(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対して水平に配置された溶融ゾーン及び金型を含む成形装置に、１つ以上の合金インゴットを装入するための装置であって、前記装置は、複数の前記合金インゴットを本体内に保持するように構成され、かつ、前記１つ以上の合金インゴットを、前記成形装置の金型の開口部を通して前記本体から前記成形装置の溶融ゾーンに分配するよう構成されたホルダを含み、前記ホルダは、前記１つ以上の合金インゴットを前記成形装置に分配するために、前記金型の前記開口部と一線上にある第１位置と、前記金型の前記開口部から離れた第２位置との間で、前記ホルダの少なくとも一部分を選択的に動かすよう構成されている、関連する駆動機構と、前記１つ以上の合金インゴットを前記本体から分配し、前記１つ以上の分配された合金インゴットを前記金型を通して前記溶融ゾーンへと動かすよう構成されている、関連する作動機構とを含む、装置。
【請求項２】
前記ホルダが、前記第１位置と前記第２位置との間で、前記金型内の前記開口部の中心に沿った軸に対して垂直方向に動く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１つ以上の合金インゴットが前記ホルダから水平方向に分配され、前記ホルダは、前記金型に対して垂直方向に動くよう構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記１つ以上の合金インゴットが前記ホルダから垂直方向に分配され、前記ホルダは、前記金型に対して水平方向に動くよう構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記ホルダから前記作動機構を経由した前記１つ以上の合金インゴットの移動が、前記金型の前記開口部を通る水平方向である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
互いに対して水平に配置された溶融ゾーン及び金型を含む成形装置を備えたインゴット装入装置を使用して、バルクアモルファス合金含有部品を形成するための方法であって、前記インゴット装入装置は、複数の合金インゴットを保持するように構成され、かつ、１つ以上の合金インゴットを前記成形装置の溶融ゾーンに分配するよう構成されたホルダと、前記１つ以上の合金インゴットを分配するために、前記金型の開口部と一線上にある第１位置と、前記金型の前記開口部から離れた第２位置との間で、前記ホルダの少なくとも一部分を選択的に動かすよう構成された、関連する駆動機構と、前記１つ以上の合金インゴットを本体から前記金型を通して前記溶融ゾーンへと動かすよう構成された、関連する作動機構とを含み、前記方法は、
前記駆動機構を介して前記ホルダを前記第１位置に動かして、前記１つ以上の合金インゴットを前記溶融ゾーンに装入する工程と、
前記作動機構を用いて、前記１つ以上の合金インゴットを、前記ホルダから、前記成形装置の前記金型内の前記開口部を通して前記成形装置の前記溶融ゾーン内に装入する工程と、
前記溶融ゾーンにある前記１つ以上の合金インゴットを溶融して、溶融合金を形成する工程と、
前記溶融合金を前記金型に導入して、前記バルクアモルファス合金含有部品を形成する工程と、を含む、方法。
【請求項７】
前記ホルダが、前記第１位置と前記第２位置との間で、前記金型内の前記開口部の中心に沿った軸に対して垂直方向に動くように構成されており、前記ホルダを前記第１位置に動かす工程が、前記開口部の前記中心に沿った前記軸に対して垂直方向に前記ホルダを動かす工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ホルダを動かす工程が、前記金型に対して垂直方向に前記ホルダを動かす工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ホルダを動かす工程が、前記金型に対して水平方向に前記ホルダを動かす工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の合金インゴットを、前記ホルダから前記溶融ゾーンに装入する工程が、前記金型の前記開口部を通る水平方向である、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
射出成形システムであって、
溶融可能材料を溶融するよう構成された溶融ゾーンと、
成形して部品にするために前記溶融ゾーンから溶融した材料を受け取るよう構成された金型と、
前記金型の開口部を通して前記溶融ゾーンに前記溶融可能材料を装入するための装置とを含み、前記装置は、複数の合金インゴットを保持するよう構成されたホルダと、前記溶融可能材料を装入し、かつ１つ以上の分配された合金インゴットを前記金型を通して前記溶融ゾーンへと動かすよう構成されている、関連する作動機構と、前記溶融可能材料を装入するために前記金型の前記開口部と一線上にある第１位置と、前記金型の前記開口部から離れた第２位置との間で、前記装置を選択的に動かすよう構成されている、関連する駆動機構と、を含む装置と、を含む、システム。
【請求項１２】
前記装置が、前記第１位置と前記第２位置との間で、前記金型内の前記開口部の中心に沿った軸に対して垂直方向に動くよう構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記溶融可能材料が前記ホルダから水平方向に分配され、前記装置は、前記金型に対して垂直方向に動くよう構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記溶融可能材料が前記ホルダから垂直方向に分配され、前記装置は、前記金型に対して水平方向に動くよう構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ホルダから前記作動機構を経由した前記溶融可能材料の移動が、前記金型の前記開口部を通る水平方向である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記溶融可能材料を溶融するよう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含む、請求項１１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つの真空源を更に含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記作動機構が、アーマチュア装置又は圧縮空気である、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記作動機構が、アーマチュア装置又は圧縮空気である、請求項６に記載の方法。
【請求項２０】
前記作動機構が、アーマチュア装置又は圧縮空気である、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は全体として、溶融可能材料を溶融し、この材料から物品を形成するために、溶融可能材料のインゴットを射出成形システム内に装入するために自動インゴット装入機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの従来型鋳造成形装置又は成形装置には、力を用いて金型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。場合によっては、溶融する材料が、インゴットと呼ばれる成形済み形態で提供され得る。インゴットは、装入ポート又はプランジャロッドを介して装置の溶融ゾーン内に導入され得る。材料が溶融されるたびに、操作者がインゴットを手動で装入することがある。しかしながら、溶融（及びその後の成形）のために材料を自動的に装入するよう設計された機構を有することが有益であろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インゴット材料の自動化装入機構の設計には、共に使用される成形装置の機構及びハードウェアによる個別の検討を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
バルクアモルファス合金の成形物品又は部品を形成するための、溶融可能なアモルファス合金材料のシステムへの挿入を改善するために、本明細書の実施形態による解決策が提案される。
【０００５】
本開示の一態様は、１つ以上の合金インゴットを装入するための装置であって、複数の合金インゴットを保持し、かつ、１つ以上の合金インゴットを成形装置の溶融ゾーンに成形装置の金型の開口部を通して分配するように構成されたホルダを含む、装置を提供する。
【０００６】
別の態様は、溶融ゾーンと金型とを含む成形装置を使用してバルクアモルファス合金含有部品を形成するための方法を提供し、この方法は、１つ以上の合金インゴットを、ホルダから、成形装置の金型内の開口部を通して成形装置の溶融ゾーン内に装入する工程と、溶融ゾーンにある１つ以上の合金インゴットを溶融して、溶融合金を形成する工程と、溶融合金を金型に導入して、バルクアモルファス合金含有部品を形成する工程と、を含む。
【０００７】
更に別の態様は、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、成形して部品にするために溶融ゾーンから溶融した材料を受け取るように構成された金型と、金型の開口部を通して溶融ゾーンに溶融可能材料を装入するための装置と、を含む、射出成形システムを提供する。
【０００８】
本開示の他の特徴及び利点は、下記の「発明を実施するための形態」、それに伴う図面、及び添付の請求項から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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。
【００１０】
【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。
【００１１】
【図３】本開示の一実施形態による溶融可能材料を装入するための装置を備えた射出成形システムである。
【００１２】
【図４】図３に示すものなどの射出成形システムと共に使用するための、第１及び第２プレートを備えた金型アセンブリの断面図である。
【００１３】
【図５】図３に示す射出成形システムの金型アセンブリ及び溶融ゾーンの一部（第１プレート）の斜視図である。
【００１４】
【図６】本開示の一実施形態による、射出成形システムの金型を介して溶融ゾーン内に材料を装入するための、第１位置にある装置の斜視図である。
【００１５】
【図７】一実施形態による、金型に対して動く、図６の装置を用いる方法である。
【図８】一実施形態による、金型に対して動く、図６の装置を用いる方法である。
【図９】一実施形態による、金型に対して動く、図６の装置を用いる方法である。
【図１０】一実施形態による、金型に対して動く、図６の装置を用いる方法である。
【００１６】
【図１１】本開示の別の実施形態による、金型に対して動く、射出成形システム金型を介して溶融ゾーン内に材料を装入するための装置を用いる方法である。
【００１７】
【図１２】射出成形システムの成形及び溶融ゾーンの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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未満のダイキャストの加工処理方法を示す。ダイキャストの間、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。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。
【００２７】
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
【００２８】
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
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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
【００３４】
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
【００３５】
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。
【００３６】
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という意味におけ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
【００３７】
「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。
【００３８】
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。
【００３９】
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（単位セル内の原子配列）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。
【００４０】
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。
【００４１】
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】
0005703424.tif 000002
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、実質的に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。
【００４５】
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。
【００４６】
アモルファス合金又はアモルファス金属
「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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、実質的にアモルファス、又は完全アモルファスとすることができる。
【００５５】
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、実質的に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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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】
0005703424.tif 000003
【００６２】
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）。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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
【００６７】
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。この電子機器はまた、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。溶融及び成形のために溶融可能材料をシステム内に自動的に挿入するための装置（又はデバイス又は機構）が提示される。一実施形態において、この装置の部品は互いに一線上に配置することができる。いくつかの実施形態により、この装置の部品（又はこのシステムへのアクセス）は、水平軸に沿っている。
【００７０】
図３は、本開示の一実施形態による、溶融可能材料を装入するための装置を備えたそのような例示的なシステムの概略図を示す。より具体的には、図３は、射出成形装置又はシステム１０を示す。一実施形態により、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ている溶融ゾーン１２と、溶融した材料を溶融ゾーン１２から金型１６へと射出するように構成されている少なくとも１本のプランジャロッド１４とを有する。一実施形態では、少なくとも、プランジャロッド１４及び溶融ゾーン１２はインラインかつ水平軸（例えばＸ軸）上に設けられ、これによりプランジャロッド１４は実質的に溶融ゾーン１２を通って水平方向に（例えばＸ軸に沿って）移動し、溶融材料を金型１６内に移動させる。別の実施形態（例えば図１１に概要が示されている部品）において、少なくともプランジャロッド１４と溶融ゾーン１２が、一線上かつ垂直軸（例えばＹ軸）上に設けられ、これによりプランジャロッド１４は、実質的に溶融ゾーン１２を通って垂直方向に（例えばＹ軸に沿って）動き、溶融した材料を金型１６内へと動かす。この金型は、溶融ゾーンに隣接して配置され得る。
【００７１】
全体的に溶融可能材料は、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に供給され得る。本開示全体にわたって、インゴットについて説明され、溶融ゾーン１２への自動装入のためにシステム１０にインゴットが挿入されるよう設計される。すなわち、下記で詳述される装入装置／機構は、１つ以上の合金インゴットを溶融ゾーン１２内に分配するよう設計される。
【００７２】
システム１０の溶融ゾーン１２は、溶融可能材料を受容し、かつ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、例えば、容器２０の形態であってよく、これは溶融可能材料を受容し、かつ、内部の材料を溶融するように構成された本体を有し得る。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。
【００７３】
この実施形態において、容器２０の本体は、実質的にＵ字型の構造を含む。例えば、この本体は、そこから延在する側壁を備えた底部を含み得る。ただし、この図示されている形状は、制限することを意味するものではない。容器２０は、任意の数の形状又は構成を含み得る。容器の本体はある長さを有し、プランジャ１４の長手方向軸と一線上にある長手方向軸（水平又は垂直）に延在することができ、これによって、溶融した材料がプランジャ１４を用いてここから移動され得る。加熱又は溶融のための材料は、容器の溶融部分２４に受容され得る。溶融部分２４は、その中で溶融される溶融可能材料を受容するように構成される。例えば、溶融部分２４は材料を受容するための表面を有する。下記に述べるように、容器２０は、インゴット装入装置５０を用いて、溶融部分２４内に材料（例えば１つ以上のインゴットの形態での材料）を受け取る。
【００７４】
一実施形態において、本体及び／又はその溶融部分２４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２４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２０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、その中に凹部又は溝を有し得る。
【００７５】
容器２０の本体は、溶融した材料を動かすために、プランジャロッドを、内部を通じて受容するように構成され得る。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１４は、実質的に容器２０内を通じて動くことにより、溶融した材料（加熱／溶融後）を容器から金型１６へと移動させるように構成することができる。図３に図示されているシステム１０の実施形態を参照し、例えば、プランジャロッド１４は、容器２０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１６に向かって、かつその内部へ動かして押し出す。図１１に示されているような一実施形態において、プランジャロッド１４は、容器２０を通って垂直方向に上方向へと動き、溶融した材料を金型１６へ向かって、かつその内部へ動かして押し出す。
【００７６】
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（インゴット）を溶融するために、射出システム１０には、その溶融可能材料を加熱して溶融するのに使用する熱源も含まれる。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２４は、内部に受容した材料を溶融するべく、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す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、溶融部分２４内の溶融可能材（例えば挿入されたインゴット）を電磁誘導により溶融するように構成することができる。よって、溶融ゾーン１２には誘導ゾーンが含まれ得る。誘導コイル２６は、容器２０を溶融し、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す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３に示すように、本体、及び容器２０の周囲を取り巻くコイル２６は、水平軸（例えばＸ軸）に沿って水平方向に、あるいは図１１に示すように、垂直軸に沿って垂直方向に配置されるように構成されてもよい。
【００７７】
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んでもよく、これは、容器内に受容した材料の溶融中に容器２０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、流体（例えば水又はその他の流体）を内部に流すように構成されている。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。冷却管は、容器２０の本体自体が過熱して溶融するのを防ぐのに役立つことができる。冷却管は、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に接続することができる。冷却管は、液体又は流体が通過して流れるための１つ以上の入口と出口を含み得る。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、限定を意味するものではない。例えば、冷却管は、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２４に対して配置され得る。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。冷却液体又は冷却流体は、誘導源２６が通電されているときに、溶融可能材料の溶融中に冷却管を流れるように構成され得る。
【００７８】
材料が容器２０内で溶融された後、プランジャ１４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２０から金型１６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（例えば、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は、容器２０の本体を通じて動き、溶融した材料を、金型１６の入口を介して金型内に押し出す。
【００７９】
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３８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、かつ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、及びプランジャロッド１４は、溶融及び成形プロセス中に、その全体が真空下にあってよく、及び／又は真空槽内に封入されていてもよい。
【００８０】
一実施形態において、金型１６は、材料を成形する際にその中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１６は、互いに隣接して（それぞれ）配置された、第１プレート４０（「Ａ」金型又は「Ａ」プレートとも呼ばれる）、第２プレート４２（「Ｂ」金型又は「Ｂ」プレートとも呼ばれる）を含む。図４は、一実施形態による、図３に示されているもののような射出成形システム１０と共に使用するための、第１及び第２プレート４０及び４２を備えた例示的な金型アセンブリ１６の断面図を示す。第１プレート４０及び第２プレート４２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、それぞれに関連する金型キャビティ４４及び４６を有する。キャビティ４４及び４６は、材料を溶融ゾーン１２から移送スリーブ３０を通して押し込むことにより、それらの間に受容された溶融した材料を成形するように構成されている。金型キャビティ４４及び４６には、その中で部品を形成及び鋳造するための部品キャビティが含まれ得る。
【００８１】
一般に、第１プレート（「Ａ」プレート）は移送プレート３０に接続され得る（図４を参照）。一実施形態により、サイクル中に、プランジャロッド１４は、溶融した材料を、容器２０から、移送スリーブ３０を介して、金型１６へと移動させるように構成される。移送スリーブ３０（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１２と金型１６との間に提供され得る。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、かつ（プランジャ１４を用いて）金型１６へと移送するように構成されている。図３に示されている実施形態において、水平軸（例えばＸ軸）に沿って水平方向に開口部が提供されている。これは、垂直軸上でも提供され得る（図１１を参照）。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１４、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、一線上かつ同軸上に設けられ、これによりプランジャロッド１４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を通って軸に沿った方向に移動できる。
【００８２】
溶融した材料は、移送スリーブ３０を通って（例えば水平方向に）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４４及び４６内に入る。材料の成形中、少なくとも第１プレート４０及び第２プレート４２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曝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）も使用することができる。
【００８３】
プレート４０及び４２は、プレートを（溶融可能材料を挿入し、及び／又は成形された部品を排出させるために）分離するか、又は成形のためにプレートを結合させるように、互いに対して動くように構成される。一実施形態において、第２「Ｂ」プレート４２は、第１「Ａ」プレート４０から離れるよう動く（例えば図４における代表的な矢印により示されているように）。プレート４０及び４２は、水平又は垂直方向に、互いに対して動かすことができる。例えば、成形プロセスの後、成形された部品が金型キャビティ４４及び４６から取り出される。真空イジェクタボックス（図示なし）は、金型１６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）。
【００８４】
ただし、任意の数又はタイプの金型アセンブリを、装置１０に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知られる金型を、射出成形システム／装置１０に取り付けることができる。
【００８５】
前述のように、システム１０は更に、金型１６の開口部を通って溶融ゾーン１２内に溶融可能材料を装入するための、インゴット装入機構又は装置５０を含む。インゴット装入装置５０は、既存の射出成形システムに追加若しくは装着、及び／又は組み込むことができる。また、既存の金型及び金型基部に装着することもできる。インゴット装入装置５０は、ロボット又はその他の装置の形態であり得る。インゴット装入装置５０は、射出成形システムの反復再装入のための自動化機構となるよう設計することができる。これは、例えば、サイクル時間（材料挿入から、成形された製品排出までの時間）が短縮され、複雑さが低減され、より経済的であるなど、バルク金属プロセスの射出成形プロセス全体を改善し、またインラインシステムと共に使用することができる。
【００８６】
例示目的のため、射出成形システム１０の開示されている装入装置５０及び部品は、水平軸（例えばＸ軸）を参照して記述される。しかしながら、後述のように、任意の装置を垂直軸上に配置することができる（図１１を参照）。この開示において、溶融される材料は、システム１０の１つ以上の部分を通る経路を経て装入される。例えば、成形された部品を排出することに加え、プレート４０及び４２は、溶融ゾーン１２内に溶融可能材料（例えばインゴット）を挿入するために、互いに対して動かすことができる。図５は、金型アセンブリ１６の第１「Ａ」プレート４０及び溶融ゾーン１２の斜視図を示す。図４に示されているように、射出／移送スリーブ３０の少なくとも一部が、第１プレート４０を通って延在し、これにより溶融した材料がプランジャにより押されて、スリーブ３０の一方の端部４８で出力部分から押し出され、金型１６（金型キャビティ４４と４６の間）内に入り得る。この端部４８は、溶融ゾーン１２内に溶融可能材料を分配するのにも使用され得る。より具体的には、一実施形態により、材料（例えばインゴット）は、射出システム１０の金型側から水平方向に挿入され、金型１６の第１プレート４０の端部４８を通過し、移送スリーブ３０（存在する場合）を通過して、溶融ゾーン１２（例えば容器２０）に入り、これにより溶融されかつ成形され得る。
【００８７】
図６は、インゴット装入装置５０の一実施例を示す。インゴット装入装置５０は、複数のインゴットを保持するホルダ５２又は供給機構を含み、溶融ゾーン１２内に１つ以上の合金インゴットを分配するように構成されている。このインゴットは円筒形状、又はその他の押し出し成形された幾何学的固体予備成形品であり得る。一実施形態において、ホルダ５２は、合金インゴットを保持するための、アーマチュアが取り付けられたマガジンを含む。例えば、インゴットは互いに平行に、互いに上に積み上げて、又は互いに隣接して積み重ねることができる。
【００８８】
インゴット装入装置５０は、ホルダ５２から１つ以上の合金インゴットを分配するように構成された、関連する作動機構又は排出機構５４を含む。この作動機構又は排出機構５４は、インゴットを動かすための任意の数の装置を含み得る。一実施形態において、機械的装置を使用して、インゴットを分配し、溶融ゾーン１２内へと動かす。例えば、アーマチュア装置（プランジャなど）を使用して、インゴットをホルダ５２から金型１６を通して溶融ゾーン１２へと動かすことができる。この装置は入れ子式であってよく、又は、十分に遠くまで（例えばＸ方向に）延長できる一方で、開放金型形状の限られた範囲に適合して、インゴットを溶融ゾーンに送達することができるような、他のいずれかの機構を使用することもできる。一実施形態において、排出機構５４は、入れ子式空気圧シリンダを含む。
【００８９】
別の実施形態において、空気（空気圧）それ自体を、インゴットを動かすための排出機構として使用することができる。例えば、インゴット分配のための位置に出力されるようにホースを配置することができ、空気バースト（例えば圧縮空気）を分配かつ適用して、インゴットをスリーブ３０内及び溶融ゾーン１２へと押し込むよう装置を構成することができる。場合によっては、各インゴットが、プランジャ１４のプランジャ先端部近く又はこれに接して配置されるように（溶融ゾーン１２に隣接している場合）、圧力を構成することができる。一実施形態において、プランジャ１４の先端部は、溶融ゾーン１２内にインゴットを配置するのを補助するための停止機構として作用し得る。例えば、プランジャ１４は、溶融ゾーン１２（例えば隣接する容器２０）に隣接して配置することができ、これにより、インゴットを金型１６を通して溶融ゾーン１２へと挿入又は押し込むために使用された力によって、インゴットがより大きな速度又は距離で移動する場合、プランジャ１４の先端部がインゴットのＸ方向の動きを止めることができ、これによりインゴットが溶融ゾーン１２内に配置される。
【００９０】
更に別の実施形態において、ばね仕掛けハンマー又はその他の移動動作装置を使用して、インゴットをホルダからはじき出し（急速に加速し）、金型１６を通して溶融ゾーン１２へと送り込まれ、ここでプランジャ１４に当たって静止し得る。
【００９１】
一実施形態において、排出機構５４は完全自動化となるように構成することができ、これによって、毎回の溶融及び成形プロセスの開始前に再装入することができる。一実施形態において、金型１６のプレート４０、４２の作動又は動きを使って、インゴット装入装置５０の第１位置又は第２位置への配置を開始及び／又は駆動することができる。一実施形態において、この装置は、例えばステッパモータ、ベルト、ピストンなどにより駆動される固有のアクチュエータを有する。
【００９２】
インゴット装入装置５０を動かして、１つ以上のインゴットを分配できるようにするために、ホルダ５２は、関連する駆動機構を含む。この駆動機構（図３に概略が示されている）は、１つ以上の合金インゴットを分配するために、金型の開口部（端部４８）と一線上にある第１位置と、金型の開口部から離れた（端部４８から離れた）第２位置との間で、ホルダ５２の少なくとも一部分を選択的に動かすように構成されている。例えば、一実施形態において、ホルダ５２は、第１位置と第２位置との間で、金型内の開口部の中心に沿った軸に対して垂直方向に動くよう（又は、駆動機構により動かされるよう）構成されている。例えば、溶融ゾーン１２が水平軸に沿って配置されているとき、１つ以上の合金インゴットが、金型１６を通って水平方向に（例えば、Ｘ軸の方向に沿って又は平行に）溶融ゾーン１２へ分配され得る。一実施形態において、分配から離れて第２位置に移動するとき（例えばこれによりプロセスが開始し得る）、ホルダは、金型に対して垂直方向に（例えば上向き及び／又は下向きに）動くように構成される。第２位置において、装置５０は準備完了位置に留まり、これにより、次のインゴットが分配される際に、第１位置に移動して、一線上になり、金型１６を通してインゴットを挿入するための準備ができている状態になり得る。
【００９３】
インゴット装入装置５０のホルダは、金型１６に対して概ね垂直に動くように構成することができるが、装置５０及び／又はホルダ５２は、それに加えて金型１６に対して平行及び／又は傾いた方向にも動くように構成することができ、これにより分配のために適切に整列させることが可能であることが理解されよう。例えば、水平及び／又は垂直方向の調節を使用して、ホルダ５２を開口部に整列させ開口部に近づける（又は開口部から離す）ことができ、これによってインゴットを金型１６を通してスムーズに挿入することができるということが理解されよう。
【００９４】
ホルダ５２には、他の部品又は装置も含まれ得る。例えば、一実施形態において、各インゴットは金型１６の第１「Ａ」側４０の開口部（すなわち、移送スリーブ３０の端部４８の開口部）と揃うように装入され、これにより、水平方向に分配され移動させることができる。各インゴットの整列は、例えば、重力を利用することができる。インゴットが例えばマガジンの様式で積み重ねられている場合、各インゴットは、重力により分配位置（例えば、金型を通る経路に実質的に揃った位置）に落下するように構成することができる。他の装置（例えばシュート又は経路）を使用して、金型１６へのインゴットの動きを補助することができる。方法／装置のいくつかの組み合わせも可能である。
【００９５】
本明細書で言及されるインゴット装入装置５０の部品は、図１１に示されているように、垂直システムと共に使用することも可能であることに注意されたい。例えば、一実施形態による射出成形システムは、垂直軸に沿って配置された溶融ゾーンを含み得、これによって１つ以上の合金インゴットが、溶融ゾーンに向かって垂直方向に分配される。図１１に示すように、ホルダは金型に対して水平方向に移動するように構成することができる。この方法において、作動又は排出機構を作動させて、１つ以上のインゴットを、移送スリーブ３０の端部を通って溶融ゾーン／容器内へと分配させることができる。別の実施形態において、インゴットを中に分配させるのに、重力を使用することができる。例えば、重力の力によってインゴットを排出して移送スリーブ３０内へと分配することができ、インゴットをプランジャ先端部により溶融ゾーン１２内で停止させることができる。
【００９６】
前述のように、図６におけるインゴット装入装置５０及びそのホルダ５２の構成は、インゴットのアーマチュア及びマガジンに限定することを意図したものではない。装置５０の他の実施形態も想定される。例えば、一実施形態において、装置５０はコンベア供給システムを含み、これにより１つ以上のインゴットが循環型コンベア（例えばベルト又はチェーン）上に提供され得る。各インゴットは、コンベアに沿って各インゴットを分離し間隔をあけて配置することができるような、スロット、開口部、又は領域において供給され得る。例えば、一時的保持装置（例えば金属フォーク）をコンベアに沿って利用することもできる。コンベアが動くにつれてインゴットが動く。分配位置で、インゴットは、これが金型１６を通って移動できるような位置（例えば排出機構５４がこれを押し出せるように位置合わせされた）に落下させるか、又は通過経路に直接落下させることができる。
【００９７】
別の実施形態において、インゴットは積み重ね又は位置合わせを必要としない。例えば、一実施形態において、インゴットは、射出成形システム１０内に装入するための各インゴットを分配する（例えばスライド又はシュートで滑り落とす）ように構成された保持容器内に供給される。ここでも、インゴットは、これが金型１６を通って移動できるような位置（例えば排出機構５４がこれを押し出せるように位置合わせされた）に落下させるか、又は通過経路に直接落下させることができる。
【００９８】
インゴット装入装置５０の他の設計には、排出機構５４の一部として入れ子式ピストン又は背面強化（stiff backed）チェーンなどの装置が含まれ得、これらは、金型側面の空間に適合するだけでなく、インゴットを溶融ゾーン１２へ押し込むように設計されている。そのような排出機構５４としての装置は、インゴットを押し込むための、レバー機構により押し込まれるよう設計することができる。より具体的には、そのような装置が押されて金型１６及びスリーブ３０の経路内に延長し、インゴットを所定位置に機械的に押し込み、インゴット挿入後に後退することができる。一実施形態において、排出機構５４は、金型開口部及び溶融ゾーンの軸に対して所定の角度で曲がるように構成することができる。例えば、開口部に対して９０度の角度で少なくとも１回曲がるようチェーンを配置することができ、更にこのチェーンを、溶融ゾーン１２内にインゴットを押し込むのに使用することができる。
【００９９】
本明細書に記述されているいずれの実施形態においても、溶融ゾーン１２にインゴットを導入するための装置は、開いた金型の領域（すなわち、第１側面４０と第２側面４２とが互いに離れたときの、その間のスペース）内に適合させるのに十分な、コンパクトな設計になっている。
【０１００】
更に、場合によっては、射出成形システム１０の装置は、１つ以上のインゴットの装入プロセスを補助するのに使用できることが想定されることに注意されたい。例えば、システム１０が第２プランジャ（例えば、金型１６の、プランジャ１４と反対方向の側面から挿入される）を含む場合、この第２プランジャは、インゴットを溶融ゾーン１２へと押し込むための排出機構（又は射出機構）として使用することができる。
【０１０１】
もちろん、インゴット装入装置５０の動き及び位置も、限定されるものではないことに注意されたい。装置は、射出成形システムの上から垂直に動くものとして記述されているが、いくつかの実施形態において、インゴット装入装置は、垂直に（上から）下方向への動き、水平方向の動き（いずれの方向でも）、又は垂直に（下から）上方向への動きにより、金型１６の開口部に揃った配置に動くように構成され得ることも想定される。また、定位置へと旋回してもよく、及び／又は、金型１６に対してさまざまな方向に動かすこともできる。
【０１０２】
図７〜１０は、インゴット装入装置５０を使用した方法と、射出成形システム（例えばシステム１０）において水平に配置されている金型１６及び溶融ゾーン１２に対する一般的な動きを示す。全体として、この方法は、１つ以上の合金インゴットを、装置５０のホルダ５２から、金型１６の開口部を通して、成形装置１０の溶融ゾーン１２内に装入する工程を伴う。この装置は次に、この１つ以上の合金インゴットを溶融ゾーン１２内で溶融して溶融合金を形成するのに使用することができる。場合によっては、金型１６が閉じていて（例えば、第１及び第２プレート４０及び４２が互いに対して閉位置に移動されていて）、システムの少なくとも一部に（真空ポンプ３８を使用して）真空を適用してから、溶融することができる。この後、溶融合金（インゴットの溶融による）を金型１６に導入して、部品を成形する。
【０１０３】
より具体的には、射出成形システム１０及びインゴット装入装置５０は、次のように作動させることができる：インゴット形態の溶融可能材料（例えばアモルファス合金又はＢＭＧ）を、インゴット装入装置５０のホルダ５２に装入する。装置５０は、図７に示すように、部品成形中に金型の開口部から離れた第２位置にある。具体的に、図７は、溶融した材料を金型キャビティに注入することにより部品が成形される際に（装置５０は図示なし）、金型１６のプレート４０及び４２が（真空を介して）どのように密閉されているかを示す。そのような射出プロセスには、例えば約１〜３秒間かかり得る。部品が成形されたら（例えば約１０〜１５秒間）、新しい溶融及び成形プロセスが開始される前に、第２プレート４２が第１プレート４０に対して水平方向に動いて第１プレートから離れ（矢印Ｄを参照）成形された部品が排出される（例えば、第２プレート４２から）。インゴット装入装置５０は次に、第２位置から移動し（例えば駆動機構５２を使用して）、第１プレート４０と及び第２プレート４２との間に下がって、その第１位置にきて（矢印Ｅを参照）、これによりその分配／排出機構５４が、図９に示すように、金型１６の開口部（移送スリーブ３０の端部４８）と一線上になる。装置５０の配置揃えには、垂直方向の動きと水平方向の動きの両方が含まれ得る。そのようなプロセスには、例えば約１〜３秒間かかり得る。排出機構５４は次に、金型１６及びスリーブ３０の開口部を通って１つ以上のインゴットを分配し（矢印Ｆを参照）、これによりインゴットが溶融ゾーン１２並びに容器２０（誘導コイル２６に取り囲まれている）に挿入され、受容される。場合によっては、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の溶融部分内に位置合わせさせる。次に、図１０に示すように、インゴット装入装置５０は、金型１６の開口部から離れて第２位置に戻るよう上方向に垂直に移動する（矢印Ｇを参照）。装置５０が移動すると、第２プレート４２が第１プレート４０に対して移動し、金型１６を閉じる（矢印Ｈを参照）。このシステムは次に、部品を成形するため、別の溶融及び成形サイクルの準備をする。
【０１０４】
このシステムは、真空源３８を使用して真空下に置くことができる。材料のインゴットは、誘導コイル２６の加熱により、誘導プロセスを介して加熱される。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を使用下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へと、水平軸に沿って水平方向にプランジャ１４を（右から左へ）動かすことにより、注入を開始する。金型１６は、溶融した材料を入口を介して（スリーブ３０の端部４８から）受容するように構成され、かつ、真空下でその溶融した材料を成形するように構成されている。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プレートとの間の金型キャビティ内に注入されて、金型１６で部品を成形する。金型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、溶融した材料を金型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。金型１６は次に、部品を大気に曝露させて排出し、インゴット装入装置５０を動かして位置を揃え、１つ以上のインゴットを溶融ゾーン１２内に分配するために、開いて圧力を開放する。この後、プロセスを再び開始することができる。
【０１０５】
したがって、本明細書で開示されている実施形態は、金型を使って周期的に部品を成形することができるように、溶融ゾーンにインゴットを自動的に装入及び分配するために、関連するインゴット装入装置を有する例示的な射出システムを示す。例えば、装入装置がアモルファス合金のインゴットを保持し、このシステムを使用してバルクアモルファス合金含有部品を形成することができる。
【０１０６】
本明細書に記述されているインゴット装入装置は、（従来システムに見られるような）装置の穴に沿った任意の位置でのインゴット装入ポートの必要をなくすことにより、射出成形装置／システムの設計を単純化するなど、いくつかの利益と利点をもたらすが、これらに限定されない。このことにより、溶接、Ｏリング、カラー、キャップ、及びその他の気体漏れポイントとなる可能性がある箇所の数が減少する。このプロセスを真空下で実施する際、漏れなどの潜在的問題の箇所を最小限に抑えることにより、溶融した材料に空気からの汚染物質が達する可能性が更に排除される。
【０１０７】
また、複雑さが少ないため、システムのコストも最小限に抑えられる。インゴット装入ポートを除去することにより、システム内で真空が必要なチャンバの大きさ及び全体の容積（例えば溶融ゾーンのチャンバ、移送スリーブ、及び金型キャビティ）も小さくなる。次に、より小さなチャンバは真空封止（脱気）をより迅速に行えるため、射出サイクルの長さも短縮され、これによってサイクル時間が短縮及び／又は最小化される。
【０１０８】
インゴット装入装置ではまた、インゴット装入目的のために誘導加熱コイル領域の外を動くプランジャロッドの必要がなくなることによって、所与の装置に必要なプランジャロッドの全体の長さも短縮される。典型的に、プランジャロッドは、プランジャ先端部が溶融ゾーン／コイルの外側にある状態で、溶融ゾーンから離れて引き戻せるような長さで形成され、これによってインゴットが溶融ゾーン／容器内に装入され得る。プランジャが形成される長さはかなり長く、機械自体も長くなる。しかしながら、インゴット装入ポート／領域がなくなったため、プランジャロッドはそれほど遠くに引き戻す必要がなく、よって長さを短縮することができる。加えて、システム自体の長さもある程度短縮され、これはスペースの面でも有益である。典型的に、溶融及び成形プロセス中には、プランジャ１４の長さ全体も真空する必要があるため、より高真空の圧力がシステム１０に適用される。これによって、従来システムにおいて真空を適用する容積は、より大きくなる。しかしながら、プランジャ１４の長さを少なくとも短縮することにより、より良い真空封止が適用される。
【０１０９】
加えて、インゴット装入装置５０は、溶融実施領域（溶融ゾーン１２の容器２０内）と、成形された部品の形成のためのキャビティ（金型１６内）との間の距離を最小限に抑えることができる。例えば、図１２の成形及び溶融ゾーンの図に示されているように、キャビティと溶融ゾーンは距離Ｄにおいて配置される。この距離Ｄは、装置５０のようなインゴット装入装置を使用した場合に短縮することができる（移送スリーブ３０及び／又は容器２０の長さを短縮することによって）。これは、距離Ｄを短縮することにより、溶融ポイントと金型キャビティへの射出部との間を溶融した材料が移動及び／又は動かされる長さが短縮されるため有益である。したがって、溶融が完了した時点から、部品が鋳造される時点までの経過時間も短縮される。溶融と成形の間の時間を短縮することは、アモルファス合金のような溶融材料の場合、そのアモルファス特性のゆえに、有益である。そのような溶融した材料が急冷される時間を短縮することにより、より良い品質の成形アモルファス部品が得られる。
【０１１０】
更に別の実施形態において、インゴットの位置を揃えて分配するための位置は限定されるべきでないことが理解されよう。例えば、図には、インゴットが移送スリーブ３０の端部４８を通って溶融ゾーン１２へと移動され得るように、金型の第１側面４０に揃ったインゴット装入装置５０が示されているが、インゴット装入装置５０は、金型１６の第２側面４２の開口部に揃うように構成することもできることが理解されよう。すなわち、金型の第２側面４２は貫通する開口部を有し得、これにより溶融ゾーン１２内に材料を挿入することが可能になる。したがって、インゴット装入装置５０は、共に使用する成形／鋳造装置の構成に応じて、金型のいずれの側からでも１つ以上の合金インゴットを分配するように構成可能であることが理解されよう。
【０１１１】
インゴット装入装置５０は更に、装置の自動制御（位置合わせ、分配）を補助するために、関連する制御機構、アクチュエータ、及び／又はセンサを含み得る。例えば、射出成形システム１０が金型を開く準備ができると、第１位置に移動させるよう信号が装置５０に送信される（例えばシステム１０からセンサを介して）。したがって、インゴット装入装置５０のパラメータは、関連する射出成形システム１０に基づき得る。例えば、互いに移動する金型１６の第１及び第２プレート４０及び４２のパラメータ（例えば速度（移動−開閉）、時間（例えば開くまでに金型１６がどのくらいの時間待つか、及びどのくらいの時間開いたままであるか）など）に基づいて、インゴット装入機構のパラメータ（例えば速度（第１位置と第２位置の間の移動について）、時間（例えば分配までの待ち時間及び／又は分配の速度）など）も設定することができる。センサ（例えば光学ゲート、レーザ（ＩＲ）、又は機械的スイッチ）を使用して、インゴット装入装置５０を金型１６内に延長しても安全かどうか（例えば金型の２つの２分割型の間）、及びいつ外に出すべきかを判定及び／又は確認することができる。射出成形システム１０からインゴット装入装置５０への信号を変換するインタフェースボックスを提供して、インゴット装入装置５０のさまざまな部品を制御し、推進力を適用することができる。
【０１１２】
更に、１つ以上のセンサを使用して、金型１６の開口部と、インゴット装入装置５０の出力部分との機械的位置合わせを確認することができる。例えば、センサ（例えば赤外線）又は検出器を、排出機構５４近くのホルダ５２の端部に提供して、金型１６との位置合わせを判定することができる。安全のため（例えば装置の破損及び／又は衝突を防ぐため）、１つ以上のセンサを使用することもできる。
【０１１３】
更に、任意のソフトウェア又はファームウェアを、インゴット装入装置５０と共に使用することができる。
【０１１４】
本明細書に記述される特徴に加え、本明細書に記述されている寸法、構成、及び材料は、制限されるべきではないことが理解されよう。さまざまな部品を形成するために、さまざまな材料及び／又は構成を使用することができる。
【０１１５】
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、顕著な空気曝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、任意の材料で作製することができ、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。この射出システムは、インゴット装入装置／機構を使用して内部に溶融可能材料（インゴット）を挿入するためだけでなく、部品を形成するために材料に真空を適用し、加熱し、射出し、及び成形するプロセスのためにも、自動又は半自動プロセスを実施し得る。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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