JP2005199309A - 射出鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 融点が約１２００℃以上の高融点金属の射出鋳造においても、加熱溶融された金属の溶湯がプランジャとスリーブとの隙間に流れ込み難く、プランジャのスリーブ内での摺動動作を円滑に行なうことができ、高品質の鋳造品を安定して製造できる装置を提供する。
【解決手段】 金型１と、該金型の湯口４に向って前後進自在に配されたスリーブ２７と、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャ３３と、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊を加熱溶解する加熱手段３７と、上記原料収容部に原料塊を上方から供給するための原料塊供給手段４７とを備えた射出鋳造装置であって、上記プランジャ及び／又はスリーブが冷却手段を備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出鋳造装置に関し、さらに詳しくは、高融点金属、特に非晶質合金等の活性金属成形用の真空射出鋳造に適し、活性金属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。

近年、活性金属で巣の無い成形品を鋳造できる射出鋳造法として、金型に向って移動可能なスリーブを用い、スリーブ内壁とその中に摺動自在に配設されたプランジャ上端面とにより形成される原料収容部に原料塊を供給し、真空中で活性金属を加熱溶解し、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（特許文献１〜３参照）。
射出温度が８００℃程度の通常のダイカスト機（溶解金属量が多く、溶解槽を備えて溶湯を供給する形式のもの）ではプランジャやスリーブ部分に対して冷却することが行なわれているが（特許文献４参照）、約１２００℃以上の高温で射出する上記のような真空射出鋳造機では、上記各特許文献に示されるようにプランジャやスリーブに対して冷却を行なっていない。また、プランジャのヘッド部分にピストンリングが使用されていない。

真空射出鋳造機で冷却を行なっていない理由は、コールドチャンバー方式のダイカストであり、スリーブ上部の原料収容部内でバッチ式で原料塊を溶解する方式であるため、使用する原料が少なく、そのため溶解する金属の温度を下げないようにする必要があるためと考えられる。
しかしながら、従来の真空射出鋳造機では、プランジャやスリーブに対して冷却を行なっていないため、スリーブ内面とプランジャ（ピストン）側面の小さな隙間に、射出の際に溶解金属が流れ込み、凝固する可能性が高い。その結果、摩擦抵抗が増加し、最悪の場合、プランジャがスリーブ内で動かなくなり、射出できない状態になる。

また、耐熱性が要求されるスリーブにセラミックスを利用している場合、スリーブ自身が、凝固した金属の抵抗によりプランジャを動作した際に破壊され、溶解金属が真空チャンバの中に噴出する可能性がある。
さらに、前記のような真空射出鋳造機で、仮に冷却機構をスリーブ及びプランジャに設けた場合、溶解金属の温度が上がらなくなり、射出できないと考えられていた。そのため、従来の真空射出鋳造機では、プランジャやスリーブに対して冷却を行なっていないが、その結果、逆に前記したような問題を生じ易いというジレンマに陥っていた。

特許第２９７７３７４号公報（特許請求の範囲） 特開平１０−２９６４２４号公報（特許請求の範囲） 特開２００１−２４６４５１号公報（特許請求の範囲） 特公昭４３−２８８０６号公報（特許請求の範囲、第３頁右欄４４行目〜第４頁左欄１９行目、第１図）

本発明は、前記したよ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、融点が約１２００℃以上の高融点金属の射出鋳造においても、加熱溶融された金属の溶湯がプランジャとスリーブとの隙間に流れ込み難く、プランジャのスリーブ内での摺動動作を円滑に行なうことができ、従って安定して射出でき、高品質の鋳造品を製造できる装置を提供することにある。
さらに本発明の目的は、非晶質合金等の活性金属であっても、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金属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。

前記目的を達成するために、本発明の基本的な態様によれば、金型と、該金型の湯口に向って前後進自在に配されたスリーブと、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャと、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊を加熱溶解する加熱手段とを備えた射出鋳造装置であって、上記プランジャ及び／又はスリーブが冷却手段を備えてなることを特徴とする射出鋳造装置が提供される。

また、一回の原料装填で射出成形を連続的に行なえる態様によれば、金型と、該金型の下方にその湯口に向って前後進自在に配されたスリーブと、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャと、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊を加熱溶解する加熱手段と、上記原料収容部に原料塊を上方から供給するための原料塊供給手段とを備えた射出鋳造装置であって、上記プランジャ及び／又はスリーブが冷却手段を備えてなることを特徴とする射出鋳造装置が提供される。好適には、上記原料塊供給手段は、複数の原料塊が配された収納装置と、該収納装置内に配された原料塊を上方に移送する手段と、収納装置上方に移送された原料塊をスリーブ上方に移送する手段とからなる。

好適な態様においては、前記プランジャに軸線方向に延在する内部空間が形成され、該内部空間内に冷媒供給管がプランジャのヘッド部近傍の先端部及び管壁周囲に空間部を残すように配設され、上記冷媒供給管を通して供給された冷媒がその先端部から上記プランジャの内部空間内を通流するように構成されている。
一方、前記スリーブ外周面には、周壁内に蛇腹状に流路が形成された冷却用ジャケットが配設されている。好適には、冷却用ジャケットは分割されている。

別の好適な態様においては、プランジャ及びスリーブとして異なる材質のものを用いる。プランジャとスリーブの熱膨張率が異なるように構成することによって、隙間の形成を防止するのに有効である。
例えば、前記プランジャは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂなどの８００℃以上の融点を持つ金属もしくは合金から構成し、あるいは前記プランジャの一部もしくは全部をセラミックスから構成する。
また、前記プランジャのヘッド部分周面にピストンリングを設け、あるいは前記プランジャが本体部分と別体のヘッド部分を有するように構成することも有効である。
一方、前記スリーブは、例えばセラミックスから構成する。

前記したように、本発明によれば、金型と、該金型の湯口に向って前後進自在に配されたスリーブと、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャと、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊を加熱溶解する加熱手段とを備えた射出鋳造装置において、上記プランジャ及び／又はスリーブが冷却手段を備えているため、加熱溶融された金属の溶湯がプランジャとスリーブとの隙間に流れ込み難くなる。特に、プランジャに軸線方向に延在する内部空間を形成し、該内部空間内に冷媒供給管をプランジャのヘッド部近傍の先端部及び管壁周囲に空間部を残すように配設し、上記冷媒供給管を通して供給された冷媒がその先端部から上記プランジャの内部空間内を周壁を伝って通流するように構成することにより、上部での加熱による影響が少ない状態で冷媒用流体が供給され、プランジャ上部を効率的に冷却することができる。また、プランジャ及びスリーブとして異なる材質のものを用い、熱膨張率が異なるように構成することによって、隙間の形成を防止するのに有効である。その結果、プランジャのスリーブ内での摺動動作を円滑に行なうことができるため、プランジャの摺動動作の問題もなく射出でき、高品質の鋳造品を安定して製造できる。
また、前記のような射出機構と原料塊供給手段を組み合わせることにより、非晶質合金等の活性金属であっても、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金属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。

本発明の射出鋳造装置の特徴は、前記のように、金型と、該金型の湯口に向って前後進自在に配されたスリーブと、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャと、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊を加熱溶解する加熱手段とを備えた射出鋳造装置において、上記プランジャ及び／又はスリーブに冷却手段を設け、プランジャ上部を冷却することによって、加熱溶融された金属の溶湯がプランジャとスリーブとの隙間に流れ込み難くなるようにした点にある。すなわち、高温に加熱された溶湯ほど、プランジャとスリーブとの隙間に流れ込み易くなるが、これを防止し、プランジャのスリーブ内での摺動動作を円滑に行なえるようにしたことを特徴としている。

本発明者らの研究によれば、上記のようにプランジャ上部を冷却し、加熱溶融された金属の溶湯がプランジャとスリーブとの隙間に僅かに流れ込んだ状態で急激に冷却・凝固させることにより、それ以上の溶湯の流れ込みを防止できると共に、溶湯への過剰な冷却は防止され、その結果、それほど影響を及ぼすことなく金属塊の加熱溶融を行なうことができると共に、プランジャとスリーブとの隙間に流れ込んで凝固した部分は僅かであるため、摺動抵抗の上昇は僅かであり、プランジャのスリーブ内での摺動動作に支障が無いことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

プランジャ上部を効率的に冷却するためには、プランジャに軸線方向に延在する内部空間を形成し、該内部空間内に冷媒供給管をプランジャのヘッド部近傍の先端部及び管壁周囲に空間部を残すように配設し、上記冷媒供給管を通して供給された冷媒がその先端部から上記プランジャの内部空間内を周壁を伝って通流するように構成することが効果的である。このように構成することにより、上部での加熱による影響が少ない状態で冷媒用流体が供給され、プランジャ上部を効率的に冷却することができる。また、プランジャの冷却と組み合わせて、スリーブ外周面に、周壁内に蛇腹状に流路が形成された冷却用ジャケット、好ましくは取付が容易なように分割された冷却用ジャケットを配設することが、プランジャ上部の効率的冷却のためにはより効果的である。さらに、プランジャ及びスリーブとして異なる材質のものを用い、熱膨張率が異なるように構成することによって、隙間の形成を防止し、プランジャとスリーブとの隙間に流れ込む溶湯部分をより少なくするのに有効である。また、異種材質とすることによって、熱の逃げが少なくなり、プランジャの温度上昇抑制にも効果がある。

また、本発明の射出鋳造装置の好適な態様においては、前記射出機構と組み合わせて、前記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に原料塊を上方から供給するための原料塊供給手段を備えている。それによって、短時間に効率的な原料塊供給を行なえると共に、プランジャのストロークを最小限として、プランジャとスリーブとの間の隙間により生じる動作不良を防止できる。また、加熱源で加熱された原料塊を効率的に金型キャビティ内に供給できる。好適には、上記原料塊供給手段は、複数の原料塊が配された収納装置と、該収納装置内に配された原料塊を上方に移送する手段と、収納装置上方に移送された原料塊をスリーブ上方に移送する手段とからなる。それによって、装置をコンパクトにし、効率的な原料塊の移送・供給が行なえる。

前記説明から明らかなように、本発明の射出鋳造装置は、非晶質合金等の活性金属に限らず、融点が約１２００℃以上の高融点金属の射出鋳造全般に適用できるが、真空チャンバを必要とする非晶質合金等の活性金属の射出鋳造に特に好適に適用できる。特に前記のような射出機構と原料塊供給手段を組み合わせることにより、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく多数の原料塊を連続的にかつ自動的にスリーブ上部の原料収容部に供給できるので、酸化し易く、また過熱により熱劣化し易い活性金属であっても、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。

図１乃至図９は本発明の真空射出鋳造装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（図示せず）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本の場合もあり、また４本より多い場合もある。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１３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（図示せず）によりシールされる。

また、金型１には、キャビティ５内に突出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１３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。

さらに可動盤１１の下面には、可動上型３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（図示せず）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（図示せず）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。

また、主定盤７上の所定位置には、所定の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（図示の都合上、図９にのみ示す）。
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（図示せず）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（図示の都合上、図９にのみ示す）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。なお、遮蔽シャッタは旋回式とすることもできる。

真空ポンプ（拡散ポンプとロータリポンプから構成）の真空排気系統の一つのライン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及び真空リザーブタンク（図示せず）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も接続でき、用いる原料の種類によってはＡｒ等の不活性ガス雰囲気下で加熱溶解ができるようにすることもできる。

真空チャンバ２４内には、固定下型２の湯口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スリーブ２７及びその周囲を囲繞するように取り付けられた２分割形式の冷却用ジャケット２８が配設されており、スリーブ２７及び冷却用ジャケット２８の下端部は保持部材３０を介して昇降板３１に固着されており、該昇降板３１はスリーブ移動シリンダ３２により作動され、ガイドバー３６により案内されてスリーブ２７及び冷却用ジャケット２８が全体的に昇降するように構成されている。従って、スリーブ２７及び冷却用ジャケット２８は、スリーブ移動シリンダ３２を作動させて昇降板３１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。

一方、スリーブ２７及び冷却用ジャケット２８の内部には摺動自在に配設されたプランジャ３３を備え、該プランジャ３３は昇降板３４を介して装着された射出シリンダ３５により作動され、ガイドバー３６により案内されてスリーブ２７及び冷却用ジャケット２８内を上下に摺動するように構成されている。
また、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３７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。

前記プランジャ３３は、図２に示すように、キャップ状のヘッド部３８と、該ヘッド部３８に螺合された中空状のボディ部３９と、該ボディ部３９下端部に固着された中空パイプ部４０と、該中空パイプ部４０を取り付ける上部基部４１と、該上部基部４１に固定される下部基部４２と、上記ヘッド部３８、中空状のボディ部３９及び中空パイプ部４０の内部空間内に軸線方向に延在するように上部基部４１に下端部が取り付けられた冷媒供給管４３とからなる。冷媒供給管４３は、プランジャのヘッド部近傍の先端部及び管壁周囲に空間部を残すように配設されており、かつ、上記空間部は上部基部４１に形成された流路４４と連通し、冷媒供給管４３の下端部は下部基部４２に形成された流路４５と連通するように構成されている。従って、上記下部基部４２に形成された流路４５から冷媒供給管を通して供給された水、オイル等の冷媒流体は、冷媒供給管４３の先端部から上記プランジャの内部空間内を周壁を伝って通流し、上部基部４１に形成された流路４４から排出される。また、上記ヘッド部３８の上部外周面には、表面がこの外周面と同一面となるように２本（任意の数でよい）のピストンリング４６が取り付けられている。このような構造とすることにより、上部での加熱による影響が少ない状態で冷媒用流体が供給され、プランジャ上部を効率的に冷却することができる。例えば、プランジャ上端面に載置された金属塊が約１２００℃に加熱溶融されると、上記ヘッド部３８の上端部では約８００〜９００℃、冷媒供給管４３の先端部近傍では約５００〜６００℃程度となる。なお、高温に曝されるヘッド部３８の材質としては、セラミックスが好ましい。

一方、前記したように、スリーブ２７の周囲には、図３乃至図５に示すように、それを囲繞するように２分割形式の冷却用ジャケット２８が取り付けられている。各ジャケット部分２８ａ、２８ｂの側壁にはそれぞれ独立して蛇腹状に冷媒流路２９ａ、２９ｂが形成され、これらの冷媒流路２９ａ、２９ｂにはそれぞれ冷媒管２９が取り付けられている（図６も参照）。

さらに真空チャンバ２４内には、上記スリーブ２７の側方に、原料塊供給装置４７が付設されている。この原料塊供給装置４７は、図６乃至図８に示されるように、ターンテーブル４８と、その上に上記スリーブ２７の高さ位置と整合するような上端位置関係となるように設置された複数本（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）の竪型筒状の原料収納筒体４９と、該原料収納筒体４９内に配された原料塊Ａを上方に移送する手段として機能する昇降ピン５１と、原料収納筒体４９上方に移送された原料塊Ａをスリーブ上方に移送する手段としてのアーム５０とからなる。なお、ターンテーブル４８とその上に設置された原料収納筒体４９はカセット収納装置として構成されており、各原料収納筒体４９内に配された原料塊が全て使用された後、全体的に新たなカセット収納装置と取り替えられる。

ターンテーブル４８の原料収納筒体４９設置位置には孔部５３が形成されており、この孔部５３に挿入されている昇降ピン５１がシリンダ５２の作動により原料収納筒体４９内に収容されている原料塊Ａを順次段階的に上方に移送する。原料供給に際しては、図７及び図８に示されるように、アーム５０が原料収納筒体４９から突出している原料塊Ａを把持し、シリンダ５４の作動により前進してスリーブ２７の上方からスリーブ２７内に原料塊Ａを投入する。アーム５０が元の位置に戻った後、シリンダ５２が再び作動して原料収納筒体４９内に収容されている原料塊Ａを一段階上方に移送する。このようにして一つの原料収納筒体４９内に収容されている原料塊Ａが全て使用されたことを負荷センサにより検出した後、シリンダ５２が作動して孔部５３から抜き出るように昇降ピン５１を下降させる。その後、ステッピングモータ（図示せず）の回転により、次の原料収納筒体４９の孔部５３が昇降ピン５１上に位置するようにターンテーブル４８を所定角度だけ回転させる。このようにして、順次、原料収納筒体４９内に収容されている原料塊Ａがスリーブ２７内に供給される。

次に、前記装置を用いた射出成形工程について説明する。
まず、スリーブ２７内壁とプランジャ３３により形成される原料収容部に原料塊Ａが装填された状態で、高周波誘導加熱用コイル３７に電流が流され、原料塊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。

スリーブ２７内の溶湯が所定温度に達した後（温度測定は、プランジャ３３内に熱電対を配設したり、固定下型に放射温度計を設置するなど、適当な方法を採用できる。）高周波誘導加熱用コイル３７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３２及び射出シリンダ３５が同期的に作動し、スリーブ２７及びプランジャ３３が上昇し、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プランジャ３３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。

射出成形終了後、図９に示すように、スリーブ２７とプランジャ３３が元の位置まで後退し、遮蔽シャッタ２６が閉じられた後、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。
成形品排出後、再度型締シリンダ１２が作動して金型１を閉止し、次の射出サイクルに入る。

図１０は、プランジャの変形例を示している。
このプランジャ３３ａは、キャップ状の上部ヘッド部３８ａと、中空状の下部ヘッド部３８ｂとの間にコレクトチャック５５が介挿されている点で前記実施例と異なる。このコレクトチャック５５は、上部ヘッド部３８ａを押し込むことにより、上部ヘッド部３８ａと下部ヘッド部３８ｂとの間にコレクトチャック５５を加締めるようになっている。また、上部ヘッド部３８ａとコレクトチャック５５との間には、上部ヘッド部３８ａが水等の冷媒流体と接触しないように金属板５６が介挿されている。さらに、下部ヘッド部３８ｂの上端部外周面には、表面がこの外周面と同一面となるように２本（任意の数でよい）のピストンリング４６が取り付けられている。なお、下部ヘッド部３８ｂに中空状のボディ部３９が螺合され、該ボディ部３９下端部に中空パイプ部４０が固着され、ボディ部３９及び中空パイプ部４０の内部空間内に軸線方向に延在するように冷媒供給管４３が設けられ、冷媒供給管を通して供給された水、オイル等の冷媒流体は、冷媒供給管４３の先端部から上記プランジャの内部空間内を周壁を伝って通流し、排出されることは前記した実施例と同様であり、また、高温に曝される上部ヘッド部３８ａの材質としては、セラミックスが好ましい。他のプランジャの上部ヘッド部取付の変形例としては、ねじ止め、ロウ付け等も考えられる。

前述したような射出機構を用いると、従来のスリーブ及びプランジャを冷却していない（ピストンリングも使用していない）場合と比較して下記表１に示すような効果が現れた。なお、本発明の場合、プランジャとして図１０に示す構造のものを用いた。また、鋳造した合金は非晶質合金（Ｚｒ₆₀Ａｌ₁₅Ｃｏ_2.5Ｎｉ_7.5Ｃｕ₁₅合金）である。

以上、本発明の装置の好適な実施例について説明したが、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る。
また、本発明の装置は、酸化や熱劣化し易い活性金属、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、高融点の種々の金属の射出成形に利用できる。

本発明の装置は、特に下記一般式（１）〜（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 _bＬｎ_cＭ³ _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、Ｔｉ、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、Ｎｄ、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Ａｇ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。

一般式（２）：Ａｌ_100-g-h-iＬｎ_gＭ⁶ _hＭ³ _i
但し、ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、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、Ｔａ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。

一般式（３）：Ｍｇ_100-pＭ⁷ _p
但し、Ｍ⁷はＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎよりなる群から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。

一般式（４）：Ｍｇ_100-q-rＭ⁷ _qＭ⁸ _r
但し、Ｍ⁷はＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎよりなる群から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≦２５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，Ｓｉ，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。

一般式（５）：Ｍｇ_100-q-sＭ⁷ _qＭ⁹ _s
一般式（６）：Ｍｇ_100-q-r-sＭ⁷ _qＭ⁸ _rＭ⁹ _s
但し、Ｍ⁷はＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎよりなる群から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、Ｍ⁹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。

前記した非晶質合金の中でも、ガラス遷移温度（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。

本発明に利用されるこれらのＺｒ−ＴＭ−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Ｚｒ₆₀Ａｌ₁₅Ｃｏ_2.5Ｎｉ_7.5Ｃｕ₁₅合金（Ｔｇ：６５２Ｋ、Ｔｘ：７６８Ｋ）のΔＴｘ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。

一般に、非晶質合金はガラス遷移領域まで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。

以上のように、比較的低い硬度、高い引張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。

また、本発明を適用する非晶質合金製成形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１０−３１１９２３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。

本発明の真空射出鋳造装置の一実施例の概略部分断面正面図である。 本発明の真空射出鋳造装置に用いるプランジャの一実施例の概略断面図である。 本発明の真空射出鋳造装置に用いるスリーブ及び冷却用ジャケットの一実施例の概略部分断面側面図である。 図３に示すスリーブ及び冷却用ジャケットの平面図である。 図３に示すスリーブ及び冷却用ジャケットのＶ−Ｖ線断面図である。 本発明の真空射出鋳造装置に用いる原料塊供給機構を示す部分斜視図である。 図６に示す原料塊供給機構を示す部分断面側面図である。 図６に示す原料塊供給機構を示す部分平面図である。 本発明の真空射出鋳造装置の一実施例の概略部分断面正面図であり、成形品排出工程を示している。 本発明の真空射出鋳造装置に用いるプランジャの別の実施例の概略部分断面図である。

符号の説明

１ 金型
２ 固定下型
３ 可動上型
４ 湯口
５ キャビティ
１１ 可動盤
１２ 型締用シリンダ
１５ 金型排気孔
１６ エジェクタピン
１８ エジェクタシリンダ
２０ 真空ハウジング
２４ 真空チャンバ
２７ スリーブ
２９ａ，２９ｂ 冷媒流路
３３，３３ａ プランジャ
３７ 高周波誘導加熱用コイル
３８ ヘッド部
３８ａ 上部ヘッド部
３８ｂ 下部ヘッド部
４３ 冷媒供給管
４７ 原料塊供給装置
４９ 原料収納筒体
５５ コレクトチャック

Claims (11)

1. 金型（１）と、該金型（１）の湯口（４）に向って前後進自在に配されたスリーブ（２７）と、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャ（３３）と、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊（Ａ）を加熱溶解する加熱手段（３７）とを備えた射出鋳造装置であって、上記プランジャ及び／又はスリーブが冷却手段を備えてなることを特徴とする射出鋳造装置。
2. 金型（１）と、該金型（１）の下方にその湯口（４）に向って前後進自在に配されたスリーブ（２７）と、該スリーブ内に摺動自在に配設されたプランジャ（３３）と、上記スリーブ内壁とプランジャにより形成される原料収容部に供給された原料塊（Ａ）を加熱溶解する加熱手段（３７）と、上記原料収容部に原料塊を上方から供給するための原料塊供給手段（４７）とを備えた射出鋳造装置であって、上記プランジャ及び／又はスリーブが冷却手段を備えてなることを特徴とする射出鋳造装置。
3. 前記プランジャに軸線方向に延在する内部空間が形成され、該内部空間内に冷媒供給管（４３）がプランジャのヘッド部近傍の先端部及び管壁周囲に空間部を残すように配設され、上記冷媒供給管を通して供給された冷媒がその先端部から上記プランジャの内部空間内を通流するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記スリーブ外周面に、周壁内に蛇腹状に流路（２９ａ，２９ｂ）が形成された冷却用ジャケット（２８，２８ａ，２８ｂ）が配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。
5. 前記冷却用ジャケットが分割されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記プランジャが８００℃以上の融点を持つ金属もしくは合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記プランジャの一部もしくは全部がセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記プランジャのヘッド部分周面にピストンリング（４６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記プランジャが本体部分と別体のヘッド部分（３８，３８ａ，３８ｂ）を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記スリーブがセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記原料塊供給手段（４７）が、複数の原料塊（Ａ）が配された収納装置（４８，４９）と、該収納装置内に配された原料塊を上方に移送する手段（５１，５２）と、収納装置上方に移送された原料塊をスリーブ上方に移送する手段（５０，５４）とからなることを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
    

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