(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳型砂を用いて空洞部を有する装置を鋳造するために、鋳造部品を均等に冷却したり冷却を制御したりすることの出来る鋳型および冷却制御方法を提供する。【解決手段】砂ベースの鋳型１８は、樹脂結合された砂粒から成る中子部分２４であって、装置１０の空洞部１６に対応した形状を有する中子部分と、中子部分に埋め込まれており、装置の凝固工程において圧縮流体を通すよう構成された第１の管３６とを有する。第１の管から前記中子部分の外面までの距離が約２．５ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内になるように、中子部分の砂の中に埋め込むように配置されており、第１の管は、鋳型から延出する入口３８と出口４０とを有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部（１６）を有する装置（１０）を鋳造するための、砂ベースの鋳型（１８）であって、
樹脂結合された砂粒から成る中子部分（２４）であって、形成される前記装置（１０）の前記空洞部（１６）に対応した形状を有する中子部分（２４）と、
前記中子部分（２４）に埋め込まれており、形成される前記装置（１０）の凝固工程において圧縮流体が流れるよう構成された第１の管（３６）であって、鋳型（１８）から延出する入口（３８）と出口（４０）とを有する第１の管（３６）と
を有する、砂ベースの鋳型（１８）。
【請求項２】
前記第１の管（３６）が、前記入口（３８）と出口（４０）以外の前記中子部分（２４）に完全に埋め込まれる、請求項１に記載の鋳型。
【請求項３】
前記第１の管（３６）が、前記第１の管（３６）から前記中子部分（２４）の外面までの距離が約２．５ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内になるように、前記中子部分（２４）の前記砂の中に埋め込まれる、請求項１に記載の鋳型。
【請求項４】
前記第１の管（３６）が、前記中子部分（２４）の内部において、前記中子部分（２４）の外面に沿った所定の面上に配置されており、前記所定の面と前記中子部分の外面との間の距離が、約２．５ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内である、請求項１に記載の鋳型。
【請求項５】
前記第１の管（３６）が、前記中子部分（２４）の内部において所定の面上に均等配置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項６】
前記中子部分（２４）の内部に配置された第２の管（４２）を更に有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項７】
前記樹脂結合された砂粒から成り、前記中子部分（２４）を取り囲むよう構成された外側部分（２０）であって、前記装置（１０）の外形を画定する外側部分（２０）と、
前記外側部分（２０）内に埋め込まれており、前記圧縮流体を循環させることにより前記外側部分（２０）を冷却するよう構成された冷却管（４８）と
を更に含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項８】
前記中子部分（２４）の前記第１の管（３６）が、前記装置（１０）の凝固方向に対応して配向される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項９】
空洞部（１６）を有する装置（１０）であって、砂ベースの鋳型（１８）内で鋳造される装置（１０）のパーツに関する冷却工程を制御する方法であって、
前記装置（１０）の前記空洞部（１６）に対応した形状を有する、前記砂ベースの鋳型（１８）の中子部分（２４）に、第１の管（３６）を埋め込むステップと、
前記砂ベースの鋳型（１８）の一部を成す外側部分（２０）に前記中子部分（２４）を取り付けるステップと、
前記中子部分（２４）を用いて前記空洞部（１６）が形成されるよう、液体材料を前記鋳型（１８）に注入するステップと、
前記装置（１０）の凝固工程において、所定時間にわたって前記第１の管（３６）を介して冷却流体を循環させることにより、冷却工程を制御するステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記中子部分（２４）に、前記第１の管（３６）を入口（３８）と出口（４０）とを除いて完全に埋め込むステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
砂粒を樹脂と混合して前記中子部分（２４）を造型するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の管（３６）から前記中子部分（２４）の外面までの距離が約２．５ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内になるように、前記第１の管（３６）を前記中子部分（２４）の砂の中に埋め込むステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記中子部分（２４）内部の、前記中子部分（２４）の外面に沿った所定の面上に前記第１の管（３６）を配置するステップであって、前記所定の面と前記中子部分（２４）の前記外面との間の距離が、約２．５ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内であるステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記中子部分（２４）内の前記第１の管（３６）が、前記装置（１０）の凝固方向に対応して配向される、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
空洞部（１６）を有する圧縮機のケーシング（１０）を鋳造するための、砂ベースの鋳型（１８）であって、
樹脂結合された砂粒から成る中子部分（２４）であって、形成される前記ケーシング（１０）の前記空洞部（１６）に対応した形状を有する中子部分（２４）と、
前記中子部分（２４）に埋め込まれており、圧縮流体が流れるよう構成された第１の管（３６）であって、鋳型（１８）から延出する入口（３８）と出口（４０）とを有する第１の管（３６）と、
前記樹脂結合された砂粒から成り、前記中子部分（２４）を取り囲んでおり、鋳型（１８）に注入される溶融材料が流出しないよう構成された外側部分（２０）と、
前記外側部分（２０）に埋め込まれており、前記流体を保持するよう構成された第２の管（４８）とから成り、
前記第１及び第２の管（３６、４８）がそれぞれ、前記中子部分（２４）及び前記外側部分（２０）に完全に埋め込まれている、砂ベースの鋳型（１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して鋳型及び鋳型の熱拡散を制御する方法に関し、特に、鋳型の熱拡散を制御する機構及び技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械には、種々の可動部間において欠陥又は摩擦が生じないように、その鋳造部品に不完全な部分が実質的に存在しないよう作製されなければならないものがある。機械部品を１つ以上の鋳型内で形成するにあたり、鋳造工程における冷却が適切でない場合に、欠陥が生じることがある。鋳造部品においては、このように、様々な破断又はその他の構造的欠陥が生じることがある。
【０００３】
鋳型を用いて形成される少なくとも１つの部品を有する装置の一例として、圧縮機が挙げられる。圧縮機は、機械エネルギを用いて圧縮性流体（例えばガス）の圧力を上昇させる機械である。圧縮機では、機械エネルギにより、例えば２つの可動部が互いに対して逆方向に回転する。可動部を互いに対して回転させることにより、圧縮機は、所定時間に一定量の流体を取り入れ、流体圧力を増大させてこの流体を圧縮する。
【０００４】
圧縮機の大きさは様々である。本体又は可動部の長さが数メートルに及ぶ圧縮機では、鋳型内で鋳造される材料に蓄積される熱量が大きくなるので、このような大型部品に関する冷却工程は容易ではない。部品内部の構造形態を損なうことなく、割れ及びその他の欠陥を防ぐためには、これらの部品の冷却を制御する必要がある。
【０００５】
産業加工設備用の様々な圧縮機の一例として、ねじ圧縮機が挙げられる。このねじ圧縮機では、圧縮機の吸込み部から吐出し部へと空洞部が徐々に移動するよう、対のピッチを有する異なる直径の２つのねじ又は回転体が噛合しており、流体が圧縮される。
【０００６】
ねじ圧縮機の圧縮比（（ｉ）圧縮機に導入される或る一定の流体の体積と（ｉｉ）吐出し部における圧縮流体の体積との比）は、ねじの長さ及び外形と、吐出し部における排出穴の形状とに依存する。かかる圧縮機では、通常弁が存在しないので、機械的力により流れが不安定になることが無い。かかる圧縮機の軸は、小さい寸法でも高速の流れと高流量に対応することができる。
【０００７】
図１に、かかる圧縮機の断面図を示す。この圧縮機は、ケーシング又はシェル１０を備え、ケーシング又はシェル１０の内部には、対のピッチで異なる直径を有する２つのねじ又は回転体１２及び１４が、互いに対して平行に支持された状態で収容されている。ねじ１２及び１４は、互いに噛合する。これらのねじ１２及び１４は、互いに対して逆方向に移動し、圧縮機処理される気体の体積を減少させ、圧縮された気体を適宜の排出ポート（図示せず）に放出する。
【０００８】
図２に、ねじ１２及び１４を収容する内部キャビティ１６が露出した態様の圧縮機ケーシング１０を示す。ケーシング１０は、１つ以上の部品から成る。ケーシングが２つ以上の部品から成る場合は、これらの部品は後に組み立てられることになる。
【０００９】
ねじ圧縮機の利点は、ねじの動きが連続的なので、機械応力が低く、単純な機械的構造を有することである。その他の種類の圧縮機に比して、ねじ圧縮機の圧縮比は、やや低いものの高さ（３：１〜４：１）としては十分である。加えて、ねじ圧縮機を直列配置することで、圧縮比を更に高めることができる。ねじ圧縮機の機械効率は、他の圧縮機よりも高いので、中型〜大型のものに好適である。
【００１０】
高腐食性プロセスガスを処理する場合や、圧縮される気体が基本的に汚染されてはならない用途の全てにおいては、いわゆる無給油式ねじ圧縮機を用いることが多い。かかる圧縮機では、特殊な密封構造により、ガスケットを様々に組み合せて、処理される気体を装置の給油システムから隔離する。回転体表面間の給油が無いぶん、望ましくない摩擦を防ぐためには、表面どうしを同期させる必要がある。
【００１１】
以上の理由により、いかなる不具合や欠陥も最小限に抑えられるよう、無給油式ねじ圧縮機の鋳造ケーシングやねじの表面も、平滑である必要がある。同様に、ガスケットと支持軸受とを収容する全てのケーシングの穴又は空洞部の欠陥を、最小限に抑える必要がある。
【００１２】
無給油式ねじ圧縮機をはじめとする圧縮機のケーシングは、適宜の砂型で形成された後、割れ、ミクロポロシティ及び／又は気泡巣を生じることがある。これらの欠陥を補正するために、欠陥部を確実に修理するための、時間と費用のかかる溶接作業と検査を伴う修理が圧縮機には必要となる。場合によっては、修理を更に確実なものにするために、更なる機械加工ステップを要する。しかし、機械加工ステップ毎に、追加の準備時間と、検査と、仕上げ寸法を得るための再加工処理が必要となる。追加の機械加工ステップは、鋳造ケーシングの欠陥を確実に無くすために行われる。前機械加工状態で見つかった欠陥を、溶接修理後、局所的に熱処理することにより、溶接による応力を緩和する。
【００１３】
無給油式圧縮機の鋳造ケーシングは、周知の砂型鋳造工程により製造される。砂型鋳造工程では、砂ベースの鋳型を用いて溶湯を鋳込んで所望の部品を成形する。装置によっては、鋳型に、装置の中空部分を複製して設計されたいわゆる成形用中子を含むことがある（例えば、鋳物の圧縮機は、ねじを配置するための中空部分又は空洞部を有する）。鋳型はそれぞれ、上述の中空部分となる空所を設けた、所望の形状が得られるような適宜の金属又は木製容器内に砂を詰め込むことによって得られる。内側の中子も砂製である。これらの鋳型と中子とは、接着剤、ボルト又はその他の締結手段を用いて組み付けられ、これにより、鋳込みステップにおいて溶湯による浮力によって中子が浮動しないよう保持される。鋳型の上型部分は、下型と上型とが鋳込み作業中に分離しないように、上型の上に重りを積み上げることによって保持される。鋳物が砂型内で冷却された後、砂型は型ばらしされ、鋳物が鋳型から取り出される。かかる砂型は、１回だけ使用可能である。
【００１４】
ねじ圧縮機のケーシング製造用の鋳型の作製には、熱硬化性樹脂によりプレコートされた砂粒をはじめとする鋳型砂を用いる自硬性鋳型鋳造法を適用してもよい。詳細には、砂粒は、クロマイト、ジルコン又は珪砂をはじめとする、様々な大きさのものであってよい。珪砂の熱伝導率は、クロマイト又はジルコン砂よりも低い。しかし、このような砂を単独で用いて鋳型を作製しても、鋳造部品を均等に冷却したり冷却を制御したりできないので、鋳造工程後に欠陥の無いケーシングを得ることはできない。
【００１５】
従って、冷却要素を用いて、冷却工程を制御しようとすることがある。この限界のある冷却工程を制御する一方法として、鋳型に装入する金属板であるチルを用いることが挙げられる。チルは、鋼又は鉄板又は釘として成形され、成形用中子の内部に使用、例えば装入され、生産部品の均等な凝固を助ける。しかし、チルは、中子／鋳型に局所的に作用するので、好適な結果を得るためには、相当量のチルが必要になる。更に、チルを用いると、成形用中子が構造的に脆弱化し易くなる。従って、チルを用いた砂製の鋳型の構造的強度は低く、従って、中子が脆弱になる可能性がある。
【００１６】
加えて、チルを一旦装入すると、これを制御又は改変することができず、冷却工程を思い通りに調節することができない。つまり、チルを装入してしまうと、その後は鋳物の凝固工程に対していかなる制御もできなくなる。しかも、中子作製工程においてチルを正位置に保持する必要があり、更に、鋳込みステップにおいてチルが移動し、鋳造部品に付着して、更なる欠陥が生じることがある等の不都合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、上述の課題及び欠点を回避した鋳型及び方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一実施形態において、空洞部を有する装置を鋳造するための、砂ベースの鋳型を開示する。この砂ベースの鋳型は、樹脂結合された砂粒から成る中子部分であって、装置の空洞部に対応した形状を有する中子部分と；中子部分に埋め込まれており、凝固工程において圧縮流体を通す第１の管とを有する。第１の管は、中子から延出した入口と出口とを有する。
【００１９】
別の例示的実施形態において、砂ベースの鋳型で鋳造される、空洞部を有する装置パーツの冷却工程を制御する方法を開示する。この方法は、装置の空洞部に対応した形状を有する、砂ベースの鋳型の中子部分に第１の管を埋め込むステップと；砂ベースの鋳型の一部を成す外側部分に中子部分を取り付けるステップと；中子部分を用いて空洞部が形成されるように、鋳型に液体材料を注入するステップと；埋め込まれた第１の管を介して冷却用流体を所定時間にわたり循環させることで冷却工程を制御するステップとを含む。
【００２０】
また別の例示的実施形態において、空洞部を有する圧縮機のケーシングを鋳造するための砂ベースの鋳型を開示する。この砂ベースの鋳型は、樹脂結合された砂粒から成る中子部分であって、成形された圧縮機の空洞部に対応した形状を有する中子部分と；中子部分に埋め込まれており、流体を保持するよう構成された第１の管であって、鋳型から延出する入口及び出口を有する第１の管と；樹脂結合された砂粒から成り、鋳型に注入される溶融材料が流出しないように中子部分を取り囲んで構成された外側部分と；外側部分に埋め込まれており、流体を保持するように構成された第２の管から成り、第１及び第２の管はそれぞれ、中子部分と外側部分とに完全に埋め込まれる。
【００２１】
また別の例示的実施形態において、砂ベースの鋳型を造型する方法を開示する。この方法は、箱取りの外面の形状を鋳型の外面に対応するよう整形するステップと；箱取りの外面よりも上方で第１の管を懸吊するステップと；砂と少なくとも結合樹脂との混合物を箱取りに注入して、第１の管がその入口と出口とを除いて鋳型内に完全に埋め込まれるようにするステップとを含む。
【００２２】
添付図面は本明細書に対応するとともに、本発明の１つ以上の実施形態を示し、以下の詳細な説明を助けるものである。次に、これらの添付図面について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ねじ圧縮機の概略縦断面図である。
【図２】図１のねじ圧縮機のケーシングの概略図である。
【図３】ねじ圧縮機の鋳造に用いる鋳型の概略断面図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による鋳型の中子部分の概略図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、２つの部品を有する中子部分の概略図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、鋳型の中子部分を造型するための型の概略図である。
【図７】本発明の例示的実施形態により中子部分が造型される箱取りの概略図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による鋳型の外側部分の概略図である。
【図９】本発明の例示的実施形態による、装置パーツを鋳造するステップを示す流れ図である。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、空洞部を有する装置を鋳造するステップを示す流れ図である。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、砂ベースの鋳型を造型するステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
これより、添付図面を参照しながら、本発明の例示的実施形態を説明する。全図面を通して、同様の構成要素には同様の参照符号が付与されている。なお、本発明の企図は、本明細書に開示の詳細な説明に限定されるものではない。また、本発明の例示的実施形態の企図は、添付の特許請求の範囲に基づいて解釈されるべきである。以下の実施形態を、説明の便宜上、ねじ圧縮機の用語と構造とを用いて説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、この種の圧縮機だけではなく、鋳型を用いて作製されるその他の圧縮機又はその他の機械部品にも適用可能である。
【００２５】
本明細書を通して、「一実施形態」又は「例示的実施形態」という表現は、実施形態に関連して説明する特定の機能、構造又は特徴において、本発明の教示内容が少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。このため、本明細書に散見される「一実施形態において」又は「例示的実施形態において」という表現が示す実施形態は、必ずしも同一のものではない。また、特定の機能、構造又は特徴を、１つ以上の実施形態において適宜、組み合わせてもよい。
【００２６】
図１及び図２の、ケーシング１０を成形するための鋳型１８は、図３の例示的実施形態において、２つの部品、即ち外側部分２０と中子部分２４とを有する。外側部分２０と中子部分２４とはそれぞれ、１つ以上の部品を含んでよい。図３は、外側部分２０に２つの部品２０ａ及び２０ｂを含み、中子部分２４に１つの部品を含む例示的構成である。装置部品を鋳型１８において鋳造した後、鋳型の外側部分２０ａ及び２０ｂに対応する部品を、例えば溶接、ねじ、接着剤等の周知の手段により、互いに締結する必要がある。
【００２７】
外側部分２０は、鋳造される装置の外形を成し、中子部分２４は、装置の空洞部を成す。例えば、図２において、中子部分２４は空洞部１６を成し、外側部分２０はケーシング１０を成す。当業者には明らかなように、外側部分２０及び中子部分２４の形状、大きさ、及び外形は、鋳造される装置に応じて異なってよい。例示的実施形態において、鋳型１８は、外側部分２０のみを有していても、中子部分２４のみを有していても、或いは、これらを組み合わせて有していてもよい。
【００２８】
図４の例示的実施形態において、鋳型１８の一部を成す中子部分２４は、円筒形状を有する。この形状はあくまでも例示的なものであり、実施形態の範囲の制限を意図するものではない。作製される装置が、例えば図２の空洞部１６のような空洞部を内側に有する場合、又は、装置が外鋳型を用いて作製できないような外形を有する場合、中子部分２４を用いることがある。中子部分２４は、圧縮機１０の空洞部１６を複製した形状を有する。１つ以上の中子部分２４を用いて鋳造を行うことがある。図５に、圧縮機１０の空洞部１６を、２つの部材、即ち２４ａ及び２４ｂを有する中子部分２４を用いて成形する一例を挙げる。
【００２９】
様々な製造工程を用いて中子部分２４が作製される。かかる工程では、上述のように、砂型鋳造法を用いる。かかる工程のあくまでも一例として、自硬性鋳型鋳造法が挙げられる。自硬性鋳型鋳造法では、砂と粘結剤と触媒とを、混砂機内で混合して用いる。この鋳型砂は、箱取り／模型内において圧縮／吹込みされる。触媒により砂型を硬化させて、中子／鋳型を箱取りしたり、模型から取り外したりする。詳細には、砂粒の大きさは様々であってよく、且つ、シリカ、クロマイト、ジルコン、カンラン石、燐灰石、アルミナ等の様々な種類の砂を含んでよい。有機質粘結剤は、例えば、フェノールとホルムアルデヒドとを反応させて得られる熱硬化性樹脂である乾燥フェノール樹脂（２〜４重量％）等であってよい。ヘキサメチレンテトラミンを触媒として、ステアリン酸亜鉛又はカルシウムを潤滑剤として用いてよい。
【００３０】
この例示的実施形態において、鋳型砂２６は、図６のように、適宜の箱取り２８の内側に注入される。その後、鋳型砂２６は整形され、所望の形状の中子部分２４が得られる。箱取り２８は、約２５０°Ｃの温度に加熱される。この温度に加熱するには、箱取り２８のまわりに電気抵抗３０又は可燃性ガスバーナ３２を配置して用いる。箱取り２８の内側において鋳型砂２６が所望の外形に整形された後、高温により砂粒（砂は粒子から成る）上のプレコーティングが溶解して、粒子どうしが固着し、中子部分２４が硬化する。中子部分２４は硬化すると、適宜の型抜き装置（図示せず）を用いて箱取り２８から抜き出される。箱取り２８の内側が高温になる前に、図６のように、鋳型砂２６中にチル３４を装入してもよい。箱取り２８内において、チル表面の一方が鋳込まれる溶湯に露出するよう（図示せず）チル３４を配置し、鋳物の凝固を制御する。ここでは、大量のチルを中子に埋め込むので、中子の構造が脆弱になる。
【００３１】
中子部分２４の内部にチル３４を配する代わりに、図４の例示的実施形態のように、第１の管３６を中子部分２４に埋め込んでもよい。この第１の管３６は、中子部分２４に完全に埋め込まれてよい。第１の管３６は、入口ポート３８及び出口ポート４０を有する、例えば第１の管３６を介して圧縮流体を循環させるポンプ（図示せず）に接続された、単品の継目なし管であってよい。この例示的実施形態では、中子部分２４に全くチルを埋め込まない。しかし、別の例示的実施形態として、チルと管の両方を、中子部分２４に埋め込んでもよい。
【００３２】
第１の管３６は、溶接無しで製造された鋼管であってよい。第１の管３６は、その他の材料を用いて製造されてもよい。例示的実施形態において、第１の管３６は、中子部分２４の表面から或る距離だけ離間して中子部分２４の内部に配置される。第１の管から中子部分の表面までの距離は、好ましくは、約２．５ｃｍ〜約５ｃｍの範囲内である。入口３８及び出口４０は、鋳型１８を成す２つの外側シェルの半割体どうしの結合線を通るように設けられる。図５に、中子部分２４ａ及び２４ｂの上部から延出する入口３８及び出口４０を示す。
【００３３】
例示的実施形態において、第１の管３６は、中子部分２４の内部において、中子部分２４の外面に沿った所定の面を横切る態様で配置される。つまり、図４の例示的実施形態のように中子部分２４の形状が円筒状である場合、第１の管３６は、中子部分２４の表面と同様の円筒面を横切る態様で配置される。第１の管３６の太さは、好ましくは、約０．２ｃｍ〜約０．３ｃｍの範囲内である。
【００３４】
別の例示的実施形態として、第２の管４２を中子部分２４に埋め込んでもよい。この第２の管４２は、図４に示す第１の管３６と同じものであっても、異なるものであってもよい。中子部分２４に埋め込まれる１つ以上の管は、均等に冷却工程を施すことができるよう、均等に配置される。第１及び／又は第２の管を通る冷却液又はガスは、空気、圧縮空気、液化ガス又は当業者に周知の適宜の流体であってよい。
【００３５】
図７に、中子部分２４を造型するための箱取り２８を示す。ここでは、鋳型砂２６がまだ投入されておらず、第１の管３６が露出した状態である。第１の管３６の入口３８及び出口４０は、ポンプ５０に接続されている。箱取り２８の面５２の形状は、図１の圧縮機１０のねじ１２及び１４に対応している。
【００３６】
また別の例示的実施形態において、中子部分２４に加えて、図８のように、鋳型１８は外側部分２０を、１つ以上の堅固な外側容器４４内に造型された態様で有してよい。外側容器４４は、例えば金属製又は木製である。２つのシェル半割体２０を互いに結合して、鋳型１８の外側部分を形成してもよい。図８には、２つのシェル半割体２０の一方のみを示す。鋳型１８を形成する容器４４又はシェル半割体の内側には、鋳造により製造された構成要素、例えば圧縮機のケーシング１０の輪郭を成す形状面４６が形成されている。鋳型１８の形状面４６は、適宜の材料を用いた砂と、この砂を硬化させながら、この砂が構成要素１０を形成する溶湯と接触した時に望ましくない反応が生じないようにする粘結剤及び抑制剤との混合物により（中子部分２４と同様に、又は異なる態様で）形成される。
【００３７】
例示的実施形態において、少なくとも１つの冷却管４８が、図８のように、鋳型１８内に用いる外側部分２０それぞれの内部に配置される。中子部分２４の第１の管３６と同様に、この冷却管４８の内側で冷却流体を循環させてよい。外側の鋳型２０の冷却管４８の構造、構成、及び配置は、第１の管３６と同様であってよい。
【００３８】
例示的実施形態では、第１の管３６及び／又は冷却管４８を鋳型１８の内部に均等配置することにより、鋳造工程において砂中子２４と外側の鋳型２０との冷却を、強制的であるが制御し、構成要素１０の硬化方向を制御することができる。方向性凝固は、鋳物の形状を利用して、鋳物が相変態する際に生じる収縮を補うよう、断熱された押湯部に向かって凝固（溶湯の）を進行させる方法である。埋め込まれた冷却管は、凝固工程を加速させて方向性凝固を促進するので、欠陥のない鋳肌が創出される。冷却管を用いない場合には、欠陥のない鋳肌を得られない可能性がある。このように冷却工程を制御することにより、鋳物部品の割れや欠陥、不完全性が減少する。例示的実施形態において、鋳型１８には少なくとも１つの管を、中子部分２４又は外側部分２０のいずれかに配置する。所与の時間間隔において、冷却温度及び速度を様々に選択し、鋳型を自在に冷却することができる。
【００３９】
次に、図９を参照しながら、上述の鋳型１８を用いて装置の少なくとも一部を成形する例示的方法を説明する。ステップ９００において、鋳型１８を造型するが、このとき、鋳型１８に、中子部分２４及び外側部分２０の少なくとも一方が含まれてよい。第１の管及び／又は冷却管は、鋳型１８の表面から離間して配置される。ステップ９０２において、溶湯を鋳型内に注入できるよう鋳型システム１８を組み立てる。鋳型システム１８に２つの外側部分と１つの中子部分とが含まれる場合、鋳型システム１８から溶湯が流出しないよう、中子部分が互いに接続された外側部分の少なくとも一方に固定される。任意のステップ９０４において、第１の管及び冷却管の入口と出口とを、対応する冷却流体を循環させるための対応するポンプに接続する。異なるポンプを用いて、第１の管と冷却管内とで異なる冷却流体を循環させてもよい。しかし、別の例示的実施形態として、第１の管と冷却管とを相互接続し、単一のポンプを用いて、第１の管と冷却管とで単一の冷却流体を循環させてもよい。ステップ９０６において、鋳型システムを正位置に配置し、溶湯（又はその他の流体材料）を注入して、所望の機械部品を鋳造する。ステップ９０８において、注入された溶湯を冷却する。冷却流体の様々なパラメータ、例えば流量、圧力、温度等を制御することにより、この冷却を制御する。
【００４０】
図１０の実施形態では、装置パーツの冷却工程を制御する例示的方法を示す。この装置は、空洞部を有し、この空洞部の形状に対応した砂ベースの鋳型で鋳造されたものである。この方法は、砂ベースの鋳型の中子部分に第１の管を埋め込むステップ１０００と、砂ベースの鋳型の一部を成す外側部分に中子部分を取り付けるステップ１００２と、鋳型内に液体材料を注入して、中子部分により空洞部を形成するステップ１００４と、装置の凝固工程において第１の管を介して冷却流体を循環させることで冷却工程を制御するステップ１００６とを含む。
【００４１】
次に、図１１を参照しながら、上述の特徴を有する鋳型を造型する例示的方法を説明する。砂ベースの鋳型を造型する方法は、箱取りの外面を鋳型の外面に対応するよう整形するステップ１１００と、第１の管を箱取りの外面よりも上方に懸吊するステップ１１０２と、第１の管が入口と出口とを除いて混合物中に完全に埋め込まれるように、砂と少なくとも結合樹脂との混合物を箱取り内に注入するステップ１１０４とを含む。
【００４２】
かかる方法の利点は、粗度が低く、気泡が少ない表面を有する構成要素を鋳造できることである。これは、溶鋼内に蓄積する残留ガスの溶解度が温度低下に伴って低下することから、明らかである。即ち、溶鋼中のガスは、鋳造品の内部に向かって、例えば鋳肌から離れる方向に移動する。
【００４３】
従って、第１の管３６及び／又は冷却管４８を用いることにより、金属チルでは不可能であった、中子部分２４及び／又は外側部分２０の冷却制御が可能になり、その結果、鋳型内にチルが存在することに付随する問題を概ね解決することができる。
【００４４】
更に、鋳型の冷却を制御することにより、溶湯の方向性凝固を促進し、最終製品の機械的及び構造的特性の均等性を最大限まで高めることができる。
【００４５】
以上、本発明による鋳型及び冷却工程制御により装置パーツを鋳造する方法の例示的実施形態を開示した。以上の説明は、本発明の開示内容を限定するものではないことを理解されたい。むしろ、本発明の例示的実施形態として、代替的形態、修正形態、等価の措置が含まれており、添付の特許請求の範囲の範囲に記載の本発明の企図として、かかる形態が含まれる。本明細書における多様な例示的実施形態の説明及び詳細は、本発明の理解を助ける目的で記載されたものに過ぎず、当業者には周知のように、かかる詳細の有無にかかわらず多様な形態が本発明の実施形態として可能である。
【００４６】
本明細書では、例示的実施形態の特徴及び構成要素が、特定の組み合わせで記載されているが、本発明に係る特徴及び構成要素は、本明細書に記載の特徴及び構成要素の有無にかかわらず、別個独立に実施されても、多様な組み合わせにおいて実施されても本発明の実施形態として成立する。
【００４７】
以上、最良の態様を含めた様々な例示を用いて本発明を説明してきた。当業者は、これにより、本発明に係る装置又はシステムを作製すること、並びにこれに関連する方法を実施することができる。添付の特許請求の範囲において本発明の特許可能な範囲を記載するが、これには当業者に想起可能なその他の実施形態も含まれる。かかるその他の実施形態は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する限り、或いは、特許請求の範囲の文言と本質的に相違ない同等の構成要素を有する限り、本発明の例示的実施形態とみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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