JP2008238214A - Method and apparatus for forming metallic glass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属ガラス成形用材料を成形する金属ガラスの成形方法および金属ガラスの成形装置に関する。 The present invention relates to a metal glass molding method and a metal glass molding apparatus for molding a metal glass molding material.
近年、１０４〜１０６Ｋ／ｓｅｃといった超急冷を必要とせずに得ることができる非晶質（アモルファス）金属として、金属ガラスが知られている。この金属ガラスは、結晶構造を有する通常の金属と比較して、機械強度、耐食性、表面平滑性、精密鋳造性などの点に優れた特性を示す。この金属ガラスは、２００〜３００℃に加熱することで容易に粘性流動変形が可能となり、ダイキャストや射出成形などの方法で成形することができる。 In recent years, metallic glass has been known as an amorphous metal that can be obtained without requiring super rapid cooling such as 10 4 to 10 6 K / sec. This metallic glass exhibits excellent characteristics in terms of mechanical strength, corrosion resistance, surface smoothness, precision castability, and the like as compared with a normal metal having a crystal structure. This metallic glass can be easily deformed by viscous flow by heating to 200 to 300 ° C., and can be formed by a method such as die casting or injection molding.
ここで、特許文献１には、上面が開放された溶解用容器で非晶質合金を生じ得る合金材料を溶解し、この合金溶湯を製品成形用キャビティを持つ強制冷却鋳型内に強制移動させると共に加圧し、上記強制冷却鋳型内で合金溶湯を急冷凝固して非晶質化させ、非晶質層を含む合金からなる成形品を得ることを特徴とする非晶質合金成形品の製造方法が記載されている。 Here, in Patent Document 1, an alloy material capable of forming an amorphous alloy is melted in a melting container having an open upper surface, and the molten alloy is forcibly moved into a forced cooling mold having a product molding cavity. There is provided a method for producing an amorphous alloy molded article, characterized in that a molded article made of an alloy including an amorphous layer is obtained by pressurizing and rapidly solidifying the alloy melt by rapid solidification in the forced cooling mold. Are listed.
また、特許文献２には、鉛直方向に延びるスリーブと、前記スリーブ内を鉛直方向上方に移動するプランジャーと、前記スリーブの上側に配置される金型と、前記プランジャー上に配置される金属材料を加熱して、前記金属材料を溶解させる金属材料加熱部とを備えることを特徴とするダイキャスト装置が記載されている。 Patent Document 2 discloses a sleeve that extends in the vertical direction, a plunger that moves vertically in the sleeve, a mold that is disposed above the sleeve, and a metal that is disposed on the plunger. There is described a die casting apparatus comprising a metal material heating section for heating a material to dissolve the metal material.
また、特許文献３には、鉛直方向に延びるスリーブと、前記スリーブ内を鉛直方向上方に移動するプランジャーと、前記スリーブの上側に配置される金型と、少なくとも前記スリーブの下端を覆って、前記スリーブの下端を含む空間を平空間とするケース部材と、前記平空間の内側から前記閉空間の外側に連通する連通管と、前記プランジャー上に配置される金属材料を溶解させる高周波コイルとを備え、前記ケース部材は、非導電性の部材によって構成されることを特徴とするダイキャスト装置が記載されている。 Further, Patent Document 3 covers a sleeve extending in the vertical direction, a plunger that moves upward in the sleeve in the vertical direction, a mold disposed on the upper side of the sleeve, and at least a lower end of the sleeve, A case member having a space including the lower end of the sleeve as a flat space, a communication pipe communicating from the inside of the flat space to the outside of the closed space, and a high-frequency coil for dissolving the metal material disposed on the plunger And the case member is constituted by a non-conductive member.
特許文献１では、射出成形により非晶質合金を所望の形状に成形し、特許文献２および特許文献３では、ダイキャスト技術を用いて金属ガラス合金を所望の形状の成形する。上記文献ではいずれも、金属ガラス材料を溶融させた後に、金型（鋳型）に移動させることにより、金型に触れた金属ガラス材料が冷却されて凝固している。すなわち、金型に金属ガラス材料を圧入した時点で金属ガラス材料の凝固が開始するため、微細化された鋳型を用いる場合には、鋳型の内部に金属ガラス材料を十分にいきわたらせることができないという問題があった。 In Patent Document 1, an amorphous alloy is formed into a desired shape by injection molding, and in Patent Document 2 and Patent Document 3, a metallic glass alloy is formed into a desired shape using a die-cast technique. In any of the above documents, the metal glass material that has touched the mold is cooled and solidified by melting the metal glass material and then moving it to a mold (mold). That is, since the solidification of the metallic glass material starts when the metallic glass material is press-fitted into the mold, when the miniaturized mold is used, the metallic glass material cannot be sufficiently distributed inside the mold. There was a problem.
また、上述の特許文献１、特許文献２および特許文献３では、所望の形状を有する部品を製造するのに、その形状を有する型を用いて一つずつ製造している。例えば、歯車を形成する場合、溶融させた材料を所望の形状を有する型に圧入した後に冷却して、一つずつ個別に製造するという方法で行っていた。そのため、複数の成形品を製造するには、その度に、同一の工程を行う必要があり、生産性が悪いという問題があった。また、回転軸と直交する方向の断面形状が同一の歯車であっても、その回転軸方向の長さが違う場合は、別の成形品となるため、個別に鋳型を製造して成形する必要があった。 In Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 described above, parts having a desired shape are manufactured one by one using a mold having the shape. For example, when gears are formed, the melted material is pressed into a mold having a desired shape and then cooled and manufactured individually. For this reason, in order to manufacture a plurality of molded products, it is necessary to perform the same process each time, and there is a problem that productivity is poor. Also, even if the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the rotation axis is the same, if the length in the rotation axis direction is different, it becomes a separate molded product, so it is necessary to manufacture and mold the mold separately was there.
本発明の目的は、微細な構造を有する金属ガラス成形品を高い精度で成形することができる金属ガラスの成形方法および金属ガラスの成形装置を提供することにある。
また、本発明のその他の目的は、上記従来技術に基づく問題点を解消し、金属ガラスの成形品を高い生産性で製造することができ、特に、微細な金属ガラスの成形品を高い生産性で製造することができる金属ガラスの成形方法および金属ガラスの成形装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a metal glass molding method and a metal glass molding apparatus capable of molding a metal glass molded article having a fine structure with high accuracy.
Another object of the present invention is to eliminate the problems based on the above prior art, and to produce a metal glass molded product with high productivity, and in particular, to produce a fine metal glass molded product with high productivity. An object of the present invention is to provide a metal glass molding method and a metal glass molding apparatus that can be manufactured by the above method.
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、金属ガラス成形用材料を溶融し、前記溶融された金属ガラス成形用材料を鋳型を用いて成形する金属ガラスの成形方法であって、前記金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱し、前記金属ガラス成形用材料を溶融させ、前記溶融した金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱しつつ、金属ガラス成形用材料を加圧して前記鋳型に含浸させ、前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を冷却して、前記溶融した金属ガラス成形用材料を凝固させることを特徴とする金属ガラスの成形方法を提供するものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a method for molding metal glass, in which a metal glass molding material is melted and the molten metal glass molding material is molded using a mold. The metal glass molding material and the mold are heated, the metal glass molding material is melted, and the molten metal glass molding material and the mold are heated while pressing the metal glass molding material, An object of the present invention is to provide a metal glass molding method characterized by impregnating a mold, cooling the mold impregnated with the metal glass molding material, and solidifying the molten metal glass molding material.
本発明の第１の態様において、前記鋳型は、長尺の鋳型であることが好ましく、また、前記鋳型は、微細化された長尺の外歯車、内歯車、パイプおよびネジのうちの少なくともいずれか１つを成形することが好ましい。
あるいは、前記鋳型は、微細な凹凸構造を有し、前記凹凸構造を転写して、転写された凹凸構造が担持する情報が記録された記録媒体を成形することが好ましい。
In the first aspect of the present invention, the mold is preferably a long mold, and the mold is at least one of a miniaturized long external gear, an internal gear, a pipe, and a screw. It is preferable to mold one of them.
Alternatively, it is preferable that the mold has a fine concavo-convex structure, the concavo-convex structure is transferred, and a recording medium on which information carried by the transferred concavo-convex structure is recorded is formed.
また、本発明の第２の態様は、金属ガラス成形用材料を溶融し、前記溶融された金属ガラス成形用材料を鋳型を用いて成形する金属ガラスの成形装置であって、中空部が形成された坩堝と、前記坩堝の前記中空部に配置され、前記金属ガラス成形用材料を成形するキャビティおよび前記溶融した前記金属ガラス成形用材料を前記キャビティに導入する流路を備える鋳型と、前記坩堝の前記中空部における前記鋳型の前記流路側に配置された前記金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱して、前記金属ガラス成形用材料を溶融させる加熱手段と、溶融した前記金属ガラス成形用材料を前記鋳型の前記キャビティに含浸させる含浸手段と、前記溶融した前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を冷却する冷却手段とを有し、前記加熱手段で前記金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱しつつ、前記含浸手段で前記金属ガラス成形用材料を含浸させることを特徴とする金属ガラスの成形装置を提供するものである。 The second aspect of the present invention is a metal glass molding apparatus for melting a metal glass molding material and molding the molten metal glass molding material using a mold, in which a hollow portion is formed. A crucible, a mold that is disposed in the hollow portion of the crucible, includes a cavity that molds the metal glass molding material, and a flow path that introduces the molten metal glass molding material into the cavity; and A heating means for heating the metallic glass molding material disposed on the flow path side of the mold in the hollow portion and the mold to melt the metallic glass molding material; and the molten metallic glass molding material. An impregnation means for impregnating the cavity of the mold; and a cooling means for cooling the mold impregnated with the molten metal glass molding material, and the heating While heating the metallic glass forming material and the mold in stages, there is provided a molding device for a metallic glass characterized by impregnating the metallic glass forming material in the impregnating unit.
本発明の第２の態様において、前記冷却手段が前記坩堝に並設され、さらに、前記溶融した前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を、前記加熱手段による前記鋳型の加熱位置から、前記冷却手段による前記鋳型の冷却位置に移動させる移動手段を有することが好ましい。
または、前記冷却手段は、冷却水を噴射する噴射ノズルを備え、前記坩堝に前記冷却水を噴射して、前記坩堝の前記中空部に配置されている前記溶融した前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を冷却することが好ましい。
In the second aspect of the present invention, the cooling means is arranged in parallel with the crucible, and the mold impregnated with the molten metal glass molding material is moved from the heating position of the mold by the heating means. It is preferable to have a moving means for moving the mold to a cooling position of the mold.
Alternatively, the cooling means includes an injection nozzle that injects cooling water, injects the cooling water into the crucible, and is impregnated with the molten metal glass molding material disposed in the hollow portion of the crucible. It is preferable to cool the formed mold.
また、前記鋳型および前記坩堝は、長尺の形状であることが好ましく、また、前記鋳型は、その延在方向と直行する方向における前記キャビティの断面形状が、前記延在方向において同一形状であることが好ましい。
さらに、前記鋳型は、中空部を有する外部鋳型、前記外部鋳型の中空部に配置される内部鋳型、および内部鋳型を保持する保持部材を備えることが好ましい。
The mold and the crucible preferably have a long shape, and the mold has the same cross-sectional shape in the extending direction in the direction perpendicular to the extending direction. It is preferable.
Furthermore, the mold preferably includes an external mold having a hollow part, an internal mold disposed in the hollow part of the external mold, and a holding member that holds the internal mold.
ここで、前記鋳型は、微細化された長尺の外歯車、内歯車、パイプおよびネジのうちの少なくともいずれか１つを成形するものであること好ましい。
また、前記鋳型は、微細な凹凸構造を有し、前記凹凸構造を転写して、転写された凹凸構造が担持する情報が記録された記録媒体を成形することが好ましい。
Here, it is preferable that the mold is for molding at least one of a fine external gear, an internal gear, a pipe, and a screw.
The mold preferably has a fine concavo-convex structure, and the concavo-convex structure is transferred to form a recording medium on which information carried by the transferred concavo-convex structure is recorded.
ここで、本発明の第１の態様の一形態として、金属ガラス成形用材料を溶融し、前記溶融された金属ガラス成形用材料を鋳型を用いて成形する金属ガラスの成形装置であって、中空部が形成され、前記中空部の両端が開口する筒状の坩堝と、前記中空部に配置され、前記金属ガラス成形用材料を成形するキャビティおよび前記中空部の延在方向における一端の少なくとも一方に前記キャビティの開口部が形成され、前記中空部の前記開口部が形成された側に前記金属ガラス成形用材料が配置される鋳型と、前記中空部内の前記金属ガラス成形用材料を加熱して溶融させる加熱手段と、前記中空部の延在方向において前記鋳型の前記金属ガラス成形用材料が配置された側と反対側に配置され、前記中空部に挿通されて前記鋳型を支持するダイスと、前記ダイスを前記延在方向に移動させるダイス移動手段と、前記坩堝の延在方向において、前記中空部の前記ダイスが配置された側と反対側に配置され、前記坩堝に挿通されるパンチと、前記パンチを前記延在方向に移動させるパンチ移動手段と、前記延在方向に前記坩堝に並設された前記冷却手段とを有し、前記加熱手段によって加熱され溶融された前記金属ガラス成形用材料を前記パンチで延在方向に前記鋳型に向かって押圧して圧入し、前記溶融した前記金属材料を前記キャビティに含浸させ、前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を前記パンチおよび前記ダイスで挟持して前記冷却手段による冷却位置へ移動させ、前記金属ガラス成形用材料を冷却して金属ガラスを成形することを特徴とする金属ガラスの成形装置を挙げられる。 Here, as one form of the first aspect of the present invention, there is provided a metal glass molding apparatus for melting a metal glass molding material and molding the molten metal glass molding material using a mold. A cylindrical crucible in which both ends of the hollow portion are open, a cavity disposed in the hollow portion and forming the metallic glass forming material, and at least one end in the extending direction of the hollow portion A mold in which the opening of the cavity is formed and the metal glass molding material is disposed on the side of the hollow where the opening is formed, and the metal glass molding material in the hollow is heated and melted And a die that is disposed on the opposite side of the mold in the extending direction of the hollow portion from the side on which the metallic glass forming material is disposed and is inserted into the hollow portion to support the mold. A die moving means for moving the die in the extending direction; a punch that is disposed on the opposite side of the hollow portion in the extending direction of the crucible and that is inserted in the crucible; The metal glass forming means having a punch moving means for moving the punch in the extending direction and the cooling means arranged in parallel with the crucible in the extending direction and heated and melted by the heating means A material is pressed against the mold in the extending direction with the punch and press-fitted, the molten metal material is impregnated in the cavity, and the mold impregnated with the metal glass forming material is used as the punch and the mold. A metal glass forming apparatus, characterized in that the metal glass forming apparatus is formed by holding the metal glass forming material by cooling the metal glass forming material by holding it with a die and moving it to a cooling position by the cooling means. It is below.
また、本発明の第２の態様の他の形態として、金属ガラス成形用材料を溶融し、前記溶融された金属ガラス成形用材料を鋳型を用いて成形する金属ガラスの成形装置であって、中空部が形成された筒状の坩堝と、前記中空部に配置され、前記金属ガラス成形用材料を成形するキャビティおよび前記中空部の延在方向における一端の少なくとも一方に前記キャビティの開口部が形成され、前記中空部の前記開口部が形成された側に前記金属ガラス成形用材料が配置される鋳型と、前記中空部内の前記金属ガラス成形用材料を加熱して溶融させる加熱手段と、前記加熱手段に加熱されて溶融した金属ガラス成形用材料に圧力を付与して、前記鋳型の前記開口から前記キャビティに前記溶融した金属ガラス成形用材料を圧入し、前記キャビティに前記溶融した金属ガラス成形用材料を含浸させる加圧手段と、前記坩堝に冷却水を噴射して、前記キャビティに圧入された前記金属ガラス成形用材料を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする金属ガラスの成形装置を挙げられる。 According to another aspect of the second aspect of the present invention, there is provided a metal glass molding apparatus for melting a metal glass molding material and molding the molten metal glass molding material using a mold. An opening of the cavity is formed in at least one of a cylindrical crucible having a portion formed therein, a cavity that is formed in the hollow portion, and that molds the metal glass molding material, and one end in the extending direction of the hollow portion. A mold in which the metal glass molding material is disposed on the side of the hollow portion where the opening is formed, a heating unit that heats and melts the metal glass molding material in the hollow portion, and the heating unit A pressure is applied to the molten metal glass molding material heated to a predetermined temperature, and the molten metal glass molding material is press-fitted into the cavity from the opening of the mold. A pressure means for impregnating a molten metal glass molding material; and a cooling means for injecting cooling water into the crucible to cool the metal glass molding material press-fitted into the cavity. Examples include a metallic glass forming apparatus.
本発明によれば、金属ガラス成形用材料を溶融させた状態で鋳型に含浸させることができ、高い精度で金属ガラスの成形品を製造することができる。また、長尺の鋳型であっても金属ガラス成形用材料を溶融させた状態で鋳型に含浸させることができ、これにより長尺な金属ガラスの成形品を高い生産性で製造することができる。また、微細な金属ガラスの成形品を高い生産性で製造することができる。 According to the present invention, the metal glass molding material can be impregnated in a molten state, and a metal glass molded product can be produced with high accuracy. Further, even a long mold can be impregnated into the mold in a molten state of the metal glass molding material, whereby a long metal glass molded product can be produced with high productivity. In addition, a fine metal glass molded product can be produced with high productivity.
図１は、本発明に係る金属ガラスの成形装置の一実施例の概略構成を示す。
図１に示すように、金属ガラスの成形装置（以下、成形装置とする）１０は、成形装置本体１１と、真空チャンバ１２と、排気手段１４と、不活性ガス導入手段１６とを有する。また、図示しないが、成形装置１０は、温度制御部、圧力制御部および装置全体の動作を制御する制御手段等を有する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a metallic glass forming apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, a metal glass molding apparatus (hereinafter referred to as a molding apparatus) 10 includes a molding apparatus body 11, a vacuum chamber 12, an exhaust unit 14, and an inert gas introduction unit 16. Although not shown, the molding apparatus 10 includes a temperature control unit, a pressure control unit, a control unit that controls the operation of the entire apparatus, and the like.
真空チャンバ１２は、その内部に成形装置本体１１を配置する。真空チャンバ１２は、排気手段１４および不活性ガス導入手段１６が接続される。
排気手段１４が、真空チャンバ１２内部の空気を排気した後に、不活性ガス導入手段１６が、真空チャンバ１２内にアルゴン等の不活性ガスを導入する。これにより、真空チャンバ１２内は、不活性ガス雰囲気とされる。
なお、排気手段１４としては、ロータリポンプ、ディフュージョンポンプおよびターボポンプ等の各種のポンプを利用できる。
The vacuum chamber 12 has the molding apparatus main body 11 disposed therein. The vacuum chamber 12 is connected to the exhaust means 14 and the inert gas introduction means 16.
After the exhaust unit 14 exhausts the air inside the vacuum chamber 12, the inert gas introduction unit 16 introduces an inert gas such as argon into the vacuum chamber 12. Thereby, the inside of the vacuum chamber 12 is made an inert gas atmosphere.
As the exhaust unit 14, various pumps such as a rotary pump, a diffusion pump, and a turbo pump can be used.
成形装置本体１１は、坩堝２０、鋳型ユニット２２、パンチ３６、ダイス３８、加熱部４２および冷却部５０を有する。
この成形装置本体１１は、坩堝２０の内部で、金属ガラス成形用材料（以下、単に成形用材料ともいう）８を加熱部４２で加熱・溶融させて成形用材料８の溶湯とし、この溶湯を鋳型ユニット２２の中空部であるキャビティに圧入し、キャビティの細部にまで含浸させた後に、成形用材料８を冷却し、所望の形状に成形する。
The molding apparatus main body 11 includes a crucible 20, a mold unit 22, a punch 36, a die 38, a heating unit 42, and a cooling unit 50.
The molding apparatus main body 11 heats and melts a metal glass molding material (hereinafter also simply referred to as molding material) 8 in the crucible 20 by a heating unit 42 to form a molten metal of the molding material 8. After press-fitting into a cavity which is a hollow part of the mold unit 22 and impregnating the details of the cavity, the molding material 8 is cooled and molded into a desired shape.
坩堝２０は、円柱状の中空部を有し、その延在方向の両端が開口する円筒形状の筐体である。坩堝２０は図示しない保持部材により、その延在方向を鉛直方向（図１中の上下方向）に一致されて真空チャンバ１２内に配設される。
坩堝２０の中空部には、鋳型ユニット２２が配置され、さらに、その鋳型ユニット２２の上方に非晶質金属材料８が配置される。すなわち、坩堝２０の中空部における鋳型ユニット２２の配置位置の上方は、成形用材料８の配置位置となる。
本実施形態において、坩堝２０は、黒鉛によって構成される。これにより、坩堝２０が、坩堝２０の内部で加熱され溶融した成形用材料８の溶湯と反応することを防止できる。
The crucible 20 is a cylindrical housing that has a columnar hollow portion and is open at both ends in the extending direction. The crucible 20 is disposed in the vacuum chamber 12 by a holding member (not shown) so that the extending direction thereof coincides with the vertical direction (vertical direction in FIG. 1).
A mold unit 22 is disposed in the hollow portion of the crucible 20, and the amorphous metal material 8 is disposed above the mold unit 22. That is, the position above the position where the mold unit 22 is disposed in the hollow portion of the crucible 20 is the position where the molding material 8 is disposed.
In the present embodiment, the crucible 20 is made of graphite. Thereby, it is possible to prevent the crucible 20 from reacting with the melt of the molding material 8 heated and melted inside the crucible 20.
加熱部４２は、コイル４４と高周波電源４６とを有する。
コイル４４は、坩堝２０の延在方向の略全長にわたって、坩堝２０の周囲を囲むように巻設される。すなわち、鋳型ユニット２２の配置位置および成形用材料８の配置位置を囲むように配設される。また、コイル４４は、高周波電源４６と接続される。加熱部４２は、高周波電源４６からコイル４４に高周波電流を流して、坩堝２０内部に配置されている成形用材料８を高周波誘導加熱で加熱し、溶融させる。
なお、本実施形態では、加熱部４２に、コイル４４と高周波電源４６を用いた高周波誘導加熱手段を用いたが、これに限らず、抵抗過熱等の加熱手段を用いて成形用材料を溶融させてもよい。
The heating unit 42 includes a coil 44 and a high frequency power source 46.
The coil 44 is wound so as to surround the periphery of the crucible 20 over substantially the entire length in the extending direction of the crucible 20. That is, it arrange | positions so that the arrangement position of the casting_mold | template unit 22 and the arrangement position of the molding material 8 may be enclosed. The coil 44 is connected to a high frequency power supply 46. The heating unit 42 applies high frequency current from the high frequency power supply 46 to the coil 44 to heat and melt the molding material 8 disposed inside the crucible 20 by high frequency induction heating.
In this embodiment, high-frequency induction heating means using the coil 44 and the high-frequency power source 46 are used for the heating unit 42. However, the present invention is not limited to this, and the molding material is melted using heating means such as resistance overheating. May be.
冷却部５０は、銅筐体５２と冷却装置５４とを有し、坩堝２０の下方に並設され、加熱部４２で加熱された成形用材料８を冷却する。
銅筐体５２は、円柱状の中空部を有する、銅製の円筒部材である。銅筐体５２は、その円柱状の中空部の内周面が、坩堝２０の円柱状の中空部の内周面と同一径となるように設けられる。また、銅筐体５２は、その円柱状の中空部の中心軸と、坩堝２０の円柱状の中空部の中心軸とを一致させた状態で、坩堝２０の下面に密着して設けられる。従って、銅筐体５２は、その内周面と坩堝２０の内周面とが滑らかに接続された状態で、坩堝２０の下方に配置される。
The cooling unit 50 includes a copper casing 52 and a cooling device 54, and is arranged in parallel below the crucible 20 to cool the molding material 8 heated by the heating unit 42.
The copper casing 52 is a copper cylindrical member having a columnar hollow portion. The copper casing 52 is provided so that the inner peripheral surface of the columnar hollow portion has the same diameter as the inner peripheral surface of the columnar hollow portion of the crucible 20. Further, the copper casing 52 is provided in close contact with the lower surface of the crucible 20 in a state in which the central axis of the cylindrical hollow portion is aligned with the central axis of the cylindrical hollow portion of the crucible 20. Accordingly, the copper casing 52 is disposed below the crucible 20 with the inner peripheral surface thereof smoothly connected to the inner peripheral surface of the crucible 20.
冷却装置５４は、銅筐体５２を覆って銅筐体５２を支持する支持部と、その支持部の内部に銅筐体５２の周囲を囲むように配設される冷却水配管５６を有する。冷却装置５４は、図示しない冷却水供給手段から供給された冷却水を冷却水配管５６に循環させて銅筐体５２を冷却することにより、加熱部４２で加熱された成形用材料を所定の冷却速度で冷却する。
銅筐体５４は、熱交換器としての機能を有するものであり、本実施系形態では銅を用いて構成したが、熱伝導率の高い材料を用いて構成されることが好ましい。なお、冷却装置５４は、冷却媒として冷却ガスを用いるものでもよい。
The cooling device 54 includes a support portion that covers the copper housing 52 and supports the copper housing 52, and a cooling water pipe 56 that is disposed inside the support portion so as to surround the copper housing 52. The cooling device 54 circulates cooling water supplied from a cooling water supply means (not shown) to the cooling water pipe 56 to cool the copper casing 52, thereby cooling the molding material heated by the heating unit 42 to a predetermined temperature. Cool at speed.
The copper casing 54 has a function as a heat exchanger and is configured using copper in the present embodiment, but is preferably configured using a material having high thermal conductivity. The cooling device 54 may use a cooling gas as a cooling medium.
パンチ３４は、円柱状の部材であり、その円柱の中心軸が坩堝２０の中心軸と一致するように配置される。また、パンチ３４は、その中心軸と直行する方向、すなわち水平方向の断面の形状が、坩堝２０の中空部の断面形状と略一致するように設けられる。また、パンチ３４は、坩堝２０とは反対側の端部、すなわち上方の端部が移動手段３６に接続されており、鉛直方向に移動可能に構成されている。つまり、パンチ３４は、その円筒の外周面が坩堝２０の内周面に滑らか接触した状態で坩堝２０の中空部に挿通され、移動手段３６により鉛直方向に移動可能に構成される。
移動手段３６としては、油圧シリンダ、空気圧シリダ等を用いることができる。
なお、パンチ３４は、先端部に坩堝２０の延在方向と直交方向の断面と略同形状の押圧部材と、この押圧部材と移動手段３６とを接続して押圧部材を坩堝２０の延在方向に移動させるロッドとを備え、押圧部材が坩堝２０内周面に滑らかに接触した常態で移動可能に構成されるものでもよい。
The punch 34 is a columnar member, and is arranged so that the center axis of the column coincides with the center axis of the crucible 20. Further, the punch 34 is provided so that the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis, that is, the horizontal direction, substantially matches the cross-sectional shape of the hollow portion of the crucible 20. Further, the end of the punch 34 opposite to the crucible 20, that is, the upper end is connected to the moving means 36, and is configured to be movable in the vertical direction. That is, the punch 34 is inserted into the hollow portion of the crucible 20 with the outer peripheral surface of the cylinder in smooth contact with the inner peripheral surface of the crucible 20, and is configured to be movable in the vertical direction by the moving means 36.
As the moving means 36, a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder or the like can be used.
Note that the punch 34 has a pressing member connected to the tip of the pressing member having substantially the same shape as the cross-section orthogonal to the extending direction of the crucible 20 and the pressing member and the moving means 36 to connect the pressing member to the extending direction of the crucible 20. And a rod that is moved in a normal state, and the pressing member is configured to be movable in a normal state in which the pressing member smoothly contacts the inner peripheral surface of the crucible 20.
ダイス３８は、円柱状の部材であり、その円柱の中心軸が銅筐体３８および坩堝２０の中心軸と一致するように配置される。また、ダイス３８は、その中心軸と直行する方向、すなわち水平方向の断面の形状が、銅筐体３８および坩堝２０の中空部の断面形状と略一致するように設けられる。また、ダイス３８は、坩堝２０とは反対側の端部、すなわち下方の端部が移動手段４０に接続されており、鉛直方向に移動可能に構成されている。つまり、ダイス３８は、その円筒の外周面が坩堝２０（および／または銅筐体３８）の内周面に滑らか接触した状態で坩堝２０（および／または銅筐体３８）の中空部に挿通され、移動手段４０により鉛直方向に移動可能に構成される。
なお、ダイス３８は、先端部に坩堝２０の延在方向と直交方向の断面と略同形状の押圧部材と、この押圧部材と移動手段３６とを接続して押圧部材を坩堝２０の延在方向に移動させるロッドとを備え、押圧部材が坩堝２０内周面に滑らかに接触した常態で移動可能に構成されるものでもよい。
The die 38 is a cylindrical member, and is arranged so that the center axis of the cylinder coincides with the center axis of the copper casing 38 and the crucible 20. The die 38 is provided so that the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the central axis, that is, in the horizontal direction, substantially matches the cross-sectional shape of the hollow portion of the copper casing 38 and the crucible 20. Further, the end of the die 38 opposite to the crucible 20, that is, the lower end thereof is connected to the moving means 40, and is configured to be movable in the vertical direction. That is, the die 38 is inserted into the hollow portion of the crucible 20 (and / or the copper casing 38) in a state where the outer peripheral surface of the cylinder is in smooth contact with the inner peripheral surface of the crucible 20 (and / or the copper casing 38). The moving means 40 is configured to be movable in the vertical direction.
Note that the die 38 has a pressing member having a substantially the same shape as the cross section perpendicular to the extending direction of the crucible 20 at the tip, and the pressing member and the moving means 36 connected to each other to connect the pressing member to the extending direction of the crucible 20. And a rod that is moved in a normal state, and the pressing member is configured to be movable in a normal state in which the pressing member smoothly contacts the inner peripheral surface of the crucible 20.
ここで、ダイス３８は、その上方の先端を坩堝２０の中空部に挿入した状態で、鋳型ユニット２２を下から支持し、坩堝２０中空部における鋳型ユニット２２の鉛直方向の位置を固定する。
また、パンチ３６は、ダイス３８に支持された鋳型ユニット２２の上方に配置され、加熱部により加熱されて溶融された、非晶質金属材料８の溶湯を上方から所定の圧力で加圧して、鋳型ユニット２２の内部に圧入し、後述する鋳型ユニット２２のキャビティの細部にわたって含浸させる。
また、パンチ３６およびダイス３８は、鋳型ユニット２２を挟持した状態で、坩堝２０および銅筐体５２の内部を鉛直方向に移動させる。パンチ３６およびダイス３８は、鋳型ユニット２２を銅筐体５２の中空部に移動させることができるように構成される。
Here, the die 38 supports the mold unit 22 from below with its upper end inserted into the hollow part of the crucible 20 and fixes the vertical position of the mold unit 22 in the hollow part of the crucible 20.
The punch 36 is disposed above the mold unit 22 supported by the die 38, and pressurizes the molten metal of the amorphous metal material 8 that has been heated and melted by the heating unit with a predetermined pressure from above. It press-fits inside the mold unit 22 and impregnates the details of the cavity of the mold unit 22 described later.
The punch 36 and the die 38 move the crucible 20 and the copper casing 52 in the vertical direction while holding the mold unit 22 therebetween. The punch 36 and the die 38 are configured so that the mold unit 22 can be moved to the hollow portion of the copper casing 52.
図２に鋳型ユニット２２の概略構造を示す。図２（Ａ）は、鋳型ユニット２２の概略構造を示す上面図であり、図２（Ｂ）は、鋳型ユニット２２の概略構造を示す鉛直方向の断面図である。鋳型ユニット２２は、キャビティに成形用材料８の溶湯を含浸されて、所望の形状に成形するものであり、外部鋳型２２ａおよび内部鋳型２２ｂからなる鋳型と、ホルダ２６と、支持台２８と、支持蓋３０とを有する。 FIG. 2 shows a schematic structure of the mold unit 22. 2A is a top view showing a schematic structure of the mold unit 22, and FIG. 2B is a vertical sectional view showing the schematic structure of the mold unit 22. The mold unit 22 is formed by impregnating a cavity with a melt of the molding material 8 and molding the mold into a desired shape. The mold unit 22 includes a mold including an external mold 22a and an internal mold 22b, a holder 26, a support base 28, and a support. And a lid 30.
外部鋳型２２ａは、内部に中空部を有する円柱状の部材であり、その内周面の形状を、成形用材料８に転写させることにより成形用材料８の外周面形状を成形する型である。
本実施形態において、外部鋳型２２ａの内周面が歯車形状である。また、外部鋳型２２ａは、断面における所定の角度（本実施形態では９０°）毎に分割可能に構成され、いわゆる、割り型となっている。なお、本実施形態では、４分割としているがこれに限定されず、２分割のものであってもよい。
内部鋳型２２ｂは、外部鋳型２２ａの中心軸上に配置され、成形材料８の水平方向の断面における内周面形状を成形する型である。本実施形態では、内部鋳型２２ｂは、円柱形状を有する。
外部鋳型２２ａおよび内部鋳型２２ｂは、窒化ホウ素や、石英材料や各種のセラミック材料等で、成形用材料８よりも高融点の耐熱性を有する材料を用いて形成することができるが、本実施形態では、後述する高周波誘導加熱による加熱手段により加熱されるセラミック材料を用いるのが好ましい。これにより、後述する加熱手段により鋳型を加熱することができる。なお、高周波誘導加熱により加熱可能なカーボン等のサセプターを用いて外部鋳型２２ａおよび内部鋳型２２ｂを加熱するように構成してもよい。例えば、サセプターは、外部鋳型２２ａの周囲に配置すればよい。
The external mold 22a is a columnar member having a hollow portion inside, and is a mold that forms the outer peripheral surface shape of the molding material 8 by transferring the shape of the inner peripheral surface thereof to the molding material 8.
In the present embodiment, the inner peripheral surface of the external mold 22a has a gear shape. Further, the external mold 22a is configured to be divided at predetermined angles (90 ° in the present embodiment) in the cross section, and is a so-called split mold. In this embodiment, four divisions are used, but the present invention is not limited to this, and two divisions may be used.
The inner mold 22b is a mold that is arranged on the central axis of the outer mold 22a and molds the inner peripheral surface shape of the molding material 8 in the horizontal section. In the present embodiment, the internal mold 22b has a cylindrical shape.
The external mold 22a and the internal mold 22b can be formed using a material having a higher melting point than the molding material 8, such as boron nitride, quartz material, or various ceramic materials. Then, it is preferable to use a ceramic material heated by a heating means by high frequency induction heating described later. Thereby, a casting_mold | template can be heated with the heating means mentioned later. The external mold 22a and the internal mold 22b may be heated using a susceptor such as carbon that can be heated by high-frequency induction heating. For example, the susceptor may be disposed around the external mold 22a.
支持台２８は、円柱形状の部材であり、その円形の断面が、外部鋳型２２ｂの延在方向と直行する方向の断面と同一となるように形成されている。この支持台２８は、その中心軸が、外部鋳型２２ａの中心軸と一致するように鋳型の下方に配置され、鋳型を支持する。
また、支持台２８の中心には、貫通穴が形成されている。この貫通穴は、内部鋳型２２ｂを挿通させ、内部鋳型２２ｂの下側の一端を保持する。なお、貫通穴の断面形状は、内部鋳型２２ｂの断面形状に応じて決定すればよく、これにより内部鋳型２２ｂの下側の一端を確実に保持することができる。
なお、本実施形態では、支持台２８を貫通する穴としたが、貫通しない凹部であってもよく、内部鋳型２２ｂの下側の一端を保持することができればよい。
The support base 28 is a cylindrical member, and the circular cross section thereof is formed to be the same as the cross section in the direction orthogonal to the extending direction of the external mold 22b. The support base 28 is arranged below the mold so that the central axis thereof coincides with the central axis of the external mold 22a, and supports the mold.
A through hole is formed at the center of the support base 28. This through hole allows the inner mold 22b to be inserted and holds the lower end of the inner mold 22b. In addition, the cross-sectional shape of the through hole may be determined according to the cross-sectional shape of the internal mold 22b, so that the lower end of the internal mold 22b can be reliably held.
In the present embodiment, the hole that penetrates the support base 28 is used, but a recess that does not penetrate may be used as long as the lower end of the internal mold 22b can be held.
ホルダ２６は、円柱状の中空部を有する管状部材であり、延在方向の両端が開口している。このホルダ２６は、その内周面が、外部鋳型２２ａおよび支持台２８の外周面と略一致するように形成され、一体に配置された外部鋳型２２ａおよび支持台２８を保持する。すなわち、ホルダは、鋳型を保持する筐体であり、これにより、割り型である外部鋳型２２ａにずれが生じることを防止できる。 The holder 26 is a tubular member having a cylindrical hollow portion, and both ends in the extending direction are open. The holder 26 is formed so that the inner peripheral surface thereof substantially coincides with the outer peripheral surface of the external mold 22a and the support base 28, and holds the external mold 22a and the support base 28 that are arranged integrally. In other words, the holder is a housing that holds the mold, thereby preventing the external mold 22a that is a split mold from being displaced.
保持蓋３０は、支持台２８が配置された方とは反対側のホルダ２６の端部、すなわち上側の端部に配置され、内部鋳型２２ｂの上側の端部を保持するものである。
保持蓋３０は、外周面の断面形状が円形であり、円柱状の外形をし、その中心軸上には、内部鋳型２２ｂの一端を保持する穴が形成されている。保持蓋３０は、この穴に内部鋳型２２ａの一端を挿通させて内部鋳型２２ａを保持する。
また、保持蓋３０は、その中心軸に平行に、開口３０ａが形成されている。この開口３０ａは、成形用材料８の溶湯を鋳型ユニット２２の内部（キャビティ）に圧入（含浸）させるための溶湯の流路である。
The holding lid 30 is arranged at the end of the holder 26 opposite to the side where the support 28 is arranged, that is, the upper end, and holds the upper end of the internal mold 22b.
The holding lid 30 has a circular cross-sectional shape on the outer peripheral surface, has a cylindrical outer shape, and a hole for holding one end of the internal mold 22b is formed on the central axis thereof. The holding lid 30 holds the internal mold 22a by inserting one end of the internal mold 22a through this hole.
The holding lid 30 has an opening 30a parallel to the central axis thereof. The opening 30 a is a melt flow path for press-fitting (impregnating) the melt of the molding material 8 into the interior (cavity) of the mold unit 22.
このように、鋳型ユニット２２は、外部鋳型２２ａ、支持台２８および保持蓋３０がホルダ２６によって一体に支持される。さらに、内部鋳型２２ｂが支持台２８および保持蓋３０によって保持されて外部鋳型の中心軸上に配置される。このように構成された鋳型ユニット２２において、外部鋳型２２ａと内部鋳型２２ｂとの間には、成形品を製造するためのキャビティ２３が形成される。本実施形態では、キャビティ２３は、長尺の外歯車の形状を有する。
成形装置１０は、このキャビティ２３に成形用材料８の溶湯を圧入し、含浸させて、キャビティ２３の構造を転写させることにより、成形用材料８を成形する。これについては後に説明する。
本実施形態の成形装置１０は、基本的に以上のように構成される。
Thus, in the mold unit 22, the external mold 22 a, the support base 28 and the holding lid 30 are integrally supported by the holder 26. Further, the inner mold 22b is held by the support base 28 and the holding lid 30 and arranged on the central axis of the outer mold. In the mold unit 22 configured as described above, a cavity 23 for manufacturing a molded product is formed between the outer mold 22a and the inner mold 22b. In the present embodiment, the cavity 23 has the shape of a long external gear.
The molding apparatus 10 molds the molding material 8 by press-fitting and impregnating a molten metal of the molding material 8 into the cavity 23 to transfer the structure of the cavity 23. This will be described later.
The molding apparatus 10 of the present embodiment is basically configured as described above.
以下、この成形装置１０の作用を説明すると共に、本発明に係る金属ガラスの成形方法について説明する。
なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態における金属ガラスの成形工程を説明するための工程図である。
Hereinafter, the operation of the molding apparatus 10 will be described, and the metal glass molding method according to the present invention will be described.
3A to 3C are process diagrams for explaining a metal glass forming process in the present embodiment.
本発明において、金属ガラスの成形品を製造するための、金属ガラス成形用材料８としては、予め形成された各種の金属ガラス合金を用いることができる。金属ガラス合金としては、例えば、Ｚｒ基、Ｔｉ基、Ｎｉ基、Ｆｅ基、Ｃｕ基などの金属ガラス合金やＴｉ−Ｓｎ系金属ガラスを用いることができる。
なお、本実施形態では、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ｎｉ５Ａｌ１０であらわされる合金を用いる。この金属ガラス合金は、臨界冷却速度が低く、ガラス成形能が高いため、容易にかつ安定して金属ガラスバルクを形成できる。また、溶融状態での鋳型材料との反応性も小さく、鋳型を用いて金属ガラス合金を成形するための成形用材料として好適に用いることができる。
In the present invention, various metal glass alloys formed in advance can be used as the metal glass molding material 8 for producing a molded product of metal glass. As the metal glass alloy, for example, a metal glass alloy such as a Zr group, a Ti group, a Ni group, a Fe group, or a Cu group, or a Ti—Sn based metal glass can be used.
In the present embodiment, an alloy represented by Zr 55 Cu 30 Ni 5 Al 10 is used. Since this metallic glass alloy has a low critical cooling rate and a high glass forming ability, a metallic glass bulk can be formed easily and stably. Moreover, the reactivity with the mold material in a molten state is small, and it can be suitably used as a molding material for molding a metal glass alloy using a mold.
まず、ダイス５２の鉛直方向の位置を調整して、鋳型ユニット２２を坩堝２０の中空部に配置し、さらに、成形用材料８を鋳型ユニット２２の上方の配置位置（図１参照）に配置する。
このとき、鋳型ユニット２２は、図３（Ａ）に示すように、内部鋳型２２ｂが外部鋳型２２ａの中心軸上に配置された状態である。
本発明の装置では、鋳型ユニット２２として、外部鋳型２２ｂの直径が０．１〜６．０ｍｍのものを用いることができる。本実施形態では一例として、直径が３００μｍのものを使用する。また、本実施形態では、鋳型ユニット２２として、外部鋳型２２ａの長手方向の長さが１５０ｍｍの長尺のものを用いる。
First, the vertical position of the die 52 is adjusted, the mold unit 22 is disposed in the hollow portion of the crucible 20, and the molding material 8 is disposed at an arrangement position above the mold unit 22 (see FIG. 1). .
At this time, as shown in FIG. 3A, the mold unit 22 is in a state where the internal mold 22b is disposed on the central axis of the external mold 22a.
In the apparatus of the present invention, a mold unit 22 having an outer mold 22b with a diameter of 0.1 to 6.0 mm can be used. In the present embodiment, as an example, one having a diameter of 300 μm is used. In the present embodiment, as the mold unit 22, a long one having a length of 150 mm in the longitudinal direction of the external mold 22a is used.
次に、真空チャンバ１２内部を排気手段１４で真空に排気した後に、アルゴン等の不活性ガスを導入してチャンバ内部を不活性ガス雰囲気とする。 Next, after the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated by the exhaust means 14, an inert gas such as argon is introduced to make the inside of the chamber an inert gas atmosphere.
次に、加熱部４２の高周波電源４６に電源を印加してコイル４４に高周波電流を供給し、高周波誘導加熱により坩堝２０の中空部内に配置された成形用材料８を加熱し、溶融させる。 Next, a power is applied to the high frequency power supply 46 of the heating unit 42 to supply a high frequency current to the coil 44, and the molding material 8 disposed in the hollow portion of the crucible 20 is heated and melted by high frequency induction heating.
次に、上方からパンチ２２で溶融した成形材料８（以下、溶湯８ともいう）を押圧し、鋳型ユニット２２の上端の開口３０ａ（図２参照）を介してキャビティ２３内へ溶湯を圧入する。本実施形態では、一例として、パンチ３４は、１５ＭＰａ程度の圧力を溶湯に付与しつつ、２〜３００ｍｍ／ｍｉｎで移動して、溶湯を圧入する。
このように、加熱部４２で成形用材料８を加熱しながら、パンチ３４で鋳型ユニット２２のキャビティ２３内に圧入させることにより、図３（ｂ）示すように、キャビティ２３内の細部にわたるまで、溶湯を十分に含浸させることができる。
Next, the molding material 8 (hereinafter also referred to as molten metal 8) melted by the punch 22 is pressed from above, and the molten metal is pressed into the cavity 23 through the opening 30a (see FIG. 2) at the upper end of the mold unit 22. In this embodiment, as an example, the punch 34 moves at 2 to 300 mm / min while applying a pressure of about 15 MPa to the molten metal, and press-fits the molten metal.
In this way, while the molding material 8 is heated by the heating unit 42, the punch 34 is press-fitted into the cavity 23 of the mold unit 22, and as shown in FIG. The molten metal can be sufficiently impregnated.
溶湯８をキャビティ２３内に十分に含浸させた後、次いで、パンチ３４およびダイス３６で鋳型ユニット２２を挟持した状態で、鋳型ユニット２２を銅筐体５２の中空部に収まる位置（すなわち、冷却位置）まで移動させる。鋳型ユニット２２は、銅筐体５２と接触して所定の冷却速度で冷却（急冷）され、これにより、溶融していた成形用材料８が凝固し、キャビティ２３の形状（本実施形態では、歯車）に金属ガラスが成形される。 After the molten metal 8 is sufficiently impregnated in the cavity 23, the mold unit 22 is then placed in the hollow portion of the copper casing 52 (that is, the cooling position) with the mold unit 22 held between the punch 34 and the die 36. ). The mold unit 22 comes into contact with the copper casing 52 and is cooled (rapidly cooled) at a predetermined cooling rate, whereby the molten molding material 8 is solidified to form the shape of the cavity 23 (in this embodiment, the gear). ) Is formed into a metallic glass.
次に、鋳型ユニット２２を成形装置１０から取り出して、図３（Ｃ）に示すように、所望の形状に成形された金属ガラス成形品９から、外部鋳型２２ａを外して、内部鋳型２２ｂを除去し、金属ガラス成形品９を得る。
なお、本実施形態では、ショットピーニングや機械加工等の方法を用いて内部鋳型２２ｂを除去する。
Next, the mold unit 22 is taken out from the molding apparatus 10, and as shown in FIG. 3C, the external mold 22a is removed from the metal glass molded product 9 molded into a desired shape, and the internal mold 22b is removed. As a result, a metal glass molded product 9 is obtained.
In the present embodiment, the internal mold 22b is removed using a method such as shot peening or machining.
本実施形態の成形装置１０を金属ガラスの成形方法によると、加熱しながら鋳型に圧入（含浸）させることにより、含浸時に、成形材料８を溶融させた状態に維持することができ、キャビティ２３の内部に溶湯を確実に含浸させることができる。 According to the metal glass molding method of the molding apparatus 10 of the present embodiment, the molding material 8 can be maintained in a molten state during the impregnation by being press-fitted (impregnated) into the mold while being heated. The molten metal can be reliably impregnated inside.
ここで、下記の数式１は、溶融させた金属ガラス合金を隙間に圧入（含浸）させるときの、含浸深さｈ、隙間の直径Ｄ、溶融金属（液体）の粘性η、充填時間ｔ、含浸させる溶融金属（液体）へＰｔおよび液体・気体間の表面エネルギγＬＶの関係を示す。
上記数式１から、溶融した金属ガラス合金を１μｍの隙間にも充填できることがわかる。すなわち、１μｍ程度の隙間を有する鋳型であっても、そのキャビティに溶融した金属ガラス合金を含浸させることができる。したがって、本実施形態のように、外径が３００μｍの微細な歯車形状を有する鋳型であっても、その内部（キャビティ２３）に溶湯を確実に含浸させることができる。すなわち、微細化した金属ガラス成形品を製造することができる。 From the above formula 1, it can be seen that the molten metal glass alloy can be filled in a gap of 1 μm. That is, even a mold having a gap of about 1 μm can be impregnated with a molten metal glass alloy in its cavity. Therefore, even in a mold having a fine gear shape with an outer diameter of 300 μm as in this embodiment, the inside (cavity 23) can be reliably impregnated with the molten metal. That is, a refined metal glass molded product can be produced.
また、本実施形態によれば、成形用材料８の配置位置と鋳型ユニット２２の配置位置にある成形用材料８を同時に加熱する、すなわち、成形用材料８および鋳型を同時に加熱することにより、含浸時に、金属ガラス合金の成形材料８を溶融させた状態に維持することができるので、キャビティ２３に溶融した金属ガラス合金を確実に含浸させることができる。また、長尺の鋳型を用いても、確実に溶湯を含浸することができ、長尺の金属ガラス成形品（本実施形態の装置では、長尺の歯車）を製造ことができ、この成形品を長手方向と直交する方向に裁断することにより、同一の断面形状の部材を複数得ることができる。すなわち、同一の断面形状を有する微細化した金属ガラス成形品を高い生産性で製造することができる。 Further, according to the present embodiment, impregnation is performed by simultaneously heating the molding material 8 at the arrangement position of the molding material 8 and the arrangement position of the mold unit 22, that is, by simultaneously heating the molding material 8 and the mold. Occasionally, the molding material 8 of the metal glass alloy can be maintained in a melted state, so that the cavity 23 can be reliably impregnated with the molten metal glass alloy. Further, even if a long mold is used, the molten metal can be reliably impregnated, and a long metal glass molded product (a long gear in the apparatus of this embodiment) can be manufactured. Is cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction, a plurality of members having the same cross-sectional shape can be obtained. That is, a miniaturized metal glass molded product having the same cross-sectional shape can be manufactured with high productivity.
また、加熱しながらキャビティ２３内部に溶湯を確実に含浸させた後に、溶湯を含浸させた鋳型ユニット２２と溶融した成形用材料８を同時に冷却（急冷）することができるため、非晶質率が非常に高く、高品質な金属ガラス成形品を製造することができる。特に本発明の装置では、加熱位置と冷却位置が並設されており、加熱位置で溶湯が含浸された鋳型ユニットを下方の冷却位置に容易に移動させることができ、高品質の微細な金属ガラス成形品を容易に製造することができる。 In addition, since the molten metal is surely impregnated into the cavity 23 while heating, the mold unit 22 impregnated with the molten metal and the molten molding material 8 can be cooled (rapidly cooled) at the same time. Very high and high quality metal glass moldings can be produced. Particularly in the apparatus of the present invention, the heating position and the cooling position are arranged side by side, and the mold unit impregnated with the molten metal at the heating position can be easily moved to the lower cooling position, and a high-quality fine metallic glass A molded product can be manufactured easily.
また、金属ガラス合金を材料としてい用いることにより、上述のように、微細な鋳型であってもよく含浸させることができる。さらに、金属ガラスは、高い転写性をもち、通常の金属よりも熱膨張・収縮が小さい。したがって、微細化された鋳型を用いても、非常に高い寸法精度で金属ガラス成形品を製造することができる。また、鋳型を高精度に製作することにより、鋳造後の金属ガラス成形品に表面研磨等の加工を別に行う必要がなく、金属ガラス成形品の製造工程を短縮することができる。すなわち、本発明は、微細化された金属ガラス成形品を量産するのに好適に用いることができる。 Further, by using a metal glass alloy as a material, even a fine mold can be impregnated as described above. Furthermore, the metallic glass has high transferability and has a smaller thermal expansion / contraction than ordinary metals. Therefore, even if a miniaturized mold is used, a metal glass molded product can be manufactured with very high dimensional accuracy. In addition, by manufacturing the mold with high accuracy, it is not necessary to separately perform processing such as surface polishing on the cast metal glass molded product, and the manufacturing process of the metal glass molded product can be shortened. That is, this invention can be used suitably for mass-producing the refined metal glass molded product.
本発明では、上述のように、成形用材料である金属ガラス合金と鋳型を同時に加熱しながら溶融した金属ガラス合金を鋳型に含浸させた後に、この鋳型と溶融した金属ガラス合金を同時に急冷することにより、微細化された鋳型であってもその細部にまで溶融した金属ガラス合金を含浸させることができ、高い精度で鋳型（キャビティ）形状を転写させることができるので、微細な金属ガラス成形品を高い寸法精度で得ることができる。 In the present invention, as described above, the metal glass alloy that is a molding material and the mold are impregnated with the molten metal glass alloy while simultaneously heating the mold, and then the mold and the molten metal glass alloy are simultaneously quenched. This makes it possible to impregnate even a refined mold with a molten metal glass alloy and transfer the mold (cavity) shape with high accuracy. It can be obtained with high dimensional accuracy.
ここで、上記実施形態では、長尺の外歯車を成形するための鋳型を用いて金属ガラスの成形を行うとしたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、図４に示すように、長尺の内歯車の金属ガラス成形品を得るための鋳型を用いてもよい。この場合、図４（Ａ）に示すように、外部鋳型２２ａのかわりに、円柱状の中空部を有する円筒状の外部鋳型６２ａを、内部鋳型２２ｂのかわりに、長尺の外歯車形状の内部鋳型６２ｂを用いて、キャビティ６３を形成する。このキャビティ６３に溶融した成形用材料８を含浸させ、含浸された成形用材料８を冷却して長尺の内歯車６４を成形した後に（図４（Ｂ）参照）、成形された長尺の内歯車６４を取り出す（図４（Ｃ）参照）。
Here, in the said embodiment, although the metal glass was shape | molded using the casting_mold | template for shape | molding a long external gear, this invention is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 4, you may use the casting_mold | template for obtaining the metal glass molded product of a long internal gear. In this case, as shown in FIG. 4A, instead of the external mold 22a, a cylindrical external mold 62a having a columnar hollow portion is used instead of the internal mold 22b. The cavity 63 is formed using the mold 62b. After the molten molding material 8 is impregnated into the cavity 63 and the impregnated molding material 8 is cooled to form a long internal gear 64 (see FIG. 4B), the molded long The internal gear 64 is removed (see FIG. 4C).
また、図５に示すように、長尺のネジの金属ガラス成形品を得るための鋳型を用いてもよい。この場合、図５（Ａ）に示すように、外部鋳型２２ａのかわりに、ネジ成形用の凹凸を有する外部鋳型７２ａを用いてキャビティ７３を形成する。このキャビティ７３に溶融した成形用材料８を含浸させ（図５（Ｂ）参照）、含浸された成形用材料８を冷却して長尺のネジ形状に成形した後に、成形された長尺のネジ７４を取り出す。 Moreover, as shown in FIG. 5, you may use the casting_mold | template for obtaining the metal glass molded product of a elongate screw. In this case, as shown in FIG. 5A, a cavity 73 is formed by using an external mold 72a having irregularities for screw forming instead of the external mold 22a. The cavity 73 is impregnated with the molten molding material 8 (see FIG. 5B), the impregnated molding material 8 is cooled and molded into a long screw shape, and then the molded long screw is formed. 74 is taken out.
このように、本発明によれば、種々の断面形状を有する長尺の金属ガラス成形品を、高品質かつ高い生産性で製造することができる。なお、本発明は、上記以外にも、パイプ、ワイヤ、ラックおよび棒等の形状を有する長尺の金属ガラス成形品の製造にも好適に適用することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to manufacture long metal glass molded articles having various cross-sectional shapes with high quality and high productivity. In addition to the above, the present invention can also be suitably applied to the production of long metal glass molded products having shapes such as pipes, wires, racks, and bars.
ここで、上述の装置において、溶融させた金属ガラス成形用材料（溶湯）を圧入、含浸させる際に、坩堝の外部に溶湯が漏れる現象、すなわち湯漏れが発生すると、溶湯に圧力を十分に付与できなかったり、坩堝から漏れ出た金属ガラスが凝固してパンチが固定されたりする場合ある。 Here, when the molten metal glass molding material (molten metal) is press-fitted and impregnated in the above-mentioned apparatus, when the molten metal leaks outside the crucible, that is, when the molten metal leaks, sufficient pressure is applied to the molten metal. In some cases, the metal glass leaked from the crucible solidifies and the punch is fixed.
これに対して、図６（Ａ）に示すように、パンチ３４と成形用材料８との間に、坩堝２０の中空部に一致するスペーサ８０を配置する。このスペーサ８０は、炭素製のテーパ形状を有するバネ（例えば、炭素製のシートをテーパ状に巻いた形状を有するもの）であり、テーパの中心軸方向から上下に押圧されて中心軸と直交する方向に広がり、これにより坩堝２０の内周面に密着して湯漏れを防止する。なお、スペーサ８０は、成形用材料よりも高融点であり、溶融した成形用材料との反応性が低い炭素等の材料で形成されるのが好ましい。
また、図６（Ｂ）に示すように、スペーサ８０のかわりに炭素粉末８２を配置してもよく、同様に、坩堝２０からの湯漏れを防止することができる。
また、図６（Ｃ）に示すように、湯漏れした金属ガラスを凝固させることで、パンチ３４と坩堝２０との隙間をシールすることもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 6A, a spacer 80 corresponding to the hollow portion of the crucible 20 is disposed between the punch 34 and the molding material 8. The spacer 80 is a spring having a taper shape made of carbon (for example, one having a shape in which a carbon sheet is wound in a taper shape), and is pressed up and down from the central axis direction of the taper to be orthogonal to the central axis. It spreads in the direction, thereby closely contacting the inner peripheral surface of the crucible 20 and preventing leakage of hot water. The spacer 80 is preferably formed of a material such as carbon that has a higher melting point than the molding material and has a low reactivity with the molten molding material.
Further, as shown in FIG. 6B, carbon powder 82 may be disposed instead of the spacer 80, and similarly, leakage of hot water from the crucible 20 can be prevented.
Further, as shown in FIG. 6C, the gap between the punch 34 and the crucible 20 can be sealed by solidifying the molten metal glass.
なお、図６（Ｄ）に示すように、坩堝２０の内周面にリング８４を配置して、坩堝２０とパンチ３４との隙間をシールして、さらに、コンプレッサ８６で坩堝２０の中空部に不活性ガスを供給して成形用材料８を加圧し、金属材料８をキャビティ内に含浸させるようにしてもよい。
また、図６（Ｅ）に示すように、坩堝２０の上部をリング等のシール部材を有するウィルソンシール等の密閉部材８８で密閉し、鋳型２２の下方から排気手段９０で坩堝２０の中空部内を吸引して、成形用材料８を含浸させるようにしてもよい。
これにより、湯漏れを防止することができる上に、さらに、含浸させる際にパンチと成形用材料が接触することがなく、成形用材料８とパンチとが反応して不純物が発生したりすることがなく、また、パンチの材料の選択性を向上させることもできる。
As shown in FIG. 6 (D), a ring 84 is arranged on the inner peripheral surface of the crucible 20 to seal the gap between the crucible 20 and the punch 34, and further, a compressor 86 is used to close the hollow portion of the crucible 20. An inert gas may be supplied to pressurize the molding material 8 and impregnate the metal material 8 in the cavity.
Further, as shown in FIG. 6E, the upper portion of the crucible 20 is sealed with a sealing member 88 such as a Wilson seal having a sealing member such as a ring, and the inside of the hollow portion of the crucible 20 is evacuated from the lower side of the mold 22 by the exhaust means 90. The molding material 8 may be impregnated by suction.
As a result, leakage of hot water can be prevented, and further, when impregnating, the punch and the molding material do not come into contact, and the molding material 8 and the punch react to generate impurities. In addition, the selectivity of the punch material can be improved.
また、図６（Ｆ）で示すように、坩堝２０の上部にネジを切り、またネジシャフト９２を回転させながら成形用材料８を圧入するように構成してもよい。このように構成すると、ネジシャフト９２を回転させることにより、湯漏れが生じてもネジシャフト９２が固定されることを防止することができる。 Further, as shown in FIG. 6 (F), the molding material 8 may be press-fitted while cutting a screw at the upper part of the crucible 20 and rotating the screw shaft 92. If comprised in this way, it can prevent that the screw shaft 92 is fixed by rotating the screw shaft 92, even if a hot water leak arises.
以下、本発明の成形装置の他の実施形態について説明する。
図７に、本発明の他の実施形態に係る成形装置１１０の主要部である成形装置本体１１１を示す。
成形装置本体１１１は、坩堝２０と、鋳型ユニット２２と、加熱部のコイル４４と、冷却水噴射ノズル１１４と、冷却水回収手段１１６を有し、上述の成形装置本体１１と同様に、排気手段および不活性ガス導入手段を有する真空チャンバ内に配設される。
なお、成形装置１０と同一の部材については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
Hereinafter, other embodiments of the molding apparatus of the present invention will be described.
FIG. 7 shows a molding apparatus main body 111 which is a main part of the molding apparatus 110 according to another embodiment of the present invention.
The molding apparatus main body 111 includes the crucible 20, the mold unit 22, the heating unit coil 44, the cooling water injection nozzle 114, and the cooling water recovery means 116, and the exhaust means similar to the molding apparatus main body 11 described above. And in a vacuum chamber having an inert gas introduction means.
In addition, about the member same as the shaping | molding apparatus 10, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.
坩堝２０は、その中心軸が鉛直方向に一致するように配置される。坩堝２０の中空部の下端には鋳型ユニット２２（および鋳型ユニット２２の上方に配置される成形用材料８）を支持する支持部材１１２が配設されている。この坩堝２０の周囲に、坩堝２０を囲むように加熱手段のコイル４４が巻設される。このコイル４４は、図示しない高周波電源に接続されている。 The crucible 20 is arranged so that its central axis coincides with the vertical direction. A support member 112 that supports the mold unit 22 (and the molding material 8 disposed above the mold unit 22) is disposed at the lower end of the hollow portion of the crucible 20. A coil 44 of heating means is wound around the crucible 20 so as to surround the crucible 20. The coil 44 is connected to a high frequency power source (not shown).
本実施形態では、溶融した成形用材料８をガス加圧を用いて鋳型ユニット２２のキャビティに圧入する、図示しない加圧手段を有する。この加圧手段は、坩堝２０の上方か不活性ガスを供給するガス供給配管、加圧するコンプレッサおよびガス供給源等を備え、所定の圧力を溶湯に付与し、キャビティに溶湯を含浸させる。 In the present embodiment, there is a pressurizing means (not shown) that presses the molten molding material 8 into the cavity of the mold unit 22 using gas pressurization. This pressurizing means includes a gas supply pipe for supplying an inert gas above the crucible 20, a compressor for pressurization, a gas supply source, and the like, and applies a predetermined pressure to the molten metal so that the cavity is impregnated with the molten metal.
また、本実施形態では、冷却水噴霧ノズル（以下、ノズルとする）１１４が配設される。ノズル１１４は、坩堝２０の側方に、坩堝２０を挟んで対を成して配設され、図７の点線で示すように坩堝２０の略全面に向かって、図示しない冷却水の供給手段から供給される冷却水を噴霧して、坩堝２０を冷却（急冷）する冷却手段である。
坩堝２０の下方には、冷却水回収手段（以下、回収手段とする）１１６が配設されている。回収手段１１６は、ノズル１１４から噴霧され、坩堝２０やコイル４４に沿って落ちてくる冷却水を回収する。回収手段１１６は図示しない冷却水経路を備え、回収した冷却水を冷却手段の冷却水供給手段に送って、冷却水を再利用するように構成してもよい。
In the present embodiment, a cooling water spray nozzle (hereinafter referred to as a nozzle) 114 is provided. The nozzles 114 are disposed in pairs on the side of the crucible 20 with the crucible 20 interposed therebetween, and from a cooling water supply means (not shown) toward substantially the entire surface of the crucible 20 as indicated by a dotted line in FIG. This is a cooling means for spraying the supplied cooling water to cool (rapidly cool) the crucible 20.
Below the crucible 20, cooling water recovery means (hereinafter referred to as recovery means) 116 is disposed. The recovery means 116 recovers the cooling water sprayed from the nozzle 114 and falling along the crucible 20 or the coil 44. The recovery means 116 may be provided with a cooling water path (not shown), and the recovered cooling water may be sent to the cooling water supply means of the cooling means so that the cooling water is reused.
このように構成された本実施形態の成形装置１１０は、まず、鋳型ユニット２２を坩堝２０の中空部に配置し、さらに、成形用材料８を鋳型ユニット２２の上方に配置する。
次に、図示しない真空チャンバ内部を排気手段で真空に排気した後に、アルゴン等の不活性ガスを導入してチャンバ内部を不活性ガス雰囲気とする。
次に、加熱手段の高周波電源（不図示）に電源を印加してコイル４４に高周波電流を供給し、高周波誘導加熱により坩堝２０の中空部内に配置された成形用材料８を加熱し、溶融させる。
In the molding apparatus 110 of the present embodiment configured as described above, first, the mold unit 22 is disposed in the hollow portion of the crucible 20, and further, the molding material 8 is disposed above the mold unit 22.
Next, after the inside of a vacuum chamber (not shown) is evacuated by an evacuation unit, an inert gas such as argon is introduced to make the inside of the chamber an inert gas atmosphere.
Next, a power source is applied to a high frequency power source (not shown) of the heating means to supply a high frequency current to the coil 44, and the molding material 8 disposed in the hollow portion of the crucible 20 is heated and melted by high frequency induction heating. .
次に、加圧手段で、坩堝２０の上方か不活性ガスを供給し、所定の圧力を溶湯に付与し、キャビティに溶湯を圧入する。本実施形態においても、加熱手段で成形用材料８を加熱しながら、溶湯をキャビティ内に圧入させることにより、十分にキャビティ内に溶湯を含浸させることができる。
溶湯をキャビティ内に十分に含浸させた後、加熱手段を停止させるとともに、ノズル１１４から冷却水を噴射して坩堝２０、鋳型ユニット２２および溶湯を冷却する。このとき、溶融した成形用材料が所定の冷却速度で冷却されるように、冷却水の温度や冷却水の噴射量等を適宜設定すればよい。所定の冷却速度で冷却（急冷）され、これにより、溶融していた成形用材料８が凝固し、キャビティの形状が転写され、金属ガラスが成形される。
次に、鋳型ユニット２２を成形装置１１０から取り出して、成形された金属ガラス成形品から鋳型を外して、金属ガラス成形品を得る。
Next, an inert gas is supplied from above the crucible 20 or with a pressurizing means, a predetermined pressure is applied to the molten metal, and the molten metal is pressed into the cavity. Also in the present embodiment, the molten metal can be sufficiently impregnated in the cavity by pressing the molten metal into the cavity while heating the molding material 8 with the heating means.
After the molten metal is sufficiently impregnated in the cavity, the heating means is stopped, and cooling water is injected from the nozzle 114 to cool the crucible 20, the mold unit 22, and the molten metal. At this time, the temperature of the cooling water, the injection amount of the cooling water, etc. may be appropriately set so that the molten molding material is cooled at a predetermined cooling rate. The material is cooled (rapidly cooled) at a predetermined cooling rate, whereby the molten molding material 8 is solidified, the shape of the cavity is transferred, and metallic glass is molded.
Next, the mold unit 22 is taken out from the molding apparatus 110, and the mold is removed from the molded metal glass molded product to obtain a metal glass molded product.
本実施形態の装置においても、同様に、高品質な微細化した金属ガラス成形品を高い生産性で製造することができる。
なお、本実施形態の装置では、ガス加圧による加圧手段を用いることにより、溶融した成形材料８を非接触で圧入させることができる。また、圧入の際に、上述の湯漏れが生じることを防止できる。
Similarly, in the apparatus according to the present embodiment, a high-quality and refined metal glass molded product can be manufactured with high productivity.
In the apparatus of the present embodiment, the molten molding material 8 can be pressed in a non-contact manner by using a pressurizing means by gas pressurization. Moreover, it is possible to prevent the above-described hot water leakage from occurring during press-fitting.
また、本実施形態の装置では、加熱と冷却を同じ位置で行うことができる。すなわち、加熱位置と冷却位置を別に設定する必要がないため、装置サイズを小型化することができる。さらに、加熱位置と冷却位置を別に設定する必要がなく、鋳型ユニットを加熱位置から冷却位置に移動させる移動手段を設ける必要が無く装置構成を簡略化することができ、装置コストを抑えることができる。 Moreover, in the apparatus of this embodiment, heating and cooling can be performed at the same position. That is, since it is not necessary to set the heating position and the cooling position separately, the apparatus size can be reduced. Furthermore, there is no need to set the heating position and the cooling position separately, and there is no need to provide a moving means for moving the mold unit from the heating position to the cooling position, so that the apparatus configuration can be simplified and the apparatus cost can be reduced. .
なお、本実施形態では、坩堝２０の上方から不活性ガスを供給して所定の圧力を溶湯に付与し、圧入する加圧手段を設けたが、これに代えて、坩堝２０の上部を密閉し、坩堝２０の下方から坩堝２０の内部を排気して溶融した成形用材料を吸引してキャビティ２２内に含浸させる排気手段を設けるように構成してもよい。なお、この場合、鋳型ユニット２２の支持台２８に貫通穴を形成してキャビティ２３内を下方から吸引・排気できるように構成してもよい。 In the present embodiment, an inert gas is supplied from above the crucible 20 to apply a predetermined pressure to the molten metal, and a pressurizing means for press-fitting is provided. Instead, the upper portion of the crucible 20 is sealed. In addition, it is possible to provide an evacuation unit that sucks the melted molding material from below the crucible 20 and impregnates it into the cavity 22. In this case, a through hole may be formed in the support base 28 of the mold unit 22 so that the inside of the cavity 23 can be sucked and exhausted from below.
なお、上述のように、金属ガラス合金および鋳型を加熱しつつ、溶融した金属ガラス合金をキャビティに含浸させるため、微細化された鋳型であってもその細部にまで溶融した金属ガラス合金を含浸させることができ、高い精度で鋳型（キャビティ）形状を転写させることができるので、微細な金属ガラス成形品を高い寸法精度で得ることができる。本発明では、上述の形状のキャビティに限定されず、高い精度で形成された各種の形状のキャビティを有する微細な鋳型を作製し、これを用いることにより、各種形状を有する微細な金属ガラス成形品を得ることができる。 In addition, as mentioned above, in order to impregnate the molten metal glass alloy into the cavity while heating the metal glass alloy and the mold, even the miniaturized mold is impregnated with the molten metal glass alloy to the details. Since the mold (cavity) shape can be transferred with high accuracy, a fine metal glass molded product can be obtained with high dimensional accuracy. The present invention is not limited to a cavity having the above-mentioned shape, and a fine metal glass molded product having various shapes is produced by using a fine mold having cavities of various shapes formed with high accuracy. Can be obtained.
一例として、図８には、一方の面に微細な凹凸構造を有する円盤状の鋳型と、この鋳型を収める坩堝を示す。図８（Ａ）は、坩堝の側面から見た図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す坩堝の断面図であり、図８（Ｃ）は鋳型に金属ガラス合金が含浸している状態を示す断面図である。本実施例は、この微細な凹凸構造を転写することにより、デジタルデータを担持する微細な凹凸構造がその表面に形成された金属ガラスの成形品を製造する場合について説明する。 As an example, FIG. 8 shows a disk-shaped mold having a fine concavo-convex structure on one surface and a crucible for storing the mold. FIG. 8A is a view from the side of the crucible, FIG. 8B is a cross-sectional view of the crucible shown in FIG. 8A, and FIG. It is sectional drawing which shows the state which has impregnated. In this example, a case where a metal glass molded product having a fine uneven structure carrying digital data formed on the surface thereof is manufactured by transferring the fine uneven structure will be described.
図示例では、直方体状の外形を有する坩堝１２０の内部に円盤形状の鋳型ユニット１２２が配置されている。坩堝１２０の上方には、開口が形成され、成形用材料が配置される中空部１２４が設けられる。この配置位置１２４から、鋳型ユニット１２２に向かって幅が漸減するように、成形用材料８の溶湯の流路１２６が形成されている。本実施形態では、坩堝１２０は、第１部材１２０ａと第２部材１２０ｂの二つの部材から構成され、円盤形状の鋳型ユニット１２２の円盤の軸方向に分解可能に構成される。 In the illustrated example, a disk-shaped mold unit 122 is disposed inside a crucible 120 having a rectangular parallelepiped outer shape. Above the crucible 120, an opening is formed and a hollow portion 124 in which a molding material is disposed is provided. A melt flow path 126 of the molding material 8 is formed so that the width gradually decreases from the arrangement position 124 toward the mold unit 122. In the present embodiment, the crucible 120 is composed of two members, a first member 120a and a second member 120b, and is configured to be disassembled in the axial direction of the disk of the disk-shaped mold unit 122.
鋳型ユニット１２２は、円盤形状の一方の面を形成する第１鋳型１２２ａと、第１鋳型１２２ａに対向する第２鋳型１２２ｂを有する。図示例では、第１鋳型１２２ａおよび第２鋳型１２２ｂが、円盤形状のキャビティ１２３を形成する。
第１鋳型１２２ａは、微細な凹凸形状が形成され、この凹凸構造を成形用材料に転写することによりデジタルデータを担持する凹凸構造を金属ガラス合金に形成する型である。
第２鋳型は、第１鋳型と対向して配置され、その中心部に円柱形状の突出部と、円盤形状のキャビティ１２３の側面を形成する側壁を有する。
The mold unit 122 includes a first mold 122a that forms one surface of a disk shape, and a second mold 122b that faces the first mold 122a. In the illustrated example, the first mold 122 a and the second mold 122 b form a disk-shaped cavity 123.
The first mold 122a is a mold in which a fine concavo-convex shape is formed, and the concavo-convex structure carrying digital data is formed on the metal glass alloy by transferring the concavo-convex structure to a molding material.
The second mold is disposed to face the first mold, and has a cylindrical protrusion and a side wall forming the side surface of the disk-shaped cavity 123 at the center.
このような坩堝１２０と鋳型ユニット１２２を、例えば、図７に示す成形装置１１０に配置して、上述の方法と同様にして金属ガラス合金を含浸させ（図８（Ｃ）参照）、微細な凹凸構造が形成された、すなわち、デジタルデータが記録された記録媒体である円盤状の金属ガラス合金の成形品を製造することができる。 Such a crucible 120 and a mold unit 122 are arranged, for example, in a molding apparatus 110 shown in FIG. 7, and impregnated with a metal glass alloy in the same manner as described above (see FIG. 8C), and fine irregularities It is possible to manufacture a disk-shaped metal glass alloy molded article having a structure, that is, a recording medium on which digital data is recorded.
本発明によれば、金属ガラス合金材料の高い転写性を利用して、金属ガラス合金を記録媒体の材料として用いることができる。すなわち、高い精度で微細な凹凸構造を形成することができるため、大容量のデジタルデータに対応する凹凸パターンが形成された記録媒体を形成することができる。
また、金属ガラスは、強靭性と耐食性の点でも優れており、記録されたデジタルデータの劣化を防止することができるという点でも好ましい。
According to the present invention, a metal glass alloy can be used as a recording medium material by utilizing the high transferability of the metal glass alloy material. That is, since a fine concavo-convex structure can be formed with high accuracy, a recording medium on which a concavo-convex pattern corresponding to a large amount of digital data can be formed.
Metal glass is also excellent in terms of toughness and corrosion resistance, and is preferable in that it can prevent deterioration of recorded digital data.
なお、坩堝１２０および鋳型ユニット１２２を、成形装置１１０に配置する場合について説明したが、これに限定されず、成形装置１０に配置して金属ガラスの成形をおこなってもよい。この場合、鋳型ユニット１２２は、第１鋳型１２２ａおよび第２鋳型１２２ｂを保持する保持部材を更に備え、坩堝１２０内部を鉛直方向に滑らかに移動可能に構成し、鋳型ユニット１２２のみを冷却部に移動させてもよく、また、坩堝１２０ごと冷却部に移動可能に構成してもよい。 In addition, although the case where the crucible 120 and the mold unit 122 are arrange | positioned in the shaping | molding apparatus 110 was demonstrated, it is not limited to this, You may arrange | position to the shaping | molding apparatus 10 and shape | mold metal glass. In this case, the mold unit 122 further includes a holding member that holds the first mold 122a and the second mold 122b, and is configured so that the inside of the crucible 120 can be smoothly moved in the vertical direction, and only the mold unit 122 is moved to the cooling unit. The crucible 120 may be moved to the cooling unit.
ここで、本発明の成形装置において、複数の鋳型ユニット２２を坩堝２０に鉛直方向に配置することにより、さらに生産性を向上させることができる。また、この複数の鋳型ユニット２２を互いに異なる形状のキャビティを有するものとすることもでき、これにより複数の部品を同時に製造することができる。
なお、複数の鋳型ユニット２２を鉛直方向に配列する場合は、配列された複数の鋳型ユニット２２のうち、少なくとも最も下に配置されもの以外には、支持台２８に溶融した成形用材料を圧入させるための流路を形成する。
Here, in the molding apparatus of the present invention, the productivity can be further improved by arranging the plurality of mold units 22 in the crucible 20 in the vertical direction. Further, the plurality of mold units 22 may have cavities having different shapes, whereby a plurality of parts can be manufactured simultaneously.
When the plurality of mold units 22 are arranged in the vertical direction, the molten molding material is press-fitted into the support base 28 except for at least the lowest one of the arranged mold units 22. Forming a channel for the purpose.
また、上記各実施形態において、真空チャンバ内を不活性ガス雰囲気として、金属ガラスの成形を行ったが、これに限定されず、真空状態（例えば、１０−４Ｔｏｒｒ以下）として行ってもよい。 Further, in each of the above embodiments, the metal glass is formed with the inside of the vacuum chamber as an inert gas atmosphere. However, the present invention is not limited to this, and may be performed in a vacuum state (for example, 10 −4 Torr or less).
以上、本発明に係る金属ガラスの成形装置および金属ガラスの成形方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。 As mentioned above, although the shaping | molding apparatus of the metallic glass and the shaping | molding method of metallic glass which concern on this invention were demonstrated in detail, this invention is not limited to the above embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, Various improvements and changes may be made.
１０、１１０ 金属ガラス成形装置
１１、１１１成形装置本体
１２ 真空チャンバ
１４ 排気手段
１６ ガス導入手段
２０、１２０ 坩堝
２２、１２２ 鋳型ユニット
２２ａ、６２ａ、７２ａ 外部鋳型
２２ｂ、６２ｂ、７２ｂ 内部鋳型
２３、６３、７３ キャビティ
２６ 筐体
２８ 支持台
３０ 支持蓋
３０ａ 開口
３４ パンチ
３６ 移動手段
３８ ダイス
４０ 移動手段
４２ 加熱部
４４ コイル
４６ 高周波電源
５０ 冷却部
５２ 銅筐体
５４ 冷却装置
５６ 冷却水配管
６４ 内歯車（金属ガラス成形品）
７４ ネジ（金属ガラス成形品）
８０ スペーサ
８２ 炭素粉末
８４ リング
８６ コンプレッサ
８８ 密閉部材
９０ 排気手段
９２ ネジシャフト
１１２ 支持部材
１１４ 冷却水噴霧ノズル
１１６ 回収手段
１２２ａ 第１鋳型
１２２ｂ 第２鋳型
１２４ 中空部
１２６ 流路
10, 110 Metal glass forming apparatus 11, 111 Molding apparatus body 12 Vacuum chamber 14 Exhaust means 16 Gas introducing means 20, 120 Crucible 22, 122 Mold unit 22a, 62a, 72a External mold 22b, 62b, 72b Internal mold 23, 63, 73 Cavity 26 Case 28 Support Stand 30 Support Lid 30a Opening 34 Punch 36 Moving Means 38 Dies 40 Moving Means 42 Heating Unit 44 Coil 46 High Frequency Power Supply 50 Cooling Unit 52 Copper Housing 54 Cooling Device 56 Cooling Water Pipe 64 Internal Gear (Metal) Glass molded product)
74 Screw (metal glass molded product)
80 spacer 82 carbon powder 84 ring 86 compressor 88 sealing member 90 exhaust means 92 screw shaft 112 support member 114 cooling water spray nozzle 116 recovery means 122a first mold 122b second mold 124 hollow part 126 flow path
Claims (12)
前記金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱し、前記金属ガラス成形用材料を溶融させ、
前記溶融した金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱しつつ、前記溶融した金属ガラス成形用材料を加圧して前記鋳型に含浸させ、
前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を冷却して、前記溶融した金属ガラス成形用材料を凝固させることを特徴とする金属ガラスの成形方法。 A metal glass molding method for melting a metal glass molding material and molding the molten metal glass molding material using a mold,
Heating the metallic glass molding material and the mold, melting the metallic glass molding material,
While heating the molten metal glass molding material and the mold, pressurize the molten metal glass molding material to impregnate the mold,
A metal glass molding method, wherein the mold impregnated with the metal glass molding material is cooled to solidify the molten metal glass molding material.
中空部が形成された坩堝と、
前記坩堝の前記中空部に配置され、前記金属ガラス成形用材料を成形するキャビティおよび前記溶融した前記金属ガラス成形用材料を前記キャビティに導入する流路を備える鋳型と、
前記坩堝の前記中空部における前記鋳型の前記流路側に配置された前記金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱して、前記金属ガラス成形用材料を溶融させる加熱手段と、
溶融した前記金属ガラス成形用材料を前記鋳型の前記キャビティに含浸させる含浸手段と、
前記溶融した前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を冷却する冷却手段とを有し、
前記加熱手段で前記金属ガラス成形用材料および前記鋳型を加熱しつつ、前記含浸手段で前記金属ガラス成形用材料を含浸させることを特徴とする金属ガラスの成形装置。 A metal glass molding apparatus for melting a metal glass molding material and molding the molten metal glass molding material using a mold,
A crucible formed with a hollow portion;
A mold that is disposed in the hollow portion of the crucible and includes a cavity for molding the metal glass molding material and a flow path for introducing the molten metal glass molding material into the cavity;
Heating means for heating the metallic glass molding material and the mold disposed on the flow path side of the mold in the hollow portion of the crucible, and melting the metallic glass molding material;
Impregnation means for impregnating the molten metal glass molding material into the cavity of the mold;
Cooling means for cooling the mold impregnated with the molten metal glass molding material,
A metal glass molding apparatus, wherein the metal glass molding material is impregnated by the impregnation unit while the metal glass molding material and the mold are heated by the heating unit.
さらに、前記溶融した前記金属ガラス成形用材料が含浸された前記鋳型を、前記加熱手段による前記鋳型の加熱位置から、前記冷却手段による前記鋳型の冷却位置に移動させる移動手段を有する請求項５に記載の金属ガラスの成形装置。 The cooling means is juxtaposed with the crucible;
6. The apparatus according to claim 5, further comprising moving means for moving the mold impregnated with the molten metal glass molding material from a heating position of the mold by the heating means to a cooling position of the mold by the cooling means. The metallic glass forming apparatus as described.
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