(57)【要約】【課題】成形体のバリの発生を抑えることができ、かつ再使用の容易な構造の金型を提供する。【解決手段】互いに隣接するキャビティ面及びパーティング面を有する複数の金型構成部材を、パーティング面を対向させて型併せすることによりキャビティＣが形成され、成形材料が溶融された材料溶湯が注入されて成形材料の成形に用いられる金型２１は、キャビティ面を構成する本体材料よりも材料溶湯との接触角が大きい材料からなり、パーティング面の少なくともキャビティ面寄りの領域に設けられた接触角増大部２７を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接するキャビティ面及びパーティング面を有する複数の金型構成部材を、前記パーティング面を対向させて型併せすることによりキャビティが形成され、成形材料が溶融された材料溶湯が注入されて前記成形材料の成形に用いられる金型であって、
前記キャビティ面を構成する本体材料よりも前記材料溶湯との接触角が大きい材料からなり、前記パーティング面の少なくとも前記キャビティ面寄りの領域に設けられた接触角増大部を備えることを特徴とする金型。  
【請求項２】
前記接触角増大部と前記材料溶湯との接触角が９０度以上であることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記材料溶湯の融点ＴAと前記接触角増大部の融点ＴＢとが、以下の式（１）を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
（１）  ９０≦ａｃｏｓ（１．０４−０．３６（ＴA／ＴＢ−１））
【請求項４】
前記本体材料よりも高い熱伝導率を有する材料からなり、前記接触角増大部に接触可能な位置に配置された高熱伝導部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金型。
【請求項５】
前記高熱伝導部の熱伝導率は、１０Ｗ／（ｍＫ）以上であることを特徴とする請求項４に記載の金型。
【請求項６】
前記接触角増大部は、隣接する前記キャビティ面上に延びていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項７】
前記接触角増大部は、前記パーティング面上に層状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項８】
前記接触角増大部は、表面の少なくとも一部が前記キャビティ面を構成する本体材料よりも前記材料溶湯との接触角が大きい材料からなり、前記型併せによって対向された前記パーティング面間に介装される接触角増大部材であることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の金型と、
前記成形材料から前記材料溶湯を生成して前記金型内に供給する材料供給部と、
を備えることを特徴とする成形装置。
【請求項１０】
ガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金の材料溶湯を、請求項１から８のいずれか１項に記載の金型であって、前記キャビティ面の少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍＫ）以上の熱伝導率を有する金型に注入する溶湯注入工程と、
前記非晶質合金の材料溶湯を臨界冷却速度以上の冷却速度で冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とする非晶質合金成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型、より詳しくは、非晶質合金の成形に好適に用いることができる金型、当該金型を備えた成形装置、及び当該金型を用いた非晶質合金成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複雑な形状の部品を成形するために、複数の金型構成部材を組み合わせて成形空間であるキャビティを作製する、いわゆるカセット型と呼ばれる分離型の金型が知られている。カセット型の金型を用いて成形を行う場合、材料を溶解した材料溶湯をキャビティに流し込む際に、パーティング面と呼ばれる金型構成部材の合わせ面に溶湯の注入による圧力がかかる。その結果、当該パーティング面間の間隙に溶湯が浸入し冷却固化される。成形後に金型を開くと、成形体の外周にこの溶湯が固化したバリと呼ばれるものが付着し、外観不良を生じていた。
【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１に記載の技術では、材料溶湯がパーティング面間に浸入するのを防ぐために、中子のパーティング面を構成する部分を熱硬化性樹脂としている。材料溶湯が流入すると、中子の金型と接しパーティング面を構成する部分の熱硬化性樹脂が金型と密着した状態で硬化する。したがって、パーティング面間への材料溶湯の流入を防止することができ、成形された部品のバリの発生が抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２４９４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、材料溶湯のパーティング面間への浸入を防ぐ効果はあるが、熱硬化性樹脂からなる中子の一部が金型に固着してしまうため、成形１回ごとに金型から中子の一部を除去することが必要であり、金型の再使用の際の妨げになるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、成形体のバリの発生を抑えることができ、かつ再使用の容易な構造の金型を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、バリが発生しにくく、外観の良好な成形体を製造可能な成形装置及び非晶質合金成形体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、互いに隣接するキャビティ面及びパーティング面を有する複数の金型構成部材を、前記パーティング面を対向させて型併せすることによりキャビティが形成され、成形材料が溶融された材料溶湯が注入されて前記成形材料の成形に用いられる金型であって、前記キャビティ面を構成する本体材料よりも前記材料溶湯との接触角が大きい材料からなり、前記パーティング面の少なくとも前記キャビティ面寄りの領域に設けられた接触角増大部を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記接触角増大部と前記材料溶湯との接触角は、９０度以上でもよい。
また、前記材料溶湯の融点ＴAと前記接触角増大部の融点ＴＢとが、以下の式（１）を満たしているものでもよい。
（１）  ９０≦ａｃｏｓ（１．０４−０．３６（ＴA／ＴＢ−１））
【０００９】
本発明の金型は、前記本体材料よりも高い熱伝導率を有する材料からなり、前記接触角増大部に接触可能な位置に配置された高熱伝導部をさらに備えてもよい。
また、前記高熱伝導部の熱伝導率は、１０Ｗ／（ｍＫ）以上であってもよい。
【００１０】
前記接触角増大部は、隣接する前記キャビティ面上に延びていてもよい。
前記接触角増大部は、前記パーティング面上に層状に形成されてもよいし、表面の少なくとも一部が前記キャビティ面を構成する本体材料よりも前記材料溶湯との接触角が大きい材料からなり、前記型併せによって対向された前記パーティング面間に介装される接触角増大部材であってもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様である成形装置は、本発明の金型と、前記成形材料から前記材料溶湯を生成して前記金型内に供給する材料供給部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の態様である非晶質合金成形体の製造方法は、ガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金の材料溶湯を、本発明の金型であって、前記キャビティ面の少なくとも一部が１０Ｗ／（ｍＫ）以上の熱伝導率を有する金型に注入する溶湯注入工程と、前記非晶質合金の材料溶湯を臨界冷却速度以上の冷却速度で冷却する冷却工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の金型によれば、成形体のバリの発生を抑えることができ、かつ再使用の容易な構造の金型を提供することができる。
また、本発明の成形装置及び非晶質合金成形体の製造方法によれば、バリが発生しにくく、外観の良好な成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の金型を備えた成形装置の構成を示す図である。
【図２】同金型を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図における、第１下部材と第２下部材とが当接された部分の拡大図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明における材料溶湯の接触角を説明する図である。
【図５】同成形装置を用いた金属ガラス成形の流れを示すフローチャートである。
【図６】従来の金型における材料溶湯の挙動を示す図である。
【図７】同成形装置の金型における材料溶湯の挙動を示す図である。
【図８】同実施形態の変形例の金型における部分拡大図である。
【図９】本発明の第１実施形態の金型の部分拡大断面図である。
【図１０】接触角増大部の材質の検討結果を示す表である。
【図１１】高熱伝導部の材質の検討結果を示す表である。
【図１２】高熱伝導部の材質の検討結果を示す表である。
【図１３】本発明の変形例の金型の部分拡大断面図である。
【図１４】本発明の変形例の金型の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施形態の金型を備えた成形装置である成形装置１の構成を示す概略図である。
【００１６】
成形装置１は、遠心鋳造により非晶質合金製部品を成形するための装置である。成形装置１は、チャンバー１０と、チャンバー１０内に設けられた金型部２０と、金型部２０に成形材料の溶湯を投入するための材料供給部３０とを備えている。
【００１７】
チャンバー１０は、成形を行うための内部空間を有している。内部空間は密閉可能であり、内部空間の雰囲気を所望の状態に保持することが可能である。チャンバー１０は、内部空間の真空引きを行うための図示しない真空装置、及び内部空間に不活性ガスを導入するための図示しない不活性ガス供給部を備えている。これらの真空装置及び不活性ガス供給部としては、いずれも公知のものを適宜選択して採用することができる。
【００１８】
金型部２０は、本実施形態の金型の一部である金型２１と、それを内包し固定保持する金型２３によって構成される。金型部２０を回転させる回転機構２２は、金型部２０を設置及び固定する図示しない金型ホルダ及びモーター等の公知の構成を有し、金型部２０を軸線Ｘ回りに回転させることが出来る。
【００１９】
図２は、金型２１を示す斜視図である。金型２１は、成形空間であるキャビティを規定するものであり、キャビティの上側の形状を規定する上部材２４と、キャビティの下側の形状を規定する第１下部材２５及び第２下部材２６との３つの金型構成部材から構成されている。上部材２４、第１下部材２５、及び第２下部材２６は、それぞれ、キャビティＣの内壁の一部を構成するキャビティ面を備えており、図２に示すように型併せをすることによって、円柱状の成形体を成形可能なキャビティＣが形成される。
【００２０】
金型２１（上部材２４、第１下部材２５、及び第２下部材２６）の金型材（本体材料）としては、キャビティＣ内に注入される溶融された成形材料（以下、「材料溶湯」と称する。）の温度に耐えうるものであればよく、各種金属やセラミックス等を好適に採用することができる。本実施形態では、無酸素銅を本体材料とし、機械加工によって、上部材２４、第１下部材２５、及び第２下部材２６の各金型構成部材を作製している。
【００２１】
キャビティＣの形状は、当然ながら製造する成形体の形状に基づいて決定されるものである。本実施形態では、キャビティＣの上側を１つの金型構成部材で、キャビティＣの下側を２つの金型構成部材で構成する例を示したが、これは一例であり、いくつの金型構成部材で金型及びキャビティを構成するか等については、キャビティＣの形状等に基づいて適宜決定されて良い。
型併せが行われる際、隣接する金型構成部材どうしは、それぞれ所定の合わせ面（以下、「パーティング面」と称する。）が対向されて当接するように接近される。その結果、各金型構成部材のパーティング面に隣接したキャビティ面が一体となってキャビティＣが形成される。パーティング面とキャビティ面との境界に位置する稜線により、キャビティＣの内壁には後述するパーティングラインが形成される。
【００２２】
図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図における、第１下部材２５と第２下部材２６とが当接された部分の拡大図である。
第１下部材２５と第２下部材２６とは、それぞれのパーティング面２５Ａ及び２５Ｂを密着させて型併せされるが、当該密着部分を拡大すると、図３に示すように、通常マイクロメートル（μｍ）単位以下のわずかな隙間Ｇが存在する。成形時には、材料溶湯がキャビティＣ内に進入してくるが、材料溶湯の一部がパーティング面２５Ａとパーティング面２５Ｂとの境界に形成されたパーティングラインＰＬ１からパーティング面２５Ａ、２５Ｂ間の隙間Ｇに浸入すると、成形体にバリが発生する。
【００２３】
これを防ぐために、第１下部材２５及び第２下部材２６のパーティング面２５Ａ、２５Ｂには、隙間Ｇに材料溶湯が浸入するのを抑制するための接触角増大部２７が設けられている。
接触角増大部２７は、材料溶湯との接触角が本体材料よりも大きい高接触角材料からなり、液状になった材料溶湯が接触すると、発生する表面張力によって材料溶湯が隙間Ｇに進入しにくくなる（詳しくは後述する）。
【００２４】
接触角増大部２７は、パーティング面のうち、接触角増大部２７を形成したい箇所以外をマスキングし、選択した高接触角材料をメッキやスパッタリング等によって薄膜として成膜したりすることによってパーティング面上に容易に層状に形成することができる。接触角増大部２７の形成位置は適宜選択できるが、材料溶湯の浸入を早い段階で抑制できるよう、少なくともパーティング面２５Ａ、２５Ｂのキャビティ面（２５Ｂ、２６Ｂで示す面）寄りの領域であって、できるだけパーティングラインＰＬ１に近い（例えばパーティングラインＰＬ１（パーティング面とキャビティ面との境界とほぼ同一）までの距離が０．１ｍｍ以内）部位に形成されるのが好ましい。なお、この領域を含めば、パーティング面全体が覆われるように接触角増大部２７が形成されてもよい。
【００２５】
ここで、本発明における材料溶湯の接触角について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明し、定義する。
水平に配置された平坦なパーティング面ＰＦ上において、材料溶湯Ｍの液滴を滴下すると、材料溶湯Ｍは、図４（ａ）に示すように、パーティング面ＰＦと接触してパーティング面ＰＦ上に円（略円形の形状を含む）を形成する。本発明における材料溶湯の接触角とは、パーティング面ＰＦ上に形成された円の円周上の点Ｐにおいて、点Ｐにおける材料溶湯Ｍの液滴に対する接線Ｌ１と、点Ｐからパーティング面ＰＦ上に形成された円の中心Ｃに向かう線Ｌ２とがなす角度θを指す。
金属からなる材料溶湯の場合、材料溶湯が金型のキャビティ面上を流れるときの接触角θは、「ぬれ技術ハンドブック〜基礎・測定評価・データ〜」（石井淑夫他監修、２００２、株式会社テクノシステム）によれば、以下の式１により求めることができる。なお、式１において、ＴＡは成形材料の融点、ＴＢは本体材料の融点を示す。成形材料が金属ガラス（後述）のような非晶質合金の場合は、材料合金の溶湯の温度を融点とすればよい。
式１：θ＝ａｃｏｓ(１．０４−０．３６(ＴＡ/ＴＢ−１))
また、式１による算出に代えて、実測により接触角θを求めてもよい。例えば、対象となる金属材料が溶湯状態に保たれる融点以上の温度の環境下で、材料溶湯を本体材料からなる板等の部材上に滴下し、所定時間、例えば３０秒経過後に写真撮影して接触角θを計測することができる。
【００２６】
一般に金型のキャビティ面は、ぬれ性が良い方が転写性能が高くなるため、接触角θの値は小さく設定されている。したがって、使用する成形材料の材料溶湯の接触角θが金型２１の本体材料よりも大きい材料で接触角増大部２７を形成すれば、一定のバリ抑制効果を得ることができる。ただし、図４（ａ）に示すように接触角θが９０度、あるいは図４（ｂ）に示すように鈍角となるような材料を用いて接触角増大部２７を形成すると、より確実に隙間Ｇへの材料溶湯の浸入を抑制することができ、好ましい。
【００２７】
材料供給部３０は、チャンバー１０内であって金型部２０の上方に設けられており、加熱機構３１を備えている。
加熱機構３１としては、高周波誘導加熱を行うためのコイルや、各種ヒーター等の公知の構成を適宜選択して採用することができる。材料供給部３０には、図示しない供給機構から成形材料が供給される。供給された成形材料は、加熱機構３１によって溶融されて材料溶湯Ｍとなり、金型２３に設けられた孔２３Ａから金型２１内のキャビティＣに注入される。加熱機構３１として、高周波誘導加熱を行う機構を採用すると、材料溶湯Ｍの生成後に加熱機構３１を停止することで、材料溶湯Ｍを落下させて容易に金型２１内に導入することができる。
【００２８】
上記のように構成された金型２１を含む成形装置１を用いた本実施形態の非晶質合金成形体の製造方法について説明する。ここでは、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℃以上である金属ガラスの成形を行う際の流れについて説明する。
なお、本発明において金属ガラスとは、上述の条件に加えて以下の３条件を満たすものと定義する。
（１）３種以上の金属元素を含むこと。
（２）前記３種以上の金属元素が、１２％以上異なる原子径を有すること。例えば、大、中、小の３種類の大きさの金属元素が、互いに１２％以上異なる原子径を有すること。
（３）各元素が化合物化しやすいこと。すなわち、それぞれの金属元素が互いに引き合う性質を有すること。
【００２９】
図５は、成形装置１による金属ガラス成形体の製造方法の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、この製造方法は、金型２１内に材料溶湯Ｍを注入する溶湯注入工程Ｓ１０と、注入された材料溶湯Ｍを臨界冷却速度以上の冷却速度で冷却して固化する冷却工程Ｓ２０と、成形終了後に成形体を金型２１から取り出す取出工程Ｓ３０とを備えている。
【００３０】
成形前の準備作業として、図示しない真空装置によってチャンバー１０内が真空引きされ、続いて図示しない不活性ガス供給部によって、チャンバー１０内が所定の圧力になるまで不活性ガスが供給され、金属材料を高温に加熱可能な環境を整える。
【００３１】
ステップＳ１０の溶湯注入工程では、材料供給部３０において、所定量の金属ガラス、例えばＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５の材料合金が加熱機構３１によって加熱され、所定量の材料溶湯Ｍが生成される。並行して、回転機構２２によって金型２３及び金型２１が所定の速度、例えば３０００ｒｐｍで回転される。生成された材料溶湯Ｍは、落下して金型２３内に導入され、回転によって発生した遠心力によって、金型２１内のキャビティＣに注入される。
【００３２】
このとき、キャビティＣ内に流入する材料溶湯Ｍには、重力及び遠心力による圧力が作用しているため、図６に示すような従来の金型１０１では、パーティングラインＰＬにおいて材料溶湯Ｍに発生する表面張力を当該圧力が上回る結果、材料溶湯Ｍの一部がパーティングラインＰＬからパーティング面ＰＦ１、ＰＦ２間の隙間Ｇに浸入する。その結果、得られた成形体にバリが発生する。
【００３３】
本実施形態の金型２１では、パーティング面２５Ａ、２５Ｂの一部に接触角増大部２７が形成されているため、隙間Ｇに向かって移動する材料溶湯Ｍは、接触角増大部２７と接触する。この接触によってより大きな表面張力が材料溶湯Ｍに作用する。その結果、材料溶湯Ｍ同士が引き合う力が強くなり、材料溶湯Ｍが接触角増大部２７に弾かれて、図７に示すように、パーティング面間の隙間Ｇへ流入せずに矢印ａで示す方向にキャビティＣ内を移動してキャビティＣ内に充填される。こうしてバリの発生が抑制される。
【００３４】
ステップＳ２０の冷却工程では、キャビティＣ内に充填された材料溶湯Ｍの熱が、金型２１及び金型２１に隣接する金型２３に拡散する。こうして材料溶湯Ｍが冷却されて固化し、材料溶湯Ｍの成形が行われる。
ここで、本実施形態のように、金属ガラスの成形を行う場合は、少なくともキャビティ面の一部が１０Ｗ／（ｍＫ）以上の材料からなる金型を使用すると、材料溶湯Ｍを臨界冷却速度以上の冷却速度で急速に冷却することができ、非晶質性の良好な金属ガラス成形体を得ることができるため、好ましい。なお、このような特性を有する金型２１の材料、及び好適に使用できる接触角増大部２７の材料については後述する。
【００３５】
ステップＳ３０の取出工程において、金型部２０の回転が停止され、金型２１から金属ガラスの成形体が取り出されて一連の工程が終了する。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の金型２１及び成形装置１によれば、接触角増大部２７によってキャビティＣ内に注入された材料溶湯Ｍがパーティング面２５Ａ、２５Ｂ間の隙間Ｇに流入することが抑制される。このため、製造される成形体にバリが発生しにくく、より外観の良好な成形体を製造することができるとともに、バリを除去するための工程等を減少させることができ、より成形体の製造効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明の非晶質合金成形体の製造方法によれば、本発明の金型のうち、少なくともキャビティ面の一部が所定値以上の熱伝導率を有する材料からなるものを用いて溶湯注入工程Ｓ１０を行うことで、バリの発生を抑制しつつ材料溶湯Ｍを急速に冷却し、非晶質性が良好に保たれた非晶質合金成形体を製造することができる。
【００３８】
本実施形態では、金型２１を構成する第１下部材２５および第２下部材２６の表面上に接触角増大部２７が形成される例を説明した。これに代えて、図８に示すように、パーティング面２５Ａと２６Ａとの間に、材料溶湯の接触角θの大きいシート状あるいはフィルム状の接触角増大部材２８を介装して金型２１の型併せを行うことによって、接触角増大部２７Ａを有する金型２１としてもよい。接触角増大部材２８は、接触角θの大きい材料で形成されてもよいし、シート状あるいはフィルム状の基材の表面を、接触角θの大きい材料からなる薄膜等の層状構造で被覆した構成としてもよい。また、このような層状構造は、基材の表面全体に形成されてもよいし、基材のうち、接触角増大部材が介装されたときにパーティングラインＰＬ１付近に位置する領域のみに形成されてもよい。
接触角増大部材２８を用いる場合、成形する材料に応じてより適した材料からなる接触角増大部材を選択して用いることで、より確実にバリの発生を抑制することができる。なお、この場合、接触角増大部材２８が厚すぎると、接触角増大部材２８を挟んで対向する金型構成部材の距離が大きくなり、成形精度等に影響を及ぼすことがある。これと接触角増大部材２８の厚さの変化による取り扱いのしやすさの変化とを併せて考慮すると、接触角増大部材２８の厚さは、１００μｍ以上５００μｍ以下に設定されるのが好ましい。
【００３９】
また、第１下部材２５と第２下部材２６とによって形成されるパーティングラインＰＬ１付近に加えて、第１下部材２５及び第２下部材２６と上部材２４とによって形成されるパーティングライン付近に接触角増大部が設けられてももちろん構わない。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して説明する。本実施形態の金型と上述の第１実施形態の金型２１との異なるところは、高熱伝導部を備えている点である。なお、以下の説明において、既に説明した構成等については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４１】
図９は、本実施形態の金型４１の部分拡大図である。金型４１は、第１実施形態の金型２１同様、上部材２４、第１下部材２５、及び第２下部材２６を備えており、図９は、図２のＡ−Ａに対応する断面における金型４１の部分拡大図を示している。
【００４２】
金型４１の第１下部材２５及び第２下部材２６には、第１実施形態と同様にそれぞれ接触角増大部２７が形成されている。第１下部材２５及び第２下部材２６は、本体材料からなる本体部４２と、本体材料よりも高い熱伝導率を有する材料からなる高熱伝導部４３とからなり、高熱伝導部４３は、少なくとも型併せをしたときに接触角増大部２７と接触可能な位置に配置されている。
【００４３】
本実施形態の金型４１においても、材料溶湯ＭがキャビティＣ内に注入されたときに、接触角増大部２７によってバリの発生が抑制される。
加えて、隙間Ｇに浸入しようとした材料溶湯Ｍは、まず接触角増大部２７に接触するが、このとき、接触した材料溶湯Ｍの熱は、接触角増大部２７と接触した高熱伝導部４３から速やかに拡散される。このため、接触角増大部２７と接触した材料溶湯は、キャビティＣ内を流れる材料溶湯よりも速やかに冷却されて固化される。その結果、それ以上材料溶湯Ｍが隙間Ｇに浸入することが困難となり、さらに確実にバリの発生を防止することができる。
【００４４】
本発明の金型を用いて金属ガラスの成形を行う場合、材料溶湯Ｍを急速冷却する必要があることは既に説明した。したがって、この場合、金型の本体材料自体を熱伝導率の高い材料で形成することが好ましいため、さらに高熱伝導部を設けるメリットはそれほど大きくない。
しかしながら、他の成形材料を成形する場合は、本体材料として比較的熱伝導率が低い材料を採用することも可能である、このような場合は、本実施形態の金型４１のように、高熱伝導部４３を設けることによって、隙間Ｇに浸入した材料溶湯Ｍのみを急速に冷却固化させることができるので、キャビティＣ内を流れる材料溶湯Ｍの充填性を低下させることなく、バリの発生だけをより確実に抑制することができ、メリットが大きい。このような場合の高熱伝導部４３の熱伝導率としては、１０Ｗ／（ｍＫ）以上が好ましく、４０Ｗ／（ｍＫ）以上がより好ましい。
【００４５】
（接触角増大部及び高熱伝導部の材質の検討）
接触角増大部２７及び高熱伝導部４３を形成するのに適した材料を検討するため、成形材料、本体材料を複数種類用いて検討を行った。結果を図１０から図１２に示し、以下、詳細に説明する。
【００４６】
まず、一般的なダイカスト用アルミニウム合金であるＡＤＣ１２を成形材料として、銅（Ｃｕ）を本体材料とする金型２１を用いて成形を行った。このとき、表１に示す各材料（ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びバナジウム（Ｖ））を用いて、それぞれ図１０に記載の方法で、第１下部材２５及び第２下部材２６のパーティング面２５Ａ及び２６ＡのパーティグラインＰＬ１から２ｍｍ以内の領域に成膜を行い、接触角増大部２７を形成した。各材料の接触角θは、上述の式１により算出した。また、比較のため、接触角増大部２７を設けずに成形を行ったものも記載した。ここに記載された接触角θの値は、本体材料であるＣｕについて算出した値である。
【００４７】
金型部２０を３０００ｒｐｍで回転させつつ、材料溶湯ＭをキャビティＣ内に注入し、１分間冷却した後、金型２１からＡＤＣ１２の成形体を取り出した。バリの発生度合いについて目視で観察し、○：後加工の必要なバリを認めない、×：後加工の必要なバリを認める、の２段階で評価した。
その結果、図１０に示すように、接触角が７９度のバナジウムではバリ抑制効果は十分ではなかったが、他の材料では好適にバリを抑制することができた。
【００４８】
次に、Ｚｒ基の金属ガラスであるZr55Cu30Al10Ni5及びZr50Cu40Al10（いずれも数字は原子％）を材料として、それぞれＣｕ及びステンレス鋼ＳＵＳ３０４製の金型２１を用いて成形を行った。接触角増大部の材料として、上述のＤＬＣ、Ｒｅ、Ｗに加えて、炭化タンタル（ＴａＣ）、二酸化トリウム（ＴｈＯ２）、タンタル（Ｔａ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、及びジルコニア（ＺｒＯ２）を使用した。
【００４９】
金型部２０を４０００ｒｐｍで回転させつつ、材料溶湯ＭをキャビティＣ内に注入し、１分間冷却した後、金型２１から各金属ガラスの成形体を取り出した。バリの評価は上述と同様の方法で行った。
【００５０】
Zr55Cu30Al10Ni5においては、図１０に示すように、レニウムではバリ抑制効果は十分ではなかったが、他の材料では好適にバリを抑制することができた。上述のように、ＡＤＣ１２の成形においては、レニウムで好適にバリを抑制できたが、Zr55Cu30Al10Ni5の材料溶湯の温度はＡＤＣ１２の材料溶湯の温度よりも高いため、接触角θがＡＤＣ１２の成形時よりも小さくなったことが原因と考えられた。
一方、Zr50Cu40Al10においては、図１０に示すように、Ｔａ、ＢＮ、ＺｒＯ２ではバリ抑制効果は十分ではなかったが、他の材料では好適にバリを抑制することができた。
また、各金属ガラスの成形体をＸ線回折装置（ＸＲＤ）で評価したところ、いずれについても結晶化を示すピークは認められず、非晶質性が良好に保たれていることが確認された。これは、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍＫ）以上のＣｕ又はＳＵＳ３０４でキャビティ面が形成された金型を用いることによって、冷却工程Ｓ２０において、臨界冷却速度以上の冷却速度で材料溶湯が冷却されたことによるものと考えられた。
【００５１】
以上より、使用する成形材料の材料溶湯に対して、接触角θが９０度以上の材料からなる接触角増大部２７を設けると、より良好にバリを抑制でき、好ましいことが示された。上述の式１により、ある成形材料に対して好適に使用できる接触角増大部の材料の融点を特定することができるので、使用する成形材料によって接触角増大部の材料を適切に選択することがバリを好適に抑制する上で重要と考えられた。
【００５２】
次に、第２実施形態の金型４１のように、高熱伝導部を設ける例について検討した。
上述のZr50Cu40Al10の成形において、ＺｒＯ２ではバリ抑制効果は十分ではなかったが、この検討では接触角増大部２７が接触する箇所に図１１に記載の材料を用いて高熱伝導部４３を配置した。各材料の熱伝導率は図１１に示す通りである。また、比較例として、金型４１の本体材料と同一のＳＵＳ３０４、及び本体材料より熱伝導率が低いマンガン（Ｍｎ）及びＺｒＯ２を高熱伝導部４３の代わりに配置した金型を用いてZr50Cu40Al10の成形を行った。
その結果、図１１に示すように、ＳＵＳ３０４、Ｍｎ、及びＺｒＯ２を配置したものでは十分にバリの発生を抑制することができなかったが、熱伝導率が本体材料であるＳＵＳ３０４よりも高いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｃｕ、及び銀（Ａｇ）の各材料を高熱伝導部４３として配置したものにおいては、好適にバリの発生を抑制することができた。したがって、接触角θが９０度未満の材料で接触角増大部２７を形成した場合でも、本体材料より熱伝導率が高い高熱伝導部４３と組み合わせることによって、好適にバリの発生を抑制することができることが示された。
【００５３】
また、金型４１の本体材料として、ＳＵＳ３０４よりも熱伝導率の低いＭｏを用い、急冷の必要がない一般的な亜鉛ダイカスト用合金であるＺＤＣ２を成形材料として成形を行ったところ、図１２に示すように、ＳＵＳ３０４からなる高熱伝導部４３を配置した場合においてもバリの発生が抑制された。
以上より、高熱伝導部４３の材料としては、本体材料よりも熱伝導率が高いことが必要であり、その中でも熱伝導率の値が１０Ｗ／（ｍＫ）以上のものがより好適に採用できることが示された。
【００５４】
以上、本発明の各実施形態及び実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５５】
例えば、上述の各実施形態では、接触角増大部２７がパーティング面上にのみ設けられた例を説明したが、これに代えて、図１３に示す変形例のように、接触角増大部２７の一部がパーティング面２５Ａ、２６Ａとキャビティ面２５Ｂ、２６Ｂとの境界を越えてキャビティ面２５Ｂ、２６Ｂ上に延びていてもよい。キャビティ面２５Ｂ、２６Ｂ上の接触角増大部２７Ｂは、成膜等の結果意図せず生じたものでも、意図的に形成されたものでもいずれでも構わない。ただし、キャビティ面上の接触角増大部２７Ｂの面積が大きくなりすぎると、接触角増大部２７Ｂが形成されたキャビティ面の一部のぬれ性が低下し、型転写性の低下につながるので、キャビティ面上の接触角増大部の形成範囲は、概ねパーティングラインから０．５ｍｍ以内の範囲にとどめられるのが好ましい。
【００５６】
また、図１４に示す変形例のように、パーティングラインＰＬ１付近のパーティング面２５Ａ、２６Ａを面取りしてから接触角増大部２７を形成し、パーティングラインＰＬ付近の接触角増大部２７Ｃをキャビティ面２５Ｂ、２６Ｂに対して斜面状に形成してもよい。このようにすると、パーティングラインＰＬ付近において、材料溶湯Ｍと接触角増大部との接触面積が増加し、材料溶湯Ｍにより大きい表面張力を作用させることができる。また、パーティング面２５Ａ、２６Ａ面取りの角度を調節することによって、材料溶湯Ｍに作用する表面張力の大きさを調節し、図１４に示すようにキャビティＣ内のパーティングラインＰＬ１付近における形状をキャビティ面２５Ｂ、２６Ｂと略平行にして、さらにバリの少ない形状に成形体を仕上げることができる。このような面取りの角度の最適化にあたっては、公知の流体シミュレーション等を利用することが可能である。
【００５７】
加えて、上述の各説明では、本発明の金型が遠心鋳造を行う成形装置に適用される例を説明したが、遠心鋳造以外の成形方法、例えば射出成形を行う成形装置等に本発明の金型が適用されても良い。
また、各実施形態や各変形例の構成は適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
２１、４１  金型
２４  上部材（金型構成部材）
２５  第１下部材（金型構成部材）
２６  第２下部材（金型構成部材）
２５Ａ、２６Ａ  パーティング面
２５Ｂ、２６Ｂ  キャビティ面
２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ  接触角増大部
２８  接触角増大部材
３０  材料供給部
４３  高熱伝導部
Ｃ  キャビティ
Ｍ  材料溶湯
Ｓ１０  溶湯注入工程
Ｓ２０  冷却工程
【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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【図１４】
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