JP2002001508A - 精密ダイキャストによって金属部品を製造する方法及び装置 - Google Patents
精密ダイキャストによって金属部品を製造する方法及び装置Info
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Abstract
造するにあたり、正確な寸法で狭い密度許容範囲で鋳造
できるような、改良された射出成形システムを提供する
事である。 【解決手段】射出成形システムがフィーダー23と第一
のチャンバー30を有し、金属がフィーダー中で溶融さ
れて、溶融金属の所望量が第一のチャンバーに導入され
る。第二のチャンバー50中のピストン45が後退し
て、吸引力を生じ、溶融金属を第一のチャンバーから第
二のチャンバーに誘引するのを助けるとともに、ガス抜
きを行う。次いでラム32が第一のチャンバーに残留す
る溶融金属の一部を第二のチャンバーに圧入し、第二の
チャンバーに存在するガスを追い出す。次いでピストン
が溶融金属を第二のチャンバーから金型14中に射出す
る。溶融金属は好ましくはシステム全般にわたって液体
状態に保たれる。
Description
出願された、「半固体状態からの射出成形によって金属
部品を製造する方法及び装置」と題する出願番号09/
160,792号に関連するものである。
に関するものであり、特にダイキャスト法を含めた、溶
融金属を金型中に射出することを含む方法によって、金
属部品を製造する方法及び装置に関するものである。
に用いられる、従来の方法の一つはダイキャスト法によ
るものである。ダイキャスト法は液体状の金属を用いて
鋳造するので、結果として、この方法で製造された鋳造
金属部品は密度が低くなりやすい。低い密度を有する鋳
造金属部品は、低い機械的強度、高い気孔率、および大
きな微細収縮の故に、一般に好ましくない。したがっ
て、従来の鋳造金属部品に正確な寸法を与えることは困
難であり、一旦寸法を与えても、その形状を維持するこ
とが困難である。また、従来のダイキャストで製造され
た鋳造金属部品は、その内部に生じた残留応力を減少さ
せることが困難である。
ピック法は、一般に金属を、液体状態からではなく、チ
キソトロピックな(半固体の)状態から射出成形するこ
とによって、ダイキャスト法を改良したものである。結
果として、ダイキャスト法によって製造されたものより
も、密度の高い金属部品が得られる。チキソトロピック
法は米国特許第3,902,544号および3,93
6,298号に開示されており、両特許は参考文献とし
て本出願に組み入れられる。
金属部品を製造する装置および方法はまた、米国特許第
5,501,226号および日本の特開平5−2856
26号および同5−285627号にも開示されてお
り、これらは参考文献として本出願に組み入れられる。
制御された加熱および押出機中での剪断によって、金属
をチキソトロピック状態に変換する方法は、米国特許
5,501,226号、4,694,881号および
4,694,882号に開示されている。これらの特許
文献に開示されているシステムは、本質的にインライン
システムであり、金属合金のチキソトロピック状態への
変換は押出機を用いて行われ、押出機を加圧することに
よって射出成形が行われる。これらのすべての段階は単
一の円筒形のハウジングの中で行われる。すべてのプロ
セスパラメータ、特に温度、射出容量、圧力、時間等を
単一の円筒ハウジングの中で正確に制御することは困難
であり、その結果、特性の一定でない鋳造金属部品が製
造される。
属をペレット状でフィーダーに供給することを必要とす
る。したがって、このシステムによって満足でない特性
の鋳造金属部品が製造されたならば、その不合格品のリ
サイクルは、まずペレットの形に再成形しないことには
不可能である。さらにまた、チキソトロピック状態の金
属を金型中に射出して作られる金属部品の表面は、粗く
なりやすい。このような金属部品は、塗装する前にさら
に後加工の必要がある。
明者の同時係属出願である出願番号第08/873,9
22号は、本出願に参考文献として組み入れられるが、
チキソトロピック状態の溶融金属から鋳造金属部品を製
造するための、新しい、改良された方法を記載してい
る。この方法においては、溶融金属のチキソトロピック
状態への変換は、金属が金型中に射出される場所とは物
理的に別の場所で、かつ別の条件のもとに行われる。
の寸法の鋳造金属部品を、狭い密度許容範囲内で正確に
製造することができるような、鋳造金属部品を製造する
ための改良されたシステムが求められている。また、所
望の特性を有する鋳造金属部品を安定して製造すること
ができ、かつ不合格品のリサイクルを容易に受け入れる
ような、鋳造金属部品の製造方法が求められている。さ
らにまた、マグネシウムなどの、より軽い金属でできた
鋳造金属部品を作るための、改良された製造方法が求め
られている。
金属を金型中に射出して鋳造金属部品を製造するため
の、方法及び装置を提供することである。
を用いて作動し、正確な寸法の鋳造金属部品を、狭い密
度許容範囲で製造できるような、鋳造金属部品を製造す
るための改良された射出成形システムを提供する事であ
る。
金属部品を安定して製造することができる、鋳造金属部
品の射出成形システムを提供することである。
に先立って、液体状の金属に閉じこめられたガスの量を
最小にすることができる、射出成形システムを提供する
ことである。
な表面を有する鋳造金属部品を提供することである。
ャスト法およびチキソトロピック法と比較して、低減さ
れた気孔率を有する鋳造金属部品を提供することであ
る。
の後加工を受ける必要のない、鋳造金属部品を提供する
ことである。
サイクルを容易に受け入れるような、鋳造金属部品を製
造するための射出成形システムを提供することである。
的は、鋳造金属部品を製造するための改良された射出成
形法によって達成される。この方法は、溶融金属をフィ
ーダーポートを通じて第一のチャンバーに導入する段
階、溶融金属の少なくとも一部を、前記第一のチャンバ
ーを通って出口ポートに向かって流動させる段階、溶融
金属の少なくとも一部を、第二のチャンバーに生じる吸
引力のもとに、出口ポートを通じて前記第二チャンバー
に引き込む段階、第一チャンバーに残留する溶融金属の
少なくとも一部を、前記第二チャンバー中に押し込む段
階、および溶融金属を前記第二チャンバーから金型中に
射出する段階、の各段階からなる。
その中で金属が溶融される。溶融金属はフィーダーポー
トを通って、第一チャンバー中に流入する。溶融金属の
少なくとも一部は、吸引力に助けられ、第一チャンバー
から第二チャンバーに通じる出口ポートを通って、第二
チャンバーに引き込まれる。第一チャンバー中のラム
が、第一チャンバーに残留する溶融金属の一部を、第二
チャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一チャンバ
ーから押し込む。この際、第二チャンバーの内部にある
ピストン(一般に“プランジャー”と呼ばれる)と溶融
金属との間にたまった、第二チャンバー内のガスを追い
出す。ラムの力によって第二チャンバーに押し込まれる
溶融金属が及ぼす圧力は、溶融金属とピストンとの間の
ガスを、ピストンと第二チャンバーの壁との間の小さな
隙間を通して、ピストンに沿って流れさせる。次いで第
二チャンバー中のピストンが、実質的にガスを含まない
溶融金属を、金型中に射出する。射出に先だって、第二
チャンバー内のピストンは後退し、吸引力を生じさせて
第一のチャンバーから溶融金属を引き込むと同時に、射
出の前に第二チャンバーに保持される溶融金属の量を制
御し、正確に鋳造部品の大きさに対応するようにする。
つきにして±0.5%またはそれ以下という、非常に正
確な射出容量制御を提供する。なぜならば射出容量はピ
ストンの位置によって決定され、また容積で20%にも
達する溶融金属中のガスは、溶融金属を射出する以前に
ラムの前進動作によって追い出されるからである。
は、現在のチキソトロピック法よりも有利である。なぜ
ならばチキソトロピック状態への変換は、より長い時間
を要するからである。本発明による精密ダイキャスト法
においては、射出サイクル時間は約30秒に低減され
る。これは現在のチキソトロピック法と比較して50%
の低減である。
は、現在のチキソトロピック法で鋳造された部品よりも
好ましい、液体材料による部品を鋳造するのに用いられ
得る。これらの鋳造品は鋳造容量がより正確であり、表
面は平滑なので、一般に鋳造後の後加工の要求が少な
い。このことは、多くの繰り返しに亙って安定な製造工
程を与える。
の鋳造部品を与えることができる。例えば約21.0c
m×29.7cmの四角形(ほぼDIN規格A4紙のサ
イズ)において厚さが1mm以下で、さらに複雑な構造
を有する部品でもよい。
利点は、以下の説明において記述されるであろう。本発
明の目的および利点は、特に従属請求項に指摘される手
段および組み合わせによって、実現され、獲得されるで
あろう。
いては、マグネシウム(Mg)合金のインゴットまたは
ペレットを溶融し、液体状態で加工して、射出成形によ
って金属合金が製造される。本発明はMgに限定される
ものではなく、他の種類の金属、合金および材料にも同
様に適用可能である。
融材料”という用語は、液体状態に変換され、射出成形
システムで加工され得る金属、金属合金及びその他の材
料を包含する。アルミニューム(Al)、Al合金、亜
鉛(Zn)、Zn合金などを含む広い範囲のこのような
金属が、本発明において使用され得る。
という言葉は一つまたはそれ以上を指す。特に断らない
限り、“ガス”という用語は始動時に射出チャンバーに
存在し得る、あるいは射出チャンバーに閉じこめられ
て、本発明のシステムの運転時に追い出される、すべて
のガス(空気を含む)を指す。
て言及される、特定の温度及び温度範囲は、Mg合金を
液体状態で加工するのに適用されるものであるが、当業
者ならば、本発明の原理にしたがって容易に他の金属、
および金属合金に応用するために変更可能である。例え
ば、ある種のZn合金は450℃以上の温度で液体状に
なるが、 本発明の射出成形システムの温度はZn合金
を加工するように調節され得る。
成形システム10を示している。システム10は予熱タ
ンク19を有しており、ここでMg合金片またはインゴ
ット18が約250℃に予熱される。コンベヤーベルト
20が予熱されたMg合金片またはインゴット18をホ
ールディングタンク12に移送する。他の移送手段が用
いられてもよい。螺旋羽根を有するスクリュー21とし
て示されている計量装置が、 Mg合金片またはインゴ
ット18をフィーダー23に供給する。フィーダー23
はその外周に配置された、少なくとも1個の加熱要素2
5を備えている。加熱要素25はなんらかの在来型のも
のでよく、フィーダー23の温度を、フィーダー23を
通って供給される金属合金を液体状態に保つのに十分な
温度に、維持するように作動する。Mg合金インゴット
にとっては、この温度は約600℃またはそれ以上であ
る。2個のレベル検知器22が、フィーダー23中の溶
融金属の最低および最高レベルを検知する。上部レベル
検知器22が、溶融金属のレベルが最高点に達したこと
を検知したならば、マイクロプロセッサー制御ユニット
(図示せず)に信号を伝え、該ユニットがスクリュー2
1に供給を停止させる。下部レベル検知器22が、溶融
金属のレベルが最低点に達したことを検知したならば、
制御ユニットに信号を伝え、該ユニットがスクリュー2
1を動かして、追加のMg合金をフィーダー23に供給
させる。
ショット)の所要量の約20倍を供給するに足る金属
が、フィーダー23に保持される。これは、1回の射出
サイクルに必要な金属を溶融するのに要する時間が、射
出サイクル時間より長いからである。射出サイクル時間
は好ましい実施例においては約30秒である。
有している。このフィルターは格子状であり、その間隙
はMG合金片が溶融されている間、合金片が通過して落
ちるのを防げる程度に狭い。このことは基本的に、フィ
ーダー23が最初に始動される時の問題である。始動後
は、合金片は溶融金属溜まりに落ちて溶融される。時間
が経てば、より大きな合金片を投入しても問題はない。
加熱要素25からの熱をフィーダー23に供給される金
属に均一に配分するために、フィーダー23はミキサー
(図示せず)を有してもよい。
その中間のすべての要素は、予熱および溶融された金属
の酸化を低減するために、不活性ガス雰囲気を保有して
いる。炭酸ガス(CO2)と弗化硫黄(SF6)の混合
ガスが好ましい。しかしながらCO2、 SF6、窒
素、アルゴンなどのその他のガスも、単独でまたは互い
に組み合わせて使用されてもよい。不活性ガスは(例え
ば圧力タンクから)ポート11を通ってフィーダー23
に導入され、溶融金属溜まりの上に不活性ガス雰囲気を
形成する。不活性ガスはまた、スクリュー周りを移動し
て予熱タンク19に達し、ここでも酸化を低減する。つ
まり、上述の供給システム全体が不活性ガス環境に維持
されるのが好ましい。
ト27を通って、温度調節されたバレル30に供給され
る。このフィーダーポート27は、必要に応じて、締め
切り弁として働くバルブ(図示せず)を備えてもよい。
好ましくはバルブは存在しない。ラム32がバレル30
と同軸に配置され、バレル30の中心軸に沿って伸びて
いる。ラム32の外径はバレル30の内径より小さく、
したがって溶融金属はラム32とバレル30の間の空間
を通って流れる。ラム32はモーター33で制御されて
いて、バレル30に沿って軸方向に前進後退両方向に動
き、かつ、バレル30の内部で溶融金属の撹拌が必要な
ときは、ラム自身の軸のまわりに回転する。
いて、バレル30を上部と下部の二つのチャンバーに仕
切っている。バルブ17はバレル30の上部チャンバー
と下部チャンバーの間で、金属の流れを選択的に許容し
たり、妨げたりするために、開いたり閉じたりする。こ
のような機能を持つバルブはそれ自体、当業界では知ら
れていて、そのどれでも本発明の目的に用いられ得る。
好ましくはバルブ17はバレル30の内周に対しては摩
擦的に、ラム32の外周に対しては摺動可能に、設けら
れており、例えば、ラム32がバレル30中で上方へ後
退するときは、バルブ17はラム32に関して溶融金属
の流れを許容するように動き、また例えば、ラム32が
下方へ前進するときは、バルブ17はラム32に関して
溶融金属の流れを阻止するように動く。
す側面図であり、バルブはバルブの上流の場所への(右
方への)溶融金属の流れを防止する位置にある。第2B
図はラム上のバルブの一実施例を示す側面図であり、バ
ルブはバルブの下流への(バルブの左方への)溶融金属
の流れを許容する位置にある。第2C図はバルブの一実
施例を示す正面図であり、バルブはラムに取り付けられ
ていない。第2D図はバルブの一実施例を示す側面図で
あり、バルブはラムに取り付けられていない。
7の後部17bはラム32の胴部32bに係止してい
る。この位置でバルブは流れを阻止しているので、ラム
32は金属の上部チャンバーへの逆流を起こすことな
く、下部チャンバー内の金属を、出口ポート37(第1
図参照)を通して、射出チャンバー50中に押し込むこ
とができる(第2A図に示す)。第2B図の解放位置に
おいては、バルブ17の前部17aはラム32の頭部3
2aに係止している。この位置では金属はバルブを通っ
て流れることが許される。なぜならばバルブ17の前部
17aは歯部の間に形成された隙間を有しており、この
隙間を通って、バルブ17を通過する流れが生じるから
である。結果として、バルブ17が解放位置にあるとき
は、上部チャンバー内の金属は下部チャンバー内に流れ
込んで、そこに溜まる。
ているが、平たい、あるいは丸められた端部を含む、い
かなる形状のものも用いられてよい。好ましくは、ラム
32の端部は出口ポート37を閉鎖できるような形状を
有し、ラム32がバレル30内で一杯に前進したとき
に、バレル30と射出チャンバー50との間の溶融金属
の流れを阻止する。射出が行われている間、好ましくは
ラム32はバレル30内で一杯に前進しており、したが
って出口ポート37は閉鎖されている。しかしながらラ
ム32が一杯に前進することは必須ではない。なぜなら
ばバルブ17、およびバレル30の下部チャンバーを占
める溶融金属もまた、溶融金属が射出中に第二のチャン
バーから出ていくのを阻止するからである。射出後、ラ
ム32は後退させられ(ただしバレル30内の金属を撹
拌するために回転が用いられているならば、回転は続け
られてもよい)、射出チャンバー50に収められたピス
トン45は後退し始め(第1図に示されるように右方へ
動く)、射出チャンバー50の容積は、製造中の鋳造部
品の大きさによる所望の容量まで拡大される。ピストン
45は、射出チャンバー50の容積が所望の射出容量と
等しくなったときに停止する。ピストン45はラム32
が後退するのと同時に後退してもよく、またラム32が
所望の位置まで後退した後に後退してもよい。
方へ前進し、その結果、バレル30の下部チャンバーに
溜まった金属の一部は、出口ポート37を通って射出チ
ャンバー50に押し込まれる。射出チャンバー50に入
る金属の圧力は、溶融金属とピストン45との間に溜ま
った、射出チャンバー50内のガスを追い出す働きをす
る。ラム32は好ましくはその先端が出口ポート37を
閉鎖するまで、バレル30内で前進する。ラム32は好
ましくは、射出が完了して次のショットが始まるまで、
出口ポート37を閉鎖したままにするために、この位置
に留まる。
ンバー50に入るときに、溶融金属とピストン45との
間に一定量のガスが溜まる。このガスの容積は射出チャ
ンバー50の容積の20%に達することもある。このよ
うな溶融金属/ガス混合物を金型中に射出することは、
粗い表面、気孔性(金属表面に閉じこめられるガスによ
る)などの欠点を有する鋳造部品をもたらす可能性があ
る。これらの欠点には、射出される金属の容量が一定し
ないことから来るものも含まれる。射出の前にできるだ
けガスを除くことが望ましい。本発明の方法において
は、このガス抜きは基本的に二つの方法で行われる。第
一に、ピストン45と射出チャンバー50とは、液体容
器から液体を吸い上げる医学用注射器と同様にして、ガ
ス抜きを行うことができる。具体的には、ピストン45
が後退するときに、ピストンはバレル30から射出チャ
ンバー50に溶融金属を引き入れるような吸引力を発生
し、ピストンの後方のガスを押し出す。第二に、ラム3
2によって第二のチャンバーに押し込まれる追加の溶融
金属は、溶融金属とピストン45との間に溜まったガス
を追い出して、ピストン45と第二のチャンバーの壁と
の間の隙間から逃がす(言い換えれば、ガスは溶融金属
の圧力によってピストン45の右方へ追いやられる)。
必要に応じて、O−リングなどの手段がピストン45の
少なくとも一部の周囲に装着されてもよい。このものは
ガスをピストン45の背後に通過させて、システムから
追い出すが、逆流はさせないようになっている。射出ノ
ズル57はノズルシャットオフプレート15を備えてお
り、これを下げることによって、ラム32が射出チャン
バー50に金属を押し込むときに、溶融金属が射出チャ
ンバー50から逃げ出すことを防いでいる。射出チャン
バー50が金属で満たされ、実質的にすべてのガスが追
い出されたならば、ノズルシャットオフプレート15は
引き上げられ、ノズル57は前進し(第1図で左方
に)、ダイ14の開口部に接触する。好ましい実施例に
おいては、ノズル57の前進は、装置全体を滑走台の上
に設けて、装置全体をダイ14に向かって(第1図で左
方に)前進させることで達成される。
に関して左方へ押され、射出チャンバー50内の溶融金
属をダイ14を通して金型13中に押し込む。あらかじ
め設定された滞留時間の後、ダイの両半分は開かれ、鋳
造された金属部品が取り出され、かくして新しいサイク
ルが開始可能になる。
れている間、ノズルシャットオフプレート15、ピスト
ン45上のシール41、および運転中常にバレル30を
満たしている溶融金属のおかげで、外部から射出チャン
バー50に入り込もうとするガスに対してシールされて
いる。運転開始以前にはガスが射出チャンバー50中に
存在しているが、第1回のショットで実質的に全てのガ
スが射出チャンバー50から追い出される。このように
して、射出チャンバー50から金型13中に射出される
溶融金属は、実質的にガスを含まない。好ましくは、射
出中に射出チャンバー50内に存在するガスは20%以
下、さらに好ましくは第二のチャンバーの容積の1%ま
たはそれ以下である。
−70jは射出チャンバー50にも、その長さに亙って
備えられている。フィーダー内の温度はフィーダー内に
ある材料によって異なる。Mg合金AZ91に対して
は、好ましくはフィーダー23の温度が、溶融Mg合金
の上面付近で約640℃、フィーダー23の下部領域付
近で約660℃になるように、加熱要素25が調節され
る。参照数字70を付した加熱要素は、好ましくは抵抗
加熱要素である。
近の温度は、Mg合金AZ91に対して約640℃に保
たれるのが好ましい。加熱要素70b付近の温度は、M
g合金AZ91に対して約650℃に保たれるのが好ま
しい。加熱要素70e付近の温度は、Mg合金AZ91
に対して約630℃に保たれるのが好ましい。これらの
温度は、出口ポート37に向かう金属の流下を助長し、
反対方向への流れを阻止する。
0h、70i、および70j付近の温度は、Mg合金A
Z91に対して約620℃に保たれるのが好ましい。こ
れらの温度は溶融金属を、フィーダー23からバレル3
0に入ったときから、射出チャンバー50から金型14
に射出されるときまで、完全に液体状態に保つのに十分
である。加熱要素70g、および70f付近の温度は、
Mg合金AZ91に対して約570℃に保たれるのが好
ましい。シール41の後方の比較的低い温度は、金属が
シール41を通過して流れるのを防止する。
よって、 Mg合金AZ91を液体状態で成形すること
が可能になる。これらの条件のもとでは、1サイクルは
約30秒かかる。非常に平滑な表面と、最小の気孔率を
有する鋳造金属部品を製造することができ、これらの部
品はなんら後加工することなく直接塗装することができ
る。また鋳造品は非常に正確な寸法と安定性を有し、ほ
ぼDIN規格A4紙の寸法(21.0cm×29.7c
m)の部品において、1mm以下の厚さで製造すること
が可能である。好ましくは、本発明によって製造され
る、ほぼDIN規格A4紙の寸法の鋳造部品の厚さは
0.5mmないし1mmの範囲にある。既知のダイキャ
スト法あるいはチキソトロピック法においては、ほぼD
IN規格A4紙の寸法の鋳造部品では約1.3mm以下
の厚さは得られない。
られたMg合金サンプルの、350倍光学顕微鏡写真を
示している。前に述べたように、先行技術は十分な金属
密度を与えて鋳造金属部品の機械的強度を改善するため
に、金属をチキソトロピックな状態から射出成形する必
要がある。
金サンプルの、350倍光学顕微鏡写真を示している。
サンプルの面積と厚さは第6A図に示すサンプルと同様
である。第6B図のサンプルは本発明の方法によって、
液体状態の金属から精密ダイキャスト法で作られたもの
である。サンプルの表面は非常に平滑で、目に見える穴
はない。このようなサンプルは後加工なしで直接塗装で
きるので、コストが低減される。さらにまた、本発明の
方法によって作られたサンプルは最小の気孔率と、高い
強度を有している。かくして、本発明の方法は、低気孔
率金属鋳造品と、後加工を要しない平滑な表面とを両立
させた最初の方法であると考えられる。なぜならば本発
明の方法は閉じこめられたガスを実質的に含まない、均
一な液体状金属を使用する最初の方法だからである。先
行技術の液体状態射出法による鋳造金属部品は、液体状
態の金属に閉じこめられたガスに起因する、高い気孔率
と低い強度に悩まされている。
の別法の実施例である。第1図のフィーダー23と同じ
く、第3図のフィーダー23’は計量スクリュー2
1’、レベル検知器22’、および加熱要素25’を有
する。しかしながら第3図のフィーダー23’はその底
面に、フィーダーポート27’よりも低い位置にある下
部領域を有している。この下部領域はスラッジなどの、
溶融金属より重い異物を捕捉して、これらがフィーダー
ポート27’を通らないようにしている。このようにし
て純粋な溶融金属がバレル30に入ることが保証され
る。重い異物を定期的に抜き取るために、この下部領域
にもう一つの開口部(図示せず)が設けられてもよい。
位置に設けられたノズルシャットオフプレート15’を
有する、本発明の別法の実施例を示している。この別法
実施例においては、ノズルシャットオフプレート15’
が引き上げられると、ノズル57は左方に押されて、比
較的深い、部分的に支持壁59および60の中に伸びる
凹部に入り込む。この際ダイ14’は支持壁59および
60に接する位置に置かれている。この凹部はノズル5
7’が金型13’に通じる開口部に対して正しく芯出し
されることを保証する。ノズルシャットオフプレートは
ノズル中の液体状金属の固化を最小にするような温度に
保たれてもよい。このことはシャットオフプレートの表
面または内部に加熱要素を備えることによって達成され
てもよい。しかしながらプレートは加熱しないままでも
よい。
のスロットの中を前進および後退するノズルシャットオ
フプレート15’’を有する、本発明の別法の実施例の
側面図を示している。この別法実施例においては、ノズ
ルシャットオフプレート15’’が引き上げられると、
ノズル57’’は左方に押されて、比較的浅い、部分的
にダイ14’’の中に伸びる凹部に入り込む。浅い凹部
はノズル57’’が金型13’’に通じる開口部に対し
て正しく芯出しされることを保証する。支持壁59’お
よび60’はノズルの芯出しを補助する。
トの中を前進および後退するノズルシャットオフプレー
ト15’’’を有する、本発明の別法の実施例の正面図
を示している。この別法実施例においては、ノズルシャ
ットオフプレート15’’’が引き上げられると、ダイ
14’’’の開口部を示す小さな円の周りに大きな円で
示される、浅い凹部が現れる。浅い凹部はノズル(図示
せず)がダイ14’’’の開口部に対して正しく芯出し
されることを保証する。別法の実施例(図示せず)にお
いては、浅い凹部はノズル57を取り囲む支持壁59’
および60’の中に置かれ、この凹部の中をシャットオ
フプレートが動いてもよい。
施例は、第1図および第4A−C図に示されるシャット
オフプレート15、15’、15’’、15’’’の作
動に指向したものである。この実施例においては、シャ
ットオフプレート15はダイ14の端面と、支持壁59
および60の間で、シャットオフプレートガイド16の
中を上下する。シャットオフプレートガイド16は垂直
の空洞であって、第1図に示されるようにダイ端面と支
持壁の間に形成されてもよく、第4A−C図に示される
ようにダイの内部に形成されてもよい。ガイド16はま
た、例えば水平などの他の方向を向いた空洞であっても
よい。シャットオフプレート15はガイド16の中をシ
リンドリカルモーター、油圧シリンダーおよび/または
エアシリンダー46で動かされる。シリンドリカルモー
ター46はシリンダーガイド47によって直立に保持さ
れている。
属チップではなく、金属インゴットが本発明の装置に装
入されてもよい。金属ペレットや金属チップのかわりに
インゴットを用いることには、いくつかの利点がある。
第一にインゴットはペレットやチップより安価である。
第二にペレットはフィーダー内の液体状金属の液面で凝
集して、塊になる傾向がある。このことはペレットが溶
融するまでの時間を長くする。なぜならば塊の底部のペ
レットしか液体状金属と接触しないからである。塊の頂
部にあるペレットは、自分の下の固形のペレットと接触
しているだけである。これに対して、重いインゴットは
フィーダーの底まで沈むので、インゴット全体が液体状
金属で囲まれるから、ペレットより早く溶融する。イン
ゴットを装入するために設計された装入システムは、リ
サイクルされた金属部品の不合格品を、ペレットの形に
再成形することなく、フィーダーに装入するためにも用
いられる。このように、本実施例のもう一つの態様によ
れば、リサイクルされた部品をインゴットの代わりに用
いることができる。
ダー23に装入するための、装入システムの平面図を示
している。これは第1図に示されたものに対する別法の
システムである。インゴットはMg、Zn、Alまたは
それらの合金からなってもよく、またその他の金属及び
合金からなってもよい。インゴット63は第一のコンベ
ヤーベルト61から、第二のコンベヤーベルト62に移
送される。在来のモーター65によって制御されるプッ
シュアーム64がインゴット63を押して、ホールディ
ングチャンバー66に落とす。プッシュアームはホール
ディングチャンバーへの開口部に、完全に対応する寸法
を有している。プッシュアームは要すれば、ホールディ
ングチャンバーへの開口部との間に気密シールを形成し
てもよい。インゴット63はホールディングチャンバー
66の中で下方へ傾斜している部分(例えば傾斜面)6
7に到達し、ここでモーター制御のピストン68がイン
ゴット63を押して、フィーダー23に落とす。ホール
ディングチャンバーは好ましくは、ガスポートからのガ
スによって、不活性ガス環境に保たれている。ガスはア
ルゴン、窒素、または六弗化硫黄と炭酸ガスの混合物で
あってもよい。ホールディングチャンバー66内のガス
圧力は、酸素を含む外気がフィーダー23に達するのを
防ぐために、好ましくは1気圧以上に保たれる。ガス圧
力および/またはインゴットの位置は、1個または2個
以上のセンサーによって監視されてもよい。ホールディ
ングチャンバー66中の管理された雰囲気は、フィーダ
ー内の空気を減らし、したがって爆発の機会を低減す
る。
ダー23に装入するための、装入システムの側面図を示
している。これは第1図および第5A図に示されたもの
に対するもう一つの別法のシステムである。インゴット
63はコンベヤー81によってホールディングチャンバ
ー86に輸送される。チャンバーは下方へ傾斜する形状
であってもよい。ホールディングチャンバーへの導入は
第一のドア82によって制御されている。ホールディン
グチャンバーからの排出は第二のドア84によって制御
されている。チャンバーはインゴット表面の水分を蒸発
させるために、ヒーター85によって100−200℃
に加熱されてもよい。ホールディングチャンバー86は
以下のように作動する。インゴット63が接近すると、
先ずドア82が開かれる。ドア82は好ましくはチャン
バー86の壁を通して、上方、下方、または横方向に動
かされることによって開かれる。インゴット63がチャ
ンバー86に入ると第一のドア82は閉じられる。第一
のドア82が閉じられた後、第二のドア84が開かれ、
インゴット63はチャンバー86を出る。コンベヤー8
1は、連続的にチャンバー86を通って動いていて、ド
ア82および84はコンベヤーが動いている間に開かれ
たり閉じられたりする。別法として、コンベヤー81は
間欠的に動いてもよい。この場合はコンベヤーはインゴ
ットがドア82に接近したとき、及びインゴットがチャ
ンバー86内にあるときに、止まる。このようにすれば
ドアを気密にシールすることができる。またコンベヤー
81はチャンバー86の傾斜した部分で終わり、インゴ
ットは重力で滑り落ちるようになっていてもよい。
は、第5A図に示される装入システムが用いられるが、
第5B図のドア82がコンベヤー62とチャンバー66
の間に置かれ、第5B図のドア84がチャンバーの領域
67とメルトタンク(例えばメルトフィーダー)23の
間に置かれてもよい。ドア82はプッシュアーム64の
動きと同期して開き、ドア84はピストン68の動きと
同期して開く。
はメルトタンク23’’に連結されている。メルトタン
ク23’’は1個の金属レベル検知器22’’を有して
いる。別法として第1図に示される2個の金属レベル検
知器22が用いられてもよい。タンク23’’はまたガ
スポート11’’を有している。不活性ガス、例えば窒
素、アルゴン、SF6およびCO2からなる群から選ば
れる、少なくとも1種のガスが、メルトチャンバー2
3’’に導入される(例えば加圧タンクからの圧力によ
って)。ポンプで送られるガスの圧力は好ましくは1気
圧以上とされ、空気がホールディングチャンバー86を
通ってメルトタンク23’’に入るのを防止する(ポン
プで送られたガスはチャンバー86を通って流出し、空
気がチャンバー86内に侵入するのを防止する)。
第3図に示されるフィーダータンク23’と同様に、ヒ
ーター25’’、フィルターまたはスクリーン2
4’’、およびフィーダーポート27’’を有する。フ
ィルターは第1図に示されるように、ポート27’’の
内部か、ポート27’’の上方に形成されてもよい。
プ87が、チャンバー86のドア82とドア84の間に
取り付けられてもよい。インゴット63がチャンバー8
6に入ると、両方のドア82、84は閉じられ、真空ポ
ンプがチャンバー86内を真空に近くする。次いでドア
84が開かれ、インゴット63をメルトタンク23’’
に投入する。ドア84が開いても、チャンバー86は真
空になっているので、メルトタンク23’’に空気が侵
入することはない。
蔽膜90を設けて、不活性ガスが、不活性ガス源(単数
または複数)88から流出して、ドア82および/また
は84の背後を通り、必要に応じてサクションパイプま
たはベント89から排出されるようにしてもよい。不活
性ガス遮蔽膜90は、空気がチャンバー86およびタン
ク23’’に侵入しないようにしている。不活性ガスは
アルゴン、窒素、CO 2およびSF6からなる群から選
ばれる、少なくとも1種のガスからなってもよい。第5
D図のガス遮蔽膜は、メルトタンク23’’への空気侵
入を最小にするために、第5C図の真空ポンプと併用さ
れてもよい。メルトタンクのガスポート11’’、ドア
82、84、真空ポンプ87、および不活性ガス遮蔽膜
(単数または複数)90などの空気制御手段はいずれ
も、空気がメルトタンクおよび/またはホールディング
チャンバーに侵入するのを防止して、爆発の可能性を低
減する。
されるものに対する別法の装入システムを示している。
ホールディングチャンバー66’は可動の開口部付きプ
レート72を用いている。第5E図は装入システムの平
面図を示しており、フィーダー23への通路は閉じられ
ている。可動の開口部付きプレート72はインゴットよ
り大きい開口部73を有している。追加のインゴットを
投入する必要がないときは、プレート72は可動アーム
74によって片側に寄せられ、プレートはフィーダーへ
の入り口に蓋をする。第5F図に示されるように、追加
のインゴットをフィーダー23に投入するときは、プレ
ート72は反対の側に寄せられ、開口部73はフィーダ
ー23への開口部と合致する。このようにして、コンベ
ヤー61’を降りてくるインゴットは開口部73を通っ
てフィーダー23に入る。第5E図及び第5F図に示さ
れる実施例においては、開口部付きプレート72は第5
B図に示されるプッシュアーム64、およびピストン6
8のかわりに用いられている。しかしながら、開口部付
きカバープレート72は、プッシュアーム64、および
ピストン68に付け加えて用いられてもよい。この場合
は、プレート72は傾斜面67を滑り降りるインゴット
の通路を塞ぐ。
第5F図に示されるものに対する別法の装入システムを
示している。この実施例においては、ホールディングチ
ャンバー66’’は可動の開口部付きプレート72のか
わりに、可動のカバープレート75を用いている。カバ
ープレート75はほぼ円形をしており、フィーダー23
への開口部を十分覆うことができる。第5G図は装入シ
ステムの平面図を示しており、フィーダー23への通路
は閉じられている。可動アーム74’がカバープレート
75を、フィーダー23への開口部を越えて動かして、
コンベヤー61’’を降りてくるインゴットの通路を塞
いでいる。第5H図に示されるように、追加のインゴッ
トをフィーダー23に投入するときは、カバープレート
75は反対の側に寄せられるかまたは上げられ(図の平
面の外へ)、フィーダー23への開口部を露出する。コ
ンベヤー61’’を降りてくるインゴットは直接、フィ
ーダー23に落ちることができる。第5G図及び第5H
図に示される実施例においては、カバープレート75は
第5A図に示されるプッシュアーム64、およびピスト
ン68のかわりに用いられている。しかしながら、カバ
ープレート75は、プッシュアーム64、およびピスト
ン68に付け加えて用いられてもよい。
する別法の装入システムを示している。フィーダー23
への開口部78は可動のトランスファーチャンバー7
6、例えばシリンダーで覆われている。シリンダー76
は開口部77を有している。開口部77は第5J図に示
されるように、コンベヤー81’と同じレベルにある。
フィーダー23に追加のインゴット63を投入したいと
きは、可動アーム74’’がシリンダーをコンベヤー8
1’の端部と並ぶ位置に動かす。するとインゴットはコ
ンベヤー81’から開口部77を通ってシリンダー76
に落ち、さらに開口部78を通ってフィーダー23に落
ち込むことができる。フィーダー23への通路を閉じた
いときは、可動アーム74’’がシリンダー76をどち
らかの方向(例えば上方、右方または左方)へ動かし、
コンベヤーの端部が開口部77と一致しないようにす
る。トランスファーチャンバー76はシリンダーとして
説明したが、例えば立方体などの別の形状であってもよ
い。トランスファーチャンバーは第5A図に示されるプ
ッシュアーム64、およびピストン68と併用されても
よい。この場合はインゴット63は直接にフィーダー2
3に落ちるのではなく、傾斜面67を滑り降りて、トラ
ンスファーチャンバーに落ちる。トランスファーチャン
バー76はまた第5B図のホールディングチャンバー8
6と併用されてもよい。これは第5J図に示されてい
る。
ャンバー86’中のコンベヤー81’に供給するエレベ
ーター100を示している。第5B図に示されるよう
に、ホールディングチャンバー86は1個または2個の
ドア(82、84)を有してもよい。第5J図では、わ
かりやすくするために1個のみのドア82’を示してい
る。インゴットはエレベーターのプラットフォーム10
1に載せられてホールディングチャンバー86’へ運び
上げられる。各々のプラットフォームはプラットフォー
ムベース102と、少なくとも1個の連結具104で連
結された可動のプラットフォームトップ103とからな
っている。各々のプラットフォームがコンベヤー81’
の最上部に到達すると、リフト部材105がポール10
6上で上昇して、プラットフォームトップ103の後端
部を押し上げる。プラットフォームトップ103の後端
部が、リフト部材105によってプラットフォームベー
ス102の上方に押し上げられるので、インゴット(単
数または複数)63はプラットフォームトップを滑って
コンベヤー81’に載る。インゴット63はコンベヤー
81’からフィーダーに入る。必要に応じて、インゴッ
ト63は第5I図および第5J図に示されるトランスフ
ァーチャンバー76を通過してもよい。インゴット(単
数または複数)がプラットフォームトップから除去され
ると、リフト部材はポール106上で下降して、プラッ
トフォームトップ103をプラットフォームベース10
2の上にもどす。次いでリフト部材105は第一のプラ
ットフォーム101を解放し、次のプラットフォーム1
01が上昇し、かくして工程が繰り返される。
ラットフォームトップ103とベース102を回転可能
に結合している。好ましくは、プラットフォームトップ
はリフト部材105によって約20°回転される。別法
として、プラットフォームトップのみではなく、プラッ
トフォーム全体がリフト部材によって持ち上げられても
よい。エレベーター100は第5A図に示されるホール
ディングチャンバー66と併用されてもよく、この場合
はインゴットは傾斜面67を滑り降りてフィーダー23
に落ちる。
アの開放と同期される。例えば、リフト部材105がポ
ール106上を上昇すると、同時にドア82’が開い
て、インゴット63をホールディングチャンバー86’
へ通過させる。また、第5E−H図に示されるカバープ
レート72または75、または第5I図に示されるトラ
ンスファーチャンバー76が、ドア82’と同期されて
もよい。この場合、ドア82’が閉じられた後、カバー
プレートまたはトランスファーチャンバーが動かされ
て、フィーダー23への通路を開いてもよい。後部のド
ア84(第5B図に示される)がある場合は、これも前
部ドア82’が閉じられた後に開かれる。エレベーター
100はまた、第5A図に示されるコンベヤー61およ
びホールディングチャンバー66と併用されてもよい。
示しており、実質的に垂直な出口仕切りロッドを用いて
いる。第1図においては(第5B図と同様)フィーダー
ポート27は格子状のフィルター24で保護されてい
た。格子は、未溶解の金属がフィーダー23を出て、フ
ィーダーポート27を通ってバレル30に入るのを防ぐ
のに必要とされる。しかしながら、金属インゴット63
はフィーダーポートの底に沈んで、格子の上に平たく横
たわる。このような位置は、フィーダーポート2
7’’’を通ってバレル30に入る液体状金属の流れ
を、インゴットが実質的に阻止する可能性があるので好
ましくない。インゴットが格子を塞ぐのを防止するため
に、第5K図に示されるような出口仕切りロッド76
が、フィーダーポート27’’’の上方で用いられる。
ロッドの形状は、沈んでくるインゴット63がフィーダ
ーポート27’’’上に平たく横たわって、これを塞ぐ
のを防げるならば、どのような形状のものでもよい。例
えば、第5K図に示されるように、中央部にあるロッド
がフィーダーポート周辺部のロッドよりも高く立ち上が
っていて、溶融中のインゴットが側面を下にして、フィ
ーダー23’’’の縁部の方を向いて立たざるを得ない
ように、なっていてもよい。フィードタンク23’’’
はまた、第3図に示されるように、その底面にフィーダ
ーポート27’’’よりも低い位置にある領域を有して
もよい。この場合は沈んでくるインゴットはロッド76
に触れ、横方向に押しやられて低い領域に沈む。インゴ
ットはフィーダーポート27’’’を塞ぐことなく、低
い領域で溶融する。
おり、ラム32に配置された支持用のリブまたはフィン
34を有している。第7A図は寸法通りではなく、わか
りやすくするためにバレル30の太さは誇張されてい
る。ヒーター70は存在するが、わかりやすくするため
に第7図から省略されている。フィン34は好ましくは
ラム32に取り付けられており、バレルの長さ方向と同
軸に、および/またはバレル軸38の周囲を回転しつ
つ、バレル30の内周面を摺動する。この動きはバレル
30の内周面に沿った、フィン34の回転を生じる。別
法として、フィン34がバレル30の内周面に取り付け
られ、その上を裸のラム32が摺動してもよい。フィン
34はラム32と同じ材質であってもよく、あるいは工
程温度の要求に耐える別の材料で形成されてもよい。フ
ィンの目的は二つある。第一の目的はラム32が中心軸
38から逸れて傾いたり、揺動したりするのを防ぐこと
である。ラム32はかなり長いので、フィン34がない
と、ラムは傾く傾向がある。支持されていないラムの前
部は、重力のためにバレル内面の底部に近づき、頂部か
ら遠ざかる傾向がある。フィン34はバレル30の内面
と接触することによって、ラムが傾いたり、揺動したり
するのを防ぎ、ラム32がバレルの軸に中心を一致させ
るように保持する。第二の目的は溶融金属の均一な温度
分布を促進することである。
内側を通る領域32cにはフィンがなく、バルブとぶつ
からないようになっている。第7A図のA−A’で切っ
た断面図は第7B図に示されている。この図から分かる
ように、フィン34はラム32の全周に亙って伸びては
いない。これは金属がバレルを通って流れやすくするた
めである。フィン34は、ラム32の周囲に、いくつか
の異なる配列で配置することができる。例えば、第7C
図に示されるように、2枚のフィンがロッドの対向する
両側に、間欠的な間隔36を置いて配置されてもよい。
各々の間隔は同じ、あるいは異なる長さであってもよ
い。例えば、フィンはラムの一方の端部において、他方
の端部よりもは互いに近く配置されてもよい。あるいは
フィンはラムの中央よりの一つあるいは二つ以上のセク
ションにおいて、一方のあるいは両方の端部よりも互い
に近く配置されてもよい。別法として、第7D図に示さ
れるように、2個以上のフィン(例えば3個)を間隔3
9を置いてラムの周囲に配置してもよい。ここでも、ラ
ムの長さ方向の間隔36、およびラムの円周方向の間隔
39は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであっ
てもよい。さらにまた、フィン34は第7E図に示され
るように、バレルの軸に対して、90°以外の1種また
は2種以上の角度に傾けられてもよい。さもなければ、
一部のフィン34は90°に、その他のフィンは90°
以外の角度に傾けられてもよい。上述したように、2個
以上の傾いたフィンが、ロッドの長さ方向に、等間隔あ
るいは不等間隔に、存在し得る。さらにまた、第7F図
に示すように、フィンの長さおよび/または厚さは、ラ
ムの長さ方向および/または円周方向で異なっていても
よい。フィンは第7G図に示すように、ラムの長さ方向
で互いに食い違っていてもよい。一般的に、上述した配
置の一つまたは二つ以上の任意の組み合わせが可能であ
る。これはフィン34がラム32上ではなく、バレル3
0の内面に設けられる場合でも同様である。フィン34
を有するラム32は、第3−5図に示される実施例にお
いても用いられ得る。
他の実施例の側面図を示している。この実施例において
は、ピストン45’は二つの部分:すなわち内側部分4
6と外側部分47とからなっている。外側部分は実質的
に中空円筒であり、内側部分は実質的に、外側部分の内
側に摺動可能にはめ込まれた円筒である。二つの部分は
別個の駆動機構を有している。第8A図はラム32がバ
レル30の中で後退して、金属を射出チャンバー50’
中に流入させている状態を示している。ピストンの内側
部分46は、射出ノズル57’’’の出口58を塞いで
金属がダイ14’’’’に流れ込まないようにするため
に、一杯に伸びている。ピストンの外側部分47は射出
チャンバー50’の容積を所望の容量にまで拡大するた
めに、後退している。同様に、ラム32はバレル30中
で後退している。この状態においては、金属はバレル3
0’から射出チャンバー50’に流入するが、射出ノズ
ルの開口部58が内側ピストン46で塞がれているため
に、これを通ってダイに、過早に流入することがない。
加熱要素70は存在するが、わかりやすくするために図
から省略されている。
次の段階を示している。ここではラム32がバレル30
の中で一杯に前進して、残っていた金属をバレル30か
ら射出チャンバー50’に送り込んでいる。内側ピスト
ン部分46は依然として一杯に前進していて、射出ノズ
ル開口部58を塞いでいる。外側ピストン部分47は依
然として後退していて、金属をバレル30から射出チャ
ンバー50’に流れ込ませている。この状態において
も、金属が過早にダイに流入することは防止されてい
る。
次の段階を示している。内側ピストン部分46は外側ピ
ストン部分47の中に後退している。射出ノズルは今や
開いている。しかしながら、バレルの開口部は前進した
ラム32で塞がれているので、余分な金属がバレル30
から射出チャンバー50’に流れ込むことはない。
最後の段階を示している。ピストン45’の内側および
外側部分46、47は両方とも左方へ押され、射出チャ
ンバー50’内の溶融金属を射出ノズル57’’’を通
してダイ14’’’’中に押し込んでいる。前述したよ
うに、射出ノズル57’’’はピストン45’が左方に
動くのに先だって前進し、ダイの開口部に接触してもよ
い。
よび外側ピストン部分47は後退し、内側ピストン部分
46は第8A図に示されるように、射出ノズル開口部5
8を塞ぐ位置を取る。こうして、必要に応じて工程が繰
り返される。
8C図に示されるように完全に後退するのではなく、部
分的に外側ピストン部分内に後退して(第8C図に点線
で示されるように)、金属をダイ開口部に入らせてもよ
い。さらにまた、内側ピストン部分46が、第8D図に
実線で示されるように、外側ピストン部分47と同じだ
け左方へ動くのではなく、外側ピストン部分47よりさ
らに左方に動いて(第8D図に点線で示されるように)
射出ノズル57’’’中に入り込んでもよい。かくし
て、ノズルシャットオフプレートは内側ピストン部分4
6で置換することができる。なぜならば両者は同じ機能
を果たしているからである。かくして、第8A−D図の
装置は第1図の装置を改良している。なぜならば第1図
の装置の2台のモーター(1台はピストンを、1台はシ
ャットオフプレートを動かすための)のかわりに、前者
は二分割ピストンを動かす1台のモーターを要するのみ
だからである。
はノズル開口部中の金属堆積を防ぎ、内側ピストン部分
46によって、射出ノズル57’’’内の溶融金属をダ
イ開口部中に押しやることができる。二分割ピストンが
なければ、ピストンによる射出動作の直後でさえ、溶融
金属が先行技術の射出ノズル中に堆積して固化するであ
ろう。この堆積は第9図にプラグ91として示されてい
る。プラグ91は射出ノズル90の出口開口部92に形
成される。なぜならばノズルの先端93はダイ(または
ダイ支持壁)94の、より冷たい壁に接触するからであ
る。したがって、ノズル先端は射出チャンバーの残りの
部分よりも温度が低くなる。このようなプラグは、射出
ノズルの出口を塞いで、金型中に射出される金属の量を
減らしたり、装置を運転不能にするので、望ましくな
い。
内側部分46は、ピストンの射出動作に先立って、ノズ
ルの内側から射出ノズル開口部を塞ぐので、金属が少し
でも開口部に堆積することが防止される。これに加えて
内側ピストン部分は、第8A図に示されるように、内側
ピストン部分46が先細の先端49を有し、これが開口
部の中へ伸びることによって、開口部に堆積する少しの
残留金属でも押し出すように設計されてもよい。
る。この実施例においては、追加のガス出口ポート11
0が付加されている。追加のガス出口ポートは、溶融金
属115とピストン45の間に閉じこめられたガス11
1を、射出チャンバーから脱出させる。ピストン周囲の
隙間に加えて出口ポート110を用いることによって、
より多くのガスを射出チャンバーから逃がすことができ
る。別法として、出口ポート110が、閉じこめられた
ガスを逃がすための唯一の手段であってもよい。出口ポ
ート110は好ましくは射出チャンバーへの入り口と、
ピストンの後退位置との中間に位置している。出口ポー
トは、それを通して装置外の空気を射出チャンバー内に
侵入させたり、金型への射出中に溶融金属を逃がしたり
することなく、射出チャンバーに閉じこめられた空気を
逃がすものであれば、どんな構造であってもよい。例え
ば、出口ポート110は多孔性セラミック112のよう
な半透過性の材料を有してもよい。多孔性材料はガスを
通過させるが溶融金属を通過させない。出口ポートは出
口パイプ113に接続されてもよい。このパイプは逆止
弁114を有し、これがガスを通過させるが、外気が射
出チャンバーに入るのを防ぐ。
の別法を示している。溶融金属115を金型14中に射
出するのに先立ってピストンは部分的に前進し、この間
ノズルシャットオフプレート15は溶融金属が金型には
いるのを阻止している。ピストンの前方への動きは閉じ
こめられたガスを射出チャンバーから追い出す。ガス
は、ピストンと射出チャンバー壁の間の空間と、もし存
在すれば、出口ポート110を通って出ていく。しかし
ながらノズルシャットオフプレートがノズルを塞いでい
るので、ピストンの前方への動きは、溶融金属を金型中
に射出するには至らない。閉じこめられたガスが射出チ
ャンバーから絞り出されたならば、第11B図に示され
るように、シャットオフプレートは上げられ、ピストン
は前進して、金属を金型中に射出する。
トンが用いられる場合も、同様なガス絞り出し法を用い
ることができる。二分割ピストンの内側部分が射出ノズ
ルを塞いでいる間に、外側部分が部分的に前進して、射
出チャンバーに閉じこめられたガスを射出チャンバーか
ら絞り出す。次いで、ピストンの内側部分が後退する
と、射出ノズルが開き、ピストンが前進して金属を金型
中に射出する。
施例を示している。この実施例においては、ラムは内側
部分32dと外側部分32eの、二つの部分からなって
いる。外側部分32eは第一の部分32dの上に摺動可
能に設けられていて、バレル30の軸に沿って前進及び
後退が可能である。内側部分32dは断面においてほぼ
円形である。一方、外側部分32eは断面においてドー
ナツ形であり、その内径は内側部分32dの外径よりわ
ずかに大きい。二分割ラムは第8A−D図に示される二
分割ピストンに類似の原理にしたがって作動する。各射
出サイクルの後、内側ラム部分32dは部分的に後退す
る一方、外側ラム部分32eは一杯に後退する。溶融金
属がフィーダー23からバレル30を通って射出チャン
バー50に流れ込むときに、内側ラム部分32dがバレ
ルの長さに亙って伸び、かつ自身の軸芯上で回転して、
溶融金属の温度を均一に保つ。次いで外側部分32eが
前進して、バレル中の溶融金属を射出チャンバー中へ押
し出す。金属を射出チャンバーから金型中に射出するの
に先立って、出口ポート37からバレルへの通路は閉じ
られなければならない。これは出口ポート37をラムの
内側部分32dによって閉鎖するか、あるいは出口ポー
ト37をラムの両方の部分によって閉鎖することによっ
て達成される。出口ポート37の形状は複合二分割ラム
の先端の形状に対応してもよい。すなわち、第12B図
に示されるように、ラムの両部分が一杯に前進したとき
に、それらが出口ポート37を閉鎖できるような形状で
あってもよい。外側部分32eが一杯に前進したとき
は、外側部分はメルトフィーダー23からバレル30へ
の入り口を、実質的に閉鎖するので、溶融金属のバレル
30への侵入は実質的に起こらない。
は、本発明の範囲から逸脱することなく、併せて、ある
いは単独に、あるいはなんらかの組み合わせおよび置換
によって用いられ得ることは重要である。言い換えれ
ば、第2−8図に示されるいずれか一つあるいは二つ以
上の改良は、本発明の範囲から逸脱することなく、第1
図に示される基本的な装置に付加され得る。
8号(1998年3月31日出願)の優先権を主張し、
その全ての内容を組み入れている。
び説明したが、本発明は添付の特許請求の範囲内で、各
種の形式および態様を取り得ることは明白であろう。
テムの概略斜視図である。
側面図であり、バルブはバルブの右側の場所に溶融金属
が流れるのを防ぐ位置にある。
側面図であり、バルブはバルブの右側からバルブの左側
の場所に溶融金属が流れるのを許容する位置にある。
あり、バルブはラムに取り付けられていない状態であ
る。
あり、バルブはラムに取り付けられていない状態であ
る。
面図である。
施例を示す側面図であり、ノズルと同一面にあるダイプ
レートを含んでいる。
法の実施例を示す側面図であり、ノズルを受け入れるダ
イアセンブリー中の凹部を含んでいる。
の正面図であり、ノズルシャットオフプレートを案内す
る受け入れスロットを有している。
びノズルシャットオフプレートのための駆動アセンブリ
ーの側面図である。
装入するために用いられる装入システムの実施例の平面
図である。
図であり、シーリングドアを含んでいる。
図であり、真空ポンプを含んでいる。
図であり、不活性ガス遮蔽膜を含んでいる。
装入するために用いられる装入システムの、別法の実施
例の平面図である。
装入するために用いられる装入システムの、別法の実施
例の平面図である。
装入するために用いられる装入システムの、別法の実施
例の平面図である。
装入するために用いられる装入システムの、別法の実施
例の平面図である。
装入するために用いられる装入システムの、別法の実施
例の三次元図である。
インゴットを供給するために用いられるエレベーターの
側面図である。
り、実質的に垂直な、出口仕切りロッドを使用してい
る。
金属サンプルの光学顕微鏡写真である。
属サンプルの光学顕微鏡写真である。
ステムの概略側面図であり、ラムまわりの支持フィンを
有している。
および三次元図である。
および三次元図である。
および三次元図である。
および三次元図である。
および三次元図である。
および三次元図である。
であり、二分割ピストンを含んでいる。
であり、二分割ピストンを含んでいる。
であり、二分割ピストンを含んでいる。
であり、二分割ピストンを含んでいる。
形成を示す側面図である。
であり、出口ポートを含んでいる。
図である。
図である。
り、二分割ラムを含んでいる。
り、二分割ラムを含んでいる。
1)
7の後部17bはラム32の胴部32bに係止してい
る。この位置でバルブは流れを阻止しているので、ラム
32は金属の上部チャンバーへの逆流を起こすことな
く、下部チャンバー内の金属を、出口ポート37(第1
図参照)を通して、射出チャンバー50中に押し込むこ
とができる(第2A図に示す)。第2B図の開放位置に
おいては、バルブ17の前部17aはラム32の頭部3
2aに係止している。この位置では金属はバルブを通っ
て流れることが許される。なぜならばバルブ17の前部
17aは歯部の間に形成された隙間を有しており、この
隙間を通って、バルブ17を通過する流れが生じるから
である。結果として、バルブ17が開放位置にあるとき
は、上部チャンバー内の金属は下部チャンバー内に流れ
込んで、そこに溜まる。
施例を示している。この実施例においては、ラムは内側
部分32dと外側部分32eの、二つの部分からなって
いる。外側部分32eは第一の部分32dの上に摺動可
能に設けられていて、バレル30の軸に沿って前進及び
後退が可能である。内側部分32dは断面においてほぼ
円形である。一方、外側部分32eは断面においてドー
ナツ形であり、その内径は内側部分32dの外径よりわ
ずかに大きい。二分割ラムは第8A−D図に示される二
分割ピストンに類似の原理にしたがって作動する。各射
出サイクルの後、内側ラム部分32dは部分的に後退す
る一方、外側ラム部分32eは一杯に後退する。内側ラ
ム部分32dが後退することにより、出口ポート37が
開放する。溶融金属がフィーダー23からバレル30を
通って射出チャンバー50に流れ込むときに、バレル3
0の長手方向に延設された内側ラム部分32dが自身の
軸芯上で回転して、溶融金属の温度を均一に保つ。次い
で外側部分32eが前進して、バレル中の溶融金属を射
出チャンバー中へ押し出す。金属を射出チャンバーから
金型中に射出するのに先立って、出口ポート37からバ
レルへの通路は閉じられなければならない。これは出口
ポート37をラムの内側部分32dによって閉鎖する
か、あるいは出口ポート37をラムの両方の部分によっ
て閉鎖することによって達成される。出口ポート37の
形状は複合二分割ラムの先端の形状に対応してもよい。
すなわち、第12B図に示されるように、ラムの両部分
が一杯に前進したときに、それらが出口ポート37を閉
鎖できるような形状であってもよい。外側部分32eが
一杯に前進したときは、外側部分はメルトフィーダー2
3からバレル30への入り口を、実質的に閉鎖するの
で、溶融金属のバレル30への侵入は実質的に起こらな
い。
Claims (67)
- 【請求項1】 金型中に溶融材料を射出する方法であっ
て;第一のチャンバーに溶融材料を導入すること;溶融
材料の少なくとも一部を前記第一のチャンバーを通して
第二のチャンバーに移すこと;第一のチャンバーに残っ
ている溶融材料の少なくとも一部を前記第二のチャンバ
ーに押し入れること;および、 溶融材料を第二のチャンバーから金型中に射出するこ
と、からなる、金型中に溶融材料を射出する方法。 - 【請求項2】 溶融材料を第一のチャンバーから第二の
チャンバーに誘引するために、第二のチャンバー内に吸
引力を生成することからなる、請求項1に記載された方
法。 - 【請求項3】 溶融材料の一部を第一のチャンバーから
第二のチャンバーに押し入れる以前に、第二のチャンバ
ー内に吸引力が生成される、請求項2に記載された方
法。 - 【請求項4】 第二のチャンバーに溶融材料を誘引する
吸引力を生成するために、第二のチャンバー内のピスト
ンが後退する、請求項2に記載された方法。 - 【請求項5】 溶融材料の一部を第一のチャンバーから
第二のチャンバーに押し入れるために第一のチャンバー
内のラムが前進し、かつ、射出中には前記ラムが第一チ
ャンバーの出口ポートを覆って、第一と第二のチャンバ
ー間の溶融材料の流れを阻止する、請求項1に記載され
た方法。 - 【請求項6】 第一チャンバーがバルブを有し、該バル
ブが、第二のチャンバーに向かう方向にのみ、溶融材料
を通過させる、請求項5の方法。 - 【請求項7】 射出中にラムの一端が第一のチャンバー
の出口ポートを封止するように、ラムが前進し、かくし
て、第一と第二のチャンバー間の溶融材料の移動が阻止
される、請求項6の方法。 - 【請求項8】 第一のチャンバー内の溶融材料の均一な
温度分布を促進するためにラムが回転することからな
り、かつ、ラムが支持フィンを有する、請求項5に記載
された方法。 - 【請求項9】 溶融材料が液体状態の金属である、請求
項1に記載された方法。 - 【請求項10】 溶融材料が溶融マグネシウム合金であ
る、請求項9に記載された方法。 - 【請求項11】 射出された金属が金型中で固化して金
属部品となる、請求項9に記載された方法。 - 【請求項12】 第一のチャンバーが第二のチャンバー
の上方に位置し、かくして、第一のチャンバーから第二
のチャンバーへの溶融材料の移動を重力が補助する、請
求項1に記載された方法。 - 【請求項13】 第二のチャンバーに移動する溶融材料
が、第二のチャンバー内に存在する少なくとも1種類の
ガスの少なくとも一部を、第二のチャンバーから追い出
す、請求項12に記載された方法。 - 【請求項14】 第二のチャンバー内に存在する少なく
とも1種類のガスの少なくとも一部が、溶融材料の通過
に抵抗する第二の材料を通過して、第二のチャンバーか
ら脱出する、請求項1に記載された方法。 - 【請求項15】 固体材料をフィーダーに導入するこ
と;材料をフィーダー中で溶融すること;および、 材料をフィーダーから第一のチャンバーに導入するこ
と、からなる、請求項1に記載された方法。 - 【請求項16】 固体材料が少なくとも1個の金属イン
ゴットである、請求項15に記載された方法。 - 【請求項17】 少なくとも1個の金属インゴットを第
三のチャンバーに導入すること;および、 少なくとも1個の金属インゴットを第三のチャンバーか
らフィーダー中に移送すること、からなる、請求項16
に記載された方法。 - 【請求項18】 第三のチャンバーおよびフィーダーの
うち少なくとも一つが不活性ガス環境を有する、請求項
17に記載された方法。 - 【請求項19】 不活性ガスがアルゴン、窒素、SF6
およびCO2のうち少なくとも1種からなる、請求項1
8に記載された方法。 - 【請求項20】 a)少なくとも1個のドア; b)真空ポンプ; c)少なくとも1種の不活性ガス遮蔽膜、のうち少なく
とも一つによって不活性ガス環境を維持することからな
る、請求項18に記載された方法。 - 【請求項21】 第三のチャンバーへの第一のドアを開
けること;少なくとも1個の金属インゴットを第三のチ
ャンバーへ送り込むこと;第一のドアを閉じること;第
二のドアを開けること;および、 少なくとも1個の金属インゴットを第三のチャンバーか
らフィーダーへ送り込むこと;からなる、請求項17に
記載された方法。 - 【請求項22】 金属インゴットを第三のチャンバーへ
送り込むこと;および、 金属インゴットを傾斜面を滑らせてフィーダーへ移動さ
せること;からなる、請求項17に記載された方法。 - 【請求項23】 第三のチャンバーからフィーダーへの
導入を可動のカバープレートで制御することからなる、
請求項17に記載された方法。 - 【請求項24】 可動のカバープレートが導入用開口部
を有する、請求項23に記載された方法。 - 【請求項25】 フィーダーへの導入を可動のトランス
ファーチャンバーで制御することからなる、請求項15
に記載された方法。 - 【請求項26】 可動のトランスファーチャンバーが導
入用開口部を有するシリンダーからなる、請求項25に
記載された方法。 - 【請求項27】 第二のチャンバーの射出ノズルの蓋を
開けること;ピストンを前進させることによって、溶融
材料を射出ノズルを通して金型中に射出すること;およ
び、 射出ノズルに蓋をすること、からなる、請求項1に記載
された方法。 - 【請求項28】 射出ノズルがノズルシャットオフプレ
ートによって蓋をされる、請求項27に記載された方
法。 - 【請求項29】 溶融材料を金型中に射出する前に、周
囲がシールされたピストンを部分的に前進させて、第二
のチャンバー中に存在する少なくとも1種のガスの少な
くとも一部を、少なくとも1個の溶融金属の通過に抵抗
する材料を通して、第二のチャンバーから搾出すること
からなる、請求項27に記載された方法。 - 【請求項30】 射出中にラムが第一のチャンバーの出
口ポートを封止するように、ラムを前進させ、かくし
て、第一のチャンバーと第二のチャンバー間の溶融材料
の移動を防止すること;第二のチャンバーの射出ノズル
の蓋を開けること;ピストンを前進させることによっ
て、射出ノズルを通して溶融材料を金型中に射出するこ
と;ラムを後退させること;および、 ピストンの外側部分を後退させて、第二のチャンバー内
に吸引力を生成させ、かくして第一のチャンバーから第
二のチャンバーに溶融材料を誘引し、この間、ピストン
の内側部分は一杯に前進したままに置かれて、射出ノズ
ルに蓋をすること、からなる、請求項5に記載された方
法。 - 【請求項31】 厚さが1mmまたはそれ以下で、寸法
がおおよそ横21.0cm、縦29.7cmである少な
くとも一つの構造を有する、請求項1の方法で製造され
た鋳造金属部品。 - 【請求項32】 金型中に溶融材料を射出する装置であ
って、 溶融材料を収容する第一のチャンバーと、 前記第一のチャンバー内を動いて、溶融材料の少なくと
も一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じ
て、第一のチャンバーから押し出すラムと、 第二のチャンバー内のピストンからなり、該ピストン
が、(a)後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材
料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポ
ートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助
し、(b)前進して溶融材料を金型中に射出する、とこ
ろの金型中に溶融材料を射出する装置。 - 【請求項33】 第一のチャンバーがその一端部にバル
ブを有し、該バルブが溶融材料を、出口ポートに向かう
方向にのみ通過させる、請求項32に記載された装置。 - 【請求項34】 ラムが支持フィンを有する、請求項3
2に記載された装置。 - 【請求項35】 第一と第二のチャンバーのための、温
度調節用の加熱要素をさらに有する、請求項32に記載
された装置。 - 【請求項36】 第二のチャンバーの一端部に開いたノ
ズルをさらに有し、該ノズルを通じて溶融材料が金型に
射出される、請求項32に記載された装置。 - 【請求項37】 ノズルに蓋をし、射出中は長手方向に
動いてノズルと金型との係合を容認する、ノズルシャッ
トオフプレートをさらに有する、請求項36に記載され
た装置。 - 【請求項38】 ノズルシャットオフプレートと接触す
る加熱要素をさらに有する、請求項37に記載された装
置。 - 【請求項39】 第一のチャンバーが第二のチャンバー
の上部に位置する、請求項32に記載された装置。 - 【請求項40】 第一のチャンバーが第二のチャンバー
に関して30°ないし60°の角度に傾いている、請求
項32に記載された装置。 - 【請求項41】 第二チャンバーが少なくとも1個のガ
ス出口ポートを有する、請求項32に記載された装置。 - 【請求項42】 ガス出口ポートが、 a)ピストンと第二のチャンバーの壁の間の隙間; b)ピストンを取り巻くシール;および、 c)ガス通過性かつ液体抵抗性の材料に接続された、第
二のチャンバーの壁の開口部、のうち少なくとも一つを
有する、請求項41に記載された装置。 - 【請求項43】 フィーダーポートによって第一のチャ
ンバーに接続されたフィーダー;および、 フィーダー用の少なくとも1個の加熱要素、を有する、
請求項32に記載された装置。 - 【請求項44】 フィーダーと連通する第三のチャンバ
ーを有する、請求項43に記載された装置。 - 【請求項45】 第三のチャンバーが、 金属インゴットを第三のチャンバーに押し入れるプッシ
ュアーム; および、 金属インゴットのフィーダーへの移動を助ける傾斜面、
を有する、請求項44に記載された装置。 - 【請求項46】 フィーダーと第三のチャンバーのう
ち少なくとも一つに不活性ガス導入ノズルを有する、請
求項44に記載された装置。 - 【請求項47】 第三のチャンバーが、 a)少なくとも1個のドア; b)第三のチャンバーに接続された真空ポンプ; c)コンベヤーベルト; d)少なくとも1個の加熱要素;および、 e)少なくとも1個の不活性ガス遮蔽膜、のうち少なく
とも一つを有する、請求項44に記載された装置。 - 【請求項48】 第三のチャンバーが可動のカバープレ
ートを有する、請求項44に記載された装置。 - 【請求項49】 可動のカバープレートが導入用開口部
を有する、請求項48に記載された装置。 - 【請求項50】 導入用開口部を有する可動のトランス
ファーチャンバーを有する、請求項43に記載された装
置。 - 【請求項51】 金属インゴットを供給するためのエレ
ベーター;および、金属インゴットをエレベーターから
第三のチャンバーへ移送するためのコンベヤーを有す
る、請求項44に記載された装置。 - 【請求項52】 エレベーターが、 少なくとも1個の回転可能のプラットフォーム;それを
中心としてプラットフォームが回転する少なくとも1個
の連結具;および、 プラットフォームを持ち上げて、これを連結具を中心と
して回転させるリフト部材、を有する、請求項51に記
載された装置。 - 【請求項53】 フィーダーが、固体材料が第一のチャ
ンバーに入ることを防止するためのフィルターを有す
る、請求項43に記載された装置。 - 【請求項54】 フィルターが格子、または少なくとも
1本の垂直のロッドを有する、請求項53に記載された
装置。 - 【請求項55】 ピストンが外側部分と内側部分とから
なり、かつ、内側部分が外側部分とは独立に動かされ
て、材料が射出ノズルを通って金型に入るのを防ぐ、請
求項32に記載された装置。 - 【請求項56】 ラムが外側部分と内側部分とからな
り、かつ、内側部分が外側部分とは独立に動かされる、
請求項32に記載された装置。 - 【請求項57】 金型中に溶融材料を射出する装置であ
って、 溶融材料を移動させる移動手段と;溶融材料の少なくと
も一部を移動手段から蓄積手段に圧入して溶融材料を蓄
積するための圧入手段と;溶融材料の少なくとも一部を
蓄積手段に誘引するための吸引力を蓄積手段中に生成す
る吸引手段と;溶融金属を蓄積手段から金型中に射出す
るための射出手段と、を有する、金型中に溶融材料を射
出する装置。 - 【請求項58】 溶融材料を蓄積手段の方向にのみ通過
させる手段を有する、請求項57に記載された装置。 - 【請求項59】 前記移動手段と前記蓄積手段とを加熱
するための加熱手段を有する、請求項57に記載された
装置。 - 【請求項60】 蓄積手段の射出ノズルに蓋をするため
の手段を有する、請求項57に記載された装置。 - 【請求項61】 少なくとも1種のガスを蓄積手段から
除去するための排出手段を有する、請求項57に記載さ
れた装置。 - 【請求項62】 固体材料を溶融して溶融材料を形成す
るための溶融手段を有する、請求項57に記載された装
置。 - 【請求項63】 固体材料が移動手段に入るのを防ぐフ
ィルター手段を有する、請求項62に記載された装置。 - 【請求項64】 固体材料を溶融手段に導入する前にこ
れを保持し、かくして溶融手段中の不活性ガス雰囲気を
維持するための保持手段を有する、請求項62に記載さ
れた装置。 - 【請求項65】 固体材料を保持手段に移送するための
移送手段を有する、請求項64に記載された装置。 - 【請求項66】 前記移送手段が保持手段へのドアと同
期しており、ドアが開いたときに固体材料を保持手段に
移送する、請求項65に記載された装置。 - 【請求項67】 前記溶融材料が液体状態の金属であ
る、請求項57に記載された装置。
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