JP2001525765A

JP2001525765A - 溶融物質を注ぐ方法および装置

Info

Publication number: JP2001525765A
Application number: JP50864197A
Authority: JP
Inventors: スタンレイティークリステンセン; リチャードイーウィットマン
Original assignee: ロッキードマーチンアドヴァンスドエンヴァイロメンタルシステムズインコーポレイテッド
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 2001-12-11
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: DE69626396T2; ATE233198T1; CA2229039A1; EP0844966B1; JP4393583B2; WO1997006060A1; EP0844966A1; EP0844966A4; DE69626396D1

Abstract

(57)【要約】るつぼ（２）内の溶融金属を、注湯リップを通して金型（２２）の開口（２４）内に注湯する方法および装置。るつぼ（２）および金型（２２）は真空状態のチャンバ内にあり、るつぼ（２）は、互いに間隔を隔てた平行かつ水平な第１および第２軸線（１８、２０）の回りで回転できるホルダ（１２）上に支持されている。第２軸線（２０）は、該軸線（２０）の回りのるつぼ（２）の傾動により、溶融金属が、所定速度で注湯リップを通って金型開口（２４）内に流入される。

Description

【発明の詳細な説明】溶融物質を注ぐ方法および装置発明の背景本発明は、液体の流れ、より詳しくは溶融金属および金属合金の流れの狙いを定めることおよび注湯速度（注ぎ速度）に関する制御能力を高める技術に関する。金属、より詳しくは合金は、しばしば、開口容器すなわちるつぼ内で溶融され、次に、容器のリム、リップまたは特別に形成された注湯口を介して容器から適当な受容器または金型内に注湯される。特に金型内に注湯する場合には、金属飛沫、金型の損傷および／または高価な合金が無駄になることを防止するため、溶融金属の流れの狙いを正確に定めなくてはならない。るつぼから目的物（すなわち金型）上に注湯される溶融金属の飛翔軌跡は、多くの変量、例えば、るつぼのサイズおよび／または幾何学的形状の種類、るつぼおよび／またはるつぼを包囲する融解ボックスの注湯口または定形注湯リップの有無、全注湯時間および体積、並びに所望の注湯速度（注湯速度は、種々の金型ファンネル設計、湯入口の濾過条件および／またはゲート条件に従って定まる注湯期間内で一定であるか、変化することもある）により影響を受ける。るつぼに対する金型ファンネル（すなわち金型開口）の垂直および水平方向の位置も、溶融金属の流れの狙いを適正に定めかつ溶融金属の流速（流量）を制御する上で、注湯縁部、リップ、注湯口等（以下、これらを集合的に「リップ」と呼ぶ）に影響を与える。注湯目標物に対するるつぼ（より詳しくは、注湯リップ）の位置決めは、るつぼを包囲する融解ボックス内でのるつぼの位置決めによっても影響を受ける。例えば、融解ボックスの上方のるつぼリップの間隙の大きさは、溶融金属が、注湯中に融解ボックスの頂縁部を越えるか否か、或いは溶融金属が最初に注湯されるときに溶融金属にどれほどの冷却効果をもたらすかに影響を与えるため重要である。注湯リップの位置決めも、るつぼに充填される溶融金属の量に影響を与えるファクタである。注湯中の液体の動的特性は、注湯が進行するときの溶融金属の流れの形状および／または方向を変化させる流体的、慣性的および他の効果に影響を与える。例えば５０％充填された容器から注がれる液体の流れの飛翔軌跡と、最初に２５％充填されているに過ぎない容器から注がれる流体の流れの飛翔軌跡とでは大きく異なっている。最後に、注湯金属の大きさ、形状および飛翔軌跡は、るつぼの傾動軸線の相対位置により影響を受ける。これまで、るつぼは単一軸線の回りで傾動され、傾斜度合いは、流れの速度の制御に使用された。傾斜は、流れの方向および衝突点に極く僅かの影響を与えたに過ぎない。従って、流れの狙いを適正に定めるためには、るつぼの注湯リップに対して金型の位置決めおよび再位置決めを頻繁に行なう必要があり、および／またはるつぼを可動支持体上に取り付けて流れの狙い定めを改善していた。このような技術を、合金冶金の場合に頻繁に遭遇する高温および／または真空の閉環境内で使用することは困難または不可能である。また、冶金炉では、広範囲のプロセス条件下で注湯すると同時に、金属を、目標物、例えば金型の注湯開口すなわちファンネル上の正確な位置に正確に供給することが望まれる。同一炉を使用して、或る段取りでは0.5秒という短時間で、同軸金型内に例えば５０ポンドの注湯を行い、他の段取りでは３０秒という長時間をかけて、方向性凝固金型内に２５０ポンドの注湯を行なう場合に、問題は悪化する。必要な可撓性に欠ける慣用的な単一軸線傾動注湯るつぼは、容易かつ迅速な段取りができずかつ優れた信頼性が得られない。発明の要約本発明は、互いに間隔を隔てた平行かつ水平な２つの軸線の回りでるつぼを傾動させることにより、従来技術の単一軸線るつぼで遭遇する問題を解決する。第１軸線すなわち並進軸線（translational axis）は、るつぼ内の溶融金属充填レベルから比較的大きな間隔を有しかつ並進軸線と整合した垂直平面の一方側または両側に、一定範囲の弧に亘ってるつぼを傾動させることができる。これにより、垂直平面の両側に大きな距離（すなわち、６〜９インチ）に亘って注湯リップを最初に水平移動させて、金型の取入れファンネルのような目標物に対し、注湯リップの水平位置を変化させることができる。第２軸線すなわち注湯傾動軸線(p-o ur tilt axis)は、るつぼ内の液体レベルからの距離が第１軸線より小さく、非常に大きな弧（例えば９０〜１２０°の範囲内）に亘ってるつぼを傾動させることができる。第２軸線は、注湯リップをるつぼ内の液体レベルより下に下降させるのに必要な注湯リップの垂直移動を生じさせ、溶融金属の流れを開始させる。本発明は、液体、より詳しくは溶融金属および合金（「メルト」）を、金型の開口内に注湯する方法において、るつぼの注湯リップのレベルを超えないレベルまでるつぼを充填し、金型開口内に注湯すべき溶融金属の所望速度を決定し、金型を、ほぼ注湯リップの下に配置し、溶融金属が所望の注湯速度で金型開口内に注湯されるように金型開口に対して注湯リップを位置決めすることを特徴とする方法を提供する。これは、互いに平行な間隔を隔てた上記並進軸線および注湯軸線の回りでるつぼを傾動させることにより達成される。並進軸線は、リップを最初に水平方向移動させるように配置され、一方注湯軸線は、リップを最初に垂直方向に移動させ、リップを通る溶融金属の注湯を開始させるように配置されている。２つの軸線の回りのるつぼの傾動は、金属が所望の速度で金型開口内に注湯されるように、好ましくはソフトウェアおよびコンピュータにより調和されている。また本発明は、上記方法を実施する装置であって、注湯リップを備えた、溶融金属を充填する容器と、注湯リップが金型開口より上に位置するようにるつぼを取り付けるホルダとを有する装置を提供する。容器は、互いに間隔を隔てた平行かつ水平な並進軸線および注湯軸線を有し、該並進軸線および注湯軸線は、容器が制御された態様でこれらの軸線の回りで傾動されるとき、注湯リップが、それぞれ、金型開口に対するリップのレベルに実質的な影響を与えることなくかなりの水平方向距離に亘って移動でき、かつ注湯リップを通る溶融金属の注湯を開始させるための垂直方向距離に亘って移動できる。ソフトウェア制御によるリップの移動により、目標物に対する注湯リップの位置が、溶融金属が所定速度で目標物上に流れる位置に定められる。制御手段は、溶融金属を目標物上に注湯するのに容器を２つの軸線の回りで傾動させなくてはならない相対弧の範囲を決定する。ホルダおよび制御手段に連結された駆動システムが、容器を、２つの軸線の回りでそれぞれの弧に亘って傾動させる。並進軸線回りのるつぼの並進的傾動(translational tilting)が、必然的に幾分かの注湯リップの垂直位置変化を付随するため、溶融金属の流れの狙い定め精度を高めるには、並進移動に付随するリップの垂直変化の度合いが検出されかつるつぼを注湯軸線の回りで補償量だけ逆方向に傾動させることにより補償される。このようにして、並進移動が、流れの狙い定めに悪影響を与えることはない。るつぼを並進軸線の回りで比較的制限された弧の範囲（例えば１５〜３０°）に亘ってまたは注湯リップの１２インチの全水平方向変位に亘って傾動させるには、流体作動形、例えば流体ピストンアクチュエータまたは複動ピストンロータリ流体アクチュエータを使用するのが好ましい。流体モータのようなロータリ駆動装置が、るつぼを、注湯軸線の回りで比較的大きい弧（例えば１２０°）に亘って傾動させる。アクチュエータの付勢は手動で行なうことができるが、多くの変量ファクタは手動操作を困難にする。従って、好ましい実施例では、本発明は、別の入力データと一緒に位置変換器の出力を使用するコンピュータおよび適当なソフトウェアを使用して、必要な流れの飛翔軌跡および所望の注湯速度を決定しかつ意図した目標物に対して注湯リップが正しく位置決めされるまでアクチュエータを付勢して、所与の注湯サイクルに亘って、溶融金属の流れが目標物に当たりかつ所定速度（該速度は一定でもよいし、注湯中に変化させることもできる）で流れるようにする。本発明の一実施例は、本発明の二重傾動軸線システムを既存の炉の扉の外部に組み込むことにより、既存の単一注湯軸線炉を改造するのに特に適している。図面の簡単な説明第１図は、本発明に従って二重傾動軸線の回りで傾動可能なるつぼの幾つかの位置を概略的に示す側面図である。第２図は、本発明の第１実施例による二重軸線傾動制御を示すブロック図である。第３図は、本発明による二重軸線傾動ができるように取り付けられたるつぼを収容する融解チャンバを通る概略側面図である。第４図は、融解チャンバの詳細正面図であり、本発明の二重軸線傾動機構をより詳細に示すものである。第５図は、二重軸線傾動可能なるつぼの取付け構造を詳細に示す部分拡大側断面図である。第６図は、第５図の円６で囲んだ部分を詳細に示す側断面図である。第７図は、注湯サイクルの開始から終了までの、二重傾動軸線の回りでの注湯リップの運動を示すグラフである。第８図は、るつぼホルダの一部を示す部分拡大詳細図である。第９図は、本発明の第２実施例による二重軸線傾動制御を示すブロック図である。第１０図は、第４図と同様な融解チャンバの詳細正面図であり、本発明の第２実施例による二重軸線傾動機構を示すものである。第１１図は、第４図と同様な部分拡大側断面図であり、本発明の第２実施例による二重軸線傾動可能なるつぼの取付け構造を更に詳細に示すものである。好ましい実施例の説明第１図〜第３図に示すように、充填レベル４まで溶融金属が充填されたるつぼ２は、融解ボックス６内に配置されかつ融解ボックス６の頂板１０より上方に突出する上縁部８を有している。慣用的でありかつ従来技術において良く知られているように、融解ボックス６は、断熱材（単独で示されてはいない）、誘導加熱コイル３６、およびるつぼ２を受け入れるキャビティ（別体として示されてはいない）を有している。融解ボックス６は、互いに間隔を隔てて配置された１対の片持ちアーム１４を備えたホルダ１２上に支持されている。片持ちアーム１４は、より詳細に後述するように、ホルダ１２（および、該ホルダ１２と一緒に融解ボックス６およびるつぼ２）を、第１並進軸線１８の回りおよび該軸線１８から垂直方向に間隔を隔てかつ軸線１８に対して平行な第２注湯軸線２０の回りで、傾動すなわち枢動させるるつぼ傾動装置１６上に取り付けられている。第１並進軸線１８と液体レベル４との間の距離は、注湯傾動軸線２０とるつぼ２内の液体レベル４との間の距離よりかなり大きい。使用に際し、液体金属は、融解ボックス６（従って、該融解ボックスと一緒にるつぼ２）を、その直立「スタート」位置（第１図に実線で示す）から、「中間」位置を通り、完全に傾斜した「最終」位置（中間位置および最終位置とも、第１図に破線で示す）まで連続的に移動させることにより、るつぼ２から、目標物（例えば、入口開口すなわちファンネル２４を備えた金型２２）上に注湯される。これにより、液体金属は、注湯リップ（該注湯リップは、図示しないるつぼ縁部または注ぎ口により形成できる）上を流れ、金型２２ファンネル２４に通じる飛翔軌跡をもつ液体金属の流れ２６を形成する。飛翔軌跡は前述の多くのファクタにより影響を受け、従って、注湯のスタートから終了に至るまで、溶融金属の流れ２６がその目標物（すなわち金型ファンネル２４）に正確に命中するように、注湯の常時再位置決めを必要とする。飛翔軌跡の注湯リップを適正位置に移動させるため、傾動装置１６を付勢して並進軸線１８の回りでホルダ１２を枢動させることにより、ホルダ１２を、最初の水平方向において軸線と整合している垂直平面２８に対し、矢印３２で示すように垂直平面２８の両側に移動させる。これにより、金型ファンネル２４内への金属の流れ２６の注湯を開始させかつ維持するため、るつぼ内の溶融金属レベル４が、下方に傾斜した注湯リップ８より上方に上昇されかつ維持される。並進軸線１８と液体レベル４との間の間隔が比較的大きいため、一定の弧範囲での並進軸線１８の回りの傾動により、リップの所望の最初の水平移動（一般的には、垂直平面２８の両側に約９〜１８インチの間の全範囲、本発明の好ましい実施例では約６インチ）が引き起こされる。この傾動中のリップの僅かな垂直変位は、後述の理由から補償される。注湯軸線２０と液体レベル４との間の距離が比較的小さいため、注湯を最初に開始させかつ維持するための最初の垂直移動が引き起こされる。ここで第１図〜第４図を参照すると、例えば流体的に作動される並進流体シリンダ３４が、並進軸線１８の回りでホルダ１２およびるつぼ２を枢動させ、流体モータ３６等のロータリアクチュエータがホルダ１２を注湯軸線２０の回りで枢動させる。流体シリンダおよび流体モータの詳細については後述する。並進運動変換器３８は、並進軸線１８に対するホルダ１２の水平位置フィードバックを与え、並進シリンダ３４の運動を、閉ループエラー増幅器ＰＣボード４０およびサーボ弁４２を介して制御するのに使用される。並進軸線１８の回りでホルダ１２を移動させるための、閉ループエラー増幅器への他の入力が、プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）４４により供給される。同様に、角度変換器４６は、注湯軸線２０に対するホルダ１２の角度位置フィードバックを他方の閉ループエラー増幅器４８に与え、該閉ループエラー増幅器４８は、ＰＬＣ４４の制御下で、注湯軸線２０の回りでホルダ１２を移動させる流体モータ３６を、第２サーボ弁５０を介して付勢する。角度変換器４６、４８は、Celestco Company(7800 Deering Avenue，Canoga P ark，カリフォルニア州、91304)から市販されているワイヤ付勢変換器が好ましい。各角度変換器は、変換器のポテンショメータに連結されたワイヤ３０を使用している。注湯角度変換器４６のワイヤ３０は、プーリ４７（該プーリは、並進軸線１８と同心状に配置されかつホルダ１２と一緒に並進軸線１８の回りで枢動する）の回りで案内される。このようにして、並進軸線１８の回りのホルダ１２およびるつぼ２の枢動中の注湯リップの前述の僅かな垂直運動が自動的に補償される。このため、溶融金属の流れ２６の飛翔軌跡の誤差（この誤差は、リップのこのような比較的小さな垂直運動の結果として生じることがある）は、閉ループハードウェアシステムにより除去される。これにより、並進軸線１８の回りでのるつぼの並進運動とは独立した、注湯軸線２０の回りのるつぼ２の傾動が可能になる。好ましい実施例では、サーボ弁４２、５０は、Visual Basicを用いて開発されたMicrosoft社のWindowsソフトウェアパッケージを用いたソフトウェア制御により制御される。ソフトウェアは、るつぼ２の注湯角度（すなわち、注湯軸線２０の回りの傾斜角）と、るつぼ２の水平位置（すなわち、並進軸線１８の回りの傾斜角）とを同時に制御する基準信号として機能する２つの別々のプロファイルを形成する。これらのプロファイルは、注湯の前に、ＰＬＣ４４にダウンロードされる。注湯時に、ＰＬＣ４４は、２つのプロファイル信号を、Ｄ／Ａ変換器（単独で示されてはいない）を介してエラー増幅器／ドライバＰＣボード４０、４８に供給する。好ましい実施例では、コンピュータ５２は、Windowsのプロファイラソフトウェアで作動されかつタッチスクリーンＰＬＣインターフェース５４を有している。本発明の好ましい実施例では、出願人の“WINPOUR”ソフトウェアは２つの主要セクション、すなわち、任意波形のマルチポイントグラフィックスベースエディタと、使用者の入力幾何学および時間パラメータに基づいた自動ボリュームエディタとを有している。以下に、これらを簡単に説明する。グラフィックスエディタグラフィックスエディタは、使用者が、注湯プロファイルに関する詳細を創出し、修正し、記憶させ、呼出し、ＰＬＣ４４にアップロードおよびダウンロードし、かつディスプレイするための種々のオプションを選択できるようにするメニューを有している。システムのファイルは、ディレクトリ“WINDPOUR”内にある主プログラムのサブディレクトリにシステマチックに維持される。角度プロファイルのソースファイルは、サブディレクトリ“WINPOUR＼ANG”内に維持されかつエクステント“.SRC”を有している。これらのソースファイルは、ＰＬＣが使用できるリアルタイムデータに翻訳されかつエクステント“.RUN”を用いて同じサブディレクトリ内にセーブされる。リニアトランスレーションプロファイルは、角度ファイルと同じエクステント名のコンベンションを用いてサブディレクトリ “WI-NPOUR＼LIN”内に記憶される。グラフィックスエディタは次の特徴を有する。１）カーブフィッティング（Curve fitting）プロファイル構成中、使用者は、各プロファイルセグメントを直線（定角速度または線速度）にするオプションを有する。或いは、セグメントの曲線円滑化を自動的に行なうのに、キュービックスプラインフィットアルゴリズム（cubic-sp line-fit algorithm）を使用できる。２）データビューモードプレビュー能力は、使用者が、コンパイリング前のプロファイルアピアランスを見ることを許容する。この特徴はまた、使用者が、プロファイルの数値データを、スプレッドシート態様で見ることおよび編集することを許容する。３）オーバーレイ能力グラフィックスエディタは、ファイルが、見られるまたは構成されるプロファイルと一緒にオーバーレイされることを許容する。これは、プロファイルの改善および修正のベースとして前の結果の比較を使用することを許容する。また、これは、軸線方向運動の相対タイミングを比較できるようにするため、角度プロファイルおよび並進プロファイルの両方を同時に見ることを許容する。４）タイムスケーリングプロファイルデータの開発および最適ビューを容易にするためのタイムスケールとして幾つかのオプションを選択できる。この特徴は、既存のプロファイルから異なる注湯プロファイル時間を創出するため、プロファイルの圧縮および拡大に使用することもできる。５）コンパイラインターバルオプション使用者は、プロファイル点間の間隔として２５mSまたは５０mSのいずれかを選択できる。解像度が重要視される高速で短いプロファイルには、より短い間隔が望まれる。データファイルをＰＬＣでリーズナブルな長さに制限すべく、非常に長くかつ遅いプロファイルが作られる場合には、より長い間隔が必要になる（最大ＰＬＣプロファイル長さは、各軸線について1,000点である）。６）ＰＬＣアップロード／ダウンロードアクセスグラフィックスエディタ上にディスプレイされるオーバーレイファイルは、使用者が不適当な状況下でプロファイルをダウンローディングすることを防止する安全インターロック条件にあると仮定して、目標ＰＬＣプロセッサに直接送られる。手動制御に関連するＰＬＣラダーのソフトウェアは、グラフィックスエディタがその後にハードディスクにアップロードできる注湯を、ＰＬＣが「捕捉」することを可能にする。定ボリュームエディタこのエディタは、目標ＰＬＣにより直接使用されるか、グラフィックスエディタで引き続き洗練される角度プロファイルおよび並進プロファイルの両方を自動的に発生させるのに使用される。新しいプロファイルを創出するため、使用者は、包含されるるつぼ２、融解ボックス６および金型の幾何学的形状並びに所望の注湯時間および最終注湯角度に関する情報を入れる。ソースファイルは、サブディレクトリ“WINDPOUR＼VOL”の名目で記憶される。ＰＬＣランファイルは、前述の通り、“WINPOUR＼ANG”および“WINPOUR＼LIN”サブディレクトリの名目で記憶される。特徴 1）カスタム単位は、使用者が、パラメータを、種々の単位、例えばメートル単位または英国単位で特定することを可能にする。２）合金密度、るつぼ容量、充填体積およびウォッシュリップ角度の間の関係をディスプレイするのに計算上の便利性がある。３）使用者は、コンパイル時間ベース２５／５０mSオプションを選択できる。上記WINPOURプロファイルパッケージは、Allen-BradIyＰＬＣ５シリーズプロセッサ用に創出されたラダーソフトウェア（しかしながら、他のプロセッサにも使用できる）に関連して作動する。使用者−インターフェーススクリーン（図示せず）は、WINPOUR二重軸線注湯システムをモニタリングしかつ制御するのに使用され、かつウォッシュリップ等を遂行するため、ローディングに有効な特定角度および並進位置の選択、溶融温度測定、およびるつぼの自動傾動を可能にする。また、このスクリーンは、注湯制御に関連するプロファイルデータおよびインターロックのリアルタイムビューイングをも可能にする。同期化された二重軸線注湯をトリガするのに１つのボタンを使用できる。或いは、個々の軸線をトリガすると同時に、炉の覗き窓（図示せず）に配置された「ジョイスティック」ポット（単独で示されてはいない）を用いて、反対側の軸線が手動制御される。炉が自動モードで作動されるとき、注湯プロファイル名は、他の炉制御パラメータによりダウンロードされるべき所望の全てのプロファイルのコンピュータベース調理（computer-based recipes）に包含される。通常、任意の所与の時間でのＰＬＣには、各注湯軸線についての１つのプロファイルが存在し、その名前がスクリーン上に表示される。各軸線は、手動操作中にＰＬＣに記録することができる。また、自動注湯から生じる変換器信号を記録することもできる。このような情報は、炉のハードウェアが所望の運動制御を信頼性をもって遂行することを確実にすべく、アップロードされる。ＰＬＣに作動プロファイルを記憶させると、次の長所が得られる。１）ＰＬＣ環境からの注湯の遂行は、リアルタイム制御および関連インターロックのための炉のハードウェアにインターフェースさせる高速で有効な方法である。２）Windows環境は、特に、記憶、分析およびドキュメンテーションのための他の便利なツールを利用できる点で、複雑なプロファイルを開発するための優れた領域であるが、ＰＬＣにより注湯を行なわせることにより、作動中にシステムの高い信頼性が達成される。この場合には、システムは、コンピュータに頼って高速多重タスキングを行なう必要がなくかつコンピュータの故障の被害を受けることもない。従ってコンピュータは、データ獲得等のより多くの慣用的な仕事を遂行できるか、炉の活動から解放された汎用ツールとして使用できる。３）プロファイルがひとたびダウンロードされたならば、コンピュータを必要とすることなく、同じＰＬＣ常駐プロファイル（PLC-resident profile）を再使用できる。広範囲のパラメータ変化を必要としないシステムでは、WINPOURエディタを用いて幾つかの基本プロファイルを創出し、かつこれらのプロファイルを、最小コストシステムの「ミニライブラリ」としてＰＬＣのファイルに保持できる。ＰＬＣは、上記炉のハードウェアに関連して注湯を遂行するのに有効に使用できるけれども、WINPOURプロファイル開発ソフトウェアは、所望の実運動制御を開発する上で優れている。時には、作動炉に送られるプロファイルを開発するため、目標炉とは別の他に類を見ないツールとしてWINPOURソフトウェアを使用することは効率的である。これは、溶融金属のかなり的確な代用品として例えば水および鋼のショットを使用して有効に行なわれる。冶金炉での製造時間は非常に高価であるので、このアプローチは、適当な環境の下で、開発ユニットのコストを正当化できる。ここで、炉のハードウェアについて詳細に説明するため、第３図および第４図を参照すると、炉５６は融解チャンバ６０を有し、該融解チャンバ６０はハウジング５８内にるつぼ２および融解ボックス６を保持している。ハウジング５８の前端部は扉６４（第３図には示されていない）により閉じられ、該扉６４は、その左上角部（第４図参照）に開口６８を有している。円形の並進板６６はるつぼホルダ１２の一部であり、開口６８を覆っている。ここで第２図〜第６図に示すように、扉６４のフランジ７２には、炉扉６４の開口６８と同心状の整合リング７０がボルト６２により取り付けられている。整合リング７０は、並進板６６にボルト止めされた１２個のローラベアリング７６の通路として機能する円形外周部７４を有し、これにより、並進板６６は並進軸線１８の回りで同心状に枢動できる。並進板６６は、炉の内部に向かって延びている管状フランジ７８を有し、扉６４の開口６８から半径方向内方に間隔を隔て、かつクランプリング８２の内方への移動（炉の内部に向かう移動）を防止するロックリング８０を有している。クランプリング８２は、複数（例えば１２個）の等間隔を隔てた円形凹部８８を有し、該凹部８８は、例えば黄銅のような材料で作られた圧力パッド８６（該圧力パッドは、これが整合リング７０の内側面と係合するときに比較的小さな摩擦を発生する）を受け入れる。ボルト８４を緊締すると、パッド８６が整合リング７０に対して押し付けられる。ロックリング８０は、ボルト８４が緊締されかつこれにより並進板６６が扉６４上に取り付けられると、クランプリング８２の軸線方向移動を防止する。浮動ガスケットリング９０が、整合リング７０と並進板６６との対向面間の環状凹部内に配置される。ガスケットリング９０は、黄銅または青銅等の、鋼に対する低摩擦材料で作ることが好ましい。ガスケットリング９０の両面には、ガスケットリングを通る漏洩を防止し、従って炉の外部から内部をシールするための互いに間隔を隔てた１対のＯリング９２を有する。ガスケットリング９０の両面で、対をなすＯリング９２の間には環状凹部を有し、これらの凹部は、通気孔９４で相互連結され、圧力空間９３を形成する。整合リング７０には更に圧力流体通路９６が設けられており、該圧力流体通路９６は圧力空間９３を加圧流体源に連結する。かくして、並進板６６は、並進軸線１８に対して心出しされ、整合リング７０の外周７４の回りで枢動でき、かつボルト８４で圧力パッド８６を緊締することにより整合リング７０に固定される。並進板６６の枢動を可能にするには、最初にボルト８４を緊締し、次に僅かに緩めて、重なり合った圧力パッド８６と、整合リング７０とガスケットリング９０との間に小さな遊びすなわち小さな間隙を生じさせるのが最良である。これらの部品間の遊びは、Ｏリング９２が圧縮され続けてシールを維持するようにするため、制限される。使用に際し、真空源９８が融解チャンバ６０を真空引きする。これにより、第３図に示すように、並進板６６が力Ｆ_Vで内方に押される。これを補償しなければ、この力Ｆ_vによりＯリング９２が完全に圧縮され、ガスケットリング９０に対して作用する。Ｏリングの完全圧縮、およびガスケット板と整合リングと並進板との間の好ましくない高摩擦を防止するため、オイルアキュムレータ１００からの補償オイル圧力が、圧力通路９６を介して、１対のＯリング９２間の空間９３に加えられる。炉が真空引きされると、内方のＯリング９２の半径方向内方の並進板６６の面積Ａ₁は、圧力差Ｐ_V−Ｐ_a（Ｐ_vは真空引きされた炉内部の圧力、Ｐ_aは大気圧）を受ける。この圧力差によって、並進板６６がガスケットリング９０および炉扉６４に押し付けられる。内方のＯリング９２と外方のＯリング９２との間の環状面積Ａ₂には、高真空用途に適したオイルが充填される（充填中、栓１０３により閉鎖される通気孔１０１を介して空気が抜かれる）。また、オイルは潤滑剤として機能しかつ空気圧源１０２からの空気により駆動されるオイルアキュムレータ１００からの圧力Ｐ_C を受け、かつオイルの圧力変化速度を緩和させるのに使用される。これにより並進板６６上に補償力Ｆ_Pを発生させ、この補償力Ｆ_Pが、真空により引き起こされるＦ_Vと反作用して、過度の摩擦力およびＯリングの完全圧縮を防止する。必要とされる補償圧力は、包含される２つの面積の比に直接関係する。すなわち、（Ｐ_a−Ｐ_C）＝（Ｐ_V−Ｐ_a）×（Ａ₁／Ａ₂）ＰＬＣ４４（第２図）は、この関係を用いて、補償圧力を計算しかつ劇的に制御する。差圧ゲージ１０４、１０６はシステムの圧力センサとして機能する。圧力ゲージ１０６は、この圧力にＡ₁／Ａ₂を掛けることにより、必要な補償圧力Ｐ_a−Ｐ_Cが決定される。これは、圧力ゲージ１０４により測定された実際の圧力差と比較され、弁１０８をより多量の空気が通り得るようにしてオイルアキュムレータ１００内の圧力を上昇させるか、減圧弁１１０を開くことによりアキュムレータ内の空気圧力を低下させる制御信号を発生させる。内方のＯリングと外方のＯリングとの間の環状空間内のオイル圧力は対応して増減し、これにより、炉の真空圧力および／または大気圧力の変化がダイナミックに補償される。空気アキュムレータに流入しおよび該空気アキュムレータから流出する空気の流量を制御するため、調整弁１１２、１１４を設けるのが好ましい。ここで第３図〜第５図および第８図を参照すると、並進板６６にはポートチューブ１１６がボルト１１７により固定されており、かつ注湯軸線２０と整合して、並進板６６の外部から融解チャンバ６０内に延びている。融解チャンバ６０の内端部で、軸１１６には支持ブラケット１２４が取り付けられており、該支持ブラケット１２４から、前述の片持ちアーム１４が融解チャンバ６０内へと更に延びている。第３図に最も良く示すように、融解ボックス６およびるつぼ２は片持ちアーム１４上に支持されている。管状軸１１６の反対側の端部には平歯車１２６が取り付けられており、該平歯車１２６は、流体モータ３６により駆動されるスプロケット１２８と噛み合って、軸１１６を、融解ボックス６およびるつぼ２と一緒に注湯軸線２０の回りで枢動させる。軸１２０は、軸線方向に配置された冷却チャンバ１３０を有し、該冷却チャンバ１３０は、例えば管金具１３２を介して冷却される。また、誘導コイル１３６用の電気ケーブル１３４が並進板６６の外部から、適当な絶縁ディスク１３８を通り、更に管状軸線方向１２０の中空内部を通って、融解ボックス６の誘導コイル１３６まで延びている。第１図〜第４図に示すように、金属を金型２２内に注湯しようとするとき、るつぼ２は、最初は、第１図に実線で示すその直立位置にある。必要とされる飛翔軌跡データがWINPOURソフトウェアにより発生され、るつぼ２内の充填レベル４に関するデータに基づいて、金型ファンネル２４の相対位置、るつぼ２内の金属または合金、所望の注湯速度および注湯時間等が、例えば第７図のグラフに従って、注湯リップの運動プロファイルを決定する。これに対応して、ＰＬＣ４４が、サーボ弁４２、５０を制御および作動させ、流体アクチュエータ３４のピストンロッド１４０を伸長または収縮させ、これによりブラケット１４２を介して並進板６６を枢動させて、注湯リップを金型ファンネル２４に対して水平方向に位置決めする。注湯が開始されたならば、流体モータ３６の同時的作動により、注湯軸線２０の回りで管状軸１２０を枢動させ、るつぼ２を、第１図に破線で示す「中間」位置へと傾動させる。これにより、るつぼ２内の液体レベルが注湯リップを超えるようになるまで、液体レベルに対して注湯リップを下降させ、これにより注湯が開始される。流体シリンダおよび流体モータの作動が続けられ、金型ファンネル２２内に正確に終端する溶融金属の流れの飛翔軌跡が維持されるように、並進軸線１８および注湯軸線２０の回りでるつぼホルダ１２を適当に枢動させることにより、るつぼ２を、「最終」位置（この最終位置も、第１図に破線で示されている）徐々に傾動させる。もちろん、注湯前および注湯中の両方において、融解チャンバ６０内に真空が維持され、かつオイルアキュムレータ１００は、前述のように力Ｆ_Vと力Ｆ_Pとを釣り合わせるのに必要な補償圧力Ｐ_Cを発生させる。本発明の第２実施例は、改造により、既存の炉の単一軸線注湯システムを二重軸線注湯システムに変換するのに特に有効である。第９図〜第１１図を参照すると、第３図および第４図に関連して説明した本発明の第１実施例と同様に、炉は融解チャンバを有し、該融解チャンバは、るつぼおよび融解ボックスをハウジング（第９図に、単独で示されてはいない）内に保持している。ハウジングの前端部は扉６４で閉じられており、該扉６４は、その右上の角部（第１０図参照）に円形の輪郭６８を有している。本発明の第２実施例に従って構成された円形の並進板１４４は、るつぼホルダ（単独で第９図〜第１１図に示されてはいない）の一部を構成しかつ開口を覆う。第１実施例と同様に、整合リング７０は炉扉の開口６８と同心状であり、かつ上記第４図および第５図に示した方法と同様な方法で、ボルトにより扉フランジ７２に取り付けられている。整合リング７０の、扉６４に対面する側とは反対側の側面には、取付けリング１４６が、複数（例えば８個）のねじボルト１４８により固定されている。スペーサブロック１５０が、整合リング７０と取付けリング１４６との対向側面間に空間を形成している。第１１図に最も良く示すように、円形並進板６６は、並進板６６の並進軸線１８の回りで同心状の円形外周部１５２を形成している。取付けリング１４６には、ナット１５４により複数（例えば６個）のローラベアリング７６が螺着されており、該ローラベアリング７６が並進板６６の外周部１５２を支持している。前述のように黄銅のような低摩擦材料で作られた圧力パッド８６が、取付けリング１４６の対応する凹部８８内に受け入れられている。ボルト８４を前述のように緊締すると、整合リング７０と並進板６６との対向面間で、互いに間隔を隔てた対をなすＯリング９２が取り付けられた浮動ガスケットリング９０に対して並進板６６が押し付けられる。かくして、並進板６６は、前述のようにして並進軸線１８の回りで枢動できる。圧力パッド８６は、並進板６６を、整合リング７０と確実に接触した状態に維持しかつ対をなすＯリング９２間の管状空間をシールして前述のように圧力を釣り合わせる。しかしながら、ローラベアリング７６および圧力パッド８６が炉扉６４の外部からアクセスできるので、この構造は、第４図および第５図に示した構造に比べ、比較的小さなスペースで済む。前述のように構成された流体モータ３６が並進板６６の外部に取り付けられておりかつスプロケット１２８を有している。該スプロケット１２８は、ポートチューブ１１６（該ポートチューブ１１６は、並進板６６の一部を形成しかつ第８図に示しかつ前述したように注湯軸線２０の回りで同心状である）の内部に回転可能に取り付けられた軸１２０（第８図）のように、平歯車１２６を駆動して軸（第１０図および第１１には示されていない）を傾動させる。傾動軸線１８の回りでの並進板６６の傾動は、炉扉６４の外部に取り付けられた複動流体ロータリアクチュエータ１５６により発生される。流体ロータリアクチュエータ１５６は、Parker Fluid Power社のRotary Actuator Division（Wad- sworth、オハイオ州44281）から市販されている。簡単に説明すると、このようなアクチュエータは、ラックアンドピニオン駆動装置（図示せず）を介して軸１６０を回転させる、互いに間隔を隔てた２つの流体ピストンシリンダ組立体１５８を有している。軸１６０には歯車１６２がキー止めされており、該歯車１６２は、ボルト１６８により並進板６６の外部に固定されたアーム１６６を備えた平歯車セグメント１６４と噛み合っている。流体アクチュエータ１５６を付勢すると、歯車１６２が一方向（または他方向）に回転される。これに対応して並進板６６およびるつぼ（第１０図および第１１図には示されていない）が前述のようして傾動され、るつぼを金型に対して本質的に水平な方向に位置決めし、その後、流体モータ３６によりるつぼを傾動させることにより注湯を開始できるように、金型に対するるつぼのリップを適正に位置決めする。第１０図および第１１図に示す本発明の実施例は、並進軸線１８に対する水平位置フィードバックを与える並進運動変換器３８を有し、該変換器３８は、流体アクチュエータ１５６の作動を制御するのに使用される。変換器３８のポテンショメータ（図示せず）にはワイヤ３０の一端が取り付けられており、ワイヤ３０の他端は、歯車１６２にボルト止めされかつ該歯車１６２と一緒に回転するディスク１７０に固定されている。第１０図および第１１図に示す本発明の実施例は、例えば第１０図および第１１図に示すように並進軸線１８がポートチューブ１１６内に配置されているような、空間が制限されている比較的小さな炉を有する既存の炉を改造するのに特に適している。このような状況では、注湯軸線２０に対するるつぼホルダの角度位置フィードバックを与える角度変換器を使用することができない。なぜならば、並進軸線１８と同心状のプーリ（例えば、第４図に示したプーリ４７）を取り付けるスペースがないからである。並進板６６が並進軸線１８の回りで枢動されるときに並進板６６の垂直運動を制限するように、注湯軸線２０の回りの回転運動を補償する電子回路を設けることができる。このような補償システムは、第９図に示されている。補償システムは適当に配置される角度変換器１７２を使用しており、該変換器１７２は、軸線間補償回路１７４およびコンピュータ５２のＩ／Ｏボードを有し、全ての制御信号を発生させると同時にプログラム可能な論理コントローラ（第２図に示すＰＬＣ４４のようなもの）の必要性をなくすことができる。コンピュータソフトウェアは、注湯軸線２０の回りでるつぼを傾動させる流体モータ３６および並進軸線１８の回りでるつぼを傾動させる流体アクチュエータ１５６の作動を制御するのに、注湯中にコンピュータがオンライン状態にあることを必要とするＰＬＣプログラムに置換される。第１０図および第１１図に示す本発明の実施例は、既存の単一軸線るつぼ注湯システムを、本発明の二重軸線注湯システムに変換するのに特に適している。これに必要とされることは、既存のシステムを運び出し、炉扉６４に開口６８を形成し、これにドアフランジ７０を取り付けることだけである。その後、第１０図および第１１図に示すシステムの残部を扉の外部から組み立てれば、二重軸線注湯システムへの炉の変換が完了する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィットマンリチャードイーアメリカ合衆国カリフォルニア 95482 ウキアガイディヴィルロード 3120

Claims

【特許請求の範囲】１．容器内の金属を、容器の注湯リップを通して、注湯リップより下に位置する目標物に注湯する方法において、リップを超えない所与のレベルまで容器に溶融金属を充填する工程と、溶融金属がリップを通り所望の注湯速度で目標物へと流れるように目標物に対してリップを移動させるべく、互いに間隔を隔てた第１軸線と第２軸線との回りで容器を傾動させる工程とを有することを特徴とする方法。２．溶融金属が目標物に注湯される間にリップを再位置決めして、注湯中に容器内の溶融金属の量が変化するときに所望の注湯速度を維持する工程を有する、請求の範囲第１項に記載の方法。３．注湯中に目標物に対してリップを再位置決めして注湯速度を変化させることにより、注湯中の所望の注湯速度を変化させる工程を有する、請求の範囲第１項に記載の方法。４．前記傾動工程が、第２軸線の回りで容器を傾動させて、リップを通る溶融金属の流れを開始させることからなる、請求の範囲第１項に記載の方法。５．前記傾動工程が、第１軸線の回りで容器を回転させて、目標物に対してリップを最初の水平方向に移動させることからなる、請求の範囲第４項に記載の方法。６．前記第１軸線および第２軸線が平行である、請求の範囲第５項に記載の方法。７．前記第１軸線および第２軸線が垂直方向に整合している、請求の範囲第６項に記載の方法。８．前記第１軸線および第２軸線に対するリップの位置を連続的に検出し、位置応答信号を発生し、該信号を使用して所望の注湯速度を維持する工程を有する、請求の範囲第５項に記載の方法。９．前記第１軸線の回りで容器を傾動させる工程が、リップを、約１２インチまでの水平距離に亘って並進移動させることからなる、請求の範囲第５項に記載の方法。 10．前記リップを並進移動させる工程が、約３０°を超えない弧に亘って、リップを回転移動させることからなる、請求の範囲第９項に記載の方法。 11．前記第軸１線の位置は、リップが少なくとも１２インチの水平距離に亘って移動するときに、容器内の溶融金属のレベルが約２インチを超えない範囲で変化するように選択される、請求の範囲第９項に記載の方法。 12．前記第２軸線の回りで容器を補償量だけ傾動させることにより、第１軸線の回りでの容器の傾動の結果としてリップの垂直位置の変化を補償する工程を有する、請求の範囲第１項に記載の方法。 13．るつぼの注湯リップのレベルを超えないレベルまでるつぼに充填された溶融金属を、金型の開口内に注湯する方法において、金型の開口内に注湯すべき溶融金属の所望の速度を決定する工程と、金型を注湯リップより下に置く工程と、互いに間隔を隔てた平行な第１軸線および第２軸線の回りでるつぼを傾動させることにより溶融金属が所望の速度で金型の開口内に注湯されるように金型の開口に対して注湯リップを位置決めする工程とを有し、第１軸線はリップを主として水平方向に移動させるように配置され、第２軸線は、リップを通して金属を注湯できるように、リップを主として垂直方向に移動させるように配置され、金属が所望の速度で金型の開口内に注湯されるように、第１軸線の回りの傾動工程と第２軸線の回りの傾動工程とを調和させる工程を更に有することを特徴とする方法。 14．溶融金属がリップを通って金型の開口内に注湯される間の、るつぼ内の溶融金属の量の変化、金型の開口に対するリップのレベルの変化、金型の開口に対するリップの水平位置の変化、および充分な量の溶融金属が金型内に注湯されるまで所望の注湯速度を維持するためのリップの方向の変化のうちの少なくとも１つの変化の関数として、るつぼを再位置決めする工程を有する、請求の範囲第１３項に記載の方法。 15．少なくとも前記第１軸線および第２軸線の回りでるつぼを傾動させる工程中に、るつぼ、溶融金属、注湯リップおよび金型の開口の回りに真空を発生させる工程を有する、請求の範囲第１３項に記載の方法。 16．金属が充填される容器であって、その上端部に近接する注湯リップを備えた容器と、注湯リップが目標物より上に位置するようにるつぼを取り付けかつ互いに間隔を隔てた平行でかつ実質的に水平な第１軸線および第２軸線の回りでの容器の傾動を可能にするホルダとを有し、前記第１軸線および第２軸線は、注湯リップが、それぞれ、目標物に対するリップのレベルに実質的な影響を与えることなくかなりの水平方向距離に亘って、かつ注湯リップを通る溶融金属の注湯を開始させるための垂直方向距離に亘って移動できるように配置されていることを特徴とする目標物に溶融金属を注湯する装置。 17．溶融金属を所望速度で目標物に注湯すべく容器を第１軸線および第２軸線の回りで傾動させる相対傾動弧を決定するための制御手段と、所望速度で目標物に溶融金属を注湯するためのそれぞれの傾動弧に亘って第１軸線および第２軸線の回りで容器を傾動させるべく、ホルダおよび前記制御手段に連結された手段とを有する、請求の範囲第１６項に記載の装置。 18．前記容器および目標物を包囲するチャンバと、該チャンバに真空を供給する手段とを有する、請求の範囲第１６項に記載の装置。 19．前記容器が、加熱可能なるつぼからなる、請求の範囲第１６項に記載の装置。 20．前記目標物が金型からなり、該金型は、溶融金属が注湯される開口を備えている、請求の範囲第１６項に記載の装置。 21．前記目標物および容器を包囲するハウジングを有し、前記ホルダが、第１軸線の回りで回転できるようにハウジングに回転可能に取り付けられた第１部材と、第２軸線の回りで回転できるように第１部材に回転可能に取り付けられた第２部材と、第２部材に容器を取り付ける手段とを有する、請求の範囲第１６項に記載の装置。 22．前記制御手段は、注湯リップの瞬間位置を決定すべく第１部材および第２部材の相対傾斜位置をモニタリングするための、それぞれ、第１回転可能部材および第２回転可能部材に連結された第１位置変換器および第２位置変換器を有する、請求の範囲第１７項に記載の装置。 23．前記制御手段は、第１軸線の回りでの容器の傾動の結果としての注湯リップの相対垂直位置の変化を補償する補償手段を有する、請求の範囲第２２項に記載の装置。 24．前記ハウジングに真空を供給する手段を有し、ハウジングは開口を有し、第１部材は、前記開口上に横たわりかつハウジングに対してシール態様で回転可能に取り付けられた板と、ハウジング内の真空により引き起こされる、ハウジングに板を押し付ける力に対向作用する力を発生させるための、ハウジングおよび板に連結された手段とを有する、請求の範囲第２１項に記載の装置。 25．前記第１軸線に対して同心状に環状空間内に配置される浮動シールリングにより形成される、前記板とハウジングとの対向面間内のシールを有する、請求の範囲第２４項に記載の装置。 26．前記浮動シーリングは、前記空間内に配置された、互いに間隔を隔てた同心状の第１シールリングおよび第２シールリングを有し、前記力に対向する手段は、シールリング間の空間の一部に、板をハウジングに対して押し付ける力と実質的に等しい力を発生させるべく加圧された流体媒体を受け持たせる手段を有する、請求の範囲第２５項に記載の装置。 27．前記第１手段は、板と、該板を第１軸線の回りで回転できるようにハウジングに取り付ける手段とを有し、第２部材は容器を支持する支持手段を有し、該支持手段が、ハウジングの内部から板の開口を通ってハウジングの外部まで延びており、前記第１手段は更に支持手段を有し、該支持手段は、第２軸線の回りで支持手段の相対回転運動ができるように、支持手段を板に取り付ける、請求の範囲第２１項に記載の装置。 28．前記支持手段は、ハウジングの内部から外部まで延びている管状導管と、容器を加熱する電力を容器に供給するための、管状導管を通って延びている手段とを有する、請求の範囲第２７項に記載の装置。 29．前記ハウジングは、第１軸線と同心状の円形トラックを形成する手段と、板に取り付けられたトラッキング手段とを有し、該トラッキング手段は、第１軸線の回りで回転移動ができるように板を同心状に案内するための円形トラックと係合している、請求の範囲第２７項に記載の装置。 30．前記板は、第１軸線と同心状の円形トラックを形成する手段と、ハウジングに取り付けられたトラッキング手段とを有し、該トラッキング手段は、第１軸線の回りで回転移動ができるように板を同心状に案内するための円形トラックと係合している、請求の範囲第２６項に記載の装置。