(57)【要約】  鋳造成形工程に使用するための押湯スリーブ（１００）は、円筒形状の本体を備え、本体の側壁（１４）は先細形状でない又は本体の底部から頂部（１２）にかけて均一に先細となる形状であり得る。押湯スリーブは、本体の頂部から軸方向に延在する複数のキャビティ（１０２）が側壁に形成されることを特徴とする。これらキャビティは、押湯スリーブが鋳型に挿入される際にエアーギャップをもたらし、押湯スリーブと鋳型の接触面における熱損失を低減させる。【選択図】図３
2015534906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造成形工程で使用される押湯スリーブ（１００）であって、前記スリーブは外壁（１４）を備える本体であり、前記外壁は前記本体の底部から頂部（１２）まで延在し、前記本体の頂部から軸方向に延在する複数のキャビティ（１０２）が側壁に形成されることを特徴とする、押湯スリーブ（１００）。
【請求項２】
前記本体は円筒形状である、請求項１に記載の押湯スリーブ。
【請求項３】
前記本体は円錐台形状であり、好ましくは底部から頂部に向けて均一に減少する直径を備える、請求項１に記載の押湯スリーブ。
【請求項４】
前記複数のキャビティはそれぞれ実質的に半円筒形状であり、それぞれのキャビティは前記側壁に沿って配列された軸を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の押湯スリーブ。
【請求項５】
隣り合うキャビティの前記軸が前記押湯スリーブの外周に沿って少なくとも４半径長の間隔で離間せしめるような半径によって、それぞれのキャビティが特徴づけられる、請求項４に記載の押湯スリーブ。
【請求項６】
前記キャビティの前記軸から測定して、それぞれのキャビティは約１２０°から約１８０°までの範囲の角度を規定する、請求項４に記載の押湯スリーブ。
【請求項７】
それぞれのキャビティは、前記側壁に沿って、頂部から底部までの距離のうちの少なくとも過半を占めて延在し、底部の上方で終端する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の押湯スリーブ。
【請求項８】
前記複数のキャビティは前記本体の外周に沿って実質的に均一に離間している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の押湯スリーブ。
【請求項９】
前記本体は、内壁又は表面が複数のキャビティが形成されていない外壁の形状に対応する実質的に中空形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の押湯スリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示された実施形態は、溶融金属の鋳造に使用される押湯スリーブに関し、特に、押湯スリーブが鋳造用鋳型の押湯キャビティに挿入される際、閉鎖されたキャビティをもたらすようにその外部表面に沿って形づくられた押湯スリーブに関する。さらに具体的な実施形態では、押湯スリーブが鋳造用鋳型内に操作的に配置された場合、キャビティはスリーブ内にてスリーブ外部に沿う一般的に鉛直方向に延びる凹部となるよう配置される。
【背景技術】
【０００２】
先行技術文献の中でもとりわけ特許文献１に開示されるように、押湯スリーブ及びその使用は先行技術において公知である。押湯スリーブは鋳造用鋳型内で湯道及びリザーバとして機能する。形成される製品の性質に従って予め形成されたキャビティに溶融金属が注湯されると、注湯された金属の一部が押湯に流入し堆積する。押湯が存在しないと、キャビティ内の金属が凝固するにつれて、鋳型内の凝固した金属が収縮する結果、寸法変化及び内部空洞が発生する可能性がある。
【０００３】
押湯キャビティ内の金属からの熱損失は、主に金属と鋳型の接触面にて発生する。１個以上の押湯スリーブを、各押湯スリーブがキャビティと重力送りで液体連通するよう鋳造用鋳型内に戦略的に配置することにより、またスリーブ内の溶融金属を溶融状態に維持することにより、少なくとも鋳造中の金属に対して優先的に、スリーブから鋳型に流入するように注湯された後の溶融金属が利用可能となり、収縮分を補う。この目的が達成されない場合、押湯スリーブ内の金属は単に凝固し、そして製品の仕上げにおいて除去する必要のある鋳造物のさらなる付属物となる。
【０００４】
押湯スリーブ自体は、最終鋳造物の一部ではない。鋳造物が適切に冷却されたら、押湯は鋳造用鋳型の一部として除去される。
【０００５】
鋳造産業では、その目的を効果的な方法で達成する押湯スリーブを提供するための努力がなされている。この努力の継続的性質により、さらなる改良の必要性が叫ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，６４０，８７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、先行技術には改良された押湯スリーブに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記及び他の未だに満たしていない利点は、鋳造成形工程で使用される押湯スリーブによりもたらされる。本スリーブは本体を備え、当該本体の底部（下端）から頂部（上端）まで外壁が延在する。押湯スリーブは、本体の頂部（上端）から軸方向に延在する複数のキャビティが側壁に形成されることを特徴とする。
【０００９】
いくつかの例では、本体は円筒形状である。他の例では、本体は円錐台形状であり、好ましくは、底部から頂部に向けて均一に減少する直径を備える。
【００１０】
いくつかの例では、複数のキャビティはそれぞれ実質的に半円筒形状であることが好ましく、それぞれのキャビティは、キャビティを構成しない側壁の外側の仮想外周領域に沿って配列する軸を備えることが好ましい。このようないくつかの例では、隣り合うキャビティの軸が押湯スリーブの外周に沿って少なくとも４半径長の間隔で離間せしめるような半径によってそれぞれのキャビティが特徴づけられる。いくつかの例では、キャビティの軸から測定して、それぞれのキャビティは約１２０°から約１８０°までの範囲の角度を規定することが好ましい。
【００１１】
いくつかの例では、それぞれのキャビティは、外壁に沿って、頂部から底部までの距離のうちの少なくとも過半を占めて延在するが、それぞれのキャビティは底部の上方で終端する。
【００１２】
いくつかの例では、複数のキャビティは、本体の外周に沿って実質的に均一に離間している。
【００１３】
いくつかの例では、本体は実質的に中空形状であり、側壁に対応して、円筒形状であるか又は底部から頂部に向かって先細になる形状である内壁又は内部表面を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】特許請求される本発明のエアーギャップが付与される前の先行技術にて公知である成形された押湯スリーブの斜視図である。
【図２】エアーギャップ形成後の図１に示す成形された押湯スリーブの斜視図である。
【図３】特許請求される本発明の押湯スリーブの斜視図を鋳型パターン上の部分断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することにより、開示した実施形態をよりよく理解することができるであろう。添付の図面において、同一の参照符号は、同一の部分を指している。
【００１６】
一般に、押湯スリーブは２つのタイプのうちの１つである。盲型押湯スリーブは中空形状のドーム型の押湯スリーブを備え、底部（下面）は開放している。オープントップ型の押湯スリーブは、概して環形状、すなわち、頂部（上面）及び底部（下面）の両方が開放している形状である。盲型押湯スリーブの方が製造コストは高い。典型的にはその使用は特別な用途に限られている。一方、オープントップ型押湯スリーブでは、押湯スリーブ内の溶融金属のレベルを可視化することで、鋳造オペレータが鋳造の進行を視認できるようになる。本特許明細書の目的のため、語句「押湯スリーブ」は、一方の型を特に示さない限り、一般に両方の型に適用される。
【００１７】
押湯スリーブは、鋳型が形成された後、鋳型のキャビティに挿入され得る。これは一般に挿入可能スリーブと称される。押湯スリーブはまた押湯キャビティを形成するためにスリーブの周囲に形成されるパターン及び鋳型上に配設され得る。これは、一般に「突き固め（ｒａｍ−ｕｐ）」スリーブと称される。一般に先行技術では、スリーブの壁は均一な厚みを備え得、スリーブと鋳型との間に無視できるほどの隙間をもって鋳型内にきつく嵌め込まれ得る。
【００１８】
再び、さらに一般の方法について説明すると、押湯スリーブ内に収められた溶融金属が鋳造用鋳型内のキャビティに移る前に固化を遅くすることを目的として、押湯スリーブは断熱材料で製造されている。代替的に又は付加的に、押湯スリーブは、溶融金属の流動性を維持するための熱を発生させることを目的として発熱材料から作られ得る。典型的な押湯スリーブは、合成繊維を含む耐火性材料から製造される。それらには、例えばアルミニウム又はシリコンといった、押湯スリーブ内で発熱反応が起こっている間にそれぞれの断熱酸化物を発生させるために使われる、燃料が含まれ得る。押湯の設計を最適化するために求められる特性には、断熱性能を高めるため、低密度且つ高多孔性であることが含まれる。
【００１９】
押湯の固化を遅くし及び抑制するために供給補助手段が使われる。これらは、断熱性若しくは発熱性スリーブ又は「ホットトッピング」であり得る。スリーブは、断熱若しくは発熱性材料からの追加熱又はその両方をもたらすことにより、押湯からの熱損失を遅くするために、押湯キャビティの少なくとも一部を形成する（ｌｉｎｅ）材料からなる。断熱性又は発熱性材料のホットトッピングは、注湯後、鋳型の頂部を通じて開口する押湯の頂部のカバーに使われる。
【００２０】
スリーブは、耐火性繊維、砂、中空状の耐火性球状物、及び他の耐火性材料を含む様々な異なる材料から製造され得る。耐火性繊維のスリーブは、典型的には繊維及び他の原料を、スリーブの内寸を実現する金網メッシュ状の型枠上に堆積させて形成される。この繊維及び他の原料は水系スラリー内に存在し、型枠内で真空引きすることで型枠上に堆積する。これにより、外表面がやや粗いスリーブが製作される。砂又は中空状の球状物に他の原料を足して形成されるスリーブは、乾燥原料と液体鋳造結合剤の混合物を鋳型／中子型に吹き込み、鋳型内で結合剤を硬化させて内部と外部の両方の形状が鋳型により形成される固体のスリーブを製作することにより形成され得る。砂又は中空状の球状物から形成された押湯スリーブの壁は、繊維材料から形成されたものより均一になる傾向があるため、砂／中空状の球状物の押湯スリーブによれば、本発明の思想をより実施しやすくなる。
【００２１】
押湯スリーブの断熱又は発熱性能は、主に、スリーブの製作に使われる材料によって決まる。例えば、繊維の耐火性スリーブは典型的には鋳型の材料より低密度であり得、また熱容量と熱伝導性が小さいため断熱性を提供し得る。砂の発熱性スリーブは発熱性材料（典型的には金属アルミニウム粉末と酸化鉄の混合物であるテルミット）を比較的高い割合で含有し得る。押湯が溶融金属で充填されると、テルミットが発火し、押湯に二次的な熱源がもたらされる。
【００２２】
次に押湯スリーブブランク１０の斜視図を示す図１に着目する。このスリーブブランク１０は、わずかに切頭錐体状であり、底部又は基部から頂部１２に向けて均一且つ単調に減少する直径を備えるように図示されている。頂部１２と基部はいずれもブランク１０の中心軸に対して垂直であるように図示されている。用途によっては、特に押湯スリーブが「突き固め」法で挿入され得る盲型であり得る場合、一部の用途では頂部表面に丸みをつけてより弾丸形状とすることが好ましい可能性がある。押湯スリーブブランク１０は盲型であるが、平らな頂部１２を備える。
【００２３】
図示の実施形態から、スリーブブランク１０は、容易に、頂部から基部までの直径が等しい円筒形状とすることができることは明らかである。スリーブブランク１０は、外壁１４が滑らか且つ一貫した質感を呈しており、様々な異なる材料から製造され得る。
【００２４】
本発明の思想を備える押湯スリーブの実施形態１００の斜視図を図２に示す。同様に盲型であるものを図示する一実施形態１００では、外壁１４に１０個の凹部又はキャビティ１０２が形成されている。形成される押湯スリーブの有効性にとって均一に離間させることが必須であると考えられてはいないが、複数のキャビティ１０２は、外壁１４の外周に沿って実質的に均一に離間するよう図示されている。実施形態１００の本体は円筒形状に図示されているが、鋳造の状況によっては、例えば長円形状又は平坦面形状といった他の形状が必要となり得るが、これらの形状においても円筒形状の実施形態で図示したものと同じ方法で複数のキャビティが形成され得ることは当業者に公知である。
【００２５】
実施形態１００の凹部又はキャビティ１０２は、実質的に半円筒形状であるように図示されている。半円筒形状のキャビティ１０２の軸はそれぞれ概して外壁１４に沿って配列されており、各軸より、わずかに円錐形状又は概して円筒形状である押湯スリーブ１００全体の性質がもたらされ得る。キャビティ１０２のそれぞれの頂端部は開放しており、頂部１２に「波打つ」（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ）外周をもたらしている。キャビティ１０２は、押湯スリーブ１００の高さのかなりの部分にわたってスリーブの頂部からスリーブの軸方向に延在するように図示されているが、各キャビティは明らかに基部の上方で終端している。この結果、鋳型との間で密封を形成することを目的として押湯スリーブの基部周囲に用いられる円筒リングが、液体金属が注湯中にキャビティに流入することを抑制することとなる。
【００２６】
キャビティ１０２のサイズと数量に関して、半径Ｒの半円筒形状のキャビティの場合は、隣り合うキャビティの軸は押湯スリーブ１００の外周に沿って少なくとも４Ｒの間隔で離間していることが期待され得る。やや異なる表現をすると、側壁の約４０％がキャビティ形成のため除去されることが望ましいことが判明し得るが、外壁１４の元の表面の少なくとも半分を、鋳型と接触させるように残存させ得る。
【００２７】
図示されるように、キャビティ１０２は半円筒形状、すなわちキャビティの軸が表面又は外壁１４に沿って有効に配置され、ある１つのキャビティの隣接した端部の間に規定される角度は約１８０°である。一般的には、１８０°未満を含む場合、すなわち表面１４の外側に軸が位置する場合の方が、１８０°超に規定されるシリンダーを備える場合よりも好ましいと考えられ、１８０°超に規定されるシリンダーの場合は、軸が表面１４の内側に位置することになるであろう。これにより、キャビティの端部に沿って再び内に入る（ｒｅｅｎｔｒａｎｔ）薄い表面が形成されて破損しやすくなることを抑制し得る。どのような場合であっても、シリンダーの規定される部分は少なくとも１２０°であり、ほとんどの場合１８０°未満であり得る。
【００２８】
これらキャビティ１０２を設けることで、スリーブが鋳型に挿入された場合、同数の閉鎖されたエアーギャップがスリーブと鋳型の間に形成される。これらのキャビティ１０２は空気をその中に捕捉し得る。空気で充填されたキャビティ１０２は、鋳型材料及びスリーブのいずれと比較しても熱容量及び熱伝導性が非常に小さい。これらはさらに、鋳型とスリーブの間の接触面積を減少させ、伝導熱損失を減少させ得る。また、キャビティ１０２は、追加の断熱性ももたらす。この結果、スリーブの性能をより向上させ得るとともに、キャビティを設けるために押湯スリーブブランクの最初の厚みを増加させなくてもよいため、スリーブの重量及び材料コストを低下させ得る。
【００２９】
完全にはテストしていないが、スリーブ１００は、改善された鋳造歩留のため、注湯効率の向上及びより小さい押湯及びスリーブの使用を可能とすることが期待される。
【００３０】
押湯スリーブ１００の使用を概略的な斜視図で図３に示す。図３では、押湯スリーブは鋳型パターン４０上、より詳細には、鋳型パターンの取り付けプラグ４２上に取り付けられているように図示されている。押湯スリーブをパターン上に直接配置し、鋳物砂をスリーブの周囲に充填して押湯スリーブを形成する「突き固め」用途では、紙又は類似する材料にてエアーの充填されたキャビティの外周を形成するとともに鋳型が所定位置に突き固められる際の鋳物砂の侵入を防ぐように、紙、段ボール、プラスチックフィルム又は類似の材料のカバーがスリーブ上に配置され得る。
【００３１】
図３に明示されるように、押湯スリーブ１００は、最初の形成工程又は材料を除去する工程のいずれかによって明らかな中空形状となり得る。内部表面１０４は、外表面のみに鋳造されるキャビティを除き、外表面１４に対応するよう底部から頂部１２に向かって先細であることが好ましい。
【００３２】
本発明の特徴を備える図示した押湯スリーブは、上述したように「盲型」押湯スリーブと称される。ただし、本明細書の記載を応用しオープントップ型押湯スリーブに同一の発明の特徴をもたらすことは十分当業者の技術範囲内にある。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態について図示及び説明してきたが、当業者は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく本明細書に記載の発明に影響を及ぼし得る複数の変形及び変更が可能であることを理解するであろう。すなわち、上述した要素の多くは、変更することができ、又は同じ結果をもたらし、特許請求される発明の精神に収まる異なる要素で、置き換えることが可能である。
【図１】
2015534906.tif 000003
【図２】
2015534906.tif 000004
【図３】
2015534906.tif 000005
【国際調査報告】
2015534906.tif 000006
2015534906.tif 000007