金属ガラスの鋳造金型
【課題】金属ガラスの収縮の影響により成形体を損傷することなく形成できる金属ガラスの鋳造金型を提供する。
【解決手段】第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に金属ガラス溶湯を流し込み、固化させて成形体を得る鋳造金型であって、前記キャビティーは、第１成形部と第２成形部と、前記第１成形部と前記第２成形部とを連通する第３成形部と、を備え、前記第３成形部側を構成する前記第１成形部の第１成形面および前記第２成形部の第２成形面を備え、前記第１成形面および／または前記第２成形面と前記パーティングライン面とのなす角度θが０°≦θ≦４５°であり、前記第一モールドベースと前記第２モールドベースと、は弾性部材を介して固定部材により前記パーティングライン面の開放が抑制される金属ガラスの鋳造金型。
【解決手段】第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に金属ガラス溶湯を流し込み、固化させて成形体を得る鋳造金型であって、前記キャビティーは、第１成形部と第２成形部と、前記第１成形部と前記第２成形部とを連通する第３成形部と、を備え、前記第３成形部側を構成する前記第１成形部の第１成形面および前記第２成形部の第２成形面を備え、前記第１成形面および／または前記第２成形面と前記パーティングライン面とのなす角度θが０°≦θ≦４５°であり、前記第一モールドベースと前記第２モールドベースと、は弾性部材を介して固定部材により前記パーティングライン面の開放が抑制される金属ガラスの鋳造金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ガラスの鋳造金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の金属材料を主成分として、所定の条件を満たす元素を含む材料を混合した原材料を、溶融状態から急速に冷却すると、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の性質を有することから、「金属ガラス合金」と呼ばれている。この金属ガラス合金（以下、金属ガラスという）は、高強度、低ヤング率、高耐食性の性質のほかに優れた磁気特性（高透磁率、低磁気保持力）を持っていることから、例えばトランスやチョークコイル、磁気センサーなどの磁気部品として用いられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、円環形状の金属ガラスからなる磁気部品を射出成形により形成することが記載されている。しかし、上述したように金属ガラスの成形には溶融状態から急速に、成形金型内で冷却する必要があり、その際には金属ガラスは大きな収縮が発生することから、金属ガラス収縮が発生しても、成形体に損傷がでないように特許文献１には円環状の形状や、柱状形状などの単純な形状の製品を成形することが記載されるに留まっていた。
【０００５】
そこで、形状が入り組んだ複雑形状の製品を成形しても、金属ガラスの収縮の影響により成形体を損傷することなく成形体を得ることができる金属ガラスの鋳造金型を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例による金属ガラスの鋳造金型は、第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に金属ガラス溶湯を流し込み、固化させて成形体を得る鋳造金型であって、前記キャビティーは、第１成形部と第２成形部と、前記第１成形部と前記第２成形部とを連通する第３成形部と、を備え、前記第３成形部側を構成する前記第１成形部の第１成形面および前記第２成形部の第２成形面を備え、前記第１成形面および／または前記第２成形面と前記パーティングライン面とのなす角度θが０°≦θ≦４５°であり、前記第一モールドベースと前記第２モールドベースと、は弾性部材を介して固定部材により前記パーティングライン面の開放が抑制される、ことを特徴とする。
【０００８】
液状の金属ガラス溶湯を鋳造用の金型に注入し、金属ガラス部品を成形する際に、金属ガラス溶湯を含む金型を急速冷却する工程が必須である。この急速冷却により液状から固体へ変化する金属ガラスは大きな収縮を発生する。この収縮によって金型内部のキャビティー内で縮まろうとする金属ガラス成形体は、金型によって収縮が規制されて成形体に内部応力が発生し、強度の脆弱な部位が破壊する虞があった。
【０００９】
特に、第３成形部を挟んで対向配置される第１，第２成形部を有する金型によって成形される成形体では、第１，第２成形部が第３成形部で成形される成形体の部位の収縮を規制することとなり、第３成形部による成形体部位に破壊が生じ易くなってしまう。そこで、上述の適用例によれば、第１，第２成形部の互いに対向する成形面である第１成形面および第２成形面を第３成形部における成形体部位の収縮方向となる連通方向に対して、４５°以下の角度を有する斜面に形成することで、第１成形面および第２成形面に対応する成形体部位の斜面が、第１成形面および第２成形面の斜面を楔のように第３成形部によって成形された成形体部位の収縮によって、収縮方向に入り込み、第１モールドベースと第２モールドベースとを離間させる。
【００１０】
第１モールドベースと第２モールドベースとは弾性部材を介して固定部材で固定されていることで、第１モールドベースと第２モールドベースとが離間しようとする挙動を弾性部材によって許容することができるため、第１成形面および第２成形面の斜面を楔のように第３成形部によって成形された成形体部位の収縮によって、収縮方向に入り込むことを妨げず、よって第３成形部によって成形される成形体部位の破壊を防止することができ、鋳造成形による金属ガラス部品の歩留まり向上、品質向上を達成することができる。
【００１１】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記弾性部材は、円形断面形状の弾性エラストマー、またはゴムである、ことを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、入手容易なゴム、あるいは弾性エラストマーを用いることで金型コストの低減を図ることができる。本適用例に用いる弾性エラストマーまたはゴムは軟らかい硬度の材料を用いることにより、モールドベースが離間しようとする挙動に対して容易に追従させることができ、成形体の収縮の抑制をより緩和させることができる。また、弾性部材として弾性エラストマーまたはゴムを用いる場合、金型を固定部材により締め付ける際の調整ストローク（調整幅）を大きく取れる円形断面形状であることが好ましい。円形断面形状とすることにより、成形体の収縮に対する金型の開きを抑制する力を、調整することが可能となる。なお、ゴムを用いる場合には物性的に安定し、耐熱性の良好なＮＢＲ（Ｎｉｔｒｉｌ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ：ニトリルブタジエンゴム）を用いることが好ましい。
【００１３】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記弾性部材は、コイルばね、または板ばねである、ことを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例によれば、金属ガラス溶湯を金型に注入する圧力条件、例えば比較的高い圧力で注入する場合には、高い圧縮力を得られるコイルばね、あるいは板バネを用いることで、溶湯注入時の型開きを防止することができる。
【００１５】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記キャビティー内部に窒化ボロンが塗布されていることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、第１成形面および第２成形面に対応する成形体部位の斜面が、第１成形面および第２成形面の斜面を楔のように第３成形部によって成形された成形体部位の収縮によって、滑るように収縮方向に入り込む際の滑り抵抗を軽減し、更に、第３成形部によって成形された成形体部位の破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る金型を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´部の断面図。
【図２】実施形態に係る金型により成形される成形体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は裏平面図。
【図３】実施形態に係る金型の断面図。
【図４】実施形態に係る金型による成形方法を示す断面図。
【図５】実施形態に係る金型による成形方法を示す断面図。
【図６】実施例に係る成形体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００１９】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係る金属ガラスの鋳造金型を示し、図１（ａ）は分解斜視図、図１（ｂ）は組立状態の（ａ）に示すＡ−Ａ´位置の概略断面図である。図１（ａ）に示すように金属ガラス鋳造金型１００（以下、金型１００という）は、第１モールドベース１０（以下、第１モールド１０という）と第２モールドベース２０（以下、第２モールド２０という）とを備えている。図１（ｂ）に示すように、第１モールド１０の、成形体形状を形成するキャビティーの一方を構成する彫り込み部１０ａが形成される第１モールド面１０ｂと、第２モールド２０の、キャビティーの他の一方を構成する彫り込み部２０ａが形成される第２モールド面２０ｂと、を対向させて密着させ、成形用キャビティー１００ａを形成する。
【００２０】
彫り込み部１０ａ，２０ａを避け、第１モールド１０と第２モールド２０を固定する固定部材としてのボルト３０によって、本例では第１モールド１０に設けたネジ孔１０ｃに、ボルト３０のネジ部３０ａをねじ込み、ボルト３０の頭部３０ｂが第２モールド２０に設けた段孔２０ｃの段部２０ｆを押さえ、第２モールド２０が第１モールド１０に固定される構成となっている。
【００２１】
ボルト３０の頭部３０ｂと第２モールド２０の段孔２０ｃの段部２０ｆとの間には、弾性部材としてのゴム製パッキン４０（以下、ゴムパッキン４０という）が挟持される。本例では、ゴムパッキン４０によって説明するが、これに限定はされない。例えば、コイルバネ、板バネ、あるいは弾性エラストマーなどが好適に用いられる。特に、耐熱性能を優先する場合には金属製のコイルバネ、板バネが好ましい。
【００２２】
ゴムパッキン４０は、後述する第１モールド１０と第２モールド２０の相対的な挙動に対して容易に追従させることができることから、軟らかい硬度のＮＢＲ（Ｎｉｔｒｉｌ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ：ニトリルブタジエンゴム）を用いることが好ましい。また、ゴムパッキン４０の断面形状４０ａは、金型を固定部材により締め付ける際の調整ストローク（調整幅）を大きく取れることから、円形断面形状とした。ゴムパッキン４０の断面形状４０ａを円形断面形状とすることにより、成形体の収縮に対する金型の開きを抑制する力を、調整することが可能となる。なお、金型１００の１個内において、弾性部材として上述のゴム、弾性エラストマー、コイルばね、板ばねのいずれかを、金型１００に生じる挙動条件に合わせて適宜混在させて用いても良い。
【００２３】
このように構成される金型１００は、第１モールド面１０ｂと第２モールド面２０ｂとが密着し、彫り込み１０ａ，２０ａによってキャビティー１００ａが形成されるが、第１モールド面１０ｂと第２モールド面２０ｂとの密着部、いわゆる型合せ面をＰＬ（パーティングライン：Ｐａｒｔｉｎｇ Ｌｉｎｅ）面、あるいは単にＰＬともいう。またキャビティー１００ａと連通する湯口１００ｅが形成され、湯口１００ｅより金属ガラスの溶湯を流し込み、キャビティー１００ａ内で冷却してキャビティー１００ａと同形状の金属ガラス成形体を成形する。
【００２４】
図２は、金型１００によって成形される成形体５０の概要を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｑ方向矢視図（裏平面図）である。図２（ａ）に示すように、成形体５０は、第１形成部５０ａ、第２形成部５０ｂと、第１形成部５０ａと第２形成部５０ｂとを連結する第３形成部５０ｃと、を備える。第３形成部５０ｃは、本例では断面形状５０ｄは略矩形状を備える棒状の形態を備えている。なお、第３形成部５０ｃの断面形状５０ｄは矩形状断面に限定されず、円形、あるいは楕円、トラック形状であっても良い。
【００２５】
成形体５０を成形する金型１００の、図２（ａ）に示す成形体５０の切断面Ｂに対応する金型１００の断面図を図３（ａ）に、切断面Ｃに対応する金型１００の断面図を図３（ｂ）に示す。なお、図２に示す切断面Ｂおよび切断面Ｃは、第３形成部５０ｃの延伸方向Ｐ（図示矢印）と平行な方向を面内に含んでいる。図３（ａ）に示すように、金型１００の第１モールド１０と第２モールド２０には図２に示す成形体５０を形成するためのキャビティー１００ａが形成されている。キャビティー１００ａは、成形体５０の第１形成部５０ａを成形する第１成形部１００ｂと、第２形成部５０ｂを成形する第２成形部１００ｃと、第１成形部１００ｂと第２成形部１００ｃとを連通して第３形成部５０ｃを成形する第３成形部１００ｄと、を備える。
【００２６】
また、金型１００は、第１成形部１００ｂと第３成形部１００ｄとが交接するｐ１およびｐ２、すなわち図２（ａ），（ｂ）における第１形成部５０ａと第３形成部５０ｃとの交接線ｃ１および交接線ｃ２、を含む第１成形面としての第１モールド１０の第１斜面１０ｄと第２モールド２０の第１斜面２０ｄを備えている。同様に、第２成形部１００ｃと第３成形部１００ｄとが交接するｐ３およびｐ４、すなわち図２（ａ），（ｂ）における第２形成部５０ｂと第３形成部５０ｃとの交接線ｃ３および交接線ｃ４、を含む第２成形面としての第１モールド１０の第２斜面１０ｅと第２モールド２０の第２斜面２０ｅを備えている。
【００２７】
金型１００の第１斜面１０ｄ，２０ｄ、第２斜面１０ｅ，２０ｅは、図２において成形体５０の、第１斜面１０ｄは面ｍ１を、第１斜面２０ｄは面ｍ２を、第２斜面１０ｅは面ｍ３を、第２斜面２０ｅは面ｍ４を、成形する斜面である。
【００２８】
図３に示すように、第１斜面１０ｄ，２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅは、第３形成部５０ｃの延伸方向Ｐ（図２参照）と平行な方向を面内に含む切断面Ｂおよび切断面Ｃの面内において、ＰＬ面との角度θの斜面である。角度θは０°≦θ≦４５°の条件で設定されることが好ましい。なお、θは第１斜面１０ｄ，２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅにおいて同じでなくても良く、０°≦θ≦４５°の条件を満足する範囲で、第１斜面１０ｄ，２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅの角度が各々異なっても良い。
【００２９】
上述の金型１００を用いて、成形体５０を成形する工程の一部を図４に示す。図４（ａ）に示すように金属ガラスの溶融注入装置６０から溶融された金属ガラス溶湯Ｍを、所定の圧力を加えて、金型１００に湯口１００ｅより注入する。
【００３０】
金属ガラス溶湯Ｍが注入完了後、金型１００を急冷し金属ガラス溶湯を急冷することにより金属ガラスの成形体５０を得ることができる。図４（ｂ）は、金型１００を急冷し金属ガラス溶湯が固化した状態を示す。約１０００℃の金属ガラス溶湯Ｍを急冷することによって、金属ガラスは液状から固体へ変化する。このとき、金属ガラスは約１％の収縮率で収縮する。図４（ｂ）に示すＤ，Ｅ部の拡大図である図４（ｃ）に示すように、液状の金属ガラスが固体化し成形体５０となったとき、収縮によって成形体５０の面ｍ１は第１斜面１０ｄに、面ｍ２は第１斜面２０ｄに、面ｍ３は第２斜面１０ｅに、面ｍ４は第２斜面２０ｅに、対して重なりｄ１，ｄ２、ｄ３，ｄ４を生じてしまう。この重なりｄ１，ｄ２、ｄ３，ｄ４は、実質的には第１斜面１０ｄ、２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅによって収縮を規制され、図４（ｂ）に示す収縮した状態の成形体５０の第３形成部５０ｃに引っ張り力が掛かってしまう。
【００３１】
しかも、上述した通り、金属ガラス溶湯Ｍは金型１００を急速に冷却して成形体５０を得る工程としているため、金属ガラス溶湯Ｍからの固化も急速に進み、急激な収縮が発生する。従って、第３形成部５０ｃに係る収縮による引っ張り力は衝撃的な発生となり、容易に第３形成部５０ｃを破壊に導くものである。
【００３２】
この金属ガラスの収縮によって生じる成形体５０と金型１００との干渉を、図５に示すように第１モールド１０と第２モールド２０を固定する固定部材としてのボルト３０の頭部３０ｂと第２モールド２０とにより挟持されるゴムパッキン４０によって第１モールド１０と第２モールド２０が離間可能に固定することにより緩和することができる。
【００３３】
収縮によって成形体５０は、金型１００のキャビティー１００ａより小さくなる。このとき、例えば、第１形成部５０ａの面ｍ１あるいは面ｍ２が、第１モールド１０の第１斜面１０ｄあるいは第２モールド２０の第１斜面２０ｄにより規制されると、第２形成部５０ｂの面ｍ３および面ｍ４は、第１モールド１０の第２斜面１０ｅおよび第２モールド２０の第２斜面２０ｅとの重なりが発生する。
【００３４】
しかし、第２斜面１０ｅ，２０ｅはＰＬ面に対してθの角度を備える斜面であり、この斜面により成形される第２形成部５０ｂの面ｍ３，ｍ４も略同じ角度を備える斜面に成形されている。このことにより、第２形成部５０ｂの面ｍ３，ｍ４部分が楔となって、第２斜面１０ｅ，２０ｅを押し拡げる作用が働く。その結果、第２モールド２０は第１モールド１０から離間し、ＰＬ部に隙間ができる。すなわち、第３形成部５０ｃにおける収縮が妨げられないように、第２形成部５０ｂが第２斜面１０ｅ，２０ｅを滑りながら第２モールド２０を、図示では押し上げるようにして成形体５０の所定の収縮を、キャビティー１００ａ内部で可能にするものである。
【００３５】
このとき、ボルト３０の頭部３０ｂと、第２モールド２０の段孔２０ｃの段部２０ｆに挟持される弾性を有するゴムパッキン４０には、第２モールド２０の離間量α分、圧縮可能な圧縮代が設定されており、第１モールド１０と第２モールド２０とを所定の固定力で押さえつける状態から、α分の圧縮が許容されることとなり、第２モールド２０の離間量αが吸収される。
【００３６】
なお、本実施形態に示す弾性部材（ゴムパッキン４０）は、ゴムパッキンに限定されず、例えばコイルバネ、板バネ、弾性エラストマーなどの高弾性性を有する部材であれば良く、金属ガラス成形では高温環境において使用されることから、耐熱性に優れる部材を用いることがなお好ましい。また、金属ガラス溶湯はキャビティー１００ａ内に注入される際には所定の圧力が加えられるが、注入圧力を大きくしなければならない場合には、圧縮力を大きくすることができるコイルばねや板ばねを用いることがより好ましい。また、上述のように成形体５０と金型１００とが互いに接触しながら滑る部分が発生するため、キャビティー１００ａ面に潤滑剤として窒化ボロンなどを塗布することが好ましい。
【００３７】
また、第１モールド１０と第２モールド２０とは、相対的に離間させるため、固定部材のすべてが弾性部材を介して第１モールド１０と第２モールド２０とが固定されるようにすることが好ましい。なお、本例ではボルト３０を固定部材として用いて、第１モールド１０に形成したネジ孔１０ｃにボルト３０のネジ部３０ａが固定されるようにし、頭部３０ｂ側、すなわち第２モールド２０に弾性部材としてのゴムパッキン４０を用いたが、これに限定されない。例えば、金型１００にはネジ孔１０ｃを形成せず、ボルトとナットによって第１モールド１０と第２モールド２０とを挟持し固定することもできる。この場合、ボルト頭部とモールドとの間、およびナットとモールドとの間の両方に弾性部材を挟持させても良い。
【００３８】
上述したように、第２形成部５０ｂの面ｍ３，ｍ４による楔作用は、面ｍ３，ｍ４の角度θが浅い方がモールドを押し拡げる作用は大きいが、０≦θ≦４５°とするのが好ましく、０≦θ≦３０°とするのがなお好ましい。また、θは図２に示す切断面Ｃ（第３形成部５０ｃの第１形成部５０ａと第２形成部５０ｂとの接続方向Ｐの方向に平行な面）位置においても同様である。
【００３９】
（実施例）
図６（ａ）に示す形状のモーター用磁心を、軟磁気特性を有するコバルト基金属ガラスにより成形した。また。図６（ａ）の側面図に示す角度θが、θ＝０°の場合を実現する試料として図６（ｂ）に示す丸棒を成形した。成形されたモーター用磁心を、金型から取り出した時点での成形率、すなわち成形状態での良品率を確認し、表１の結果を得た。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１から、テーパーを設けない、すなわちθ＝９０°ではすべての成形体が不良となってしまった。しかし、θ≦４５°では成形率はθ＝４５°では３７％、θ＝３０°では８３％と、θ＝９０°に対して格段の高い成形率となった。更に、θ＝０においては成形率１００％を得ることができた。しかし、本願発明の適用は、複雑形状の製品に適用される、すなわちθ＞０が現実的であり、よって、θは０≦θ≦４５°、更には０≦θ≦３０°の範囲で設定することが好ましいことが分かった。
【符号の説明】
【００４２】
１０…第１モールドベース（第１モールド）、２０…第２モールドベース（第２モールド）、３０…ボルト、４０…ゴムパッキン、１００…鋳造金型（金型）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ガラスの鋳造金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の金属材料を主成分として、所定の条件を満たす元素を含む材料を混合した原材料を、溶融状態から急速に冷却すると、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の性質を有することから、「金属ガラス合金」と呼ばれている。この金属ガラス合金（以下、金属ガラスという）は、高強度、低ヤング率、高耐食性の性質のほかに優れた磁気特性（高透磁率、低磁気保持力）を持っていることから、例えばトランスやチョークコイル、磁気センサーなどの磁気部品として用いられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、円環形状の金属ガラスからなる磁気部品を射出成形により形成することが記載されている。しかし、上述したように金属ガラスの成形には溶融状態から急速に、成形金型内で冷却する必要があり、その際には金属ガラスは大きな収縮が発生することから、金属ガラス収縮が発生しても、成形体に損傷がでないように特許文献１には円環状の形状や、柱状形状などの単純な形状の製品を成形することが記載されるに留まっていた。
【０００５】
そこで、形状が入り組んだ複雑形状の製品を成形しても、金属ガラスの収縮の影響により成形体を損傷することなく成形体を得ることができる金属ガラスの鋳造金型を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例による金属ガラスの鋳造金型は、第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に金属ガラス溶湯を流し込み、固化させて成形体を得る鋳造金型であって、前記キャビティーは、第１成形部と第２成形部と、前記第１成形部と前記第２成形部とを連通する第３成形部と、を備え、前記第３成形部側を構成する前記第１成形部の第１成形面および前記第２成形部の第２成形面を備え、前記第１成形面および／または前記第２成形面と前記パーティングライン面とのなす角度θが０°≦θ≦４５°であり、前記第一モールドベースと前記第２モールドベースと、は弾性部材を介して固定部材により前記パーティングライン面の開放が抑制される、ことを特徴とする。
【０００８】
液状の金属ガラス溶湯を鋳造用の金型に注入し、金属ガラス部品を成形する際に、金属ガラス溶湯を含む金型を急速冷却する工程が必須である。この急速冷却により液状から固体へ変化する金属ガラスは大きな収縮を発生する。この収縮によって金型内部のキャビティー内で縮まろうとする金属ガラス成形体は、金型によって収縮が規制されて成形体に内部応力が発生し、強度の脆弱な部位が破壊する虞があった。
【０００９】
特に、第３成形部を挟んで対向配置される第１，第２成形部を有する金型によって成形される成形体では、第１，第２成形部が第３成形部で成形される成形体の部位の収縮を規制することとなり、第３成形部による成形体部位に破壊が生じ易くなってしまう。そこで、上述の適用例によれば、第１，第２成形部の互いに対向する成形面である第１成形面および第２成形面を第３成形部における成形体部位の収縮方向となる連通方向に対して、４５°以下の角度を有する斜面に形成することで、第１成形面および第２成形面に対応する成形体部位の斜面が、第１成形面および第２成形面の斜面を楔のように第３成形部によって成形された成形体部位の収縮によって、収縮方向に入り込み、第１モールドベースと第２モールドベースとを離間させる。
【００１０】
第１モールドベースと第２モールドベースとは弾性部材を介して固定部材で固定されていることで、第１モールドベースと第２モールドベースとが離間しようとする挙動を弾性部材によって許容することができるため、第１成形面および第２成形面の斜面を楔のように第３成形部によって成形された成形体部位の収縮によって、収縮方向に入り込むことを妨げず、よって第３成形部によって成形される成形体部位の破壊を防止することができ、鋳造成形による金属ガラス部品の歩留まり向上、品質向上を達成することができる。
【００１１】
〔適用例２〕上述の適用例において、前記弾性部材は、円形断面形状の弾性エラストマー、またはゴムである、ことを特徴とする。
【００１２】
上述の適用例によれば、入手容易なゴム、あるいは弾性エラストマーを用いることで金型コストの低減を図ることができる。本適用例に用いる弾性エラストマーまたはゴムは軟らかい硬度の材料を用いることにより、モールドベースが離間しようとする挙動に対して容易に追従させることができ、成形体の収縮の抑制をより緩和させることができる。また、弾性部材として弾性エラストマーまたはゴムを用いる場合、金型を固定部材により締め付ける際の調整ストローク（調整幅）を大きく取れる円形断面形状であることが好ましい。円形断面形状とすることにより、成形体の収縮に対する金型の開きを抑制する力を、調整することが可能となる。なお、ゴムを用いる場合には物性的に安定し、耐熱性の良好なＮＢＲ（Ｎｉｔｒｉｌ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ：ニトリルブタジエンゴム）を用いることが好ましい。
【００１３】
〔適用例３〕上述の適用例において、前記弾性部材は、コイルばね、または板ばねである、ことを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例によれば、金属ガラス溶湯を金型に注入する圧力条件、例えば比較的高い圧力で注入する場合には、高い圧縮力を得られるコイルばね、あるいは板バネを用いることで、溶湯注入時の型開きを防止することができる。
【００１５】
〔適用例４〕上述の適用例において、前記キャビティー内部に窒化ボロンが塗布されていることを特徴とする。
【００１６】
上述の適用例によれば、第１成形面および第２成形面に対応する成形体部位の斜面が、第１成形面および第２成形面の斜面を楔のように第３成形部によって成形された成形体部位の収縮によって、滑るように収縮方向に入り込む際の滑り抵抗を軽減し、更に、第３成形部によって成形された成形体部位の破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る金型を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´部の断面図。
【図２】実施形態に係る金型により成形される成形体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は裏平面図。
【図３】実施形態に係る金型の断面図。
【図４】実施形態に係る金型による成形方法を示す断面図。
【図５】実施形態に係る金型による成形方法を示す断面図。
【図６】実施例に係る成形体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００１９】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係る金属ガラスの鋳造金型を示し、図１（ａ）は分解斜視図、図１（ｂ）は組立状態の（ａ）に示すＡ−Ａ´位置の概略断面図である。図１（ａ）に示すように金属ガラス鋳造金型１００（以下、金型１００という）は、第１モールドベース１０（以下、第１モールド１０という）と第２モールドベース２０（以下、第２モールド２０という）とを備えている。図１（ｂ）に示すように、第１モールド１０の、成形体形状を形成するキャビティーの一方を構成する彫り込み部１０ａが形成される第１モールド面１０ｂと、第２モールド２０の、キャビティーの他の一方を構成する彫り込み部２０ａが形成される第２モールド面２０ｂと、を対向させて密着させ、成形用キャビティー１００ａを形成する。
【００２０】
彫り込み部１０ａ，２０ａを避け、第１モールド１０と第２モールド２０を固定する固定部材としてのボルト３０によって、本例では第１モールド１０に設けたネジ孔１０ｃに、ボルト３０のネジ部３０ａをねじ込み、ボルト３０の頭部３０ｂが第２モールド２０に設けた段孔２０ｃの段部２０ｆを押さえ、第２モールド２０が第１モールド１０に固定される構成となっている。
【００２１】
ボルト３０の頭部３０ｂと第２モールド２０の段孔２０ｃの段部２０ｆとの間には、弾性部材としてのゴム製パッキン４０（以下、ゴムパッキン４０という）が挟持される。本例では、ゴムパッキン４０によって説明するが、これに限定はされない。例えば、コイルバネ、板バネ、あるいは弾性エラストマーなどが好適に用いられる。特に、耐熱性能を優先する場合には金属製のコイルバネ、板バネが好ましい。
【００２２】
ゴムパッキン４０は、後述する第１モールド１０と第２モールド２０の相対的な挙動に対して容易に追従させることができることから、軟らかい硬度のＮＢＲ（Ｎｉｔｒｉｌ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ：ニトリルブタジエンゴム）を用いることが好ましい。また、ゴムパッキン４０の断面形状４０ａは、金型を固定部材により締め付ける際の調整ストローク（調整幅）を大きく取れることから、円形断面形状とした。ゴムパッキン４０の断面形状４０ａを円形断面形状とすることにより、成形体の収縮に対する金型の開きを抑制する力を、調整することが可能となる。なお、金型１００の１個内において、弾性部材として上述のゴム、弾性エラストマー、コイルばね、板ばねのいずれかを、金型１００に生じる挙動条件に合わせて適宜混在させて用いても良い。
【００２３】
このように構成される金型１００は、第１モールド面１０ｂと第２モールド面２０ｂとが密着し、彫り込み１０ａ，２０ａによってキャビティー１００ａが形成されるが、第１モールド面１０ｂと第２モールド面２０ｂとの密着部、いわゆる型合せ面をＰＬ（パーティングライン：Ｐａｒｔｉｎｇ Ｌｉｎｅ）面、あるいは単にＰＬともいう。またキャビティー１００ａと連通する湯口１００ｅが形成され、湯口１００ｅより金属ガラスの溶湯を流し込み、キャビティー１００ａ内で冷却してキャビティー１００ａと同形状の金属ガラス成形体を成形する。
【００２４】
図２は、金型１００によって成形される成形体５０の概要を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す矢印Ｑ方向矢視図（裏平面図）である。図２（ａ）に示すように、成形体５０は、第１形成部５０ａ、第２形成部５０ｂと、第１形成部５０ａと第２形成部５０ｂとを連結する第３形成部５０ｃと、を備える。第３形成部５０ｃは、本例では断面形状５０ｄは略矩形状を備える棒状の形態を備えている。なお、第３形成部５０ｃの断面形状５０ｄは矩形状断面に限定されず、円形、あるいは楕円、トラック形状であっても良い。
【００２５】
成形体５０を成形する金型１００の、図２（ａ）に示す成形体５０の切断面Ｂに対応する金型１００の断面図を図３（ａ）に、切断面Ｃに対応する金型１００の断面図を図３（ｂ）に示す。なお、図２に示す切断面Ｂおよび切断面Ｃは、第３形成部５０ｃの延伸方向Ｐ（図示矢印）と平行な方向を面内に含んでいる。図３（ａ）に示すように、金型１００の第１モールド１０と第２モールド２０には図２に示す成形体５０を形成するためのキャビティー１００ａが形成されている。キャビティー１００ａは、成形体５０の第１形成部５０ａを成形する第１成形部１００ｂと、第２形成部５０ｂを成形する第２成形部１００ｃと、第１成形部１００ｂと第２成形部１００ｃとを連通して第３形成部５０ｃを成形する第３成形部１００ｄと、を備える。
【００２６】
また、金型１００は、第１成形部１００ｂと第３成形部１００ｄとが交接するｐ１およびｐ２、すなわち図２（ａ），（ｂ）における第１形成部５０ａと第３形成部５０ｃとの交接線ｃ１および交接線ｃ２、を含む第１成形面としての第１モールド１０の第１斜面１０ｄと第２モールド２０の第１斜面２０ｄを備えている。同様に、第２成形部１００ｃと第３成形部１００ｄとが交接するｐ３およびｐ４、すなわち図２（ａ），（ｂ）における第２形成部５０ｂと第３形成部５０ｃとの交接線ｃ３および交接線ｃ４、を含む第２成形面としての第１モールド１０の第２斜面１０ｅと第２モールド２０の第２斜面２０ｅを備えている。
【００２７】
金型１００の第１斜面１０ｄ，２０ｄ、第２斜面１０ｅ，２０ｅは、図２において成形体５０の、第１斜面１０ｄは面ｍ１を、第１斜面２０ｄは面ｍ２を、第２斜面１０ｅは面ｍ３を、第２斜面２０ｅは面ｍ４を、成形する斜面である。
【００２８】
図３に示すように、第１斜面１０ｄ，２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅは、第３形成部５０ｃの延伸方向Ｐ（図２参照）と平行な方向を面内に含む切断面Ｂおよび切断面Ｃの面内において、ＰＬ面との角度θの斜面である。角度θは０°≦θ≦４５°の条件で設定されることが好ましい。なお、θは第１斜面１０ｄ，２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅにおいて同じでなくても良く、０°≦θ≦４５°の条件を満足する範囲で、第１斜面１０ｄ，２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅの角度が各々異なっても良い。
【００２９】
上述の金型１００を用いて、成形体５０を成形する工程の一部を図４に示す。図４（ａ）に示すように金属ガラスの溶融注入装置６０から溶融された金属ガラス溶湯Ｍを、所定の圧力を加えて、金型１００に湯口１００ｅより注入する。
【００３０】
金属ガラス溶湯Ｍが注入完了後、金型１００を急冷し金属ガラス溶湯を急冷することにより金属ガラスの成形体５０を得ることができる。図４（ｂ）は、金型１００を急冷し金属ガラス溶湯が固化した状態を示す。約１０００℃の金属ガラス溶湯Ｍを急冷することによって、金属ガラスは液状から固体へ変化する。このとき、金属ガラスは約１％の収縮率で収縮する。図４（ｂ）に示すＤ，Ｅ部の拡大図である図４（ｃ）に示すように、液状の金属ガラスが固体化し成形体５０となったとき、収縮によって成形体５０の面ｍ１は第１斜面１０ｄに、面ｍ２は第１斜面２０ｄに、面ｍ３は第２斜面１０ｅに、面ｍ４は第２斜面２０ｅに、対して重なりｄ１，ｄ２、ｄ３，ｄ４を生じてしまう。この重なりｄ１，ｄ２、ｄ３，ｄ４は、実質的には第１斜面１０ｄ、２０ｄおよび第２斜面１０ｅ，２０ｅによって収縮を規制され、図４（ｂ）に示す収縮した状態の成形体５０の第３形成部５０ｃに引っ張り力が掛かってしまう。
【００３１】
しかも、上述した通り、金属ガラス溶湯Ｍは金型１００を急速に冷却して成形体５０を得る工程としているため、金属ガラス溶湯Ｍからの固化も急速に進み、急激な収縮が発生する。従って、第３形成部５０ｃに係る収縮による引っ張り力は衝撃的な発生となり、容易に第３形成部５０ｃを破壊に導くものである。
【００３２】
この金属ガラスの収縮によって生じる成形体５０と金型１００との干渉を、図５に示すように第１モールド１０と第２モールド２０を固定する固定部材としてのボルト３０の頭部３０ｂと第２モールド２０とにより挟持されるゴムパッキン４０によって第１モールド１０と第２モールド２０が離間可能に固定することにより緩和することができる。
【００３３】
収縮によって成形体５０は、金型１００のキャビティー１００ａより小さくなる。このとき、例えば、第１形成部５０ａの面ｍ１あるいは面ｍ２が、第１モールド１０の第１斜面１０ｄあるいは第２モールド２０の第１斜面２０ｄにより規制されると、第２形成部５０ｂの面ｍ３および面ｍ４は、第１モールド１０の第２斜面１０ｅおよび第２モールド２０の第２斜面２０ｅとの重なりが発生する。
【００３４】
しかし、第２斜面１０ｅ，２０ｅはＰＬ面に対してθの角度を備える斜面であり、この斜面により成形される第２形成部５０ｂの面ｍ３，ｍ４も略同じ角度を備える斜面に成形されている。このことにより、第２形成部５０ｂの面ｍ３，ｍ４部分が楔となって、第２斜面１０ｅ，２０ｅを押し拡げる作用が働く。その結果、第２モールド２０は第１モールド１０から離間し、ＰＬ部に隙間ができる。すなわち、第３形成部５０ｃにおける収縮が妨げられないように、第２形成部５０ｂが第２斜面１０ｅ，２０ｅを滑りながら第２モールド２０を、図示では押し上げるようにして成形体５０の所定の収縮を、キャビティー１００ａ内部で可能にするものである。
【００３５】
このとき、ボルト３０の頭部３０ｂと、第２モールド２０の段孔２０ｃの段部２０ｆに挟持される弾性を有するゴムパッキン４０には、第２モールド２０の離間量α分、圧縮可能な圧縮代が設定されており、第１モールド１０と第２モールド２０とを所定の固定力で押さえつける状態から、α分の圧縮が許容されることとなり、第２モールド２０の離間量αが吸収される。
【００３６】
なお、本実施形態に示す弾性部材（ゴムパッキン４０）は、ゴムパッキンに限定されず、例えばコイルバネ、板バネ、弾性エラストマーなどの高弾性性を有する部材であれば良く、金属ガラス成形では高温環境において使用されることから、耐熱性に優れる部材を用いることがなお好ましい。また、金属ガラス溶湯はキャビティー１００ａ内に注入される際には所定の圧力が加えられるが、注入圧力を大きくしなければならない場合には、圧縮力を大きくすることができるコイルばねや板ばねを用いることがより好ましい。また、上述のように成形体５０と金型１００とが互いに接触しながら滑る部分が発生するため、キャビティー１００ａ面に潤滑剤として窒化ボロンなどを塗布することが好ましい。
【００３７】
また、第１モールド１０と第２モールド２０とは、相対的に離間させるため、固定部材のすべてが弾性部材を介して第１モールド１０と第２モールド２０とが固定されるようにすることが好ましい。なお、本例ではボルト３０を固定部材として用いて、第１モールド１０に形成したネジ孔１０ｃにボルト３０のネジ部３０ａが固定されるようにし、頭部３０ｂ側、すなわち第２モールド２０に弾性部材としてのゴムパッキン４０を用いたが、これに限定されない。例えば、金型１００にはネジ孔１０ｃを形成せず、ボルトとナットによって第１モールド１０と第２モールド２０とを挟持し固定することもできる。この場合、ボルト頭部とモールドとの間、およびナットとモールドとの間の両方に弾性部材を挟持させても良い。
【００３８】
上述したように、第２形成部５０ｂの面ｍ３，ｍ４による楔作用は、面ｍ３，ｍ４の角度θが浅い方がモールドを押し拡げる作用は大きいが、０≦θ≦４５°とするのが好ましく、０≦θ≦３０°とするのがなお好ましい。また、θは図２に示す切断面Ｃ（第３形成部５０ｃの第１形成部５０ａと第２形成部５０ｂとの接続方向Ｐの方向に平行な面）位置においても同様である。
【００３９】
（実施例）
図６（ａ）に示す形状のモーター用磁心を、軟磁気特性を有するコバルト基金属ガラスにより成形した。また。図６（ａ）の側面図に示す角度θが、θ＝０°の場合を実現する試料として図６（ｂ）に示す丸棒を成形した。成形されたモーター用磁心を、金型から取り出した時点での成形率、すなわち成形状態での良品率を確認し、表１の結果を得た。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１から、テーパーを設けない、すなわちθ＝９０°ではすべての成形体が不良となってしまった。しかし、θ≦４５°では成形率はθ＝４５°では３７％、θ＝３０°では８３％と、θ＝９０°に対して格段の高い成形率となった。更に、θ＝０においては成形率１００％を得ることができた。しかし、本願発明の適用は、複雑形状の製品に適用される、すなわちθ＞０が現実的であり、よって、θは０≦θ≦４５°、更には０≦θ≦３０°の範囲で設定することが好ましいことが分かった。
【符号の説明】
【００４２】
１０…第１モールドベース（第１モールド）、２０…第２モールドベース（第２モールド）、３０…ボルト、４０…ゴムパッキン、１００…鋳造金型（金型）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に金属ガラス溶湯を流し込み、固化させて成形体を得る鋳造金型であって、
前記キャビティーは、第１成形部と第２成形部と、前記第１成形部と前記第２成形部とを連通する第３成形部と、を備え、
前記第３成形部側を構成する前記第１成形部の第１成形面および前記第２成形部の第２成形面を備え、
前記第１成形面および／または前記第２成形面と前記パーティングライン面とのなす角度θが０°≦θ≦４５°であり、
前記第一モールドベースと前記第２モールドベースと、は弾性部材を介して固定部材により前記パーティングライン面の開放が抑制される、
ことを特徴とする金属ガラスの鋳造金型。
【請求項２】
前記弾性部材は、円形断面形状の弾性エラストマー、またはゴムである、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属ガラスの鋳造金型。
【請求項３】
前記弾性部材は、コイルばね、または板ばねである、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属ガラスの鋳造金型。
【請求項４】
前記キャビティー内部に窒化ボロンが塗布されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属ガラスの鋳造金型。
【請求項１】
第１モールドベースと第２モールドベースを対向配置させ、パーティングライン面を介して内部にキャビティーを形成し、前記キャビティー内に金属ガラス溶湯を流し込み、固化させて成形体を得る鋳造金型であって、
前記キャビティーは、第１成形部と第２成形部と、前記第１成形部と前記第２成形部とを連通する第３成形部と、を備え、
前記第３成形部側を構成する前記第１成形部の第１成形面および前記第２成形部の第２成形面を備え、
前記第１成形面および／または前記第２成形面と前記パーティングライン面とのなす角度θが０°≦θ≦４５°であり、
前記第一モールドベースと前記第２モールドベースと、は弾性部材を介して固定部材により前記パーティングライン面の開放が抑制される、
ことを特徴とする金属ガラスの鋳造金型。
【請求項２】
前記弾性部材は、円形断面形状の弾性エラストマー、またはゴムである、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属ガラスの鋳造金型。
【請求項３】
前記弾性部材は、コイルばね、または板ばねである、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属ガラスの鋳造金型。
【請求項４】
前記キャビティー内部に窒化ボロンが塗布されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属ガラスの鋳造金型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６１８１０（Ｐ２０１２−１６１８１０Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６５１（Ｐ２０１１−２３６５１）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]