JP6417079B2 - 金属ガラスの成形装置、及び金属ガラス製棒状部材の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、品質に優れ、形状自由度の高い非結晶質合金の成型方法および該成型方法で作製した成型物に関する。とりわけ鋳造型内で過冷却状態を維持しつつ金属ガラスを加工することが可能な成型方法およびその成型方法で作製した一軸編心ねじポンプのロータ等の成型品に関する。

一般的に、非晶質合金の一種である金属ガラスは高強度、高硬度といった機械的強度を維持しつつ低ヤング率(撓みやすさ)を有するという通常の金属にない特異な機械的性質を有する。このため種々の材料に活用が期待されており、径の小さい棒状部材、例えば後述する一軸偏心ねじポンプのロータなどへの適用が期待される。

従来、非晶質合金の成形方法は、水冷鋳型に溶湯を鋳込んで製造していた。例えば特許文献１（特開2002−224249）では、高周波誘導加熱コイルにより加熱して非晶質合金部材の合金材料を溶解し、溶湯を水冷鋳造型に鋳込み、型内で溶湯を急冷している。

しかしながら、特許文献１の鋳造型への鋳込みは単なる溶湯の流し込みだけであるから、周囲雰囲気ガスを巻き込みやすく、且つ、急冷するため前記巻き込みガスや溶解時に周囲雰囲気ガスを吸蔵した吸蔵ガスの放出が行われる前に凝固してしまい、これらが金属ガラス内に閉じ込められ、様々な大きさのポアが発生するという問題があった。このポアは、金属ガラスの材料内に存在する細孔等の空隙部分をいい、鋳造成型物においては材料の機械的強度を大幅に減じる原因となる。

また、例えば特許文献２（特開2006−175508）では、非晶質合金を溶解し、溶湯を鋳造型に流し込み、その鋳造型内の溶湯をプレスすることで加圧して急冷する非晶質合金の成型方法が開示されている。この成型方法によれば鋳造型内の溶湯をプレスして加圧急冷するので、ポアの原因となる溶湯内のガスが強制的に押し出され、内部のポアを低減し得る点で有利である。

しかしながら、特許文献２の非晶質合金の成型方法の場合、鋳型内に溶湯を流し込んだ後に加圧してポアを押し出し、急冷する工程を採用するため、小さな成型品を製造するときには鋳型内に溶湯を流し込んでいる間にゆっくりと冷却され結晶化が進んでしまい非晶質合金を形成しないことがあり、溶湯の材質や湯量に成型品の形状や大きさが依存してしまい成形品の加工自由度が小さいものとなるという欠点がある。

特開２００２―２２４２４９公報 特開２００６―１７５５０８公報

本発明は、上記課題を解決すべき創作されたものであり、非晶質合金、特に金属ガラスの成分や成型品の形状等を問わず加工の自由度が高く、さらに成型品のポアを低減することが可能な非結晶質合金の成型方法および該成型方法で作製した成型物を提供することを目的とする。

本発明の金属ガラスの成形装置は、金属ガラスの溶湯が注入される鋳造型と、前記鋳造型に対して溶湯を注入する注入管と、前記鋳造型内には溶湯が充填されて棒状部材を成型可能な成型用隙間が設けられ、前記成型用隙間が延びる方向である軸方向の両側から溶湯を挟む挟持手段とを有し、金属ガラスの溶湯を前記鋳造型内に注入し、鋳造型内に注入された溶湯を、前記挟持手段によって加圧処理可能であり、前記鋳造型内に注入された溶湯を、金属の結晶化温度より低く金属のガラス遷移温度より高い中間となる温度範囲に降下させうることを特徴とするものである。さらに、本発明の金属ガラスの成形装置は、前記成形用隙間の少なくとも一部が湾曲した形状とされ、少なくとも一部が湾曲した棒状部材を金属ガラス製品として成形可能であるものであっても良い。

上述した金属ガラスの成形装置は、前記鋳造型の周囲に、前記軸方向に冷却水が流れる冷却水路が配設されており、前記冷却水路に冷却水を流すことにより、前記鋳造型内に注入された溶湯を、金属の結晶化温度より低く金属のガラス遷移温度より高い中間となる温度範囲に降下させうるものであることが好ましい。

また、上述した金属ガラスの成形装置は、金属ガラス材料を配設する貯留管と、ヒータとを有し、前記貯留管に配設された金属ガラス材料を前記ヒータで加熱して溶融することにより溶湯とされ、前記鋳造型に注入されるものであることが望ましい。

上述した金属ガラスの成形装置は、前記挟持手段が、不活性ガスであることが好ましい。

上述した金属ガラスの成形装置は、前記挟持手段が、ピストンであることが好ましい。

上述した金属ガラスの成形装置は、金属ガラス材料を配設する貯留管を有し、前記貯留管が、柱状の金属ガラス材料を分割したペレットを貯留するものであることが好ましい。

上述した金属ガラスの成形装置は、金属ガラスの溶湯を、鋳造型に対して注入するための注入口を有し、溶湯の注入時には、前記注入管が前記注入口に接続され、溶湯の非注入時には、前記注入管が前記注入口から離間されるものであることが好ましい。
上述した金属ガラスの成形装置は、前記鋳造型が、前記注入管の下端ノズルを前記注入口に案内するためのガイド穴として機能する受容部を有するものであることが望ましい。

上述した金属ガラスの成形装置は、転造仕上加工を実施可能な転造ダイスを備えたものであることが好ましい。

上述した金属ガラスの成形装置は、雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、雄ねじ形状のロータとを有し、前記ロータを前記貫通孔に挿通することにより流体搬送路が形成され、前記ロータを前記貫通孔内で偏心回転させることにより前記ステータの一端側から流体を吸い込み、他端側から吐出させることが可能な一軸偏心ねじポンプを構成する前記ロータを、前記金属ガラス製棒状部材として成形可能なものであることが望ましい。

本発明の金属ガラス製棒状部材の成形装置は、金属ガラスの溶湯が注入される鋳造型と、前記鋳造型に対して溶湯を注入する注入管と、前記鋳造型内には溶湯が充填されて棒状部材を成型可能な成型用隙間が設けられ、前記成型用隙間が延びる方向である軸方向の両側から溶湯を挟む挟持手段と、前記軸方向に冷却水が流れるように配設された冷却水路とを有し、金属ガラスの溶湯を加圧しながら前記鋳造型内に注入し、鋳造型内に注入された溶湯を前記挟持手段により加圧処理可能であり、前記冷却水路に冷却水を流すことにより、前記鋳造型内に注入された溶湯を、金属の結晶化温度より低く金属のガラス遷移温度より高い中間となる温度範囲に降下させうるものである。本発明の金属ガラス製棒状部材の成形装置は、前記成形用隙間の少なくとも一部が湾曲した形状とされ、少なくとも一部が湾曲した棒状部材を金属ガラス製品として成形可能であるものであっても良い。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、金属ガラスの溶湯が、不活性ガスで加圧されつつ鋳造型内に注入されるものであることが望ましい。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、金属ガラス材料を配設する貯留管と、ヒータとを有し、前記貯留管に配設された金属ガラス材料を前記ヒータで加熱して溶融することにより溶湯とされ、前記鋳造型に注入されるものであることが望ましい。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、金属ガラス材料を配設する貯留管を有し、前記貯留管が、柱状の金属ガラス材料を分割したペレットを貯留するものであることが好ましい。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、金属ガラスの溶湯を、鋳造型に対して注入するための注入口を有し、溶湯の注入時には、前記注入管が前記注入口に接続され、溶湯の非注入時には、前記注入管が前記注入口から離間されるものであることが望ましい。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、前記鋳造型が、前記注入管の下端ノズルを前記注入口に案内するためのガイド穴として機能する受容部を有するものであっても良い。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、転造仕上加工を実施可能な転造ダイスを備えたものであることが好ましい。

上述した金属ガラス製棒状部材の成形装置は、雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、雄ねじ形状のロータとを有し、前記ロータを前記貫通孔に挿通することにより流体搬送路が形成され、前記ロータを前記貫通孔内で偏心回転させることにより前記ステータの一端側から流体を吸い込み、他端側から吐出させることが可能な一軸偏心ねじポンプを構成する前記ロータを、前記金属ガラス製棒状部材として成形可能なものであることが望ましい。

本発明の非晶質合金の成型方法は、合金を溶解する溶解工程と、該合金の溶湯の下方に位置する鋳造型に溶湯を注入し、真空引きする差圧鋳造工程と、該鋳造型内の鋳込み金属を高温状態で保持し加圧することで溶湯を過冷却状態に維持しつつ加工する加工工程と、を備えている。

本発明によれば、非晶質合金を成型するにあたってその溶湯を鋳造型に流し込んだ状態で真空引きすることで小さい鋳造型内に迅速に溶湯を充填し、そのときに発生したポア等を溶湯加圧することで減少させる。このとき、金属の結晶化温度より低くく金属のガラス遷移温度より高い、その中間となる温度範囲（過冷却温度域）に降下してきた温度域で、鋳造型に十分に溶湯を充填させることができる。したがって、小さい形状又は縦長比が大きい形状や、鋳造型内で溶湯に高い流動性を要求する成型物をポアを低減しつつ提供することができる。

とりわけここで言う非晶質合金は、好ましくは金属ガラスである。
金属ガラスは非晶質合金の一種であるが、ガラス遷移が明確に見られる金属である。本発明では、この金属ガラスを過冷却流体の状態で加工する。すなわち、金属温度が低下しても結晶相にならない時間領域で加工してその流動性を確認しながら、その後鋳造型の中で温度を維持しつつ強く加圧加工する。これによりポアがつぶされて欠陥のない形状の金属ガラス成型物をバルク形状で作製することができる。したがって、加工工程の条件を最適化することで成型物の量産性効果が期待でき、低コスト化が図れることになる。

また、前記加工工程における鋳込み金属の加熱は、鋳造型の周囲に配設したコイルに高周波電流を流すことでなされる。

鋳込み金属の加熱は、例えば、鋳造型の周囲に巻き付けたコイルに高周波電流を流すことで鋳造型の外部から内部にまで熱伝導される（高周波誘導加熱）。この方法によればコイル電流を制御することで溶湯の温度制御することができ、溶湯や外部雰囲気の変化に応じた温度制御が容易である点で有利である。

他に鋳込み金属の加熱は、赤外線を鋳造型に放射でなしても良く、赤外線を鋳造型に放射し、放射熱を用いて加熱でも良い。

一方、加工工程における溶湯の加圧は、鋳造型に設けられた孔からガスで溶湯を加圧することでなされる方法が考えられる。

溶湯の加圧をガスで行うこととする鋳造型の出入孔へのガス流入手段と気密性さえ確保しておけば特段機械的な加圧装置を準備することなく溶湯に満遍なく圧力を加えることができる。

他に加工工程における溶湯の加圧は、鋳造型に設けられた孔からアクチュエータで溶湯を加圧する方法を採用しても良い。

溶湯の加圧をアクチュエータで行う場合、直接機械的に溶湯を加圧するのでガス加圧のようにガスの圧縮等による応答のずれがないという点で有利である。

上述してきた非晶質合金の成型方法による成型品は、金属ガラスであっても高精度のもの度いどできうプたバルク状で作製することができる。したがって、微細で縦長比の大きい形状の一軸編心ねじポンプのロータであっても加熱・加工条件を最適化するだけで機械的強度及び繰り返し疲労強度の高いものを作製することができる。

本発明によれば、溶湯加圧によりポア等の低減しつつ鋳造型内で過冷却状態を維持しながら形状加工することができるので、種々の形状・大きさ・成分の非晶質合金の成型品を容易に提供することができる。

（ａ）に非晶質合金の比熱曲線が示されており、（ｂ）に金属ガラスの比熱曲線が示されている。 従来の非晶質合金と金属ガラスとの変態図を示している。 金属ガラス製の一軸編心ねじポンプのロータ１の成形工程を時系列的に模式化した図を示している。 図３の模式図をフローチャート化したものである。 本発明の非晶質合金の成型方法の加工工程（粘性流動加工工程）における鋳造型内の金属ガラス溶湯の比熱曲線を参照しつつ説明する。 本発明の成型方法を実行する成型装置を側方から見た様子を模式化した部分側面図である。 （ａ）に図６の成型装置における鋳造型を拡大して見た横断面図、（ｂ）は右端近傍の注入口を上方から見た拡大平面図、（ｃ）は（ａ）の側面図を示している。 一軸編心ねじポンプを示した図である。

まず、本発明の非晶質合金の成型方法において成型対象となる非晶質合金（アモルファス合金）、とりわけ金属ガラスについて説明する。
通常の金属・合金は原子が周期的には配列した結晶構造を有するが、一旦、加熱して溶かすと液体になり、原子が密にランダムに詰まった構造に変化する。このような周期的な構造を持たない状態を非晶質（アモルファス）といい、通常、液体から凝固すると結晶に変化するが所定の合金は急冷すると非結晶質の構造のまま固体を形成する。このような合金を非晶質合金という。この非晶質合金のうち、ガラスの特徴の１つであるガラス遷移を示す合金を金属ガラスという。

図１は（ａ）に非晶質合金の比熱曲線が示されており、（ｂ）に金属ガラスの比熱曲線が示されている。図１（ａ）の比熱曲線に見られるように一般に非晶質合金は加熱によりガラス転移点Ｔｇに到達する前に結晶化温度に到達し結晶化が進行する。したがって、ガラス転移は観察されない。一方、図１（ｂ）に示すように過冷却液体が安定、すなわち非晶質構造が安定、で結晶化に対して抵抗力のある非晶質合金の場合、昇温により結晶化温度Ｔｘよりも先にガラス転移点Ｔｇに到達し、それよりも高温になると初めて結晶化が進行する。このように結晶化温度Ｔｘより低温でガラス転移点Ｔｇがあるような非晶質合金を金属ガラスといい単なる非晶質合金（Ｔｘ＜Ｔｇ）と金属ガラス（Ｔｘ＞Ｔｇ）とを区別する。

次に図２に非晶質合金と金属ガラスとの変態図を見ながらその違いについて説明する。
左側の点線（ａ）は、通常の非晶質合金を示している。通常の金属は融点Ｔｍ 以下になると固化し、さらに高速急冷されないかぎりガラス遷移温度Ｔｇ 以下では結晶化が進み、加工硬化も増大する。一方、右側の点線（ｂ）は、金属ガラスを示している。金属ガラスは融点Ｔｍ 以下になっても過冷却領域が広く、ゆっくり時間をかけてもある程度厚みのあるバルク状製品でも成形ができる。

次に本発明の非晶質合金の成型方法における基本的な構成について説明する。
上述するように本成型方法では、金属ガラスの溶湯を鋳造型に注入し、鋳造型内の溶湯を加熱・加圧することで溶湯を過冷却状態に維持しつつ加工する。ここでは本成型方法で成形する成型品として金属ガラス製の一軸編心ねじポンプのロータの場合で例示する。なお、一軸編心ねじポンプ及びその活用例については後述する。

図３には、金属ガラス製の一軸編心ねじポンプのロータ１の成形工程を時系列的に模式化した図を示しており、これを図４にフローチャート化している（具体的な装置構成例は後述する）。金属ガラス材料は図３（ａ）に示すような金属ガラス材料の基準材料として柱状の標準ロッド２を使用する。標準ロッド２は、機械的物性を考慮して選定と合金の配合を行い作製する。ここではロータ１の候補材として鋳造性に優れるPd 基合金や低コストで量産性に優れるNi 基合金などが考えられる。標準ロッド２は、図３（ｂ）に示すように標準ロッド２を軸方向に分割し、ロータ１の１個分量であるペレット３を積層して貯留しておく。そして、このペレット３を加熱することで金属ガラスの溶湯を生成する（図４のＳＴＥＰ１参照（以下、ＳＴＥＰ番号のみ記載））。

次に、金属ガラスの溶湯７を鋳造型４に注入する工程に移行する（ＳＴＥＰ２）。ここでの工程は差圧鋳造工程と称し、ガスで加圧した溶湯７を図３（ｃ）の紙面左端の入口から鋳造型４に注入し（ＳＴＥＰ３）、図３（ｃ）の紙面右端の出口から真空ポンプ（後述）で真空引きする（ＳＴＥＰ４）。溶湯７の注入について図３（ｃ）では鋳造型４の上型４−１と下型４−２との隙間の左端の入口からなされているが、図６に示すように上方に注入口４ａを設け、そこから注入することも考えられる。差圧鋳造工程を実行すると成型品がロータ１のごとき縦長比の大きな細形状等の場合であっても鋳造型内４に溶湯７が十分に充填される点では有利であるが、その一方、溶湯７にポア等が多く発生する。このポアが多数発生した状態でそのまま冷却して成型品を作製すると成型品の機械的強度を十分に確保することができない。このポアを低減するために本発明の成型方法では図３（ｄ）に示す粘性流動加工工程が追加される（ＳＴＥＰ５）。

図３（ｄ）に示すように粘性流動加工工程（ＳＴＥＰ５）では鋳造型４内の溶湯７を加熱し、加圧する。すなわち粘性流動加工工程は、高温制御（ＳＴＥＰ６）と加圧処理（ＳＴＥＰ７）とを鋳造型４内で同時に行っており、加圧処理は矢印Ｆで示すように鋳造型４の出入口を両側から加圧し、高温制御は鋳造型４の周囲に巻き付けたコイル５に交流電源からの高周波のコイル電流を流すことで鋳造型４を熱することとしている。高周波加熱の場合、熱伝導により鋳造型４の外表面から内部の溶湯７を加熱するが、その温度制御として例えばＰＩＤ制御が採用される。高温制御（ＳＴＥＰ６）としての高周波加熱はコイル電流と温度昇降とのズレが小さいため好ましいが、その他、赤外線や放射熱を使用することも考えられる。また、加圧処理（ＳＴＥＰ７）としては、不活性ガスで圧力を付加する方法が簡単な構成で提供できる点で有利である。その他、加圧処理としてアクチュエータを用いて鋳造型４の出入口を直接加圧する方法も考えられる。

この粘性流動加工における鋳造型４内の溶湯７の加工プロセスを図５の比熱曲線を参照しつつ説明する。ここでは成型物（ロータ１）の材料として金属ガラスPd合金の場合を示している。
粘性流動加工とは、過冷却流体の状態で加工することであり、融点Tｍからガラス遷移点Tｇまでの間の温度での加工を意味する。Pd合金の金属温度が低下しても結晶相にならない時間領域で加工してその流動性を確認しながら、その後鋳造型４の中で温度を維持しながら強く加圧加工するとポアがつぶされてその数が大きく低減され、欠陥のない形状を得ることができる。図５では融点Tmが400℃のPd合金であり、鋳造後に結晶化温度Tｘである380℃からガラス転移点Tg350℃の温度領域内において、冷却速度が約1℃/sec 以上の速度勾配になる様に粘性流動性を維持し加圧加工を行う。これにより、非晶質な金属ガラスを形成する。この粘性流動加工の最適条件を設定すれば、成型品の量産性効果が期待でき、低コスト化が図れることになる。

再び図３に戻って説明する。図３（ｄ）で粘性流動加工を行った後、冷却することで過冷却状態が終了し、固化する（ＳＴＥＰ８）。この冷却処理は図示しないが、通常、溶湯７が入った状態の鋳造型４をガラス遷移転Ｔg以下に水冷することで行う（詳細例は後述）。例えば図５で上述したようにＰd合金の場合は３５０℃以下に急冷する。その後、鋳造型４はその上型４−１と下型４−２とを分割（割型）し、固化した金属ガラス７を鋳造型４から取り出す（ＳＴＥＰ９）。

鋳造型４から取り出された金属ガラスは概ね成形品としてのロータ１は、パーティングラインが生じている。したがって、図３（ｅ）に示すように転造仕上加工を行う（ＳＴＥＰ１０）。転造仕上加工は、寸法精度を高めるために転造ダイス６により行うものであり、ここではロータ１の形状に合致させた形状の上部転造ダイス６ａと下部転造ダイス６ｂとを軸回転させながらロータ１を挟み込む場合を例示している。また、転造ダイス６としては２つの回転する丸ダイスを挟み込むことで転造する方法でも良い。そして、図３（ｆ）に示すように転造仕上加工が行われたロータ１は、最終的に電解研磨等で表面を研磨仕上することで完成する（ＳＴＥＰ１１）。

次に図３〜図４を参照しつつ上述してきた本発明の成型方法を実際に行う金属ガラスの成形装置の具体的構成例が図６〜図７に示されている。図６は、本成型方法を実行する成型装置を側方から見た様子を模式化した部分側面図である。また、図７は、図６の成型装置における鋳造型４を側方から拡大して見た断面図を示している。図６に示すように金属ガラスの溶湯は、上方から注入される構成を採用しており、鋳造型４の右側の上表面の注入口５ａから鋳造型４に注入される。鋳造型４に溶湯を注入する注入管１１は矢印Ｘに示すようにその下端が昇降し、注入時には注入口５ａに接続し、非注入時は注入口５ａから離間する。また、金属ガラス材料は標準ロッド２を鋳造型４の１回分に切断したペレット３（図３（ａ）（ｂ）参照）をペレット貯留管１３内に配設し、その下方に位置するセラミックヒータで加熱することで溶融する。そして、金属ガラスの溶湯は注湯用管１１を通過して下端から不活性ガスで加圧しながら鋳造型４内に注入していく。ここで溶湯の注入時に加圧用に用いる不活性ガスはペレット貯留管１３より上方に設けられたガス導入口１４から注入用管１１の下端まで案内される。

鋳造型４はその周囲にコイル５が巻き付けられており、前述したようにこのコイル５に交流電源からの高周波電流が流れることにより鋳造型４が加熱処理（図３（ｄ）及び図４のＳＴＥＰ６参照）される。また、鋳造型４は支持部材１０により支持されている。この鋳造型４及び支持部材１０は点線で示す真空チャンバ１５内に配設されており、鋳造型４に溶湯が注入される際に鋳造型４の隙間や左端開口４ｂ及び右端開口４ｃから真空引きされることで溶湯（金属ガラス）が金型内部に十分に行き渡るようにしている。また、上述した溶湯７は鋳造型４の内部で加熱処理と同時に加圧処理されるが（図３（ｄ）及び図４のＳＴＥＰ７参照）、図６で採用する構成では左端開口４ｂと右端開口４ｃとを両側から加圧用ピストン（参照番号８の内部に配設される）で挟むことで加圧する。この加圧用ピストン８の運動は図示しないが矢印Ｙ方向に往復運動するリニアスライダー９によりなされてもよく、その他、専用のアクチュエータを配設しても良い。また、溶湯７の加圧処理の方法としては左端開口４ｂ及び／又は右端開口４ｃから不活性ガスで加圧する方法でも良い。

次に図６に示す鋳造型４の詳細例について図７（ａ）の側断面図を参照しつつ説明する。この図（ａ）ではコイル５は省略している。まず、注入用管１１（図６のみ図示）の下端ノズルが鋳造型４の右側に位置する注入口４ａに接続することで金属ガラスの溶湯７を注入する。図７（ｂ）に示すように注入口４ａは楕円状の凹部分である受容部４ｄの最深部から内部の成型用隙間４ｊに向かって貫通する。この受容部４ｄは注入用管１１の下端ノズルを注入口４ａに案内するためのガイド穴として機能する。溶湯７を注入口４ａから注入するにはアルゴンガス等の不活性ガスで加圧して押し込む点は前述する通りである。鋳造型４内には成型用隙間４ｊを軸方向に亘って延びており、この成型用隙間４ｊに溶湯が充填される。

鋳造型４の周囲には軸線方向に冷却水が流れる冷却水路が配設され、鋳造型４を冷却した水は左側の冷却水パイプにより外部に排出される。例えば、上型４−１の内部には軸方向に向かって延びる上型用冷却水路４ｇが形成される。そして、上型用冷却水路４ｇは鋳造型４の左端で上型用冷却水パイプ４ｅに接続され、冷却水が外部に排出される。ここで上型用冷却水路４ｇは、鋳造型４の左端近傍から軸方向右側に進行し、右端近傍に到達すると折り返して軸方向左側に戻って行き、上型用冷却水パイプ４ｅまで到達する。図７（ｃ）には（ａ）の左側面図が示されているが、この図からも明らかである。例えば、図７（ｃ）の右側の上型用冷却水パイプ４ｅから冷却水が流入し、左側の上型用冷却水パイプ４ｅから冷却水が排出される。なお、上記説明では上型用冷却水路４ｇを１回の折り返しの場合で説明したが、さらに複数回折り返して冷却性能を向上させる場合も考えられる。

また、上型４−１の冷却構成と同じものが下型４−２にも配設される。例えば、下型４−２の内部には軸方向に向かって延びる上型用冷却水路４ｇが形成され、下型用冷却水路４ｈは鋳造型４の左端で上型用冷却水パイプ４ｆに接続され、冷却水が外部に排出される。下型用冷却水路４ｈが、鋳造型４の左端近傍から軸方向右側に進行し、右端近傍に到達すると折り返して軸方向左側に戻って行き、下型用冷却水パイプ４ｆまで到達する点も同様である。なお、鋳造型４はその両端部を支持部材１０で挟持されている点は図６等で前述した通りである。

次に、本発明の金属ガラス等の非晶質合金の成型方法を使用して成型された成型物について説明する。ここでは成型物として一軸編心ねじポンプのロータを例示する。以下、金属ガラス成型物としてのロータ（図８では参照番号１３０で標記）とこれを一部品とする一軸編心ねじポンプ１００とを説明する。

図８に一軸偏心ねじポンプ１００が示されている。この一軸偏心ねじポンプ１００は例えば産業用ロボットのアーム先端等に装着して、その先端ノズル１１２ａから適正量の液体等を吐出させることで所望の場所に液体を塗布する。一軸偏心ねじポンプ１００は、いわゆる回転容積型のポンプであり、図８に示すように、ケーシング１１２の内部にステータ１２０や、ロータ１３０、動力伝達機構１５０などが収容された構成とされている。ケーシング１１２は、金属製で筒状の部材あり、長手方向一端側に取り付けられたノズル１１２ａにニードル（第１開口部）１１４ａが設けられている。また、ケーシング１１２の外周部分には、開口部（第２開口部）１１４ｂが設けられている。１１４ｂは、ケーシング１１２の長手方向中間部分に位置する中間部１１２ｄにおいてケーシング１１２の内部空間に連通している。

ニードル１１４ａ，開口部１１４ｂは、それぞれポンプ１００の吸込口および吐出口として機能する部分である。さらに詳細に説明すると、一軸編心ねじポンプ１００は、ロータ１３０を正方向に回転させることにより、ニードル１１４ａが吐出口として機能し、開口１１４ｂが吸込口として機能するように流体を圧送することが可能である。またこれとは逆に、一軸編心ねじポンプ１００は、ロータ１３０を逆方向に回転させることにより、ニードル１１４ａが吸込口として機能し、開口１１４ｂが吐出口として機能するように流体を圧送させることが可能である。この一軸編心ねじポンプ１００では、ニードル１１４ａが吐出口として機能し、開口１１４ｂが吸込口として機能するようにロータ１３０が作動する。

ステータ１２０は、ゴムに代表される弾性体や樹脂などで作成され、略円筒形の外観形状を有する部材である。ステータ１２０の材質は、一軸編心ねじポンプ１００を用いて輸送する被搬送物である流体の種類や性状などにあわせて適宜選択される。ステータ１２０は、ケーシング１１２においてニードル１１４ａに隣接する位置にあるステータ取付部１１２ｂ内に収容されている。ステータ１２０の外径は、ステータ取付部１１２ｂの内径と略同一である。そのため、ステータ１２０は、その外周面がステータ取付部１１２ｂの内周面に略密着するような状態で取り付けられている。また、ステータ１２０は、一端側がケーシング１１２の端部においてノズル１１２ａによって挟み込まれている。

図８に示すように、ステータ１２０の内周面１２４は、２条で多段の雌ねじ形状とされている。さらに具体的には、ステータ１２０の内部には、ステータ１２０の長手方向に沿って伸び、前述したピッチでねじれた貫通孔１２２が設けられている。ステータ１２０は、内部に形成された雌ねじ形状部分のリードの長さＬ（ピッチの長さに条数を乗じた長さ）を基準長Ｓとした場合に、この基準長Ｓのｄ倍（ｄ＝自然数）の長さを有する多段（ｄ段）の雌ねじ形状とされている。また、貫通孔１２２は、ステータ１２０の長手方向のいずれの位置において断面視しても、その断面形状（開口形状）が略長円形となるように形成されている。

ステータ１２０の内周面１２４によって形成された雌ねじ形状の部分の内径Ｄｉは、吸込口となる開口１１４ｂ側（図８右側）から吐出口となるニードル１１４ａ側（図１０左側）に向けて長さＬだけ長手方向に進む毎に拡径するよう、段状に形成されている。

ロータ１３０は、金属製の軸体であり、１条で多段の偏心した雄ねじ形状とされている。さらに詳細には、ロータ１３０のリードの長さＬは、上述したステータ１２０と同一である。また、ロータ１３０は、リードの長さＬに相当する基準長Ｓのｄ倍（ｄ＝自然数）の長さを有する多段（ｄ段）の雄ねじ形状となるように形成されている。ロータ１３０は、長手方向のいずれの位置で断面視しても、その断面形状が略真円形となるように形成されている。ロータ１３０は、上述したステータ１２０に形成された貫通孔１２２に挿通され、貫通孔１２２の内部において自由に偏心回転可能とされている。

ロータ１３０の雄ねじ形状に形成された部分の外径は、吸込側（図中右側）から吐出口側（ニードル１１４ａ側（図中左側））に向けて長さＬだけ長手方向に進む毎に縮径するよう、段状に形成されている。ロータ１３０をステータ１２０に対して挿通すると、ロータ１３０の外周面１３２とステータ１２０の内周面１２４とが両者の接線でぴったりと接した状態になり、ステータ１２０の内周面１２４とロータ１３０の外周面との間に流体搬送路１４０が形成される。流体搬送路１４０は、上述したステータ１２０やロータ１３０のリードの長さＬを基準長Ｓとした場合に、ステータ１２０やロータ１３０の軸方向にリードの基準長Ｓのｄ倍の長さを有する多段（ｄ段）の流路となっている。また、流体搬送路１４０は、ステータ１２０やロータ１３０の長手方向に向けて螺旋状に伸びている。

また、流体搬送路１４０は、ロータ１３０をステータ１２０の貫通孔１２２内において回転させると、ステータ１２０内を回転しながらステータ１２０の長手方向に進む。そのため、ロータ１３０を回転させると、ステータ１２０の一端側から流体搬送路１４０内に流体を吸い込むと共に、この流体を流体搬送路１４０内に閉じこめた状態でステータ１２０の他端側に向けて移送し、ステータ１２０の他端側において吐出させることが可能である。本実施形態のポンプ１１０は、ロータ１３０を正方向に回転させることにより、開口１１４ｂから吸い込んだ流体を圧送し、ニードル１１４ａから吐出することが可能とされている。

動力伝達機構１５０は、ケーシング１１２の外部に設けられたモータなどの動力源（図示せず）から上述したロータ１３０に対して動力を伝達するために設けられている。動力伝達機構１５０は、動力伝達部１５２と偏心回転部１５４とを有する。動力伝達部１５２は、ケーシング１１２の長手方向の一端側、さらに詳細には上述したノズル１１２ａとは反対側（以下、単に「基端側」とも称す）に設けられている。動力伝達部１５２は、ドライブシャフトを有し、これを介してサーボモータと減速機で構成される駆動機１６５に接続されている。この駆動機１６５を作動させることにより、ドライブシャフトを回転させることが可能である。動力伝達部１５２近傍には、バリシール１６３やその他メカニカルシールやグランドパッキンなどからなる軸封装置１６１が設けられており、これにより駆動機１６５側に被搬送物たる流体が漏れ出さない構造とされている。

偏心回転部１５４は、ドライブシャフトとロータ１３０とを動力伝達可能なように接続する部分である。偏心回転部１５４は、連結軸１６２と、２つの連結体１６４，１６６とを有する。連結軸１６３は、従来公知のカップリングロッドや、スクリューロッドなどによって構成されいる。連結体１６４は連結軸１６２とロータ１３０とを連結するものであり、連結体１６６は連結軸１６２とドライブシャフト１５６とを連結するものである。連結体１６４，１６６は、いずれも従来公知のユニバーサルジョイントなどによって構成されており、ドライブシャフトを介して伝達されてきた回転動力をロータ１３０に伝達し、ロータ１３０を偏心回転させることが可能である。

以上、本発明の非晶質合金の成型方法およびこの成型方法で作製された成型物についての実施形態およびその概念について説明してきたが本発明はこれに限定されるものではなく特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が得られることが当業者は理解できるであろう。

１ ロータ
２ 標準ロッド
３ ペレット
４ 鋳造型
４ａ 注入口
４ｂ 左端開口
４ｃ 右端開口
４ｄ 受容部
４ｅ 上型用冷却水パイプ
４ｆ 下型用冷却水パイプ
４ｇ 上型側冷却水路
４ｈ 下型側冷却水路
４ｉ 注入孔
４ｊ 成型用隙間
５ コイル
６ 転造ダイス
６ａ 上部転造ダイス
６ｂ 下部転造ダイス
７ 溶湯（金属ガラス）
８ 加圧用ピストン
９ リニアスライダー
１０ 支持部材
１１ 注湯用管
１２ セラミックヒータ
１３ ペレット貯留管
１４ ガス導入口
１５ 真空チャンバ
１６ アクチュエータ

Claims (18)

1. 金属ガラスの溶湯が注入され差圧鋳造可能な鋳造型と、
   前記鋳造型に対して溶湯を注入する注入管と、
   前記鋳造型内には溶湯が充填されて棒状部材を成型可能な成型用隙間が設けられ、
   前記成型用隙間が延びる方向である軸方向の両端に設けられた孔を介して溶湯を挟持する少なくとも一対のピストンと、
   前記鋳造型を加熱および冷却が可能な温度調節手段とを有し、
   前記鋳造型内に注入された金属ガラスの溶湯が結晶相に転移する温度および時間領域を通過せずに金属の結晶化温度より低く金属のガラス遷移温度より高い中間となる温度範囲を通過するように前記温度調節手段により前記鋳造型の温度を調節し、
   溶湯が前記温度範囲内にある間に前記鋳造型の軸方向両側から前記ピストンによって加圧処理することを特徴とする金属ガラスの成形装置。
2. 前記成形用隙間の少なくとも一部が湾曲した形状とされ、
   少なくとも一部が湾曲した棒状部材を金属ガラス製品として成形可能であることを特徴とする請求項１に記載の金属ガラスの成形装置。
3. 前記温度調節手段が、加熱手段と、前記鋳造型の周囲に、前記軸方向に冷却水が流れるように配設された冷却水路とを備え、
   前記加熱手段により前記鋳造型が加熱された後、前記冷却水路に冷却水を流すことにより、前記鋳造型内に注入された溶湯を、金属の結晶化温度より低く金属のガラス遷移温度より高い中間となる温度範囲に降下させることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属ガラスの成形装置。
4. 金属ガラス材料を配設する貯留管と、
   ヒータとを有し、
   前記貯留管に配設された金属ガラス材料を前記ヒータで加熱して溶融することにより溶湯とされ、前記鋳造型に注入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属ガラスの成形装置。
5. 金属ガラス材料を配設する貯留管を有し、
   前記貯留管が、柱状の金属ガラス材料を分割したペレットを貯留するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属ガラスの成形装置。
6. 金属ガラスの溶湯を、鋳造型に対して注入するための注入口を有し、
   溶湯の注入時には、前記注入管が前記注入口に接続され、
   溶湯の非注入時には、前記注入管が前記注入口から離間されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属ガラスの成形装置。
7. 前記鋳造型が、前記注入管の下端ノズルを前記注入口に案内するためのガイド穴として機能する受容部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成形装置。
8. 転造仕上加工を実施可能な転造ダイスを備え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金属ガラスの成形装置。
9. 雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、雄ねじ形状のロータとを有し、前記ロータを前記貫通孔に挿通することにより流体搬送路が形成され、前記ロータを前記貫通孔内で偏心回転させることにより前記ステータの一端側から流体を吸い込み、他端側から吐出させることが可能な一軸偏心ねじポンプを構成する前記ロータを、前記金属ガラス製棒状部材として成形可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の金属ガラスの成形装置。
10. 金属ガラス製の棒状部材を成型するための金属ガラス製棒状部材の成形装置であって、
    金属ガラスの溶湯が注入され差圧鋳造可能な鋳造型と、
    前記鋳造型に対して溶湯を注入する注入管と、
    前記鋳造型内には溶湯が充填されて棒状部材を成型可能な成型用隙間が設けられ、
    前記成型用隙間が延びる方向である軸方向の両端に設けられた孔を介して溶湯を挟持する少なくとも一対のピストンと、
    前記鋳造型を加熱および冷却が可能な温度調節手段とを有し、
    前記温度調節手段が、加熱手段と、前記軸方向に冷却水が流れるように配設された冷却水路とを備え、
    前記加熱手段により前記鋳造型が加熱された後、前記冷却水路に冷却水を流すことにより、前記鋳造型内に注入された溶湯を、金属の結晶化温度より低く金属のガラス遷移温度より高い中間となる温度範囲に降下させ、
    溶湯が前記温度範囲内にある間に前記鋳造型の軸方向両側から前記ピストンによって加圧処理することを特徴とする金属ガラス製棒状部材の成形装置。
11. 前記成形用隙間の少なくとも一部が湾曲した形状とされ、
    少なくとも一部が湾曲した棒状部材を金属ガラス製品として成形可能であることを特徴とする請求項１０に記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
12. 金属ガラスの溶湯が、不活性ガスで加圧されつつ鋳造型内に注入されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
13. 金属ガラス材料を配設する貯留管と、
    ヒータとを有し、
    前記貯留管に配設された金属ガラス材料を前記ヒータで加熱して溶融することにより溶湯とされ、前記鋳造型に注入されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
14. 金属ガラス材料を配設する貯留管を有し、
    前記貯留管が、柱状の金属ガラス材料を分割したペレットを貯留するものであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
15. 金属ガラスの溶湯を、鋳造型に対して注入するための注入口を有し、
    溶湯の注入時には、前記注入管が前記注入口に接続され、
    溶湯の非注入時には、前記注入管が前記注入口から離間されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
16. 前記鋳造型が、前記注入管の下端ノズルを前記注入口に案内するためのガイド穴として機能する受容部を有することを特徴とする請求項１５に記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
17. 転造仕上加工を実施可能な転造ダイスを備えていることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。
18. 雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、雄ねじ形状のロータとを有し、前記ロータを前記貫通孔に挿通することにより流体搬送路が形成され、前記ロータを前記貫通孔内で偏心回転させることにより前記ステータの一端側から流体を吸い込み、他端側から吐出させることが可能な一軸偏心ねじポンプを構成する前記ロータを、前記金属ガラス製棒状部材として成形可能であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の金属ガラス製棒状部材の成形装置。