JPS6232260B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はレーザー反射鏡等に用いられる超精密
鏡面加工用アルミニウム合金素材に関する。 近年民生用、産業用電子機器、電子光学機器の
進歩に伴ないこれらの機器における重要機構部材
として精密鏡面加工を施したアルミニウム合金材
がしばしば用いられるようになつた。 例えばレーザースキヤナー用多面鏡はその一例
であるが、この場合精密鏡面加工による仕上面は
殆んどそのままの状態でレーザー反射鏡の鏡面と
して用いられる関係上、その表面あらさ
（Rmax）0.1μｍ以下、好ましくは、0.03μｍ以
下、平面精度（平面うねりの高低）0.1μｍ以下
で局部的なピツトやスクラツチのない高度の反射
機能を有するものが要求される。 このような精密鏡面仕上面は通常アルミニウム
合金素材を精密研削盤もしくは精密切削旋盤など
によつて平面加工を施こし、次いでポリシング等
の研摩を施こすか、またはダイヤモンドバイトに
よる超精密切削加工を施こすかして得られてい
る。 またさらに、この材料をレーザースキヤナー用
に用いる場合には鏡体を毎分数万回という高速回
転を行はせる関係上、弾性変形もしくは塑性変形
によつて反射機能が低下しないよう十分な剛性と
強度を有することも必要である。 発明者らの検討によると上記要求特性のうち強
度や剛性を満足すると共に反射機能をも満足する
ような合金はマグネシウムを２〜６％含む固溶強
化型の合金が適当であることが判つた。 しかし乍らこのようなアルミニウム合金よりつ
くられた素材を用いてダイヤモンドバイト等によ
る精密鏡面加工を施した場合において、素材加工
面に先に述べたような高度の平滑度と反射機能を
付与するためには種々の問題点が存在した。 即ち、アルミニウム合金素材中にはその原料地
金中に存在し、工程中で生成する不純物金属元素
に基づく不溶性の金属間化合物粒子や工程中で混
入する非金属介在物粒子が存在し、これらの介在
物の多くは合金マトリツクスよりも硬質であるた
めに介在物粒子が仕上後の表面に突起物として残
留したり、あるいは切削などによつて脱落してピ
ツトやスクラツチを生じたりするために、この部
分で投射光の散乱が起り、正確で鮮明な反射像に
なることが極めて困難であつた。 これらの介在物中非金属介在物は合金溶解鋳造
時に含有金属の酸化や炉材、溶製器具等から混入
するものが主体であつて、これらは合金溶湯を鋳
造するに際して溶湯を適当な材を用いて炉過す
る方法その他の方法を用いて除去することが可能
であるが、素材中の金属間化合物粒子は合金溶湯
中の不純物金属に基づくものであり、これらの不
純物元素は溶湯過後の造塊、加工、熱処理など
の工程において相互にまたはアルミニウムやマグ
ネシウムと結合して素材組織中に生成するので極
めて厄介である。 発明者らの検討によると原料地金や、これを極
く一般的な製造法、即ち常法による溶解、鋳造、
圧延および熱処理の諸工程を経て造られるアルミ
ニウム合金素材中に含まれ、多少に拘わらず鏡面
仕上加工後の素材面の反射機能に悪影響をおよぼ
すと思われる金属間化合物はFe―Al、Mn―Al、
Ti―Al、Cr―Al、Al―Cr―Fe、Al―Cr―Mg、
Al―Cr―Si、Al―Fe―Mn、Al―Fe―Si、Al―
Fe―Ni、Al―Mn―Si、Al―Fe―Cr―Si、Al―
Fe―Mn―Si、Mg―Si等の各系に属する諸化合物
である。 従つて素材中にこれらの金属間化合物粒子の生
成を全くなくするか、または存在するとしてもレ
ーザー光等の反射像を乱すことがないような大き
さにすることが望まれる。 発明者らは合金素材中に含有される微量金属不
純物によつて形成される金属間化合物粒子の素材
面の反射能におよぼす影響について詳細な検討を
行つた結果、金属間化合物の種類に拘りなく２μ
ｍ以下の粒径粒子であれば、もしこれらの金属間
化合物粒子が素材中に若干数存在しても、鏡面加
工後の素材反射面に殆んど悪影響をあたえないこ
と、またこれら金属間化合物粒子の大きさは合金
中に存在する不純物金属元素の含有量に依存し、
これら金属間化合物粒子生成に関与する不純金属
元素含有量を以下に述べるような限界量以下にす
るときは、造塊終了後のアルミニウム―マグネシ
ウム合金塊に対し通常に行はれる素材製造工程を
経る限りにおいて、不純金属元素に基づく上記各
種の金属間化合物は殆んど生成しないか、一部の
金属間化合物が生成することはあつてもその量は
ごくわずかであつて、しかもその粒径も大部分が
１μｍ程度あるいはそれ以下であり、超精密鏡面
としての反射能等に影響をおよぼすことがないこ
とを見出し本発明を完成したものであつて、本発
明は重量にして２〜６％のマグネシウムを含み、
残部アルミニウムおよび不純物からなり、不純物
の含有許容限界量が鉄0.003％、珪素0.005％、銅
0.25％、亜鉛0.5％、マンガン0.0005％、クロム
0.0005％、ニツケル0.0005％、チタン0.0005％、
その他の不純物元素の合計が0.001％であり、不
純物に基づく金属間化合物粒子および非金属介在
物粒子の粒径が２μｍ以下であることを特徴とす
る超精密鏡面加工用アルミニウム合金素材であ
る。 本発明によるアルミニウム合金素材は精密研削
盤やダイヤモンドバイトによる被削性がすぐれて
いるうえに被削面に反射能を著しく阻害するよう
な粒径の金属間化合物粒子や介在物が存在しない
ので優に所望の平滑度を有する素材面を形成する
ことができ、反射率を90％以上の高率にすること
ができるうえ反射像の鮮明度も高いなどすぐれた
反射能をうることができ、また強度や剛性もすぐ
れているので、これを例えばレーザースキヤナー
用の回転多面体反射鏡として用いた場合にすぐれ
た性能を発揮しうるものである。 本発明の合金素材において合金元素としてのマ
グネシウム含有量を２〜６％と定めた理由はマグ
ネシウム２％以下では十分な強度や被削性が得ら
れず、また６％を超えると合金組織中にβAl―
Mg金属間化合物を生じ、これが加工性を低下
し、またこの化合物がときとして２μｍ以上の粗
粒となつて鏡面の反射能を低下するからである。 また、本発明の合金素材に含まれる不純金属元
素の含有は合金素材の鏡面としての性能に本質的
にかゝわる重要な問題であり、その含有許容限界
を上記したように定めた理由は次の通りである。 即ち、鉄0.003％および珪素0.005％に限定した
のは、この限界量以下では合金組織中に原則とし
てFe―Al系、Al―Fe―Si系、Mg―Si系などの金
属間化合物を生成することがなく、まれに生成し
てもその化合物粒径は２μｍを超えることがない
からである。 また、マンガン、クロム、ニツケルおよびチタ
ンの含有量をそれぞれ0.0005％以下に限定したの
は合金素材中にそれぞれの金属のアルミニウム、
鉄、珪素、マグネシウム等との２μｍを超える化
合物を殆んど生ずることがなく、従つてこれらの
不純物金属元素の存在による反射能の低下原因と
ならないからである。 不純金属元素中、銅および亜鉛のようにアルミ
ニウム中に大きな固溶限界を有する元素は比較的
多量に存在しても余り問題とはならず、銅0.25
％、亜鉛0.5％までの含有が許容される。 次に本発明による超精密鏡面加工用アルミニウ
ム合金素材の製造法について述べる。 原料として可及的に高い純度を有する精製アル
ミニウム地金に所望量のマグネシウムを配合し溶
解して得られたアルミニウム―マグネシウム合金
溶湯をセラミツク質フイルターを繰返し通過させ
ることによつて非金属介在物の殆んど全部を除去
した後、半連続鋳造法等の公知の鋳造法によつて
鋳造し、得られた鋳塊を400℃乃至550℃の温度で
２乃至24時間の均質化処理を施こして含有金属元
素の均一な固溶分散をはかつた後、常法による展
伸加工を施こして素材とするものである。尚鋳塊
の溶製に際しては炉材、取鍋、工具等からの鉄、
珪素等の汚染を生じないようアルミナ質コーテイ
ング材で十分コーテイングしたものを用いなけれ
ばならない。 次に本発明の実施例を述べる。 実施例 １ 第１表に示す合金組成を有するアルミニウム合
金を高アルミナ質煉瓦でライニングした溶解炉に
よつて溶解した後、非金属介在物粒子を除くた
め、これを孔径10μｍのセラミツクフイルターで
繰返し過した後、直ちに水冷式半連続鋳造方法
によつて断面が225mm×910mmの鋳塊とした後、
480℃で16時間の均質化処理を行ない次いで厚さ
15mmまで熱間圧延した。 このようにして得られた素材について、機械的
性質、結晶粒径の測定を行つた。 次にダイヤモンドバイトを用いて素材面を精密
切削加工を施し、仕上面の表面粗さ、介在物もし
くは晶出した金属間化合物の存在量、刃先跡やキ
ズ等の条痕の有無、平行入射可視光に対する60゜
反射率、反射光の像の鮮明度等について測定し
た。 結晶粒径、介在物や晶出物の有無については顕
微鏡による測定を、表面粗さについては触針式表
面あらさ計による測定を、反射能の測定について
は2mW可視光領域のレーザー光（He―Neレーザ
ー（λ＝632.8mm））の照射による反射率と反射像
の形状測定を行つた。 第２表にこれらの測定結果を綜合判定と共に示
す。

【表】

【表】

【表】 第２表の結果から本発明の合金素材（合金番号
１〜６）は表面部において２μｍを超える非金属
介在物や金属間化合物粒子が存在することなく、
ダイヤモンドバイトによる切削を施こすことによ
つて、刃先跡目や表面キズを残すことなしに90％
以上の反射率と鮮明な反射像をうることができる
のに対し、比較合金による素材においては２μｍ
以上の介在物粒子が存在するために切削性が劣
り、表面粗さ0.03μｍ以上で、且つ表面キズ等を
生じ、従つて、反射率や反射像の鮮明度などの鏡
面としての反射能が劣ることが判る。 実施例 ２ 実施例１に用いた本発明による合金（合金番号
２）について、実施例１と同様の条件で溶解、
過、鋳造を行つて断面225mm×910mmの鋳塊をつく
り、これを厚さ40mmまで熱間圧延した。これを皮
材として別に面削した厚さ225mmの市販A5083合
金鋳塊を芯材としてクラツド圧延を施し厚さ15mm
のクラツド材を得た。 これについて実施例１と同様の試験を行つた結
果を第３表に示す。

【表】 第３表の結果より鏡面を形成する表面部に本発
明による合金材を配した本発明の超精密鏡面加工
用アルミニウム合金素材は実施例１に示した結果
と同様、ダイヤモンドバイトによる被削性も良好
ですぐれた鏡面性能を有することが判る。 以上述べたように本発明による超精密鏡面加工
用アルミニウム合金素材はダイヤモンドバイト等
による超精密切削加工に適し、得られた鏡面にお
ける反射能もすぐれており、また適切な強度剛性
を併せ有しているので、レーザースキヤナー用反
射鏡等の電子光学機器部材としては勿論のこと、
その他磁気デイスク等の民生用、産業用電子機器
構成部材等に適するものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量でマグネシウム２〜６％を含み、残部ア
   ルミニウムおよび不純物からなり、不純物の含有
   許容限界量が鉄0.003％、珪素0.005％、銅0.25
   ％、亜鉛0.5％、マンガン0.0005％、クロム0.0005
   ％、ニツケル0.0005％、チタン0.0005％、その他
   の不純物元素の合計が0.001％であり、不純物に
   基づく金属間化合物粒子および非金属介在物粒子
   の粒径が２μｍ以下であることを特徴とする超精
   密鏡面加工用アルミニウム合金素材。