JP6194340B2 - Rf電力によるインライン溶融制御 - Google Patents
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Description
本明細書中の用語「相」は、熱力学状態図で見られるものを示すことができる。相は、空間(例えば、熱力学系)の領域であり、この空間の領域全体を通して、材料のすべての物理的性質は、本質的に均一である。物理的性質の例は、密度、屈折率、化学組成、および格子周期性を含む。相の簡単な説明は、化学的に均一な、物理的に別個の、および/または機械的に分離可能な材料の領域である。例えば、ガラス瓶内の氷および水から成る系では、角氷は、1つの相であり、水は、第2の相であり、水上の湿った空気は、第3の相である。瓶のガラスは、別の異なる相である。相は、固溶体を意味することができ、固溶体は、二元溶液、三元溶液、四元溶液、もしくはより多元の溶液、または、金属間化合物のような化合物であってよい。別の例として、非晶質相は、結晶相とは異なる。
用語「金属」は、電気陽性元素を示す。本明細書中の用語「元素」は、一般的に、周期表で見られる元素を意味する。物理的には、基底状態での金属原子は、占有状態に近い非占有状態を有する部分的に充填されたバンドを含む。用語「遷移金属」は、周期表の3〜12族内の金属元素のいずれかであり、これらの金属元素は、不完全な内部電子殻を有し、一連の元素の最も電気陽性のものと最も電気陽性でないものとの間の遷移リンクとして機能する。遷移金属は、複数の原子価、着色化合物、および、安定した錯イオンを形成する能力によって特徴づけられる。用語「非金属」は、電子を失い、陽イオンを形成する能力を持たない化学元素を示す。
用語「固溶体」は、溶液の固体形態を意味する。用語「溶液」は、2つ以上の物質の混合物を意味し、これらの物質は、固体、液体、気体、またはそれらの組み合わせであってよい。混合物は、均質または不均質であってよい。用語「混合物」は、2つ以上の物質の組成物であり、これらの物質は、互いに結合され、一般的に分離されることが可能である。一般的に、これらの2つ以上の物質は、互いに化学的に結合されない。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の合金組成物は、完全に合金化されてよい。一実施形態では、「合金」は、2つ以上の金属の均質な混合物または固溶体を示し、一方の金属の原子は、他方の金属の原子間の格子間位置を置換または占有し、例えば、黄銅は、亜鉛および銅の合金である。合金は、複合体とは対照的に、金属マトリックス中の1つまたは複数の化合物のような、金属マトリックス中の1つまたは複数の元素の部分的なまたは完全な固溶体を示すことができる。本明細書の合金という用語は、単一の固相微細構造を与えることができる完全な固溶体と、2つ以上の相を与えることができる部分溶液の両方を示すことができる。本明細書に記載の合金組成物は、合金を含むもの、または、合金を含む複合体を含むものを示すことができる。
「非晶質」または「非結晶固体」は、結晶の特徴である格子周期性を欠く固体である。本明細書で使用するとき、「非晶質固体」は、「ガラス」を含み、ガラスは、ガラス転移を通る加熱時に液体様の状態に軟化および変化する非晶質固体である。一般的に、非晶質材料は、化学結合の性質により原子の長さスケールでいくらかの短距離秩序を有することができるが、結晶の長距離秩序特性を欠く。非晶質固体と結晶性固体との間の区別は、X線回析および透過電子顕微鏡のような構造解析技術によって決定されるような、格子周期性に基づいて行われてよい。
「非晶質金属」は、容量で50%を越える非晶質含有量を有する、好適には非晶質含有量の容積で90%を越える、より好適には非晶質含有量の容積で95%を越える、最も好適には非晶質含有量の容積で99%を越えほぼ100%の合金である。上述したように、非晶質性の高い合金は、同じように、結晶化の程度が低いことに留意されたい。「非晶質金属」は、無秩序な原子スケール構造を有する非晶質金属材料である。結晶性であり、したがって、高度に秩序正しい原子の配置を有する大部分の金属とは対照的に、非晶質合金は、非結晶性である。このような無秩序構造が冷却中に液体状態から直接生成される材料は、時には「ガラス」と呼ばれる。したがって、非晶質金属は、一般に、「金属ガラス」または「ガラス状金属」と呼ばれる。一実施形態では、バルク金属ガラス(「BMG」)は、微細構造が少なくとも部分的に非晶質である合金を示すことができる。しかしながら、非晶質金属を生成するために極端に急速冷却すること以外に、物理的蒸着、固相反応、イオン照射、溶融紡糸、および機械的合金化を含むいくつかの方法がある。非晶質合金は、それらがどのように用意されるかにかかわらず、1つの種類の材料であってよい。
本明細書の実施形態は、BMGを使用する電子機器の製造に有益であり得る。本明細書の電子機器は、当該技術分野で公知の任意の電子機器を示すことができる。例えば、それは、携帯電話、および固定電話のような電話、または、例えばiPhone(登録商標)を含むスマートフォンのような任意の通信機器、ならびに、電子メール送信/受信機器であってよい。それは、デジタルディスプレイ、テレビモニタ、電子書籍リーダ、携帯型ウェブブラウザ(例えば、iPad(登録商標))、およびコンピュータモニタのようなディスプレイの一部であってよい。それは、携帯型DVDプレーヤ、従来の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、携帯型音楽プレーヤ(例えば、iPod(登録商標))のような音楽プレーヤ等を含むエンターテイメント機器であってもよい。それは、画像、映像、音声のストリーミングを制御するような制御を提供する機器(例えば、Apple TV(登録商標))の一部であってもよく、または、それは、電子機器の遠隔制御装置であってよい。それは、コンピュータの一部であってよく、または、ハードドライブタワーハウジングもしくはケーシング、ラップトップハウジング、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、およびスピーカのようなそのアクセサリの一部であってよい。物品は、腕時計または時計のような機器に適用することもできる。
本明細書に記載の装置および方法を、例えば、ヤンキードライヤロール、自動車およびディーゼルエンジンピストンリング、シャフト、スリーブ、シール、インペラ、ケーシング領域、プランジャのようなポンプ構成要素、ハウジング、エンドプレートのようなバンケルエンジン構成要素、ならびに、シリンダライナ、ピストン、バルブステム、および水圧ラムのような機械要素に使用され得る様々な部品または物品を形成するために使用することができる。実施形態では、装置および方法を、例えば、装置のハウジングもしくはケーシングの一部、またはその電気的インタコネクタのような、電子機器のハウジングまたは他の部品を形成するために使用することができる。装置および方法を、携帯電話、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、および/または、携帯音楽プレーヤのような、任意の民生用電子機器の一部を製造するために使用することもできる。本明細書で使用するとき、「電子機器」は、民生用電子機器のような任意の電子機器を示すことができる。電子機器は、例えば、携帯電話、および/もしくは固定電話のような電話、または、例えば、iPhone(登録商標)を含むスマートフォンおよび電子メール送信/受信機器のような任意の通信機器であってよい。電子機器は、デジタルディスプレイ、TVモニタ、電子書籍リーダ、携帯型ウェブブラウザ(例えば、iPad(登録商標))、およびコンピュータモニタのようなディスプレイの一部であってよい。電子機器は、携帯型DVDプレーヤ、DVDプレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ、ビデオゲームコンソール、携帯型音楽プレーヤ(例えば、iPod(登録商標))のような音楽プレーヤ、等を含むエンターテイメント機器であってもよい。電子機器は、画像、映像、音声のストリーミングの制御のような制御を提供する機器(例えば、Apple TV(登録商標))の一部であってもよく、または、電子機器の遠隔制御装置であってよい。電子機器は、コンピュータの一部であってよく、または、ハードドライブタワーハウジングもしくはケーシング、ラップトップハウジング、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、およびスピーカのようなそのアクセサリの一部であってよい。コーティングは、腕時計または時計のような機器に適用することもできる。
Claims (20)
- 内部に溶融のための材料を受け入れるように構成された容器と、
実質的に水平な軸に沿って配置された第1の誘導コイルであって、
前記材料を溶融して、溶融された材料を形成し、
前記材料の溶融中に、前記実質的に水平な軸に沿って溶融ゾーンから前記材料を排出する傾向の第1の力を前記材料に及ぼす
ように構成された第1の誘導コイルと、
前記実質的に水平な軸に沿って前記第1の誘導コイルと直列に配置され、前記溶融中に、前記材料を前記溶融ゾーン内に保持するように、前記第1の力とは実質的に反対の方向の第2の力を前記材料に及ぼすように構成された第2の誘導コイルと、
を備える装置。 - 前記溶融のための材料はBMG原料を含み、
前記第1の誘導コイル及び前記第2の誘導コイルは、単一の誘導コイルの一部であるか、又は2つの別個の誘導コイルであることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記溶融のための材料はBMG原料を含み、
前記第1の誘導コイル及び前記第2の誘導コイルは、電気タップを有する単一の誘導コイルの一部であり、
前記電気タップは、独立に前記第1の誘導コイルと前記第2の誘導コイルとを制御するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記第1の誘導コイルと前記第2の誘導コイルとの一方又は双方が、テーパ形状又はシリンダー形状を備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の誘導コイルが前記第1の誘導コイルの周りに巻き付けられているか、又はその反対であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の誘導コイルが、前記第1の誘導コイルよりも低いRF周波数を有することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記容器内の前記材料の動きが前記容器の排出経路に沿った前記実質的に水平な軸に沿うように、前記容器は前記実質的に水平な軸に沿って配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の誘導コイルが前記容器の排出端部の近くに配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記容器の排出端部又は前記容器の前記排出端部の反対側に位置する追加の誘導コイルをさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記容器が、前記材料の溶融中に前記容器の温度を調整するために、内部に流体を流すように構成された1以上の温度調整チャネルをさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記容器から溶融物を受け入れ、前記溶融物をBMG部品へと形成するように構成されたモールドをさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の誘導コイルは、射出経路を通る前記容器からの溶融物の動きを制御するゲートとして働くように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 溶融された材料を形成するために、前記第1の誘導コイルを第1のRF周波数で動作させることにより、前記容器内で前記材料を加熱する工程と、
前記第1の誘導コイル内に前記溶融された材料を閉じ込めるために、前記第2の誘導コイルを第2のRF周波数で動作させる工程と、
前記溶融された材料をBMG部品へとモールドする工程と、
を有することを特徴とする、請求項1に記載の装置を動作させる方法。 - 前記溶融された材料を閉じ込めるための前記第2のRF周波数は、加熱のための前記第1のRF周波数よりも低いことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 追加の誘導コイルが、前記第1の誘導コイルと直列に構成されており、排出経路の反対側で前記第1の誘導コイルから前記溶融された材料が流れ出すことを防ぐように動作させられ、
任意的に、前記追加の誘導コイルが前記第1の誘導コイルよりも低い周波数で動作させられる
ことを特徴とする、請求項13に記載の方法。 - 前記容器内に構成された1以上の温度調整チャネルに流体を流すことにより、前記加熱中に前記容器の温度を調整する工程をさらに有することを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 前記第2の誘導コイルの動作を停止させる工程と、
前記BMG部品を形成するために、前記容器からモールドへと前記溶融された材料を排出する工程と、を有することを特徴とする、請求項13に記載の方法。 - 容器内で溶融された材料を形成するために前記第1の誘導コイルを第1のRF周波数で動作させ、前記溶融された材料を前記容器内に閉じ込めるための物理的な物体なしに前記溶融された材料を閉じ込めるために前記第2の誘導コイルを第2のRF周波数で動作させることにより、前記容器内でBMG原料を加熱するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記物理的な物体は、前記容器の側壁、又は前記容器内に前記溶融された材料を閉じ込めることのできる他の任意の垂直な壁を含むことを特徴とする、請求項18に記載の装置。
- 前記第2の誘導コイルの独立した制御は、前記第2の誘導コイルが前記容器の排出経路を通る前記材料の動きを防ぎ又は許容することを可能とすることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
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