JP2017196637A - 溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプおよびこれを備えるダイカスト鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融金属の移送用として、溶湯供給の定量性を確保しつつ溶融金属を閉回路で圧送し得る一軸偏心ねじポンプを提供する。【解決手段】この溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ６０は、吸込口９ａがポット内の溶湯に浸漬するように縦置されるとともに、溶湯に浸漬する接液部のうち、少なくともインナロータ１、アウタロータ２およびハウジング３１並びにインナロータ１を支持する軸受６およびアウタロータ２を支持する上下の軸受３，４のいずれもが窒化珪素により形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ダイカスト鋳造装置に関する。

ダイカスト鋳造装置は、一対の金型を型締めして形成されたキャビティに溶融金属を圧送充填して鋳造品を得るものである。
ここで、コールドチャンバー方式のダイカスト鋳造装置は、図４に模式図を示すように、固定型７１ａと可動型７１ｂとを圧接してキャビティ７１ｃを形成する金型７１と、金型７１に形成された湯道７１ｍを介してキャビティ７１ｃと連通するスリーブ１７２と、スリーブ１７２内の加圧室１７２ｐに、スリーブ後部の充填口１７２ｋから溶融金属（溶湯）Ｍを供給するラドル１７４と、加圧室１７２ｐに供給された溶湯Ｍをキャビティ７１ｃに向けて射出するプランジャ１７３とを備える。

この種のダイカスト鋳造装置では、注湯装置としてのラドル１７４により、ポットから所定量の溶湯Ｍを汲み上げ、その溶湯Ｍをラドル１７４により充填口１７２ｋから加圧室１７２ｐに供給し、加圧室１７２ｐに供給された溶湯Ｍをプランジャ１７３で金型７１に圧送充填する。

その他、ラドル以外を用いる注湯装置として、例えば特許文献１には、磁性体性のヨークにコイルを巻いた誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて、溶融金属に推力を与える溶融金属用電磁ポンプが開示されている。

特開２００６−３４１２８１号公報

しかし、スリーブに溶融金属を供給するに際し、ラドルを用いる注湯装置では、ラドルによる溶湯の汲み入れからスリーブ内への流し込みを行う間に、溶融金属が空気と接触することで酸化物が生成されるという問題がある。溶融金属中への酸化物の混入により鋳造品に硬質部分が内在すると、切削加工時の工具破損の原因となる。また、ラドルを用いる注湯装置では、炉（ポット）に蓋ができず、熱が逃げて作業環境が高温になるという問題や、溶融金属中への異物や気泡の混入が発生するという問題がある。

一方、溶融金属用電磁ポンプを用いた注湯装置においては、磁性体性のヨークにコイルを巻いた誘導子により、筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて溶融金属に推力を与える。そのため、溶融金属の供給を停止しても、溶融金属の粘性により惰性で余分に溶湯が供給されるという問題がある。つまり、溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属の供給を瞬時に停止することが難しく、高精度な定量供給が困難である。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、溶湯供給の定量性を確保しつつ、溶融金属を閉回路で圧送し得る一軸偏心ねじポンプおよびこれを備えるダイカスト鋳造装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプは、軸線が縦置されるハウジングと、該ハウジング内に上下に離隔配置された複数の軸受を介して回転可能に支持されるとともに雌ねじ状の内面を有するアウタロータと、該アウタロータに雄ねじ状の螺旋部が内挿され且つ前記ハウジングに自身途中部分が軸受を介して回転可能に支承されるとともに自身基端側が駆動軸に連結されるインナロータとを備え、前記アウタロータの軸心に対して前記インナロータが回転しつつ偏心運動を行うことによって、吸込口から吸い込まれた溶融金属を吐出口へ移送する溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプであって、前記吸込口は、前記ハウジングの下部であって、溶融金属用のポット内の溶湯に浸漬する位置に形成され、前記溶湯に浸漬する接液部のうち、少なくとも前記インナロータ、前記アウタロータ、前記ハウジング、前記インナロータを支持する軸受および前記アウタロータを支持する軸受は、耐熱性及び耐熱衝撃性を有するセラミックス材料により形成されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプによれば、溶湯に浸漬する接液部として、少なくともインナロータ、アウタロータ、ハウジング、インナロータを支持する軸受およびアウタロータを支持する軸受が、耐熱性及び耐熱衝撃性を有するセラミックス材料（例えば窒化珪素）により形成されているので、例えば７００℃以上の溶融金属に接液部がさらされても、アウタロータとインナロータの摺動部のシール性能や、インナロータの軸封部のシール性能を維持することができる。

そして、この溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプによれば、軸線が縦置されるハウジング構造により、吸込口がポット内の溶湯に浸漬するように縦置可能であり、アウタロータの軸心に対してインナロータが回転しつつ偏心運動を行うことによって、下部の吸込口から吸い込まれた溶融金属を吐出口に移送できる。そのため、吐出口からダイカスト鋳造装置のスリーブに注湯管を接続すれば、溶湯供給の定量性を確保しつつ溶融金属を閉回路で圧送できる。

ここで、本発明の一態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプにおいて、前記アウタロータを支持する複数の軸受と、前記インナロータの途中部分を支持する軸受とは、雰囲気流体を潤滑用流体とするすべり軸受けであり、前記アウタロータを支持する複数の軸受のうち上部に設けられたすべり軸受と、前記インナロータの途中部分を支持するすべり軸受とは、内周面に軸方向に沿って形成された潤滑溝と、内周面に周方向に沿って複数段に形成されたラビリンス溝とをそれぞれ有することは好ましい。

このような構成であれば、アウタロータ上部のすべり軸受とインナロータの途中部分のすべり軸受に、潤滑溝とラビリンス溝の双方を設けることで、アウタロータとインナロータを回転自在に支承するだけでなく、ラビリンス溝によりシール性もより好適に確保できる。よって、注湯装置として、脈動が極めて低く、より高精度な定量供給が可能となるため、溶融金属用一軸偏心ねじポンプとする上でより好適である。

また、本発明の一態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプにおいて、前記インナロータの基端部と前記駆動軸とを繋ぐ中間シャフトを更に備え、前記インナロータの基端部と前記中間シャフトの先端部は、相互を囲繞する円筒状の連結ピースによって連結されており、前記インナロータの基端部は、前記連結ピースに囲繞される部分の外周面に、上方に向けて拡径するテーパ外面を有し、前記連結ピースは、前記テーパ外面に径方向で対向する内周面に、前記テーパ外面に摺接するように上方に向けて拡径するテーパ内面を有し、前記テーパ外面と前記テーパ内面とは、回転力を伝達可能に配置されたキーによって相互に結合されており、前記インナロータの基端部と前記中間シャフトの先端部とが対向する両端面間には、両端面相互を離隔方向に付勢する前記セラミックス材料製のばね部材が介装されていることは好ましい。

このような構成であれば、例えば７００℃以上の溶融金属に接液部がさらされても、インナロータと中間シャフト双方の熱膨張差による芯ずれを、中間シャフトおよびインナロータ相互のテーパ形状とセラミックス材料製のばね部材の弾性力とによって吸収できる。よって、注湯装置として用いる、溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプの駆動軸の連結構造として好適である。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るダイカスト鋳造装置は、コールドチャンバー方式の鋳造装置本体と、溶融金属が貯留されるポット内の溶湯中に吸込口が浸漬するように縦置された一軸偏心ねじポンプと、前記鋳造装置本体のスリーブと前記一軸偏心ねじポンプの吐出口とを相互に繋ぐ導入管とを備え、前記一軸偏心ねじポンプとして、本発明のいずれか一の態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプを有することを特徴とする。

本発明の一態様に係るダイカスト鋳造装置によれば、吸込口がポット内の溶湯中に浸漬するように縦置された一軸偏心ねじポンプと、鋳造装置本体のスリーブと吐出口とを相互に繋ぐ導入管とを備え、一軸偏心ねじポンプとして、本発明のいずれか一の態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプを有するので、溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプにより、ポット内の溶湯を鋳造装置本体のスリーブに導入管を介して定量供給できる。

これにより、コールドチャンバー方式のダイカスト鋳造装置を用いながらも、溶融金属が空気との接触のない閉回路を構成できる。よって、ラドルによる溶融金属の供給方法で生じるような、炉（ポット）に蓋ができず、熱が逃げて作業環境が高温になってしまうという問題や、異物や気泡の混入が発生してしまうといった問題を回避できる。また、溶融金属が空気と接触することで酸化物が生成されたり、酸化物の混入により鋳造品に硬質部分が内在したり、切削加工時の工具破損を引き起したりするといった問題も回避できる。

ここで、本発明の一態様に係るダイカスト鋳造装置において、前記一軸偏心ねじポンプは、前記インナロータを回転駆動するサーボモータと、該サーボモータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記鋳造装置本体のプランジャによる溶融金属の供給量に基づいて、前記一軸偏心ねじポンプによる溶融金属の供給量を制御することは好ましい。

このような構成であれば、一軸偏心ねじポンプの駆動方式にサーボモータを用い、このサーボモータを制御する制御部により、鋳造装置本体のプランジャによる溶融金属の供給量に基づいて、一軸偏心ねじポンプによる溶融金属の供給量を制御することができる。よって、一軸偏心ねじポンプからの溶融金属の供給量を、鋳造装置本体側の充填量に対して高精度に追従させることができる。したがって、鋳造装置本体のスリーブに対して低脈動で溶融金属を注入可能とする閉回路のダイカスト鋳造装置を構築する上でより好適である。

上述したように、本発明によれば、溶湯供給の定量性を確保しつつ溶融金属を閉回路で圧送できる。

本発明の一態様に係るダイカスト鋳造装置の一実施形態を模式的断面にて示す説明図である。 本発明の一態様に係る溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプの一実施形態を示す図であり、同図では、軸線に沿った断面を示している。 アウタロータの上部を支持する上部すべり軸受とインナロータの途中部分を支持するすべり軸受の構造を説明する図であり、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は軸線に沿った断面図、（ｃ）は背面図である。 従来のコールドチャンバー方式のダイカスト鋳造装置におけるラドルを用いた注湯装置の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。ここで、本実施形態のダイカスト鋳造装置は、閉回路で給湯可能なコールドチャンバー方式のダイカストマシンであり、アルミニウム合金等の溶融金属である溶湯を、所定の鋳型に圧入して凝固させることで成型品を鋳造するものである。

なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

このダイカスト鋳造装置は、図１に示すように、溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ（以下、単に「ねじポンプ」ともいう）６０、鋳造装置本体７０、およびこれら相互を繋ぐ注湯管７４を備えている。鋳造装置本体７０は、金型７１およびスリーブ７２を有する。ねじポンプ６０は、溶湯Ｍが貯溜されたポット８０に対して注湯装置として装備されている。注湯管７４は、ねじポンプ６０から定量圧送される溶湯Ｍを、鋳造装置本体７０のスリーブ７２に供給可能に接続されている。

金型７１は、成型品を鋳造するための金属製の鋳型であり、対向配置された固定型７１ａおよび可動型７１ｂを有する。金型７１は、一対の固定型７１ａと可動型７１ｂ相互が圧接されることで、湯道７１ｍおよびキャビティ７１ｃが金型７１内に画成される。

スリーブ７２は、金型７１の下部側面に接続されている。スリーブ７２は、軸方向両端が開放された略円筒状の部材であり、内部空間が加圧室７２ｐになっている。加圧室７２ｐは、湯道７１ｍを介してキャビティ７１ｃと連通している。
スリーブ７２の後部上面には、加圧室７２ｐに溶湯Ｍを供給するための給湯口７２ｋが設けられている。注湯管７４の一端が給湯口７２ｋに接続され、注湯管７４の他端がねじポンプ６０の吐出口５ａに接続されている。スリーブ７２には、ねじポンプ６０から定量圧送された溶湯Ｍが加圧室７２ｐに一時的に貯溜される。

スリーブ７２の軸方向後方には、プランジャ７３が設けられている。プランジャ７３は、後部側のロッド７３ｂを介して不図示のアクチュエータに接続されている。プランジャ７３は、アクチュエータの駆動により、スリーブ７２内で軸方向に摺動され、ねじポンプ６０から加圧室７２ｐに定量供給された溶湯Ｍをキャビティ７１ｃに射出可能になっている。

次に、上記ねじポンプ６０について詳しく説明する。
ねじポンプ６０は、図１に示すように、ポット８０の上方に軸線を縦に配置される略円筒状のフレーム２１と、フレーム２１の上面に装着されるサーボモータ２２と、フレーム２１の下部に装着されるポンプ本体３０とを備える。
サーボモータ２２には、サーボモータ２２の駆動に必要な電力および信号を授受可能な配線を介して制御部９０が接続されている。制御部９０は、マイクロコンピュータおよびサーボモータ２２のドライバを含んで構成される。制御部９０は、注湯量制御処理を実行し、鋳造装置本体７０のプランジャ７３による溶融金属Ｍの供給量に基づいて、鋳造装置本体７０側の充填量と同量となるように、ねじポンプ６０による溶融金属Ｍの供給量を制御する。

ポンプ本体３０は、ポット８０内の溶湯Ｍに浸漬するように、延長支持用の中間フレーム７を介してフレーム２１の下面に装着されている。中間フレーム７は、耐溶損性鋳物で形成された中空円筒状部材である。中間フレーム７は、自身上部に形成されたフランジが、複数のボルトによりフレーム２１の下面に軸線を縦に固定されている。中間フレーム７内には、サーボモータ２２の駆動軸２２ｍの駆動力を、ポンプ本体３０のインナロータ１に伝達可能に接続された長尺な中間シャフト１０が軸線を縦に設けられている。中間シャフト１０は、合金工具鋼鋼材（ＳＫＤ６１）で形成されている。

ポンプ本体３０と中間フレーム７の周囲には、中実円筒状をなす複数の連結ロッド１１が、軸線を縦に周方向に離隔して配置されている。各連結ロッド１１は、下端側に径大な頭部を有するとともに上端面に雌ねじが形成されている。各連結ロッド１１は、ロッド下部の頭部がポンプ本体３０を下方から支持するように、下部ハウジング９の挿通孔に下方から挿通されている。

フレーム２１の下部には、水平方向に張り出す円環状のフランジ２１ｆが形成されている。そして、各連結ロッド１１は、ロッド上部の雌ねじが、フランジ２１ｆにロッド固定ボルト１７により締結されている。ロッド固定ボルト１７とフランジ２１ｆとの間には、円環状の皿ばね座金１８が介装されている。皿ばね座金１８は、ニッケルベースの超耐熱合金（例えばインコネル（登録商標））製であり、この例では、複数枚が積層された状態で介装されている。

フレーム２１は、不図示の支持筐体に、ポット８０内に向けてポンプ本体３０が垂下されるようにポット８０上方に支持されている。これにより、ポンプ本体３０は、ポット８０内の溶湯Ｍに浸漬する高さに、フレーム２１から垂下された状態で保持される。ポンプ本体３０よりも上部に位置するねじポンプ６０の他の部材は、ポット８０内の溶湯Ｍに浸漬しないように、溶湯Ｍの上面よりも高い位置に支持される。

図２に拡大図示するように、サーボモータ２２は、フレーム２１の上面に、駆動軸２２ｍ側の面２２ａが軸線を縦に装着される。フレーム２１内には、円筒状のカップリングシャフト２０が設けられている。
カップリングシャフト２０は、上下両端の外周面が、高温環境用軸受１９を介してフレーム２１の内周面に回転自在にそれぞれ支持されている。高温環境用軸受１９としては、例えば、高温用フッ素系グリースと二硫化モリブデン系固体潤滑により、４００℃程度までの大気中で適用可能な転がり軸受（例えば深溝玉軸受）を用いることができる。

カップリングシャフト２０の上部側には、駆動軸２２ｍ装着用の装着穴２０ａが設けられている。駆動軸２２ｍは、装着穴２０ａに挿入された状態で、固定キー２３によってカップリングシャフト２０の上部に連結されている。
また、カップリングシャフト２０の下部側には、中間シャフト１０装着用の装着穴２０ｂが装着穴２０ａと同軸に設けられている。中間シャフト１０の上端部１０ｕは、装着穴２０ｂに挿入され状態で固定キー２４によって、カップリングシャフト２０の下部に連結されている。

ポンプ本体３０は、中間フレーム７の下部に装着されるハウジング３１と、ハウジング３１内に回転可能に支持される雌ねじ状の内面をもつアウタロータ２と、アウタロータ２に雄ねじ状の螺旋部１ａが内挿されたインナロータ１とを備える。
インナロータ１およびアウタロータ２は、ハウジング３１内に、円筒状をなす３つのすべり軸受３，４、６を介して配置される。インナロータ１およびアウタロータ２は、いずれも窒化珪素により形成されている。また、３つのすべり軸受３，４、６についても、いずれも窒化珪素により形成されている。

ここで、本実施形態において、「窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）」は、溶湯Ｍに接液した状態であっても、当該接液部品に要求される機能を奏する上で必要な機械的強度を維持可能な耐熱性及び耐熱衝撃性を有するセラミックス材料として選定される。例えば、耐熱性としては、８００℃以上での構造安定性を有するものであり、また、耐熱衝撃性が５００℃以上（水中投下）で強度低下率が所定を満たすエンジニアリングセラミックス（ファインセラミックス）である。

なお、耐熱衝撃性の評価方法としては、例えば、加熱した抗折試験片（ＪＩＳ Ｒ１６０１準拠）の水中投下（ＪＩＳ Ｒ１６４８相対法）により熱衝撃ダメージを加えた後の残存曲げ強度を測定し、熱衝撃ダメージを付与しなかった場合の初期強度に対する３点曲げ強さの強度低下率を算出して判定する。強度低下率が所定を満たすとは、強度低下率２０％以内のもの、好ましくは１０％以内のもの、より好ましくは５％以内のものを例示できる。

アウタロータ２には、内周面に、雌ねじ状の長円形断面を有する螺旋部２ｅが形成されている。インナロータ１の螺旋部１ａは、アウタロータ２の雌ねじ状の螺旋部２ｅに内装されている。アウタロータ２内部に形成される雌ねじ状の螺旋部２ｅは、その雌ねじ状のピッチがインナロータ１の螺旋部１ａの２倍である。インナロータ１の回転軸線は、アウタロータ２の回転軸線に対して所定距離だけ偏心して配置される。これにより、インナロータ１が回転しつつアウタロータ２の軸心に対して偏心運動を行うことによって溶融金属を、ハウジング３１の吸込口９ａから吐出口５ａへ定量圧送可能になっている。

より詳しくは、本実施形態のインナロータ１は、先端側の雄ねじ状の螺旋部１ａと、直線状の中間部１ｂと、テーパ状の基端部１ｃとを有する。インナロータ１の螺旋部１ａは、自身の回転軸線に対して偏心した円形断面を有する。インナロータ１の基端部１ｃは、サーボモータ２２の駆動軸２２ｍに対して、中間フレーム７内に配置された上記中間シャフト１０を介して直結されている。

本実施形態では、インナロータ１の基端部１ｃと中間シャフト１０の先端部１０ｓは、相互を囲繞する円筒状の連結ピース８によって連結されている（以下、「テーパ連結構造」ともいう）。本実施形態のテーパ連結構造は、インナロータ１の基端部１ｃには、連結ピース８に囲繞される部分の外周面に、上方に向けて拡径するテーパ外面１ｍを設けている。一方、連結ピース８には、インナロータ１のテーパ外面１ｍに径方向で対向する内周面に、上方に向けて拡径するテーパ内面８ｍを設けている。

テーパ外面１ｍとテーパ内面８ｍとは、回転力を伝達可能に配置された固定キー２５によって相互に結合されている。インナロータ１の基端部１ｃと中間シャフト１０の先端部１０ｓとが対向する両端面間には、両端面相互を離隔方向に付勢するばね部材１６が介装されている。ばね部材１６は、窒化珪素によって形成された円筒コイルばねである。

中間シャフト１０は、先端部１０ｓの途中部分に、連結ピース８の外形と略同径の、円環状に張り出す鍔部１０ｔが形成されている。中間シャフト１０と連結ピース８とは、連結ピース８の上端面が鍔部１０ｔに軸方向で当接した状態とされ、不図示のボルトによって相互が締結されるようになっている。

インナロータ１の中間部１ｂは、上部ハウジング５の上端側の内周面に対して、円筒状のすべり軸受６を介して回転自在に支持されている。中間部１ｂを支持するすべり軸受６は、窒化珪素により形成されている。すべり軸受６は、窒化珪素製の固定キー１５によって上部ハウジング５に固定されている。中間部１ｂの上端側１ｄとすべり軸受６との間（相互の軸直方向対向面間）には、円環状をなす複数のラビリンス溝４３が軸方向に離隔形成されることでシール構造が形成されている。

ハウジング３１は、同図下側の吸込口９ａ側から上側の吐出口５ａ側に向かって順に、下部ハウジング９、中間ハウジング１３および上部ハウジング５を有する。下部ハウジング９、中間ハウジング１３および上部ハウジング５は、いずれも窒化珪素により形成されている。

下部ハウジング９は、フレーム２１のフランジ２１ｆよりも大径の扁平円筒状をなしている。下部ハウジング９には、溶融金属の吸込口９ａが、中心に軸方向に沿って貫通形成されている。吸込口９ａの周囲には、上記複数の連結ロッド１１を装着するための装着孔９ｈが、各連結ロッド１１の装着位置に貫通形成されている。

上部ハウジング５は、周囲を囲繞する複数の連結ロッド１１の内側領域に収まる外径寸法の中空円筒状をなす。上部ハウジング５の側壁面には、溶融金属の吐出口５ａが開口している。吐出口５ａの軸線は水平方向を向いており、吐出口５ａの形状は、内側から外側に向かって拡径するテーパ状に開口している。

また、中間ハウジング１３は、上部ハウジング５と略同径の外径寸法の中空円筒状をなす。中間ハウジング１３の側壁面には、軸方向の略中央に、溶融金属Ｍを導くための導入口１３ｈが形成されている。導入口１３ｈの軸線は水平方向を向いており、ポンプ本体３０がポット８０内の溶湯Ｍに浸漬されると、溶湯Ｍが導入口１３ｈから、アウタロータ２の外周面と中間ハウジング１３の内周面との間の空間に導入される。これにより、アウタロータ２を支持する上下のすべり軸受３，４に形成された潤滑溝４１に溶湯Ｍが行き渡り、雰囲気流体である溶融金属Ｍを潤滑用流体とする潤滑構造が構築されている。

ハウジング３１は、下部、中間および上部ハウジング９、１３、５、並びに中間フレーム７相互の軸方向の対向面に、凹の段部と凸の段部とが嵌合するインロー嵌合部が形成されている。下部、中間および上部ハウジング９、１３、５相互は、上記複数の連結ロッド１１により、自身を構成する下部ハウジング９とフランジ２１ｆとが軸方向に挟圧されることによって中間フレーム７の下端に一体に固定される。

アウタロータ２は、その上下両端が、すべり軸受３，４を介してハウジング３１に回転自在に支承されている。下部ハウジング９の内周面の上側には、凹の段部９ｎが形成され、この凹の段部９ｎに、下部のすべり軸受３が嵌め込まれている。また、中間ハウジング１３の内周面の上側には、凹の段部１３ｍが形成され、この凹の段部１３ｍに、上部のすべり軸受４が嵌め込まれている。そして、上下のすべり軸受３，４は、それらの内周面がアウタロータ２の外周両端に形成された摺動面２ｃに外嵌されている。これにより、アウタロータ２の円筒部の両端の摺動面２ｃは、すべり軸受３，４を介してハウジング３１内に回転自在に支承される。

また、アウタロータ２の軸方向への移動も、上下のすべり軸受３，４によって拘束されている。つまり、アウタロータ２には、その中央部に、上下のすべり軸受３，４との軸方向での当接面をつくる凸部２ｍが円環状に形成されている。そして、凸部２ｍをその軸方向両側から挟持するように、上下のすべり軸受３，４が配置されている。

本実施形態では、アウタロータ２の上部を支持するすべり軸受４は、窒化珪素製の固定キー１４によって、中間ハウジング１３の上部側の内周面に固定されている。また、アウタロータ２下部を支持するすべり軸受３は、窒化珪素製の固定キー１２によって、下部ハウジング９の上部側の内周面に固定されている。アウタロータ２の上端側２ｄとその上部を支持するすべり軸受４との間（相互の軸直方向対向面間）には、円環状をなす複数のラビリンス溝４３が軸方向に離隔形成されることでシール構造が形成されている。

ここで、上記３つのすべり軸受３，４、６は、いずれも雰囲気流体である溶融金属Ｍを潤滑用流体とする軸受（例えば水中軸受）である。各軸受３，４、６の内周面には、周方向に離隔して軸方向に沿って形成された複数条（この例では３条）の潤滑溝４１がそれぞれに形成されている。
特に、図３に拡大図示するように、アウタロータ２を支持する二つの軸受３，４のうち上部に設けられたすべり軸受４と、インナロータ１の途中部分である中間部１ｂを支持するすべり軸受６とは、同様の構成を備えている。

すなわち、これらすべり軸受４、６は、３条の潤滑溝４１が周方向に等配されている。各すべり軸受４、６には、装着時に下面となる側の側端面の内周側に、円環状のボス部４４が形成されている。各潤滑溝４１は、軸方向に沿って形成された縦溝４１ａと、この縦溝４１ａに連通して、ボス部４４に径方向に沿って形成された横溝４１ｂとを有して構成されている。
さらに、これらすべり軸受４、６は、上述したように、装着時に下側となる内周面に、軸方向に沿って形成された３条の潤滑溝４１の他、装着時に上側となる内周面に、周方向に沿って複数段（この例では３段）に、軸方向に離隔形成された円環状のラビリンス溝４３を有する。３条の潤滑溝４１は、ラビリンス溝４３の手前までしか形成されていない。なお、同図の符号４２は、各すべり軸受４、６の固定キーが装着されるキー溝である。

次に、上記ねじポンプ６０を有するダイカスト鋳造装置の動作およびその作用・効果について説明する。
このダイカスト鋳造装置は、固定型７１ａと可動型７１ｂとが圧接されてキャビティ７１ｃおよび湯道７１ｍが形成され、給湯口７２ｋよりもプランジャ７３が後退側に位置したときに、ねじポンプ６０が注湯装置として駆動される。

ここで、本実施形態のねじポンプ６０は、ポンプ本体３０に一軸偏心ねじポンプを採用しており、ポンプ本体３０は、アウタロータ２を回転可能に支承すると共に、駆動軸２２ｍに連結されたインナロータ１をその回転軸線がアウタロータ２の回転軸線から所定距離だけ偏心配置し、インナロータ１の回転にアウタロータ２が従属回転する構成なので、駆動軸の連結構造に、自在継手（ユニバーサルジョイント）が不要である。

そして、ねじポンプ６０は、ポンプ本体３０のハウジング３１の軸線が縦置されるハウジング構造により、吸込口９ａがポット８０内の溶湯Ｍに浸漬するように縦置にされ、アウタロータ２の軸心に対してインナロータ１が回転しつつ偏心運動を行うことによって、下部の吸込口９ａから吸い込まれた溶融金属を吐出口５ａへ定量圧送できるので、定量性を確保しつつ溶融金属を閉回路で圧送可能である。

すなわち、サーボモータ２２の駆動軸２２ｍによってインナロータ１を回転させると、インナロータ１はその回転軸線を中心として回転し、インナロータ１の螺旋部１ａの動きに伴ってアウタロータ２もその回転軸線を中心としてインナロータ１の回転と同期して従動回転することにより、溶融金属を吸込口９ａから吐出口５ａへと定量圧送することができる。

特に、このねじポンプ６０は、ポンプ本体３０のインナロータ１を回転駆動するサーボモータ２２と、サーボモータ２２を制御する制御部９０とを備え、制御部９０は、鋳造装置本体７０のプランジャ７３による溶融金属Ｍの供給量に基づいて、ねじポンプ６０による溶融金属Ｍの供給量を制御するので、鋳造装置本体７０側でのプランジャ７３の溶融金属の供給量に対して、ねじポンプ６０からの溶融金属Ｍの供給量を高精度で追従させることができる。

そして、このダイカスト鋳造装置は、鋳造装置本体７０のスリーブ７２とポンプ本体３０の吐出口５ａとを相互に繋ぐ注湯管７４を備えているので、これにより、空気との接触のない閉回路を構築しつつ、溶湯Ｍが注湯管７４を介してスリーブ７２の給湯口７２ｋから加圧室７２ｐに定量供給することができる。

次いで、プランジャ７３の駆動により、加圧室７２ｐに定量供給された溶湯Ｍが湯道７１ｍを介してキャビティ７１ｃに充填される。キャビティ７１ｃに充填された溶湯Ｍは、キャビティ７１ｃにて凝固されて成型品を成型することができる。

このように、本実施形態のダイカスト鋳造装置によれば、鋳造装置本体７０のスリーブ７２に対し、溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ６０を注湯装置として採用し、このねじポンプ６０によって、低脈動で注湯可能とする閉回路が構築されているので、ラドルによる溶融金属の供給方法で生じるような、炉に蓋ができずに、熱が逃げて作業環境が高温になってしまうという問題や、異物や気泡の混入が発生してしまうといった問題を回避できる。
さらに、ラドルによる溶融金属の供給方法や溶融金属用電磁ポンプによる溶融金属の供給方法で発生していたような、溶融金属が空気と接触することで酸化物が生成されてしまったり、酸化物の混入により鋳造品に硬質部分が内在したり、切削加工時の工具破損を引き起こしたりするといった問題も回避できる。

特に、この鋳造装置に装備したねじポンプ６０によれば、溶湯に浸漬する接液部を、溶融金属Ｍに対する耐溶損性が極めて高く、耐熱衝撃性、耐摩耗性に優れる窒化珪素で接液部を構成しているので、注湯装置用の一軸偏心ねじポンプとして優れている。
つまり、本実施形態では、接液部のうち、インナロータ１、アウタロータ２およびハウジング３１並びにアウタロータ２を支持する上下のすべり軸受３，４、インナロータ１を支持するすべり軸受６、および各すべり軸受３，４、６を固定する固定キー１２，１４，１５のいずれもが窒化珪素により形成されているので、例えば７００℃以上の溶融金属に、これらの接液部がさらされても、アウタロータ２とインナロータ１の摺動部のシール性能や、インナロータ１の軸封部のシール性能を維持することができる。

また、このねじポンプ６０によれば、アウタロータ２を支持する二つの軸受３，４と、インナロータ１の途中部分を支持する軸受６とは、雰囲気流体である溶融金属Ｍを潤滑用流体とするすべり軸受であり、アウタロータ２を支持する二つのすべり軸受３，４のうち上部に設けられたすべり軸受４と、インナロータ１の途中部分を支持するすべり軸受６とは、内周面に軸方向に沿って形成された潤滑溝４１と、内周面に周方向に沿って複数段に形成されたラビリンス溝４３とをそれぞれ有するので、アウタロータ２とインナロータ１を回転自在に支承するだけでなく、複数段のラビリンス溝４３により、シール性もより好適に確保できる。よって、脈動が極めて低く、高精度な定量供給を可能とする注湯装置とする上でより好適である。

さらに、インナロータ１は、中間シャフト１０を介して駆動軸２２ｍに連結され、インナロータ１の基端部１ｃと中間シャフト１０の先端部１０ｓは、連結ピース８を用いたテーパ連結構造によって連結されているので、例えば７００℃以上の溶融金属に、ポンプ本体３０を含む接液部がさらされても、インナロータ１と中間シャフト１０双方の熱膨張差による芯ずれを、中間シャフト１０およびインナロータ１相互のテーパ形状と窒化珪素製のばね部材１６の弾性力とによって吸収できる。よって、注湯装置として用いるねじポンプ６０の駆動軸の連結構造として優れている。

以上説明したように、本実施形態の溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ６０、およびこれを備えるダイカスト鋳造装置によれば、溶湯供給の定量性を確保しつつ、溶融金属を閉回路で圧送することができる。なお、本発明に係る一軸偏心ねじポンプおよびこれを備えるダイカスト鋳造装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、溶湯に浸漬する接液部のうち、少なくともインナロータ１、アウタロータ２、ハウジング３１、並びに、インナロータ１およびアウタロータ２を支持する軸受３，４，６は、窒化珪素により形成されている例で説明したが、これに限らず、窒化珪素製に替えて、必要な機械的強度を維持可能な耐熱性及び耐熱衝撃性を有する他のセラミックス材料により形成することができる。

１ インナロータ
２ アウタロータ
３、４ すべり軸受
５ 上部ハウジング
６ すべり軸受
７ 中間フレーム
８ 連結ピース
９ 下部ハウジング
９ａ 吸込口
１０ 中間シャフト
１１ 連結ロッド
１２、１４、１５ 固定キー
１３ 中間ハウジング
１６ ばね部材
１７ ロッド固定ボルト
１８ 皿ばね座金
１９ 高温環境用軸受
２０ カップリングシャフト
２１ フレーム
２２ サーボモータ
２２ｍ 駆動軸
２３、２４、２５ 固定キー
３０ ポンプ本体
３１ ハウジング
４１ 潤滑溝
４３ ラビリンス溝
６０ 溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ
７０ 鋳造装置本体
７１ 金型
７２ スリーブ
７３ プランジャ
７４ 注湯管
８０ ポット
９０ 制御部
Ｍ 溶融金属（溶湯）

Claims (6)

1. 軸線が縦置されるハウジングと、該ハウジング内に上下に離隔配置された複数の軸受を介して回転可能に支持されるとともに雌ねじ状の内面を有するアウタロータと、該アウタロータに雄ねじ状の螺旋部が内挿され且つ前記ハウジングに自身途中部分が軸受を介して回転可能に支承されるとともに自身基端側が駆動軸に連結されるインナロータとを備え、前記アウタロータの軸心に対して前記インナロータが回転しつつ偏心運動を行うことによって、吸込口から吸い込まれた溶融金属を吐出口へ移送する溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプであって、
   前記吸込口は、前記ハウジングの下部であって、溶融金属用のポット内の溶湯に浸漬する位置に形成され、
   前記溶湯に浸漬する接液部のうち、少なくとも前記インナロータ、前記アウタロータ、前記ハウジング、前記インナロータを支持する軸受および前記アウタロータを支持する軸受は、耐熱性及び耐熱衝撃性を有するセラミックス材料により形成されていることを特徴とする溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ。
2. 前記セラミックス材料は、窒化珪素である請求項１に記載の溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ。
3. 前記アウタロータを支持する複数の軸受と、前記インナロータの途中部分を支持する軸受とは、雰囲気流体を潤滑用流体とするすべり軸受けであり、
   前記アウタロータを支持する複数の軸受のうち上部に設けられたすべり軸受と、前記インナロータの途中部分を支持するすべり軸受とは、内周面に軸方向に沿って形成された潤滑溝と、内周面に周方向に沿って複数段に形成されたラビリンス溝とをそれぞれ有する請求項１または２に記載の溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ。
4. 前記インナロータの基端部と前記駆動軸とを繋ぐ中間シャフトを更に備え、
   前記インナロータの基端部と前記中間シャフトの先端部は、相互を囲繞する円筒状の連結ピースによって連結されており、
   前記インナロータの基端部は、前記連結ピースに囲繞される部分の外周面に、上方に向けて拡径するテーパ外面を有し、
   前記連結ピースは、前記テーパ外面に径方向で対向する内周面に、前記テーパ外面に摺接するように上方に向けて拡径するテーパ内面を有し、
   前記テーパ外面と前記テーパ内面とは、回転力を伝達可能に配置されたキーによって相互に結合されており、
   前記インナロータの基端部と前記中間シャフトの先端部とが対向する両端面間には、両端面相互を離隔方向に付勢する前記セラミックス材料製のばね部材が介装されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプ。
5. コールドチャンバー方式の鋳造装置本体と、溶融金属が貯留されるポット内の溶湯中に吸込口が浸漬するように縦置された一軸偏心ねじポンプと、前記鋳造装置本体のスリーブと前記一軸偏心ねじポンプの吐出口とを相互に繋ぐ導入管とを備え、
   前記一軸偏心ねじポンプとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融金属移送用一軸偏心ねじポンプを有することを特徴とするダイカスト鋳造装置。
6. 前記一軸偏心ねじポンプは、前記インナロータを回転駆動するサーボモータと、該サーボモータを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記鋳造装置本体のプランジャによる溶融金属の供給量に基づいて、前記一軸偏心ねじポンプによる溶融金属の供給量を制御する請求項５に記載のダイカスト鋳造装置。

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