JP2001150096A - 溶融金属貯蔵部ループを用いたインベストメント鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

溶融金属貯蔵部ループを用いたインベストメント鋳造装置及び鋳造方法

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JP2001150096A JP2000349880A JP2000349880A JP2001150096A JP 2001150096 A JP2001150096 A JP 2001150096A JP 2000349880 A JP2000349880 A JP 2000349880A JP 2000349880 A JP2000349880 A JP 2000349880A JP 2001150096 A JP2001150096 A JP 2001150096A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、鋳型空洞への精密な充填を
促進させ、より清浄な溶融金属の供給を可能にすること
にある。 【構成】 本発明は、インベストメント鋳造法におい
て、セラミックのインベストメント鋳型をチャンバに配
置し、鋳型に連結する溶融金属貯蔵部に連通させ、溶融
金属が貯蔵部の溶融金属のガス加力を受けて、貯蔵部の
下側の領域から反転湾曲供給湯口を通って鋳型へ流れる
ように、溶融金属注入カップ貯蔵部は、反転湾曲供給湯
口を経て鋳型に連通される。加力がない場合に溶融金属
が貯蔵部から鋳型空洞へと流れるのを妨げるために、湾
曲供給湯口は、貯蔵部の溶融金属水準より上に湾曲領域
を有するように構成される。貯蔵部に存する間に、溶融
金属中の酸化物や他の異物成形粒子は、溶融金属の上部
面へ浮くことができ、それにより、貯蔵部の下側の領域
から反転湾曲溶融金属供給湯口を通って鋳型に送られる
溶融金属の異物成形粒子は、減少した量になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック・イン
ベストメント鋳型と、反転溶融金属供給湯口で鋳型に連
結し貯蔵部から溶融金属の底供給を提供する溶融金属貯
蔵部とを使用した金属および合金のインベストメント鋳
造装置及び鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これは、１９９８年５月１４日に出願さ
れた一部継続出願番号０９／２５３，９８２である。
【０００３】例えばガスタービンエンジン用のニッケル
・ベース超合金タービンブレードやベーンといった部品
の鋳造において、エンジンのタービン部分の高温での改
良をされた機械的性質を有した等軸単一結晶や円柱グレ
ーン鋳造を作り出すインベストメント鋳造技術は、過去
から用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現代の高スラスト・ガ
スタービンエンジン用の、タービンブレードやベーンの
製造において、ブレードやベーンに求められる冷却を提
供する方法で、例えば軸受台やタービュレータや回転ベ
ーンのような通路における特徴を有する複合内部冷却通
路が設けられ、内部冷却されるブレードやベーンに対す
るガスタービン製造業者の需要が常にあった。概して、
これらの小さな鋳造内部面の特徴は、溶融金属が鋳込ま
れる鋳造空洞に複合セラミックコアを有することによっ
て形成される。軸受台、タービュレータ、回転ベーンを
形成する複合コアの小寸法面の特徴やその他の内部面の
特徴により、溶融金属でコア近くの鋳造空洞を充填させ
ることができるとしても、より困難でより不一致となる
傾向がある。そのような状況で、湿潤性セラミックや鋳
型のメタル長・高さの増加やより高温での予熱は、鋳型
への充填を改良し局在的空洞を減らす試みに使用されて
きた。しかし、これらは高価であり、鋳造装置の物理的
サイズによって限定されることになる。さらに、鋳造の
重量を減らすには、ガスタービンエンジン製造者は、よ
り薄い翼形肉厚とより小さい鋳造の外側形体とが必要と
なる。しかし、溶融金属で充填するのは可能でないか、
とても困難である。
【０００５】米国特許５，５９２，９８４では、セラミ
ックインベストメント鋳型を鋳造チャンバの鋳造炉に設
け、ガス加圧された鋳造チャンバによって溶融金属で鋳
型を充填し、その鋳込み直後に、溶融金属と例えばセラ
ミックの鋳型および／またはコアといった鋳型構成部品
との間の表面張力効果の結果として、溶融金属において
現れる局在的空洞領域を減らすという、ガスタービンエ
ンジンブレードおよびベーン等のインベストメント鋳造
方法が述べられている。
【０００６】さらに、鋳型空洞に供給される溶融金属の
清浄度を改良し、特に、非常に不利益にその機械的性質
に影響する有害な異物を構成する溶融金属中の酸化物お
よび他の異物成形粒子を減らすという要求が常にある。
【０００７】インベストメント鋳型と、より洗浄な溶融
金属の鋳型への底供給を提供しより良い鋳型への充填を
させる、湾曲反転溶融金属供給湯口で鋳型に連通される
溶融金属注貯蔵部とを使用したインベストメント鋳造の
ための方法と装置を供給することが本発明の目的であ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、チャンバに配
置される耐火性の鋳型であって、一つ以上の鋳型空洞を
有する前記鋳型と、鋳型に連通する溶融金属貯蔵部であ
って、前記一つ以上の鋳型空洞を充填するに少なくとも
十分な溶融金属を保持する貯蔵容積を有する前記貯蔵部
と、前記貯蔵部の下側領域及び前記一つ以上の鋳型空洞
に通じる湾曲反転供給湯口を有する前記貯蔵部と、前記
貯蔵部の溶融金属水準より上に湾曲領域を有し、前記貯
蔵部に存する前記溶融金属の前記一つ以上の鋳型空洞へ
の流れを遮断するように構成されている前記湾曲供給湯
口と、前記貯蔵部の前記溶融金属を加圧し、前記貯蔵部
から前記湾曲供給湯口を通って前記一つ以上の鋳型空洞
へ前記溶融金属を移動させるガス加圧手段とから構成さ
れることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、インベストメント鋳造
法において、セラミックのインベストメント鋳型をチャ
ンバに配置し、鋳型溶融金属貯蔵部を一つ以上の鋳型空
洞に連通させ、その貯蔵部は、鋳型空洞を充填するに少
なくとも十分な溶融金属を保持するに必要な（望ましく
は溶融金属が過剰となるような）貯蔵容積を有するとい
うインベストメント鋳造のための方法及び装置を提供す
る。溶融金属の貯蔵部がガス加力を受けている場合、溶
融金属が貯蔵部の下側の領域から湾曲鋳型反転供給湯口
を通って鋳型に送られるように、溶融金属貯蔵部は、反
転湾曲供給通路または湯口を経て、鋳型空洞に連通され
る。しかし、溶融金属のガス加圧がない場合には、溶融
金属が貯蔵部から鋳型空洞まで流れ出るのを遮断するた
めに、鋳型湾曲供給湯口は、貯蔵部での最大溶融金属水
準より上に、 湾曲通路領域を有するよう構成される。
溶融金属中の酸化物および他の異物成形粒子は、溶融金
属貯蔵部にある間に、溶融金属の上面に浮くようにな
り、それによって、貯蔵部の下側の領域から反転湾曲溶
融金属供給湯口を経て鋳型まで底供給される溶融金属の
異物成形粒子は、減少した量になる。随意の溶融金属フ
ィルタは、鋳型に送られる溶融金属中の異物を除去また
は減少させるために使用され、溶融金属はガス加力を受
けて送られるので、不利益な溶融金属の損失がなくな
る。
【００１０】溶融金属が貯蔵部にあるとき、貯蔵部の原
位置で溶解するか、または、るつぼからその中に導入さ
れるかによって、本発明の一実施例のガスは、貯蔵部の
溶融金属へのガス圧を供給して、反転鋳型湾曲供給通路
または湯口を通って鋳型空洞に、より清浄な底溶融金属
を流れさせ充填するような方法で、チャンバを加圧す
る。そして、貯蔵部に残留している上部の溶融金属面近
くの若干の汚染溶融金属（異物成形粒子によって汚染さ
れた溶融金属）は残される。チャンバは、注入カップの
原位置の金属材料装填物が融解される間、まず最初に排
気され、そして、例えば不活性ガスや非反応性ガスのよ
うなガスを、適切なガス圧でチャンバに導入することに
よって、ガス加圧され、貯蔵部から鋳型湾曲を通って鋳
型空洞に溶融金属を流れさせる。本実施例において、チ
ャンバのガス加圧により貯蔵部の溶融金属を湾曲供給湯
口を通って鋳型空洞に圧力キャップを必要とせずに流れ
させるような方法で、鋳型のガス浸透性を減らすように
処理される。外面の耐火性釉薬や塗装は、鋳型壁からの
通気性を減らすために外部鋳型に設けられる。
【００１１】本発明は、その他の方法では溶融金属を充
填するのが困難であって、内部鋳型面の特徴および／ま
たはコア面の特徴によって規定される鋳型空洞への精密
な充填を促進させる。また、本発明では、異物成形粒子
を減少させた量の溶融金属で鋳型を充填させ、より清浄
な鋳造を供給することを促進させる。
【００１２】
【実施例】本発明では、金属や合金のインベストメント
鋳造の方法と装置を供給し、チタン・合金や他の一般的
な金属・合金のみならず、等軸単一結晶あるいは円柱グ
レーン・ミクロ組織を有するニッケルやコバルトや鉄ベ
ースの超合金の鋳造に特に有用であるが、それらに限ら
れない。例えば図１−４に示されるように、本発明は等
軸グレーン鋳造を実践でき、また、溶融／鋳造チャンバ
１０と開口部ＯＰで連通した鋳型チャンバ１１とが含ま
れる鋳造装置の中に、複合内部通路を作り出さない。セ
ラミックインベストメント・シェル鋳型１２は、後述の
方法で鋳造チャンバ１０に配置される。
【００１３】鋳型１２は、複数の鋳型空洞成形部１２ａ
を有する鋳型群から成る。その複数の鋳型空洞成形部１
２ａは、例えば概略的に図３に示される鋳型空洞１２ｃ
のように、それぞれ鋳型空洞を有し、溶融金属で充填さ
せ凝固させ各々の鋳型空洞で鋳物を形成する。鋳型空洞
成形部１２ａは、各々、その中に配置され内部通路や他
の鋳造の特徴を形成するオプションのセラミックコア
（図示せず）を有しうる。
【００１４】本発明の実施例に従うと、鋳型１２は、共
通のセラミックの注入カップ１３に連結あるいは連通す
る。セラミックの注入カップ１３は、鋳型空洞を溶融金
属で充填するに少なくとも十分な溶融金属を受け取り保
持する内容積を備えた溶融金属貯蔵部１３ａを有する。
たとえば、溶融金属貯蔵部１３ａの容積は、充填される
鋳型空洞より、わずかにより大きい。注入カップ１３
は、サイズおよび内容積において、過去に用いられた注
入カップ構造と比較すると、非常に拡大されている。過
去の注入カップ構造は、鋳型空洞を充填するに十分な溶
融金属の量を保持せずに、単に溶融金属を受け取って、
鋳型空洞成形部１２ａに導くように機能するだけであ
る。
【００１５】後述する方法で溶融金属のガス加力を受け
て、貯蔵部１３ａの下部領域１３ｂから反転湾曲供給通
路・湯口１５と湯道１７とを通って鋳型空洞１２ｃに供
給されるように、溶融金属貯蔵部１３ａは、溶融金属を
流動させる、反転湾曲供給通路または湯口１５と一つ以
上の横方向の湯道１７とを経て、鋳型１２に連結あるい
は連通する。この目的のために、反転湾曲供給通路また
は湯口１５は、注入カップ１３の底壁で形成される開口
部１３ｃを経て、内部貯蔵部１３ａに連通する。
【００１６】貯蔵部から鋳型１２への溶融金属の流れ
が、貯蔵部の加力がないために、湾曲供給湯口１５によ
って遮断されるように、鋳型湾曲供給湯口１５は、貯蔵
部１３ａの溶融金属最大水準Ｌより上の最上位湾曲通路
部１５ｃを有するように構成される。
【００１７】特に、湾曲供給湯口１５は、貯蔵部１３ａ
の底開口部１３ｃに連通する上昇部１５ａと、最上位湾
曲部１５ｃと、最上位湾曲部１５ｃで上昇部１５ａに相
互連結する下降部１５ｂと、下降部１５ｂと鋳型湯口１
９とへ連通し、順に湯道１７へ連通し鋳型空洞成形部１
２ａに至る横方向部１５ｄとを含む。
【００１８】本発明の一実施例において、注入カップ貯
蔵部１３ａは、鋳造チャンバ１０に配置されるるつぼ５
４から溶融金属を受け取る。誘導コイル（図示せず）
は、るつぼ５４の近くに配置され、金属や合金装填物を
加熱して溶かし、鋳造されるように溶融金属を形成す
る。溶融金属は、一般に鋳込まれる金属や合金に応じて
選ばれる過熱温度で加熱される。
【００１９】本発明の他の実施例において、溶融／鋳造
チャンバ１０は、省略でき、また、図５に示す金属材料
の固体装填物Ｃは、チャンバ１１で鋳型１２を有する溶
融金属貯蔵部１３ａに配置しうる。この目的のために、
固体装填物は、チャンバ１１にある図５に示す溶融金属
貯蔵部１３ａと関連して配置される従来の誘導コイルの
付勢によって、適切な過熱度に溶かされ、加熱される。
あるいは図５のように、金属材料の固体装填物Ｃは、溶
融／鋳造チャンバ１００に存する鋳型１２の溶融金属貯
蔵部１３ａに配置することもできる。この目的のために
固体装填物は、チャンバ１００の溶融金属貯蔵部１３ａ
と関連する従来の誘導コイル１３０の付勢によって、適
切な過熱度に溶かされ加熱される。本実施例において、
溶融金属貯蔵部１３ａは、どんな形にでもなりえ、注入
カップとして構成される必要はない。
【００２０】貯蔵部１３ａの下部領域１３ｂから、反転
湾曲溶融金属供給湯口１５を経て鋳型１２に供給された
溶融金属は、異物成形粒子を減らした量となり、それに
よってより清浄な鋳物を作り出すように、溶融金属が溶
融金属貯蔵部１３ａに存する間に、溶融金属中の酸化物
や他の異物成形粒子は、上面すなわち溶融金属水準のＬ
の近接で、浮き、分離する。一つ以上の従来のセラミッ
クの溶融金属フィルタ８０（一つが示される）も、湾曲
１５または湯道１７や他の溶融金属が流れる位置に設け
ることができ、溶融金属中の異物成形粒子を除去して減
少させる。
【００２１】図１−４において、溶融／鋳造チャンバ１
０は、例えばニッケルやコバルトや鉄ベースの超合金、
チタンといった合金を鋳造するために、バキュームポン
プ５０によって、１５のミクロン以下の真空水準に排気
可能である。鋳造チャンバ１０に配置される鋳型１２／
注入カップ１３は、鋳型の浸透性ガスによって、排気さ
れる。鋳造チャンバ１０が省略されるか使用されない場
合、注入カップ１３ａ中の金属材料の固体装填物が融解
される間に、鋳型チャンバ１１は、同様のバキュームポ
ンプ５１によって、排気されることができる。
【００２２】図５において、チャンバ１００は、バキュ
ームポンプ１５０によって、ニッケルやコバルトや鉄ベ
ースの超合金、チタンやその合金の溶融のために、１５
ミクロン以下の真空レベルに排気できる。チャンバ１０
０に置かれる鋳型１２／貯蔵部１３ａは、圧力キャップ
４０が図５の実施例で使用されていないので、開いた貯
蔵部１３ａを通って排気される。
【００２３】一般的に、鋳型１２は、上記した特徴を有
するセラミックのインベストメントシェル鋳型群から構
成され、周知のロストワックスプロセスによって形成さ
れる。ロストワックスプロセスは、鋳型のワックスある
いは他のパターンが、セラミックスラリーに繰り返し浸
され、排出され、粗粒セラミックスタッコにより化粧し
っくい細工され、パターンに要求されるシェル鋳型の厚
さを形成する。それからパターンは、インベストシェル
鋳型から除去され、またシェル鋳型は高温で燃焼され、
鋳造に耐えうる適切な鋳型強度を形成される。このよう
に形成されるインベストメント・シェル鋳型は、その結
果、多孔性とガスに対する充分な浸透性とを示す。セラ
ミックの注入カップ１３（あるいは溶融金属貯蔵部）と
セラミックの反転湾曲供給通路あるいは湯口１５は、ロ
ストワックスプロセスを使用し同様な方法で形成され
る。注入カップ１３（あるいは溶融金属貯蔵部）は、鋳
型１２とは別に形成でき、機械的結合の有無にかかわら
ず、連通できる。あるいは、ロストワックス技術を使用
して一体的に鋳型を形成できる。
【００２４】図１−４において、鋳型１２と注入カップ
１３は、図２に示すように、つば３２を有する支持具３
０で配置され、つば３２は、少なくとも部分的に注入カ
ップ１３の周りに配置される。支持つば３２は、台３５
に取り付けられる直立した支持部材３４で支えられ、台
３５は、水圧のラム３７あるいは鋳型脱着チャンバ１１
と鋳造チャンバ１０との間の鋳型を動かす他のエレベー
タに載せられる。台３５は、るつぼ５４から鋳型注入カ
ップ１２ｂへの溶融金属の鋳込の間に、溶融金属スプラ
ッターのみならず鋳型１２から落下した廃石を捕える受
け口３５ａを規定する。
【００２５】圧力キャップ４０は、図１、２および４に
示されるように、ピボットのキャップ支持部材４２を有
するピボット式機械装置に配置され、ピボットピン４３
で直立した支持部材３４に枢着される。空気あるいは流
体アクチュエータ４５は、ピボットピン４３の近くにキ
ャップ支持体部材４２を枢軸上に置くために、直立した
支持部材３４に取り付けられる。この目的ために、アク
チュエータは、下部の端がピボット接続４５ｂによって
支持部材３４に取り付けられる流体気筒４５ａと、ピボ
ット接続４５ｄによってキャップ支持部材４２に連結さ
れるピストンロッド４５ｃとが含まれる。
【００２６】流体アクチュエータ４５は、注入カップ１
３と密封係合する状態になる図２の実線で示される概し
て水平な密封位置に、また、圧力キャップ４０が傾いた
方位に指向する注入カップ１３から離れた破線で示され
る非密封位置に、圧力キャップ４０を動かすように発動
させられる。
【００２７】圧力キャップ４０は、第１プレート４０ａ
と第２環状プレート４０ｂが含まれ、第２環状プレート
４０ｂは、図４に示すように、平らで環状のファイバ・
ガスケット４１（例えばケイ酸アルミニウム・ファイバ
・ガスケット）を携える第１プレート４０ａとともに、
ボルト４０ｃで固定され、ファイバ・ガスケット４１
は、図２および４に示されるように圧力キャップが実線
位置にある場合、押し付けられ、環状の注入カップ唇１
３ｄと係合した状態となる。ガス・マニホルド４０ｄ
は、プレート４０ａと４０ｂにより画定される。マニホ
ルド４０ｄは、不活性ガスを注入カップ側に移動し、溶
融金属上に均等に下方へと広がるよう、そこから間隔を
置かれた下部のガス・デフレクタ・プレート４０ｆに対
して不活性ガスを導くためのアウトレットオリフィスあ
るいは開口部４０ｅを含み、開口部４０ｅは、複数の隆
起部４０ｇでプレート４０ｂに締められる（図４）。作
動中に、圧力キャップ４０は、上述のピボット式機械装
置によって動かされ、溶融金属がるつぼ５４から注入カ
ップに導入されたあと、高温の鋳型の環状注入カップ唇
１３ｄに密封状態に押し付ける。
【００２８】圧力キャップ４０はねじ穴Ｈを含み、ねじ
穴Ｈは、弾力的な溝管６０が連結されるまで、嵌合いＦ
を受け入れる。弾力的な溝管６０は、加圧された不活性
ガス（例えば従来のアルゴン気筒）を有する供給源Ｓに
連結され、供給源ＳはバルブＶを開けることによってチ
ャンバ１０の外側に配置され、また、溝管６０と供給源
６０との間のチャンバ１０の外側に配置される。弾力的
な溝管６０はチャンバ１０・１１間を圧力キャップ４０
とともに上下に移動する一方、供給源ＳおよびバルブＶ
は、固定されている。チャンバ１１は、鋳型を着脱する
チャンバである。
【００２９】上記したように、溶融金属は、るつぼ５４
から、貯蔵部１０にある予熱された鋳型１２に連通する
予熱された注入カップ貯蔵部１３ａに導入される。ある
いは、固体装填物はチャンバ１１に存する鋳型１２の溶
融金属貯蔵部１３ａの原位置で溶解される。どうやって
溶融金属が供給されるか、注入カップ貯蔵部１３ａのど
こに溶融金属が供給されるかに関係なく、圧力キャップ
４０は、上記のピボット式機構によって動かされ、環状
の注入カップ唇１３ｄに密封して押し付けられる。溶融
金属は、溶融金属温度を維持するに足りるできるだけ短
い所定時間（例えば１秒以下）で、鋳造チャンバ１０の
相対真空（例えば１５ミクロン）の下で、貯蔵部１３ａ
に存する。溶融金属中の酸化物や他の異物成形粒子は、
貯蔵部１３ａに存する間や湾曲供給湯口１５を経て鋳型
１２に送られる間に、上面すなわち溶融金属水準にまで
浮く。鋳型空洞成形部１２ａに供給される溶融金属の異
物成形粒子が減じた量となるように、溶融金属は、貯蔵
部１３の下部領域１３ｂから反転湾曲溶融金属供給湯口
１５を経て鋳型１２に、底供給される。
【００３０】この目的のために、圧力キャップ４０が注
入カップ刃先１３ｄに密封されたあと、圧力キャッププ
レート４０ａに延長するガス溝管６０は、加圧された不
活性ガスの供給源Ｓに開口部バルブＶによって連通さ
れ、それによって局在的不活性ガス圧力を、注入カップ
貯蔵部１３ａの水準Ｌに存する溶融金属に導入する。溶
融物を底注入カップ開口部１３ｃと反転湾曲供給湯口１
５を通って鋳型空洞成形部門１２ａに移動させ、異物成
形粒子の量を減じた溶融金属で充填させる目的を効果的
になすため、気圧単位０．１から２．０の不活性ガス圧
力が、注入カップ貯蔵部１３ａに存する溶融金属に供給
される。上部の溶融金属面すなわち水準Ｌの近くの汚れ
た溶融金属は、分離された異物成形粒子を含むので、鋳
型空洞に送られない。
【００３１】さらに示されるように、注入カップ１３と
鋳型１２が連結される場合、注入カップ貯蔵部１３ａに
存在する溶融金属に加えられる圧力はまた、内部鋳型面
の特徴および／またはコア面の特徴によって規定される
鋳型空洞１２ａの細かい充填を助け、あるいは高める。
そうでなければ、溶融金属で充填するのは困難である。
バキュームポンプ５０が作動中ではない場合、鋳造チャ
ンバ１０が、バキュームポンプ５０の作動によって、圧
力キャップ４０が注入カップ唇１３ｄに加圧される間、
相対真空の下で、あるいは鋳型に局所的に現れる圧力と
は異なる圧力で維持されるように、注入カップ唇１３ｄ
に密封係合されるファイバ・密封ガスケット４１は、同
時に鋳造チャンバ１０への不活性ガスの漏れを最小にす
る。
【００３２】圧力キャップ４０は、図２の破線によって
示されるように、鋳型の充填の後の、あるいは特定の鋳
型のために必要とされる所与の加圧時間の後の２秒から
３秒またはそれ以上の後、上述のピボット式機械装置に
よって、注入カップ唇１３ｄから離れた位置に移動され
る。
【００３３】本発明を実践する際には、貯蔵部にある溶
融物の底から鋳型空洞成形部１２ａに溶融物を供給する
ように、注入カップ１３は鋳型１２から分離して使用さ
れ、そして、例えばループ供給湯口１５を整列配置する
ことによって、あるいは鋳型１２の上部開口部と位置を
合わせることによって、それに連通することができる。
本発明の本実施例の鋳型空洞成形部１２ａの充填は、鋳
型および注入カップが密封して連結されていないという
理由から、大幅には高められないが、溶融金属の底供給
の利点は実現される。
【００３４】図５に関連し、鋳型１２および溶融金属貯
蔵部１３ａは、溶融金属貯蔵部１３ａに配置される固体
金属装填物Ｃを有する適切な保持具（図示せず）で、チ
ャンバ１００に置かれる。チャンバ１００は、バキュー
ムポンプ１５０によって、貯蔵部１３ａにある装填物を
溶解するに適切な真空レベルにまで排気される。このた
めに、チャンバ１００の溶融金属貯蔵部１３ａと関連し
て配置される従来の誘導コイル１３０の付勢によって、
固体装填物が溶解される。固体装填物は、誘導コイル１
３０の付勢によって貯蔵部１３ａの相対真空（大気中よ
り低い圧力）の下で、鋳造のための適切な過熱度に溶解
され加熱される。それから、装填物が貯蔵部１３ａの相
対真空の下で溶解された後、チャンバ１００はガス加圧
され、順番にガス圧を貯蔵部１３ａの溶融金属に圧力レ
ベルで及ぼし、貯蔵部１３ａの溶融金属をループ供給湯
口１５を通って鋳型空洞１２ｃへ流れさせる。不活性ガ
ス（例えばアルゴン）や非反応性ガス（例えば窒素）を
使用しながら、チャンバ１００は、気圧単位あるいは他
の圧力レベル０．５から１に、あるいはそれ以上のレベ
ルに加圧されることができる。ガスは、例えばガス・シ
リンダまたは工場ガス供給ラインのような、チャンバ１
００へ連通する従来のガス供給源Ｓから供給される。ガ
ス圧は、経験に基づいて決定される時間の間、チャンバ
１００で維持されることができ、鋳型の傷のない鋳物の
生産を生産できる。
【００３５】装填物Ｃが溶解された後のチャンバ１００
のガス加圧は、上記の圧力キャップ４０を必要とせず
に、溶融金属が貯蔵部１３ａから供給湯口１７を通り鋳
型空洞１２ｃに流れるような方法で、図５の実施例の鋳
型１２、貯蔵部１３ａ、湾曲供給湯口１５および湯道１
７は、その壁によるガス浸透性を減じたガスを供給され
る。チャンバ１００のガス加圧が、貯蔵部１３ａの溶融
金属の上方と以前に排気された鋳型空洞１２ｃの上方
で、差圧を作り出し、溶融金属を貯蔵部１３ａから湾曲
供給湯口１５を通って鋳型空洞１２ｃに流れさせるよう
に、これらの鋳型構成部品の外部に耐火性釉薬や他の通
気性還元塗装を供給することによって、鋳型１２、注入
カップ１３、湾曲供給湯口１５および湯道１７のガス浸
透性を減じることができる。
【００３６】本発明例示の実施例の、鋳型１２、貯蔵部
１３ａ、湾曲供給湯口１５および湯道１７は、ガス浸透
性を減らした耐火性釉薬を有する。釉薬材料で鋳型組立
構成部品の外面を浸したりコーティングすることによっ
て、釉薬材料は塗装として塗られる。解説として、コー
ティングとして塗られる釉薬は、コーン５ケイ酸エステ
ル釉薬を含み、コーン５は、耐火性釉薬が鋳型組立構成
部品に形成される華氏２２００度のグレイジング温度を
示す。 初めの釉薬材料コーティングは、フェロ社から
市販されるフェロフリット混合物と、例えばヴァンダー
ビルトミネラル社のヴィーガムティー懸濁剤（マグネシ
ウム・ケイ酸アルミニウム）のような添加剤と、鋳型組
立体コーティング用の割合で混合される水とが含まれ
る。鋳型組立構成部品のガス浸透性を減らした釉薬を形
成するには、別個の加熱ステップで、または、従来の鋳
型組立体を予熱しチャンバ１００の外部（または内部）
に導き、鋳型組立体を、貯蔵部１３ａの装填物Ｃを溶解
し鋳型空洞１２ｃに鋳込むための適切な高温に導く間
に、釉薬材料を塗られた鋳型組立体を、適切なグレイジ
ング温度に加熱することによってなされる。必要なら
ば、鋳型組立の温度は、溶解鋳造される金属材料に応じ
て、その後の装填Ｃの溶解鋳造のためのグレイジング温
度以下に下げることができる。本発明は、ガス浸透性を
減らす鋳型組立のグレイジングに限定されない。鋳型組
立の壁のガス浸透性を減らす他のコーティング材料およ
び／または鋳型製作法は、溶融金属を貯蔵部１３ａから
湾曲供給湯口１５を通って鋳型空洞１２ｃに流れさせる
チャンバ１００のガス加圧が許される程度まで、ガス浸
透性が減らされるという本発明の本実施例の実行に用い
られる。鋳型構成部品は、本質的により少ない気孔でガ
ス浸透性を減じた壁構造を有するように作ることができ
る。
【００３７】溶融金属を貯蔵部の底から供給することに
よって鋳型空洞に供給される溶融金属中の異物成形粒子
の量を減らす点で、また、貯蔵部による加圧の結果とし
て、溶融金属流れ率の低減なしに、適切な溶融金属フィ
ルタの使用を任意に許す点で、本発明は有利である。鋳
型と注入カップは、図に示すように密封して接続される
場合、本発明は、内部鋳型面の特徴および／またはコア
面の特徴によって規定される鋳型空洞の精密な充填をさ
らに助け、そうでなければ溶融金属で充填するのは困難
である。
【００３８】本発明は、実施例に関して図を用いて詳細
に説明したが、本発明はそのように限定されない。次の
請求項にて説明するように、本発明の変形例、変更等
は、本発明の精神と範囲から逸脱することなくなしう
る。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、その他の方法では溶融金属を
充填するのが困難であって、内部鋳型面の特徴および／
またはコア面の特徴によって規定される鋳型空洞への精
密な充填を促進させることができる。また、本発明で
は、異物成形粒子を減少させた量の溶融金属で鋳型を充
填させ、より清浄な鋳造を供給することを促進させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に従う鋳造装置の概略図であ
る。
【図２】鋳型空洞に底供給する本発明の実施例に従った
装置特徴の拡大立面図である
【図３】本発明の実施例を実践するためのセラミックの
インベストメント鋳造鋳型の拡大立面図である。
【図４】圧力キャップの部分的な拡大立面図である。
【図５】本発明の他の実施例に従う鋳造装置の概略図で
ある。
【符号の説明】
１０ 溶融／鋳造チャンバ １１ 鋳型チャンバ １２ 鋳型 １３ 注入カップ １３ａ 貯蔵部 １５ 湯口 １７ 湯道 ３５ 台 ４０ 圧力キャップ ４５ 流体アクチュエータ ５４ るつぼ ６０ 溝管 Ｓ 供給源
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 39/06 Ｂ２２Ｄ 39/06 43/00 43/00 Ａ Ｃ (72)発明者 デイル エイ． グラム アメリカ合衆国 49446 ミシガン州 ニ ュー エラ ダブリュー． アーサー 5326番地 (72)発明者 レスター ジー． ストライカー アメリカ合衆国 49461 ミシガン州 ホ ワイトホール イージー ストリート 7503番地

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チャンバに配置される耐火性の鋳型であ
    って、一つ以上の鋳型空洞を有する前記鋳型と、鋳型に
    連通する溶融金属貯蔵部であって、前記一つ以上の鋳型
    空洞を充填するに少なくとも十分な溶融金属を保持する
    貯蔵容積を有する前記貯蔵部と、前記貯蔵部の下側領域
    及び前記一つ以上の鋳型空洞に通じる湾曲反転供給湯口
    を有する前記貯蔵部と、前記貯蔵部の溶融金属水準より
    上に湾曲領域を有し、前記貯蔵部に存する前記溶融金属
    の前記一つ以上の鋳型空洞への流れを遮断するように構
    成されている前記湾曲供給湯口と、前記貯蔵部の前記溶
    融金属を加圧し、前記貯蔵部から前記湾曲供給湯口を通
    って前記一つ以上の鋳型空洞へ前記溶融金属を移動させ
    るガス加圧手段とから構成されることを特徴とする鋳造
    装置。
  2. 【請求項２】 前記溶融金属への前記ガス加圧手段は、
    その中の前記鋳型とともにチャンバをガス加圧する手段
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
  3. 【請求項３】 前記鋳型は、鋳型のガス浸透性を減らす
    ための手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の鋳
    造装置。
  4. 【請求項４】 前記手段は、前記鋳型へのコーティング
    を含むことを特徴とする請求項３に記載の鋳造装置
  5. 【請求項５】 前記手段は、前記貯蔵部に存する溶融金
    属へのガス圧を導入するために前記貯蔵部に密封係合さ
    れる圧力キャップから構成されるが、さらに、相対真空
    の下で、または、前記貯蔵部において局部的に現れる圧
    力とは異なる圧力で、鋳造チャンバが維持されることを
    特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
  6. 【請求項６】 前記湾曲反転供給湯口は前記貯蔵部の底
    壁の開口部に連通することを特徴とする請求項１に記載
    の鋳造装置。
  7. 【請求項７】 鋳造チャンバに耐火性の鋳型を配置する
    こと、前記鋳型が一つ以上の鋳型空洞を有しているこ
    と、前記一つ以上の鋳型空洞を充填するに少なくとも充
    分な溶融金属の量を、鋳型に連結する貯蔵部に供給する
    こと、前記貯蔵部の前記溶融金属の水準を制御すること
    によって、前記貯蔵部から前記湾曲供給湯口を通る前記
    溶融金属の流れを遮断すること、前記貯蔵部にある溶融
    金属を加圧して、溶融金属が前記貯蔵部の下部領域に連
    通する前記湾曲反転供給湯口を通って、溶融金属で前記
    鋳型空洞を充填されるように、溶融金属を流れさせるこ
    とからなることを特徴とする鋳造方法。
  8. 【請求項８】 貯蔵部の溶融金属が上面へ浮上分離する
    ことによって異物成形粒子を除去すること、そして前記
    上面より下の溶融金属を前記貯蔵部から前記一つ以上鋳
    型空洞に供給することを含むことを特徴とする請求項７
    に記載の鋳造方法。
  9. 【請求項９】 溶融金属への加圧は、チャンバへガス加
    圧し、溶融金属を前記反転湾曲供給湯口によって流れさ
    せることによってなされることを特徴とする請求項７に
    記載の鋳造方法。
  10. 【請求項１０】 前記チャンバにそれを配置する前に、
    鋳型のガス浸透性を減らすステップを含むことを特徴と
    する請求項９に記載の鋳造方法。
  11. 【請求項１１】 鋳型を耐火材でコーティングすること
    によって鋳型のガス浸透性を減らすことを含むことを特
    徴とする請求項１０に記載の鋳造方法。
  12. 【請求項１２】 鋳型上に釉薬を形成することによっ
    て、鋳型のガス浸透性を減らすことを含むことを特徴と
    する請求項１１に記載の鋳造方法。
  13. 【請求項１３】 前記貯蔵部の底開口部から前記湾曲反
    転供給湯口を通って前記鋳型空洞へと溶融金属を充填さ
    せるように、前記貯蔵部にある溶融金属を流れさせるこ
    とを特徴とする請求項７に記載の鋳造方法。
  14. 【請求項１４】 固体装填物をその中で溶解することに
    よって、溶融金属を貯蔵部に供給することを特徴とする
    請求項７に記載の鋳造方法。
  15. 【請求項１５】 溶融金属をその中で容器から注入する
    ことによって、溶融金属を貯蔵部に供給することを特徴
    とする請求項７に記載の鋳造方法。
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