(57)【要約】金属鋳造物を製造する方法であって：融解金属を鋳型に注いで、中子開口部分を有する鋳造物を形成する工程；この鋳造物をこの鋳型から取り出す工程；この鋳造物の中子開口部分の表面を少なくとも部分的にきれいにする工程；およびこの鋳造物を熱処理する工程を包含する。この方法は、この鋳造物の温度を、金属のプロセス制御温度以上に維持する工程、および鋳造物にエネルギーを付与して、この鋳造物の冷却を防止し、そしてこの鋳造物を少なくとも部分的に熱処理する工程をさらに包含し得る。
2008504129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属鋳造物を製造する方法であって：
融解金属を鋳型に注いで、中子開口部分を有する鋳造物を形成する工程；
該鋳造物を該鋳型から取り出す工程；
該鋳造物の該中子開口部分の表面をきれいにする工程；および
該鋳造物を熱処理する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記鋳造物の温度を、前記金属のプロセス制御温度以上に維持す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】
前記鋳造物の温度を、該鋳造物が熱処理されるまで、前記金属のプロセス制御温度以上に維持する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記鋳造物にエネルギーを付与して、該鋳造物の冷却を防止し、そして該鋳造物を少なくとも部分的に熱処理す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】
少なくとも前記金属の前記熱処理温度より高い温度まで、前記鋳型を予熱する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鋳型が予熱温度にある間に、前記融解金属を該鋳型に注ぐ工程をさらに包含する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記中子開口部分の表面をきれいにする工程が、該中子開口部分内の閉塞片を打ち抜くか、粉砕するか、穿孔するか、レーザー処理するか、または切断する工程、あるいは、該中子開口部分内の該閉塞片に流体媒体を吹き付ける工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記中子開口部分の表面をきれいにする工程が、前記鋳造物が前記鋳型から取り外される際に、該中子開口部分内の閉塞片に、推進要素を貫入させる工程を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記推進要素と連絡する温度測定デバイスを使用して、前記鋳造物の温度をモニタリングする工程をさらに包含する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
中子開口部分を有する金属鋳造物を処理するためのシステムであって：
該鋳造物を形成するための注ぎステーション；
閉塞片を中子開口部分から除くための中子開口デバイスを備える、中子開口ステーション；
該中子開口ステーションの下流の熱処理ステーション；および
少なくとも１つのプロセス温度制御ステーションであって、該鋳造物を、該金属のプロセス制御温度以上の温度に維持するためのエネルギー源を備え、該注ぎステーションと該熱処理ステーションとの間にあるプロセス温度制御ステーション、
を備える、システム。
【請求項１１】
少なくとも該金属の熱処理温度より高い温度まで、前記鋳型を予熱するための熱源をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記中子開口デバイスが、パンチ、ミル、ドリル、レーザー、刃、または吹き付けノズルを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記中子開口デバイスが、推進要素を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記推進要素が、温度測定デバイスを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記熱処理ステーションが、鋳造物排出ゾーンを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記鋳造物排出ゾーンが、以下：
鋳造物温度測定デバイス；および
該温度測定デバイスと連絡する移動機構であって、該移動機構は、該温度測定デバイスによる排出温度の検出の際に、炉に入る前に該鋳造物を取り出すように適合されている、移動機構、
を備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プロセス制御温度ステーションが、前記エネルギー源の熱源および前記移動機構と連絡する温度感知デバイスをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセス制御温度ステーションが、前記温度感知デバイスおよび前記熱源と連絡する制御器をさらに備え、該制御器が、前記鋳造物に付与されるエネルギーの量を制御する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
金属鋳造物を処理するためのシステムであって：
第一の熱源であって、鋳型を、少なくとも、注がれるべき融解金属の熱処理温度より高い温度間で予熱するための、第一の熱源；
該融解金属を該予熱された鋳型に注ぐための注ぎステーション；
該注ぎステーションの下流の第一のプロセス制御温度ステーションであって、該第一のプロセス制御温度ステーションは、該金属が少なくとも部分的に固化して中子開口部分を有する鋳造物を形成する際に、該金属を、プロセス制御温度以上に維持するための第二の熱源を備える、第一のプロセス制御温度ステーション；
該鋳造物を該鋳型から取り出すための鋳造物取り出しステーション；
該中子開口部分から閉塞片を除くための中子開口デバイスを備える、中子開口ステーション；
該中子開口ステーションと一体的である第二のプロセス制御温度ステーションであって、該第二のプロセス制御温度ステーションは、該中子開口部分の表面がきれいにされる際に、該金属を、プロセス制御温度以上に維持するための、第二の熱源を備える、第二のプロセス制御温度ステーション；および
熱処理ステーション、
を備える、システム。
【請求項２０】
前記中子開口デバイスが、パンチ、ミル、ドリル、レーザー、刃、吹き付けノズル、または推進要素を備える、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、２００４年６月２８日に出願された米国仮出願番号６０／５８３，４３８、および２００４年８月１７日に出願された米国仮出願番号６０／６０２，１３１の利益を主張する。これらの仮出願の両方が、全体として、本明細書中に参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
金属鋳造物を形成するための、従来の鋳造プロセスは、所望の鋳造物の外側の特徴（例えば、シリンダヘッドまたはエンジンブロック）が内側表面に形成された、種々の型の鋳型（例えば、生砂鋳型、精密砂鋳型、または鋼ダイ）のうちの１つを使用する。砂および適切な結合材料から形成され、そして鋳造物の内側の特徴を規定する中子は、この鋳型またはダイの内部に配置される。金属鋳造物の輪郭および内側の特徴を作製するために使用される砂中子は、代表的に、取り除かれて再利用されなければならない。
【０００３】
次いで、この鋳型またはダイは、融解金属または金属合金を満たされる。次いで、この鋳造物は、この鋳型またはダイから取り出され、そして熱処理、砂中子の除去、砂中子からの砂の再利用、および時々熟成のために、処理炉に移動される。熱処理および熟成は、金属または金属合金を、所定の用途のための種々の望ましい結果の特性に達せさせるように調整するプロセスである。
【０００４】
一旦、鋳造物が形成されると、金属鋳造物を熱処理し、そして砂中子から砂を再利用するために、いくつかの全く異なる工程が、一般に、実施されなければならない。最初に、砂中子の一部が、１つ以上の技術を使用して、鋳造物から分離される。例えば、砂は、鋳造物から削り取られ得るか、または鋳造物は、物理的に振盪もしくは振動されて、砂中子を破壊し、そして砂を除去し得る。さらに、鋳型が、中子に接近するための１つ以上のオリフィスを備える場合、閉塞されたオリフィスの表面がきれいにされなければならない。
【０００５】
砂が鋳造物から取り除かれた後、またはこの間に、鋳造物の熱処理および熟成が，一般に、引き続く工程において実施される。この鋳造物は、代表的には、他の処理のうちでもとりわけ、鋳造物を強化または硬化させるため、あるいは鋳造物の内部応力を解放するために、熱処理される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多くの進歩が、金属鋳造産業においてなされているが、中子および残っている砂を鋳造物から除去するための改善されたプロセスに対する必要性が残っている。
【０００７】
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詳細な説明を精査すると、当業者に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（詳細な説明）
本発明の種々の局面は、一般に、鋳造プロセスに関する。１つの局面において、本発明は、鋳造物内の中子への接近を得るための、ばりおよび他の閉塞片の除去を改善するための、種々の方法および装置に関する。
【０００９】
金属鋳造プロセスは、一般に、当業者に公知であるので、参考の目的のみで、簡単に記載される。本発明は、任意の型の鋳造プロセス（アルミニウム、鉄、鋼、ならびに／または他の型の金属および金属合金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が、理解される。従って、本発明は、特定の鋳造プロセスにも、特定の型の金属もしくは金属合金にも、使用が限定されない。
【００１０】
図１は、本発明の種々の局面による、例示的な冶金鋳造プロセス１０を一般的に図示する。融解金属または金属合金Ｍが、鋳造物２５（例えば、シリンダヘッド、エンジンブロック、または類似の鋳造部品）を形成するために、代表的に、ダイまたは鋳型１５に、注ぎステーションまたは鋳造ステーション２０において注がれる。この鋳型は、代表的に、複数の壁を備え、これらの壁は、内部空洞を基底し、この空洞内に、融解金属が受容される。この空洞は、鋳造物の内側の特徴を形成する、レリーフパターンを形成される。注ぎ開口部分は、一般に、外側の壁に、代表的にはこの鋳型の頂部で形成され、そして内部空洞と連絡して、融解金属が鋳型に注がれるかまたは他の様式で導入されることを可能にする。砂および有機結合剤（例えば、フェノール樹脂または他の任意の適切な結合材料）から形成される中子が、この鋳型の内部に受容または配置されて、鋳造物の内部に、中空の空洞、鋳造細部、および／または幅木を作製する。鋳造物は、中子への接近を提供する、１つ以上の中子開口部分を備え得る。
【００１１】
任意の適切な鋳型またはダイが、本発明の種々の局面と共に使用され得る。例えば、鋳型は、代表的に金属（例えば、鋼、鋳鉄、または他の適切な材料）から形成される、永久鋳型またはダイ（低圧ダイカスティングおよび高圧ダイカスティングが挙げられる）であり得る。このような鋳型は、開口および鋳造物の取り出しを容易にするために、二枚貝型の設計を有し得る。あるいは、この鋳型は、「精密砂鋳型」または「生砂鋳型」であり得、これは、一般に、結合剤（例えば、フェノール樹脂または他の適切な結合剤）と混合された砂材料（例えば、ケイ砂、ジルコン砂、または他の適切な材料）から形成される。同様に、中子は、砂材料および結合剤（例えば、フェノール樹脂、フェノールウレタン「コールドボックス（ｃｏｌｄ  ｂｏｘ）」結合剤、または他の任意の適切な結合材料）から形成され得る。あるいは、鋳型は、半永久的な砂鋳型であり得、これは、代表的に、砂および結合材料、鋼などの金属、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。
【００１２】
用語「鋳型」とは、本明細書中以下で、特定の型の鋳型が詳述される場合を除いて、一般に、上で議論されたような全ての型の鋳型（永久ダイまたは金属ダイ、半永久砂鋳型および精密砂鋳型の型の鋳型、ならびに他の金属鋳造鋳型）をいうために使用されることが理解される。
【００１３】
熱源または加熱要素（図示せず）（例えば、加熱空気吹き付け器または他の適切な気体点火機構もしくは電気ヒーター機構、あるいは流動床）が、鋳型を予熱するために、注ぎステーションに隣接して提供され得る。予熱プロセスは、融解金属および／または鋳造物の温度を、高温（例えば、少なくとも熱処理温度より高温）に維持して、熱損失を最小にし、プロセス効率を改善するために、使用され得る。さらに、いくつかの例において、鋳型を予熱することは、鋳型内の鋳造物の熱処理プロセスを開始させ得る。
【００１４】
鋳型は、鋳造物を形成するために使用される特定の金属または合金に対して必要とされるかまたは望まれるような、任意の適切な温度まで予熱され得る。例えば、アルミニウムについては、鋳型は、約４００℃〜約６００℃の温度まで予熱され得る。様々な金属合金および他の材料についての他の予熱温度は、当業者に周知であり、そして約３００℃〜約１２００℃の温度の広い範囲を含む。他の予熱温度は、本明細書によって企図される。
【００１５】
鋳型および／または中子を作製するために使用される会合剤および結合剤に依存して、注ぎおよび固化の間に鋳型および中子が分解することを防止するために、より低い予熱温度が使用され得る。このような場合において、金属プロセス温度がより高いべきである場合には、適切な温度制御方法（例えば、加熱または当該分野において公知である他のプロセスの導入）が、所望のプロセス結果を達成するために使用され得る。
【００１６】
あるいは、鋳型は、内部加熱源または内部加熱要素を備え得る。例えば、永久型の金属ダイは、１つ以上の空洞または通路を、鋳造物に隣接して備え得、この空洞または通路を通して、制御加熱された流体媒体（例えば、水または熱媒油）が、受容および／または循環され得る。その後、より低い温度（例えば、約２５０℃〜約３００℃）を有する流体媒体が、この鋳型に通して導入または循環されて、鋳造物を冷却し得、そしてこの鋳造物を、少なくとも部分的に固化させ得る。次いで、より高温の熱媒油（例えば、約５００℃〜約５５０℃の温度まで加熱されたもの）が、このダイに通して導入および／または循環されて、鋳造物の冷却を防止し得、そしていくつかの例においては、鋳造物の温度を上昇させて、この鋳造物を熱処理するための浸漬温度に戻し得る。
【００１７】
融解金属または金属合金が鋳型に注がれ、そして少なくとも部分的に鋳造物に固化した後に、内部に鋳造物を有する鋳型が、移動機構によって、注ぎステーションから取り出され、そして装填ステーション（図示せず）に移動される。この移動機構は、移動ロボット（図示せず）を備え得るか、または他の型の従来公知の移動機構を備え得る。装填ステーションにおいて、鋳造物は、鋳型から取り出され得、そして位置合わせデバイスを備えるサドルまたはバスケットに装填され得る。この位置合わせデバイスは、鋳造物を、プロセス設備および他の鋳造物に対して位置合わせされた位置に維持するためのものである。これを行う際に、鋳造物が、以下に記載されるように、中子の除去および／またはクリーニングのために必要とされるように配向されることが、保証され得る。
【００１８】
図１に戻ると、本発明の１つの局面において、鋳造物は、次いで、中子開口ステーション３５に移動される。中子開口ステーション３５において、中子開口部分または開口部の表面が、少なくとも部分的にきれいにされ、閉塞片を取り外し、分離し、そして／または除去し（まとめて「表面をきれいにする」または「除去する」）、そして引き続く処理のために、中子への接近を提供する。さらに、中子の全てまたは一部が、中子開口プロセスの間に除去され得る。
【００１９】
中子開口部分は、金属鋳造プロセスの間の様々な時点で表面をきれいにされ得るが、中子開口部分の表面を、中子除去および／または熱処理の前にきれいにすることには、数個の利点がある。例えば、閉塞された中子開口部の表面をきれいにすることによって、中子除去プロセスが増強され、これによって、熱処理の時間をかなり減少させる。さらに、徐冷プロセス（以下で議論される）が改善され得、これによって、金属の質が改善され、そしていくつかの場合においては、徐冷時間または全プロセス時間が減少する。従って、中子除去および熱処理のために必要とされる時間の減少は、そのプロセスが、鋳造物がバスケット、トレイまたは他の複数の鋳造物装填キャリアに装填される、従来の順番を待つ方法の必要なしで実施されることを可能にし得る。その代わりに、直接接触する搬送手段（例えば、チェーン、ローラ、動桁または他の類似の搬送機構）が使用され得る。
【００２０】
中子開口部分は、多数の適切な技術のうちのいずれかを使用して、表面をきれいにされ得る。１つの局面において、中子開口部分は、閉塞片を開口部分から物理的に叩く、「打ち抜き」システムを使用して、表面をきれいにされる。別の局面において、中子開口部分は、開口部分に貫入して閉塞片を開口部分から「切断」する、「トリミング」システムを使用して、表面をきれいにされる。このような打ち抜きシステムおよびトリミングシステムは、物理的カッターまたは機械的カッター（例えば、レーザー、粉砕機、ドリル、穿孔デバイス、鋸、またはパンチプレスシステム）を、穿孔／据込みダイと共に使用して、閉塞片を切断するか、または他の様式で物理的に閉塞片に貫入し得る。トリミングデバイスはまた、鋳造物の形成の間に作製された供給ゲートおよび／または湯押を除去するために使用され得る。
【００２１】
なお別の局面において、閉塞片は、鋳造物を浸透または振動させることによって、除去され得る。なお別の局面において、閉塞片は、この閉塞片に音波を当てることによって、除去され得る。なおさらなる局面において、閉塞片は、この閉塞片に、加熱されたかまたは加熱されていない、流体または粒子媒体（例えば、水、油、空気、または砂）を吹き付けるかまたは当てることによって、除去され得る。これらの流体の種々のノズル、衝突圧力、体積、および温度が、望ましい結果を達成するために必要とされるように使用され得、そして本明細書によって企図される。任意の大きさおよび配置のノズルが、望ましいように使用され得る。１つの局面において、各ノズルは、約０．１２５インチ〜約１．００インチ（例えば、約０．２５インチ）の直径を有し得る。同様に、媒体は、任意の適切な流量および圧力で供給され得、そして１つの局面においては、約１０ｃｆｍ〜約１３００ｃｆｍの流量で、約５ｐｓｉ〜約１５０ｐｓｉで供給され得る。
【００２２】
このようなデバイスのいずれかが、鋳造物を横断して中子開口部分の表面をきれいにするように適合された、ロボット機構に取り付けられ得る。このようなデバイスが使用される場合、鋳造物は、クランプまたは他の固定デバイスを使用して、静止して保持され得る。
【００２３】
いくつかの例において、「ペアピン（ｐｅａｒ  ｐｉｎｓ）」、棒、または類似の要素が、鋳造物を押すか、推進するか、または鋳型からの取り出しを補助もしくは促進するために、使用される。望ましい場合には、このような要素は、鋳造物がその鋳型から推進される際に、１つ以上の選択された要素が閉塞した開口部分に係合し、そして穿孔するように、位置決めされ得る。このような要素は、これらの要素が内部に係合している場合に鋳造物の温度をモニタリングするためのデバイスを備え得る。
【００２４】
必要に応じて、中子開口プロセス、および本明細書中に記載されたかまたは本明細書によって企図される他の任意のプロセスによって除去された砂は、次いで精製され得る。この精製プロセスは、砂を覆っている結合剤を燃焼させる工程、砂を摩滅させる工程、砂をこすり落とす工程、および砂の一部を篩に通す工程を包含し得る。砂のいくらかは、充分に純粋な砂が得られるまで、複数の再利用プロセスに供され得る。
【００２５】
中子開口プロセスの前、間および後に、鋳造物の温度は、プロセス制御温度以上に維持され得る。鋳造物の金属が冷却されるにつれて、この鋳造物は、本明細書中で「プロセス制御温度」または「プロセス臨界温度」と称される温度または温度範囲に達する。この温度より低温では、鋳造物を熱処理温度まで上昇させることと、熱処理を実施することとの両方のために必要とされる時間が、かなり増加することが見出された。本発明によって処理される鋳造物についてのプロセス制御温度は、鋳造物のために使用される特定の金属および／または金属合金、鋳造物の大きさおよび形状、ならびに他の多数の要因に依存して変動することが、当業者によって理解される。
【００２６】
１つの局面において、プロセス制御温度は、いくつかの合金または金属について、約４００℃であり得る。別の局面において、プロセス制御温度は、約４００℃〜約６００℃であり得る。別の局面において、プロセス制御温度は、約６００℃〜約８００℃であり得る。なお別の局面において、プロセス制御温度は、約８００℃〜約１１００℃であり得る。さらに別の局面において、プロセス制御温度は、いくつかの合金または金属（例えば、鉄）について、約１０００℃〜約１３００℃であり得る。１つの特定の実施例において、アルミニウム／銅合金は、約４００℃〜約４７０℃のプロセス制御温度を有し得る。この実施例において、プロセス制御温度は、一般に、大部分の銅合金についての溶液加熱処理温度（これは代表的に、約４７５℃〜約４９５℃である）より低い。特定の実施例が本明細書中に提供されるが、プロセス制御温度は、鋳造のために使用される特定の金属および／または金属合金、鋳造物の大きさおよび形状、ならびに他の多数の要因に依存して、任意の温度であり得ることが、理解される。
【００２７】
鋳造物の金属が、望ましいプロセス制御温度範囲内にある場合、この鋳造物は、代表的に、望ましいように固化するために充分に冷却される。しかし、鋳造物の金属がそのプロセス制御温度より低温まで冷却される場合、この鋳造物は、プロセス制御温度未満に冷却された鋳造物の金属が、望ましい熱処理温度（例えば、アルミニウム／銅合金について約４７５℃〜約４９５℃、またはアルミニウム／マグネシウム合金について約５１０℃〜約５７０℃）に達するための各分について、少なくともさらに４分間、加熱される必要があり得ることが見出された。従って、鋳造物がそのプロセス制御温度より低温まで、短時間でさえも冷却される場合、この鋳造物を適切かつ完全に熱処理するために必要とされる時間は、かなり増加し得る。さらに、数個の鋳造物が１つのバッチで熱処理ステーションを通して処理される、バッチ処理システムにおいては、鋳造物のバッチ全体についての熱処理時間は、一般に、そのバッチ内の最低温度の鋳造物のために必要とされる熱処理時間に基づくことが認識されるべきである。その結果、そのバッチにおける鋳造物のうちの１つが、そのプロセス制御温度より低温まで、例えば１０分間冷却された場合、そのバッチ全体は、全ての鋳造物が適切かつ完全に熱処理されることを確実にするために、代表的に、例えば、少なくともさらに４０分間熱処理される必要がある。
【００２８】
プロセス制御温度は、プロセス制御温度ステーション（図示せず）において維持され得る。このステーションは、他のプロセス成分（例えば、中子開口ステーション）とは別であっても、一体であってもよい。プロセス制御温度ステーションは、種々の組み合わせの加熱特徴および温度制御特徴を備え得る。１つの局面において、プロセス制御温度ステーションは、一連の熱源が、例えば、チャンバの壁および／または天井に沿って設置された、放射チャンバを備える。代表的に、複数の熱源が使用され得、そして１つ以上の種々の異なる型の熱源または加熱要素（放射加熱源（例えば、赤外エネルギー源、電磁エネルギー源および誘導エネルギー源）、誘導型の熱源、対流型の熱源、および直接衝突型の熱源（例えば、気体フレームをチャンバに導入する気体点火バーナー管）が挙げられる）を備え得る。さらに、放射チャンバの側壁および天井は、高温放射材料（例えば、金属、金属箔または類似の材料、セラミック、あるいは熱を放射し得る複合材料）から形成され得るか、またはこのような材料でコーティングされ得る。放射コーティングは、一般に、壁および天井に、非粘着性の表面を形成する。チャンバの壁および天井が加熱されるにつれて、これらの壁および天井は、鋳造物の方へと熱を放射する傾向があり、そして同時に、これらの表面は、一般に、砂鋳型および／または中子の結合剤の燃焼からによって生じた廃棄ガスおよび残留物（例えば、すすなど）を燃焼によって除去するために充分な温度まで加熱され、これらの排気ガスおよび残留物が、チャンバの壁および天井に集まり、そして蓄積することを防止する。
【００２９】
１つの局面において、プロセス温度制御ステーションは、熱処理ステーションまたはチャンバの前の保持領域として機能し得る。鋳造物の温度は、プロセス制御温度以上であるが望ましい熱処理温度以下に維持または制限され得、熱処理ステーションへの導入を待つ間に、これらの鋳造物が充分に固化することを可能にする。従って、このシステムは、鋳造物が周囲環境に曝露されながら熱処理ステーションに供給されることを待つための列に置かれる結果としてこの鋳造物がそのプロセス制御温度未満まで冷却される必要なく、注ぎラインがより速いかまたはより効率的な速度で作動されることを可能にする。
【００３０】
本発明の種々の局面は、鋳造物の温度をモニタリングして、この鋳造物が実質的にプロセス制御温度以上にあることを確実にするためのシステムを備える。例えば、熱電対または他の類似の温度感知デバイスもしくはシステムが、鋳造物の表面または鋳造物に隣接して、あるいは鋳造物が注ぎステーションから熱処理炉まで移動する経路に沿って間隔を空けた位置に、配置され、実質的に連続的なモニタリングを提供し得る。あるいは、充分に頻繁であることが決定された間隔での周期的なモニタリングが、使用され得る。このようなデバイスは、熱源と連絡し得、その結果、熱測定デバイスまたは熱感知デバイスと、熱源とは、鋳造物の温度を、この鋳造物の金属についてのプロセス制御温度以上に維持し得る。鋳造物の温度は、この鋳造物の表面もしくは内部の１つの特定の位置で測定されても、鋳造物の表面もしくは内部の複数の位置で温度を測定することによって計算された平均温度であっても、特定の用途について必要とされるかもしくは望まれるような他の任意の様式で測定されてもよいことが理解される。従って、たとえば、鋳造物の温度は、鋳造物の表面もしくは内部の複数の位置で測定され得、そして全体の温度値が、検出された最低温度、検出された最高温度、測定された中間温度、検出された平均温度、またはこれらの任意の組み合わせもしくはバリエーションであることが計算または決定され得る。
【００３１】
さらに、熱処理炉に入る前に、鋳造物は、入口ゾーンまたは排出ゾーン（図示せず）を通過し得、ここで、各鋳造物の温度がモニタリングされて、この鋳造物が、必要とされる程度まで冷却されたか否か、および熱処理温度まで温度を上昇させるための過剰量のエネルギーを決定する。この入口ゾーンは、プロセス制御温度ステーションに備えられても、別のゾーンであってもよい。鋳造物の温度は、任意の適切な温度感知デバイスまたは温度測定デバイス（例えば、熱電対）によってモニタリングされ、鋳造物の温度が、予め設定されたかまたは予め決定された排出温度未満に達したかまたは低下したか否かを決定し得る。１つの局面において、予め決定された排出温度は、その鋳造物の金属についてのプロセス制御温度より（例えば、約１０℃〜約２０℃）低い温度であり得る。別の局面において、予め決定された排出温度は、熱処理炉またはオーブンの熱処理温度より（例えば、約１０℃〜約２０℃）低い温度であり得る。鋳造物が、予め決定された温度以下の温度まで冷却される場合、制御システムは、排出信号を、移動機構または取り出し機構に送信し得る。欠陥条件または信号の検出に応答して、目的の鋳造物は、さらなる評価のために同定され得るか、または移動ラインから取り除かれ得る。鋳造物は、任意の適切な機構またはデバイス（ロボットアームまたは他の自動デバイスが挙げられるが、これらに限定されない）によって、取り除かれ得るか、または鋳造物は、操作者によって手で取り除かれ得る。
【００３２】
上記と同様に、鋳造物の温度は、鋳造物の表面または内部の１つの特定の位置で測定されてもよく、鋳造物の表面または内部の複数の位置の温度を測定することによって平均温度が計算されてもよく、特定の用途のために必要とされるかもしくは望まれるような他の任意の様式で測定されてもよいことが理解される。従って、例えば、鋳造物の温度は、鋳造物の表面または内部の複数の位置で測定され得、そして全体の値が、検出される最低温度であること、検出される最高温度であること、検出される中間温度であること、検出される平均温度であること、またはこれらの任意の組み合わせもしくはバリエーションであることが、計算または決定され得る。
【００３３】
中子開口プロセスの完了の前または後に、鋳造物は、任意の適切なデバイス４０を使用して、個々にかまたはバッチで、熱処理、砂中子および／または砂鋳型の破壊および除去、ならびにいくつかの例においては、砂の再利用のために、熱処理ステーション４５に移動され得る。熱処理が、鋳造物を強化または硬化させるため、あるいは内部応力を解放するために、使用され得る。鋳造物は、適切な温度まで加熱され、特定の成分が固溶体になるために充分に長い時間、この温度に保持され、次いで、急激に冷却されて、その成分を溶解状態に保持する。
【００３４】
熱処理ステーションは、一般に、熱処理炉（図示せず）を備え、これは、代表的に、気体点火炉であるか、または通常認容可能な手段によって加熱され、そして一般に、各鋳造物を熱処理するため、ならびに砂中子の砂材料の除去および再生のための、一連の処理ノズルまたはチャンバを備える。このような熱処理ゾーンは、種々の型の加熱環境（例えば、伝導（流動床の使用を含む）、および対流または当該分野において公知である他の市場で実施可能なシステム（例えば、加熱空気流の使用））を備え得る。処理ゾーンの数は、砂中子を除去するための特定の適用のために必要とされるかまたは要求されるように、変動し得る。熱処理ステーション、またはその各ゾーン内での滞留時間は、鋳造物を所望のレベルまで熱処理するために必要とされる時間に比例し得る。所望であれば、鋳造物を、熱処理ステーション内で部分的に熟成させることもまた、可能である。
【００３５】
熱処理ステーションは、種々の熱源を、任意の適切な組み合わせで備え得る。対流熱源（例えば、加熱された媒体（例えば、空気または他の流体）を適用する吹き付け器またはノズル）、伝導熱源（例えば、流動床）、誘導熱源、放射熱源、および／または他の型の熱源を備える熱源が、炉のチャンバの壁および／または天井の内部に設置され得、熱および任意の空気流を、鋳造物の周囲に、様々な程度および量で提供し、この鋳造物を適切な熱処理温度まで加熱する。このような望ましい熱処理温度および熱処理時間は、当業者に公知であるように、鋳造物が形成される金属または金属合金の型に従って、変動する。
【００３６】
本発明と共に使用するために適切であり得る、種々の熱処理炉の例としては、米国特許第５，２９４，９９４号；同第５，５６５，０４６号；および同第５，７６８，１６２号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）に記載されるものが挙げられる。本発明と共に使用するための熱処理炉またはステーションのさらなる例は、米国特許第６，２１７，３１７号ならびに２０００年９月９日に出願された米国出願番号０９／６６５，３５４、および２００２年１月１８日に出願された米国出願番号１０／０５１，６６６（これらの開示もまた、その全体が本明細書中に参考として援用される）に図示および開示されている。このような熱処理ステーションまたは炉は、鋳造物の熱処理の間に取り外された中子および／または鋳型から砂を再利用するための特徴を備え得る。
【００３７】
図１に図示される、本発明の別の局面によれば、熱処理が完了した後に、鋳造物は、熱処理ステーション４５からクリーニングステーション５０へと、ロボットまたは他の自動手段５５を介して移動される。この鋳造物は、入口に入れられる。この入口は、鋳造物の外周の周りに位置決めされたノズル６０を有する。１つ以上のノズルが、開いたオリフィスと直接整列して、位置決めされ得る。さらに、１つ以上のノズルが、開いたオリフィスに挿入され得る。次いで、これらのノズルは、空気、水、油、または他の媒体のジェットを、これらのオリフィスに方向付け、中子の除去を補助する。クリーニングプロセスの間、鋳造物のいくらかの領域は、わずかに徐冷され得る。しかし、あらゆる温度変化は、おそらく、最小である。クリーニングプロセスが完了した後に、この鋳造物は、熟成オーブン６５に移動され得る。
【００３８】
図２に図示される、本発明の別の局面によれば、鋳造物は、クリーニング５０の後に、徐冷ステーション７０に移動され得る。徐冷プロセスは、高体積／圧力の流体媒体（水、空気、水蒸気、油など）を、鋳造物に、表面をきれいにされた開口部分または他の箇所を介して提供する。徐冷プロセスは、冷却流体（例えば、水または他の公知の媒体材料）で満たされた徐冷タンクまたはレザバを利用し得、このタンク内に、各鋳造物または鋳造物のバッチが、冷却および徐冷のために浸漬される。徐冷タンクまたはレザバは、形成される大きさおよび型の鋳造物、金属または金属合金の比熱、および各鋳造物が加熱された温度に適合するように設計される。徐冷の時間および温度は、鋳造物の所望の得られる機械的特性および物理的特性を達成するように、制御され得る。いくつかの例において、徐冷ステーションは、約１２０°Ｆ〜約２００°Ｆに維持され得る。上記のように、次いで、鋳造物は、特定の成分について必要とされる処理に依存して、即時にかまたは後の時点で、徐冷オーブン６５に移動され得る。
【００３９】
図３に図示される、本発明の別の局面によれば、溶液熱処理が完了した後に、各鋳造物は、熱処理ステーション４５から、クリーニングおよびさらなる処理のために、徐冷ステーション７０に移動される。徐冷ステーションは、代表的に、冷却流体（例えば、水または他の公知の冷剤）を有する徐冷タンクを備えるか、あるいは冷却流体（例えば、空気、水、または類似の冷却媒体）を適用する一連のノズルを有するチャンバを備え得る。上記のように、徐冷プロセスにより、高体積の空気、水、水蒸気、および／または油を鋳造物に提供することによって、内部の中子のかなりの部分が除去され、鋳造物の温度を所望の最終温度まで低下させる。
【００４０】
しばしば、徐冷媒体は、鋳造物からの微量の砂を蓄積させる。次いで、この砂は、鋳造物に再度堆積する。従って、鋳造物は、その後、さらなるクリーニングおよび処理のために、クリーニングステーション５０に移動され得る。上記のように、クリーニングプロセスは、鋳造物を、様々な体積、圧力、および温度の、空気、水、油、または水蒸気の媒体蒸気に供する。空気が、鋳造物をクリーニングするために使用される場合、このクリーニングプロセスは、この鋳造物を、さらに徐冷し得る。鋳造物をクリーニングした後に、鋳造物は、所望であれば、熟成オーブン６０に入れられ得る。
【００４１】
従って、蒸気発明の詳細な説明を考慮すると、本発明は、広範な用途および適用が可能であることが、当業者によって容易に理解される。本発明の、本明細書中に記載された以外の多くの適用、ならびに多くのバリエーション、改変および均等な配置は、本発明の要旨からも範囲から逸脱することなく、本発明および上記詳細な説明から明らかであるか、または本発明および上記詳細な説明によって合理的に示唆される。
【００４２】
本発明は、特定の局面に関して、本明細書中に詳細に記載されたが、この詳細な説明は、本発明の説明および例示のみであり、そして本発明の完全かつ実施可能な開示を提供する目的のみでなされたことが、理解されるべきである。本明細書中に記載される詳細な説明は、本発明を制限するとも、本発明のこのような他の実施形態、適用、バリエーション、改変、および等価な配置のいずれを排除することも意図されておらず、本発明は、単に、本明細書中に添付される特許請求の範囲およびその均等物によってのみ、限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の種々の局面による、例示的な金属鋳造プロセスを図示する。
【図２】図２は、本発明の種々の局面による、別の例示的な金属鋳造プロセスを図示する。
【図３】図３は、本発明の種々の局面による、なお別の例示的な金属鋳造プロセスを図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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