高重力下で創製される高機能材料
【課題】ナノ結晶材料やアモルファス系合金のバルク化には、溶融状態から急冷凝固する技法が用いられており、従来は無酸素銅等の熱伝導度の高い金属で作られた金型に溶湯を流し込むか、又は薄膜に加工した後粉砕して微粉状にして空圧、油圧等を用いてプレス加圧により金型に圧乳し焼結させる方法が多く採られてきた。
しかし、実用の各種機械部品やデバイスとして要求される磁気特性、材料力学的特性は得られず、製作コストも大きく実用にはなっていない。
【解決手段】１又は複数個の金型を埋め込んだ金型回転ホルダー１を高速回転させ、その中心に設けた注入口からルツボ３からの溶湯を流下し、本発明の曲線状の導湯路を通して金型に導き、高遠心力により複雑形状の金型の末端まで充填し、成形させるものである。
しかし、実用の各種機械部品やデバイスとして要求される磁気特性、材料力学的特性は得られず、製作コストも大きく実用にはなっていない。
【解決手段】１又は複数個の金型を埋め込んだ金型回転ホルダー１を高速回転させ、その中心に設けた注入口からルツボ３からの溶湯を流下し、本発明の曲線状の導湯路を通して金型に導き、高遠心力により複雑形状の金型の末端まで充填し、成形させるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
金属材料等の鋳造法による成形加工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ結晶材料やアモルファス系金属のバルク大型部材化には、溶融状態から急冷凝固する技法が多く用いられてきた。従来は熱容量が大きく、熱伝導度の高い金属（主として無酸素銅）を用いて、金型に大気圧下で流し込む方法や油圧等を用いてプレス加圧下での鋳造法（加圧鍛造）を採るのが一般的であった。
【０００３】
薄膜ではない塊状のバルク機能性材料では、溶湯が急冷凝固されて原子拡散が抑制され、結晶化時間が少なくなるために生じる微細結晶や過冷却度合いを高めたアモルファス系金属ガラスの新素材が開発されてきた。
【０００４】
しかし、現在まで、バルク成形体では急冷リボン帯板を凌ぐ特性は得られていないことが多く、また、一部それらを超えた特性とする報告もあるが、いずれも実験室レベルでの小形形状のサンプルからの報告事例が多く、実際に機能部品として使用可能な寸法と形状での試料による特性向上効果の確認は充分に出来ていないのが現状である。
【０００５】
特に、微視的な材料組織に敏感な磁性材料において、優れた磁気特性（磁歪）、機械的特性（引張応力、硬度等）の両方を満足するバルク工業材料はいまだ実現していないので、量産可能で革新的な製法による高機能性材料の要望が産業界から大きい。
【発明の開示】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのハイテク製品に使用される各種センサーや電磁モータなどの機能デバイス等の要素部品には、高い機能磁気特性と機械的特性及びその質量の軽量化・小型化が要求されており、次の手段により高機能材料を創製し解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
優れた磁気特性（磁歪）、機械的特性（引張応力、硬度等）の両方を満足するように、組織制御されたバルク工業材料を得る鋳造方法として、高速回転している鋳型内に溶湯を流し込み、遠心力負荷（遠心加速度≧２，０００Ｇ、Ｇ＝重力以上）下で溶融状態から急速冷却・凝固させ、塊状バルク成形された機能部材を量産することができる、急冷遠心鋳造方式とする。
【０００９】
元素配合は、強磁性を有する３元素系の結晶質材のＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２（ａｔ％）とする。また、その熱処理は、６５０℃で３時間の焼鈍、又は８５０℃で３時間の焼鈍である。
【００１０】
また、他の合金組成は、５元素系でアモルファス系バルク金属ガラス素材のＦｅ８３．３Ｓｉ４Ｂ８Ｐ４Ｃｕ０．７である。この合金系は、アモルファス急冷リボン材料を短時間熱処理することでヘテロ・アモルファス／ナノ結晶合金化させ、軟磁気特性の優れた特性が得られることがすでに知られている。（牧野ら論文）
【発明の効果】
【００１１】
本発明で得られるアモルファス系金属バルクは、強度、耐摩耗性、耐蝕性等において優れた特性を有し、その応用分野は小形精密機械部品として多くの医療機器、微細な機械部品等に及び、またナノ結晶合金のバルクは、その優れた磁気特性を活かしてハイテク産業に必須な各種のセンサーに応用され、その製造システムも単純で、安価に提供できることから産業界への貢献度は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づき説明する。
【００１３】
図１において、金型回転ホルダー１は熱伝導率の高い金属（無酸素銅等）で作られ、上下に二つ割りされた円筒状を有し、中心に注湯口１ａ導湯路１ｂ、及び金型２を収容する空間を設けたもので、モーター等の動力により高速回転する。
【００１４】
金型２は、熱伝導率の高い金属（無酸素銅等）で作られ、１又は複数個に分割され、その内部に製品の雌型を掘りこんだもので、金型回転ホルダー１に収容されている。
【００１５】
金型回転ホルダー１の回転中心上にルツボ３を配置し、その周囲に高周波誘導加熱コイル４を設けて溶解された溶湯５は、開閉栓３ａの上下により注湯口に流下する。
【００１６】
図２及び図３において、導湯路１ｂは、注湯口１ａと金型２を結ぶもので、螺旋状を有し、遠心速度ベクトルと円周速度ベクトルとの合成ベクトルの連続曲線で構成される。
【００１７】
図１に示す鋳造装置は、真空槽内に収納され、鋳造は真空雰囲気又は真空置換された不活性ガスの雰囲気で行はれる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明による、アモルファス系合金や、ナノ結晶合金の優れた材料力学的特性や、化学的特性及び磁気特性を持った製品は、多くの医療機器部品、各種センサーに応用され、又この鋳造方法により従来の困難な機械加工を解消して、生産コストを大幅に低減することから大きな分野での利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋳造装置の構成を示す説明図である。
【図２】金型回転ホルダーの平面図である。
【図３】導湯路の形状及び構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ 金型回転ホルダー １ａ 注湯口 １ｂ 導湯路
２ 金型 ３ ルツボ ３ａ 開閉栓
４ 高周波誘導加熱コイル ５ 溶湯
【技術分野】
【０００１】
金属材料等の鋳造法による成形加工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ結晶材料やアモルファス系金属のバルク大型部材化には、溶融状態から急冷凝固する技法が多く用いられてきた。従来は熱容量が大きく、熱伝導度の高い金属（主として無酸素銅）を用いて、金型に大気圧下で流し込む方法や油圧等を用いてプレス加圧下での鋳造法（加圧鍛造）を採るのが一般的であった。
【０００３】
薄膜ではない塊状のバルク機能性材料では、溶湯が急冷凝固されて原子拡散が抑制され、結晶化時間が少なくなるために生じる微細結晶や過冷却度合いを高めたアモルファス系金属ガラスの新素材が開発されてきた。
【０００４】
しかし、現在まで、バルク成形体では急冷リボン帯板を凌ぐ特性は得られていないことが多く、また、一部それらを超えた特性とする報告もあるが、いずれも実験室レベルでの小形形状のサンプルからの報告事例が多く、実際に機能部品として使用可能な寸法と形状での試料による特性向上効果の確認は充分に出来ていないのが現状である。
【０００５】
特に、微視的な材料組織に敏感な磁性材料において、優れた磁気特性（磁歪）、機械的特性（引張応力、硬度等）の両方を満足するバルク工業材料はいまだ実現していないので、量産可能で革新的な製法による高機能性材料の要望が産業界から大きい。
【発明の開示】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのハイテク製品に使用される各種センサーや電磁モータなどの機能デバイス等の要素部品には、高い機能磁気特性と機械的特性及びその質量の軽量化・小型化が要求されており、次の手段により高機能材料を創製し解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
優れた磁気特性（磁歪）、機械的特性（引張応力、硬度等）の両方を満足するように、組織制御されたバルク工業材料を得る鋳造方法として、高速回転している鋳型内に溶湯を流し込み、遠心力負荷（遠心加速度≧２，０００Ｇ、Ｇ＝重力以上）下で溶融状態から急速冷却・凝固させ、塊状バルク成形された機能部材を量産することができる、急冷遠心鋳造方式とする。
【０００９】
元素配合は、強磁性を有する３元素系の結晶質材のＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２（ａｔ％）とする。また、その熱処理は、６５０℃で３時間の焼鈍、又は８５０℃で３時間の焼鈍である。
【００１０】
また、他の合金組成は、５元素系でアモルファス系バルク金属ガラス素材のＦｅ８３．３Ｓｉ４Ｂ８Ｐ４Ｃｕ０．７である。この合金系は、アモルファス急冷リボン材料を短時間熱処理することでヘテロ・アモルファス／ナノ結晶合金化させ、軟磁気特性の優れた特性が得られることがすでに知られている。（牧野ら論文）
【発明の効果】
【００１１】
本発明で得られるアモルファス系金属バルクは、強度、耐摩耗性、耐蝕性等において優れた特性を有し、その応用分野は小形精密機械部品として多くの医療機器、微細な機械部品等に及び、またナノ結晶合金のバルクは、その優れた磁気特性を活かしてハイテク産業に必須な各種のセンサーに応用され、その製造システムも単純で、安価に提供できることから産業界への貢献度は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づき説明する。
【００１３】
図１において、金型回転ホルダー１は熱伝導率の高い金属（無酸素銅等）で作られ、上下に二つ割りされた円筒状を有し、中心に注湯口１ａ導湯路１ｂ、及び金型２を収容する空間を設けたもので、モーター等の動力により高速回転する。
【００１４】
金型２は、熱伝導率の高い金属（無酸素銅等）で作られ、１又は複数個に分割され、その内部に製品の雌型を掘りこんだもので、金型回転ホルダー１に収容されている。
【００１５】
金型回転ホルダー１の回転中心上にルツボ３を配置し、その周囲に高周波誘導加熱コイル４を設けて溶解された溶湯５は、開閉栓３ａの上下により注湯口に流下する。
【００１６】
図２及び図３において、導湯路１ｂは、注湯口１ａと金型２を結ぶもので、螺旋状を有し、遠心速度ベクトルと円周速度ベクトルとの合成ベクトルの連続曲線で構成される。
【００１７】
図１に示す鋳造装置は、真空槽内に収納され、鋳造は真空雰囲気又は真空置換された不活性ガスの雰囲気で行はれる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明による、アモルファス系合金や、ナノ結晶合金の優れた材料力学的特性や、化学的特性及び磁気特性を持った製品は、多くの医療機器部品、各種センサーに応用され、又この鋳造方法により従来の困難な機械加工を解消して、生産コストを大幅に低減することから大きな分野での利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鋳造装置の構成を示す説明図である。
【図２】金型回転ホルダーの平面図である。
【図３】導湯路の形状及び構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ 金型回転ホルダー １ａ 注湯口 １ｂ 導湯路
２ 金型 ３ ルツボ ３ａ 開閉栓
４ 高周波誘導加熱コイル ５ 溶湯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯の急冷凝固手段と鋳型回転による高遠心力加圧の手段を用いた鋳造方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造方法により作製された電磁機能性素材。
【請求項３】
請求項１記載の鋳造方法により作製された強磁性を有する鉄系合金。
【請求項４】
請求項１記載の鋳造方法により作製された３元素系の結晶質材のＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２（ａｔ％）合金。
【請求項５】
請求項１記載の鋳造方法により作製された５元素系Ｆｅ８３．３Ｓｉ４Ｂ８Ｐ４Ｃｕ０．７のアモルファス系バルク金属ガラス素材。
【請求項６】
遠心鋳造金型において、溶湯を注湯口から金型へ誘導する湯路の形状を図３に示す遠心速度ベクトルと円周速度ベクトルとの合成ベクトルの連続曲線とする導湯路
【請求項１】
溶湯の急冷凝固手段と鋳型回転による高遠心力加圧の手段を用いた鋳造方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造方法により作製された電磁機能性素材。
【請求項３】
請求項１記載の鋳造方法により作製された強磁性を有する鉄系合金。
【請求項４】
請求項１記載の鋳造方法により作製された３元素系の結晶質材のＦｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２（ａｔ％）合金。
【請求項５】
請求項１記載の鋳造方法により作製された５元素系Ｆｅ８３．３Ｓｉ４Ｂ８Ｐ４Ｃｕ０．７のアモルファス系バルク金属ガラス素材。
【請求項６】
遠心鋳造金型において、溶湯を注湯口から金型へ誘導する湯路の形状を図３に示す遠心速度ベクトルと円周速度ベクトルとの合成ベクトルの連続曲線とする導湯路
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０１３６（Ｐ２０１３−１０１３６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５２３５（Ｐ２０１１−１５５２３５）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（３９１０６１２８８）本田精機株式会社 (9)
【出願人】（５９９０５９３７９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（３９１０６１２８８）本田精機株式会社 (9)
【出願人】（５９９０５９３７９）
【Ｆターム（参考）】
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