特許 6046306 耐火物成形型

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046306

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】耐火物成形型

(51)【国際特許分類】

   B22C 9/02 20060101AFI20161206BHJP

   C04B 35/80 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   B22C9/02 103B

   C04B35/80 K

【請求項の数】21

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-500214(P2016-500214)

(86)(22)【出願日】2014年2月7日

(65)【公表番号】特表2016-518253(P2016-518253A)

(43)【公表日】2016年6月23日

(86)【国際出願番号】US2014015259

(87)【国際公開番号】WO2014149217

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2015年9月16日

(31)【優先権主張番号】13/835,340

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515256349

【氏名又は名称】メタル キャスティング テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＡＬ ＣＡＳＴＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ファーカス、アッティラ ピー．

【審査官】 長谷部 智寿

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−３００１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０５６７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１４４８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８１５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０６９２７１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｃ ５／００− ９／３０

Ｃ０４Ｂ ３５／４２−３５／５１

Ｃ０４Ｂ ３５／６５３−３５／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

結合耐火物成形型であって、
結合耐火材料を含むとともにスプルー、ゲートおよびモールド・キャビティを形成する型壁部を含むインベストメント鋳造型であって、該スプルーはその端部にスプルー出口を有し、該ゲートは、前記スプルー内に開放されるゲート入口および前記モールド・キャビティ内に開放されるゲート出口を含む、インベストメント鋳造型と、
前記スプルー出口以外の、前記ゲートおよび前記スプルーのうちの少なくとも一方における前記型壁部を通して延びる開口を含むガス通気孔と、
前記型壁部の外側表面上に配置されるとともに前記ガス通気孔の前記開口を覆うガス透過性カバーであって、同ガス透過性カバーは、前記開口を通して前記型内に至る通路から、前記型を包囲する支持媒体を排除するように構成される、ガス透過性カバーとを備えることを特徴とする結合耐火物成形型。

【請求項2】

前記スプルーは、前記型の底面上に入口を有し、前記型は、反重力インベストメント鋳造型であることを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項3】

前記型壁部は、無機質バインダに設けられる複数のセラミック粒子を含む結合セラミックを含むことを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項4】

前記型壁部を形成する複数のセラミック粒子および前記無機質バインダは、複数の層を含むことを特徴とする請求項３に記載の結合耐火物成形型。

【請求項5】

前記ガス透過性カバーは、金属製スクリーンまたは耐火材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項6】

ガス透過性を備えた前記耐火材料は、多孔質の耐火織物または多孔質の耐火セラミックを含むことを特徴とする請求項５に記載の結合耐火物成形型。

【請求項7】

前記多孔質の耐火織物はフェルトを含むことを特徴とする請求項６に記載の結合耐火物成形型。

【請求項8】

前記ガス透過性カバーは、前記型壁部の外側表面上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項9】

前記ガス透過性カバーは、耐火結合材料によって前記外側表面上に設けられることを特徴とする請求項８に記載の結合耐火物成形型。

【請求項10】

前記スプルー出口を覆うスプルー出口カバーであって、同カバーは、前記スプルーから前記カバーの外側表面に対して設けられる前記支持媒体を排除するように構成される、スプルー出口カバーと、
前記モールド・キャビティに設けられるとともに該モールド・キャビティの形状を形成する散逸パターンであって、同散逸パターンの一部は、前記スプルー出口とは反対側の前記スプルーの端におけるスプルー入口に流体連通するとともに前記スプルー入口から前記スプルー出口に延びるスプルー・チャネルを有する前記スプルーに配置される、散逸パターンと
を有することを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項11】

前記スプルー出口カバーは耐火材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載の結合耐火物成形型。

【請求項12】

前記スプルー出口カバーはガス透過性カバーであることを特徴とする請求項１０に記載の結合耐火物成形型。

【請求項13】

前記スプルー出口カバーは、ガス不透性カバーを含み、さらに前記散逸パターンに通気孔チャネルを含み、同通気孔チャネルは、前記スプルー・チャネルと流体連通するとともに前記スプルー・チャネルから前記ガス通気孔に延びることを特徴とする請求項１０に記載の結合耐火物成形型。

【請求項14】

前記ガス通気孔は、前記ゲートおよび前記スプルーに位置されることを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項15】

前記ガス通気孔は、複数のガス通気孔を含むことを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【請求項16】

前記複数のガス通気孔は、前記ゲートまたは前記スプルーに、あるいは前記ゲートおよび前記スプルーの両方に設けられることを特徴とする請求項１５に記載の結合耐火物成形型。

【請求項17】

前記複数のガス通気孔は、複数の穴を含むことを特徴とする請求項１５に記載の結合耐火物成形型。

【請求項18】

前記複数の穴は、予め定められた数の穴であり、同穴は各々予め定められた穴位置および予め定められた穴径を有することを特徴とする請求項１７に記載の結合耐火物成形型。

【請求項19】

前記予め定められた数の穴、前記予め定められた穴位置、および前記予め定められた穴径は、前記型内で略一様な熱応答特性を得られるように設定されることを特徴とする請求項１８に記載の結合耐火物成形型。

【請求項20】

前記一様な熱応答特性は、熱源からスプルー入口内への熱の適用に応答して前記モールド・キャビティ全体にわたって略一様な温度を実現する特性であることを特徴とする請求項１８に記載の結合耐火物成形型。

【請求項21】

前記モールド・キャビティにおける前記型壁部を通して延びる開口を含むガス通気孔をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の結合耐火物成形型。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、耐火物成形型に関する。本発明は、特に通気孔を設けた耐火物成形型に関する。

【背景技術】

【0002】

インベストメント鋳造プロセスは、通常ろう、プラスチックなどのような消耗用パターン材料の周囲に無機質バインダで結合したセラミック粒子の連続層を形成することによって構築される耐火物成形型を使用する。完成した耐火物成形型は、散逸（消耗用かつ取り払い可能な）パターンの周囲のシェル・モールドとして通常形成される。耐火シェル・モールドは、１） 蒸気オートクレーブやフラッシュファイヤ（ｆｌａｓｈ ｆｉｒｅ）パターン取り払いの応力、２）焼却炉の通過、３）溶解した金属の鋳造時の熱および溶湯圧の耐久、および４）これらの処理工程間に含まれる物的運搬に耐久するために十分な厚みおよび強度を有する。この強度のシェル・モールドを構築する工程は、通常耐火スラリーおよび耐火しっくいの少なくとも５つのコーティングが必要であり、これにより、型壁部は、通常４乃至１０ｍｍとなる。従って、相当な量の耐火材料が必要とされる。層により、バインダを乾燥させるとともに硬化させるために長時間がさらに必要であり、これにより、相当な在庫（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）において相当な作業によってプロセスが遅延する。

【0003】

結合耐火シェル・モールドは、ガスまたは石油の燃焼によって加熱されるバッチまたは連続炉に通常装填され、１６００°Ｆ（約８７１℃）乃至２０００°Ｆ（約１０９３℃）の温度に加熱される。耐火シェル・モールドは、シェル・モールドの外側表面への放熱および伝導によって加熱される。通常炉によって生成される熱の５％未満は、耐火物成形型に吸収され、炉によって生成される熱の９５％以上は、炉排気系により排出されることによって浪費される。

【0004】

加熱された耐火物成形型は炉から取り払われ、溶融金属または合金がこれらに鋳造される。鋳造時の高い型温度は、誤実行、ガスの閉じ込め、熱間亀裂、および引け巣欠陥を防止するために、合金鉄のような高い溶融温度の合金の鋳造に望ましい。

【0005】

インベストメント鋳造法における動向は、上述したような型のコストを低減するために耐火シェル・モールドをできるだけ肉薄にすることにある。Ｃｈａｎｄｌｅｙらによる特許文献１に開示されるように、肉薄なシェル・モールドの使用には、型の欠陥を防止するために支持媒体の使用が要求されている。特許文献１の特許は、厚み０．１２インチ（約３．０４８ミリメートル）未満などのできるだけ肉薄に形成される、結合セラミックのシェル・モールドの使用を開示する。非結合の微粒子の支持媒体は、予熱炉から取り払われた後、肉薄な熱間耐火シェル・モールドの周囲で圧縮される。非結合の支持媒体は鋳造時にシェル・モールドに適用される応力に抵抗するように作用し、これにより型の欠陥が防止される。

【0006】

しかしながら、肉薄なシェル・モールドは、支持媒体でシェルを包囲した後に、型予熱炉から取り払う前により厚みのある型よりも速く冷える。この迅速な冷却により、鋳造時に型温度は低減される。低い型温度は、特に肉薄な鋳造時に、誤実行、収縮、ガスの閉じ込め、および熱間亀裂のような欠陥の一因となる。

【0007】

Ｒｅｄｅｍｓｋｅによる特許文献２は、結合耐火物成形型のガス透過性壁部を加熱する熱的に効率的な方法を教示し、型壁部は、溶融金属あるいは合金が鋳造されるモールド・キャビティを形成する。型壁部は、モールド・キャビティの内部から型壁部に流れる高温ガスからの熱の移動によって加熱される。高温ガスは、型壁部の内側表面の温度を制御するために、型の外側の高温ガス源からモールド・キャビティおよびガス透過性型壁部を介して型の外側のより低い圧力領域に流れる。特許文献２の特許に開示される型加熱工程の有用性にもかかわらず、一様でないパターンの取り払いおよび一様でない型加熱が観察され、型の頂部が底部よりもずっと速く加熱し、これにより、頂部でシェルが破損し、底部でパターンの取り払いが不完全となる。これは肉薄なシェルの耐火物成形型を、温度の一様性を促進するようにより低い速度で加熱することにより解決されるが、７時間もの非常に長い燃焼サイクルとなる。付加的に、最初の低いガス透過性により、バインダが型壁部から焼き尽くされると、パターンの取り払いは、貧弱なガス透過性により管理される低い燃焼率で燃焼器を始動および作動させる際の困難さにより課題となり得、これにより、信頼性の高い火炎を確立するためにバーナーを複数回再始動させることとなる。付加的に、特許文献２の特許に開示される型加熱法は、上述したように型壁部が比較的高いガス透過性を有するとともに肉薄であるシェルの耐火物成形型と組み合わされると有用であるが、比較的低いガス透過性を有するか、ガス透過性を有さない厚みのあるシェルの耐火物成形型では有用なものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第５０６９２７１号明細書

【特許文献2】米国特許第６８８９７４５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従って、耐火物成形型、並びにモールド成形にわたって型壁部の厚みによるガス透過性にかかわりなく一様な型温度を保持することができるとともにすべてのタイプの耐火物成形型において有用である、型の製造および使用方法を提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0010】

例示的な実施形態において、結合耐火物成形型が開示される。インベストメント鋳造型は、結合耐火材料を含むとともにスプルー、ゲート、およびモールド・キャビティを形成する型壁部を備え、スプルーはその端部にスプルー出口を有し、ゲートは、スプルー内に開放されるゲート入口およびモールド・キャビティ内に開放されるゲート出口を有する。インベストメント鋳造型は、スプルー出口以外の、ゲートおよびスプルーのうちの少なくとも一方における型壁部を通って延びる開口を含むガス通気孔をさらに含む。型は、型壁部の外側表面上に配置されるとともにガス通気孔の開口を覆うガス透過性カバーをさらに含む。ガス透過性カバーは、開口を通して型内に至る通路から、型を包囲する支持媒体を排除するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の例示的な実施形態における耐火物成形型、支持媒体、および鋳造用フラスコを示す部分断面図。

【図2】本開示の例示的な実施形態におけるスプルー通気孔を備えた耐火物成形型をさらに詳細に示す図１の拡大図。

【図3】本開示の第２の例示的な実施形態における耐火物成形型を示す斜視側面図。

【図4】本開示の一実施形態における耐火物成形型、並びにスプルー・チャネルおよび通気孔チャネルを含むパターン部を示す斜視図。

【図5】関連する技術の耐火物成形型において、時間の関数としてモールド・キャビティの温度を示すプロット。

【図6】本開示の例示的な実施形態における耐火物成形型において、時間の関数としてモールド・キャビティの温度を示すプロット。

【図7】本開示の例示的な実施形態における耐火物成形型を形成する方法を示すフロー図。

【図8】本開示の例示的な実施形態における耐火物成形型を使用する方法を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の上記の特徴および効果、並びに他の特徴および効果は、添付の図面と組み合わせて本発明の後述する詳細な説明から容易に明白なものとなる。
後述する実施形態において、図面を参照して、例示に過ぎないが、他の課題、特徴、効果、および詳細を開示する。

【0013】

本発明は、耐火物成形型、並びに耐火物成形型を形成および使用する方法に関する。型は、特にスプルーやゲート、あるいはその組み合わせ内の１本以上の耐火導管、およびこれらに関連付けられたガス通気孔を通して、高温ガス源から型の外側の空間や領域内、特に型を包囲する支持媒体への高温ガスの流れによって加熱されるように構成される。型壁部の外側に位置される領域、より具体的に支持媒体の加熱は、型の加熱を改善し、型内からパターン・アセンブリを取り払うことを促進する。

【0014】

特に図１および図２を参照して、本発明の例示的な実施形態による結合耐火物成形型１０を例示する。パターン取り払いの３つの段階を、下から上に、パターン取り払いの開始、パターン取り払いの初期段階、およびパターン取り払い完了後の型加熱として示す。型１０は型壁部１２を含む。型壁部１２は、結合耐火材料１４からなり、スプルー１６、少なくとも１つのゲート１８、およびモールド・キャビティ２０を含む耐火導管１１を形成する。ゲート１８は、スプルー１６内に開放されるゲート入口２２およびモールド・キャビティ２０内に開放されるゲート出口２４を有する。型１０は、型壁部１２を通って延びるガス通気孔２６、特に複数のガス通気孔２６を含む。型１０は、１つ以上のガス通気孔２６を覆うガス透過性耐火カバー２８をさらに含む。図１乃至４において、ゲート１８およびモールド・キャビティ２０のうちのいくつかは型１０の他の態様を例示するために省略されている。

【0015】

図１および図２に示すように、一実施形態において、型１０は鋳造用チャンバ２９を形成する鋳造用フラスコ３１に配置され、かつ様々なタイプの鋳物砂などのよくパックされた微粒子の支持媒体などの支持媒体３０によって包囲されるとともに支持媒体３０内に完全に覆われるように構成される。例示のために、図示の支持媒体３０は、ゲート１８間で型１０を包囲するが、本発明において、支持媒体３０は、通常型１０を包囲する鋳造用チャンバ３１内の空間を完全に満たすであろうものといえる。鋳造用フラスコ３１および型１０はインベストメント鋳造法プロセスで使用されるように構成され、反重力インベストメント鋳造法と組み合わせて使用されることに特に好適である。型１０、様々な鋳造プロセスで型１０を形成する方法１００、および型１０を使用する方法２００が、さらにここに開示される。

【0016】

型１０は、ガス透過性あるいはガス不透性を備える型壁部１２を含む。型１０は、例えば、インベストメント鋳造法産業において周知の方法、周知のロストワックス・インベストメント型製造法などによって形成可能な、結合ガス透過性耐火シェル・モールド１０を含む。例えば、ろう、発泡プラスチック、あるいは他の消耗用パターン材料３３から通常形成される散逸（消耗用）パターン・アセンブリ４０が、型１０を形成するために設けられ、鋳造される物体の形状を有する１つ以上の散逸（つまり、取り払い可能な）パターン３２を含む。パターン３２は、ゲート１８を形成することに使用される消耗用ゲート部３４と、スプルー１６を形成することに使用される１つ以上のスプルー部３６とを備え、かつ／またはこれらに接続される。パターン３２、ゲート部、およびスプルー部は、完全なパターン・アセンブリ４０を形成する。パターン・アセンブリ４０は、セラミックまたは無機質バインダ・スラリーに繰り返し浸漬され、過剰なスラリーが排出され、耐火またはセラミック粒子（しっくい）が塗布され、空気中または制御された乾燥状況下で乾燥され、パターン・アセンブリ４０上にシェル・モールド１０の結合耐火シェル壁部１２を構築する。スラリーは、様々な量の耐火セラミック材料およびバインダ材料、並びにこれらの材料の様々な組み合わせを含み、任意の数のコーティング層として塗布される。所定の実施形態において、結合耐火シェル壁部１２は、比較的肉薄であるとともにガス透過性を備え、また、複数層（例えば２乃至４）のスラリーを使用して形成され、約１乃至４ｍｍの厚み、特に約１乃至約２ｍｍの厚みを有し、複数層インベストメント鋳造（ＳＬＩＣ）型１０を構成する。所定の別例において、結合耐火シェル壁部１２は、比較的肉薄であるとともにガス不透性（つまり、低透過性）を備え、また、複数層（例えば６乃至１０）のスラリーを使用して形成され、約１０ｍｍ以上の厚みを有し、公知のインベストメント鋳造型壁部１２からなる。所望の厚みのシェル・モールド壁部１２がパターン・アセンブリ４０上に構築された後、パターン・アセンブリ４０は、内部が溶融金属や合金および凝固物で満たされる１つ以上のモールド・キャビティ２０を有する緑のシェル・モールドを残し、蒸気オートクレーブやフラッシュファイヤ・パターン３２取り払いなどの公知の取り払い技術によって選択的に取り払われ、モールド・キャビティ２０の形状を有する注型品を形成する。これに代えて、パターン３２は結合耐火物成形型の内部に残され、その後型加熱時に取り払われてもよい。パターン・アセンブリ４０は１本以上の予め形成される耐火導管１１を含む。耐火導管１１はシェル・モールド１０の一部として組み込まれるスプルー１６およびこれに取り付けられるゲート１８を含む。耐火導管１１は、本発明により型の予熱時に高温ガスを流す他、モールド・キャビティ２０内に溶融金属や合金を輸送するために設けられる。パターン・アセンブリ４０に取り付けられることに代えて、耐火導管１１は、シェル・モールド１０の形成後に、あるいは金属鋳造用フラスコ３１またはハウジングの鋳造用チャンバ２９におけるシェル・モールド１０の組立時にシェル・モールド１０に取り付けられてもよい。図３に示すように、反重力鋳造のために、耐火導管１１は、通常型１０の底部に配置されるとともに底部に開放される長手のセラミック製の管状スプルー１６の形状を有し、これは、溶融金属または合金のプールに浸漬され、また、複数の関連付けられたゲート１８を通して溶融金属または合金を１つ以上のモールド・キャビティ２０に供給する。例えば、図１乃至４に示すように、シェル・モールド１０は、中央のスプルー１６の長さ部分の周囲にこれに沿って設けられる複数のモールド・キャビティ２０を含む。同様の参照符号が同様の要素を示すことに使用される。同様に、重力鋳造（図示しない）において、シェル・モールド１０は１つ以上のモールド・キャビティ２０をさらに含む。重力鋳造においては、耐火導管１１は、シェル・モールド１０のアセンブリの頂部に配置され、通常注入用容器から溶融金属または合金を受承するための、従来のルツボ（図示しない）のような漏斗形状を有する。

【0017】

型壁部が透過性を備える場合、結合耐火シェル・モールド壁部１２の透過性は、型壁部１２の内側表面の温度を制御するのに十分な速度で型壁部１２および／または周囲の支持媒体３０に熱を伝達するのに適切な型壁部を通したガス流速を生じさせるように選択される。型壁部１２の加熱速度は、型壁部１２を通した支持媒体３０内へのガス流速に比例する。任意の適切なガス流速が使用される。一実施形態において、約６０ｓｃｆｍ以内（標準立方フィート／分、約１０２ｍ^３／ｈ）のガス流速、特に約５０ｓｃｆｍ（約８５ｍ^３／ｈ）乃至約６０ｓｃｆｍ（約１０２ｍ^３／ｈ）が効果的であった。より大きな型およびより高い加熱速度はより高い高温ガス流速を要求する。結合耐火物成形型壁部を通した高温ガス流速は、使用される１つ以上の耐火材料１４、型形成に使用される耐火粉末の粒子形状および粒度分布、乾燥したシェル層またはコーティング中の空隙率、バインダの中身、および型壁部の厚みによって制御される。結合耐火物成形型壁部１２の厚みは、１．０ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲にあり、あるいは型の寸法および他の要因により依存する。支持媒体３０よりも低いガス透過性を有する、結合耐火物成形型壁部１２を使用することにより、型壁部を横断して通常０．９の気圧の差圧が生じ、これは、本発明の例示的実施形態の実際上低い。型１０の外側表面４２は、Ｃｈａｎｄｌｅｙらによる米国特許第５０６９２７１号明細書に開示されるような非結合の微粒子の支持媒体３０（例えば非結合の乾燥した鋳物砂）などの、鋳造用チャンバ２９内の支持媒体３０に通常包囲される。明細書はその全体がここに開示されたものとする。この差圧により、高温ガスは、型壁部１２のすべての領域を通して略一様な方法で流される。

【0018】

シェル・モールド１０用に選択される耐火のタイプは、鋳造される金属や合金と互換性を有する必要がある。支持媒体３０がシェル・モールド１０の周囲に設けられる場合、シェル・モールド壁部１２の熱膨張率は、結合耐火物成形型１０の熱膨張差による破損を防止するために支持媒体３０のものと同様である必要がある。付加的に、大部分において、石英ガラスのような低い熱膨張率を備える耐火が、モールド・キャビティ壁部１２の熱膨張による湾曲を防止するように、結合耐火シェル・モールド１０および支持媒体３０に使用される。

【0019】

図１乃至４を参照して、型壁部１２の透過性を制御するために、特に高めるために、また、支持媒体３０および型１０の外側表面４２の加熱を促進するために、型壁部１２は、１つ以上のガス通気孔２６をさらに含む。１つ以上のガス通気孔２６は、ゲートまたはスプルーに設けることを含め、型壁部１２の任意の適切な部分に設けられる。複数のガス通気孔２６が使用される場合、それらはゲート１８またはスプルー１６、あるいはゲート１８およびスプルー１６の両方に設けられる。例えば、ゲート１８およびこれに関連付けられるモールド・キャビティ２０は、リングまたはリング状の構造体で、スプルー１６の周面または外周の周囲に径方向に間隔を置いて設けられ、ガス通気孔２６は、図１に示すようにゲート１８またはモールド・キャビティ２０のリング間に軸方向に間隔を置いてスプルー１６に設けられる。この反重力型構造体において、パターン・アセンブリ４０を取り払うために使用される高温の燃焼ガスは、ガス通気孔２６を通過し、ゲート１８またはモールド・キャビティ２０の軸方向に隣接した（つまりそれぞれのガス通気孔の上下の）リングを加熱する。別例において、ゲート１８およびこれに関連付けられたモールド・キャビティ２０は、リグまたはリング状の構造体のスプルー１６の周面または外周の周囲に径方向に間隔を置いて設けられ、ガス通気孔２６は、図３に示すように隣接して径方向に間隔を置いて設けられるゲート１８とモールド・キャビティ２０との間においてスプルー１６にさらに設けられる。この反重力型構造体において、パターン・アセンブリ４０を取り払うために使用される高温の燃焼ガスは、ガス通気孔２６を通過し、径方向に隣接したゲート１８またはモールド・キャビティ２０を加熱する。ガス通気孔２６のこれらの構造体やパターンの組み合わせがさらに可能であるものといえる。例えば、リング間の穴の構成は、スプルー１６の周囲に螺旋状のパターンを形成するように並べられるか径方向にずらされる。複数のガス通気孔２６が使用される場合、ガス通気孔２６は、円筒状の開口または穴４４の形状を含む、任意の形状や径を有し、ここに開示されるものを含む任意の適切な数、配置、あるいはパターンに含まれる。穴または開口４４は、それらが支持媒体３０の型１０のインベストメントに先立ったドリリングなどの、型壁部１２を通すドリリングによって容易に形成されるため、特に有用である。穴または開口４４は、予め定められた数で、各々が予め定められた穴位置および予め定められた穴径を有して形成され、穴径は、同じであるか異なる。予め定められた数の穴、予め定められた穴位置、および予め定められた穴径は、型１０内で略一様な熱応答特性を得られるように設定される。一様な熱応答特性は、バーナー８１のようなスプルー入口４８に向けられた高温ガス源８０からの熱の適用に応答して１つ以上のモールド・キャビティ２０全体にわたって略一様な温度である。予め定められた数の穴、予め定められた穴位置、および予め定められた穴径は、手動で選択されるか、あるいは型１０内の略一様な熱応答特性を得られるように熱モデルを使用してモデル化される。通常、少数のより大きな穴よりも多数のより小さな穴により、より一様な加熱およびパターン３２の取り払いができる。しかしながら、穴の数はドリリングのためのモールド・セクションへのアクセシビリティによって制限される。一例において、径３インチ（約７．６２ｃｍ）のスプルーの周囲に構築される２６インチ（約６６．０４ｃｍ）の高い型は、径が０．１２５インチ（約０．３２ｃｍ）である１８乃至３６のスプルー通気孔を含み、一様な温度分布、およびここに開示されるパターン３２の取り払い特性を示す。

【0020】

ガス通気孔２６（例えば穴）は、ガス透過性の耐火カバー２８によって覆われる。ガス透過性耐火カバー２８は、型壁部１２の外側表面４２上に設けられる。ガス透過性耐火カバー２８は、耐火結合材料５０を使用することを含む任意の適切な方法で外側表面４２上に設けられる。任意の適切なガス透過性耐火カバー２８が使用され、型から鋳物砂のような支持媒体３０を保持するが、なお型１０から支持媒体３０内への高温ガスの移動を許容し、媒体および型１０の外側表面４２を加熱し、また、例えば耐火金属製スクリーンを含む金属製スクリーンや、多孔質の耐火材料、特に、多孔質の耐火織物４６や多孔質の耐火セラミックを含む耐火材料を含む。適切な多孔質の耐火織物の一例は、多孔質の耐火フェルトを含む。多孔質の耐火フェルトの例は、Ｌｙｔｈｅｒｍ（登録商標）やＫａｏｗｏｏｌ（登録商標）などの市販の耐火フェルトを含む。一実施形態において、ガス透過性耐火カバー２８は、一片のガス透過性耐火織物４６を含む。耐火織物４６の片は、これらの縁に沿って、耐火パッチング・コンパウンドのような耐火結合材料５０により固定される。ガス通気孔２６およびこれらに関連付けられる耐火カバー２８の配置を促進するために、ゲート１８またはモールド・キャビティ２０の各リングのパターン３２の所定の部分は省略される。省略されたパターン３２は、柱状に軸線方向に延びる（例えば図３）か、周方向に延び（例えば図１乃至３）、あるいは、これらは螺旋構造に軸線方向および周方向に延びる。これに代わるアプローチとして、リングをパターン３２で満たし、隣接したリング間に、あるいは２つまたは３つのリングごとに十分広い間隙を残し、耐火織物４６片の構造体を収容することが挙げられる。

【0021】

型１０は、スプルー出口５４を包囲するための砂プラグのようなスプルー出口カバー５２をさらに組み込む。スプルー出口カバー５２はスプルー出口５４を覆い、スプルー１６からのカバーの外側表面に対して設けられる任意の支持媒体３０を排除するように構成される。スプルー出口カバー５２は、過度の背圧を防止するとともにバーナー８１が適切に機能できるように、スプルーおよび型１０の他の部分を通した高温燃焼ガスのフローを制御することにさらに使用される。スプルー出口カバー５２は、任意の適切な材料から形成され、材料は特に様々な耐火材料を含む。スプルー出口カバー５２は、ガス透過性カバーまたはガス不透性カバーを含む。モールド・キャビティ２０、ゲート１８のキャビティ、およびスプルー１６のキャビティからの散逸パターン・アセンブリ４０の取り払いを促進するために、特に、バーナー８１の燃焼およびスプルー１６のキャビティを通した高温ガス６０のフローを促進するために、スプルー１６の形状に設けられるとともにスプルー１６の形状を形成する散逸パターン３２の部分は、図４に示すようにスプルー入口４８と流体連通するとともにスプルー入口４８からスプルー出口５４に向かって内側に延びるスプルー・チャネル５６を含む。スプルー出口カバー５２がガス不透性カバーを含む場合に、パターン・アセンブリ４０は、図４に示すように散逸パターン３２に通気孔チャネル５８をさらに含む。通気孔チャネル５８は、スプルー・チャネル５６と流体連通するとともにスプルー・チャネル５６からガス通気孔２６に延びる。この構造体により、例えばガス不透性出口カバー５２を使用することにより、高温ガス６０の燃焼および生成を支援するのに必要な、スプルー１６を通したフローが不能である場合、必要なフローが促進される。

【0022】

一旦型１０がここに開示されるようなガス通気孔２６および耐火織物片４６などの耐火カバーを組み込むことを含め、パターン・アセンブリ４０上に形成されると、Ｒｅｄｅｍｓｋｅによる米国特許第６８８９７４５号明細書に開示されるように、図４に示すように、高温ガス６０はスプルー・チャネル５６を含む中央のスプルー１６を通過し、これにより、図１に示すように、スプルーの散逸材料３９を例えば散逸材料の溶融および／または燃焼を含む熱分解によって破壊し、これを、ゲート１８のキャビティおよびモールド・キャビティ２０を含む、型の他の部分を漸進的に通して、スプルー１６のキャビティから取り払う。明細書はその全体がここに開示されたものとする。理論によって制限することなく、気圧よりも高い圧力の高温ガス６０は、上記のように暴露されたガス通気孔２６を通過し、耐火織物４６を支持媒体３０に対して圧縮し、これにより、シェル壁部と織物との間に肉薄なチャネルを形成する。さらに、耐火織物４６はガス透過性を備えるため、これは高温ガス６０のための外周チャネルとしても機能する。例えば、高温ガス６０は、耐火織物４６を通して拡散するに先立って、耐火織物４６下で広がり、これにより、織物を通して支持媒体３０内へのより分散したフローを生じさせる。この１つ以上のチャネルを通して、高温ガス６０は、スプルーの外周の周囲に一様に分配される。高温ガス６０は織物および支持媒体３０を通して拡散する。図１乃至４に示すように周囲に分配されたガス通気孔２６において、高温ガス６０のこの拡散および支持媒体の加熱により、パイ状の断面を備える環状の近似形状をとる支持媒体３０内に温度分布６２（つまりおおよそ等温の領域）が生じる。鋳造砂のような微粒子の媒体が使用される例における支持媒体３０の粒子の表面積対容積の大きな比率により、熱は、高温ガス６０から支持媒体３０および型１０の外側表面に効率的に移動する。熱が広がると、ゲート１８が加熱され、最終的にゲートのパターン３２の部分が外側表面から型壁部１２を通してパターン材料３３まで加熱される。そのような加熱により、ゲート１８の散逸パターン材料３３は、収縮するとともに熱分解し、これにより高温ガス６０がスプルー１６からモールド・キャビティ２０に移動するようにゲート１８にチャネル３８が開放される。散逸パターン材料３３がすべて取り払われ、型１０が、予め定められた鋳造温度のような所望の温度に達するまで、このプロセスが継続される。

【0023】

図３に、これに代わる通気のアプローチを示す。ガス通気孔２６は、柱状に配置され、型１０の長手方向軸線６４に対して縦に、あるいは軸線方向に延びる耐火カバー２８により覆われる。より多くのゲート１８／モールド・キャビティ２０を省略する必要があり、また、支持媒体３０内へのガス通気孔２６を通した熱分配が一様ではないため、このアプローチは通常効率的ではない。ガス通気孔２６を含む穴は、ゲート１８の基部６６近傍、例えば隣接するゲート１８の基部６６間のようなゲート１８がスプルー１６に取り付けられる位置において、スプルー１６にドリリングによって設けられ、同様に軸線方向または縦に配向される耐火織物４６の片によって覆われる。穴は、スプルー１６の型壁部１２に（例えば型の中間部および頂部に）、あるいはゲートの下方に面する基部に（例えば型の底に）ドリリングによって形成される。先端が炭化物のメーソンリー・ドリルや、先端がダイヤモンド・グリットのドリルが使用される。このアプローチでは、上述した１つ以上のチャネルの形成および高温ガス６０のフローの分配は、織物やパッチの小面積部によって制限され、これにより、ゲート１８およびモールド・キャビティ２０内の支持媒体３０を熱分解および取り払う他、高温ガス６０が流れるようにゲート１８に任意のガス通気孔を開放するのに十分に支持媒体３０および型壁部１２の外側表面４２を加熱することに通常より長時間かかる。

【0024】

ここに開示されるようにガス通気孔２６およびガス透過性耐火カバー２８を使用することにより、パターン３２の取り払いプロセスが大きく改善される。これにより、関連付けられる型形成プロセスおよびこれらの型を使用する鋳造プロセスが大きく改善され、型加熱のサイクル時間が低減され、より高い生産性が得られ、パターン３２の焼損の改善および型内の温度の一様性に関連付けられてスクラップ発生率が低減され、製品の品質が向上する。ガスを通過させるものの支持媒体３０が型に、または型を残すように溶融金属に進入することを許容しないガス通気孔２６が型壁部内に形成され、これにより、高温燃焼ガス６０は、鋳造用フラスコに包含される型１０の周囲の支持媒体３０内に移動することが促進される。一旦燃焼生成物が型壁部１２を通過すると、これらは、非常に小さな抵抗（つまり、高い透過性）を備えた支持媒体３０を通って拡散する。これにより、媒体およびゲート１８の型壁部１２およびモールド・キャビティ２０が加熱される。型壁部１２は、散逸パターン材料３３に熱を伝達し、これにより図１に示すように、ここに開示されるような壁部に開放されるチャネル３８から材料３３を収縮させる。このように、開放される通路は、型１０の内部の高温ガス６０のフローを増加させる。内部および外部からの組み合わされた加熱により一様かつ効率的にパターン３２が取り払われる。改良の重要性は、ここに開示される型および型の使用方法と、例えばここに開示されるガス通気孔２６やガス透過性耐火カバー２８を含まない米国特許第６８８９７４５号明細書に開示される型および型の使用方法とを比較することにより理解される。ガス通気孔２６を組込まない型は一様でない温度分布を提供し、パターン３２の取り払いのためにさらにより長い時間を要求する。これは、単に散逸の材料の小面積部がゲートの高温ガスに暴露され、ガス・フローが型壁部の透過性によって制限されることによる。図５および図６は、スプルー通気孔を備える（図６）か、スプルー通気孔を備えない（図５）同一の型の頂部、中間部および底部のモールド・キャビティにおける実際の温度測定を示す。より迅速にパターンが取り払われ、より一様に通気孔を備えた型１０のモールド・キャビティが加熱されることが明瞭に示される。

【0025】

図１乃至４を参照して、結合耐火シェル・モールド１０は、耐火導管１１、特にフラスコ３１の外側に延びるスプルー入口４８を備えた鋳造用フラスコ３１の鋳造用チャンバ２９に位置される。耐火物成形型１０は、支持媒体３０、特にここに開示されるような圧縮される非結合の耐火微粒子媒体に包囲される。支持媒体３０が結合耐火シェル・モールド１０を覆い、鋳造用チャンバ２９を満たした後に、鋳造用フラスコ３１の上端は、通常例えば取り払い可能な頂部カバー７２やダイヤフラム（図示しない）などの閉鎖部７０を使用して閉鎖され、圧縮力を微粒子の支持媒体３０に作用させ、これにより、支持媒体３０を堅固に圧縮された状態に保持する。通常閉鎖部７０の一部であるＯリング・シール７６により遮られる１つ以上のポート７４が設けられ、これにより、冷却された燃焼ガス６１のフローは、鋳造用チャンバ２９から排出され、遮られるポート７４は、その内部に支持媒体３０を保持する。Ｃｈａｎｄｌｅｙらによる米国特許第５０６９２７１号明細書は、肉薄なシェル・モールド１０の周囲に微粒子の支持媒体３０を使用することを開示し、明細書はその全体がここに開示されたものとする。

【0026】

一実施形態に従い、鋳造用フラスコ３１および型は、図１に示すように、高温ガス源８０に移動され、スプルー入口４８を高温ガス６０のフロー内に位置決めするべく下降され、これにより、高温ガス６０は、スプルー・チャネル５６および通気孔チャネル５８を含む導管１１を通して、かつガス通気孔２６を通して支持媒体３０内に流れる。パターン・アセンブリ４０および支持媒体３０が加熱されると、散逸パターン材料３３は型壁部１２から後退し、ここに開示されるようにパターン材料３３の加熱および熱分解および取り払いをさらに支援する。ガスは、電気的な加熱や好適にはガス燃焼などの任意の手段によって加熱することができる。高温ガスの温度は、鋳造される金属や合金、および型１０の所望の加熱量に応じて約４２７℃（８００°Ｆ）乃至約１２０４℃（２２００°Ｆ）で変化する。

【0027】

高温ガス６０は、耐火導管１１を通してモールド・キャビティ２０内に流され、また、モールド・キャビティ２０と、鋳造用チャンバ２９内の微粒子の支持媒体３０によって占められる領域との間の端部に影響を付与する差圧を生じさせることにより、ガス透過性の結合耐火物成形型壁部１２を通して流される。制限ではなく例示のために、通常０．５乃至０．９の気圧の差圧は、型壁部１２を横断して印可される。本発明の実施形態により、この差圧は、遮られたチャンバ・ポート７４に亜大気圧（真空）を適用し、これにより、チャンバ・ポート７４が、鋳造用チャンバ２９の結合耐火シェル・モールド１０の周囲に設けられる非結合の微粒子の支持媒体３０と真空で連通することによって確立される。ポート７４で亜大気圧を使用することにより、耐火導管１１および型内部（モールド・キャビティ２０を含む）に輸送される高温ガス６０は、大気圧となり得る。より高い真空が、ガス通気孔２６の他モールド・キャビティ２０および型壁部１２を通って流れる高温ガス６０の流量を増加させるべくポート７４に適用される。これに代えて、高温ガス６０は、シェル・モールド１０内に、モールド・キャビティ２０を通して流れ、ガス透過性の型壁部１２は、大気圧よりも高い高温ガス６０の圧力を耐火導管１１内に、すなわち型内部に印可する一方、シェル・モールド１０の外側（例えば鋳造用フラスコ３１内の微粒子の支持媒体３０）を大気圧近傍の圧力に保持することによって影響される。例えば、高温ガス６０の大気圧を超える圧力（例えば１４ｐｓｉｇ（約９６．５ＫＰａ））は、例えばＮｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｍｆｇ．社から販売されている高圧バーナー８１を使用して、耐火導管１１に生じさせ得る。本実施形態により、強制的により高温の多くのガス６０がシェル・モールド１０を通過し、これにより、加熱時間がより短くなる。上記真空アプローチおよび圧力アプローチの両者の組み合わせも、ここに開示される発明の実施において使用され得る。

【0028】

モールド・キャビティ２０を形成する型壁部１２は、壁部がガス透過性を備える場合、ガス通気孔を通した、および透過性を備える結合耐火物成形型を通した支持媒体３０内への高温ガス６０の継続的なフローによって、モールド・キャビティ２０内で溶融金属または合金を鋳造するための所望の温度に加熱される。高温ガスの温度、加熱時間、およびガス通気孔２６を通したガス透過性を備える結合耐火物成形型壁部１２を横断する流量は、モールド・キャビティ２０の型壁部１２の内側表面の最終的な温度を制御する。型１０および特にモールド・キャビティ鋳造のための所望の温度に達した後に、高温のガス源８０からの高温ガス６０のフローは中断し、溶融金属または合金は加熱されたモールド・キャビティ２０内で鋳造される。非結合の微粒子の支持媒体３０がシェル・モールド１０の周囲に設けられると、型壁部１２の他非結合の支持媒体３０内への所定の距離が、ガス通気孔２６および型壁部１２を通して高温ガス６０のフロー時に加熱される。例えば図６に示すように、好適に小さな温度勾配が、微粒子の支持媒体３０に確立され、これにより、高温ガス６０のフローが中断されるときと型１０が鋳造されるときとの間に、特にモールド・キャビティ２０における型壁部１２の表面温度の保持が支援される。これは、通常パターン３２を取り払うために、かつ型を予熱するために炉で加熱され、続いて鋳造チャンバ内に移動される従来のインベストメント鋳造用の型であって、鋳造チャンバでは支持媒体が型を包囲するように付加され、鋳造がこれに続く従来のインベストメント鋳造用の型と比較して、特に有利である。その理由として、支持媒体の付加は、鋳造前に型温度を実質的に望ましくなく下げることが挙げられる。型１０の外側表面、型壁部１２、およびモールド・キャビティ２０を加熱するべくパターン・アセンブリ４０の取り払い時に支持媒体３０が存在することは、ここに開示されるようにすべてのタイプの型１０において非常に効果的である。ここに開示されるモールド・キャビティ２０の加熱法のエネルギー効率は非常に高い。支持媒体３０が使用される場合、結合耐火シェル・モールド１０および非結合の支持媒体３０は、型に進入する高温ガス６０から熱の略すべてを吸収する。これは、例えばインベストメント鋳造法において通常使用される型加熱炉の型によって吸収される熱の５％未満に相当する。通常のインベストメント鋳造法炉において、高温ガスが炉の排気煙突を上に移動すると、エネルギーの９５％以上が浪費される。

【0029】

開示されるように、散逸パターン・アセンブリ４０は型加熱時に取り払われる。高温ガス６０のフローは、主にパターン・アセンブリ４０に最初に向けられ、これにより、パターン・アセンブリ４０は、熱分解し、溶解し、蒸発する。ここに開示されるように結合耐火物成形型壁部１２およびガス通気孔２６を通して高温ガス６０を強制的に流すことにより、パターン３２の取り払いは、ガス通気孔２６を使用しない場合と比較してより迅速に行われる。

【0030】

高温ガス源８０からの高温ガス６０は、モールド・キャビティ２０から炭素質のパターン材料３３の残留物を取り払いたいという要求に応じて強酸化電位、中性電位、あるいは還元電位を有する。モールド・キャビティ２０のすべての領域、および結合耐火物成形型壁部１２を通した酸化ガスの強制的なフローにより、炭素質のパターン材料３３の残留物を酸化させる能力が広大に増強されるものといえる。パターン材料３３の残留物の酸化は、結合耐火物成形型１０の温度を高めるために使用可能な熱をさらに生じさせることができる。

【0031】

通常、１１００°Ｆ（約５９３℃）乃至１４００°Ｆ（７６０℃）の型温度は、パターン材料３３を完全かつ確実に取り払うために必要である。アルミニウムおよびマグネシウムなどの低い溶融温度の合金において、そのような型温度は鋳造には過度に高い。型は、空燃比（過剰空気）に高めることによりバーナー８１を使用して冷却可能である。例えば、４００％の過剰な空気は、１５分で型２０を７００°Ｆ（約３７１℃）未満に冷却する。

【0032】

本発明の別例は、シェル・モールド１０を支持媒体３０に配置した後に、ガス通気孔２６およびガス透過性カバー２８を含む、以前に加熱したシェル・モールド１０の温度を調整するために型を加熱する工程を含む。本実施形態において、パターン材料３３の残留物を取り払うために、結合耐火物成形型１０は、最初に十分に高温で炉（図示しない）で加熱される。高温の結合耐火物成形型１０は、続いて炉から取り払われ、鋳造用フラスコ３１の鋳造用チャンバ２９内に位置され、微粒子の支持媒体３０が型１０の周囲で圧縮される。そのような型１０は通常低減された型壁厚を有し、これにより、型の欠陥を防止するべく鋳造時に微粒子の支持媒体３０の適用が要求される。しかしながら、そのような肉薄なシェル・モールドは、型予熱炉からの取り払いおよび支持媒体３０による包囲の後に、より厚みのある壁部のシェル・モールドよりも迅速に冷える。この迅速な冷えにより、鋳物時により低い型温度となる。低い型壁部の温度は、特に肉薄な鋳造時に、誤実行、収縮、ガスの閉じ込め、および熱間亀裂のような欠陥に寄与する。したがって、型壁部１２の温度は、高温ガス源８０から耐火導管１１を通したモールド・キャビティ２０内への、およびガス透過性型壁部を通した支持媒体３０内への、また、ガス通気孔２６を通した支持媒体３０内への高温ガス６０の流れによって所望の範囲に戻るように高められる。高温ガスのこのフローは、上述したような型壁部１２の外側の圧力よりも高い圧力がモールド・キャビティ２０内に生成されることによって生じる。シェル・モールド１０が所望の温度に達した後に、高温ガス６０のフローは中断し、溶融金属は、再加熱されたモールド・キャビティ２０内で鋳造される。

【0033】

図１乃至７を参照して、一実施形態において、結合耐火物成形型１０を形成する方法１００が示される。方法は、ここに開示されるような熱により取り払い可能か散逸材料を含む散逸パターン・アセンブリ４０のような散逸パターン３２を形成する工程１１０を含む。方法１００は、ここに開示されるような型壁部１２を含む耐火物成形型１０を形成する工程１１０をさらに含む。型壁部１２は、ここに開示されるように耐火材料１４を含み、スプルー１６、ゲート１８、およびモールド・キャビティ２０を形成する。型１０はパターン・アセンブリ４０のような散逸パターン３２によって形成される。ゲート１８は、スプルー１６内に開放されるゲート入口２２およびモールド・キャビティ２０内に開放されるゲート出口２４を有する。方法１００は、型壁部１２を通して延びるガス通気孔２６を形成する工程１３０をさらに含む。またさらに、方法１００は、ここに開示されるようなガス透過性カバー２８によりガス通気孔２６を覆う工程１４０を含む。

【0034】

散逸パターン３２の形成工程１１０は、ここに開示されるように複数のパターン部をパターン・アセンブリ４０に組み立てる工程を含む。散逸パターン３２の熱により取り払い可能な材料３３または散逸材料３３は、ろうやポリマ、あるいはその組み合わせを含む。パターン部は、パターン形成に通常使用されるような接着剤および溶融ろうの使用を含む任意の適切な組み立て方法により組み立てられる。散逸パターン３２を形成する工程１１０は、スプルー入口４８と流体連通するとともに該スプルー入口４８からスプルー出口に延びるスプルー１６に位置される散逸パターン３２の一部にスプルー・チャネル５６を形成する工程と、スプルー出口カバー５２によりスプルー出口５４を覆う工程とをさらに含み、スプルー出口カバーは、スプルー出口５４を覆うとともにスプルー１６からカバーの外側表面に対して設けられる支持媒体３０を排除するように構成される。ここに開示されるように、スプルー出口カバー５２はガス透過性カバーあるいはガス不透性カバーを含む。スプルー出口カバー５２がガス不透性カバーを含む場合に、方法１００は、パターン・アセンブリ４０などの散逸パターン３２に通気孔チャネル５８を形成する工程をさらに含む。通気孔チャネル５８は、スプルー・チャネル５６と流体連通するとともにスプルー・チャネル５６からガス通気孔２６に延びる。一実施形態において、通気孔チャネル５８を形成する工程１１０、およびガス通気孔２６を形成する工程１３０は、型壁部１２およびパターン３２を通してスプルー・チャネル５６内に開放される穴をドリリングにより形成する工程を含む。

【0035】

耐火物成形型１０を形成する工程１２０は、ここに開示されるように、パターン・アセンブリ４０のような散逸パターン３２上に結合セラミックを設ける工程を含む任意の適切な態様および任意の適切な方法で行われる。結合セラミックを設ける工程は、ここに開示されるように、無機質バインダに設けられる複数のセラミック粒子、例えばこれらの材料のスラリーを浸漬または他の方法により散逸パターン３２上に適用する工程を含む、任意の適切な態様および任意の適切な方法で行われる。上述したように、散逸パターン３２上に無機質バインダに設けられる複数のセラミック粒子を適用する工程は、ここに開示されるようにパターン・アセンブリ４０のような散逸パターン３２上にセラミック粒子および無機質バインダの複数の連続層を適用する工程を含む。これは、ここに開示されるように、例えば、無機質バインダに設けられるセラミック粒子のスラリーにパターン・アセンブリ４０を浸漬し、層を形成してこの層を乾燥させ、続いて予め定められた数の層のためにこのプロセスを繰り返す工程を含む。

【0036】

型壁部１２を通して延びるガス通気孔２６を形成する工程１３０は、型壁部１２を通して穴を形成する工程を含む任意の適切な態様で、かつ任意の適切な方法により行われる。型壁部１２を通して穴を形成する工程は、ここに開示されるように、ゲートやスプルーに穴をドリリングによって形成する工程を含む、型壁部１２を通して穴をドリリングによって形成する工程を含む任意の適切な態様で、かつ任意の適切な方法により行われる。さらに、これは、複数のガス通気孔２６を形成する工程１３０を含み、これは、型壁部１２を通して複数の穴をドリリングによって形成するなどしてゲート１８またはスプルー１６、あるいはゲート１８およびスプルー１６の両方に複数のガス通気孔２６を形成する工程を含む。ここに開示されるように、型壁部１２を貫通して複数の穴をドリリングにより形成する工程は、各々が予め定められた穴位置および予め定められた穴径を有する複数の予め定められた数の穴をドリリングにより形成する工程を含む。ドリリング工程は、予め定められた数の穴、予め定められた穴位置、および予め定められた穴径を、型内で略一様な熱応答特性を得られるように設定する工程を含む。予め定められた応答特性を得る工程は、パターン３２の熱により取り払い可能な材料３３を取り払うべくスプルー１６のスプルー入口４８内に、高温ガス源８０のような熱源から高温ガス６０のような熱を加えることにより、型１０を加熱する工程を含み、略一様な熱応答特性は、図６に示すようなモールド・キャビティ２０の略一様な温度を含む。

【0037】

ガス透過性カバー２８によりガス通気孔２６を覆う工程１４０は、ガス通気孔２６を覆うために型１０の外側表面４２上に耐火金属製スクリーンまたは多孔質の耐火材料を設ける工程を含む。多孔質の耐火材料を設ける工程は、ここに開示される方法で型の外側表面４２上に多孔質の耐火織物４６を設ける工程を含む。

【0038】

図１乃至６、および図８を参照して、結合耐火物成形型１０を使用する方法２００が示される。型を使用する方法２００は、ここに開示されるような耐火物成形型１０を形成する工程２１０を含む。型１０は、熱により取り払い可能な材料３３を含む散逸パターン３２上に設けられる型壁部１２を含み、型壁部１２は、耐火材料１４を含むとともにスプルー１６、ゲート１８およびモールド・キャビティ２０を形成する。ゲート１８は、スプルー１６内に開放されるゲート入口２２およびモールド・キャビティ２０内に開放されるゲート出口２４、型壁部１２を通して延びるガス通気孔２６、並びにガス通気孔２６を覆うガス透過性耐火材料４６を有する。散逸パターン３２は、スプルー入口４８に連通するとともにスプルー出口５４に向かって延びるスプルー・チャネル５６を有するスプルー部を有する。方法２００は高温ガス６０で耐火物成形型１０を加熱する工程２２０をさらに含み、高温ガス６０の一部はガス通気孔２６を通して耐火物成形型１０から排出される。

【0039】

加熱工程２２０は、ここに開示されるように、任意の適切な加熱法あるいは加熱装置によって、特にバーナー８１のような高温ガス源８０を使用することによって、行われる。一実施形態において、加熱工程２２０は、高温ガス６０がガス通気孔２６およびガス透過性型壁部１２を通過することによって、型１０の内側表面４３、特にモールド・キャビティ２０を含む内側表面４３の部分、および外側表面４２を加熱する工程を含む。型１０の内側表面４３は、スプルー入口４８内へのバーナー８１の排気フローを含む高温ガス６０によって加熱される。型１０が反重力鋳造によって満たされる所定の実施形態において、スプルー入口４８は、型１０の底面４５上に位置される。型１０が重力鋳造によって満たされる所定の別例において、スプルー入口４８は型１０の上面４７上に位置される。一実施形態において、耐火物成形型１０は、スプルー出口５４を覆うガス透過性スプルー出口カバー５２をさらに含む。高温ガス６０のフローの第１の部分はカバーを通過し、第２の部分は１つ以上のガス通気孔２６および型壁部１２を含む（型壁部１２はガス透過性を備える）システムの残部を通過する。高温ガス６０（例えば高温排気ガス）のフローの第１の部分および第２の部分は、任意の適切な方法で配分される。例えば、一方は他方よりも大きい。ガス通気孔２６が複数のガス通気孔２６を含む場合、排気フローの第２の部分は、複数のガス通気孔２６を通過する。複数のガス通気孔２６は、予め定められた数の穴を含み、各穴は、予め定められた穴位置および予め定められた穴径を有する。方法２００および加熱工程２２０は、加熱工程２２０の間に型１０内で略一様な熱応答特性が得られるように、予め定められた数の穴、予め定められた穴位置、および予め定められた穴径を設定する工程をさらに含む。略一様な熱応答特性が得られるように穴、位置、および径を構成する工程は、加熱工程２２０の間にモールド・キャビティ２０内の複数の位置で略一様な温度を保持する工程を含む。一実施形態において、複数の位置で略一様な温度を保持する工程は、モールド・キャビティ２０の底部において、およびモールド・キャビティ２０の頂部において、あるいは複数の軸線方向に分離された層またはモールド・キャビティ２０の層を有する型内で、底部（または下部）の層に位置されるモールド・キャビティ２０において、および頂部（または上部）の層に位置されるモールド・キャビティ２０において、略一様な温度を保持する工程を含む。別例において、複数の位置で略一様な温度を保持する工程は、径方向に間隔をおいて設けられるモールド・キャビティの層内で、特に、型１０の外周の周囲の複数の径方向に分離された位置におけるモールド・キャビティ２０内で、略一様な温度を保持する工程を含む。これに代えて、複数の位置で略一様な温度を保持する工程は、軸方向および径方向の両者で間隔をおいて設けられるモールド・キャビティ２０内で略一様な温度を保持する工程を含んでもよい。

【0040】

耐火物成形型１０がスプルー出口５４を覆うガス不透性のスプルー出口カバー５２を含む別例において、パターン・アセンブリ４０はスプルー・チャネル５６と流体連通するとともにスプルー・チャネル５６からガス通気孔２６に延びる通気孔チャネル５８を含み、排気フローの一部は、通気孔チャネル５８およびガス通気孔２６を通過する。

【0041】

方法は、鋳造用フラスコ３１に型を配置する（工程２３０）とともに鋳造用フラスコ３１内の耐火物成形型１０の周囲に支持媒体３０を設ける工程をさらに含み、これにより、溶融金属がモールド・キャビティ２０内で鋳造可能となるのに十分に耐火物成形型１０を支持する。型は、熱により取り払い可能な材料３３を取り払うために加熱工程２２０に先だって支持媒体に位置される。ここに開示されるように、支持媒体３０は、特に型１０が肉薄な型壁部を含むことにより、型１０がパターン取り払いおよび鋳造工程の間に自立できず、かつ／または支持媒体３０が設けられないと高い 熱損失にさらされる場合に、加熱工程２２０の間の温度の一様性を含む特有の熱応答を得るために好ましくは使用される。

【0042】

結合耐火物成形型１０を使用する方法２００は、ここに開示されるようにモールド・キャビティ２０内で溶融材料を鋳造する工程２４０をさらに含む。鋳造工程２４０は、従来の重力鋳造工程または反重力鋳造工程を含む。これは、型１０および鋳造用フラスコ３１が鋳造工程の間に回転する遠心鋳造方法を含む、あらゆる種類の重力鋳造法あるいは反重力鋳造法を含む。

【0043】

用語「１つ」および「１つの」は、量の制限を示すものではなく、示した要素の少なくとも１つの存在を示すものである。量に関して使用される修飾語「約」は、記載の値を含み、文脈上示される意味を有する（例えば、所定の量の測定に関連付けられる誤差の程度を含む）。さらに、特に制限がない限り、ここに開示されるすべての範囲は、包括的で、結合可能である（例えば、「約２５まで、特に約５乃至約２０まで、さらに特に約１０乃至１５まで」なる範囲は、例えば「約５、約５乃至約２５、約５乃至約１５」の範囲の終点およびすべての中間値を包含する）。合金組成の組成を挙げる際に使用される「約」の使用は、挙げられた組成のすべてに、範囲から範囲の両終点まで適用される。最後に、特に定義されない限り、ここに使用される技術的および科学的用語はすべて本発明が属する技術における当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。ここで使用されるような接尾辞「（ｓ）」は、これが修飾する用語の単数および複数の両者を含み、従って、その用語の１つ以上を含むことを意図する（例えば、金属は１つ以上の金属を含む）。「一実施形態」、「別例」、「実施形態」などへの明細書の全体にわたる参照は、実施形態に関して開示される所定の要素（例えば、要素、構造体、および／または特性）が、ここに開示される少なくとも１つの実施形態に含まれ、また、他の実施形態にあってもなくてもよいことを示す。

【0044】

本発明は制限された数の実施形態のみに関して詳細に開示されたが、本発明がそのように開示される実施形態に制限されていないことは容易に理解されるであろう。むしろ、本発明は上述していない任意の数の変化、変更、代用、あるいは均等物の構成を包含するように修正することができるが、これは本発明の趣旨および範囲と同程度である。付加的に、本発明の様々な実施形態が開示されたが、本発明の態様は開示される実施形態のうちのいくつかのみを含んでもよいものといえる。従って、本発明は、先の開示によって制限されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】