(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス遷移温度Ｔgが80〜200℃の金属ガラスを、Ｔg＋５℃〜Ｔg＋30℃の温度範囲内のシリコーンオイル中で成形することを特徴とする金属ガラスの塑性成形方法。
【請求項２】
ガラス遷移温度Ｔgが80〜200℃の金属ガラスを成形する加工手段をタンク内に貯留したシリコーンオイルに浸漬して、該シリコーンオイルの温度をＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃の範囲内に保持し、前記金属ガラスを前記タンク外から前記加工手段に供給して塑性成形した後、該成形した金属ガラスを前記タンク外へ速やかに排出することを特徴とする金属ガラスの塑性成形方法。
【請求項３】
前記金属ガラスが前記シリコーンオイル中に浸漬されている時間が30〜300秒の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属ガラスの塑性成形方法。
【請求項４】
前記加工手段として１対のロールを用いて前記金属ガラスの圧延加工を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属ガラスの塑性成形方法。
【請求項５】
前記加工手段として円弧状の断面形状の溝部を設けた金型と前記溝部の内側に偏心して配設される１個のロールを用いて、前記金属ガラスの縮径を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属ガラスの塑性成形方法。
【請求項６】
シリコーンオイルを貯留するタンクと、前記シリコーンオイル中に浸漬されてガラス遷移温度Ｔgが80〜200℃の金属ガラスを塑性成形する加工手段と、前記金属ガラスを前記タンク外から前記加工手段に装入する素材供給手段と、前記加工手段で塑性成形した低Ｔg金属ガラスを前記タンク外へ排出する取出し手段と、前記シリコーンオイルの温度をＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃の範囲内に保持するための油温調節手段と、を有することを特徴とする金属ガラスの塑性成形装置。
【請求項７】
前記加工手段が１対のロールを有することを特徴とする請求項６に記載の金属ガラスの塑性成形装置。
【請求項８】
前記加工手段が、円弧状の断面形状の溝部を設けた金型と、前記溝部の内側に偏心して配設される１個のロールと、を有することを特徴とする請求項６に記載の金属ガラスの塑性成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ガラスを過冷却温度域に保持しながら、金属ガラスを所定形状に成形する塑性成形方法および塑性成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属ガラスを加工する際には、ガラス遷移温度（Ｔg）超で、かつ結晶化領域に入らない温度（いわゆる過冷却温度域Ｔx）に加熱して塑性成形する必要がある。そして、その過冷却温度域では、あたかもガラス細工をするように加工し易くなるために金属ガラスを極めて容易に成形することができるとされている。
例えば特許文献１には、上型と下型との間に載置された金属ガラスをヒータからの輻射熱で加熱しながら金型で加工する金属ガラスの成形装置が記載されているが、この成形装置では、輻射熱によってスリーブを加熱し、このスリーブからの熱伝導により上型、下型、および金属ガラスを加熱するとされているから、周辺の加工機器の温度に影響され易く金属ガラスの温度を加工中に常に過冷却温度域に保持させることが困難であるという問題がある。
【０００３】
近年、特に融点が400℃〜600℃と比較的低い金属ガラス（以下、低融点金属ガラスという）が注目されているが、この低融点金属ガラスの場合には、ガラス遷移温度（Ｔg）が100〜200℃と比較的に低温であるために、高温の場合と比べて扱い易いという利点があるものの、加工し易い過冷却温度域がさほど広くないために、ガラス遷移温度が低い金属ガラスを加工する際には、金属ガラスの温度はもとより、使用する周辺の加工機器（たとえばロール，金型等）の温度をも、加工中に常に過冷却温度域内となるように精度良く制御・保持することが求められる。万一、加工中に金属ガラスの温度制御が不十分であったり、金属ガラスの温度が周辺の加工機器の温度の影響を受けて過冷却温度域から外れてガラス遷移温度（Ｔg）より低下した場合には、加工し易いという利点が失われて加工困難な状態になるし、また素材の温度が結晶化領域まで昇温した場合には、金属ガラスとしての優れた特性が完全に失われることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平10-249600号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、成形に供されるガラス遷移温度が低い金属ガラスおよび周辺の加工機器等を過冷却温度域に常に保持しながら、金属ガラスを所定形状に成形する塑性成形方法および塑性成形装置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】
融点が400℃〜600℃でＴｇが80℃〜200℃の金属ガラスを加工するに際し、過冷却温度域がさほど広くないことから、発明者らは、塑性成形に供される金属ガラスのみならず加工に使用する周辺の加工機器の温度をも加工中に常に過冷却温度域に保持することができる技術について鋭意検討した。その結果、Ｔr（室温）〜210℃の範囲で加熱保持できる、耐酸化性に優れたシリコーンオイル中に金属ガラスおよび周辺の加工機器を浸漬しつつ加工すれば、シリコーンオイルの温度だけを制御・管理するという簡便な操作だけで、過冷却温度域に保持して塑性成形するという本発明の上記課題を解決できることを知見した。
【０００７】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
本発明は、ガラス遷移温度Ｔgが80〜200℃の金属ガラスを、Ｔg＋５℃〜Ｔg＋30℃の温度範囲内のシリコーンオイル中で塑性成形することを特徴とする金属ガラスの成形方法である。
また本発明は、ガラス遷移温度Ｔgが80〜200℃の金属ガラスを塑性成形する加工手段をタンク内に貯留したシリコーンオイルに浸漬して、該シリコーンオイルの温度をＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃の範囲内に保持し、前記金属ガラスを前記タンク外から前記加工手段に供給して成形した後、該成形した金属ガラスを前記タンク外へ速やかに排出することを特徴とする金属ガラスの塑性成形方法である。
【０００８】
本発明の金属ガラスの塑性成形方法においては、前記金属ガラスが前記シリコーンオイル中に浸漬されている時間が30〜300秒の範囲内であることが好ましい。さらに、前記加工手段として１対のロールを用いて前記金属ガラスの圧延加工を行なうこと、または前記加工手段として円弧状の断面形状の溝部を設けた金型と前記溝部の内側に偏心して配設される１個のロールを用いて、前記金属ガラスの縮径を行なうことが好ましい。
【０００９】
また本発明は、シリコーンオイルを貯留するタンクと、前記シリコーンオイル中に浸漬されてガラス遷移温度Ｔgが80〜200℃の金属ガラスを塑性成形する加工手段と、前記金属ガラスを前記タンク外から前記加工手段に装入する素材供給手段と、前記加工手段で成形した前記金属ガラスを前記タンク外へ排出する取出し手段と、前記シリコーンオイルの温度をＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃の範囲内に保持するための油温調節手段と、を有することを特徴とする金属ガラスの塑性成形装置である。
【００１０】
本発明の金属ガラスの塑性成形装置においては、前記加工手段が１対のロールを有すること、または前記加工手段が、円弧状の断面形状の溝部を設けた金型と、前記溝部の内側に偏心して配設される１個のロールと、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加工に供するＴｇが低い金属ガラスおよび周辺の加工機器等を過冷却温度域に保持しながら、金属ガラスを所定形状に塑性成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の塑性成形装置の例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の塑性成形装置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図３】金属ガラスの溶融状態から凝固までの状態図である。
【図４】金属ガラスを射出成形する装置の例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の金属ガラスの塑性成形装置の例を模式的に示す斜視図である。なお、本発明が対象とする金属ガラス（融点Ｔm：400〜600℃，ガラス遷移温度Ｔg：80〜200℃）は、Au−Cu−Si系，Au−Cu−Ag−Si系，Ca−Li−Mg−Zn系，Ce−Cu−Al系，Yb−Zn−Mg−Cu系，Au−Cu−Ag−Pd−Si系，Pt−Ni−Cu−Ｐ系，Mg−Cu−Au−Ga系の金属ガラスである。
【００１４】
タンク１にはシリコーンオイル２が貯留され、そのシリコーンオイル２の温度を調節する油温調節器３がタンク１に付設される。油温調節器３にはヒーターと温度計が内蔵されており、温度計で得られた測定値とヒーターによる加熱の目標温度とに基づいてＰＩＤ制御を行なうことによって、シリコーンオイル２の温度をその目標温度±0.5℃の範囲に維持することができる。油温調節器３にはシリコーンオイル２を循環させるポンプが配設されており、流入管12を介してタンク１内のシリコーンオイル２を油温度調節器３に取入れて所定の温度に加熱した後、流出管13を介してシリコーンオイル２をタンク１内に戻す。このようにしてタンク１内のシリコーンオイル２の温度を一定に保持することができる。しかも、シリコーンオイル２がタンク１と油温調節器３を循環することによって、タンク１内のシリコーンオイル２が攪拌され、シリコーンオイル２の温度を均一にする効果も得られる。
【００１５】
金属ガラス５を塑性成形する加工機器は、シリコーンオイル２中に浸漬して配設される。図１には加工機器として１対のロール６を用いる例を、斜視図として示す。図１中の矢印は、ロール６の回転方向を示す。さらに、加工機器（すなわち１対のロール６）に金属ガラス５をタンク１外から供給するための傾斜面７を配設し、傾斜面７の下端からロール６の入側まで、入側コンベアローラ10が配設される。金属ガラス５は、傾斜面７からロール６に供給される間にシリコーンオイル２によって加熱され、シリコーンオイル２と同一の温度となる。なお、図１(a)は塊状の金属ガラス５を圧延する例、図１(b)は丸棒状の金属ガラス５を圧延する例であり、金属ガラス５とその圧延によって得られた金属ガラス5aを透視図として示す。
【００１６】
また、加工機器（すなわち１対のロール６）も、シリコーンオイル２中に浸漬しているので、シリコーンオイル２と同一の温度となる。したがって、塑性成形中に金属ガラス５の温度が変化することはない。
金属ガラス５の温度（すなわちシリコーンオイル２の温度）は、その金属ガラス５のガラス遷移温度（Ｔg）超で、しかも結晶化領域（Ｔx）に入らない温度（すなわち過冷却温度域，図３の領域Ａ）とする。既に説明した通り、ＰＩＤ制御によってシリコーンオイル２の温度を目標温度±0.5℃の範囲に制御できるので、その目標温度をＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃の範囲内に設定すれば、金属ガラス５の温度はＴgを下回ったり結晶化領域まで上昇することなく保持される。
【００１７】
また、結晶化領域に入る前に塑性成形を終了して、金属ガラスの特性を維持するために、成形の所要時間を30〜300秒の範囲内とする。
本発明が対象とする金属ガラス５のＴgは80〜200℃であるから、ヒーター15として高周波誘導加熱装置を用いる必要はなく、通常の通電に伴う電気抵抗によって発熱するもの、たとえば液体用シースヒーター等を使用することができる。
【００１８】
このようにして図１に示す例では、金属ガラスに圧延加工を施すことができ、その圧延加工によって得られた金属ガラス5a（すなわち金属ガラス板あるいは金属ガラス箔）は出側コンベアローラ11から取出しコンベア４を介してタンク１外へ速やかに排出される。なお図１には、塊状や丸棒状の金属ガラス５を示したが、角棒状あるいは板状の金属ガラス５を用いても、金属ガラス板や金属ガラス箔を得ることができる。
【００１９】
図２は、加工手段として、円弧状の断面形状の溝部８を設けた金型９と、溝部８の内側に偏心して配設される１個のロール６と、を用いる例を示す断面図である。図２では油温調節器は図示を省略する。金型９はタンク１内で固定され、ロール６は図２中の矢印の方向に回転する。傾斜面７に沿って供給された管状の金属ガラス５は、金型９の溝部８とロール６との広い隙間側から供給されて、狭い隙間側へ転がる間に直径が収縮（以下、縮径という）されて、溝部８から取出しコンベア４を介して排出される。なお図２には、管状の金属ガラス５を縮径する例を示したが、丸棒状の金属ガラス５を縮径することも可能である。
【００２０】
図２に示す例においても、金属ガラス５は、傾斜面７に沿ってロール６に供給される間にシリコーンオイル２によって加熱されているので、シリコーンオイル２と同一の温度となる。また、金型９，ロール６も、シリコーンオイル２中に浸漬されており、シリコーンオイル２と同一の温度になっているから、縮径中に金属ガラス５の温度が変化することはない。したがってシリコーンオイル２の目標温度をＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃の範囲内に設定すれば、金属ガラス５の温度はＴgを下回ったり結晶化領域まで上昇することなく保持される。そして、金属ガラス５がシリコーンオイル中に浸漬されている時間が30〜300秒の範囲内であれば、縮径した後も金属ガラスの特性を維持することができる。
【００２１】
このようにして図２に示す例では、管状あるいは丸棒状の金属ガラス５を縮径させることができる。
また、加工手段として、引抜き用ダイスを用いて引抜きを行なうことによって、金属ガラス５を線状に延伸させることもできる。
あるいは、加工手段としてポンチを用いることによって、金属ガラス５に刻印を施すことも可能である。
【００２２】
ここで本発明で用いる金属ガラスを射出成形によって製造する技術について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の成形に供する金属ガラスを射出成形する装置の例を模式的に示す斜視図である。ステンレス鋼製の円管14の上端には、高圧の不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置18が着脱可能に装着される。成分を予め調整した金属ガラスの小片を円管14内に装入する際には、不活性ガス供給装置18を円管14から取外して、円管14の上端から金属ガラスの小片を装入する。この円管14は、後述するように金属ガラスの小片を加熱するための容器としての役割を担うものであり、安価なステンレス鋼を用いることによって、射出成形装置のコストの削減に寄与する。
【００２３】
円管14に金属ガラスの小片を装入した後、円管14の上端に不活性ガス供給装置18を取付ける。
円管14の下部には、ヒーター15が取付けられる。このヒーター15は、円管14内に装入された金属ガラスの小片を融点以上に加熱して溶融させるものであり、高周波誘導加熱装置を用いる必要はなく、通常の通電に伴う電気抵抗によって発熱するもの（たとえばカートリッジヒーター等）を使用する。そのようなヒーターは安価であるから、射出成形装置のコストの削減に寄与し、ひいては金属ガラスの製造コストを低減できる。
【００２４】
さらに、ヒーター15によって加熱する部位の円管14の外表面には温度計16が取付けられる。そして円管14の外表面の温度が上昇していき、目標温度に到達すると円管14内の金属ガラスが溶融したと判定し、射出成形が終了するまでその温度に保持する。この温度計16で得られた測定値とヒーター15による加熱の目標温度とに基づいてＰＩＤ制御を行なうことによって、溶融した金属ガラスの温度をその目標温度±0.5℃の範囲に維持することが可能となる。なお温度計15は、熱電対等の従来から知られているものを使用する。
【００２５】
円管14の内径が15mmを超えると、円管14の中心部とヒーター15の距離が遠くなるので、ヒーター15の加熱能力も相まって、溶融した金属ガラスの温度を均一に保つことが困難になる。一方、５mm未満では、金属ガラスの小片を装入し難くなる。したがって、円管14の内径は５〜15mmの範囲内が好ましい。この円管14内で溶解する金属ガラスの容量は１〜25ccである。
【００２６】
円管14の下端にはステンレス鋼製の噴射ノズル17が嵌めこまれて固定される。噴射ノズル17は円錐形のステンレス鋼に機械加工を施して製作するので、後述するような小径の噴射口を精度良く加工することができる。
ステンレス鋼製の噴射ノズル17は、安価であるばかりでなく、噴射口を様々な形状に精度良く加工することができる。しかも破損し難いので、連続して多数回の射出成形が可能となる。また、噴射口に異物が詰まった場合には、噴射ノズル17を破損，変形することなく異物を除去できる。
【００２７】
そして円管14内の金属ガラスが溶融した後、円管14，不活性ガス供給装置18，ヒーター15，温度計16ならびに噴射ノズル17を一体的に下降させて、噴射ノズル17を銅製の射出成形用金型19の受湯孔20に接近させた後、円管14の上端の不活性ガス供給装置18から高圧の不活性ガスを円管14内に供給して、溶融した金属ガラスを噴射ノズル17から受湯孔20に、不活性ガスの圧力で噴射する。噴射する際の不活性ガスの圧力が0.02MPa未満では、十分な噴射速度が得られないので、非晶質の金属ガラスが得られない。一方、0.2MPaを超えると、金属ガラスの内部に気泡等の欠陥が生じる。したがって、不活性ガスの圧力は0.02〜0.2MPaの範囲内が好ましい。使用する不活性ガスは、Ｎ2またはArが好ましい。
【００２８】
噴射時間が0.01秒未満では、十分な量の金属ガラスを噴射できない。一方、0.5秒を超えると、非晶質の金属ガラスを得るのに十分な冷却速度が得られない。したがって、噴射時間は0.01〜0.5秒の範囲内が好ましい。
金属ガラスを噴射するときは、噴射ノズル17を受湯孔20に接近させるので、溶融した金属ガラスを確実に受湯孔20内に噴射することができる。その際、噴射ノズル17の外面と受湯孔20の開口部を接触させず、隙間を設けることが好ましい。隙間を設けることにより、溶融した金属ガラスの噴射に伴って受湯孔20内の空気を容易に排出することができる。
【００２９】
銅製の射出成形用金型19は、水平方向に移動可能な移動テーブル21上に固定される。射出成形用金型19には受湯孔20が設けられており、噴射ノズル17から受湯孔20に噴射した金属ガラスを冷却して凝固させる。本発明では、後述するように、面積0.2〜2.5mm2の噴射口から噴射するので、上記した本発明の対象となる金属ガラスでは、図３に示すように、溶融状態から結晶化させずに冷却して、非晶質の金属ガラスを得るのに十分な冷却速度が得られる。
【００３０】
なお、射出成形用金型19には受湯孔20を１列に複数個設けることが好ましい。その場合、噴射ノズル17から受湯孔20に溶融した金属ガラスを噴射した後、不活性ガスの供給を停止し、さらに円管14，不活性ガス供給装置18，ヒーター15，温度計16ならびに噴射ノズル17を一体的に上昇させた後、移動テーブル21を移動させて２番目の受湯孔20を噴射ノズル17の垂直下方に配置して移動テーブル21を停止する。次いで、２番目の受湯孔20に噴射ノズル17を接近させて、溶融した金属ガラスを噴射する。この手順を繰り返すことによって、複数回の射出成形を連続して行なうことができる。つまり、金属ガラスの射出成形の効率向上を達成できる。なお、図４には射出成形用金型19に受湯孔20を１列に５個設ける例を示したが、本発明はこれに限るものではない。
【００３１】
次に、移動テーブル21から射出成形用金型19を取外して、凝固した金属ガラスを受湯孔20から取出す。射出成形用金型19を受湯孔20の列に沿って２分割できる構成にすれば、金属ガラスを容易に取出せるので好ましい。
受湯孔20の形状は丸棒状とし、その内径は２〜５mmの範囲内が好ましい。受湯孔20の内径が２mm未満では、溶融した金属ガラスが受湯孔８内に充満し難くなる。一方、５mmを超えると、中心部の冷却が遅れるので、均質な金属ガラスが得られない。
【００３２】
また、噴射ノズル５の噴射口は、面積を0.2〜2.5mm2の範囲内とする。面積が0.2mm2未満では、溶融した金属ガラスを噴射し難くなり、瞬時に噴射できないために金属ガラスが非晶質化しない可能性がある。一方、2.5mm2を超えると、溶融した金属ガラスの滴が自重で噴射口から落下する。
以上に説明したような手順で射出成形した金属ガラスは、本発明を適用して支障なく成形でき、しかも成形した後の金属ガラスは、その組織が結晶化しておらず、非晶質の金属ガラス素材である。
【実施例】
【００３３】
図１に示す塑性成形装置を用いてAu−Cu−Ag−Pd−Si系の金属ガラスの成形を行なった。その手順を以下に説明する。
まず図４に示す射出成形装置を用いて金属ガラスを製造した。その金属ガラスに、図１の塑性成形装置を用いて、以下の手順で成形（すなわち圧延）を施した。
【００３４】
シリコーンオイル２を貯留したタンク１に油温調節器３を付設し、シリコーンオイル２を循環させつつ加熱した。油温調節器３に内蔵されるヒーターはカートリッジヒーターを使用した。目標温度は、図３の領域Ａの温度（すなわちＴg＋５℃〜Ｔg＋30℃）である100℃とした。油温調節器３では、温度計として熱電対を用いてシリコーンオイル２の温度を測定し、ＰＩＤ制御を行なうことによってシリコーンオイル２の温度をその目標温度±0.5℃の範囲に維持した。
【００３５】
次に、金属ガラス５の丸棒（直径４mm，長さ40mm）を傾斜面７から１対のロール６に供給して圧延を行ない、得られた金属ガラス板（厚さ0.5mm）を取出しコンベア４を介してタンク１外へ取り出した。その際、金属ガラス５がシリコーンオイル２中に浸漬されている時間は30秒であった。
その金属ガラス板の組織を調べたところ、全体が非晶質の組織となっており、金属ガラスの板材であった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
加工に供する金属ガラスおよび周辺の加工機器等を過冷却温度域に保持しながら、金属ガラスを所定形状に塑性成形することができるので、産業上格段の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３７】
１  タンク
２  シリコーンオイル
３  油温調節器
４  取出しコンベア
５  金属ガラス  
６  ロール
７  傾斜面
８  溝部
９  金型
10  入側コンベアローラ
11  出側コンベアローラ
12  流入管
13  流出管
14  円管
15  ヒーター
16  温度計
17  噴射ノズル
18  不活性ガス供給装置
19  射出成形用金型
20  受湯孔
21  移動テーブル
【図１】
0005679555.tif 000002
【図２】
0005679555.tif 000003
【図３】
0005679555.tif 000004
【図４】
0005679555.tif 000005