JP6647290B2 - 金型ポンプ - Google Patents

Description

本発明の例示の実施形態は、溶融金属の特定ショットを送り出す方法および装置に関する。本発明の例示の実施形態は、特に、ダイカスト機のショットスリーブと関連して利用され、かかる本発明の例示の実施形態をダイカスト機のショットスリーブと関連して説明する。しかしながら、理解されるべきこととして、本発明の例示の実施形態は、注ぎ込みカップ、取鍋、または金型への測定済みショットの送り出しを含む他の類似の用途にも適している。

鉄および非鉄（例えば、アルミニウム）製品のダイカストに当たっては金属を炉内で溶融させる。溶融金属を金型にいつでも送り出し可能な溶融状態で貯蔵する。計量された量の溶融金属を金型に送り出す。計量された溶融金属またはショットを金型に送り出す幾つかの装置が提案された。例えば、取鍋法（ladeling）、磁気ポンプ、および加圧炉が採用されている。

加圧炉の一例が米国特許第２，８４６，７４０号明細書に記載されている（この米国特許を参照により引用し、この開示内容全体を本明細書の一部とする）。このシステムは、均圧管（バランスチューブ）および送り出し管と連通する坩堝を含む。均圧管は、炉の溶融金属および坩堝と連通している。送り出し管は、金型キャビティのショットの送り出しのために坩堝と連通している。坩堝は、当初、減圧されている。坩堝内の溶融金属は、均圧管の頂部と同じ高さにある。均圧管の頂部は、炉内の溶融金属の最大高さ位置よりも僅かに高い。空気が坩堝中に送り込まれ、かかる空気により溶融金属が送り出し管を通って樋内に送り込まれる。金属の送り出し量は、可調式タイマによって制御される。所定の期間がいったん経過すると、真空を坩堝に加えて溶融金属を均圧管と送り出し管の両方から引き出す。溶融金属を、その高さ位置が均圧管の高さよりも上になるまで坩堝中に引き込む。次に、坩堝を大気に通じさせ、それにより金属が炉中に逆流することができ、ついには、坩堝内の溶融金属の高さ位置が均圧管の高さと同一になるようにする。残念ながら、これら装置の送り出し管および均圧管は、経時的に劣化するとともに／あるいは漏れを起こす場合があり、その結果、ショットサイズ制御が不良になる。

ショットの送り出し量の精度を高めるための開発が行われた。かかる一装置が米国特許第４，２２０，３１９号明細書に記載されている（この米国特許を参照により引用し、その開示内容を本明細書の一部とする）。この装置では、所定の期間にわたって様々な圧力の複雑なシーケンスが用いられる。圧力シーケンスは、計量供給チャンバ内での溶融金属の高さ位置が次第に低くなることによって送り出されている金属の量が少なくなるのを補償するよう設計されている。しかしながら、かかる装置は、複雑であり、製造するのに費用が高く付き、しかも作動させるのが困難な場合がある。

計量供給チャンバの別の例が米国特許第６，４２６，０３７号明細書によって提供されており、この米国特許を参照により引用し、その開示内容を本明細書の一部とする。図１を参照すると、溶融金属計量供給チャンバが示されている。計量供給チャンバ１０は、全体が１で示されている溶融金属炉の金属保持チャンバ５内に挿入可能である。チャンバ１０は、保持炉シェル２の一方の側に設けられたシェル開口部７を通ってまたは炉１の頂部開口部８を通って挿入可能であるのが良い。シェル開口部７は、耐火プラグ３によって封止可能である。計量供給チャンバ１０は、水平の向きで示されており、この計量供給チャンバは、第１の端部分１１、頂部分１２、底部分１３および第２の端部分１４を有し、これらの部分は、機能的に溶融金属をその壁内に保有するとともに保持するようになったチャンバキャビティ１７を形成している。部分１１は、クリーンアウトポート２６およびプラグ２７を有する。ガス入口ポート２３がチャンバ頂部分１２に設けられている。入口ポート２３は、面取り内面２５を含む受座２４を備え、この面取り内面２５は、機能的に、ストッパ管３１の端部を受け入れるようになっている。不活性ガス、例えば窒素がキャビティ１７に導入されるのは、このストッパ管３１を通ってである。頂面１２の第２の端部１４の近くには金属出口ポート２２が設けられている。金属出口ポート２２は、封止肩２１を有し、この封止肩は、機能的に、スプルー（ストーク）管４２の充填端部４１に係合可能であるようになっており、かかるスプルー管は、放出スパウト４３および計量オリフィス・流量センサ４４を有する。ストッパ管３１は、作動組立体３６，３７によって垂直に動くことができる。当業者であれば認識されているように、計量供給チャンバの垂直向きもまた有効である。

米国特許第２，８４６，７４０号明細書 米国特許第４，２２０，３１９号明細書 米国特許第６，４２６，０３７号明細書

溶融金属が金属保持チャンバ５を満たしているとき、溶融金属は、計量供給チャンバ１０の内部キャビティ１７中に流れ込んでこれを満たす。次に、ストッパ管３１を作動させて最も下に位置する先端部を下降させてこれを受座２４に密着させる。スプルー管４２の下端部４１が金属出口ポート２２上に位置した状態では、計量供給チャンバ１０は、いつでも所定量のガスをガス送り出しライン３４に通して計量供給チャンバキャビティ１７中に導入する準備ができている。ガスは、計量供給チャンバキャビティ１７の高いところに位置する部分を占めてこれらを満たすので、キャビティ１７内に入っている溶融金属は、出口ポート２２を経て計量供給チャンバ１０から押し出されることになる。つぎに、溶融金属は、スプルー管４２に沿って上方に流れて炉１の外部から流し込みカップ、ショットスリーブまたは他の類似の装置５１に至る。図１のシステムには、ガス導入コンポーネントの劣化に起因して生じる効率にばらつきがあること、閉鎖系の再充填が難しいということ、ガスの圧縮性が精度を損なうということ、および相当な量の空間が費やされるということが必要であることを含む欠点がある。

本開示内容、すなわち本発明は、測定された量の溶融金属をダイカスト金型に送り出す機構として遠心ポンプの使用を想定している。遠心ポンプは、溶融金属をポンプ送りする上で満足の行くほどに作動するが、遠心ポンプは、ダイカスト金型ショットスリーブを満たす手段として使用されなかった。むしろ、上述したように、この仕事は、磁気ポンプ、加圧炉および取鍋法に委ねられていた。しかしながら、これら装置には、空気の初期圧縮または電磁力の遅れと関連した制御不能という欠点がある。公知の遠心ポンプは、一般に、インペラの回転速度を加減することによって溶融金属の流量および圧力を制御し、したがって、溶融金属との直接的な機械的相互作用によって達成される高い応答性という利点を提供する。しかしながら、溶融金属移送の流量を調節するための機構としてのＲＰＭ制御は、従来、計量された量の溶融金属をショットスリーブに小出しするのが適当であるとは見なされなかった。当業者であれば認識されるように、金型の充填不足または過剰は、重大な結果をもたらす場合がある。

基本的な理解を提供するために以下において本発明の種々の細部の概要について説明する。この概要は、本発明の多方面にわたる概観ではなく、本発明のある特定の要素が何であるかを説明しようとするものではなくその範囲を記載しようとするものでもない。むしろ、本発明のこの概要の主要な目的は、以下に適用される詳細な説明に先立って本発明の幾つかの概念を単純化された形態で提供することにある。

一実施形態では、材料を鋳造する鋳造機が提供される。この鋳造機は、溶融金属で満たされるべきキャビティと、キャビティに通じ、かくして相互に連結された中空空間の系を形成する導管システムを有する。中空空間系の少なくとも一部内で動くことができる少なくとも１つの圧力部材がこの圧力部材の運動を制御する手段を備える。溶融金属のリザーバと流体連通状態にある遠心ポンプが提供され、この遠心ポンプは、少なくとも１つの圧力部材を受け入れている中空空間に溶融金属を提供する。

本発明の別の実施形態では、溶融金属を鋳造機のショットスリーブに送り出す方法が提供される。この方法は、溶融金属炉を用意するステップを含み、炉は、溶融材料を収容保持する耐火ランニング材を有し、この方法は、溶融金属ポンプを炉中に導入するステップと、ポンプにショットスリーブと流体連通状態にある溶融金属出口導管を提供し、ポンプのシャフト・インペラ組立体を選択的に回転させて溶融金属を所定の量でショットスリーブに導入するステップとを更に含む。

別の実施形態では、溶融金属を鋳造装置のショットスリーブに導入するのに適した計量供給ポンプが提供される。計量供給ポンプは、インペラを収容したベースを有する。ベースは、溶融金属を鋳造装置に出力するよう構成されている。インペラは、シャフトに連結され、シャフトは、モータに連結されている。モータは、インバータを有する。インバータは、ＰＬＣと連絡状態にあり、ＰＬＣは、インバータに送り出される電流を変化させて溶融金属の所定重量のショットが鋳造装置に送り出されるよう作られたソフトウェアプログラムを含む。

別の実施形態では、材料を鋳造する鋳造機が提供される。この鋳造機は、溶融金属で満たされるべきキャビティを備えた金型および溶融金属のリザーバと連通状態にあるポンプを有する。キャビティの入口は、弾性作用で構成された遮断弁および弾性材料を変形させるよう構成されたプランジャを有する。

別の実施形態では、溶融金属を金型キャビティに送り出す方法が提供される。この方法は、溶融金属を収容保持する溶融金属炉を用意するステップと、溶融金属ポンプを炉と関連付けるステップと、ポンプに金型キャビティと流体連通状態にある溶融金属出口を提供し、溶融金属を所定の量でキャビティに導入するステップとを含む。しかる後、弾性材料を変形させることによってキャビティの入口を封止する。

先行技術の計量供給組立体の正面図である。 ダイカスト装置の側面図である。 溶融金属ショットスリーブの充填と関連した本発明のシステムのフィードバックループ論理を示す流れ図である。 本発明のポンプと関連したプロトタイプの制御装置のスクリーンショット図である。 図２の遠心ポンプの断面図である。 ダイカスト装置の変形形態の側面図である。 遮断弁組立体の略図である。 別の遮断弁組立体の略図である。 さらに別の遮断弁インサートの略図である。

詳細な図は、例示の実施形態を説明する目的にのみ提供されており、本発明を限定するものではないことは理解されるべきである。したがって、図面は、縮尺通りには描かれておらず、ある特定の要素の幾つかの部分は、分かりやすくするとともに説明しやすくするために誇張されている場合がある。

ダイカスト法で遠心溶融金属ポンプをどのように使用するかは、非常に難しい問題である。典型的なダイカストサイクル時間は、３０〜９０秒であり、このためには、ショットスリーブに約３〜１０秒で充填する必要がある。さらに、溶融金属の送り出し量は、予想量の約２％以内にすべきである。同様に、当初の「低」速度充填期間（例えば、１／４サイクル時間）、中間の「高」速度充填期間（例えば、１／２サイクル時間）、そして第３の加圧保持期間（例えば、１／４サイクル時間）をもたらすことが望ましい。本発明は、これらの要件を満たすことができるシステムに関する。

図２を参照すると、ダイカスト機１００は、静止ダイ半部１０３が取り付けられた静止ダイクランプ板１０２を有する。この静止ダイ半部１０３は、可動ダイクランプ板１０６に締結された可動ダイ半部１０４と一緒になって、ダイキャビティ１０７を構成している。外部加圧後装置１０８をオプションとして、ダイキャビティ１０７に追加することができる。加圧後装置１０８は、データ通信ライン１２８により制御ユニット１１４に結合されるのが良い。

充填穴１１０を備えたショットスリーブ１０９が静止ダイ半部１０３に締結されている。鋳造ピストン１１１が油圧駆動ユニット１１３によってこのショットスリーブ１０９内で変位可能であり、油圧駆動ユニット１１３は、充填穴１１０を通ってショットスリーブ１０９中に充填された金属をダイキャビティ１０７中に押し込むためにそのピストンロッド１１２に作用する。油圧駆動ユニット１１３は、データ通信ライン１２３により制御ユニット１１４によって制御され、データ通信ライン１２３は、電気‐電子コンポーネントと油圧系の少なくとも一部の両方をまかなうのが良い。この目的のため、位置センサおよび／または測定センサおよび／または加速度センサ１１５並びに他のセンサ、例えば圧力センサが知られているようにデータ通信ライン１１６経由で制御ユニット１１４に結合されている。

真空弁１１７が両方のダイ半部１０３，１０４の見切面または分割面の領域内に設けられるのが良い。真空弁１１７は、この場合、データ推進ライン１１９経由で制御ユニット１１４とインターフェースが取られた迅速応答金属フロントセンサ１１８によって制御されるのが良い。このセンサ１１８の応答速度は、この弁が、金属がセンサ１１８から弁１１７に達した時点までの期間内でダイ半部１０３，１０４の付近に位置する真空導管１２０を依然として閉じることができるようなものである。真空導管１２０は、真空ポンプおよび真空タンク（真空源として）などを含む別個の制御ユニットを有するのではなく、有利には、制御ユニット１１４に結合され、この制御ユニット１１４はまた、鋳造ピストン１１１の運動を制御して排気装置の制御に属する部分がピストン１１１の制御ユニットを収納しているハウジング内に受け入れられ、別個の制御部分を設ける必要がないようになっている。

典型的なダイカスト方式では、ダイカスト機１００は、溶融金属受け入れウェル１３２が形成されているのが良いフロア１３０上に設置される。溶融金属受け入れウェル１３２は、耐火炉と流体連通状態にあり、この耐火炉から溶融金属１３４を受け入れられる。当然のことながら、様々な別の溶融金属保持環境、例えば、溶融金属が乾燥機器を介して遠隔の炉配設場所から投入されるウェルが存在する。同様に、樋システムを介して溶融金属をウェルに送ることは、実施可能である。それにもかかわらず、本発明は、溶融金属ベース１４４とダイカスト充填穴１１０との間に延びる導管１４２により溶融金属を提供するための遠心ポンプ１４０の利用に関する。注目されるように、図２の１本の導管１４２は、長いように見えるが、この記載は、種々のコンポーネントの細部を示すためにのみ描かれている。さらに、ポンプおよびショットスリーブは実際には、互いにかなり近くに位置していることが想定される。溶融金属ポンプ１４０は、米国特許出願公開第２０１４／００４４５２０号明細書に開示されている形式のものであるのが良く、この米国特許出願公開を参照により引用し、この開示内容を本明細書の一部とする。

溶融金属ポンプ１４０は、制御装置１１４と連絡状態にある。例えば、インバータ１５２と制御装置１１４との間にデータ通信ライン１５０が設けられるのが良い。同様に、ＲＰＭ検出装置、例えばエンコーダ１５５と制御装置１１４との間にデータ通信ライン１５４が設けられるのが良い。

制御装置１１４は、ポンプモータ１５３のＲＰＭを調節するために用いられる。ポンプＲＰＭを制御することによって、溶融金属流のショットサイズおよび量を制御することができる。代表的な制御システムは、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）、およびインバータを含む。電子モータエンコーダ１５５はまた、ポンプ速度をモニタするためにＰＬＣにインバータに結合されているフィードバックループを提供するよう設けられるのが良い。図２に示されているモータは、３相可変周波数駆動インバータである。しかしながら、ＤＣサーボモータが同等に適している。

図３を参照すると、図示のフィードバックループ論理制御を用いることによって正確なショット重量を提供することができる。ＰＬＣ論理は、ポンプモータに送られる指令速度を含み、次に、ＲＰＭ検出装置を利用してポンプモータの速度をＰＬＣに中継して確かめる。ＰＬＣプログラムは、次に、ポンプモータの指令速度に対して調節を行う。このサイクルをポンプモータの正確なＲＰＭ制御が得られるよう毎秒多数回にわたって繰り返す。

嵩（体積）／量を計算するために用いられるパラメータのうちの幾つかとしては、１）秒で表されたサイクル時間、２）ポンプモータのＲＰＭ、および３）加速度、減速度、速度フィードバック計算パラメータを含むインバータ設定値の評価が挙げられる（他の条件もまた、モニタすることができる）。

制御装置はまた、関連の炉内の溶融金属レベルを測定するためのセンサ、例えばレーザセンサ１６４（図２参照）と連絡状態にあるのが良い。さらに、溶融金属深さは、ショットスリーブ充填を行う重要な変数である場合があると考えられる。したがって、溶融金属深さレベルに関するＰＬＣ受信データは、ポンプＲＰＭを適切に調節する。

ショット重量のプログラミングをオペレータがＨＭＩ（図４参照）を介して入力する充填時間に基づく制御装置プログラミングに含まれているデータ表から自動的に計算可能である。オペレータは、ＲＭＰを１つまたは２つ以上のエントリポイントのところで変化させることによってショット重量を手動で調節することができるとともに／あるいはシステムは、例えばビスケット長さが制御装置に伝送される場合、ダイカスト機からのフィードバックを用いることができ、充填サイクルポイントを自動的に調節して正確な充填ショット重量を達成することができる（ビスケットは、溶融金属がダイ中に押し込まれた後におけるショットスリーブ内の残存している金属である）。

したがって、本発明のシステムは、ポンプインバータおよびオプションとしてのエンコーダからのフィードバックによって定められる自動ＲＰＭ調節特徴を含むのが良く、かかる自動ＲＰＭ調節特徴は各々、ポンプの相対的性能の取り扱いについて有益である。同様に、他の検出条件、例えば溶融金属深さおよび／またはビスケットサイズを考慮して自動ＲＰＭ調節を行うことができる。加うるに、システムは、オペレータが制御装置のＨＭＩを用いることによって手動で調節できる。

図４を参照すると、ＨＭＩスクリーンが示されている。図示のスクリーンは、スリーブショット充填サイクル全体を通じて１／２秒間隔でプログラムされたポンプＲＰＭを提供する。これらエントリは、オペレータによって調節可能であることが想定される。加うるに、ＨＭＩ型インターフェースは、例えばサイクルポーズのような特徴および起動キーを含む。同様に、インバータデータに基づいてポンプモータＲＰＭをモニタする機能を提供することができる。さらに、ポンプ制御ポーズがアクセス可能であることが想定される。

図５を参照すると、本発明の溶融金属ポンプ組立体２００の構成要素が示されている。具体的に説明すると、細長いシャフト２１６は、ベース部材２２０に全体として垂直な回転軸線を有する円筒形の細長い向きを有する。細長いシャフトは、モータに取り付けられるようになった近位端部２２８（図２参照）およびインペラ２２２に連結された遠位端部２３０を有する。インペラ２２２は、ポンプチャンバ２１８内に回転可能に位置決めされており、その結果、モータを作動させると、細長いシャフト２１６およびインペラ２２２がポンプチャンバ２１８内で回転するようになっている。

ある特定の実施形態では、溶融金属シャフトの回転を制御するモータに電子ブレーキ（即ち、図２の符号１９９）を提供することが有利であると言える。

ベース部材２２０は、インペラ２２２を回転可能に受け入れるポンプチャンバ２１８を備えている。ベース部材２２０は、通路２３１を通って耐火ポストＰ（図２参照）を構造的に受け入れるよう構成されている。各通路２３１は、プラットホームＰＬ（図２参照）に剛性的に取り付けられるよう耐火ポストの金属ロッドコンポーネントをこれがプラットホームＰＬ（図２参照）に剛性的に取り付けるよう受け入れるようになっている。プラットホームは、モータ１５３を溶融金属の上方に支持する。

一実施形態では、インペラ２２２は、第１の半径方向縁部２３２が第２の半径方向縁部２３４から軸方向に間隔を置いて位置する状態で構成されている。第１および第２の半径方向縁部２３２，２３４は、インペラ２２２の円周部に沿ってぐるりと周囲方向に配置されている。これら半径方向縁部は、インペラ本体（例えば、黒鉛）で形成されても良くあるいはインペラ本体に嵌着された軸受リング（例えば、炭化珪素）であっても良い。ポンプチャンバ２１８は、軸受組立体２３５を有し、かかる軸受組立体の第１の軸受リング２３６は、第２の軸受リング２３８から間隔を置いて配置されている。第１の半径方向縁部２３２は、第１の軸受リング２３６に向かい合った状態で整列し、第２の半径方向縁部２３４は、第２の軸受リング２３８と向かい合った状態で整列している。軸受リングは、大きな摩擦力に起因した繰り返し疲労による破損を防止するよう高温での耐摩擦特性を有する材料、例えば炭化珪素で作られている。軸受のうちの一方は、ベース部材内におけるインペラ２２２の回転を支援するようになっており、したがって、ポンプ組立体は、過度の振動を生じることがないようになっている。より正確に言えば、一方の軸受リングは、過度の振動を減少させるようインペラ半径方向縁部と厳密な公差関係を有している。第２の軸受リングは、インペラの半径方向縁部から間隔を置いて位置し、この第２の軸受リングは、以下に説明する漏れ経路のための摩耗面を提供する。インペラの半径方向縁部（またはこの半径方向縁部に嵌着された軸受リング）は、同様に、例えば炭化珪素のような材料で構成されるのが良い。例えば、インペラ２２２の半径方向縁部は、炭化珪素軸受リングで構成されるのが良い。

一実施形態では、インペラ２２２は、第１の周囲方向円周部２４２を有し、この第１の周囲円周部は、第２の周囲円周部２４４から軸方向に間隔を置いて配置されている。細長いシャフト２１６は、第１の周囲円周部２４２のところでインペラ２２２に取り付けられている。第２の周囲円周部２４４は、第１の周囲円周部２４２から見て反対側に間隔を置いて位置し、この第２の周囲円周部は、ベース部材２２０の底面２４６と整列している。第１の半径方向縁部２３２は、第１の周囲円周部２４２に隣接して位置し、第２の半径方向縁部２３４は、第２の周囲円周部２４４に隣接して位置している。

底部入口２４８が第２の周囲円周部２４４に設けられている。具体的に説明すると、この入口は、インペラ２２２の鳥かご状のアニュラス部から成る。当然のことながら、入口は、ベーン、ボア、または当該技術分野において知られている他の組立体で形成されても良い。以下の説明から明らかなように、ボアード（bored ）または鳥かご状インペラが有利であると言えるが、その理由は、かかるインペラが設計された公差（またはバイパス隙間）をポンプチャンバ２１８内に作ることができるようにする定められた半径方向縁部を有するからである。インペラ２２２の回転により、溶融金属が入口２４８内に引き込まれるとともにチャンバ２１８内に引き込まれ、インペラ２２２の回転の続行により、溶融金属がポンプチャンバ２１８からベース部材２２０の出口２５０に追いやられる。出口２５０が導管１４２（図２参照）と流体連通状態になるのが良い。

インペラ２２２の半径方向縁部２３２と軸受組立体２３５の第１の軸受リング２３６との間には厳密な公差が維持される。例えば、第１の半径方向縁部２３２は、半径方向縁部２３２が軸受リング２３６との接触状態を維持しながら回転してチャンバ２１８内のインペラ２２２に回転上および構造上の支持作用を提供するよう第１の軸受リング２３６を包囲している。かかる接触は、溶融金属の薄い潤滑層の形態をしているのが良いことが想定される。

バイパス隙間２６０が溶融金属の流量および頭部圧力を操作するために設けられている。バイパス隙間２６０により、溶融金属は、ポンプチャンバ２１８から漏れ出て所定の量でベース部材２２０の外部の環境に至ることができる。さらに、所定の流量は、バイパス隙間の相対サイズによって制御できる。ポンプ組立体の作動中におけるポンプチャンバ２１８からの溶融金属の漏れにより、関連のユーザは、関連のショットスリーブに提供される溶融金属の流量または体積質量を微調整することができる。バイパス隙間２６０を通る溶融金属の漏れ量は、溶融金属の移送の制御性を少なくとも部分的に向上させ、その理由は、静的保持条件をインペラシャフト組立体が回転している間に維持することができるからである。

バイパス隙間２６０は、第２の軸受リング２３８によって形成されるのが良く、第２の軸受リング２３８は、第２の半径方向縁部２３４の外径よりも大きな内径を有する。さらに、２つの軸受セットのうちの一方が軸受リングに係合するとともにこれに対して回転可能に支持される半径方向縁部を有し、他方の半径方向縁部は、バイパス隙間を提供するよう関連の軸受リングから間隔を置いて位置することが想定される。オプションとして、バイパス隙間２６０を第１の半径方向縁部２３２と第１の軸受リング２３６との間に設けるのが良いことが計画される。

一実施形態では、本発明のポンプ組立体の作動では、約１．５フィート（４５．７２ｃｍ）の頭部圧力で出口を通ってポンプ送りされた溶融金属のひとかたまりの溶融金属の上方に静的に位置決めすることができる。一実施形態では、インペラは、毎分約８５０〜１０００回転回り、その結果、溶融金属は、ひとかたまりの溶融金属よりも上に約１．５フィートのところに静的に保持される。バイパス隙間は、ポンプの体積流量と頭部圧力の関係を操作してインペラの毎分当たりの回転数を増加させることにより頭部圧力を減少させることができ、と言うのは、溶融金属の流量が増大するからである。

図６を参照すると、別の底部供給ショットスリーブ実施形態が示されている。図示の装置は、大部分が図２に示されている装置と同一である。したがって、関連の符号の大部分が保持されている。しかしながら、この実施形態では、下面２１２に設けられた充填穴２１０を有するショットスリーブ２０９が設けられている。この設計は、かなり有益であると考えられ、と言うのは、これにより、ショットスリーブの低乱流充填が容易になり、これと関連して向上した金属品質が得られやすくなるからである。さらに、ショットスリーブの溶融金属入口をショットスリーブの下側半部に設けることによって、相対的に低い乱流充填を行うことができる。注目されるように、溶融金属をショットスリーブに直接提供するための遠心ポンプの本発明の使用により、下側半部入口の実現が可能であることに注目され、この特徴は、取鍋充填または加圧炉によっては容易には達成できない。

また、注目されるように、本発明のポンプは、任意形式の鋳造装置に用いられるのに適していると考えられる。さらに、本発明のポンプは、垂直および水平鋳造に使用できる。さらに、本発明のポンプは、垂直または水平に差し向けられたショットスリーブと併用できる。同様に、本発明のポンプは、入口の配設場所が頂部、底部または側部であるスリーブと併用でき、この場合、ショットスリーブは、任意の向きにある。有利には、これにより、ダイカストオペレータに１つの鋳造装置および／または多数の鋳造装置の設計上のレイアウトにおける著しく高い融通性を与えることができる。

本発明の実施形態は、取鍋法実施中に金属を大気にさらす必要性を回避することができるという点で有利である。同様に、フィルタを溶融金属ポンプと関連させるのが良く、それにより炉から得られた高品質金属を送り出すことができる。この関係で、ポンプ（例えば、鋳造装置に隣接して設けられている）は、炉から見て遠くに位置することができ、そしてこのポンプへの供給を加熱式樋システムによって行うことができる。

想定されるように、本発明の装置は、遮断弁が永続的な金型本体の入口に隣接して位置決めされることによって利益をもたらすことができる。例えば、遮断弁を金型ポンプからの出口ノズルと永続的な金型本体の入口との間に配置するのが良い。遮断弁は、永続的な金型本体の下側部分中への垂直底部供給または水平供給方式を含む金型システムで用いるのに特に適していると言える。具体的に説明すると、想定されるように、遮断弁は、溶融金属の逆流を阻止するのに価値があると言うことができる。この点に関し、本発明の溶融金属ポンプは、溶融金属を静的に保持することができるが、この溶融金属ポンプは、漏れを防止するための静的位置決めを可能にするために鋳造物の凝固中、永続的な金型と協働状態のままでなければならない。したがって、次の金型を充填するために溶融金属ポンプを即座に用いることができない。

この関係で、遮断弁を金型充填後に閉じることができ、それにより金型本体からのポンプノズルの即座の離脱および充填されるべき次の金型キャビティへのポンプノズルの再位置決めを行うことができるということが計画される。遮断弁は、凝固プロセス中、先に充填されたキャビティからの溶融金属の漏れを阻止するために使用できる。遮断弁を設けると、金型ポンプが充填されるべき次の金型キャビティに迅速にかかわることができることによってプロセス効率を向上させることができる。

想定されるように、全ての金型が充填された後、永続的な金型本体を鋳造場所から取り外すことができ、そして新たな永続的な金型本体を鋳造場所に関連させることができる。注目されるように、遮断弁は、使い捨て可能であるのが良く、したがって、各金型本体が空になって再使用可能に準備すると、使用済みの遮断弁を取り外してこれに代えて新たなインサートが用いられる。変形例として、遮断弁組立体は、再使用可能な設計のものであるのが良い。本発明の遮断弁を利用することができる例示の鋳造設備としては、アンダーソン・グローバル（Anderson Global）、マウミー・パターン（Maumee Pattern）、ティーイーアイ・ツーリング・イクイプメント・インターナショナル（TEI Tooling Equipment International）、およびバリアント（Valiant）により製造された設備が挙げられるが、本発明はこれらには限定されない。本発明の遮断弁は、回転鋳造法と関連して価値があると言うことができる。例示の回転鋳造システムが米国特許第６，６３７，４９６号明細書に記載されており、この米国特許を参照により引用し、この開示内容を本明細書の一部とする。

次に図７〜図９を参照すると、効率面において（コスト、速度、サイズ）図示の遮断弁により、流れを金属、例えばアルミニウムを鋳造する永続的な金型中で遮断することができ、それにより金属が漏れるのを阻止することができる。遮断弁を、有利には、短い期間で、例えば２秒未満または１．５秒未満または１秒未満で高い確実性をもって作動させることができる。遮断弁は、特に永続的な金型カルーセルと関連して用いられる場合、長さが約６インチ（１５．２４ｃｍ）未満であるのが良い。

図７を参照すると、加熱式セラミックノズル７０１は、概略的に７０２として示されているが、図１〜図６に示されている形式のものであるのが良い遠心溶融金属ポンプに連結されている。しかしながら、図示の遮断弁は、必ずしも、上述の金型ポンプと関連する必要はなく、他の金型充填装置、例えば低圧システムに利用できる。

ポンプ７０２およびノズル７０１には、例えば約１インチ（２．５４ｃｍ）から２インチ（５．０８ｃｍ）までの範囲の垂直移動量を持たせるのが良い。この垂直移動量は、永続的な金型７０３へのノズル７０１の着脱を容易にすることができる。ノズル７０１と永続的な金型７０３との中間には遮断弁組立体７０５が設けられる。

遮断弁組立体７０５は、例えば鋼で構成された本体部分７０７を有するのが良い。本体部分７０７は、永続的な金型７０３の別個のまたは一体形のコンポーネントであって良い。本体部分７０７は、例えば、インサート７０９を受け入れるよう構成された全体として円形の空間を形成するのが良い。インサート７０９は、例えば、円筒形ディスク状の本体であるのが良い。しかしながら、このインサートは、この形状に限定されるものとは考えられるべきではない。インサート７０９は、弾性材料、好ましくは圧縮可能な材料、例えば真空成形セラミック繊維または低密度セラミックボード（これらには限定されない）で構成されるのが良い。

インサート７０９は、永続的な金型内に形成されたキャビティを充填するために入口７１１を永続的な金型７０３に整列されるようになった通路７１０を備えるのが良い。本体部分７０７は、僅かにテーパした（例えば、１°〜５°）最も内側の壁７１３を有するのが良く、この壁は、ノズル７０１の同様にテーパした端部分７１４を受け入れてこれを位置決めするよう構成されている。

空気シリンダ７１５がポンプＰＬＣ７４４または金型と関連した他のプローブと連絡状態にあり、空気シリンダ７１５を作動させることができ、この空気シリンダは、本体部分７０７内に設けられた通路７２０を通ってプランジャ７１７を線７１９に沿って水平に押すことができるようになっている。プランジャ７１７は、遮断プラグ７２１に係合してこのプラグ７２１を通路７１０中に押し込んでこの通路を封止することによって弁を作動させる。好ましくは、空気シリンダ７１５とプランジャ７１７は、短いストローク距離、例えば２インチ（５．０８ｃｍ）を有する。遮断プラグ７２１は、傾斜した（例えば、１°〜５°）側壁を備えるのが良い。また、インサート７０９は、プラグ７２１と同一の材料またはこれよりも高いもしくはこれよりも低い密度の材料で構成されることが想定される。さらに、プラグ受け入れ凹部７２３をインサート７０９の反対側の壁に形成するのが良いことが想定される。

図８を参照すると、変形実施形態が示されており、この変形実施形態では、遮断弁インサート本体は、一体構造である。特に、プラグは、インサートの残部と一体に形成されている。インサート８０９は、金型入口と容易に位置合わせできるようにテーパした（例えば、３０°）側壁８１７を有するよう構成されているのが良い。さらに、インサート８０９は、弾性材料、例えば真空成形セラミック繊維で構成されるのが良く、この場合、プラグ８２１は、材料線８２３，８２５に沿って切断して優先的弱体部を作ることによって部分的に形成され、プラグ８２１は、プランジャ８１９および空気シリンダ８２７の作用を受けるとこの優先的弱体部によりインサート８０９の残部から分離できる（遮断弁の本体部分は）この図では省かれている。非切断状態の丸形半部の部分は、ボアまで約半分のところまでプラグの各側で挿入された切断ブレードを備えるのが良い。好ましくは、空気シリンダがプラグを本体の残部から離脱させてこれを溶融金属流中に押し込むことができるようにするのに十分な切断が実施される。分離時、プラグ８２１は、通路８２９に入って溶融金属流を制止する。この結果、金属凝固のための安定した流れ遮断装置が得られる。

次に図９を参照すると、別の構成例が示されており、この構成例では、弁９０１がプラグなしで構成されるが、十分に弾性のかつ変形可能な材料で形成され、その結果、ウェッジ形ラム９０５を備えた空気シリンダ９０３が側壁に係合し、それにより通路９０７の変形およびはさみつぶしにより溶融金属の経路が封止されるようになっている。通路９０７をはさみつぶして閉じ状態にしやすくするために裏側停止部９０９を設けることが望ましい場合がある。想定されるように、弁は、この場合も、弾性繊維補強セラミックまたはポリマー材料で形成されるのが良い。ラム９０５が入口部分内での金属の凝固中、稼働状態のままでいることが有利な場合があるが、それにもかかわらず、金型ポンプノズルと金型ポンプノズルの係合状態の取り外しおよび次の空のキャビティとの再関連付けは、金型充填作業の効率を高めるよう実施可能である。ある特定の実施形態では、インサートの通路を卵形に（方向ｘの方が方向ｙよりも長い）形成することが望ましい場合があり、この場合、ラムは、インサートに長い方の軸線に対して横の方向に係合することができ、その結果、通路を遮断するのに必要な変形量が少なくなる。

好ましい実施形態を参照して例示の実施形態を説明した。明らかなこととして、当業者であれば、以上の詳細な説明を読んで理解すると、改造および変形を想到することができよう。例示の実施形態は、かかる全ての改造例および変形例が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲またはその均等範囲に含まれる限り、かかる改造例および変形例を全て含むものと解されるものである。

Claims (10)

1. 鋳造機であって、溶融金属で満たされるべきキャビティと、前記キャビティに通じていて、相互に連結された中空空間の系を形成する導管システムと、ショットスリーブを備えている前記中空空間系の少なくとも一部内で動くことができる鋳造用ピストンを備える少なくとも１つの圧力部材と、溶融金属のリザーバと流体連通状態にある遠心ポンプとを有し、前記中空空間系の前記一部は、前記少なくとも１つの圧力部材を受け入れ、前記溶融金属は、前記ショットスリーブに底側部又は底端部のところで導入され、前記導管システムは、前記溶融金属の前記リザーバへの戻り通路として機能する中空空間を含まない、鋳造機。
2. 前記遠心ポンプは、電子ブレーキを有する、請求項１記載の鋳造機。
3. 制御装置を更に有し、前記制御装置は、前記遠心ポンプと関連したモータを制御するよう構成され、前記制御装置は、少なくとも１つの位置センサ、少なくとも１つの速度センサ、少なくとも１つの加速度センサ、または少なくとも１つの圧力センサからデータを受け取り、あるいは前記リザーバまたは関連の炉内の溶融金属の深さに関するデータを受け取る、請求項１記載の鋳造機。
4. 弾性材料で構成された遮断弁と、前記弾性材料を変形させまたは作動させるよう構成されたプランジャとを有する、請求項１記載の鋳造機。
5. 前記遠心ポンプは、インペラを収容したベースを有し、前記ベースは、前記溶融金属を前記鋳造装置に出力するよう構成され、前記インペラは、シャフトに連結され、前記シャフトは、モータに連結され、前記モータは、インバータを有し、前記インバータは、制御装置と連絡状態にあり、前記制御装置は、前記インバータに送り出される電流を加減して前記溶融金属の所定重量のショットが前記ショットスリーブに送り出されるよう構成されたソフトウェアプログラムを含む、請求項１記載の鋳造機。
6. 前記制御装置と前記インバータおよび／または前記エンコーダとの間にフィードバックループが設けられている、請求項５記載の鋳造機。
7. 前記制御装置は、ショット重量データまたはビスケット長さデータに基づいてポンプＲＰＭの自動および／またはオペレータ調整をもたらす、請求項６記載の鋳造機。
8. 溶融金属を鋳造機のショットスリーブに送り出す方法であって、
   溶融金属炉を用意するステップを含み、前記炉は、前記溶融材料を収容保持する耐火ランニング材を有し、
   溶融金属ポンプを前記炉中に導入するステップを含み、
   前記ポンプに前記ショットスリーブと流体連通状態にある溶融金属出口導管を提供し、前記ポンプのシャフト・インペラ組立体を選択的に回転させて溶融金属を所定量で前記ショットスリーブに導入するステップを含む、方法。
9. 前記ショットスリーブの各充填は、第１の比較的低い充填速度、第２の比較的高い充填速度、および第３の保持期間を有するサイクルを含む、請求項８記載の方法。
10. 溶融金属を金型キャビティに送り出す方法であって、
    溶融金属炉を用意するステップを含み、前記炉は、前記溶融金属を収容保持する耐火ライニング材を有し、
    溶融金属ポンプを前記炉中に関連付けるステップを含み、
    前記溶融金属ポンプに前記金型キャビティと流体連通状態にある溶融金属出口を提供し、溶融金属を所定の量で前記金型キャビティに導入し、弾性材料を変形させまたは作動させることによって前記キャビティの入口を封止するステップを含む、方法。

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