JP2011056584A - ダイキャスト装置及びダイキャスト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形品に含まれる非晶質相の比率を高めることが可能なダイキャスト装置及びダイキャスト方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 鉛直方向に延びるスリーブ１０４と、スリーブ１０４内を鉛直方向上方に移動するプランジャー（プランジャーチップ１０５）と、スリーブ１０４の上側に配置される下金型１０９及び上金型１１０と、プランジャーチップ１０５上に配置される金属材料を加熱して、金属材料を溶解させるスリーブヒータ１１３とをダイキャスト装置が備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非晶質相を有する成形品を成形するダイキャスト装置及びダイキャスト方法に関する。

従来、特定の合金群を１００℃/ｓ以下の冷却速度で冷却した場合であっても、特定の合金群がガラス遷移して非晶質な金属材料（金属ガラス）となることが知られている（例えば、非特許文献１）。金属ガラスは、高強度、低ヤング率及び高弾性限という非晶質特性を有しており、金属ガラスを構造部材として広く用いることが期待されている。

金属ガラスの製造方法としては、水焼入れ法、アーク溶解法、金型鋳造法、高圧射出成形法、吸引鋳造法、型締め鋳造法や回転ディスク製線法等が挙げられる。また、これらの方法を用いると、大型形状の金属ガラス（バルク金属ガラス）を製造することができることが知られている（非特許文献２）。

上述したように、金属ガラスを構造部材として広く用いることが期待されており、構造部材の形状は、一般的に凹凸を含む複雑な形状であることが多い。上述した各方法では、金属材料が複雑な形状に成形されない場合、又は、金属材料が複雑な形状に成形されても、金属材料が非晶質とならない場合があった。

一方、金属材料を複雑な形状に成形する方法として、軽金属を成形する際に一般的に用いられる高圧ダイキャスト法が知られている。また、高圧ダイキャスト法は、加熱された金属材料（溶湯）の射出方向に応じて、水平式高圧ダイキャスト法と鉛直（垂直）式高圧ダイキャスト法とに分類される。

具体的には、水平式高圧ダイキャスト法は、ダイキャスト装置の高さを低く抑えることができ、ダイキャスト装置の構造が簡易でダイキャスト装置の故障も少ないため、軽金属を成形する高圧ダイキャスト法の主流となっている。なお、水平式高圧ダイキャスト法では、スリーブ内の雰囲気が大気雰囲気である場合には、溶湯（金属材料）を射出する際に空気（大気）が巻き込まれやすいため、エアーベントや真空排気装置によってスリーブ内の空気を排気してから溶湯を射出することが一般的である。また、水平式高圧ダイキャスト法では、プランジャーを低速で移動させることによって、スリーブ内の空気を排気するとともに、スリーブ内を溶湯（金属材料）で満たしてからプランジャーを高速で移動させて、溶湯を射出することも行われている（非特許文献３）。

一方、鉛直式高圧ダイキャスト法では、溶湯（金属材料）とスリーブとの接触面積、溶湯とスリーブ内の空気（大気）との接触面積が小さい。従って、鉛直式高圧ダイキャスト法によれば、薄肉で表面性状がよい成形品を成形しやすい。

この鉛直式ダイキャスト法の代表例として、５０ＭＰａ〜２００ＭＰａの高圧を溶湯に加えた状態で、溶湯を凝固させる溶湯鍛造法（スクイーズ・ダイキャスト法）が挙げられる。溶湯鍛造法によれば、薄肉で表面性状がよい成形品を成形することができるが、溶湯に加える圧力が全体に加わるような形状を有する単純な成形品しか成形することができない。また、溶湯鍛造法では、高圧が加えられるため、金型が損傷しやすかった。従って、溶湯鍛造法は、特殊な成形品を成形する場合にのみ用いられる（例えば、非特許文献４）。

さらに、溶解室の周囲をハウジングで覆うとともに、ハウジング内を真空にすることによって、金属材料（Ｚｕ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｂｅ）に熱を加える際に金属材料が酸化することを防ぐ方法（真空ダイキャスト方法）も提案されている（例えば、特許文献１）。この真空ダイキャスト法によれば、非晶質相が全体の５０％以上となる成形品を成形することができる。

特開平１１−２８５８０１号公報

「月刊機能材料」、シーエムシー出版、２００２年６月号、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．６、Ｐ．５〜Ｐ．９ 「月刊機能材料」、シーエムシー出版、２００２年６月号、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．６、Ｐ．２６〜Ｐ．３１ 大中逸雄、外１名、「溶融加工学」、コロナ社、１９８７年９月、Ｐ．１１９〜Ｐ．１２０ 大中逸雄、外１名、「溶融加工学」、コロナ社、１９８７年９月、Ｐ．１２０〜Ｐ．１２２

しかしながら、上述した従来技術（水平式ダイキャスト法、鉛直式ダイキャスト法及び真空ダイキャスト方法）では、溶湯（金属材料）が溶解炉からスリーブ内に流し込まれる際に、溶湯の温度が低下してしまい、不均一な核が生成されてしまう場合があった。すなわち、上述した従来技術では、成形品に結晶が混在してしまい、成形品に含まれる非晶質相の比率を高めることが難しかった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、成形品に含まれる非晶質相の比率を高めることが可能なダイキャスト装置及びダイキャスト方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、鉛直方向に延びるスリーブ（スリーブ１０４）と、スリーブ内を鉛直方向上方に移動するプランジャー（プランジャーチップ１０５、補強部材１０６及び射出用ロッド１０７）と、スリーブの上側に配置される金型（下金型１０９及び上金型１１０）と、プランジャー上に配置される金属材料を加熱して、金属材料を溶解させる金属材料加熱部（スリーブヒータ１１３）とをダイキャスト装置が備えることを要旨とする。

かかる特徴によれば、金属材料加熱部が、プランジャー上に配置される金属材料を加熱して、金属材料を溶解させることにより、溶解炉から金属材料（溶湯）をスリーブ内に流し込む必要がなく、ダイキャスト装置は、溶湯の温度低下を抑制することができる。

また、金型が、鉛直方向に延びるスリーブの上側に配置され、プランジャーが、スリーブ内を鉛直方向上方に移動することにより、ダイキャスト装置は、金属材料（溶湯）がスリーブ内に接地する面積を小さくすることができ、溶湯の温度低下を抑制することができる。

すなわち、ダイキャスト装置は、成形品に含まれる非晶質相の比率を高めることができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴において、スリーブ、金型及び金属材料加熱部を覆って、スリーブ、金型及び金属材料加熱部を含む空間を閉空間（閉空間１１５ａ）とするケース部材（ケース部材１１５）と、閉空間の内側から閉空間の外側に連通する連通管（連通管１１４）とをダイキャスト装置がさらに備えることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴又は第２の特徴において、金型が、上金型（上金型１１０）と下金型（下金型１０９）とによって上下方向に分割され、上金型及び下金型が、水平方向に延びるダイキャビティ（ダイキャビティ１１７）を形成することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特徴において、上金型及び下金型が、鉛直方向に延びるスリーブの中心線に関して、互いに対称な複数のキャビティ（第１キャビティ１１７ａ及び第２キャビティ１１７ｂ）を形成することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第４の特徴において、プランジャーが、プランジャーの上端にプランジャーチップ（プランジャーチップ１０５）を有し、スリーブ及びプランジャーチップが、黒鉛によって構成されることを要旨とする。

本発明の第６の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第５の特徴において、プランジャーが、プランジャーの上端にプランジャーチップを有し、スリーブの内壁とプランジャーチップとの間の距離が、０．０１ｍｍ以下であることを要旨とする。

本発明の第７の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第６の特徴において、プランジャーが、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度でスリーブ内を鉛直方向上方に移動することを要旨とする。

本発明の第８の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第７の特徴において、プランジャーが、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力を金属材料に加えることを要旨とする。

本発明の第９の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第８の特徴において、１５０℃〜２５０℃の範囲内に金型の温度を保つ金型加熱部（金型ヒータ１１６）をダイキャスト装置がさらに備えることを要旨とする。

本発明の第１０の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第９の特徴において、金型が、２０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する金属によって構成されることを要旨とする。

本発明の第１１の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第１０の特徴において、金属材料が、Ｚｒ基又はＴｉ基を含むことを要旨とする。

本発明の第１２の特徴は、スリーブ内に配置された金属材料を加熱して、金属材料を溶解させる溶解工程と、溶解工程で溶解された金属材料である溶湯を鉛直方向上方に押出して、溶湯をキャビティ内に射出する射出工程と、キャビティ内で溶湯を冷却する固化工程とを含むことを要旨とする。

本発明の第１３の特徴は、本発明の第１２の特徴において、射出工程が、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度で溶湯を鉛直方向上方に射出する工程を含むことを要旨とする。

本発明の第１４の特徴は、本発明の第１２の特徴又は第１３の特徴において、射出工程が、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力を溶湯に加える工程を含むことを要旨とする。

本発明の第１５の特徴は、本発明の第１２の特徴乃至第１４の特徴において、１５０℃〜２５０℃の範囲内に金型の温度を保つ工程をダイキャスト方法がさらに含むことを要旨とする。

本発明によれば、成形品に含まれる非晶質相の比率を高めることが可能なダイキャスト装置及びダイキャスト方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るダイキャスト装置１００を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプランジャーチップ１０５の周辺を拡大した図である。 本発明の一実施形態に係る成形品３００を示す図である。 本発明の一実施形態に係るダイキャスト方法のフロー図である。 本発明の一実施例に係る非晶質度合いを判定する基準を示す図である。 成形品のＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅの一例を示す図である。 比較例に係る成形品の品質を示す図である。 本発明の一実施例に係る成形品３００の品質を示す図である。

［実施形態］
（本発明の一実施形態に係るダイキャスト装置）
以下において、本発明の一実施形態に係るダイキャスト装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るダイキャスト装置１００を示す図である。

図１に示すように、ダイキャスト装置１００は、台座部１０１と、支柱１０２（支柱１０２ａ及び支柱１０２ｂ）と、スリーブ支持部１０３と、スリーブ１０４と、プランジャーチップ１０５と、補強部材１０６と、射出用ロッド１０７と、射出用シリンダー１０８と、下金型１０９と、上金型１１０と、型締め用ロッド１１１と、型締め用シリンダー１１２と、スリーブヒータ１１３（スリーブヒータ１１３ａ及びスリーブヒータ１１３ｂ）と、連通管１１４と、ケース部材１１５と、金型ヒータ１１６（金型ヒータ１１６ａ及び金型ヒータ１１６ｂ）とを有する。

また、下金型１０９と上金型１１０との間には、上金型１１０が型締めされることによって、成形品（後述する成形品３００）を製造するためのダイキャビティ１１７が形成される。さらに、プランジャーチップ１０５上には、成形品３００の材料（金属材料２００）が配置される。なお、金属材料２００（成形品３００）は、Ｚｒ基又はＴｉ基を含む合金である。

台座部１０１は、板状の形状を有し、台座部１０１上には、鉛直方向に延びる複数の支柱１０２、スリーブ１０４やスリーブヒータ１１３等を覆うケース部材１１５が設けられる。

支柱１０２は、鉛直方向に延びる形状を有し、台座部１０１上に設けられる。また、支柱１０２は、スリーブ支持部１０３や金型（下金型１０９及び上金型１１０）を支える。

スリーブ支持部１０３は、支柱１０２によって支えられ、下金型１０９に接合される。また、スリーブ支持部１０３は、スリーブ支持部１０３と下金型１０９との間でスリーブ１０４を支持する。

スリーブ１０４は、黒鉛によって構成され、鉛直方向に延びる形状を有する。また、スリーブ１０４は、プランジャーが上下に移動するプランジャー通路を内部に有する。なお、プランジャーは、プランジャーチップ１０５、補強部材１０６及び射出用ロッド１０７によって構成され、スリーブ１０４内を鉛直方向に移動して、ダイキャビティ１１７内に金属材料２００を射出する部材である。

プランジャーチップ１０５は、黒鉛によって構成され、プランジャーチップ１０５上には、金属材料２００が配置される。

ここで、スリーブ１０４及びプランジャーチップ１０５の材質として黒鉛を選択した理由は、スリーブヒータ１１３によって溶解された金属材料２００（溶湯）とプランジャーチップ１０５とが反応することなく、適切な熱伝導率を維持するためである。また、適切な熱伝導率を維持することによって、金属材料２００を射出する速度（射出速度）を抑えて、金属材料２００の層流を維持するためである。さらに、黒鉛が有する摺動性によって、スリーブ１０４の内壁（後述する内壁１０４ａ）とプランジャーチップ１０５との距離（クリアランス）を小さくするためである。

補強部材１０６は、金属材料２００に圧力を加える際に、射出用ロッド１０７が破損しないように、射出用ロッド１０７を補強する部材である。また、補強部材１０６上には、プランジャーチップ１０５が補強部材１０６に接合せずに静置されている。

射出用ロッド１０７の上端は、補強部材１０６に接合され、射出用ロッド１０７の下端は射出用シリンダー１０８内に収容される。また、射出用ロッド１０７は、スリーブ１０４内（プランジャー通路）を上下方向に移動する。

射出用シリンダー１０８は、射出用ロッド１０７を鉛直方向に移動させるシリンダー（例えば、油圧式シリンダー）である。具体的には、射出用シリンダー１０８は、射出用ロッド１０７を鉛直方向上方に移動させることによって、プランジャーチップ１０５上に配置される金属材料２００を鉛直方向上方に押出すとともに、ダイキャビティ１１７内に金属材料２００（溶湯）を射出する。

ここで、射出用シリンダー１０８は、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度で射出用ロッド１０７を鉛直方向上方に移動させる。すなわち、金属材料２００を射出する速度（射出速度）は、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の範囲内である。

射出速度を０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の範囲内とした理由は、射出速度が遅すぎることに起因して、スリーブヒータ１１３によって溶解された金属材料２００（溶湯）がスリーブ１０４内で固化することを防止するとともに、射出速度が大きすぎることに起因して、スリーブ１０４内で溶湯の乱流が生じることを防ぐためである（溶湯の層流を維持するためである）。

また、射出用シリンダー１０８は、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力がスリーブヒータ１１３によって溶解された金属材料２００（溶湯）に加わるように、射出用ロッド１０７を鉛直方向上方に移動させる。すなわち、金属材料２００（溶湯）に加える圧力（プランジャー圧力）は、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内である。

金属材料２００（溶湯）に加える圧力（プランジャー圧力）を５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲内とした理由は、ダイキャビティ１１７内を金属材料２００（溶湯）で十分に満たすとともに、金型（下金型１０９及び上金型１１０）に加わる圧力を軽減するためである。

下金型１０９及び上金型１１０は、金属材料２００を成形する金型を構成する。具体的には、下金型１０９及び上金型１１０は、上述したように、上金型１１０が型締めされることによって、ダイキャビティ１１７を形成する。

ここで、下金型１０９及び上金型１１０は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する金属（合金を含む）によって構成される。

金型の熱伝導率を２０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋとした理由は、金型の熱伝導率を２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることによって、金型の温度調節を容易にするとともに、金型の熱伝導率を１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることによって、金型がすぐに冷えてしまうことに起因して、金属材料２００（溶湯）が金型内で固化することを防止するためである。

型締め用ロッド１１１の上端は、型締め用シリンダー１１２内に収容され、型締め用ロッド１１１の下端は、上金型１１０に接合される。また、型締め用ロッド１１１は、上下方向に移動する。

型締め用シリンダー１１２は、型締め用ロッド１１１を上下に移動させるシリンダー（例えば、油圧式シリンダー）である。具体的には、型締め用シリンダー１１２は、型締め用ロッド１１１を下方に移動させることによって、上金型１１０を下金型１０９に型締めする。

スリーブヒータ１１３は、スリーブ１０４内に配置される金属材料２００（プランジャーチップ１０５上に配置される金属材料２００）を１２００℃に加熱して、金属材料２００を溶解させる。なお、スリーブヒータ１１３は、高周波コイルやＹＡＧレーザ等によって構成される。

連通管１１４は、台座部１０１とケース部材１１５とによって形成される閉空間１１５ａの内側から閉空間１１５ａの外側に連通する。また、連通管１１４は、真空排気装置（不図示）等によって閉空間１１５ａ内の空気（大気）を排気する際に用いられる。

なお、連通管１１４は、閉空間１１５ａ内の空気を排気するためだけではなく、閉空間１１５ａ内の空気（大気）を不活性ガスと置換するために用いられてもよい。

ケース部材１１５は、スリーブ１０４、金型（下金型１０９及び上金型１１０）、プランジャーチップ１０５、スリーブヒータ１１３及び金型ヒータ１１６を覆って、これらを含む空間を閉空間１１５ａとする部材である。具体的には、ケース部材１１５は、台座部１０１上に設けられ、台座部１０１とともに閉空間１１５ａを形成する。

なお、本実施形態において、閉空間１１５ａは、台座部１０１とケース部材１１５とによって形成されるが、これに限定されるものではなく、ケース部材１１５のみによって形成されてもよい。

金型ヒータ１１６は、金型（下金型１０９及び上金型１１０）を加熱して、下金型１０９及び上金型１１０の温度を１５０℃〜２５０℃の範囲内に保つ。なお、金型ヒータ１１６は、電気炉、高周波コイルやＹＡＧレーザ等によって構成される。また、金型ヒータ１１６は、必ずしも金型の外部に設けられている必要はなく、金型の内部に挿入されるカートリッジヒータであってもよい。

ここで、金型（下金型１０９及び上金型１１０）の温度を１５０℃〜２５０℃の範囲内に保つこととした理由は、金型の温度が低すぎることに起因して、金属材料２００（溶湯）がダイキャビティ１１７に満たされる前に固化してしまうことを防止するとともに、金型の温度が高すぎることに起因して、金属材料２００（溶湯）の固化が進まないことを防止するためである。

ダイキャビティ１１７は、上金型１１０が型締めされることによって、下金型１０９及び上金型１１０によって形成される空間である。また、ダイキャビティ１１７内には、プランジャーによって金属材料２００が射出され、ダイキャビティ１１７の形状に応じて金属材料２００が成形される。さらに、ダイキャビティ１１７は、水平方向に延びる形状を有している。

このように、下金型１０９と上金型１１０とによって金型が構成され、下金型１０９及び上金型１１０が水平方向に延びるダイキャビティ１１７を形成することとした理由は、ダイキャビティ１１７が鉛直方向に延びる形状である場合に比べて、ダイキャビティ１１７内に射出された溶湯が、重力に逆らうことなく、均一な流れとなるためである。

図２は、本発明の一実施形態に係るプランジャーチップ１０５の周辺を拡大した図である。図２に示すように、スリーブ１０４の内壁１０４ａとプランジャーチップ１０５との間の距離（距離ｃ１、距離ｃ２）は、０．０１ｍｍ以下である。すなわち、プランジャーチップ１０５の外径ａとスリーブ１０４の内径ｂとの間の片側の寸法公差（クリアランス；すなわち、半径方向の間隙）は、０．０１ｍｍ以下である。

また、下金型１０９及び上金型１１０は、上金型１１０が下金型１０９に型締めされることによって、水平方向に延びる形状を有するダイキャビティ１１７を形成する。また、下金型１０９及び上金型１１０は、鉛直方向に延びるスリーブ１０４の中心線１０４ｂに関して、互いに対称な複数のキャビティ（第１キャビティ１１７ａ及び第２キャビティ１１７ｂ）を形成する。

ここで、第１キャビティ１１７ａ及び第２キャビティ１１７ｂが、鉛直方向に延びるスリーブ１０４の中心線１０４ｂに関して、互いに対称となるようにした理由は、ダイキャビティ１１７内に射出された溶湯の流れも中心線１０４ｂに関して互いに対称となり、非晶質相の比率が高い複数の成形品３００を効率よく成形するためである。

（本発明の一実施形態に係る成形品）
以下において、本発明の一実施形態に係る成形品について、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る成形品３００を示す図である。

図３に示すように、成形品３００は、上述したダイキャビティ１１７の形状に応じて、Ｚｒ基又はＴｉ基を含む合金である金属材料２００から成形される。具体的には、成形品３００は、水平方向に延びる第１キャビティ１１７ａの形状に応じて成形される部分である第１成形部３００ａと、水平方向に延びる第２キャビティ１１７ｂの形状に応じて成形される部分である第２成形部３００ｂとを有する。

（本発明の一実施形態に係るダイキャスト方法）
以下において、本発明の一実施形態に係るダイキャスト方法について、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るダイキャスト方法のフロー図である。

図４に示すように、ステップ１０１において、プランジャーチップ１０５上に金属材料２００が配置される。

ステップ１０２において、ダイキャスト装置１００は、上述した連通管１１４を通じて、閉空間１１５ａ内の空気（大気）を排気して、閉空間１１５ａ内を真空状態とする。

ステップ１０３において、ダイキャスト装置１００は、型締め用ロッド１１１を下方に移動させることによって、上金型１１０を下金型１０９に型締めする。

ステップ１０４において、ダイキャスト装置１００は、スリーブヒータ１１３によって金属材料２００を１２００℃に加熱して、プランジャーチップ１０５上で金属材料２００を溶解させる。

ステップ１０５において、ダイキャスト装置１００は、プランジャーチップ１０５を鉛直方向上方に移動させることによって、金属材料２００（溶湯）を鉛直方向上方に射出する。ここで、ダイキャスト装置１００は、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度で金属材料２００（溶湯）を射出する。

ステップ１０６において、ダイキャスト装置１００は、ダイキャビティ１１７内に射出された金属材料２００（溶湯）に圧力を加える。ここで、ダイキャスト装置１００は、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力を金属材料２００（溶湯）に加える。

ステップ１０７において、ダイキャスト装置１００は、ダイキャビティ１１７内に射出された金属材料２００（溶湯）を冷却して、金属材料２００（溶湯）を固化させる。ここで、ダイキャスト装置１００は、金型（下金型１０９及び上金型１１０）の温度を１５０℃〜２５０℃の範囲内に保っている。

ステップ１０８において、ダイキャスト装置１００は、連通管１１４を通じて、閉空間１１５ａ内に大気が導入され（リーク処理）、閉空間１１５ａ内を大気圧に戻す。

ステップ１０９において、ダイキャスト装置１００は、型締め用ロッド１１１を上方に移動させることによって、上金型１１０を下金型１０９から型開きする。

ステップ１１０において、ダイキャビティ１１７内で成形された成形品３００が取り出される。

（本発明の一実施形態に係るダイキャスト装置の作用及び効果）
本発明の一実施形態に係るダイキャスト装置１００によれば、スリーブヒータ１１３が、プランジャー（プランジャーチップ１０５）上に配置される金属材料２００を加熱して、金属材料２００を溶解させることにより、ダイキャスト装置１００は、溶解炉から金属材料２００（溶湯）をスリーブ１０４内に流し込む必要がなく、溶湯の温度低下を抑制することができる。

すなわち、ダイキャスト装置１００は、成形品３００に含まれる非晶質相の比率を高めることができる。

また、ケース部材１１５が、スリーブ１０４、下金型１０９、上金型１１０及びスリーブヒータ１１３を覆って、これらを含む空間を閉空間１１５ａとし、連通管１１４が、閉空間１１５ａの内側から閉空間１１５ａの外側に連通することにより、ダイキャスト装置１００は、閉空間１１５ａ内の空気（大気）を排気して閉空間１１５ａ内を真空状態とすること、閉空間１１５ａ内の空気（大気）を不活性ガスと置換することができる。

すなわち、ダイキャスト装置１００は、金属材料２００を溶解させる際に、金属材料２００の酸化を抑制することができる。

さらに、下金型１０９及び上金型１１０が、水平方向に延びる形状を有するダイキャビティ１１７を形成することにより、ダイキャビティが鉛直方向に延びる形状である場合に比べて、ダイキャビティ１１７内に射出された溶湯を均一な流れとすることができる。

すなわち、ダイキャスト装置１００は、溶湯の流れが不均一となることに起因する結晶化の進展を抑制し、成形品３００に含まれる非晶質相の比率を高めることができる。

また、下金型１０９及び上金型１１０が、鉛直方向に延びるスリーブ１０４の中心線１０４ｂに関して、互いに対称となる第１キャビティ１１７ａ及び第２キャビティ１１７ｂを形成することにより、ダイキャビティ１１７内に射出された溶湯の流れが中心線１０４ｂに関して互いに対称となり、ダイキャスト装置１００は、非晶質相の比率が高い複数の成形品３００を効率よく成形することができる。

さらに、プランジャー（射出用ロッド１０７及びプランジャーチップ１０５）が、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度でスリーブ１０４内を鉛直方向上方に移動することによって、ダイキャスト装置１００は、スリーブ内で溶解された金属材料２００（溶湯）の乱流を抑制しながら（すなわち、溶湯の層流を維持しながら）、溶湯を射出することができる。

また、プランジャー（射出用ロッド１０７及びプランジャーチップ１０５）が、ダイキャビティ１１７内に射出された金属材料２００（溶湯）に５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力を加えることにより、ダイキャスト装置１００は、ダイキャビティ１１７内を溶湯で十分に満たすことができるとともに、金型（下金型１０９及び上金型１１０）に加わる圧力を抑制することができる。

さらに、金型ヒータ１１６が、金型（下金型１０９及び上金型１１０）の温度を１５０℃〜２５０℃の範囲内に保つことにより、ダイキャスト装置１００は、金型の温度が低すぎて金属材料２００（溶湯）がダイキャビティ１１７に満たされる前に固化してしまうことを防止するとともに、金型の温度が高すぎて金属材料２００（溶湯）の固化が進まないことも防止することができる。

また、金型（下金型１０９及び上金型１１０）の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋであることにより、金型の温度調節を容易にするとともに、金属材料２００（溶湯）が金型内で固化することを防止することができる。

さらに、スリーブ１０４及びプランジャーチップ１０５の材質として黒鉛を選択することにより、スリーブヒータ１１３によって溶解された金属材料２００（溶湯）とプランジャーチップ１０５とが反応することなく、ダイキャスト装置１００は、適切な熱伝導率を維持することができる。また、ダイキャスト装置１００は、適切な熱伝導率を維持することによって、金属材料２００を射出する速度（射出速度）を抑えて、金属材料２００の層流を維持することができる。さらに、黒鉛が有する摺動性によって、スリーブ１０４の内壁（後述する内壁１０４ａ）とプランジャーチップ１０５との間の片側の距離（ｃ１、ｃ２）を０．０１ｍｍ以下とすることができる。

また、スリーブ１０４の内壁１０４ａとプランジャーチップ１０５との間の片側の距離（ｃ１、ｃ２）が０．０１ｍｍ以下であることにより、スリーブ１０４が鉛直方向に延びる形状を有している場合であっても、金属材料２００（溶湯）が下方に漏れることを抑制することができる。

［実施例］
以下において、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。最初に、本発明の一実施例に係る非晶質度合いを判定する基準（判定基準）について、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の一実施例に係る非晶質度合いを判定する判定基準を示す図である。

図５に示すように、Ｘ線回析法（ＸＲＤ法；Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ法）による測定結果（ＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅ）及び成形品の強度（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）を判定基準とした。具体的には、ＸＲＤ−ｐｒｏｆｉｌｅで鋭いピークが生じておらず、Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓが１３０ＫＪ／ｍ²よりも大きい成形品については“Ｇ５”と判定した。一方、ＸＲＤ−ｐｒｏｆｉｌｅで鋭いピークが生じており、Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓが７０ＫＪ／ｍ²未満である成形品については“Ｇ０”と判定した。

次に、ＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅの一例について図面を参照しながら説明する。図６（ａ）は、“Ｇ０”と判定される成形品のＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅを示す図であり、図６（ｂ）は、“Ｇ５”と判定される成形品のＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅを示す図である。

図６（ａ）に示すように、ＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅで鋭いピークが生じている成形品については、上述した判定基準に従って、非晶質度合いが最も低い“Ｇ０”と判定される。一方、図６（ｂ）に示すように、ＸＲＤ−Ｐｒｏｆｉｌｅで鋭いピークが生じていない成形品については、上述した判定基準に従って、非晶質度合いが最も高い“Ｇ５”と判定される。

次に、比較例に係る成形品の品質について、図面を参照しながら説明する。図７は、比較例に係る成形品の品質を示す図である。なお、具体的には、比較例では、Ｚｒ（５５％）−Ｃｕ（３０％）−Ａｌ（１０％）−Ｎｉ（５％）の合金を１２００℃で溶解した後に、溶解した合金（溶湯）をスリーブ内に流し込み、溶湯をキャビティ内に射出した。

図７に示すように、スリーブ内の雰囲気が大気雰囲気である場合（比較例２）、スリーブとプランジャーチップとの寸法公差（クリアランス）が大きい場合（比較例４）、プランジャーによる溶湯の射出速度が遅い場合（比較例５）には、成形品を成形することができなかった。

また、スリーブ及びブランジャーチップの材質をダイス鋼とした場合（比較例３）、プランジャーによって溶湯に加える圧力（プランジャー圧力）が小さい場合（比較例７）、金型の温度が適切でない場合（比較例９及び比較例１０）、金型の熱伝導率が高すぎる場合（比較例１１）には、成形品の外観品質が不良となった。

さらに、溶湯を射出する方向が水平方向である場合（比較例１及び比較例１２）、プランジャーによって溶湯を射出する速度（射出速度）が速過ぎる場合（比較例６）には、成形品が非晶質とならなかった。

また、比較例８では、成形品の外観品質が良好で、成形品が非晶質となったが、プランジャー圧力が７０ＭＰａと大きいため、金型に加わる圧力（負荷）が大きくなり、金型が損傷する可能性が高まってしまった。

このように、比較例１〜比較例１２のように、金属材料（合金）を溶解してから、スリーブ内に流し込み、スリーブ内の溶湯を射出すると、金型に加わる圧力を抑えながら、外観品質が良好で非晶質相の比率が高い成形品を成形することができなかった。

最後に、本発明の一実施例に係る成形品３００の品質について、図面を参照しながら説明する。図８は、本発明の一実施例に係る成形品３００の品質を示す図である。なお、本発明の一実施例では、Ｚｒ（５５％）−Ｃｕ（３０％）−Ａｌ（１０％）−Ｎｉ（５％）の合金をプランジャー上で１２００℃に加熱して、合金を溶解した後に、溶解した合金（溶湯）をキャビティ内に射出した。

図８に示すように、実施例１〜実施例１４では、金型に加わる圧力（プランジャー圧力）を抑えながら、外観品質が良好で非晶質相の比率が高い成形品を成形することができた。

１００・・・ダイキャスト装置、１０１・・・台座部、１０２・・・支柱、１０３・・・スリーブ支持部、１０４・・・スリーブ、１０５・・・プランジャーチップ、１０６・・・補強部材、１０７・・・射出用ロッド、１０８・・・射出用シリンダー、１０９・・・下金型、１１０・・・上金型、１１１・・・型締め用ロッド、１１２・・・型締め用シリンダー、１１３・・・スリーブヒータ、１１４・・・連通管、１１５・・・ケース部材、１１６・・・金型ヒータ、１１７・・・ダイキャビティ、２００・・・金属材料、３００・・・成形品

Claims (14)

1. 非晶質相を有する成形品を成形するダイキャスト装置であって、
   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、
   前記金型は、前記スリーブに通じるダイキャビティを内部に有し、
   前記プランジャーは、前記プランジャーの上端に接合されずに静置されているプランジャーチップを有し、
   前記スリーブ及び前記プランジャーチップは、黒鉛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。
2. 前記スリーブ、前記金型及び前記金属材料加熱部を覆って、前記スリーブ、前記金型及び前記金属材料加熱部を含む空間を閉空間とするケース部材と、
   前記閉空間の内側から前記閉空間の外側に連通する連通管と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のダイキャスト装置。
3. 前記金型は、上金型と下金型とによって上下方向に分割され、
   前記上金型及び前記下金型は、水平方向に延びる前記ダイキャビティを形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイキャスト装置。
4. 前記ダイキャビティは、鉛直方向に延びる前記スリーブの中心線に関して、互いに対称な複数のキャビティによって形成されていることを特徴とする請求項３に記載のダイキャスト装置。
5. 前記スリーブの内壁と前記プランジャーチップとの間の距離は、０．０１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のダイキャスト装置。
6. 前記プランジャーは、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度で前記スリーブ内を鉛直方向上方に移動することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のダイキャスト装置。
7. 前記プランジャーは、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力を前記金属材料に加えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のダイキャスト装置。
8. １５０℃〜２５０℃の範囲内に前記金型の温度を保つ金型加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のダイキャスト装置。
9. 前記金型は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する金属によって構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のダイキャスト装置。
10. 前記金属材料は、Ｚｒ基又はＴｉ基を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のダイキャスト装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のダイキャスト装置を利用するダイキャスト方法であって、
    前記スリーブ内の前記プランジャ上に配置された金属材料を加熱して、前記金属材料を溶解させる溶解工程と、
    前記溶解工程で溶解された前記金属材料である溶湯を鉛直方向上方に押出して、前記溶湯を前記ダイキャビティ内に射出する射出工程と、
    前記ダイキャビティ内で前記溶湯を冷却する固化工程と
    を含むことを特徴とするダイキャスト方法。
12. 前記射出工程は、０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒の速度で前記溶湯を鉛直方向上方に射出する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載のダイキャスト方法。
13. 前記射出工程は、５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力を前記溶湯に加える工程を含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のダイキャスト方法。
14. １５０℃〜２５０℃の範囲内に前記金型の温度を保つ工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載のダイキャスト方法。

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