JP7227956B2 - 金型ポンプ係合装置 - Google Patents

Description

例示的な本実施形態は、溶融金属を圧送するためのポンプ組立体に関する。本実施形態は、金型に溶融金属を満たすために使用されるシャフト及びインペラ型ポンプと併せて特段の用途があり、特にこれを参照しながら説明する。しかしながら、例示的な本実施形態は、他の同様の用途にも適すると理解されたい。

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１７年７月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／４３４，９５９号の利益を主張するものであり、この文献の開示は引用により本明細書に組み入れられる。

時には、金属を液体形態又は溶融形態で移動させることが必要である。パイプシステムを通じて又は貯蔵容器内で溶融金属を移送又は循環させるために、溶融金属ポンプが利用されることがある。一般に、これらのポンプは、溶融金属体内に延びてインペラを回転させる回転可能な細長いシャフトを有する、ベース部材によって支持されたモータを含む。ベース部材は溶融金属中に沈み、内部にインペラが位置するハウジング又はポンプチャンバを含む。モータは、複数の構造的支柱にしっかりと取り付けられたプラットホーム、又はベース部材に取り付けられた中央支持管によって支持される。複数の構造的支柱及び回転可能な細長いシャフトは、モータから溶融金属中に沈んだポンプチャンバ内に延び、ポンプチャンバ内ではインペラが回転する。ポンプチャンバ内でインペラが回転すると、溶融金属の指向的流れが生じるようになる。

インペラは、ベース部材のチャンバ内に取り付けられ、耐摩耗表面として機能して滑らかな回転を可能にする軸受リングによって支持される。また、細長いシャフト又はインペラ上には、ポンプ部品の非効率性又は故障の原因にさえもなり得るポンプ組立体の過剰な振動を防ぐ半径方向軸受面を設けることができる。従来、これらのポンプは遠心ポンプと呼ばれている。シャフト及びインペラポンプは、金型にアルミニウム、亜鉛及びこれらの合金などの溶融金属を満たす上でますます広く使用されるようになってきている。

多くのダイカスト法では、溶融金属供給機構（これらは、加圧炉、機械式ポンプ及び電磁ポンプを含むことができる）を、金型に係合する位置から離脱位置に移動させる必要がある。離脱させると、溶融金属供給源に新たな金型キャビティを関連付けることができ、係合させると、金型キャビティを溶融金属で満たすことができる。場合によっては、固定された金型に溶融金属供給源を移動させ、場合によっては、固定された溶融金属供給源に金型を移動させる。比較的固定された金型の場合には、溶融金属送出装置を持ち上げて金型に接触させることによって金型に対する係合／離脱を達成することができる。典型的な炉は、数千ポンドもの溶融金属を収容することができるので、この動きを正確に行うことは困難であることが分かる。さらに、金型と溶融金属送出源との間の境界面を形成する部品は、比較的脆弱な耐火性材料及び／又はセラミック材料で形成されることが多い。金型に係合して係合点における力を加減するシステムを有することが有利と思われる。

米国特許出願公開第２０１４／００４４５２０号明細書

本開示は、溶融金属ポンプと関連する金型との間の正確な嵌合を促す組立体を提供する。

以下、基本的理解をもたらすために本開示の様々な詳細を要約する。この要約は、本開示の広範にわたる概説ではなく、本開示の特定の要素の識別を意図するものでも、その範囲の説明を意図するものでもない。むしろ、この要約の主要目的は、後で提示するさらに詳細な説明の前に、本開示のいくつかの概念を簡略化した形で示すことである。

１つの実施形態では、本開示は、金型に溶融金属を満たすための溶融金属ポンプ組立体に関する。ポンプは、モータをインペラに連結する細長いシャフトを含む。インペラは、ベースのポンプチャンバ内に収容されて、インペラが回転すると、入口においてチャンバ内に溶融金属が引き込まれ、チャンバの出口を通じて溶融金属が上昇管組立体内に強制されるようになる。ポンプを受け取るように構成されたフレームも設けられる。フレームは、関連する炉装置に取り付けられる。フレームは、炉装置内に存在する溶融金属中にベースが配置されるようにポンプを懸架する。フレームは、ポンプの上昇及び下降を選択的に行って金型との係合中に引き起こされる力を加減するための機構も含む。

別の実施形態によれば、金型に溶融金属を満たす方法が提供される。この方法は、溶融金属を収容するように構成された炉を準備するステップを含む。炉は、上昇及び下降が可能である。この方法は、溶融金属に浸るように構成された第１の側と、金型に係合するように構成された第２の側とを有する溶融金属ポンプも準備する。炉に連結された部分及び溶融金属ポンプに連結された部分を含むフレーム部材も準備される。フレーム部材は、溶融金属ポンプの上昇及び下降を行うのに適した力加減機構を含む。さらなるステップは、金型への入口をポンプからの出口の上方に配置し、ポンプ出口と金型入口との係合中に力を加減するように力加減機構を機能させながら炉を上昇させてポンプ出口を金型入口に係合させ、ポンプを作動させて関連する金型に溶融金属を満たすことを含む。

いくつかの例では、方法が、溶融金属ポンプを停止させ、炉を下降させ、金型を除去し、新たな金型を準備し、ポンプからの出口の上方に新たな金型の入口を配置し、炉を上昇させてポンプ出口を新たな金型入口に係合させ、力加減機構を作動させてポンプ出口と新たな金型入口との係合を完結させ、溶融金属ポンプを作動させて関連する金型に溶融金属を満たすステップを含む。

さらなる実施形態では、溶融金属成形組立体が提供される。この組立体は、炉と、入口を有する金型と、炉からの溶融金属を受け取り、入口と選択的に流体連通する上昇管組立体に溶融金属を送出するように構成されたポンプとを含む。フレームがポンプを支持するように構成され、ポンプの上昇及び下降を選択的に行って金型との係合及び離脱を引き起こすためのレバー機構を含む。

以下に示す図面の簡単な説明は、本明細書に開示する例示的な実施形態を限定するためではなく説明する目的で示すものである。

溶融金属ポンプの正面図である。 本開示のフレーム組立体に関連する、下降位置に存在するポンプの斜視図である。 本開示のフレーム組立体に関連する、上昇位置に存在するポンプの斜視図である。 持ち上げ機構のリンク要素の図である。 図２のポンプ及びフレーム組立体の平面図である。 炉に関連する支持フレーム及びポンプの図である。 支持フレームの持ち上げ機構と溶融金属ポンプ足場部品との間のばね相互連結部の詳細図である。

特許庁、及び本出願に対して交付されるあらゆる特許のあらゆる読者が本明細書に添付する特許請求の範囲を解釈するのを支援するために、本出願人は、特定の請求項において「～のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という単語を明示的に使用していない限り米国特許法第１１２条第６項を行使する意図はないことを付記しておく。

詳細図は、例示的な実施形態を説明するためのものにすぎず、限定を意図するものではないと理解されたい。また、図面は必ずしも縮尺通りではなく、図を明確かつ容易にするために特定の要素の一部を誇張していることもあると理解されるであろう。

以下の説明では、明確にするために特定の用語を使用しているが、これらの用語は、図面に示すために選択した実施形態の特定の構造のみを参照するように意図したものであり、本開示の範囲を規定又は限定することを意図するものではない。図面及び以下の説明では、同じ機能の部品を同じ数値指定によって示していると理解されたい。

単数形の「ａ、ａｎ及びｔｈｅ（英文不定冠詞及び定冠詞）」は、文脈において別途明確に示されていない限り複数形の照応を含む。

本明細書で使用する「約（ａｂｏｕｔ）」、「一般に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」及び「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、このような用語によって修飾される要素又は数字の目的に大きく影響しない構造的又は数値的修飾を含むように意図される。

本明細書及び特許請求の範囲で使用する「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「～から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」及び「基本的に～から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」実施形態を含むことができる。本明細書で使用する「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ）、ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、「有する（ｈａｖｉｎｇ、ｈａｓ）」、「～できる（ｃａｎ）」、「収容する（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」という用語、及びこれらの変形は、指定要素／ステップの存在を必要として他の要素／ステップの存在も許容する非制限的な移行句、用語又は単語であるように意図される。しかしながら、このような記述は、指定要素／ステップ、及びこれらから生じ得るあらゆる不純物のみの存在を可能にして他の要素／ステップを除外する、列挙した要素／ステップ「から成る」もの及び「基本的にこれらから成る」ものとして組成又はプロセスを説明しているものでもあると解釈すべきである。

本開示は、溶融アルミニウム、亜鉛及びこれらの合金と共に使用される金型充填遠心ポンプの懸架のために使用される機械装置について説明する。この装置は、ポンプと金型との均一係合を可能にする複合又は独立ばねシステムと４つのバーリンクシステムとを含む。この係合は、脆弱なセラミック部品を損傷させることなく金型に均一な圧力が付与されることを可能にしてポンプの位置合わせを維持する。本開示は、主に機械的溶融金属ポンプに焦点を当てるが、懸架装置は、電磁ポンプとも等しく良好に機能できると考えられる。

図１に、溶融金属槽に沈めるのに適した溶融金属ポンプ組立体１０の例を示す。溶融金属ポンプ組立体１０は、カップリング１７を介して細長いシャフト１６に連結されたモータ１４を含む。モータは、コンピュータ又は他のプロセッサなどのプログラマブルコントローラによって可変速度で動作するように適合される。細長いシャフト１６は、ベース部材２０のチャンバ１８内に位置するインペラ２２に連結される。ベース部材２０は、鋼棒２８を取り囲む複数の耐火性支柱２４によって懸架される。この組立体での使用に適した例示的なポンプは、米国特許出願公開第２０１４／００４４５２０号に記載されており、この文献の開示は引用により本明細書に組み入れられる。

細長いシャフト１６は、モータ１４によって回転し、モータ１４から溶融金属中に沈んだポンプチャンバ１８内に延び、ポンプチャンバ１８内ではインペラ２２が回転する。インペラ２２が回転すると、上昇管（ｒｉｓｅｒ）３０を通じた溶融金属の指向的流れが生じるようになる。ポンプ上昇管は、ノズル４０又は上昇管３６を受け取るための入口３９を含むボックス３４によって概略的に示す金型と嵌合するように構成された加熱上昇管にさらに連結される。

図２～図７に、溶融金属ポンプ１０を鋳造炉３００の上方に懸架する本開示の支持フレーム２００を示す。支持フレームは、炉の上側領域に取り付けられるように構成された脚部２０２を含み、溶融金属ポンプがそのポンプチャンバを炉内に収容された溶融金属中に沈めることができるようにポンプ寸法に対してサイズ設定される。支持フレーム２００は、それぞれが１対の脚部２０２間に延びる梁２０４をさらに含む。梁２０４は、１対の固定された横材２０５によって相互連結される。

ポンプ足場２０８は、ポンプ１０が直接固定されるポンプフレーム２１０を含む。ポンプフレーム２１０は、その隅部が持ち上げフレーム２１２に接合される。支持フレーム２００は、梁２０４とポンプ足場２０８との間に介在して後述するようにポンプを持ち上げて金型に係合させることとポンプの下降とを可能にする持ち上げ機構２０６をさらに含む。持ち上げ機構２０６は、梁２０４と持ち上げフレーム２１２との間に介在する。持ち上げ機構２０６は、レバー２１４を含む。同一のレバー２１４が支持フレーム２００の両側に設けられる。

ハンドル２１６を引き下げると、カム２１８がその梁２０４との連結点２２０を中心に回転して、その持ち上げフレーム２１２との連結点２２２において上昇するようになる。カム２１８の１つの隅部と第２のカム２２６との間にはバー２２４が延びる。カム２１８が回転すると、バー２２４がカム２２６をその梁２０４との連結点２２８の周囲で回転させ、これによって持ち上げフレーム２１２がその連結点２３０において上昇する。カム２２６間にはクロスバー２３２が延びる。

一般に、持ち上げ機構２０６の可動域は約０．５～２インチである。持ち上げフレーム２１２は、炉が上昇した時にポンプ上昇管（３６／３６’）が金型に係合できる上昇位置にポンプ１０を向ける。通常、炉の上昇及び下降は、油圧式、空圧式又はねじ式ジャッキ装置を介して行われる。上昇レバー２１４は、炉持ち上げ装置によって過剰な油圧力、空圧力又は機械力が供給されたことに応答して力加減成分を提供する。さらに、ポンプ１０が過剰な力で金型３４に係合した場合にはレバー２１４が外れ（ｔｒｉｐｐｅｄ）、支持フレーム２００がポンプ１０を係合先の金型１０から離して下降させる。

持ち上げフレーム２１２は、力加減機構を提供する。力加減機構は、溶融金属を導入するために新たな金型組立体が係合した時点で溶融金属ポンプの上昇を可能にする。

力加減機構は、ポンプ１０を上昇位置において付勢することができる、２４０において係合する釣り合い錘（counterweight）２５０を含むことができる。嵌合プロセス中に釣り合い錘を上回る力が引き起こされた場合、溶融金属ポンプ１０は下降するように促される。釣り合い錘の力は、加熱上昇管３６／３６’と金型入口３９との間にシールを形成するのに適するが、あらゆる脆弱部品への損傷が発生する前にポンプの下降を作動させるほど十分に寛容であることが好ましい。

釣り合い錘２５０は、特にポンプ１０がその上昇位置（図３を参照）にある時に作動点２４０にフック留めすることができる。このようにして、釣り合い錘は、金型との過度に激しい係合による損傷を避けるようにポンプを下降させる特定の引き外し力（ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を与えることができる。ポンプは、１００ｌｂｓ未満の、又は７５ｌｂｓ未満の、又は５０ｌｂｓ未満の、又は約４０ｌｂｓの嵌合圧で金型に係合することができる。ほとんどの場合、釣り合い錘は、金型充填ステップ全体を通じてポンプを上昇位置に保つのに十分な重さである。ほとんどの用途では、持ち上げ機構の機械的利点が、釣り合い錘の０．５～１０倍の倍率をもたらす。従って、釣り合い錘は、ポンプの重量の１０～２００％の重さを有することができる。嵌合圧をもたらすために追加できるさらなる釣り合い錘にも同様の計算を適用することができる。

図５～図７を参照すると、支持フレーム２００は、ポンプフレーム２１０と持ち上げフレーム２１２などの炉係合部との間に配置された少なくとも１つの弾性要素４００を含むこともできる。具体的には、ポンプフレーム２１０の各隅部が、ポンプフレーム２１０の下縁部の下方に広がる弾性要素４００を含むことができる。弾性要素４００は、持ち上げフレーム２１２の内側隅部におけるスリーブ４１０（図５を参照）によって受け取られる。加熱上昇管３６’と金型との間の弾性嵌合をもたらすばね要素も含まれる。弾性嵌合は、組立体において利用される耐火性／セラミック部品を保護してその寿命を延ばすことができる。弾性要素は、嵌合位置の範囲にわたって比較的一定の力が付与されることも同様に可能にする。弾性要素は、ばね又はエラストマインサートとすることができる。

このように、炉持ち上げ装置を使用して、支持フレームに取り付けられた溶融金属ポンプを含む炉を上昇及び下降させて、加熱上昇管を金型入口に係合させることができる。この時に、支持フレームの力加減機構を使用して、溶融金属ポンプと金型との係合を加減することができる。力加減機構は、加熱上昇管と金型との間の係合力をより正確かつ一定にできることが有利である。さらに、通常、ポンプ上昇管及び加熱上昇管は耐火性及び／又はセラミック材料で構成されるので、炉持ち上げ装置のみに依拠するよりも高い精度で金型との係合を完了することが有利である。

図２の支持フレームには、下降位置にある力加減機構を示す。図３には、上昇位置にある力加減機構を示す。図４には、力加減機構のリンク機能を示す。さらに、釣り合い錘の取り付けによって力加減機構のハンドルが引き下げられた時に様々な要素が相互作用することで溶融金属ポンプ支持足場が上昇するようになる（上向き矢印を参照）。図６には、鋳造炉に取り付けられた支持フレームを示す。図示のように、溶融金属ポンプは、ポンプチャンバが炉の屋根の開口部を貫通して溶融金属中に沈むことができるような形で炉の上方に懸架される。力加減機構によって足場部分が上昇（及び下降）して、関連する金型の係合／離脱を支援する（当然ながらポンプ組立体と共に上昇及び下降する、図７に示す加熱上昇管を参照）。

好ましい実施形態を参照しながら例示的な実施形態について説明した。当業者には、上述した詳細な説明を読んで理解した時点で修正及び変更が思い浮かぶことが明らかであろう。例示的な実施形態は、このような修正及び変更が添付の特許請求の範囲又はその同等物の範囲内に収まる限り、全てのこのような修正及び変更を含むものとして解釈されるように意図される。

１０ 溶融金属ポンプ組立体
３６’ ポンプ上昇管
２００ 支持フレーム
２０２ 脚部
２０４ 梁
２０５ 横材
２０６ 持ち上げ機構
２０８ ポンプ足場
２１０ ポンプフレーム
２１２ 持ち上げフレーム
２１４ レバー
２１６ ハンドル
２２４ バー
２２６ 第２のカム
２３２ クロスバー
２４０ 作動点
２５０ 釣り合い錘

Claims (4)

1. 関連する金型に溶融金属を満たすための溶融金属ポンプ組立体であって、
   モータをインペラに連結する細長いシャフトを有するポンプと、
   関連する炉装置に取り付けられて前記ポンプを受け取るように構成されたフレームと、
   を備え、
   前記インペラは、ベース部材のチャンバ内に収容されて、当該インペラの回転によって、前記チャンバ内に入口を介して前記溶融金属を引き込み、前記チャンバの出口を通じて溶融金属を上昇管組立体内に押し込み、
   前記フレームは、前記炉装置内に存在する溶融金属中に前記ベース部材を配置できるように前記ポンプを懸架し、
   前記フレームは、前記ポンプの上昇及び下降を選択的に行って前記金型との係合及び離脱を引き起こすための機構を含み、
   前記機構は、前記ポンプを前記金型と係合する上昇位置に向かわせ、炉持ち上げ装置によって供給された過大な油圧力、空圧力又は機械力に応答して、前記ポンプを下降させる、
   ことを特徴とする組立体。
2. 前記機構は、レバーアームを含む、
   請求項１に記載の組立体。
3. 前記フレームは、ポンプ係合部と炉装置係合フレームとの間に配置された少なくとも１つの弾性要素を含む、
   請求項１に記載の組立体。
4. 前記弾性要素は、ばねを含む、
   請求項３に記載の組立体。

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