JP2938946B2 - 粉状物充填真空室を使用する反重力式注型方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、溶融金属を真空反重力式に（真空作用によ
り重力に抗して）注型する技術に関し、特に、粒状鋳型
材を１つ又はそれ以上の透気性の鋳型又は破壊自在の原
型を囲繞するようにして底部の開放した容器内へ真空作
用により吸引し、反重力式注型のための溶融金属プール
内に浸漬させるようになされた注型装置を形成するため
の方法に関する。ここで、粒状鋳型材又は粒状物の「ベ
ッド」とは、粒状鋳型材又は粒状物の「床」又は「層」
のことをいう。

発明の背景 真空ハウジング内に密封した透気性の自立鋳型を使用
する真空反重力式注型方法は、例えば米国特許第4,340,
108号、4,606,396号等の先行特許に開示されている。こ
こで、「自立」鋳型とは、他からの押えがければ、ばら
ばらに砕けたり、撓んだりするのではなく、それ自体で
自己の形状を保持することができるだけの剛性を備えた
鋳型のことをいう。そのような反重力式注型方法は、多
孔質の、透気性上型部材と、該上型部材にそれとの水平
な分割平面において密封係合させた下型部材を有する鋳
型を用意し、真空ハウジング内の真空室を透気性上型部
材に対面させるようにして該真空ハウジングの開口端を
鋳型の一方の表面に密封係合させ、下型部材の底面をそ
の下の溶融金属プールに浸漬させ、真空室を抜気して溶
融金属を下型部材のゲート通路を通して上型部材と下型
部材の間の鋳型キャビテイ内へ吸上げることから成る。

鋳型と真空ハウジングとは、通常、真空ハウジングの
下方唇部と、上型部材又は下型部材のどちらかに形成さ
れた上向き密封表面又はフランジとの間にガスケットシ
ールを圧縮させることによって密封し、それによって注
型装置を形成する。真空ハウジングと鋳型を、それらの
間にガスケットシールを圧縮するために締付けるための
いろいろな機械的クランプ機構が、例えば米国特許第4,
340,108号、第4,616,691号及び第4,658,880号に提案さ
れている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、真空ハウジングと鋳型のそのような密
封装置は、鋳型及びそれを含む注型装置の構造を複雑に
する。詳述すれば、鋳型には、ガスケットシールと協同
する密封表面又はフランジを設けなければならず、又、
多くの場合、機械的クランプ機構と協同するねじ付突起
のような金具を設ける必要がある。更に、機械的密封装
置は、それと組合せて使用することができる鋳型構造の
種類をある程度制限することにもなる。

上記各米国特許に記載された反重力式注型方法におい
ては、上型部材と下型部材は、通常、それらの間の水平
分割平面において互いに係合せしめられる。その場合、
両者の係合は、注型中分割平面における鋳型キャビティ
からの溶融金属の漏れを実質的に防止、又は最少限にす
る態様になされる。なぜなら、溶融金属の漏れは、不良
注型品を生じる原因となるだけでなく、真空ハウジング
及びそれに関連して真空装置の構成部品を損傷すること
にもなるからである。上型部材と下型部材を密封係合す
るために、両者をそれらの間の水平分割平面において、
例えば接着剤によって接合する方法がしばしば用いられ
るが、上型部材と下型部材を密封係合するための接着剤
による接合方法は、高い費用と時間を要する。

更に、上述した真空反重力注型方法の実施において、
上型部材に対面した真空室を真空引きして溶融金属を鋳
型キャビティ内へ吸上げたとき、鋳型が、撓み又はその
他の応力を受ける。そのような撓み又はその他の応力に
より鋳型に亀裂が生じ、あるいは鋳型が全体的に破断
し、その結果鋳型キャビティから真空室へ溶融金属が漏
れるのを防止するためには、鋳型の壁の厚み、従って強
度を注型工程中鋳型にかかる上記応力に耐えるのに十分
なものとしなければならない。もし、真空室の開口部を
密封するのに必要とされる鋳型厚みを薄くし、密封のた
めに必要な外側構造体を省除することができるならば、
鋳型の形成に必要とされる高価な樹脂結合砂（樹脂によ
って結合される砂）の量を少なくすることができ、注型
工程の経済性を向上することもできる。更に、密封のた
めに必要とされる余分な鋳型材料及び外側構造体がなけ
れば、それだけ真空室の有効利用空間が大きくなり、よ
り多くの鋳型を収容することができるので、真空室の大
きさを一定とした場合、１回の注型サイクル当りの注型
品の製造個数を増大させることができる。

本出願人の米国特許第191,544号及び第346,627号にお
いて提案された真空反重力注型方法の改良は、上述した
欠点を克服することによって、即ち、多量の高価な鋳型
製造用粒状物（即ち樹脂含有砂）の必要性、機械的鋳型
−真空ハウジング密封及びクランプ機構の必要性、及び
分割平面における溶融金属の漏れを最少限にするために
鋳型部材を互いに接合する必要性を回避することによっ
て、反重力注型法の生産性及び経済性を相当に高めた。
これらの改良の結果として、鋳型の壁厚を薄くし、鋳型
の密封のために必要とされる外側構造体を簡略化が達成
され、所定サイズの真空室内に従来可能であったより多
くの鋳型及び鋳型キャビティを収容することが可能とさ
れた。

これらの米国特許願においては、１つ又はそれ以上の
透気性鋳型（例えば、樹脂結合砂から成る鋳型）又は１
つ又はそれ以上の破壊可能な原型（例えば、ポリスチレ
ン製の原型）を、底部の開口した容器内に該容器の内外
間に適当な負圧差を設定することによって保持した粒状
鋳型材（好ましくは、結合剤なしの鋳物砂）の塊体によ
って囲包する。この粒状材の塊体及び鋳型又は原型は、
その下方溶融金属導入口がその下の溶融金属プール内に
浸漬させるために容器の開放荷担に露呈させるようにし
て容器内に保持され、容器の内部を拔気することによっ
て溶融金属を吸上げて粒状物の塊体内の原型内へ、ある
いは粒状物の塊体内の鋳型キャビティ内へ注入して溶融
金属の反重力式注型を実施する。溶融金属が固化した
後、金属充填容器を取出しステーションへ移動し、容器
内のシンクを解除して、容器の開放下端から粒状物の塊
体、注型品及び鋳型を取出すのを容易にする。

原型／鋳型（原型又は鋳型）及びそれを囲包する粒状
物塊体を容器内に組立てるのに用いられる１つの方法
は、容器を上下逆にしてその開放端を上に向け、原型／
鋳型を容器内に位置づけし、該開放端を通して容器に結
合剤なしの鋳物砂を充填して鋳物砂塊体内に原型／鋳型
を囲包し、次いで、容器の内部を抜気し、反重力式注型
操作のために容器を逆転してその開放端を下に向けたと
き鋳物砂を容器内に原型／鋳型の周りに保持するのに必
要な負の圧力差を設定することから成る方法である。

別の方法においては、まず、一端が開放した容器を原
型／鋳型を囲包するようにして配置し、粒状鋳型材（例
えば、鋳物砂）を容器内へその開放端を通して導入し、
重力によって原型／鋳型の周りに充填して原型／鋳型を
粒状物塊体で囲包する。粒状物塊体を容器の上方開放端
と同じ高さにし、該粒状物充填済み容器の上端に別個の
真空箱を密封状態に取付け、反重力式注型操作のために
下の溶融金属プールに浸漬させるための注型組立体を形
成する。

真空反重力式注型法の生産性及び経済性の向上を求め
る要望が依然として存在することに鑑みて、注型組立体
を組立てるための工程数及び所要装置数を減少すること
が望ましい。特に、原型／鋳型とそれを囲包する粒状物
塊体を下端が開放した容器内に組立てるのに要する工程
数及び總所要時間を実質的に少なくすることが望まし
い。又、複数の容器構成部片の間に密封を設定し、それ
らを取扱い締付けなければならない複雑な割り容器を使
用する必要性を回避することも望ましい。

本発明は、上述した反重力式鋳型方法に関連した従来
技術の問題点を解決することを企図したものである。

発明の目的 本発明の目的は、上述した真空反重力式注型法を実施
するための注型組立体を形成するために１つ又は複数の
鋳型又は破壊可能な原型と、それを囲包する粒状物塊体
を下端が開放した容器内に組立てるための改良された方
法を提供することである。

本発明の他の目的は、上述した真空反重力式注型法を
実施するために、原型／鋳型とそれを囲包する粒状物塊
体を下端が開放した容器内に組立てるのに必要とされる
工程数及び所要時間を少なくすることである。

本発明の更に他の目的は、上述した真空反重力式注型
法を実施するために、原型／鋳型とそれを囲包する粒状
物塊体を下端が開放した容器内に組立てるのに必要とさ
れる装置の所要数を少なくすることである。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明は、溶融金属を反
重力式に注型するための方法であった、（鋳型キャビテ
イと、該鋳型キャビテイへの溶融金属導入口を形成する
鋳型キャビティ及び導入口形成手段を構成する）１つ又
はそれ以上の鋳型又は破壊可能な原型を囲うようにして
容器を配置し、該容器の下方開放端を該溶融金属導入口
に近接させて位置づけし、前記容器の内部を粒状鋳型材
源、好ましくは実質的に結合剤の内鋳物砂のベッドに連
通させ、次いで、前記容器内に前記鋳型キャビティ及び
導入口形成手段（即ち、鋳型又は破壊可能な原型）を囲
包する粒状鋳型材を充填するように前記粒状鋳型材源か
ら粒状鋳型材を容器内へ吸引するのに十分に該容器の内
部を抜気し、粒状鋳型材充填済みの前記容器を粒状鋳型
材源との連通から分離し、前記容器内に前記鋳型キャビ
ティ及び導入口形成手段を囲包する前記粒状鋳型材を保
持するのに十分に該容器内を抜気し続け、前記導入口を
溶融金属プールに浸漬させるように前記粒状鋳型材充填
済みの前記容器と該溶融金属プールを相対的に移動さ
せ、前記導入口を前記溶融金属プールに浸漬させた後、
溶融金属プールから溶融金属を導入口を通して前記鋳型
キャビティ内へと上方へ吸引すること、から成る反重力
式注型方法を提供する。注型後、粒状物及び金属充填済
みの容器を取出しステーションへ移動させ、該容器内部
の真空を解除し、粒状鋳型材及び固化した金属注型品を
以後の処理（例えば、注型品の砂の振り落し）のために
容器から取出すことができるようにする。

本発明の一実施例によれば、前記容器を粒状鋳型材の
ベッド上に載置し、容器の下方開放端をその下の粒状鋳
型材のベッド内に沈め、粒状鋳型材が該下方開放端の周
りに真空シールを形成するようにすることによって容器
の内部を粒状鋳型材源に連通させる。通常、鋳型キャビ
ティ及び導入口形成手段を粒状鋳型材のベッド上に載置
し、次いで、前記容器を鋳型キャビティ及び導入口形成
手段を囲包するようにして配置し、容器の下方開放端を
粒状鋳型材のベッドに埋入させる。

本発明の別の実施例によれば、粒状鋳型材源と前記容
器の内部との間に１本又はそれ以上の吸引ホースを介設
することによって容器の内部を粒状鋳型材源に連通させ
る。この実施例では、鋳型キャビティ及び導入口形成手
段を密封プレート上に載せ、吸引ホースの一端を密封プ
レートに接続し、他端をは、粒状鋳型材のベッドに埋没
させる。

実施例 第1A〜1G図は、本発明の方法の一実施例を示す。粒状
鋳型材12（例えば、実質的に結合剤を含まないシリカ鋳
物砂）のベッド（又は他の源）12を受容器14内に用意す
る。このベッド10上に第1B図に示されるように自立、透
気性鋳型16を載置し、鋳型16の鋳型キャビティ20の上に
形成された溶融金属導入口又は入口ゲート18を下に向け
て位置づけする。導入口18を粒状物ベッド10上に載せる
前に、鋳型の下面16aに導入口18を覆って破壊可能なテ
ープ19を貼付することによって導入口18を密封する。こ
の目的のための破壊可能なテープとしては、市販のガラ
ス繊維テープ又は米国3Mカンパニー製のマスキングテー
プを用いることができる。あるいは、別法として、鋳型
16の下面16a全体をバリヤーシート（例えば、アルミニ
ウムフォイル）で覆うことによって導入口18を密封する
こともできる。あるいは、更にその他の導入口密封手段
を用いることができる。

鋳型16は、水平分割平面において密封状態に重ね合わ
せた慣用の樹脂結合透気性、自立上方鋳型部材と下方鋳
型部材によって構成することができる。鋳型16は、例え
ば、本出願人の米国特許第346,627号に開示されている
ように、複数の鋳型キャビティを形成するように垂直又
は水平へ分割平面において並置させた複数の樹脂結合さ
れた透気性、自立鋳型部材によって構成することが好ま
しい。

樹脂結合鋳型は、砂又はそれと同等の粒状物と結合剤
の混合物を所望の輪郭を有する金属製原型板（図示せ
ず）に圧接して所望の形状に形成し、溶融金属導入口18
及び鋳型キャビティ20の部分及び分割面を形成する周知
の鋳型製造技術に従って製造することができる。結合剤
は、無機又は有機の熱硬化性、又は化学的硬化性プラス
チック樹脂又はそれに類する結合剤とすることができ
る。結合剤は、通常、混合物の約５重量％未満の少割合
を占める。

ただし、本発明は、樹脂により結合した割り鋳型に限
定されるものではなく、他の形式の割り鋳型又は一体鋳
型を用いて実施することもできる。更に、以下に説明す
るように、本発明は、予め形成した鋳型の代わりに、１
個又はそれ以上の破壊可能な原型を用いることも企図し
ている。

第1C図を参照すると、不透気性（例えば、スチール製
の）容器24が鋳型16を囲包するようにして配置され、容
器の下方開放端26は鋳型の溶融金属導入口18に近接する
ように位置づけされている。容器24は、通常、上下動自
在で、かつ、水平に枢動自在のアーム25に担持されてお
り（例えば、米国特許第4,340,108号参照）容器24をア
ーム25によってベッド10に向けて下降させることにより
容器を鋳型16を覆うように位置づけし、容器の下方開放
端26をベッド10に埋入させることができる。図に示され
るように、下方開放端26は、容器24の周壁30の下端唇部
28によって形成されている。下端唇部28は、以下に説明
する目的のためにセラミック層32で被覆してもよく、あ
るいは、下端唇部28をセラミックで形成することができ
る。

容器24は、真空ポンプのような真空源38（概略的に示
されている）に連通する導管36を有する上端壁34を有す
る。容器24内には、該容器を上側真空室42と、下側鋳型
受容室44とに分離するために透気性の、粒状物遮壁又は
隔壁40が配設されている。隔壁40は、図示の例では多孔
質のセラミックプレートであるが、例えば100メッシュ
の金属スクリーンであってもよい。下側鋳型受容室44
は、第1C図に示されるように容器24を鋳型16を囲包する
ように下降させると、ベッド10に直接連通する。上側真
空室42は、導管36によって真空源38に連通されている。
上側真空室42を拔気すると、下側鋳型受容室44も透気性
隔壁40を通して抜気される。

容器24の構成部材（例えば、壁30、34及び隔壁40）
は、締着具又はその他の手段によって組み合わされて一
体容器とされ、それによって、あり容器のために従来使
用されていた操作及びクランプ機構の必要性を排除す
る。ただし、本発明を実施するのに割り容器を用いても
よい。

第1C図に示されるように、容器24を鋳型16の周りに下
降させて容器の下方開放端26を鋳型の導入口18に近接さ
せベッド10に埋入させると、鋳型16の上端は、隔壁40
（又は容器内に設けられたその他の位置ぎめ手段）に座
着する。この座着により、開放端26と鋳型16の下面16a
との間に所望の位置関係を設定する。別法として、位置
ぎめ部材を鋳型16及び開放端26に係合して両者の間に所
望の位置関係を設定するようにベッド10内に配設しても
よい。あるいは又、開放端26に係合してそれとの間に所
望の位置関係を設定する取外し自在の位置ぎめ部材を鋳
型16に設けてもよい。

容器の下方開放端ベッド10に埋入することにより、下
端唇部28の周りに真空シールを設定し、後述するように
粒状鋳型材12を鋳型16の周りに室44内へ吸引するのに十
分に室42、44を拔気することができるようにする。下方
開放端26の周りの真空シールを助成し、かつ、鋳型16の
周りに粒状物の溜めを形成するように、追加の粒状鋳型
材をベッド10に補給し、下端唇部28の周りの盛り上げる
ようにすることができる。

容器24を鋳型16の周りに下降させた後、真空源を作動
させることによって容器の上側及び下側室42、44を拔気
してベッド10から粒状鋳型材12を容器内へ吸上げ、第1D
図に示されるように粒状鋳型材を鋳型16を囲包するよう
にして容器の内部（即ち、室44）に充填する。それによ
って、室44内の鋳型16の周りに粒状物の塊体17が形成さ
れる。所要真空度は、下側室44の高さ及び断面積、及び
吸引すべき粒状鋳型材料12の粒度及び重量によって異な
る。鋳型の下面16aに貼付された上述の破壊自在テープ1
9は、導入口18を密封し、粒状鋳型材料12が導入口18内
へ吸入されるのを防止する。

本出願人の米国特許第346,627号に説明されているよ
うに、粒状鋳型材料12の粒度は、容器24の下方開放端26
から落下することがないように、しかもなお、隔壁40内
へ吸引されることがないように選定される。鉄や鋼を鋳
造するのに一般に使用される結合剤無しのシリカ砂の丸
粒子の場合は、AFS基準で約40メッシュ以上で約90メッ
シュ以下の粒度のものが好適であり、約40メッシュ以上
で約70メッシュ以下のものがより好ましいことが判明し
ている。特定の鋳造応用例に有用な粒度の範囲は、それ
に使用される粒状鋳型材料12の種類及び形状、透気性隔
壁40の細孔の大きさ、及び上側室42内に設定される真空
度に応じて異なる。

本発明の一例として挙げると、粒度50メッシュ、総重
量81.5kg（180lb）の上述した丸粒子シリカ砂を幅444.5
mm、長さ444.5mm、高さ660.4mmの下側室44内へ真空吸引
して該室内の鋳型16の周りに粒状物塊体17を充填するに
は、水柱5588mmの真空度で十分であった。充填された正
味容積（室44の總容積から鋳型16の容積を差引いた容
積）は、53.153cm³であった。その正味容積にシリカ砂
を充填するのに要した時間は、９秒であった。

粒状物を充填した容器24は、第1D図に示されている。
第1C図と第1D図を比較対照すれば明らかなように、粒状
鋳型材料12が鋳型16の周りに下側室42内へ真空吸引され
るにつれて、容器24及び鋳型16が下降する。通常、容器
24は、粒状鋳型材料12の充填中アーム25によって下降さ
せ、鋳型16の下降に追従するようにする。容器24の下端
唇部28の周りに盛上げられた追加の粒状鋳型材料（第1C
図参照）は、粒状鋳型材料がベッド10から下側室44内へ
吸上げられるにつれて、重力によりベッド10の下方部分
へ供給され、粒状鋳型材料を補給する。

室44内への粒状鋳型材料12の真空吸引は鋳型16の周り
に吸上げられた粒状鋳型材料12に「定着」又は圧縮作用
を及ぼすので、本発明の方法を実施するに当っては従来
のように粒状鋳型材料を突固めるための補助振動装置を
必要としない。

容器24の室44内に鋳型16を囲包するようにして粒状鋳
型材料12が充填された後、その粒状鋳型材料充填済み容
器24をアーム25によって持上げ、室44を粒状鋳型材料の
ベッド10との連通から分離する（第1E図参照）。但し、
粒状鋳型材料充填済み容器24をベッド10から引上げる前
に、鋳型16と、粒状物塊体17と、以後の注型工程におい
て鋳型16内に注入すべき金属との合計重量に少なくも等
しい上向き力を鋳型16及び粒状物塊体17の下面16a、17a
に及ぼすのに少なくとも十分な、かつ、溶融金属を鋳型
キャビティ20内へ吸上げるのに少なくも十分な真空を室
42、44内に設定しておく。鋳型キャビティ20に約24.9kg
（55lb）の溶融金属を充填する前、充填中、及び充填後
に、鋳型16及びそれを囲包する粒状物塊体17が容器の下
方開放端26から落下することがなく、かつ、鋳型16を室
44内い支持するための別個の機構を必要とすることな
く、樹脂結合砂鋳型16（約97.4kg）及びそれを囲包する
粒状物塊体17（約81.5kg、粒度50メッシュ）を保持する
には、水柱約5588mmの真空度を室42内に設定すれば十分
であることが認められた。このように、本発明によれ
ば、室42、44を曝気することによって設定される容器24
の内外間の負圧差だけによって、鋳型16及び粒状物塊体
17を容器内に保持することができる。

通常、本発明の方法を実施するに当っては、鋳型16及
び粒状物塊体17を容器内に保持するのにも、又、鋳型16
に溶融金属を反重力式に充填するのにも、先に室44に粒
状鋳型材料12を充填するのに設定した真空度を、粒状鋳
型材料充填済み容器24をベッド10から持上げた後も引続
き使用すればよい。所望ならば、上述したように真空保
持力を高め、かつ、導入口18を密封するために、鋳型16
及び粒状物塊体17の下面16a、17aに透気性の低いアルミ
ニウムフォイル又はその他の材質のシート（図示せず）
を貼付することができる。そのようなシートは、注型工
程のために鋳型16及び粒状物塊体17の下面16a、17aが溶
融金属プール50に浸漬されたとき破壊又は除去される。

次いで、反重力式注型のために、粒状物充填済み容器
24（注型組立体27を構成する）をアーム25によって適当
な溶融金属保持容器54内に収容された溶融金属のプール
50の上方位置へ移送する。詳述すれば、溶融金属52をプ
ール50から導入口18を通して鋳型キャビティ20内へ吸上
げるのに十分な真空（通常は、室44に粒状鋳型材料を充
填するのに用いられたのと同じレベルの真空）を室42、
44内に維持したままで、粒状物充填済み容器24をアーム
25によって下降させ、溶融金属導入口18をプール50内に
浸漬させる。鋳型16がプール50に浸漬されている間及
び、又はその後に、導入口18を密封している破壊自在の
テープ19が溶融金属の熱によって破壊され、溶融金属52
が導入口18を通って鋳型キャビティ20内へ吸上げられ
る。鋳型16及び粒状物塊体17の下面16a、17aがアルミニ
ウムフォイルで覆われている場合は、アルミニウムフォ
イルはプール50に浸漬されたとき溶融する。容器24の下
端唇部28は、第1F図に示されるように、プール50に浸漬
されている間溶融金属の熱から防護するために上述した
セラミック層32によって被覆されている。セラミック層
32は、プール50内のスラッグが付着しないような、例え
ば米国マックレイン・コーポレーシヨンからメクサディ
ップという名称で販売されている天然グラファイト系材
料で形成することができる。

あるいは別法として、上記米国特許第346,627号に開
示されているように、鋳型16及び粒状物塊体17の下面16
a、17aを容器24の開放下端26より下方に突出するように
形成し、注型工程中溶融金属導入口18を浸漬させるのに
鋳型16及び粒状物塊体17の下面16a、17aだけを浸漬させ
ればよいように構成することもできる。その場合、容器
の周壁30はプール50に浸漬されない。更には又、やはり
上記米国特許第346,627号に開示されているように、溶
融金属導入口を構成する充填管又はスプルー（図示せ
ず）を鋳型16の下面16aから下向きに突設し、注型工程
の際鋳型16及び粒状物塊体17の下面16a、17aをプール50
に浸漬させないで、充填管又はスプルーだけを浸漬させ
るようにすることもできる。その場合、たとえ鋳型16及
び粒状物塊体17の下面16a、17a又は充填管が容器24の下
方開放端26より下に突出していても、容器24の下方開放
端26が溶融金属導入口に近接しているものとみなされ
る。

鋳型16内で溶融金属52が固化した後、粒状物及び金属
充填容器24をアーム25によってプール50から持上げる。
この操作中、粒状物塊体17及び金属充填済み鋳型16を室
44内に保持するために上側及び下側室42、44内に真空を
維持する。大型鋳造品を鋳造する場合は、導入口18内に
溶融金属が最初に固化した後、鋳型キャビティ20ないの
溶融金属がまだ溶融状態にある間に粒状物及び金属充填
容器24をプール50から持上げることができる。導入口18
での溶融金属の固化を可能にするために導入口18の個数
及びサイズは、米国特許第4,340,108号に説明さえてい
るように、鋳造すべき物品のタイプに応じて選定する。

あるいは別法として、鋳型キャビティ20に溶融金属52
を充填した直後、導入口18又は鋳型キャビティ20内で溶
融金属が固化する前に、室42、44の真空を維持したまま
で、粒状物及び金属充填容器24をプール50から持上げて
もよい。この目的のために、金属充填済み容器がプール
50から引上げられた後、導入口18内の表面張力が容器24
の内外間の負圧差と協同して溶融金属を導入口18及びそ
の上に鋳型キャビティ20内に保持するように、導入口18
の断面積を所定の大きさに制限する。通常、鋳型16がプ
ール50から引上げられると、導入口18内の溶融金属は急
速に固化し、導入口18内で固化した金属は、鋳型キャビ
ティ20内の溶融金属が流出するのを防止する。

金属充填済み容器をプール50から引上げ、容器内の金
属が固化した後、容器24を取出し部署へ移送し、取出し
部署において下方開放端26をばらの乾燥した粒状物（例
えば、結合剤を含まないシリカ砂）のベッド11上に置く
（第1G図参照）。次いで、室42、44内の真空を解除して
大気圧にする。このように容器24の内外圧力を均衡化さ
せることにより金属充填鋳型16及び粒状物塊体17を解放
し、容器から分離することができるようにする。容器24
は、通常、鋳型16及び粒状物塊体17から上方へ持上げて
鋳型16及び粒状物塊体17を例えば鋳造品51から砂を振り
落すなどの爾後処理のために露出させる。次いで、容器
24をアーム25によって第1C図に示される位置へ移動し、
上述した順序工程を繰返す。

第2A、2B、2C、2D、2Eは、粒状物62（例えば、結合剤
を含まないシリカ鋳物砂）の容器の受容器としてほぼＵ
字形の受容器60を用いる本発明の方法の別の実施例を示
す。受容器60は、中央部分60aと、その両側に直立した
側部ホッパー又は貯留器60bと、各ホッパーから中央部
分を分離するスライドゲート60cから成る。粒状物62
は、１つの又は両方のホッパー60bの開放上端を通して
受容器60へ導入する。その際、粒状物が中央部分60aに
進入しないようにスライドゲート60cを閉じておく。ホ
ッパー60bには、中央部分60aに隣接して粒状物62の直立
貯留体を設定するように充填しておく。

第2A図に示されるように、透気性の、樹脂結合鋳型66
を、その下面66aを静止鋳型支持部材63上に支持させて
位置づけする。鋳型支持部材63は、受容器60の中央部分
60aに長方形のパターン（第３図参照）に配列する。鋳
型66の溶融金属導入口（図示せず）は、鋳型の下面66a
を支持部材63上に載せる前に先に説明したようにして密
封する。次いで、容器74をアーム75（上述したアーム25
と同様のもの）によって鋳型66を覆うように下降させる
（第2b図参照）。次に、スライドゲート60cを開放して
側部ホッパー60b内の粒状物62を容器74の周りに中央部
分60a内に充填する。それによって、容器の開放下端74a
を粒状物のベッド64内に埋入させて真空密封する（真空
が破られないように密封する）。次いで、スライドゲー
ト60Cを開放したままで容器74の内部を十分に拔気し、
粒状物62を鋳型66の周りに容器74内へ吸引し、鋳型を囲
繞する粒状物塊体68を形成する。この拔気を可能にする
ために、鋳型66は、容器74の上端壁74bに当接する透気
性の頂部66bを有しており、その透気性の頂部66bを通し
て容器74の内部及び鋳型キャビティ（図示せず）を拔気
することができるようになされている。粒状物が容器74
に充填されるにつれて、ホッパー60b内の粒状物62が開
放したスライドゲート60bを通して中央部分60bへ重力で
供給され、中央部分60b内の粒状物のレベル（高さ）を
容器74の開放下端74aより高い位置に維持する。容器74
の開放下端74aは、先に述べたように、容器への粒状物
の充填中は下降させない。鋳型66を囲包するようにして
粒状物が容器74に充填された後、スライドゲート60bを
閉じる。次いで、粒状物充填済み容器74（注型組立体を
構成する）をベッド64から引上げ（容器74内に真空を維
持したままで）第1F図に示されるのと同様にして溶融金
属プールの上へ移動させ、溶融金属プールに浸漬させて
反重力式注型を行う。中央部分60a内に残留した粒状物
は、支持部材63の下方の底部ドア60dを用いて排出され
た粒状物は、側部ホッパー60bへ戻すことができる。

第4A、4B、4C、4Dは、本発明の方法の更に別の実施例
を示す。第4A図を参照すると、樹脂結合された、透気性
の自立鋳型100が、工程の最初においてプレート102上に
おかれ、鋳型キャビティ106への溶融金属導入口104を下
に向け、プレート102によって閉鎖された状態にあると
ころが示されている。プレート102は、受容器112内の粒
状物110のベッド108の上方位置へ移動させることができ
るように慣用のローラコンベヤ107のローラ105（１つだ
けが示されている）の上に載せる。プレート102をベッ
ド108の上に位置づけした後、１対の吸引ホース114の下
端114aをベッド108内に挿入し、ホースの上端114bをプ
レート102に着脱自在の締着する。プレート102は、１対
の吸引ホース114のそれぞれと連通する第１孔と第２孔1
02aを有している。

プレート102をベッド108の上に位置づけし、吸引ホー
ス114の上端114bをプレート102に締着した後、透気性容
器120をアーム122によってプレート102上の鋳型100を囲
包するように下降させる。プレート102に突設された位
置ぎめ部材103が容器120を所定位置に位置づけするのを
助成する。容器120は、第4b図に示されるように、容器
の内部を上側真空室128と、鋳型100を受容するための下
側室130とに分離するほぼ水平の透気性隔壁（第1C〜1F
図に示されたのと同様のもの）を有している。第4b図に
みられるように、下側室130は、吸引ホース114を介して
粒状物110のベッド108に連通する。

容器120を鋳型100を囲包する位置に位置づけした後、
その上側室128及び下側室130を容器120の導管130に接続
した真空源140によって拔気する。室128、130の拔気レ
ベル（真空度）は、粒状物110（例えば、結合剤を含ま
ないシリカ鋳物砂）をベッド108から吸引ホース114を通
して鋳型100の周りに室130内へ吸上げて鋳型100の側部
及び頂部の周りに粒状物塊体142を形成する（第4C図参
照）のに十分なレベルとする。

室130に粒状物110を充填した後、粒状物充填済み容器
120をアーム124に持上げたとき容器120内にベッド粒状
物塊体142及び鋳型100を保持するのに十分な真空を室12
8、130内に維持したままで、吸引ホース114をプレート1
02から外す。次いで、粒状物充填済み容器120（注型組
立体を構成する）を第1F図に示されるのと同様にして溶
融金属プールの上へ移動させ、溶融金属プールに浸漬さ
せて反重力式注型を行う。注型後、粒状物及び金属充填
済み容器120を取出し部署へ移送し、第1G図に関連して
説明したように取出し部署において金属充填鋳型及び粒
状物塊体を解放し、容器から分離する。

第4A〜Ｄ図の実施例では、複数のプレート102をコン
ベヤ106上に整列させて設置し、鋳型装填部署において
各プレート102に鋳型を順次装填するようにすることが
できる。その場合、鋳型100を装填した各プレート102を
ベッド108の上方へ順次に移送して吸引ホース114をプレ
ート102に接続し、容器120を鋳型の周りに下降させ、上
述した態様で粒状物110を真空充填する。各粒状物充填
容器120をその対応するプレート102から取外した後、そ
のプレートを鋳型装填部署へ戻し、別の鋳型100を装填
し、上記工程を繰返すことができる。

第5A、5B、5C、5D、5Eは、第1A〜Ｇ図の実施例に類似
した本発明の方法の別の実施例を示す。第5A〜Ｅの実施
例においては、第1A〜Ｇ図の実施例の鋳型16の代わりに
破壊可能な原型（例えば、ポリスチレン製の原型）を使
用し、粒状物塊体17内に金属受容鋳型キャビティ及び溶
融金属導入口を画定する。詳述すれば、破壊可能な原型
200は、鋳造すべき物品の形状を有する鋳型キャビティ
を形成するための上方部分200aと、その鋳型キャビティ
の下方に溶融金属導入口を形成するための下方部分200b
を有する。第5A〜Ｅ図においては、第1A〜Ｇ図の実施例
のものと同様のものは、同じ参照番号で示されている。

本発明のこの実施例によれば、まず、原型200をその
下方導入口形成部分200bを下にして粒状物12のベッド10
の上に置く。次いで、容器24を原型200の周りに下降さ
せ、容器の下方開放端26を真空密封のためにベッド10内
に埋入する（第5B図参照）。次いで、室42、44内に十分
な真空を設定し、粒状鋳型材料12を原型200の周りに室4
4内へ吸上げて原型の周りに粒状物塊体17を形成する
（第5C図）。このようにして形成した注型組立体29（即
ち、破壊可能な原型200と、それを囲包して底部が開放
した容器24内に保持された粒状物塊体17は、本出願人の
米国特許第191,544号に記載された型式のものである。

次いで、粒状物充填済み容器24をベッド10から持上げ
て室44をベッド10との連通から切離す（第5D図）。それ
と同時に、原型200及び室44内に粒状物塊体17を保持す
るのに十分な真空を室42、44内に設定する。次に、第5E
図に示されるように、粒状物充填済み容器24を溶融金属
プール50の上に位置づけし、粒状物塊体17の下面17a及
び原型200の下方導入口形成部分200bをプール50内に浸
漬させる。溶融金属52が室42、44内の真空によって吸上
げられ、粒状物塊体17内のポリスチレン製の原型200を
蒸発させて、原型200に取って代わる。

粒状物塊体17内の溶融金属が固化したならば、粒状物
及び金属充填済み容器24をプール50から引上げて取出し
部署へ移送し、第1G図に関連して先に説明したように室
42、44内の真空を解除する。

以上、本発明の各実施例は、ばらの実質的に結合剤を
含まない鋳物砂のベッドを使用する場合に関連して説明
したが、粒状物は、本出願人の上記米国特許第191,544
号に記載されているように少量の結合剤（結合剤の種類
によって異なるが、例えば砂／樹脂混合物の総重量の0.
3重量％未満の結合剤）を用いて軽く結合させたもので
あってもよい。軽く結合させた粒状物であれば、鋳型又
は破壊可能な原型の周りに容器内へ真空吸引することが
でき、容器内で硬化させることができる。又、鋳型又は
破壊可能な原型及びそれを囲包する粒状物塊体は、容器
の内外の負圧差だけによって容器内に保持させるものと
して説明したが、鋳型又は破壊可能な原型を適当な支持
機構（例えば、本出願人の上記米国特許第191,544号及
び346,627号に記載されているような支持機構）によっ
て保持し、鋳型又は破壊可能な原型の周りに負圧差によ
って粒状物塊体を保持するようにしてもよい。

本発明は、上述した各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】

第1A〜1G図は、本発明の方法の一実施例を示す立断面図
である。 第2A〜2E図は、第１図の線２−２の方向にみた立断面図
である。 第３図は、第2C図に示された装置の平面図である。 第4A〜4D図は、本発明の方法の別の実施例を示す立断面
図である。 第5A〜5E図は、鋳型及び導入口形成手段として自立鋳型
の代わりに破壊可能な原型を用いる本発明の更に別の実
施例を示す立断面図である。 10:粒状鋳型材（粒状物）のベッド又は源 14:受容器 16:自立、透気性鋳型 17:粒状物の塊体 18:溶融金属導入口又は入口ゲート 19:破壊可能なテープ 20:鋳型キャビティ 24:容器 26:下方開放端 27:注型組立体 29:注型組立体 38:真空源（真空ポンプ） 40:粒状物遮壁又は隔壁 42:上側真空室 44:下側鋳型受容室 50:溶融金属プール 52:溶融金属 60:U字形受容器 60b:直立した側部ホッパー又は貯留器 62:粒状物 63:鋳型支持部材 64:粒状鋳型材（粒状物）のベッド又は源 65:注型組立体 68:粒状物塊体 74:容器 100:自立、透気性鋳型 102:プレート 104:溶融金属導入口 106:鋳型キャビティ 108:粒状物のベッド 110:粒状物 112:受容器 114:吸引ホース 120:透気性容器 124:下方開放端 126:透気性隔壁 127:注型組立体 128:上側真空室 130:下方室 140:真空源 142:粒状物の塊体 200:破壊可能な原型 200a:上方部分 200b:下方導入口形成部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ジー・クービッシュ 米国ミシガン州ミドランド、ラムブロ ス・ドライブ3200 (56)参考文献 特開 昭60−170554（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−26920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22C 9/02 B22D 18/06

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属を反重力式に注型するための方法
   であって、 （ａ）鋳型キャビテイと、該鋳型キャビテイの下に溶融
   金属導入口を形成するための鋳型又は原型を準備し、該
   鋳型又は原型を囲うようにして容器を配置し、該容器の
   下方開放端を該鋳型又は原型の導入口に近接させて位置
   づけし、 （ｂ）前記容器の内部を粒状鋳型材源に連通させ、 （ｃ）前記容器内に前記鋳型又は原型を囲包する粒状鋳
   型材を充填するように前記粒状鋳型材源から粒状鋳型材
   を容器内へ吸引するのに十分に該容器の内部を抜気し、 （ｄ）粒状鋳型材充填済みの前記容器を粒状鋳型材源と
   の連通から分離し、前記容器内に前記鋳型又は原型を囲
   包する前記粒状鋳型材を保持するのに十分に該容器内を
   抜気し続け、 （ｅ）前記導入口を溶融金属プールに浸漬させるように
   前記粒状鋳型材充填済みの前記容器と該溶融金属プール
   を相対的に移動させ、 （ｆ）前記導入口を前記溶融金属プールに浸漬させた
   後、溶融金属プールから溶融金属を導入口を通して前記
   鋳型キャビティ内へと上方へ吸引すること、から成る反
   重力式注型方法。
2. 【請求項２】前記鋳型又は原型は、内部に鋳型キャビテ
   ィを有する透気性鋳型であり、該鋳型の下面を該鋳型キ
   ャビティに連通させる溶融金属導入口を有するものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の反重
   力注型方法。
3. 【請求項３】粒状鋳型材が溶融金属導入口内へ吸引され
   るのを防止するために、粒状鋳型材を前記容器内へ吸引
   する前に該導入口を密封する工程を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の反重力式注型方法。
4. 【請求項４】前記導入口は、前記工程（ｆ）において溶
   融金属を該導入口を通して吸引するのを可能にするよう
   に、前記工程（ｅ）において破壊される材料で密封する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の反重力
   式注型方法。
5. 【請求項５】前記鋳型又は原型は、前記工程（ｆ）で破
   壊される破壊可能な原型から成り、該原型は、前記鋳型
   キャビティを形成するための上方部分と、原型が破壊さ
   れたとき前記粒状鋳型材で前記導入口を形成するための
   下方部分を有するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の反重力式注型方法。
6. 【請求項６】前記工程（ｂ）において、前記容器の下方
   開放端をその下の粒状鋳型材のベッド内に沈め、粒状鋳
   型材が該下方開放端の周りに真空シールを形成するよう
   にすることによって該容器の内部を粒状鋳型材源に連通
   させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   反重力式注型方法。
7. 【請求項７】前記鋳型又は原型を粒状鋳型材のベッド上
   に載置し、次いで、前記容器を鋳型又は原型を囲包する
   ようにして配置し、容器の下方開放端を粒状鋳型材のベ
   ッドに埋入させることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の反重力式注型方法。
8. 【請求項８】前記粒状鋳型材のベッドに近接して粒状鋳
   型材の直立貯留器を配設し、粒状鋳型材が前記容器内へ
   吸引されるにつれて該貯留器から粒状鋳型材が該ベッド
   へ重力により供給されるようにすることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項に記載の反重力式注型方法。
9. 【請求項９】前記工程（ｂ）において、前記鋳型又は原
   型を支持手段上に載置し、前記容器を該鋳型又は原型を
   囲包するように配置し、該容器の下方開放端の周りに粒
   状鋳型材のベッドを形成することによって該容器の内部
   を粒状鋳型材源に連通させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の反重力式注型方法。
10. 【請求項１０】前記粒状鋳型材のベッドは、粒状鋳型材
    を前記容器の下方開放端の周りに重力により供給するこ
    とによって形成することを特徴とする特許請求の範囲第
    ９項に記載の反重力式注型方法。
11. 【請求項１１】前記工程（ｂ）において、前記粒状鋳型
    材源と前記容器の内部との間に吸引ホースを介設するこ
    とによって該容器の内部を粒状鋳型材源に連通させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の反重力式
    注型方法。
12. 【請求項１２】前記吸引ホースは、前記容器の下方開放
    端に密封状態に配設した支持プレートと、粒状鋳型材源
    との間に延長させることを特徴とする特許請求の範囲第
    11項に記載の反重力式注型方法。
13. 【請求項１３】前記粒状鋳型材源を前記支持プレートの
    下に置くことを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載
    の反重力式注型方法。
14. 【請求項１４】前記工程（ｄ）の後に、取出しステーシ
    ョンにおいて前記容器内部の抜気操作を終了し、粒状鋳
    型材及び固化した金属注型品を該容器から取出すことが
    できるように解放する工程を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の反重力式注型方法。
15. 【請求項１５】溶融金属を反重力式に注型するための方
    法であって、 （ａ）鋳型キャビテイと、該鋳型キャビテイの下に溶融
    金属導入口を有する鋳型を準備し、該鋳型を囲うように
    して容器を配置し、該容器の下方開放端を該鋳型の導入
    口に近接させて位置づけし、 （ｂ）前記容器の内部を砂源に連通させ、 （ｃ）前記容器内に前記鋳型を囲包する砂を充填するよ
    うに前記砂源から砂を容器内へ吸引するのに十分に該容
    器の内部を抜気し、 （ｄ）砂充填済みの前記容器を砂源との連通から分離
    し、前記容器内に前記鋳型を囲包する前記砂を保持する
    のに十分に該容器内を抜気し続け、 （ｅ）前記導入口を溶融金属プールに浸漬させるように
    前記砂充填済みの前記容器と該溶融金属プールを相対的
    に移動させ、 （ｆ）前記導入口を前記溶融金属プールに浸漬させた
    後、溶融金属プールから溶融金属を導入口を通して前記
    鋳型キャビティ内へと上方へ吸引すること、から成る反
    重力式注型方法。
16. 【請求項１６】溶融金属を反重力式に注型するための方
    法であって、 （ａ）鋳型キャビテイを形成するための上方部分と、該
    鋳型キャビテイの下に溶融金属導入口を形成するための
    下方部分を有する破壊可能な原型を囲うようにして容器
    を配置し、該容器の下方開放端を該原型の導入口に近接
    させて位置づけし、 （ｂ）前記容器の内部を砂源に連通させ、 （ｃ）前記容器内に前記原型を囲包する砂を充填するよ
    うに前記砂源から砂を容器内へ吸引するのに十分に該容
    器の内部を抜気し、 （ｄ）砂充填済みの前記容器を砂源との連通から分離
    し、前記容器内に前記原型を囲包する前記砂を保持する
    のに十分に該容器内を抜気し続け、 （ｅ）前記導入口を溶融金属プールに浸漬させるように
    前記砂充填済みの前記容器と該溶融金属プールを相対的
    に移動させ、 （ｆ）前記溶融金属プールから溶融金属を導入口を通し
    て前記鋳型キャビティ内へと上方へ吸引し、溶融金属の
    導入により前記原型を破壊させること、から成る反重力
    式注型方法。
17. 【請求項１７】注型組立体を形成する方法であって、 （ａ）鋳型キャビテイと、該鋳型キャビテイの下に溶融
    金属導入口を形成するための鋳型又は原型を準備し、該
    鋳型又は原型を囲うようにして容器を配置し、該容器の
    下方開放端を該導入口に近接させて位置づけし、 （ｂ）前記容器の内部を粒状鋳型材源に連通させ、 （ｃ）前記容器内に前記鋳型又は原型を囲包する粒状鋳
    型材を充填するように前記粒状鋳型材源から粒状鋳型材
    を容器内へ吸引するのに十分に該容器の内部を抜気し、 （ｄ）粒状鋳型材充填済みの前記容器を粒状鋳型材源と
    の連通から分離し、前記容器内に前記鋳型又は原型を囲
    包する前記粒状鋳型材を保持するのに十分に該容器内を
    抜気し続けること、から成る方法。
18. 【請求項１８】前記鋳型又は原型は、内部に鋳型キャビ
    ティを有する透気性鋳型と、該鋳型の下面を鋳型キャビ
    ティに連通させる溶融金属導入口を有するものであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第17項に記載の方法。
19. 【請求項１９】粒状鋳型材が溶融金属導入口内へ吸引さ
    れるのを防止するために、粒状鋳型材を前記容器内へ吸
    引する前に該導入口を密封する工程を含むことを特徴と
    する特許請求の範囲第18項に記載の方法。
20. 【請求項２０】前記導入口は、前記工程（ｆ）において
    溶融金属を該導入口を通して吸引するのを可能にするよ
    うに、前記工程（ｅ）において破壊される材料で密封す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第19項に記載の方
    法。
21. 【請求項２１】前記鋳型又は原型は、前記工程（ｆ）で
    破壊される破壊可能な原型であり、該原型は、前記鋳型
    キャビティを形成するための上方部分と、原型が破壊さ
    れたとき前記粒状鋳型材で前記導入口を形成するための
    下方部分を有するものであることを特徴とする特許請求
    の範囲第17項に記載の方法。
22. 【請求項２２】前記工程（ｂ）において、前記容器の下
    方開放端をその下の粒状鋳型材のベッド内に沈め、粒状
    鋳型材が該下方開放端の周りに真空シールを形成するよ
    うにすることによって該容器の内部を粒状鋳型材源に連
    通させることを特徴とする特許請求の範囲第17項に記載
    の方法。
23. 【請求項２３】前記鋳型又は原型を粒状鋳型材のベッド
    上に載置し、次いで、前記容器を鋳型又は原型を囲包す
    るようにして配置し、容器の下方開放端を粒状鋳型材の
    ベッドに埋入させることを特徴とする特許請求の範囲第
    22項に記載の方法。
24. 【請求項２４】前記粒状鋳型材のベッドに近接して粒状
    鋳型材の直立貯留器を配設し、粒状鋳型材が前記容器内
    へ吸引されるにつれて該貯留器から粒状鋳型材が該ベッ
    ドへ重力により供給されるようにすることを特徴とする
    特許請求の範囲第22項に記載の方法。
25. 【請求項２５】前記工程（ｂ）において、前記鋳型又は
    原型を支持手段上に載置し、前記容器の該鋳型又は原型
    を囲包するように配置し、該容器の下方開放端の周りに
    粒状鋳型材のベッドを形成することによって該容器の内
    部を粒状鋳型材源に連通させることを特徴とする特許請
    求の範囲第17項に記載の方法。
26. 【請求項２６】前記工程（ｂ）において、前記粒状鋳型
    材源と前記容器の内部との間に吸引ホースを介設するこ
    とによって該容器の内部を粒状鋳型材源に連通させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第17項に記載の方法。
27. 【請求項２７】前記吸引ホースは、前記容器の下方開放
    端に密封状態に配設した支持プレートと、粒状鋳型材源
    との間に延長させることを特徴とする特許請求の範囲第
    26項に記載の方法。
28. 【請求項２８】前記粒状鋳型材源を前記支持プレートの
    下に置くことを特徴とする特許請求の範囲第27項に記載
    の方法。