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【発明の名称】 成形型および成形装置
【発明者】 【氏名】両角 直一

【氏名】土屋 和博

【要約】 【課題】不要部の除去作業が大きく軽減され、高い寸法精度の金属ガラス成形体を効率よく製造可能な成形型、およびかかる成形型を備える成形装置を提供すること。

【構成】成形型10は、第1プレート11、第2プレート12および第3プレート13を有する。第1パーティング面112には、型閉め状態においてキャビティ20が形成される。第2プレート12内には、出口がキャビティ20に開口するゲート部21を有している。成形体10は、キャビティ20内に溶融金属を充填し、冷却・固化させることにより、金属ガラス合金の成形体を得るのに用いられる成形型であり、ゲート部21の横断面積は、7500〜75000μmである。そして、成形型10は、成形体を得た後、第1パーティング面112を開いた際に、成形体が第1プレート11に固着するとともにゲート部21で破断して離脱するよう構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
相対的に型閉め型開き自在に設けられた第1の型および第2の型と、該両型の型閉め状態において前記両型間に形成されたキャビティと、前記第2の型内に設けられ、溶融材料を前記キャビティ内に供給するゲート部とを有し、前記キャビティ内に前記溶融材料として固化したときに金属ガラス合金となる組成の溶融金属を充填した後、前記キャビティ内の前記溶融金属を冷却・固化させることにより、前記金属ガラス合金で構成された成形体を得るのに用いられる成形型であって、
前記ゲート部の横断面の面積が7500〜75000μmであり、かつ、前記第1の型と前記成形体との間の固着力が、前記第2の型と前記成形体との間の固着力より大きくなっており、
前記成形体を得た後、前記両型を開いた際に、前記成形体が前記第1の型側に固着するとともに、前記成形体が前記ゲート部で破断して前記第2の型側から離脱するよう構成されていることを特徴とする成形型。
【請求項2】
前記キャビティの内壁面のうち、前記第1の型側に形成された内壁面の面積が、前記第2の型側に形成された内壁面の面積より大きい請求項1に記載の成形型。
【請求項3】
前記キャビティにおいて、前記第1の型側に形成された抜きテーパの角度が、前記第2の型側に形成された抜きテーパの角度より小さい請求項1または2に記載の成形型。
【請求項4】
前記ゲート部の軸は、前記両型の間の型合わせ面に対してほぼ直交している請求項1ないし3のいずれかに記載の成形型。
【請求項5】
前記ゲート部の出口は、前記キャビティの前記第2の型側に形成された内壁面から前記キャビティの中心部に向かって突出した凸部に設けられている請求項1ないし4のいずれかに記載の成形型。
【請求項6】
前記キャビティの内壁面から突出した凸部の突出高さは、前記ゲート部の軸方向の長さより大きい請求項5に記載の成形型。
【請求項7】
前記ゲート部は、その軸方向の長さが0.05〜0.5mmである請求項5または6に記載の成形型。
【請求項8】
前記キャビティにおいて、前記第1の型と前記第2の型との距離が周囲よりも長くなっている肉厚部を有し、
前記凸部は、前記肉厚部に対応する位置に設けられている請求項5ないし7のいずれかに記載の成形型。
【請求項9】
当該成形型は、前記両型を開いた状態で、前記第1の型に固着した前記成形体を、前記第1の型から離型させるように押すイジェクトピンを有し、
該イジェクトピンは、前記肉厚部に対応する位置を押すよう構成されている請求項8に記載の成形型。
【請求項10】
当該成形型は、前記第2の型の前記第1の型と反対側に、前記第2の型に対して相対的に型閉め型開き自在に設けられた第3の型を有し、前記第2の型と前記第3の型との間に、前記ゲート部の出口と反対側に連結され、前記溶融金属を前記ゲート部に供給するランナー部およびスプルー部が形成されており、
前記第2の型と前記第3の型とを開いた状態で、前記第2の型に固着した前記ゲート部、前記ランナー部および前記スプルー部に存在する前記金属ガラス合金を、前記第2の型から離型させるように押す第2イジェクトピンを有する請求項1ないし9のいずれかに記載の成形型。
【請求項11】
前記ゲート部は、出口に向かって内径がほぼ一定な円管状をなしている請求項10に記載の成形型。
【請求項12】
前記ゲート部は、出口に向かって内径が漸減するテーパ内周面を有する円管状をなしており、該テーパ内周面の抜きテーパの角度は、0.5°以下である請求項10に記載の成形型。
【請求項13】
前記ランナー部は、前記ゲート部に向かって内径が漸減するテーパ内周面を有する円管状をなしており、該テーパ内周面の抜きテーパの角度は、10〜30°である請求項10ないし12のいずれかに記載の成形型。
【請求項14】
前記金属ガラス合金は、その引張強度が1500〜2000MPaである請求項1ないし13のいずれかに記載の成形型。
【請求項15】
請求項1ないし14のいずれかに記載の成形型を備えることを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、成形型および成形装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特定の金属材料を主成分とし、所定の条件を満たす元素を含む材料とを混合した原材料を、溶融状態から極めて急速に冷却すると、結晶が形成される前のランダムな非晶質状態の合金が形成される場合がある。このような合金は、所定の温度領域において、ガラス様に振る舞うことから、「金属ガラス」と呼ばれる。
このような金属ガラス合金は、高強度、低ヤング率、高耐食性等の優れた特性を備えていることから、歯車のような各種の機械部品を構成する材料として期待されている。
【0003】
また、金属ガラス合金は、成形型を用いて成形する場合、キャビティの形状を忠実に再現する高い成形性を備えていることから、微小で複雑な機械部品を製造することもできる。
例えば、特許文献1には、キャビティと、キャビティに連通するスプルーとを有し、金属ガラス合金の成形体を得るのに用いられる成形型が開示されている。かかる成形型のキャビティ内に溶融状態の原材料(溶融金属)を供給することにより、キャビティの形状をなす金属ガラス合金の成形体が得られる。
【0004】
ここで、図8は、従来の成形型の型閉め状態の一例を示す図(縦断面図)である。
図8に示す成形型810は、相対的に型締め型開き自在に設けられた第1プレート(第1の型)811および第2プレート(第2の型)812を有する射出成形型である。
第1プレート811および第2プレート812との間には、型閉め状態において、製造すべき成形体の形状をなすキャビティ820が形成される。
【0005】
また、成形型810は、出口がキャビティ820に開口し、キャビティ820内に溶融金属を供給するゲート部821、ランナー部822およびスプルー部823を有している。そして、図8に示す供給源850から供給された溶融金属は、スプルー部823、ランナー部822およびゲート部821を順次通過してキャビティ820に供給され、供給された溶融金属は、その後、冷却・固化して、金属ガラス合金の成形体となる。
このような従来の成形型810で得られる成形体は、キャビティ820の形状をなすキャビティ成形部と、ゲート部821、ランナー部822およびスプルー部823のそれぞれの形状をなすゲート成形部、ランナー成形部およびスプルー成形部とを備えたものとなる。
【0006】
ところで、キャビティ成形部を機械部品等として用いるためには、得られた成形体からゲート成形部、ランナー成形部およびスプルー成形部を含む不要部を切り離す必要がある。ところが、従来の成形型810では、ゲート部821が幅広い形状をなしており、それに伴って幅広(肉厚)のゲート成形部が形成されることとなる。前述したように金属ガラス合金は優れた機械的特性を有しており、このような幅広のゲート成形部を切断して、キャビティ成形部を得ることは容易ではなく、切断作業に多大な手間とコストを必要とする。
かかる問題は、機械部品を大量に生産する場合には、生産効率を大幅に低下させることになるため、特に顕著な問題となる。
また、特に、微小な成形体を製造する場合、キャビティ成形部の寸法精度を低下させることなく、キャビティ成形部とスプルー成形部とを切り離すのは困難である。
【0007】
【特許文献1】特開2000−271714号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、不要部の除去作業が大きく軽減され、高い寸法精度の金属ガラス成形体を効率よく製造可能な成形型、およびかかる成形型を備える成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の成形型は、相対的に型閉め型開き自在に設けられた第1の型および第2の型と、該両型の型閉め状態において前記両型間に形成されたキャビティと、前記第2の型内に設けられ、溶融材料を前記キャビティ内に供給するゲート部とを有し、前記キャビティ内に前記溶融材料として固化したときに金属ガラス合金となる組成の溶融金属を充填した後、前記キャビティ内の前記溶融金属を冷却・固化させることにより、前記金属ガラス合金で構成された成形体を得るのに用いられる成形型であって、
前記ゲート部の横断面の面積が7500〜75000μmであり、かつ、前記第1の型と前記成形体との間の固着力が、前記第2の型と前記成形体との間の固着力より大きくなっており、
前記成形体を得た後、前記両型を開いた際に、前記成形体が前記第1の型側に固着するとともに、前記成形体が前記ゲート部で破断して前記第2の型側から離脱するよう構成されていることを特徴とする。
これにより、不要部の除去作業が大きく軽減され、高い寸法精度の金属ガラス成形体を効率よく製造可能な成形型が得られる。
【0010】
本発明の成形型では、前記キャビティの内壁面のうち、前記第1の型側に形成された内壁面の面積が、前記第2の型側に形成された内壁面の面積より大きいことが好ましい。
これにより、第1の型側に形成された内壁面と成形体との間の固着力を、第2の型側に形成された内壁面と成形体との間の固着力よりも、より確実に増大させることができる。その結果、第1の型と第2の型とを型開き状態とした際に、第1の型側に形成された内壁面に成形体をより確実に固着させるとともに、ゲート部に存在する金属ガラス合金をより確実に破断させることができる。
【0011】
本発明の成形型では、前記キャビティにおいて、前記第1の型側に形成された抜きテーパの角度が、前記第2の型側に形成された抜きテーパの角度より小さいことが好ましい。
これにより、第1の型側に形成された内壁面と成形体との間の摩擦力が増大し、前記内壁面から成形体が抜け難くなる。このため、前記内壁面と成形体との間の固着力を、第2の型側に形成された内壁面と成形体との間の固着力よりもさらに増大させることができる。その結果、前記両型の間の型合わせ面を開いた際に、ゲート部に存在する金属ガラス合金をさらに確実に破断させることができる。
【0012】
本発明の成形型では、前記ゲート部の軸は、前記両型の間の型合わせ面に対してほぼ直交していることが好ましい。
これにより、第1の型と第2の型との間が開く際に、ゲート部に存在する金属ガラス合金に、最も小さい横断面に対して引張荷重を作用させることができるので、ゲート部に対して単位面積当たりの荷重を増大させ、より大きな応力を発生させることができる。その結果、前記両型の型合わせ面を開いた際に、ゲート部に存在する金属ガラス合金を特に確実に破断させることができる。
【0013】
本発明の成形型では、前記ゲート部の出口は、前記キャビティの前記第2の型側に形成された内壁面から前記キャビティの中心部に向かって突出した凸部に設けられていることが好ましい。
これにより、前記第1の型と前記第2の型との型合わせ面が開いてゲート部が破断した際に、成形体側に生じる破断片が、前記凸部に対応する凹部内に生じることとなる。そして、かかる前記凸部を有する成形型により得られた成形体は、破断片の端部が成形体の外周面から突出し難いものとなる。したがって、成形後の成形体に仕上げ加工を施して破断片を除去する必要がなくなり、成形体の製造工程の大幅な簡素化および低コスト化を図ることができる。
【0014】
本発明の成形型では、前記キャビティの内壁面から突出した凸部の突出高さは、前記ゲート部の軸方向の長さより大きいことが好ましい。
これにより、前記第1の型と前記第2の型との型合わせ面が開いた際に生じたゲート部の破断片のうち、成形体側に残存した破断片は、その端部が成形体の外周面(下面)から突出するのを確実に防止することができる。
【0015】
本発明の成形型では、前記ゲート部は、その軸方向の長さが0.05〜0.5mmであることが好ましい。
これにより、成形体側に残存する破断片の長さを比較的短くすることができ、得られた成形体から破断片を除去する必要性をさらに低減することができる。また、ゲート部の軸方向の長さが前記範囲内であれば、ゲート部の範囲内で確実に破断させることができる。
【0016】
本発明の成形型では、前記キャビティにおいて、前記第1の型と前記第2の型との距離が周囲よりも長くなっている肉厚部を有し、
前記凸部は、前記肉厚部に対応する位置に設けられていることが好ましい。
これにより、キャビティに設けられた凸部によって成形体に凹部が形成され、これにより成形体の肉厚が薄くなり過ぎるのを防止することができる。すなわち、肉厚部の位置に対応して凸部を設けるようにすれば、凸部による成形体の肉厚の減少を肉厚部によって相殺することができる。その結果、成形体に極端に薄肉な部分ができるのを防止して、成形型を用いて得られた成形体全体の機械的強度の低下を防止することができる。
【0017】
本発明の成形型では、当該成形型は、前記両型を開いた状態で、前記第1の型に固着した前記成形体を、前記第1の型から離型させるように押すイジェクトピンを有し、
該イジェクトピンは、前記肉厚部に対応する位置を押すよう構成されていることが好ましい。
これにより、例えば、キャビティの第1の型と第2の型との距離が短く、かかるキャビティから得られる成形体が薄肉なものである場合でも、成形体を前記イジェクトピンで押した際に、成形体が不本意に変形してしまうのを確実に防止することができる。すなわち、肉厚部を押して離型させることにより、全体が薄肉な成形体を形成する場合でも、離型の際に成形体が変形し難くなり、高い寸法精度の成形体が得られる。
【0018】
本発明の成形型では、当該成形型は、前記第2の型の前記第1の型と反対側に、前記第2の型に対して相対的に型閉め型開き自在に設けられた第3の型を有し、前記第2の型と前記第3の型との間に、前記ゲート部の出口と反対側に連結され、前記溶融金属を前記ゲート部に供給するランナー部およびスプルー部が形成されており、
前記第2の型と前記第3の型とを開いた状態で、前記第2の型に固着した前記ゲート部、前記ランナー部および前記スプルー部に存在する前記金属ガラス合金を、前記第2の型から離型させるように押す第2イジェクトピンを有することが好ましい。
これにより、成形体を形成する度に生じる不要部、すなわちゲート部内、ランナー部内およびスプルー部内に存在する金属ガラス合金を、容易に排出・除去することができる。
【0019】
本発明の成形型では、前記ゲート部は、出口に向かって内径がほぼ一定な円管状をなしていることが好ましい。
これにより、第2の型のゲート部周辺に、断面形状(第2の型の上面とゲート部の内周面とで形成される形状)に鋭角になる部分が生じてしまうのを、確実に防止することができる。断面形状が鋭角になっている成形型は、この部分で欠損等を生じ易いため、耐久性に劣る。かかる観点から、断面形状が鋭角になる部分を含まない成形型は、耐久性に優れたものとなる。
【0020】
本発明の成形型では、前記ゲート部は、出口に向かって内径が漸減するテーパ内周面を有する円管状をなしており、該テーパ内周面の抜きテーパの角度は、0.5°以下であることが好ましい。
これにより、ゲート部内に存在する金属ガラス合金は、より成形体に近い部分で破断し易くなる。その結果、成形体側に残存した破断片の長さがより短くなり、得られた成形体から破断片を除去する必要性がより低減する。
【0021】
本発明の成形型では、前記ランナー部は、前記ゲート部に向かって内径が漸減するテーパ内周面を有する円管状をなしており、該テーパ内周面の抜きテーパの角度は、10〜30°であることが好ましい。
これにより、キャビティ内に溶融金属を射出する際、ランナー部の内周面に過大な応力が加わるのを防止するとともに、成形体を得た後、第2の型と第3の型との間の型合わせ面を開いた際に、ランナー部内に存在する金属ガラス合金が、第2の型に引っ掛かるのを防止することができる。その結果、第2の型と第3の型とをより円滑に開くことができる。
【0022】
本発明の成形型では、前記金属ガラス合金は、その引張強度が1500〜2000MPaであることが好ましい。
このように引張強度が大きい金属ガラス合金を用い、射出成形法により成形体を得る場合にも、本発明の成形型が特に好適に用いられる。
本発明の成形装置は、本発明の成形型を備えることを特徴とする。
これにより、不要部の除去作業が大きく軽減され、高い寸法精度の金属ガラス成形体を効率よく製造可能な成形装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、本発明の成形型および成形装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の成形型の型閉め状態およびこの成形型を備える成形装置を示す縦断面図、図2は、図1中のキャビティ周辺を示す部分拡大図、図3〜図7は、本発明の成形装置を用いて成形体を形成する流れを説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図1〜図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示す成形装置1は、成形型10と、この成形型10内に溶融材料を供給する供給源50とを有する射出成形装置である。
【0024】
以下、各部について詳細に説明する。
図1および図2に示す成形型10は、相対的に型閉め型開き自在に設けられた第1プレート(第1の型)11、第2プレート(第2の型)12および第3プレート(第3の型)13を有する射出成形型である。
第1プレート11、第2プレート12および第3プレート13の構成材料としては、それぞれ特に限定されないが、例えば、耐熱鋼、超硬合金等が挙げられる。
【0025】
第1プレート11と第2プレート12との間の第1パーティング面(型合わせ面)112には、型閉め状態において、製造すべき成形体の形状をなすキャビティ20が形成される。
このような成形型10は、型閉め状態において、キャビティ20内に溶融材料を充填し、成形体を形成する射出成形に用いられるものである。また、本発明の成形型は、この溶融材料として、固化したときに金属ガラス合金となる組成の溶融金属を用いており、この金属ガラス合金で構成された成形体を得るのに用いられるものである。
【0026】
ここで、金属ガラス合金は、その原子配列がランダムであり、結晶粒同士の境界である結晶粒界や、結晶粒内の原子レベルでの位置ズレである転位等の不連続部位が実質的に存在しないという特徴を有する金属材料である。このため、金属ガラス合金に応力が発生しても、この不連続部位を起点とした亀裂が生じ難い。これにより、金属ガラス合金は、高強度、高靭性、高耐摩耗性等の優れた機械的特性を備えた金属材料となる。すなわち、このような金属ガラス合金で構成された成形体は、機械的特性に優れたものとなる。
また、結晶金属では、溶融状態から固化に至る際、結晶化に伴う原子配列の自発的な変化を伴うため、成形体の形状が変化することとなる。一方、金属ガラス合金では、このような結晶化を伴わないため、キャビティの形状をより忠実に再現することができる。すなわち、金属ガラス合金で成形体を形成すれば、より高い成形性を享受することができる。
【0027】
本発明の成形装置1に用いられる金属ガラス合金の組成としては、特に限定されないが、例えば、Fe基、Co基、Ni基、Cu基、Ti基、Zr基、Hf基、Mg基、Ca基、La基、Y基、Pt基、Pd基等の各種金属ガラス合金が挙げられる。
また、このような金属ガラス合金は、その引張強度が1500〜2000MPa程度であるものが好ましく、1600〜2000MPa程度であるものがより好ましい。このように引張強度が大きい金属ガラス合金を用い、射出成形法により成形体を得る場合にも、本発明の成形型および成形装置が特に好適に用いられる。
【0028】
以下、成形型10の各部の構成について詳細に説明する。
第2プレート12内には、出口がキャビティ20に開口し、上下方向に沿って設けられたゲート部21と、ゲート部21の出口と反対側の端部に連結され、ゲート部21よりも横断面の面積が大きいランナー部22とが設けられている。これらのゲート部21およびランナー部22の内壁面は、図2に示すように不連続になるよう連結されている。また、ランナー部22のゲート部21と反対側には、スプルー部23が連結されている。スプルー部23は、第3プレート13を貫通するように配設されており、スプルー部23のランナー部22と反対側の端部には、溶融金属を供給する供給源50が設けられている。
【0029】
そして、供給源50から供給された溶融金属を、スプルー部23、ランナー部22およびゲート部21を順次通過させることにより、最終的にキャビティ20内に充填することができる。
このようにしてキャビティ20内に充填された溶融金属は、冷却・固化されることにより、キャビティ20の形状をなし、金属ガラス合金で構成された成形体となる。
【0030】
ここで、従来、金属ガラス合金で構成された成形体を得るのに用いられる成形型では、キャビティ内に溶融金属を供給するゲート部の構造として、いわゆるサイドゲートやダイレクトゲートと呼ばれるゲート構造が用いられていた。
このような従来のゲート部は、その内径が比較的大きいものである。したがって、このような成形型で得られた成形体は、キャビティの形状をなすキャビティ成形体と、ランナー部の形状をなすランナー部成形体およびスプルー部の形状をなすスプルー部成形体との間が、比較的肉厚のゲート部成形体を介して連結されたものとなる。このため、射出成形の後、キャビティ成形体と、ゲート部成形体、ランナー部成形体およびスプルー部成形体とを切り離す仕上げ加工を行うことにより、目的とする形状の成形体を得ることを余儀なくされていた。ところが、肉厚でかつ高強度のゲート部成形体を切断するためには、多大な手間とコストを必要としていた。
【0031】
このような課題を解決するため、本発明者は、成形型10の構成について鋭意検討を重ね、ゲート部21の横断面の面積を7500〜75000μmとし、かつ、キャビティ20の第1プレート11側の内壁面と成形体との間の固着力が、キャビティ20の第2プレート12側の内壁面と成形体との間の固着力より大きくなるように構成することとした。そして、第1プレート11と第2プレート12との間の第1パーティング面112を開いた際に、キャビティ20内の成形体が第1プレート11側に固着した状態で、ゲート部21に存在する金属ガラス合金を引張応力により破断させ、成形体が第2プレート12側から離脱するよう構成することとした。成形型10をこのような構成とすることにより、成形体の形成に伴って、ゲート部21、ランナー部22およびスプルー部23に存在する不要な金属ガラス合金を除去可能な成形型10が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0032】
かかる成形型10によれば、不要部の除去作業が大きく軽減され、製造工程の大幅な簡略化を図ることができる。これにより、成形体の製造コストを大幅に低減することができる。
また、かかる成形型10では、ゲート部21の横断面の面積を非常に狭くするとともに、ゲート部21において金属ガラス合金が確実に破断するように最適化されている。したがって、溶融金属を滞りなくキャビティ20内に供給しつつ、従来の成形型で必要とされた、成形体の形成後に不要部を切り離す仕上げ加工等を省略することができる。その結果、高い寸法精度の金属ガラス成形体を効率よく製造し得る成形型10および成形装置1が得られる。
【0033】
また、キャビティ20内において、それほど高い寸法精度を必要としない箇所にゲート部21の出口の位置を設定することにより、特に高い寸法精度を必要とする箇所を確実に高い寸法精度で形成することができ、高品質の成形体を得ることができる。
ここで、成形型10のゲート部21は、その横断面の面積が7500〜75000μmとされるが、8000〜60000μm程度であるのが好ましく、10000〜50000μm程度であるのがより好ましい。これにより、溶融金属を滞りなくキャビティ20内に供給しつつ、型開きの際に、ゲート部21に存在する金属ガラス合金が確実に破断し得る成形型10が得られる。
【0034】
また、図1および図2に示すキャビティ20の内壁面は、第1プレート11側に形成された内壁面201の面積が、第2プレート12側に形成された内壁面202の面積より大きくなっている。これにより、内壁面201と成形体との間の固着力を、内壁面202と成形体との間の固着力よりも、より確実に増大させることができる。その結果、第1プレート11と第2プレート12とを型開き状態とした際に、内壁面201に成形体をより確実に固着させるとともに、ゲート部21に存在する金属ガラス合金をより確実に破断させることができる。
【0035】
また、キャビティ20において、第1プレート11側に形成された抜きテーパの角度が、第2プレート12側に形成された抜きテーパの角度よりも小さくなっているのが好ましい。これにより、内壁面201と成形体との間の摩擦力が増大し、内壁面201から成形体が抜け難くなる。このため、内壁面201と成形体との間の固着力を、内壁面202と成形体との間の固着力よりもさらに増大させることができる。その結果、第1パーティング面112を開いた際に、ゲート部21に存在する金属ガラス合金をさらに確実に破断させることができる。
【0036】
また、図1および図2に示すゲート部21の軸(溶融金属の流動方向に平行な軸)は、第1パーティング面112に対してほぼ直交している。これにより、第1プレート11と第2プレート12との間が開く際に、ゲート部21に存在する金属ガラス合金に、最も小さい横断面に対して引張荷重を作用させることができるので、ゲート部21に対して単位面積当たりの荷重を増大させ、より大きな応力を発生させることができる。その結果、第1パーティング面112を開いた際に、ゲート部21に存在する金属ガラス合金を特に確実に破断させることができる。
【0037】
また、図2に示すように、ゲート部21の出口は、キャビティ20の第2プレート12側に形成された内壁面202からキャビティ20の中心部に向かって突出した凸部203に設けられている。これにより、第1パーティング面112が開いてゲート部21が破断した際に、成形体側に生じる破断片が、凸部203に対応する凹部内に生じることとなる。そして、かかる凸部203を有する成形型10により得られた成形体は、破断片の端部が成形体の外周面から突出し難いものとなる。このように、外周面からゲート部21の破断片の端部が突出していなければ、その成形体は、使用に際して何ら問題ない場合も多い。したがって、成形後の成形体に仕上げ加工を施して破断片を除去する必要がなくなり、成形体の製造工程の大幅な簡素化および低コスト化を図ることができる。
【0038】
この場合、キャビティ20の内壁面202からキャビティ20の中心部に向かって突出した凸部203の突出高さは、ゲート部21の軸方向の長さ、すなわち図2の上下方向の長さより大きいのが好ましい。これにより、第1パーティング面112が開いた際に生じたゲート部21の破断片のうち、成形体側に残存した破断片は、その端部が成形体の外周面(下面)から突出するのを確実に防止することができる。
【0039】
ここで、ゲート部21は、その軸方向の長さが0.05〜0.5mm程度であるのが好ましく、0.1〜0.3mm程度であるのがより好ましい。これにより、成形体側に残存する破断片の長さを比較的短くすることができ、得られた成形体から破断片を除去する必要性をさらに低減することができる。また、ゲート部21の軸方向の長さが前記範囲内であれば、ゲート部21の範囲内で確実に破断させることができる。
【0040】
また、図2に示すキャビティ20は、第1プレート11と第2プレート12との距離が周囲よりも長くなっている肉厚部204を有している。そして、図2に示すように、前述の凸部203が、この肉厚部204に対応する位置に設けられている。これにより、キャビティ20に設けられた凸部203によって成形体に凹部が形成され、これにより成形体の肉厚が薄くなり過ぎるのを防止することができる。すなわち、肉厚部204の位置に対応して凸部203を設けるようにすれば、凸部203による成形体(キャビティ20)の肉厚の減少を肉厚部204によって相殺することができる。その結果、成形体に極端に薄肉な部分ができるのを防止して、成形型10を用いて得られた成形体全体の機械的強度の低下を防止することができる。
【0041】
図1および図2に示す第1プレート11内には、上下方向に沿って、下端がキャビティ20内に開口する2つの貫通孔31、31が形成されている。
この各貫通孔31、31内には、それぞれ各第1イジェクトピン32、32が挿通されており、各第1イジェクトピン32、32は、各貫通孔31、31に対してそれぞれ相対的に変位可能になっている。
【0042】
そして、各第1イジェクトピン32、32の下端面は、図1に示す型閉め状態において、それぞれキャビティ20の内壁面の一部を構成しており、型開き状態において、必要に応じてキャビティ20内に突出可能であるように構成されている。このような各第1イジェクトピン32、32は、それぞれ、キャビティ20の第1プレート11側の内壁面201に固着した成形体を、第1プレート11から離型させるように押すものである。
【0043】
図2に示す各第1イジェクトピン32、32は、それぞれ、前述のキャビティ20に設けられた肉厚部204を押すように構成されている。これにより、例えば、キャビティ20の第1プレート11と第2プレート12との距離が短く、かかるキャビティ20から得られる成形体が薄肉なものである場合でも、成形体を各第1イジェクトピン32、32で押した際に、成形体が不本意に変形してしまうのを確実に防止することができる。すなわち、肉厚部204を押して離型させることにより、全体が薄肉な成形体を形成する場合でも、離型の際に成形体が変形し難くなり、高い寸法精度の成形体が得られる。
【0044】
また、図1に示すように、第1プレート11と第2プレート12との間には、上下方向に沿って、これらを連続して貫通する3つの貫通孔41、41、41が形成されている。これらの各貫通孔41、41、41の下端は、それぞれ第2プレート12と第3プレート13との間の第2パーティング面(型合わせ面)123に開口している。
この各貫通孔41、41、41内には、それぞれ各第2イジェクトピン42、42、42が挿通されており、各第2イジェクトピン42、42、42は、各貫通孔41、41、41に対してそれぞれ相対的に変位可能になっている。
【0045】
そして、各第2イジェクトピン42、42、42の下端面は、図1に示す型閉め状態において、それぞれランナー部22およびスプルー部23の内壁面の一部を構成しており、第2プレート12と第3プレート13との型開き状態において、ランナー部22内およびスプルー部23内に突出可能なように構成されている。すなわち、各第2イジェクトピン42、42、42は、それぞれ、ランナー部22内およびスプルー部23内に存在する金属ガラス合金と、ランナー部22に連結されたゲート部21内に存在する金属ガラス合金とを、第2プレート12から離型させるように押すものである。成形型10をこのような構成とすることにより、成形体を形成する度に生じる不要部、すなわちゲート部21内、ランナー部22内およびスプルー部23内に存在する金属ガラス合金を、容易に排出・除去することができる。そして、このような成形型10を備える成形装置1は、人為的な作業をほとんど必要とすることなく金属ガラス合金の成形体を連続的に形成可能なものとなる。
【0046】
ここで、ゲート部21は、出口に向かって内径がほぼ一定な円管状をなしているのが好ましい。これにより、第2プレート12のゲート部21周辺に、断面形状(第2プレート12の上面とゲート部21の内周面とで形成される形状)に鋭角になる部分が生じてしまうのを、確実に防止することができる。断面形状が鋭角になっている成形型は、この部分で欠損等を生じ易いため、耐久性に劣る。かかる観点から、断面形状が鋭角になる部分を含まない成形型は、耐久性に優れたものとなる。また、ゲート部21の内径がほぼ一定であれば、成形体を得た後、第1パーティング面112を開いた際に、成形体側に残存した破断片が第2プレート12に引っ掛かり難いという利点がある。これにより、第1プレート11と第2プレート12とを円滑に開くことができる。一方、ゲート部21内に残存した破断片も、第2パーティング面123を開いた際に、第2プレート12に引っ掛かり難いという利点がある。これにより、第2プレート12と第3プレート13とを円滑に開くことができる。
【0047】
また、ゲート部21は、出口に向かって内径が漸減するテーパ内周面を有する円管状をなしていてもよく、この場合、テーパ内周面の抜きテーパの角度は、0.5°以下であるのが好ましく、0.3°以下であるのがより好ましい。これにより、ゲート部21内に存在する金属ガラス合金は、より成形体に近い部分で破断し易くなる。その結果、成形体側に残存した破断片の長さがより短くなり、得られた成形体から破断片を除去する必要性がより低減する。さらに、この場合、第2プレート12のゲート部21周辺には、断面形状が若干鋭角になる部分が生じるものの、テーパ内周面の抜きテーパの角度が前記範囲内であれば、この部分で欠損等を生じ難くなる。これにより、成形型10の耐久性が低下するのを防止することができる。
【0048】
図1および図2に示すランナー部22は、ゲート部21に向かって内径が漸減するテーパ内周面を有する円管状をなしており、該テーパ内周面の抜きテーパの角度は、10〜30°程度であるのが好ましく、15〜25°程度であるのがより好ましい。これにより、キャビティ20内に溶融金属を射出する際、ランナー部22の内周面に過大な応力が加わるのを防止するとともに、成形体を得た後、第2パーティング面123を開いた際に、ランナー部22内に存在する金属ガラス合金が、第2プレート12に引っ掛かるのを防止することができる。その結果、第2プレート12と第3プレート13とをより円滑に開くことができる。
【0049】
供給源50は、溶融金属をスプルー部23に供給するものである。
図1に示す供給源50は、円筒状のスリーブ51と、スリーブ51の外周に巻き付けられた誘導コイル52と、スリーブ51内を上下方向に移動可能なピストン53とを有している。
また、成形装置1は、図示しない減圧手段を有しており、キャビティ20内、ゲート部21内、ランナー部22内、スプルー部23内およびスリーブ51の内部をそれぞれ減圧するようになっている。
【0050】
スリーブ51は、原材料および原材料を溶解した溶融金属を貯留するものである。このようなスリーブ51は、例えば、石英ガラスやセラミックス等の高耐熱材料で構成されている。
誘導コイル52は、その両端に高周波電圧を印加することにより、スリーブ51の内部に収納された原材料内に渦電流を発生させ、原材料を自己発熱させる加熱手段である。このような加熱手段は、アーク加熱、ガス加熱等のその他の加熱手段で代替することもできる。
【0051】
ピストン53は、その上端面がスリーブ51の上端面より下方に位置した状態で、ピストン53の上端面とスリーブ51の内周面で画成される空間に、原材料を収納する。そして、誘導コイル52の作用により、原材料を溶融金属に変化させた後、ピストン53を上方に移動させることにより、溶融金属を押し上げて、スプルー部23内に供給することができる。
【0052】
次に、このような構成の成形装置1を用いて、成形体を形成する流れ(工程)について説明する。
[1]まず、固化することにより金属ガラス合金となる組成の原材料を用意し、成形装置1内のピストン53の上端面上に載置する。
次に、成形型10を型閉め状態とする。そして、減圧手段により、キャビティ20内、ゲート部21内、ランナー部22内、スプルー部23内およびスリーブ51の内部をそれぞれ減圧する。
続いて、誘導コイル52に高周波電圧を印加して、スリーブ51内の原材料を所定の温度に加熱する。これにより、成形型10内の原材料を溶解し、溶湯(溶融金属)を得る。
【0053】
[2]次に、必要に応じて、成形型10のキャビティ20付近を冷却する。
次に、図3に示すように、ピストン53を上方に移動させる。これにより、ピストン53上の溶湯を、スプルー部23内、ランナー部22内およびゲート部21内を介してキャビティ20内に射出する。キャビティ20内に射出された溶湯は、キャビティ20の内壁面に接触することにより急速に冷却される。これにより、溶湯中にランダムに存在していた各原子は、そのランダムな配置を保存した状態で固化に至る。その結果、溶湯は、原子がランダムに配置した金属ガラス合金となり、金属ガラス合金で得られた成形体が得られる。かかる成形体は、キャビティ20の形状を高い寸法精度で再現したものとなる。
また、ゲート部21内、ランナー部22内およびスプルー部23内に存在する溶湯も、冷却に伴って固化に至る。その結果、ゲート部21内、ランナー部22内およびスプルー部23内の形状をなす金属ガラス合金が得られる。かかる金属ガラス合金は、キャビティ20の形状をなす成形体を得るのに伴って発生する不要部となる。
【0054】
[3]次に、図4に示すように、第1パーティング面112を開いて、第1プレート11および第2プレート12を型開き状態とする。これにより、前記工程[2]で得られた成形体60は、キャビティ20の第1プレート11側の内壁面201に固着するとともに、ゲート部21で破断して第2プレート12側の内壁面202から離脱する。その結果、ゲート部21の切断が完了し、図4に示す破断片61を備えた成形体60が得られる。
【0055】
また、ゲート部21の出口が、キャビティ20の内壁面202の凸部203に設けられているので、破断片61は、凸部203に対応して成形体60に形成された凹部62に形成されることとなる。このため、破断片61は、成形体60の下面63から突出することなく、成形体60の外周面の形状にほとんど影響を及ぼさない。したがって、前述したように、成形体60から破断片61を除去する必要性が低減し、成形体の製造工程の簡素化および低コスト化を図ることができる。
【0056】
[4]次に、図5に示すように、第1プレート11に対して、各第1イジェクトピン32、32をそれぞれ下方に移動させる。これにより、キャビティ20の第1プレート11側の内壁面201に固着した成形体60を、離型させることができる。
[5]次に、図6に示すように、第2パーティング面123を開いて、第2プレート12および第3プレート13を型開き状態とする。これにより、前記工程[4]で得られた不要部70は、第2プレート12の第2パーティング面123に固着した状態となる。その結果、不要部70を第3プレート13から脱離することができる。
【0057】
[6]次に、図7に示すように、第2プレート12に対して、各第2イジェクトピン42、42、42をそれぞれ下方に移動させる。これにより、第2プレート12の第2パーティング面123に固着した不要部70を、離型させることができる。これにより、前述したように、不要部70を容易に排出・除去することができる。不要部70を除去した後の成形型10は、初期状態に戻ることになるので、再び成形体60の形成に移行することができる。
【0058】
すなわち、従来、金属ガラス合金の成形体を得るとともに、不要部の除去を行い得る成形型および成形装置は不可能であるとされていた。しかしながら、成形型10および成形装置1によれば、成形体60の形成とともに不要部70を除去することが可能となる。そして、以上のような成形体60の形成工程を繰り返して行うことにより、自動的かつ連続的に成形体60を形成することもできる。
【0059】
以上、本発明の成形型および成形装置について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、第1プレート、第2プレートおよび第3プレートの3つのプレートを備えた成形型について説明したが、本発明の成形型は、第1プレートと、第2プレートおよび第3プレートが一体となったプレートの2つのプレートを備えたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の成形型の型閉め状態およびこの成形型を備える成形装置を示す縦断面図である。
【図2】図1中のキャビティ周辺を示す部分拡大図である。
【図3】本発明の成形装置を用いて成形体を形成する流れを説明するための図(縦断面図)である。
【図4】本発明の成形装置を用いて成形体を形成する流れを説明するための図(縦断面図)である。
【図5】本発明の成形装置を用いて成形体を形成する流れを説明するための図(縦断面図)である。
【図6】本発明の成形装置を用いて成形体を形成する流れを説明するための図(縦断面図)である。
【図7】本発明の成形装置を用いて成形体を形成する流れを説明するための図(縦断面図)である。
【図8】従来の成形型の型閉め状態の一例を示す図(縦断面図)である。
【符号の説明】
【0061】
1……成形装置 10……成形型 11……第1プレート(第1の型) 12……第2プレート(第2の型) 13……第3プレート(第3の型) 112……第1パーティング面(型合わせ面) 123……第2パーティング面(型合わせ面) 20……キャビティ 201、202……内壁面 203……凸部 204……肉厚部 21……ゲート部 22……ランナー部 23……スプルー部 31……貫通孔 32……第1イジェクトピン 41……貫通孔 42……第2イジェクトピン 50……供給源 51……スリーブ 52……誘導コイル 53……ピストン 60……成形体 61……破断片 62……凹部 63……下面 70……不要部 810……成形型 811……第1プレート 812……第2プレート 820……キャビティ 821……ゲート部 822……ランナー部 823……スプルー部 850……供給源
【出願人】 【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
【出願日】 平成18年6月27日(2006.6.27)
【代理人】 【識別番号】100091292
【弁理士】
【氏名又は名称】増田 達哉

【識別番号】100091627
【弁理士】
【氏名又は名称】朝比 一夫


【公開番号】 特開2008−6447(P2008−6447A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−176671(P2006−176671)