(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平軸に沿って配置され、溶融するための材料を内部に受容するよう構成された容器と、
前記材料を溶融し、前記溶融された材料を前記容器内に閉じ込めるよう構成された単一の誘導コイル構造と、
を備える、装置であって、
前記単一の誘導コイル構造は、
前記容器を回る第１の巻き数の巻きを有する第１誘導コイルと、
前記第１誘導コイルから間隔を隔てて設けられ、前記容器を回る第２の巻き数の巻きであって前記第１の巻き数とは異なる第２の巻き数の巻きを有する第２誘導コイルと、
前記間隔に亘って延在し、前記第１誘導コイルを前記第２誘導コイルに接続する接続コイルと、を含む、装置。
【請求項２】
前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルが、同じ無線周波数で動作するよう構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記単一の誘導コイル構造が、前記容器内で、前記溶融した材料の水平方向の移動を制限するよう構成される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１誘導コイルの前記第１の巻き数が、前記第２誘導コイルの前記第２の巻き数よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記接続コイルが、前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの間の複数の巻きを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記接続コイルの前記複数の巻きそれぞれが、互いに対して、前記第１及び第２誘導コイルの巻きそれぞれの間の距離よりも広い距離を空けて配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記接続コイルの前記複数の巻きそれぞれの間の距離が、実質的に等しい、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１誘導コイルと、前記接続コイルとの間の距離が、前記第２誘導コイルと、前記接続コイルとの間の距離と、実質的に同等である、請求項５から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記容器から金型の入り口を通じて前記溶融された材料を受容し、前記溶融された材料をバルク金属ガラスを含む部品に形成するように構成された前記金型をさらに含み、
前記第２誘導コイルが、前記容器の射出端に配置され、前記第１誘導コイルが、前記射出端の反対側の前記容器の端部に配置され、
前記容器の前記射出端が、前記金型の前記入り口近くに設けられる、
請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記容器が、前記材料を受容する前記容器の表面よりも低い位置に設けられる１つ以上の温度調節チャネルを更に含み、前記１つ以上の温度調節チャネルが、前記材料の溶融中に前記容器の温度を調節するために、内部に流体を流すよう構成される、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記溶融した材料を前記容器に閉じ込めるよう構成されたプランジャを更に備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記プランジャが、前記容器から射出経路を通る前記溶融した材料の移動を制御するよう構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
金型を更に備え、前記プランジャが、前記溶融した材料を前記金型へと移動させてバルク金属ガラスを含む部品を形成するよう更に構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
材料を溶融する方法であって、前記方法が、
材料を、水平軸に沿って配置された容器に挿入する工程と、
前記材料を溶融するために誘導コイルをある無線周波数で作動させる工程と、
を含み、
前記誘導コイルは、前記材料を溶融し、前記溶融された材料を前記容器内に閉じ込めるよう構成された単一のコイル構造を有し、
前記単一のコイル構造は、
前記容器を回る第１の巻き数の巻きを有する第１誘導コイルと、
前記第１誘導コイルから離れて設けられ、前記容器を回る第２の巻き数の巻きであって前記第１の巻き数とは異なる第２の巻き数の巻きを有する第２誘導コイルと、
前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとの間に設けられ、前記第１誘導コイルを前記第２誘導コイルに接続する接続コイルと、を含み、
前記接続コイルは前記容器の周りの少なくとも部分的な巻きを含む、
方法。
【請求項１５】
前記誘導コイルの前記作動中に、前記容器の温度を調節する工程を更に含み、前記容器が、前記材料を受容する前記容器の表面よりも低い位置に設けられる１つ以上の温度調節チャネルを含み、前記調節する工程が、前記容器の前記１つ以上の温度調節チャネルに流体を流す工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
装置を作動させる方法であって、前記方法が、
材料を、水平軸に沿って配置された容器に挿入する工程と、
前記材料を前記容器内で溶融するために誘導コイルをある無線周波数で作動させる工程と、
前記無線周波数で前記誘導コイルを作動させることを停止する工程と、
を含み、
前記誘導コイルが、
少なくともひとつの第１コイル巻きを含む第１部分と、
少なくともひとつの第２コイル巻きを含み、前記第１部分からスペースだけ離れて設けられ、コイル部分により前記第１部分と接続された第２部分と、を有し、
前記誘導コイルが、前記誘導コイルの前記第１部分と前記第２部分との間の前記スペース内に前記溶融された材料を留めるために、前記溶融された材料に作用する力を生成する、方法。
【請求項１７】
前記溶融した材料を前記水平軸に沿って水平方向に移動させることによって、前記溶融した材料を前記容器から金型へ射出する工程と、
前記溶融した材料をバルク金属ガラスを含む部品に成形する工程と、を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
水平軸に沿って配置され、溶融するための材料を内部に受容するよう構成された容器と、
前記容器の周りに巻かれる誘導コイルであって前記材料を前記容器内で溶融するために無線周波数で動作するよう構成された誘導コイルと、を備え、
前記誘導コイルは複数のコイル巻きを有し、前記複数のコイル巻きは第１部分と第２部分とに分離され、かつ、それらの間に少なくとも１巻きを有し、前記少なくとも１巻きは前記第１部分および前記第２部分のいずれからも離れている、装置。
【請求項１９】
前記第１部分が、第１の巻き数の巻きを含み、前記第２部分が、第２の巻き数の巻きを含み、前記第１の巻き数が、前記第２の巻き数とは異なる、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の巻き数の巻きの、それぞれの巻きが、互いに対して、等間隔で配置され、前記第２の巻き数の巻きの、それぞれの巻きが、互いに対して、等間隔で配置されている、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許出願第１３／６５１，６５４号（２０１２年１０月１５日出願）に関連し、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は全体として、材料を溶融し、かつ溶融中に溶融ゾーン内に溶融した材料を閉じ込めるための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一部の射出成形装置は、誘導コイルを使用して材料を溶融させてから、その材料を金型に射出する。しかしながら、水平射出のために配置された容器内において材料が溶融される水平配置装置においては、誘導コイルからの磁束に加え、溶融した金属に対する重力によって、溶融物が、最も磁束の強い領域から逃れる（例えば溶融ゾーンに流入及び／又は溶融ゾーンから流出）傾向になり、これによって、溶融物の均質性と温度を制御するのが困難になり得る。
【０００４】
水平射出用に設計された容器内で溶融するための現在の解決策としては、ゲートを使用して、これが溶融物に接触し、溶融物が溶融ゾーンの誘導コイルから（水平方向に）流出するのを物理的に阻止することが挙げられる。しかしながら、ゲート構成により、ゲートが溶融物との接触点となり、ゲートにより不純物が導入され得るという問題が生じる。加えて、ゲート構成によって、溶融物が流れるようにするために、ゲートを上下に操作する必要があるため、溶融ゾーンに利用可能なスペースが縮小されることがある。更に、溶融物の射出プロセス中にゲートを上げる際に、タイミング制御の問題により、望ましくないことに、溶融物が、容器の水平射出経路に流入及び／又は経路から流出し得る。また、ゲート材料が断熱されていたとしても、ゲートは溶融物から熱を奪い、これによって溶融物の温度が局所的に下がり、溶融合金の可鋳性に悪影響をもたらす。更に、ゲートは潜在的に消耗部品であり、一定回数使用したら交換する必要があり、これがシステムの鋳造コストを上昇させる。
【０００５】
水平設計システムの溶融ゾーン内にある溶融物が加熱又は溶融されたときに、その溶融物を物理的に阻止するためのゲートを導入することなく、溶融物を望ましい高温で閉じ込めることが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書の実施形態により、容器内の材料（例えば金属又は金属合金）を溶融するための、提案されている解決策は、溶融ゾーン内に溶融物又は溶融した材料を閉じ込めることである。
【０００７】
様々な実施形態により、一装置が提供される。この装置は、溶融するための材料を内部に受容するよう構成された容器と、その容器内で材料を溶融し、その材料の移動を閉じ込めるように構成された、第１誘導コイル及び第２誘導コイルと、を含み得る。第１誘導コイル及び第２誘導コイルは、単独の誘導コイルである。装置は、材料をＢＭＧ部品に形成するよう構成することができる。
【０００８】
様々な実施形態により、材料を溶融する方法が提供される。この方法は、溶融可能材料を容器に挿入する工程と、溶融した材料を形成するために誘導コイルをあるＲＦ周波数で作動させる工程と、を含む。誘導コイルは、容器内で溶融可能材料を溶融し、閉じ込めるよう構成された、第１誘導コイル及び第２誘導コイルを有する。
【０００９】
様々な実施形態により、装置を作動させる方法が提供される。この方法は、溶融可能材料を容器に挿入する工程と、容器内の溶融した材料を形成するために誘導コイルをあるＲＦ周波数で作動させる工程と、誘導コイルの作動を停止する工程と、を含む。誘導コイルは、機能するよう接続されている第１部分及び第２部分を有する。この第１部分及び第２部分は、容器の軸に沿って互いに、相対的に離れて配置され、これによってこれらの間にスペースが形成される。誘導コイルは、作動中にコイルの第１部分と第２部分との間のスペース内で、容器内の溶融した材料に対して力を印加する。
【００１０】
様々な実施形態により、一装置が提供される。この装置には、溶融するための材料を内部に受容するよう構成された容器と、その容器の実質的に周囲に配置された誘導コイルと、を含み得る。誘導コイルは、容器内に溶融した材料を形成するために、あるＲＦ周波数で作動するよう構成された複数のコイル巻きを有する。誘導コイルは、第１部分及び第２部分に分離され、この第１部分と第２部分の間に少なくとも１巻きを有する。この少なくとも１巻きは、第１部分と第２部分の両方からある距離を空けて配置される。
【００１１】
また、一実施形態により、溶融するための材料は、ＢＭＧ原料であり、ＢＭＧ部品が形成／成形され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】例示的なバルク凝固アモルファス合金の温度−粘度図である。
【００１３】
【図１Ｂ】例示的なバルク凝固アモルファス合金に関する、時間−温度−変態（ＴＴＴ）図の概略図である。
【００１４】
【図２】材料の溶融及び閉じ込めのための、第１誘導コイル及び第２誘導コイルの配置の例示的な一実施形態を示す概要図である。
【００１５】
【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／装置の概略図である。
【００１６】
【図４】一実施形態による誘導コイルである。
【００１７】
【図５】本教示の様々な実施形態による、別の例示的な射出成形システム／装置である。
【００１８】
【図６】本教示の様々な実施形態による、材料を溶融／成形するための方法である。
【００１９】
【図７】一実施形態による射出成形システムの誘導コイルである。
【００２０】
【図８】一実施形態による射出成形システムの別の誘導コイルである。
【００２１】
【図９】一実施形態による射出成形システムの更に別の誘導コイルである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書に引用される全ての刊行物、特許、及び特許出願は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２３】
冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、本明細書では、１つ又は２つ以上（すなわち、少なくとも１つ）の、その冠詞の文法的対象語を指すために使用される。例として、「ポリマー樹脂（a polymer resin）」は、１つのポリマー樹脂又は２つ以上のポリマー樹脂を意味する。本明細書に記載されるいずれの範囲も、包括的である。本明細書の全体を通して使用される、用語「実質的に」及び「約」は、小規模な変動を記述及び説明するために使用される。例えば、それらの用語は、±２％以下など、±１％以下など、±０．５％以下など、±０．２％以下など、±０．１％以下など、±０．０５％以下などの、±５％以下を指すことができる。
【００２４】
バルク凝固アモルファス合金、すなわちバルク金属ガラス（「ＢＭＧ」）は、最近開発された部類の金属材料である。これらの合金は、比較的穏やかな速度で、凝固及び冷却させることができ、それらは、アモルファスの、非晶質（すなわち、ガラス質）状態を室温で保持する。アモルファス合金は、それらの結晶性の対応物よりも、多くの優れた特性を有する。しかしながら、冷却速度が十分に高速ではない場合には、冷却の間にその合金の内部で結晶が形成される恐れがあり、そのため、アモルファス状態の利益が失われる恐れがある。例えば、バルクアモルファス合金部品の製造に伴う１つの重要な課題は、徐冷又は合金原料中の不純物のいずれかによる、それらの部品の部分的な結晶化である。ＢＭＧ部品内では、高い程度のアモルファス化度（また反対に、低い程度の結晶化度）が望ましいため、制御された量のアモルファス化度を有するＢＭＧ部品を鋳造するための方法を開発する必要性がある。
【００２５】
図１Ａ（米国特許第７，５７５，０４０号より入手）は、Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって製造されたＺｒ−−Ｔｉ−−Ｎｉ−−Ｃｕ−−ＢｅファミリーのＶＩＴ−００１シリーズからの、例示的なバルク凝固アモルファス合金の粘度−温度グラフを示す。アモルファス固体の形成の間、バルク凝固アモルファス金属に関しては、明確な液体／固体変態が存在しないことに留意するべきである。この溶融合金は、ガラス転移温度近傍で固体形態に近づくまで、過冷却の増大と共に、ますます粘稠になる。したがって、バルク凝固アモルファス合金に関する凝固前面の温度は、ガラス転移温度近傍とすることができ、その温度近傍で、この合金は事実上、急冷アモルファスシート製品を引き抜く目的に関して、固体として作用する。
【００２６】
図１Ｂ（米国特許第７，５７５，０４０号より入手）は、例示的なバルク凝固アモルファス合金の、時間−温度−変態（ＴＴＴ）冷却曲線、すなわちＴＴＴ図を示す。バルク凝固アモルファス金属は、従来の金属と同様に、冷却の際の液体／固体の結晶化変態を起こさない。その代わりに、高温で（「融解温度」Ｔｍ近傍で）見出される、高度に流体の非晶質形態の金属は、温度が低減されるにつれて（ガラス転移温度Ｔｇ近傍まで）より粘稠になり、最終的に従来の固体の外面的な物理的特性を呈する。
【００２７】
バルク凝固アモルファス金属に関しては、液体／結晶化変態は存在しないにも関わらず、対応する結晶相の熱力学的液相温度として、「融解温度」Ｔｍを定義することができる。この体系の下では、バルク凝固アモルファス合金の融解温度での粘度は、約０．１ポアズ〜約１０，０００ポアズの範囲に、更に場合によっては、０．０１ポアズ未満にあることが可能である。この「融解温度」でのより低い粘度は、ＢＭＧ部品を成形するためのバルク凝固アモルファス金属による、シェル／金型の複雑な部分のより速く完全な充填をもたらす。更には、ＢＭＧ部品を成形するための溶融金属の冷却速度は、冷却の間の時間−温度プロファイルが、図１ＢのＴＴＴ図内の結晶化領域を境界付けるノーズ形状領域を横断しないようなものでなければならない。図１Ｂでは、Ｔノーズは、結晶化が最も急速であり、かつ最短の時間スケールで生じる、臨界結晶化温度Ｔｘである。
【００２８】
過冷却液体領域である、Ｔｇ〜Ｔｘの温度領域は、バルク凝固合金の結晶化に対する、極度の安定性を明示するものである。この温度領域内では、バルク凝固合金は、高粘度の液体として存在し得る。この過冷却液体領域内でのバルク凝固合金の粘度は、ガラス転移温度での１０12Ｐａ・ｓから、結晶化温度である過冷却液体領域の高温限界での１０5Ｐａ・ｓに至るまでの間で変化し得る。そのような粘度を有する液体は、加圧力の下で、実質的な塑性歪みを経験し得る。本明細書の実施形態は、成形及び分離方法として、この過冷却液体領域内での大きい塑性成形性を利用する。
【００２９】
Ｔｘについて明確にする必要がある。技術的には、ＴＴＴ図に示されるノーズ形状の曲線は、Ｔｘを温度及び時間の関数として説明する。それゆえ、金属合金を加熱又は冷却する間に辿る軌跡とは関係なく、このＴＴＴ曲線に当る場合に、Ｔｘに到達している。図１Ｂでは、Ｔｘは破線として示されるが、これは、Ｔｍの近位からＴｇの近位まで、Ｔｘが変化し得るためである。
【００３０】
図１Ｂの概略的なＴＴＴ図は、時間−温度の軌跡（例示的軌跡として、（１）として示す）がＴＴＴ曲線に当ることがない、Ｔｍ以上〜Ｔｇ未満のダイキャストの加工処理方法を示す。ダイカストの間、この成形は、軌跡がＴＴＴ曲線に当ることを回避するために、実質的に急速冷却と同時に行われる。時間−温度の軌跡（例示的軌跡として、（２）、（３）及び（４）として示す）がＴＴＴ曲線に当ることがない、Ｔｇ以下からＴｍ未満までの超塑性成形（ＳＰＦ）に関する加工処理方法。ＳＰＦでは、アモルファスＢＭＧは、過冷却液体領域内へと再加熱され、利用可能な加工処理ウインドウは、ダイキャストよりも遙かに大きく、より良好なプロセスの可制御性をもたらすことが可能である。ＳＰＦプロセスは、冷却の間の結晶化を回避するための急速冷却を必要としない。また、例示的軌跡（２）、（３）、及び（４）によって示されるように、ＳＰＦの間の最高温度が、Ｔノーズ超又はＴノーズ未満、最大約Ｔｍとなる状態で、ＳＰＦを実施することができる。一個のアモルファス合金を昇温させるが、ＴＴＴ曲線に当ることを回避するように管理する場合には、「Ｔｇ〜Ｔｍ」に加熱しても、Ｔｘには到達していない。
【００３１】
２０℃／分の加熱速度で得られる、バルク凝固アモルファス合金の典型的な示差走査熱量計（ＤＳＣ）加熱曲線は、大部分は、ＴＴＴデータを横切る具体的な軌跡を説明するものであり、特定温度でのＴｇと、ＤＳＣ加熱傾斜がＴＴＴ結晶化開始と交差する場合のＴｘと、最終的に、同じ軌跡が融解に関する温度範囲と交差する場合の融解ピークとが認められるであろう。図１Ｂの軌跡（２）、（３）、及び（４）の上り傾斜部分によって示されるような急速な加熱速度で、バルク凝固アモルファス合金を加熱する場合には、ＴＴＴ  曲線を完全に回避することが可能であり、ＤＳＣデータは、加熱の際、ガラス転移を示すが、Ｔｘは示さない。このことについての別の考察方法は、軌跡（２）、（３）、及び（４）は、結晶化曲線に当らない限り、ＴＴＴ曲線のノーズ（及び更にその上方）〜Ｔｇ線の温度内の、いずれの場所にも収まることができる点である。そのことは、加工処理温度が上昇するにつれて、軌跡内の水平な平坦部が遙かに短くなり得ることを単に意味する。
相
【００３２】
本明細書での用語「相」は、熱力学状態図内で見出すことができるものを指すことができる。相は、その全体にわたって、材料の全ての物理的特性が本質的に均一である、空間の領域（例えば、熱力学系）である。物理的特性の例としては、密度、屈折率、化学組成、及び格子周期性が挙げられる。相の単純な説明は、化学的に均一で、物理的に異なっており、及び／又は機械的に分離可能な材料の領域である。例えば、ガラスジャー内の、氷及び水からなる系では、その角氷が１つの相であり、水が第２の相であり、その水の上の湿り空気が第３の相である。ジャーのガラスは、別の分離相である。相は、金属間化合物などの、２成分、３成分、４成分以上の溶体又は化合物とすることができる、固溶体を指すことができる。別の例としては、アモルファス相は、結晶相とは異なる。
金属、遷移金属、及び非金属
【００３３】
用語「金属」は、電気陽性の化学元素を指す。本明細書での用語「元素」は、全般的には、周期表に見出すことができる元素を指す。物理的には、基底状態の金属原子は、占有状態に近い、空状態を有する部分的充満帯を含む。用語「遷移金属」とは、不完全な内部電子殻を有し、一連の元素内の、最も電気陽性のものと最も電気陽性ではないものとの間の遷移リンクとして役立つ、周期表の第３族〜第１２族の範囲内の金属元素のうちのいずれかである。遷移金属は、複数の原子価、着色化合物、及び安定な錯イオンを形成する能力によって特徴付けられる。用語「非金属」は、電子を失って陽イオンを形成する能力を有さない化学元素を指す。
【００３４】
用途に応じて、任意の好適な非金属元素、又はそれらの組み合わせを使用することができる。合金（又は「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つ以上の非金属元素などの複数の非金属元素を含み得る。非金属元素は、周期表内の第１３族〜第１７族内に見出される、いずれかの元素とすることができる。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、及びＢのうちの、いずれか１つとすることができる。場合により、非金属元素はまた、第１３族〜第１７族内の特定の半金属（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｔｅ、及びＰｏ）を指すこともできる。一実施形態では、非金属元素としては、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐ、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。したがって、例えば、その合金は、ホウ化物若しくは炭化物、又は双方を含む。
【００３５】
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、及びウンウンビウムのうちのいずれかとすることができる。一実施形態では、遷移金属元素含有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、及びＨｇのうちの少なくとも１つを有し得る。用途に応じて、任意の好適な遷移金属元素、又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つ以上の遷移金属元素などの、複数の遷移金属元素を含み得る。
【００３６】
本明細書で説明される、合金又は合金「サンプル」又は「試料」合金は、任意の形状又はサイズを有し得る。例えば、合金は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの形状を有し得る、微粒子の形状を有し得る。この微粒子は、任意のサイズを有し得る。例えば、その微粒子は、約５マイクロメートル〜約８０マイクロメートルなど、約１０マイクロメートル〜約６０マイクロメートルなど、約１５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルなど、約１５マイクロメートル〜約４５マイクロメートルなど、約２０マイクロメートル〜約４０マイクロメートルなど、約２５マイクロメートル〜約３５マイクロメートルなどの、約１マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの平均直径を有し得る。例えば、一実施形態では、微粒子の平均直径は、約２５マイクロメートル〜約４４マイクロメートルである。一部の実施形態では、ナノメートルの範囲のものなどの、より小さい微粒子、又は１００マイクロメートルよりも大きいものなどの、より大型の微粒子を使用することができる。
【００３７】
合金のサンプル又は試料はまた、遙かに大きい寸法のものにすることもできる。例えば、インゴットなどのバルク構造構成要素、電子機器の筺体／ケーシング、又は更にミリメートル、センチメートル、又はメートルの範囲の寸法を有する構造的構成要素の一部分とすることができる。
固溶体
【００３８】
用語「固溶体」は、溶体の固体形態を指す。用語「溶体」は、固体、液体、気体、又はこれらの組み合わせとすることができる、２種以上の物質の混合物を指す。この混合物は、均質又は不均質とすることができる。用語「混合物」とは、互いに組み合わされ、一般的には分離することが可能である、２種以上の物質の組成物である。一般的には、それらの２種以上の物質は、互いに化合されない。
合金
【００３９】
一部の実施形態では、本明細書で説明される合金組成物は、完全に合金化することができる。一実施形態では、「合金」とは、一方の原子が他方の原子に置き換わるか、又は原子間の格子間位置を占有する、２種以上の金属の均質な混合物又は固溶体を指すものであり、例えば、黄銅は、亜鉛及び銅の合金である。合金とは、複合材料とは対照的に、金属マトリックス中の１種以上の化合物などの、金属マトリックス中の１種以上の元素の部分的又は完全な固溶体を指すことができる。本明細書での合金という用語は、単一の固相の微細構造を呈し得る全率固溶合金、及び２つ以上の相を呈し得る部分的溶体の双方を指すことができる。本明細書で説明される合金組成物は、合金を含むもの、又は合金含有複合材料を含むものを指すことができる。
【００４０】
それゆえ、完全に合金化した合金は、固溶体相であれ、化合物相であれ、又は双方であれ、その構成成分の均質な分布を有し得る。本明細書で使用される用語「完全に合金化された」は、許容誤差範囲内の僅かな変異を説明することができる。例えば、その用語は、少なくとも９５％の合金化など、少なくとも９９％の合金化など、少なくとも９９．５％の合金化など、少なくとも９９．９％の合金化などの、少なくとも９０％の合金化を指すことができる。本明細書での百分率は、文脈に応じて、体積百分率又は重量百分率のいずれかを指すことができる。これらの百分率は、合金の部分ではない組成又は相の観点によるものとすることができる、不純物によって均衡させることができる。
アモルファス又は非晶質固体
【００４１】
「アモルファス」又は「非晶質固体」は、結晶に特徴的な格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「アモルファス固体」は、ガラス転移を通じて、加熱されると液体状の状態へと軟化及び変態するアモルファス固体である、「ガラス」を含む。一般的には、アモルファス材料は、結晶に特徴的な長距離秩序を欠くが、それらのアモルファス材料は、化学結合の性質による、原子の長さスケールでの何らかの短距離秩序を保有し得る。アモルファス固体と結晶性固体との区別は、Ｘ線回折及び透過型電子顕微鏡検査などの構造特性評価技術によって判定される、格子周期性に基づいて行なうことができる。
【００４２】
用語「秩序」及び「無秩序」とは、多粒子系内での何らかの対称性又は相関性の有無を指示する。用語「長距離秩序」及び「短距離秩序」は、長さスケールに基づいて、材料内の秩序を区別する。
【００４３】
固体における秩序の最も厳密な形態は格子周期性であり、特定のパターン（単位格子内の原子配列）が何度も繰り返され、空間の並進に普遍の、空間充填を形成する。この格子周期性は、結晶の定義特性である。可能な対称性は、１４種のブラベー格子及び２３０種の空間群に分類されている。
【００４４】
格子周期性は、長距離秩序を示唆するものである。１つの単位格子のみが知られる場合には、その並進対称性によって、任意の距離での、全ての原子配置を正確に予測することが可能である。一般に逆も真であるが、ただし、例えば、完全に確定的な充填を有するが、格子周期性を保有しない、準結晶の場合は例外である。
【００４５】
長距離秩序は、同じサンプルの遠隔の部分が、相関する挙動を呈する、物理系を特徴付ける。この長距離秩序は、相関関数、すなわち次のスピン−スピン相関関数として表現することができる。
【数１】
0005993898.tif 000002
【００４６】
上記の関数では、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’である場合、単位元に等しく、距離｜ｘ−ｘ’｜が増大するにつれて減少する。典型的には、この関数は、長距離で、指数関数的にゼロまで減衰し、その系は無秩序であると見なされる。しかしながら、この相関関数が、大きい｜ｘ−ｘ’｜で一定値へと減衰する場合には、その系は長距離秩序を保有すると述べることができる。この関数が、距離の累乗でゼロまで減衰する場合には、準長距離秩序と呼ぶことができる。大きい値の｜ｘ−ｘ’｜を構成するものは、相対的であることに留意されたい。
【００４７】
系は、その挙動を定義する一部のパラメータが、経時的に進展しないランダム変数である（すなわち、それらが急冷又は凍結される）場合、急冷無秩序、例えば、スピングラスを提示すると延べることができる。この急冷無秩序は、ランダム変数自体が進展することが可能な、焼鈍無秩序とは反対である。本明細書の実施形態は、急冷無秩序を含む系を包含する。
【００４８】
本明細書で説明される合金は、結晶性、部分結晶性、アモルファス、又は実質的アモルファスとすることができる。例えば、合金サンプル／試料は、少なくともある程度の結晶化度を含み得るものであり、ナノメートル及び／又はマイクロメートルの範囲のサイズを、結晶粒／結晶が有する。あるいは、合金は、十分にアモルファスであるなどの、実質的アモルファスとすることができる。一実施形態では、合金組成物は、実質的に結晶性であるなど、完全に結晶性であるなどの、少なくとも実質的にアモルファスではない。
【００４９】
一実施形態では、他のアモルファス合金中の、１種の結晶又は複数種の結晶の存在は、その合金中の「結晶相」として解釈することができる。合金の結晶化度の程度（又は一部の実施形態では、略して「結晶化度」）とは、その合金中に存在する結晶相の量を指すことができる。その程度とは、例えば、合金中に存在する結晶の分率を指すことができる。この分率は、文脈に応じて、体積分率又は重量分率を指すことができる。アモルファス合金がどの程度「アモルファス」であるかの尺度を、アモルファス化度とすることができる。アモルファス化度は、結晶化度の程度の観点により測定することができる。例えば、一実施形態では、低い程度の結晶化度を有する合金は、高い程度のアモルファス化度を有すると述べることができる。一実施形態では、例えば、６０体積％の結晶相を有する合金は、４０体積％のアモルファス相を有し得る。
アモルファス合金又はアモルファス金属
【００５０】
「アモルファス合金」とは、５０体積％超のアモルファス含有量、好ましくは９０体積％超のアモルファス含有量、より好ましくは９５体積％超のアモルファス含有量、最も好ましくは９９体積％超〜ほぼ１００体積％のアモルファス含有量を有する合金である。上述のように、アモルファス化度が高い合金は、結晶化度の程度が同等に低いことに留意されたい。「アモルファス金属」とは、無秩序な原子スケール構造を有するアモルファス金属材料である。結晶性であることにより、高度に秩序化された原子配置を有する、殆どの金属とは対照的に、アモルファス合金は非晶質である。そのような無秩序構造が、冷却の間に液体状態から直接作り出される材料は、「ガラス」と称される場合がある。したがって、アモルファス金属は、一般に「金属ガラス」又は「ガラス金属」と称される。一実施形態では、バルク金属ガラス（「ＢＭＧ」）とは、その微細構造が少なくとも部分的にアモルファスである合金を指すことができる。しかしながら、アモルファス金属を作り出すためには、極度な急速冷却の他にも、物理蒸着、固相反応、イオン照射、メルトスピニング、及び機械的合金化を含めた、幾つかの方法が存在する。アモルファス合金は、それらが調製される方法とは関係なく、単一の部類の材料とすることができる。
【００５１】
アモルファス金属は、様々な急冷法を通じて作り出すことができる。例えば、アモルファス金属は、回転する金属ディスク上に溶融金属をスパッタリングすることによって、作り出すことができる。１秒当り約数百万度の急冷は、結晶が形成するには過度に高速である得るため、その金属は、ガラス状態で「固定」される。また、アモルファス金属／合金は、厚い層のアモルファス構造、例えば、バルク金属ガラスの形成を可能にするための、十分に低速な臨界冷却速度で作り出すこともできる。
【００５２】
用語「バルク金属ガラス」（「ＢＭＧ」）、バルクアモルファス合金（「ＢＡＡ」）、及びバルク凝固アモルファス合金は、本明細書で互換的に使用される。それらの用語は、少なくともミリメートルの範囲の最小寸法を有する、アモルファス合金を指す。例えば、その寸法は、少なくとも約１ｍｍなど、少なくとも約２ｍｍなど、少なくとも約４ｍｍなど、少なくとも約５ｍｍなど、少なくとも約６ｍｍなど、少なくとも約８ｍｍなど、少なくとも約１０ｍｍなど、少なくとも約１２ｍｍなどの、少なくとも約０．５ｍｍとすることができる。幾何学形状に応じて、その寸法は、直径、半径、厚さ、幅、長さなどを指すことができる。ＢＭＧはまた、少なくとも約１．０ｃｍなど、少なくとも約２．０ｃｍなど、少なくとも約５．０ｃｍなど、少なくとも約１０．０ｃｍなどの、センチメートルの範囲の少なくとも１つの寸法を有する、金属ガラスとすることもできる。一部の実施形態では、ＢＭＧは、少なくともメートルの範囲の、少なくとも１つの寸法を有し得る。ＢＭＧは、金属ガラスに関連する、上述の形状又は形態のうちの、いずれかを呈することができる。したがって、本明細書で説明されるＢＭＧは、一部の実施形態では、重要な一態様での従来の堆積技術によって作製される薄膜とは異なるものとすることができ、前者のＢＭＧは、後者の薄膜よりも遙かに大きい寸法のものとすることができる。
【００５３】
アモルファス金属は、純金属ではなく、合金とすることができる。この合金は、著しく異なるサイズの原子を含有し得ることにより、溶融状態で、低い自由体積がもたらされる（またそれゆえ、他の金属及び合金よりも、桁違いとなるまでの高い粘度を有する）。この粘度は、原子が、規則格子を形成するために十分に移動することを防ぐ。この材料構造は、冷却の間の低収縮性、及び塑性変形に対する抵抗性をもたらし得る。一部の場合には結晶性材料の弱点である、この結晶粒界の非存在は、例えば、磨耗及び腐食に対する、より良好な抵抗性をもたらし得る。一実施形態では、技術的にはガラスであるが、アモルファス金属はまた、酸化物ガラス及びセラミックよりも遙かに強靭であり、脆性ではないものにすることもできる。
【００５４】
アモルファス材料の熱伝導率は、それらの結晶性対応物の熱伝導率よりも低いものにすることができる。より緩徐な冷却の間でも、アモルファス構造の形成を達成するために、３種以上の構成成分で合金を作製して、より高いポテンシャルエネルギー、及びより低い形成の確率を有する、複合結晶単位をもたらすことができる。アモルファス合金の形成は、以下の幾つかの因子：合金の構成成分の組成、構成成分の原子半径（好ましくは、高い充填密度及び低い自由体積を達成するために、１２％超の有意差を有する）、並びに結晶核生成を阻止し、溶融金属が過冷却状態に留まる時間を延長する、構成成分の組み合わせの負の混合熱によって決まり得る。しかしながら、アモルファス合金の形成は、多種多様な変数に基づくものであるため、合金組成物がアモルファス合金を形成するか否かを事前に判定することは、困難な場合がある。
【００５５】
例えば、ホウ素、ケイ素、リン、及び他のガラス形成剤と、磁性金属（鉄、コバルト、ニッケル）とのアモルファス合金は、低い保磁力及び高い電気抵抗を有する、磁性のものとすることができる。この高い抵抗は、例えば、トランス用磁心として有用な特性である、交番磁界に晒された場合の渦電流による低損失をもたらす。
【００５６】
アモルファス合金は、潜在的に有用な、様々な特性を有し得る。具体的には、アモルファス合金は、同様の化学組成の結晶性合金よりも強固である傾向にあり、それらは、結晶性合金よりも大きい可逆性（「弾性」）変形に耐え得る。アモルファス金属は、それらの強度を、それらの非晶質構造から直接導き出すものであり、この非晶質構造は、結晶性合金の強度を制限する欠陥（転位などの）を全く有し得ない。例えば、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（商標）として知られる、１つの最新のアモルファス金属は、高級チタンのほぼ２倍の引張り強さを有する。一部の実施形態では、室温での金属ガラスは延性ではなく、張力が負荷されると突然破損するが、このことは、差し迫った破壊が明白ではないため、信頼性が重要な用途での、その材料の適用性を制限する。それゆえ、この課題を克服するために、延性の結晶性金属の樹枝状の粒子又は繊維を含有する、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。あるいは、深刻化を引き起こす傾向がある元素（例えば、Ｎｉ）が少ないＢＭＧを、使用することができる。例えば、Ｎｉを含まないＢＭＧを使用することにより、そのＢＭＧの延性を改善することができる。
【００５７】
バルクアモルファス合金の別の有用な特性は、これらが真のガラスであり、換言すれば、加熱により軟化かつ流動し得ることである。これは、ポリマーと同様に射出成形などの容易な加工処理を可能にする。結果として、アモルファス合金は、スポーツ用品、医療用装置、電子部品及び電子装備、並びに薄膜を作製するために使用することができる。アモルファス金属の薄膜は、高速酸素燃料技術を介して、保護コーティングとして堆積させることができる。
【００５８】
材料は、アモルファス相、結晶相、又は双方を有し得る。これらのアモルファス相及び結晶相は、同じ化学組成を有し、微細構造のみが異なる（すなわち、一方はアモルファスであり、他方は結晶質である）ものとすることができる。一実施形態での微細構造は、２５×以上の倍率の顕微鏡によって明らかとなるような材料の構造を指す。あるいは、これらの２つの相は、異なる化学組成及び微細構造を有し得る。例えば、組成物は、部分的アモルファス、実質的アモルファス、又は完全アモルファスとすることができる。
【００５９】
上述のように、アモルファス化度の程度（また反対に結晶化度の程度）は、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。その程度とは、合金中に存在する結晶相の体積分率又は重量分率を指すことができる。部分的アモルファス組成物とは、少なくとも約１０体積％など、少なくとも約２０体積％など、少なくとも約４０体積％など、少なくとも約６０体積％など、少なくとも約８０体積％など、少なくとも約９０体積％などの、少なくともその約５体積％がアモルファス相である組成物を指すことができる。用語「実質的に」及び「約」は、本明細書中の他の場所で定義されている。したがって、少なくとも実質的にアモルファスである組成物とは、少なくとも約９５体積％など、少なくとも約９８体積％など、少なくとも約９９体積％など、少なくとも約９９．５体積％など、少なくとも約９９．８体積％など、少なくとも約９９．９体積％などの、少なくともその約９０体積％がアモルファスであるものを指すことができる。一実施形態では、実質的アモルファス組成物は、その中に存在する、何らかの付随的な少量の結晶相を有し得る。
【００６０】
一実施形態では、アモルファス合金組成物は、アモルファス相に関して均質とすることができる。組成が均一である物質は、均質である。このことは、不均質である物質とは対照的である。用語「組成」とは、物質中の化学組成及び／又は微細構造を指す。物質は、その物質の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ組成を有する場合に均質である。例えば、微粒子懸濁液は、その微粒子懸濁液の体積を半分に分割して、両半分が実質的に同じ体積の粒子を有する場合に均質である。しかしながら、顕微鏡下で個々の粒子を視認することが可能な場合もある。均質な物質の別の例は、空気であり、その空気中の種々の成分は等しく浮遊するが、空気中の粒子、気体、及び液体は、個別に分析することができ、又は空気から分離することもできる。
【００６１】
アモルファス合金に関して均質である組成とは、その微細構造の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス相を有するものを指すことができる。換言すれば、その組成物は、組成物の全体にわたって実質的に均一に分布するアモルファス合金を巨視的に含む。代替の実施形態では、この組成は、非アモルファス相をその中に有する、アモルファス相を有する複合材料のものとすることができる。この非アモルファス相は、１つの結晶又は複数の結晶とすることができる。それらの結晶は、球形、楕円、ワイヤ状、ロッド状、シート状、フレーク状、又は不規則形状などの、任意の形状の微粒子の形態とすることができる。一実施形態では、結晶は、樹枝状形態を有し得る。例えば、少なくとも部分的にアモルファスの複合組成物は、アモルファス相マトリックス中に分散する樹枝状結晶の形状の結晶相を有し得るものであり、この分散は、均一又は不均一なものとすることができ、アモルファス相と結晶相とは、同じ化学組成又は異なる化学組成を有し得る一実施形態では、それらの相は実質的に同じ化学組成を有し得る。別の実施形態では、結晶相は、ＢＭＧ相よりも延性とすることができる。
【００６２】
本明細書で説明される方法は、任意のタイプのアモルファス合金に適用可能とすることができる。同様に、組成物又は物品の成分として、本明細書で説明されるアモルファス合金は、任意のタイプのものとすることができる。このアモルファス合金は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｕ、Ｌａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂｅの元素、又はこれらの組み合わせを含み得る。すなわち、この合金は、その化学式又は化学組成中に、これらの元素のいずれかの組み合わせを含み得る。それらの元素は、種々の重量百分率又は体積百分率で存在し得る。例えば、鉄「ベース」合金とは、その中に存在する無視することができない重量百分率の鉄を有する、合金を指すことができ、その重量百分率は、例えば、少なくとも約４０重量％など、少なくとも約５０重量％など、少なくとも約６０重量％など、少なくとも約８０重量％などの、少なくとも約２０重量％などとすることができる。あるいは、一実施形態では、上述の百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。したがって、アモルファス合金は、ジルコニウムベース、チタンベース、白金ベース、パラジウムベース、金ベース、銀ベース、銅ベース、鉄ベース、ニッケルベース、アルミニウムベース、モリブデンベースなどとすることができる。この合金はまた、特定の目的に適合するように、上述の元素のうちのいずれかを含まない場合もある。例えば、一部の実施形態では、この合金、又はこの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、又はこれらの組み合わせを実質的に含まないものであり得る。一実施形態では、この合金又は複合材料は、ニッケル、アルミニウム、チタン、ベリリウム、又はこれらの組み合わせを全く含まない。
【００６３】
例えば、このアモルファス合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ）cを有し得るものであり、式中、ａ、ｂ、及びｃはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは３０〜７５の範囲であり、ｂは５〜６０の範囲であり、ｃは０〜５０の範囲である。あるいは、このアモルファス合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ）b（Ｂｅ）cを有し得るものであり、式中、ａ、ｂ、及びｃはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは４０〜７５の範囲であり、ｂは５〜５０の範囲であり、ｃは５〜５０の範囲である。この合金はまた、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ）b（Ｂｅ）cを有し得るものでもあり、式中、ａ、ｂ、及びｃはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは４５〜６５の範囲であり、ｂは７．５〜３５の範囲であり、ｃは１０〜３７．５の範囲である。あるいは、この合金は式（Ｚｒ）a（Ｎｂ，Ｔｉ）b（Ｎｉ，Ｃｕ）c（Ａｌ）dを有し得るものであり、式中、ａ、ｂ、ｃ、及びｄはそれぞれ、重量百分率又は原子百分率を表す。一実施形態では、原子百分率で、ａは４５〜６５の範囲であり、ｂは０〜１０の範囲であり、ｃは２０〜４０の範囲であり、ｄは７．５〜１５の範囲である。上述の合金系の例示的一実施形態は、Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＣＡ，ＵＳＡ）によって製作されるような、Ｖｉｔｒｅｌｏｙ−１及びＶｉｔｒｅｌｏｙ−１０１などの、商品名Ｖｉｔｒｅｌｏｙ（商標）の、Ｚｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅベースのアモルファス合金である。種々の系のアモルファス合金の一部の実施例が、表１及び表２に記載される。
【表１】
0005993898.tif 000003
【表２】
0005993898.tif 000004
【００６４】
その他の例示的な鉄系合金には、例えば米国特許出願公開第２００７／００７９９０７号及び同第２００８／０３０５３８７号に開示されているものが挙げられる。これらの組成物には、Ｆｅ（Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）（Ｃ，Ｓｉ，Ｂ，Ｐ，Ａｌ）系が含まれ、ここにおいてＦｅ含有量は６０〜７５原子パーセント、（Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）の合計は５〜２５原子パーセントの範囲内、及び（Ｃ，Ｓｉ，Ｂ，Ｐ，Ａｌ）の合計は８〜２０原子パーセントの範囲内であり、例示的な組成はＦｅ４８Ｃｒ１５Ｍｏ１４Ｙ２Ｃ１５Ｂ６である。また、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、及びＦｅ−（Ｃｒ−Ｍｏ）−（Ｃ，Ｂ）−Ｔｍにより記述される合金系が挙げられ、ここにおいてＬｎはランタニド元素、Ｔｍは遷移金属元素を示す。更に、このアモルファス合金は、米国特許出願公開第２０１０／０３００１４８号に記述される例示的組成物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、及びＦｅ６８Ｍｏ５Ｎｉ５Ｃｒ２Ｐ１１Ｃ５Ｂ２．５Ｓｉ１．５のうちの１つであり得る。
【００６５】
これらのアモルファス合金はまた、（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）ベース合金などの、鉄合金とすることもできる。かかる組成物の例は、米国特許第６，３２５，８６８号、同第５，２８８，３４４号、同第５，３６８，６５９号、同第５，６１８，３５９号、及び同第５，７３５，９７５号、ＩｎｏｕｅらのＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌｕｍｅ  ７１，ｐ  ４６４（１９９７）、ＳｈｅｎらのＭａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，ＪＩＭ，Ｖｏｌｕｍｅ  ４２，ｐ  ２１３６（２００１）、並びに日本特許出願第２００１２６２７７号（公開番号２００１３０３２１８（Ａ））で開示されている。１つの例示的な組成物は、Ｆｅ72Ａｌ5Ｇａ2Ｐ11Ｃ6Ｂ4である。別の実施例は、Ｆｅ72Ａｌ7Ｚｒ10Ｍｏ5Ｗ2Ｂ15である。本明細書でのコーティングに使用することができる、別の鉄ベース合金系が、米国特許出願公開第２０１０／００８４０５２号で開示されており、そのアモルファス金属は、例えば、括弧内に記される組成の範囲で、マンガン（１〜３原子％）、イットリウム（０．１〜１０原子％）、及びケイ素（０．３〜３．１原子％）を含有し、また括弧内に記される組成の指定範囲で以下の元素：クロム（１５〜２０原子％）、モリブデン（２〜１５原子％）タングステン（１〜３原子％）、ホウ素（５〜１６原子％）、炭素（３〜１６原子％）、及び残部の鉄を含有する。
【００６６】
このアモルファス合金は、米国特許出願公開第２００８／０１３５１３６号、同第２００９／０１６２６２９号、及び同第２０１０／０２３００１２号に記述されているＰｔ又はＰｄ系合金のうちの１つであり得る。例示的な組成物には、Ｐｄ４４．４８Ｃｕ３２．３５Ｃｏ４．０５Ｐ１９．１１、Ｐｄ７７．５Ａｇ６Ｓｉ９Ｐ７．５、及びＰｔ７４．７Ｃｕ１．５Ａｇ０．３Ｐ１８Ｂ４Ｓｉ１．５が挙げられる。
【００６７】
上述のアモルファス合金系は、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、及びＣｏを含めた添加遷移金属元素などの、添加元素を更に含み得る。これらの添加元素は、約２０重量％以下など、約１０重量％以下など、約５重量％など、約３０重量％以下で存在し得る。一実施形態では、この任意選択の添加元素は、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、及びハフニウムのうちの少なくとも１つであり、炭化物を形成して、耐摩耗性及び耐食性を更に改善する。更なる任意選択の元素としては、融点を低下させるための、合計で最大約２％の、好ましくは１％未満の、リン、ゲルマニウム、及びヒ素を挙げることができる。他の少量の不純物は、約２％未満、好ましくは０．５％未満とするべきである。
【００６８】
一部の実施形態では、アモルファス合金を有する組成物は少量の不純物を含み得る。不純物元素を意図的に添加することにより、機械的特性（例えば、硬度、強度、破壊機構など）の改善、及び／又は耐食性の改善などの、その組成物の特性を修正することができる。あるいは、それらの不純物は、加工処理及び製造の副生成物として得られるもののような、不可避の付随的な不純物として存在し得る。これらの不純物は、約５重量％など、約２重量％など、約１重量％など、約０．５重量％など、約０．１重量％などの、約１０重量％以下とすることができる。一部の実施形態では、これらの百分率は、重量百分率の代わりに、体積百分率とすることができる。一実施形態では、この合金サンプル／組成物は、アモルファス合金から本質的になる（少量の付随的な不純物のみを有する）。別の実施形態では、この組成物はアモルファス合金を含む（観察可能な微量の不純物を全く有さない）。
【００６９】
一実施形態では、最終部品は、バルク凝固アモルファス合金の臨界鋳造厚さを超過するものであった。
【００７０】
本明細書の実施形態では、バルク凝固アモルファス合金が高粘度の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により、超塑性成形が可能となる。大きい塑性変形を得ることができる。過冷却液体領域で大きく塑性変形する能力は、成形プロセス及び／又は切断プロセスに使用される。固体とは対照的に、この液体のバルク凝固合金は、局所的に変形し、このことが、切断及び成形のために必要とされるエネルギーを、大幅に低下させる。切断及び成形の容易性は、合金、金型、及び切断工具の温度に応じて変化する。温度が高くなるにつれて、粘度が低下し、その結果として、切断及び成形が容易になる。
【００７１】
本明細書の実施形態は、例えば、Ｔｇ〜Ｔｘで実施される、アモルファス合金を使用す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及びＴｇは、結晶化の開始の温度、及びガラス転移の開始の温度として、典型的な加熱速度（例えば、２０℃／分）での標準的なＤＳＣ測定から決定される。
【００７２】
アモルファス合金構成要素は、臨界鋳造厚さを有し得るものであり、最終部品は、その臨界鋳造厚さよりも厚い厚さを有し得る。更には、加熱及び整形操作の時間並びに温度は、アモルファス合金の弾性歪み限界が、１．０％以上、好ましくは１．５％以上であることを実質的に維持し得るように選択される。本明細書の実施形態との関連では、ガラス転移近傍の温度とは、成形温度がガラス転移未満、ガラス転移温度若しくはガラス転位温度近傍、及びガラス転移温度超とすることができることを意味するが、結晶化温度Ｔxより低い温度であることが好ましい。冷却工程は、加熱工程での加熱速度と同様の速度で、好ましくは、加熱工程での加熱速度を超える速度で実施される。冷却工程はまた、好ましくは、形成荷重及び成形荷重が依然として維持されている間にも達成される。
電子機器
【００７３】
本明細書の実施形態は、ＢＭＧを使用する電子機器の製作で有用であり得る本明細書での電子機器とは、当該技術分野において既知の任意の電子機器を指すことができる。例えば、この電子デバイスは、セル電話及び固定電話などの電話、あるいは、例えばｉＰｈｏｎｅ（商標）を含めたスマートフォン、及び電子ｅメール送信／受信デバイスなどの、いずれかの通信デバイスとすることができる。この電子機器は、デジタルディスプレイ、ＴＶモニタ、電子ブックリーダ、携帯ウェブブラウザ（例えば、ｉＰａｄ（商標））、及びコンピュータモニタなどの、ディスプレイの一部とすることができる。この電子デバイスはまた、携帯ＤＶＤプレーヤ、従来型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、携帯音楽プレーヤ（例えば、ｉＰｏｄ（商標））などの音楽プレーヤなどを含めた、娯楽デバイスとすることもできる。この電子デバイスはまた、画像、ビデオ、音声のストリーミングを制御することなどの、制御を提供するデバイス（例えば、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（商標））の一部とすることもでき、又は電子デバイス用の遠隔制御装置とすることができる。この電子機器は、コンピュータ、あるいはハードドライブタワーの筺体若しくはケーシング、ラップトップ筺体、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、及びスピーカーなどの、コンピュータ付属品の一部とすることができる。この物品はまた、腕時計又は時計などの機器にも適用することができる。
【００７４】
本明細書の実施形態により、容器内の材料（例えば金属又は金属合金）を溶融するための、提案されている解決策は、溶融ゾーン内に溶融物又は溶融した材料を閉じ込めることである。
【００７５】
実施形態は、離れた螺旋巻き部分を備えた誘導コイルを使用して、インライン溶融装置内で溶融原料の位置及び形状を制御するための装置及び方法に関する。この誘導コイルは、溶融コイルとして作用する第１部分と、閉じ込めコイルとして作用する第２部分とを有する。「閉じ込め」コイルにより生じるラプラス力は、溶融可能材料の誘導加熱を実質的に低下させることなく、溶融コイル（これは、溶融可能材料又は合金を容器から押し出す傾向をもつ）により生じるラプラス力に対抗するよう作用する。これにより、材料を溶融させ、例えば後続の形成のためのコールドチャンバダイカストなどの別のシステムへと制御可能に導入することができる。またこれにより、材料を閉じ込めるのに物理的な障害を用いることなく、材料を電磁的に閉じ込めることができる。
【００７６】
図２は、誘導コイルの一実施形態を示す。この装置には、図２に示すように、溶融するための、例えばインゴット２０４などの材料を内部に受容するよう構成された容器が含まれ得る。図示されているのは、材料を内部で溶融するよう構成された第１誘導コイルと、第１誘導コイルと直線上に配置された第２誘導コイルであり、この第２誘導コイルは材料を溶融し、同時に材料の移動を閉じ込めるよう構成されている。第１部分又は第１誘導コイルと、第２部分又は第２誘導コイルは、機能するよう接続され、かつ同じ周波数で作動させるよう構成されている、単一の誘導コイルの部分である。この第１部分及び第２部分は、容器の軸に沿って互いに、相対的に離れて配置され、これによってこれらの間にスペースが形成される。この誘導コイルは、作動中に（例えばＲＦ印加中に）コイルの第１部分と第２部分との間のスペース内で、容器内の溶融した材料に対して力を印加する。したがって、図２は、加熱機能と閉じ込め機能の両方を実施するコイル構成を示している。作動中、溶融温度と攪拌は、第１コイルと第２コイルとの間の領域で比較的均一なままである。第２誘導コイルは、容器内で、溶融した材料の水平方向の移動を閉じ込めるためのゲート又はバルブとして機能するよう構成され得る。一実施形態において、第１誘導コイル２００は搭載又は加熱コイルであり、第２誘導コイル２０２は閉じ込めコイルである。あるいは、別の一実施形態において、第１誘導コイルは閉じ込めコイルであり、第２誘導コイルは加熱コイルである。単一の誘導コイルは、溶融可能材料（例えばインゴットの形態）上での熱エネルギー生成を最大限にし、同時に溶融物に印加される力を最大限にするよう調整された周波数を有し得る。
【００７７】
単に説明目的のため、図２は、溶融した材料が容器から金型へと水平方向に、右から左へと射出されるのを示していることが理解されよう。したがって、これらの図示されている実施形態において、第１誘導コイルは加熱コイルであり、第２誘導コイルは閉じ込めコイルである。しかしながら、移動の方向及び加熱／閉じ込めコイルの配置は、限定することを意図したものではない。この装置は更に、容器の射出端、又は容器の射出端の反対側のいずれかに配置される、追加の誘導コイルを含み得る。追加の誘導コイルは図２に示されていない。
【００７８】
容器（図２には示されていないが、代わりに容器内のインゴットが図示されている）は、第１誘導コイル又は第２誘導コイルの水平軸に沿って配置することができ、これにより、容器内の材料の移動が、容器の射出経路に沿って水平方向になる。
【００７９】
一実施形態において、溶融可能材料は、水冷されたボート、容器、又はコンテナによって底に閉じ込められ、これはほぼＵ字型のチャネルを有している場合も有していない場合もある。
【００８０】
これらの実施形態の任意のものにおいて、溶融する材料にはＢＭＧ原料が含まれ、この装置は材料をＢＭＧ部品に成形するよう構成される。
【００８１】
様々な実施形態により、一装置が提供される。この装置は、溶融するための材料を内部に受容するよう構成された容器と、その容器内で材料を溶融し、その材料の移動を閉じ込めるように構成された、第１誘導コイル及び第２誘導コイルと、を含み得る。第１誘導コイル及び第２誘導コイルは、単独の誘導コイルである。装置は、材料をＢＭＧ部品に形成するよう構成することができる。
【００８２】
様々な実施形態により、材料を溶融する方法が提供される。この方法は、溶融可能材料を容器に挿入する工程と、溶融した材料を形成するために誘導コイルをあるＲＦ周波数で作動させる工程と、を含む。誘導コイルは、容器内で溶融可能材料を溶融し、閉じ込めるよう構成された、第１誘導コイル及び第２誘導コイルを有する。
【００８３】
様々な実施形態により、装置を作動させる方法が提供される。この方法は、溶融可能材料を容器に挿入する工程と、容器内の溶融した材料を形成するために誘導コイルをあるＲＦ周波数で作動させる工程と、誘導コイルの作動を停止する工程と、を含む。誘導コイルは、容器内で溶融可能材料を溶融し、閉じ込めるよう構成された、第１誘導コイル及び第２誘導コイルを有する。
【００８４】
様々な実施形態により、装置を作動させる方法が提供される。この方法は、溶融可能材料を容器に挿入する工程と、容器内の溶融した材料を形成するために誘導コイルをあるＲＦ周波数で作動させる工程と、誘導コイルの作動を停止する工程と、を含む。誘導コイルは、機能するよう接続されている第１部分及び第２部分を有する。この第１部分及び第２部分は、容器の軸に沿って互いに、相対的に離れて配置され、これによってこれらの間にスペースが形成される。誘導コイルは、作動中にコイルの第１部分と第２部分との間のスペース内で、容器内の溶融した材料に対して力を印加する。
【００８５】
様々な実施形態により、一装置が提供される。この装置には、溶融するための材料を内部に受容するよう構成された容器と、その容器の実質的に周囲に配置された誘導コイルと、を含み得る。誘導コイルは、容器内に溶融した材料を形成するために、あるＲＦ周波数で作動するよう構成された複数のコイル巻きを有する。誘導コイルは、第１部分及び第２部分に分離され、この第１部分と第２部分の間に少なくとも１巻きを有する。この少なくとも１巻きは、第１部分と第２部分の両方からある距離を空けて配置される。
【００８６】
本明細書に記述される方法、技法、及び装置は、記述されている実施形態を限定することを意図したものではない。本明細書に開示されるように、装置又はシステム（あるいは装置又は機械）は、材料（例えばアモルファス合金）の溶融及び射出成形を行うように構成され得る。この装置は、高融解温度で溶融してから、その溶融した材料を金型に注入して成形を行うことにより、そのような材料又は合金を加工するように構成されている。下記で詳しく述べられるように、この装置の部品は互いに一線上に配置される。実施形態により、この装置の部品（又はこれらへのアクセス）及び／又は装置若しくはシステム自体は、水平軸上に揃えられる。
【００８７】
一実施形態において、装置の部品及び／又は装置若しくはシステム自体は、水平軸に対してある角度で配置される。容器は、ある角度で傾いていてよく、これによって、本明細書に開示される誘導コイルによって溶融される材料、又はその中で溶融した材料が、重力の影響を受ける。例えば、容器は、システムの水平かつ長手方向に対して鋭角で斜めに配置することができ、これによって容器の射出端（例えば図の左側）が、容器のプランジャ端（例えば図の右側）よりも高く、すなわち上向きに配置される。この容器の傾いた配置は、［金型への］射出の前に、溶融した材料が漏出するのを低減することによって、溶融した材料を（コイル及びその設計に沿って）閉じ込めるのに役立ち得る。
【００８８】
下記の実施形態は単に例示目的のためのものであり、限定することを意図するものではない。
【００８９】
図３は、開示される誘導コイルの実施形態を実装するための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。一実施形態により、射出成形システム３００は、内部に受容した溶融可能材料３０５を溶融するよう構成された溶融ゾーン３１０と、その溶融した材料３０５を溶融ゾーン３１０から金型３４０へと射出するよう構成された少なくとも１本のプランジャロッド３３０と、を含み得る。一実施形態では、少なくともプランジャロッド３３０と溶融ゾーン３１０は一線上でかつ水平軸（例えばＸ軸）上に提供され、これによりプランジャロッド３３０は溶融ゾーン３１０を実質的に通過して水平方向に（例えばＸ軸に沿って）動き、溶融した材料３０５を金型３４０へと移動させる。この金型は、溶融ゾーンに隣接して配置され得る。
【００９０】
溶融可能材料は、任意の数の形態で溶融ゾーンに受容され得る。例えば、溶融可能材料は、インゴット（固体状態）、半固体状態、予熱されたスラリー、粉末、ペレットなどの形態で溶融ゾーン３１０に供給され得る。いくつかの実施形態において、搭載ポート（例えばインゴット搭載ポート３１８の図示例）が、射出成形装置３００の一部として提供され得る。搭載ポート３１８は、任意の数の場所で装置内に提供される別々の開口部又は領域であってもよい。一実施形態において、搭載ポート３１８は、装置の１つ以上の部分を通過する経路であり得る。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することができ、あるいは、射出装置３００の金型側から水平方向に挿入することができる（例えば、金型３４０を通って、及び／又は移送スリーブ３５０を通って、容器３１２内へ）。他の実施形態において、溶融可能材料は、他の方法及び／又は他の装置を用いて（例えば射出装置の反対側を通して）溶融ゾーン３１０内に供給することができる。
【００９１】
溶融ゾーン３１０は、溶融可能材料を受容し、その材料が溶融状態に加熱された際にそれを保持するように構成された溶融機構を有する。溶融機構は、容器３１２の形態であってよく、これは例えば、溶融可能材料を受容し、かつ、中にある材料を溶融するように構成された本体を有する。本開示全体にわたって使用されている容器は、物質を高温に加熱するために採用された材料で作製された容器である。例えば、一実施形態において、この容器はるつぼであってよく、例えばボート形るつぼ、又はスカルるつぼであり得る。一実施形態において、容器３１２は、減圧下（例えば真空ポート３３２の真空装置又はポンプによって適用される）で溶融可能材料用に利用できるよう構成された低温炉床溶融装置である。一実施形態において、下記に詳しく述べられるように、この容器は温度調節された容器である。
【００９２】
容器３１２はまた、本体の受容部分又は溶融部分３１４内に材料（例えば原材料）を投入するための入口も有し得る。図に示されている実施形態において、容器３１２の本体は、実質的にＵ字型の構造を含み得る。ただし、この図示されている形状は、限定を意味するものではない。容器３１２は、任意の数の形状又は構成を含み得る。この容器の本体は、ある長さを有し、長手かつ水平方向に延在していてよく、これにより溶融した材料がプランジャ３３０を用いてここから水平方向に移送される。例えば、この本体は、垂直に延在する側壁を備えた底部を含み得る。加熱又は溶融のための材料は、容器の溶融部分３１４に受容することができる。溶融部分３１４は、溶融される溶融可能材料を内部に受容するように構成される。例えば、溶融部分３１４は材料を受容するための表面を有する。容器３１２は、送達のための１つ以上の射出装置（例えば搭載ポート及びプランジャ）を使用して溶融部分３１４内に材料（例えばインゴットの形態）を受容することができる。
【００９３】
一実施形態において、本体及び／又はその溶融部分３１４は、実質的に丸みのある及び／又は滑らかな表面を含み得る。例えば、溶融部分３１４の表面は、円弧形状に形成することができる。ただし、本体の形状及び／又は表面は、限定することを意図したものではない。本体は、一体型構造であってよく、又は、一緒に接合若しくは機械加工された別個の部品から形成されていてもよい。容器３１２の本体は、任意の数の材料（例えば銅、銀）から形成され得、これには１つ以上のコーティング、及び／又は構成若しくは設計が挙げられる。例えば、１つ以上の表面は、内部に凹部又は溝を有してもよい。
【００９４】
容器３１２の本体は、水平方向に貫通するプランジャロッドを受容して、溶融した材料を動かすよう構成され得る。すなわち、一実施形態において、溶融機構はプランジャロッドと同じ軸上にあり、本体は、このプランジャロッドの少なくとも一部分を受容するような構成及び／又は寸法にすることができる。よって、プランジャロッド３３０は、実質的に容器３１２内を通じて移動することにより、溶融した材料（加熱／溶融後）を容器から金型３４０内に移動させるように構成することができる。図３に図示されている装置３００の実施形態を参照し、例えば、プランジャロッド３３０は、容器３１２を通じて、右から左に向かって水平方向に動き、溶融した材料を金型３４０に向かって、かつその内部へ移動させて押し出す。
【００９５】
溶融ゾーン３１０を加熱して、容器３１２内に受容した溶融可能材料を溶融させるために、射出装置３００には、その溶融可能材料を加熱して溶融させるのに使用する熱源も含まれる。
【００９６】
本体自体の実質的に全体ではなくとも、少なくとも容器の溶融部分３１４は、内部に受容した材料を溶融するべく、溶融ゾーン３１０内で加熱されるように構成されている。加熱は、例えば、溶融可能材料を溶融させ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を使用して達成される。一実施形態において、誘導源は２つの部分３２０Ｌ、３２０Ｃを有し、これらは容器３１２に隣接して配置される（下記に詳しく述べる）。例えば、誘導源は、実質的に、容器本体の一定の長さにわたってその周囲に、螺旋状に配置されたコイルの形状であり得る。したがって、容器３１２は、電源供給又は電源３２５を用いて、少なくとも誘導源／コイル３２０Ｌに電力を供給することにより、溶融部分３１４内の溶融可能材料（例えば挿入されたインゴット）を電磁誘導により溶融させるよう構成され得る。よって、溶融ゾーン３１０には誘導ゾーンが含まれ得る。この誘導源は、容器３１２を溶融させて濡らすことなしに、容器３１２に収容されている任意の材料を加熱し溶融させるよう構成される。この誘導コイルは容器３１２に対して無線周波数（ＲＦ）波を放射する。図３に示されているように、容器３１２を取り巻くコイルは、水平軸（例えばＸ軸）に沿って水平方向に配置されるよう構成される。
【００９７】
一実施形態において、容器３１２は温度調節された容器である。そのような容器は、１本以上の温度調節チャネルを含み得、これは、容器内に受容した材料の溶融中に容器３１２の本体の温度を調節する（例えば容器を強制的に冷やす）ために、その中に気体又は液体（例えば水、油、又はその他の液）が流れるよう構成されている。そのような強制冷却されたるつぼはまた、プランジャロッドと同じ軸上に提供され得る。冷却チャネルは、容器３１２の本体自体が過剰に加熱して溶融するのを防ぐのに役立つことができる。冷却チャネルは、容器内の気体又は液体の流れを誘導するよう構成された冷却システムに接続することができる。この冷却チャネルは、流体が中を貫通して流れる１つ以上の入口及び出口を含み得る。この冷却チャネルの入口及び出口は、任意の数の方法で構成することができ、限定することを意図したものではない。例えば、冷却チャネル管は、中の材料が溶融して容器温度が調節されるように（すなわち、熱が吸収され、かつ容器が冷却されるように）、溶融部分３１４に対して配置され得る。冷却チャネルの数、配置及び／又は方向は限定されるべきではない。冷却液体又は冷却流体は、誘導源３２０Ｌが通電されているときに、溶融可能材料の溶融中に冷却チャネルを流れるように構成され得る。
【００９８】
材料が容器３１２内で溶融された後、プランジャ３３０を使用して、その溶融した材料を、物体、部品又は構成片へと成形するために、容器３１２から金型３４０へと押し出すことができる。溶融可能材料が合金（例えばアモルファス合金）である場合において、金型３４０は、成形されたバルクアモルファス合金の物体、部品又は構成片を形成するように構成される。金型３４０は、溶融した材料を中に通して受容するための入口を有する。容器３１２の出口と金型３４０の入口は、一線上かつ水平軸上に提供することができ、これによりプランジャロッド３３０は、容器の本体を貫通して水平方向に動き、溶融した材料を、金型３４０の入口を介して金型内に押し出す。
【００９９】
前述のように、金属又は合金などの材料を成形するのに使用される射出成形システム３００のようなシステムは、金型又はダイキャビティ内に溶融した材料を押し出す際、真空を利用することができる。射出成形システム３００は更に、少なくとも溶融ゾーン３１０及び金型３４０に真空圧を適用するよう構成された少なくとも１つの真空源又はポンプを真空ポート３１２に含み得る。この真空圧は、中の材料を溶融し、移動又は移送し、成形するのに使用される射出成形システム３００の少なくとも部分に適用され得る。例えば容器３１２、移送スリーブ３５０、及びプランジャロッド３３０は、すべて減圧下であってよく、及び／又は真空チャンバ内で密閉されていてもよい。
【０１００】
一実施形態において、金型３４０は、材料を成形する際に内部の真空圧を調節するように構成された封入構造である真空金型である。例えば、一実施形態において、真空金型３４０は、互いに対して隣接して（それぞれ）配置された、第１プレート（「Ａ」金型又は「Ａ」プレートとも呼ばれる）、第２プレート（「Ｂ」金型又は「Ｂ」プレートとも呼ばれる）を含む。第１プレートと第２プレートは一般にそれぞれ、それらの間で溶融した材料を成形するために、それぞれに伴う金型キャビティを有する。このキャビティは、注入スリーブ又は移送スリーブ３５０を介してその間に受容される溶融した材料を成形するよう構成される。金型キャビティは、部品を内部で形成及び成形するために、部品の金型キャビティを含んでもよい。
【０１０１】
一般に、第１プレートは、移送スリーブ３５０に接続することができる。一実施形態により、プランジャロッド３３０は、溶融した材料を、容器３１２から、移送スリーブ３５０を介して、金型３４０へと移動させるように構成されている。移送スリーブ３５０（時に、当該技術分野及び本明細書においてショットスリーブ、コールドスリーブ又は注入スリーブと呼ばれる）は、溶融ゾーン３１０と金型３４０との間に提供され得る。移送スリーブ３５０は、溶融した材料を受容し、その中を通して金型３４０へと（プランジャ３３０を使用して）移送することを可能にするよう構成された開口部を有する。この開口部は、水平軸（例えばＸ軸）に沿って水平方向に提供され得る。移送スリーブは、コールドチャンバである必要はない。一実施形態において、少なくともプランジャロッド３３０、容器３１２（例えばその受容部分又は溶融部分）、及び移送スリーブ３５０の開口部は、一直線かつ水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッド３３０は、溶融した材料を移送スリーブ３５０の開口部内に移動させる（及び、その後通過させる）ために、容器３１２を通って水平方向に移動できる。
【０１０２】
溶融した材料は、移送スリーブ３５０を通って水平方向に押され、入口（例えば第１プレート内）を介し、第１プレートと第２プレートとの間を通って金型キャビティ内に入る。材料の成形中、少なくとも第１プレート及び第２プレートは、その間にある材料（例えばアモルファス合金）が例えば酸素及び窒素に曝露するのを実質的に排除するよう構成される。具体的には、プレート並びにそれらのキャビティから、大気空気が実質的に排除されるよう、真空が適用される。真空圧は、真空ライン３３２に接続された少なくとも１つの真空源を使用して、真空金型３４０の内部に印加される。例えば、システムの減圧又は減圧レベルは、溶融及びその後の成形サイクル中において、１×１０-1〜１×１０-4Ｔｏｒｒに保持され得る。別の一実施形態において、この減圧レベルは、溶融及び成形サイクル中において、１×１０-2〜約１×１０-4Ｔｏｒｒに保持される。もちろん、他の圧力レベル又は範囲、例えば、１×１０-9Ｔｏｒｒ〜約１×１０-3Ｔｏｒｒ、及び／又は１×１０-3Ｔｏｒｒ〜約０．１Ｔｏｒｒも使用することができる。真空イジェクタボックス（図示なし）は、金型３４０の第１プレートと第２プレートとの間の金型キャビティから、成形された（アモルファス合金）材料を取り出すように構成されている。この取り出し機構は、成形された材料又は部品を外すために、作動するように構成された作動機構（図示なし）に関連付けられ又は接続される（例えば、少なくともプレート間の真空圧が解放された後、第１部品及び第２部品が互いからに離れるよう水平方向に動いた後に）。
【０１０３】
装置３００には、任意の数又はタイプの金型を採用することができる。例えば、任意の数のプレートを、第１プレートと第２プレートとの間及び／又はこれらに隣接するように設けて、金型を形成することができる。例えば「Ａ」シリーズ、「Ｂ」シリーズ、及び／又は「Ｘ」シリーズの金型として当該技術分野で知られる金型を、射出成形システム／装置３００に取り付けることができる。
【０１０４】
溶融される材料を均一に加熱し、このような射出成形装置３００の中にある溶融した材料の温度を維持することが、均一に成形された部品を形成するのに役立つ。単に説明目的のため、本開示全体で、溶融される材料は、固体状態の原材料であるインゴット３０５の形態であるものとして説明及び図示される。ただし、溶融される材料は、固体状態、半固体状態、予熱されたスラリー、粉末、ペレットなどの形態で、射出成形システム又は装置３００内に受容されてもよく、材料の形態は限定されないことに注意されたい。加えて、容器３１２の図は、単に説明目的のため、Ｕ字型ボート／容器のＸ軸に沿った断面図である。
【０１０５】
射出成形装置は、インラインでかつ水平方向に配置され、電力入力の大半を溶融のための材料に適用し、誘導コイルに隣接する溶融ゾーン内に材料を閉じ込めるようになっているため、一貫した溶融サイクルを行うのに効果的である（例えば、溶融した材料の流れを容器の取り出し経路に向かわせ及び／又は取り出し経路から出すのに比べて）。本明細書で開示されているように、図３の例示的な射出成形装置／システム３００は、螺旋コイル形状の誘導源を含み、この巻きは長手方向に分かれて、例えば、搭載誘導コイル３２０Ｌ及び閉じ込め誘導コイル３２０Ｃの、複数の別々の誘導コイルとして作用し、しかも依然として単一コイルの部分である。より具体的には、誘導コイル３２０の巻きは、容器３１２内の材料に対して、加熱並びに搭載の機能と、閉じ込めの機能とを提供するように、不均一な間隔になっている。
【０１０６】
図４は、射出成形システムに使用するために構成されている、容器４１２と、不均一な間隔の部分を有する誘導コイル４２０の一実施形態を示す。誘導コイル４２０の部分は、容器４１２内に配置されている溶融するための材料４０５（例えば金属／金属合金）に力を印加することができ、最終的に、材料４０５が溶融したとき、誘導コイル４２０がコイル４２０の部分間のスペース内にある溶融した材料４０５に力を印加する。これらの力は、図示のように、容器の中央に向かって溶融した材料を内向きに押し出すよう作用し得る。一方、これらの力は、誘導コイルによる加熱中に、溶融した材料を滑らかに伸ばしながら、誘導コイル４２０から溶融した材料４０５を（例えば誘導コイル４２０の両端で）押し出すことができる。そのような実施形態に関連する追加の記述が、例えば、図７〜９及び図１０を参照して下記に詳しく提示される。
【０１０７】
本明細書で開示されているように、図３の例示的な射出成形装置／システム３００には、例えば、搭載誘導コイル３２０Ｌ及び閉じ込め誘導コイル３２０Ｃの、複数の別々の誘導コイルが含まれ、これらは単一コイルの部分として提供される。実施形態において、誘導コイル３２０Ｌ及び３２０Ｃは、容器３１２に対して無線周波数（ＲＦ）波を放射する。コイル３２０Ｌ及び３２０Ｃは、先細形状であっても、またそうでなくともよい。コイル３２０Ｌ及び３２０Ｃは、例えば球形コイルを含み得る。実施形態において、コイルは同じ又は異なる形状であってよく、これにより、生じるＲＦ場を、例えばより望ましい指向性に調整することができるようになっている。例えば、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、対向する搭載誘導コイル３２０Ｌから幅広い領域のスペースを空けた、先細形状又は円錐形状のコイルであり得る。調整されたＲＦ場を用いることにより、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃによってより強い力が生成され、搭載誘導コイル３２０Ｌに向かって溶融物を押し付ける。こうして、溶融物／溶融した材料を、搭載誘導コイル３２０Ｌに対して閉じ込めることができる。
【０１０８】
閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、搭載誘導コイル３２０Ｌと間隔を空けて配置され得るが、ただし一直線上に構成される。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、溶融ゾーン３１０の射出端近くに構成することができる。搭載誘導コイル３２０Ｌは、容器３１０の溶融部分３１４内に溶融のために配置される材料３０５を加熱／溶融するよう構成することができる。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、加熱／溶融プロセス中に、搭載誘導コイル３２０Ｌ内で溶融物又は溶融した材料を配置及び／又は閉じ込めるように構成することができる。閉じ込め誘導コイル３２０Ｃは、溶融物又は溶融した材料が、搭載誘導コイル３２０Ｌから流出するのを防ぐことができ、容器３１２内の材料３０５が加熱され溶融した状態で保持され得る。同様に、溶融物／溶融した材料を、平らに伸ばされ、熱損失を最小限に抑えながら、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。
【０１０９】
閉じ込め誘導コイル３２０Ｃと搭載誘導コイル３２０Ｌは、１つの周波数ｆmeltingで動作する。しかしながら、誘導コイルの構成（例えば巻きの数）に応じて、閉じ込め誘導コイル３２０Ｃはそのような溶融物に対する力（例えばラプラス力）を印加して、搭載誘導コイルによって生じる力（これは溶融物を押し出す傾向をもつ）に対向して作用し、溶融物を押し戻し、搭載誘導コイル３２０Ｌ近くの容器内に閉じ込めることができる。
【０１１０】
実施形態において、図５に示すように、誘導コイルは、搭載誘導コイル３２０Ｌ、第１閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ１、及び第２閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ２を有し得る。第２閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ２は、搭載誘導コイル３２０Ｌと一直線上に、容器を挟んで閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ１の反対側の端（すなわち、射出経路の反対側）に構成される。第１及び第２閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ１〜Ｃ２は、類似又は異なる螺旋巻き数を有し得るが、搭載誘導コイル３２０Ｌと同じ周波数で稼働する。容器３１２内の溶融物３０５は、搭載誘導コイル３２０Ｌに対し、その両側から閉じ込められ得る。
【０１１１】
実施形態において、射出成形装置３００／５００内の材料としてＢＭＧを利用する際、高い弾性限界、耐腐食性、及び低い密度を備えた物品／部品を形成することができる。
【０１１２】
本明細書で開示されているように、次に、誘導コイルの隣接する巻きを長手方向に不均一な間隔で構成することによって、搭載誘導コイル３２０Ｃ及び閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ（又は３２０Ｃ１及び３２０Ｃ２）の周波数、出力、それらにより生じる磁場間の相互作用を、容器３１２内の材料３０５が加熱／溶融され、更に容器３１２内に閉じ込めることができるように、変えることができる。
【０１１３】
図６は、図３及び図５に示すように、装置３００及び／又は５００と、コイルの形態の誘導源（例えば、図３及び図５に示す搭載誘導コイル３２０Ｌ及び閉じ込め誘導コイル３２０Ｃ）、又は図７〜９（後述）に示す誘導コイル４２０の任意の実施形態とを使用した、本開示の一実施形態による、材料を溶融するための方法６００を示すものである。ただし、本明細書に開示される装置及び方法は、いかなる形でも互いに制限するものではない。
【０１１４】
図６のブロック６１０において、装置は、例えば、中で溶融するための材料３０５を受容するよう構成された容器３１２と、不均一な間隔の誘導コイルとを含むよう、取得及び／又は設計される。一般に、射出成形システム／装置３００／５００は、下記のように作動させることができる：溶融するための溶融可能材料３０５（例えば、アモルファス合金又はＢＭＧを単一インゴットの形態で）を、供給機構（例えば搭載ポート３１８）に搭載し、容器３１２内の溶融ゾーン３１０（これは誘導コイルで取り囲まれている）に挿入し受容させることができる。射出成形装置の「ノズル」ストローク又はプランジャ３３０を使用して、この材料を、必要に応じて、容器３１２の溶融部分３１４内に移動させる。
【０１１５】
一実施形態において、所望によりプランジャ３３０の先端を、容器３１２の溶融部分３１４内に溶融可能材料を保持又は閉じ込めるのに使用することができる（例えば図８及び図９を参照）。ブロック６２０で。プランジャ３３０は、例えば装置３００内の容器３１２の第１又は右側で、溶融プロセス中に材料３０５を閉じ込めるよう位置が揃えられる。
【０１１６】
ブロック６３０において、不均一な間隔の誘導コイルが同じＲＦ周波数で作動して、材料３０５を閉じ込めかつ溶融する。材料３０５は、例えば誘導コイルに電源３２５Ｌを介して電力を供給することにより、誘導プロセスを介して加熱することができる。誘導コイル３２０Ｃの閉じ込め側は、溶融した材料に対して力（例えばラプラス力）を印加し、誘導コイルの搭載側３２０Ｌにより生成される力に対抗して作用し、溶融した材料３０５の誘導加熱を実質的に低減することなく、インライン溶融装置内の溶融した材料又は溶融した原料の位置及び形状を制御することができる。加熱／溶融中に、冷却システムを作動させて、容器３１２の任意の冷却チャネル３１６内に（冷却）流体を流すことができる。射出成形装置は、閉ループ又は開ループシステムを介して温度を制御し、これにより材料３０５を特定の温度（例えば、温度センサ３６２とコントローラ３６４を使用して検出される温度）で安定させることができる。
【０１１７】
容器３１２内の溶融物について、いったん望ましい温度が達成され、維持されたら、誘導コイルをオフにすることで容器３１２の射出経路が「開き」、これにより、例えば、図６のブロック６４０に見られるように、例えば、所望によりプランジャを使用して、溶融物／溶融した材料が次いで容器から射出経路を通って金型３４０へと射出され得る。金型３４０は、例えばコールドチャンバダイなどの、鋳造機内の任意の金型であり得る。射出は、水平軸（Ｘ軸）に沿って、水平方向に（例えば図３及び図５に示す右から左へ）実施することができる。これは、プランジャ３３０を使用して制御可能であり、これは例えば、サーボ駆動ドライブ又は水圧駆動を用いて作動させることができる。例えば、金型３４０は、溶融した材料を入口を介して受容するよう構成され、かつ、減圧下でその溶融した材料を成形するよう構成されている。すなわち、溶融した材料は、少なくとも第１プレートと第２プレートとの間の減圧されたキャビティ内に注入されて、金型３４０で部品を成形する。前述のように、いくつかの実施形態において、この材料は、バルクアモルファス合金部品を成形するのに使用されるアモルファス合金材料であり得る。金型キャビティが充填され始めたら、圧力（プランジャを介して）を所定のレベルに保持して、溶融した材料を金型キャビティ内の空洞領域に「押し詰め」、材料を成形することができる。成形プロセスの後（例えば約１０〜１５秒後）、少なくとも金型３４０（又は装置３００／５００全体）に印加した圧力を解除することができる。次に金型３４０を空けて、固化した部品を外気に曝す。実施形態において、イジェクタ機構を作動させ、作動装置を介して、固化した成形物品を、金型３４０の少なくとも第１及び第２プレートの間から外す（図示なし）。この後、プロセスを再び開始することができる。金型３４０は、少なくとも第１及び第２プレートを互いに近づくように動かすことによって閉じ、これによって第１及び第２プレートを互いに隣接させることができる。溶融ゾーン３１０及び金型３４０は、プランジャ３３０が搭載位置に戻った後に、真空源を介して減圧され、これにより次の材料を挿入して溶融し、次の部品を成形するため、及び材料溶融の方法を再開することができる。
【０１１８】
図４を参照して前述したように、一実施形態において、第１誘導コイル及び第２誘導コイルは、加熱機能と閉じ込め機能の両方を実施し、かつＲＦ出力を介して溶融物を制御するために使用される構成を有する、単一の誘導コイル４２０の部分である。例えば、単一誘導コイル４２０は非対称的な設計を有し得、ここにおいて不均一な間隔のコイルの外形は、水平方向に容器４１２の長さに沿ってその周りに水平に間隔を空けて配置される。一実施形態において、誘導コイル４２０は、間に間隔の広いコイル４１６を伴うか又は伴わずに、相対的に間隔の空いた部分４１０及び４１４（図８を参照）に提供される、所定の数のコイルを有し得る。一実施形態において、第２コイル（例えば閉じ込めコイル）は左側に、また第１コイル（例えば加熱コイル又は溶融コイル）は右側に、提供され得る。あるいは、この位置（例えば、容器の水平軸に対して左と右）は、入れ替えることができる。第１及び第２誘導コイルは、単一誘導コイルの部分として機能するよう接続することができ、同じ周波数で作動し、かつ容器の長さに沿って（又は容器内の溶融ゾーンの長さに沿って）不均一な間隔で構成することができる。したがって、不均一な間隔の誘導コイルは、長さに沿って隣接する１つ以上の巻きに対して不均一又は非対称的な間隔になっている、少なくともいくつかの巻きを含む、複数又は多重の螺旋巻きを有する単一の誘導コイルとして定義される。この巻きは、誘導コイルが隣接して配置される容器の溶融ゾーンの長さに沿って、不均一又は非対称的な間隔に配置され得る。
【０１１９】
第１及び第２誘導コイル（部分４１０及び４１２としても参照される）は更に、本開示全体にわたって（例えば図３及び図５を参照して上述）、搭載誘導コイル（例えば３２０Ｌ）及び閉じ込め誘導コイル（例えば３２０Ｃ）として互換可能に使用されることに注意されたい。したがって、第１、第２、部分、搭載、及び閉じ込めという用語は、限定することを意図したものではないことが理解されよう。
【０１２０】
また、一実施形態において、溶融可能材料の溶融中に、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、容器内に溶融可能材料を閉じ込めるのを支援するよう構成し得ることも構想される。例えば、プランジャが右から左へ水平方向に動いて材料を金型に射出する（よって容器から溶融した材料を射出する）よう構成されている一実施形態において、このプランジャは、溶融した材料が誤った側に射出されないように、右側から溶融物を閉じ込めるよう配置され得る。コイル構成は、金型に至る（左側）反対側で溶融物を閉じ込めるよう設計され得る。図８及び図９は、溶融プロセス中に容器４１２内に溶融可能材料４０５を閉じ込めるのを支援するため、不均一な間隔のコイルの第１側（例えば右側）に隣接して提供されるプランジャ４１８（これは、システム３００のプランジャロッド３３０に類似の物であり得る）を実施する例示的な実施形態を示す。
【０１２１】
図７〜図９は、装置の様々な実施形態を示す。第１部分又は第１誘導コイルと、第２部分又は第２誘導コイルは、機能するよう接続され、かつ同じ周波数で作動するよう構成されている、単一の誘導コイルの部分である。この第１部分及び第２部分は、容器の軸に沿って互いに、相対的に離れて配置され、これによってこれらの間にスペースが形成される。この誘導コイルは、作動中に（例えばＲＦ印加中に）コイルの第１部分と第２部分との間のスペース内で、相対的又は隣接して配置された容器内の溶融した材料に対して力を印加する。単に説明目的のため、図７〜９は、水平軸上に配置され、溶融した材料を容器から水平方向に、右から左へと、金型に向けて射出するよう構成された、容器を参照していることが理解されよう。しかしながら、移動の方向は限定することを意図したものではない。一実施形態において、コイルの１つ以上の巻きが、コイルの第１部分と第２部分との間に間隔を空けて提供されてよく、これは、各部分から、及び／又はコイルの隣接する１つ以上の巻きから、相対的に間隔が空いていてよい。これらの実施形態の任意のものにおいて、溶融する材料にはＢＭＧ原料が含まれ、この装置は材料をＢＭＧ部品に成形するよう構成される。
【０１２２】
この装置は、溶融するための、例えばインゴットなどの材料を内部に受容するよう構成された容器４１２が含まれ得る。これらの実施形態に示されているのは、単一誘導コイル４２０の第１部分４１０と、この第１誘導コイルと直線上に配置される、単一誘導コイル４２０の第２部分４１４である。第１部分４１０（又は第１誘導コイル）は、容器４１２の周りに実質的に配置された所定の第１数の巻きを有し、第２部分４１４（又は第２誘導コイル）は、容器の周りに実質的に配置された所定の第２数の巻きを有する。第１及び第２誘導コイルの部分４１０及び４１４の組み合わせは、容器４１２内で溶融した材料４０５の水平方向の移動を閉じ込めるためのゲート又はバルブとして機能するよう構成される。更に、単一誘導コイルは、第１誘導コイル／部分４１０の巻きと、第２誘導コイル／部分４１４の巻きとの間に、１つ以上の間隔の空いた巻きを含み得る。この１つ以上の巻きは、第１部分と第２部分の両方から、距離を空けて配置され得る。第１部分からの距離と第２部分からの距離は、同様又は異なり得る。
【０１２３】
誘導コイル４２０のプロファイリングを使用して、容器４１２とコイルに沿った様々な位置での、場の強さ（ＲＦ出力）を変えることができる。よって、本明細書の一実施形態により、システム、機械又はデバイス（例えば射出成形システム（例えばシステム３００））は、誘導コイル４２０のある領域が巻きの間の間隔が比較的密であり、またある領域では比較的広い間隔を有する、コイル巻き間の間隔が不均一な誘導コイルを使用する。
【０１２４】
一般に、磁場の強度は、より密な間隔を有するコイルの隣接巻きの領域（すなわち、比較的密にくっつき合った間隔で配置されている領域）の方が、比較的大きい。誘導コイル内の場は、無限ソレノイド内の場によって近似することができ、これは次の式で表わされる：
【０１２５】
Ｂ＝μ0Ｉｎ
【０１２６】
式中、Ｂは磁場の強度であり、
【０１２７】
μ0は自由空間の透磁率であり、
【０１２８】
Ｉはコイル電流であり、及び、
【０１２９】
ｎは長さ当たりの巻きの数である。
【０１３０】
誘導コイルは無限長さではないためフリンジング効果を呈することがあるが、依然として、ある領域の場強度は、長さ当たりの巻きの数にほぼ比例する。
【０１３１】
容器中の溶融した材料は、比較的強い磁場の領域から（離れて）、比較的弱い磁場へ（向かって）移動する傾向にあるため、例えば本明細書に開示されているような不均一な間隔のコイルを実装すると（例えば図７〜図９）、単位長さ当たりの巻きが少ない容器領域に向かって、溶融した材料に容器内で実質的に力がかかって、コイルに対して移動する。これにより、溶融物を電磁力により完全に閉じ込めることができ、同時に依然として、溶融物又は溶融した材料を、液相線温度を超えて加熱することができる。不均一な間隔のコイルは更に、材料を物理的に押し出し、選択されたプロセス（例えば射出成形）に伝導する方法で成形することができる。
【０１３２】
誘導コイルの第１及び第２部分は、容器の周りに配置された螺旋巻きが、同様又は異なる所定量であってよく、かつ、同じ周波数で稼働又は作動する。一実施形態において、第１部分の第１の所定数の巻きは、第２部分の第２の所定数の巻きとは異なる。一実施形態において、第１誘導コイル又は部分４１０の第１の所定数の巻きは、第２誘導コイル又は部分４１４の第２の所定数の巻きに対して、非対称である。一実施形態において、第１誘導コイル又は部分４１０の巻き数は、第２誘導コイル又は部分４１４の巻き数よりも少ない。
【０１３３】
第１及び第２部分の第１の所定数の巻き及び第２の所定数の巻きにおけるそれぞれの巻きは、一実施形態により、同じ対応する部分において、１つ以上の隣接する巻きに対して等距離間隔であり得る。一実施形態において、各部分における各巻きは、同じ部分の別の巻きとの間が、異なる相対的距離で配置されている。
【０１３４】
記載されているように、間隔の空いた巻き４１６の数（例えば１つ以上）は、第１誘導コイル／部分４１０の巻きと、第２誘導コイル／部分４１４の巻きとの間に（軸に沿って、これら２つの間のスペース又は距離の中に）提供され得る。一実施形態において、コイルの隣接する巻きの間の間隔は、容器に隣接するほぼ中央部分において比較的狭く（又は実質的に全く提供されず）、容器に隣接する一方の端又は両端において比較的広くすることができる。両端において、隣接する巻きの間の間隔が（中央部分内のコイルの間隔に比べて）密なコイルの場合、溶融物は、そのコイル単独で完全に閉じ込められ得る。図４は、そのような間隔の一実施形態を示す。図７は更に、射出成形システムに使用するために構成されている、容器４１２と、不均一な間隔の部分を有する誘導コイル４２０の一実施形態を示す。誘導コイル４２０の部分は、容器４１２内に配置されている溶融するための材料４０５（例えば金属／金属合金）に力を印加することができ、最終的に、材料４０５が溶融したとき、誘導コイル４２０がコイル４２０の部分間のスペース内にある溶融した材料４０５に力を印加する。これらの力は、図示のように、容器の中央に向かって溶融した材料を内向きに押し出すよう作用し得る。
【０１３５】
一実施形態において、コイル間隔は、容器のほぼ中央部分において比較的広く、一方の端又は両端において比較的狭くすることができる。
【０１３６】
一実施形態において、単一の誘導コイルが、容器の一方の端のみ又はそれに隣接して比較的密な巻き間隔を有する（例えば、巻きの間の間隔が狭い）場合、別の力又は物体を提供して、溶融物又は溶融した材料を閉じ込めることができ、これにより、溶融プロセスを完了するまで、溶融物又は溶融した材料がコイルにより取り囲まれた容器の領域内に留まる。例えば、前述のように、システムのプランジャを、溶融可能材料を容器内に閉じ込めるのを支援するよう構成することができる。すなわち、一実施形態において、プランジャは、容器４１２内で水平方向に、溶融した材料４０５の移動を閉じ込めるためのゲート又はバルブとして機能するよう構成することができる。図８及び図９は、容器４１２及びプランジャ４１８と共に使用される誘導コイル４２０の実施形態を示す。プランジャ４１８は、溶融した材料が、第２（左、又は誤った）側（射出側、これは溶融した材料を金型に移動させるための側）から射出されないように、（第１誘導コイルに隣接する）第１（右）側から溶融物を閉じ込めるよう配置される。コイル構成は、金型に至る（左側）反対側で溶融物又は溶融した材料を閉じ込めるよう設計され得る。プランジャ４１８は、溶融プロセスが完了した後、水平方向に右から左へと動き、材料を金型へと射出する（よって、溶融した材料が容器から射出される）ように構成される。プランジャ先端４１８は、金型に向かって単に押し出す。一実施形態において、金型に射出されるまでできるだけ長く材料を確実に加熱するために、溶融した材料が容器及び隣接するコイル巻きから完全に排出された時点まで、誘導コイル４２０に印加される電力が維持される。
【０１３７】
加えて、一方の側で材料を閉じ込めるためにプランジャ４１８を使用する場合、第１側においてコイルの巻きの間隔をずっと密にすることができ、これにより、損失電力が少なくなるために、全体にずっと高温の溶融物が可能になる。例えば図８に示すように、溶融プロセス中に材料を閉じ込めるために一方の側でプランジャを使用する場合、電力が第１（右）側で加熱するのに使用されるため、より効率的なコイルをシステムに実装することができる。
【０１３８】
図８及び図９は更に、誘導コイルの長さに沿って、巻きの数又は並び、及び巻きの間隔、及び／又は巻きの並びを変えることで、材料を依然として溶融させながら、材料を望ましい位置に向かって押す（例えば押し戻す）ことができ、これにより材料がＲＦ場から漏出又は外に出ないようにすることができることを示している。一実施形態において、誘導コイル４２０は、第１（右又は前）側のコイルの巻きの数又は並びがより密に巻かれている第１部分４１０と、第２（左又は後）側（例えば、射出用）のコイルの巻きの数又は並びがより密に巻かれている第２部分４１４とを含み、これらの２つの部分４１０及び４１４の間又はほぼ中間に、より緩い間隔で又は離れているコイル巻きを有する設計を含む。すなわち、第１部分４１０及び第２部分４１４におけるコイルの隣接する巻きは、互いにある距離の間隔で配置され、これは、中央部のコイルの隣接する巻き相互間の距離に比べて、比較的狭い。これにより、ＲＦ場は、コイルの（よって、容器の）端又は端に隣接する部分で比較的強く、よって、それらの間又はほぼ中間において比較的弱い。したがって、材料は、部分４１０及び４１４の間又は中間である溶融ゾーンの中央に向かって移動され得る。これは、前述のように、コイルからの場が溶融物に対して力を印加し、溶融物は場が弱い場所に向かう傾向がある（よって、場が強い領域から弱い領域へと向かう傾向がある）からである。部分４１０と４１４の間ではコイルの巻きが少ないため、また各巻きは離れるように配置することができるため、材料／容器に向かって放射されるＲＦ場は比較的弱くなる。材料は、それらの間に実質的に閉じ込められ、力をかけない限り（例えばプランジャ４１８を介して）、容器４１２のいずれかの端（場が比較的強い場所）からも前進することはない。また、コイルの密に配置された隣接する巻きは、プランジャ先端４１８近くの第１部分４１０の方が、それらの間の間隔の空いたコイルの巻き４１６よりも、より多くの数が提供され得る。これは、プランジャ先端４１８が材料を閉じ込めて、溶融時に誘導場のより大きな焦点を可能にするために使用されるだけではなく、プランジャ先端４１８が一般に、独自の冷却系を含んでいるため、この先端は、材料を保持し、溶融した材料が漏出するのを防ぐと同時に、より大きなＲＦ場に対抗して冷却され得る。
【０１３９】
図８は、第１部分４１０に約４巻きのコイル、第２部分４１４に約５巻きのコイル、そしてそれらの間に比較的間隔の空いた巻き４１６のコイル約３巻きを有する、システム４０２内の誘導コイル４２０の一実施形態を示す。図９は、第１部分４１０に約４巻きのコイル、第２部分４１４に約６巻きのコイル、そしてそれらの間に比較的間隔の空いた巻き４１６（例えば単回巻き）のコイル約２巻きを有する、システム４０４内の誘導コイル４２０の一実施形態を示す。図示のように、図８及び図９の第１部分４１０及び第２部分４１４の巻きは、互いに比較的密に配置することができる。一実施形態において、各部分４１０及び４１４に伴う巻きは、互いに固定又は拘束することができる。
【０１４０】
図８及び図９の間隔の空いたコイルの巻き４１６は、図示のように、第１及び第２部分４１０及び４１４からある距離離れて配置され、また互いに対してもある距離離れて配置される。一実施形態において、間隔の空いたコイルの各巻き４１６それぞれの間の相対的距離は実質的に等しい。一実施形態において、第１部分４１０の巻きと、隣接する間隔の空いた巻き４１６との間の距離（例えば右側）は、第２部分４１４の巻きと、隣接する別の間隔の空いた巻き４１６との間の距離（例えば左側、又は反対側で、第２部分４１４に近い側）に実質的に等しい。一実施形態において、隣接する間隔の空いたコイル４１６に対する、コイルの第１部分４１０及び／又は第２部分４１４の間の距離は、間隔の空いたコイル４１６それぞれの間の距離に実質的に等しい。
【０１４１】
一実施形態において、間隔の空いた巻き４１６それぞれは、互いに対して、並びに／又は第１及び第２誘導コイルに対して、第１及び第２誘導コイルの所定の数の隣接する巻きそれぞれの間の間隔よりも広い距離を空けて配置される。すなわち、例えば、第１部分４１０及び／又は第２部分４１４に伴うコイルの巻きの間の間隔は、より緊密及び／又はは互いに対して密に巻き付けることができ、一方、間隔の空いた巻き４１６は、隣接する巻きに対して（他の間隔の空いた巻き４１６に対して、又は第１若しくは第２部分の一方に対して）、より離れた、より広い又はより緩い間隔を有する。
【０１４２】
ただし、第１部分４１０、第２部分４１４、及び／又は間隔の空いたコイル４１６における、コイルの反復及び／又は巻き、並びにコイルの巻き数、並びにそれらの間の寸法若しくは距離は、限定することを意図したものではない。例えば、図８及び図９にはそれぞれ、比較的間隔を空けて配置された第１部分と第２部分との間のスペースに、２つの単独の、別々の、間隔が空いたコイル巻きがあり、このコイルの各巻きは更に互いに間隔を空けて配置されている例が示されているが、この第１部分と第２部分との間のコイルの間隔の空いた巻きそれぞれ又は部分には、このスペース内に２つ以上のコイルを含み得ることが理解されよう。更に、この第１部分と第２部分との間のスペース内に少なくとも１つのコイル巻きを伴う巻きの数と、それらの間隔は、限定されない。誘導コイル４１０の長さに沿って不均一な間隔のコイル巻きを実現し、かつ材料を溶融するためにこの誘導装置を調節するために、任意の数の巻き、間隔、及び／又は距離を使用することができる。また、図示されているものとは異なる間隔又は異なる巻き数を、単一の誘導コイル４２０内に有するものが、ほぼ同等又はより効率的である可能性があり、これらも本開示の一部と見なされるべきである。一実施形態において、誘導／ＲＦ場を印加するための、容器の長さ又は領域の寸法は、不均一な間隔の誘導コイル４２０の巻き数及び／又は構成を決定するのに使用することができる。一実施形態において、管の寸法（例えば４分の１インチ、３／８インチ）が、この不均一な間隔の誘導コイル４２０の巻き数及び／又は構成に影響を与えるか及び／又はこれを決定し得る。一実施形態において、場の長さ及び管の寸法を使用して、不均一な間隔の誘導コイルの構成が決定される。一実施形態において、単一の誘導コイル４２０は、より厚い管と、より少ない巻き数を利用する。一実施形態において、単一の誘導コイル４２０は、より薄い管と、より多い巻き数を利用する。
【０１４３】
誘導コイル４２０の管は、コイルの巻き数及びその間隔に応じて変化するため、異なる構成に対しては、必要な電源を再調整する必要が生じる。ただし一般に、溶融する材料を閉じ込める（又は閉じ込めを支援する）ために、第１（右又は前）側に２、３の緊密な間隔の巻きと、閉じ込めを損うことのない緊密さの中間の間隔を備えた間隔の空いたコイル４１６とを提供することが、有利であり得る。第２側により多くの、緊密な間隔の巻きがあることが、溶融中の閉じ込めに有利である。
【０１４４】
一定の巻き間隔を備えた従来型のソレノイド誘導コイルでは、磁場によって、溶融物が中央部で少なくなり、溶融した合金が両端に向かって力がかかる傾向にあり、これは、溶融のために材料を閉じ込める必要がある場合に問題となり、より具体的には、例えばバルクアモルファス合金の場合のように、実質的に均一な溶融を得る際に問題となる。この問題は、両端において重力が溶融物の閉じ込めを支援しない水平型インライン射出成形システムの場合、悪化する。
【０１４５】
本明細書に開示されているもののように、不均一な間隔のコイルを設計することにより、溶融物をコイル内に完全に閉じ込めながら、溶融状態を保つことができ、溶融物を閉じ込めるためのトラップとして機能し得る。よって、不均一な間隔の誘導コイルは、「トラップコイル」とも呼ぶことができる。この誘導コイル設計は、一般により小さいか又はより短い領域内に適合し（これによりシステム全体の長さを縮小できる）、利用面積に対してより大きな容積の比が提供され、これにより、溶融した材料は、容器の表面であまり冷却されない。作動中、溶融物の温度及び攪拌は、単一誘導コイルの第１及び第２部分４１０及び４１４（又は第１及び第２誘導コイル）の間の領域で、比較的均一に維持される。
【０１４６】
この材料は、プランジャ先端又はゲート、又はこれら両方の支援なしに、不均一な間隔の誘導コイルによって完全に閉じ込めることができる。例えば、いくつかの設計では、容器の後側（又は射出側）に隣接して機械的ゲートを有し、これは溶融のための定位置に動く（例えば落下する）よう構成され、次に射出の前に、定位置から外れる（例えば上昇する）よう構成され、これによって溶融した材料が漏出できるようになり、プランジャ先端が、好ましくは何にもぶつからずに、前進して射出を行う。しかしながら、そのような機械的ゲートは信頼性が低い傾向があり、様々な理由により故障することがある。この理由には、材料がゲート自体に付着すること、ゲート又はその一部が破壊されること（例えばセラミック製の場合、溶融したバルクアモルファス合金の高温によって破壊される場合がある）、及び、材料がゲートに付着又はゲート下に挟まることにより、次のサイクル中にゲートが完全に閉まらなくなることが挙げられるが、これらに限定されない。そのような場合、溶融物はゲートの下から漏れる可能性があり、実際に漏れる。そのような制限は、ゲートを備えたシステムにおいて、材料を溶融するための障害点となるだけでなく、溶融プロセス中の不十分な溶融又は閉じ込めにより、不良な成形製品をもたらすことになり得る。更に、機械的ゲートによるそのような障害のため、システムの繰り返しサイクル及び／又は使用の回数が限定され、したがってゲートが低信頼性と見なされ得る。更に、システムの位置が変化した場合、例えばシステムがある角度で傾けられ、これによって射出前の漏出低減に重力が寄与し得る場合であっても、そのような傾きにもかかわらず、誘導コイルの誘導場は依然として溶融中に重力に対抗し、溶融領域から溶融物を押し出し得ることが見出された。
【０１４７】
開示されている不均一な間隔の誘導コイルは更に、溶融した材料が触れる１つ又は２つの冷却された表面（例えばゲート又はプランジャで、これらはそれぞれ独自の冷却システムにより材料を冷却する傾向にある）を排除する。溶融した材料がそのように冷却されることは、最終製品に欠陥を生じる可能性があるため、望ましくない。よって、開示されている不均一な間隔の誘導コイルが射出システムに実装された場合、より高温でより均一な温度の溶融材料が達成される。更に、材料は、容器内で溶融される際に、ゲート及び／又はプランジャ先端によって遮蔽されないため、材料は、誘導コイルにより生成される磁束をより多く受け取ることになる。
【０１４８】
更に、容器に隣接する不均一な間隔の誘導コイルを使用することによって、通常の操作で繰り返し使用するのに好適な、溶融プロセス中に容器の溶融部分内に材料を閉じ込めるための信頼できる閉じ込めシステムが提供される。コイルがいったん通電されると、この閉じ込めシステムは更に、実質的に故障の可能性なしに作動する。
【０１４９】
図７〜図１０を参照して示され、及び／又は記述されているシステム又は装置及び／又は容器は更に、例えば前述されているような追加の機能（例えば、図２Ａ〜図２Ｄ、図３などを参照して、温度調節チャネル、追加の誘導コイル、バルブなど）を含み得るということが理解される必要があるが、そのような機能についてはここで明確に述べることはなく、及び／又はここでは繰り返さない。また、図９には誘導コイル４２０から２本の導線が伸びているが、これは、機械又はシステムの誘導装置又はバスバーに直接接続することができる。そのような導線及び装置は、図７及び８、又は図２〜図５には必ずしも示されていないが、これらの図を参照して記述される実施形態にも含まれ得る。
【０１５０】
本明細書で開示されているように、図３又は図５の例示的な射出成形装置／システム３００又は５００は、例えば、図７〜図９に示されている、不均一な間隔の部分４１０及び４１４を有する誘導コイルで適合され得る。実施形態において、誘導コイル４１０及び４１４は、容器４１２に対して無線周波数（ＲＦ）波を放射する。この部分４１０及び４１４は先細形状であっても、またそうでなくともよい。このコイルの部分４１０及び４１４は、例えば球形コイルを含み得る。
【０１５１】
誘導コイル４２０の部分４１０及び４１４は、溶融物を例えば溶融温度で配置／閉じ込めるため、同じ周波数で作動する。各部分のコイルの巻き数及び間隔によって、溶融した材料が閉じ込められる。例えば、誘導コイル４２０の第２部分４１４は、溶融物４０５に対して力（例えばラプラス力）を印加して、誘導コイルの第１部分４１０によって生じる力（これは溶融物を押し出す傾向をもつ）に対抗するよう作用し、溶融物を押し戻して、これら２つの部分の間の容器４１２内に閉じ込めることができる。
【０１５２】
詳しくは記述されていないが、本開示の射出システムのいずれも、１つ以上のセンサ、流量計など（例えば温度、冷却水流量などをモニターするため）、及び／又は１つ以上のコントローラを含むがこれらに限定されない追加部品を含み得る。本明細書に開示される射出システムの任意の実施形態を用いて成形される（及び／又は溶融される）材料には、任意の数の材料が含まれ得、限定されるべきものではない。一実施形態において、鋳造成形される材料は、上記のように、アモルファス合金である。
実施形態の用途
【０１５３】
本明細書に記述される装置及び方法は、様々な部品又は物品を形成するのに使用することができ、これは、例えば、ヤンキードライヤロール、自動車及びディーゼルエンジンのピストンリング、ポンプ構成部品（例えばシャフト、スリーブ、シート、インペラ、ケーシング部分、プランジャ）、ヴァンケルエンジン構成部品（例えば筐体、エンドプレート）、及び機械構成要素（例えばシリンダライナー、ピストン、バルブステム、液圧ラム）に使用することができる。実施形態において、装置及び方法は、電子デバイスの筐体又はその他の部品（例えば、デバイス又はその電気コネクタの筐体又はケーシングの一部）を形成するのに使用することができる。装置及び方法は、任意の消費者向け電子デバイス（例えば携帯電話、デスクトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、及び／又は携帯型音楽プレーヤ）の部分を製造するのにも使用することができる。本明細書で使用されるとき、「電子デバイス」とは、消費者向け電子デバイスなどの任意の電子デバイスを指し得る。例えば、この電子デバイスは、携帯電話及び固定電話などの電話、及び／又は、例えばｉＰｈｏｎｅ（商標）を含めたスマートフォン、及び電子ｅメール送信／受信デバイスなどの、いずれかの通信デバイスであり得る。この電子機器は、デジタルディスプレイ、ＴＶモニタ、電子ブックリーダ、携帯ウェブブラウザ（例えば、ｉＰａｄ（商標））、及びコンピュータモニタなどの、ディスプレイの一部とすることができる。この電子機器はまた、携帯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、携帯音楽プレーヤ（例えば、ｉＰｏｄ（商標））などの音楽プレーヤなどを含めた、娯楽デバイスとすることもできる。この電子機器はまた、画像、ビデオ、音声のストリーミングを制御することなどの、制御を提供するデバイス（例えば、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（商標））の一部とすることもでき、又は電子デバイス用の遠隔制御装置とすることができる。この電子デバイスは、コンピュータ、あるいはハードドライバタワーの筺体若しくはケーシング、ノートブック筺体、ノートブックキーボード、ノートブックトラックパッド、デスクトップキーボード、マウス、及びスピーカーなどの、コンピュータ付属品の一部とすることができる。このコーティングはまた、腕時計又は時計などのデバイスにも適用することができる。
【０１５４】
本発明は、限られた数の実施形態との関連で、本明細書で説明及び例示されるが、本発明は、本発明の趣旨及び本質的特性から逸脱することなく、多くの形態で具体化することができる。それゆえ、本開示の要約書で説明されるものを含めた、例示及び説明される実施形態は、全ての点で、制限するものではなく、例示として見なされるべきである。本発明の範囲は、上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指示されるものであり、この特許請求の範囲の均等物の意味及び範囲内に含まれる全ての変更は、その特許請求の範囲内に包含されることが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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