JP5328998B1

JP5328998B1 - 金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法

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Publication number: JP5328998B1
Application number: JP2013011902A
Authority: JP
Inventors: 石原信之; 長田るみ子
Original assignee: Ishihara Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Ishihara Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014140879A; WO2014115794A1

Abstract

【課題】金属ガラスの鋳造成型にかかる条件がより難しい場合にも適切に対応できる金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法を提供すること。
【解決手段】坩堝本体１１に、高周波を発生させる高周波コイル１２が巻かれて構成され、金属ガラスの溶湯１３を貯留する坩堝本体の貯留空間１４、底部１５に上下に貫通されて溶湯１３の表面張力によって内外の圧力差がないときは通過できない大きさに設けられている貫通孔１６、坩堝本体１１の上部に設けられた通気口１７を有する高周波融解坩堝１０と、坩堝本体１１の貫通孔１６にシールされて連通される鋳込み用の湯口２１を有する鋳型２０と、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とを接離動させる上下接離動装置３０と、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とを内包して真空減圧の状態とし、真空破壊によって溶湯１３を鋳型２０へ鋳込むように設けられている真空室４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、融解された金属ガラスの溶湯を結晶化の臨界冷却速度よりも速く冷却させて金属ガラスの成型品を得るように構成された金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法に関する。

従来から、金属ガラス成型方法としては、例えば、上面が開放された溶解炉にて合金材料を溶解し、成型用のキャビティを有する強制冷却金型内に、合金材料の溶湯を再溶解させながら傾動させて注入する傾角鋳造を行うと同時に、強制冷却金型のキャビティ内湯面の上面をほぼ覆う大きさの冷却促進を兼ねた上パンチにて、加圧冷却する大型バルク金属ガラスの製造方法（特許文献１参照）のように、いわゆる傾角鋳造法が知られている。

しかしながら、この傾角鋳造法は、例えば棒状や比較的厚みのある金属ガラスの成型品を得るためには効果的であるが、例えば平面的で比較的薄手の金属ガラスを成形する方法としては溶融金属の流動性などの問題から効果的に用いることができない。さらに、その溶融金属の流動性、急冷の必要性やより複雑な成型品形態への対応などの問題から、鋳型の中に部品をインサートし、そのインサート部品と一体に製品を成型するインサート成型を適切に行うことは難しかった。

また、従来においては、上方に開口した容器状で全体が縦に分割され、分割された各部分の上記開口の縁部外側にフランジを設けた坩堝と、該坩堝を円筒状に取り囲む高周波コイルとを格納して上面に覗き窓ガラスを設けたチャンバーカバーで密閉された融解室と、上記坩堝底部から流出する融解金属が注入される鋳型を格納した鋳造室とからなり、上記融解室内に、上記坩堝のフランジを支持して坩堝を釣り下げるための固定支持体と、坩堝のフランジを支持したり、支持解除して坩堝を底部からクサビ形に開く可動支持体および、ロッド駆動手段とを具備し可動支持体の変位量に応じて上記坩堝が自重によって底部から開くことを特徴とする融解金属注入装置（特許文献２参照）が提案されている。

この融解金属注入装置では、坩堝の上部フランジの直下部を徐々に開く可動支持体と固定支持とを略直交位置に配置して坩堝を釣り下げて形成する融解金属注入装置となっており、流出速度を緩やかにするよう坩堝下部の開き具合を加減して開閉出来、窓ガラスを汚損しない融解金属注入の改善をできるという利点がある。
しかしながら、この融解金属注入装置では、分割された坩堝と、その坩堝を適宜に駆動させる機構が必要となって装置の構成が複雑になると共に、インサート成型などのより難しい鋳造条件について対応できる構成とはなっていない。

特開２００９−６８１０１（第１頁）特開２００２−９６１５６（第１頁、請求項１）

金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法に関して解決しようとする問題点は、従来の装置及び方法では、インサート成型など、金属ガラスの鋳造成型にかかる条件がより難しい場合に適切に対応できない点にある。
そこで、本発明の目的は、金属ガラスの鋳造成型にかかる条件がより難しい場合にも適切に対応できる金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る金属ガラスの鋳造装置の一形態によれば、金属ガラスの成型品を、融解された金属ガラスの溶湯を結晶化の臨界冷却速度よりも速く冷却させることで形成するように、坩堝本体に、高周波を発生させて金属ガラスを融解する高周波コイルが巻かれて構成され、該高周波コイルによって融解された金属ガラスの溶湯を貯留する前記坩堝本体の貯留空間、該貯留空間を形成する底部に上下に貫通されて設けられていると共に溶湯状態の金属ガラスがその表面張力によって内外の圧力差がないときは通過できない大きさに設けられている貫通孔、及び前記坩堝本体の上部に設けられた通気口を有する高周波融解坩堝と、該高周波融解坩堝の下方に配されて前記坩堝本体の貫通孔にシールされて連通される鋳込み用の湯口を有する鋳型と、前記高周波融解坩堝と前記鋳型とを上下方向に接離動させて両者の接続と分離を行う上下接離動装置と、前記高周波融解坩堝と前記鋳型とを内蔵して真空減圧の状態にすることができ、前記高周波融解坩堝と前記鋳型とが連通されている状態で真空減圧の状態から大気開放による空気又は不活性ガスが前記通気口を通じて前記坩堝本体の貯留空間内へ導入されることによって、金属ガラスの溶湯を前記高周波融解坩堝から前記鋳型のキャビティへ移行させて鋳込みを行うように設けられている真空室とを備える金属ガラスの鋳造装置を用い、前記高周波融解坩堝と前記鋳型とが分離された状態で、前記真空室内を真空減圧の状態にすると共に前記坩堝本体の貯留空間内で前記高周波コイルによる高周波を用いて金属ガラスを融解して溶湯状態の金属ガラスがその表面張力によって貯留される工程と、鋳込み直前に前記上下接離動機構によって前記坩堝本体の貫通孔を前記鋳型の湯口へシール状態に連通させる工程と、前記真空室の真空破壊を行うことで鋳型への鋳込みを行う工程とを有する。

また、本発明に係る金属ガラスの鋳造装置を用いた鋳造方法の一形態によれば、前記真空減圧を行う際に、脱酸素手段によって酸素濃度を低減させることを特徴とすることができる。

本発明の金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法によれば、金属ガラスの鋳造成型にかかる条件がより難しい場合にも適切に対応できるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る金属ガラスの鋳造装置の形態例を模式的に示す断面図である。図１の形態例による金属ガラスの鋳込み工程を示す断面図である。図１の形態例による高周波融解坩堝と鋳型の分離工程を示す断面図である。図１の形態例の鋳型の型開工程を示す断面図である。

以下、本発明に係る金属ガラスの鋳造装置及びそれを用いた鋳造方法の形態例を、添付図面（図１〜４）に基づいて詳細に説明する。
本発明に係る金属ガラスの鋳造装置は、金属ガラスの成型品５０を、融解された金属ガラスの溶湯１３を結晶化の臨界冷却速度よりも速く冷却させることで形成するものである。

１０は高周波融解坩堝であり、坩堝本体１１に、高周波を発生させて金属ガラスを融解する高周波コイル１２が巻かれて構成されている。そして、この高周波融解坩堝１０の坩堝本体１１は、高周波コイル１２によって融解された金属ガラスの溶湯１３を貯留する貯留空間１４、その貯留空間１４を形成する底部１５に上下に貫通されて設けられていると共に溶湯状態の金属ガラスがその表面張力によって内外の圧力差がないときは通過できない大きさに設けられている貫通孔１６、及び坩堝本体の上部に設けられた通気口１７を有する。

本形態例の坩堝本体１１は、底部１５を有する有底筒状で上面が開放された壺状に形成されており、その上面が蓋体１８によって覆われて、全体として坩堝が形成されている。そして、本形態例では、その蓋体１８に、通気口１７となる通気管路が設けられている。なお、この通気口１７は、金属ガラスの溶湯１３が貯留される貯留空間１４の部分より上方にあればよく、適切な開口に設けられていれば、その形態は特に限定されるものではない。

このように坩堝本体１１が設けられていることで、金属ガラスの溶湯１３が、貫通孔１６を上側から覆って塞ぐ状態となる。すなわち、金属ガラスの溶湯１３が、重力によって底部１５の内底面上に溜まって蓋として作用することになる。従って、後述する鋳型２０に高周波融解坩堝１０が当接されてシール状態に合体・接続された際に、金属ガラスの溶湯１３によって鋳型２０のキャビティ２２内が密閉される状況になる。

２０は鋳型であり、高周波融解坩堝１０の下方に配されて坩堝本体１１の貫通孔１６にシールされて連通される鋳込み用の湯口２１を有する形態になっている。例えば、メタルシールによって気密された状態に貫通孔１６と湯口２１とを密着させるように設けられているとよい。本形態例の鋳型２０は、図４に示すように左右に型割ができるように形成されている。また、鋳型２０を冷却できるように、冷却液の例としての水が流通する水冷用の通水孔２５が鋳型２０に穿設されており、給水装置２６によって冷却水（矢印参照）が供給されるように設けられている。

３０は上下接離動装置であり、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とを上下方向に接離動させて両者の接続と分離を行うように設けられている。すなわち、この上下接離動装置３０の構成は、既知の機構を適宜選択的に用いればよく、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とが相対的に接離できるように、一方が他方に対して移動できる構成になっていればよい。例えば、直線ガイドに沿って移動する移動体、その移動体を駆動させる機構としてのボールネジ、ラックとピニオン、タイミングベルトとタイミングプーリや、チェーンとスプロケットなど、動力装置としてのサーボモータなどの電動モータや、空圧又は油圧駆動装置などを構成要素とする既知の運動機構を用いることができる。また、この上下接離動装置３０は図１に示すように後述する真空室４０の内部に内包された形態に限らず、真空減圧の気密性を確保できれば、真空室４０の外側に設置された形態であってもよい。

４０は真空室であり、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とを内蔵して真空減圧の状態にすることができ、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とが連通されている状態で真空減圧の状態から大気開放による空気又は不活性ガスが通気口１７を通じて坩堝本体１１の貯留空間１４内へ導入されることによって、金属ガラスの溶湯１３を高周波融解坩堝１０から鋳型２０のキャビティ２２へ移行させて鋳込みを行うように設けられている。つまり、貯留空間１４の圧力と、キャビティ２２内の減圧された圧力との差によって、金属ガラスの溶湯１３がキャビティ２２へ注入されることになる。なお、不活性ガスを導入する際には、高圧の不活性ガスを貯留空間１４内へ加圧注入するように供給してもよい。

以上の構成の金属ガラスの鋳造装置によれば、真空破壊や不活性ガスの投入によって貯留空間１４内へ導入された気体の圧力によって、金属ガラスの溶湯１３が、貫通孔１６及び湯口２１を介して鋳型２０のキャビティ２２へ一気に押し込まれる。すなわち、キャビティ２２内が真空減圧されて金属ガラスの溶湯１３によって密閉されているため、貯留空間１４との差圧によって、金属ガラスの溶湯１３が押されてキャビティ２２内へ一気に流入できる。

このように、金属ガラスの溶湯１３を、融解状態に温度管理された坩堝本体１１の貯留空間１４から、キャビティ２２内へ一気且つ好適に導入できる。従って、金属ガラスの成型品５０の品質を高めることができる。特に、金属ガラスの成型品５０の形状が複雑である場合や、他の部品と合体させて成型品を形成するインサート成型の場合など、鋳造の条件がより厳しい場合に効果的である。

次に、以上に説明した金属ガラスの鋳造装置を用いた鋳造方法の工程について説明する。
先ず、真空室４０内を真空減圧の状態にすると共に坩堝本体１１の貯留空間１４内で高周波コイル１２による高周波を用いて金属ガラスを融解する（図１参照）。
次に、鋳込み直前に上下接離動機構３０によって、坩堝本体１１の貫通孔１６を鋳型２０の湯口２１へシール状態に連通させるように、高周波融解坩堝１０と鋳型２０との接続を行う（図２参照）。この際には、サーボモータや油圧などの動力によって両者を強く型締めする状態として、シール状態を適切に確保できるようにすればよい。

そして、真空室４０の真空破壊を行うことで、鋳型２０への鋳込みを行う（図２参照）。または、不活性ガスなどの高圧の気体を貯留空間１４内へ導入して、鋳型２０への鋳込みを加圧して行うことができる。鋳込み直前に、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とが接続されるため、高周波融解坩堝１０の熱が鋳型２０に伝達することを抑制して鋳型２０の熱膨張を防止でき、寸法精度などの製品の品質を向上できる。このため、インサート成型を行う際には特に効果的である。

次に、上下接離動機構３０によって、高周波融解坩堝１０と鋳型２０とを上下方向に分離させる（図３参照）。さらに、鋳型２０の型割を行い、金属ガラスの成型品５０を取り出す（図４参照）。以上の工程を繰り返すことで、金属ガラスの成型品５０を繰返し製造できる。

また、真空減圧を行う際に、脱酸素手段によって酸素濃度を低減させるようにしてもよい。脱酸素手段としては、脱酸素剤、例えば酸素吸収性チタン化合物（チタンゲッター）による脱酸素方法を利用することができる。これによれば、金属ガラスの酸化を好適に防止でき、金属ガラスの成型品５０の品質を向上できる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０高周波融解坩堝
１１坩堝本体
１２高周波コイル
１３溶湯
１４貯留空間
１５底部
１６貫通孔
１７通気口
１８上部の蓋体
２０鋳型
２１湯口
２２キャビティ
２５水冷用通水孔
２６給水装置
３０上下接離動装置
４０真空室
５０金属ガラスの成型品

Claims

金属ガラスの成型品を、融解された金属ガラスの溶湯を結晶化の臨界冷却速度よりも速く冷却させることで形成するように、
坩堝本体に、高周波を発生させて金属ガラスを融解する高周波コイルが巻かれて構成され、該高周波コイルによって融解された金属ガラスの溶湯を貯留する前記坩堝本体の貯留空間、該貯留空間を形成する底部に上下に貫通されて設けられていると共に溶湯状態の金属ガラスがその表面張力によって内外の圧力差がないときは通過できない大きさに設けられている貫通孔、及び前記坩堝本体の上部に設けられた通気口を有する高周波融解坩堝と、
該高周波融解坩堝の下方に配されて前記坩堝本体の貫通孔にシールされて連通される鋳込み用の湯口を有する鋳型と、
前記高周波融解坩堝と前記鋳型とを上下方向に接離動させて両者の接続と分離を行う上下接離動装置と、
前記高周波融解坩堝と前記鋳型とを内蔵して真空減圧の状態にすることができ、前記高周波融解坩堝と前記鋳型とが連通されている状態で真空減圧の状態から大気開放による空気又は不活性ガスが前記通気口を通じて前記坩堝本体の貯留空間内へ導入されることによって、金属ガラスの溶湯を前記高周波融解坩堝から前記鋳型のキャビティへ移行させて鋳込みを行うように設けられている真空室とを備える金属ガラスの鋳造装置を用い、
前記高周波融解坩堝と前記鋳型とが分離された状態で、前記真空室内を真空減圧の状態にすると共に前記坩堝本体の貯留空間内で前記高周波コイルによる高周波を用いて金属ガラスを融解して溶湯状態の金属ガラスがその表面張力によって貯留される工程と、
鋳込み直前に前記上下接離動機構によって前記坩堝本体の貫通孔を前記鋳型の湯口へシール状態に連通させる工程と、
前記真空室の真空破壊を行うことで鋳型への鋳込みを行う工程とを有することを特徴とする金属ガラスの鋳造装置を用いた鋳造方法。
前記真空減圧を行う際に、脱酸素手段によって酸素濃度を低減させることを特徴とする請求項１記載の金属ガラスの鋳造装置を用いた鋳造方法。