JPH0210215B2

JPH0210215B2 -

Info

Publication number: JPH0210215B2
Application number: JP57079218A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iinuma; Koichi Takada; Haruyumi Kosuge
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1990-03-07
Also published as: JPS58221255A

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
コンピユータ用データ入出力装置（レーザープリ
ンタ光デイスク装置など）、価格自動読取装置
（POS）、デジタル・オーデイオ・デイスク
（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90％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る。このレーザー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つて平面加工を行な
い、次いで素材表面に無電解ニツケルメツキを施
し、最後にラツピング加工が行なわれて来た。し
かしながらこの方法では素材表面に光沢ニツケル
メツキ層を形成させるためのはん雑な工程やラツ
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
の歩留りを低下させる原因となつていた。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・バイトによつて超精密切削加
工したのち、表面保護処理を行なつて製品とする
方法があり、これによつ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
求される結果となり、メツキとラツピング加工の
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到底それらの要求特性を
満足することは因難である。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
ていること。すなわち刃先の圧縮応力に対して
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
0.02μm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り、
あるいは刃先によつて切除された跡が凹部とな
つ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、加工歪が残路しにくい素材であ
ること。 (4) レーザー光に対する反射率ができだけ高いこ
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。 (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、弾性変
形もしくは塑性変形などによつてレーザー光の
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特性を満足しうる
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つて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ー鏡
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
削によつて脱落た跡が穴状の凹みとなつて表面に
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(i)アルミニウム
合金の溶湯を孔径10μm以下のろ材を用いてろ過
することにより非金属介在物を除去することが必
要でありまた(ii)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Mg₂Si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0.05％以下とすることが望ましい。 (4)に記した90％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ことはもとより
であるが、さらにダイヤモンド・バイトによる切
削加工によつて新生面の鏡面状態が化学的変化に
よつて劣化しないようにすることによつて一層そ
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つて成される
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
の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
効果の増大が期待できず、したがつて0.001％か
ら0.01％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・バイトに対する被削性能や残留応力
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つた。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、(ii)時効（析出）効果が利用されている。しか
し(ii)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、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(i)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％添加し、更に銅の0.02ないし0.25％およ
び悪鉛の0.02ないし0.5％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つて必要とする
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２％未満では十分な強度が得られた難
く、また６％を越えるとβ−Al₂Mg₃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
ては各々0.02％の下限値未満では十分な機械的強
度が得られず、また各々0.25％および0.5％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、このため合金の鋳塊を熱処理する条
件として400℃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℃未満であるか、あるいは400℃以上であつ
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℃を越えるか、もしくは550℃以下であつても
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100μm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なり、
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つ
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
量などによつ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つて示す。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以下のフイル
ターを通過させた後、直接水冷半連続鋳造装置に
よつて断面が273mm径の円柱状鋳塊とした。なお
前記14種の合金のうち、合金１から合金６までは
本発明に該当する合金であり、合金７から合金14
までは比較合金である。

【表】

【表】これらの鋳塊に対して各々480℃で12時間加熱
処理を行ない、次いで380℃で直径120mmの丸棒に
熱間押出加工し、さらに断面減少比43％の冷間引
抜きを行なつて直径90mm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、引張り強
度、耐力およ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、
Rmax0.02μm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。

【表】

【表】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以下のフイルターによ
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℃で
16時間行ない、また冷間圧延板の焼鈍は380℃で
１時間行なつた。結果は第３表に示すように本発
明合金を使用し本発明条件で製造した素材（素材
番号２−２および５−２）即ちフイルター処理を
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素材においては
レーザー反射鏡素材として優れた特性が得られる
ことが判る。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１必須元素として重量％でMg2.0〜6.0％を含
み、さらにCu0.02〜0.25％、Zn0.02〜0.5％のうち
いずれか一者または両者を含み、残部Al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％以下、FeおよびSiがそれ
ぞれ0.05％以下、Tiが0.02％以下であり、かつ前
記以外の不純物の合計が0.1％以下であることを
特徴とするレーザー鏡用アルミニウム合金素材。２必須元素として重量％でMg2.0〜6.0％を含
み、さらにCu0.02〜0.25％、Zn0.02〜0.5％のうち
いずれか一者または両者を含み、残部Al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％以下、FeおよびSiがそれ
ぞれ0.05％以下、Tiが0.02％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
処理を行なつた後、熱間加工終了時の温度が400
℃以下になるようにして熱間加工を行ない、つぎ
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つて平均結晶粒径が
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。３必須元素として重量％でMg2.0〜6.0％、
Be0.001〜0.01％を含み、さらにCu0.02〜0.25％、
Zn0.02〜0.5％のうちいずれか一者または両者を
含み、残部Al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％以
下、FeおよびSiがそれぞれ0.05％以下、Tiが0.02
％以下であり、かつ前記以外の不純物の合計が
0.1％以下であることを特徴とするレーザー鏡用
アルミニウム合金素材。