JP6068476B2 - 認証及びテクスチャ化のためのナノ及びマイクロ複製 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。一実施形態において、「合金」は2つ以上の金属の均質混合物又は固溶体を指し、一方の原子が他方の原子間の隙間位置を置換又は占有している。例えば真鍮は亜鉛と銅の合金である。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。
「アモルファス」又は「非晶質固体」は、結晶に特徴的な格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「アモルファス固体」は、ガラス転移を通じて、加熱されると液体状の状態へと軟化及び変態するアモルファス固体である、「ガラス」を含む。一般的には、アモルファス材料は、結晶に特徴的な長距離秩序を欠くが、それらのアモルファス材料は、化学結合の性質による、原子の長さスケールでの何らかの短距離秩序を保有し得る。アモルファス固体と結晶性固体との区別は、X線回折及び透過型電子顕微鏡検査などの構造特性評価技術によって判定される、格子周期性に基づいて行なうことができる。
「アモルファス合金」とは、50体積%超のアモルファス含有量、好ましくは90体積%超のアモルファス含有量、より好ましくは95体積%超のアモルファス含有量、最も好ましくは99体積%超〜ほぼ100体積%のアモルファス含有量を有する合金である。上述のように、アモルファス化度が高い合金は、結晶化度の程度が同等に低いことに留意されたい。「アモルファス金属」とは、無秩序な原子スケール構造を有するアモルファス金属材料である。結晶性であることにより、高度に秩序化された原子配置を有する、殆どの金属とは対照的に、アモルファス合金は非晶質である。そのような無秩序構造が、冷却の間に液体状態から直接作り出される材料は、「ガラス」と称される場合がある。したがって、アモルファス金属は、一般に「金属ガラス」又は「ガラス金属」と称される。一実施形態では、バルク金属ガラス(「BMG」)とは、その微細構造が少なくとも部分的にアモルファスである合金を指すことができる。しかしながら、アモルファス金属を作り出すためには、極度な急速冷却の他にも、物理蒸着、固相反応、イオン照射、メルトスピニング、及び機械的合金化を含めた、幾つかの方法が存在する。アモルファス合金は、それらが調製される方法とは関係なく、単一の部類の材料とすることができる。
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。
バルク凝固アモルファス合金を用いて、構造及び構成部品に複雑かつ込み入ったデザインの作製に有利である。鋳造又は成形中のバルク凝固アモルファス合金の収縮は非常に小さく、したがって鋳造した構成部品は、後仕上げを最小限にして使用することができる。更に、リブなどの幾何学的要素を構造に組み入れ、より良い構造的一体性を得ることができる。ナノ及び/又はマイクロ複製及び構成部品を有するバルク凝固アモルファス合金構造は、アモルファス合金の鋳造又はアモルファス合金の成形のいずれかによって製造することができる。
1)実質的にアモルファスであり、かつ、弾性歪み限界が約1.5%以上、ΔTが30℃以上である、アモルファス合金のシート供給材料を提供する工程と、
2)この供給材料をガラス転移温度近くまで加熱する工程と、
3)加熱された供給材料に、ナノ及び/又はマイクロ複製を成形する工程と、
4)形成された構成部品を、ガラス転移温度よりはるかに低い温度まで冷却する工程と、
5)最終仕上げを行う工程。
ナノ及び/又はマイクロ複製を有する構造を作製するために使用される金型のタイプと、その金型の製造方法は、米国特許出願公開第2010/0301004号「FABRICATION OF METALLIC STAMPS FOR REPLICATION TECHNOLOGY」に開示されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。米国特許出願公開第2010/0301004号の一部がここに再掲される。
ホログラフィは、物体から散乱された光を記録し、後で再構築できるようにする技法であり、これにより、撮像系(カメラや目)が再構築されたビームの中に置かれたときに、その物体が存在しなくともその物体の像が見えるというものである。本明細書の実施形態により、ホットスタンピングプロセスを用いて、図3(A)及び3(B)に示すように、バルク凝固アモルファス合金に直接ホログラムを形成することが可能である。ホログラムは、幅広い種類の物品に転写することができ、ここにおいて少なくともこの一部は、バルク凝固アモルファス合金などのアモルファス合金から製造されているものである。この物品は、紙の形態であり得、あるいは、例えば携帯電話又はコンピュータなどの電子デバイスのエンクロージャなどの構成部品の一部であり得る。ホログラフィのホットスタンピングは、梱包材、グリーティングカード、ギフト、文房具、カレンダー、ブックカバー、クレジットカードといった様々なあらゆる種類の製品に使用することができる。カスタムデザインのパターン又はロゴと組み合わせた場合、アモルファス合金のホログラフィホットスタンピングは、クレジットカード、パスポート、及び有価文書を偽造品から保護するためのセキュリティ・ホイルとして使用することができる。超塑性成形により形成されたアモルファス合金上のホログラムをレーザビームで照らすと、物体の再構築像が得られる。
Claims (17)
- 金属合金のガラス転移温度(Tg)よりも高い温度での、バルク凝固アモルファス合金の超塑性形成により、前記金属合金を含む前記バルク凝固アモルファス合金に直接エンボス加工されたナノ及び/又はマイクロ複製を成形する工程を含む方法であって、
前記ナノ及び/又はマイクロ複製に対応したパターンを含む金型を、Tgと前記金属合金の融解温度(Tm)との間の温度まで加熱する工程と、
前記バルク凝固アモルファス合金を含む物品に前記金型を押し当てることで、局所的に少なくともTgまで前記物品を加熱して、前記物品上に前記パターンを押印する工程と、
を含み、
前記バルク凝固アモルファス合金が、いかなる永久変形又は破損もなく、最高1.5%又はそれ以上の歪みを維持できる、方法。 - 前記ナノ及び/又はマイクロ複製を成形する工程が、前記バルク凝固アモルファス合金の一部を型打ちする工程又は成形する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記パターンは、ホログラムのネガ像に対応する、請求項2に記載の方法。
- 前記ナノ及び/又はマイクロ複製を成形する工程中に、前記バルク凝固アモルファス合金の一部がTg未満の温度である、請求項1に記載の方法。
- 前記ナノ及び/又はマイクロ複製を成形する工程が、前記バルク凝固アモルファス合金を前記金型に挿入する工程と、前記バルク凝固アモルファス合金上に前記ナノ及び/又はマイクロ複製を形成するために前記バルク凝固アモルファス合金に対して力を印加する工程と、を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ナノ及び/又はマイクロ複製が、ホログラムを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、ウェットプロセス又はレーザエッチングなしで実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記バルク凝固アモルファス合金を形成するために前記金属合金を処理する工程を更に含み、前記処理する工程が、前記金属合金の時間−温度−変態(TTT)図において、前記処理する工程中の時間−温度プロファイルが結晶質領域を境界付ける領域を横断しない様式で実施される、請求項1に記載の方法。
- ナノ及び/又はマイクロ複製の画像のネガ像を有する打ち型若しくは金型を含むデバイスを含む装置であって、前記デバイスは、金属合金のガラス転移温度(Tg)よりも高い温度での、超塑性形成により、前記金属合金を含むバルク凝固アモルファス合金に直接エンボス加工されたナノ及び/又はマイクロ複製を形成するよう構成されており、
前記超塑性形成で、
前記ナノ及び/又はマイクロ複製に対応したパターンを含む金型が、Tgと前記金属合金の融解温度(Tm)との間の温度まで加熱され、
前記バルク凝固アモルファス合金を含む物品に前記金型を押し当てることで、局所的に少なくともTgまで前記物品を加熱して、前記物品上に前記パターンが押印される、装置。 - 前記デバイスが、前記バルク凝固アモルファス合金の一部をTg未満の温度に維持するよう構成されている、請求項9に記載の装置。
- 前記バルク凝固アモルファス合金に対して力を印加して、前記バルク凝固アモルファス合金上に前記ナノ及び/又はマイクロ複製を形成するように構成されている力アプリケータを更に含む、請求項9に記載の装置。
- 金属合金を含むバルク凝固アモルファス合金に直接エンボス加工されたナノ及び/又はマイクロ複製を含む物品を製造する方法であって、
前記ナノ及び/又はマイクロ複製に対応したパターンを含む金型を、Tgと前記金属合金の結晶化温度(Tx)との間の温度まで加熱することと、
前記バルク凝固アモルファス合金を含む物品に前記金型を押し当てることで、局所的に少なくともTgまで前記物品を加熱して、前記物品上に前記パターンを押印することと、
を備える方法。 - 前記ナノ及び/又はマイクロ複製が、ホログラムを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記物品が、電子デバイス、電子デバイスのエンクロージャ、携帯電話、又はコンピュータを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記物品を認証する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記物品を走査することによって、前記物品を認証する工程を更に含む、請求項15に記載の方法。
- 前記物品が、電子デバイス、電子デバイスのエンクロージャ、携帯電話、又はコンピュータを含む、請求項16に記載の方法。
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