JPS58221255A - レ−ザ−鏡用アルミニウム合金素材およびその製造法 - 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】 本発明はレーザー反射鏡用アルミニウム合金素材および
その製造法に関する。レーザー反射鏡はコンピュータ用
データ人出方装置煮（レーザープリンタ光デイスク装置
など）１価格自動読取装置（ＰＯＳ）、デジタル・オー
ディオ・ディスク（ＤＡＤ）および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る
が、いずれも素材の表面を平滑に加工したのちにレーザ
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９０９６以上必要であり、このため素材
にもできるだけ優れた平面精度と表面粗さが要求され、
またレーザー光を走査手段に用いるだめの回転多面鏡、
においては高速回転に耐える機械的強度が求□められる
。

と（ＤＬ／−ｆ−鏡素材としてアルミニウム合金が用い
られる場合、従来はまず素材を精密研削盤もしくは精密
切削旋盤などによって平面加工を行ない２次いで素材表
面に無電解ニッケルメッキを施し、最後にラッピング加
工が行なわれて来た。しかし寿からとの方法では素材表
面に光沢ニッケルメッキ層を形成させるためのけん雑な
工程やラッピングの工程に非常な長時間を要するために
コスト高となシ、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、これが製品の歩留シ
を低下させる原因と表っていた。これらの問題を回避す
る方法としてアルミニウム合金素材をダイヤモンド・バ
イトによって超精密切削加工したのち１表面保護処理を
行なって製品とする方法があり、これによって著しく加
工費が低減される。しかしこの方法では機械加工された
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
反射面として使用されるために素材そのものに対してレ
ーザーの反射機能に関する高度の特性が要求される結果
となシ、メッキとラッピング加工の組み合わせによる従
来の方法で用いられていたアルミニウム合金素材では側
底それらの要求特性を満足することは困難である。ダイ
ヤモンド・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一般に次のような特性が要求
される。

（１）ダイヤモンド・バイトによる切削性能が優れにく
いこと。また加工面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、Ｒｍａｘが０．０２
μｍ以下であることが必要。このため結晶粒界の段差や
介在物が加工面上に残留したシ、あるいは刃先によって
切除された跡が凹部となって残留し−Ｃ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利用す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
歪が残留しにくい素材であるとと。

（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チ以上、好ま
しくは９０チ以上の反射率が得られること。

（５）回転多面鏡用素材としては毎分２万ないし８万回
転という高速回転において面振動１弾性変形もしくは塑
性変形などによってレーザー光の反射機能を低下させる
ことのないように十分な剛性と強度を有すること。

本発明者らはこのような要求時性を満足しうるアルミニ
ウム合金素材に関して種々検討をした結果、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
小限に制御しかつ結晶粒度を最適に調整したことによっ
て９０％附近若しくはそれ以上の反射率を保有するとと
もに高速回転に対しても十分な機械的強度を有するレー
ザ副鏡用アルミニウム合金およびその製造方法を開発す
ることに成功した。以下にその発明の内容について詳し
く述べる。

前記所要特性（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
中にでき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
て残留したりあるいは切削によって脱落した跡が穴状の
凹みとなって表面に残るためにこの部分でレーザー光の
散乱が起る。

このような問題に対処するため（１）アルミニウム合金
の溶湯を孔径１０μｍ以下のる材を用いてろ過すること
によシ非金属介在物を除去することが必要でありまた（
１１）不溶性金属間化合物粒子の生成量を極力抑えるた
めに不溶性金属間化合物を生成する元素の存在量を制限
しなければならない。即ち合金中に不純物として含まれ
る鉄を０．０５　％以下、チタンを０．０２％以下に。

マンガンおよびクロムを各々０．０３％以下としなけれ
ばならない。またケイ素については合金の焼鈍時に配合
元素であるマグネシウムとの間に粗大な化合物Ｍｉ、１
８１を生じ、これが原因で切削加工時の表面に凹凸部が
生ずるので００５チ以下とすることが望ましい。

（４）に記した９０優附近ある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ととはもとよりであるが、さら
にダイヤモンド・バイトによる切削加工によって新生面
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の形成によって成
されるが、一般には切削加工時に新生面が空気と接触を
開始した直後から表面の化学的変化が始まるために若干
の反射率の低下がさけられない。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重ねた結果。

素材中への適量のベリリウムを添加すると鏡面反射率は
一層向上することを見出した。この場ソ 合のべへウムの添加量はＯ，ＯＯ１４未満では効果が少
々（，０，０１％以上添加しても効果の増大が期待でき
ず、したがって０．　ＯＯ１％からｏ、　ｏ　１　％の
範囲が適当である。

次に所要特性（１）、　（３）および（５）に記したよ
うなダイヤモンド・バイトに対する被剛性能や残留応力
特性および高速回転に対する剛性などの機械的強度特性
を得るための検討を行なった。一般にアルミニウム合金
の強化機構として広く（Ｉ）固溶体硬化＋　（１１）時
効（析出）効果が利用されている。しかしく１１）の時
効（析出）効果は高い強度が得られる反面金属間化合物
が形成されるために粗大粒子の危険性が大きく２本目的
には適切な強化方法とは言い難い。そこで本発明におい
ては（１）の固溶体効果を利用することとした。即ちマ
グネシウムを２ないし６チ添加し、更に鉋の０．０２な
いし１２％および亜鉛の０．０２ないし０５％のいずれ
か一方もしくは両者を同時に□添加することによって必
要とする被剛性能や剛性などの機械的特性を十分に満足
できることを見出した。この場合に添加するマグネシウ
ムは２９６未満では十分外強度が得られ難く、また６チ
を越えるとβ−Ａ１３２Ｍ３１粒子が生成しやすくなる
こと、熱間加工性が著しく劣ることなどの不都合を生ず
る。一方銅および亜鉛について各々０．２．％および０
．５チの上限値を越えると素材の耐食性を低下させる結
果を招くので各々の上限値以下とすべきである。

強化元素として添加されるマグネシウム、銅。

および亜鉛は各々均一に固溶分布していることが必要で
あり、とのため合金の鋳塊を熱処理する条件として４０
０°Ｃ以上の温度で２時間以上２４時間以内の加熱処理
を行なうのが有効である。加熱温度が４００°Ｃ未満で
あるか、あるいは４００°Ｃ以上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°Ｃを越えるか。

もしくは５５０°Ｃ以下であっても熱処理時間が２４時
間を越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
。

次に前記の熱間加工条件ならびに以下の冷間加工条件を
限定する第２の理由はレーザー反射鏡用アルミニウム合
金素材中における結晶粒度を１００μｍ以下とすること
にある。即ち素材の結晶粒度が１００１１ｍ　を越える
とダイヤモンド・バイトで切削した後の表面における粒
界段差が著しくかり、その結果良好な表面精度が得られ
難くなる。このような粒界段差は結晶粒の大きさと深く
かか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。

ある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１本発明におけるアルミニウム合金の組成とその
熱処理および加工条件はこれらの諸問題に対しても顕著
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〕 第１表に示す組成を有する合金１から合金１４までを各
々溶解し、これを孔径１０μｍ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によって断面が２７
３間径の円柱状鋳塊とした。なお前記１４種の合金のう
ち１合金１から合金６までは本発明に該当する合金であ
シ２合金７から合金１４までは比較合金である。

これらの鋳塊に対して各々４８０°Ｃで１２時間加熱処
理を行ない１次いで３８０℃で直径１２０１１１Ｉの丸
棒に熱間押出加工し、さらに断面減少比４３チの冷間引
抜きを行なって直径９０ｗｍの丸棒を得た。このように
して得られた素材についてまず硬さ、引張シ強度、耐力
および伸びなどの機械的性質を測定し１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
もしくは晶出物の存在量、刃先の跡やキズ等の条痕の有
無、平行入射可視光に対する６０°反射率を測定し、レ
ーザー反射鏡としての適性を評価した。

これらの結果を一括して第２表に示したが。

本発明に係る合金はいずれも比較合金に比べてダイヤモ
ンド・バイトによる切削性に優れ。

Ｒｍａｘ　Ｏ，０２μｍ　以下の表面粗さが得られるほ
か、切削面上に介在物や晶出物が非常に少なく。

８８％以上の反射率が得られ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１で°用いた本発明による合金２および合金５を
溶解し、孔径１０μｍ以下のフィルターによるろ過の有
無、熱間圧延加工温度および冷間圧延率などの諸要因が
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
表面性状に及ぼす影響を検討した。この場合の鋳塊の加
熱処理は４８０°Ｃで１６時間行ない、また冷間圧延板
の焼鈍は３８０°Ｃで１時間行なった。結果は第３表に
示すように本発明合金を使用し４１一本発明条件で製造
した素材（六 劇番号２−２および５−２）即ちフィルター処理を行な
い、熱間圧延終了温度が４００“Ｃ以下。

冷間圧延率が３０％以上の条件で製造した素材において
はレーザー反射鏡用素材として優れた特性が得られるこ
とが判る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、必須元素として重量％でＭ　ｉ　２．０〜６，０チ
   を含みさらにＣｕ０．０２〜０．２５　％　、　　Ｚ　
   ｎ　０．０２〜０．５％のうちいずれか一考または両者
   を含み、残部紹および不可避的不純物よりなシ、不純物
   としてのＭｎおよびＣｒがそれぞれ００３チ以下、　Ｆ
   ｅおよびｓｉがそれぞれ０，０５％以下、ＴＩが０．０
   ２％以下でアリ、かつ前記以外の不純物の合計が０１チ
   以下であることを特徴とするレーザ副鏡用アルミニウム
   合金素材。 ２、必須元素として重量％でＭ　７２．０〜６０％を含
   み。 さらにＣｕ　Ｏ，０２〜０．２５　％、　Ｚｎ　Ｏ，０
   ２〜０．５　％のうちいずれか一考または両者を含み、
   残部紹および不可避的不純物よりなり、不純物としての
   ＭｎおよびＣｒがそれぞれ０．０３　ｑ６以下、　Ｆａ
   およびＳＩがそれぞれ０．０５％以下、　ＴＩが００２
   チ以下であり、か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
   以下のろ過材を通過させた後所定の鋳塊に鋳造し、つい
   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°Ｃ以下となるようにして熱間加工を行ない。 トスるレーザ副鏡用アルミニウム合金素材の製造法。 ３、必須元素として重量％でＭｐ２．０〜６．０％、　
   ＢｅＯ８−００１〜００１％を含み、さらにＣｕ０．０
   ２〜０．２５％、　　Ｚｎ　　Ｏ，０２〜０．５チのう
   ちいずれか一考または両者を含み、残部Ａ−ｅおよび不
   可避的不純物よりなり、不純物としてのＭｎ　およびＣ
   ｒがそれぞれ０．０５　％以下、　Ｆｓ　および８１　
   がそれぞれ０．０５％以下、　　ＴＩ　が０．０２％以
   下であ如、かつ前記以外の不純物の合計が０゜１％以下
   であることを特徴とするレーザ副鏡用アルミニウム合金
   素材。 ４、必須元累として重量％でＭｐ２．０〜６．０％、Ｂ
   ｅＯ，００１〜０．０１％を含み、さらにＣｕ０．０２
   〜０．２５　％、　　Ｚｎ　　Ｏ，０２〜０．５％のう
   ちいずれか一考または両者を含み、残部ＪＪおよび不可
   避的不純物よシなり、不純物としてのＭｎ　およびＣｒ
   　がそれぞれ０．０　！１　％以下、　　Ｆｅ　および
   Ｓｌが０．０５％以下、　ＴＩ　が０．０２％以下であ
   シ。 か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以下のろ過材を
   通過させた後所定の鋳塊に鋳造し、ついでとの鋳塊を４
   ００〜５５０°Ｃの温度範囲で２〜２４時間の加熱処理
   を行った後、熱間加工終了時の温度が４００°Ｃ以下と
   なるようにして熱間加工を行ない、つぎに３０−以上の
   下の素材とすることを特徴とするレーザ副鏡用アルミニ
   ウム合金素材の製造法。