(57)【要約】【課題】射出成形装置および射出成形方法において、金型内に射出される金属の冷却の均一性を向上するとともに、生産効率を向上することができるようにする。【解決手段】加熱溶解された金属を射出する射出ノズル部６を有し、一定の射出成形位置に配置された金型６０の成形空間内に射出ノズル部６から加熱溶解された金属を射出して成形を行う射出成形装置５０であって、内部に設けられた流路に冷却媒体を流通させた状態で金型６０に着脱可能に設けられ、射出ノズル部６が金型６０に対して接離するための開口部を有し、この開口部内を通して金型６０に接離する射出ノズル部６に対向する領域を除く金型６０の外周面の略全面を覆って冷却できるようにした冷却支持台７および上冷却部８を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱溶解された金属を射出する射出部を有し、一定の射出成形位置に配置された金型の成形空間内に前記射出部から前記加熱溶解された金属を射出して成形を行う射出成形装置であって、
内部に設けられた流路に冷却媒体を流通させた状態で前記金型に着脱可能に設けられ、前記射出部が前記金型に対して接離するための開口部を有し、該開口部内を通して前記金型に接離する前記射出部に対向する領域を除く前記金型の外周面の略全面を覆って冷却できるようにした冷却部を備えることを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
前記射出成形位置と、該射出成形位置から離間した金型退避位置との間で、前記金型を移動させて金型交換を行う金型交換手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
前記冷却部は、
前記金型を間に挟んで、該金型に対して着脱可能に設けられた第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットと、
該第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットが前記金型に装着されて前記金型の外周面の略全面を覆う装着位置と、前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットの少なくともいずれかが前記金型から離間されて前記金型が前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットの間から取り出し可能となる開放位置との間で、前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットを相対移動させる冷却ユニット相対移動機構とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形装置。
【請求項４】
前記第１の冷却ユニットまたは前記第２の冷却ユニットは、
前記流路を内部に有する冷却凸部を有し、
該冷却凸部は、前記金型の外周面側から前記金型の内部側に形成された凹穴部に挿入可能に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の射出成形装置。
【請求項５】
前記第１の冷却ユニットまたは前記第２の冷却ユニットは、
前記開口部と、
射出成形時に前記開口部内に相対的に進出される前記射出部の射出口に対して、前記金型を位置決めして配置する金型位置決め部とを備え、
該金型位置決め部は、前記冷却凸部を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の射出成形装置。
【請求項６】
前記第１の冷却ユニットまたは前記第２の冷却ユニットは、
前記開口部と、
射出成形時に前記開口部内に相対的に進出される前記射出部の射出口に対して、前記金型を位置決めして配置する金型位置決め部とを備えることを特徴とする請求項３または４に記載の射出成形装置。
【請求項７】
前記第１の冷却ユニットまたは第２の冷却ユニットの温度を計測する温度計測手段と、
前記金型に前記金属が射出された後、前記温度計測手段の計測値が一定値になるまで冷却されたことを検知してから、前記冷却ユニット相対移動機構を駆動して前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットを前記開放位置に相対移動させ、前記金型交換手段によって前記金属が射出された金型を他の金型と交換させる制御手段を備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の射出成形装置。
【請求項８】
前記射出部は、少なくとも、射出成形時に前記金型に近接する表面に断熱部が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形装置。
【請求項９】
前記加熱溶解する金属の原材料を秤量して供給する原材料供給部と、
該原材料供給部から供給された金属の原材料を加熱溶解する溶解部と、
前記射出部と一体もしくは前記射出部に連結して設けられ、前記溶解部で溶解された金属溶湯を一定の温度に保温する保温部とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の射出成形装置。
【請求項１０】
加熱溶解された金属を射出する射出部によって、一定の射出成形位置に配置された金型の成形空間内に前記加熱溶解された金属を射出する射出工程を有する射出成形方法であって、
前記加熱溶解された金属の射出開始までに、前記金型に対して接離する前記射出部に対向する領域を除く前記金型の外周面の略全面を覆う冷却部内に、前記金型を設置する金型設置工程と、
該金型設置工程により前記冷却部内に設置された前記金型を、少なくとも前記射出工程の間、前記冷却部によって前記金型の外周面から冷却する金型冷却工程とを備えることを特徴とする射出成形方法。
【請求項１１】
前記金型冷却工程の後に、前記金型を前記冷却部から取り出して、他の金型と交換する金型交換工程を備えることを特徴とする請求項１０に記載の射出成形方法。
【請求項１２】
前記金型設置工程は、
前記金型を前記冷却部の一部を構成する冷却ユニットに設けられた金型位置決め部に配置して位置決めを行ってから、
前記冷却部の他の冷却ユニットを、前記金型位置決め部に配置された前記金型の外周面に配置して行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱溶解された金属を金型に射出して成形を行う射出成形装置および射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱溶解された金属を金型に射出して成形を行う射出成形装置および射出成形方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、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非晶質合金の冷却方法が記載されている。この冷却方法に用いる装置では、金型の内部に冷媒通過路を設けて金型の冷却を行っている。
また、特許文献２には、関連する技術として、ガラス成形を行う光学素子の製造装置において、下型を滴下位置での冷却部で冷却している状態で溶融ガラスを滴下し、この下型を水平方向に離間して配置された成形位置での冷却部に移動し、成形位置での冷却部で冷却された上型を下型上の溶融ガラスに押圧することで、光学素子の成形を行うものが記載されている。また、本装置は、複数の冷却部によって冷却される全体囲い内に設けられており、溶融ガラスの滴下中や金型の移動中も、金型および溶湯ガラスの冷却が継続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０７５８９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１８６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の射出成形装置および射出成形方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、金型内に冷媒通過路が設けられているため金型構造が複雑となり、金型も大型化する。このため、金型交換に手間がかかり、複数の金型を用いた連続的な成形を行うことは難しい。そのため、被成形品の生産効率を高めることができないという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、冷却部を金型の外部に設けるので、金型の構成は特許文献１の装置に比べて簡素化することはできる。ただし、下型に溶融ガラスに滴下してから、上型の下方に移動して成形を行うため、溶融ガラスは、滴下された溶融ガラスが接する下型と全体囲い内の雰囲気とによって不均一に冷却された後、上型および下型内に保持されて成形され、さらなる冷却が行われる。この結果、不均一な冷却状態で溶融ガラスを成形することになり、このような冷却の不均一性により、湯しわや応力の不均一などが発生しやすくなり成形品質を均質化することができないという問題がある。
特に、特許文献２に記載の技術を、加熱溶解された金属を均質に急冷することが必要な非晶質合金の射出成形に適用すると、非晶質化が不十分な成形品になってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金型内に射出される金属の冷却の均一性を向上することができるとともに、生産効率を向上することができる射出成形装置および射出成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、加熱溶解された金属を射出する射出部を有し、一定の射出成形位置に配置された金型の成形空間内に前記射出部から前記加熱溶解された金属を射出して成形を行う射出成形装置であって、内部に設けられた流路に冷却媒体を流通させた状態で前記金型に着脱可能に設けられ、前記射出部が前記金型に対して接離するための開口部を有し、該開口部内を通して前記金型に接離する前記射出部に対向する領域を除く前記金型の外周面の略全面を覆って冷却できるようにした冷却部を備える構成とする。
この発明によれば、冷却媒体を冷却部の流路に流通させた状態で、冷却部を金型に装着することで、開口部内を通して金型に接離する射出部に対向する領域を除く金型の外周面の略全面を覆って冷却を行うことができる。このため、加熱溶解された金属を金型の成形空間内に射出開始する前から射出終了した後までの間、開口部内を通して金型に接離する射出部に対向する領域を除く金型の外周面の略全面を同一の状態で冷却することができる。
このため、加熱溶解された金属が金型の成形空間に射出される前に、金型を全体的に均一に冷却しておくことができる。
そして、冷却部は、金型の外周面を射出部が接離するための開口部に対向する領域を除く範囲で覆っているため、金型を冷却中であっても、冷却部の開口部を通して射出部を金型に接触させ、金型の成形空間内に、加熱溶解された金属を射出することができる。
このため、加熱溶解された金属が成形空間に射出されることで金型に伝導される熱が、冷却部によって、成形空間を囲む金型の外周面から全体的に熱を奪われて、金型の成形空間内の金属が略均一に急冷される。この結果、金型が冷却されていない場合や、冷却されていても均一温度に冷却されていない場合に比べて、金属の冷却の均一性を向上することができる。
そして射出終了後、必要に応じて冷却を続けながら、適宜のタイミングで、冷却部を金型から離脱させることで、成形空間内の金属が冷却された状態の成形品を金型とともに冷却部の外部に取り出すことができる。
そして、金型から外された冷却部に他の金型を装着することで容易に交換することができ、上記のような射出成形を他の金型により繰り返すことができる。これにより、複数の金型を用い生産効率を高く成形品を製造することができる。
本明細書では、「金型の外周面」とは、金型の表面のうち、金型の内部に形成される成形空間と、例えばランナー部など射出部から射出された金属が接触する表面を除く部分を意味する。すなわち、「金型の外周面」は金型の放熱に関する機能上の外周面であり、金型の表面から内部側に形成された凹部であっても、機能上、射出される金属と接しない表面は「金型の外周面」と称する。
また、「開口部内を通して金型に接離する射出部に対向する領域を除く金型の外周面の略全面」とは、例えば、寸法誤差を有する複数の金型に対して、冷却部を円滑に脱着するために必要な隙間や、開口部に射出部を円滑に進退させるために必要な隙間など、金型の外周面全面に対して冷却温度分布にほとんど影響を与えない程度の範囲は、覆われていなくても許容するとの意味である。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の射出成形装置において、前記射出成形位置と、該射出成形位置から離間した金型退避位置との間で、前記金型を移動させて金型交換を行う金型交換手段を備える構成とする。
この発明によれば、金型交換手段により、未射出の金型を金型退避位置から射出成形位置に移動したり、射出終了後の金型を射出成形位置から金型退避位置まで移動したりすることができ、これにより、複数の金型の交換を行って、連続的に射出成形を行うことができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の射出成形装置において、前記冷却部は、前記金型を間に挟んで、該金型に対して着脱可能に設けられた第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットと、該第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットが前記金型に装着されて前記金型の外周面の略全面を覆う装着位置と、前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットの少なくともいずれかが前記金型から離間されて前記金型が前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットの間から取り出し可能となる開放位置との間で、前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットを相対移動させる冷却ユニット相対移動機構とを備える構成とする。
この発明によれば、冷却ユニット相対移動機構によって、第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットを装着位置と開放位置との間で相対移動させることにより、装着位置で金型を第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットの間に挟んで金型の外周面の略全面から冷却し、開放位置で金型を第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットの間から金型を取り出すことができる。このため、金型の脱着と取り出しを効率よく行うことができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の射出成形装置において、前記第１の冷却ユニットまたは前記第２の冷却ユニットは、前記流路を内部に有する冷却凸部を有し、該冷却凸部は、前記金型の外周面側から前記金型の内部側に形成された凹穴部に挿入可能に設けられた構成とする。
この発明によれば、第１の冷却ユニットまたは第２の冷却ユニットが、冷却凸部を備えるため、冷却凸部を金型の凹穴部に挿入して金型の内部側の領域を冷却することができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の射出成形装置において、前記第１の冷却ユニットまたは前記第２の冷却ユニットは、射出成形時に前記射出部を前記金型に接離するための前記開口部と、射出成形時に前記開口部内に相対的に進出される前記射出部の射出口に対して、前記金型を位置決めして配置する金型位置決め部とを備え、該金型位置決め部は、前記冷却凸部を兼ねる構成とする。
この発明によれば、第１の冷却ユニットまたは第２の冷却ユニットが、開口部と金型位置決め部とを備えるため、金型を金型位置決め部に配置することで、射出成形時に開口部内に相対的に進出される射出部の射出口に対する位置決めを行うことができる。そして、金型位置決め部に含まれる冷却凸部を通して金型の内部側の領域を冷却することができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項３または４に記載の射出成形装置において、前記第１の冷却ユニットまたは前記第２の冷却ユニットは、射出成形時に前記射出部を前記金型に接離するための前記開口部と、射出成形時に前記開口部内に相対的に進出される前記射出部の射出口に対して、前記金型を位置決めして配置する金型位置決め部とを備える構成とする。
この発明によれば、第１の冷却ユニットまたは第２の冷却ユニットが、開口部と金型位置決め部とを備えるため、金型を金型位置決め部に配置することで、射出成形時に開口部内に相対的に進出される射出部の位置に対する位置決めを行うことができる。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、請求項３〜６のいずれかに記載の射出成形装置において、前記第１の冷却ユニットまたは第２の冷却ユニットの温度を計測する温度計測手段と、前記金型に前記金属が射出された後、前記温度計測手段の計測値が一定値になるまで冷却されたことを検知してから、前記冷却ユニット相対移動機構を駆動して前記第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットを前記開放位置に相対移動させ、前記金型交換手段によって前記金属が射出された金型を他の金型と交換させる制御手段を備える構成とする。
この発明によれば、制御手段によって、温度計測手段で計測された第１の冷却ユニットまたは第２の冷却ユニットの温度の計測値が一定値になるまで冷却されたことを検知してから、冷却ユニット相対移動機構を駆動して第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットを開放位置に相対移動させ、次に金型交換手段によって金属が射出された金型を他の金型と交換させることができる。このため、射出成形を自動で連続的に行うことができる。
温度の一定値は、金型を冷却部から取り出してもよい温度であれば、適宜の温度に設定することができる。例えば、金型を移動することによって成形空間内の金属に慣性力が作用しても成形品の形状や品質に影響しなくなる程度の固化する温度以下であればよい。
【００１３】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形装置において、前記射出部は、少なくとも、射出成形時に前記金型に近接する表面に断熱部が設けられている構成とする。
この発明によれば、射出部において、射出成形時に前記金型に近接する表面に断熱部が設けられているため、射出成形中に金型と射出部との間の熱交換が抑制される。このため、射出部の近傍であっても、加熱溶解された金属の温度低下が少ない状態で、冷却温度からの温度上昇が少ない金型へ金属を射出することができるから、射出された金属を良好に急冷することができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明では、請求項１〜８のいずれかに記載の射出成形装置において、前記加熱溶解する金属の原材料を秤量して供給する原材料供給部と、該原材料供給部から供給された金属の原材料を加熱溶解する溶解部と、前記射出部と一体もしくは前記射出部に連結して設けられ、前記溶解部で溶解された金属溶湯を一定の温度に保温する保温部とを備える構成とする。
この発明によれば、原材料供給部において秤量された原材料を、溶解部によって加熱溶解させて、射出部と一体もしくは射出部に連結して設けられた保温部よって一定の温度に保温してから、金属溶湯を射出することができる。
このため、成形品の体積に対して略過不足のない原材料を安定した温度で金型に供給することができる。
また、合金によって射出成形を行う場合、原材料を固めた母合金を予め他の装置で作製することなく、合金成分ごとの金属を原材料として秤量、混合して合金の金属溶湯を形成し、射出成形を行うことができる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明では、加熱溶解された金属を射出する射出部によって、一定の射出成形位置に配置された金型の成形空間内に前記加熱溶解された金属を射出する射出工程を有する射出成形方法であって、前記加熱溶解された金属の射出開始までに、前記金型に対して接離する前記射出部に対向する領域を除く前記金型の外周面の略全面を覆う冷却部内に、前記金型を設置する金型設置工程と、該金型設置工程により前記冷却部内に設置された前記金型を、少なくとも前記射出工程の間、前記冷却部によって前記金型の外周面から冷却する金型冷却工程とを備える方法とする。
この発明によれば、加熱溶解された金属の射出開始までに行われる金型設置工程によって、金型を冷却部内に設置し、少なくとも射出工程が行われる間、金型冷却工程を行うことで、冷却部によって金型をその外周面から全体的に冷却することができる。
このため、簡素な構成の金型であっても、射出された金属を全体的に急冷することができる。
また、この発明は、請求項１に記載の射出成形装置を用いて行うことができる射出成形方法となっている。
【００１６】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の射出成形方法において、前記金型冷却工程の後に、前記金型を前記冷却部から取り出して、他の金型と交換する金型交換工程を備える方法とする。
この発明によれば、金型交換工程により、複数の金型の交換を行いつつ、射出成形を行うことができる。
また、この発明は、請求項２に記載の射出成形装置を用いて行うことができる射出成形方法となっている。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１０または１１に記載の射出成形方法において、前記金型設置工程は、前記金型を前記冷却部の一部を構成する冷却ユニットに設けられた金型位置決め部に配置して位置決めを行ってから、前記冷却部の他の冷却ユニットを、前記金型位置決め部に配置された前記金型の外周面に配置して行う方法とする。
この発明によれば、金型設置工程を、冷却部の一部を構成する冷却ユニットに設けられた金型位置決め部に配置して位置決めを行ってから、冷却部の他の冷却ユニットを金型位置決め部に配置された金型の外周面に配置して行うため、射出成形時に開口部内に相対的に進出して接離される射出部の位置に対する位置決めを行うことができる。この結果、射出部と、金型の射出部が接離する位置とを位置合わせすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の射出成形装置および射出成形方法によれば、金型に対して着脱可能に設けられた冷却部によって金型を外周面から全体的に冷却してから、加熱溶解された金属を金型内に射出し、金型を他の金型に容易に交換して他の射出成形を続けることができるので、金型内に射出される金属の冷却の均一性を向上することができるとともに、生産効率を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置の制御手段の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の溶解ユニットの内部の概略構成を示す模式的な構成図、および原材料供給部および質量測定部の動作を説明する動作説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の射出ノズル部の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置における金型の載置状態を示す模式的な分解斜視図および斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の第１の冷却ユニットの冷却媒体の流路を示す模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第２の冷却ユニットの冷却媒体の流路を示す模式的な斜視図、およびそのＡ視の平面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の金型設置工程および金型冷却工程、ならびに射出工程の様子を示す動作説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る第１の冷却ユニット、およびそれに用いる金型を示す模式的な斜視図、およびそのＢ視の側面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る第１の冷却ユニット示す模式的な斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る射出成形装置の第１の冷却ユニット、金型、および第２の冷却ユニットの概略構成を示す模式的な分解断面図である。
【図１３】図１２におけるＤ視の下面図およびＥ視の上面図である
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置の制御手段の機能ブロック図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態の溶解ユニットの内部の概略構成を示す模式的な構成図である。図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の原材料供給部および質量測定部の動作を説明する動作説明図である。図４は、本発明の第１の実施形態の射出ノズル部の斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置における金型の載置状態を示す模式的な分解斜視図および斜視図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る射出成形装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。図７は、本発明の第１の実施形態の第１の冷却ユニットの冷却媒体の流路を示す模式的な斜視図である。図８（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第２の冷却ユニットの冷却媒体の流路を示す模式的な斜視図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＡ視の平面図である。
【００２２】
本実施形態の射出成形装置５０は、図１、図２、図３（ａ）に示すように、金属２０（図３（ａ）参照）を加熱溶解して金属溶湯２０Ａ（図３（ａ）参照）を形成し、金属溶湯２０Ａを金型６０の成形空間内に射出して冷却固化することで、金型６０の成形空間の形状に沿った成形品を製造するものである。
金属２０は、鋳造に用いられるどのような金属でも用いることができる。例えば、ＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼や銀（Ａｇ）などの材料を用いることができる。また、成形品を非晶質合金化することが可能な非晶質合金材料を好適に用いることができる。
【００２３】
非晶質合金とは、複数の金属元素が結晶構造を形成せずに凝固（アモルファス化）した合金のことである。非晶質合金は、複数の金属元素からなる金属原料の溶湯を、ガラス遷移温度以下になるまで急速冷却することにより形成される。非晶質合金は、通常の結晶金属に見受けられるような結晶粒界を有さず、結晶粒界を起因とした粒界腐食（結晶粒界に沿って腐食が進行する現象）を生じないことから、耐食性に優れている。
非晶質合金材料から非晶質合金を成形するには、溶湯が急速冷却される必要があり、部分的に必要な冷却速度より遅い速度で冷却されると結晶化状態で固化される部分が発生し、全体として非晶質合金の性能が劣化してしまう。
【００２４】
非晶質合金の例としては、例えば、チタン（Ｔｉ）基合金、鉄（Ｆｅ）基合金、ジルコニウム（Ｚｒ）基合金、マグネシウム（Ｍｇ）基合金などを挙げることができる。
非晶質合金のうち、ガラス遷移領域（結晶化温度からガラス遷移温度を引いた値）が２０℃以上である非晶質合金は、特に、金属ガラスと称される場合がある。
このような金属ガラスは、結晶金属のような凝固収縮を生じないことから、成形金型に対する高精度な転写性を有し、さらにガラス遷移領域ではガラスのような熱間プレス加工も可能であることから、成形品の形状自由度、寸法精度、生産性に優れている。また、金属ガラスは、その物性として低ヤング率・高強度であり、さらに熱に対して低膨張である。
【００２５】
射出成形装置５０の概略構成は、溶解ユニット１、チャンバー底部２、チャンバー３、天井部４、冷却媒体貯蔵循環部５、および制御ユニット１４（制御手段）を備える。
【００２６】
溶解ユニット１は、図１に示すように、内部の雰囲気を減圧した不活性ガス雰囲気に保持することができるように、函型の筐体１ｂに覆われている。筐体１ｂの側面には、金属２０を内部に投入するために開閉可能に設けられた原材料投入口１ａが設けられている。
【００２７】
筐体１ｂの内部には、図３（ａ）に示すように、材料供給部１５（原材料供給部）、質量測定部１６、溶解部１７、および射出ノズル部６（射出部）が設けられている。
また、図３（ａ）には図示しないが、筐体１ｂの外部には、筐体１ｂの内部の雰囲気を減圧するため、例えば真空ポンプなどからなる減圧部２４と、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスを筐体１ｂの内部に供給する不活性ガス供給部２５とが設けられている（図２参照）。
なお、本実施形態では、減圧部２４、不活性ガス供給部２５は、後述するチャンバー３の内部の雰囲気を制御することもできるようになっている。
【００２８】
材料供給部１５は、上側が開口し底面がすり鉢状に形成された容器からなり、底面の中央に開閉可能に設けられた排出口１５ａが設けられている。これにより、排出口１５ａを閉止した状態で、原材料投入口１ａを通して上方から投入される粒状の金属２０を容器内部に貯蔵し、必要に応じて排出口１５ａを開放して、金属２０を下方に放出することができるようになっている。
【００２９】
質量測定部１６は、材料供給部１５から放出される金属２０の質量を秤量して、１回の成形に必要な量の金属２０を溶解部１７に移動させるものである。
本実施形態では、材料供給部１５から放出される金属２０を受けて秤量するための皿状の受け部１６ａと、受け部１６ａ上の金属２０の質量を測定する秤量部１６ｃと、受け部１６ａを秤量部１６ｃの上端部において、傾動可能に支持する傾動機構１６ｂとからなる。
傾動機構１６ｂは、図３（ｂ）に示すように、材料供給部１５の排出口１５ａが開放された場合には、傾動位置が基準位置に設定され、受け部１６ａが排出口１５ａの下方で受け面を水平にした状態となるように受け部１６ａを支持する。また、図３（ａ）に示すように、排出口１５ａが閉止されて秤量部１６ｃによる質量の測定が終了した場合には、基準位置から一定角度の傾動を行って受け部１６ａの受け面を傾斜させ、受け部１６ａ上の金属２０を質量測定部１６の側方に設けられた溶解部１７に滑落させることができるようになっている。
【００３０】
溶解部１７は、側面側に加熱機構１７ａを有する上側に開口した耐熱容器からなり、質量測定部１６の側方において、容器の開口が傾動の基準位置の受け部１６ａより低くなる位置に配置されている。これにより、受け部１６ａから側方に滑落された金属２０を耐熱容器内部に収容し、この収容された金属２０を加熱機構１７ａによって加熱溶解させて、金属溶湯２０Ａを形成できるようになっている。
加熱機構１７ａとしては、例えば、金属２０を誘導加熱する誘導加熱コイルや、耐熱容器を加熱する加熱ヒータなどの構成を採用することができる。
また、溶解部１７の底面部には、溶解部１７によって形成された金属溶湯２０Ａを射出ノズル部６に移送するための溶湯流路１９が連結されている。
【００３１】
なお、金属溶湯２０Ａとして合金溶湯を形成する場合、粒状の金属２０を合金溶湯に配合比を有する合金で形成するようにしてもよいが、溶解部１７内で合金溶湯を形成してもよい。
例えば、材料供給部１５として、合金成分を構成する複数の金属２０を分別して収容して１つまたは複数の排出口１５ａから金属２０の金属種類ごとに選択的に放出できる構成を採用し、質量測定部１６として、金属種類ごとに必要量を秤量して質量比が調整された複数の金属２０を順次溶解部１７に滑落させることができる構成を採用すれば、溶解部１７内で合金溶湯を形成することができる。
【００３２】
射出ノズル部６は、溶解部１７で溶解され、溶湯流路１９によって移送された金属溶湯２０Ａをチャンバー３内の一定の射出成形位置に配置された金型６０の内部に射出するものである。
射出ノズル部６の概略構成は、筐体１ｂ内で鉛直方向に立設して設けられ軸方向の中間部に溶湯流路１９の端部が接続された管状の固定ノズル部６ｃと、固定ノズル部６ｃに対して軸方向に移動可能に連結され筐体１ｂの上面およびチャンバー底部２を貫通してチャンバー３の内部に高さ可変に進出される昇降ノズル部６ｂと、昇降ノズル部６ｂを上下方向に移動させる射出ノズル移動機構２２と、溶湯流路１９の下方側の固定ノズル部６ｃ内に溶湯流路１９から流下された金属溶湯２０Ａを貯留する耐熱性の固定ノズル底面部２１と、固定ノズル底面部２１上に貯留された金属溶湯２０Ａを固定ノズル部６ｃおよび昇降ノズル部６ｂの管内部を通して上方に射出する射出機構２３とからなる。
【００３３】
昇降ノズル部６ｂのノズル先端部６ａ（射出口）は、図３（ａ）、図４に示すように、昇降ノズル部６ｂの外周側から管内周面に向かって、管軸方向の内部側に向かって傾斜されたテーパ状の形状を有している。このため、ノズル先端部６ａの先端面は、金型の平面部に対して円形の線状に当接できるようになっている。
昇降ノズル部６ｂおよび固定ノズル部６ｃの材質は、金属溶湯２０Ａの保温温度に対する耐熱性がある高融点材料であれば、適宜の材質を採用することができる。例えば、ジルコニア（二酸化ジルコニウム、ＺｒＯ２）やＴｉ、あるいは、ジルコニアやＴｉを含む合金などを採用することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、ノズル先端部６ａの表面およびノズル先端部６ａに隣接する昇降ノズル部６ｂの外周側の表面は、昇降ノズル部６ｂからの伝熱を抑制する断熱材コート部６ｄ（断熱部）によって覆われている。
昇降ノズル部６ｂの外周側の表面における断熱材コート部６ｄは、少なくとも、射出成形時に後述する冷却支持台７の表面と近接する範囲を覆うものとする。
断熱材コート部６ｄの材質としては、断熱性能および耐熱性を考慮して適宜の材質を採用することができる。例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、高珪酸ガラス繊維であるシリグラス、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）などを挙げることができる。
【００３５】
固定ノズル部６ｃの外周部には、溶湯流路１９の連結位置の下方側に、溶湯流路１９から移送された金属溶湯２０Ａを一定の温度に保温するための温度保持用ヒータ１８（保温部）が設けられている。
温度保持用ヒータ１８の保温温度Ｔ０は、金属溶湯２０Ａの溶融状態を保ちつつ、金型６０の成形空間６０ｃ内に射出したときに適切な冷却速度が得られるような温度に設定する。
射出ノズル移動機構２２は、例えば、昇降ノズル部６ｂの外周に形成された雄ネジを回転ナットで駆動して、昇降ノズル部６ｂを昇降させるネジ式昇降機構などからなり、チャンバー底部２の内部に設けられている。
射出機構２３は、例えば、Ａｒガスを圧力源とするガス圧を用いた機構を採用することができる。
【００３６】
図２に示すように、材料供給部１５、質量測定部１６、溶解部１７、温度保持用ヒータ１８、射出ノズル移動機構２２、射出機構２３、減圧部２４、および不活性ガス供給部２５は、それぞれ制御ユニット１４に電気的に接続され、制御ユニット１４から制御信号に応じて、それぞれの動作が制御されるようになっている。
【００３７】
チャンバー底部２は、溶解ユニット１の筐体１ｂ上に断熱して設置された構造部材であり、チャンバー底部２の上面はチャンバー３の底面部３ａを構成している。
チャンバー底部２の厚さ方向には、溶解ユニット１から延ばされた昇降ノズル部６ｂを進退可能に挿通させる貫通孔２ａが設けられている。
チャンバー底部２の内部には、射出ノズル移動機構２２と、外部から挿入された冷却媒体輸送管１０（後述）とが設けられている。
【００３８】
チャンバー３は、図１に示すように、複数の金型６０を用いた射出成形を、連続的かつ遠隔的に行うために直方体状に囲われた密閉空間であり、チャンバー底部２の上面で構成された底面部３ａの外周は、３つの側面３ｂ、および本体部１１で囲まれ、これら側面３ｂおよび本体部１１の上端部には、底面部３ａに対向して天井部４が設けられている。
また、チャンバー３は、不図示の減圧部２４および不活性ガス供給部２５によって、内部の雰囲気が減圧した不活性ガス雰囲気に保持されている。
チャンバー３の内部には、底面部３ａ上に、冷却支持台７（第１の冷却ユニット）、金型台６１、および金型交換アーム９（金型交換手段）が設けられ、天井部４の下面側に上冷却部８（第２の冷却ユニット）が配置されている。
【００３９】
冷却支持台７、上冷却部８等の細部形状は、金型６０の外形に合わせて適宜変更すべきものである。
まず、以下の説明に用いる金型６０の形状について説明する。
金型６０は、図５（ａ）、図６に示すように、外形が円状の上面６０ｅおよび下面６０ｇを備え、それらの間に円筒面状の側面６０ｆが形成された、全体として略円板ブロック状の金属部材である。
下面６０ｇの中心部には、内部側に向かって、射出成形後の成形品の外形に対応する穴部が彫り込まれ、この穴部の内部が、金属溶湯２０Ａを射出する成形空間６０ｃを構成している。成形空間６０ｃの形状は、図示の簡略化のため、円柱の端面に円錐台が形成された成形品に対応する形状を描いている。
【００４０】
成形空間６０ｃの下面６０ｇ側の端部には、図６に示すように、下面６０ｇから内部側に設けられた平面視円形の段穴部６０ａと、段穴部６０ａの底面（図６の上側）の中心に成形空間６０ｃまで貫通し設けられた段穴部６０ａより小径の開口６０ｂとが設けられている。
段穴部６０ａの内径は、昇降ノズル部６ｂのノズル先端部６ａを外嵌できる大きさとされている。
【００４１】
成形空間６０ｃの側方において径方向に互いに対向する２箇所には、下面６０ｇから内部側に向かう直方体状の角穴からなる位置決め凹部６０ｄ（凹穴部）が設けられている。
各位置決め凹部６０ｄは、段穴部６０ａの中心に対して精度よく位置出して形成されている。
また、位置決め凹部６０ｄの図６の紙面奥行き方向の大きさ、位置は、本実施形態では、図６の水平方向から見た側面視で、成形空間６０ｃを略覆うことができる大きさ、位置とされている。
なお、模式図のため、図示は省略しているが、位置決め凹部６０ｄの開口部には、位置決めを円滑に行うため面取りが設けられている。
【００４２】
金型６０の材質は、射出時の金属溶湯２０Ａの温度に対する耐熱性がある高融点材料であれば、適宜の材質を採用することができる。例えば、無酸素銅、ジルコニア（二酸化ジルコニウム、ＺｒＯ２）やＴｉ、あるいは、ジルコニアやＴｉを含む合金などを採用することができる。
【００４３】
冷却支持台７は、底面部３ａの上方で、金型６０を一定の射出成形位置に位置決めして配置し、金型６０を冷却する冷却ユニットである。
冷却支持台７の概略構成は、底面部３ａ上に進出された昇降ノズル部６ｂの上方を跨ぐように設けられた金型６０より大径の円板状の支持台部７ａと、支持台部７ａを底面部３ａ上に支持する４本の支持脚部７ｂと、金型６０の位置決め凹部６０ｄに嵌合することで、金型６０を支持台部７ａの上面である合わせ面７ｄの面内の位置を位置決めする一対の位置決め凸部７ｃとからなる。
【００４４】
支持台部７ａの平面視の中心には、底面部３ａから進出される昇降ノズル部６ｂを挿通可能な貫通孔７ｅ（射出部が金型に対して接離するための開口部）が厚さ方向に貫通して設けられている。
貫通孔７ｅの内径は、昇降ノズル部６ｂが貫通孔７ｅの内部を非接触で円滑に進退できる程度の径として、昇降ノズル部６ｂの側面との隙間ができるだけ小さくなるようにすることが好ましい。
各位置決め凸部７ｃの合わせ面７ｄ上の位置は、各位置決め凸部７ｃが各位置決め凹部６０ｄに嵌合された状態で、金型６０の段穴部６０ａの中心と、貫通孔７ｅの中心とが同軸上に整列される位置に設定される。
また、各位置決め凸部７ｃの合わせ面７ｄからの高さ寸法は、嵌合時に金型６０の下面６０ｇが、合わせ面７ｄに密着して当接できるように、嵌合相手の位置決め凹部６０ｄの深さ寸法よりもわずかに小さい寸法とされる。
なお、模式図のため、図示は省略しているが、位置決め凸部７ｃの先端部には、位置決めを円滑に行うため面取りが設けられている。
【００４５】
このような構成により、２つの位置決め凹部６０ｄが冷却支持台７の位置決め凸部７ｃにそれぞれ嵌合されるとともに、金型６０の下面６０ｇが冷却支持台７の合わせ面７ｄに密着して当接された状態では、金型６０が射出ノズル部６に対して一定の位置関係に位置決めされる。
本実施形態の射出成形はこの配置位置に設置された金型６０に対して行われるので、この配置位置を射出成形位置と称する。
【００４６】
冷却支持台７の内部には、図６、７に示すように、冷却媒体輸送管１０から供給される冷却媒体Ｃを他の冷却媒体輸送管１０帰還させて循環させるため、脚部内流路７Ａ、支持台部内流路７Ｂ、および凸部内流路７Ｃで構成される２系統の流路が設けられている。なお、図７は、見易さのため、紙面奥行き側に設けられている位置決め凸部７ｃ、２つの支持脚部７ｂの図示を省略している。
脚部内流路７Ａは、各支持脚部７ｂの内部に貫通して設けられ、チャンバー底部２の内部に配管された冷却媒体輸送管１０と支持台部内流路７Ｂとに接続される流路である。
支持台部内流路７Ｂは、図６、７に示すように支持台部７ａの内部で合わせ面７ｄに平行な面内を、貫通孔７ｅを中心として、外周側から内周側に向かって螺旋状に周回し、凸部内流路７Ｃの端部に接続される流路である。
凸部内流路７Ｃは、位置決め凸部７ｃ内で蛇行を繰り返すように設けられ、両端部が２つの支持台部内流路７Ｂにそれぞれ接続される流路である。
【００４７】
このような流路構成により、対をなす２つの支持脚部７ｂ内の脚部内流路７Ａと、一方の位置決め凸部７ｃ内の凸部内流路７Ｃと、対をなす２つの支持台部内流路７Ｂとが、一続きの連続的な１系統の流路を形成し、同様の経路が他方の位置決め凸部７ｃにも形成され、これらにより冷却支持台７の内部を網羅する２系統の流路が形成されている。
【００４８】
上冷却部８は、冷却支持台７上の射出成形位置に配置された金型６０に着脱可能に設けられ、冷却支持台７とともに冷却部を構成して、射出成形位置に配置された金型６０の外周面の略全面を覆った状態で金型６０を冷却する冷却ユニットである。
上冷却部８の形状は、図６、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、射出成形位置に配置された金型６０に対向する側に開口し、底部が鉛直上方に位置する全体として有底円筒状の部材である。
上冷却部８は、有底円筒状の底部の上面で、天井部４から鉛直下方に進退可能に設けられた上冷却部移動機構１２（冷却ユニット相対移動機構）の先端部に接続され、鉛直方向に移動可能に支持されている。
【００４９】
上冷却部８の円筒部の外径は、支持台部７ａの外径と略同等とされ、開口の設けられた軸方向の端部には、支持台部７ａの合わせ面７ｄと密着して当接可能な合わせ面８ａが形成されている。
上冷却部８の開口の内周部は、金型６０の側面６０ｆに外嵌する円筒内周面８ｃと、上面内周面８ｂとからなる。上面内周面８ｂの深さ方向の位置は、合わせ面８ａからの深さが金型６０の下面６０ｇから上面６０ｅまでの厚さ（以下、単に金型の厚さと称する）と略同程度に形成されている。このため、上冷却部８の開口の内周部は、金型６０の側面６０ｆおよび上面６０ｅを覆う円筒穴状に形成されている。
上面内周面８ｂの深さ方向の位置が金型６０の厚さと同じであると、金型６０は、冷却支持台７および上冷却部８によって、外周面の略全面が密着状態、かつ貫通孔７ｅを除く略密閉状態に覆われるため冷却効率が高くなる。そのため、上面内周面８ｂは、金型６０の厚さと同じ深さの位置に形成されることが最も好ましい。
ただし、金型６０の厚さの寸法バラツキを考慮すると、金型６０に対して、上冷却部８を円滑に着脱するためには、上面内周面８ｂは、金型６０の厚さと同じ深さの位置に形成することができない場合がある。
この場合は、金型６０の厚さよりわずかに深い位置に設定するよりは、わずかに浅い位置に設定することがより好ましい。わずかに浅い位置に設定した場合、金型６０の下面６０ｇ側の端部がわずかに上冷却部８で覆われないことになるが、全体としては金型６０の外周面の略全面を覆っており、さらに上面内周面８ｂと上面６０ｅとが確実に密着して当接できるため、冷却効率が高くなる。
なお、上面内周面８ｂと上面６０ｅとの隙間があっても、この隙間による断熱効果が無視できる場合には、わずかに深い設定としてもよい。この場合、合わせ面８ａと合わせ面７ｄとが密着して当接され、金型６０の外周面である上面６０ｅ、側面６０ｆ、下面６０ｇが冷却支持台７および上冷却部８で囲まれて、略全面が略密閉状態に覆われる。
【００５０】
上冷却部８の開口の近傍の側面部８ｄの外側には、冷却媒体輸送管１０に接続された冷却媒体流入口８Ａおよび冷却媒体流出口８Ｂが設けられている。
図６、図８（ａ）に示すように、上冷却部８の有底円筒状の側面部８ｄおよび有底円筒状の底部を構成する上面部８ｅの内部には、それぞれ側面部流路８Ｃ、上面部流路８Ｄ、および側面部流路８Ｅが設けられている。
側面部流路８Ｃは、一端部が、冷却媒体流入口８Ａに接続され、上冷却部８の側面部内を上面部８ｅ側に向かって螺旋状に周回し、他端部が上面部流路８Ｄの一端部８０Ｘ（図８（ｂ）参照）と接続された流路である。
上面部流路８Ｄは、上面部８ｅ内を一端部８０Ｘから径方向の対向位置の他端部８０Ｙ（図８（ｂ）参照）まで、蛇行を繰り返すように設けられ、他端部８０Ｙにおいて、側面部８ｄ内を開口側に進んでから冷却媒体流出口８Ｂに接続される側面部流路８Ｅに接続されている。
【００５１】
このような流路構成により、上冷却部８の側面部８ｄ、上面部８ｅの内部には、冷却媒体流入口８Ａに流入された冷却媒体Ｃが、側面部流路８Ｃによって側面部８ｄ内を周回し、上面部流路８Ｄによって上面部８ｅ内に流通し、側面部流路８Ｅを通して、冷却媒体流出口８Ｂに流通して、上冷却部８の内部を網羅する１系統の流路が形成されている。
【００５２】
上冷却部移動機構１２の鉛直方向の移動ストロークは、上冷却部８の合わせ面８ａを冷却支持台７の合わせ面７ｄに密着して当接できる位置である装着位置と、金型６０を冷却支持台７上から取り出すことができる距離だけ離れた開放位置との間で往復できる距離に設定する。
本実施形態の開放位置は、合わせ面７ｄ、８ａとの間の距離が、金型６０の厚さと位置決め凸部７ｃの高さとを加えた距離以上となる位置である。
上冷却部移動機構１２は、減圧雰囲気下で１軸方向に進退可能に設けられた適宜の１軸移動ステージや１軸アクチュエータなどを採用することができる。
【００５３】
金型台６１は、図１に示すように、複数の金型６０を交換可能に収容する棚状の複数の金型載置部６１ａが設けられた部材であり、本実施形態では冷却支持台７の側方に２台配置されている。
金型台６１の各金型載置部６１ａは、射出成形位置から離間した金型退避位置を構成する。
【００５４】
金型交換アーム９は、射出成形の使用前または使用後の金型６０を、金型台６１と冷却支持台７上の射出成形位置と金型退避位置との間で移動させて、金型６０の交換を行うものである。
本実施形態の金型交換アーム９は、底面部３ａ状に基端が固定され、任意の金型載置部６１ａと支持台部７ａ上の位置との間で、金型６０を移動させられるように、例えば、旋回、伸縮、屈曲等の自由度が設定されたロボットアーム９ｂと、ロボットアーム９ｂの先端に設けられた金型６０を把持するハンド部９ａとからなる。
【００５５】
天井部４は、チャンバー３の上部側を密閉して、チャンバー３の天井を構成するもので、上冷却部移動機構１２の基端部が取り付けられている。
また、天井部４の側部側からは、図１に示すように、冷却媒体輸送管１０が挿入され、特に図示しないが、天井部４の内部を通してチャンバー３内の上冷却部８の冷却媒体流入口８Ａ、冷却媒体流出口８Ｂに連結されている。チャンバー３内の冷却媒体輸送管１０は、上冷却部８の移動量に合わせて進退可能に設けられている。
【００５６】
冷却媒体貯蔵循環部５は、冷却支持台７および上冷却部８を冷却するため、例えば、水などの流体からなる冷却媒体Ｃを、冷却媒体輸送管１０と、冷却支持台７の内部の流路である脚部内流路７Ａ、支持台部内流路７Ｂ、凸部内流路７Ｃと、上冷却部８の内部の流路である側面部流路８Ｃ、上面部流路８Ｄ、側面部流路８Ｅとを通して循環させるものである。
冷却媒体貯蔵循環部５の概略構成は、図２に示すように、冷却媒体Ｃを流路内に循環させるポンプなどからなる冷却媒体循環機構５ａと、冷却支持台７および上冷却部８側で加熱された後に冷却媒体貯蔵循環部５内に帰還した冷却冷媒に対して熱交換を行って冷却し、冷却媒体循環機構５ａに送出する冷却媒体冷却部５ｂとからなる。
冷却媒体貯蔵循環部５は、チャンバー底部２および天井部４の側方に配置され、チャンバー底部２および天井部４との間で、それぞれ独立な往復管路を形成する複数の冷却媒体輸送管１０によって連結されている。
冷却媒体循環機構５ａおよび冷却媒体冷却部５ｂは、それぞれ制御ユニット１４に電気的に接続され、制御ユニット１４から制御信号に応じて、それぞれ冷却媒体Ｃの流量や温度が制御されるようになっている。
【００５７】
制御ユニット１４は、射出成形装置５０の各装置部分にそれぞれ制御信号を送出して、各装置部分の制御を行うもので、本実施形態では本体部１１に内蔵されている。また、特に図示しないが、作業者が制御ユニット１４により動作制御を行うための制御データを入力するため、例えばキーボード、マウスなどの操作入力部や、操作画面を表示するためのモニタなどが、本体部１１に設けられている。
【００５８】
制御ユニット１４の機能構成は、図２に示すように、雰囲気制御部３４、冷却制御部３３、溶解制御部３１、射出動作制御部３２、および主制御部３０からなる。
雰囲気制御部３４は、減圧部２４および不活性ガス供給部２５に制御信号を送出して、溶解ユニット１およびチャンバー３の内部の減圧雰囲気および不活性ガス雰囲気を制御するものである。
冷却制御部３３は、冷却媒体循環機構５ａおよび冷却媒体冷却部５ｂに制御信号を送出して、冷却媒体Ｃの流量および温度を制御するものである。
溶解制御部３１は、材料供給部１５、質量測定部１６、溶解部１７、および温度保持用ヒータ１８に制御信号を送出して、１回の射出成形を行う金属２０を秤量して加熱溶解して金属溶湯２０Ａを形成し、金属溶湯２０Ａを一定温度に保温する制御を行うものである。
射出動作制御部３２は、金型交換アーム９、上冷却部移動機構１２、射出ノズル移動機構２２、および射出機構２３に制御信号を送出し、金型の交換動作、上冷却部８の移動動作、昇降ノズル部６ｂの移動動作、および金属溶湯２０Ａの射出動作を制御するものである。
主制御部３０は、装置の動作シーケンスを制御するため、雰囲気制御部３４、冷却制御部３３、溶解制御部３１、および射出動作制御部３２と通信を行い、各制御信号の送出のタイミングを制御するものである。
【００５９】
制御ユニット１４の装置構成は、本実施形態では、適宜のハードウェアと、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータとで構成され、このコンピュータにより制御プログラムを実行することで上記の各制御機能を実現している。
【００６０】
次に、射出成形装置５０の動作について、射出成形装置５０を用いた射出成形方法とともに説明する。
図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態の金型設置工程および金型冷却工程の様子を示す動作説明図である。図９（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の射出工程の様子を示す動作説明図である。
【００６１】
射出成形装置５０を用いた本実施形態の射出成形方法は、金属２０を秤量して一定量を加熱溶解して金属溶湯２０Ａを形成する溶解工程と、金属溶湯２０Ａを一定温度に保温する保温工程と、金属溶湯２０Ａを金型６０の成形空間６０ｃに射出する射出工程と、金型６０に対して接離する昇降ノズル部６ｂに対向する領域を除く金型６０の外周面のほぼ全域を覆う冷却部内に金型６０を設置する金型設置工程と、冷却部内に設置された金型６０を、少なくとも射出工程の間、冷却部によって金型６０をその外周面から冷却する金型冷却工程と、金型６０を冷却部から取り出す金型取り出し工程とを備える。
ここで、溶解工程、射出工程および金型取り出し工程はこの順に行い、金型設置工程および金型冷却工程はこの順に行う。また、射出工程における射出開始は、金型冷却工程によって金型６０が一定温度まで冷却されてから行い、金型取り出し工程は、金型冷却工程が終了してから行う。このため、溶解工程および射出開始前までの射出工程と、金型設置工程および金型冷却工程の一部とは、並行して実施することができる。
なお、以下の動作は、特に断らない限り、予め制御ユニット１４に入力された制御データと、制御ユニット１４で実行される制御プログラムとにより自動的に行われる。
【００６２】
まず、以下の工程に先だって、溶解ユニット１およびチャンバー３の内部の雰囲気が、減圧部２４および不活性ガス供給部２５によって、一定の減圧下の不活性雰囲気に調整される。
また、冷却媒体貯蔵循環部５によって、冷却支持台７および上冷却部８の内部に所定の流量および温度に調整された冷却媒体Ｃが循環され、冷却支持台７および上冷却部８の表面が、冷却温度ＴＣに冷却されている。
【００６３】
溶解工程では、図３（ｂ）に示すように、材料供給部１５の排出口１５ａを開いて、作業者により予め原材料投入口１ａから材料供給部１５に投入された金属２０を、質量測定部１６の受け部１６ａ上に排出する。
質量測定部１６では、受け部１６ａ上の金属２０を秤量部１６ｃによって秤量し、１回の射出成形に必要な金属２０が秤量されたら、制御ユニット１４の溶解制御部３１に通知して、溶解制御部３１により排出口１５ａを閉止させる。そして、図３（ａ）に示すように、傾動機構１６ｂを傾動させ、秤量された金属２０を溶解部１７内に滑落させて供給する。
複数種類の金属２０を用いる場合には、上記の工程を金属２０の種類の数だけ繰り返す。
【００６４】
溶解部１７では、質量測定部１６から供給された金属２０を加熱機構１７ａによって、金属２０の融点Ｔｍ以上に加熱して溶解させ、金属溶湯２０Ａを形成する。
金属溶湯２０Ａは、溶湯流路１９を介して、射出ノズル部６内に移送させる。溶湯流路１９内を流下する金属溶湯２０Ａは、固定ノズル底面部２１の上面において温度保持用ヒータ１８で囲まれた領域に移送される。
以上で、溶解工程が終了する。
【００６５】
保温工程では、温度保持用ヒータ１８により温度制御することで、固定ノズル底面部２１上の射出ノズル部６内部に移送された金属溶湯２０Ａが一定の保温温度Ｔ０（ただし、Ｔ０＞Ｔｍ）になるように保温する。保温温度Ｔ０は、射出ノズル部６内部での温度降下を考慮し、ノズル先端部６ａから射出される際の射出温度Ｔ１が、融点Ｔｍより高く、かつ後述する金型冷却工程で冷却された金型６０の金型温度ＴＭとの温度差によって必要な冷却速度が得られる温度に設定する。
【００６６】
金型設置工程では、金型交換アーム９を駆動して、金型台６１内の未使用の金型６０を把持する。そして、この金型６０を射出成形位置に移動する。
すなわち、各位置決め凹部６０ｄを冷却支持台７の位置決め凸部７ｃにそれぞれ嵌合させ、下面６０ｇを合わせ面７ｄに密着して当接させる。
次に、上冷却部移動機構１２によって、上冷却部８を装着位置まで下降させる。これにより、金型６０の上面６０ｅおよび側面６０ｆが上冷却部８の上面内周面８ｂおよび円筒内周面８ｃによって覆われる状態となる（図９（ａ）参照）。
この結果、金型６０は、射出成形位置に配置されるとともに、冷却支持台７および上冷却部８で構成される冷却部内に配置される。このとき、金型６０は、貫通孔７ｅを通して金型６０と接離する昇降ノズル部６ｂに対向する領域である段穴部６０ａの範囲を除く略全面が冷却部によって覆われることになる。ここで、略全面というのは、貫通孔７ｅと昇降ノズル部６ｂとの間の隙間に対向する下面６０ｇの領域と、金型６０の寸法誤差などによって発生しうる合わせ面７ｄと合わせ面８ａとの間の隙間に対向する側面６０ｆの領域からなる小面積の領域は覆われないためである。このような小面積の範囲は、冷却部によって覆われていなくとも金型６０の冷却温度分布にほとんど影響を与えないため、金型６０が外周面から略均一に冷却させることが可能となる。
また、位置決め凸部７ｃは、金型６０の内部側に設けられた外周面である位置決め凹部６０ｄの内面全部を近接して覆っている。
以上で、金型設置工程を終了する。
なお、金型設置工程および金型冷却工程では、昇降ノズル部６ｂは貫通孔７ｅの下方に下降させておく。
【００６７】
金型冷却工程では、金型設置工程で設置された状態に金型６０、冷却支持台７、および上冷却部８を保持し、金型６０が金型温度ＴＭになるように冷却する。
金型温度ＴＭは、射出温度Ｔ１との温度差によって、必要な冷却速度が得られる温度に設定する。
また、金型温度ＴＭは、一定の形状の金型６０に対しては、冷却温度Ｔｃの大きさと金型６０を冷却支持台７および上冷却部８とで保持した時間によって決まるが、不図示の温度センサーによって、金型温度ＴＭを直接的もしくは間接的に計測できるようにしてもよい。
そして、少なくとも射出工程の間、冷却を継続する。
【００６８】
射出工程では、金型６０が金型温度ＴＭになった状態で、射出ノズル移動機構２２により、昇降ノズル部６ｂを上昇させる。
そして、昇降ノズル部６ｂのノズル先端部６ａが、金型６０の段穴部６０ａに当接した状態で、昇降ノズル部６ｂの移動を停止する（図９（ａ）の二点鎖線参照）。
このとき、昇降ノズル部６ｂの先端部には、断熱材コート部６ｄが設けられているため、ノズル先端部６ａが段穴部６０ａに当接された状態であっても、昇降ノズル部６ｂは断熱材コート部６ｄによって断熱されている。このため、段穴部６０ａおよび貫通孔７ｅと、昇降ノズル部６ｂとの間の伝熱は抑制されており、昇降ノズル部６ｂ内を通過する金属溶湯２０Ａの温度降下を抑制することができる。
【００６９】
次に、射出機構２３を駆動し、射出機構２３のガス圧によって固定ノズル底面部２１上の金属溶湯２０Ａを上方に射出する。これにより、金属溶湯２０Ａは射出ノズル部６の内部に沿って上昇し、開口６０ｂを通して成形空間６０ｃ内に射出される（図９（ｂ）参照）。なお、射出機構２３のガス圧は、成形空間６０ｃ内がすべて金属溶湯２０Ａで満たされるまで保持される。
金属溶湯２０Ａは、上昇中に、固定ノズル部６ｃ、昇降ノズル部６ｂからわずかに熱が奪われるが、断熱材コート部６ｄの断熱効果により昇降ノズル部６ｂの先端部では、金型温度ＴＭ程度に冷却された冷却支持台７などから急冷されることはないので、射出温度Ｔ１は、温度保持用ヒータ１８による保温温度Ｔ０よりやや低い程度にとどめることができる。
成形空間６０ｃの内周面は射出温度Ｔ１より十分低い金型温度ＴＭに冷却されているため、成形空間６０ｃ内に射出された金属溶湯２０Ａは、この内周面から全体的に急冷され、急速に固化していく。
以上で、射出工程が終了する。
【００７０】
射出工程終了後、成形空間６０ｃ内の金属溶湯２０Ａの固化が進行して、金型６０の移動に支障がなくなるまで、冷却支持台７、上冷却部８により金型冷却工程を継続する。
金型冷却工程の終了は、予め、金型の取り出しが可能となる固化状態と、冷却継続時間との関係とを実験的に調べておき、一定の冷却時間が経過したら時点とすればよい。
取り出し可能となる固化状態とは、例えば、金型６０を取り出して移動、搬送することによって、成形空間６０ｃ内の固化が進行した成形品に、慣性力や衝撃力が作用しても、成形品の形状や品質に影響しない状態を意味する。
【００７１】
金型冷却工程が終了したら、金型取り出し工程を行う。すなわち、上冷却部移動機構１２によって、上冷却部８を開放位置まで上昇させる。
そして、金型交換アーム９を駆動して、射出成形が終了した金型６０を把持して、冷却支持台７から取り外し、金型台６１の金型載置部６１ａに移載する。
他の射出成形を行う場合には、金型交換アーム９によって、未使用の金型６０を把持して、上記と同様の各工程を繰り返す。
【００７２】
チャンバー３内の金型６０に対してすべて射出成形が終了したら、チャンバー３の雰囲気を大気圧に開放し、金型台６１ごとにチャンバー３の外部に搬出する。そして装置外部で、各金型６０を分解して、金属２０からなる成形品を脱型する。
このようにして、射出成形装置５０によれば、複数の金型６０を用いた射出成形を、自動的かつ連続的に行うことができる。
【００７３】
射出成形装置５０によれば、冷却支持台７および上冷却部８を備えるため、各金型６０には、冷却媒体の流路などの冷却機構を備えなくてもよい。そのため、金型６０の形状が簡素になり、小型化を図ることができる。
また、射出成形位置に金型６０を着脱するだけで、金型６０を容易に交換できる。そのため、予めチャンバー３内に多数の金型６０を収容して、金型交換アーム９によって金型６０を迅速に交換し、複数の金型６０による連続的な射出成形を行えるため、生産効率を向上することができる。
【００７４】
また、射出成形装置５０によれば、冷却支持台７、上冷却部８によって、射出ノズル部６のノズル先端部６ａを接離する段穴部６０ａを除く金型６０の外周面の略全面が覆われた状態で、金型６０の外周面から全体的に金型６０を冷却した状態で、金属溶湯２０Ａを射出する。このため、金型６０の外周面で囲まれた成形空間６０ｃの内面が、外周面から全体的に冷却されており、成形空間６０ｃ内に射出された金属溶湯２０Ａを全体的に冷却でき、かつ金属溶湯２０Ａの射出中も冷却を継続させることができる。
この結果、金型６０の内部には、冷却媒体の流路を備えていないにもかかわらず、金型の内部に冷却媒体の流路が設けられているのと略同様な均一性を保ちながら、金属溶湯２０Ａを急速冷却することができる。
特に、本実施形態では、位置決め凸部７ｃの内部に凸部内流路７Ｃが設けられているため、凸部内流路７Ｃによって、金型６０の内部に冷却媒体の流路が形成されているのと同様な効果が生じ、より成形空間６０ｃに近い位置で効率よく冷却を行うことができる。
【００７５】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図１０（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る第１の冷却ユニット、およびそれに用いる金型を示す模式的な斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＢ視の側面図である。
【００７６】
本変形例は、図１０（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の冷却支持台７に代えて、冷却支持台７０（第１の冷却ユニット）を備え、これに対応して、金型６０に代えて金型６０Ａを用いるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。    
【００７７】
冷却支持台７０は、上記第１の実施形態の冷却支持台７の各位置決め凸部７ｃに代えて、位置決め凸部７ｃの水平方向の一端を支持台部７ａの外周部まで同方向に延長した一対の位置決め凸部７０ｃ（冷却凸部）を備える。
位置決め凸部７０ｃの支持台部７ａの内周側の側端面７０ａは、金型６０Ａを、位置決め凸部７０ｃの延設方向に位置決めするための位置決め面を構成しており、貫通孔７ｅの中心に対して精度よく位置出しして形成されている。
位置決め凸部７０ｃの内部には、特に図示しないが、位置決め凸部７ｃと同様、位置決め凸部７０ｃの延設方向に沿って凸部内流路７Ｃと同様な冷却媒体Ｃの流路が形成されている。
【００７８】
これに対応する金型６０Ａは、上記第１の実施形態の金型６０の位置決め凹部６０ｄに代えて、位置決め凹部６０ｄの水平方向の一端を側面６０ｆまで同方向に延長し、側面６０ｆに貫通させた位置決め凹部６０ｈ（凹穴部）を備える。
位置決め凹部６０ｈの延設方向の端部である位置決め面６０ｉは、段穴部６０ａの中心に対して精度よく位置出しして形成されている。
【００７９】
本変形例によれば、金型６０Ａを水平に保持して、位置決め凹部６０ｈの開口を位置決め凸部７０ｃの側端面７０ａ側から位置決め凸部７０ｃに嵌め合わせ、合わせ面７ｄ上を水平方向に移動させて、側端面７０ａと位置決め面６０ｉとが当接されるまで押し込むことで、金型６０Ａを射出成形位置に配置することができる。
このため、上冷却部８の開放位置を金型６０Ａの厚さよりわずかに高くするだけで、水平方向から容易に金型６０Ａを着脱することができる。したがって、上冷却部移動機構１２の移動ストロークが上記第１の実施形態に比べて短くて済むので、生産効率をより向上することができる。
また、上記第１の実施形態と比べて、位置決め凸部７０ｃが長くなっているため、金型６０Ａの内部側の外周面が大きくなり、内部側からの冷却をより促進することができる。
【００８０】
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図１１は、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る第１の冷却ユニット示す模式的な斜視図である。
【００８１】
本変形例は、図１１に示すように、上記第１の実施形態の冷却支持台７に代えて、冷却支持台７１（第１の冷却ユニット）を備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８２】
冷却支持台７１は、上記第１の実施形態の冷却支持台７の２つの位置決め凸部７ｃの上端部にそれぞれ温度センサー７４（温度計測手段）を設けたものである。なお、図１１は、見易さのため、紙面奥行き側に設けられている位置決め凸部７ｃ、温度センサー７４、２つの支持脚部７ｂの図示を省略している。
温度センサー７４は、熱伝導性が良好な金属板に熱電対が埋め込まれたものを採用している。熱電対の出力は、配線７４ａを通して、支持台部７ａおよび支持脚部７ｂの側部を通して、チャンバー底部２から、本体部１１内の制御ユニット１４まで導かれ、制御ユニット１４の主制御部３０に送出されるようになっている。
なお、本変形例の位置決め凸部７ｃの合わせ面７ｄからの高さは、温度センサー７４の板厚分だけ上記第１の位置決め凸部７ｃよりも低くしておく。
【００８３】
本変形例によれば、主制御部３０は、成形空間６０ｃに近接された各位置決め凸部７ｃの上端部の温度を温度センサー７４によってモニタすることができる。
温度センサー７４は、金型６０の内部に挿入されるので、この出力値から金型の温度を推定できる。したがって、制御ユニット１４は、金型６０に金属溶湯２０Ａが射出される前、温度センサー７４の計測値によって金型の温度が金型温度ＴＭになるまで冷却されたことを確実に検知してから、射出動作制御部３２を制御して、金型冷却工程から射出工程に移ることができる。
また、温度センサー７４は、金型６０の内部に挿入されるとともに、成形空間６０ｃに近接された位置決め凸部７ｃの上端部に配置されるので、この出力値から、成形空間６０ｃ内に射出された金属溶湯２０Ａの温度を精度よく推定することができる。
したがって、温度センサー７４の出力による金属溶湯２０Ａの推定温度に基づいて、金型取り出し工程を行うタイミングを制御することができる。
すなわち、制御ユニット１４は、金型６０に金属溶湯２０Ａが射出された後、温度センサー７４の計測値が一定値になるまで冷却されたことを検知してから、上冷却部移動機構１２を駆動して冷却支持台７１および上冷却部８を開放位置に相対移動させ、金型交換アーム９によって金属溶湯２０Ａが射出された金型６０を他の金型６０と交換させる制御を行うようにする。
この結果、固化に必要な時間に大きな余裕を持たせることなく、金型取り出し工程を行うことができるので、生産効率を向上させることができる。
【００８４】
なお、温度センサー７４の配置位置は、成形空間６０ｃに近接された位置であれば、位置決め凸部７ｃの上端部には限定されず、例えば、位置決め凸部７ｃの側面などであってもよい。
また、温度センサー７４は、２個には限定されず、金属溶湯２０Ａの温度を良好に推定することができるならば、３個以上でも、１個でもよい。
本変形例のように、各位置決め凸部７ｃに温度センサー７４を設ける場合、各位置決め凸部７ｃ内には、それぞれ冷却媒体Ｃの異なる系統の流路が形成されているため、それぞれの流路における冷却性能、あるいは成形品の形状に応じて金型６０内に発生する温度分布などによる温度変化を検知することもできる。したがって、温度センサー７４の出力に応じて各流路の流速などを調整して、金属溶湯２０Ａの場所による冷却速度をより均一化するための制御を行うこともできる。
【００８５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る射出成形装置について説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る射出成形装置の第１の冷却ユニット、金型、および第２の冷却ユニットの概略構成を示す模式的な分解断面図である。図１３（ａ）は、図１２におけるＤ視の下面図である。図１３（ｂ）は、図１２におけるＥ視の上面図である。
【００８６】
本実施形態の射出成形装置５１は、図１、図１２に示すように、上記第１の実施形態の冷却支持台７および上冷却部８に代えて、冷却支持台７２（第１の冷却ユニット）および上冷却部８０（第２の冷却ユニット）を備え、これに対応して金型６０に代えて金型６０Ｂを用いるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８７】
本実施形態に用いる金型６０Ｂは、図１２に示すように、上記第１の実施形態の金型６０の位置決め凹部６０ｄを削除し、円筒穴部６０ｊ（凹穴部）および位置決め凹部６０ｋを備える。
円筒穴部６０ｊは、段穴部６０ａの中心軸を挟んで対向する２箇所の位置において上面６０ｅに直交する方向に沿って内部側に形成された円筒穴である。
位置決め凹部６０ｋは、各円筒穴部６０ｊに対して径方向外側で、段穴部６０ａの中心軸を挟んで対向する２箇所の位置において、下面６０ｇに直交する方向に沿って内部側に形成された位置決め用の凹穴である。位置決め凹部６０ｋは、段穴部６０ａの中心軸に対して精度よく位置出しして設けられている。
【００８８】
冷却支持台７２は、図１２および図１３（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の冷却支持台７から、各位置決め凸部７ｃを凸部内流路７Ｃとともに削除し、合わせ面７ｄ上に、金型６０Ｂを合わせ面７ｄ上で位置決めするために貫通孔７ｅを挟んで対向する２箇所に位置決め突起７２ａを設けたものである。
各位置決め突起７２ａは、金型６０Ｂの各位置決め凹部６０ｋと嵌合されたときに、金型６０Ｂの段穴部６０ａの中心軸と、支持台部７ａの貫通孔７ｅの中心軸とが整列する位置に形成されている。なお、本実施形態における位置決め突起７２ａの個数２個は一例であり、位置決め突起７２ａは３個以上の適宜複数を用意して、さらに冷却効率を高めるようにしてもよい。
本実施形態の射出成形位置は、金型６０Ｂの各位置決め凹部６０ｋを、冷却支持台７２の各位置決め突起７２ａに嵌合させた状態で、下面６０ｇを合わせ面７ｄに当接させた位置である。
支持台部内流路７Ｂは、上記第１の実施形態とは異なり、支持台部７ａの内部を螺旋状に周回する２系統の独立した流路が、それぞれの端部で脚部内流路７Ａに連結されている。
【００８９】
上冷却部８０は、冷却支持台７２の射出成形位置に配置された金型６０Ｂに着脱可能に設けられ、射出成形位置に配置された金型６０Ｂの外周面の略全面を、冷却支持台７２とともに覆った状態で、金型６０Ｂを冷却するための冷却ユニットである。
上冷却部８０の外形は、図１２、図１３（ａ）に示すように、射出成形位置に配置された金型６０Ｂに対向する側に開口し、底部が鉛直上方に位置する全体として有底円筒状とされる。
上冷却部８０は、有底円筒状の底部の外周面である上面８０ｅの中心位置において、上冷却部移動機構１２の先端部によって支持されている。
【００９０】
上冷却部８０の円筒部の外周面である円筒外周面８０ｄの外径は、支持台部７ａの外径と略同等とされ、開口の設けられた軸方向の端部には、支持台部７ａの合わせ面７ｄと密着して当接可能な合わせ面８ａが形成されている。
上冷却部８０の開口の端部および内周部には、上記第１の実施形態の上冷却部８と同様に、合わせ面８ａ、円筒内周面８ｃ、および上面内周面８ｂを有する円筒穴状に形成されている。
ただし、上冷却部８０の上面内周面８ｂには、射出成形位置に配置された金型６０Ｂに円筒内周面８ｃを嵌合させた状態で、金型６０Ｂの円筒穴部６０ｊに嵌合される円筒突起部８０ａ（冷却凸部）がそれぞれ設けられている。
【００９１】
上冷却部８０の底部側の円筒外周面８０ｄには、冷却媒体輸送管１０に接続された冷却媒体流入口８０Ａおよび冷却媒体流出口８０Ｂが設けられている。
上冷却部８０の内部は、上冷却部８０の外周面および内周面から略一定の肉厚を残してくり抜かれた立体的な空洞が形成され、この空洞内を、冷却媒体流入口８０Ａから流入した冷却媒体Ｃが自由に流通して、冷却媒体流出口８０Ｂから流出できるようになっている。
この空洞は、上面内周面８ｂと上面８０ｅとの間に円板状の上面部流路８０Ｃが形成され、円筒内周面８ｃと円筒外周面８０ｄとの間に円筒環状の側面部流路８０Ｄが形成され、円筒突起部８０ａの内部に円柱状の突起部流路８０Ｅが形成され、これらの流路がすべて連通されてなるものである。
【００９２】
次に、射出成形装置５１の動作について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
射出成形装置５１を用いた本実施形態の射出成形方法は、上記第１の実施形態と同様に、溶解工程と、保温工程と、射出工程と、金型設置工程と、金型冷却工程と、金型取り出し工程とを備える。
本実施形態の動作との相違点は、金型設置工程、および金型冷却工程の動作のみである。
【００９３】
本実施形態の金型設置工程では、金型交換アーム９を駆動して、金型台６１内の未使用の金型６０Ｂを把持する。そして、この金型６０Ｂを射出成形位置に移動する。
すなわち、金型６０Ｂの各位置決め凹部６０ｋを冷却支持台７２の各位置決め突起７２ａにそれぞれ嵌合させ、下面６０ｇを合わせ面７ｄに密着して当接させる。
次に、上冷却部移動機構１２によって、上冷却部８０を、各円筒突起部８０ａが金型６０Ｂの各円筒穴部６０ｊに嵌合する装着位置まで下降させる。これにより、金型６０Ｂの上面６０ｅおよび側面６０ｆが上冷却部８の上面内周面８ｂおよび円筒内周面８ｃによって覆われる状態となる。
この結果、金型６０Ｂが射出成形位置に配置されるとともに、冷却支持台７２および上冷却部８０で構成される冷却部内に、射出ノズル部６のノズル先端部６ａを接離するため段穴部６０ａを除く金型６０Ｂの外周面の略全面が覆われた状態で設置される。
以上で、金型設置工程を終了する。
【００９４】
本実施形態では、予め冷却媒体貯蔵循環部５によって、冷却支持台７２および上冷却部８０の内部に所定の流量および温度に調整された冷却媒体Ｃが循環され、冷却支持台７２および上冷却部８０の表面が、冷却温度ＴＣに冷却されている。
本実施形態の金型冷却工程では、金型設置工程で設置された状態に金型６０Ｂ、冷却支持台７２、および上冷却部８０を保持し、金型６０Ｂが金型温度ＴＭになるように冷却する。
そして、少なくとも射出工程の間、冷却を継続する。
【００９５】
上冷却部８０の内部では、冷却媒体Ｃが、冷却媒体流入口８０Ａから冷却媒体流出口８０Ｂに向かって、上面部流路８０Ｃ、側面部流路８０Ｄ、および突起部流路８０Ｅ内に自由に流通される。また、上冷却部８０は、略一定の肉厚を残してくり抜かれた形状とされている。
そのため、上冷却部８０の内周面および外周面が全体として略均一に冷却されるので、金型６０Ｂの外周面全体から略均一に熱を奪うことができる。
【００９６】
また、本実施形態は、ノズル先端部６ａに対して位置が固定され金型６０Ｂの位置決めを行う第１の冷却ユニットである冷却支持台７２は、金型６０Ｂの内部に貫入する流路を有しておらず、移動側の第２の冷却ユニットである上冷却部８０の円筒突起部８０ａが金型６０Ｂの内部に貫入されることにより、成形空間６０ｃに近接した金型内部側から冷却を行う場合の例になっている。
【００９７】
なお、上記の説明では、冷却部が第１の冷却ユニットおよび第２の冷却ユニットに２分割された場合の例で説明したが、冷却部は必要に応じて３分割以上の構成としてもよいし、金型の形状によっては分割しない１つの冷却ユニットから形成してもよい。
例えば、金型が、射出部の先端よりわずかに太い円筒状の形状であれば、冷却部を円筒穴を有する形状と１つの冷却ユニットでも、開口部内を通して金型に接離する射出部に対向する領域を除く金型の外周面の略全面を覆うことができる。
【００９８】
また、上記の説明では、第１の冷却ユニットが固定され、射出部および第２の冷却ユニットが、第１の冷却ユニットに固定された金型に対して進退するものとして説明したが、これらの移動は相対的であって、第２の冷却ユニットや射出部が固定され、他が移動して同様な相対移動を行うようにしてもよい。
【００９９】
また、上記の説明では、金型の内部側に形成された凹穴部に挿入可能に設けられた冷却凸部が、直方体状、円柱状の場合の例で説明したが、これらの形状は一例であって、冷却凸部の形状は、必要に応じて適宜形状を採用することができる。
例えば、金型の成形空間を囲む円筒環状や角形断面を有する管状などの形状を採用してもよい。
成形空間内の金属溶湯を良好に冷却できる場合には、冷却凸部を備えない構成としてもよい。
【０１００】
また、上記の説明では、射出部の先端の断熱部は、射出部の表面にコーティングされた場合の例で説明したが、これは一例であって、例えば、別部材からなる断熱材を射出部の表面に貼り付けたり、固定したりする構成を採用してもよい。
【０１０１】
また、上記第１の実施形態の変形例では、温度計測手段が第１の冷却ユニットに設けられ、第１の冷却ユニットの温度を計測できるようにした場合の例で説明したが、温度計測手段は、その計測値から金型の温度または成形空間内の金属溶湯の温度を推定できれば、他の冷却ユニット、例えば、第２の冷却ユニットに設けて、第２の冷却ユニットの温度を計測できるようにしてよい。
【０１０２】
また、上記の各実施形態、各変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例】
【０１０３】
以下では、上記第１の実施形態の射出成形装置５０により、射出成形を行った実施例について説明する。
各実施例の条件および評価結果は、次の表１に示す。
【０１０４】
【表１】
2010162569.tif 000003
【０１０５】
［実施例１］
実施例１では、金属２０として、粒状に形成されたＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５の組成を有する合金材料を用いて、成形品単品を射出成形した例である。
Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５は、ガラス遷移温度Ｔｇは４１８℃（６９１Ｋ）、結晶化温度Ｔｘは５０４℃（７７７Ｋ）である非晶質合金材料であり、１０Ｋ／ｓ以上に急速冷却されて固化すると、非晶質化されることが知られている。
制御ユニット１４には、制御条件を自動設定するため、以下の制御データを入力した。
金属溶湯２０Ａの射出時の温度Ｔ１：１２２３Ｋ
金属２０の成形品当たりの必要量：１２ｇ
金属２０の結晶化温度：７７７Ｋ
射出時のチャンバー内雰囲気：４．５ｍＰａ
金属溶湯２０Ａの射出圧：０．６ｋＰａ
金型材質：無酸素銅（熱伝導率：３９７Ｗ／ｍ・Ｋ、  密度：８．９６ｇ／ｃｍ３）
金型質量：３８５ｇ
【０１０６】
上記制御データにより、溶解ユニット１、チャンバー３の内部の雰囲気が減圧されたＡｒガス雰囲気に設定された。そして、原材料投入口１ａから、金属２０を３０ｇ投入した後、誘導加熱を用いた溶解工程によって、金属２０を加熱溶解し、保温温度Ｔ０＝１２２３（Ｋ）で保温工程を行った。一方、金型設置工程、金型冷却工程が自動的に実行され、金型温度ＴＭが、２７８Ｋに設定された。そして、射出機構２３のＡｒガスの射出圧０．６ｋＰａで、射出工程が行われた。
このような射出状態では、金属溶湯２０Ａは、急速冷却されて固化していく。
射出終了後、１０秒間、金型冷却工程を継続した後、金型取り出し工程を行って、金型６０を金型台６１に移載した。
そして、射出成形を終了し、チャンバー３が大気開放された後で、金型６０を装置外部に取り出し、得られた成形品を脱型した。
【０１０７】
成形品の評価としては、質量評価、表面状態の目視観察、およびＸ線回折による非晶質性の評価を行った。表面状態の目視観察は、湯しわなどが見られず金型の転写性が良好と認められる場合を合格（○）、湯しわなどが観察される場合、不合格（×）で評価した。
成形品の質量は、１２．１ｇであった。Ｘ線回折は、Ｘ線回折装置ＭｉｎｉＦｌｅｘＩＩ（商品名；（株）リガク製）を用いて評価した。
本実施例の成形品の表面状態は、湯しわもなく良好な転写性が認められた。
Ｘ線回折では、測定角２０〜５０°にブロードなピークが観測され、シャープなピークが観測されなかったことから、非晶質な合金が成形されたことが確認された。
【０１０８】
［実施例２］
実施例２では、金属２０として、粒状のＳＵＳ３０４を用いて、複数の成形品を連続的に射出成形した例である。成形品は大きさ形状の異なるＡ系品、Ｂ系品の２種類を成形し、個数は、それぞれ５個を連続的に成形した。表１では、それぞれを実施例２−１、実施例２−２とした。
制御ユニット１４には、制御条件を自動設定するため、以下の制御データを入力した。
金属溶湯２０Ａの射出時の温度Ｔ１：１８００Ｋ（Ａ系品）、１８５０Ｋ（Ｂ系品）
金属２０の成形品当たりの必要量：１５．５ｇ（Ａ系品）、１９．５ｇ（Ｂ系品）
金属２０の融点Ｔｍ：１７２０Ｋ
射出時のチャンバー内雰囲気：５．０ｍＰａ
金属溶湯２０Ａの射出圧：０．５ｋＰａ（Ａ系品）、１．０ｋＰａ（Ｂ系品）
金型材質：チタン（熱伝導率：２１.９ Ｗ／ｍ・Ｋ、  密度：４．５１ｇ／ｃｍ３）
金型質量：３４５ｇ（Ａ系品用）、３２３ｇ（Ｂ系品用）
【０１０９】
上記制御データにより、溶解ユニット１、チャンバー３の内部の雰囲気が減圧されたＡｒガス雰囲気に設定された。そして、原材料投入口１ａから、金属２０を２００ｇ投入した後、アーク溶解を用いた溶解工程によって、金属２０を加熱溶解し、保温温度Ｔ０＝１８００（Ｋ）および１８５０（Ｋ）で保温工程を行った。一方、金型設置工程、金型冷却工程が自動的に実行され、金型温度ＴＭが、２７８Ｋに設定された。そして、射出機構２３のＡｒガスの射出圧０．５ｋＰａ（Ａ系品）、１．０ｋＰａ（Ｂ系品）で、射出工程が行われた。
このような射出状態では、金属溶湯２０Ａは、急速冷却されて固化していく。
射出終了後、１０秒間、金型冷却工程を継続した後、金型取り出し工程を行って、金型６０を金型台６１に移載した。
そして、５個の射出成形を終了し、チャンバー３が大気開放された後で、金型６０を装置外部に取り出し、得られた成形品を脱型した。
【０１１０】
成形品の評価としては、実施例１と同様にして、質量評価、および表面状態の目視観察を行った。
成形品の質量は、射出成形順に、Ａ系品は、１５．５ｇ、１５．７ｇ、１５．７ｇ、１５．６ｇ、１５．８ｇであった。Ｂ系品は、１９．８ｇ、１９．７ｇ、１９．９ｇ、１９．８ｇ、１９．９ｇであった。
表面状態は、湯しわもなく滑らかで良好な転写性が認められた。
【０１１１】
［実施例３］
実施例３では、金属２０として、粒状のＡｇを用いて、複数の成形品を連続的に射出成形した例である。成形品は大きさ形状の異なるＣ系品、Ｄ系品の２種類を成形し、個数は、それぞれ３個、２個を連続的に成形した。表１では、それぞれを実施例３−１、実施例３−２とした。
制御ユニット１４には、制御条件を自動設定するため、以下の制御データを入力した。
金属溶湯２０Ａの射出時の温度Ｔ１：１２７３Ｋ（Ｃ系品）、１３２３Ｋ（Ｄ系品）
金属２０の成形品当たりの必要量：１０．５ｇ（Ｃ系品）、１３．８ｇ（Ｄ系品）
金属２０の融点Ｔｍ：１２３５Ｋ
射出時のチャンバー内雰囲気：４．５ｍＰａ
金属溶湯２０Ａの射出圧：０．６ｋＰａ（Ｃ系品）、０．９ｋＰａ（Ｄ系品）
金型材質：無酸素銅（熱伝導率：３９７Ｗ／ｍ・Ｋ、  密度：８．９６ｇ／ｃｍ３）
金型質量：４０５ｇ（Ｃ系品用）、４６５ｇ（Ｄ系品用）
【０１１２】
上記制御データにより、溶解ユニット１、チャンバー３の内部の雰囲気が減圧されたＡｒガス雰囲気に設定された。そして、原材料投入口１ａから、金属２０を１００ｇ投入した後、誘導加熱を用いた溶解工程によって、金属２０を加熱溶解し、保温温度Ｔ０＝＿１２７３（Ｋ）および１３２３（Ｋ）で保温工程を行った。一方、金型設置工程、金型冷却工程が自動的に実行され、金型温度ＴＭが、２７８Ｋに設定された。そして、射出機構２３のＡｒガスの射出圧０．６ｋＰａ（Ｃ系品）、０．９ｋＰａ（Ｄ系品）で、射出工程が行われた。
このような射出状態では、金属溶湯２０Ａは、急速冷却されて固化していく。
射出終了後、３秒間、金型冷却工程を継続した後、金型取り出し工程を行って、金型６０を金型台６１に移載した。
そして、５個の射出成形を終了し、チャンバー３が大気開放された後で、金型６０を装置外部に取り出し、得られた成形品を脱型した。
【０１１３】
成形品の評価としては、実施例１と同様にして、質量評価、および表面状態の目視観察を行った。
成形品の質量は、射出成形順に、Ｃ系品は、１０．７ｇ、１０．８ｇ、１０．７ｇであった。Ｄ系品は、１４．０ｇ、１３．９ｇであった。
表面状態は、湯しわもなく滑らかで良好な転写性が認められた。
【符号の説明】
【０１１４】
１  溶解ユニット
３  チャンバー
３ａ  底面部
４  天井部
５  冷却媒体貯蔵循環部
６  射出ノズル部（射出部）
６ａ  ノズル先端部（射出口）
６ｂ  昇降ノズル部
６ｄ  断熱材コート部（断熱部）
７、７０、７１、７２  冷却支持台（第１の冷却ユニット）
７Ａ  脚部内流路（流路）
７Ｂ  支持台部内流路（流路）
７Ｃ  凸部内流路（流路）
７ｃ、７０ｃ  位置決め凸部（冷却凸部）
７ｄ、８ａ  合わせ面
７ｅ  貫通孔（射出部が金型に対して接離するための開口部）
８、８０  上冷却部（第２の冷却ユニット）
８Ｃ、８Ｅ  側面部流路（流路）
８Ｄ  上面部流路（流路）
９  金型交換アーム（金型交換手段）
１２  上冷却部移動機構（冷却ユニット相対移動機構）
１４  制御ユニット（制御手段）
１５  材料供給部（原材料供給部）
１６  質量測定部
１７  溶解部
１８  温度保持用ヒータ（保温部）
２０  金属
２０Ａ  金属溶湯
２１  固定ノズル底面部
２２  射出ノズル移動機構
２３  射出機構
５０、５１  射出成形装置
６０、６０Ａ、６０Ｂ  金型
６０ａ  段穴部
６０ｃ  成形空間
６０ｄ、６０ｈ  位置決め凹部（凹穴部）
６０ｅ  上面（外周面）
６０ｆ  側面（外周面）
６０ｇ  下面（外周面）
６０ｊ  円筒穴部（凹穴部）
６０ｋ  位置決め凹部
６１ａ  金型載置部
７４  温度センサー（温度計測手段）
８０Ｃ  上面部流路（流路）
８０Ｄ  側面部流路（流路）
８０Ｅ  突起部流路（流路）
８０ａ  円筒突起部（冷却凸部）
Ｃ  冷却媒体
Ｔ０  保温温度
Ｔ１  射出温度
ＴＣ  冷却温度
ＴＭ  金型温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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