JP2014505597A - 押湯エレメント - Google Patents

Abstract

本発明は、金属鋳造に使用される押湯エレメントに関する。押湯エレメントは、鋳型パターンまたは揺動プレートに設置するための第１の端部と、押湯スリーブに設置するための設置プレートを含む、反対側の第２の端部と、側壁によって規定される、第１および第２の端部間の孔とを含む。押湯エレメントは、使用時に圧縮可能であり、これによって第１および第２の端部間の距離を減少させる。孔は設置プレートの中心からずれた軸を有し、一体的に形成されるリムが設置プレートの外縁から延びる。本発明の押湯エレメントは、高圧垂直分割砂鋳造システムにおける特別な有用性を見出す。

Description

本発明は、鋳型を利用する金属鋳造操作において使用される押湯エレメントに関し、限定されないが、特に、高圧垂直分割砂鋳造システムにおける、鋳型を利用する金属鋳造操作において使用される押湯エレメントに関する。

典型的な鋳造プロセスにおいては、溶融金属が、鋳物の形状を規定する予め形成された鋳型キャビティ内に注入される。しかしながら、金属は固化すると収縮し、結果として、最終鋳物において受け入れることができない欠陥となる引け巣を生じる。これは、鋳造工業においてよく知られた問題であり、この問題は、鋳型形成中に鋳型に一体化される押湯スリーブまたはライザの使用によって対処される。各押湯スリーブは、鋳型キャビティと連通する追加の（通常、囲まれた）容積またはキャビティを提供するので、溶融金属もまた押湯スリーブ内に入る。固化中、押湯スリーブ内の溶融金属は、鋳型キャビティ内に逆流して、鋳物の収縮を補償する。押湯スリーブキャビティ内の金属が鋳型キャビティ内の金属よりも長く溶融状態のままであることが重要であるので、押湯スリーブはより高く断熱的または通常以上に発熱的にされ、結果として溶融金属と接触すると、追加の熱が発生して固化を遅らせる。

鋳造材料の固化および除去後、押湯スリーブ内からの不所望の残留金属が鋳物に付着したままであり、除去されなければならない。残留金属の除去を容易にするために、押湯スリーブキャビティは、ネックダウンスリーブと一般的に呼ばれる設計において、その基部（すなわち、鋳型キャビティに最も近接するであろう押湯スリーブの端部）に向かって先細にされてもよい。鋭い一撃が残留金属に印加されると、鋳物表面近傍であろう最も弱い部分で分離する（「ノックオフ」として一般的に知られるプロセス）。鋳物上の小さなフットプリントもまた、アクセスが隣接する特徴部によって制限され得る鋳物の領域において押湯スリーブの位置決めを可能にするのに望ましい。

押湯スリーブは鋳型キャビティの表面上に直接取付けられてもよいけれども、しばしばブレーカコアとともに使用される。ブレーカコアは、単に、鋳型キャビティと押湯スリーブ材料との間にある中心に穴がある耐火材料（典型的に、樹脂結合砂中子またはセラミックコアあるいは押湯スリーブ材料から成るコア）から成るディスクである。ブレーカコアを貫通する孔の直径は、押湯スリーブの内部キャビティ（必ずしも先細である必要はない）の直径よりも小さく設計されて、ノックオフが鋳物表面に近接するブレーカコアにおいて生じる。

ブレーカコアもまた、金属から製造されてもよい。ドイツ国特許出願公開第１９６４２８３８号明細書は、従来のセラミックブレーカコアが剛性の平環帯で置換される修正された供給システムを開示し、ドイツ国実用新案出願公開第２０１１２４２５号明細書は、剛性の「ハット状」環帯を利用する修正された押湯システムを開示している。

鋳型は、一般的に、鋳型キャビティを規定する造型パターンを用いて形成される。押湯スリーブのための設置点として、予め定める位置におけるパターンプレート上にピンが設けられる。要求されるスリーブがパターンプレート上に設置されると、押湯スリーブが覆われて鋳型枠が充填されるまで、鋳型砂をパターンプレート上にかつ押湯スリーブの周囲に注ぐことによって、鋳型が形成される。鋳型は、溶融金属の注入中、腐食に抵抗し、満杯時に鋳型にかかる溶鋼静圧に耐え、金属が固化するときに膨張／圧縮力に抵抗するのに十分な強度を有さなければならない。

鋳型砂は、２つの主要なカテゴリに分類可能である。化学結合（有機または無機結合剤に基づく）と粘土結合である。化学結合鋳型結合剤は、典型的に、自己硬化システムであり、該システムの場合、結合剤と化学硬化剤とが砂と混合され、結合剤と硬化剤とが直ちに反応し始めるが、十分にゆっくりと、砂をパターンプレートの周りに造型させ、その後除去および鋳造のために十分に硬化させる。

粘土結合鋳型砂は、粘土と結合剤としての水とを用い、「生」すなわち未乾燥状態で使用可能であり、一般的に生砂と呼ばれる。生砂混合物は、圧縮力下のみにおいては、すぐに流れず、または容易に移動しないので、パターンの周りに生砂を詰め込み、上記に詳述したように、鋳型に十分な強度特性を与えるために、ジョルティング（jolting）、バイブレーティング（vibrating）、スクイージング（squeezing）およびラミング（ramming）の様々な組み合わせが、通常、高い生産性で一様な強度の鋳型を製造するのに適用される。砂は、典型的には、通常、油圧ラムを用いて、高圧で圧縮される（詰め込まれる）（このプロセスは「ラミングアップ」と呼ばれる）。鋳物の複雑性および生産性要求が高まるにつれて、より寸法が安定した鋳型が必要とされ、ラミング圧力がより高くなる傾向にあり、より高いラミング圧力は、存在しているとき、特に、ラミングアップ前にブレーカコアまたは押湯スリーブがパターンプレートと直接接触している場合に、押湯スリーブおよび／またはブレーカコアの破損を結果として生じ得る。

上述の問題は、ばねピンの使用によって部分的に緩和される。押湯スリーブおよび随意のロケータコア（典型的に、高密度スリーブ材料から成り、ブレーカコアと類似した全体の寸法を有する）が、最初にパターンプレートから離間され、ラミングアップするとパターンプレートに向かって移動する。ばねピンおよび押湯スリーブは、ラミング後、スリーブの最終位置がパターンプレートに直接接触しないような位置とされるように設計されてもよく、典型的には、パターン表面から５〜２５ｍｍ離間していてもよい。ノックオフ点は、しばしば予測できない。なぜならそれは寸法およびばねピンの基部の輪郭に依存するからであり、したがって追加のクリーニングコストを結果として生じ得る。欧州特許出願公開第１１８４１０４号明細書に提供される解決手段は、２部分押湯スリーブである。鋳型形成中の圧縮下において、一方の鋳型（スリーブ）部分が他方の部分に望遠鏡のように順に嵌り込んでいる。鋳型（スリーブ）部分の一方は、常にパターンプレートに接触しており、ばねピンに対する要求はない。しかしながら、欧州特許出願公開第１１８４１０４号明細書の望遠鏡構造に関連する問題がある。たとえば、望遠鏡作用のために、造型後の押湯スリーブの容積が変化し、造型機圧力、鋳造幾何学および砂特性を含む要因の範囲に依存する。この予測不可能性は、供給性能に悪影響を与え得る。また、発熱性スリーブが要求される場合には、この構造は理想的には適合しない。発熱性スリーブが使用されるとき、発熱性材料と鋳物表面との直接接触は不所望であり、乏しい表面仕上げ、鋳物表面の局所的汚損および一様な表面下ガス欠陥を結果として生じ得る。

欧州特許出願公開第１１８４１０４号明細書の望遠鏡構造のさらなる欠点は、２つの鋳型（スリーブ）部分の最初の間隔を維持するために要求されるつまみ片（タブ）またはフランジに起因する。造型中、これらの小さなつまみ片（タブ）は折損し（これによって望遠鏡作用を生じるのを可能にする）、簡単に鋳型砂内に落下する。長年にわたって、これらの片は鋳型砂内に蓄積するであろう。この問題は、該片が発熱性材料から成るときに特に重大である。砂からの水分は、発熱性材料（たとえば金属アルミニウム）と潜在的に反応することができ、これは小さな爆発性欠陥の可能性を生じるであろう。

国際公開第２００５／０５１５６８号（その全開示が参照によって本明細書に組み込まれる）は、高圧砂鋳造システムにおいて特に有用である押湯エレメント（折り畳み式ブレーカコア）を開示している。押湯エレメントは、鋳型パターン上への設置のための第１の端部と、押湯スリーブを受けるための対向する第２の端部と、段付き側壁によって規定される、第１および第２の端部間の孔とを有する。段付き側壁は、予め定める荷重（圧潰強度）下において不可逆的に変形するように設計される。押湯エレメントは、従来のブレーカコアを超える以下の多数の利点を提供する。
（ｉ）より小さな押湯エレメント接触面積（鋳物に対する開口）。
（ｉｉ）鋳物表面の小さなフットプリント（外部輪郭接触）。
（ｉｉｉ）鋳型形成中の高圧下における押湯スリーブ破損の低減された可能性。
（ｉｖ）有意に低減されたクリーニング要求と調和するノックオフ。

国際公開第２００５／０５１５６８号の押湯エレメントは、高圧砂鋳造システムにおいて例示される。関連する高いラミング圧力は高強度（および高コスト）の押湯スリーブの使用を必要とする。この高強度は、押湯スリーブの設計（すなわち、形状、厚さなど）と材料（すなわち、耐火材料、結合剤タイプおよび添加物、製造プロセスなど）との組み合わせによって達成される。その例は、耐圧（すなわち、高強度）であるように、かつスポット供給（すなわち、高密度、高発熱性、厚肉、および高弾性）のために設計される、ＦＥＥＤＥＸ ＨＤ−ＶＳ１５９押湯スリーブを有する押湯エレメントの使用を示す。押湯スリーブは、押湯スリーブの重さを担持し、孔軸に垂直な設置面を介して、押湯エレメントに固定される。中間圧力造型のために、低強度スリーブ、すなわち異なる設計（形状および壁厚など）および／または異なる組成（すなわち、低強度）を使用する潜在的な機会がある。スリーブの設計および組成にかかわらず、使用時には、鋳物からのノックオフに関する問題（鋳物上のフットプリントのばらつきおよびサイズ）と、押湯エレメントの真下の良好な砂の詰め込みの必要性とが依然として存在するであろう。国際公開第２００５／０５１５６８号の押湯エレメントが中間圧力鋳造ラインに用いられた場合、該要素が（高圧造型と比較して）より低い造型圧力で十分に折り畳むように該要素を設計する、すなわちより低い初期圧潰強度を有する必要があるであろう。また、より低い強度の押湯スリーブ（典型的には、より低密度のスリーブ）を用いるのに非常に有利であろう。コストのペナルティ（高強度高密度スリーブを用いなければならないことに関連する）を取り除くことに加えて、このことは、容積および熱物理特性の観点から、個々の適用（鋳造）によりよく適合されるスリーブの使用を可能にするであろう。しかしながら、これが最初に試みられたとき、驚くべきことに、造型すると押湯スリーブが損傷および破損し、鋳造のために使用された場合、鋳物が欠陥に見舞われるという結果を生じた。

したがって、改良された押湯エレメントが、国際公開第２００７／１４１４６６号（その全内容が参照によって本明細書に組み込まれる）において、相対的に弱い押湯スリーブの使用を鋳造欠陥を導入することなく可能にしながら、折り畳み式押湯エレメントの利用を中間圧力鋳造システムに拡張するために、考案されかつ記載された。この押湯エレメントは、国際公開第２００５／０５１５６８号に関連して上述されたものに類似しているが、さらに、使用時において、該エレメントの第２の端部と押湯スリーブのための設置面とを規定する第１の側壁領域であって、孔軸に対して９０°未満だけ傾斜している、第１の側壁領域と、第１の側壁領域に隣接する第２の側壁領域であって、第１の側壁領域に平行、または第１の側壁領域とは異なる角度で、孔軸に対して傾斜し、これによって側壁に段を規定する、第２の側壁領域とを含む。国際公開第２００５／０５１５６８号に記載される押湯エレメントについて、同様に、このような構造は押湯エレメントのフットプリントおよび接触面積を最小にし、これによって鋳物からのノックオフに関連するばらつきを低減するのに有利であることが分かった。

生産性要求を満たすために、自動化された生砂鋳造ラインが、より小さな鋳物、たとえば自動車用部品の大量・長期間生産のために、ますます普及してきている。マッチプレート（両側に設置された上型および下型のためのパターンを有するパターンプレート）を用いた自動化された水平分割鋳造ラインは、１時間あたり最大１００〜１５０個の鋳物を生産することが可能である。垂直分割造型機（ＤＩＳＡインダストリーズＡ／Ｓ社製のＤｉｓａｍａｔｉｃ無枠造型機など）は、鋳物を１時間あたり最大４５０〜５００個のより高速度で生産可能である。Ｄｉｓａｍａｔｉｃ機械において、いわゆる、鋳型を移動させ鋳型から取り出す能力のために、一方のパターン半型は油圧動作圧縮ピストンの端部上に取付けられ、他方の半型は揺動プレートに取付けられる。垂直分割造型機は、硬い剛性のある無枠生砂型を製造することができ、該鋳型は延性鉄鋳物に特に適合する。このような適用において、砂が、典型的には、２〜４ｂａｒの圧力で吹き付けられ、その後１０〜１２ｋＰａ、ある高い要求適用においては最大１５ｋＰａ、のスクイーズ圧力で詰め込まれる。

水平製造された鋳物は、製造の容易性の観点からより大きな柔軟性を提供し、必要に応じて押湯を配置させる全パターン領域への潜在的なアクセスを伴って、数多くの適用技術が利用可能である。垂直製造された鋳物は、それらが一貫して正常であることを確保するためにより大きな困難を伴い、供給は、典型的に、鋳造継ぎ目上に配置される上部または側部押湯に制限され、このことは孤立したより重い部分の供給を非常に困難にする。

本質的に、垂直分割鋳型において製造されるものを含む任意の鋳造に対して２つのタイプの供給要求がある。

第１の供給要求は、弾性率駆動であり、これによって弾性率は、鋳物の固化時間または供給されるべき鋳物の区間の代わりとなる。このために、押湯金属は、鋳物を巣がなく正常に固化させることができ、したがって正常な欠陥のない鋳物を製造するように、十分な期間、すなわち鋳造の期間または鋳造の区間よりも大きい十分な期間の間、液状でなければならない。これらの適用のために、標準的な丸みのある輪郭のスリーブ（国際公開第２００５／０５１５６８号および国際公開第２００７／１４１４６６号に示されるような押湯エレメントを有する）を用いることができる。特に、高圧垂直分割鋳造ラインのために、圧縮可能な押湯エレメントが、押湯エレメントの基部とパターン表面との間に必要な砂の詰め込みを与えるために要求され、国際公開第２００５／０５１５６８号および国際公開第２００７／１４１４６６号におけるような圧縮可能な押湯エレメントが、一貫して良好な押湯除去（小さなフットプリントおよび容易なノックオフ）とともに、必要な砂圧縮を与えるために適している。

第２の供給要求は、容積駆動であり、すなわち所定容積の液体金属を鋳物に供給する必要がある。該容積は、いくつかの因子、主に鋳物重量および特定の金属合金の液体および固体金属収縮によって決定される。他の因子は、溶鋼静圧（ネックの上方または鋳物と接触する液体金属押湯の有効高さ）であり、これは垂直分割鋳型において製造される鋳物に対して特に重要である。

本発明が主に関与していることは、垂直分割鋳型における容積要求および寸法制限である。

特定の容積の液体金属を鋳物に供給するために、スリーブが、金属の容器に鋳物に供給すべき十分な溶鋼静圧を提供するために鋳物に導く押湯ネックの孔の上方の十分な容積の液体金属のためのキャビティを含むことが望ましい。空間制限および歩留まり要求のために、単に、より大きな標準的な形状（すなわち円形断面または対称）の押湯を用いることは実用的ではない。上述の理由のために、押湯スリーブとパターンとの間の良好な砂の詰め込みと良好な押湯ノックオフを確保するために、垂直分割高圧造型機における使用のために圧縮可能な押湯エレメントを用いることが望ましい。

この要求に対処するための第１の試みは、国際公開第２００５／０５１５６８号および国際公開第２００７／１４１４６６号に記載されたような圧縮可能な円形押湯エレメントに取付けられた、より低い円錐台状または円筒状ネック内に延びる大きなキャビティを包囲する本体を有する押湯スリーブの使用に関するものであった。このスリーブ本体自体は平坦な閉じた頂部を有する円筒であるが、鋳型形成サイクルにおける揺動プレートの通常の移動中に揺動（パターン）プレート上に押湯スリーブの位置を保持することが困難であった。これは、内部押湯壁および／または押湯ネック状に内部リブまたはフィンを導入して、スリーブが鋳型内で圧縮される前に鋳型パターン上に押湯スリーブを保持するために用いられる位置決めまたは支持ピンに接触することによって緩和された。代替のアプローチは、基部に金属ボールベアリングまたはワイヤなどのばね負荷機構を有するピンを用いて、押湯エレメントに接触しこれを造型中に位置を保持することであった。造型時に、折り畳み式押湯エレメントは要求された砂の詰め込みを与え、押湯スリーブは要求された位置に保持された。しかしながら、鋳造時に鋳物への供給が不十分であり、収縮欠陥が鋳物に形成されることになった。溶鋼静圧を上昇させることによってこれを緩和する試みにおいて、押湯スリーブの基部は、角度が付けられ、パターンが（垂直分割された）造型位置にあるとき、スリーブの先端は、最大１０度の角度だけ押湯ネックの水平面よりも上方に位置付けられた。これは、溶鋼静圧を上昇させることによって供給性能を向上させたが、欠陥のない鋳物を製造するには不十分であった。支持ピンに対するスリーブにおける適切なスロットとを製造し、造型後にスリーブを損傷することなくピンを除去する困難性のために角度を増加させることによって、さらにこれを供給性能を上昇させることはできなかった。

試みられた代替のアプローチは、異なる押湯エレメントを有する垂直方向に長尺の長円状非ネックダウンスリーブを試すことであった。スリーブの垂直方向の整列を支援し、スリーブが鋳型内で圧縮される前に鋳型パターン上での押湯スリーブの回転を防止するために、特別に構成された支持ピンが用いられた。該ピンは、押湯エレメントの孔を通して挿入するように構成され、ピンの端部が、たとえば平坦なブレードまたはフィンに形成され、一の配向でスリーブ／押湯エレメントと結合するだけであり、したがってピン上のスリーブの回転を防止した。これは配向の問題を解消したけれども、砂型の圧縮時に、押湯スリーブが割れる傾向にあることが分かった。樹脂結合砂ブレーカコアから成る圧縮可能でないネックダウン押湯エレメントが使用された場合、スリーブの下およびパターンプレートに隣接する押湯エレメントの基部と、押湯エレメントの割れおよび破損につながる高造型圧力との間で鋳型砂に不十分な詰め込みがあった。同様に、国際公開第２００５／０５１５６８号および国際公開第２００７／１４１４６６号に記載されるような円形圧縮押湯エレメントが第２の長尺樹脂結合ネックダウン押湯エレメントおよび押湯スリーブ（すなわち３要素システム）とともに使用される場合、ネックダウン要素に対する破砕および破損が観察された。

したがって、本発明の目的は、圧力造型垂直分割自動または半自動造型機を用いる鋳造造型操作において使用可能である押湯エレメントおよび押湯システムを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、金属鋳造に使用される押湯エレメントであって、
鋳型パターンまたは揺動プレートに設置するための第１の端部と、
押湯スリーブに設置するための設置プレートを含む、反対側の第２の端部と、
側壁によって規定される、第１および第２の端部間の孔とを含み、
押湯エレメントは、使用時に圧縮可能であり、これによって第１および第２の端部間の距離を減少させ、
孔は設置プレートの中心からずれた軸を有し、一体的に形成されるリムが設置プレートの外縁から延びることを特徴とする押湯エレメントが提供される。

したがって、本発明の態様の実施形態は、高圧垂直分割造型機（ＤＩＳＡインダストリーズＡ／Ｓ製のものなど）における使用に適した非対称押湯エレメントを提供する。上述のように、使用時に孔軸の上方に高さが増加するように非対称押湯スリーブを用いることが有利である。これは、より大きな容積の金属と孔軸および押湯ネックよりも高い溶鋼（ヘッド）静圧を提供して、より高くより効率的な溶融金属の流れを、鋳型キャビティ内に確保する。したがって、出願人は、押湯エレメントがスリーブの開口側のエッジに当接するように配設される設置プレートに設けられるように開口側スリーブ（より低いネックダウン部の代わりに）を試みた。こうして、国際公開第２００５／０５１５６８号および国際公開第２００７／１４１４６６号に記載されたような押湯エレメントが、長尺スリーブへの使用のために長尺設置プレートに単に設けられたに過ぎない。しかしながら、高い型圧がこれらの要素に印加されたときに、押湯エレメントの圧縮可能部が必要に応じて折り畳まれるが、折り畳み部を通って設置プレート内に吸収され伝達される力は、スリーブに接触する押湯エレメントの一部をスリーブから外方に予想外に屈曲することが明らかとなった。このことは、溶融金属が孔以外の押湯スリーブの部分から逃げるのを許容してしまい、鋳造品質および効率に影響を与え得るので、満足のいくものではなかった。したがって、高圧下で圧潰する圧潰部とともに高い型圧が非対称に印加されたときであっても剛性を保ち歪まない略平坦な設置部を含む押湯エレメントを設計することが望ましかった。

プレートの中心に最も近接する側壁の一部が側壁の残余の部分よりもより内方に圧潰する傾向があることが観察されたので、最初の作業はこの領域を強化することに注意を向けた。しかしながら、設置プレートの中心領域に追加の円弧状の金属強化リブの包含、またはこの領域においてプレートを厚くするための追加の金属片の溶接は、プレートが屈曲するのを防ぐには十分ではなかったことが、予想外にも分かった。押湯エレメントをより厚い金属から形成することによって変形を防ぐことは可能であるかもしれないけれども、このことは、孔が圧力下で圧潰するのを防ぐので、実用上の解決手段を提供しなかったであろう。したがって、考慮された代替の解決手段は、圧縮可能部がより厚くより剛性のあるプレートに取り付けられる２つの部分のユニットを準備することに関する。しかしながら、この解決手段は、大量、長期間および低コストの鋳物製造を与えるように設計された機械が、商業的に実行可能であるために、低コストであるべき押湯エレメントのような消耗品を要求するので、実用的ではなく非常に高価であるとみなされた。

実用的な解決手段に向けたさらなる作業の後、驚くべきことに、設置プレートの周辺エッジに沿うリムの包含（折り目を組み込むことによって形成可能）が、圧縮中の屈曲を防ぐようにプレートを強化するように思われることが分かった。

先行技術の押湯エレメントのそれぞれは、対称なネック（断面が円形）を有する押湯スリーブのために設計されたので、いずれも本発明が解決しようとする課題に対処していない。したがって、いくつかの先行技術の押湯エレメントは設置プレートに壁を含むけれども、いずれも、孔が圧縮されるときに補強または支持器のうを与えるようにずれた孔およびリムを含んでいない。代わりに、先行技術は、国際公開第２００７／１４１４６６号およびドイツ国実用新案出願公開第２０１１２４２５号明細書に記載されたように、中央孔のまわりに円形壁を有する押湯システムに焦点を当ててきた。国際公開第２００７／１４１４６６号には、押湯エレメントが折り畳み式であり、使用時に、スリーブのための角度のついた設置面として作用する円形壁がスリーブ上の圧力を低減し、これによってスリーブの破損を低減する。ドイツ国実用新案出願公開第２０１１２４２５号明細書には、押湯エレメントが剛性であり、使用時に変形せず、ある実施形態においては、設置面が一対の間隔あけた円形壁（リップ）を有し、造型時に、内側のリップがスリーブ壁の破損片が適所に保持され、鋳型（および鋳物）内に落下しないことを確保している。

リムは、設置プレートに曲げ、折り目、ねじれまたはひだを組み込むことによって形成されてもよい。

設置プレートは、実質的に平坦であってもよく、形状が円形または非円形であってもよい。特に、設置プレートは、たとえば、水平方向寸法よりも長い垂直方向寸法（設置されて使用されるとき）を有し、一対の長い周辺エッジを規定することによって、長尺かつ／または非対称であってもよい。特定の実施形態において、設置プレートは実質的に長円、楕円、正方向、長方形、多角形または小判形（ｏｂｒｏｕｎｄ）（すなわち２つの平行な直線状の辺と２つの分割された円形端部とを有する）であってもよい。

長尺プレートの場合、リムは、プレートの長い周辺エッジ（すなわち長さ）に沿って少なくとも部分的に延びていてもよい。

設置プレートが実質的に円形である場合（またはそれが対称な少なくとも２つの軸を有する場合）、より長い寸法は存在しない。この場合、プレートの長さ（結果として長い周辺エッジ）は、任意に、孔の軸に垂直な、設置プレートの中心と孔の中心とを通る線に対応する寸法を参照して規定されてもよい（実際にはこれは使用時における縦方向寸法であろう）。この場合、リムの少なくとも一部は、プレートの任意に規定された「長い」周辺エッジに実質的に沿う方向に延びてもよい。

実用上の理由から、孔は、好ましくは設置プレートの公称幅（長さ方向に直交する寸法）に対して実質的に中央に配置される。

押湯エレメントに印加される力は、設置プレートの残余の部分における力よりも孔の近傍において大きく、結果として、曲げモーメントが、設置プレートを、設置プレートの平面内にあり該プレートの長さに実質的に垂直な軸まわりに曲げるように付勢して生じると思われる。したがって、該プレートの長い周辺エッジに沿って延びるリムの包み込みによって、設置プレートの剛性が高まり、曲げモーメントに対する抵抗が提供される。

ある実施形態において、リムがスカートを形成するようにプレートの周りに連続的に延びてもよいことは理解されるであろう。他の実施形態において、リムは、すなわち間隔をあけた一連のつまみ片（タブ）（同じまたは異なる長さであってもよい）または単一のつまみ片（タブ）の形態で不連続であってもよい。特定の実施形態において、リムは長い周辺エッジのそれぞれに沿って延びる一対のつまみ片（タブ）の形態である。

リムが不連続である場合、その長さ（またはリムを構成する各つまみ片（タブ）の長さ）は、設置プレートが使用時に屈曲すること防ぐのに十分である限り、特に限定されない。

ある実施形態において、リム（連続であれ不連続であれ）は、それぞれの長い周辺エッジに沿って、少なくとも、プレートの中心に最も近接する孔のエッジに対する接線によって規定される線上の点から、プレートの中心を通るプレートの公称幅の方向における線上の点まで延びる。

他の実施形態において、リム（連続であれ不連続であれ）は、少なくとも、孔の軸を通るプレートの公称幅の方向における線上の点から、プレートの中心を通るプレートの公称幅の方向における線上の点まで、それぞれの長い周辺エッジに沿って延びる。

リムは、設置プレートに対して垂直であってもよく、または設置プレートに対して傾斜していてもよい。複数のつまみ片（タブ）によって構成される不連続リムの場合、各つまみ片（タブ）は、設置プレートに対して同様に、または異なって角度が付けられてもよい。

ある実施形態において、設置プレートは実質的に平坦であってもよく、リムは押湯エレメントの第１の端部から離間して、設置プレートの平面に対して１０°〜１６０°の角度で傾斜してもよい。他の実施形態において、リムは、第１の端部から離間して、たとえば２０°〜１３０°、３０°〜１２０°、４０°〜１１０°、５０°〜１００°または６０°〜９５°の角度で傾斜してもよい。９０°を超える角度では、フランジが設置プレートの下方に曲がり、該角度は設置プレートの平面から外方に測定されるであろうことが理解されるであろう。９０°までの角度では、リムは設置プレートから略外方に延びるであろう。リムを設置プレートに対して略９０°の角度で傾斜させる利点は、リムが、設置プレートに対して９０°で結合する外部表面を有する押湯スリーブ上での押湯エレメントの整列を支援することができることである。

リムの深さは特に限定されないが、ある実施形態において、少なくとも５ｍｍまたは少なくとも１０ｍｍであってもよい。

孔を規定する側壁は、少なくとも１つの段を含んでもよい。特定の実施形態において、少なくとも２つの段または少なくとも３つの段が設けられてもよい。

各段は、実質的に円形、長円、楕円、正方形、長方形、多角形または小判形であってもよい。各段は、他の段と同じ（または異なる）形状を有していてもよい。

各段は、第１の側壁領域と、第１の側壁領域と隣接する第２の側壁領域とによって形成され、第２の側壁領域は、第１の側壁領域に対して、孔軸に関して、異なる角度で設けられてもよい。

第１の側壁領域は、孔軸に平行であってもよく、または孔軸に対して９０°未満だけ傾斜してもよい。第２の側壁領域は、孔軸に垂直であってもよく、または孔軸に対して９０°未満だけ傾斜してもよい。

圧縮量および圧縮を誘導するのに必要な力が、押湯エレメントの製造材料ならびに側壁の形状および厚さを含む多くの因子によって影響されるであろうことは理解されるであろう。個々の押湯エレメントが意図された用途、関連する予測される圧力および押湯サイズ要求に従って設計されるであろうことは、同様に理解されるであろう。

初期圧潰強度（すなわち、圧縮を開始し、押湯エレメントを、未使用および未圧潰状態にある自然柔軟性を超えて不可逆的に変形するのに必要な力）は、７０００Ｎ以下であってもよく、５０００Ｎ以下であってもよく、または３０００Ｎ以下であってもよい。初期圧潰強度が高すぎる場合、造型圧力によって、押湯スリーブが圧縮開始前に機能しなくなるおそれがある。初期圧潰強度は、少なくとも２５０Ｎであってもよく、または少なくとも５００Ｎであってもよい。圧潰強度が低すぎる場合、たとえば、複数のエレメントが保存中または輸送中に積み重ねられている場合、エレメントの圧縮が開始してしまうおそれがある。

本発明の押湯エレメントは、折り畳み式ブレーカコアとみなされてもよい。なぜなら、この用語は使用時に該エレメントのいくつかの機能を適切に説明するからである。伝統的には、ブレーカコアは、樹脂結合砂を含み、またはセラミック材料であり、もしくは押湯スリーブ材料のコアである。しかしながら、本発明の押湯エレメントは、金属（たとえば、鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、真鍮、銅など）またはプラスチックを含む様々な他の適切な材料から製造可能である。一実施形態において、押湯エレメントは金属であり、特定の実施形態において、押湯エレメントは鋼である。ある構成において、押湯エレメントを押湯ネックとみなすことがより適切であるかもしれない。

ある実施形態において、押湯エレメントは、金属から形成されてもよく、所定の厚さを有する単一の金属プレートからプレス成形されてもよい。ある実施形態において、押湯エレメントは絞り加工によって製造され、これによって金属シートブランクが、パンチの機械的作用によって形成ダイ内に半径方向に引込まれる。この加工は、絞り部分の深さがその直径を超えるとき、深絞りとみなされ、一連のダイを通して該部分を再び絞ることによって達成される。プレス成形に適するために、金属は、形成プロセス中、破れまたは割れを防ぐように十分に展性がなければならない。ある実施形態において、押湯エレメントは、最小０．０２％（グレードＤＣ０６、欧州規格ＥＮ１０１３０−１９９９）から最大０．１２％（グレードＤＣ０１、欧州規格ＥＮ１０１３０−１９９９）までの典型的な炭素含有量を有する冷間圧延鋼から製造される。

本明細書で使用されるように、用語「圧縮可能」はその最も広い意味で用いられ、その第１および第２の端部間の押湯エレメントの長さが、圧縮前よりも圧縮後の方が短いことを意味することだけに意図される。好ましくは、圧縮は非可逆的であり、すなわち圧縮導入力を除去した後、押湯エレメントは元の形状に戻らない。

特定の実施形態において、押湯エレメントの側壁は、第１の一連の側壁領域（少なくとも１つの部材を有する）であって、第２の一連の側壁領域（少なくとも１つの部材を有する）と相互接続されかつ一体的に形成される増加する直径（２以上の部材を有するとき）のリング（必ずしも平坦ではない）の形態の第１の一連の側壁領域を含む。側壁領域は、実質的に一様な厚さを有し、押湯エレメントの孔の直径が押湯エレメントの第１の端部から第２の端部まで増加してもよい。好都合なことに、第２の一連の側壁領域は、円筒状（すなわち孔軸に平行）であるが、円錐台状（すなわち孔軸に対して傾斜）であってもよい。両方の一連の側壁領域は、非円形状（たとえば、長円、楕円、正方形、長方形、多角形または小判形）であってもよい。第２の側壁領域は、押湯エレメントの第２の端部に最も近接する第２の一連の側壁領域を構成してもよい。一実施形態において、押湯エレメントの第１の端部を規定する側壁領域の自由エッジは、内方に向かうリップまたは円環状フランジを有する。

押湯エレメントの圧縮挙動は、各側壁領域の寸法を調節することによって変更可能である。一実施形態において、すべての第１の一連の側壁領域は同じ長さを有し、すべての第２の一連の側壁領域は同じ長さを有する（第１の一連の側壁領域と同じでも異なってもよく、第１の側壁領域と同じでも異なってもよい）。しかしながら、特定の実施形態において、第１の一連の側壁領域および／または第２の一連の側壁領域の長さは、押湯エレメントの第１の端部に向かって徐々に増加する。

押湯エレメントは、全体で６以上の第１および第２の一連の側壁領域を有してもよい。特に好適な一実施形態において、４つの第１の一連の側壁領域と５つの第２の一連の側壁領域とが設けられ、他の好ましい実施形態において、５つの第１の一連の側壁領域と６つの第２の一連の側壁領域とが設けられる。

いくつかの実施形態において、第１の一連の側壁領域の内径および外径間の距離は３〜１２ｍｍまたは５〜８ｍｍである。側壁領域の厚さは、０．２〜１．５ｍｍ、０．３〜１．２ｍｍまたは０．４〜０．９ｍｍであってもよい。側壁領域の理想的な厚さは、エレメントによって異なり、押湯エレメントのサイズ、形状および材料、ならびにその製造に使用されるプロセスによって影響される。押湯エレメントが単一の金属プレートからプレス成形される実施形態において、設置プレートの厚さは、側壁領域の厚さと実質的に同じであろう。

押湯エレメントが押湯スリーブとともに使用されるべく意図される。こうして、本発明は、第２の態様において、第１の態様に従う押湯エレメントとそれに固定された押湯スリーブとを含む、金属鋳造のための押湯システムを提供する。

水平分割造型機での使用のために構成される標準的な押湯スリーブは、典型的に、湾曲した外部と、上方からの円形ブレーカコア（折り畳み式など）上への設置のための開放環状基部とを有する中空体を含む。ある用途のために、押湯スリーブはまた、非円形ブレーカコア上への設置のための環状基部によって非円形であってもよい。

第２の態様の押湯システムにおいて、押湯スリーブは、垂直分割造型機で使用するために構成されてもよく、押湯エレメントの設置プレートと結合するように構成される開口面を有する中空体を含んでもよい。開口面はその形状が円形または非円形であってもよいが、好ましくは長尺である（すなわち、スリーブは長さおよび幅を有し、長さが幅よりも大きい）。特定の実施形態において、開口面は、実質的に長円、楕円、正方形、長方形、多角形または小判形（すなわち２つの平行な直線状の辺と２つの分割された円形端部とを有する）であってもよい。押湯スリーブの壁部は、ある領域において、開口面の表面積が増大するように厚くされ、より大きな接触面積と、したがって押湯エレメントの設置プレートへのより大きな支持を提供してもよい。使用時に押湯の基部を形成する押湯スリーブの壁部はまた、たとえば押湯から鋳物への溶融金属の流れおよび供給をさらに促進するように鋳物の位置に向かって下方に傾斜して、形成されてもよい。

使用時において、スリーブは、その開口面が略鉛直面に沿ってあるように配向され、押湯エレメントは、孔がスリーブの上端よりもスリーブの下端により近接して設けられるように配置される。したがって、押湯システムの設計は、溶融金属のヘッドをスリーブにおいて孔よりも上方に設けて、鋳型への溶融金属の効率的な供給を確保することを可能にするであろう。

押湯スリーブの性質は特に限定されず、たとえば絶縁性、発熱性またはその両方の組み合わせであってもよい。その製造方法は特に限定されず、たとえば真空形成プロセスまたはコアショット法のいずれかを用いて製造されてもよい。典型的には、押湯スリーブは、低および高密度耐火フィラー（たとえばシリカ砂、かんらん石、アルミノケイ酸塩中空微小球および繊維、シャモット、アルミナ、軽石、パーライト、バーミキュライト）と結合剤との混合物から成る。発熱性スリーブは、燃料（通常、アルミニウムまたはアルミニウム合金）と、酸化剤（典型的には、酸化鉄、二酸化マンガンまたは硝酸カリウム）と、通常、開始剤／増感剤（典型的には氷晶石）とをさらに要求する。

押湯スリーブは、円筒、長円およびドームを含む多くの形状で利用可能である。スリーブ本体は、平坦な頂部、ドーム状、平坦な頂部のドーム状または任意の他の適切な形状に形成されてもよい。押湯スリーブは、好都合には、接着剤によって押湯エレメントに固定されてもよいが、押込みばめであってもよく、またはスリーブが押湯エレメントの一部のまわりに造型されてもよい。好ましくは、押湯スリーブは、押湯エレメントに接着される。

押湯スリーブの内部にウィリアムズウェッジを含むことが好ましい。これは、インサートであってもよく、または好ましくはスリーブの形成中に製造される一体部品であってもよく、スリーブの内側天井に位置する直方体形状を含む。スリーブが溶融金属で充填されているときに鋳造すると、ウィリアムズウェッジのエッジは、溶融金属の表面の大気貫通（atmospheric puncture）と、より一貫した供給を可能にするための押湯内部の真空効果の解放とを確保する。

押湯システムは、スリーブが鋳型内に圧縮される前に、鋳型パターン上に押湯スリーブを保持するための支持ピンをさらに含んでもよい。支持ピンは、押湯エレメントのオフセット孔を通しての挿入のために構成され、スリーブおよび／または押湯エレメントが圧縮中ピンに対して回転するのを防ぐように構成されてもよい（たとえば、ピンの端部は一の配向でスリーブ／押湯エレメントと結合するだけであるように形成されてもよい）。支持ピンはまた、ピンの基部に近接する装置を含むようにさらに構成されてもよく、該装置は造型サイクル中、押湯エレメントと接触し適所に保持する。この装置は、たとえば、ばね負荷ボールベアリング、または押湯エレメントの第１の側壁領域の内面との圧接／接触を形成するばねクリップを含んでもよい。あるサービスが造型機の揺動プレートに提供可能である場合、造型サイクル中にパターンプレート上に押湯システムを適所に保持する他の方法が用いられ、たとえば鋼または鉄押湯エレメントが用いられるときに、押湯システムが造型中に適所に保持されるように造型ピンの基部が電気コイルを用いて一時的に磁化されてもよく、または押湯システムが、圧縮空気を介して膨張するときに、造型中、押湯エレメントまたはスリーブの内部孔壁に抗して拡張するパターン上の膨張式空気袋にわたって配置されてもよい。これらの例の両方において、電磁気力または圧縮空気は、パターンプレートからの鋳型およびスリーブシステムの解放を可能にするように、造型後直ちに解放されるであろう。永久磁石が造型ピンの基部および／まあは造型ピンの基部に近接するパターンプレートの領域に用いられてもよく、磁石の力は、造型サイクル中、押湯システムを適所に保持するのに十分であるが解放を可能にするには十分に低く、造型サイクルの最後においてパターンプレートから除去するときに、組み合わされた鋳型およびスリーブシステムの完全性を維持する。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、一例としてのみ説明されるであろう。

角度の付いた基部を有する標準的なスリーブを示す。 造型前に鋳型パターンに標準的な支持ピンを介して位置付けられた図１Ａのスリーブおよび押湯エレメントの側方断面図を示す。 本発明の第１の実施形態に従う押湯エレメントの正面図を示す。 図２Ａの押湯エレメントの側面図を示す。 図２Ａおよび図２Ｂの押湯エレメントの正面斜視図を示す。 本発明の実施形態に従う押湯スリーブの正面斜視図を示す。 標準的な支持ピンの側方断面図を示す。 図４の支持ピンの正面斜視図を示す。 図３の押湯スリーブとともに使用される支持ピンの側方断面図を示す。 図５Ａの支持ピンの正面斜視図を示す。 垂直分割造型機における使用前に鋳型パターン上に支持ピンを介して適所に保持される、圧縮可能でない比較の押湯エレメントとともに使用される図３の押湯スリーブの側方断面図を示す。 鋳型パターン上に図５Ａの支持ピンを介して適所に保持される、圧縮可能な他の比較の押湯エレメントとともに使用される図３の押湯スリーブの側方断面図を示す。 鋳型パターン上に図５Ａの支持ピンを介して適所に保持される、さらなる比較の押湯エレメントとともに使用される図３の押湯スリーブの側方断面図を示す。 平坦な表面の歪みを示す、造型後の図８に示される比較の押湯エレメントの側面図を示す。 比較の押湯エレメントの正面図を示す。 図１０Ａの押湯エレメントの側面図を示す。 鋳型パターン上に図５Ａの支持ピンを介して適所に保持される、図２の押湯エレメントに取付けられた図３の押湯スリーブを含む押湯システムの側方断面図を示す。 本発明のさらなる実施形態に従う押湯システムの側方断面図を示す。 本発明のさらなる実施形態に従う押湯エレメントの正面図を示す。 図１３Ａの押湯エレメントの側面図を示す。 押湯エレメントが設置プレートの平面に９０°の２つの対向する直線側つまみ片（タブ）の形態のリムを含む、本発明のさらなる実施形態に従う押湯システムの正面斜視図を示す。 孔の位置に対するつまみ片（タブ）の範囲を示す、図１４の押湯システムの正面図を示す。

後続の実施例において、標準的な押湯エレメント、標準的な押湯スリーブおよび押湯システム（エレメントおよびスリーブ）の組合せを含む、本発明に従う様々な押湯システムが試験された。

押湯スリーブはすべて、標準的な工業用の発熱性混合物から製造されており、ＫＡＬＭＩＮＥＸおよびＦＥＥＤＥＸという商品名でＦｏｓｅｃｏ社から販売され、コアショット処理を用いて製造された。

標準的な金属押湯エレメントおよび本発明の金属押湯エレメントはともに、鋼板をプレス成形することによって製造された。その金属板は、特に明記しない限り、厚さ０．５ｍｍの冷間圧延軟鋼（ＣＲ１，ＢＳ１４４９）であった。

造型試験は、ＤＩＳＡＭＡＴＩＣ造型機（Ｄｉｓａ１３０）で行われた。押湯システムは、水平なパターン（揺動）プレートに取り付けられた支持ピン上に配置され、その後９０°回動されることで、パターンプレート（面）が垂直姿勢にされた。その後、生砂造型混合物が、圧縮空気を用いて長方形の鋼鉄チャンバ内に吹き込まれて（撃ち込まれて）、チャンバの２つの端部上に存在する２つのパターンに圧縮された。圧縮後、パターンプレートの一方は、チャンバが開くまで回動され、他方のプレートは、完成した鋳型をコンベアに押し付ける。押湯システムは圧縮された鋳型内に封入されたので、押湯システムを検査するためには、各鋳型を注意深く壊して開けることが必要であった。支持ピンは、（揺動）パターンプレート（７５０×５３５ｍｍ）の中心で、高さ２０ｍｍのボス上に位置していた。砂撃ち込み圧力は２ｂａｒで、スクイーズプレート圧力は１０ｋＰａあるいは１５ｋＰａのいずれかであった。

図１Ａは、角度がついた基部２ａ（設置面）を有する先行技術の押湯スリーブ２を示している。基部が通常、造型プレートに対して垂直である標準的な押湯スリーブと比較すると、その基部には、角度が１０°つけられている。図１Ｂは、固定ピン８を介して造型プレート６に設置された、国際公開第２００５／０５１５６８号に従う既知の段付きの圧縮可能な金属押湯エレメント４に取り付けられた押湯スリーブ２を示している。スリーブ２は、スリーブキャビティ２ｂが造型プレート６に向かって下方に傾斜するように配置される。キャビティ２ｂが傾斜する角度は、通常、基部２ａの角度に対応し、その角度が大きくなる程、標準的なスリーブに対するスリーブ２の押湯能力が大きくなることが理解されるであろう。基部２ａが傾斜し得る実用的な限界は、約１５°である。これ以上では、押湯エレメント４が完全にもしくは均一に圧縮せず、スリーブ２が押湯エレメント４から離れてしまう。さらに、角度が急になるほど、スリーブおよび型をピンおよびパターンプレートから取り除くのが困難になる。このように、垂直分割鋳型に押湯をすることの問題は、単に、キャビティが傾けられるようにスリーブの基部に角度をつけるだけでは満足のいくように解決し得ない。

図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、鋳型パターン（図示せず）に設置するための第１の端部１２と、押湯スリーブ（図示せず）に設置するための設置プレート１４を含む、反対側の第２の端部と、段付きの側壁１８によって規定される、第１および第２の端部１２，１４間の孔１６とを含む、本発明の実施形態に従う押湯エレメント１０を示している。孔１６は、プレートの中心Ｃから距離ｘだけずれた中心を通る軸Ａを有する。

設置プレート１４は、上部の部分円状の上端エッジ２２と下部の部分円状の下端エッジ２４とによって結合される２つの長手方向に延びる直線状のエッジ２０を有する、（軸Ａに直交する）平坦な小判形の表面によって構成される。押湯エレメントは、したがって、上端エッジ２２の最上部と下端エッジ２４の最下部との間の距離によって規定される（すなわち、設置プレートの長軸に対応する）長さと、２つの長手方向に延びるエッジ２０間の距離によって規定される幅とを有する。

連続的なリムまたはスカート２６が、第１の端部１２から離れて延びる設置プレート１４の周辺エッジのまわりに設けられる。本実施形態におけるリム２６は、設置プレート１４に対して９０°に配向されることにより、押湯スリーブの一部を受容可能なソケットを提供している。

図に示すように、孔１６は、プレート１４の下端エッジ２４に対してずれ、押湯エレメント１０の幅における中心に設けられる。

押湯エレメント１０は、単一の金属板からプレス成形され、使用時に圧縮可能であり、それによって第１の端部１２と第２の端部（すなわち、設置プレート）１４との間の距離を低減するように設計される。この特徴は、本件の場合には、第１の端部１２と設置プレート１４との間に２つの円形の段を含む、段付きの側壁１８の構造によって達成される。第１の（大きい方の）段２８は、設置プレート１４の平面に垂直な（すなわち、孔軸Ａに平行な）第１の環状の側壁領域３０と、設置プレート１４の平面に関して約１５°で内向きに傾斜され、それによって円錐台状の突起を形成する第２の環状の側壁領域３２とを含む。第２の（小さい方の）段３４は、第１の段２８と同様であり、設置プレート１４の平面に垂直な（すなわち、孔軸Ａに平行な）第１の環状の側壁領域３０ａと、設置プレート１４の平面に関して約１５°で内向きに傾斜され、それによって円錐台状の突起を形成する第２の環状の側壁領域３２ａとを含む。円錐台状の部分３６は、孔１６への開口を設けるために、第２の側壁領域３２ａの内周から第１の端部１２まで延び、内向きに方向付けられたリップ３７は、鋳型パターンへの設置用の表面を設けるとともに、結果的に生じる鋳造された押湯ネックに切欠きを生じさせてその除去（ノックオフ）を容易にするために、第１の端部１２に形成されている。他の実施形態では、より多くの段が設けられてよく、また、第１および／または第２の側壁領域が、孔軸Ａおよび／または設置プレート１４に対して様々に傾斜されるか、あるいは平行であってもよい。

図３は、本発明の実施形態に従う押湯スリーブ４０を示している。押湯スリーブ４０は、垂直分割造型機での使用のために構成されており、断面が実質的に小判形であって、スリーブの基部で、図２Ａ〜図２Ｃに示されるような押湯エレメントの設置プレートと結合するように構成された開口面４４を有する中空の本体４２を含む。開口面４４は、したがって、実質的に長さと幅とを有する小判形であり、その長さは幅よりも大きい。図示の実施形態では、支持ピン（図示せず）を配置するために、水平の凹所４５が、本体４２の後壁４３に設けられる。さらに、ウィリアムズウェッジ４８が、本体４２の頂部に設けられ、後壁から開口面４４まで延びている。

図４Ａおよび図４Ｂは、造型パターン上の適所に押湯システムを保持するために用いられ、典型的には水平分割造型機に用いられる既知の支持ピン５０を示している。ピンの本体５０ａは、概して円筒状であり、その基部に、（大抵は金属の）造型パターン上の適所に取り付けるためのねじ５０ｂを有している。ピンの頂部５０ｃは、押湯スリーブの内側の凹所内に配置するための、本体と比較して相対的に小さな直径の円形ロッドである。

図５Ａおよび図５Ｂは、図３の押湯スリーブと図２Ａ〜図２Ｃの押湯エレメントとを含む押湯システム用に改良された支持ピン５５を示している。ピンの本体５５ａは円筒状である。ピン本体５５ａの長さが、図４Ａおよび図４Ｂに示されるピンに対して短くされる一方で、ピンの上端部５５ｃは、一の配向でスリーブと結合するように特別に輪郭が描かれている。上端部５５ｃは、図４Ａおよび図４Ｂに示されるピンに対して長く延びている。円形ロッドであるよりもむしろ、上端部５５ｃは長方形の断面を有し、その短辺は長辺よりも著しく短くなっている。これが、ピン５５の上端部の延長された長さと組み合わさって、押湯スリーブを破損させることなく小さな動きを許容するためのある程度の柔軟性（すなわち、弾力性）を与えている。ピン５５の基部の近傍（ねじ５５ｂの上部）には、孔５６が、ピン５５の長手軸に対して垂直に穿孔され、完全にではないが実質的にピン５５を貫いている。ボールベアリング５７が、孔５６の部分的に閉塞した端部で保持され、その背後にはばね５８とねじ付きのプラグ５９とが存在している。ねじ付きのプラグ５９は、ばね５８を部分的に圧縮し、ボールベアリング５７がピン５５の側面の外側に部分的に突出するように、孔５６の端部を通してボールベアリング５７を押圧している。

図６は、砂型の造型および圧縮に先行して、ピンによって垂直な鋳型パターン６に設置されたときの、図３の押湯スリーブ４０を、既知の樹脂結合された圧縮可能でない砂ブレーカコア６０とともに示している。ピンは標準的な本体５０ａを有し、溶融金属を鋳型に供給するときに最大限の性能を確保するために、垂直方向に押湯スリーブを方向付けるように、その端部５５ｃが凹所４５内に配置されて描かれている。このように、ブレーカコアの第１の端部が、造型前に鋳型パターン６に接触して保持されることが分かるが、そのコアは、圧縮可能でないので、矢符Ｄによって示される領域内に砂を詰め込むために、造型中には移動しない。さらに、造型中の圧力が、矢符Ｅで示されるように押湯スリーブを上方および前方に傾斜させると、それによりブレーカコアに圧力が加わり、結果的に、特に矢符Ｆで示される領域において破砕および破損が生じる。

図７は、図３の押湯スリーブを、砂型の造型および圧縮の前に、図５Ａおよび図５Ｂのピン５５によって垂直な鋳型パターン６に設置された、既知の樹脂結合された砂ネックダウン部品７０と既知の圧縮可能な（国際公開第２００５／０５１５６８号の実施形態に従う）押湯エレメントとともに示している。図６と同じように、押湯エレメント７１の第１の端部は、造型前であって、押湯エレメント７１が圧縮されない状態であるときには、鋳型パターン６に接触して保持される。造型中、押湯エレメントの段付きの側壁は、鋳型の圧縮期間に崩壊し、押湯エレメント７１が矢符Ｄによって示される領域内に砂を圧縮して詰め込むことを許容する。しかしながら、造型圧力は、応力をもたらし、結果として領域Ｆにおいて樹脂結合されたネックダウン部品の破砕が生じる。

図８は、図３の押湯スリーブを、砂型の造型および圧縮の前に、図５Ａのピン５５によって垂直な鋳型パターン６に設置された、改良された圧縮可能な押湯エレメント８０とともに示している。押湯エレメント８０は、設置プレート１４が開口面４４でスリーブの基部４４ａと結合するように、押湯スリーブ４０に設けられる。図７と同じように、押湯エレメント８０の第１の端部は、造型前であって、押湯エレメント８０が圧縮されない状態であるときには、鋳型パターン６に接触して保持される。造型中、押湯エレメントの段付きの側壁１８は、鋳型の圧縮期間に崩壊し、押湯エレメント８０が矢符Ｄによって示される領域内に砂を圧縮して詰め込むことを許容する。

しかしながら、図９に示すように、孔１６が設置プレート１４の中心からずれ、かつリムが存在しないときには、驚くべきことに、設置プレート１４が屈曲し、それによって溶融金属が孔１６以外に押湯スリーブ４０の部分から逃げることを許容することが分かる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、図８に類似する押湯エレメントを示し、円弧形状のリブ８５をプレス成形することによって改良されている。図８と同様の構造の押湯スリーブとともに用いられるとき、その追加の特徴によって、造型中の圧力に晒された際に、設置プレートの屈曲は、僅かに低減されるが除去されない。

図１１は、設置プレート１４が押湯スリーブ４０の開口面４４ａと結合し、リム２６が本体４２の一部を包み込みつつ、第１の端部１２が押湯スリーブ４０の下部から外方に間隔をあけられて、押湯エレメント１０が配向されるように、押湯スリーブ４０に設けられた押湯エレメント１０を示している。したがって、リム２６は、押湯エレメント１０が押湯スリーブ４０上に配置されて維持されるのに役立っている。この特有の実施形態では、設置プレート１４は接着によってスリーブに固定されるが、それに代えて、押込みばめによって固定されてもよい。また、驚くべきことに、リム２６を含めることは、プレート１４が屈曲することを防止し、それによって安定した効率のよい押湯システムが提供されることが分かる。

図１１に示されるものと実質的に同様であるが、押湯エレメント９０に孔の軸Ａに対して傾斜されたリム９２が設けられている、別の押湯システムが図１２に示されている。この例では、リム９２は、設置プレート１４の平面に関して約４５°の外角で、設置プレート１４から外側に、第１の端部１２から離れる方向に延びている。言い換えれば、リム９２は、押湯スリーブ４０の本体４２と４５°の角度を成している。

本発明のさらなる実施形態が、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されている。図１３Ａおよび図１３Ｂの押湯エレメント９５は、図１１に示されているものと実質的に同様である。しかしながら、設置プレート９７と段９８との間には、張り出し領域９６が配置されている。この実施形態では、設置プレート９７は、押湯エレメント９５の外縁のまわりに、一定の距離でリム９９から内側に延びている。このように、設置プレート９７と張り出し領域９６との間の角度が、エレメント９５の外縁のまわりで変化することが理解されるであろう。

そのような配置によって、押湯エレメントが使用中に圧縮されるときに、設置プレート９７が屈曲するのが防止され、改善された砂の圧縮が提供されることが分かる。

本発明のさらなる実施形態が図１４に示されている。上記のように、図１４の押湯システムは、押湯エレメント１００に、設置プレート１４の２つの長手方向に延びる直線状のエッジ２０に沿って設けられた２つの個別つまみ片（タブ）１０２の形態で、リムが設けられていることを除き、図１１に示すものと実質的に同様である（同様の部分は、対応する参照番号を用いて記載されている）。言い換えれば、リムは、不連続であり、直線状のエッジ２０に沿って設けられているだけである。そのような配置によって、押湯エレメント１００が使用中に圧縮されるときに、設置プレート１４が屈曲するのが充分に防止される。

図１５は、図１４の押湯システムの正面図を示し、リムを形成するつまみ片（タブ）１０２のそれぞれが、プレート１４の幅の方向に延び、孔１６の軸Ａを通る線（Ｌ１）上の点の下方から、設置プレート１４の中心Ｃを通る平行な線（Ｌ２）の上方まで延びていることを示している。

特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲から逸脱せずに、上記の実施形態に様々な修正が行われてもよいことが理解されるであろう。

実施例
図３に示す押湯スリーブ４０を用いて、様々な押湯エレメントと組み合わされた様々な押湯システムが準備され、上記のように造型された。ＫＡＬＭＩＮＥＸ押湯スリーブは、長さ９０ｍｍ×幅６０ｍｍ×深さ６０ｍｍの寸法を有する。ここで、長さおよび幅は開口面の寸法であり、押湯の深さは開口面から閉塞された押湯の後壁まで測定された。
結果が、下記の表１ａおよび表１ｂに要約されている。

スリーブの鋳造（押湯）能力を評価するために、ＭＡＧＭＡＳＯＦＴシミュレーションツールを用いてシミュレーションが実行された。ＭＡＧＭＡＳＯＦＴは、マグマ ギーセライテクノロギー ゲーエムベーハー社によって提供される主要な鋳造処理シミュレーションツールであり、鋳型の充填および鋳物の固形化をモデル化することができ、お金と時間のかかる鋳造試験を回避するために、主として鋳造所で利用されている。初期のＭＡＧＭＡＳＯＦＴの結果は、この特定の適用（鋳造／押湯の配向）に対して、肯定的ではあったが、ＭＡＧＭＡＳＯＦＴシミュレーションツールにおける幾つかの制約に起因して必ずしも決定的なものではなく、したがって、実際の鋳造試験が行われた。

鋳物の垂直な平面に適用されたときに、押湯が鋳物内を上って供給され得るかどうか調べるために、２つの押湯システムが評価された。比較例５は、図１Ｂに示されるような、発熱性のＦＥＥＤＥＸで高密度の押湯スリーブで構成されており、その基部には角度が１０°つけられ、円形の段付きの０．５ｍｍの鋼鉄製の圧縮可能な押湯エレメント（ブレーカコア）を有している。その製品は、Ｆｏｓｅｃｏ社によってＦＥＥＤＥＸ ＨＤ ＶＳＫ／３３ＭＨという商品名で提供され、内部のスリーブ容積が１３５ｃｍ^３である。実施例１２は、図３に示されるような、発熱性のＦＥＥＤＥＸで高密度の小判形断面のスリーブで構成されており、外部の長さ（使用時の高さ）が１２０ｍｍ、幅が８０ｍｍであり、内部のスリーブ容積が２５４ｃｍ^３であり、設置プレートの各湾曲領域にそれぞれ設けられる２つの１ｃｍの間隙を有する不連続なリムを備える、０．５ｍｍの鋼鉄製の小判形の圧縮可能な押湯エレメントが取り付けられる。

押湯能力を評価するための第１の鋳造試験は、垂直に鋳造された１３ｃｍ角のプレートで構成され、そのプレートは、上方から見たときにＴ型の断面を有している。鋳型は、２つの鋳物のためのキャビティを含み、それぞれの底部は単一の湯口（downsprue）から開閉される。押湯は、パターンプレート上に配置されるピンを介してそのプレートの垂直面内または面上において中心に置かれた。鋳型は、実際にはフラン樹脂で結合された砂を用いて水平に分割されて製造され、その後鋳型が組み立てられ（閉塞され）、９０°回転されて、垂直に鋳造された。鋳物は、延性がある鉄（グレードＧＪＳ５００）で作られ、１３６０℃で注がれた。一端冷却されると、鋳物は、鋳型から取り除かれ、垂直な中心線を通って分割することによって検査された。比較例５の押湯システムを用いて製造された鋳物は、鋳物の頂部において押湯の上部に大きな吹込み収縮の存在が示されたのに対し、実施例１２を用いて製造された鋳物は、鋳造欠陥が示されず、押湯ネックにおいて小さな巣および吸い込みが示されただけである。

第２の鋳造試験は、Ｄｉｓａｍａｔｉｃ生砂鋳造ライン上で、鋳鉄所の条件下で行われた。選ばれた鋳物は、一般的な１０ｋｇの延性がある鉄の鋳物であり、鋳物の２つの厚い断面上にＦＥＥＤＥＸ ＨＤ押湯スリーブを有する、水平の高圧生砂鋳造ライン上で前もってうまく製造された。試験では、新たな作動中のシステムを有するパターンプレートが、Ｄｉｓａｍａｔｉｃ造型機のために設計されて製造された。試験押湯は、造型前に配置ピン上に配置され、鋳型は、２ｂａｒの砂撃ち込み圧力と１０〜１２ｋＰａのスクイーズ圧力を用いて製造された。閉鎖前の鋳型の検査では、スリーブおよび圧縮された押湯エレメントの周辺および下方の領域で、極めて良好な砂の詰め込みが示された。両方の押湯設計とも押湯のノックオフは極めて良好であり、鋳物の小さなフットプリントだけが残された。

比較例５を用いて製造された鋳物の検査によれば、押湯下部まわりの鋳物の下部の厚い断面は健全であり、すなわち巣の兆候は見られなかったが、スリーブ上部の下方における鋳物の厚い断面には幾分かの巣が含まれ、押湯が流れ出ていた。対照的に、実施例１２の押湯システムを用いて製造された鋳物は、鋳物内に巣の兆候が示されず、特に２つの押湯のまわりの厚い断面の下部または上部のいずれにおいても全く示されなかった。

第２の鋳造試験によれば、本発明の押湯システムが、物理的な要求および高圧鋳造ラインの寸法的な制約、ならびに垂直分割造型機において製造される鋳物の容積駆動供給要求を満足していることが示される。

Claims (16)

1. 金属鋳造に使用される押湯エレメントであって、
   鋳型パターンまたは揺動プレートに設置するための第１の端部と、
   押湯スリーブに設置するための設置プレートを含む、反対側の第２の端部と、
   側壁によって規定される、第１および第２の端部間の孔とを含み、
   押湯エレメントは、使用時に圧縮可能であり、これによって第１および第２の端部間の距離を減少させ、
   孔は設置プレートの中心からずれた軸を有し、一体的に形成されるリムが設置プレートの外縁から延びることを特徴とする押湯エレメント。
2. 設置プレートは、長尺かつ／または非対称であり、設置されて使用されるとき、水平方向寸法よりも長い垂直方向寸法を有し、これによって一対の長い周辺エッジを規定することを特徴とする、請求項１に記載の押湯エレメント。
3. リムは、設置プレートの長い周辺エッジに少なくとも部分的に延びることを特徴とする、請求項２に記載の押湯エレメント。
4. 孔は、設置プレートの公称幅に対して実質的に中央に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
5. リムは、長い周辺エッジのそれぞれに沿って延びる一対のつまみ片の形態であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
6. リムは、スカートを形成するように設置プレートの外縁のまわりに連続的に延びることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
7. リムは、それぞれの長い周辺エッジに沿って、少なくとも、設置プレートの中心に最も近接する孔のエッジに対する接線によって規定される線上の点から、設置プレートの中心を通る設置プレートの公称幅の方向における線上の点まで延びることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
8. 設置プレートは実質的に平坦であり、リムは押湯エレメントの第１の端部から離間して、設置プレートの平面に対して１０°〜１６０°、好ましくは略９０°の角度で傾斜することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
9. リムの深さは少なくとも５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
10. 孔を規定する側壁は、少なくとも１つの段を含み、各段は、好ましくは、第１の側壁領域と、第１の側壁領域に隣接する第２の側壁領域とによって形成され、第２の側壁領域は、第１の側壁領域に対して、孔軸に関して、異なる角度で設けられることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
11. 押湯エレメントの初期圧潰強度は、７０００Ｎ以下であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
12. 押湯エレメントの初期圧潰強度は、少なくとも２５０Ｎであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
13. 押湯エレメントの側壁は、少なくとも１つの部材を有する、第１の一連の側壁領域であって、少なくとも１つの部材を有する、第２の一連の側壁領域と相互接続されかつ一体的に形成される増加する直径のリングの形態の第１の一連の側壁領域を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の押湯エレメント。
14. 側壁領域は、実質的に一様な厚さを有し、押湯エレメントの孔の直径が押湯エレメントの第１の端部から第２の端部まで増加することを特徴する、請求項１３に記載の押湯エレメント。
15. 第１の一連の側壁領域および／または第２の一連の側壁領域の長さは、押湯エレメントの第１の端部に向かって徐々に増加することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の押湯エレメント。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の押湯エレメントと、それに固定される押湯スリーブとを含む金属鋳造のための押湯システム。

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