JP2007509760A - 金属鋳造用フィーダエレメント - Google Patents

Abstract

本発明は金属鋳造に用いるフィーダエレメント（１０）に関する。フィーダエレメント（１０）（ブレーカコアの機能に役立つ）は、成形プレート（２４）を装着する第１の端部（１６）と、フィーダスリーブ（２０）を受容する反対側の第２の端部（１８）と、第１と第２の端部（１６，１８）間に側壁（１２）により画成した孔（１４）とを有する。フィーダエレメント（１０）は使用時に圧縮可能とし、それによって前記第１と第２の端部（１６，１８）の間の距離を低減してある。本発明は、ブレーカコア／フィーダスリーブ組立体（１０，２０）にも関する。

Description

本発明は、鋳型を用いた金属鋳造作業に使用する改善されたフィーダエレメント、特にこれに限定はしないが高圧鋳砂成形システムに関する。

通常の鋳造工程では、鋳物の形状を画成する予形成成形キャビティ内に溶融金属が注ぎ込まれる。しかしながら、金属が固化する際にそれは収縮して収縮キャビティを生じ、これが片や最終的な鋳物に容認できない欠陥をもたらす。このことは鋳造業界では周知の問題であり、鋳型形成期間中に鋳型内に組み込むフィーダスリーブすなわち押湯の使用により対処している。各フィーダスリーブは追加（通常は密封）の容積或いはキャビティを配設し、これを成形キャビティに連通させ、かくして溶融金属がフィーダスリーブ内にも進入するようにしてある。固化期間中、フィーダスリーブ内の溶融金属は成形キャビティ内に逆流し、鋳物の収縮を補償する。フィーダスリーブ・キャビティ内の金属を成形キャビティ内の金属よりも長く溶融状態に止め、かくしてフィーダスリーブをより高度に断熱性或いはより一般的には放熱性とし、かくして溶融金属との接触時に追加の熱を発生させて固化を遅らせるようにしてある。

鋳型材料が凝固し除去した後は、フィーダスリーブ・キャビティ内からの不要な残留金属が鋳物に付着したままであり、除去しなければならない。残留金属の除去を容易にするため、フィーダスリーブ・キャビティは一般にネックダウン・スリーブと呼ばれる設計にてその基部（すなわち、成形キャビティに最も接近することになるフィーダスリーブの端部）へ向け先細とすることができる。残留金属に激しく風を吹き付けると、それは鋳型近くにある最も脆弱な箇所にて分断される（この工程は一般に「ノックオフ」として知られる）。鋳物上の小さな足跡は、隣接する造形物により接近が制限される箇所の鋳造領域におけるフィーダスリーブの位置決めを可能にする上で望ましいものでもある。

フィーダスリーブは成形キャビティの面に直接適用できるが、それらはしばしばブレーカコアと併せ使用される。ブレーカコアは、成形キャビティとフィーダスリーブの間に座すその中心部内に孔が備わった耐火材料（通常は樹脂結合砂コアやセラミックコアやフィーダスリーブ材料からなるコア）からなる単なる円盤である。ブレーカコアを貫通する孔の直径はフィーダスリーブ（必ずしも先細とする必要はない）の内部キャビティの直径よりも小さく設計してあり、かくしてノックオフは鋳型に近いブレーカコアにて発生する。

鋳型は、一般に成形キャビティを画成する成形パターンを用いて形成される。フィーダスリーブ用の装着点として、パターンプレート上の所定位置にピンが配設される。一旦所要スリーブをパターンプレート上に装着すると、パターンプレート上でかつフィーダスリーブ周囲にフィーダスリーブが覆われるまで鋳砂を注ぐことで鋳型が形成される。鋳型は溶融金属の注入期間中の侵食に抗し、満杯時に鋳型に作用する強磁性静圧に耐えるとともに、金属固化時の伸長／圧縮力に抗するよう、十分な強度を持たせねばならない。鋳砂は、二つの主要な範疇に分類することができる。化学的結合（有機或いは無機いずれかの結合剤に基づく）か、粘土結合である。化学的に結合された成形結合剤は通常は自己硬化系であり、結合剤と化学的硬化剤に砂を混合すると結合剤と硬化剤が即反応を開始するが、パターンプレートの周囲に砂を成形し、続いて除去と鋳物に対し十分硬化させるに足るほど十分低速である。

粘土結合成形は結合剤として粘土と水を用いており、「生」すなわち非乾燥状態で用いることができ、一般に生砂と呼ばれる。生砂混合体は圧縮力を受けて容易に流れたり或いは簡単に移動することはなく、それ故に生砂をパターン周囲に突き固め、先に詳述した如く鋳型に十分な強度属性を与え、衝撃や振動や圧搾や押圧の様々な組み合わせを適用して高い生産性にて一様強度の鋳型を生成する。この砂は、通常は液圧ラムを用いて一般に圧縮され（突き固められ）る（この工程は「突き固め」と呼ばれる）。増大する鋳造の複雑さと製造要件でもって、より寸法的に安定した鋳型に対する必要性が存在し、その傾向はより高い突き固め圧力に向けられており、そのことが特にブレーカコアやフィーダスリーブが突き固め前にパターンプレートに直接当接している場合、フィーダスリーブ及び／又はブレーカコアが存在するときにこれらに破壊をもたらすことがある。

上記の課題は、ばねピンの使用により部分的に緩和される。フィーダスリーブと随意選択的な位置決めコア（ブレーカコアとその組成ならびに全体的寸法が類似）は当初パターンプレートから離間させてあり、突き固め時にパターンプレートへ向かって移動する。ばねピンとフィーダスリーブは、突き固め後にスリーブの最終位置がそれがパターンプレートには直接当接せず、パターン面から通常５〜２５ｍｍ離間するよう設計することができる。ノックオフ点はしばしば予測不能であり、何故ならそれはばねピン基部の寸法及び輪郭に依存し、それ故に追加の清掃コストを招くからである。スプリングピンに関連する他の課題は、欧州特許出願第１１８４１０４号に説明されている。欧州特許出願第１１８４１０４号が提供する解決策は、２部品フィーダスリーブである。鋳型形成期間中の圧縮を受け、一方の鋳型（スリーブ）部分が他方内へ伸長する。一方の鋳型（スリーブ）部分はパターンプレートに常時当接しており、ばねピンに対する要件は一切存在しない。しかしながら、欧州特許出願第１１８４１０４号に関連する問題が存在する。例えば、伸長運動が原因で、成形後のフィーダスリーブの容積は可変であり、成形機械圧力や鋳造幾何構造や砂の属性を含む一定範囲の要因に依存する。この予測不能性は、フィード性能に有害な影響を及ぼすことがある。加えて、この構成は放熱スリーブが必要な場合には理想的に適したものとはならない。放熱スリーブを使用すると、鋳造面と放熱材料との直接当接は望ましくなく、低品質の表面仕上げや鋳造面の局所的汚染や平坦な下位面のガス欠陥を招くことがある。

欧州特許出願第１１８４１０４号の伸縮構成のまたさらなる欠点は、二つの鋳型（スリーブ）部品の初期空間の維持に必要なタブ或いはフランジから生ずる。成形期間中、これらの小型のタブが砕け（それによって伸長動作が出来るようにし）、単純に鋳砂中に落下する。一定の時間期間に亙り、これらの破片は成形砂内に堆積することになる。部品を放熱材料から作成するとき、問題は特に深刻である。砂からの水分は恐らくは放熱材料（例えば、金属アルミニウム）と反応し、少量の爆発性欠陥に対する可能性を生ずる。

第１の態様における本発明の一つの目的は、鋳造成形作業に用いることのできる改善されたフィーダエレメントを提供することにある。特に、その第１の態様における本発明の一つの目的は、以下の利点のうちの１以上（好ましくは、全て）をもたらすフィーダエレメントを提供することにある。
（ｉ）より小さなフィーダエレメント当接面積（鋳物に通ずる開口）、（ｉｉ）鋳造面上の小さな足跡（外部輪郭当接）、（ｉｉｉ）鋳型成形期間中の高圧下でのフィーダスリーブ破損の可能性の低減、（ｉｖ）著しく低減された清掃要件をもったむらの無いノックオフである。

本発明のさらなる目的は、欧州特許出願第１１８４１０４号に開示された２部品伸長フィーダスリーブに関連する１以上の欠点を除去或いは緩和することにある。

本発明の第２の態様の目的は、欧州特許出願第１１８４１０４号に提案されたものに対し代替フィーダシステムを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば金属鋳造に用いるフィーダエレメントが提供され、このフィーダエレメントは、成形パターン（プレート）上に装着する第１の端部と、フィーダスリーブを受容する反対側の第２の端部と、第１の端部と第２の端部の間に側壁により画成した孔とを有し、該フィーダエレメントは使用時に圧縮可能で、それによって前記第１の端部と第２の端部の間の距離を低減する。

圧縮と圧縮を誘起するのに必要な力の量がフィーダエレメントの製造材料や側壁の形状や肉厚を含む幾つかの要因により影響されるであろうことは、理解されよう。フィーダエレメントが意図する応用分野や付随する予想圧力やフィーダ寸法要件に従って設計されるであろうことも、等しく理解されよう。本発明は大量高圧成形システム内に特別な用途を有するが、手動押突き固め鋳型等の低圧応用分野にても（しかるべく構成したときに）有用である。

好ましくは、初期破砕強度（すなわち、圧縮の開始に必要で、その未使用でかつ非破砕状態で有する固有の可撓性を超えかつ上回ってフィーダエレメントを非可逆的に変形させる力）はせいぜい５０００Ｎであり、好ましくは３０００Ｎである。初期破砕強度が余りに高い場合、そのときは成形圧力が圧縮開始前にフィーダスリーブを破損させよう。好ましくは、初期破砕強度は少なくとも５００Ｎである。破砕強度が余りに低い場合、そのときは偶然に、例えば複数のエレメントを貯蔵用或いは移送期間中に積み上げた場合にエレメントの圧縮が始まろう。

本発明のフィーダエレメントはブレーカコアと見なすことができ、何故ならこの用語が使用するエレメントの機能の一部を適切に記述するからである。従来、ブレーカコアは樹脂結合砂で構成するか、或いはセラミック材料か或いはフィーダスリーブ材料のコアとしていた。しかしながら、本発明のフィーダエレメントは種々の他の適切な材料から製造することができる。特定の構成では、フィーダエレメントをフィーダネックと見なすことがより適切であることもある。

本願明細書にて使用する如く、用語「圧縮可能」はその広義の意味にて使用するものであり、その第１の端部と第２の端部との間のフィーダエレメントの長さが圧縮前よりも圧縮後の方が短くなることを伝えるためだけを意図するものである。好ましくは、前記圧縮は非可逆的であり、すなわち圧縮誘導力を取り除いた後にフィーダエレメントがその元々の形状に逆戻りしないようにすることは重要である。圧縮は、フィーダエレメントを形成した材料、例えばゴムや他の高分子材料の固有の圧縮性を通じて達成することができる。かくして、第１の実施形態ではフィーダエレメントをゴム管としてある。

また、圧縮は金属（例えば、鋼やアルミニウムやアルミニウム合金や真鍮等）或いはプラスチック等の非脆性材料の変形を介して達成することができる。第２の実施形態では、フィーダエレメントの側壁に１以上の脆弱点を配設し、それを（破砕強度に対応する）所定負荷を受けて変形（或いは剪断さえ）するよう設計してある。

側壁には、所定負荷を受けて変形する低減された肉厚からなる少なくとも一つの領域を設けることができる。さもなくば或いはこれに加え、側壁は所定負荷（破砕強度に対応）を受けて側壁が変形するようにさせる１以上の撚れや屈曲や襞や他の輪郭を有するようにできる。

第３の実施形態では、孔は截頭円錐形状としてあり、少なくとも一つの円周溝を有する側壁により境界付けてある。前記少なくとも一つの溝は側壁の内面か（好ましくは）外面上に設け、使用時に印加負荷（破砕強度に対応）を受けて予想通りに変形或いは剪断する脆弱点を設けることができる。

特に好適な実施形態では、フィーダエレメントは段付き側壁を有しており、これが第２の一連の側壁域に相互接続されて一体形成した直径が増大するリング（必ずしも平坦である必要はない）の形をした第１の一連の側壁域を備える。好ましくは、側壁域はほぼ一様な肉厚とし、かくしてフィーダエレメントの孔の直径がフィーダエレメントの第１の端部から第２の端部にかけて増大するようにしてある。都合よくは、第２の一連の側壁域は環状（すなわち、孔軸に平行）とするが、それらは截頭円錐形状（すなわち、孔軸に対し傾斜）させることができる。両方の一連の側壁域は非円形形状（例えば、楕円や正方形や矩形や星形状）とすることができる。

フィーダエレメントの圧縮性能は、各壁領域の寸法を調整して変更することができる。一実施形態では、第１の一連の側壁域の全てが同一長さを有しており、第２の一連の側壁域の全てが同一長さ（これは第１の一連の側壁域と同一か又は異なる）を有する。しかしながら、好適な実施形態では、第１の一連の側壁域の長さは変化し、フィーダエレメントの第２の端部を向く壁領域はフィーダエレメントの第１の端部を向く側壁域よりも長い。

フィーダエレメントは、第２の一連のうち一対の側壁域間の単一リングにより画成することができる。しかしながら、フィーダエレメントには第１及び第２の一連の側壁域それぞれのうち６以上ほどを持たせることができる。

好ましくは、（特に第２の側壁域が孔軸に平行であるときに）孔軸と第１の側壁域の間に規定される角度は約５５〜９０°であり、好ましくは約７０〜９０°である。好ましくは、側壁域の肉厚は第１の側壁域の内径と外径の間の距離（すなわち、平坦なリング（環）の場合の環状肉厚）の約４〜２４％であり、好ましくは６〜２０％であり、より好ましくは８〜１６％である。

好ましくは、第１の一連の側壁域の内径と外径の間の距離は４〜１０ｍｍであり、最も好ましくは５〜７．５ｍｍである。好ましくは、側壁域の肉厚は０．４〜１．５ｍｍであり、最も好ましくは０．５〜１．２ｍｍである。

一般に、第１と第２の一連の各側壁は平行とされ、これにより上記の角度関係が全ての側壁域に対し当てはまる。しかしながら、これは必ずしも事実ではなく、一（又は複数）の側壁域を同じ一連の他のものに対し、特に側壁域がフィーダエレメントの第１の端部（基部）を画成する場合に、孔軸に対する異なる角度でもって傾斜させることができる。

好都合な実施形態では、フィーダエレメントと鋳型の間にはエッジ接点だけが形成され、フィーダエレメントの第１の端部（基部）は孔軸に対し非垂直の第１又は第２の一連の側壁域により画成される。前記の説明から、この種構成がフィーダエレメントの足跡と接触面積を最小化する上で好都合であることは、理解されよう。この種実施形態では、フィーダエレメントの第１の端部を画成する側壁域はその一連の他の側壁域に対し異なる長さ及び／又は向きを持たせることができる。例えば、基部を画成する側壁域は５〜３０°、好ましくは５〜１５°の角度で孔軸に対して傾斜させることができる。好ましくは、フィーダエレメントの第１の端部を画成する側壁域の自由端は内向きの環状フランジすなわちビードを有する。

都合よくは、第１の系列の側壁域がフィーダエレメントの第２の端部を画成し、側壁域は好ましくは孔軸に対し垂直をなす。この種の構成が、フィーダスリーブを使用時に装着する適切な面を提供する。

前述の説明から、フィーダエレメントはフィーダスリーブと併せ使用することを意図したものであることは、理解されよう。かくして、本発明は第２の態様において、第１の態様に従いそこにフィーダスリーブを固着したフィーダエレメントを備える金属鋳造用のフィーダシステムを提供する。

フィーダスリーブの性質は特には限定しておらず、それは例えば断熱性や放熱性或いは両者の組み合わせであり、例えばフォセコ（Ｆｏｓｅｃｏ）社からＫＡＬＭＩＮやＦＥＥＤＥＸやＫＡＬＭＩＮＥＸの商品名で販売されるものである。フィーダスリーブは都合よくは接着剤によりフィーダエレメントに固着できるが、押し込み嵌合させたり、或いはフィーダエレメントの一部周囲に成形したスリーブを持たせることもできる。

本発明の実施形態を、ここで添付図面の参照の例示により説明することにする。

図１と図２を参照するに、ブレーカコア１０の形をしたフィーダエレメントは鋼板をプレス成形して形成した概ね截頭円錐形の側壁１２を有する。側壁１２の内面が孔１４を画成しており、この孔がブレーカコア１０を貫通しその第１の端部（基部）１６から第２の端部（頂部）１８へ延びており、孔１４は第２の端部１８よりも第１の端部１６の方を小径としてある。側壁１２は段付き構造としてあり、一連の第１と第２の側壁域１２ａ，１２ｂの交互配置からなる。側壁１２は（第１）の一連の相互離間環すなわちリング１２ａ（７個が存在）と見なすことができ、各環１２ａは先行する環１２ａの外径に対応する内径を有しており、隣接する環１２ａは第２の一連の環状側壁域１２ｂ（６個が存在）により相互接続してある。側壁域１２ａ，１２ｂは孔１４の長手方向軸を基準により都合よく説明され、第１の一連の側壁域１２ａは半径方向（図示の如く水平）側壁域であり、第２の一連の側壁域１２ｂは軸方向（図示の如く垂直）側壁域である。孔軸と第１の側壁域１２ａとの間の角度α（この場合隣接対の側壁間の角度でもある）は、９０°である。半径方向側壁１２ａが、ブレーカコア１０の基部１６と頂部１８とを画成している。図示の実施形態では、軸方向側壁域１２ｂは全て同一の高さ（内径から外径までの距離）を有するが、底部の二つの半径方向側壁域１２ａは低減された環状肉厚（内径と外径の間の半径方向距離）を有する。ブレーカコア１０の頂部１８を画成する半径方向側壁域の外径は、（以下に説明する如く）それを取り付けるフィーダスリーブの寸法に従って選択する。ブレーカコア１０の第１の端部１６での孔１４の直径は、固定ピンと摺動嵌合するよう設計してある。

図３を参照するに、図１のブレーカコア１０は接着剤によりフィーダスリーブ２０に取り付けてあり、ブレーカコア／フィーダスリーブ組立体はパターンプレート２４に固着したばねピン２２に装着してある。ブレーカコア１０の基部１６を形成する放射側壁域１２ａは、パターンプレート２４上に着座している（図３Ａ）。改変例（図示せず）では、ブレーカコア１０の頂部１８に一連の貫通孔（例えば、６個の等間隔の円形孔）が配設してある。ブレーカコア１０は、二つの部品間に塗布した接着剤（例えば、ホットメルト接着剤）適用により、フィーダスリーブ２０に固着してある。圧力を印加すると、接着剤は孔とセットを介して一部圧搾される。このセット接着剤はリベットとして機能し、ブレーカコア１０とフィーダスリーブ２０をより確実に併せ保持する。

使用時、フィーダスリーブ組立体は鋳砂（この砂はフィーダスリーブ２０下側のブレーカコア１０周囲の空間にも進入する）でもって覆われ、パターンプレート２４は「突き固め」られ、それによって鋳砂を圧縮する。圧縮力が、スリーブ２０をパターンプレート２４へ向け下方へ移動させる。力はピン２２により一部、フィーダスリーブ２０の破砕域として効果的に機能するブレーカコア１０の変形或いは圧壊により一部吸収される。同時に、変形ブレーカコア１０の下側に捕捉される成形媒体（砂）は逐次突き固められて所要の成形硬度とブレーカコア１０下側に表面仕上げをもたらす（この特徴はフィーダエレメントの下方先細形状がフィーダスリーブ直下で鋳砂を捕捉させる全ての実施形態に共通する）。加えて、砂の圧縮は一部衝撃を吸収するのにも役立つ。ブレーカコア１０の基部１６が成形キャビティに連通する最も幅狭の領域を画成するため、フィーダスリーブ２０がその長さを低減しかねない先細キャビティや極度に先細の側壁を有するようにさせる要件が一切存在しないことは、理解されよう。突き固め後の状態が、図４に図示してある。鋳造は、パターンプレート２４とピン２２の除去後に行われる。

都合よくは、本発明のフィーダエレメントはばねピンの使用に依存しない。図５と図６は、固定ピン２６上に装着したフィーダスリーブ２０ａに嵌合させたブレーカコア１０を示す。突き固め時（図６）にスリーブ２０ａが下方へ移動してピン２６が固定されるため、スリーブ２０ａにはその中にピン２６を受ける孔２８が設けてある。図示の如く、孔２８はスリーブ２０ａの上面を通って延びているが、他の実施形態（図示せず）ではスリーブには有底孔（すなわち、この孔はフィーダの上部を一部だけ貫通して延びていて押湯スリーブキャビティを密閉できるようにしてある）を設けることができる。さらなる変形例（図２４に図示）では、有底孔を固定ピンと併せ使用し、突き固め時に図２５に図示し（独国特許第１９５０３４５６号に記載されている）如くピンがフィーダスリーブの頂部を貫通し、かくして一旦ピンを取り除いた後に成形ガス用の排気口が作成されるようスリーブを設計してある。

図７と図８を参照するに、図示のブレーカコア３０は、ブレーカコア３０の基部を画成する側壁域３２が軸方向に配向してあって、その直径がピン２２，２６の直径にほぼ対応させてある点で、図１に示したものとは異なる。軸方向側壁域３２もまた他の軸方向側壁域１２ｂよりも大きな高さを有するよう延ばしてあり、ブレーカコア３０下側に被圧縮砂の或る低度の深さを見込んである。加えて、基部を画成する軸方向側壁域３２の自由端は内向きの環状フランジ３２ａを有しており、これが使用時にパターンプレート上に着座し、これが孔の下端部を強化し、パターンプレート２４に対する当接面積を増大させ（ブレーカコア３０の基部が圧縮を受けて外方へ拡開しないよう保証し）、フィーダネック内に画成される切り込みを生成してノックオフを支援し、ノックオフが鋳造面に接近するよう保証する。環状フランジは、それと軸方向側壁域３２との間の自由な動きを可能にしながら、ピン上に正確な位置を規定してもいる。これは図７Ａにより明瞭に見ることができ、この図からパターンプレート２４とブレーカコア３０の間にはエッジ接点だけが存在し、それによってフィーダエレメントの足跡が最小化されていることが分かる。残る軸方向及び半径方向の側壁域１２ａ，１２ｂは、同一の長さ／高さを有する。

ノックオフ点は、しかるべき極端な環境においてそれがブレーカコア３０が鋳造面内へ破断できるよう鋳型に接近させてある。従って、図７Ｂを参照するに、ブレーカコア３０がその上に着座するピン（固定又はばね）の基部に短い（約１ｍｍ）スタブ３６を配設することが望ましかろう。ピンが装着する適当な起立領域をその上に有するパターンプレート２４を形成することで、これは都合よく達成される。さもなくば、スタブはピン基部のパターンプレート２４の一部か、或いはブレーカコア３０をピン上に装着する前にピンを覆って配置するディスクリート部材（例えば、ワッシャ）のいずれかとして形成したリング形状をとらせることができる。

図９と図１０を参照するに、本発明になるさらなるブレーカコア４０は、ブレーカコア４０の基部を画成する側壁４２が截頭円錐形状であってブレーカコアの基部から孔軸に対し約２０°〜３０°の角度で軸方向外方へ傾斜する点を除き、図７と図８に示したものとほぼ同一である。側壁４２には、同じ仕方でかつ図７に示した実施形態と同じ目的に合わせ環状フランジ４２ａが配設してある。ブレーカコア４０は、図７に示したブレーカコア３０よりも少数の段差（すなわち、一つ少ない軸方向領域と半径方向領域１２ａ，１２ｂ）を有する。

図１１を参照するに、本発明になるさらなるブレーカコア５０が図示してある。基本的な構成は、先に説明した実施形態のそれに類似する。押圧された金属側壁は歩進し、ブレーカコア５０の第２の（頂部）端部５２に向かって直径が増大する孔１４を供給する。しかしながら、本実施形態では、第１の一連の側壁域５４は孔軸に対し約４５°で傾斜させ（すなわち、截頭円錐形状とし）てあり、これによりそれらはブレーカコア５０の基部５６に対し外方へ張り出す。側壁５４と孔軸の間の角度αもまた、４５°である。この実施形態は、第１の一連の半径方向側壁域５４を軸方向側壁域１２ｂと同じ長さとし、圧縮時に生成変形フィーダエレメントの輪郭が比較的平ら（水平）になるようにする好適な特徴を有する。ブレーカコア５０は、たった４個の第１の一連の軸側壁域５４を備える。第２の一連の側壁域１２ｂの側壁域５８はブレーカコア５０の基部５６にて終端してあり、第２の一連の他の側壁域１２ｂよりも相当に長いものである。

図１２と図１３を参照するに、さらなるブレーカコア６０が図示してある。ブレーカコア６０は、ほぼ一様な肉厚の金属側壁６４により画成した截頭円錐形状の孔６２を、３個の相互離間同心溝６６を配設（この場合、機械加工による）した外面内に有する。溝６６は、圧縮時に予測通りに損壊する脆弱点を側壁６４内へ導入する（図１３）。この実施形態の変形例（図示せず）では、一連の離散的な切欠きが配設してある。さもなくば、側壁は交互配置した比較的厚肉と比較的薄肉の領域でもって形成する。

本発明になるさらに他のブレーカコアが、図１４と図１５に示してある。ブレーカコア７０は、薄肉側壁付き鋼製プレス加工品である。その基部から、側壁は外方に張り出した第１の領域７２ａと、円形断面の筒状の軸方向を向く第２の領域７２ｂと、第３の半径方向外方に延びる領域７２ｃとを有し、この第３の領域７２ｃが使用時にフィーダスリーブ２０の着座部として機能する。圧縮を受けてブレーカコア７０は予測可能な仕方で圧壊（図１５）し、第１と第２の側壁域７２ａ，７２ｂ間の内角は減少する。

配向した側壁域の異なる組み合わせをもった多くの可能なブレーカコアが存在することは、理解されよう。図１６を参照するに、図示のブレーカコア８０は図１１に示したものに類似する。この特定のケースでは、一連の半径方向配向（水平）側壁域８２が一連の軸方向傾斜側壁域８４に交互配置してある。図１７と図１８を参照するに、ブレーカコア９０は基部から上方へ内外に画成された一連の内部軸方向傾斜側壁域９４と交互配置した第１の一連の外部軸方向傾斜側壁域９２が形成するジグザグ構造を有する。本実施形態では、ブレーカコアはスリーブ２０とは無関係にピン２２上に装着してあり、このスリーブはブレーカコア上に着座するがそれには固着していない。改変例（図示せず）では、上側半径方向面がブレーカコアの頂部を画成し、ブレーカコアに予接着することのできるスリーブに対し必要に応じて着座面をもたらす。

図１９と図２０を参照するに、本発明になる別のブレーカコア１００が図示してある。ブレーカコア１００は、ピン２２に摺動嵌合する筒状ゴム被覆で単純に構成してあり、それがスリーブ２０用の着座部を提供する。突き固め時に、被覆は軸方向に圧縮される（図２０）。

（試験例）
試験は、３００トンの突き固め圧力と１３７５×９７５×３９０／３９０ｍｍの成形ボックス寸法を有する市販のクンケル・ワグナー（Ｋｕｎｋｅｌ−Ｗａｇｎｅｒ）社製高圧成形系列第０９−２９５８番にて行なった。成形媒体は、粘土結合生砂系であった。鋳物は、自動車用途向の延性鋳鉄（回転楕円体グラファイト鉄）内の中央ギヤハウジングであった。

（比較例１）
適当な無水珪酸砂ブレーカコア（１０Ｑ）に取り付けたＦＥＥＤＥＸ ＨＤ−ＶＳ１５９フィーダスリーブ（高速点火、高放熱性、耐圧性）を固定ピンを用いてパターンプレートに直接装着し、ブレーカコア／フィーダスリーブ構成を成形前にパターンプレート上に配置した。ノックオフ点は再現可能で鋳造面に近いものであったが、成形圧力に起因する損傷（主として亀裂）が幾つかのブレーカコアならびにスリーブで明らかであった。

（比較例２）
適当な位置決めコア（５０ＨＤ）に取り付けたＦＥＥＤＥＸ ＨＤ−ＶＳ１５９フィーダスリーブ（高速点火、高放熱、耐圧性）を比較例１に用いたが、この場合成形前にパターンプレート上とその上方に位置決めコア／フィーダスリーブ構成を装着するのにばねピンを使用した。成形時に圧力が位置決めコア／フィーダスリーブ構成とばねピンを押し下げ、鋳砂が下を流れ、位置決めコア下方に圧縮した。成形後は、ブレーカコア或いはスリーブ内に視認可能な損傷は一切観察されなかった。しかしながら、ノックオフ点は（ばねピンの基部の寸法及び輪郭が故に）再現不能であり、一部ケースでは鋳型の製造コストに加えスタブの手動着装が必要とされよう。

（実施例１ａ）
ＦＥＥＤＥＸ ＨＤ−ＶＳ１５９放熱スリーブに取り付けた０．５ｍｍ鋼から製造した図１のブレーカコア（軸長３０ｍｍ、最小直径３０ｍｍ、スリーブの基部の外径に対応する最大直径８２ｍｍ）を、固定ピンか又はばねピンのいずれかに装着した。成形後にフィーダスリーブに対する視認可能な損傷は一切観察されず、ブレーカコア直下の領域内に鋳型の秀逸な砂の突き固めが存在することが観察された。ノックオフ点は再現可能で、鋳造面に近いものであった。一部ケースでは、残留フィーダ金属及びブレーカコアが生砂鋳型からの鋳物の砂落とし期間中に実際に脱落し、ノックオフ・ステップの必要性は取り除かれた。鋳造には表面欠陥が全く存在せず、鋼製ブレーカコアと鋳鉄表面との直接当接における悪影響は一切存在しない。

（実施例１ｂ）
さらなる試行は、ＦＥＥＤＥＸ ＨＤ−ＶＳ１５９放熱スリーブに取り付けた０．５ｍｍ鋼から製造した図７のブレーカコア（軸長３３ｍｍ、最小直径２０ｍｍ、スリーブの基部の外径に対応する最大直径８２ｍｍ）を用いて行なった。これを先の実施例における鋳型に対しより輪郭を持たせ凸凹させた輪郭のギヤ収容鋳物の異なる型設計に用い、固定ピン或いはばねピンのいずれかに同様に装着した。ノックオフはここでも、ブレーカコア直下の領域における鋳型の砂の突き固めがそうであったのと同じく秀逸であった。このブレーカコアの使用は、（実施例１ａのそれに比べ）より小型の足跡に対する有益な機会と鋳造面とフィーダエレメントとの低減された当接面積とをもたらした。

（実施例１ｃ）
第３の試行は、ＦＥＥＤＥＸ ＨＤ−ＶＳ１５９放熱スリーブに取り付けた０．５ｍｍ鋼から製造した図９のブレーカコア（軸方向長さ２８ｍｍ、スリーブの基部の外径に対応する最大直径８２ｍｍで、側壁４２が孔軸に対して１８°の角度で基部から軸方向外方へ傾斜）を用いて行なった。これは、実施例１ａ，１ｂで使用するものを含むギヤ収容鋳物の幾つかの異なる設計用に用いた。ブレーカコア／フィーダスリーブ構成は、固定ピン或いはばねピンのいずれかに装着した。先細側壁４２とブレーカコア基部における環状フランジ４２ａとの組み合わせが、高精度で画成された切り込みとフィーダネック内の傾斜を生み出し、フィーダヘッドの秀逸なノックオフをもたらし、それは非常にむらが無く再現可能であり、鋳造面に非常に接近しており、かくして完成品の鋳物の生成に必要な機械加工は最小であった。

（実施例２−破砕強度と側壁構造の調査）
ハウンスフィールド（Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ）社製圧縮強度試験器の二つの平行なプレート間にそれらを着座させることで、ブレーカコアを試験した。底部プレートは固定してあったが、頂部プレートは毎分３０ｍｍの一定速度で機械式螺子込み機構を介して下方へ横断させ、プレート変位に対し印加力のグラフをプロットした。

試験したブレーカコアは図１１に示す基本構造を有する（側壁域１２ｂ，５４は５ｍｍであり、側壁域５８は８ｍｍであって、１８〜２５ｍｍの範囲の孔を画成しており、ブレーカコアの頂部５２の最大直径は６５ｍｍである）。全部で１０個の異なるブレーカコアを試験し、コア間の唯一の差異は５°間隔で４５〜９０°に亙り変化させた角度αと、ブレーカコアの頂部５２の最大直径が全てのブレーカコアに対し６５ｍｍとなるよう調整した頂部外部側壁域の長さである。金属ブレーカコアの金属肉厚は、０．６ｍｍであった。

図２１を参照するに、α＝５０°のブレーカコアについてプレート変位に対し力をプロットした。力を増すと、ここでは初期破砕強度と呼ぶ臨界力が印加（点Ａ）されるまで、ブレーカコアの最小圧縮（その未使用の非破砕状態での固有可撓性に関連）が存在し、その後に圧縮はより小さな負荷を受けて急速に進行し、初期破砕強度が発生した後の最小力計測値が点Ｂで記録される。さらに、圧縮が発生し、力は最大（最大破砕強度、点Ｃ）まで増大する。コアがその最大変位（点Ｄ）に達するか接近すると、さらなる変位が物理的に不可能である箇所の点（点Ｅ）において力は急速に目盛を振り切って増大する。

初期破砕強度と最小圧力計測値と最大破砕強度が、１０個全てのブレーカコアについて図２２にプロットしてある。理想的には、初期破砕強度は３０００Ｎ未満でなければならない。初期破砕強度が余りに高い場合、そのときは成形圧力はブレーカコアが圧縮機会を有するよりも前にフィーダスリーブの破損を引き起こすことがある。理想的な概要図は、初期破砕強度から最大破砕強度への直線的プロットとなる筈であり、それ故に最小力計測値（点Ｂ）は理想的には最小破砕強度に非常に接近しよう。理想的な最大粉砕強度は、ブレーカコアが意図する応用分野に非常に依存するものである。非常に高い成形圧力を印加する場合、そのときは低圧成形分野に用いるブレーカコア用よりも高い最大破砕強度の方がより望ましかろう。

（実施例３−破砕強度と側壁肉厚の調査）
破砕強度パラメータに関する金属肉厚の影響を調査すべく、さらなるブレーカコアを作成し、実施例２について試験した。ブレーカコアは、実施例１ｂ（軸長３３ｍｍ、最小直径２０ｍｍ軸、スリーブの基部の外径に対応する最大部直径８２ｍｍ）のものと同じであった。鋼の肉厚は０．５，か０．６か０．８ｍｍ（側壁１２ａの環状肉厚の１０か１２か１６％に対応）であった。変位に対する力のプロットが図２３に図示してあり、これから最小力（点Ｂ）と初期破砕強度との間の差異同様、初期破砕強度（点Ａ）が金属肉厚とともに増大することが分かる。側壁１２ａに対し金属が余りに薄肉である場合、そのときは初期破砕強度は容認できないほど高いものとなる。金属が余りに薄い場合は、粉砕強度は容認できないほど低いものとなる。

実施例２，３の考察から、ブレーカコアの幾何構造とブレーカコア材料の肉厚を変えることで、３個の主要パラメータ（初期破砕強度と最小力と最大破砕強度）をブレーカコア用に意図された特定の応用へ向け調整できることが理解されよう。

本発明になる第１のフィーダエレメントの側面図である。 本発明になる第１のフィーダエレメントの上面図である。 突き固め前の図１のフィーダエレメントとばねピンに装着したフィーダスリーブとを示す図である。 図３の組立体の一部の断面図である。 突き固め後の図１のフィーダエレメントとばねピンに装着したフィーダスリーブとを示す図である。 突き固め前の図１のフィーダエレメントと固定ピンに装着したフィーダスリーブとを示す図である。 突き固め後の図１のフィーダエレメントと固定ピンに装着したフィーダスリーブとを示す図である。 本発明になる第２のフィーダエレメントの側面図である。 標準ピンに装着した図７のフィーダエレメントの一部の断面図である。 変形ピンに装着した図７のフィーダエレメントの一部の断面図である。 本発明になる第２のフィーダエレメントの上面図である。 本発明になる第３のフィーダエレメントの側面図である。 本発明になる第３のフィーダエレメントの上面図である。 本発明になる第４のフィーダエレメントの側面図である。 圧縮前の本発明になる第５のフィーダエレメントの断面図である。 圧縮後の本発明になる第５のフィーダエレメントの断面図である。 圧縮前の本発明になる第６のフィーダエレメントを組み込んだフィーダ組立体の概略断面図である。 圧縮後の本発明になる第６のフィーダエレメントを組み込んだフィーダ組立体の概略断面図である。 本発明になる第７のフィーダエレメントの側面図である。 本発明になる第８実施形態のフィーダエレメントを組み込んだフィーダスリーブ組立体の断面図である。 本発明になる第８実施形態のフィーダエレメントを組み込んだフィーダスリーブ組立体の断面図である。 圧縮前の本発明の第９のフィーダエレメントを組み込んだフィーダ組立体の概略断面図である。 圧縮後の本発明の第９のフィーダエレメントを組み込んだフィーダ組立体の概略断面図である。 図７のブレーカコアについて圧縮に抗して加わる力をプロットした図である。 本発明になる一連のブレーカコアについて圧縮データを示す棒グラフである。 側壁厚が異なる図７に示した種の一連のブレーカコアについて圧縮に抗する力をプロットした図である。 突き固め前の図１のフィーダエレメントと固定ピンに装着した図５に示したものとは異なるフィーダスリーブを示す図である。 突き固め後の図１のフィーダエレメントと固定ピンに装着した図６に示したものとは異なるフィーダスリーブを示す図である。

符号の説明

１０，３０，４０，７０，８０，９０，１００ ブレーカコア
１２，４２，６４ 側壁
１２ａ，７２ａ 第１の側壁域
１２ｂ，７２ｂ 第２の側壁域
１４，２８，６２ 孔
１６ 第１の端部
１８ 第２の端部
２０ フィーダスリーブ
２２ ばねピン
２４ 成形プレート
２６ 固定ピン
３２ 軸方向側壁域
３２ａ，４２ａ 環状フランジ
５２ 頂部（第２の端部）
５４ 第１の一連の側壁域
５６ 基部
５８ 第２の一連の側壁域
６６ 溝
７２ｃ 第３の領域
８２ 半径方向配向側壁域
８４ 軸方向傾斜側壁域
９２ 外部軸方向傾斜側壁域
９４ 内部軸方向傾斜側壁域

Claims (20)

1. 金属鋳造に用いるフィーダエレメントであって、
   成形パターン上に装着する第１の端部と、フィーダスリーブを受容する反対側の第２の端部と、前記第１と第２の端部間に側壁により画成した孔とを有し、使用時に圧縮可能とすることで前記第１と第２の端部間の距離を低減したことを特徴とするフィーダエレメント。
2. 初期破砕強度が５０００Ｎ以下である請求項１記載のフィーダエレメント。
3. 初期破砕強度が少なくとも５００Ｎである請求項１又は２に記載のフィーダエレメント。
4. 前記圧縮は非可逆性である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
5. 前記圧縮は非脆性材料の変形を介して達成することができる請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
6. 前記フィーダエレメントは第２の一連の側壁と相互接続して一体形成した直径が増大するリングの形をした第１の一連の側壁域を備える段付き側壁を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
7. 前記リングを環状をなす、請求項６記載のフィーダエレメント。
8. 前記リングは平坦である請求項６又は７に記載のフィーダエレメント。
9. 前記側壁域はほぼ一様な肉厚とすることで前記フィーダエレメントの前記孔の前記直径を前記フィーダエレメントの前記第１の端部から前記第２の端部へかけて増大させるようにした請求項６〜８のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
10. 前記第２の一連の側壁域が環状である請求項６〜９のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
11. 前記孔軸と前記第１の側壁域との間に画成する前記角度が約５５〜９０°である請求項６〜１０のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
12. 前記フィーダエレメントの前記第１の端部を画成する前記側壁域は前記孔軸に対し５〜３０度の角度で傾斜させた請求項６〜１１のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
13. 前記側壁域の肉厚は前記第１の側壁域の前記内径と外径の間の距離の約４〜２４％である請求項６〜１２のずれか１項に記載のフィーダエレメント。
14. 前記フィーダエレメントの前記第１の端部を画成する前記側壁域の前記自由端は内向きフランジであってビードを有する請求項１３記載のフィーダエレメント。
15. 前記フィーダエレメントの前記側壁に所定負荷の下で変形又は剪断可能となるように１以上の脆弱点を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
16. 前記側壁に所定負荷の下で変形する少なくとも一つの肉厚低減域を設けた請求項１５記載のフィーダエレメント。
17. 前記側壁に所定負荷の下で前記側壁を変形させる１以上の撚れや屈曲や襞や他の輪郭を設けた請求項１５又は１６に記載のフィーダエレメント。
18. 前記孔は截頭円錐形であり、少なくとも一つの円周溝を有する側壁により境界付けた請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のフィーダエレメント。
19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のフィーダエレメントとこれに固着したフィーダスリーブとを備えることを特徴とする金属鋳造用フィーダシステム。
20. 前記フィーダスリーブは接着剤により或いは前記フィーダエレメントとの押し込み嵌合により或いは前記フィーダエレメントの一部周囲に該スリーブを成形することで前記フィーダエレメントに固着した請求項１９記載のフィーダシステム。

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