JP4603723B2 - 金属成形品の製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属から所定の金属成形品を得るための金属成形品の製造装置に関する。
【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半凝固金属鋳造方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鋳造される製品には、品質等をあまり考慮する必要がないことから、迅速な鋳造作業が可能なダイカスト鋳造方法に適した金属成形品がある。しかしながら、この種の金属成形品を上記の半凝固金属鋳造方法により鋳造しようとすると、サイクルタイムが長くなってしまい、効率的な鋳造作業が遂行されないという問題が指摘されている。
【０００５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、半凝固金属鋳造とダイカスト鋳造とを選択的に行うことができ、簡単な構成で、種々の金属成形品を効率的に得ることが可能な金属成形品の製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金属成形品の製造装置では、保持炉から所定量の溶融金属が第１容器に供給されると、この第１容器は半凝固金属製造機構に搬送されて、冷却部材により前記第１容器内の前記溶融金属が所定のスラリー状態に撹拌されて半凝固金属が得られる。次いで、半凝固金属は、多関節ロボットを介して第１容器と一体的に成形機構に搬送され、この半凝固金属により所定形状に成形された金属成形品が得られる。
【０００７】
一方、所定量の溶融金属が、保持炉から溶融金属保持機構を構成する第２容器に供給されると、多関節ロボットを介してこの第２容器と一体的に成形機構に搬送される。このため、溶融金属により所定形状に成形された金属成形品が迅速に得られる。
【０００８】
このように、半凝固金属を用いた半凝固金属鋳造方法と、溶融金属を用いたダイカスト鋳造方法とを、設備を共用して選択的に行うことができ、種々の金属成形品に応じて、高精度な鋳造作業や迅速な鋳造作業が容易に遂行される。これにより、簡単な構成で、効率的な鋳造作業が確実に行われる。
【０００９】
また、半凝固金属製造機構は、第１容器を保温する第１保温手段を備える一方、溶融金属保持機構は、第２容器を保温する第２保温手段を備えており、前記第１保温手段と前記第２保温手段とは、兼用型制御機構を介して選択的に制御される。従って、設備構成が有効に簡素化かつ小型化され、製造装置全体を経済的に得ることが可能になる。
【００１０】
さらにまた、半凝固金属製造機構に隣接して、冷却部材が所望の機能を有するように復元処理を施す冷却部材復元機構が設けられている。このため、冷却部材の復元処理が高速で遂行され、半凝固金属による鋳造作業全体を効率的に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る金属成形品の製造装置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等の第１容器１８を設けるとともに、冷し金（冷却部材）１９により前記第１容器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機構２２と、所定量の前記溶湯１２が収容される断熱性るつぼ等の第２容器２４を設けるとともに、前記第２容器２４内の該溶湯１２を保温する溶融金属保持機構２６と、前記第１容器１８内の前記半凝固金属２０、または前記第２容器２４内の前記溶湯１２を選択的に供給し、所定形状の金属成形品を得る成形機構２８と、前記第１容器１８または前記第２容器２４を選択的に保持し、前記半凝固金属２０または前記溶湯１２を前記成形機構２８に供給可能な多関節ロボット３０とを備える。半凝固金属製造機構２２に隣接して、冷し金１９が所望の機能を有するように復元処理を施すための冷却部材復元機構３２が配置されている。
【００１３】
溶湯汲み出しロボット１６は、支柱３４上に旋回自在に設けられるアーム３６を備え、このアーム３６の先端にラドル３８が傾動可能に装着される。成形機構２８は、スラリー用射出スリーブ４０とダイカスト用射出スリーブ４２とを交換可能に備えている。射出スリーブ４０には、その上部側にスラリー投入用開口部４４が形成されており、この開口部４４が金型４６内に形成される図示しないキャビティに連通する。射出スリーブ４２には、その上部側に溶湯投入用開口部４８が形成され、この開口部４８が金型５０内のキャビティ（図示せず）に連通する。金型４６、５０は、射出スリーブ４０、４２と一体的に交換される。
【００１４】
半凝固金属製造機構２２は、第１容器１８を配置してこの第１容器１８内の溶湯１２を冷却および撹拌する第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃを備える。なお、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃは同様に構成されており、以下、主に第１撹拌機５２ａを例に説明する。
【００１５】
第１撹拌機５２ａは、図３に示すように、第１容器１８を離脱自在に配置するるつぼ受台５４と、この第１容器１８の溶湯１２内で冷し金１９を回転させる駆動部５６とを備える。このるつぼ受台５４の内部には、第１容器１８を周回するようにしてるつぼヒータ（第１保温手段）５８が埋設されている。
【００１６】
冷し金１９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１９の外形は、円柱形状に設定されるとともに、下方に向かって抜き勾配を有している。
【００１７】
駆動部５６は、支柱６０に装着されてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向に移動可能な３軸ロボット６２を備え、この３軸ロボット６２の先端に２つの冷し金１９が着脱自在に装着されるとともに、前記冷し金１９は、前記３軸ロボット６２を介して回転駆動される。冷し金１９は、溶湯１２の撹拌および冷却を行う毎（１ショット毎）に３軸ロボット６２から取り外されて冷却部材復元機構３２に送られる。
【００１８】
この冷却部材復元機構３２は、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃに近接して配置される第１乃至第３処理部６８ａ、６８ｂおよび６８ｃを備える。図４および図５Ａ乃至図５Ｄに示すように、第１処理部６８ａは、冷し金１９に冷却処理を施す冷却手段７０と、前記冷し金１９の表面に付着するアルミニウム凝固物を除去する凝固物除去手段７２と、前記冷し金１９に離型剤（セラミック材）をコーティングするコーティング手段７４と、前記冷し金１９に乾燥処理および保温を施す乾燥手段７６と、前記冷し金１９を着脱自在に構成するとともに、該冷し金１９を把持して前記冷却手段７０、前記凝固物除去手段７２、前記コーティング手段７４および前記乾燥手段７６に、順次、搬送可能な搬送手段７８とを備える。
【００１９】
冷却手段７０は、冷却水等の冷却媒体により２つの冷し金１９を同時に冷却するための冷却槽８０を備えるとともに、この冷却槽８０の上方には、凝固物除去手段７２を構成するエアブロー用ケーシング８２ａ、８２ｂがアクチュエータ８４を介して開閉可能に配置されており、このアクチュエータ８４が３軸ロボット６２を支持する支柱６０に固定されている（図４参照）。ケーシング８２ａ、８２ｂ内の上部には、冷し金１９に付着するアルミニウム凝固物を除去するために複数のエアブローノズル８３が配置されている（図５Ｂ参照）。
【００２０】
コーティング手段７４は上下動シリンダ８６を備え、この上下動シリンダ８６から上方に延在するロッド８８には、取り付け部材９０を介してコーティング槽９２が支持される。このコーティング槽９２内にはセラミック材のコーティング液が貯留されており、冷し金１９のコーティング時間を変更するために、前記コーティング槽９２が上下動シリンダ８６を介して単独で上下動可能に構成されている。
【００２１】
乾燥手段７６は、コーティング処理後の冷し金１９をヒータ９４により乾燥および保温させる乾燥予熱炉９６を備え、この乾燥予熱炉９６の入口側および出口側には、それぞれシリンダ９８ａ、９８ｂを介して開閉自在な蓋部材１００ａ、１００ｂが設けられている。
【００２２】
搬送手段７８は、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂを介して昇降自在な基台１０４を備え、この基台１０４上には、水平方向に進退可能なロッドレスシリンダ１０６を介して周回走行可能なチェーン１０８が設けられる。チェーン１０８は、複数のスプロケット１１０により支持されるとともに、このチェーン１０８に複数のプレート部材１１２が連結される。
【００２３】
プレート部材１１２には、冷し金１９が挿入される凹部１１４が設けられており、この凹部１１４にボールプランジャ１１６を介して前記冷し金１９が保持される。ロッドレスシリンダ１０６は、一定のストローク長で進退可能であり、このロッドレスシリンダ１０６は、一方向に移動する際にのみチェーン１０８に係合してこのチェーン１０８を一定の距離だけ矢印Ｂ方向に移動させるように構成されている。
【００２４】
多関節ロボット３０は、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃの配列方向（矢印Ａ方向）に延在するレール１２２に沿って進退自在である（図１参照）。多関節ロボット３０は、例えば、６軸ロボットで構成されており、図６に示すように、基台１２４上にＳ軸回りに回転自在な回転台１２６が設けられ、この回転台１２６には、第１アーム１２８がＨ軸方向に揺動自在に設けられる。
【００２５】
第１アーム１２８には、第２アーム１３０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１３０の先端部にＲ２軸回りに回転する旋回軸１３２が構成される。旋回軸１３２に手首部１３４がＢ軸回りに回動自在に装着され、前記手首部１３４には、Ｒ１軸方向に回転自在な回転軸１３５が設けられて前記回転軸１３５に把持部１３６が装着される。
【００２６】
図７に示すように、把持部１３６は、第１容器１８の第１係合部１７４（後述する）または第２容器２４の第２係合部１８６を把持する第１クランプ手段１３８と、前記第１または第２係合部１７４、１８６を直接把持している前記第１クランプ手段１３８を、前記第１または第２容器１８、２４と一体的に把持する第２クランプ手段１４０とを備える。第１クランプ手段１３８は、回転軸１３５に固定される固定板体１４４を備え、この固定板体１４４にメインクランプ用の第１シリンダ１４６が装着される。第１シリンダ１４６は、互いに近接および離間変位する可動台１４８ａ、１４８ｂを有するとともに、前記可動台１４８ａ、１４８ｂには、第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが固着される。
【００２７】
第２クランプ手段１４０は、固定板体１４４に固着されるサブクランプ用の第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂを備え、前記第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂから突出するロッド１５４ａ、１５４ｂに可動板体１５６が固着される。ロッド１５４ａ、１５４ｂを挟んで一対のガイドバー１５８が配置されており、前記ガイドバー１５８は、可動板体１５６に固着されるとともに、第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂに挿入されている。
【００２８】
可動板体１５６は、その中央部に第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂを挿通するための開口部１６０が形成されるとともに、前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂの各テーパ面１６２に摺接して前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂ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１６４を設けている。可動板体１５６の四隅に引っ張り用スプリング１６６の一端が係合するとともに、前記スプリング１６６の他端が固定板体１４４に取り付けられている。可動板体１５６は、スプリング１６６の弾性力を介して、常時、第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂを固定する方向に付勢されている。
【００２９】
第１容器１８は、射出スリーブ４０の開口部４４と略同一形状の開口部１７０を有するとともに、この第１容器１８の一側面１７２に第１係合部１７４が設けられる。第１係合部１７４が第１容器１８の深さ方向（矢印Ｄ方向）に平行な２つの面１７８ａ、１７８ｂを有するとともに、前記面１７８ａ、１７８ｂには矢印Ｄ方向に沿って係合用溝部１８０ａ、１８０ｂが形成される。
【００３０】
図８に示すように、第２容器２４はじょうろ形状に構成されており、その一端側には上方に向かって幅狭となる給湯口１８２が設けられる。この第２容器２４には、給湯口１８２とは反対側に取り付け部１８４が設けられるとともに、この取り付け部１８４に第２係合部１８６が固着される。第２係合部１８６は、第１係合部１７４と同様に第２容器２４の深さ方向（矢印Ｄ方向）に平行な２つの面１８８ａ、１８８ｂを有し、前記面１８８ａ、１８８ｂには、矢印Ｄ方向に沿って係合用溝部１９０ａ、１９０ｂが形成される。取り付け部１８４の底面には、位置決め用溝部１９２が設けられている。
【００３１】
図１に示すように、溶湯汲み出しロボット１６により汲み出された溶湯１２を第１または第２容器１８、２４に注湯する位置に対応して、基台２００が設けられる。この基台２００上には、第１容器１８が一旦載置されるスラリー用受台２０２と、溶融金属保持機構２６を構成するダイカスト用受台２０４とが選択的に取り付けられる。
【００３２】
図９に示すように、スラリー用受台２０２には、多関節ロボット３０を介して第１容器１８がこのスラリー用受台２０２上の所定の位置に配置されたことを自動的に検出するために、リミットスイッチ等の近接スイッチ２０６が設けられている。
【００３３】
図１０に示すように、ダイカスト用受台２０４には、同様に多関節ロボット３０を介して第２容器２４が配置されたことを自動的に検出するために、近接スイッチ２０８が設けられるとともに、このダイカスト用受台２０４上には、受皿２０９を介して載置用枠体２１０が固定される。受皿２０９は、載置用枠体２１０から溶湯１２が漏れた際に、この溶湯１２により他の設備が破損することを防止するために用いられている。
【００３４】
載置用枠体２１０には、第２容器２４の給湯口１８２の形状に対応して傾斜し、この給湯口１８２を載置して位置決めするための載置面２１２が形成される。載置用枠体２１０内には、ヒータ（第２保温手段）２１４が断熱材２１６に埋設されて収容されている。ダイカスト用受台２０４には、第２容器２４の取り付け部１８４に形成されている溝部１９２に係合して前記第２容器２４の位置決めを行う位置決め板２１８が固定されている。
【００３５】
第１保温手段であるるつぼヒータ５８と第２保温手段であるヒータ２１４とは、兼用型制御機構２２０を介して選択的に制御される（図１０参照）。制御機構２２０は制御用温度調節器２２２を備え、この制御用温度調節器２２２にサイリスタ２２４が接続されるとともに、このサイリスタ２２４は第１切換スイッチ２２６を介して、るつぼヒータ５８とヒータ２１４とに選択的に接続可能である。
【００３６】
るつぼヒータ５８とヒータ２１４とは、過昇温検出温度調節器２２８に第２切換スイッチ２３０を介して選択的に接続可能である。このヒータ２１４は、コネクタ２３２を介して制御機構２２０に電気的に接続される。
【００３７】
このように構成される製造装置１０の動作について、以下に説明する。
【００３８】
まず、半凝固金属製造機構２２を使用して半凝固金属２０を製造し、この半凝固金属２０から金属成形品を鋳造する半凝固金属鋳造を行う場合について説明する。
【００３９】
基台２００上には、スラリー用受台２０２が配置されるとともに、成形機構２８には、スラリー用射出スリーブ４０および金型４６が組み付けられる。一方、図１１に示すように、制御機構２２０では、第１切換スイッチ２２６の切換作用下に、るつぼヒータ５８がサイリスタ２２４に接続されるとともに、第２切換スイッチ２３０の切換作用下に、このるつぼヒータ５８が過昇温検出温度調節器２２８に接続される。
【００４０】
このような構成において、図１２に示すフローチャートに沿って金属成形品の製造作業が行われる。
【００４１】
すなわち、まず、溶湯保持炉１４内で溶湯１２が６５０℃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。溶湯汲み出しロボット１６では、アーム３６の作用下にラドル３８が溶湯保持炉１４内に挿入され、このラドル３８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３８により汲み出される。溶湯１２が汲み出されたラドル３８は、溶湯１２の注湯位置に移動される一方、この注湯位置に設けられたスラリー用受台２０２には、多関節ロボット３０が把持部１３６により空の第１容器１８を保持して配置されている。
【００４２】
そこで、ラドル３８が傾動されて第１容器１８内に１ショット分の溶湯１２が給湯されると（ステップＳ１）、多関節ロボット３０は、前記第１容器１８を第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃの所定の位置、例えば、第１撹拌機５２ａを構成するるつぼ受台５４に配置する（ステップＳ２）。図３に示すように、るつぼ受台５４では、るつぼヒータ５８が駆動されて予め所定の温度に維持されており、第１容器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。
【００４３】
第１撹拌機５２ａでは、２つの冷し金１９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１９が、３軸ロボット６２を介して比較的低速で所定方向に回転しながら第１容器１８内の溶湯１２中に浸漬される。その後、３軸ロボット６２の作用下に冷し金１９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（ステップＳ３）。
【００４４】
冷し金１９が、予め設定された時間だけ、あるいはスラリー供給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１９が回転しながら第１容器１８から引き上げられる。このため、第１容器１８内には、全体的に一定温度に保持された半凝固金属２０が製造される。
【００４５】
一方、多関節ロボット３０は、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃ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３撹拌機５２ｃに対応して移動される。第３撹拌機５２ｃでは、駆動部５６が上方に待機するとともに、冷し金１９が取り外されており、多関節ロボット３０は、この第３撹拌機５２ｃのるつぼ受台５４に配置されている第１容器１８を把持し、この第１容器１８を前記第３撹拌機５２ｃから取り出す。
【００４６】
具体的には、図７に示すように、第２クランプ手段１４０を構成する第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂが駆動され、可動板体１５６がスプリング１６６の弾性力に抗して前方（矢印Ｃ１方向）に突出している。このため、第１クランプ手段１３８を構成する第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂ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１４６が駆動されることによって、可動台１４８ａ、１４８ｂと一体的に前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが互いに離間する方向に配置される。
【００４７】
そこで、多関節ロボット３０を構成する回転軸１３５が、第３撹拌機５２ｃに配置されている第１容器１８側に移動し、この第１容器１８の一側面１７２に固着されている第１係合部１７４が第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂ間に配置される。次に、第１シリンダ１４６が駆動され、可動台１４８ａ、１４８ｂと一体的に第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが互いに近接する方向に変位し、前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂにより第１係合部１７４が把持される。
【００４８】
この状態で、第２クランプ手段１４０を構成する第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂが駆動され、可動板体１５６が回転軸１３５側（矢印Ｃ２方向）に移動する。このため、可動板体１５６に設けられているテーパ面１６４が第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂに設けられているテーパ面１６２に摺接し、前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが互いに近接する方向に押圧保持される。これにより、第１容器１８に設けられた第１係合部１７４は、第１および第２クランプ手段１３８、１４０を介して強固かつ確実に把持され、多関節ロボット３０は、この第１容器１８を成形機構２８の開口部４４に対応して水平姿勢に配置される（ステップＳ４）。一方、成形機構２８では、型締めが行われている（ステップＳ５）。
【００４９】
さらに、図１３に示すように、多関節ロボット３０は、把持部１３６により把持されている第１容器１８を成形機構２８の開口部４４に対して配置した後、この第１容器１８を反転させる。これにより、第１容器１８内の半凝固金属２０は、開口部４４に向かって落下供給される（ステップＳ６）。そして、成形機構２８では、半凝固金属２０を用いた射出処理が行われ（ステップＳ７）、所定の金属成形品が得られることになる。
【００５０】
多関節ロボット３０は、空になった第１容器１８を図示しない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（ステップＳ８）、この第１容器１８内に残存するアルミニウムが除去される。次いで、第１容器１８の内部にブラッシング処理が施された後（ステップＳ９）、この第１容器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（ステップＳ１０）、さらに前記第１容器１８が注湯位置のスラリー用受台２０２上に配置される。その際、近接スイッチ２０６を介して第１容器１８の有無が自動的に検出される。
【００５１】
第１撹拌機５２ａでは、溶湯１２の冷却および撹拌が行われて上方に取り出された冷し金１９が、３軸ロボット６２を介して冷却部材復元機構３２を構成する第１処理部６８ａ側に移動される。図４に示すように、この第１処理部６８ａでは、搬送手段７８に設けられている受け渡し位置Ｐ１において３軸ロボット６２から前記搬送手段７８に２つの冷し金１９が受け渡される。ここで、各冷し金１９は、搬送手段７８を構成するプレート部材１１２に設けられた凹部１１４に挿入され、ボールプランジャ１１６を介して前記プレート部材１１２に保持される。
【００５２】
３軸ロボット６２は、冷し金１９を搬送手段７８に受け渡した後、所定の待機位置に配置される。一方、この搬送手段７８では、ロッドレスシリンダ１０６の作用下にチェーン１０８が矢印Ｂ方向に間欠搬送され、受け渡し位置Ｐ１で受け渡された２つの冷し金１９が、まず、冷却手段７０上に配置される。そこで、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂが駆動され、基台１０４が下方向に移動して搬送手段７８に保持されている２つの冷し金１９が、冷却手段７０を構成する冷却槽８０内に浸漬されて冷却処理が施される（図５Ａ参照）。
【００５３】
次に、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂを介して基台１０４が上昇し、２つの冷し金１９が凝固物除去手段７２に対応して配置される。凝固物除去手段７２では、アクチュエータ８４の作用下にケーシング８２ａ、８２ｂが互いに近接する方向に揺動し、前記ケーシング８２ａ、８２ｂ内に２つの冷し金１９が収容される。この状態で、複数のエアブローノズル８３から各冷し金１９に向かってエアが噴射され、前記冷し金１９の表面に付着しているアルミニウム凝固物が除去される（図５Ｂ参照）。
【００５４】
凝固物除去手段７２および冷却手段７０で冷し金１９の表面から除去されたアルミニウム凝固物は、外部に排出される。そして、ケーシング８２ａ、８２ｂが互いに離間する方向に揺動した後、搬送手段７８を介して２つの冷し金１９がコーティング手段７４に対応して配置される。
【００５５】
このコーティング手段７４では、コーティング槽９２が下降端位置に配置されており、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂの作用下に基台１０４と一体的に２つの冷し金１９が下降し、かつ前記コーティング槽９２が上昇することにより、前記冷し金１９が前記コーティング槽９２内のコーティング液に浸漬される。このため、冷し金１９の表面にセラミック材がコーティングされる（図５Ｃ参照）。その際、コーティングが短い時間に変更されると、上下動シリンダ８６が駆動され、ロッド８８および取り付け部材９０を介してコーティング槽９２が下降し、冷し金１９がコーティング液から離脱されることになる。
【００５６】
コーティング処理後の冷し金１９は、搬送手段７８を介して乾燥手段７６側に搬送され、この乾燥手段７６を構成する蓋部材１００ａがシリンダ９８ａを介して開閉することにより、前記冷し金１９が乾燥予熱炉９６内に搬入される。この乾燥予熱炉９６内には、図５Ｄに示すように、ヒータ９４が設けられており、前記冷し金１９は、乾燥処理を施されるとともに、所定の温度に予熱される。
【００５７】
乾燥処理後の冷し金１９は、図４に示すように、蓋部材１００ｂの開閉作用下に乾燥予熱炉９６から導出され、受け取り位置Ｐ２に配置される。この受け取り位置Ｐ２において、３軸ロボット６２は所定の復元処理を施された２つの冷し金１９を受け取り、この冷し金１９を介して第１撹拌機５２ａでの溶湯１２の冷却および撹拌処理が行われる。
【００５８】
上記のように半凝固金属製造機構２２を介して半凝固金属２０を製造し、この半凝固金属２０を用いて成形機構２８が所定数の金属成形品を製造することにより（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、半凝固金属鋳造方法が終了する。
【００５９】
次いで、製造装置１０において、溶湯１２を、直接、成形機構２８に注湯してダイカスト鋳造方法を行う場合について説明する。
【００６０】
まず、注湯位置に設けられている基台２００に対して、スラリー用受台２０２を取り外してダイカスト用受台２０４が取り付けられる。その際、ダイカスト用受台２０４に設けられているコネクタ２３２が制御機構２２０に接続されて、ヒータ２１４がこの制御機構２２０に電気的に接続可能となる。
【００６１】
そこで、図１１に示すように、第１および第２切換スイッチ２２６、２３０が、実線の位置から二点鎖線の位置に切り換え作動される。このため、ヒータ２１４は、サイリスタ２２４を介して制御用温度調節器２２２に接続されるとともに、過昇温検出温度調節器２２８に接続される。一方、成形機構２８では、射出スリーブ４０および金型４６に代えて、射出スリーブ４２および金型５０が組み付けられる。
【００６２】
次に、図１４に示すフローチャートに沿って、製造装置１０によるダイカスト鋳造方法について説明する。
【００６３】
多関節ロボット３０では、第１容器１８と同様に、第２容器２４に取り付けられている第２係合部１８６が把持部１３６により把持された状態で、この第２容器２４が、溶融金属保持機構２６を構成するダイカスト用受台２０４上に配置される。
【００６４】
その際、近接スイッチ２０８が駆動されて、載置用枠体２１０上に第２容器２４が配置されていることが自動的に検出される。この第２容器２４では、載置用枠体２１０に設けられている載置面２１２に給湯口１８２が保持されるとともに、位置決め板２１８が取り付け部１８４の溝部１９２に係合し、前記第２容器２４が位置決め保持されている。
【００６５】
この状態で、溶湯汲み出しロボット１６が駆動され、ラドル３８を介して１ショット分の溶湯１２が汲み出され、このラドル３８が第２容器２４側に移動して傾動されることにより、前記溶湯１２が前記第２容器２４内に給湯される（ステップＳ２１）。溶融金属保持機構２６では、載置用枠体２１０に断熱材２１６を介してヒータ２１４が埋設されており、このヒータ２１４が付勢されることによって、第２容器２４内の溶湯１２が凝固することはない。
【００６６】
次に、多関節ロボット３０は、第２容器２４を載置用枠体２１０から取り外し、成形機構２８の開口部４８に対応して配置する（ステップＳ２２）。成形機構２８の型締めがなされた後（ステップＳ２３）、多関節ロボット３０は、第２容器２４を傾動させてこの第２容器２４内の溶湯１２を開口部４８に供給する（ステップＳ２４）。
【００６７】
ここで、図１５に示すように、多関節ロボット３０は、第２容器２４を給湯口１８２側を下方に傾動させるようにして、この第２容器２４内の溶湯１２を前記給湯口１８２側から開口部４８に給湯する動作を行っている。これにより、第２容器２４内の溶湯１２は、開口部４８を介して射出スリーブ４２内に注湯され、次いで、成形機構２８による射出処理が行われる（ステップＳ２５）。成形機構２８内では、溶湯１２を用いたダイカスト鋳造が行われ、所定の金属成形品が得られることになる。
【００６８】
多関節ロボット３０は、空になった第２容器２４をエアブロー位置に移動してエアブロー処理を施した後（ステップＳ２６）、この第２容器２４を注湯位置のダイカスト用受台２０４上に配置する。そして、上記のダイカスト鋳造によって所定数の金属成形品が得られたとき（ステップＳ２７中、ＹＥＳ）、このダイカスト鋳造作業が終了する。
【００６９】
この場合、本実施形態に係る製造装置１０では、溶湯１２から半凝固金属２０を得、この半凝固金属２０を用いて所定の金属成形品を製造する半凝固金属鋳造と、前記溶湯１２から、直接、所定の金属成形品を製造するダイカスト鋳造とを、設備を共用して選択的に行うことができ、種々の金属成形品に応じて高精度かつ迅速な鋳造作業が容易に遂行されるという効果が得られる。
【００７０】
具体的には、スラリー用の第１容器１８とダイカスト用の第２容器２４とが、同一構成の第１および第２係合部１７４、１８６を設けており、多関節ロボット３０を構成する把持部１３６を介して前記第１容器１８と前記第２容器２４とを選択的に把持することが可能になる。
【００７１】
さらに、基台２００上に選択的に取り付けられるスラリー用受台２０２またはダイカスト用受台２０４上に第１容器１８または第２容器２４が配置され、この第１容器１８またはこの第２容器２４に対して、単一の溶湯汲み出しロボット１６を用いて所定量の溶湯１２を注湯することができる。これにより、製造装置１０全体の構成が有効に簡素化されるとともに、効率的な鋳造作業が確実に行われるという効果が得られる。
【００７２】
さらに、制御機構２２０は、図１１に示すように、半凝固金属製造機構２２を構成するるつぼヒータ５８と、溶融金属保持機構２６を構成するヒータ２１４とを、第１および第２切換スイッチ２２６、２３０の切り換え作用下に選択的に制御している。従って、制御機構２２０の構成が有効に簡素化かつ小型化され、製造装置１０全体を経済的に得ることができるという利点がある。
【００７３】
なお、上述した本実施形態では、溶湯保持炉１４と多関節ロボット３０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３０に保持されている第１容器１８または第２容器２４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。
【００７４】
また、本実施形態では、基台２００に対してスラリー用受台２０２とダイカスト用受台２０４とを交換可能に構成しているが、前記スラリー用受台２０２と前記ダイカスト用受台２０４とを、前記基台２００に対して自動的に配置させる一方、成形機構２８に半凝固金属鋳造とダイカスト鋳造とに兼用し得る金型および射出スリーブを設けるように構成してもよく、あるいは半凝固金属鋳造とダイカスト鋳造とに適した２台の金型を並列して自動的に切換制御するように構成してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明に係る金属成形品の製造装置では、半凝固金属を用いた半凝固金属鋳造方法と、直接、溶融金属を用いたダイカスト鋳造方法とを、設備を共用して行うことができ、種々の鋳造品（金属成形品）に応じて高精度な鋳造作業や迅速な鋳造作業が容易に遂行される。これにより、簡単な構成で、効率的な鋳造作業が確実に行われるとともに、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る金属成形品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正面説明図である。
【図４】前記製造装置を構成する冷却部材復元機構の平面説明図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｄは、前記冷却部材復元機構の動作説明図である。
【図６】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７】前記多関節ロボットを構成する把持部および第１容器の一部分解斜視説明図である。
【図８】前記製造装置を構成する第２容器の斜視説明図である。
【図９】前記製造装置を構成するスラリー用受台の斜視説明図である。
【図１０】前記製造装置を構成するダイカスト用受台の説明図である。
【図１１】前記製造装置を構成する制御機構の構成説明図である。
【図１２】半凝固金属鋳造を説明するフローチャートである。
【図１３】半凝固金属を射出スリーブに投入する際の説明図である。
【図１４】ダイカスト鋳造を説明するフローチャートである。
【図１５】前記第２容器から溶湯を射出スリーブに注湯する際の動作説明図である。
【符号の説明】
１０…製造装置 １２…溶湯
１４…溶湯保持炉 １６…溶湯汲み出しロボット
１８、２４…容器 ２０…半凝固金属
２２…半凝固金属製造機構 ２６…溶融金属保持機構
２８…成形機構 ３０…多関節ロボット
３２…冷却部材復元機構 ４０、４２…射出スリーブ
４４、４８…開口部 ４６、５０…金型
５２ａ〜５２ｃ…攪拌機 ５８…るつぼヒータ
６８ａ〜６８ｃ…処理部 ７０…冷却手段
７２…凝固物除去手段 ７４…コーティング手段
７６…乾燥手段 ７８…搬送手段
１３５…回転軸 １３６…把持部
１３８、１４０…クランプ手段 １７４、１８６…係合部
１８２…給湯口 ２００…基台
２０２…スラリー用受台 ２０４…ダイカスト用受台
２０６、２０８…近接スイッチ ２１２…載置面
２１８…位置決め板 ２２０…制御機構
２２２…制御用温度調節器 ２２４…サイリスタ
２２６、２３０…切換スイッチ ２２８…過昇温検出温度調節器
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属から所定の金属成形品を得るための金属成形品の製造装置に関する。
【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半凝固金属鋳造方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鋳造される製品には、品質等をあまり考慮する必要がないことから、迅速な鋳造作業が可能なダイカスト鋳造方法に適した金属成形品がある。しかしながら、この種の金属成形品を上記の半凝固金属鋳造方法により鋳造しようとすると、サイクルタイムが長くなってしまい、効率的な鋳造作業が遂行されないという問題が指摘されている。
【０００５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、半凝固金属鋳造とダイカスト鋳造とを選択的に行うことができ、簡単な構成で、種々の金属成形品を効率的に得ることが可能な金属成形品の製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金属成形品の製造装置では、保持炉から所定量の溶融金属が第１容器に供給されると、この第１容器は半凝固金属製造機構に搬送されて、冷却部材により前記第１容器内の前記溶融金属が所定のスラリー状態に撹拌されて半凝固金属が得られる。次いで、半凝固金属は、多関節ロボットを介して第１容器と一体的に成形機構に搬送され、この半凝固金属により所定形状に成形された金属成形品が得られる。
【０００７】
一方、所定量の溶融金属が、保持炉から溶融金属保持機構を構成する第２容器に供給されると、多関節ロボットを介してこの第２容器と一体的に成形機構に搬送される。このため、溶融金属により所定形状に成形された金属成形品が迅速に得られる。
【０００８】
このように、半凝固金属を用いた半凝固金属鋳造方法と、溶融金属を用いたダイカスト鋳造方法とを、設備を共用して選択的に行うことができ、種々の金属成形品に応じて、高精度な鋳造作業や迅速な鋳造作業が容易に遂行される。これにより、簡単な構成で、効率的な鋳造作業が確実に行われる。
【０００９】
また、半凝固金属製造機構は、第１容器を保温する第１保温手段を備える一方、溶融金属保持機構は、第２容器を保温する第２保温手段を備えており、前記第１保温手段と前記第２保温手段とは、兼用型制御機構を介して選択的に制御される。従って、設備構成が有効に簡素化かつ小型化され、製造装置全体を経済的に得ることが可能になる。
【００１０】
さらにまた、半凝固金属製造機構に隣接して、冷却部材が所望の機能を有するように復元処理を施す冷却部材復元機構が設けられている。このため、冷却部材の復元処理が高速で遂行され、半凝固金属による鋳造作業全体を効率的に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る金属成形品の製造装置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等の第１容器１８を設けるとともに、冷し金（冷却部材）１９により前記第１容器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機構２２と、所定量の前記溶湯１２が収容される断熱性るつぼ等の第２容器２４を設けるとともに、前記第２容器２４内の該溶湯１２を保温する溶融金属保持機構２６と、前記第１容器１８内の前記半凝固金属２０、または前記第２容器２４内の前記溶湯１２を選択的に供給し、所定形状の金属成形品を得る成形機構２８と、前記第１容器１８または前記第２容器２４を選択的に保持し、前記半凝固金属２０または前記溶湯１２を前記成形機構２８に供給可能な多関節ロボット３０とを備える。半凝固金属製造機構２２に隣接して、冷し金１９が所望の機能を有するように復元処理を施すための冷却部材復元機構３２が配置されている。
【００１３】
溶湯汲み出しロボット１６は、支柱３４上に旋回自在に設けられるアーム３６を備え、このアーム３６の先端にラドル３８が傾動可能に装着される。成形機構２８は、スラリー用射出スリーブ４０とダイカスト用射出スリーブ４２とを交換可能に備えている。射出スリーブ４０には、その上部側にスラリー投入用開口部４４が形成されており、この開口部４４が金型４６内に形成される図示しないキャビティに連通する。射出スリーブ４２には、その上部側に溶湯投入用開口部４８が形成され、この開口部４８が金型５０内のキャビティ（図示せず）に連通する。金型４６、５０は、射出スリーブ４０、４２と一体的に交換される。
【００１４】
半凝固金属製造機構２２は、第１容器１８を配置してこの第１容器１８内の溶湯１２を冷却および撹拌する第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃを備える。なお、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃは同様に構成されており、以下、主に第１撹拌機５２ａを例に説明する。
【００１５】
第１撹拌機５２ａは、図３に示すように、第１容器１８を離脱自在に配置するるつぼ受台５４と、この第１容器１８の溶湯１２内で冷し金１９を回転させる駆動部５６とを備える。このるつぼ受台５４の内部には、第１容器１８を周回するようにしてるつぼヒータ（第１保温手段）５８が埋設されている。
【００１６】
冷し金１９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１９の外形は、円柱形状に設定されるとともに、下方に向かって抜き勾配を有している。
【００１７】
駆動部５６は、支柱６０に装着されてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向に移動可能な３軸ロボット６２を備え、この３軸ロボット６２の先端に２つの冷し金１９が着脱自在に装着されるとともに、前記冷し金１９は、前記３軸ロボット６２を介して回転駆動される。冷し金１９は、溶湯１２の撹拌および冷却を行う毎（１ショット毎）に３軸ロボット６２から取り外されて冷却部材復元機構３２に送られる。
【００１８】
この冷却部材復元機構３２は、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃに近接して配置される第１乃至第３処理部６８ａ、６８ｂおよび６８ｃを備える。図４および図５Ａ乃至図５Ｄに示すように、第１処理部６８ａは、冷し金１９に冷却処理を施す冷却手段７０と、前記冷し金１９の表面に付着するアルミニウム凝固物を除去する凝固物除去手段７２と、前記冷し金１９に離型剤（セラミック材）をコーティングするコーティング手段７４と、前記冷し金１９に乾燥処理および保温を施す乾燥手段７６と、前記冷し金１９を着脱自在に構成するとともに、該冷し金１９を把持して前記冷却手段７０、前記凝固物除去手段７２、前記コーティング手段７４および前記乾燥手段７６に、順次、搬送可能な搬送手段７８とを備える。
【００１９】
冷却手段７０は、冷却水等の冷却媒体により２つの冷し金１９を同時に冷却するための冷却槽８０を備えるとともに、この冷却槽８０の上方には、凝固物除去手段７２を構成するエアブロー用ケーシング８２ａ、８２ｂがアクチュエータ８４を介して開閉可能に配置されており、このアクチュエータ８４が３軸ロボット６２を支持する支柱６０に固定されている（図４参照）。ケーシング８２ａ、８２ｂ内の上部には、冷し金１９に付着するアルミニウム凝固物を除去するために複数のエアブローノズル８３が配置されている（図５Ｂ参照）。
【００２０】
コーティング手段７４は上下動シリンダ８６を備え、この上下動シリンダ８６から上方に延在するロッド８８には、取り付け部材９０を介してコーティング槽９２が支持される。このコーティング槽９２内にはセラミック材のコーティング液が貯留されており、冷し金１９のコーティング時間を変更するために、前記コーティング槽９２が上下動シリンダ８６を介して単独で上下動可能に構成されている。
【００２１】
乾燥手段７６は、コーティング処理後の冷し金１９をヒータ９４により乾燥および保温させる乾燥予熱炉９６を備え、この乾燥予熱炉９６の入口側および出口側には、それぞれシリンダ９８ａ、９８ｂを介して開閉自在な蓋部材１００ａ、１００ｂが設けられている。
【００２２】
搬送手段７８は、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂを介して昇降自在な基台１０４を備え、この基台１０４上には、水平方向に進退可能なロッドレスシリンダ１０６を介して周回走行可能なチェーン１０８が設けられる。チェーン１０８は、複数のスプロケット１１０により支持されるとともに、このチェーン１０８に複数のプレート部材１１２が連結される。
【００２３】
プレート部材１１２には、冷し金１９が挿入される凹部１１４が設けられており、この凹部１１４にボールプランジャ１１６を介して前記冷し金１９が保持される。ロッドレスシリンダ１０６は、一定のストローク長で進退可能であり、このロッドレスシリンダ１０６は、一方向に移動する際にのみチェーン１０８に係合してこのチェーン１０８を一定の距離だけ矢印Ｂ方向に移動させるように構成されている。
【００２４】
多関節ロボット３０は、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃの配列方向（矢印Ａ方向）に延在するレール１２２に沿って進退自在である（図１参照）。多関節ロボット３０は、例えば、６軸ロボットで構成されており、図６に示すように、基台１２４上にＳ軸回りに回転自在な回転台１２６が設けられ、この回転台１２６には、第１アーム１２８がＨ軸方向に揺動自在に設けられる。
【００２５】
第１アーム１２８には、第２アーム１３０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１３０の先端部にＲ２軸回りに回転する旋回軸１３２が構成される。旋回軸１３２に手首部１３４がＢ軸回りに回動自在に装着され、前記手首部１３４には、Ｒ１軸方向に回転自在な回転軸１３５が設けられて前記回転軸１３５に把持部１３６が装着される。
【００２６】
図７に示すように、把持部１３６は、第１容器１８の第１係合部１７４（後述する）または第２容器２４の第２係合部１８６を把持する第１クランプ手段１３８と、前記第１または第２係合部１７４、１８６を直接把持している前記第１クランプ手段１３８を、前記第１または第２容器１８、２４と一体的に把持する第２クランプ手段１４０とを備える。第１クランプ手段１３８は、回転軸１３５に固定される固定板体１４４を備え、この固定板体１４４にメインクランプ用の第１シリンダ１４６が装着される。第１シリンダ１４６は、互いに近接および離間変位する可動台１４８ａ、１４８ｂを有するとともに、前記可動台１４８ａ、１４８ｂには、第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが固着される。
【００２７】
第２クランプ手段１４０は、固定板体１４４に固着されるサブクランプ用の第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂを備え、前記第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂから突出するロッド１５４ａ、１５４ｂに可動板体１５６が固着される。ロッド１５４ａ、１５４ｂを挟んで一対のガイドバー１５８が配置されており、前記ガイドバー１５８は、可動板体１５６に固着されるとともに、第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂに挿入されている。
【００２８】
可動板体１５６は、その中央部に第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂを挿通するための開口部１６０が形成されるとともに、前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂの各テーパ面１６２に摺接して前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂ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１６４を設けている。可動板体１５６の四隅に引っ張り用スプリング１６６の一端が係合するとともに、前記スプリング１６６の他端が固定板体１４４に取り付けられている。可動板体１５６は、スプリング１６６の弾性力を介して、常時、第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂを固定する方向に付勢されている。
【００２９】
第１容器１８は、射出スリーブ４０の開口部４４と略同一形状の開口部１７０を有するとともに、この第１容器１８の一側面１７２に第１係合部１７４が設けられる。第１係合部１７４が第１容器１８の深さ方向（矢印Ｄ方向）に平行な２つの面１７８ａ、１７８ｂを有するとともに、前記面１７８ａ、１７８ｂには矢印Ｄ方向に沿って係合用溝部１８０ａ、１８０ｂが形成される。
【００３０】
図８に示すように、第２容器２４はじょうろ形状に構成されており、その一端側には上方に向かって幅狭となる給湯口１８２が設けられる。この第２容器２４には、給湯口１８２とは反対側に取り付け部１８４が設けられるとともに、この取り付け部１８４に第２係合部１８６が固着される。第２係合部１８６は、第１係合部１７４と同様に第２容器２４の深さ方向（矢印Ｄ方向）に平行な２つの面１８８ａ、１８８ｂを有し、前記面１８８ａ、１８８ｂには、矢印Ｄ方向に沿って係合用溝部１９０ａ、１９０ｂが形成される。取り付け部１８４の底面には、位置決め用溝部１９２が設けられている。
【００３１】
図１に示すように、溶湯汲み出しロボット１６により汲み出された溶湯１２を第１または第２容器１８、２４に注湯する位置に対応して、基台２００が設けられる。この基台２００上には、第１容器１８が一旦載置されるスラリー用受台２０２と、溶融金属保持機構２６を構成するダイカスト用受台２０４とが選択的に取り付けられる。
【００３２】
図９に示すように、スラリー用受台２０２には、多関節ロボット３０を介して第１容器１８がこのスラリー用受台２０２上の所定の位置に配置されたことを自動的に検出するために、リミットスイッチ等の近接スイッチ２０６が設けられている。
【００３３】
図１０に示すように、ダイカスト用受台２０４には、同様に多関節ロボット３０を介して第２容器２４が配置されたことを自動的に検出するために、近接スイッチ２０８が設けられるとともに、このダイカスト用受台２０４上には、受皿２０９を介して載置用枠体２１０が固定される。受皿２０９は、載置用枠体２１０から溶湯１２が漏れた際に、この溶湯１２により他の設備が破損することを防止するために用いられている。
【００３４】
載置用枠体２１０には、第２容器２４の給湯口１８２の形状に対応して傾斜し、この給湯口１８２を載置して位置決めするための載置面２１２が形成される。載置用枠体２１０内には、ヒータ（第２保温手段）２１４が断熱材２１６に埋設されて収容されている。ダイカスト用受台２０４には、第２容器２４の取り付け部１８４に形成されている溝部１９２に係合して前記第２容器２４の位置決めを行う位置決め板２１８が固定されている。
【００３５】
第１保温手段であるるつぼヒータ５８と第２保温手段であるヒータ２１４とは、兼用型制御機構２２０を介して選択的に制御される（図１０参照）。制御機構２２０は制御用温度調節器２２２を備え、この制御用温度調節器２２２にサイリスタ２２４が接続されるとともに、このサイリスタ２２４は第１切換スイッチ２２６を介して、るつぼヒータ５８とヒータ２１４とに選択的に接続可能である。
【００３６】
るつぼヒータ５８とヒータ２１４とは、過昇温検出温度調節器２２８に第２切換スイッチ２３０を介して選択的に接続可能である。このヒータ２１４は、コネクタ２３２を介して制御機構２２０に電気的に接続される。
【００３７】
このように構成される製造装置１０の動作について、以下に説明する。
【００３８】
まず、半凝固金属製造機構２２を使用して半凝固金属２０を製造し、この半凝固金属２０から金属成形品を鋳造する半凝固金属鋳造を行う場合について説明する。
【００３９】
基台２００上には、スラリー用受台２０２が配置されるとともに、成形機構２８には、スラリー用射出スリーブ４０および金型４６が組み付けられる。一方、図１１に示すように、制御機構２２０では、第１切換スイッチ２２６の切換作用下に、るつぼヒータ５８がサイリスタ２２４に接続されるとともに、第２切換スイッチ２３０の切換作用下に、このるつぼヒータ５８が過昇温検出温度調節器２２８に接続される。
【００４０】
このような構成において、図１２に示すフローチャートに沿って金属成形品の製造作業が行われる。
【００４１】
すなわち、まず、溶湯保持炉１４内で溶湯１２が６５０℃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。溶湯汲み出しロボット１６では、アーム３６の作用下にラドル３８が溶湯保持炉１４内に挿入され、このラドル３８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３８により汲み出される。溶湯１２が汲み出されたラドル３８は、溶湯１２の注湯位置に移動される一方、この注湯位置に設けられたスラリー用受台２０２には、多関節ロボット３０が把持部１３６により空の第１容器１８を保持して配置されている。
【００４２】
そこで、ラドル３８が傾動されて第１容器１８内に１ショット分の溶湯１２が給湯されると（ステップＳ１）、多関節ロボット３０は、前記第１容器１８を第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃの所定の位置、例えば、第１撹拌機５２ａを構成するるつぼ受台５４に配置する（ステップＳ２）。図３に示すように、るつぼ受台５４では、るつぼヒータ５８が駆動されて予め所定の温度に維持されており、第１容器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。
【００４３】
第１撹拌機５２ａでは、２つの冷し金１９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１９が、３軸ロボット６２を介して比較的低速で所定方向に回転しながら第１容器１８内の溶湯１２中に浸漬される。その後、３軸ロボット６２の作用下に冷し金１９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（ステップＳ３）。
【００４４】
冷し金１９が、予め設定された時間だけ、あるいはスラリー供給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１９が回転しながら第１容器１８から引き上げられる。このため、第１容器１８内には、全体的に一定温度に保持された半凝固金属２０が製造される。
【００４５】
一方、多関節ロボット３０は、第１乃至第３撹拌機５２ａ〜５２ｃ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３撹拌機５２ｃに対応して移動される。第３撹拌機５２ｃでは、駆動部５６が上方に待機するとともに、冷し金１９が取り外されており、多関節ロボット３０は、この第３撹拌機５２ｃのるつぼ受台５４に配置されている第１容器１８を把持し、この第１容器１８を前記第３撹拌機５２ｃから取り出す。
【００４６】
具体的には、図７に示すように、第２クランプ手段１４０を構成する第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂが駆動され、可動板体１５６がスプリング１６６の弾性力に抗して前方（矢印Ｃ１方向）に突出している。このため、第１クランプ手段１３８を構成する第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂ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１４６が駆動されることによって、可動台１４８ａ、１４８ｂと一体的に前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが互いに離間する方向に配置される。
【００４７】
そこで、多関節ロボット３０を構成する回転軸１３５が、第３撹拌機５２ｃに配置されている第１容器１８側に移動し、この第１容器１８の一側面１７２に固着されている第１係合部１７４が第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂ間に配置される。次に、第１シリンダ１４６が駆動され、可動台１４８ａ、１４８ｂと一体的に第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが互いに近接する方向に変位し、前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂにより第１係合部１７４が把持される。
【００４８】
この状態で、第２クランプ手段１４０を構成する第２シリンダ１５２ａ、１５２ｂが駆動され、可動板体１５６が回転軸１３５側（矢印Ｃ２方向）に移動する。このため、可動板体１５６に設けられているテーパ面１６４が第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂに設けられているテーパ面１６２に摺接し、前記第１および第２クランプ爪１５０ａ、１５０ｂが互いに近接する方向に押圧保持される。これにより、第１容器１８に設けられた第１係合部１７４は、第１および第２クランプ手段１３８、１４０を介して強固かつ確実に把持され、多関節ロボット３０は、この第１容器１８を成形機構２８の開口部４４に対応して水平姿勢に配置される（ステップＳ４）。一方、成形機構２８では、型締めが行われている（ステップＳ５）。
【００４９】
さらに、図１３に示すように、多関節ロボット３０は、把持部１３６により把持されている第１容器１８を成形機構２８の開口部４４に対して配置した後、この第１容器１８を反転させる。これにより、第１容器１８内の半凝固金属２０は、開口部４４に向かって落下供給される（ステップＳ６）。そして、成形機構２８では、半凝固金属２０を用いた射出処理が行われ（ステップＳ７）、所定の金属成形品が得られることになる。
【００５０】
多関節ロボット３０は、空になった第１容器１８を図示しない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（ステップＳ８）、この第１容器１８内に残存するアルミニウムが除去される。次いで、第１容器１８の内部にブラッシング処理が施された後（ステップＳ９）、この第１容器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（ステップＳ１０）、さらに前記第１容器１８が注湯位置のスラリー用受台２０２上に配置される。その際、近接スイッチ２０６を介して第１容器１８の有無が自動的に検出される。
【００５１】
第１撹拌機５２ａでは、溶湯１２の冷却および撹拌が行われて上方に取り出された冷し金１９が、３軸ロボット６２を介して冷却部材復元機構３２を構成する第１処理部６８ａ側に移動される。図４に示すように、この第１処理部６８ａでは、搬送手段７８に設けられている受け渡し位置Ｐ１において３軸ロボット６２から前記搬送手段７８に２つの冷し金１９が受け渡される。ここで、各冷し金１９は、搬送手段７８を構成するプレート部材１１２に設けられた凹部１１４に挿入され、ボールプランジャ１１６を介して前記プレート部材１１２に保持される。
【００５２】
３軸ロボット６２は、冷し金１９を搬送手段７８に受け渡した後、所定の待機位置に配置される。一方、この搬送手段７８では、ロッドレスシリンダ１０６の作用下にチェーン１０８が矢印Ｂ方向に間欠搬送され、受け渡し位置Ｐ１で受け渡された２つの冷し金１９が、まず、冷却手段７０上に配置される。そこで、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂが駆動され、基台１０４が下方向に移動して搬送手段７８に保持されている２つの冷し金１９が、冷却手段７０を構成する冷却槽８０内に浸漬されて冷却処理が施される（図５Ａ参照）。
【００５３】
次に、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂを介して基台１０４が上昇し、２つの冷し金１９が凝固物除去手段７２に対応して配置される。凝固物除去手段７２では、アクチュエータ８４の作用下にケーシング８２ａ、８２ｂが互いに近接する方向に揺動し、前記ケーシング８２ａ、８２ｂ内に２つの冷し金１９が収容される。この状態で、複数のエアブローノズル８３から各冷し金１９に向かってエアが噴射され、前記冷し金１９の表面に付着しているアルミニウム凝固物が除去される（図５Ｂ参照）。
【００５４】
凝固物除去手段７２および冷却手段７０で冷し金１９の表面から除去されたアルミニウム凝固物は、外部に排出される。そして、ケーシング８２ａ、８２ｂが互いに離間する方向に揺動した後、搬送手段７８を介して２つの冷し金１９がコーティング手段７４に対応して配置される。
【００５５】
このコーティング手段７４では、コーティング槽９２が下降端位置に配置されており、昇降シリンダ１０２ａ、１０２ｂの作用下に基台１０４と一体的に２つの冷し金１９が下降し、かつ前記コーティング槽９２が上昇することにより、前記冷し金１９が前記コーティング槽９２内のコーティング液に浸漬される。このため、冷し金１９の表面にセラミック材がコーティングされる（図５Ｃ参照）。その際、コーティングが短い時間に変更されると、上下動シリンダ８６が駆動され、ロッド８８および取り付け部材９０を介してコーティング槽９２が下降し、冷し金１９がコーティング液から離脱されることになる。
【００５６】
コーティング処理後の冷し金１９は、搬送手段７８を介して乾燥手段７６側に搬送され、この乾燥手段７６を構成する蓋部材１００ａがシリンダ９８ａを介して開閉することにより、前記冷し金１９が乾燥予熱炉９６内に搬入される。この乾燥予熱炉９６内には、図５Ｄに示すように、ヒータ９４が設けられており、前記冷し金１９は、乾燥処理を施されるとともに、所定の温度に予熱される。
【００５７】
乾燥処理後の冷し金１９は、図４に示すように、蓋部材１００ｂの開閉作用下に乾燥予熱炉９６から導出され、受け取り位置Ｐ２に配置される。この受け取り位置Ｐ２において、３軸ロボット６２は所定の復元処理を施された２つの冷し金１９を受け取り、この冷し金１９を介して第１撹拌機５２ａでの溶湯１２の冷却および撹拌処理が行われる。
【００５８】
上記のように半凝固金属製造機構２２を介して半凝固金属２０を製造し、この半凝固金属２０を用いて成形機構２８が所定数の金属成形品を製造することにより（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、半凝固金属鋳造方法が終了する。
【００５９】
次いで、製造装置１０において、溶湯１２を、直接、成形機構２８に注湯してダイカスト鋳造方法を行う場合について説明する。
【００６０】
まず、注湯位置に設けられている基台２００に対して、スラリー用受台２０２を取り外してダイカスト用受台２０４が取り付けられる。その際、ダイカスト用受台２０４に設けられているコネクタ２３２が制御機構２２０に接続されて、ヒータ２１４がこの制御機構２２０に電気的に接続可能となる。
【００６１】
そこで、図１１に示すように、第１および第２切換スイッチ２２６、２３０が、実線の位置から二点鎖線の位置に切り換え作動される。このため、ヒータ２１４は、サイリスタ２２４を介して制御用温度調節器２２２に接続されるとともに、過昇温検出温度調節器２２８に接続される。一方、成形機構２８では、射出スリーブ４０および金型４６に代えて、射出スリーブ４２および金型５０が組み付けられる。
【００６２】
次に、図１４に示すフローチャートに沿って、製造装置１０によるダイカスト鋳造方法について説明する。
【００６３】
多関節ロボット３０では、第１容器１８と同様に、第２容器２４に取り付けられている第２係合部１８６が把持部１３６により把持された状態で、この第２容器２４が、溶融金属保持機構２６を構成するダイカスト用受台２０４上に配置される。
【００６４】
その際、近接スイッチ２０８が駆動されて、載置用枠体２１０上に第２容器２４が配置されていることが自動的に検出される。この第２容器２４では、載置用枠体２１０に設けられている載置面２１２に給湯口１８２が保持されるとともに、位置決め板２１８が取り付け部１８４の溝部１９２に係合し、前記第２容器２４が位置決め保持されている。
【００６５】
この状態で、溶湯汲み出しロボット１６が駆動され、ラドル３８を介して１ショット分の溶湯１２が汲み出され、このラドル３８が第２容器２４側に移動して傾動されることにより、前記溶湯１２が前記第２容器２４内に給湯される（ステップＳ２１）。溶融金属保持機構２６では、載置用枠体２１０に断熱材２１６を介してヒータ２１４が埋設されており、このヒータ２１４が付勢されることによって、第２容器２４内の溶湯１２が凝固することはない。
【００６６】
次に、多関節ロボット３０は、第２容器２４を載置用枠体２１０から取り外し、成形機構２８の開口部４８に対応して配置する（ステップＳ２２）。成形機構２８の型締めがなされた後（ステップＳ２３）、多関節ロボット３０は、第２容器２４を傾動させてこの第２容器２４内の溶湯１２を開口部４８に供給する（ステップＳ２４）。
【００６７】
ここで、図１５に示すように、多関節ロボット３０は、第２容器２４を給湯口１８２側を下方に傾動させるようにして、この第２容器２４内の溶湯１２を前記給湯口１８２側から開口部４８に給湯する動作を行っている。これにより、第２容器２４内の溶湯１２は、開口部４８を介して射出スリーブ４２内に注湯され、次いで、成形機構２８による射出処理が行われる（ステップＳ２５）。成形機構２８内では、溶湯１２を用いたダイカスト鋳造が行われ、所定の金属成形品が得られることになる。
【００６８】
多関節ロボット３０は、空になった第２容器２４をエアブロー位置に移動してエアブロー処理を施した後（ステップＳ２６）、この第２容器２４を注湯位置のダイカスト用受台２０４上に配置する。そして、上記のダイカスト鋳造によって所定数の金属成形品が得られたとき（ステップＳ２７中、ＹＥＳ）、このダイカスト鋳造作業が終了する。
【００６９】
この場合、本実施形態に係る製造装置１０では、溶湯１２から半凝固金属２０を得、この半凝固金属２０を用いて所定の金属成形品を製造する半凝固金属鋳造と、前記溶湯１２から、直接、所定の金属成形品を製造するダイカスト鋳造とを、設備を共用して選択的に行うことができ、種々の金属成形品に応じて高精度かつ迅速な鋳造作業が容易に遂行されるという効果が得られる。
【００７０】
具体的には、スラリー用の第１容器１８とダイカスト用の第２容器２４とが、同一構成の第１および第２係合部１７４、１８６を設けており、多関節ロボット３０を構成する把持部１３６を介して前記第１容器１８と前記第２容器２４とを選択的に把持することが可能になる。
【００７１】
さらに、基台２００上に選択的に取り付けられるスラリー用受台２０２またはダイカスト用受台２０４上に第１容器１８または第２容器２４が配置され、この第１容器１８またはこの第２容器２４に対して、単一の溶湯汲み出しロボット１６を用いて所定量の溶湯１２を注湯することができる。これにより、製造装置１０全体の構成が有効に簡素化されるとともに、効率的な鋳造作業が確実に行われるという効果が得られる。
【００７２】
さらに、制御機構２２０は、図１１に示すように、半凝固金属製造機構２２を構成するるつぼヒータ５８と、溶融金属保持機構２６を構成するヒータ２１４とを、第１および第２切換スイッチ２２６、２３０の切り換え作用下に選択的に制御している。従って、制御機構２２０の構成が有効に簡素化かつ小型化され、製造装置１０全体を経済的に得ることができるという利点がある。
【００７３】
なお、上述した本実施形態では、溶湯保持炉１４と多関節ロボット３０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３０に保持されている第１容器１８または第２容器２４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。
【００７４】
また、本実施形態では、基台２００に対してスラリー用受台２０２とダイカスト用受台２０４とを交換可能に構成しているが、前記スラリー用受台２０２と前記ダイカスト用受台２０４とを、前記基台２００に対して自動的に配置させる一方、成形機構２８に半凝固金属鋳造とダイカスト鋳造とに兼用し得る金型および射出スリーブを設けるように構成してもよく、あるいは半凝固金属鋳造とダイカスト鋳造とに適した２台の金型を並列して自動的に切換制御するように構成してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
本発明に係る金属成形品の製造装置では、半凝固金属を用いた半凝固金属鋳造方法と、直接、溶融金属を用いたダイカスト鋳造方法とを、設備を共用して行うことができ、種々の鋳造品（金属成形品）に応じて高精度な鋳造作業や迅速な鋳造作業が容易に遂行される。これにより、簡単な構成で、効率的な鋳造作業が確実に行われるとともに、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る金属成形品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正面説明図である。
【図４】前記製造装置を構成する冷却部材復元機構の平面説明図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｄは、前記冷却部材復元機構の動作説明図である。
【図６】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７】前記多関節ロボットを構成する把持部および第１容器の一部分解斜視説明図である。
【図８】前記製造装置を構成する第２容器の斜視説明図である。
【図９】前記製造装置を構成するスラリー用受台の斜視説明図である。
【図１０】前記製造装置を構成するダイカスト用受台の説明図である。
【図１１】前記製造装置を構成する制御機構の構成説明図である。
【図１２】半凝固金属鋳造を説明するフローチャートである。
【図１３】半凝固金属を射出スリーブに投入する際の説明図である。
【図１４】ダイカスト鋳造を説明するフローチャートである。
【図１５】前記第２容器から溶湯を射出スリーブに注湯する際の動作説明図である。
【符号の説明】
１０…製造装置 １２…溶湯
１４…溶湯保持炉 １６…溶湯汲み出しロボット
１８、２４…容器 ２０…半凝固金属
２２…半凝固金属製造機構 ２６…溶融金属保持機構
２８…成形機構 ３０…多関節ロボット
３２…冷却部材復元機構 ４０、４２…射出スリーブ
４４、４８…開口部 ４６、５０…金型
５２ａ〜５２ｃ…攪拌機 ５８…るつぼヒータ
６８ａ〜６８ｃ…処理部 ７０…冷却手段
７２…凝固物除去手段 ７４…コーティング手段
７６…乾燥手段 ７８…搬送手段
１３５…回転軸 １３６…把持部
１３８、１４０…クランプ手段 １７４、１８６…係合部
１８２…給湯口 ２００…基台
２０２…スラリー用受台 ２０４…ダイカスト用受台
２０６、２０８…近接スイッチ ２１２…載置面
２１８…位置決め板 ２２０…制御機構
２２２…制御用温度調節器 ２２４…サイリスタ
２２６、２３０…切換スイッチ ２２８…過昇温検出温度調節器
Claims (3)
- 溶融金属を保持する保持炉と、
所定量の前記溶融金属が収容される第１容器を設けるとともに、冷却部材により前記第１容器内の該溶融金属を所定のスラリー状態に撹拌して半凝固金属を得る半凝固金属製造機構と、
所定量の前記溶融金属が収容される第２容器を設けるとともに、前記第２容器内の該溶融金属を保温する溶融金属保持機構と、
前記第１容器内の前記半凝固金属または前記第２容器内の前記溶融金属を選択的に供給し、所定形状の金属成形品を得る成形機構と、
前記第１容器または前記第２容器を選択的に保持し、前記半凝固金属または前記溶融金属を前記成形機構に供給可能な多関節ロボットと、
を備え、
前記半凝固金属製造機構は、前記第１容器を保温する第１保温手段を備え、
前記溶融金属保持機構は、前記第２容器を載置する載置用枠体を備えるとともに、
前記載置用枠体内には、前記第２容器を保温する第２保温手段が収容されることを特徴とする金属成形品の製造装置。 - 請求項１記載の製造装置において、前記第１保温手段と前記第２保温手段とを選択的に制御用温度調節器に接続して温度調節するための兼用型制御機構が設けられることを特徴とする金属成形品の製造装置。
- 請求項１または２記載の製造装置において、前記半凝固金属製造機構に隣接して配置され、前記冷却部材が所望の機能を有するように復元処理を施す冷却部材復元機構が設けられ、
前記復元機構は、前記冷却部材に冷却処理を施す冷却手段と、前記冷却部材の表面に付着する凝固物を除去する凝固物除去手段と、前記冷却部材に離型剤をコーティングするコーティング手段と、前記冷却部材に乾燥処理および保温を施す乾燥手段と、前記冷却部材を着脱自在に構成するとともに、該冷却部材を把持して前記冷却手段、前記凝固物除去手段、前記コーティング手段および前記乾燥手段に、順次、搬送可能な搬送手段とを備えることを特徴とする金属成形品の製造装置。
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