾つかの態様の目的は、金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状にかかわらず容易かつ迅速に対応できる金属ガラス物品の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明の各態様は、以下のように構成される。
本発明の第１の態様は、粉末状の金属ガラスを所定の厚さに敷き詰める第１工程と、前記第１工程で所定の厚さに敷き詰めた粉末状の金属ガラスの所定部に対してレーザ光を照射し、当該照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させ、前記所定の厚さからなる所望の凝固形状を作成する第２工程と、を含み、前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し、前記金属ガラスで所望の立体形状を作成する。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１工程では、前記金属性母材の表面に、粉末状の金属ガラスを所定の厚さに敷き詰めるようにした。

本発明の第３の態様は、冷却用液体を張った容器内に、粉末状の金属ガラスを所定の厚さに沈殿させる第１工程と、前記第１工程で所定の厚さに沈殿させた粉末状の金属ガラスの所定部に対してレーザ光を照射し、当該照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させ、前記所定の厚さからなる所望の凝固形状を作成する第２工程と、を含み、前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し、前記金属ガラスで所望の立体形状を作成する。
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記第１工程では、冷却用液体を張った容器内に金属性母材を沈殿させておき、前記金属性母材の表面に粉末状の金属ガラスを所定の厚さに沈殿させるようにした。

本発明の第５の態様は、第２または第４の態様において、前記金属性母材は、棒材、板材、および箔材のうちの何れかである。
本発明の第６の態様は、第１〜第５の何れかの態様において、前記レーザ光に代えて、電子ビームを照射するようにした。
本発明の第７の態様は、第３〜第６の何れかの態様において、前記冷却用液体は、純水である。
本発明の第８の態様は、第３〜第７の何れかの態様において、前記第２工程中は、前記冷却用液体を強制的に冷却し、または前記冷却用液体の温度制御を行うようにした。
このような構成の本発明の態様によれば、金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状（構造）にかかわらず容易かつ迅速に対応できる。

本発明の第１実施形態の製造工程を説明する図である。 本発明の第２実施形態の製造工程を説明する図である。 本発明の第３実施形態の製造工程を説明する図である。 本発明の製造方法で製造される金属ガラス物品の一例である発電機のステーターの斜視図である。 本発明の第３および第４実施形態の製造工程が適用可能な製造装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の製造工程を説明する工程図である。
本発明の製造方法では、粉末状の金属ガラスを使用して金属ガラス物品を製造するので、使用される金属ガラスについて説明する。
金属ガラスとしては、製造する金属ガラス物品に応じて各種のものが使用され、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種または２種以上の元素を主成分とするものが使用される。また、金属ガラスの粉末は、アトマイズ法などの公知の方法によって製造される。このように得られる金属ガラスの粉末の直径は、例えば１〜５００〔μｍ〕の範囲である。
次に、第１実施形態の製造工程について、図１を参照して説明する。

この第１実施形態では、製造する金属ガラス物品の一例として、図４に示す発電機のステーターの場合について説明する。発電機のステーター１は、図４に示すように、ローター２を取り囲むように配置するものであり、例えば一対のステーター本体１１、１２を含んでいる。そして、ステーター本体１１、１２は、ローター２を取り囲むローター配置部１１Ａ、１２Ａを有している。
そこで、以下では、図４に示すローター配置部１２Ａを有するステーター本体１２を製造する場合について、その製造工程を図１を参照して説明する。
第１工程では、図１（Ａ）に示すように、平板上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ１に敷き詰め、厚さＨ１からなる粉末状の金属ガラス層４を形成する。ここで、厚さＨ１は、後述のレーザ光を照射する場合に、所望の凝固形状が得られる厚さである。

第２工程では、ローター配置部１２Ａの一部である下側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層４の所定位置（所定部）に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図１（Ｂ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する厚さＨ１の形状は、ローター配置部１２Ａの下側部分に応じた形状である（図４参照）。
第３工程では、図１（Ｃ）に示すように、金属ガラス層４上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ２に敷き詰め、厚さＨ２からなる粉末状の金属ガラス層５を形成する。

第４工程では、ローター配置部１２Ａの一部である中央部分とステーター本体１２とを作成するために、粉末状の金属ガラス層５の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図１（Ｄ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する厚さＨ２の形状は、ローター配置部１２Ａの中央部分とステーター本体１２とに応じた形状である（図４参照）。また、このときには、ローター配置部１２Ａの中央部分は、その下側部分と一体になるようにレーザ光を照射する。
第５工程では、図１（Ｅ）に示すように、金属ガラス層５上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ３に敷き詰め、厚さＨ３からなる粉末状の金属ガラス層６を形成する。

第６工程では、ローター配置部１２Ａの一部である上側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層６の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図１（Ｆ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する厚さＨ３の形状は、ローター配置部１２Ａの上側部分に応じた形状である（図４参照）。また、このときには、ローター配置部１２Ａの上側部分は、その中央部分と一体になるようにレーザ光を照射する。

第７工程では、図１（Ｇ）に示すように、粉末状の金属ガラス層４、５、６を除去すれば、所望の金属ガラス物品として、ローター配置部１２Ａを有するステーター本体１２が得られる。
以上のように、第１実施形態では、第１工程と第２工程を基本にし、その第１工程と第２工程とを交互に繰り返すことにより、金属ガラス物品を製造するようにした。このため、金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状にかかわらず容易かつ迅速に対応して作成できる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の製造工程を説明する工程図である。
この第２実施形態は、図４に示すローター配置部１２Ａを有するステーター本体１２を金属性母材に一体に形成する場合であり、その製造工程を図２を参照して説明する。
なお、第２実施形態の製造工程は、図１に示す第１実施形態の製造工程と共通する部分があるので、共通部分についてはできるだけその説明を省略する。
第１工程では、図２（Ａ）に示すように、平板上に金属性母材７を載せ、その金属性母材７上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ１に敷き詰め、厚さＨ１からなる粉末状の金属ガラス層４を形成する。

第２工程では、ローター配置部１２Ａの一部である下側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層４の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図２（Ｂ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する厚さＨ１の形状は、ローター配置部１２Ａの下側部分に応じた形状である（図４参照）。また、このときには、ローター配置部１２Ａの下側部分が金属性母材７と一体になるようにレーザ光を照射する。
第３工程では、図２（Ｃ）に示すように、金属ガラス層４上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ２に敷き詰め、厚さＨ２からなる粉末状の金属ガラス層５を形成する。
第４工程では、ローター配置部１２Ａの一部である中央部分とステーター本体１２とを作成するために、粉末状の金属ガラス層５の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図２（Ｄ）参照）。

第５工程では、図２（Ｅ）に示すように、金属ガラス層５上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ３に敷き詰め、厚さＨ３からなる粉末状の金属ガラス層６を形成する。
第６工程では、ローター配置部１２Ａの一部である上側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層６に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図２（Ｆ）参照）。
第７工程では、図２（Ｇ）に示すように、粉末状の金属ガラス層４、５、６を除去すれば、所望の金属ガラス物品として、金属性母材７に一体に形成されるローター配置部１２Ａを有するローター本体１２が得られる。
以上のように、第２実施形態によれば、金属性母材に一体に所望の金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状にかかわらず容易かつ迅速に対応して作成できる。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の製造工程を説明する工程図である。
この第３実施形態は、図４に示すローター配置部１２Ａを有するステーター本体１２を製造する場合であり、その製造工程を図３を参照して説明する。
第１工程では、図３（Ａ）に示すように、純水など冷却用液体８を張った容器９内の底部に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ１に沈殿させ、厚さＨ１からなる粉末状の金属ガラス層４を形成する。ここで、厚さＨ１は、後述のレーザ光を照射する場合に、所望の凝固形状が得られる厚さである。
第２工程では、ローター配置部１２Ａの一部である下側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層４の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図３（Ｂ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する形状は、ローター配置部１２Ａの下側部分に応じた形状である（図４参照）。

第３工程では、図３（Ｃ）に示すように、金属ガラス層４上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ２に沈殿させ、厚さＨ２からなる粉末状の金属ガラス層５を形成する。
第４工程では、ローター配置部１２Ａの一部である中央部分とステーター本体１２とを作成するために、粉末状の金属ガラス層５の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図３（Ｄ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する厚さＨ２の形状は、ローター配置部１２Ａの中央部分とステーター本体１２とに応じた形状である（図４参照）。また、このときには、ローター配置部１２Ａの中央部分は、その下側部分と一体になるようにレーザ光を照射する。
第５工程では、図３（Ｅ）に示すように、金属ガラス層５上に、粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ３に沈殿させ、厚さＨ３からなる粉末状の金属ガラス層６を形成する。

第６工程では、ローター配置部１２Ａの一部である上側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層６の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる（図３（Ｆ）参照）。このときに粉末状の金属ガラスが凝固する厚さＨ３の形状は、ローター配置部１２Ａの上側部分に応じた形状である（図４参照）。また、このときには、ローター配置部１２Ａの上側部分は、その中央部分と一体になるようにレーザ光を照射する。
第７工程では、図３（Ｇ）に示すように、ローター配置部１２Ａを有するローター本体１２を容器９から取り出し、金属ガラス３を除去すれば、所望の金属ガラス物品が得られる。

ここで、図３（Ｂ）（Ｄ）（Ｆ）に示す第２、第４、および第６の各工程中には、純水など冷却用液体８を強制的に冷却したり、あるいはその温度制御をすることが、レーザ光の照射に伴う発熱の防止や冷却制御ができる点で好ましい。
以上のように、第３実施形態では、第１工程と第２工程を基本にし、その第１工程と第２工程とを交互に繰り返すことにより、金属ガラス物品を製造するようにした。このため、金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状にかかわらず容易かつ迅速に対応して作成できる。
また、第３実施形態では、純水などの冷却用液体を張った容器内において金属ガラス製品を製造するようにした。このため、冷却用液体の冷却や温度制御などが可能となり、この場合には、レーザ光の照射に伴う発熱の冷却や温度制御をきめ細かに行うことができるという利点がある。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の製造工程について、図３を参照して説明する。
この第４実施形態の製造工程は、図３の第３実施形態の製造工程を活用し、図２（Ｇ）に示すように金属性母材７に一体にステーター本体１２などを作成する場合である。
この場合には、第３実施形態の図３（Ａ）〜図３（Ｆ）で示す第１工程〜第６工程が基本的に活用でき、図３（Ａ）の第１工程と図３（Ｂ）の第２工程とが、以下のように置き換わる。
すなわち、第１工程では、純水など冷却用液体８を張った容器９内の底部に、金属性母材７を設置しておき、その金属性母材７上に粉末状の金属ガラス３を所定の厚さＨ１に沈殿させ、厚さＨ１からなる粉末状の金属ガラス層４を形成する。

また、第２工程では、ローター配置部１２Ａの一部である下側部分を作成するために、粉末状の金属ガラス層４の所定位置に対してレーザ光を照射し、この照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させる。このときに粉末状の金属ガラスが再凝固する形状は、ローター配置部１２Ａの下側部分に応じた形状である。また、このときには、ローター配置部１２Ａの下側部分が金属性母材７と一体になるようにレーザ光を照射する。
以上のように、第４実施形態によれば、金属性母材に一体に所望の金属ガラス物品を製造する場合に、その物品の大きさや立体形状にかかわらず容易かつ迅速に対応して作成できる。

（その他の実施形態など）
（１）上記の第２および第４実施形態では、金属性母材７に金属ガラスを肉盛りあるいは成形するようにしたが、金属性母材７は、純金属、合金、結晶性、非晶質性などは問わない。また、金属性母材７は、棒材、板材、箔材など、その形状は問わない。
（２）第１〜第４実施形態では、過熱源としてレーザ光を使用するようにしたが、レーザ光に代えて電子ビームを使用するようにしても良い。
（３）第１〜第４実施形態では、所望の金属ガラス物品を得ることができるが、さらに必要に応じて各種の加工方法で再加工して、最終的は金属ガラス物品を得るようにしても良い。
（４）第１〜第４実施形態では、製造される金属ガラス物品の一例として発電機のステーターについて説明したが、さらに以下のものに適用できる。

まず、金属ガラスの高強度、耐磨耗性を利用して小型の歯車や軸受けに適用できる。また、同様の性質を利用してプラスチック金型の一部または全部に利用することで、肉薄の構造の金型や、射出時に溶融プラスチックの摩擦による磨耗を抑えた長寿命の金型に適用できる。さらに、軟磁気特性を利用した応用では、モーターや発電機の形状として複雑なものが実現でき、その結果、高性能なモーターや発電機が実現できる。

（製造装置）
次に、第３および第４実施形態の製造工程が適用可能な金属ガラス物品の製造装置の一例について、図５を参照して説明する。
この製造装置は、図５に示すように、容器１００と、循環ポンプ１０１と、冷却器１０２と、レーザ光発生装置１０３と、を備えている。
容器１００は、図３に示す容器９に相当し、その内部に純水などの冷却用液体８を張ることができ、かつ、その内部に粉末状の金属ガラス３を沈殿させて金属ガラス層が形成できるようになっている。
循環ポンプ１０１は、容器１００内の冷却用液体８を吸い上げて冷却器１０２に導き、冷却器１０２で冷却した冷却用液体８を容器１００内に再び戻すようになっている。このため、循環ポンプ１０１は、パイプ１０５によって容器１００内の冷却用液体８を吸い上げるようになっている。また、冷却器１０２で冷却された冷却用液体８は、パイプ１０６によって容器１００内に供給するようになっている。

また、パイプ１０５の吸入口１０５Ａとパイプ１０６の排出口１０６Ａとは、図示しない昇降装置によって、容器１００の深さ方向に向けて昇降動作ができるようになっている。この昇降動作は、パイプ１０５の吸入口１０５Ａとパイプ１０６の排出口１０６Ａとが同期してできるようにしても良い。
レーザ光発生装置１０３は、レーザ発光源によって所望のレーザ光を発生し、この発生したレーザ光を、容器１００内に沈殿させた粉末状の金属ガラス層の所定位置を所定の強さで照射できるようになっている。このため、レーザ光発生装置１０３は、例えばレーザ発光源がＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸で特定される所定位置に移動できる上にその所定位置に停止できるようになっている。

３・・・粉末状の金属ガラス、４〜６・・・金属ガラス層、７・・・金属性母材、８・・・冷却用液体、９・・・容器、１２・・・ステーター本体、１２Ａ・・・ローター配置部

Claims (8)

1. 粉末状の金属ガラスを所定の厚さに敷き詰める第１工程と、
   前記第１工程で所定の厚さに敷き詰めた粉末状の金属ガラスの所定部に対してレーザ光を照射し、当該照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させ、前記所定の厚さからなる所望の凝固形状を作成する第２工程と、を含み、
   前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し、前記金属ガラスで所望の立体形状を作成する金属ガラス物品の製造方法。
2. 前記第１工程では、前記金属性母材の表面に、粉末状の金属ガラスを所定の厚さに敷き詰めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の金属ガラス物品の製造方法。
3. 冷却用液体を張った容器内に、粉末状の金属ガラスを所定の厚さに沈殿させる第１工程と、
   前記第１工程で所定の厚さに沈殿させた粉末状の金属ガラスの所定部に対してレーザ光を照射し、当該照射部の金属ガラスを局所的に過熱、溶融して再凝固させ、前記所定の厚さからなる所望の凝固形状を作成する第２工程と、を含み、
   前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返し、前記金属ガラスで所望の立体形状を作成する金属ガラス物品の製造方法。
4. 前記第１工程では、冷却用液体を張った容器内に金属性母材を沈殿させておき、前記金属性母材の表面に粉末状の金属ガラスを所定の厚さに沈殿させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の金属ガラス物品の製造方法。
5. 前記金属性母材は、棒材、板材、および箔材のうちの何れかであること特徴とする請求項２または請求項４に記載の金属ガラス物品の製造方法。
6. 前記レーザ光に代えて、電子ビームを照射するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れか１項に記載の金属ガラス物品の製造方法。
7. 前記冷却用液体は、純水であることを特徴とする請求項３乃至請求項６のうちの何れか１項に記載の金属ガラス物品の製造方法。
8. 前記第２工程中は、前記冷却用液体を強制的に冷却し、または前記冷却用液体の温度制御を行うようにしたことを特徴とする請求項３乃至請求項７のうちの何れか１項に記載の金属ガラス物品の製造方法。

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