(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳造部品の傾斜およびその他の構成を与える自動可変寸法鋳型鋳造およびエンドクロップ損失を低減するシステムを提供する。【解決手段】装置および方法の実施形態を含む溶融金属鋳型およびボトムブロックである。鋳型キャビティフレームワーク１６１を備え、この鋳型キャビティフレームワークが、第１側面と、この第１側面に対向する第２側面と、第３側面と、この第３側面に対向する第４側面とを含み、各側面が内面１６３，１６４を有し、それら内面が鋳型キャビティ１６２を規定する。１またはそれ以上の側面が第２側面に対して相対的に移動可能に取り付けられ、鋳造中に制御可能に移動される。このシステムは、製造された鋳造部品が鋳造部品の端部の一方または両方に先細の形態を有する実施形態を含むことができる。鋳造部品収縮管理システムまたは鋳造部品の形態または外形制御システムである。【選択図】図５
2014012297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型直冷式の溶融金属鋳造方法であって、
第１側面と、この第１側面に対向する第２側面と、第３側面と、この第３側面に対向する第４側面とを有する鋳型キャビティフレームワークを提供するステップであって、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面の内面により、溶融金属を受け入れるために配置された鋳型キャビティを規定するステップと、
スタートアップ時に前記鋳型キャビティに流入する溶融金属を収容するように前記鋳型キャビティに関連して構成された垂直方向に移動可能なボトムブロックを提供するステップと、
前記鋳型キャビティに溶融金属を供給するステップと、
予め設定された速度で前記ボトムブロックを下方向に移動させるステップと、
鋳造中に前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させ、それにより鋳造中に、結果として得られる鋳造部品の寸法を変更するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
前記第１側面および前記第２側面が互いに相対的に直線的に移動されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
前記第１側面および前記第２側面が互いに相対的に非対称的に移動されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
前記第１側面および前記第２側面の回動運動が、規定された前記鋳型キャビティを変化させるように、前記第１側面および前記第２側面が前記鋳型キャビティフレームワークに対して相対的に回動可能に取り付けられることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
前記第１側面および前記第２側面の移動がほぼ同じ速度で行われることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
鋳造中に前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、スタートアップ後の鋳造の始めの部分で前記第１側面および前記第２側面を互いに離間する方向に移動させて、鋳造部品の底部からの断面の増加をもたらすステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
鋳造中に前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、鋳造の終わりの部分で前記第１側面および前記第２側面を互いに近接する方向に移動させて、鋳造部品の断面の減少をその頂部にもたらすステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
鋳造中に前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、鋳造の終わりの部分で前記第１側面および前記第２側面を互いに近接する方向に移動させて、鋳造部品の断面の減少をその頂部にもたらすステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
前記鋳造部品の底部からの断面の増加が、その鋳造部品の底部に２２度乃至２９度の範囲内の角度をなすテーパを与えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
前記鋳造部品の頂部からの断面の増加が、その鋳造部品の頂部に２２度乃至２９度の範囲内の角度をなすテーパを与えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
鋳造中に前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させるステップにより、前記ボトムブロックよりも大きい断面を中間部に有する鋳造部品を製造することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の縦型直冷式の溶融金属鋳造方法において、
鋳造中に前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させるステップにより、底部および頂部よりも大きい断面を中間部に有する鋳造部品を製造することを特徴とする方法。
【請求項１３】
溶融金属鋳型であって、
第１側面と、この第１側面に対向するとともに前記第１側面から可変距離離して配置される第２側面と、第３側面と、この第３側面に対向する第４側面とを含み、各側面が内面を有し、それら内面が鋳型キャビティを規定する鋳型キャビティフレームワークを備え、
前記鋳型キャビティフレームワークが、第１厚さを有する第１鋳造部品を鋳造するとともに、第２厚さを有する第２鋳造部品を鋳造するように選択的に構成可能となっていることを特徴とする溶融金属鋳型。
【請求項１４】
縦型直冷式の溶融金属鋳造方法であって、
第１側面と、この第１側面に対向するとともに前記第１側面から可変距離離して配置される第２側面と、第３側面と、この第３側面に対向する第４側面とを有する鋳型キャビティフレームワークを提供するステップであって、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面の内面が、溶融金属を受け入れるために配置された鋳型キャビティを規定するステップと、
スタートアップ時に前記鋳型キャビティに流入する溶融金属を収容するように前記鋳型キャビティに関連して構成された垂直方向に移動可能なボトムブロックを提供するステップと、
前記鋳型キャビティに溶融金属を供給するステップと、
第１厚さの第１鋳造部品を鋳造するステップと、
前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させるステップと、
前記第１厚さとは異なる第２厚さの第２鋳造部品を鋳造するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
溶融金属鋳型であって、
鋳型フレームワークと、
前記鋳型フレームワークに動作可能に連結された鋳型であって、前記鋳型フレームワークに対して移動可能に取り付けられた第１側面と、
この第１側面に対向するとともに前記鋳型フレームワークに対して移動可能に取り付けられた第２側面と、
第３側面と、
この第３側面に対向する第４側面とを有し、各側面が内面を有し、それら内面が鋳型キャビティを規定する鋳型と、
前記第１側面に動作可能に連結され、前記鋳型フレームワークに対して相対的に前記第１側面を移動させるように構成された第１モータと、
前記第２側面に動作可能に連結され、前記鋳型フレームワークに対して相対的に前記第２側面を移動させるように構成された第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータに動作可能に連結されるとともに、それら第１モータおよび第２モータを制御して前記鋳型の前記第１側面および前記第２側面の予め設定された動作を制御するプログラマブル論理制御装置とを備えることを特徴とする溶融金属鋳型。
【請求項１６】
請求項１５に記載の溶融金属鋳型において、
前記第１モータおよび前記第２モータがサーボモータであることを特徴とする溶融金属鋳型。
【請求項１７】
請求項１５に記載の溶融金属鋳型において、
前記プログラマブル論理制御装置に動作可能に取り付けられたヒューマンユーザインターフェースをさらに備えることを特徴とする溶融金属鋳型。
【請求項１８】
連続的な溶融金属鋳造中に製造された鋳造部品の転がり面を最適化する方法であって、
第１側面と、この第１側面に対向する第２側面と、第３側面と、この第３側面に対向する第４側面とを有する鋳型キャビティフレームワークを提供するステップであって、前記第１側面、前記第２側面、前記第３側面および前記第４側面の内面が、溶融金属を受け入れるために配置された鋳型キャビティを規定するステップと、
スタートアップ時に前記鋳型キャビティに流入する溶融金属を収容するように前記鋳型キャビティに関連して構成された垂直方向に移動可能なボトムブロックを提供するステップと、
前記鋳型キャビティに溶融金属を供給するステップと、
前記ボトムブロックを予め設定された鋳造速度で下方向に移動させるステップと、
鋳造中に予め設定された方法で前記鋳型キャビティフレームワークの前記第１側面および前記第２側面を互いに相対的に移動させて、後の処理のために鋳造部品構成を最適化するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の連続的な溶融金属鋳造中に製造された鋳造部品の転がり面を最適化する方法において、前記鋳型キャビティの前記第１側面および前記第２側面を移動させるステップが、予め設定された鋳造速度で鋳造中の予測される収縮を少なくとも実質的に弱めるためのものであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の鋳造部品テーパまたは構成をもたらす自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムに関連するものである。
【０００２】
本出願は、他の出願からの優先権を主張するものではない。
【背景技術】
【０００３】
金属インゴット、ビレットおよびその他の鋳造部品は、鋳造プロセスにより形成することができ、そのプロセスは、鋳造設備の床面高さ下方の大きな鋳込ピット上に位置する垂直方向を向く鋳型を利用するものであるが、本願発明は、水平（横型）鋳型においても使用することができる。縦型鋳型の下部構成要素は、スターティングブロックである。鋳造プロセスが始まるとき、スターティングブロックは、最も上昇した位置にあり、かつ鋳型内にある。溶融金属（溶湯）が鋳型ボアまたはキャビティ内に注入されて、（通常は水により）冷却されると、スターティングブロックは、油圧シリンダあるいはその他の装置により、予め設定された速度でゆっくりと降下される。スターティングブロックが降下されると、凝固金属またはアルミニウムが鋳型の底部から現れてきて、様々な幾何学形状のインゴット、ラウンドまたはビレットが形成される。本明細書ではそれらを鋳造部品（castpart）とも称する場合がある。
【０００４】
本発明は、一般的には、これに限定される訳ではないが、アルミニウム、黄銅、鉛、亜鉛、マグネシウム、銅、鋼などを含む金属の鋳造に適用するものであるが、与えられる実施例および開示される望ましい実施形態ではアルミニウムを対象としている。すなわち、本発明はより一般的には金属に適用するものであるが、一貫性を保つためにアルミニウムまたは溶融金属という用語を全体にわたり使用する。
【０００５】
縦型鋳造装置を達成および構成する方法は多数あるが、図１はその一実施例を示している。図１においては、アルミニウムの縦型鋳造が、一般に、鋳込ピット内の作業床面の高さレベルの下方で行われる。鋳込ピット床１０１ａのすぐ下は、ケーソン１０３であり、そこには、油圧シリンダ用の油圧シリンダ筒体１０２が設置されている。
【０００６】
図１に示すように、典型的な縦型アルミ鋳造装置の下部の構成要素は、鋳込ピット１０１およびケーソン１０３内に示されているように、油圧シリンダ筒体１０２、ラム１０６、取付ベースハウジング１０５、プラテン１０７およびボトムブロック１０８（スターティングヘッドまたはスターティングブロックベースとも称される）であり、それらはすべて鋳造設備床面１０４の下方の高さに示されている。
【０００７】
取付ベースハウジング１０５は、鋳込ピット１０１の床面１０１ａに取り付けられ、その下にはケーソン１０３が設けられている。ケーソン１０３は、その側壁１０３ｂと床面１０３ａにより規定されている。
【０００８】
図１には、典型的な鋳型テーブルアセンブリ１１０も示されている。この鋳型テーブルアセンブリ１１０は、鋳型テーブル傾斜アーム１１０ａが点１１２まわりに回動して、当該回動により図１に示すように鋳造フレームアセンブリの主要部を持ち上げて回転させるように、油圧シリンダ１１１が鋳型テーブル傾斜アーム１１０ａを押圧することにより図示のように傾けることができる。また、鋳型テーブルキャリッジが設けられ、それにより、鋳型テーブルアセンブリが鋳込ピット上の鋳造位置間で移動可能となっている。
【０００９】
さらに、図１は、鋳造部品１１３（それは部分的に形成されたインゴットまたはビレットである場合がある）とともに鋳込ピット１０１内にある程度降下したプラテン１０７およびスターティングブロックベース１０８を示している。鋳造部品１１３は、スターティングブロックベース１０８上にあり、スターティングブロックベース１０８は、スターティングヘッドまたはボトムブロックを含む場合もあり、ボトムブロックは、通常は（常にそうという訳ではないが）スターティングブロックベース１０８上に載置されるが、それらはすべて従来より知られているため、ここでは、より詳細に示したり、あるいは説明したりする必要は無いと考える。なお、スターティングブロックという用語はアイテム１０８に対して使用されているが、ボトムブロックおよびスターティングヘッドという用語も、アイテム１０８を言及するのに業界内で使用されるものであり、インゴットが鋳造される場合にはボトムブロックが一般に使用され、一方、ビレットが鋳造される場合にはスターティングヘッドが使用されることに留意されたい。
【００１０】
図１のスターティングブロックベース１０８は、単に１つのスターティングブロック１０８および台座を示しているが、一般的には、各スターティングブロックベース上にそれぞれ複数取り付けられるものであり、それらは、鋳造プロセス中にスターティングブロックが降下される際に、ビレット、特定のテーパまたは構成、またはインゴットを同時に鋳造する。
【００１１】
油圧油が十分な圧力で油圧シリンダ内に導入されるとき、ラム１０６、それに続いてスターティングブロック１０８が、鋳造プロセスのために、所望の高さスタートレベルに上昇される。鋳造プロセスは、スターティングブロック１０８が鋳型テーブルアセンブリ１１０内にあるときのプロセスである。
【００１２】
スターティングブロック１０８の下降は、シリンダからの油圧油を予め設定された速度で計量しながら供給し、それによりラム１０６、それに続いてスターティングブロックを予め設定された制御速度で下降させることにより、遂行される。鋳型は、出現するインゴットあるいはビレットの凝固を助けるために、典型的には水冷手段を使用して、プロセス中に制御可能に冷却される。
【００１３】
鋳型テーブルに適合する数多くの鋳型および鋳造技術が存在するが、それらは当業者に知られているため、本発明の様々な実施形態を実行するために、何れも特に必要とはされない。
【００１４】
典型的な鋳型テーブルの上部は、金属分配システムと動作可能に連結されるか、あるいは相互に作用する。典型的な鋳型テーブルは、それが収容する鋳型にも動作可能に連結される。
【００１５】
連続鋳造縦型モールドを使用して金属が鋳造される場合、溶融金属は鋳型内で冷却されるとともに、スターティングブロックベースが降下するに連れて、鋳型の下端から連続的に出現する。出現するビレット、インゴットまたはその他の構成は、所望の外形、テーパまたはその他の所望構成を維持するために十分に凝固されるように意図される。出現する凝固金属と浸透性のリング壁との間にはエアギャップが存在する。また、その下方には、出現する凝固金属と、鋳型および関連機器の下側部分との間に、鋳型空気キャビティが存在する。
【００１６】
鋳造が完了すると、鋳造部品、この例ではインゴットがボトムブロックから取り除かれる。図１Ａは、典型的なボトムブロック構成であって、鋳造後に鋳造部品１１３がボトムブロック１０８から取り除かれた状態を示している。図１Ａは、鋳造プロセス中に溶融金属の最初のフローを受け入れる、内部キャビティ内に特定形状または構成を有するボトムブロック１０８と、凝固によりその形状となった鋳造部品１１３の外周部とを示している。
【００１７】
図１Ａは、鋳造部品１１３の傾斜部１１５，１１６および凹部１１９を示している。傾斜部１１５および１１６は、形状および構成において、ボトムブロック凹部１１７および１１４と一般に対応するもので、収縮またはその他の鋳造因子と一般に関連する差異を有する。ボトムブロック突出部１１８は、図１Ａから分かるように、鋳造部品凹部１１９に形状および構成において対応する。従来のインゴットにおける傾斜部１１５および１１６は、３０度、４５度および６０度などの異なる角度を有していた。
【００１８】
図１Ｂは、鋳造面１４２ａを有する従来の鋳型壁１４２、鋳造部品１４１、鋳型フレームワーク１４３、冷却材チャンバ１４９および冷却材影響領域１４６を示す正面断面図である。冷却材影響領域１４６は、冷却材（一般に水）が鋳造部品１４１に当たって鋳造部品１４１を冷却する部分である。本発明の実施例は、図１Ｂに示す鋳型構成を含めて、すべてのタイプの先行技術に適用することができる。
【００１９】
インゴットを圧延するための従来の鋳造および直冷式鋳造プロセスでは、圧延中に本質的な形質転換プロセスを受ける。インゴットは、互いに近接する方向に連続的に移動する一連のローラを介してインゴットを反復して送るプロセスにより、異なる寸法および厚さのプレート、カンストック、アルミホイルおよびその他の製品に引き延ばすことができる。この圧延設備はローリングスタンドと呼ばれる場合もある。
【００２０】
このプロセスに付随する問題のうちの１つは、圧延インゴットの一部がアリゲーターリングと呼ばれる現象により浪費されるということである。このアリゲーターリングは、インゴット本体からの金属がインゴットの端部に亘って頭側および尻側上を圧延および押圧されるときの圧延プロセス中に生じる。この状態においてインゴットを側方から観察すると、頭部と尻部がアリゲータの口に似ており、それがアリゲーターリングという用語の由来である。アリゲーターリングは図９に示されている。圧延プロセス中、アリゲーターリングを示すインゴットの端部は切り落とされ、それにより、再加熱および再鋳造しなければならないアルミニウムの大量の無駄が生じるのに加えて、それを行うための費用が発生する。
【００２１】
ある先行技術では、傾斜した頭部および尻部で角部を生成することにより、アリゲーターリングを低減または除去できることが示されている。
【００２２】
本発明のある実施形態の目的は、鋳造部品の傾斜およびその他の構成を与える自動可変寸法鋳型鋳造およびボトムブロックシステムを提供することである。
【００２３】
本発明のある実施形態の目的は、エンドクロップ損失（end crop losses）を低減する自動可変寸法鋳型鋳造システムを提供することである。
【００２４】
本発明のその他の目的、特徴および利点は、本明細書、請求の範囲および本明細書の一部を構成する添付図面から明らかになるであろう。本発明の目的を遂行するにあたり、その本質的な特徴は設計および構造的な配置の変更の影響を受け易く、要望通り、実践的な望ましい実施形態が添付図面に１つだけ示されていることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の望ましい実施形態を、下記の添付図面を参照しながら以下に説明する。
【００２６】
【図１】図１は、従来の縦型鋳込ピット、ケーソンおよび鋳造装置の立面図である。
【図１Ａ】図１Ａは、特別に成形された従来のボトムブロックと、それから取り除かれる対応する鋳造部品の立面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、鋳造部品を冷却するとともに鋳造部品と相互作用する従来の鋳型壁または鋳造面の立面断面図である。
【図２】図２は、典型的な固定された従来の鋳型鋳造の概略的な平面断面図である。
【図３】図３は、鋳造プロセス中に水平方向に膨張する鋳造部品の底部の概略的な立面図である。
【図４】図４は、側壁の可能性のある移動方向を示す、鋳型の外壁の一実施形態の概略的な平面断面図である。
【図５】図５は、本発明により意図された鋳型鋳造システムの一実施形態の平面図で、この実施形態では、２つの外壁が移動可能となっている。
【図６】図６は、本発明により意図された鋳型鋳造システムの一実施形態の平面図で、この実施形態では、２つの端部外壁が移動可能となっている。
【図７】図７は、本発明の実施形態の産品として生産することができるインゴットの一例の代表的な立面図で、インゴットの頂部および底部が先細りになることを示している。
【図８】図８は、ある程度の収縮およびそれに付随する亀裂が角部に現れている典型的な鋳造部品インゴットの立面図である。
【図９】図９は、図８に示すインゴット端部の圧延処理後の立面図で、アリゲーターリングを示している。
【図１０】図１０は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、この実施形態では、ボトムブロックが可動壁の開始位置または幅より広くなっている。
【図１１】図１１は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、この実施形態では、可動鋳型壁により、ボトムブロックが可動鋳型壁内で起動することが可能となっている。
【図１２】図１２は、ボトムブロックが降下されるときの鋳造プロセスの途中過程における自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図である。
【図１３】図１３は、さらに鋳造プロセスが進んだ自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、如何にして鋳造部品をボトムブロックよりも寸法的に広く成形できるのかを示している。
【図１４】図１４は、図１３からさらに鋳造プロセスが進んだ自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、如何にして鋳造部品がボトムブロックよりも寸法的に広く成形されるのかを示している。
【図１５】図１５は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、鋳造の終了の部分において鋳造部品の頂部の外形または構成に影響する本発明の態様の能力を示している。
【図１６】図１６は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、鋳造プロセスに部分的に進んだ鋳造部品を示しており、この実施形態では、本発明が、鋳造部品の他方の側面と比較して一方の側面に異なる寸法およびテーパまたは構成を与えている。
【図１７】図１７は、本発明により意図された自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一態様の概略図で、おおよそ型開きの幅となる、異なる構成のボトムブロックを示している。
【図１８】図１８は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、本発明の別の態様を示しており、この態様においては、液体冷却がボトムブロック内で利用されて、ボトムブロックに対して溶融金属のより望ましい冷却が達成されている。
【図１９】図１９は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、本発明の別の態様を示しており、この態様においては、鋳型側壁の動作が非直線的となっている。
【図２０】図２０は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、図１９に示す態様と類似の本発明の一態様を示しており、但し、この態様においては、鋳型壁の一方が、鋳型壁の他方と異なる角度で動作して、鋳造部品の他方の側面と比べて一方の側面に異なる寸法および／または構成を与えるものとなっている。
【図２１】図２１は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、異なるように形成または構成された鋳型壁を示している。
【図２２】図２２は、異なるように構成されたボトムブロックを有するとともに、２側面に直立する側壁のみを必要とする本発明の別の態様の概略図で、この態様では、その他の２側面において鋳型壁を外壁の一部または全部として使用可能となっている。
【図２３】図２３は、図２２に示す自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの実施形態の概略図で、ボトムブロックの端部を示すとともに、ボトムブロック端壁がないことを示している。
【図２４】図２４は、本発明のある態様のための可能性のある鋳型スターティングブロック構成の一実施形態の概略図で、外壁の本発明の実施形態において２側面のみに利用可能となっている。
【図２５】図２５は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、本発明の別の態様を示しており、この態様においては、液体冷却システムがボトムブロック内で利用されて、ボトムブロックに対して溶融金属のより望ましい冷却が達成されている。
【図２６】図２６は、本発明の別の態様の概略図で、鋳造部品のトップキャップが、鋳造部品頂部の溶融金属の上端に降下されている。
【図２７】図２７は、図２６に示す本発明の実施形態の概略図で、ここでは、トップキャップが鋳造部品の頂部に与えられて、これにより溶融金属がトップキャップの側面の外形または構成を取るようになっている。
【図２８Ａ】図２８Ａは、図２６および図２７に示す本発明の態様の実施形態の概略図で、特定形状のトップキャップを有する鋳型キャビティの下部から抜け出している状態を示している。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、図２６および図２７に示す本発明の態様の実施形態の概略図で、異なる形状のトップキャップを有する鋳型キャビティの下部から抜け出している状態を示している。
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、図２６および図２７に示す本発明の態様の実施形態の概略図で、さらに別の異なる形状のトップキャップを有する鋳型キャビティの下部から抜け出している状態を示している。
【図２９】図２９は、本発明のさらに別の態様の概略図で、この態様では、鋳造プロセスの終わりに鋳造部品の頂部を形成するために、任意の電磁場が利用されている。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態で意図される可動鋳型壁により生じ得る典型的な動作の概略的な立面図である。
【図３１】図３１は、本発明の態様により開示された鋳造システムとしてまたはその一部として製造され得る、鋳造部品の外形または構成の立面図である。
【図３２】図３２は、図３１の３２部分の詳細図である。
【図３３】図３３は、本発明の実施形態で利用可能なプロセスの一実施形態のブロックフロー図である。
【図３４】図３４は、本発明の別の態様の立面図で、本発明の一部として製造可能なインゴットの別の形態を示している。
【図３５】図３５は、本発明の実施態様において鋳型側壁の動作を制御するために利用可能な制御システムの一実施形態の概略図である。
【図３６】図３６は、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、各鋳型壁の頂部および底部傾斜面領域を示している。
【図３７Ａ】図３７Ａは、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、各鋳型壁の２つの頂部傾斜面領域および２つの底部傾斜面領域を示している。
【図３７Ｂ】図３７Ｂは、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、各鋳型壁の頂部および底部傾斜面領域を示しており、各傾斜領域が湾曲またはアーチ状の表面領域と結合されている。
【図３７Ｃ】図３７Ｃは、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、各鋳型壁の頂部および底部湾曲またはアーチ状表面領域を示している。
【図３７Ｄ】図３７Ｄは、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、各鋳型壁の頂部および底部傾斜面領域を示しており、頂部傾斜面領域が、底部傾斜面領域と異なる角度寸法を有している。
【図３７Ｅ】図３７Ｅは、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、各鋳型壁の頂部傾斜面領域が湾曲またはアーチ状底部表面領域と結合されていることを示している。
【図３８Ａ】図３８Ａは、本発明の一実施形態における鋳造の最初のスタートアップフェーズとなり得るフェーズにおける鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、ここでは、溶融金属レベル（湯面高さ）が最初は鋳型壁の中間部６２３ａにある。
【図３８Ｂ】図３８Ｂは、本発明の一実施形態における鋳造の第２フェーズとなり得るフェーズにおける鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、ここでは、溶融金属レベルが鋳型壁の上部６２３ｂに至るように、図３８Ａに示すレベルから上昇されている。
【図３８Ｃ】図３８Ｃは、本発明の一実施形態における鋳造の第３または安定状態フェーズとなり得るフェーズにおける鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、ここでは、溶融金属レベルが鋳型壁の中間部６２３ａにある。
【図３８Ｄ】図３８Ｄは、本発明の一実施形態における鋳造の第３または安定状態フェーズとなり得るフェーズにおける鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、ここでは、溶融金属レベルが鋳型壁の下部６２３ｃにある。
【図３９】図３９は、本発明の一実施形態における鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、鋳造部品の頂部が予め設定された角度で先細に形成されているところを示している。
【図４０】図４０は、本発明の一実施形態における鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、頂部テーパを形成する際に金属凍結が鋳型壁のさらに内方向への移動を妨げるのを防止するために、溶融金属レベルを鋳型壁の下部に維持しなければならない理由を示している。
【図４１】図４１は、本発明の一実施形態における鋳型壁または鋳造面の一構成の概略的な立面図で、傾斜面を有する上部が、ボトムブロックと協働して、先細の鋳造部品の底部を形成しているところを示している。
【図４２】図４２は、本発明のある実施形態の別の特徴を示す鋳型およびボトムブロック構成の概略的な立面図で、この実施形態では、スタートアップ時に、ボトムブロックの膨張を受け入れるために、鋳型壁を外側に移動させることが可能となっている。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
この発明で利用される固定、連結、製造およびその他手段並びに構成要素の多くは、記載の本発明の分野において、広く知られ、かつ用いられているものであり、それらの正確な性質または種類は、当業者による本発明の理解および実施に必須なものではなく、そのため、それらを詳細に論じることはしない。また、本発明の任意の特定用途のために示され、または記載されている様々な構成要素は、本発明により予期されるように、変更したり、変えたりすることができ、任意の要素の特定の利用または具体化の実践は、既に、従来よりまたは当業者に広く知られ、または用いられていると考えられるため、その各々を詳細に論じることはしない。
【００２８】
請求の範囲において使用されている用語“ａ”“ａｎ”および“ｔｈｅ”は、限定的な方法としてではなく、長期に亘る請求の範囲の起草実務と適合して使用される。本明細書に特に記載が無い場合には、用語“ａ”“ａｎ”および“ｔｈｅ”は、そのような構成要素の１つに限定されるものではなく、その代わりに“少なくとも１”という意味を有するものである。
【００２９】
本発明は、それに限定される訳ではないが、押し湯技術および従来の注入技術の両方を含む、様々な種類の金属鋳造および注入技術および構成に対して適用されるとともに、それらと関連して利用できるものであることを理解されたい。そのため、鋳型は、溶融金属の供給源から、その特定の供給源の種類が何であろうとも、溶融金属を受け入れることができるはずである。このため、鋳型内の鋳型キャビティは、溶融金属の供給源に対して、流体または溶融金属を受け入れる位置に向けられるはずである。
【００３０】
本発明の態様は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムを介して、インゴットの頭部および尻部の寸法を制御する。本発明のある実施形態においては、例えば、鋳型の２つの圧延面（rollong face）側部が互いに相対的に近接および離間する方向に移動して、インゴットのテーパを与えることとなる。ボトムブロックは、インゴットの公称厚より厚みが狭く、鋳造の始めにおいては、鋳型の側面が、インゴットの中心に向けて内側に位置するとともに、ボトムブロックの側面に隣接するようにしてもよい。鋳造の開始時には、鋳型の側面が、インゴットの尻部に所望の寸法を形成するであろう速度で、徐々に外側に移動して行き、用途に応じて、数多くの異なる所望形態の中の何れか１つをもたらすこととなる。インゴット寸法が、圧延のための所望の公称インゴット厚に到達すると、鋳型壁が定位置で保持されることとなる。その後、鋳造の終わりにおいて、インゴットの頭部（頂部）が所望寸法に到達するまで、鋳型壁が徐々に近接方向に移動して行き、所望寸法に到達したところで、鋳造が完了となる。当業者により理解されるように、インゴットが垂直な鋳造姿勢にあるときに、インゴット頂部は、インゴットの頭部として言及される場合があり、インゴット底部は、インゴットバットまたはインゴット尻部として言及される場合がある。
【００３１】
本発明の態様は、本発明のある実施形態に利用可能なプロセスも意図しており、それには、金属レベル制御、鋳造速度、鋳型の側面の移動速度のような鋳造変数を制御することが含まれる。
【００３２】
鋳造中、より望ましい鋳造部品を製造するための制御として考えられる３つのフェーズ、すなわち、スタートアップ鋳造、安定状態鋳造およびエンディング鋳造が存在し、安定状態鋳造がスタートアップ鋳造とエンディング鋳造との間にある。所望の鋳造部品の結果物に依存して、異なる制御パラメータが、鋳造のそれらフェーズの各々に望ましい場合もあり、それらフェーズの１またはそれ以上の何れかをサブフェーズに分割するために、より多くのフェーズが導入される場合もある。
【００３３】
鋳型面の形状は、本発明のある実施形態のプロセスにおいて役割を果たす場合がある。例えば、鋳型壁がインゴットの中心から外側に移動される鋳造の始めに、金属レベルが、鋳型または鋳型壁に対して特定レベルの上方に維持されるものであってもよい。その後、鋳造の終了近くに、鋳型の側面をインゴットの中心に向けて内側に復帰させるときに、金属レベルが、鋳型壁の特定角度で、鋳型壁間の所定範囲内の所定地点間にある低いレベルに降下されるものであってもよい。鋳型壁の角度は、鋳型壁が互いに近付いて移動する速度および鋳造速度に依存するものであってもよい。これは、鋳型壁上の地点間の角度が所望の鋳造部品の角度と本質的に同一となるように鋳型が設計されている場合にも、行われるものであってもよい。
【００３４】
インゴット鋳造部品は、一般には１５フィートから２５フィートの長さの範囲から、数多くの異なる長さ、幅および構成の何れか１つの形で提供することができる。２０フィートの長さのインゴットの断面寸法は、例えば、３０インチ×７２インチ、あるいは代替的には、２０インチ×６０インチとすることができる。
【００３５】
また、より深いボトムブロックが、鋳造部品の溶離およびブリード（bleeds）の低減または除去を補助し、その結果、ボトムブロックが鋳型壁の下方に現れるときまで鋳造部品がそれ自体の形状を支持できるものとなると考えられている。一般に、従来技術は、ボトムブロックが鋳型キャビティより広く、鋳型キャビティ内に伸張することができなかった構成を含む。これに対して、本発明の態様は、ボトムブロックを、鋳型キャビティ内に挿入することを可能として、それにより、追加的な鋳造からの追加的な荷重が最初の金属上に配置される前に、ボトムブロック内で溶融金属をより長い時間保持および冷却することを可能とし、その結果、凝固鋳造部品の下部が凝固によりインゴットの形状を全体として良好に支持することを可能とする。本発明のその他の態様においては、そのような支持を、ボトムブロック内の外部または内部冷却が補助することができる。
【００３６】
鋳型を介してブロックを係合することの補助的な利点が存在し、それは、注ぎ口（湯口）とブロックとの間のクリアランスが通常の工業基準で維持されることを理由にするものである。そのような別の利点は、過度の酸化を防止することであり、それは可動鋳型壁によって可能とされる。可動鋳型壁は、鋳型に接触するスターティングブロックリム上でブロックが鋳型および金属ロールを通過するときに、鋳型を密封または縮小して、ブリードアウト（bleed-outs）を防止するために十分にギャップを形成するものである。
【００３７】
当業者ならば分かるように、ボトムブロックという用語は、スターティングヘッド、ダミーブロック、スツールキャップまたはスターティングブロックとして言及されるものであってもよく、それらすべては、同じ一般的な構成要素を言及するために産業界で普通に使用されるものである。
【００３８】
上記問題点を認識して、より望ましい方法で鋳造部品またはインゴットを先細にするか、または構成しようとしている者もいるが、鋳造部品を成形または凝固した後に機械加工または切除することによりそれを行うようにしており、それは、より費用がかかり、時間を費やす手続きであり、依然、廃棄、再溶融および再鋳造する必要がある望ましくない量の金属をもたらすものである。３０度より大きい角度を持つスターティングヘッドに鋳造することにより鋳造部品を先細にすることを試みている者もいるが、それは単に、鋳造部品の底部に影響を与えるだけである。これに対して、本発明は、成型プロセス中に、その後に鋳造部品を機械加工する必要無しに、頂部および底部の両方で鋳造部品を形成または構成することを可能にするものである。
【００３９】
図１は、一般的な従来の縦型鋳込ピット、ケーソンおよび鋳造装置の立面図であり、この図に関しては、これより前の部分に、より詳細に記載されている。
【００４０】
図２は、典型的な固定または静止された従来の鋳型鋳造の外壁１２０の概略的な平面断面図で、この外壁は、外面１２３、外壁の内面１２２、鋳型キャビティ１２４および複数の潤滑剤供給開口部１２１を有している。
【００４１】
図３は、鋳造プロセス中の水平方向における鋳造部品１２６の底部の厚さの概略的な立面図である。図３は、鋳造部品の下方向の動作を示す下向きの矢印１２８とともに、鋳型壁１２５、モールドオープニング１２９および鋳造部品１２６を示している。スターティングブロック１２７が示されるとともに、鋳造部品１２６の底部における厚い部分を説明するために、バット膨張距離１３０が示されている。一般に、鋳造部品の中間部における収縮が大きく底部における収縮が小さいために、底部はより厚くなる可能性がある。
【００４２】
鋳造部品の底部は、鋳造部品の尻（バット）または尻部として言及されることもあるが、それはより厚くなり易く、“バット膨張部”と言及される場合もある。バット膨張部の説明は、図３において説明目的のために誇張されており、特定の膨張量は、成形プロセスにおける数多くのパラメータに依存するものであり、それらは一般に当業者に知られている。当業者であれば分かるように、金属を廃棄するために移送することが必要とされるとともに、そのプロセスにおいてかなりの費用が必要とされることから、鋳造部品からバット膨張部を除去するのに、非常に多くの時間およびお金が使用される。
【００４３】
図４は、本発明により意図される鋳型システムの一態様に係る外壁１４０の一実施形態の概略的な平面断面図で、鋳型壁または鋳型側壁の可能性のある移動方向を示している。図４は、鋳型側壁１４１および鋳型端壁１４２を示しており、矢印１４４は側壁１４１の可能性のある動作を示し、矢印１４５は端壁１４２の可能性のある動作を示している。
【００４４】
図５は、本発明により意図された鋳型鋳造システム１６０の一実施形態の平面図で、この実施形態では、２つの剛体外壁、すなわち第１側面および第２側面が移動可能となっている。図５は、鋳型の側壁の内面１６３と、中央に鋳型キャビティ１６２を有する外壁の内面１６４とを示している。一般に、フレームワーク１６１は、数多くの異なるフレームワークの何れかとすることができる。
【００４５】
鋳造速度、鋳造長さ、金属レベル、鋳造部品の垂直方向の高さ、鋳型壁の内方向または外方向への移動速度のようなパラメータ、場合によってはその他の鋳造パラメータとともに、１またはそれ以上の鋳造パラメータを可動壁と組み合わせて調整することにより、鋳造部品の形態および構成が如何に操作できるのかが、当業者であれば分かるであろう。さらに、本発明により開示される鋳型システムの態様は、任意のスライスがほぼ矩形となるような実質的に直線的な側面、アーチ状、凸状および凹状の頭部および尻部を含む、鋳造部品の数多くの異なる形態および構成の何れか１つを、形成することができる。所与の鋳造についての多数の潜在的な目的および変数があるため、本発明に望ましいとされるパラメータのセットは存在せず、その代わりに、本発明は、追加的パラメータを有する追加的鋳造制御システムを提供して、結果的に得られる鋳造部品の最適化に向けて機能する。
【００４６】
当然のことながら、鋳型壁の動作は、動作を引き起こすモータのような、数多くの異なる方法の何れかにより機械的に達成される。鋳型フレームワークの第１側壁に動作可能に接続されたモータは、例えばサーボ駆動により制御することができ、それはプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）により制御することができ、それはヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）を介して制御または構成することができる。本発明の意図する範囲内で、その他の種類の機械的駆動および制御を利用できることに留意されたい。
【００４７】
図６は、本発明により意図された鋳型鋳造システム１６０の一実施形態の平面図で、この実施形態では、２つの端部外壁、すなわち第３側面および第４側面が移動可能となっている。図６は、フレームワーク１６１、端壁の内面１６４、側壁の内面１６３、鋳型キャビティ１６２を示しており、端壁は、外壁の端壁の内面１６４として特定される二点差線により示される位置に移動する。
【００４８】
図７は、本発明の実施形態の産品として生産することができるインゴット２０１の一例の代表的な立面図で、インゴット２０１の頂部および底部が先細りになることを示している。図７は、結果として得られる可能性のある、幅２０２および高さ２０３を有する鋳造部品２００の形態または構成を示しており、矢印２０４が、傾斜部ともなり得る、鋳造部品２０１のアーチ状部の直線距離を表している。図７は、鋳造部品２０１の頂部２０１ａ、中間部２０１ｂ、並びに底部または下部２０１ｃを示している。なお、本発明の実施形態（異なる方法または装置を含む）により、頂部、中間部または下部の形態は、制御された方法で要望通りに鋳造することができ、頂部２０１ａは、底部２０１ｃとは異なるように構成し、かつ角度を付けることができる。例えば、底部は、図１Ａに示すように、特別に構成されたボトムブロック内部キャビティにより形成することができ、一方、頂部２０１ａは、例えば可動壁を利用する本発明の実施形態を利用して構成することができる。
【００４９】
また、図７は、鋳造部品の圧延表面上の角度１９９を示している。この角度１９９は、本発明の意図の範囲内で任意の角度とすることができるが、ある実施形態においては、角度１９９が、例えば２６度のように、２１度と２９度との間であることが好ましい。数多くの要因が、後で圧延される鋳造部品２０１の望ましい角度１９９に影響を与える可能性があるが、本発明のある用途では、２６度が望ましい場合がある。図７は、如何にして鋳造部品が異なる部位または部分において異なるように取り扱われるかについて示しており、図７は、特に３つの部分、すなわち頂部２０１ａ、中間部２０１ｂおよび下部２０１ｃを示している。鋳造管理および制御のために、当業者であれば分かるように、結果として所望の鋳造部品を得るために、鋳造部品２０１は、数多くの異なる部分の何れかに理論上は分割することができるが、本発明を実施するために特に必要とされるものはない。
【００５０】
インゴットの形状に影響を与えるこれまでの試みは、この方法から離れて教示しているが（すなわち、鋳造部品の鋳造後のトリミング、ボトムブロックの成形）、本発明は、鋳造部品の頂部および底部を先細に形成すること等により、要望通りに所望の鋳造部品を形成することができるという利点を有する。
【００５１】
図８は、ある程度の収縮およびバット膨張部を有する典型的な鋳造部品インゴットの立面図である。図８は、鋳造部品２１０および角部２１１を、鋳造部品厚さ２１２とともに示している。
【００５２】
図９は、図８に示されるようなインゴット２１０の端部の圧延処理後の立面図で、アリゲーターリングを概略的に示している。図９は、鋳造部品の幅２１７、鋳造部品２１０の両端におけるアリゲーターリング２１６および２１５を示している。アリゲーターリングが不要で好ましくない圧延の結果物であることが、当業者に一般に知られている。
【００５３】
図１０は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２３０の一実施形態の概略的な立面図で、この実施形態では、ボトムブロック２３５が可動壁の開始位置または幅よりも広くなっている。図１０は、注ぎ口２３１、可動壁２３３および２３４、スターティングブロック２３５、金属フロー２３２を介して注ぎ口２３１により供給される溶融金属２３７を示している。本発明のこの態様におけるスターティングブロック２３５は、幅２３８であり、駆動シリンダ２３６が鋳造中の鋳造部品の下降をもたらしている。矢印２４０および２４１は、鋳型壁２３３および２３４の各動作をそれぞれ示している。
【００５４】
図１１は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２５０の一実施形態の概略的な立面図で、この実施形態では、ボトムブロック２５６が可動鋳型壁２５４および２５５内で起動することを、それら可動鋳型壁が許容している。図１１は、注ぎ口２５１を示すとともに、スターティングブロック２５６へと供給されて、スターティングブロック２５６内で蓄積する符号２５３として示される溶融金属２５２を示している。スターティングブロック２５６は、おおよその厚さ２５９を有し、矢印２５７がシリンダ２５８とスターティングブロック２５６の下方向の動作を示している。鋳型壁２５４および２５５が示されるが、本発明は鋳型壁２５４および２５５が鋳造プロセス中に外方向に移動することを意図している。さらに図１１は、本発明のある実施形態において、如何にしてボトムブロック２５６内の内角２３９を、インゴットの底部に特定の形態を得るために利用することができるのかを示している。本発明のその他の態様と組み合わせたこの種の形成は、鋳造部品を得るために利用することができ、この鋳造部品は、それを得るために後で切除または機械加工を必要とすることなく頂部および底部に形成される。
【００５５】
当業者であれば分かるように、注ぎ口から、溶融金属が落下またはボトムブロック内またはボトムブロック上に堆積する位置までの距離であるポアドロップ（pour drop）を低減することが通常はより望ましい。図１０と図１１におけるポアドロップを比較すると、ボトムブロックが鋳型キャビティ内で、かつ可動鋳型壁２５４および２５５などの可動鋳型壁間で、より高く上昇させることを可能にすることによって、本発明の態様において達成できる利点は、当業者には明白である。
【００５６】
図１２は、ボトムブロック２５６が降下されるときの鋳造プロセスの途中過程における自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２５０の一実施形態の概略図である。図１２は、矢印２６１により示されるように移動可能な第１可動壁２５４と、矢印２６２により示されるような第２可動壁２５５とを示している。さらに、図１２に示されるシステム２５０は、注ぎ口２５１からの溶融金属２５２および堆積金属２５３を示し、矢印２６１および２６２が鋳型壁２５４および２５５のそれぞれの動作を示している。
【００５７】
図１３は、図１２と比べてさらに鋳造プロセスが進んだ自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２５０の一実施形態の概略図で、如何にして鋳造部品２５３をボトムブロック２５６よりも寸法的に広く成形できるのかを示している。図１３は、矢印２６１および２６２にそれぞれ示すように、第１可動壁２５４および第２可動壁２５５を示している。このシステム２５０は、注ぎ口２５１、溶融金属２５３、スターティングブロック２５６およびスターティングシリンダ２５８を含む。図には幾つかの寸法、すなわち、スターティングブロック２６７の幅２６７が、シリンダ２５８、幅寸法２５６を有するスターティングブロック２５６とともに示され、その一方で、インゴット２５３は、同じ方向においてスターティングブロック２５６の外のり寸法よりも大きい外のり寸法で鋳造されている。距離２６４は、インゴット２５３がスターティングブロック２５６の寸法を超える、インゴット２５３の一方の側面における追加的寸法を表しており、距離２６５は、インゴットがスターティングブロック２５６の寸法を超える、インゴット２５３の他方の側面における追加的寸法を表している。
【００５８】
図１４は、図１３からさらに鋳造プロセスが進んだ自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２５０の一実施形態の概略図で、この図では、鋳造部品２５３がさらに形成されている。同様の符号が図１３からの同様のアイテムおよび構成要素を示しており、それらが図１３に関連して十分に特定して論じられているため、その各々を、図１４に関連してさらに特定して論ずることはここではしない。
【００５９】
図１５は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２５０の一実施形態の概略図で、鋳造の終わりの部分を示すとともに、それは、鋳造部品２５３の頂部の形態または構成に影響を与える本発明の態様の能力を示している。矢印２６１は、如何にして鋳型壁２５４および２５５が鋳造プロセスの終わりの部分で内方向に動いて鋳造部品２５３の角部の形態および構成に影響を与えるのかを示している。当業者であれば分かるように、数多くの異なる形態および構成の何れかをかかるシステム内でプログラム化することにより、所望外形および形態の鋳造部品２５３を得ることができるが、この発明を実施するのに特に必要とされるものはない。実際に、本発明のある態様の特徴は、特定の用途のために、数多くの異なる形態の鋳造部品２５３の何れかを製造する能力である。同様の符号が図１３からの同様のアイテムおよび構成要素を示しており、それらが図１３に関連して十分に特定して論じられているため、その各々を、図１５に関連してさらに特定して論ずることはここではしない。
【００６０】
図１６は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム２５０の一実施形態の概略図で、鋳造プロセスに部分的に進んだ鋳造部品２５３を示しており、この実施形態では、本発明が、鋳造部品の他方の側面と比較して一方の側面に異なる寸法および形態を与えている。図１６は、如何にして本発明の態様が要望通りに非対称的な鋳造部品２５３を生成するのに利用できるのかを示しており、この態様では、他方の側面と比べた場合に異なる寸法を一方の側面に与えることができる。図１６は、鋳造部品２５３の反対の側面における矢印２６４と比較した場合に、矢印２６５により示される鋳造部品２５３の中心からの異なる距離を示している。当業者であれば分かるように、非対称的な部分を製造する能力は、図１６に示すような寸法に限定されるものではなく、鋳造部品２５３の一方の側面に、鋳造部品２５３の別の側面と対比して、異なる形態および構成を製造するためにも利用することができる。同様の符号が図１３からの同様のアイテムおよび構成要素を示しており、それらが図１３に関連して十分に特定して論じられているため、その各々を、図１６に関連してさらに特定して論ずることはここではしない。
【００６１】
また、図１６は、本発明のある実施形態において、如何にして鋳型壁２５４の上部表面２５４ａの角度が、結果として得られる鋳造部品の下部における対応角度２５３ａに対応し、同様に、鋳型壁２５５の上部表面２５５ａの角度が、結果として得られる鋳造部品の下部における対応角度２５３ｂに対応するのかを示している。実際には、角度２５３ａおよび２５３ｂは、鋳型壁２５４および２５５の頂部２５４ａおよび２５５ａにおける対応角度とは異なる１またはそれ以上の角度とすることができる。
【００６２】
図１７は、本発明により意図された自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一態様の概略図で、おおよそ型開きの幅となる、異なる構成のボトムブロック２６９を示している。
【００６３】
さらに、図１７は、本発明の別の態様を示すもので、ボトムブロック２６９の周囲の垂直方向に向けられた溝２６９ａを示している。それら溝２６９ａは、ボトムブロック２６９とそれに含まれる溶融金属のさらなる補助および冷却のために冷却材を通過させることができる導路および表面領域を与えることができる。別の冷却手段が後述する図１８に関連して示され、記載されている。
【００６４】
さらに、図１７は、別のボトムブロック２６９構成を示し、この構成では、結果として得られる鋳造部品の底部を形成して、鋳造部品２６９を後で圧延するための所望形態を形成するために、傾斜側面２７０がボトムブロック２６９内に設けられている。この態様は、頂部と底部の両方に鋳造部品の所望の形態または構成を形成するために、その他の態様と組み合わせて利用するようにしてもよく、すべてが本発明の意図の範囲内となる。例えば、図３４に示される鋳造部品の底部は、図１７に示すようなボトムブロック２６９を利用して製造することができる。同様の符号が図１３からの同様のアイテムおよび構成要素を示しており、それらが図１３に関連して十分に特定して論じられているため、その各々を、図１７に関連してさらに特定して論ずることはここではしない。
【００６５】
図１８は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの別の態様の概略図で、ボトムブロック２９２に関連して溶融金属２９１のより望ましい冷却を得るためにボトムブロック２９２内で利用される液体冷却システムを示している。図１８は、ボトムブロック２９２冷却システムを示し、このシステムでは、冷却システム２９４を収容するためにシリンダ２５８が利用される。冷却システムは、鋳造の始めの部分で、鋳造部品２９１を構成する溶融金属を凝固させるのに十分な冷却を与えるために、冷却システム要素２９４に動作可能に連結された冷却管路２９３により構成することができる。冷却システム、冷却システムの構成要素、冷却システムの位置として、数多くの異なる種類の中から何れかを、本発明の意図の範囲内で利用できるが、この発明を実施するのに特に必要とされるものではないことを、当業者であれば分かるであろう。同様の符号が図１３からの同様のアイテムおよび構成要素を示しており、それらが図１３に関連して十分に特定して論じられているため、その各々を、図１８に関連してさらに特定して論ずることはここではしない。
【００６６】
図１９は、本発明により意図された自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、本発明の一態様を示しており、この態様においては、鋳型側壁３００および３０１の動作がこれまでの図面のように直線的である必要は無く、その代わりに、矢印３０２および３０３に従い、鋳造部品の形態に影響を与えるために、回動あるいは外方向および内方向に選択的に移動される。鋳造中、ボトムブロック２９４が降下されるときに、所望の鋳造部品形態を与えるために、鋳型壁３００は、例えば、角度３０５で下方に移動させることができ、鋳型壁３０１は、角度３０６で下方に移動させることができる。当業者であれば分かるように、鋳型壁３００および３０１の特定の外形形態を特定の用途のために構成することができ、結果物として異なる鋳造部品構成を得るために、異なる形態および角部を利用することができる。さらに図１９は、注ぎ口２５１、シリンダ２５８およびボトムブロック２９４を示している。なお、所望の鋳造部品の結果物を得るために、カムまたはその他の機構内に鋳型壁３００および３０１を回動自在に取り付けるようにしてもよく、それらすべては本発明の意図の範囲内にある。
【００６７】
図２０は、本発明により意図される自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステムの一実施形態の概略図で、図１９に示す態様と類似の本発明の一態様を示しており、但し、この態様においては、鋳型壁の一方が、鋳型壁の他方と異なる角度で動作して、鋳造部品の他方の側面と比べて一方の側面に異なる寸法および／または形態を与えるものとなっている。図２０における角度３０５は、他方の鋳型壁における角度３０６とは違うまたは異なる角度となっていて、非対称の鋳型構成を与えるか、あるいは鋳造部品２９３の他方の側面と比較して鋳造部品２９３の一方の側面に異なる形態を与えるものとなっている。同様の符号が図１９からの同様のアイテムおよび構成要素を示しており、それらが図１９に関連して十分に特定して論じられているため、その各々を、図２０に関連してさらに特定して論ずることはここではしない。
【００６８】
図２１は、本発明により意図された自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム３２０の一実施形態の概略図で、異なるように形成または構成された鋳型壁３２２および３２３を示している。注ぎ口３２１は溶融金属を供給し、鋳型壁３２２および３２３の各々は、矢印３２４および３２５により示されるように、独立に動作させることができる。このシステム３２０は、鋳造部品３２７、溶融金属表面３３０、およびより凝固した表面３２８の一部となる溶融金属３２９を示している。鋳型壁３２２および３２３は、曲線的な端部の代わりに、より斜角の端部を有しており、矢印３３２および３３３は、鋳造プロセス中であって鋳造部品３２７が凝固されるときの、鋳型壁３２２および３２３の出口部分を示している。
【００６９】
さらに図２１は、本発明のさらなる態様を示しており、この態様では、矢印３２４ａおよび３２５ａにより示されるように、鋳型壁３２２および３２３を直線的に上下方向に、あるいはその他のパターンで作動させることができる。特にこの縦方向の動作は、注ぎ口３２１から溶融金属表面３３０までの距離と、金属レベルに対する特定の鋳型壁形状の位置とを制御する際のフレキシビリティを許容することとなる。多くの状況において、注ぎ口３２１を移動させることは、その他の機器および溶融金属供給システムが原因となって、より難しい。図２１は、鋳型壁３２２および３２３の頂部および下部の角度を２７度とすることができることを示しているが、角度は数多くの異なる角度の何れかとすることができ、本発明を実施するのに特に必要とされるものはない。
【００７０】
図２２は、異なるように構成されたボトムブロックを有する本発明の別の態様の概略図で、この態様では、ボトムブロックが、２側面に直立する側壁のみを必要とする。また、この態様では、その他の２側面の側壁の一部として、あるいはその代わりに、鋳型壁を使用することができる。図２２は、矢印３５８および３５９に従ってそれぞれ移動する第１可動鋳型壁３５６および第２可動鋳型壁３５７と、ボトムブロック内面３５４ａおよび側壁３５４ｂおよび３５４ｃを有するボトムブロック３５４とを示している。また、図２２は、元の高さが３５２で、ボトムブロック３５４の底面３５４ａから距離３５３に降下される注ぎ口３５１を示している。側壁３５４ｂおよび３５４ｃは高さ３５５であり、すべてはこの態様のシステム３５０の意図の範囲内である。注ぎ口を垂直方向に移動させる代わりに、鋳型または鋳型壁を注ぎ口に対して相対的に垂直方向に移動させて、所望の鋳造を達成することも可能であり、それらすべては本発明の意図の範囲内にある。
【００７１】
当業者であれば分かるように、鋳造中に異なる所望の結果物を得るために鋳型または注ぎ口３５１を上下方向に移動させることができる。注ぎ口の高さは、所望の結果物を得るために調整するか、または均衡を取ることができる鋳造パラメータの１つとしてもよい。例えば、図３０の概略図に示すように、溶融金属レベルは、異なる形態または構造を達成するために鋳型壁が外側に移動する直前において、好ましくは、鋳型壁の頂部またはその近傍である。これは、鋳型壁が外方向に移動するときに、それぞれの鋳型壁間に含まれる溶融金属により、ブリードアウト（bleed out）または漏れ状態を作り出さないように、緩衝の役割を与えることとなる。反対に、鋳型壁が互いに近接する方向に移動する直前に、鋳型壁の頂部までしか溶融金属レベルが上昇しないように、かつプロセスにおいて鋳型が内方向に移動している間に溶融金属レベルを超えないように、鋳型壁上で溶融金属レベルを低くすることが望ましい。
【００７２】
図２３は、図２２に示す自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム３５０の実施形態の概略図で、ボトムブロック３５４の端部を示すとともに、ボトムブロック端壁がないことを示している。また、図２３は、高さ３５２にある注ぎ口３５１、鋳型壁３５６および鋳型壁３５７を示し、矢印３５８および矢印３５９は、それぞれ２つの鋳型壁の動作を示している。ボトムブロック３５４の内面３５４ａも示されている。
【００７３】
図２４は、本発明のある態様のための、可能性のある鋳型スターティングブロック構成の一態様または一実施形態の概略図で、外壁の本発明の実施形態において２側面のみに利用可能となっている。図２４は、底面３５４ａ、側壁３５４ｂおよび３５４ｃを有するボトムブロック３５４を示している。
【００７４】
図２５は、自動可変寸法鋳型およびボトムブロックシステム３８０の別の可能性のある実施形態の概略図で、本発明の別の態様を示しており、この態様においては、液体冷却システムがボトムブロック３８２内で利用されて、ボトムブロック３８２に関連して溶融金属のより望ましい冷却が達成されている。図２５は、注ぎ口３８１、矢印３８６により移動可能に示される第１可動鋳型壁３８５、および矢印３８８により移動可能に示される第２可動鋳型壁３８７を示し、矢印３８９が、鋳造プロセス中のスターティングブロック３８２の下方向の動作または降下を示している。内面３９１は、注ぎ口３８１から溶融金属を受け入れる深さ３９０を有している。
【００７５】
当業者であれば分かるように、ボトムブロック３８２に対して冷却を与えるために、数多くの異なる種類の冷却システムおよび冷却システム要素の中から何れかを利用することができる。冷却導路３８４を有する冷却システム３８３は、注ぎ口３８１よりボトムブロック３８２上に堆積した溶融金属を良好に凝固させるために、冷却材がボトムブロックを通って、冷却を与える一例である。ボトムブロックに追加的な冷却を与える方法の別の例が図１７に示されており、この例では、凝固溶融金属上で最初に利用される冷却材を受け入れるために、冷却チャネルまたは溝がボトムブロック内に設けられている。
【００７６】
図２６は、本発明の別の態様４００の概略図で、鋳造部品４０５の頂部における溶融金属の上端に（矢印４０７により示されるように）降下される鋳造部品トップキャップ４０６を有している。さらに、図２６は、第１鋳型壁４０３、第２鋳型壁４０４および注ぎ口４０１を示し、矢印４０２が、溶融金属の鋳込みの停止後に注ぎ口４０１を邪魔にならないところに上方向に移動させることができることを示している。代替的には、また図２７の矢印４１５ａおよび４１６ａにより示されるように、この動作は、図示のように、鋳造の終了に向けて降下されることとなる鋳型壁４０３および４０４の垂直方向の動作により達成することもできる。この本発明の一態様は、インゴットまたは鋳造部品４０５の上端部を成形または先細化する。
【００７７】
図２７は、図２６に示す本発明の態様４００の概略図で、この態様では、トップキャップ４０６が鋳造部品４０５の頂部に与えられて、それにより溶融金属がトップキャップ４０６の内部の形態とされている。また、この例においては、アイテム４１２および４１３により示されるように、角部にラジウス（radius）を形成している。矢印４０７は、トップキャップ４０６と鋳型壁４０３および４０４との間から溶融金属が漏れるのを防止するために、下方向の圧力または動作がトップキャップ４０６上に与えられることを示している。矢印４１５ａおよび４１６ａは、より望ましいクリアランスを注ぎ口４０１に与えるために、あるいはその他の鋳造の制御理由のために、鋳造プロセス中に、如何にして鋳型壁４０３および４０４を垂直方向に移動させることができるのか（その動作を直線的な垂直方向の動作に限定する必要はない）を示している。さらに図２７は、如何にして本発明の態様における鋳型壁を垂直と水平の両方向に移動させることができるのかを示しており、鋳型壁の水平方向の動作が図示のように矢印４１５ｂおよび４１６ｂにより示されている。
【００７８】
図２８Ａは、図２６および図２７に示す本発明の態様４００の概略図で、鋳造部品４０５が鋳型キャビティの下部から抜け出している状態を示している。鋳型キャビティとは、一般に、第１鋳型壁４０３と第２鋳型壁４０４との間の領域のことである。また、図２８Ａは、注ぎ口４０１、鋳型壁４０３および４０４の下方向の動作を示す矢印４１５ａおよび４１６ａ、凝固鋳造部品４０５上の鋳造部品トップキャップ４０６を示している。矢印４１４は、鋳造部品４０５を有するトップキャップ４０６の通常の動作を示している。なお、代替的には、注ぎ口を動作させることなく、鋳造の終了時に、トップ形状を形成するために注入している間に、トップキャップ４０６を鋳型壁４０３および４０４上に、あるいは鋳型壁４０３および４０４に対して相対的に維持することができ、この場合、本発明の様々な実施形態において、トップを液体または空気により冷却することができ、低温を耐火物または金属から作ることができる。さらに、図２８Ａは、本発明の態様において如何にして鋳型壁を垂直と水平の両方向に移動させることができるのかを示しており、鋳型壁の水平方向の動作が図示のように矢印４１５ｂおよび４１６ｂにより示されている。
【００７９】
図２８Ｂは、図２８Ａに示す本発明の態様４００の同じ概略図であり、ただし、トップキャップ４０６が、鋳造部品４０５ｃの異なる形状の頂部を得るために、異なる構成を有している。図２８Ｂは、両側部が傾斜するとともに、インデント角度４０６ｃにて図示のように中間部が引込められたトップキャップを示している。さらに、図２８Ｂは、本発明の態様において如何にして鋳型壁を垂直と水平の両方向に移動させることができるのかを示しており、鋳型壁の水平方向の動作が図示のように矢印４１５ｂおよび４１６ｂにより示されている。
【００８０】
同様に、図２８Ｃは、図２８Ａおよび図２８Ｂにあるような本発明の態様４００の同じ概略図であり、ただし、トップキャップ４０６が、鋳造部品４０５ａの異なる形状の頂部を得るために、異なる構成を有している。その頂部は、傾斜した側面角度を有し、その側面角度が鋳造部品４０５ａの頂部にもたらされるものとなっている。さらに、図２８Ｃは、本発明の態様において如何にして鋳型壁を垂直と水平の両方向に移動させることができるのかを示しており、鋳型壁の水平方向の動作が図示のように矢印４１５ｂおよび４１６ｂにより示されている。
【００８１】
矢印４１５ａおよび４１６ａにより示される方向（通常は垂直）に鋳型壁４０３および４０４を移動させる能力は、（その他の図面に示されるように）水平方向に移動させることができる鋳型壁４０３および４０４とともに、またはそれと組み合わせて、トップキャップ４０６を利用して鋳造部品４０５ａの頂部を構成する能力を高める。
【００８２】
図２９は、本発明のさらに別の態様４３０の概略図で、この態様では、鋳造プロセスの終わりに鋳造部品４３３の頂部を形成するために、電磁場（矢印４４３および４４４により示される）が利用されている。図２９は、矢印４３２に従って上方向に移動可能な注ぎ口４３１を示しており、鋳造部品４３３の上端面４４６が、上端面４４６またはその上またはその近傍に磁力または磁場を与えることにより形成されている。所望形態の鋳造部品４３３の頂部を得るために、鋳造部品４３３の上端面４４６に近付く方向に、あるいは上端面４４６から離れる方向に、磁気装置４３６および４３７を移動させることができる。鋳型壁４３４および４３５は磁気装置４３６および４３７の直ぐ下に示されているが、それらは鋳型壁４３４および４３５に隣接させたり、あるいは鋳型壁４３４および４３５の下方に配置させたりすることが可能であり、それらすべては本発明の意図の範囲内である。図２９に例示的な方法で示すように、電磁鋳造（Electro Magnetic Casting）と呼ばれ、その頭文字がＥＭＣとなる鋳造の一種が存在し、それは、鋳造の終了に向けて、鋳造部品の頂部を形成または先細化するために用いることもできる。
【００８３】
図３０は、本発明の態様４５０の概略図で、本発明のある態様において意図されるように、可動鋳型壁４５１および４５２により生成され得る例示的な動作を示している。図３０は、動作を説明するために、可動壁４５１および４５２間の距離を変えて示している。当業者であれば分かるように、またその他の図面にも示されるように、動作は、対称的である必要は無く、その代わりに、鋳造部品の非対称のパターン形成において望まれるであろうその他の結果物を得るためにプログラム化することができる。破線４５１ａおよび４５２ａは、鋳型壁４５１および４５２の第２位置を示し、破線４５１ｂおよび４５２ｂは、可動壁のさらに可能性のある動作位置を、それらの間の任意の中間位置とともに示している。
【００８４】
図３０は、如何にして鋳造パラメータ、例えば、レベル４５７および４５８間の溶融金属レベルの制御を、本発明の態様と組み合わせて利用することができるのかを示すための目的も果たしている。例えば、鋳型壁が矢印４５５により示されるように間隔を空けて配置されるときに、矢印４５６および４５７により示されるように鋳型壁が後で外方向に移動されることとなる場合には、溶融金属レベル４５７が望ましいことがある。反対に、鋳型壁４５１および４５２が矢印４５３により示される距離、間隔を空けて配置されるとともに、プロセスが鋳型壁４５１および４５２を一緒に移動させるものである場合には、鋳型キャビティ領域の減少を許容するために溶融金属レベル４５８がより望ましいことがあり、それは、鋳型壁４５１および４５２が一緒に移動するときに、溶融金属レベル４５８を自然に上昇させることとなる。これは、鋳型キャビティが減少したときにインゴットまたは鋳造部品上で結合が生じるのを防止する目的も果たすことができる。当業者であれば分かるように、鋳型壁が内方向に移動するときに、溶融金属レベル４５８が鋳型壁上に上昇しないことが望ましいと考えられる。
【００８５】
また、図３０は、本発明の実施形態において、異なる寸法の鋳造部品、例えば最初の鋳造で２１インチのインゴットを、２番目の鋳造で１９インチのインゴットを、鋳造するために如何にして１つの溶融金属鋳型を使用することができるのかを示している。従来の鋳型は一般に１サイズ専用となっているため、本発明の実施形態は、製造設備のより大きなフレキシビリティを与えるとともに、異なる幅の鋳造部品を鋳造するために従来は行う必要のあった鋳型の切替（change-out）を減少させる。それら実施形態においては、距離４５５が第１厚さを有する第１鋳造部品を示しており、距離４５４が第２厚さを有する第２鋳造部品を示しており、距離４５３が第３厚さを有する第３鋳造部品を示している。なお、本発明の意図の範囲内で鋳造部品を鋳造することができる、数多くの異なる厚さまたは幅が存在する。
【００８６】
図３１は、本発明の態様により開示された鋳造システムとしてまたはその一部として製造され得る、鋳造部品の形態の立面図である。図３１に示される鋳造部品４８０は、全長または高さ４８４を有している。構造部品の頂部における傾斜した角部は詳細図３２にさらに示され、底部における角度の付いたエッジは、角度４７９で傾斜して示されている。鋳造部品の側面における直線エッジ距離４８５と、底部における直線エッジ距離４８２は、結果として得られる望ましい形態、および鋳造部品に後で行われる圧延に基づいて決定することができる。鋳造部品の幅４８１、傾斜幅４８３および４８６も図３１に示されている。当業者であれば分かるように、このプロセスの態様は、対称の鋳造部品を製造することができるとともに、異なる寸法を有する非対称の鋳造部品を製造することができる。例えば距離４８３を距離４８６と異なるものとすることができる。
【００８７】
図３２は、図３１の３２部分の詳細図で、鋳造部品４８０、斜面幅４９０および斜面高さ４９１を示しており、角度４９２および４９３が斜面のパラメータを与えている。当然のことながら、それらパラメータは、その他の鋳造パラメータ、金属組成、鋳造部品４８０に対して行われる意図した圧延により変わる可能性があるとともに、その後の鋳造部品の鋳造または利用におけるその他の多くの要因によっても変わる可能性があるが、それらすべては本発明の意図の範囲内である。
【００８８】
図３３は、本発明の実施形態で利用することができるプロセスの一実施形態のブロックフロー図５００である。図３３は、鋳造開始５０１を、初期鋳造速度５０２とともに示している。ある時点で、鋳造速度は一般に上昇または増加される。そして、所望の結果物、鋳造部品のテーパまたはその他の特徴を製造するために、第１中間鋳造速度５０３を利用することができる。必ずしもそれは必要ではないが、第２中間鋳造速度上昇５０４を使用することができ、また一般に、終了鋳造速度上昇５０５は、鋳造プロセスの終了５０６の前に利用されることとなる。鋳造の先細化またはその他の目的、あるいはその他の鋳造パラメータに依存して、所望の結果物を得るために鋳造速度を変えることができる。
【００８９】
図３４は、本発明の別の態様の立面図で、本発明の一部として製造可能なインゴット５２０の別の形態を示している。図３４は、先細の頂部表面５２１、側壁５２０ａ、ラジウス５２３および先細の底部表面５２２を示している。本発明の態様の顕著な利点および特徴は、鋳造部品の鋳造後に機械加工またはその他の作業を経ることなく、鋳造プロセス中に、数多くの異なる鋳造部品構成および形態の何れかを製造する能力である。この特徴および利点は、後の凝固鋳造部品の機械加工または処理のコストおよび費用を、鋳造プロセス後の屑や欠片を再加熱するコストおよび費用とともに、大幅に節約することを可能にすると考えられる。
【００９０】
図面に示す実施形態は、第１側面、第２側面、第３側面および第４側面を示しているが、２、３、４またはそれ以上の側面が鋳型フレームワークを規定するように側面が形成されるとともに、それら側面の内面が鋳型キャビティを規定する本発明の実施形態であってもよく、それらすべては本発明の範囲内である。
【００９１】
当業者であれば分かるように、可動鋳型壁を与える本発明により、バット膨張部を低減し、注ぎ口に対して鋳型を位置決めするために、成形プロセスを是正する能力や、鋳型クリアランスを是正する能力など、その他の利点が得られることとなる。当業者には理解されると考えられるが、これにより、より速く効率的に鋳造を行うことが可能となる。従来技術は、バット膨張部に関する問題点と、バット膨張部が解消された場合に実現される利点とを認めている。従来の試みは、バット膨張部を低減するために鋳造速度を増加させようとしているが、本発明の態様は、鋳型壁を移動させる能力によって、平行な外形を得ることを可能にし、それは、少ないバット膨張部で、あるいはバット膨張部を増加させることなく、より速く鋳造部品を鋳造することを可能にする。
【００９２】
本発明の実施形態は、鋳造速度を最適化することも可能にすると考えられる。縦型鋳造配置における鋳造速度は、溶融金属が凝固するに連れてボトムブロックが鋳込ピット内に降下される速度である。従来より、鋳造速度と鋳造部品の品質との間のトレードオフが存在している。これは、製造の観点からは速く鋳造することは望ましいが、速い鋳造速度は、一般に、安定状態鋳造中に、より大きな収縮と、凹状の外面または転がり面をもたらすためである。所与の用途において、鋳造速度が遅すぎる場合、望ましくない量のバット膨張部をもたらす傾向がある。そのため、本発明の実施形態は、本発明の使用がなければ過度の収縮をもたらす鋳造速度で鋳造中に、より望ましい鋳造部品形状を得るために収縮をより良好に管理または制御することを可能とする。ある用途におけるより望ましい鋳造部品の形状は、鋳造部品の中間部にほぼ平行な側面を有する鋳造部品であり、それは一般に、より望ましい転がり面を与える。本発明の実施形態は、縦型溶融金属成形システムにおいて、改善された収縮の管理および制御を提供する。
【００９３】
収縮管理を対象とする本発明の実施形態は、連続的な溶融金属鋳造の間に製造された鋳造部品の転がり面を最適化する方法を含む。かかる実施形態においては、特定の鋳造部品に対する予め設定された所与の鋳造速度について、鋳造部品に沿う異なる位置で特定量の収縮が生じることの相関関係を引き出すか、または予測することができる。そして、本発明は、収縮に対抗するために、鋳型壁（または第１側面および／または第２側面）の相対的な動作を可能にし、それにより収縮制御または管理システムを提供する。
【００９４】
図３５は、本発明の態様を実行する際に鋳型側壁の動作を制御するために利用可能な制御システム５７０の一実施形態の概略図である。図３５は、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）５７１と、このＨＭＩ５７１に動作可能に接続されてＨＭＩ５７１により制御または管理されるプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）５７２と、ＰＬＣ５７２に動作可能に接続されてＰＬＣ５７２により制御されるものとして示され、第１サーボ駆動５７４により駆動および制御される第１モータ５７５と、ＰＬＣ５７２に動作可能に接続されてＰＬＣ５７２により制御されるものとして示され、第２サーボ駆動５７６により駆動および制御される第２モータ５７７と、ＰＬＣ５７２に動作可能に接続されてＰＬＣ５７２により制御されるものとして示され、第３サーボ駆動５７８により駆動および制御される第３モータ５７９と、ＰＬＣ５７２に動作可能に接続されてＰＬＣ５７２により制御されるものとして示され、第４サーボ駆動５８０により駆動および制御される第４モータ５８１とを示している。なお、これは、モータ、サーボ駆動、ＰＬＣおよびＨＭＩのような数多くある例示的な構成要素であるが、本発明を実施するのに必要とされるものはなく、また、同様の構成要素のグループ相互の特定の割当てもない。
【００９５】
さらに図３５は、如何にしてモータの各々が１またはそれ以上の鋳型を制御するのかを示しているが、本発明を実行するのに、特定数の制御される鋳型が必要とされることはない。図３５は、２つの鋳型を制御する第１モータ５７５、１つの鋳型を制御する第２モータ５７７、２つの鋳型を制御する第３モータ５７９、および１つの鋳型を制御するモータＸ（これはモータの総数を示す場合がある）を示している。
【００９６】
図３６は、本発明のある態様で利用可能な鋳型壁または鋳造面の一構成６００の概略的な立面図で、鋳造面６０２ｂの上端部とも言及される場合がある頂部鋳造面６０２ｂと、鋳造面の中間部６０２ａと、鋳造面の底部６０２ｃである底部傾斜面領域とを示している。図３６は、鋳造部品３２７、冷却材ストリーム６０５、鋳型壁６０１、注ぎ口３２１、上端部６０２ｂの傾斜角度６０３、鋳造面の下部６０２ｃにおける傾斜の角度６０４を示している。溶融金属レベルは、鋳造面の中間部６０２ａ内に示されている。
【００９７】
図３７Ａ乃至図３７Ｅは、本発明の実施形態の様々な適用を示すために、鋳型壁の鋳造面の上部、中間部および下部についての数多くの異なる構成、角度およびその他形状を示すものである。なお、本発明を実施するのに特定の構成が必要とされることはないが、異なる鋳造パラメータに基づいて異なる実施形態を最適化するために、数多くの異なる構成の何れかを利用することができる。
【００９８】
図３７Ａは、本発明のある態様で利用可能な鋳造面またはこれを有する鋳型壁６１１の一構成６１０の概略的な立面図である。図３７Ａは、各鋳型壁６１１について、２つの頂部鋳造面領域６１２ａおよび６１２ｂと、２つの底部鋳造面領域６１２ｄおよび６１２ｅと、鋳造面の中間部６１２ｃとを含む構成を示している。第１頂部鋳造面領域６１２ａは、垂直に対して角度６１４をなし、第２頂部鋳造面領域６１２ｂは、垂直に対して角度６１３をなし、第１底部鋳造面領域６１２ｅは、垂直に対して角度６１４をなし、第２底部鋳造面領域６１２ｄは、垂直に対して角度６１３をなしている。図３７Ａは、鋳造部品３２７、注ぎ口３２１および鋳型壁６１１も示している。
【００９９】
図３７Ｂは、本発明のある態様で利用可能な鋳造面を有する鋳型壁７３１の一構成７００の概略的な立面図で、直線的鋳造面７３１ｂおよび湾曲またはアーチ状鋳造面７３１ｃの両方を有する頂部および底部と、鋳造面の中間部７３１ａと、直線的鋳造面７３１ｄおよびアーチ状鋳造面７３１ｅを有する鋳造面の下部とを含む。図３７Ｂは、鋳造部品３２７、注ぎ口３２１および鋳型壁７３１も示している。
【０１００】
図３７Ｃは、本発明のある態様で利用可能な鋳造面を有する鋳型壁７４１の一構成７４０の概略的な立面図で、頂部鋳造面部７４２ｂ、底部湾曲またはアーチ状鋳造面部７４２ｃおよび中間鋳造面部７４２ａを示している。図３７Ｃは、鋳造部品３２７、注ぎ口３２１および鋳型壁７４１も示している。
【０１０１】
図３７Ｄは、本発明のある態様で利用可能な鋳造面を有する鋳型壁７５１の一構成７５０の概略的な立面図である。この図３７Ｄは、垂直または中間鋳造面領域（それが直線的であるため）から角度７５３をなす頂部鋳造面領域７５２ｂと、中間鋳造面領域７５２ａと、垂直から角度７５５をなす底部鋳造面領域７５２ｃとを示している。この図３７Ｄにおいては、角度７５３が角度７５５とは異なり、頂部における傾斜領域の長さ７５４が、傾斜領域の底部における長さ７５６とは異なる。なお、所望の鋳造部品は、鋳造面の異なる構成、並びに鋳造面の頂部から鋳造面の底部までの長さおよび角度の異なる構成を使用して、好ましく構成することができ、それらすべては本発明のある態様の意図の範囲内である。図３７Ｄは、鋳造部品３２７、注ぎ口３２１および鋳型壁７５１も示している。
【０１０２】
図３７Ｅは、本発明のある態様で利用可能な鋳造面を有する鋳型壁７６１の一構成７６０の概略的な立面図で、中間部１６２ａと、垂直から角度７６３をなす頂部７６２ｂと、インナーラジウス７６４を有する湾曲またはアーチ状の底部７６２ｃとを有する複合鋳造面を示している。図３７Ｅは、鋳造部品３２７、注ぎ口３２１および鋳型壁７６１も示している。
【０１０３】
図３８Ａ乃至図３８Ｄは、鋳造面を有する鋳造壁６２１の一構成６２０の一連の概略的な立面図であり、鋳造プロセス中の溶融金属レベルおよびそれに対する鋳造面を特に参照しながら、本発明の実施形態で鋳造時に利用可能な一方法を連続的に示している。図３８Ａ乃至図３８Ｄに示される鋳造面は、中間部６２３ａ、垂直から角度６２５をなす頂部６２３ｂ、垂直から角度６２６をなす底部６２３ｃ、鋳造部品３２７および溶融金属注ぎ口３２１を示している。さらに、図３８Ａ乃至図３８Ｄは、鋳造面に対する溶融金属のレベルと、鋳造の段階で溶融金属レベルを有することが望ましい鋳造面の位置とをより効率的に管理するために、鋳型壁６２１、より具体的には鋳造面が上下方向に垂直に移動する場合がある本発明の一態様を示している。図３８Ａ乃至図３８Ｄの各々に対する各構成要素の反復的な再記述を回避するために、それらを各図面で繰り返すことはしない。矢印６２２は、鋳造面の垂直動作を引き起こす鋳型壁６２１の垂直動作を示し、矢印６２２ａは、如何にして鋳造表面または鋳型壁６２１が鋳造部品に対して水平方向に移動させることができるのかを示している。
【０１０４】
図３８Ａは、スターティングブロックが注入中で少なくとも部分的に２０および鋳造面に依然配置されているときの初期またはスタートアップフェーズ中における、鋳造面の中間部６２３ａにある溶融金属レベルを示している。
【０１０５】
図３８Ｂは、この図に示す寸法から外方向に鋳造部品の底部が形成されている次のフェーズ中における、鋳造面の頂部６２３ｂにある溶融金属レベルを示している。溶融金属レベルが上昇すると本明細書で述べたが、これは、相対的または、鋳造作業に対するもので、それにより、鋳造壁６２１が上方向および／または下方向に移動して相対的な動作が得られる場合に、溶融金属レベルが鋳造面に対して上昇するか、あるいは溶融金属レベルが上昇される。
【０１０６】
図３８Ｃは、鋳造面の中間部６２３ａに戻った溶融金属レベルを示し、それは、安定状態鋳造と呼ばれるときの鋳造の途中における好ましい位置である。
【０１０７】
図３８Ｄは、下部６２３ｃを構成するのとまさにほぼ同じ角度６２６でテーパを配置する等のように要望通りに鋳造部品３２７の頂部が構成される終了フェーズにおける、鋳造面の下部６２３ｃにある溶融金属レベルを示している。この際に、鋳造面の中間部６２３ａが鋳造面の下部６２３ｃと交差する地点より下方で、溶融金属レベルが維持されることは重要である。これは、鋳造部品３２７において先細の頂部を得るうえで、鋳造の最終フェーズ中の溶融金属レベルにとって好ましい位置である。鋳造部品の結果として得られる先細の角度は、公差および収縮に対する許容量を含み、角度６２６とほぼ同一となる。
【０１０８】
図３９は、本発明の一実施形態における鋳造面を有する鋳型壁６４１の一構成６４０の概略的な立面図で、頂部６４２ｂ、中間部６４２ａおよび垂直から角度６４８をなす底部６４２ｃを有する鋳造面を示している。図３９は、鋳造部品３２７が、予め設定された角度６４８で、その頂部にテーパが形成されているところを示している。さらに、図３９は、溶融金属注ぎ口３２１、凝固地点６４７、冷却剤６４４および溶融金属表面６４５を示している。
【０１０９】
図４０は、本発明の一実施形態における鋳造面の中間部６４２ａおよび下部６４２ｃを有する鋳型壁の一構成６２０の概略的な立面図である。図４０は、矢印６５１に示すように、如何にして鋳型壁を水平方向に移動させることができるのかを示している。凝固地点６４７は凝固が発生している場所を示しており、そこには、凝固地点６４７またはその近傍に示される２つの鋳造面の間の角部の下方に溶融金属レベル６４５がない場合に一般に発生する凍結領域６５０が存在する。凝固が凍結領域６５０で発生する場合、鋳型壁および鋳造面はさらに内側に移動することはない。それは、凝固金属６５０または凍結が、鋳型壁または鋳造面６４２ａの内側への移動を阻止するためである。これが、鋳造プロセス中の本発明の殆どの実施形態において、凝固地点６４７またはその下方で溶融金属レベル６４５を維持することが好ましい理由である。
【０１１０】
図４１は、本発明の一実施形態における鋳型壁６４１または鋳造面の一構成６６０の概略的な立面図で、ボトムブロック６５７と協働して、先細の鋳造部品底部６５５を形成する、傾斜面とも呼ばれる上部６４２ｃを含む鋳造面を示している。この鋳造のフェーズにおいては、移動金属が注ぎ口３２１を介して堆積され、垂直から角度６５４をなす上部６４２ｃで、金属レベル６４５が維持される。図４１は、好ましい結果物を得るための可動鋳造面および傾斜鋳造面により与えられる本発明の態様と組み合わせて、ボトムブロック６５７の内側キャビティ構成により、如何にして鋳造部品の底部が形成されるのかを示している。
【０１１１】
図４２は、本発明のある実施形態の別の特徴を示す鋳型およびボトムブロック構成３５０の概略的な立面図で、この実施形態では、スタートアップ時に、ボトムブロック３５４の膨張を受け入れるために、鋳型壁３５７を外側に移動させることが可能となっている。ボトムブロック３５４と鋳型壁３５６および３５７とがピッタリとフィットすることが望ましい。しかしながら、従来の鋳型壁は金属製のボトムブロック３５４の自然膨張を受け入れるために移動させることができなかったため、鋳型壁３５６および３５７とボトムブロック側面３５４との間の所望の公差を維持するのが難しく、結果的に、ボトムブロック３５４が拡大されて鋳型壁３５６，３５７間の鋳型キャビティ内で動きが取れないこととなる可能性があるため、成形不良（mold sham）を残す可能性が高い。第２ボトムブロック識別３５４ｂおよび３５４ｃは、熱により膨張状態にあるボトムブロックを示し、矢印３５８および３５９は、鋳型壁とボトムブロックとの間に同様のタイトフィットが維持されて、鋳型壁間で動きが取れなくなる膨張状態にボトムブロックが遭遇することがないように、如何にして鋳型壁３５６および３５７を移動させることができるのかを示している。この場合、ボトムブロックの高さ３５５は、底面３５４ａからボトムブロック壁３５４ｂおよび３５４ｃの先端まで測定される。矢印３５８ａおよび３５８ｂは、如何にして可動壁３５６および３５７を垂直に移動させることができるのかを示している。
【０１１２】
当業者であれば分かるように、本発明に対する数多くの実施形態、並びに様々な使用可能な要素および構成要素が存在するが、それらすべては本発明の範囲内にある。
【０１１３】
本発明の一実施形態において、例えば、溶融金属鋳型が提供され、その鋳型は、第１側面と、これに対向する第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを含む鋳型キャビティフレームワークを備え、各側面が内面を有し、それら内面が鋳型キャビティを規定し、第１側面が第２側面に対して相対的に移動可能に取り付けられている。
【０１１４】
前の段落の開示からの更なる実施形態は、第２側面が第１側面に対して相対的に移動可能に取り付けられた溶融金属鋳型；第１側面が第２側面に対して直線的に移動する溶融金属鋳型；第１側面が回動可能に取り付けられた溶融金属鋳型；および／または鋳型キャビティフレームワークに対する第１側面の回動運動が、規定された鋳型キャビティを変える溶融金属鋳型を含むものであってもよい。更なる態様においては、第１側面および第２側面の動作を非同期的なものとすることができる。
【０１１５】
別の実施形態においては、縦型溶融金属鋳型鋳造システムが提供され、このシステムが、第１側面と、これに対向する第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを含む鋳型キャビティフレームワークを備え、各側面が内面を有し、それら内面が鋳型キャビティを規定し、第１側面および第２側面が互いに相対的に移動可能に取り付けられ、鋳型鋳造システムのスタートアップ時にボトムブロックが鋳型キャビティ内に収まるように構成されるものであってもよい。
【０１１６】
前の段落の開示からの更なる実施形態は、第１側面および第２側面が互いに相対的に直線的に移動する縦型溶融金属鋳型鋳造システム；第１側面および第２側面が互いに相対的に動作するように回動可能に取り付けられる縦型溶融金属鋳型鋳造システム；ボトムブロックが２つの側壁を含み、鋳型キャビティフレームワークの第３側面および第４側面が、ボトムブロックの２つの側壁と協働して、スタートアップ時に鋳型キャビティを規定する縦型溶融金属鋳型鋳造システム；ボトムブロックが内部冷却装置を含む縦型溶融金属鋳型鋳造システム；および／またはスタートアップ鋳造時に注ぎ口とボトムブロックとの間の距離を制御するために、ボトムブロックがスタートアップ時に鋳型キャビティ内で垂直に動作するように構成される縦型溶融金属鋳型鋳造システムを含むものであってもよい。
【０１１７】
本発明の別の実施形態においては、縦型直冷式の溶融金属鋳造方法が提供され、この方法が、第１側面と、これに対向する第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを有する鋳型キャビティフレームワークを提供するステップであって、第１側面、第２側面、第３側面および第４側面の内面が、溶融金属を受け入れるために配置された鋳型キャビティを規定するステップと；スタートアップ時に鋳型キャビティに流入する溶融金属を収容するように構成された、鋳型キャビティに対して垂直方向に移動可能なボトムブロックを提供するステップと；溶融金属を鋳型キャビティに供給するステップと；予め設定された速度でボトムブロックを下方に移動させるステップと；鋳造中に鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させ、それにより鋳造中に、結果として得られる鋳造部品の寸法を変えるステップとを備える。
【０１１８】
前の段落の開示からの更なる実施形態は、第１側面および第２側面が互いに相対的に直線的に移動する縦型直冷式の溶融金属鋳造方法；第１側面および第２側面が互いに相対的に非対称的に移動する縦型直冷式の溶融金属鋳造方法；第１側面および第２側面の回動運動が、規定された鋳型キャビティを変化させるように、第１側面および第２側面が鋳型キャビティフレームワークに対して相対的に回動可能に取り付けられる縦型直冷式の溶融金属鋳造方法；および／または第１側面および第２側面がほぼ同じ速度で移動する縦型直冷式の溶融金属鋳造方法を含むものであってもよい。
【０１１９】
さらに、２つ前の段落の開示からの更なる実施形態は、鋳造中に鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、スタートアップ後の鋳造の始めの部分で第１側面および第２側面を互いに離間する方向に移動させて、鋳造部品の底部からの断面の増加をもたらすステップを備える縦型直冷式の溶融金属鋳造方法；および／または鋳造中に鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、鋳造の終わりの部分で第１側面および第２側面を互いに近接する方向に移動させて、鋳造部品の断面の減少をその頂部にもたらすステップを備える縦型直冷式の溶融金属鋳造方法を含むものであってもよい。それら実施形態はさらに、鋳造中に鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、鋳造の終わりの部分で第１側面および第２側面を互いに近接する方向に移動させて、鋳造部品の断面の減少をその頂部にもたらすステップを備えるものであってもよい。鋳造部品の底部からの断面の増加が、その鋳造部品の底部に例えば２２度乃至２９度の範囲内の角度をなすテーパを与えるようにしてもよく、かつ／または、鋳造部品の頂部からの断面の増加が、その鋳造部品の頂部に２２度乃至２９度の範囲内の角度をなすテーパを与えるようにしてもよい。
【０１２０】
上述した縦型直冷式の溶融金属鋳造方法の更なる実施形態においては、鋳造中に鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させるステップが、ボトムブロックよりも大きい断面を中間部に有する鋳造部品を製造し、かつ／または、底部および頂部よりも大きい断面を中間部に有する鋳造部品を製造する。
【０１２１】
本発明のさらに別の実施形態においては、溶融金属鋳型が提供され、この溶融金属鋳型が、第１側面と、この第１側面に対向するとともに第１側面から可変距離離して配置される第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを含む鋳型キャビティフレームワークを備え、各側面が内面を有し、それら内面が鋳型キャビティを規定し、鋳型キャビティフレームワークが、第１厚さを有する第１鋳造部品を鋳造するとともに、第２厚さを有する第２鋳造部品を鋳造するように選択的に構成可能となっている。
【０１２２】
本発明のさらに別の実施形態においては、縦型直冷式の溶融金属鋳造方法が、第１側面と、この第１側面に対向するとともに第１側面から可変距離離して配置される第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを有する鋳型キャビティフレームワークを提供するステップであって、第１側面、第２側面、第３側面および第４側面の内面が、溶融金属を受け入れるために配置された鋳型キャビティを規定するステップと；スタートアップ時に鋳型キャビティに流入する溶融金属を収容するように鋳型キャビティに関連して構成された垂直方向に移動可能なボトムブロックを提供するステップと；溶融金属を鋳型キャビティに供給するステップと；第１厚さの第１鋳造部品を鋳造するステップと；鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させるステップと；第１厚さとは異なる第２厚さの第２鋳造部品を鋳造するステップとを備える。
【０１２３】
本発明のさらに別の実施形態においては、溶融金属鋳型が提供され、この溶融金属鋳型が、鋳型フレームワークと、この鋳型フレームワークに動作可能に連結された鋳型とを備え、鋳型が、鋳型フレームワークに相対的に移動可能に取り付けられた第１側面と、第１側面に対向するとともに鋳型フレームワークに対して移動可能に取り付けられた第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを有し、各側面が内面を有し、それら内面が鋳型キャビティを規定し、溶融金属鋳型が、さらに、第１側面に動作可能に連結され、鋳型フレームワークに対して相対的に第１側面を移動させるように構成された第１モータと、第２側面に動作可能に連結され、鋳型フレームワークに対して相対的に第２側面を移動させるように構成された第２モータと、第１モータおよび第２モータに動作可能に連結されるとともに、それら第１モータおよび第２モータを制御して鋳型の第１側面および第２側面の予め設定された動作を制御するプログラマブル論理制御装置とを備えるものであってもよい。
【０１２４】
さらに、前の段落の開示からの更なる実施形態は、第１モータおよび第２モータがサーボモータである溶融金属鋳型、および／または、プログラマブル論理制御装置に動作可能に取り付けられたヒューマンユーザインターフェースをさらに備える溶融金属鋳型を含むものであってもよい。
【０１２５】
別の方法の実施形態においては、連続的な溶融金属鋳造中に製造された鋳造部品の転がり面を最適化する方法が提供され、当該方法が、第１側面と、これに対向する第２側面と、第３側面と、これに対向する第４側面とを有する鋳型キャビティフレームワークを提供するステップであって、第１側面、第２側面、第３側面および第４側面の内面が、溶融金属を受け入れるために配置された鋳型キャビティを規定するステップと；スタートアップ時に鋳型キャビティに流入する溶融金属を収容するように鋳型キャビティに関連して構成された垂直方向に移動可能なボトムブロックを提供するステップと；溶融金属を鋳型キャビティに供給するステップと；ボトムブロックを予め設定された鋳造速度で下方向に移動させるステップと；鋳造中に予め設定された方法で鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を互いに相対的に移動させて、後の処理のために鋳造部品構成を最適化するステップとを備えるものであってもよい。この可能性のある更なる実施形態は、鋳型キャビティフレームワークの第１側面および第２側面を移動させるステップが、予め設定された鋳造速度で鋳造中の予測される収縮を少なくとも実質的に弱めるものであってもよい。
【０１２６】
法にしたがい、構造的および方法的特徴に関して程度の差はあるが特有の言語において本発明を説明した。しかしながら、本明細書で開示した手段が本発明を実施するのに好ましい形態を含むことから、本発明は示され、記載された特定の特徴に限定されるものではないことを理解すべきである。したがって、本発明は、均等論に従い適切に解釈される添付の請求の範囲の適当な範囲内で、その形態または変更の何れかにおいて主張されるものである。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
2014012297.tif 000033
【図２８Ｃ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
2014012297.tif 000044
【図３７Ｃ】
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【図３７Ｄ】
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【図３７Ｅ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
2014012297.tif 000049
【図３８Ｃ】
2014012297.tif 000050
【図３８Ｄ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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