JPH02224858A - 鋳造物またはエンキャプシュレイションを製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、プラスチック材料でできた構成要素内での
その後のモールディングのための溶解金属中子（ｃｏｒ
ｐ）を製造するための金属鋳造処理に関する。より特定
的には、この発明は低融点の金属合金を鋳造して均一密
度を有する製品および微細粒子化構造を達成するための
方法および装置に関する。

複雑な形の溶解金属部分はその後にモールドされるプラ
スチック構成要素内での中子としての使用のために作ら
れる。そのような中子は低融点合金で作られ、かつ中子
を溶解させかつ構成要素を残すことによってプラスチッ
クの構成要素から除去される。別の実施例において、低
轍点の金属合金がタービンブレードなどの構成要素を包
封するために用いられ、それゆえそれらは機械加工およ
び他の仕上ステップのために保持されることができる。

使用後、中子またはエンキャプシュレイション（ｅｎｃ
ａｐｓυ１ａｔｌｏｎ）からの金属は再溶融されかつ再
使用される。低融点の金属合金を鋳造するための装置の
１つの例が、米国特許節４，６７６゜２９６号において
開示される。

この特許において示される装置において、シリンダが液
体金属合金のタンク内に設けられ、それはシリンダの底
部からタンクを介してかつモールドまたはダイ内へ通過
する通路を有する。バルブが通路内に設けられて噴射サ
イクルの間に溶融した金属合金の流れを遮断する。ピス
トンがシリンダ内で上下に動き、かつシリンダの頂部内
のフィラーアパーチャの上にピストンを上げることによ
ってシリンダが満たされ、液体金属合金がシリンダ内に
流れることを可能とする。噴射ステップを開始する前に
、ピストンが予め定められた量だけ下方に動かされ、そ
れゆえシリンダ内の液体金属合金が予加圧される。予加
圧ステップの後に、ダイへの通路内のバルブが開けられ
て液体金属合金がダイ内に噴射されることを可能とする
。

この発明はシリンダの底部からモールドまたはダイへの
通路または移送線内にバルブを備え、それは金属合金タ
ンク内に位置づけられかつポートを有し、バルブが閉じ
られた位置にあるときそれがダイへの移送線を閉じ、し
かしシリンダからタンク内の液体金属合金への接続を開
く。これは、バルブが閉じられた位置にありかつピスト
ンが上げられるとき、溶融した金属合金がポートを介し
てシリンダ内に引かれることを可能とする。それはまた
シリンダ内のピストンがバルブが閉じられた状態で何度
か往復運動させられることを可能とし、こうしてタンク
内の液体金属合金との、シリンダ内の液体金属合金の変
化および再循環を可能とする。

金属合金タンク内のバルブ上のこの付加的なポートで、
この発明は、モールドまたはダイ内への噴射に先立って
シリンダ内で金属合金を予加圧する必要性を避ける。そ
れはまた、ストップリミットスイッチまたは他の制御を
有する必要なく噴射ステップが実行されることを可能と
し、かつ開いたダイよりもむしろ閉じたダイの使用を可
能とし、それゆえダイか体積制御を提供し、かつ予め定
められた体積の制御が必要とされない。さらに、冷却の
間にダイ内の液体金属合金上に圧力を維持することによ
って、均一密度を伴う鋳造物（ａ　ｃａｓＬ−Ｉｎｇ）
および＠細粒子化構造が達成される。

この発明におけるさらなる改良は、タンク内にポートが
設けられない場合のように、ピストンが上げられている
とき戻りストローク上で余分な圧力が必要とされないこ
とであり、なぜならば戻りストローク上で、液体金属合
金がポートを介してシリンダ内に入るように引かれるか
らである。

溶解金属部分の形成は、より高い融点、一般的には３５
０℃より上、を有する金属が高い圧力でダイ内に噴射さ
れるダイカストにとって困難な動作である。ダイカスト
において、ショット圧力は一般的に平方インチあたり８
００ないし４０００ｌｂｓの範囲内であり、かつ噴射の
ための時間は３０ないし４０ミリ秒のオーダである。熱
い金属が高速度でかつ乱流で狭いゲートを介してダイ内
に噴射されるそのような動作において、空気が捕捉され
得てかつ圧力がシリンダおよびダイへの通路において増
加する。これらの高速噴射プロセスは一般的にダイ内へ
通じるランチを含み、かつ鋳造プロセスの後に凝固しな
い金属が流れ戻る。

溶解金属部分はプラスチックの温度より低くで溶解する
金属で作られなければならない。そのような金属はそれ
自身高圧力ダイカストに適していない。それらは一般的
に平方インチあたり３０ないし５０ｌｂｓの範囲内の圧
力で鋳造される。より高い圧力およびより速い噴射速度
においては、これらの金属で多孔性の鋳造物が形成され
得る。

溶解金属部分の鋳造において、金属は高圧力下に置かれ
ず、しかしダイ内に流れることを許容され、満たし時間
は金属部分のサイズに依存して約３秒から３０秒の間で
様々であり得る。ダイか金属で満たされるとき、一般的
に平方インチあたり３０ないし４Ｑｌｂｓのオーダで圧
力の増加が起こり、かつ、再び金属部分のサイズに依存
して約１ないし１０秒の間維持される。溶融された金属
の流れ戻り（ｄｒａｉｎ　ｂａｃｋ）が起こる必要がな
く、なぜならばダイは直接キャビティ噴射でありかつラ
ンチを有さないからである。

繰返し可能なこの発明のプロセスに加えて、低融点を有
する金属合金で作られた中子または他の構成要素である
鋳造物が、ダイカスト方法によって製造されたそれを越
える改良された表面仕上げおよび均一で高密度の微細粒
子化構造を有することが見い出された。

この発明は、約３５０℃より下の融点を有する溶融され
た金属合金などから鋳造物またはエンキャプシュレイシ
ョンを製造するための方法を提供し、それはその中に噴
射ピストンを有する噴射シリンダ、およびシリンダのピ
ストンを上げ下げするための手段を含み、噴射シリンダ
は溶融された金属合金をタンクからダイ内へ噴射するた
めの溶融された金属合金タンクを介して通過する噴射通
路を有し、その改良点は、インゼクタシリンダからダイ
への通路を閉じるステップと、シリンダ内のピストンを
上げることによって、噴射シリンダを、噴射シリンダよ
りも低い高さでの噴射通路内に置かれたバルブポートを
介してタンクからの溶融された金属合金で満たすステッ
プと、噴射通路内のバルブポートを閉じかつダイへの噴
射シリンダからの通路を開くステップと、さらに、シリ
ンダ内のピストンを下げることによって溶融された金属
合金をダイ内へ噴射するステップとを含む。

この発明はまた、約３５０℃よりも低い融点を有する溶
融された金属合金などから鋳造物またはエンキャプシュ
レイションを製造するための装置を提供し、それは、溶
融された金属合金を含むように適合されたタンクと、タ
ンクの外側に位置づけられたダイヘタンクを介して通じ
る噴射経路への接続をそれのベースにおいて有するタン
ク内に置かれたシリンダと、ダイへの通路が開いている
第１の位置およびダイへの通路が閉じている第２の位置
を有するタンク内に位置づけられた通路内のバルブとを
含み、シリンダからの接続はシリンダよりも低い高さに
おいて噴射通路内に位置づけられたバルブポート開口を
介してタンクへ通じ、さらに、第１の位置から第２の位
置へ移すためのバルブ動作手段と、シリンダ内のピスト
ンと、さらに、バルブが第２の位置内にある状態でシリ
ンダ内のピストンを上げてシリンダを溶融された金属合
金で満たすための手段と、バルブが第１の位置内にある
状態でシリンダ内のピストンを下げてダイ内に溶融され
た金属合金を噴射するための手段と、シリンダ内のピス
トンを上げドげする手段のための、ダイ内に噴射される
溶融された金属合金の流れの速度および量を制御する制
御手段とを有し、それゆえダイか約３ないし３０秒の時
間内で満ちる。

約３５℃ないし３５０℃の範囲内である融点を有する低
融点金属合金が中子またはエンキャプシュレイションの
ための鋳造物を作るために用いられる。これらの金属合
金の例は、錫、アンチモンおよび鉛の合金、およびビス
マスおよび錫の共晶合金である。

第１図は、溶融された金属合金１２で満たされ、かつそ
の中に垂直に位置づけられ噴射ブロック１６上に取付け
られた噴射シリンダ１４を有するタンク１０を示す。噴
射ブロック１６は安全弁本体１８に結合され、それは順
にタンク１０の壁２０に装着される。接続通路２２が噴
射シリンダブロック１６から延在し、そこでそれはシリ
ンダ１４へ、安全弁本体１８およびタンク１０の壁２０
を介して離れた（ｓｔａｎｄｏｒｒ）ブロック２４内へ
と結合され、それはロークリシングルロックバルブ本体
２６へ装着され、それは順にマニホールド２８に装着さ
れる。マニホールド２８上のノズル３０が上方に垂直に
延在し、かつダイ３２を結合し、それは閉じたダイであ
り、かつダイ３２内の鋳造物３４の分離および除去のた
めにノズル３２から除去可能であってもよい。

第２図に示されるように、噴射シリンダ１４はシリンダ
１４内を上下に動く軸４０上の噴射ピストン３８を釘す
る。ピストン３８はニューマチックシリンダ４２によっ
て動力を与えられ、それは複動し、かつそれに隣接しか
つブリッジ部分４３によって結合された、液圧バルブ４
６を有する液圧シリンダ４４を有し、それは液圧バルブ
４６を開きかつ閉じるためのステッパモータ４８を有し
、かつこうして噴射ピストン３８の速度制御に影響する
。空気シリンダ４２は複動し、こうしてピストン３８に
上方および下方の両方に対して動力を与える。速度制御
はステッパモータ４８によってセットされる。安全弁１
８の動作はロータリシャフト５０によるものであり、そ
れはタンク１０内の溶融された金属合金１２のレベルを
越えて上にロータリーアクチュエータ５２へと延在する
。類似して、ロータリーシングルロックバルブ２６はロ
ークリアクチュエータ５６に接続される軸５４によって
起動される。第１図に示されるようなマイクロプロセッ
サ５８がニューマチックシリンダ４２を動作し、ステッ
パモータ４８によってシリンダ１４内のピストン３０の
速度を制御し、かつ鋳造プロセスのシーケンシャルなス
テップを制御するためにロータリーアクチュエータ５２
および５６を駆動する。ピストンの動きを制御する１つ
の配置がここに開示されたけれども、制御されだ液圧シ
リンダおよび電子制御を有する機械手段を含む他のシス
テムが用いられてもよい。

第３図は安全バルブ１８および噴射シリンダブロック１
６を示す。バルブブロック１８内のプラグ６０がアクチ
ュエータシャフト５０によって回転させられて３ポート
２位置バルブを設ける。第４図および第５図に示される
ように、プラグ６０はＴ型ポート６２を有し、それは閉
じた位置にあるとき、タンク１０内にあるバルブ本体ポ
ート６４に接続し、こうして第４図に示される閉じた位
置において、接続通路２２によってシリンダ１４がバル
ブ本体ポート６４に接続され、かつピストン３８がシリ
ンダ１４内で上げられるとき、液体金属合金がポート６
４および通路２２を介してシリンダ内に引かれる。ピス
トンがそれの最高の高さに達したとき、それはリミット
スイッチ（図示せず）によってセットされるかもしれな
いが、そのとき安全弁が第５図に示される構成へ開き、
かつ通路２２がシリンダ１４からダイ３２へ開く。

こうしてピストン３８が下方に動くにつれて、溶融され
た金属合金が通路２２を介して流れる。ダイ３２は開い
たダイよりむしろ閉じているので、それが満ちるとき、
溶融された金属合金には行く場所がなく、かつ、それゆ
え、それがニューマチックシリンダ４２によって押し下
げられるピストン３８によってシステム内で圧力下に維
持される。

ピストン３０上のかつこうしてダイ３２内の圧力を維持
することによって、金属が圧力下で冷却および凝固する
ことを許され、鋳造物３４内にボイドが残らないことを
確実にする。

１つの実施例において、ダイ３２のための満たし時間は
、金属部分のサイズに依存して約３ないし３０秒の範囲
内である。ダイ３２が満たされているとき、圧力が平方
インチあたり約３０ないし５Ｑ１ｂ８に増加し、かつ圧
力が約１秒ないし１０秒の間維持される。

頂部ポート７０がシリンダ１４の頂部に設けられ、こう
してもし溶融された金属合金をタンク１０から排出する
ことが所望であれば、頂部ポート７０を越えてピストン
３８を上げ、かつ安全弁ブロック１８内のバルブ本体ポ
ート６４を開くことが単に必要である。ドレン弁（図示
せず）がタンクの底部に設けられ、かつ開かれるとき、
液体レベルがタンクおよびシリンダ内の両方で同時に下
がる。さらに、シリンダ内の液体金属合金が、バルブポ
ート６４が開いた状態でシリンダ１４内のピストン３８
を単に往復運動することによって時々換えられることが
でき、それゆえ液体金属合金がピストン７０が往復運動
するにつれて内へおよび外へ流れる。

噴射サイクルに先立って噴射シリンダ内に実質上圧力は
なく、かつ安全弁１８が開きかつロータリシングルロッ
クバルブ２６が開くとき、液体金属合金がピストン７０
の速度によって制御されてモールド内に流れ、それは順
に液圧シリンダ４４内のバルブ４６へのステッパモータ
４８によって制御される。モールドまたはダイ３２は閉
じられているが、しかし空気ベントが噴射ステップの間
にモールド内で圧力が増加することを防ぐ。モールドが
完全に満たされるとき、ピストン３８がシリンダ１４内
で下方に押されるにつれて圧力が増加し、かつ凝固の間
に液体金属が圧力下に保持される。ロックバルブ２６が
閉じ、かつ安全弁１８が閉じる。噴射ピストン３８がそ
れからシリンダ１４内で上げられ、安全バルブブロック
１８内のポート６４を介して噴射シリンダ１４が溶融さ
れた金属合金で再び満たされることを可能とする。

シリンダ１４を再び満たすことは、タンク１０内の液体
金属合金の重量からの重力によって部分的に起こり、か
つシリンダ１４内のピストン３８を上げることによって
起こる真空によって部分的に起こる。

ここに示される安全弁１８は安全弁本体１８の円筒形ア
パーチャ内に回転プラグ６０を組入れる。

回転プラグ６０は往復運動スプール型バルブよりもより
少ない漏れおよびより少ない心耗を提供し、かつ低圧力
において良好に働く。１つの実施例におけるロックバル
ブ２６は、静止ディスクの磨き上げた平らな表面上を回
転する平らな表面を有する回転部材を含む型のものであ
る。安全弁１８は、付加的なポートが設けられたロック
バルブ２６などに類似の型のバルブあってもよく、それ
ゆえバルブが閉じた位置にあるとき、側壁内のポートが
、シリンダ１４へ通じる通路２２をタンク１０内の液体
金属合金へ接続する。

金属合金をダイへ供給する液体金属の流れの速度は約０
．１ないしＩＫｇ／秒で様々である。タンク１０は所望
の温度でその中に液体金属合金を維持し、かつヒータが
ダイ内と同様にタンクの外側の通路およびロックバルブ
に設けられてもよく、金属合金が融点より上に保たれか
つダイ内に容品に流れることを確実にする。

この発明の範囲から逸脱することなくここに説明された
実施例に対して様々な変更がなされることができ、それ
は前掲の特許請求の範囲によってのみ制限される。１つ
のシリンダ１４がタンク内に示されたけれども、各々が
別個のダイへのそれら自身の通路をＨするいくつかのシ
リンダが使われてもよい。

排他的ではない特質または特権が請求されるこの発明の
実施例は前掲の特許請求の範囲によって規定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融された金属合金から鋳造物を製造するため
の装置の１つの実施例を示す概略図であり、　第２図は
タンク内にシリンダおよびバルブを有する溶融された金
属合金のタンクの部分的に断面である等角図であり、 第３図は溶融された金属合金タンク内に置くためのシリ
ンダおよびバルブの等角図であり、第４図は閉じた位置
内でのバルブのロータリープラグを示す平面断面詳細図
であり、 第５図は開いた位置での第４図に示されるバルブの平面
詳細断面図である。 図において、１０はタンクであり、１２は溶融された金
属合金であり、１４は噴射シリンダであり゛、１６は噴
射ブロックであり、１８は安全弁本体であり、２２は接
続通路であり、２６はロータリーシングルロックバルブ
であり、２８はマニホールドであり、３０はノズルであ
り、３２はダイであり、３８は噴射ピストンであり、４
２はニューマチックシリンダであり、４４は液圧シリン
ダであり、４６は液圧バルブであり、４８はステッパモ
ータであり、５０はロータリーシャフトであり、５２は
ロータリーアクチュエータであり、５８はマイクロプロ
セッサであり、６０はプラグであり、６２はＴ型ポート
であり、６４はバルブ本体ポートであり、７０は頂部ポ
ートである。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）約３５０℃より下の融点を有する、溶融された金
   属合金などから鋳造物またはエンキャプシュレイション
   を製造するための方法において、それは噴射ピストンを
   その中に有する噴射シリンダ、およびシリンダ内でピス
   トンを上げ下げするための手段を含み、噴射シリンダは
   、ダイ内へタンクから溶融された金属合金を噴射するた
   めに溶融された金属合金タンクを介して通過する噴射通
   路を有し、改良点は、 噴射シリンダからダイへの通路を閉じるステップと、 シリンダ内のピストンを上げることによって、シリンダ
   よりも低い高さで噴射通路内に置かれたバルブポートを
   介してタンクからの溶融された金属合金で噴射シリンダ
   を満たすステップと、噴射通路内のバルブポートを閉じ
   、および噴射シリンダからダイへの通路を開くステップ
   と、さらに、 シリンダ内のピストンを下げることによって溶融された
   金属合金をダイ内へ噴射するステップとを含む、鋳造物
   またはエンキャプシュレイションを製造する方法。
2. （２）溶融された金属合金のダイへの流れが、噴射ステ
   ップの間にダイ内に圧力が実質上ないように制御される
   、請求項１に記載の鋳造物またはエンキャプシュレイシ
   ョンを製造する方法。
3. （３）鋳造物の凝固の間にダイ内の溶融された金属合金
   を圧力下に保持するために噴射ステップの後に噴射ピス
   トンに圧力が加えられる、請求項１または請求項２に記
   載の鋳造物またはエンキャプシュレイションを製造する
   方法。
4. （４）噴射シリンダが約３ないし３０秒の時間内に満た
   される、請求項１、２または３のいずれかに記載の鋳造
   物またはエンキャプシュレイションを製造する方法。
5. （５）噴射ピストンに与えられた圧力が平方インチあた
   り約３０ないし４０ｌｂｓの範囲内である、請求項３に
   記載の鋳造物またはエンキャプシュレイションを製造す
   る方法。
6. （６）圧力が、約１ないし１０秒の間噴射ピストンに供
   給される、請求項３または請求項５に記載の鋳造物また
   はエンキャプシュレイションを製造する方法。
7. （７）シリンダが溶融された金属のタンク内に置かれ、
   かつ噴射シリンダを満たすことが、バルブポートが開か
   れかつ噴射ピストンが上げられるとき重力によって援助
   される、いずれかの先行の請求項に記載の鋳造物または
   エンキャプシュレイションを製造する方法。
8. （８）ダイに隣接する溶融された金属合金のタンクの外
   側の通路内のロータリロックバルブの付加を含み、かつ
   ロータリロックバルブが満たしステップの間に閉じられ
   る、先行の請求項のいずれかに従う鋳造物またはエンキ
   ャプシュレイションを製造する方法。
9. （９）約３５０℃より下の融点を有する溶融された金属
   合金などから鋳造物またはエンキャプシュレイションを
   製造するための装置であって、溶融された金属合金を含
   むように適合されたタンクと、 それのベースにおいて、タンクの外側に置かれたダイタ
   ンクを介して通じる噴射通路への接続を有するタンク内
   に置かれたシリンダと、 ダイへの通路が開いている第１の位置およびダイへの通
   路が閉じている第２の位置を有するタンク内に置かれた
   通路内のバルブとを含み、シリンダからの接続が、タン
   クへ、シリンダよりも低い高さでの噴射通路内に置かれ
   たバルブポート開口を介して通じ、さらに、 第１の位置から第２の位置に移すためのバルブ操作手段
   と、 シリンダ内のピストンと、 シリンダ内のピストンをバルブが第２の位置にある状態
   で上げてシリンダを溶融した金属合金で満たすための手
   段と、シリンダ内のピストンをバルブが第１の位置にあ
   る状態で下げて溶融した金属合金をダイ内に噴射するた
   めの手段と、さらに、シリンダ内のピストンを上げ下げ
   するための手段が、約３ないし３０秒の時間内にダイが
   満たされるようにダイ内に噴射される溶融された金属合
   金の流れ速度および量を制御するようにするための制御
   手段とを含む、鋳造物またはエンキャプシュレイション
   を製造するための装置。
10. （１０）バルブがバルブ本体内で回転するロータリーバ
    ルブプラグを有するロータリーバルブであり、バルブが
    第１の位置にあるとき、実質上真直ぐなチャネルがバル
    ブプラグを介して延在してシリンダとダイとの間の開い
    た通路を提供し、かつバルブが第２の位置にあるとき、
    バルブ本体内のバルブポート開口とシリンダとの間の接
    続が開いている、請求項９に記載の鋳造物またはエンキ
    ャプシュレイションを製造するための装置。
11. （１１）バルブプラグがその中にＴ形ポートを有し、そ
    れがバルブ本体内のアパーチャと整合しかつ３ポート２
    位置バルブである、請求項１０に記載の鋳造物またはエ
    ンキャプシュレイションを製造するための装置。
12. （１２）ピストンが十分に上げられた位置にあるとき、
    シリンダに出口を与えるために噴射シリンダの頂部にお
    いてベントポートを含む、請求項９、１０および１１の
    いずれかに記載の鋳造物またはエンキャプシュレイショ
    ンを製造するための装置。
13. （１３）バルブポート開口が、金属合金がタンクから排
    出されるときシリンダおよびダイへの噴射通路を排出さ
    せるように位置づけられる、請求項１２に記載の鋳造物
    またはエンキャプシュレイションを製造するための装置
    。