JP5798994B2 - 鋳片サンプルの切削研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳片の内部品質検査のために用いられる鋳片サンプルを加工する鋳片サンプルの切削研磨装置に関する。

鋳片の内部品質検査、即ち、鋳片内部の化学成分、組織及び割れや鋳片内部の非金属介在物等の内部欠陥等の検査は鋳片の品質管理を行う上で重要である。鋳片の内部品質検査は、鋳片サンプル断面の検査面全体を研磨して平滑にした上で行われ、その具体例が特許文献１に記載されている。
特許文献１の研磨装置は、回転させた砥石を、把持手段により把持された鋳片サンプル（試料）に当接して鋳片サンプルの検査面を研磨するので、作業者は鋳片サンプルを把持手段で把持させ、ボタン等の操作を行うだけでよい。
このため、作業者が手に持ったグラインダーを鋳片サンプルの検査面に沿って動かし研磨を行う場合に比べ、作業者の負担を軽減することができる。

特許文献１には、製品の鋳型に付設して鋳片サンプル用の鋳型を形成しておき、鋳造の際に製品用の鋳片と共に鋳片サンプルを鋳造し、鋳片サンプルの化学成分を分析して製品の化学成分を知得する旨が記載されている。これは鋳片サンプル用の鋳型を設けるのを前提としているが、連続鋳造設備においては、連続鋳造中の鋳片から直接、鋳片サンプルの採取が行われ、この鋳片サンプルの検査面を加工して平滑にした上で鋳片の内部品質検査を行う。鋳片の内部品質検査は、連続鋳造中の鋳片の内部品質を評価し、その評価結果を鋳造工程にフィードバックするため、鋳造工程のアクションに直結する重要な役目を担っている。

特開平２−３６０６０号公報

ところで、鋳片からの鋳片サンプルの採取は、ガス切断によって行われ、ガス切断された２つの切断面のうちの１つを検査面にする。この場合、ガス切断された鋳片サンプルの切断面は表面粗度が大きいので、切断面の平滑化を研磨機のみで行うのは作業効率が極めて低い。従って、切削加工により切断面の凹凸を低減した後に研磨加工を行うのが作業効率の観点から有効である。

具体的には、作業台１００に切削機１０１が取り付けられた切削加工装置１０２（図５（Ｂ）参照）と、作業台１０３に研磨機１０４が取り付けられた研磨加工装置１０５（図５（Ｄ）参照）を用いて以下の手順で行うことが考えられる。
まず、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、連続鋳造機から取り出された鋳片サンプル１０６を、搬送手段１０７によって切削加工装置１０２の作業台１００上に載せ、切断面の一方を上側に配置した状態で作業台１００上のバイス１０８によりクランプする。バイス１０８にクランプされた鋳片サンプル１０６は、上側の切断面が切削機１０１によって切削される。

切削加工後にバイス１０８から取り外された鋳片サンプル１０６は、図５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、搬送手段１０９によって切削加工装置１０２の作業台１００から研磨加工装置１０５の作業台１０３に移される。鋳片サンプル１０６は、切削された面が上側に配置された状態で作業台１０３上のクランプ機構１１０によりクランプされ、その上側の面が研磨機１０４によって研磨される。この例では、研磨機１０４が移動して鋳片サンプル１０６を研磨する。ここで、鋳片サンプル１０６をクランプ機構１１０に固定する際に、切削された面の水平レベルの調整を正確に行うことが重要である。水平レベルが正確でないと、研磨機１０４による研磨が不均一となって、鋳片の内部品質検査において正しい結果を得られなくなるためである。

しかしながら、切削加工後の鋳片サンプル１０６を、切削された面が水平になるようにクランプ機構１１０に固定する作業は容易でなく、鋳片サンプル１０６の検査を完了するまでに長い時間を要するという課題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、鋳片サンプルの厳密な水平レベルの調整作業を省略した上で、鋳片サンプルを均一に研磨する鋳片サンプルの切削研磨装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る鋳片サンプルの切削研磨装置は、鋳片を対向する２つの切断面でガス切断して取り出された切削研磨しようとする鋳片サンプルを、前記２つの切断面を上側及び下側にそれぞれ配置した状態で把持して固定するクランプ機構と、前記クランプ機構が固定された可動体を１つ備え、該可動体を進退させて、前記鋳片サンプルを把持した前記クランプ機構を該可動体と一体的にスライド移動させる１つの作業台と、前記クランプ機構と共にスライド移動する前記鋳片サンプルの上側に配置された前記切断面である上面を切削する切削機と、前記クランプ機構と共にスライド移動する前記鋳片サンプルの切削された前記上面を研磨する研磨機とを有し、前記研磨機の加工部に配置された前記可動体を進退させて、前記鋳片サンプルの前記上面全体を研磨する。

本発明に係る鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記クランプ機構は、前記可動体に直接取り付けられているのが好ましい。

本発明に係る鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記クランプ機構が固定されたカセット部材を有し、前記鋳片サンプルを前記カセット部材を介して前記可動体に取り付けるのが好ましい。

本発明に係る鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記鋳片サンプルに押圧される前記切削機の加工部の中心と該鋳片サンプルに押圧される前記研磨機の加工部の中心間の距離は、０．５ｍ以上３ｍ以下であるのが好ましい。

本発明に係る鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記クランプ機構は複数あって、前記可動体には、一度に複数の前記鋳片サンプルが取り付けられるのが好ましい。

本発明に係る鋳片サンプルの切削研磨装置によれば、鋳片サンプルを把持したクランプ機構を一つの作業台上でスライド移動させて、鋳片サンプルの切削と研磨を行うので、鋳片サンプルを切削した後研磨を行う前に鋳片サンプルの水平レベルを調整する必要はなく、研磨加工を完了するまでの時間の短縮と鋳片サンプルの均一な研磨が可能である。

本発明の一実施の形態に係る切削研磨装置の側面図である。 同切削研磨装置の平面図である。 同切削研磨装置に適用される鋳片サンプルの説明図である。 同切削研磨装置を用いた鋳片サンプルの加工方法と比較例に係る鋳片サンプルの加工方法を比較したフロー図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は従来例から想起される切削加工装置とその研磨加工装置を用いた鋳片サンプルの加工方法を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る切削研磨装置１０は、クランプ機構１１が固定された可動体１２を備え、切削機１３及び研磨機１４が取り付けられた作業台１５を設け、切削研磨しようとする鋳片サンプル１６を、クランプ機構１１によって把持して固定し、切削及び研磨する装置である。以下、詳細に説明する。

鋳片サンプル１６は、図３に示すように、連続鋳造された鋳片１７をガス切断して取り出したものであり、切断面である面１８、１９は表面粗度が大きく凹凸が形成されている。面１８は、切削研磨装置１０により平滑になされた後に品質検査が行われ、作業者は、この品質検査の結果を基に鋳片の品質の合否判定を行い、その判定に応じて鋳造条件を変更し、鋳片が所定の品質レベルを保つように管理する。

切削研磨装置１０は、図１、図２に示すように、一つの作業台１５を備え、この作業台１５には間隔を空けて切削機１３及び研磨機１４が取り付けられている。
本実施の形態では、切削機１３はフライス盤であり、研磨機１４はベルトサンダーである。
作業台１５は前後に長く形成され、上面が水平に保たれた状態で配置され、板状の可動体１２を備えている。
可動体１２の上面には複数のクランプ機構１１が前後方向に間隔を空けて固定され、可動体１２は、図示しないサーボモータ、あるいは油圧機構の作動によって作業台１５の長手方向に沿って進退する。従って、作業台１５は複数のクランプ機構１１を一体的にスライド移動させることが可能である。なお、可動体１２に１つのクランプ機構１１のみを固定し、可動体１２に１つの鋳片サンプル１６のみが取り付けられるようにしてもよい。

各クランプ機構１１は、主として、間隔を空けて配置された２つのバイス１１ａからなり、切削研磨しようとする１つの鋳片サンプル１６を把持して固定することによって、鋳片サンプル１６を可動体１２に固定する。各鋳片サンプル１６は、面１８を上側に配置し、面１９を下側に配置した状態で１つのクランプ機構１１により把持される。
可動体１２が前進する方向に沿って作業台１５上で、研磨機１４は切削機１３の下流側に設けられ、複数の鋳片サンプル１６は、クランプ機構１１に把持された状態で、切削機１３の上流側から可動体１２と共にスライド移動し、切削機１３によって面１８（上面）が切削される。そして、可動体１２が切削機１３の配置位置から鋳片サンプル１６と共にスライド移動することによって、複数の鋳片サンプル１６は切削された面１８が研磨機１４によって研磨される。
一度に複数の鋳片サンプル１６の面１８の平滑化を完了することで、一度に複数の鋳片サンプル１６に対して品質検査を行うことができる。品質検査を行う時間間隔が長くなると、使用される検査液等の検査環境が変化して、検査結果にばらつきが生じるおそれがある。このため、一度に複数の鋳片サンプル１６の面１８の平滑化を完了することは、結果として、複数の鋳片サンプル１６の品質検査を行う際に、安定的な検査結果をもたらすことができ有効である。

切削機１３は、加工部であるカッターヘッド２０を備え、このカッターヘッド２０を鋳片サンプル１６の上側から鋳片サンプル１６に押圧することによって鋳片サンプル１６の面１８を切削し、面１８の凹凸を取り除く。
切削機１３はカッターヘッド２０が昇降可能に設計され、切削機１３はカッターヘッド２０の高さを調整して鋳片サンプル１６の面１８の切削量を定める。本実施の形態では、カッターヘッド２０は、昇降に加え、前後左右にも移動することができる。

研磨機１４は、複数のロール２１を備え、この複数のロール２１には無端のサンディングベルト２２が掛け渡されている。各ロール２１は、軸が左右方向に配置され、図示しない昇降体によって回転可能に保持され、サンディングベルト２２はロール２１の駆動により回転して研磨加工を行う。
サンディングベルト２２は、ロール２１を保持している図示しないロール支持体と共に昇降し、下端部が鋳片サンプル１６の面１８に当接する高さ位置で保たれることにより鋳片サンプル１６の面１８を研磨する。本実施の形態では、鋳片サンプル１６に接するサンディングベルト２２の下部を研磨機１４の加工部とする。

以下に、切削研磨装置１０を用いた鋳片サンプル１６の加工方法について説明する。
鋳片１７から切り出された鋳片サンプル１６は、図示しない搬送手段によって、作業台１５まで搬送され、切削機１３の上流側で、面１８が上側に配置された状態でクランプ機構１１によって把持される。本実施の形態では、複数の鋳片サンプル１６がそれぞれクランプ機構１１によって可動体１２に取り付けられる。
次に、可動体１２を前進させて、各鋳片サンプル１６を把持したクランプ機構１１を作業台１５上で切削機１３の加工部までスライド移動させ、作業台１５上に載った複数の鋳片サンプル１６の面１８の切削を行う。

切削機１３による複数の鋳片サンプル１６の面１８の切削が完了後、可動体１２を前進させ、作業台１５上で複数の鋳片サンプル１６を把持したクランプ機構１１を研磨機１４の加工部までスライド移動させる。
研磨機１４の加工部に配置された可動体１２が進退を繰り返すことにより、作業台１５上に載った複数の鋳片サンプル１６はそれぞれ、面１８全体が研磨される。従って、一つの作業台１５上で複数の鋳片サンプル１６を可動体１２に固定された複数のクランプ機構１１と共に移動させることにより、複数の鋳片サンプル１６の面１８は安定した状態で切削及び研磨がなされる。

本実施の形態では、図１に示すように、切削機１３の加工部の中心と研磨機１４の加工部の中心間の距離Ｌは０．５ｍ以上３ｍ以下である。
これは、距離Ｌが０．５ｍより短くなると、切削機１３の切削加工時に生じる切削屑が研磨機１４まで飛散して研磨機１４に不具合が生じることが確認されたことによる。
そして、距離Ｌの上限を３ｍに限定しているのは、距離Ｌが３ｍを超えると、切削機１３及び研磨機１４が取り付けられる作業台１５の大型化に伴う切削研磨装置１０の製造コストの上昇率が上がるためである。これは、切削研磨装置１０の生産に用いられる部品や部材に対する汎用品の利用率が下がり、特注品が多くなること等に起因している。

ここで、切削研磨装置１０を用いる本発明の第１の実施の形態に係る鋳片サンプルの加工方法の作業フロー（ケース１）と、切削加工後、研磨加工前に鋳片サンプルの水平レベル調整を行う比較例の作業フロー（ケース２）を比べた結果を図４に示す。
ケース２では、切削機用の作業台と研磨機用の作業台を用意し、切削機による切削が終わった後に切削機用の作業台から鋳片サンプルを取り外して研磨機用の作業台上に移し、鋳片サンプルの水平レベル調整を行った後に鋳片サンプルの研磨が行われる。
なお、図４に記した各作業の中で、２重線により囲まれたものは機器が中心となって自動的に、あるいは半自動的に行われる作業を示し、１重の線により囲まれたものは人の介在が中心となって行われる作業を表している。

ケース１、２において、人の介在が中心となる作業数は、ケース１が４つであるのに対し、ケース２は６つであり、ケース１がケース２に対し作業全体を完了するのに要する時間を短縮できるのは明らかである。
また、ケース２の場合は、鋳片サンプルを研磨機用の作業台に取り付ける際に、鋳片サンプルの上面の水平レベル調整を要する。この水平レベル調整が不十分であると鋳片サンプルに対する研磨加工が不均一になされ、研磨加工後に行われる検査で正確な検査結果を得ることができない。正確な検査結果が得られない場合、鋳片サンプルの採取、切削加工、研磨加工、印画紙の貼り付け等の全工程を再び行う必要があるので、正確な検査結果を得るまでの時間が長引き、品質合否のフィードバックが遅れて品質トラブルが生じ、大幅な歩留まりが発生することになる。

本実施の形態では、クランプ機構１１が、可動体１２に（即ち、作業台１５に）直接、固定されているが、クランプ機構１１をカセット部材に固定し、このカセット部材を可動体１２に取り付けることで、鋳片サンプル１６をカセット部材を介して作業台１５に取り付けるようにしてもよい。カセット部材を用いることにより、クランプ機構１１によって把持された鋳片サンプル１６をカセット部材と共に作業台１５から取り外したとしても、再びカセット部材を可動体１２に取り付けることで、鋳片サンプル１６は、水平レベルが、作業台１５から取り外される前と同じ状態となる。

ここまで、１つの作業台上で、鋳片サンプルの切削と研磨を行う実施の形態について説明したが、作業台が２つあって、一方の作業台（以下、「切削用作業台」ともいう）で鋳片サンプルの切削を行い、他方の作業台（以下、「研磨用作業台」ともいう）で鋳片サンプルの研磨を行うようにすることもできる。
この場合、切削機は切削用作業台に取り付けられ、研磨機は研磨用作業台に取り付けられる。

切削用作業台及び研磨用作業台は、それぞれ可動体を備え、各可動体には、クランプ機構が固定されたカセット部材を固定することができる。
鋳片サンプルは、クランプ機構によって把持され固定された状態で、カセット部材を介して切削用作業台の可動体に載置される。このとき、カセット部材は切削用作業台の可動体に固定される。
そして、鋳片サンプルは、可動体及びカセット部材と共にスライド移動することによって、上面が切削機により切削される。

切削された鋳片サンプルは、クランプ機構によって把持された状態を維持されたまま、カセット部材と共に、切削用作業台から取り外され、カセット部材を介して研磨用作業台の可動体に載置される。このとき、カセット部材は研磨用作業台の可動体に固定される。
そして、研磨用作業台に載せられた鋳片サンプルは、可動体及びカセット部材と共にスライド移動することによって、上面が研磨機により研磨される。

切削用作業台及び研磨用作業台は、１つの切削用作業台と１つの研磨用作業台を設けてもよいが、１つの研磨用作業台に対し複数の切削用作業台を設けることも可能である。
切削機による鋳片サンプルの切削作業は、研磨機による鋳片サンプルの研磨作業に比べ時間を要するので、このような構成にすることによって、研磨機を止める時間を短縮し、鋳片サンプルの切削及び研磨を効率的に行うことが可能となる。単位時間あたりに多くの鋳片サンプルを切削し研磨する必要がある場合、鋳片サンプルを切削用作業台から研磨用作業台に移動する際に水平レベルの調整を省略できることは、作業の効率化を図る観点において顕著な効果をもたらす。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、切削機はフライス盤に限らない。
また、研磨機はベルトサンダーに限定されず、例えば、ディスク状の研磨部材を回転させるタイプであってもよい。
そして、切削機及び研磨機は作業台以外のものに取り付けられていてもよい。

１０：切削研磨装置、１１：クランプ機構、１１ａ：バイス、１２：可動体、１３：切削機、１４：研磨機、１５：作業台、１６：鋳片サンプル、１７：鋳片、１８、１９：面、２０：カッターヘッド、２１：ロール、２２：サンディングベルト

Claims (5)

1. 鋳片を対向する２つの切断面でガス切断して取り出された切削研磨しようとする鋳片サンプルを、前記２つの切断面を上側及び下側にそれぞれ配置した状態で把持して固定するクランプ機構と、前記クランプ機構が固定された可動体を１つ備え、該可動体を進退させて、前記鋳片サンプルを把持した前記クランプ機構を該可動体と一体的にスライド移動させる１つの作業台と、前記クランプ機構と共にスライド移動する前記鋳片サンプルの上側に配置された前記切断面である上面を切削する切削機と、前記クランプ機構と共にスライド移動する前記鋳片サンプルの切削された前記上面を研磨する研磨機とを有し、前記研磨機の加工部に配置された前記可動体を進退させて、前記鋳片サンプルの前記上面全体を研磨することを特徴とする鋳片サンプルの切削研磨装置。
2. 請求項１記載の鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記クランプ機構は、前記可動体に直接取り付けられていることを特徴とする鋳片サンプルの切削研磨装置。
3. 請求項１記載の鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記クランプ機構が固定されたカセット部材を有し、前記鋳片サンプルを前記カセット部材を介して前記可動体に取り付けることを特徴とする鋳片サンプルの切削研磨装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１記載の鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記鋳片サンプルに押圧される前記切削機の加工部の中心と該鋳片サンプルに押圧される前記研磨機の加工部の中心間の距離は、０．５ｍ以上３ｍ以下であることを特徴とする鋳片サンプルの切削研磨装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１記載の鋳片サンプルの切削研磨装置において、前記クランプ機構は複数あって、前記可動体には、一度に複数の前記鋳片サンプルが取り付けられることを特徴とする鋳片サンプルの切削研磨装置。

Images