JPH10512328A - 十分に高密度な金型および金属部品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 十分に高密度な金属部品、または別の金型の片方とかみ合って多数の部品を鋳造する金型の片方を製造する方法である。工程としては、管状型基部内に模型を配置する工程と、模型の臨界表面上でセラミック部材を鋳造する工程と、型基部から模型を取り除く工程と、セラミック部材に転写された臨界表面を、溶浸金属（２６）よりも高い融解温度を有する粉末化された金属（２４）で覆う工程と、所定量の溶浸金属（２６）を粉末化された金属（２４）上に配置する工程と、管状型基部（１０）を、粉末化された金属を融解することなく溶浸金属を融解するのに十分な温度の炉内に配置する工程と、臨界表面を露出させるためにセラミック部材（２０）を管状型基部の第１の開口端部から取り除く工程とを含む。溶浸金属の量は溶浸金属が融解したときに粉末化された金属の粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより十分に高密度な金属部品を生成する。金属部品は溶浸金属が凝固したときにセラミック部材から転写される臨界表面を有している。金属粉末はまた、溶浸金属内で混入物または酸化金属をふるい分けるフィルタとして作用し、その結果、このような混入物により十分に高密度な型部品の仕上がり表面に傷がもたらされないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 十分に高密度な金型および金属部品を製造する方法 発明の分野 本発明は迅速な試作のための方法に係り、とりわけ正確な金属部品、および多 様な試作部品が成形される正確な金型を製造する方法に関する。 発明の背景 新製品を競争者に先がけて市場に投入することは、大きな市場シェアを獲得す るための鍵として認識されている。従って、新製品開発の全ての工程の速度を速 めることにはインセンティブが存在している。市場の時機全体に重要な影響力を 有する製品開発の一つの領域は、市場テストのために製品および包装の試作品を 製造する領域である。このようなテストには通常、消費者により吟味または使用 される多種類の外観的、感触的および機能的に類似した試作品が必要とされる。 製品の量が必要とされる場合には、部品を製造する一般的な方法は成形である 。製品の成形の典型例には、非常に高価でかつ多数のキャビティを持つ鋼製型で 作られたプラスチック部品が含まれる。例えば、大多数の瓶はブロー成形で作ら れ、かつ大多数の瓶蓋は射出成形で作られている。通常、製品の型のコストに妥 当性を持たせるにはかなりの量の製品が必要となる。他方、市場テストのために は数百の部品のみが必要とされる。しかしながら、製品部品と同一の特性を持つ よう試作部品を成形することがしばしば必要となる。 このため、成形による試作部品をどのようにして迅速に得るかは重要な課題と なっている。少量の部品が鋳造できる試作部品用の型を迅速に製造するための方 法は既に幾つか存在している。例えば、加熱下で柔軟なゴム製の模型にて耐火粉 末と熱可塑性バインダとを結合させる。この工程は半製品を形成し、この半製品 は続けてさらに加熱されることでバインダが融解する。結果として得られた多孔 質の製品に、融解した低融点の金属を溶浸させると、面加工の必要がない高密度 な型が形成される。この工程の欠点は、バインダが取り除かれた後に、型を結合 させておくために粉末が焼結されてしまうことにある。焼結により、未焼結のも のに比べてより小さな空間を粒子が占有するようになる。このため、焼結収縮は 型およびそれから作られる部品の正確さに影響を与える。 冷却流体等のためのチャネルを有する焼結した金属製品は、焼結した粉末と銅 線とを組み合わせることにより形成することができる。焼結温度の適用下におい て、銅線は融解するとともに焼結した粒子の孔に吸収され、その結果、チャネル が形成される。 部品を迅速に試作するための別の方法は、従来の射出成形によるろう型ではな く、迅速な試作システムにより生成された模型を用いるインベストメント鋳造法 である。このような模型の一例としては、クイックキャスト（ＱｕｉｃｋＣａｓ ｔ）模型がある（なお「ＱｕｉｃｋＣａｓt」は、カリフォルニア州（ＣＡ）の バレンシアにある３Ｄシステムズ社（3D Systems，Inc.）の商標である）。中空 状のプラスチック製の模型は通常、浸せき方法により薄いセラミック製のシェル で覆われる。プラスチックは、最小限の灰残留物を残してセラミック製のシェル から焼き尽くされる。融解した金属はそれから、金属部品またはプラスチック部 品のための金型を鋳造するためにセラミック製のシェルに注がれる。シェルは融 解した金属を受け入れるための小孔のみを有しているので、臨界表面の灰残留物 を検査することは難しい。臨界表面上の灰残留物は金属鋳造の失敗を起こし得る 。融解した金属は臨界表面が正確に再生されないほどに冷却および収縮する。部 品が大きくなればなるほど、その不正確さは高まる。 インベストメント鋳造法の改良は、セラミック製のシェルの正確な凝固を与え るよう化学的に調整されたセラミック製のスラリーおよびバインダを注ぐことに よって模型のまわりに作られたセラミック製のシェルを利用している。シェルの 製造がより速くなされるので、このことはインベストメント鋳造法の改良となる 。しかしながら、インベストメント鋳造法は未だ、融解した金属の収縮が不正確 さを助長しないような小さなサイズの型に限定されている。 ここで欠けているのは、主として射出成形のために用いられ、また部品のサイ ズによらず、かつかなり多数のプラスチック部品を成形することができる正確な 金型の片方を迅速に製造するための方法である。 発明の概要 本発明の一つの特徴において、十分に高密度な型の片方を製造する方法は幾つ かの工程を含んでいる。第１の工程は、管状型基部内に模型を配置する工程を含 む。管状型基部は溶浸金属よりも高い融解温度を有している。管状型基部はまた 第１の開口端部および第２の開口端部を有している。模型は第１の開口端部に対 向する臨界表面を有している。別の工程は、模型の臨界表面と型基部の第１の開 口端部との間でセラミック部材を鋳造することにより臨界表面をセラミック部材 に転写する工程を含む。さらに別の工程は、模型を型基部の第２の開口端部から 取り除くことにより、セラミック部材の臨界表面を管状型基部内で露出させる工 程を含む。さらに別の工程は、セラミック部材の臨界表面を粉末化された金属で 型基部の第２の開口端部から覆う工程を含む。粉末化された金属は溶浸金属より も高い融解温度を有する粒子を含んでいる。さらに追加の工程は、粉末化された 金属の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、粉末化された金属を融解させ ることなく溶浸金属を融解させるのに十分な温度の炉内に、第２の開口端部を直 立させて配置する工程を含む。 溶浸金属の量は融解したときに粉末化された金属の粒子間の空間を満たすのに 十分なだけあり、これにより十分に高密度な金型の片方を生成する。金型の片方 は溶浸金属が凝固したときにセラミック部材から転写される臨界型表面を有して いる。最後の工程は、セラミック部材を管状型基部の第１の開口端部から取り除 くことにより、成形のために臨界型表面を露出させる工程を含む。 模型を取り除く工程では、模型を管状型基部の融解温度よりも低い温度で焼き 尽くすようにするとよい。粉末化された金属は、鋼、ステンレス鋼、タングステ ンおよび炭化タングステンからなるグループから選択されるとよい。溶浸金属は 、銅、銅合金およびベリリウム銅からなるグループから選択されるとよい。 この方法はさらに、部品の鋳造にあたって金型の片方と、この金型の片方にか み合う型の片方とが整列するよう管状型基部を機械加工する工程を含むとよい。 別の工程として、部品の鋳造にあたって臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を金型の片方を貫くように機械加工する工程を含むようにするとよい 。 この方法は他に、溶浸金属が融解したときに溶浸金属が臨界表面で最初に凝固 するよう所定量の溶浸金属の上に断熱材を配置するようにしてもよい。 この方法はさらに、溶浸金属を融解させる前に、粉末化された金属内に冷却管 または突出しピン用スリーブのような鋼挿入物を挿入する工程を含むようにして もよい。鋼製管またはスリーブ挿入物は炉の温度を越える融解温度を有し、その 結果、溶浸金属は溶浸金属が凝固するときに冷却管または突出しスリーブを固定 的に位置決めする。 本発明の別の特徴において、十分に高密度な金属部品を鋳造する方法は、金属 粉末を、仕上がり面と金属粉末を収容する手段とを有する型内に配置する工程を 含んでいる。金属粉末は型の仕上がり面に対向する表面と、溶浸金属の融解温度 を越える焼結温度とを有している。別の工程は、溶浸金属を型の仕上がり面に対 向する金属粉末の表面から金属粉末内に溶け込ませる工程を含む。金属粉末は融 解した溶浸金属が型の仕上がり面まで流れる際のフィルタとして作用し、これに より混入物および酸化金属を溶浸金属からふるい分ける。混入物は、型の仕上が り面で凝固した場合には鋳造部品上に傷のある表面をもたらす。 図面の簡単な説明 明細書は本発明を特に指摘しかつ明確に請求する請求項で終わるが、本発明は 以下に添付図面とともに好ましい実施例について説明することによりさらによく 理解されるであろう。なお添付図面において、同一の参照符号は同一の要素を示 している。 図１は本発明による十分に高密度な型を製造する方法に必要とされる構成部品 である管状型基部の平面図である。 図２は図１の断面線２−２に沿った正面縦断面図であり、管状型基部の内部を 示している。 図３は管状型基部に挿入される部品模型であって緊密に取り付けることを可能 にするスカートを有する部品模型を開示する別の平面図である。 図４は図３の断面線４−４に沿った正面縦断面図であり、管状型基部の内部に 模型が配置された様子を示している。 図５は図４と同様の正面縦断面図であり、模型の臨界表面に適合するようセラ ミック材料が加えられた様子を示している。 図６は図４と同様の正面縦断面図であり、セラミック転写面の上部に模型がく るよう管状型基部が反転した様子を示している。 図７は図４と同様の正面縦断面図であり、焼尽くしまたはその他の方法により セラミック表面から模型が取り除かれた様子を示している。 図８は図４と同様の正面縦断面図であり、金属粒子層がセラミック表面を覆う とともに、その粒子の上部に栓状の溶浸金属が配置され、かつその栓の上方に断 熱層が配置された様子を示している。 図９は図４と同様の正面縦断面図であり、型基部を炉内に配置するとともに溶 浸金属を金属粒子内に溶け込ませ、これにより臨界表面がセラミックから溶浸さ れた金属粒子へ転写された様子を示している。 図１０は図４と同様の正面縦断面図であり、セラミック材料を取り除くことに より金属複合物の臨界表面が露出された様子を示している。 図１１は９０°回転するとともに十分に高密度な金型の片方を形成するために 両端部が縮められた型基部を示す正面縦断面図である。 図１２は図１１と同様の正面縦断面図であり、図１１に示された型の片方と、 これと同様にして製造された第２の型の片方とを略かみ合わせることにより部品 を成形する様子を示している。 図１３は図１２に示された互いにかみ合う型の片方間で射出成形された部品の 正面縦断面図である。 発明の詳細な説明 ここで図面、とりわけ図１および図２には、十分に高密度な金型を製造する方 法を提供する、本発明の好ましい型基部が概略符号１０として示されている。型 基部１０は管状をなし、環状の内面１２を有している。管状型基部１０は好まし くは、例えば継目無管のように軟鋼からなっている。型基部１０の材料は後述す る溶浸金属よりも高い融点を有している。型基部１０は種々の異なった形状の内 面１２を有していてもよい。しかしながら、機械加工の容易性および一様な熱伝 達のためには環状が好ましい。内面１２は、旋盤上で回転させること等により滑 らかでかつ完全に機械加工するとよい。型基部１０は両端部が開口しており、第 １の開口端部１１および第２の開口端部１３を有している。 図３および図４は模型１４の一例を示しており、この模型１４は型基部１０に 挿入され、内面１２に対して緊密に取り付けられ、かつ中心に配置されている。 模型１４は瓶蓋の外面を表す臨界表面１６を有している。模型１４は好ましくは 、試作技術としてよく知られたステレオリソグラフィ法により作られ、ここでは 模型を記述する電子ファイルがポリマーのレーザ硬化によって迅速に物理的な部 品に変換される。さらに好ましくは、模型１４はエポキシから作られ、かつクイ ッ クキャスト（ＱｕｉｃｋＣａｓｔ）方法により中空状のハニカム構造として製造 される（なお「ＱｕｉｃｋＣａｓt」は、カリフォルニア州（ＣＡ）のバレンシ アにある３Ｄシステムズ社の商標である）。外観的に類似した部品はステレオリ ソグラフィ法により作ることができるが、このような部品は堅くかつ脆く、成形 された部品とは感触的な面で類似していない。 図４は臨界的な瓶蓋の表面１６が内壁１２の軸と同心でかつ第１の開口端部１ １に向けて上方を向くよう管状型基部１０に押し込まれたエポキシの模型１４を 示している。模型１４は内壁１２から臨界表面１６を隔離するスカート１８を持 つよう設計されている。図５は高温でかつ真空脱気された石膏および水の混合物 が管状型基部１０内および模型１４の臨界表面１６上に注がれた様子を示してい る。模型１４の臨界表面１６の逆形状２２を正確に写しながら石膏が固まってセ ラミック部材２０を形成した後、管状型基部１０は図６に示すように、模型１４ を容易に取り除くために反転される。管状型基部１０はそれから、型基部１０を 少なくとも３時間にわたって約１１００°Ｆで加熱するために、酸素雰囲気を有 する炉（図示せず）内に配置される。この温度はさらなる処理のために石膏を十 分に固め、かつ図７に示すようにエポキシ製の模型１４を焼き尽くす。模型１４ の中空状の特性のために、模型１４は膨張したり、セラミック部材２０を砕いた りすることなく、焼尽くし後には単にそれ自体が崩壊する。エポキシの灰はそれ から、開口した管から投げ出されることにより取り除かれる。エポキシ製の模型 に近い管の開口端部は、焼尽くしの間に模型を十分に脱炭させるために、炉内の 酸素に容易に接触できるようにしている。大きな開口端部は、インベストメント 鋳造法において模型を取り除く際に一般的な、複雑な換気の必要性をなくしてい る。また、セラミック部材２０に逆表面２２として転写される臨界表面１６は、 全ての灰が取り除かれたことを見るために、管の開口端部から容易に検査するこ とができる。 図８はタングステン、炭化タングステンまたは鋼合金のような細かい粉末２４ がセラミック部材２０の逆表面２２上に加えられた様子を示している。金属粉末 が管状型基部内に注がれた後、管は粉末を安定化させるために数回たたかれる。 融点が約５０５０°Ｆと高いため、好ましくは炭化タングステンが用いられる。 粉末の深さは全ての臨界的な逆表面２２を覆うのに十分なだけある。粉末２４は 好ましくはマイナス１００メッシュ／プラス２３０メッシュのふるいにかけられ 、６３ミクロンから１５３ミクロンの範囲の粒子サイズを有している。 粉末２４の上には粉末粒子間の空間を満たすのに十分な量の溶浸金属２６の粒 子、小片またはスラグが配置されている。溶浸金属２６は銅またはその合金であ るとよく、その硬度および熱伝導性からベリリウム銅が好ましい。管状型基部１ ０はそれから、水素炉（図示せず）内に配置される。断熱層２８はベリリウム銅 のスラグ２６の上方に配置されている。炉は約２１００°Ｆまで上昇し、そこで 少なくとも１時間にわたって維持される。炉の還元雰囲気において、この温度は ベリリウム銅のスラグ２６を融解させるとともに、融解していない粉末２４内に 流れ込ませて図９に示すように金属複合物２５を形成させる。金属粉末はフィル タとして作用し、臨界表面に到達する融解した溶浸金属から不純物を取り除く。 このことはインベストメント鋳造法で用いられていたような多孔質セラミックフ ィルタの必要性をなくす。 ベリリウム銅は冷却するにつれて収縮する。しかしながら、ベリリウム銅が詰 め込まれる融解していない金属粒子２４は、臨界的な逆表面２２の近傍で材料の 高い体積割合を与える。粒子２４は溶浸金属２６の融解温度では融解または焼結 しないので、粒子２４は収縮はしない。ベリリウム銅は粒子間を満たし、かつ管 状型基部を型の不変的な一部としながら型基部１０の内面１２と融合する。断熱 層２８は臨界的な逆表面２２の近くのベリリウム銅を最初に凝固させ、その結果 、表面２２でのひずみおよび収縮応力を最小化させ、これにより金属複合物が逆 表 面２２の逆の臨界表面３０、すなわち模型１４の臨界表面１６の複製物を正確に 呈する。融解した溶浸金属２６はその上面から降下し、凝固しながらも断熱層２ ８により融解したまま維持され、過剰な凝固溶浸金属３４の上部に収縮くぼみ３ ２を形成させる。 金属粉末の粒子サイズ、粒子サイズの分布および粒子の形状はこの方法に幾つ かの態様で影響を与える。より細かな粒子は通常、より滑らかな表面仕上がりを 与えるが、より長い溶浸時間が必要となる。粒子サイズの分布は、最終的な型の 金属粉末と溶浸金属との比率に影響を与える金属粉末のタップ密度に影響を与え る。マイナス１００／プラス２３０メッシュの金属粉末のタップ密度は典型的に は、平均して４０％および５５％の間にある。粒子サイズの分布を調整すること により、タップ密度はかなり増加し得る。炭化タングステン粉末は球状の形状で はなく不規則な形状になりがちである。このことは、マイナス３２５メッシュの 粉末のように、より細かな粒子サイズの分布においてその流れに影響を与え、粉 末がセラミック部材の臨界表面上に注がれたときにアグロメレーションを引き起 こす。このようなアグロメレーションは複合物２５の表面仕上がりに不利に働く 。商業的に容易に入手でき、かつ良好な表面仕上がりを与えることから、マイナ ス１００／プラス２３０メッシュの炭化タングステン粉末を用いることが好まし い。より細かな粉末は良好な流れを妨げるだけでなく、潜在的な吸入障害および 爆発障害のためにかなりの注意が必要とされる。 水素炉内での溶浸工程中に、鋼製の管状型基部１０はセラミック部材２０より も大きな割合で熱により膨張する。このことは内面１２とセラミック部材２０と の間に小さな間隙を作り出す。溶浸金属はこの間隙を通って漏れる可能性がある 。しかしながら、漏れは通常最小限であり、かつ工程に問題を引き起こさない。 この漏れは、融解した溶浸金属に作用する重力を粉末の毛細管力が打ち消すよう 、間隙近くの金属の粒子サイズの分布を調整することにより避けることができる 。 図１０は臨界表面３０を露出させるためにセラミック部材２０が取り除かれた 様子を示している。断熱層２８もまた、管状型基部１０から取り除かれている。 最終的に、管状型基部１０の両端部は、図１１に示すように、臨界表面３０の最 外端と同レベルにまで縮められ、過剰な溶浸金属３４は内面１２に対して直角を なし、これにより型の片方３６を形成している。型の片方３６はまた、図１２に 示されているように、機械加工によって形成されたスプルー孔３８を有している 。 図１２はまた、型の片方３６とかみ合うことでそれらの間にキャビティを形成 する型の片方４０を示している。型の片方４０は好ましくは型の片方３６と同一 の迅速な試作方法で作られている。型の片方３６および４０は好ましくは、組み 合わされて射出成形型となる。融解したプラスチック樹脂がスプルー孔３８を通 ってキャビティ内に噴射されると、プラスチック製の蓋４２が成形される。型か ら取り除かれたプラスチック製の瓶蓋４２は図１３に示されている。 この方法の重要な特徴は、簡易でかつ迅速な反転工程の使用、および模型から 成形部品への臨界表面の正確な転写にある。また、この型製造方法は、収縮のた めに部品サイズによっては不正確さが増加するけれども、インベストメント鋳造 法の場合のような小さな部品に限定されるものではない。本発明による十分に高 密度な金型構造は材料の選択により高い熱伝導性および高い耐摩耗性の両方の特 性を有する。 鋼製冷却水管および／または突出しスリーブ（図示せず）は、溶浸金属が融解 する前に粉末内に加えられるとよい。融解したベリリウム銅はそれから、融解し ていない鋼挿入物のまわりで凝固してそれらの位置を固定する。 本発明の特に好ましい実施例において、管状型基部１０は、外径が１０１．６ ｍｍ、内径が８８．９ｍｍ、および長さが２５４ｍｍの軟鋼の継目無管から作ら れる。模型１４はカリフォルニア州（ＣＡ）のバレンシアにある３Ｄシステムズ 社のエポキシ樹脂＃ＳＬ５１７０から作られ、かつ３Ｄシステムズ社によって作 られているモデルＳＬＡ−２５０機械を用いてステレオリソグラフィ法により電 子ファイルから生成されている。 模型１４は１１００°Ｆの温度で型基部１０から焼き尽くされるようにすると よい。セラミック部材２０は水および石膏の混合物を模型１４の臨界表面１６上 に注ぐことにより形成される。石膏は、オハイオ州（ＯＨ）のモーミー（Maumee ）にあるランサム・アンド・ランドルフ社（Ransom & Randolf）によって作られ ているコアＣ１プラスタ（Core C1 plaster）である。それは融解した金属の２ ５００°Ｆの温度にも劣化することなく耐える。しかしながら石膏部材２０は、 物理的に砕き、そのかけらを粒子および溶浸金属の表面に接触することなく取り 除くことにより、型基部から容易に取り除くことができる。なお、十分に高密度 な金型表面を乱すことなく石膏を取り除くためにビードブラストを用いるように してもよい。 断熱層２８は好ましくは、ニューヨーク州（ＮＹ）のナイアガラフォールズ（ Niagara Falls）にあるカーボランダム社（Carborundum Corp．）によって作ら れているファイバーフラックス（Fiberfrax）である。少なくともセラミック部 材と同じ厚さの断熱層が好ましい。 本発明の特定の実施例について説明してきたが、当業者であれば本発明の精神 および範囲を離れることなく種々の変更および修正をなし得ることは明らかであ り、本発明の範囲内にあるこのような全ての修正は従属クレームでカバーされる ことが意図されている。例えば、本発明の説明は主として金型の製造に向けられ ているが、考えられる他の可能な応用には放電加工機（ＥＤＭ）用の電極の製造 が含まれる。銅合金／タングステン合金の複合物からなる金属電極はＥＤＭ加工 において重要な電気伝導性および耐摩耗性についての優れた特性を与えることに なるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年２月３日 【補正内容】 請求の範囲 １． 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、 ａ） 管状型基部内に模型を配置する工程であって、前記管状型基部は溶浸金 属よりも高い融解温度を有するとともに第１の開口端部および第２の開口端部を 有し、前記模型は前記第１の開口端部に対向する臨界表面を有する工程と、 ｂ） 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第１の開口端部との間でセ ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工 程と、 ｃ） 前記模型を前記型基部の前記第２の開口端部から取り除くことにより、 前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出させる工程と、 ｄ） 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末で覆う工程であって、前記粉 末は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む工程と、 ｅ） 前記粉末の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前記粉末および 前記管状型基部を融解させることなく前記溶浸金属を融解させるのに十分な温度 の炉内に、前記第２の開口端部を直立させて配置する工程であって、前記溶浸金 属の量は前記粉末の前記粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより 十分に高密度な金型の片方であって前記溶浸金属が凝固したときに前記セラミッ ク部材から転写される前記臨界型表面を有する金型の片方を生成する工程と、 ｆ） 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第１の開口端部から取り除 くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程とを含むことを特 徴とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。 ２． ｇ） 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ 合う型の片方とが整列するよう前記型基部を機械加工する工程と、 ｈ） 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とをさらに含むこと を特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 前記模型を取り除く工程は前記模型を前記管状型基部の前記融解温度よ りも低い温度で焼き尽くすものであることを特徴とする請求項１または２記載の 方法。 ４． 前記溶浸金属が融解したときに前記溶浸金属が前記臨界表面で最初に凝 固するよう前記所定量の溶浸金属の上に断熱材が配置されていることを特徴とす る請求項１乃至３のいずれか記載の方法。 ５． 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、 ａ） 管状型基部内にエポキシ製の模型を配置する工程であって、前記管状型 基部は溶浸金属よりも高い融解温度を有するとともに第１の開口端部および第２ の開口端部を有し、前記模型は前記第１の開口端部に対向する臨界表面を有する 工程と、 ｂ） 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第１の開口端部との間でセ ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工 程と、 ｃ） 前記エポキシ製の模型を前記型基部の前記第２の開口端部から焼き尽く すことにより、前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出さ せる工程と、 ｄ） 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末で覆う工程であって、前記粉 末は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む工程と、 ｅ） 前記粉末の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前記所定量の溶 浸金属の上に断熱材を配置する工程と、 ｆ） 約２１００°Ｆの水素炉内に前記管状型基部を前記第２の開口端部を直 立させて配置する工程であって、前記溶浸金属の量は融解したときに前記粉末の 前記粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより十分に高密度な金型 の片方であって前記所定量の溶浸金属が凝固したときに前記セラミック部材から 転写される前記臨界型表面を有する金型の片方を生成する工程と、 ｇ） 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第１の開口端部から取り除 くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程と、 ｈ） 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ合う型 の片方とが整列するよう前記管状型基部を機械加工する工程と、 ｉ） 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とを含むことを特徴 とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。 ６． 前記所定量の溶浸金属が融解する前に前記粉末内に鋼挿入物を挿入する 工程であって、前記鋼挿入物は前記炉の温度を越える融解温度を有し、前記所定 量の溶浸金属は前記溶浸金属が前記粒子間の空間および前記挿入物のまわりで凝 固するときに前記挿入物を固定的に位置決めする工程をさらに含むことを特徴と する請求項１または５記載の方法。 ７． 十分に高密度な金属部品を鋳造する方法において、 ａ） 粉末を、仕上がり面と前記粉末を収容する手段とを有する型内に配置す る工程であって、前記粉末は前記型の前記仕上がり面に対向する表面と、溶浸金 属の融解温度を越える焼結温度とを有する工程と、 ｂ） 溶浸金属を前記型の前記仕上がり面に対向する前記粉末の前記表面から 前記粉末内に溶け込ませる工程であって、前記粉末は前記融解した溶浸金属が前 記型の前記仕上がり面に流れる際のフィルタとして作用し、これにより前記型の 前記仕上がり面で凝固した場合に前記鋳造部品上に傷のある表面をもたらすこと になる混入物および酸化金属を前記溶浸金属からふるい分ける工程とを含むこと を特徴とする、十分に高密度な金属部品を鋳造する方法。 ８． 前記粉末は鋼、ステンレス鋼、タングステンおよび炭化タングステンか らなるグループから選択されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載 の方法。 ９． 前記溶浸金属は銅、銅合金およびベリリウム銅からなるグループから選 択されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｃ 33/38 Ｂ２９Ｃ 45/26 45/26 Ｂ２２Ｆ 5/00 Ｆ 【要約の続き】 その結果、このような混入物により十分に高密度な型部 品の仕上がり表面に傷がもたらされないようにする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、 ａ） 管状型基部内に模型を配置する工程であって、前記管状型基部は溶浸金 属よりも高い融解温度を有するとともに第１の開口端部および第２の開口端部を 有し、前記模型は前記第１の開口端部に対向する臨界表面を有する工程と、 ｂ） 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第１の開口端部との間でセ ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工 程と、 ｃ） 前記模型を前記型基部の前記第２の開口端部から取り除くことにより、 前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出させる工程と、 ｄ） 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末化された金属で覆う工程であ って、前記粉末化された金属は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む 工程と、 ｅ） 前記粉末化された金属の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前 記粉末化された金属および前記管状型基部を融解させることなく前記溶浸金属を 融解させるのに十分な温度の炉内に、前記第２の開口端部を直立させて配置する 工程であって、前記溶浸金属の量は前記粉末化された金属の前記粒子間の空間を 満たすのに十分なだけあり、これにより十分に高密度な金型の片方であって前記 溶浸金属が凝固したときに前記セラミック部材から転写される前記臨界型表面を 有する金型の片方を生成する工程と、 ｆ） 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第１の開口端部から取り除 くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程とを含むことを特 徴とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。 ２． ｇ） 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ 合う型の片方とが整列するよう前記型基部を機械加工する工程と、 ｈ） 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とをさらに含むこと を特徴とする請求項１記載の方法。 ３． 前記模型を取り除く工程は前記模型を前記管状型基部の前記融解温度よ りも低い温度で焼き尽くすものであることを特徴とする請求項１または２記載の 方法。 ４． 前記溶浸金属が融解したときに前記溶浸金属が前記臨界表面で最初に凝 固するよう前記所定量の溶浸金属の上に断熱材が配置されていることを特徴とす る請求項１乃至３のいずれか記載の方法。 ５． 十分に高密度な型の片方を製造する方法において、 ａ） 管状型基部内にエポキシ製の模型を配置する工程であって、前記管状型 基部は溶浸金属よりも高い融解温度を有するとともに第１の開口端部および第２ の開口端部を有し、前記模型は前記第１の開口端部に対向する臨界表面を有する 工程と、 ｂ） 前記模型の前記臨界表面と前記型基部の前記第１の開口端部との間でセ ラミック部材を鋳造することにより臨界表面を前記セラミック部材に転写する工 程と、 ｃ） 前記エポキシ製の模型を前記型基部の前記第２の開口端部から焼き尽く すことにより、前記セラミック部材の前記臨界表面を前記管状型基部内で露出さ せる工程と、 ｄ） 前記セラミック部材の前記臨界表面を粉末化された金属で覆う工程であ って、前記粉末化された金属は溶浸金属よりも高い融解温度を有する粒子を含む 工程と、 ｅ） 前記粉末化された金属の上に所定量の溶浸金属を配置するとともに、前 記所定量の溶浸金属の上に断熱材を配置する工程と、 ｆ） 約２１００°Ｆの水素炉内に前記管状型基部を前記第２の開口端部を直 立させて配置する工程であって、前記溶浸金属の量は融解したときに前記粉末化 された金属の前記粒子間の空間を満たすのに十分なだけあり、これにより十分に 高密度な金型の片方であって前記所定量の溶浸金属が凝固したときに前記セラミ ック部材から転写される前記臨界型表面を有する金型の片方を生成する工程と、 ｇ） 前記セラミック部材を前記管状型基部の前記第１の開口端部から取り除 くことにより、成形のために前記臨界型表面を露出させる工程と、 ｈ） 部品の鋳造にあたって前記金型の片方と、この金型の片方にかみ合う型 の片方とが整列するよう前記管状型基部を機械加工する工程と、 ｉ） 前記部品の鋳造にあたって前記臨界型表面に鋳造材料を導入するために スプルー孔を前記金型の片方を貫くように機械加工する工程とを含むことを特徴 とする、十分に高密度な型の片方を製造する方法。 ６． 前記所定量の溶浸金属が融解する前に前記粉末化された金属内に鋼挿入 物を挿入する工程であって、前記鋼挿入物は前記炉の温度を越える融解温度を有 し、前記所定量の溶浸金属は前記溶浸金属が前記粒子間の空間および前記挿入物 のまわりで凝固するときに前記挿入物を固定的に位置決めする工程をさらに含む ことを特徴とする請求項１または５記載の方法。 ７． 十分に高密度な金属部品を鋳造する方法において、 ａ） 金属粉末を、仕上がり面と前記金属粉末を収容する手段とを有する型内 に配置する工程であって、前記金属粉末は前記型の前記仕上がり面に対向する表 面と、溶浸金属の融解温度を越える焼結温度とを有する工程と、 ｂ） 溶浸金属を前記型の前記仕上がり面に対向する前記金属粉末の前記表面 から前記金属粉末内に溶け込ませる工程であって、前記金属粉末は前記融解した 溶浸金属が前記型の前記仕上がり面に流れる際のフィルタとして作用し、これに より前記型の前記仕上がり面で凝固した場合に前記鋳造部品上に傷のある表面を もたらすことになる混入物および酸化金属を前記溶浸金属からふるい分ける工程 とを含むことを特徴とする、十分に高密度な金属部品を鋳造する方法。 ８． 前記粉末化された金属は鋼、ステンレス鋼、タングステンおよび炭化タ ングステンからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１乃至７の いずれか記載の方法。 ９． 前記溶浸金属は銅、銅合金およびベリリウム銅からなるグループから選 択されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の方法。