JPH0639664B2 - レーザー鏡用アルミニウム合金素材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザー反射鏡用のアルミニウム合金素材を製
造する方法に関するものである。

［従来の技術］ レーザー反射鏡はコンピューター用データ入力出力装置
（レーザープリンター光ディスク装置など）、価格自動
読取装置（ＰＯＳ）、デジタル・オーディオ・ディスク
（ＤＡＤ）、表面検査装置などに重要な機能部品として
使用されており、その素材としてアルミニウム合金、
銅、黄銅、ガラスなどが用いられているが、何れも素材
の表面を平滑に加工した後にレーザーに対して高反射率
を有する表面処理を施して使用される。

レーザー鏡として用いるにはレーザー光に対する最終的
な反射率が９０％以上必要であり、このため素材にも出
来るだけ優れた平面精度と低い表面粗さ値が要求され、
またレーザー光を走査手段に用いるための回転多面鏡に
おいては高速回転に耐える機械的強度が求められてい
る。

このレーザー鏡用素材としてアルミニウム合金を使用す
る場合において、従来は先ず素材を精密研削盤若しくは
精密切削旋盤などによって平面加工を行ない、次いで素
材表面に無電解ニッケルめっきを施し、最後にラッピン
グ加工が行なわれていた。しかしながら、この方法では
素材表面に光沢ニッケルめっき層を形成させるための煩
雑な工程やラッピング工程に非常な長時間を要するため
にコスト高になり、また工程が多段階におよぶために表
面にキズが発生する機会が多くなり、これが製品歩留ま
りを低下させる原因となっていた。

これらの問題を回避する方法として、最近アルミニウム
合金素材をダイアモンド・バイトによって超精密切削加
工した後表面保護処理を行なって製品とする方法が開発
された。この方法によるときは鏡面加工の工程が比較的
単純であるために著しく加工費を節減することができる
が、機械加工されたアルミニウム合金素材の表面がその
ままレーザー光線の反射鏡として使用されるために素材
そのものに対してレーザー光の反射機能に関する高度の
特性が要求される結果となり、めっきとラッピング加工
の組み合わせによる従来の方法において用いられていた
アルミニウム合金素材では到底それらの要求特性を満足
することは困難となってきている。

［発明が解決すべき課題］ 即ち、ダイアモンド・バイトによる超精密切削加工と表
面保護処理との組み合わせによるレーザー鏡の製造法に
用いられるアルミニウム合金素材には次の特性が要求さ
れる。

(1) ダイヤモンド・バイトによる切削性能が優れている
こと。即ち刃先の圧縮応力に対いて弾性変形量が少な
く、かつ加工変質層が生成しにくいこと。また加工面上
に刃先の跡が筋状に残らないこと。

(2) 加工面の表面粗さが小さく、Ｒ_max が０．０２μｍ
以下であること。このため結晶粒界の段差や介在物が加
工面に残留したり、或いは刃先によって切除された跡が
凹部となって残留してはならない。

(3) 加工面の平面度が良好であること。特に平板状の側
面を反射鏡面として用いる回転多面鏡においては、上下
面の平行度が１μｍ以下であることが望ましく、加工歪
が残部しにくい材質であることが必要である。

(4) レーザー光に対する反射率ができるだけ高いこと。
素材の加工面においては少なくとも８７％以上、好まし
くは９０％以上の反射率が得られることが望まれる。

(5) 回転多面鏡用素材としては毎分２万乃至８万回転と
いう高速回転において面振動、弾性変形若しくは塑性変
形を起こすことによって、レーザー光の反射機能を低下
させないように十分な剛性と強度を有することが必要で
ある。

本発明は上記したような種々の要求特性を同時に満足す
ることの出来るようなし得るようなレーザー鏡用アルミ
ニウム合金素材の製造方法を提供することを目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記の目的達成のためにレーザー鏡用のア
ルミニウム合金の製造方法について、使用合金組成面と
合金加工技術面との組み合わせを中心に鋭意実験研究を
繰り返した結果本発明を完成するに至ったものである。

即ち本発明は，必須元素として重量でＭｇ２．０〜６．
０％、Ｂｅ０．００１〜０．０１％を含み、更にＣｕ
０．０２〜０．２５％、Ｚｎ０．０２〜０．５％のうち
の何れか一者又は両者を含み、残部アルミニウム及び不
可避的不純物よりなり、不純物としてのＭｎ及びＣｒが
それぞれ０．０３％以下、Ｆｅ及びＳＩが夫々０．０５
％以下、Ｔｉが０．０２％以下であり、且つ前記以外の
不純物の合計が０．１％以下であるようなアルミニウム
合金溶湯を孔径１０μｍ以下の濾過材を通過させた後所
定の鋳塊に鋳造し、次いでこの鋳塊を４００〜５５０℃
の温度範囲で２〜２４時間の加熱処理を行なった後、熱
間加工終了時の温度が４００℃以下となるようにして熱
間加工を行ない、次に３０％以上の加工度となるように
冷間加工を行ない、しかる後焼鈍を行なって平均結晶粒
径が１００μｍ以下の素材とすることを特徴とするレー
ザー鏡用アルミニウム合金素材の製造方法である。

本発明の製造方法によるときは得られたアルミニウム合
金素材はダイヤモンド・バイトによる切削加工性に優
れ、介在物や晶出物を最小限に制御し且つ結晶粒度を調
整したことによって、平滑度に優れ且つ９０％以上の反
射率を得ることができるのでレーザー反射鏡用素材とし
て使用するのに好適である。

［作用］ 次に本発明のレーザー鏡用アルミニウム合金素材の製造
方法の詳細及び作用について詳細に述べる。

前記した要求特性(2) に示すような良好な表面特性を得
るには粗大な金属間化合物粒子や非金属介在物粒子を素
材中に出来るだけ存在しないようにすることである。も
しもこれらの粒子が存在すると切削後の表面に突起物と
して残留したり、或いは切削によって脱落した跡が穴状
の窪みとなって表面に残るためにこの残部でレーザー光
の散乱を生ずる。

このような問題に対処するために、(イ) アルミニウム合
金の溶湯を鋳造する前に孔径１０μｍ以下の濾材を用い
て濾過する。このようにすることによって、上記要求特
性を阻害するような非金属介在物の大部分が除去され
る。また(ロ) 不溶性金属間化合物粒子については原料と
して使用するアルミニウム合金中に、これを生成するよ
うな元素の存在を可及的に制限する必要がある。本発明
においては合金中に不可避的不純物として存在する元素
のうちその影響力の大きい元素、即ち鉄及び珪素を夫々
０．０５％以下に、マンガン及びクロムを夫々０．０３
％以下に、またチタンを０．０２％以下に制限した。ま
た要求特性(4) に記した９０％或いはそれ以上の反射率
を得るためには前述したように非金属介在物や金属間化
合物の生成を極力抑制することはもとよりであるが、更
にダイヤモンド・バイトによる切削加工によって生ずる
新生面の鏡面状態が化学的変化によって劣化しないよう
にすることによって一層その効果が確実なものとなる。
即ち鏡面状態の保存は最終的には表面保護膜を形成させ
て行なわれるが、一般には切削加工時に新生面が空気と
の接触を開始した直後から表面の酸化等による化学的変
化が始まるために若干の反射率の低下が避けられない。
本発明者らはこのような変化を抑止する方法について種
々検討を加えた結果、合金中に少量のベリリウムを添加
すると鏡面反射率は一層向上し、９０％以上の反射率を
十分に確保し得ることを見出した。この場合のベリリウ
ムの添加量は０．００１％未満では効果が少なく、０．
０１％以上添加しても効果の増大が期待出来ず、従って
０．００１％から０．０１％の範囲が適当である。

所要特性(1)、(2) および(5) に記したようなダイヤモン
ド・バイトに対する被削性能や残留応力特性及び高速回
転に対する剛性などの機械的強度特性を得るためには、
通常一般にアルミニウム合金の強化のために採される時
効硬化による方法を採用せず固溶体硬化による方法を採
用した。

これは時効硬化による方法は高い強度や剛性が得られ易
い反面、時効析出した金属間化合物が素材の反射性能を
著しく阻害する恐れがあり本発明の目的に対しては適切
な強化方法とは言い難いからである。

即ち、本発明においては固溶体強化のとめの元素として
アルミニウム中に２．０〜６．０％のマグネシウムを添
加し、更に０．０２〜０．２５％の銅及び０．０２〜
０．５％の亜鉛の何れか一者若しくは両者を同時に添加
することによって必要とする被削性能や剛性などの機械
的特性を十分に満足出来得ることを見出した。この場合
に添加するマグネシウムは２．０％未満では十分な強度
が得られ難く、６．０％を超えるとＡｌ_２Ｍｇ_３粒子が
生成し易くなること、熱間加工性が著しく低下すること
などの不都合を生ずる。一方銅及び亜鉛については、夫
々その下限の０．０２％未満では十分な強化効果が得ら
れず、また銅の０．２５％、亜鉛の０．５％を超えると
素材の耐食性低下を招く恐れを生ずる。強化元素として
添加されたマグネシウム、銅、亜鉛は各々均一に固溶分
布していることが必要であり、このためには合金鋳塊を
４００〜５５０℃の範囲の温度で２〜２４時間の加熱処
理を行なうのが有効である。加熱温度が４００℃未満で
あるか、或いは加熱温度が４００℃を超える温度であっ
ても処理時間が２時間に満たない場合には元素の均一な
固溶分散状態が得られず、一方加熱温度が５５０℃を超
えるか、若しくは５５０℃以下であっても処理時間が２
４時間を超えるとマグネシウムの酸化が著しくなり、切
削加工面の反射率を低下させる結果となるので不適当で
ある。また本発明においては加熱処理を施した合金鋳塊
を熱間加工、冷間加工の順に展伸加工を施すものである
が、これらの加工処理に当たって熱間加工終了時の温度
を４００℃以下になるように加工温度の調節を行ない、
また冷間加工における加工度を３０％以上とする。

上記したように各加工条件を限定することによって、得
られたレーザー鏡用アルミニウム合金素材中における結
晶粒度を１００μｍ以下に調整することが出来る。この
ように素材の結晶粒度を１００μｍ以下に抑える理由
は、結晶粒度が１００μｍを超えるとダイヤモンド・バ
イトで超精密切削を行なった場合に切削後の表面におけ
る粒界段差が顕著に現われ、その結果良好な表面精度が
得られ難いからである。

このような結晶粒界の段差は結晶粒の大きさと深く関わ
っていると同時に、同一の圧縮応力に対する素材の弾性
変形量や残留応力、或いは加工変質層の生成量などによ
っても強く影響されるが本発明におけるアルミニウム合
金の組成とその熱処理及び加工条件は、総合的にこれら
の諸問題に対して有効に作用て顕著な効果を発揮するも
のである。

次に本発明の効果を実施例によって示す。

［実施例１］ 実施例１はレーザー鏡用アルミニウム合金素材の製造に
おいて合金組成の影響を見るために行なったものであっ
て、合金素材の製造に当たっては本発明の加工条件を採
用し、合金組成には本発明の合金組成に該当するもの
と、それ以外の組成を有するもとを使用した。第１表に
使用合金組成を示す。

第１表に示す組成を有する合金１から合金１４まで（合
金番号１〜合金番号５；本発明合金、合金番号６〜合金
番号１４；比較合金）を各々溶解し、これを孔径１０μ
ｍ以下のフィルターを通過させた後、直接水冷半連続鋳
造装置を使用して断面が２７３ｍｍ径の円柱状鋳塊に鋳
造した。

これらの鋳塊に対して各々４８０℃で１２時間の加熱処
理を施し、次いで３８０℃で直径１２０ｍｍの丸棒に熱
間押出加工を行ない、さらに断面縮小率４３％の冷間引
抜きを行なって直径９０ｍｍの丸棒を得た。

このようにして得られた合金素材について、先ず硬さ、
引張り強度、耐力及び伸びなどの機械的性質を測定し、
次に結晶の粒径（最大値）を測定した。またダイヤモン
ド・バイトを用いて精密切 削加工を施した面について、表面粗さ、介在物若しくは
晶出物の存在量、刃先の跡やキズ等の条痕の有無、平行
入射可視光線に対する６０゜反射率を測定しレーザー反
射鏡としての適正について評価した。

これらの結果について一括して第２表に示したが、本発
明組成の合金（合金番号１〜５）は何れも比較合金（合
金番号６〜１４）に比べてダイヤモンド・バイトによる
切削性に優れ、表面粗さもＲ_max ０．０２μｍ以下のも
のが得られるほか、切削面上に存在する介在物や晶出物
の数も非常に少なく、９０％以上の極めて高い反射率を
得ることが出来るなどレーザー反射鏡としての優れた適
性が確認された。

［実施例２］ 実施例２においては本発明の組成の合金を使用し、加工
条件について本発明の条件とそれ以外の条件によってレ
ーザー反射鏡用合金素材を製造した場合について、加工
条件の違いによる性能の差を見たものである。

即ち、使用合金として実施例１において用いた本発明組
成の合金、即ち合金番号２及び５の合金を溶解し、孔径
１０μｍ以下のフィルターによる濾過の有無、熱間圧延
加工温度及び冷間圧延加工率などの諸要因が合金板の結
晶粒径やダイヤモンド・バイトによる切削面の表面状況
に及ぼす影響を検討した。（本発明条件；素材番号２−
２及び５−２、比較条件；それ以外の素材番号のもの） この場合における鋳塊の加熱処理は４８０℃で１６時間
行ない、また冷間圧延板の焼鈍は３８０℃で１時間行な
った。

その結果を第３表に示す。第３表から判るように本発明
の組成の合金を使用し本発明の条件で製造した素材（素
材番号２−２及び５−２）、即ち１０μｍ以下のフィル
ターによって濾過を行ない、熱間圧延終了温度が４００
℃以下、冷間圧延率が３０％以上の条件で製造した合金
素材においては、結晶粒径、ダイヤモンド・バイトによ
る切削面における表面粗さ、介在物及び晶出物の存在状
況、刃先跡目及びキズ、６０゜反射率等何れの測定値乃
至判定においても優れた結果を示しており、本願発明に
よる合金素材がレーザー反射鏡用素材として優れた特性
を有するものであることが判かる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の製造方法、即ち特定の合金組
成を有するアルミニウム合金を用いて、特定の熱処理及
び加工条件によって展伸加工を施すときは、得られたレ
ーザー鏡用アルミニウム合金素材はダイヤモンド・バイ
トによる超精密切削加工による切削性能に優れ、表面粗
度、刃先跡目及び表面キズ、６０゜反射率、介在物及び
晶出物の有無等何れにおいても、極めて良好な性能を示
しているほか、機械強度や剛性も高いのでレーザー反射
鏡用アルミニウム合金素材の製造方法として優れた発明
であると云える。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】必須元素として重量でＭｇ２．０〜６．０
   ％、Ｂｅ０．００１〜０．０１％、を含み、更にＣｕ
   ０．０２〜０．２５％、Ｚｎ０．０２〜０．５％のうち
   の何れか一者または両者を含み、残部Ａｌ及び不可避的
   不純物よりなり、不純物としてのＭｎ及びＣｒがそれぞ
   れ０．０３％以下、Ｆｅ及びＳｉがそれぞれ０．０５％
   以下、Ｔｉが０．０２％以下であり、且つ前記以外の不
   純物の合計が０．１％以下であるようなアルミニウム合
   金溶湯を孔径１０μｍ以下の濾過材を通過させた後所定
   の鋳塊に鋳造し、次いでこの鋳塊を４００〜５５０℃の
   温度範囲で２〜２４時間の加熱処理を行なった後、熱間
   加工終了時の温度が４００℃以下となるようにして熱間
   加工を行ない、次に３０％以上の加工度となるように冷
   間加工を行ない、しかる後焼鈍を行なって平均結晶粒径
   が１００μｍ以下の素材とすることを特徴とするレーザ
   ー鏡用アルミニウム合金素材の製造法。