JP2009006398A - コアパッケージ取扱い装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジン部品用鋳型内への配置の際のコアパッケージの損傷を回避する。
【解決手段】複数のグリッパ（５０２）が機械（５０４）のフレーム（８００）に連結される。各グリッパは、被動歯車（７１２）を備えた駆動部分（７０４）、駆動部分に連結されたシャフト部分（５０６）及びシャフト部分の端に連結されたヘッド部分（５０８）を有する。ヘッド部分は、シャフト部分の外寸を越えて延びている。アクチュエータ（７１８）が、駆動歯車（７１４）を備えた駆動シャフト（７１６）に連結されている。駆動歯車はグリッパ（５０４）の被動歯車と噛み合っていて、アクチュエータの運動が駆動シャフト、駆動歯車、被動歯車、そして最終的にグリッパに伝達されてグリッパが中心線回りに回転するようになっている。
【選択図】図７

Description

本発明は、鋳造装置及び方法に関し、かかる鋳造装置及び方法としては、コアパッケージの取扱い方法及び装置が挙げられるが、これらには限定されない。

内燃エンジンは、複数のシリンダを備えたクランクケースを有する。シリンダは、ピストンを収容し、燃焼事象に起因するピストンの往復運動をクランクシャフトを介して伝えてエンジンのトルク出力を生じさせることができる。エンジンクランクケースは、鋳造金属によって作られている場合が多く、エンジンクランクケース内には、エンジンの１つの場所から別の場所への種々の流体の移送のための通路が一体に形成されている。典型的にはエンジン内の通路を通って移送される流体としては、冷却剤（クーラント）、空気、燃料、油等が挙げられる。

種々のエンジン部品を製造する公知の方法は、鋳造によってエンジン部品を金属で作るステップを含む。典型的なエンジン部品をこの中に１又は２以上の内部通路が形成された状態で鋳造し、次に典型的には、種々の機械加工作業を用いてその仕上げを行う。鋳造部品は、典型的には、溶融金属を鋳型内に注ぎ込むことにより形成される。鋳型は、溶融金属が凝固する一部の所望の外部形状を形成する内面を有する。内部特徴は、通常、溶融金属の注ぎ込みに先立って鋳型内に配置されるコアによって形成され、コアは、典型的には、実質的に砂又は別の適当な材料で作られる。

典型的なコアは、コアパッケージの状態に集成される１又は２以上の相互係止部分を含む。コアパッケージを完成状態の鋳型組立体の内部キャビティとなる鋳型半部内に配置する。鋳型半部内に配置可能にコアパッケージを取り扱うことは、主としてコアパッケージの脆弱さに起因して手際を要する作業である。

典型的な製造設備では、単一の鋳型は、金属注ぎ込み作業１回につき多数個のエンジン部品を鋳造する２以上の内部キャビティを形成することができる。これは、注ぎ込み作業を行う前に単一の鋳型が多数のコアパッケージを受け入れることができるということを意味する。コアパッケージは、鋳型内への配置の際に損傷を生じる場合が多く、スクラップにされるべき材料の量が比較的多く生じる。この問題及び他の問題は、次のようにして解決できる。

複数のグリッパが機械のフレームに連結される。各グリッパは、被動歯車を備えた駆動部分、駆動部分に連結されていて中心線を備えた細長い形状を有するシャフト部分、及び駆動部分と反対側のシャフト部分の端に連結されたヘッド部分を有する。ヘッド部分は、シャフト部分の外寸を越えて延びている。少なくとも１つのアクチュエータが、少なくとも１つの駆動シャフトに連結され、この駆動シャフトは、少なくとも１つの駆動歯車を備えている。少なくとも１つの駆動歯車は、グリッパの被動歯車と噛み合っていて、アクチュエータの運動が駆動シャフトに、駆動歯車に、被動歯車に、そして最終的にグリッパに伝達されてグリッパが中心線回りに回転するようになっている。

以下の説明は、内部通路を有する金属部品の鋳造のために鋳型キャビティ内に配置可能にコアパッケージを取り扱う装置及び方法に関する。比較のために公知のコアパッケージ取扱い装置が図１ないし図３に示されている。

部分的に組み立てられた鋳型組立体（図示せず）の一部である鋳型半部１００が、図１に示されている。鋳型半部１００は、鋳型半部１００のキャビティ１０４内に配置された３つのコアパッケージ１０２を収容した状態で示されている。鋳型半部１００は、鋳型組立体の下半分である。鋳型組立体の上半分（図示せず）は、典型的には、鋳造の準備のためにキャビティ１０４を構成してこれをコアパッケージ１０２周りに封止するよう鋳型半部１００上に配置される。鋳型組立体を組み立てると、鋳型半部１００に形成された口キャビティ１００を通って溶融金属を注ぎ込む。口キャビティ１０６を充填した液体金属は、供給通路１０８を通って流れてスラグフィルタ１１０を越え、そしてキャビティ１０４内に流れてコアパッケージ１０４を包囲すると共にキャビティ１０４を満たす。

複数のウェル１１２が、金型半部内に配置されたコアパッケージ１０２の各々相互間で且つこの周りで金型半部１００内に形成されている。複数のウェル１１２の各々は、注ぎ込み作業中、溶融金属で一杯になる。鋳型組立体内の金属が凝固した後に残されて重量が約７５ポンド（４３ｋｇ）の場合がある金属部分は、製造対象の部品の一部ではなく、仕上げ作業中に除去される。金属部分を除去した後に残った金属スラグは、典型的には、再生利用される場合がある。鋳造作業中に各鋳型組立体内に注ぎ込まれる金属の量を最小限に抑えることが望ましく、又、作られるべき部品に用いられない金属の量を最小限に抑えることが望ましい。複数のウェル１１２の各々を満たす部品によって用いられない金属のこの量は、ウェル１１２の寸法及び容積で決まる。

典型的に用いられるウェル１１２は、各コアパッケージ１０２を鋳型半部１００内への配備のため及び配備中又は任意他の作業の際に取り扱っている間、各コアパッケージに係合し又はこれを掴むグリッパ２００を収容するに足るほど大きい。各グリッパ２００は、典型的には、配備機械２０２に連結され、機械２０２に対して回動運動可能である。グリッパ２００は、典型的には、図２の断面図に示されているように、対向した状態でコアパッケージ１０２の一部分に係合する形態で１対ずつ用いられる。グリッパ２００の対向形態は、脆弱なコアパッケージ１０２を損傷させる場合のある剪断荷重が係合中のコアパッケージ１０２の一部分に加わるのを回避する上で必要である。したがって、グリッパによりコアパッケージに及ぼされる圧縮荷重により、コアパッケージの損傷及び破損が生じる場合があり、それにより、製造プロセスにおけるスクラップ発生率が高くなることが観察される場合が多かった。

図２の断面は、例えばコアパッケージ１０２が鋳型半部１００のキャビティ１０４内に配置されて機械２０２が上方に引っ込んでいる場合において、各グリッパ２００を実線によって係合位置で示すと共に点線によってこれを離脱位置で示している。各グリッパ２００は、ヘッド部分２０４を有し、このヘッド部分は、コアパッケージ１０２にその凹み部分２００のところで係合し、この凹み部分はコアパッケージ１０２が鋳型半部１００内に入れられている間、下方に位置するコアパッケージ１０２の領域に沿って形成される。

典型的なコアパッケージ１０２の外形図が、図３に示されている。コアパッケージ１０２は、底面３００側から斜視図として、又はコアパッケージ１００をキャビティ１０４内に下降しているときに鋳型半部１００によって見える斜視図として示されている。コアパッケージ１０２は、長さが同一であるが、形態が様々な複数の脚部３０２を有し、これら脚部は、コアパッケージが鋳型半部１００内に配備されている間、鋳型半部１００のキャビティ１０４の底面に接触する。脚部３０２の高さは、部品を成形して硬化させた後におけるコアパッケージ１０２の底面３００に沿う金属の厚さを定める。グリッパ２００を受け入れるよう構成された複数の凹み部分２０６も又、見える。図示のコアパッケージ１０２には４つの凹み部分２０６が設けられているが、これよりも大きなコアパッケージについて他の数を用いることができる。４つの凹み部分２０６は、後述の理由で２つの反対側の対をなして配置されている。部品をコアパッケージ１０２の周りに形成した後、４つの凹み部分２０６の各々は、凝固した溶融金属で満たされ、部品に不必要な重さを追加する。製造対象の部品のかかる「死重量（dead weight ）」を減少させることが望ましい。これまでに説明した問題及び他の問題は、有利には、以下に説明するように回避できる。

改良型コアパッケージ４０２の外形図が、図４に示されている。コアパッケージ４０２は、図３に示すコアパッケージ１０２の脚部３０２とほぼ同じ脚部４０４を有している。脚部４０４は、コアパッケージ４０２を底面４０５から突き出ている。コアパッケージ４０２は、複数の窪み４０８を形成するよう少なくとも部分的に底面４０５周りに延びる複数の凹み部分又は凹部４０６を更に有している。典型的な凹み部分２０６と比較して、この実施形態の凹み部分４０６は、有利には、完成部品における不必要な金属の量を減少させるよう数が少なく且つ底が浅い。

配備機械５０４に取り付けられた改良型グリッパ５０２を用いて改良型鋳型半部５００内に配備されている際の改良型コアパッケージ４０２の詳細断面図が、図５及び図６に示されている。改良型グリッパ５０２は、一端が機械５０４に連結された細長いシャフト５０６を有すると共にシャフト５０６の別の端に連結されると共にこれから側方に突き出たヘッド部分５０８を有している。グリッパ５０２は、有利には、機械５０４に対して少なくとも９０°だけ回転することができ、このグリッパは、これが回動するわけではないので、有利には、コアパッケージ４０２に係合したりこれから離脱する場合に必要なフットプリント（作業域）は小さい（少ない）。

鋳型半部５００内へのコアパッケージ４０２の配備の際、グリッパ５０２を回転させてヘッド部分５０８がシャフト５０６からコアパッケージ４００に向かう方向に突き出るようにする。コアパッケージ４０２は、この位置では、グリッパ５０２の少なくとも一部分の周りに配置され、グリッパ５０２のシャフトは、凹み部分４０６のうちの１つの中に少なくとも部分的に嵌まり込み、グリッパ５０２のヘッド部分５０８は、コアパッケージ４０２の底面４０５の窪み４０８と接触関係をなして配置される。

コアパッケージ４０２を鋳型半部５００内に配備した後、グリッパ５０２は、これがシャフト５０６の主要軸線回りに回転し、ヘッド部分５０８がぐるりと動いてそのそれぞれの凹部４０６から離れるようにすることによって、コアパッケージ４０２から離脱する。グリッパ５０２が約９０°回転し又はヘッド部分５０８が凹部４０６を通過するに足るほど回転した後、機械５０４は、グリッパ５０２を持ち上げてこれらを鋳型半部５００から引き出す。グリッパ５０２は図２に示す回動式グリッパ２００と比較して、コアパッケージ４０２に係合するのに必要な容積が小さいので、鋳型半部５００に形成された複数のウェル５１２は、上述したウェル１１２よりも大きさがかなり小さく且つ容積がかなり小さい。容積がこのように小さいことは、これにより、鋳造作業の完了後に取り出されなければならない金属の量がかなり少なくなり且つ再生利用する必要のある屑材料が減少するので有利である。さらに、コアパッケージ４０２に加わる圧縮力が存在しないので、製造プロセス中における部品のスクラップ発生率がかなり減少する。

グリッパ５０２の各々を作動させるために用いることができ、しかも機械５０４に組み込まれる駆動機構体７００の分解組み立て外形図が、図７に示されている。グリッパ５０２は、掴み部分７０２及び駆動部分７０４を有している。掴み部分７０２は、上述したように、シャフト５０６及びヘッド５０８を有し、この掴み部分は、機械５０４から突き出ているものである。駆動部分は、ヘッド５０８と反対側のシャフト５０６の端に同軸状に連結された第１の停止部７０６を有している。軸受７０８が、第１の停止部７０６と同軸に連結され、第２の停止部７１０が、軸受７０８と同軸に直列状態で連結されている。円形歯車又はピニオン７１２が、第２の停止部７１０に連結されている。ピニオン７１２には複数の歯が形成されており、これらの歯は、ピニオン７１２の周囲に沿って配置されると共に直線歯車又はラック７１４に形成された複数の歯と噛み合うよう構成されている。機械５０４を完全に組み立ててこれが作動しているとき、ピニオン７１２は、ラック７１４と噛み合う。

ラック７１４は、駆動シャフト７１６に連結されている。駆動シャフト７１６は、シャフト７１６がグリッパ５０２に対して往復動するようにすることができるアクチュエータ７１８に作動的に連結されている。アクチュエータ７１８は、選択的な運動を行うことができる任意形式のアクチュエータであるのが良い。例えば、アクチュエータ７１８は、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、電気モータ又は直線ソレノイド等であるのが良い。シャフト７１６の往復動により、ラック７１４とピニオン７１２の噛み合いによりグリッパ５０２の回転が生じる。

機械５０４の一部分に関する一実施形態の外形図が、図８に示されている。機械５０４は、４つのスリーブ８０２が取り付けられたフレーム８００を有している。各スリーブ８０２は、ポスト（図示せず）に摺動可能に係合する開口部８０４を形成し、かかるポストにより、機械５０４は作動中、ポストに沿っていずれかの方向に選択的に動くことができる。装備プレート８０６が、フレーム８００に連結されている。プレート８０６には多くの種々の部品が取り付けられており、このプレートは、機械５０４の作動中に用いられる種々のアクチュエータ及び他の部品（図示せず）のためのプラットホームとしても役立つ。機械５０２のこの実施形態は、３つのコアパッケージを一度に取り扱うよう構成されている。それ故、プレート８０６に連結された部品の多くは、一般に、１組が３つから成る幾つかの組をなして配置されているが、他の配置を利用しても良い。

プレート８０６は、３つの複数の組をなすグリッパ８０８を有している。複数のグリッパ８０８の各組は、各々が３つのコアパッケージパッド８１０のうちの１つを包囲した３つのグリッパから成る。機械５０４の作動中、１乃至３のいずれかの数のコアパッケージを３つのパッド８１０のうちの１又は２以上の中に嵌め込むことができる。各コアパッケージは、上述したように３つの対応のグリッパ８０８との係合によって機械５０４に対して保持できる。

コアパッケージの保持及び位置合わせを容易にする追加の特徴又は部品が、プレート８０６に連結されている。複数のリテーナ８１２が、プレート８０６に連結されている。リテーナ８１２は各々、搬送中の安定性が得られるようにパッド８１０内に収納されたコアパッケージを各パッド８１０から押し離して対応のグリッパ８０８に押し付けるように選択的に伸長したり引っ込んだりするピンを有している。図示の実施形態では、全部で３つのリテーナ８１２に関し、各パッド８１０に対応してそれぞれ１つのリテーナ８１２が設けられているが、これよりも多い数のリテーナ８１２を用いても良い。

複数の位置合わせポスト８１４が、プレート８０６に連結されている。位置合わせポスト８１４は、搬送対象の各コアパッケージをグリッパ８０８及びパッド８１０の各々にそれぞれ位置合わせするよう配置されている。位置合わせポスト８１４は、パッド８１０一つ当たり２つの組をなして配置されると共にプレート８０６の外周部に隣接して設けられている。機械５０４の作動中、１又は２以上のコアパッケージに１又は２以上の組をなすグリッパ８０８を係合させたとき、各位置合わせポスト８１４は、コアパッケージの各々にそれぞれ接触すると共に（或いは）これに密接して位置することができる。他の部品、例えばアクチュエータ（図示せず）又はリンク装置（図示せず）も又、プレート８０６に連結しても良く又はこれと関連させても良い。これら他の部品は、グリッパ８０８、リテーナ８１２及び（又は）フレーム８００の運動を選択的に制御するよう構成されている。

本発明は、その精神又は本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施できる。開示した実施形態は、あらゆる面において、例示としてのみ解されるべきであって、本発明を限定するものと解されてはならない。したがって、本発明の範囲は、上述の説明ではなく特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。特許請求の範囲の文言上の意味及びその均等範囲に属する全ての変更は、本発明の範囲に含まれるものである。

３つのコアパッケージが収納された鋳型半部の外形図である。 コアパッケージを掴んだ１組の公知のグリッパの断面図である。 凹部を備えた公知のコアパッケージの外形図である。 本発明に従って浅い凹部を備えた改良型コアパッケージの外形図である。 本発明に従ってコアパッケージを掴んだり離したりする際のグリッパの断面図である。 本発明に従ってコアパッケージを掴んだり離したりする際のグリッパの断面図である。 本発明のグリッパの駆動機構体の分解組立て外形図である。 本発明に従ってグリッパを用いて多数のコアパッケージを掴むよう構成された機械の外形図である。 本発明の機械でコアパッケージを取り扱う方法のフローチャートである。

符号の説明

１００，５００ 鋳型半部
１０２，４０２ コアパッケージ
１１２，５１２ ウェル
２０６，４０６ 凹み部分
５０２ グリッパ
５０４ 配備機械
５０６ シャフト部分
５０８ ヘッド部分
７００ 駆動機構体
７０４ 駆動部分
７０６ 掴み部分
７１２ 被動歯車又はピニオン
７１４ 駆動歯車又はラック
７１６ 駆動シャフト
７１８ アクチュエータ

Claims (11)

1. 少なくとも１つのコアパッケージを鋳型のキャビティ内に配備する機械であって、
   二方向に動くことができるフレームを有し、複数のグリッパが、前記フレームに連結され、各前記グリッパは、被動歯車を備えた駆動部分と、中心線を備えた細長い形状を有するシャフト部分とを備え、前記シャフト部分は、前記駆動部分に連結され、各前記グリッパは、前記駆動部分と反対側の前記シャフト部分の遠位端に連結されたヘッド部分を更に備え、前記ヘッド部分は、前記シャフト部分の外寸を越えて延び、
   少なくとも１つのリンク装置を介して少なくとも１つの駆動シャフトに連結された少なくとも１つのアクチュエータを有し、各前記リンク装置は、少なくとも１つの駆動歯車を含み、
   前記少なくとも１つの駆動歯車は、前記少なくとも１つのグリッパの前記被動歯車と噛み合っていて、前記アクチュエータの運動が前記駆動シャフトに伝えられ、前記駆動シャフトの運動が前記駆動歯車に伝えられ、前記駆動歯車の運動が前記被動歯車に伝えられ、前記被動歯車の運動が前記グリッパに伝えられるようになっており、前記グリッパの前記運動は、前記中心線回りの回転運動である、
   ことを特徴とする機械。
2. 前記機械は、コアパッケージを受け入れる少なくとも１つのパッドを備え、各前記パッドについて前記機械に連結された３つのグリッパが設けられている、
   請求項１に記載の機械。
3. 前記フレームに作動的に関連していて、前記少なくとも１つのパッドの周囲に隣接して設けられた少なくとも１つの位置合わせポストを更に備えている、
   請求項２に記載の機械。
4. 前記フレームに作動的に関連した少なくとも１つのリテーナを更に備え、前記少なくとも１つのリテーナは、時にはコアパッケージを前記複数のグリッパの１又は２以上のヘッド部分に押し付けるよう選択的に延びる往復動ピンを有する、
   請求項２に記載の機械。
5. 鋳型の製作中に１又は２以上のコアパッケージを取り扱う方法であって、
   コアパッケージを鋳型キャビティ内に配置可能に準備するステップと、
   前記コアパッケージを搬送面上に位置合わせするステップと、
   受け入れ面を備えた機械を前記コアパッケージ上に位置決めするステップと、
   前記機械を前記コアパッケージ上に下降させて前記コアパッケージが前記受け入れ面に隣接して配置されるようになるようにするステップと、
   前記機械に取り付けられていて、各々が中心線を備えた細長いシャフトを有する２又は３以上のグリッパを前記コアパッケージの凹部内にそれぞれ配置するステップと、
   前記２又は３以上のグリッパの各々をその中心線回りに回転させて各前記グリッパの端に設けられているヘッド部分が前記コアパッケージの下に位置決めされるようにするステップとを有する、
   ことを特徴とする方法。
6. 前記コアパッケージを前記２又は３以上のグリッパによって掴んでいる状態で前記機械を上昇させるステップと、
   前記機械を鋳型キャビティ上の新たな位置まで動かすステップと、
   前記機械を前記鋳型キャビティ上に下降させて前記コアパッケージが前記鋳型キャビティ内に配置されるようにするステップと、
   前記２又は３以上のグリッパを回転させてこれらのそれぞれのヘッドがもはや前記コアパッケージの下には位置しないようにするステップと、
   前記機械を上昇させて前記鋳型キャビティから離し、後には前記コアパッケージが前記鋳型キャビティ内に配置されたままであるようにするステップとを更に有する、
   請求項５に記載の方法。
7. 往復動可能に取り付けられたピンを有するリテーナを作動させ、前記ピンが伸長して前記コアパッケージを前記２又は３以上のグリッパの前記ヘッド部分に押し付けるようにするステップと、
   前記ピンを選択的に引っ込めるステップとを更に有する、
   請求項５に記載の方法。
8. 鋳型内に形成された鋳型キャビティ内に配置可能にコアパッケージを取り扱う方法であって、
   コアパッケージを配備機械に係合させるステップを有し、前記配備機械からは複数のグリッパが突き出ており、各前記グリッパは、中心線を備えた細長いシャフト及び前記細長いシャフトの遠位端に設けられたヘッドを備え、前記ヘッドは、前記細長いシャフトから側方に突き出ており、各前記グリッパは、有利には、前記配備機械に対して少なくとも９０°だけ回転でき、
   前記コアパッケージを前記配備機械に係合させる前記ステップは、各前記グリッパを第１の方向に回転させて各前記ヘッドが前記中心線回りに前記コアパッケージに向く方向に動いて、ついには各前記ヘッドが前記コアパッケージの下に配置されるようにすることによって達成され、
   前記コアパッケージを前記配備機械から離脱させるステップを有し、
   前記コアパッケージを前記配備機械から離脱させる前記ステップは、各前記グリッパを前記中心線回りに前記第１の回転方向とは逆の第２の方向に回転させて各前記ヘッドが前記中心線回りに前記コアパッケージから遠ざかる方向に動き、ついには各前記ヘッドが前記コアパッケージを完全に通過するようにすることによって達成される、
   ことを特徴とする方法。
9. 各前記グリッパを前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って回転させる前記ステップは、アクチュエータを作動させることによって達成され、前記アクチュエータは、ラック歯車を備えた駆動シャフトに連結され、各前記グリッパは、前記ラック歯車と噛み合ったピニオン歯車を有し、前記アクチュエータにより、前記駆動シャフトは、往復動して前記ラック歯車が前記ピニオン歯車を回転させるようにする、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記コアパッケージを２又は３以上のグリッパによって掴んでいる状態で前記配備機械を上昇させるステップと、
    前記配備機械を前記鋳型キャビティ上の新たな位置まで動かすステップと、
    前記配備機械を前記鋳型キャビティ上に下降させて前記コアパッケージが前記鋳型キャビティ内に配置されるようにするステップと、
    前記配備機械を上昇させてこれを前記鋳型キャビティから遠ざけるステップとを更に有する、
    請求項８に記載の方法。
11. 前記コアパッケージを前記配備機械に係合させているとき、往復動可能に取り付けられたピンを有するリテーナを作動させ、前記ピンが伸長して前記コアパッケージを各前記ヘッドに時々押し付けるようにするステップと、
    前記ピンを選択的に引っ込めるステップとを更に有する、
    請求項８に記載の方法。

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