JP2001179421A - 半凝固金属の供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】容器内の半凝固金属を射出スリーブ内に迅速か
つ確実に投入することを可能にする。 【解決手段】多関節ロボット２８の把持部７６にるつぼ
１８が把持されており、まず、このるつぼ１８が回動中
心Ｏ１を中心に回転軸７５のＲ１軸回りに所定の角度だ
け回動された後、前記多関節ロボット２８の各軸が選択
的に駆動されることによって、前記るつぼ１８が仮想傾
動軸Ｏ２回りに傾動され、該るつぼ１８内の半凝固金属
２０が射出スリーブ２４内に迅速かつ確実に投入され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半凝固金属を射出
スリーブの開口部に投入するための半凝固金属の供給方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、アルミニウムやマグネシウ
ム、またはそれぞれの合金等の溶融金属を使用し、成形
用に１ショット分の半凝固金属、すなわち、スラリーを
製造する作業が行われている。スラリーを使用した成形
作業では、特に成形品の表面精度および内部品質に優れ
る等の利点があることが知られている。

【０００３】例えば、断熱性るつぼ（容器）に供給され
た溶融金属内で、この溶融金属の温度以下に冷却された
冷し金を回転させることによりスラリー化した半凝固金
属を得た後、前記半凝固金属を前記断熱性るつぼから成
形機に投入して成形処理を施し、所定の形状を有する金
属成形品を製造する方法が提案されている（特開平１１
−１９７８１４号公報参照）。

【０００４】上記の断熱性るつぼは、ロボットの手首部
先端に把持されており、前記ロボットの駆動作用下に回
動動作を行って、前記断熱性るつぼ内の半凝固金属が成
形機を構成する射出スリーブ内に投入されるように構成
されている。具体的には、図９に示すように、成形機を
構成する射出スリーブ１の上部側には、スラリー投入用
の開口部２が形成されており、ロボットの手首部の先端
に把持された断熱性るつぼ３が回動軸４を中心に回動す
ることによって、この断熱性るつぼ３内の半凝固金属５
が前記開口部２から前記射出スリーブ１内に投入されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に、断熱性るつぼ３は、回動軸４を中心に一定の回転速
度で回動されるため、この断熱性るつぼ３内の半凝固金
属５の落下位置を制御することは極めて困難なものとな
っている。すなわち、半凝固金属５が断熱性るつぼ５内
から落下する角度位置は、投入時毎に変動し易く、例え
ば、前記断熱性るつぼ３が角度位置Ｐ１（一点鎖線参
照）に配置された際に前記半凝固金属５が落下してしま
う場合や、角度位置Ｐ２（二点鎖線参照）に配置された
際に前記半凝固金属５が落下してしまう場合等がある。

【０００６】このため、半凝固金属５の落下位置が種々
変動してしまい、この半凝固金属５の全量を開口部２か
ら射出スリーブ１内に投入することが困難になるととも
に、前記断熱性るつぼ３内に前記半凝固金属５が残存し
てしまうおそれがある。これにより、半凝固金属５を射
出スリーブ１に効率的に供給することができないという
問題が指摘されている。

【０００７】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、容器内の半凝固金属を射出スリーブ内に迅速かつ確
実に投入することが可能な半凝固金属の供給方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半凝固金属
の供給方法では、多関節ロボットの把持部で半凝固金属
が収容されている容器を把持し、まず、前記把持部の回
転軸を回転させて前記容器を所定の角度位置まで回動さ
せた後、前記多関節ロボットの各軸を選択的に駆動し、
前記容器を、その回動中心とは異なる仮想傾動軸回りに
傾動させることによって、該容器内の前記半凝固金属を
射出スリーブの開口部に投入する。

【０００９】このため、容器は把持部の回転軸回りに所
定の角度位置まで回動され、この容器の開放端部が射出
スリーブの開口部に近接して配置される。次いで、容器
が仮想傾動軸回りに傾動されることにより、前記容器内
の半凝固金属の落下位置を、常に、一定位置に調整する
ことができる。従って、簡単な工程および制御で、容器
内の半凝固金属の全量を射出スリーブの開口部からこの
射出スリーブ内に確実に投入することが可能になるとと
もに、前記容器内に前記半凝固金属が残存することを確
実に阻止することができる。

【００１０】ここで、仮想傾動軸が射出スリーブの開口
部の端部近傍に設定されている。これにより、容器の開
放端部を射出スリーブの開口部に近接させることがで
き、この容器内の半凝固金属を前記開口部に対し容易か
つ確実に投入することが可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
半凝固金属の供給方法を実施するための製造装置１０の
概略斜視説明図であり、図２は、前記製造装置１０の平
面説明図である。

【００１２】製造装置１０は、アルミニウム、その合
金、マグネシウム、またはその合金等の溶融金属からな
る溶湯１２を保持する溶湯保持炉１４と、この溶湯保持
炉１４内から所定量（１ショット分）の溶湯１２を汲み
出す溶湯汲み出しロボット１６と、前記溶湯汲み出しロ
ボット１６により汲み出された該溶湯１２を注湯する断
熱性るつぼ（容器）１８を設けるとともに、前記るつぼ
１８内の前記溶湯１２を所定のスラリー状態に撹拌して
半凝固金属２０を得る半凝固金属製造手段２２と、前記
半凝固金属２０が投入される射出スリーブ２４を有し、
該半凝固金属２０を所定の形状に成形する成形機２６
と、前記るつぼ１８を前記溶湯保持炉１４、前記半凝固
金属製造手段２２および前記成形機２６に搬送可能な多
関節ロボット２８とを備える。

【００１３】溶湯汲み出しロボット１６は、支柱３０上
に旋回自在に設けられるアーム３２を備え、このアーム
３２の先端にラドル３４が傾動可能に装着される。成形
機２６を構成する射出スリーブ２４の上部側には、図示
しないキャビティに連通するスラリー投入用開口部３６
が形成されている。半凝固金属製造手段２２は、るつぼ
１８を配置してこのるつぼ１８内の溶湯１２を冷却およ
び撹拌する第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄを備え
る。なお、第１〜第４撹拌機３８ａ〜３８ｄは、同様に
構成されており、以下、主に第１撹拌機３８ａを例に説
明する。

【００１４】第１撹拌機３８ａは、るつぼ１８を離脱自
在に配置するるつぼ受台４０を備える。このるつぼ受台
４０は、図３に示すように、るつぼ１８を収容するため
の凹部４２を設けるとともに、前記るつぼ受台４０の内
部には、前記凹部４２に配置されるるつぼ１８を周回す
るようにしてヒータ４４が埋設されている。

【００１５】るつぼ受台４０の上方には、撹拌機能を兼
ねた冷し金４６が駆動部４８を介して取り外し可能に配
置される。冷し金４６は、溶湯１２として使用される、
例えば、アルミニウム溶湯の溶湯温度で溶けない材質、
例えば、銅やステンレス等により構成されている。この
冷し金４６の外形は、円柱形状等に設定されるととも
に、必要に応じて下方に向かって抜き勾配を有してい
る。冷し金４６は、駆動部４８に対し、例えば、セラミ
ック製カプラ４９を介して着脱自在であり、この駆動部
４８がるつぼ受台４０上で昇降するとともに、前記冷し
金４６を回転駆動する。

【００１６】図４に示すように、るつぼ１８は、射出ス
リーブ２４の開口部３６と略同一形状の開口部５０を有
するとともに、このるつぼ１８の一側面５２にのみ多関
節ロボット２８の把持部７６（後述する）に係合する把
持用係合部５４が設けられる。図５に示すように、係合
部５４は、るつぼ１８の一側面５２にねじ止め固着され
る板状部材５６を備える。この板状部材５６は、上端に
山形状傾斜部を設けるとともに、るつぼ１８の深さ方向
（矢印Ａ方向）に平行な２つの面５８ａ、５８ｂを有
し、かつ各面５８ａ、５８ｂに前記深さ方向に沿って係
合用溝部６０ａ、６０ｂが形成される。

【００１７】多関節ロボット２８は、第１乃至第４撹拌
機３８ａ〜３８ｄの配列方向（矢印Ｂ方向）に延在する
レール６２に沿って進退自在である（図１参照）。多関
節ロボット２８は、例えば、６軸ロボットで構成されて
おり、図４に示すように、基台６４上にＳ軸回りに回転
自在な回転台６６が設けられ、この回転台６６には、第
１アーム６８がＨ軸方向に揺動自在に設けられる。この
第１アーム６８には、第２アーム７０がＶ軸に沿って揺
動自在に設けられるとともに、この第２アーム７０の先
端部にＲ２軸回りに回転する旋回軸７２が構成される。
旋回軸７２に手首部７４がＢ軸回りに回動自在に装着さ
れ、前記手首部７４には、Ｒ１軸方向に回転自在な回転
軸７５が設けられて前記回転軸７５に把持部７６が装着
される。

【００１８】図５および図６に示すように、把持部７６
は、るつぼ１８の係合部５４を把持する第１クランプ手
段７８と、前記係合部５４を直接把持している前記第１
クランプ手段７８を前記るつぼ１８と一体的に把持する
第２クランプ手段８０とを備える。第１クランプ手段７
８は、手首部７４から延在する回転軸７５に固定される
固定板体８４を備え、その固定板体８４にメインクラン
プ用の第１シリンダ８６が装着される。第１シリンダ８
６は、互いに近接および離間変位する可動台８８ａ、８
８ｂを有するとともに、前記可動台８８ａ、８８ｂに
は、第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂが固着さ
れる。

【００１９】第１クランプ爪９０ａは、係合部５４に係
合するものであり、その上部側に突起部９２が設けられ
る。第１クランプ爪９０ａには、溝部６０ａに嵌合する
上下２つの台形部９４ａ、９４ｂが膨出形成されるとと
もに、前記第１クランプ爪９０ａの可動台８８ａにねじ
止めされる基端部側には、テーパ面９６が前方に向かっ
て内方に傾斜するように設けられている。第２クランプ
爪９０ｂは、第１クランプ爪９０ａと同様に構成されて
おり、同一の構成要素には同一の参照符号付して、その
詳細な説明は省略する。

【００２０】第２クランプ手段８０は、固定板体８４に
固着されるサブクランプ用の第２シリンダ９８ａ、９８
ｂを備え、前記第２シリンダ９８ａ、９８ｂから突出す
るロッド１００ａ、１００ｂに可動板体１０２が固着さ
れる。ロッド１００ａ、１００ｂを挟んで一対のガイド
バー１０４が配置されており、前記ガイドバー１０４
は、可動板体１０２に固着されるとともに、第２シリン
ダ９８ａ、９８ｂに挿入されている。

【００２１】可動板体１０２は、その中央部に第１およ
び第２クランプ爪９０ａ、９０ｂを挿通するための開口
部１０６が形成されるとともに、前記第１および第２ク
ランプ爪９０ａ、９０ｂの各テーパ面９６に摺接して前
記第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂを互いに近
接する方向に押圧保持するための一対のテーパ面１０８
を設けている。可動板体１０２の四隅に引っ張り用スプ
リング１１０の一端が係合するとともに、前記スプリン
グ１１０の他端が固定板体８４に取り付けられている。
可動板体１０２は、スプリング１１０の弾性力を介し
て、常時、第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂを
固定する方向に付勢されている。

【００２２】このように構成される製造装置１０の動作
について、本実施形態に係る供給方法との関連で以下に
説明する。

【００２３】まず、溶湯保持炉１４内で溶湯１２が６５
０℃程度に加熱保持された状態で、溶湯汲み出しロボッ
ト１６が駆動される。この溶湯汲み出しロボット１６で
は、アーム３２の作用下にラドル３４が溶湯保持炉１４
内に挿入され、このラドル３４が傾動することにより１
ショット分の溶湯１２が該ラドル３４により汲み出され
る。溶湯１２が汲み出されたラドル３４は、溶湯１２の
注湯位置に移動される一方、この注湯位置には、多関節
ロボット２８が把持部７６により空のるつぼ１８を保持
して配置されている。

【００２４】そこで、ラドル３４が傾動され、多関節ロ
ボット２８に保持されているるつぼ１８内に１ショット
分の溶湯１２が注湯される。次いで、多関節ロボット２
８は、るつぼ１８を第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄ
の所定の位置、例えば、前記第１撹拌機３８ａを構成す
るるつぼ受台４０の凹部４２に挿入する。図３に示すよ
うに、るつぼ受台４０では、ヒータ４４が駆動されて予
め所定の温度に維持されており、凹部４２に配置された
るつぼ１８内の溶湯１２が周囲から一挙に冷却されるこ
とを防止している。

【００２５】第１撹拌機３８ａでは、冷し金４６が、水
分除去および冷却条件の安定化のために予め１００℃程
度に加熱保持されており、前記冷し金４６が、駆動部４
８を介して比較的低速で所定方向に回転しながらるつぼ
１８内の溶湯１２中に浸漬される。その後、駆動部４８
の作用下に冷し金４６が溶湯１２中で回転速度を上げる
ことにより、この溶湯１２を冷却しながら迅速に撹拌す
る。

【００２６】冷し金４６が、予め設定された時間だけ、
あるいは撹拌完了信号が入力されるまで溶湯１２の撹拌
を行った後、この冷し金４６が回転しながらるつぼ１８
から引き上げられる。このため、るつぼ１８内には、全
体的に一定温度に保持された半凝固金属２０が得られ
る。

【００２７】一方、多関節ロボット２８は、第１乃至第
４撹拌機３８ａ〜３８ｄの中、所望のスラリー状態に冷
却および撹拌された半凝固金属２０を有する、例えば、
第４撹拌機３８ｄに対応して移動される。第４撹拌機３
８ｄでは、駆動部４８が上方に待機するとともに、冷し
金４６が取り外されており、多関節ロボット２８は、こ
の第４撹拌機３８ｄのるつぼ受台４０に配置されている
るつぼ１８を把持し、このるつぼ１８を前記第４撹拌機
３８ｄから取り出す。

【００２８】具体的には、第２クランプ手段８０を構成
する第２シリンダ９８ａ、９８ｂが駆動され、可動板体
１０２がスプリング１１０の弾性力に抗して前方（矢印
Ｃ１方向）に突出している（図５参照）。このため、第
１クランプ手段７８を構成する第１および第２クランプ
爪９０ａ、９０ｂは、互いに近接および離間する方向に
変位可能であり、第１シリンダ８６が駆動されることに
よって、可動台８８ａ、８８ｂと一体的に前記第１およ
び第２クランプ爪９０ａ、９０ｂが互いに離間する方向
に配置される。

【００２９】そこで、多関節ロボット２８を構成する手
首部７４が、第４撹拌機３８ｄに配置されているるつぼ
１８側に移動し、このるつぼ１８の一側面５２に固着さ
れている係合部５４を第１および第２クランプ爪９０
ａ、９０ｂ間に配置させる。次に、第１シリンダ８６が
駆動され、可動台８８ａ、８８ｂと一体的に第１および
第２クランプ爪９０ａ、９０ｂが互いに近接する方向に
変位し、第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂによ
り係合部５４が把持される。

【００３０】この状態で、第２クランプ手段８０を構成
する第２シリンダ９８ａ、９８ｂが駆動され、可動板体
１０２が手首部７４側（矢印Ｃ２方向）に移動する。こ
のため、可動板体１０２に設けられているテーパ面１０
８が第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂに設けら
れているテーパ面９６に摺接し、前記第１および第２ク
ランプ爪９０ａ、９０ｂが互いに近接する方向に押圧保
持される。これにより、るつぼ１８に設けられた係合部
５４は、第１および第２クランプ手段７８、８０を介し
て強固かつ確実に把持され、多関節ロボット２８は、こ
のるつぼ１８を成形機２６の開口部３６に対応して水平
姿勢に配置される。

【００３１】この場合、本実施形態は、図７に示すよう
に、るつぼ１８が多関節ロボット２８を介して射出スリ
ーブ２４の開口部３６の上部端縁部に近接して水平姿勢
で配置された後、まず、回転軸７５がＲ１軸回りに所定
の角度だけ回転する。このため、把持部７６に片持ち支
持されているるつぼ１８は、前記把持部７６を中心にし
て回動中心Ｏ１回りに所定の角度α１゜だけ回動され
る。これにより、るつぼ１８の開口部５０側の端部１８
ａは、射出スリーブ２４の開口部３６の端部に近接して
配置されることになる（図７中、二点鎖線参照）。

【００３２】次いで、図８に示すように、多関節ロボッ
ト２８は、射出スリーブ２４の開口部３６の端部近傍
を、すなわち、角度α１゜だけ回動されたるつぼ１８の
端部１８ａを仮想傾動軸Ｏ２とし、この仮想傾動軸Ｏ２
回りに前記るつぼ１８が所定の角度α２゜だけ傾動され
る（図８中、二点鎖線参照）。その際、多関節ロボット
２８では、回転台６６のＳ軸、第１アーム６８のＨ軸、
第２アーム７０のＶ軸、旋回軸７２のＲ２軸、手首部７
４のＢ軸および回転軸７５のＲ１軸が選択的に駆動され
ることにより、るつぼ１８を開口部３６の端部近傍に設
定された仮想傾動軸Ｏ２回りに傾動させている。

【００３３】このため、るつぼ１８内の半凝固金属２０
は、このるつぼ１８が、図８中、角度α２゜の範囲で傾
動する間に開口部５０から射出スリーブ２４の開口部３
６に確実に投入され、前記射出スリーブ２４内に前記半
凝固金属２０の全量を投入することができる。

【００３４】このように、本実施形態では、るつぼ１８
が、まず回動中心Ｏ１回りに角度α１゜だけ回動した
後、このるつぼ１８が射出スリーブ２４の開口部３６の
端部近傍に設定される仮想傾動軸Ｏ２回りに傾動されて
いる。従って、るつぼ１８は、実際上、開放側端部１８
ａを支点にして射出スリーブ２４上で傾動することにな
り、開口部５０に収容されている半凝固金属２０は、こ
のるつぼ１８が角度α２゜の範囲内のいずれかの傾動位
置に至る際に、前記開口部５０から射出スリーブ２４の
開口部３６に確実に投入される。

【００３５】これにより、るつぼ１８内の半凝固金属２
０の全量を射出スリーブ２４内に投入することができ、
このるつぼ１８内に前記半凝固金属２０が残存すること
がなく、前記半凝固金属２０を効率的かつ確実に前記射
出スリーブ２４に供給することが可能になるという効果
が得られる。

【００３６】しかも、るつぼ１８は、まず、回転中心Ｏ
１を中心に角度α１゜まで回動された後、仮想傾動軸Ｏ
２を中心に傾動される。このため、るつぼ１８内の半凝
固金属２０の投入作業が迅速に遂行され、前記半凝固金
属２０の供給作業全体の効率化が容易に図られる。さら
に、るつぼ１８の回動および傾動動作は、多関節ロボッ
ト２８のＳ軸、Ｈ軸、Ｖ軸、Ｒ２軸、Ｂ軸およびＲ１軸
を選択的に駆動するだけでよく、制御全体を簡素化する
ことができる。

【００３７】ところで、成形機２６では、射出スリーブ
２４内に投入された半凝固金属２０を用いて成形処理が
施され、所定の金属成形品が得られることになる。多関
節ロボット２８は、空になったるつぼ１８をエアブロー
位置に移動してエアブロー処理を施すことにより、この
るつぼ１８内に残存するアルミニウムが除去される。次
いで、るつぼ１８の内部にセラミック材等によるコーテ
ィングが行われた後、このるつぼ１８が注湯位置に配置
される。

【００３８】なお、本実施形態では、溶湯保持炉１４と
多関節ロボット２８との間に１ショット分の溶湯を汲み
出すための溶湯汲み出しロボット１６を設けているが、
多関節ロボット２８に保持されているるつぼ１８に溶湯
保持炉１４から１ショット分の溶湯１２を直接給湯する
ように構成すれば、この溶湯汲み出しロボット１６を必
ずしも用いなくてもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る半凝固金属の供給方法で
は、多関節ロボットの把持部で把持された容器が、この
把持部の回転軸の回転作用下に所定の角度範囲まで回動
された後、前記多関節ロボットの各軸が選択的に駆動さ
れることにより、前記容器がその回動中心とは異なる仮
想傾動軸回りに傾動し、該容器内の半凝固金属が射出ス
リーブの開口部に確実に投入される。このため、容器内
の半凝固金属の全量を射出スリーブ内に投入することが
でき、前記容器内に前記半凝固金属が残存することがな
く、該半凝固金属の供給作業全体が、簡単な作業で効率
的に遂行可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半凝固金属の供給方法
を実施するための製造装置の概略斜視説明図である。

【図２】前記製造装置の平面説明図である。

【図３】前記製造装置を構成する撹拌機の説明図であ
る。

【図４】前記製造装置を構成する多関節ロボットの斜視
説明図である。

【図５】前記製造装置を構成する把持部およびるつぼの
一部分解斜視説明図である。

【図６】前記把持部の平面説明図である。

【図７】前記るつぼを回動する際の動作説明図である。

【図８】前記るつぼを傾動させる際の動作説明図であ
る。

【図９】従来技術に係る半凝固金属の供給方法の説明に
供する図である。

【符号の説明】

１０…製造装置 １２…溶湯 １４…溶湯保持炉 １８…るつぼ ２０…半凝固金属 ２２…半凝固金属製造
手段 ２４…射出スリーブ ２６…成形機 ２８…多関節ロボット ３８ａ〜３８ｄ…撹拌
機 ４６…冷し金 ５０…開口部 ５４…係合部 ６６…回転台 ６８、７０…アーム ７２…旋回軸（Ｒ２
軸） ７５…回転軸（Ｒ１軸） ７６…把持部 ７８、８０…クランプ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 41/06 Ｂ２２Ｄ 41/06 (72)発明者 田岡 明範 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 伊藤 英臣 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 甲斐 昇克 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 4E014 LA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半凝固金属が収容されている容器を多関節
   ロボットの把持部で把持し、前記半凝固金属を射出スリ
   ーブの開口部に投入する半凝固金属の供給方法であっ
   て、 前記容器を把持する前記把持部の回転軸を回転させ、前
   記容器を所定の角度位置まで回動させる工程と、 前記多関節ロボットの各軸を選択的に駆動することによ
   り、前記容器を、その回動中心とは異なる仮想傾動軸回
   りに傾動させて該容器内の前記半凝固金属を前記開口部
   に投入する工程と、 を有することを特徴とする半凝固金属の供給方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の供給方法において、前記仮
   想傾動軸は、前記開口部の端部近傍に設定されることを
   特徴とする半凝固金属の供給方法。