JP2018522738A - 部品を被覆する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の材料から作製した第１の部分（１１）及び第２の材料から作製した第２の部分（１２）を含むデバイス（１０）に関し、第２の部品は、第１の部分の面のうちの１つから延在し、非晶質材料から作製する。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の材料から作製した第１の部品及び第２の材料から作製した少なくとも１つの第２の部品を含むデバイスに関し、第２の部品は、発泡体から作製し、第１の部品に組み付けることを特徴とする。

本発明の技術分野は、精密機械工学の分野である。

第１の部品の上に被覆体を作製する方法は、多数存在する。公知の方法は、一般に、電気溶着によって、必要とする材料の層を溶着させることにある。

しかし、電気溶着には、薄い被覆体の溶着しか可能にしないという欠点があり、このことは、衝撃耐性が低いことを表す。

この場合、上記部品に衝撃が加えられると、被覆体に跡が付き、部品の外観の美しさを減じ、被覆体の性能を低下させる。

別の解決策は、金属箔を使用し、被覆すべき、基体として働く部品にこの金属箔を固定することにある。固定は、接着剤留め又は溶接又はろう付け又は強制嵌合によって達成される。

この方法の欠点は、シリコン種といった脆性材料には適していないことである。

本発明の目的は、部品を単純で確実に被覆する方法を提案することによって、一緒に固定する部品の性質に対し制限を伴わずに、従来技術の欠点を向上させることである。

この目的で、本発明は、第１の材料から作製した第１の部分及び第２の材料から作製した第２の部分から構成した部品を製造する方法に関し、上記方法は、
−第２の材料から作製した予備成形物を調達するステップであって、上記第２の材料は、温度及び／又は圧力条件を受けると発泡体になるように適合させた、少なくとも部分的に非晶質の金属である、ステップ；
−上記第１の部分を調達し、上記第１の部分及び予備成形物を２つのダイの間に置くステップであって、ダイは、製造すべき部品の凹形状を有する、ステップ；
−予備成形物が含むガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘとの間の温度まで組合せを加熱するステップであって、少なくともこのステップの間、予備成形物を発泡体の形態にし、上記予備成形物の膨張を可能にし、デバイスの凹形状を充填し、上記部品を形成する、ステップ；
−予備成形物を固化するために組合せを冷却し、デバイスをダイから分離するステップ
を更に含むことを特徴とする。

本発明の第１の実施形態では、予備成形物の膨張は、被覆部を形成するために使用する。

本発明の第２の実施形態では、予備成形物の膨張は、二材料部品を形成するために使用する。

本発明の第３の実施形態では、第１の部分は、少なくとも１つの空洞を含み、空洞の内部に、第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在する。

本発明の第４の実施形態では、第１の部分は、少なくとも１つの突起（１５）を備え、突起（１５）の周囲に、第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在する。

本発明の第５の実施形態では、第１の部品は、第２の部品のより良好な取付けを可能にする肌理部（１４）を含む。

本発明の別の実施形態では、方法は、少なくとも部分的に非晶質の金属合金発泡体予備成形物を製造する予備ステップを含む。

本発明の別の実施形態では、発泡体の膨張は、温度によって制御し、温度が高いほど、膨張は大きい。

本発明の別の実施形態では、発泡体の膨張は、発泡体内の気体密度によって変わり、閉じ込めた気体の体積が大きいほど、膨張は大きい。

本発明の別の実施形態では、膨張は、発泡体内の圧力を周囲圧力よりも高くすることによってもたらす。

本発明は、第１の材料から作製した第１の部分及び第２の材料から作製した第２の部分を含むデバイスにも関し、第２の部品は、第１の部分の面のうちの１つから延在し、少なくとも部分的に非晶質の金属合金発泡体から作製することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態では、第２の部品は、被覆体である。

本発明の第２の実施形態では、第２の部品は、二材料部品の形成を可能にする。

本発明の第３の実施形態では、第１の部品は、少なくとも１つの空洞を備え、空洞の内部に、第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在する。

本発明の第４の実施形態では、第１の部品は、少なくとも１つの突起を含み、突起の周囲に、第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在する。

本発明の第５の実施形態では、第１の部品は、肌理部を含み、肌理部の内部に、第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在する。

本発明による方法の目的、利点及び特徴は、本発明の少なくとも１つの実施形態に対する以下の詳細な説明においてより明らかになるであろう。実施形態は、非限定的な例として示すにすぎず、添付の図面によって例示する。

本発明の第１の実施形態によるデバイスの概略図である。 本発明の第１の実施形態によるデバイスを組み立てる方法の概略図である。 本発明の第１の実施形態によるデバイスを組み立てる方法の概略図である。 本発明の第１の実施形態によるデバイスを組み立てる方法の概略図である。 本発明の第１の実施形態によるデバイスの一変形形態の概略図である。 本発明の第１の実施形態によるデバイスの一変形形態の概略図である。 本発明の実施形態の概略図である。 本発明の実施形態の概略図である。 本発明の実施形態の概略図である。

本発明は、デバイス及びデバイスの組立て方法に関し、デバイスは、第１の部品及び少なくとも１つの第２の部品を備える。

図１に見ることができる本発明の第１の実施形態では、デバイス１０は、第１の部分１１及び第２の部分１２を含む。第１の部品１１は、第１の材料から作製し、第２の部品１２は、第２の材料から作製する。

この第１の実施形態によれば、第１の部分又は第２の部分は、有利には、少なくとも部分的に非晶質の金属発泡体の形態を取り、少なくとも部分的に非晶質の金属合金等の少なくとも１つの金属元素を含む。

この金属元素は、鉄、ニッケル、ジルコニウムといった従来の金属元素、又は金、白金、パラジウム、レニウム、ルテニウム、ロジウム、銀、イリジウム若しくはオスミウム等の貴金属とすることができる。少なくとも部分的に非晶質の材料とは、材料が少なくとも部分的に非晶質相で固化するように適合させることを意味する。即ち、材料は、その融点を超える温度上昇を受け、局所的に全ての結晶構造を喪失させることを可能にし、上記上昇の後、ガラス転移温度を下回る温度まで冷却し、材料が少なくとも部分的に非晶質になることを可能にする。

この種の発泡体は、様々な技法を使用して作製することができる。第１の方法は、合金を作製し、合金を液状になるまで加熱することである。この時、液状の上記合金に気泡を注入する。この気泡の注入は、急速冷却ステップの前に行う。この急速冷却ステップは、気泡が閉じ込められている間に上記合金を固化するために実行する。

この種の発泡体を作製する第２の方法は、合金を作製し、合金を液状になるまで加熱することにある。この時、液状の上記合金に化学薬剤を注入する。こうした化学薬剤は、特定の条件下で気体を放出するような気体放出剤である。こうした化学薬剤又は前駆体は、例えば、チタン又はジルコニウムの水素化物とすることができる。この気体の放出は、急速冷却ステップの前に行う。この急速冷却ステップは、気泡を閉じ込めている間に上記合金を固化するために実行する。

この第２の方法の一変形形態は、発泡体になるように適合した材料を準備することにあり、成形の瞬間にのみ非晶質金属発泡体になる材料を得るようにする。実際には、使用する化学薬剤は、温度及び圧力の特定の条件下で気体を放出する放出薬剤である。したがって、冷却の間、圧力増大による気体放出を含む。成形中、温度を上昇させることにより、気体放出が可能になるため、材料が発泡体に変わる。

非晶質金属発泡体を作製する第３の方法は、粉体層を連続的に蒸着することにあり、各粉体層は、レーザー・ビーム又は電子ビームによって局所的に焼結する。したがって、この局所的な焼結により、各粉体層に、細孔をもたらすことが可能になり、これにより、発泡体を形成することが可能になる。

このことは、有利には、被覆部品又は二材料部品の作製を可能にし、この場合、第２の部分１２は、被覆体であるか又は第１の部分１１の一体部品である。

実際は、シリコンのような脆性材料から作製した部品の場合、より強い若しくはより好都合な機械特性を有する材料で部品を被覆する又はこうした材料で作製することが有用であり得る。手短に言えば、部品の全体部分を別の材料で作製することである。この実施形態は、第２の部品を単純に作製し、第１の部品に第２の部品を単一工程で組み付けることを可能にする。

部品を非晶質金属発泡体で被覆する場合、第１の部分１１として働くベゼル２１を、第２の部分１２として働く発泡体層２２で被覆する例を考慮されたい。この例は、被覆部品２０を形成し、図１に見ることができる完成デバイス１０である。第１の材料は、鉄鋼、真鍮、アルミニウム又はチタン等の従来使用する材料とすることができるが、脆性材料と呼ばれる材料でも同様に良好であり得る。脆性材料は、例えば、石英、ルビー、サファイア、ガラス、シリコン、黒鉛、炭素、又はシリコン炭化物及びシリコン窒化物若しくはセラミック種複合材料等のセラミック等、塑性範囲が利用可能ではない材料を意味する。

方法の第１のステップは、非晶質金属発泡体予備成形物２３を調達することである。

第２のステップは、被覆すべき部分、ここではベゼル２１を調達し、ベゼル２１を鋳型２４に置くことであり、図２に見ることができるように、鋳型２４は、被覆部品の凹形状を有するダイ２４ａ、２４ｂから構成することができる。この鋳型は、２つのダイから形成することができる。予備成形物２３も鋳型内に置く。

例えば、ベゼル又は歯車列の表面全体を０．１ミリメートルの非晶質金属発泡体層で被覆する必要がある場合、鋳型は、歯車列の寸法に等しい歯車列又はベゼルの寸法に０．１ミリメートルの層を足した形状を有することになる。したがって、充填すべき空間２５が存在する。

第３のステップでは、加熱ステップを実行する。この加熱ステップは、予備成形物が含むガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘとの間の温度まで組合せを加熱することにある。この温度では、非晶質金属は、粘度が大幅に低下し、この粘度の低下は、温度によって異なり、温度が高いほど、粘度はより低下する。この粘度は、非晶質金属が応力を受けたときに、鋳型の全ての角に挿入されることを可能にするものである。

この温度上昇は、発泡体予備成形物内に存在する気泡を加熱することも可能にする。次に、加熱された気体は、膨張し始め、より大きな体積を占めることになる。発泡体の非晶質金属が粘性と呼ばれる状態であるとすれば、図３に見ることができるように、この気体の膨張により、発泡体予備成形物の膨張が生じ、この予備成形物が膨張し始める。したがって、予備成形物の占める体積が増加する。図４に見ることができるように、非晶質金属成型特性に関連するこの予備成形物の体積増加により、鋳型の充填をもたらす。

非晶質金属発泡体予備成形物の膨張を可能にするために、凹部内の圧力が、予備成形物内部の気体の圧力よりも低い必要があり、そうでない場合には、予備成形物を膨張させることができない。密封鋳型の場合、２つのダイが形成する空洞内に真空が迅速に確立されると思われる。２つのダイが非密封鋳型を形成する場合、鋳型が中に置かれる筐体は、気体圧力よりも十分に低い真空又は圧力を受けることになる。

同様に、予備成形物の膨張によって加えられる応力により鋳型の２つのダイの分離を生じさせないように、これら２つのダイは、ボルト等の固定手段によって、又は単に２つのダイに対し十分な圧力を加えることによって、一緒に固定することができる。

粘度を制御可能な状態で発泡させることが可能である。即ち、ＴｇとＴｘとの間の温度を調節することによって、合金の粘度を修正し、膨張をより速くする又はより遅くすることが可能である。

ガラス転移温度Ｔｇ及び結晶化温度Ｔｘが上記発泡体の融点よりも低い場合、金属発泡体の融点よりも低い融点で部品の組立てを可能にする。

最後に、発泡体の融点を超えないと仮定すると、接続は、依然として単に機械的であり、溶接が生じない。即ち、望ましくない相（例えば脆い金属間相）が生じる危険性がない。

予備成形物の膨張を完了した後、冷却ステップを実施する。この冷却ステップは、非晶質金属発泡体予備成形物を固定させ、中間部品を形成するために実行する。次に、デバイスをダイから分離し、図１のデバイスを得る。

部品が二材料部品である場合、完成部品が、任意の材料の第１の部分１１及び非晶質金属発泡体の第２の部分１２から構成されていることは明らかであろう。方法の第１のステップは、非晶質金属発泡体予備成形物を調達することである。例えば、完成部品は、第２の材料の第２の部分１２、その上の第１の部分１１として働く基部３１から構成した二材料ベゼルであってもよい。この場合、第２の部分１２は、図５に見ることができるように、ベゼルの外殻３２を形成する。

別の例では、図６に見ることができるように、完成部品１０は、シャフト４１であってもよく、シャフト４１の直径低減部分４２を第２の材料から作製する。

これら２つの例では、第１の部分又は第２の部品は、非晶質金属発泡体であり得ることが明らかであろう。

これら２つの例は、二材料部品の利点を強調するものであり、作製した二材料部品の使用法に従って材料を選択することができる。

第２のステップは、二材料部品の第１の部分１１を調達し、第１の部分１１を鋳型内に置くことであり、鋳型は、完成部品の形状及び寸法を有する。

この第２のステップでは、予備成形物も鋳型内に置く。予備成形物は、第２の部分の形状と同様の形状を有する。

第３のステップでは、加熱ステップを実行する。この加熱ステップは、予備成形物が含むガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘとの間の温度まで組合せを加熱することにある。この温度では、非晶質金属は、粘度が非常に低下し、この粘度の低下は、温度によって異なり、温度が高いほど、粘度はより低下する。この粘度は、非晶質金属が鋳型の全ての角に挿入されることを可能にする。この温度上昇は、発泡体予備成形物内に存在する気泡を加熱することも可能にする。

次に、加熱された気体が膨張し始め、より大きな体積を占めることになる。発泡体の非晶質金属が粘性と呼ばれる状態であるとすれば、この気体の膨張により、発泡体予備成形物の膨張が生じ、この予備成形物が膨張し始める。したがって、予備成形物の占める体積が増加する。非晶質金属の成型特性に関連するこの予備成形物の体積増加により、鋳型の充填をもたらす。即ち、完成部品の第２の部分に割り当てた空間を充填する。

予備成形物の膨張を完了した後、冷却ステップを実施する。この冷却ステップは、非晶質金属発泡体予備成形物を固定させ、中間部品を形成するために実行する。

図７にみられるこの第１の実施形態の一変形形態では、完成部品である第１の部品１１が空洞１３を含むことを想定し得る。この空洞１３を使用して、第２の部品３２が被覆体である場合又は二材料部品を形成するために使用する場合に、第１の部品３１と第２の部品３２との間の接合を改善する。製造中に空洞１３を作製することにより、非晶質金属発泡体を中で膨張させることが可能になり、第１の部品と第２の部品との間の接合を強化する。

適切な場合、この空洞は肌理部１４を含む又は肌理部１４に代えることができ、図８に見ることができるように、肌理部１４は、粗さ、したがって取付けを向上させる。

第１の実施形態の第１の変形形態の一代替形態では、空洞は、その領域が一定ではない形状を有するように適合する。このことは、空洞が、深さに応じて一定である外形を有さないことを意味する。空洞の外形は、理想的には、深さに応じて広がり、自然な保持をもたらすようにする。

様々な実施形態の方法の一変形形態では、予備成形物は、第３のステップの間にのみ発泡体になる。実際には、発泡体が、温度に応じて気体を放出する前駆体化学薬剤を使用する場合、既に述べたように、これらの前駆体化学薬剤を含有する合金は、薬剤が気体を放出する前に製造することができ、これにより、発泡体の形態ではない予備成形物を得ることを可能にする。

このことは、可能性としては、発泡体予備成形物の変換ステップ及び上記発泡体の膨張ステップを同時に行う方法を可能にする。このことは、前駆体化学薬剤による気体の放出及び発泡体の膨張が、材料を加熱した際に生じるために可能になる。

したがって、方法は、発泡体の形態ではない予備成形物を調達し、予備成形物を鋳型内に置くことである。次に、前駆体化学薬剤が気体の放出を可能にする温度まで組合せを加熱し、この温度は、気体の膨張を可能にし、材料の膨張をもたらす。

様々な実施形態では、非晶質金属発泡体予備成形物の膨張は、様々な方法で制御することができる。

第１の解決策は、発泡体製造の間、気泡密度を修正することにある。非晶質金属発泡体の一製造方法は、気泡を溶融金属に注入し、この溶融金属を冷却し、気泡を閉じ込めることにある。気泡の注入は、気泡の注入がより均一又はあまり均一ではなく、及びより稠密又はあまり稠密ではないように分散するように制御することができる。この場合、気泡密度が大きいほど、発泡体内に封入した気体の体積は大きいことは明らかであろう。ここで、封入した気体の体積が大きいほど、加熱段階の間の気体の膨張によって生じる膨張は大きい。

第２の解決策は、加熱ステップの温度を修正することによって非晶質金属発泡体の膨張を制御することにある。事実上、気体を加熱すると、気体を構成する粒子の運動量が増大する。一定の体積では、このことは、単位面積当たりの粒子間の衝突数が増加するため、圧力の増大を表す。圧力を一定に保持しなければならない場合、気体の体積は、理想気体の法則に従って増大するはずである。したがって、加熱ステップの間の加熱温度の増加又は減少によって、非晶質金属発泡体内に封入した気体の体積は変動し、したがって気体の膨張が修正される。

第３の解決策では、非晶質金属発泡体の膨張は、第２の実施形態の加熱筐体内又は第１の実施形態の鋳型の空洞内の雰囲気の制御によって制御される。この解決策は、膨張が、非晶質金属発泡体内に封入した気体の圧力が発泡体の外部の雰囲気の圧力を超えた瞬間から可能であるという原理から出発する。この発想は、外部雰囲気が真空に近く、発泡体が可能な限り多く膨張することが促進されるということである。この事実のために、外部雰囲気の圧力が大きいほど、気体の膨張は低くなると仮定して、外圧を調節することによって、上記発泡体の膨張の大きさを調節する。

添付の特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲から逸脱することなく、上記で開示した本発明の様々な実施形態に対し当業者に明らかである様々な修正及び／又は改善及び／又は組合せを行い得ることは明らかであろう。

当然、図９に見ることができるように、空隙を空洞突起１５に代える又は空洞突起１５を追加することを想定することができる。こうした突起は、空隙の凹部であり、同じ機能を有する。このことは、非晶質金属発泡体が、この、又はこれらの突起を封入できるように成形され、第１の部分と第２の部分との間の締結を改善することを意味する。

Claims (16)

1. 第１の材料から作製した第１の部分（１１）及び第２の材料から作製した第２の部分（１２）から構成した部品（１０）を製造する方法であって、前記方法は、
   −第２の材料から作製した予備成形物を調達するステップであって、前記第２の材料は、温度及び／又は圧力条件を受けると体積が増加するように適合した、少なくとも部分的に非晶質の金属である、ステップ；
   −前記第１の部分を調達し、前記第１の部分及び前記予備成形物を２つのダイの間に置くステップであって、前記ダイは、製造すべき前記部品の凹形状を有する、ステップ；
   −前記予備成形物が含むガラス転移温度Ｔｇと結晶化温度Ｔｘとの間の温度まで組合せを加熱するステップであって、少なくともこのステップの間、前記予備成形物が少なくとも部分的に非晶質の金属発泡体を形成し、前記予備成形物の膨張を可能にするようにし、デバイスの前記凹形状を充填し、前記部品を形成するようにする、ステップ；
   −前記予備成形物を固化するために前記組合せを冷却するステップであって、前記少なくとも部分的に非晶質の金属発泡体の状態を保持し、前記デバイスを前記ダイから分離する、ステップ
   を更に含むことを特徴とする、方法。
2. 前記予備成形物の膨張は、被覆部品を形成するために使用することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記予備成形物の膨張は、二材料部品を形成するために使用することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記第１の部分は、少なくとも１つの空洞（１３）を備え、前記空洞（１３）の内部に、前記第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在することを特徴とする、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記第１の部分は、少なくとも１つの突起（１５）を備え、前記突起（１５）の周囲に、前記第２の部品を形成する前記非晶質金属発泡体が延在することを特徴とする、請求項１から４のうちいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記第１の部品は、前記第２の部品のより良好な取付けを可能にする肌理部（１４）を含むことを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の製造方法。
7. 前記方法は、少なくとも部分的に非晶質の金属合金発泡体予備成形物を製造する予備ステップを含むことを特徴とする、請求項１から６のうちいずれか一項に記載の製造方法。
8. 前記発泡体の膨張は、温度によって制御し、前記温度が高いほど、前記膨張は大きいことを特徴とする、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の製造方法。
9. 前記発泡体の膨張は、前記発泡体内の気体密度によって異なり、閉じ込めた前記気体の体積が大きいほど、前記膨張は大きいことを特徴とする、請求項１から８のうちいずれか一項に記載の製造方法。
10. 前記膨張は、前記発泡体内の圧力を周囲圧力よりも高くすることによってもたらすことを特徴とする、請求項１から９のうちいずれか一項に記載の製造方法。
11. 第１の材料から作製した第１の部分（１１）及び第２の材料から作製した第２の部分（１２）を含むデバイス（１０）において、前記第２の部品は、前記第１の部分の面のうちの１つから延在し、少なくとも部分的に非晶質の金属合金発泡体から作製することを特徴とする、デバイス（１０）。
12. 前記第２の部品は、被覆体であることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記第２の部品は、二材料部品の形成を可能にすることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
14. 前記第１の部品は、少なくとも１つの空洞を備え、前記空洞の内部に、前記第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在することを特徴とする、請求項１１から１３のうちいずれか一項に記載のデバイス。
15. 前記第１の部品は、少なくとも１つの突起を含み、前記突起の周囲に、前記第２の部品を形成する前記非晶質金属発泡体が延在することを特徴とする、請求項１１から１４のうちいずれか一項に記載のデバイス。
16. 前記第１の部品は、肌理部を含み、前記肌理部の内部に、前記第２の部品を形成する非晶質金属発泡体が延在することを特徴とする、請求項１１から１５のうちいずれか一項に記載のデバイス。

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