JP2016520722A5

JP2016520722A5 - 金属材料特にニチノールを再融解及び／又は再合金化するための方法及び装置

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Publication number: JP2016520722A5
Application number: JP2016513275A
Authority: JP
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2034-05-01

Description

再融解は好ましくは真空中で行われるために、一般に、単独のヒートシンクとしての直接の空冷又は水冷の使用は行われない。空冷は、一般に、高い熱量の排除には適しておらず、気体及び液体の熱容量は、少なくとも、材料を冷却すべくヒートシンクとして被加工材料に直接に熱伝導連結可能であるほどには高くない。ただし、特別な実施形態において、とりわけ、極めて迅速な冷却がなんら必要とされない場合には、空冷又は特に液体冷却が単独のヒートシンクとして十分であるとすることも可能である。ただし、好ましい実施形態においては、被加工材料から熱を速やかにかつ効果的に除去すると共に自らは冷却液によって冷却される、優れた熱伝導性を有する高密度の材料からなるヒートシンクが使用される。高い熱伝導率を有する材料製のヒートシンクにより、蒸気泡形成（ライデンフロスト効果）による冷却液の点状過熱も回避される。そのための特に優れた、高い熱伝導率を有する、適切な材料は銅又は銀である。

回転対称的な出発半製品材料（ボルト材、棒材、線材）の場合には、ヒートシンクは例えばコレットによって形成される。回転対称的な中空体の場合には、熱排出は外側ヒートシンク及び内側に位置するヒートシンクを介しても達成することができる。内側に位置するヒートシンクは高密度の材料からなっていてよく、その際、熱は冷却されたチャックを経て除去される。ヒートシンクは、同じく、その内部を冷却液が直接に貫流してもよい。ヒートシンクに伝達された熱は外部の冷却回路を経て除去される。

Claims

金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する方法であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料（１）は、高エネルギーの集束ビーム（２）によって、該金属材料体の融解キャピラリー（３）にて選択的局所融解され、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）による前記金属材料（１）の融解と同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱を排熱するために、該金属材料体は少なくとも一つのヒートシンク（４）によって冷却され、
優れた熱伝導性を有する高密度の材料からなるヒートシンク（４）が使用され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結されて、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が達成されるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結され、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動させられる
ことを特徴とする方法。
棒状、丸棒状、線状、ボルト状又は管状の金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する方法であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料（１）は、高エネルギーの集束ビーム（２）によって、該金属材料体の融解キャピラリー（３）にて選択的局所融解され、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）による前記金属材料（１）の融解と同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱を排熱するために、該金属材料体は少なくとも一つのヒートシンク（４）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結されて、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が達成されるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結され、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動させられる
ことを特徴とする方法。
プレート状又は帯状の金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する方法であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料（１）は、高エネルギーの集束ビーム（２）によって、該金属材料体の融解キャピラリー（３）にて選択的局所融解され、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）による前記金属材料（１）の融解と同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱を排熱するために、該金属材料体は少なくとも一つのヒートシンク（４）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結されて、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が達成されるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結され、
前記ヒートシンク（４）として、前記金属材料（１）を固定するホルダ装置の優れた熱伝導性材料製の相互対向する締付け固定板（１０）が使用され、該締付け固定板（１０）の間に前記金属材料（１）が加圧下で挟掴固定されるか、又は挟装通過ガイドされ、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動させられ、
該金属材料（１）は、前記締付け固定板（１０）の間に形成されて該金属材料（１）を貫いて該金属材料（１）の長手方向に延びる一本の融解キャピラリー（３）によって加工される
ことを特徴とする方法。
ボルト状の金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する方法であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料（１）は、高エネルギーの集束ビーム（２）によって、該金属材料体の融解キャピラリー（３）にて選択的局所融解され、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）による前記金属材料（１）の融解と同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱を排熱するために、該金属材料体は少なくとも一つのヒートシンク（４）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結されて、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却され、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が達成されるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結され、
前記ヒートシンク（４）として、ボルト材（１２）の周面を包囲する、優れた熱伝導性材料から形成された冷却ジャケット（１３）が使用され、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動させられ、
前記ビーム（２）の前記焦点（６）は前記金属材料（１）の端面全体にわたって運動される
ことを特徴とする方法。
優れた熱伝導性を有する高密度の材料からなるヒートシンク（４）が使用されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記金属材料（１）は、プレート状、帯状、棒状、丸棒状、線状、ボルト状又は管状の金属材料（１）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
高エネルギーの集束ビーム（２）として、電子ビーム、レーザビーム、イオンビーム又はプラズマビームが使用されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
前記金属材料（１）は、ニチノールからなる金属材料（１）であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
もっぱらガス冷却装置又は液体冷却装置として形成されたヒートシンク（４）が使用されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
前記ヒートシンク（４）は、銅製又は銀製であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
加工される前記金属材料（１）の表面に前記金属材料（１）の外側から接触する保持装置又は締付け装置（７）として形成されたヒートシンク（４）が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
加工される前記金属材料（１）に隙間なく密接するヒートシンク（４）が使用されることを特徴とする、請求項１又は１０に記載の方法。
加工される前記金属材料（１）に一体に組み付けられたヒートシンク（４）として、一本の管から形成される冷却ジャケット（１３）又は一本のコア又は管から形成される冷却コアが使用されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
前記金属材料（１）は、管状の金属材料（１）であり、その際、前記金属材料（１）のための前記ヒートシンク（４）として、優れた熱伝導性材料から形成された管が使用され、当該管の内部を冷却液（５）が貫流することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
ヒートシンク（４）として、前記金属材料（１）を掴持する、優れた熱伝導性材料から形成される締付け装置（７）が使用され、該締付け装置（７）に前記金属材料（１）が挟掴固定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記締付け装置（７）は、その内部に長尺状の物品を挿入可能な形状を有するとともに、その内部に挿入した当該物品を当該物品の長手軸方向に沿ってスライド移動可能に構成され、
前記金属材料（１）は、前記ビーム（２）による加工中に、前記長手軸方向に沿って前記締付け装置（７）から引き出され、又は抜き出されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
前記金属材料（１）は、前記ビーム（２）による加工中に、該金属材料（１）の長手軸を中心にして回転させられることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
第一の金属材料および第二の金属材料の再融解及び／又は再合金化によって、前記第一の金属材料からなる層および前記第二の金属材料からなる層を含む層状の金属半製品を製造する方法であって、
前記第一の金属材料および前記第二の金属材料は、同一の形状を有すると共に、同一の種類の金属からなり、
前記金属材料（１）が前記第一の金属材料である請求項３の方法により加工する第一加工ステップと、
前記第二の金属材料を、前記第一加工ステップにおいて加工された前記第一の金属材料の脇に配して、前記締付け固定板（１０）の間に挟掴固定し、前記第一の金属材料からなる層および前記第二の金属材料からなる層を含む層状の金属材料を形成する固定ステップと、
前記金属材料（１）は、前記固定ステップにおいて形成された前記層状の金属材料であって、当該層状の金属材料を、一本の連続した線状の融解部分が生じるように加工する請求項３に記載の方法により加工する第二加工ステップと、を含む方法。
前記金属材料（１）は、層状の金属材料であり、
前記層状の金属材料は、第一の金属材料と、前記第一の金属材料とは異なる種類の金属からなる第二の金属材料と、を並列に配して形成され、
当該層状の金属材料が前記締付け固定板（１０）の間に挟掴固定されて、加工されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
冷却速度は、１０^２Ｋ／ｓｅｃ〜１０^５Ｋ／ｓｅｃであることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する装置であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料体の融解キャピラリー（３）にて前記金属材料（１）の選択的局所融解を行なうために形成される高エネルギーの集束ビーム（２）を発生させる照射装置を有し、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）により前記金属材料（１）が融解されている間に、同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱をヒートシンク（４）による前記金属材料体の冷却によって排熱するために形成された少なくとも一つのヒートシンク（４）を冷却するための冷却装置を有し、
前記ヒートシンク（４）は優れた熱伝導性を有する高密度の材料からなり、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結可能であって、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却可能であり、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結可能であって、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動可能であるように形成されていることを特徴とする装置。
棒状、丸棒状、線状、ボルト状又は管状の金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する装置であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料体の融解キャピラリー（３）にて前記金属材料（１）の選択的局所融解を行なうために形成される高エネルギーの集束ビーム（２）を発生させる照射装置を有し、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）により前記金属材料（１）が融解されている間に、同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱をヒートシンク（４）による前記金属材料体の冷却によって排熱するために形成された少なくとも一つのヒートシンク（４）を冷却するための冷却装置を有し、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結可能であって、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却可能であり、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結可能であって、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動可能であるように形成されていることを特徴とする装置。
プレート状又は帯状の金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する装置であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料体の融解キャピラリー（３）にて前記金属材料（１）の選択的局所融解を行なうために形成される高エネルギーの集束ビーム（２）を発生させる照射装置を有し、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）により前記金属材料（１）が融解されている間に、同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱をヒートシンク（４）による前記金属材料体の冷却によって排熱するために形成された少なくとも一つのヒートシンク（４）を冷却するための冷却装置を有し、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結可能であって、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却可能であり、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結可能であって、
前記ヒートシンク（４）は、前記金属材料（１）を固定するホルダ装置の優れた熱伝導性材料製の相互対向する締付け固定板（１０）であって、該締付け固定板（１０）は間に前記金属材料（１）を加圧下で挟掴固定又は挟装通過ガイド可能であって、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動可能であるように形成され、
該金属材料（１）は、前記締付け固定板（１０）の間に形成されて該金属材料（１）を貫いて該金属材料（１）の長手方向に延びる一本の融解キャピラリー（３）によって加工されることを特徴とする装置。
ボルト状の金属材料（１）の再融解及び／又は再合金化によって金属半製品を製造する装置であって、融体の凝固は高速冷却を実施する冷却装置によって行われ、
前記金属材料体の融解キャピラリー（３）にて前記金属材料（１）の選択的局所融解を行なうために形成される高エネルギーの集束ビーム（２）を発生させる照射装置を有し、
前記融解キャピラリー（３）からの熱除去は、該融解キャピラリー（３）に隣接した、再融解されていない冷金属材料体によって実施され、
前記集束ビーム（２）により前記金属材料（１）が融解されている間に、同時に、前記融解キャピラリー（３）から前記金属材料体に伝達された熱をヒートシンク（４）による前記金属材料体の冷却によって排熱するために形成された少なくとも一つのヒートシンク（４）を冷却するための冷却装置を有し、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料体の少なくとも一つの面の少なくとも一部に連結可能であって、該ヒートシンク（４）は冷却液（５）によって冷却可能であり、
前記ヒートシンク（４）は、良好な熱伝導が行われるように、前記金属材料（１）上の前記集束ビーム（２）の焦点（６）の近傍ないし前記金属材料（１）内の前記融解キャピラリー（３）の近傍に位置する前記金属材料体箇所において該金属材料体に連結可能であって、
前記ヒートシンク（４）は、ボルト材（１２）の周面を包囲する、優れた熱伝導性材料から形成された冷却ジャケット（１３）であって、
前記融解キャピラリー（３）を取り巻く前記金属材料（１）の金属材料体を融解するために、前記集束ビーム（２）の焦点（６）は前記金属材料（１）に沿って、ないし、前記融解キャピラリー（３）は前記金属材料（１）を貫いて運動させられ、その際、高エネルギーの前記集束ビーム（２）の焦点（６）と前記集束ビーム（２）が照射される前記金属材料（１）とは、所望のエリアが前記焦点（６）によって掃引されるようにして、互いに相対運動可能であるように形成され、
前記ビーム（２）の前記焦点（６）は前記金属材料（１）の端面全体にわたって運動されることを特徴とする装置。