金属ガラス合金の機械加工方法
【課題】金属ガラス合金の加工位置およびその周辺部において結晶を生じさせることなく金属ガラス合金の機械加工を行うとともに、工具の摩耗の進展を遅くして工具の寿命を長くする金属ガラス合金の機械加工方法を提供する。
【解決手段】金属ガラス合金１２の加工位置の温度を温度測定装置で測定し、最適温度になるように、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌを供給しつつ、金属ガラス合金１２を結晶化温度以下の温度で機械加工する。
【解決手段】金属ガラス合金１２の加工位置の温度を温度測定装置で測定し、最適温度になるように、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌを供給しつつ、金属ガラス合金１２を結晶化温度以下の温度で機械加工する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性に乏しい材料として知られている金属ガラス合金の機械加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ガラス合金は、切削や研削といった機械加工性に乏しい材料として知られている。すなわち、金属ガラス合金が機械加工を受けると、金属ガラス合金と工具とが接触する加工位置において摩擦熱が生じる。そして、この摩擦熱を受けて結晶化温度以上になった金属ガラス合金が結晶化して不良品になるが、このような不良品が生じないように金属ガラス合金を機械加工することは困難であった。
【０００３】
また、金属ガラス合金の硬度は機械加工性に富む他の合金に比べて高いことから、金属ガラス合金の機械加工に用いられる工具は早く摩耗する。このように摩耗した工具で機械加工を行った場合、加工位置において生じる摩擦熱は、摩耗していない工具を用いた場合に比べてはるかに多くなり、前述した金属ガラス合金の結晶化の度合いが高まることから、頻繁に工具を交換する必要があり、工具を長持ちさせることは困難であった。
【０００４】
このように、金属ガラス合金の機械加工には困難が伴うことから、従来から機械加工以外の金属ガラス合金の加工方法が用いられていた。例えば、金属ガラス合金をそのガラス転移点温度以上に加熱し、然る後、当該加熱された金属ガラス合金を金型で押圧することによって金属ガラス合金を所望の形状に成形する方法が用いられていた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、このように金型で押圧成形することのできる形状には限界があり、より多くの形状に加工することのできる金属ガラス合金の機械加工方法の開発が待たれていた。
【特許文献１】特開２００５−１２１７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような金属ガラス合金の機械加工における問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、金属ガラス合金の加工位置およびその周辺部において金属ガラス合金に結晶を生じさせることがなく、かつ、工具の摩耗の進展を遅くして工具の寿命を長くする金属ガラス合金の機械加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した発明は、「金属ガラス合金１２に工具２２を接触させて加工する金属ガラス合金１２の機械加工方法において、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌを供給しつつ、金属ガラス合金１２を結晶化温度以下の温度で加工することを特徴とする金属ガラス合金の機械加工方法。」である。
【０００８】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌを供給することにより、加工位置Ａおよびその周辺部において金属ガラス合金１２と工具２２との摩擦により生じる摩擦熱を冷却媒Ｌが吸収する。これにより、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなることを防止できるとともに、工具２２の温度が高くなることを防止できる。
【０００９】
なお、本明細書において、「金属ガラス合金」には、アモルファス相あるいはナノ結晶を有する合金が含まれる。
【００１０】
また、本明細書において、「機械加工」には、切削、研削、研磨、切断および孔あけなど、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置において摩擦熱が生じるすべての加工が含まれる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の金属ガラス合金１２の機械加工方法において、「加工位置Ａの温度を温度測定装置３２で測定し、測定した加工位置Ａの温度と予め設定された最適温度との比較を行い、加工位置Ａの温度が最適温度よりも高い場合、冷却媒Ｌの供給量を多くし、加工位置Ａの温度が最適温度よりも低い場合、冷却媒Ｌの供給量を少なくする」ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、温度測定装置３２で測定した加工位置Ａの温度が高いときは冷却媒Ｌの供給量を多く、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは冷却媒Ｌの供給量を少なく制御することにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。このように、加工位置Ａの温度を一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できるとともに、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の加工能率が低下することを精度良く防止できる。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の金属ガラス合金１２の機械加工方法において、「加工位置Ａの温度を温度測定装置３２で測定し、測定した加工位置Ａの温度と予め設定された最適温度との比較を行い、加工位置Ａの温度が最適温度よりも高い場合、加工速度および送り速度の少なくとも一方を減少させ、加工位置Ａの温度が最適温度よりも低い場合、加工速度および送り速度の少なくとも一方を増加させる」ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、温度測定装置３２で測定した加工位置Ａの温度が高いときは加工速度および送り速度の少なくとも一方を減少させ、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは加工速度および送り速度の少なくとも一方を増加させる制御をすることにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。このように、加工位置Ａの温度を一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できるとともに、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の加工能率が低下することを精度よく防止できる。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の金属ガラス合金１２の機械加工方法において、「２０ｍ／分以下の加工速度、１ｍｍ／回転以下の送り速度および２０％以下の切込み率で前記金属ガラス合金を切削加工する」ことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、加工位置Ａにおける金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなることをより確実に防止することができる。
【００１７】
すなわち、冷却媒Ｌを供給することにより、加工位置Ａの周辺部の温度を低下させることができるものの、冷却媒Ｌが加工位置Ａにおける金属ガラス合金１２の温度に与える影響は小さく、加工位置Ａにおける金属ガラス合金１２の温度は、工具２２が金属ガラス合金１２を加工する加工条件に依存する。このため、加工条件によっては、加工位置Ａが金属ガラス合金１２の結晶化温度以上になるおそれがあった。そこで、発明者らは、金属ガラス合金１２を回転させて加工する旋盤１４を用いて数多くの切削条件で金属ガラス合金１２を切削加工することにより、加工位置Ａが金属ガラス合金１２の結晶化温度以上になるおそれのない加工条件を見いだした。
【００１８】
なお、「加工速度」とは、金属ガラス合金１２の加工位置Ａにおける、金属ガラス合金１２に対する工具２２の線速度である。したがって、「加工速度」が小さいほど、金属ガラス合金１２が加工を受ける速度が小さくなることから、発生する摩擦熱が小さく、加工位置Ａの温度が低くなる。
【００１９】
また、「送り速度」とは、金属ガラス合金１２あるいは工具２２が１回回転する毎に工具２２が加工方向に相対的に移動する距離をいう。したがって、「送り速度」が小さいほど、金属ガラス合金１２あるいは工具２２が１回回転する毎に工具２２が金属ガラス合金１２を加工する量が小さくなることから、発生する摩擦熱が小さく、加工位置Ａの温度が低くなる。
【００２０】
さらに、「切込み率」とは、加工する金属ガラス合金１２の直径に対する、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する長さの割合である。したがって、「切込み率」が小さいほど、金属ガラス合金１２を加工する量が小さくなることから、発生する摩擦熱が小さく、加工位置Ａの温度が低くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る金属ガラス合金の機械加工方法によれば、加工位置およびその周辺部における金属ガラス合金の温度が金属ガラス合金の結晶化温度よりも高くなることを防止することにより、金属ガラス合金に結晶を生じさせることなく金属ガラス合金の機械加工を行うことができる。また、加工位置およびその周辺部において工具の温度が高くなることを防止することにより、工具の摩耗の進展を遅くして工具の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明が適用された実施例について説明する。図１は、本発明に係る金属ガラス合金の機械加工方法に用いられる金属ガラス合金の機械加工装置１０を示す図である。この機械加工装置１０は、大略、金属ガラス合金１２を切削加工する旋盤１４と、冷却媒Ｌを噴射する冷却装置１６とで構成されている。
【００２３】
なお、本明細書において、「金属ガラス合金」には、アモルファス相あるいはナノ結晶を有する合金が含まれる。
【００２４】
旋盤１４は、図示しない回転装置によって回転するベース１８と、ベース１８に取り付けられており、金属ガラス合金１２を把持するチャック２０と、ベース１８およびチャック２０と一体的に回転する金属ガラス合金１２にその先端（チップ）を接触させて金属ガラス合金１２を切削加工する工具２２と、工具２２、後述する冷却装置１６の冷却媒噴射ノズル２４および温度測定装置３２を一体的に駆動する駆動手段１７（図示せず）とを備えている。
【００２５】
工具２２は、金属ガラス合金１２の切削加工のために形成された超硬バイトであり、駆動手段１７によって金属ガラス合金１２の軸方向（図１中のＸ方向）、直径方向（図１中のＹ方向）および高さ方向（図１の表面から裏面方向、あるいはその逆方向）に移動する。
【００２６】
冷却装置１６は、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌをジェット噴射することによって供給し、加工位置Ａの冷却を行う装置であり、冷却媒Ｌを噴射する冷却媒噴射ノズル２４と、冷却媒Ｌを貯留する冷却媒タンク２６と、冷却媒噴射ノズル２４および冷却媒タンク２６を連通する冷却媒配管２８と、冷却媒配管２８に取り付けられ、冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの量を調節する流量調節弁３０と、加工位置Ａの温度を測定する温度測定装置３２と、温度測定装置３２および流量調節弁３０の間を電気的に接続する制御線３４と、制御線３４に取り付けられ、温度測定装置３２からの温度信号に基づいて冷却媒Ｌを増加あるいは減少させる信号を流量調節弁３０に出力する制御装置３６とで構成されている。また、冷却媒配管２８の冷却媒タンク２６側端部には、冷却媒タンク２６から冷却媒配管２８に冷却媒Ｌが流入することを防止するための閉止弁３８が取り付けられている。なお、本実施例では、一般的な金属の切削加工に用いられる切削油が冷却媒Ｌとして使用されている。
【００２７】
冷却媒噴射ノズル２４は、冷却媒を噴射するための円筒状体であり、その内径は、冷却媒噴射ノズル２４と加工位置Ａとの間の距離、冷却媒Ｌの性状および冷却媒Ｌの必要供給量および冷却媒Ｌのジェット噴射流速に応じて適宜設定される。また、冷却媒噴射ノズル２４からジェット噴射した冷却媒Ｌがピンポイントで常に工具２２の先端に直接当たるように、駆動手段１７において冷却媒噴射ノズル２４の位置調整がなされている。
【００２８】
温度測定装置３２は、加工位置Ａの温度を測定する装置であり、金属ガラス合金１２の切削が行われている加工位置Ａの温度を直接測定することは困難であることから、本実施例では、加工位置Ａおよびその周辺部から放出されている赤外線放射エネルギーの量に基づいて間接的に加工位置Ａの温度を測定できる赤外線サーモグラフィ装置が使用されている。
【００２９】
また、温度測定装置３２は、加工位置Ａの測定温度データを温度信号として制御線３４を介して制御装置３６に出力する。さらに、温度測定装置３２が常に工具２２の先端部分の温度を測定できるように駆動手段１７において温度測定装置３２の位置調整がなされている。
【００３０】
制御装置３６は、温度測定装置３２からの温度信号に基づいて加工位置Ａに供給する冷却媒Ｌの流量を決定し、この流量に応じた冷却媒Ｌの流量信号を流量調節弁３０に出力するものである。具体的に説明すると、制御装置３６内の記憶装置（図示せず）には、金属ガラス合金１２の組成および工具２２の組成に応じて決定された加工位置Ａの最適温度条件が予め記憶されており、制御装置３６は、この最適温度条件と温度測定装置３２から出力された加工位置Ａの測定温度との比較を行う。そして、比較の結果、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも低い場合、制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量減少信号を出力する。逆に、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも高い場合、制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量増加信号を出力する。
【００３１】
また、制御装置３６は、温度測定装置３２からの温度信号に基づいて「加工速度」および「送り速度」の少なくとも一方を調節する。制御装置３６が「加工速度」を調節する場合、制御装置３６は金属ガラス合金１がこの「加工速度」に応じた回転数となるよう旋盤１４の回転装置に回転数増加信号または回転数減少信号を出力する。また、制御装置３６が「送り速度」を調節する場合、制御装置３６は工具２２を駆動する駆動手段１７に送り速度の増加信号または減少信号を出力する。具体的に説明すると、「加工速度」を調節する場合、制御装置３６は、予め記録された最適温度条件と温度測定装置３２から出力された加工位置Ａの測定温度との比較を行う。そして比較の結果、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも低い場合、制御装置３６は、回転装置に対して回転数増加信号を出力する。逆に、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも高い場合、制御装置３６は、回転装置に対して回転数減少信号を出力する。また、「送り速度」を調節する場合、制御装置３６は、駆動手段１７に対して工具２２の送り速度（金属ガラス合金１２が１回回転する毎に工具２２が切削方向に移動する距離）の増加信号または減少信号を出力する。
【００３２】
さらに、制御装置３６は、温度測定装置３２からの温度信号から得た加工位置Ａの温度を時系列に並べて表示するとともに加工位置Ａの最大温度等を表示するモニタ３７を備えている。
【００３３】
なお、制御装置３６による冷却媒Ｌの流量調節、加工速度の調節および送り速度の調節は、すべて同時に行ってもよいし、いずれか１つだけを行い、他は一定にして切削加工を行ってもよい。
【００３４】
この機械加工装置１０を用いて冷却媒Ｌの流量調節のみを行い、金属ガラス合金１２を機械加工する方法について以下に説明する。まず、機械加工を行う金属ガラス合金１２をチャック２０で把持する。そして、回転装置（図示せず）を起動してベース１８、チャック２０および金属ガラス合金１２を一体的に回転させ、金属ガラス合金１２の回転数が所定の加工速度に対応する回転数で安定することを確認する。
【００３５】
次に、温度測定装置３２の電源スイッチ（図示せず）をオンにして温度測定装置３２を起動するとともに、制御装置３６および流量調節弁３０も起動する。そして、閉止弁３８を全開にする。なお、この段階で、流量調節弁３０は予め設定された最小流量の冷却媒Ｌが通流する弁開度を維持している。然る後、駆動手段１７を駆動することにより工具２２を加工開始位置まで移動させ、工具２２の先端（チップ）を金属ガラス合金１２に接触させて金属ガラス合金１２の機械加工を開始する。また、冷却媒噴射ノズル２４および温度測定装置３２も駆動手段１７によって工具２２と一体的に移動し、冷却媒噴射ノズル２４から常に工具２２の先端に冷却媒Ｌが供給されるとともに、温度測定装置３２が常に工具２２の先端部分の温度を測定する。
【００３６】
駆動手段１７を駆動させることにより工具２２を所定の切込み率および図１中左方向に所定の送り速度で移動させていくと、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａにおいて摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２や工具２２の温度が上昇する。なお、温度測定装置３２による赤外線サーモグラフィ画像の例（図２上）および加工位置Ａの温度を時系列表示したグラフ（図２下）を図２に示す。赤外線サーモグラフィ画像では、温度の高い部分が明るく、逆に温度の低い部分が暗く表示されており、図２によれば、加工位置Ａおよびその周辺部において温度が高いことがわかる。
【００３７】
加工位置Ａの温度上昇に応じて制御装置３６から流量調節弁３０に冷却媒Ｌの流量増加信号が出力され、流量調節弁３０が少しずつ開くことにより、冷却媒配管２８を通って冷却媒噴射ノズル２４からジェット噴射される冷却媒Ｌの流量が増加する。このように、加工位置Ａに供給された冷却媒Ｌによって上記摩擦熱の大部分が吸収され、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２が結晶化温度よりも高くなることを防止することができるので、金属ガラス合金１２に結晶を生じさせることなく金属ガラス合金１２の加工を行うことができる。また、加工位置Ａおよびその周辺部における工具２２の温度が不所望に高くなることを防止することができるので、工具２２の摩耗の進展を遅くして工具２２の寿命を長くすることができる。
【００３８】
また、加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも高くなると、これを検知した制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量増加信号を出力する。この信号を受けた流量調節弁３０が冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの量を増加させることで加工位置Ａに供給される冷却媒Ｌの量が増加し、より多くの摩擦熱が冷却媒Ｌに吸収されることにより、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて低下する。
【００３９】
これに対して、加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも低くなると、制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量減少信号を出力する。この信号を受けた流量調節弁３０が冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの量を減少させることで、加工位置Ａに供給される冷却媒Ｌの量が減少し、冷却媒Ｌが吸収する摩擦熱が少なくなることにより、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて上昇する。これにより、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の加工能率が低下することを防止できる。
【００４０】
このように、本実施例に係る機械加工装置１０によれば、加工位置Ａの温度が高いときは冷却媒Ｌの供給量を多く、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは冷却媒Ｌの供給量を少なく制御することにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できる。
【００４１】
また、上述のように加工位置Ａの温度を時系列表示することにより、加工位置Ａの最大温度およびその温度が発生したタイミングを把握することができるので、この最大温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度を下回っていれば、切削加工による結晶は生じていないと判断することができるとともに、少なくとも最大温度が発生したタイミングに対応する金属ガラス合金１２の加工面を重点的に検査することでその金属ガラス合金１２に結晶が生じているか否かの判断を行うことができる。
【００４２】
このようにして金属ガラス合金１２の加工を終了させた後、金属ガラス合金１２の加工面をＸ線回折測定し、この測定により得られたグラフにおけるピークの有無を確認することにより金属ガラス合金１２の切削面における結晶化の程度の評価を行う。具体的には、図３に示すように、Ｘ線回折測定グラフに針状のピークが存在する場合、その金属ガラス合金１２中には結晶が存在し、このピークが高いほど結晶化の程度（＝結晶化率）が大きいと判断する。逆に、図４に示すように、Ｘ線回折測定グラフに針状のピークが存在しない場合、その金属ガラス合金１２中には結晶が存在しないと判断する。
【００４３】
このように、金属ガラス合金１２の加工面における結晶化の程度を評価することにより、金属ガラス合金製品の良否を判断することができ、結晶が生じた金属ガラス合金製品を誤って出荷してしまうおそれをなくすことができる。
【００４４】
次に、この機械加工装置１０を用いて「加工速度」の調節のみを用いて金属ガラス合金１２の機械加工を行う方法について以下に説明する。当該機械加工方法において、加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度から逸脱した場合の対応方法以外は、すべて上述した「冷却媒Ｌの流量」調節のみを行う場合と同じである。そこで、以下では当該対応方法についてのみ説明し、ほかは「冷却媒Ｌの流量」調節のみを行う場合の記載を援用することとする。
【００４５】
加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも高くなると、これを検知した制御装置３６は、回転装置に対して回転数減少信号を出力する。この信号を受けた回転装置が金属ガラス合金１２の回転数を減少させることで金属ガラス合金１２の加工速度が低下し、加工位置Ａで発生する摩擦熱が減少するので、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて低下する。
【００４６】
これに対して、加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも低くなると、制御装置３６は、回転装置に対して回転数増加信号を出力する。この信号を受けた回転装置が金属ガラス合金１２の回転数を増加させることで金属ガラス合金１２の加工速度が速くなり、加工位置Ａで発生する摩擦熱が増加するので、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて上昇する。
【００４７】
このように温度測定装置３２で測定した加工位置Ａの温度が高いときは加工速度を減少させ、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは加工速度を増加させる制御をすることにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。このように、加工位置Ａの温度を一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できるとともに、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の切削加工能率が低下することを精度良く防止できる。
【００４８】
また、「送り速度」の調節のみを行うことによっても、同様に加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。
【実施例】
【００４９】
本実施例に係る機械加工装置１０を用いて金属ガラス合金１２を切削加工した後、金属ガラス合金１２の加工面における結晶化の程度を評価し、［表１］に示すように、「加工位置Ａにおける加工中の最高温度」と「加工後の金属ガラス合金１２中の結晶の有無」との関係を得た。なお、金属ガラス合金１２には、Ｚｒが５５質量％、Ａｌが１０質量％、Ｎｉが５重量％およびＣｕが３０重量％の組成を有する非結晶状態の円柱状金属ガラス合金を使用した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
冷却媒Ｌを供給しない状態で金属ガラス合金１２を切削加工した場合（表１中の左欄）、加工条件によって加工位置Ａの最高温度が１００℃から６００℃までの範囲で変化した。そして、加工位置Ａの最高温度が６００℃、５００℃および４００℃の場合、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていることを確認した。
【００５２】
一方、冷却媒Ｌを供給して金属ガラス合金１２を切削加工した場合（表１中右欄）、上述した冷却媒Ｌを噴霧しない状態の加工条件と同一の条件において、加工位置Ａの最高温度は、３０℃から２００℃までの範囲に低下し、金属ガラス合金１２に結晶が生じないことを確認できた。
【００５３】
また、加工条件を変えて機械加工装置１０により金属ガラス合金１２の切削加工を行った後、金属ガラス合金１２の切削面における結晶化の程度を評価して［表２］に示す結果を得た。なお、金属ガラス合金１２の組成は、上述したものと同じである。また、冷却媒Ｌの噴射量を３リットル／分とした。
【００５４】
【表２】
【００５５】
送り速度を０．２ｍｍ／回転とし、かつ切込み率を金属ガラス合金１２の直径の２０％とした状態で、加工速度を変えて金属ガラス合金１２を切削加工した。この結果、加工速度が２０ｍ／分以下のとき、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていないことを確認した（表２中の左端欄）。
【００５６】
また、加工速度を２０ｍ／分とし、かつ切込み率を金属ガラス合金１２の直径の２０％とした状態で、送り速度を変えて金属ガラス合金１２を切削加工した。この結果、送り速度が１ｍｍ／回転以下のとき、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていないことを確認した（表２中の中央欄）。
【００５７】
さらに、加工速度を２０ｍ／分とし、かつ送り速度を０．２ｍｍ／回転とした状態で、切込み率を変えて金属ガラス合金１２を切削加工した。この結果、切込み率が２０％以下のとき、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていないことを確認した（表２中の右端欄）。
【００５８】
なお、本実施例では、冷却媒Ｌに一般的な金属の切削加工に用いられる切削油が使用されているが、加工位置Ａにおいて発生する金属ガラス合金１２と工具２２との摩擦熱を吸収できるものであれば、冷却媒Ｌの種類はどのようなものであってもよい。
【００５９】
また、本実施例では、加工位置Ａの温度を測定する温度測定装置３２に赤外線サーモグラフィ装置を用いているが、加工位置Ａの温度を知ることができるのであれば他の温度測定原理を用いた装置を使用することができる。特に、金属ガラス合金１２自体を回転させる必要のないフライス盤などによる切削加工では、加工位置Ａの周辺部の温度を直接測定し、加工位置Ａの温度を知るようにしてもよい。
【００６０】
さらに、本実施例では、金属ガラス合金１２の切削面における結晶化の程度の評価にＸ線回折測定を用いているが、他の方法を用いて当該評価を行うことができる。例えば、金属ガラス合金１２の結晶化が進むと合金の硬度が低下する性質を利用し、硬度計を用いて当該評価を行うことができる。また、超音波を用いて当該評価を行うこともできる。
【００６１】
また、本実施例では、工具２２に超硬バイトを使用しているが、工具２２はこれに限られず、ハイス（High Speed Steel）やダイヤモンドなどを用いたバイトを使用してもよい。
【００６２】
また、本実施例では、旋盤１４を用いた切削加工に本発明を適用した場合について記載したが、本発明は、切削、研削、研磨、切断および孔あけなど、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置において摩擦熱が生じるすべての「機械加工」に適用することができる。なお、工具２２として、切削加工にはバイトが使用され、研削・研磨加工には、研磨工具が使用され、切断加工にはカッターが使用され、孔あけ加工にはドリルが使用されることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本件発明が適用された機械加工装置の概念図である
【図２】温度測定装置による赤外線サーモグラフィ画像の例（上図）および加工位置の温度を時系列表示したグラフ（下図）を示す
【図３】金属ガラス合金中に結晶が存在する場合のＸ線回折測定グラフの一例である
【図４】金属ガラス合金中に結晶が存在しない場合のＸ線回折測定グラフの一例である
【符号の説明】
【００６４】
１０…機械加工装置
１２…金属ガラス合金
１４…旋盤
１６…冷却装置
１７…駆動手段
１８…ベース
２０…チャック
２２…工具
２４…冷却媒噴射ノズル
２６…冷却媒タンク
２８…冷却媒配管
３０…流量調節弁
３２…温度測定装置
３４…制御線
３６…制御装置
３７…モニタ
３８…閉止弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性に乏しい材料として知られている金属ガラス合金の機械加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ガラス合金は、切削や研削といった機械加工性に乏しい材料として知られている。すなわち、金属ガラス合金が機械加工を受けると、金属ガラス合金と工具とが接触する加工位置において摩擦熱が生じる。そして、この摩擦熱を受けて結晶化温度以上になった金属ガラス合金が結晶化して不良品になるが、このような不良品が生じないように金属ガラス合金を機械加工することは困難であった。
【０００３】
また、金属ガラス合金の硬度は機械加工性に富む他の合金に比べて高いことから、金属ガラス合金の機械加工に用いられる工具は早く摩耗する。このように摩耗した工具で機械加工を行った場合、加工位置において生じる摩擦熱は、摩耗していない工具を用いた場合に比べてはるかに多くなり、前述した金属ガラス合金の結晶化の度合いが高まることから、頻繁に工具を交換する必要があり、工具を長持ちさせることは困難であった。
【０００４】
このように、金属ガラス合金の機械加工には困難が伴うことから、従来から機械加工以外の金属ガラス合金の加工方法が用いられていた。例えば、金属ガラス合金をそのガラス転移点温度以上に加熱し、然る後、当該加熱された金属ガラス合金を金型で押圧することによって金属ガラス合金を所望の形状に成形する方法が用いられていた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、このように金型で押圧成形することのできる形状には限界があり、より多くの形状に加工することのできる金属ガラス合金の機械加工方法の開発が待たれていた。
【特許文献１】特開２００５−１２１７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような金属ガラス合金の機械加工における問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、金属ガラス合金の加工位置およびその周辺部において金属ガラス合金に結晶を生じさせることがなく、かつ、工具の摩耗の進展を遅くして工具の寿命を長くする金属ガラス合金の機械加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した発明は、「金属ガラス合金１２に工具２２を接触させて加工する金属ガラス合金１２の機械加工方法において、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌを供給しつつ、金属ガラス合金１２を結晶化温度以下の温度で加工することを特徴とする金属ガラス合金の機械加工方法。」である。
【０００８】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌを供給することにより、加工位置Ａおよびその周辺部において金属ガラス合金１２と工具２２との摩擦により生じる摩擦熱を冷却媒Ｌが吸収する。これにより、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなることを防止できるとともに、工具２２の温度が高くなることを防止できる。
【０００９】
なお、本明細書において、「金属ガラス合金」には、アモルファス相あるいはナノ結晶を有する合金が含まれる。
【００１０】
また、本明細書において、「機械加工」には、切削、研削、研磨、切断および孔あけなど、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置において摩擦熱が生じるすべての加工が含まれる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の金属ガラス合金１２の機械加工方法において、「加工位置Ａの温度を温度測定装置３２で測定し、測定した加工位置Ａの温度と予め設定された最適温度との比較を行い、加工位置Ａの温度が最適温度よりも高い場合、冷却媒Ｌの供給量を多くし、加工位置Ａの温度が最適温度よりも低い場合、冷却媒Ｌの供給量を少なくする」ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、温度測定装置３２で測定した加工位置Ａの温度が高いときは冷却媒Ｌの供給量を多く、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは冷却媒Ｌの供給量を少なく制御することにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。このように、加工位置Ａの温度を一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できるとともに、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の加工能率が低下することを精度良く防止できる。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の金属ガラス合金１２の機械加工方法において、「加工位置Ａの温度を温度測定装置３２で測定し、測定した加工位置Ａの温度と予め設定された最適温度との比較を行い、加工位置Ａの温度が最適温度よりも高い場合、加工速度および送り速度の少なくとも一方を減少させ、加工位置Ａの温度が最適温度よりも低い場合、加工速度および送り速度の少なくとも一方を増加させる」ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、温度測定装置３２で測定した加工位置Ａの温度が高いときは加工速度および送り速度の少なくとも一方を減少させ、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは加工速度および送り速度の少なくとも一方を増加させる制御をすることにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。このように、加工位置Ａの温度を一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できるとともに、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の加工能率が低下することを精度よく防止できる。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の金属ガラス合金１２の機械加工方法において、「２０ｍ／分以下の加工速度、１ｍｍ／回転以下の送り速度および２０％以下の切込み率で前記金属ガラス合金を切削加工する」ことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る金属ガラス合金１２の機械加工方法によれば、加工位置Ａにおける金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなることをより確実に防止することができる。
【００１７】
すなわち、冷却媒Ｌを供給することにより、加工位置Ａの周辺部の温度を低下させることができるものの、冷却媒Ｌが加工位置Ａにおける金属ガラス合金１２の温度に与える影響は小さく、加工位置Ａにおける金属ガラス合金１２の温度は、工具２２が金属ガラス合金１２を加工する加工条件に依存する。このため、加工条件によっては、加工位置Ａが金属ガラス合金１２の結晶化温度以上になるおそれがあった。そこで、発明者らは、金属ガラス合金１２を回転させて加工する旋盤１４を用いて数多くの切削条件で金属ガラス合金１２を切削加工することにより、加工位置Ａが金属ガラス合金１２の結晶化温度以上になるおそれのない加工条件を見いだした。
【００１８】
なお、「加工速度」とは、金属ガラス合金１２の加工位置Ａにおける、金属ガラス合金１２に対する工具２２の線速度である。したがって、「加工速度」が小さいほど、金属ガラス合金１２が加工を受ける速度が小さくなることから、発生する摩擦熱が小さく、加工位置Ａの温度が低くなる。
【００１９】
また、「送り速度」とは、金属ガラス合金１２あるいは工具２２が１回回転する毎に工具２２が加工方向に相対的に移動する距離をいう。したがって、「送り速度」が小さいほど、金属ガラス合金１２あるいは工具２２が１回回転する毎に工具２２が金属ガラス合金１２を加工する量が小さくなることから、発生する摩擦熱が小さく、加工位置Ａの温度が低くなる。
【００２０】
さらに、「切込み率」とは、加工する金属ガラス合金１２の直径に対する、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する長さの割合である。したがって、「切込み率」が小さいほど、金属ガラス合金１２を加工する量が小さくなることから、発生する摩擦熱が小さく、加工位置Ａの温度が低くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る金属ガラス合金の機械加工方法によれば、加工位置およびその周辺部における金属ガラス合金の温度が金属ガラス合金の結晶化温度よりも高くなることを防止することにより、金属ガラス合金に結晶を生じさせることなく金属ガラス合金の機械加工を行うことができる。また、加工位置およびその周辺部において工具の温度が高くなることを防止することにより、工具の摩耗の進展を遅くして工具の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明が適用された実施例について説明する。図１は、本発明に係る金属ガラス合金の機械加工方法に用いられる金属ガラス合金の機械加工装置１０を示す図である。この機械加工装置１０は、大略、金属ガラス合金１２を切削加工する旋盤１４と、冷却媒Ｌを噴射する冷却装置１６とで構成されている。
【００２３】
なお、本明細書において、「金属ガラス合金」には、アモルファス相あるいはナノ結晶を有する合金が含まれる。
【００２４】
旋盤１４は、図示しない回転装置によって回転するベース１８と、ベース１８に取り付けられており、金属ガラス合金１２を把持するチャック２０と、ベース１８およびチャック２０と一体的に回転する金属ガラス合金１２にその先端（チップ）を接触させて金属ガラス合金１２を切削加工する工具２２と、工具２２、後述する冷却装置１６の冷却媒噴射ノズル２４および温度測定装置３２を一体的に駆動する駆動手段１７（図示せず）とを備えている。
【００２５】
工具２２は、金属ガラス合金１２の切削加工のために形成された超硬バイトであり、駆動手段１７によって金属ガラス合金１２の軸方向（図１中のＸ方向）、直径方向（図１中のＹ方向）および高さ方向（図１の表面から裏面方向、あるいはその逆方向）に移動する。
【００２６】
冷却装置１６は、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａに冷却媒Ｌをジェット噴射することによって供給し、加工位置Ａの冷却を行う装置であり、冷却媒Ｌを噴射する冷却媒噴射ノズル２４と、冷却媒Ｌを貯留する冷却媒タンク２６と、冷却媒噴射ノズル２４および冷却媒タンク２６を連通する冷却媒配管２８と、冷却媒配管２８に取り付けられ、冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの量を調節する流量調節弁３０と、加工位置Ａの温度を測定する温度測定装置３２と、温度測定装置３２および流量調節弁３０の間を電気的に接続する制御線３４と、制御線３４に取り付けられ、温度測定装置３２からの温度信号に基づいて冷却媒Ｌを増加あるいは減少させる信号を流量調節弁３０に出力する制御装置３６とで構成されている。また、冷却媒配管２８の冷却媒タンク２６側端部には、冷却媒タンク２６から冷却媒配管２８に冷却媒Ｌが流入することを防止するための閉止弁３８が取り付けられている。なお、本実施例では、一般的な金属の切削加工に用いられる切削油が冷却媒Ｌとして使用されている。
【００２７】
冷却媒噴射ノズル２４は、冷却媒を噴射するための円筒状体であり、その内径は、冷却媒噴射ノズル２４と加工位置Ａとの間の距離、冷却媒Ｌの性状および冷却媒Ｌの必要供給量および冷却媒Ｌのジェット噴射流速に応じて適宜設定される。また、冷却媒噴射ノズル２４からジェット噴射した冷却媒Ｌがピンポイントで常に工具２２の先端に直接当たるように、駆動手段１７において冷却媒噴射ノズル２４の位置調整がなされている。
【００２８】
温度測定装置３２は、加工位置Ａの温度を測定する装置であり、金属ガラス合金１２の切削が行われている加工位置Ａの温度を直接測定することは困難であることから、本実施例では、加工位置Ａおよびその周辺部から放出されている赤外線放射エネルギーの量に基づいて間接的に加工位置Ａの温度を測定できる赤外線サーモグラフィ装置が使用されている。
【００２９】
また、温度測定装置３２は、加工位置Ａの測定温度データを温度信号として制御線３４を介して制御装置３６に出力する。さらに、温度測定装置３２が常に工具２２の先端部分の温度を測定できるように駆動手段１７において温度測定装置３２の位置調整がなされている。
【００３０】
制御装置３６は、温度測定装置３２からの温度信号に基づいて加工位置Ａに供給する冷却媒Ｌの流量を決定し、この流量に応じた冷却媒Ｌの流量信号を流量調節弁３０に出力するものである。具体的に説明すると、制御装置３６内の記憶装置（図示せず）には、金属ガラス合金１２の組成および工具２２の組成に応じて決定された加工位置Ａの最適温度条件が予め記憶されており、制御装置３６は、この最適温度条件と温度測定装置３２から出力された加工位置Ａの測定温度との比較を行う。そして、比較の結果、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも低い場合、制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量減少信号を出力する。逆に、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも高い場合、制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量増加信号を出力する。
【００３１】
また、制御装置３６は、温度測定装置３２からの温度信号に基づいて「加工速度」および「送り速度」の少なくとも一方を調節する。制御装置３６が「加工速度」を調節する場合、制御装置３６は金属ガラス合金１がこの「加工速度」に応じた回転数となるよう旋盤１４の回転装置に回転数増加信号または回転数減少信号を出力する。また、制御装置３６が「送り速度」を調節する場合、制御装置３６は工具２２を駆動する駆動手段１７に送り速度の増加信号または減少信号を出力する。具体的に説明すると、「加工速度」を調節する場合、制御装置３６は、予め記録された最適温度条件と温度測定装置３２から出力された加工位置Ａの測定温度との比較を行う。そして比較の結果、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも低い場合、制御装置３６は、回転装置に対して回転数増加信号を出力する。逆に、加工位置Ａの測定温度が最適温度条件よりも高い場合、制御装置３６は、回転装置に対して回転数減少信号を出力する。また、「送り速度」を調節する場合、制御装置３６は、駆動手段１７に対して工具２２の送り速度（金属ガラス合金１２が１回回転する毎に工具２２が切削方向に移動する距離）の増加信号または減少信号を出力する。
【００３２】
さらに、制御装置３６は、温度測定装置３２からの温度信号から得た加工位置Ａの温度を時系列に並べて表示するとともに加工位置Ａの最大温度等を表示するモニタ３７を備えている。
【００３３】
なお、制御装置３６による冷却媒Ｌの流量調節、加工速度の調節および送り速度の調節は、すべて同時に行ってもよいし、いずれか１つだけを行い、他は一定にして切削加工を行ってもよい。
【００３４】
この機械加工装置１０を用いて冷却媒Ｌの流量調節のみを行い、金属ガラス合金１２を機械加工する方法について以下に説明する。まず、機械加工を行う金属ガラス合金１２をチャック２０で把持する。そして、回転装置（図示せず）を起動してベース１８、チャック２０および金属ガラス合金１２を一体的に回転させ、金属ガラス合金１２の回転数が所定の加工速度に対応する回転数で安定することを確認する。
【００３５】
次に、温度測定装置３２の電源スイッチ（図示せず）をオンにして温度測定装置３２を起動するとともに、制御装置３６および流量調節弁３０も起動する。そして、閉止弁３８を全開にする。なお、この段階で、流量調節弁３０は予め設定された最小流量の冷却媒Ｌが通流する弁開度を維持している。然る後、駆動手段１７を駆動することにより工具２２を加工開始位置まで移動させ、工具２２の先端（チップ）を金属ガラス合金１２に接触させて金属ガラス合金１２の機械加工を開始する。また、冷却媒噴射ノズル２４および温度測定装置３２も駆動手段１７によって工具２２と一体的に移動し、冷却媒噴射ノズル２４から常に工具２２の先端に冷却媒Ｌが供給されるとともに、温度測定装置３２が常に工具２２の先端部分の温度を測定する。
【００３６】
駆動手段１７を駆動させることにより工具２２を所定の切込み率および図１中左方向に所定の送り速度で移動させていくと、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置Ａにおいて摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２や工具２２の温度が上昇する。なお、温度測定装置３２による赤外線サーモグラフィ画像の例（図２上）および加工位置Ａの温度を時系列表示したグラフ（図２下）を図２に示す。赤外線サーモグラフィ画像では、温度の高い部分が明るく、逆に温度の低い部分が暗く表示されており、図２によれば、加工位置Ａおよびその周辺部において温度が高いことがわかる。
【００３７】
加工位置Ａの温度上昇に応じて制御装置３６から流量調節弁３０に冷却媒Ｌの流量増加信号が出力され、流量調節弁３０が少しずつ開くことにより、冷却媒配管２８を通って冷却媒噴射ノズル２４からジェット噴射される冷却媒Ｌの流量が増加する。このように、加工位置Ａに供給された冷却媒Ｌによって上記摩擦熱の大部分が吸収され、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２が結晶化温度よりも高くなることを防止することができるので、金属ガラス合金１２に結晶を生じさせることなく金属ガラス合金１２の加工を行うことができる。また、加工位置Ａおよびその周辺部における工具２２の温度が不所望に高くなることを防止することができるので、工具２２の摩耗の進展を遅くして工具２２の寿命を長くすることができる。
【００３８】
また、加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも高くなると、これを検知した制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量増加信号を出力する。この信号を受けた流量調節弁３０が冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの量を増加させることで加工位置Ａに供給される冷却媒Ｌの量が増加し、より多くの摩擦熱が冷却媒Ｌに吸収されることにより、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて低下する。
【００３９】
これに対して、加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも低くなると、制御装置３６は、流量調節弁３０に対して冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの流量減少信号を出力する。この信号を受けた流量調節弁３０が冷却媒配管２８の内部を通流する冷却媒Ｌの量を減少させることで、加工位置Ａに供給される冷却媒Ｌの量が減少し、冷却媒Ｌが吸収する摩擦熱が少なくなることにより、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて上昇する。これにより、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の加工能率が低下することを防止できる。
【００４０】
このように、本実施例に係る機械加工装置１０によれば、加工位置Ａの温度が高いときは冷却媒Ｌの供給量を多く、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは冷却媒Ｌの供給量を少なく制御することにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できる。
【００４１】
また、上述のように加工位置Ａの温度を時系列表示することにより、加工位置Ａの最大温度およびその温度が発生したタイミングを把握することができるので、この最大温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度を下回っていれば、切削加工による結晶は生じていないと判断することができるとともに、少なくとも最大温度が発生したタイミングに対応する金属ガラス合金１２の加工面を重点的に検査することでその金属ガラス合金１２に結晶が生じているか否かの判断を行うことができる。
【００４２】
このようにして金属ガラス合金１２の加工を終了させた後、金属ガラス合金１２の加工面をＸ線回折測定し、この測定により得られたグラフにおけるピークの有無を確認することにより金属ガラス合金１２の切削面における結晶化の程度の評価を行う。具体的には、図３に示すように、Ｘ線回折測定グラフに針状のピークが存在する場合、その金属ガラス合金１２中には結晶が存在し、このピークが高いほど結晶化の程度（＝結晶化率）が大きいと判断する。逆に、図４に示すように、Ｘ線回折測定グラフに針状のピークが存在しない場合、その金属ガラス合金１２中には結晶が存在しないと判断する。
【００４３】
このように、金属ガラス合金１２の加工面における結晶化の程度を評価することにより、金属ガラス合金製品の良否を判断することができ、結晶が生じた金属ガラス合金製品を誤って出荷してしまうおそれをなくすことができる。
【００４４】
次に、この機械加工装置１０を用いて「加工速度」の調節のみを用いて金属ガラス合金１２の機械加工を行う方法について以下に説明する。当該機械加工方法において、加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度から逸脱した場合の対応方法以外は、すべて上述した「冷却媒Ｌの流量」調節のみを行う場合と同じである。そこで、以下では当該対応方法についてのみ説明し、ほかは「冷却媒Ｌの流量」調節のみを行う場合の記載を援用することとする。
【００４５】
加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも高くなると、これを検知した制御装置３６は、回転装置に対して回転数減少信号を出力する。この信号を受けた回転装置が金属ガラス合金１２の回転数を減少させることで金属ガラス合金１２の加工速度が低下し、加工位置Ａで発生する摩擦熱が減少するので、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて低下する。
【００４６】
これに対して、加工中に加工位置Ａの温度が予め設定された最適温度条件よりも低くなると、制御装置３６は、回転装置に対して回転数増加信号を出力する。この信号を受けた回転装置が金属ガラス合金１２の回転数を増加させることで金属ガラス合金１２の加工速度が速くなり、加工位置Ａで発生する摩擦熱が増加するので、加工位置Ａの温度が最適条件温度に向けて上昇する。
【００４７】
このように温度測定装置３２で測定した加工位置Ａの温度が高いときは加工速度を減少させ、逆に、加工位置Ａの温度が低いときは加工速度を増加させる制御をすることにより、加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。このように、加工位置Ａの温度を一定に維持できることから、加工位置Ａおよびその周辺部における金属ガラス合金１２の温度が金属ガラス合金１２の結晶化温度よりも高くなること、および工具２２の温度が高くなることを精度よく防止できるとともに、加工位置Ａの温度が必要以上に低下して金属ガラス合金１２の切削加工能率が低下することを精度良く防止できる。
【００４８】
また、「送り速度」の調節のみを行うことによっても、同様に加工位置Ａの温度を所定の温度で一定に維持できる。
【実施例】
【００４９】
本実施例に係る機械加工装置１０を用いて金属ガラス合金１２を切削加工した後、金属ガラス合金１２の加工面における結晶化の程度を評価し、［表１］に示すように、「加工位置Ａにおける加工中の最高温度」と「加工後の金属ガラス合金１２中の結晶の有無」との関係を得た。なお、金属ガラス合金１２には、Ｚｒが５５質量％、Ａｌが１０質量％、Ｎｉが５重量％およびＣｕが３０重量％の組成を有する非結晶状態の円柱状金属ガラス合金を使用した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
冷却媒Ｌを供給しない状態で金属ガラス合金１２を切削加工した場合（表１中の左欄）、加工条件によって加工位置Ａの最高温度が１００℃から６００℃までの範囲で変化した。そして、加工位置Ａの最高温度が６００℃、５００℃および４００℃の場合、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていることを確認した。
【００５２】
一方、冷却媒Ｌを供給して金属ガラス合金１２を切削加工した場合（表１中右欄）、上述した冷却媒Ｌを噴霧しない状態の加工条件と同一の条件において、加工位置Ａの最高温度は、３０℃から２００℃までの範囲に低下し、金属ガラス合金１２に結晶が生じないことを確認できた。
【００５３】
また、加工条件を変えて機械加工装置１０により金属ガラス合金１２の切削加工を行った後、金属ガラス合金１２の切削面における結晶化の程度を評価して［表２］に示す結果を得た。なお、金属ガラス合金１２の組成は、上述したものと同じである。また、冷却媒Ｌの噴射量を３リットル／分とした。
【００５４】
【表２】
【００５５】
送り速度を０．２ｍｍ／回転とし、かつ切込み率を金属ガラス合金１２の直径の２０％とした状態で、加工速度を変えて金属ガラス合金１２を切削加工した。この結果、加工速度が２０ｍ／分以下のとき、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていないことを確認した（表２中の左端欄）。
【００５６】
また、加工速度を２０ｍ／分とし、かつ切込み率を金属ガラス合金１２の直径の２０％とした状態で、送り速度を変えて金属ガラス合金１２を切削加工した。この結果、送り速度が１ｍｍ／回転以下のとき、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていないことを確認した（表２中の中央欄）。
【００５７】
さらに、加工速度を２０ｍ／分とし、かつ送り速度を０．２ｍｍ／回転とした状態で、切込み率を変えて金属ガラス合金１２を切削加工した。この結果、切込み率が２０％以下のとき、加工後の金属ガラス合金１２に結晶が生じていないことを確認した（表２中の右端欄）。
【００５８】
なお、本実施例では、冷却媒Ｌに一般的な金属の切削加工に用いられる切削油が使用されているが、加工位置Ａにおいて発生する金属ガラス合金１２と工具２２との摩擦熱を吸収できるものであれば、冷却媒Ｌの種類はどのようなものであってもよい。
【００５９】
また、本実施例では、加工位置Ａの温度を測定する温度測定装置３２に赤外線サーモグラフィ装置を用いているが、加工位置Ａの温度を知ることができるのであれば他の温度測定原理を用いた装置を使用することができる。特に、金属ガラス合金１２自体を回転させる必要のないフライス盤などによる切削加工では、加工位置Ａの周辺部の温度を直接測定し、加工位置Ａの温度を知るようにしてもよい。
【００６０】
さらに、本実施例では、金属ガラス合金１２の切削面における結晶化の程度の評価にＸ線回折測定を用いているが、他の方法を用いて当該評価を行うことができる。例えば、金属ガラス合金１２の結晶化が進むと合金の硬度が低下する性質を利用し、硬度計を用いて当該評価を行うことができる。また、超音波を用いて当該評価を行うこともできる。
【００６１】
また、本実施例では、工具２２に超硬バイトを使用しているが、工具２２はこれに限られず、ハイス（High Speed Steel）やダイヤモンドなどを用いたバイトを使用してもよい。
【００６２】
また、本実施例では、旋盤１４を用いた切削加工に本発明を適用した場合について記載したが、本発明は、切削、研削、研磨、切断および孔あけなど、金属ガラス合金１２と工具２２とが接触する加工位置において摩擦熱が生じるすべての「機械加工」に適用することができる。なお、工具２２として、切削加工にはバイトが使用され、研削・研磨加工には、研磨工具が使用され、切断加工にはカッターが使用され、孔あけ加工にはドリルが使用されることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本件発明が適用された機械加工装置の概念図である
【図２】温度測定装置による赤外線サーモグラフィ画像の例（上図）および加工位置の温度を時系列表示したグラフ（下図）を示す
【図３】金属ガラス合金中に結晶が存在する場合のＸ線回折測定グラフの一例である
【図４】金属ガラス合金中に結晶が存在しない場合のＸ線回折測定グラフの一例である
【符号の説明】
【００６４】
１０…機械加工装置
１２…金属ガラス合金
１４…旋盤
１６…冷却装置
１７…駆動手段
１８…ベース
２０…チャック
２２…工具
２４…冷却媒噴射ノズル
２６…冷却媒タンク
２８…冷却媒配管
３０…流量調節弁
３２…温度測定装置
３４…制御線
３６…制御装置
３７…モニタ
３８…閉止弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ガラス合金に工具を接触させて加工する金属ガラス合金の機械加工方法において、
前記金属ガラス合金と前記工具とが接触する加工位置に冷却媒を供給しつつ、前記金属ガラス合金を結晶化温度以下の温度で加工することを特徴とする金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項２】
前記加工位置の温度を温度測定装置で測定し、
測定した前記加工位置の温度と予め設定された最適温度との比較を行い、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも高い場合、前記冷却媒の供給量を多くし、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも低い場合、前記冷却媒の供給量を少なくすることを特徴とする請求項１に記載の金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項３】
前記加工位置の温度を温度測定装置で測定し、
測定した前記加工位置の温度と予め設定された最適温度との比較を行い、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも高い場合、加工速度および送り速度の少なくとも一方を減少させ、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも低い場合、前記加工速度および前記送り速度の少なくとも一方を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項４】
２０ｍ／分以下の加工速度、１ｍｍ／回転以下の送り速度および２０％以下の切込み率で前記金属ガラス合金を加工することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項１】
金属ガラス合金に工具を接触させて加工する金属ガラス合金の機械加工方法において、
前記金属ガラス合金と前記工具とが接触する加工位置に冷却媒を供給しつつ、前記金属ガラス合金を結晶化温度以下の温度で加工することを特徴とする金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項２】
前記加工位置の温度を温度測定装置で測定し、
測定した前記加工位置の温度と予め設定された最適温度との比較を行い、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも高い場合、前記冷却媒の供給量を多くし、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも低い場合、前記冷却媒の供給量を少なくすることを特徴とする請求項１に記載の金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項３】
前記加工位置の温度を温度測定装置で測定し、
測定した前記加工位置の温度と予め設定された最適温度との比較を行い、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも高い場合、加工速度および送り速度の少なくとも一方を減少させ、
前記加工位置の温度が前記最適温度よりも低い場合、前記加工速度および前記送り速度の少なくとも一方を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の金属ガラス合金の機械加工方法。
【請求項４】
２０ｍ／分以下の加工速度、１ｍｍ／回転以下の送り速度および２０％以下の切込み率で前記金属ガラス合金を加工することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属ガラス合金の機械加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−３４７７２（Ｐ２００９−３４７７２Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０１１６１（Ｐ２００７−２０１１６１）
【出願日】平成１９年８月１日（２００７．８．１）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５９２２００３３８）日本素材株式会社 (29)
【出願人】（５０５４６１０９４）株式会社ＢＭＧ (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１日（２００７．８．１）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５９２２００３３８）日本素材株式会社 (29)
【出願人】（５０５４６１０９４）株式会社ＢＭＧ (13)
【Ｆターム（参考）】
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