JP2021023957A - 鋳造システム及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造品質をより向上可能な、鋳造システム及び鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型４０を傾動しつつ前記鋳型４０の湯口４０ｂからキャビティ４０ａ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置と、注湯装置３、及び制御装置を備えた、鋳造システム１であって、前記注湯装置３は作業用ロボット１０を備え、当該作業用ロボット１０は、アーム１１と、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように、前記アーム１１に設けられたラドル１２を備え、前記制御装置は、前記鋳型４０を傾動させながら、前記湯口４０ｂの位置に前記ラドル１２を追従させて注湯制御する、鋳造システム１を提供する。【選択図】図１３

Description

本発明は、鋳造システム及び鋳造方法に関する。

従来より、型閉めされた金型等の鋳型を傾動しつつ、鋳型の湯口からキャビティ内に、重力を利用して溶湯を注湯することにより鋳物を鋳造する、傾動式重力鋳造装置が用いられている。傾動式重力鋳造装置では、鋳型の湯口近傍にラドルが固定されており、このラドル内に溶湯を供給した後にラドルが上側に位置するように鋳型を傾動させることで、ラドル内の溶湯を鋳型内のキャビティに注湯することが一般である。
上記のような傾動式重力鋳造装置においては、押湯が重力に依存して行われるために、装置に押湯のための特別の構造を必要とせず、したがって装置の構造が簡潔なものとなる。しかし、溶湯は一旦、鋳型のラドルに移し替えられた後に鋳型内に注湯されるため、溶湯の温度が低下し、鋳造不良の発生や鋳造品質の低下の一因となり得る。

これに対し、特許文献１には、給湯ロボットに装着された注湯容器によって計量された溶湯を保持炉から汲み上げ、該溶湯が入った注湯容器を、容器ごと鋳造機へ受け渡すことにより、溶湯を移し替える工程を廃止した、傾動式重力鋳造装置が開示されている。
特許文献１の傾動式重力鋳造装置は、より詳細には、金型取付枠と注湯容器取付枠とを備える傾動フレームを備えている。金型取付枠に鋳造金型を、及び注湯容器取付枠に給湯ロボットから受け渡された注湯容器を、それぞれ取り付けた状態で、傾動フレームを傾動させることにより、注湯容器内の溶湯が鋳造金型の湯口に注湯される。

特開２００７−２８３３１１号公報

鋳型の湯口近傍にラドルが固定された従来の傾動式重力鋳造装置においては、鋳型とラドルとの相対位置や相対角度が固定されており、変更できない構成となっている。このため、鋳型を傾動するに際し、例えば鋳型の傾動角度に応じてラドルの角度を変える等の、柔軟な注湯制御ができない。したがって、例えば鋳型内のキャビティの構造が複雑な場合等に、注湯にむらが生じ、鋳造不良が生じたり、鋳造品質が低下したりする可能性がある。
特許文献１の傾動式重力鋳造装置においても同様に、給湯ロボットから受け渡された注湯容器と、鋳造金型は共に、傾動フレームに取り付けられているため、注湯容器と鋳造金型は一体に傾動する。このため、上記のような従来の傾動式重力鋳造装置と同様に、鋳造不良が生じたり、鋳造品質が低下したりする可能性がある。
鋳造品質をより向上可能な、鋳造システム及び鋳造方法が望まれている。

本発明が解決しようとする課題は、鋳造品質をより向上可能な、鋳造システム及び鋳造方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、鋳型を傾動しつつ前記鋳型の湯口からキャビティ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置と、注湯装置、及び制御装置を備えた、鋳造システムであって、前記注湯装置は作業用ロボットを備え、当該作業用ロボットは、アームと、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように、前記アームに設けられたラドルを備え、前記制御装置は、前記鋳型を傾動させながら、前記湯口の位置に前記ラドルを追従させて注湯制御する、鋳造システムを提供する。

また、本発明は、鋳型を傾動しつつ前記鋳型の湯口からキャビティ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置に対し、注湯装置により鋳造する、鋳造方法であって、前記鋳型を傾動させながら、前記注湯装置が備える作業用ロボットのアームに、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように設けられたラドルを、前記湯口の位置に追従させて注湯制御する、鋳造方法を提供する。

本発明によれば、鋳造品質をより向上可能な、鋳造システム及び鋳造方法を提供することができる。

本発明の実施形態における鋳造システムと、当該鋳造システムにおいて使用される溶湯を供給する保持炉の平面図である。 上記鋳造システムの作業用ロボットと、保持炉の側面図である。 上記作業用ロボットの、（ａ）ラドル近傍の側面図、（ｂ）はラドルの平面図である。 上記鋳造システムの傾動式重力鋳造装置の正面図である。 図４のＣ−Ｃ部分における模式的な側断面図である。 型閉めした鋳型の側面図である。 上記傾動式重力鋳造装置の、中子を収める状態における、模式的な側断面図である。 上記傾動式重力鋳造装置の、型閉めした状態における、模式的な側断面図である。 上記傾動式重力鋳造装置の、注湯が完了した状態における、模式的な側断面図である。 上記傾動式重力鋳造装置の、抜型時における、模式的な側断面図である。 注湯前の状態における鋳型とラドルの位置関係の説明図である。 注湯開始時における鋳型とラドルの位置関係の説明図である。 注湯中の鋳型とラドルの位置関係の説明図である。 上記鋳造システムを用いた鋳造方法のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態における鋳造システム１と、本鋳造システム１において使用される溶湯を供給する保持炉７の平面図である。
鋳造システム１は、傾動式重力鋳造装置２、注湯装置３、センサ４、及び制御装置５を備えている。
本実施形態の傾動式重力鋳造装置２は、後に詳細に説明するが、鋳型を傾動しつつ鋳型の湯口からキャビティ内に注湯されることにより鋳物を鋳造するものである。

注湯装置３は、作業用ロボット１０を備えている。図２は、作業用ロボット１０と、保持炉７の側面図である。図２においては、保持炉７は図１のＡ−Ａ部分で断面視されている。
本実施形態においては、鋳造に使用される溶湯は、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金である。溶解炉にて軽合金が溶かされて生成された溶湯は、鋳造されるまでに冷えて固まらないように、保持炉７により加熱され、保持される。
本実施形態においては、作業用ロボット１０は、産業用ロボットであり、例えば６軸ロボット、７軸ロボット等の多関節ロボットである。作業用ロボット１０は、台座１０ａ、基部１０ｃ、長尺の下腕部１０ｅと上腕部１０ｇ及び先端腕部１０ｉ、ラドル１２、及び湯面検知器１３を備えている。

台座１０ａは、水平に設けられた床面ＦＬに固定されている。基部１０ｃは、床面ＦＬに対して垂直に設けられた第１軸部１０ｂを中心として、台座１０ａに対して水平面内で回転自在に、台座１０ａ上に設けられている。
下腕部１０ｅは、一端が水平に設けられた第２軸部１０ｄにより基部１０ｃに接続されて、基部１０ｃにより支持されている。下腕部１０ｅは、第２軸部１０ｄを中心として基部１０ｃに対して回転可能に設けられている。
下腕部１０ｅの他端には、上腕部１０ｇの一端が、下腕部１０ｅに対して直交して設けられた第３軸部１０ｆにより接続されている。これにより、上腕部１０ｇは、第３軸部１０ｆを中心として下腕部１０ｅに対して回転可能に設けられ、下腕部１０ｅにより支持されている。
上腕部１０ｇの他端には、先端腕部１０ｉの一端が、上腕部１０ｇに対して直交して設けられた第４軸部１０ｈにより接続されている。これにより、先端腕部１０ｉは、第４軸部１０ｈを中心として上腕部１０ｇに対して回転可能に設けられ、上腕部１０ｇにより支持されている。
先端腕部１０ｉの他端には、ラドル１２が、先端腕部１０ｉに対して直交して設けられたラドル回転軸部１０ｊにより接続されている。これにより、ラドル１２は、ラドル回転軸部１０ｊを中心として先端腕部１０ｉに対して回転可能に設けられ、先端腕部１０ｉにより支持されている。

このように、作業用ロボット１０は、下腕部１０ｅ、上腕部１０ｇ、先端腕部１０ｉにより構成されたアーム１１と、ラドル１２を備えた構成となっている。ラドル１２は、基部１０ｃや各腕部１０ｅ、１０ｇ、１０ｉ及びラドル１２自体の、各軸部１０ｂ、１０ｄ、１０ｆ、１０ｈ、１０ｊにおける回転により、鋳造システム１が設けられた空間内における位置、及び水平面に対する角度が変更自在となるように設けられている。
各軸部１０ｂ、１０ｄ、１０ｆ、１０ｈ、１０ｊには、基部１０ｃや各腕部１０ｅ、１０ｇ、１０ｉ及びラドル１２の回転角を出力可能な、図示されないサーボモータが設けられている。これらサーボモータの出力信号は、後述する制御装置５に送信される。

図３（ａ）は、作業用ロボット１０のラドル１２近傍の側面図であり、図２のＢ矢視部分の拡大図である。図３（ｂ）は、ラドル１２の平面図である。
作業用ロボット１０は、ラドル１２を保持炉７内に入れることで、傾動式重力鋳造装置２に設けられた鋳型に注湯するための溶湯Ｌをラドル１２内にすくう。このため、ラドル１２には、すくわれた溶湯Ｌが保持されるための凹部である溶湯収容部１２ａが設けられている。ラドル１２は、溶湯収容部１２ａを下側としたときのラドル１２の上側の端辺１２ｂ近傍において、ラドル回転軸部１０ｊにより先端腕部１０ｉに対して回転自在に設けられている。端辺１２ｂの、ラドル回転軸部１０ｊとは反対側には、図３（ｂ）のように平面視したときに、端辺１２ｂが外方へとすぼんで突出するように注湯口１２ｃが形成されている。溶湯収容部１２ａの注湯口１２ｃ近傍の、注湯口１２ｃへ至る部分には、図３（ａ）のように側面視したときに、凹部の傾斜角が緩くなるように設けられて、溶湯収容部１２ａから注湯口１２ｃへと溶湯Ｌを誘導する、溶湯誘導部１２ｄが形成されている。

作業用ロボット１０の先端腕部１０ｉの、ラドル１２が設けられた端部側には、湯面検知器１３が固定されている。鋳造システム１は、湯面検知器１３を用いて、保持炉７内の溶湯Ｌの高さ位置を検出する。
湯面検知器１３は、先端腕部１０ｉと略平行に、先端腕部１０ｉの先端から先端腕部１０ｉの延在する方向に突出するように設けられた、棒状の２つの電極を備えている。これら２つの電極の先端１３ａが保持炉７内の溶湯Ｌの湯面に共に接触した際に、２つの電極間に電流が導通するため、そのときの湯面検知器１３の位置を計算することにより、湯面の高さが検出される。
湯面検知器１３が湯面を検出した際の湯面検出信号は、制御装置５に送信される。

図１に示されるセンサ４は、ラドル１２の注湯口１２ｃ近傍に、特に本実施形態においては注湯口１２ｃのラドル１２外側に溶湯Ｌを検出した際に、検出信号を制御装置５に送信する。後に説明するように、制御装置５は、傾動式重力鋳造装置２に設けられた鋳型の湯口近傍で、ラドル１２を注湯口１２ｃ側に傾けることで、注湯口１２ｃから溶湯Ｌを鋳型内に注湯する。本実施形態においては、センサ４は例えばラドル１２の状態を常時撮影可能なカメラ及びその制御機器である。制御機器は、カメラが撮影した画像を画像解析して、注湯口１２ｃのラドル１２外側における溶湯Ｌの有無を判定する。センサ４は、例えば制御装置５が注湯時にラドル１２を注湯口１２ｃ側に傾け、注湯口１２ｃから溶湯Ｌが外部に流出した瞬間に、この時点で撮影された画像を解析して注湯口１２ｃのラドル１２外側に溶湯Ｌが存在すると判定し、検出信号を制御装置５へ送信する。

制御装置５は、例えばパーソナルコンピューターや制御盤等の情報処理装置である。
制御装置５は、作業用ロボット１０の各部に設けられたサーボモータ等により、各軸部１０ｂ、１０ｄ、１０ｆ、１０ｈ、１０ｊにおける回転量を把握できるように構成されている。これにより、制御装置５は作業用ロボット１０の現在の姿勢を、すなわち、ラドル１２の空間的な位置や姿勢を、正確に把握することができる。
制御装置５は同様に、後に説明する傾動式重力鋳造装置２のサーボモータから、鋳型の傾動角度を受信する。
制御装置５は、これら作業用ロボット１０や傾動式重力鋳造装置２のサーボモータを制御し、鋳型の傾動角度やラドル１２の位置、姿勢を自在に制御する。より詳細には、制御装置５は、傾動式重力鋳造装置２において、鋳型を傾動させながら、鋳型の湯口の位置にラドル１２を追従させて注湯制御する。これらの、傾動式重力鋳造装置２の傾動制御や、ラドル１２の追従制御については、後に詳細に説明する。

制御装置５はまた、作業用ロボット１０の湯面検知器１３から、湯面検出信号を受信する。制御装置５は、ラドル１２が保持炉７から常に一定量の溶湯Ｌをすくうように、保持炉７の湯面に対して一定の高さ位置までラドル１２を下ろしてラドル１２を回転させる。すなわち、制御装置５は、湯面検知器１３から湯面検出信号を受信した際に、湯面に対するラドル１２の高さが所定の位置に在ると判断し、ラドル１２を回転させてラドル１２内に溶湯Ｌをすくうように、作業用ロボット１０を制御する。

制御装置５は更に、センサ４から、注湯口１２ｃのラドル１２外側における溶湯Ｌの存在を、すなわちラドル１２から溶湯Ｌが流出したことを示す検出信号を受信する。後に説明するように、制御装置５はこの検出信号を基に、注湯が開始されて実際に鋳型内に溶湯Ｌが流れ込み始めたと判断し、傾動式重力鋳造装置２において鋳型の傾動を開始する。

次に、傾動式重力鋳造装置２を説明する。図４は、傾動式重力鋳造装置２の正面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ部分における模式的な側断面図である。
傾動式重力鋳造装置２は、開閉可能かつ傾動可能に設けられた、上鋳型４１及び下鋳型４２を備える鋳型４０内に、重力を利用して溶湯を注湯することで鋳物を鋳造する。本実施形態においては、鋳型４０は金型であり、上鋳型４１、下鋳型４２はそれぞれ上金型、下金型である。
傾動式重力鋳造装置２は、ベースフレーム２１、上部フレーム２２、開閉機構２３、下部フレーム２４、主リンク部材２５、副リンク部材２６を備えている。

ベースフレーム２１は、基台２１ａと、基台２１ａ上に対向するように立てて設けられた、２つの支持フレーム２１ｂを備えている。２つの支持フレーム２１ｂの各々には鋳型傾動回転軸２１ｃが水平に設けられている。
上部フレーム２２は、鋳型傾動回転軸２１ｃの上方に、鋳型傾動回転軸２１ｃにおいて後に説明する主リンク部材２５を介して支持フレーム２１ｂに設けられている。上部フレーム２２の下側には、上型ダイベース２２ａを介して上鋳型４１が取り付けられている。
下部フレーム２４は、鋳型傾動回転軸２１ｃの下方に、鋳型傾動回転軸２１ｃにおいて後に説明する主リンク部材２５を介して支持フレーム２１ｂに設けられている。下部フレーム２４の上側には、下型ダイベース２４ａを介して下鋳型４２が取り付けられている。
開閉機構２３は、上部フレーム２２に設けられており、上鋳型４１を下鋳型４２に対して昇降して鋳型４０を開閉する。開閉機構２３は、型閉シリンダ２３ａ、左右一対のガイドロッド２３ｂ、及び、左右一対の案内筒２３ｃを有している。型閉シリンダ２３ａの下端部は、上型ダイベース２２ａの上面に取り付けられている。型閉シリンダ２３ａは、上下方向に伸長することにより、上型ダイベース２２ａを介して上鋳型４１を降下させ、上下方向に短縮することにより、上鋳型４１を上昇させる。ガイドロッド２３ｂは、上部フレーム２２に取り付けられた案内筒２３ｃを通して、上型ダイベース２２ａの上面に取り付けられている。

主リンク部材２５は、長尺の棒状部材である。主リンク部材２５は２つ設けられており、各々が２つの支持フレーム２１ｂの内側に、互いに平行になるように位置づけられている。主リンク部材２５の上端部２５ａは、上部フレーム２２に、主リンク上側軸２５ｂにおいて回動自在に連結され、下端部２５ｃは、下部フレーム２４に、主リンク下側軸２５ｄにおいて回動自在に連結されている。主リンク部材２５は、これら上端部２５ａと下端部２５ｃの中央部において、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心として回動自在となるように、支持フレーム２１ｂに設けられている。主リンク部材２５の鋳型傾動回転軸２１ｃを中心とした回動は、制御装置５によって制御される、図示されないサーボモータによって行われる。サーボモータは、鋳型傾動回転軸２１ｃ周りの主リンク部材２５の回転角度に関する情報を、制御装置５へ送信する。
副リンク部材２６は、主リンク部材２５と同じ長さの、長尺の棒状部材である。副リンク部材２６は２つ設けられており、各々が２つの支持フレーム２１ｂの内側に、互いに平行になるように、かつ主リンク部材２５とも平行となるように位置づけられている。副リンク部材２６の上端部２６ａは、上部フレーム２２に、副リンク上側軸２６ｂにおいて回動自在に連結され、下端部２６ｃは、下部フレーム２４に、副リンク下側軸２６ｄにおいて回動自在に連結されている。副リンク部材２６は、これら上端部２６ａと下端部２６ｃの中央部において、副リンク中央回転軸２６ｅを中心として回動自在となるように、支持フレーム２１ｂに設けられている。副リンク中央回転軸２６ｅは、支持フレーム２１ｂの上面に載置された状態で、支持フレーム２１ｂに対して離接可能に設けられている。
このように、互いに平行に設けられた上部フレーム２２と下部フレーム２４、及び、互いに平行に設けられた主リンク部材２５と副リンク部材２６によって、平行リンク機構が構成されている。

図６（ａ）は、型閉めした鋳型の側面図であり、図６（ｂ）は、鋳型を図６（ａ）の右側から視た場合の側面図である。型閉めされた鋳型４０の内部には、製品形状に対応したキャビティ４０ａが形成されている。鋳型４０の一方の側面には、後述するように作業用ロボット１０のラドル１２から溶湯Ｌを受ける湯口４０ｂが設けられている。キャビティ４０ａと湯口４０ｂの間には、溶湯Ｌが湯口４０ｂからキャビティ４０ａへと導かれるように、湯道４０ｃが設けられている。

制御装置５は、上記のような傾動式重力鋳造装置２を、次のように制御する。図７は、傾動式重力鋳造装置２の、中子を収める状態における、模式的な側断面図である。図８は、傾動式重力鋳造装置２の型閉めした状態における、模式的な側断面図である。図９は、傾動式重力鋳造装置２の、注湯が完了した状態における、模式的な側断面図である。図１０は、傾動式重力鋳造装置２の、抜型時における、模式的な側断面図である。

まず、制御装置５は、傾動式重力鋳造装置２を、図５に示される、一連の鋳造工程の初期状態にする。初期状態では、上鋳型４１は上昇端にあり、一対の主リンク部材２５と一対の副リンク部材２６とが、傾動式重力鋳造装置２の設置面に対して垂直をなしている。なお、傾動式重力鋳造装置２は、図１に示されるように、作業員８が作業する作業スペースＳと注湯装置３との間に配置されている。傾動式重力鋳造装置２は、傾動式重力鋳造装置２内に鋳型４０が設けられた状態において、湯口４０ｂが注湯装置３と対向するように配置されている。
続いて、制御装置５は、鋳型傾動回転軸２１ｃを、図５における時計回転方向に、すなわち右方向に回転させる。これに伴い、図７に示されるように、平行リンク機構の作用により、上鋳型４１と下鋳型４２とが相反する方向に弧を描いてスライドする。具体的には、互いに対向した上鋳型４１と下鋳型４２とが鋳型傾動回転軸２１ｃを中心軸として右回転の円運動をすることにより、上鋳型４１と下鋳型４２とが水平方向に離間し、下鋳型４２が作業スペースＳ側に移動する。この状態で、作業スペースＳに位置する作業員８が、下鋳型４２に中子を収める。

次に、制御装置５は、図７に示される状態から、鋳型傾動回転軸２１ｃを反時計回転方向に、すなわち左方向に回転させて、一旦図５の初期状態に戻す。続いて、制御装置５は、図８に示されるように、型閉シリンダ２３ａを伸長させて、上鋳型４１と下鋳型４２とを型閉めする。型閉めにより、主リンク部材２５及び副リンク部材２６と、主リンク上側軸２５ｂ、主リンク下側軸２５ｄ、副リンク上側軸２６ｂ、及び副リンク下側軸２６ｄとが回転しないようになり、上鋳型４１、下鋳型４２、上部フレーム２２、下部フレーム２４、主リンク部材２５及び副リンク部材２６が一体化する。
そして、制御装置５は、図９に示されるように、主リンク部材２５の鋳型傾動回転軸２１ｃを左回転させて、上鋳型４１と下鋳型４２とを、鋳型４０の湯道４０ｃが垂直に延びて湯口４０ｂが上方を向く傾動状態とする。この回転移動の際に、副リンク中央回転軸２６ｅが支持フレーム２１ｂの上面から持ち上がる。これに伴い、型閉めされて一体化された上鋳型４１、下鋳型４２、上部フレーム２２、下部フレーム２４、主リンク部材２５及び副リンク部材２６が、鋳型傾動回転軸２１ｃを回転中心として一体となって回転し、鋳型４０が傾動する。後に説明するように、この鋳型４０の傾動中に、制御装置５は、注湯装置３を制御して、鋳型４０の湯口４０ｂからキャビティ４０ａへと注湯する。
その後、図９の状態を所定の時間維持して、注湯された溶湯の凝固を待つ。

溶湯が凝固すると、制御装置５は、主リンク部材２５の鋳型傾動回転軸２１ｃを右回転させて、一旦図８の状態に戻す。続いて、図５に示されるように、制御装置５は、型閉シリンダ２３ａを短縮させ、上鋳型４１を上方へ移動させて鋳型４０を開く。これにより、上鋳型４１及び下鋳型４２内で溶湯が凝固して成る鋳物が下鋳型４２から抜型され、上鋳型４１に保持された状態となる。
そして、制御装置５は、図１０に示されるように、鋳型傾動回転軸２１ｃを左方向に回転させる。これに伴い、平行リンク機構の作用により、上鋳型４１と下鋳型４２は弧を描いてスライドされ、水平方向に離間される。このとき、上鋳型４１が作業スペースＳ側に移動した状態となる。この状態で、鋳物が上鋳型４１から抜型される。

上記のように、本実施形態における鋳造システム１においては、制御装置５は、傾動式重力鋳造装置２を、図８に示されるような型閉めされた状態から、図９に示される、鋳型４０の湯道４０ｃが垂直に延びて湯口４０ｂが上方を向く状態まで、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心として鋳型４０を回転させて傾動させる。制御装置５は、この型閉め後の傾動中に、注湯装置３が鋳型４０内に注湯するように制御する。
以下、制御装置５による注湯時の制御を詳細に説明する。
図１１は、注湯前の状態における鋳型とラドルの位置関係の説明図である。図１２は、注湯開始時における鋳型とラドルの位置関係の説明図である。図１３は、注湯中の鋳型とラドルの位置関係の説明図である。

まず、制御装置５は、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心に、鋳型４０を、型閉めされた直後の湯口４０ｂが側方を向く状態から、図１１に示されるように、左方向に所定の角度θだけ回転させて傾動させた後、一旦停止させる。これにより、鋳型４０は、湯道４０ｃがキャビティ４０ａから斜め上方に延びて湯口４０ｂに至るように姿勢づけられて支持された状態である注湯開始状態Ｓ１となる。
その後、制御装置５は、注湯装置３を制御して、ラドル１２を追従開始位置Ｐ１に位置づける。この追従開始位置Ｐ１においては、保持炉７からすくわれた溶湯Ｌにより溶湯収容部１２ａが満たされたラドル１２が、注湯口１２ｃが鋳型４０の湯口４０ｂ近傍に設けられた、仮想的な回転軸線である仮想回転軸４３上に在るように、位置づけられる。仮想回転軸４３は、この仮想回転軸４３上に設けられた注湯口１２ｃの状態を、鋳型４０の外部に位置するセンサ４により確認できる程度に、鋳型４０の表面よりも僅かに内部側に位置するように、設けられている。このため、追従開始位置Ｐ１に位置づけられたラドル１２の注湯口１２ｃは、鋳型４０の湯口４０ｂから湯道４０ｃ内に僅かに差し込まれた状態となっている。
このように、制御装置５は、湯口４０ｂ内に設けられた仮想回転軸４３上にラドル１２の注湯口１２ｃを位置づける。

制御装置５はその後、この図１１に示された状態から、図１２に示されるように、鋳型４０を注湯開始状態Ｓ１に固定した状態で、ラドル１２を追従開始位置Ｐ１から注湯開始位置Ｐ２へと移動させる。より詳細には、制御装置５は、ラドル１２の注湯口１２ｃを仮想回転軸４３上に維持した状態で、ラドル１２が仮想回転軸４３を中心として回転して傾くように、ラドル１２のラドル回転軸部１０ｊ側を徐々に上方向へ移動するよう、作業用ロボット１０を制御する。これにより、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度、より詳細には、下鋳型４２の湯口４０ｂ側の表面４２ｄとラドル１２の上側の端辺１２ｂの間の角度は、図１１に示される角度φ１から、大きくなるように変位する。
制御装置５は、ラドル１２の注湯口１２ｃを仮想回転軸４３上に一旦位置づけた以降は、注湯処理が終了するまで、注湯口１２ｃを仮想回転軸４３に位置づけたまま仮想回転軸４３から離脱させないように、作業用ロボット１０を制御してラドル１２の位置や角度を変更する。

上記のように、ラドル１２を、仮想回転軸４３上に位置づけられた注湯口１２ｃを中心として、注湯口１２ｃの反対側であるラドル回転軸部１０ｊを上方向に移動すると、溶湯収容部１２ａ内の溶湯Ｌの湯面は常に水平な状態となっているため、湯面の注湯口１２ｃ側の位置が、徐々に注湯口１２ｃに近づいていく。そして、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度がある角度φ２へと変位したときに、溶湯収容部１２ａ内の溶湯Ｌの湯面位置が注湯口１２ｃの高さを上回り、図１２に溶湯Ｌａとして示されるように、溶湯Ｌが溶湯誘導部１２ｄを介して注湯口１２ｃから外部へ流れ出ようとする。
このとき、センサ４は、この時点で撮影された画像を解析して注湯口１２ｃのラドル１２外側に溶湯Ｌが存在すると判断し、検出信号を制御装置５へ送信する。

制御装置５は、上記のようにラドル１２の角度を変更しつつ、センサ４からの検出信号の受信を待つ。制御装置５がこの検出信号を受信すると、ラドル１２の注湯口１２ｃから溶湯Ｌが流出し始めたと判断し、図１３に示されるように、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心に鋳型４０を更に左方向に回転、傾動させるとともに、ラドル１２をこれに追従するように移動させて、鋳型４０のキャビティ４０ａ内に溶湯Ｌを注湯する。
より詳細には、制御装置５がラドル１２から溶湯Ｌが流出し始めたと判断して鋳型４０を鋳型傾動回転軸２１ｃ周りに回転、傾動させると、この回転に伴い、仮想回転軸４３の位置も、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心として回転移動する。制御装置５は、これに伴い、回転移動する仮想回転軸４３の上に常にラドル１２の注湯口１２ｃが位置するように、作業用ロボット１０を制御してラドル１２を移動させ、位置を調整する。

制御装置５は、注湯が開始されると、鋳型傾動回転軸２１ｃの回転に伴ってラドル１２を移動しラドル１２の位置を変更するとともに、ラドル１２の角度、すなわちラドル１２の鋳型４０に対する相対角度を、鋳型４０の傾動角度にあわせて調整する。
例えば、本実施形態においては、制御装置５は、注湯が開始されると、ラドル１２から迅速に溶湯Ｌが流れ出るように、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度を図１２に示される角度φ２からより大きな角度となるように、滑らかに調整する。図１３には、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度が、角度φ２より大きなφ３となった状態が示されている。制御装置５は、ラドル１２内の溶湯Ｌが鋳型４０のキャビティ４０ａ内の全てに注湯される程度の角度となるまで、最終的にはラドル１２を回転させる。
また、制御装置５は、このようなラドル１２の回転中に所定の時間間隔をおいて、注湯口１２ｃから流出した溶湯Ｌの量を計算し、これを基にキャビティ４０ａ内の溶湯Ｌの湯面位置Ｌ１を計算する。制御装置５は、この湯面位置Ｌ１が、予め制御装置５に格納されたキャビティ４０ａのどの部分の輪郭形状に位置しているかを計算する。制御装置５は、湯面位置Ｌ１がキャビティ４０ａ中の輪郭形状が複雑な部分に位置すると判断した場合には、例えばキャビティ４０ａ内にむらや空気だまりなどが生じないように、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度の変更速度を緩やかなものとして、注湯口１２ｃからの溶湯Ｌの流出速度を遅くする。逆に、制御装置５は、湯面位置Ｌ１がキャビティ４０ａ中の輪郭形状が複雑ではなく平坦な部分に位置すると判断した場合には、注湯速度を速めるために、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度の変更速度を速めて、注湯口１２ｃからの溶湯Ｌの流出速度を速くする。
このように、制御装置５は、注湯中に、キャビティ４０ａの形状に応じて、ラドル１２の角度を変更する。

制御装置５は、注湯が完了すると、ラドル１２を仮想回転軸４３から離脱させる。

次に、図１〜図１３、及び図１４を用いて、上記の鋳造システム１による鋳造方法を説明する。図１４は、本鋳造方法のフローチャートである。

処理が開始されると（ステップＳ１）、制御装置５は傾動式重力鋳造装置２を、図７に示されるような、下鋳型４２が作業スペースＳ側へ移動した状態に移行させる。この状態において、作業員８は、下鋳型４２内に中子を収める等の作業を行う。作業員８による作業が終了すると、作業員８の指示の下、制御装置５は傾動式重力鋳造装置２を、図５に示されるような上鋳型４１と下鋳型４２が上下に対向する位置に移動させたうえで、図８に示されるように上鋳型４１を下方に移動させ、型閉めを行う。その後、制御装置５は、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心として鋳型４０を回転、傾動させ、図１１に示されるような注湯前の初期状態、すなわち注湯開始状態Ｓ１へと移行させる（ステップＳ３）。
同時に、制御装置５は、注湯装置３の作業用ロボット１０を制御し、保持炉７内から溶湯Ｌをラドル１２にすくう（ステップＳ５）。
制御装置５は、溶湯Ｌが収容されたラドル１２を、図１１に示されるような、ラドル１２の注湯口１２ｃが湯口４０ｂ内に設けられた仮想回転軸４３上に、すなわち追従開始位置Ｐ１に位置づける（ステップＳ７）。

その後、制御装置５は、鋳型４０を注湯開始状態Ｓ１に固定した状態で、ラドル１２を追従開始位置Ｐ１から注湯開始位置Ｐ２へと移動させる。より詳細には、制御装置５は、ラドル１２の注湯口１２ｃを仮想回転軸４３上に維持した状態で、ラドル１２が仮想回転軸４３を中心として回転して傾くように、ラドル１２のラドル回転軸部１０ｊ側を徐々に上方向へ移動するよう、作業用ロボット１０を制御する（ステップＳ９）。
その後、センサ４から、注湯口１２ｃのラドル１２外側における溶湯Ｌの存在を示す検出信号を受信したか否かを判定し（ステップＳ１１）、受信していなければ（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ９へと遷移して、更にラドル１２を傾ける。

このように、センサ４の検出信号を待ちつつ、ラドル１２を、仮想回転軸４３上に位置づけられた注湯口１２ｃを中心として、注湯口１２ｃの反対側であるラドル回転軸部１０ｊを上方向に移動すると、溶湯収容部１２ａ内の溶湯Ｌの湯面は常に水平な状態となっているため、湯面の注湯口１２ｃ側の位置が、徐々に注湯口１２ｃに近づいていく。そして、ラドル１２の鋳型４０に対する相対角度がある角度φ２へと変位したときに、溶湯収容部１２ａ内の溶湯Ｌの湯面位置が注湯口１２ｃの高さを上回り、溶湯Ｌが溶湯誘導部１２ｄを介して注湯口１２ｃから外部へ流れ出ようとする。
このとき、センサ４は、この時点で撮影された画像を解析して注湯口１２ｃのラドル１２外側に溶湯Ｌが存在すると判断し、検出信号を制御装置５へ送信する。

制御装置５がこの検出信号を受信すると（ステップＳ１１のＹｅｓ）、ラドル１２の注湯口１２ｃから溶湯Ｌが流出し始めたと判断し、図１３に示されるように、鋳型傾動回転軸２１ｃを中心に鋳型４０を更に左方向に回転、傾動させるとともに、ラドル１２をこれに追従するように移動させて、鋳型４０のキャビティ４０ａ内に溶湯Ｌを注湯する（ステップＳ１３）。
制御装置５は、注湯中に、注湯が終了した終了状態に移行したか否かを随時判定する（ステップＳ１５）。終了状態に移行していなければ（ステップＳ１５のＮｏ）、ステップＳ１３へと遷移して、注湯処理を続行する。
終了状態に移行していれば（ステップＳ１５のＹｅｓ）、ラドル１２を鋳型４０から離した後にキャビティ４０ａ内の溶湯Ｌの凝固を待つ。溶湯Ｌが凝固すると、制御装置５は、型を開いて抜型するように傾動式重力鋳造装置２を制御した後、処理を終了する（ステップＳ１７）。

次に、上記の鋳造システム１及び鋳造方法の効果について説明する。

上記実施形態の鋳造システム１は、鋳型４０を傾動しつつ鋳型４０の湯口４０ｂからキャビティ４０ａ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置２と、注湯装置３、及び制御装置５を備えた、鋳造システム１であって、注湯装置３は作業用ロボット１０を備え、作業用ロボット１０は、アーム１１と、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように、アーム１１に設けられたラドル１２を備え、制御装置５は、鋳型４０を傾動させながら、湯口４０ｂの位置にラドル１２を追従させて注湯制御する。
また、上記実施形態の鋳造方法は、鋳型４０を傾動しつつ鋳型４０の湯口４０ｂからキャビティ４０ａ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置２に対し、注湯装置３により鋳造する、鋳造方法であって、鋳型４０を傾動させながら、注湯装置３が備える作業用ロボット１０のアーム１１に、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように設けられたラドル１２を、湯口４０ｂの位置に追従させて注湯制御する。
上記のような構成、方法においては、制御装置５が鋳型４０を傾動させるに際し、鋳型４０の湯口４０ｂの位置にラドル１２を追従させて注湯制御する。ここで、ラドル１２は、作業用ロボット１０のアーム１１に、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように設けられている。このため、注湯時に鋳型４０の傾動角度が変位するに際し、移動する湯口４０ｂに追従させてラドル１２を自在に移動させつつ、鋳型４０に対するラドル１２の相対角度を変更して、注湯量を微細に調整することができる。
このように、鋳型４０の傾動角度と、ラドル１２の角度を独立して個別に制御できるため、柔軟な注湯制御が可能となる。したがって、例えば鋳型４０内のキャビティ４０ａの構造が複雑な場合等においても、むらの発生を抑制できるため、鋳造品質をより向上可能である。

特に、本実施形態においては、作業用ロボット１０に設けられたラドル１２により保持炉７からすくった溶湯Ｌを、直接、鋳型４０内のキャビティ４０ａに注湯している。すなわち、鋳造システム１は、ラドル１２を作業用ロボット１０から切り離して、溶湯Ｌをラドル１２ごと、傾動式重力鋳造装置２へ渡すことのない構成となっている。
ラドル自体を注湯装置から鋳造装置へ受け渡すような構成においては、設備構成が複雑なものとなる。
また、ラドルの受け渡しに時間を要するため、一製品の鋳造に要する時間も長くなる。
更に、ラドルは、溶湯をすくうことにより、溶湯の熱を受けて熱膨張する。このため、例えば注湯装置や鋳造装置とラドルとの間に何らかの嵌合しあう部分を設けることにより、注湯装置や鋳造装置がラドルを把持するような構成とする場合においては、嵌合部の遊びが小さいと熱膨張時のラドルを保持できなくなる可能性があるし、遊びが大きいとラドルを安定して把持できない可能性がある。このように、装置の設計が容易ではない。
本実施形態においては、上記のような構成、方法とすることにより、設備構成を簡潔なものとし、一製品の鋳造時間を低減し、なおかつ設計が容易なシステムを実現可能である。

また、制御装置５は、注湯中に、鋳型４０に対するラドル１２の相対角度を変更する。
上記のような構成によれば、注湯時に鋳型４０の傾動角度に応じて、移動する湯口４０ｂに追従させてラドル１２を自在に移動させつつ、鋳型４０に対するラドル１２の相対角度を変更して、注湯量を微細に調整することができる。したがって、例えば鋳型４０内のキャビティ４０ａの構造が複雑な場合等においても、むらの発生を抑制できるため、鋳造品質をより向上可能である。

また、制御装置５は、注湯中に、キャビティ４０ａの形状に応じて、ラドル１２の角度を変更する。
上記のような構成によれば、キャビティ４０ａの形状に応じて、移動する湯口４０ｂに追従させてラドル１２を自在に移動させつつ、鋳型４０に対するラドル１２の相対角度を変更して、注湯量を微細に調整することができる。したがって、例えば鋳型４０内のキャビティ４０ａの構造が複雑な場合等においても、むらの発生を抑制できるため、鋳造品質をより向上可能である。

また、制御装置５は、湯口４０ｂ内に設けられた仮想回転軸４３上にラドル１２の注湯口１２ｃを位置づけ、注湯中に鋳型４０が傾動し仮想回転軸４３が移動すると、これに伴い仮想回転軸４３上に注湯口１２ｃが位置するようにラドル１２を移動させ、制御装置５は、仮想回転軸４３を中心としてラドル１２の角度を変更する。
上記のような構成によれば、上記のような鋳造システム１及び鋳造方法を、適切に実現可能である。
特に、ラドル１２の注湯口１２ｃは湯口４０ｂ内に設けられた仮想回転軸４３上に位置づけられ、鋳型４０が傾動しても注湯口１２ｃが仮想回転軸４３上に位置するようにラドル１２が移動せしめられるため、注湯口１２ｃは鋳型４０の傾動中であっても常に、湯口４０ｂ内に位置づけられている。これにより、注湯時に溶湯Ｌが鋳型４０の湯口４０ｂからこぼれることを抑制可能である。

また、注湯口１２ｃのラドル１２外側に溶湯Ｌを検出した際に検出信号を制御装置５に送信するセンサ４を備え、制御装置５は、鋳型４０を傾動させて固定し、ラドル１２を湯口１２ｃの位置に設けたうえで、ラドル１２の角度を変更しつつ検出信号の受信を待ち、検出信号を受信すると、鋳型４０を更に傾動させて注湯を開始する。
ラドル１２にすくわれた溶湯Ｌの状態は、表面張力や、気温、溶湯が硬化してラドル１２内に付着した金属膜の存在等に依存して変化する。したがって、ラドル１２内に一定量の溶湯Ｌをすくった場合においても、ラドル１２を傾けた際に注湯口１２ｃから溶湯Ｌが出始める角度φ２に差が生じ得る。したがって、溶湯Ｌが出始める角度φ２のばらつきを考慮せずに、例えばラドル１２の傾斜角が所定の閾値を超えることをもって鋳型内に溶湯Ｌが流れ込み始めたと判断し、鋳型４０を更に傾動させるように構成した場合においては、実際に溶湯Ｌが供給され始めるタイミングと、このタイミングにおける鋳型４０の傾動角度にばらつきが生じ得る。このため、鋳造品質を一定に保てない可能性がある。
上記のような構成によれば、センサ４により、注湯口１２ｃのラドル１２外側に溶湯Ｌを検出し、このタイミングに合わせて鋳型４０を傾動させて注湯を開始するため、注湯開始と鋳型４０の傾動を同期させることができる。すなわち、注湯が開始される時点における鋳型４０の傾動角度を略一定に保つことができるため、鋳造品質のばらつきを低減することができる。

また、注湯前の状態においては、鋳型４０は、湯道４０ｃがキャビティ４０ａから斜め上方に延びて湯口４０ｂに至るように姿勢づけられて支持されている。
上記のような構成によれば、注湯が開始された瞬間における、溶湯Ｌのキャビティ４０ａへの供給速度を高めることができる。これにより、鋳造品質を向上可能である。

また、作業用ロボット１０は多関節ロボットである。
上記のような構成によれば、上記のような鋳造システム１及び鋳造方法を、適切に実現可能である。

また、傾動式重力鋳造装置２の鋳型傾動回転軸２１ｃや、作業用ロボット１０の各可動部には、サーボモータが設けられ、サーボモータにより検出される角度情報は、制御装置５に送信される。
上記のような構成によれば、各可動部に、回転角度を検出するための検出器を設ける必要がないため、システムを容易に構築することができる。

なお、本発明の鋳造システム１及び鋳造方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。

例えば、上記実施形態においては、図４〜図１０を用いて説明したような傾動式重力鋳造装置２を鋳造装置として用いたが、傾動式で、かつ傾動速度等を制御可能な鋳造装置であれば、これに限られず、他のどのような鋳造装置が用いられてもよい。

また、上記実施形態においては、センサ４としてはカメラを用いて、画像認識により注湯口１２ｃより流出した溶湯Ｌを検出していたが、これに限られない。
例えば、センサ４として、温度センサを用いてもよい。この場合においては、センサ４を注湯口１２ｃのラドル１２外側に位置せしめ、センサ４に流出する高温の溶湯Ｌが触れてセンサ４が高温を検出することにより、溶湯Ｌの流出を検出してもよい。
また、上記実施形態においては、注湯口１２ｃより流出した直後の溶湯Ｌをセンサ４により検出したが、これに限られない。例えば、センサ４は、ラドル１２の溶湯Ｌを収容する部分である溶湯収容部１２ａから注湯口１２ｃへと溶湯Ｌが誘導される部分、すなわち溶湯誘導部１２ｄを流動中で、注湯口１２ｃより流出する直前の、溶湯Ｌを検出するようにしてもよい。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ 鋳造システム
２ 傾動式重力鋳造装置
３ 注湯装置
４ センサ
５ 制御装置
７ 保持炉
１０ 作業用ロボット
１１ アーム
１２ ラドル
１２ｃ 注湯口
４０ 鋳型
４０ａ キャビティ
４０ｂ 湯口
４０ｃ 湯道
４１ 上鋳型
４２ 下鋳型
４３ 仮想回転軸
Ｌ 溶湯
φ１、φ２、φ３ ラドルの相対角度

Claims (8)

1. 鋳型を傾動しつつ前記鋳型の湯口からキャビティ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置と、注湯装置、及び制御装置を備えた、鋳造システムであって、
   前記注湯装置は作業用ロボットを備え、当該作業用ロボットは、アームと、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように、前記アームに設けられたラドルを備え、
   前記制御装置は、前記鋳型を傾動させながら、前記湯口の位置に前記ラドルを追従させて注湯制御する、鋳造システム。
2. 前記制御装置は、注湯中に、前記鋳型に対する前記ラドルの相対角度を変更する、請求項１に記載の鋳造システム。
3. 前記制御装置は、注湯中に、前記キャビティの形状に応じて、前記ラドルの前記角度を変更する、請求項１または２に記載の鋳造システム。
4. 前記制御装置は、前記湯口内に設けられた仮想回転軸上に前記ラドルの注湯口を位置づけ、注湯中に前記鋳型が傾動し前記仮想回転軸が移動すると、これに伴い当該仮想回転軸上に前記注湯口が位置するように前記ラドルを移動させ、
   前記制御装置は、前記仮想回転軸を中心として前記ラドルの前記角度を変更する、請求項１から３のいずれか一項に記載の鋳造システム。
5. 溶湯を、前記注湯口のラドル外側、または前記ラドルの前記溶湯を収容する部分から前記注湯口へと前記溶湯が誘導される部分に検出した際に、検出信号を前記制御装置に送信するセンサを備え、
   前記制御装置は、前記鋳型を傾動させて固定し、前記ラドルを前記湯口の前記位置に設けたうえで、前記ラドルの前記角度を変更しつつ前記検出信号の受信を待ち、前記検出信号を受信すると、前記鋳型を更に傾動させて注湯を開始する、請求項４に記載の鋳造システム。
6. 注湯前の状態においては、前記鋳型は、湯道が前記キャビティから斜め上方に延びて前記湯口に至るように姿勢づけられて支持されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の鋳造システム。
7. 前記作業用ロボットは多関節ロボットである、請求項１から６のいずれか一項に記載の鋳造システム。
8. 鋳型を傾動しつつ前記鋳型の湯口からキャビティ内に注湯されることにより鋳物を鋳造する傾動式重力鋳造装置に対し、注湯装置により鋳造する、鋳造方法であって、
   前記鋳型を傾動させながら、前記注湯装置が備える作業用ロボットのアームに、位置及び水平面に対する角度が変更自在となるように設けられたラドルを、前記湯口の位置に追従させて注湯制御する、鋳造方法。
   
   

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