JP2002514510A - 密封可能な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法及び溶融物を鋳造するインベストメント鋳造装置 - Google Patents
密封可能な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法及び溶融物を鋳造するインベストメント鋳造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、鋳造チャンバに位置する溶融るつぼから溶融金属を受け取るに適した鋳型注入カップのような鋳型の溶融金属入口を経て、溶融金属を充填するインベストメント鋳造法のための装置と方法を供給することを目的としている。
【構成】 このため、インベストメント鋳型を鋳造チャンバに配置すること、鋳型の溶融金属入口を通って鋳型に溶融金属を導入すること、溶融金属が鋳型に導入されたあと、溶融金属入口に圧力キャップを係合すること、鋳造チャンバは、相対真空の下で、また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ながら、熱い鋳型に存する溶融金属への圧力キャップを経てガス圧を導入し、溶融金属に局在的ガス圧を供給し、鋳型空洞への溶融金属の充填を促進している。また、鋳型と、鋳型の溶融金属入口を通って鋳型に溶融金属を導入する手段と、溶融金属が鋳型に導入された後で溶融金属入口に密封係合可能な圧力キャップと、鋳造チャンバは、相対真空の下で、また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ながら、鋳型に存する溶融金属への圧力キャップを経てガス圧を導入し、局在的ガス圧を溶融金属へ供給し、鋳型空洞への溶融金属の充填を改良する手段とからなる。
Description
本発明は、ガス浸透可能なセラミックのインベストメント鋳型と、鋳造チャン
バの鋳型に密封係合可能であり、鋳型に鋳込まれた直後に鋳造チャンバで相対真
空あるいは異なる圧力を維持しながら鋳型中の溶融金属に局在的圧力を加える圧
力キャップとを使用した金属や合金のインベストメント鋳造法及び溶融物を鋳造
するインベストメント鋳造装置に関する。
バの鋳型に密封係合可能であり、鋳型に鋳込まれた直後に鋳造チャンバで相対真
空あるいは異なる圧力を維持しながら鋳型中の溶融金属に局在的圧力を加える圧
力キャップとを使用した金属や合金のインベストメント鋳造法及び溶融物を鋳造
するインベストメント鋳造装置に関する。
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で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。 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真空チャンバによって溶融金属で鋳型
を充填し、その鋳込み直後の、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。 本発明の目的は、インベストメント鋳型と、鋳造チャンバの鋳型と密接係合可
能であり、鋳型に鋳込まれたあと相対真空あるいは鋳造チャンバの異なる圧力を
維持しながら即時に選択的に鋳型内部の圧力を溶融金属に加える圧力キャップと
を使用したインベストメント鋳造のための方法およびガス浸透性のセラミックの
装置を提供することである。
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で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。 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真空チャンバによって溶融金属で鋳型
を充填し、その鋳込み直後の、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。 本発明の目的は、インベストメント鋳型と、鋳造チャンバの鋳型と密接係合可
能であり、鋳型に鋳込まれたあと相対真空あるいは鋳造チャンバの異なる圧力を
維持しながら即時に選択的に鋳型内部の圧力を溶融金属に加える圧力キャップと
を使用したインベストメント鋳造のための方法およびガス浸透性のセラミックの
装置を提供することである。
本発明は、ガス浸透性のセラミックのインベストメント鋳型を鋳造チャンバに
配置し、例えば鋳造チャンバに位置する溶融るつぼから溶融金属を受け取るに適
した鋳型注入カップのような鋳型の溶融金属入口を経て、溶融金属を充填するイ
ンベストメント鋳造法のための装置と方法を供給する。溶融金属が鋳造チャンバ
の高温のインベストメント鋳型に鋳込まれたあと、圧力キャップは、高温の鋳型
の溶融金属入口と係合するところに配置され、そして、ガス圧力は圧力キャップ
を通り導入され、ガス浸透性の鋳型を通ったガスの大幅な漏れなしに、あるいは
比較的もろいインベストメント鋳型への損傷なしに、鋳型入口の溶融金属への選
択的なあるいは局部的なガス圧を、供給する。鋳造チャンバは、圧力キャップが
鋳型を密封する間、相対真空あるいは鋳型の圧力とは異なる圧力の下で維持され
ることができる。 本発明の実施例において、圧力キャップは、鋳造チャンバのピボット式機械装
置に配置され、圧力キャップを高温の鋳型の方へ枢動させ、鋳型溶融金属入口を
係合させ、また鋳型溶融金属入口から離れてそこから遊離させるよう発動する。 本発明の他の実施例の圧力キャップは、鋳造チャンバが相対真空あるいは異な
るガス圧の下で維持されることができるような方法で、密封する方法で高温の鋳
型と係合する密閉ガスケットを携え、鋳型内のガス圧を鋳造チャンバから分離す
る。圧力キャップは、熱い鋳型の焼融物入口に対して押し付けられ、その上のガ
スケットを密封する。たとえば、圧力キャップ上の環状の密閉ガスケットは、熱
い鋳型の注入カップの環状の唇で押され、注入カップに存する溶融金属を局所的
にガス加圧する。 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。ガス加圧により、精密な充填をなしとげるに必要なメタル長・
高さの圧力を必要とせず、また、ガス加圧してもガスは鋳造チャンバに導入され
ず、相対真空（大気中より低い圧力）の下で、あるいは鋳型での圧力とは異なる
圧力で維持される点において、本発明は有利である。
配置し、例えば鋳造チャンバに位置する溶融るつぼから溶融金属を受け取るに適
した鋳型注入カップのような鋳型の溶融金属入口を経て、溶融金属を充填するイ
ンベストメント鋳造法のための装置と方法を供給する。溶融金属が鋳造チャンバ
の高温のインベストメント鋳型に鋳込まれたあと、圧力キャップは、高温の鋳型
の溶融金属入口と係合するところに配置され、そして、ガス圧力は圧力キャップ
を通り導入され、ガス浸透性の鋳型を通ったガスの大幅な漏れなしに、あるいは
比較的もろいインベストメント鋳型への損傷なしに、鋳型入口の溶融金属への選
択的なあるいは局部的なガス圧を、供給する。鋳造チャンバは、圧力キャップが
鋳型を密封する間、相対真空あるいは鋳型の圧力とは異なる圧力の下で維持され
ることができる。 本発明の実施例において、圧力キャップは、鋳造チャンバのピボット式機械装
置に配置され、圧力キャップを高温の鋳型の方へ枢動させ、鋳型溶融金属入口を
係合させ、また鋳型溶融金属入口から離れてそこから遊離させるよう発動する。 本発明の他の実施例の圧力キャップは、鋳造チャンバが相対真空あるいは異な
るガス圧の下で維持されることができるような方法で、密封する方法で高温の鋳
型と係合する密閉ガスケットを携え、鋳型内のガス圧を鋳造チャンバから分離す
る。圧力キャップは、熱い鋳型の焼融物入口に対して押し付けられ、その上のガ
スケットを密封する。たとえば、圧力キャップ上の環状の密閉ガスケットは、熱
い鋳型の注入カップの環状の唇で押され、注入カップに存する溶融金属を局所的
にガス加圧する。 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。ガス加圧により、精密な充填をなしとげるに必要なメタル長・
高さの圧力を必要とせず、また、ガス加圧してもガスは鋳造チャンバに導入され
ず、相対真空（大気中より低い圧力）の下で、あるいは鋳型での圧力とは異なる
圧力で維持される点において、本発明は有利である。
本発明は、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、等軸単
一結晶あるいは円柱グレーン・ミクロ組織、チタンやその合金、あるいは他の一
般に金属や合金を使用したニッケルやコバルトや鉄ベース超合金の鋳造に特に有
用である。例えば図１、２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、真空耐性密封アクセスドアＤ１を有する鋳造真空チャンバ１０と、
開口部ＯＰを経て鋳造チャンバへ連通した真空耐性密封アクセスドアＤ２を有す
る下側の鋳型チャンバ１３とが含まれる従来の鋳造装置の中に、複合内部通路を
作り出さない。 本発明によれば図１および２に関連し、多孔性・ガス浸透性セラミックのイン
ベストメントシェル鋳型１２は、鋳型チャンバ１３の外側に位置する従来の鋳型
加熱炉（図示せず）において、まず適切な鋳込温度に予熱され、そして、鋳型支
持具３０で支えられる鋳型チャンバ１３の真空耐性ドアＤ２を経て配置される。
鋳造チャンバ１０と鋳型チャンバ１３は、例えばニッケル、コバルトあるいは、
鉄ベース超合金、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ミクロン以下の真空水準に排気可能である。 チャンバ１０あるいはチャンバ１３に配置される鋳型１２は、鋳型がガス浸透
性である結果として、排気される。鋳型１２は、複数の鋳型空洞１２ａを有する
鋳型群から成る。その複数の鋳型空洞１２ａは、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
するセラミックのコア（図示せず）を有しうる。鋳型空洞１２ａは、共通の注入
カップ１２ｂの周りに配置され、それぞれ湯口または湯道１２ｃを経て鋳込まれ
る溶融金属を受け取るに適している。湯口または湯道１２ｃは、注入カップと各
々の鋳型空洞１２ａへ溶融金属が流れ込む状態で連通される。鋳型は、鋳型空洞
１２ａと注入カップ１２ｂとの間に、従来の方法でベント１２ｅを設けることが
できる。注入カップ１２ｂは、鋳造チャンバ１０に配置される従来の傾斜可能な
誘導溶融金属るつぼ５４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。 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。 本発明によれば、図１、２に示すように、ガス浸透性のセラミックのインベス
トメント鋳型１２は、鋳型チャンバ１３の鋳型支持具３０の鋳型保持つば３２へ
配置され、つば３２は、少なくとも部分的に注入カップ１２ｂの周りに配置され
る。保持つば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あるいは他のエレベータに載せられる。鋳型チャン
バ１３と鋳造チャンバ１０との間でエレベータラム３７を上下させて鋳型１２を
動かすよう、エレベータラム３７は、チャンバ１３の底壁の適切な真空密封機構
ＶＳを通って従来の水圧や他のアクチュエータＡＣに延長する。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。 圧力キャップ４０は、ピボットのキャップ支持部材４２の端４２ａに取り付け
られ、直立した支持部材３４の上部プレート３４ａに、ピボットピン４３によっ
て枢着される。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４５
ｂによって支持部材３４に取り付けられる流体（例えば不活性ガス）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。 流体アクチュエータ４５は、注入カップ１２ｂと密封係合する状態になる概し
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１２ｂ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。 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２Ａ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４
１は、図２に示されるように圧力キャップ４０が実線位置にある場合、押し付け
られ、高温の鋳型１２の環状の注入カップリップ１２ｄ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。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から鋳型空洞１２ａを充填するため予熱された鋳型１２に導入さ
れたあと、高温の鋳型の環状注入カップリップ１２ｄに密封状態に押し付けられ
、そして、鋳込が凝固する前に（例えば等軸鋳造ならほぼ２秒以内で）、鋳型注
入カップ１２ｂに若干の溶融金属を供給する。 圧力キャッププレート４０ａはねじ穴Ｈを含み、ねじ穴Ｈは、弾力的な溝管６
０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
不活性ガスの供給源Ｓ（例えば従来のアルゴン気筒）に連結され、溝管６０と供
給源Ｓとの間のチャンバ１０の外側に位置するバルブＶを開けることによって、
不活性ガスはチャンバ１０の外側に処理される。弾力的な溝管６０はチャンバ１
０・１３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。 圧力キャップ４０が注入カップリップ１２ｄと係合されたあと、バルブＶは開
けられ、弾力的なガス導管６０は、加圧された不活性ガスの供給源Ｓとマニホル
ド４０ｄとに連通され、それによってちょうど湯道１２ｃより上である比較的低
いレベルＬで鋳型注入カップ１２ｂに存する溶融金属に、局在的不活性ガス圧力
を導入する。この目的のために、圧力キャップマニホルド４０ｄは、不活性ガス
を鋳型注入カップ１２ｂ側に移動し、溶融金属上に下方へと均等に広がるよう、
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２Ａ）。鋳
型注入カップ１２ｂの溶融金属のレベルＬは、できるだけ低く維持され、鋳型の
溶融金属や合金の必要性あるいは使用を減らし、そして、特に高価な金属や合金
が鋳造されているときに原価節減を成し遂げる。充分な不活性ガス圧力は、注入
カップ１２ｂに存する溶融金属に供給され、内部の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の精密な充填を高め、そうでな
ければ溶融金属で充填するのは困難である。説明を意図し限定づけるのではない
が、この目的のための不活性ガス圧力は、鋳型強度によって、例えば０.３から
２のように、気圧単位０.１から気圧単位１以上でありえる。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と鋳型チャンバ１３が、バキュー
ムポンプ５０の作動によって、圧力キャップ４０が注入カップリップ１２ｄ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、注入カップリップ１２ｄに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。 溶融金属充填鋳型１２が、エレベータ３９によって鋳造チャンバ１０から下方
の鋳型チャンバ１３へ動かされ、溶融金属で鋳型を充填した後およそ２秒から３
秒あるいはそれ以上の間、注入カップ１２ｂの溶融金属にガス圧が継続して加え
られるので、圧力キャップ４０は、鋳型唇と係合する状態で維持されることがで
きる。あるいは、圧力キャップ４０は係合され、そして、金属充填鋳型１２がつ
ば３２から解放される準備ができるまで、不活性ガス圧力は加えられる。圧力キ
ャップ４０は、チャンバ１３の鋳型注入カップリップ１２ｄから離れて（図１に
示される上述のピボット式機械装置によって遊離する位置に）動かされ、鋳型チ
ャンバ１３のドアＤ２が開けられチャンバ１３の外側に溶融金属充填鋳型１２が
移動される場合、バルブＶは閉じられ、ガス加圧は止められる。まさにこの瞬間
に、等軸鋳造を作り出す鋳型１２の溶融金属や合金は、凝固しないか、部分的に
凝固するだけである。溶融金属充填鋳型１２は、チャンバ１３から環境空気の等
軸鋳造の凝固のための周囲の大気に動かされることができる。あるいは相対真空
あるいは不活性ガスの下で凝固のための真空や不活性ガスチャンバ（図示せず）
へ動かされる。鋳型１２は、鋳型チャンバ１３へ、あるいは鋳型チャンバ１３か
ら、くま手のような工具を使用して、鋳型を取りはずすロボットや鋳型をつば３
２から拾い上げオープンドアＤ２を経てチャンバ１３から移動させる取りはずし
装置によって、動かすことができる。 本発明は、内部の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助ける点で有利であり、そうでなければ溶融金属で充
填されるのは困難である。本発明は、鋳型注入カップの過多な追加金属や合金な
しに、人工的にメタル長・高さ圧力を創造する。鋳造形状に用いる金属や合金は
、構成部品の製造において使用されるもののうちで最も高価な材料であるという
理由から、金属や合金と関連する重大な原価節減は、成し遂げられる。本発明は
、加圧ガスは鋳造チャンバに導入されず、相対真空（大気中より低い圧力）の下
で、あるいは、鋳型において現れる圧力とは異なる圧力で、維持されることがで
きる点において有利である。鋳型注入カップに局所化した圧力を加えると、鋳造
チャンバ全体がガス加圧される場合には、既存より早くより高いガス圧を供給す
ることになる。さらに、鋳造チャンバ全体が排気される場合、次に鋳造される鋳
型のために、鋳造チャンバの真空が既存よりもより急速に回復するとともに、ガ
ス圧による鋳造炉構成部品への損傷は、減らされる。 本発明は、特定の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。
一結晶あるいは円柱グレーン・ミクロ組織、チタンやその合金、あるいは他の一
般に金属や合金を使用したニッケルやコバルトや鉄ベース超合金の鋳造に特に有
用である。例えば図１、２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、真空耐性密封アクセスドアＤ１を有する鋳造真空チャンバ１０と、
開口部ＯＰを経て鋳造チャンバへ連通した真空耐性密封アクセスドアＤ２を有す
る下側の鋳型チャンバ１３とが含まれる従来の鋳造装置の中に、複合内部通路を
作り出さない。 本発明によれば図１および２に関連し、多孔性・ガス浸透性セラミックのイン
ベストメントシェル鋳型１２は、鋳型チャンバ１３の外側に位置する従来の鋳型
加熱炉（図示せず）において、まず適切な鋳込温度に予熱され、そして、鋳型支
持具３０で支えられる鋳型チャンバ１３の真空耐性ドアＤ２を経て配置される。
鋳造チャンバ１０と鋳型チャンバ１３は、例えばニッケル、コバルトあるいは、
鉄ベース超合金、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ミクロン以下の真空水準に排気可能である。 チャンバ１０あるいはチャンバ１３に配置される鋳型１２は、鋳型がガス浸透
性である結果として、排気される。鋳型１２は、複数の鋳型空洞１２ａを有する
鋳型群から成る。その複数の鋳型空洞１２ａは、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
するセラミックのコア（図示せず）を有しうる。鋳型空洞１２ａは、共通の注入
カップ１２ｂの周りに配置され、それぞれ湯口または湯道１２ｃを経て鋳込まれ
る溶融金属を受け取るに適している。湯口または湯道１２ｃは、注入カップと各
々の鋳型空洞１２ａへ溶融金属が流れ込む状態で連通される。鋳型は、鋳型空洞
１２ａと注入カップ１２ｂとの間に、従来の方法でベント１２ｅを設けることが
できる。注入カップ１２ｂは、鋳造チャンバ１０に配置される従来の傾斜可能な
誘導溶融金属るつぼ５４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。 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。 本発明によれば、図１、２に示すように、ガス浸透性のセラミックのインベス
トメント鋳型１２は、鋳型チャンバ１３の鋳型支持具３０の鋳型保持つば３２へ
配置され、つば３２は、少なくとも部分的に注入カップ１２ｂの周りに配置され
る。保持つば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あるいは他のエレベータに載せられる。鋳型チャン
バ１３と鋳造チャンバ１０との間でエレベータラム３７を上下させて鋳型１２を
動かすよう、エレベータラム３７は、チャンバ１３の底壁の適切な真空密封機構
ＶＳを通って従来の水圧や他のアクチュエータＡＣに延長する。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。 圧力キャップ４０は、ピボットのキャップ支持部材４２の端４２ａに取り付け
られ、直立した支持部材３４の上部プレート３４ａに、ピボットピン４３によっ
て枢着される。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４５
ｂによって支持部材３４に取り付けられる流体（例えば不活性ガス）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。 流体アクチュエータ４５は、注入カップ１２ｂと密封係合する状態になる概し
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１２ｂ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。 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２Ａ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４
１は、図２に示されるように圧力キャップ４０が実線位置にある場合、押し付け
られ、高温の鋳型１２の環状の注入カップリップ１２ｄ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。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から鋳型空洞１２ａを充填するため予熱された鋳型１２に導入さ
れたあと、高温の鋳型の環状注入カップリップ１２ｄに密封状態に押し付けられ
、そして、鋳込が凝固する前に（例えば等軸鋳造ならほぼ２秒以内で）、鋳型注
入カップ１２ｂに若干の溶融金属を供給する。 圧力キャッププレート４０ａはねじ穴Ｈを含み、ねじ穴Ｈは、弾力的な溝管６
０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
不活性ガスの供給源Ｓ（例えば従来のアルゴン気筒）に連結され、溝管６０と供
給源Ｓとの間のチャンバ１０の外側に位置するバルブＶを開けることによって、
不活性ガスはチャンバ１０の外側に処理される。弾力的な溝管６０はチャンバ１
０・１３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。 圧力キャップ４０が注入カップリップ１２ｄと係合されたあと、バルブＶは開
けられ、弾力的なガス導管６０は、加圧された不活性ガスの供給源Ｓとマニホル
ド４０ｄとに連通され、それによってちょうど湯道１２ｃより上である比較的低
いレベルＬで鋳型注入カップ１２ｂに存する溶融金属に、局在的不活性ガス圧力
を導入する。この目的のために、圧力キャップマニホルド４０ｄは、不活性ガス
を鋳型注入カップ１２ｂ側に移動し、溶融金属上に下方へと均等に広がるよう、
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２Ａ）。鋳
型注入カップ１２ｂの溶融金属のレベルＬは、できるだけ低く維持され、鋳型の
溶融金属や合金の必要性あるいは使用を減らし、そして、特に高価な金属や合金
が鋳造されているときに原価節減を成し遂げる。充分な不活性ガス圧力は、注入
カップ１２ｂに存する溶融金属に供給され、内部の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の精密な充填を高め、そうでな
ければ溶融金属で充填するのは困難である。説明を意図し限定づけるのではない
が、この目的のための不活性ガス圧力は、鋳型強度によって、例えば０.３から
２のように、気圧単位０.１から気圧単位１以上でありえる。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と鋳型チャンバ１３が、バキュー
ムポンプ５０の作動によって、圧力キャップ４０が注入カップリップ１２ｄ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、注入カップリップ１２ｄに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。 溶融金属充填鋳型１２が、エレベータ３９によって鋳造チャンバ１０から下方
の鋳型チャンバ１３へ動かされ、溶融金属で鋳型を充填した後およそ２秒から３
秒あるいはそれ以上の間、注入カップ１２ｂの溶融金属にガス圧が継続して加え
られるので、圧力キャップ４０は、鋳型唇と係合する状態で維持されることがで
きる。あるいは、圧力キャップ４０は係合され、そして、金属充填鋳型１２がつ
ば３２から解放される準備ができるまで、不活性ガス圧力は加えられる。圧力キ
ャップ４０は、チャンバ１３の鋳型注入カップリップ１２ｄから離れて（図１に
示される上述のピボット式機械装置によって遊離する位置に）動かされ、鋳型チ
ャンバ１３のドアＤ２が開けられチャンバ１３の外側に溶融金属充填鋳型１２が
移動される場合、バルブＶは閉じられ、ガス加圧は止められる。まさにこの瞬間
に、等軸鋳造を作り出す鋳型１２の溶融金属や合金は、凝固しないか、部分的に
凝固するだけである。溶融金属充填鋳型１２は、チャンバ１３から環境空気の等
軸鋳造の凝固のための周囲の大気に動かされることができる。あるいは相対真空
あるいは不活性ガスの下で凝固のための真空や不活性ガスチャンバ（図示せず）
へ動かされる。鋳型１２は、鋳型チャンバ１３へ、あるいは鋳型チャンバ１３か
ら、くま手のような工具を使用して、鋳型を取りはずすロボットや鋳型をつば３
２から拾い上げオープンドアＤ２を経てチャンバ１３から移動させる取りはずし
装置によって、動かすことができる。 本発明は、内部の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助ける点で有利であり、そうでなければ溶融金属で充
填されるのは困難である。本発明は、鋳型注入カップの過多な追加金属や合金な
しに、人工的にメタル長・高さ圧力を創造する。鋳造形状に用いる金属や合金は
、構成部品の製造において使用されるもののうちで最も高価な材料であるという
理由から、金属や合金と関連する重大な原価節減は、成し遂げられる。本発明は
、加圧ガスは鋳造チャンバに導入されず、相対真空（大気中より低い圧力）の下
で、あるいは、鋳型において現れる圧力とは異なる圧力で、維持されることがで
きる点において有利である。鋳型注入カップに局所化した圧力を加えると、鋳造
チャンバ全体がガス加圧される場合には、既存より早くより高いガス圧を供給す
ることになる。さらに、鋳造チャンバ全体が排気される場合、次に鋳造される鋳
型のために、鋳造チャンバの真空が既存よりもより急速に回復するとともに、ガ
ス圧による鋳造炉構成部品への損傷は、減らされる。 本発明は、特定の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。
図１は、本発明の実施例に従う鋳造装置の概略図である。 図２は、鋳型注入カップの溶融金属をガス加圧する本発明の実施例に従った装
置の拡大立面図である。 図２Ａは、鋳型および圧力キャップの拡大図である。
置の拡大立面図である。 図２Ａは、鋳型および圧力キャップの拡大図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソーダーストーム マーク エル． アメリカ合衆国 49415 ミシガン州 フ ルートポート ノース プリーザント−ウ ッド 3152番地 (72)発明者 トンプソン デニス アメリカ合衆国 49461 ミシガン州 ホ ワイトホール ブランク 6570番地 【要約の続き】 キャップを経てガス圧を導入し、局在的ガス圧を溶融金 属へ供給し、鋳型空洞への溶融金属の充填を改良する手 段とからなる。
Claims (13)
- 【請求項１】 溶融金属で充填される鋳型空洞を有するガス浸透性のセラミ
ックのインベストメント鋳型を鋳造チャンバに配置すること、前記鋳型の溶融金
属入口を通って鋳型に溶融金属を導入すること、溶融金属が鋳型に導入されたあ
と、溶融金属入口に圧力キャップを係合すること、鋳造チャンバは、相対真空の
下で、また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ながら、熱い
鋳型に存する溶融金属への圧力キャップを経てガス圧を導入し、前記溶融金属に
局在的ガス圧を供給し、鋳型空洞への溶融金属の充填を促進することからなる密
封可能な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法。 - 【請求項２】 圧力キャップが、鋳造チャンバに枢着され、圧力キャップの
密閉ガスケットに鋳型溶融金属入口とが密封係合されることを特徴とする請求項
１に記載の密封可能な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法。 - 【請求項３】 ガスケットは環状の鋳型注入口へ密封して押し付けられるこ
とを特徴とする請求項２に記載の密封可能な圧力キャップを使用したインベスト
メント鋳造法。 - 【請求項４】 不活性ガスを圧力キャップの通路を通って鋳型に導入し、前
記ガス圧を鋳型に局所的に供給することを特徴とする請求項１に記載の密封可能
な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法。 - 【請求項５】 前記鋳型の注入カップを鋳型保持手段で係合することによっ
て鋳型を鋳造チャンバに配置させることを特徴とする請求項１に記載の密封可能
な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法。 - 【請求項６】 溶融金属入口から圧力キャップをはずし、鋳造チャンバから
鋳型を取りはずすことを許す追加ステップを含むことを特徴とする請求項１に記
載の密封可能な圧力キャップを使用したインベストメント鋳造法。 - 【請求項７】 鋳造チャンバに置かれる鋳型空洞を有するガス浸透性のセラ
ミックのインベストメント鋳型と、前記鋳型の溶融金属入口を通って鋳型に溶融
金属を導入する手段と、溶融金属が鋳型に導入された後で溶融金属入口に密封係
合可能な圧力キャップと、鋳造チャンバは、相対真空の下で、または鋳型に局所
的に現れる圧力とは異なる圧力で維持されながら、鋳型に存する溶融金属への圧
力キャップを経てガス圧を導入し、局在的ガス圧を前記溶融金属へ供給し、鋳型
空洞への溶融金属の充填を改良する手段とからなる溶融物を鋳造するインベスト
メント鋳造装置。 - 【請求項８】 鋳造チャンバに位置し、圧力キャップが配置されるピボット
式機構であって、圧力キャップの密閉ガスケットを鋳型溶融金属入口に密封係合
する鋳造チャンバで枢支するための前記ピボット式機構を含む請求項７の溶融物
を鋳造するインベストメント鋳造装置。 - 【請求項９】 ピボット式機構が密閉ガスケットを環状の鋳型注入カップ唇
の上に密封して押し付けることを特徴とする請求項８に記載の溶融物を鋳造する
インベストメント鋳造装置。 - 【請求項１０】 前記ガス導入手段は、不活性ガスを鋳型に導入し前記ガス
加圧を局所的に供給するための圧力キャップの導管へ連通する不活性ガスの供給
源を含むことを特徴とする請求項７に記載の溶融物を鋳造するインベストメント
鋳造装置。 - 【請求項１１】 鋳造チャンバの鋳型を鋳型注入カップから吊り下げる鋳型
保持手段を含む請求項７の溶融物を鋳造するインベストメント鋳造装置。 - 【請求項１２】 鋳型保持手段は、少なくとも部分的には注入カップの外部
の周りに配置される支持つばを含む請求項１１の溶融物を鋳造するインベストメ
ント鋳造装置。 - 【請求項１３】 鋳型は、複数の鋳型空洞を有する鋳型群を含む請求項７の
溶融物を鋳造するインベストメント鋳造装置。
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