(57)【要約】【課題】非晶質金属材料に対し、研磨工程を要しない程度の表面粗さに加工することができる加工方法を提供する。【解決手段】非晶質金属からなる被加工物の表面に対して延性切削する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質金属からなる被加工物の表面に対して延性切削加工することを特徴とする非晶質金属材料の加工方法。
【請求項２】
前記被加工物の表面に対する切削加工時の切り込み量が、０．００５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の非晶質金属材料の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質金属材料の加工方法に関し、特に、非晶質金属材料の切削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、腕時計などの精密機器類に用いられる歯車は、ホブ盤等の工作機械によって切削加工され、歯割りが行われる。
このようにして切削加工された歯車は、輪列でのよりスムーズな動力伝達を実現するために歯面の研磨が行われる。この研磨工程では、ホブ形状あるいはウォーム形状の軟質材料（樫の木）を研磨ツールとし、この研磨ツールを歯車と噛合させて共に高速回転させるとともに、その噛合部分に流動研磨材を供給しながら歯面の研磨を行う。
【０００３】
腕時計などの精密機器類に用いられる歯車は、長期使用に耐えられるように、炭素鋼が採用されることが多い。このような技術に関しては、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１４５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、被加工物に対して、研磨代（しろ）を考慮した寸法で切削加工する必要がある。また、切削済みの微小で強固な被加工物を研磨するために、作業者の熟練した感覚に頼る部分が大きく、研磨代を考慮した寸法で切削加工する労力と相まって生産効率が悪いという問題があった。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、被加工物に対し、研磨工程を要しない程度の表面粗さに加工することができる加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、被加工物として非晶質金属材料を用いた場合、該被加工物に対する切削時の切り込み量を小さくすることで平滑な加工面が形成されることを知見した。
本発明は、本発明者による前記知見に基づくものであり、上記課題を解決するための本発明の第１の形態に係る非晶質金属材料の加工方法は、非晶質金属からなる被加工物の表面に対して延性切削加工することを特徴としている。
【０００７】
非晶質材料は、結晶粒界がないために、結晶材料と比較して切削抵抗が高く（高硬度）、切削工具にも大きな負荷を与える。したがって、この第１の形態によれば、切り込み量を少なくした延性切削加工を行うことで、研磨加工を要しない程度の表面粗さに加工することができる加工方法を提供することができる。延性切削加工とは、被加工物が脆性破壊しないように、極めて微小な切り込み量で割れのない滑らかな切削を行う加工方法である。
【０００８】
また、第２の形態に係る非晶質金属材料の加工方法は、前記被加工物の表面に対する切削加工時の切り込み量が、０．００５ｍｍ以下であることを特徴としている。
この第２の形態によれば、前記切り込み量を０．００５ｍｍ以下とすることで、非晶質金属材料の表面を、切削加工のみでより小さい表面粗さに加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】歯車の構成を示す図である。
【図２】回転軸２０の製造方法を示す図である。
【図３】本実施形態の非晶質金属材料の加工方法を示す概略図である。
【図４】実施例１及び比較例１における小歯車が形成された回転軸の光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、本実施形態の非晶質金属材料の加工方法の説明として、時計の歯車の一部品である回転軸の素材として非晶質金属材料が用いられた場合の、該回転軸及びその製造方法について説明する。
図１は、本実施形態によって製造される回転軸が用いられる歯車の構造を詳細に示した図である。
【００１１】
図１に示すように、歯車１は、大歯車１０と、大歯車１０の回転中心に取り付けられる回転軸２０とを備える。この回転軸２０には、大歯車１０に比べて歯数の少ないカナである小歯車３０が、大歯車１０に対向するように一体成形される。
大歯車１０はステンレス鋼の歯車である。大歯車１０の外周側には、隣接する他の歯車の小歯車（図示せず）と噛み合って、自身の回転を伝達するための複数個の歯１１が形成される。また、大歯車１０の回転中心には、回転軸２０が貫通して取り付けられる開口部１２が形成されている。
【００１２】
回転軸２０は、金属ガラス合金によって形成され、棒状の本体２１と、支持体２２と、第１突出部２３と、第２突出部２４とを備える。支持体２２は、本体２１の一端側に形成され、かつ本体２１より径寸法が大きく形成される。第１突出部２３は、支持体２２の一端側に形成され、かつ本体２１よりも径寸法が小さく形成される。第２突出部２４は、本体２１の他端側に一体成形された小歯車３０の他端側に形成され、かつ本体２１よりも径寸法が小さく形成される。第１突出部２３の先端部分、及び第２突出部２４の先端部分は、歯車１が時計などに設置される場合には、図示しない軸受に支持され、それぞれの先端部分を軸として回転可能な状態とされる。ここで、ステンレス鋼などの結晶金属は、結晶粒同士の境界である結晶粒界や、結晶粒内の原子レベルでの位置ズレである転位等の不連続部位が存在する。これに対して、金属ガラス合金は、その原子配列がランダムであり、結晶粒界や転位等の不連続部位が実質的に存在しない金属材料である。本実施形態の回転軸の材料としては、具体的には耐摩耗性に優れたＺｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金が使用されている。
【００１３】
小歯車３０は、金属ガラス合金製の歯車である。小歯車３０の外周側には、隣接する他の歯車の大歯車（図示せず）と噛み合って、その大歯車の回転が伝達される複数個の歯３１が形成される。
支持体２２は、小歯車３０と略同じ径寸法を有し、大歯車１０の開口部１２に挿入される挿入部２５を備える。
【００１４】
したがって、上記構成の歯車１によると、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金からなる小歯車３０及び回転軸２０の硬度はＨｖ＝１０００程度となり、鋼からなる結晶金属（Ｈｖ＝７００）と比較して非常に高くなる。その結果、小歯車３０及び回転軸２０の耐摩耗性を向上させることができる。
【００１５】
次に、図１に示した回転軸２０の製造方法について図２及び図３を参照して説明する。
回転軸２０の製造方法は、切削工程と歯割り工程とを含んでなる。
まず、切削工程によって、図２（Ａ）に示す非晶質金属材料からなる円柱形状の母材４０の外周を削りだして支持体２２、第１突出部２３、第２突出部２４、挿入部２５、及び小歯車３０を形成する。具体的には、母材４０を、その中心軸が回転させる軸とほぼ一致するように旋盤等のチャック（図示せず）に把持する。次に、このようにして把持された母材４０を一定の回転数で回転させる。そして、回転中の母材４０の周面に対して、バイトなどの切削工具Ｔの刃先をあてて、目的とする切り込み量となるように送りながら切削加工する。
【００１６】
ここで、この切削加工では、母材４０にある程度以上の切り込み量で切削を行うと、母材４０が脆性破壊しながら切削加工されることがある。このような脆性破壊による切削加工面は表面粗さが粗い。したがって、この切削加工では、図３に示すように、母材４０の表面に対して、母材４０が延性切削されるように切削工具Ｔをあてて切削加工する。図３は、図２における母材４０の中心軸の一方（図２（Ａ）の左側）から見た図である。延性切削は、被加工物が脆性破壊しないように、被加工物の加工面から極めて微小な切り込み量の深さで剥くように切削される加工方法である。この切り込み量は、ステンレス鋼などの結晶性金属を切削する際に許容される切り込み量よりも小さいことが好ましい。切削加工にこの延性切削を採用することで、被加工面に割れがなく、滑らかな切削を行うことができる。
【００１７】
この切削加工によって支持体２２、第１突出部２３、第２突出部２４、挿入部２５、及び小歯車３０となる部分が図２（Ｂ）に示すように削りだされる。なお、この切削工程では、小歯車３０となる部分の外周には、まだ歯３１が形成されていない。
【００１８】
この後、歯割り加工によって、図２（Ｃ）に示すように、小歯車３０となる部分の外周に歯３１を削りだして小歯車３０を形成する。具体的には、被加工物（切削工程が終了した母材４０）の回転を停止し、例えば、小歯車３０を構成する歯３１と歯３１との間の形状に形成されたシングルカッタを、被加工物の中心軸と直交する方向に回転させて被加工物に接触させ、歯を１つずつ切削加工する。そして、歯３１の枚数分、被加工物を分割して回転させ、被加工物の全周に歯３１を形成し小歯車３０を完成させる。歯割り加工は、この方法以外にも、歯車型カッタ、ラック型カッタ、またはホブカッタ等の工具を用いて、歯３１を削りだしていく加工であってもよい。但し、歯割り工程においても、上記切削工程と同様に、母材４０の表面に対して、母材４０が延性切削されるように工具をあてて加工される（図３参照）。
【００１９】
このように、本実施形態では、結晶材料と比較して切削抵抗が高く、高硬度の非晶質金属材料に対して、切り込み量を小さくする切削加工を行うことを特徴としている。これは、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、切削時の切り込み量を小さくすることで研磨工程が不要な平滑な加工面を形成することができるという新規な目的を達成する加工方法として得た知見であり、非晶質金属材料の硬度などの物性や切削加工条件から容易に得られるようなものではない。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明に係る実施例について説明する。
切削加工対象となる母材には、φ１．７ｍｍの棒状に成形されたＺｒ基製金属ガラス合金を使用した。具体的な組成としては、Ｚｒ基金属ガラスでは代表的なＺｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5である。
この母材に対して、切削工程及び歯割り工程を行った実施例１〜９、及び従来の炭素鋼を母材として切削工程及び歯割り工程を行った比較例１〜６の評価結果を表１に示す。表１に示すように、各実施例及び比較例では被加工物の回転数及び切削工具の切り込み量を変化させて実施した。また、評価基準は以下の通りである。
【００２１】
（評価基準）
○：表面粗さが０．２５μｍ未満
（研磨なしでも十分に使用可能なくらいに平滑。すなわち、研磨を行っても意味がない、もしくは逆効果なレベル。）
△：表面粗さが０．２５μｍ以上、０．６μｍ以下
（そのままでも使用可能であるが、研磨工程によって更なる平滑化が望めるレベル。）
×：表面粗さが０．６μｍ超
（表面粗さが使用条件に満たない。研磨を行わないと、輪列（時計の歯車の並び）の動作及び精度に影響を及ぼすレベル。）
【００２２】
【表１】
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【００２３】
図４（ａ）は、切削加工後の実施例１の小歯車が形成された回転軸（以下、単に回転軸と呼ぶ）の光学顕微鏡写真であり、図４（ｂ）は、切削加工及び研磨加工後の比較例１の回転軸の光学顕微鏡写真である。図４（ａ）に示すように、本実施形態によって得られた回転軸には、全体にわたって光沢が確認できる。
【００２４】
表１から、切削加工の際の切り込み量は、母材が炭素鋼である場合に一般的に設定される０．０１ｍｍに対して、０．００５ｍｍ以下とすることで、図４（ａ）のような鏡面様の加工精度を得ることが認められた。なお、金属ガラス合金の母材に炭素鋼と同様の切削条件で行うと、切削抵抗の増大に伴い、切削工具の消耗や加工精度の低下が生じる。
表２は、切削加工を行った実施例１及び比較例１の回転軸に対し、研磨加工を行った部分と研磨加工を行わない部分の表面粗さ（μｍ）を比較した表である。なお、実施例１の回転軸に研磨加工を行った部分を設けたのは表面粗さの比較のためである。表面粗さの測定は、反射式の粗さ測定器を用いた。表２に示すように、実施例１の回転軸の表面粗さは、比較例１の回転軸に研磨加工を施した部分の表面粗さよりも平滑であることが認められた。また、実施例１の回転軸に研磨加工を行った部分では、むしろ表面粗さが増大することも認められた。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
このように、本実施形態によれば、切り込み量を少なくした延性切削を行うことで、研磨代を考慮することなく、研磨工程を要しない程度の表面粗さに加工することができる。
また、本実施形態によれば、切削加工だけで非晶質金属材料からなる被加工物の表面粗さを研磨加工が不要な程度に平滑にするので、被加工物の振動や衝撃を受けたときなどにおいて表面の突起部分からクラックが生じることを軽減し、結果として耐久性が向上する。
【００２７】
また、腕時計用の部品は、機能のみならず装飾性も要求される。例えば、母材が炭素鋼である場合、従来は、回転軸のように機能的に問題ない部位に対する鏡面研磨はされていなかった。しかし、本実施形態によれば、切削加工のみで鏡面様の加工面が得られるので、装飾性にも優れた回転軸を作製することが可能となる。
このように、耐摩耗性に優れ、表面の平滑性に優れる回転軸を備えた歯車は、腕時計の耐久性や生産の効率化に有意義なものである。高強度化は、時計の設計マージンを広げることが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１…歯車、１０…大歯車、２０…回転軸、３０…小歯車、４０…母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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