JPH10202372A - 複合部材の製造方法及び複合部材 - Google Patents
複合部材の製造方法及び複合部材Info
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- JPH10202372A JPH10202372A JP9009759A JP975997A JPH10202372A JP H10202372 A JPH10202372 A JP H10202372A JP 9009759 A JP9009759 A JP 9009759A JP 975997 A JP975997 A JP 975997A JP H10202372 A JPH10202372 A JP H10202372A
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Abstract
精度の形状とし、一回の成形で一体化させる。 【解決手段】 他の部材1a、1bを連結部材2によっ
て一体化する。連結部材2として過冷却液体域を有する
アモルファス合金を使用し、過冷却液体域の温度に加熱
し、成形型で押圧成形し、その後、冷却する。アモルフ
ァス合金が有する高強度、高転写性によって精度の良い
複合部材とすることができる。
Description
体化して複合部材を製造する方法及びこの方法によって
製造された複合部材に関する。
る方法については、従来より数多く開発されている。そ
の一つとして、切削、鍛造、鋳造などの加工によって個
々の部材を作製し、これらを溶接、接着、ロー付け等に
よって接合して一体化する方法がある。
属粉、セラミック粉と、樹脂粉末との混合粉末によって
一体化される部材の材料とし、この材料によって一つの
部材を予め成形し、この成形された部材と、他の部材を
成形するための混合粉末とを成形型内で組み合わせて成
形して、2部材を一体化する方法が記載されている。
は、研削、研磨用工具の製造方法として、研削、研磨層
となる研磨粉体を金型内に設置した状態で、アルミニウ
ム合金の溶湯を金型内に流し込み、高圧下で鋳造し、凝
固させることが記載されている。
製した後、組み付けて一体する方法においては、溶接、
接着、ロー付けによって部材の接合が行われる。しかし
ながら、溶接は部材の融点以上に加熱して接合するもの
であり、加熱によって母材が劣化するため、接合部の強
度が低下すると共に、冷却の際の凝固収縮によって歪み
が発生するため、寸法精度が低下する問題がある。ロー
付けも同様であり、加熱による母材の劣化と、接合部の
強度が低下する問題を有している。接着は他の接合方法
に比べて接合強度が小さく、しかも接着剤の軟化点が低
いため、高温環境では使用することができない。
は、型内に組み立てる部材を設置し、鋳造と同時に鋳ぐ
るむことがなされているが、この鋳ぐるみ法は軽合金材
料に限定されるため、高強度を必要とする部材に適用す
ることができないと共に、軽合金の融点以上に加熱する
必要があり、高温で成形する必要がある。
材の一体化が樹脂の加熱溶融によって行われるため、接
合強度が小さく、高強度を必要とする部材には適用する
ことができない。又、成形型からの転写精度がサブミク
ロン程度のオーダであり、転写精度が要求される微細形
状の部材には適用することができない。
組み立てられる部材が成形材料の融点以上に曝されるた
め、部材への熱ダメージがあり、部材の強度が低下する
ばかりでなく、成形される部材が凝固する際に、収縮変
形するため、精密な形状精度が要求される部材に適用す
ることができない問題を有している。
してなされたものであり、結晶を含まないアモルファス
合金の特性を利用することによって、強度が大きく、接
合時の寸法変形が少ない複合部材の製造方法及び複合部
材を提供することを目的とする。
め、本発明の複合部材の製造方法は、2以上の部材を成
形により一体する方法であって、他の部材と一体化され
る少なくとも一の部材又は2以上の他の部材を一体化さ
せる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモル
ファス合金からなり、この一の部材と他の部材とを前記
過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成
形して一の部材と他の部材とを一体化し、その後、冷却
することを特徴とする。
ルファス合金を、その過冷却液体域のガラス遷移温度
(Tg)まで加熱すると、粘性流体となり、通常10M
Pa以下の低い圧力で所望の成形が可能となる。又、こ
の過冷却液体域を有するアモルファス合金は、数十nm
オーダの転写精度を有しており、アモルファス合金の成
形を行う成形型を高精度に製造することにより、サブミ
クロンオーダより高い極めて高い形状精度で成形され
て、他の部材と一体化される。
しており、加熱され、他の部材と押圧成形されるとき
に、他の部材の表面のミクロな凹凸を充填しながら成形
され、その後に、冷却固化したとき、他の部材の表面と
ミクロな無数の噛み合い状態となる。これにより、他の
部材と強固に接合されて一体化する。このことは2以上
の部材をアモルファス合金によって一体化する場合にも
同様に作用し、2以上の部材を強固に一体化することが
できる。
き、300〜500Hvの高い硬度を有しているため、
高い接合強度、高い高度が必要な用途の部材にも適用す
ることができる。
は、その組成によって異なっているが、低温のものは約
200℃であり、高温のものでも約650℃程度であ
る。これの温度は、一般的な銀ロー付けのロー付け温度
に比べて200〜700℃程度低い温度である。又、ダ
イカストに用いられるアルミニウム合金の融点と比較し
ても十分に低い温度である。さらには、部材の融点以上
の加熱をする必要のある溶接の温度と比較しても、比較
にならないような低い温度である。このように成形温度
が低いところから、アモルファス合金を使用した一体化
では、溶接やロー付けで発生する母材の熱劣化がなく、
熱劣化に起因した接合部の強度低下を生じることがな
い。
凝固収縮による変形がなく、このため高精度の寸法精度
の複合部材とすることができる。さらに、アモルファス
合金のガラス遷移温度Tgは接着剤の耐熱温度に比べ
て、十分に高いため、高温環境で使用される部材に適用
することができる。
冷却を行う。部材の一体化後も高温状態のままでは、ア
モルファス合金が結晶化して脆弱化するため、強度が低
下する。このため冷却を行うものであり、結晶化を防止
する冷却速度で、且つ、結晶化を防止する温度域となる
ように冷却がなされる。
部材の内、少なくとも一の部材がアモルファス合金から
なり、一回の成形で複合部材を製造できるため、個々の
部材を製造し、その後に接合して一体化する必要がな
く、製造工程を大幅に短縮することができ、迅速な製造
が可能となる。
本発明は下記の具体的が製造手段を適宜、採用すること
ができる。
化する方法であって、他の部材と一体化される少なくと
も一の部材又は2以上の他の部材を一体化させる少なく
とも一の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金
からなり、前記他の部材がワイヤー状部材からなり、一
の部材と他の部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱
し、成形型によって押圧成形して一の部材と他の部材と
を一体化し、その後、冷却する。
的になされるが、過冷却液体域を有するアモルファス合
金によって一体化される他の部材が、ワイヤー状部材と
なっている。このワイヤー状部材は長尺であり、その位
置決めが難しいが、手段(a)では、成形型を使用し、
この成形型によって押圧しながら成形し、一体化する。
このため長尺なワイヤー部材の位置決めを簡単に、且
つ、確実に行うことができ、高精度で一体化することが
できる。
する保持部材とからなる2以上の部材とを成形によって
一体化する方法であって、前記作業部材又は保持部材の
いずれか一方又は双方の部材が過冷却液体域を有するア
モルファス合金からなり、作業部材及び保持部材を前記
過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成
形して一体化し、その後、冷却する。
持部材のいずれか一方又は双方の部材がアモルファス合
金からなり、このアモルファス合金が上述と同様な作用
によって他方の部材と一体化する。このため、作業部材
及び保持部材が強固に一体化される。又、作業部材が複
雑な外形であっても、アモルファス合金の高い転写特性
によって、良好な形状を成形でき、且つ、一回の成形で
終了する。
ング状部材の内周又は外周に接合される他のリング状部
材とからなる2以上の部材を成形によって一体化する方
法であって、一のリング状部材及び他のリング状部材の
いずれか一方又は双方の部材が過冷却液体域を有するア
モルファス合金からなり、これらのリング状部材を前記
過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成
形して一体化し、その後、冷却する。
の特性を利用して、2以上のリング状部材が一体化した
複合部材を作製できる。この複合部材はアモルファス合
金の耐薬品性を有し、耐薬品性を有した部材となる。
かにおいて、前記成形型における前記アモルファス合金
との接触面の表面粗さを、Rmax=1.2μm以下と
する。
いるため、成形後に、成形型に強固に接合して成形型か
らの離型が困難となることがある。この手段(d)は、
成形型の面粗度を上記のように高精度とすることで、ア
モルファス合金の成形型への接合度を小さくし、成形型
からの離型を容易とするものである。
かにおいて、前記アモルファス合金と接触する面の粗さ
が、Rmax=10μm以上となっている部材を、アモ
ルファス合金からなる部材と一体化する。
加熱されることにより、他の部材のミクロな凹凸内に充
填され、この充填状態で固化することにより、他の部材
と強固に接合する。このアモルファス合金の充填を充分
に行うため、他の部材の面粗度を上記の範囲とするもの
である。これにより、強固に一体化した複合部材を作製
できる。
れる少なくとも一の部材又は2以上の他の部材を一体化
させる少なくとも一の部材が過冷却液体域を有するアモ
ルファス合金からなり、一の部材と他の部材とが前記過
冷却液体域の温度に加熱され、成形型で押圧成形されて
一体化され、その後、冷却されることによって成形され
ていることを特徴とする。
(e)の手段によって製造されるものである。この複合
部材は、少なくとも一の部材がアモルファス合金からな
り、アモルファス合金の高い強度、硬度による耐久性を
備えると共に、高度な形状精度となっている。
り、ワイヤー状部材1a, 1bが連結部材2によって連
結されることにより、一体化している。図2はこの複合
部材を製造する装置を示す。
形成され、可動型5を固定型6に密着させて型締めする
ことにより、これらの間にキャビティ4が形成される。
この場合、連結部材2としては、後述するように、酸化
され易いZr系のアモルファス合金が使用されるため、
その酸化を防止するため成形型3の全体が真空チャンバ
ー(図示省略)内に配置されるものである。
形と略同一の形状となっている。このキャビティ4に
は、ワイヤー状部材1a,1bの端部が挿入されること
により、これらの端部を覆っている。又、ワイヤー状部
材1a,1bを同軸上に対向して固定するため、キャビ
ティ4にはワイヤー案内溝4a,4bが連通している。
aを介して移動機構(図示省略)に連結されており、型
板6aに取り付けた固定型6方向に往復移動し、固定型
6に密着することにより、型締めを行う。この可動型5
にはシリンダ7が前後方向に貫通し、その貫通端がキャ
ビティ4に開口している。シリンダ7内には加圧プラン
ジャ8が往復動可動に挿入されている。加圧プランジャ
8は加圧手段8bのロッドに連結して往復動する。この
加圧プランジャ8よりも固定型4側のシリンダ7内に
は、連結部材2の構成材料である過冷却液体域を有する
アモルファス合金材料9がセットされる。
(図示省略)が設けられる。ヒーター10は可動型5に
おけるシリンダ7の周囲及び固定型6におけるキャビテ
ィ4近辺に配置されており、シリンダ7,加圧プランジ
ャ8及びキャビティ4表面近傍を加熱する。このヒータ
ー10は、温度検出器からの検出温度が入力される温度
制御器(図示省略)により、印加電圧が制御されてお
り、上述した部位の温度を正確に制御することができ
る。さらに成形型3の内部には、冷却管路(図示省略)
が配置されて、成形型3全体の冷却が行われるようにな
っている。なお、キャビティ4の表面及び加圧プランジ
ャ8の押圧部8a面粗さRmaxが0.8μmとなるよ
うに鏡面仕上げされている。
固定型6の対向部位に設けられたクランプ11a、11
bにより保持され、その一端1a’,1b’はキャビテ
ィ4に連通したワイヤー案内溝4a、4bによって、同
軸状に対向して位置決めされ、且つキャビティ4内に突
出した状態で設置される。ワイヤー状部材1a,1bは
素線径20μmのSUS304からなるステンレス素線
を20本撚ったものであり、その外径は0.3mmであ
る。キャビティ4の内径は0.34mmであり、ワイヤ
ー状部材1a,1bの端部1a’,1b’に成形される
アモルファス合金の肉厚は0.02mmとなる。なお、
ワイヤー状部材1a,1bは0.5mmで離隔されてい
る。
Cu30Al10Ni5 ( 添字は原子%を示す。)合金を用
いている。この材料は、ガラス遷移温度Tg=420
℃、結晶化開始温度Tx=500℃であり、これらの間
の過冷却液体域△T(=Tx−Tg)80℃において、
粘性109 P a・s程度の粘性流体となり、数10MP
a程度の低圧力で容易に成形可能となる特性を有してい
る。成形型3の全体を収容する真空チヤンバーは真空ポ
ンプ(図示省略)及び不活性ガスボンベ(図示省略)と
連結されており、真空雰囲気もしくは、不活性ガス雰囲
気にすることが可能となっている。また、成形型3にお
けるアモルファス合金材料9と接触する部分は、面粗さ
がRmax=1.2μm以下の鏡面となっている。面粗
さが1.2μmを越えて粗くなると、成形された連結部
材2と成形型3との離型が困難となるためである。
明する。予め製作したワイヤー状部材1a、1bを、ク
ランプ11a、11bにより保持して、端部1a’,1
b’をキャビティ4内に突出させ、且つ同軸状に対向す
る位置に設置し、可動型5を移動させて型締めを行う。
一方で、アモルファス合金材料9をシリンダ7内に設置
する。そして、真空チヤンバー(図示省略)内を不活性
ガスで置換し、成形型3の全体を不活性雰囲気とする。
本実施の形態においては、不活性ガスとして、アルゴン
ガスを用いた。
0により成形型3をアモルファス合金材料9の過冷却液
体域である420℃以上500℃以下に加熱する。本実
施の形態では、加熱温度を460℃±5℃とした。成形
型3からの熱伝導によりアモルファス合金材料9が加熱
され、過冷却液体域に達すると粘性流体となり、この状
態で加圧プランジャ8によりアモルファス合金材料9を
押圧し、シリンダ7を通じてキャビティ4内に注入す
る。注入圧力は10MPa程度で行った。このとき、加
圧プランジャ8及び成形型3を過冷却液体域に加熱して
おくことにより、アモルファス合金材料9は固化するこ
となく、容易にキャビティ4内に注入することができ
る。
ャビティ4の形状に倣って成形されるとともに、ワイヤ
ー状部材1a、1bの素線間の空隙に入り込む。この
後、成形型3を冷却することにより、連結部材2とワイ
ヤー状部材1a、1bとが一体化される。冷却は過冷却
液体域からガラス遷移温度以下となるように行い、その
冷却速度は、脆化を防ぐために急冷することが望まし
い。本実施の形態では、加熟を停止し、冷却管路に冷却
水を循環させることにより、50℃/minの冷却速度
で冷却した。なお、冷却速度は、これよりも速くても良
い。アモルファス合金材科9は、過冷却液体域において
も長時間保持すると結晶化し、脆化するので、過冷却液
体域に加熱した後は、速やかに成形、冷却することが望
ましい。本実施の形態においては、過冷却液体域での成
形時間は3min以内で行った。この場合、成形型3の
アモルファス合金材料9と接触する部分は、Rmax=
1.2μm以下に鏡面仕上げされているため、アモルフ
ァス合金材料9とは接合はされない。このような方法に
よりワイヤー状部材1a、1bと連結部材2からなる複
合部材を得ることができる。
うな効果がある。即ち、従来の鋳ぐるみ法では、成形材
科が軽合金材料に限定されているため、高強度が要求さ
れる部材へは適用できなかったが、この実施の形態で
は、連結部材を構成しているアモルファス合金材料の機
械的強度が高く、且つ成形温度が軽合金材料の融点より
低く、母材の熱影響による劣化が少ないため、高強度の
複合部材とすることができる。
の悪化があるが、母材を溶融させることなく一体化する
ことができるので、凝固収縮による歪みがなく、このた
め高い寸法精度が得られる。さらに、アモルファス合金
材料がワイヤー状部材の素線間の空隙に入り込んで、隙
間を充填することにより、ワイヤー状部材1a,1bと
連結部材2の接合面積が大きくなり、ワイヤー状部材を
強固に連結すると共に、応力集中を緩和する作用が生
じ、接合部の疲労強度が向上する。なお、ワイヤー状部
材1a,1bとして、SUS304を用いたが、ワイヤ
ー状部材として、過冷却液体域を有するアモルファス合
金を用いても良い。ワイヤー状部材及び連結部材の双方
に、過冷却液体域を有するアモルファス合金を用いる場
合には、ワイヤー状部材のアモルファス合金として、そ
の過冷却液体域が連結部材のアモルファス合金の過冷却
液体域よりも高温側のものを使用する。そして、連結部
材を成形する温度を、連結部材のアモルファス合金のガ
ラス遷移温度以上で、且つ、ワイヤー状部材のアモルフ
ァス合金のガラス遷移温度以下とすることにより、複合
部材とすることができる。
鏡用生検鉗子における手元操作ワイヤと先端操作ワイヤ
及び両ワイヤの連結部材からなる操作ワイヤや、同生検
鉗子における先端操作ワイヤとワイヤつなぎの接合部
や、内視鏡用把持鉗子のバスケット型の先端連結部や、
同生検鉗子の先端コイルシースと手元コイルシースの接
合部や、同鉗子の先端コイルシースとSカバーとの接合
部や、同鉗子の手元シースと析れ止め部材の接合部や、
内視鏡用処置具の高周波処置具及びワイヤナイフの先端
ワイヤの接続部や、同処置具の3脚型把持鉗子の脚部の
接続や、同処置具の高周波処置具の接続などに適用でき
る。
ついて説明する。この実施の形態では、図1に示したワ
イヤー状部材と連結部材からなる複合部材の製造を、実
施の形態1とは異なる方法で実施しており、その装置を
図3に示す。図3は、紙面に垂直方向にワイヤー状部材
が延在している状態での縦断面図である。
直な方向に長尺な胴型12が載置され、この胴型12に
上型13、下型14が設けられている。下型14は、胴
型12と臨んだ架台15の凹部に取り付けられ、上型1
3は胴型12の上部に挿入されて、下型14と対向して
いる。又、下型14には、図4に示すようなU字形に成
形された予成形体16を設置するための下型溝14aが
形成されている。
が設けられていて、下型14に上型13を当接させたと
きに形成される空洞が連結部材2の形状となる。予成形
体16に接する下型溝14aと上型溝13aの表面は、
Rmax=0.85μm程度に鏡面仕上げされている。
1a、1bの配置を示し、U字形に成形された予成形体
16の底部上でワイヤー状部材1a、1bが突き合わせ
られるように、同軸状で対向している。このワイヤー状
部材1a、1bは、クランプ(図示省略)によって保持
されて固定されるものである。又、予成形体16の幅W
はワイヤー状部材1a、1bの直径と等しくなってお
り、その肉厚は0.5mmである。これらの材質は、実
施の形態1と同様であり、ワイヤー状部材1a、1bは
SUS304からなる素線の撚り線である。一方、予成
形体16は、Zr 55Cu30Al10Ni5 ( 添え字は原子
%)のZr系アモルファス合金材料からなり、実施の形
態1と同一のガラス遷移温度Tg、結晶化開始温度Tx
及び過冷却液体域△Tを有している。
(図示省略)に連結された加圧プランジャ17に取り付
けられており、胴型12の内面に沿って、上下方向に移
動できるようになっている。胴型12には、高温気体発
生器(図示省略)からの高温気体を胴型内に導入するた
めの高温気体導入口12a、及び同気体を排気するため
の排気口12bが設けられている。胴型12、上型13
及び下型14には、それぞれヒーター10a、10b、
10cと温度検出器(図示省略)が配設され、ヒーター
10a、10b、10cは、温度制御器により制御さ
れ、これにより上下の型13、14及び胴型12内の温
度を正確に制御できるように構成されている。
路(図示省略)が設けてあり、上型13と下型14を適
宜冷却できるようになっている。以上の装置は、真空チ
ヤンバー(図示省略)内に設置されており、真空ポンプ
(図示省略)及び不活性ガスボンベ(図示省略)と連結
されることにより、真空雰囲気もしくは、不活性ガス雰
囲気にすることが可能となっている。
に、予成形体16及びワイヤー状部材1a, 1bを配置
した後、高温気体導入口12aより、約430℃に加熱
されたアルゴンガスを胴型12内へ導入するとともに、
ヒーター10a、10b、10cにより胴型12、上型
13及び下型14を約430℃に加熱する。これによ
り、予成形体16を下型14及びアルゴンガスからの熱
伝導により過冷却液体域まで加熱する。予成形体16の
温度が、ガラス遷移温度を越えると粘性流動状態とな
り、低圧力で容易に成形可能となる。
作動させて図5に示すように上型13を下型14に当接
するまで降下させる。これにより予成形体16は上型溝
13aに倣って変形し、連結部材2の形状に成形される
と共に、ワイヤー状部材1a,1bと密着し、ワイヤー
状部材1a,1bが接合される。成形の際の上型13の
移動速度は100mm/secである。
せた冷却水により上型13及び下型14をガラス遷移温
度以下に冷却し、予成形体16を固化し、連結部材2を
成形するとともに、連結部材2とワイヤー状部材1a,
1bを一体化する。ここで上型溝13a及び下型溝14
aの表面は、鏡面仕上げされているため、これらと予成
形体16とが接合されることはない。以上により、図1
に示すワイヤー状部材1a,1bと連結部材2とが一体
化した複合部材を得ることができた。
ス合金Zr55C u30Al10Ni5 を含め過冷却液体域を
有するアモルファス合金は、過冷却液体域での保持時
間、温度に比例して結晶化率が増大するため、ガラス遷
移温度以下においての昇温速度は、特に限定されない
が、ガラス遷移温度以上においては、速やかに目的の温
度に到達させることが望ましい。加熱温度についても同
様で、結晶化率を低減するためには、極力低い温度で成
形することが望ましい。
からガラス遷移温度以下へ冷却する際の冷却速度が遅い
と脆化する性質があるため、冷却速度に十分配慮する必
要がある。このように、過冷却液体域を有するアモルフ
ァス合金材料は、加熱、冷却速度及び過冷却液体域での
保持時間によって、機械的特質が左右されるが、本実施
の形態においては、加熱速度50℃/min、加熱温度
430℃、過冷却液体域での保持時間200sec、冷
却速度50℃/minで実施した結果、十分な機械的強
度を得ることができた。
の効果を有し、さらに、ワイヤー状部材1a,1b及び
予成形体16を下型溝14aに沿って配置し、且つ連結
部材2の成形を上型13と下型14とによって押圧して
成形するため、成形中にワイヤー状部材1a,1bがず
れることがなく、寸法を高精度に確保できると共に、予
成形体16の成形速度を速くしても寸法精度が確保され
るため、工程時間の短縮が可能となる。
を変更することにより、内視鏡用処置具の注射針の接合
部や、同処置具の針状高周波ナイフの先端針の接合部に
も適用できる。
製造される内視鏡用超音波処置具20を示し、術者が保
持する保持部材19の先端に、作業部材である工具部材
18が一体的に設けられており、工具部材18には櫛歯
状の作業部18aが形成されている。この処置具20
は、内視鏡を用いた外科処置に用いられるものであり、
体内の細胞組織に工具部材18の作業部18aを接触さ
せ、これに超音波振動を印加することにより、組織細胞
の破壊、除去をするものである。
料としてアモルファス合金を用いた。このアモルファス
合金の組成は、Zr60C u30Al10( 数字は原子%)で
あり、ガラス遷移温度Tg=370℃、結晶化開始温度
Tx=470℃、過冷却液体域△T=100℃である。
又、過冷却液体域において、109 Pa・sの粘性を示
す性質を有している。保持部材19の構成材料はTi−
6A1−4V(数字は質量%)からなる合金である。
製造装置を示し、架台21上に胴型22が設置され、こ
の胴型22内に下型24及び上型23が対向して挿入さ
れると共に、上型23の上方部位に加圧プランジャ26
を下側に連結した加圧機構26a(下端側のみを図示)
が挿入されることによって基本的に構成されている。
又、上型23、下型24の間には、キャビティ25が形
成されている。下型24におけるキャビティ25の作業
部18aに対応する櫛歯状部分は、図7及び図8では、
明確な図示のため放射状に表示しているが、この櫛歯状
部分で成形される作業部18aは、図6で示すように、
上型23及び下型24の分割面に対して垂直方向に型抜
き可能に形成されており、以下の図の表示も同様であ
る。
状、寸法の空洞であり、下型23と上型24を型締めし
たときに形成される。下型23には、あらかじめ製作さ
れた保持部材19を設置するようになっている。上型2
3には、シリンダ部23aが上部に形成されると共に、
このシリンダ部23aとキャビティ25とを連通する湯
道23bが形成されている。加圧プランジャ26は、前
記加圧機構26a(全体の図示省略)に連結されてお
り、上型23のシリンダ23a内を移動可能となってい
る。
6にはそれぞれ、ヒーター27a、27b、27c及び
温度検出器(図示省略)が設置されており、上型23、
下型24及び加圧プランジャ26の温度を正確に制御す
るようになっている。保持部材19の工具部材18との
接合部19aを除き、キャビティ25の表面はRmax
=0.8μm程度に鏡面加工してある。これに対し、保
持部材19の接合部19aは、Rmax=25μm程度
の粗さの表面となっている。
路(図示省略)が設けてあり、適宜冷却できるようにな
っている。これらの装置全体は、真空チヤンバー(図示
省略)内に設置されており、真空ポンプ(図示省略)及
び不活性ガス発生装置(図示省略)と連結されることに
より、真空雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気にすること
が可能となっている。
予め別途製作した保持部材19を下型24の所定の位置
に設置し、型締めを行い、保持部材19を固定すると共
に、上型23、下型24及び保持部材19の工具部材1
8との接合部19aによりキヤビティ25を形成する。
なお、接合部19aの表面はアモルファス合金より構成
される工具部材18との接合を強固にするため、上述の
ように粗面としてある。工具部材18の構成材料である
アモルファス合金材料40をシリンダ23a内に設置す
る。
材19の酸化を防止するため、装置全体をアルゴンガス
雰囲気とした後、ヒーター27a、27bにより上型2
3、下型24を加熱し、その熱伝導によりアモルファス
合金材料40を過冷却液体域まで加熱する。又、ヒータ
27cにより加圧プランジャ26を各型と同様に加熱す
る。本実施の形態では、加熱速度50℃/min、加熱
温度410℃で行った。この加熱でガラス遷移温度Tg
=370℃に達すると粘性が急激に低下し、粘性流体と
なる。
全に過冷却液体域に達した状態で、図8に示すように加
圧プランジャ26により粘性流体となったアモルファス
合金材料40を加圧し、湯道23bを通してキャビティ
25に注入する。注入されたアモルファス合金材料40
は、キャビティ25表面の微細な凹凸を埋めながら充填
される。
に冷却することにより、アモルファス合金材料を固化さ
せる。このとき、保持部材19の接合部19aの表面は
キャビティの他表面より表面粗さが粗いため、ミクロ的
に接合部19aとアモルファス合金材料が噛み合い状態
となり、これにより両者は強固に接合される。冷却速度
に関しては、実施の形態1、2と同様に50℃/min
で行った。このような手段及び作用により、工具部材1
8を成形すると供に工具部材18と保持部材19の接合
部19aとが接合されて、処置具20を製作できる。製
作された処置具20の工具部材18と保持部材19の接
合強度は、約500MPaであり、超音波処置具として
の要求される強度を十分上回っていることが確認され
た。
部19aを平面としたが、図9に示すように、キャビテ
ィ25側に開口する孔部19bを接合部19aに形成し
ても良い。又、図10に示すように、凸部19cをキャ
ビティ25側に突出させても良く、図11に示すよう
に、大径部分を先端に有した凸部19dを突出させても
良い。これらの孔部19b、凸部19c、19dによっ
て、アモルファス合金材料40との接合強度が増大する
ため、工具部材18と保持部材19とを強固に一体化す
ることができる。
おける作業部18aの櫛歯状部分を放射状に成形する場
合には、下型24を紙面に垂直方向で2分割した対の構
成とし、この対の構成の下型24に対して上型23を対
向させてキャビティ25を形成し、工具部材18の成形
後に下型24の対の構成を分割することにより、作業部
18の放射状の櫛歯状部分を取り出すことにより成形で
きる。
材質として、過冷却液体域を有するアモルファス合金を
使用し、保持部材19を他の材質としたが、成形型を変
更することにより、保持部材19の材質を過冷却液体域
を有するアモルファス合金とし、工具部材18を他の材
質とすることも可能である。又、工具部材18,保持部
材19の双方を、過冷却液体域の温度が異なる過冷却液
体域を有する2種類のアモルファス合金としても良い。
を別個に製作し、これらを溶接や銀ろう付けなどの接合
手段により一体化していた。溶接においては、母材の凝
固収縮による歪みによる寸法精度の悪化や、熱影響部の
劣化による強度の低下という間題があった。また、ろう
付けにおいても、加熱温度が750℃以上であり、加熱
による熱影響の劣化による強度の低下が問題であった。
さらに、これらの問題は、接合面積が減少するのに伴
い、その影響が大きくなるため、複合部材の微細化には
限界があった。これに対し、この実施の形態では、成形
温度が410℃と低く、溶融凝固がないため、熱影響に
よる母材の劣化が少なく、また、凝固収縮による歪みが
ないため、高強度かつ高精度に2つの部材を一体化する
ことが可能となる。このような実施に形態は、型を変更
することにより、内視鏡用生検鉗子における針付き鉗子
の針と、この針を位置決めするための針回り止めピンの
一体化製造に適用することができる。
よって製造される内視鏡用湾曲管の節輪28の略図を示
す。この節輸28は、内視鏡の湾曲部の構成部品の一つ
であり、操作用ワイヤーを挿通するためのガイドリング
30と、ガイドリング30の外周面がその内周面に固着
される節輪本体29とからなっている。なお、節輪本体
29の内周面には、ガイドリング30が一般的には、対
称位置に2個又は4個固着されるが、この実施の形態で
は、1個ずつを順次に固着する前提となっているため、
1個のみを示している。ガイドリング30は、外径φ1
mm、内径φ0.9mmのリング状の部材であり、操作
用ワイヤーを挿通する挿通口30aを有する。節輪本体
29は、SUS304の材質からなり、外径φ11.8
mm、肉厚0.4mmのパイプ状部材である。
れる製造装置を示し、下型31及び上型32が型締めさ
れることにより、キャビティ37が成形される。このキ
ャビティ37に臨む下型31及び上型32には、下ポン
チ35及び上ポンチ33がそれぞれ挿入されている。
又、下ポンチ35及び上ポンチ33内には、中ポンチ3
6、34がそれぞれ挿入されている。以上の下型31、
上型32、下ポンチ35、上ポンチ33及びそれぞれの
中ポンチ36、34は別個の駆動系(図示省略)に連結
されており、各部材が独立して駆動されるようになって
いる。
体29が収納可能な凹部31aを有すると共に、下ポン
チ35が摺動可能なスペースを有する。中ポンチ34及
び36の外径はガイドリング30の内径と同じ径となっ
ている。
35,36には、ヒーター(図示省略)及び冷却水管路
(図示省略)及び温度検出器(図示省略)が設けてあ
り、これらを加熱、冷却できるようになっている。
8μm程度の表面粗さに仕上げ加工されている。ポンチ
33、34、35、36の各端面である成形面及びその
近傍の表面もRmax=0.8μm程度に加工されてい
る。節輪本体29のガイドリング接合部29aは、表面
粗さがRmax=25μm程度となっている。図13に
おいては、38はガイドリング30の前成形体であり、
Pd400Ni10Cu30P20( 添字は、原子%を示す)の
過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、ガラ
ス遷移温度Tg=302℃、結晶化開始温度Tx=39
7℃で、過冷却液体域△T=302℃〜397℃におい
て、粘性が109 P a・sとなり、粘性流体となる性質
を有している。また、この材料は耐酸化性材料であり、
大気中で加熱しても酸化されない。
輪本体29と、予め製作したアモルファス合金材料から
なる前成形体38を図13のように下型31のキヤビテ
ィ37内に設置し、下型31と上型32の型締めを行
う。ヒーターにより下型31、上型32及び上ポンチ3
3等の全てのポンチを350℃に加熱し、型及びポンチ
からの熱伝導により前成形体38が加熱され、ガラス遷
移温度Tg=302℃に達すると、粘性流体となる。
た状態で、図14のように上ポンチ33、中ポンチ34
及び下ポンチ35及び中ポンチ36により、前成形体3
8を2MPaで押圧し、ガイドリング30の外形を成形
する。この際、前成形体38は節輪本体の接合部29a
の表面のミクロな凹凸を充填しつつ成形される。その
後、図15に示すように、中ポンチ34及び中ポンチ3
6を連動して下降させ、前成形体を打ち抜くことによ
り、ワイヤ挿通口30aを形成する。打ち抜き速度は、
200mm/secで行う。打ち抜きは、中ポンチ34
と下ポンチ35との間の剪断力により行われるが、前成
形体38は粘性流体であるため、剪断中に亀裂が発生す
ることがなく、良好な剪断面が得られる。ワイヤ挿通口
30aを打ち抜いた後、各型及び各ポンチをガラス遷移
温度以下に冷却し、アモルファス合金材料を固化し、ガ
イドリング30を成形しつつ、ガイドリング30と節輸
本体29を接合する。この後、図16のように、上型3
2、上ポンチ33及び上中ポンチを上昇させ、節輸28
を取り出す。
有するアモルファス合金で構成し、これを成形して節輸
本体29と一体化したが、成形装置を変更することによ
り、節輪本体29を過冷却液体域を有するアモルファス
合金で構成し、これを成形してガイドリング30と一体
化することも可能である。
製作し、これらをろう付けや溶接により接合して、節輪
を製造していたが、凝固収縮に伴う歪みや、熱影響によ
る母材の劣化等の問題があった。また、軽合金や樹脂に
よる鋳ぐるみ法では、材料の強度が不十分であり適用で
きなかった。実施の形態では、加熱温度が、350℃と
溶接やろう付けに比べ低く、母材の溶融を伴わないため
凝固収縮による歪みがなく、熱影響による母材の劣化が
低減できる。さらに、リング挿通口を成形中に打ち抜き
によって製作するため、前成形体は単純な形でよく、前
成形体の製作工程が簡略化できる。
含するものである。 (1) 2以上の部材を成形によって一体化する方法で
あって、他の部材と一体化される少なくとも一の部材又
は2以上の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材
が過冷却液体域を有するアモルファス合金からなり、前
記他の部材がワイヤー状部材からなり、一の部材と他の
部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱し、成形型に
よって押圧成形して一の部材と他の部材とを一体化し、
その後、冷却することを特徴とする複合部材の製造方
法。
する保持部材とからなる2以上の部材とを成形によって
一体化する方法であって、前記作業部材又は保持部材の
いずれか一方又は双方が過冷却液体域を有するアモルフ
ァス合金からなり、作業部材及び保持部材を前記過冷却
液体域の温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して
一体化し、その後、冷却することを特徴とする複合部材
の製造方法。
ング状部材の内周又は外周に接合される他のリング状部
材とからなる2以上の部材を成形によって一体化する方
法であって、一のリング状部材及び他のリング状部材の
いずれか一方が過冷却液体域を有するアモルファス合金
からなり、これらのリング状部材を前記過冷却液体域の
温度まで加熱し、成形型によって押圧成形して一体化
し、その後、冷却することを特徴とする複合部材の製造
方法。
ァス合金との接触面の表面粗さが、Rmax=1.2μ
m以下であることを特徴とする上記(1)〜(3)項の
いずれかに記載の複合部材の製造方法。
面の粗さが、Rmax=10μm以上となっている部材
を、アモルファス合金からなる部材と一体化することを
特徴とする上記(1)〜(3)項のいずれかに記載の複
合部材の製造方法。
に記載の方法によって製造されたことを特徴とする複合
部材。
る部材の内、少なくとも一方の部材を過冷却液体域を有
するアモルファス合金を使用するため、転写精度に優れ
た高精度の形状の複合部材とすることができる。又、一
体化するための加熱温度が低く、熱影響による劣化がな
いため、高強度とすることができると共に、他の部材と
の噛み合いによって強固に一体化した複合部材とするこ
とができる。
一の部材がアモルファス合金からなるため、アモルファ
ス合金の高い強度、硬度による耐久性を備えると共に、
高度な形状精度となっている。
材の斜視図である。
ある。
ある。
る。
る。
視図である。
ある。
る。
ある。
ある。
斜視図である。
である。
の断面図である。
の断面図である。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 2以上の部材を成形により一体化する方
法であって、 他の部材と一体化される少なくとも一の部材又は2以上
の他の部材を一体化させる少なくとも一の部材が過冷却
液体域を有するアモルファス合金からなり、この一の部
材と他の部材とを前記過冷却液体域の温度まで加熱し、
成形型によって押圧成形して一の部材と他の部材とを一
体化し、その後、冷却することを特徴とする複合部材の
製造方法。 - 【請求項2】 他の部材と一体化される少なくとも一の
部材又は2以上の他の部材を一体化させる少なくとも一
の部材が過冷却液体域を有するアモルファス合金からな
り、一の部材と他の部材とが前記過冷却液体器の温度に
加熱され、成形型で押圧成形されて一体化され、その
後、冷却されることによって成形されていることを特徴
とする複合部材。
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