(57)【要約】【課題】金属合金成形体の作製方法において、金属合金成形体の成形性および製造効率を向上することができるようにする。【解決手段】複数のキャビティが互いに離間して配置されたハース上に、金属合金を配置する金属合金配置工程（Ｓ１）と、金属合金の配置位置を含む領域に設定されたアーク照射領域にアーク放電して金属合金を溶解する溶解工程（Ｓ２）と、キャビティをアーク照射領域に相対移動するとともに、溶解される金属合金溶湯に当接する充填部材を用いて金属合金溶湯をキャビティに充填する溶湯充填工程（Ｓ３等）と、充填されたキャビティを、アーク照射領域の外側に相対移動して、金属合金溶湯を固化させる固化工程（Ｓ４等）と、を備え、複数のキャビティに対して、溶湯充填工程および固化工程を順次繰り返すことにより金属合金成形体を作製する。【選択図】図４
2013000778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャビティが互いに離間して配置されたハース上に、金属合金を配置する金属合金配置工程と、
前記金属合金の配置位置を含む領域に設定されたアーク照射領域にアーク放電して前記金属合金を溶解する溶解工程と、
前記キャビティを前記アーク照射領域に相対移動するとともに、前記アーク照射領域で溶解される金属合金溶湯に当接する充填部材を用いて前記金属合金溶湯を前記キャビティに充填する溶湯充填工程と、
前記金属合金溶湯が充填された前記キャビティを、前記アーク照射領域の外側に相対移動して、前記金属合金溶湯を固化させる固化工程と、
を備え、
前記複数のキャビティのそれぞれに対して、前記溶湯充填工程および前記固化工程を順次繰り返すことにより、前記複数のキャビティの各形状が転写された金属合金成形体を作製する
ことを特徴とする金属合金成形体の作製方法。 
【請求項２】
前記ハースは、
前記複数のキャビティが一体に設けられるとともに前記複数のキャビティの各開口部上に、前記金属合金溶湯が流通可能な溶湯流路が設けられ、
前記充填部材は、
前記溶湯流路において、前記キャビティの相対移動の方向への前記金属合金溶湯の移動を規制する部材である
ことを特徴とする請求項１に記載の金属合金成形体の作製方法。
【請求項３】
前記充填部材は、
電気抵抗率が６×１０−８Ωm以下である材料で構成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の金属合金成形体の作製方法。
【請求項４】
前記充填部材は、
熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である材料で構成される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属合金成形体の作製方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属合金成形体の作製方法で作製した金属合金成形体を加工して金属合金部品を作製する
ことを特徴とする金属合金部品の作製方法。
【請求項６】
アーク溶解法によって金属合金成形体を作製する金属合金成形装置であって、
前記金属合金成形体の形状を有する複数のキャビティが互いに離間して配置されたハースと、
該ハース上に配置された金属合金の配置位置を含む領域に設定されたアーク照射領域にアーク放電する放電電極と、
前記キャビティを前記アーク照射領域に対して相対移動させて、該アーク照射領域を通過させる相対移動機構と、
前記アーク照射領域で溶解された金属合金溶湯に当接して、前記アーク照射領域に相対移動された前記キャビティに前記金属合金溶湯を充填する充填部材と、
を備えることを特徴とする金属合金成形装置。
【請求項７】
前記ハースは、
前記複数のキャビティが一体に設けられるとともに前記複数のキャビティの各開口部上に、前記金属合金溶湯が流通可能な溶湯流路が設けられ、
前記充填部材は、
前記溶湯流路において、前記キャビティの相対移動の方向への前記金属合金溶湯の移動を規制する部材である
ことを特徴とする請求項６に記載の金属合金成形装置。
【請求項８】
前記充填部材は、
電気抵抗率が６×１０−８Ωm以下である材料で構成される
ことを特徴とする請求項６または７に記載の金属合金成形装置。
【請求項９】
前記充填部材は、
熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である材料で構成される
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の金属合金成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属合金成形体の作製方法、金属合金部品の作製方法、および金属合金成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属合金をアーク溶解法によって溶解して、金型に充填し、金属合金成形体を形成する金属合金成形体の作製方法および金属合金成形装置が知られている。
このような金属合金成形装置として、例えば、特許文献１には、非晶質合金成形品の製造装置が記載されている。この製造装置は、キャビティ部を有する下型上に設けられた金属材料溶解部に金属材料を配置し、この金属合金をアーク溶解法によって溶解して溶融金属を形成する。そして、下型を上型が配置された位置まで移動して、上型を下型側に押圧して型締めを行い、これにより、溶融金属をキャビティ部に充填して溶融金属を所望の形状へ成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７１１１３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金属合金成形体の作製方法および金属合金成形装置には、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、アーク溶解法によって溶融金属を形成した後に下型をアーク溶解する位置から移動して成形を行う。このため、移動中に溶融金属の冷却が進んでしまい、型締め時に溶融金属の流動性が悪化する。この結果、成形性が悪化するという問題がある。例えば、大きな型締め力が必要となったり、充填性が悪化するためキャビティ形状の転写性が悪くなったりするといった問題がある。
【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、金属合金成形体の成形性および製造効率を向上することができる金属合金成形体の作製方法および金属合金成形装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、金属合金部品を効率的に作製することができる金属合金部品の作製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、本発明の金属合金成形体の作製方法は、複数のキャビティが互いに離間して配置されたハース上に、金属合金を配置する金属合金配置工程と、前記金属合金の配置位置を含む領域に設定されたアーク照射領域にアーク放電して前記金属合金を溶解する溶解工程と、前記キャビティを前記アーク照射領域に相対移動するとともに、前記アーク照射領域で溶解される金属合金溶湯に当接する充填部材を用いて前記金属合金溶湯を前記キャビティに充填する溶湯充填工程と、前記金属合金溶湯が充填された前記キャビティを、前記アーク照射領域の外側に相対移動して、前記金属合金溶湯を固化させる固化工程と、を備え、前記複数のキャビティのそれぞれに対して、前記溶湯充填工程および前記固化工程を順次繰り返すことにより、前記複数のキャビティの各形状が転写された金属合金成形体を作製する方法とする。
【０００７】
また、本発明の金属合金成形体の作製方法では、前記ハースは、前記複数のキャビティが一体に設けられるとともに前記複数のキャビティの各開口部上に、前記金属合金溶湯が流通可能な溶湯流路が設けられ、前記充填部材は、前記溶湯流路において、前記キャビティの相対移動の方向への前記金属合金溶湯の移動を規制する部材であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の金属合金成形体の作製方法では、前記充填部材は、電気抵抗率が６×１０−８Ωm以下である材料で構成されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の金属合金成形体の作製方法では、前記充填部材は、熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である材料で構成されることが好ましい。
【００１０】
本発明の金属合金部品の作製方法は、本発明の金属合金成形体の作製方法で作製した金属合金成形体を加工して金属合金部品を作製する方法とする。
【００１１】
本発明の金属合金成形装置は、アーク溶解法によって金属合金成形体を作製する金属合金成形装置であって、前記金属合金成形体の形状を有する複数のキャビティが互いに離間して配置されたハースと、該ハース上に配置された金属合金の配置位置を含む領域に設定されたアーク照射領域にアーク放電する放電電極と、前記キャビティを前記アーク照射領域に対して相対移動させて、該アーク照射領域を通過させる相対移動機構と、前記アーク照射領域で溶解された金属合金溶湯に当接して、前記アーク照射領域に相対移動された前記キャビティに前記金属合金溶湯を充填する充填部材と、を備える構成とする。
【００１２】
また、本発明の金属合金成形装置では、前記ハースは、前記複数のキャビティが一体に設けられるとともに前記複数のキャビティの各開口部上に、前記金属合金溶湯が流通可能な溶湯流路が設けられ、前記充填部材は、前記溶湯流路において、前記キャビティの相対移動の方向への前記金属合金溶湯の移動を規制する部材であることが好ましい。
【００１３】
本発明の金属合金成形装置は、前記充填部材は、電気抵抗率が６×１０−８Ωm以下である材料で構成されることが好ましい。
【００１４】
本発明の金属合金成形装置は、前記充填部材は、熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である材料で構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の金属合金成形体の作製方法および金属合金成形装置によれば、アーク照射領域で溶解される金属合金溶湯をアーク照射領域においてキャビティに充填し、複数のキャビティにより順次連続的に成形を行うため、金属合金成形体の成形性および製造効率を向上することができるという効果を奏する。
また、本発明の金属合金部品の作製方法によれば、本発明の金属合金成形体の作製方法を用いるため、金属合金部品を効率的に作製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】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る金属合金成形装置の概略構成を示す模式的な正面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る金属合金成形装置によって作製される金属合金成形体の例を示す模式的な正面図、およびそのＢ視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る金属合金成形装置に用いる充填部材の一例を示す模式的な正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る金属合金成形体の作製方法、および金属合金部品の作製方法の工程フローを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る金属合金成形体の作製方法の金属合金配置工程を示す工程説明図、および第１のキャビティにおける溶解工程および溶湯充填工程を示す工程説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る金属合金成形体の作製方法の第２のキャビティにおける溶湯充填工程、および第１のキャビティにおける固化工程を示す工程説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る金属合金部品の作製方法によって作製される金属合金部品の例を示す模式的な平面図、およびそのＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施形態に係る金属合金成形装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る金属合金成形装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る金属合金成形装置によって作製される金属合金成形体の例を示す模式的な正面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ視図である。図３は、本発明の実施形態に係る金属合金成形装置に用いる充填部材の一例を示す模式的な正面図である。
【００１８】
本実施形態の金属合金成形装置５０は、アーク溶解法によって金属合金成形体を作製する装置であり、図１に示すように、金属合金成形を行うため真空雰囲気または不活性ガス雰囲気を内部に形成するチャンバー１と、管路８ａによってチャンバー１に連通されチャンバー１から真空吸引を行って内部の真空度を調整する真空雰囲気制御部８と、管路７ａによってチャンバー１に連通されチャンバー１に不活性ガスＧを供給する不活性ガス供給部７とを備える。不活性ガスＧの例としては、例えば、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ２）などを挙げることができる。
【００１９】
チャンバー１の内部には、ハース２、アーク電極部４、および充填部材５が配置されている。
【００２０】
ハース２は、金属合金成形体を成形する金型を構成する部材であり、本実施形態では、外形が略円板状とされ、中心軸線Ｏが鉛直方向に整列された金属部材からなる。
ハース２の上面には、平面視の形状が中心軸線Ｏと同軸の円環状とされ、中心軸線Ｏを含む鉛直断面が矩形状の溝部２ｂが形成されている。
溝部２ｂの溝底面２ｃには、溝幅方向の中心部において、複数のキャビティ２ａが円周方向に互いに離間して設けられている。
キャビティ２ａは、金属合金成形装置５０が成形する金属合金成形体の形状を形成するため溝底面２ｃから内部側に向かう凹部であり、金属合金成形体の形状に応じた適宜形状に形成することができる。
本実施形態では、一例として、約１ｃｍ３の容積を有する円柱形状のキャビティ２ａを設けている。隣り合うキャビティ２ａ同士は、本実施形態ではそれぞれ６ｍｍの間隔を空けている。このため、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、各キャビティ２ａの上端は、溝底面２ｃにおいて円形の開口部２ｄを形成している。
【００２１】
ハース２の下面側には、図示略のモータによってハース２を回転させる回転機構３（相対移動機構）が接続されている。回転機構３の回転中心はハース２の中心軸線Ｏに一致され、成形時には、図１（ｂ）に示すように、鉛直上方から見た場合に時計回りに回転させることができるようになっている。
【００２２】
ハース２の材質は、熱伝導性に優れる適宜の金属材料を採用することができる。本実施形態では一例として、銅であるＣ１０２０を採用している。
また、ハース２は、単一のブロック部材としてもよいが、本実施形態では複数のブロック部材が着脱可能に組み立てられた構成としている。
また、図示は省略しているが、ハース２の内部には、強制冷却を行うため外部から供給される冷媒を流通させる冷却管路が設けられている。
【００２３】
ここで、ハース２によって成形される金属合金成形体の形状の一例について説明する。
金属合金成形装置５０によって成形される金属合金成形体１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、キャビティ２ａの形状が転写された円柱状の複数の部品形状部１０ａと、互いに離間して隣接する部品形状部１０ａ同士を一方の端部で接続する平板状のランナー部１０ｂとを備える。
ランナー部１０ｂは、後述するように、キャビティ２ａから溢れた金属合金溶湯が溝部２ｂ内で固化した形状部分である。このため、ランナー部１０ｂの平面視の形状は、本実施形態では、溝部２ｂの平面視の円環形状に沿って形成される。
また、ランナー部１０ｂの厚さは、溝部２ｂの溝深さよりも薄く形成されており、本実施形態では、一例として１ｍｍとされている。
【００２４】
金属合金成形体１０の材質は、アーク溶解法を用いて溶融可能な金属合金材料であれば、特に限定されない。金属合金成形体１０に好適な材質の例としては、例えば、チタン（Ｔｉ）合金、マグネシウム（Ｍｇ）合金、鉄（Ｆｅ）合金、ジルコニウム（Ｚｒ）合金、アルミニウム（Ａｌ）合金等の金属合金を挙げることができる。
【００２５】
アーク電極部４は、ハース２上に配置される金属合金にアーク放電することにより、金属合金の溶湯を形成するものであり、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、アーク放電を行うアーク電極４ａ（放電電極）と、アーク電極４ａをチャンバー１内で支持する電極支持部４ｂとを備える。
【００２６】
アーク電極４ａは、本実施形態では、タングステン（Ｗ）製の非消耗式アーク電極を採用している。
また、アーク電極４ａは、電極先端をハース２の溝部２ｂの幅方向の中心部に向けた状態に配置されて、電極支持部４ｂによって溝部２ｂの上方に支持されている。
チャンバー１の外部には、アーク放電に必要な電力をアーク電極４ａに供給するアーク電源６が設けられており、アーク電極４ａは、配線６ａによってアーク電源６と電気的に接続されている。
アーク電極４ａの形状および高さ方向の設置位置は、図１（ａ）に示すように、アーク電極４ａの直下にキャビティ２ａが移動したときに、少なくとも開口部２ｄを含み、溝部２ｂの溝幅を覆う範囲にアーク照射領域ＲＡが形成されるように設定する。これによりアーク照射領域ＲＡ内の金属合金がアーク溶解され、溶融状態を保つことが可能となる。
【００２７】
充填部材５は、アーク電極４ａに対して、ハース２の回転方向の下流側の溝部２ｂ上に配置され、溝部２ｂ内に形成された金属合金溶湯をキャビティ２ａに充填する部材である。
本実施形態の充填部材５は、図３に示すように、直方体ブロック状の本体部５ｄの下面側に、溝部２ｂとわずかに隙間を空けて挿入可能な正面視矩形状の挿入部５ｂが突出されるとともに、本体部５ｄの側面にチャンバー１内での位置を固定する支持部５ｅが設けられている。支持部５ｅは、本実施形態では、チャンバー１の内壁に固定されている。
【００２８】
支持部５ｅによって、本体部５ｄおよび挿入部５ｂは、図１（ａ）、（ｂ）に示すような位置に配置されている。すなわち、本体部５ｄおよび挿入部５ｂは、アーク電極４ａに対向する側面である水平方向規制面５ｃの一部がアーク照射領域ＲＡに重なる位置に配置されている。上記のハース２の寸法の具体例に対応する位置は、アーク電極４ａの中心と水平方向規制面５ｃとが周方向に沿って２０ｍｍ離間した位置になっている。
また、挿入部５ｂは、溝断面を略塞ぐように溝部２ｂに挿入されている。本実施形態では、挿入部５ｂの下面である垂直方向規制面５ａと溝底面２ｃとの間の隙間は１ｍｍに設定され、挿入部５ｂと溝部２ｂの溝内側面との間は、摺動可能に嵌合されている。
また、本体部５ｄは、溝部２ｂから鉛直上方に突出されている。
【００２９】
充填部材５は、本実施形態では、アーク照射領域ＲＡに一部が重なる位置に配置されるため、アーク放電の影響によって劣化しにくい材質を採用する。
例えば、電気抵抗率が低い材質を採用すると、アーク放電が誘導された際のジュール熱による発熱を抑制できるため劣化しにくくなる。また、熱伝導率が大きい材質を採用すると、アーク放電から受けた熱やジュール発熱を放熱し易くなるため劣化しにくくなる。
例えば、好ましい材質としては、無酸素銅、銅合金、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、Ｍｇ合金、鉄合金である軟鋼、ステンレス鋼などを挙げることができる。
電気抵抗率の値としては、６×１０−８Ωｍ以下が好ましく、３×１０−８Ωｍ以下であればより好ましい。
熱伝導率の値としては、１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、２００W／（ｍ・K）以上であればより好ましい。
【００３０】
本実施形態の金属合金成形体の作製方法および金属合金部品の作製方法について説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る金属合金成形体の作製方法、および金属合金部品の作製方法の工程フローを示すフローチャートである。図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る金属合金成形体の作製方法の金属合金配置工程を示す工程説明図である。図５（ｂ）は、同じく第１のキャビティにおける溶解工程および溶湯充填工程を示す工程説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る金属合金成形体の作製方法の第２のキャビティにおける溶解工程および溶湯充填工程を示す工程説明図である。図７（ａ）は、本発明の実施形態に係る金属合金部品の作製方法によって作製される金属合金部品の例を示す模式的な平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００３１】
本実施形態の金属合金成形体の作製方法は、金属合金成形装置５０を用いて、図４に示すステップＳ１〜Ｓ（２Ｎ＋４）を順次行う方法である。ここで、Ｎは、金属合金成形体１０における部品形状部１０ａの個数であり、２以上の整数である。Ｎの上限値となるのはハース２に設けられたキャビティ２ａの個数である。
また、本実施形態の金属合金部品の作製方法は、ステップＳ１〜Ｓ（２Ｎ＋３）を行った後に、ステップＳ（２Ｎ＋４）を行う方法である。
【００３２】
まず、本実施形態の金属合金成形体の作製方法について金属合金成形装置５０の動作とともに、具体例（実施例１）に基づいて説明する。
以下では、金属合金の材質は、６−４Ｔｉ合金（ＪＩＳ６０種）であり、充填部材５の材質は、アルミニウム合金のＡ７０７５（超々ジュラルミン）であるとして説明する。Ａ７０７５の電気抵抗率は５．４×１０−８Ωｍ、熱伝導率は１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００３３】
ステップＳ１では、金属合金配置工程を行う。
本工程は、複数のキャビティ２ａが互いに離間して配置されたハース２上に、金属合金を配置する工程である。
本実施形態では、金属合金として、金属合金成形体１０を成形するために必要量だけ秤量された塊状の金属合金固体Ｍ０を用意しておく。そして、図５（ａ）に示すように、ハース２の回転を停止した状態で、アーク電極４ａの直下に位置するキャビティ２ａの１つ（以下、キャビティ２Ａと称する）の上の溝部２ｂ内に金属合金固体Ｍ０を配置する。そして、チャンバー１の扉を閉める。
金属合金固体Ｍ０の質量は、金属合金固体Ｍ０が６−４Ｔｉ合金であってＮ＝４の場合、２０ｇあればよい。
次に、真空雰囲気制御部８によってチャンバー１内を真空吸引して、１×１０−３Ｐａ以下とした後、不活性ガス供給部７から、不活性ガスＧとして純度Ｇ１のＡｒガスを供給し、５００００Ｐａとなるまで不活性ガス置換を行う。
以上で、ステップＳ１が終了する。
【００３４】
次に、ステップＳ２では、溶解工程を行う。
本工程は、金属合金固体Ｍ０の配置位置を含む領域に設定されたアーク照射領域ＲＡにアーク放電して金属合金固体Ｍ０を溶解する工程である。
本実施形態では、アーク電極４ａの下方に、溝部２ｂの溝幅を含み充填部材５の一部に達する範囲にアーク照射領域ＲＡが設定されている。このため、アーク電極４ａの直下にあるキャビティ２Ａ、およびキャビティ２Ａ上の溝部２ｂ内に配置された金属合金固体Ｍ０は、アーク照射領域ＲＡの範囲内にある。
金属合金固体Ｍ０を溶解するため、アーク電源６からアーク電極４ａへの電力供給を開始して、例えば、２００Ａのアーク放電を行う。これによりアーク放電が金属合金固体Ｍ０に照射され、金属合金固体Ｍ０が溶解し始める。約６０秒後には、図５（ｂ）に示すように、金属合金固体Ｍ０の全部が溶解して流動性の高い液体状態の金属合金溶湯Ｍ１が形成される。
以上で、ステップＳ２が終了する。
なお、本実施形態では、充填部材５の材質の電気抵抗率が６×１０−８Ωm以下であってかつも熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるため、アーク照射領域ＲＡの一部に入っていてもアーク放電による熱的な影響を受けにくくなっている。
【００３５】
次に、ステップＳ３では、１番目のキャビティ２ａであるキャビティ２Ａに対して溶湯充填工程を行う。
本工程は、キャビティ２Ａをアーク照射領域ＲＡに相対移動するとともに、アーク照射領域ＲＡで溶解される金属合金溶湯Ｍ１に当接する充填部材５を用いて金属合金溶湯Ｍ１をキャビティ２Ａに充填する工程である。
本実施形態では、ステップＳ１で金属合金固体Ｍ０がキャビティ２Ａ上に配置されているため、図５（ｂ）に示すように、ステップＳ２で金属合金溶湯Ｍ１が形成されるとともに、その自重によって金属合金溶湯Ｍ１の一部は、キャビティ２Ａ内に流れ始める。
本工程では、金属合金溶湯Ｍ１をキャビティ２Ａに確実に充填するため、回転機構３を駆動して、キャビティ２Ａが充填部材５側に向か方向にハース２を回転させる。
これにより、キャビティ２Ａ上の溝部２ｂに形成された金属合金溶湯Ｍ１はハース２とともに連れ回るが、金属合金溶湯Ｍ１は、位置が固定されている充填部材５の水平方向規制面５ｃによって水平方向の移動が阻止される。このため、水平方向規制面５ｃの近傍には移動を阻止された金属合金溶湯Ｍ１が表面張力で盛り上がった状態に滞留する。
【００３６】
金属合金溶湯Ｍ１は、アーク照射領域ＲＡ内にある間は、常にアーク放電を受けて、加熱されて液体状態を保っており、アーク照射領域ＲＡから外側に流出すると温度低下に応じて粘度が変化するものの、ある温度までは、流動性の良好な液体状態を保つ。
このため、溝部２ｂ上の金属合金溶湯Ｍ１は、水平方向規制面５ｃの下端を通過するまでに、キャビティ２Ａ内に流れ込んで、キャビティ２Ａを満たし、さらに垂直方向規制面５ａを通過する際に垂直方向規制面５ａによって高さが規制され、流路が狭くなることで垂直方向規制面５ａによって下方に押し込まれる。この結果、キャビティ２Ａ内に金属合金溶湯Ｍ１が確実に充填された状態で、キャビティ２Ａが充填部材５の下方を通過する。
以上で、ステップＳ３が終了する。
【００３７】
このように、複数のキャビティ２ａの各開口部２ｄ上に形成された溝部２ｂは金属合金溶湯Ｍ１が流通可能な溶湯流路を構成している。
また、回転機構３は、キャビティ２ａをアーク照射領域ＲＡに対して相対移動させて、アーク照射領域ＲＡを通過させる相対移動機構を構成している。
また、充填部材５は、溝部２ｂにおいて、キャビティ２ａの相対移動の方向への金属合金溶湯Ｍ１の移動を規制する部材になっている。
【００３８】
次に、ステップＳ４では、キャビティ２Ａに対して固化工程を行う。
本工程は、金属合金溶湯Ｍ１が充填されたキャビティ２Ａを、アーク照射領域ＲＡの外側に相対移動して、金属合金溶湯Ｍ１を固化させる工程である。
キャビティ２Ａは、充填部材５の下方を通過して下流側に移動し終わると、図６（ａ）に示すように、アーク照射領域ＲＡの外側に位置する。このため、キャビティ２Ａ内の金属合金溶湯Ｍ１はアーク放電による加熱を受けなくなり、ハース２への熱伝導によって熱を奪われて冷却が開始される。
図６（ｂ）に示すように、キャビティ２Ａが充填部材５の外側に到達すると、金属合金溶湯Ｍ１の上部からも放熱して冷却が進む。金属合金溶湯Ｍ１の融点より低温に冷却されると、金属合金固化部Ｍ２が形成されていく。
金属合金固化部Ｍ２は、キャビティ２Ａ内では、キャビティ２Ａの内周面の形状が転写された状態で固化し、溝部２ｂ内では、溝部２ｂの内側面および溝底面２ｃに密着し、垂直方向規制面５ａによって高さが規制された板状に固化する。
以上で、ステップＳ４が終了する。
【００３９】
続いてステップＳ５〜Ｓ（２Ｎ＋２）では、キャビティ２Ａより回転方向の上流側に位置する２番目からＮ番目までのキャビティ２ａに対して、ステップＳ３、Ｓ４と同様の溶湯充填工程、固化工程を順次行う。ここで、回転方向の上流側とは、ハース２の回転とともに充填部材５に近づく側を意味する。
【００４０】
例えば、図６（ａ）に示すように、キャビティ２Ａに対して固化工程が行われるのと並行して、キャビティ２Ａの隣のキャビティ２Ｂがアーク照射領域ＲＡに到達する。
これによりステップＳ５が開始される。すなわち、水平方向規制面５ｃによって移動が規制され水平方向規制面５ｃの上流側に滞留している金属合金溶湯Ｍ１が、キャビティ２Ｂの移動とともにキャビティ２Ｂへの充填されていき、キャビティ２Ｂ全体に金属合金溶湯Ｍ１が充填される。これによりキャビティ２Ｂに対する溶湯充填工程であるステップＳ５が終了する。
さらに、図６（ｂ）に示すように、キャビティ２Ｂが充填部材５を通過し、アーク照射領域ＲＡの外側に移動すると、キャビティ２Ｂに対する金属合金溶湯Ｍ１の固化工程が開始される。すなわち、充填部材５を通過したキャビティ２Ｂは、ステップＳ３と同様な固化工程であるステップＳ６が開始され、キャビティ２Ｂ内の金属合金溶湯Ｍ１によって金属合金固化部Ｍ２が形成されると、ステップＳ６が終了する。
同様にして、例えばＮ＝４であれば、キャビティ２Ｂの上流側に隣り合うキャビティ２Ｃ（図６（ａ）、（ｂ）参照）と、キャビティ２Ｃの上流側に隣り合うキャビティ２Ｄとに、それぞれステップＳ７〜Ｓ１０を行う。
このようにして、ハース２上には、図２（ａ）、（ｂ）に示すような金属合金成形体１０が形成される。
ここで、部品形状部１０ａはキャビティ２ａ内に形成され、ランナー部１０ｂは、溝部２ｂ内に形成される。ランナー部１０ｂの厚さは、溝底面２ｃと垂直方向規制面５ａとの間の隙間の寸法によって決まる。
【００４１】
次に、ステップＳ（２Ｎ＋３）では、離型工程を行う。
本工程は、ハース２上の金属合金成形体１０をハース２から離型する工程である。
Ｎ番目のキャビティ２ａが充填部材５を通過したら、アーク電源６からの電力供給を停止してアーク放電を終了し、回転機構３の駆動を停止してハース２の回転を停止する。
そして、チャンバー１を大気開放して、ハース２から金属合金成形体１０を離型する。
以上で、ステップＳ（２Ｎ＋３）が終了し、本実施形態の金属合金成形体の作製方法が終了する。
【００４２】
本実施形態の金属合金成形体の作製方法によれば、アーク照射領域ＲＡで溶解される金属合金溶湯Ｍ１をアーク照射領域ＲＡにおいてキャビティ２ａに充填して複数のキャビティ２ａにより順次連続的に成形できる。このため、金属合金溶湯Ｍ１は、高流動性を有する液体状態で速やかにキャビティ２ａ内に充填されるため、金属合金溶湯Ｍ１の温度低下および流動性の悪化を抑制することができる。この結果、金型転写性が向上するともに、内部に鬆や欠陥が生じにくい。
また、充填部材５を通過することで、充填部材５によって金属合金溶湯Ｍ１が押し込められて充填が完了するとともに、アーク照射領域ＲＡの外部に移動すると、ただちに冷却が開始されて固化が進む。このように、本実施形態では、上型によって型締めする位置までハースを移動させることなく連続的に固化工程に移行することができるため、効率的に成形を行うことができる。
【００４３】
また、充填部材５として、電気抵抗率が小さく、熱伝導率が大きい材料を用いるため、アーク放電の影響による充填部材５の温度上昇が起こりにくくなり、充填部材５の耐久性を向上することができる。
上記の具体例において、金属合金成形体１０の作製終了後、金属合金成形装置５０を点検したところ、充填部材５は、溶解されておらず、着色や変形等の劣化も認められなかった。また、ハース２も同様であった。
このように、本実施形態では、充填部材５の溶融や変形が起こりにくいため、金属合金溶湯Ｍ１を押し込む力が安定するとともに、ランナー部１０ｂの厚さを一定に保つことができ、金属合金成形体１０の成形性や形状精度を安定させることができる。
また、充填部材５の劣化や溶融等によって、金属合金成形体１０に不純物が混じったりすることを防止できる。
【００４４】
ここで、上記実施形態において種々の充填部材５の材質の具体例（実施例１〜１０）における耐久性について説明する。
下記の表１に充填部材５に用いた材料と、耐久性の評価結果を示す。
【００４５】
【表１】
2013000778.tif 000003
【００４６】
実施例１は、上記に説明したＡ７０７５を用いた例である。
実施例２は、純アルミであるＡ１０５０（電気抵抗率；２．７×１０−８Ωｍ、熱伝導率；２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた例である。
実施例３〜６は、それぞれＡｌ合金であるＡ２０１７（電気抵抗率；５．０×１０−８Ωｍ、熱伝導率；１９０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａ３００３（電気抵抗率；３．４×１０−８Ωｍ、熱伝導率；１９０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａ４０３２（電気抵抗率；４．３×１０−８Ωｍ、熱伝導率；１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａ５０５２（電気抵抗率；４．９×１０−８Ωｍ、熱伝導率；１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた例である。
実施例７は、無酸素銅であるＣ１０２０（電気抵抗率；１．７×１０−８Ωｍ、熱伝導率；４０１Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた例である。
実施例８は、Ｍｇ合金であるＡＺ３１（電気抵抗率；７４．０×１０−８Ωｍ、熱伝導率；９６Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた例である。
実施例９は、鉄合金である軟鋼のＳ４５Ｃ（電気抵抗率；２２．０×１０−８Ωｍ、熱伝導率；４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた例である。
実施例１０は、鉄合金であるステンレス鋼のＳＵＳ３０３（電気抵抗率；７２．０×１０−８Ωｍ、熱伝導率；１６．７Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いた例である。
【００４７】
これらの材料の充填部材５を用い、他の条件は上記実施形態における具体例と同様にして、同様の金属合金成形体１０の作製を行った後、成形性を確認するとともに、充填部材５を観察して溶解、着色、変形の有無を検査した。
実施例１〜７の場合、金属合金成形体１０の成形性に何ら問題は見られず、金型転写性は良好であった。また、充填部材５に溶解は起こっておらず、着色や変形もなかった。このため、◎と評価した。
これに対して、実施例８〜１０の場合、金属合金成形体１０の成形性には問題は見られず、金型転写性は良好であった。充填部材５に溶解は起こっていないものの、金属合金溶湯Ｍ１との接触部分に、わずかに着色と変形が見られた。ただし、変形は、金属合金成形体１０の形状精度に影響を及ぼすほど大きくはなかった。このため、実施例１〜７に比べると相対的に劣るという意味で○と評価した。
【００４８】
次に、本実施形態の金属合金部品の作製方法について説明する。
本方法は、上記のようにステップＳ１〜Ｓ（２Ｎ＋３）を行った後に、ステップＳ（２Ｎ＋４）として、金属合金成形体１０を加工して金属合金部品に加工する加工工程を行うことにより金属合金部品を作製する方法である。
【００４９】
金属合金部品の例としては、金属合金成形体１０における個々の部品形状部１０ａの形状を有する部品を挙げることができる。この場合、金属合金成形体１０に施す加工としては、例えば、ランナー部１０ｂを切断して、部品形状部１０ａを分離する加工を挙げることができる。
本実施形態では、キャビティ２ａの形状が転写された円柱状の金属合金部品を作製することができる。このような金属合金部品は、例えば、円柱ピン等の機械部品として用いたり、質量が秤量されたインゴットなどに用いたりすることができる。
【００５０】
金属合金部品の他の例としては、上記と同様にして、金属合金成形体１０から個々の部品形状部１０ａを分離した後、さらに追加加工を施して、形状や面精度を変更した部品を挙げることができる。
追加加工としては、機械加工、例えば切削加工や研削加工を挙げることができる。また、金属合金成形体１０からインゴットを形成した場合にこれを用いて鍛造加工や鋳造加工を行ってもよい。
例えば、本実施形態の場合には、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示す金属合金部品１１を挙げることができる。
【００５１】
金属合金部品１１は、円柱状の外形を有し、軸方向の端面１１ｂ、１１ｃの中心部に貫通孔部１１ｄが形成され、端面１１ｃ側の内周面に雌ねじ部１１ｅが形成された管状部材である。金属合金部品１１の外周面１１ａは、部品形状部１０ａの外周面そのままでもよいし、部品形状部１０ａの外周面を切削加工して、面精度や外径を変更してもよい。
【００５２】
金属合金部品１１を作製する加工工程では、金属合金成形体１０から部品形状部１０ａを分離する切断加工、および除去加工を行った後、必要に応じて、外周面を切削または研削して外周面を形成する加工を行い、その後、旋盤等によって、貫通孔部１１ｄと雌ねじ部１１ｅを形成する加工を行う。
このようにして金属合金部品１１が作製される。
【００５３】
本実施形態の金属合金部品の作製方法によれば、効率的に作製される金属合金成形体１０を原形として追加加工して作製するため、全体として製造効率を向上することができる。また、金属合金成形体１０の形状を金属合金部品１１の形状に形成することにより、加工量を低減することができる。
また、金属合金成形体１０の成形表面の一部を金属合金部品１１の表面として用いる場合には、さらに加工量を低減することができる。
【００５４】
なお、上記の実施形態の説明では、回転機構３によってハース２が回転することにより、ハース２のキャビティ２ａがアーク照射領域ＲＡを通過する場合の例で説明したが、ハース２が直線移動することによりアーク照射領域ＲＡを通過してもよい。
また、ハース２が固定されていて、アーク電極部４が移動することによりキャビティ２ａがアーク照射領域ＲＡに相対移動してもよい。
【００５５】
また、上記の実施形態の説明では、充填部材５が溝部２ｂに対して隙間をあけて配置されることにより、金属合金成形体１０にランナー部１０ｂが形成される場合の例で説明したが、充填部材５はキャビティ２ａ間の金属合金溶湯Ｍ１をかきとって隣接するキャビティ２ａに充填する構成とし、部品形状部１０ａのみで金属合金成形体１０が構成されるようにしてもよい。この場合、複数のキャビティ２ａごとに１つの金属合金成形体１０が形成されることになる。
また、充填部材５は、金属合金溶湯Ｍ１がある程度固化するまでの間、キャビティ２ａの開口部２ｄを閉じて、キャビティ２ａ内の金属合金溶湯Ｍ１を押圧する構成してもよい。
【００５６】
また、上記の実施形態の説明では、充填部材５が、溝部２ｂ内で鉛直方向に配置された板状部材で構成される場合の例で説明したが、充填部材５は板状には限定されず、適宜のブロック状の形状でもよい。
また、充填部材５の姿勢は、金属合金溶湯Ｍ１の相対的な移動方向に対して垂直の姿勢には限定されず、例えば、金属合金溶湯Ｍ１が向かってくる方向に傾斜する姿勢に配置されていてもよい。この場合、溶湯を水平方向に押し戻すのみならず、下方に向けて押し込む分力が発生するため、より効率的に金属合金溶湯Ｍ１をキャビティ２ａ内に押し込むことができる。
【００５７】
また、上記の実施形態の説明では、充填部材５の一部がアーク照射領域ＲＡに重なる位置に配置される場合の例で説明したが、アーク照射領域ＲＡから流出して挿入部５ｂに当接する金属合金の溶湯が溶融状態を保つことができる程度の距離であれば、充填部材５は、アーク照射領域ＲＡの外側に配置してもよい。この場合、アーク放電が誘導されないため、充填部材５の耐久性をより向上することができる。
【００５８】
また、上記の実施形態の説明では、金属合金配置工程において、金属合金溶湯Ｍ１をキャビティ２ａ上に配置した場合の例で説明したが、キャビティ２ａ間の溝底面２ｃ上に配置してもよい。
【００５９】
また、上記の各実施形態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たり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  チャンバー
２  ハース
２ａ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  キャビティ
２ｂ  溝部（溶湯流路）
２ｄ  開口部
３  回転機構（相対移動機構）
４  アーク電極部
４ａ  アーク電極（放電電極）
５  充填部材
５ａ  垂直方向規制面
５ｂ  挿入部
５ｃ  水平方向規制面
５ｄ  本体部
１０  金属合金成形体
１０ａ  部品形状部
１０ｂ  ランナー部
１１  金属合金部品
５０  金属合金成形装置
Ｇ  不活性ガス
Ｍ０  金属合金固体（金属合金）
Ｍ１  金属合金溶湯
Ｍ２  金属合金固化部
ＲＡ  アーク照射領域
【図１】
2013000778.tif 000004
【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】
2013000778.tif 000009
【図７】
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