JP3862799B2

JP3862799B2 - 複合部材の製造方法及び複合部材

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Publication number: JP3862799B2
Application number: JP00975997A
Authority: JP
Inventors: 誠也高橋; 誠一秦
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: JPH10202372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２以上の部材を一体化して複合部材を製造する方法及びこの方法によって製造された複合部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２以上の部材を一体化して複合部材とする方法については、従来より数多く開発されている。その一つとして、切削、鍛造、鋳造などの加工によって個々の部材を作製し、これらを溶接、接着、ロー付け等によって接合して一体化する方法がある。
【０００３】
又、特公平６−４７１９８号公報には、金属粉、セラミック粉と、樹脂粉末との混合粉末によって一体化される部材の材料とし、この材料によって一つの部材を予め成形し、この成形された部材と、他の部材を成形するための混合粉末とを成形型内で組み合わせて成形して、２部材を一体化する方法が記載されている。
【０００４】
さらに、特開平８−２９４８６８号公報には、研削、研磨用工具の製造方法として、研削、研磨層となる研磨粉体を金型内に設置した状態で、アルミニウム合金の溶湯を金型内に流し込み、高圧下で鋳造し、凝固させることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
個々の部材を別個に作製した後、組み付けて一体化する方法においては、溶接、接着、ロー付けによって部材の接合が行われる。しかしながら、溶接は部材の融点以上に加熱して接合するものであり、加熱によって母材が劣化するため、接合部の強度が低下すると共に、冷却の際の凝固収縮によって歪みが発生するため、寸法精度が低下する問題がある。ロー付けも同様であり、加熱による母材の劣化と、接合部の強度が低下する問題を有している。接着は他の接合方法に比べて接合強度が小さく、しかも接着剤の軟化点が低いため、高温環境では使用することができない。
【０００６】
これに対し、軽合金ダイカストにおいては、型内に組み立てる部材を設置し、鋳造と同時に鋳ぐるむことがなされているが、この鋳ぐるみ法は軽合金材料に限定されるため、高強度を必要とする部材に適用することができないと共に、軽合金の融点以上に加熱する必要があり、高温で成形する必要がある。
【０００７】
特公平６−４７１９８号公報の方法は、部材の一体化が樹脂の加熱溶融によって行われるため、接合強度が小さく、高強度を必要とする部材には適用することができない。又、成形型からの転写精度がサブミクロン程度のオーダであり、転写精度が要求される微細形状の部材には適用することができない。
【０００８】
特開平８−２９４８６８号公報の方法は、組み立てられる部材が成形材料の融点以上に曝されるため、部材への熱ダメージがあり、部材の強度が低下するばかりでなく、成形される部材が凝固する際に、収縮変形するため、精密な形状精度が要求される部材に適用することができない問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、結晶を含まないアモルファス合金の特性を利用することによって、強度が大きく、接合時の寸法変形が少ない複合部材の製造方法及び複合部材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の複合部材の製造方法は、２以上の部材を成形により一体化する方法であって、他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は２以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、この一の部材と他の部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱し、前記アモルファス合金との接触面の表面粗さＲｍａｘが１．２μｍ以下である成形型によって押圧成形して一の部材と他の部材とを一体化し、その後、冷却することを特徴とする。
【００１１】
本発明に用いる過冷却液体域を有するアモルファス合金を、その過冷却液体域のガラス遷移温度（Ｔｇ）まで加熱すると、粘性流体となり、通常１０ＭＰａ以下の低い圧力で所望の成形が可能となる。又、この過冷却液体域を有するアモルファス合金は、数十ｎｍオーダの転写精度を有しており、アモルファス合金の成形を行う成形型を高精度に製造することにより、サブミクロンオーダより高い極めて高い形状精度で成形されて、他の部材と一体化される。
【００１２】
アモルファス合金は高精度の転写特性を有しており、加熱され、他の部材と押圧成形されるときに、他の部材の表面のミクロな凹凸を充填しながら成形され、その後に、冷却固化したとき、他の部材の表面とミクロな無数の噛み合い状態となる。これにより、他の部材と強固に接合されて一体化する。このことは２以上の部材をアモルファス合金によって一体化する場合にも同様に作用し、２以上の部材を強固に一体化することができる。
【００１３】
さらに、アモルファス合金は固化したとき、３００〜５００Ｈｖの高い硬度を有しているため、高い接合強度、高い硬度が必要な用途の部材にも適用することができる。
【００１４】
アモルファス合金のガラス遷移温度Ｔｇは、その組成によって異なっているが、低温のものは約２００℃であり、高温のものでも約６５０℃程度である。これの温度は、一般的な銀ロー付けのロー付け温度に比べて２００〜７００℃程度低い温度である。又、ダイカストに用いられるアルミニウム合金の融点と比較しても十分に低い温度である。さらには、部材の融点以上の加熱をする必要のある溶接の温度と比較しても、比較にならないような低い温度である。このように成形温度が低いところから、アモルファス合金を使用した一体化では、溶接やロー付けで発生する母材の熱劣化がなく、熱劣化に起因した接合部の強度低下を生じることがない。
【００１５】
又、アモルファス合金は溶接等で発生する凝固収縮による変形がなく、このため高精度の寸法精度の複合部材とすることができる。さらに、アモルファス合金のガラス遷移温度Ｔｇは接着剤の耐熱温度に比べて、十分に高いため、高温環境で使用される部材に適用することができる。
【００１６】
本発明では、以上の加熱、押圧成形の後、冷却を行う。部材の一体化後も高温状態のままでは、アモルファス合金が結晶化して脆弱化するため、強度が低下する。このため冷却を行うものであり、結晶化を防止する冷却速度で、且つ、結晶化を防止する温度域となるように冷却がなされる。
【００１７】
本発明においては、一体化される２以上の部材の内、少なくとも一の部材がアモルファス合金からなり、一回の成形で複合部材を製造できるため、個々の部材を製造し、その後に接合して一体化する必要がなく、製造工程を大幅に短縮することができ、迅速な製造が可能となる。
【００１８】
以上の製造方法を前提とすることにより、本発明は下記の具体的な製造手段を適宜、採用することができる。
【００１９】
（ａ）２以上の部材を成形によって一体化する方法であって、他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は２以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、前記他の部材がワイヤー状部材からなり、一の部材と他の部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一の部材と他の部材とを一体化し、その後、冷却する。
【００２０】
この手段では、上述した方法によって基本的になされるが、過冷却液体域を有するアモルファス合金によって一体化される他の部材が、ワイヤー状部材となっている。このワイヤー状部材は長尺であり、その位置決めが難しいが、手段（ａ）では、成形型を使用し、この成形型によって押圧しながら成形し、一体化する。このため長尺なワイヤー部材の位置決めを簡単に、且つ、確実に行うことができ、高精度で一体化することができる。
【００２１】
（ｂ）作業部材と、この作業部材を保持する保持部材とからなる２以上の部材とを成形によって一体化する方法であって、前記作業部材又は保持部材のいずれか一方又は双方の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、作業部材及び保持部材を前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一体化し、その後、冷却する。
【００２２】
この手段（ｂ）において、作業部材及び保持部材のいずれか一方又は双方の部材がアモルファス合金からなり、このアモルファス合金が上述と同様な作用によって他方の部材と一体化する。このため、作業部材及び保持部材が強固に一体化される。又、作業部材が複雑な外形であっても、アモルファス合金の高い転写特性によって、良好な形状を成形でき、且つ、一回の成形で終了する。
【００２３】
（ｃ）一のリング状部材と、この一のリング状部材の内周又は外周に接合される他のリング状部材とからなる２以上の部材を成形によって一体化する方法であって、一のリング状部材及び他のリング状部材のいずれか一方又は双方の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、これらのリング状部材を前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一体化し、その後、冷却する。
【００２４】
この手段（ｃ）により、アモルファス合金の特性を利用して、２以上のリング状部材が一体化した複合部材を作製できる。この複合部材はアモルファス合金の耐薬品性を有し、耐薬品性を有した部材となる。
【００２５】
（ｄ）上記手段（ａ）〜（ｃ）のいずれかにおいて、前記成形型における前記アモルファス合金との接触面の表面粗さを、Ｒｍａｘ＝１．２μｍ以下とする。
【００２６】
アモルファス合金は優れた転写性を有しているため、成形後に、成形型に強固に接合して成形型からの離型が困難となることがある。この手段（ｄ）は、成形型の面粗度を上記のように高精度とすることで、アモルファス合金の成形型への接合度を小さくし、成形型からの離型を容易とするものである。
【００２７】
（ｅ）上記手段（ａ）〜（ｃ）のいずれかにおいて、前記アモルファス合金と接触する面の粗さが、Ｒｍａｘ＝１０μｍ以上となっている部材を、アモルファス合金からなる部材と一体化する。
【００２８】
アモルファス合金は、ガラス遷移温度まで加熱されることにより、他の部材のミクロな凹凸内に充填され、この充填状態で固化することにより、他の部材と強固に接合する。このアモルファス合金の充填を充分に行うため、他の部材の面粗度を上記の範囲とするものである。これにより、強固に一体化した複合部材を作製できる。
【００２９】
本発明の複合部材は、他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は２以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、一の部材と他の部材とが前記過冷却液体域の温度に加熱され、前記アモルファス合金との接触面の表面粗さＲｍａｘが１．２μｍ以下である成形型で押圧成形されて一体化され、その後、冷却されることによって成形されていることを特徴とする。
【００３０】
より具体的には、複合部材は上記（ａ）〜（ｅ）の手段によって製造されるものである。この複合部材は、少なくとも一の部材がアモルファス合金からなり、アモルファス合金の高い強度、硬度による耐久性を備えると共に、高度な形状精度となっている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の複合部材であり、ワイヤー状部材１ａ, １ｂが連結部材２によって連結されることにより、一体化している。図２はこの複合部材を製造する装置を示す。
【００３２】
可動型５及び固定型６によって成形型３が形成され、可動型５を固定型６に密着させて型締めすることにより、これらの間にキャビティ４が形成される。
この場合、連結部材２としては、後述するように、酸化され易いＺｒ系のアモルファス合金が使用されるため、その酸化を防止するため成形型３の全体が真空チャンバー（図示省略）内に配置されるものである。
【００３３】
キャビティ４は図１に示す連結部材２の外形と略同一の形状となっている。このキャビティ４には、ワイヤー状部材１ａ，１ｂの端部が挿入されることにより、これらの端部を覆っている。又、ワイヤー状部材１ａ，１ｂを同軸上に対向して固定するため、キャビティ４にはワイヤー案内溝４ａ，４ｂが連通している。
【００３４】
可動型５は、可動型５を取り付けた型板５ａを介して移動機構（図示省略）に連結されており、型板６ａに取り付けた固定型６方向に往復移動し、固定型６に密着することにより、型締めを行う。この可動型５にはシリンダ７が前後方向に貫通し、その貫通端がキャビティ４に開口している。シリンダ７内には加圧プランジャ８が往復動可能に挿入されている。加圧プランジャ８は加圧手段８ｂのロッドに連結して往復動する。この加圧プランジャ８よりも固定型４側のシリンダ７内には、連結部材２の構成材料である過冷却液体域を有するアモルファス合金材料９がセットされる。
【００３５】
成形型３にはヒーター１０及び温度検出器（図示省略）が設けられる。ヒーター１０は可動型５におけるシリンダ７の周囲及び固定型６におけるキャビティ４近辺に配置されており、シリンダ７，加圧プランジャ８及びキャビティ４表面近傍を加熱する。このヒーター１０は、温度検出器からの検出温度が入力される温度制御器（図示省略）により、印加電圧が制御されており、上述した部位の温度を正確に制御することができる。さらに成形型３の内部には、冷却管路（図示省略）が配置されて、成形型３全体の冷却が行われるようになっている。なお、キャビティ４の表面及び加圧プランジャ８の押圧部８ａは面粗さＲｍａｘが０．８μｍとなるように鏡面仕上げされている。
【００３６】
ワイヤー状部材１ａ，１ｂは可動型５及び固定型６の対向部位に設けられたクランプ１１ａ、１１ｂにより保持され、その一端１ａ’，１ｂ’はキャビティ４に連通したワイヤー案内溝４ａ、４ｂによって、同軸状に対向して位置決めされ、且つキャビティ４内に突出した状態で設置される。
ワイヤー状部材１ａ，１ｂは素線径２０μｍのＳＵＳ３０４からなるステンレス素線を２０本撚ったものであり、その外径は０．３ｍｍである。キャビティ４の内径は０．３４ｍｍであり、ワイヤー状部材１ａ，１ｂの端部１ａ’，１ｂ’に成形されるアモルファス合金の肉厚は０．０２ｍｍとなる。なお、ワイヤー状部材１ａ，１ｂは０．５ｍｍで離隔されている。
【００３７】
アモルファス合金材料９としては、Ｚｒ₅₅Ｃｕ₃₀Ａｌ₁₀Ｎｉ₅( 添字は原子％を示す。）合金を用いている。この材料は、ガラス遷移温度Ｔｇ＝４２０℃、結晶化開始温度Ｔｘ＝５００℃であり、これらの間の過冷却液体域△Ｔ（＝Ｔｘ−Ｔｇ）８０℃において、粘性１０⁹P ａ・ｓ程度の粘性流体となり、数１０ＭＰａ程度の低圧力で容易に成形可能となる特性を有している。成形型３の全体を収容する真空チヤンバーは真空ポンプ（図示省略）及び不活性ガスボンベ（図示省略）と連結されており、真空雰囲気もしくは、不活性ガス雰囲気にすることが可能となっている。また、成形型３におけるアモルファス合金材料９と接触する部分は、面粗さがＲｍａｘ＝１．２μｍ以下の鏡面となっている。面粗さが１．２μｍを越えて粗くなると、成形された連結部材２と成形型３との離型が困難となるためである。
【００３８】
次に、この実施の形態による製造手順を説明する。予め製作したワイヤー状部材１ａ、１ｂを、クランプ１１ａ、１１ｂにより保持して、端部１ａ’，１ｂ’をキャビティ４内に突出させ、且つ同軸状に対向する位置に設置し、可動型５を移動させて型締めを行う。一方で、アモルファス合金材料９をシリンダ７内に設置する。そして、真空チヤンバー（図示省略）内を不活性ガスで置換し、成形型３の全体を不活性雰囲気とする。本実施の形態においては、不活性ガスとして、アルゴンガスを用いた。
【００３９】
以上のようにして配置した後、ヒーター１０により成形型３をアモルファス合金材料９の過冷却液体域である４２０℃以上５００℃以下に加熱する。本実施の形態では、加熱温度を４６０℃±５℃とした。成形型３からの熱伝導によりアモルファス合金材料９が加熱され、過冷却液体域に達すると粘性流体となり、この状態で加圧プランジャ８によりアモルファス合金材料９を押圧し、シリンダ７を通じてキャビティ４内に注入する。注入圧力は１０ＭＰａ程度で行った。このとき、加圧プランジャ８及び成形型３を過冷却液体域に加熱しておくことにより、アモルファス合金材料９は固化することなく、容易にキャビティ４内に注入することができる。
【００４０】
注入されたアモルファス合金材料９は、キャビティ４の形状に倣って成形されるとともに、ワイヤー状部材１ａ、１ｂの素線間の空隙に入り込む。この後、成形型３を冷却することにより、連結部材２とワイヤー状部材１ａ、１ｂとが一体化される。冷却は過冷却液体域からガラス遷移温度以下となるように行い、その冷却速度は、脆化を防ぐために急冷することが望ましい。本実施の形態では、加熱を停止し、冷却管路に冷却水を循環させることにより、５０℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却した。なお、冷却速度は、これよりも速くても良い。アモルファス合金材科９は、過冷却液体域においても長時間保持すると結晶化し、脆化するので、過冷却液体域に加熱した後は、速やかに成形、冷却することが望ましい。本実施の形態においては、過冷却液体域での成形時間は３ｍｉｎ以内で行った。この場合、成形型３のアモルファス合金材料９と接触する部分は、Ｒｍａｘ＝１．２μｍ以下に鏡面仕上げされているため、アモルファス合金材料９とは接合はされない。このような方法によりワイヤー状部材１ａ、１ｂと連結部材２からなる複合部材を得ることができる。
【００４１】
以上のような本実施の形態では、以下のような効果がある。即ち、従来の鋳ぐるみ法では、成形材科が軽合金材料に限定されているため、高強度が要求される部材へは適用できなかったが、この実施の形態では、連結部材を構成しているアモルファス合金材料の機械的強度が高く、且つ成形温度が軽合金材料の融点より低く、母材の熱影響による劣化が少ないため、高強度の複合部材とすることができる。
【００４２】
また、溶接では、溶接歪みによる寸法精度の悪化があるが、母材を溶融させることなく一体化することができるので、凝固収縮による歪みがなく、このため高い寸法精度が得られる。さらに、アモルファス合金材料がワイヤー状部材の素線間の空隙に入り込んで、隙間を充填することにより、ワイヤー状部材１ａ，１ｂと連結部材２の接合面積が大きくなり、ワイヤー状部材を強固に連結すると共に、応力集中を緩和する作用が生じ、接合部の疲労強度が向上する。なお、ワイヤー状部材１ａ，１ｂとして、ＳＵＳ３０４を用いたが、ワイヤー状部材として、過冷却液体域を有するアモルファス合金を用いても良い。ワイヤー状部材及び連結部材の双方に、過冷却液体域を有するアモルファス合金を用いる場合には、ワイヤー状部材のアモルファス合金として、その過冷却液体域が連結部材のアモルファス合金の過冷却液体域よりも高温側のものを使用する。そして、連結部材を成形する温度を、連結部材のアモルファス合金のガラス遷移温度以上で、且つ、ワイヤー状部材のアモルファス合金のガラス遷移温度以下とすることにより、複合部材とすることができる。
【００４３】
以上のような構造によれば、例えば、内視鏡用生検鉗子における手元操作ワイヤと先端操作ワイヤ及び両ワイヤの連結部材からなる操作ワイヤや、同生検鉗子における先端操作ワイヤとワイヤつなぎの接合部や、内視鏡用把持鉗子のバスケット型の先端連結部や、同生検鉗子の先端コイルシースと手元コイルシースの接合部や、同鉗子の先端コイルシースとＳカバーとの接合部や、同鉗子の手元シースと析れ止め部材の接合部や、内視鏡用処置具の高周波処置具及びワイヤナイフの先端ワイヤの接続部や、同処置具の３脚型把持鉗子の脚部の接続や、同処置具の高周波処置具の接続などに適用できる。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態では、図１に示したワイヤー状部材と連結部材からなる複合部材の製造を、実施の形態１とは異なる方法で実施しており、その装置を図３に示す。図３は、紙面に垂直方向にワイヤー状部材が延在している状態での縦断面図である。
【００４５】
図３において、架台１５上には、紙面に垂直な方向に長尺な胴型１２が載置され、この胴型１２に上型１３、下型１４が設けられている。下型１４は、胴型１２と臨んだ架台１５の凹部に取り付けられ、上型１３は胴型１２の上部に挿入されて、下型１４と対向している。又、下型１４には、図４に示すようなＵ字形に成形された予成形体１６を設置するための下型溝１４ａが形成されている。
【００４６】
上型１３にもこれと対をなす上型溝１３ａが設けられていて、下型１４に上型１３を当接させたときに形成される空洞が連結部材２の形状となる。予成形体１６に接する下型溝１４ａと上型溝１３ａの表面は、Ｒｍａｘ＝０．８５μｍ程度に鏡面仕上げされている。
【００４７】
図４は、予成形体１６及びワイヤー状部材１ａ、１ｂの配置を示し、Ｕ字形に成形された予成形体１６の底部上でワイヤー状部材１ａ、１ｂが突き合わせられるように、同軸状で対向している。このワイヤー状部材１ａ、１ｂは、クランプ（図示省略）によって保持されて固定されるものである。又、予成形体１６の幅Ｗはワイヤー状部材１ａ、１ｂの直径と等しくなっており、その肉厚は０．５ｍｍである。これらの材質は、実施の形態１と同様であり、ワイヤー状部材１ａ、１ｂはＳＵＳ３０４からなる素線の撚り線である。一方、予成形体１６は、Ｚｒ₅₅Ｃｕ₃₀Ａｌ₁₀Ｎｉ₅( 添え字は原子％）のＺｒ系アモルファス合金材料からなり、実施の形態１と同一のガラス遷移温度Ｔｇ、結晶化開始温度Ｔｘ及び過冷却液体域△Ｔを有している。
【００４８】
図３に示すように、上型１３は加圧機構（図示省略）に連結された加圧プランジャ１７に取り付けられており、胴型１２の内面に沿って、上下方向に移動できるようになっている。胴型１２には、高温気体発生器（図示省略）からの高温気体を胴型内に導入するための高温気体導入口１２ａ、及び同気体を排気するための排気口１２ｂが設けられている。胴型１２、上型１３及び下型１４には、それぞれヒーター１０ａ、１０ｂ、１０ｃと温度検出器（図示省略）が配設され、ヒーター１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、温度制御器により制御され、これにより上下の型１３、１４及び胴型１２内の温度を正確に制御できるように構成されている。
【００４９】
さらに、上型１３と下型１４には、冷却管路（図示省略）が設けてあり、上型１３と下型１４を適宜冷却できるようになっている。以上の装置は、真空チヤンバー（図示省略）内に設置されており、真空ポンプ（図示省略）及び不活性ガスボンベ（図示省略）と連結されることにより、真空雰囲気もしくは、不活性ガス雰囲気にすることが可能となっている。
【００５０】
この実施の形態では、図３及び図４のように、予成形体１６及びワイヤー状部材１ａ, １ｂを配置した後、高温気体導入口１２ａより、約４３０℃に加熱されたアルゴンガスを胴型１２内へ導入するとともに、ヒーター１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより胴型１２、上型１３及び下型１４を約４３０℃に加熱する。これにより、予成形体１６を下型１４及びアルゴンガスからの熱伝導により過冷却液体域まで加熱する。予成形体１６の温度が、ガラス遷移温度を越えると粘性流動状態となり、低圧力で容易に成形可能となる。
【００５１】
この状態において、加圧プランジャ１７を作動させて図５に示すように上型１３を下型１４に当接するまで降下させる。これにより予成形体１６は上型溝１３ａに倣って変形し、連結部材２の形状に成形されると共に、ワイヤー状部材１ａ,１ｂと密着し、ワイヤー状部材１ａ,１ｂが接合される。成形の際の上型１３の移動速度は１００ｍｍ／ｓｅｃである。
【００５２】
この後、加熱を停止し、冷却管路に循環させた冷却水により上型１３及び下型１４をガラス遷移温度以下に冷却し、予成形体１６を固化し、連結部材２を成形するとともに、連結部材２とワイヤー状部材１ａ, １ｂを一体化する。ここで上型溝１３ａ及び下型溝１４ａの表面は、鏡面仕上げされているため、これらと予成形体１６とが接合されることはない。以上により、図１に示すワイヤー状部材１ａ，１ｂと連結部材２とが一体化した複合部材を得ることができた。
【００５３】
予成形体１６の構成材料であるアモルファス合金Ｚｒ₅₅C ｕ₃₀Ａｌ₁₀Ｎｉ₅を含め過冷却液体域を有するアモルファス合金は、過冷却液体域での保持時間、温度に比例して結晶化率が増大するため、ガラス遷移温度以下においての昇温速度は、特に限定されないが、ガラス遷移温度以上においては、速やかに目的の温度に到達させることが望ましい。加熱温度についても同様で、結晶化率を低減するためには、極力低い温度で成形することが望ましい。
【００５４】
また、アモルファス合金は、過冷却液体域からガラス遷移温度以下へ冷却する際の冷却速度が遅いと脆化する性質があるため、冷却速度に十分配慮する必要がある。このように、過冷却液体域を有するアモルファス合金材料は、加熱、冷却速度及び過冷却液体域での保持時間によって、機械的特質が左右されるが、本実施の形態においては、加熱速度５０℃／ｍｉｎ、加熱温度４３０℃、過冷却液体域での保持時間２００ｓｅｃ、冷却速度５０℃／ｍｉｎで実施した結果、十分な機械的強度を得ることができた。
【００５５】
このような実施の形態では、実施の形態１の効果を有し、さらに、ワイヤー状部材１ａ，１ｂ及び予成形体１６を下型溝１４ａに沿って配置し、且つ連結部材２の成形を上型１３と下型１４とによって押圧して成形するため、成形中にワイヤー状部材１ａ，１ｂがずれることがなく、寸法を高精度に確保できると共に、予成形体１６の成形速度を速くしても寸法精度が確保されるため、工程時間の短縮が可能となる。
【００５６】
この実施の形態では、型１２，１３，１４を変更することにより、内視鏡用処置具の注射針の接合部や、同処置具の針状高周波ナイフの先端針の接合部にも適用できる。
【００５７】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３で製造される内視鏡用超音波処置具２０を示し、術者が保持する保持部材１９の先端に、作業部材である工具部材１８が一体的に設けられており、工具部材１８には櫛歯状の作業部１８ａが形成されている。この処置具２０は、内視鏡を用いた外科処置に用いられるものであり、体内の細胞組織に工具部材１８の作業部１８ａを接触させ、これに超音波振動を印加することにより、組織細胞の破壊、除去をするものである。
【００５８】
本実施の形態では、工具部材１８の構成材料としてアモルファス合金を用いた。このアモルファス合金の組成は、Ｚｒ₆₀C ｕ₃₀Ａｌ₁₀( 数字は原子％）であり、ガラス遷移温度Ｔｇ＝３７０℃、結晶化開始温度Ｔｘ＝４７０℃、過冷却液体域△Ｔ＝１００℃である。又、過冷却液体域において、１０⁹Ｐａ・ｓの粘性を示す性質を有している。保持部材１９の構成材料はＴｉ−６Ａ１−４Ｖ（数字は質量％）からなる合金である。
【００５９】
図７及び図８は本実施の形態に使用される製造装置を示し、架台２１上に胴型２２が設置され、この胴型２２内に下型２４及び上型２３が対向して挿入されると共に、上型２３の上方部位に加圧プランジャ２６を下側に連結した加圧機構２６ａ（下端側のみを図示）が挿入されることによって基本的に構成されている。又、上型２３、下型２４の間には、キャビティ２５が形成されている。下型２４におけるキャビティ２５の作業部１８ａに対応する櫛歯状部分は、図７及び図８では、明確な図示のため放射状に表示しているが、この櫛歯状部分で成形される作業部１８ａは、図６で示すように、上型２３及び下型２４の分割面に対して垂直方向に型抜き可能に形成されており、以下の図の表示も同様である。
【００６０】
キャビティ２５は、工具部材１８と同一形状、寸法の空洞であり、下型２３と上型２４を型締めしたときに形成される。下型２３には、あらかじめ製作された保持部材１９を設置するようになっている。上型２３には、シリンダ部２３ａが上部に形成されると共に、このシリンダ部２３ａとキャビティ２５とを連通する湯道２３ｂが形成されている。加圧プランジャ２６は、前記加圧機構２６ａ（全体の図示省略）に連結されており、上型２３のシリンダ２３ａ内を移動可能となっている。
【００６１】
上型２３、下型２４及び加圧ブランジヤ２６にはそれぞれ、ヒーター２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び温度検出器（図示省略）が設置されており、上型２３、下型２４及び加圧プランジャ２６の温度を正確に制御するようになっている。保持部材１９の工具部材１８との接合部１９ａを除き、キャビティ２５の表面はＲｍａｘ＝０．８μｍ程度に鏡面加工してある。これに対し、保持部材１９の接合部１９ａは、Ｒｍａｘ＝２５μｍ程度の粗さの表面となっている。
【００６２】
また、上型２３及び下型２４には、冷却管路（図示省略）が設けてあり、適宜冷却できるようになっている。これらの装置全体は、真空チヤンバー（図示省略）内に設置されており、真空ポンプ（図示省略）及び不活性ガス発生装置（図示省略）と連結されることにより、真空雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気にすることが可能となっている。
【００６３】
この実施の形態では、図７に示すように、予め別途製作した保持部材１９を下型２４の所定の位置に設置し、型締めを行い、保持部材１９を固定すると共に、上型２３、下型２４及び保持部材１９の工具部材１８との接合部１９ａによりキヤビティ２５を形成する。なお、接合部１９ａの表面はアモルファス合金より構成される工具部材１８との接合を強固にするため、上述のように粗面としてある。工具部材１８の構成材料であるアモルファス合金材料４０をシリンダ２３ａ内に設置する。
【００６４】
このような状態で、工具部材１８と保持部材１９の酸化を防止するため、装置全体をアルゴンガス雰囲気とした後、ヒーター２７ａ、２７ｂにより上型２３、下型２４を加熱し、その熱伝導によりアモルファス合金材料４０を過冷却液体域まで加熱する。又、ヒータ２７ｃにより加圧プランジャ２６を各型と同様に加熱する。本実施の形態では、加熱速度５０℃／ｍｉｎ、加熱温度４１０℃で行った。この加熱でガラス遷移温度Ｔｇ＝３７０℃に達すると粘性が急激に低下し、粘性流体となる。
【００６５】
アモルファス合金材料４０の中心部まで完全に過冷却液体域に達した状態で、図８に示すように加圧プランジャ２６により粘性流体となったアモルファス合金材料４０を加圧し、湯道２３ｂを通してキャビティ２５に注入する。注入されたアモルファス合金材料４０は、キャビティ２５表面の微細な凹凸を埋めながら充填される。
【００６６】
その後、型全体をガラス遷移温度Ｔｇ以下に冷却することにより、アモルファス合金材料を固化させる。このとき、保持部材１９の接合部１９ａの表面はキャビティの他表面より表面粗さが粗いため、ミクロ的に接合部１９ａとアモルファス合金材料が噛み合い状態となり、これにより両者は強固に接合される。冷却速度に関しては、実施の形態１、２と同様に５０℃／ｍｉｎで行った。このような手段及び作用により、工具部材１８を成形すると供に工具部材１８と保持部材１９の接合部１９ａとが接合されて、処置具２０を製作できる。製作された処置具２０の工具部材１８と保持部材１９の接合強度は、約５００ＭＰａであり、超音波処置具としての要求される強度を十分上回っていることが確認された。
【００６７】
この実施の形態では、保持部材１９の接合部１９ａを平面としたが、図９に示すように、キャビティ２５側に開口する孔部１９ｂを接合部１９ａに形成しても良い。又、図１０に示すように、凸部１９ｃをキャビティ２５側に突出させても良く、図１１に示すように、大径部分を先端に有した凸部１９ｄを突出させても良い。これらの孔部１９ｂ、凸部１９ｃ、１９ｄによって、アモルファス合金材料４０との接合強度が増大するため、工具部材１８と保持部材１９とを強固に一体化することができる。
【００６８】
なお、図７〜図１１において、下型２４における作業部１８ａの櫛歯状部分を放射状に成形する場合には、下型２４を紙面に垂直方向で２分割した対の構成とし、この対の構成の下型２４に対して上型２３を対向させてキャビティ２５を形成し、工具部材１８の成形後に下型２４の対の構成を分割することにより、作業部１８ａの放射状の櫛歯状部分を取り出すことにより成形できる。
【００６９】
本実施の形態においては、工具部材１８の材質として、過冷却液体域を有するアモルファス合金を使用し、保持部材１９を他の材質としたが、成形型を変更することにより、保持部材１９の材質を過冷却液体域を有するアモルファス合金とし、工具部材１８を他の材質とすることも可能である。又、工具部材１８，保持部材１９の双方を、過冷却液体域の温度が異なる過冷却液体域を有する２種類のアモルファス合金としても良い。
【００７０】
従来の製造方法では、保持部材と工具部材を別個に製作し、これらを溶接や銀ろう付けなどの接合手段により一体化していた。溶接においては、母材の凝固収縮による歪みによる寸法精度の悪化や、熱影響部の劣化による強度の低下という間題があった。また、ろう付けにおいても、加熱温度が７５０℃以上であり、加熱による熱影響の劣化による強度の低下が問題であった。さらに、これらの問題は、接合面積が減少するのに伴い、その影響が大きくなるため、複合部材の微細化には限界があった。これに対し、この実施の形態では、成形温度が４１０℃と低く、溶融凝固がないため、熱影響による母材の劣化が少なく、また、凝固収縮による歪みがないため、高強度かつ高精度に２つの部材を一体化することが可能となる。このような実施の形態は、型を変更することにより、内視鏡用生検鉗子における針付き鉗子の針と、この針を位置決めするための針回り止めピンの一体化製造に適用することができる。
【００７１】
（実施の形態４）図１２は実施の形態４によって製造される内視鏡用湾曲管の節輪２８の略図を示す。この節輪２８は、内視鏡の湾曲部の構成部品の一つであり、操作用ワイヤーを挿通するためのガイドリング３０と、ガイドリング３０の外周面がその内周面に固着される節輪本体２９とからなっている。なお、節輪本体２９の内周面には、ガイドリング３０が一般的には、対称位置に２個又は４個固着されるが、この実施の形態では、１個ずつを順次に固着する前提となっているため、１個のみを示している。ガイドリング３０は、外径φ１ｍｍ、内径φ０．９ｍｍのリング状の部材であり、操作用ワイヤーを挿通する挿通口３０ａを有する。節輪本体２９は、ＳＵＳ３０４の材質からなり、外径φ１１．８ｍｍ、肉厚０．４ｍｍのパイプ状部材である。
【００７２】
図１３〜図１６は、本実施の形態に使用される製造装置を示し、下型３１及び上型３２が型締めされることにより、キャビティ３７が形成される。このキャビティ３７に臨む下型３１及び上型３２には、下ポンチ３５及び上ポンチ３３がそれぞれ挿入されている。又、下ポンチ３５及び上ポンチ３３内には、中ポンチ３６、３４がそれぞれ挿入されている。以上の下型３１、上型３２、下ポンチ３５、上ポンチ３３及びそれぞれの中ポンチ３６、３４は別個の駆動系（図示省略）に連結されており、各部材が独立して駆動されるようになっている。
【００７３】
下型３１は、図１３に示すように、節輪本体２９が収納可能な凹部３１ａを有すると共に、下ポンチ３５が摺動可能なスペースを有する。中ポンチ３４及び３６の外径はガイドリング３０の内径と同じ径となっている。
【００７４】
以上の型３１，３２、ポンチ３３，３４，３５，３６には、ヒーター（図示省略）及び冷却水管路（図示省略）及び温度検出器（図示省略）が設けてあり、これらを加熱、冷却できるようになっている。
【００７５】
キャビティ３７の表面は、Ｒｍａｘ＝０．８μｍ程度の表面粗さに仕上げ加工されている。ポンチ３３、３４、３５、３６の各端面である成形面及びその近傍の表面もＲｍａｘ＝０．８μｍ程度に加工されている。節輪本体２９のガイドリング接合部２９ａは、表面粗さがＲｍａｘ＝２５μｍ程度となっている。図１３においては、３８はガイドリング３０の前成形体であり、Ｐｄ₄₀０Ｎｉ₁₀Ｃｕ₃₀Ｐ₂₀( 添字は、原子％を示す）の過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、ガラス遷移温度Ｔｇ＝３０２℃、結晶化開始温度Ｔｘ＝３９７℃で、過冷却液体域△Ｔ＝３０２℃〜３９７℃において、粘性が１０⁹P ａ・ｓとなり、粘性流体となる性質を有している。また、この材料は耐酸化性材料であり、大気中で加熱しても酸化されない。
【００７６】
この実施の形態では、予め別途製作した節輪本体２９と、予め製作したアモルファス合金材料からなる前成形体３８を図１３のように下型３１のキヤビティ３７内に設置し、下型３１と上型３２の型締めを行う。ヒーターにより下型３１、上型３２及び上ポンチ３３等の全てのポンチを３５０℃に加熱し、型及びポンチからの熱伝導により前成形体３８が加熱され、ガラス遷移温度Ｔｇ＝３０２℃に達すると、粘性流体となる。
【００７７】
前成形体３８の全体が過冷却液体域に達した状態で、図１４のように上ポンチ３３、中ポンチ３４及び下ポンチ３５及び中ポンチ３６により、前成形体３８を２ＭＰａで押圧し、ガイドリング３０の外形を成形する。この際、前成形体３８は節輪本体の接合部２９ａの表面のミクロな凹凸を充填しつつ成形される。その後、図１５に示すように、中ポンチ３４及び中ポンチ３６を連動して下降させ、前成形体を打ち抜くことにより、ワイヤ挿通口３０ａを形成する。打ち抜き速度は、２００ｍｍ／ｓｅｃで行う。打ち抜きは、中ポンチ３４と下ポンチ３５との間の剪断力により行われるが、前成形体３８は粘性流体であるため、剪断中に亀裂が発生することがなく、良好な剪断面が得られる。ワイヤ挿通口３０ａを打ち抜いた後、各型及び各ポンチをガラス遷移温度以下に冷却し、アモルファス合金材料を固化し、ガイドリング３０を成形しつつ、ガイドリング３０と節輪本体２９を接合する。この後、図１６のように、上型３２、上ポンチ３３及び中ポンチ３４を上昇させ、節輪２８を取り出す。
【００７８】
なお、ガイドリング３０を過冷却液体域を有するアモルファス合金で構成し、これを成形して節輪本体２９と一体化したが、成形装置を変更することにより、節輪本体２９を過冷却液体域を有するアモルファス合金で構成し、これを成形してガイドリング３０と一体化することも可能である。
【００７９】
従来は、節輪本体とガイドリングを別個に製作し、これらをろう付けや溶接により接合して、節輪を製造していたが、凝固収縮に伴う歪みや、熱影響による母材の劣化等の問題があった。また、軽合金や樹脂による鋳ぐるみ法では、材料の強度が不十分であり適用できなかった。実施の形態では、加熱温度が、３５０℃と溶接やろう付けに比べ低く、母材の溶融を伴わないため凝固収縮による歪みがなく、熱影響による母材の劣化が低減できる。さらに、リング挿通口を成形中に打ち抜きによって製作するため、前成形体は単純な形でよく、前成形体の製作工程が簡略化できる。
【００８０】
以上の説明から本発明は、以下の発明を包含するものである。
（１）２以上の部材を成形によって一体化する方法であって、他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は２以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、前記他の部材がワイヤー状部材からなり、一の部材と他の部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一の部材と他の部材とを一体化し、その後、冷却することを特徴とする複合部材の製造方法。
【００８１】
（２）
作業部材と、この作業部材を保持する保持部材とからなる２以上の部材とを成形によって一体化する方法であって、前記作業部材又は保持部材のいずれか一方又は双方の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、作業部材及び保持部材を前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一体化し、その後、冷却することを特徴とする複合部材の製造方法。
【００８２】
（３）
一のリング状部材と、この一のリング状部材の内周又は外周に接合される他のリング状部材とからなる２以上の部材を成形によって一体化する方法であって、一のリング状部材及び他のリング状部材のいずれか一方又は双方の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、これらのリング状部材を前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一体化し、その後、冷却することを特徴とする複合部材の製造方法。
【００８３】
（４）前記成形型における前記アモルファス合金との接触面の表面粗さが、Ｒｍａｘ＝１．２μｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）項のいずれかに記載の複合部材の製造方法。
【００８４】
（５）前記アモルファス合金と接触する面の粗さが、Ｒｍａｘ＝１０μｍ以上となっている部材を、アモルファス合金からなる部材と一体化することを特徴とする上記（１）〜（３）項のいずれかに記載の複合部材の製造方法。
【００８５】
（６）上記（１）〜（５）項のいずれかに記載の方法によって製造されたことを特徴とする複合部材。
【００８６】
【発明の効果】
請求項１の製造方法によれば、一体化する部材の内、少なくとも一方の部材を過冷却液体域を有するアモルファス合金を使用するため、転写精度に優れた高精度の形状の複合部材とすることができる。又、一体化するための加熱温度が低く、熱影響による劣化がないため、高強度とすることができると共に、他の部材との噛み合いによって強固に一体化した複合部材とすることができる。
【００８７】
請求項３の複合部材によれば、少なくとも一の部材がアモルファス合金からなるため、アモルファス合金の高い強度、硬度による耐久性を備えると共に、高度な形状精度となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１及び２によって製造される複合部材の斜視図である。
【図２】実施の形態１に使用される製造装置の断面図である。
【図３】実施の形態２に使用される製造装置の断面図である。
【図４】実施の形態２の製造途中の部材の斜視図である。
【図５】実施の形態２における製造を示す断面図である。
【図６】実施の形態３によって製造される複合部材の斜視図である。
【図７】実施の形態３に使用される製造装置の断面図である。
【図８】実施の形態３の製造を示す断面図である。
【図９】実施の形態３の第１の変形例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態３の第２の変形例を示す断面図である。
【図１１】実施の形態３の第３の変形例を示す断面図である。
【図１２】実施の形態４によって製造される複合部材の斜視図である。
【図１３】実施の形態４に使用される製造装置の断面図である。
【図１４】実施の形態４のリング状部材を接合する段階の断面図である。
【図１５】実施の形態４のリング状部材を作製する段階の断面図である。
【図１６】実施の形態４の接合後の段階を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ１ｂワイヤー状部材
２連結部材
３成形型
４キャビティ
５可動型
６固定型
７シリンダ
８加圧プランジャ
９アモルファス合金材料

Claims

２以上の部材を成形により一体化する方法であって、
他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は２以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、この一の部材と他の部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱し、前記アモルファス合金との接触面の表面粗さＲｍａｘが１．２μｍ以下である成形型によって押圧成形して一の部材と他の部材とを一体化し、その後、冷却することを特徴とする複合部材の製造方法。
前記他の部材の、前記アモルファス合金と接触する面の粗さＲｍａｘが１０μｍ以上となっていることを特徴とする請求項１記載の複合部材の製造方法。
他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は２以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、一の部材と他の部材とが前記過冷却液体器の温度に加熱され、前記アモルファス合金との接触面の表面粗さＲｍａｘが１．２μｍ以下である成形型で押圧成形されて一体化され、その後、冷却されることによって成形されていることを特徴とする複合部材。