(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過冷却液体域を有する非晶質合金ブロックを成形する方法において、前記非晶質合金ブロックの成形用素材はＺｒが５５原子％、Ｃｕが３０原子％、Ａｌが１０原子％、Ｎｉが５原子％の組成を有するバルク状の非晶質合金Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５であり、成形する非晶質合金ブロックに要求される非晶質度及び所定の面の形状精度に応じて、前記成形用素材をガラス遷移温度Ｔｇ〜４７０℃間の温度に加熱し、１５〜５０ＭＰａ間の圧縮応力下で成形することを特徴とする非晶質合金ブロックの成形方法。
【請求項２】
圧縮応力が３０ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の非晶質合金ブロックの成形方法。
【請求項３】
前記成形用素材を４５０〜４７０℃に加熱してガラス成形用型を成形することを特徴とする請求項１記載の非晶質合金ブロックの成形方法。
【請求項４】
前記成形用素材をガラス遷移温度Ｔｇ〜４５０℃に加熱して反射鏡を成形することを特徴とする請求項１記載の非晶質合金ブロックの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に強度及び耐食性に優れた非晶質合金ブロックの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平５−３０９４２７には、過冷却液体域を有する非晶質合金の成形加工方法が以下のように記載されている。
一般に、過冷却液体域を有する非晶質合金は、過冷却液体温度領域においてガラス遷移挙動を示す過冷却液体となり、非常に小さな応力（通常、１０ＭＰａ以下）で容易に大きく変形することが知られている。非晶質合金が過冷却液体になることにより、瞬時の成形が可能であり、また成形用金型の隅々までさらには細かな形状を有する部分にまでも非晶質合金を供給することができると共に、大きな流動性を示すため肉厚分布の均一な成形加工品を製造できることを知見した。よって、過冷却液体域を有する非晶質合金をガラス遷移温度Ｔｇと結晶化開始温度Ｔｘの間の過冷却液体温度領域に加熱し、非晶質合金の過冷却液体としての特性を利用して成形加工を施すことにより板状成形品を製造するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に記載された非晶質合金の過冷却液体としての特性を利用した成形加工方法を利用して、過冷却液体を有する非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 からなるガラス素材を成形するためのガラス成形用型と、同様の組成と形状の反射鏡の成形による製造を試みた。ガラス成形用型は、ガラスプリフォームを成形加工することによりガラスレンズを製造するために使用される成形用金型である。
【０００４】
ところで、これらのガラス成形用型と反射鏡には、ある一定以上の所定の形状精度と非晶質度が必要である。ガラス成形用型は、所望のガラスレンズを得るため形状精度は０．４μｍ以下、ガラスレンズを成形加工するために必要な強度を得るため非晶質合金は結晶質部分に生じた結晶粒界から破壊し易く、従って非晶質度が５０％以下のガラス成形用型はガラスレンズを成形加工する際に破壊する可能性がある。
【０００５】
一方、反射鏡に要求される反射面の形状精度は０．５μｍ以下で十分であるが、非晶質度は８５％以上必要である。非晶質度が８５％未満であると、表面に析出した結晶質部分の反射に与える影響が大きくなり、反射率を悪化するという問題点がある。
【０００６】
従来技術によれば、加熱温度はガラス遷移温度Ｔｇから結晶化開始温度Ｔｘの間の湿度（非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 の場合、ガラス遷移温度Ｔｇ＝４１８℃、結晶化開始温度Ｔｘ＝５０４℃の間の温度）、成形用素材に加える圧力は１〜６０ＭＰａで成形用素材の成形を行うと記載されている。しかし、非晶質合金を過冷却液体域に加熱・成形して得られる非晶質合金ブロックの非晶質度及び形状精度は、成形加工時の素材の温度及び成形用素材に加わる圧力等、成形条件により変化する。
【０００７】
従来技術では、成形用素材の成形時の加熱温度と成形された非晶質合金の具体的な物性が不明確なため、ガラス成形用型、反射鏡等、所望の条件を満足する非晶質ブロックを得ることができない。それ故、ガラス成形用型に要求される非晶質度及び形状精度を満たすためには、成形温度及び成形圧力を適当な範囲に調節する必要がある。
【０００８】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を素材として成形加工する際に、所望の形状精度及び非晶質度を持つ非晶質ブロックを成形しえる非晶質合金ブロックの成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明（請求項２）は、圧縮応力を３０ＭＰａとすることにより、より好ましい形状精度及び非晶質度を持つ非晶質ブロックを成形しえる非晶質合金ブロックの成形方法を提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明（請求項３）は、成形用素材を４５０〜４７０℃に加熱してガラス成形用型を成形することにより、ガラス成形に必要な強度と形状精度を有する成形用型を製造できる非晶質合金ブロックの成形方法を提供することを目的とする。
【００１１】
更には、本発明（請求項４）は、成形用素材をガラス遷移温度Ｔｇ〜４５０℃に加熱して反射鏡を成形することにより、反射鏡に必要な反射率と形状精度を満たす非晶質合金ブロックの成形方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過冷却液体域を有する非晶質合金ブロックを成形する方法において、前記非晶質合金ブロックの成形用素材はＺｒが５５原子％、Ｃｕが３０原子％、Ａｌが１０原子％、Ｎｉが５原子％の組成を有するバルク状の非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 であり、成形する非晶質合金ブロックに要求される非晶質度及び所定の面の形状精度に応じて、前記成形用素材をガラス遷移温度Ｔｇ〜４７０℃間の温度に加熱し、１５〜５０ＭＰａ間の圧縮応力下で成形することを特徴とする非晶質合金ブロックの成形方法である。
【００１３】
［作用］
請求項１の作用は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10ｉＮｉ5 を素材として成形加工する際に、素材の加熱温度をＴｇ（４１８）〜４７０℃及び成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａの範囲で調節することにより、所望の形状精度及び非晶質度を持つ非晶質ブロックを成形することができる。
【００１４】
請求項２の作用は、圧縮応力を３０ＭＰａとすることにより、より好ましい形状精度及び非晶質度を持つ非晶質ブロックを成形することができる。
請求項３の作用は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を成形用素材としてガラス成形加工する際に、上記成形用素材の加熱温度を４５０〜４７０℃、成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａにすることにより、成形用型の非晶質度は７０％以内、上記成形型に接する面の形状精度は０．４μｍ以内になるため、ガラス成形に必要な強度と形状精度を満たすことができる。
【００１５】
請求項４の作用は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を素材として反射鏡を成形加工する際に、上記成形用素材の加熱温度をＴｇ（４１８）〜４５０℃、成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａにすることにより、反射鏡の非晶質度は８５％以内、上記成形型に接する面の形状精度は０．５μｍ以内になるため、反射鏡に必要な強度と形状精度を満たすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
（構成）
まず、本発明に係る非晶質合金ブロックを成形するための成形装置について図１（Ａ），（Ｂ）を参照して詳細に説明する。ここで、図１（Ａ）は同成形装置の縦断面図、図１（Ｂ）は同成形装置の横断面図である。
【００１７】
図中の符番１は真空槽である。この真空槽１の中央底部の窪みには、上面に円錐状の窪み２ａを有した台座２が配置されている。前記台座２の上には、ＷＣからなる精密球３が載置されている。ここで、精密球３は、半径４ｍｍ、表面粗さＲmax ０．１μｍ以下、真球度０．６４μｍである。前記精密球３の上には、下端内周が精密球３に接する中空の円筒形状のSUS420J2製胴型４が立設されている。ここで、精密球３の直径が胴型４の内径より大きいため、精密球３の球面と胴型４の下端内周が接している。前記胴型４の上端には、外径５ｍｍのSUS420J2製の上型５が嵌合されている。ここで、上型５の外径は５ｍｍで、前記胴型４の内径と１５μｍ程度の寸法差を有している。
【００１８】
前記上型５、精密球３及び胴型４によって形成された密閉型空間内には、直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの成形用素材６が収容されている。前記成形用素材６は、Ｚｒが５５原子％、Ｃｕが３０原子％、Ａｌが１０原子％、Ｎｉが５原子％の組成を有するバルク状の非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 であり、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 のガラス遷移温度Ｔｇは４１８℃、結晶化開始温度Ｔｘは５０４℃である。前記成形用素材６が過冷却液体域に加熱された後、成形されると、図２に示される精密球３の球面が転写された凹面７ａを有する非晶質ブロック７となる。
【００１９】
前記真空槽１内の底部で前記台座２の周囲には窪みが設けられており、この窪みに固定板８が固定されている。ここで、固定板８は、台座２とともに真空槽１底部に設けられた窪みにそれぞれ嵌合することにより位置決めされる。前記固定板８上には、前記胴型４の外側を囲むように加熱ヒータ９が４カ所配置されている。前記加熱ヒータ９は、抵抗線９ａを石英管９ｂで覆った輻射加熱ヒータである。前記加熱ヒータ９を固定した固定板、台座等の成形加工に必要な治工具は、図１（Ａ）で図示される真空槽１の紙面手前側に設置される扉（図示せず）により真空槽１内部に挿入されるとともに、真空槽１内部から取り出される。
【００２０】
前記上型５の上端には、ポンチ10が接続されている。このポンチ10は真空槽１を気密状態で貫通しており、真空槽１の外側に設けたエアシリンダ（図示せず）の駆動により上下動する。胴型４には熱電対挿入用の未貫通穴４ａがある。この未貫通穴４ａに熱電対を挿入することにより、成形中の成形用素材６の温度を測定することができる。また、真空槽１には真空槽１内部を真空状態とするための排気装置（図示せず）が接続され、排気口11より排気される。
【００２１】
（作用）
加熱ヒータ９が固定された固定板８と台座２が真空槽１底部に設けられた窪みにそれぞれ嵌合することにより位置決めされた状態で、台座２の円錐状の窪み２ａに精密球３を挿入する。この時、ポンチ10に接続された上型５は図示されていないエアシンリンダにより成形装置よりも上方に引き上げておく。上方に引き上げられた上型５の成形面５ａに成形用素材６の底面を押し当てた状態で、胴型４を上型５の下方から挿入し、精密球３の球面と胴型４の下端内周が接するまで、ポンチ10を図示されていないエアシリンダにより下動させる。この状態で、上型５、精密球３、胴型４及び台座２が加熱ヒータ９に囲まれた状態で真空槽１内部の所定の位置に位置決めされる。
【００２２】
次に、排気装置の真空引きにより成形用素材６を２００℃で６０秒間加熱する。この加熱により上型５、精密球３、胴型４、台座２、及び加熱ヒータ９のガス出しが行なわれる。このガス出しにより真空槽内部の雰囲気圧が上昇するため、再度真空引きを行い雰囲気圧を１０-5Ｔｏｒｒとする。
【００２３】
そして、加熱ヒータ９により成形用素材６を加熱する。加熱は、成形用素材６のガラス遷移温度及び結晶化開始温度間の所定の成形温度まで４０分間で行う。４０分間加熱することで、上型５、精密球３、胴型４及び成形用素材６の温度が均一化される。成形時の温度、即ち成形温度はＴｇ（４１８℃）、４３０℃、４４０℃、４５０℃、４６０℃、４６５℃、４７０℃及び４８０℃の７条件とし、各温度で成形された非晶質ブロック７の凹面７ａの形状精度と非晶質度を測定した。加熱中の温度は胴型４の側面に開けられた未貫通穴４ａに挿入された熱電対により計測した。
【００２４】
その後、エアシリンダの駆動によりポンチ10に接続された上型５を下降させ、成形用素材６を３０ＭＰａの圧力で押圧する。３０ＭＰａの圧力を、上型５、精密球３、胴型４で形成される密閉空間に成形用素材６が隙間無く充填されるまで保持する。この圧力の保持する時間即ち成形時間は、各成形温度によって異なる。成形温度が高い場合は、成形時の成形用素材６の粘度が低いため、成形時間は短くなり、成形温度が低い場合は、成形時間は長くなる。成形温度と成形時間との関係は、下記表１に示す通りである。
【００２５】
【表１】
0003647222.tif 000002
【００２６】
所定の成形時間が経過した後、真空槽１内部を大気圧として、真空槽１内部から加熱ヒータ９を固定した固定板８を下動させ、加熱ヒータ９を取り出す。その後、胴型４の側面に開けられた穴４ａに挿入された熱電対を取り出し、上型５を上昇させて上型５から胴型４と成形された非晶質ブロック７を取り出し、成形を終了する。
【００２７】
このようにして成形された非晶質ブロック７の成形面７ａは、フィゾー式干渉計により形状精度を測定した。さらに、非晶質ブロック７の非晶質度は、図３に示されるＸ線回折により測定されたＸ線回折強度を基に求めた。即ち、成形用素材６の結晶化開始温度より高い温度で加熱保持された（５００℃、１２００ｓｅｃ）成形用素材６を結晶化率１００％、加熱・成形する前の成形用素材６を結晶化率０％と仮定して、下記数１に示す式（１）により算出した。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
式（１）において、２θは回折角、Ｉは非晶質ブロック７のＸ線回折強度、Ｉmin は加熱・成形する前の成形用素材６のＸ線回折強度、Ｉmax は結晶化開始温度より高い温度で加熱保持された（５００℃、１２００ｓｅｃ）成形用素材６のＸ線回折強度である。
【００３０】
図４には、各温度Ｔｇ（４１８℃）、４３０℃、４４０℃、４５０℃、４６０℃、４７０℃及び４８０℃で成形された非晶質ブロック７の形状精度と非晶質度を示したものである。非晶質ブロック７の凹面７ａの形状精度は成形温度４６０℃で最も良く（０．２３μｍ）、４６０℃より成形温度が高ければ悪化し、低くとも悪化する。さらに、成形温度Ｔｇ以下では過冷却液体温度領域から外れるので、粘性の低下を伴わず成形できない。また、４８０℃以上では形状精度が０．５以下に悪化する。非晶質ブロック７の非晶質度は、成形温度が低い程高く、４４０℃以下では９０％以上となる一方、温度が高くなるにつれて低くなり、４８０℃では３０％程度であり、４８０℃を越えた温度では結晶化が進み非晶質度がさらに低くなるため成形することすら不可能となる。
【００３１】
また、成形時に成形用素材６に加わる圧力は、１５〜５０ＭＰａの範囲で変化させるぶんには、非晶質ブロック７の形状精度と非晶質度にはほとんど影響がなく、図４に示すような結果となる。
【００３２】
成形圧力が１５ＭＰａ未満であると、非晶質度は図４に示すものと同じ結果となるが、形状精度には無視できない差異が生じる。成形圧力１５ＭＰａ未満での形状精度は、成形温度４８０℃で極小値を示す点も含め、全体的な変化の傾向は図４に示す傾向と比較して大差ない。しかし、極小値となる成形温度４６０℃での形状精度であっても０．８μｍであり、４６０℃以外の成形温度ではさらに悪化するため、成形温度によらず成形に適さない。
【００３３】
一方、成形圧力が５０ＭＰａを越える場合は、非晶質度、形状精度とともに、図４に示す数値と比べて悪化し、成形に適さなくなる。５０ＭＰａを越えた成形圧力での非晶質度は、図４に示す非晶質度と比較すると、成形温度４５０℃以下ではほとんど同じ（２、３％の差）であるが、成形温度４６０℃では７０％以下、４７０℃では５０％以下となり、成形温度４６０℃以上で悪化する傾向がある。５０ＭＰａを越えた成形圧力での形状精度は図４に示す形状精度と比較すると、成形温度の変化に対する振る舞いの特性は略同じであるが、成形温度に係わらず０．７μｍ以上に悪化する。
【００３４】
即ち、１５〜５０ＭＰａの範囲外の成形圧力で成形を行っても、成形温度に係わらず、形状精度及び非晶質度の少なくとも一方が、要求される所望の精度及び質度を満たさないので、成形に達し適していない。
【００３５】
上記結果を利用して、上記と同様の方法で両平面を有する直径５ｍｍのガラス素材を成形するためのガラス成形用型を、成形温度４５０℃、４６０℃、４６５℃、成形圧力３０ＭＰａで成形した。得られたガラス成形用型は、成形温度４５０℃で、形状精度０．３３μｍ、非晶質度８８％、成形温度４６０℃で、形状精度０．２３μｍ、非晶質度７９％、成形温度４７０℃で、形状精度０．２７μｍ、非晶質度６５％であり、ガラス成形用型に要求される形状精度０．４μｍ以下、非晶質度５０％以上を満たしている。
【００３６】
（効果）
実施例１の効果は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を成形用素材としてガラス成形用型の成形加工する際に、上記成形用素材の加熱温度を４５０〜４７０℃、成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａにすることにより、ガラス成形用型の非晶質度は５０％以内、上記成形型に接する面の形状精度は０．４μｍ以内になるため、ガラス成形に必要な強度と形状精度を満たすことができる。
【００３７】
（実施例２）
（構成）
本実施例２に用いられる成形装置は実施例１の場合と同様である。
【００３８】
（作用）
同様に、上記結果を利用して、反射鏡を成形温度Ｔｇ（４１８℃）、４３０℃、４４０℃、４５０℃、成形圧力３０ＭＰａで成形した。得られた反射鏡は成形温度４２０℃で形状精度０．４８μｍ、非晶質度９２％、成形温度４３０℃で、形状精度０．４５μｍ、非晶質度９２％、成形温度４４０℃で、形状精度０．４１μｍ、非晶質度９１％、成形温度４５０℃で、形状精度０．３３μｍ、非晶質度８８％であり、反射鏡に要求される形状精度０．５μｍ以下、非晶質度８５％以上を満たしている。上記以外の作用は、実施例１と同様である。
【００３９】
（効果）
実施例２の効果は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を成形用素材としてガラス成形用型の成形加工する際に、上記成形用素材の加熱温度をＴｇ（４１８）〜４５０℃、成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａにすることにより、反射鏡の非晶質度は８５％以内、上記成形型に接する面の形状精度は０．５μｍ以内になるため、ガラス成形に必要な強度と形状精度を満たすことができる。
【００４０】
なお、上記実施例では、圧縮応力を３０ＭＰａで成形した場合について述べたが、これに限定されず、圧縮応力は１５〜５０ＭＰａの範囲であればよく、事実、２０ＭＰａ、４０ＭＰａの場合についても試験したところ、上記実施例と同様な効果が得られた。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を素材として成形加工する際に、素材の加熱温度をＴｇ（４１８）〜４７０℃の範囲で調節することにより、所望の形状精度及び非晶質度を持つ非晶質ブロックを成形することができるという効果を有する。。
【００４２】
請求項２は、圧縮応力を３０ＭＰａとすることにより、より好ましい形状精度及び非晶質度を持つ非晶質ブロックを成形することができるという効果を有する。
【００４３】
請求項３は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を成形用素材としてガラス成形加工する際に、上記成形用素材の加熱温度を４５０〜４７０℃、成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａにすることにより、成形用型の非晶質度は７０％以内、上記成形型に接する面の形状精度は０．４μｍ以内になるため、ガラス成形に必要な強度と形状精度を満たすことができるという効果を有する。
【００４４】
請求項４は、非晶質合金Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5 を素材として反射鏡を成形加工する際に、上記成形用素材の加熱温度をＴｇ（４１８）〜４５０℃、成形時の圧力を１５〜５０ＭＰａにすることにより、反射鏡の非晶質度は８５％以内、上記成形型に接する面の形状精度は０．５μｍ以内になるため、反射鏡に必要な強度と形状精度を満たすことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る非晶質合金ブロックを成形するための成形装置の説明図で、図１（Ａ）は同成形装置の縦断面図、図１（Ｂ）は同成形装置の横断面図。
【図２】図１の成形装置による非晶質ブロックの説明図。
【図３】図２の非晶質ブロックによる回折角と回折強度との関係を示す特性図。
【図４】各温度で成形された非晶質ブロックの形状精度と非晶質度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…真空槽、
２…台座、
３…精密球、
４…胴型、
５…上型、
６…成形用素材、
７…非晶質ブロック、
８…固定板、
９…加熱ヒータ、
10…ポーチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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