(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型（１）と、該金型のキャビティ（５）内に溶湯を射出充填するための射出機構を備えた母合金溶解装置（２７，２８，２９，３４）を有する射出成形装置において、上記母合金溶解装置を囲繞する開閉自在な真空チャンバ（２４）を設け、かつ母合金供給手段（３５）を上記母合金溶解装置と共に上記真空チャンバ（２４）内に配設すると共に、上記金型（１）のキャビティ（５）及び真空チャンバ（２４）と各々連通するように真空排気系統（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２）をそれぞれ接続し、金型内キャビティ（５）を真空チャンバ（２４）と独立して真空排気可能に構成されており、前記母合金溶解装置が、内部に摺動自在に配設された射出プランジャ（２８）を備え、かつ金型（１）の湯口（４）に向って前後進自在に配された射出スリーブ（２７）と、該射出スリーブ（２７）内に供給された母合金塊（Ａ）を加熱溶解する加熱手段（３４）とを有し、該射出スリーブ（２７）に母合金供給手段（３５）が付設されたものであり、さらに、前記母合金供給手段（３５）が、複数の母合金塊（Ａ）を収容するための少なくとも１つの竪型筒状の母合金収納マガジン（４２）と、該母合金収納マガジン（４２）の下部に配設された母合金供給路（３６）と、該供給路（３６）内に上記マガジン（４２）から落下した母合金塊（Ａ）を射出スリーブ（２７）に移動させる強制移動手段（３８，３９）とを備えていることを特徴とする活性合金成形用真空溶解射出成形装置。
【請求項２】
前記金型（１）を密閉可能に囲繞する真空ハウジング（２０）を設け、該真空ハウジング（２０）内に真空排気系統（Ｌ１）を接続し、金型内キャビティ（５）を真空チャンバ（２４）と独立して真空排気可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記金型（１）の湯口（４）と真空チャンバ（２４）の間に、金型のキャビティ（５）と真空チャンバ（２４）内の空間を遮断・連通する遮蔽シャッタ（２６）を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記母合金収納マガジン（４２）を複数個備え、これらのマガジン（４２）がターンテーブル（４１）に配設されて１つのカセット（３７）を構成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記真空排気系統（Ｌ１）中に真空リザーブタンク（５１）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記活性合金が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＭｍ（ミッシュメタル）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の活性金属元素を含み、合金内の活性金属元素の和が５０原子％以上の合金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性合金成形用真空溶解射出成形装置に関し、さらに詳しくは、活性合金の溶湯を清浄状態を保ったまま高速射出鋳造できる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性合金の代表例である非晶質合金を得る方法としては、従来、ガスアトマイズ法や単ロール法等が広く知られている。しかしながら、これらの方法では粉末又は箔状のリボンしか得られないので、任意の所望形状の製品を得るには、これをさらに成形しなければならず、一般に圧粉、脱ガスさらに押出成形、鋳造成形などが行なわれる。しかし、熱間加工による工程途中での物性低下と共に、多岐にわたる工程の結果、加工コストも増大し、非晶質合金の実用上の障害となっていた。
【０００３】
また、希土類元素を含む合金や非晶質合金などの活性な合金を溶解・鋳造する方法も知られているが、大気雰囲気を用いた場合、注湯時や金型内への充填時に酸化してしまい、機械的強度の低下やアモルファス形成能の低下など、種々の問題があった。
そこで、最近では、金型に向って移動可能な射出スリーブを用い、真空中で活性合金を加熱溶解し、金型内キャビティへ射出充填する成形方法が提案されている（特許第２９７７３７４号公報及び特開平１０−２９６４２４号公報）。このような射出成形方法の場合、必然的に、射出成形時に加熱溶解部から射出成形部に至る空間全体を真空状態に保つ必要があるが、射出成形後には一旦上記空間全体の真空状態を解除し、製品の取出しと射出スリーブへの原料の装填を行なう必要がある。すなわち、１回の射出成形毎に上記空間全体の真空状態の形成と解除を行なう必要があるため、エネルギー効率が悪く、またバッチ製造のため生産効率が低く、これらが製造コストを引き上げる大きな要因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記したような従来技術に鑑みてなされたもので、その基本的な目的は、活性合金を真空状態又は不活性ガス雰囲気で加熱溶解すると共に直ちに真空状態又は不活性ガス雰囲気の金型キャビティ内へ射出成形することにより、非酸化、非熱劣化状態の高品質の活性合金鋳造品を製造できると共に、加熱溶解部の空間の真空状態を解除することなく製品の取出しを行なえる装置を提供することにある。
さらに本発明の目的は、一回の原料装填で、加熱溶解部の空間の真空状態を解除することなく連続的に活性合金の射出成形を行なうことができ、高品質の射出成形品を安価に多量生産できる装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の基本的な態様によれば、金型と、該金型のキャビティ内に溶湯を射出充填するための射出機構を備えた母合金溶解装置を有する射出成形装置において、上記母合金溶解装置を囲繞する開閉自在な真空チャンバを設け、かつ母合金供給手段を上記母合金溶解装置と共に上記真空チャンバ内に配設すると共に、上記金型のキャビティ及び真空チャンバと各々連通するように真空排気系統をそれぞれ接続し、金型内キャビティを真空チャンバと独立して真空排気可能に構成されており、前記母合金溶解装置が、内部に摺動自在に配設された射出プランジャを備え、かつ金型の湯口に向って前後進自在に配された射出スリーブと、該射出スリーブ内に供給された母合金塊を加熱溶解する加熱手段とを有し、該射出スリーブに母合金供給手段が付設されたものであり、さらに、前記母合金供給手段が、複数の母合金塊を収容するための少なくとも１つの竪型筒状の母合金収納マガジンと、該母合金収納マガジンの下部に配設された母合金供給路と、該供給路内に上記マガジンから落下した母合金塊を射出スリーブに移動させる強制移動手段とを備えていることを特徴とする活性合金成形用真空溶解射出成形装置が提供される。金型のキャビティと連通する真空排気系統の一つの接続態様においては、金型を密閉可能に囲繞する真空ハウジングを設け、該真空ハウジング内に真空排気系統を接続することにより、金型内キャビティを真空チャンバと独立して真空排気可能に構成することができる。
加熱溶解部と射出成形部にそれぞれ独立した真空状態を形成・維持することは、好適には、前記金型の湯口と真空チャンバの間に、金型のキャビティと真空チャンバ内の空間を遮断・連通する遮蔽シャッタを設けることによって行なわれる。
【０００６】
また、一回の原料装填で射出成形を連続的に行なえる好適な態様においては、前記母合金供給手段は、好適には、母合金収納マガジンを複数個備え、これらのマガジンがターンテーブルに配設されて１つのカセットを構成している。
【０００７】
本発明の活性合金成形用真空溶解射出成形装置のより具体的な好適な態様は、湯口を有する固定下型と昇降自在な可動上型とからなる金型と；該金型の下部に配設された開閉自在な真空チャンバと；上記金型のキャビティと真空チャンバ内の空間を遮断・連通する遮蔽シャッタと；内部に摺動自在に配設された射出プランジャを備え、かつ上記金型の湯口に向って前後進自在に配された射出スリーブと；該射出スリーブ内に供給された母合金塊を加熱溶解する加熱手段と；上記射出スリーブに接続可能な母合金供給路と、該母合金供給路の上部に配設された竪型筒状の母合金収納マガジンと、上記供給路内にマガジンから落下した母合金塊を射出スリーブに移動させる強制移動手段を有する母合金供給装置とを備え、上記金型のキャビティ及び真空チャンバと各々連通するように真空排気系統をそれぞれ接続し、金型内キャビティを真空チャンバと独立して真空排気可能に構成したことを特徴としている。
【０００８】
上記真空チャンバ内には、遮蔽シャッタ、射出スリーブの上部及び加熱手段を配してもよく、あるいは遮蔽シャッタ、射出スリーブ、加熱手段及び母合金供給装置を配してもよい。
また、金型キャビティ内を真空状態にする方法としては、金型の湯口側に真空排気系統を接続することもできるが、上記可動上型が降下して固定下型と組み合わされたときに金型を囲繞して密閉空間を形成する真空ハウジングを設け、該真空ハウジング内に真空排気系統を接続することもできる。さらに好適には、真空排気系統に真空リザーブタンクが組み込まれる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の特徴は、前記のように、金型と、該金型のキャビティ内に溶湯を射出充填するための射出機構を備えた母合金溶解装置を有する射出成形装置において、上記母合金溶解装置を囲繞する開閉自在な真空チャンバを設けると共に、上記金型のキャビティ及び真空チャンバと各々連通するように真空排気系統をそれぞれ接続し、金型内キャビティを真空チャンバと独立して真空排気可能に構成した点にある。
このように、金型内キャビティを真空チャンバとは独立して真空排気可能としたことにより、射出成形後に、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく成形品の取出しが可能となり、エネルギー効率が良くなる。また、加熱溶解部の空間と射出成形部の空間を遮蔽シャッタにより区画することで、溶湯射出時のみシャッタを開き、ショットサイクルの短い真空射出成形が可能となる。特に金型排気系統に真空リザーブタンクが接続されている場合、金型をショット毎に型開きしても、次の型閉止後に瞬間的に排気真空化できるので、極めて短いショットサイクルで真空射出成形を行なうことが可能となる。
【００１０】
次に、本発明の第二の特徴は、金型の湯口に向って移動、当接して金型キャビティ内に溶湯を射出する射出スリーブに、母合金供給手段が付設されていること、好ましくは、複数の母合金塊を収容するための少なくとも１つの竪型筒状の母合金収納マガジンと、該母合金収納マガジンの下部に配設された母合金供給路と、該供給路内に上記マガジンから落下した母合金塊を射出スリーブに移動させる強制移動手段とを備えた母合金供給手段、特に好ましくは上記母合金収納マガジンを複数個備え、これらのマガジンがターンテーブルに配設されて１つのカセットを構成している母合金供給手段を設けた点にある。
このような母合金供給手段を設けることにより、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく多数の母合金塊を連続的にかつ自動的に射出スリーブに供給できるので、酸化し易く、また過熱により熱劣化し易い活性合金であっても、真空状態で連続的にかつ自動的に射出成形を行なうことができる。その結果、高品質の射出成形品を安価に多量生産することが可能となる。
以下、添付図面に示す本発明の実施例を説明しつつ、本発明の他の特徴及び作用・効果について説明する。
【００１１】
【実施例】
図１乃至図４は本発明の真空溶解射出成形装置の一実施例を示しており、図中、符号１は金型であり、固定下型２と可動上型３とからなる。湯口４を有する下型２は、対応する箇所に円形の開口部６を有する主定盤７に固定されており、かつそれらの間はＯ−リング等のシール部材８によりシールされている。主定盤７には複数本のタイバー９が平行に立設され、その上端部には固定盤１０が固定されている。タイバー９の本数は、本実施例では４本であるが、勿論これに限られず、３本又は２本の場合もある。このタイバー９に装着された可動盤１１は、固定盤１０上に装着された型締用シリンダ１２により昇降されるようになっている。可動盤１１の下部には、固定部材１３及び連結部材１４（固定部材１３と一体のものでもよい）を介して、固定下型２とのパーティング面に形成されたキャビティ５を有する可動上型３が固定されており、この可動上型３は可動盤１１の昇降に伴って昇降する。なお、可動盤１１及び固定部材１３の所定位置には金型排気孔１５が形成されており、また可動盤１１、固定部材１３、連結部材１４、可動上型３及び固定下型２の各々の間はそれぞれシール部材８によりシールされる。
【００１２】
また、金型１には、キャビティ５内に突出できるようにエジェクタピン１６が複数本（図示の例では一対であるが、キャビティの個数に応じて３本以上とすることもできる）挿入されており、これらエジェクタピン１６の連結ロッド１７は可動盤１１及び固定部材１３に挿通され、上方への付勢手段及びストッパ手段（図示せず）により各エジェクタピン１６の下端面が金型キャビティ５の上面と一致するように構成されている。なお、射出成形終了後に可動盤１１が上死点まで上昇すると、連結ロッド１７の上端面は、それと整合するように固定盤１０に装着されたエジェクタシリンダ１８のシリンダロッド１９の下端面と当接し、エジェクタシリンダ１８を作動させることにより、シリンダロッド１９が連結ロッド１７を押し下げ、エジェクタピン１６がキャビティ５内に突出するようになっている。
【００１３】
さらに可動盤１１の下面には、可動上型３を囲繞するように垂下する筒状の真空ハウジング２０がシール部材８を介して固定されており、一方、主定盤７の上面には、対応する位置にシール用枠体２１が同様にシール部材８を介して固定されており、可動盤１１が降下して可動上型３の固定下型２への型締めが行なわれるときに、真空ハウジング２０の外面がシール用枠体２１の内面にシール部材８を介して摺接し、密閉された射出成形部空間Ｘを形成できるように構成されている。
【００１４】
また、主定盤７上の所定位置には、所定の高さで射出成形部に接近・後退可能なアーム部２３を備えた成形品排出シリンダ２２が取り付けられている。
一方、主定盤７の下部には加熱溶解部空間Ｙを密閉形成するための真空チャンバ２４が配設され、フレーム４８により支持されている。前記射出成形部空間Ｘと真空チャンバ２４内の加熱溶解部空間Ｙとの間の遮断及び連通は、シャッタシリンダ２５により主定盤７下面に摺接して前進・後退するように作動される遮蔽シャッタ２６による開口部６の閉鎖及び開口により行なわれる。
【００１５】
真空チャンバ２４内には、固定下型２の湯口４及び主定盤７の開口部６と整合する位置真下に円筒状の射出スリーブ２７が配設されており、その内部には摺動自在に配設された射出プランジャ２８を備え、該射出プランジャ２８は真空チャンバ２４の下部に装着された射出シリンダ２９により作動される。また、射出スリーブ２７の下端部はスリーブ保持部材３０に固着されており、該スリーブ保持部材３０はスリーブ移動シリンダ３１により作動され、スリーブ移動ガイドピン３２により案内されて昇降する。従って、射出スリーブ２７は、スリーブ移動シリンダ３１を作動させてスリーブ保持部材３０を昇降させることにより、金型１の湯口４に向って上昇し、また当初位置まで降下する。
また、射出スリーブ２７の上部周囲には、加熱手段として高周波誘導加熱用コイル３４が配設されている。加熱手段としては、高周波誘導加熱に限られるものではなく、抵抗加熱等他の公知の加熱方法を採用できることは勿論である。
【００１６】
さらに真空チャンバ２４内には、上記射出スリーブ２７の側部開口部３３に整合して母合金供給装置３５が付設されている。この母合金供給装置３５は、上記射出スリーブ２７の側部開口部３３に接続可能な高さ位置に設置された母合金供給路筒体３６と、該母合金供給路筒体３６上に配置される母合金カセット３７と、上記供給路筒体３６内に摺動自在に配設された母合金供給プランジャ３８及びそれを作動する母合金供給シリンダ３９とからなり、母合金供給プランジャ３８及びそれを作動する母合金供給シリンダ３９は、母合金カセット３７から母合金供給路筒体３６内に落下した母合金塊Ａを射出スリーブ２７内に移動させる強制移動手段として機能する。
【００１７】
母合金カセット３７は、図１〜４及び図５に示すように、母合金供給路筒体３６に固定された取付台４０上に回転自在に載置されるターンテーブル４１と、該ターンテーブル４１上に配設された複数本（図示の例では４本であるが、２本もしくは３本又は５本以上でもよい）の竪型筒状の母合金収納マガジン４２とからなり、各母合金収納マガジン４２内には所定寸法に成形された母合金塊Ａが一定個数内装されている。母合金カセット３７の上記ターンテーブル４１の中心穴部４３をステッピングモータ４４の回転軸に嵌め合わせることにより、ターンテーブル４１を所定の時間間隔で段階的に回転させ、各母合金収納マガジン４２が順次、母合金供給路筒体３６上でかつ取付台４０の開口部４５上に位置するようになっている。
【００１８】
母合金収納マガジン４２内に段重ね状に収容されている母合金塊Ａは、母合金供給路筒体３６内に落下した最下段の母合金塊Ａが母合金供給プランジャ３８により射出スリーブ２７内に供給されている間は、母合金供給プランジャ３８により取付台４０の開口部４５が塞がれているために、母合金供給路筒体３６内に落下することはないが、母合金供給プランジャ３８が後退して取付台４０の開口部４５が開口すると、母合金供給路筒体３６内に落下し、次の供給に備える。このようにして、母合金収納マガジン４２内の母合金塊Ａは順次落下して、１個ずつ所定の時間間隔で射出スリーブ２７に供給される。母合金収納マガジン４２が空になると、ターンテーブル４１が所定角度だけ回転し、次の母合金収納マガジン４２が供給位置に配置される。
【００１９】
上記母合金供給装置３５は真空チャンバ２４のスライド式蓋体４６に取り付けられており、該蓋体４６はガイドレール４７上に摺動自在に載置され、蓋体４６を引くことにより母合金供給装置３５全体を引き出すことができるようになっている。従って、全ての母合金収納マガジン４２内の母合金塊Ａを用いて射出成形が終了した後、真空チャンバ２４に接続されているチャンバ空気弁５３を開いて真空状態を解除し（このとき、真空チャンバ２４の真空排気系統Ｌ２は遮断）、蓋体４６を引き出して母合金カセット３７を取り換えることにより、一度の操作で多数の母合金塊Ａの供給態勢を整えることができる。なお、蓋体４６を真空チャンバ２４にセットすると、母合金供給路筒体３６の先端面は射出スリーブ２７の側部開口部３３の周囲に当接し、また蓋体４６と真空チャンバ２４の間はシール部材８によりシールされる。
【００２０】
真空ポンプ５０（拡散ポンプとロータリポンプから構成）の真空排気系統Ｌの一つのラインＬ１（金型排気ライン）は可動盤１１及び固定部材１３に形成された金型排気孔１５に接続され、射出成形部空間Ｘ内が所定の真空度になるまで排気するように構成され、他のラインＬ２は真空チャンバ２４に接続され、加熱溶解部空間Ｙ内が所定の真空度になるまで排気するように構成されている。また、金型排気ラインＬ１には、射出成形部空間Ｘの真空状態を解除するための金型空気弁５４が接続されていると共に、真空リザーブタンク５１も接続され、可動上型３を固定下型２に型締めした後に瞬時に射出成形部空間Ｘを真空状態にできるようになっている。
また、真空チャンバ２４には不活性ガス容器５２も接続され、用いる母合金の種類によってはＡｒ等の不活性ガス雰囲気下で加熱溶解ができるようになっている。符号５５〜５９は電磁弁である。
【００２１】
次に、前記装置を用いた射出成形工程について説明する。
＜母合金供給工程＞
まず、蓋体４６を引き出して前記したように母合金カセット３７を母合金供給装置３５にセットした後、蓋体４６を閉め、チャンバ空気弁５３を閉じた状態で電磁弁５８を開き、真空チャンバ２４内の加熱溶解部空間Ｙを真空引きする。このとき、遮蔽シャッタ２６は閉じられており、母合金供給部と加熱溶解部は１つの真空チャンバ２４内に内装されたことになる。
母合金カセット３７の母合金収納マガジン４２が所定位置にセットされると、母合金供給シリンダ３９が作動し、母合金収納マガジン４２から母合金供給路筒体３６内に落下した母合金塊Ａは、図１に示すように、母合金供給プランジャ３８により射出スリーブ２７内に押し入れられる。
【００２２】
＜加熱溶解工程＞
次に射出シリンダ２９が作動し、図２に示すように、射出プランジャ２８が母合金塊Ａを溶解ゾーンまで押し上げる。ここで、高周波誘導加熱用コイル３４に電流が流され、母合金塊Ａが加熱溶解される。このとき、可動上型３は固定下型２に型締めされ、真空ハウジング２０内の射出成形部空間Ｘは真空引きされ、射出成形できる態勢になっている。
【００２３】
＜射出成形工程＞
射出スリーブ２７内の溶湯が所定温度に達した後（温度測定は、射出プランジャ２８内に熱電対を配設したり、後述する実施例のように放射温度計を用いるなど、適当な方法を採用できる。）高周波誘導加熱用コイル３４が消磁され、シャッタシリンダ２５が作動して遮蔽シャッタ２６が開き、射出成形部空間Ｘと加熱溶解部空間Ｙは連通する。この段階で直ちにスリーブ移動シリンダ３１及び射出シリンダ２９が同期的に作動し、射出スリーブ２７及び射出プランジャ２８が上昇し、図３に示すように、射出スリーブ２７の上端が金型１の湯口４周囲に密着すると共に、なお、所定距離だけ上昇する射出プランジャ２８で加圧された溶湯が金型キャビティ５内に射出充填され、金型１により熱を奪われて急冷凝固して成形される。このとき、金型１は、溶湯の流れの終末側となるエジェクタ部より可動盤１１の金型排気孔１５を通して排気されているため、溶湯の流れは排気流れに乗って金型キャビティ５内に充填されるので、気泡の巻き込みが起こり難い。
【００２４】
＜成形品排出工程＞
射出成形終了後、図４に示すように、射出スリーブ２７と射出プランジャ２８が元の位置まで後退し、遮蔽シャッタ２６が閉じられ、電磁弁５５を閉じ、金型空気弁５４を開いた後、型締めシリンダ１２により可動盤１１が上昇され、金型１が開かれる。可動盤１１が上死点に達すると、エジェクタピン１６の連結ロッド１７上端面は、エジェクタシリンダ１８のシリンダロッド１９下端面と当接した状態となる。この段階で、凝固した成形品Ｂは可動上型３と共に固定下型２から離脱しているので、エジェクタシリンダ１８が作動してエジェクタピン１６を下方に突き出し、成形品Ｂを可動上型３から離脱させて固定下型２上に落下させる。次いで、成形品排出シリンダ２２が作動し、アーム部２３が前進して成形品Ｂを把持した後に後退し、成形品Ｂを装置外に取り出す。このとき、電磁弁５６、５７は開かれていて真空リザーブタンク５１は真空ポンプ５０と接続されており、金型開き工程時間を利用して真空リザーブタンク５１内の真空度は高められる。
【００２５】
＜ショットサイクル＞
成形品排出後、再度型締シリンダ１２が作動して金型１を閉止する。次いで、金型空気弁５４が閉、電磁弁５５が開となって、射出成形部空間Ｘが真空リザーブタンク５１に接続され、予備排気された後、電磁弁５６が閉じて（電磁弁５７は、通常、開の状態）真空ポンプ５０と接続されるので、極めて短時間に射出成形部空間Ｘの真空化が完了し、図１に示す状態に復帰して次の射出サイクルに入る。
一方、母合金供給装置３５では、母合金供給プランジャ３８が後退することにより母合金収納マガジン４２から母合金供給路筒体３６内に落下した次の母合金塊Ａが、母合金供給プランジャ３８により押し出されて射出スリーブ２７内に供給されているので、次のショットサイクルに入る。
【００２６】
以上のようにして、母合金カセット３７の各母合金収納マガジン４２に収容されている母合金塊Ａが全てなくなるまで、自動的にかつ連続的にショットサイクルが繰り返される。母合金カセット３７の母合金塊Ａが全てなくなった後は、電磁弁５８を閉じ、チャンバ空気弁５３を開いた後、先に説明したように、蓋体４６を引き出し、母合金カセット３７の交換を行なう。カセット交換後、蓋体４６を閉め、前記したようなショットサイクルを再度繰り返す。
【００２７】
図６は、前記図１乃至図５に示す実施例の変形例を示している。この装置の場合、真空チャンバ２４内に加熱溶解部のみが収容されるように構成されており、すなわち、射出スリーブ２７の上部及びその周囲に配設された高周波誘導加熱用コイル３４を収容するような小さな真空チャンバ２４が形成され、その底板６０の中央部に形成されたスリーブ６１に射出スリーブ２７が摺動自在に挿入されているが、他の構成は前記図１乃至図４に示す装置と同様である。なお、スリーブ６１と射出スリーブ２７の間はシール部材８によってシールされ、真空チャンバ２４内の加熱溶解部空間Ｙの真空状態が保持されるようになっている。
このように、遮蔽シャッタ２６、射出スリーブ２７の上部及び高周波誘導加熱用コイル３４のみを真空チャンバ２４内に配する構成としたことにより、前記実施例のように母合金カセット３７の交換毎に真空チャンバ２４内の真空状態を解除する必要がなく、長期に亘って自動連続射出成形が可能となる。また、真空状態にすべき真空チャンバ２４内の加熱溶解部空間Ｙが小さいため、真空化に要するエネルギー消費も小さくなる。
【００２８】
図７は、本発明の装置の他の実施例を示している。この装置においては、主定盤７内に開口部６から一方の側面にかけて延在する金型排気孔１５が形成され、固定下型２の湯口４側から金型１のキャビティ５を真空排気する構成となっており、前記実施例のような真空ハウジングは設けられていない。その結果、真空排気する射出成形部空間Ｘが小さいので、射出サイクルのたびに真空化に要するエネルギー消費が小さくて済み、またそれに要する時間も短縮される。従って、前記実施例のように金型排気ラインＬ１に真空リザーブタンクを設ける必要はないが、設けても差し支えない。なお、符号６２は、溶湯の温度を測定するための放射温度計である。
【００２９】
可動上型３が固定部材１３を介して可動盤１１に固定され、またそのキャビティ５に突出できるようにエジェクタピン１６が嵌挿されていることは前記実施例と同様であるが、本実施例の場合、金型キャビティ５内の真空状態を保持できるように、各エジェクタピン１６と可動上型３との間はＯ−リング等のシール部材８によりシールされている。また、各エジェクタピン１６を連結する連結ロッド１７は固定部材１３の凹陥部内に収容され、これを作動するエジェクタシリンダ１８は可動盤１１上に装着されている。
【００３０】
一方、主定盤７の下面には、遮蔽シャッタ２６の開閉をガイドするためのガイド体６３が固着されており、該ガイド体６３は主定盤７の開口部６と同様の開口部を有する。主定盤７及びガイド体６３とそれらの間に形成される隙間内を摺動する遮蔽シャッタ２６との間は、シール部材８によりシールされ、射出成形部空間Ｘと加熱溶解部空間Ｙとの間の遮断をより確実に行なえるようになっている。
また、本実施例では、母合金供給路筒体３６に母合金収納マガジン４２を着脱自在に組み込む構成となっているが、前記実施例のようにカセット方式とすることもできる。
本実施例の装置による射出成形工程も、基本的には前記実施例の装置の場合と同様であり、前記した説明から当業者には容易に理解可能と思われるので、その説明は省略する。
【００３１】
以上、本発明の装置の好適な実施例について説明したが、本発明は前記した実施例に限られるものではなく、種々の設計変更が可能であり、また前記した各実施例の母合金供給部、加熱溶解部、射出成形部、及び真空排気系統を種々組み合わせて採用することもできる。
本発明の装置は、酸化や熱劣化し易い活性合金、例えばＡｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＭｍ（ミッシュメタル）等の少なくとも１種の活性金属元素を含み、合金内の活性金属元素の和が５０原子％以上の合金の射出成形に好適に用いることができるが、これに限定されるものではなく、種々の合金の射出成形に利用できる。
【００３２】
本発明の装置は、特に下記一般式（１）〜（６）のいずれか１つで示される組成を有する非晶質合金の射出成形に好適に適用できる。
一般式（１）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ3dＭ4eＭ5f
但し、Ｍ1はＺｒ及びＨｆから選ばれる１種又は２種の元素、Ｍ2はＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ及びＧａよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ及びＭｍ（希土類元素の集合体であるミッシュメタル）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ3はＢｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ及びＯよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ4はＴａ、Ｗ及びＭｏよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ5はＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｇよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆはそれぞれ原子％で、２５≦ａ≦８５、１５≦ｂ≦７５、０≦ｃ≦３０、０≦ｄ≦３０、０≦ｅ≦１５、０≦ｆ≦１５である。
【００３３】
上記非晶質合金は、下記一般式（１−ａ）〜（１−ｐ）の非晶質合金を含む。
一般式（１−ａ）：Ｍ1aＭ2b
この非晶質合金は、Ｍ2元素がＺｒ又はＨｆと共存するために、混合エンタルピーが負で大きく、アモルファス形成能が良い。
一般式（１−ｂ）：Ｍ1aＭ2bＬｎc
この非晶質合金のように、上記一般式（１−ａ）の合金に希土類元素を添加することによりアモルファスの熱的安定性が向上する。
【００３４】
一般式（１−ｃ）：Ｍ1aＭ2bＭ3d
一般式（１−ｄ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ3d
これらの非晶質合金のように、原子半径の小さな元素Ｍ3（Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏ）でアモルファス構造中の隙間を埋めることによって、その構造が安定化し、アモルファス形成能が向上する。
【００３５】
一般式（１−ｅ）：Ｍ1aＭ2bＭ4e
一般式（１−ｆ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ4e
一般式（１−ｇ）：Ｍ1aＭ2bＭ3dＭ4e
一般式（１−ｈ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ3dＭ4e
これらの非晶質合金のように、高融点金属Ｍ4（Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ）を添加した場合、アモルファス形成能に影響を与えずに耐熱性、耐食性が向上する。
【００３６】
一般式（１−ｉ）：Ｍ1aＭ2bＭ5f
一般式（１−ｊ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ5f
一般式（１−ｋ）：Ｍ1aＭ2bＭ3dＭ5f
一般式（１−ｌ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ3dＭ5f
一般式（１−ｍ）：Ｍ1aＭ2bＭ4eＭ5f
一般式（１−ｎ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ4eＭ5f
一般式（１−ｏ）：Ｍ1aＭ2bＭ3dＭ4eＭ5f
一般式（１−ｐ）：Ｍ1aＭ2bＬｎcＭ3dＭ4eＭ5f
これらの貴金属Ｍ5（Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ）を含んだ非晶質合金の場合、結晶化が起きても脆くならない。
【００３７】
一般式（２）：Ａｌ100-g-h-iＬｎgＭ6hＭ3i
但し、ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ及びＭｍよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ6はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ3はＢｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ及びＯよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ｇ、ｈ及びｉはそれぞれ原子％で、３０≦ｇ≦９０、０＜ｈ≦５５、０≦ｉ≦１０である。
【００３８】
上記非晶質合金は、下記一般式（２−ａ）及び（２−ｂ）の非晶質合金を含む。
一般式（２−ａ）：Ａｌ100-g-hＬｎgＭ6h
この非晶質合金は、混合エンタルピーが負で大きく、アモルファス形成能が良い。
一般式（２−ｂ）：Ａｌ100-g-h-iＬｎgＭ6hＭ3i
この非晶質合金においては、原子半径の小さな元素Ｍ3（Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏ）でアモルファス構造中の隙間を埋めることによって、その構造が安定化し、アモルファス形成能が向上する。
【００３９】
一般式（３）：Ｍｇ100-pＭ7p
但し、Ｍ7はＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ｐは原子％で５≦ｐ≦６０である。
この非晶質合金は、混合エンタルピーが負で大きく、アモルファス形成能が良い。
【００４０】
一般式（４）：Ｍｇ100-q-rＭ7qＭ8r
但し、Ｍ7はＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ8はＡｌ、Ｓｉ及びＣａよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ｑ及びｒはそれぞれ原子％で、１≦ｑ≦３５、１≦ｒ≦２５である。
この非晶質合金のように、前記一般式（３）の合金において原子半径の小さな元素Ｍ8（Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ）でアモルファス構造中の隙間を埋めることによって、その構造が安定化し、アモルファス形成能が向上する。
【００４１】
一般式（５）：Ｍｇ100-q-sＭ7qＭ9s
一般式（６）：Ｍｇ100-q-r-sＭ7qＭ8rＭ9s
但し、Ｍ7はＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ8はＡｌ、Ｓｉ及びＣａよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ9はＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＭｍよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ｑ、ｒ及びｓはそれぞれ原子％で、１≦ｑ≦３５、１≦ｒ≦２５、３≦ｓ≦２５である。
これらの非晶質合金のように、前記一般式（３）及び（４）の合金に希土類元素を添加することによりアモルファスの熱的安定性が向上する。
【００４２】
前記した非晶質合金の中でも、ガラス遷移温度（Ｔｇ）と結晶化温度（Ｔｘ）の温度差が極めて広いＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系（ＴＭ：遷移金属）非晶質合金は、高強度、高耐食性であると共に、過冷却液体領域（ガラス遷移領域）ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇが３０Ｋ以上、特にＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は６０Ｋ以上と極めて広く、この温度領域では粘性流動により数１０ＭＰａ以下の低応力でも非常に良好な加工性を示す。また、冷却速度が数１０Ｋ／ｓ程度の鋳造法によっても非晶質バルク材が得られるなど、非常に安定で製造し易い特徴を持っている。これらの合金は、溶湯からの金型鋳造によっても、またガラス遷移領域を利用した粘性流動による成形加工によっても、非晶質材料ができると同時に、金型形状及び寸法を極めて忠実に再現する。
【００４３】
本発明に利用されるこれらのＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は、合金組成、測定法によっても異なるが、非常に大きなΔＴｘの範囲を持っている。例えばＺｒ60Ａｌ15Ｃｏ2.5Ｎｉ7.5Ｃｕ15合金（Ｔｇ：６５２Ｋ、Ｔｘ：７６８Ｋ）のΔＴｘは１１６Ｋと極めて広い。硬度は室温からＴｇ付近までビッカース硬度（Ｈｖ）で４６０（ＤＰＮ）、引張強度は１，６００ＭＰａ、曲げ強度は３，０００ＭＰａに達する。熱膨張率αは室温からＴｇ付近まで１×１０-5／Ｋと小さく、ヤング率は９１ＧＰａ、圧縮時の弾性限界は４〜５％を超える。さらに靭性も高く、シャルピー衝撃値で６０〜７０ｋＪ／ｍ2を示す。このように非常に高強度の特性を示しながら、ガラス遷移領域まで加熱されると、流動応力は１０ＭＰａ程度まで低下する。このため極めて加工が容易で、低応力で複雑な形状の微小部品や高精度部品に成形できるのが本合金の特徴である。しかも、いわゆるガラス（非晶質）としての特性から加工（変形）表面は極めて平滑性が高く、結晶合金を変形させたときのように滑り帯が表面に現われるステップなどは実質的に発生しない特徴を持っている。
【００４４】
一般に、非晶質合金はガラス遷移領域まで加熱すると長時間の保持によって結晶化が始まるが、本合金のようにΔＴｘが広い合金は非晶質相が安定であり、ΔＴｘ内の温度を適当に選べば２時間程度までは結晶が発生せず、通常の成形加工においては結晶化を懸念する必要はない。
また、本合金は溶湯からの凝固においてもこの特性を如何なく発揮する。一般に非晶質合金の製造には急速な冷却が必要とされるが、本合金は冷却速度１０Ｋ／ｓ程度の冷却で溶湯から容易に非晶質単相からなるバルク材を得ることができる。その凝固表面はやはり極めて平滑であり、金型表面のミクロンオーダーの研磨傷でさえも忠実に再現する転写性を持っている。
従って、鋳造材料として本合金を適用すれば、金型表面が成形品の要求特性を満たす表面品質を持っておれば、鋳造材においても金型の表面特性をそのまま再現し、寸法調整、表面粗さ調整の工程を省略又は短縮することができる。
【００４５】
以上のように、比較的低い硬度、高い引張強度及び高い曲げ強度、比較的低いヤング率、高弾性限界、高耐衝撃性、高耐磨耗性、表面の平滑性、高精度の鋳造性を併せ持った特徴は、光コネクタのフェルールやキャピラリ、スリーブ、Ｖ溝基板等、歯車やマイクロマシン等の精密部品など、種々の分野の成形品の材料として適している。また、非晶質合金は、高精度の鋳造性及び加工性を有し、かつ金型のキャビティ形状を忠実に再現できる優れた転写性を有するため、金型を適切に作製することにより、金型鋳造法によって所定の形状、寸法精度、及び表面品質を満足する成形品を単一のプロセスで量産性良く製造できる。
【００４６】
また、本発明を適用する非晶質合金製成形品の製造に用いられる材料としては、前記したような非晶質合金の他、特開平１０−１８６１７６号、特開平１０−３１１９２３号、特開平１１−１０４２８１号、特開平１１−１８９８５５号等に記載されている非晶質合金など、従来公知の各種非晶質合金を用いることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の活性合金成形用真空溶解射出成形装置によれば、以下のような効果・利点が得られる。
（１）金型キャビティを真空チャンバとは独立して真空排気可能としたことにより、射出成形後に、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく成形品の取出しが可能となり、エネルギー効率が良くなる。
（２）また、加熱溶解部空間と射出成形部空間を遮蔽シャッタにより区画することで、溶湯射出時のみシャッタを開き、ショットサイクルの短い真空射出成形を行なうことができる。
（３）特に金型排気系統に真空リザーブタンクが接続されている場合、金型をショット毎に型開きしても、次の型閉止後に瞬間的に排気真空化できるので、極めて短いショットサイクルで真空射出成形を行なうことができる。
（４）金型の湯口に向って移動、当接して金型キャビティ内に溶湯を射出する射出スリーブに、母合金収納マガジンを用いた母合金供給手段を付設し、好ましくはカセット方式の母合金供給手段を設けることにより、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく多数の母合金塊を連続的にかつ自動的に射出スリーブに供給できるので、酸化し易く、また過熱により熱劣化し易い活性合金であっても、真空状態で連続的にかつ自動的に射出成形を行なうことができる。
（５）真空チャンバ内に射出スリーブの上部が配され、母合金供給手段を真空チャンバの外部に配することにより、真空チャンバ内の真空状態を解除することなく、母合金カセットや母合金収納マガジンを交換できるので、長期に亘って自動連続射出成形を行なうことができる。
（６）金型を密閉可能に囲繞する真空ハウジングを設けることにより、普通の金型でも真空射出成形できる。
（７）金型排気を可動盤側から行なうことにより、溶湯流れは排気流れに乗り、気泡の巻き込みが起こり難い。
以上により、酸化や熱劣化し易い活性合金であっても真空状態で連続的に自動射出成形が行なえる結果、高品質の射出成形品を安価に多量生産することができ、工業上極めて有用な装置といえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空溶解射出成形装置の一実施例の概略部分断面側面図であり、母合金供給工程を示している。
【図２】本発明の真空溶解射出成形装置の一実施例の概略部分断面側面図であり、母合金の加熱溶解部への移動工程を示している。
【図３】本発明の真空溶解射出成形装置の一実施例の概略部分断面側面図であり、射出工程を示している。
【図４】本発明の真空溶解射出成形装置の一実施例の概略部分断面側面図であり、成形品排出工程を示している。
【図５】本発明の真空溶解射出成形装置に用いる母合金供給装置の母合金カセット部の平面図である。
【図６】本発明の真空溶解射出成形装置の別の実施例の概略部分断面側面図である。
【図７】本発明の真空溶解射出成形装置のさらに他の実施例の概略部分断面側面図である。
【符号の説明】
１  金型
２  固定下型
３  可動上型
４  湯口
５  キャビティ
１１  可動盤
１２  型締用シリンダ
１５  金型排気孔
１６  エジェクタピン
１８  エジェクタシリンダ
２０  真空ハウジング
２２  成形品排出シリンダ
２４  真空チャンバ
２５  シャッタシリンダ
２６  遮蔽シャッタ
２７  射出スリーブ
２８  射出プランジャ
２９  射出シリンダ
３１  スリーブ移動シリンダ
３４  高周波誘導加熱用コイル
３５  母合金供給装置
３６  母合金供給路筒体
３７  母合金カセット
３９  母合金供給シリンダ
４２  母合金収納マガジン
【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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