(57)【要約】鋳型内で形成された鋳造物からこの鋳型を取り外すための方法が開示される。この鋳型は、この鋳型に刻み目を付け、そしてこの鋳型を破砕して小片に破壊するに十分な力を付与することによって、この鋳造物から除去され得る。さらに、この鋳型は、鋳型パックに入れられた爆発性充填物によってか、または鋳型に指向される高エネルギーの脈動によってかのいずれかで、破砕され得る。一旦、鋳型が破砕され、そして種々の小片に破壊されると、この鋳型は、この鋳造物から取り外され得る。
2005532911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内で形成された鋳造物から該鋳型を取り外す方法であって、以下：
エネルギー付与されたストリームを、該鋳型に指向して、該鋳型を分解させる工程；および
該分解された鋳型の少なくとも一部分を、該鋳造物から取り外す工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記鋳型の外壁に刻み線を形成することによって、該鋳型に刻み目を付ける工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記刻み線が、前記鋳型の破壊および前記鋳造物からの該鋳型の一部分の取り外しのために予め決定された位置に位置する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記鋳造物を熱膨張させて、該鋳造物に該鋳型を支えさせる工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳造物が、該鋳造物を加熱することによって膨張する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記鋳造物が、放射エネルギー、誘導エネルギー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源によって加熱される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エネルギー源が、電磁エネルギー、レーザー、電波、マイクロ波、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記鋳型が、砂および分解性結合剤から形成され、該分解性結合剤は、該鋳型が上昇圧力下で酸素富化雰囲気中で加熱される際に燃焼して、該鋳型の破壊を容易にする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記分解された鋳型の少なくとも一部分が、前記鋳造物を熱処理する前に該鋳造物から取り外される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記エネルギー付与されたストリームが、加圧流体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記加圧流体が、加熱された空気、熱媒油、または水を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
鋳型内で形成された鋳造物から該鋳型を取り外す方法であって、以下：
エネルギー付与されたストリームを該鋳型に指向する工程であって、ここで、該エネルギー付与されたストリームが、該鋳型の外壁内の選択された位置で爆発される爆発性充填物を含有する工程；および
該鋳型の少なくとも一部分を該鋳造物から取り外す工程、
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記鋳型が砂および結合剤から構成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記鋳型の外壁に刻み線を形成することによって、該鋳型に刻み目を付ける工程をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記鋳型を破壊し、そして前記鋳造物から該鋳型の一部分を取り外すために予め決定された位置で、前記刻み線が、前記爆発性充填物と組み合わせて作動可能に配置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記鋳型の少なくとも一部分が、前記鋳造物を熱処理する前に該鋳造物から取り外される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記鋳型の小片を取り外す工程が、前記鋳造物を加熱して該鋳造物の膨張を引き起こす工程を包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記鋳造物を加熱する工程が、放射エネルギー、誘導エネルギー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源からのエネルギーを、該鋳造物に付与する工程を包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記エネルギー源が、電磁エネルギー、レーザー、電波、マイクロ波、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記鋳型が、砂および分解性結合剤から形成され、該分解性結合剤は、該鋳型が上昇圧力下で酸素富化雰囲気中で加熱される際に燃焼して、該鋳型の破壊および前記鋳造物からの該鋳型の取り外しを容易にする、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
エネルギー付与されたストリームを前記鋳型に指向する工程が、加圧流体を該鋳型の外壁に指向する工程をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記加圧流体が、加熱された空気、熱媒油、または水を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
鋳型内で形成された鋳造物から該鋳型を取り外す方法であって、以下：
エネルギーの脈動で該鋳型を刺激する工程；
該鋳型を破砕する工程；および
該鋳型を該鋳造物から取り外す工程、
を包含する、方法。
【請求項２４】
前記エネルギーの脈動が衝撃波として付与される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記衝撃波が、機械的手段、カノン、加圧気体および電気機械的手段、ならびにこれらの組み合わせの内の少なくとも１つから生じる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記鋳型の外壁に刻み線を形成することによって、該鋳型に刻み目を付ける工程をさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記鋳型を破壊し、そして前記鋳造物から該鋳型の一部分を取り外すために予め決定された位置で、前記刻み線が作動可能に配置される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記鋳型の小片が、前記鋳造物を熱処理する前に該鋳造物から取り外される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記鋳型を前記鋳造物から取り外す工程が、該鋳造物を膨張させるように該鋳造物を加熱する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記鋳造物を加熱する工程が、放射エネルギー、誘導エネルギー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源から前記鋳造物へとエネルギーを付与する工程を包含する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エネルギー源が、電磁エネルギー、レーザー、電波、マイクロ波、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記鋳型が砂および分解性結合剤から形成され、そして該鋳型を前記鋳造物から取り外す工程が、該鋳型を上昇圧力において酸素富化雰囲気中で加熱する際に、該結合剤を燃焼させて、該鋳型の破壊を容易にする工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記鋳造物を高エネルギーの脈動で刺激する工程が、前記鋳型を破砕させるに十分な力で、加圧流体を該鋳型の外壁に指向する工程を包含する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記加圧流体が、加熱された空気、熱媒油、または水を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
鋳型内で形成された鋳造物から該鋳型を取り外す方法であって、以下：
該鋳造物が中にある状態で、該鋳型を処理経路に沿って移動させる工程；
流体媒体を該鋳型の外壁に指向する工程；および
該流体を用いて、該鋳型を該鋳造物から取り外す工程、
を包含する、方法。
【請求項３６】
前記流体が、加熱された空気、熱媒油、または水を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記鋳型の小片を取り外す工程が、前記鋳造物を加熱して該鋳型内で該鋳造物の膨張を引き起こす工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記鋳造物を加熱する工程が、放射エネルギー、誘導エネルギー、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるエネルギー源で、前記鋳型を通して、該鋳造物にエネルギーを指向する工程を包含する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記エネルギー源が、電磁エネルギー、レーザー、電波、マイクロ波、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記鋳型が、砂および分解性結合剤から形成され、そして該鋳型の小片を前記鋳造物から取り外す工程が、該鋳型を上昇圧力下で酸素富化雰囲気中で加熱する際に、該鋳型の該結合剤を燃焼させて、該鋳型の破壊を容易にする工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記鋳型の前記小片が、前記鋳造物を熱処理する前に該鋳造物から取り外される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記鋳造物から中子を取り外す工程が、該鋳造物から該中子の少なくとも一部分を除去する工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記鋳造物が部分的に固化した場合に、前記流体媒体が、前記鋳型の前記外壁に指向される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４４】
鋳型内で形成された鋳造物から該鋳型を取り外す方法であって、以下：
該鋳造物が部分的に固化した場合に、エネルギー付与されたストリームを該鋳型に指向する工程；および
該鋳型の少なくとも一部分を、該鋳造物から取り外す工程、
を包含する、方法。
【請求項４５】
前記エネルギー付与されたストリームが、加圧流体、爆発物、電磁エネルギー、粒子およびこれらの組み合わせから選択される少なくとも１つのストリームを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記鋳型に刻み目を付けて、該鋳型を弱化する工程をさらに包含する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記鋳造物を加熱して、該鋳造物を熱膨張させる工程をさらに包含する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記鋳型の少なくとも一部分を取り外す工程が、前記鋳造物から、中子の少なくとも一部分を除去する工程を包含する、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００２年７月１１日に出願された、米国仮出願番号６０／３９５，０５７の利益を主張し、そして本願は、２００１年５月９日に出願された、米国特許出願番号０９／８５２，２５６の一部継続出願である。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般に、金属鋳造物の製造に関し、そしてより特定すると、砂鋳型内での鋳造物の製造、ならびに鋳造物からの砂鋳型および中子の除去の増強に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
金属鋳造物を形成するための伝統的な鋳造プロセスは、一般に、所望の鋳造物の外側の特徴（例えば、シリンダーヘッド）が内表面に形成された、鋳型またはダイ（例えば、永続的な金属ダイまたは砂鋳型）を使用する。砂および適切な結合材料で構成され、そして鋳造物の内側の特徴を規定する砂中子は、代表的に、ダイの内部に入れられて、鋳造物の特徴をさらに規定する。砂中子は、一般に、金属鋳造物の内部で、輪郭および内側の特徴を作製するために使用され、そして鋳造プロセスが完了した後の、この中子の砂材料の鋳造物からの除去および再生利用が、必要である。
【０００４】
用途に依存して、砂中子および／または砂鋳型のための結合剤は、フェノール系樹脂結合剤、フェノール系ウレタン「コールドボックス（ｃｏｌｄ  ｂｏｘ）」結合剤、または他の適切な有機結合剤材料を含み得る。次いで、ダイまたは鋳型には、融解した金属合金が満たされ、これが特定の所望の程度まで冷却されて、この合金を固化させる。この合金が鋳造物に固化した後に、この鋳造物は、さらなる加工（熱処理、砂中子からの砂の再生利用、および熟成が挙げられる）のために、処理炉（単数または複数）に移動される。熱処理および熟成は、金属合金が異なる用途に適う異なる物理的特性を与えられるように、金属合金を調整するプロセスである。
【０００５】
砂鋳型および／または中子は、一般に、熱処理の完了前に、鋳造物から除去される。砂鋳型および／または中子は、代表的に、１つの手段または手段の組み合わせによって、それらの鋳造物から分離される。例えば、砂が鋳造物から削り取られ得るか、または鋳造物が物理的に振盪または振動されて、砂鋳型および鋳造物の内部の砂中子を破壊し得、そしてこの砂を除去し得る。さらに、または代替的に、砂鋳型および鋳造物が、熱処理炉および／または熱砂除去炉に通される際に、砂鋳型および中子のための有機結合剤または熱分解性結合剤が、一般に、所望の金属特性への鋳造物の熱処理のための高温への曝露によって破壊されるかまたは燃焼し、その結果、この鋳型および中子からの砂が、鋳造物から除去され得、そして再生され得て、仕上げられた熱処理された鋳造物を残す。鋳造物の熱処理の炉システムおよび方法は、米国特許第５，９５７，１８８号、同第５，８２９，５０９号、および同第５，４３９，０４５号に見出され、これらの各々は、明白に、その全体が本明細書中に参考として援用される。鋳造物の熱処理および熟成が、砂除去プロセスの間および／または後に、実施される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許に開示されているもののような技術は、例えば、競争、原料の価格上昇、エネルギー、労力、廃棄物処理、および環境規制によって、余儀なく行われている。これらの要因により、このような金属鋳造物の熱処理およびこのような金属鋳造物からの砂再生の分野において、引き続いて、改良が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（要旨）
本発明は、鋳造物からの砂鋳型および中子の除去を増強するための、方法およびシステムを包含する。この方法およびシステムは、一般に、鋳造物を分解し、そして分解された鋳型の少なくとも一部分をこの鋳造物から取り外すか、または他の様式で除去するために、エネルギー付与されたストリームを鋳造物に指向することを包含する。このエネルギー付与されたストリームとしては、加圧流体、粒子、レーザー、電磁エネルギー、または爆発物のいずれか１つ以上が挙げられ得る。本発明の１つの実施形態によれば、この砂鋳型は、この鋳型の周りの予め決定された位置または点において、この鋳型に刻み目を付け、そしてこの鋳型を破砕して小片に破壊するに十分な力を付与することによって、この鋳造物から除去され得る。例えば、これらの鋳型は、この鋳型内で加熱される鋳造物の熱膨張によって、ならびに／またはこれらの鋳型への放射エネルギーもしくは誘導エネルギーの付与によって、ならびに／または鋳型もしくは鋳造物への力および／もしくはエネルギーの他の付与によって、破砕され得る。さらに、加圧流体、粒子ストリーム、パルスおよび／または衝撃波がまた、この鋳型の外壁に指向されるかまたはこの鋳型における１つ以上の開口もしくは凹部に導入されて、この鋳型の破壊をさらに補助し得る。この鋳型および／または中子は、破砕されるか、種々の小片に破壊されるかまたは他の様式で分解され、そしてこの鋳造物から取り外される。実際に、これらの鋳型および中子の破砕または破壊は、単独で、鋳造物からの破砕された部分の取り外しまたは他の様式での除去のために働き得る。砂鋳型の小片が加熱される場合に、この鋳造物は、例えば、必ずしもそうではないが、同じ熱処理炉内でかまたは熱処理の間に使用されるものと同じ熱によって、その結合剤材料を燃焼させて鋳型および中子からの砂の破壊および再生利用をもたらすために十分な温度まで、熱処理され得る。
【０００８】
本発明の方法およびシステムは、一般に、精密砂鋳型、生砂鋳型、半透明鋳型などと共に使用することに関し、これらの鋳型は、一般に、熱処理の間に破壊され、そして例えば、これらの鋳造物から除去されるように設計される。例えば、接合線に沿って一緒に嵌合したセクションを有する他の型の鋳型もまた、本発明において使用され得る。例えば、本発明は、中子ロッキング型の鋳型と共に利用され得、ここで、これらの鋳型は、中心ロッキング中子片によって一緒に保持されたセクションで形成され、これらの中心ロッキング中子片は、パルス波動、流体、粒子ストリームまたは他の力をそこに付与することによって、破砕および／または破壊され、その結果として、砂鋳型のセクションが解放され、そして鋳造物から落ちる。
【０００９】
さらなる実施形態において、鋳型を鋳造物から取り外すための方法およびシステムは、１つ以上の爆発性充填物または有機材料もしくは熱分解性材料を、鋳型の外壁、開口または凹部内の１つ以上の選択された位置に置く工程を包含し得る。この爆発性充填物は、鋳型の破砕および小片への破壊を引き起こすために、プロセス中の特定の時点で爆発される。次いで、破壊された小片が、鋳造物から取り外され得る。
【００１０】
さらに、爆発性充填物あるいは有機材料または熱分解性材料もしくは熱反応性材料を含む鋳型に、刻み線が付加され得る。これらの刻み線は、爆発性充填物および／または有機材料もしくは熱分解性材料と組み合わせられて、予め決定された位置に作動可能に配置されて、爆発性充填物の開始の際に、鋳型の一部分の破壊および鋳造物からの取り外しを増強する。鋳型が取り外された後に、鋳造物の熱処理が開始または継続し得る。
【００１１】
なおさらなる実施形態は、鋳型を高エネルギー脈動または低エネルギー脈動で刺激することによって、鋳造物から鋳型および／または中子を取り外す方法およびシステムを包含する。この鋳型および／または中子は、代表的に、この高エネルギーパルスまたは低エネルギーパルスあるいは高エネルギー波または低エネルギー波によって、刺激されたかまたは他の様式で曝露された後に、破砕されるかまたは他の様式で分解し、次いで、これらの鋳型および／または中子の破砕された部分が、鋳造物から取り外され得る。このエネルギー脈動は、代表的に、機械的手段（例えば、カノンまたは加圧された気体の送達システム）、電気機械的手段、マイクロ波および／または電磁波もしくは他のパルス波動の発生器のいずれかから生じる、衝撃波、圧力波、音響波、電磁波、またはこれらの組み合わせを含む。さらに、刻み線はまた、鋳型の破壊および鋳造物からの取り外しを補助するために、鋳型に適用され得る。
【００１２】
鋳型および／または中子を鋳造物から取り外すための方法およびシステムは、鋳造プロセス全体の一部として利用され得る。この鋳造プロセスにおいて、鋳造物が注がれ、そしてこの鋳造物が、この鋳造物の外側表面の少なくとも一部分の固化を可能にするために十分な量で冷却された後に、この鋳型は、鋳造物のための溶液熱処理プロセスの最初の工程の前にかまたはこの工程と組み合わせて、取り外され得る。その後、これらの鋳型および中子の取り外された部分は、収集され、そして鋳造物が熱処理されている間に、再生利用プロセスに供される。さらなる代替として、これらの鋳型および中子は、破壊され、そして鋳造物から取り外され得、その後、この鋳造物がクエンチタンクに移動され得、このタンク内で、中子（これは、水溶性であり得る）が分解および除去され得、そして／または次いで、この鋳造物が、必要に応じて、熟成プロセスに供され得る。
【００１３】
代表的に、鋳型の一部分を取り外し、そして／または破壊し、そして鋳造物内の砂中子の破壊を増強するために付与される、パルス波動、流体、粒子ストリーム、爆発物または他の力は、チャンバ内で、または鋳造ステーションから熱処理ライン、クエンチングライン、もしくは熟成ラインまでの移動経路に沿って付与される。パルス波動、流体、粒子ストリーム、爆発物または他の力を付与するために、アプリケータ機構（例えば、圧力ノズル、音響衝撃波発生器もしくは電気機械的衝撃波発生器、または類似のパルス発生機構）が、間隔を空けた位置またはステーションに配置され、そして鋳型の周りの所望の点（例えば、鋳型の刻み線または接合部に面するかまたは整列する）に配向されるか、またはこの点と整列される。これらの鋳型は、一般的に、パルス波動（例えば、加圧流体、粒子ストリーム、衝撃波、マイクロ波または他の力の機械的付与、電気機械的付与もしくは電気的付与の爆風）を所望の点または位置（例えば、鋳型に見出される刻み線に沿ってかまたは鋳型の部分の間の接続接合部）に指向するための既知の割り出された位置に移動され、そしてこの鋳型を、いくつかのより大きい塊、または鋳型のより効率的かつ迅速な除去のための小片に分離し、そして破壊する。パルス波動、流体、粒子ストリーム、爆発物または他の力の付与によって、これらの鋳型が破壊されるにつれて、これらの鋳型の部分または小片は、回収および再生利用のために、鋳造物から自由に落ちる。従って、種々の材料の回収および取り扱いまたは搬送のための方法またはシステムが、本発明と共に使用され得、これらとしては、ターンテーブルのような回転コンベア、インラインコンベア（水平配向搬送システムと垂直配向搬送システムとの両方が挙げられる）、フライト（ｆｌｉｇｈｔｅｄ）コンベア、割出しサドル、または類似の機構が挙げられる。
【００１４】
さらなる実施形態において、鋳造物は、所望の位置でのパルス波動、流体、粒子ストリーム、爆発物または他の力の付与のために、自動搬送機構によって、割出しされた位置の間で移動され得、この機構はまた、砂鋳型の破壊および砂鋳型の部分の除去を補助するために、例えば、鋳型の部分に物理的に係合し、そして除去することによって、使用され得る。あるいは、鋳造物および鋳型は、実質的に固定された位置に維持され得、そしてパルス波動、流体、粒子ストリーム、または他の力のアプリケータが、これらの鋳造物および鋳型の周りの所望の配向に移動され得る。
【００１５】
本発明の種々の目的、特徴および利点は、添付の図面と組み合わせて、以下の明細書を読むことによって、当業者に明らかとなる。
【００１６】
（詳細な説明）
本発明は、概して、砂鋳型内に形成した鋳造物からのこの砂鋳型および砂中子の破壊および除去を向上し、熱処理温度へのこの鋳造物の曝露をスピードアップし、そしてこの砂鋳型および砂中子の破壊ならびにこの砂鋳型および砂中子からの砂の再生利用を向上させるための方法を包含する。この鋳型は、熱処理炉もしくは熱処理ユニットへの砂鋳型および鋳造物の導入の前か、またはこのユニット内の熱処理および砂再生利用のためにこの熱処理炉もしくは熱処理ユニット自体内でのいずれかでその鋳造物の周りから取り除かれ得る。さらに、鋳造物からの鋳型の増強された破壊および除去のための、本発明のシステムおよび方法は、全体的なまたは連続的な金属鋳造および／または熱処理プロセスの一部であり得る。本発明はまた、適用に依存して、「熱い」（注がれたばかりであり十分に固化した）鋳造物および／または「冷たい」鋳造物から、鋳型を除去するための、別個のまたは独立したプロセスとして使用され得る。使用の際に、本発明の方法は、一般に、鋳造物の融解金属が少なくとも部分的に固化する場合に、この鋳造物の外側表面に沿って起こり、この鋳造物の変形を回避する。米国特許仮出願番号６０／３９５，０５７および０９／８５２，２５６の両方の明細書は、その全体が本明細書中に参考として援用される。
【００１７】
それらの鋳造物からの鋳型の破壊および除去の向上によって、この鋳造物は、熱処理加熱炉またはチャンバの周囲加熱環境に、より迅速に曝露される。従って、この鋳造物の温度を上昇させて所望の処理を達成するのに必要なエネルギーおよび時間は少なくなり、そしてこの鋳型が鋳造物から取り外される場合に、鋳造物の金属特性が得られる。
【００１８】
金属鋳造プロセスは、一般に、当業者に公知であり、そして伝統的な鋳造プロセスは、参照の目的で、簡単にしか記載されない。本発明は、任意の型の鋳造プロセス（アルミニウム、鉄、鋼鉄ならびに／または他の型の金属および金属合金の鋳造物を形成するための、金属鋳造プロセスが挙げられる）において使用され得ることもまた、当業者によって理解される。従って、本発明は、特定の鋳造プロセスにも、特定の型の金属または金属合金にも用途が１つに限定されず、そして限定されるべきではない。
【００１９】
図１Ａ〜１Ｂに図示されるように、代表的に、融解した金属または金属合金は、注入ステーションまたは鋳造ステーションにおいて、ダイまたは鋳型１０に注入され、鋳造物１１（例えば、シリンダーヘッドまたはエンジンブロックまたは類似の鋳造部品）を形成する。代表的に、砂および有機結合剤（例えば、フェノール樹脂）から形成される鋳造中子１２が、鋳型１０に受容されるかまたは鋳型１０内に配置され、これによって、中空キャビティおよび／または鋳造細部もしくは幅木を、この鋳型内で形成されている鋳造物内に作製する。この鋳造中子は、鋳型とは別体であり得るか、または鋳型の一部を形成し得る。この鋳型としては、代表的に、「精密砂鋳型」型の鋳型および／または「生砂鋳型」が挙げられ得、この鋳型は、砂鋳造中子１２と同様に、一般に、珪砂またはジルコンサンドのような砂材料から形成され、フェノール樹脂または当該分野において公知である他の結合剤のような結合剤と混合される。これらの鋳型としてはさらに、焼かれない、コールドボックス（ｃｏｌｄ  ｂｏｘ）型およびホットボックス（ｈｏｔ  ｂｏｘ）型の砂鋳型、ならびに半透明な砂鋳型が挙げられ得、これらの鋳型は、代表的に、砂および結合材料、金属（例えば、鋼鉄）、または両方の型の材料の組み合わせから形成される、外側鋳型壁を有する。なおさらに、中子をロックする型の鋳型が使用され得、ここで、これらの鋳型は、連結片または連結部分として形成され、これらは、砂中子によって一緒にロックされる。用語「鋳型」は、本明細書で以下において、一般に、上で議論されたような全ての型の鋳型および中子をいうために用いられることが理解される。
【００２０】
鋳造物から鋳型を取り外す方法は、砂鋳型に「刻み目を付け」、これによって、この砂鋳型に破壊線、へこみまたは弱化領域を形成する工程を包含し得る。この鋳型は代表的に、鋳型内に設定された刻み線に沿って破砕および破壊する。なぜなら、鋳型内に含まれる鋳造物からの鋳型の取り外しおよび除去を容易にするためにこの結合材料が燃え尽きるからである。この刻み線は、一般に、各鋳型の横ならびに／または頂部および底部に沿ってもしくはその周りの予め決定された位置に配置され、これらの位置は、一般に、鋳型の破壊のために最適であるように選択される。このような予め決定された位置における刻み線の配置は、この鋳型およびこの鋳型内で形成された鋳造物の形状に依存する。
【００２１】
用語「刻み目を付ける（ｓｃｏｒｉｎｇ）」とは、切断ブレード、ミリングデバイスならびに他の類似の自動および／または手動操作切断デバイスもしくは溝彫りデバイスを含む任意の機構による、鋳型の頂部、底部および／または側面の壁に作製された、任意のタイプのカット、ライン、スクラッチ、へこみ、溝もしくは他のこのようなマーキングを含み得る。この刻み目は、一般に、この鋳型の外側に置かれ得るが、この鋳型の外部表面のみに限定されず、そしてこの鋳型の内部表面がまた、外部表面の刻み目に加えて、または代わって、刻み目を付けまたは溝彫りされ得ることが理解される。各鋳型は、この鋳型の形成の間、またはその後の、熱処理炉内への（鋳型内の鋳造物とともに）鋳型の導入までのある時点で、任意の従来の手段によって（例えば、この鋳型の外部表面および／または内部表面上に配置または形成された、成形またはスクラッチされたラインによって）、刻み目を付けられ得る。
【００２２】
ある力がさらにこの鋳型に加えられ、この鋳型の種々の小片への破砕および破壊を増強し得る。次いで、この小片は、鋳造物から容易に取り外されるかまたは脱落され得る。このような力は、この鋳型の内壁に、この鋳型の外壁に、またはこの２つの組み合わせに加えられ得る。この鋳型の内壁に加えられた力は、代表的に、この鋳型内の鋳造物の熱膨張から生じ、放射エネルギー、誘導エネルギーまたはそれらの組み合わせを用いてこの鋳造物を加熱することによってさらに強化または増進される鋳造物の膨張を伴う。この鋳造物を加熱するために用いられたエネルギー源は、電磁エネルギー、レーザー、電波、マイクロ波およびそれらの組み合わせを含み得る。
【００２３】
鋳型および／または鋳造物を加熱するために用いられるエネルギー源としてはまた、レーザー、電波、マイクロ波、もしくは他の形態の電磁エネルギーおよび／またはそれらの組み合わせが挙げられ得る。概して、これらおよび他のエネルギー源は、外部に向かって放射されるか、または鋳型および鋳造物を加熱し、熱膨張を生じ、鋳型および／または中子の砂の破砕または破壊をもたらすために、この鋳型または鋳造物の特定の領域に指向される。あるいは、誘導エネルギーは、一般に、金属の加熱をもたらす鋳造物（そして、より少ない程度で、鋳型）内の電流を誘導する、電磁エネルギーの場において鋳造物および鋳型を包む工程を包含する。代表的には、導電性でなく絶縁性である鋳型では、誘導エネルギーが潜在的に、この鋳型内に直接、ある限定された加熱効果を提供する。当然ながら、鋳型を壊すためにこの鋳造物を加熱および膨張させる他の方法が存在し得る。さらに、刻み線は、この鋳型に加えられるか、またはこの鋳型自体によって加えられ、この鋳造物または鋳型からの鋳型の取り外しを助け得る。
【００２４】
エネルギーの脈動はまた、例えば、炉のような特別に設計された処理チャンバ内に付与され得る。設計の特徴は、脈動に耐える能力および得られる効果を含み得、これが、このチャンバの中および外側への鋳型／鋳造物の移動をもたらし、脈動の正確な制御をもたらす。このエネルギー脈動は一般に、鋳型中子および鋳造物に対してある程度まで熱移動を増強する。この脈動はまた、この鋳型および中子からの分解された結合剤ガス、鋳型および中子に対する酸素保有処理ガスの大量輸送を促進し、そして鋳造物から砂を緩める。この脈動は、低周波数または高周波数の両方で生じ得、ここで低周波数脈動は一般に、鋳型または中子を破砕するための力を生成するために利用され、そして高周波数は、移動、大量輸送およびより小規模である程度の破砕を強化するために使用される。より高周波数の脈動ほど、鋳造物内でのある程度の振動効果を誘導し、上記のプロセスの機械的効果を促進する。
【００２５】
さらに、この鋳型は、この鋳型に対するこれらのエネルギー源のいずれかまたはすべての付与によって破壊されて、砂鋳型および／または中子の有機結合剤もしくは熱化学結合剤（この結合剤は、熱の存在下で破壊し、これによって鋳型の分解を容易にする）の分解を促進し得る。さらに、この鋳型は、鋳型の外側壁または鋳型の壁の開口もしくは凹部に対する、空気、熱媒油、水、燃焼産物、酸素富化ガス、粒子ストリームまたは他の流体物質のような加圧流体の付与によって破砕され得る。
【００２６】
さらに、パルスまたは衝撃波の形態での力の直接的付与、加圧流体、音響波、または他の機械的パルス、電気機械的パルスもしくは電磁パルス、あるいはそれらの組み合わせの適用が、この鋳型、中子、または鋳造物に付与され、この鋳型の小片への破砕および破壊を補助し得る。１つの実施形態において、鋳型および／または中子は、力の直接付与のために高エネルギー脈動で刺激される。これはまた、この鋳型の壁を貫通して、鋳型の加熱を生じ、鋳型結合剤の燃焼および鋳型の生じる破壊をさらに補助し得る。脈動エネルギーは、定常的に再発する力または間歇的な力もしくはパルスであり得、そして機械的手段、電気機械的手段、電気的手段および／または他の公知の手段（例えば、圧縮式カノンまたは加圧ガス）によって生成される、衝撃波、圧力波、音響波またはそれらの任意の組合せの形態であり得る。このようなエネルギーの脈動または力の付与は、本明細書中以下において包括的に、「パルス波動」と称され、この用語は、上記エネルギー脈動ならびに他の公知の機械的力、電気的力および電気機械的力の付与を網羅すると理解される。あるいは、低出力爆発性充填物または有機物質もしくは熱分解性物質が、この鋳型中に配置され得、そしてこの鋳型の加熱によって作動または開始され、鋳型の鋳造物のまわりからの鋳型の破壊および取り外しを補助し得る。
【００２７】
より詳細には、本発明は、鋳造物の熱処理の前または熱処理の間に砂鋳型を取り外すかまたは破壊するこの機能を実施するための、いくつかの代替的実施形態および／または方法を予測する。任意の記載された方法が、組み合わせてまたは互いと別々に用いられ得ることがまた理解される。これらの種々の方法は、図１Ａ〜６Ｂに例示される。
【００２８】
図１Ａおよび１Ｂに例示された本発明の第一の実施形態において、その中に鋳造物１１を有する砂鋳型１０が示され、これは、この鋳型１０の外部側壁１４Ａに形成された、少なくとも１つのそして代表的には複数の刻み線１３またはリリーフラインを備える。刻み線／リリーフライン１３は、鋳型１０の外部側壁１４Ａ中で溝もしくはノッチとして、代表的には切り込まれるか、または他の様式で形成され、そしてこの鋳型パックの外壁のブレークラインとして働く。図１Ａに示されるように鋳型１０の内壁１４Ｂ中に、ならびに／または鋳型１０の頂部壁１６および底壁１７に、刻み線／リリーフライン１３Ａを切り離すかまたは形成することがまた可能である。
【００２９】
図１Ｂにさらに例示されるように、これらの刻み線／リリーフラインは、鋳型壁を弱くし、それによって鋳型１０の破砕または破壊の位置および場所を予め決定し、その結果、力Ｆがこの鋳型１０の壁１４Ｂに付与されるにつれて、この鋳型１０の壁１４Ｂは、図１Ｂの１８に例示されるように、これらの刻み線／リリーフラインに沿ってクラッキングおよび破壊される。代表的には、この力Ｆは、鋳造物が鋳造物を熱処理するための加熱温度または上昇温度に供された場合、鋳造物１１の金属の熱膨張に起因して鋳造物１１自体による鋳型１０の内壁１４に対する圧力の発揮を含む。熱処理炉において熱に応答して鋳造物の金属が膨張する場合、この金属は、鋳型１０の壁１４Ｂを外側に対して押しやり、鋳型１０をクラッキングさせ、そして刻み線／リリーフライン１３によってその中で生じる弱い点で破砕させる。結果として、鋳型１０の部分または一部は、その結合物質が熱処理炉中で経時的に燃焼されるにつれて、鋳型を単に破壊しかつ緩徐に分解するのではなく、一般に鋳造物のための熱処理プロセスの初期段階の前または間に、容易にかつ簡単にこの鋳型１０およびその鋳造物から取り外される。
【００３０】
図２Ａ〜２Ｂは、鋳型２０を、鋳型２０の中で形成された鋳造物２１から破壊および取り外しするための本発明の代替の実施形態を例示する。この代替的方法において、低衝撃性の爆発性充填物２２を、鋳型２０の側壁２３内の１つ以上の点に装填する。この爆発性充填物２２は一般的に、鋳型パック内に戦略的に配置され、これは壁内の境界接合部２４に一般に近接しており（例えば、側壁２３と頂部壁２６および底壁２７との間）、これによって鋳造物２１をインタクトになお保持しながら、鋳型２０を鋳造物２１から取り外す。図２Ｂにさらに示されるように、低強度の爆発性充填物２２の爆発後、ギャップまたはチャネル２８が鋳型２０内に形成され、鋳型２０の側壁２３ならびに壁２６および２７の上部および底部を通じて深く延びる。結果として、鋳型２０は、これらのチャネルまたはギャップ２８で、またはこれに沿って実質的に弱化され、その結果、鋳型２０は、鋳造物２１の温度膨張からの存在に応答して、および／または鋳造物２１からの鋳型２０の容易な除去のために、鋳型２０の結合材料が燃焼されるにつれて、これらのチャネル２８に沿って、容易に部分または小片に破壊される傾向がある。
【００３１】
鋳型３０の破壊ならびに鋳型３０の除去および鋳造物からの除去の向上のための本発明のなおさらなる実施形態は、図３に例示される。本発明のこの実施形態において、鋳型／中子の砂の破砕を促進するための振動力が、高エネルギーおよび／または低エネルギーのパルスまたは波動３２によってこの鋳型に加えられ、これは、鋳型３０が処理チャンバ３３を通過するにつれて、鋳型３０に指向される。このチャンバ３３は代表的に熱処理加熱炉の前面または入力末端に位置し、その結果この鋳型および鋳造物は、一般にこの鋳造物の熱処理前にそこを通過する。パルス３２は、一般的に、可変の周波数および／または波長のパルスであり、そしてこのチャンバ内に装着された１つ以上の脈動または波動発生器３７から、この鋳型の側壁３４および／または上部もしくは頂部壁３６に指向される。このようなエネルギーの脈動または波動３２は代表的に、処理チャンバ３３の雰囲気を通って伝播する、衝撃波、圧力波、または音響波の形態で生成され得る。あるいは、電磁エネルギーは、記載されるように、鋳型３０の壁において、またはこの壁に対してパルスされるかまたは照射され、鋳造物から鋳型および中子の砂を取り外す目的のために、破砕、熱吸収、結合剤分解、または他の処理効果を促進し得る。このような電磁照射は、レーザー、電波、マイクロ波、または他の形態であり、上記の処理効果を生じる。
【００３２】
鋳型に向かって指向されたエネルギーパルスは、この鋳型を刺激し、そしてこの鋳型パックとの物理的な接触を必要とせずにこの鋳型を振動させる。脈動は鋳型を通過するので、この鋳型の刺激および振動は、この鋳型を破砕および破壊させる傾向がある。この脈動は、持続性のパルスであってもまたは不連続なパルスとして指向されてもいずれでもよい。この不連続なパルスは、規則的な間隔で与えられ得る。持続性様式または不連続な様式で投与された脈動は、鋳造物に害がなく処理効果を達成するように、周波数、付与の間隔および強度に関しては、注意深く制御される。さらに、この鋳型はまた、鋳型が振動されるかさもなければ高エネルギーパルスで衝撃された場合、この鋳型の破壊を容易にまたは促進するために、上記で考察されたように、そして図３の３８に示されるように、選択された点で、刻み目を付けられまたは予め応力を与えられ／弱化され得る。
【００３３】
従って、この鋳型は、鋳造物が熱処理炉の加熱チャンバ中へまたは鋳造物の他の処理へと移動される場合、破壊およびこれらの鋳造物から取り外しされる。さらに、２０００年７月２７日出願の米国特許出願第０９／６２７，１０９号および２００２年１月３１日出願の米国特許出願第１０／０６６，３８３号（これらは、全体が本明細書において参考として援用される）において考察されているように、エネルギーパルスはさらに代表的には、鋳型内の鋳造物が加熱されるようにする。これがさらにこの鋳造物の熱膨張を生じ、それによって鋳型の内部の側壁に対して力を加え、この鋳型の破壊をさらに容易にかつ増強する。
【００３４】
図４Ａ〜４Ｂは、鋳型４０およびおそらく砂中子の加熱、ならびに鋳型４０およびおそらく砂中子の破壊、およびこの鋳型に含まれる鋳造物４２からの除去を強化するための本発明の代替の実施形態を例示する。この実施形態において、鋳型４０およびその鋳造物４２が熱処理炉またはチャンバ４３中に移動される前に、またはその時に、それらは、低速度酸素チャンバ４４を通過する。この酸素チャンバは一般に、周囲圧力よりも高い圧力下で操作され得る、細長いオートクレーブまたは類似の加圧加熱チャンバである。酸素チャンバ４４は、酸素富化された環境を提供され、そして高圧の上流側４６および低圧の下流側４７（これらの間での酸素フローの引き出しを補助するために、互いに対向して配置されている）を備える。
【００３５】
この鋳型が加熱チャンバ４４の低速度酸素チャンバを通過するとき、加熱された酸素ガスは、矢印４８（図４Ａ）および４９（図４Ｂ）に示されるように、鋳型に指向され、そしてこの鋳型を強制的に通される。この酸素ガスは、酸素チャンバの高大気圧力側から、低大気圧力側に、圧力下で引き出されるかまたは流され、その結果酸素ガスが、鋳型および／または中子に入り、おそらく鋳型および／または中子を通って追い立てられるかまたは強制される。結果として、酸素ガスのパーセンテージは、砂鋳型／中子の結合材料とともに燃焼され、それにより加熱チャンバ内の結合材料の燃焼が強化される。鋳型および中子の結合材料の燃焼のこの強化はさらに、その結合材料および酸素の燃焼の強化に由来するエネルギーで供給され、これは、鋳造物からの鋳型の破壊および除去を強化および／または加速することを助ける。この鋳型の破壊はさらに、上記により詳細に考察されるように、この鋳型中に刻み目を付けるかまたはリリーフラインを形成して、鋳型に予め応力を与え／弱化することによってさらに補助され得る。その結果として、この結合材料が燃焼される場合、鋳型壁は、クラッキングまたは破砕する傾向になり、その結果、この鋳型が破壊され、そして部分または小片として、鋳造物から離れて落ちる。
【００３６】
さらに、この結合剤の燃焼の強化は、一般的に導電性のさらなる熱源として働き、これにより鋳型中の鋳造物の温度を上昇させて、除去および再生利用の容易さのために砂中子の結合材料の燃焼を容易にし得る。その結果として、鋳造物は、その熱処理温度により迅速に温度上昇され、これは、この熱処理炉中での、鋳造物を適切かつ完全に熱処理するために必要な鋳造物の滞在時間の減少を助ける。これらは、本明細書において参考として援用されている、同時係属中の、２０００年７月２７日出願の米国特許出願第０９／６２７，１０９号および２００２年１月３１日出願の米国特許出願第１０／０６６，３８３号に考察されているとおりである。
【００３７】
鋳型内に形成されたかまたは収容された鋳造物５１からの、砂鋳型５０の破砕および除去、およびおそらく、鋳造物内に配置される砂中子の破壊および除去の強化のための本発明のなおさらなる実施形態が、図５Ａ〜５Ｂに例示される。この実施形態において、一連のパルス波動発生器または力アプリケータ５２（例えば、空気カノン、流体ノズル、音響波発生器または他の機械的機構および／もしくは電気機械的機構）は、一般に、熱処理炉の一部として（例えば、炉の最初のプレチャンバにおいて）、または鋳型の破壊もしくは処理チャンバ５４（一般に、熱処理炉の前または上流に配置される）内においてのいずれかで、鋳型／中子積み重ね鋳造物の熱処理炉中へまたは中の移動の通路（図６Ａの矢印５３）に沿った、特定の位置または場所に配置され、鋳造物からの砂中子の除去を補助する。このような力またはパルス波動の付与は、鋳型内に収容される鋳造物の外側表面が、このような力またはパルス波動の付与による、この鋳造物の外側表面の変形または損傷を防止または回避するために十分な程度まで固化する機会を有した後の時点で、付与される。
【００３８】
パルス発生器または力アプリケータ５２（本明細書中以下で、「アプリケータ」）の数は、異なる幅木を有する異なる型の鋳造物が、必要に応じて異なる配置または数のアプリケータをチャンバ内で利用し得るように、幅木またはこの鋳型中で形成される鋳造物の設計に依存して、必要に応じて変化し得る。図５Ａに図示されるように、アプリケータ５２の各々は、一般に、処理チャンバ５４の内部５６（図６Ｂ）内に設置され、一般に、鋳型５０の側壁５７（図５Ａ〜５Ｂ）、頂部もしくは上部壁５８および／または下部もしくは底壁５９に対して既知のまたは位置合わせされた位置で配向される。これは、中子および鋳造物の既知の割当てられた位置に対応する。例えば、アプリケータ５２は、チャンバ５４（図６Ａ）の長さに沿った間隔を空けた位置に設置され得るか、または鋳型および鋳造物の移動通路に沿って設置され得、その結果、これらの鋳型は、この鋳型に形成された同じかまたは異なる中子開口、接合部または刻み線の方に指向した、異なるアプリケータ内で、それらの移動通路に沿った様々な点で係合する。この鋳型がチャンバ５４に沿って移動されるにつれて、このアプリケータは、力（例えば、流体、粒子ストリーム、パルス波動および他の力）を、鋳型の接合部または刻み線に対して付与し、この鋳型の破砕および／または破壊を物理的に引き起こす。
【００３９】
このアプリケータはまた、熱処理ステーションまたは炉のためのコントロールシステムを通じて自動的に制御され得る。この熱処理ステーションまたは炉は遠隔操作され、このノズルを鋳型の側壁５７ならびに頂部壁５８および底壁５９の周りの種々の所望の位置に（図５Ｂにおいて矢印６１および６１’、ならびに６２および６２’によって示されるように）動かし得る。さらなる代替として、図５Ｃに図示されるように、鋳型５０は、移送機構６５（図５Ｃ）（例えば、ロボットアーム６６）またはオーバーヘッドホイストまたはコンベアあるいは他の類似の型の移送機構によって、処理チャンバを通して物理的に操作または搬送され得、ここで、これらの鋳造物は、移送機構によって物理的に係合され、この移送機構はまた、鋳造物が中に入った状態で、矢印６７および６７’、ならびに６８および６８’によって示されるように、鋳型を回転させるために使用され得る。その結果、これらの鋳型は、１つ以上のアプリケータ５２に対して再配向され得、これによって、既知の割当てられた位置に回転されるか、または他の様式で再整列され、その結果、鋳型に形成された刻み線または鋳型の部分もしくは小片の間に形成された接合部は、これらへの力またはパルス波動の指向された付与のために、アプリケータ５２と整列して、鋳型の破壊、および鋳型の小片の、それらの鋳造物からの取り外しを容易にする。なおさらに、ロボットアームまたは他の移送機構は、さらに、機械的な力を鋳型に直接付与するため（鋳型の部分または小片を鋳造物から離すように拾うかまたは引くこと、あるいは他の様式で鋳型に係合することを包含する）に使用され得る。鋳型への、このような機械化された力の適用はまた、力の他の付与または砂鋳型の加熱と組み合わせて付与されて、砂鋳型のより迅速な破砕、および砂鋳型の小片の、それらの鋳造物からの取り外しを引き起こし得る。
【００４０】
図６Ａおよび６Ｂは、鋳型をそれらの鋳造物からより迅速に除去することを容易にするために、有意により大きい小片または部分に砂鋳型を迅速に破壊し、そして取り外すための、本発明の鋳型の破壊またはプロセスチャンバ５４の例示的な実施形態を図示する。この実施形態において、アプリケータ５２は、カノン７０または流体もしくは粒子のアプリケータとして図示され、これは、高圧流体または粒子媒体の流れまたはパルスを、一連の指向性ノズルまたはアプリケータ７１を通して指向する。ノズル７１の各々は、一般に、高圧の加熱流体媒体（例えば、空気、熱媒油、水または他の公知の流体物質）あるいは粒子（例えば、砂）を、貯蔵ユニット（例えば、ノズルまたはアプリケータ７１に接続された加圧タンク７２、ポンプまたは圧縮機）から供給される。図６Ｂに示されるように、ノズル７１は、加圧流体の流れを、各鋳型／中子の側壁、頂部壁および／または底壁において、矢印７３によって示されるように指向する。
【００４１】
これらの加圧流体または粒子の流れは、ノズルの出口開口において、高い流体速度に変換され、これにより、鋳型／中子に付与される流体流れのエネルギーが増強され、これによって、鋳型および／または中子を少なくとも部分的に破砕および／または他の様式で分解するために十分な力を付与する。このような高い流体速度は、さらに、代表的に、鋳造物、鋳型、および中子へのより速い熱移動を引き起こすかまたは促進し、これは、鋳型および砂中子の破壊において、利点を追加する。ノズルによって供給されるこの加圧流体の流れは、連続的な流れまたは間歇的な爆風もしくはパルス波動として付与され得、これは、鋳型の壁に衝突または接触して、この鋳型の壁を破砕またはクラッキングさせ、そしてこの鋳型およびおそらく砂中子の結合材料のより迅速な分解および／または燃焼を促進し、鋳型の分解または破壊を、少なくとも部分的に補助し得る。これらの流体の流れは、高圧下で適用される。これらの流体の流れは、圧縮空気パルスについては、約５ｐｓｉ〜約２００ｐｓｉの範囲、燃料燃焼気体と空気との混合パルスについては、約０．５ｐｓｉ〜約５０００ｐｓｉ、そして機械的に発生される気体パルスについては、約０．１〜約１００ｐｓｉであるが、より高いかまたはより低い圧力もまた、特定の鋳造適用について必要とされる場合、使用され得る。間歇的なパルスについては、このようなパルスは、代表的に、１秒間あたり約１〜２パルスから、数分間ごとに１パルスまでの範囲の割合で付与される。さらに、加圧流体の流れが、鋳型に形成された刻み線または接合部に指向されて、この鋳型の破壊を容易にし得る。
【００４２】
例えば、図６Ａおよび６Ｂに示されるような処理チャンバを利用して、一連の鋳型は、一般に、チャンバ５４を通して、およそ１〜２分間の間隔で、約５個のインライン位置またはステーションにわたって割当てられ、これらの鋳型は、各位置において、およそ１〜２分間の間隔で処理されるが、より長いかまたはより短い滞留時間もまた使用され得る。このようなインラインステーションまたは位置は、一般に、ローディングステーション、頂部除去ステーション、側部除去ステーション、端部除去（およびおそらく、底部除去）ステーション、およびアンローディングステーションを備え得、頂部除去ステーション、側部除去ステーションおよび端部除去（およびおそらく、底部除去）ステーションは、一般に、各端部における爆風ドア内に密封された処理チャンバの内部に位置する。様々な適用を有する、より少ないかまたはより多い数のステーションまたは位置もまた、所望される場合、提供され得る。
【００４３】
図６Ａに図示されるように、チャンバ５４は、一般に、６個までのパルス発生器を備えるが、より少ないかまたはより多い数のパルス発生器がまた使用され得る。これらのパルス発生器は、所望の鋳型接合部および／またはそのように提供される場合、この鋳型に形成された刻み線に指向された、高圧の爆風または流れまたは空気を送達する。代表的に、パルス発生器の各々は、圧縮空気について、１回のチャージまたはパルスあたりおよそ３０〜４０立方フィートの空気／気体を、およそ７０〜１００ｐｓｉｇで送達し、このパルスは、一般に、およそ１分間の発射間隔で送達されるが、より多いかまたはより少ない発射間隔がまた使用され得、これによって、およそ２００〜２５０ｃｆｍの空気〜約３００ｃｆｍ以上の気体−空気混合物が、鋳型の接合部および／または刻み線に送達される。
【００４４】
代表的に、ねじ型圧縮機またはスクロール圧縮機が、パルス発生器の加圧タンクに実質的に連続的な基礎で空気を直接供給するために使用され得る。例えば、５０〜１００ｈｐの圧縮機が、１時間あたりおよそ５０〜１００個の鋳型を処理するために十分な量の圧縮空気を供給するために使用され得る。気体−空気発射パルス／流体流れについては、電力要求は、一般に、約２〜７５ｈｐの範囲である。さらに、パルス発生器のノズルは、発生器マウントを少なくとも二次元で移動させることによって、外部から調節可能であり得、パルス発生器のノズルまたはアプリケータは、一般に、所望または特定の鋳型パッケージを収容するために、予め構成される。さらに、パルス発生器は、図６Ａにおいて、処理チャンバの頂部に設置されているように図示されるが、他の型のパルス発生器が、使用され得る圧縮空気の発生器またはアプリケータに加えて存在すること、およびこのパルス発生器は、処理チャンバの側面に沿って、そして／または処理チャンバの底部または端部に隣接して、配置され得ることもまた、予測される。
【００４５】
これらの鋳型は、一般に、インライン位置を介して、例えば、１分間あたりおよそ３０〜４０フィートの公称割当て速度で割当てられるが、砂鋳型の大きさおよび構成に依存して、様々な割当て速度が予測される。割当て運動およびパルス発生器のパルス発射は、一般に、コンピュータ制御システム（例えば、ｐＬＣ制御またはリレー論理型制御システム）による安全インターロックに従って、制御される。鋳型が破壊されるにつれて、この鋳型の断片または部分は、一般に、チャンバの下方に位置する収集シュートに落ち、これは、収集された断片を、フラグメントの除去のために供給コンベアの方へと指向する。その後、鋳型の回収された断片は、再生利用のために粉砕され得るか、または磁気分離手段を通過され得、最初にチルなどをそこから除去し、その後、砂鋳型が、後の再使用のために、再生使用に通され得る。さらに、過剰の気体またはヒュームが収集され、そして処理チャンバおよび砂コンベアから排除され得る。
【００４６】
図８Ａ〜８Ｄは、鋳型８０へのパルス波動の付与、およびその結果の、鋳造物９０からのこの鋳型の部分の取り外しを示す。示されるように、パルス化波動アプリケータ８４が、鋳型８０に近付けられる。電磁エネルギー、流体または粒子のパルス化波動が、鋳型８０の壁に指向され、これによって、この鋳型の中に穴８１を形成する。さらに、次いで、パルス化波動エネルギーまたは流体は、鋳型８０に指向されて、鋳型８０の少なくとも一部分の、小片への破壊を引き起こす。図８Ｄは、鋳型８０が部分的に破壊された後に露出した鋳造物９０の一部分を示す。
【００４７】
図６Ａおよび６Ｂにさらに図示されるように、本発明は、砂鋳型を、内部にその鋳造物がある状態で、そこへのパルス波動の付与または他の直接的な力の付与（例えば、鋳型の部分の間の刻み線または接合線に沿って）のために望ましいかまたは必要とされるような既知の割当てられた位置に移動させるために、種々の異なる型の搬送機構を利用し得る。このような搬送機構としては、図６Ａに示されるような、割当てコンベアまたはチェーンコンベア８０が挙げられ、そしてこれらの機構は、ロケーターピンまたはコンベア上の鋳型の位置を固定するための他の類似のデバイス、２０００年７月２７日に出願された米国特許出願番号０９／６２７，１０９および２００２年１月３１日に出願された１０／０６６，３８３に開示されるような割当てサドル、オーバーヘッドクレーンまたはブーム型コンベア、ロボット移送アームまたは類似の機構、およびフライトコンベア９０（この中で、図６Ｂに示されるように、鋳型がコンベアのフライトまたはセクション９１内に収容される）を含み得る。このチャンバが、所望されるように、水平にかまたは垂直に配向されることもまた可能である。
【００４８】
なおさらに、本発明の全ての実施形態において、アプリケータおよび搬送機構は、一般に、これらが鋳型の小片の鋳造物からの取り外しを妨害せず、この鋳型小片が、重力の力によって、それらの鋳造物から妨害なしに落下することを可能にするような様式で、チャンバ内に位置決めまたは設置される。あるいは、移送用または他の機械化されたシステムまたは機構（例えば、ロボットアーム）は、鋳型の小片または部分を鋳造物から物理的に取り外し、そして移送し得、そしてこれらを、回収ポート（例えば、ビンまたは移送コンベア）に堆積させ得る。
【００４９】
本発明の方法は、代表的に、砂鋳型を破壊するため、および金属鋳造物からの除去を、全体的または連続的な鋳造プロセスの一部または工程として、増強するために使用される。このプロセスにおいて、金属鋳造物が、図７に示されるように、融解金属から形成され、そして熱処理され、クエンチされ、そして／あるいは熟成または他の様式で処理もしくは加工される。図７に示されるように、鋳造物１００は、鋳造ステーションまたは注入ステーション１０２において鋳型１０１に注がれた、融解金属Ｍから形成される。代表的に、鋳型１０１は、接合線１０３に沿った部分として形成され、そしてさらに、１０４として示されるように、鋳型の外壁の一部分に形成された刻み線またはへこみを備え得る。
【００５０】
注いだ後に、鋳型は、それらの鋳造物を中に収容した状態で、一般に、１０６で示される鋳型破壊チャンバまたは鋳型処理チャンバに搬送また配送される。鋳型破壊チャンバまたは鋳型処理チャンバ１０６内で、鋳型は、一般に、図５Ａ〜６Ｂに関して議論されるような力またはパルス波動、高エネルギーもしくは低エネルギーの脈動（図３）、および／または適用もしくは酸素化空気の流れ（図４Ａ〜４Ｂ）の付与に供され、これによって、砂鋳型の断片または部分１０８への迅速な破壊または破砕、および砂鋳型の鋳造物からの迅速な除去を、増強および促進する。代表的に、破壊された砂鋳型の断片１０８は、鋳型破壊チャンバまたは鋳型処理チャンバ１０６内で除かれ、再生使用および／またはチル除去のために細片を離して移送または搬送するために、回収シュートを通して下方の移送コンベア１０９へ、または回収ビン内へと落下される。
【００５１】
その後、図７に示されるように鋳型が実質的に除去された鋳造物が、一般に、熱処理のために、熱処理ユニット（１１０で示される）に直接導入される。この熱処理ユニットは、さらに、任意のさらなる鋳型および砂中子の破壊および／または砂の再生使用を、米国特許第５，２９４，９９４号、同第５，５６５，０４６号、同第５，７３８，１６２号、同第５，９５７，１８８号、および同第６，２１７，３１７号、ならびに現在係属中の、２００２年１月３１日に出願された米国特許出願番号１０／０６６３８３（これらの開示は、その全体が本明細書中に参考として援用される）に開示されるような溶液熱処理に加えて、完了し得る。熱処理後、鋳造物は、一般に、クエンチングのためにクエンチステーション１１１内に進み、そしてその後、必要とされるかまたは所望される場合、鋳造物を熟成またはさらに処理するために、１１２にて示される熟成ステーションに進まされるかまたは移動され得る。
【００５２】
あるいは、図７において破線１１３で示されるように、鋳型の破壊および鋳造物からの除去に続いて、この鋳造物は、熱処理を必要とせずに、クエンチステーション１１１に直接移動され得る。中子の分解および除去が、クエンチステーションにおいて完了され得る。すなわち、水溶性であり得る中子が、水または他の流体に浸漬されるかあるいは水または他の流体をスプレーされ、これによって、この中子のさらなる破壊および鋳造物からの取り外しを引き起こす。なおさらなる代替として、破線１１４によって示されるように、望ましい場合、鋳造物は、チャンバ１０６の鋳型の破壊から、望ましい場合、鋳造物の熟成または他の処理のために、熟成ステーション１１２に直接移され得る。
【００５３】
さらに、図７にさらに示されるように、鋳型の破壊およびその鋳造物からの鋳型の除去に続いて、この鋳造物は、破線１１６によって示されるように、この鋳造物の熱処理、クエンチングおよび／または熟成の前に、チル除去／切断ステーション１１７に移動され得る。チル除去／切断ステーション１１７において、任意のチルまたは他のレリーフ形成材料が、チルのクリーニングおよび再使用のために、一般に、鋳造物から除去される。鋳造物はまた、鋸引きまたは切断の操作にさらに供され得、ここで、鋳造物上に形成される押湯または他の不必要な小片が、鋳造物から切断除去され、そして／または鋳造物が、分解操作に供される。押湯または鋳造物の他の不必要な金属もしくは小片の除去は、炉内での時間および／またはクエンチ時間を減少させるために処理またはクエンチされなければならない、鋳造物のクエンチングを促進することを補助し、そして鋳造物の金属の量を減少させる。チルの除去および／または押湯もしくは鋳造物の他の不必要な小片の切断除去の後に、この鋳造物は、一般に、破線１１８によって示されるように、例えば、熱処理ユニット１１０に導入されて、加工／処理ラインに戻されるが、鋳造物は、この後に、さらなる処理のために必要とされる場合、クエンチステーション１１１または熟成ステーション１１２に直接運ばれ得ることもまた、当業者によって理解される。
【００５４】
本発明は、鋳型の破壊およびそれらの鋳造物からの除去を増強するが、さらに、砂中子の増強された破壊および鋳造物からの砂中子の増強された除去を可能にすることもまた、当業者によって理解される。例えば、鋳造物が、図３に関して議論されたように、高エネルギー脈動に供されることによって加熱されるにつれて、または鋳造物の鋳型のための結合材料の燃焼が、そこへの酸素化空気の流れの付与によって増強もしくは促進されるにつれて、砂中子も同様に加熱され、そしてこれらの結合材料が燃焼を引き起こされて、鋳型または鋳型小片が鋳造物から取り外されるにつれて、除去を容易にするために、砂中子をより迅速に破壊する。
【００５５】
なおさらに、パルス波動または力の付与は、鋳造物からの除去を容易にするために、砂中子自体に指向されて砂中子の破壊を増強するように、鋳型内に形成された中子開口に指向され得る。従って、本発明は、鋳型の部分または小片を鋳造物の周りにロックする鍵機構を中子が形成する、従来のロッキング中子型の鋳型と共に使用され得る。本発明の原理を利用して、エネルギー脈動またはパルス波動もしくは力の付与は、このようなロッキング中子に指向されて、このロッキング中子の破壊および／または分解を容易にし得る。その結果、ロッキング中子の崩壊と共に、鋳型部分は、より大きい部分または小片として、より容易に推進されるかまたは鋳造物から取り外され、鋳造物からの鋳型の迅速な除去を容易にし得る。
【００５６】
本発明は、好ましい実施形態を参照して上記に開示されているが、種々の改変、変化および追加が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、前述の発明に対して、なされ得ることが、当業者に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】図１Ａ〜Ｂは、鋳型上の所望の位置での刻み線の形成、およびこの刻み線に沿った鋳型の得られる破砕を示す、砂鋳型の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａ〜Ｂは、鋳型上の所望の位置での刻み線の形成、およびこの刻み線に沿った鋳型の得られる破砕を示す、砂鋳型の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａ〜Ｂは、刻み線および砂鋳型の内部に置かれた爆発性充填物の使用、ならびに爆発性充填物の開始の際のこの鋳型の破砕および取り外しを示す、砂鋳型および鋳造物の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａ〜Ｂは、刻み線および砂鋳型の内部に置かれた爆発性充填物の使用、ならびに爆発性充填物の開始の際のこの鋳型の破砕および取り外しを示す、砂鋳型および鋳造物の断面図である。
【図３】図３は、処理炉の内部または処理炉に隣接するエネルギーパルスチャンバを通過する鋳型の断面図を示し、エネルギーパルスで処理されている鋳型パックおよび鋳造物を示す。
【図４Ａ】図４Ａ〜Ｂは、鋳型の有機結合剤または熱分解性結合剤の燃焼を促進するために、酸素の流れを適用するための酸素富化チャンバを通る鋳型の移動を図示する。
【図４Ｂ】図４Ａ〜Ｂは、鋳型の有機結合剤または熱分解性結合剤の燃焼を促進するために、酸素の流れを適用するための酸素富化チャンバを通る鋳型の移動を図示する。
【図５Ａ】図５Ａ〜Ｃは、鋳型を破壊するための、鋳型へのパルス波動の適用を図示する。
【図５Ｂ】図５Ａ〜Ｃは、鋳型を破壊するための、鋳型へのパルス波動の適用を図示する。
【図５Ｃ】図５Ａ〜Ｃは、鋳型を破壊するための、鋳型へのパルス波動の適用を図示する。
【図６Ａ】図６Ａ〜６Ｂは、鋳型へのパルス波動の適用のためのチャンバまたはユニットの、例示的な実施形態を図示する。
【図６Ｂ】図６Ａ〜６Ｂは、鋳型へのパルス波動の適用のためのチャンバまたはユニットの、例示的な実施形態を図示する。
【図７】図７は、鋳造プロセス全体の一部としての、本発明の適用の概略図である。
【図８Ａ】図８Ａ〜８Ｄは、本発明の実施形態に従う、鋳造物の離型における一連の工程を図示する。
【図８Ｂ】図８Ａ〜８Ｄは、本発明の実施形態に従う、鋳造物の離型における一連の工程を図示する。
【図８Ｃ】図８Ａ〜８Ｄは、本発明の実施形態に従う、鋳造物の離型における一連の工程を図示する。
【図８Ｄ】図８Ａ〜８Ｄは、本発明の実施形態に従う、鋳造物の離型における一連の工程を図示する。
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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