JP4273675B2 - 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
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Description
【発明の属する技術分野】
本出願は、本出願と同じ日に出願された、「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。
【0002】
本発明は金属部品を製造する方法及び装置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。
【0003】
【従来の技術】
溶融金属から鋳造金属部品を製造するのに用いられる、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。
【0004】
鋳造金属部品を製造するためのチキソトロピック法は、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3,936,298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。
【0005】
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5−285626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。
【0006】
また、これらのシステムのあるものは、金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。
【0007】
1997年6月12日に出願された、本発明者の同時係属出願である出願番号第08/873,922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。
【0008】
液体状態の溶融金属を用いて作動し、特定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。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、溶融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。
【0010】
本発明の他の目的は、液体状態の溶融金属を用いて作動し、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。
【0011】
本発明のさらに他の目的は、所望の特性の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。
【0012】
本発明のさらに他の目的は、金型への射出に先立って、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。
【0013】
本発明のさらに他の目的は、とりわけ平滑な表面を有する鋳造金属部品を提供することである。
【0014】
本発明のさらに他の目的は、既知のダイキ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。
【0015】
本発明のさらに他の目的は、塗装される前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。
【0016】
本発明のさらに他の目的は、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。
【0017】
【課題を解決するための手段】
以上の、またその他の目的は、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。
【0018】
改良されたシステムはフィーダーを有し、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。
【0019】
上述の工程およびシステムは、重量のばらつきにして±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。
【0020】
さらに、本発明による精密ダイキャスト法は、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。
【0021】
また、本発明による精密ダイキャスト法は、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。
【0022】
加えて、本発明の方法は非常に精密な寸法の鋳造部品を与えることができる。例えば約21.0cm×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。
【0023】
さらに付け加えるべき本発明の目的および利点は、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。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下の好ましい実施例の説明においては、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。
【0025】
ここに用いられる“溶融金属”および“溶融材料”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。
【0026】
特に断らない限り、“a”および“an”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。
【0027】
以下における好ましい実施例の説明において言及される、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。
【0028】
第1図は本発明の第一の実施例による射出成形システム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25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21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21を動かして、追加のMg合金をフィーダー23に供給させる。
【0029】
好ましくは、1回の射出サイクル(またはショット)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。
【0030】
フィーダー23はさらにフィルター24を有している。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。
【0031】
フィーダー23、予熱タンク19、および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。
【0032】
次いで、溶融金属は重力でフィーダーポート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。
【0033】
バルブ17がラム32の外周に設けられていて、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。
【0034】
第2A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。
【0035】
第2A図の閉止位置においては、バルブ17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32a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。
【0036】
図に示されるラム32は尖った先端を有しているが、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。
【0037】
ピストン45が停止した後、ラム32は下方へ前進し、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。
【0038】
各ショットにおいて、溶融金属が射出チャンバー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32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。
【0039】
同時にピストン45は射出チャンバー50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。
【0040】
溶融金属は、射出チャンバー50に収容されている間、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。
【0041】
第1図に示されるように、加熱要素70f−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。
【0042】
バレル30において、 加熱要素70a付近の温度は、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、Mg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。
【0043】
射出チャンバー50において、加熱要素70h、70i、および70j付近の温度は、Mg合金AZ91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30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。
【0044】
これらの場所で上述の温度を用いることによって、 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×29.7cm)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DIN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。
【0045】
第6A図は従来のチキソトロピック法で得られた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。
【0046】
第6B図は本発明の方法で得られたMg合金サンプルの、350倍光学顕微鏡写真を示している。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。
【0047】
第3図はフィーダー23’を有する本発明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21’、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。
【0048】
第4A図はダイ14’から所定距離離れた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。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。
【0049】
第4B図はダイ14’’の右端のすぐ内側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。
【0050】
第4C図はダイ14’’’の端面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。
【0051】
第4D図に示される本発明のさらに他の実施例は、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。
【0052】
ある実施例においては、金属ペレットや金属チップではなく、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。
【0053】
第5A図は、金属インゴット63をフィーダー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)67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。
【0054】
第5B図は、金属インゴット63をフィーダー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81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。
【0055】
他の別法の実施例(図示せず)においては、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。
【0056】
第5B図のホールディングチャンバー86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23’’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)。
【0057】
第5B図に示されるメルトチャンバーも、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24’’、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。
【0058】
別法として、第5C図に示される真空ポンプ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86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。
【0059】
第5D図に示されるように、不活性ガス遮蔽膜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、CO2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5D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。
【0060】
第5E図および第5F図は、第5A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。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5B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、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。
【0061】
第5G図及び第5H図は、第5E図および第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。
【0062】
第5I図は、第5A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。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76、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81’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23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86と併用されてもよい。これは第5J図に示されている。
【0063】
第5J図はインゴットをホールディングチャンバー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101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106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102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101が上昇し、かくして工程が繰り返される。
【0064】
連結具104はボルトであってもよく、プ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。
【0065】
好ましくは、リフト部材105の動きはド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。
【0066】
第5K図はフィーダー23の他の実施例を示しており、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27’’’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。
【0067】
第7A図は本発明の別法の側面図を示しており、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。
【0068】
第7A図に示されるように、バルブ17の内側を通る領域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39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30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。
【0069】
第8A−D図は、射出チャンバー50’の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46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30’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。
【0070】
第8B図は射出チャンバー50’の作動の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。
【0071】
第8C図は射出チャンバー50’の作動の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。
【0072】
第8D図は射出チャンバー50’の作動の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。
【0073】
第8D図に示される段階の後、ラム32お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58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。
【0074】
別法として、内側ピストン部分46が、第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46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。
【0075】
さらにまた、第8A−D図に示される装置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。
【0076】
しかしながら、第8A−D図のピストンの内側部分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。
【0077】
第10図は本発明の他の実施例を示している。この実施例においては、追加のガス出口ポート110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111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。
【0078】
第11A図及び第11B図はピストン作動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。
【0079】
第8A−D図に示されるような二分割ピス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。
【0080】
第12A図は本発明によるバレルの他の実施例を示している。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30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。
【0081】
第1−12図に示されるすべての実施例は、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。
【0082】
本出願は米国仮出願第60/080,078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。
【0083】
本発明による個々の実施例を上に図示および説明したが、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は本発明の一実施例による射出成形システムの概略斜視図である。
【図2A】第2A図はラム上のバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはバルブの右側の場所に溶融金属が流れるのを防ぐ位置にある。
【図2B】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。
【図2C】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状態である。
【図2D】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状態である。
【図3】第3図はフィーダータンクの別法の実施例の側面図である。
【図4A】第4A図はノズルシャットオフプレートの実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。
【図4B】第4B図はノズルシャットオフプレートの別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。
【図4C】第4C図はダイアセンブリーの別法の実施例の正面図であり、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。
【図4D】第4D図はシャットオフプレートガイドおよ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。
【図5A】第5A図は本発明の装置に金属インゴットを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5B】第5B図は装入システムの他の実施例の側面図であり、シーリングドアを含んでいる。
【図5C】第5C図は装入システムの他の実施例の側面図であり、真空ポンプを含んでいる。
【図5D】第5D図は装入システムの他の実施例の側面図であり、不活性ガス遮蔽膜を含んでいる。
【図5E】第5E図は本発明の装置に金属インゴットを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。
【図5F】第5F図は本発明の装置に金属インゴットを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。
【図5G】第5G図は本発明の装置に金属インゴットを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。
【図5H】第5H図は本発明の装置に金属インゴットを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。
【図5I】第5I図は本発明の装置に金属インゴットを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。
【図5J】第5J図は装入システムのコンベヤーに金属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。
【図5K】第5K図はフィーダーの実施例の側面図であり、実質的に垂直な、出口仕切りロッドを使用している。
【図6A】第6A図は先行技術の方法によって作られた金属サンプルの光学顕微鏡写真である。
【図6B】第6B図は本発明の方法によって作られた金属サンプルの光学顕微鏡写真である。
【図7A】第7A図は本発明の実施例による射出成形シ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。
【図7B】第7B図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図7C】第7C図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図7D】第7D図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図7E】第7E図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図7F】第7F図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図7G】第7G図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図8A】第8A図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図8B】第8B図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図8C】第8C図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図8D】第8D図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図9】第9図は先行技術の射出ノズルにおけるプラグ形成を示す側面図である。
【図10】第10図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、出口ポートを含んでいる。
【図11A】第11A図はピストンの動作の別法の側面図である。
【図11B】第11B図はピストンの動作の別法の側面図である。
【図12A】第12A図はバレルの実施例の側面図であり、二分割ラムを含んでいる。
【図12B】第12B図はバレルの実施例の側面図であり、二分割ラムを含んでいる。
Claims (19)
- 金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属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その軸方向に動いて、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とを備えてなり、
該ピストンは、
(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すると共に、
(b)前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
該ラムは、回転して溶融金属の撹拌を行うことができると共に、前進して該出口ポートを閉鎖することができるものであることを特徴とする
金型中に溶融材料を射出する装置。 - 前記ラムがその外周にバルブを有し、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1に記載された装置。
- 前記ラムがフィンを有する、請求項1に記載された装置。
- 前記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1に記載された装置。
- 前記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1に記載された装置。
- 前記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1に記載された装置。
- 前記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1に記載された装置。
- 金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属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その軸方向に動いて、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とを備えてなり、
該ピストンは、
(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すると共に、
(b)前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
前記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、金型中に溶融材料を射出する装置。 - 前記ガス出口ポートが、
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)ガス通過性を有しかつ液体を通過させない材料に接続された、第二のチャンバーの壁の開口部、
のうち少なくとも一つよりなる、請求項8に記載された装置。 - フィーダーポートによって該第一のチャンバーに接続されたフィーダー;および、
該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1に記載された装置。 - 金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属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その軸方向に動いて、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とを備えてなり、
該ピストンは、
(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すると共に、
(b)前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
さらに、フィーダーポートによって該第一のチャンバーに接続されたフィーダー、該フィーダー用の少なくとも1個の加熱要素、及び該フィーダーと連通する第三のチャンバーを有しており、
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前記第三のチャンバーへ移送するためのコンベヤーを有しており、
該エレベーターが、
プラットフォームベース;
少なくとも1個の回転可能のプラットフォームトップ;
該プラットフォームトップの一端部を該プラットフォームベースに回転可能に結合する少なくとも1個の連結具;および、
該プラットフォームトップの他端部を持ち上げて、該プラットフォームトップを連結具を中心として回転させるリフト部材、
を有する、金型中に溶融材料を射出する装置。 - 金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属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その軸方向に動いて、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とを備えてなり、
該ピストンは、
(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すると共に、
(b)前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
さらに、フィーダーポートによって該第一のチャンバーに接続されたフィーダー、及び該フィーダー用の少なくとも1個の加熱要素を有しており、
該フィーダーが、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、金型中に溶融材料を射出する装置。 - 該フィルターが格子、または少なくとも1本の垂直のロッドを有する、請求項12に記載された装置。
- 金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属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その軸方向に動いて、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とを備えてなり、
該ピストンは、
(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すると共に、
(b)前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
前記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姿勢をとることが可能である、金型中に溶融材料を射出する装置。 - 金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属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その軸方向に動いて、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とを備えてなり、
該ピストンは、
(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すると共に、
(b)前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
前記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、金型中に溶融材料を射出する装置。 - 金型中に金属を射出する方法であって;
水平方向に対して傾斜した第1のチャンバーの上部に該金属を導入する工程;
該金属が該第1のチャンバー内において、液体状態にて存在するように該第1のチャンバー内の金属を加熱する工程;
該第1のチャンバー内の攪拌要素を回転させることによって該第1のチャンバー内の金属を混合する工程;
該液体金属を、重力、ラムの押し込みによる吸引及びピストンの後退によって、該第1のチャンバーの下部と第2のチャンバーの部分との間のポートを通して、該第1のチャンバーの上部よりも下位に配置された第2のチャンバーに移す移送工程;及び、
該液体金属を第2のチャンバーから金型中に射出する工程、
を有しており、
重力、ラムの押し込みによる吸引及びピストンの後退によって第2のチャンバー内に流れ込む液体金属が、該第2のチャンバー内に存在する少なくとも1種の気体の少なくとも一部を第2のチャンバーの外部に押し出す、金型中に金属を射出する方法。 - 前記金属がマグネシウム合金である、請求項16に記載された方法。
- 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16に記載された方法。
- 請求項18に記載の方法により製造された金属鋳造部品。
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