JP2021070044A - 成形用金型および成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属ガラス部品の成形において、成形金型のキャビティー内への充填性を損なうことなく結晶化を防ぐ。【解決手段】 成形用金型の金型本体のキャビティー側表面には溝が形成されている部分があり、中子ユニットはプレート部と、このプレート部の一方の面から突出する凸形状部とがある。そして、プレート部の一方の面に対する他方の面が溝を完全に覆うかたちで、中子ユニットを金型本体に固定配置し、溝の部分が冷却媒体を流通させる流路の一部となるようにする。【選択図】 図５

Description

本発明は、成形用金型および成形装置に関するものであって、特に、金属ガラス部品の成形に好適なものである。

一般に、成形用金型では、キャビティー内に充填された高温の流動体を固化させてから取り出す必要上などから冷却が必要である。そのため、金型内部に水などの冷媒を流すための流路を形成して、金型を冷却する構造（例えば、特許文献１参照）などが広く採用されている。

金属ガラス部品の成形においては、母合金材料を溶解してキャビティー内に充填した後、速やかに冷却して非晶質化する。例えば、特許文献２には、金属ガラスの成形用金型として、銅などの熱容量が大きくかつ熱伝導率の高い材料製とするとともに、上型(11)に冷却水等を流通させる流路を配設するなどした強制冷却鋳型(10)が開示されている。

特開２０００−９４１１１号公報 特許第３８０８１６７号公報

金属ガラスは冷却速度が遅いと結晶化してしまい、結晶化は部品強度や耐食性の低下を招く。また、金型温度は高いほど部品の充填性が上がるが、冷却速度が低下するために結晶化領域が多くなってしまう。特に、キャビティー内で突出する中子ピンを設けた金型構造においては、中子ピンの近傍は乱流を招きやすく冷却速度が遅いため結晶化を招きやすい。また、中子ピンと接触する鋳物表面は熱による反応によって中子の材質が転写するなどして、異物の付着を招き、これが結晶化の核となってしまう場合がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、金属ガラス部品の成形において、成形金型のキャビティー内への充填性を損なうことなく結晶化を防ぐために、中子ピンなどのキャビティー内で突出する部分を積極的に冷却する方法を実現することにある。

上記課題を解決するための一手段は、金型本体と中子ユニットとで構成される成形用金型である。この成形用金型の金型本体のキャビティー側表面には溝が形成されている部分があり、中子ユニットはプレート部と、このプレート部の一方の面から突出する凸形状部とがある。そして、プレート部の一方の面に対する他方の面が溝を完全に覆うかたちで、中子ユニットを金型本体に固定配置し、溝の部分が冷却媒体を流通させる流路の一部となるようにしたものである。

また、この成形用金型をセットし、金属ガラスの部品を成形することができる成形装置である。金属ガラスの母合金材料を溶解してキャビティー内に充填し、冷却媒体を流路に流通させて金型本体を冷却するものである。

本発明によれば、キャビティー内で突出する中子ピンなどの部分を効率的に冷却することができる成形用金型及び成形装置を提供することができる。金属ガラス部品の成形においては、金型のキャビティー内への充填性を損なうことなく結晶化を防ぐことができる。

本発明に係る成形装置の一例を示す構成図である。 本発明に係る成形用金型の一例を示す構成図である。 同成形用金型について、中子ユニットを配置しているキャビティー内の状態の一例を示す図である。 同成形用金型について、中子ユニットの構成の一例を示す図である。 同成形用金型について、中子ユニットを配置した要部断面の拡大図である。 同成形用金型について、下金型に形成した溝と冷却媒体用の流路を示す図である。 同成形用金型について、冷却媒体用の流路の一部となる溝の状態の他例を示す図である。

本実施の形態の成形用金型は、冷却媒体を流通させる流路が配設されている成形用金型であって、金型本体と中子ユニットとで構成されている。そして、金型本体のキャビティー側表面には、溝が形成されている部分があり、中子ユニットは、プレート部と、プレート部の一方の面から突出する凸形状部と、プレート部の一方の面の上にあって凸形状部を囲む凹形状部とがある。また、プレート部の一方の面に対する他方の面が前記溝を完全に覆うかたちで、中子ユニットは金型本体に固定配置されており、溝が流路の一部となっていることを特徴の一つとしている。
この構成によれば、中子ユニットの凸形状部を効率良く冷却できるので、金属ガラスを成形する場合に、冷却速度の遅さに起因する結晶化を防ぐことができる。

他の特徴としては、上記の特徴に加え、溝は、対向する前記プレート部の面に沿って、渦形状又はうねり形状をしている。
この構成によれば、プレート部への冷却媒体の接触面積を最大限確保できるので、より効果的に冷却できる。

他の特徴としては、上記の特徴に加え、金型本体とプレート部との間にパッキンを設けたことにある。
この構成によれば、パッキンによって、冷却媒体がキャビティー内に流入するのを確実に防ぐことができる。

他の特徴としては、上記の特徴に加え、プレート部及び凸形状部の材質を銅にしたことにある。
この構成によれば、熱伝導率の高い銅によって効率良く冷却できる。

他の特徴としては、上記の特徴に加え、金型本体は、可動側金型と固定側金型とで構成されており、溝は、前記固定側金型に複数箇所で形成されている。そして、複数の溝に対応する複数の中子ユニットが各々固定配置したことにある。
この構成によれば、中子ピンなどの凸形状部が複数ある場合にも、効果的に冷却できる。

本実施の形態の成形装置は、少なくとも上記の何れかの特徴を備える成形用金型をセットした成形装置である。金属ガラスの母合金材料を溶解してキャビティー内に充填し、冷却媒体を流路に流通させて金型本体を冷却して、金属ガラスの部品を成形できることを特徴としている。
この構成によれば、キャビティー内で突出する中子ピンに対応する部分においても非晶質性に優れる金属ガラス部品を成形できる。

次に、上記特徴を有する具体的な実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

＜成形装置について＞
まず、図１を用いて本実施例の成形装置Ｄについて説明する。図１は、本実施例の成形装置Ｄの主要部の構成を示す図である。内部の構造を説明するために一部を断面で表している。

成形装置Ｄには成形用金型Ｍがセットされている。成形用金型Ｍは可動側金型である上金型１０と固定側金型である下金型２０とで構成されている。

成形装置Ｄは、金属ガラスの母合金材料を溶解して金型のキャビティー内に充填することで、金属ガラス部品を形成する成形装置である。成形装置Ｄは、成形用金型Ｍを含む金型装置部３０と溶解射出装置部４０とを主要な部分として構成されている。

金型装置部３０は、可動側金型である上金型１０を昇降させることができるとともに、成形後の金属ガラス部品を上金型１０から取り外す機能を有する。

上金型１０を昇降について、具体的には、次のような構成による。溶解チャンバー４１の上部には、下金型２０、複数のガイドバー３２が固定配置されている。そして、複数あるガイドバー３２に対して一つの固定盤３３が、ガイドバー３２の上端側で固定配置されている。また、複数あるガイドバー３２に対して一つの可動盤３１が装着されている。この可動盤３１は、固定盤３３の上に装着されている２台の型締用シリンダ３４によって昇降できるようになっている。上金型１０と上金型１０を筒状に囲む真空ハウジング３７は、可動盤３１の下面に固定されており、この可動盤３１と一体に昇降する。尚、本実施例では、上記及び図１に示すように型締用シリンダ３４を２台配置したが、必要な推力を確保できる場合は、型締用シリンダ３４を１台にしてもよい。

また、成形品の取り出しについて、具体的には、次のような構成による。固定盤３３には、エジェクタシリンダ３５がシリンダロッド３６を下に向けて固定配置されている。上金型１０から上方に向かって連結ロッド１１が突出している。射出成形の終了後に、可動盤３１が上死点まで上昇すると、シリンダロッド３６の下端面と連結ロッド１１の上端面は当接する。エジェクタシリンダ３５を作動させることで、連結ロッド１１を押し下げる。このとき、連結ロッド１１に連動して成形品の切断手段或いはエジェクタピンが動作することで、成形後の金属ガラス部品を上金型１０から取り外すことができる。

溶解射出装置部４０では、高周波誘導加熱用のコイルによって、金属ガラスの母合金材料を溶解し、成形用金型Ｍのキャビティ内に向けて射出する。

金属ガラスの母合金材料を溶解について、具体的には、次のような構成による。溶解チャンバー４１内には、スリーブ４２の上方を囲むように高周波コイル４５が配置されている。スリーブ４２の内側にはプランジャ４３が配置されている。また、高周波コイル４５が配置されていないエリアでスリーブの外周を囲むように冷却用ジャケット４４が配置されている。スリーブ４２の上方内側であって、プランジャ４３の上端に母合金材料Ａを配置して、高周波コイル４５によって溶解する。

また、溶解した母合金材料の射出について、具体的には、次のような構成による。シリンダ収容部５１の内部には、射出シリンダ５３とスリーブ移動シリンダ５４が配置されている。溶解チャンバー４１とシリンダ収容部５１とは保持部材５５を介してつながっている。保持部材５５はプランジャ４３を摺動可能に保持している。射出シリンダ５３のシリンダロッド５３Ｌは、連結部材５６を介してプランジャ４３の下端に接続されている。スリーブ移動シリンダ５４のシリンダロッド５４Ｌは、昇降板５２の一端側に接続されている。昇降板５２の他端側は保持部材５５に接続されている。まず、スリーブ移動シリンダ５４によって、スリーブ４２と冷却用ジャケット４４と保持部材５５が上昇する。その後、射出シリンダ５３によってプランジャ４３が上昇し、溶解した母合金材料は、溶解チャンバー４１の開口孔４１ｈを通って成形用金型Ｍのキャビティ内に充填される。

＜成形用金型について＞
次に、図２〜７を用いて本実施例の成形用金型Ｍについて説明する。

図２は、本実施例の成形用金型Ｍの構成を示す外観図である。図２（ａ）の平面図に対し、図２（ｂ）は、正面図を表している。
図２に示すように、成形用金型Ｍは上金型１０と下金型２０とで構成されている。上金型１０の上部中央から上方に向かって連結ロッド１１が突出している。
尚、本実施例では連結ロッド１１が上方に突出するようにしたが、この連結ロッド１１を突出させずに或いは省略して、延伸したかたちのシリンダロッド３６の下端が、上金型１０の上部中央から下方に向かって突入するようにしてもよい。

図３は、成形用金型Ｍについて、中子ユニット６０を配置しているキャビティー内の状態示す図である。図３（ａ）で指示するＢ−Ｂ断面の状態を図３（ｂ）で表している。
図３に示すように、成形用金型Ｍには４つのキャビティＣがある。下金型２０のキャビティ部分には、中子ユニット６０が配置されている。
また、下金型２０には、冷却媒体を流通させる流路２１が配設されている。
また、上金型１０の連結ロッド１１は、下金型２０の付近にまできている。連結ロッド１１には、成形品を上金型から取り外すための刃物、エジェクトピンを動作させるための機構につながる押動部（図示せず）が備わる。

図４は、中子ユニット６０の斜視図である。
図４に示すように、中子ユニット６０は、中子ピン６１とプレート６２と周辺コア部６３とで構成されている。
中子ピン６１は、プレート６２の一方の面の中央付近から突出するかたちで配置され、中子ユニット６０において凸形状部を構成している。中子ピン６１とプレート６２の材質は熱伝導性に優れる銅を採用している。
周辺コア部６３は、プレート６２の一方の面上において、中子ピン６１を囲むかたちで配置され、中子ユニット６０において凹形状部を構成している。周辺コア部６３の材質は、上金型１０及び下金型２０に適用しているものと同じ鋼材で形成されている。

図５は、成形用金型Ｍの中子ユニット６０を配置した部分における断面の拡大図である。
図５に示すように、下金型２０に配設されている流路２１のうち、２１ｇで示す部分では、冷却媒体がプレート６２に直に接するように形成されている。
中子ユニット６０のプレート６２と下金型２０との間には防水のためパッキン(図示しない）が設けられている。

図６は、中子ユニット６０を取り付けていない状態の下金型２０であって、下金型２０における冷却媒体用の流路２１の配設の状態を示す図である。図６（ａ）は、下金型２０の平面図である。図６（ａ）で指示するＥ−Ｅ断面の状態を図６（ｂ）で表している。また、図６（ａ）の平面図に対し、図６（ｃ）は、正面図を表している。
下金型２０では、４つ配置する中子ユニット６０各々に対して、流路２１を形成している。
下金型２０を冷却するとき、水などの冷却媒体を流路２１の注入部２１ｉから注入し循環させる。
注入部２１ｉから注入された冷却媒体は、途中で中子ユニット６０のプレート６２に対向する溝部２１ｇを通って、排出部２１ｏから排出される。
図６（ａ）に示すとおり、流路２１の溝部２１ｇは、金型本体を構成する下金型２０のキャビティー側表面に、Ｍ字に曲がった形にうねらせた「うねり形状」をしている。この「うねり形状」は、必ずしもＭ字にする必要はなく、プレートに対向する部分がより長くなるようにしながら、中子ユニットの形態に応じて効率良く冷却するために最適な「うねり形状」を選択することができる。また、「渦形状」としたり、或いは「うねり形状」と「渦形状」を組み合わせた溝形状とすることも可能である。

図７は、中子ユニット６０を構成するプレート６２の変形例であるプレート６４を下金型２０に配置した場合における断面図であって、冷却媒体用の流路の一部となる溝の状態を示している。
プレート６４には、下金型２０に配設されている流路２１の溝部２１ｇに対向して、溝部６４ｇが形成されている。すなわち、溝部２１ｇと溝部６４ｇとで流路２１の一部を構成している。溝部６４ｇが無い場合と比較して、冷却媒体とプレート６４との接触面積が広くなることになる。

次に、上記構成の成形装置Ｄ及び成形用金型Ｍの作用効果について説明する。

成形用金型Ｍを用いて金属ガラス材料による部品成形を行う場合に、金属ガラス材料を充填した後、中子ピン６１など突出した部分を含め効率良く冷却することができる。従来、中子近傍は、冷却速度が低下しやすく結晶化領域が多くなりやすかったが、これを防ぐことが可能となる。
したがって、成形用金型Ｍをセットした成形装置Ｄによって金属ガラス材料による部品の射出成形を行った場合、中子の近傍部分においても結晶化を抑えることができる。この成形装置Ｄによって得られた金属ガラス部品は、その強度と耐食性に優れたものとなる。

以上、実施例を説明したが、本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、中子ユニットについて、本実施例の説明上では簡単な形状を示したが、成形する部品に合わせて、中子ピン及び中子ピンの周囲の形状を適宜設定できる。

また、本発明の成形用金型および成形装置の特徴とする態様は、特開２００１−２４６４５１号公報、特開２００５−１９９３０９号公報等に記載されている金属ガラス合金成形用の装置の基本構成と好適に組み合わせて使用することができる。また、本発明を適用して成形する材料は、同公報、国際公開第２００５／０２４２７４号などに記載されている金属ガラス合金など、加熱溶解可能な各種合金を用いることができる。

Ｄ：成形装置
Ｍ：成形用金型
１０：上金型（可動側金型）
２０：下金型（固定側金型）
２１：流路
２１ｉ：注入部
２１ｇ：溝部
２１ｏ：排出部
３０：金型装置部
４０：溶解射出装置部
４１：溶解チャンバー
４２：スリーブ
４３：プランジャ
４４：冷却用ジャケット
４５：高周波コイル
５１：シリンダ収容部
５２：昇降板
５３：射出シリンダ
５４：移動シリンダ
５５：保持部材
６０：中子ユニット
６１：中子ピン（凸形状部）
６２：プレート
６３：周辺コア部（凹形状部）
６４：プレート
６４ｇ：溝部
Ａ：母合金材料
Ｃ：キャビティ

Claims (6)

1. 冷却媒体を流通させる流路が配設されている成形用金型であって、
   金型本体と中子ユニットとで構成され、
   前記金型本体のキャビティー側表面には、溝が形成されている部分があり、
   前記中子ユニットは、プレート部と、前記プレート部の一方の面から突出する凸形状部と、前記プレート部の一方の面の上にあって前記凸形状部を囲む凹形状部とがあり、
   前記プレート部の一方の面に対する他方の面が前記溝を完全に覆うかたちで、前記中子ユニットは前記金型本体に固定配置されており、
   前記溝は、前記流路の一部となっていることを特徴とする成形用金型。
2. 前記溝は、対向する前記プレート部の面に沿って、渦形状又はうねり形状をしていることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
3. 前記金型本体と前記プレート部との間にパッキンが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の成形用金型。
4. 前記プレート部及び前記凸形状部の材質が銅であることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の成形用金型。
5. 前記金型本体は、可動側金型と固定側金型とで構成されており、
   前記溝は、前記固定側金型に複数箇所で形成されており、
   複数の前記溝に対応する複数の前記中子ユニットが各々固定配置されていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の成形用金型。
6. 請求項１〜５何れか１項に記載の成形用金型をセットした成形装置であって、
   金属ガラスの母合金材料を溶解して前記キャビティー内に充填し、
   前記冷却媒体を前記流路に流通させて前記金型本体を冷却し、
   前記金属ガラスの部品を成形できることを特徴とする成形装置。

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