JP3568381B2 - 金属溶湯用ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属溶湯用ポンプに関し、詳しくは、ピストンの往復駆動によってシリンダ内の作動室から送出される金属溶湯を外部に案内する排出管を備え、前記シリンダと前記排出管とを夫々実質的にセラミック系材料で形成してあるピストン式の金属溶湯用ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属溶湯用ポンプにおいては、アルミニウムダイキャスト用の溶湯ポンプを例に挙げれば、図１１に示すように、ポンプ本体Ｐは、上下姿勢に保持金具２０によって保持炉４０の炉蓋４１に取付けあり、その下部が溶湯表面下に浸漬する状態で設けられた窒化珪素製のシリンダ１と、これに上下摺動自在に内嵌する同じく窒化珪素製のピストン１４と、前記シリンダ１内の作動室５に連通する吸入口１２及び排出口１ｂとを備えている。前記保持金具２０の上部には、ピストン駆動機構２２を支持する支持構造２１を設けてある。ここに支持された前記ピストン駆動機構２２は、上下方向に取付けられた複動型のシリンダ装置からなり、内部に同じく復動型のシリンダ装置で構成された弁操作機構２４を備えている。前記排出口１ｂは、前記シリンダ１に設けられ、排出管１０内の排出路に開口している。この排出管１０は、その一端側を前記シリンダ１の排出口１ｂに位置を合わせて、セラミック系接着剤を用いて前記シリンダ１に接着してあり、他端側は前記炉蓋４１に別途保持されていた。尚、この項の説明並びに図１１においては、後述の実施例のための各図面中の要素と同じ要素及び同等の機能を有する要素に関しては、同一の符号を付して、説明の重複を避けるためにその説明を一部省略し、後記実施例の説明に譲る。
【０００３】
前記作動室５は、前記シリンダ１内に、前記シリンダ１の内壁との間を夫々ほぼシール状態で取付けられた窒化珪素製の円環状の上部シール５１と、同じく窒化珪素製の円環状の下部シール５３との間に区画して形成されており、前記上部シール５１と前記下部シール５３とに前記ピストン１４のピストン軸部１４ｂが上下摺動可能に内嵌されており、この摺動面間からの僅かの金属溶湯の漏れを許容するようにしている。さらに、前記上部シール５１の上部には、前記シリンダ１に内挿された、これもセラミック製のスペーサ筒８が設けられており、前記スペーサ筒８は、前記保持金具２０の円形の貫通孔の内周部に取付けられていて、前記上部シール５１はこのスペーサ筒８によって位置決めされ、さらに、前記下部シール５３は、前記上部シール５１との間に介装された前記排出部スペーサ５２によって位置決めされるようになっている。前記下部シール５３の下面にあたる位置には、前記シリンダ１の内面に段差を設けてあり、この段差部を前記下部シール５３に対する接当面に形成してあるので、粉体焼結成形されるセラミック材料で各部品を構成してある金属溶湯用ポンプは、前記シリンダ１内に、上から前記ピストン１４及び下部シール５３、排出部スペーサ５２、上部シール５１、スペーサ筒８を順に挿入し、前記段差部によって前記下部シール５３を位置決めして、組み合わせることにより無理無く簡単に組み立てられる構造にしてあった。
【０００４】
さらに、前記シリンダ１は、上端部端縁が鍔状に周囲に延出されており、この延出部に前記保持金具２０が気密に取付けてあり、前記シリンダ１の下端部には、中央部に円形の摺動孔を開口した底板を備え、その上方空間を前記排出口１ｂと隔離する前記下部シール５３との間に前記作動室５を形成している。前記作動室５内には前記ピストン１４のピストン部１４ａが上下摺動自在に内嵌されており、前記作動室５は、前記ピストン部１４ａによって上下に区画され、前記ピストン部１４ａの下方の第一作動室５Ａと、前記ピストン部１４ａの上方の第二作動室５Ｂとに分割構成されている。
【０００５】
前記ピストン１４を上下摺動操作するピストン軸部１４ｂは中空の管状体で構成され、ピストン部１４ａの下方にも前記ピストン軸部１４ｂが延出してあり、前記シリンダ１の下端部の前記摺動孔に、前記延出したピストン軸部１４ｂが上下摺動自在に内嵌されている。前記ピストン軸部１４ｂ内には摺動弁体１９が上下摺動自在に内嵌して設けてあり、前記両作動室５Ａ，５Ｂの何れかと前記吸入口１２とを連通する第一状態と、前記両作動室５Ａ，５Ｂの何れかと前記排出口１ｂとを連通する第二状態とに切換え可能に、前記摺動弁体１９に弁内流路１３ａを設けてある。前記第一状態と第二状態との切り替えは、前記ピストン駆動機構２２内に備えるエアシリンダから成る弁操作機構２４の操作装置に操作軸２５の上下動作によって行われる。前記ピストン軸部１４ｂと前記ピストン駆動機構２２の駆動軸２３とは、前記ピストン軸部１４ｂの上端に張出形成された鍔部を前記駆動軸２３の下端部に備える連結機構で挟み付けて連結されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の金属溶湯用ポンプにおいては、排出管１０が、例えば図１１に示したように、その一端側を前記シリンダ１の排出口１ｂに位置を合わせて、セラミック系接着剤を用いて前記シリンダ１に接着されており、他端側は前記炉蓋４１に別途保持されている関係上、前記接着された排出管１０の前記シリンダ１への取付部が強度的な不安が残っている。つまり、前記排出管１０の端部だけを前記シリンダ１の外周面４に接着してあるだけであり、接着面積を大きくできないから、セラミック系接着剤の高強度のものを用いたにしても、十分な接着強度を期待し難く、しかも、他端側が別途炉蓋４１に保持されているから、アルミニウム溶湯中に浸漬される部分の排出管１０の温度上昇と前記炉蓋４１部の温度上昇との差によって、熱膨張差を生ずるから、極僅かではあっても相対移動が起こり、前記接着部に内部応力を生ずる結果、前記排出管１０と前記シリンダ１の外周面４との接着部に剥離を生ずる可能性があり、もしも前記排出管１０が前記シリンダ１から外れると、金属溶湯を搬送先に供給できなくなるという問題を有していた。
そこで、本発明の金属溶湯用ポンプは、上記の問題点を解決し、その保持機構を簡単にしながら、排出管のポンプ本体への取り付け状態を安定に維持することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔特徴構成〕
上記の目的のための本発明の金属溶湯用ポンプの第１特徴構成は、請求項１に記載の如く、排出管を、シリンダの周部に沿わせると共に接触させて一体に保持して、ポンプ本体に固定してある点にある。
【０００８】
〔各特徴構成の作用効果〕
上記第１特徴構成によれば、排出管全体を確実にポンプ本体に保持できるようになる。つまり、排出管とシリンダとの間の接触面を大きくとれるから、前記排出管の前記ポンプ本体に対する姿勢を安定して維持でき、しかも、接着すれば、接着面積を大きくできるから、前記排出管を前記シリンダに強固に取り付けることができるようになる。しかも、従来のように前記排出管の他端側を別途保持する必要がないので、ポンプの保持のための保持機構が簡単になる。殊に、密度が大で、溶融温度の高い金属溶湯を搬送する場合には、搬送に伴う前記排出管への動的負荷が無視できなくなるから、前記排出管を前記シリンダの外周面から離間させようとする外力が大きくなり、上記の嵌合連結部材による前記排出管の前記シリンダへの取付状態の拘束は特に効果的である。
その結果、その保持機構が簡単でありながら、排出管のポンプ本体への取り付け状態が安定に維持できるようになった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記本発明の金属溶湯用ポンプの実施の形態について、後記実施例に説明するアルミニウムダイキャスト用溶湯ポンプの例を基に、図１、図２、図５及び図８を参照しながら以下に説明する。尚、前記従来の技術において説明した要素と同じ要素並びに同等の機能を有する要素に関しては、先の図１１に付したと同一の符号を付してある。
【００１０】
上記溶湯ポンプは、図１示すように、シリンダ１と、ピストン１４とを備える単動ピストンポンプで構成されたポンプ本体Ｐを、前記ポンプ本体Ｐから送出する金属溶湯を排出する排出管１０を一体に保持した状態で、前記シリンダ１が縦方向に、且つ、その下部を金属溶湯を貯留する容器、例えば保持炉４０内の前記金属溶湯中に浸漬するように、前記容器の蓋、例えば炉蓋４１に取り付けて用いるもので、主要部をセラミック材料で形成される。前記ポンプ本体Ｐは、耐熱性、耐久性を維持するために、前記シリンダ１及び前記ピストン１４、排出管１０等の金属溶湯と接触するポンプの主要部をセラミック材料で形成する。セラミック材料としては、窒化珪素系セラミック材が熱的安定性、耐食性、耐久性、強度の各面から好適に用いられる。勿論、他の炭化珪素系、硼化珪素系、硼窒化珪素系等の珪素系セラミック材料、高純度アルミナ等のアルミニウム系セラミック材料等の窯業系材料も使用可能である。
【００１１】
前記ポンプ本体Ｐは、作用説明図である図８に示すように、前記排出管１０と一体に形成してあり、前記シリンダ１内に、ピストン１４を収容し、そのピストン１４が往復駆動されることにより、吸入行程で金属溶湯を吸入し、加圧行程で吸引した金属溶湯を加圧して前記排出部６から送出する作動室５を設け、前記作動室５から前記排出部６を経て排出される金属溶湯を、前記排出管１０から供給先、例えばダイキャスト装置に加圧供給できるように、前記ポンプ本体Ｐは、前記排出管１０と一体にした状態で、前記容器４０の蓋４１に取り付けられるように構成する（例えば図５参照）。尚、前記ピストン１４はピストン部１４ａと作動軸であるピストン軸部１４ｂとを一体形成して、前記ピストン軸部１４ｂは、前記ピストン１４を駆動する金属製の駆動軸２３と連結し、ピストン駆動機構２２からの駆動力を前記ピストン１４に伝達するように構成すれば（例えば図２、３参照）、簡単な構造で、取り扱いが容易になる。また、前記ピストン１４内には、吸入行程では前記容器から金属溶湯を前記作動室５内に吸入し、加圧行程では前記作動室５内に吸入した金属溶湯を前記排出部６から前記排出管１０に加圧送出するように、ポンプ内流路１３を切り替える摺動弁体１９を備えて、往復操作される切替弁１７を組み込んで切替弁機構を構成することができる。その摺動弁体１９は、これに連続する軸部１８と共にセラミック材料で形成したセラミック本体部２９を形成してけばよく、前記軸部１８を金属製の弁操作機構２４の操作軸２５に連結するように構成すればよい。
【００１２】
前記ポンプ本体Ｐは、図１に示すように、前記シリンダ１をその上端部で保持する保持金具２０で前記容器４０の蓋４１に固定して、その上に支持構造２１を設けて、ピストン駆動機構２２及び前記摺動弁体１９の弁操作機構２４を前記蓋４１上に固定して取り付ける。前記保持金具２０は、前記排出管１０を、前記ポンプ本体Ｐのシリンダ１の周部に沿わせ、且つ、前記外周面４に接触させて一体に保持するように構成する（図５参照）。
【００１３】
前記排出管１０は、図５に示すように、前記シリンダ１の外周面４に沿う本体接当面１０ａを形成して前記ポンプ本体Ｐに、前記本体接当面１０ａを前記シリンダ１の外周面４に沿わせて前記ポンプ本体Ｐと一体に取り付ける。前記本体接当面１０ａを前記外周面４にセラミック系接着剤で接着してあることが好ましい。このポンプ本体Ｐに一体に取り付けられた排出管１０を係合固定する嵌合連結部材１１を前記シリンダ１に外嵌固定してあればさらによい。例えば前記排出管１０の前記排出部６に接続する下端部外面には、丸孔からなる係止凹部１０ｂを被係止部として設けておき、前記嵌合連結部材１１の上面に円柱状の係止突起１１ａを形成して、前記シリンダ１に前記嵌合連結部材１１の係止部を前記排出管１０の被係止部に係入させ、前記嵌合連結部材１１を前記シリンダ１に固定する。このように構成してあれば、前記排出管１０と前記シリンダ１の外周面４との取り付けを補強するものとなる。
【００１４】
前記排出管１０を前記シリンダ１に接着固定する場合に使用するセラミック系接着剤としては、スミセラム（朝日化学工業製）、アロンセラミック（東亜合成化学製）等が好適に使用可能である。
【００１５】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
〈１〉上記実施の形態に於いては、縦置きの単動ピストンポンプの排出管を固定する例について説明したが、ポンプの姿勢は縦置きに限るものではなく、任意の姿勢で使用されるポンプポンプであってよい。また、ポンプの形式も単動ピストンポンプに限らず、復動ピストンポンプにも適用可能である。
【００１６】
〈２〉上記実施の形態に於いては、排出管１０を、前記シリンダ１の外周面４に沿う本体接当面１０ａを形成して前記ポンプ本体Ｐに、前記本体接当面１０ａを前記シリンダ１の外周面４に沿わせて前記ポンプ本体Ｐと一体に取り付ける例について説明したが、前記本体接当面１０ａを前記外周面４に沿わせて形成する代わりに、前記シリンダ１の外周部と前記本体接当面１０ａとに互いにに沿う面を形成するようにしてあってもよい。例えば、図９に示すように、前記外周部に平面的に形成された接当面１ｃを形成し、前記本体接当面１０ａをこの接当面１ｃに沿う面に形成してあってもよい。
【００１７】
〈３〉尚、前記本体接当面１０ａを前記外周面４にセラミック系接着剤で接着してあることが好ましいとしたが、他の固定手段を用いて接着しないように構成してもよい。例えば、上記図１０に示すように、前記シリンダ１の接当面１ｃの下端部から前記排出間１０を載置可能な受面を形成して、前記受け面に、前記排出管１０の下端部に形成した凹溝からなる係止凹部１０ｂに係入する凸条からなる係止凸部１ｄを形成して、前記係止凸部１ｄと前記係止凹部１０ｂとの係合により、前記排出管１０の下部を前記シリンダ１に固定し、前記排出管１０の上部は、上記実施の形態で説明した保持金具２０で固定するようにすることができる。前記排出管１０内の流路と前記シリンダ１の排出口１ｂとの間は、例えば、図示のようなシールリング３２を流路接続部に介装することでその漏れ止めをすればよい。
【００１８】
〈４〉尚、上記図９及び１０には、接当面１ｃを、シリンダ１の外周面４よりも高く形成したものを図示したが、前記外周面４を削ることで形成してあってもよい。また、前記接当面１ｃ及び前記本体接当面１０ａは、曲面で形成してあってもよく、屈曲平面で形成してあってもよい。殊に、前記接当面１ｃ及び前記本体接当面１０ａを屈曲平面で形成すれば、両者の横方向の位置合わせが容易となる。さらに、図示のように、前記凸条からなる係止凸部１ｄと前記凹溝からなる係止凹部１０ｂとを係合させれば、ピンを係合させる場合に比して係合強度を高くすることができるが、この場合にも上記実施形態で説明した嵌合連結部材１１に形成した係止突起１１ａのような係止凸部１ｄを前記係止凹部１０ｂに係合させるようにしてあってもよい。当然ながら、両者の凹凸関係は逆であってもよい。さらに、前記係止凸部の代わりに、前記シリンダ１に形成した受面と前記排出管１０とに係止凹部を形成して、両係止凹部に係止部材を係合させてもよく、前記受面の下方から貫通するピン穴を穿って、係合ピンを挿通してもよい。
【００１９】
〈５〉上記〈４〉に示した形態に代えて、前記シリンダ１に形成する接当面１ｃに係止凹部を設け、前記排出管１０にその係止凹部に係入する係止凸部を形成して、前記シリンダ１と前記排出管１０とに同時に外嵌する外嵌結合部材で両者を固定するようにしてあってもよい。尚、この場合には、前記外嵌結合部材の代わりに前記シリンダ１と前記排出管１０とを接着するようにしてもよい。
【００２０】
【実施例】
上記本発明の金属溶湯用ポンプの実施例として、アルミニウムダイキャスト用溶湯ポンプの例について、以下に、図面を参照しながら説明する。尚、前記従来の技術における要素と同じ要素並びに同等の機能を有する要素に関しては、先の図１１に付したと同一の符号を付してある。
【００２１】
機能説明図として図８に示したように、金属溶湯ポンプは、シリンダ１と、ピストン１４とを備える単動ピストンポンプで構成されたポンプ本体Ｐを、前記シリンダ１が縦方向に、且つ、その下部を金属溶湯であるアルミニウム溶湯中に浸漬するように、前記アルミニウム溶湯の温度を維持する保持炉４０の炉蓋４１に取り付けてある。前記ポンプ本体Ｐの排出部である溶湯排出部６には、排出管１０を取り付けて、アルミニウム溶湯を前記炉蓋４１の上方に案内して、ダイキャスト装置に供給するように構成してある。前記シリンダ１内には、前記ピストン１４を収容し、そのピストン１４が往復駆動されることにより、吸入行程でアルミニウム溶湯を吸入する作動室５を設けてあり、加圧行程で前記作動室５内に吸引したアルミニウム溶湯を加圧して、前記溶湯排出部６から、前記排出管１０を経て前記ダイキャスト装置にアルミニウム溶湯を加圧供給できるように構成してある。前記シリンダ１及び前記ピストン１４等のアルミニウム溶湯と接触する溶湯ポンプの主要部はセラミック材料で形成してある。その吸入行程は同図（イ）の状態から開始して、同図（ロ）の状態で完了し、それに引き続く加圧行程つまり排出行程は、同図（ハ）の状態から開始して、同図（ニ）の状態で完了する。そして、図１に示すように、前記ピストン１４はピストン部１４ａと作動軸３３であるピストン軸部１４ｂとを一体形成してあり、前記ピストン軸部１４ｂは、前記ピストン１４を駆動する金属製の駆動軸２３と連結して、ピストン駆動機構２２からの駆動力を前記ピストン１４に伝達するように構成してある。さらに、前記ピストン１４内には、吸入行程では前記保持炉４０からアルミニウム溶湯を前記作動室５内に吸入し、加圧行程では前記作動室５内に吸入したアルミニウム溶湯を前記溶湯排出部６から排出管１０に加圧送出するように、ポンプ内流路１３を切り替える摺動弁体１９を備えて、往復操作される切替弁１７を組み込んで切替弁機構を構成してある（図２参照）。その摺動弁体１９は、これに連続する軸部１８と共にセラミック材料で形成したセラミック本体部２９を形成しており、前記軸部１８を金属製の弁操作機構２４の操作軸２５に連結してある。
【００２２】
前記ポンプ本体Ｐは、前記シリンダ１をその上端部で保持する保持金具２０で前記保持炉４０の炉蓋４１に固定してあり、その上に支持構造２１を設けて、前記ピストン駆動機構２２及び前記摺動弁体１９の弁操作機構２４を前記炉蓋４１上に固定してある。前記保持金具２０は、前記排出管１０の保持金具をも兼ねており、前記ポンプ本体Ｐと前記排出管１０とを一体に保持している（図５参照）。尚、前記排出管１０は、前記シリンダ１に接触させて一体に保持して、前記ポンプ本体Ｐに固定される。
【００２３】
図２に示すように、前記シリンダ１は、窒化珪素系セラミック材を成形燒結した直円筒からなり、作動室５の上方にテーパ部１ａを設けて、上方の内径をシリンダ径よりも大きく仕上げてある。このような形状により、前記シリンダ１の下端部に、前記ピストン１４が出退自在な開口部２が形成される。そして、図２及び図３に示すように、前記シリンダ１の下部に前記ピストン部１４ａを配置して、前記ピストン部１４ａに対して、前記開口部２の反対側に金属溶湯を吸排する作動室５を形成して、単動ピストンポンプに構成してある。そして、前記ピストン部１４ａは、その吸入行程の吸入死点において、前記ピストン部１４ａの前記開口部２側の開放側端部１５が、前記開口部２外に位置するように構成してある。このような構成により、前記ピストン部１４ａが引退している間は、前記シリンダ内壁３の前記ピストン部１４ａの前記開口部側の端部までは前記保持炉４０内に貯留されているアルミニウム溶湯に接して、前記貯留されているアルミニウム溶湯によって洗われ、且つ、前記ピストン１４の吸入行程の際に、前記ピストン部１４ａと前記シリンダ１との間に介在する異物は、前記シリンダ内壁３と前記ピストン部１４ａの外周面との間から前記アルミニウム溶湯中に排出される。さらに、吸入死点においては前記ピストン部１４ａの前記開放側端部１５の外周部も前記アルミニウム溶湯に接して洗われるから、前記ピストン部１４ａの前記開口部２側からは確実に前記ピストン１４と前記シリンダ１との間に介在する異物は排出除去される。さらに、前記前記作動室５の、前記ピストン１４の加圧行程における加圧死点側の加圧側端部５ａに、シリンダ内壁３の内径を拡径した内径拡大部３ａを形成してある。この内径拡大部３ａは、前記ピストン部１４ａと前記シリンダ内壁３との間に介在する異物を前記ピストン１４の吸入行程の際に排出させる異物排出空間として作用し、排出された異物を一時貯留する働きを有するもので、前記異物は、前記ピストン１４の吸入行程の際に、吸入される金属溶湯の流動に伴い除去され、吸入された被搬送物と共に排出される。
【００２４】
前記作動室５は、前記テーパ部１ａに内嵌自在なテーパ面６ｂを外周に形成した、前記シリンダ１とは別体に形成された溶湯排出部６を、上方から前記シリンダ１に挿入内嵌して、前記溶湯排出部６の下部の壁で上部隔壁を形成し、前記上部隔壁と前記ピストン部１４ａの上面との間に形成してある。この溶湯排出部６は、円筒状に形成された前記シリンダ１と同材の燒結材からなり、外周面を前記テーパ面６ｂに形成し、内径を前記ピストン軸部１４ｂが摺動嵌合するように定めた案内部６ｃを形成して、その内周面を上下端部を除いて拡径してある。この拡径部６ａがこの溶湯排出部６におけるポンプ内流路１３となり、前記拡径部６ａの上下の前記案内部６ｃの内周面が前記ピストン軸部１４ｂの案内面となる。前記下側の案内部６ｃが前記作動室５の上部隔壁を形成している。そして、前記シリンダ１に開口部２を設けた構成と、この溶湯排出部６の構成により、前記ピストン１４は、前記開口部２から前記ピストン軸部１４ｂを前記案内面内に挿入し、上方に配置したピストン駆動機構２２と連結すれば、ポンプを構成できるのである。従って、この溶湯ポンプのピストン１４は、ポンプ本体Ｐを解体することなく、前記ピストン駆動機構２２との連結を解けば、前記開口部２から前記シリンダ１の下方に抜き出すことができるのである。尚、前記溶湯排出部６は、その上方の、同質のセラミック材料で形成された上部蓋体７との間に、同様に同質材で形成されたスペーサ筒８を介装して前記シリンダ１に取り付けるようにしてあり、前記上部蓋体７の下面と前記溶湯排出部６の上面とには、前記スペーサ筒８の上下に形成された係合突起を係入させる係止切欠を形成してあり、相互の回転を防止するように構成してある。前記ポンプ本体Ｐを構成する前記上部蓋体７と前記シリンダ１とは一体に前記保持金具２０によって前記保持炉４０の炉蓋４１に固定される。前記溶湯排出部６と前記シリンダ内壁３との間及び前記案内部６ｃの内周面と前記ピストン軸部１４ｂとの間のシール及び潤滑には、金属溶湯である溶融金属を利用するように構成してある。つまり、溶融金属の表面張力の高いことと粘性の低いことを利用して、シールすべき隙間に溶融金属を一部侵入させて封止体とし、その一部侵入した溶融金属によって前記案内部６ｃにおける潤滑を図るものである。このために、前記溶湯排出部６の上方の、溶融金属液面の下方に、前記シリンダ１と前記スペーサ筒８との前記保持炉４０内のアルミニウム溶湯の湯面Ｓより低い位置に溶湯流入口Ｈを形成し、積極的に前記溶湯排出部６の上方に溶融金属の流入を促し、流入した溶融金属によって前記作動室５の上方を封止するようにしてある。
【００２５】
前記ピストン１４は、軸断面をＴ字状に形成して、前記ピストン部１４ａに連続する前記ピストン軸部１４ｂを一体形成したもので、前記ピストン１４には、後述のように、切替弁機構を内部に形成可能に、前記往復操作される切替弁１７の摺動弁体１９に対する円筒状の弁座１６と、これに連続する前記切替弁１７の軸部１８を内挿して案内する円筒状空間と、前記弁座１６の内方に形成される弁内流路１３ａを前記作動室５に連通させるピストン内流路１３ｂと、前記弁内流路１３ａを前記溶湯排出部６に連通させる吐出開口９とを備えている。このピストン部１４ａの外径は、前記シリンダ内壁３の内径より僅かに小径にしてあり、前記シリンダ内壁３に対して容易に低抵抗で摺動できるようにしてある。これは、金属溶湯が溶融アルミニウムであり、その表面張力が高いことを利用して、通常のピストンポンプにおけるピストンリングを設けないようにしたものである。この構成により、ピストン１４の燒結による形成が極めて容易になり、リング溝の研削加工等の加工工程を大幅に削減してある。尚、前記ピストン部１４ａと前記シリンダ１内周面との間の隙間が適当な間隙寸法であれば、前記ピストン部１４ａと前記シリンダ１との間に僅かにアルミニウム溶湯が侵入し、これが潤滑剤として機能すると共に、ピストンリングと同様のシール効果も発揮するのである。尚、前記ピストン部１４ａからピストン軸部１４ｂにわたって形成される円筒状の空間と、前記ピストン内流路とは、前記ピストン１４の燒結に際して、適宜中子を使用することにより形成可能である。
【００２６】
前記切替弁１７は、図２〜４に示すように、ピストン１４内部に形成される円筒状の弁座１６に対して往復摺動操作される、棒状のセラミック本体部２９の内部に金属製の内嵌棒状体３０を内嵌挿通して形成されたセラミック製の軸部１８の端部に摺動弁体１９を形成して構成したものであり、前記摺動弁体１９は、中間部の周面を縮径した円柱体で形成され、前記ピストン１４内に円筒形内面で形成された前記弁座１６に内嵌し上下に摺動するように構成して、前記中間部の縮径した周面と前記弁座との間に前記弁内流路１３ａを形成してある。そして、吸入行程では、前記摺動弁体１９は最低位、即ち前記ピストン軸部１４ｂの所定の位置に前記溶湯排出部６に向けて開口する吐出開口９を前記摺動弁体１９の上端部で形成される第一弁部１９ａにより閉塞する吸入位置に位置し、同時に、前記摺動弁体１９の下端部で形成される第二弁部１９ｂは、その吸入位置で、前記弁座１６即ち前記ピストン部１４ａから外方に離間して、前記弁内流路１３ａを前記アルミニウム溶湯内に連通させるように構成してある。また、吐出行程では、前記摺動弁体１９は最高位、即ち前記第二弁部１９ｂが前記ピストン１４内部に収まって前記弁内流路１３ａと前記保持炉４０内のアルミニウム溶湯との流通を断ち、同時に前記吐出開口９を前記弁内流路１３ａに開口させるように、前記第一弁部１９ａは前記吐出開口９よりも上方に位置する吐出位置に位置を切り替えられるように構成してある。上記のように前記第二弁部１９ｂが前記ピストン１４から突出するので、前記第一弁部１９ａと前記第二弁部１９ｂとの間に、前記弁座１６面に沿って摺接して摺動弁体１９を案内する案内突起部１９ｃを、前記縮径した中間部の周方向に複数形成してある（図４参照）。この案内部１９ｃが弁座１６面 に周接していることによって、切替弁１７が吸入位置から加圧位置に切り替わり、前記第二弁部１９ｃがピストン１４内部に引退して、弁座１５に接当するに際して、支障なく移動できる。
【００２７】
前記切替弁１７の動作は、前記ピストン１４の動作と連動させてある。つまり、前記吸入行程では、前記摺動弁体１９は吸入位置、即ち前記第二弁部１９ｂが前記ピストン部１４ａから突出する位置にあり、前記弁内流路１３ａに前記第二弁部１９ｂの上方の中間部の周囲の弁内流路１３ａから前記ピストン１４内に形成されたポンプ内流路１３を通じて前記作動室５内に吸入される（図３参照）。そして、前記加圧行程では、前記摺動弁体１９は吐出位置、即ち前記第二弁部１９ｂが前記ピストン部１４ａ内に位置して、前記弁内流路１３ａを前記アルミニウム溶湯から隔絶すると共に、前記第一弁部１９ａが前記吐出開口９の上方に位置して、前記弁内流路１３ａを前記溶湯排出部６内のポンプ内流路１３に連通させ、前記作動室５内に吸入したアルミニウム溶湯を前記溶湯排出部６を経て前記排出管１０に送り出すように構成されている（図２参照）。従って、吸入行程では、前記ピストン１４内に形成してある前記弁座１６に開口し、且つ、前記ピストン部１４ａの前記作動室５側の面に開口するピストン内流路１３ｂが前記弁内流路１３ａと連通するから、前記保持炉４０内のアルミニウム溶湯は、前記作動室５内に吸入される。また、吐出行程では、前記ピストン内流路１３ｂは、前記吐出開口９に連通しており、前記作動室５に吸入されたアルミニウム溶湯は、前記吐出開口９から前記溶湯排出部６を経て前記排出管１０に加圧送出される。
【００２８】
前記排出管１０の前記ポンプ本体Ｐへの固定には、本発明の特徴とする構成を採用している。つまり、前記排出管１０には、図４に示すように、前記シリンダ１の外周面４に沿う本体接当面１０ａを形成してあり、前記本体接当面１０ａを前記シリンダ１の外周面４に沿わせてセラミック系接着剤で接着されている。そして、図５に示すように、前記溶湯排出部６に接続する下端部には、係合部を成す丸孔からなる係止凹部１０ｂを設けてあり、前記シリンダ１に外嵌固定する嵌合連結部材１１に係合させる。この嵌合連結部材１１との係合は、前記排出管１０と前記シリンダ１の外周面４との接着を補強するものである。
【００２９】
前記嵌合連結部材１１は、前記シリンダ１と実質的に同質材料からなるとともに、円環状に形成して、前記シリンダ１に外嵌自在にしてあり、図４及び図５に示すように、前記排出管１０の係止凹部１０ｂと係合する円柱状突起で形成された係止突起１１ａを備えている。前記嵌合連結部材１１は、前記シリンダ１の下端部から外嵌され、前記係止突起１１ａを前記排出管１０の係止凹部１０ｂに係入させて、前記排出管１０を係合保持した状態でセラミック系接着剤で前記シリンダ１の外周面４に接着固定されている。尚、その保持状態を確実に維持するために、前記外嵌連結部材１１にはピン挿入用のピン穴１１ｂを穿孔し、対応する前記シリンダ１の外周面４にも係合切欠４ａを設けて、係合ピンを挿入して位置を固定するようにしてある。
【００３０】
作動軸３３の一例である前記ピストン軸部１４ｂと前記金属製の駆動軸２３とは、前記ピストン軸部１４ｂがセラミック製であるために脆く、通常の機械的連結、例えばネジ嵌合連結や、フランジ連結が耐久性の面で問題を有していることから、特異な連結方法を採用してある。つまり、図６及び図７に示すように、前記作動軸３３としてのピストン軸部１４ｂの一端側には、前記駆動軸２３に連結する第一連結部２６を構成し、前記駆動軸２３の他端側には、前記ピストン軸部１４ｂに連結する第二連結部２７を構成し、前記両連結部２６、２７の間に係止部材２８を係止させた状態で連結してある。前記第一連結部２６は、前記ピストン軸部１４ｂの一端側の外周部２６ａに第一係止凹部２６ｂを形成して構成してあり、前記第二連結部２７は金属製で、前記駆動軸２３の他端側を前記第一連結部２６に外嵌自在に形成するとともに、その内周部２７ａに第二係止凹部２７ｂを形成して構成してあり、前記係止部材２８は、前記第一係止凹部２６ｂと前記第二係止凹部２７ｂとの間に介在して前記第一連結部２６と前記第二連結部２７との両者に係止するように構成して、前記係止部材２８を前記第二連結部２７と前記第一連結部２６との間に介在させた状態で、前記第一連結部２６に前記第二連結部２７を外嵌して、前記ピストン軸部１４ｂと前記駆動軸２３とを連結してある。具体的には、前記両係止凹部２６ｂ，２７ｂを、前記外周部２６ａと、前記内周部２７ａとに、夫々周方向に連続する断面部分円形状の環状溝で形成し、前記係止部材２８は、例えばコバールのようなセラミック製のピストン軸部１４ｂと熱膨張係数の大差ない低膨張合金製の断面円形の円環を２分割して形成し、前記第二連結部２７も、周方向に２分割してある。前記第二連結部２７は小ネジを用いて一体に結合される。尚、前記係止部材２８及び前記第二連結部２７の分割数は任意であり、３分割でも４分割でもよい。前記両係止凹部２６ｂ，２７ｂとして、前記ピストン軸部１４ｂ、前記駆動軸２３共に、その長手方向に各３条の環状溝を、両軸１４ｂ，２３共に同一間隔で形成してある。尚、この係止凹部２６ｂ，２７ｂは、夫々長手方向に複数形成してあればよく、両者の係止凹部２６ｂ，２７ｂ間に前記係止部材２８を夫々介在させて係止できればよく、２条であっても４条であってもよく、さらに多くの溝を形成してあってもよい。そして、前記各環状溝夫々の間に、３対の前記係止部材２８を夫々介在させて係止するように構成してある。この連結は、前記ピストン軸部１４ｂの第一連結部２６に形成された３条の環状溝夫々に２分割形成された円環からなる各係止部材２８を係止させた状態で、前記２分割された駆動軸２３の第二連結部２７を外嵌し、前記第二係止凹部２７ｂを夫々の係止部材２８に係合させてビスで一体に結合させる。前記第二連結部２７は、前記駆動軸２３の本体部のフランジに連結される（図２参照）。尚、前記駆動軸２３との連結は、どのような連結方法も採用可能である。この駆動軸２３は、図１に示すように、前記炉蓋４１の上に設けられた支持構造２１に支持されるサーボモータを原動機とするピストン駆動機構２２によって駆動され、駆動方向変換機構として、ボールネジを備えるネジ結合を用い、前記駆動軸２３の本体部に取り付け、前記サーボモータの出力軸に雄ねじを螺設して、前記両ネジの谷の間に軸力伝達用の複数のボールを介装し、前記外側ネジを前後駆動してポンプ動作をさせるように構成してある。このために、上下限リミットスイッチを設けて、上下限点夫々で前記サーボモータを反転させるように構成してある。以上のように構成してあるから、前記駆動軸２３と前記ピストン１４とは、係止部材２８を介しての相互の係止状態が軸力を伝達できる構造であるから、前記駆動軸２３からの軸力が十分にピストン１４に伝達され、しかも、セラミック製のピストン軸部１４ｂには曲げ応力が発生しないから、応力集中も避けられるので、前記駆動軸２３と前記ピストン１４との連結部に損傷を生ずるおそれがなくなった。
【００３１】
前記切替弁１７を操作する金属製の操作軸２５は、弁操作機構２４のエアシリンダで押し引き駆動される（図１参照）が、前記切替弁１７の軸部１８は実質的にセラミック材料で構成されており、前記金属製の操作軸２５との連結が、前記ピストン軸部１４ｂと前記駆動軸２３との連結と同様に困難を伴うのに鑑み、ここにも特異な連結構造を採用してある。つまり、図２に示すように、前記連結構造は、セラミック軸として前記切替弁１７の軸部１８と摺動弁体１９とを一体に形成して構成するセラミック本体部２９と、前記セラミック本体部２９にその一端側から内嵌挿通する金属製の内嵌棒状体３０とで構成し、前記内嵌棒状体３０を前記セラミック本体部２９に内嵌挿通した状態で、その他端側に、前記セラミック本体部２９に係止する係止部３０ａを形成し、前記接続部３０ｂに、前記セラミック本体部２９を前記係止部３０ａとの間で前記内嵌棒状体３０に保持する、前記内嵌棒状体３０に螺設された雄ねじに螺合する雌ねじ部材と、前記内嵌棒状体３０に外嵌し、前記雌ねじ部材と前記セラミック本体部２９との間に介装される管状部材とからなる保持機構３１を設けて、前記セラミック本体部２９を前記係止部３０ａに向けて押圧保持し、前記内嵌棒状体３０を、前記操作軸２５に接続してある。具体的には、前記軸部１８と前記摺動弁体１９とを連続して備える前記セラミック本体部２９に、軸方向に貫通する前記内嵌棒状体３０を挿通する挿通孔を設けるとともに、前記挿通孔の他端側、つまり第二弁部１９ｂの前記開口部２側の前記挿通孔の軸断面形状を僅かに張り出したＴ字形に形成して被係止部２９ａを形成し、前記内嵌棒状体３０の他端側も軸断面形状も同様に僅かに張り出したＴ字形に形成して前記係止部３０ａを形成して、前記内嵌棒状体３０を前記セラミック本体部２９の他端側から前記挿通孔に挿通し、前記係止部３０ａを前記被係止部２９ａに係止させる。この状態で、前記内嵌棒状体３０の一端側に前記保持機構３１を止め付けて、前記セラミック本体部２９を前記係止部３０ａに向けて押圧保持して、前記切替弁１７を一体に形成する。そして、前記一体に形成した切替弁１７の接続部３０ｂを、前記操作軸２５にフランジ接続するのである。このように構成したから、前記接続部３０ｂと操作軸２５との接続には、従来から用いられている金属軸同士の接続構造が使用できるようになった。つまり、上記フランジ接続の代わりにネジ接続することも可能であり、また、他の嵌合接続手段を用いることも可能である。前記保持機構３１は、前記内嵌棒状体３０の一端側からスペーサ管を外嵌し、さらに、バネ体を介装して前記内嵌棒状体３０の一端側に螺設された雄ねじにナットを螺合し、前記バネ体の弾力により前記セラミック本体部２９を前記係止部３０ａに向けて押圧保持するのである。前記バネ体としては、複数枚重ねた皿バネが好適に用いられる。
【００３２】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶湯ポンプの実施例の一部切欠側面図
【図２】本発明に係る溶湯ポンプの実施例の構成説明用縦断面図
【図３】本発明に係る溶湯ポンプの実施例の要部縦断面図
【図４】図３に示す溶湯ポンプの平断面図
【図５】本発明に係る溶湯ポンプのシリンダと排出管の組み付け説明用斜視図
【図６】本発明に係る溶湯ポンプの一例を示す要部縦断面図
【図７】図６に示した要部の平断面図
【図８】本発明に係る溶湯ポンプの動作説明図
【図９】本発明に係る溶湯ポンプの他の例を示す要部縦断面図
【図１０】図９のに示した例の要部平断面図
【図１１】従来の溶湯ポンプを説明する縦断面図
【符号の説明】
１ シリンダ
５ 作動室
１０ 排出管
１４ ピストン
Ｐ ポンプ本体

Claims (1)

1. ピストン（１４）の往復駆動によってシリンダ（１）内の作動室（５）から送出される金属溶湯を外部に案内する排出管（１０）を備え、
   前記シリンダ（１）と前記排出管（１０）とを夫々実質的にセラミック系材料で形成してあるピストン式の金属溶湯用ポンプであって、
   前記排出管（１０）を、前記シリンダ（１）の周部に沿わせると共に接触させて一体に保持して、ポンプ本体（Ｐ）に固定してある金属溶湯用ポンプ。

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