(57)【要約】【解決手段】本発明は、溶融金属を、一定の圧力及び流量で、溶融金属を下流工程に供給することができる溶融金属供給システムを開示する。溶融金属供給システムは、溶融金属供給源、複数のインジェクタ及び複数の逆止弁を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属供給源と、
少なくとも１つの第１溶融金属インジェクタ及び少なくとも１つの第２溶融金属インジェクタを有する複数の溶融金属インジェクタと、
を含む溶融金属供給システムであって、
第１溶融金属インジェクタは、第１の状態では溶融金属供給源に流体流通可能に接続され、第２の状態では第２溶融金属インジェクタ及び下流工程に同時に流体流通可能に接続されており、第１の状態と第２の状態との間で切替可能であり、
第２溶融金属インジェクタは、第１の状態では第１溶融金属インジェクタに流体流通可能に接続され、第２の状態では下流工程にだけ流体流通可能に接続されており、
各インジェクタは、溶融金属が収容されるように構成されたインジェクタハウジングと、ハウジング内で往復動可能なピストンとを有しており、ピストンは、戻り行程と行き行程を移動可能であり、戻り行程では、溶融金属はハウジングの中に入れられ、行き行程では、溶融金属はハウジングから出て行くようになし、第１溶融金属インジェクタの行き行程では、溶融金属は第２溶融金属インジェクタのハウジング及び下流工程に同時に供給され、第２溶融金属インジェクタの行き行程では、溶融金属は下流工程に供給される、溶融金属供給システム。
【請求項２】
第１溶融金属インジェクタ及び第２溶融金属インジェクタの各々の行き行程は、連続操業を維持するのに必要な速度で、溶融金属を下流行程に供給する請求項１に記載の溶融金属供給システム。
【請求項３】
下流行程から成形品が出ていく出口速度を制御する手段をさらに含んでおり、該制御手段は、
第２溶融金属インジェクタと気体流通可能に接続されたプロセス制御シリンダを含み、該プロセス制御シリンダは、気体を収容できるように構成された第２ハウジングと、第２ハウジング内で往復動可能な第２ピストンとを有しており、
ピストンは、行き行程と戻り行程を移動可能であり、戻り行程では、第２ハウジング内の気体に加えられる圧力を低下させることによって、第２溶融金属インジェクタの行き行程の速度を低下させて、押出成形品の出口速度を低下させ、行き行程では、第２ハウジング内の気体に加えられる圧力を上昇させることによって、押出成形品の出口速度を増加させる請求項１に記載の溶融金属供給システム。
【請求項４】
各インジェクタは、少なくとも１つの隣接するインジェクタと気体流通可能に接続されている請求項１に記載の溶融金属供給システム。
【請求項５】
第１溶融金属インジェクタには、ピストンと溶融金属との間に気体パッドが配備されている請求項１に記載の溶融金属供給システム。
【請求項６】
気体パッドは、アルゴン又は他の適当な気体である請求項５に記載の溶融金属供給システム。
【請求項７】
第１溶融金属インジェクタと第２溶融金属インジェクタとの間に配置された少なくとも１つの第１気体弁と、第１溶融金属インジェクタに隣接配置された第２気体弁とを有する複数の気体弁をさらに含んでおり、各気体弁は、インジェクタのうちの少なくとも１つと気体流通可能に接続されており、
第２溶融金属インジェクタの行き行程が終了する前に、第１気体弁が開き、第２溶融金属インジェクタの戻り行程中は、第１気体弁が閉じており、
第１溶融金属インジェクタの変位行程中、第１気体弁及び第２気体弁は閉じており、
第１溶融金属インジェクタのダウンストロークが終了すると、第２気体弁が開き、第１溶融金属インジェクタの戻り行程中、第１気体弁及び第２気体弁は閉じている請求項４に記載の溶融金属供給システム。
【請求項８】
溶融金属供給システムは、第１溶融金属インジェクタ及び溶融金属供給源の間に配置された第１逆止弁と、第１溶融金属インジェクタ及び第２溶融金属インジェクタの間に配置された第２逆止弁とを少なくとも含む複数の逆止弁をさらに具えており、
第１溶融金属インジェクタの戻り行程中、第１逆止弁は開いて、第２逆止弁は閉じており、第１溶融金属インジェクタの変位行程及び第２溶融金属インジェクタの戻り行程中、第１逆止弁は閉じて、第２逆止弁は開いており、第２溶融金属インジェクタの行き行程中、第２逆止弁は閉じており、第１溶融金属インジェクタ及び第２溶融金属インジェクタは、実質的に反対方向に移動するように同期化される請求項１に記載の溶融金属供給システム。
【請求項９】
下流工程は押出モールドである請求項１に記載の溶融金属供給システム。
【請求項１０】
熱伝導性の第１コアを取り囲む第１金属スリーブをさらに具えており、第１金属スリーブは、熱伝導性の第１コアを冷却及び加熱する手段を有している、溶融金属用逆止弁。
【請求項１１】
熱伝導性の第１コアは、グラファイトから作られている請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１２】
第１金属スリーブは、高強度金属材料から作られている請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１３】
第１金属スリーブを冷却する手段は、金属スリーブの内部に配置された少なくとも１つの冷却チャネルであり、該冷却チャネルは、第１の入口冷却チューブ及び第１の出口冷却チューブと流体又は気体が流通可能に接続されている請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１４】
第１金属スリーブを加熱する手段は、少なくとも１つの誘導加熱コイル又は他の急速加熱手段である請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１５】
熱伝導性の第１コアのボアは、第１ボアと第２ボアを有しており、第１ボアは第２ボアよりも小径である請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１６】
逆止弁が冷却されるとボア内の溶融金属が凝固して逆止弁が閉じ、逆止弁が加熱されるとボア内の凝固金属が溶融して逆止弁が開く請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１７】
溶融金属供給システムを稼働させて、溶融金属をほぼ一定の流量及び圧力で下流工程に供給する方法であって、
前記システムは、
溶融金属供給源と、
少なくとも１つの第１溶融金属インジェクタ及び第２溶融金属インジェクタを有する複数の溶融金属インジェクタと、を含んでおり、
第１溶融金属インジェクタは、溶融金属供給源に流体流通可能に接続された状態と、第２溶融金属インジェクタ及び下流工程に流体流通可能に同時に接続された状態との間で切替可能であり、
第２溶融金属インジェクタは、第１溶融金属インジェクタ及び下流工程に流体流通可能に接続された状態と、下流工程にだけ流体流通可能に接続された状態との間で切替可能であり、
各インジェクタは、溶融金属が収容されるように構成されたインジェクタハウジングと、ハウジング内で往復動可能なピストンとを有しており、ピストンは、戻り行程と行き行程を移動可能であり、戻り行程では、溶融金属はハウジングの中に入れられ、行き行程では、溶融金属はハウジングから出て行くようになし、
前記システムは、第１溶融金属インジェクタ及び溶融金属供給源の間に配置された少なくとも第１逆止弁と、第１溶融金属インジェクタ及び第２溶融金属インジェクタの間に配置された少なくとも第２逆止弁とを含む複数の逆止弁をさらに具えており、
前記方法は、
インジェクタを作動させて、インジェクタの戻り行程及び行き行程を異なる時間に実行し、第１溶融金属インジェクタと第２溶融金属インジェクタを同期化させて、実質的に反対方向に移動させるステップ、
第１溶融金属インジェクタの戻り行程中、第１逆止弁を開いて、第２逆止弁を閉じるステップ、
第１溶融金属インジェクタの変位行程中及び第２溶融金属インジェクタの戻り行程中、第２逆止弁を開いて、第１逆止弁を閉じるステップ、
第２溶融金属インジェクタの変位行程中、第２逆止弁を閉じるステップ、
第１溶融金属インジェクタの変位行程中、第２溶融金属インジェクタ及び下流工程に溶融金属を同時に供給するステップ、
を含んでいる、方法。
【請求項１８】
第２溶融金属インジェクタの変位行程の速度を、プロセス制御シリンダで調整することによって、下流工程から出てくる成形品の出口速度を制御することを含んでおり、プロセス制御シリンダは、第２溶融金属インジェクタと気体流通可能に接続されており、該プロセス制御シリンダは、
気体が収容されるように構成された第２ハウジングと、第２ハウジング内で往復動可能な第２ピストンとを含んでおり、
第２ピストンは、戻り行程と行き行程を移動可能であり、戻り行程にて、第２ハウジング内の気体に加えられる圧力を低下させることによって、第２溶融金属インジェクタの行き行程の速度を低下させて、押出成形品の出口速度を低下させ、戻り行程にて、第２ハウジング内の気体に加えられる圧力を上昇させることによって、第２溶融金属インジェクタの変位ストロークの速度を増加させて、成形品の出口速度を増加させるようにしており、インジェクタの各々は、隣接する少なくとも１つのインジェクタと気体流通可能に接続されている請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記システムは、少なくとも第１気体弁と、少なくとも第２気体弁とを含む複数の気体弁をさらに具え、前記気体弁の各々は、インジェクタの少なくとも１つと気体流通可能に接続されており、
前記方法は、
第２溶融金属インジェクタの行き行程が終了する前に、第１気体弁を開いて、第２溶融金属インジェクタの戻り行程中、第１気体弁を閉じるステップ、
第１溶融金属インジェクタの行き行程中、第１気体弁及び第２気体弁を閉じるステップ、
第１溶融金属インジェクタが行き行程を終了すると第２気体弁を開いて、第１溶融金属インジェクタの戻り行程中、第１気体弁及び第２気体弁を閉じるステップ、をさらに含んでいる請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
下流工程で押出成形するステップをさらに含んでいる請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
押出成形品は不定長さである請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
溶融金属をほぼ一定の流量及び圧力で下流工程に供給する方法であって、溶融金属を供給するシステムは、
溶融金属供給容器と、
少なくとも１つの第１溶融金属インジェクタ及び少なくとも１つの第２溶融金属インジェクタであって、各インジェクタは、互いに流体連通されると共に、溶融金属供給容器及び下流工程と流体連通されており、溶融金属が収容されるように構成されたインジェクタハウジングと、戻り行程及び行き行程を移動可能なピストンとを有しており、戻り行程では、溶融金属はハウジングの中に入れられ、行き行程では、溶融金属はハウジングから出て行くようになされたインジェクタと、
第１溶融金属インジェクタ及び溶融金属供給容器の間に配置された第１逆止弁と、
第１溶融金属インジェクタ及び第２溶融金属インジェクタの間に配置された第２逆止弁と、
下流工程に連繋された出口と、を具えており、
前記方法は、
溶融金属を、溶融金属供給容器へ供給するステップ、
第１溶融金属インジェクタの戻り行程中、第２逆止弁を閉じ、第１逆止弁を開いて、第１溶融金属インジェクタに、溶融金属を溶融金属供給容器から充填するステップ、
第２溶融金属インジェクタのピストンを変位させて下流工程に供給し、第１溶融金属インジェクタのピストンを変位させて第２溶融金属インジェクタに溶融金属を同時に供給するステップ、
第２逆止弁を閉じて、第１インジェクタのピストンを後退させて、第１インジェクタの中に溶融金属を補充するステップ、を有しており、
第１溶融金属インジェクタと第２溶融金属インジェクタが実質的に反対方向に移動するように、第１溶融金属インジェクタと第２溶融金属インジェクタを同期化させて、溶融金属の連続的な流れを出口に供給する、方法。
【請求項２３】
システムは、インジェクタ内のピストン上方の空間の気体圧力を制御する気体圧力シリンダーを含み、インジェクタ内の気体圧力を調節して、出口への溶融金属の供給を制御するステップを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
出口の溶融金属を、押出ダイを通して供給することを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本願は、２００５年１０月１３日に出願された米国仮出願第６０／７２６，２８０号の利益を主張する。
【０００２】
＜発明の分野＞
本発明は、溶融金属供給システムに関する。具体的には、本発明は、連続圧力式溶融金属供給システムと不定長さの製品を押出成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
＜発明の背景＞
押出成形として知られている金属加工工程では、長尺でほぼ一定の断面を有する形状に成形するために、金属ストック(インゴット又はビレット)を、所定形状のダイ開口を通して押圧するものである。例えば、アルミニウム合金の押出成形では、アルミニウムストックは、適当な押出温度に予め加熱される。次に、アルミニウムストックは、加熱されたシリンダの中に置かれる。押出工程で使用されるシリンダは、一端に所望形状の開口を有するダイと、シリンダのボアとほぼ同じ断面積を有する往復ピストン又はラムとを含んでいる。このピストン又はラムは、移動してアルミニウムストックに当接して、アルミニウムストックを圧縮する。ダイの開口は、圧力下のアルミニウムストックにとって最も抵抗の少ない経路である。アルミニウムストックは、変形し、ダイの開口を流れて、ダイ開口と同じ断面形状を有する押出成形品が製造される。
【０００４】
図１を参照すると、前記の押出工程は、符号(2)で示されるように、非連続の別々の工程からなり、典型的には、溶融(4)、鋳造(6)、スカルピング(8)、均質化処理(10)、選択的に行なう切断(sawing)加工(12)、再加熱(14)、及び最後の押出(16)の各工程を含んでいる。アルミニウムストックは、高温で鋳造され、典型的には、室温の周囲温度まで冷却される。鋳造後、アルミニウム表面と大気中の酸素との反応によってアルミニウムストックの表面に酸化被膜が生成するから、それを除去するためのスカルピングが行われる。アルミニウムストックが鋳造されると、アルミニウムストックの組織はかなり不均一なものになる。それゆえ、アルミニウムストックは、一般的には、鋳造金属を均質化するために、高温で加熱される。均質化処理の後、アルミニウムストックは、室温まで冷却される。冷却後、均質化処理されたアルミニウムストックは、予熱温度と称される高温の炉の中で再加熱される。一連のビレットが押出成形されるが、当該分野の専門家であれば、どのビレットについても、予熱温度は、ほぼ同じであると認識するであろう。予熱温度に達すると、アルミニウムストックは、押出プレスに置かれ、押出用ダイを通して押し出されて、押出品が成形される。
【０００５】
前記ステップは全て、鋳造及び押出成形に関する分野の専門家に広く知られていることである。前記ステップは、各ステップが、押出成形される金属の冶金学的制御に関するものである。これらのステップでは、金属ストックが室温から再加熱される毎にエネルギー費を必要とするため、コストが非常に高くなる。さらに、金属ストックのトリミングのように工程内で生ずる回収費用、工程仕掛品に関連する人件費、押出装置の投下資本及び運転費等の費用も必要である。
【０００６】
それゆえに、押出品の製造費用を低減するために、従来の押出工程における別個の非連続作業を統合させたいという要請がある。
【０００７】
連続押出工程(continuous extrusion process)の開発は、これまでにも試みられており、例えば、Sampleらによる米国特許第６５３６５０８号、第６７１２１２６号及び第６７３９４８５号がある。これらの特許は、引用を以て本願へ組み入れられるものとする。これらの特許は、複数のインジェクタによって溶融金属を順次供給し、連続的に押出成形品を製造するシステムを記載している。各インジェクタは、溶融金属供給源と下流工程との間に接続されている。これは、インジェクタとインジェクタとの間で正確な同期化が要求される。同期化は、弁手段の開閉によって行われ、溶融アルミニウムの流れが実現又は阻害される。これら弁の操作の信頼性及び容易さが、これらの発明をうまく達成するのに不可欠である。
【０００８】
これらの特許は、連続プロセスを提供するものではあるが、従来の押出プロセスの複数の操作を単一の操作に統合できる押出装置及び連続押出方法が所望される。ここに開示する発明は、従来の発明よりも遙かに高い信頼性を以て、同じ目標を達成することができる。本発明の信頼性の向上は、特定要素の簡素化及び追加の要素によってもたらされ、連続押出成形に関連する作業の複雑さが低減される。
【発明の開示】
【０００９】
＜発明の要旨＞
本発明は、広義において、金属を、一定の圧力又は速度で下流の形状成形工程へ連続的に供給できる溶融金属供給システムを提供するものである。溶融金属供給システムは、複数の溶融金属インジェクタを含んでおり、該インジェクタは、金属供給源に直接接続された少なくとも１つの溶融金属インジェクタ(以下、供給シリンダ(ＦＣ)と称す)と、第１インジェクタ及び下流工程(downstream process)に直接接続された第２溶融金属インジェクタ(以下、アキュムレータシリンダ(ＡＣ)と称す)とを具えている。さらに、前記システムは、低圧溶融金属供給システムと、プロセス制御シリンダ(以下、ＰＣＣと称す)とを含んでいる。
【００１０】
ＦＣインジェクタ及びＡＣインジェクタどうし及び低圧溶融金属供給システムとの間では、溶融金属送給システムの異なる要素間での溶融金属の流れを実現又は阻害するために、複数の逆止弁を介して接続されている。第１逆止弁(以下、入口逆止弁(ＩＣＶ)と称す)は、低圧供給システムを供給シリンダ(ＦＣ)の溶融金属インジェクタに接続する。第２逆止弁(以下、出口逆止弁(ＯＣＶ)と称す)は、供給シリンダ(ＦＣ)の溶融金属インジェクタ及びアキュームレータシリンダ(ＡＣ)の溶融金属インジェクタを接続する。溶融金属インジェクタ(ＦＣ、ＡＣ)、逆止弁(ＩＣＶ、ＯＣＶ)及びプロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)は、互いに関連して作用し、溶融金属を低圧供給システムから下流の成形工程へ連続的に供給する。供給された溶融金属は圧力が一定であり、成形速度は一定に維持される。
【００１１】
溶融金属インジェクタの各々は、溶融金属を収容できるように構成されたインジェクタハウジングと、該インジェクタハウジング内で往復動可能なピストンとを有している。ピストンの行き行程(forward stroke)では、インジェクタハウジング内の流体と置換されるので、インジェクタにより溶融金属が供給される。ピストンの戻り行程(return stroke)では、インジェクタハウジングに金属が充填される。Sampleらによる米国特許第６７３９４８５号の考え方はピストンで金属を移動させるのに対し、本発明の各インジェクターは気体を使用する。
【００１２】
溶融金属の流れ及び成形品の出口速度の制御は、ＡＣ溶融金属インジェクタと気体連通するプロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)によって達成される。プロセス制御シリンダは、気体を収容できるように分離して構成されたハウジングと、該ハウジング内を往復動可能なピストンとを有している。ピストンは、行き行程と戻り行程を移動可能である。ＰＣＣの戻り行程では、気体を膨張させることができ、それによって、溶融金属インジェクタＡＣのハウジング内の圧力を低下させ、その結果、成形品の出口速度を遅くする。ＰＣＣの行き行程では気体を圧縮し、それによって、溶融金属インジェクタＡＣハウジング内の圧力を増加させ、その結果、成形品の速度を増大する。ＰＣＣのピストン位置はこのようにして調節され、目標速度が維持される。
【００１３】
また本発明は、溶融金属流の速度又は圧力をほぼ一定にして、溶融金属を下流工程に供給する溶融金属供給システムを操作する方法を提供するものである。この方法は、インジェクタピストンを作動させて、インジェクタハウジングに溶融金属を充填し、それに続いて溶融金属を別のインジェクタ又は下流工程に供給することを含んでいる。インジェクタが金属を供給しているときは、インジェクタは供給段階又は押出段階にあり、金属が充填されているときは、充填段階にある。溶融金属供給システムは、サイクル的に作動し、単一のサイクルは、充填段階及び供給段階を行なうＦＣ溶融金属インジェクタによって規定される。ＦＣ溶融金属インジェクタは、その充填段階中は、溶融金属供給源又は容器と流体流通可能に接続(ＩＣＶを開けて、ＯＶＣを閉じる)されており、供給段階中は、ＡＣ溶融金属インジェクタ及び下流工程と流体流通可能に接続(ＯＣＶを開けて、ＩＶＣを閉じる)されている。供給シリンダ内の気体は、供給段階前にＡＣ内の圧力まで予め加圧される。供給段階中、ＦＣシリンダ内の気体パッドは、さらに圧縮され、溶融アルミニウムのＦＣからＡＣへの移動は容易に行われる。この段階では、ＦＣは、溶融金属をＡＣシリンダ及び下流工程に供給する。これによって、ＡＣが充填される。ＦＣの溶融金属インジェクタの行き行程は、高速で行われるため、溶融金属は、アキュムレータシリンダ(ＡＣ)及び下流工程へ同時に供給される。ＡＣのピストンは、常に、ＡＣ内の溶融金属レベルに合わせて操作され、一定の気体パッドが維持される。そのため、ＦＣ及びＡＣの溶融金属インジェクタピストンは、一方が供給中は、他方は充填を行なうように、反対方向へ移動する。ＦＣの戻り行程の前に、ＯＣＶは閉じ、ＦＣ内の気体は開放される。
【００１４】
下流工程からの成形品の出口速度は、ＡＣ溶融金属インジェクタに気体流通可能に接続されたプロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)を用いて、ＡＣの溶融金属インジェクタ内の圧力を調節することによって制御されることができる。ＰＣＣピストンは、成形品の速度センサからのフィードバックに基づいて調節される。
【００１５】
逆止弁は、通路内の溶融金属を凝固(freezing)することによって溶融金属の流れを阻害し、また融解(thawing)することによって溶融金属の流れを実現する。これらの弁は、実質的に異なる作動圧力で動作している時、要素を分離する手段として高い信頼性がもたらされる。
【００１６】
本発明の他の目的は、押出成形品の製造における総コストを低減することである。発明をより完全に理解するために、添付の図面を参照して、以下に説明する。
【００１７】
＜望ましい実施例の詳細な説明＞
添付の図面及び以下の説明は、本発明の望ましい実施例を示すものである。なお、押出工程及び／又は溶融金属供給システムに概ね精通している者であれば、この図面及び明細書に開示した構造及び方法に関する新規な特徴の細部に変形を加えることにより、他の事例にも適用することができるであろう。それゆえ、図面及び説明は、発明の範囲を限定するものと解すべきでなく、広く包括的な開示と解されるべきである。また、あらゆる数値範囲の記載については、記載した範囲の最小値及び最大値の間におけるあらゆる整数値び／又は小数値(fraction)を含むものとする。また、本発明に関する以下の説明において、「上部(upper)」、「下部(lower)」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂部(top)」、「底部(bottom)」の語及びそれらの関連語は、図面に示された図での向きを示すものである。
【００１８】
本発明は、２以上の溶融金属インジェクタを具える加圧溶融金属供給システム(連続金属送給システム)に関するものである。溶融金属供給システムは、溶融金属を、下流の押出装置又は押出工程に送給するのに用いられる。特に、本発明に係る溶融金属供給システムは、溶融金属をほぼ一定の流量(flow rates)及び圧力で下流の押出装置又は押出工程に供給するものである。
【００１９】
図２に示されるように、溶融金属供給システム(16)は、複数の溶融金属インジェクタ(18)を含んでおり、それらは“ａ”及び“ｂ”の符号で別々に示されている。ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)とは同じであるので、これら構成要素については、以下の説明では、単にインジェクタ(18)として記載する。低圧供給システム(20)は、溶融金属(22)を、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)に供給するものである。低圧供給システム(20)には、低圧供給システム(20)に流体流通可能に接続(in fluid communication)された容器(21)から溶融金属が連続的に供給される。低圧供給システム(20)はまた、ほぼ垂直に延びる第１供給通路(24)に流体流通可能に接続されている。第１供給通路(24)は、第１ハウジング(28)内に形成された第１受容チャンバー(26)に流体流通可能に接続されている。第１受容チャンバー(26)は、ほぼ側方に延びる第２供給通路(30)と流体流通可能に接続されている。逆止弁(check valve)(32a)は、第２供給通路(30)を通る溶融金属(22)の流れを阻害又は実現するために用いられる。
【００２０】
第２供給通路(30)は、第２受容チャンバー(36)が形成された第２ハウジング(34)の中を延びている。第２受容チャンバー(36)は、第２供給通路(30)、ほぼ垂直に延びる第３供給通路(38)及びほぼ側方に延びる第４供給通路(40)と流体流通可能に接続されている。第３供給通路(38)は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)のインジェクタハウジング(44)の内部(42)と流体流通可能に接続されている。(ＯＣＶ)逆止弁(32b)は、第４供給通路(40)を通る溶融金属(22)の流れを実現又は阻害するために用いられる。図２に示された逆止弁(32a)及び(32b)は、第２供給通路(30)及び第４供給通路(40)の中央の周囲に配置されているが、第１逆止弁(32a)及び／又は第２逆止弁(32b)は、夫々、第２供給通路(30)及び第４供給通路(40)のほぼ全長に沿って設けることもできる。
【００２１】
第４供給通路(40)は、第３受容チャンバー(48)が形成された第３ハウジング(46)の中を延びている。第３受容チャンバー(48)は、第４供給通路(40)、ほぼ垂直に延びる第５供給通路(50)及び外側に延びる第６供給通路(52)(図８参照)と流体流通可能に接続されている。第５供給通路(50)は、第２インジェクタ(18b)のハウジング(44)の内部(42)と流体流通可能に接続されている。第６供給通路(52)は、押出モールド(54)(図８参照)と流体流通可能に接続されている。溶融金属(22)は、押出モールド(54)によって凝固した後、押出モールド(54)に取り付けられた押出ダイ(56)を通して押出成形される。図２に示される供給通路(24)(30)(38)(40)(50)及び(52)は、直径が略同じであるが、これに限定されることを意味するものではなく、供給通路(24)(30)(38)(40)(50)及び(52)の直径は様々なサイズが可能である。
【００２２】
図２から理解されるように、プロセス制御シリンダ(58)、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)及びＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)は、気体導管(60)によって接続されており、気体は、プロセス制御シリンダ(58)、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)及びＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)を通ることができる。プロセス制御シリンダ(58)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)とは気体導管(60)で繋がれており、気体は、プロセス制御シリンダ(58)からＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)を通り、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)内の気体パッド(116)に供給され、気体パッド(116)の補充が行われる。気体導管(60)の機能については、後で、さらに詳しく説明する。
【００２３】
図２において、プロセス制御シリンダ(58)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)は、ほぼ側方に延びる第１気体導管(62)を介して、気体流通可能に接続されている。ほぼ側方に延びる第２気体導管(64)は、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)をＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)に接続する。第２気体導管(64)に取り付けられた第１気体弁(66)は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)の間の気体の流れを調整するために用いられる。第３気体導管(68)は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)に取り付けられている。第３気体導管(68)は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)から脱気(すなわち気体の排出又は放出)するために使用される。脱気の調整は、第３気体導管(68)に取り付けられた第２気体弁(70)によって行われる。
【００２４】
ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)とは同じであるので、これら構成要素については、以下の説明では、単にインジェクタ(18)として記載する。図２乃至図５を参照すると、インジェクタ(18)は、インジェクタハウジング(44)を含んでおり、溶融金属(22)を下流の装置又は工程に移動させる前に、溶融金属(22)はインジェクタハウジング(44)内に収容される。本発明の一実施例において、インジェクタハウジング(44)は、グラファイト(105)(図４参照)がライニングされている。しかしながら、これに限定されるものではなく、使用される溶融金属(22)に悪影響を及ぼさないあらゆる材料から製造されることができる。ピストン(84)は、インジェクタハウジング(44)の中へ下向きに移動し、インジェクタハウジング(44)内で往復動可能である。図２乃至図４に示されるように、ピストン(84)の第１端部(106)は、油圧アクチュエータ又はラム(108)に連結され、その往復運動によりピストン(84)は駆動する。ピストン(84)の第１端部(106)は、自動調心式カップリング(110)により、油圧アクチュエータ(108)に連結される。気体パッド(116)は、ピストン(84)の第２端部(114)と溶融金属(22)との間に配置され、その高さは、コンピュータ又は制御ユニット(図２参照)に伝達され、プロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)(58)、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)及びＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)の動作が調整される。また、気体パッドが一定高さに維持されるように、インジェクタピストン(84)は動作する。コンピュータ(117)によるプロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)(58)、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)及びＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)の調整方法については、後で詳しく説明する。
【００２５】
図５を参照すると、１又は複数の気体入口通路(118)がインジェクタハウジング(44)の中を延びており、気体は、前記通路(118)を通して、ＦＣインジェクタ(18a)及びＡＣインジェクタ(18b)に導入される。気体入口通路(118)は、隣接する少なくとも１つのインジェクタ(図示せず)又はプロセス制御シリンダ(図示せず)と気体流通可能に接続されている。図５に明瞭に示されるように、ピストン(84)の外面(120)は、インジェクタハウジング(18)の内壁(122)と完全に同一面(すなわち接触)ではないから、気体は、隣接するインジェクタ又はプロセス制御シリンダ(58)からインジェクタハウジング(44)に入ることが可能である。気体弁が開いているとき、気体は、インジェクタハウジング(44)の中を通る１又は複数の気体出口通路(124)から出て行く。
【００２６】
インジェクタハウジング(44)の第１端部(82)の近傍には少なくとも１つのシール(126)が配備されているので、インジェクタハウジング(44)内の気体は、ピストン(84)とインジェクタハウジング(44)の間から脱出することはできない。図５に明瞭に示されるように、ピストン(84)の外面(120)に隣接するインジェクタ(44)の内壁(122)には溝(128)が形成されており、該溝の中にシール(126)が配備されている。ハウジング(76)又はトッププレート(78)の下には、インジェクタハウジング(44)の第１端部(82)に隣接して環状肩部(80)が設けられている。
【００２７】
溶融金属(22)によって発生する熱、インジェクタハウジング(44)内の加熱された気体及びピストン(84)の駆動によって引き起こされる摩擦によるシール(126)の劣化を防止するために、シール(126)は冷却される。図５は、利用可能な冷却手段の一実施例を示している。この実施例において、複数の冷却チャネル(132)は、インジェクタハウジング(44)の外面(130)にて、シール(126)の近傍に配置される。シェル(134)は、クーラントが冷却チャネル(132)から脱出しないように構成され、冷却チャネルとインジェクタハウジング(44)を取り囲んでいる。他の実施例において、冷却チャネルは、シェル(134)の内部(136)に配備されている。
【００２８】
図２及び図６から明らかなように、押出方法は、異なる２つのサイクルに分けられることができる。まず最初は、溶融金属供給システム(2)を押出工程のために準備する充填サイクルがある。溶融金属供給システム(2)に溶融金属(22)が充填されると、押出サイクルが開始し、押出成形品が押し出される。
【００２９】
容器(21)には溶融金属が入れられており、充填サイクル中、低圧供給システム(20)には、容器(21)から溶融金属(22)が充填される。低圧供給システム(20)に溶融金属(22)が充填されると、溶融金属(22)は、低圧供給システム(20)から第１供給通路(24)へ送られる。なお、第１供給通路(24)は、第１受容チャンバー(26)と流体流通可能に接続されている。低圧供給システム(20)内の気体圧力は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)内の気体圧力より高い(すなわち大きい)ため、溶融金属(22)は、低圧供給システム(20)から第１供給通路(24)へ移動することができる。それゆえ、溶融金属(22)は、低圧供給システム(20)からＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)に移動する。溶融金属(22)が低圧供給システム(20)から出て行くと、低圧供給システム(20)には、容器(21)から追加の溶融金属(22)が導入されるから、低圧供給システム(20)内の溶融金属(22)のレベルは、ほぼ一定に維持される。溶融金属(22)は、第１受容チャンバー(26)から第１供給通路(30)に送られる。
【００３０】
溶融金属(22)は、第２供給通路(30)を通り、第３供給通路(38)及び第４供給通路(40)と流体流通可能に接続された第２受容チャンバー(36)に送られる。このとき、ＩＣＶ逆止弁(32a)の加熱コイル(180)が作動中であるため、溶融金属(22)は加熱されてほぼ液体状態が維持されており、溶融金属(22)は、第２供給通路(30)を自由に移動することができる。第２受容チャンバー(36)に溶融金属(22)が充填されると、ＯＣＶ逆止弁(32b)で制止され、溶融金属(22)は、第４供給通路(40)を通ることはできないため、溶融金属(22)は冷却され、凝固温度以下の温度に降温する。この時のＯＣＶ逆止弁(32b)は、ＩＣＶ逆止弁(32a)の場合とは異なり、加熱コイル(180)は作動していない。溶融金属(22)の第４供給通路(40)への移動は妨げられるので、第２受容チャンバー(36)には、溶融金属(22)が充填される。第２受容チャンバー(36)が充填されると、溶融金属(22)は第３供給通路(38)へ送られる。第３供給通路(38)は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)のインジェクタハウジング(42)と流体流通可能に接続されている。ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)内の溶融金属のレベルが上昇すると、溶融金属プローブ(116)により、ピストン(84)と溶融金属(22)との間の距離がコンピュータ又は制御ユニット(117)に送信される。コンピュータ(117)は、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)のピストン(84)に対し、ピストンが上方へ移動(すなわち戻り行程)するように指令を与えるので、これにより、ピストン(84)と溶融金属(22)との間は予め決められた所定高さに維持される。
【００３１】
ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)内の溶融金属(22)が臨界高さに達すると、誘導加熱電力の供給が停止し、弁本体はアルミニウムの凝固点以下に冷却されて、ＩＣＶが閉じられる。次に、ＦＣシリンダ内の気体パッドは、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)の気体パッド圧力のほぼ近くまで加圧される。次に、ＯＣＶ逆止弁(32b)の加熱コイル(180)が作動し、ＯＣＶ逆止弁(32b)内の凝固した溶融金属(22)は、溶融金属(22)の凝固温度以上の温度に昇温する。同時に、第１気体弁(66)が開いて、気体は、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)から気体導管(60)を通ってＡＣ溶融金属インジェクタ(18a)に導入されるので、ＦＣ溶融金属及びＡＣ溶融金属インジェクタ(18a)との気体圧と、ＦＣ溶融金属及び及びＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)との気体圧は等しくなる。気体圧が等しくなると、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)内の圧力は、低圧供給システム(20)内の気体圧力より高くなるから、溶融金属(22)は、低圧供給システム(20)からＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)へ流れない。凝固温度より高くなると、ＯＣＶ逆止弁(32b)内の溶融金属(22)は、第４供給通路(40)を通り、第３受容チャンバー(36)に送られる。なお、第３受容チャンバーは、第５供給通路(50)及び第６供給通路(52)と流体流通可能に接続されている。溶融金属(22)がＯＣＶ逆止弁(32b)を通って移動を開始すると、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)のピストン(84)は、予め決められた速度でダウンストローク(すなわち変位行程)を開始する。コンピュータ(117)は、溶融プローブ(112)による測定値をモニターして、ピストン(84)の速度を調節する。これにより、速度は、所定速度となる。ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)のピストン(84)の下り行程により、インジェクタハウジング(44)内の溶融金属(22)は、第３供給通路(38)、第２受容チャンバー(36)を通り、第４供給経路(40)へ送られる。ピストン(84)のダウンストローク中は、ＩＣＶ逆止弁(32a)が冷却され、その中にある溶融金属(22)が凝固するので、溶融金属(22)は、第２供給通路(30)を通って逆流しない。
【００３２】
溶融金属(22)が第３受容チャンバー(48)に入ると、溶融金属(22)は、同時に第５供給通路(50)と第６供給通路(52)を通って移動する。第５供給通路(50)は、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)のインジェクタハウジング(44)の内壁(42)と流体流通可能に接続されており、、第６供給通路(52)は、押出モールド(54)と流体流通可能に接続されている。ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)のインジェクタハウジング(44)が充填されると、コンピュータ(117)により、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)のピストン(84)は上方に移動(すなわち戻り行程)し、ピストン(84)と溶融金属(22)との間は、予め決められた所定高さ(すなわち気体パッド(116))に維持される。
【００３３】
押出サイクルは、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)の変位行程及びその後の戻り行程によって規定される。コンピュータ(117)は、ピストン(84)と溶融金属(22)との間の距離が予め決められた距離に維持されるようにプログラミングされており、押出サイクル中、ＡＣ溶融金属インジェクタのピストン(84)は、コンピュータ(117)によってモニターされる。換言すると、気体パッド(116)の高さは、常に一定に維持されている。この距離は、溶融プローブ(112)によって測定され、測定値は、コンピュータ(117)へ連続的に送信される。ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)のピストンのダウンストロークにより、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内の溶融金属(22)は、第５供給通路(50)、第３受容チャンバー(48)及び第６供給通路(52)を通り、押出モールドへ送られる。ＯＣＶ弁逆止弁(32b)が閉じて、その中の溶融金属(22)が凝固するので、溶融金属(22)が第４供給通路(40)を通って逆流することはない。
【００３４】
図６を参照すると、押出モールド(54)の中では溶融金属(22)が凝固し、押出モールド(54)の第２端部(188)に配置された押出ダイ(226)から押し出される。固体押出成形品(230)が押出ダイ(226)から出て行く速度を測定する手段(228)は、押出ダイ(226)から下流に配置されている。速度検出手段は、コンピュータ(図示せず)によってモニターされ、プロセス制御シリンダ(58)が調整される。
【００３５】
先の段落で説明したように、プロセス制御シリンダ(58)により、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内の気体圧力が調節される。図２を参照すると、プロセス制御シリンダ(58)は、別個のハウジング(232)と、該ハウジング(232)内で往復動可能な別個のピストン(234)とを含んでいる。プロセス制御シリンダ(58)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)は気体流通可能に接続されているので、第２ピストン(234)の動作により、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内の気体圧力は変動する。必要に応じて、気体供給源(236)から追加の気体がプロセス制御シリンダ(58)に供給される。気体供給源(236)とプロセス制御シリンダ(58)は、第４気体導管(238)によって接続されている。換言すると、気体供給源(236)とプロセス制御シリンダ(58)は、第４気体導管(238)を介して互いに気体流通可能に接続されている。第４気体導管(238)には第３気体弁(242)が取り付けられており、第４気体導管(238)は、気体供給源(236)とプロセス制御シリンダ(58)との間の気体の流れを調整するために使用される。第５気体導管(242)は、プロセス制御シリンダ(58)に取り付けられている。第５気体導管(242)は、プロセス制御シリンダ(58)から気体を脱気(すなわち排出又は放出)するために使用される。プロセス制御シリンダ(58)内の気体量を低減するために、気体は第５気体導管(242)を通じて脱気される。該５気体導管(242)から脱気される気体の量は、第５気体導管(242)に取り付けられた第４気体弁(244)によって制御される。気体供給源(236)とプロセス制御シリンダ(58)との間の気体の流れを調整するために、第５気体弁(246)は、第１気体導管(62)に取り付けられている。
【００３６】
押出成形品(230)の出口速度が所望速度以下の場合には、コンピュータ(117)からの指令により、プロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)ピストン(234)は下向きに移動(変位行程)するので、プロセス制御シリンダ(58)内の気体に加えられる圧力が増加する。言い換えると、ＰＣＣピストン(234)が変位行程に入ると、溶融金属供給システム(16)内のトータル圧力は増大する。プロセス制御シリンダ(58)内の気体は、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)の中に移動するため、プロセス制御シリンダ(58)内での気体圧力が増加すると、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内の気体圧力が増加する。ピストン(84)と溶融金属(22)との間の高さは溶融金属プローブ(112)によって測定され、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内のピストン(84)は、前記高さを所定値に維持するように構成されているので、ピストン(84)の下向き速度が増大して、膨張した気体パッドの高さが補正される。
【００３７】
押出成形品(230)の出口速度が所望速度を超える場合には、コンピュータ(117)からの指令により、プロセス制御シリンダ(ＰＣＣ)ピストン(234)に上向きに移動(戻り行程)するので、プロセス制御シリンダ(58)内、ひいてはＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内の気体に加えられる圧力が低下する。言い換えると、第２ピストン(234)が戻り行程に入ると、溶融金属供給システム(16)内の合計圧力は低下する。気体パッド(116)の高さ(すなわちピストン(84)と溶融金属(22)との間の距離)は、溶融金属プローブ(112)によって測定され、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内のピストン(84)は、気体パッド(116)の高さを一定に維持するように構成されているから、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)のピストン(84)の下向き速度が低下して、インジェクタハウジング(42)内の溶融金属(22)が高レベルとなるように補正される。
【００３８】
押出成形品(230)の出口速度が所望速度である場合には、コンピュータ(117)の指令により、第２ピストン(234)は静止状態にある。第２ピストン(234)を静止状態に維持することにより、プロセス制御シリンダ(58)内、ひいてはＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)内の気体に加えられる圧力の大きさは、一定となる。言い換えると、溶融金属供給システム(16)内の全体の圧力に増減はない。それゆえに、押出成形品(230)は、所望速度で押出ダイ(226)から出て行くことになる。
【００３９】
ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)のダウンストロークが終了する前に、第１気体弁(66)が開いて、気体がＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)からＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)に入るのを防止し、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)との間の気体圧力が等しくなるようにする。ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)とＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)との間の気体圧力が等しくなると、第１気体弁(66)が閉じ、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)は下り行程を開始し、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)及び押出モールド(54)が溶融金属(22)で充填される。ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)の変位行程が完了すると、第２気体弁(70)が開いて、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)内に蓄積された気体圧力が解放されるので、ＡＣ溶融金属インジェクタ(18b)の圧力は低圧力供給システム(20)の圧力よりも低くなる。この結果、低圧供給システム(20)により、ＦＣ溶融金属インジェクタ(18a)は溶融金属(22)で充填され、押出サイクルが繰り返されて、溶融金属(22)は一定速度で連続的に押し出される。
【００４０】
＜逆止弁＞
第１逆止弁(32a)と第２逆止弁(32b)は同じであるので、これら構成要素については、以下の説明では、単に逆止弁(32)として記載する。溶融金属送給システムをうまく機能させるには、高信頼性の溶融金属逆止弁を使用する必要がある。そのような逆止弁の一例として、Sample他による米国特許第６７３９４８５号に記載されたデュアルアクション式弁がある。溶融金属の凝固及び融解に基づく本発明の逆止弁の望ましい実施例について、以下に説明する。
【００４１】
図６を参照すると、逆止弁(32)は熱伝導性の第１コア(138)を含んでおり、該コアは、第１端部(140)及び第２端部(142)を有し、中央ボア(144)がほぼ全長に沿って延びている。一実施例において、第１コア(138)は、形状がほぼ円筒形である。他の実施例において、熱伝導性の第１コア(138)は、グラファイトから作られている。なお、これは、限定することを意図するものではなく、第１コア(138)の材料は、溶融金属(22)と不利な反応を生じないものであれば、あらゆる熱伝導性材料を用いることができる。中央ボア(144)を通る溶融金属(22)の流れは、矢印Ｙによって表される。図６から明らかなように、溶融金属(22)は、第１端部(140)を通って第１コア(138)に入り、第２端部(142)を通って第１コア(138)から出て行く。図６において、中央ボア(144)は、小径の第１ボア(146)と、大径の第２ボア(148)とを含んでいる。小径の第１ボア(146)は、溶融金属(22)が矢印Ｘの方向に流れ難くする。図６に示されるコア(138)の第１ボア(146)と第２ボア(148)は、ほぼ同じ長さであるが、当該分野の専門家であれば、第１ボア(146)と第２ボア(148)は、異なる長さにできることは理解し得るであろう。一実施例において、中央ボア(144)の直径は、ほぼ一様である。
【００４２】
第１コアを第１スリーブ(150)が取り囲んでいる。一実施例において、第１スリーブ(150)は、ほぼ円筒形状であり、熱伝導性金属材料(例えば、銅)から作られる。スリーブの内部には、１又は２以上の冷却チャネル(152)が配置され、スリーブの長さに沿って延びている。冷却チャネル(152)は、スリーブ(150)の外面(156)の近傍位置又は離れた位置に配置されることができる。冷却チャネル(152)は、第１端部(158)と第２端部(160)を有しており、第１スリーブ(150)の全長に亘ってチャネル(152)をドリル加工することによって開設される。チャネルが開設されると、チャネル(152)の開口端部の各々は、クーラントが出て行かないように、プラグ(162)で密封される。冷却チャネル(152)をドリル加工で開設し、第１スリーブ(150)にプラグ(162)を取り付ける方法は、当該分野で知られている。一実施例において、プラグは銅から作られている。しかしながら、これは限定することを意図するのではなく、プラグの製造に用いられるあらゆる金属又は金属合金から作ることができる。
【００４３】
他の実施例において、第１スリーブ(150)は、２つの金属半体を溶接することによって作られる。冷却チャネル(152)の半分が、各金属半体に機械加工されるので、冷却チャネル(152)が第１スリーブ(150)の全長に沿って延びるものではないから、この実施例では、２つの冷却チャネル(152)の端部を密封するためのプラグ(162)を用いる必要はない。この実施例の逆止弁(32)に３以上の冷却チャネル(152)が用いられる場合、当該分野で広く知られている技術を用いて、冷却チャネル(152)にドリル加工を施し、プラグが施されるであろう。
【００４４】
図６に示されるように、クーラントは、冷却チャネル(152)の第２端部(160)と一定量の流体又は気体が流通可能に接続された入口導管(164)により、冷却チャネル(152)に導入される。入口導管(164)は、冷却チャネル(152)からほぼ径方向に延び、第１入口冷却チューブ(166)からクーラントが送られる。該冷却チューブは、第１スリーブ(150)の周囲にほぼ沿って延びるブラケット(168)により適所に保持されている。ブラケット(168)の内部にはチャネル(170)があり、該チャネルは、第１入口冷却チューブ(166)と流体又は気体が連続的に流通可能に接続されている。ブラケット(168)の内部チャネル(170)はまた、ブラケット(168)の周囲にほぼ沿って延びており、冷却クーラントが、第１スリーブ(150)内の他の冷却チャネル(152)に導入される。
【００４５】
クーラントが冷却チャネル(152)の第１端部(158)に向かって流れると、クーラントは、溶融金属(22)から除去された熱を吸収するので、溶融金属(22)は凝固温度以下の温度に降温し、熱伝導性の第１コア(138)内の溶融金属(22)は凝固する。図６を参照すると、加熱されたクーラントは、第１スリーブ(150)の第１端部(174)近傍の第１出口冷却チューブ(172)を通り、第１スリーブ(150)から排出される。図６を参照すると、第１入口冷却チューブ(166)は第１スリーブ(150)の第２端部(176)の近傍に配置され、第１出口冷却チューブ(172)は第１スリーブ(150)の第１端部(174)の近傍に配置されているが、第１入口チューブ(166)と第１出口冷却チューブ(172)の位置を入れ替えることは可能であり、これは、この発明の範囲から逸脱するものではない。第１入口冷却チューブ(166)と同じ様に、第１出口冷却チューブ(172)は、第１スリーブ(150)の周囲にほぼ沿って延びるブラケット(168)によって適所に保持されている。ブラケット(168)の内部には、チャネル(170)があり、該チャネルは、第１出口冷却チューブ(172)と一定量の流体又は気体が連続的に流通可能に接続されており、出口導管(178)は、冷却チャネル(158)の第１端部と流体又は気体が流通可能に接続されている。内部チャネル(170)は、ブラケット(168)の周囲にほぼ沿って延びており、冷却チューブから排出された高温クーラントが第１出口冷却チューブ(172)に向けて導入される。
【００４６】
第１スリーブ(150)を通るクーラントの流れをまとめると次のとおりである。なお、説明の明確化のために、クーラントの流れは、図６の第１スリーブ(150)の最上部近傍に配置された冷却チャネル(152)に関して説明する。第１に、クーラントは、第１入口冷却チューブ(166)の中に入れられる。次に、クーラントは、第１入口冷却チューブ(166)から、ブラケット(168)の内部チャネル(170)に流れる。クーラントは、内部チャネル(170)から、冷却チャネル(152)の第２端部(160)に接続された入口導管(164)に送り込まれる。クーラントが冷却チャネル(152)の第２端部(160)から第１端部(158)に向かって移動するとき、クーラントは、溶融金属(22)によって発生した熱を吸収する。加熱されたクーラントは、次に、ブラケット(168)の出口導管(178)及び内部チャネル(170)を通り、冷却チャネル(152)の第１端部(158)から第１出口冷却チューブ(172)に流れる。
【００４７】
第１スリーブ(150)は加熱コイル(180)に取り囲まれており、加熱コイル(180)は、熱伝導性の第１コア(138)及び第１スリーブ(150)に熱を供給する。従って、溶融金属(22)が熱伝導性の第１コア(138)の第１ボア(146)及び第２ボア(148)の中を移動する際、溶融金属(22)は凝固温度よりも高温に維持されるので、溶融金属(22)は逆止弁(150)の中を自由に流れることができる。加熱コイル(180)はまた、凝固した溶融金属(22)を再び溶融状態に戻すために用いられる。図６に示される加熱コイル(180)は、２つのブラケット(168)の間に配置されているが、この図は加熱コイルの配置を限定することを意図するものではなく、ブラケット(168)の両側に隣接して配置されることもできる。
【００４８】
従来の流れ制御弁は、圧力低下したとき、オリフィスの開閉によって所定の流量が得られるようにするものである。アルミニウム業界では、逆止弁は、所定システムへの溶融金属の流れを供給したり停止するのに利用されている。しかしながら、従来の逆止弁の場合、高圧(すなわち≧５,０００psi)の溶融アルミニウムの流れを制御するのに用いると問題が生ずる。その問題の１つは、溶融アルミニウムが、従来の逆止弁の製造に用いられる多くの材料と反応性であることによる。別の問題は、逆止弁の製造に用いられる材料が高温(すなわち≧６７０℃)で軟化を始めるため、従来の逆止弁では、６７０℃(１２３８#Ｆ)以上の温度では形状を維持できないことによる。言い換えると、従来の逆止弁の製造に使用される材料は、６７０℃(１２３８#Ｆ)以上の温度で寸法安定性を欠く。さらに、従来の逆止弁の設計では、溶融アルミニウム自体に存在する有害物質により、動作の安定性が妨げられる。これら有害物質の中には硬い固体粒子もあり、それら粒子は、従来の逆止弁における機械的シールの完全性を損なうので、溶融アルミニウムが高圧下にある場合、有意量の漏れを招く結果となる。
【００４９】
この発明において逆止弁を使用する利点は、高圧(すなわち≧５,０００psi)及び高温(すなわち≧６７０℃)の下で作動能力を有することである。従来の逆止弁とは異なり、この逆止弁は可動部材を有しない。従って、逆止弁を構成する部品の殆どが機械的摩耗を受けないため、この逆止弁の寿命は飛躍的に向上する。この逆止弁の別の利点は、逆止弁を通る溶融アルミニウムの流れを防止するのに機械的シールを使用しないから、溶融アルミニウムの中に時々存在する有害物質にとの反応は起こらないことである。一方、この発明の逆止弁は、中央ボアにおける溶融アルミニウムの凝固を利用して、溶融アルミニウムの流れが逆止弁を通らないようにするものである。この発明の逆止弁のさらに別の利点は、逆止弁の製造において、厳密又は精密な精度は必要でないので、製作を容易に行なえることである。
【００５０】
本発明の溶融金属供給システムを使用する利点の１つは、押出工程で回収される金属の量が増えることである。一般的な押出工程の場合、押出成形品の前部の物理属性は押出成形品の他の部分とは異なり、また、押出成形品の後部に含まれる有害物質は一般的には最終製品には好ましくないから、押出成形品の前部と後部は、廃棄又は切断せねばならないためである。
【００５１】
上述したように、本発明の溶融金属供給システムを使用する他の利点は、不定又は任意長さの成形品を作ることができるので、断面積の大きなビレット又はインゴットを使用する必要はなく、そのようなビレットにおける不均一なミクロ組織を排除できることである。前述した断面積が大きなビレット又はインゴットは使用しないので、溶融金属供給システムを用いて押出成形される製品は、断面積が大きなビレットを使用した場合に通常生じるように不均一なミクロ組織ではない。
【００５２】
本発明を使用したときのさらなる利点は、凝固速度が速いため、押出成形を、より高速(すなわち、金属処理能力がより大きい)で行なえることである。
【００５３】
本発明の溶融金属供給システムを使用したときのさらに他の利点は、アルミニウム製品が圧力下で凝固することにより、押出成形品に収縮巣(shrinkage porosity)の生成を回避できることである。収縮巣の発生を排除又は低減することにより、溶融金属供給システムから押し出される成形品は、押出後の断面減少は殆んど無くなるか又は全く無くなる。これは、従来の処理技術(従来の押出法)が、インゴット鋳造段階で一般的に形成される収縮巣を補うために押出成形品に断面減少を生じるのと比べて、著しい対照をなす。
【００５４】
従来の押出方法(例えば直接又は間接押出)による押出成形の場合、成形品の温度は、その長さに沿って異なる。例えば、直接押出の場合、成形品の温度は、ビレット又はインゴットの摩擦熱によって増大する。間接押出の場合、容器内でビレットが冷却されるので、成形品の温度は低下することになる。従来の押出方法では、成形品の温度ばらつきがあるため、熱処理可能な成形品をプレスクエンチングすると、変形を生ずる傾向があるため、プレスクエンチングの信頼性が乏しくなる。成形品のプレスクエンチング後は、変形の他に、成形品の長さに沿って、その物理的性質も変動する。プレスクエンチングは、水、空気及び気体(例えば窒素又はアルゴン)によるクエンチングを含むものである。成形品の変形が生ずるのは、クエンチングプロセスでの苛酷な熱作用と、成形品の長さに沿って生ずる温度ばらつきによるものである。これに対し、溶融金属供給システムでは、押出成形品の温度は一様であるので、熱処理可能な成形品のプレスクエンチングの信頼性をより高めることができる。言い換えると、本発明の溶融金属供給システムによって押出成形された製品は、全長の温度が一様であるから、押出成形品がクエンチングされた後の変形は殆どないか又は皆無である。
【００５５】
また、高強度アルミニウム合金はビレットやストックに鋳造できないため、従来の技術及び方法では押出成形をすることができなかったが、本発明の溶融金属供給システムでは、そのような高強度アルミニウム合金の押出成形もできるという他の利点も有する。例えば、高強度合金をビレットに鋳造すると、ビレットには、通常、割れが生ずる。それゆえ、これらの高強度の熱処理可能アルミニウム合金は、ビレット又はストックに鋳造することができないから、従来の技術では、押出成形をすることはできない。これに対し、本発明の溶融金属供給システムの場合、溶融アルミニウムから押出成形するので、ビレットやストックを準備する必要がないので、これらの高強度アルミニウム合金の押出成形が可能である。
【００５６】
本発明のさらなる利点として、アルミニウム合金中での合金元素の溶解性がある。溶融アルミニウム中での合金元素の溶解性は、加えられる圧力によって変化する。すなわち、溶融金属供給システム中の圧力操作によってこれら合金元素の溶解性を大きくすることができるので、アルミニウム合金中の合金元素はより大きな過飽和が可能となるから、本発明によって押出成形された熱処理可能な高強度アルミニウム合金は、従来の熱処理可能な高強度アルミニウム合金と比べて、さらに高い強度を有することができる。
【００５７】
本発明の望ましい実施例を説明したが、本発明は、特許請求の範囲内で他の実施例も可能であることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】押出工程の概略図である。
【図２】本発明に基づいて構築され構成された溶融金属供給システムの概略断面図である。
【図３】図２のシステムに用いられる溶融金属供給用インジェクタの断面図である。
【図４】溶融金属インジェクタの概略断面図である。
【図５】本発明に係る溶融金属インジェクタ、シール及びシール冷却手段の断面図である。
【図６】図２のシステムに使用される逆止弁の断面図である。
【図７】押出モールドの断面図である。
【図８】溶融金属供給システムの長手方向の断面図である。
【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７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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