(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に受容した溶融可能材料を溶融するように構成された溶融ゾーンと、
第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドを含むデュアルプランジャロッドアセンブリと、を備える、射出成形システムであって、少なくとも前記第１プランジャロッドが、溶融した材料を前記溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成され、前記デュアルプランジャロッドアセンブリ及び前記溶融ゾーンが一線上に提供され、前記第１及び前記第２プランジャロッドがそれぞれ、長手方向及び水平軸に沿って動くように構成され、これによって少なくとも前記第１プランジャロッドが、前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから長手方向に移動させて、前記溶融した材料を前記金型内に水平方向に移動させ、前記射出成形システムが、バルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記溶融ゾーンが、前記溶融可能材料を受容するための本体を有する容器を含み、前記本体が、少なくとも前記第１プランジャロッドを長手方向に内部を通じて受容して、前記溶融した材料を前記金型内に移動させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドが、前記溶融ゾーン内の前記溶融可能材料に隣接して提供され、前記第１及び前記第２プランジャロッドが、前記溶融した材料を前記金型に向かって長手方向に移動中、それらの間に前記溶融した材料を収容するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２プランジャロッドが、前記金型に対して配置されるように構成され、かつ前記金型の一方の側で、溶融した材料に圧力を適用するように構成され、前記第１プランジャロッドが、溶融した材料を、前記長手方向に移動して前記金型の反対側で前記金型に押し込むように構成され、これによって、前記溶融した材料が前記金型のキャビティに押し込まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２プランジャロッドが、成形された物品を前記金型から取り出すように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つのコントローラを更に備え、前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドそれぞれの、前記長手方向軸に沿った動きが、少なくとも１つの前記コントローラを介して独立に制御される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記溶融可能材料を溶融するように構成されている、前記溶融ゾーン内に配置された誘導源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
内部を通じて前記溶融した材料を受容するように構成され、前記溶融ゾーンと前記金型との間の移送スリーブを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも前記溶融ゾーン及び前記金型に対して真空圧を適用するように構成される少なくとも１つの真空源を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
内部に受容した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と、
成形のために内部に溶融した材料を受容するように構成された金型と、
水平軸に沿って互いに対して動くように構成された第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドと、を備える、射出成形システムであって、前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドが、前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから前記金型内に水平方向に移動させるように構成され、前記射出成形システムが、バルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形するように構成されている、システム。
【請求項１１】
前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドは、溶融中に、前記溶融ゾーン内の前記溶融可能材料に隣接して提供されるように構成され、前記溶融した材料を前記金型に向かって移動中、それらの間に前記溶融した材料を収容するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドが、前記溶融可能材料の溶融中に、互いにある距離を空けて配置され、前記距離が、前記溶融した材料の移動中に保持される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１プランジャロッドが、前記水平軸に沿って前記金型に向けて一方向に動くように構成され、前記第２プランジャロッドが、前記水平軸に沿って第２の反対方向に動くように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２プランジャロッドが、前記金型に対して配置されるように構成され、かつ前記金型の一方の側で、溶融した材料に圧力を適用するように構成され、前記第１プランジャロッドが、溶融した材料を、前記金型の反対側で前記金型に移動させるように構成され、これによって、前記溶融した材料が前記金型のキャビティに押し込まれる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２プランジャロッドが、成形された物品を前記金型から取り出すように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
少なくとも１つのコントローラを更に備え、前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドそれぞれの動きが、少なくとも１つの前記コントローラを介して独立に制御される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも前記溶融ゾーン及び前記金型に対して真空圧を適用するように構成されている、少なくとも１つの真空源を更に備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
射出成形システムを用いて溶融可能材料からバルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形する方法であって、前記システムが、内部に受容した前記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と、水平軸に沿って移動可能な第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドを含むプランジャロッドアセンブリと、を含み、前記アセンブリが、溶融した材料を前記溶融ゾーンから金型内に水平方向に移動させるように構成され、前記方法が、
前記溶融ゾーン内の溶融可能材料を溶融させる工程と、
前記溶融した材料を前記溶融ゾーンから前記金型内に水平方向に移動させる工程と、
を含み、前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドが、前記溶融した材料を水平軸に沿って前記金型に向かって水平に移動中、それらの間に前記溶融した材料を収容するように構成され、前記射出成形システムが、バルク凝固アモルファス合金を含む物品を成形するように構成されている、方法。
【請求項１９】
前記第１プランジャロッド及び前記第２プランジャロッドが、長手方向軸に沿って動き、前記溶融した材料の前記溶融ゾーンから前記金型内への移動が、長手方向である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶融した材料を成形する工程と、成形後に、前記第２プランジャロッドを使用して、前記物品を前記金型から取り外す工程と、を更に含む、請求項１８に記載の方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は全体として、材料を溶融させ、溶融した材料から物品を成形するための射出成形システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの従来型鋳造又は成形装置には、強い力を用いて金型内に材料を移動させて押し詰めるための単一のプランジャロッドが含まれている。しかしながら、そのようなシステム内でアモルファス合金を使用して高アスペクト比の部品を注型成形又は鋳造成形する際には、金型の焼入速度が不十分であるため（例えば材料の一方の側での冷却が急速すぎ、反対側（例えばプランジャ側）が十分に急冷されないなど）、その成形された部品が不均質になる及び／又は結晶化する傾向がある。単一のプランジャロッドの速度又は力を増大させても、この問題は低減されない。
【０００３】
加えて、水平射出システムにおいては、混合しすぎないよう、又は冷却が急速すぎないよう、溶融した材料が溶融領域内に保持されていなければならない。
【発明の概要】
【０００４】
成形される物品又は部品の改良のために本明細書の実施形態により提案される解決策では、バルク凝固アモルファス合金を使用する。
【０００５】
本開示の一態様は、溶融した溶融可能材料を内部に受け取るように構成された溶融ゾーンと、デュアルプランジャロッドアセンブリとを有する、射出成形システムを提供する。このデュアルプランジャロッドアセンブリには、第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドが含まれ、少なくともこの第１プランジャロッドが、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成されている。デュアルプランジャロッドアセンブリと溶融ゾーンは一線上に提供される。第１及び第２プランジャロッドは、長手方向軸に沿って動くように構成され、これによって少なくとも第１プランジャロッドが、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に長手方向に移動させる。
【０００６】
別の態様は、内部に受容した溶融可能材料を溶融するように構成された溶融ゾーンと、成形のために内部に溶融した材料を受容するように構成された金型と、互いに対して動くように構成された第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドとを含む、射出成形システムを提供する。この第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドは、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成されている。
【０００７】
更に別の態様は、射出成形システムを用いて溶融可能材料から物品を成形する方法を提供する。このシステムは、内部に受容した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と、第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドを有するプランジャロッドアセンブリとを含み、このアセンブリは、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させるように構成される。この方法には、溶融ゾーン内の溶融可能材料を溶融させる工程と、溶融した材料を溶融ゾーンから金型内に移動させる工程とを含み、第１プランジャロッド及び第２プランジャロッドは、溶融した材料を金型に向かって移動中、それらの間に溶融した材料を収容するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【０００９】
【図２】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。
【００１０】
【図３】本開示の一実施形態によるデュアルプランジャロッドアセンブリを備えた射出成形システムである。
【００１１】
【図４】一実施形態による図３の射出成形システムにおいて、溶融ゾーン、金型、及び互いに対する、デュアルプランジャロッドアセンブリの動きを示す図である。
【図５】一実施形態による図３の射出成形システムにおいて、溶融ゾーン、金型、及び互いに対する、デュアルプランジャロッドアセンブリの動きを示す図である。
【図６】一実施形態による図３の射出成形システムにおいて、溶融ゾーン、金型、及び互いに対する、デュアルプランジャロッドアセンブリの動きを示す図である。
【００１２】
【図７】一実施形態による、第１プランジャロッドにより内部に移送された、溶融した材料を、第２プランジャロッドを用いて金型のキャビティ内に注入するのを支援する詳細図である。
【００１３】
【図８】一実施形態による、第２プランジャロッドを用いて成形された物品を金型から取り出す詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図１（米国特許第７，５７５，０４０号より入手）は、Ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙにより製造された、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であり得、その温度近傍で、この合金は、急冷アモルファスシート製品を取り出すために、実際に固体として作用する。
【００１８】
図２（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、流動性の高い非晶質形態の金属は、温度が低下するにつれて（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。
【００１９】
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２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２では、Ｔノーズは、結晶化が最も急速であり、最短の時間スケールで生じる、臨界結晶化温度Ｔｘである。
【００２０】
過冷却液体領域、すなわち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。
【００２１】
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２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。
【００２２】
図２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未満のダイカ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、ダイカ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。アモルファス合金の断片を昇温させつつ、ＴＴＴ曲線に当ることを回避させた場合には、「Ｔｇ〜Ｔｍ」に加熱しても、Ｔｘには到達していない。
【００２３】
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２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
【００２４】
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、２成分、３成分、４成分以上の溶体などの固溶体、又は金属間化合物などの化合物を指すこともある。別の例としては、アモルファス相は、結晶相とは区別ができる。
金属、遷移金属、及び非金属
【００２５】
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。
【００２６】
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）を指すこともある。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、又は双方を含み得る。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、電子デバイスの筺体／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
【００３０】
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
【００３１】
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。
【００３２】
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。
アモルファスすなわち非晶質固体
【００３３】
「アモルファス」すなわち「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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、空間の並進的な一様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。
【００３６】
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。
【００３７】
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】
0005723078.tif 000002
【００３８】
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。
【００３９】
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、スピングラスを呈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。
【００４０】
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、又は実質的に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、結晶粒／結晶は、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有する。あるいは、合金は、完全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、完全に結晶性であるなど、実質的に結晶性であり、少なくとも実質的にアモルファスではない。
【００４１】
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
【００４２】
「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。結晶性であり、したがって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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、この結晶粒界の不在は、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。
【００４６】
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、高い押し詰め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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、障害を生じる傾向がある元素（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。
【００４９】
バルクアモルファス合金の別の有用な特性は、これらが真性のガラスであり、換言すれば、加熱により軟化及び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、医療用デバイス、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、内部に存在する、何らかの付随的な少量の結晶相を有し得る。
【００５２】
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。
【００５３】
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内部に有する、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。
【００５４】
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、内部に存在する有意な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。
【００５５】
例えば、このアモルファス合金は、式（Ｚｒ，Ｔｉ）a（Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ）b（Ｂｅ，Ａ１，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（Ａ１）dを有し得るものでもあり、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に記載される。
【００５６】
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。そのような組成物の例は、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、Ｉｎｏｕｅら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌｕｍｅ  ７１，ｐ  ４６４（１９９７）、Ｓｈｅｎら、Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，ＪＩＭ，Ｖｏｌｕｍｅ  ４２，ｐ  ２１３６（２００１）、及び日本特許出願第２００１２６２７７号（公開番号第２００１３０３２１８Ａ号）に開示されている。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。
【００５７】
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。
【表１】
0005723078.tif 000003
【００５８】
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）。
【００５９】
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。
【００６０】
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。過冷却液体領域内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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
電子デバイス
【００６３】
本明細書の実施形態は、ＢＭＧを使用する電子デバイスの製作で有用であり得る。本明細書での電子デバイスとは、当該技術分野において既知の任意の電子デバイスを指すことができる。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、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。この電子デバイスは、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。この電子デバイスは、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デバイスにも適用することができる。
【００６４】
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。
【００６５】
本明細書に開示されるように、システム（又は装置若しくは機械）は、材料（例えばアモルファス合金）の射出成形を実施するように構成される。このシステムは、高融解温度で溶融させてから、その溶融材料を金型内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る。下記で詳しく述べられるように、このシステムの部品は互いに一線上に配置される。いくつかの実施形態により、このシステムの部品（又はこのシステムへのアクセス）は、水平軸に沿っている。
【００６６】
図３は、そのような例示的システムの概略図を示す。図に示されているシステムは、水平軸に沿って揃えられているシステムであるが、同様の特徴が垂直に配置された射出成形システム（例えば、ここにおいて材料が金型内に垂直に移動する）にも提供され得ること、並びに本明細書に開示されている特徴が垂直システムに適用可能であることが理解されるべきであり、本開示の範囲内と見なされる。
【００６７】
図に示すように、水平射出成形システム１０は、内部に受容した溶融可能材料を溶融するように構成される溶融ゾーン１２と、溶融した材料を溶融ゾーン１２から金型１６内に移送するように構成されるデュアルプランジャロッドアセンブリとを有する。デュアルプランジャロッドアセンブリには、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２が含まれる。少なくとも第１プランジャロッド１４が、溶融した材料を、溶融ゾーン１２から金型１６内に移動、運搬、移送、及び／又は取り出すように構成される。一実施形態において、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、溶融した材料を溶融ゾーン１２から金型１６内に移送するように構成される。第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、同じ軸に沿って動くように構成される。特に第１及び第２プランジャロッドは、溶融した材料を金型１６内に向かって移動中、その溶融した材料（例えば溶融ゾーン１２内で溶融したもの）をそれらロッドの間に保持するように構成される。第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、それぞれプランジャ先端２４及び３６を備えた可動性ロッドを有し、これら先端は材料に接触して材料を移送するように構成される。デュアルプランジャロッドアセンブリの特徴に関する更なる詳細が、図４〜図８を参照して下記に記述される。一実施形態において、デュアルプランジャロッドアセンブリ及び溶融ゾーン１２は一線上及び水平軸（例えばＸ軸）上に提供され、これによりプランジャロッド１４及び２２は、水平方向に（例えばＸ軸に沿って）動く。
【００６８】
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１２内に供給され得る。いくつかの実施形態において、装入ポート（例えばインゴット装入ポート１８の図示例）が、射出成形システム１０の一部として提供され得る。装入ポート１８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、装入ポート１８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１４によって容器２０内に水平方向に挿入することができ、あるいは、プランジャ２２によって射出システム１０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１６を通って、及び／又は任意の移送スリーブ３０を通って、容器２０内に）。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（例えば射出システムの反対側を通して）溶融ゾーン１２内に供給することができる。
【００６９】
溶融ゾーン１２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２０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２０は、真空下（例えば真空装置３８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に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、容器は温度調節された容器である。
【００７０】
容器２０は、本体の受容部分又は溶融部分内に材料（例えば原材料）を入れるための入口も有し得る。容器２０は、任意の数の形状又は構成を含み得る。容器２０は、送達のための射出システム（例えば装入ポート及び／又はプランジャ）の１つ以上の装置を使用して溶融部分内に材料（例えばインゴットの形態）を受容することができる。容器の本体は、ある長さを有し、長手及び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１４及び／又はプランジャ２２を用いてここから水平方向に取り外される。その本体は、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。容器２０の本体は、少なくともプランジャロッド１４を、内部を通じて水平方向に受容するように構成することができる。一実施形態において、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２の両方、及び／又は少なくともそれぞれの先端２４及び３６の両方が、（例えば材料を溶融する際に）容器の本体内に又は容器の本体に隣接して配置されるように構成される。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１４及び２２と同じ軸上にあり、本体は、このプランジャロッド１４及び２２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、少なくともプランジャロッド１４は、（加熱／溶融後に）溶融した材料を、容器から、容器２０を実質的に通過させて、金型１６内に移動させるように構成することができる（例えば図５〜６に示され、これらを参照して記述されるように）。
【００７１】
溶融ゾーン１２を加熱して、容器２０内に受容した溶融可能材料を溶融させるために、射出システム１０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が含まれる。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は、内部に受容した材料を溶融させるべく、加熱されるように構成される。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１２内に配置された誘導源２６を使用して達成される。一実施形態において、誘導源２６は容器２０に隣接して配置される。例えば、誘導源２６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２０は、電源供給又は電源２８を用いて、誘導源／コイル２６に電力を供給することにより、その溶融部分内の溶融可能材料（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に構成される。誘導コイル２６は、容器２０を溶融させて濡らすことなしに、容器２０に収容されている任意の材料を加熱し溶融させるように構成される。誘導コイル２６は容器２０に対して無線周波数（ＲＦ）波を放射する。図示されているように、容器２０を取り巻くコイル２６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得る。
【００７２】
一実施形態において、容器２０は温度調節された容器である。そのような容器は、１本以上の温度調節管を含み得、これは、容器に受容された材料の温度を調節する（例えば容器を強制的に冷やす）ために液体（例えば水又はその他の液）を内部に流すように構成される。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。冷却管は、容器２０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。一実施形態において、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２のいずれか又は両方に、温度調節管が含まれ得る。例えば、ロッドそれぞれの内部と、プランジャロッド１４及び２２の先端２４及び３６まで、ラインを提供することができる（図示なし）。そのような冷却液の追加により、材料移送中にプランジャ先端２４及び３６を低温に保つのに役立ち、例えば、先端の過熱及び／又は溶融を防ぐことが可能になる。一実施形態において、プランジャロッドは両方とも水冷（又は強制冷却）され、急冷メカニズムとして作用する。一実施形態において、両方のプランジャが、同様の温度で提供され、又は同様の温度に冷却され得る。別の実施形態において、一方のプランジャ（及び／又は先端）が、他方のプランジャ（及び／又は先端）よりも高い温度を有し得る。別の実施形態において、一方のプランジャ（及び／又は先端）が、材料／合金のＴｇよりも高い温度であり得る。更に別の実施形態において、一方のプランジャは、鋳造合金の過冷却領域内の温度であり得る。
【００７３】
本明細書のいずれの冷却管も、容器内の液体の流れを誘導するように構成された冷却システム（図示なし）に接続することができる。冷却管は、液体又は流体が内部を通じて流れるための１つ以上の入口及び出口を含み得る。この冷却管の入口及び出口は、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。冷却管の数、配置及び／又は方向は限定されるべきではない。冷却液又は冷却流体は、誘導源２６が通電しているとき、及び／又は溶融ゾーン１２から溶融した材料が移送されている間に、溶融ゾーン１２内にある溶融可能材料の溶融中に冷却管を通って流れるように構成することができる。
【００７４】
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１０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１０は更に、少なくとも溶融ゾーン１２及び金型１６に真空圧を適用するように構成された少なくとも１つの真空源３８又はポンプを含み得る。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１０の少なくとも部分に適用され得る。例えば、容器２０、移送スリーブ３０（後述）、及びデュアルプランジャロッドアセンブリは、溶融及び射出プロセス中に、その全体が真空圧下にあってよく、及び／又は真空槽内に封入されていてもよい。
【００７５】
一実施形態において、金型１６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、図６〜８に示されているように、一実施形態において、真空金型１６は、互いに隣接して（それぞれ）配置された、第１金型プレート３２（「Ａ」金型又は「Ａ」プレートとも呼ばれる）、第２金型プレート３４（「Ｂ」金型又は「Ｂ」プレートとも呼ばれる）、及び真空イジェクタボックス３６を有する。第１プレート３２及び第２プレート３４はそれぞれ、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４２及び４４を有する。図７の代表的な断面図に示されているように、金型キャビティ４２及び４４は、移送スリーブ３０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に構成される。金型キャビティ４２及び４４には、内部で部品を形成及び鋳造するための部品金型キャビティが含まれ得る。
【００７６】
一般に、第１プレート３２は、移送スリーブ３０に接続することができる。移送スリーブ３０（当該技術分野においてコールドスリーブ又は注入スリーブと呼ばれる場合がある）が、溶融ゾーン１２と金型１６との間に設けられる。移送スリーブ３０は開口部を有し、開口部は、これを通じて溶融した材料を受容し、（プランジャ１４を用いて）金型１６内に移送するように構成される。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、プランジャロッド１４及び２２、容器２０（例えばその受容部分又は溶融部分）、及び移送スリーブ３０の開口部は、一線上及び水平軸上に設けられ、これによりプランジャロッド１４及び／又はプランジャロッド２２は、溶融した材料を移送スリーブ３０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２０を通って水平方向に移動できる。
【００７７】
第１プレート３２は、金型１６の入口を含み得、これにより溶融した材料が内部に挿入され得る。溶融した材料は、移送スリーブ３０を通って水平方向に押され、第１プレート３２と第２プレート３４との間の入口を介し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３２及び第２プレート３４は、その間にある材料（例えばアモルファス合金）が少なくとも酸素及び窒素に暴露するのを実質的に排除するように構成される。具体的には、プレート３２及び３４並びに金型キャビティ４２及び４４内から、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、真空ラインに接続された少なくとも１つの真空源３８を使用して、真空金型１６の内部に適用される。例えば、システムの真空圧又は真空レベルは、溶融及びその後の成形サイクル中において、１３．３〜０．０１３Ｐａ（１×１０-1〜１×１０-4Ｔｏｒｒ）に維持され得る。別の実施形態において、この真空レベルは、溶融及び成形プロセス中において、約１．３３〜０．０１３Ｐａ（１×１０-2〜約１×１０-4Ｔｏｒｒ）に維持される。当然、他の圧力レベル又は範囲、例えば、１．３３１０-7〜約０．１３Ｐａ（１×１０-9Ｔｏｒｒ〜約１×１０-3Ｔｏｒｒ）、及び／又は０．１３Ｐａ〜約１３．３Ｐａ（１×１０-3Ｔｏｒｒ〜約０．１Ｔｏｒｒ）を使用することができる。
【００７８】
図示されてはいないが、少なくとも第１及び第２プレート３２及び３４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（例えば物品）を取り出すために、取り出し機構が所望により提供され得る。取り出し機構は、金型に対して真空密封することができ、これには、直線方向に延出する１本以上（複数）のイジェクタピン（図示なし）を備えたイジェクタプレートが含まれ得る。当該技術分野で周知のように、イジェクタプレートの動きにより、イジェクタピンが相対的に動いて、成形された材料が金型１６の金型キャビティから取り出される。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）に関連付けられるか、又は接続され得る（例えば、プレート３２及び３４の間の真空圧が解放された後、第１部品３２及び第２部品３４が互いからに離れるよう水平方向に動いた後に）。イジェクタピンは、例えば、成形された材料をキャビティ４４から押し出すように構成することができる。一実施形態において、図８を参照して下記に詳述されるように、デュアルプランジャロッドアセンブリの第２プランジャロッド２２は、成形された物品を金型１６から取り出すように構成される。第２プランジャロッド２２は、取り出し機構に追加して、又は取り出し機構の代わりに、成形された物品を取り出すために提供され得る。
【００７９】
金型１６は、射出成形システム１０と共に使用することができる金型１６の一例である。別のタイプの金型も採用可能であることが理解されよう。例えば、任意の数の追加プレートを、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知られる金型を、射出成形システム１０に取り付けることができる。更に、一実施形態において、単一プレートタイプの金型を使用して、物品を成形することができる。
【００８０】
図３を参照して、デュアルプランジャロッドアセンブリの第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、水平軸に沿って水平に動くように構成される。例えば、矢印Ａで示すように、第１プランジャロッド１４は、溶融ゾーン１２に向かって（及びここを通過して）動き、反対方向に戻るように構成される。矢印Ｂで示すように、第２プランジャロッド２２は、溶融ゾーン１２に向かって（及び少なくともここに隣接するかこの中に向かって）動き、反対方向に戻るように構成される。ここでも、第１プランジャロッド２４及び第２プランジャロッド２２は、それぞれの端にあるそれぞれのプランジャ先端２４及び３６を備えた可動ロッド（例えば基盤）を有し得る。一実施形態において、ロッド１４及び２２の先端２４及び／又は３６は、材料を移送するように構成される。少なくとも第１プランジャロッド１４は、溶融した材料を金型１６に向かって移動させるように構成される。前述したように、一実施形態において、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、溶融した材料を溶融ゾーン１２から金型１６内に移動させるよう、互いに対して動くように構成することができる。それぞれのロッドは、独立に及び／又は一緒に、コントローラ及び／又は作動システム（例えばサーボ駆動又は液圧駆動、図示なし）を用いて制御し、動かすことができる。また、このプロセス中に材料に適用される速度、圧力、その他の測定値も、制限されるべきである。例えば、一実施形態において、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、成形プロセス中に、溶融した材料に対し、約１００ＭＰａ（１０００ｂａｒ）〜約１４０ＭＰａ（１４００ｂａｒ）の圧力を適用するように構成される。別の実施形態において、（材料の一方の側又は両側に）適用される圧力は、約１２０ＭＰａ（１２００ｂａｒ）である。
【００８１】
これを行うために、図４に示すように、第１プランジャロッド１４は、矢印Ｃで示されるように、溶融ゾーン１２内の容器２０に向かって水平軸に動く。同様に、第２プランジャロッド２２は、矢印Ｄで示されるように、溶融ゾーン１２内の容器２０に向かって水平軸に動く。一実施形態において、プランジャロッド１４及び２２それぞれの少なくとも一部分（例えば先端）が、容器２０に隣接又はこの内部に提供されてよく、これにより、溶融中の材料を溶融した形態で収容する。例えば、インゴットを容器の本体内に配置し、溶融プロセス中に、第１及び第２プランジャロッドが、互いにある距離を空けて配置されるようにすることができる。この距離は既定であり得る。第１プランジャロッド１４の先端２４及び第２プランジャロッド２２の先端３６は、溶融プロセスが始まる直前に、溶融可能材料（インゴット）に対して間隔を空けて、又は接触して、配置することができる。材料インゴットを溶融するために誘導コイル２６が通電されるとき、第１プランジャロッド１４は典型的に、その位置に保持される。一実施形態において、第２プランジャロッド２２は、溶融ゾーン１２内で第１プランジャロッド１４からある距離離れて配置されているため、第２プランジャロッド２２はしたがって、少なくとも溶融プロセス中に、保持又は収容ゲートとして働く。
【００８２】
材料容器２０内で材料が溶融した後、第２プランジャロッド２２は、第１プランジャロッド１４と協調して動くように構成され、これにより、溶融した材料の金型１６に向かう水平方向の層流を促進する。この金型は、溶融ゾーンに隣接して配置され得る。溶融した材料の移動中に、プランジャロッド１４と２２との間に溶融した材料を収容することにより、溶融した材料の回転を低減し（これにより内部のスカル材料が混合するのを低減することができる）、溶融した材料を高い融解温度に維持するのに役立ち得る。図５は、溶融した材料の、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２による金型１６への移動を示し、それぞれ矢印Ｆ及びＥで表わされている。例えば、第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、右から左へ水平方向に移動し、溶融した材料を溶融ゾーン１２内の容器２０から金型１６へと動かし、押し出し得る。溶融した材料は、先端２４と３６との間の距離が維持されたまま（例えば、溶融した材料の移送を制御し、同時にその空間内に追加の空気又は材料が入るのを防ぐ）、溶融ゾーン１２／容器２０から、所望により移送スリーブ３０を通過して移動される。したがって、第２プランジャロッド２２は、射出成形プロセスの一部又は全体にわたって、溶融した材料を保持するゲートとして働く。
【００８３】
金型１６で、第１プランジャロッド１４は、物品、部品、又は構成片に成形するために、溶融した材料を金型１６内に押し込むのに使用することができる。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１６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１６は、それを通じて溶融した材料を受容するための入口を有する。容器２０の出口と金型１６の入口は、一線上及び水平軸上に設けることができ、これによりプランジャロッド１４及び２２は、容器の２０から水平方向に動き、溶融した材料を、金型１６の入口を介して金型内に注入する。
【００８４】
デュアルプランジャロッドアセンブリは、プランジャロッド１４及び／又は２２によって適用される大きな又は余分の力なしに、金型の金型キャビティ（例えば高アスペクト部品）に充填するのを容易にするよう、溶融した材料を金型内に押し詰める圧力を増大させるのに使用することができる。一実施形態において、第１プランジャロッド１４は、ある軸に沿って金型に向けて一方向に動くように構成され、第２プランジャロッド２２は、その軸に沿って第２の反対方向（第１プランジャロッドに対して）に動くように構成される。例えば、図６に示すように、第２プランジャロッド２２は、金型１６の一方の側３４で、溶融した材料を停止させ及び／又は圧力を適用するよう、金型に対して配置され、構成され、同時に、第１プランジャロッド１４は、水平方向（矢印Ｆを参照）に動いて、溶融した材料を金型１６のキャビティ（又は接合されたキャビティ４２及び４４）に対して反対側３２で押し込み又は射出し、これによって、材料が押し込まれるよう進行及び／又は継続（一時停止又は完全停止することなく）するように構成される。より具体的には、一実施形態において、第２プランジャロッド２２はある位置に停止し、これにより少なくともその先端３６が金型キャビティに対して配置される。第２プランジャロッド２２は、ある停止位置に保持されるように構成することができ、これにより、金型１６内に溶融した材料が射出されたときに、少なくとも第１プランジャロッド１４がこれに圧力を適用する。別の実施形態において、第２プランジャロッド２２は、逆又は反対方向（例えば左から右へ）動くように構成され、これにより、プランジャ１４及び２２の両方が、互いに対して又は互いに向かって動き、材料に対して圧力を適用する。更に別の実施形態において、圧力は、必要に応じて、逆又は反対の水平方向に、第２プランジャロッド２２により選択的に適用することができる。よって、第２プランジャロッド２２は、いずれかの側又は両側から、金型キャビティの充填物に対して圧力を追加するのに使用することができる。この追加圧力は、例えば、溶融した材料により大きな圧力を適用し、これにより通常成形可能なものよりも薄い部品にすることができる。
【００８５】
したがって、上述のように、デュアルプランジャロッドアセンブリの第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２は、溶融した材料をそれらの間に保持しながら、その溶融した材料が水平方向に移動中、少なくとも、その溶融した材料を溶融ゾーン１２から金型１６内に移動させるように構成される。
【００８６】
ただし、デュアルプランジャアセンブリは、異なった様式での操作用に構成することができることに注意されたい。図７は、記述されている射出システム１０に実用可能な別の実施形態を示し、少なくとも１つの第１プランジャロッド１４が、溶融した材料を容器２０から金型１６内に（水平方向に、例えば矢印Ｇ参照）移動させるように構成される。第２プランジャロッド２２は、溶融した材料を溶融ゾーン１２から移送するのに使用できるが、別の実施形態において、第２プランジャロッド２２は、金型１６に隣接して又はその中に移動され配置してから、溶融した材料を第１プランジャロッド１４により内部に注入することができる。したがって、第２プランジャロッド２２は、金型１６内の金型キャビティ（単数又は複数）に隣接して提供され、余分な力をかけることなく押し詰め圧力を増大し、高いアスペクト比のキャビティ（例えば図６を参照して上記に詳しく述べたように）に容易に充填するのに使用されるが、第２プランジャロッド２２は必ずしも、溶融ゾーン１２から金型１６に向かって溶融した材料を連続的に移送するのに使用される必要はなく、またこれに限定されない。
【００８７】
溶融した材料を移送することに加え、一実施形態において、デュアルプランジャロッドアセンブリの第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２２のうちのいずれか一方を、取り出し機構として使用し、成形プロセスが完了したときに、成形された物品又は部品を金型１６から取り出すのに使用することができる。例えば、図７の矢印Ｍ１及びＭ２により示されるように、第１金型プレート３２及び第２金型プレート３４は、互いに対して、すなわち互いに近づき及び離れるように動くことができる。成形中、例えば、プレート３２及び３４は、互いに隣接し、真空圧下にある。成形が完了したら、真空圧が解除され、成形された物品を金型から取り外し又は取り出すことができる。典型的に、例えば、取り出し機構（例えば取り出しプレート及び／又は取り出しピン）は、例えば金型の第２の側３４から、成形された部品を取り出すのに使用することができる。図８に示されている一実施形態により、第２プランジャロッド２２は、水平方向（例えば左から右へ、矢印Ｈで示される方向）に動いて、成形された物品１００を第２金型プレート３４から取り出すように構成される。少なくともその先端３６が、成形された物品１００に圧力を適用するのに使用され、これによって金型１６内から取り外される。第２プランジャロッド２２（又は第１プランジャロッド１４）は、取り出し機構に対する追加として、あるいは、取り出し機構の別のオプションとして、使用することができる。第１プランジャロッド１４は、金型１６に対して静止位置に提供することもできる。
【００８８】
あるいは、別の実施形態において、プレートが分離したときにその成形された物品が第１金型プレート３２内に保持される場合、あるいは、金型１６として単一の金型のみが採用される場合には、第１プランジャロッド１４は、水平方向（例えば右から左）に動いて、成形された物品を第１金型プレート３２から取り出すように構成される。いくつかの実施形態において、第１プランジャロッド１４は、取り出し機構に対する追加として、あるいは、取り出し機構の代わりとして、使用することができる。
【００８９】
一般に、射出成形システム１０は、下記のように作動させることができる：溶融可能な材料（例えば、アモルファス合金又はＢＭＧ）を、供給機構（例えば装入ポート１８）に装入し、容器２０内の溶融ゾーン１２（これは誘導コイル２６で取り囲まれている）に挿入し受容させる。射出成形装置の「ノズル」ストローク又はプランジャ１４を使用して、この材料を、必要に応じて、容器２０の溶融部分内に移動させる。このシステムは、真空源３８を使用して真空圧下に置くことができる。第１プランジャロッド１４及び第２プランジャロッド２６は、互いに対して、及び溶融される材料に向かって、溶融ゾーン１２内へと動き、材料を収容するのに適切な距離の位置に配置される。次に材料が、誘導コイル２６の加熱により誘導プロセスで加熱される。溶融可能材料を溶融させるための温度に到達し維持されたら、誘導コイル２６を使用した加熱を停止することができ、装置は次に、溶融した材料を、容器２０から移送スリーブ３０を通して真空金型１６内に、水平軸に沿って水平方向に（右から左へ）動かすことにより、注入を開始する。溶融した材料の移動は、プランジャ１４及び２２（これらはサーボ駆動又は液圧駆動を使用して作動させることができる）の両方を使用して制御される。金型１６は、溶融した材料を入口を介して受容するように構成され、真空下でその溶融した材料を成形するように構成される。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プレートとの間のキャビティ内に注入されて、金型１６で部品を成形する。第２プランジャロッド２２は、金型の第２の側３４に配置することができ、これにより、第１プランジャロッド１４が溶融した材料をキャビティ内に移動させ又は押し続ける間、金型内の圧力を保持する。キャビティが充填され始めたら、真空圧（真空ライン及び真空源３８を介して）を所定の圧力に保持して、溶融した材料をキャビティ内の残りの空洞領域に「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）、金型１６に適用した真空圧を解放する。次に金型１６を開けて圧力を解放し、部品を大気に暴露させる。第２プランジャロッド２２（及び／又は取り出し機構）は、水平及び直線方向（例えば右に向かって）に作動させて、固化し成形された物品を、金型１６の少なくとも第１プレートと第２プレートとの間から取り出すことができる。この後、プロセスを再び開始することができる。金型１６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。プランジャ１４及び２２が装入位置（恐らくは溶融位置）に戻されると、溶融ゾーン１２及び金型１６は、真空源により排気され、これにより更に受容された溶融可能材料を溶融し、次の部品を成形することができる。
【００９０】
したがって、本明細書に開示される実施形態は、溶融及び成形プロセス中に水平軸に沿って動くように構成されたデュアルプランジャロッドアセンブリと一線上になった溶融システムを有する、例示的な射出システムを示す。ただし、このシステム及び／又は部分は、水平方向の材料移動に配置されることに限定される必要はない。デュアルプランジャロッドアセンブリは、長手方向の任意の長手方向軸に沿って動くように構成することができる。例えば、別の実施形態において、デュアルプランジャロッドアセンブリ及び溶融ゾーンは、垂直軸（例えばＹ軸、図示なし）に沿って提供することができ、これによりプランジャロッド１４及び２２並びに材料は、垂直方向に、溶融ゾーン１２から金型１６内に動く。
【００９１】
したがって、本明細書に記述されるデュアルプランジャロッドアセンブリは、本明細書に記述される射出成形システム１０に対し、数多くの採用可能な特徴を提供する。例えば、２つのプランジャを使用して、その間に材料を保持し、その移送を制御する。また、水平軸上に少なくとも溶融ゾーン及び金型を備え一線上に提供されるシステムに関して、溶融した材料を金型１６内に注入する速度は、特に、材料を金型内に急速に注ぐ傾向がある注ぎ込みシステム、及び従来のダイカストシステムに比べて、プランジャ１４及び２２の動きによって制御することができる。開示されているデュアルプランジャシステムでは、部品をより均質に冷却することができ、単一のプランジャシステムよりも速い速度が可能になる。
【００９２】
更に、第２プランジャロッド２２は（例えば成形中に）保持又は閉じ込めゲートとして働くため、別のゲートの追加が不要である。これにより、先行又は既知のシステムで必要とする可能性があったスペースの長さと大きさが低減される。加えて、これにより移送スリーブ３０（提供される場合）の長さも低減することができる。したがって、移送スリーブ３０などのデュアルプランジャ隣接スリーブ及び／又は装置の他の部品を短くすることができることにより、溶融ゾーンから金型入口に到着するまでに移動が必要な距離が短くなり、溶融した材料を金型内により迅速に押し込むことが可能になる。またこれは、溶融した材料がより高い温度で金型に到着することを意味し、成形中に材料が、金型の急冷速度に由来する欠陥を生じにくくなることを意味する。特に、アモルファスになる材料を用いる場合には、より高い温度を維持し、金型に向かって移動する際にそのような溶融した材料が冷却する速度を低減することが、（金型で急速に冷却する前の）ガラス形成性を改善する。溶融した材料を、金型に向かって協調して動く２つのプランジャロッド１４及び２２の間のスペース又は距離に収容しておくことにより、その表面積、並びに温度を、比較的一定に保つことができる。
【００９３】
加えて、デュアルプランジャロッドアセンブリを使用することにより、材料の層流をより強化することによって、成形された物品における表面欠陥を低減するのに役立つことができる。典型的に、溶融した材料が回転可能なとき、スカル材料の少なくとも一部（例えば底から）が、その溶融した材料内に混入する可能性がある。したがって、望ましくない結晶化した材料が一部、成形され、最終部品内に残る可能性がある。ただし、プランジャ１４及び２２によって提供されるように、溶融した材料が比較的直線的に移動する場合、溶融物へのスカル材料の巻き込みは低減及び／又は回避することができる。本明細書に開示されるデュアルプランジャロッドアセンブリは更に、溶融物に対する圧力を常時維持することにより、金型内のより小さな形状を充填することによって、及び（両方のプランジャで制御されていることにより）流速を増加させることが可能なためより大きな部品を充填することによって、欠陥を低減することが可能になる。また、これは２つのプランジャ間の距離又はスペース内に生じる空気又は気泡をトラップし、及び／又は防止する。
【００９４】
本明細書に記述される特徴に加え、プランジャロッド１４及び２２に使用される寸法及び材料は、限定されるべきではないことが理解されよう。任意の数の材料を使用して、ロッド及び／又はその先端２４及び３６を形成することができる。異なる材料を使用して、さまざまな部品を形成することができる。先端２４及び３６は、１つ以上の材料で形成することができる。一実施形態において、両プランジャロッド１４及び２２の少なくとも先端は、同様の直径を有する。別の実施形態において、プランジャロッド１４及びプランジャロッド２２は、異なる直径を有する。別の実施形態において、ロッド１４及び／又は２２のうち１つ以上が、入れ子式の本体を含み得る。更に別の実施形態において、一方のプランジャが他方のプランジャを内部に収容してもよい。
【００９５】
詳しくは記述されていないが、本開示の射出システムは、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。更に、真空圧下にあるとき、顕著な空気暴露又は漏れを実質的に制限又は排除することにより、溶融した材料の一部の溶融及び形成を支援するため、任意の数の部品に、又はそれに隣接して、封止部が設けられてもよい。例えば、封止部はＯリングの形態であり得る。封止部は、任意の材料で製造することができ、封止される部品間を物質（例えば空気）が移動するのを停止させる装置として定義される。射出システムは、内部に溶融可能材料を挿入し、真空を適用し、加熱し、注入し、材料を成形して部品を形成するための、自動又は半自動プロセスを実施し得る。
【００９６】
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、成形される材料は、上記に詳述されるように、アモルファス合金である。
【００９７】
本開示の原理は、上述の例示的実施形態において明確にされているが、本開示の実践に使用される構造、配置、割合、要素、材料、及び構成部品に対して様々な改変を行い得ることが、当業者には明らかであろう。
【００９８】
上述並びにその他の特徴及び機能、又はそれらの代替物の多くは、数多くの他の異なるシステム／装置又は用途に好適に組み合わせ得ることが、理解されよう。これらにおける現在予想できない又は予測されないさまざまな代替物、変更、変形形態、又は改善が、続いて当業者によりなされる可能性があり、これも下記の請求項の範囲に包含されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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