(57)【要約】  本発明は、一体型で多チャンバのステンレス鋼製水栓および設備器具を単一の一体構造で形成する方法を提供する。本体が内部中空領域および複数の分割チャンバを有する様々なステンレス鋼製製品を形成することができる。本体は、耐熱性セラミック中子をロストワックスインベストメント鋳造プロセスと併用して構築することができる。一体構造で形成されたステンレス鋼製製品は、部分溶接、ねじ組立、または精密圧入などの時間のかかる余分な製造ステップの必要性をなくすことができる。さらに、環境規制および鉛／毒制限を遵守して実質的に無鉛、無緑青、および無毒である水栓および設備器具を提供することができる。
2012531313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型の水栓本体を製造する方法であって、
１つまたは複数の中空中子を包囲する型材料を形成することと、
前記型材料を包囲するシェルを形成し、前記シェルおよび中空中子は、１つまたは複数の位置で結合されることと、
前記シェルおよび中空中子から前記型材料を除去し、残った前記シェルおよび中空中子がインベストメントを形成することと、
前記インベストメント内に前記水栓本体を鋳造し、前記水栓本体は、それによって、少なくとも冷水入口、熱水入口、および温水出口を形成する１つまたは複数の内部チャンバを含むことと、
を含む方法。
【請求項２】
前記型は、複数の中空中子を包囲して形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記型材料はワックスまたは発泡体である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水栓本体は、約０．２５％未満の鉛含有量を有するステンレス鋼を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記水栓本体は、アンダーカットされた１つまたは複数のチャンバを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記中空中子は、セラミック射出成形を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記シェルはセラミック材料である、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
[0001]  本願は、参照によりその全体を本明細書に援用する、２００９年６月２６日に出願の米国仮特許出願第６１／２６９，６０９号に対する優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
[0002]  本発明は、インベストメント鋳造に関する。より詳細には、本発明は、単一のまたは複数の内部チャンバが形成された単体金属構造体を作製できるロストワックスインベストメント鋳造用のプロセスおよびセラミック中子型で形成された構造体に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  汚染物質および現在の経済発展に関する環境上の懸念より、従来、鉛（Ｐｂ）を含有する軟質金属合金で構築されてきた水栓の設計および製造の変更が余儀なくされている。この従来の製造プロセスは、１００年以上にわたり、砂型鋳造からシェル鋳造、さらには金型鋳造へと改良されてきた。このプロセスは通常、鋳造温度が１０５０℃未満でなければならない低温金属合金を利用する。このプロセスに樹脂砂中子を使用することで、中空（hollow center）多チャンバの低温合金製水栓本体を形成することができる。
【０００４】
[0004]  今日、水栓本体の多くは、鉛（Ｐｂ）、ならびに、自然に発生する亜鉛族元素であるカドミウム（Ｃｄ）およびヒ素（Ａｓ）などの重元素を含有する低温合金からなるものである。したがって、合金の組成は人間にとって有害であり得る。内部の水通過領域は、水栓を使用する場合には常に水流と接触する。ユニットの通常の寿命の間、ユニットは、流路を空気に暴露し、次いで、水が腐食プロセスを加速するという繰り返しの入／切サイクルを繰り返し、その有効寿命全体にわたって重元素がユニットから溶出するのを可能にする。こうして微量の重元素を含有する水流が微量の鉛を搬出し、その結果、この鉛が水と混合されることになり、長期にわたってそのような水を使用して、果物および野菜を洗浄する（または、料理する）ことで、微量の鉛が直接的または間接的に摂取され、人間の体内に吸収される。これらの重金属元素は、人体および器官の許容値または負荷量を超えて蓄積し、最終的に、神経系、知能、骨格系、筋肉系、および血管系に影響を及ぼす様々なタイプの公知の毒性金属鉛中毒をもたらす、または引き起こす。これらの状況は、特に、幼児、妊婦、および高齢者に有害である。人間が長いまたは延長された期間にわたってそのような水を飲んだ場合、人体に有害であり、人間の脳、神経系、腎臓、および赤血球に損傷をもたらす。特に、妊婦および子供がそのような水を飲んだ場合、考えられないほど悲惨な結果となる。
【０００５】
[0005]  低温金属合金内の鉛含有量によっては、人間に重大な害をもたらすと分かった結果、カリフォルニア州、米国環境保護庁（ＥＰＡ）、および欧州連合の特定有害物質使用制限（ＲｏＨＳ）指令は、近年公表された一連の新たな法令を実施し始めた。新たな規制下で、水栓、パイプライン、台所で使用される蛇口、及び飲料水システムとの鉛含有量は、それぞれ０．２％および０．２５％を超えてはならない。これらの規定の目的は、過剰なレベルの重金属鉛元素を含んではならない、パイプライン、コンテナ、配管、および水栓などのすべての水道装置と直接的にまたは間接的に接触する人間用の飲料水を保護することである。現状では、黄銅水栓本体用の材料などの、水栓を製造するための素材としての低温金属合金の使用については、大抵の場合、砂型鋳造および／またはシェル鋳造で使用されている。そのような黄銅合金内の鉛含有量の制限は、２０１０年１月１日より前では４％未満とされていた。しかし、２０１０年１月１日以後、配管器具の黄銅合金に対するそのような鉛制限は、カルフォルニアのＡＢ  １９５３で規定されているように、０．２５％未満でなければならない。
【０００６】
[0006]  ステンレス鋼およびその他の高温合金は、低温品の代替となるのは明らかであるが、異なる製造プロセスを必要とする。インベストメント鋳造は、ガスタービンエンジン部品などの複雑な形状を有する高温金属部品を形成するのに一般的に使用される技術である。しかし、水栓本体の内部流路、構造が複雑で大きさが小さいために、水栓本体を形成するために現状の製造プロセスおよびインベストメント鋳造技術を使用する際に多くの問題がある。この問題には、それらに限定されるものではないが、以下のもの、すなわち、ワックス型内に中空チャンバを形成するための離型可能な支持体がないこと、その後に続くシェル焼成および溶融ステンレス鋼の鋳込みプロセスのために必要とされる十分なシェル強度を有する層を構築する浸漬時に、均一なスラリー浸漬およびコーティングが困難なこと、ならびに、鋳物本体から内部シェルを除去するまたは外に出すことなどがある。したがって、インベストメント鋳造プロセスの様々な段階におけるそのような多数の制約により、内部が複雑な１つまたは複数の中空チャンバを有して構築された精巧な鋳物本体を、低温合金に適合した経済的産業規模で製造することができない。例えば、米国特許出願公開第２００４／０２２１３８５号明細書は、溶解性ワックス中子を使用する単一チャンバの水栓について説明している。この明細書は、概して、ユニットの機能性および美観を制限するだけでなく、溶接などの費用がかかり複雑な補助プロセス、多部品による組立、ならびに酸化、腐食、不具合箇所、および／または不必要な製造経費をもたらすことがある他のステップを必要とする、形成プロセスに深刻な制約のあるステンレス鋼製の水栓を作製するのに今日利用できるインベストメント鋳造の現在のレベルを示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0007]  健康規制基準を遵守する水道設備器具、ならびにその水道設備器具の経済的な製造方法が必要である。さらに、前述の教示および今日において現在利用できる製造方法の範囲または能力を超える一体構造部と、複数の内部チャンバを有する中空部とで形成できるステンレス鋼製水栓が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
[0008]  本発明は、単一の一体型またはワンピース型構造で形成できるセラミック射出成形（「ＣＩＭ」）製造プロセスおよびその結果得られる最終製品を提供する。
【０００９】
[0009]  複数のチャンバのあるステンレス鋼製の水栓、および水道設備器具を含む様々な製品を製造することができる。本発明の好ましい実施形態は、複数の分割チャンバを含む内部中空セルを有する本体で形成されたステンレス鋼製水栓を提供する。分割チャンバは、冷水入口、熱水入口、および温水流れの方向を制御または管理する混合された温水出口を別々に提供すか、それらとして別々に機能することができる。好ましい実施形態では、主水栓本体には、ロストワックス（または消失発砲体）インベストメント鋳造プロセス時に、１つまたは複数の耐熱性セラミック中子を使用することで、アンダーカットされた複数の中空チャンバを構築することができる。セラミック中子が鋳物から取り除かれるおよび除去される、または外に出されると、それにより、単一のワンピース型ステンレス鋼製水栓が本体と共に得られ、それ以上の作業なしに完成する。最終的なシームレスステンレス鋼製水栓本体を形成するのに、部品溶接、ねじ組立、または精密圧入などの時間のかかる余分な製造ステップは必要とされない。
【００１０】
[0010]  本発明は、冷水入口、熱水入口、および温水出口として独立して機能できるスロット、穴、または流路を有することができる中空でアンダーカットされた１つまたは複数の内部チャンバを有する一体構造のステンレス鋼製水栓本体を製造する方法を提供する。流路は、温水流れの方向制御を可能にすることもできる。
【００１１】
[0011]  製造プロセスは、セラミック中子の使用と、セラミック中子の正確な位置決めと、複数の中空チャンバまたは中空内部部分を有するチャンバなどの内部構造のある完成した一体構造ワックス型を形成する１つまたは複数のワックス射出プロセスとを含むことができる。ワックス型は、以下のプロセスのうちの１つまたは複数を含む型ツリー組立プロセスにかけることができる。すなわち、外側シェルを構築するスラリー浸漬、コーティングと、ロストワックスと、シェル焼成と、内部セラミック中子を除去した後、中空および一体構造のステンレス鋼製水栓本体を完成させるための溶融ステンレス鋼鋳込みである。
【００１２】
[0012]  一部の実施形態では、ワックス型は２つの半体で形成することができる。単一ステップのワックス射出プロセスで２つの半体ワックス型を形成するのに使用される２つのワックス射出キャビティの特別な構造によって、２つの半体から完成したワックス型を形成することができる。あるいは、２つの独立したワックス射出機械またはプロセスを使用することもできる。第１の半開ワックス型を形成し、次いで離型することができる。離型されたワックス型は、前もって形成された第２の半開ワックス型に接合することができる。あるいは、離型されたワックス型を第２のワックス射出機械に置くことができ、第２の半体を形成して第１の半体に接合することができる。２つのワックス型は様々な態様で接合することができ、例えば、２つのワックス型は、熱接合、超音波接合、化学接合、または機械接合によって接合することができる。ワックス型部品がＣＩＭ中子を包囲して配置されている間に型を接合して、仕上がったワックス型を形成することができ、中子は、第１の半開ワックス型の空洞の中および上に前もって設置される。ワックスの代わりに発泡体を使用することもでき、その後、発泡体型および半体発泡体型を形成し、次いで、ワックス型に対して説明したのと同様に接合することができる。
【００１３】
[0013]  本発明は、耐熱性セラミック中子の結合体と、複数の内部中空構造および複数のチャンバ構造を有する一体構造のステンレス鋼製水栓本体を製造できるインベストメント鋳造プロセスとを提供する。
【００１４】
[0014]  本発明の別の態様は、実質的に無鉛、無緑青、および無毒のステンレス鋼製水栓および水道設備器具を提供する。そのような製品は、溶接または機械加工による追加費用をなくすことで製造コストを節約しながらも、ＥＰＡ規制および課された鉛／毒制限を遵守するように製造することができる。本発明の他の態様はまた、ステンレス鋼などの害の少ない金属でできた水栓などの単体構造のステンレス製水道設備器具を含む様々な製品を製造するために、ＣＩＭプロセスおよび中子とインベストメント鋳造技術とを併用する。
【００１５】
[0015]  実施形態では、ワックス射出プロセス時に、中空でアンダーカットされた内部チャンバは、利用可能な支持ブリッジがないために、単一の金属挿入体アセンブリでさえ離型することができないし、加熱接合がワックス部品の内部合わせ領域に到達できず、これらの接合領域間にギャップが生じるために、ワックス型の分離した部品群をともに加熱して溶着することもできない。水栓本体のワックス型のこの特定の場合では、中空チャンバでさえ、セラミック中子のセラミックを前もって設置することなく構築されており、ジルコニアスラリーが浸漬され、ワックス型の内側面の中および上に十分に深く拡散することは事実上不可能であり、ジルコニア砂およびモリサイト（molichite）粒子が、空中浮遊の威力によってでさえ、中空チャンバ内に到達して、セラミックシェルの５層以上の内側層を構築することも、鋳込みプロセス時に、溶融したステンレス鋼を「液体」の状態に保持することもどちらも事実上不可能である。さらに、スラリー浸漬およびコーティングプロセスによって、湿った状態でそのように形成された内部セラミックシェルは、ワックス本体内部の内側層が深いために、シェルの湿気硬化プロセス時に乾燥させるのが非常に困難である。したがって、セラミック中子を正確な位置決めで上側半開ワックス型の中および上に前もって設置することは、仕上がったワックス型を作製するための独自のプロセスである。
【００１６】
参照による援用
[0016]  本明細書に記載されたすべての出版物、特許、および特許出願は、各個々の出版物、特許、または特許出願が、参照により援用されて具体的に、かつ個別に示されたのと同等に、参照により本明細書に援用されるものとする。
【００１７】
[0017]  特許または出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。１枚または複数枚のカラー図面を含むこの特許または特許出願公開のコピーは、請求に応じ必要な手数料が支払われた時に特許庁から提供される。
【００１８】
[0018]  本発明の原理を用いた例示的な実施形態を記載した以下の詳細な説明を参照することで、本発明の特徴および利点についてのより深い理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】[0019]本発明の実施形態による、設備器具などの部品を形成するステップを示すブロック図である。
【図２】[0020]本発明の実施形態による、成形型内のセラミック射出成形（「ＣＩＭ」）中子を概略的に示している。
【図３Ａ】[0021]本発明の実施形態による、２つ以上の部品から形成されたＣＩＭ中子を概略的に示している。図示した実施形態のＣＩＭ中子は中空空洞を有する。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による、２つ以上の部品から形成されたＣＩＭ中子を概略的に示している。図示した実施形態のＣＩＭ中子は中空空洞を有する。
【図４】[0022]本発明の実施形態による、酸化アルミニウムを充填したるつぼ内のＣＩＭ中子を概略的に示している。
【図５】[0023]本発明の実施形態による、ワックス型がＣＩＭ中子を包囲して形成されている間、ＣＩＭ中子が所定の位置に保持されるのを可能にするツーリング（tooling）機械内のＣＩＭ中子を概略的に示している。
【図６】[0024]本発明の実施形態による、ＣＩＭ中子、ワックス型、およびシェルを含むワックス（または発泡体）マスタを概略的に示している。
【図７】[0025]本発明の実施形態による、本発明の実施形態のインベストメント鋳造方法によって形成され、ＣＩＭ中子を有し、アルカリ溶液中に配置された部品を概略的に示している。
【図８】[0026]本発明の実施形態による、ＣＩＭ中子が除去された図７の部品を示している。左の図は、右の図の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0027]  通常、軟質金属の形体は、砂型鋳造またはダイ鋳造（炭素鋼の成形型）を使用して形成される。砂型鋳造を使用したステンレス鋼の鋳造は、（１４７５℃を超える）高温において、砂型が不安定になるために困難である。さらに、鋼（ダイ）による鋼の鋳造を使用したステンレス鋼の鋳造は、ツーリング部品の深刻な変形がなければ困難である。有利にも、本発明の実施形態のインベストメント鋳造方法は、先行技術の鋳造方法の問題なしにステンレス鋼製の設備器具の形成を可能にする。
【００２１】
[0028]  本発明の態様および実施形態の方法を使用して、複数の内部チャンバを有する一体型水栓などの設備器具を形成することができる。本発明の実施形態の方法によって形成された設備器具は、環境規制と有毒化学物質に関する規制限度とを遵守して、実質的に無毒および無緑青とすることができる。本発明の好ましい実施形態の方法は、実質的に無鉛の水栓および設備器具の形成を可能にする。
【００２２】
[0029]  本発明の実施形態では、インベストメント鋳造（「ＩＣ」）方法は、一体型で多空洞（または多チャンバ）の水栓を形成するために提供される。そのような水栓は、元素金属および金属合金（例えば、ステンレス鋼）を含む１つまたは複数の金属などの任意の材料で作製することができる。様々な実施形態の多チャンバ水栓は、水を使用者に供給する１つまたは複数のチャンバを含む。
【００２３】
[0030]  実施形態の方法によれば、１つまたは複数のワックス型が中子を包囲して構築され、シェル（例えば、セラミックシェル）がワックス型を包囲して構築される。次に、ワックスに熱をかけてワックスを除去する。次いで、所定の鋳造温度までシェル（本明細書では「外側シェル」とも言う）を加熱する。次いで、中子とシェルとの間の空間（本明細書では「空き空間」とも言う）に溶融した金属を供給する。加熱および冷却時の材料の変形に対処するために、所定の加熱および冷却速度を使用する。
【００２４】
[0031]  先行技術のインベストメント鋳造方法は、外側構造体の形成を可能にするが、内側構造（例えば、空洞、流路）の形成は難しい。有利にも、本発明の実施形態の方法は、金属鋳物を損傷しない化学物質を使用する抽出プロセスで除去することができるセラミック射出成形（「ＣＩＭ」）中子を使用した内側構造の形成を可能にする。
【００２５】
[0032]  本発明の好ましい実施形態では、ＣＩＭ中子は、ＣＩＭ中子抽出プロセスに役立つＣＩＭ中子内の空洞を形成するために複数の部品で形成される。実施形態では、ＣＩＭ中子は中空である（すなわち、ＣＩＭ中子は、中子の中心に向かう材料なしに外側シェルによって画定される）。他の実施形態では、中子は中実とすることができる。さらに他の実施形態では、１つまたは複数の中空中子および１つまたは複数の中実中子を組み合わせて使用することができる。実施形態では、中子の形成が完了すると、中子は、ワックス（または消失発泡体（ロストフォーム））マスタ内に置かれる。実施形態では、ワックス層は、各中子を包囲して形成されて、ワックスマスタを形成する。次いで、ワックス（または消失発泡体）マスタを、ユニットの外側面を形成するセラミックシェルでコーティングする。実施形態では、セラミックシェルは、ケイ酸ジルコニウム（またはジルコン）で形成される。
【００２６】
[0033]  実施形態では、シェルは第１の材料で形成され、ＣＩＭ中子は第２の材料で形成される。一実施形態では、第１の材料は、第２の材料よりも高い融点を有する。実施形態では、第１の材料はジルコン、シリカ、またはジルコンおよびシリカの組み合わせで形成される。別の実施形態では、第２の材料は半有機材料である。実施形態では、第２の材料は、ジルコン、シリカ、またはジルコンおよびシリカの組み合わせで形成される。
【００２７】
[0034]  本発明の実施形態のＣＩＭ中子を使用して、水栓、および様々な水システムの軟質金属部品に代わり得る他の部品などの各種設備器具を製造することができ、先行技術の製造方法を使用して作製することができない新たなタイプの製品が創出される。
【００２８】
設備器具を形成する方法
[0035]  本発明の態様では、設備器具または部品を形成する方法が提供される。その方法は、一体型で多空洞の設備器具（例えば、水栓）の形成を可能にする。
【００２９】
[0036]  ここで図を参照すると、全体を通じて同じ数字は同じ部品を指している。当然ながら、図は必ずしも一定の縮尺で示されていない。
【００３０】
[0037]  図１は、本発明の実施形態による、設備器具を形成する方法を示すプロセス（ブロック）図である。特定のステップがプロセス図に示されているが、当然ながら、他のステップも含まれ得る。
【００３１】
[0038]  最初のステップ１１０では、１つまたは複数のセラミック射出成形（「ＣＩＭ」）中子を形成する。１つまたは複数のＣＩＭ中子は、形成される設備器具の内部構造と合致する。実施形態では、１つまたは複数のＣＩＭ中子は中空中子である、すなわち、ＣＩＭ中子は、形成される設備器具（例えば、水栓）の内部構造と合致するが、中空空洞を有する外側シェルを含む。有利にも、これにより、材料費が節約され、製造プロセスの完了間近にＣＩＭ中子を素速く除去することが可能になる。
【００３２】
[0039]  本発明の好ましい実施形態では、ＣＩＭ中子は、ＣＩＭ中子抽出プロセス時にＣＩＭ中子の除去に寄与するＣＩＭ中子内の空洞を形成するために複数の部品で形成される。本発明の実施形態のＣＩＭ中子は半有機材料で形成され、この半有機材料は、１つまたは複数の高圧射出成形機械内で圧縮成形される。次いで、部分的に形成されたＣＩＭ中子を組み立て、加熱段階が所望される場合、１つまたは複数の硬化用オーブン内で硬化させる。加熱時の材料の変形および劣化（崩壊または亀裂）を防止するために、ＣＩＭ部品はるつぼに保持され、るつぼとＣＩＭ中子との間の空き空間または空隙には、液体を吸収し、形状を許容範囲内に保持する助けとなる酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）が充填される。硬化用オーブンは中子を固化するのに役立ち、中子を寸法的に安定させ、さらに抽出プロセスの助けとなる酸化プロセスを開始する。ＣＩＭ中子を硬化させた後、次のステップ時に、必要条件およびＣＩＭの配合に応じて、所望しない水、ワックス、および／または化学物質が浸入するのを防止する様々な不浸透性コーティングでＣＩＭ部品をコーティングすることができる。一部の好ましい実施形態では、ＣＩＭ中子は、当業者には公知のように、非透水性または実質的に非透水性である封止材料でコーティングすることができる。一部の事例では、防水または耐水コーティングを形成するために、中子の特定の配合に応じて、選択される材料を変えることができる。封止剤は、樹脂および／またはエクスポシ（exposy）材料とすることができる。一部の実施形態では、材料は、ＫＯＨに対して所望の方法で反応することができる。
【００３３】
[0040]  次にステップ１１５で、ステップ１１０で形成された１つまたは複数のＣＩＭ中子を射出ダイなどのツーリング装置内に吊す。実施形態では、射出ダイは、形成される設備器具の対称性部分と合致する上側部品および下側部品（本明細書では「上側ダイ」および「下側ダイ」とも言う）を有する。ツーリング装置は、１つまたは複数のＣＩＭ中子を包囲するワックスシェルの形成を可能にする。
【００３４】
[0041]  次にステップ１２０で、１つまたは複数のＣＩＭ中子を包囲するワックス型を形成して、ワックスマスタを得る。ワックス型は、溶融ワックスをツーリング装置内に射出し、溶融ワックスが、ツーリング装置の１つまたは複数の壁と１つまたは複数のＣＩＭ中子との間の空き空間を埋めることを可能にすることで形成することができる。本発明の他の実施形態では、様々な型材料を使用することができる。例えば、１つまたは複数のＣＩＭ中子を包囲する発泡体型を形成して、発泡体マスタを得ることができる。発泡体型材料、ワックス型材料、および他の型材料は、本明細書においてワックス型材料に関して説明するのと同様に扱うことができる。
【００３５】
[0042]  実施形態では、１つまたは複数のＣＩＭ中子を包囲するワックス型は、１つまたは複数のＣＩＭ中子をツーリング装置内で組み立て、時間制御された引き戻しピンシステムを使用する単一パスのワックス射出プロセスを行うことで形成することができる。別の実施形態では、ワックス型は、単一パスのワックス射出プロセスおよびセラミック支持ピンシステムを使用して形成される。別の実施形態では、一連のワックス射出プロセスを使用して、設備器具の個々の部品を配置する。これは、複雑な構造を有する設備器具に使用することができる。別の実施形態では、溶着ワックス中子位置決め方法が使用される。そのような場合、ＣＩＭ中子は、前もって形成されたワックス型内に置かれ、ワックス型は、超音波周波溶着または熱溶着を使用して互いに溶着される。このプロセスは、消失発泡体プロセスに対しても同様とすることができ、ＣＩＭ中子は、発泡体マスタ部品内に置かれ、発泡体部品は、接着剤または部品を機械的に互いに保持する他の手段を使用して互いに結合される。
【００３６】
[0043]  次にステップ１２５で、ワックス（または発泡体）マスタをセラミックスラリー中に浸すことで、ワックス（または発泡体）マスタを包囲するセラミックシェルを形成して、インベストメントを形成する。セラミックシェル（本明細書では「シェル」とも言う）は、シリカ、ジルコン、様々なケイ酸アルミニウム、およびアルミナなどの耐熱性材料で形成することができる。シリカは、焼成したシリカの形態で通常使用することができるが、時には、石英が使用されることもある。使用できる他の耐熱性材料として、モロサイト（molochite）およびシャモットがある。実施形態では、セラミックシェルはジルコンで形成される。別の実施形態では、セラミックシェルはＳｉＯｘ（例えば、シリカまたはＳｉＯ２）で形成される。さらに別の実施形態では、セラミックシェルはＳｉＯｘおよびジルコンで形成される。
【００３７】
[0044]  次にステップ１３０で、セラミックシェルがワックスを包囲して形成された状態で、ワックスを除去する。実施形態では、ワックスまたは発泡体が溶融されて、金属を鋳込んで埋めることができる空所（本明細書では「空き空間」とも言う）が残る。ワックス材料は、ワックスを包囲するシェルのセラミック（インベストメント）材料よりも大きい熱膨張係数を有することがあるので、ワックスを加熱するとワックスは膨張し、シェルを変形させ得る応力を誘発する。これらの応力を最小限にするために、ワックスは、ワックスの表面が最初に溶融し、ワックスの残りの部分が膨張する空間をもたらすことができるように素速く加熱することができる。
【００３８】
[0045]  次のステップ１３５で、シェルと中子との間の空所に金属を供給する。金属は、最終製品の設備器具で所望される任意の金属とすることができる。金属は、元素金属（例えば、チタン）またはステンレス鋼などの金属合金とすることができる。金属または金属アロウ（allow）は、低い鉛含有量を有することができ、例えば、約４％、約３％、約２％、約１％、約０．５％、約０．２５％、約０．２％、約０．１％、約０．０５％、約０．０１％、約０．００５％、約０．００１％、または約０．０００１％未満の鉛含有量、あるいは最大で同％の鉛含有量を有することができる。実施形態では、金属は、空所（または１つまたは複数のＣＩＭ中子とシェルとの間の空間）に鋳込まれる。別の実施形態では、真空鋳造を使用して、金属を中子とシェルとの間の空間に引き入れることができる。実施形態では、金属を鋳込む前に、焼成プロセスでシェル材料を約１０００℃以上に加熱し、この焼成プロセスは、シェル構造の安定化に寄与することができ、一方で、さらに、溶融金属の冷却を防止する（ひいては、欠陥およびシェルの破損を防止する）。シェル／中子合体品を加熱することで、中子材料内の有機物の破壊プロセスが加速されて、溶出（または中子抽出）プロセスの助けとなる分子サイズの穴を形成することができる（下記を参照のこと）。
【００３９】
[0046]  次にステップ１４０で、セラミックシェルを除去する。実施形態では、セラミックシェルは、例えば、空気ハンマ、振動器、またはかなり硬い材料を破壊できる他のツールによって機械的に除去される。他の実施形態では、様々な他の技術、例えば、化学的除去または本明細書で説明する他の任意の除去技術を使用して、セラミックシェルを除去することができる。実施形態では、除去する前にセラミックシェルを冷却することができる。
【００４０】
[0047]  シェル材料はかなり硬いことから、ＣＩＭ中子材料として使用するのに不適切となるが、その理由は、中子として使用する場合に、そのような材料を除去することが困難だからである。ジルコンを使用する場合、ジルコンは、乾燥させるための特別な環境を必要とすることがあり、これは、内部空洞を有する小さい部品には困難である。ＣＩＭ中子材料は、受動的抽出方法によって除去できるので、ＣＩＭ中子材料として、より軟らかい金属を使用することは、この問題を解決する助けとなる。
【００４１】
[0048]  次にステップ１４５で、１つまたは複数のＣＩＭ中子を除去する。様々な実施形態において、ステップ１４５の後、一体型設備器具が得られる。実施形態では、ステップ１４５により、一体型で多空洞の水栓が得られる。１つまたは複数のＣＩＭ中子は、１つまたは複数の中子（および、１つまたは複数のＣＩＭ中子を包囲する金属材料）を抽出溶液または溶出溶液に浸すことで除去される。実施形態では、抽出溶液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含むアルカリ塩溶液である。抽出溶液は、約１０分〜約２０分の時間でＣＩＭ中子材料を除去することを可能にする。ＣＩＭ中子（すなわち、中空空洞）の構造により、表面積をより大きくし、除去される材料をより少なくすることができ、迅速な抽出プロセスが可能になる。溶液がＣＩＭ中子の内部空洞に浸入することで、反応する表面積が実際上２倍になる。
【００４２】
[0049]  次にステップ１５０で、ステップ１４５で作製された設備器具（または部品）の外側面を電気的にめっきして（電気めっきして）、設備器具の外側面に金属材料の層を形成する（金属仕上げ）。実施形態では、外側面は、ニッケル、硬質クロム、またはその２つの組み合わせで電気めっきされる。
【００４３】
[0050]  次にステップ１５５で、ステップ１４５で作製された設備器具（または部品）の内側面を化学めっきして、設備器具の内側面に金属材料の層を形成する。実施形態では、ステップ１５５中に、ニッケルの層が設備器具の内側面に形成される。ニッケルの層は、約１μｍ（「ミクロン」）〜約１０μｍの厚さを有することができる。実施形態では、ニッケルの層は、約３μｍの厚さを有する。
【００４４】
一体型で多空洞の水栓を形成する方法
[0051]  図２〜８を参照すると、本発明の実施形態による、一体型で多空洞の水栓を形成する方法が示されている。図２〜８は、形成の様々な段階にあるインベストメント鋳造部品および最終製品（水栓）を概略的に示している。
【００４５】
[0052]  図２を参照すると、ＣＩＭ中子部品２１０（本明細書では「ＣＩＭ中子」とも言う）が、かなり高圧のツーリング装置２１５を使用して形成されている。ツーリング装置２１５は、構築される水栓の内部構造と合致する内部構造を有する成形型を含む。図示した実施形態では、ツーリング装置２１５は、上側部分（成形型）および下側部分を有する。
【００４６】
[0053]  一部の実施形態では、水栓（または他の設備器具）が複数の内部構造を含む場合に、これらの内部構造の一部と合致する複数のＣＩＭ中子を使用することができる。例えば、水栓を鋳造する際に、第１のＣＩＭ中子を使用して、熱水入口を形成することができ、第２のＣＩＭ中子を使用して、熱水と冷水とが混ざる水空洞を形成することができる。水栓（または他の設備器具）を形成するのに使用されるＣＩＭ中子の数量は、鋳造される水栓の複雑度に基づいて選択することができる。ＣＩＭコアを使用して、アンダーカットされた内部チャンバまたは内部構造を形成することができる。アンダーカットされたチャンバまたは構造は、水栓本体の一般面から突出し、張り出し構造を形成できる部分を有することができる。アンダーカット構造、または張り出し構造は、およそ、または最大で水栓本体の幅、長さ、または高さの約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、または約９５％とすることができる。
【００４７】
[0054]  図２のＣＩＭ中子２１０は、図３Ａに示すように、複数の部品で形成することができる。複数の部品からなるＣＩＭ部品２１０を形成することで、図３Ｂに示すように、ＣＩＭ部品２１０内に中空空洞２２０が形成される。有利にも、中空空洞により、インベストメント鋳造プロセスの終了間近にＣＩＭ中子の迅速な抽出（または溶出）が可能になる。
【００４８】
[0055]  図４を参照すると、図２に示したＣＩＭ中子２１０はるつぼ２２５内に置かれ、硬化プロセス時にＣＩＭ中子２１０を安定化させる助けとなる酸化アルミニウム粒子２３０が周囲に詰め込まれている。実施形態では、ＣＩＭ中子２１０は、約１日〜約５日、または約３日にわたって硬化される。
【００４９】
[0056]  図５を参照すると、図２のＣＩＭ中子２１０が、ツーリング装置２３５内に置かれており、ＣＩＭ中子２１０を所定の位置に保持することができる。ツーリング装置は、上側部分２１６および下側部分２１５を有することができる。ＣＩＭ中子２１０が所定の位置に保持された状態で、ワックス材料２４０をツーリング装置内に射出して、ワックス（または発泡体）を形成する、すなわち、ＣＩＭ中子２１０をワックス２４０の層で包囲する。
【００５０】
[0057]  実施形態では、ＣＩＭ中子２１０がセラミックピン、または引き戻し（または引き戻し可能な）フィンガを使用して所定の位置に保持された状態で、ワックス２４０をツーリング装置２３５内に射出する。図５を参照すると、中子２１０を所定の位置に保持するために位置決めピン２４６が設けられている。一実施形態では、圧力バランス法を使用して、ワックス（または発泡体）マスタを形成する。別の実施形態では、ＣＩＭ中子２１０がツーリング装置に配置された状態で、ＣＩＭ中子の第１の部分を包囲するワックスの第１の層を形成する。次いで、ＣＩＭ中子の第２の（覆われていない）部分をワックスの第２の層でコーティングする。第２の層は、ワックスの第１の層を形成するのに使用されたツーリング装置を使用するか、または別のツーリング装置を使用して形成することができる。ワックスの第２の層の形成時に、ワックスの第１の層の一部が溶融（または軟化）して、ワックスの第１の層と融合することができ、それによって、ＣＩＭ中子２１０のまわりにワックス２４０のほぼ均一な層ができる。実施形態では、熱的、超音波式、化学的、または機械的接合方法を使用して、複数のワックス（または発泡体）を互いに融合または接合させ、ＣＩＭ中子２１０を包囲するワックス２４０の層を形成することができる。１つまたは複数のワックスマスタまたは発泡体マスタは、製造を容易にするツリーによって結合することができる。１つまたは複数のワックスマスタまたは発泡体マスタを有するツリーは、本明細書で説明したように型ツリーアセンブリに従属することができる。組立プロセスは、ワックスを外側シェルでコーティングし、シェルを硬化させ、ワックスを除去し、シェルを焼成し、溶融したステンレス鋼を鋳型に鋳込むことで本体を鋳造し、溶融した鋼を硬化させ、次いで、鋳型を除去することを、望ましい順序で含むことができる。このプロセスにより、単体の水栓本体を形成することができる。一部の実施形態では、水栓本体は、ステンレス鋼でできている。インベストメント鋳造プロセスは、水栓本体を形成する際に、本明細書で説明したような、鉛含有量が低い金属または金属合金を含む様々な金属または金属合金を使用することを可能にする。
【００５１】
[0058]  図６を参照すると、ＣＩＭ中子２１０を有するワックス（または、消失発泡体方法を使用する場合は発泡体）マスタが、セラミック材料を含むシェル２４５で覆われ、それによって、インベストメント２５０を形成している。シェルは、ジルコンに浸すことで、またはシェルを形成する他の任意の方法で形成することができる。一実施形態では、セラミック材料はジルコンである。実施形態では、セラミック材料は、ワックスマスタに塗布された後、硬化される。硬化温度および時間は、ワックス材料が実質的に溶融または膨張するのを防止するように選択することができ、この膨張は、通常ならシェル２４５を変形させ得る。
【００５２】
[0059]  次に、シェル２４５がワックス２４０を包囲して形成された状態で、ワックス２４０を除去する。シェル２４５は、１つまたは複数の連結点、例えば、図５に示す位置決めピン２４６でＣＩＭ中子と結合することができる。ワックス２４０は、ワックス２４０に熱をかけることにより除去することができる。実施形態では、ワックス２４０を素速く加熱することでワックス２４０を除去する。ワックス２４０を除去することで、ＣＩＭ中子とシェルとの間に空き空間（図示せず）ができる。
【００５３】
[0060]  次いで、ワックス２４０が除去された状態で、空き空間に金属材料を供給する。金属材料は、溶融させることで供給することができる。実施形態では、ＣＩＭ中子２１０とシェル２４５との間にステンレス鋼を供給するように、金属材料の組成を選択する。
【００５４】
[0061]  次に、金属材料がＣＩＭ中子２１０とシェル２４５との間の空き空間を埋めた状態で、例えば、ハンマ（機械式ハンマ）、タンブラ（部品が互いに衝突するように部品を転がす機械）、または打撃ピンなどの打撃部材を使用して、シェル２４５を機械的に除去する。シェルを除去することで、ＣＩＭ中子２１０を有する鋳造水栓が得られる。
【００５５】
[0062]  図７を参照すると、ＣＩＭ中子２１０を有する鋳造水栓２５５が、ＫＯＨを含むアルカリ溶液２６０に浸されている。アルカリ溶液は、ＣＩＭ材料が鋳造水栓２５５の空洞を残して抽出されるのを容易にするように、例えば、モータを使用して撹拌することができる。アルカリ溶液は、ＣＩＭ中子２１０の外側部分を分解させることで、また、ＣＩＭ中子２１０が内部空洞２２０（図３Ｂを参照のこと）を含む場合は、ＣＩＭ中子２１０の内側部分も分解させることで、ＣＩＭ材料を破壊する。ＣＩＭ中子２１０が内部空洞２２０を含む場合、ＣＩＭ中子２１０の鋳込み穴により、アルカリ溶液がＣＩＭ中子２１０の内部空洞２２０に流入するのが可能になる。
【００５６】
[0063]  図８を参照すると、ＣＩＭ中子２１０が除去された状態で、鋳造水栓２５５の１つまたは複数の外側面２６５を電気めっきすることができ、鋳造水栓２５５の１つまたは複数の内側面２７０を化学めっきすることができる。実施形態では、化学めっきにより、鋳造水栓２５５の１つまたは複数の内側面２７０にニッケルの層が形成され、このニッケル層は、１つまたは複数の内側面２７０への錆の形成を防止するのに寄与することができる。
【００５７】
[0064]  本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され、説明されたが、そのような実施形態が単なる例として提示されていることは、当業者には明らかであろう。当業者ならば、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、および代用を直ちに思いつくであろう。当然のことながら、本発明を実施するのに、本明細書で説明した本発明の態様および実施形態に対する様々な代替案を採用することができる。特許請求の範囲は本発明の範囲を定義し、この特許請求の範囲内の方法および構造、ならびにその均等物はそれによって保護されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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