JP2018153864A - ダイカスト金型を排気するためのバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト金型を排気するためのバルブ装置において、大きな排気力を実現可能としつつ、単純な構成を有し、信頼性良く作動し、閉鎖時間を極めて僅かとするバルブ装置の提供。【解決手段】バルブ装置（１）は、バルブハウジング（２）と、入口及び出口間で延在する排気ダクトとを備える。排気ダクト内には、鋳造材料で作動する受力要素（10）、並びに受力要素（10）に作動接続された少なくとも２個の排気バルブが配置されている。各排気バルブは、１個のバルブピストン（19，25）を有する。受力要素（10）には、半径方向突起（14，15）が設けられ、これら半径方向突起（14，15）が、それぞれ、バルブピストン（19，25）に形成された切り欠き（21，27）内に係合することにより、各排気バルブ及び受力要素（10）が互いに直接的に結合されている。【選択図】図４

Description

本発明は、請求項１の前提部に係るダイカスト金型を排気するためのバルブ装置に関する。

ダイカストにおいて、完成後の鋳造品におけるエアポケット又はガスポケットを信頼性良く回避するため、金型又は金型キャビティは、鋳造工程時に排気可能に構成される。この場合、鋳造機及び金型内の空気を逃がす必要があるのみならず、溶融鋳造材料から放出されるガスも確実に逃がす必要がある。

特許文献１(欧州特許出願公開第0612573号明細書)には、ダイカスト金型を排気するためのバルブ装置が既知である。この場合、バルブ装置は、ダイカスト金型の金型キャビティに接続される排気ダクトと、排気ダクト内に配置された排気バルブと、排気バルブを閉鎖するための作動装置とを備える。作動装置は、鋳造材料で作動する受力要素、並びに閉鎖運動を排気バルブに伝達するための力伝達要素を有する。バルブ装置は、好適には、ダイカスト金型の強制排気を可能にする真空システムに接続されている。

特許文献２（独国特許出願公開第2751431号明細書）は、２個の排気バルブを備えると共に、ダイカスト金型に使用される本発明と同種の排気バルブ装置を開示している。各排気バルブには、軸線方向に変位可能な１個の排気ピストンが設けられている。作動装置は、鋳造材料で作動すると共に、軸線方向に変位可能な伝達ピストンに作用する５個の作動ピストンを有する。この場合、伝達ピストンには、駆動プレートが設けられている。作動ピストン及び伝達ピストンは、２個の排気バルブの下方に配置されている。駆動プレートが各排気ピストンの環状溝内に係合すると、作動した各部分が駆動装置として互いに接続される。伝達ピストンは、シリンダ内にて軸線方向に移動可能に配置されている。このシリンダ内に、圧力源に接続された圧力媒体管が開口している。従って、鋳造工程前に、排気バルブの動作を確認することができる。

欧州特許出願公開第0612573号明細書 独国特許出願公開第2751431号明細書

本発明の課題は、冒頭に述べたダイカスト金型を排気するためのバルブ装置において、大きな排気力を実現可能としつつ、単純な構成を有し、信頼性良く作動し、閉鎖時間を極めて僅かとすることである。

この課題は、請求項１に係るバルブ装置により解決される。

本発明に係るバルブ装置が少なくとも２個の排気バルブと、別箇の中間要素を有することなく、各排気バルブのバルブピストンに対して直接的に作動接続された受力要素とを備えることにより、大きな排気力のみならず、極めて僅かな閉鎖時間及び比較的小さな消費エネルギーを実現するための前提条件が満たされる。なぜなら、この場合、受力要素及び各バルブピストン間に力伝達要素を設ける必要がないからである。これにより、２個の排気バルブの閉鎖にとって必要な可動要素の個数及び質量を減少させることも可能になる。このことには、バルブ装置の構造を比較的単純にするのみならず、信頼性の高い動作を実現するという更なる利点がある。

バルブ装置の好適な実施形態は、従属請求項2〜16に記載した通りである。

好適な実施形態において、受力要素は、バルブピストン間の中央部に配置される。これにより、バルブ装置の構造をコンパクトにできるのみならず、可動部分を対称構造にすることができる。

バルブ装置の特に好適な実施形態において、バルブ装置は、２個の排気バルブを備え、これら排気バルブのバルブピストンは、受力要素と同一平面内に配置される。これにより、バルブ装置の構造を特にコンパクトにするのに有利である。なぜなら、この実施形態においては、２個のバルブピストンが受力要素の近傍に配置され、力伝達部分を単純な構成とすることができるからである。

受力要素には、好適には、各バルブピストンに形成された切り欠き内に係合するか、又は各バルブピストンを通過するよう構成された半径方向突起が設けられる。この実施形態においては、バルブ装置の構造を単純かつ軽量にすると共に、閉鎖時間を特に僅かとするのに有利である。

特に好適な他の実施形態において、受力要素は、半径方向突起と一体形成される。この実施形態においても、２個の排気バルブの閉鎖工程にとって必要な可動要素の質量を更に減少させると共に、バルブ装置の構造を単純にするのに有利である。

バルブ装置の特に好適な他の実施形態においては、受力要素が、押し出し初期位置と押し込み作動位置との間で軸線方向に変位可能であり、受力要素が、押し出し初期位置にあると、バルブピストンを押し出し開放位置に保持するよう機能するのに対して、作動位置にあると、バルブピストンを押し込み閉鎖位置に保持するよう機能し、受力要素が、少なくとも１個のばねにより、押し出し初期位置方向に負荷され、受力要素に、圧力面が設けられ、バルブ装置に、受力要素の少なくとも一部を包囲する圧力スペースが設けられ、その圧力スペースが、空圧で負荷可能であることにより、受力要素の圧力面に対して、少なくとも１個のばねのばね力に抗する力を生じさせ、受力要素をその作動位置に変位させ及び／又は保持することができる。この構成により、従来技術に既知のバルブ装置とは異なり、別箇の要素を必要とすることなく、受力要素を空圧で直接的に負荷することが可能である。

受力要素は、特に好適には、円筒状本体及び円筒状ヘッド部を有する。この場合、ヘッド部の直径は本体に比べて小さく、またヘッド部の端面は排気ダクト内に突出している。これにより、本体及びヘッド部の両方を本発明の要件に容易に適合させることができる。即ち、鋳造材料で負荷するヘッド部の端面は、閉鎖工程に関して移動させるべき要素が軽量であるため、比較的小さく維持可能であるのに対して、本体は、より大きくかつ頑丈に構成可能であり、半径方向突起を配置するのに特に適している。

上述した圧力面は、好適には、受力要素において、円筒状本体から円筒状ヘッド部の移行部に形成される。これは、受力要素を空圧で負荷するための圧力面を実現するのに特に有利かつ簡単な解決策である。

他の好適な実施形態において、バルブ装置は、バルブハウジング内に統合されると共に、排気ダクトが開口する出口チャンバを備える。この場合、出口チャンバは、外部に通じるフランジに接続される。この実施形態においては、バルブ装置を吸い込み装置に迅速かつ容易に接続することが可能である。

バルブ装置には、好適には、ばね負荷されると共に、複数個の圧力ロッドに作動接続された圧力プレートが設けられ、圧力ロッドが、その初期状態にあると、ハウジングの前面を越えて突出し、圧力ロッドが、ハウジングの前面に密封プレートを固定すると、圧縮ばねの力に抗しつつ圧力プレートを後方に向けて変位させ、圧力プレートが、密封プレートを取り外すと、受力要素をバルブピストンと共に押し出し初期位置に変位させる。このような実施形態においては、変位可能要素、即ち受力要素及びバルブピストンが、凝固した鋳造材料を排気ダクトから押し出すのに使用可能である。

受力要素は、特に好適には、その初期位置から作動位置まで到達するのに１〜７ mm、特に３〜５ mmの軸線方向距離を移動する。この比較的小さな距離は、溶融鋳造材料から受力要素に伝達される運動エネルギーが低レベルに保たれることを意味する。

排気ダクト内に開口する受力要素のヘッド部の端面は、好適には、5〜25 mmの直径を有する。この比較的小さな直径又は対応面積は、溶融鋳造材料から受力要素に伝達される運動エネルギーが比較的低レベルに保たれるのに付加的に寄与する。

バルブ装置の他の好適な実施形態において、排気ダクトは、排気バルブの個数に対応する数の分岐部に分岐する入口ダクトを有し、受力要素は、ブランチ領域に配置され、排気バルブは、分岐部の端部領域に配置される。この実施形態においては、溶融鋳造材料から受力要素に運動エネルギーが良好かつ迅速に伝達されるのみならず、溶融鋳造材料の流動に関して、各排気バルブを受力要素から離間させて配置することができる。

排気ダクトにおける各分岐部には、好適には、少なくとも２つ、特に少なくとも３つの偏向部が設けられ、これら偏向部の少なくとも２つが、流入する鋳造材料の方向転換を少なくとも60°の角度で生じさせる。この実施形態においては、鋳造材料が各バルブピストンに到達するまでの速度を遅延させることができる。

他の好適な実施形態において、排気ダクトにおける分岐部には、進行する鋳造材料を収容するため、死点として機能する少なくとも１つの材料収容チャンバが配置される。この実施形態においては、鋳造材料の速度が遅延されるため、鋳造材料が受力要素に衝突した後に２個のバルブピストンが閉鎖するまでに十分な時間がある。従って、鋳造材料は、バルブピストンが押し込み閉鎖位置に既に変位した後に、各バルブピストンに到達する。

他の好適な実施形態においては、バルブハウジング内に、ブロックブッシュが配置され、そのブロックブッシュが、バルブハウジングよりも硬い材料で構成されると共に、受力要素及びバルブピストンを収容かつガイドするよう構成される。このタイプのブロックブッシュは、特に熱膨張および摩耗に関連する要件に適合可能であり、必要に応じて簡単かつ迅速に交換することができる。

以下、本発明を図面に基づいて詳述する。

バルブ装置の正面図である。 図１の線A‐Aに沿って切断したバルブ装置を示す第１断面図である。 図１の線B‐Bに沿って切断したバルブ装置を示す第２断面図である。 図１の線C‐Cに沿って切断したバルブ装置を示す第３断面図である。 図１の線D‐Dに沿って切断したバルブ装置を示す第４断面図である。 図２の線E‐Eに沿って切断したバルブ装置を示す第５断面図である。 密封プレートが取り付けられたバルブ装置を、排気工程時に排気バルブが開放された状態で示す断面図である。 密封プレートが取り付けられたバルブ装置を、２個の排気バルブが閉鎖された状態で示す断面図である。

図１は、バルブ装置の正面図を示す。この種のバルブ装置における基本原理は特許文献１に既知であるため、以下においては、本発明に係るバルブ装置の本質的な要素及び／又は部分についてのみ説明する。

バルブ装置１は、（参照符号３で全体を表す）排気ダクトが形成されたバルブハウジング２を備える。排気ダクト３は、バルブハウジング２の下側に開口すると共に、入口ダクト５として形成された入口４と、２つの分岐部7，8として形成された２つの部分ダクトと、バルブハウジング２外に上方へと通じる出口ダクト（図示せず）として形成された出口とを有する。排気ダクトは更に、以下に述べるように、ハウジング２内で延在する他のダクトを有する。

ハウジング２内に向けて下方から垂直方向に通じる入口ダクト５は、バルブハウジング２の下側半部にて２つの分岐部7，8に分岐している。排気ダクト３のブランチ６領域には、受力要素10として構成されると共に、鋳造材料で作動する作動部材が配置されている。排気ダクト３の各分岐部7，8は、複数の部分ダクトで構成され、各分岐部7，8の端部には、排気バルブ18，24が配置されている。各排気バルブ18，24には、押し出し開放位置と押し込み閉鎖位置との間で軸線方向に移動可能なバルブピストン19，25が設けられている。図１においては、受力要素10のヘッド部12の端面が明示され、そのヘッド部12を排気ダクト３内に流入する鋳造材料で負荷することができる。受力要素10は、押し出し初期位置と押し込み作動位置との間で軸線方向に変位可能である。受力要素10は、以下により詳しく説明するように、２個の排気バルブ18，24間の中央部に配置されると共に、２個のバルブピストン19，25に摩擦結合されている。各排気バルブ18，24から、ハウジング２内に設けられた共通の出口チャンバ内に向けてダクトが垂直方向上方に通じている。この共通の出口チャンバから、フランジ33に開口する出口ダクトがバルブハウジング２外に通じている。図１には、垂直方向上方に通じるこれらダクト及び出口チャンバは表されていない。図１には更に、タペット39として構成された４個の圧力ロッドが表されており、その機能については以下により詳しく説明する。

受力要素10領域及び２個の排気バルブ18，24領域において、排気ダクト３の底面又は各分岐部7，8の底面には円形開口9，17，23が配置されている。これら開口9，17，23の大きさは、その後方にある要素、即ち受力要素10又はバルブピストン19，25に応じる。この場合、受力要素10に設けられた開口９の直径は、受力要素10のヘッド部12の直径に比べて僅かに大きく、排気バルブ18，24に設けられた開口17，23の直径は、２個のバルブピストン19，25の直径に比べて僅かに大きい。受力要素10のヘッド部12は、好適には、5〜25 mmの直径を有する。従って、鋳造材料で負荷可能な受力要素10の面積は、約19.6〜490 mm²である。受力要素10において負荷可能な面積は、特に好適には、約50〜200mm²である。

排気ダクト３の形状から理解できるように、溶融鋳造材料は、受力要素10又はそのヘッド部12に衝突した後、各排気バルブ18，24に到達するまでに、各分岐部7，8内で合計４〜５回に亘って偏向される。溶融鋳造材料は、受力要素10に衝突した直後に、各分岐部7，8内に向けて初めて偏向される。図示の実施形態において、溶融鋳造材料は、受力要素10に衝突した後に約140°〜160°の角度で偏向される。これにより、溶融鋳造材料から受力要素10に運動エネルギーが良好に伝達されると共に、鋳造材料の進行が遅延される。更なる偏向部のうちの３つは、流入する鋳造材料の偏向、即ち鋳造材料の方向転換を少なくとも60°の角度で生じさせ、その３つのうちの２つは、少なくとも90°の角度で生じさせる。この場合、各分岐部7，8内における流入鋳造材料の最初の方向転換は、約50°の角度で生じる。更に、各分岐部7，8内には、死点として機能する４つの材料収容チャンバ7a〜7d; 8a〜8dが配置されており、一定量の溶融鋳造材料を収容することにより、鋳造材料の進行の遅延を助長させる。何れにせよ、排気ダクト３の下流側の形状により、入口４内に約100〜150 m/sの速度で流入する溶融鋳造材料は、受力要素10から各排気バルブ18，24に到達するまでに約３〜５ミリ秒を要する。これに対して、閉鎖機構は、鋳造材料が受力要素10のヘッド部12の端面に衝突した後、２個のバルブピストン19，25がその閉鎖位置に変位するまで約0.5〜1.5ミリ秒を要するよう構成されている。言うまでもなく、上述した値は単なる基準値に過ぎず、多くのパラメータに基づいて変化し得るものである。この点に関しては以下のパラメータ、例えば、鋳造材料の流入速度、鋳造材料の比重、分岐部を含む排気ダクト全体の長さ、断面積及び構成、閉鎖工程時に移動させる構成要素の質量、受力要素及びバルブピストンの閉鎖距離、鋳造材料で負荷可能な受力要素のヘッド部の面積を挙げることができる。これらパラメータに関わらず、排気ダクト３は、一定以上の大きさの断面積を有しており、従って十分に大きなガス容量を単位時間当たりに導通又は排気することができる。より小さなバルブ装置であれば、鋳造材料が２〜３回しか偏向されなくても、及び／又は、１〜２つの材料収容チャンバしか設けられなくても十分な場合がある。

用途に応じて、特に鋳造材料の比重及び鋳造材料の流入速度が変化するため、特にこれら２つのパラメータが閉鎖時間に影響を及ぼす。この点については、例えば、鋳造材料で負荷される受力要素10のヘッド部12の端面を変更することにより対応可能である。鋳造材料としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛及び黄銅がある。

バルブ装置１の切断線A‐A又は切断面A‐Aは、対称線又は対称面を表すものでもある。バルブ装置１は、切断線A‐Aを通る平面に関して対称構造を有する。

図２は、図１の線A‐Aに沿って切断したバルブ装置１の断面図を示す（受力要素10については断面図ではないことに留意されたい）。この場合、バルブ装置は、２個の排気バルブ（図示せず）が開放された初期位置にある。図２においては、バルブハウジング２が２つの切り欠き34，35を有することが明示されている。バルブハウジング２の前面40を指向する前部切り欠き35は、ブロックブッシュ46を収容するために使用されている。バルブハウジング２の後面を指向する後部切り欠き34は、特に、複数個の圧縮ばねでハウジング２の前面40方向に向けて負荷される圧力プレート37を収容するために使用されている。後部切り欠き34は、カバープレート42により、後方において閉鎖されている。カバープレート42は、ねじでハウジング２に接続されている。図２においては、合計で４個のねじのうち、１個のねじ55のみを示す。

受力要素10は、実質的に円筒状の本体11及び実質的に円筒状のヘッド部12を有する。この場合、ヘッド部12の直径は、本体11の直径に比べて小さい。本体11及びヘッド部12間の段部により、環状面16が形成されている。受力要素10の後方には、カバープレート42上で支持された圧縮ばね54の一部が収容された切り欠きが設けられている。この圧縮ばね54により、受力要素10がその押し出し初期位置、即ち２個の排気バルブが開放状態にある位置に負荷されている。圧力プレート37には、受力要素10の輪郭に適合された切り欠き（図示せず）が設けられ、その底面に受力要素10の本体11の後部が摩擦係合的に支持可能である。更に、バルブハウジング２内に統合されると共に、外部に開口するフランジ33に接続された出口チャンバ30が明示されている。フランジ33の内部には、出口チャンバ30に接続された出口孔32が設けられている。これに加えて、前面40を越えて突出する２個のタペット39が明示されている。タペット39の機能については以下により詳しく説明する。

図２に示すように、バルブ装置１の上部からダクト58がハウジング２内に通じている。このダクト58は、半径方向孔を介して、受力要素10を収容するよう使用されるブロックブッシュ46の中央内部スペース内に開口している。ブロックブッシュ46内においては、受力要素10の環状面16とブロックブッシュ46における内部スペースの前端面との間で、ダクト58を介して圧縮空気が負荷可能な圧力スペース59が形成されている。圧力プレート37がその押し込み位置に位置していれば、圧力スペース59を圧力負荷することにより、受力要素10を、図示の押し出し初期位置から、両方の排気バルブが閉鎖される押し込み作動位置に移動させることができる。

このように、圧力スペース59を圧力負荷することにより、受力要素10が圧縮ばね54の力に抗しつつカバープレート42方向に向けて後方の作動位置に変位可能及び／又は作動位置に保持可能である。

ブロックブッシュ46は、耐温度性及び耐摩耗性を有すると共に、バルブハウジング２よりも硬い材料で構成されている。ブロックブッシュ46は交換可能であり、この場合、材料としては、例えば、冷間加工鋼が適している。

図３は、図１の線B‐Bに沿って切断したバルブ装置１の断面図を示す（バルブピストン19については断面図ではないことに留意されたい）。図３においては、特に、合計で４個の圧縮ばね38のうち、２個の圧縮ばね38が明示され、これら圧縮ばね38により、圧力プレート37が前面40方向に向けて負荷されている。圧力プレート37は、ハウジング２内における後部切り欠き34の底面に対して当接している。図示の断面図におけるハウジング２の下部領域には、ハウジング２の前面40から突出する４個の圧力ロッド39のうちの１個が明示されている。４個の圧力ロッド39は全て、圧力プレート37に摩擦係合的に接続されている。密封プレート（図２に図示せず）がハウジング２の前面40に固定される際、密封プレートにより、４個の圧力ロッド及び圧力プレート37が、圧縮ばね38の力に抗しつつ、後部カバープレート42方向に向けて後方に変位する。これにより、圧力プレート37が受力要素から持ち上がるため、受力要素は、鋳造材料の作用により、数ミリメートルに亘って後方の作動位置に変位可能となる。この点については以下に説明する。

更に、排気バルブ18領域のブロックブッシュ46には、垂直方向上方に通じる孔52が設けられ、その孔52が垂直方向上方に通じるダクト20に開口している。孔52はダクト20と共に、排気バルブの更なる部分を構成し、かつ共通の出口チャンバ30内に通じている。前面40を指向するブロックブッシュ46前部は、前部切り欠き35の底面に当接している。この場合、ブロックブッシュ46の高さ及び幅は、受力要素10及び２個のバルブピストン19，25のために排気ダクト3，7，8の底面に設けられた開口9，17，23（図１参照）の高さ及び幅に比べて大きい。この構成により、ブロックブッシュ46とバルブハウジング２の前部切り欠き35との間のギャップ内への鋳造材料の流入を確実に回避することができる。この点は、特に、各要素、即ち受力要素及びバルブピストンに個別ブッシュが設けられる構成に比べた場合に本発明における更なる利点として挙げることができる。このような個別ブッシュは通常、極めて薄肉であるため、ブッシュとバルブハウジングとの間の環状ギャップに鋳造材料が流入する恐れがある。

図４は、図１の線C‐Cに沿って切断したバルブ装置１の断面図を示す。受力要素10及び２個の排気バルブにおける２個のバルブピストン19，25の中心を通るこの断面図には、受力要素10の本体上に形成された半径方向突起14，15が明示されている。半径方向突起14，15とは、受力要素10又はその円筒状外側面の長手方向中心軸線に関して、半径方向外方に向けて延在するか又は半径方向外方に向けて突出する突起のことを意味する。これら半径方向突起14，15は、好適には、受力要素10の長手方向中心軸線に対して少なくとも約90°の角度で延在している。受力要素10は、半径方向突起14，15と一体的に形成されると共に、好適には、硬化鋼で製造されている。２個の半径方向突起14，15は、それぞれ、バルブピストン19，25におけるスロット状切り欠き21，27内に係合しており、受力要素10が各バルブピストン19，25に対して直接的かつ機械的に結合されている。受力要素10は、２個のバルブピストン19，25に対して直接的に結合されているため、別箇の結合要素を設ける必要はない。このように、受力要素10は、別箇の中間要素が設けられることなく、各排気バルブ18，24のバルブピストン19，25に対して直接的かつ作動的に接続されている。図示の実施形態において、各切り欠き21，27は、バルブピストン19，25を通過しているが、切り欠きが通過しない構成も想定可能である。図４には、バルブ装置１の特に対称構造も明示されている。図示の実施形態においては、従来技術に既知のバルブ装置における駆動プレートを設ける必要がない。図示の実施形態による利点については以下により詳しく説明する。

図４には更に、ブロックブッシュ46に、２個のバルブピストン19，25を収容及びガイドするための２つの円筒状孔47，48が設けられていることが明示されている。２個の円筒状孔47，48間の中央部には、受力要素10を収容するための切り欠きが形成されている。この中央部の切り欠きは、２つの円筒状孔50，51を有する。この場合、前部孔50は、受力要素10のヘッド部を収容するために使用され、後部孔51は、受力要素10における本体の大部分を収容するために使用されている。

図５は、図１の線D‐Dに沿って切断したバルブ装置１の断面図を示す（上側における２個の圧力ロッド39については断面図ではないことに留意されたい）。図５において、４個の圧力ロッド39のうち、上側の２個は明示されているのに対して、下側の２個についてはハウジング２の前面40を越えて突出した部分のみが明示されている。更に、４個の圧縮ばね38のうちの２個、並びに後部カバープレート42をハウジング２に対して固定する４個のねじ55のうちの２個が明示されている。これに加えて、ハウジング２内に形成され、排気ダクトの一部を構成し、かつ上方に向けて出口チャンバ内に通じる２個のダクト20，26も明示されている。

図６は、図２の線E‐Eに沿って切断したバルブ装置１の断面図を示す（受力要素10については断面図ではないことに留意されたい）。各排気バルブに設けられた孔47，48から、共通の出口チャンバ30内に、それぞれ、１個のダクト20，26が上方に向けて通じている。上部においては、真空システム（図示せず）の吸い込み管に接続可能なフランジ33がハウジング２内にねじ込まれている。フランジ33には、必要に応じてフィルタ（図示せず）を取り付けることもできる。

図７は、図１の線C-Cに沿って切断したバルブ装置１の断面図を示す。この場合、排気ダクト３及びその分岐部7，8の前面は、ハウジング２の前面40に取り付けられた密封プレート56（コンペンセータとも称する）で密封されている。密封プレート56を固定するための手段については詳細に表されていない。密封プレート56が固定されることにより、圧縮ばねの力に抗しつつ、４個の圧力ロッドが圧力プレート37と共に後部カバープレート42方向に向けて変位する。これにより、圧力プレート37が受力要素10から持ち上がり、従って排気ダクト３内に流入する鋳造材料の作用により、受力要素10が後方に向けて変位可能となる。ダイカスト金型におけるキャビティ（何れも図示せず）を排気するため、バルブ装置１における入口４又は入口ダクト５は、ダイカスト金型において排気すべきキャビティに接続されるのに対して、出口ダクト又はフランジは吸い込み装置（図示せず）に接続される。２個のバルブピストン19，25が押し出し開放位置に位置している限り、排気ダクト３の分岐部7，8から２個のバルブピストン19，25を介して共通の出口チャンバ内にガスが流出し、流出チャンバから出口を介してバルブ装置１の外部に流出可能である。ガスの流れ方向は、矢印Ｘで表されている。ガスは、入口ダクトから排気ダクトの分岐部7，8及び開放状態のバルブピストン19，25を介して出口チャンバ内に流れ、その出口チャンバから出口ダクト及びフランジを介してバルブ装置から流出可能である。

密封プレート56がハウジングに取り付けられている場合、バルブ装置の閉鎖は空圧で生じさせることもできる。密封プレート56が取り付けられている場合、２個のタペット39により圧力プレート37が後方に変位するが、受力要素10は、圧縮ばね54の作用により押し出し初期位置に留まる。しかしながら、密封プレート56が取り付けられた後、エアダクト58（図２参照）を介してブロックブッシュ46における圧力スペース59を圧縮空気で負荷することができるため、圧縮ばね54の力に抗しつつ、受力要素10が２個のバルブピストン19，25と共に後方の押し込み作動位置又は閉鎖位置に移動する。バルブ装置を空圧で閉鎖するのは、例えば、鋳造サイクルの開始時に必要な場合がある。なぜなら、鋳造サイクルの開始時においては、ダイカストマシンが鋳造材料を高圧で金型内に注入しないからである。ただし、圧縮空気を使用すれば、例えば、排気バルブが正確に作動して閉鎖するかを確認することもできる。

図８は、バルブ装置を図７の断面図に関連して示す。この場合、排気ダクト３を介して、鋳造材料Ｇがバルブ装置内における受力要素10のヘッド部まで到達した状態が概略的に表されている。高速で進行する鋳造材料Ｇが受力要素10のヘッド部の端面に衝突して運動エネルギーが作用することにより、受力要素10が後方の作動位置に急速に移動する。

２個のバルブピストン19，25及び受力要素10が互いに直接的に結合されているため、受力要素10が後方移動する際に、２個のバルブピストン19，25も共に駆動される。受力要素10は、２個のバルブピストン19，25間の中央部のみならず、これらバルブピストン19，25と共に水平面内に配置されているため、受力要素10が対称的に負荷可能であり、確実な作動を実現するのに有利である。更に、図示の実施形態により、受力要素10の質量又は重量が比較的小さく維持される。これは、従来技術における装置の駆動プレート等を設ける必要がなく、２個の半径方向突起14，15だけを設ければ十分だからである。これに加えて、上述した配置及びバルブ装置１の対称構造により、溶融鋳造材料が受力要素10から各バルブピストン19，25まで移動する距離が等しい。

受力要素10及び２個のバルブピストン19，25で構成される閉鎖要素は、互いに調整されているため、鋳造材料Ｇが各排気バルブ、特に各バルブピストン19，25のヘッド部分22，28に到達する前に、２個のピストン19，25が押し込み閉鎖位置に変位する。この状況は、図８において、各分岐部7，8、特にバルブピストン19，25の上流側のスペース内に鋳造材料がまだ到達していないことにより示唆されている。受力要素10は、初期位置から作動位置まで到達するのに、1〜7 mm、好適には、3〜5 mmの軸線方向距離を移動する。

２つの分岐部7，8を含む排気ダクト３の形状及び構成は、受力要素10及び２個のバルブピストン19，25に対して調整されているため、鋳造材料がバルブピストン19，25に到達する前に、これら２個のバルブピストン19，25が押し込み閉鎖位置に変位する。この点に関して、本発明に係るバルブ装置を使用した試験及びシミュレーションでは、鋳造材料が受力要素10に衝突した時点から２個のバルブピストン19，25が閉鎖する時点までの測定に関して、平均的な閉鎖工程に約１ミリ秒を要することが判明した。これに対して、鋳造材料は、受力要素10から２個のバルブピストン19，25に到達するまでに約４ミリ秒を要する。何れにせよ、受力要素10並びにバルブピストン19，25で構成される閉鎖要素及び排気ダクト３又は分岐部7，8は、互いに調整されることにより、鋳造材料が到達する前に、２個のバルブピストン19，25が押し込み閉鎖位置に変位する。本発明に係るバルブ装置においては、移動させるべき質量（受力要素、バルブピストン）が比較的小さいため、閉鎖工程は、従来のバルブ装置とは異なり、緊急を要するものではない。従来のバルブ装置における閉鎖工程の場合、約２〜４倍の大きさの質量を移動させなければならない。

鋳造工程の終わりに、密封プレート56が前面40から取り外される。この場合、タペット39（図５参照）が解放されるため、４個の圧縮ばね38で構成されるばねアセンブリが弛緩する。その後、ばねアセンブリにより、可動圧力プレート37（図３参照）が、受力要素10、２個のバルブピストン19，25、並びに４個の圧力ロッドと共に、前面40方向に向けて押圧される。その際、受力要素10及び２個のバルブピストン19，25により、排気ダクト３及び分岐部7，8内で凝固した鋳造材料が押圧され、バルブハウジング２外に押し出される。このように、ばねアセンブリは、受力要素10及び２個のバルブピストン19，25をその初期位置又は開放位置に戻すためのみならず、凝固した鋳造材料を押し出すためにも使用される。

以上を要約すると、本発明に係るバルブ装置においては、２個の排気バルブが設けられることにより大きな排気力が実現される。また、鋳造材料で作動する受力要素が各排気バルブのバルブピストンに対して直接的に結合されるため、受力要素及び各バルブピストン間に力伝達要素が設けられる必要がない。これにより、排気バルブの閉鎖にとって必要な要素の個数を最小限に抑えることが可能になる。この場合、例えば、駆動プレートを設ける必要がない。更に、バルブピストンの閉鎖にとって必要な要素の重量を大幅に低下させることができるため、排気バルブがより迅速に閉鎖可能になり、及び／又は、閉鎖工程を行うための消費エネルギーが低減可能になる。上述した実施形態においては、２個の排気バルブを閉鎖するのに合計で３個の要素、特に、受力要素10及び２個のバルブピストン19，25のみを移動させればよい。必要があれば、鋳造材料で負荷される受力要素のヘッド部の端面をより縮小することもできる。これに加えて、受力要素及びバルブピストンの閉鎖距離を小さくすることもできる。更に、バルブ装置の総重量を低下させると共に、必要に応じてその寸法を小さくすることもできる。何れにせよ、本発明に係るバルブ装置は、極めて単純な構造を有すると共に、安定的で信頼性の高い動作を長期に亘って可能にする。また、実質的な対称構造により、一方の側における引っ掛かりや可動要素の摩耗リスクが低減される。本発明に係るバルブ装置においては、従来既知のバルブ装置に比べて、構成要素の総数を減少させ、寸法を縮小し、総重量を低下させることができる。

言うまでもなく、上述した例示的な実施形態は限定的なものではなく、特許請求項の範囲内で、上述した例示的な実施形態から逸脱する実施形態も実現可能である。従って、例えば、排気バルブを２個ではなく３個又は４個設けることもできる。このような実施形態において、受力要素は、好適には、やはり排気バルブ間の中央部に配置され、また排気バルブは、円形平面上に分布される。更に、受力要素には、２個の半径方向突起の代わりに、環状又はカラー状に延在すると共に、バルブピストンに結合された１個の突起を設けることもできる。他の変形においては、バルブ装置にフィルタを統合することができる。この場合、例えば、出口チャンバにフィルタを統合することができる。

上記において、鋳造材料で作動する受力要素について言及したが、これは受力要素が鋳造材料で直接的にのみ作動することを意味しない。即ち、受力要素が鋳造材料で間接的に作動する実施形態も想定可能である。このような実施形態においては、間接的な作動を可能とするため、鋳造材料に直接的に接触し、かつバルブピストンを閉鎖するのに必要な力を鋳造材料から受力要素に伝達する更なる要素が受力要素の上流側に配置される。このような実施形態は、例えば、伝達される運動エネルギーを低減するために、鋳造材料に接触する更なる要素を、受力要素の閉鎖距離のごく一部に亘ってのみ移動させる場合に有利である。

本発明に係るバルブ装置の主な利点を要約すれば、以下の通りである。
・受力要素が各排気バルブのバルブピストンに直結されるため、閉鎖工程時に移動させるべき部分の質量が低減可能
・少なくとも２個の排気バルブが設けられることにより、大きな排気力が実現可能
・閉鎖時間を極めて僅かとすることが可能
・閉鎖距離を極めて僅かとすることが可能
・バルブ装置の構造が比較的単純
・２個の排気バルブが設けられる場合、閉鎖工程時に３個の要素のみを移動させればよい
・信頼性の高い動作が実現可能
・バルブ装置の重量が比較的小さい
・溶融鋳造材料から受力要素に伝達される運動エネルギーを比較的小さく維持可能
・上述したタイプのブロックブッシュが設けられることにより、バルブ装置内の高負荷箇所が最適化可能、即ち負荷に対して適合可能
・ブロックブッシュは、迅速に、容易に、そして安価に交換可能
・バルブ装置により、金型キャビティが完全に充填されるまで、確実で信頼性の高い排気が可能

１ バルブ装置
２ バルブハウジング
３ 排気ダクト
４ 入口
５ 入口ダクト
６ ブランチ
７ 左側分岐部
８ 右側分岐部
９ 開口
10 受力要素
11 （受力要素の）本体
12 （受力要素の）ヘッド部
13 （受力要素の）切り欠き
14 半径方向突起
15 半径方向突起
16 環状圧力面
17 開口
18 第１排気バルブ
19 バルブピストン
20 第１垂直方向ダクト
21 （バルブピストンの）スロット状切り欠き
22 （バルブピストンの）ヘッド部分
23 開口
24 第２排気バルブ
25 バルブピストン
26 第２垂直方向ダクト
27 （バルブピストンの）スロット状切り欠き
28 （バルブピストンの）ヘッド部分
30 出口チャンバ
32 出口
33 （出口の）フランジ
34 （ハウジング後部の）第１切り欠き
35 （ハウジング前部の）第２切り欠き
37 圧力プレート
38 圧縮ばね
39 圧力ロッド（タペット）
40 （ハウジングの）前面
41 （ハウジング）後面
42 （ハウジングの）後部カバープレート
43 （後部カバープレートの）高さ
44 （後部カバープレートの）ばね孔
46 ブロックブッシュ
47 （バルブピストンの）第１円筒状孔
48 （バルブピストンの）第２円筒状孔
49 （受力要素の）中央部の切り欠き
50 前側の円筒状孔
51 後側の円筒状孔
52 （エアダクトの）半径方向孔
54 （受力要素の）圧縮ばね
55 ねじ
56 密封プレート（コンペンセータ）
58 エアダクト
59 圧力スペース
62 受力要素の初期位置及び作動位置
63 バルブピストンの開放位置及び閉鎖位置

Claims (16)

1. ダイカスト金型を排気するためのバルブ装置（１）であって、少なくとも１個のバルブハウジング（２）と、入口（４）及び出口（32）間で延在する排気ダクト（３）と、鋳造材料で作動する少なくとも１個の受力要素（10）と、前記受力要素（10）に作動接続されると共に、それぞれバルブピストン（19，25）を有する少なくとも２個の排気バルブ（18，24）とを備え、前記受力要素（10）が、前記少なくとも１つの排気ダクト（３）内に配置されているバルブ装置において、
   前記受力要素（10）が、別箇の中間要素を有することなく、前記排気バルブ（18，24）の前記バルブピストン（19，25）に対して直接的に作動接続されていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置（１）であって、前記受力要素（10）が、複数の前記バルブピストン（19，25）間の中央部に配置されていることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１又は２に記載のバルブ装置（１）であって、２個の排気バルブ（18，24）を備え、前記排気バルブ（18，24）の２個のバルブピストン（19，25）が、前記受力要素（10）と同一平面内に配置されていることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記受力要素（10）に、半径方向突起（14，15）が設けられ、前記半径方向突起（14，15）が、それぞれ、前記バルブピストン（19，25）に形成された切り欠き（21，27）内に係合していることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項４に記載のバルブ装置（１）であって、前記受力要素（10）が、前記半径方向突起（14，15）と一体形成されていることを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記受力要素（10）が、押し出し初期位置と押し込み作動位置との間で軸線方向に変位可能であり、前記受力要素（10）が、前記押し出し初期位置にあると、前記バルブピストン（19，25）を押し出し開放位置に保持するよう機能するのに対して、前記作動位置にあると、前記バルブピストン（19，25）を押し込み閉鎖位置に保持するよう機能し、前記受力要素（10）が、少なくとも１個のばね（54）により、前記受力要素の前記押し出し初期位置方向に負荷されているバルブ装置において、
   前記受力要素（10）に、圧力面（16）が設けられ、前記バルブ装置（１）に、前記受力要素（10）の少なくとも一部を包囲する圧力スペース（59）が設けられ、前記圧力スペース（59）が、空圧で負荷可能であることにより、前記受力要素（10）の前記圧力面（16）に対して、前記少なくとも１個のばね（54）のばね力に抗する力を生じさせ、前記受力要素（10）をその作動位置に変位させること及び／又は保持することを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記受力要素（10）が、円筒状本体（11）及び円筒状ヘッド部（12）を有し、前記ヘッド部（12）が、前記本体（11）よりも小さな直径を有し、前記ヘッド部（12）の端面が、前記排気ダクト（３）内に突出していることを特徴とするバルブ装置。
8. 請求項６又は７に記載のバルブ装置（１）であって、圧力面（16）が、前記受力要素（10）において、円筒状本体（11）から円筒状ヘッド部（12）の移行部に形成されていることを特徴とするバルブ装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記バルブハウジング（２）内に統合されると共に、前記排気ダクトが開口する出口チャンバ（30）を備え、前記出口チャンバ（30）が、外部に通じるフランジ（33）に接続されていることを特徴とするバルブ装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、ばね負荷されると共に、複数個の圧力ロッド（39）に作動接続された圧力プレート（37）を備え、前記圧力ロッド（39）が、その初期状態にあると、前記ハウジング（２）の前面（40）を越えて突出し、前記圧力ロッド（39）が、前記ハウジング（２）の前記前面（40）に密封プレート（56）を固定すると、圧縮ばね（38）の力に抗しつつ前記圧力プレート（37）を後方に向けて変位させ、前記圧力プレート（37）が、前記密封プレート（56）を取り外すと、前記受力要素（10）を前記バルブピストン（19，25）と共に押し出し初期位置に変位させることを特徴とするバルブ装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記受力要素（10）が、初期位置から作動位置まで到達するのに１〜７ mm、特に３〜５ mmの軸線方向距離を移動することを特徴とするバルブ装置。
12. 請求項１〜１１の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記排気ダクト（３）内に開口する前記受力要素（10）のヘッド部（12）の端面が、5〜25 mmの直径を有することを特徴とするバルブ装置。
13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記排気ダクト（３）が、前記排気バルブ（18，24）の個数に対応する数の分岐部（7，8）に分岐する入口ダクト（５）を有し、前記受力要素（10）が、ブランチ（６）領域に配置され、排気バルブ（18，24）が、前記分岐部（7，8）の端部領域に配置されていることを特徴とするバルブ装置。
14. 請求項１３に記載のバルブ装置（１）であって、前記排気ダクト（３）における前記分岐部（7，8）に、少なくとも２つ、特に少なくとも３つの偏向部が設けられ、前記偏向部の少なくとも２つが、流入する鋳造材料の方向転換を少なくとも60°の角度で生じさせることを特徴とするバルブ装置。
15. 請求項１３又は１４に記載のバルブ装置（１）であって、前記排気ダクト（３）における前記分岐部（7，8）に、進行する鋳造材料を収容するため、デッドエンドとして機能する少なくとも１つの材料収容チャンバ（7a〜7d; 8a〜8d）が配置されていることを特徴とするバルブ装置。
16. 請求項１〜１５の何れか一項に記載のバルブ装置（１）であって、前記バルブハウジング（２）内に、ブロックブッシュ（46）が配置され、前記ブロックブッシュ（46）が、前記バルブハウジング（２）よりも硬い材料で構成されると共に、前記受力要素（10）及び前記バルブピストン（19，25）を収容かつガイドするよう構成されていることを特徴とするバルブ装置。