JPH0266133A - 鏡面加工用素材 - 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、鏡面加工が施される鏡面加工用素材に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、鏡面加工（例えばダイヤモンド工具による超精密
切削、ラッピング、ポリシング等）を施してミラー等を
形成する場合、その素材としては、一般の加工用として
用いられている多結晶材、すなわち多数の結晶粒を有す
る材料が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、上記のような多結晶材に鏡面加工を施すと結晶
粒界（以下、粒界と称す）に微小な段差が生じる。これ
は、粒界を挟む結晶粒に方位差があり、各結晶粒の変形
能が異なるために生じるものであり、この段差の高さは
、通常の多結晶材を用いて加工すると数十ｎｍ程度とな
る。このため、例えばアルミニウム合金を鏡面加工する
場合には表面粗さを一定値以下（具体的には０．０２μ
ｉηＲｗａｘ以下）に抑えるのは困難とされており、そ
の向上が課題とされていた。

一方、上記のような多結晶材でなく単結晶材を用いて鏡
面加工を施せば上記粒界の段差は生じなくなるが、この
ような単結晶材は機械的強度に劣るとともに、コスト高
となる欠点を有し、実用性に乏しい。また、金型等の表
面粗さを向上させる場合には、非晶質Ｎ１−Ｐメツキを
施すといった手段もしばしば用いられているが、このＮ
１−Ｐメツキは耐熱性に劣るとともに、硬度が高いため
にダイヤモンド工具の摩耗が著しく、優れた形状精度を
得難い問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑み、鏡面加工を施した際
に、粒界での段差が小さくて優れた面積度を得ることが
でき、しかも強度性や耐熱性、加工性における問題点の
少ない素材を提供することをし］的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、各結晶粒の間に挟まれる粒界が主として小傾
角粒界により構成された一方向凝固材を用いたものであ
る。

具体的には、上記小傾角粒界が全体の６０％以上を占め
ることにより、顕著な効果が生じる。

なお、ここに記される［小傾角粒界］とは、その粒界を
挟む２つの結晶粒同士の方位差が１５０以下の範囲にあ
る結晶粒界を意味する。

〔作　用〕 上記素材によれば、各結晶粒間の変形能の差が極めて小
さいので、鏡面加工によって生じる粒界での段差は非常
に小さなものとなり、これにょって面積度は大幅に向上
する。具体的には、小傾角粒界が全体の６０％以上を占
めることにより、鏡面加工後の表面粗さは０．０２μｍ
ＲｍＨｔｘ以下に抑えられる。

〔実施例〕

第１図は、一般の多結晶材からなる試料と、本発明に用
いられる一方向凝固材からなる試料とについて、隣接結
晶粒同士の方位差と、その頻度との関係を示したもので
ある。同図に示されるように、従来から鏡面加工用とし
て用いられてきた多結晶材は、その方位差がほぼ均等に
分布しているのに対し、本発明の鏡面加工用素材として
用いられる一方向凝固材は、隣接結晶粒の方位差が００
〜１５０の範囲にある粒界（小傾角粒界）が多数を占め
ていることを特徴としている。

次の第１表は、本発明の鏡面加工用素材（サンプル番号
１〜５）および従来使用されていた多結晶材（サンプル
番号６〜１０）に対して鏡面加工を施した際の、結晶粒
間の段差および表面粗さ（最大高さ）を示したものであ
る。ここで、各素第１表 材の方位分布はエッチ・ビット法やＸ線回折により検出
され、段差および表面粗さは触針式の装置により求めら
れている。

この表から分かるように、本発明の鏡面加工用素材は、
従来材に比べて結晶粒間の段差が極めて小さく、表面粗
さも０．０２０μｍ　Ｒｆｆ１ａｘ以下と優れたものに
なっている。

また次の第２表は、種々の方位差分布をもつ素材に対し
て鏡面加工を施した際の、結晶粒間の段差および表面粗
さを示したものである。ここでの方位差分／＋ｉ　％段
差、および表面粗さも上記第１表の結果と同様にして求
められている。

この第２表から分かるように、小傾角粒界の占める比率
が増大するにつれ、粒界段差が減少し、表面粗さは向上
する。具体的には、上記小傾角粒界が全体の６０％以上
を占めることにより、表面粗さは０．０２０μｍ　Ｒｎ
＋ａｘ以下に抑えられることになる。

劇） 表 第２図は、一方向凝固材からなる試料および通常の多結
晶材からなる試料について、各入射角に対する反射率を
それぞれ５回ずつＡＰｊ定した結果を示したものである
。同図において、実線が一方向凝固材について、−点鎖
線が通常の多結晶材についての結果を示しているが、こ
の図から分かるように、一方向凝固材を用いることによ
り、多結晶材に比べて反射率は約２％向上し、しかも反
射率のばらつきも極めて小さいものとなり、非常に良好
な鏡面を得ることができる。

また平面度についても、一方向凝固材を用いることによ
り、従来のλ／６という値からλ／８（λ−６３２８人
−波長）にまで向上することが実験により確かめられて
いる。

なお、本発明では、一方向凝固材が得られるものであれ
ば材質は問わず、鉄鋼材料や、アルミニウム等の非鉄金
属材料等、種々の材料についで上記効果を得ることがで
きる。従って用途も幅広く、上記ミラーの他、金型面や
磁気ディスク等、鏡面を必要とする種々の製品について
適用することができる。

次に、このような鏡面加工用素材を製造する方法として
好ましいものの一例を第３図および第４図に基づいて説
明する。

第３図において、１は上下に開口する筒状に形成された
るつぼであり、この筒状るつぼ１の側方に、同るつぼ１
内部の素材を高周波により加熱する高周波加熱装置２が
設けられている。また、同るつぼ１の上方には、鋳造素
材３を挿入する方向に回転するピンチローラ４が設けら
れ、下方には、同るつぼ１から鋳造索材３を引出す方向
に回転するピンチローラ５が設けられている。なお、上
記鋳造素材３、すなわち鏡面加工用の素材としては、Ａ
、Ｑ、Ｃｕ、その他の金属、あるいはこれらの合金等が
適用可°能である。

このような装置において、連続鋳造を開始するにあたり
、まず、ピンチローラ４とピンチローラ５との間の距離
よりも長い鋳造素材３を筒状るっぽ１内に挿入し、同る
っぽ１を貫通させる。この状態から、加熱装置２によっ
て、るっぽ１内の所定領域Ａにおける鋳造素材を加熱し
、溶融する。

なお、鋳造速度を高めるためには、このように鋳造素材
３を直接加熱する高周波加熱が望ましいが、例えば第４
図に示されるような電気抵抗体（加熱手段）６によって
るつぼ１内体を加熱し、このるつぼ１の熱によって鋳造
素材３を溶融するようにしても構わない。ただし、この
場合も、同図に示されるようにるつぼ１の下端部では鋳
造索材３が凝固するように、るつぼ１の温度分布を調節
しておくことが肝要である。

このようにして溶融を完了した後、ピンチローラ４，５
の駆動により、鋳造累月３を下方に向けて搬送する。こ
れによって、上記領域Ａ内で溶融した鋳造素材３が下方
に移動してるっぽ１の下端部分で凝固し、このように凝
固した状態でピンチローラ５により引出される。これと
同時に、るっぽ１の上方からは新たな鋳造素材３がピン
チローラ４によってるつぼ１内に挿入され、溶融される
。

このように鋳造素材３が上から下に搬送されることによ
り、溶融した鋳造素材３の凝固は下がら上へ進行するこ
ととなる。なお、表面状態の良好な鋳塊を得るためには
、筒状るつぼ１の下端部の内壁材質として、鋳造素材３
との摩擦係数が少ないものを選ぶことが好ましく、具体
的にはＢＮ（ボロンナイトライド）、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ
添加の５Ｌ３Ｎ４、あるいは黒鉛などが挙げられる。

上記ピンチローラ５の駆動力は、凝固した鋳造累月３と
るつぼ１の内壁面との摩擦力よりも小さく設定し、るっ
ぽ１内で凝固した鋳造素材３が、ピンチローラ５の引出
し力だけでなく、ピンチローラ４による鋳造素材３の挿
入によって受ける押圧力によって、るつぼ１から引出さ
れるようにする。これにより、るつぼ１内の領域Ａで溶
融した鋳造素材３は、上方から供給される鋳造素材３と
、下方で凝固した鋳造素材３とによって、上下から軸方
向に加圧されることとなる。

この加圧によって、製造される鋳塊に空孔等の欠陥が生
じることを防止できるように、加圧する圧力を設定する
のであるが、一般に、るっぽ１内で凝固した鋳造索材３
は凝固収縮し、るつぼ１の内壁面との間に僅かな隙間を
形成するので、この隙間から溶湯が噴出しない程度に上
記圧力を設定することが必要である。従って、このよう
な圧力を設定するには、筒状るつぼの内部や筒状るつぼ
の壁内に設置した温度計によるΔＰ１温結果から凝固状
態を推定し、これとともに、上記凝固収縮の程度、ある
いは溶湯の粘度の影響等を考慮する必要がある。そして
、このようにして設定した圧力で溶湯を加圧できるよう
に、上記ピンチローラ４゜５の駆動力を設定する。

なお、このような連続鋳造において鋳造素材３の鋳造が
進行し、残りの供給素材が少なくなった場合には、同素
材に同一成分・形状の新たな素材を押し当て、連続的に
供給すればよい。

以上のような方法により、非常に好ましい鏡面加工用素
材を製造することができ、この鏡面加工用素材に鏡面加
工を施すことにより、優れた面粗度をＨする鏡面を得る
ことができる。ただし、本発明ではその製造方法は問わ
ず、例えばブリッジマン法や特公昭５６−４６２６３号
公報記載の方法（いわゆるＯＣＣ法）等、周知の手段に
よって得たものであってもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、各結晶粒の間に挟まれる粒界が
主として小傾角粒界により構成された一方向凝固材を用
いたものであるため、この素材に鏡面加工を施すことに
よって、強度性や耐熱性、あるいは加工性に不都合を生
じることなく、優れた面精度をもつ鏡面を得ることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鏡面加工用素材および一般の多結晶材
における結晶粒の方位差分布を示すグラフ、第２図は本
発明の鏡面加工用素材および一般の多結晶材について入
射角と反射率との関係をａ−１定した結果を示すグラフ
、第３図および第４図は本発明の鏡面加工用素材を連続
製造するための装置の一例を示す断面図である。 ３・・・鋳造素材（ｖ１面加工用素材）。 ３０　　４゜ 入射角ｄｅｇ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各結晶粒の間に挟まれる粒界が主として小傾角粒界
   により構成された一方向凝固材からなることを特徴とす
   る鏡面加工用素材。 ２、各結晶粒の間に挟まれる粒界の６０％以上が小傾角
   粒界により構成された一方向凝固材からなることを特徴
   とする鏡面加工用素材。