JP4059937B2 - 強化された表面仕上げを有する鋳造品を製造するインベストメント鋳造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、強化された表面仕上げを鋳造品に設ける方法に関するものである。この発明は、特に光硬化性ポリマーおよび成形可能な熱可塑性樹脂から形成されたパターンを用いるインベストメント鋳造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の金属鋳造方法が周知である。インベストメント鋳造（すなわち洗い流し精密鋳造）が種々の金属部品を作製するのに慣用されている。この方法はいくつかの工程を必要とするが、その最初の工程はマスター金型を形成するのに使用されるパターンを作製する工程である。次いで、このマスター金型を使用して鋳造品を形成する。
【０００３】
典型的には、いくつかのワックスパターンをワックスツリー上で結合していくつかの部品を同時に製造することができるようにする。このワックスツリーは、固形ワックス管であり、その側壁上にはワックスパターンの幹が結合されてクラスターを形成している。全てのワックスパターンがワックスツリーに結合されると、このクラスターは耐火物のコートを一層または二層以上塗布されてインベストメント組立体を形成する。乾燥後、この組立体を加熱し、焼成して、固形ワックスパターンとワックスツリーを抽出し、シェルを生じる。次いで、溶融金属をこのシェル内に注入してそれ以前にワックスパターンとワックスツリーとによって占められていたキャビティの各々を満たす。冷却時、このシェルは破壊され除去され、複数の鋳造金属部品が金属ツリーから切り離される。
【０００４】
最近、ステレオリソグラフィー技法を使用して鋳造法に使用される１個または２個以上のパターンを製造することが可能になった。ステレオリソグラフィーは紫外線のようなエネルギーを光硬化性液状ポリマーに適用することを含む。このポリマーの選択された領域を該エネルギー源に暴露するとこのポリマーが硬化し固化する。これらの技法により、三次元部品を段階的方法により構成することができる。ステレオリソグラフィーにより調製されるポリマーパターンはインベストメント鋳造法で典型的に使用されるワックスパターンほど精密な表面仕上げを持たない。ステレオリソグラフィーで製造したパターンは、精密インベストメント鋳造に使用される慣用のワックスパターンと比べると、表面に、特に角度のついた表面に、傷が生じやすい。その結果、パターンに耐火材料を適用する際に、パターン表面の不規則性が得られたセラミック金型に導入されることもある。これにより、パターンに存在する表面の不規則性が、得られた鋳造品に持ち越されることになる。
【０００５】
射出成形のような他の方法だけでなくステレオリソグラフィー法により調製されるパターンを形成するのに使用されるポリマーは、熱膨張係数が慣用の鋳造ワックスよりも高い。インベストメント鋳造方法はすべてある程度の熱を適用して熱処分可能なパターンをセラミック金型内部から抽出することを必要とする。ある場合には、ポリマーの熱膨張がセラミック金型の破壊を引き起こすことがある。
【０００６】
ステレオリソグラフィーにより形成されるパターンは中空領域をふくんでいることがある。耐火物がパターン内のこれら中空領域内に滲み出す結果、鋳造品中にセラミックの封入物および／またはボイドが形成されることがあり得る。
従って、光硬化性ポリマーおよび成形性熱可塑性樹脂を使用して鋳造パターンを形成すると、特定の利点、例えば比較的容易な、かつ時間的効率の良いパターン製造を可能とすることによる利点が得られる。しかしながら、そのような材料を使用して鋳造パターンを形成することには、鋳造品の表面仕上げが精密を欠くこと、ポリマーパターンの熱膨張がより大きいため金型が亀裂を生じる潜在的可能性があること、およびセラミックスラリーがパターンの内部の中空部分に滲み出すために鋳造品にセラミック封入物および／またはボイドを導入する可能性があることのような欠点もある。従って、光硬化性ポリマーと他のポリマーにより形成されたパターンの使用を可能にすると同時に、そのような材料を使用して鋳造パターンを形成することの欠点を除去する新しい技法が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の目的は、光硬化性ポリマーまたは他のポリマーを使用して平滑な表面仕上げを有する鋳造品を製造するのを可能にする鋳造方法を提供することである。
【０００８】
別の目的は、より高い熱膨張係数を有するポリマーから製造された鋳造パターンの使用を可能にすると同時に、金型の亀裂の潜在的可能性を最低限にした鋳造法を提供することである。
【０００９】
さらに別の目的は、ボイドおよび／またはセラミック封入物を有する鋳造品を製造する可能性を最低限にした鋳造法を提供することである。これらの目的および他の目的は以下の詳細な説明を読めば当業者には明らかであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成される鋳造パターンを利用するものの、依然として平滑な表面仕上げを得る鋳造法に向けられている。この発明の鋳造法はまず、光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から１個または２個以上の、固形の、熱処分可能な、鋳造すべき製品のパターンを形成する工程を有する。その後、鋳造ワックス材料または同様の低融点化合物の層をパターンに適用してパターンの外表面を被覆し、このようにして被覆されたパターンを生じる。次いで、セラミック製シェルをこれら塗布されたパターンの周囲に構築するが、これは該パターンに耐火材料のコーティングを１層または２層以上被着することにより行い、これらのコーティングは、乾燥すると、インベストメント組立体を形成する。次いで、このインベストメント組立体を鋳造ワックス層を溶融し抽出するのに十分な第１の温度範囲で熱にさらすと、１個または２個以上のキャビティを有するシェルが残る。次いで、このシェルを焼成してシェルを強化し、かつ、パターンまたは鋳造ワックスの層からの残留物を焼き尽くす。次いで、このシェルを溶融した鋳造材料で充填し、溶融鋳造材料がシェルのキャビティを充填するようにし、冷却すると１個または２個以上の鋳造品が形成される。次いでこのシェルを破壊し、鋳造品を取り出す。
【００１１】
上述のように、この発明の鋳造法は有利であるが、その理由は得られた鋳造品が、光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成された鋳造パターンを使用した典型的な公知方法により調製された鋳造品と比べて、表面仕上げが改善されているからである。加えて、熱処分可能な固形パターンがインベストメント組立体内部から抽出されるこの方法の段階の間に金型が壊れる潜在的可能性が低くなっているが、これは鋳造ワックス層を最初に抽出すると膨張ゾーンが生じてポリマーパターンの熱膨張を吸収するためである。この発明は、また、中空または部分的に中空のパターンを使用しても耐火材料がパターン内部に滲み出して得られた鋳造品にセラミック封入物および／またはボイドを生じる危険を減少させることを可能にする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明は光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成された鋳造パターンの使用によりよく適応させることができる鋳造法を提供する。上述のように、光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成された鋳造パターンは多くの利点があるが、それらの使用は不利でもあり得る。というのは、得られた鋳造品はしばしば表面仕上げが低品質であることがあるからである。金型の亀裂生成はこれらのポリマー材料の熱膨張がより大きいために起こり得るし、中空パターンの使用の結果、耐火物スラリーがパターン内に滲みだし、セラミック封入物および／またはボイドを得られる鋳造品に発生させることがあり得る。この発明の方法の結果得られる鋳造品は平滑な表面仕上げを有し、金型の亀裂生成、鋳造品におけるセラミック封入およびボイド形成の可能性が最小になっている。
【００１３】
この発明は公知のインベストメント鋳造法のような鋳造法であって、鋳造パターンとして使用される光硬化性ポリマーおよび成形性熱可塑性樹脂を利用しその使用を増加するように変えられた鋳造法を含む。
【００１４】
図１〜図７を参照すると、１個または２個以上の鋳造パターン１０が、鋳造すべき製品に望まれる形状に対応する所望の形状で作成される。次いで、鋳造パターン１０の外表面１２が、鋳造ワックスまたは同様の低融点材料のようなワックス材料の層１４で被覆されて被覆パターン１５を形成する。その後、典型的な鋳造法が行われる。すなわち、複数個の鋳造パターン１０をゲート領域１６により竪管系１８に取付けてクラスター２０を形成する（図３）。次に、このクラスターを１層または２層以上の耐火材料の層２４で被覆すると同時に、耐火物を逐次適用する度毎に乾燥させる。乾燥の後、セラミック製シェル２４で包まれたクラスター２０を含んでなるインベストメント組立体２２が形成される。
【００１５】
インベストメント組立体２２の形成後、ワックス材料の層１４を、パターン１０に影響を与えることなく、抽出する。この手順は、インベストメント組立体をワックス層１２を溶融するには十分であるがパターン１０を溶融またはその顕著な熱膨張を引き起こすことがない、第１の温度範囲の高温にさらすことによって達成することができる。第１の温度範囲は好ましくは約７０〜２２０°Ｆ、より好ましくは約７５〜１３０°Ｆである。この工程は、インベストメント鋳造法の間に、固形の、熱処分可能なパターンをインベストメント組立体から抽出する当業界に周知の手順を用いて行うことができる。
【００１６】
図５に示すように、ワックス層１４を抽出するとインベストメント組立体２２内に膨張ギャップ２６を生じる。膨張ギャップ２６は引き続き行われるこれらのパターンの熱抽出の際にパターンの熱膨張を吸収する。
【００１７】
ワックス層１４の抽出の後、インベストメント組立体２２は、鋳造パターン１０を溶融し抽出するのに十分な第２の温度範囲の高温にさらされる。インベストメント組立体を加熱してパターンを抽出する間にパターンの熱膨張が起きる。膨張ギャップ２６は、これらのパターンが、金型内亀裂が起きるのに十分な力を金型に及ぼすことなく、膨張するのを可能にする。この第２の温度範囲は十分高くて鋳造パターン１０を溶融し抽出することができる必要があり、このため温度範囲はパターン１０を形成するのに使用されるポリマーの物性に大きく依存する。それにも拘わらず、第２の温度範囲は、典型的には、約１３５〜２００°Ｆ、より好ましくは約１１００〜２０００°Ｆである。上述のように、この熱膨張工程はインベストメント鋳造法の際に固形の、熱処分可能なパターンを抽出するのに当業界に周知の手順を用いて行うことができる。
【００１８】
いったんパターン１０がインベストメント組立体から抽出されると、複数のキャビティ３０を有するセラミック金型２８が残る（図６）。次いで、金型２８を加熱し焼成して金型の強度を上げ、鋳造パターン１０を形成するのに使用したポリマー物質が残っていればこれを除去することができる。金型２８は好ましくは約１２００〜２０００°Ｆの範囲の温度で約１／２時間以上焼成する。そうすると、金型２８は溶融鋳造材料を受容する準備が整い、溶融鋳造材料を固形の鋳造品を形成する当業界に周知の技法により金型に注入する。鋳造品が固化し冷却された後、金型２８を形成しているセラミック製シェル２４を、固形の鋳造品を回収する公知の技法により破壊し除去することができる。
【００１９】
この発明の方法に使用されるパターンは種々の公知の光効果性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂により形成することができる。この発明の好適な実施態様では、光硬化性ポリマーを用いて公知のステレオリソグラフィー技法により鋳造パターンを形成することができるが、この技法においては、大量の液状の光硬化性ポリマーが選択された領域でエネルギー源、例えば紫外線、に暴露されてポリマーが硬化（固化）する。ポリマーをエネルギー源に規定されたパターンで連続的に暴露すると、所望の形状の、固形の三次元物体が達成される。鋳造パターンは、また、成形性熱可塑性樹脂を用い、射出成形および反応射出成形を含む種々の公知の手順によって製造することもできる。
【００２０】
好ましい液状の光硬化性薬品の中には紫外線のようなエネルギー源にさらされると速硬性を示すものがある。好適な液状、光硬化性ポリマーの他の必要条件は若干の接着性を有しており形成すべきパターンの連続層が相互に付着することである。これらの材料の粘度は十分に低く、形成中の部品を移動したときに部分的に形成された物体の表面を横切って追加の反応性光硬化性ポリマーが流れる程度であることが必要である。好適には、液状の光硬化性ポリマーは光（例えば、紫外線）を吸収するので相応の薄さの材料層が形成される。このポリマーは液体状態では適当な溶媒に溶解性であるけれども、固体状態では同じ溶媒に不溶性であることも必要である。これにより、物体が形成されると、この物体から残留する液状の光硬化性ポリマーを洗い落とすことが可能となる。有用な反応性薬品は、また、固体状態では熱分解性でなければならない。好ましい材料は約１３５〜６００°Ｆ以上の範囲で溶融または分解するものである。この熱分解性が必須であるのは、ステレオリソグラフィー法により形成される物体は鋳造すべき製品のポジティブモデルであるからである。鋳造法の際に、上述のように、このモデルはセラミック形成バインダ材料に覆われ、バインダが固化すると、熱をかけてモデルを溶融・抽出するので、鋳造すべき製品のネガティブ像を表すキャビティが残る。
【００２１】
鋳造品を形成する液状の光硬化性ポリマーとして有用な反応性薬品の例としては米国コネチカット州ニューウィントン市のロックタイト・コーポレイション社により製造された修飾アクリレート、ポッチング・コンパウンド（Ｐｏｔｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）３６３がある。典型的なＵＶ硬化性材料を製造するのに有用な方法は米国特許第４，１００，１４１号公報明細書に記載されており、同公報明細書の記載内容は同特許番号を引用することにより本明細書の一部を構成するものとする。有用な液状の光硬化性ポリマーの他の例はチバツール（ＣＩＢＡＴＯＯＬ（登録商標））ＳＬ５０８１−１，ＳＬ５１３１，ＳＬ５１３９，ＳＬ５１４９，ＳＬ５１５４，ＳＬ５１７０，ＳＬ５１７７，ＳＬ５１８０があり、これらはすべて米国ミシガン州イースト・ランシング市のチバ−ガイギー・コーポレイション社、ツーリング・システムズから入手できる。他の適当な光硬化性ポリマーは当業者には容易にわかるであろう。
【００２２】
種々の成形性熱可塑性樹脂を用いても鋳造パターンを形成することができる。これらの材料は約１７５〜６２５°Ｆ以上の範囲内で溶融する（および／または膨張する）ものを含んでいる。そのような材料の例としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ナイロン、エチルセルロースおよび酢酸セルロースが含まれる。これらおよび他の成形性熱可塑性樹脂は当業者には周知であり、種々のメーカーから入手できる。適当な光硬化性ポリマーおよび成形性熱可塑性樹脂は、また、約１１００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲内の加熱および／またはフラッシュ焼成して固形ポリマーを蒸発することにより金型から抽出することが可能であることも必要である。
【００２３】
当業界では周知であり、インベストメント鋳造法で典型的に使用されているの種々のワックス材料を使用してワックス層１４を形成してもよい。好適な鋳造ワックスは約７５〜２６０°Ｆ、より好ましくは約１００〜１７５°Ｆ、の範囲内で溶融する傾向がある。これらのワックスは種々の植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性および合成ワックス、あるいはこれらの混合物を含んでいてもよい。種々の有用な材料が当業界では周知であり、種々の供給源から容易に入手することができるが、その一つとして米国ニューヨーク州ママロネック市のアルゲソ・アンド・カンパニー社から入手できるセリタ（ＣＥＲＩＴＡ）ワックスがある。
【００２４】
ワックス層１４は、噴霧および浸漬を含む多数の技法により鋳造パターンに被着することができる。ワックス層１４は、また、該層をパターンの周囲に射出することにより形成することもできる。好適には、ワックス層１２の厚さは鋳造パターンの最大予測膨張よりもわずかに大きくする。好適には、このワックス層の厚さは約０．００３〜０．５インチの範囲内である。
【００２５】
製造方法と例示的実施例の上述の説明はこの発明が適用される構成の範囲を示すために呈示されたものである。この発明の方法を実施するのに使用される材料、温度範囲等を種々変更することは当業者には容易にわかる。そのような変更は以下の請求項に記載されているように、特許権が請求されているこの発明の範囲内であると考えられる。
上述の公報および／または引用文献はすべて全体的に本明細書に明示的に導入されてその一部を構成するものとする。
【００２６】
好適な実施形態は下記の通りである。
（Ａ）鋳造すべき製品の、１個または２個以上の固形の熱処分可能なパターンを形成する工程；
前記パターンにワックス材料の層を被着して前記パターンの該表面を被覆して被覆されたパターンを形成する工程；
前記被覆されたパターンに１層または２層以上の耐火物のコーティングを被着することによって前記被覆されたパターンの周囲にセラミック製シェルを構築し、乾燥して、インベストメント組立体を形成する工程；
前記インベストメント組立体を前記ワックス材料の層を溶融および抽出するのに十分であるが前記パターンを溶融または変形するには不十分な第１の高温にさらすことによって前記インベストメント組立体内から前記ワックス材料の層を抽出する工程；
前記インベストメント組立体を前記パターンを溶融および抽出するのに十分な第２の高温にさらすことにより前記パターンを前記インベストメント組立体内から抽出し、１個または２個以上のキャビティを有するシェルを残す工程；および
前記シェルおよび前記シェル内のキャビティに溶融された鋳造材料を充填し、前記溶融鋳造材料が前記シェル内のキャビティを満たし、冷却して鋳造品を形成するようにする工程を具備したことを特徴とするインベストメント鋳造法。
（１）前記パターンが光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成される上記実施態様（Ａ）記載の方法。
（２）前記光硬化性ポリマーの融点が約１３５〜６００°Ｆである上記実施態様（１）記載の方法。
（３）前記光硬化性ポリマーがエポキシ樹脂およびエポキシ樹脂とアクリレートエステルよりなる群から選ばれる上記実施態様（２）記載の方法。
（４）前記成形性熱可塑性樹脂の融点が約１７５〜６２５°Ｆである上記実施態様（１）記載の方法。
（５）前記成形性熱可塑性樹脂がポリスチレン、ポリエチレン、ナイロン、エチルセルロースおよび酢酸セルロースよりなる群から選ばれる上記実施態様（４）記載の方法。
【００２７】
（６）前記鋳造ワックスの融点が約７０〜２２０°Ｆの範囲である上記実施態様（Ａ）記載の方法。
（７）前記ワックス材料が植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性ワックス、合成ワックスおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれる上記実施態様（６）記載の方法。
（８）前記セラミック製シェルが前記被覆されたパターンを前記耐火物に浸漬することにより、または前記耐火物を前記被覆されたパターンに噴霧することにより被着される上記実施態様（Ａ）記載の方法。
（９）前記第１の高温が約７５〜１３０°Ｆの範囲内である上記実施態様（Ａ）記載の方法。
（１０）前記第２の高温が約１３５〜２０００°Ｆの範囲内である上記実施態様（Ａ）記載の方法。
【００２８】
（１１）前記シェルを充填する工程に先だって、残留するパターン形成材料があればこれを除去し、かつ前記シェルに焼成強度を付加するのに十分な温度および時間前記シェルを加熱焼成する工程をさらに具備した上記実施態様（Ａ）記載の方法。
（１２）前記シェルの加熱および焼成工程が約１２００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲内の温度で約１／２時間以上行われる上記実施態様（１１）記載の方法。
（１３）前記シェルの充填工程を完了した後に前記固体鋳造品を前記シェルから除去する工程をさらに具備した上記実施態様（Ａ）記載の方法。
（Ｂ）鋳造すべき製品の、１個または２個以上の固形の熱処分可能なパターンを形成する工程；
前記パターンにワックス材料の層を被着して前記パターンの該表面を被覆して被覆されたパターンを形成する工程；
中空の竪管を用意する工程；
前記竪管に鋳造すべき製品の１個または２個以上の被覆されたパターンを載置してクラスターを形成し、前記被覆されたパターンが各固形パターンの少なくとも１個のゲートを前記竪管に付着させることによって載置されるようにする工程；
前記クラスターに１層または２層以上の耐火物のコーティングを被着することによって前記クラスターの周囲にシェルを構築し、乾燥して、インベストメント組立体を形成する工程；
前記インベストメント組立体を前記ワックス材料の層を溶融および抽出するのに十分である第１の高温にさらすとともに前記パターンを固体状態に保持することによって前記インベストメント組立体内から前記ワックス材料の層を抽出する工程；
前記インベストメント組立体を前記パターンを溶融および抽出するのに十分な第２の高温にさらすことにより前記パターンを前記インベストメント組立体内から抽出し、１個または２個以上のキャビティを有するシェルを残す工程；および
前記シェルに前記竪管を通して溶融された鋳造材料を充填し、前記溶融鋳造材料が前記シェル内のキャビティを満たし、冷却して固体の鋳造品を形成するようにする工程を具備したことを特徴とするインベストメント鋳造法。
（１４）前記熱処分可能なパターンが光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成される上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
（１５）前記シェルを充填する工程に先だって、残留するパターン形成材料があればこれを除去し、かつ前記シェルに焼成強度を付加するのに十分な温度および時間前記シェルを加熱焼成する工程をさらに具備した上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
【００２９】
（１６）前記光硬化性ポリマーは、融点が約１３５ないし６００°Ｆの範囲内であり、かつエポキシ樹脂およびエポキシ樹脂とアクリレートエステルのブレンドよりなる群から選ばれる上記実施態様（１４）記載の方法。
（１７）前記成形性熱可塑性樹脂は融点が約１７５ないし６２５°Ｆの範囲内であり、かつポリスチレン、ポリエチレン、ナイロン、エチルセルロースおよび酢酸セルロースよりなる群から選ばれる上記実施態様（１４）記載の方法。
（１８）前記ワックス材料は、融点が約７０〜２２０°Ｆの範囲内であり、かつ植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性ワックス、合成ワックスおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれる上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
（１９）前記セラミック製シェルが、前記被覆されたパターンを前記耐火物に浸漬することにより、または前記耐火物を前記被覆されたパターンに噴霧することにより被着される上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
（２０）前記第１の高温が約７５〜１３０°Ｆの範囲内である上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
【００３０】
（２１）前記第２の高温が約１３５〜２０００°Ｆの範囲内である上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
（２２）前記シェルの加熱および焼成工程が約１２００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲内の温度で約１／２時間以上行われる上記実施態様（１５）記載の方法。
（２３）前記シェルの充填工程を完了した後に前記固体鋳造品を前記シェルから除去する工程をさらに具備した上記実施態様（Ｂ）記載の方法。
【００３１】
【発明の効果】
上述のように、この発明の製造方法によれば、光硬化性ポリマーまたは他のポリマーを使用して平滑な表面仕上げを有する鋳造品を製造することができる効果がある。
また、この発明の製造方法によれば、より高い熱膨張係数を有するポリマーから製造された鋳造パターンの使用を可能にすると同時に、金型の亀裂の潜在的可能性を最低限にすることができる効果がある。
さらに、この発明によれば、ボイドおよび／またはセラミック封入物を有する鋳造品を製造する可能性を最低限にすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳造パターンの概略図である。
【図２】この発明に従ってワックスコーティングを被着された鋳造パターンの概略図である。
【図３】図２に示すタイプの複数の鋳造パターンが竪管系に取り付けられたクラスターの概略図である。
【図４】セラミック製シェルに包まれ、インベストメント組立体を形成する図３のクラスター組立体の概略図である。
【図５】ワックス層がインベストメント組立体から抽出された図４のインベストメント組立体の概略図である。
【図６】図５に示すインベストメント組立体から鋳造パターンを抽出することにより形成されたセラミック製シェルの概略図である。
【図７】この発明の全行程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 鋳造パターン
１２ 外表面
１４ ワックス材料の層
１５ 被覆されたパターン
１６ ゲート領域
１８ 竪管系
２０ クラスター
２２ インベストメント組立体
２４ セラミック製シェル
２６ 膨張ギャップ
２８ セラミック金型

Claims (26)

1. 鋳造すべき製品の、１個または２個以上の固形の熱処分可能なパターンを形成する工程；
   それぞれのパターンに１００〜１３，０００μｍの範囲の厚さのワックス材料の層を被着してそれぞれのパターンの該表面を被覆して被覆された１または２以上のパターンを形成する工程であって、前記被着が、前記ワックス材料を内部に導入するための外部金型を前記パターン上に設けることなく行われる工程；
   前記被覆されたそれぞれのパターンに１層または２層以上の耐火物のコーティングを被着することによって被覆されたそれぞれのパターンの周囲にセラミック製シェルを構築し、乾燥して、インベストメント組立体を形成する工程；
   前記インベストメント組立体を前記ワックス材料の層を溶融および抽出するのに十分であるがそれぞれのパターンを溶融または変形するには不十分な第１の高温にさらすことによって前記インベストメント組立体内から前記ワックス材料の層を抽出する工程；
   前記インベストメント組立体をそれぞれのパターンを溶融および抽出するのに十分な第２の高温にさらすことによりそれぞれのパターンを前記インベストメント組立体内から抽出し、１個または２個以上のキャビティを有するシェルを残す工程；および
   前記シェルおよび前記シェル内の１個または２個以上のキャビティに溶融された鋳造材料を充填し、前記溶融鋳造材料が前記シェル内の１個または２個以上のキャビティを満たし、冷却して１個または２個以上の鋳造品を形成するようにする工程を具備したことを特徴とするインベストメント鋳造法。
2. 中空の竪管を準備し、
   前記シェルを構築する前に、鋳造すべき製品の前記１個または２個以上の被覆されたパターンを前記竪管に載置してクラスターを形成し、各固形パターンの少なくとも１個のゲートを前記竪管に付着させることによって、被覆されたそれぞれのパターンが載置されるようにする工程を更に含む、請求項１記載の方法。
3. 前記パターンが光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成される請求項１または２記載の方法。
4. 前記光硬化性ポリマーの融点が約１３５〜６００°Ｆ（換算値は５７〜３２０℃）である請求項３記載の方法。
5. 前記光硬化性ポリマーがエポキシ樹脂およびエポキシ樹脂とアクリレートエステルよりなる群から選ばれる請求項３または４記載の方法。
6. 前記成形性熱可塑性樹脂の融点が約１７５〜６２５°Ｆ（換算値は７９〜３２９℃）である請求項３記載の方法。
7. 前記成形性熱可塑性樹脂がポリスチレン、ポリエチレン、ナイロン、エチルセルロースおよび酢酸セルロースよりなる群から選ばれる請求項３または６記載の方法。
8. 前記鋳造ワックスの融点が約７０〜２２０°Ｆ（換算値は２０〜１００℃）の範囲である請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ワックス材料が植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性ワックス、合成ワックスおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記セラミック製シェルが前記被覆されたパターンを前記耐火物に浸漬することにより、または前記耐火物を前記被覆されたパターンに噴霧することにより被着される請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記第１の高温が約７５〜１３０°Ｆ（換算値は２４〜５４℃）の範囲内である請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第２の高温が約１３５〜２０００°Ｆ（換算値は５７〜１，１００℃）の範囲内である請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記シェルを充填する工程に先だって、残留するパターン形成材料があればこれを除去し、かつ前記シェルに焼成強度を付加するのに十分な温度および時間 前記シェルを加熱焼成する工程をさらに具備した請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記シェルの加熱および焼成工程が約１２００°Ｆ〜２０００°Ｆ（換算値は６５０〜１，１００℃）の範囲内の温度で約１／２時間以上行われる請求項１３記載の方法。
15. 前記シェルの充填工程を完了した後に前記固体鋳造品を前記シェルから除去する工程をさらに具備した請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 鋳造すべき製品の、１個または２個以上の固形の熱処分可能なパターンを形成する工程；
    それぞれのパターンにワックス材料の層を被着してそれぞれのパターンの該表面を被覆して被覆された１または２以上のパターンを形成する工程であって、前記被着が、前記ワックス材料を内部に導入するための外部金型を前記パターン上に設けることなく行われる工程；
    中空の竪管を用意する工程；
    前記竪管に鋳造すべき製品の１個または２個以上の被覆されたパターンを載置してクラスターを形成し、被覆されたそれぞれのパターンが各固形パターンの少なくとも１個のゲートを前記竪管に付着させることによって載置されるようにする工程；
    前記クラスターに１層または２層以上の耐火物のコーティングを被着することによって前記クラスターの周囲にシェルを構築し、乾燥して、インベストメント組立体を形成する工程；
    前記インベストメント組立体を前記ワックス材料の層を溶融および抽出するのに十分である第１の高温にさらすとともにそれぞれのパターンを固体状態に保持することによって前記インベストメント組立体内から前記ワックス材料の層を抽出する工程；
    前記インベストメント組立体をそれぞれのパターンを溶融および抽出するのに十分な第２の高温にさらすことによりそれぞれのパターンを前記インベストメント組立体内から抽出し、１個または２個以上のキャビティを有するシェルを残す工程；および
    前記シェルに前記竪管を通して溶融された鋳造材料を充填し、前記溶融鋳造材料が前記シェル内の１個または２個以上のキャビティを満たし、冷却して１個または２個以上の固体の鋳造品を形成するようにする工程を具備したことを特徴とするインベストメント鋳造法。
17. 前記熱処分可能なパターンが光硬化性ポリマーまたは成形性熱可塑性樹脂から形成される請求項１６記載の方法。
18. 前記シェルを充填する工程に先だって、残留するパターン形成材料があればこれを除去し、かつ前記シェルに焼成強度を付加するのに十分な温度および時間前記シェルを加熱焼成する工程をさらに具備した請求項１６または１７記載の方法。
19. 前記光硬化性ポリマーは、融点が約１３５ないし６００°Ｆ（換算値は５７〜３２０℃）の範囲内であり、かつエポキシ樹脂およびエポキシ樹脂とアクリレートエステルのブレンドよりなる群から選ばれる請求項１７記載の方法。
20. 前記成形性熱可塑性樹脂は融点が約１７５ないし６２５°Ｆ（換算値は７９〜３３０℃）の範囲内であり、かつポリスチレン、ポリエチレン、ナイロン、エチルセルロースおよび酢酸セルロースよりなる群から選ばれる請求項１７記載の方法。
21. 前記ワックス材料は、融点が約７０〜２２０°Ｆ（換算値は２０〜１００℃）の範囲内であり、かつ植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性ワックス、合成ワックスおよびこれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項１６〜２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記セラミック製シェルが、前記被覆されたパターンを前記耐火物に浸漬することにより、または前記耐火物を前記被覆されたパターンに噴霧することにより被着される請求項１６〜２１のいずれかに記載の方法。
23. 前記第１の高温が約７５〜１３０°Ｆ（換算値は２４〜５４℃）の範囲内である請求項１６〜２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記第２の高温が約１３５〜２０００°Ｆ（換算値は５７〜１，１００℃）の範囲内である請求項１６〜２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記シェルの加熱および焼成工程が約１２００°Ｆ〜２０００°Ｆ（換算値は６５０〜１，１００℃）の範囲内の温度で約１／２時間以上行われる請求項１８〜２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記シェルの充填工程を完了した後に前記固体鋳造品を前記シェルから除去する工程をさらに具備した請求項１６〜２５のいずれかに記載の方法。

Images