(57)【要約】      （修正有）【課題】溶融物の均一性および温度を制御しつつ材料を溶融でき、かつ物理的に阻止するゲートを用いることなく溶融材料を溶融中に溶融ゾーン内に閉じ込めるための装置および方法を提供する。【解決手段】内部で溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部で材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。溶融材料を形成するために、負荷誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させることによって、容器内の材料を加熱することができる。溶融材料を負荷誘導コイル内に閉じ込めるために、閉じ込め誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させることができる。溶融材料について所望の温度が達成され、維持されると、閉じ込め誘導コイルの動作を停止することができ、溶融材料を、容器から排出経路を経てモールド内に排出することができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に溶融のための材料を受け入れるように構成された容器と、
内部の前記材料を溶融するように構成された第１の誘導コイルと、
前記第１の誘導コイルと直列に配置された第２の誘導コイルとを備え、
前記第２の誘導コイル、又は前記第１の誘導コイルと前記第２の誘導コイルとの組み合わせは、前記容器内での前記溶融された材料の水平方向への動きを抑えるためのゲート又はバルブとして働くように構成され、
前記材料をＢＭＧ部品へと形成するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記溶融のための材料はＢＭＧ原料を含み、
前記第１の誘導コイル及び前記第２の誘導コイルは、単一の誘導コイルの一部であるか、又は２つの別個の誘導コイルであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記溶融のための材料はＢＭＧ原料を含み、
前記第１の誘導コイル及び前記第２の誘導コイルは、電気タップを有する単一の誘導コイルの一部であり、
前記電気タップは、独立に前記第１の誘導コイルと前記第２の誘導コイルとを制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の誘導コイルと前記第２の誘導コイルとの一方又は双方が、テーパ形状又は円柱形状を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の誘導コイルが前記第１の誘導コイルの周りに巻き付けられているか、又はその反対であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の誘導コイルが、前記第１の誘導コイルよりも低いＲＦ周波数を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記容器内の前記材料の動きが前記容器の排出経路に沿った水平な向きとなるように、前記容器は前記第１の誘導コイル又は前記第２の誘導コイルの水平軸に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の誘導コイルが前記容器の排出端部の近くに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記容器の排出端部又は前記容器の前記排出端部の反対側に位置する追加の誘導コイルをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記容器が、前記材料の溶融中に前記容器の温度を制御するために、内部に流体を流すように構成された１以上の温度調整チャネルをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記容器から溶融物を受け入れ、前記溶融物を前記ＢＭＧ部品へと形成するように構成されたモールドをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の誘導コイル、又は前記第１の誘導コイルと前記第２の誘導コイルとの前記組み合わせは、射出経路を通る前記容器からの溶融物の動きを制御するバルブとして働くように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
溶融された材料を形成するために、前記第１の誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させることにより、前記容器内で前記材料を加熱する工程と、
前記第１の誘導コイル内に前記溶融された材料を閉じ込めるために、前記第２の誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させる工程と、
前記溶融された材料をＢＭＧ部品へとモールドする工程と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置を動作させる方法。
【請求項１４】
前記溶融された材料を閉じ込めるための前記第２のＲＦ周波数は、加熱のための前記第１のＲＦ周波数よりも低いことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
追加の誘導コイルが、前記第１の誘導コイルと直列に構成されており、排出経路の反対側で前記第１の誘導コイルから前記溶融された材料が流れ出すことを防ぐように動作させられ、
任意的に、前記追加の誘導コイルが前記第１の誘導コイルよりも低い周波数で動作させられる
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記容器内に構成された１以上の温度調整チャネルに流体を流すことにより、前記加熱中に前記容器の温度を調整する工程をさらに有することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の誘導コイルの動作を停止させる工程と、
前記ＢＭＧ部品を形成するために、前記容器からモールドへと前記溶融された材料を排出する工程と、を有することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
容器内で溶融された材料を形成するために前記第１の誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させ、前記溶融された材料を前記容器内に閉じ込めるための物理的な物体なしに前記溶融された材料を閉じ込めるために前記第２の誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させることにより、前記容器内でＢＭＧ原料を加熱するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記物理的な物体は、前記容器の側壁、又は前記容器内に前記溶融された材料を閉じ込めることのできる他の任意の垂直な壁を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ＢＭＧ部品を形成するために、溶融された材料をモールドへと排出するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、材料を溶融し、溶融材料を溶融中に溶融ゾーン内に閉じ込めるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの射出成形機は、材料をモールド内に射出する前に、材料を溶融するために、誘導コイルを使用する。しかしながら、水平排出のために配置された容器中で材料が溶融される水平に配置された機械では、誘導コイルからの磁束は、溶融物を予測不可能に移動させる傾向にあり、例えば、溶融ゾーンに向けておよび／または溶融ゾーンの外へ流す傾向にあり、これは、溶融物の均一性および温度を制御することを困難にする可能性がある。
【０００３】
水平排出のために設計された容器内で溶融することに対する現在の解決法は、溶融物と接触し、溶融物が溶融ゾーン内の誘導コイルの外に（水平に）流れるのを物理的に阻止するゲートの使用を含む。しかしながら、ゲートが溶融物との接点であり、不純物がゲートによって導入される可能性があるゲート構成により問題が生じる。加えて、ゲートは、溶融物が流れるようにするために、上下に作動されなければならないため、ゲート構成は、溶融ゾーンに利用可能な空間を減少させる可能性がある。さらに、溶融物の射出工程の間にゲートを上げる時についてのタイミング制御の課題により、溶融物は、容器の水平排出経路に向かっておよび／または容器の水平排出経路の外に望ましくなく流れる可能性がある。さらに、ゲートは、潜在的に消耗部品であり、一定数の使用後に交換する必要がある。
【０００４】
溶融物を物理的に阻止するゲートを導入することなく、加熱または溶融されるとき溶融物を水平に設計されたシステムの溶融ゾーン内に、所望の高温で閉じ込めることが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
容器内で材料（例えば、金属または金属合金）を溶融するための本明細書の実施形態によって提案される解決法は、溶融物または溶融材料を溶融ゾーン内に閉じ込めることである。
【０００６】
様々な実施形態によれば、装置が提供される。装置は、内部に溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部の材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。閉じ込め誘導コイルは、溶融物を負荷誘導コイル内に閉じ込めるように構成される。
【０００７】
様々な実施形態によれば、装置を使用する溶融方法が提供される。装置は、内部に溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部の材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。溶融材料を形成するために、負荷誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させることによって、容器内の材料を加熱することができる。加熱している間、溶融材料を負荷誘導コイル内に閉じ込めるために、閉じ込め誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させることができる。
【０００８】
様々な実施形態によれば、装置を使用する溶融方法が提供される。装置は、内部に溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部の材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。溶融材料を形成するために、負荷誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させることによって、容器内の材料を加熱することができる。加熱している間、溶融材料を負荷誘導コイル内に閉じ込めるために、閉じ込め誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させることができる。溶融材料について所望の温度が達成され、維持されると、閉じ込め誘導コイルの動作を停止することができ、溶融材料を、容器から排出経路を経てモールド内に排出することができる。
【０００９】
また、一実施形態によれば、溶融するための材料は、ＢＭＧ原料を含み、ＢＭＧ部品を形成することができる。
【００１０】
さらに、一実施形態では、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルは、同じコイルの一部であってよく、それらは、互いに電気的に接続されるが、不均一な磁場が生成されるようにアレイに構成される。他の実施形態では、第１および第２の誘導コイルは、同じコイルの一部であり、電気タップに関連付けられ、電気タップは、いずれかまたは両方のコイルの独立した制御を可能にし、すなわち、磁場を変化させることができるように、単一のコイルの少なくとも１つの部分または一方の側の制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】例示的なバルク凝固非晶質合金の温度−粘度の図を提供する。
【図１Ｂ】例示的なバルク凝固非晶質合金の時間−温度−変態（ＴＴＴ）の概略図を提供する。
【図２Ａ】材料の溶融および閉じ込めのための、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの配置の例示的な実施形態を示す。
【図２Ｂ】材料の溶融および閉じ込めのための、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの配置の例示的な実施形態を示す。
【図２Ｃ】材料の溶融および閉じ込めのための、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの配置の例示的な実施形態を示す。
【図２Ｄ】材料の溶融および閉じ込めのための、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの配置の例示的な実施形態を示す。
【図３】本教示の様々な実施形態による例示的な射出成形システム／装置の概略図を示す。
【図４】誘導コイルを有して構成された射出成形システムを示す。
【図５】本教示の様々な実施形態による他の例示的な射出成形システム／装置を示す。
【図６】本教示の様々な実施形態による、材料を溶融／成形する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書で引用したすべての文献、特許、および特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１３】
冠詞「ある（ａ、ａｎ）」は、本明細書では、冠詞の文法上の対象の１つまたは複数（すなわち、少なくとも１つ）を示すために使用される。例として、「ある高分子樹脂」は、１つの高分子樹脂または複数の高分子樹脂を意味する。本明細書で引用したどのような範囲も、包含的である。本明細書を通して使用される用語「実質的に」および「約」は、小さな変動を記述し、説明するために使用される。例えば、それらは、±５％以下、例えば±２％以下、例えば±１％以下、例えば±０．５％以下、例えば±０．２％以下、例えば±０．１％以下、例えば±０．０５％以下を示すことができる。
【００１４】
バルク凝固非晶質合金、またはバルク金属ガラス（「ＢＭＧ」）は、最近開発された種類の金属材料である。これらの合金は、比較的遅い速度で凝固および冷却し、室温で非晶質、非結晶（すなわちガラス質）状態である。非晶質合金は、それらの結晶質の対応物よりも多くの優れた特性を有する。しかしながら、冷却速度が十分に速くない場合、冷却中、合金内部に結晶が形成する可能性があり、そのため、非晶質状態の利点が失われる可能性がある。例えば、バルク非晶質合金の製造の挑戦の１つは、徐冷、または原料合金材料内の不純物のいずれかによる、それらの部分の部分的な結晶化である。高い程度の非晶質性（および、その逆に、低い程度の結晶化）が、ＢＭＧ部品では望ましいため、非晶質性の程度が制御されたＢＭＧ部品を鋳造する方法を開発する必要がある。
【００１５】
（米国特許第７、５７５、０４０号から得られた）図１Ａは、Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって製造されたＺｒ−−Ｔｉ−−Ｎｉ−−Ｃｕ−−Ｂｅ族のＶＩＴ−００１シリーズからの、例示的なバルク凝固非晶質合金の粘度−温度のグラフを示す。非晶質固体の形成中に、バルク凝固非晶質金属に関する明確な液体／固体変態は存在しないことに留意されたい。溶融合金は、ガラス転移温度付近で固体の状態に近づくまで、過冷却の増加に伴って、ますます粘性になる。したがって、バルク凝固非晶質合金の見かけ上の凝固温度は、ガラス転移温度付近であり得、そこで合金は、急冷された非晶質薄板製品を引き出す目的のための固体として機能することになる。
【００１６】
（米国特許第７、５７５、０４０号から得られた）図１Ｂは、例示的なバルク凝固非晶質合金の時間−温度−変態（ＴＴＴ）冷却曲線、すなわちＴＴＴ図を示す。バルク凝固非晶質金属は、従来の金属と同様に、冷却時に液体／固体結晶化変態を生じない。代わりに、（「溶解温度」Ｔｍに近い）高温で見られる流動性が高い金属の非結晶質形態は、温度が（ガラス転移温度Ｔｇ近くまで）低下すると、より粘性になり、最終的には、従来の固体の表面的な物理的性質を取る。
【００１７】
バルク凝固非晶質金属に関して液体／結晶化変態が存在しないにもかかわらず、「融解温度」Ｔｍを、対応する結晶相の熱力学的液相線温度として定義することができる。この状況の下で、融解温度のバルク凝固非晶質合金の粘度は、約０．１ポアズから約１００００ポアズの範囲内にあることができ、時には０．０１ポアズ未満でさえある。「融解温度」でのより低い粘度は、シェル／モールドの複雑な部分の、ＢＭＧ部品を形成するためのバルク凝固非晶質金属による、より速く、完全な充填をもたらすことになる。さらに、ＢＭＧを形成する溶融金属の冷却速度は、冷却中の時間−温度プロファイルが、図１ＢのＴＴＴ図の結晶化領域の境界を形成するノーズ形状領域を横断しないようにする必要がある。図１Ｂでは、Ｔｎｏｓｅは、臨界結晶化温度Ｔｘであり、そこで結晶化は、最も急速に、最も短い時間スケールで生じる。
【００１８】
過冷却液体領域、ＴｇとＴｘの間の温度領域は、バルク凝固合金の結晶化に対する驚異的な安定性の現れである。この温度領域では、バルク凝固合金は、高粘性液体として存在することができる。過冷却液体領域でのバルク凝固合金の粘度は、ガラス転移温度での１０１２Ｐａ  ｓと、過冷却液体領域の高温限界である結晶化温度での１０５Ｐａ  ｓまでの間で変化することができる。このような粘性を有する液体は、印加された圧力下で、実質的な塑性ひずみを受けることができる。本明細書の実施形態は、形成および分離方法として、過冷却液体領域での大きな塑性加工性を利用する。
【００１９】
Ｔｘについて何かを明確にする必要がある。技術的には、ＴＴＴ図に示すノーズ形状曲線は、Ｔｘを、温度および時間の関数として記述する。したがって、金属合金を加熱または冷却している間にとる軌跡に係わらず、ＴＴＴ曲線に行き当たると、Ｔｘに達している。図１Ｂでは、Ｔｘは、Ｔｍの近くからＴｇの近くまで変化することができるように、破線で示されている。
【００２０】
図１Ｂの概略ＴＴＴ図は、（軌跡の一例として（１）で示す）時間−温度軌跡がＴＴＴ曲線に行き当たることがない、Ｔｍ以上からＴｇ未満までのダイカスト鋳造の処理方法を示す。ダイカスト鋳造中、軌跡がＴＴＴ曲線に行き当たるのを避けるために、成形は、急速冷却と実質的に同時に起こる。（軌跡の例として（２）、（３）および（４）で示す）時間−温度軌跡がＴＴＴ曲線に行き当たることがない、Ｔｇ以下からＴｍ未満までの超塑性成形（ＳＰＦ）の処理方法。ＳＰＦでは、非晶質ＢＭＧは、過冷却液体領域中に再加熱され、そこで利用可能な処理ウィンドウは、ダイカスト鋳造よりはるかに大きくてよく、結果として、処理のより良好な制御性がもたらされる。ＳＰＦ処理は、冷却中の結晶化を回避するために急速冷却を必要としない。また、軌跡の例（２）、（３）および（４）によって示すように、ＳＰＦは、ＳＰＦがＴｎｏｓｅより上、またはＴｎｏｓｅより下で、約Ｔｍまでである間、最高温度で行うことができる。非晶質合金の一部を加熱するが、ＴＴＴ曲線に行き当たるのを避けるように管理する場合、「ＴｇとＴｍの間」で加熱されるが、Ｔｘには達していないことになる。
【００２１】
２０℃／分の加熱速度でとったバルク凝固非晶質合金の典型的な示差走査熱量計（ＤＳＣ）加熱曲線は、大部分、ＴＴＴデータと交差する特定の軌跡を描き、そこで、特定の温度においてＴｇを、ＤＳＣ加熱勾配がＴＴＴ結晶化開始と交差する時にＴｘを、および、同じ軌跡が溶融の温度範囲と交差する時に最終的に溶融ピークを、おそらく見ることになる。バルク凝固非晶質合金を、図１Ｂに軌跡（２）、（３）および（４）の上向き勾配部分によって示すように、急速な加熱速度で加熱すると、ＴＴＴ曲線を完全に避けることができ、ＤＳＣデータは、加熱時にガラス転移を示すが、Ｔｘを示さないことになる。それについて考える別の方法は、軌跡（２）、（３）および（４）は、結晶化曲線に行き当たらない限り、ＴＴＴ曲線（さらにそれより上）とＴｇラインの間のどの温度になることもできることである。これはちょうど、処理温度を上昇させるにつれて、軌跡の水平平坦域がはるかにより短くなり得ることを意味する。
【００２２】
相
本明細書中の用語「相」は、熱力学状態図で見られるものを示すことができる。相は、空間（例えば、熱力学系）の領域であり、この空間の領域全体を通して、材料のすべての物理的性質は、本質的に均一である。物理的性質の例は、密度、屈折率、化学組成、および格子周期性を含む。相の簡単な説明は、化学的に均一な、物理的に別個の、および／または機械的に分離可能な材料の領域である。例えば、ガラス瓶内の氷および水から成る系では、角氷は、１つの相であり、水は、第２の相であり、水上の湿った空気は、第３の相である。瓶のガラスは、別の異なる相である。相は、固溶体を意味することができ、固溶体は、二元溶液、三元溶液、四元溶液、もしくはより多元の溶液、または、金属間化合物のような化合物であってよい。別の例として、非晶質相は、結晶相とは異なる。
【００２３】
金属、遷移金属、および非金属
用語「金属」は、電気陽性元素を示す。本明細書中の用語「元素」は、一般的に、周期表で見られる元素を意味する。物理的には、基底状態での金属原子は、占有状態に近い非占有状態を有する部分的に充填されたバンドを含む。用語「遷移金属」は、周期表の３〜１２族内の金属元素のいずれかであり、これらの金属元素は、不完全な内部電子殻を有し、一連の元素の最も電気陽性のものと最も電気陽性でないものとの間の遷移リンクとして機能する。遷移金属は、複数の原子価、着色化合物、および、安定した錯イオンを形成する能力によって特徴づけられる。用語「非金属」は、電子を失い、陽イオンを形成する能力を持たない化学元素を示す。
【００２４】
用途に応じて、任意の適切な非金属元素、またはそれらの組み合わせを使用することができる。合金（または「合金組成物」）は、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、またはそれより多くの非金属元素のような、複数の非金属元素を含むことができる。非金属元素は、周期表の１３〜１７族で見られる任意の元素であってよい。例えば、非金属元素は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、およびＢのうちの任意の１つであってよい。時には、非金属元素は、１３〜１７族の特定の半金属（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅ、およびＰｏ）を示すこともできる。一実施形態では、非金属元素は、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。したがって、例えば、合金は、ホウ化物、炭化物、またはその両方を含むことができる。
【００２５】
遷移金属元素は、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、ラザホージウム、ドブニウム、シーボーギウム、ボーリウム、ハッシウム、マイトネリウム、ウンウンニリウム、ウンウンウニウム、およびウンウンビウムのうちの任意のものであってよい。一実施形態では、遷移金属元素を含むＢＭＧは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ａｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、およびＨｇのうち少なくとも１つを有することができる。用途に応じて、任意の適切な遷移金属元素、またはそれらの組み合わせを使用することができる。合金組成物は、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、またはそれより多くの遷移金属元素のような、複数の遷移金属元素を含むことができる。
【００２６】
現在説明している合金、または合金「サンプル」もしくは「試料」合金は、任意の形状およびサイズを有することができる。例えば、合金は、粒子の形状を有することができ、この粒子は、球形、楕円体、ワイヤ状、棒状、板状、フレーク状、または不規則な形状を有することができる。粒子は、任意のサイズを有することができる。例えば、粒子は、約５ミクロンと約８０ミクロンの間のような、約１０ミクロンと約６０ミクロンの間のような、約１５ミクロンと約５０ミクロンの間のような、約１５ミクロンと約４５ミクロンの間のような、約２０ミクロンと約４０ミクロンの間のような、約２５ミクロンと約３５ミクロンの間のような、約１ミクロンと約１００ミクロンの間の平均直径を有することができる。例えば、一実施形態では、粒子の平均直径は、約２５ミクロンと約４４ミクロンの間である。いくつかの実施形態では、ナノメートル範囲のもののようなより小さい粒子、または、１００ミクロンより大きいもののようなより大きい粒子を使用することができる。
【００２７】
合金サンプルまたは試料は、はるかにより大きい寸法のものであってもよい。例えば、合金サンプルまたは試料は、インゴットのようなバルク構造構成要素、電子機器のハウジング／ケーシング、または、ミリメートル、センチメートル、もしくはメートル範囲の寸法を有する構造構成要素の一部であってもよい。
【００２８】
固溶体
用語「固溶体」は、溶液の固体形態を意味する。用語「溶液」は、２つ以上の物質の混合物を意味し、これらの物質は、固体、液体、気体、またはそれらの組み合わせであってよい。混合物は、均質または不均質であってよい。用語「混合物」は、２つ以上の物質の組成物であり、これらの物質は、互いに結合され、一般的に分離されることが可能である。一般的に、これらの２つ以上の物質は、互いに化学的に結合されない。
【００２９】
合金
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の合金組成物は、完全に合金化されてよい。一実施形態では、「合金」は、２つ以上の金属の均質な混合物または固溶体を示し、一方の金属の原子は、他方の金属の原子間の格子間位置を置換または占有し、例えば、黄銅は、亜鉛および銅の合金である。合金は、複合体とは対照的に、金属マトリックス中の１つまたは複数の化合物のような、金属マトリックス中の１つまたは複数の元素の部分的なまたは完全な固溶体を示すことができる。本明細書の合金という用語は、単一の固相微細構造を与えることができる完全な固溶体と、２つ以上の相を与えることができる部分溶液の両方を示すことができる。本明細書に記載の合金組成物は、合金を含むもの、または、合金を含む複合体を含むものを示すことができる。
【００３０】
したがって、完全に合金化された合金は、成分の均質な分布を有することができ、固溶体相、化合物相、またはその両方である。本明細書で使用される用語「完全に合金化された」は、許容誤差内の小さな変動を考慮することができる。例えば、少なくとも９５％の合金化のような、少なくとも９９％の合金化のような、少なくとも９９．５％の合金化のような、少なくとも９９．９％の合金化のような、少なくとも９０％の合金化を示すことができる。本明細書中の百分率は、文脈に応じて、容積百分率または重量百分率のいずれかを示すことができる。これらの百分率は、組成または相の点で合金の一部ではないものであってよい不純物によってバランスされていてもよい。
【００３１】
非晶質または非結晶固体
「非晶質」または「非結晶固体」は、結晶の特徴である格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「非晶質固体」は、「ガラス」を含み、ガラスは、ガラス転移を通る加熱時に液体様の状態に軟化および変化する非晶質固体である。一般的に、非晶質材料は、化学結合の性質により原子の長さスケールでいくらかの短距離秩序を有することができるが、結晶の長距離秩序特性を欠く。非晶質固体と結晶性固体との間の区別は、Ｘ線回析および透過電子顕微鏡のような構造解析技術によって決定されるような、格子周期性に基づいて行われてよい。
【００３２】
用語「秩序」および「無秩序」は、多粒子系内のいくらかの対称性または相関の有無を示す。用語「長距離秩序」および「短距離秩序」は、材料中の秩序を長さスケールに基づいて区別する。
【００３３】
固体中の秩序の最も厳密な形は、格子周期性であり、特定のパターン（単位格子中の原子の配置）が、空間の並進的に変化しないタイリングを形成するように、何度も繰り返される。これは、結晶の定義特性である。可能な対称性は、１４のブラベ格子および２３０の空間群に分類されている。
【００３４】
格子周期性は、長距離秩序を意味する。１つの単位格子のみが知られている場合、並進対称性によって、任意の距離のすべての原子位置を正確に予測することができる。例えば、完全に決定論的なタイリングを有するが、格子周期性を持たない準結晶中を除いて、逆は、一般的に真である。
【００３５】
長距離秩序は、同じサンプルの遠隔部分が相関している挙動を示す物理系を特徴付ける。これを、相関関数、すなわちスピン−スピン相関関数：
【数１】
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として表すことができる。
【００３６】
上記関数で、ｓは、スピン量子数であり、ｘは、特定の系内の距離関数である。この関数は、ｘ＝ｘ’の場合、１に等しく、距離｜ｘ−ｘ’｜が増加するにつれて減少する。典型的には、大きな距離でゼロまで指数的に減衰し、すると系は、不秩序であると考えられる。しかしながら、相関関数が、大きい｜ｘ−ｘ’｜で一定値まで減衰するならば、系は、長距離秩序を有すると言ってよい。距離のべき乗としてゼロに減衰する場合、準長距離秩序と呼ぶことができる。何が大きい値の｜ｘ−ｘ’｜を構成するかは、相対的であることに留意されたい。
【００３７】
系は、その挙動を定義するいくつかのパラメータが時間と共に展開しないランダムな変数である（すなわち、それらは、急冷または凍結されている）、例えばスピングラスである場合、急冷無秩序を示すと言ってよい。これは、確率変数がそれ自体を展開させることが許されるアニーリング無秩序とは逆である。本明細書の実施形態は、急冷無秩序を含む系を含む。
【００３８】
本明細書に記載の合金は、結晶質、部分的に結晶質、非晶質、または実質的に非晶質であってよい。例えば、合金サンプル／試料は、少なくともいくらかの結晶化度を含んでよく、粒／結晶は、ナノメートルおよび／またはマイクロメートル範囲のサイズを有する。代わりに、合金は、完全に非晶質のような、実質的に非晶質であってよい。一実施形態では、合金組成物は、完全に結晶質であるように、実質的に結晶質であるように、少なくとも実質的に非晶質ではない。
【００３９】
一実施形態では、それ以外の非晶質合金中の結晶または複数の結晶の存在は、その中の「結晶相」として解釈することができる。合金の結晶化の程度（または、いくつかの実施形態では、略して「結晶化度」）は、合金中の結晶相の量を意味することができる。程度は、例えば、合金中に存在する結晶の分率を意味してよい。分率は、文脈に応じて、容積分率または重量分率を意味してよい。非晶質合金がどれくらい非晶質であるかの尺度は、非晶質性であってよい。非晶質性を、結晶化の程度に関して測定することができる。例えば、一実施形態では、低い結晶化の程度を有する合金は、高い非晶質性の程度を有すると言うことができる。一実施形態では、例えば、６０ｖｏｌ％の結晶相を有する合金は、４０ｖｏｌ％の非晶質相を有することができる。
【００４０】
非晶質合金または非晶質金属
「非晶質金属」は、容量で５０％を越える非晶質含有量を有する、好適には非晶質含有量の容積で９０％を越える、より好適には非晶質含有量の容積で９５％を越える、最も好適には非晶質含有量の容積で９９％を越えほぼ１００％の合金である。上述したように、非晶質性の高い合金は、同じように、結晶化の程度が低いことに留意されたい。「非晶質金属」は、無秩序な原子スケール構造を有する非晶質金属材料である。結晶性であり、したがって、高度に秩序正しい原子の配置を有する大部分の金属とは対照的に、非晶質合金は、非結晶性である。このような無秩序構造が冷却中に液体状態から直接生成される材料は、時には「ガラス」と呼ばれる。したがって、非晶質金属は、一般に、「金属ガラス」または「ガラス状金属」と呼ばれる。一実施形態では、バルク金属ガラス（「ＢＭＧ」）は、微細構造が少なくとも部分的に非晶質である合金を示すことができる。しかしながら、非晶質金属を生成するために極端に急速冷却すること以外に、物理的蒸着、固相反応、イオン照射、溶融紡糸、および機械的合金化を含むいくつかの方法がある。非晶質合金は、それらがどのように用意されるかにかかわらず、１つの種類の材料であってよい。
【００４１】
非晶質合金は、様々な急速冷却方法によって製造することができる。例えば、非晶質金属を、溶融金属を回転金属盤上にスパッタリングすることによって製造することができる。１秒に数１００万度のオーダの急速冷却は、結晶を形成させるためには速すぎる可能性があり、したがって、金属は、ガラス状態に「ロック」される。また、非晶質金属／合金を、厚い層内の非晶質構造、例えば、バルク金属ガラスの形成を可能にするのに十分に低い臨界冷却速度で製造することができる。
【００４２】
用語「バルク金属ガラス」（「ＢＭＧ」）、バルク非晶質合金（「ＢＡＡ」）、およびバルク固化非晶質合金は、本明細書では互換的に使用される。それらは、少なくともミリメートル範囲で最小の寸法を有する非晶質合金を意味する。例えば、寸法は、少なくとも約１ｍｍのような、少なくとも約２ｍｍのような、少なくとも約４ｍｍのような、少なくとも約５ｍｍのような、少なくとも約６ｍｍのような、少なくとも約８ｍｍのような、少なくとも約１０ｍｍのような、少なくとも約１２ｍｍのような、少なくとも約０．５ｍｍであってよい。幾何学的形状に応じて、寸法は、直径、半径、厚さ、幅、長さ等を示すことができる。ＢＭＧは、少なくとも約１．０ｃｍのような、少なくとも約２．０ｃｍのような、少なくとも約５．０ｃｍのような、少なくとも約１０．０ｃｍのような、センチメートル範囲の少なくとも１つの寸法を有する金属ガラスであってもよい。いくつかの実施形態では、ＢＭＧは、少なくともメートル範囲の少なくとも１つの寸法を有することができる。ＢＭＧは、金属ガラスに関連するような、上述した形状または形態のいずれかを取ることができる。したがって、１つの重要な観点において、いくつかの実施形態での本明細書に記載のＢＭＧは、従来の堆積技術によって作られた薄膜と異なってもよく、前者は、後者よりはるかに大きい寸法のものでありうる。
【００４３】
非晶質金属は、純粋な金属でなく合金であってよい。合金は、溶融状態での低自由体積につながる（したがって、他の金属および合金より桁違いに高い粘度を有する）著しく異なるサイズの原子を含んでよい。粘度は、原子が規則格子を形成するのに十分なほど移動するのを防ぐ。材料構造は、結果として、冷却中に少ない収縮をもたらすことができ、塑性変形に抵抗することができる。いくつかの場合で結晶性材料の弱点となる粒界が存在しないことは、例えば、優れた耐摩耗性および耐腐食性につながる可能性がある。一実施形態では、非晶質金属は、技術的にはガラスであるが、酸化物ガラスおよびセラミックスよりはるかに丈夫で脆くない可能性もある。
【００４４】
非晶質材料の熱伝導率は、それらの結晶性対応物の熱伝導率よりも低い可能性がある。より遅い冷却中であっても非晶質構造の形成を達成するために、合金を、３つ以上の構成元素から構成してもよく、これは、より高いポテンシャルエネルギーおよびより低い形成の確率を有する複合結晶につながる。非晶質合金の形成は、いくつかの要因、すなわち、合金の成分の組成、成分の原子半径（好適には、高い充填密度および低自由体積を達成するために、１２％を越える有意差を有する）、および、成分の組み合わせを混合し、結晶核形成を妨げ、溶融金属が過冷却状態に留まる時間を長くする負熱に依存することができる。しかしながら、非晶質合金の形成は、多くの異なる変数に基づくため、合金組成物が非晶質合金を形成することになるか否かの事前の決定を行うことは困難である可能性がある。
【００４５】
例えば、ホウ素、ケイ素、リン、および他のガラス形成剤の、磁性金属（鉄、コバルト、ニッケル）との非晶質合金は、低保磁力および高い電気抵抗を有する磁性物質である可能性がある。高い抵抗は、交番磁界にさらされたときの渦電流による低損失につながり、例えば、トランスの磁心として有用な特性につながる。
【００４６】
非晶質合金は、様々な潜在的に有用な特性を有する可能性がある。特に、それらは、類似の化学組成の結晶性合金よりも強くなる傾向があり、結晶性合金より大きい可逆（「弾性」）変形に耐えることができる。非晶質金属は、それらの非結晶性構造から直接その強さを引き出し、非結晶性構造は、結晶性合金の強度を制限する（転位のような）欠陥を持たない可能性がある。例えば、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（登録商標）として知られる１つの最新の非晶質金属は、高品位チタンの約２倍の引張強度を有する。いくつかの実施形態では、室温の金属ガラスは、延性がなく、引張荷重を受けたとき、突然破損する傾向があり、このことは、差し迫った破損が明白でないため、信頼性が重要な用途での材料の適用性を制限する。したがって、この課題を克服するために、延性結晶質金属の樹枝状粒子または繊維を含む金属ガラスマトリックスを有する金属マトリックス複合材料を使用することができる。代わりに、脆性を引き起こす傾向がある元素（複数可）（例えば、Ｎｉ）が少ないＢＭＧを使用することができる。例えば、ＢＭＧの延性を改善するために、Ｎｉを含まないＢＭＧを使用することができる。
【００４７】
バルク非晶質合金の別の有用な特性は、それらが真のガラスであり得ることであり、すなわち、それらが加熱時に軟化し、流れることができることである。これは、ポリマとまったく同じように射出成形等によって容易に処理することを可能にすることができる。結果として、非晶質合金を、スポーツ機器、医療機器、電子部品および装置、ならびに薄膜を作製するために使用することができる。非晶質金属の薄膜を、高速酸素燃料技術によって、保護コーティングとして堆積することができる。
【００４８】
材料は、非晶相、結晶相、またはその両方を有することができる。非晶相および結晶相は、同じ化学組成を有することができ、微細構造のみ異なってよく、すなわち、一方が非晶質で、他方が結晶質であってよい。一実施形態の微細構造は、２５倍以上の倍率で顕微鏡によって明らかにされるような、材料の構造を示す。代わりに、２つの相は、異なる化学組成および微細構造を有してもよい。例えば、組成物は、部分的に非晶質、実質的に非晶質、または完全に非晶質であってよい。
【００４９】
上述したように、非晶質性の程度（および、その逆に結晶化の程度）を、合金中に存在する結晶の分率によって測定することができる。程度は、合金中に存在する結晶相の重量分率の体積分率を意味することができる。部分的な非晶質組成物は、少なくとも約１０ｖｏｌ％のような、少なくとも約２０ｖｏｌ％のような、少なくとも約４０ｖｏｌ％のような、少なくとも約６０ｖｏｌ％のような、少なくとも約８０ｖｏｌ％のような、少なくとも約９０ｖｏｌ％のような、その少なくとも約５ｖｏｌ％が非晶相の組成物を示すことができる。用語「実質的に」および「約」は、本出願の別の箇所で定義されている。したがって、少なくとも実質的に非晶質である組成物は、少なくとも約９５ｖｏｌ％のような、少なくとも約９８ｖｏｌ％のような、少なくとも約９９ｖｏｌ％のような、少なくとも約９９．５ｖｏｌ％のような、少なくとも約９９．８ｖｏｌ％のような、少なくとも約９９．９ｖｏｌ％のような、その少なくとも約９０ｖｏｌ％が非晶質であるものを示すことができる。一実施形態では、実質的に非晶質の組成物は、その中にいくらか偶発的なわずかな量の結晶相を有することができる。
【００５０】
一実施形態では、非晶質合金組成物は、非晶相に関して均質であってよい。組成が均一である物質が、均質である。これは、不均質である物質とは対照的である。用語「組成物」は、物質の化学組成および／または微細構造を示す。物質は、物質の体積が半分に分割され、その両方が実質的に同じ組成を有する場合、均質である。例えば、粒子懸濁液は、粒子懸濁液が半分に分割され、両方の半分が実質的に同じ体積の粒子を有する場合、均質である。しかしながら、個々の粒子を顕微鏡下で見ることができる可能性がある。均質な物質の別の例は、異なる成分がその中に均等に懸濁される空気であるが、空気中の粒子、気体、および液体は、別々に分析することができ、または、空気から分離することができる。
【００５１】
非晶質合金に関して均質である組成物は、その微細構造全体に実質的に均一に分散された非晶相を有するものを示すことができる。すなわち、組成物は、巨視的に、組成物全体に実質的に均一に分散された非晶質合金を含む。代わりの実施形態では、組成物は、内部に非非晶相を有する非晶相を有する複合体のものであってよい。非非晶相は、結晶、または複数の結晶であってよい。結晶は、球形、楕円体、ワイヤ状、棒状、板状、フレーク状、または不規則な形状のような、任意の形状の粒子の形態であってよい。一実施形態では、樹枝状形態を有することができる。例えば、少なくとも部分的に非晶質の複合体組成物は、非晶相マトリックス中に分散された樹枝状結晶の形状の結晶相を有することができ、分散は、均一または不均一であってよく、非晶相および結晶相は、同じまたは異なる化学組成を有することができる。一実施形態では、それらは、実質的に同じ化学組成を有する。別の実施形態では、結晶相は、ＢＭＧ相より延性であってよい。
【００５２】
本明細書に記載の方法は、任意の種類の非晶質合金に適用可能である。同様に、組成物または物品の成分として本明細書に記載の非晶質合金は、任意の種類のものであってよい。非晶質合金は、元素、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｕ、Ｌａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。すなわち、合金は、これらの元素の任意の組み合わせをその化学式または化学組成中に含むことができる。元素は、異なる重量百分率または体積百分率で存在することができる。例えば、鉄「系」合金は、僅かではない重量百分率の鉄が内部に存在する合金を意味することができ、重量百分率は、例えば、少なくとも約４０ｗｔ％のような、少なくとも約５０ｗｔ％のような、少なくとも約６０ｗｔ％のような、少なくとも約８０ｗｔ％のような、少なくとも約２０ｗｔ％であってよい。代わりに、一実施形態では、上述した百分率は、重量百分率の代わりに体積百分率であってよい。したがって、非晶質合金は、ジルコニウム系、チタン系、白金系、パラジウム系、金系、銀系、銅系、鉄系、ニッケル系、アルミニウム系、モリブデン系等であってよい。合金は、特定の目的に合わせて、上記の元素の任意のものを含まなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、合金、または合金を含む組成物は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、またはそれらの組み合わせを実質的に含まなくてよい。一実施形態では、合金または組成物は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、またはそれらの組み合わせをまったく含まない。
【００５３】
例えば、非晶質合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）ａ（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）ｂ（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）ｃを有することができ、ここで、ａ、ｂ、およびｃは、それぞれ重量百分率または原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは、３０から７５の範囲であり、ｂは、５から６０の範囲であり、ｃは、０から５０の範囲である。代わりに、非晶質合金は、非晶質合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）ａ（Ｎｉ，Ｃｕ）ｂ（Ｂｅ）ｃを有することができ、ここで、ａ、ｂ、およびｃは、それぞれ重量百分率または原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは、４０から７５の範囲であり、ｂは、５から５０の範囲であり、ｃは、５から５０の範囲である。非晶質合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）ａ（Ｎｉ，Ｃｕ）ｂ（Ｂｅ）ｃを有することもでき、ここで、ａ、ｂ、およびｃは、それぞれ重量百分率または原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは、４５から６５の範囲であり、ｂは、７．５から３５の範囲であり、ｃは、１０から３７．５の範囲である。代わりに、非晶質合金は、式（Ｚｒ）ａ（Ｎｂ，Ｔｉ）ｂ（Ｎｉ，Ｃｕ）ｃ（Ａｌ）ｄを有することができ、ここで、ａ、ｂ、ｃおよびｄは、それぞれ重量百分率または原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは、４５から６５の範囲であり、ｂは、０から１０の範囲であり、ｃは、２０から４０の範囲であり、ｄは、７．５から１５の範囲である。上述した合金系の例示的な一実施形態は、米国、カリフォルニア州のＬｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されるような、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ−１およびＶｉｔｒｅｌｏｙ−１０１のような、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（登録商標）という商品名のＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅ系非晶質合金である。異なる系の非晶質合金のいくつかの例を、表１および表２に与える。
【表１】
2014098538.tif 000004
【表２】
2014098538.tif 000005
【００５４】
他の例示的な鉄金属系合金は、米国特許出願公開第２００７／００７９９０７号および第２００８／０３０５３８７号に開示されているもののような組成物を含む。これらの組成物は、Ｆｅ（Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）（Ｃ，Ｓｉ，Ｂ，Ｐ，Ａｌ）系を含み、ここで、例示的な組成物Ｆｅ４８Ｃｒ１５Ｍｏ１４Ｙ２Ｃ１５Ｂ６と同様に、鉄含有量は、６０から７５原子百分率であり、（Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）の合計は、５から２５原子百分率の範囲内であり、（Ｃ，Ｓｉ，Ｂ，Ｐ，Ａｌ）の合計は、８から２０原子百分率の範囲内である。それらは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−（Ｙ，Ｌｎ）−Ｃ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｌｎ−Ｃ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ−（Ｙ，Ｌｎ）−Ｃ−Ｂ、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃｏ）−（Ｍｏ，Ｍｎ）−（Ｃ，Ｂ）−Ｙ、Ｆｅ−（Ｃｏ，Ｎｉ）−（Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ）−（Ｍｏ，Ｗ）−Ｂ、Ｆｅ−（Ａｌ，Ｇａ）−（Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｓｉ，Ｇｅ），Ｆｅ−（Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｓｂ）−Ｐ−Ｂ−Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｏ）−Ｂ−Ｓｉ−Ｎｂ合金、およびＦｅ−（Ｃｒ，Ｍｏ）−（Ｃ，Ｂ）−Ｔｍによって記述される合金系も含み、ここで、Ｌｎは、ランタニド元素を示し、Ｔｍは、遷移金属元素を示す。さらに、非晶質合金は、米国特許出願公開第２０１０／０３００１４８号に記載の例示的な組成物Ｆｅ８０Ｐ１２．５Ｃ５Ｂ２．５、Ｆｅ８０Ｐ１１Ｃ５Ｂ２．５Ｓｉ１．５、Ｆｅ７４．５Ｍｏ５．５Ｐ１２．５Ｃ５Ｂ２．５、Ｆｅ７４．５Ｍｏ５．５Ｐ１１Ｃ５Ｂ２．５Ｓｉ１．５、Ｆｅ７０Ｍｏ５Ｎｉ５Ｐ１２．５Ｃ５Ｂ２．５、Ｆｅ７０Ｍｏ５Ｎｉ５Ｐ１１Ｃ５Ｂ２．５Ｓｉ１．５、Ｆｅ６８Ｍｏ５Ｎｉ５Ｃｒ２Ｐ１２．５Ｃ５Ｂ２．５、およびＦｅ６８Ｍｏ５Ｎｉ５Ｃｒ２Ｐ１１Ｃ５Ｂ２．５Ｓｉ１．５のうちの１つであってもよい。
【００５５】
非晶質合金は、（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）系合金のような鉄合金であってもよい。このような組成物の例は、米国特許第６，３２５，８６８号、第５，２８８，３４４号、第５，３６８，６５９号、第５，６１８，３５９号、および第５，７３５，９７５号、Ｉｎｏｕｅら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌｕｍｅ７１、ｐ４６４（１９９７）、Ｓｈｅｎら、Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．、ＪＩＭ、Ｖｏｌｕｍｅ４２、ｐ２１３６（２００１）、ならびに、特願２００１−２６２７７号（公開番号２００１３０３２１８Ａ）に開示されている。１つの例示的な組成物は、Ｆｅ７２Ａｌ５Ｇａ２ＰｌｌＣ６Ｂ４である。別の例は、Ｆｅ７２Ａｌ７Ｚｒｌ０Ｍｏ５Ｗ２Ｂ１５である。本明細書でコーティングに使用され得る別の鉄系合金系は、米国特許出願第２０１０／００８４０５２号に開示されており、非晶質金属は、例えば、括弧内に与える組成の範囲のマンガン（１から３原子％）、イットリウム（０．１から１０原子％）、およびケイ素（０．３から３．１原子％）を含み、括弧内に与える組成の指定された範囲で以下の元素、クロム（１５から２０原子％）、モリブデン（２から１５原子％）、タングステン（１から３原子％）、ホウ素（５から１６原子％）、炭素（３から１６原子％）、および残りの鉄を含む。
【００５６】
非晶質合金は、米国特許出願公開第２００８／０１３５１３６号、第２００９／０１６２６２９号、および第２０１０／０２３００１２号によって記載されたＰｔまたはＰｄ系合金のうちの１つであってもよい。例示的な組成物は、Ｐｄ４４．４８Ｃｕ３２．３５Ｃｏ４．０５Ｐ１９．１１、Ｐｄ７７．５Ａｇ６Ｓｉ９Ｐ７．５、およびＰｔ７４．７Ｃｕ１．５Ａｇ０．３Ｐ１８Ｂ４Ｓｉ１．５を含む。
【００５７】
上述した非晶質合金系は、さらに、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＣｏを含む追加の遷移金属元素のような追加の元素を含むことができる。追加の元素は、約２０ｗｔ％以下のような、約１０ｗｔ％以下のような、約５ｗｔ％以下のような、約３０ｗｔ％以下存在することができる。一実施形態では、追加の任意の元素は、炭化物を形成し、耐摩耗性および耐腐食性を改善するために、コバルト、マンガン、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、タングステン、イットリウム、チタン、バナジウム、およびハフニウムのうちの少なくとも１つである。さらなる任意の元素は、融点を低下させるために、リン、ゲルマニウム、およびヒ素を全体の約２％まで、好適には１％未満含んでよい。それ以外の偶発的な不純物は、約２％未満、好適には０．５％であるべきである。
【００５８】
いくつかの実施形態では、非晶質合金を有する組成物は、少量の不純物を含むことができる。不純物元素は、機械的特性（例えば、硬さ、強度、破壊機構等）を改善する、および／または、耐腐食性を改善するような、組成物の特性を変更するために、意図的に追加されてよい。代わりに、不純物は、処理および製造の副産物として得られるもののような、不可避の偶発的な不純物として存在する可能性がある。不純物は、約５ｗｔ％のような、約２ｗｔ％のような、約１ｗｔ％のような、約０．５ｗｔ％のような、約０．１ｗｔ％のような、約１０ｗｔ％以下であってよい。いくつかの実施形態では、これらの百分率は、重量百分率の代わりに体積百分率であってよい。一実施形態では、合金サンプル／組成物は、本質的に、非晶質合金（少量の偶発的な不純物のみを有する）から構成される。別の実施形態では、組成物は、非晶質合金（不純物の観測可能な痕跡を持たない）を含む。
【００５９】
一実施形態では、最終的な部品は、バルク凝固非晶質合金の臨界鋳造厚さを超えた。
【００６０】
本明細書の実施形態では、バルク凝固非晶質合金が高粘性液体として存在することができる過冷却液体領域の存在は、超塑性成形を可能にする。大きな塑性変形を得ることができる。過冷却液体領域で大きい塑性変形を受ける能力は、成形および／または切断プロセスのために使用される。固体と反対に、液体バルク凝固合金は、局所的に変形し、これは、切断および成形するために必要なエネルギーを大幅に低下させる。切断および成形のしやすさは、合金、モールド、および切断工具の温度に依存する。温度がより高くなると、粘度はより低くなり、したがって、切断および成形はより容易になる。
【００６１】
本明細書の実施形態は、例えば、ＴｇとＴｘの間で行われる非晶質合金による熱可塑性成形プロセスを利用することができる。本明細書では、ＴｘおよびＴｇは、結晶化温度の開始およびガラス転移温度の開始として、典型的な加熱速度（例えば、２０℃／分）での標準的なＤＳＣ測定値から決定される。
【００６２】
非晶質合金成分は、臨界鋳造厚さを有することができ、最終的な部品は、臨界鋳造厚さより厚い厚さを有することができる。さらに、加熱および成形作業の時間および温度は、非晶質合金の弾性ひずみ限界が、実質的に、１．０％未満にならない、好適には、１．５％未満にならないように保持され得るように選択される。本明細書の実施形態の文脈では、ガラス転位付近の温度とは、形成温度が、ガラス転移温度未満、ガラス転移温度又はその付近、およびガラス転移温度より上であり得るが、好適には、結晶化温度Ｔｘ未満の温度であることを意味する。冷却工程は、加熱工程での加熱速度と同様の速度で行われ、好適には、加熱工程での加熱速度より速い速度で行われる。冷却工程は、また、好適には形成および成形荷重が依然として維持されながら達成される。
【００６３】
電子機器
本明細書の実施形態は、ＢＭＧを使用する電子機器の製造に有益であり得る。本明細書の電子機器は、当該技術分野で公知の任意の電子機器を示すことができる。例えば、それは、携帯電話、および固定電話のような電話、または、例えばｉＰｈｏｎｅ（登録商標）を含むスマートフォンのような任意の通信機器、ならびに、電子メール送信／受信機器であってよい。それは、デジタルディスプレイ、テレビモニタ、電子書籍リーダ、携帯型ウェブブラウザ（例えば、ｉＰａｄ（登録商標））、およびコンピュータモニタのようなディスプレイの一部であってよい。それは、携帯型ＤＶＤプレーヤ、従来のＤＶＤプレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ、ビデオゲームコンソール、携帯型音楽プレーヤ（例えば、ｉＰｏｄ（登録商標））のような音楽プレーヤ等を含むエンターテイメント機器であってもよい。それは、画像、映像、音声のストリーミングを制御するような制御を提供する機器（例えば、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（登録商標））の一部であってもよく、または、それは、電子機器の遠隔制御装置であってよい。それは、コンピュータの一部であってよく、または、ハードドライブタワーハウジングもしくはケーシング、ラップトップハウジング、ラップトップキーボード、ラップトップトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、およびスピーカのようなそのアクセサリの一部であってよい。物品は、腕時計または時計のような機器に適用することもできる。
【００６４】
容器内で材料（例えば、金属または金属合金）を溶融するための、本明細書の実施形態によって提案される解決法は、溶融または溶解した材料を溶融ゾーン内に閉じ込めることである。
【００６５】
実施形態は、直列溶融装置内の溶融原料の位置および形状を制御するための装置および方法に関し、主要な螺旋形の溶融コイルより低い周波数で動作する、溶融コイルの端部近傍に配置されたコイルが、溶融コイル内に閉じ込められた溶融合金に力を加えるために使用される。「閉じ込め」コイルによって生成されるラプラス力は、合金の誘導加熱を実質的に低下させることなく、溶融コイルによって生成される（合金を押し出す傾向がある）ラプラス力に対抗して作用する。これは、合金を溶融し、その後の形成のためのコールドチャンバダイキャスタのような他のシステム内に制御可能に導入することを可能にする。装置および方法の利点は、合金を閉じ込めるための物理的な障害物を使用することなく、合金を電磁気的に閉じ込めることが可能なことであろう。
【００６６】
図２Ａ〜２Ｄは、装置の様々な実施形態を示す。装置は、内部で溶融するための図２Ａ〜２Ｄに示すインゴットのような材料を受けるように構成された容器を備えることができる。実施形態では、内部の材料を溶融するように構成された第１の誘導コイルと、第１の誘導コイルと直列に配置された第２の誘導コイルと、が示され、第２の誘導コイル、または、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの組み合わせは、容器内の水平方向の溶融材料の移動に対するゲートまたはバルブとして機能するように構成される。一実施形態では、第１の誘導コイルは、負荷コイル、または加熱コイルであり、第２の誘導コイルは、閉じ込めコイルである。代わりに、別の実施形態では、第１の誘導コイルは、閉じ込めコイルであり、第２の誘導コイルは、加熱コイルである。加熱誘導コイルを、（例えば、インゴットの形態の）溶融可能な材料での熱エネルギー生成を最大化するように周波数を調整するために使用することができる。閉じ込め誘導コイルを、溶融物に加えられる力を最大化するように周波数を調整するために使用することができる。
【００６７】
説明の目的のみのため、図２Ａ〜２Ｄは、水平方向の、容器の外への、右から左への、鋳型中への溶融材料の射出を参照することを理解すべきである。したがって、これらの例示的な実施形態では、第１の誘導コイルは、加熱コイルであり、第２の誘導コイルは、閉じ込めコイルである。しかしながら、移動の方向、および、加熱／閉じ込めコイルの割り当ては、限定することを意図するものではない。
【００６８】
これらの実施形態のいずれにおいても、溶融するための材料は、ＢＭＧ原料を含むことができ、装置は、材料をＢＭＧ部品に成形するように構成される。
【００６９】
２つの例示的な実施形態では、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルは、（図２Ｂに示す）単一の誘導コイルの一部であるか、（図２Ａに示す）２つの別個の誘導コイルである。コイルは、ＲＦ電力を介して溶融物を制御するために使用される。例えば、第２のコイル（例えば、閉じ込めコイル）は、左側に設けられてよく、第１のコイル（加熱コイル）は、右側に設けられてよい。それらは、接続され、同じ周波数で動作するように構成されてよい。したがって、図２Ｂは、加熱機能および閉じ込め機能の両方を実行するコイル構成を示す。動作時に、溶融温度および撹拌は、第１のコイルと第２のコイルの間の領域では、比較的均一なままである。
【００７０】
第１および第２の誘導コイルの周波数は、異なってよい。両方の機能、すなわち、加熱および閉じ込めを実行するために、単一のコイルを使用する場合、１つの周波数のみが実行してよい。これは、結果として、材料を加熱するための周波数と、溶融物に加えられる力を最適化するための周波数との間の妥協である、選択された周波数を生じる。一実施形態によれば、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルは、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルを独立して制御するように構成された（図２Ｃに示す）電気タップを有する単一の誘導コイルの一部である。電気タップは、磁界を急激に変化させることができるように、いずれかまたは両方のコイルの独立した制御を可能にする。第１および第２の誘導コイルが単一のコイルの一部である一実施形態では、電気タップは、単一のコイルの少なくとも一部または一方の側の制御を可能にすることができる。
【００７１】
任意に、図２Ａ〜２Ｄにおいて、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの一方または両方は、テーパ形状または円筒形状を備えることができる。
【００７２】
第２の誘導コイルは、第１の誘導コイルの周りに巻き付けられてもよく、図２Ｄに示すように、その逆であってもよい。図２Ｄは、一実施形態による、第１（例えば、加熱）および第２（例えば、閉じ込め）の誘導コイルをデカップリングする一例を示し、ここで、第２のコイルは、上述した同様の原理を使用する。第１および第２の誘導コイルは、異なった周波数を有してよい。例えば、第２の誘導コイルは、一般に、第１の誘導コイルより低いＲＦ周波数を有する。
【００７３】
また、溶融可能な材料の溶融中、システムのプランジャ（例えば、システム３００のプランジャロッド３３０）は、溶融可能な材料を容器内に閉じ込めるのを助けるように構成されてよいことも想定される。例えば、プランジャが、材料をモールド中に射出する（したがって、溶融材料を容器から排出する）ために、水平方向に、右から左に移動するように構成されている実施形態では、プランジャは、溶融材料が間違った側から排出されないように、溶融物を（第１の誘導コイルに隣接する）右側から閉じ込めるように配置されてよい。コイル配置は、モールド（左側）に至る反対側に溶融物を閉じ込めるように設計されてよい。一実施形態では、プランジャは、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、または２Ｄに示すコイル構成のいずれかと共におよび／またはそれに加えて使用されてよい。
【００７４】
一実施形態では、溶融可能な材料は、実質的にＵ字形のチャネルを備えてもよく、または備えなくてもよい水冷ボート、容器、またはコンテナによって、その底部に収容される。
【００７５】
容器（図２Ａ〜２Ｄには示さないが、代わりに、容器内のインゴットを示す）は、容器内の材料の移動が、容器の排出経路に沿った水平方向になるように、第１の誘導コイルまたは第２の誘導コイルの水平軸に沿って配置されてよい。第２の誘導コイルは、例えば、図２Ｂに示す容器の排出端部付近に配置されてよい。
【００７６】
装置は、さらに、容器の排出端部または容器の排出端部の反対側のいずれかに位置する追加の誘導コイルを備えてよい。追加の誘導コイルは、図２Ａ〜２Ｄには示されていない。容器は、さらに、材料の溶融中に容器の温度を調節するために内部に流体を流すように構成された１つまたは複数の温度調節チャネル（図２Ａ〜２Ｄには示さず）を備えることができる。装置は、さらに、容器から溶融物を受け入れ、溶融物をＢＭＧ部品に成形するように構成されたモールド（図２Ａ〜２Ｄには示さず）を備える。図２Ａ〜２Ｄでは、第２の誘導コイル、または、第１の誘導コイルおよび第２の誘導コイルの組み合わせは、容器から射出経路を経てモールド（図２Ａ〜２Ｄには示さず）への溶融物の移動を制御するためのバルブとして機能するように構成される。
【００７７】
様々な実施形態によれば、装置が提供される。装置は、内部で溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部の材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。閉じ込め誘導コイルは、溶融物を負荷誘導コイル内に閉じ込めるように構成される。
【００７８】
様々な実施形態によれば、装置を使用する溶融方法が提供される。装置は、内部に溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部の材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。溶融材料を形成するために、負荷誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させることによって、容器内の材料を加熱することができる。溶融物が加熱されているおよび／または所望の温度に維持されている間、溶融材料を負荷誘導コイル内に閉じ込めるために、閉じ込め誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させることができる。
【００７９】
様々な実施形態によれば、装置を使用する溶融方法が提供される。装置は、内部に溶融するための材料を受け入れるように構成された容器と、内部の材料を溶融するために容器に隣接して配置された負荷誘導コイルと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイルと、を含むことができる。溶融材料を形成するために、負荷誘導コイルを第１のＲＦ周波数で動作させることによって、容器内の材料を加熱することができる。加熱している間、溶融材料を負荷誘導コイル内に閉じ込めるために、閉じ込め誘導コイルを第２のＲＦ周波数で動作させることができる。一旦、溶融材料のために所望の温度が達成され、維持されると、閉じ込め誘導コイルの動作を停止することができ、溶融材料を、容器から排出経路を経てモールド内に排出することができる。
【００８０】
本明細書に例示された方法、技術、および機器は、例示された実施形態に限定されるものではない。本明細書に開示されるように、装置もしくはシステム（または機器もしくは機械）は、（非晶質合金のような）材料（複数可）の溶融および射出成形を実行するように構成される。装置は、このような材料または合金を、溶融材料を成形のためのモールド内に射出する前に、より高い溶融温度で溶融することによって処理するように構成される。さらに後述するように、装置の一部は、互いに直列に配置される。いくつかの実施形態によれば、装置の一部（またはそれらへの入口）は、水平軸上に整列される。以下の実施形態は、例示の目的のみのためであり、限定することを意図するものではない。
【００８１】
図３は、このような例示的な装置の概略図を示す。より具体的には、図３は、射出成形装置３００を示す。一実施形態によれば、射出成形システム３００は、内部に受けた溶融可能な材料３０５を溶融するように構成された溶融ゾーン３１０と、溶融材料３０５を溶融ゾーン３１０からモールド３４０内に排出するように構成された少なくとも１つのプランジャロッド３３０と、を含むことができる。一実施形態では、少なくともプランジャロッド３３０および溶融ゾーン３１０は、溶融材料３０５をモールド３４０中に移動するように、プランジャロッド３３０が、水平方向に（例えば、Ｘ軸に沿って）、実質的に溶融ゾーン３１０を通って移動されるように、直列に、水平軸（例えば、Ｘ軸）上に設けられる。モールドは、溶融ゾーンに隣接して配置されてよい。
【００８２】
溶融可能な材料は、任意の数の形態で、溶融ゾーン内に受け入れることができる。例えば、溶融可能な材料は、インゴット（固体）、半固体、予熱されたスラリ、粉末、ペレット等の形態で、溶融ゾーン３１０内に供給されてよい。いくつかの実施形態では、（インゴット挿入口３１８の図示例のような）挿入口が、射出成形装置３００の一部として設けられてよい。挿入口３１８は、任意の数の場所で機械内に設けられた独立した開口部または領域であってよい。一実施形態では、挿入口３１８は、機械の１つまたは複数の部分を通る経路であってよい。例えば、材料（例えば、インゴット）は、プランジャ３３０によって容器３１２内に水平方向に挿入されてよく、または、射出装置３００のモールド側から水平方向に（例えば、モールド３４０を経ておよび／または転送スリーブ３５０を経て容器３１２内に）挿入されてよい。他の実施形態では、溶融可能な材料は、他の方法で、および／または、他の装置を使用して（例えば、射出装置の反対側を経て）溶融ゾーン３１０内に供給されてよい。
【００８３】
溶融ゾーン３１０は、溶融可能な材料を受け入れ、材料が溶融状態に加熱されるとき材料を保持するように構成された溶融メカニズムを含む。溶融メカニズムは、例えば、容器３１２の形態であってよく、例えば、容器３１２は、溶融可能な材料を受け、内部で材料を溶融するように構成された本体を有する。本開示を通して使用される容器は、物質を高温に加熱するために用いられる材料で作られたコンテナである。例えば、一実施形態では、容器は、ボート風のるつぼ、またはスカルるつぼのようなるつぼであってよい。一実施形態では、容器３１２は、（真空口３３２で真空装置またはポンプによって加えられる）真空下にある間、溶融可能な材料（複数可）のために利用されるように構成された低温炉溶融機器である。一実施形態では、さらに後述するように、容器は、温度調整された容器である。
【００８４】
容器３１２は、その本体の、受け入れ部または溶融部３１４内に材料（例えば、原料）を投入するための入口を有することもできる。図に示す実施形態では、容器３１２の本体は、実質的にＵ字形の構造を含むことができる。しかしながら、この例示された形状は、限定的であることを意味しない。容器３１２は、任意の数の形状または構成を含むことができる。容器の本体は、長さを有し、溶融材料がプランジャ３３０を使用してそこから水平に移動されるように、長手方向および水平方向に延びることができる。例えば、本体は、そこから側壁が垂直に延びるベースを含むことができる。加熱または溶融するための材料は、容器の溶融部３１４内に受け入れられてよい。溶融部３１４は、内部に溶融される溶融可能な材料を受け入れるように構成される。例えば、溶融部３１４は、材料を受けるための表面を有する。容器３１２は、（例えば、インゴットの形態の）材料を、その溶融部３１４に、送り出しのための射出装置の１つまたは複数の機器（例えば、挿入口およびプランジャ）を使用して受け入れることができる。
【００８５】
一実施形態では、本体および／またはその溶融部３１４は、実質的に丸みを帯びたおよび／または滑らかな表面を含むことができる。例えば、溶融部３１４の表面は、円弧形状に形成されてよい。しかしながら、本体の形状および／または表面は、限定的であることを意味しない。本体は、一体構造であってよく、または、一体に接合もしくは機械加工される別個の部品から形成されてよい。容器３１２の本体は、任意の数の材料（例えば、銅、銀）から形成されてよく、１つもしくは複数のコーティング、および／または、構成もしくは設計を含むことができる。例えば、１つまたは複数の表面は、その中に凹所または溝を有することができる。
【００８６】
容器３１２の本体は、溶融材料を移動するために、水平方向にそこを通るプランジャロッドを受け入れるように構成されてよい。すなわち、一実施形態では、溶融メカニズムは、プランジャロッドと同軸上にあり、本体は、プランジャロッドの少なくとも一部を受け入れるように構成されてよく、および／または、大きさが決められてよい。したがって、プランジャロッド３３０は、実質的に容器３１２を通って移動することによって、溶融材料を（加熱／溶融後）、容器からモールド３４０中に移動させるように構成されてよい。図３中の装置３００の図示された実施形態を参照すると、例えば、プランジャロッド３３０は、容器３１２を通って右から左に向かって水平方向に移動し、溶融材料をモールド３４０に向けて移動させ、その中に押し入れる。
【００８７】
溶融ゾーン３１０を加熱し、容器３１２に受け入れられた溶融可能な材料を溶融するために、射出装置３００は、溶融可能な材料を加熱および溶融するために使用される熱源も含む。
【００８８】
容器の少なくとも溶融部３１４は、仮にその本体全体ではないとしても、内部に受け入れられた材料が溶融されるように加熱されるように構成される。加熱は、例えば、溶融可能な材料を溶融するように構成された溶融ゾーン３１０内に配置された誘導源３２０Ｌを使用して達成される。一実施形態では、誘導源３２０Ｌは、容器３１２に隣接して配置される。例えば、誘導源３２０Ｌは、容器本体の長さに実質的に沿って螺旋状に配置されたコイルの形態であってよい。したがって、容器３１２は、電力供給装置または電源３２５を使用して、誘導源／コイル３２０Ｌに電力を供給することによって、溶融部３１４内の溶融可能な材料（例えば、挿入されたインゴット）を誘導的に溶融するように構成されてよい。したがって、溶融ゾーン３１０は、誘導ゾーンを含むことができる。誘導コイル３２０Ｌは、容器３１２を溶融および湿潤させることなく、容器３１２によって含まれる任意の材料を加熱し、溶融するように構成される。誘導コイル３２０Ｌは、無線周波数（ＲＦ）波を、容器３１２に向けて放射する。図示のように、本体、および容器３１２を取り囲むコイル３２０Ｌは、水平軸（例えば、Ｘ軸）に沿って水平方向に配置されるように構成されてよい。
【００８９】
一実施形態では、容器３１２は、温度調整された容器である。このような容器は、容器内に受け入れられた材料の溶融中に、容器３１２の本体の温度を調整するため（例えば、容器を強制的に冷却するため）に、内部に気体または液体（例えば、水、油、または他の流体）を流すように構成された１つまたは複数の温度調整チャネルを含むことができる。このような強制冷却るつぼは、プランジャロッドと同軸上に設けられてもよい。冷却チャネル（複数可）は、容器３１２の本体自体の過剰な加熱および溶融の防止を助けることができる。冷却チャネル（複数可）は、容器内の気体または液体の流れを誘導するように構成された冷却システムに接続されてよい。冷却チャネル（複数可）は、そこを通って流れる流体のための１つまたは複数の入口および出口を含むことができる。冷却チャネルの入口および出口は、任意の数の方法で構成されてよく、限定されることを意味しない。例えば、冷却チャネル（複数可）は、溶融部３１４上の材料が溶融され、容器温度が調整される（すなわち、熱が吸収され、容器が冷却される）ように、溶融部３１４に対して位置決めされてよい。冷却チャネル（複数可）の数、位置、および／または方向は、限定されるべきではない。冷却液体または流体は、誘導源３２０Ｌが給電されるとき、溶融可能な材料の溶融中、冷却チャネル（複数可）を通って流れるように構成されてよい。
【００９０】
材料が容器３１２内で溶融された後、溶融材料を容器３１２から、物体、部品、または断片に成形するためのモールド３４０中に押し進めるために、プランジャ３３０を使用することができる。溶融可能な材料が、非晶質合金のような合金である例では、モールド３４０は、成形されたバルク非晶質合金物体、部品、または断片を形成するように構成される。モールド３４０は、そこを介して溶融材料を受け入れるための入口を有する。容器３１２のアウトプットおよびモールド３４０の入口は、溶融材料を、その入口を介してモールド３４０内に排出するために、プランジャロッド３３０が、容器の本体２２を通って水平方向に移動されるように、直列に、水平軸上に設けられてよい。
【００９１】
前述したように、金属または合金のような材料を成形するために使用される射出成形システム３００のようなシステムは、溶融材料をモールドまたはダイキャビティ内に押し進めるために、真空を与えることができる。射出成形システム３００は、さらに、少なくとも溶融ゾーン３１０およびモールド３４０に真空口３１２で真空圧を加えるように構成された、少なくとも１つの真空源またはポンプを含むことができる。真空圧は、内部の材料を溶融し、移動または転送し、成形するために使用される射出成形システム３００の少なくとも一部に加えられてよい。例えば、容器３１２、転送スリーブ３５０、およびプランジャロッド３３０は、すべて、真空圧下にあってよい、および／または、真空チャンバ内に入れられてよい。
【００９２】
一実施形態では、モールド３４０は、材料を成形するときに内部の真空圧を調節するように構成された密封された構造である真空モールドである。例えば、一実施形態では、真空モールド３４０は、互いに対して（それぞれ）隣接して配置された第１のプレート（「Ａ」モールドまたは「Ａ」プレートとも呼ばれる）と、第２のプレート（「Ｂ」モールドまたは「Ｂ」プレートとも呼ばれる）とを含む。第１のプレートおよび第２のプレートは、一般に、それぞれ、それらの間の溶融された材料を成形するためのそれらに関係するモールドキャビティを有する。キャビティは、射出スリーブまたは転送スリーブ３５０を経てそれらの間に受け入れられた溶融材料を成形するように構成される。モールドキャビティは、内部に一部を形成および成形するための部分キャビティを含むことができる。
【００９３】
一般に、第１のプレートは、転送スリーブ３５０に接続されてよい。一実施形態によれば、プランジャロッド３３０は、溶融材料を、容器３１２から、転送スリーブ３５０を経て、モールド３４０内に移動させるように構成される。転送スリーブ３５０（時には、当該技術分野および本明細書では、ショットスリーブ、コールドスリーブ、または射出スリーブと呼ばれる）は、溶融ゾーン３１０とモールド３４０の間に設けられてよい。転送スリーブ３５０は、溶融材料を受け入れ、（プランジャ３３０を使用して）そこを通ってモールド３４０内への溶融材料の転送を可能にするように構成された開口部を有する。その開口部は、水平軸（例えば、Ｘ軸）に沿って水平方向に設けられてよい。転送スリーブは、コールドチャンバである必要はない。一実施形態では、少なくとも、プランジャロッド３３０、容器３１２（例えば、その受け入れまたは溶融部）、および転送スリーブ３５０の開口部は、プランジャロッド３３０が、溶融材料を転送スリーブ３５０の開口部内に（および、その後にそこを通って）移動させるために、容器３１２を通って水平方向に移動させることができるように、直列に、水平軸上に設けられる。
【００９４】
溶融材料は、水平方向に、転送スリーブ３５０を通って、（例えば、第１のプレートの）入口を介してモールドキャビティ（複数可）内、および、第１のプレートと第２のプレートの間に押される。材料の成形中、少なくとも第１および第２のプレートは、それらの間の材料（例えば、非晶質合金）の、例えば、酸素および窒素への露出を実質的に排除するように構成される。具体的には、大気がプレートおよびそれらのキャビティ内から実質的に除去されるように、真空が加えられる。真空圧は、真空ライン３３２を介して接続された少なくとも１つの真空源を使用して、真空モールド３４０の内部に加えられる。例えば、システム上の真空圧またはレベルは、溶融およびその後の成形サイクル中、１×１０−１〜１×１０−４Ｔｏｒｒに維持される。別の実施形態では、真空レベルは、溶融および成形プロセス中、１×１０−２〜約１×１０−４Ｔｏｒｒに維持される。もちろん、１×１０−９Ｔｏｒｒ〜約１×１０−３Ｔｏｒｒ、および／または１×１０−３Ｔｏｒｒ〜約０．１Ｔｏｒｒのような他の圧力レベルまたは範囲が使用されてよい。排出機構（図示せず）が、成形された（非晶質合金）材料（または成形された部品）を、モールド３４０の第１および第２のプレート間のモールドキャビティから排出するように構成される。排出機構は、（例えば、第１および第２の部分が水平に、少なくともプレート間の真空圧が開放された後、互いから相対的に遠ざけて移動された後に）成形された材料または部品を排出するために作動されるように構成された作動機構（図示せず）に関連付けまたは接続される。
【００９５】
任意の数または種類のモールドが、装置３００で用いられてよい。例えば、任意の数のプレートが、モールドを形成するために、第１および第２のプレート間、および／または、これらに隣接して設けられてよい。「Ａ」シリーズ、「Ｂ」シリーズ、および／または「Ｘ」シリーズモールドとして当該技術分野で公知のモールドが、例えば、射出成形システム／装置３００に実装されてよい。
【００９６】
このような射出成形装置３００での溶融すべき材料の均一な加熱、および、溶融材料の温度の維持は、均一な成形部品を形成するのを助ける。説明の目的のみのため、本開示の全体に渡って、溶融すべき材料は、固体原料の形態であるインゴット３０５の形態であるとして説明および図示したが、溶融すべき材料は、固体、半固体、予熱されたスラリ、粉末、ペレット等で射出成形システムまたは装置３００に受け入れられてよく、材料の形態は、限定的でないことに留意すべきである。加えて、容器３１２の図示された図は、説明の目的のみのための、Ｕ字形のボート／容器のＸ軸に沿った断面図である。
【００９７】
直列に、水平方向に配置され、溶融する材料中に大部分の電力入力を得るように配置された射出成形装置では、材料を誘導コイルに隣接する溶融ゾーンに閉じ込めることは、例えば、溶融材料の流れを容器の排出経路に向かわせる、および／または、排出経路から出させることよりも、一貫した溶融サイクルに関して有効である。
【００９８】
図４は、１つの誘導コイル４２０を有して構成された現在の射出成形システムを示す。コイル４２０は、容器４１０の内部に配置された、溶融するための材料４０５、例えば、金属／金属合金に力を加えることができ、最終的に、材料４０５が溶融すると、誘導コイル４２０は、コイル４２０内の溶融材料４０５に力を加える。これらの力は、図示のように、溶融材料を、容器の中心に内向きに圧搾するように作用することができる。一方、これらの力は、溶融材料が誘導コイルの加熱中に滑らかにされている間、溶融材料４０５を、例えば、誘導コイル４２０の端部で、誘導コイル４２０の外に押し出すことができる。
【００９９】
本明細書に開示されるように、図３の例示的な射出成形装置／システム３００は、例えば、負荷誘導コイル３２０Ｌおよび閉じ込め誘導コイル３２０Ｃのような、複数の別個の誘導コイルを含む。
【０１００】
実施形態では、誘導コイル３２０Ｌおよび３２０Ｃは、容器３１２に向けて無線周波数（ＲＦ）波を放射することができる。コイル３２０Ｌおよび３２０Ｃは、テーパ状であってよく、または、テーパ状でなくてよい。コイル３２０Ｌおよび３２０Ｃは、例えば、球状コイルを含んでよい。実施形態では、コイルは、生成されるＲＦ場を調整することができるように、例えば、要望に従って指向的にすることができるように、同じまたは異なる形状を有することができる。例えば、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、広がった領域が負荷誘導コイル３２０Ｌから間隔を置いてかつ負荷誘導コイル３２０Ｌに面するような、テーパ状または円錐状のコイルであってよい。調整されたＲＦ場を使用することによって、より強い力を、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃによって生成することができ、負荷誘導コイル３２０Ｌに向けて溶融物に加えることができる。溶融物／溶融材料を、その後、負荷誘導コイル３２０Ｌ内に閉じ込めることができる。
【０１０１】
閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、負荷誘導コイル３２０Ｌから離間されながらも、負荷誘導コイル３２０Ｌと直列に構成することができる。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、溶融ゾーン３１０の排出端部付近に構成されてよい。負荷誘導コイル３２０Ｌは、容器３１０の溶融部３１４内に配置された溶融するための材料３０５を加熱／溶融するように構成されてよい。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、加熱／溶融プロセス中、溶融物／溶融材料を負荷誘導コイル３２０Ｌ内に配置および／または閉じ込めるように構成されてよい。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、溶融物または溶融材料が負荷誘導コイル３２０Ｌから流出するのを防ぐことができ、容器３１２内の材料３０５は、加熱され溶融され続けることができる。同様に、溶融物／溶融材料を、それが滑らかにされ、熱損失を最小化している間、装置／システム３００の溶融ゾーン３１０内に閉じ込めることができる。
【０１０２】
実施形態では、閉じ込め誘導コイル３０２Ｃおよび負荷誘導コイル３２０Ｌは、例えば溶融温度で溶融物を位置決め／閉じ込めるために、異なる周波数で動作されてよい。例えば、溶融可能な材料を加熱／溶融するための負荷誘導コイル３０２Ｌは、溶融物／溶融材料を閉じ込めるための閉じ込め誘導コイル３２０Ｃが異なる周波数ｆｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔで動作することができると同時に、ある周波数ｆｍｅｌｔｉｎｇで動作することができる。実施形態では、ｆｍｅｌｔｉｎｇは、ｆｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔより高くてよい。より低い周波数で動作する閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、より強い正味の力を溶融物／溶融材料上に生成することができる。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、負荷誘導コイルによって生成された（溶融物を押し出す傾向がある）力に対抗して作用し、溶融物を負荷誘導コイル３２０Ｌ内に閉じ込めるように押し戻すために、このような力、例えば、ラプラス力を溶融物に加えることができる。
【０１０３】
閉じ込め誘導コイル３２０Ｃおよび負荷誘導コイル３２０Ｌは、離間され、周波数が同期せずに動作される。コイル３２０Ｃおよび３２０Ｌによって生成される磁界は、（それらは、代わりに相互作用してもよいが）必ずしも互いに打ち消し合わない。一般に、２つのコイルが、例えば、逆または反対方向にコイルターン、例えば、ヘリカルターンを有する場合、生成される磁界は、互いに反対であり、打ち消し合う。反対のターンが有効なこのような領域では、溶融すべき材料は、磁界の打ち消しにより、加熱されることができず、容器上に凍結される傾向がある可能性がある。
【０１０４】
本明細書に開示されるように、負荷誘導コイル３２０Ｌおよび閉じ込め誘導コイル３２０Ｃの一方または両方の周波数、電力、磁界間の相互作用等を制御することによって、容器３１２内の材料３０５を加熱／溶融することができ、さらに、負荷誘導コイル３２０Ｌ内に閉じ込めることができる。
【０１０５】
実施形態では、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、容器３１２からモールド３４０への溶融物の排出経路内のゲートもしくはバルブとして機能するために、および／または、排出経路内の溶融物のモールド３４０内への移動を制御するために、必要に応じて通電または非通電されてよい。例えば、材料３０５が負荷誘導コイル３２０Ｌを動作することによって加熱／溶融されるとき、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃをオンにすることによって、加熱された材料／溶融物を負荷誘導コイル３２０Ｌ内に閉じ込めることができ、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃをオフにすることによって、溶融物を負荷誘導コイル３２０Ｌから排出または押し出すことができ、および／または、溶融物の一部が容器３１２の「ゲート領域」または排出端部を通過したときに、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃをオンに戻すことによって、溶融物のこの部分を、負荷誘導コイル３２０Ｌ内の溶融物部分が収容することができると同時に、モールド３４０の転送スリーブ（例えば、コールドスリーブまたはショットスリーブ）を通って移動させ続けることができる。
【０１０６】
このようにして、（例えば、プランジャ３３０を使用して）排出経路を経て導かれるとき、溶融材料／溶融物の移動が水平方向であり得るように、容器３１２は、水平軸（Ｘ軸）に沿って配置される。材料が、負荷誘導コイル３２０Ｌによって加熱／溶融され、負荷誘導コイル３２０Ｌ内に収容されるように、容器３１２の少なくとも一部を負荷誘導コイル３２０Ｌが取り囲んでおり、容器３１２の排出端部付近の容器３１２の少なくとも一部を閉じ込め誘導コイル３２０Ｃが取り囲んでいる。
【０１０７】
実施形態では、図５に示すように、第２の閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ２が、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ１の反対側、すなわち、射出経路の反対側に、負荷誘導コイル３２０Ｌと直列に構成されてよい。第１および第２の閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ１〜Ｃ２は、同じでも異なっていてもよく、同じまたは異なる機能を有するように制御されてよい。このように、容器３１２内の溶融物３０５は、負荷誘導コイル３２０Ｌ内に、その両方の端部から収容されてよい。
【０１０８】
実施形態では、ＢＭＧを射出成形装置３００／５００での材料として利用する場合、高い弾性限界、耐腐食性、低密度の物品／部品を形成することができる。
【０１０９】
図６は、図３および５に示すような装置３００および／または５００を使用する本開示の実施形態による、材料を溶融するおよび／または部品を成形する方法６００を示すが、本明細書に記載の装置および方法は、いかなるようにも互いに限定されない。
【０１１０】
図６のブロック６１０で、装置が、例えば、内部で溶融するための材料３０５を受け入れるように構成された容器３１２と、内部の材料３０５を溶融するために容器３１２に隣接して配置された負荷誘導コイル３２０Ｌと、負荷誘導コイルと直列に配置された閉じ込め誘導コイル３２０Ｃと、を含むように設計される。一般に、射出成形装置３００／５００は、以下の方法で動作されてよく、すなわち、溶融するための材料３０５（例えば、単一のインゴットの形態の非晶質合金またはＢＭＧ）を、供給機構（例えば、挿入口３１８）内にロードし、（負荷誘導コイル３２０Ｌに取り囲まれた）容器３１２内の溶融ゾーン３１０内に挿入し、受け入れさせることができる。材料を必要に応じて容器３１２の溶融部３１４内に移動させるために、射出成形機「ノズル」ストロークまたはプランジャ３３０を使用することができる。
【０１１１】
ブロック６２０では、溶融するための材料３０５を、誘導プロセスを介して、例えば、電力を電源３２５Ｌを介して負荷誘導コイル３２０Ｌに供給することによって加熱することができる。（冷却）流体を容器３１２の任意の冷却チャネル（複数可）３１６に流すように、加熱／溶融中、冷却システムを作動することができる。射出成形機は、閉または開ループシステムを介して温度を制御し、これは、材料３０５を特定の温度に（例えば、温度センサおよびコントローラを使用して）安定させることになる。
【０１１２】
ブロック６３０では、インライン溶融装置内の溶融材料または溶融原料の位置および形状を制御するために、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃを負荷誘導コイル３２０Ｌより低いＲＦ周波数で動作させることができる。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、実質的に溶融材料３０５の誘導加熱を減少させることなく、負荷誘導コイル（溶融材料を押し出す傾向がある）によって発生される力に対抗して作用する力、例えば、ラプラス力を溶融材料に働かせることができる。
【０１１３】
ブロック６４０では、容器３１２内の溶融物に関して所望の温度が達成され、維持されると、例えば、図６のブロック６５０で見られるように、溶融物／溶融材料を実質的に容器から排出経路、例えば転送スリーブ３５０を介してモールド３４０内に排出することができるように、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃをオフにすることによって、容器３１２の排出経路を「開く」ことができる。モールド３４０は、コールドチャンバダイのような鋳造機内の任意のモールドであってよい。排出は、水平軸（Ｘ軸）に沿って水平方向に（例えば、図３および５に示すように右から左に）行われてよい。これを、プランジャ３３０を使用して制御することができ、プランジャ３３０を、例えば、サーボ駆動装置または油圧駆動装置を使用して作動させることができる。モールド３４０は、入口を経て溶融材料を受け入れるように構成され、例えば、溶融材料を真空下で成形するように構成される。すなわち、溶融材料は、モールド３４０内に部品を成形するために、少なくとも第１および第２のプレート間の排気されたキャビティ内に射出される。上述したように、いくつかの実施形態では、材料は、バルク非晶質合金部品を成形するために使用される非晶質合金材料であってよい。モールドキャビティが充填され始めると、（プランジャを介する）圧力が、溶融材料をモールドキャビティ内の残りの空隙領域内に「パック」し、材料を成形するように、所定のレベルに保持され得る。成形プロセス後（例えば、約１０〜１５秒）、（装置３００／５００全体でないとしても）少なくともモールド３４０に加えられた真空を開放することができる。モールド３４０は、その後、開かれ、固化した部品が大気中に露出される。実施形態では、固化され、成形された物体を、モールド３４０の少なくとも第１および第２のプレート間から、作動装置（図示せず）によって排出するために、排出機構が作動される。その後、プロセスを、再び開始することができる。その後、第１および第２のプレートが互いに隣接するように少なくとも第１および第２のプレートを互いに対して互いに向けて移動することによって、モールド３４０を閉じることができる。プランジャ３３０が負荷位置に戻されると、さらなる材料を挿入および溶融し、別の部品を成形するために、溶融ゾーン３１０およびモールド３４０は、真空源によって排気される。
【０１１４】
非常に詳細には記載されていないが、開示された射出システムは、（例えば、温度、冷却水の流れ等を監視するために）１つもしくは複数のセンサ、流量計等、および／または、１つもしくは複数のコントローラを含むがこれらに限定されない追加の部品を含むことができる。本明細書に開示されるような射出システムの実施形態のいずれかを使用して成形（および／または溶融）される材料は、任意の数の材料を含むことができ、限定されるべきではない。一実施形態では、成形される材料は、上述したように、非晶質合金である。
【０１１５】
実施形態の応用
本明細書に記載の装置および方法を、例えば、ヤンキードライヤロール、自動車およびディーゼルエンジンピストンリング、シャフト、スリーブ、シール、インペラ、ケーシング領域、プランジャのようなポンプ構成要素、ハウジング、エンドプレートのようなバンケルエンジン構成要素、ならびに、シリンダライナ、ピストン、バルブステム、および水圧ラムのような機械要素に使用され得る様々な部品または物品を形成するために使用することができる。実施形態では、装置および方法を、例えば、装置のハウジングもしくはケーシングの一部、またはその電気的インタコネクタのような、電子機器のハウジングまたは他の部品を形成するために使用することができる。装置および方法を、携帯電話、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、および／または、携帯音楽プレーヤのような、任意の民生用電子機器の一部を製造するために使用することもできる。本明細書で使用するとき、「電子機器」は、民生用電子機器のような任意の電子機器を示すことができる。電子機器は、例えば、携帯電話、および／もしくは固定電話のような電話、または、例えば、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）を含むスマートフォンおよび電子メール送信／受信機器のような任意の通信機器であってよい。電子機器は、デジタルディスプレイ、ＴＶモニタ、電子書籍リーダ、携帯型ウェブブラウザ（例えば、ｉＰａｄ（登録商標））、およびコンピュータモニタのようなディスプレイの一部であってよい。電子機器は、携帯型ＤＶＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ、ビデオゲームコンソール、携帯型音楽プレーヤ（例えば、ｉＰｏｄ（登録商標））のような音楽プレーヤ、等を含むエンターテイメント機器であってもよい。電子機器は、画像、映像、音声のストリーミングの制御のような制御を提供する機器（例えば、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（登録商標））の一部であってもよく、または、電子機器の遠隔制御装置であってよい。電子機器は、コンピュータの一部であってよく、または、ハードドライブタワーハウジングもしくはケーシング、ラップトップハウジング、ラップトップキーボード、ラップトップトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、およびスピーカのようなそのアクセサリの一部であってよい。コーティングは、腕時計または時計のような機器に適用することもできる。
【０１１６】
本発明は、本明細書に限られた数の実施形態の文脈で説明され、例示されているが、本発明は、本発明の本質的な特徴の要旨から逸脱することなく、多くの形態で実施されてよい。本開示の要約書に記載されているものを含む、例示され、説明された実施形態は、したがって、すべての点で、限定ではなく、例示として考慮されるべきである。本発明の範囲は、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および均等の範囲に入るすべての変更は、その中に含まれることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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【外国語明細書】
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