金属ガラス

金属ガラスは、結晶構造を持たないアモルファス金属の一種であり、ユニークな特徴をもつ新素材です。従来のアモルファス金属は、溶解した合金の状態から急速に冷却しないと結晶化してしまうため、薄くて小さいものしか作製できませんでした。金属ガラスは、溶解した合金の状態からゆっくりした速度で冷却しても結晶化しないで固体化することから、比較的大きなバルク状の製品が作製できるようになり、工業用途として応用範囲が大きく広がりました。
また、金属ガラスは、高強度、低ヤング率 (撓みやすい) 、精密転写性といった優れた機械的特性を有しており、耐食性にも優れています。
これらの特徴を生かし、超精密部品、外装部品、各種センサー、バネ材料、スポーツ用品、生体材料など、多岐にわたる応用が検討されています。

金属ガラスの主な特徴 -優れた転写性-

液体からの冷却工程において、結晶化に伴う
凝固収縮がなく、非晶質の状態で固化

寸法精度、金型転写性に優れる

図は金属材料の温度と体積の関係を示したものです。(赤のラインが金属ガラス、青のラインが通常の金属)
液体の状態から冷やしていくと、通常の金属は結晶化に伴う凝固収縮があり、体積が縮みます。金属ガラスは結晶化に伴う凝固収縮が原理的に存在せず、非晶質の状態で固まります。
このため、金型の表面を忠実に転写し、寸法精度の高い部品が作製できます。

金属ガラスの金型転写性

金型の表面と鋳造された金属ガラス(鋳物)の表面の観察写真です。金型の加工模様を忠実に鋳物に転写しています。


放電加工

研磨


金属ガラスの耐食性

通常の金属は図のような結晶粒界が存在し、これを起点として腐食が進行します。金属ガラスは結晶粒界が存在せず、表面に連続的な不動態膜を形成します。このため、過酷な環境でも腐食しにくい特徴をもっています。


金属ガラスの基礎物性

特性 Zr-BMG 物性値
組成(wt%):Zr67.02Cu25.46Ni3.92Al3.60
(at%):Zr55Cu30Al10Ni5
密度(g/cm3 6.8
引張り強さ(MPa) 1620
ビッカース硬度(Hv) 520
ヤング率(GPa) 81
比抵抗(μΩ・cm 20℃) 250 - 260
融点 (℃) 890
ガラス転移温度 (℃) 410
熱膨張係数 (E-6/℃) 10.9
熱伝導率 (W/M・K) 5.5
比熱 (J/kg・K) 0.33
電気伝導率 (%) 1

金属ガラス製マイクロギヤ

ニアネットシェイプにて成形可能

金属ガラスの工程フロー

合金を溶解し、金型に注入する射出成型法により部品を作製します。
合金作製~製品まで一貫して社内の設備で作製しています。


アプリケーション


金属ガラスの優れた特徴

金属ガラスは、強度が高い、転写性に優れ精密成形が可能、耐食性が高い、ばね性がある などの優れた特徴があり、様々な分野での製品応用が期待されています。

マイクロギヤ

金属ガラスを用いることで、従来実現が不可能であった超精密で複雑形状のマイクロギヤが作製できます。
これまで一般の金属製ギヤでは、複雑形状な加工が難しくサイズに限界があり、樹脂製ギヤでは高負荷に耐えられないといった問題がありました。金属ガラスには強度の高さ、優れた転写性による精密成形、髙い耐食性という特徴があり、これらを活かすことで、高強度で耐久性にも優れたマイクロギヤを作製することができました。
これにより、金属ガラス製ギヤを内蔵した直径1.5mmのマイクロギヤードモータの開発にも成功し、マイクロスコープの中に組み込まれることで、医療現場のような正確さと極小性が求められる環境下で活躍しています。

期待されるアプリケーション

自動車の圧力センサー

近年、自動車業界などのプロセス制御高度化に伴い、各種センサの高度化が求められています。金属ガラスは一般の金属に比べると約3倍たわみやすいという特徴を持っています。圧力センサのダイヤフラム部に金属ガラスを用いることで、ダイヤフラム部がたわみやすく、今強度で感度に優れたセンサー部材が作製できます。

半導体吸着用コレット

半導体チップ部品の極小化や実装の高速化に伴い、より高強度で微細ノズルを有する半導体吸着コレットが求められています。当社の保有する金属ガラス成形加工技術と微細穴加工技術を融合することで、微細ノズルを形成し耐摩耗性に優れた半導体チップ搬送用吸着コレットが作製できます。また、樹脂製コレットで問題となる静電気による誤動作やセラミック製コレットで問題となるチッピングについて改善できます。更に、接着剤と不要微細ノズルなど、半導体製造分野への幅広い展開が期待されています。

歯列矯正用ブラケット、生体材料、人工関節

金属ガラスを用いることで小型で高精度の歯列矯正用ブラケットが作製できます。高精度なスロット形成により、矯正ワイヤとのガタを最小限に抑え、矯正治療を容易にします。また、小型化により矯正時の患者への負担や口内の違和感を軽減できます。当社では小型で円形状の独自デザインの歯列矯正用ブラケットを開発しました。(2014年意匠登録済)また、人工骨やインプラント歯科材料などの生体材料の用途として金属ガラスの使用が検討されています。

現在、これらに用いる材料は生体適合性に優れたチタンが主流ですが、加工性が悪く、形状に制約を受けるといった問題があります。金属ガラスは高強度でしなやかな特性を有すると同時に形状の自由度も高く、チタン材の代わる次世代材料として期待されています。

標準サンプル価格表

以下のサンプルを標準で取り揃えています。

材質
Zr55Cu30Al10Ni5(at%)

発注数量とサンプル単価(円)

1

2

3~5

6~10

11~20

 

丸棒材

φ2×L50mm

-

-

9,000

8,000

7,500

φ3×L50mm

-

-

10,500

9,500

9,000

φ5×L50mm

-

-

15,000

14,000

13,500

板材

20×13×t2mm

-

-

15,000

13,000

12,000

20×40×t2mm

40,000

30,000

22,000

20,000

19,000

材質: Zr55Cu30Al10Ni5(at%)
数量 丸棒材
発注サイズとサンプル単価(円)
φ2×L50mm φ3×L50mm φ5×L50mm
1 - - -
2 - - -
3~5 9,000 10,500 15,000
6~10 8,000 9,500 9,000
11~20 15,000 14,000 13,500

数量 板材
発注サイズとサンプル単価(円)
20×13×t2mm 20×13×t2mm
1 - 40,000
2 - 30,000
3~5 15,000 22,000
6~10 13,000 20,000
11~20 12,000 19,000

※送料別

納期
5個以下:発注後1-2週, 6個以上:応相談

※上記以外の材質・形状をご希望の方はご相談に応じますのでお気軽にお問い合わせください。

試作サンプル

各種、試作に対応します。

  • ・材質: Zr55Cu30Al10Ni5 (at%)
  • ・形状: お客様図面
  • ・納期: 受注後1~3カ月
  • ・価格: 金型費用、部品費用、別途見積りします。

各種試作例

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