JP4751494B2 - 濾過器ボックスおよびその使用方法 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、一般に溶融金属鋳造および濾過の分野に関する。特に、本発明は、溶融金属用の濾過装置に関する。
精錬したアルミニウム鋳物は、例えば、箔、リソシート（ｌｉｔｈｏ ｓｈｅｅｔ）、メモリディスク基板および航空機構成部品などとして金属製容器の中で使用するための良質な原料を生産するために使用される。鋳造工程は、通常、炉を使用して溶融状態にある金属を提供することを含む。それから、溶融金属は、後で鋳造するために、溶融金属を高温で保持するために、鋳造鋳型または二次容器に最終的に送達される。
鋳造工程中のどこかの段階で溶融金属に投入された可能性のあるあらゆる不純物または含有物を取り除くことが望ましい。溶融金属と不純物の間の密度の差異を利用する沈殿晶法および浮遊選鉱法が使用されてきたが、濾過技法がそれらの方法よりはるかに効率的であることはよく認識されている。
溶融金属の濾過は、通常、多孔性の耐火材から形成されている濾過器要素を使用して達成される。溶融金属は、不純物が取り除かれるように濾過器要素を通って誘導される。典型的には、直径が５ミクロンを越える含有物は、良質な用途では溶融金属から濾過される。濾過は、アセンブリが取り除かれた不純物で汚染されると、アセンブリが除去、交換できるように濾過器アセンブリを収容している濾過器ボックスの中に、溶融金属を流すことにより実行できる。同様に、トラフ濾過システムにおいては、平板濾過器は、トラフ内の一種のトラップとして配置される。したがって、溶融金属は、重力によって、トラフを通して流れるときに、プレートを通過する。
鋳造工程で使用されている濾過器アセンブリの設計には多くの注目が寄せられてきた。十分な鋳造空間を提供するために、落下予定地域（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）の床面積、および濾過器アセンブリにより占有されている体積を最小限に抑えることが望ましい。他方、濾過器自体を通る溶融金属の速度を最小限に押さえるためには、濾過器の表面積を最大限にすることが望ましい。最適化されている設計は、落下予定地域、濾過器を通る総流量、および速度という要因を均衡させなければならない。濾過器は、定期的に交換されなければならなため、その費用は、特定の濾過器構造を使用する実行可能性に影響を及ぼす重要な要因である。濾過器を交換しなければならないときに要される鋳造ラインの中断時間も等しく重要である。明らかに、濾過器の交換時間を短縮することにより生産性を高めることができる。このようにして、可能な限り少ない空間を占有しながらも必須スループットを達成する相対的に低価格の濾過装置を提供するために努力がなされてきた。
端板間で接着剤で接合されている複数の管状の濾過器要素から構成されているカートリッジフィルタ装置という形で濾過器アセンブリを提供することが知られている。このようなカートリッジは、その主題がここに参照して組み込まれている、米国特許第５，１２６，０４７号に説明されている。カートリッジは、１組の間隔をあけて配置されている、通常平行のセラミック耐火端板にその両端で接続されている、複数の通常は水平向きの円筒形の管を構成している。一方の端板には、管の中空内部と流体連通している穴が具備される。他方の端板は、管の閉じられている端部に接する。使用中、濾過器カートリッジは、溶融金属がその中に流れ込む濾過器ボックス内に置かれる。溶融金属は、それが管の外部から管の内部に移動するにつれて濾過される。それから、濾過された溶融金属は管内部を流れ、濾過器ボックスの出口まで端板の穴を通って流れる。カートリッジフィルタの平板濾過器に優る有利点とは、カートリッジフィルタは、二次元平板濾過器と同じ大きさの落下予定地域内でさらに広い表面面積を提供するという点である。
このような濾過器カートリッジ構造は、その他の濾過器構造に比較して優れた濾過機能を提供するが、その高い費用により不経済となることがある。このような従来の技術の濾過器カートリッジにまつわる高い費用の主要な理由の１つは、その一体構造に関係している。特に、濾過器要素は、耐火セメントを使用して恒久的に端板に接合されているため、濾過器カートリッジは、単一装置として交換されなければならない。
さらに重要なことには、使用前にはカートリッジ全体を予熱しなければならないため、この構造により濾過器交換中に多大な中断時間が生じ、典型的には、多数の濾過器管の付いたカートリッジの場合、最高２４時間を要する。別の不利な点とは、濾過器カートリッジが、通常、持ち上げるのが困難であり、注意深く設置されなければならず、多くの場合多大な労働力を必要とする、かさばった構造をしている点である。この目的のため、吊り上げ装置を端板に取り付けることを可能とするために端板内には、通常、穴が設けられている。
発明の要約
本発明は、濾過器要素が、濾過器ボックスまたはトラフ内に設けられる端板に着脱自在に取り付けられるように適応されている濾過器カートリッジ用のモジュール方式構造を提供することにより、従来の技術における前記問題点およびそれ以外の問題点を解決する。ここに使用されているような「モジュール方式」という用語は、１つのアセンブリを構成するパーツを別々に交換するための能力を指す。「着脱自在に取り付けられている」という用語は、構成要素を後に分離できるが、それらがそれ以降そのままとなるように、ある構成要素を別の構成要素に結合する、あるいは係合する能力を指す。本発明の１つの態様に従って、濾過器要素は、それ自体が濾過器内で着脱自在に取り付けられてよい、端板に着脱自在に取り付けられるように適応されている。本発明の代替態様に従って、濾過器要素は、円形の断面とは対照的に、楕円形の断面を有している管状の要素として形成されている。
本発明に従った濾過器カートリッジのモジュール方式構造は、濾過器が交換されるたびに端板を交換する必要はないため、濾過器カートリッジを使用する総体的な費用を削減するという利点を提供する。濾過器要素は、濾過器交換が発生する前に、別個に、濾過器の外部で予熱してよいため、この構造は予熱時間を短縮するという利点も提供する。個々の濾過機要素は、別個に取り扱い、取り外し、設置してよいので、濾過器の交換は簡略である。濾過器要素が取り外されている間も端板は濾過器ボックス内に留まってよいため、端板の予熱にまつわる生産の遅延は排除される。さらに、各管は個別に取り付けられ、密封されるので、端板の大きい表面積に複数の管を同時に取り付けることを保証するという複雑な作業は回避される。同様に、ツールまたは濾過器ボックスの基部の構造上の設計により、複数管の適切な登録を可能にできることが認識されるだろう。
本発明に従った濾過器要素の楕円形構造は、楕円形構造が指定された水平面でさらに多くの面積を提供し、それにより濾過器要素内の垂直方向での差圧を削減するため、濾過器くぼみにまつわる改善された呼び水（ｐｒｉｍｉｎｇ）特性を提供する。この結果、円形断面を有している濾過器要素に比較して、濾過器くぼみ内の指定された高さにある濾過器要素を通る流量が増加することになる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、その好ましい実施態様が本明細書中で詳細に説明され、この一部を形成する添付図面に示されている、一定のパーツおよびパーツから成る装置で物理的な形を取ってよい。
図１は、本発明の好ましい実施態様に従った濾過器キットの等角図である。
図１Ａから図１Ｃは、本発明に従った濾過器要素用の好ましい取付け台の構成を示している。
図２は、本発明に従った濾過器くぼみの平面図である。
図３は、図２の線３−３に沿って取られている断面図である。
図４Ａから図４Ｄは、本発明に従った濾過器要素用の代替取付け台構成を表している。
図５は、本発明に従った代替濾過器要素の断面図である。
好ましい実施態様の詳細な説明
次に、本発明の好ましい実施態様を図解する目的のためだけに示され、これを制限するためではない図面を参照すると、図は、本発明に従った濾過器要素、濾過器キット、および濾過器ボックスを示している。
図１は、本発明に従った濾過器キット２０を示している。濾過器キットは、溶融アルミニウム耐火材から構築されてよい端板２２を備える。端板２２は、濾過器くぼみ内に取り付けられるように適応されており、後述されるように、濾過済みの溶融金属を濾過器くぼみの出口に運ぶための多くの開口部２４（２つが図示されている）を備えている。２つの濾過器要素２６は、端板２２との着脱可能な係合のために設けられる。２個の要素からなる列がここに説明されているが、単一管以上、つまり２個の要素から成る２列、４個の要素から成る２列などが備えられてよいことが認識されるだろう。各濾過器要素２６は、粒状の耐火物質から成り、閉じられている端部２８と開放されている端部３０、およびここと連通している内部空洞３２を有している中空の管状要素として備えられる。本発明に従って、濾過器要素２６は、端板２２に着脱自在に取り付けられるように適応されている。例えば、図２に示されるように、各濾過器要素２６の開放端部３０には、対応する開口部２４を直接取り囲んでいる領域内の端板の表面と接して係合するための平坦な面が備えられている。取外し可能な濾過器要素を適所に保持するために、楔ブロック３４が濾過器要素のそれぞれに提供され（１つの楔ブロックだけが図示されている）、説明されるような方法で協調する。
図１Ａは、本発明に従った濾過器要素２６の取付け詳細のための好ましい構造を示している。端板２２には、端板２２内の開口部２４の回りに先細の入口開口部２５が備えられている。ガスケット２７は、先細面２５との密封係合を提供するために管の端部に備えられている。図１Ｂは、本発明に従った取付け構成の第２の好ましい構造を示している。図１Ａの実施態様と同様に、図１Ｂの実施態様には、端板２２上に先細面２５が備えられている。先細面２５は、濾過器要素と端板との位置合わせを容易にするために濾過器要素２６が最初にその中に入れられるさらに大きい開口部を提供する。図１Ｂの実施態様においては、端板には、ガスケット２７の１つの面と接するための肩状部２９が備えられ、ガスケット２７の反対側の面は濾過器要素２６の端部と係合する。図１Ｃは、取付け詳細の別の好ましい構造を示す。この実施態様においては、端板２２には先細面が備えられていない。しかしながら、ガスケット２７と接して係合するために、肩状部２９が備えられている。図１Ｃの実施態様においては、濾過器要素の端部を受け入れるために、濾過器要素２６の外周と端板２２内に形成されている凹部３１の間に間隙が示されている。間隙は図１Ｃに示されているが、凹部３１と濾過器要素２６の外周の間の隙間は、端板２２と係合するように濾過器要素２６を設置することが容易に助長されるのに十分な大きさとなるだけであろう。
図２および図３は、通常４０と参照されている、本発明に従って適応されている、濾過器ボックスの平面図および断面図を表している。濾過器ボックス４０は、通常、溶融金属を濾過器くぼみに運ぶための入口４２、および濾過済みの溶融金属を濾過器くぼみ４４から運ぶための出口４６を備える。端板２２は、その側面で、端板２２を図３中の矢印Ａの方向で濾過器くぼみとの係合に、およびその係合の中へ、または外へとすう動（ｓｌｉｄｅ）できるようにする相補的に成形されている凹部または長穴４８内に置かれる。
本発明に従って、濾過器要素２６は、耐火材から構築されている、楔ブロック３４によって端板２２の面２３と接する係合に保持されている。濾過器要素の内部空洞３２は、濾過済みの溶融金属が出口４６に伝えられるように、端板２２の開口部２４と流体連通している。楔ブロック３４は、端板２２と接して係合した状態に保つ濾過器要素に対する横向きの力を提供するために、濾過器くぼみ５０だけではなく、濾過器要素２６の閉じられている端部２８と係合する。まず対応する楔ブロック３４を取り外してから、濾過器要素２６を濾過器くぼみから持ち上げることによって、端板２２との係合から濾過器要素２６を別個に取り外してよいことが認識されるだろう。さらに、楔ブロック３４により与えられている力が、濾過器要素２６と端板２２の間での流体の緊密な結合を提供するように調整されてよいことも認識されるだろう。
図１から図３に示されている構成は、端板に着脱自在に取り付けられるように濾過器要素を適応するための１つの好ましい技法である。単一の濾過器要素／端板の結合を描いている図４Ａから図４Ｃの断面で図示されるように、それ以外の技法も意図されてきた。特に、図４Ａは、濾過器要素１２６の外径を受け入れるための拡大開口部１２４が備えられている端板１２２を示している。肩状部１２５は、濾過器要素１２６の端部１３０に接するために備えられる。管状突出部１２７は、濾過器要素２６の外径と係合し、そこに追加のサポートおよび密封能力を与えるために備えられている。
図４Ｂは、濾過器要素２２６が、管状突出部２２７を受け入れる内部凹部２２８を取り入れることによって、端板２２に着脱自在に取り付けられるように適応されている、本発明の別の実施態様を示す。図４Ｃは、濾過器要素３２６が、開口部３２４の内部に肩状部３２５も含む、端板３２２で相補的に成形されている凹部３３０に受け入れられている先細が備えられている別の実施態様を示す。図４Ｄは、端板４２２で先細突出部４２７と密封係合する内部先細４２８が備えられている濾過器要素４２６を示す。図１から図３は、通常円形の断面となる濾過器要素２２を描いているが、それにより証明されている本発明の原理が、その他の濾過器要素構成にも適用できることが理解されるだろう。
本発明の別の態様に従って、濾過器要素２２には、図６に図示されているような、通常楕円係の断面が備えられてよい。楕円形の断面は、濾過器要素の呼び水に関する利点を提供する。楕円形の断面は、同じ外部表面積の円形管に比較してさらに大きい水平表面積を提供する。溶融金属がボックスの中に投入されるにつれて、濾過器要素の呼び水には、ヘッド圧力が必要とされる。代わりに、楕円形の管の垂直断面高さがさらに小さいことにより、濾過ボックスのさらに低い総体的な充填深度にある管のすべての高さの完全な呼び水が可能になる。
本発明は、好ましい実施態様を参照して説明されてきた。明らかに、ここに説明されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書を読み、理解したときに、他者には修正および改変が思い浮かぶだろう。本発明は、このようなすべての修正および改変を、それらが添付請求項またはその同等なものの範囲にある限り、含むことが意図されている。

Claims (7)

1. 濾過器ボックス内に形成されている濾過器くぼみと、
   溶融金属を濾過器くぼみに運ぶための入口と、
   溶融金属を濾過器くぼみから運ぶための出口と、
   くぼみの中に取り付けられ、濾過済みの溶融金属の流れを出口に連通するための開口を有する端板と、
   溶融金属から不純物を取り除くための、それぞれ内部空洞、開口端部、および反対側の端部を有する複数の細長い濾過器要素であって、各濾過器要素の内部空洞が端板の開口端部と連通するように、端板に着脱自在に取り付けられる濾過器要素のセットと、
   各濾過器要素の反対側の端部と接して係合し、該濾過器要素の開放端部を端板に押しつけることにより、各濾過器要素を端板と濾過器くぼみの側壁との間に取り付ける楔形ブロックのセットと、
   を備え、楔形ブロックを濾過器要素との係合から取り外し、または取り付けることにより、該濾過器要素を端板から取り外し、または取り付けることができるようにした、
   溶融金属を濾過するための濾過器ボックス。
2. 濾過器要素が、粒状の材料から構成されている管状の本体である、請求の範囲１に記載される濾過器ボックス。
3. 端板に、濾過器の開放端部を収容するための凹部が備えられる、請求の範囲１に記載される、濾過器ボックス。
4. さらに、濾過器要素と端板の間を密封するためのガスケットを具備する、請求の範囲１に記載される濾過器ボックス。
5. 濾過器要素の開放端部が先細となっている、請求の範囲１に記載される濾過器ボックス。
6. 濾過器要素が楕円形断面となる、請求の範囲１〜５のいずれかに記載される濾過器ボックス。
7. 溶融金属を濾過するための濾過器ボックスを使用する方法であって、該濾過器ボックスは、濾過器ボックス内に形成されている濾過器くぼみと、
   溶融金属を濾過器くぼみに運ぶための入口と、
   溶融金属を濾過器くぼみから運ぶための出口と、
   くぼみの中に取り付けられ、濾過済みの溶融金属の流れを出口に連通するための開口を有する端板と、
   溶融金属から不純物を取り除くための、それぞれ内部空洞、開口端部、および反対側の端部を有する複数の細長い濾過器要素であって、各濾過器要素の内部空洞が端板の開口端部と連通するように、端板に着脱自在に取り付けられる濾過器要素のセットと、
   各濾過器要素の反対側の端部と接して係合し、該濾過器要素の開放端部を端板に押しつけることにより、各濾過器要素を端板と濾過器くぼみの側壁との間に取り付ける楔形ブロックのセットと、
   を備え、楔形ブロックを濾過器要素との係合から取り外し、または取り付けることにより、該濾過器要素を端板から取り外し、または取り付けることができるようにした、
   溶融金属を濾過するための濾過器ボックスを備え、かつ前記方法は、
   （ａ）濾過器くぼみの中に端板を挿入するステップと、
   （ｂ）端板と係合状態にある濾過器くぼみの中に第１の濾過器要素を挿入し、第１の濾過器要素の前記反対側の端部と係合するように、濾過器くぼみ側壁との間に楔形状ブロックを配置し、これによって該濾過器要素の開放端部を端板に押しつけるステップと、
   （ｃ）濾過器くぼみの濾過操作を行うステップと、
   （ｄ）前記端板を濾過器くぼみの中に維持しつつ、かつ他の濾過器要素が濾過器くぼみ内に留まったままの状態で、濾過器くぼみから第１の濾過器要素を取り外すステップと、
   （ｅ）取り外された第１の濾過器要素を、第２の濾過器要素と交換するステップと、
   を含む、
   溶融金属を濾過するためのモジュール方式濾過器ボックスを使用する方法。

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