(57)【要約】  充填材を基材に結合するための方法チャンバ内で充填材を電磁浮遊させることによって、坩堝の溶解チャンバ内に充填材を保持する工程と、坩堝の溶解チャンバから充填材を解放して、充填材を基材の標的部位に送出する工程と、を含む。充填材（１２）を基材（１４）に結合するためのシステム（１０）は、溶解チャンバ（２６）と出口とを備える坩堝（２２）と、溶解チャンバ（２６）内で充填材（１２）を加熱する加熱要素（２０）と、溶解チャンバ（２６）の出口を通る充填材（１２）のフローを制御するため、溶解チャンバ（２６）内で充填材（１２）を電磁浮遊させて保持するように構成されたフロー制御機構（７４）と、を備える。【選択図】図１
2015533948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材（１２）を基材（１４）に結合するための方法（３００）であって、
前記充填材（１２）が溶解されるように、坩堝（２２）の溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解する工程（３０２）と、
前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）と、
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）から前記充填材（１２）を解放して、前記充填材（１２）を前記基材（１４）の標的部位（１８）に送出する工程（３０６）と、
を含む方法（３００）。
【請求項２】
前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）が、前記電磁浮遊によって前記充填材（１２）が前記坩堝（２２）の出口を離脱することを防ぐことを含み、前記溶解チャンバ（２６）から前記充填材（１２）を解放する工程（３０６）が、前記充填材（１２）が前記出口を離脱することを可能にすることを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項３】
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）から前記充填材（１２）を解放する工程（３０６）が、前記充填材（１２）から前記電磁浮遊を解放することを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項４】
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）から前記充填材（１２）を解放する工程（３０６）が、前記溶解チャンバ（２６）内にガスを注入することによって、前記充填材（１２）を前記溶解チャンバ（２６）から排出することを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項５】
前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）が、前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）から磁場を発生させることを含み、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）から発生した前記磁場が、前記充填材（１２）内に反対の磁場を誘発させる、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項６】
前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）が、前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）から磁場を発生させることを含み、前記磁場が、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）の高さに沿って垂直勾配を有する、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項７】
前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）が、前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）から磁場を発生させることを含み、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、上部コイル部分（７８、１７８、２７８）および下部コイル部分（８０、１８０、２８０）を有し、前記上部コイル部分（７８、１７８、２７８）のターンが前記下部コイル部分（８０、１８０、２８０）のターンに対して逆である、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項８】
前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）が、前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）から磁場を発生させることを含み、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、円錐形状または円筒形状の少なくとも一方を有する、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項９】
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解する工程（３０２）が、誘導加熱によって前記充填材（１２）を溶解することを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１０】
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する工程（３０４）が、前記充填材（１２）を磁場内で浮遊させることを含み、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解する工程（３０２）が、前記充填材（１２）を前記磁場内で加熱することを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１１】
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解する工程（３０２）が、前記溶解チャンバ（２６）に真空を印加すること、前記溶解チャンバ（２６）に不活性ガスを注入すること、または非酸化環境で前記充填材（１２）を溶解することの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１２】
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解する工程（３０２）が、前記充填材（１２）の溶解が前記基材（１４）の前記標的部位（１８）を前記標的部位（１８）の固相線温度または再結晶温度の少なくとも一方の温度未満に維持するように、前記基材（１４）の前記標的部位（１８）から離れるように離隔距離（ＤR）で前記充填材（１２）を溶解することを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１３】
前記充填材（１２）を使用して前記標的部位（１８）で前記基材（１４）を補修する工程（３０８）と、
前記充填材（１２）を使用して前記標的部位（１８）で前記基材（１４）を他の構成要素に結合する工程（３１０）と、
のうちの少なくとも一方をさらに含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１４】
充填材（１２）を基材（１４）に結合するためのシステム（１０）であって、
前記充填材（１２）を保持するための溶解チャンバ（２６）を有する坩堝（２２）であり、前記溶解チャンバ（２６）に流体的に接続された出口を備える坩堝（２２）と、
前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を加熱するために前記坩堝（２２）に動作的に接続された加熱要素（２０）であり、前記充填材（１２）が溶解されるように、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解するように構成される加熱要素（２０）と、
前記溶解チャンバ（２６）の前記出口を通る前記充填材（１２）のフローを制御するために前記坩堝（２２）に動作的に接続されたフロー制御機構（７４）であり、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させて、前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持するように構成されるフロー制御機構（７４）と、
を備えるシステム（１０）。
【請求項１５】
前記フロー制御機構（７４）が、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させることによって、前記充填材（１２）が前記坩堝（２２）の前記出口を離脱することを防ぐように構成される、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
前記フロー制御機構（７４）が、前記充填材（１２）から前記電磁浮遊を解放して、前記充填材（１２）が前記出口を離脱することを可能にするように構成される、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１７】
前記フロー制御機構（７４）が、不活性ガスの供給部に動作的に接続される弁（３４）を備え、前記弁（３４）が、前記溶解チャンバ（２６）内に前記不活性ガスを注入して、前記溶解チャンバ（２６）から前記出口を通って前記充填材（１２）を排出するように構成される、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１８】
前記加熱要素（２０）が、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びる誘導コイル（２０ａ、１２０、２２０）を備える、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１９】
前記フロー制御機構（７４）が、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）を備え、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させるように構成される、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項２０】
前記加熱要素（２０）が、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）を備え、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を溶解するように構成され、前記フロー制御機構（７４）が前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）を備え、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させるように構成される、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項２１】
前記フロー制御機構（７４）が、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）を備え、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させるように構成され、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、上部コイル部分（７８、１７８、２７８）および下部コイル部分（８０、１８０、２８０）を備え、前記上部コイル部分（７８、１７８、２７８）のターンが、前記下部コイル部分（８０、１８０、２８０）のターンに対して逆である、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項２２】
前記フロー制御機構（７４）が、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）を備え、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、前記溶解チャンバ（２６）内で前記充填材（１２）を電磁浮遊させるように構成され、前記コイル（２０ａ、１２０、２２０）が、円錐形状または円筒形状の少なくとも一方を備える、請求項１４に記載のシステム（１０）。
【請求項２３】
充填材（１２）を基材（１４）に結合するための方法であって、
溶解した金属充填材（１２）を坩堝（２２）の溶解チャンバ（２６）内に用意する工程と、
前記溶解チャンバ（２６）の周りに延びるコイル（２０ａ、１２０、２２０）から第１の磁場を発生させて、前記第１の磁場とは反対である第２の磁場を前記充填材（１２）内に誘発させる工程であり、互いに反対の前記第１および第２の磁場が、前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）内に前記充填材（１２）を保持する、工程と、
前記充填材（１２）を前記坩堝（２２）の前記溶解チャンバ（２６）から解放して、前記充填材（１２）を前記基材（１４）の標的部位（１８）に送出する工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料を結合するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
使用疲労は、各種の金属、セラミックおよび合金（例えば超合金）の構成要素に摩耗を経験させ得る。例えば、ひび割れ、摩削、腐食および／または各種の他の条件は、元の基材の除去または摩耗を生じさせ得る。摩耗した構成要素を補修するために、ひび割れを充填するように、摩削を修繕するように、および／またはそうでなければ腐食のために失われた材料を置換するように、充填材が加えられ得る（例えば溶接される）。同様に、２つ以上の構成要素を繋ぎ合わせるときに、充填材は、１つ以上の構成要素の元の基材に加えられ得る。基材と同一または同様である充填材は、補修および／または結合された構成要素に亘って比較的強い均一な機械的特性を提供するために使用され得る。
【０００３】
充填材が、比較的高い溶解温度を有する比較的高温性能の合金（例えば、ガスタービンエンジンの比較的高温のガス路に使用されるニッケルおよび／またはコバルト基の超合金）であるときに、充填材が元の基材に適用可能となる前に、比較的著しいエネルギーが充填材に印加されなければならない。しかし、充填材を溶解するために使用される大量の放射熱（例えば、溶接装置によって生成される）も、元の基材に影響を及ぼし得る。例えば、放射熱の衝突は、元の基材の微細構造にスランピング、溶解、再結晶化、結晶粒成長および／または他の変化を生じさせ得る。元の基材のそのような変化は、補修および／または繋ぎ合わされる構成要素の強度、靱性および／または他の機械的特性を低下させ得る。また、元の基材における放射熱の衝突は、冷却中に充填材と元の基材の間の結合部に「熱間割れ」と一般に称される破壊を生じさせ得る。
【０００４】
低い溶解温度を有する充填材が代わりに使用され得るが、そのような充填材は、高温で低い性能を提供し得、および／または、元の基材の機械的特性とは益々異なる機械的特性を有する。例えば、蝋付けプロセスは、元の基材に殆ど熱を付与し得ない。しかし、蝋付け材の溶解点は、元の基材の溶解点よりも低くなければならず、そのことは、溶解点抑制要素（例えばケイ素および／またはホウ素）の大量使用を必要とし得、それによって、補修および／または結合された構成要素の機械的特性に悪い影響を及ぼす比較的多量の脆弱な金属間化合物相を形成させる。元の基材に問題を生じさせずに比較的高い溶解温度の充填材を使用することを許容する技術およびシステムが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／２１６２９５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態において、充填材を基材に結合するための方法が提供される。方法は、充填材が溶解されるように、坩堝の溶解チャンバ内で充填材を溶解する工程と、溶解チャンバ内で充填材を電磁浮遊させることによって、坩堝の溶解チャンバ内に充填材を保持する工程と、坩堝の溶解チャンバから充填材を解放して、充填材を基材の標的部位に送出する工程と、を含む。
【０００７】
他の実施形態において、充填材を基材に結合するためのシステムが提供される。システムは、充填材を保持するための溶解チャンバを有する坩堝を含む。坩堝は、溶解チャンバに流体的に接続された出口を含む。加熱要素は、坩堝の溶解チャンバ内で充填材を加熱するために坩堝に動作的に接続される。加熱要素は、充填材が溶解されるように、溶解チャンバ内で充填材を溶解するように構成される。フロー制御機構は、溶解チャンバの出口を通る充填材のフローを制御するために坩堝に動作的に接続される。フロー制御機構は、溶解チャンバ内で充填材を電磁浮遊させて、溶解チャンバ内に充填材を保持するように構成される。
【０００８】
他の実施形態において、充填材を基材に結合するための方法が提供される。方法は、溶解した金属充填材を坩堝の溶解チャンバ内に用意する工程と、溶解チャンバの周りに延びるコイルから第１の磁場を発生させて、第１の磁場とは反対である第２の磁場を充填材内に誘発させる工程であり、互いに反対の第１および第２の磁場が、坩堝の溶解チャンバ内に充填材を保持する、工程とを含む。方法は、充填材を坩堝の溶解チャンバから解放して、充填材を基材の標的部位に送出する工程も含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】充填材を基材に結合するためのシステムの例示的な実施形態の模式図である。
【図２】図１に示すシステムのノズルの例示的な実施形態の断面図である。
【図３】図１に示すシステムの誘導コイルの例示的な実施形態の斜視図である。
【図４】図１に示すシステムの誘導コイルの他の例示的な実施形態の斜視図である。
【図５】図１に示すシステムの他の模式図である。
【図６】充填材を基材に結合するための方法の例示的な実施形態を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
幾つかの実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読まれると、より理解されるであろう。各種の実施形態は、図面に示す構成および手段に限定されないことを理解すべきである。
【００１１】
本明細書において、単数形で列挙するとともに語句「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」に続く要素または工程は、複数の前記要素または工程を除くことが明示的に示されない限り、複数の前記要素または工程を除いていないことを理解すべきである。さらに、「一実施形態」の参照は、列挙する特徴も組み込む追加の実施形態の存在を除いていると解釈されることを意図していない。また、反対であることが明示的に示されない限り、具体的な特性を有する要素または複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加的なそのような要素を含み得る。
【００１２】
各種の実施形態は、充填材を基材に結合するための方法およびシステムを提供する。各種の実施形態は、従来の結合および補修技術の機械的特性の改良を提供し得る。各種の実施形態は、充填材が溶解されるように、坩堝の溶解チャンバ内で充填材を溶解する工程と、溶解チャンバ内で充填材を電磁浮遊させることによって、坩堝の溶解チャンバ内に充填材を保持する工程と、坩堝の溶解チャンバから充填材を解放して、充填材を基材の標的部位に溶解ストリームで送出する工程とを含み得る。充填材は、充填材を溶解する工程によって、基材の標的部位が標的部位の固相線および／または再結晶温度を超えないように、基材の標的部位から離れるように離隔距離で溶解され得る。溶解した充填材は、基材の標的部位に連続ストリームで送出され得る。各種の実施形態は、電磁浮遊を使用するとともに、真空および不活性ガスの両方および／または結合作業を許容する、フロー制御機構を提供し得る。
【００１３】
各種の実施形態の技術的効果は、充填材における溶解点抑制剤の使用の低減または排除、基材に付与される過剰な熱の量の低減、および／または充填材の汚染を伴わずに構成要素を補修するための溶解した充填材の送出を含み得る。例えば、各種の実施形態の技術的効果は、充填材の汚染を伴わずに構成要素を連続補修するための、および／または充填材の汚染を伴わずに再鋳造補修するための、溶解した充填材の比較的清浄な送出を提供し得る。さらに、各種の実施形態の技術的効果は、熱衝撃、機械不良および／または溶解汚染（例えば溶解チャンバからの）を伴わずに溶解チャンバ（例えばセラミック坩堝の）の内側で充填材（例えば超合金充填材）を溶解することを含み得る。各種の実施形態の技術的効果は、構成要素の相応の構造および／または特性を復元するために利用可能な補修技術が存在しないために、従前に取り替えられた構成要素の補修を可能にすることを含み得る。また、各種の実施形態の技術的効果は、基材に近い、同様のおよび／または同一の機械的特性を有する結合部と次に結合可能である比較的高品質の副構成要素を鋳造するための代替的な製造オプションを可能にすることを含み得る。
【００１４】
本明細書において、用語「構成要素」は、溶解した充填材を構成要素の基材の標的部位に適用することを許容する任意の構造、任意のサイズおよび任意の幾何学形状を有する、任意の種類の構成要素であり得る。例えば、構成要素は、標的部位に空隙を有する比較的平坦な補修面を含み得る。空隙は、非限定的に、ひび割れ、摩擦、摩削、腐食、構成要素の基材の除去および／または摩耗を生じさせ得る他の条件等の各種の使用疲労によって存在し得る。また、一部の実施形態において、構成要素は、１つ以上の湾曲部、偶部、腕部、結合部等を含む。本明細書に記述および／または図示する各種の実施形態を使用して補修および／または結合され得る構成要素の例は、非限定的に、鋳造プロセスを使用して製作された構成要素、航空機の構成要素、航空機エンジンの構成要素、ガスタービンエンジンの構成要素（例えば、ガスタービンエンジン用のバケット）、翼（例えば、ガスタービンエンジン用のタービンブレード）、ノズル（例えば、ガスタービンエンジンの単結晶ノズル）等を含む。
【００１５】
構成要素の基材は、溶解した充填材を１つ以上の位置（すなわち標的部位）で結合させる（例えば、接触させた後に接着される）ことが可能であるような任意の物質を含み得る。例えば、基材は、非限定的に、金属、合金、セラミック、超合金等を含み得る。一部の実施形態において、基材は、ケイ素を比較的少量含みまたは含まない。一部の実施形態において、基材は、非限定的に、比較的高温のガス路用途のガスタービンエンジンに使用されるニッケル基超合金等のニッケル基超合金を含む。例えば、基材は、市販されているＲｅｎｅ（商標）Ｎ５合金を含み得る。また、一部の実施形態において、基材は、非限定的に、比較的高温のガス路用途のガスタービンエンジンに使用されるコバルト基超合金等のコバルト基超合金を含む。構成要素の基材の標的部位は、充填材が加えられることが意図される任意の位置であり得る。例えば、標的部位は、ひび割れ、多数の構成要素または副構成要素の間の結合部、摩削領域、腐食領域等を含み得る。
【００１６】
図１は、基材１４の標的部位１８（図５に示す）で構成要素１６（図５に示す）の基材１４（図５に示す）に充填材１２を結合するためのシステム１０の例示的な実施形態の模式図である。以下で記述するように、システム１０は、基材１４の標的部位１８から離れるように離隔距離ＤR（図５に示す）で配され得る。本明細書において、用語「離隔距離」は、システム１０からの放射エネルギーの結果として標的部位１８が標的部位１８の固相線および／または再結晶温度を超えないほど十分に長い、標的部位１８とシステム１０（例えば、加熱要素２０、坩堝２２、および坩堝２２内の任意の溶解した充填材１２）の間の任意の距離を含む。
【００１７】
システム１０は、坩堝２２、加熱ユニット２４およびフロー制御機構７４を含む。加熱ユニット２４は、加熱要素２０を含む。坩堝２２は、充填材１２を保持するように構成される。具体的に、坩堝２２は、溶解チャンバ２６を含む。溶解チャンバ２６は、充填材１２が溶解され、それによって溶解状態に変化するときに、充填材１２を内部に保持するように構成される。溶解チャンバ２６は、溶解した充填材１２が基材１４に送出される前に、溶解した充填材１２を少なくとも一時的に内部に保持するように構成される。
【００１８】
坩堝２２は、充填材１２が溶解されるときに溶解チャンバ２６が充填材１２を内部に保持することを可能にするとともに、溶解チャンバ２６が溶解した充填材１２を少なくとも一時的に内部に保持することを可能にする、任意の物質を含み得る。坩堝２２の適した物質の例は、非限定的に、酸化物、炭化物、窒化物、アルミナ基セラミック、アルミナ、多孔性アルミナ、窒化ホウ素、石英、セラミック、耐火性セラミック、金属低温炉床物（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｃｏｌｄ  ｈｅａｒｔｈｓ）、誘導加熱し易い物質等を含む。円錐状筒体の形状を有するように示しているが、加えてまたは代えて、坩堝２２は、本明細書に記述および／または図示するように坩堝２２が機能することを可能にする、任意の他の形状を含み得る。一部の実施形態において、坩堝２２は、比較的急速な加熱に対して耐熱衝撃性であるように構成されるとともに、溶解した充填材１２（例えば、ＧＴＤ４４４合金、Ｒｅｎｅ（商標）１４２合金およびＮ５合金）を少なくとも約３０分間少なくとも約１５５０℃で収容するほど十分に強くかつ不活性である。坩堝２２の溶解チャンバ２６は、非限定的に、約３０グラム超等、任意の容量を有し得る。例えば、それぞれ約２グラムまたは２グラム未満を使用する補修および／または結合作業の場合、３０グラムの容量の溶解チャンバ２６は、最大４または５の個々の補修および／または結合作業を可能にし得、これは、例えば、電磁浮遊および／または溶解の調節を可能にするように、所定量の充填材１２が溶解チャンバ２６に残留する必要があるためである。
【００１９】
充填材１２は、充填材１２が電磁浮遊され、完全な溶解状態に変化し（つまり、充填材１２の液相線温度を超す状態まで加熱され）、溶解状態で基材１４に送出され、基材１４と結合することが可能であるような、任意の物質を含み得る。一部の実施形態において、充填材１２は、２００℃以上で過熱される。充填材１２は、基材の標的部位１８に連続溶解ストリームで送出可能であり得る。充填材１２内に含まれ得る物質の例は、非限定的に、鉄物質、非鉄物質、金属物質、導電性物質、金属、合金、セラミック、超合金等を含む。一部の実施形態において、充填材１２は、ケイ素を比較的少量含みまたは含まない。一部の実施形態において、充填材１２は、非限定的に、比較的高温のガス路用途のガスタービンエンジンに使用されるニッケル基超合金等のニッケル基超合金を含む。例えば、充填材１２は、市販されているＲｅｎｅ（商標）Ｎ５合金または市販されているＲｅｎｅ（商標）１４２合金を含み得る。また、一部の実施形態において、充填材１２は、非限定的に、比較的高温のガス路用途のガスタービンエンジンに使用されるコバルト基超合金等のコバルト基超合金を含む。上述したように、充填材１２は、電磁浮遊可能である。電磁浮遊可能であると現在知られている物質は、非限定的に、鉄物質、非鉄物質、金属物質および導電性物質を含む。しかし、充填材１２は、充填材１２が電磁浮遊可能である限り、他の物質（例えば、非導電性物質、非金属物質等）を含み得または他の物質から完全に形成され得る（例えば、そのような物質が電磁浮遊可能であると判断される場合）。
【００２０】
一部の実施形態において、充填材１２の組成は、基材１４の組成と同一または基材１４の組成と同様である。充填材１２の組成が基材１４の組成と同一または同様であるそのような実施形態は、収縮、ひび割れおよび／または他の性能不良を低減または防止し得、これは、充填材１２と基材１４が同一または同様の物理的特徴を有するためである。さらに、そのような実施形態は、性能の向上および／または予測可能性を潜在的に許容するように、基材１４と充填材１２の間の物理的特性の緊密な適合を提供し得る。基材１４が単結晶を含む等の一部の実施形態において、充填材１２は、標的部位１８での結晶粒界に起因して、組成が基材１４と同様であるが同一ではない。例えば、基材１４が単結晶Ｒｅｎｅ（商標）Ｎ５を含むときに、充填材１２は、Ｒｅｎｅ（商標）１４２を含み得る。
【００２１】
充填材１２は、非限定的に、１つ以上のインゴットとして、１つ以上のペレットとして、１つ以上のロッドとして、１つ以上のブロックとして、１つ以上のワイヤとして、粉末として、スラリーとして等、任意の状態、構造、形態、構成、サイズ、形状、数量等で坩堝２２の溶解チャンバ２６に供給され得る。
【００２２】
上述したように、システム１０は、充填材１２を溶解状態に変化させるための加熱要素２０を含む加熱ユニット２４を含む。具体的に、加熱要素２０は、坩堝２２の溶解チャンバ２６内で加熱要素２０が充填材１２を加熱して、それによって充填材１２を溶解状態に変化させるべく構成されるように、動作的に坩堝２２に接続される。言い換えれば、加熱要素２０は、充填材１２が溶解されるように、溶解チャンバ２６内で充填材１２を溶解するように構成される。加熱要素２０は、溶解した充填材１２が基材１４に適用される前の例えば所定の時間量の間、溶解物としておよび／または所定の温度範囲で充填材１２を溶解チャンバ２６内に維持するように構成され得る。
【００２３】
加熱要素２０は、充填材１２が溶解物になるように、坩堝２２の溶解チャンバ２６内で十分なエネルギー（例えば熱）を充填材１２に印加可能な任意の種類の加熱要素であり得る。システム１０の例示的な実施形態において、加熱要素２０は、誘導コイル２０ａである。加熱ユニット２４は、電気接続部３０によって誘導コイル２０ａに動作的に接続される電源２８を含む。電源２８は、誘導コイル２０ａに電流（例えば交流電流）を供給する。電流は、抵抗加熱によって溶解チャンバ２６内で充填材１２を加熱する電磁場を誘導コイル２０ａが発生させるように、誘導コイル２０ａを励磁する。システム１０の例示的な実施形態において、誘導コイル２０ａは、坩堝２２の周りに巻き付けられる。しかし、誘導コイル２０ａは、坩堝２２の溶解チャンバ２６の近くおよび／または周りに任意の他の動作可能な構成を有し得る。誘導コイル２０ａであるとして示すとともに記述しているが、加熱要素２０は、加えてまたは代えて、非限定的に、アーク溶接装置（例えばＴＩＧ溶接）、ガス溶接装置（例えば酸素アセチレン溶接）、エネルギービーム溶接装置（例えばレーザビーム溶接）、マイクロ波等の任意の他の種類の加熱要素を含み得る。
【００２４】
システム１０は、真空源（不図示）および／または比較的低圧の不活性ガス源（不図示）に動作的に接続される入口システム３２を含み得る。入口システム３２は、例えば、充填材１２の酸化防止を促すために、充填材１２の溶解の前、最中および／または後に、溶解チャンバ２６に真空を印加し、および／または不活性ガスを注入するように構成される。例えば、充填材１２は、非酸化環境において溶解チャンバ内で溶解され得る。真空源は、真空ポンプおよび／または任意の他の真空源であり得る。不活性ガスは、任意の種類の不活性ガス（例えばアルゴン）であり得、任意の圧力で溶解チャンバ２６に供給され得る。入口システム３２は、非限定的に、弁、絞り、吹出し、ポンプ、真空ポンプ、センサ、制御ユニット、プロセッサ、手動遮断部、自動遮断部、ホース、導管、パイプ、チューブ、絶縁等の各種のフローおよび／または雰囲気制御特徴（不図示）を含み得る。例えば、システム１０の例示的な実施形態において、入口システム３２は、溶解チャンバ２６と真空源および／または不活性ガス源との間に流体的に接続される１つ以上の弁３４を含む。そのような弁３４は、非限定的に、２ポート弁、３ポート弁、４ポート弁、スイッチ等の任意の種類の弁であり得る。一部の実施形態において、弁３４は、比較的高速のデジタルスイッチである。例えば、真空から加圧への変化を約０．０１秒内で制御するために、約０．００２５秒の応答時間を有する比較的高速の真空／圧力スイッチが使用され得る。
【００２５】
坩堝２２を再び参照すると、坩堝２２は、頂部３６から底部３８まで延びる。システム１０の例示的な実施形態において、頂部３６は、溶解チャンバ２６に開放する開口４０を含む。開口４０は、充填材１２および／または他の物質（例えば、ガス、真空の印加等）を溶解チャンバ２６内にロードするための入口を提供する。１つのみを示しているが、坩堝２２は、任意の数の開口４０を頂部３６に含み得る。また、頂部３６を通って延びることに加えてまたは代えて、坩堝２２は、充填材１２および／または他の物質を溶解チャンバ２６内に装入するための入口を提供するための、坩堝２２の任意の側部４２を通って延びる１つ以上の開口（不図示）を含み得る。
【００２６】
坩堝２２は、溶解チャンバ２６に流体的に接続される出口システム４４を含む。出口システム４４は、溶解チャンバ２６から基材１４の標的部位１８への溶解した充填材１２の送出を促す任意の構造、構成、手段、配置等を含み得る。一部の実施形態において、出口システム４４は、溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６から基材１４の標的部位１８へ連続溶解ストリームで送出するように構成される。出口システム４４および／またはその１つ以上の構成要素（例えば、以下で記述する開口４６およびノズル５０）は、本明細書において溶解チャンバ２６の「出口」と称され得る。
【００２７】
一部の実施形態において、出口システム４４は、例えば約４ｐｓｉと約１６ｐｓｉの間の圧力下で、少なくとも毎秒約２メートル（ｍ／ｓ）の流速で、溶解した充填材１２を基材１４の標的部位１８に送出するように構成される。また、一部の実施形態において、出口システム４４は、例えば約４ｐｓｉと約１６ｐｓｉの間の圧力下で、少なくとも約１０センチメートル（ｃｍ）の長さ、少なくとも約２０ｃｍの長さ等である充填材１２の連続溶解ストリームを基材１４の標的部位１８に送出するように構成される。約３ｍ／ｓの流速で、約２０ｃｍの長さの充填材１２の連続溶解ストリームの温度損失は、約１０℃未満であり得る。
【００２８】
出口システム４４は、溶解チャンバ２６に開放する１つ以上の開口４６を含む。開口４６は、溶解した充填材１２を坩堝の溶解チャンバ２６から解放するための出口を提供する。システム１０の例示的な実施形態において、開口４６は、坩堝２２の底部３８を通って延びる。しかし、底部３８を通って延びることに加えてまたは代えて、出口システム４４は、坩堝２２の任意の側部４２および／または頂部３６を通って延びる１つ以上の開口４６を含み得る。単一の開口４６のみを示しているが、出口システム４４は、任意の数の開口４６を含み得る。
【００２９】
出口システム４４は、ノズル５０を含み得る。ノズル５０は、以下でより詳しく記述するように、充填材１２を基材１４の標的部位１８に適用するための開口４６に流体的に接続される。
【００３０】
図２は、ノズル５０の例示的な実施形態の断面図である。ノズル５０は、基部５４および先端部５６を含む。ノズル５０は、基部５４の端面６０から先端部５６の先端面６２まで中心長手軸線５８に沿って長さＬで延びる。ノズル５０は、任意の長さＬを有し得る。一部の実施形態において、ノズル５０の長さＬは、溶解した充填材１２（図１および図５に示す）の連続溶解ストリームでの送出を促すように、溶解した充填材１２からの熱損失の防止を促すように、および／または溶解した充填材１２に対する汚染（例えば、ノズル５０および／または雰囲気との接触からの）の防止を促すように選択される。ノズル５０の長さＬの例は、非限定的に、約５０ｍｍと約２５０ｍｍの間、約５０ｍｍ超、約１４９ｍｍ超等を含む。
【００３１】
ノズル５０は、図２から分かるように、ノズル５０の長さＬを通じて延びる開口６４を含む。開口６４は、進入部分６６、テーパ部分６８および出口部分７０を含む。進入部分６６は、端面６０を通って基部５４に沿って延びる。出口部分７０は、先端面６２を通って延びる。テーパ部分６８は、進入部分６６と出口部分７０の間に延びるとともにそれらの間を流体的に相互接続する。
【００３２】
開口６４の進入部分６６は、長さＬ1で延びる。システム１０の例示的な実施形態において、進入部分６６は、坩堝２２（図１および図５に示す）の開口４６（図１および図５に示す）に、溶解した充填材１２をそこから受けるために流体的に直接接続される。進入部分６６は、任意の長さＬ1を有し得る。一部の実施形態において、進入部分６６の長さＬ1は、溶解した充填材１２の連続溶解ストリームでの送出を促すように、溶解した充填材１２からの熱損失の防止を促すように、および／または溶解した充填材１２に対する汚染の防止を促すように選択される。進入部分６６の長さＬ1の例は、非限定的に、約３０ｍｍと約２３０ｍｍの間、約３０ｍｍ超、約１２９ｍｍ超等を含む。
【００３３】
進入部分６６は、直径Ｄ1を含む。システム１０の例示的な実施形態において、進入部分６６の直径Ｄ1は、進入部分６６の長さに沿って約一定である。しかし、代わりに、進入部分６６の直径Ｄ1は、その長さに沿って変化可能である。進入部分６６は、任意の直径Ｄ1を有し得る。進入部分６６の直径Ｄ1は、開口４６の直径と同一または同様であってもよく、そうでなくてもよい。一部の実施形態において、進入部分６６の直径Ｄ1、および／または開口４６の直径に対する直径Ｄ1の関係は、溶解した充填材１２の連続溶解ストリームでの送出を促すように、溶解した充填材１２からの熱損失の防止を促すように、および／または溶解した充填材１２に対する汚染の防止を促すように選択される。進入部分６６の直径Ｄ1の例は、非限定的に、約１０ｍｍと約３０ｍｍの間、約１０ｍｍ超、約１９ｍｍ超等を含む。
【００３４】
開口６４のテーパ部分６８は、任意の長さＬ2であり得る長さＬ2で延びる。一部の実施形態において、テーパ部分６８の長さＬ2は、溶解した充填材１２の連続溶解ストリームでの送出を促すように、溶解した充填材１２からの熱損失の防止を促すように、および／または溶解した充填材１２に対する汚染の防止を促すように選択される。テーパ部分６８の長さＬ2の例は、非限定的に、約９ｍｍと約２９ｍｍの間、約９ｍｍ超、約２８ｍｍ超等を含む。
【００３５】
テーパ部分６８は、テーパ部分６８が進入部分６６から出口部分７０へ延びるにつれて半径方向内側（中心長手軸線５８に対して）に先細る。言い換えれば、テーパ部分６８は、開口６４の幅を狭める。テーパ部分６８のテーパは、ノズル５０の傾斜した内部壁７２によって形成される。具体的に、内部壁７２は、テーパ部分６８が出口部分７０へ延びるにつれて半径方向内側に延びる傾斜Ｓを有する。内部壁７２は、テーパ部分６８に任意のテーパ量を与える任意の傾斜Ｓを有し得る。一部の実施形態において、テーパ部分６８のテーパ量は、溶解した充填材１２の連続溶解ストリームでの送出を促すように、溶解した充填材１２からの熱損失の防止を促すように、および／または溶解した充填材１２に対する汚染の防止を促すように選択される。内部壁７２の傾斜Ｓの例は、非限定的に、約２０°と約４０°の間、約２０°超、約３９°超等を含む。システム１０の例示的な実施形態において、内部壁７２の傾斜Ｓは、テーパ部分６８の長さに沿って約一定である。しかし、代わりに、テーパ部分６８の傾斜Ｓは、その長さに沿って変化可能である。
【００３６】
ノズル５０の出口部分７０は、基材１４の標的部位１８に充填材１２を適用するために使用される。例えば、出口部分７０は、溶解した充填材１２が基材１４に対する適用のために出口システム４４を離脱する、出口を提供する。一部の実施形態において、出口部分７０は、溶解した充填材１２を連続溶解ストリームで基材１４に送出すべくノズル５０が構成されるように構成される。出口部分７０は、本明細書において「出口開口」と称され得る。
【００３７】
開口６４の出口部分７０は、直径Ｄ2を含む。出口部分７０は、任意の直径Ｄ2を有し得る。出口部分７０は、任意の長さＬ3であり得る長さＬ3で延びる。一部の実施形態において、出口部分７０の長さＬ3は、溶解した充填材１２の連続溶解ストリームでの送出を促すように、溶解した充填材１２からの熱損失の防止を促すように、および／または溶解した充填材１２に対する汚染の防止を促すように選択される。出口部分７０の長さＬ3の例は、非限定的に、約０．５ｍｍと約２ｍｍの間、約０．５ｍｍ超、約１．９ｍｍ超等を含む。一部の実施形態において、出口部分７０の長さＬ3は、例えば約４ｐｓｉと約１６ｐｓｉの間の圧力下で、出口システム４４を通る溶解した充填材１２の少なくとも約２ｍ／ｓの流速を提供するように選択される。また、一部の実施形態において、出口部分７０の長さＬ3は、例えば約４ｐｓｉと約１６ｐｓｉの間の圧力下で、少なくとも約１０センチメートル（ｃｍ）の長さ、少なくとも約２０ｃｍの長さ等である充填材１２の連続溶解ストリームを送出するように選択される。
【００３８】
ノズル５０は、本明細書において記述および／または図示するようにノズル５０が機能することを可能にする任意の物質を含み得る。ノズル５０は、坩堝２２と同一または同様の物質から製作され得、または坩堝２２とは異なるまたは追加の物質から製作され得る。ノズル５０の適した物質の例は、非限定的に、酸化物、炭化物、窒化物、アルミナ基セラミック、アルミナ、多孔性アルミナ、窒化ホウ素、石英、セラミック、耐熱性セラミック、金属低温炉床物、誘導加熱し易い物質等を含む。ノズル５０は、坩堝２２と一体に形成され得（例えば、坩堝２２と同一の物質から）、または坩堝２２に後から取り付けられる、坩堝２２とは別個の構成要素として形成され得る。
【００３９】
図２に示すノズル５０は、例示のみを意図している。言い換えれば、出口システム４４は、本明細書に示され記述されるノズル５０の具体的な実施形態に限定されない。むしろ、ノズル５０に加えてまたは代えて、出口システム４４は、他の形状、サイズ、構成要素、構成、配置等を有する他のノズル（不図示）を含み得る。
【００４０】
図１を再び参照すると、簡単に上述したように、システム１０は、フロー制御機構７４を含む。フロー制御機構７４は、出口システム４４を通る溶解した充填材１２のフローを制御するために坩堝２２に動作的に接続される。例えば、フロー制御機構７４は、坩堝２２の溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させて、溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６内に保持するように構成される。具体的に、フロー制御機構７４は、溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させることによって、溶解した充填材１２が出口システム４４を離脱することを防ぐように構成される。また、フロー制御機構７４は、充填材１２から電磁浮遊を解放して、溶解した充填材１２が出口システム４４を離脱し、それによって、坩堝２２の溶解チャンバ２６を離脱することを可能にする。一部の実施形態において、電磁浮遊の解放に加えてまたは代えて、不活性ガスが溶解チャンバ２６内に注入されて、溶解した充填材１２を出口システム４４を通って溶解チャンバ２６から排出させる。また、出口システム４４を通る溶解した充填材１２のフローを制御するために電磁浮遊を使用することに加えてまたは代えて、フロー制御機構７４は、出口システム４４を通る溶解した充填材１２のフローを制御するために、例えば、「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＪＯＩＮＩＮＧ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ」と題する米国特許出願公開第2014/0093657A1号明細書に記述されるように、圧力差を使用し得る。
【００４１】
本明細書において、用語「電磁浮遊」は、充填材１２が出口システム４４を離脱することを防ぐほどの十分な力によって充填材１２を保持することを意味することを意図している。例えば、充填材１２の「電磁浮遊」は、重力とは反対である方向（例えば、図１における矢印Ａの方向）に作用する保持力を充填材１２に及ぼすことを含み、保持力は、充填材１２が重力によって出口システム４４を通って引っ張られることを防ぐように、充填材１２に作用する重力（例えば、図１における矢印Ｂの方向）よりも大きい。言い換えれば、例えば、保持力は、出口システム４４での充填材１２の水頭圧とは反対である方向で充填材１２に作用し得る。
【００４２】
充填材１２の「電磁浮遊」は、溶解チャンバ２６の内部壁７６から離れるように充填材１２を浮揚させることを含んでも含まなくてもよい。また、電磁浮遊によって充填材１２に及ぼされる保持力は、重力を克服して溶解チャンバ２６内に充填材１２を保持することに限定されない。むしろ、重力の克服に加えてまたは代えて、電磁浮遊によって充填材１２に及ぼされる保持力は、溶解チャンバ２６内に充填材１２を保持するために、溶解チャンバ２６内の圧力を克服し得る。しかし、以下でより詳しく記述するように、一部の実施形態において、溶解チャンバ２６は、出口システム４４を通って溶解チャンバ２６から充填材１２を排出するように加圧（例えば、不活性ガスを溶解チャンバ２６内に注入することによって）され得る。そのような実施形態において、電磁浮遊によって充填材１２に及ぼされる保持力は、溶解チャンバ２６が加圧される前の溶解チャンバ２６内の任意の初期圧力（および／または充填材１２に作用する任意の重力）よりも大きくてよい。
【００４３】
一部の実施形態において、出口システムおよび／またはその１つ以上の構成要素（例えば、開口４６およびノズル５０）は、溶解チャンバ２６の部分とみなされる。よって、溶解チャンバ２６内での充填材１２の「電磁浮遊」は、既に出口システム４４にある任意の充填材１２が出口システム４４を離脱すること、または出口システム４４内でさらに下流に移動することを防ぐことを含み得る。しかし、一部の実施形態において、溶解チャンバ２６内での充填材１２の「電磁浮遊」は、「電磁浮遊」中に充填材１２が出口システム４４内に存在しないように、充填材１２が出口システム４４に流れ込むことを防ぐことを含む。また、他の実施形態において、溶解チャンバ２６内での充填材１２の「電磁浮遊」は、既に出口システム４４内にある充填材１２を出口システム４４内で少なくとも部分的に上流に引き寄せること（例えば、充填材１２が出口システム４４内に存在しないように）を含む。言い換えれば、溶解チャンバ２６内での充填材１２の「電磁浮遊」は、出口システム４４（例えば、開口４６ならびにノズル５０の部分７０、６８および６６）の部分または全体から充填材１２を離間させることを含んでも含まなくてもよい。例えば、一部の実施形態において、充填材１２に及ぼされる保持力は、出口システム４４の任意の部分から充填材１２を離間させるほどに十分ではない。
【００４４】
フロー制御機構７４は、坩堝２２の溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させることが可能な任意の構成要素を含み得る。システム１０の例示的な実施形態において、誘導コイル２０ａは、溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させるために使用される。電源２８は、誘導コイル２０ａを励磁させて、溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させるために使用される。励磁されると、誘導コイル２０ａから磁場が発生する。レンツの法則によれば、誘導コイル２０ａから発生した磁場は、充填材１２内に反対の磁場を誘発させる。誘導コイル２０ａと充填材１２から発生した磁場の間の相互作用は、上述したように方向Ａに作用し得る保持力を充填材１２に及ぼす。具体的に、充填材１２内に誘発された磁場は、誘導コイル２０ａから発生した磁場とは反対であり、それによって、充填材１２に保持力を及ぼす。充填材１２内に誘発された磁場と誘導コイル２０ａから発生した磁場は、交互し得る。
【００４５】
電源２８は、任意の値を有する保持力によって充填材１２を電磁浮遊させる任意の励磁機構（例えば、任意の電圧量および／または任意の電流量）によって誘導コイル２０ａを励磁させ得る。誘導コイル２０ａは、誘導コイル２０ａが坩堝２２の溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させることを可能にする、任意の構成、任意の配置、任意の構造、任意の形状、任意のサイズ、任意のターン数、任意サイズのターン、任意の数の異なるターン方向、任意の全体長、任意の数の異なるように構成された部分等を有し得る。システム１０の例示的な実施形態において、誘導コイル２０ａは、坩堝２２の周りに巻き付けられる。しかし、誘導コイル２０ａは、誘導コイル２０ａが溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させることを可能にする、坩堝２２の溶解チャンバ２６の近くおよび／または周りにおける任意の他の動作可能な構成を有し得る。また、システム１０の例示的な実施形態において、誘導コイル２０ａは、上部コイル部分７８および下部コイル部分８０を含む。図１から分かるように、上部コイル部分７８のターンは、下部コイル部分８０のターンに対して逆である。具体的に、システム１０の例示的な実施形態において、上部コイル部分７８のターンは、時計回り方向に延びる一方、下部コイル部分８０のターンは、反時計回り方向に延びる。上部コイル部分７８のターンと下部コイル部分８０のターンとの方向の相違は、誘導コイル２０ａを垂直に通る磁場勾配を発生させ得る。そのような垂直の磁場勾配は、充填材１２に保持力を及ぼす電磁浮遊を提供する。また、上部コイル部分７８と下部コイル部分８０のターンの方向の相違は、保持力を方向Ａに及ぼすことを促し得、これは、コイル部分７８および８０の間の界面で磁場が相殺するためであり、それによって、充填材１２の上方（図１に視認されるように）よりも充填材１２の下方（図１に視認されるように）に大きな磁力を作り出す。
【００４６】
他の実施形態において、上部および下部のコイル部分７８および８０のターンの時計回りと反時計回りのそれぞれの方向は、上部コイル部分７８のターンが反時計回り方向に延びるとともに、下部コイル部分８０のターンが時計回り方向に延びるように逆にされ得る。また、他の実施形態において、上部および下部のコイル部分７８および８０のそれぞれのターンは、互いに同一方向（時計回りまたは反時計回りのいずれか）に延び得る。２つを示しているが、誘導コイル２０ａは、任意の他の数のコイル部分を含み得る。また、誘導コイル２０ａの各コイル部分（例えば、上部コイル部分７８および下部コイル部分８０のそれぞれ）は、任意の方向に延びる任意の数のターンを含み得る。
【００４７】
システム１０の例示的な実施形態において、上部コイル部分７８および下部コイル部分８０は、個別に電源２８に電気的に接続されるように示されている。具体的に、上部コイル部分７８は、電気接続部３０ａによって電源２８に電気的に接続される一方、下部コイル部分８０は、異なる電気接続部３０ｂによって電源２８に電気的に接続される。代わりに、上部コイル部分７８および下部コイル部分８０は、共通電気接続部によって電源２８に電気的に接続される（例えば、図３に示す誘導コイル１２０の場合のように）。上部および下部のコイル部分７８および８０のそれぞれが個別に電源２８に電気的に接続されると、上部コイル部分７８は、充填材１２を加熱および／または電磁浮遊させるために、下部コイル部分８０と同一の励磁機構（例えば、同一の電圧および同一の電流を供給される）において励磁され得る。しかし、他の実施形態において、上部コイル部分７８は、上部および下部のコイル部分７８および８０のそれぞれが個別に電源２８に電気的に接続される実施形態において、充填材１２を加熱および／または電磁浮遊させるために、下部コイル部分８０とは異なる励磁機構（例えば、異なる電圧および／または異なる電流を供給される）において励磁され得る。
【００４８】
上述したように、誘導コイル２０ａは、誘導コイル２０ａが坩堝２２の溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させることを可能にする、任意の形状を有し得る。システム１０の例示的な実施形態において、誘導コイル２０ａは、円錐形状を含む。具体的に、誘導コイル２０ａの上部コイル部分７８は、直円筒の概形を有する。誘導コイル２０ａの下部コイル部分８０は、頂部８２から底部８４まで延びる。頂部８２では、下部コイル部分８０は、直円筒の概形を有する。しかし、下部コイル部分８０は、図１から分かるように、底部８４で半径方向内側に先細る。下部コイル部分８０の底部８４のテーパは、円錐筒の概形を誘導コイル２０ａに与える。下部コイル部分８０の底部８４のテーパは、方向Ａに保持力を及ぼすことを促し得、これは、底部８４の狭い直径が、充填材１２の上方（図１に視認されるように）よりも大きな磁力を充填材１２の下方に（図１に視認されるように）作り出すためである。
【００４９】
図３は、坩堝２２（図１および図５に示す）の溶解チャンバ２６（図１および図５に示す）内で充填材１２（図１および図５に示す）を電磁浮遊させるためのシステム１０の誘導コイル１２０の他の例示的な実施形態の斜視図である。誘導コイル１２０は、上部分１７８および下部分１８０を含む。上部コイル部分１７８のターンは、下部コイル部分１８０のターンに対して逆である。上部コイル部分１７８および下部コイル部分１８０は、共通電気接続部１３０によって電源２８に電気的に接続される。具体的に、上部コイル部分１７８の端部１８６は、電源２８に電気的に接続される一方、下部コイル部分１８０の端部１８８は、電源２８に電気的に接続される。上部コイル部分１７８は、上部コイル部分１７８の端部１８６から下部コイル部分１８０の端部１８８まで誘導コイル１２０に沿って連続電気経路が形成されるように、下部コイル部分１８０から延びており、逆も可能である。
【００５０】
図３の例示的な実施形態において、誘導コイル１２０は、円錐筒の概形を有する。具体的に、誘導コイル１２０の上部コイル部分１７８は、直円筒の概形を有する一方、誘導コイル１２０の下部コイル部分１８０は、その底部１８４で半径方向内側に先細る。
【００５１】
図４は、坩堝２２（図１および図５に示す）の溶解チャンバ２６（図１および図５に示す）内で充填材１２（図１および図５に示す）を電磁浮遊させるためのシステム１０の誘導コイル２２０の他の例示的な実施形態の斜視図である。誘導コイル２２０は、上部分２７８および下部分２８０を含む。上部コイル部分２７８のターンは、下部コイル部分２８０のターンに対して逆である。図４の例示的な実施形態において、誘導コイル２２０は、直円筒の概形を有する。具体的に、誘導コイル２２０の上部コイル部分２７８および下部コイル部分２８０の両方は、直円筒の概形を有する。
【００５２】
上部コイル部分２７８および下部コイル部分２８０は、共通電気接続部２３０によって電源２８に電気的に接続される。具体的に、上部コイル部分２７８の端部２８６は、電源２８に電気的に接続される一方、下部コイル部分２８０の端部２８８は、電源２８に電気的に接続される。上部コイル部分２７８は、上部コイル部分２７８の端部２８６から下部コイル部分２８０の端部２８８まで誘導コイル２２０に沿って連続電気経路が形成されるように、下部コイル部分２８０から延びており、逆も可能である。
【００５３】
図１を再び参照すると、誘導コイル２０ａに加えてまたは代えて、フロー制御機構７４は、溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させるように構成される任意の他の種類の電磁浮遊構成要素を含み得る。また、システム１０の例示的な実施形態においては、誘導コイル２０ａが溶解チャンバ２６内での充填材１２の溶解および電磁浮遊の両方に使用されるが、他の実施形態においては、加熱要素２０と、溶解チャンバ２６内で充填材１２を電磁浮遊させるために使用される構成要素とが互いに個別の構成要素である。また、溶解チャンバ２６内での充填材１２の溶解および電磁浮遊の両方に電源２８が使用されるが、他の実施形態において、システム１０は、充填材１２の浮遊用と、充填材１２の電磁浮遊用とに個別の電源を含む。
【００５４】
システム１０の例示的な実施形態において、フロー制御機構７４は、溶解チャンバ２６内に不活性ガスを注入して、溶解した充填材１２を出口システム４４を通って溶解チャンバ２６から排出するために、不活性ガスの供給源に動作的に接続される入口システム３２を含む。不活性ガスは、任意の種類の不活性ガス（例えばアルゴン）であり得、任意の圧力で溶解チャンバ２６に供給され得る。溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６から排出するために使用される不活性ガスの供給は、充填材１２の溶解の前、最中および／または後に溶解チャンバ２６内に注入される供給（上述した）と同一または異なる供給であり得る。上述したように、入口システム３２は、非限定的に、弁、絞り、吹出し、ポンプ、真空ポンプ、センサ、制御ユニット、プロセッサ、手動遮断部、自動遮断部、ホース、導管、パイプ、チューブ、絶縁等の各種のフローおよび／または雰囲気制御特徴（不図示）を含み得る。例えば、システム１０の例示的な実施形態において、入口システム３２は、溶解チャンバ２６と不活性ガス源の間に流体的に接続される弁３４を含む。システム１０の例示的な実施形態においては、溶解チャンバ２６からの溶解した充填材１２の排出と、充填材１２の溶解の前、最中および／または後の溶解チャンバ２６内への不活性ガスの注入および／または真空の印加との両方に同一の入口システム３２が使用されるが、他の実施形態においては、個別の入口システム３２が使用される。
【００５５】
電磁浮遊構成要素（例えば、誘導コイル２０ａおよび電源２８）に加えて、フロー制御機構７４は、１つ以上のゲート（不図示）、１つ以上のプラグ（不図示）、１つ以上の弁（不図示）、および／または、充填材１２が出口システム４４を通って溶解チャンバ２６を離脱することを防ぐ１つ以上の他のフロー制御デバイスを含み得る。例えば、一部の実施形態において、ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスは、開口４６内および／または出口システム４４の他の位置に配置される。ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスは、充填材１２が出口システム４４を離脱することをゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスが阻止する閉鎖位置と、充填材１２が出口システム４４を離脱することをゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスが阻止しない開放位置との間で移行し得る。一部の実施形態において、開口４６は、充填材１２が開口４６を通過できる前に充填材１２の過圧が必要であるようにサイズ決めされる。そのような実施形態において、充填材１２は、溶解チャンバ２６から間隔を置いて放出され得る。
【００５６】
システム１０は、１つ以上のコントローラ９０および／またはシステム１０の動作を制御するための他のサブシステムを含み得る。例えば、コントローラ９０は、加熱要素２０、フロー制御機構７４、入口システム３２、システム１０の任意のセンサ、システム１０の任意のゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイス等の動作を制御し得る。コントローラ９０によって制御され得る、システム１０の各種の構成要素の動作の例は、非限定的に、加熱要素２０の開始、加熱要素２０によって充填材１２に付与される熱の量、充填材１２の電磁浮遊の開始、電磁浮遊によって充填材１２に及ぼされる保持力の量、誘導コイル２０ａの励磁の開始（例えば、加熱用および／または電磁浮遊用）、誘導コイル２０ａの具体的な励磁機構（例えば、加熱用および／または電磁浮遊用）、溶解チャンバ２６内への不活性ガスの注入の開始（例えば、充填材１２の溶解中、および／または溶解した充填材１２の溶解チャンバ２６からの排出のため）、溶解チャンバ２６内に注入される不活性ガスの種類、量および／または圧力、溶解チャンバ２６に対する真空の印加等を含む。コントローラ９０の他の例示的な動作は、非限定的に、充填材１２に付与される熱の量および／または速度を決定する、システム１０の１つ以上のセンサの監視、充填材１２の温度および／または充填材１２が充填材１２の液相線温度に達しているかを決定する、システム１０の１つ以上のセンサの監視、充填材１２に印加される電磁浮遊の量（すなわち、保持力の量）を決定する、システム１０の１つ以上のセンサの監視、出口システム４４を通る溶解した充填材１２の流速を決定する、システム１０の１つ以上のセンサの監視等を含む。
【００５７】
動作中に、図１および図５を次に参照すると、充填材１２は、例えば開口４０を通じて、坩堝２２の溶解チャンバ２６内に装入される。上述したように、充填材１２は、任意の状態であり得、充填材１２が溶解チャンバ２６内に装入されるときに任意の構造、形態、構成、サイズ、形状、数量等を有し得る。誘導コイル２０ａは、電源２８を使用して励磁され、それによって、溶解チャンバ２６内で充填材１２を加熱する。十分な量の熱が充填材１２に付与されると、充填材１２は、溶解し、それによって、溶解状態に変化する。図１および図５の両方は、溶解物としての充填材１２を図示している。
【００５８】
一部の実施形態において、充填材１２の溶解は、例えば、冷却および凝固の前に、溶解した充填材１２が基材１４（図１に示していない）の標的部位１８（図１に示していない）を全体的に流れて完全に充填することを確実にすることを促すために、充填材１２の液相線温度を超す温度まで充填材１２を過熱することを含む。誘導コイル２０ａは、例えば、溶解した充填材１２が基材１４に適用される前の所定の時間量の間、充填材１２を溶解物としておよび／または所定の温度範囲内で溶解チャンバ２６内に維持するように構成され得る。一部の実施形態において、システム１０は、約１５分内で室温から約１５５０℃まで超合金充填材１２を加熱するとともに、熱衝撃、機械的不良、溶解汚染等を伴わずに、約３０分以上の滞留時間を許容するように構成される。
【００５９】
上述したように、充填材１２の溶解は、基材１４の標的部位１８から離隔距離ＤR（図１に示していない）で行われ得る。離隔距離ＤRは、システム１０からの放射エネルギーの結果として標的部位１８が、標的部位１８の固相線および／または再結晶温度を超えないほど十分に長い、標的部位１８とシステム１０（例えば、加熱要素２０、坩堝２２、および坩堝２２内の溶解した任意の充填材１２）の間の任意の距離を含む。離隔距離ＤRは、基材１４の標的部位１８の位置と同一の設備内または異なる設備内で充填材１２の溶解が行われるような寸法を有し得る。離隔距離ＤRは、例えば、加熱要素２０から充填材１２に印加されるエネルギーの量、充填材１２にエネルギーが印加される時間量、基材１４の標的部位１８を構成する具体的な物質、加熱要素２０から放射するエネルギーの量、溶解チャンバ２６内に収容される任意の溶解した充填材１２の量および／または温度、および／またはシステム１０と標的部位１８の間の任意の絶縁バリアに依存し得る。一部の実施形態において、システム１０からの放射エネルギーの一部は、標的部位１８の固相線および／または再結晶温度未満の温度まで標的部位１８を加熱し得る。そのような実施形態において、そのような加熱は、以下で議論するように、標的部位１８を潜在的に予熱するときに考慮され得る。標的部位１８から離隔距離ＤRで溶解される充填材１２の可能性は、表題「ＲＥＭＯＴＥ  ＭＥＬＴ  ＪＯＩＮＩＮＧ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＲＥＭＯＴＥ  ＭＥＬＴ  ＪＯＩＮＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ」で２０１２年４月２３日に出願された米国特許出願第１３／４５３，０９７号（弁護士事件記録簿第２４８７１８号）にも記述されている。
【００６０】
充填材１２の溶解は、各種の環境で行われ得る。例えば、一部の実施形態において、充填材１２の溶解は、不活性雰囲気で生じ得る。具体的に、システム１０は、上述するように、充填材１２の溶解の前および／または最中に溶解チャンバ２６内に不活性ガスを注入し得る（例えば、入口システム３２を使用して）。不活性ガスは、任意の種類の不活性ガスであり得、任意の圧力で溶解チャンバ２６に供給され得る。他の実施形態において、充填材１２の溶解は、低圧（例えば真空）環境で生じる。例えば、システム１０は、充填材１２の溶解の前および／または最中に溶解チャンバ２６に真空を印加し得る（例えば、入口システム３２を使用して）。さらに他の実施形態において、充填材１２の溶解は、基材１４の標的部位１８に送出するための溶解した充填材１２をシステム１０が生成可能である任意の他の種類の環境で生じ得る。
【００６１】
充填材１２は、溶解チャンバ２６内で電磁浮遊される。具体的に、電源２８は、誘導コイル２０ａを励磁させ、それによって充填材１２を電磁浮遊させるために使用される。上述したように、充填材１２は、溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６内に保持する（すなわち、溶解した充填材１２が出口システム４４を離脱することを防ぐ）ために電磁浮遊される。図１に示すように、電磁浮遊は、充填材１２が出口システム４４内に存在しないように、開口４６で充填材１２を保持する。しかし、他の実施形態、状態、状況、処理工程等において、電磁浮遊は、充填材１２が出口システム４４を概ね充填するとともにノズル５０を離脱することを防ぐように、ノズル５０の出口部分７０で充填材１２を保持し得る。さらに他の実施形態、状態、状況、処理工程等において、電磁浮遊は、充填材１２が出口システム４４の一部のみを充填するように、出口システム４４の他の部分で充填材１２を保持し得る。更なる実施形態、状態、状況、処理工程等において、電磁浮遊ΔＰ1は、既に出口システム４４内にある充填材１２を出口システム４４内で少なくとも部分的に上流に引き寄せ得る。
【００６２】
一部の実施形態において、充填材１２の電磁浮遊は、充填材１２の加熱が開始される前に開始され、または充填材１２の電磁浮遊および加熱は、同時に開始される。例えば、一部の実施形態において、充填材１２は、磁場内で電磁浮遊されるとともに、磁場内で加熱もされる。具体的に、誘導コイル２０ａによって充填材１２内に誘発された磁場は、充填材１２を加熱する回転渦電流を充填材１２内に作り出し得る。他の実施形態において、充填材１２は、充填材１２の加熱が開始された後まで電磁浮遊されない。一部の実施形態において、充填材１２は、充填材１２が溶解チャンバ２６内に装入されるとすぐに電磁浮遊される。
【００６３】
充填材１２の加熱が開始された後まで充填材１２が電磁浮遊されない、そのような実施形態において、電磁浮遊は、任意の充填材１２が溶解状態に変化するとすぐに開始され得、そのような溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６内に保持する。例えば、ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスが出口システム４４内に設けられない場合、電磁浮遊は、任意の充填材１２が溶解状態に変化するとすぐに開始され得、そのような溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６内に保持する。ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスが出口システム４４内に設けられる実施形態において、ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスは、電磁浮遊が開始される前に、任意の溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６内に保持するために依存され得、あるいは電磁浮遊は、任意の充填材１２が溶解状態に変化するとすぐに開始され得、ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスを補う。また、開口４６よりも小さいサイズまたは開口４６内に保持されるフィルタまたはスクリーン（不図示）内の開口よりも小さいサイズで充填材１２が溶解チャンバ２６に供給されるときに、電磁浮遊は、（ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスの使用に加えてまたは代えて）充填材１２が溶解チャンバ２６内に装入されるとすぐに開始され得る。
【００６４】
一部の実施形態において、充填材１２は、充填材１２の全てが溶解状態に変化した後まで電磁浮遊されない。充填材１２の全てが溶解状態に変化した後まで充填材１２が電磁浮遊されないそのような実施形態において、ゲート、プラグ、弁および／または他のフロー制御デバイスは、電磁浮遊が開始される前に、溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６内に保持するために、出口システム４４内に設けられ得る。
【００６５】
システム１０の例示的な実施形態において、溶解チャンバ２６内での充填材１２の加熱と充填材１２の電磁浮遊との両方のために同一の誘導コイル２０ａが使用される。もちろん、一部の実施形態において、誘導コイル２０ａは、充填材１２の加熱および電磁浮遊の両方のために、同一の励磁機構（例えば、同一の電圧および同一の電流を供給される）によって励磁され得る。もちろん、他の実施形態において、誘導コイル２０ａは、充填材１２を加熱するときには、充填材１２を電磁浮遊させるときとは異なる励磁機構（例えば、異なる電圧および／または異なる電流を供給される）によっても励磁され得る。
【００６６】
一部の実施形態において、基材１４の標的部位１８は、溶解した充填材１２がそこに送出される前に前処理される。基材１４の標的部位１８の前処理は、充填材１２の溶解の前、同時または後に（またはそれらの組合せで）行われ得る。標的部位１８の前処理は、非限定的に、室温を超すが標的部位１８の固相線および／または再結晶温度未満である予熱温度まで標的部位１８を予熱すること、標的部位１８（例えばその表面）を洗浄すること、標的部位１８で基材１４の少なくとも一部を切削すること等を含み得る。
【００６７】
基材１４の標的部位１８の洗浄は、基材１４と充填材１２の間の比較的高品質の接着を許容し得る。標的部位１８の洗浄は、非限定的に、酸化物、他の非金属化合物等の標的部位１８を洗浄することを含み得る。標的部位１８の洗浄は、非限定的に、酸洗浄、水素洗浄、フッ化物イオン洗浄等の任意の方法、手段、洗浄剤等を使用して行われ得る。
【００６８】
標的部位１８での基材１４の少なくとも一部の切削は、より幾何学的で一貫的なおよび／またはそうでなければ到達可能な標的部位１８の補修を許容し得る。また、切削は、例えば、その後の充填材１２の追加を促すために、任意の幾何学的および／または非幾何学的な形状を有する標的部位１８を提供し得る。標的部位１８での基材１４の少なくとも一部の切削は、非限定的に、研削、切断、削取、削孔、研磨等の任意の方法、手段、道具等を使用して行われ得る。
【００６９】
標的部位１８の予熱は、とりわけ、溶解した充填材１２が標的部位１８に適用されるときの溶解した充填材１２の早期の冷却および／または凝固の防止、標的部位１８および／または標的部位１８の周りに存在する残留応力の低減等を助け得る。標的部位１８の予熱は、非限定的に、誘導コイル、加熱炉、レーザ、および／または標的部位１８にエネルギーおよび／または熱を提供可能である任意の他の装置等の各種の加熱方法によって実現され得る。一部の実施形態において、坩堝２２内で充填材１２を溶解するために使用される同一の加熱要素２０は、基材１４の標的部位１８を予熱するためにも使用される。例えば、共通誘導コイル（不図示）は、溶解した充填材１２を標的部位１８に送出する前に、標的部位１８の固相線および／または再結晶温度を超えず、その温度未満に標的部位１８が維持される限り、標的部位１８と坩堝２２の間を移行し得る。
【００７０】
一部の実施形態において、基材１４の標的部位１８の温度は、非限定的に、熱電対、高温計、温度計等の１つ以上の温度センサ（不図示）によって監視される（例えば、コントローラ９０および／または他の制御システムを使用して）。１つ以上の温度センサからのフィードバックは、予熱温度が制御されるように、基材１４の標的部位１８に加えられる熱および／またはエネルギーの量を制御するために利用され得る。例えば、そのようなフィードバックは、予熱デバイスに対する出力の量、予熱デバイスと標的部位１８の間の距離、および／または、基材１４の標的部位１８の温度に影響を及ぼし得る任意の他の変数を制御するために利用され得る。
【００７１】
溶解した充填材１２を基材１４に適用し始めることが所望されると、フロー制御機構７４は、溶解した充填材１２を出口システム４４を通って坩堝２２から解放するために使用される。例えば、一部の実施形態において、電磁浮遊は、溶解した充填材１２から少なくとも部分的に解放され（例えば、誘導コイル２０ａを少なくとも部分的に非励磁させることによって）、それによって、溶解した充填材１２に作用する重力が、溶解した充填材１２を出口システム４４を通って引き寄せることを可能にする。出口システム４４内に設けられた任意のゲート、プラグ、弁または他のフロー制御デバイスは、電磁浮遊が少なくとも部分的に解放されると、溶解した充填材１２が出口システム４４を離脱することを可能にするために、除去および／または開放され得る。一部の実施形態において、フロー制御機構７４は、溶解した充填材１２を溶解チャンバ２６から連続溶解ストリームで解放するように構成される。
【００７２】
電磁浮遊の少なくとも部分的な解放に加えてまたは代えて、一部の実施形態において、フロー制御機構７４は、溶解した充填材１２を出口システム４４を通って溶解チャンバ２６から排出する圧力で、不活性ガスを溶解チャンバ２６内に注入し得る（例えば、入口システム３２を使用して）。例えば、不活性ガスは、電磁浮遊の保持力よりも大きい排出力を充填材１２に及ぼす圧力を有し得る。また、例えば、不活性ガスは、電磁浮遊が部分的に解放されると、残留する保持力よりも大きい排出力を充填材１２に及ぼす圧力を有し得る。さらに、例えば、不活性ガスの圧力は、電磁浮遊の完全な解放の後に、溶解した充填材１２に作用する重力を補うために使用され得る。不活性ガスの圧力は、溶解した充填材１２を基材１４の標的部位１８に任意の所望の流速で送出するように選択され得る。溶解した充填材１２の排出のためのシステム全体の応答時間は、定常状態への移行中の流速の増加率によって制限され得る。
【００７３】
図５は、坩堝２２の溶解チャンバ２６から出口システム４４を通って基材１４の標的部位１８に送出される溶解した充填材１２を図示している。図５のみを次に参照すると、溶解した充填材１２は、基材１４の標的部位１８から離れるように任意のフロー距離ＤFで出口システム４４（例えばノズル５０）を離脱し得る。溶解した充填材１２は、例えば、溶解した充填材１２を標的部位１８に所望の量および／または必要な量で適用することに必要な時間長等の任意の時間長の間、基材１４の標的部位１８に送出および適用され得る。例えば、標的部位１８への溶解した充填材１２の送出および適用の期間は、溶解した充填材１２の流速、標的部位１８のサイズ等に依存し得るが、依存する場合に限定されない。加えて、充填材１２が特定の環境（例えば、不活性雰囲気、真空等）で溶解されるときに、溶解した充填材１２の標的部位１８への送出および適用は、同一または実質的に同様の環境で生じ得る。溶解した充填材１２の各送出による１つ以上の標的部位１８への質量および熱入力量は、必要に応じて、非限定的に約０．０５から約１秒まで等の保圧時間を予め設定することによって制御され得る。
【００７４】
一部の実施形態において、基材１４の標的部位１８への溶解した充填材１２の送出は、標的部位１８で基材１４の局所部（すなわち、溶解した充填材１２と接触することになる基材１４の一部）を一時的に溶解させる。具体的に、溶解した充填材１２の温度は、充填材１２および基材１４の局所部が冷却するときに、溶解した充填材１２と基材１４の局所部とが接合するように、基材１４の局所部の温度を基材の局所部の溶解温度よりも一時的に高める。そのような実施形態において、基材１４と結合した充填材１２の得られた結合部は、元の間隔よりも大きくなり得る。
【００７５】
一部の実施形態において、出口システム４４は、溶解した充填材１２を坩堝２２から基材１４の標的部位１８へ連続溶解ストリームで（例えば、送出の間に著しい液滴または他の中断の形成を伴わずに）送出するように構成される。例えば、溶解した充填材１２のフロー距離ＤFおよび流速は、溶解した充填材１２が標的部位１８に連続ストリームで送出されるように、調整され得る。溶解した充填材１２の連続ストリームでの送出は、停止または中断を伴わずに、溶解した充填材１２を標的部位１８に連続的に適用することを意味し得る。溶解した充填材１２の全てを標的部位１８に連続ストリームで適用する（各適用の間の中断を伴う複数の適用間隔とは反対に）ことによって、基材１４に適用される新しい材料（すなわち充填材１２）は、凝固後の比較的強い機械的特性を提供可能であり得る。また、使用される具体的な充填材１２（例えばＲｅｎｅ（商標）１４２）に応じて、基材１４に適用される新しい材料は、充填材１２が標的部位１８で直接溶解される場合に使用され得るものよりも比較的強い機械的特性を提供可能であり得る。溶解した充填材１２の凝固は、それによって、冷たい基材１４内への抽熱によって生じ得る。一部の実施形態において、システム１０は、約１０ｃｍ超、約１９ｃｍ超、約２０ｃｍ、約１０ｃｍと約２０ｃｍの間等である充填材１２の連続溶解ストリームを送出するように構成される。
【００７６】
所望の量の充填材１２が基材１４の標的部位１８に適用されると、標的部位１８への溶解した充填材１２の送出は、充填材１２への電磁浮遊の再適用によって、ゲート、プラグ、弁または他のフロー制御デバイスの閉鎖によって、坩堝２２内の溶解した充填材１２の使い尽くしによって、および／または基材１４の標的部位１８から離れるような出口システム４４の移動によって停止され得る。基材１４の他の標的部位（不図示）または他の基材（不図示、例えば、充填材１２を使用して補修されること、および／またはそうでなければ結合された充填材１２を有することが所望される他の構成要素）への充填材１２の適用が所望されるときには、電磁浮遊および／またはゲート、プラグ、弁または他のフロー制御デバイスは、出口システム４４が他の標的部位または他の基材に移動されるときに、充填材１２が出口システム４４を離脱する（例えば、滴下、流出等）ことを防ぎ得る。出口システム４４が他の標的部位または他の基材の標的部位に配置されると、フロー制御機構７４は、上述したように、溶解した充填材１２を坩堝２２から出口システム４４を通って解放するように作動され得る。
【００７７】
図６は、充填材（例えば、図１および図５に示す充填材１２）を基材（例えば、図５に示す基材１４）に結合するための方法３００の例示的な実施形態を図示するフローチャートである。方法３００は、例えばシステム１０（図１および図５）を使用して行われ得る。３０２で、方法３００は、充填材が完全に溶解されるように、坩堝（例えば、図１および図５に示す坩堝２２）の溶解チャンバ（例えば、図１および図５に示す溶解チャンバ２６）内で充填材を溶解することを含む。一部の実施形態において、３０２での充填材の溶解は、誘導加熱によって充填材を溶解することを含む。また、一部の実施形態において、充填材は、２００℃以上で過熱される。３０２での充填材の溶解は、３０２での充填材の溶解が標的部位の固相線温度および／または再結晶温度未満に基材の標的部位を維持するように、基材の標的部位から離れるように離隔距離で充填材を溶解することを含み得る。また、３０２での充填材の溶解は、溶解チャンバに真空または不活性ガスを印加することを含み得る。
【００７８】
３０４で、方法３００は、溶解チャンバ内で充填材を電磁浮遊させることによって、坩堝の溶解チャンバ内に充填材を保持することを含む。３０４での充填材の保持は、電磁浮遊によって、充填材が坩堝の出口システム（例えば、図１および図５に示す出口システム４４）を離脱することを防ぐ。一部の実施形態において、充填材の電磁浮遊は、溶解チャンバの周りに延びるコイル（例えば、図１および図５に示す誘導コイル２０ａ）から第１の磁場を発生させて、第１の磁場とは反対である第２の磁場を充填材内に誘発させることを含み、対向する第１および第２の磁場が坩堝の溶解チャンバ内に充填材を保持する。また、一部の実施形態において、３０４での充填材の保持は、充填材を磁場内で浮遊させることを含み、３０２での充填材の溶解は、充填材を磁場内で加熱することを含む。
【００７９】
３０６で、方法３００は、溶解した充填材を坩堝の溶解チャンバから解放して、溶解した充填材を基材の標的部位に送出することを含む。一部の実施形態において、３０６での溶解した充填材の解放は、上述したように、基材の標的部位に充填材を連続溶解ストリームで送出することを含む。３０６での充填要素の解放は、溶解した充填材が坩堝の出口システムを離脱することを可能にする。一部の実施形態において、３０６での溶解した充填材の解放は、３０６ａで充填材から電磁放射を少なくとも部分的に解放することを含む。また、一部の実施形態において、３０６での溶解した充填材の解放は、３０６ｂで、溶解チャンバ内へのガスの注入によって、溶解した充填材を溶解チャンバから排出することを含む。
【００８０】
方法３００は、３０８で、溶解した充填材を使用して標的部位で基材を補修すること、および／または、３１０で、溶解した充填材を使用して標的部位で基材を他の構成要素に結合することを含み得る。
【００８１】
図１および図５を再び参照すると、一部の実施形態において、システム１０は、（１）少なくとも約１５分間での室温から少なくとも約１５５０℃への急速加熱に対して耐熱衝撃性であり、（２）少なくとも約３０分間少なくとも約１５５０℃で充填材１２を保持可能であり、（３）少なくとも約３０分間少なくとも約１５５０℃で充填材１２に暴露されるときに化学的に不活性であり、（４）少なくとも約１０ｃｍ（例えば最大約２０ｃｍ）である充填材１２の連続溶解ストリームを壊すことなく送出可能であり、（５）溶解した充填材１２のストリームを約５０℃未満の温度損失を伴って送出可能であり、および／または（６）溶解した充填材１２のストリームを連続しておよび／または一貫して送出可能である。
【００８２】
ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組合せにおいて各種の実施形態が実施され得ることに留意すべきである。各種の実施形態および／または構成要素、例えば、モジュール、またはその内部の構成要素およびコントローラも、１つ以上のコンピュータまたはプロセッサの部分として実施され得る。コンピュータまたはプロセッサは、計算デバイス、入力デバイス、表示ユニット、および、例えばインターネットにアクセスするためのインターフェースを含み得る。コンピュータまたはプロセッサは、マイクロプロセッサを含み得る。マイクロプロセッサは、通信バスに接続され得る。コンピュータまたはプロセッサは、メモリも含み得る。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コンピュータまたはプロセッサは、ハードディスクドライブ、または固体状態ドライブ、光ドライブ等のリムーバブル記憶ドライブであり得る記憶デバイスをさらに含み得る。記憶デバイスは、コンピュータまたはプロセッサにコンピュータプログラムまたは他の命令をロードするための他の同様な手段でもあり得る。
【００８３】
本明細書において、用語「コンピュータ」、「コントローラ」および「モジュール」は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、および、本明細書において記述する機能を実行可能な任意の他の回路またはプロセッサを使用するシステムを含む、任意のプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステムをそれぞれに含み得る。上記例は、例示にすぎず、よって、いかなる方法においても用語「モジュール」または「コンピュータ」の定義および／または意味を限定することを意図していない。
【００８４】
コンピュータ、モジュールまたはプロセッサは、入力データを処理するために、１つ以上の記憶要素に記憶される命令セットを実行する。記憶要素は、所望または必要に応じてデータまたは他の情報も記憶し得る。記憶要素は、情報源または処理マシン内の物理的な記憶要素の形であり得る。
【００８５】
命令セットは、処理マシンとしてのコンピュータ、モジュールまたはプロセッサに命令して、本明細書に記述および／または図示する各種の実施形態の方法および処理等の具体的な動作を行わせる、各種のコマンドを含み得る。命令セットは、ソフトウェアプログラムの形であり得る。ソフトウェアは、システムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェア等の各種の形であり得、実体的かつ非一時的なコンピュータ読取可能な媒体として具現化され得る。さらに、ソフトウェアは、個別のプログラムもしくはモジュールの集合、大きなプログラム内のプログラムモジュール、またはプログラムモジュールの一部の形であり得る。ソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングの形のモジュラープログラミングも含み得る。処理マシンによる入力データの処理は、オペレータのコマンドに応答してもよく、従前の処理の結果に応答してもよく、他の処理マシンによって成された要請に応答してもよい。
【００８６】
本明細書において、用語「ソフトウェア」および「ファームウェア」は、交替可能であり、コンピュータによる実行のために、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリおよび非揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むメモリに記憶された任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリの種類は、例示にすぎず、よってコンピュータプログラムの記憶のために使用可能なメモリの種類を限定していない。各種の実施形態の個々の構成要素は、クラウド型計算環境によって、例えば、計算システムの位置、構成および／または特定のハードウェアに関与するユーザを必要とせずに計算能力の動的配置を許容するように、仮想化および提供され得る。
【００８７】
上記記述は、例示を意図しており、制限を意図していないことを理解すべきである。例えば、上述した実施形態（および／または実施形態の態様）は、互いに組み合わせて使用され得る。加えて、各種の実施形態の範囲から逸脱せずに、それらの教示に具体的な状況または材料を適応するために多くの修正が成され得る。寸法、材料および／または物質の種類、各種の構成要素の配向、ならびに本明細書に記述する各種の構成要素の数および位置は、幾つかの実施形態のパラメータを規定することを意図しており、決して限定しておらず、単なる例示的な実施形態である。多くの他の実施形態および請求項の主旨および範囲内の修正は、上記説明を検討する際に当業者にとって明らかであろう。したがって、本明細書に記述および／または図示する各種の実施形態の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与える均等物の充分な範囲と共に決定されるべきである。添付の請求項において、用語「含む」および「それには（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、用語「備える」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同義語としてそれぞれに使用される。また、以下の請求項において、用語「第１の」、「第２の」および「第３の」等は、単なる目印として使用され、それらの物体に数値的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の請求項の限定事項は、ミーンズプラスファンクション種類で書かれておらず、そのような請求項の限定事項が、更なる構造が欠けた機能的な文言が続く、「するための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」というフレーズを明確に使用しない限りおよび使用するまでは、米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づく解釈を意図していない。
【００８８】
本明細書は、ベストモードを含めて、各種の実施形態を開示するために、ならびに、任意のデバイスもしくはシステムの製作および使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本明細書に記述および／または図示する各種の実施形態を実践することも可能にするために例を用いている。各種の実施形態の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、請求項の文言から相違しない構成要素を有する場合、または、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００８９】
１０  システム
１２  充填材
１４  基材
１６  構成要素
１８  標的部位
２０  加熱要素
２０ａ、１２０、２２０  誘導コイル
２２  坩堝
２４  加熱ユニット
２６  溶解チャンバ
２８  電源
３０、３０ａ、３０ｂ、１３０、２３０  電気接続部
３２  入口システム
３４  弁
３６  頂部
３８  底部
４０、４６、６４  開口
４２  側部
４４  出口システム
５０  ノズル
５４  基部
５６  先端部
５８  中心長手軸線
６０  端面
６２  先端面
６６  進入部分
６８  テーパ部分
７０  出口部分
７２、７６  内部壁
７４  フロー制御機構
７８、１７８、２７８  上部コイル部分
８０、１８０、２８０  下部コイル部分
８２  頂部
８４  底部
９０  コントローラ
１８４  底部
１８６、１８８、２８６、２８８  端部
Ａ  保持力の作用方向
Ｂ  重力の作用方向
Ｄ1、Ｄ2  直径
ＤF  フロー距離
ＤR  離隔距離
Ｌ、Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3  長さ
ΔＰ1  電磁浮遊
Ｓ  傾斜
【図１】
2015533948.tif 000003
【図２】
2015533948.tif 000004
【図３】
2015533948.tif 000005
【図４】
2015533948.tif 000006
【図５】
2015533948.tif 000007
【図６】
2015533948.tif 000008
【国際調査報告】
2015533948.tif 000009
2015533948.tif 000010