JP2024011587A - 注湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットが溶湯保持炉からの輻射熱によって故障するリスクを低減する。【解決手段】鋳造装置６０に溶湯を注湯する注湯装置１０は、前記溶湯を貯蔵する溶湯保持炉１２と、前記溶湯を前記溶湯保持炉１２から汲み上げるためのラドル５０と、前記ラドル５０を用いて前記溶湯を前記溶湯保持炉１２から汲み上げる溶湯汲み上げ機２０と、前記ラドル５０とともに前記ラドルに汲み上げられた前記溶湯を前記鋳造装置６０まで輸送するロボット３０と、を備え、前記溶湯汲み上げ機２０と前記ロボット３０とは別体構成である。【選択図】図１

Description

本開示は、注湯装置に関する。

引用文献１には、鋳型に溶湯を注ぐ注湯装置が開示されている。この注湯装置は、溶湯炉を有する溶湯汲みステーションと注湯ステーション間を旋回移動するロボットアームを備えている。ロボットアームの先端部には、取鍋が取り付けられている。給湯装置は、ロボットアームのロボット動作により、取鍋を溶湯炉内に浸漬させて溶湯炉から溶湯を汲み上げ、注湯ステーションの鋳型に注湯する。

特開２０１２－０７１３１７号公報

特許文献１に記載の給湯装置では、ロボットアームが取鍋を溶湯炉内に浸漬させて溶湯を汲み上げる。そのため、溶湯の汲み上げ時に、ロボットアームは溶湯炉からの輻射熱の影響を受け易く、ロボットアームが溶湯炉からの輻射熱によって故障するリスクがあった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、鋳造装置に溶湯を注湯する注湯装置が提供される。この注湯装置は、前記溶湯を貯蔵する溶湯保持炉と、前記溶湯を前記溶湯保持炉から汲み上げるためのラドルと、前記ラドルを用いて前記溶湯を前記溶湯保持炉から汲み上げる溶湯汲み上げ機と、前記ラドルとともに前記ラドルに汲み上げられた前記溶湯を前記鋳造装置まで輸送するロボットと、を備え、前記溶湯汲み上げ機と前記ロボットとは別体構成である。上記形態の注湯装置では、溶湯汲み上げ機とロボットとが別体構成であるので、溶湯汲み上げ機がラドルを用いて溶湯保持炉から溶湯を汲み上げる際に、ロボットを溶湯保持炉からの輻射熱を受け難い位置で待機させることができるので、ロボットが輻射熱によって故障するリスクを低減できる。

注湯装置を示す上面図である。 ラドルを示す正面図である。 溶湯汲み上げ機を示す側面図である。 ロボットを示す側面図である。 注湯作業のフローチャートである。 ステップＳ３０における溶湯汲み上げ機の動作を示す説明図である。 図５のステップＳ４０からＳ６０にかけての溶湯汲み上げ機の動作を示す説明図である。 図５のステップＳ７０における溶湯汲み上げ機からロボットへのラドルの持ち替えを示す説明図である。

Ａ．実施形態
Ａ１．システム構成：
図１は、注湯装置１０を示す上面図である。注湯装置１０は、アルミニウムなどの金属を加熱溶融させて溶湯を生成し、溶湯を鋳造装置６０まで輸送し、溶湯を鋳造装置６０の注入口６２に注ぐ装置である。注湯装置１０は、溶湯保持炉１２と、溶湯汲み上げ機２０と、ロボット３０と、ラドル５０と、を備える。溶湯を生成するための金属として、アルミニウムの他、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金など、様々な金属が用いられる。

溶湯保持炉１２は、アルミニウムなどの金属を熱により溶融することで溶湯を生成し、生成した溶湯を貯蔵する炉である。溶湯保持炉１２は、加熱部１４と、汲み上げ部１６と断熱部１８と、を備える。加熱部１４は、例えば誘導加熱方式により加熱され、加熱部１４内の金属を溶融させる。加熱部１４で加熱熔融されることで生成された溶湯は、汲み上げ部１６に移動する。汲み上げ部１６は、ラドル５０により溶湯が汲み上げられる領域である。汲み上げ部１６の上方（ｚ方向）は、加熱部１４の上方に比べて溶湯からの輻射熱がやや少ない。本実施形態では、溶湯保持炉１２は、加熱部１４と汲み上げ部１６とに分離しているので、溶湯の汲み上げ時における溶湯からの輻射熱の影響を低減できる。

断熱部１８は、加熱部１４と、汲み上げ部１６の外周に設けられており、溶湯保持炉１２内の溶湯の温度低下を抑制する。また、断熱部１８は、溶湯保持炉１２から溶湯保持炉１２の側面方向への熱の移動を抑制し、溶湯汲み上げ機２０と、ロボット３０への熱の影響を低減する。

図２は、ラドル５０を示す正面図である。ラドル５０は、溶湯を溶湯保持炉１２から汲み上げ、鋳造装置６０まで輸送し、鋳造装置６０の注入口６２に注ぐために用いられる容器である。ラドル５０は、取鍋とも呼ばれる。ラドル５０は、本体５１と、流入用開口５２と、注ぎ口５４と、挿入部５６、５８と、を備える。本体５１は、内側に汲み上げた溶湯を保持する容器である。流入用開口５２は、溶湯の汲み上げ時に、本体５１の内側に溶湯を取り入れるために、本体５１の側面に設けられた開口である。注ぎ口５４は、溶湯を鋳造装置６０の注入口６２に注ぐために用いられる注ぎ口である。注ぎ口５４は、本体５１の流入用開口５２と反対側の側面に設けられている。ラドル５０の上面を水平状態としたとき、注ぎ口５４の下端は、流入用開口５２の下端よりもΔｚだけ高い位置にある。

挿入部５６は、後述する溶湯汲み上げ機２０がラドル５０を保持する際に用いられ、挿入部５８は、後述するロボット３０がラドル５０を保持する際に用いられる。挿入部５６、挿入部５８は、図１に示すように、本体５１の外側、かつ、注ぎ口５４を挟む位置に取り付けられており、棒状の形状を有する。図２に示すように、挿入部５６の軸Ｏ１と挿入部５８の軸Ｏ２とは、一つの直線上に乗っている。挿入部５６の先端側には、溶湯汲み上げ機２０（後述する溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３）に嵌合する嵌合部５７が形成されている。挿入部５８の先端側には、ロボット３０（後述するロボット３０のラドル保持部４４）に嵌合する嵌合部５９が形成されている。本実施形態では、嵌合部５７の挿入部５６の軸Ｏ１と垂直な断面は、十字形状を有している。また、嵌合部５９の挿入部５８の軸Ｏ２と垂直な断面も、十字形状を有している。なお、嵌合部５７および嵌合部５９の断面形状は、嵌合したときに回転方向に滑らない形状であれば、十字形状以外の形状、例えば、六角形などの多角形、星形、楕円形などであってもよい。

図３は、溶湯汲み上げ機２０を示す側面図である。溶湯汲み上げ機２０は、溶湯保持炉１２からラドル５０に溶湯を汲み上げる装置である。溶湯汲み上げ機２０は、支柱２１と、アーム２２と、ラドル保持部２３と、を備える。支柱２１は、汲み上げ部１６に隣接して配置されている。支柱２１には、汲み上げ部１６に向けて突出するアーム２２が設けられている。支柱２１には、アーム２２を上下させる機構が設けられている。本実施形態は、アーム２２を上下させる機構として、ボールネジ機構を採用しているが、アーム２２を上下させる機構として、ボールネジ機構の他、ロープ機構、油圧機構を用いてもよい。溶湯汲み上げ機２０は、アーム２２を上下させることで、ラドル５０を上下させる。

アーム２２の汲み上げ部１６側の端部には、ラドル保持部２３が設けられている。ラドル保持部２３は、挿入穴２４と、嵌合部２５とを備える。挿入穴２４には、ラドル５０の挿入部５６が挿入可能である。ここで、挿入穴２４の内径は、ラドル５０の挿入部５６の外径よりもわずかに大きくなっている。その結果、挿入部５６の外周が挿入穴２４の内周に接触しないように、挿入穴２４に挿入部５６を挿入することが可能となっている。溶湯汲み上げ機２０は、溶湯保持炉１２からラドル５０に溶湯を汲み上げる際に、ラドル５０の挿入部５６を保持することで、ラドル５０を片持ちする。

嵌合部２５は、挿入穴２４の底に設けられている。嵌合部２５は、ラドル５０の嵌合部５７と嵌合可能な形状を有している。嵌合部２５には、スプロケット２６が接続されている。また、アーム２２の支柱２１側には、駆動モータ２７と駆動モータ２７に接続されたスプロケット２８とが設けられている。スプロケット２６と、スプロケット２８の間には、チェーン２９が掛けられている。駆動モータ２７がスプロケット２８を回転させると、チェーン２９が回転を伝達し、スプロケット２６を回転させる。スプロケット２６が回転すると、嵌合部２５も回転し、嵌合部２５と嵌合しているラドル５０の嵌合部５７も回転する。嵌合部５７は挿入部５６の先端に形成されているので、嵌合部５７が回転すると、挿入部５６も回転する。ラドル５０は、駆動モータ２７の回転方向により、水平状態から傾斜した状態に遷移し、あるいは、傾斜した状態から水平状態に遷移することができる。溶湯汲み上げ機２０は、ラドル５０の挿入部５６を軸として、ラドル５０を回転させて傾斜させることで、溶湯保持炉１２の汲み上げ部１６からラドル５０に溶湯を汲み上げる。

本実施形態では、アーム２２を上下させるボールネジ機構、および、嵌合部２５を回転させるための駆動モータ２７は、いずれも、溶湯保持炉１２の側面方向にあり、溶湯保持炉１２からの輻射熱の影響を受け難くなっている。

図４は、ロボット３０を示す側面図である。ロボット３０は、溶湯汲み上げ機２０からラドル５０を受け取り、汲み上げられた溶湯が入ったラドル５０を鋳造装置６０まで移動させ、ラドル５０の中の溶湯を鋳造装置６０の注入口６２に注ぐ。ロボット３０は、基部３１と、複数のロボットアーム３３、３５、３７、３９、４１、４３と、関節３２、３４、３６、３８、４０、４２と、ラドル保持部４４とを備える。関節３２は、基部３１と、ロボットアーム３３との間に設けられている。関節３２により、ロボットアーム３３は基部３１に対して回転可能である。関節３４は、ロボットアーム３３とロボットアーム３５の間に設けられている。関節３４により、ロボットアーム３５はロボットアーム３３に対して回転可能である。同様に、関節３６、３８、４０、４２は、それぞれ、ロボットアーム３５とロボットアーム３７の間、ロボットアーム３７とロボットアーム３９の間、ロボットアーム３９とロボットアーム４１の間、ロボットアーム４１とロボットアーム４３の間に設けられいる。ロボットアーム３５、３７、３９、４１、４３は、それぞれ関節３４、３６、３８、４０、４２を挟んだ他方のロボットアーム３３、３５、３７、３９、４１に対して回転可能である。

ラドル保持部４４には、挿入穴４５が設けられている。挿入穴４５には、ラドル５０の挿入部５８が挿入される。ここで、挿入穴４５の内径は、ラドル５０の挿入部５８の外径よりもわずかに大きくなっている。その結果、挿入部５８の外周が挿入穴４５の内周に接触しないように、挿入穴４５に挿入部５８を挿入することが可能となっている。ロボット３０は、ラドル５０の挿入部５６を保持することで、ラドル５０を片持ちする。

ラドル保持部４４の挿入穴４５の底には、ラドル５０の挿入部５８の嵌合部５９と嵌合可能な嵌合部４６が形成されている。ロボット３０がロボット動作によりラドル保持部４４を傾斜させると、嵌合部４６およびラドル５０の挿入部５８の嵌合部５９を回転させ、ラドル５０を傾斜させることができる。

Ａ２．注湯作業：
図５は、注湯作業のフローチャートである。ステップＳ１０では、作業者は、ロボット３０に対し、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３にラドル５０を配置させる指示を行う。指示を受けたロボット３０は、ラドル５０が水平状態となるようにラドル保持部２３にラドル５０を配置させる。ラドル５０が水平状態とは、図２に示す状態である。

ステップＳ２０では、作業者は、ロボット３０に対し、ロボット３０のロボットアーム３３，３５，３７，３９，４１，４３および関節３２，３４、３６，３８，４０，４２が溶湯保持炉１２からの輻射熱の影響を受けにくくなるように、ロボット３０のロボットアーム３３，３５，３７，３９，４１，４３を退避させる指示を行う。

ステップＳ３０では、作業者は、溶湯汲み上げ機２０に対し、アーム２２を下降させることで、ラドル５０を下降させる指示を行う。図６は、ステップＳ３０における溶湯汲み上げ機２０の動作を示す説明図である。溶湯汲み上げ機２０は、ラドル５０を下降させる指示を受けると、ラドル５０の流入用開口５２が溶湯の新生面１３よりも高い位置までラドル５０を降下させる。

図５のステップＳ４０では、作業者は、溶湯汲み上げ機２０に対し、駆動モータ２７を駆動しチェーン２９を回転させてラドル５０を傾斜させ、ラドル５０の流入用開口５２からラドル５０の本体５１内側に溶湯を流入させる指示を行う。図７は、図５のステップＳ４０からＳ６０にかけての溶湯汲み上げ機２０の動作を示す説明図である。図５のステップＳ４０の指示を受けると、図７の上段に示すように、溶湯汲み上げ機２０は、ラドル５０を傾斜させる際、ラドル５０の流入用開口５２が溶湯の新生面１３よりも低くなり、かつ、ラドル５０の流入用開口５２側の先端部５３が新生面１３よりも高い位置となるように傾斜させる。これにより、溶湯の新生面１３より下のノロ（「スラグ」とも呼ぶ。）を含まない溶湯をラドル５０の本体５１の内側に流入させることができる。

ステップＳ５０では、図７の下段に示すように、作業者は、溶湯汲み上げ機２０に対し、ラドル５０を傾斜させたまま溶湯汲み上げ機２０のアーム２２を上昇させることで、ラドル５０を上昇させる指示を行う。ラドル５０の本体５１の流入用開口５２が新生面１３よりも上に移動すると、ラドル５０の本体５１の流入用開口５２よりも上側の溶湯は、流入用開口５２から流出する。このとき、作業者は、溶湯汲み上げ機２０に対し、ラドル５０の本体５１の内側の溶湯の量が所望の量となるように、ラドル５０の傾斜を調整し、過剰な溶湯を流入用開口５２から排出させる指示を行ってもよい。本実施形態では、ラドル５０の傾斜角度により、ラドル５０に汲み上げられた溶湯の量がわかるようになっている。

図５のステップＳ６０では、作業者は、溶湯汲み上げ機２０に対し、ラドル５０を傾斜状態から水平状態に戻させる指示を行う。これにより、作業者が次工程のステップＳ７０において、ロボット３０に対し、溶湯汲み上げ機２０からロボット３０にラドル５０を持ち替えさせる指示を行い、ロボット３０が溶湯汲み上げ機２０からラドル５０を受け取る際に、ラドル５０がわずかに傾斜しても、ラドル５０の流入用開口５２、あるいは、注ぎ口５４から溶湯がこぼれなくできる。

ステップＳ７０では、作業者は、ロボット３０に対し、溶湯汲み上げ機２０からロボット３０にラドル５０を持ち替えさせる指示を行う。図８は、図５のステップＳ７０における溶湯汲み上げ機２０からロボット３０へのラドル５０の持ち替えを示す説明図である。

図８の上段に示す状態では、ラドル５０の挿入部５６は、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３の挿入穴２４に挿入され、ラドル５０は、ラドル保持部２３により、片持ちで保持されている。作業者は、ロボット３０に対し、ラドル保持部４４の挿入穴４５にラドル５０の挿入部５８が挿入されるように、ラドル保持部４４を移動させる指示を行う。

図８の中段に示す状態は、ロボット３０のラドル保持部４４の挿入穴４５にも挿入部５８が挿入された状態を示す。この状態では、挿入穴４５の内周と、挿入部５８の外周との間には、図示しないわずかな隙間がある。挿入穴４５に挿入部５８が挿入された状態で、ロボット３０がラドル保持部４４を上方にわずかに移動させると、挿入穴４５の内周と、挿入部５８の外周とが接触し、一方、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３の挿入穴２４の内周とラドル５０の挿入部５６の外周との間が接触しなくなる。この状態でロボット３０のラドル保持部４４をラドル保持部２３から遠ざかるように移動させると、ラドル５０の挿入部５６がラドル保持部２３の挿入穴２４から抜ける。その結果、図８の下段に示すように、ラドル５０は、挿入部５８がロボット３０のラドル保持部４４の挿入穴４５に挿入された状態で、ラドル保持部４４により、片持ちで保持される状態となる。

図５のステップＳ８０では、作業者は、ロボット３０に対し、ラドル５０を鋳造装置６０に移動させる指示を行う。ステップＳ９０では、作業者は、ロボット３０に対し、注ぎ口５４が下向きとなるように、ラドル５０を傾斜させ、注ぎ口５４から鋳造装置６０の注入口６２に溶湯を注がせる指示を行う。

ステップＳ１００では、作業者は、注湯作業を継続するか否かを判断する。注湯作業を継続する場合には、処理をステップＳ１０に戻り、作業者は、ロボット３０に対し、溶湯汲み上げ機２０にラドル５０を持ち替えさせ、溶湯汲み上げ機２０にラドル５０を配置する指示を行う。ロボット３０から溶湯汲み上げ機２０へのラドル５０の持ち替え動作は、図８に示す動作と逆の動作である。作業者は、ロボット３０に対し、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３の挿入穴２４にラドル５０の挿入部５６が挿入されるように、ラドル保持部４４を移動させる指示を行う。図８の中段に示すように、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３の挿入穴２４にもラドル５０の挿入部５６が挿入された状態で、ロボット３０がラドル保持部４４を下方にわずかに移動させると、挿入穴４５の内周と挿入部５８の外周とが接触しなくなり、一方、挿入部５６が下方に移動するため、挿入穴２４の内周と挿入部５６の外周とが接触する。この状態でロボット３０がラドル保持部４４をラドル保持部２３から遠ざかるように移動させると、ラドル５０の挿入部５８がロボット３０のラドル保持部４４の挿入穴４５から抜け、図８の上段に示すように、ラドル５０は、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３により、片持ちで保持される状態となる。

以上、本実施形態によれば、ロボット３０は、溶湯汲み上げ機２０と、別体構成となっている。そのため、溶湯汲み上げ機２０がラドル５０を用いて溶湯保持炉１２から溶湯を汲み上げる際、ロボット３０を溶湯保持炉１２からの輻射熱を受け難い位置で待機させることができる。その結果、ロボット３０が輻射熱によって故障するリスクを低減できる。ここで、「溶湯汲み上げ機２０とロボット３０が別体構成である」とは、言い換えると、溶湯汲み上げ機２０がラドル５０を用いて溶湯を溶湯保持炉１２から汲み上げる際には、ロボット３０は汲み上げ動作に関与しない構成であることを意味する。

また、本実施形態によれば、溶湯汲み上げ機２０、および、ロボット３０は、ラドル５０を保持する際に、ラドル５０を把持するのではなく、嵌合により保持する。一般に、嵌合部分は、嵌め込みにより噛み合うので溶湯保持炉１２からの輻射熱を受けても、故障し難い。

また、本実施形態によれば、溶湯汲み上げ機２０は、嵌合部２５を回転させる機構として、チェーン２９によるメカニカル機構を用いているため、溶湯保持炉１２からの輻射熱による故障を低減できる。なお、嵌合部２５を回転させるメカニカル機構としては、チェーン２９の他、ギヤを用いたメカニカル機構が用いられてもよい。

また、本実施形態によれば、溶湯汲み上げ機２０のアーム２２を上下させるボールネジ機構や、溶湯汲み上げ機２０のラドル保持部２３の嵌合部２５を回転させる駆動モータ２７は、溶湯保持炉１２からの輻射熱を受け難い位置である溶湯保持炉１２の側面方向に配置されている。そのため、ボールネジ機構や嵌合部２５を回転させる駆動モータ２７が溶湯保持炉１２からの輻射熱により故障することを抑制できる。

Ｂ．他の実施形態：
上記実施形態では、ロボット３０は、図１に示されるように、汲み上げ部１６の上方で溶湯汲み上げ機２０からラドル５０を受け取る構成となっているが、汲み上げ部１６の上方以外の位置で溶湯汲み上げ機２０からラドル５０を受け取る構成にしてもよい。溶湯保持炉１２の輻射熱は、溶湯保持炉１２の上方に伝わりやすいが、上方以外は、断熱部１８により、輻射熱が伝わり難い。例えば、溶湯汲み上げ機２０が、支柱２１回りにアーム２２を回転させる回転機構、あるいは、支柱２１ごとアーム２２を回転させる回転機構を有すれば、溶湯汲み上げ機２０は、溶湯保持炉１２の上方以外の位置にラドル５０を移動させることができ、ロボット３０は、溶湯保持炉１２の上方以外の位置でラドル５０を受け取ることができる。その結果、ロボット３０が湯汲み上げ機２０からラドル５０を受け取る際に、ロボット３０は、溶湯保持炉１２からの輻射熱の影響を受けにくくなり、ロボット３０が輻射熱によって故障するリスクをさらに低減できる。

上記実施形態では、注湯装置１０は、ラドル５０を１つ用いているが、注湯装置１０は、２つのラドル５０を用いてもよい。ロボット３０は、溶湯汲み上げ機２０と、別体構成となっているので、注湯装置１０が２つのラドル５０を用いる場合、ロボット３０が、一方のラドル５０を鋳造装置６０に輸送し、溶湯を注湯している間に、溶湯汲み上げ機２０が他方のラドル５０を用いて溶湯を汲み上げることが可能となる。その結果、鋳造製品の生産効率が向上する。

上記実施形態のステップＳ１０からステップＳ９０におけるロボット３０または溶湯汲み上げ機２０への指示を、作業者による指示に代えて、図示しない制御装置からのプログラムに従った指示により実現してもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…注湯装置、１２…溶湯保持炉、１３…新生面、１４…加熱部、１６…汲み上げ部、１８…断熱部、２０…溶湯汲み上げ機、２１…支柱、２２…アーム、２３…ラドル保持部、２４…挿入穴、２５…嵌合部、２６…スプロケット、２７…駆動モータ、２８…スプロケット、２９…チェーン、３０…ロボット、３１…基部、３２，３４、３６，３８，４０，４２…関節、３３，３５，３７，３９，４１，４３…ロボットアーム、４４…ラドル保持部、４５…挿入穴、４６…嵌合部、５０…ラドル、５１…本体、５２…流入用開口、５３…先端部、５４…注ぎ口、５６，５８…挿入部、５７，５９…嵌合部、６０…鋳造装置、６２…注入口、Ｏ１，Ｏ２…軸

Claims (1)

1. 鋳造装置に溶湯を注湯する注湯装置であって、
   前記溶湯を貯蔵する溶湯保持炉と、
   前記溶湯を前記溶湯保持炉から汲み上げるためのラドルと、
   前記ラドルを用いて前記溶湯を前記溶湯保持炉から汲み上げる溶湯汲み上げ機と、
   前記ラドルとともに前記ラドルに汲み上げられた前記溶湯を前記鋳造装置まで輸送するロボットと、
   を備え、
   前記溶湯汲み上げ機と前記ロボットとは別体構成である、
   注湯装置。

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