JPH0237925A - 超音波を用いた金属の加工方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、超音波を用いた金属の加工方法に関し、詳し
くは、棒状等の形状の金属を金型を用いてプレスによっ
て成型する際に、超音波エネルギーを付与することによ
って、金属に所望の模様を形成させる金属の加工方法に
関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］チタ
ンまたはこれらの合金等の金属の加工においては、冷間
加工、温間加工もしくは熱間加工等が行なわれている。

この中で冷間加工は、スプリングバックが大きいので所
定の形状を高精度で得ることが難しい。このため金属の
加工がしやすいように金属話晶をβ化して使用されてい
る。

また、チタンは活性が強く空気中では、表面が強固に酸
化したり窒化したりして、長時間の加熱はできない。

そこで、チタンの部品加工においては、冷間プレスで徐
々に変形する工程を採り、その結果、加工の工程が数工
程にも及ぶことになり、生産性や経済性が悪いという課
題がある。

さらに、近年、加工品の装飾的価値を高めたり、出所表
示や品質保証するために、各種の加工品に微細な模様や
文字、数字を付することが汎用されているが、チタン等
の金属においてはこのような微細な模様や文字、数字を
付することか、金属特性の点からかなり困難であり、微
小部分においてはなおさらであった。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる従来技術の課題を解決すべくなされた
もので、チタン等の金属の加工が簡便に行なえると共に
、同時に模様や文字等を付することを可能とした金属の
加工方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、チタン等の金属を金型を用いてプ
レスにより成型する際に、超音波エネルギーを付与する
ことにより達成される。

すなわち、本発明の金属の加工方法は、棒状、板状もし
くは粒状物である金属を金型を用いてプレスによって成
型する際に、超音波エネルギーを付与することを特徴と
する。

本発明では、棒状、板状もしくは粒状物からなる金属を
用いる。ここで用いられる金属としては、チタン、チタ
ン合金、ニッケル−銅−亜鉛合金、ニッケル−クロム合
金チタン、チタン合金、ニッケル−銅−亜鉛合金、ニッ
ケル−クロム合金等が好ましく例示される。また、これ
らの金属に加えて、高硬度ニッケル−クロム合金、低硬
度アルミニウム、アルミニウム合金や銅、銅合金等にも
応用できる。

本発明の加工方法では、この棒状等の金属を金型を用い
てプレスによって成型する。ここで用いられる金型とし
ては、加工金属によって異なるが、公知の金型が使用さ
れるが、例えば高炭素鋼、クロム−モリブデン鋼、合金
工具鋼等から製造されるものが例示される。しかし、後
述するように、本発明の加工方法ではプレス圧力が余り
かからないので、余りに苛酷な条件に耐え得る金型を用
いる必要はない。

また、プレスおけるプレス圧力は、本願発明でプレス時
に超音波エネルギーを付与することから、低圧でよく、
例えば５〜２０Ａ９／ｃｍが採用される。

このプレスのプレス手段としては、蒸気水圧、空気水圧
等の水圧プレスが好ましく用いられる。

本発明では、チタン等の金属を金型を用いてプレスによ
り成型を行なう際に、金属に超音波エネルギーを付与す
る。この場合の超音波エネルギー付与手段としての超音
波装置は、特に限定されず、例えばＷＳ　　２０１５　
　（商品名、米国ソノボンド（ＳＯＮＯＢＯＮＤ）社製
）等が好適に用いられる。この超音波装置の周波数は、
２０〜４０ＫＨｚが好ましい。また、エネルギー付与時
間は、加工金属の種類や形状、厚み等や超音波装置の周
波数により異なるが、１〜５秒が一般的である。

この超音波エネルギーの付与に際しては、加工金属面に
所望の微細な模様や文字、数字を形成することができる
。このような微細な模様や文字、数字の形成は、超音波
装置の振動チップの対物面に細い模様や文字を作り、超
音波装置からのエネルギー付与によって、加工金属にこ
れらの模様や文字、数字を投影することにより得られる
。

本発明で用いるような超音波は、金属や高分子化合物の
接合や接断に利用されているが、最近では研磨粉を超音
波で運動させ、化学的なエツチングに類似した加工にも
応用されている。他には、繊維強化プラスチック（ＦＲ
Ｐ）ネジを転造したり、繊維強化金属（ＦＲＭ）の強度
を向上させるためにも超音波は使われはじめている。

このような超音波を金属加工に適用する試みもなされて
いるが、本発明のような態様で超音波を用いることは未
だなされていないのである。

本発明者等は、従来より金属の接合を目的として超音波
を利用しようと研究、開発を進めていた。

しかしながら、圧力ブレスした跡（圧コン）が残り、商
品の価値が低下することが危惧されることが問題であっ
た。

そこで、むしろこの圧力をかける振動チップの対物面に
細い模様を作り、人為的に塑性変形を発現させ、しかも
これを金型上で行ない、目的とした形状の加工金属が得
られるのではないかと推察し、本発明に至ったものであ
る。

本発明は、チタン等の金属加工において、従来必要され
た複雑な工程を一工程で処理することを可能とし、しか
も得られる加工金属の面に微細な模様や文字等を形成す
ることを可能とした画期的なものである。加えて、金型
も従来程のプレス加工による圧力はかからないので製作
が容易となり、高価な金型でないことからコストの低減
にもなる。

また、好適な条件を選択することによって金属と金型と
の接合も生じない。

〔実施例コ 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

実施例１〜３ 丸棒状および板状のチタン合金（ＴＩ　−６，Ｏｖｔ％
ＡＪ−４，Ｏｖｔ％ｖ）、ニッケル−銅−亜鉛合金（１
８，０〜Ｌ９．５ｗｔ％Ｎ　１−　［ｉｌ、Ｏ〜８７．
０ｗｔ％Ｃｕ−残部Ｚｎ）およびニッケル−クロム合金
（７０，Ｏｖｔ％以上Ｎ１−６．０〜１５．Ｏｖｔ％Ｃ
ｒ−残部Ｆｅ５Ｃｕ等）をそれぞれ用意し、これを加工
金属とした。

この加工金属を金型を用い、常温、プレス圧９Ｋｇ／　
ｃｎｒの条件でプレスを２秒間行ない、その際に超音波
エネルギーを付与し、上記金属の成型、加工を行なった
。ここで用いた超音波装置（米国、ソノボンド社製、発
振機Ｆ　Ｃ−２０１５、振動機ＷＳ〜２０１５）の周波
数は２０Ｋ　Ｈｚで、振動方向が横のもので、最大出力
は１．５Ｋ　Ｗであった。なお、加工金属表面に微細な
模様や文字、数字を形成させるために、超音波装置の振
動チップの対物面に細い模様や文字、数字を作った。

加工前後の引張強度、伸び、ビッカース硬度のＡＪＩ定
値をその実値範囲および平均値で第１表に示した。

第１表に示されるように、実施例１〜３のいずれにおい
ても、加工後の引張り強度、伸び、硬さは加工前の値を
ほぼ維持し、所望の範囲であった。

また、実施例３のニッケル−クロム合金は少し焼どんさ
れたようであるが、満足のいくものであり、他方、実施
例１〜２では余り変化はなかった。

さらに、実施例１〜２では、表面にスケールの発生が見
られるが、バレル研磨などで容易除去できた。また、実
施例１〜３では、金型とプレス対物面から拡散するため
に、いずれもパリ部が発生するが、この部分も研磨中に
除去された。

一方、これら実施例１〜３により得られた加工金属の表
面には、微細な模様や文字、数字が極めて鮮明に形成さ
れていた。

［発明の効果］ 以上説明したように、棒状等の金属を金型を用いてプレ
スによって成型する際に、超音波エネルギーを付与する
本発明の加工方法は、チタン等の金属を一工程で成型、
加工することができ、しかも得られる加工金属の面に微
細な模様等を容易に形成することができる。また、高価
な金型を使用する必要もなく、金属と金型との接合も生
じない。

従って、本発明の金属の加工方法は、チタン等の金属の
加工、特に金属を加工し、微小部分を製造するのに最適
である。

特許出願人　株式会社クリエテイツク ジャパン　はか１名 代理人　弁理士　伊　東　辰　雄 はか１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、棒状、板状もしくは粒状物である金属を金型を用い
   てプレスによって成型する際に、超音波エネルギーを付
   与することを特徴とする金属の加工方法。 ２、前記金属がチタン、チタン合金、ニッケル−銅−亜
   鉛合金、ニッケル−クロム合金から選択される請求項１
   に記載の金属の加工方法。