JP2001246451A - 活性合金成形用真空溶解射出成形装置 - Google Patents
活性合金成形用真空溶解射出成形装置Info
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Abstract
態を解除することなく連続的に活性合金の射出成形を行
なえ、高品質の射出成形品を安価に多量生産できる装置
を提供する。 【解決手段】 固定下型2と可動上型3とからなる金型
1の下部に配設された真空チャンバ24と;上記金型の
キャビティと真空チャンバ内空間を遮断・連通する遮蔽
シャッタと;内部に射出プランジャ28を備え、金型の
湯口に向って前後進自在に配された射出スリーブ27
と;該射出スリーブ内に供給された母合金塊Aを加熱溶
解する手段34と;上記射出スリーブに接続可能な母合
金供給路36の上部に配設された母合金収納マガジン4
2を有し、母合金塊を射出スリーブに強制移動させる母
合金供給手段35とを備え、上記金型キャビティ及び真
空チャンバと各々連通するように真空排気系統L1、L
2をそれぞれ接続し、金型キャビティを真空チャンバと
独立して真空排気可能に構成する。
Description
空溶解射出成形装置に関し、さらに詳しくは、活性合金
の溶湯を清浄状態を保ったまま高速射出鋳造できる装置
に関する。
る方法としては、従来、ガスアトマイズ法や単ロール法
等が広く知られている。しかしながら、これらの方法で
は粉末又は箔状のリボンしか得られないので、任意の所
望形状の製品を得るには、これをさらに成形しなければ
ならず、一般に圧粉、脱ガスさらに押出成形、鋳造成形
などが行なわれる。しかし、熱間加工による工程途中で
の物性低下と共に、多岐にわたる工程の結果、加工コス
トも増大し、非晶質合金の実用上の障害となっていた。
などの活性な合金を溶解・鋳造する方法も知られている
が、大気雰囲気を用いた場合、注湯時や金型内への充填
時に酸化してしまい、機械的強度の低下やアモルファス
形成能の低下など、種々の問題があった。そこで、最近
では、金型に向って移動可能な射出スリーブを用い、真
空中で活性合金を加熱溶解し、金型内キャビティへ射出
充填する成形方法が提案されている(特許第29773
74号公報及び特開平10−296424号公報)。こ
のような射出成形方法の場合、必然的に、射出成形時に
加熱溶解部から射出成形部に至る空間全体を真空状態に
保つ必要があるが、射出成形後には一旦上記空間全体の
真空状態を解除し、製品の取出しと射出スリーブへの原
料の装填を行なう必要がある。すなわち、1回の射出成
形毎に上記空間全体の真空状態の形成と解除を行なう必
要があるため、エネルギー効率が悪く、またバッチ製造
のため生産効率が低く、これらが製造コストを引き上げ
る大きな要因となっていた。
うな従来技術に鑑みてなされたもので、その基本的な目
的は、活性合金を真空状態又は不活性ガス雰囲気で加熱
溶解すると共に直ちに真空状態又は不活性ガス雰囲気の
金型キャビティ内へ射出成形することにより、非酸化、
非熱劣化状態の高品質の活性合金鋳造品を製造できると
共に、加熱溶解部の空間の真空状態を解除することなく
製品の取出しを行なえる装置を提供することにある。さ
らに本発明の目的は、一回の原料装填で、加熱溶解部の
空間の真空状態を解除することなく連続的に活性合金の
射出成形を行なうことができ、高品質の射出成形品を安
価に多量生産できる装置を提供することにある。
に、本発明の基本的な態様によれば、金型と、該金型の
キャビティ内に溶湯を射出充填するための射出機構を備
えた母合金溶解装置を有する射出成形装置において、上
記母合金溶解装置を囲繞する開閉自在な真空チャンバを
設けると共に、上記金型のキャビティ及び真空チャンバ
と各々連通するように真空排気系統をそれぞれ接続し、
金型内キャビティを真空チャンバと独立して真空排気可
能に構成したことを特徴とする活性合金成形用真空溶解
射出成形装置が提供される。金型のキャビティと連通す
る真空排気系統の一つの接続態様においては、金型を密
閉可能に囲繞する真空ハウジングを設け、該真空ハウジ
ング内に真空排気系統を接続することにより、金型内キ
ャビティを真空チャンバと独立して真空排気可能に構成
することができる。加熱溶解部と射出成形部にそれぞれ
独立した真空状態を形成・維持することは、好適には、
前記金型の湯口と真空チャンバの間に、金型のキャビテ
ィと真空チャンバ内の空間を遮断・連通する遮蔽シャッ
タを設けることによって行なわれる。
に行なえる好適な態様においては、前記母合金溶解装置
は、内部に摺動自在に配設された射出プランジャを備
え、かつ金型の湯口に向って前後進自在に配された射出
スリーブと、該射出スリーブ内に供給された母合金塊を
加熱溶解する加熱手段とを有し、上記射出スリーブに母
合金供給手段が付設される。母合金供給手段は、好適に
は、複数の母合金塊を収容するための少なくとも1つの
竪型筒状の母合金収納マガジンと、該母合金収納マガジ
ンの下部に配設された母合金供給路と、該供給路内に上
記マガジンから落下した母合金塊を射出スリーブに移動
させる強制移動手段とを備え、さらに好ましくは、母合
金収納マガジンを複数個備え、これらのマガジンがター
ンテーブルに配設されて1つのカセットを構成してい
る。
装置のより具体的な好適な態様は、湯口を有する固定下
型と昇降自在な可動上型とからなる金型と;該金型の下
部に配設された開閉自在な真空チャンバと;上記金型の
キャビティと真空チャンバ内の空間を遮断・連通する遮
蔽シャッタと;内部に摺動自在に配設された射出プラン
ジャを備え、かつ上記金型の湯口に向って前後進自在に
配された射出スリーブと;該射出スリーブ内に供給され
た母合金塊を加熱溶解する加熱手段と;上記射出スリー
ブに接続可能な母合金供給路と、該母合金供給路の上部
に配設された竪型筒状の母合金収納マガジンと、上記供
給路内にマガジンから落下した母合金塊を射出スリーブ
に移動させる強制移動手段を有する母合金供給装置とを
備え、上記金型のキャビティ及び真空チャンバと各々連
通するように真空排気系統をそれぞれ接続し、金型内キ
ャビティを真空チャンバと独立して真空排気可能に構成
したことを特徴としている。
射出スリーブの上部及び加熱手段を配してもよく、ある
いは遮蔽シャッタ、射出スリーブ、加熱手段及び母合金
供給装置を配してもよい。また、金型キャビティ内を真
空状態にする方法としては、金型の湯口側に真空排気系
統を接続することもできるが、上記可動上型が降下して
固定下型と組み合わされたときに金型を囲繞して密閉空
間を形成する真空ハウジングを設け、該真空ハウジング
内に真空排気系統を接続することもできる。さらに好適
には、真空排気系統に真空リザーブタンクが組み込まれ
る。
うに、金型と、該金型のキャビティ内に溶湯を射出充填
するための射出機構を備えた母合金溶解装置を有する射
出成形装置において、上記母合金溶解装置を囲繞する開
閉自在な真空チャンバを設けると共に、上記金型のキャ
ビティ及び真空チャンバと各々連通するように真空排気
系統をそれぞれ接続し、金型内キャビティを真空チャン
バと独立して真空排気可能に構成した点にある。このよ
うに、金型内キャビティを真空チャンバとは独立して真
空排気可能としたことにより、射出成形後に、真空チャ
ンバ内の真空状態を解除することなく成形品の取出しが
可能となり、エネルギー効率が良くなる。また、加熱溶
解部の空間と射出成形部の空間を遮蔽シャッタにより区
画することで、溶湯射出時のみシャッタを開き、ショッ
トサイクルの短い真空射出成形が可能となる。特に金型
排気系統に真空リザーブタンクが接続されている場合、
金型をショット毎に型開きしても、次の型閉止後に瞬間
的に排気真空化できるので、極めて短いショットサイク
ルで真空射出成形を行なうことが可能となる。
に向って移動、当接して金型キャビティ内に溶湯を射出
する射出スリーブに、母合金供給手段が付設されている
こと、好ましくは、複数の母合金塊を収容するための少
なくとも1つの竪型筒状の母合金収納マガジンと、該母
合金収納マガジンの下部に配設された母合金供給路と、
該供給路内に上記マガジンから落下した母合金塊を射出
スリーブに移動させる強制移動手段とを備えた母合金供
給手段、特に好ましくは上記母合金収納マガジンを複数
個備え、これらのマガジンがターンテーブルに配設され
て1つのカセットを構成している母合金供給手段を設け
た点にある。このような母合金供給手段を設けることに
より、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく多
数の母合金塊を連続的にかつ自動的に射出スリーブに供
給できるので、酸化し易く、また過熱により熱劣化し易
い活性合金であっても、真空状態で連続的にかつ自動的
に射出成形を行なうことができる。その結果、高品質の
射出成形品を安価に多量生産することが可能となる。以
下、添付図面に示す本発明の実施例を説明しつつ、本発
明の他の特徴及び作用・効果について説明する。
置の一実施例を示しており、図中、符号1は金型であ
り、固定下型2と可動上型3とからなる。湯口4を有す
る下型2は、対応する箇所に円形の開口部6を有する主
定盤7に固定されており、かつそれらの間はO−リング
等のシール部材8によりシールされている。主定盤7に
は複数本のタイバー9が平行に立設され、その上端部に
は固定盤10が固定されている。タイバー9の本数は、
本実施例では4本であるが、勿論これに限られず、3本
又は2本の場合もある。このタイバー9に装着された可
動盤11は、固定盤10上に装着された型締用シリンダ
12により昇降されるようになっている。可動盤11の
下部には、固定部材13及び連結部材14(固定部材1
3と一体のものでもよい)を介して、固定下型2とのパ
ーティング面に形成されたキャビティ5を有する可動上
型3が固定されており、この可動上型3は可動盤11の
昇降に伴って昇降する。なお、可動盤11及び固定部材
13の所定位置には金型排気孔15が形成されており、
また可動盤11、固定部材13、連結部材14、可動上
型3及び固定下型2の各々の間はそれぞれシール部材8
によりシールされる。
できるようにエジェクタピン16が複数本(図示の例で
は一対であるが、キャビティの個数に応じて3本以上と
することもできる)挿入されており、これらエジェクタ
ピン16の連結ロッド17は可動盤11及び固定部材1
3に挿通され、上方への付勢手段及びストッパ手段(図
示せず)により各エジェクタピン16の下端面が金型キ
ャビティ5の上面と一致するように構成されている。な
お、射出成形終了後に可動盤11が上死点まで上昇する
と、連結ロッド17の上端面は、それと整合するように
固定盤10に装着されたエジェクタシリンダ18のシリ
ンダロッド19の下端面と当接し、エジェクタシリンダ
18を作動させることにより、シリンダロッド19が連
結ロッド17を押し下げ、エジェクタピン16がキャビ
ティ5内に突出するようになっている。
を囲繞するように垂下する筒状の真空ハウジング20が
シール部材8を介して固定されており、一方、主定盤7
の上面には、対応する位置にシール用枠体21が同様に
シール部材8を介して固定されており、可動盤11が降
下して可動上型3の固定下型2への型締めが行なわれる
ときに、真空ハウジング20の外面がシール用枠体21
の内面にシール部材8を介して摺接し、密閉された射出
成形部空間Xを形成できるように構成されている。
高さで射出成形部に接近・後退可能なアーム部23を備
えた成形品排出シリンダ22が取り付けられている。一
方、主定盤7の下部には加熱溶解部空間Yを密閉形成す
るための真空チャンバ24が配設され、フレーム48に
より支持されている。前記射出成形部空間Xと真空チャ
ンバ24内の加熱溶解部空間Yとの間の遮断及び連通
は、シャッタシリンダ25により主定盤7下面に摺接し
て前進・後退するように作動される遮蔽シャッタ26に
よる開口部6の閉鎖及び開口により行なわれる。
口4及び主定盤7の開口部6と整合する位置真下に円筒
状の射出スリーブ27が配設されており、その内部には
摺動自在に配設された射出プランジャ28を備え、該射
出プランジャ28は真空チャンバ24の下部に装着され
た射出シリンダ29により作動される。また、射出スリ
ーブ27の下端部はスリーブ保持部材30に固着されて
おり、該スリーブ保持部材30はスリーブ移動シリンダ
31により作動され、スリーブ移動ガイドピン32によ
り案内されて昇降する。従って、射出スリーブ27は、
スリーブ移動シリンダ31を作動させてスリーブ保持部
材30を昇降させることにより、金型1の湯口4に向っ
て上昇し、また当初位置まで降下する。また、射出スリ
ーブ27の上部周囲には、加熱手段として高周波誘導加
熱用コイル34が配設されている。加熱手段としては、
高周波誘導加熱に限られるものではなく、抵抗加熱等他
の公知の加熱方法を採用できることは勿論である。
スリーブ27の側部開口部33に整合して母合金供給装
置35が付設されている。この母合金供給装置35は、
上記射出スリーブ27の側部開口部33に接続可能な高
さ位置に設置された母合金供給路筒体36と、該母合金
供給路筒体36上に配置される母合金カセット37と、
上記供給路筒体36内に摺動自在に配設された母合金供
給プランジャ38及びそれを作動する母合金供給シリン
ダ39とからなり、母合金供給プランジャ38及びそれ
を作動する母合金供給シリンダ39は、母合金カセット
37から母合金供給路筒体36内に落下した母合金塊A
を射出スリーブ27内に移動させる強制移動手段として
機能する。
に示すように、母合金供給路筒体36に固定された取付
台40上に回転自在に載置されるターンテーブル41
と、該ターンテーブル41上に配設された複数本(図示
の例では4本であるが、2本もしくは3本又は5本以上
でもよい)の竪型筒状の母合金収納マガジン42とから
なり、各母合金収納マガジン42内には所定寸法に成形
された母合金塊Aが一定個数内装されている。母合金カ
セット37の上記ターンテーブル41の中心穴部43を
ステッピングモータ44の回転軸に嵌め合わせることに
より、ターンテーブル41を所定の時間間隔で段階的に
回転させ、各母合金収納マガジン42が順次、母合金供
給路筒体36上でかつ取付台40の開口部45上に位置
するようになっている。
容されている母合金塊Aは、母合金供給路筒体36内に
落下した最下段の母合金塊Aが母合金供給プランジャ3
8により射出スリーブ27内に供給されている間は、母
合金供給プランジャ38により取付台40の開口部45
が塞がれているために、母合金供給路筒体36内に落下
することはないが、母合金供給プランジャ38が後退し
て取付台40の開口部45が開口すると、母合金供給路
筒体36内に落下し、次の供給に備える。このようにし
て、母合金収納マガジン42内の母合金塊Aは順次落下
して、1個ずつ所定の時間間隔で射出スリーブ27に供
給される。母合金収納マガジン42が空になると、ター
ンテーブル41が所定角度だけ回転し、次の母合金収納
マガジン42が供給位置に配置される。
4のスライド式蓋体46に取り付けられており、該蓋体
46はガイドレール47上に摺動自在に載置され、蓋体
46を引くことにより母合金供給装置35全体を引き出
すことができるようになっている。従って、全ての母合
金収納マガジン42内の母合金塊Aを用いて射出成形が
終了した後、真空チャンバ24に接続されているチャン
バ空気弁53を開いて真空状態を解除し(このとき、真
空チャンバ24の真空排気系統L2は遮断)、蓋体46
を引き出して母合金カセット37を取り換えることによ
り、一度の操作で多数の母合金塊Aの供給態勢を整える
ことができる。なお、蓋体46を真空チャンバ24にセ
ットすると、母合金供給路筒体36の先端面は射出スリ
ーブ27の側部開口部33の周囲に当接し、また蓋体4
6と真空チャンバ24の間はシール部材8によりシール
される。
ンプから構成)の真空排気系統Lの一つのラインL1
(金型排気ライン)は可動盤11及び固定部材13に形
成された金型排気孔15に接続され、射出成形部空間X
内が所定の真空度になるまで排気するように構成され、
他のラインL2は真空チャンバ24に接続され、加熱溶
解部空間Y内が所定の真空度になるまで排気するように
構成されている。また、金型排気ラインL1には、射出
成形部空間Xの真空状態を解除するための金型空気弁5
4が接続されていると共に、真空リザーブタンク51も
接続され、可動上型3を固定下型2に型締めした後に瞬
時に射出成形部空間Xを真空状態にできるようになって
いる。また、真空チャンバ24には不活性ガス容器52
も接続され、用いる母合金の種類によってはAr等の不
活性ガス雰囲気下で加熱溶解ができるようになってい
る。符号55〜59は電磁弁である。
いて説明する。 <母合金供給工程>まず、蓋体46を引き出して前記し
たように母合金カセット37を母合金供給装置35にセ
ットした後、蓋体46を閉め、チャンバ空気弁53を閉
じた状態で電磁弁58を開き、真空チャンバ24内の加
熱溶解部空間Yを真空引きする。このとき、遮蔽シャッ
タ26は閉じられており、母合金供給部と加熱溶解部は
1つの真空チャンバ24内に内装されたことになる。母
合金カセット37の母合金収納マガジン42が所定位置
にセットされると、母合金供給シリンダ39が作動し、
母合金収納マガジン42から母合金供給路筒体36内に
落下した母合金塊Aは、図1に示すように、母合金供給
プランジャ38により射出スリーブ27内に押し入れら
れる。
作動し、図2に示すように、射出プランジャ28が母合
金塊Aを溶解ゾーンまで押し上げる。ここで、高周波誘
導加熱用コイル34に電流が流され、母合金塊Aが加熱
溶解される。このとき、可動上型3は固定下型2に型締
めされ、真空ハウジング20内の射出成形部空間Xは真
空引きされ、射出成形できる態勢になっている。
湯が所定温度に達した後(温度測定は、射出プランジャ
28内に熱電対を配設したり、後述する実施例のように
放射温度計を用いるなど、適当な方法を採用できる。)
高周波誘導加熱用コイル34が消磁され、シャッタシリ
ンダ25が作動して遮蔽シャッタ26が開き、射出成形
部空間Xと加熱溶解部空間Yは連通する。この段階で直
ちにスリーブ移動シリンダ31及び射出シリンダ29が
同期的に作動し、射出スリーブ27及び射出プランジャ
28が上昇し、図3に示すように、射出スリーブ27の
上端が金型1の湯口4周囲に密着すると共に、なお、所
定距離だけ上昇する射出プランジャ28で加圧された溶
湯が金型キャビティ5内に射出充填され、金型1により
熱を奪われて急冷凝固して成形される。このとき、金型
1は、溶湯の流れの終末側となるエジェクタ部より可動
盤11の金型排気孔15を通して排気されているため、
溶湯の流れは排気流れに乗って金型キャビティ5内に充
填されるので、気泡の巻き込みが起こり難い。
に示すように、射出スリーブ27と射出プランジャ28
が元の位置まで後退し、遮蔽シャッタ26が閉じられ、
電磁弁55を閉じ、金型空気弁54を開いた後、型締め
シリンダ12により可動盤11が上昇され、金型1が開
かれる。可動盤11が上死点に達すると、エジェクタピ
ン16の連結ロッド17上端面は、エジェクタシリンダ
18のシリンダロッド19下端面と当接した状態とな
る。この段階で、凝固した成形品Bは可動上型3と共に
固定下型2から離脱しているので、エジェクタシリンダ
18が作動してエジェクタピン16を下方に突き出し、
成形品Bを可動上型3から離脱させて固定下型2上に落
下させる。次いで、成形品排出シリンダ22が作動し、
アーム部23が前進して成形品Bを把持した後に後退
し、成形品Bを装置外に取り出す。このとき、電磁弁5
6、57は開かれていて真空リザーブタンク51は真空
ポンプ50と接続されており、金型開き工程時間を利用
して真空リザーブタンク51内の真空度は高められる。
型締シリンダ12が作動して金型1を閉止する。次い
で、金型空気弁54が閉、電磁弁55が開となって、射
出成形部空間Xが真空リザーブタンク51に接続され、
予備排気された後、電磁弁56が閉じて(電磁弁57
は、通常、開の状態)真空ポンプ50と接続されるの
で、極めて短時間に射出成形部空間Xの真空化が完了
し、図1に示す状態に復帰して次の射出サイクルに入
る。一方、母合金供給装置35では、母合金供給プラン
ジャ38が後退することにより母合金収納マガジン42
から母合金供給路筒体36内に落下した次の母合金塊A
が、母合金供給プランジャ38により押し出されて射出
スリーブ27内に供給されているので、次のショットサ
イクルに入る。
各母合金収納マガジン42に収容されている母合金塊A
が全てなくなるまで、自動的にかつ連続的にショットサ
イクルが繰り返される。母合金カセット37の母合金塊
Aが全てなくなった後は、電磁弁58を閉じ、チャンバ
空気弁53を開いた後、先に説明したように、蓋体46
を引き出し、母合金カセット37の交換を行なう。カセ
ット交換後、蓋体46を閉め、前記したようなショット
サイクルを再度繰り返す。
変形例を示している。この装置の場合、真空チャンバ2
4内に加熱溶解部のみが収容されるように構成されてお
り、すなわち、射出スリーブ27の上部及びその周囲に
配設された高周波誘導加熱用コイル34を収容するよう
な小さな真空チャンバ24が形成され、その底板60の
中央部に形成されたスリーブ61に射出スリーブ27が
摺動自在に挿入されているが、他の構成は前記図1乃至
図4に示す装置と同様である。なお、スリーブ61と射
出スリーブ27の間はシール部材8によってシールさ
れ、真空チャンバ24内の加熱溶解部空間Yの真空状態
が保持されるようになっている。このように、遮蔽シャ
ッタ26、射出スリーブ27の上部及び高周波誘導加熱
用コイル34のみを真空チャンバ24内に配する構成と
したことにより、前記実施例のように母合金カセット3
7の交換毎に真空チャンバ24内の真空状態を解除する
必要がなく、長期に亘って自動連続射出成形が可能とな
る。また、真空状態にすべき真空チャンバ24内の加熱
溶解部空間Yが小さいため、真空化に要するエネルギー
消費も小さくなる。
ている。この装置においては、主定盤7内に開口部6か
ら一方の側面にかけて延在する金型排気孔15が形成さ
れ、固定下型2の湯口4側から金型1のキャビティ5を
真空排気する構成となっており、前記実施例のような真
空ハウジングは設けられていない。その結果、真空排気
する射出成形部空間Xが小さいので、射出サイクルのた
びに真空化に要するエネルギー消費が小さくて済み、ま
たそれに要する時間も短縮される。従って、前記実施例
のように金型排気ラインL1に真空リザーブタンクを設
ける必要はないが、設けても差し支えない。なお、符号
62は、溶湯の温度を測定するための放射温度計であ
る。
11に固定され、またそのキャビティ5に突出できるよ
うにエジェクタピン16が嵌挿されていることは前記実
施例と同様であるが、本実施例の場合、金型キャビティ
5内の真空状態を保持できるように、各エジェクタピン
16と可動上型3との間はO−リング等のシール部材8
によりシールされている。また、各エジェクタピン16
を連結する連結ロッド17は固定部材13の凹陥部内に
収容され、これを作動するエジェクタシリンダ18は可
動盤11上に装着されている。
26の開閉をガイドするためのガイド体63が固着され
ており、該ガイド体63は主定盤7の開口部6と同様の
開口部を有する。主定盤7及びガイド体63とそれらの
間に形成される隙間内を摺動する遮蔽シャッタ26との
間は、シール部材8によりシールされ、射出成形部空間
Xと加熱溶解部空間Yとの間の遮断をより確実に行なえ
るようになっている。また、本実施例では、母合金供給
路筒体36に母合金収納マガジン42を着脱自在に組み
込む構成となっているが、前記実施例のようにカセット
方式とすることもできる。本実施例の装置による射出成
形工程も、基本的には前記実施例の装置の場合と同様で
あり、前記した説明から当業者には容易に理解可能と思
われるので、その説明は省略する。
て説明したが、本発明は前記した実施例に限られるもの
ではなく、種々の設計変更が可能であり、また前記した
各実施例の母合金供給部、加熱溶解部、射出成形部、及
び真空排気系統を種々組み合わせて採用することもでき
る。本発明の装置は、酸化や熱劣化し易い活性合金、例
えばAl、Mg、Fe、Ti、Zr、Hf、Y、La、
Ce、Nd、Sm及びMm(ミッシュメタル)等の少な
くとも1種の活性金属元素を含み、合金内の活性金属元
素の和が50原子%以上の合金の射出成形に好適に用い
ることができるが、これに限定されるものではなく、種
々の合金の射出成形に利用できる。
(6)のいずれか1つで示される組成を有する非晶質合
金の射出成形に好適に適用できる。 一般式(1):M1 aM2 bLncM3 dM4 eM5 f 但し、M1はZr及びHfから選ばれる1種又は2種の
元素、M2はNi、Cu、Fe、Co、Mn、Nb、T
i、V、Cr、Zn、Al及びGaよりなる群から選ば
れる少なくとも1種の元素、LnはY、La、Ce、N
d、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb及びMm(希
土類元素の集合体であるミッシュメタル)よりなる群か
ら選ばれる少なくとも1種の元素、M3はBe、B、
C、N及びOよりなる群から選ばれる少なくとも1種の
元素、M4はTa、W及びMoよりなる群から選ばれる
少なくとも1種の元素、M5はAu、Pt、Pd及びA
gよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、a、
b、c、d、e及びfはそれぞれ原子%で、25≦a≦
85、15≦b≦75、0≦c≦30、0≦d≦30、
0≦e≦15、0≦f≦15である。
〜(1−p)の非晶質合金を含む。 一般式(1−a):M1 aM2 b この非晶質合金は、M2元素がZr又はHfと共存する
ために、混合エンタルピーが負で大きく、アモルファス
形成能が良い。 一般式(1−b):M1 aM2 bLnc この非晶質合金のように、上記一般式(1−a)の合金
に希土類元素を添加することによりアモルファスの熱的
安定性が向上する。
3(Be,B,C,N,O)でアモルファス構造中の隙
間を埋めることによって、その構造が安定化し、アモル
ファス形成能が向上する。
W,Mo)を添加した場合、アモルファス形成能に影響
を与えずに耐熱性、耐食性が向上する。
だ非晶質合金の場合、結晶化が起きても脆くならない。
b、Dy、Ho、Yb及びMmよりなる群から選ばれる
少なくとも1種の元素、M6はTi、V、Cr、Mn、
Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Hf、T
a及びWよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元
素、M3はBe、B、C、N及びOよりなる群から選ば
れる少なくとも1種の元素、g、h及びiはそれぞれ原
子%で、30≦g≦90、0<h≦55、0≦i≦10
である。
及び(2−b)の非晶質合金を含む。 一般式(2−a):Al100-g-hLngM6 h この非晶質合金は、混合エンタルピーが負で大きく、ア
モルファス形成能が良い。 一般式(2−b):Al100-g-h-iLngM6 hM3 i この非晶質合金においては、原子半径の小さな元素M3
(Be,B,C,N,O)でアモルファス構造中の隙間
を埋めることによって、その構造が安定化し、アモルフ
ァス形成能が向上する。
選ばれる少なくとも1種の元素、pは原子%で5≦p≦
60である。この非晶質合金は、混合エンタルピーが負
で大きく、アモルファス形成能が良い。
選ばれる少なくとも1種の元素、M8はAl、Si及び
Caよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、q
及びrはそれぞれ原子%で、1≦q≦35、1≦r≦2
5である。この非晶質合金のように、前記一般式(3)
の合金において原子半径の小さな元素M8(Al,S
i,Ca)でアモルファス構造中の隙間を埋めることに
よって、その構造が安定化し、アモルファス形成能が向
上する。
選ばれる少なくとも1種の元素、M8はAl、Si及び
Caよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、M
9はY、La、Ce、Nd、Sm及びMmよりなる群か
ら選ばれる少なくとも1種の元素、q、r及びsはそれ
ぞれ原子%で、1≦q≦35、1≦r≦25、3≦s≦
25である。これらの非晶質合金のように、前記一般式
(3)及び(4)の合金に希土類元素を添加することに
よりアモルファスの熱的安定性が向上する。
温度(Tg)と結晶化温度(Tx)の温度差が極めて広
いZr−TM−Al系及びHf−TM−Al系(TM:
遷移金属)非晶質合金は、高強度、高耐食性であると共
に、過冷却液体領域(ガラス遷移領域)ΔTx=Tx−
Tgが30K以上、特にZr−TM−Al系非晶質合金
は60K以上と極めて広く、この温度領域では粘性流動
により数10MPa以下の低応力でも非常に良好な加工
性を示す。また、冷却速度が数10K/s程度の鋳造法
によっても非晶質バルク材が得られるなど、非常に安定
で製造し易い特徴を持っている。これらの合金は、溶湯
からの金型鋳造によっても、またガラス遷移領域を利用
した粘性流動による成形加工によっても、非晶質材料が
できると同時に、金型形状及び寸法を極めて忠実に再現
する。
Al系及びHf−TM−Al系非晶質合金は、合金組
成、測定法によっても異なるが、非常に大きなΔTxの
範囲を持っている。例えばZr60Al15Co2.5Ni7.5
Cu15合金(Tg:652K、Tx:768K)のΔT
xは116Kと極めて広い。硬度は室温からTg付近ま
でビッカース硬度(Hv)で460(DPN)、引張強
度は1,600MPa、曲げ強度は3,000MPaに
達する。熱膨張率αは室温からTg付近まで1×10-5
/Kと小さく、ヤング率は91GPa、圧縮時の弾性限
界は4〜5%を超える。さらに靭性も高く、シャルピー
衝撃値で60〜70kJ/m2を示す。このように非常
に高強度の特性を示しながら、ガラス遷移領域まで加熱
されると、流動応力は10MPa程度まで低下する。こ
のため極めて加工が容易で、低応力で複雑な形状の微小
部品や高精度部品に成形できるのが本合金の特徴であ
る。しかも、いわゆるガラス(非晶質)としての特性か
ら加工(変形)表面は極めて平滑性が高く、結晶合金を
変形させたときのように滑り帯が表面に現われるステッ
プなどは実質的に発生しない特徴を持っている。
加熱すると長時間の保持によって結晶化が始まるが、本
合金のようにΔTxが広い合金は非晶質相が安定であ
り、ΔTx内の温度を適当に選べば2時間程度までは結
晶が発生せず、通常の成形加工においては結晶化を懸念
する必要はない。また、本合金は溶湯からの凝固におい
てもこの特性を如何なく発揮する。一般に非晶質合金の
製造には急速な冷却が必要とされるが、本合金は冷却速
度10K/s程度の冷却で溶湯から容易に非晶質単相か
らなるバルク材を得ることができる。その凝固表面はや
はり極めて平滑であり、金型表面のミクロンオーダーの
研磨傷でさえも忠実に再現する転写性を持っている。従
って、鋳造材料として本合金を適用すれば、金型表面が
成形品の要求特性を満たす表面品質を持っておれば、鋳
造材においても金型の表面特性をそのまま再現し、寸法
調整、表面粗さ調整の工程を省略又は短縮することがで
きる。
強度及び高い曲げ強度、比較的低いヤング率、高弾性限
界、高耐衝撃性、高耐磨耗性、表面の平滑性、高精度の
鋳造性を併せ持った特徴は、光コネクタのフェルールや
キャピラリ、スリーブ、V溝基板等、歯車やマイクロマ
シン等の精密部品など、種々の分野の成形品の材料とし
て適している。また、非晶質合金は、高精度の鋳造性及
び加工性を有し、かつ金型のキャビティ形状を忠実に再
現できる優れた転写性を有するため、金型を適切に作製
することにより、金型鋳造法によって所定の形状、寸法
精度、及び表面品質を満足する成形品を単一のプロセス
で量産性良く製造できる。
品の製造に用いられる材料としては、前記したような非
晶質合金の他、特開平10−186176号、特開平1
0−311923号、特開平11−104281号、特
開平11−189855号等に記載されている非晶質合
金など、従来公知の各種非晶質合金を用いることができ
る。
の活性合金成形用真空溶解射出成形装置によれば、以下
のような効果・利点が得られる。 (1)金型キャビティを真空チャンバとは独立して真空
排気可能としたことにより、射出成形後に、真空チャン
バ内の真空状態を解除することなく成形品の取出しが可
能となり、エネルギー効率が良くなる。 (2)また、加熱溶解部空間と射出成形部空間を遮蔽シ
ャッタにより区画することで、溶湯射出時のみシャッタ
を開き、ショットサイクルの短い真空射出成形を行なう
ことができる。 (3)特に金型排気系統に真空リザーブタンクが接続さ
れている場合、金型をショット毎に型開きしても、次の
型閉止後に瞬間的に排気真空化できるので、極めて短い
ショットサイクルで真空射出成形を行なうことができ
る。 (4)金型の湯口に向って移動、当接して金型キャビテ
ィ内に溶湯を射出する射出スリーブに、母合金収納マガ
ジンを用いた母合金供給手段を付設し、好ましくはカセ
ット方式の母合金供給手段を設けることにより、真空チ
ャンバ内の真空状態を解除することなく多数の母合金塊
を連続的にかつ自動的に射出スリーブに供給できるの
で、酸化し易く、また過熱により熱劣化し易い活性合金
であっても、真空状態で連続的にかつ自動的に射出成形
を行なうことができる。 (5)真空チャンバ内に射出スリーブの上部が配され、
母合金供給手段を真空チャンバの外部に配することによ
り、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく、母
合金カセットや母合金収納マガジンを交換できるので、
長期に亘って自動連続射出成形を行なうことができる。 (6)金型を密閉可能に囲繞する真空ハウジングを設け
ることにより、普通の金型でも真空射出成形できる。 (7)金型排気を可動盤側から行なうことにより、溶湯
流れは排気流れに乗り、気泡の巻き込みが起こり難い。 以上により、酸化や熱劣化し易い活性合金であっても真
空状態で連続的に自動射出成形が行なえる結果、高品質
の射出成形品を安価に多量生産することができ、工業上
極めて有用な装置といえる。
略部分断面側面図であり、母合金供給工程を示してい
る。
略部分断面側面図であり、母合金の加熱溶解部への移動
工程を示している。
略部分断面側面図であり、射出工程を示している。
略部分断面側面図であり、成形品排出工程を示してい
る。
供給装置の母合金カセット部の平面図である。
概略部分断面側面図である。
施例の概略部分断面側面図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 金型(1)と、該金型のキャビティ
(5)内に溶湯を射出充填するための射出機構を備えた
母合金溶解装置(27,28,29,34)を有する射
出成形装置において、上記母合金溶解装置を囲繞する開
閉自在な真空チャンバ(24)を設けると共に、上記金
型(1)のキャビティ(5)及び真空チャンバ(24)
と各々連通するように真空排気系統(L,L1,L2)
をそれぞれ接続し、金型内キャビティ(5)を真空チャ
ンバ(24)と独立して真空排気可能に構成したことを
特徴とする活性合金成形用真空溶解射出成形装置。 - 【請求項2】 前記金型(1)を密閉可能に囲繞する真
空ハウジング(20)を設け、該真空ハウジング(2
0)内に真空排気系統(L1)を接続し、金型内キャビ
ティ(5)を真空チャンバ(24)と独立して真空排気
可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項3】 前記金型(1)の湯口(4)と真空チャ
ンバ(24)の間に、金型のキャビティ(5)と真空チ
ャンバ(24)内の空間を遮断・連通する遮蔽シャッタ
(26)を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記
載の装置。 - 【請求項4】 前記母合金溶解装置が、内部に摺動自在
に配設された射出プランジャ(28)を備え、かつ金型
(1)の湯口(4)に向って前後進自在に配された射出
スリーブ(27)と、該射出スリーブ(27)内に供給
された母合金塊(A)を加熱溶解する加熱手段(34)
とを有し、該射出スリーブ(27)に母合金供給手段
(35)が付設されていることを特徴とする請求項1乃
至3のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項5】 前記母合金供給手段(35)が、複数の
母合金塊(A)を収容するための少なくとも1つの竪型
筒状の母合金収納マガジン(42)と、該母合金収納マ
ガジン(42)の下部に配設された母合金供給路(3
6)と、該供給路(36)内に上記マガジン(42)か
ら落下した母合金塊(A)を射出スリーブ(27)に移
動させる強制移動手段(38,39)とを備えているこ
とを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 湯口(4)を有する固定下型(2)と昇
降自在な可動上型(3)とからなる金型(1)と;該金
型(1)の下部に配設された開閉自在な真空チャンバ
(24)と;上記金型(1)のキャビティ(5)と真空
チャンバ(24)内の空間を遮断・連通する遮蔽シャッ
タ(26)と;内部に摺動自在に配設された射出プラン
ジャ(28)を備え、かつ上記金型(1)の湯口(4)
に向って前後進自在に配された射出スリーブ(27)
と;該射出スリーブ(27)内に供給された母合金塊
(A)を加熱溶解する加熱手段(34)と;上記射出ス
リーブ(27)に接続可能な母合金供給路(36)と、
該母合金供給路(36)の上部に配設された竪型筒状の
母合金収納マガジン(42)と、上記供給路(36)内
に上記マガジン(42)から落下した母合金塊(A)を
射出スリーブ(27)に移動させる強制移動手段(3
8,39)を有する母合金供給装置(35)とを備え、
上記金型(1)のキャビティ(5)及び真空チャンバ
(24)と各々連通するように真空排気系統(L,L
1,L2)をそれぞれ接続し、金型内キャビティ(5)
を真空チャンバ(24)と独立して真空排気可能に構成
したことを特徴とする活性合金成形用真空溶解射出成形
装置。 - 【請求項7】 前記遮蔽シャッタ(26)、射出スリー
ブ(27)の上部及び加熱手段(34)が真空チャンバ
(24)内に配されていることを特徴とする請求項6に
記載の装置。 - 【請求項8】 前記遮蔽シャッタ(26)、射出スリー
ブ(27)、加熱手段(34)及び母合金供給装置(3
5)が真空チャンバ(24)内に配されていることを特
徴とする請求項6に記載の装置。 - 【請求項9】 前記可動上型(3)が降下して固定下型
(2)と組み合わされたときに金型(1)を囲繞して密
閉空間を形成する真空ハウジング(20)をさらに備え
ており、該真空ハウジング(20)内に真空排気系統
(L1)が接続されていることを特徴とする請求項6乃
至8のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項10】 前記母合金収納マガジン(42)を複
数個備え、これらのマガジン(42)がターンテーブル
(41)に配設されて1つのカセット(37)を構成し
ていることを特徴とする請求項5乃至9のいずれか一項
に記載の装置。 - 【請求項11】 前記真空排気系統(L1)中に真空リ
ザーブタンク(51)を有することを特徴とする請求項
1乃至10のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項12】 前記活性合金が、Al、Mg、Fe、
Ti、Zr、Hf、Y、La、Ce、Nd、Sm及びM
m(ミッシュメタル)よりなる群から選ばれる少なくと
も1種の活性金属元素を含み、合金内の活性金属元素の
和が50原子%以上の合金であることを特徴とする請求
項1乃至11のいずれか一項に記載の装置。
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