JPH04270024A

JPH04270024A - 粒状物によって支持された薄肉シェル鋳型を用いる反重力式注型方法及び装置

Info

Publication number: JPH04270024A
Application number: JP25280891A
Authority: JP
Inventors: George D Chandley; ジョージ・ディー・チャンドリー; Richard T Carter; リチャード・ティー・カーター
Original assignee: Hitchiner Manufacturing Co Inc
Current assignee: Hitchiner Manufacturing Co Inc
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1992-09-25
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: CN1059485A; BR9103830A; CA2049228C; DE69114954D1; EP0474078A1; AU635858B2; CN1047547C; EP0474078B1; CA2049228A1; RU2039629C1; YU47814B; AU8249591A; MX173895B; DE69114954T2; YU149191A; JPH07110404B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原型除去の際の応力に
耐える能力が高く、注型工程中粒状支持媒体内に支持さ
れる透気性薄肉インベストメントシェル鋳型を用いて溶
融金属を反重力式に注型する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】透気性（ガス透過性）インベストメント
シェル鋳型を用いて溶融金属を真空反重力式に注型する
方法は、米国特許第３，９００，０６４号、４，３４０
，１０８号、４，５３２，９７６号、４，５８９，４６
６号及び４，７９１，９７７号に記載されている。

【０００３】このような反重力式注型法に使用するため
の透気性耐火インベストメントシェル鋳型を製造するに
は、まず、注型すべき物品の複数の消耗性（例えば、融
解可能な）原型を形成し、次いで、それらの原型を適当
な導入ゲート原型と組合せて原型組立体（ツリー）を形
成する。（原型組立体は、通常、融解可能なワックスで
形成する。）次いで、この原型組立体を耐火材スラリー
（耐火材粉末と、周囲条件下での乾燥操作中硬化するこ
とができる適当なバインダー溶液とから成る）中に浸漬
させ、次いで、比較的粗い耐火材粉末を塗被（スタッコ
）又は振り掛けることによって原型組立体を粒状耐火材
で外装する。この浸漬及び塗被操作を繰返して行い、以
後の原型除去、焼成及び溶融金属注型操作によって及ぼ
される応力に耐えるのに十分な厚さを有する多層耐火シ
ェルを形成する。このように、原型組立体の周りに粒状
耐火材を外装（インベスト）し、後に原型組立体を融解
除去して残された外装部分を「インベストメントシェル
鋳型」又は「インベストメントシェル」又は単に「シェ
ル鋳型」又は「シェル」と称する。

【０００４】詳述すれば、原型除去作業は、従来から通
常、スチームオートクレーブでの加熱によって行われて
いる。その場合、上記外装された原型組立体をスチーム
オートクレーブ内に入れて約１３６．１〜約１７８．１
°Ｃ（２７５〜３５０°Ｆ）の範囲の温度に加熱し、耐
火シェルから原型を融解させて除去する。しかしながら
、従来技術では、このスチームオートクレーブでの加熱
工程中、耐火シェルに対する原型（例えば、ワックス）
の熱膨張の結果として耐火シェルに亀裂等の損傷が生じ
ていた。そこで、従来技術では、スチームオートクレー
ブ加熱工程中の耐火シェルの亀裂等の損傷を最少限にす
る試みとして、熱膨張の結果としての熱応力に耐える能
力を高めるためにシェルの肉厚を増大させていた。しかしながら、不都合なことに、シェルの肉厚を増大さ
せると、シェル鋳型を製造するための耐火材の消費量が
増大し、かつ、インベストメントシェル鋳型の重量が増
大するので、結果として、注型コストを高騰させること
となる。更に、シェルの肉厚を増大させることは、イン
ベストメントシェル鋳型を得るために外装原型組立体か
ら原型組立体を除去するのに要するスチームオートクレ
ーブ加熱の時間を長くすることにもなる。通常、上述し
た各特許の方法に従って鉄系又はその他の合金を反重力
式に注型するのに用いられる従来のインベストメントシ
ェル鋳型は、その肉厚（鋳型の壁厚）が少くとも約６．
３５ｍｍ（約１／４ｉｎ）となるように製造される。

【０００５】上記米国特許第４，７９１，９７７号は、
溶融金属を真空反重力式に注型する際耐火シェルに課せ
られる応力について述べている。即ち、同特許に記載さ
れているように、注型工程中、シェル鋳型の周りに外部
真空が及ぼされるのに対して、シェルの内部にはそこに
充填された溶融金属によって内部溶融金属圧が及ぼされ
る結果としてシェルに有害な応力が課せられる。そのよ
うな応力は、シェル鋳型内の溶融金属の高温と相俟って
、シェルの壁の変位、シェルの壁内への溶融金属の浸透
、シェルからの溶融金属の漏出、シェル鋳型全体の破損
を起こすことがある。これらの問題は、シェルに構造的
欠陥が存在する場合は特に起り易い。同特許は、インベ
ストメントシェル鋳型に課せられるそのような応力をけ
げんする手段（即ち、内部鋳型充填通路とシェル鋳型の
外部の真空チャンバーとの間に差圧を設定する方法）を
提供しているが、同特許に使用されるインベストメント
シェル鋳型は、やはり、原型除去及び溶融金属注型操作
中応力に耐えるために在来通りの肉厚及び強度を必要と
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の欠点を解決することを課題とするものであり、
その目的は、肉厚を大幅に薄くしたにも拘らず、スチー
ムオートクレーブ加熱法による原型除去等の操作中損傷
（例えば、亀裂）を受けるおそれが少ない耐火インベス
トメントシェル鋳型を用いる改良された、経済的な反重
力式注型方法及び装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、溶融金属を反重力式に注型する方法であ
って、注型すべき物品の消耗性の原型を、加熱されると
膨張する溶融可能な材料で形成し、約３．０４８ｍｍを
越えない肉厚を有する薄肉耐火材シェルを形成するよう
に制御された多層の粒状耐火鋳型材で前記原型を外装し
、該外装された原型を例えばスチームオートクレーブ内
で加熱して該原型を前記薄肉耐火材シェルから除去し、
それによって該シェル内に鋳型キャビティを形成し、該
薄肉耐火材シェルを、それに所望の鋳型強度を付与する
ために焼成した後、前記薄肉耐火材シェルの周りに耐火
性粒状支持媒体を配設し、前記鋳型キャビティをその下
方に該支持媒体の外部に配置された下方溶融金属入口に
連通させ、前記鋳型キャビティを拔気し、該鋳型キャビ
ティを拔気したままで、前記薄肉耐火材シェルを注型応
力に対抗して支持するために該シェルの周りに前記支持
媒体を圧縮させるような圧力を該支持媒体に加え、前記
薄肉耐火材シェルを前記支持媒体に支持させたままで、
かつ、前記溶融金属入口をその下方に位置する溶融金属
源に連通させたままで、該溶融金属を前記拔気された鋳
型キャビティ内へと上方へ反重力式に吸い上げることか
ら成る反重力式注型方法を提供する。

【０００８】本発明は、又、溶融金属を反重力式に注型
する装置であって、ハウジング内に配設された耐火性粒
状支持媒体と、前記支持媒体内に配設されており、約３
．０４８ｍｍを越えない肉厚の鋳型壁によって画定され
た鋳型キャビティを有する耐火性インベストメントシェ
ルと、前記鋳型キャビティとその下方の溶融金属源を連
通するために前記支持媒体の外部に配置された溶融金属
入口と、前記鋳型キャビティを拔気するための手段と、
前記鋳型キャビティを拔気したままで、前記シェルを注
型応力に対抗して支持するために該シェルの周りに前記
支持媒体を圧縮させるような圧力を該支持媒体に加える
ための手段と、前記溶融金属を前記拔気された鋳型キャ
ビティ内へと上方へ吸い上げるために、前記鋳型キャビ
ティを拔気したままで、かつ、前記圧力を前記支持媒体
に加えたままで、前記溶融金属入口を前記溶融金属源に
連通させるための手段とから成る反重力式注型装置を提
供する。

【０００９】本発明に実施における、約３．０４８ｍｍ
を越えない肉厚を有する薄肉耐火材シェル鋳型の使用は
、従来認められていた技術とは反対に、薄肉シェルの方
が、原型除去操作中原型の膨張によってセルに及ぼされ
る応力に耐える能力が高いという新しい知見に基いてい
る。即ち、本発明は、鋳型の壁圧を薄くした薄肉シェル
鋳型の透気率は、鋳型の壁圧の減少に直接比例して増大
するのではなく、予想外に大きい比率で増大するという
知見に基いている。例えば、約３．０４８ｍｍを越えな
い肉厚を有する薄肉シェル鋳型は、その肉厚の２倍の肉
厚を有する同様なシェル鋳型の透気率の２倍を越える、
通常、３倍以上の透気率を有することが認められた。

【００１０】この増大した透過率は、スチームオートク
レーブ加熱法による原型除去操作中、最初に融解した原
型の外表面部分がシェルの壁に浸透する量を増大させる
ことにより、シェルにかかるお力を軽減することが認め
られた。更に、シェル鋳型の増大した透気率は、スチー
ムオートクレーブ加熱において原型表面へのスチームの
侵入を促進することにより原型の除去に要する時間を短
縮する。

【００１１】本発明の教示による、約３．０４８ｍｍを
越えない肉厚を有する薄肉シェル鋳型の使用は、又、そ
のような薄肉シェル鋳型は、その鋳型キャビティの拔気
中シェル鋳型の周りに粒状支持媒体を固く圧縮すること
によって反重力注型中シェル鋳型に作用する応力に耐え
ることができるように支持することが可能であるという
知見に基いている。例えば、本発明の一実施例において
は、薄肉シェル鋳型を真空ハウジング内に収容した弛い
（密に圧縮せず、弛く保持された）粒状支持媒体（例え
ば、弛い鋳物砂）内に支持させ、該真空ハウジングを拔
気するとともに圧力伝達手段を該真空ハウジング及び支
持媒体に対して移動させて該支持媒体に圧力を加え、支
持媒体をシェル鋳型の周りに圧縮させる。そのような圧
力伝達手段として、前記支持媒体を押圧するための、真
空ハウジングの可動壁を用いることができ、その可動壁
の内側面を相対真空に露呈させ、可動壁の外側面を周囲
圧に露呈させ、それによって、シェル鋳型を　　注型応
力に対抗して支持するために該支持媒体をシェル鋳型の
周りに圧縮させることができる。あるいは別法として、
前記圧力伝達手段は、真空ハウジング内の前記支持媒体
に接触させて配置した気嚢から成るものとすることがで
き、鋳型キャビティを拔気したとき該気嚢を加圧して支
持媒体を圧縮することができる。

【００１２】

【実施例】添付図を参照すると、第１図には、消耗性の
原型組立体１０（樹木の形をしているので、「ツリー」
とも称する）が示されている。原型組立体（以下、単に
「原型」とも称する）１０は、円筒形の中央立上り通路
形成部分１２と、複数の鋳型キャビティ形成部分１４と
、各鋳型キャビティ形成部分１４を中央立上り通路形成
部分１２に連結する導入ゲート形成部分１６とから成っ
ている。鋳型キャビティ形成部分１４は、注型すべき物
品又は部品の形に付形されており、図示のように、中央
立上り通路形成部分１２の周りに、かつ、その長手に沿
って間隔をおいて配置されている。通常、各鋳型キャビ
ティ形成部分１４及びその導入ゲート形成部分１６は、
射出成形され、手作業によって（例えば、ワックス溶接
又は接着剤により）立上り通路形成部分１２に取付けら
れる。立上り通路形成部分１２は、別個の部片として射
出成形によって形成される。立上り通路形成部分１２の
下端には、切頭円錐形の耐火カラー１８が（例えば、ワ
ックス溶接又は接着剤により）立上り通路形成部分１２
に取付けられる。

【００１３】原型組立体１０は、後述するように、加熱
されると膨張する溶融可能な中実（非多孔質）材料で形
成することが好ましい。ワックスは、安価であることと
、予知可能な特性を有しているという点で原型組立体１
０の素材として好ましい材料である。一般に、原型ワッ
クスは、約５４．９〜約６６．１°Ｃ（約１３０〜約１
５０°Ｆ）の温度範囲で溶融する。重要なことは、原型
の除去作業中後述するシェル鋳型３０（第２図）に亀裂
が生じるのを回避するようにワックスの粘度を選択しな
ければならないことである（例えば、７７．３°Ｃにお
けるワックスの粘度は１３００センチポアズ未満とすべ
きである）。原型の素材として、ユリア樹脂をしようす
ることができる。ユリア樹脂は、約１１３．７〜約１３
０．５°Ｃ（約２３５〜約２６５°Ｆ）の温度範囲で溶
融する。

【００１４】本発明の実施においては、原型組立体１０
が、後述するようにスチームオートクレーブ加熱法等に
より加熱することによって後で除去しうるものである限
り、原型組立体１０の各部分１２、１４、１６を必ずし
も同じ材料で形成する必要はない。

【００１５】第２図を参照して説明すると、原型組立体
１０を多層の耐火材（鋳型形成材）２２で外装（インベ
ストメント）することによって薄肉の透気性（ガス透過
性）多層耐火シェル鋳型（以下、「多層耐火シェル」、
「耐火シェル」又は単に「シェル」又は「鋳型」とも称
する）３０を形成する。この外装（鋳型形成材）は、原
型組立体１０を、珪酸エチル又はコロイドシリカゾルの
ような、バインダー溶液中に懸濁させた耐火材粉末（例
えば、ジルコン、アルミナ、融合シリカ等）と、少量の
有機被膜形成剤と湿潤剤と脱泡剤とから成る耐火材スラ
リー内に繰返し浸漬させることによって行われる。原型
組立体を耐火材スラリー内に浸漬させた後、その都度、
余剰スラリーを原型組立体から流し落し、原型組立体に
被覆されたスラリーコーチングに乾燥耐火材粒子を塗被
（スタッコ）又は振り掛ける。このスタッコのための好
適な耐火材としては、粒状ジルコン、融合シリカ、シリ
カ、各種珪酸アルミニウム（ムライト、融合アルミナ等
）がある。

【００１６】各浸漬及び塗被工程の後に、その都度、強
制空気乾燥又はその他の手段を用いてスラリーコーチン
グを硬化させ、原型組立体１０上に、又は、先に形成さ
れた耐火材層の上に耐火材層を形成する。鋳型キャビテ
ィ形成部分１４の周りに所望の肉厚ｔの多層耐火シェル
３０が積層されるまでこの浸漬、塗被及び乾燥の順序工
程を繰返す。

【００１７】本発明によれば、鋳型キャビティ形成部分
１４の周り約３．０４８ｍｍ（約０．１２ｉｎ）を越え
ない最大限肉厚ｔを有する多層耐火シェル３０を形成す
るようにシェル形成工程（即ち、浸漬、塗被及び乾燥工
程）を制御する。以下に説明するように、この肉厚は、
スチームオートクレーブ加熱法により原型を除去する間
シェルに及ぼされる応力を吸収する驚くべき能力を発揮
することが認められた。通常、約３．０４８ｍｍ（約０
．１２ｉｎ）を越えない肉厚を有する多層耐火シェルは
、上述した浸漬、塗被及び乾燥工程を繰返すことにより
４〜５層の耐火材層によって積層される。

【００１８】第３図は、スチームオートクレーブ加熱法
により原型を除去した後の耐火シェル３０を示す。詳述
すれば、耐火シェル３０は、慣用のスチームオートクレ
ーブ３４（例えば、リーズ・エンド・ブラッドフード・
カンパニーから販売されている２８６ＰＴ型スチームオ
ートクレーブ）内に挿入されて加熱される。この加熱に
より原型組立体１０が除去されると、それぞれの側方導
入ゲート３８を介して中央立上り通路３７に連絡された
鋳型キャビティ３６を有する薄肉耐火シェル３０が残さ
れる。工程のこの段階では、立上り通路３７の上端及び
下端は開放している。

【００１９】第３図に示されるスチームオートクレーブ
加熱操作中、外装原型組立体４０（多層耐火シェル３０
で外装された原型組立体１０）（第２図参照）は、原型
組立体１０を融解して耐火シェル３０から除去するのに
十分な時間約１３６．１〜約１７８．１°Ｃ（約２７５
〜約３５０°Ｆ）の温度のスチーム（スチーム圧約５．
６〜約７．７ｋｇ／ｃｍ２　）に露呈される。詳述すれ
ば、スチームオートクレーブ加熱の初期段階において、
透気性の耐火シェル３０を通してスチームが侵入するこ
とによって原型組立体１０上に溶融した表面薄膜が形成
される。以下に説明するように、透気性である耐火シェ
ル３０は、この初期溶融薄膜の大部分を吸収する驚くべ
き、そして予想外の能力を有しており、それによって、
さもなくばシェル３０に及ぼされるであろう原型の膨張
力を軽減することができる。時間の経過とともに、原型
組立体１０の残部が溶融し、その大部分は耐火シェル３
０からカラー１８の開口１８ａを通って流出する。

【００２０】先に述べたように、耐火シェル３０の肉厚
は、約３．０４８ｍｍ（約０．１２ｉｎ）を越えないよ
うに本発明に従って制御される。このシェルの肉厚は、
スチームオートクレーブ加熱中、原型組立体の初期溶融
薄膜を吸収するための予想外に高い透気性（例えば、イ
ンベストメント注型協会によって採用されている１０４
６°Ｃの温度下での周知の窒素透過率テストで測定され
る）を示すことが認められた。例えば、約９９０．１°
Ｃ（約１８００°Ｆ）の温度で焼成された、肉厚約３．
０４８ｍｍ（約０．１２ｉｎ）（４層の耐火材層）を有
する耐火シェル３０は、上記窒素透過率テストで測定し
て、２倍の肉厚（即ち、６．０９６ｍｍの肉厚）を有し
、８層の耐火材層から成る同様なシェルが示す透気性の
２倍以上の透気性を発揮することが認められた。具体的
にいえば、肉厚約３．０４８ｍｍの焼成耐火シェル３０
の透気性は、肉厚６．０９６ｍｍの同様なシェルの透気
性が８０〜１２０ｃｃＮ２　／分（１分当り窒素透過率
８０〜１２０ｃｃ）にすぎないのに対して、３１６〜４
６８ｃｃＮ２　／分（実測値）であった。

【００２１】焼成耐火シェル３０は、２倍の肉厚を有す
る同様なシェルの透気性の少くともほぼ３倍の透気性を
発揮するように本発明に従って形成される。既に述べた
ように、薄肉の耐火シェル３０（肉厚約３．０４８ｍｍ
未満）のこの予想外に高い透気性は、スチームオートク
レーブ加熱中に原型組立体１０に形成される初期溶融薄
膜を吸収するシェル３０の能力を高め、耐火シェル３０
に対する原型組立体１０の熱膨張の結果として該シェル
に通常ならば課せられる応力を軽減することができる。従来技術の思想では、原型組立体を融解除去する際のそ
のような応力に耐えるためにシェルの肉厚を厚くすると
いうのが常識てであるが、本発明は、それとは正反対に
、シェルの肉厚を薄くすることによってスチームオート
クレーブ加熱操作に対する対応を著しく改善することが
でき、シェルの歪みや、亀裂のような損傷を防止するこ
とができることを見出した。高透過性のシェル３０を通
してのスチームのよりよい侵入と、その結果、原型組立
体１０の加熱が早められることにより、シェルの歪み及
び損傷が防止されるばかりでなく、スチームオートクレ
ーブ加熱による原型組立体の除去時間が相当に短縮され
る。

【００２２】更に、以下の表Ｉに記載された例から明な
になるように、薄肉の耐火シェル３０が用いられるので
、耐火シェル３０の形成に必要とされる耐火粒状材の量
は、相当に少なくされる。従って、注型品のコストも大
幅に削減される。例えば、使用される耐火材の量の節減
により４０〜７５％のコスト削減が達成される。更に、
薄肉シェル鋳型の使用は、１つの鋳型で製造することが
できる注型品の個数を増やすために鋳型キャビティ形成
部分１４及び導入ゲート１６の間隔を密にすることを可
能にする。従って、全体の生産高を低コストで増大させ
ることができる。

【００２３】シェルは、スチームオートクレーブで加熱
した後、約９９０．１°Ｃ（約１８００°Ｆ）の温度で
９０分間焼成される。

【００２４】表Ｉには、特定の部品（例えば、自動車の
ロッカーアーム、窓掛金又はクリート）を、厚肉シェル
（即ち、肉厚６．３５ｍｍのシェル）を用いて注型した
場合と、本発明の薄肉シェルを用いて注型した場合との
いわゆる負荷率（即ち、１つのシェル鋳型当りに注型す
ることができる部品の個数）に関する比較データが掲載
されている。厚肉シェル（スラリー浸漬／　塗被工程９
回反復）も、薄肉シェル（スラリー浸漬／　塗被工程４
〜５回反復）も、同じスラリー及びスタッコ材を用いて
同様の態様で（例えば、粒度２００メッシュの融合シリ
カ１５．２重量％と、粒度３２５メッシュのジルコン５
６．９重量％と、コロイドシリカゾル（バインダー）１
７．８重量％と、水１０．１重量％を含有した初期スラ
リーに浸漬し、以後は、マルグレイン（登録商標）Ｍ−
４７ムライト１５．１重量％と、粒度２００メッシュの
融合シリカ２５．２重量％と、粒度６００メッシュのジ
ルコン３５．３重量％と、珪酸エチル（バインダー）１
５．６重量％と、イソプロパノール８．８重量％を含有
したスラリーに浸漬させた後、その都度、粒度１００メ
ッシュのジルコンと、粒度６０メッシュのマルグレイン
Ｍ−４７ムライトと、粒度２５メッシュのマルグレイン
Ｍ−４７ムライトを塗被することによって）調製した。これらのシェルをスチームオートクレーブで加熱し、次
いで上述した態様で焼成した。

【００２５】又、表Ｉには、上記部品の注型に用いられ
た厚肉シェル（即ち、肉厚６．３５ｍｍ）の重量と、本
発明の薄肉シェル（即ち、肉厚２．５４ｍｍ）の重量比
較もなされている。

【表１】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　表　　Ｉ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　シェルの負荷率及び最終耐火材重量　　　
　　　　　　　標準シェル　　薄肉シェル　　　　　　
標準シェル　　　　　　　　薄肉シェル　　　　　　　
　　　の負荷率　　　　の負荷率　　　　　　交換　　
重量／部品　　交換　　重量／部品　　部　　　　品　
　個数／シェル　　　　個数／シェル　　　　　　率％
　　　　　　ｏｚ　　　　　　率％　　　　　　ｏｚ　
　　　　　ロッカー　　８ａｒ　×１３ｈｉ　　１２ａ
ｒ×１６ｈｉ　　　　　　　　　　　　　６．３　　　
　　　　　　　　　　　　　１．５　　　　　アーム　
　　　　１０４／シェル　　　　　１９２／シェル　　
　　　　　８５　　　　　　　　　　　　　　　　７６
　　　　　　　　　　　　　　　窓掛金　　　　１２ａ
ｒ×８ｈｉ　　　１４ａｒ×１０ｈｉ　　　　　　　　
　　　　　６．７　　　　　　　　　　　　　　　　１
．５　　　　　　　　　　　　　９６／シェル　　　　
　１４０／シェル　　　　　　　４６　　　　　　　　
　　　　　　　　６３　　　　　　　　　　　　　　　
クリート　　１０ａｒ×２４ｈｉ　　１２ａｒ×２６ｈ
ｉ　　　　　　　　　　　　　２．８　　　　　　　　
　　　　　　　　１．３　　　　　　　　　　　　２０
４／シェル　　　　　３１２／シェル　　　　　　　３
０　　　　　　　　　　　　　　　　５４　　　　　　
　　　　　　　　　注：上表において「個数／シェル」
は、シェル１つ当りに注型される部品の個数、「重量／
部品」は、部品１個当りの重量（　ｏｚ　）、「ａｒ」
は、立上り通路の周りの鋳型キャビティの個数、「ｈｉ
」は、立上り通路に沿って鋳型キャビティの個数を意味
する。

【００２６】表Ｉから明らかなように、本発明の薄肉シ
ェル鋳型は、負荷率を大幅に増大し、シェルを形成する
のに必要とされる耐火材の量を大幅に少くする。しかも
、これらは、スチームオートクレーブによる加熱中のシ
ェル鋳型の歪みや損傷に関して従来のシェル鋳型に比べ
て同等又はそれ以上の成績を維持して達成される。

【００２７】本発明の一実施例によれば、第４図に示さ
れるように、溶融金属を差圧（真空）反重力式に薄肉シ
ェル鋳型３０（シェル鋳型を約９９０．１°Ｃの温度で
焼成した後）内へ注型する。詳述すれば、薄肉シェル鋳
型３０を真空ハウジング内に収容した弛い（粒子が密に
圧縮されていない）耐火性粒状支持媒体６０内に支持す
る。真空ハウジング７０は、底部支持壁７２と、直立側
壁７３と、可動頂部端壁７４を有し、内部に真空チャン
バー７６を画定する。底部支持壁７２及び直立側壁７３
は、金属等の不透気性材で形成され、可動頂部端壁７４
は、透気性（多孔質）の板７５から成っている。透気性
板７５には、その上（外側）に真空チャンバー７８を画
定する真空プレナム７７が結合されている。真空チャン
バー７８は、導管８２によって真空ポンプ８０のような
真空源に接続されている。可動頂部端壁７４と直立側壁
７３との間の真空密封を維持したままで直立側壁７３に
対する可動頂部端壁７４の移動を可能にするために、可
動頂部端壁７４の周縁には、直立側壁７３の内側面に密
封係合する周縁シール８４が付設されている。

【００２８】第４図に示される注型装置１００を組立て
るに当っては、シェル鋳型３０をハウジング７０内に設
置する際、切頭円錐形カラー１８をハウジング７０の底
部支持壁に連結されたセラミック製鋳型充填管９０に密
封係合させる。鋳型充填管９０は、立上り通路３７及び
それぞれの導入ゲート３８を経て各鋳型キャビティへ至
る下方溶融金属入口を構成する。立上り通路３７の上端
を閉鎖するためにシェル鋳型の頂部に耐火キャップ２０
を被せる。弛い耐火性粒状支持媒体６０（例えば、粒度
約６０メッシュの弛いシリカ砂）を真空チャンバー７６
内のシェル３０の周りに導入する。この導入は、支持媒
体６０の真空チャンバー７６内出の沈降を助成するため
にハウジング７０を震動させながら実施する。次いで、
可動頂部端壁７４をその周縁シール８４を直立側壁７３
に密封係合させてハウジング７０の開放上端に挿入し、
透気性板７５の内側面を支持媒体６０に向け支持媒体に
接触させる（第４図参照）

【００２９】組立て後、注型装置１００を注型すべき溶
融金属１０４の源１０２（例えば、プール）の上方に位
置づけする。通常、溶融金属１０４は、注型容器１０６
内に入れる。次いで、真空ポンプ８０を作動させること
によって透気性板７５を通して真空カップ７７内、従っ
て真空チャンバー７６内に真空が引かれる。真空チャン
バー７６内に真空により、透気性の薄肉シェル３０を通
して鋳型キャビティ３６を拔気する。チャンバー７６内
の真空の度合は、充填管９０を第４図に示されるように
溶融金属１０４内に浸漬させたとき溶融金属１０４をプ
ール１０２から鋳型キャビティ３６内へ吸い上げるのに
十分なように選定する。

【００３０】真空チャンバー７６、７８に真空が引かれ
ると、頂部端壁７４は、その周縁シール８４より上の外
側面に大気圧（又は周囲圧）を受け、一方、板７５の内
側は相対真空に露呈される。頂部端壁７４の内外のこの
圧力差が、頂部端壁７４を側壁７３に沿って下方に移動
させ、それによって、板７５が支持媒体６０に十分な圧
力を及ぼして支持媒体６０をシェル３０の周りに圧縮し
、シェルを注型応力に対抗して支持する。このように、
鋳型キャビティ３６が拔気されて溶融金属をプール１０
２から吸い上げている間、それと併行して板７５により
圧力が加えられ、支持媒体６０をシェル３０の周りに圧
縮し、シェルを注型応力に対抗して支持する。支持媒体
６０を圧縮するように板７５によって及ぼされる圧力の
大きさは、真空チャンバー７６内に設定される真空の度
合を制御することによって制御することができる。

【００３１】第４図から明らかなように、溶融金属１０
４は、充填管９０を通り、立上り通路３７を通り、側方
導入ゲート３８を経て鋳型キャビティ３６内へ吸い上げ
られる。それによって溶融金属１０４は、鋳型キャビテ
ィ３６内に真空反重力式に注型される。

【００３２】真空チャンバー７６，７８内に相対真空が
設定されると、立上り通路３７の上端がチャンバー７８
内の真空レベルの最も高い部位に最も近い。更に、支持
媒体６０は、その底部に近いシェル３０の周りに存在す
る真空レベルを低下させる働きをする。その結果として
、鋳型内の内部溶融金属のヘッド圧と、シェル３０の周
りの外側真空との組合せによってシェル３０の下方部分
に及ぼされる応力は、米国特許第４，７９１，９７７号
に記載された原理に従って減少される。この応力の減少
と、シェル３０に対する支持媒体６０による支持とが相
俟って、シェル鋳型の壁に有害な移動を生じさせること
なく、又、鋳型の壁への溶融金属の浸透を起こさせるこ
となく、高温の溶融金属を薄肉シェル（肉厚３．０４８
ｍｍ未満）内へ反重力式に注型するのを可能にする。シェル３０に小さな穴等の欠陥が存在しているとしても
、その周りの支持媒体６０が、その欠陥部分を通しての
溶融金属１０４の漏出を防止するのを助成し、いずれに
しても、その漏出をシェル３０の周りだけに閉込め、注
型装置への損傷を防止し、シェル鋳型内の注型品が固化
するまで真空を保持するのを可能にする。

【００３３】溶融金属１０４が鋳型キャビティ３６内で
固化したならば、注型装置１００を上昇させて、充填管
９０を溶融金属プールから引上げる。次いで、注型品取
出し部署（図示せず）でハウジング７０の頂部端壁７４
を取外し、支持媒体６０及び金属充填済み（注型済み）
シェル３０を真空チャンバーから取出す。冷却後、支持
媒体６０を他のシェル３０での注型に再使用するために
循環させることができる。金属充填済みシェル３０は、
真空チャンバー７６から取出された後、周囲温度にまで
冷却される。シェル３０は、肉厚が薄いので固化した注
型品から容易に除去することができる。例えば、金属充
填済みシェル３０を冷却すると、大抵の場合シェルは、
冷却中に受ける熱応力により注型品からはじけて剥離す
る。従って、この薄肉シェル３０を除去するのに要する
時間は、従来使用されていた厚肉シェルを除去する時間
に比べて相当に短くてすむ。

【００３４】第５図を参照すると、本発明の別の実施例
による注型装置１００′が示されている。第５図では、
第４図の部品と同様な部品は、同じ参照番号にダッシュ
を付して示されている。第５図の注型装置１００′は、
ハウジング７０′の周りに設けられた環状の真空カップ
１１０′を用いることと、ハウジング７０′が拔気され
たとき支持媒体６０′に圧力を加えるためにハウジング
７０′の開放上端に密封状態に設けられた可撓性の不透
気性膜１１２′（ハウジングの可動頂部端壁を構成する
）を用いるという点で第４図の注型装置１００とは異な
る。真空プレナム１１０′は、ハウジング７０′の真空
チャンバー７６′の周りに環状の真空チャンバー１１４
′を画定し、ハウジングの環状の透気性（多孔質）側壁
部分１１６′を介して該真空チャンバーに連絡される。

【００３５】真空チャンバー１１４′が（導管１１８′
を通して）拔気されると、真空チャンバー７６′及びシ
ェル３０′の鋳型キャビティ３６′も拔気される。真空
チャンバー１１４′に真空が引かれると、可撓性の不透
気性膜１１２′の外側面１１２ａ′は、大気圧（又は周
囲圧）を受け、その内側面１１２ｂ′は相対真空に露呈
され、その結果、溶融金属がその下のプールから充填管
９０′及び立上り通路３７′を通し、導入ゲート３８′
を経て鋳型キャビティ３６′内へ吸い上げられている間
、膜１１２′は、第４図に関連して上述したように、支
持媒体６０′を薄肉シェル３０′の周りに圧縮し、該シ
ェルを注型応力に対抗して支持する。その他の点では、
第５図の実施例は、第４図の実施例に関して述べたよう
に機能し、同様の利点を提供する。

【００３６】第６図を参照すると、本発明の更に別の実
施例による注型装置１００″が示されている。第６図で
は、第４図の部品と同様な部品は、同じ参照番号にツー
ダッシュを付して示されている。第６図の実施例は、ハ
ウジング７０″内の耐火粒状支持媒体６０″に接触させ
て配設された１つ又はそれ以上の環状の膨満自在の気嚢
１２０″（図には１つだけが示されている）を用いると
いう点で第４図の実施例とは異なる。この気嚢は、反重
力式注型操作中鋳型キャビティ３６″が拔気されたとき
支持媒体６０″に圧力を及ぼし、支持媒体６０″を薄肉
シェル３０″の周りに圧縮するためのものである。ハウ
ジング７０″は、その頂部に密封状態に取付けられた透
気性板７５″と、板７５″に結合された真空カップ７７
″とから成る非可動頂部端壁７４″を含む。カップ７７
″内の真空チャンバー７８″は、板７５″の透気性部分
７５ａ″の上にあり、真空チャンバー７８″を真空ポン
プ８０″により導管８２″を経て拔気するようになされ
ている。

【００３７】頂部端壁７４″をハウジング７０″に密封
状態に取付け、真空チャンバー７６″，７８″を拔気し
た後、気嚢１２０″を圧縮空気のような適当なガス供給
源１２１″によって適当なガス供給パイプ１２２″を通
して加圧する。この気嚢１２０″の加圧（膨満）により
支持媒体６０″に圧力を及ぼし、先の実施例に関連して
述べたのと同様の態様で支持媒体６０″を薄肉シェル３
０″の周りに圧縮し、それによってシェルを注型応力に
対抗して支持する。その他の点では、第６図の実施例は
、第４及び５図の実施例に関して述べたように同様に機
能する。

【００３８】

【発明の効果】叙上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インベストメントシェル鋳型１基当り注型可
能な注型品の個数を相当に増大させることができる。又、注型中、インベストメントシェル鋳型内の内部溶融
金属圧とシェル鋳型の周りの外部真空条件によってシェ
ル鋳型に課されれる応力を軽減する。注型中、注型応力
による鋳型への損傷を防止し、鋳型からの溶融金属の漏
出を防止する態様でインベストメントシェル鋳型を支持
することができる。

【００３９】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は、原型組立体の側面図である。

【図２】第２図は、粒状鋳型材で外装された後の原型組
立体の断面図である。

【図３】第３図は、スチームオートクレーブ加熱によっ
て原型組立体が除去された後の薄肉シェル鋳型の断面図
である。

【図４】第４図は、本発明による反重力式注型装置の断
面図であり、シェル鋳型が真空ハウジング内の剛性化さ
れた粒状支持媒体内に保持され、シェル鋳型への外部溶
融金属入口がその下の溶融金属プール内に浸漬されてい
るところを示す。

【図５】第５図は、本発明の別の実施例による反重力式
注型装置の断面図である。

【図６】第６図は、本発明の更に別の実施例による反重
力式注型装置の断面図である。

【符号の説明】

１０：原型組立体１２：立上り通路形成部分１４：鋳型キャビティ形成部分１６：導入ゲート形成部分２２：耐火材層３０：透気性の薄肉シェル鋳型３６：鋳型キャビティ３７：立上り通路３８：導入ゲート４０：外装（インベストメント）原型組立体６０：粒状
支持媒体７０：真空ハウジング７３：直立側壁７４：可動頂部端壁７５：透気性板７６：真空チャンバー７７：真空カップ７８：真空カップ８０：真空源（真空ポンプ）９０：鋳型充填管１００：注型装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属を反重力式に注型する方法であっ
て、（ａ）注型すべき物品の消耗性の原型を、加熱され
ると膨張する溶融可能な材料で形成し、（ｂ）約３．０
４８ｍｍを越えない肉厚を有する薄肉耐火材シェルを形
成するように制御された多層の粒状耐火鋳型材で前記原
型を外装し、（ｃ）前記外装された原型を加熱して該原
型を前記薄肉耐火材シェルから除去し、それによって該
シェル内に鋳型キャビティを形成し、（ｄ）前記薄肉耐
火材シェルの周りに耐火性粒状支持媒体を配設し、前記
鋳型キャビティをその下方に該支持媒体の外部に配置さ
れた下方溶融金属入口に連通させ、（ｅ）前記鋳型キャ
ビティを拔気し、（ｆ）該鋳型キャビティを拔気したま
まで、前記薄肉耐火材シェルを注型応力に対抗して支持
するために該シェルの周りに前記支持媒体を圧縮させる
ような圧力を該支持媒体に加え、（ｇ）前記薄肉耐火材
シェルを前記支持媒体に支持させたままで、かつ、前記
溶融金属入口をその下方に位置する溶融金属源に連通さ
せたままで、該溶融金属を前記拔気された鋳型キャビテ
ィ内へと上方へ反重力式に吸い上げることから成る反重
力式注型方法。
【請求項２】前記薄肉耐火材シェルは、その肉厚の２倍
の肉厚を有する同様なシェルの透気率の２倍以上の透気
率を示すように形成されることを特徴とする請求項１に
記載の反重力式注型方法。
【請求項３】前記薄肉耐火材シェルは、前記同様なシェ
ルの透気率の少くとも３倍の透気率を示すように形成さ
れることを特徴とする請求項２に記載の反重力式注型方
法。
【請求項４】前記工程（ｃ）における前記外装された原
型の加熱は、スチームオートクレーブによって行うこと
を特徴とする請求項１に記載の反重力式注型方法。
【請求項５】前記工程（ｄ）は、前記薄肉耐火材シェル
を真空ハウジング内で耐火性粒状支持媒体内に支持させ
、該真空ハウジングを拔気するとともに圧力伝達手段を
該真空ハウジング及び支持媒体に対して移動させて前記
圧力を該支持媒体に加えることによって行うことを特徴
とする請求項１に記載の反重力式注型方法。
【請求項６】前記圧力伝達手段として、前記支持媒体を
押圧するための前記真空ハウジングの可動壁を用いるこ
とを特徴とする請求項５に記載の反重力式注型方法。
【請求項７】前記可動壁の内側面を相対真空に露呈させ
、該可動壁の外側面を周囲圧に露呈させることを特徴と
する請求項５に記載の反重力式注型方法。
【請求項８】前記圧力伝達手段として、前記真空ハウジ
ング内の前記支持媒体に接触させて配置した気嚢を使用
し、前記鋳型キャビティを拔気したとき該気嚢を加圧し
て該支持媒体を圧縮することを特徴とする請求項５に記
載の反重力式注型方法。
【請求項９】前記消耗性の原型をワックスで形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の反重力式注型方法。
【請求項１０】前記消耗性の原型をユリア樹脂で形成す
ることを特徴とする請求項１に記載の反重力式注型方法
。
【請求項１１】溶融金属を反重力式に注型する方法であ
って、（ａ）注型すべき物品の消耗性の原型を、加熱さ
れると膨張する溶融可能な材料で形成し、（ｂ）約３．
０４８ｍｍを越えない肉厚を有する薄肉耐火材シェルを
形成するように制御された多層の粒状耐火鋳型材で前記
原型を外装し、（ｃ）前記外装された原型をスチームオ
ートクレーブで加熱して該原型を前記薄肉耐火材シェル
から除去し、それによって該シェル内に鋳型キャビティ
を形成し、（ｄ）前記薄肉耐火材シェルを真空チャンバ
ー内に収容された耐火性粒状支持媒体によって囲包し、
前記鋳型キャビティをその下方に該支持媒体の外部に配
置された下方溶融金属入口に連通させ、（ｅ）前記真空
チャンバーを拔気して前記鋳型キャビティを拔気し、、
（ｆ）該真空チャンバーを拔気したままで、前記薄肉耐
火材シェルを注型応力に対抗して支持するために該シェ
ルの周りに前記支持媒体を圧縮させるような圧力を該支
持媒体に加え、（ｇ）前記薄肉耐火材シェルを前記支持
媒体に支持させたままで、かつ、前記溶融金属入口をそ
の下方に位置する溶融金属源に連通させたままで、該溶
融金属を前記拔気された鋳型キャビティ内へと上方へ反
重力式に吸い上げることから成る反重力式注型方法。
【請求項１２】溶融金属を反重力式に注型する装置であ
って、（ａ）ハウジング内に配設された耐火性粒状支持
媒体と、（ｂ）前記支持媒体内に配設されており、約３
．０４８ｍｍを越えない肉厚の鋳型壁によって画定され
た鋳型キャビティを有する耐火性インベストメントシェ
ルと、（ｃ）前記鋳型キャビティとその下方の溶融金属
源を連通するために前記支持媒体の外部に配置された溶
融金属入口と、（ｄ）前記鋳型キャビティを拔気するた
めの手段と、（ｅ）前記鋳型キャビティを拔気したまま
で、前記シェルを注型応力に対抗して支持するために該
シェルの周りに前記支持媒体を圧縮させるような圧力を
該支持媒体に加えるための手段と、（ｆ）前記溶融金属
を前記拔気された鋳型キャビティ内へと上方へ吸い上げ
るために、前記鋳型キャビティを拔気したままで、かつ
、前記圧力を前記支持媒体に加えたままで、前記溶融金
属入口を前記溶融金属源に連通させるための手段とから
成る反重力式注型装置。
【請求項１３】前記溶融金属入口は、前記シェルから前
記支持媒体の外部に延長した充填管から成ることを特徴
とする請求項１２に記載の反重力式注型装置。
【請求項１４】前記支持媒体に圧力を加えるための手段
は、前記ハウジングの可動壁から成り、該可動壁は、該
支持媒体を前記シェルの周りに圧縮するために、前記ハ
ウジングが拔気されたとき該壁を該ハウジングに対して
移動させるような差圧を受けるようになされていること
を特徴とする請求項１２に記載の反重力式注型装置。
【請求項１５】前記可動壁は、前記ハウジングの透気性
端壁から成り、該端壁は、前記支持媒体に接触するため
の内側面と、その外側面の上方に位置する真空カップを
有し、該真空カップは、該透気性端壁を通して該ハウジ
ングを拔気することができ、該真空カップは、その外側
面に周囲圧を受け、該ハウジングが拔気されたとき、該
端壁を該ハウジングに対して移動させて前記支持媒体を
押圧するようになされていることを特徴とする請求項１
４に記載の反重力式注型装置。
【請求項１６】前記可動壁は、前記ハウジングの不透気
性可撓端壁から成ることを特徴とする請求項１４に記載
の反重力式注型装置。
【請求項１７】前記支持媒体に圧力を加えるための手段
は、前記ハウジング内で前記支持媒体に接触させて配置
された気嚢から成ることを特徴とする請求項１２に記載
の反重力式注型装置。
【請求項１８】前記耐火性粒状支持媒体は、弛い鋳物砂
から成ることを特徴とする請求項１２に記載の反重力式
注型装置。
【請求項１９】溶融金属を反重力式に注型する装置であ
って、（ａ）真空チャンバーを有するハウジングと、（
ｂ）該チャンバー内に配設された弛い耐火性粒状支持媒
体と、（ｃ）前記支持媒体内に配設されており、約３．
０４８ｍｍを越えない肉厚の鋳型壁によって画定された
鋳型キャビティを有する耐火性インベストメントシェル
と、（ｄ）前記鋳型キャビティとその下方の溶融金属源
を連通するために前記支持媒体の外部に配置された溶融
金属入口と、（ｅ）前記チャンバーを拔気して前記鋳型
キャビティを拔気するための手段と、（ｆ）前記チャン
バーを拔気したままで、前記シェルを注型応力に対抗し
て支持するために該シェルの周りに前記支持媒体を圧縮
させるような圧力を該支持媒体に加えるための手段と、
（ｇ）前記溶融金属を前記拔気された鋳型キャビティ内
へと上方へ吸い上げるために、前記チャンバーを拔気し
たままで、かつ、前記圧力を前記支持媒体に加えたまま
で、前記溶融金属入口を前記溶融金属源に連通させるた
めの手段とから成る反重力式注型装置。