JP6131147B2 - ダイカストスリーブ溶融金属供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカストマシンのスリーブに溶融アルミニウム等の溶融金属を供給する溶融金属供給装置に関し、特にダイカストスリーブを減圧して不活性ガスにガス置換して溶融金属の酸化防止を行い、そのままダイカストスリーブを減圧して溶融金属を汲み上げて真空のダイカストスリーブに溶融金属を供給する溶融金属供給装置に、ベローズによる熱膨張や衝撃吸収機構と耐蝕セラミック管を内蔵し、ダイカストスリーブ並びに電磁ポンプダクト内を減圧して、そのダクト内を駆け上がる溶融金属を電磁ポンプの制動力で一旦そのダクト内に溶融金属を保持出来る電磁ポンプ構造と制動力を弱めて精度良く間欠給湯する方式を用いる溶融金属供給装置に関する。

例えばアルミニウムダイカスト装置によりアルミニウム鋳造物を製造する場合、アルミニウムのインゴットを溶融炉である溶融金属槽に入れて溶融した後、機械的給湯手段、空圧利用の給湯手段、電磁誘導による給湯手段等によりダイカストマシンの型内キャビティに溶融金属を充填し、アルミニウム鋳造物を鋳造する。

ダイカストマシンにおいては、金型に溶融金属を充填する前段階として、一旦シリンダー状のスリーブに所定量の溶融金属を充填し、これをプランジャで金型に押し込むことにより、金型内に予め定められた一定量の溶融金属を供給する供給方式が使用されている。この場合にスリーブへの溶融金属の供給手段としては、例えば特開平０５−１７７３２９号公報、特開２００１−１８０５３公報、特開２００４−１５４８２５号公報に記載されたように、誘導電磁ポンプが多く使用されている。電磁ポンプに加え、前記特開平０５−１７７３２９号公報では、溶融金属槽側に設けた空圧装置が溶融金属供給手段として併用されている。ここに先行文献を挙げてはいないが、溶融金属槽側に設けた前記加圧装置に替えて又は併用して金型側に減圧装置を接続して減圧吸引することもある。

前述の通り、従来のダイカストマシンのスリーブへの溶融金属供給装置では、スリーブへの溶融金属供給手段として電磁ポンプが使用され、加圧装置や減圧装置が併用されている。これらの溶融金属供給手段では、誘導電磁ポンプの駆動やその停止により溶融金属の供給−停止の制御がなされ、これにより定量の溶融金属を電磁ポンプのノズルの出口に取付けられた配管を通じてスリーブへ供給するよう図られている。

どのようなダイカストマシンでも、シリンダー状のスリーブに所定量の溶融金属を一旦充填し、これをプランジャで金型に押し込むことにより、金型に定量の溶融金属を充填し、その金型で一定重量、容積の鋳造物を鋳造する。従って、スリーブへは給湯動作毎に予め定められた一定量の溶融金属を送り込むことが必要となる。

現在、ダイカストマシンと溶融金属槽との間にストークを接続して、スリーブや金型のキャビティを減圧して、溶融金属槽内の溶湯を吸引して鋳造する真空ダイカストはすでに市販されていて、ドイツのメーカのバキュラル法が有名である。真空ダイカストに於いて金型のキャビティやスリーブを高真空の−1.0ｋｇ/ｃｍ^２Ｇにすると比重2.5ｇ/ｃｍ^３のアルミ溶湯は４ｍも上昇してしまうので溶融金属槽を密閉炉にして差圧で１ｍ程度しか上がらない様にするなどの対策をしないとスリーブと溶融金属槽との間に４ｍの高さのストークが必要になってしまう。

この様な密閉炉を必要としない方式として、電磁ポンプをブレーキとして使いダイカストマシンのスリーブと保持炉との間に直接接続したものが提案されている。
従来の真空ダイカストマシンのスリーブへの溶融金属供給装置では、スリーブへの溶融金属供給手段として電磁ポンプが使用され、金型側に加圧装置や減圧装置が併用されている。これらの溶融金属供給手段では、誘導電磁ポンプの駆動やその停止により溶融金属の供給−停止の制御がなされ、これにより定量の溶融金属を電磁ポンプのノズルの出口に取付けられた配管を通じてスリーブへ供給するよう図られている。これに拠って溶融金属を酸化させずにスリーブに供給し、酸化物やガスの入らない鋳造品を作ることが出来る。

一般に、電磁ポンプは、ダクトの軸方向に移動磁界を発生させて、その移動磁界がダクト内の溶融金属を通過することによって溶融金属内に誘導電流が誘起され、この誘導電流と移動磁界との相互作用に拠って移動磁界方向に推力が誘発され、この推力によって溶融金属を駆動したり制動したりするものである。

電磁ポンプのノズルとダイカストマシンのスリーブとを密閉配管を介して直接接続し、金型側に取付けられた減圧装置で金型内とスリーブ内を減圧装置で真空にしていく時、その減圧してゆく圧力に拠って電磁ポンプが取付けられた溶融金属の溶融金属槽から電磁ポンプのダクト内を溶融金属が立ち上がって来ないように、電磁ポンプに逆電磁力を掛けて、溶融金属を制動して置かなければ成らない。電磁ポンプのダクト内に制動された溶融金属を電磁ポンプの制動力を弱める事に依って、スリーブ内に溶融金属を定量給湯し、定量給湯された溶融金属をスリーブ内のプランジャにて金型内に溶融金属を押しこみ、酸化物やガスの入らない鋳造品を作ることが出来る。

電磁ポンプはダクト内に溶融金属が存在して初めて推力が発生する事になるから、予め電磁ポンプに溶融金属を供給する方向と反対方向に移動磁界を発生させていたとしても、減圧装置が動作してダクトに溶融金属が吸い上げられて行く途中で制動力が働いていくので、ダクト内の流動慣性によって、動いている溶融金属をすぐに制動することは出来ない。従って、予め電磁ポンプに溶融金属を供給する方向と反対方向に移動磁界を発生させておいてゆっくり真空にするか、電磁ポンプの出力を大気との圧力差を十分超える状態にして吸い上げられる溶湯を制動するしか無い。しかし、ゆっくり真空にする方法は、時間が数十秒も掛かり、1分程度の鋳造サイクルのダイカストマシンでは、コスト上昇をもたらすので、短時間制動が可能な後者が優れている。

前述の通り、減圧装置を併用しダクト内に溶融金属が無い状態の誘導電磁ポンプには、大気との圧力差を十分超える出力が発生し得る磁束密度の移動磁界を下向きに発生させておいて、溶融金属がダクト内を上昇している途中で溶融金属に発生する制動力で溶融金属を素早く制動できる環状流路型電磁ポンプを使用し、更にその電磁ポンプの出湯口であるノズルにおいて湯切れを良くするためダクトと共に斜めに設置されるノズル出湯口を重力方向に鉛直に鋭く切断したノズル先端を用いることによって、溶融金属がノズル先端から乗り越えて所定の出湯が終わろうとする時に、ノズル先端において電磁ポンプダクト側へ戻る溶融金属とダイカストスリーブ側へ落ちてゆく溶融金属が別れ別れに湯切りが行われる様にする。この様なスリーブへの溶融金属の定量供給を正確に行う装置において、電磁ポンプノズル先端からダイカストスリーブに繋がる密閉金属製ダクトは、ダイカストマシンのスリーブがプランジャの動きによって激しく振動するので、連動して振動することになる。この密閉金属製ダクトの振動は、電磁ポンプダクトの全てのパッキンを緩め、パッキンの気密性を損なう事になる。従って、密閉金属製ダクトの振動を抑えるために、密閉金属製ダクトの途中に金属ベローズを設けて、その振動を吸収し電磁ポンプのパッキンに過大な振動が掛かって破損しない様にしなければならない。一般に金属は溶融金属によって徐々に腐食してしまうので、金属製ダクトが溶融金属で腐食しない様に密閉金属製ダクト内面にセラミックコートを行っている。しかし、密閉金属製ダクト内面にセラミックコートをしても、金属とセラミックコートとの熱膨張の差からそのセラミックコートが徐々に剥がれ溶融金属によって腐食してしまっていた。

特開平０５−１７７３２９号公報 特開２００１−１８０５３公報 特開２００４−１５４８２５号公報

本発明は、前述した従来の溶融金属供給装置における課題に鑑み、真空ポンプ、真空タンク等の減圧手段と環状リニア誘導電磁ポンプ等の溶融金属電磁ポンプを併用したダイカストスリーブへの溶融金属供給装置において、正確且つ迅速で不純物の無い溶融金属の供給制御を実現し、ダイカストマシンからの振動、衝撃、熱膨張による無理な力を給湯装置に伝えず、電磁ポンプノズルからダイカストスリーブへ給湯する溶融金属によって密閉金属製ダクトを腐食する事のない溶融金属供給装置を実現することを目的とする。

本発明では、前記の減圧時のダクト内溶融金属制動の目的を達成するため、溶融金属を供給する給湯側金属製ダクト１”とダイカストスリーブ２７との間にベローズによる緩衝機能を有する振動吸収用のベローズ５２を設ける。このスリーブ２７接続された給湯側ダクト１”に、溶融金属１２の給湯方向に登りから下りにダクト勾配が変わる頂部６を設ける。さらにこの給湯側ダクト１”の頂部よりスリーブ２７側の下り勾配部分にセラミック内管６１を内蔵し、そのセラミック内管６１と金属製ダクト１”との間には金属製ダクト１”の熱膨張によって熱応力が掛からない様に隙間を設けた。より具体的には、電磁ポンプのポンプ側ダクト１、中間ダクト１’とダイカストスリーブ２７とを繋ぐ密閉金属配管である給湯側金属製ダクト１”が腐食しない様にセラミック内管６１を内蔵し、これら給湯側ダクト１”の 下り勾配部分とセラミック内管６１との間にセラミック帯状のクッション材６０を挿入する。他方、前記頂部６より溶融金属槽１１側の給湯側ダクト１”の上り勾配部分にノズル管４５を内蔵する。さらに給湯側ダクト１”の頂部において、密閉金属配管である給湯側金属製ダクト１”内のセラミック内管６１にテーパー穴６３をあけてその穴を鉛直に鋭く切断した前記ノズル管４５の先端を差し込んで接合し、その接合部において鉛直に鋭く切断したノズル管４５の先端で生じる雫が密閉金属配管である給湯側金属製ダクト１”側に伝わらない様にテーパーパッキン５９を嵌合し、そのテーパーパッキン５９がずり落ちない様にマウスピース６２がノズル管４５に差し込んであり、このマウスピース６２がノズル管４５の段差でずり落ちないで維持される構造を有するセラミック内管６１を内蔵した給湯側金属ダクト１”とする。これにより中間ダクト１’とダイカストスリーブ２７までの全ての流路を溶融金属に対して耐食性のあるセラミックダクトにして、減圧手段と溶融金属電磁ポンプとを併用してダイカストマシンのスリーブ２７に溶融金属１２を供給する。そして減圧吸引時に湯面振動が止まりやすい流路ギャップを持つ環状リニア誘導電磁ポンプ型の溶融金属電磁ポンプとし、予め定められた所定量の溶融金属１２がスリーブ２７に供給される前から溶融金属電磁ポンプの電磁コイルに大気圧力を止めるだけの逆方向の推力が発生する様に常に通電しておく。

さらに詳細に説明すると、先端を鉛直カットにして湯が切れる様にしたノズル管４５を給湯側金属製ダクト１”内に設け、両端が開口したセラミック内管６１にテーパー穴６３をあけてそのテーパー穴６３にテーパーパッキン５９を嵌合し、このテーパーパッキン５９がずり落ちない様にマウスピース６２がノズル管４５の僅か細くした段差の部分に差し込まれ、さらにセラミック内管６１がガタつかない様にセラミック繊維製のクッション材６０をセラミック内管６１に巻き付けて、その回りを金属製ダクト１”で覆い、この金属製ダクト１”とセラミック内管６１との間にできる僅かな隙間によって給湯側金属製ダクト１”の熱膨張とセラミック内管６１の熱膨張があらゆる方向にそれぞれ独立して伸びる様にして、給湯側金属製ダクト１”とセラミック内管６１に過大な熱応力が発生しない給湯側金属製ダクト１”にする。さらに給湯側金属製ダクト１”とスリーブ開口部との間にベローズ５２を取り付けて熱膨張の大きい給湯側金属製ダクト１”の伸びとスリーブの振動を吸収できる構造にした。給湯側金属製ダクト１”の中でのセラミック内管６１の長さは、ダイカストマシンのスリーブ開口部まで達し、溶融金属１２が金属製ダクト１”に接触しないで供給できるようにした。これに拠って給湯側金属製ダクト１”の中でセラミック部材であるノズル管４５とセラミック内管６１が拘束無く伸びられるので、セラミック部材に過大な熱応力が掛からず、腐食性の高い溶融金属１２だけが耐蝕部材であるセラミックス内管６１の中を通過して、スリーブ２７に供給出来る。更に説明を加えると、ノズル管４５に差し込まれるセラミック内管６１の差し込み口であるテーパー穴６３がセラミック内管６１の内側に行くに従って先細りとなる様にテーパー加工され、この差し込み部にテーパーパッキン５９を差し込んで、テーパーパッキン５９がセラミック内管６１の内部にはみ出ない様にして、更にテーパーパッキン５９がずり落ちないようにノズル管４５の差し込み部分を僅かに細くして段差をノズル管４５に付けて、その細くなったノズル管４５にマウスピース６２を差し込むことによって、テーパーパッキン５９とノズル管４５とセラミック内管６１との差し込み部に隙間無くテーパーパッキン５９が嵌合されて、ノズル管４５の湯切れ部に生じる雫が給湯側金属製ダクト１”側に溶融金属が侵入しないようにした。

本発明によるダイカストスリーブへの溶融金属供給装置は、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２をスリーブ２７に吸引する減圧手段と、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２に制動力を与える給湯誘導子１４を有し、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２を減圧時に直ちにスリーブ２７側に流出しない様に制動するための適正な流路ギャップを持つ環状リニア誘導電磁ポンプ型の溶融金属電磁ポンプと、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２の湯面を検知するノズルレベルセンサー１９を備えており、これらにより予め定められた所定の溶融金属１２がスリーブ２７に供給される場合、減圧手段により溶融金属１２がスリーブ２７内に吸引される前に、減圧手段の減圧でポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内を上昇する溶融金属１２に減圧吸引力に見合う反対方向の逆推力が発生する様に給湯誘導子１４に出力を与えて置き、減圧手段よる短時間の減圧でもポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２がポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内に制動保持される様にする。この時、給湯誘導子１４によりポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融属１２に与えられる制動力は、減圧手段による溶融金属１２の吸引方向と逆になる。溶融金属１２を制動するには給湯誘導子１４だけでなく立上誘導子２４も用いる事ができるが制御が煩雑になるので、給湯誘導子１４だけで制動するのが良い。ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内に制動保持された溶融金属１２は、ノズルレベルセンサー１９の所定の位置に短時間内に調整され、給湯誘導子１４への出力調整によりポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内に制動された溶融金属１２への制動力を給湯量に見合うだけの時間減少させることに拠ってスリーブ２７へ溶融金属１２が必要量供給される。このノズルレベルセンサー１９で保持される溶融金属１２の湯面も溶融金属１２に含まれる水素がガス化して湯面変動を起し、溶融金属１２の飛沫がノズル先端を乗り越えて給湯精度を低下させてしまうので、飛沫が乗り越えられない高さに湯面を設定しなければならない。

さらに先端を鉛直カットにして湯が切れる様にしたノズル管４５をダクト内に設ける。溶融金属１２の給湯を終え再度給湯誘導子１４への制動力を増すと、ノズル管４５先端に於いてスリーブ側に給湯される溶融金属１２と電磁ポンプのノズル側に戻ろうとする溶融金属１２がそれぞれの方向に分かれる時に、この鋭い鉛直カットのノズル管４５の先端に於いて溶融金属１２が切れる事によって、精度良い間欠給湯が出来る。この鉛直カットのノズル管４５とは、傾いて設置されたポンプ側ダクト１，中間ダクト１’に対し、先端を鉛直方向に鋭く切断したものであり、鉛直にカットした時にできる楕円形の流路断面を持ち、その楕円形断面の下半分に鋭い端面ができたものである。一般にポンプ側ダクト１の設置角度は３０度〜４５度が多く、例えばポンプ側ダクト１，中間ダクト１’を３０度に設置した場合、ノズル管４５はポンプ側ダクト１，１’の中心軸に対して６０度下向きに切断された形状とする。また例えばポンプ側ダクト１，中間ダクト１’を４５度に設置した場合は、ポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の中心軸に対して４５度下向きに切断した形状とする。ポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の設置角度が小さくなると、給湯後にダクト内を戻る湯の速度が遅くなって、鋭い湯切れが無くなり、湯面面積が増えた分湯面変動によって給湯精度のばらつきが±５％を超える様になるので、ポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の傾斜角度は３０度以上が望ましい。

実験によれば、ノズル管４５の先端の鉛直精度が±５度を超えると、給湯中にノズル管４５の切断面からノズル管４５を差し込んだセラミック内管６１のテーパー穴６３側に溶融金属が回り込んで付着し、ノズル管４５の先端で越流してゆく湯面にさざ波状の湯面振動を起こすので湯切れが不安定になって給湯精度を悪くする。従ってノズル管４５の先端の鉛直精度は±５度以内とすべきである。このことは、設置角度の精度も同様である。例えばポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の設置角度を３０度とし、ノズル管４５の先端をその中心軸方向に対して下側に６０度に切断したした場合、その精度を±５度以内とすべきである。

このような本発明によるダイカストスリーブ溶融金属供給装置では、減圧吸引時に慣性力に伴う湯面全体が上下する揺動が止まりやすい流路ギャップを持つ環状リニア誘導電磁ポンプ型の溶融金属電磁ポンプとし、予め定められた所定の溶融金属１２がスリーブ２７に供給される前に、減圧手段により溶融金属１２がスリーブ２７内に吸引されるのと反対方向にポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２に給湯誘導子１４で制動力を与える。この流れに対して逆方向の制動力が溶融金属１２の流動慣性に対するブレーキとなるだけではなく、減圧手段による吸引力と見合った逆方向の制動力を与えればポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２を短時間で且つ湯面の上下動を無くし停止させることが出来る。その際溶融金属１２に含まれる水素がガス化して湯面変動を起し溶融金属１２の飛沫がノズル先端を乗り越えて給湯精度を低下させない高さにポンプ側ダクト１’内に停止位置が設定され、その停止位置を中間ダクト１’に設置されたノズルレベルセンサー１９の信号に従って給湯誘導子１４の出力を調整して保持制御がなされ、停止位置からポンプ側ダクト１、中間ダクト１’、ノズル管４５の出口との高低差、Δｈと給湯に必要な高さＨに相当する推力を必要な時間だけ低減させる。これに拠ってダイカストスリーブへ精度の良い給湯がなされる。

前述の給湯時に、鋭く鉛直カットされたノズル管４５の先端に於いて湯が切れることに拠って、スリーブ２７へ精度良く給湯される溶融金属１２は、金属製ダクト１”を腐食すること無く金属製ダクト１”内の耐蝕性セラミック内管６１を流れて行き、ダイカストマシンのスリーブ２７へと供給される。スリーブに給湯された溶融金属１２は、プランジャにて金型２９側に押し込まれて行く事になるが、プランジャの始動・停止に伴うスリーブ２７の振動が発生する。この振動は電磁ポンプのポンプ側ダクト１、中間ダクト１’ 、ノズル管４５、金属製ダクト１”に取付けられた全てのパッキンを緩めてシール性を損なう事になる。その為、振動を吸収するベローズ５２を金属製ダクト１”に取付けて、スリーブの振動を吸収し遮断した。これに依って電磁ポンプのセラミック製ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’、 ノズル管４５並びに給湯側金属製ダクト１”の全てのパッキンに緩みを与える振動を伝えること無く、それらのパッキンを健全に保つことが出来る。更に、給湯側金属製ダクト１”のセラミック内管６１とノズル管４５の差し込み部分にテーパーパッキン５９を嵌合しずり落ちない様にマウスピース６２を用いているので、鉛直カットされたノズル管４５の先端に於いて発生する雫もセラミック内管６１の内側に残り、給湯側金属製ダクト１”を腐食すること無く給湯側金属製ダクト１”内の耐蝕性のあるセラミック内管６１を溶融金属１２が流れて行く事に成る。給湯側金属製ダクト１”内にセラミック内管６１をガタつかない様に位置保持するために、セラミック内管６１の支持用にセラミック繊維を帯状にしたクッション材６０をセラミック内管６１に巻きつけておく必要がある。

以上説明したように、鋭い鉛直カットされたノズル管４５の流路下部の先端に於いて湯が切れることに拠って、スリーブ２７へ脈動無く精度良く給湯されることになる。給湯を終える為に電磁ポンプによる下向きの制動力を増すと、ノズル管４５の流路下部の先端に於いてスリーブ側に給湯される湯と電磁ポンプのノズル側に戻ろうとする湯がそれぞれの方向に分かれることになるが、このノズル管４５先端を設置角度に対して鉛直にカットした時にできる楕円形の流路断面の下半分に鋭い端面を作ることによって、溶融金属１２が流路断面の下半分より下方向に溶融金属１２が下がって行くときに自然にノズル管４５の流路断面の下半分にできた鋭い端面で切れるので、精度良い間欠給湯が出来る。即ち減圧手段による吸引力に見合った逆方向推力をパターン通りに僅かに弱めたり強めたりする事に拠って、スリーブ２７へ脈動無く精度良く給湯されることになる。更に、スリーブ２７側に供給される溶融金属１２に依って給湯側金属製ダクト１”が腐食しないようにセラミック内管６１を内蔵し、そのセラミック内管６１とノズル管４５の繋ぎ目のセラミック内管６１側にテーパー穴６３をあけて、そのテーパー穴６３とノズル管４５で出来る隙間にテーパーパッキン５９が嵌合され、その嵌合状態を維持するためにマウスピース６２をノズル管４５の細く段差が付いた部分にはめ込み、さらにセラミック繊維製のクッション材６０をセラミック内管６１のノズル管４５が差し込まれた上下両側近傍に巻き付けてガタつきのない状態にすることで、テーパーパッキン５９部でも溶融金属１２が漏れる事が無く、全ての流路で溶融金属１２による腐食がないセラミック流路を形成することが出来る。これに拠って、寿命が長く、メンテナンス間隔の長い電磁ポンプ給湯装置が実現出来る。

以上説明した通り、本発明によりダイカストスリーブから電磁ポンプダクトまで給湯管を密閉で真空にできて、スリーブ２７の振動や給湯側金属製ダクト１”の熱膨張も吸収しつつ、かつ溶融金属１２で腐食しないセラミック内管６１を溶融金属１２が漏れない繋ぎ目構造で給湯側金属製ダクト１”に内蔵させることに拠って、全給湯側金属製ダクト１”は溶融金属１２によって腐食される事がなくなり、メンテナンス間隔の長い電磁ポンプ式溶融金属供給装置が出来上がり、正確な量の供給が安定して実現出来るので、効率的な鋳造工程の実現と共に、均一な品質の鋳造品を鋳造することが出来るようになる。

ダイカストスリーブ溶融金属供給装置の一実施例を示す断面図である。 図１に示したダイカストスリーブ溶融金属供給装置のダクトからダイカストスリーブ２７に接続する部分を示す要部拡大図である。 ダイカストスリーブ溶融金属供給装置におけるスリーブへの溶融金属の給湯量と誘導子の駆動出力との関係の例を模式的に示すグラフである。

本発明では、予め定められた所定の溶融金属１２がスリーブ２７に供給される前に、減圧手段により溶融金属１２がスリーブ２７内に吸引されるのと反対方向にポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２に溶融金属電磁ポンプで推力を与えることによりポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内に一旦溶融金属１２を短時間で振動もなく保持し、その下向きの保持推力を給湯に見合った時間弱めると給湯側金属製ダクト１”側に溶融金属１２が吸い上げられて行き、給湯が終わるとそのときノズル管４５の先端において、鋭く鉛直にカットされたノズル管４５の楕円流路の下半分の鋭い端面に於いて溶融金属１２が下がるに従って自然に溶融金属１２が切れてスリーブ２７側に供給されるものと中間ダクト１’に戻ってくるものに分かれ、所定の溶融金属１２がスリーブ２７側へ給湯されて、スリーブ２７への給湯が完了する。この給湯側金属製ダクト１”のスリーブ２７までの流路に溶融金属１２で腐食しないセラミック内管６１が内蔵され、そのセラミック内管６１がノズル管４５に差し込まれ、その差し込まれた隙間はセラミック内管６１の内側に行くほど狭くなるテーパー穴６３になっており、そこにテーパーパッキン５９が嵌合されるのでテーパーパッキン５９はセラミック内管６１内部に押し出されることがなく、さらにこのテーパーパッキン５９がずれ落ちないようにノズル管４５の細く段差の付いた部分に差し込まれたマウスピース６２によってテーパーパッキン５９が支えられており、さらにこのテーパーパッキン５９が確実に押さえられる様に、セラミック内管６１のノズル管４５近傍の両側にクッション材６０が巻き付けられセラミック内管６１が給湯側金属製ダクト１”の中でガタつかない様な構造になっている。これによって溶融金属１２による腐食しない給湯側金属製ダクト１”ができる。給湯側金属製ダクト１”には、自分自身の熱膨張とスリーブからの振動を同時に吸収するベローズ５２があることに拠って、熱膨張や振動で壊れない気密性の高い金属製ダクト１”になり、真空状態で給湯するので綺麗で酸化されない溶融金属１２がスリーブ２７へ供給され、さらにメンテナンスの少ない高品質鋳造品を可能とする電磁ポンプ式真空溶融金属供給装置を実現するものである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明による溶融金属供給装置の一実施例である。この溶融金属供給装置は、スリーブ２７の上側から溶融金属を給湯する例であり、図２は、同ダイカストスリーブ溶融金属供給装置のダクトからダイカストスリーブ２７に接続する部分を示す要部拡大図である。この溶融金属供給装置は、上側の給湯誘導子１４と下側の立上誘導子２４との２段の誘導子を有する。
ポンプ側ダクト１が斜めに配置され、溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２の液面に前記ポンプ側ダクト１の下端が差し込まれている。ポンプ側ダクト１の溶融金属１２の液面より上にある部分の周囲には、磁性体製のヨーク１５にコイル１６を巻回した給湯誘導子１４が配置されている。ヨーク１５は、ポンプ側ダクト１の溶融金属１２の液面より上にある部分を囲むようにその外周側に嵌め込まれており、このヨーク１５に三相コイルを構成するコイル１６が巻回されている。この給湯誘導子１４には、冷却器１０が設けられ、駆動時に冷却される。

さらに前記ポンプ側ダクト１には、前記給湯誘導子１４より下側の部分の周囲に立上誘導子２４が配置されている。この立上誘導子２４は、前記の給湯誘導子１４と同様に、前記ポンプ側ダクト１の給湯誘導子１４より下側の部分の外周に嵌め込まれた磁性体製のヨーク２５にコイル２６を巻回したものである。この立上誘導子２４のコイル２６は耐熱性を有する無機絶縁ケーブルにより巻回されている。無機絶縁ケーブルは、ステンレスチューブ等からなるシースの中に導電線を収納し、この導電線とシースとを、それらの間にマグネシア粉末等の無機絶縁粉末を充填して絶縁した構造を有する。いわゆるシースケーブルと呼ばれるものである。このような無機絶縁ケーブルは、耐熱性が高く、８００℃の温度にも耐えることが出来る。このため立上用誘導子２４は、冷却手段を有しない無冷却としながら、大きな電流を通電するのに適しており、その分だけ給湯誘導子１４のコイル１６に比べて立上誘導子２４のコイル２６の巻数は少なくすることが出来る。

この立上誘導子２４は、耐熱性を有するセラミック等からなる筒状の保護ケース１７で囲まれている。この保護ケース１７の上端開口部は、上側の給湯誘導子１４の下端面に固定されている。また、この保護ケース１７の下端の開口部は、前記ポンプ側ダクト１の下端と図示していないパッキンを介して密に接合されており、この接合部に囲まれた内側は、ポンプ側ダクト１の下端の溶融金属１２の導入口１８となっている。

給湯誘導子１４と立上誘導子２４とは、それぞれインバータを含む駆動電源３１、３２により駆動される。これら駆動電源３１、３２からはそれぞれ給湯誘導子１４と立上誘導子２４にインバータで変換された三相交流が通電され、これら給湯誘導子１４、立上誘導子２４に移動磁界を発生させ、この移動する磁界による電磁誘導により、導電体であるポンプ側ダクト１内の溶融金属１２に推力を与える。

前記ポンプ側ダクト１の上端には、中間ダクト１’が断熱材を介して押さえ金具４２とバネ４４を用いて取付けられている。さらに先端が下方に曲がったＬ字形のエルボ管である給湯側金属製ダクト１”と先端が鉛直カットされたノズル管４５とが断熱材を介して押さえ金具４２’とバネ４４’を用いて前記中間ダクト１’に密に接続されている。保護管３の中間ダクト１’に近い一端部の周囲にスペーサ７が設けられ、このスペーサ７を介して保護管３並びにその中のコア２、２２がポンプ側ダクト１の中心に位置するよう保持されている。この状態で先端が鉛直カットされた前記ノズル管４５は、給湯側金属製ダクト１”の中間ダクト１’側の中に内蔵されている。また、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’、給湯側金属製ダクト１”及びノズル管４５の接続部は何れも気密性が確保されるようパッキンや溶接等により接続されている。

これらポンプ側ダクト１と中間ダクト１’と先端鉛直カットのノズル管４５は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、その外周に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ９、９’、９”により溶融金属１２の融点以上の温度に加熱され、溶融金属１２の凝固を防いでいる。Ｌ字形の給湯側金属製ダクト１”は、ステンレス鋼等で出来ており内面にセラミック内管６１が内蔵され、その外周に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ９”により溶融金属１２の融点以上の温度に加熱され、溶融金属１２の凝固を防いでいる。

ノズル管４５とセラミック内管６１とはセラミック内管６１のノズル管４５に近い側にテーパー穴６３が開けられ、そのテーパー穴６３にノズル管４５が刺さっており、セラミック内管６１のテーパー穴６３は内側に向かって細くなる穴であり、そのテーパー穴６３部にテーパーパッキン５９が嵌合され、刺さったノズル管４５には僅かに細くなって段差がついたところにマウスピース６２が刺さっていてテーパーパッキン５９がずり落ちないようにしている。このテーパーパッキン５９がセラミック内管６１のテーパー穴６３と刺さったノズル管４５によって出来る隙間に嵌合されマウスピース６２によって支えられているので、この隙間から溶融金属１２が金属製の給湯側金属製ダクト１”側に漏れることはない。セラミック内管６１が給湯側金属製ダクト１”の中でガタつかないように、セラミック内管６１の支持用にセラミック繊維の帯状のクッション材６０がセラミック内管６１のノズル管４５が刺さった付近の両脇に巻きつけられている。セラミック内管６１の支持用にセラミック繊維製帯のクッション材６０がセラミック内管６１のノズル管４５の両脇側に巻きつけられているので、給湯側金属製ダクト１”の熱膨張はスリーブ２７側に自由に伸びてゆくことができ、セラミック内管６１に過大な熱応力を発生させる事はない。

給湯側金属製ダクト１”とスリーブ２７の間にベローズ５４を図示していないＯリングを内在するカップリング５６を介して密に取付けられているので、給湯側金属製ダクト１”自身の熱膨張とスリーブ２７内のプランジャ２８の始動停止に伴う振動をこのベローズ５２が吸収できて、さらに真空をも維持できる。これに拠って、給湯側金属製ダクト１”にも過大な熱応力も発生せず、カップリング５６を外せば、電磁ポンプやポンプ側ダクト１、中間ダクト１’、給湯側金属製ダクト１”のメンテナンスとダイカストマシンのスリーブ２７のメンテナンスができる。

溶融金属槽１１の中の溶融金属１２に液面センサ１３が設けられ、これにより溶融金属槽１１の中の溶融金属１２の液位が検知される。前記立上誘導子２４は、このセンサ１３で検知される溶融金属１２の液面より下に挿入される。
他方、中間ダクト１’に電磁誘導により溶融金属１２の存在を検知する形式の誘導式液面センサ等のノズルレベルセンサー１９が設けられ、これにより中間ダクト１’の中の液位が検知される。

給湯側金属製ダクト１”の先端はスリーブ２７の上部にベローズ５４を介して接続され、セラミック内管６１を内蔵する給湯側金属製ダクト１”から溶融金属１２をスリーブ２７に供給することが出来る。スリーブ２７は、シリンダー状の円筒部材で、この中にはプランジャ２８が配置されている。このプランジャ２８は、スリーブ２７の中を図１において左右に移動し、スリーブ２７内に供給された溶融金属１２を押し出す。このプランジャ２８には熱電対列埋め込み式や誘導式等の溶融金属センサ３６が内蔵され、スリーブ２７内に供給された溶融金属１２を検知する。

さらにスリーブ２７の先には、金型２９が接続され、前記プランジャ２８の動作により、スリーブ２７に給湯された溶融金属１２がそのスリーブ２７の先端からこの金型２９に充填される。この金型２９は図示してない金型駆動機構により駆動され、組み立てと脱型が行われる。
この金型２９には、電磁バルブ３３を介して減圧ポンプ３５が、電磁バルブ３９を介して真空タンク５０がそれぞれ接続されている。金型２９のキャビティ４６やスリーブ２７を瞬時に真空にするためには非常に排気容量の大きい減圧ポンプ３５が必要になり、減圧ポンプ３５の排気容量には限界があるので、あらかじめ減圧ポンプ３５で真空タンク５０を真空にしておき、電磁バルブ３９と電磁バルブ３３を同時に開くと減圧ポンプ３５と真空タンク５０とで大容量の排気ポンプができたことになり、電磁バルブ４０も同時に開くとこれによって金型２９のキャビティ４６とスリーブ２７内を短時間でほぼ真空にできる。真空タンク５０の大きさで決まるが３秒前後で金型２９のキャビティ４６とスリーブ２７内を短時間でほぼ真空にできる。このままの状態でキャビティ４６とスリーブ２７内をさらなる高真空にするためには真空タンク５０とキャビティ４６とスリーブ２７内を同時に減圧ポンプ３５だけで高真空にすることになり、これでは時間が掛かるので、真空タンク５０側の電磁バルブ３９を止めることによって電磁バルブ４０と電磁バルブ３３を通して減圧ポンプ３５だけにより金型２９内とスリーブ２７内が高真空に減圧される。これにより、金型２９内とスリーブ２７の空気が排除された状態で、溶融金属１２がスリーブ２７内に給湯され、給湯後前記プランジャ２８の動作により、スリーブ２７から金型２９に溶融金属が円滑に且つ隅々にまで充填することが出来る。

しかしながら、溶融金属１２がアルミニウム合金の場合その比重が約２．５ｇ/ｃｍ^３であるから、金型２９を真空近く（約−１．０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）まで減圧すると、大気圧が掛かった溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２は約４ｍ汲み上げられる事になるので、プランジャ２８の動作が無くても溶融金属１２はスリーブ２７から金型２９内まで全ての空間に充填されてしまう。金型２９の減圧が大気圧の約半分の気圧（約−０．５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）であっても、溶融金属１２を大気圧で約２ｍ汲み上げることが出来るので、やはり溶融金属１２はスリーブ２７から金型２９内まで全ての空間に充填されてしまう。従って、金型２９内の空圧を一挙に真空（−１．０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）にしてこの差圧を上回る出力の出せる電磁ポンプに給湯方向と逆の推力を発生させることによって、溶融金属１２をポンプ側ダクト１、中間ダクト１’に制動保持して、制御しやすい電気的な力を発生させる溶融金属電磁ポンプの電磁力を弱くしたり強めたりの調整を行い、制動保持された溶融金属１２をスリーブ２７に定量給湯する。

ところが、単に金型２９を真空にする時に電磁ポンプに給湯と反対方向に推力が発生する様に移動磁界を発生させておくだけでは、大気圧が掛かった溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２は、ポンプ側ダクト１を駆け上がっている最中の溶融金属１２に制動力が発生し、中間ダクト１’の所定の設定レベル３０にバランスする逆推力を掛けていても溶融金属１２の流体慣性により溶融金属１２が前記の所定の設定レベル３０を通り過ぎてしまう。そしてその湯面は流体慣性により上下に揺動し、この揺動が止まるのに時間が掛かる。更に中間ダクト１’の所定の設定レベル３０と鉛直カットしたノズル管４５との距離が近いために給湯前にスリーブ２７に溶融金属１２が乗り越えて垂れてしまう。これではスリーブ２７への定量給湯は望めない。

従って、最も簡単な方法としては、給湯誘導子１４に減圧手段による吸引力に見合った給湯方向と逆方向に推力が発生する様に電力を加えておき、徐々に金型２９とスリーブ２７をゆっくり真空にすることである。そうするとポンプ側ダクト１内をゆっくり上昇する溶融金属１２に逆磁力が発生し、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内に一旦溶融金属１２を保持し、その後スリーブ２７への正確且つ迅速な溶融金属の供給制御を行う。このため、減圧手段による吸引力に見合った逆方向推力をパターン通りに僅かに弱めたり強めたりする事に拠って、スリーブ２７へ脈動無く給湯することが出来る。

これは制御が非常に簡単で良いが、真空から給湯するまでに数分を要し、１分程度で運転されるダイカスト鋳造法にとってはサイクル時間が掛かってしまいコスト上昇に繋がり実用的では無い。更にポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内を溶融金属１２が駆け上がってノズルレベルセンサー１９を用いて所定の設定レベル３０に湯面を設定しても溶融金属１２中の水素が湯面でガス化して湯面変動と飛沫を発生し、鉛直カットしたノズル管４５を溶融金属１２が乗り越えて給湯精度を低下させてしまう。

この溶融金属１２の飛沫が中間ダクト１’や鉛直カットしたノズル管４５の内面に付着しているので、金型２９が開いているときにポンプ側ダクト１に空気が流入するので、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内面に付着した溶融金属１２は空気に触れて酸化してしまう。これでは内面に付着した溶融金属１２の酸化膜が次の給湯時に給湯されてしまうので、出来るだけ酸化物を含まない溶融金属１２を金型２９に充?して、品質の良い鋳造品を作るという真空ダイカスト法の目的と合致しなくなる。従って、スリーブ２７に給湯完了後プランジャが動いてスリーブ２７の開口部を過ぎてから、プランジャ２８の進行方向と反対の背後に不活性ガスタンク３８から電磁バルブ３７を通して窒素ガス等の不活性ガスを注入し、電磁ポンプ側のＬ字形の給湯側金属製ダクト１”や先端鉛直カットのノズル管４５、中間ダクト１’、ポンプ側ダクト１にも不活性ガスが自然と注入されてゆく機構が必要となる。

今回用いる環状リニア誘導電磁ポンプのポンプ側ダクト１にはコア２、２２を内在する保護管３があり、この保護管３とポンプ側ダクト１の環状の流路ギャップを小さくする事に依って、ポンプ側ダクト１はオリフィスの様な流路絞り効果が有って、ポンプ側ダクト１の下端の溶融金属１２の導入口１８から立ち上がろうとする溶融金属１２にブレーキが掛かる。実験によれば流路ギャップを１０ｍｍ以下にすると慣性で上昇する高さも少なく、数秒で安定することが分かった。数秒よりはわずかに長い５秒前後はかかるが流路ギャップを１５ｍｍ以下にすれば、比較的短時間で安定する。この様に流路ギャップを狭めることでポンプ側ダクト１、中間ダクト１’、鉛直カットノズル管４５を含む給湯側金属製ダクト１”内部を真空にする時、ポンプ側ダクト１を駆け上がる溶融金属１２を中間ダクト１’の設定レベル３０に短時間で保持することが出来るように成った。

この様に設定レベル３０設定しようとしても、大気圧力は変動し、１％変動しても真空中で立ち上がる高さは約４ｃｍ変化するので、真空時には設定レベル３０より５ｃｍから１０ｃｍ下げ、ノズルレベルセンサー１９により電磁ポンプの逆推力を短時間の内に調整して真空時の設定レベル３０に設定するのが良い。更に、溶融金属１２に含まれる水素がガス化して湯面変動や飛沫が発生し鉛直カットしたノズル管４５から溶融金属１２があふれてしまうので、実験によると溶融金属１２に含まれる水素量にもよるが、水素が少ない場合には鉛直カットしたノズル管４５の下側出口から５ｃｍ下の高さに設定レベル３０を設けなければならない。１００ｇの溶融金属１２に含まれる水素量が数ｃｃ／１００ｇにもなると鉛直カットしたノズル管４５の下側出口から１０ｃｍ以上下に設定レベル３０を設ける必要がある。溶融金属１２に含まれる水素量が多ければ多いほど設定レベル３０を下げる必要がある。これはノズルレベルセンサー１９がノズル管４５の鉛直カット面よりどんどん下に下がって行くことになる。一般にノズル管４５の太さはφ５０〜φ８０程度であり、従ってノズル管４５の外側の取り付けられるノズルレベルセンサーの太さはφ７０〜φ１００である。誘導式のノズルレベルセンサー１９のダクト軸方向の測定範囲は、上下方向共にノズルレベルセンサー１９のコイル径と同じ距離までである。従って、水素ガスの影響で設定レベルが鉛直カットしたノズル管４５の下側出口から１０ｃｍ以上に下がって同時にノズルレベルセンサー１９も下がるということは、ノズルレベルセンサー１９でノズル管４５の鉛直カット面を越流してゆく溶融金属１２の深さΔｈ、更には越流の有無すらノズルレベルセンサー１９では判定できないことになる。従って、真空の溶融金属給湯装置の場合、ノズル管４５の鉛直カット面を越流してゆく溶融金属１２の有無や溶融金属１２の深さΔｈの確認には、新たなる越流レベルセンサー５５が必要になる。これによってノズル管４５の鉛直カット面を越流してゆく溶融金属１２の有無の確認と溶融金属１２の深さΔｈを確実に測定できるので、精度の良い給湯ができるようになる。

設定レベル３０に溶融金属１２の湯面を設定後、一般の電磁ポンプとは方向性は逆であるが、出力をレベル３０から給湯側金属製ダクト１”の最上部を越流するに必要な高さＦＬまで、即ち設定レベル３０とノズル管４５の上部出湯口の下端との高さＨとレベル差Δｈまでの高さを加えた高さＦＬまで湯面が上昇するように弱め、さらに必要な給湯量を得る時間だけ保持する事によって、所定の給湯量を確保する。この給湯を終わろうとするときＬ字形の給湯側金属製ダクト１”を通ってスリーブ２７側に流れてゆく溶融金属１２と中間ダクト１’側に戻ってくる溶融金属１２が鉛直カットされたノズル管４５切断されるように分かれてゆくことによって精度良い給湯ができる。

越流高さＦＬとノズル管４５の上部出湯口の下端とのレベル差Δｈ上部の高さまで溶融金属１２を上げるには、保持炉１１のレベル計１３の測定値と設定レベル３０の高さから自動的に演算され、流量算出に必要なレベル差Δｈに相当する電磁力の低減量も演算し、この演算値から給湯誘導子１４への逆電磁力低減量を駆動電源３１に与えることで成し遂げられる。しかし、実際に溶融金属１２がΔｈの高さに達し、確実に給湯が行われたかを判定するには、越流レベルセンサー５５を出来るだけノズル管４５の先端側に配置することが良い。もしも越流レベルセンサー５５が無く、プランジャ２８の溶融金属センサ３６が故障したままあるいは無いまま運転し、ノズル管４５内部で目詰まりが何等かの原因で発生すると、溶融金属１２がスリーブ２７へ給湯されないまま空の状態で、プランジャ２８が図示していないアキュムレータを含む油圧機構によって高速で金型２９側に移動して衝突する可能性も出てくるので、越流レベルセンサー５５による溶融金属１２の越流の有無の判定も重要である。

以上の説明でも分かる事ではあるが、鉛直カットのノズル管４５を越流してゆく溶融金属１２への力は、溶融金属槽１１の溶融金属１２の湯面に掛かる大気圧である。この圧力は密閉蓋が無い開放炉の溶融金属１２に対する静圧であって、密閉炉に流し込むまでに時間が掛かるクッション性の有る動圧でもないので溶融金属１２の動作に遅れを生じさせることはない。従って、この様な動圧問題を避けるためには電磁ポンプ用の炉はオープンウエル（開放炉）でなければならない。オープンウエル（開放炉）は、コスト低減やメンテナンス性を向上するので望ましい事である。

スリーブ２７は、プランジャが動き出すときや型開きや型締めの時かなりの振動と変位が有るので、給湯側金属製ダクト１”、中間ダクト１’及びポンプ側ダクト１の接続部のパッキン等にダメージを与える。スリーブ２７の変位に至っては１ｍｍから２ｍｍもの変位があり、この変位を吸収し、Ｌ字型の給湯側金属製ダクト１”の熱膨張も吸収しなければならない。このため図１には、スリーブ２７と給湯側金属製ダクト１”との間にベローズ５２を入れてこれら振動と熱膨張を吸収し、かつスリーブ２７と給湯側金属製ダクト１”と中間ダクト１’やポンプ側ダクト１までを密閉空間にすべくステンレス鋼製の給湯側金属製ダクト１”とベローズ５２は溶接構造とする。ベローズ５２とスリーブ分岐管５７とは、図示なしシール用Ｏリング内蔵のカップリング５６で接合する構造にした。このカップリング５６を外すことに拠ってスリーブ２７側と電磁ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’、給湯側金属製１”側をメンテナンス出来るようにした。また、スリーブ２７の給湯口の上にスリーブ２７の内部のプランジャの潤滑のため、潤滑油タンク４９から電磁バルブ５１をとして潤滑剤を注入可能としたスプレーノズル５３が密閉状態を保ちつつ上下出来るようにベローズ３４を通して挿入する構造とした。またこのベローズ３４内には、不活性ガスタンク４７が電磁バルブ４８を介して接続されている。ベローズ３４、５２は、スリーブ２７のメンテナンスを容易に行うためにクイックカップリング構造とした。

次に、最良の本案の運転方法を以下に示す。この溶融金属供給装置を運転するときは、まず立上誘導子２４への通電によりポンプ側ダクト１の中の溶融金属１２を給湯誘導子１４の電磁力が作用する高さまで汲み上げた後、誘導式等のノズルレベルセンサー１９の信号を基に給湯誘導子１４に三相交流を通電調整し、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’の中の溶融金属１２を適当なレベル、例えば図１に実線で示す設定レベル３０に維持する。この設定レベル３０で溶融金属１２の供給の待機状態とする。その後、金型２９とスリーブ２７を直線的に減圧してゆき、それと同時に給湯誘導子１４の給湯方向の電磁力を下げて行き、電磁力が零になっても減圧圧力が設定レベル３０の位置に相当する液圧力、例えば溶融金属１２の比重を２．５ｇ/ｃｍ^３とし溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２の湯面とダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２の設定レベル３０との高さが１ｍだとするとその液圧は約０．２５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇに相当するので、減圧圧力を約−０．２５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇになった時点でも設定レベル３０は維持され、その時に給湯誘導子１４への電力の位相反転を行い給湯方向と反対方向の逆推力を与えながら金型２９の減圧を継続して行く。金型２９の減圧圧力が真空状態（約−１．０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）になった時点での給湯誘導子１４の逆圧力は、溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２の湯面とポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２の設定レベル３０との高さが１ｍに相当する液圧は約０．２５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇが加わるので約０．７５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇで図１に実線で示すレベル３０の位置が十分に維持される。給湯誘導子１４に通電する三相交流の逆推力を図１の二点鎖線で示すように給湯側金属製ダクト１”を越流するに必要な高さＦＬに相当する逆推力を弱めると、溶融金属１２が図１の二点鎖線で示すように給湯側金属製ダクト１”内のノズル管４５の鉛直カットされた楕円開口部を越流して溶融金属１２の供給先であるスリーブ２７に給湯される。

給湯後この様に中間ダクト１’の中の湯面保持設定レベル３０を維持する制御は難しいので、溶融金属１２の給湯動作が完了しプランジャが移動を開始してスリーブ２７の開口部をプランジャが通り過ぎてから、給湯側金属製ダクト１”のベローズ３４の近傍に電磁バルブ48を通して不活性ガスタンク４７から不活性ガスを注入して、同時に電磁ポンプの逆推力も零にして中間ダクト１’やポンプ側ダクト１内の湯面を溶融金属槽の湯面と同じ湯面に戻してやることでも良い。この様にポンプ側ダクト１内の湯面が溶融金属槽の湯面と同じになり、且つポンプ側ダクト１，中間ダクト１’、給湯側金属製ダクト１”側に不活性ガスが充填されているので、溶融金属１２が酸化することはない。また、ポンプ側ダクト１，中間ダクト１’、給湯側金属製ダクト１”側に不活性ガスが充填されているので初めから立上誘導子２４を用いて溶融金属１２を湯面保持設定レベル３０に維持する制御をやめて、簡単に給湯誘導子１４だけに金型２９側の真空圧力−１．０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇに耐えるだけの逆電磁力を掛けておいて、金型２９側減圧時にポンプ側ダクト１中で溶融金属１２を制動し、中間ダクト１’の湯面保持設定レベル３０に溶融金属１２を維持する制御でも良い。この方式は、ポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の中を溶融金属１２が上下するが、不活性ガスの注入系を設けることで溶融金属１２の酸化が押さえられているので、当初の目的である綺麗な酸化しない溶融金属１２を鋳造するという目的にかなった一番簡単な制御方式である。本特許明細は、簡単な本方式とポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の中を溶融金属１２が上下しない最良方式についても記載している。

この様に減圧手段による吸引力に見合った逆方向推力をパターン通りに僅かに弱めたり強めたりする事によって、スリーブ２７へ脈動無く給湯することが出来る。この給湯時と給湯待機時との溶融金属１２のレベル差は、給湯側金属製ダクト１”を越流するに必要な高さＦＬであり、図１においてノズル管４５の上部出湯口の下端とのレベル差をΔｈで示す。このΔｈと鉛直カットしたノズル管４５の楕円出湯口のΔｈの流路面積を考慮しつつ堰流量計の原理に基づく流量計算式に当てはめることで流量が計算できる。ＨとΔｈを合計した高さに相当する電磁ポンプの逆推力の弱める電力は、電磁ポンプの出力特性から計算できる。これによって給湯誘導子１４に通電する三相交流の逆電力の差と給湯時間から給湯量が分かり、スリーブ２７に鋳造に必要な供給量が供給される。さらに前述したΔｈを誘導式等の越流レベルセンサー５５で測定できるので、必要なΔｈに成るように給湯誘導子１４を制御して、給湯時間とΔｈから堰流量計の計算式を用いて供給量が分かるので、更に精度良く給湯量が把握できる。

以上の説明で明らかなようにスリーブ２７には、予め定められた一定量の溶融金属１２、すなわち金型２９に充填すべき１回量分の溶融金属１２が供給される。その量は、図１において二点鎖線Ｌで示すように、通常スリーブ２７の最大容積（プランジャ２８が最も後退した時の容積）の半分程である。このスリーブ２７への溶融金属１２の供給量は、前記プランジャ２８に内蔵した溶融金属センサ３６でも検知することが出来る。

このように、スリーブ２７に予め定められた一定量の溶融金属１２が供給されると同時に、給湯誘導子１４の出力調整により溶融金属１２のレベルを図１に実線で示す設定レベル３０に戻す。前述した通り、この給湯時と給湯待機時との溶融金属１２のレベル差は図１にΔｈ+Ｈで示された高さである。スリーブ２７への給湯を完了した時点で、電磁バルブ３３と電磁バルブ３２を閉止後、プランジャ２８がゆっくり動き出し、図示していないプランジャ２８の移動位置検知器の信号によってプランジャ２８が、Ｌ字型の給湯側金属製ダクト１”からスリーブ２７につながる給湯側金属製ダクト１”のスリーブ分岐管５７の下部開口部を塞いだ時点で給湯誘導子１４の給湯方向と反対方向の逆推力を瞬時に零にして位相を反転しておく。その後もプランジャ２８がゆっくり動いて行くので、供給側金属製ダクト１”のスリーブ２７内の開口部はプランジャ２８の移動方向に対してプランジャ２８の背面側になってしまう。一般のダイカストマシンのプランジャ２８の背面は、大気開放であるから急激に大気が流入して、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２が瞬時にして溶融金属槽１１に戻ってしまう。大気が入るとポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の設定レベル３０が維持できなくなるばかりか、溶融金属１２が酸化してしまうので、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の設定レベル３０が下がらず、溶融金属１２が酸化しないように、図１の様に、プランジャ２８の背面をポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の設定レベル３０を維持する圧力、例えば溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２の湯面とダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２の設定レベル３０との高さが１ｍだとすると、約−０．２５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇに維持する。出来ればこの背圧ガスは不活性ガスが望ましく、不活性ガスタンク３８からバルブ３７を介して供給される。更にその後もプランジャ２８がゆっくり動いて行き、スリーブ２７が溶融金属１２で満たされた時点でプランジャ２８は通常のダイカストマシンと同様に図示しないアキュムレータを含む油圧機構により高速で動き、金型２９に溶融金属１２が充填され、充?完了後更にゆっくりプランジャ２８を押し込んで溶融金属１２の凝固収縮分を補って鋳造が完了する。

改めて言うべきことではないが装置を簡単にするため、ここで説明した電磁ポンプ側の給湯側金属製ダクト１”、中間ダクト１’、ポンプ側ダクト１内を約−０．２５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇに維持するのには新たな減圧供給系が必要なので、電磁ポンプの出力を切って、不活性ガスだけを大気圧まで供給して、中間ダクト１’内の設定レベル３０を維持せず、溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２の湯面と同じレベルまで下げても良い。この様にポンプ側ダクト１内の湯面が溶融金属槽の湯面と同じなり、且つポンプ側ダクト１，中間ダクト１’、給湯側金属製ダクト１”側に不活性ガスが充填されていれば、立上誘導子２４を用いて溶融金属１２を湯面保持設定レベル３０に維持する制御をやめて、簡単に給湯誘導子１４だけに金型２９側の真空圧力−１．０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇに耐えるだけの逆電磁力を掛けておいて、金型２９側減圧時にポンプ側ダクト１中で溶融金属１２を制動し、中間ダクト１’の湯面保持レベル３０に溶融金属１２を維持する制御でも良い。

鋳造が完了し、金型２９が開いて図示していない鋳造品を取り出した後、プランジャ２８がスリーブ２７内部を戻ってくるが、プランジャ２８がスリーブ２７の給湯側ダクト１”との繋ぎ開口部を過ぎると急激に金型２９側から電磁ポンプのダクト１側に空気が流入してしまうので、予めプランジャ２８が戻り始める前に大気圧と同じ圧力の不活性ガスタンク４７の電磁バルブ４８を開いて電磁ポンプのダクト１側に窒素ガスを充填しておく。このガス注入前の時点ではポンプ側ダクト１，中間ダクト１’，給湯側金属製ダクト１”の内部は、不活性ガスタンク３８からバルブ３７を介して約−０．２５ｋｇ/ｃｍ^２Ｇに維持して、溶融金属１２が設定レベル３０に保持されているので、溶融金属１２をレベル３０に保持するには、プランジャ２８が戻り始める時に不活性ガスタンク４７の電磁バルブ４８を開いてポンプ側ダクト１，中間ダクト１’，給湯側金属製ダクト１”に直線的にガス供給をしながら給湯誘導子１４の出力を上方向に上げて設定レベル３０を維持する。プランジャ２８が戻り始める時にはポンプ側ダクト１，中間ダクト１’，給湯側金属製ダクト１”内部は大気圧と同圧の不活性ガスで満たされているものの、金型２９は開いているので金型２９側から空気を引き連れてプランジャ２８が戻って来るので、スリーブ２７の給湯側金属製ダクト１”の開口部の前でプランジャ２８の速度をゆっくり戻し、更にプランジャ２８をゆっくり動かして金型２９側からの空気流入が一挙に起こらないようにしながら、中間ダクト１’に取り付けたノズルレベルセンサー１９の指示値に基づいて、給湯方向に給湯誘導子１４の電磁力を上昇させ設定レベル３０を維持するように駆動電源３１を調節する。

前に説明した通り、装置も操作も簡単にするため、プランジャ２８が戻り始める前に大気と同圧の不活性ガスタンク４７の電磁バルブ４８を開いて電磁ポンプの側の給湯側金属製ダクト１”、中間ダクト１’、ポンプ側ダクト１内をすでに窒素ガスなどの不活性ガスで充填してしまえば、ダクト１のレベルセンサー１９で中間ダクト１’内のレベル３０に湯面を保持しなければならない事でもない。ただし、プランジャ２８が戻って来る時、金型２９側から空気を引き連れてので、電磁ポンプの側の給湯側金属製ダクト１”や給湯金属製側ダクト１”、中間ダクト１’、ポンプ側ダクト１内に空気が徐々に入ってくるので、レベル３０に湯面を保持する制御方法は、酸化物をできるだけ発生しない様にする効果はある。

この溶融金属１２の給湯と制動の最適動作、即ちポンプ側ダクト１，中間ダクト１’の中を溶融金属１２が上下しない最良方式について、図３に模式的に示し、その内容を以下に示す。溶融金属槽１１に収納された溶融金属１２をポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の所定の設定レベル３０に達するまでの給湯誘導子１４の出力は、重力と逆らう方向への給湯出力を正（＋）として記載し、金型２９を減圧し真空に至るまでの間に正（+）から重力方向の負（−）に切り替わり、溶融金属１２をスリーブ２７に送り出すようポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２への推力を弱めて先端鉛直カットのノズル管４５内を越流しスリーブ２７へ給湯する。スリーブ２７内の溶融金属１２が所定のレベルＬに達すると、誘導子１４の出力は、ポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の設定レベル３０に戻す様に負（−）の出力を強め溶融金属１２に給湯と反対方向に逆方向の推力を与え、制動する。こうすることにより、前記減圧ポンプ３５や真空タンク３４等の減圧手段によりポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内の溶融金属１２に加えられる溶融金属槽１１側からの大気圧と拮抗するような制動力が働き、適切な流路ギャップを持つ環状リニア誘導電磁ポンプ型の溶融金属電磁ポンプは溶融金属１２の流動慣性が抑えられる。これにより、溶融金属１２の制動途中で発生するスリーブ２７への過剰な溶融金属１２の供給や、急激な溶融金属１２の停止によるポンプ側ダクト１、中間ダクト１’内での溶融金属１２の脈動等が抑えられる。

金型２９から鋳物が取り出された後、金型２９内面に図示していない専用のスプレーにて離型剤を塗布する。更にプランジャ２８がスリーブ２７の給湯側金属製ダクト１”の開口部を過ぎて元の位置に戻ってきたら、スリーブ２７内用潤滑剤を塗布するためのスプレーノズル５３をスリーブ２７の中心部に押し下げた後に、潤滑剤をスリーブ２７内にスプレーする。これに依ってプランジャ２８がスリーブ２７内面とかじらない様にし、且つスリーブ２７の内面が溶融金属１２に依って腐食しないようにする。

スリーブ２７に供給された予め定められた一定量の溶融金属１２は、その後プランジャ２８のストローク動作によりスリーブ２７から金型２９に押し出され、充填され、鋳造が行われる。このとき、予め前記減圧ポンプ３５や真空タンク３４等の減圧手段により金型２９内の空気は排除されているので、ガスを巻き込む事なく一定量の溶融金属１２が金型２９に完全に充填される。これによってダイカスト鋳造品は、ガスや鬆のない良質な製品となる。

本発明による溶融金属供給装置は、減圧手段と給湯誘導子１４、立上誘導子２４の出力調整により正確な量の溶融金属１２を酸化させずに且つガスを巻き込まずスリーブ２７に迅速に供給することが出来るので、スリーブ２７により溶融金属１２の充填が行われるダイカスト鋳造の分野で利用することが出来る。

１ ポンプ側ダクト
１’ 中間ダクト
１” 給湯側ダクト
２ コア
３ 保護管
６ 給湯側ダクトの頂部
１１ 溶融金属槽
１２ 溶融金属
１４ 給湯誘導子
１９ ノズルレベルセンサー
２２ コア
２４ 立上誘導子
２７ スリーブ
２８ プランジャ
２９ 金型
３０ 設定レベル
３１ 駆動電源
４５ ノズル管
５２ ベローズ
５９ テーパーパッキン
６０ クッション材
６１ セラミック内管

Claims (6)

1. 溶融金属槽（１１）からダイカストのスリーブ（２７）に溶融金属（１２）を搬送するダクト（１）、（１’）に、溶融金属（１２）に推力を与える誘導子（１４）、（２４）を設け、このダクト（１）、（１’）の先端に、前記スリーブ（２７）へ溶融金属（１２）を給湯する給湯側ダクト（１”）を接続した溶融金属供給装置において、前記給湯側ダクト（１”）と前記スリーブ（２７）との間に振動吸収用のベローズ（５２）を設け、前記給湯側ダクト（１”）に、前記溶融金属（１２）の給湯方向に登りから下りに勾配が変わる頂部（６）を設け、この給湯側ダクト（１”）の頂部（６）より前記スリーブ（２７）側の下り勾配部分にセラミック内管（６１）を内蔵すると共に、これら給湯側ダクト（１”）の下り勾配部分と前記セラミック内管（６１）との間にセラミック帯状のクッション材（６０）を挿入し、前記給湯側ダクト（１”）の頂部（６）より前記溶融金属槽（１１）側の上り勾配部分にノズル管（４５）を内蔵し、前記給湯側ダクト（１”）の頂部（６）において、前記ノズル管（４５）の先端を前記セラミック内管（６１）の周面に設けたテーパー穴（６３）に差し込んで接合し、このテーパー穴（６３）とノズル管（４５）との隙間にテーパーパッキン（５９）を挟み込み、前記ノズル管（４５）の周面の段差に嵌め込んだマウスピース（６２）で前記テーパーパッキン（５９）がずり落ちずないよう保持したことを特徴とするダイカストスリーブ溶融金属供給装置。
2. 誘導子（１４）の駆動により溶融金属（１２）がダクト（１）、（１’）内の所定の湯面位置まで供給された後、スリーブ（２７）への溶融金属（１２）の供給が制動されるよう誘導子（１４）を駆動する駆動電源（３１）と制御盤とを備えることを特徴とする請求項１に記載のダイキャストスリーブ溶融金属供給装置。
3. スリーブ（２７）のプランジャ（２８）の背面側に不活性ガスを供給する供給系を取り付けたことを特徴とする前記請求項１又は２に記載のダイカストスリーブ溶融金属供給装置。
4. 鋳造後にスリーブ（２７）のダクト（１”）との接続開口部付近からスリーブ（２７）内に不活性ガスを注入する不活性ガス注入手段を有する事を特徴とする前請求項１〜３の何れかに記載のダイキャストスリーブ溶融金属供給装置。
5. ノズル管（４５）先端に越流レベルセンサー（５５）を備えたことを特徴とする前請求項１〜４の何れかに記載のダイカストスリーブ溶融金属供給装置。
6. ノズル管（４５）先端に設けた越流レベルセンサー（５５）で越流の有無を確認し、越流してゆく溶融金属（１２）の越流深さをも測定し流量換算できることを特徴とする請求項５に記載のダイキャストスリーブ溶融金属供給装置。

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