(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造のための溶融金属供給システムにおいて溶融金属の流れをコントロールするのに利用されるコントロールピンであって、
内部キャビティと外面とを備えた細長いコントロールピン本体を含んでおり、
前記コントロールピンを細長いスパウトに挿入した状態で、
前記外面は、前記細長いスパウトの内面の上端開口の先端から下端開口の先端の間に沿って、前記細長いスパウトの内面に接触する大きさ及び形状にされており、開放されたスパウトの上端開口から下端開口へと流れる溶融金属流を効果的にコントロールし、
さらに、前記コントロールピン本体の内部キャビティ内に加熱要素を含んでおり、
前記コントロールピンを前記細長いスパウトに挿入した状態で、前記加熱要素を含む前記内部キャビティは、前記コントロールピン本体を通して、前記細長いスパウトの内面に熱を伝えるために、前記細長いスパウトの内面の上端開口の先端から下端開口の先端まで延びるように、構成されていることを特徴とするコントロールピン。
【請求項２】
前記コントロールピン本体内から温度情報を提供するために、前記コントロールピン本体の前記内部キャビティ内に熱電対がさらに含まれていることを特徴とする請求項１記載のコントロールピン。
【請求項３】
前記加熱要素は前記コントロールピン本体内に成型されていることを特徴とする請求項１記載のコントロールピン。
【請求項４】
前記コントロールピン本体は、鋳造セラミックマトリックス内に埋め込まれた補強織物の層を複数含んだ積層複合セラミック材で、少なくとも部分的に製造されていることを特徴とする請求項１記載のコントロールピン。
【請求項５】
溶融金属供給システムを介して鋳造モールドへ入る溶融金属の流れをコントロールするのに利用されるコントロールピンを加熱する方法であって、
前記溶融金属供給システムから鋳造モールド内へ溶融金属を流すスパウト開口部をスパウトに提供するステップと、
細長いコントロールピン本体に内部キャビティ及び外面を提供するステップとを含んでおり、
前記コントロールピンを細長いスパウトに挿入した状態で、
前記外面は、細長いスパウトの内面の上端開口の先端から下端開口の先端の間に沿って、細長いスパウトの内面に接触する大きさ及び形状にされており、開放されたスパウトの上端開口から下端開口へと流れる溶融金属流を効果的にコントロールし、
本方法は、さらに前記コントロールピン本体の内部キャビティ内に加熱要素を提供するステップと、
前記コントロールピンを前記細長いスパウトに挿入した状態で、前記加熱要素を含む前記内部キャビティは、前記コントロールピン本体を通して、前記細長いスパウトの内面に熱を伝えるために、前記細長いスパウトの内面の上端開口の先端から下端開口の先端まで延びるように、構成されており、
前記コントロールピン内の加熱要素の温度を上昇させて、前記スパウトに溶融金属を導入する前に前記コントロールピンを予熱するステップと、
前記コントロールピンを前記スパウト内に配置し、該スパウトを通過する溶融金属流をコントロールするステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記スパウトから前記コントロールピンを引き抜き、前記スパウトに溶融金属を流すステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記スパウトを追加的に予熱するのに充分な温度にまで前記温度を上昇させるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融アルミ（アルミニウム）のごとき非鉄金属を鋳造用のモールド（鋳型）に注入するための溶融金属供給スパウト（注入口）をプレヒート（予備加熱）及び／又は加熱するためのコントロールピン・スパウトシステムに関する。特には、鋳造前、鋳造中及び／又は鋳造後に金属流コントロールピン及び／又はスパウトに熱を供給する金属流コントロールピン及び／又はスパウト構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属のインゴット、ビレット及び他のキャストパーツ（鋳造産物）は、金属鋳造設備の床面高さの下方に存在する巨大なキャスティングピット（鋳込ピット）の上方に位置する、垂直に配向されたモールド（鋳型）を利用する鋳造プロセス（工程）によって形成される。しかしながら、本発明は水平配向モールドも利用することができる。垂直に配向されたモールド（鋳型）の下方部材はスターティングブロックである。鋳造プロセスが開始されるとスターティングブロックは最上部位置となり、モールド内に入る。溶融金属がモールドボア（内腔）またはモールドキャビティ（空腔）に入れられて冷却（一般的には水冷）されると、スターティングブロックは油圧（流体圧）シリンダまたは他の装置によって所定のゆっくりとした速度で降下される。スターティングブロックが降下されるとき、固化した金属またはアルミがモールドの底部から排出され、様々な立体形状のインゴット、球状物またはビレットが形成される。本明細書ではこれらをキャストパーツと総称する。
【０００３】
一般的に本発明は、限定はしないがアルミ、真鍮、亜鉛、マグネシウム、銅、鋼、等々である金属の鋳造に適用されるが、ここで解説する実施態様と好適実施例は特にアルミに対するものであり、よって、本発明はさらに一般的に様々な金属に対して適用可能であるが、説明の一貫性のためにアルミまたは溶融金属に関連付けて説明する。
【０００４】
垂直鋳造構造を達成及び設計する多数の方法が存在するが図１はそれらのほんの１例である。図１では、アルミの垂直鋳造は一般的に工場の床下のキャスティングピット内で行われる。キャスティングピットフロア１０１ａの直下にはケーソン１０３が存在し、その中に油圧シリンダーのバレル１０２が設置される。
【０００５】
図１で示すように、キャスティングピット１０１とケーソン１０３内に示される典型的な垂直アルミ鋳造装置の下方部材は油圧シリンダバレル１０２、ラム１０６、取付ベースハウジング１０５、及びスターティングブロックベース１０４（スターティングヘッドまたはボトムブロックとも呼称）であり、これら全ては鋳造設備の床１０４の下方に存在する。
【０００６】
取付ベースハウジング１０５はキャスティングピット（鋳込ピット）１０１のフロア１０１ａに取り付けられており、その下方にはケーソン１０３が存在する。ケーソン１０３はその側壁１０３ｂと床１０３ａにより形成されている。
【０００７】
典型的なモールドテーブルアセンブリ（組立物）１１０も図１で図示されている。これは、図１で示すように、旋回点１１２の周囲で旋回し、主キャスティングフレームアセンブリを上昇及び回転させるようにモールドテーブルのチルトアーム１１０ａを押す油圧シリンダー１１１によって図示のごとく傾斜される。モールドテーブルアセンブルをキャスティングピット上方のキャスティングポジションとの間で往来させるモールドテーブルキャリッジも存在する。
【０００８】
図１は、キャストパーツまたはインゴット１１３が部分的に形成されている状況で、部分的にキャスティングピット内に降下しているスターティングブロックベース１１４をさらに示す。インゴット１１３はスターティングブロックベース１１４の上に存在する。スターティングブロックベース１１４はスターティングヘッドまたはボトムブロックを含み、スターティングヘッドまたはボトムブロックは通常は（常にではない）スターティングブロックベース１１４上に存在する。これら全ては従来から良く知られたものであり、よってこれ以上の詳細な説明は不要であろう。物体１１４にはスターティングブロックなる名称が使用されているが、ボトムブロック及びスターティングヘッドなる用語も当業界では物体１１４に対して使用される。典型的にはボトムブロックはインゴットが鋳造されているときに使用され、スターティングヘッドはビレットが鋳造されているときに使用される。
【０００９】
油圧油が油圧シリンダー内に充分な圧力で注入されると、ラム１０６が上昇され、それに伴ってスターティングブロック１１４が鋳造プロセスのために所望の高さのスタートレベルにまで上昇するが、そのとき、スターティングブロックはモールドテーブルアセンブリ１１０内に存在する。
【００１０】
スターティングブロック１１４の降下は、図示の油圧手段、ボールスクリュー手段またはケーブルシステム、等々であるいずれの手段または機構によっても達成できる。図示の実施形態は、設定した流速の油圧シリンダーからの油圧油の計量手段を利用でき、ラム１０６とスターティングブロックをコントロールされた設定速度で降下させることができる（これもオペレータまたはコントローラによって手動調節可）。モールドはプロセス中に、典型的には水冷手段で冷却され、排出されるインゴットまたはビレットの固化を補助する。
【００１１】
モールドテーブルにフィットする多種のモールド及び鋳造技術が存在するため本発明の様々な実施例の実施にはどれでも利用が可能であろう。それらは当業界の通常技術者には広く知られている。
【００１２】
典型的なモールドテーブルの上面は金属供給システムに作動可能に接続され、相互作用する。典型的なモールドテーブルはそれが収容するモールドと作動可能に接続されている。
【００１３】
連続鋳造式の垂直モールドを用いて金属が鋳造されるとき、溶融金属はモールド内で冷却され、スターティングブロックベースが下降されるときモールドの下端から連続的に排出される。排出されるビレットまたは他の鋳造形状物は、その所望の形状を維持するように充分に固化される。その下方には排出される固化金属とモールドの下方部分及び関連装置との間にモールドのエアキャビティ（空気腔）も存在する。
【００１４】
前述したように特定の鋳造工程が終了後、典型的には図１で示すようにモールドテーブルが上方に傾斜され、キャスティングピットの上部から離れる。
【００１５】
一般的には供給システムの溶融金属の固化を回避することが望ましく、よって固化の防止のために相当な努力が為される。なぜなら固化は閉塞を発生させ、鋳造作業の中断を余儀なくさせ、非鉄金属の製造の不都合なダウンタイム（中断時間）を引き起こす。特殊な金属供給システムではスパウトが活用され、アルミのごとき溶融金属をモールドに配分して注入する。これらモールドにはインゴットと呼称されるキャストパーツを製造するものが含まれる。これら供給システムの一部は、溶融金属を必要なモールドに配分するトラフを含む。そのようなトラフは当分野では一般的に知られており、利用されている。本発明の実施形態では一連のダム（堰堤）及び他の閉塞装置がモールドの一部または全部への流れを開始、停止及びその他のコントロールに利用できる。
【００１６】
金属供給システムからスパウト（注入口）に送られる溶融金属の流れをコントロールするのに一般的に使用されるのはコントロールピンである。コントロールピンはスパウトを通過してモールドに入る溶融金属流を開始及び停止する一助としても利用できる。金属の表面積と体積との関係や温度のごときいくつかの因子によって、もしプロセスが充分にコントロールされていなければスパウト領域は溶融金属が固化する領域となるであろう。スパウト領域で相当量の溶融金属が固化すると、複数のモールドを備えたモールドテーブルの１つのモールドと別のモールドに入る溶融金属の不均衡な流れが発生し、スパウトの閉塞及び／又は完了前に鋳造作業を中断することが必要となるであろう。
【００１７】
加熱されたスパウトピンまたはコントロールピンは、所望時、一般的には鋳造開始時及び終了時に開口部を塞ぐ。例えば、鋳造開始時に、コントロールピンはスパウトの開口部内に配置され、全てのモールドにほぼ同時的に供給できる時点まで、モールドへの溶融金属の流れを阻止する。その後、これらコントロールピンは動かされて開口部の大きさを変更し、鋳造時間全般にわたって金属流量を変化させる。一般的には複数のスパウトが存在するため、スパウト内での溶融金属の固化を回避させ、次の鋳造作業のために不都合な問題を発生させないよう、複数のモールドを備えたモールドテーブル上での鋳造作業終了時には作業員は急いで各スパウト内のコントロールピンを取り除かなければならない。なぜなら典型的にはスパウトの耐熱材はその接合面で金属の固化を引き起こす温度となるからである。一部の溶融金属コントロールシステムでは、スパウトはロンダー（樋）が満杯になるまで塞がれ、満杯後にコントロールピンは引き抜かれ、スパウトが開かれ、それによって図８で示すように金属流をコントロールする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明の実施態様の１つの目的はスパウト表面及び／又はコントロールスパウトピンの表面での溶融金属の固化を回避する機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の異なる実施例または実施態様により達成される利点は、必須ではないが、溶融金属の固化によるフリーズ（溶融金属の流れが悪くなること）の減少または排除である。３つのステップがシステムの停止に関与する。すなわち、フリーズ領域（溶融金属の流れが悪くなる領域）のクリーニング、鋳造プロセスの再開及び初動である（不必要な時間と費用を要する）。例えば実施態様によっては、コントロールピンとスパウトの配置を操作する前に２５分の冷却時間を必要とし、さらに次の鋳造作業の準備として再加熱するのに４５分を必要とする。本発明は温度を十分に高く維持するために従来技術で使用する加熱オーブンを不要とする。
【００２０】
本発明の実施態様を利用する別な可能な利点は、もし熱電対が使用されたなら、熱電対の読取値が提供するデータはコントロールピンとスパウトの状態または状況を示す表示を提供し、予防措置の実施を可能にし、場合によっては突然の故障の発生の頻度を減少させるであろう。
【００２１】
本発明の実施態様の別な可能な利点はスパウトのヒータ（加熱器）と関わる時間等の時間を節約できることである。本発明の実施態様のさらに別な利点は、このプロセスに特有の温度でさらに優れたコントロールが維持できることである。本発明の実施態様のさらなる利点は、本発明によって上述の問題の一部または全部に対処するためにモールドに関わる作業員の手間を減少させ、あるいは排除することである。
【００２２】
本発明の実施例及び実施態様は上記の目的に向けられており、及び／又は上記の利点の一部に向けられているが、当分野の専門家であれば、本発明はそれらの目的または利点に限定されないことを理解しよう。
【００２３】
本発明の他の目的、特徴及び利点は本明細書、請求の範囲及び添付の図面から明らかとなろう。本発明を実施するにおいて、本発明の本質的な特徴は設計及び構造の変更の影響を受けることは理解されよう。好適実施例は添付の図面に図示されている。
【００２４】
本発明の好適実施例は添付図面を利用して以下で説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術による垂直キャスティングピット、ケーソン及び金属鋳造装置の上下方向断面図である。
【図２】従来技術のコントロールピン構造の断面図であり、半連続金属供給・鋳造装置の１例における配分トラフのスパウト内のソリッド（非中空）コントロールピンを図示している。
【図３】本発明が想定する半連続金属供給・鋳造システムのコントロールピン・スパウトシステムの断面図である。
【図４】図３で図示するコントロールピン・スパウトシステムの１実施例の断面図であり、コントロールピンはスパウトを通過する溶融金属流から取り出されている。
【図５】本発明が想定するように利用できるコントロールシステムのスパウトピンの１実施例を図示する断面斜視図である。
【図６】本発明が想定するように利用できるコントロールシステムのスパウトピンの１実施例を図示する断面図である。
【図６Ａ】本発明が想定するように利用できるコントロールシステムのスパウトピンの１実施例を図示する図６の部分６Ａを示す。
【図６Ｂ】本発明が想定するように利用できるコントロールシステムのスパウトピンの１実施例を図示する図６の部分６Ｂを示す。
【図７】本発明が想定するように利用できるコントロールシステムのスパウトの１実施例を図示する断面図であり、スパウトは熱を提供する加熱要素を含んでいる。
【図７Ａ】図７の部分７Ａの詳細図である。
【図８】本発明の実施態様の実施に利用できる部材の別実施例の１例を図示する上下方向断面図であり、ほぼスパウトの上方部分で、またはその方向に主として溶融金属流をコントロールする別設計のコントロールピンを示している。
【図９】本発明の実施態様の実施に利用できる部材の別実施例を図示する上下方向断面図であり、ほぼスパウトの中央部分で、またはその方向に主として溶融金属流をコントロールする別設計のコントロールピンを示している。
【図１０】本発明の実施態様の実施に利用できる部材の別実施例を図示する上下方向断面図であり、ほぼスパウトの下方部分で、またはその方向に主として溶融金属流をコントロールする別設計のコントロールピンを示している。
【図１１】本発明の実施態様の実施に利用できる部材の別実施例を図示する上下方向断面図であり、ほぼスパウトの中央部分で、またはその方向に主として溶融金属流をコントロールする別設計のコントロールピンを示している。
【図１２】本発明の別実施例の１例を図示する上下方向断面図であり、コントロールピンからスパウトへの熱移動を示している。
【図１３】本発明の別実施例の１例を図示する上下方向断面図であり、スパウトからコントロールピンへの熱移動を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明で利用される数多くの固定手段、接続手段、製造手段及び他の手段並びに部材は本発明分野で広く知られおり、利用されている。それらの正確な特徴またはタイプの説明は当該技術または科学分野の専門家にとって本発明を理解し、利用するのに不要である。従って、それらをここでは詳述しない。さらに、本発明の特定利用のためにここで図示して解説する様々な部材は本発明が想定する範囲で変更または改変でき、それら要素の特定利用または実施形態は当分野の専門家によって広く知られており、利用されている。従ってここではそれらを詳述しない。
【００２７】
請求項において使用されている請求項特有の言い回しは本発明を限定するものではない。特に数が明記されていない場合には、少なくとも１つを意味する。
【００２８】
図１は典型的な従来技術による上下方向の垂直キャスティングピット、ケーソン及び金属鋳造装置を図示しており、それらを以下において詳述する。
【００２９】
図２は従来技術によるコントロールピンの断面図であり、半連続金属供給・鋳造システムの１例による配分トラフのスパウトのソリッドコントロールピンを図示する。図２は溶融金属を配分するロンダー１２５、溶融金属を配分するトラフ１２０、溶融金属を配分するトラフ１２０を構成する耐熱材１２２、ロンダーフレームワーク１２３、スパウト１２７及びコントロールアーム１３２を図示する。鋳造開始前のキャストパーツモールドフレームワーク１２９は底部ブロック１３０の上方に存在する。
【００３０】
当業界の専門家であれば、溶融金属と接触するときに、典型的には耐熱材である材料の表面で、冷えた表面が溶融金属の冷却または固化を引き起こす程度は理解するであろう。例えば、図２で示す金属配分トラフ１２０は溶融金属鋳造システムで存在する高温に耐えるように設計されているいかなる耐熱材であっても利用が可能である。２００７年１月２３日に発行された米国特許７１６５７５７で開示されている筒状ピンまたは中空ピンは異なる材料及び組み合わせで構成されるが、従来技術によるコントロールピン１２１は、一般的に耐熱材とソリッドコア（固い核）から製造されている。コントロールピン１２１の下端１２１ａはスパウト１２７に挿入され、そこを通過する金属流をコントロールする。
【００３１】
典型的な鋳造設備では、トラフ構造物内に提供される溶融金属流をコントロールするようにスパウト１２７のごときスパウトに挿入される複数のコントロールピン１２１を備えた複数の溶融金属鋳造モールドの上方にトラフ構造物が存在するであろう。溶融金属がトラフシステム全体に提供されると、一般的には溶融金属をスパウトからモールドに同時に供給することが望ましい。このことは、ダムや他の装置のごとき知られた配分システムを利用した流量コントロール方法を介して達成される。その後に溶融金属はコントロールピン１２１とスパウト１２７の構造物を通過して流れる。コントロールピン１２１は溶融金属流をコントロールするのに利用される。スパウト１２７とコントロールピン１２１の構造物から、スパウト１２７、スパウトの開口部及びコントロールピン１２１での閉塞がどのように実行されるかが理解できるであろう。
【００３２】
当業界の専門家であれば、“コントロールピン”や“ピン”がここで言及する部材を特定するのに使用されることを理解するであろう。本発明の目的でこの用語が使用されるが、この部材を特定の形態、立体形状あるいは構造に限定するものではなく、スパウトを通って流れる溶融金属流をコントロールまたは管理するどのような構造のものであっても本発明の実施態様の想定範囲内である。図面にはいくつかの実施例を図示するが、それらは本発明の異なる実施例や実施形態を実施するのに利用できる形状や構造を一切限定しない。場合によってはピンをプラグとも呼ぶことができるが、多くの場合、ピンは溶融金属の流れを完全に阻止はせず、コントロールするものである。
【００３３】
図３は、スパウト１４４に挿入され、開口部を通過する溶融金属１４０の流れを部分的または全体的に阻止する本発明が想定するコントロールピン１４３の１実施例の断面図である。図３は溶融金属配分ロンダー１３８、ロンダーフレームワーク１２３、耐熱材１２２で造られたトラフ１３９及び溶融金属１４０を含む溶融金属配分トラフ１３９の内面１４７を図示しており、さらにコントロールアーム１３２を示す。
【００３４】
図３はさらに、スパウト１４４に挿入され、スパウト１４４の開口部を通過する溶融金属１４０の流れを阻止する本発明のコントロールピン１４３の１実施例を図示する。点線１４５はコントロールピン１４３からスパウト１４４及び部分的にトラフ領域への熱の流れを示す。これは溶融金属がコントロールピン１４３の外面またはスパウト１４４の開口部の内面で固化しないようにコントロールピン１４３の外面の温度を適した温度に維持するものである。コントロールピン１４３のさらなる詳細は他の図面において図示されている。
【００３５】
図３は、コントロールピン１４３の内部キャビティから提供される熱がどのようにコントロールピン１４３の外側または外面を加熱するだけではなく、スパウト１４４やスパウト１４４の内面にも熱を伝達するように構成あるいは設計されているかをさらに示している。このことは溶融金属がコントロールピン１４３の外面及びスパウト１４４の内面で固化する傾向を低減する効果を有する。
【００３６】
図３で示す本発明の実施例の中空コントロールピン構造物は、どのような耐熱材によっても製造でき、例えば、米国特許７１６５７５７で開示されているセラミックマトリックス内に埋め込まれた繊維補強材を含んだ複合セラミック材によって少なくとも部分的に製造できる。
【００３７】
コントロールピン１４３の垂直移動は現在知られているか、あるいは将来に開発される機構のいずれによっても達成できる。そのようなコントロールシステムの１例は支柱と組み合わせたリニアアクチュエータワークを含んだものである。
【００３８】
加熱は本発明の想定内のどのような加熱機構、加熱手段または熱源であっても提供できる。それらには、限定はしないが専門家に広く知られている電気抵抗加熱、誘導加熱、ホットエア又はガス炎による加熱、及び何らかの化学反応による加熱が存在する。
【００３９】
図４は図３で図示されているコントロールピン・スパウトシステムの１実施例の断面図である。但し、コントロールピンはスパウトを通過する溶融金属流をブロックしないので、外されている。図４は、溶融金属配分トラフ１３９内の溶融金属が金属流矢印１５２で示すようにスパウト１４４を通って内部通路を流動するのをコントロールピン１４３が妨げないよう、矢印１５０が示すごとくコントロールピン１４３を引き上げるように回転するコントロールアーム１３２を図示する。コントロールピン１４３の下端１４３ａは、スパウト１４４への入口開部の上方に存在する。図４で示される他の全ての要素は図３で示されるものと同じであるため、ここでは詳述しない。
【００４０】
図３と図４は、垂直移動及び配置のためにコントロールピン１４３のごとき中空または筒状のコントロールピンを固定し、ヒーティングコイル等の加熱要素や熱電対のごとき加熱コントロール要素を中空コントロールピン１４３の内部キャビティ内に提供するようコントロールピン１４３がコントロールピンホルダ１３７によってどのように収納、固定または保持されるかをさらに図示する。コントロールピンホルダ１３７は、コントロールピン１４３の外面と形状にほぼ対応する内部キャビティを有し、例えばピンのごとき任意の固定具により、または接着剤の使用によって固定させる。
【００４１】
当分野の専門家であれば理解しようが、通常の従来技術の運用では、コントロールピンを急いでスパウト内に挿入し、ピンとスパウトが冷却される前に鋳造作業を開始して固化が鋳造作業の遅れを生じさせないようにしている。従来システムによっては外部のガススパウトヒータが使用され、スパウト近辺での溶融金属の固化を防止または減少させるようにスパウトを加熱するが、本発明の実施態様では溶融金属のシステムはスパウトヒータを不要とする。
【００４２】
本発明の実施例によっては、鋳造作業または注入作業が開始されたらコントロールピンを通過させる熱の供給を停止することが望ましい。なぜなら、その間は溶融金属が十分な熱を提供するからである。しかし、他の利用形態では、溶融金属の不都合な固化の発生を確実に抑えるため、注入プロセスを通してヒーティングコイルに電力を継続的に供給することが望ましいであろう。
【００４３】
図５は本発明が想定するように利用可能なコントロールピン（１７０）・スパウトシステムの１実施例を図示する断面斜視図である。図５は内部キャビティと下端部１４２ｃを有するコントロールピン本体１４２（中空または筒状）を備えたコントロールピン１７０を図示する。筒状コントロールピン本体１４２は下方部分１４２ａと中央部分１４２ｂと上方部分１４２ｄを含む。上方部分１４２ｄは細くなっており（本発明の必須要件ではない）、ピンホルダー１３７（ここでは非図示）が作用可能に取り付けられている。コントロールピンホルダー開口部１７３はコントロールピン１７０と相互作用するか、コントロールピン１７０をピンホルダー１３７（ここでは非図示）に作用可能に取り付けるように利用できる。
【００４４】
図示のコントロールピン本体の実施例はヒータが挿入されるか取り付けられる内部キャビティを含むが、この内部キャビティとは、その外側境界または表面が内部キャビティを含むようにヒータコイルまたはヒータユニットがコントロールピン本体内に成型される実施形態も含むことができる。内部キャビティのそのような形態は、もし加熱要素がスパウトの内部に存在（内部に成型、等々）するなら利用できる（図７に関して以下で説明）。
【００４５】
図５は、コントロールピン内部キャビティ１４５内のコントロールピン内部キャビティライナー１５１、ヒータコイル１４３、及びヒータコイル導線１７１を図示する。図５はコントロールピン１７０の内部キャビティ１４５内の熱電対１４７も概略的に図示する。これは所望の熱または温度をモニターしてコントロールするためのコントロール及びプロセスの目的で利用できる。当分野の専門家であれば、どのようなタイプ及び構造の熱電対であっても、ヒータコイル１４３がコントロールピンを熱する温度のモニター及び／又はコントロールに利用できることを理解する。スパウト内またはスパウト近辺あるいはスパウトの内面で、図３において番号１５２で示されている熱電対のごとき熱電対が利用できる。この熱電対は、プロセスのコントロールの目的にて突起部の温度が所定または所望のレベルに到達したときのモニターとコントロールに利用できる。
【００４６】
当分野の専門家であれば理解するであろうが、本発明の実践には特別な加熱要素またはヒータコイルは必要とされない。すなわち、例えば５００ワット、２２０ボルトのものがコントロールピン１７０内で所望量の熱を提供するのに利用できる。当分野の専門家であればさらに、コントロールピン１７０の内部に提供される温度及び熱をモニター及びコントロールするために、どのようなタイプの熱電対であってもコントロールピン１７０の内部で利用できることを理解するであろう。それらは全て本発明の想定内である。
【００４７】
図５はまた、データを受領し、所望の温度または設定温度に到達するようにヒータコイル１４３を通る電気入力をコントロールするのに使用できるコントローラ１５５も概略的に図示する。温度はコントローラ１５５に動作可能なように接続されている熱電対１４７を使用してモニター及びコントロールされる。当分野の専門家であれば理解するように、適した熱電対及び／又は電気ヒータコントローラは広く知られており、また利用されているためここでは詳述しない。本発明の実施態様の実践には特殊なタイプまたは種類の熱電対やヒータコントローラは必要としない。
【００４８】
本発明の実施例を実践するには熱が提供されなければならない特定部分や特定距離は存在しないが、実施例によってはヒータコイルを利用し、コントロールピンの下方部分、例えば下方の１０インチ（約５．４ｃｍ）部分に熱を提供することが望ましい。本実施例では、コントロールピン１７０の中央部分は約１２インチ（約３０ｃｍ）であり、上方部分は冷温領域または冷温上部と称される。コントロールピン１７０の上部と溶融金属の間に一定の最短距離を維持することが望ましい。なぜならコントロールピン１７０の上部では導線や他の接続部が露出しており、最短距離はそれら部材の保護または保全に役立つからである。
【００４９】
１例示的実施例または利用例では、このシステムはコントロールピン及び／又はスパウトを約１時間予熱し、コントロールピン内の温度を、例えば９００℃から１０００℃にする。一方、コントロールピンの外面とスパウトとの間の温度は約４５０℃でよい。
【００５０】
図６は本発明の実施例によって想定されるように利用できるコントロールピン１７０の１実施例の断面図である。図６は２つの部分（部分６Ａ及び部分６Ｂ）で表されるコントロールピン１７０を示す。これら部分は図６で説明のために詳細に図示されている。コントロールピン本体１４２は下方部分１４２ａと下端１４２ｃとを備えている。コントロールピンホルダー開口部１７３はコントロールピン１７０の上端側に存在し、コントロールピン１７０をコントロールピンホルダー（図６では非図示）に動作可能なように取り付けるのに利用される。図６はさらに熱電対導線１８２が作動式に取り付けられた熱電対１８１を図示する。導線１８２はコントロールピン１７０の内部キャビティ１４５を通過して延びている。図６は、温度をモニターし、コントロールピンの外面またはスパウト（ここでは非図示）の内面のヒータ温度を上昇または降下させるように電気コイルへの電気入力を増加または減少させるコントローラまたはモニターを図示する。
【００５１】
図６はさらに、ヒータコイル導線１７１が動作可能なように取り付けられている電機ヒータコイル１４３を図示する。導線１７１はコントロールピン１７０の内部キャビティ１４５を通過して延びている。図６はまたコントロールピン１７０の内部キャビティ１４５内の内部キャビティライナー１５１も図示する。内部キャビティライナー１５１は特殊なものでなくとも構わず、どのような材料または組成材料であっても製造できる。しかし、ここで示される実施例においてはステンレス鋼が用いられる。
【００５２】
図６Ａは本発明が想定するように利用できるコントロールピン・スパウトシステムの実施例における図６の部分６Ａを図示する。これら要素には同じ番号が付されており、よってこれ以上の説明はしない。
【００５３】
図６Ｂは本発明が想定するように利用できるコントロールピン・スパウトシステムの実施例における図６の部分６Ｂを図示する。これら要素には同じ番号が付されており、よってこれ以上の説明はしない。
【００５４】
図７は本発明が想定するように利用できるコントロールシステムのスパウトの実施例を示す断面図である。スパウトは熱を供給する加熱要素を含んでいる。図７は本発明の別実施例を図示しており、ヒータコイル２０８はスパウト２０５内に鋳造されるか埋め込まれている。
【００５５】
図７は、配分トラフ２００、耐熱材２０１、コントロールピンホルダー２０４、溶融金属２０２、スパウト２０５、コントロールピン本体２０７、コントロールピン内部キャビティライナー２１１、及び溶融金属配分ロンダーフレームワーク２０９を図示する。図７はまた、コントロールピンホルダー２０４がどのように、図５の要素１７３のようなコントロールピン２０７の開口部に挿入されたピン１９９を利用するかを図示する。コントロールピンホルダーアダプタ２０３はコントロールピンホルダー２０４を固定し、包囲する。
【００５６】
図７Ａは図７の７Ａ部分の詳細図であり、コントロールピン２０７、スパウト２０５、ヒータコイル２０８を図示しており、矢印２１０はヒータコイル２０８がコントロールピン２０５の周辺で円形又はコイル形状であることを示している。
【００５７】
図８は本発明の実施形態において利用できる部材の別実施例の上下方向断面図であり、スパウトの上部近辺またはスパウト上部側への溶融金属の流れを主にコントロールする別形態のコントロールピンを示す。図８は、耐熱材２０１、溶融金属２０２、溶融金属分配ロンダーフレームワーク２０９及び溶融金属がそこを通過して流れるスパウト開口部２５２を備えたスパウト２５１を図示する。図８では、コントロールピンシャフト２４９（コントロールピンシャフト２４９はコントロールピン２５０の一部または一体的のもの、あるいは別体のものとも考えられる）に取り付けられて図示されている加熱要素２４８を内蔵するコントロールピン２５０が図示されている。さらにコントロールピン２５０内のヒータ２４８は、ヒータ２４８から充分な熱を、コントロールピン本体を通してスパウト２５１の上方部分に伝達させる性能のものである。
【００５８】
当業界の専門家であれば理解するであろうが、コントロールピンは溶融金属の流れをコントロールするのに使用され、運用においてはスパウト２５１の開口部２５２を完全に塞ぐことはないであろう。このコントロールはスパウト２５１のスパウト開口部２５２内または近辺、例えば図８で示すようにスパウトの上部またはその近辺、またはスパウト２５１の中央部分、あるいはその近辺（例えば図９と図１１にて図示）で適用されるが、それら全ては本発明の想定内である。
【００５９】
図９は本発明の実施態様の実行にあたり利用できる部材の別実施例の上下方向断面図であり、スパウト２５１のほぼ中央部分またはその方向の溶融金属流を主にコントロールする別構造のコントロールピンを図示する。図９は耐熱材２０１、溶融金属２０２、溶融金属配分ロンダーフレームワーク２０９及び溶融金属が流入するスパウト開口部２５２を備えたスパウト２５１を図示する。図９はさらにコントロールピン２６１、コントロールピンシャフト２６０及びヒータ２６２を図示する。この実施例のコントロールピン２６１は、スパウト２５１の中央部分に存在するスパウト２５１のスパウト開口部２５２を通る溶融金属の流れをコントロールする。
【００６０】
図１０は本発明の実施態様を実行するにあたり利用できる部材の別実施例の上下方向断面図であり、スパウトのほぼ下方部分またはその方向への溶融金属流を主にコントロールする別構造のコントロールピンを図示する。図１０は耐熱材２０１、溶融金属２０２、溶融金属配分ロンダーフレームワーク２０９及び溶融金属が流れるスパウト開口部２５２を備えたスパウト２５１を図示する。図１０はさらにコントロールピン２７１、コントロールピンシャフト２７０及び図１０では特に説明されていないヒータも図示する。このコントロールピン２７１は、スパウト２５１の下方部分またはその近辺のスパウト２５１のスパウト開口部２５２を通る溶融金属の流れをコントロールする。
【００６１】
図１１は本発明の実施態様の実行において利用できる部材の別実施例の上下方向断面図であり、スパウトのほぼ中央部分またはその方向への溶融金属流を主にコントロールする別構造のコントロールピンを図示する。図１１は耐熱材２０１、溶融金属２０２、溶融金属配分ロンダーフレームワーク２０９及び溶融金属流が通過するスパウト開口部２５２を備えたスパウト２５１を図示する。図１１はさらにコントロールピン２７１、コントロールピンシャフト２７０及び図１１では特に説明されていないがヒータを図示する。このコントロールピン２８１は、スパウト２５１の下方部分またはその近辺のスパウト２５１のスパウト開口部２５２を通る溶融金属の流れをコントロールする。
【００６２】
図１２は本発明の別実施例の上下方向断面図であり、コントロールピン２９０のヒータからコントロールピン本体部分を通ってスパウト１９４に至る矢印２９１で表される熱移動を図示している。この熱移動は熱伝導及び／又は熱対流によるものであり、コントロールピン２９０の外面とスパウト２５１の開口部２９３の内面との間の接触の度合い及び特性によって定まる。図１２はさらに、耐熱材２０１、溶融金属２０２及び溶融金属配分ロンダーフレームワーク２０９を図示する。従って本発明は、スパウト本体またはコントロールピン本体の内部キャビティのヒータから本体を通過させて他方に熱を移動させ、このシステムの所望するプレヒーティングを達成するために熱伝導媒体としてスパウト本体及び／又はコントロールピン本体の利用を可能にするものであることは理解されよう。
【００６３】
最も広い意味では、本発明では、コントロールピン２９０の本体それ自体が予熱されるだけではなく、熱を移動させ、スパウトも同様に予熱する熱伝導線または熱伝導媒体として使用することもできる実施態様も含まれる。
【００６４】
図１３は本発明の別実施例の上下方向断面図であり、スパウト３００のヒータ３０１からコントロールピン３０６への矢印３０２で示す熱移動を図示する。図１３はさらに耐熱材２０１、溶融金属２０２及び溶融金属配分ロンダーフレームワーク２０９も図示する。
【００６５】
最も広い意味では、本発明では、スパウト３００の本体それ自体が加熱要素３０１で予熱されるだけではなく、コントロールピン３０６も同様に予熱する熱伝導体または熱伝導媒体としても使用される実施態様が含まれる。
【００６６】
当分野の専門家であれば理解しようが、本発明には多数の実施態様が存在し、利用できる要素及び部材の変形も多数存在するが、それらは全て本発明の範囲内である。
【００６７】
本発明の１実施例では、例えば鋳造のための溶融金属供給システムにおける溶融金属の流れをコントロールするのに使用されるコントロールピンが開示される。このコントロールピンは、内部キャビティと外面を含んだコントロールピン本体を含み、その外面はスパウト開口部を効果的に塞ぐかコントロールするためにスパウトの内面と相互作用するような大きさに形成され、設計されている。コントロールピンはさらにコントロールピン本体の内部キャビティ内の加熱要素を含む。別実施態様では、コントロールピン本体の内部キャビティに位置する熱電対がさらに提供され、コントロールピン本体内から温度情報を提供する。このコントロールピンは本発明の実施態様によってはさらに改良されており、加熱要素はコントロールピン本体内に成型されており、あるいは、コントロールピン本体は少なくとも部分的に、鋳造セラミックマトリックス（土台）内に埋め込まれている補強織物の層を複数含む積層複合セラミック材料で成る。
【００６８】
本発明の別実施態様では、溶融金属供給システムから鋳造モールドへの溶融金属流を管理するのに使用されるコントロールピンとスパウトの組み合わせで利用される予熱コントロールシステムが提供される。この予熱コントロールシステムは、コントロールピン本体とコントロールピン本体内の内部キャビティとを備えたコントロールピンと、スパウト本体とスパウト本体内の内部キャビティとを含んだスパウトと、コントロールピン本体内の内部キャビティ内またはスパウト内の内部キャビティ内のヒータとを含む。熱はヒータから、コントロールピン本体またはスパウト本体を通って他方の本体に移動し、それら両方の本体を予熱する。
【００６９】
本発明のさらに別実施態様である方法は、溶融金属供給システムを通って鋳造モールドに入る溶融金属の流れのコントロールに使用されるコントロールピンを予熱するために提供される。この方法は、溶融金属供給システムから鋳造モールドに溶融金属を流すように設計されているスパウト開口部を備えたスパウトを提供し、内部キャビティと外面（コントロールピンが挿入されるとスパウト開口部を動作可能に塞ぐことができるような大きさ及び形状にされている）を備えたコントロールピン本体を提供し、コントロールピン本体の内部キャビティ内にヒータを提供し、コントロールピンをスパウトに挿入してスパウトを通過する溶融金属の流れを阻止し、コントロールピン内のヒータの温度を上昇させ、溶融金属をスパウトに導入する前にコントロールピンを予熱し、スパウトからコントロールピンを引き抜き、溶融金属をスパウトに流すステップを含んでいる。別実施態様では、本発明の方法は、スパウトを追加的に予熱するのに充分な温度にまでヒータの温度を高めるステップをさらに含んでいる。
【図１】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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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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