(57)【要約】  金型にアルミニウムなどの溶融金属を充填する溶融金属ポンプ組立体（１０）及び方法。ポンプ組立体は、モータ（１４）をインペラ（２２）に連結する細長いシャフト（１６）を含む。インペラは、当該インペラの回転が、溶融金属をチャンバー内に入口（４８）で吸い込み、溶融アルミニウムをチャンバーの出口（５０）を通して押し出すように、ベース部材のチャンバー（１８）内に収納されている。第１の軸受（３６）が、第１の半径方向エッジ（３２）でインペラの回転を支持するようになっており、第２の軸受（３８）が、第１の半径方向エッジ（３４）でインペラの回転を支持するようになっている。バイパス間隙（６０）が、第２の軸受と第２の半径方向エッジとの間に介在する。溶融金属の流量及びヘッド圧力を操作するように、溶融金属はバイパス間隙を通じて所定流量で漏出し、これにより、流量の正確な制御が達成される。【選択図】図７
2014512480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に溶融金属を充填する溶融金属ポンプ組立体であって、
モータをインペラに連結する細長いシャフトを有し、
前記インペラは、該インペラの回転が、溶融金属をチャンバー内へ入口で吸い込み、溶融金属をチャンバーの出口から押し出すように、ベース部材の前記チャンバー内に収納され、
前記インペラは、第１の半径方向エッジを含み、前記第１の半径方向エッジは、前記細長いシャフトに隣接するように第２の半径方向エッジから離間され、
さらに、前記チャンバー内で前記インペラを取り囲む軸受組立体を有し、
前記軸受組立体は、
前記第１の半径方向エッジで前記インペラの回転を支持するようになった第１の軸受と、
前記第２の半径方向エッジで前記インペラの回転を支持するようになった第２の軸受と、
前記第１及び第２の軸受のうちの一方の部分と、関連した前記第１及び第２の半径方向エッジとの間に介在する、少なくとも１つのバイパス間隙と、を含み、
前記バイパス間隙は、前記溶融金属の流量及びヘッド圧力を操作するように機能することを特徴とする溶融金属ポンプ組立体。
【請求項２】
前記溶融金属は、前記インペラを回転させたときに、所定流量で前記バイパス間隙を通じて前記チャンバーから漏出する請求項１に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項３】
前記ベース部材は、前記バイパス間隙が前記第２の軸受と前記第２の半径方向エッジとの間の間隙であるように、第１の側と、対向する第２の側とを含む請求項１に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項４】
前記ベース部材は、前記インペラの第２の周辺円周部が、前記第２の半径方向エッジに隣接し、且つ前記ベース部材の底部分とほぼ整合するように、前記インペラ、前記細長いシャフト及び前記モータを支持するようになっている請求項１に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項５】
前記インペラは、第１の周辺円周部及び第２の周辺円周部を含み、前記細長いシャフトが前記インペラの前記第１の周辺円周部とほぼ垂直である請求項１に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項６】
前記入口は、前記第１の周辺円周部に配置され、且つ溶融金属を前記チャンバーに伝えるようになった複数の開口部を含む請求項５に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項７】
前記開口部は、前記第１の周辺円周部から前記インペラの側壁に向かって延びる複数のボアからなる請求項６に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項８】
前記バイパス間隙は、前記インペラの前記回転速度が増加するにつれて、前記出口での関連した前記溶融金属のヘッド圧力を減少させるようになっている請求項１に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項９】
金型に溶融金属を充填する溶融金属ポンプ組立体であって、
モータをインペラに連結する細長いシャフトを有し、
前記インペラは、該インペラの回転が、溶融金属をチャンバー内に入口で吸い込み、溶融金属をチャンバーの出口から押し出すように、ベース部材の前記チャンバー内に収納され、
前記インペラは、第１の周辺円周部に隣接した第１の半径方向エッジを含み、前記第１の半径方向エッジは、前記細長いシャフトが前記第１の周辺円周部にしっかり取り付けられるように、第２の周辺円周部に隣接する第２の半径方向エッジから離間され、
さらに、前記チャンバー内で前記インペラを取り囲む軸受組立体を有し、
前記軸受組立体は、
前記第１の半径方向エッジで前記インペラの回転を支持するようになった第１の軸受と、
前記第２の半径方向エッジで前記インペラの回転を支持するようになった第２の軸受と、
前記チャンバーと大気との間を連通させるために前記第２の周辺円周部に設けられた、少なくとも１つのバイパス間隙と、を含み、
前記バイパス間隙は、前記溶融金属の流量及びヘッド圧力を制御するように機能することを特徴とする溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１０】
前記バイパス間隙は、前記第２の周辺円周部の一部分のまわりに延びる請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１１】
前記バイパス間隙は、前記インペラの全周に延びる請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１２】
前記バイパス間隙は、前記チャンバーと前記ベース部材の外部大気との間の連通のための、前記第２の周辺円周部を貫いて延びる複数の開口部を含む請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１３】
前記溶融金属は、前記インペラが回転されたときに、所定流量で前記バイパス間隙を通じて前記チャンバーから漏出する請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１４】
前記バイパス間隙は、前記溶融金属の流量が前記出口の中で増加されるにつれて、関連した前記溶融金属のヘッド圧力を減少させるようになっている請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１５】
前記バイパス間隙は、前記インペラの回転速度が増加されるにつれて、前記出口で関連した前記溶融金属のヘッド圧力を減少させるようになっている請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１６】
前記バイパス間隙は、前記溶融金属が、金属ラインより上の約１．５フィートのヘッドに、又は前記インペラの毎分８５０〜１０００回の回転数に、静的に保持されるように、前記ポンプ組立体を調整するように機能する請求項９に記載の溶融金属ポンプ組立体。
【請求項１７】
金型に溶融金属を充填する方法であって、
チャンバー内でインペラを回転させ、
溶融金属を前記インペラによって前記チャンバー内へ移送し、
前記インペラの回転速度に対してヘッド圧力を調整するために、溶融金属の所定部分を、少なくとも１つのバイパス間隙を通じて前記チャンバーから外部環境に漏出させ、
関連した金型に前記溶融金属を充填する、
ことを特徴とする金型に溶融金属を充填する方法。
【請求項１８】
前記関連した金型に溶融金属が充填される間に、前記インペラの前記回転速度を調整することをさらに有する請求項１７に記載の金型に溶融金属を充填する方法。
【請求項１９】
前記関連した金型に前記溶融金属が充填される間に、プログラム可能な金型充填プロファイルに従って、溶融金属のヘッド圧力及び流量を制御することをさらに有する請求項１７に記載の金型に溶融金属を充填する方法。
【請求項２０】
前記バイパス間隙は、前記チャンバーと前記インペラとの間に配置される請求項１７に記載の金型に溶融金属を充填する方法。
【請求項２１】
金型に溶融金属を充填する方法であって、
チャンバー内でインペラを回転させ、
溶融金属を前記インペラによって前記チャンバー内に移送し、
溶融金属の一部分を、前記チャンバー内又はその下流で、少なくとも１つのバイパス間隙を通じて、外部環境に漏出させ、
関連した金型に前記溶融金属を充填する、
ことを特徴とする金型に溶融金属を充填する方法。
【請求項２２】
溶融金属を少なくとも１つの金型に移送するシステムであって、
機械式ポンプを配置した少なくとも１つの炉と、
関連した前記金型のプログラム可能な充填プロファイルに従って、インペラの毎分回転数を制御するコントローラと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２３】
溶融金属を少なくとも１つの金型に移送するシステムであって、
少なくとも１つの炉と、
ポンプ組立体と、
を有し、
前記ポンプ組立体は、前記少なくとも１つの炉内にあって、前記溶融金属を、当該ポンプ組立体と関連した前記少なくとも１つの金型に移送し、
前記ポンプ組立体は、
シャフトと、
前記シャフトに結合され、前記溶融金属を前記少なくとも１つの金型に導くようになったインペラと、
前記溶融金属を前記少なくとも１つの金型に移送する間に、前記溶融金属の所望流量又は圧力を得るためのプログラム可能な充填プロファイルに従って、前記インペラの回転速度を調整するコントローラと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２４】
前記プログラム可能な充填プロファイルは、前記少なくとも１つの金型の形状と関連付けられている請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
容器に溶融金属を充填する方法であって、
前記溶融金属を炉に移送し、
インペラを前記炉内で回転させ、前記溶融金属の流れを前記容器に導き、
前記溶融金属の所望の流量又は圧力を得るためのプログラム可能な充填プロファイルに従って、前記インペラの回転速度を調整し、
前記溶融金属を前記容器に移送する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記容器は、金型であり、
前記プログラム可能な充填プロファイルは、前記金型の幾何学的な容積と関連付けられている請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記インペラの前記回転速度を調整することは、少なくとも一部が前記溶融金属の測定圧力に基づかれる請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
溶融金属を溶融金属浴から容器に移送するポンプ組立体であって、
シャフトと、
前記シャフトに結合され、前記溶融金属を前記容器への移送のためのライザーに導くように構成されたインペラと、
前記ライザー内の前記溶融金属を前記溶融金属浴より上に選択的且つ静的に位置決めするように構成されたポンプと、
を有することを特徴とするポンプ組立体。
【請求項２９】
溶融金属を容器に移送するポンプ組立体であって、
シャフトと、
前記シャフトに結合され、前記溶融金属を前記容器に導くように構成されたインペラと、を有し、
前記ポンプの体積流量とヘッド圧力との関係により、前記インペラの毎分回転数を増加させて、前記ヘッド圧力の減少及び前記体積流量の増加をもたらし、
前記溶融金属を前記容器に移送する間に、前記溶融金属の所望流量又は圧力を得るためのプログラム可能な充填プロファイルに従って、前記インペラの回転速度を制御するコントローラをさらに有することを特徴とするポンプ組立体。
【請求項３０】
前記プログラム可能な充填プロファイルは、前記容器の形状と関連付けられている請求項２９に記載のポンプ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な本実施形態は、溶融金属を送り出すポンプ組立体に関する。本実施形態は、金型に溶融金属を充填する可変の圧力ポンプのためのシャフト及びインペラ組立体に関連して特定の適用を見出し、それを特に参照して説明されよう。しかしながら、当然ながら、例示的な本実施形態は、他の同様な適用にも修正可能であろう。
【背景技術】
【０００２】
ときどき、金属を液体又は溶融形態で移動させる必要がある。溶融金属ポンプは、溶融金属を、パイプ系統の中に、又は貯蔵容器内で、移送又は再循環させるように利用される。そのようなポンプは、一般的に、回転可能な細長いシャフトを有するベース部材によって支持されたモータを含み、シャフトは、溶融金属域内へ延び、インペラを回転させる。ベース部材は、溶融金属内に沈められており、インペラを配置させたハウジング又はポンプチャンバーを含む。モータは、ベース部材に取り付けられた複数の構造上の支柱又は中央支持管にしっかり取り付けられたプラットフォームによって支持される。複数の構造上の支柱及び回転可能な細長いシャフトは、モータから、溶融金属内に沈められたポンプチャンバーの中へ延び、インペラは溶融金属内で回転される。溶融金属内でのインペラの回転は、溶融金属の有向流れを生じさせる。
【０００３】
インペラは、基礎部材のチャンバー内に取り付けられていると共に、耐摩耗面として作用し、且つ円滑な回転を可能にする軸受リングによって支持されている。また、ポンプの構成要素の非効率又は故障をも引き起こすことがあるポンプ組立体の過剰な振動を防ぐために、細長いシャフト又はインペラにラジアル軸受表面が設けられることがある。これらのポンプは伝統的に遠心ポンプと呼ばれていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遠心ポンプは溶融金属を送り出すように十分に作動するが、遠心ポンプは、金型に溶融金属を充填する手段として受け入れられて来なかった。むしろ、この仕事は、電磁ポンプ、加圧炉及びラデリング（ｌａｄｅｌｉｎｇ）に任されていた。公知の遠心ポンプは、一般的に、インペラの回転速度を調整することで、溶融金属の流量及び圧力を制御する。しかしながら、この制御機構は、溶融金属を成形金型のような金型に移送しようとする際に、溶融金属の流量及び圧力の不安定な制御を経験する。込み入った又は複雑に形成された道具又は部品のための成形金型に充填しようとする際に、成形金型内への溶融金属の流量の不安定な制御は特に一般に行われる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態では、本開示は、金型に溶融金属を充填する溶融金属ポンプ組立体に関する。ポンプ組立体は、モータをインペラに連結する細長いシャフトを有する。インペラは、当該インペラの回転が、溶融金属をチャンバー内に入口で吸い込み、溶融金属をチャンバーの出口から押し出すように、ベース部材のポンプチャンバー内に収納されている。インペラは、第１の半径方向エッジを含み、第１の半径方向エッジは、第１の半径方向エッジが細長いシャフトに隣接するように、第２の半径方向エッジから離間されている。軸受組立体が、チャンバー内でインペラを取り囲み、軸受組立体は、第１の半径方向エッジでインペラの回転を支持するようになった第１の軸受と、第２の半径方向エッジでインペラの回転を支持するようになった第２の軸受と、を含む。少なくとも１つのバイパス間隙が、第１及び第２の軸受のうちの一方と、関連した第１及び第２の半径方向エッジとの間に介在する。バイパス間隙は、溶融金属の流量及びヘッド圧力を操作するように機能する。インペラを回転させるときに、溶融金属が所定流量でバイパス間隙を通してチャンバーから漏出し、これにより、流量の正確な制御が達成される。
【０００６】
本開示の他の実施形態では、金型に溶融金属を充填する方法を提供する。その方法は、チャンバー内でインペラを回転させることからなる。溶融金属は、インペラを通してチャンバーの中へ移送される。溶融金属の所定部分が、少なくとも１つのバイパス間隙を通して、チャンバーからベースの外部に漏出する。漏出量は、インペラの回転速度に対してヘッド圧力の正確な調整を可能にする。関連した金型は、溶融金属で充填され、プログラム可能な制御プロファイルによって制御される。
【０００７】
本開示のさらに他の実施形態によれば、金型に溶融金属を充填する溶融金属ポンプ組立体を提供する。ポンプ組立体は、モータをインペラに連結する細長いシャフトを有する。インペラは、当該インペラの回転が、溶融金属をチャンバー内に入口で吸い込み、溶融金属をチャンバーの出口から押し出すように、ベース部材のチャンバー内に収納されている。インペラは、第２の周辺円周部に隣接した第２の半径方向エッジから離間され、第１の周辺円周部に隣接した第１の半径方向エッジを含み、それにより、細長いシャフトは第１の周辺円周部にしっかりと取り付けられる。
【０００８】
軸受組立体は、チャンバー内でインペラを取り囲み、そして、第１の半径方向エッジでインペラの回転を支持するようになった第１の軸受と、第２の半径方向エッジでインペラの回転を支持するようになった第２の軸受と、を有する。少なくとも１つのバイパス間隙が、チャンバーと周囲環境との間に流体連通を提供するために、第２の周辺円周部に設けられる。バイパス間隙は、溶融金属の流量及びヘッド圧力の正確な制御が出口で提供されるように、所定量の溶融金属をチャンバーから漏出させるように機能する。
【０００９】
本開示の一つの態様は、複雑な金型に充填する溶融金属ポンプの組立体及びその使用方法であり、これにより、バイパス間隙は、より正確な流量制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術の溶融金属ポンプ組立体の正面図である。
【図２】溶融金属ポンプ組立体の一部分、即ち、ベース部材のチャンバー内でインペラに取り付けられた細長いシャフトを含む部分の断面図である。
【図３】細長いシャフト及びインペラの斜視図である。
【図４】インペラの端面図である。
【図５】細長いシャフトの正面図である。
【図６】ベース部材の断面図である。
【図７】図２に描かれたベース部材のチャンバー内でインペラに取り付けられた細長いシャフトの分解断面図である。
【図８】ポンプ組立体のインペラの毎分回転数（ＲＰＭ）に対する、出口での溶融金属の圧力と溶融金属の流量との関係を示すグラフである。
【図９】毎分回転数と、プログラム可能な金型充填プロファイルに関連した時間との例示的な関係を示すグラフである。
【図１０】複雑な金型と関連した、例示的なプログラム可能な金型充填プロファイルのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
当然ながら、詳細な図は、例示的な実施形態を説明することのみを目的としており、限定するものではない。また、当然ながら、図面は正確な縮尺ではなく、説明の明確化及び簡素化の目的から、或る構成要素の一部は誇張される場合がある。
【００１２】
図１を参照すると、溶融金属１２の浴の中に沈められた溶融金属ポンプ組立体１０の一例が示されている。アルミニウムなどの溶融金属１２は、炉又はタンク（図示せず）の中に配置されることがある。溶融金属ポンプ組立体１０は、カップリング１７を介して細長いシャフト１６に連結されたモータ１４を含む。モータは、コンピュータやその他のプロセッサなどのプログラム可能なコントローラ１９によって、可変の速度で運転されるようになっている。細長いシャフト１６は、ベース部材２０のチャンバー１８内に配置されたインペラ２２に連結されている。ベース部材２０は、モータマウント２６に取り付けられた複数の耐火性支柱２４によってつり下げられている。耐火性シースによって取り囲まれたスチール製の棒がモータマウントとベース部材２０との間に延在する、といった他の形態の支柱を採用してもよい。
【００１３】
細長いシャフト１６は、モータ１４によって回転され、モータ１４から、インペラ２２が内部で回転される溶融金属１２内に沈められたポンプチャンバー１８の中に延在している。溶融金属内でのインペラ２２の回転は、流体金属流れに適した、ライザーなどの関連した金属送出し導管（図示せず）の中に、溶融金属１２の有向流れを引き起こす。金属送出し導管システム用のライザーは、典型的にはベース部材の側壁又は上壁に隣接したポンプチャンバー１８の出口に接続される。これらのタイプのポンプは、しばしば移送ポンプと呼ばれる。適当な移送ポンプの一例は、米国特許第５，９４７，７０５号に示されており、その記載をここに援用する。
【００１４】
図２乃至６を参照すると、本開示に係る溶融金属ポンプ組立体１０の構成要素が描かれている。より詳しくは、細長いシャフト１６は、ベース部材２０にほぼ垂直な回転軸線を有する円筒形状を有する。細長いシャフト１６は、カップリング１７によってモータ１４に取り付けられるようになった近位端２８、及びインペラ２２に連結される遠位端３０を有する。モータ１４の作動によって、インペラ２２をポンプチャンバー１８内で回転させる細長いシャフト１６を回転させるように、インペラ２２は、ポンプチャンバー１８内に回転可能に位置している。
【００１５】
ベース部材２０は、インペラ２２を受け入れるポンプチャンバー１８を構成する。ベース部材２０は、耐火性支柱２４（任意に、保護用の耐火性シース内の細長い金属棒から構成される）を通路３１内に構造的に受け入れるように構成されている。各通路３１は、モータマウント２６にしっかり取り付けるため、耐火性支柱２４の金属棒構成要素を受け入れるようになっている。モータマウント２６は、モータ１４を溶融金属１２より上に支持する。
【００１６】
一つの実施形態では、インペラ２２には、第１の半径方向エッジ３２が構成され、第１の半径方向エッジ３２は、第２の半径方向エッジ３４から軸方向に離間されている。第１及び第２の半径方向エッジ３２、３４は、インペラ２２の円形の周辺に配置されている。ポンプチャンバー１８は、第１の軸受リング３６を第２の軸受リング３８から軸線方向に間隔を隔てて、軸受組立体３５を含む。第１の半径方向エッジ３２は、第１の軸受リング３６と向かい合って整合し、第２の半径方向エッジ３４は、第２の軸受リング３８と向かい合って整合している。軸受リングは、高い摩擦力による周期的な破損を防ぐために、高温での摩擦支承性を有する、炭化ケイ素などの材料で作られている。ポンプ組立体１０を少なくとも実質的に振動させないように、軸受は、ベース部材内でインペラ２２の回転を支持するようになっている。インペラの半径方向エッジは、同様に、炭化ケイ素などの材料で構成されるのがよい。例えば、インペラ２２の半径方向エッジは、炭化ケイ素の軸受リングで構成されるのがよい。
【００１７】
一つの実施形態では、インペラ２２は、第２の周辺円周部４４から軸線方向に離間された第１の周辺円周部４２を含む。細長いシャフト１６は、第１の周辺円周部４２でインペラ２２に取り付けられる。第２の周辺円周部４４は、第１の周辺円周部４２から反対方向に離間されており、且つベース部材２０の底部分４６と整合している。第１の半径方向エッジ３２は、第１の周辺円周部４２に隣接しており、第２の半径方向エッジ３４は、第２の周辺円周部４４に隣接している。
【００１８】
一つの実施形態では、第２の周辺円周部４４に底入口４８が設けられる。より詳しくは、入口は、インペラ２２の鳥かご式の円環からなる。もちろん、入口は、羽根、ボア、円環（「鳥かご」）、又は当該技術で公知の他の組立体で形成されてもよい。また、トップフィード式のポンプ組立体又はトップフィード式とボトムフィード式との組み合わせ組立体を使用してよいものとする。
【００１９】
以下の説明から明らかになるように、ボア付き又は鳥かご式のインペラは、ポンプチャンバー１８とともに作られる、設計公差（又はバイパス間隙）を許容する明確な半径方向エッジを含むので、有利となるだろう。ボア付きインペラの一例は、米国特許第６，４６４，４５８号に提示されており、その記載をここに援用する。
【００２０】
インペラ２２の回転は、溶融金属１２を入口４８及びチャンバー１８に吸い込み、インペラ２２の連続する回転により、溶融金属１２を、ポンプチャンバー１８からベース部材２２の出口５０に押し出す。
【００２１】
図６を参照すると、軸受組立体３５は、第２の軸受リング３８をベース部材２０の底部分４６に連結するように構成されたベースリング軸受アダプター５２を含む。ベースリング軸受アダプター５２は、ディスク体５６にしっかりと取り付けられた半径方向フランジ部分５４を含み、ベース部材２０の底部分４６に沿って種々のサイズの軸受リングを支持するように機能する。半径方向フランジ部分５４は、ポンプチャンバー１８に隣接し、ディスク体５６にほぼ垂直である。
【００２２】
図７は、ベース部材２０内に配置されたインペラ２２を図示している。チャンバー１８内のインペラ２２に回転及び構造上支持を提供するために、厳密な公差が、インペラ２２の半径方向エッジ３２と第１の軸受リング３６との間に維持される。ベースリング軸受アダプター５２は、ほぼ円形であり、第２の軸受リング３８を受け入れるように構成されている。軸受リング３８とインペラ２２の半径方向エッジ３４との間に所望サイズのバイパス間隙６０が設けられるように、種々のサイズのベースリング軸受アダプター５２及び軸受リングが、インペラ２２と相互作用するようにベース部材に設けられてもよい。任意に、第１の半径方向エッジ３２と第１の軸受リング３６との間にバイパス間隙６０を設けてもよいことが考えられる。
【００２３】
一つの実施形態では、バイパス間隙６０は、第２の軸受リング３８の一部分と第２の半径方向エッジ３４との間に介在する。例えば、バイパス間隙６０は、第２の軸受リング３８の少なくとも一部分とインペラ２２の第２の半径方向エッジ３４との間に介在する、半径方向の隙間である。半径方向の隙間は、溶融金属１２の所定漏出量を見込むように変更しうる、設計された公差である。
【００２４】
このことについて、潤滑間隙６２が、インペラ２２の半径方向エッジ３２と、ベース部材２０内に配置された軸受リング３６との間に存在するものとする。潤滑間隙は、低摩擦境界を提供する、溶融金属を保持するように設けられた隙間である。潤滑間隙は、関連した合金の構成物質に応じて変更してもよい。バイパス間隙は、潤滑間隙の少なくとも約１．２５倍の幅（つまりインペラとベース部材との距離）や、潤滑間隙の約１．５〜６倍の幅や、潤滑間隙の約２〜４倍の幅や、そのような範囲の任意の組み合わせの幅を有する。
【００２５】
また、比較的厳密な公差の領域に比較的大きなバイパス間隙幅の範囲が散在する、不連続な間隙幅を採用してもよいものとする。
【００２６】
例えば、バイパス間隙６０は、インペラ２２の周囲に放射状に配置された、複数の取り外し可能なセグメント歯又は柱であってもよく、これにより、複数の歯は軸受リング３８との接触をインペラ２２の回転中に維持し、歯の間に介在する半径方向の隙間は所定量で溶融金属１２の漏出を可能にするように構成される。別の実施形態では、チャンバー１８及びベース部材の外側の環境との間で流体連通を可能にするために、バイパス間隙６０は、インペラ２２の第１の周辺円周部４２に配置される複数の開口部によって提供されてもよい。さらに、少なくとも１つのバイパス間隙を、出口５０に隣接してポンプチャンバー１８内でインペラ２２の下流に設けてもよい、或いは、ライザー内に配置してもよいと考えられる。このタイプのバイパス間隙は、ポンプ組立体の構成要素に開けられた穴からなってしてもよい。要するに、設計された漏出経路をポンプ組立体の任意の場所に設けることによって、複雑な金型に充填する上で機能する溶融金属ポンプを提供することが実現可能である。
【００２７】
バイパス間隙６０は、溶融金属１２の流量及びヘッド圧力を操作するように機能する。バイパス間隙６０により、溶融金属を、ポンプチャンバー１８からベース部材２０の外側の環境に所定量で漏れ出させる。ポンプ組立体１０の作動中のポンプチャンバー１８からの溶融金属１２の漏出により、関連したユーザが、関連した金型に供給される溶融金属１２の流量又は容量を微調整する。バイパス間隙６０からの溶融金属１２の漏出量は、溶融金属１２の移送の制御性を改善し、漏出速度は、少なくとも一部は溶融金属１２の粘性係数によるものである。つまり、一つの実施形態では、溶融金属１２の粘性が減少すると、バイパス間隙６０のサイズも、溶融金属１２の最適な漏出量を得るために減少させるだろう。
【００２８】
一つの実施形態では、第２の軸受リング３８が軸受組立体３５内の第１の軸受リング３６よりも大きな内径を有するように、バイパス間隙６０は第２の軸受リング３８によって提供される。このことについて、上記の半径方向エッジ３４と第２の軸受リング３８との間に、より大きな隙間がある。別の実施形態では、インペラ２２の第２の半径方向エッジ３４が第１の半径方向エッジ３２よりも小さな直径を有するように、バイパス間隙６０はインペラ２２によって提供される。ここで、バイパス間隙が第２の軸受リング３８と第２の半径方向エッジ３４との間に存在する限りにおいて、第１の半径方向エッジ３２は、比較的狭い潤滑間隙を形成するように、ポンプチャンバー１８内の第１の軸受リング３６に隣接して配置され、且つ回転可能に支持される。もちろん、上側の間隙が、上述した寸法を逆にすることによって作られてもよい。
【００２９】
一つの実施形態では、ポンプ組立体は、出口５０からライザーの中に送り出される溶融金属１２を、溶融金属１２の域より約１．５フィートのヘッド圧力に、静的に位置決めする能力を含む。一つの実施形態では、溶融金属が溶融金属１２の域より約１．５フィートに静的に保持されるように、インペラは、毎分約８５０〜１０００回回転する。溶融金属１２の流量が増加されるにつれて、インペラ２２の毎分回転数の増加によってヘッド圧力を減少させるように、バイパス間隙６０は、ポンプ１０の体積流量及びヘッド圧力の関係を操作する。この関係は、図８中のグラフに概略的に描かれている。
【００３０】
関連した金型に供給される溶融金属１２の量に対する正確な制御は、バイパス間隙６０を軸受組立体３５とインペラ２２との間に位置決めすることによって達成される。より詳しくは、一つの実施形態では、モータ１４は、図９によって示されるように、プログラム可能な指令回転数プロファイルによって作動される。指令回転数プロファイルは、インペラを回転させ、且つ、溶融金属を出口５０から金属送出し導管へ押し入れるべく、金属送出し導管の出口が関連した金型に適するように、モータと電通するコントローラにプログラムされる。プログラム可能な指令回転数プロファイルは、関連した金型の体積流量及び形状と関係して、モータへの信号を変化させる。
【００３１】
図１０を参照すると、一つの実施形態では、関連した金型（図示せず）は、アルミニウムなどの溶融金属で充填されるべく、一般的に複雑な幾何学的領域又はライザーを含む。金属送出し導管又はライザー（図示せず）は、関連した金型に、ポンプ組立体１０からアルミニウムを充填するようになっている。図１０に示されるように、ポンプ組立体１０は、関連した金型の内側の幾何学的容積と関連付けられた、指令回転数プロファイルでプログラムされている。このプロファイルは、モータ１４の指令電圧を制御して、所定時間で成形金型の限界１〜５に従って、関連した金型に充填するために、所定回転速度でインペラ１２を回転させる。より詳しくは、バイパス間隙６０は、関連した金型に対する溶融金属１２の必要なヘッド圧力を提供するのに必要な、指令回転数の大きさの増加を実現する。ポンプ組立体１０により供給される溶融金属１２の量の微調整が達成されるので、この組立体及び方法は、込み入った幾何学的構成を有する金型の中で複雑な部分を形成するために、関連した金型に充填するときに有利である。ここに記載されたポンプ組立体を用いて鋳造するのに適した鋳造部品の例は、エンジンブロック、ホイール、及びシリンダーヘッドを含むが、これらに限定されない。
【００３２】
例示的な実施形態を、好適な実施形態を参照して説明した。明らかに、他人は、前述の詳細な説明を読んで理解することで、修正及び変更を思い付くだろう。例示的な実施形態は、修正及び変更が添付の特許請求の範囲又はそれと同等のものの範疇に入る限りにおいて、そのような全ての修正及び変更を含むものとして解釈すべきである。
【図１】
2014512480.tif 000003
【図２】
2014512480.tif 000004
【図３】
2014512480.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014512480.tif 000007
【図６】
2014512480.tif 000008
【図７】
2014512480.tif 000009
【図８】
2014512480.tif 000010
【図９】
2014512480.tif 000011
【図１０】
2014512480.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月20日(2013.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を溶融金属で充填する溶融金属用のポンプ組立体であって、
モータをインペラに接続する細長いシャフトを有し、
前記インペラは、当該インペラの回転が、溶融金属をチャンバー内に入口で引き込み、溶融金属を前記チャンバーの出口から押し出すように、ベース部材の前記チャンバー内に収納され、
前記インペラは、第１の径方向エッジが前記細長いシャフトに隣接するように、第２の径方向エッジから離間された前記第１の径方向エッジを含み、
さらに、前記インペラを前記チャンバー内で取り囲む軸受組立体を有し、
前記軸受組立体は、
前記インペラの回転を前記第１の径方向エッジで支持するように構成された第１の軸受と、
前記インペラの回転を前記第２の径方向エッジで支持するように構成された第２の軸受と、
前記第１及び第２の軸受のうちの一方の部分と、関連する前記第１及び第２の径方向エッジとの間に介在する、少なくとも１つのバイパス間隙と、を含み、
前記バイパス間隙は、前記溶融金属の流量及び上部圧力を操作するように機能することを特徴とする溶融金属用のポンプ組立体。
【請求項２】
溶融金属を少なくとも１つの金型に移送するシステムであって、
機械式ポンプを配置した少なくとも１つの炉と、
関連した前記金型のプログラム可能な充填プロファイルに従って、インペラの毎分回転数を制御するコントローラと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項３】
溶融金属を少なくとも１つの金型に移送するシステムであって、
少なくとも１つの炉と、
ポンプ組立体と、
を有し、
前記ポンプ組立体は、前記少なくとも１つの炉内にあって、前記溶融金属を、当該ポンプ組立体と関連した前記少なくとも１つの金型に移送し、
前記ポンプ組立体は、
シャフトと、
前記シャフトに結合され、前記溶融金属を前記少なくとも１つの金型に導くようになったインペラと、
前記溶融金属を前記少なくとも１つの金型に移送する間に、前記溶融金属の所望流量又は圧力を得るためのプログラム可能な充填プロファイルに従って、前記インペラの回転速度を調整するコントローラと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項４】
容器に溶融金属を充填する方法であって、
前記溶融金属を炉に移送し、
インペラを前記炉内で回転させ、前記溶融金属の流れを前記容器に導き、
前記溶融金属の所望の流量又は圧力を得るためのプログラム可能な充填プロファイルに従って、前記インペラの回転速度を調整し、
前記溶融金属を前記容器に移送する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記容器は、金型であり、
前記プログラム可能な充填プロファイルは、前記金型の幾何学的な容積と関連付けられている請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記インペラの前記回転速度を調整することは、少なくとも一部が前記溶融金属の測定圧力に基づかれる請求項４に記載の方法。
【請求項７】
溶融金属を容器に移送するポンプ組立体であって、
シャフトと、
前記シャフトに結合され、前記溶融金属を前記容器に導くように構成されたインペラと、を有し、
前記ポンプの体積流量とヘッド圧力との関係により、前記インペラの毎分回転数を増加させて、前記ヘッド圧力の減少及び前記体積流量の増加をもたらし、
前記溶融金属を前記容器に移送する間に、前記溶融金属の所望流量又は圧力を得るためのプログラム可能な充填プロファイルに従って、前記インペラの回転速度を制御するコントローラをさらに有することを特徴とするポンプ組立体。
【国際調査報告】
2014512480.tif 000013
2014512480.tif 000014