【手続補正書】
【提出日】平成17年2月17日(2005.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック鋳型が、直立の立上り通路と、前記立上り通路の長さ方向に沿って別々の高さに配置される複数の鋳型キャビティを有し、各鋳型キャビティが、湯口通路を経由して前記立上り通路とそれぞれ連通するように、前記セラミック鋳型を形成する段階と、
溶融金属源からそれぞれの湯口通路を経由して、前記鋳型キャビティへ溶融金属を供給するための前記立上り通路中へと溶融金属を上方に向かって流す段階と、
前記湯口通路中にある溶融金属が前記鋳型キャビティに向かう方向の遠心力を受けるように、前記鋳型を回転する段階と、
前記鋳型を回転させた状態で前記鋳型キャビティ内の溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて前記鋳型キャビティに供給するための溶融金属により前記湯口通路が少なくとも部分的に充填された状態になっているように、前記鋳型キャビティおよび湯口通路中の溶融金属が凝固する前に前記立上り通路から溶融金属を排出させる段階と、
前記鋳型を回転させて前記鋳型キャビティ中に複数の凝固した鋳造物をそれぞれ形成しながら、前記鋳型キャビティ中の溶融金属を凝固させる段階と、
を含む複数の鋳造物を減圧鋳造する方法。
【請求項２】
鋳型キャビティを充填させる際に、溶融金属を前記立上り通路中に上方に向かって流す段階と前記鋳型を回転させる段階とを同時に行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記湯口通路中で溶融金属が凝固した後に、前記鋳型の回転を終了する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記鋳型は前記立上り通路と連通しかつ前記溶融金属源中に浸漬される充填管を備え、前記溶融金属は前記充填管を通って前記立上り通路中に上方に向かって流れる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
溶融金属を排出した後の前記立上り通路は周囲の圧力であり、それにより、前記湯口通路を部分的に充填しかつ前記鋳型キャビティを充填する溶融金属は、前記鋳型の遠心運動のために、周囲の圧力以上の圧力を受ける請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鋳型は、前記鋳型の縦方向の軸を中心にして回転する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記鋳型は、前記鋳型の縦方向の軸からオフセットされかつ前記鋳型の縦方向の軸と実質的に平行な軸を中心にして回転する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶融金属は、前記立上り通路の閉じた上端の中心領域の下の前記立上り通路中で、上方に向かって流れる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記閉じた上端に直近の溶融金属は、前記鋳型の遠心運動の結果として前記立上り通路の縦方向の軸の周りに通常形成される内部ボイドを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶融金属中の前記内部ボイドは、前記立上り通路の前記閉じた上端に直近の前記湯口通路を横断する圧力サージを減らす請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
各鋳型キャビティは、前記立上り通路の方向に延長され、かつ複数の湯口通路により前記立上り通路と連通する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
立上り通路から溶融金属が排出されると同時に溶融金属が鋳型キャビティからなくならないように、立上り通路から溶融金属が排出される際に鋳型回転により形成される理論上の溶融金属表面が、鋳型キャビティを通過するのではなく湯口通路のみを通過する立上り通路に対して、相対的に各鋳型キャビティの位置を決める段階を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記鋳型を回転させた状態で前記鋳型キャビティ内の溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて溶融金属が部分的に充填される前記湯口通路から各区画にまだ溶融状態の金属を供給するように、前記鋳型キャビティ内の複数の区画中に溶融金属を閉じ込めるよう前記湯口通路間の領域で溶融金属は最初に凝固する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
セラミック鋳型が、直立の立上り通路と、前記立上り通路の長さ方向に沿って別々の高さに配置される複数の鋳型キャビティを有し、各鋳型キャビティが、湯口通路を経由して前記立上り通路とそれぞれ連通するように、前記セラミック鋳型を形成する段階と、
前記立上り通路と連通する充填管を溶融金属のプール中に浸漬する段階と、
容器中の前記鋳型を取り巻く粒状の介在物とともに前記鋳型が配置されて湯口通路を経由して前記鋳型キャビティへ溶融金属を供給するための前記立上り通路中へと溶融金属を上方に向かって流す前記容器内を、周囲より低い圧力にする段階と、
前記湯口通路中にある溶融金属が前記鋳型キャビティに向かう方向の遠心力を受けるように、前記充填管を前記プールに浸漬しながら前記容器中に配置された前記鋳型とともに前記容器を回転する段階と、
前記湯口通路に直近の前記スプルー通路が空の状態になっているように、また前記容器および前記鋳型を回転させた状態で前記鋳型キャビティ内の溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて前記鋳型キャビティに供給するための溶融金属により前記湯口通路が少なくとも部分的に充填された状態になっているように、前記鋳型キャビティおよび湯口通路中の溶融金属が凝固する前に前記立上り通路から溶融金属を排出させる段階と、
前記容器および前記鋳型を回転させて、前記プールから前記充填管を引き出す段階と、  前記容器および前記鋳型を回転させて前記鋳型キャビティ中に複数の凝固した鋳造物をそれぞれ形成しながら、前記鋳型キャビティ中の溶融金属を凝固させる段階と、
を含む複数の鋳造物を減圧鋳造する方法。
【請求項１５】
前記湯口通路中で溶融金属が凝固した後に、前記容器および前記鋳型の回転を終了する段階を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
不堅牢性の原型が、直立のスプルー形成部分と、前記スプルー通路形成部分の長さ方向に沿って配置される複数の鋳型キャビティ形成部分を有し、各鋳型キャビティ形成部分が湯口通路形成部分を経由して前記スプルー通路形成部分とそれぞれ連通するように、前記不堅牢性の原型を形成する段階と、
前記原型を取り巻く粒状の介在物を容器中に配置する段階と、
溶融金属源から湯口通路形成部分を経由して、前記鋳型キャビティ形成部分へ溶融金属を供給するための前記立上り通路形成部分中へと、溶融金属を上方に向かって流す段階と、
前記湯口通路形成部分中にある溶融金属が前記鋳型キャビティ形成部分に向かう方向の遠心力を受けるように、前記容器および前記原型を回転する段階と、
前記容器を回転させた状態で前記鋳型キャビティ内の溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて前記鋳型キャビティに供給するための溶融金属により前記湯口通路が少なくとも部分的に充填された状態になっているように、前記鋳型キャビティ形成部分および前記湯口通路形成部分の破壊により形成される鋳型キャビティおよび湯口通路中の溶融金属が凝固する前に、前記立上り通路形成部分の破壊により形成される立上り通路から溶融金属を排出させる段階と、
前記容器を回転させて前記鋳型キャビティ中に複数の凝固した鋳造物をそれぞれ形成しながら、前記鋳型キャビティ中の溶融金属を凝固させる段階と、
を含む複数の鋳造物を減圧鋳造する方法。
【請求項１７】
前記湯口通路中で溶融金属が凝固した後に、前記容器の回転を終了する段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記原型は前記立上り通路形成部分と連通しかつ前記溶融金属源中に浸漬される充填管を備え、前記溶融金属は前記充填管を通って前記立上り通路形成部分中に上方に向かって流れる請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
溶融金属が空になった後の前記立上り通路は周囲の圧力であり、それにより、前記湯口通路および前記鋳型キャビティを部分的に充填する溶融金属は、前記容器の遠心運動のために、周囲の圧力以上の圧力を受ける請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記容器は、前記原型の縦方向の軸を中心にして回転する請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記容器は、前記原型の縦方向の軸からオフセットされかつ前記原型の縦方向の軸と実質的に平行な軸を中心にして回転する請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
各鋳型キャビティ形成部分は、前記スプルー通路形成部分の方向に延長され、かつ複数の湯口通路形成部分により前記湯口通路形成部分と連通する請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
立上り通路から溶融金属が排出されると同時に溶融金属が鋳型キャビティからなくならないように、立上り通路から溶融金属が排出される際に鋳型回転により形成される理論上の溶融金属表面が、鋳型キャビティを通過するのではなく湯口通路のみを通過する立上り通路に対して、相対的に各鋳型キャビティ形成部分の位置を決める段階を含む請求項２２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】遠心減圧鋳造方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属および合金の遠心減圧鋳造の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス透過性のセラミックシェル鋳型中でインベストメント鋳造を行う減圧鋳造法が、米国特許第３，８６３，７０６号、第３，９００，０６４号、第４，５８９，４６６号および第４，７９１，９７７号に記載されている。セラミックシェル鋳型は、公知の「ロストワックス法」により形成され、直立した立上り通路を備える。作製する鋳造物の形状をした鋳型キャビティの配列が、立上り通路の周囲に設置される。鋳型キャビティは、立上り通路のほぼ下端から上端までの長さに沿って設置される。各鋳型キャビティは、鋳型キャビティの構成に依存する１つ以上の相対的に狭い供給湯口通路を経由して立上り通路と連通している。セラミック鋳型は真空容器中に配置される。充填管は立上り通路の下端と連通し、また真空容器の下にある溶融金属のプールに浸漬させるために真空容器の外に伸びている。上方の立上り湯口さらに湯口通路および鋳型キャビティに溶融金属を引き込むように、充填管を浸漬させたときに、真空容器中を相対的な真空（周囲より低い圧力）にする。米国特許第３，８６３，７０６号は、湯口通路および鋳型キャビティ中の溶融金属が凝固してそれぞれの鋳造物を作製し、立上り通路中の静止している溶融金属が容器の下にある再使用のためのプールに戻った後に、容器中の真空を開放することを開示しているが、通常の実際的な商業生産においては、湯口通路および鋳型キャビティ中の溶融金属は、容器中の真空が開放される前に一般に凝固する。
【０００３】
米国特許第５，０６９，２７１号に記載されるように、セラミックシェル鋳型は、真空容器内の、例えば乾燥鋳物砂などの粒状支持体介在物中に配置される。真空容器中で支持体介在物を使用することにより、シェル鋳型壁の厚みを減らすことができる。容器内が周囲より低い圧力になるにつれてシェル鋳型の周りの支持体介在物を圧縮もする真空ヘッドを用いて、容器を排気して真空にする。
【０００４】
減圧鋳造法は、直立の立上り湯口の長さに沿った方向での異なる高さに位置する同一の鋳型キャビティを充填する時間のばらつきが大きくなる。立上り通路に沿った鋳型キャビティの位置、粒状支持体介在物のガス透過性、セラミックシェルのガス透過性、容器の排気速度、容器の最終到達真空度等のようなパラメータに依存して、同じシェル鋳型の鋳型キャビティを充填するのに必要な時間が２つ以上の要因により変化する。例えば、最下部の鋳型キャビティに溶融金属を充填するのが最も時間がかかり、最上部の鋳型キャビティは充填する時間が最も短い。最下部の鋳型キャビティへの充填の遅れにより、最下部の鋳型キャビティへの溶融金属の充填が不完全になる。最上部の鋳型キャビティへの急激な充填は、最上部の鋳型キャビティ内に形成される凝固した鋳造物中に閉じ込められたガスによる欠陥の原因となる。残念なことに、これらの問題点（充填の遅れまたは急激な充填）の１つを改善する試みは、もう一方の問題点の好ましくない影響を助長する。
【０００５】
また、減圧鋳造法は、鋳型キャビティ中の圧力のばらつきが大きくなる。プール表面に作用する大気圧と逆方向に作用する立上り通路中の溶融金属の静圧力よりマイナスの圧力に容器を真空排気するとき、各鋳型キャビティ中の圧力は溶融金属プールの表面を押す大気圧と等しい。従って、鋳型キャビティの圧力は、立上り通路の長さに沿った方向での高さに依存する。より詳細には、圧力は鋳型キャビティの湯口と溶融金属プール表面との間の高さの差に依存する。シェル鋳型の高さが高くなるほど、湯口の長さ方向に沿った鋳型キャビティ間の圧力ばらつきは大きくなる。圧力をさらに減少させると、立上り通路の高い位置にある鋳型キャビティ中の収縮および閉じ込められたガスによる欠陥が増加する。
【０００６】
上方に引き上げられた溶融金属が立上り通路の密閉された上端に到達すると、上部の鋳型キャビティ中に溶融金属を完全に充填できるとは限らない。立上り通路が上端まで充填されると、溶融金属は立上り通路の上端に衝突し、その結果、上部の鋳型キャビティをあまりにも急激に充填する原因となる湯口通路を横切る圧力差のサージが発生する。立上り通路中の溶融金属内に引き込まれる多量のガスが鋳型キャビティ中に運ばれ、鋳型キャビティ中に形成される凝固した鋳造物中に多量のガスが残る。
【０００７】
鋳型キャビティおよび湯口通路からの溶融金属の逆流を防ぐために、充填管を溶融金属に対して十分に長い時間溶融プールに浸漬し続けて、鋳型キャビティおよび湯口通路中で溶融金属を凝固させる。充填管を浸漬した状態で保持しなければならないので鋳造サイクル時間が遅くなり、さらにプール中の溶融金属に対して鋳型を降下レベルに長時間保持する必要があるのでプールを加熱するために用いる電磁誘導場に鋳型をますます曝すことになる。電磁誘導場の影響により、鋳型中の凝固が遅くなったりあるいは逆行したり、さらに下部の鋳型キャビティ中に空気の流れを起こして充填管に直近の容器を変形させる。湯口の設計は、湯口通路が十分な量の溶融金属を鋳型キャビティに供給することと、湯口中の溶融金属を適時に凝固させるのに十分なほど狭くすることの間の困難な取り組みになる。さらに、湯口設計についてのこれらの拘束事項は、米国特許第３，８６３，７０６号に記載されている工程により作製できる鋳造物の寸法を、通常１ポンド以下に制限する。
【０００８】
大きな鋳造物の減圧鋳造法において、立上り通路中の溶融金属を取り込むように方法および装置の改良が行われている。例えば、米国特許第４，５８９，４６６号に開示される改良では、鋳型が充填された後に溶融金属を鋳型中に引き込む金属充填管をつまんで閉じている。この目的のために、充填管中にセラミックコートしたボール弁や栓も用いられている。このような工程は、米国特許第３，７７４，６６８号に記載されている。米国特許第４，９６１，４５５号では、金属が引き込まれる管を磁石により強制的に封止するセラミックコートした強磁性体ボールを使用して「チェック弁」を改善することが開示されている。充填管中にサイホントラップを用いることや鋳造後に鋳型を逆さまにすることも、この目的のために試みられている。米国特許第４，９８２，７７７号に記載されるようなセラミックのストレーナーを使用すること、米国特許第５，１４６，９７３号に記載されるようなストレーナーと渦巻状の通路を組み合わせて使用すること、あるいは米国特許第５，９０３，７６２号に記載されるような鋳型を逆さまにした状態で立上り通路から合金が逆流するのを遅らせるように充填管中に唯一のサイホン状通路を使用することが開示されている。これらの改良は、立上り通路への流れを部分的に妨げて鋳型への溶融金属の充填が遅くなる。これらのすべての工程において、立上り通路内の溶融金属の凝固が必要となり、溶融金属の利用率が相対的に低くなる。これらのすべての工程において、立上り通路の周りに十分なスペースを残して立上り通路から注型を容易に分離できるようにする必要性から、注型の形状寸法すなわち立上り通路の周囲に配置することができる原型の数が制限される。米国特許第４，１１２，９９７号は、湯口に「安定化」用のスクリーンを介在させることを提案している。鋳型チャンバー内の圧力が周囲の圧力に戻った後に、スクリーンが鋳型キャビティ中の合金を保持することが特許請求されている。もし本当に実際的かつ経済的ならば、立上り通路それ自体をなくすことにより、凝固した立上り通路から注型を遮断するために必要な寸法形状の制限を取り除くであろう。
【特許文献１】米国特許第３，８６３，７０６号
【特許文献２】米国特許第３，９００，０６４号
【特許文献３】米国特許第４，５８９，４６６号
【特許文献４】米国特許第４，７９１，９７７号
【特許文献５】米国特許第５，０６９，２７１号
【特許文献６】米国特許第３，７７４，６６８号
【特許文献７】米国特許第４，９６１，４５５号
【特許文献８】米国特許第４，９８２，７７７号
【特許文献９】米国特許第５，１４６，９７３号
【特許文献１０】米国特許第５，９０３，７６２号
【特許文献１１】米国特許第４，１１２，９９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、立上り通路の長さに沿って異なる高さの鋳型キャビティを充填する際につきものの上記の問題点および妥協策を克服する遠心減圧鋳造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、溶融金属が立上り通路から空になるとともに、遠心動作中に鋳型キャビティおよび湯口中の溶融金属または合金が流出するのを阻止することにより、鋳造物が立上り通路にくっつかないようにする鋳造方法を提供することである。
【発明の実施の形態】
【００１１】
本発明は、１つの実施例において、複数の鋳造物を減圧鋳造する方法および装置であって、直立の立上り通路と、立上り通路の長さ方向に沿って別々の高さに配置される複数の鋳型キャビティであって、湯口通路を経由して立上り通路とそれぞれ連通している複数の鋳型キャビティとを有するようにセラミック鋳型を形成し、溶融金属源からそれぞれの湯口通路を経由して鋳型キャビティへ溶融金属を供給するための立上り通路中へ溶融金属が上方に向かって強制的に流され、湯口通路中にある溶融金属が鋳型キャビティに向かう方向の遠心力を受けるように鋳型を回転し、容器を回転させた状態で鋳型キャビティ内の溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて鋳型キャビティに供給するための溶融金属により湯口通路が少なくとも部分的に充填された状態になっているように、鋳型キャビティおよび湯口通路中の溶融金属が完全に凝固する前に立上り通路中の溶融金属を排出させて立上り通路を空にする方法および装置を提供する。容器を回転させて鋳型キャビティ中に複数の凝固した鋳造物をそれぞれ形成しながら、鋳型キャビティ中の溶融金属が凝固する。溶融金属が鋳型キャビティ中で凝固した後に鋳型の回転を終了する。本発明の実施により、８０％以上の金属または合金の高歩留が達成される。本発明の実施において、収縮率が減少したため、密度が増加するとともに従来技術に比べて鋳造物の数がはるかに多くさらに寸法がはるかに大きい鋳造が可能である。
【００１２】
湯口通路に部分的に充填されかつ鋳型キャビティに充填される溶融金属が、収縮率を減少させて鋳造物の密度を増加させることにより容器の遠心力に起因する周囲の圧力より高い圧力を受けるように、立上り通路から溶融金属を排出させるとき、立上り通路内は周囲の圧力である。立上り通路から溶融金属が排出されて湯口通路から溶融金属の逆流を減らすまたは防ぐとすぐに、湯口通路内にある溶融金属は急速に凝固する。
【００１３】
本発明の好適な実施例において、収縮の問題を起こしやすい溶融金属を鋳造する場合、鋳型キャビティを充填させる際に溶融金属を前記立上り通路中へ上方に向かって流す段階と鋳型を回転させる段階とを同時に行う。これらの段階は、溶融金属を上方に向かって流して鋳型キャビティに充填させた後に、鋳型の回転を開始するのに続いて連続して任意に行うことができる。鋳型は鋳型の縦方向の軸を中心にして、または鋳型の縦方向の軸からオフセットされかつ鋳型の縦方向の軸と実質的に平行な軸を中心にして回転することができる。
【００１４】
立上り通路から溶融金属が排出される際に鋳型回転により形成される理論上の溶融金属表面が、立上り通路から溶融金属が排出されると同時に溶融金属が鋳型キャビティからなくならないよう鋳型キャビティを通過するのではなく湯口通路のみを通過するように、本発明の別の実施例において、各鋳型キャビティは立上り通路の方向に延長され、かつ立上り通路に対して相対的に位置を決める（例えば、傾ける）。
【００１５】
本発明の別の実施例において、各鋳型キャビティは、前記立上り通路の方向に延長され、かつ立上り通路に沿って別々の高さに配置される複数の湯口通路により前記立上り通路と連通する。鋳型を回転させた状態で溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて溶融金属が部分的に充填される湯口通路から各区画に湯口通路内のまだ溶融状態の金属を供給するように、凝固した領域間の鋳型キャビティ内の複数のある程度別々の区画中に溶融金属を閉じ込めるよう湯口通路間の鋳型キャビティ内の領域で溶融金属は最初に凝固する。
【００１６】
本発明は、ガス透過性鋳型およびガス不透過性鋳型を用いて実施することができる。本発明は、ガス不透過性鋳型に鋳造し鋳型の鋳型キャビティ中に閉じ込められたガスを減少させるまたは取り除くことにおいてさらに有益である。
【００１７】
本発明の別の実施例において、セラミック鋳型は真空排気可能な容器内の、例えば乾燥鋳物砂などの粒状介在物中に支持される。容器を周囲より低い圧力にまで真空排気して、溶融金属を立上り通路中に上方に向かって強制的に流し、容器が回転するために取り付けられた支持体枠上に配置される回転駆動機構により容器を回転させる。
【００１８】
本発明は、容器中のセラミック鋳型を不堅牢性の原型に置き換える本発明のさらに別の実施例を想定している。不堅牢性の原型は容器中の粒状介在物中に支持され、直立の立上り通路形成部分と立上り通路形成部分の長さ方向に沿って別々の高さに配置される複数の鋳型キャビティ形成部分とを備える。各鋳型キャビティ形成部分は、湯口通路形成部分を経由して前記立上り通路形成部分と連通している。溶融金属は徐々に前進しながら原型を破壊して、粒状介在物中に立上り通路、鋳型キャビティ、および湯口通路を形成する。
【００１９】
本発明は、鋳型キャビティ内の圧力をより均一にするばかりでなくすべての高さの鋳型キャビティへの溶融金属の充填時間をより均一にし、さらに上部鋳型キャビティに直近の圧力サージを減少させ、それにより鋳造物中に閉じ込められるガスを減少させる。
【実施例】
【００２０】
本発明の優位性および目的は、次に述べる図面を用いる本発明の詳細な説明からよりよく理解できるであろう。
【００２１】
本発明は、多種多様な金属および合金を用いるさまざまな種類および形状の多種多様な部品の遠心減圧鋳造方法を提供する。ここで、これ以前および以後に用いられる「金属」という用語は、金属および合金を含むことがも意図されている。遠心減圧鋳造により作製できる典型的な部品には、例示目的であり限定ではないが、車両（例えば、自動車）内燃機関のピストン、ロッカーアーム、シートベルト部品、予燃室、ガスタービンエンジンのノズルおよびタービン翼、ミサイルのノーズコーン、フィン、カナード、フィンアクチュエータ、火砲部品、ゴールドクラブ、手工具部品、医学用の移植材料、数限りないその他の部品が含まれる。そのような金属および合金には、限定するものではないが、鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル合金、その他が含まれる。本発明は、セラミックシェル鋳型を用いる装置を除いて、小型または大型のインベストメント鋳造と同様な鋳造装置の遠心減圧鋳造に有益であり、さらに遠心減圧鋳造において鋳造サイクル時間を速めること、立上り通路に沿って鋳型キャビティを高密度に装填すること、および鋳造される金属の利用率を高めることに有益である。
【００２２】
図１〜図３を参照すると、ガス透過性セラミックシェル鋳型１０が公知のロストワックス法により形成される。ロストワックス法では、鋳型１０の不堅牢な（例えば、ワックス）原型組立品（図示せず）をセラミックスラリー（例えば、ケイ酸エチルやコロイド状のシリカゾルなどの液体バインダー中のジルコン、アルミナ、溶融シリカなどの耐火物粒子の懸濁液）中に浸漬し、余分なスラリーを原型組立品から水切りして、スラリーをコートした原型組立品に乾燥した粗い耐火物粒子（例えば、粒状ジルコン、溶融シリカ、ムライト、溶融アルミナなど）をかけるまたは粗い耐火物粒子でスタッコ仕上げをし、その後繰り返して空気乾燥して原型組立品上にシェル鋳型１０を形成する。その後、熱（例えば、蒸気オートクレーブのみで）またはその他の好適な原型除去方法により原型組立品を除去して、シェル鋳型を残す。その後、シェル鋳型をその製造に用いられる耐火物構成部品に依存する高温で焼成して、鋳造に必要な鋳型強度を得る。米国特許第５，０６９，２７１号は、本発明の実施に用いるための原型組立品上に薄い壁のセラミックシェル鋳型を作製するロストワックス法について記載しており、その教えは、本明細書の一部を構成するものとして個々に援用する。結果として得られるシェル鋳型１０は、多孔質のガス透過性鋳型壁１０ｗを有する。
【００２３】
セラミックシェル鋳型１０は、横向きの各湯口通路１４により鋳造される部品の形状を有する各鋳型キャビティ１６に連通する直立した立上り通路１２を備える。本発明の実施において、図１〜図３に示すように、複数の鋳型キャビティ１６は、立上り通路１２の長さ方向に沿って別々の高さ（すなわち、異なる軸方向の位置）で立上り通路１２の周縁（円周）に、間隔を置いて配置される。例えば、図１において、８個の湯口通路１４が、立上り通路１２の長さ方向に沿った各高さ（軸方向の位置）で立上り通路の周縁に間隔を置いて配置された８個の鋳型キャビティ１６に、溶融金属を供給するように設けられている。それにより、全体で１１２個の鋳型キャビティ１６が鋳型１０中に設けられる。
【００２４】
一般に、小さな鋳造物を作製するときには、６〜１２個の鋳型キャビティが各高さレベルに配置される。例えば自動車のピストンのような大きな鋳造物を鋳造する場合には、同じ形状構成は同じ参照番号により示されている図３Ａのように、３〜４個の鋳型キャビティ１６が、鋳型１０の高さ方向に沿って３〜５列の所定の鋳型高さに設けられる。この実施例において、通常湯口通路１４は図１〜図３に示す湯口通路よりもずっと幅が広い。幅広の湯口通路１４は、凝固工程中に十分な原料金属を供給するために必要である。例えば図３Ａを参照すると、２．５４ｃｍ（１インチ）×５．０８ｃｍ（２インチ）の湯口通路１４が一般的である。
【００２５】
別法として、各環状の鋳型キャビティ（図示せず）が１つ以上の湯口通路により立上り通路１２と連通した状態で、立上り通路１２の長さ方向に沿って異なる高さに、立上り通路の周縁に環状の鋳型キャビティを配置することもできる。例えば、ガスタービンノズルリングの形状を有する環状の鋳型キャビティを、複数のノズルリングを鋳型１０中で鋳造できるように、立上り通路の長さ方向に沿って異なる軸方向の位置に配置することができる。
【００２６】
本発明の実施例によれば、セラミックシェル鋳型１０は、回転可能な金属（例えば鋼のみ）製の真空型枠または容器２０中に置かれる。鋳型１０の開放された下端１０ａは、封止つば２３上に配置される。さらに封止つば２３は、容器の底面壁２０ｗ中の開口２０ａを通って容器の外側に伸びる直立の中空円筒管状の充填管２４の封止つば２４ａ上に配置される。溶融金属が隙間で凝固して下端１０ａとつば２４ａの間でその場封止を形成する状態で下端１０ａをつば２４ａ上に直接載せることもできるが、熱可塑性の接着剤またはセラミック繊維のガスケットが下端１０ａとつば２４ａの間に置かれる。つば２４ａは環状の封止ガスケット２４ｂを備え、封止ガスケット２４ｂの下面は容器の底面壁２０ｗと向き合っている。充填管は鋳造される溶融金属と共存性のあるすべての材料により構成することができるが、通常充填管はセラミック材料（例えば、鉄の材料を鋳造する場合にはムライト材料）により構成される。多孔質のガス透過性耐火物キャップ２６が、立上り通路１２の開放された上端１２ｃに配置され、熱可塑性の接着剤により任意に接着されて上端を塞ぐ。ガス不透過性のキャップまたは栓も開放端１２ｃを塞ぐのに用いることができる。
【００２７】
本発明の好適な実施例において、鋳型１０は耐火物の粒状支持体介在物２２（例えばレーキ底砂などの易流動性の乾燥鋳物砂）により、回転可能な真空容器２０中に取り巻かれて支持される。一般に、粒状介在物２２がシェル鋳型１０の周りに沈降してぎっしり詰まるのを助けるように容器２０を振動させながら、粒状介在物２２を上方の開放された容器端２０ｓｅから容器２０中のシェル鋳型１０の周りに取り入れる。その後、可動な上端真空ベルまたはヘッド３２が開放された容器端２０ｓｅに置かれる。真空ヘッド３２は、容器の直立した側壁２０ｓを気密にする環状の空気膨張シール３２ａを備える。真空ヘッド３２の孔の開いた板またはスクリーン３２ｂが、粒状介在物２２に面している。真空ヘッド３２は真空導管３４と連通している。導管３４は、容器２０の内部を真空排気している間に導管３５に対して導管３４と容器２０を回転可能にする従来の回転真空ユニオンまたは継手３７を有する。本発明を実施する際に有用な回転継手３７は、２インチ回転真空継手としてイリノイ州のワーキガンにあるデュブリン・カンパニー（Deublin Company）から商業的に入手可能である。容器２０の内部は、継手３７を経由して導管３４と連通する非回転導管３５に接続する真空ポンプＰＰによって、周囲より低い圧力に真空排気される。導管３４は、真空ポンプＰＰを真空ヘッド３２の内部と連通させる１つ以上の開口３４ａを備える。真空ヘッド３２は、孔の開いた板またはスクリーン３２ｂを経由して、容器２０の内部と連通している。容器２０の内部が部分真空（周囲より低い圧力）になると、上記に援用した米国特許第５，０６９，２７１号に記載されるように、真空ベルまたはヘッド３２が容器に対して相対的に軸方向に移動して、鋳型１０の周りの粒状介在物２２を圧縮する。容器２０の内部が真空（周囲より低い圧力）になると、立上り通路１２、湯口通路１４、および鋳型キャビティ１６が、粒状介在物２２、鋳型壁１０ｗ、および上端キャップ２６のガス透過性のおかげで、周囲より低い圧力にまで真空排気される。
【００２８】
本発明の実施例において、容器２０は枠４０上に回転可能に配置される。枠４０は、容器２０の壁２０ｓの上端に溶接された上部環状枠つばまたはフランジ部材４１を備える。
フランジ部材４１は容器およびその中身の重さを支持し、その荷重を従来の上部アンギュラコンタクト転がり軸受４３を通して円筒形の枠シェル部材４２に伝える。アンギュラコンタクト転がり軸受４３は、中空円筒形状のシェル部材４２のくぼんだ肩４２ｓ１上に配置される。シェル部材４２は、ロボットのジョーＡにより外側で掴み取られるように適合される。軸受４３は、内輪４３ａ、外輪４３ｂ、およびそれらの間の多数のボール４３ｃから構成される。従来の下部転がり軸受４４は、中空円筒形状の枠部材４２の環状の下部のくぼんだ肩４２ｓ２中のピストンに配置され保持される。くぼんだ肩４２ｓ２は、枠部材４２と、ファスナー４６により枠部材４２に取り付けられた下部環状枠つば部材４５との間にある。図１Ｃに示すように、軸受４４は、内輪４４ａ、外輪４４ｂ、およびそれらの間の多数のボール４４ｃから構成される。枠部材４１、４２、４５は容器２０に接続されて、くわえジョーＡ付のロボットのマニピュレータを有する鋳造機械に用いる組立品またはカートリッジを構成する。
【００２９】
容器２０が一般に立上り通路１２の中心の縦方向軸に相当する軸（図１中の垂直軸Ｌ）を中心に回転できるように、容器２０は容器２０を回転可能に支持する転がり軸受４３、４４の内輪４３ａ、４４ａ付の中空円筒状の枠部材４２内に収容される。容器２０は、転がり軸受４３、４４の内輪４３ａ、４４ａにそれぞれ受け止められてかつそれらと係合する、厚い上部壁領域２０ｓ１と下部壁領域２０ｓ２とを備える。円周方向に所定の間隔を置いて配置された、溝付の取り付け穴を有する従来の３つのクレセント４７が、容器２０ｓの側面にボルト４８で取り付けられる。図１Ｃに示すように、各クレセントは、容器壁のテーパーの付いた表面２０ｆと密着して係合するテーパーの付いた表面４７ｆを備える。クレセントはアンギュラコンタクト軸受４３、４４の間の遊びを取り除くように機能する。カートリッジを上下反転させたとき、クレセント４７は容器２０ｓの重さも支持する。
【００３０】
容器は、駆動鎖歯車５０ａを有するモータ５０により枠４０上で回転する。駆動鎖歯車５０ａは、容器壁２０ｓの外部表面２０ｏを取り巻いて伸びかつそれと摩擦係合駆動するベルト５２を駆動する。ベルト５２はシェル部材４２中の長穴４２ｏを通して伸びている。本発明の実施においてすべての種類の電気駆動、流体駆動、あるいはその他の駆動モータを用いることができるが、モータ５０は速度可変のＤＣモータにより構成される。リライアンス・エレクトリック・カンパニー（Reliance Electric Company）から入手可能なＴ５６Ｓ２０１３型の１ＨＰ（馬力）速度可変ＤＣモータを用いて本発明を実施することができる。モータ５０は、ファスナー５４と取り付け板５６により枠部材４２上に固定される。ベルト５２は、ゲイツ・ラバー・カンパニー（Gates Rubber Company）の５７０Ｈ１００型の幅２．５４ｃｍ（１インチ）、ピッチ１．２７ｃｍ（１／２インチ）、１１４歯のタイミングベルトを備える。タイミングベルトは、ダイムラー・クライスラー・コーポレーション（Daimler Chrysler Corporation）のＤｏｄｇｅ １６Ｈ１００ＴＬＡ型タイミングプーリーにより駆動され、鎖歯車５０ａによるベルトの回転が容器２０およびその中身を回転させるように、容器外部表面と摩擦係合する。
【００３１】
枠４０は、鋳造機械（図示せず）のロボットのつかみアームＡにより、掴まれて移動する。特に、つかみアームＡは、中空円筒形状の枠シェル部材４２の中央部分と係合する。
本発明は、つかみアーム、ロボットの移動装置などに限定されるものではなく、作業者が手作業で枠４０およびその上の容器２０を移動することができる。例えば別法として、アームＡは、その教えが本明細書の一部としてここに援用される米国特許第４８７４０２９号に開示される形式の鋳造機械の一部としてもよい。
【００３２】
さらに、本発明は、上記に示されかつ説明された特定の容器２０および枠４０に限定されるものではない。例えば、図１〜図３と同じ形状構成には同じ参照番号を用いている図１Ａと図１Ｂを参照すると、真空容器２０’と枠４０’が若干異なる構成を有して示されている。容器２０’は、直立した壁２０ｓ’上の外側方向にテーパーの付いた壁領域２０ｓ１’を備え、円周方向に伸びた上部肩２０ｇ’で終わっている。転がり軸受４３’、４４’が、内輪４１ａ’と外輪４１ｂ’の間に配置される。各軸受４３’、４４’は、ボール４３ｃ’、４４ｃ’付きの内輪レース４３ａ’、４４ａ’および外輪レース４３ｂ’、４４ｂ’を備える。下部の環状保持器４７’は、内輪４１ａ’上に取り付けられて軸受４４’を支持する。外輪４１ｂ’は、アームＡ’に固定される（例えば、溶接される）延長された支持枠部材４０ａ’上に固定して取り付けられる（例えば、溶接される）。内輪４１ａ’は、軸受４３’、４４’により支持されて、タイミングベルト５２’により回転される。図１Ａに示すように、電気駆動またはその他の方式の駆動モータ５０’は、延長された枠４０’上に取り付けられて、容器２０’を回転させるように内輪４１ａ’と摩擦係合するベルト５２’を駆動する駆動鎖歯車５０ａ’を備える。例えば、内輪４１ａ’が回転するとき、容器２０’は内輪との摩擦により回転する。枠４０’は鋳造機械のアームＡ’により移動を支持された状態で示されている。図１Ｂに示すように、アームＡ’は、互いに固定されて、枠部材４０ａ’の下面と係合する。容器２０’および枠４０’は、前述のように本発明の実施における図１〜図３の容器２０および枠４０の代わりに用いることができる。図１Ａおよび図１Ｂには便宜上示さないが、前記のような方法により、容器２０’は、シェル鋳型１０、鋳型を取り巻く粒状介在物２２、および真空ヘッド３２を収容できる。
【００３３】
容器２０（または２０’）は、鋳型１０、粒状介在物２２、および真空ヘッド３２を容器中に組み立てる装填作業位置（図示せず）から、鋳造機械のアームＡ（Ａ’）により容器２０（または２０’）が鋳型１０中に鋳造される溶融金属源Ｓ上に位置決めされる図１の鋳造位置に移動する。溶融金属源Ｓが、るつぼＣに収容されて、かつ米国特許第３，８６３，７０６号に示されるように、るつぼの周りの誘導コイル（図示せず）により加熱された溶融金属プールＰ（例えば、溶融金属または合金）を備えた状態で示される。米国特許第３，８６３，７０６号は、その教えが本明細書の一部としてここに援用される。
【００３４】
本発明の実施例によれば、充填管２４がプールＰ中に浸漬される前または後に、容器２０がモータ５０の駆動により図１の鋳造位置において回転する。例えば、１つの例示的な動作シーケンスは、プールＰ上の容器２０を回転し、次に充填管２４をプールＰ中に浸漬し、その後真空ポンプＰＰの作動により容器２０内を周囲より低い圧力にまで真空排気する各段階から成る。別の例示的な動作シーケンスは、充填管２４をプールＰ中に浸漬し、その後容器２０内を周囲より低い圧力にまで真空排気し、続いて容器２０を回転する各段階から成る。その他のシーケンスを用いることも可能である。約６８Ｋｇ（１５０ポンド）までまたはそれ以上の溶融金属または合金を鋳型１０中で上方に向かって強制的に流す本発明の実施に対して、容器内の周囲より低い圧力は、３３０ｍｍ（１３インチ）Ｈｇ〜４５７ｍｍ（１８インチ）Ｈｇの範囲であるが、本発明は容器２０内におけるその他の圧力レベルを限定するものではなく、および／または、プールＰの溶融金属表面に作用する圧力を増加させて、容器２０内の周囲より低い圧力がない状態またはある状態でプールＰに周囲より高い圧力を形成する方法を、使用される減圧鋳造パラメータ、使用される鋳型構成、および鋳造される溶融金属または合金に依存して、用いることができる。容器の回転速度は、立上り通路１２の寸法（例えば直径）にある程度依存し、１５０〜３００ｒｐｍの範囲である。例示目的であり限定ではないが、直径７．６２ｃｍ（３インチ）の立上り通路１２を用いて回転速度３００ｒｐｍが使用可能である。直径１２．７ｃｍ（５インチ）の立上り通路１２を用いる場合に、１５０〜２００ｒｐｍの回転速度を用いることができる。本発明は、使用される減圧鋳造パラメータ、立上り通路の寸法を含む使用される鋳型構成、および鋳造される溶融金属に依存して選択される、特定の回転速度に限定されるものではない。遠心運動により生成される金属平衡状態のヘッドは、合金組成の影響を受けない。例えば、回転により生成される液体アルミニウムの自由表面は、同じ鋳型の同じ回転速度における液体鋼の自由表面と同じである。鋼の密度が大きいため、鋼に対する遠心力は大きくなるが、鋼の金属平衡状態のヘッドは液体アルミニウムと同じである。
【００３５】
上記第１の動作シーケンスによれば、回転している容器２０（２０’）とその下にある溶融金属または合金Ｍの源Ｓは、相対的に移動して充填管２４の開放端を溶融金属Ｍ中に浸漬し、溶融金属または合金Ｍを鋳型１０に充填する。一般的に、容器２０（または２０’）がアームＡ（Ａ’）により下降して、固定したプールＰ中に充填管２４を浸漬するが、この目的のために、るつぼＣが単体で移動したり、あるいは容器２０（２０’）とともに移動することもできる。次に図２に示すように、容器２０内を周囲より低い圧力にする。この周囲より低い圧力は、容器を同時に回転させながら、プールＰから立上り通路１２中へさらに湯口通路１４を経由して鋳型キャビティ１６中に上方に向かって溶融金属を強制的に流して鋳型キャビティ１６に溶融金属を充填させることができる十分な圧力差（例えば、プールＰ上の周囲圧力と、容器内すなわち鋳型１０内の周囲より低い圧力）を生成させる。
【００３６】
各湯口通路１４にある溶融金属は、湯口通路１４と連通する鋳型キャビティ１６に向かう方向の遠心力を受ける。容器２０および鋳型１０の回転運動は立上り通路１２中の溶融金属の凝固を遅らせ、また鋳型キャビティ１６中でそれぞれの鋳造物が立上り金属と溶解するのを遅らせる。回転運動は、湯口通路１４において溶融金属中にせん断力を発生させて、また関連する鋳型キャビティ１６に向かう溶融金属に対して穏やかなポンプ作用および移動を生じて、立上り通路１２中のスカル形成（立上り通路表面での溶融金属の凝固）を遅らせる。立上り通路１２、湯口通路１４、および鋳型キャビティ１６中にある溶融金属に作用する遠心力は、立上り通路１２の高さに関係なく、すべての湯口通路１４中の溶融金属を横切る圧力を増加させ、それにより鋳型キャビティ１６の充填量を増加させる。
その結果、これにより、立上り通路１２内を上昇する溶融金属柱の速度が低下しして、溶融金属柱の頂部が立上り通路１２の閉じた上端（キャップ２６）に到達する時間を、ほとんどすべての鋳型キャビティ１６あるいはすべての鋳型キャビティ１６が充填される後まで、遅らせることができる。立上り通路に沿って異なる高さに鋳型キャビティを有する鋳型の減圧鋳造において、これまで観測された鋳型キャビティの上部の数列の湯口を横切る圧力スパイクを、実質的に減少またはなくすことができる。
【００３７】
例示目的であり限定ではないが、鋳型キャビティ１６を充填する代表的な時間は４秒より短く、使用する減圧鋳造パラメータ、使用する鋳型構成、および鋳型１０中で鋳造する溶融金属量に依存するが、通常約１．５秒である。
【００３８】
鋳型の回転運動は、立上り通路を通って移動するすべての液体金属中にせん断力を発生させる。これにより、回転する鋳型と機械の小さな不均衡により生じる振動とともに、鋳型が回転していなかった場合にスカルが形成し始める地点を通過した立上り通路中の溶融金属の凝固を遅らせる。プロセスにとって優位な点は、この現象により、立上り通路中の溶融金属を非回転鋳型に比べて長時間保持することができる、あるいは立上り通路の凝固を防ぐという優位性を保持しながら金属および合金を低温度で鋳造できることである。
【００３９】
さらに、立上り通路キャップ２６に達するまで充填する必要がある真空よりも低い真空の容器２０中の適切な真空レベル（周囲より低い圧力）により、図１〜図３に示す構成とは若干異なる構成を有する図５に示す立上り通路１２の上部閉鎖端（キャップ２６）の中央領域に達しない距離（すなわち、中央領域より下）まで、立上り通路１２中に溶融金属を上方に向かって流すことができる。例えば、キャップ２６に直近の溶融柱は、所定の回転速度での等圧表面ＳＦにより画定され、容器２０（２０’）および鋳型１０の回転運動の結果として立上り通路１２の縦方向軸を中心に一般に形成される、内部ボイドＶを形成する。溶融金属柱の上端の内部ボイドＶが存在するため、立上り通路１２の閉鎖された上端（キャップ２６）に直近の湯口通路１４を横切る圧力サージを減少させる。ボイドＶがない場合、溶融金属がキャップ２６を完全にぬらす場合のように、立上り通路１２中の溶融金属が湯口通路１４を横切る圧力サージを発生させる。内部ボイドＶは、逃げ道またはスペースをも提供する。溶融金属柱上端の直近の溶融金属中に取り込まれたガスが移動して、上部鋳型キャビティを充填する溶融金属中のガスの取り込みを減少させ、それによりそれらの鋳型キャビティ中で凝固する鋳造物中の取り込まれたガスを減少させる。遠心力により、溶融金属は立上り通路１２中の取り込まれたガスを、ガスが鋳型キャビティに入る可能性がはるかに少ない立上り通路の中央部に向けて移動させる。
【００４０】
鋳型がプールＰからの溶融金属で充填され、さらに容器２０（２０’）および鋳型１０が、プール中に浸漬された充填管２４とともにまだ回転しているとき、鋳型キャビティ１６および立上り通路１２中の溶融金属Ｍが凝固する前に、立上り通路１２中のまだ溶解している金属をプールＰに戻して排出させる。例えば図２において、真空ポンプＰＰを遮断し周囲圧力に連通する真空配管中の通気弁ＶＶを開放して、容器の内部を周囲の空気圧力にすることにより、立上り通路１２中の溶融金属は、容器内の圧力レベルを中断させて排出される。立上り通路１２中の溶融金属柱の作用する圧力は、立上り通路１２中の溶融金属が重力により再利用のために下にあるプールＰに逆流する圧力に等しい。本発明の実施により、立上り通路１２中の溶融金属が湯口通路および鋳型キャビティ中の溶融金属とともに凝固する従来の減圧鋳造法に比べて、８０％以上の非常に高い歩留が達成される。本発明の実施において、凝固した湯口通路１４を立上り通路１２から遮断するのにこれまで必要であった遮断形状構成がいらなくなるたので、立上り通路１２の周りに配置する鋳型キャビティ１６の数を従来に比べてはるかに増やすことができ、かつ鋳型キャビティ１６の寸法をはるかに大きくすることができる。結果として、本発明の実施において、はるかに多くの数の鋳造物を各鋳型１０中で鋳造できる。
【００４１】
溶融金属が立上り通路１２から排出されると、それにより湯口通路１４は空になった立上り通路１２から分離される。容器２０（２０’）および鋳型１０の回転による遠心力のおかげで、溶融金属は、湯口通路１４中に保持され、図４の左手側に示すように少なくとも部分的に湯口通路１４に充填される。湯口通路１４に部分的に充填され、かつ鋳型キャビティ１６に完全に充填される溶融金属は、立上り通路１２に沿った湯口通路１４の高さに関係なく湯口通路１４を横切る圧力が一般に等しいような容器２０（２０’）および鋳型１０の回転運動による遠心力のため、立上り通路１２中の周囲（例えば、大気雰囲気）の圧力より高い圧力を受ける。例えば、容器の回転速度が３００ｒｐｍのとき、空の立上り通路１２の中心軸から１２．７ｃｍ（５インチ）離れた位置での鋳型キャビティ１６中の圧力は、立上り通路１２の長さ方向（長さ７１．１２ｃｍ（２８インチ））に沿ったすべての高さでの各鋳型キャビティにおいて、２２．７ｐｓｉと決められた。このように、供給される圧力はすべての湯口通路１４の断面で同じであり、鋳型１０の頂部から底面までの鋳型キャビティへの供給の均一性を改良する。このとき、鋳型キャビティは完全に充填される。鋳型キャビティを充填するということは、鋳型キャビティを最初に充填するために立上り通路からの溶融金属の流れを指す。供給とは、凝固中の相変化および鋳型キャビティ１６中の金属の熱収縮により発生するボイドを充填するために、湯口通路１４からの溶融金属のその後の供給を指す。
【００４２】
すなわち、図４の右手側に示すように容器２０（２０’）が回転している状態で鋳型キャビティ中の溶融金属が凝固するにつれて起きる収縮に応じて、鋳型キャビティ１６に供給するために、湯口通路１４中にある溶融金属が使用できる。特に、容器が回転しながら１つ以上の鋳型キャビティ１６中の金属が凝固し収縮すると、関連する湯口通路１４からの溶融金属が必要に応じて湯口通路と連通する鋳型キャビティ１６に流れて収縮に対抗して、密度を向上させて（例えば、収縮空隙率を減少させて）鋳造物ＡＲＴを作製する。図４の右側に示されるように、収縮キャビティＳＫは、鋳型キャビティ中で凝固した鋳造金属物（鋳造物）ＡＲＴ中ではなく、１つ以上の湯口通路１４中で凝固した金属中に形成される。それにより、それぞれ個々に凝固した複数の鋳造物ＡＲＴが、立上り通路１２と接続していない鋳型キャビティ１６中に作製される。図３は、収縮キャビティＳＫを便宜上省略して、鋳型１０中で凝固した金属を示す。金属中に取り込まれたガスボイドの体積を減少させる圧力のおかげですべての湯口通路１４を横切る遠心力の圧力が周囲（例えば、大気雰囲気）の圧力に加わった圧力が存在する結果として、鋳造物ＡＲＴ中に取り込まれたガスによる空隙が減少する。本発明の実施において、収縮空隙率が少ないか、あるいは収縮空隙率がない状態で、はるかに多くの数の鋳造物ＡＲＴを各鋳型１０中で鋳造できる。
【００４３】
適切な湯口通路を用いて、充填管は鋳型キャビティを充填するために必要な時間のみプールＰ中に浸漬する必要があり、その後立上り通路１２中の溶融金属が空になるので、溶融プールＰ中に浸漬される充填管２４の滞留時間は、本発明の実施において減少する。鋳造物および湯口通路の凝固は、充填管をプールから取り除いた後に起きる。また本発明の実施により、プールＰからの放射熱および炉誘導コイルによる誘導加熱に容器２０をさらす時間を減少させ、それにより容器寿命を延長させる。さらに、高温の溶融金属が立上り通路１２中にある時間よりも、空の立上り通路１２とのつなぎ目において湯口通路１４は局所的に速く凝固するので、本発明の実施において凝固時間が短縮される。
【００４４】
本発明の実施により、９０％以上の非常に高い金属歩留（金属鋳造により鋳型１０中に分割された鋳造物ＡＲＴを形成する金属）が達成される。さらに、本発明の実施において、収縮率の減少のため密度が増加した状態で、はるかに多くの数および大きな寸法の鋳造物を鋳造できる。一例として、本発明の実施の前には、２８個の特定の種類の鋳造物を作製するために、約１１．８４Ｋｇ（２６．１ポンド）の溶融金属が必要であり、鋳型を容器２０中に１０分間留まらせた。本発明の実施においては、５６個の同じ種類の鋳造物を得るために、わずか約８．５７Ｋｇ（１８．９ポンド）の同じ溶融金属が必要であり、鋳型１０を容器２０中にわずか３分間保持しただけであった。
【００４５】
非常に高価な合金の場合には、鋳造サイクルを長くする犠牲によって、金属の歩留はさらに増加する。湯口通路１４の断面および長さを減らすことができ、さらに立上り通路中の金属が凝固し始める直前まで、立上り通路１２からの溶融金属の供給を維持することができる。ここで、溶融金属が立上り通路１２から空になり、鋳型の回転を短時間の間続けて湯口通路１４を凝固させると、非常に小さい湯口を持つ個々の鋳造物が得られる。この技術により、９７％の金属歩留が達成された。
【００４６】
鋳型キャビティ１６中で溶融金属が凝固した後、真空ヘッド３２を取り除き、鋳型１０中の凝固した鋳造物（鋳造物ＡＲＴ）とともに容器２０（２０’）をアームＡ（Ａ’）により砂落しテーブル（図示せず）に移動させ、それに続いて粒状介在物２２を除去し、さらに鋳造物ＡＲＴに鋳造後工程を施す。
【００４７】
本発明を例示する目的のためであり限定するものではないが、直径７．６２ｃｍ（５インチ）で高さ７１．１２ｃｍ（２８インチ）の立上り通路１２の周りに８４個の鋳型キャビティ（各鋳型キャビティは約５７６ｇ（１．２７ポンド）の鉄鋼合金を保持する）を有するシェル鋳型１０を作製した。各鋳型キャビティは、幅１．２７ｃｍ（１／２インチ）×高さ１．２７ｃｍ（１／２インチ）×長さ５．０８ｃｍ（２インチ）の寸法を有する単一の湯口通路１４により、立上り通路と連通していた。長さ２０．３２ｃｍ（８インチ）で直径６．３５ｃｍ（２．５インチ）のセラミック充填管が、立上り通路の底面に連通し、鉄鋼合金のプールＰの表面より１０．１６ｃｍ（４インチ）下に浸漬された。容器２０を４３２ｍｍ（１７インチ）Ｈｇまで真空排気し、１５０ｒｐｍで回転させて１．８秒間鋳型キャビティ中に溶融金属を充填した。また、立上り通路から溶融金属を排出させて鋳型キャビティ中の溶融金属を凝固させた後４５秒間回転を続けた。
【００４８】
本発明の上記実施例において、凝固中に収縮の問題を起こしやすい溶融金属を鋳造する場合、プールＰから立上り通路１２中に溶融金属を上方に向かって流す段階と容器２０（２０’）を回転させる段階は、鋳型キャビティ１６に溶融金属を充填する間に同時に行われる。立上り通路１２中に溶融金属を上方に向かって強制的に流して鋳型キャビティ１６を充填した後に、容器２０（２０’）およびその中の鋳型１０の回転を開始する本発明の別の実施例によれば、これらの段階は任意に順番に行うことができる。本発明のこの実施例では、鋳型キャビティ１６中に流れる溶融金属の乱れが減少する。
【００４９】
上記実施例では、鋳型１０の立上り通路１２および容器２０（２０’）の中心の長手方向軸Ｌを中心にして容器２０（２０’）および鋳型１０を回転させるが、前の図面と同じ形状構成を表示するために同じ参照番号に二重のプライム符号を用いている図８Ａ、８Ｂに示すように、鋳型１０’’の立上り通路１２’’の長手方向軸Ｌ’’からオフセットされていてかつ長手方向軸Ｌ’’と実質的に平行な回転軸ＡＲ’’を中心に回転させることも可能であるので、本発明はそれに限定されるものではない。軸ＡＲ’’は充填管２４’’および鋳型が配置された容器の長手方向軸に一致する。容器が回転するとき、鋳型の立上り通路１２’’の長手方向軸Ｌ’’から距離Ｘ’’だけオフセットされかつ長手方向軸Ｌ’’と実質的に平行な軸ＡＲ’’を中心に鋳型１０’’が回転するように、容器中に鋳型１０’’をオフセットして取り付けることによりこれが達成される。オフセットされた軸を中心に回転させると、立上り通路１２’’中のスカル形成がさらに遅くなる。
【００５０】
さらに、本発明では、単一の湯口通路１４により立上り通路１２とそれぞれ連通する鋳型キャビティ１６を有する鋳型１０に関して説明したが、各鋳型キャビティは多数の湯口通路を備えることができるので、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、図６を参照すると、隣接する相対的に薄い断面領域と厚い断面領域を有する延長された鋳造物を作製するために、複数の鋳型キャビティ２１６は、通常立上り通路２１２の方向にそれぞれ延長されている。各鋳型キャビティ２１６は、複数（例えば、３つが示されている）の湯口通路２１４により、立上り通路２１２に沿って異なる高さで連通されて、各鋳型キャビティの相対的に厚い領域２１６ａへの溶融金属の供給を確保している。下部の湯口通路２１４から溶融金属を排出して立上り通路２１２を空にすることにより立上り通路２１２が空になった後に、延長鋳型キャビティ２１６を充填する溶融金属のヘッドが、周囲の圧力に遠心力が加わった力に打ち勝つことができる。
【００５１】
本発明の別の実施例において、容器２０（２０’）および鋳型２１０を回転させて、湯口通路２１４間に位置する各鋳型キャビティ２１６の相対的に薄い領域２１６ｂ中の溶融金属を凝固させながら、十分に長い立上り通路２１２中に溶融金属を保持することにより、この望ましくない１つ以上の延長鋳型キャビティ２１６からの溶融金属の排出を克服する。その後上記のように立上り通路２１２からプールＰに溶融金属を排出して戻すとき、副鋳型キャビティ２１６ｃがそれぞれ単一湯口の鋳型キャビティのような挙動をして副鋳型キャビティまたは仕切り２１６ｃ中のまだ溶融している金属を閉じ込め溶融金属が鋳型キャビティ２１６の最下部の湯口通路２１４から外へ逆流するのを防ぐように、凝固した相対的に薄い領域２１６ｂは、鋳型キャビティを、凝固した薄い領域２１６ｂにより互いに隔離したまだ溶融している金属の副鋳型キャビティ２１６ｃに区切る。立上り通路２１２から溶融金属が排出されるとき溶融金属により部分的に充填された湯口通路２１４は、上記のように容器２０（２０’）の回転中に溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて、各副鋳型キャビティまたは仕切り２１６ｃに湯口通路２１４中のまだ溶融している金属を供給する。
【００５２】
図７Ａに示すように、本発明のさらに別の実施例において、鋳型の回転により形成される理論上の溶融金属表面ＳＦ’’が、立上り通路２１２’’から溶融金属を排出する際に、鋳型キャビティ２１６’’を通過するのではなく湯口通路２１４’’を通過するように、鋳型２１０’’の延長鋳型キャビティ２１６’’を立上り通路２１２’’に対して相対的に位置決めすることにより、この望ましくない延長鋳型キャビティからの溶融金属の排出を克服できる。図７Ａにおいて、立上り通路２１２’’に沿って高さが増加する方向の湯口通路２１６’’の長さを増加させることにより、この位置決めを行う。例えば、図７Ａについて言えば、中間の湯口通路２１４’’に比べて相対的に短い長さを有する下部の湯口通路２１６’’が示され、さらに上部の湯口通路２１４’’に比べて中間の湯口通路２１４’’の長さは相対的に短い。実際上、異なる長さの湯口通路２１４’’を用いて、各鋳型キャビティ２１６’’の長手方向軸ＬＡ’’は、立上り通路２１２’’の長手方向軸Ｌ’’に対して外向きの鋭角ＡＡ’’を持つ方向を向いている。
【００５３】
反対に、各鋳型キャビティ２１６’’’中のほとんどの溶融金属が凝固しないままの状態のとき立上り通路２１２’’’が空になる場合、図に示すような立上り通路から溶融金属が排出される際に、鋳型の回転により形成される理論上の溶融金属表面ＳＦ’’’が湯口通路２１４’’’と鋳型キャビティ２１６’’’を通過するような、鋳型キャビティ２１６’’’が図７Ａに示す本発明のように外側に傾いていない同様な鋳型２１０’’’を図７Ｂに示す。理論上の溶融金属表面ＳＦ’’’が通過する鋳型キャビティ２１６’’’の領域は、溶融金属が空になり、欠陥のある鋳造物が作製される。本発明の実施例による図７Ａは、鋳型キャビティから溶融金属が欠けるような望ましくない状況を克服できる。
【００５４】
ガス透過性鋳型１０（または１０’’など）を用いる実施例に関して本発明を説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、鋳鉄、鋼、グラファイトなどのガス不透過性鋳型を用いて実施することもできる。
【００５５】
図９Ａは，上記のように、溶融金属により銃弾型鋳型キャビティ３１６’’を遠心減圧鋳造することができるそのようなガス不透過性鋳型３１２’’の一部を示す。溶融金属は鋳型キャビティ３１６’’中でまだ液体であるが、立上り通路３１２’’から溶融金属が空になった後、３００ｒｐｍで回転する鋳型３１０’’の内側での大気雰囲気における圧力勾配を表す圧力勾配線１．０Ａ、１．１Ａ、１．２Ａ、１．３Ａ、１．４Ａを示す。各鋳型キャビティ３１６’’が充填されるにつれて、鋳型キャビティ３１６’’中のガスが鋳型キャビティ３１６’’の湯口通路３１４’’に向かう常に減少し続ける圧力の通路が遮られていない限り、この圧力勾配により、溶融金属Ｍ’’は各鋳型キャビティ３１６’’中のガスを湯口通路３１４’’より上の鋳型キャビティ３１６’’の領域からさえもそれと関連する湯口通路３１４’’を通して移動させる。
【００５６】
図９Ｂは、本発明によるものではなく、従来の重力注入（取り鍋注入）または従来の（非遠心分離）減圧鋳造により溶融金属が充填された同様なガス不透過性鋳型キャビティ３１６’’’を示す。湯口通路３１４’’’より上の鋳型キャビティ領域に、ガスが取り込まれる。例えば、エアーポケットＰ’’’が鋳型キャビティ３１６’’’の頂部に存在する。本発明の実施例による図９Ａは、この取り込まれるガスの問題を克服する。
【００５７】
図１０を参照すると、本発明の別の実施例が示され、ここではシェル鋳型１０の代わりに容器２０中に蒸発可能な原型組立品４１０が示されている。原型組立品４１０は、頂部多孔質キャップ４２６付きの中空円筒の立上り通路形成部分４１２を備える。立上り通路形成部分４１２は、湯口通路形成部分４１４により複数の鋳型キャビティ形成部分４１６と連通している。原型組立品４１０は、湯口通路形成部分４１４により複数の鋳型キャビティ形成部分４１６に連通する立上り通路形成部分４１２を形成する、互いに接合した複数の発泡プラスチック原型リング４１７から構成される。原型リング４１７は、その上に次々と重ねて、好適な接着剤により互いに接着し、原型組立品４１０を形成する。原型リング４１７は、受領した状態の膨張ポリエチレンプレートから切り出すことができる。膨張ポリエチレンプレートは、膨張可能なポリエチレンビーズを用いる従来の膨張発泡技術により成形される。原型組立品４１０の外部表面を耐火物のスラリーでコートして、断熱性のガス透過性耐火物コーティング層４２０を原型組立品４１０上に形成する。本発明の実施に用いる耐火物コーティング層としては、ボーデン・ケミカル社（Borden Chemical Co.）のＰｏｌｙｓｈｉｅｌｄ３６００が入手可能である。この耐火物コーティング層は、マイカと石英耐火物材料から成る。コーティング層４２０は、原型組立品４１０を耐火物材料のスラリー中に浸漬し、余分なスラリーを水切りし、さらにスラリーを一晩乾燥させて塗布し、原型組立品の外側表面上に２５４μｍ（０．０１０インチ）〜５０８μｍ（０．０２０インチ）の範囲の厚さを有するガス透過性耐火物コーティング層を形成する。
【００５８】
上記のように、本発明の方法の実施において図１〜図３の容器２０および鋳型１０に代えて、不堅牢性の原型組立品４１０を有する容器２０を用いることができる。容器２０を回転させた状態で上記のように鋳造する際に、溶融金属Ｍに作用する周囲（大気雰囲気）の圧力および容器２０内の周囲より低い圧力のために、溶融金属ＭはプールＰから原型組立品４１０の中空円筒の立上り通路形成部分４１２中に上方に向かって強制的に流される。溶融金属は上方に向かって粒状介在物２２中の原型組立品４１０を徐々に破壊し置き換えながら進行し、上記の立上り通路１２に類似の立上り通路、上記の湯口通路１４に類似の湯口通路、および上記の鋳型キャビティ１６に類似の鋳型キャビティをその場で形成する。遠心力による圧力により、溶融金属により形成される鋳型キャビティの周辺部分への蒸発可能な原型を経由する溶融金属の移動が加速される。液状およびガス状の原型材料（例えば、液状およびガス状のスチレン樹脂）が、少なくとも溶融金属の一部が湯口通路から漏出する立上り通路の方向に向かって溶融金属に置き換えられるように、鋳型は外側から充填される。上記のように、容器を回転させながら鋳型キャビティ中の溶融金属が凝固するにつれて収縮が起きることに応じて、鋳型キャビティへ供給する溶融金属により湯口通路が少なくとも部分的に充填された状態になるように、鋳型キャビティおよび湯口通路中の溶融金属が凝固する前に立上り通路中の溶融金属は排出される。鋳型キャビティ中の溶融金属は容器が回転している間に凝固して、鋳型キャビティ中に複数のそれぞれ凝固した鋳造物を形成する。溶融金属が鋳型キャビティおよび湯口通路中で凝固した後に、鋳型の回転を終了する。
【００５９】
本発明をその特定の実施例により説明したが、それにより本発明を限定するものではなく、添付の特許請求の範囲に記載される範囲においてのみ限定されるようにするものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】溶融金属をセラミックシェル鋳型中に鋳造する前の、本発明の実施例による遠心減圧鋳造用装置の側断面図である。
【図１Ａ】本発明の別の実施例による装置の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施例による装置の斜視図である。
【図１Ｃ】容器軸受とクレセント組立品の拡大断面図である。
【図２】溶融金属をシェル鋳型中に鋳造した後で、かつ溶融金属を立上り通路から排出させる前の、図１の装置の側断面図である。
【図３】溶融金属を立上り通路から排出させた後の、図１の装置の側断面図である。
【図３Ａ】溶融金属が立上り通路から排出されていて鋳型の下端の湯口通路をちょうど通過するときの、ピストン形状の鋳型キャビティを有する異なる鋳型を用いた状態における図１の装置の側断面図である。
【図４】鋳型立上り通路、湯口通路、および鋳型キャビティの拡大部分断面図であり、図４の左側は溶融金属が立上り通路から空になった直後の湯口通路および鋳型キャビティ中の溶融金属を示し、図４の右側は湯口通路および鋳型キャビティ中の凝固した金属を示す。
【図５】溶融金属柱が多孔質キャップより下に位置するような、立上り通路を完全に充填する不十分な圧力差の下で、溶融金属に作用する鋳型回転による遠心力の結果として形成された溶融金属表面を示す、鋳型立上り通路の上端領域および多孔質キャップの拡大部分断面図である。
【図６】異なる高さの複数の湯口通路により立上り通路と連通する延長された鋳型キャビティを示す、立上り通路の拡大部分断面図である。
【図７Ａ】立上り通路から溶融金属が排出される際に、鋳型回転により形成される理論上の溶融表面が、鋳型キャビティを通過するのではなく異なる高さの複数の湯口通路を通過する立上り通路に対して、相対的に位置する延長された鋳型キャビティを示す、立上り通路の拡大部分断面図である。
【図７Ｂ】立上り通路から溶融金属が排出される際に、鋳型回転により形成される理論上の溶融表面が、鋳型キャビティを通過するのではなく異なる高さの複数の湯口通路を通過する立上り通路に対して、相対的に位置する延長された鋳型キャビティを示す、立上り通路の拡大部分断面図である。
【図８Ａ】立上り通路の縦軸からオフセットされた軸を中心に鋳型を回転させるための、鋳型および充填管の配置を示す横断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂについての鋳型および充填管の縦断面図である。
【図９】（Ａ）は、本発明の別の実施例により鋳造されるガス不透過性鋳型を示す部分側断面図である。（Ｂ）は、従来の方法により鋳造される同様なガス不透過性鋳型を示す部分側断面図である。
【図１０】シェル鋳型の代わりに不堅牢性の原型を用いる場合の、本発明の別の実施例による遠心減圧鋳造用装置の側断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０、２１０  鋳型
１０ａ  下端
１０ｗ  鋳型壁
１２、２１２  立上り通路
１２ｃ  解放端
１４、２１４  湯口通路
１６、２１６  鋳型キャビティ
２０  容器
２０ａ  開口
２０ｗ  底面壁
２２  粒状支持体介在物
２３  封止つば
２４  充填管
２４ａ  つば
２４ｂ  封止ガスケット
２６  キャップ
３２  真空ヘッド
３４  導管
３５  非回転導管
３７  継手
４０  枠
４１、４２、４５  枠部材
４３、４４  軸受
４３ａ、４４ａ  内輪
４３ｂ、４４ｂ  外輪
４３ｃ、４４ｃ  ボール
４６  ファスナー
４７  クレセント
４８  ボルト
５０  モータ
５２  ベルト
５４  ファスナー
５６  取り付け板
４１０  原型組立品
４１２  立上り通路形成部分
４１４  湯口通路形成部分
４１６  鋳型キャビティ形成部分
４１７  原型リング
４２０  コーティング層
Ａ  アーム
Ｐ  プール
ＰＰ  真空ポンプ
Ｓ  溶融金属源