JP3075897B2 - 非晶質合金の冷却方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非晶質合金材料の新規
な鋳込み・冷却方法とその方法を実施する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のダイカスト鋳造装置や射出成形機
などの金型温調は、金型温調器の使用や、冷却水量の調
整によって行われ、これにより金型の温度を安定させる
事が、欠陥のない成形品を作る上で重要とされて来た。
例えば非晶質合金のダイカスト鋳造では約１０,０００
℃/sec以上の超急速冷却が、鋳込み金属を非晶質に形成
する上で不可欠であった。

【０００３】換言すれば、金型温度が高い事は、冷却速
度がそれだけ低くなり（約２００℃の金型では冷却速度
はせいぜい１００〜１０００℃/secである。）、冷却速
度が不十分で非晶質合金を得る事が出来ない。そこで、
超急冷のために金型温度を低くする事を目的として冷却
水のかわりに、例えば、冷媒として液体窒素を使用し
た。

【０００４】しかし、金型温度が０℃〜−３０℃となる
と、どうしても金型キャビティ内への鋳込み金属の充填
が完了する手前で鋳込み金属が金型ゲートで凝固してし
まい、充填不足を起こして完全なる成形品が得られない
事が解った。

【０００５】このことから、非晶質合金のダイカストに
よる作製は、非晶質合金が、充填されつつある時は、金
型温度を高く保持して非晶質合金の凝固を防止し、充填
完了時には、冷却速度が非晶質化に必要な速度まで速く
なる様に金型を冷却させる事が必要となってくる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記問題点に鑑みて本
発明の解決しようとする課題は、非晶質合金が金型ゲー
トの部分で凝固してしまわず、十分な充填が可能である
にも拘わらず、非晶質化に十分な冷却速度を確保できる
ようにする事である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の非晶質合金の
冷却方法によれば、『非晶質合金材料(5)を金型(1)に鋳
造する際に、非晶質合金材料(5)の鋳込み前は金型(1)を
加熱しておき、非晶質合金材料(5)が金型(1)に鋳込まれ
ると同時に金型(1)を急冷して鋳込み合金材料(5)を非晶
質化する』事を特徴とする。

【０００８】これによれば、鋳込み前は金型(1)の温度
が高いために鋳込み開始時での鋳込み合金(5)の凝固が
遅れ、鋳込み合金(5)の金型(1)への充填が十分に行わ
れ、鋳込みと同時に鋳込み合金(5)を急冷するので、非
晶質化を達成する事ができる。その結果、充填不足のな
い非晶質合金ダイカスト鋳物を得ることができる。

【０００９】請求項２の非晶質合金の冷却方法は請求項
１を限定したもので『鋳込み後の鋳込み合金材料(5)の
凝固による金型ゲート閉塞時間(t3)より、鋳込み合金
(5)の金型(1)への鋳込み完了迄の時間(t4)の方を短くす
る』事を特徴とする。これにより、鋳込み完了迄の時間
(t4)の方が、鋳込み合金材料(5)の凝固による金型ゲー
ト閉塞時間(t3)より十分早いので、鋳込み合金(5)の金
型キャビティ(1d)への完全に充填がなされる事になる。

【００１０】請求項３の非晶質合金の冷却方法は『非晶
質合金材料(5)を金型(1)に鋳造する際に、非晶質合金材
料(5)の鋳込み前は金型(1)を加熱しておき、非晶質合金
材料(5)が金型(1)に鋳込まれると同時に金型(1)を急冷
する非晶質合金(5)の冷却方法において、鋳込み合金材
料(5)が金型ゲート(7)に達すると同時に冷媒(30)が冷媒
通過路(26)の入り口(26a)に達するように、鋳込み装置
始動開始時刻(t1)から非晶質鋳込み材料(5)が金型ゲー
ト(7)に到達する迄の鋳込み材料到達時間(T1)と、冷媒
供給装置始動開始時刻(t2)から冷媒(30)が冷媒通過路(2
6)の入り口(26a)に達する冷媒到達時間(T2)を算出して
おき、鋳込み材料到達時間(T1)から冷媒到達時間(T2)を
差し引いた時間(Δt)だけを鋳込み装置始動開始時刻(t
1)より遅く冷媒(30)の供給を開始する』事を特徴とす
る。これにより、鋳込み材料(5)の金型ゲート(7)に到達
する迄の時間(T1)と、冷媒供給装置が始動して冷媒(30)
が冷媒通過路(26)の入り口(26a)に達する迄の時間(T2)
のタイムラグ(Δt)を調節して非晶質合金材料(5)の金型
(1)への鋳込みと金型(1)の急冷開始とを一致させる事が
出来、充填不足なしで非晶質部材をダイカスティングす
る事ができた。

【００１１】請求項４は非晶質合金の冷却装置は『冷媒
通過路(26)と熱媒通過路(28)とを有する金型(1)と、冷
媒通過路(26)の入り口(26a)に設けられた冷媒通過セン
サ(25)と、冷媒通過路(25)に冷媒(30)を供給する冷媒供
給部(11)と、熱媒通過路(28)に熱媒(31)を供給する熱媒
供給部(12)と、金型(1)に非晶質合金材料(5)を鋳込む前
には熱媒供給部(12)を作動させて熱媒(31)を熱媒通過路
(28)に通過させて金型(1)を加熱しておき、冷媒供給装
置始動開始時刻(t2)から冷媒通過センサ(25)にて冷媒(3
0)が冷媒通過路(26)の入り口(26a)に達する冷媒到達時
間(T2)並びに鋳込み装置始動開始時刻(t1)から非晶質鋳
込み材料(5)が金型ゲート(7)に到達するまでの鋳込み材
料到達時間(T1)とを予め演算しておいて、鋳込み時に
は、鋳込み材料到達時間(T1)から冷媒到達時間(T2)を差
し引いた時間(Δt)だけ鋳込み装置始動開始時刻(t1)よ
り遅く冷媒(30)の供給開始を行うように冷媒供給部(11)
を作動させて金型冷却を行う制御部(24)とで構成され
た』事を特徴とするこれにより、本発明方法の実施が行
われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述する
が、これによって本発明が限定されるものではない。図
１は本発明にかかる立射出ダイカスト成形装置の一例
の、射出装置(2)を中心とする部分概略断面図である。
同図において、(1)は金型、(2)は射出装置、(3)は傾倒
機構、(6)はトグル機構をそれぞれ示す。

【００１３】金型(1)は、固定金型(1a)と移動金型(1b)
とで構成されている。固定金型(1a)は固定プレート(14)
に装着されており、移動金型(1b)は、移動金型取付プレ
ート(1c)を介して移動プレート(15)に固定されている。
(19)は成形品押出のための押出ピンである。移動プレー
ト(15)はタイバー(17)にスライド自在に装着されてお
り、トグル機構(6)の作用にて移動金型(1b)を開閉する
ようになっている。(6a)はリンク機構のトグルリンクで
ある。(16)は支持ローラで、移動プレート(15)に装着さ
れており、移動プレート(15)の荷重を受けてレール上を
往復走行するようになっている。

【００１４】射出装置(2)は、射出スリーブ(4)と、前記
射出スリーブ(4)内を摺動自在に往復駆動されるチップ
(27)と、該チップ(27)を先端に装着したプランジャロッ
ド(10a)並びにプランジャロッド(10a)を作動させるため
の射出シリンダ(10)とから構成されている。

【００１５】傾倒機構(3)は、射出装置(2)をその中央部
で軸支するフレーム(20)と、射出装置(2)を傾斜させる
傾動シリンダ(8)とから主として構成されている。(20a)
は傾倒軸である。

【００１６】射出スリーブ(4)には原料加熱手段(9)が設
けられている。これは、例えば射出スリーブ(4)の外周
に巻着されたヒータや誘導加熱コイルであり、射出スリ
ーブ(4)が所定の温度を保つように温調され、射出スリ
ーブ(4)に供給された非晶質合金を熔融状態に保ってい
る。

【００１７】次に本発明に係る金型冷却装置の一実施例
を図２・図３に従って説明する。図２は冷却用回路を示
すブッロク図であり、図３は温度調節用回路のブッロク
図で、両者は説明のために別個に描かれているが、１つ
の金型(1)に装着されている。

【００１８】図１及び図４から分かるように金型(1)に
は冷媒通過路(26)及び熱媒通過路(28)が多数穿設されて
おり、冷媒通過路(26)には冷媒(30)が、熱媒通過路(28)
には熱媒(31)がそれぞれ通流されるようになっている。
金型(1)のパーティング面(P)にはキャビティ(1d)が凹設
されており、金型ゲート(7)を介して射出スリーブ(4)が
接続するようになっている。

【００１９】金型(1)の冷媒通過路(26)の出口には冷媒
(30)を貯留した保冷タンク(17)が接続されており、保冷
タンク(17)内の冷媒(30)は冷却器(11a)によって冷媒通
過路(26)に送り込まれるようになっている。冷却器(11
a)から冷媒通過路(26)の入り口までの管路には冷却バル
ブ(20)が設置されており、前記管路にエアーバルブ(22)
を介してエアー源(29)が接続されている。又、冷媒通過
路(26)の入り口には冷媒通過センサ(25)が設置されてお
り、冷却器(11a)によって供給された冷媒(30)が冷媒通
過路(26)の入り口に達したかどうかを検出している。

【００２０】冷媒通過センサ(25)の検出データは制御部
(24)に送られる。制御部(24)は冷却バルブ(20)を始めエ
アーバルブ(22)(23)、温調バルブ(21)等の開閉を演算結
果に基づいて行うものである。ここでは、冷却バルブ(2
0)を開にしてから冷媒通過センサ(25)によって冷媒(30)
が冷媒通過路(26)の入り口に到達するまでの時間を検出
することにより、冷却器(11a)により冷媒(30)が冷却バ
ルブ(20)を開にした後、冷媒通過路(26)の入り口に到達
するまでの時間が測定できる。

【００２１】エアー源(29)は冷却バルブ(22)並びに温調
バルブ(23)を介して冷媒通過路(26)並びに熱媒通過路(2
8)に接続されており、冷却バルブ(22)又は温調バルブ(2
3)を開にする事により、圧縮エアーが冷媒通過路(26)又
は熱媒通過路(28)に吹き込まれて冷媒通過路(26)又は熱
媒通過路(28)に残っている冷媒(30)や熱媒(31)が吹き飛
ばされて保冷タンク(17)や保温タンク(18)に戻されるよ
うになっている。

【００２２】図３は温調用回路で、冷媒通過路(26)に平
行して穿設された熱媒通過路(28)に熱媒(31)を通流させ
る回路である。熱媒通過路(28)の出口には熱媒(31)を貯
留した保温タンク(18)が設置されている。保温タンク(1
8)と熱媒通過路(28)との入り口には温調器(12a)が設置
されており、温調器(12a)の出口側に設置された温調バ
ルブ(21)によって熱媒(31)の熱媒通過路(28)への供給が
断続されるようになっている。熱媒(31)を供給する管路
にはエアーバルブ(23)を介して、エアー源(29)が接続さ
れている。前記冷媒(30)は、例えば水又は液体窒素など
が使用される。熱媒(31)は例えば熱湯や、油などが使用
される。

【００２３】次に上記成形装置の作動について図面を参
照して説明する。 トグル機構(6)のトグルリンク(6a)を収縮させて移動
金型(1b)を固定金型(1a)から離間させ、型開きを行う。
続いて、傾動機構(3)を作動させて射出装置(2)を傾動軸
(20a)の回りに回転させ、射出装置(2)を傾斜させる。

【００２４】次に、金型(1a)(1b)のパーティング面
(P)間並びに傾けられた射出スリーブ(4)の直上に位置さ
せ、潤滑剤噴射ノズル(25)から潤滑剤(26)を噴出させて
金型(1a)(1b)のパーティング面(P)、射出スリーブ(4)の
面に潤滑剤(26)を塗布する。

【００２５】続いて射出スリーブ(4)に非晶質合金材
料の溶湯(5)を不活性ガス雰囲気中で供給し、傾動機構
(3)を逆方向に作動させて射出装置(2)を垂直に起こす。

【００２６】この間、ヒータ(9)によって射出スリー
ブ(4)は加熱されており、射出スリーブ(4)内の溶湯(5)
は、溶融状態に保たれている。

【００２７】続いてトグル機構(6)のトグルリンク(6
a)を伸長させて移動金型(1b)を閉じ、両金型(1a)(1b)の
パーティング面(P)に設けられた湯道孔に射出スリーブ
(4)の先端を連結する。

【００２８】最後に、射出シリンダ(10)を作動させ、
プランジャロッド(10a)を介してこれに連接しているチ
ップ(27)を急速に上昇させ、溶湯(5a)を押上げて型窩に
溶湯(5a)を鋳込む。

【００２９】射出シリンダ(10)が作動してシリンダロッ
ド(10a)により溶湯(5)が金型キャビティ(1d)の金型ゲー
ト(7)に向かって押し上げられ、金型ゲート(7)に到達す
る瞬間まで温調器(12a)の作動によって熱媒(31)は温調
バルブ(21)を通り熱媒通過路(28)を通流し、金型(1)を
所定の温度に保つ。

【００３０】金型温度は一般的には、５０〜１００℃内
外の温度に保たれる。溶湯(5)が金型ゲート(7)に達した
時、冷却器(11a)の冷却が開始される事になるのである
が、冷却バルブ(20)を開にしてから冷媒通過路(26)の入
り口に達するまで、一定の時間が掛かり、金型(1)の冷
却開始が遅れる事になる。そこで、冷却バルブ(20)から
冷媒通過路(26)の入り口に冷媒(30)が達するまでの時間
を演算し、これを考慮に入れ、早めに冷却バルブ(20)を
開にすることにより、溶湯(5)が金型ゲート(7)に到達す
る時刻と冷媒(30)が冷媒通過路(26)の入り口に到達する
時刻とを一致させるようにする。

【００３１】これにより非晶質合金材料の鋳込み開始
（溶湯(5)が金型ゲート(7)に到達する時刻）と金型冷却
開始とを一致させることができるのである。以下、その
方法を説明する。 金型(1)の冷却バルブ(20)をオンした時より、金型
(1)の冷却通過路(26)の入り口直前に設けた冷媒通過セ
ンサ(25)が作動するまでの時刻を制御部(24)にて予め測
定しておく。

【００３２】 射出直前までは、図３の温調バルブ(2
1)がオンになっており、金型(1)は約５０℃〜１００℃
に温調されている。

【００３３】 射出スタートと同時に図２の温調バル
ブ(21)はオフになり、同時に図３に示したエアーバルブ
(23)がオンになり、金型(1)内の温調用の温水又は温熱
油をすべて保温タンク(18)に収容する。比熱の大きい水
などの熱媒(31)が金型(1)内に残っていると、冷却する
場合に、熱媒(31)も同時に冷却しなければならず、その
分冷却速度が遅くなるのでエアーによって冷却前に予め
全て排出される。

【００３４】 射出スピードなど、射出条件はあらか
じめ制御部(24)にインプットされているため、射出開始
時より、充填完了(射出停止)までの射出時間は制御部(2
4)にて容易に計算出来、で計算した冷媒到達時間を射
出時間より差し引いて、充填完了時に丁度冷媒(30)が、
金型(1)の冷媒通過路(26)の入り口(26a)の直前に来る
様、射出開始時より上記で計算した時間を測定し、時間
到達と同時に、金型(1)の冷却バルブ(20)をオンにす
る。これにより、非晶質合金(5)の金型ゲート(7)通過と
金型冷却開始とが一致し、以後、超急冷がなされ、非晶
質化が図られる。

【００３５】 非晶質合金が冷却され、凝固した後、
金型(1)内より取り出されるが、取り出しとほぼ同時に
図２の冷却バルブ(20)がオフになり、エアーバルブ(22)
が少し遅れてオンになる。これで冷却配管及び金型(1)
の冷媒通過路(26)の冷媒(30)はすべて保温タンク(17)に
回収される。即ち、比熱の大きい水などの冷媒(30)が金
型(1)の冷媒通過路(26)内に残っていると、時サイクル
の金型(1)の熱を奪う事になり、温調効果を阻害するこ
とになるので、前述のようにエアーによって全て排出さ
れることになる。

【００３６】 図３の温調用バルブ(21)がオンされ、
再び熱媒(31)が熱媒通過路(28)に通流し、金型(1)は加
熱される。

【００３７】 射出された溶湯(5a)がキャビティ(1d)
内で凝固すると、再度トグル機構(6)を収縮させて移動
金型(1b)を固定金型(1a)から離間させて型開きを行い、
押出ピン(19)にて成形品を押出し出す。以下、前述の作
業が繰り返される。

【００３８】

【発明の効果】金型温度が高いため、金型ゲートを非晶
質合金が通過している時の金型ゲートにおける凝固が少
し遅れるため、良好な溶湯の流れが確保され、溶湯の金
型キャビティへの充填不良などがなくなるという効果が
得られた。また、非晶質合金の金型キャビティへの鋳込
みと同時に金型冷却が行われ、急激に金型温度が低くな
り、非晶質合金も同時に急冷されるため、充填不足を生
じることなく非晶質合金を得る事が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立射出ダイカスト成形装置の一例の射
出装置を中心とする部分概略縦断面図

【図２】図１における冷却用回路のブロック図

【図３】図１における温調用回路のブロック図

【図４】本発明に使用される一方の金型の斜視図

【図５】本発明に使用される金型の閉成時の正面図

【図６】本発明における冷却及び温調サイクルを示すグ
ラフ

【符号の説明】

(1)…金型 (2)…射出装置 (3)…傾倒機構 (4)…射出スリーブ (5)…溶湯 (6)…トグル機構 (7)…金型ゲート (9)…原料加熱手段 (10)…射出シリンダ (11)…冷媒供給部 (12)…熱媒供給部 (13)…制御部 (27)…チップ (30)…冷媒 (31)…熱媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内 川内住宅11− 806（番地なし) (72)発明者 中村 孝夫 兵庫県明石市二見町福里字西之山523番 ノ１ 東洋機械金属株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−318076（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/22 B22D 17/32 B22D 27/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非晶質合金材料を金型に鋳造する
   際に、非晶質合金材料の鋳込み前は金型を加熱してお
   き、非晶質合金材料が金型に鋳込まれると同時に金型を
   急冷して鋳込み合金材料を非晶質化する事を特徴とする
   非晶質合金の冷却方法。
2. 【請求項２】 鋳込み後の鋳込み合金材料の凝固
   による金型ゲート閉塞時間より、鋳込み金属の金型への
   鋳込み完了迄の時間の方を短くする事を特徴とする請求
   項１に記載の非晶質合金の冷却方法。
3. 【請求項３】 非晶質合金材料を金型に鋳造する
   際に、非晶質合金材料の鋳込み前は金型を加熱してお
   き、非晶質合金材料が金型に鋳込まれると同時に金型を
   急冷する非晶質合金の冷却方法において、 鋳込み合金材料が金型ゲートに達すると同時に冷媒が冷
   媒通過路の入り口に達するように、鋳込み装置始動開始
   時刻から非晶質鋳込み材料が金型ゲートに到達する迄の
   鋳込み材料到達時間と、冷媒供給装置始動開始時刻から
   冷媒が冷媒通過路の入り口に達する冷媒到達時間を算出
   しておき、鋳込み材料到達時間から冷媒到達時間を差し
   引いた時間だけを鋳込み装置始動開始時刻より遅く冷媒
   の供給を開始する事を特徴とする非晶質合金の冷却方
   法。
4. 【請求項４】 冷媒通過路と熱媒通過路とを有す
   る金型と、冷媒通過路の入り口に設けられた冷媒通過セ
   ンサと、冷媒通過路に冷媒を供給する冷媒供給部と、熱
   媒通過路に熱媒を供給する熱媒供給部と、金型に非晶質
   合金材料を鋳込む前には熱媒供給部を作動させて熱媒を
   熱媒通過路に通過させて金型を加熱しておき、冷媒供給
   装置始動開始時刻から冷媒通過センサにて冷媒が冷媒通
   過路の入り口に達する冷媒到達時間並びに鋳込み装置始
   動開始時刻から非晶質鋳込み材料が金型ゲートに到達す
   るまでの鋳込み材料到達時間とを予め演算しておいて、
   鋳込み時には、鋳込み材料到達時間から冷媒到達時間を
   差し引いた時間だけ鋳込み装置始動開始時刻より遅く冷
   媒の供給開始を行うように冷媒供給部を作動させて金型
   冷却を行う制御部とで構成された事を特徴とする非晶質
   合金の冷却装置。