(57)【要約】本発明は、金属の溶融装入物を形成し、ただ１つの物品を形成するのに十分な溶融装入物を充填するようにモールドに前記装入物を装入し、前記モールド内で前記装入物を凝固することにより、物品を鋳造するためのプロセス及び装置（５０）を提供する。前記装入物の大きさは、前記モールドの容量に適合するよう選択され、前記モールドの装入が、前記装入物全体を実質的に消費する。前記装置（５０）は、金属の溶融装入物が保持される容器（１２）と前記装入物が移動されるモールド（５４）とを有する。前記容器とモールドとは、前記モールドにただ１つの物品を形成するのに十分な金属の充填が、前記装入物全体を実質的に消費し前記容器を空にする容量に適合している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の溶融装入物の前駆体から前記金属の溶融装入物を形成するステップと、ただ１つの金属物品を形成するためにダイ又はモールドに十分に充填するようにダイ又はモールドに前記溶融装入物を装入するステップと、前記物品を形成するために前記装入物を前記ダイ又はモールド内で凝固することを引き起こす又は可能にするステップとにより、金属物品を鋳造するためのプロセスであって、前記ダイ又はモールドへの装入が前記溶融装入物全体を実質的に消費するように、前記ダイ又はモールドの容量に適合させるために前記溶融装入物の大きさを選択するステップを備えていることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記溶融装入物の形成が、金属製のビレット又はインゴット若しくは金属粒子の成形体である前記溶融装入物の前駆体からであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記溶融装入物を形成するステップの後に、高められた温度において前記ダイ又はモールドに前記溶融装入物を充填するステップの前に、前記溶融装入物の温度を高めるために前記溶融装入物の前記金属を加熱するステップを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記装入ステップは、５０ＫＰａ−３０ＭＰａの範囲にある中間圧力において射出成形により行われることを特徴とすることを含む請求項１−３のいずれか一に記載のプロセス。
【請求項５】
前記溶融装入物の形成前及び形成中に、前記溶融装入物がパージガスを用いて形成される雰囲気をパージするステップを備えていることを特徴とする請求項１−４のいずれか一に記載のプロセス。
【請求項６】
前記金属として、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、亜鉛及びそれの合金からなる群から選択される金属を使用することを含むことを特徴とする請求項１−５のいずれか一に記載のプロセス。
【請求項７】
前記金属として、マグネシウム、アルミニウム及びそれの合金からなる群から選択される軽金属を使用することを含むことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記鋳造は、自動車ホイールリムの形態をした軽金属物品についてであることを特徴とする請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記鋳造は、前記凝固した物品のすべての部分が、前記物品の表面の最も近い部分から０．７５−１５ｍｍの距離だけ間隔を有する金属物品についてであり、該物品が、０．２５−３０ｋｇの質量を有することを特徴とする請求項１−８のいずれか一に記載のプロセス。
【請求項１０】
ダイ又はモールドにおいて金属物品を鋳造するための鋳造装置又は設備（５０）であって、前記鋳造装置又は設備が、ダイ又はモールド（５４）と融解装置（１０）とを備え、該融解装置が、金属の溶融装入物の前駆体を保持するための容器（１２）と、金属の溶融装入物を形成するために前記容器内の前記前駆体を加熱するための加熱装置（１６）と、前記容器から前記ダイ又はモールドに金属の溶融装入物を移動させるための溶融金属移動アセンブリ（２０）とを有し、前記容器及びダイ又はモールドは、該ダイ又はモールドにただ１つの金属物品を形成するのに十分な装入物を充填するために、前記容器から前記ダイ又はモールドへの装入が、前記容器から溶融金属の装入物全体を実質的に消費し前記容器を空にするように適合させられる容量を有することを特徴とする鋳造装置又は設備。
【請求項１１】
前記加熱装置は、前記溶融金属移動アセンブリに取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の装置又は設備。
【請求項１２】
前記融解装置は、該融解装置の装入が行われる装入位置と、前記融解装置から前記ダイ又はモールドへ溶融装入物の移動が行われる充填位置との間で前記ダイ又はモールドに対して往復移動することができることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置又は設備。
【請求項１３】
不活性雰囲気の下で前記溶融装入物の形成が行われることを可能とするために、前記容器に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給（２２）を備えていることを特徴とすることを含む請求項１０−１２のいずれか一に記載の装置又は設備。
【請求項１４】
前記容器は、中空の円筒形の内部を有していることを特徴とすることを含む請求項１０−１３のいずれか一に記載の装置又は設備。
【請求項１５】
前記容器は、中空のシリンダー又はスリーブ（１４）であり、前記移動アセンブリは、前記ダイ又はモールドと係合するとともに前記ダイ又はモールドの装入開口部（６２）と連通して前記シリンダー又はスリーブを持ち上げるための伸縮自在のピストン装置（２４）であることを特徴とすることを含む請求項１０−１４のいずれか一に記載の装置。
【請求項１６】
前記ピストン装置は、前記シリンダー又はスリーブに入るための、またそれと密閉して係合しその中で上方へ滑動するための中央ピストン（２８、３０）を有し、前記ピストン装置は、前記ダイ又はモールドの前記装入開口部の周りにおいて前記ダイ又はモールドと密閉して係合し前記シリンダー又はスリーブを上方へ促すために、前記中央ピストンを取り囲む周囲のピストン（３７）を有していることを特徴とする請求項１５に記載の装置又は設備。
【請求項１７】
前記中央ピストンは、前記ダイ又はモールドの前記装入開口部の周辺部と密閉して係合するためのシール面（３１）を備えたピストンヘッド（３０）を有していることを特徴とする請求項１６に記載の装置又は設備。
【請求項１８】
前記加熱装置が、前記容器を取り囲む少なくとも１つの誘導コイルを有していることを特徴とすることを含む請求項１０−１７のいずれか一に記載の装置又は設備。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、金属物品（metal artifact）の鋳造に関する。より詳しく言えば、本発明は、金属物品を鋳造するためのプロセス及び金属物品を鋳造するための鋳造装置又は設備に関し、前記プロセス及び装置又は設備は、軽金属物品を鋳造するのに特に適している。本明細書では、軽金属という用語は、軽金属それ自体、及び軽金属がそれの質量で５０％以上の大きな割合を形成する軽金属合金の両方を含み、軽金属は、２．７ｇ／ｃｍ３未満の密度を有するものである。軽金属は、通常６６０℃若しくはそれ以下の低い融点を有している。
【０００２】
本発明の第１の態様によれば、金属の溶融装入物（molten charge）の前駆体から前記金属の溶融装入物を形成するステップと、ただ１つの金属物品を形成するためにダイ又はモールドに十分に充填するようにダイ又はモールドに前記溶融装入物を装入するステップと、前記物品を形成するために前記装入物を前記ダイ又はモールド内で凝固することを引き起こす又は可能にするステップとにより、金属物品を鋳造するためのプロセスであって、前記ダイ又はモールドへの装入が前記溶融装入物全体を実質的に消費するように、前記ダイ又はモールドの容量に適合させるために前記溶融装入物の大きさを選択するステップを備えている前記プロセスが提供される。
【０００３】
前記プロセスは、１つ若しくはそれ以上の鉱石、フラックス、合金化元素などの混合物である溶融装入物の前駆体から溶融装入物を形成するステップを備えることができるが、溶融装入物は、好ましくは、金属製のビレット又はインゴット若しくはシェービング（shaving）、微粒子又はその種の他のものなどの金属粒子の成形体である溶融装入物の前駆体から形成される。従って、前記プロセスは、金属製のビレット又はインゴット、若しくは金属のシェービング又は微粒子などの粒子の成形体を予備成形するステップを備えてもよい。
【０００４】
前記プロセスは、前記溶融装入物を形成するステップの後に、高められた温度において前記ダイ又はモールドに前記溶融装入物を充填するステップの前に、前記溶融装入物の温度を高めるために前記溶融装入物の前記金属を加熱するステップを備える。ダイ又はモールドに溶融装入物を充填するステップは、所定の速度でなされる。好ましくは、前記ダイ又はモールドに前記溶融装入物を充填するステップは、例えば射出成形により、加圧下で行われる。具体的には、好ましくは、前記ダイ又はモールドに前記溶融装入物を充填するステップは、低圧射出成形として当技術分野で周知であるものでも、高圧射出成形として当技術分野で周知であるものでもなく、中間圧力の下で行われる。より具体的には、前記装入ステップは、５０ＫＰａ−３０ＭＰａの範囲にある中間圧力において射出成形により行われる。ダイ又はモールドが溶融装入物で充填される所望の又は最適な中間圧力を決めるために、通常の実験を用いることができることが理解されるであろう。
【０００５】
前記プロセスは、溶融装入物を形成するステップより前に、溶融装入物がパージガスを用いて形成される雰囲気をパージするステップを備えることができる。その代わりに又はさらに、前記パージは、溶融装入物の形成中に行われてもよい。好ましくは、前記パージは、溶融装入物の形成前及び形成中の両方において行われる。前記パージガスは、受動（passive）又は不活性パージガスであってもよく、アルゴン、ヘリウム、ネオン及びそれらの混合物からなる群から選択される希ガスであってもよい。また、前記パージガスは、活性パージガスであってもよく、ＳＦ６、ＣＯ２及びそれらの混合物からなる群から選択されてもよい。具体的には、前記プロセスは、溶融装入物が、該溶融装入物の形成前及び形成中に、ＳＦ６、ＣＯ２及びＳＦ６／ＣＯ２混合物、好ましくはＳＦ６の体積で０．１−０．３％有するＳＦ６／ＣＯ２混合物からなる群から選択される活性パージガスを用いて形成される雰囲気をパージするステップを備えることができる。更に、前記プロセスは、溶融装入物の一部から形成される凝固した軽金属のシールを設けるために、溶融装入物を形成する開始時に、溶融装入物を通り過ぎるとともにそれと接触して、アルゴン、ヘリウム、ネオン及びそれらの混合物からなる群から選択される受動又は不活性ガス、好ましくはアルゴンガスを通すことにより溶融装入物を所定の位置に密閉するステップを備える。
【０００６】
前記プロセスは、前記金属として、アルミニウム、マグネシウム、リチウム、亜鉛及びそれの合金からなる群から選択される金属を使用することを含む。好ましくは、前記プロセスは、前記金属として、マグネシウム、アルミニウム及びそれの合金からなる群から選択される軽金属を使用することを含む。軽金属の合金とは、前述の通り、１つ若しくはそれ以上の軽金属が、それの重量で５０％以上の大きな割合を形成する合金を意味する。
【０００７】
前記プロセスは、特に、アルミニウム又はマグネシウム合金製ホイールリムなどのホイールリム、自動車ギアボックスケース、ステアリングホイールハウジング、ブレーキ補助部品又は構成要素、及び自動車用エンジン、船舶用及び航空機用部品又は構成要素からなる郡から選択される軽金属又は軽金属合金製の製品の鋳造に有用であることが期待される。典型的には、前記プロセスは、アルミニウム及びマグネシウム合金製ホイールリムの鋳造に使用され、従って、前記鋳造は、自動車ホイールリムの形態をした軽金属物品についてである。
【０００８】
前記プロセスは、それぞれの質量が０．２５−３０ｋｇ、通常０．５−２０ｋｇであり、断面厚さが１．５−３０ｍｍ、通常２−２７ｍｍの範囲にある物品を鋳造するのに有用であることが期待される。従って、具体的には、前記鋳造は、前記凝固した物品のすべての部分が、前記物品の表面の最も近い部分から０．７５−１５ｍｍの距離だけ間隔を有する金属物品についてであり、該物品は、０．２５−３０ｋｇの質量を有する。
【０００９】
前記プロセスは、あらゆるタイプのダイ又はモールド、例えば、砂製のダイ又はモールドなど使い捨てのダイ又はモールド、若しくは金属製のダイ又はモールドなど再利用可能なダイ又はモールドを用いて使用することができる。具体的には、本発明に係る前記プロセスは、再利用可能なダイ又はモールドを形成する金属製のダイ又はモールドを用いて使用するのに特に適している。好ましくは、金属製のダイ又はモールドは、鋼製のダイ又はモールドである。
【００１０】
前記プロセスは、前記前駆体の誘導加熱により前記溶融装入物を形成するステップを備え、例えば、最初にダイ又はモールドに入る溶融装入物の一部が、後でダイ又はモールドに入るものより高温であることを確保するためなど、前記誘導加熱は、例えば溶融装入物に温度プロファイルを与える。しかしながら、あらゆる所望の温度プロファイルが、原則的に達成することができる。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、ダイ又はモールドにおいて金属物品を鋳造するための鋳造装置又は設備であって、前記鋳造装置又は設備が、ダイ又はモールドと融解装置とを備え、該融解装置が、金属の溶融装入物の前駆体を保持するための容器と、金属の溶融装入物を形成するために前記容器内の前記前駆体を加熱するための加熱装置と、前記容器から前記ダイ又はモールドに金属の溶融装入物を移動させるための溶融金属移動アセンブリ（molten metal transfer assembly）とを有し、前記容器及びダイ又はモールドは、該ダイ又はモールドにただ１つの金属物品を形成するのに十分な装入物を充填するために、前記容器から前記ダイ又はモールドへの装入が、前記容器から溶融金属の装入物全体を実質的に消費し前記容器を空にするように適合させられる容量を有する前記鋳造装置又は設備が提供される。
【００１２】
前記加熱装置は、前記溶融金属移動アセンブリに取り付けることができる。前記融解装置は、該融解装置の装入が行われる装入位置と、前記融解装置から前記ダイ又はモールドに溶融装入物の移動が行われる充填位置との間で前記ダイ又はモールドに対して往復移動することができる。
【００１３】
前記装置又は設備は、不活性雰囲気の下で前記溶融装入物の形成が行われることを可能とするために、前記容器に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給を備えることができる。            
【００１４】
前記容器は、中空の円筒形の内部を有し、例えば中空のシリンダー又はスリーブの形態をしている。前記容器は、再利用可能であってもよい。また、好ましくは、前記容器は、使い捨てであり、ただ一回の使用のため使用後に捨てられる。前記容器が使い捨てである場合には、特に前記装置又は設備が異なる金属又は合金を有する物品を連続的に鋳造するのに使用される場合、１つの金属又は合金の装入物から別の金属又は合金の装入物への二次汚染が低減されることが理解されるであろう。
【００１５】
特有の構成において、前記容器は、中空のシリンダー又はスリーブであり、前記移動アセンブリは、前記ダイ又はモールドと係合するとともに前記ダイ又はモールドの装入開口部と連通して前記シリンダー又はスリーブを持ち上げるための伸縮自在のピストン装置である。より具体的には、前記移動アセンブリは、ダイ又はモールドに前記容器から溶融装入物を用いて充填する前に、ダイ又はモールドとロックして係合するように前記容器を持ち上げるのに使用するための伸縮自在の多段式ピストン装置を有する。本発明の特有の実施形態では、前記移動アセンブリが伸縮自在の多段式ピストン装置を有し、前記容器が前記中空のシリンダーであり、該シリンダーは、ほぼ真っ直ぐな態様である中空の内部を備えた前記移動アセンブリに支持され、そのようにして、溶融装入物をダイ又はモールドに移動させるように、シリンダー内の溶融装入物が中央ピストンの上方への移動時に上方へシリンダーから押し出されることを可能とするために、多段式装置の中央ピストンが、それと係合して滑動するとともにほぼ密閉して前記シリンダーの内部の中で上方へ移動可能であり、前記中央ピストンを取り囲む周囲のピストンは、その上端を、前記ダイ又はモールドの中へ装入開口部の周りにおいて前記ダイ又はモールドの下面に対して密閉して着座（seat）させるために、前記シリンダーを上方へ促すように上方へ移動することができる。従って、換言すれば、前記ピストン装置は、シリンダー又はスリーブに入るための、またそれと密閉して係合しその中で上方へ滑動するための中央ピストンを有し、前記ピストン装置は、ダイ又はモールドの装入開口部の周りにおいてダイ又はモールドと密閉して係合しシリンダー又はスリーブを上方へ促すために、中央ピストンを取り囲む周囲のピストンを有している。
【００１６】
特に、中央ピストンは、好ましくはシリンダー内の溶融装入物がすべてシリンダーからダイ又はモールドの中へ移動される場合にダイ又はモールドの装入開口部の周辺部と密閉して係合するためのシール面を備えたピストンヘッドを有する。従って、使用時に、前記物品を形成するために溶融装入物がダイ又はモールド内で凝固することを引き起こす又は可能にするステップは、一般的にピストンヘッドが前記開口部の周辺部と密閉して係合する間に行われる。
【００１７】
前記鋳造装置又は設備は、軽金属物品を鋳造するための生産施設において、原位置で組み立てられ本質的に固定した構成であってもよく、かかる場合には設備と見なすことができる。また、一般に、前記鋳造装置又は設備は、固定した構成ではなく１つの生産施設から別の生産施設へ移動可能であることが期待され、かかる場合には装置と見なすことができる。
【００１８】
前記融解装置は、鋳造装置又は設備の一部を形成するレール上を走行するための車輪を備え、該車輪は、使用時に前記容器に溶融装入物の前駆体を装入することが行われる装入位置と、前記融解装置がダイ又はモールドの中へ装入開口部と一直線上になる充填位置との間で前記融解装置を往復移動させることを可能とするためであり、前記容器が、ダイ又はモールドと密閉して接触するとともにそれと連通して上方へ持ち上げられ、また、前記容器内の前駆体を溶解することにより形成される溶融装入物が前記容器からダイ又はモールドの中へ移動され、それによりダイ又はモールドに溶融装入物を充填することを可能にする。
【００１９】
前記容器及びダイ又はモールドが前記に規定され説明されるように適合した容量を有するか否かに関わらす、本発明は、ダイ又はモールドにおいて金属物品を鋳造するための鋳造装置又は設備を意図しており、該鋳造装置又は設備は、ダイ又はモールドと融解装置とを組み合わせて備え、該融解装置は、金属の溶融装入物の前駆体を保持するための容器と、金属の溶融装入物を形成するために前記容器内の前記前駆体を加熱するための加熱装置と、前記容器から前記ダイ又はモールドに金属の溶融装入物を移動するための溶融金属移動アセンブリと有し、前記加熱装置は、前記金属移動アセンブリに取り付けられることが理解されるであろう。
【００２０】
この組み合わせの重要なサブアセンブリ（subassembly）は、金属の溶融装入物の前駆体を保持するための容器と、金属の溶融装入物を形成するために前記容器内の前記前駆体を加熱するための加熱装置と、容器からダイ又はモールドの中へ前記溶融装入物を移動するための溶融金属移動アセンブリとを有する融解装置であり、前記容器及び前記加熱装置はともに、前記溶融金属移動アセンブリに取り付けられる。
【００２１】
同様に、前記容器及びダイ又はモールドが前記に説明されるように適合した容量を有するか否かに関わらず、本発明は、ダイ又はモールド内で金属物品を鋳造するための鋳造装置又は設備を意図しており、該鋳造装置又は設備は、ダイ又はモールドと融解装置とを組み合わせて備え、該融解装置は、金属の溶融装入物の前駆体を保持するための容器と、金属の溶融装入物を形成するために前記容器内の前記前駆体を加熱するための加熱装置と、前記容器から前記ダイ又はモールドに金属の溶融装入物を移動するための溶融金属移動アセンブリとを有し、前記融解装置は、該融解装置の装入が行われる装入位置と、前記融解装置から前記ダイ又はモールドに溶融装入物の移動が行われる充填位置との間で前記ダイ又はモールドに対して往復移動することができることが理解されるであろう。
【００２２】
また、この組み合わせの重要なサブアセンブリは、金属の溶融装入物の前駆体を保持するための容器と、金属の溶融装入物を形成するために前記容器内の前記前駆体を加熱するための加熱装置と、容器からダイ又はモールドの中へ前記溶融装入物を移動するための溶融金属移動アセンブリとであり、前記融解装置は、前記融解装置の装入が行われる装入位置と、前記融解装置からダイ又はモールドの中へ溶融装入物の移動が行われる充填位置との間で往復移動することができる。
【００２３】
前記の通り、強調すべき本発明の重要な態様は、前記容器の容量が、ただ１つの物品を作り出すために、ダイ又はモールドに充填するのに必要な溶融装入物の大きさより大きくはなく、少なくともそれとほぼ適合していることである。このことは、ダイ又はモールドが、前記融解装置からただ１つの物品を形成するのに十分な溶融装入物を装入されるたびに、前記融解装置又は設備の前記容器が空にされることを意味する。
【００２４】
前記ダイ又はモールド装置（die or mould arrangement）は、再利用可能なダイ又はモールドを備えてもよい。具体的には、前記再利用可能なダイ又はモールドは、金属製のダイ又はモールド、好ましくは鋼製のダイ又はモールドであってもよい。特に、前記ダイ又はモールドは、再利用可能なマルチコアを有するセグメント化された（multi-core segmented）ダイ又はモールドである。
【００２５】
前記ダイ又はモールド装置は、鋳造温度までダイ又はモールドを加熱するための加熱装置を備える。該加熱装置は、１つ若しくはそれ以上の加熱コイルを有する誘導加熱装置である。
【００２６】
一方では前記融解装置が、他方では前記ダイ又はモールドが、１つ若しくはそれ以上の誘導加熱コイルを有するいずれの場合にも、前記加熱コイルは、そのための電気出力供給に電気的に接続される。特に、前記ダイ又はモールドは、複数の少なくとも２つの誘導コイルを有する加熱装置を備え、前記誘導コイルは、前記ダイ又はモールドの内部の表面に所望の温度プロファイルを与えるために独立して動作可能である。
【００２７】
本発明は、２つ若しくはそれ以上の鋳造装置又は設備を有する鋳造施設を提供することができ、前記施設は、前記に規定されるように金属の装入物を溶解するための２つ若しくはそれ以上の融解装置を有し、前記鋳造施設はまた、物品の鋳造が行われる同じ数のダイ又はモールド装置を有し、融解装置が共通の加熱電力供給を共有し、前記ダイ又はモールド装置が共通の加熱電力供給を共有しており、そのような共有を可能とするために、仮にそうであるとしても、ただ１つの融解装置又はただ１つの鋳造装置又は設備のためにそれぞれ必要とされるものほど大きくはない共通の加熱電力供給の使用を可能にするために一般的に十分に位相がずれているそれぞれの鋳造サイクルにて物品を鋳造するためである。
【００２８】
前記施設の前記装置は、各加熱装置が誘導加熱装置であり、前記加熱電力供給が電気出力供給である場合に特に適している。
【００２９】
前記に規定されるような鋳造施設の使用中に、本発明の前記プロセスは、前記融解装置のそれぞれの容器内に溶融装入物を連続的に形成するために共有された一方の電力供給を使用すること、及び、位相がずれている鋳造サイクルにおいて、それぞれのダイ又はモールド装置を連続的に加熱するために共有された他方の電力供給を使用することを含む。
【００３０】
本発明は、非制限的な１つの実施例として、添付図面を参照しながら以下に説明される。
【００３１】
先ず、図面の図１を参照すれば、参照数字１０は、概括的に、本発明に基づいて軽金属からなる溶融装入物を形成するための融解装置に言及する。
【００３２】
融解装置１０は、軽金属からなる溶融装入物を保持するために、また軽金属からなる前記装入物の前駆体の加熱を容易にするために、円形断面を有する中空のシリンダー又はスリーブ１４の形態をした容器１２と、溶融装入物を形成するためにシリンダー又はスリーブ１４の内容物を加熱するための誘導コイル１８を有する誘導加熱装置１６と、シリンダー又はスリーブ１４から物品が鋳造されるダイ又はモールド（図１に示されていないが、図３から５を参照）に軽金属の溶融装入物を移動するための溶融金属移動アセンブリ２０を備えている。
【００３３】
融解装置１０はまた、シリンダー又はスリーブ１４の内部にアルゴンガスを供給するための不活性ガス供給２２を備え、それにより軽金属装入物の溶解が実質的に不活性雰囲気の下で行われ、また以下に説明されるようにそのための二次的なシールを形成するシリンダー又はスリーブ１４の下端又は基部に冷却を与える。
【００３４】
シリンダー又はスリーブ１４は、再利用可能である。シリンダー又はスリーブ１４は、軟鋼すなわち低炭素鋼から作られる。別の実施形態では、シリンダー又はスリーブ１４は、随意的に鋳鉄又はステンレス鋼から作られる。
【００３５】
使用時には、誘導コイル１６は、金属移動アセンブリ２０に取り付けられ、コイル１６は円筒部（barrel）６２に接続され、シリンダー又はスリーブ１４の内容物を加熱するために該シリンダー又はスリーブ１４を取り囲む。
【００３６】
前記移動アセンブリ２０は、シリンダー又はスリーブ１４から溶融装入物をダイ又はモールドに充填するより前に、ダイ又はモールドの下方へ面する装入開口部の周辺部とロックして係合するようにシリンダー又はスリーブ１４を持ち上げるのに使用するための伸縮自在に移動可能な多段式ピストン装置２４を備えている。多段式ピストン装置２４は、シリンダー又はスリーブ１４内の溶融装入物全体が、シリンダー又はスリーブ１４から前記ダイ又はモールドの中へ移動される場合に、開口部の周辺部とダイ又はモールドの中で密閉して係合させるための円錐形のシール面３１を備えたピストンヘッド３０を有する中央ロッド２８を備え、３つの入れ子式ピストンロッド２６、２７、２８を有する中央ピストンを組み込んでいる。多段式ピストン装置２４は、それの移動速度を制御するための、また、ピストンヘッド３０が前記ダイ又はモールドの前記装入開口部の周辺部と密閉して係合する場合に、シリンダー又はスリーブ１４内及びダイ又はモールド内の溶融装入物にピストンヘッド３０により及ぼされる上方への力を制御するための可変力及び速度制御装置（不図示）を有している。
【００３７】
従って、使用時に、シリンダー又はスリーブ１４が、前記移動アセンブリ２０に支持され、それにより、多段式ピストン装置２４は、ダイ又はモールドの中へ溶融装入物を移動し注入するために、シリンダー又はスリーブ１４内の溶融装入物が、ピストンロッド２６、２７、２８の上方への移動時に上方へシリンダー又はスリーブ１４から押し出されることを可能とするように、それと係合して滑動するとともに十分に密閉してシリンダー又はスリーブ１４の内部の中で移動可能である。
【００３８】
前記移動アセンブリ２０はまた、異なる直径を有する複数の同心の円筒部３２、３４、３５、３６及び３７を備えている。該円筒部３２、３４、３５、３６及び３７は、互いに及び互い内の入れ子に対して伸縮自在に垂直に移動可能である。
【００３９】
円筒部３２は、底の円筒部であり、シリンダー又はスリーブ１４に溶融装入物の前駆体を装入することが行われる装入位置と、融解装置１０が鋳造装置又は設備のダイ又はモールドの装入開口部と一直線上になる充填位置との間で融解装置１０を往復移動させるために図３−５の鋳造設備の一部を形成するレール３９上を走行するための車輪３８を有し、シリンダー又はスリーブ１４内の溶融装入物の前駆体を溶解させることにより形成される溶融装入物が、そこからダイ又はモールドの中へ移動され、それにより、一般にダイ又はモールドに溶融装入物を充填することを可能にする。円筒部３７は、一番上の円筒部であり、そこにシリンダー又はスリーブ１４の下端と密閉して係合するための溝部（不図示）を有する周囲に延び上方へ面するサポートリングを備える。円筒部３５はまた、誘導コイル１８が、シリンダー又はスリーブ１４を取り囲むように該シリンダー又はスリーブ１４を覆って配置される場合に支持される周囲に延び上方へ面するサポートリングを備える。
【００４０】
円筒部３７上の前記溝部により設けられるシールに加え、ガス供給２２を介して供給されるアルゴンガスが、溶融装入物の前駆体の溶解開始時にシリンダー又はスリーブ１４の下端に冷却を与え、形成される溶融装入物の一部が、ピストン装置２４と一番上の円筒部３７との間の領域内で、またシリンダー又はスリーブ１４の下端で、凝固することを可能とし、それにより前記溶融装入物から凝固した軽金属で形成される二次的なシールを与える。
【００４１】
次に、図面の図２を参照すれば、参照数字５０は、概括的に、本発明に基づいて軽金属物品を鋳造するための鋳造装置又は設備に言及する。同一部品は、特に明記されない限り、図１と同じ参照数字を付与する。
【００４２】
鋳造装置又は設備５０は、前述したような融解装置１０と、ダイ又はモールド５４及び加熱装置５６を有するダイ又はモールド装置５２とを備えている。
【００４３】
ダイ又はモールド５４は、マルチコアを有する又はセグメント化された再利用可能な鋼製のダイ又はモールドであって、凝固した物品が鋳造プロセスの終わりに取り外し可能に取り付けられたままであるトップコア（top core）５８と、それを通じて下からダイ又はモールド５４に装入する又は充填するために設けられる中心に位置する装入開口部又は通路６２を有するボトム又はフェイスコア（bottom -or face core）６０と、それぞれのピストン６６と連繋したセグメント化された環状の４つのサイドコア６４とを備え、サイドコア６４は、ダイ又はモールド５４にセグメント化された特徴を与える。ダイ又はモールド５４は、サイドコア６４のピストン６６に関して、またトップコア５８及び取り付けられるあらゆる軽金属鋳物（不図示）を上方へ残りのコアから離れて持ち上げることに関して、液圧で作動される。鋳造装置又は設備５０はまた、ダイ又はモールド用の液圧制御装置６７と、融解装置又は設備１０用の液圧制御装置６９とを有している。
【００４４】
トップコア５８は、鋳造プロセスの終わりにそこから前記物品をはずすための解放手段（release means）（不図示）と連繋される。
【００４５】
加熱装置５６は、ダイ又はモールド５４において所望の温度プロファイルを達成するために互いに独立して動作可能である誘導コイルをそれぞれ形成する６つの誘導巻線を備えている。従って、鋳造装置又は設備５０はまた、所望の温度プロファイルを達成するために加熱装置５６の加熱を監視するための、またそのためにそれぞれの電力供給８２及び８４（図３）にフィードバック制御を与えるための中央演算処理装置（ＣＰＵ）７０を有している。
【００４６】
鋳造装置又は設備５０はまた、融解装置又は設備１０の一部を形成する金属移動アセンブリ２０の車輪３８が走行できるレール（不図示）を有している。従って、融解装置１０は、融解装置１０に溶融装入物の前駆体を装入することが行われる（図２に示されるような）装入位置と、融解装置１０からダイ又はモールド装置５２のダイ５４に溶融装入物を移動することが行われる充填位置（図４及び５参照）との間でダイ装置１２に対して往復移動することができる。
【００４７】
次に、図面の図３を参照すれば、参照数字８０は、概括的に、本発明に係る鋳造施設に言及する。鋳造施設８０は、２つの鋳造装置又は設備５０を備え、それぞれが、軽金属の装入物を誘導溶解するための融解装置１０と、前記物品の鋳造がその中で行われるダイ又はモールド装置５２を有している。鋳造施設８０はまた、２つの融解装置１０のそれぞれに電源を別々に供給するための、例えば１００ｋＷの融解用の誘導加熱電力供給８２と、ダイ又はモールド装置５２に電源を別々に供給するための、また例えば１００ｋＷのダイ用の誘導加熱電力供給８４と、冷却流体を供給するための冷却塔（不図示）と、融解装置１０及びまたダイ又はモールド装置５２にパージガスを供給するためのガス供給制御ユニット８６とを有している。
【００４８】
鋳造施設８０は、２つの物品を位相がずれている鋳造サイクルを用いて同時に鋳造することを可能にし、融解装置１０は、共通の（common）誘導加熱電力供給８２を共有し、ダイ又はモールド装置５２は、共通の誘導加熱電力供給８４を共有することが理解されるであろう。その時、前記物品の鋳造が、このような共有を可能とするように十分に位相がずれているそれぞれの鋳造サイクルで行われる。従って、鋳造施設８０は、一方が、充填位置にあり鋳造するために使用される融解装置１０を有するのに対し、他方が、装入位置にあり軽金属の前駆体が装入される融解装置又は設備を有し、他方の鋳造装置又は設備５０において鋳造プロセスが完了されるとすぐに充填位置に往復移動される準備がされた状態で、交互の基礎上において使用することができるという点において、鋳造施設８０は準連続的な様式で作動することができることが理解されるであろう。
【００４９】
次に、図面の図４及び５を参照すれば、前述の鋳造装置又は設備５０の使用が、ＡＺ９１として当技術分野で周知であるマグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金からなる予備成形されたビレット又はインゴット９２の形態をした前駆体を使用してマグネシウム合金製ホイールリム９０の形態をした軽金属物品を鋳造することに関して表されている。前記ビレット又はインゴット９２は、装入位置にある連繋した融解装置１０を備えた前記ピストン装置２４上に配置される。シリンダー又はスリーブ１４は、ビレット又はインゴット９２上に配置され、そのようにして、シリンダー又はスリーブ１４の下端が、金属移動アセンブリ２０の一番上の円筒部３７にある前記溝部と密閉して係合する。誘導コイル１８は、金属移動アセンブリ２０の円筒部３５に接続され、それにより、シリンダー又はスリーブ１４とビレット又はインゴット９２とを所定の位置に配置することは、それらがコイル１８により囲まれるように行う。
【００５０】
ダイ装置５２は、ボトム又はフェイスコア６０と係合するようにトップコア５８を下げることにより鋳造するための準備がされる。次に、前記ダイを閉めるために、環状のサイドコアセグメント６４が、ピストン６６を使用して所定の位置に配置される。ＳＦ６体積で０．２％有するＳＦ６／ＣＯ２フラックスガス混合物（fluxing gas mixture）の形態をしたパージガスが、ダイ又はモールド５４の中へ供給され、ダイ又はモールド５４は、該ダイ又はモールド５４が、所定の動作温度に達し所望の温度プロファイルを有するまで、予め選択された周波数を使用する誘導加熱電力供給８４から供給される電気出力により誘導コイル６４を用いて加熱される。加熱速度は、電力供給８４からの入力を変えることにより、及び／又は、電力供給の周波数を変えることにより変更することができ、高い周波数が、高い加熱速度を生じさせる。また、環状のコイル６４は、前記温度プロファイルを達成するために、それに異なる電力供給を選択的に用いて作動することができる。
【００５１】
融解装置１０は、シリンダー又はスリーブ１４にＡＺ９１合金の前駆体の溶融装入物であるビレット又はインゴット９２を装入することが行われる装入位置から、融解装置又は設備１０がダイ又はモールド５４のボトム又はフェイスコア６０を通じて装入開口部６２と一直線上になる充填位置まで、鋳造装置又は設備５０のレール（不図示）上にある車輪３８を用いて往復移動される。シリンダー又はスリーブ１４は、液圧で円筒部３７を上げることによりボトム又はフェイスコア６０の下面と密閉して係合され、それはまた、円筒部３７に対してシリンダー又はスリーブ１４を密閉する。シリンダー又はスリーブ１４は、ＳＦ６／ＣＯ２パージ雰囲気によりパージされる。前記ビレット又はインゴット９２は、ＡＺ９１合金の溶融装入物が形成されるまで、ガス供給２２によりシリンダー又はスリーブ１４に導入されるパージ雰囲気の下で溶解される。その次に、アルゴンが、シリンダー又はスリーブ１４の下端において溶融装入物を冷却するための冷却雰囲気を与えるために用いられ、前記軽金属の多少半凝固した若しくは凝固した部分又はスプルー（不図示）の形態をした二次的なシールを形成する。
【００５２】
一旦、所望の動作温度及び温度プロファイルがダイ又はモールド５４において達せられ、該ダイ又はモールド５４は、液圧制御装置６７によってピストン６６を用いて圧力が固定されると、シリンダー又はスリーブ１４へのガス供給が止められ、前記溶融装入物が、ピストン装置２４を用いてシリンダー又はスリーブ１４からダイ又はモールド５４の中へ加圧下で移動され、それによりダイ又はモールド５４に前記溶融装入物を充填する。ダイ又はモールド５４の中ヘの前記溶融装入物の注入前及び注入中に、ダイ又はモールド５４は、ガス供給制御ユニット８６によって前記のＳＦ６／ＣＯ２パージ／フラックスガスを用いてパージされ、該ガスはまた、スリーブ１４及び前記溶融装入物がダイ又はモールド５４に入る場合にはダイ又はモールド５４の両方において前記溶融装入物の溶融表面を保護する。ピストンヘッド３０は、装入開口部６２の周辺部に対し密閉してロックし、ダイ又はモールド５４において前記溶融装入物への圧力を増加させるように部分的に装入開口部６２に入る。ダイ又はモールド５４は、冷却することが可能であり、融解装置又は設備１０は、ダイ又はモールド５４からはずされる。その次に、融解装置又は設備１０は、また装入位置へ往復移動される。
【００５３】
次に、ダイ又はモールド５４は、ピストン６６を用いて液圧で環状のサイドコアセグメント６４を互いから離すことにより開かれ、それにつけられた凝固したホイールリム９０を備えたトップコア５８が、制御装置６７を使用して引き上げられる。次に、ホイールリム９０は、解放手段（不図示）の一部を形成する下方へ指向したピンが、トップコア５８の上昇中にホイールリム９０を下方へ押し出すこと可能とすることにより、トップコア５８から取り外される又は解放される。
【００５４】
ピストン装置２４が下げられ、その後、アセンブリ２０の前記円筒部が引っ込められ、シリンダー又はスリーブ１４及びシリンダー又はスリーブ１４のための二次的なシールを形成した溶融装入物の凝固した部分又はスプルー（不図示）を取り除く。次に、使用されたシリンダー又はスリーブ１４が捨てられ、新しいシリンダー又はスリーブ１４が、新しいホイールリム９０を鋳造するために使用される。新しいホイールリム９０を鋳造するために、使用されたシリンダー又はスリーブ１４を捨てることと新しいシリンダー又はスリーブ１４を使用することは、異なる合金組成を有するビレット又はインゴットから順々に物品を実質的に途切れなく鋳造することを可能にし、同じ鋳造サイクルを使用するが、当然、適切な場合には異なる温度及び温度プロファイルを用いて、同じ合金組成からの鋳造より長い時間がかからないことが理解されるであろう。本発明の１つの実施形態では、融解装置又は設備１０は、二次汚染の恐れなく、以下の合金、すなわちＡＭ６０Ｂ（アルミニウム−マグネシウム−マンガン合金）、Ｇａｌｓｉ１２ｄｖ（アルミニウム−シリコン合金）、ＡＺ９１（マグネシウム−アルミニウム−マンガン−亜鉛合金）及びＧａｌｓｉ７（アルミニウム−シリコン合金）を代わるがわる有する合金製のホイールリムの鋳造を可能にする。
【００５５】
本発明の利点は、溶融装入物、例えばビレット又はインゴット９２のための前駆体の大きさが、ただ１つの物品、例えばただ１つのホイールリム９０を作り出すためにダイ又はモールド５４に装入する又は充填するのに必要とされる溶融金属装入物の量に適合されることである。従って、１つのホイールリムのために必要であるより実質的により多くの軽金属が溶解される当技術分野で一般に周知である鋳造プロセスに基づく軽金属物品又はホイールリム９０の鋳造と比較して、金属損失は、排除できないにしても低減される。
【００５６】
本発明の更なる利点は、融解装置１０及びまた鋳造装置又は設備５０は、必ずしも常置の構成である必要はなく、１つの生産施設から別の生産施設へ容易に移動可能であり、従って、鋳造装置又は設備５０は、鋳造されるべき前記物品の最終使用者近くに安く立てることができ、それにより輸送費などを低減することが期待されることである。
【００５７】
本発明の更なる利点は、鋳造装置又は設備５０が、それを作るためにあまりスペースを必要としないことである。例えば、前述したような鋳造装置又は設備５０は、およそ２３ｍ２の床面積を必要とするのみである。本プロセスはまた、前記プロセス又はその効率に悪影響を及ぼすことなく、電力供給を鋳造前に直ちに鋳造装置又は設備５０に供給する必要があるのみであり、ただ１つの物品の鋳造の終わりにスイッチを切ることができるということなど別の費用便益を与える。本発明の前記方法及び鋳造装置又は設備５０を使用する前記鋳造プロセス中に電源異常が生じた場合、損失は、プロセスが連続的で大量の金属が任意の時点で溶融する必要があり電源異常の場合にはそのすべてが凝固し得る一般的な鋳物工場と比べて、ただ１つのビレット又はインゴット９２を有するシリンダー又はスリーブ１４内の溶融装入物の損失と同じくらいの大きさである必要があることが理解されるであろう。実際に、損失は、原則的に、電力供給が回復するとシリンダー又はスリーブ１４の内容物をただ再溶解することにより完全に回避することができる。
【００５８】
更に、本発明に係る前記プロセスの更なる利点は、最適なプロセス条件を達成するために慣らし運転（running-in）を必要としないことである。ビレット又はインゴット９２などの前記軽金属の前駆体は、必要な組成及び金属組織で作られる。従って、ビレット又はインゴット９２などの前記前駆体は、在庫品とすることができる。ビレット又はインゴット９２の在庫から作り出されるホイールリム９０は、同様の金属組織を示し、従って同様の特性を示し、それにより品質管理が高められることが理解されるであろう。前記プロセスが１つの慣らし運転サイクル又は複数の慣らし運転サイクルを必要としないということは、あらゆる電力損失を除き、特定の数のビレット又はインゴット９２が、同等の数のホイールリム９０をもたらすことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のプロセスに基づいて軽金属の溶融装入物を形成するための本発明に係る融解装置の種々の構成要素の拡大概略側面図である。
【図２】本発明の方法に基づいて軽金属物品を鋳造するための本発明に係る鋳造装置又は設備の三次元図である。
【図３】本発明の方法に基づいて軽金属物品を鋳造するための本発明に係る図２の２つの鋳造装置又は設備を有する鋳造施設の三次元図である。
【図４】図２の鋳造装置又は設備を使用して本発明に基づいてマグネシウム合金製ホイールリムの形態をした軽金属物品を鋳造する方法を示す、図２の鋳造装置又は設備の一連の簡略化した概略側面図である。
【図５】図４により示されるマグネシウム合金製ホイールリムの形態をした軽金属物品を鋳造する方法を更に示す、図２の鋳造装置又は設備の別の一連の簡略化した概略側面図である。
【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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【国際調査報告】
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