JP2002512129A

JP2002512129A - バイメタル・プレート

Info

Publication number: JP2002512129A
Application number: JP2000544457A
Authority: JP
Inventors: ヘイジコープ、テウニス; ディック、イアン、ロバート; ベドナルズ、バーナード; ゴス、ジェフリー、マーチン; ペダーセン、フィリップ、デビッド; ブラントン、ロバート、シドニイ; ライト、ウィリアム、トリケット
Original assignee: コモンウエルスサイエンティフィックアンドインダストリアルリサーチオーガナイゼーション
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2002-04-23
Also published as: CA2328306A1; AUPP298298A0; BR9909633A; CN1120067C; CA2328306C; CN1301204A; ZA200005593B; WO1999054073A1

Abstract

(57)【要約】バイメタル・プレートは第１の材料の基板（Ｓ）を準備し、また予熱された基板（Ｓ）がその主面を上に向けてモールド・キャビティ（３４）内に配置されてキャビティ（３４）の深さの一部を占める状態で、第２の金属が該主面に対して鋳造されてクラッディング部材を形成し、また基板（Ｓ）と共にバイメタル・プレートを形成する。クラッディングが鋳造される前に、主面は実質的に酸化物の無い状態にされ、また酸化しないように保護される。クラッディングに要求された組成の溶湯を過熱温度にして注ぎ込み、これにより基板（Ｓ）の予熱と共に基板（Ｓ）とクラッディングとの間に全体的な熱エネルギーの均衡を達成して、クラッディングが鋳造される。この熱エネルギー均衡は基板（Ｓ）の主面とクラッディングとの間に拡散結合を形成する。またエネルギー均衡の達成は、少なくとも１つの湯道（４０）およびモールド・キャビティ（３４）の間を連通する一連のゲート（４４）を通して溶湯をモールド・キャビティ（３４）へ注ぎ込むことで容易に達成される。一連のゲート（４４）は溶湯の流れに対して横方向に配置され、これにより溶湯は横方向に延在する溶湯先端を形成する。熱エネルギー均衡の達成は、溶湯先端の横方向範囲を横断して実質的に均一な流速で基板（Ｓ）の表面上を、横方向のゲート（４４）から離れる方向へ溶湯を前進させることで、一層容易に達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、バイメタル・プレート即ちバイメタル板を含む複合金属体を製造す
る方法および成形装置に関する。

【０００２】複合金属体を製造するための多数の先行技術による提案がセアー氏他に付与さ
れた米国特許第４９５３６１２号（ＰＣＴ／ＡＵ８４／００１２３として出願さ
れている）に記載されている。それらの提案にはさまざまな欠点や制約があり、
その少なくとも幾つかは米国特許第４９５３６１２号の教示により解消されてい
る。米国特許第４９５３６１２号の教示は、基板要素に対して鋳造されて結合さ
れた要素を含むある種の複合金属体の製造に好適である。しかしながら、その教
示はバイメタル・プレート、特に比較的薄くおよび（または）比較的広い表面積
を有するプレート即ち板を含む複合金属体の製造にはそれほど適していない。し
たがって、米国特許第４９５３６１２号の教示は、厚さが約３０ｍｍ未満で、基
板に対する鋳造金属の厚さの比が約１：１以下の約３００ｘ３００ｍｍ以上の大
きな寸法のバイメタル・プレートを製造するには、結合が不均一となるような難
点が生じる。

【０００３】本発明は、比較的薄いバイメタル・プレート即ちバイメタル板の製造を可能に
する方法および成形装置を提供するために研究された。しかしながら、そのよう
な製造を可能にする一方で、本発明は厚いプレート即ち板の製造に使用するため
に適用することもできる。各々の場合において、本発明は１８００ｘ１０００ｍ
ｍまでの、またそれを超えるような比較的大きな寸法のプレートも製造できる一
方、少なくとも３０００ｘ１５００ｍｍまでのプレートを製造できることも示し
ている。

【０００４】本発明の方法では、第１の金属で形成されるプレート（以下に「基板」と称す
る）は、バイメタル・プレートを形成するためにその基板に対して鋳造された第
２の金属の構成要素（以下に「クラッディング」と称する）を有する。基板を形
成する第１の金属は、チタン、ニッケルまたはコバルト、鉄合金、またはチタン
基合金、ニッケル基合金またはコバルト基合金とされ得る。クラッディングを形
成する第２の金属は、銅、ニッケルまたはコバルト、鉄合金、または銅基合金、
ニッケル基合金またはコバルト基合金とされ得る。必ずというのではないが、第
１および第２の金属は、通常は組成的に異なる。しかしながら、第１および第２
の金属が同じか、または密接に関係した組成で類似する場合、熱間加工または冷
間加工される基板および鋳造ミクロ組織を有するクラッディングなどにより、ミ
クロ組織に起因した特性の相違を達成するために、これが可能となる。

【０００５】米国特許第４９５３６１２号におけるように、クラッディングを形成するため
に溶融合金が鋳造される基板の表面は、実質的に酸化物の無い状態にされること
が必要である。また基板は予熱され、適当な被覆によって酸化されないように保
護される。この被覆は、基板表面上に付与され、予熱時に溶融されて保護被覆を
形成するフラックスによって形成できる。しかし他の保護被覆、例えばニッケル
その他の金属を無電解メッキまたは電気メッキして形成された適当な金属の付着
膜や、珪酸塩結合剤を含有するコロイド黒鉛のような非金属の被覆のような保護
被覆も使用できる。保護被覆によっては、それは、クラッディングを形成するた
めの合金の鋳造で置き換えられるか合金化されて、鋳造合金により基板表面の濡
れを促進させる。

【０００６】また米国特許第４９５３６１２号では、クラッディングを形成するために溶融
合金が過熱温度にて注ぎ込まれ、基材が予熱されることで、クラッディングと基
板との間の拡散結合を達成するための全体的な熱エネルギーの均衡を容易に達成
できるようにする。拡散結合は、クラッディングが接触状態で鋳造される基板の
溶融が生じない状態で実質的に達成されることが好ましい。

【０００７】バイメタル・プレートの製造では、クラッディングと基板との間に良好な結合
を得るための十分な熱エネルギーの均衡を達成することが非常に困難となる。こ
れはプレートの面積が広く、および（または）比較的薄く、および（または）基
材に対するクラッディングの厚さの比が比較的小さい場合に特にそうである。こ
れらの条件のもとでは、型即ち成形型へ熱エネルギーが損失されることがそのよ
うなエネルギーの均衡の達成を阻止する重大な因子となり、この損失は予熱した
基板とその基板上を流れる溶融合金の両方から生じるということが見い出された
。この損失は、基板の予熱からクラッディングを形成するための溶融合金の注入
までの間の遅れによって、および（または）溶融合金が注入される時間が長すぎ
ることによって一層悪くなる。また、非均一な結合を生じることになる熱エネル
ギー均衡の均一性の損失は、合金の過度に長い流路および（または）流量の減少
を引き起こすような基板上の制御不能または不規則な溶融合金の流れによって生
じ得る。

【０００８】実質的に改良されたバイメタル・プレートは、クラッディングを形成するため
の溶融合金の制御した鋳造によって製造できることを見い出した。本発明の方法
では、鋳造合金は制御された溶湯先端（ｍｅｌｔｆｒｏｎｔ）に沿って基板表
面を横断して流され、溶湯先端は基板の予熱される温度および溶融合金の過熱温
度に関係し、基板の実質的に表面全体にわたってクラッディングと基板との間の
拡散結合を達成するのに十分な限界内の熱エネルギー均衡を与えるように前進す
る。

【０００９】必ずというのではないが、バイメタル・プレートは正方形または他の四角形に
形成される。以下の説明を容易にするために、四角形の基板および作られたプレ
ートは以下の通りに仮定する。また説明を容易にするために、基板を横断する方
向は、溶湯先端が進む方向を長手方向と、また溶湯先端がその進む方向に対して
横方向に延在する方向を横方向と定める。しかしながら、基板および製造される
プレートは横方向の範囲よりも長手方向の範囲の方が大きいが、この逆にするこ
ともでき、または長手方向および横方向の範囲を実質的に等しくすることもでき
る。さらに、溶湯先端の進む長手方向は実質的に基板の長手方向の反対両端の間
とされることができるが、長手方向の溶湯の前進は基板の長手方向範囲の一部と
されることができる。さらに、溶湯先端の横方向範囲、したがってその方向のク
ラッディングの幅は、基板の実質的に横方向の全範囲にわたるか、またはその範
囲の一部とされる。

【００１０】本発明の方法において、制御された溶湯先端は、以下の特徴の少なくとも１つ
により、結合を行うために要求される熱エネルギーの均衡を与えるように、前進
される。すなわち、（ａ）基板が配置されているモールド・キャビティ即ち型空洞へ、湯道とモー
ルド・キャビティとを連通する横方向に配置された一連のゲートを通して溶融合
金を注入し、これにより溶融合金が横方向に延在する溶湯先端を形成するように
成す。（ｂ）溶湯先端の横方向範囲を横断して実質的に均一な速度で溶湯先端が基板
上を長手方向へ前進するように成す。

【００１１】本発明の方法は特徴（ａ），（ｂ）の各々を好ましくは使用する。

【００１２】したがって、本発明の方法によれば、バイメタル・プレートを含む複合金属体
を製造する方法であって、第１の金属で形成されたプレート（以下に「基板」と
称する）を予熱し、その予熱した基板がその主面を上に向けて型のモールド・キ
ャビティ内に配置されて該キャビティ即ち空洞の深さの一部を占有する状態で、
第２の金属の構成要素（以下に「クラッディング」と称する）を前記基板の主面
に対して鋳造して該基板との前記バイメタル・プレートを形成し；クラッディン
グを鋳造する前に、前記主面を実質的に酸化物の無い状態にして、適当な被覆に
よって保護し；クラッディングに要求された組成の溶融金属を過熱温度にて注い
でクラッディングを鋳造し、これにより基板が予熱されていることで基板とクラ
ッディングとの間に熱エネルギー全体の均衡を得て、基板の主面とクラッディン
グとの間に拡散結合を達成し；少なくとも１つの湯道とモールド・キャビティと
の間を連通する一連のゲートであって、通過する溶融金属の流れに対して横方向
に配置され、これにより溶融金属が横方向に延在する溶湯先端を形成することに
なる前記一連のゲートを通して溶融金属をモールド・キャビティに注入すること
により、また溶湯先端の横方向範囲を横断して実質的に均一な速度で溶湯先端を
ゲートから離れる方向へ基板表面上を前進させることにより、要求される熱エネ
ルギー均衡の達成を容易にする方法が提供される。

【００１３】本発明はまた、第１の金属で形成されたプレート（以下に「基板」と称する）
と、その基板に対して鋳造された第２の金属で成る構造要素（以下に「クラッデ
ィング」と称する）とを有するバイメタル・プレートを製造するのに使用される
モールド成形装置であって；下型部分および上側部分を有して成る型を含み；下
型部分はモールド・キャビティの一部を形成してその中に基板が主面を上に向け
て配置され；上型部分はモールド・キャビティの一部を形成し、これにより型が
閉じられた状態で、クラッディングを形成するために基板上方のモールド・キャ
ビティを充満するようにクラッディングに要求された組成の溶融金属を注ぎ込む
ことが可能とされ；型部分は少なくとも１つの湯道とモールド・キャビティとの
間を連通する一連のゲートを形成し；一連のゲートは通過する溶融金属の流れに
対して横方向に配置され、これにより横方向に延在する溶湯先端を形成でき；ま
たこの構造は、溶湯先端がその横方向範囲を横断して実質的に均一な速度で基板
表面上をゲートから離れる方向へ前進し、これにより基板およびクラッディング
の間に適当な熱エネルギーの均衡を達成するための基板の予熱および溶融金属の
過熱によって、基板の主面とクラッディングとの間に拡散結合を達成することが
可能となる成形装置も提供する。

【００１４】特徴（ａ）を達成を可能にするために、本発明による成形装置は、基板が配置
され、その基板の上面に対して溶融合金を鋳造することができるモールド・キャ
ビティを形成された型を含む。この型は、溶融金属を受入れることのできる少な
くとも１つの湯口（ｆｅｅｄｓｐｒｕｅ）を形成しており、その湯口は少なく
とも１つの湯道と連通され、その湯道によって溶融金属は湯口から一連のゲート
の各々へ流れる。一連のゲートに隣接した基板上面の横方向の縁からクラッディ
ングが延在されるべき箇所では少なくとも、ゲートからキャビティへ通じる連通
部（ｇａｌｌｅｙｐｏｒｔｉｏｎ）をモールド・キャビティが有する。

【００１５】特徴（ａ）を与える型による鋳造作動においては、溶融金属は各ゲートを経て
モールド・キャビティへ流れ込み、連続するゲートからの溶融金属の流れは合流
して溶融金属の溶湯先端を形成し、この溶湯先端が基板上面を長手方向へ流れる
。モールド・キャビティが連通部を有する箇所では、流れの合流は溶湯先端が基
板に達する前に連通部にて好ましく生じる。

【００１６】特徴（ｂ）の達成を可能にするために、横方向の湯道は一連のゲートの各々に
おいて金属圧力を実質的に等しくするような形状に形成される。このために湯道
は、深さが段階的に小さくなった湯道のように、湯口から離れて横方向へ延在す
る方向において連続するゲートの各々の後で湯道が横断面を縮小されることがで
きる。さらに、またはこれに代えて、特徴（ｂ）の達成は、モールド・キャビテ
ィ内に配置されたときに基板が上面を湯口から上へ向けて傾斜される、すなわち
溶湯先端の前進方向において上に向かって傾斜されるように、型が形成されるこ
とで容易になされる。このようにして、重力の作用のもとで、溶湯先端は横方向
範囲を横断して、実質的に均一に前進するようになされる。

【００１７】通常、基板は上面が実質的に水平とされるか、または湯口から上方へ向かって
傾斜されることが好ましいが、湯口から表面を下方へ向けて僅かに傾斜されるこ
とも有利となる。すなわち、上面は溶湯先端の前進方向へ向かって下方へ傾斜さ
れる。この下方へ向かう傾斜は金属の流動速度を速めることで有利である。傾斜
の可能とされる範囲は溶融金属の粘性によって決まり、傾斜の度合いは、溶湯先
端の横方向範囲を横断して、実質的に均一な溶湯先端の前進速度が保証されるよ
うに、制限される必要がある。

【００１８】砂型は本発明で使用するのに好適であることが見い出されているが、永久型を
使用することもできる。その型は２つの主部分、すなわち下型部分および上型部
分に分けて設計される。下型部分および上型部分は鋼製の型支持フレームに収め
られることが好ましく、このフレームにより、型の部分は例えば油圧によって互
いにクランプ即ち固定される。下型部分は、基板が配置され、モールド・キャビ
ティの少なくとも一部を形成するキャビティ即ち空洞を有する。下型部分は、溶
融合金を湯口から受入れる湯口溜り（ｓｐｒｕｅｗｅｌｌ）を有し、また少な
くとも１つの横方向の湯道を有することもできる。上型部分は湯口の底部部分を
有し、またモールド・キャビティの一部を形成してクラッディングが鋳造される
キャビティも有することもできる。上型部分は横方向の一連のゲートを有するこ
とができ、また湯口の底部部分およびゲートから離れた位置において、上型部分
は過剰のクラッディング合金を受入れる横方向キャビティを有することができる
。

【００１９】型の部分は、クランプ力によって互いにクランプされることができ、このクラ
ンプ力は型の形状と組合って適当な型のシーリング即ち密閉が達成できることを
保証する。したがって、型の部分の対向面すなわち組合い面の間に備えられるシ
ーリング補助材に依存することは回避でき、クラッディング合金を鋳造する準備
において基板の予熱から型の型閉じまでの間の時間を節約できる。

【００２０】１つの適当な装置では、型の下型部分および上型部分はそれぞれの支持フレー
ム内で成形砂および珪酸ナトリウム結合剤のような結合剤で作られる。シリカ砂
が適当であるが、他の成形砂、例えばかんらん石（ｏｌｉｖｉｎｅ）の砂または
ジルコン砂も使用できる。溶融合金による侵食を軽減するために、湯道およびゲ
ート・システムの重要な箇所は結合砂、例えばかんらん石、ジルコン、または亜
クロム酸塩砂から選ばれた珪酸塩結合砂で成形することができ、またシリカ砂で
成形されるならば、それらの部分は耐火性型塗料で保護することができる。各々
の部分の支持フレームは完全に溶接した軟鋼製の通路部分で構成することができ
るが、注入される溶融合金の作用力に抗して砂を支持するために、下型部分のフ
レームは湯口溜りの下側を通る鋼バー即ち鋼棒を含むことが好ましい。

【００２１】その装置の型において、下型部分のキャビティの寸法、特に横方向および長手
方向の寸法は、基板の熱膨張を十分に許容できるようにされる。しかしながら、
基板がそのキャビティ内に配置されるとき、その上面は、上型部分の周辺の下面
と係合する下型部分の周辺の、対向する上面と同平面上にあることが好ましい。
下型部分に対してクランプされるとき、本明細書で後述するとおり、上型部分は
基板の余白部分すなわちマージンに対してクランプ作用を与えるように作用する
ことが好ましい。

【００２２】説明したとおり、基板はクラッディング合金の鋳造に先だって予熱される。予
熱の完了から鋳造の開始までの間の遅れは最少とされることが非常に望ましいが
、下型部分のキャビティ内に配置された後の基板を予熱することが最も実際的な
選択である。実際には、基板の完全に均一な予熱は不可能であり、その結果とし
て基板は、通常、中央領域が上方へ曲がって変形または座屈し、縁部が多少持ち
上がることも同様に生じる。基板がこの形状の状態でクラッディング合金を鋳造
することは変形や座屈を一層悪くし、また有用なバイメタル・プレートの製造を
一層困難にする。また、変形や座屈は、上述で詳細に説明した特徴（ｂ）の達成
を困難にする。したがって、それ故に基板の変形や座屈は最小限に抑えるか、解
消することが必要となる。

【００２３】基板の上面に溶接されて、下型の型モールフレームに対して緊締されるナット
で保持される金属製のねじスタッドが、基板の変形や座屈を相殺、すなわち防止
するために使用できる。これに代えて、変形や座屈は、基板をほぼ平坦状態に圧
縮するために作用する圧縮荷重を発生させるように型の下型部分および上型部分
を互いにクランプする力を使用して相殺されることができる。そのための１つの
適当な方法では、一連の横方向に間隔を隔てられた長手方向へ延在する金属スト
リップが基板の上面にタック溶接即ち仮付け溶接され、これにより鋳造合金が沿
って流れることのできる長手方向の通路を基板上に形成するようになされる。さ
らに他の適当な方法では、複数の金属製の中子押さえが適当に配列されて基板の
上面にタック溶接される。要求されるクラッディングの厚さに実質的に等しい深
さの通路を形成する寸法とされた金属中子押さえは、鋳造合金とし同じ組成で作
られ、クラッディングの一部としてその中に組入れられる。

【００２４】型を型閉じし、下型部分および上型部分を互いにクランプすることでそのクラ
ンプ力は、発生した圧縮力により上型部分をストリップまたは中子押さえに係合
させ、これにより基板を下型部分に向かって下方へ押圧するように作用する。基
板は幾分平坦な状態となるように強制されるが、連続するストリップまたは中子
押さえの間に最小限の湾曲は生じる。圧縮力は、クラッディングの鋳造時に基板
がその状態で実質的に保持されることを可能にする。

【００２５】このような幾分平坦にされた状態を達成するために基板の中央領域に長手方向
のストリップまたは中子押さえを使用すると、基板の縁部が下型部分のキャビテ
ィ内で下方へ押圧されることになる。これにより、クラッディングを形成するた
めの溶融合金が基板の下側へ流れることを実質的に防止できる。しかしながら、
基板を長手方向の側縁で積極的に下方へ押圧して保持することが有利である。そ
のために、基板のそれらの縁の各々に対してそれぞれ長手方向の耐火性バー即ち
耐火性棒を型の上型部分に成形することができ、その位置は、下型部分および上
型部分が互いにクランプされるときに基板の縁部と係合してそれを下方へ押圧し
て保持する位置とされる。この代わりに、上型部分の砂が十分な強度を有するな
らば、下型部分および上型部分が互いにクランプされるとき、基板の長手方向の
縁部に重ねられてそれを保持することができる。

【００２６】型の両部分が互いにクランプされるときに対向する周辺面積部分において型の
両部分が当接される場合、その接触面積は、型の両部分の砂がクランプ力に耐え
るのに十分とされる。また、基板の横方向の各々の縁に直接重なる例えば２５〜
３０ｍｍの上型の砂の面積部分は、熱応力により基板縁部に発生する曲げ力によ
って与えられる圧縮力に耐えることができる。しかしながら、基板を平坦化する
ために使用される長手方向のストリップまたは中子押さえにおいては、単位面積
当たりの圧縮力は上型部分の砂の損傷が生じるほどのレベルに達する。これを避
けるために、上型部分はセラミック製ピン、セラミック製の先端が付いた金属ピ
ン、長手方向の耐火バーなどを含み、これらのピンが圧縮力をストリップまたは
中子押さえに伝達するようにできる。このピン、バーなどは上型部分の支持フレ
ームに取付けられるか係合され、これにより圧縮力が上型部分のフレームからピ
ン、バー等を経て、またストリップや中子押さえを経て基板へ伝達される。

【００２７】ゲートに密接した箇所では、基板の隣接する横方向の縁部を下方へ押圧して保
持することが難しい。したがって、基板のその縁部が鋳造時に持上がり、溶融金
属が基板の下側に流れ込む危険がある。この危険は、過熱された溶融金属および
その流量によって引き起こされる基板の上面から下面へ至る温度勾配、および基
板に生じる曲げ力に大きく関係する。しかしながら、ゲートに隣接する基板の予
め横方向の縁部を下方へ押圧して保持するために中子押さえが使用されるならば
、それらが十分大きな寸法でない限り、および（または）ゲートから流出する直
接的な金属の流れの外側に配置されない限り、それらはおそらく直ちに溶解され
るであろう。中子押さえが使用されるのでなく、基板を下方へ押圧して保持する
ために長手方向の金属ストリップが使用される場合には、それらのストリップが
金属の流れにほとんど、または全く乱れを生じないように、いずれのゲートとも
直接に整合しないように配置されているのでなければ、またストリップが早急に
溶解されてしまうことがほとんどないのでなければ、同様な状況が生じることに
なる。したがって、ゲートに隣接した横方向の縁部に持ち上がりを生じることに
なる基板の変形または座屈を相殺するための他の方法が望ましい。

【００２８】基板の横方向の縁部の持ち上がりを抑制するための１つの適当な方法は、基板
を曲げて、横方向の縁部が下型砂上に押下げられるようにすることである。横方
向縁部を抑止する他の適当な方法は、鋼製ストリップを該縁部に沿って基板に溶
接することである。軟鋼のような適当なストリップは、約１０ｍｍの厚さの基板
に関して例えば約２５ｘ６ｍｍの横断面とされる。ストリップは、下型部分に対
応して配置された横方向の溝に受入れられ、その位置では下型部分のキャビティ
の深さは増大される。鋳造時には、その溝内のストリップの配置が基板の縁部の
下側へ溶融合金が侵入するのを防止する。

【００２９】本発明で使用するために、型の下型部分のための固体支持部を形成する鋳造ス
テーションと、予熱炉の都合良い操作を得るための手段と、基板の予熱サイクル
の完了により、下型部分に対して上型部分を正確に位置決めしてクランプするた
めの手段とが配置される。鋳造ステーションには、固体支持面上に取付けられた
支持構造部が配置され、下型部分はその支持構造部にフレームで係止されるか、
固定される。支持構造部に隣接して、クラッディングを鋳造するための溶融合金
を注ぎ込む手段が配置される。これは坩堝とされ、その中に近くの炉から合金を
受入れる。しかしながら、炉は支持構造部に隣接され、型に溶融合金を注入する
ようになされることが好ましい。炉は、例えば誘導傾斜式炉とされる。

【００３０】型の上型部分は、要求に応じて下型部分に対してクランプすることができる位
置から上昇でき、また該位置へ降下できるように支持され、または取付けられる
。上型部分のこの移動は、頭上巻上げ機、伸長可能な油圧アクチュエータなどの
ような、適当ないずれかの装置で行われる。上型部分のフレームは、支持構造部
の上に載置されて、これにより上型部分をその移動において案内するローラーを
備えることが好ましい。

【００３１】上昇位置で、上型部分は下型部分の上方へ間隔を隔てられ、予熱炉がその間に
十分に配置できるように成される。支持構造部は水平に配置されたレールを含み
、そのレールに沿って予熱炉の一部またはその支持部を形成するキャリッジ即ち
運び台が、引込み位置と、予熱炉が下型部分の上方に位置される前進位置との間
を移動できる。

【００３２】予熱炉はガス燃焼式予熱炉、誘導式予熱炉または電気部材による予熱炉のよう
に、さまざまな形態をとることができる。１０ｍｍ厚の基板で約１９５０ｍｍ長
および１０５０ｍｍ幅における試行に関して、適当な予熱炉の一形態は、１２５
ｍｍ厚で熱容量の小さな断熱材を内側頂面および側面に備えた下方へ開いた鋼製
シェルと、セラミック製チューブで支持された螺旋状のニクロム合金ワイヤー部
材とを有していた。この炉は三相４１５ボルトの制御ボックスに連結され、最大
出力は１５０ｋＷであった。

【００３３】本発明が一層容易に理解されるために、添付図面が参照される。

【００３４】図１を参照すれば、鋳造設備１０は溶接した鋼部材で構成され、コンクリート
基礎１４にボトル止めされた支持構造部１２を有する。鋳造ステーション１６に
て支持構造部１２は型１９の下型部分１８を固定されており、鋳造ステーション
１６の支持構造部１２に隣接して鋳造設備１０は溶融炉２２を含む。下型部分１
８は固定された箇所にて支持構造部１２上に係止されている。しかしながら、上
型部分２０は頭上クレーン（図示せず）のチェーン・システム（同様に図示せず
）で支持され、これにより上型部分２０は図１に示された上昇位置と、鋳造作業
に備えて型１９を型閉じするために下型部分１８に対してクランプできる降下位
置との間を移動できるようになされる。その移動において、上型部分２０は支持
構造部１２の支柱（図示せず）のガイド・レール部分を走行するローラー（同様
に図示せず）を備えることで案内される。

【００３５】鋳造設備１０は予熱炉２４も含み、この予熱炉２４は支持構造部１２に調整可
能に取付けられる。この取付けのために、支持構造部１２は横方向に隔てられた
一対の長手方向に延在するレール１２ｂを有し、レール１２ｂは下型部分１８の
各側から、溶融炉２２から離れる方向に下型部分１８を超えて延在する。予熱炉
２４は油圧アクチュエータ２９によりキャリッジ２８に取付けられ、キャリッジ
２８はレール１２ｂを走行するローラー３０を有し、これにより予熱炉２４は図
１に実線で示す引込み位置から、図１に破線で示される位置へ移動でき、破線で
示す位置において下型部分１８および上型部分２０の間に位置され、下型部分１
８の上方に密接に位置決めされる（上型部分２０は上昇位置にあると仮定する）
。

【００３６】図３に最も明瞭に示されるとおり、予熱炉２４は倒立した樋、すなわち下方へ
開いた形状のハウジング２４ａを有する。このハウジングはステンレス鋼で作ら
れ、基板Ｓよりも大きく横方向および長手方向に延在する。ハウジング２４ａの
内面は小さい熱容量の断熱材２４ｂで内張りされ、横方向に延在する抵抗加熱部
材２４ｃが長手方向に配列されてハウジング２４ａ内に取付けられる。抵抗加熱
部材２４ｃは、例えばセラミック製チューブで支持され、適当な電源（図示せず
）からの電力で加熱されるようになされた螺旋状のニクロム合金ワイヤーを含む
。

【００３７】型は、図１２〜図１４に示されるとおり、下型部分１８および上型部分２０の
それぞれの砂型部分１８ａ，２０ａを有する。砂型部分１８ａ，２０ａはそれぞ
れ溶接した鋼製下型支持フレーム１８ｂ（図６〜図８を見よ）および溶接した鋼
製上型支持フレーム２０ｂ（図９〜図１１を見よ）内に形成される。図１２〜図
１４に最も明瞭に見られるとおり、砂型部分１８ａは内部に基板Ｓを位置できる
大きな四角形のキャビティ即ちくぼみ３４を有する。キャビティ３４は基板の厚
さに等しい深さを有し、また基板Ｓを受入れて、基板Ｓの熱膨張を許容するため
に間隙３６を形成するのに十分な長手方向および横方向の寸法を有する。

【００３８】炉２２に近く、キャビティ３４の端部に隣接した端部において、下型の砂型部
分１８ａは湯口溜り３８と、その溜り３８の各側に横方向湯道４０（図１５およ
び図１６にも示されている）を有する。砂型部分２０ａも大きな四角形のキャビ
ティ４６を有し、このキャビティは基板Ｓに対して要求されるクラッディング厚
さに応じてキャビティ３４の深さに似た深さを有する。しかしながら、キャビテ
ィ４６はキャビティ３４より横方向の幅が小さく、また溶融炉２２に近い端部に
てキャビティ４６はキャビティ３４を超えて延在して連通部を形成し、各ゲート
４４との連通を得ている。キャビティ４６の他端において、砂型部分２０ａは拡
大されたオーバーフロー吸収キャビティ４７を有し、このキャビティは基板Ｓの
端部の上方に位置する。

【００３９】型の下型部分１８は、その上面、したがって基板Ｓが水平に対して小さな角度
をなすように支持構造部１２に取付けられるか、係止される。特に、図１で明白
となるとおりこの構造は、基板Ｓが溶融炉２２に隣接した端部からその遠隔端部
へ向かって約５゜までのような数度の、例えば約３゜の角度で上方へ傾斜される
。上型部分２０は同様に傾斜されるか、またはその代わりに、実質的に水平にさ
れるが、下型部分１８まで降下されたときに同様に傾斜するように調整でき、こ
れにより型の型閉じが容易となされる。また、キャリッジ２９の上方に予熱炉２
４を支持する油圧アクチュエータ２９は予熱炉２４が実質的に基板Ｓに平行とな
るように予熱炉２４を水平に対して或る角度で保持することができる一方、油圧
アクチュエータ２９は、基板Ｓの上方に必要とされる間隔が得られるまで予熱炉
２４を降下させるように、キャリッジ２９の上方の予熱炉２４の高さを必要に応
じて変化させることができる。

【００４０】上述で説明したとおり、型１９の下型部分および上型部分１８，２０の砂型部
分１８ａ，２０ａは、それぞれの溶接された鋼製のフレーム１８ｂ，２０ｂに形
成される。図６〜図８に示されるとおり、フレーム１８ｂは下側の一連の横方向
に隔てられた長手方向に延在するＣ断面通路４８ａを有し、通路４８ａは最上位
置にそれらのウェブを有している。通路４８ａの上に、フレーム１８ｂは上側の
一連の長手方向に隔てられた横方向に延在するＣ断面通路４８ｂを有し、通路４
８ｂも最上位置にそれらのウェブを有している。通路４８ａ，４８ｂが形成する
四角形の格子のまわりに、フレーム１８ｂはＣ断面通路４８ｃで形成された四角
形の周縁を有する。これらの通路は互いの間の連接部で固定的に溶接される一方
、各通路４８ｃの上側フランジは長さに沿って間隔を隔てて開口を形成されてい
る。

【００４１】図９〜図１１に示されるとおり、上型フレーム２０ｂはフレーム１８ｂに多少
似ており、通路４８ａ，４８ｂにそれぞれ対応する上側通路４９ａおよび下側通
路４９ｂと、通路４８ｃに対応する周縁通路４９ｃを有する。

【００４２】説明したとおり、下型部分１８および上型部分２０は型の型閉じによって両部
分１８，２０の間の内面を溶融合金の漏れが生じないように互いに強固にクラン
プされる即ち固定される必要があり、クランプ作業は熱損失を最小限に抑えるた
めに迅速に行えることが要求される。このために、多数の形態のクランプ装置が
使用できる。しかしながら、好ましい形態は、図９に示される装置７０であり、
型の周縁のまわりの多数の位置のそれぞれに装置７０が配置される。各装置は、
フレーム２０ｂの各通路４９ｃに沿って間隔を隔てて溶接されているそれぞれの
ブラケット７１に取付けられる。各装置７０はＥＮＥＲＰＡＣ（エネルパック）
という商標のもとに入手でき、約３５ＭＰａの油圧で約１８．８ｋＮのクランプ
力を発生する形式のＳＵ（Ｌ／Ｒ）Ｓのような油圧揺動クランプを含む。これら
の装置は上型部分２０の支持フレーム２０ｂに取付けられた円筒本体７２と、円
筒本体７２から延在する垂下したピストン・ロッド７４とを有する。油圧ライン
（図示せず）は円筒本体７２にオイルを供給し、その本体７２に対してロッド７
４を伸長および収縮させる。ロッド７４とその円筒本体７２との間の係合は、ロ
ッド７４が伸長または収縮されるときに一方向または他方向に回転できるような
係合である。

【００４３】各装置７０の下側において、上型部分２０の支持フレーム１８ｂは、それぞれ
の通路４８ｃの上側フランジから切除した上述の開口（図示せず）をそれぞれ１
つずつ有する。各開口の寸法は、ロッド７４が伸長されて上型部分２０が下型部
分１８の上に降下されたとき、ロッド７４およびそのロッド７４に固定された偏
心カラー即ち偏心環７５が開口を通過するような寸法である。ロッド７４はその
後引込められることができ、同時に回転して、その偏心カラー７５は開口の切除
されているフランジの下側に係合される。したがって、下型部分１８および上型
部分２０は、幾つかの装置７０の同時の作動によって互いに強力にクランプされ
ることができる。

【００４４】型が型閉じされるとき、部分１８，２０は互いにクランプされて、キャビティ
３４，４６のまわりの対向面の間から溶融金属が漏れるのを実質的に防止するた
めにそれらの面の間にシール即ち密封を形成することが要求される。クランプは
、シーリング補助部材の使用を必要としないで、型部分１８，２０の間の砂−砂
の面接触によって達成できることが好ましい。

【００４５】上型部分２０が上昇されることで、基板Ｓはキャビティ３４内に位置される。
これに先だって、基板Ｓの少なくとも埋めは全ての酸化物を除去するために処理
される。これは、例えば、サンド・ブラスト、グリット・ブラスト、ショット・
ブラスト、ホイールまたはベルト研磨機の使用によって、または酸洗いによって
行われる。清浄処理された基板Ｓがキャビティ３４内に配置されるとき、その上
面はフラックス粉末、液体フラックスまたはフラックス粉末の懸濁液を含むフラ
ックスによって形成されるようなフラックス被覆で保護される。フラックスは基
板Ｓが再び酸化されるのを実質的に防止するためのもので、必要とされるならば
本明細書で説明する他の手段をフラックスに代えて使用することができる。その
後予熱炉２４はレール１２ｂに沿って下型部分１８の上方の位置へ移動され、基
板Ｓを十分な予熱温度に加熱するようになされる。

【００４６】認識されるとおり、予熱炉２４は、溶融炉２２内での溶融合金の過熱と組み合
せて、鋳造したクラッディング合金との要求される結合を達成するのに十分なレ
ベルまで基板Ｓの温度を上昇させるために、熱エネルギーを与える。予熱炉２４
は上述したとおり電気部材による加熱装置であるのが好ましいが、ガス加熱炉ま
たは誘導炉とすることもできる。

【００４７】クラッディングを形成するサイクルを詳細に説明する前に、炉予熱炉２４によ
り例えば約７５０゜Ｃまで基板Ｓを予熱することは、基板Ｓに熱応力が発生し、
その結果として変形することが認識されるであろう。また、合金をキャビティ３
４，４６で構成されたモールド・キャビティ内に注ぎ込むことで基板Ｓ上に溶融
合金を鋳造することも熱応力および変形を増大させる。この段階まで一般に説明
した構造において、変形は有用なバイメタル製品の製造を実質的に妨げる。この
ような製品を製造するためには、下型部分１８および基板Ｓの傾斜、湯道４０お
よびゲート４４の配置と組合わせて、他の多くの特徴を使用する必要がある。

【００４８】示されたとおり、湯道４０の底部４０ａは各ゲート４４の後方で上方へ段階付
けされており、これにより各々の湯道４０の横断面は湯口溜り３８の横方向へ縮
小されている。特に以下に詳細に説明する注入条件のもとで、各湯道の形状は、
実質的に同じ圧力で同じ流量の溶融金属がゲート４４の各々へ流れ、またそのゲ
ートを通過するようになされる。このようにして形成されるゲート４４を通過す
る溶融金属の別々の流れは、非常に素早く１つの流れを形成し、基板Ｓに沿って
溶融金属の非均一な長手方向の流れを生じることはない。そのような非均一な流
れの防止も、基板Ｓを傾斜することで容易に達成される。何故なら、基板に沿う
溶融金属のそのような流れは重力作用に抗するからである。むしろ、基板Ｓの横
方向に実質的に均一であるのが好ましく、その形状で基板Ｓに沿って実質的に長
手方向に移動する溶湯先端が形成される。

【００４９】炉２２に近い基板Ｓの横方向の縁部において熱応力の影響を相殺するために、
該縁部において、横断面が約２５ｘ６ｍｍのような鋼製ストリップ５０が基板Ｓ
の下面を横断する縁に溶接される。キャビティ３４の対応する縁において対応す
る横方向の通路５２が上型部分１８ａに形成され、基板Ｓがキャビティ３４内に
配置された状態で、ストリップ５０が通路５２内に適切に受入れられるようにす
る。ゲート４４の直ぐ近くの基板Ｓの変形は、ストリップ５０を備えることで実
質的に防止され、その縁における基板Ｓの下側の溶融合金の漏れは防止される。
セラミック製繊維のシール等を通路５２内でストリップ５０の下側に備えること
で、漏れはさらに制止される。また、溶融炉の容量が小さく、基板の下側の絶縁
材が基板Ｓの予熱のために必要な時間を短縮する助けとなるのであれば、セラミ
ック製繊維紙の層をキャビティ３４内で基板Ｓの実質的に全面積の下側に備える
ことができる。

【００５０】認識されるとおり、ストリップ５０を備えることは、溶融炉２２に近い横方向
の縁部における基板Ｓの変形または座屈を防止する１つの適当な構造である。上
述で詳細に説明したとおり、これを達成する他の方法は、基板Ｓの上面上に中子
押さえまたは長手方向のストリップ、または基板Ｓの下面に溶接された金属製の
ねじスタッドを使用することを含む。この代わりに、下型に対して基板Ｓの横方
向の縁部を上型の砂によって押圧することのできる適当な型設計を使用すること
ができる。

【００５１】上述で示されたとおり、上型部分２０ａのキャビティ４６は下型部分１８ａの
キャビティ３４よりも小さな横方向範囲を有する。この範囲の差は、熱膨張用間
隙３６よりも格段に大きく、したがって基板Ｓの長手方向の余白部分すなわちマ
ージンＳ’は型が型閉じされたときに上型部分２０ａの重なる面積部分と係合さ
れる。少なくともこの重なりの大部分で、部分２０ａは耐火性のセラミック製ス
トリップ５４を備えることができる。ストリップ５４の配置は、下型および上型
が互いにクランプされた状態で、各ストリップ５４がそれぞれの基板マージンＳ
’に対して押下げられるように配置される。型を型閉じして、溶融金属が漏れな
いようにシールするのに必要なこの力は、ストリップ５４がマージンＳ’を実質
的に平坦に保持し、これによりそれらのマージンから基板Ｓの下側に溶融金属が
漏れるという重大な漏れを防止するのに十分である。しかしながら、上型砂の強
度がマージンＳ’を実質的に平坦に保持するのに十分である場合、セラミック製
ストリップ５４の機能はマージンＳ’に重なる上型砂によって得ることができる
ので、それらのストリップ５４を備える必要はない。

【００５２】縁部の下側における溶融金属の漏れを防止するように基板Ｓの変形を制御する
ことは、有用なバイメタル・プレートの製造を達成するために重要である。しか
しながら、クラッディングの厚さが良好な程度で均一であることも重要であり、
特に基板の上方への膨らみがしばしば著しい基板の中央領域において均一である
ことが重要となる。中央領域におけるこのような変形を少なくとも軽減するため
に、適当な合金で作られた離隔手段が基板の上面に備えられ、例えばタック溶接
で保持される。示した構造において、この手段は円形中子押さえすなわちディス
ク５６の配列を含み、ディスク５６の各々はクラッディングに要求された厚さに
等しい厚さを有する。下型部分および上型部分を互いにクランプすることで、デ
ィスク５６の圧縮力は基板を３４内へ押下げるように作用し、これにより基板は
多少ながら平坦な状態となる。基板Ｓの上方への膨らみは、それでもなお連続的
なディスク５６の間で生じるが、これは比較的小さく、その範囲はディスク５６
の間の間隔によって制御できる。図示されたとおり、ディスク５６は基板Ｓの中
央領域に使用でき、同様に溶融炉２２から離れた横方向の縁部に沿って使用でき
る。

【００５３】バイメタル・プレートを製造するために鋳造クラッディングを、予熱した基板
Ｓに形成するために、適当な過熱温度にされた溶融合金が溶融炉２２から型に注
入されてキャビティ４６を充満する。キャビティ４６は素早く充満されることが
非常に望まれる。それは、キャビティ４６が完全に充満されるまで、基板Ｓの予
熱および溶融合金の過熱によって生じる全体の熱エネルギー均衡が保持されて、
これによりクラッディングと基板Ｓとの間にその境界面の実質的に全体にわたっ
て所要の結合が得られることを保証するためである。キャビティ４６の迅速な充
満を可能にするために、注入皿が上型部分２０に取付けられる。

【００５４】図１には、基板およびクラッディングの厚さがそれぞれ１０ｍｍで、約６００
ｘ６００ｍｍのバイメタル・プレートを製造するにおける最初の試行即ち実験に
使用された注入皿５８が示されている。注入皿５８は上側湯口部分５９によって
上型部分２０に対して取付けられ、湯口部分５９は注入皿５８の内部と上型部分
２０の底部湯口部分４２とを連通する。注入皿５８および上側湯口部分５９は上
型部分２０と共に昇降される。上型部分２０が下型部分１８上に降下されてクラ
ンプされた状態で、注入皿５８は、溶融炉２２が前方すなわち注入皿５８の上方
へ傾斜されたときにその溶融炉２２から溶融合金を受入れるための位置へ、位置
決めされる。

【００５５】注入皿５８および湯口部分５９による作動は一般に約６００ｘ６００ｍｍの寸
法までのバイメタル・プレートを製造するのに満足できる。しかしながら、その
ようなプレートは図４および図５に示されるような、大きな寸法のプレートに必
要とされる装置を採用することが望ましいと見い出された。図４および図５の装
置は注入皿５８’および上側湯口部分５９’を含む。図４および図５の注入皿５
８’および湯口部分５９’と、図１の注入皿５８および湯口部分５９との重要な
相違は、（ｉ）湯口部分５９’の高さが減少し、注入皿５８’の高さおよび内部容積が
対応して増大していること、（ｉｉ）湯口部分５９’に対する注入皿５８’の出口がさらに中央に位置して
いること、および（ｉｉｉ）注入皿５８’へ溶融合金を注入するために溶融炉２２が傾斜された
状態で、注入皿５８’が溶融炉２２の注ぎ口のまわりを実質的に閉じるように、
注入皿５８’の上に頂部部材が備えられていること、である。

【００５６】これらの相違の結果、バイメタル・プレートを得るために適当な寸法のクラッ
ディングを鋳造するのに必要とされる溶融合金の実質的に全量を注入皿５８’へ
基本的に投与（ｄｕｍｐ）することが可能である。また、注入皿５８’によって
さらに一層直接的な注入が可能とされることに大きく依存して、溶融合金は注入
皿から湯口部分５９’を経て大流量にて型１９へ流れることが可能となる。した
がって、型１９内で基板Ｓに形成される溶融合金の溶湯先端は、高速度で基板Ｓ
を横断して前進することが可能となり、均一な結合と相関関係を有する熱エネル
ギー均衡が保持される時間内に鋳造を完了することが可能となる。

【００５７】認識されるとおり、注入皿５８’へ溶融合金を投与することは溶湯先端が型１
９内に素早く形成できるようにする。また、溶湯先端は基板Ｓを横断して素早く
前進を開始できる。したがって、注入開始から基板Ｓを横断する溶融合金の適当
な流れの開始までの間に、最小限の時間、したがって最小限の熱エネルギーの損
失しか生じない。この利点は鋳造設備１０によって可能とされた他の要因と組合
い、予熱炉２４による基板Ｓの予熱後、予熱炉２４はレール１２ｂに沿って素早
く後退でき、したがって上型部分２０が最小限の遅延内に降下されて下型部分に
クランプできる。したがって、予熱の完了から鋳造の完了まで、熱エネルギーの
損失を最小限にできる。

【００５８】図４および図５に示されるとおり、注入用注入皿５８’は四角いブロック形に
作られている。これは鋼製プレートの外側シェル６０と、内側の耐火ライナー６
１とを有する。下側半体にて、ライナー６１の内面は湯口部分５９’に通じる出
口へ向かって細くなっており、注入皿５８’は四角形の断面のホッパーに多少似
た内面を有する。

【００５９】溶融炉２２はクラッディング合金を溶融する誘導炉であり、溶融合金の充填量
を注入皿５８’へ注入できるようにするために、傾動できる。使用において、溶
湯の充填量が注入皿５８’へ投与され、その中に保持される溶融合金の圧力ヘッ
ドが安定した、しかし強力な駆動力をキャビティ４６の充填のために与える。図
１の構造の場合、注入皿５８はチャンバ即ち室６６を形成するために細長い四角
形の開口頂部６４を有し、チャンバ６６は湯口部分４２ａと溶融炉２２との間に
位置し、横方向隆起６８によって湯口部分５９から分離されている。溶湯は投与
するというよりは注がれ、注入皿５８のチャンバ６６へ侵入する一方、隆起６８
は湯口部分５９，４２を充満するために流れるとき、およびそのレベルが注入皿
５８の隆起６８よりも上方へ上昇するときに、過度の乱れが溶湯に生じることを
防止するように作用する。

【００６０】図１７〜図１９には、図１の設備で１０ｍｍの上に１８００ｘ１０００ｘ１０
ｍｍのバイメタル・プレートを製造する、すなわち厚さ１０ｍｍの基板に結合さ
れた１０ｍｍの鋳造クラッディングを有する面積が１８００ｍｍｘ１０００ｍｍ
のプレートを製造する試行に使用された型１１９の詳細が、示されている。図１
７〜図１９において、図１２〜図１４の部材に対応する部材は、同じ符号に１０
０位の数字１を付されて示されている。しかしながら、型１１９が図１２〜図１
４の型１９と相違する点に説明を限定する。

【００６１】型１１９は、結合砂で作られた下型部分１１８ａと上型部分１２０ａとを有す
る。図１７〜図１９には示されていないが、各部分１１８ａ，１２０ａは、部分
１１８ａの場合は図６〜図８に示されたように、また部分１２０ａの場合は図９
〜図１１に示されたように、それぞれ鋼製支持フレーム内に形成される。

【００６２】型部分１１８ａのキャビティ１３４は約１１２０ｍｍの横方向寸法を有し、こ
れは基板Ｓの最初の横方向寸法よりも約２０ｍｍ大きく、基板Ｓの各側に約１０
ｍｍの膨張用間隙１３６を残す。同様に、基板Ｓは約１９５０ｍｍの最初の長手
方向範囲を有し、キャビティ１３４の長手方向範囲は約１９７０ｍｍであり、約
２０ｍｍの間隙１３６が溶融炉２２（図１）および底部の湯口部分１４２から離
れた側の基板Ｓの端部に形成される。再び述べるが、砂と砂との接触によってシ
ールを形成するために部分１１８ａ，１２０ａは互いにクランプされる。このた
めに、また基板Ｓが縁部で持ち上がるのを防止するために、上型部分１２０ａの
キャビティ１４６の横方向の幅は約１０５０ｍｍとされ、最初は約２５ｍｍ幅で
あった基板Ｓのそれぞれの側方マージンＳ’は上型部分１２０ａの重なる面積部
分によって下方へ押圧されて保持される。また、溶融炉２２から離れた側の端部
に沿って中子押さえを備える代わりに、基板Ｓの端部マージンＳ''は上型部分１
２０ａの重なる面積部分によって同様に下方へ押圧されて保持される。同様に最
初は約２５ｍｍ幅のマージンＳ''は、基板Ｓの最初の範囲の約１９５０ｍｍと比
較して（また、端部間隙１３６を許容して、下型部分１１８ａのキャビティ１３
４の長手方向範囲の約１９７０ｍｍと比較して）、約１９２５ｍｍであるキャビ
ティ１４６の長手方向の範囲が生じる。

【００６３】図１７〜図１８に見られるとおり、溶融合金を各湯道１４０から流すことので
きる湯口部分１４２の各側に２つのゲート１４４が配置される。再び述べるが、
各湯道１４０は各ゲート１４４の後方で深さが次第に減少され、各ゲート１４４
を通過する溶湯有りおよび流量を実質的に等しくするように成される。

【００６４】溶融炉２２から離れた型１１９の端部位置に、上型部分１２０ａは再び述べる
がオーバーフロー吸収キャビティ１４７を形成しており、このキャビティは基板
Ｓの対応する端部の上方に位置する。しかしながら、図１４および図１９の比較
により、それぞれの型１９および型１１９の間の相違が示される。型１９では、
オーバーフロー吸収キャビティ４７は基板Ｓの端部縁を跨ぐように配置される。
対照的に型１１９では、オーバーフロー吸収キャビティ１４７は基板Ｓの上方に
位置し、縁部からマージンＳ''を隔てられる。図１４には、キャビティ４７が上
型部分１２０ａの下方へ向かって開いた横方向通路として簡単に示されているが
、部分２０ａを介して通気することが望ましい。図１９では、再び述べるが、キ
ャビティ１４７は例えば図１９の断面図で約１１５ｘ１１５ｍｍの下方へ向かっ
て開いた横方向の通路として示されているが、キャビティ１４７は長さに沿って
３つの通気穴１４７ａを備えることで上型部分１２０ａを通して開かれることが
できる。

【００６５】示したとおり、型１１９は基板Ｓを２つのマージンＳ’および他のマージンＳ
''にて下方へ押圧して保持する。また図示されたとおり、溶融炉２２および湯口
部分１４２に隣接した基板Ｓの横方向の縁部は横方向のストリップ１５０を備え
ており、このストリップは下型部分１１８ａに形成された横方向の通路１５２内
に配置される。示されていないが、基板Ｓの縁部よりも内側の変形を防止するた
めに手段を備えることが必要であり、またそのような手段は上述で詳細に説明し
たように、合金ストリップまたは中子押さえを含むことができる。

【００６６】図１のような設備により、図６〜図８のような支持フレームと図９〜図１１の
ような支持フレームとを組み込んだ図１７〜図１９のような型を使用して、試行
が行われた。これらの試行では、型は約３゜の角度で溶融炉２２から上方へ傾斜
されるように構成された。それぞれ１０ｍｍ厚の精錬した２５０グレードの低炭
素鋼プレートを含んで成る基板は、最初は１０５０ｍｍ幅で１９５０ｍｍの長さ
であった。各基板上で１０ｍｍの厚さまでクラッディングを形成するのに使用し
た合金は、耐摩耗性の被覆材料を形成するのに適した共晶成分に近い１５／３Ｃ
ｒ−Ｍｏの高クロム白鋳鉄であった。

【００６７】基板は各々の頂面、すなわちクラッディングを結合する面をグリット・ブラス
ティングして準備された。ブラスティング処理されて実質的に酸化物の無い各基
板の表面は、基板が予熱時に酸化しないように保護し、また拡散結合が形成され
るのを促進するために、その後市販のシグウェルド社（ＣＩＧＷＥＬＤ）から購
入できる銅および真鍮のフラックスの懸濁液を塗布された。また、各基板の底面
は、その基板と、基板の下側に侵入したいずれかの鋳造合金との間の結合が生じ
るのを防止するために、ジルコニアをベースとした型洗剤を塗布された。

【００６８】基板がブラスティング処理による浄化を行われる前に、２５ｘ６ｍｍの鋼製ス
トリップの縁部が各基板の底面の前縁部、すなわち溶融炉２２に近い横方向縁部
を横断して該底面に溶接された。これは鋳造時に基板の下側に溶融合金が侵入す
る危険を減少させるためであった。また、座屈制御手段が各基板の上面の上方に
備えられた。第１の基板群の場合の制御手段は、鋳造溶融合金が流れることので
きる同じ横方向幅の４つの別々の長手方向通路を形成するために各基板の上面に
タック溶接された３つの１０ｘ３ｍｍの鋼製ストリップであった。第２の基板群
ではそのようなストリップは使用されず、制御手段は、２５ｍｍ径で１０ｍｍ厚
の、均一に配列されて基板にスポット溶接された高クロム白鋳鉄製の中子押さえ
で構成された。各々の場合において制御手段は、基板の座屈を抑制して、溶融合
金の全てが基板の一方の面積部分上を流れて他の面積部分は濡らさないように、
溶融合金の流れに乱れを生じないことを保証するものであった。

【００６９】各々の試行に関して、約２６０ｋｇの過共晶の高クロム白鋳鉄が誘導式傾動炉
で溶融され、１６００゜Ｃ〜に１６５０゜Ｃの温度に加熱された。これは約３５
０゜Ｃの過熱を示す。この溶融された組成は、溶融サイクル時に適当に調整され
、および最終試料が鋳造直前に採取された。

【００７０】溶融過程の間、基板は型の下型内に位置されて、約７５０゜Ｃの温度に予熱さ
れた。この予熱温度でフラックスは液体となり、基板を濡らし、酸化物を著しく
減少させた。しかし、白鋳鉄を鋳造する前にその温度に基板を維持する時間は最
小限に保たれねばならない。予熱の間、基板を完全に均一な温度にすることは物
理的に不可能であるので、基板の中央よりも縁部の方が冷たく、頂面の方が底面
よりも熱くなって、基板は上方へ膨れ、また多少の座屈を生じる。それ故に、基
板は予熱温度が達成された後約１０分間にわたって均熱処理（浸漬）され、これ
が多少ながら温度を均一化させて曲がりを減少させる。予熱サイクルは、基板が
完全に予熱されたときに液体材料が正しい過熱温度にあって鋳造に使用すること
ができるように、時間を設定される。

【００７１】予熱の完了により、予熱炉はスイッチ・オフされ、上昇され、邪魔にならない
位置へ移動される。型は上型を降下させて型閉じされ、油圧によって型部分をク
ランプする。液体材料がその直後に注入され、基板上を流れるようにされる。予
熱炉の取外し、型の型閉じ、および注入の全作業は熱損失を最小限にするために
比較的素早く行われることが必要である。この作業は１分半未満で行えることが
望ましく、したがって予熱した基板および溶湯の両方における温度降下は非常に
小さいことが望ましい。２６０ｋｇの金属の注入は、液体金属が基板表面上を速
い流速で流れることを保証するために、たった数秒で行われる。

【００７２】鋳造後、型はクランプされたまま約３０秒ほど放置され、湯道およびオーバー
フロー・キャビティ内で十分な凝固が行われるようにする。その後上型は上昇さ
れ、鋳造物が一層冷却するようにされる。冷えたならば、バイメタル・プレート
は型から取出され、ゲートおよびプレート裏面の過剰金属を切除して、プレート
を清浄にする。また、型部分の間に基板をクランプするための基板マージンの上
をクラッディングが延在していないので、そのようなマージンも切除して、面積
が１８００ｘ１０００ｍｍで、１０ｍｍ厚の鋼製基板の上に白鋳鉄製の１００ｍ
ｍ厚のクラッディングを有するバイメタル・プレートを形成する。

【００７３】最初の試行での型の上型部分の形成では、迅速応答式のＲ熱電対およびベアー
・チップ（ｂａｒｅ−ｔｉｐ）式のＫ熱電対が上型に取付けられ、重なるキャビ
ティ内に砂を通して挿入された。形式Ｒの熱電対は鋳造後の基板上方の鋳造金属
温度を測定するために使用され、形式Ｋの熱電対の機能は鋳造金属の流速および
流動パターンを測定することである。経験的なプログラムに沿って行われる間、
形式Ｒの熱電対の応答時間は形式Ｋの熱電対のそれとほとんど同じであることが
見い出され、形式Ｒの熱電対だけがその後使用された。

【００７４】この試行によって製造されたバイメタル・プレートは優れた品質であることが
見い出された。幾つかのプレートは冷却で僅かに湾曲したことが見られたが、こ
の湾曲は除去できるものであった。白鋳鉄製のクラッディングは実質的に欠陥が
無く、厚さはまた、クラッディングは良好な程度で均一であることが見い出され
た。狭い結合領域は、基板が溶融した形跡を実質的に全く示さないことを特徴と
する基板で、健全な拡散結合を達成することが見い出された。

【００７５】これらの試行即ち実験は、品質の良好な大きなバイメタル・プレートを製造す
るために以下のことが必要であることを示した。すなわち、（ａ）全ての箇所で良好な結合を達成するために、鋼製基板上に高クロムの白
鋳鉄のクラッディングを形成する場合、適当な予熱温度に基板が予熱されている
ならば、溶湯温度は溶湯が基板上を流れるときに型のいずれの位置においても約
１４００゜Ｃより低い温度まで降下されるべきでない。（ｂ）鋳造金属が基板の表面全体において実質的に均一に流れなければならな
い。（ｃ）溶湯の過度に高い過熱温度の使用を避けるために、注入は素早く行われ
なければならない。（ｄ）予熱炉の取外しおよび型のクランプ作業は、予熱した基板および溶湯か
らの熱損失を最小限にするために、非常に素早く行わなければならない。（ｅ）時間の節約のために、型のシーリングは外部シーリング補助部材を使用
せずに達成しなければならない。

【００７６】最後に、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これまで説明した部
分の構造および配置にさまざまな代替、変更および（または）付加をなし得るこ
とが理解されねばならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による試行に使用した鋳造設備の概略的な側立面図である。

【図２】図１の設備の頂平面図である。

【図３】図１の設備の部分的な端部両面／断面図である。

【図４】図１の設備の代替部材の側立面図である。

【図５】図４の代替部材の平面図である。

【図６】図１の設備の下型モールド・フレームの平面図である。

【図７】図６のフレームの側立面図である。

【図８】図６のフレームの端立面図である。

【図９】図６に似た上型フレームを示す平面図である。

【図１０】図７に似た上型フレームを示す側立面図である。

【図１１】図８に似た上型フレームを示す端立面図である。

【図１２】図１の設備の型の一般的な形態の概略的な平面図である。

【図１３】図１２の型の端立面図である。

【図１４】図１２の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【図１５】図１の設備の型の湯道およびゲートを示す概略的な端面図である。

【図１６】図１５の装置を示す概略的な平面図である。

【図１７】図１２に対応する、図１の設備による試行に使用した型の詳細を示す平面図で
ある。

【図１８】図１７の線Ｘ−Ｘにおける断面図である。

【図１９】図１７の線Ｙ−Ｙにおける断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 19/00 Ｂ２２Ｄ 19/00 Ｇ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ディック、イアン、ロバートオーストラリア国サウスオーストラリア、リンデンパーク、マリナーストリート 11 (72)発明者ベドナルズ、バーナードオーストラリア国サウスオーストラリア、オットウェイ、カルソープテラス 11 (72)発明者ゴス、ジェフリー、マーチンオーストラリア国サウスオーストラリア、ハッピイバレイ、エデュケイションロード (72)発明者ペダーセン、フィリップ、デビッドオーストラリア国サウスオーストラリア、サリスベリイノース、ダイメントロード 128 (72)発明者ブラントン、ロバート、シドニイオーストラリア国ニューサウスウェールズ、サザランド、クリオストリート 22／２−８ (72)発明者ライト、ウィリアム、トリケットオーストラリア国ニューサウスウェールズ、バーチグローブ、ドックロード 16 Ｆターム(参考） 4E093 NA10 NB09 TA03 【要約の続き】により溶湯は横方向に延在する溶湯先端を形成する。熱エネルギー均衡の達成は、溶湯先端の横方向範囲を横断して実質的に均一な流速で基板（Ｓ）の表面上を、横方向のゲート（４４）から離れる方向へ溶湯を前進させることで、一層容易に達成される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バイメタル・プレートを含む複合金属体を製造する方法であ
って、第１の金属で形成されたプレート（以下に「基板」と称する）を予熱し、
その予熱した基板がその主面を上に向けて型のモールド・キャビティ内に配置さ
れて該キャビティの深さの一部を占有する状態で、第２の金属の構成要素（以下
に「クラッディング」と称する）を前記基板の主面に対して鋳造して該基板との
前記バイメタル・プレートを形成し；クラッディングを鋳造する前に、前記主面
を実質的に酸化物の無い状態にして、適当な被覆によって保護し；クラッディン
グに要求された組成の溶融金属を過熱温度にて注いでクラッディングを鋳造し、
これにより基板が予熱されていることで基板とクラッディングとの間に熱エネル
ギー全体の均衡を得て、基板の主面とクラッディングとの間に拡散結合を達成し
；少なくとも１つの湯道とモールド・キャビティとの間を連通する一連のゲート
であって、通過する溶融金属の流れに対して横方向に配置され、これにより溶融
金属が横方向に延在する溶湯先端を形成することになる前記一連のゲートを通し
て溶融金属をモールド・キャビティに注入することにより、また溶湯先端の横方
向範囲を横断して、実質的に均一な速度で溶湯先端をゲートから離れる方向へ基
板表面を前進させることにより、要求される熱エネルギー均衡の達成を容易にす
る、複合金属体を製造する方法。
【請求項２】基板を形成する第１の金属がチタン、ニッケル、コバルト、
鉄合金、チタン基合金、ニッケル基合金およびコバルト基合金から選ばれている
請求項１に記載された方法。
【請求項３】クラッディングを形成する第２の金属が銅、ニッケル、コバ
ルト、鉄合金、銅基合金、ニッケル基合金およびコバルト基合金から選ばれてい
る請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】第１および第２の金属は組成が異なる請求項１から請求項３
までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】第１および第２の金属は組成が実質的に同じか、密接に関係
している請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】基板の前記主面に溶融を生じないで拡散結合が実質的に達成
されている請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】前記基板の主面がサンド・ブラスト、グリット・ブラスト、
ショット・ブラスト、ホイールまたはベルト研磨機による研磨から選ばれた方法
で実質的に酸化物の無い状態にされる請求項１から請求項６までのいずれか一項
に記載された方法。
【請求項８】前記表面上にフラックスを付与され、予熱時にフラックスが
融解して保護被覆を形成することで前記基板の主面が酸化から保護される請求項
１から請求項７までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】前記基板の主面が適当な金属を付着することで酸化から保護
される請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】前記適当な金属が無電解メッキまたは電気メッキで付着さ
れる請求項９に記載された方法。
【請求項１１】珪酸塩結合剤を含有するコロイド黒鉛の被覆を付与されて
前記基板の主面が酸化から保護される請求項１から請求項７までのいずれか一項
に記載された方法。
【請求項１２】前記基材が矩形であり、また溶湯先端が基板の１つの縁に
隣接および沿って形成され、且つ基材のその１つの縁と反対側の縁へ向かって進
む請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１３】溶湯先端の横方向範囲が基板の横方向全範囲を実質的に超
えて延在する請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１４】ゲートの各々に実質的に均等な溶融金属の圧力を与えるよ
うに、溶融金属がモールド・キャビティに注入される請求項１から請求項１３ま
でのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１５】溶融金属の圧力の均等化の少なくとも一部は、基板の主面
が溶湯先端の進行方向に向かって上方へ傾斜するように基板をモールド・キャビ
ティ内に配置し、これにより溶湯先端の横方向範囲を横断して、重力の影響が溶
湯先端を実質的に均等に前進させることで達成された請求項１４に記載された方
法。
【請求項１６】基板の予熱がモールド・キャビティ内に基板を位置決めし
た後に行われる請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１７】熱作用のための座屈または変形を少なくとも部分的に相殺
するように、基板が拘束される請求項１から請求項１６までのいずれか一項に記
載された方法。
【請求項１８】基板の下面に溶接され、型の下型フレームに対して緊締さ
れるナットによって制止される一連の金属製のねじスタッドで基板が拘束される
請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】型の下型部分および上型部分を互いにクランプして、ほぼ
平坦な状態となすために基板を圧縮するように作用する圧縮荷重を発生させるク
ランプ力を使用して基板が拘束される請求項１７に記載された方法。
【請求項２０】基板の主面にタック溶接された一連の横方向に間隔を隔て
られて長手方向に延在する金属製のストリップによって基板が拘束され、ストリ
ップは要求されるクラッディングの厚さに実質的に等しい深さの通路を形成する
寸法とされ、これによりストリップに対して支持される上型部分によって基板が
押圧されるようにクランプ力が作用する請求項１９に記載された方法。
【請求項２１】基板の主面にタック溶接された複数の金属製の中子押さえ
によって基板が拘束され、中子押さえは要求されるクラッディングの厚さに等し
い厚さを有し、これにより中子押さえに対して支持される上型部分によって基板
が押圧されるようにクランプ力が作用する請求項１７に記載された方法。
【請求項２２】第１の金属で形成されたプレート（以下に「基板」と称す
る）と、その基板に対して鋳造された第２の金属で成る構造要素（以下に「クラ
ッディング」と称する）とを有するバイメタル・プレートを製造するのに使用さ
れる成形装置であって；下型部分および上側部分を有して成る型を含み；下型部
分はモールド・キャビティの一部を形成してその中に基板が主面を上に向けて配
置され；上型部分はモールド・キャビティの一部を形成し、これにより型が閉じ
られた状態で、クラッディングを形成するために基板上方のモールド・キャビテ
ィを充満するようにクラッディングに要求された組成の溶融金属を注ぎ込むこと
が可能とされ；型部分は少なくとも１つの湯道とモールド・キャビティとの間を
連通する一連のゲートを形成し；一連のゲートは通過する溶融金属の流れに対し
て横方向に配置され、これにより横方向に延在する溶湯先端を形成でき；また該
成形装置では、溶湯先端がその横方向範囲を横断して実質的に均一な速度で基板
表面上をゲートから離れる方向へ前進し、これにより基板およびクラッディング
の間に適当な熱エネルギーの均衡を達成するための基板の予熱および溶融金属の
過熱によって、基板の主面とクラッディングとの間に拡散結合を達成することが
可能となる該成形装置。
【請求項２３】型を閉じるために上型部分および下型部分が互いにクラン
プされることのできる降下位置と、下型部分によって形成されるモールド・キャ
ビティの一部に基板を配置することができるようにする上昇位置との間で、上型
部分を垂直方向に移動させる手段をさらに含む請求項２２に記載された成形装置
。
【請求項２４】型の上型部分が下型部分から離れる方向へ移動された状態
で、下型部分の上を引っ込み位置から前進位置へ移動して、これにより加熱手段
が下型部分に配置されている基板を予熱することができる加熱手段をさらに含む
請求項２２または請求項２３に記載された装置。