以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。
(第1実施形態)
図1及び図2を参照して、鋳造装置50の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る鋳造装置の正面図である。図2は、図1の鋳造装置の側面図である。図中のX方向及びY方向が水平方向であり、Z方向が垂直方向である。以下ではX方向を左右方向、Z方向を上下方向ともいう。
鋳造装置50は、重力を利用して溶融金属が注湯され、開閉可能かつ傾動可能な上金型1及び下金型2を用いて鋳物を鋳造する、いわゆる重力式傾動金型鋳造装置である。注湯される溶融金属の材質は問わない。溶融金属として、例えばアルミニウム合金及びマグネシウム合金等が用いられる。鋳造装置50は、コントローラを有し、構成要素の動作を制御可能に構成されている。
図1及び図2に示されるように、鋳造装置50は、例えば、ベースフレーム17、上部フレーム5、下部フレーム6、開閉機構21、左右一対の主リンク部材7(第1主リンク部材7a、第2主リンク部材7b)、左右一対の副リンク部材8(第1副リンク部材8a、第2副リンク部材8b)、回転アクチュエータ16及びラドル25を備えている。
ベースフレーム17は、基台18、駆動側支持フレーム19及び従動側支持フレーム20を有している。基台18は、複数の部材の組み合わせにより構成された略平板状をなす部材であり、鋳造装置50の設置面上に水平に設けられている。駆動側支持フレーム19と従動側支持フレーム20とは、基台18上において左右方向(水平方向)に対向するように立設され、基台18に固定されている。駆動側支持フレーム19の上端部及び従動側支持フレーム20の上端部には、一対の傾動回転軸受9が設けられている。
上部フレーム5は、ベースフレーム17の上方に配置されている。上部フレーム5には、上金型1が装着されている。具体的には、上部フレーム5の下面には、上型ダイベース3を介して上金型1が取り付けられている。上部フレーム5には、上金型1を昇降する開閉機構21が設けられている。具体的には、上部フレーム5は、開閉機構21を内蔵し、開閉機構21により上金型1を昇降可能に保持している。
開閉機構21は、第1アクチュエータ22、左右一対のガイドロッド23、及び、左右一対の案内筒24を有している。第1アクチュエータ22は、上金型1及び下金型2のいずれか一方を昇降させることによって、上金型1及び下金型2の型閉め又は型開きを行う。本実施形態においては、第1アクチュエータ22は上金型1を昇降させる。第1アクチュエータ22の下端部は、上型ダイベース3の上面に取り付けられている。第1アクチュエータ22は、上下方向(垂直方向ここではZ方向)に伸長することにより、上型ダイベース3を介して上金型1を降下させるとともに、上下方向に短縮することにより、上型ダイベース3を介して上金型1を上昇させる。第1アクチュエータ22は、電動、油圧、空圧のいずれで動作するものであってもよい。第1アクチュエータ22は、一例として油圧シリンダである。ガイドロッド23は、上部フレーム5に取り付けられた案内筒24を通して、上型ダイベース3の上面に取り付けられている。
下部フレーム6は、ベースフレーム17の上方であって、上部フレーム5の下方に配置されている。下部フレーム6には、下金型2が装着されている。具体的には、下部フレーム6の上面には、下型ダイベース4を介して下金型2が取り付けられている。図1及び図2に示される状態では、上部フレーム5と下部フレーム6とは、上下方向で互いに対向している。同様に、上金型1と下金型2とは、上下方向で互いに対向している。開閉機構21は、上金型1を昇降させることによって、上金型1及び下金型2の型閉め又は型開きを行う。
第1主リンク部材7aは、長尺状部材である。第1主リンク部材7aは、例えば、断面矩形状の棒状部材である。第1主リンク部材7aは、その上端部が上部フレーム5に回動可能に連結され、その下端部が下部フレーム6に回動可能に連結され、その中央部に傾動回転軸10を備える。第1主リンク部材7aは、その上端部に主リンク上部回転軸11、及び、その下端部に主リンク下部回転軸12を有している。本実施形態では、2つの主リンク部材を備える。第2主リンク部材7bは、第1主リンク部材7aと同一構成である。一対の主リンク部材7は、左右方向(水平方向ここではX方向)に対向配置され、それぞれ、上部フレーム5と下部フレーム6とを連結している。ここでは、一対の主リンク部材7は、上金型1及び下金型2を挟んで平行に対向配置される。
一対の主リンク部材7の中央部は、一対の傾動回転軸10を介して、一対の傾動回転軸受9に回転可能に連結されている。一対の主リンク部材7の上端部は、上部フレーム5の一対の側面5aに一対の主リンク上部回転軸11を介して、回転可能に連結されている。一対の主リンク部材7の下端部は、下部フレーム6の一対の側面6aに一対の主リンク下部回転軸12を介して、回転可能に連結されている。上金型1及び下金型2を型閉めしたときに、左右方向及び上下方向に直交する奥行き方向(Y方向)において、一対の主リンク部材7が上金型1及び下金型2それぞれの中心に位置するように、一対の主リンク部材7の上部フレーム5及び下部フレーム6への取り付け位置が設定されている。
第1副リンク部材8aは、長尺状部材である。第1副リンク部材8aは、例えば、断面矩形状の棒状部材である。第1副リンク部材8aは、第1主リンク部材7aと平行に配置され、その上端部が上部フレーム5に回動可能に連結され、その下端部が下部フレーム6に回動可能に連結され、その中央部に副リンク中央部回転軸15を備える。第1副リンク部材8aは、その上端部に副リンク上部回転軸13、及び、その下端部に副リンク下部回転軸14を有している。本実施形態では、2つの副リンク部材を備える。第2副リンク部材8b(不図示)は、第1副リンク部材8aと同一構成である。一対の副リンク部材8は、左右方向に対向配置され、上部フレーム5と、下部フレーム6とを連結している。一対の副リンク部材8は、一対の側面5a及び一対の側面6aに、一対の主リンク部材7と平行を成すように配設されている。副リンク部材8の長さは、主リンク部材7の長さと同じである。
一対の副リンク部材8の上端部は、上部フレーム5の一対の側面5aに一対の副リンク上部回転軸13を介して、回転可能に連結されている。副リンク部材8の下端部は、下部フレーム6の一対の側面6aに一対の副リンク下部回転軸14を介して、回転可能に連結されている。副リンク部材8の取り付け位置は、主リンク部材7に対して、ラドル25が配置されている側となっている。副リンク中央部回転軸15は、ベースフレーム17上に載置されている。図1及び図2の状態では、副リンク中央部回転軸15は、駆動側支持フレーム19の上面に載置された状態になっている。
このように、上部フレーム5、下部フレーム6、第1主リンク部材7a及び第1副リンク部材8aで平行リンク機構(第1平行リンク機構)が構成されている。同様に、上部フレーム5、下部フレーム6、第2主リンク部材7b及び第2副リンク部材8bで平行リンク機構(第2平行リンク機構)が構成されている。2つの平行リンク機構は、上金型1及び下金型2を挟んで互いに対向して平行に配置されている。
第1主リンク部材7aの傾動回転軸10は、第1平行リンク機構の外側に設けられた傾動回転軸受9でベースフレーム17に保持されている。第1主リンク部材7aの傾動回転軸10の回転中心と、型閉め又は型開きされた上金型1及び下金型2、上部フレーム5及び下部フレーム6を含む回転体の重心とが一致している。同様に、第2主リンク部材7bの傾動回転軸10は、第2平行リンク機構の外側に設けられた傾動回転軸受9でベースフレーム17に保持されている。第2主リンク部材7bの傾動回転軸10の回転中心と、型閉め又は型開きされた上金型1及び下金型2、上部フレーム5及び下部フレーム6を含む回転体の重心とが一致している。ここで、「一致」とは、両者が完全に一致している場合に限られず、上金型1の重量と下金型2の重量との相違により誤差を有する場合も含まれる意味である。
回転アクチュエータ16は、駆動側支持フレーム19上に配置されている。回転アクチュエータ16は、一対の主リンク部材7のうちの一方の傾動回転軸10に連結して設けられる。回転アクチュエータ16は、電動、油圧、空圧のいずれで動作するものであってもよい。一例として、回転アクチュエータ16は、電動アクチュエータである。電動アクチュエータは、例えばサーボモータなどの電動モータである。回転アクチュエータ16は、上金型1と下金型2とを傾動又は水平方向に離間させる駆動部として機能する。
上金型1と下金型2との傾動は、開閉機構21によって上金型1と下金型2とを型閉めした状態で、回転アクチュエータ16によって、第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を45°〜130°回転させることでなされる。上金型1と下金型2との水平方向への離間は、開閉機構21によって上金型1と下金型2とを型開きした状態で、回転アクチュエータ16によって、第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を所定角度回転させることでなされる。上金型1と下金型2との水平方向への離間は、回転アクチュエータ16により第1平行リンク機構が作用することで実現する。このとき、第1平行リンク機構の動きに合わせて第2平行リンク機構も作用する。なお、第2平行リンク機構は必須ではなく、例えば、第1平行リンク機構と第2主リンク部材7bのみで上部フレーム5及び下部フレーム6を連結してもよいし、第1平行リンク機構と第2副リンク部材8bのみで上部フレーム5及び下部フレーム6を連結してもよい。
ラドル25は、下金型2の側面の上端部に取り付けられている。ラドル25の内部には、溶湯を貯留する貯留部が画成されている。ラドル25の注湯口25a(図6参照)は、下金型2の受湯口2a(図6参照)に接続されている。
図3は、図1において上金型及び下金型の断面を示す図である。ここでは、下金型2の上面に複数の中子34を納めた状態を示す。図3に示されるように、鋳造装置50は、押出し板28(上押出し板)と、一対の押出しピン26(上押出しピン)と、一対のリターンピン27と、複数の押し棒(規制部材)29と、を有する押出し機構37を備えている。押出し機構37は、上部フレーム5に設けられている。
押出し板28は、上金型1の上端側の内部に形成された内部空間に配置される。押出し板28は、昇降自在な状態で内部空間に収容されている。各押出しピン26は、押出し板28の下面に設けられている。各押出しピン26は、上金型1の内部空間から鋳物を形成するキャビティ(上キャビティ)へ貫通する孔を昇降する。各押出しピン26は、その先端でキャビティ内の鋳物を押し出す。各リターンピン27は、押出し板28の下面の押出しピン26とは異なる位置に設けられている。各リターンピン27は、上金型1の内部空間から上金型1の下面へ貫通する孔を昇降する。各リターンピン27は、上金型1と下金型2とが型閉めされる過程で、その先端が下金型2の上面に突き当てられることで押出し板28を上昇させる。
各押し棒29は、上部フレーム5の下面に設けられている。各押し棒29は、上部フレーム5の下面に、上型ダイベース3を貫通して配設されている。各押し棒29は上金型1の上面から内部空間へ貫通する孔に挿入された状態で、その先端が該内部空間内の押出し板28の上方に配置される。各押し棒29の長さは、第1アクチュエータ22が短縮して上金型1が上昇端になったとき、押出し板28を押し下げる長さに設定されている。なお、上昇端とは、第1アクチュエータ22が短縮することにより、上金型1の取り得る最も上方の位置である。即ち、各押し棒29は、上金型1の上面から、上金型1の上部位置に形成された内部空間へ貫通する孔を通って該内部空間内に所定長さ進入され、押出し板28の上昇を阻止する。
下部フレーム6には、第2アクチュエータ30が内蔵されている。第2アクチュエータ30は、電動、油圧、空圧のいずれで動作するものであってもよい。第2アクチュエータ30は、一例として油圧シリンダである。第2アクチュエータ30は上端部が押出し部材31の下面に取り付けられている。左右一対のガイドロッド32は、下部フレーム6に取り付けられた案内筒33を通して、押出し部材31の下面に取り付けられている。
下金型2は、上金型1と同様に、一対の押出しピン26(下押出しピン)と一対のリターンピン27とが連結された押出し板28(下押出し板)を内蔵している。下金型2では、第2アクチュエータ30の伸長動作により、押出し部材31が上昇して、押出し板28を押し上げることで、一対の押出しピン26とリターンピン27とが上昇する位置関係になっている。各押出しピン26は、その先端でキャビティ(下キャビティ)内の鋳物を押し出す。なお、上金型1及び下金型2のリターンピン27は、型閉め時に、リターンピン27の先端が対向する金型の合せ面、あるいは対向するリターンピン27の先端により押し戻される。これに伴い、押出し板28に連結された押出しピン26も押し戻される。また、型閉め時は、第2アクチュエータ30の短縮動作で押出し部材31は、下降端の位置になる。なお、下降端とは、第2アクチュエータ30が短縮することにより、下金型2の取り得る最も下方の位置である。
上金型1の下部周囲(側面下端部)には、一対の位置決めキー35が取り付けられている。下金型2の上部周囲(側面上端部)には、一対のキー溝36が一対の位置決めキー35と嵌合可能に設けられている。位置決めキー35とキー溝36とは、上金型1と下金型2とを水平方向に位置決めする位置決め部を構成している。この位置決め部によれば、上金型1と下金型2とが水平方向に位置決めされるので、上金型1と下金型2とがずれて型閉めされることを抑制することができる。
続いて、鋳造装置50の駆動に関する構成の詳細を説明する。図4は、図1の鋳造装置50の駆動に関する構成のブロック図である。図4に示されるように、鋳造装置50は、主コントローラ60(制御部)及び油圧ユニット70を備えている。
主コントローラ60は、鋳造装置50の駆動の全体を制御するハードウェアである。主コントローラ60は、例えばCPU(Central Processing Unit)などの演算装置、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置、及び通信装置などを有する汎用コンピュータで構成される。
主コントローラ60は、第1駆動部61、第2駆動部62、及び、光学式センサ63と通信可能に接続されている。主コントローラ60は、第1駆動部61及び第2駆動部62へ制御信号を出力し、駆動を制御する。主コントローラ60は、タッチパネルなどの操作盤(不図示)に接続されており、操作盤によって受け付けられた作業員のコマンド操作に応じて、第1駆動部61及び第2駆動部62を動作させる。主コントローラ60は、記憶装置に記憶された鋳造用のレシピを参照して、第1駆動部61及び第2駆動部62を動作させることもできる。
第1駆動部61は、上金型及び下金型のいずれか一方を昇降させることによって、上金型1及び下金型2の型閉め及び型開きを行う。本実施形態では、第1駆動部61は、上金型1を昇降させることによって、型閉め及び型開きを行う。第1駆動部61は、一例として、油圧ユニット70、第1アクチュエータ22、及び、第2アクチュエータ30を有する。
油圧ユニット70は、第1アクチュエータ22及び第2アクチュエータ30へ作動油を供給する。油圧ユニット70は、油圧回路を備える。油圧回路は、油圧アクチュエータの作動油を流通させる流路である。油圧回路は、油圧ポンプ71(第1油圧ポンプ)、電動機72(第1ポンプ電動機)、電磁弁(不図示)、油タンク(不図示)などを有する。油圧回路は、油タンクに貯留された作動油を、第1アクチュエータ22及び第2アクチュエータ30へ供給する。油圧回路は、第1アクチュエータ22及び第2アクチュエータ30から作動油を回収し、油タンクへ戻す。このように、油圧回路は、作動油を循環させることができる。
油圧ポンプ71は、油タンク内の作動油を吸入して第1アクチュエータ22及び第2アクチュエータ30へ供給する。電動機72は、油圧ポンプを駆動させる機器であり、一例として可変速モータである。電動機72の回転数に応じて油圧ポンプから作動油が搬送される。油圧ポンプの吐出流量は、電動機72の回転数と油圧ポンプの容積とを乗算することで得られる。
油圧ユニット70は、電動機72の回転数を制御する駆動制御部73(第1駆動制御部)を備える。駆動制御部73は、電動機72の回転数を制御する機器である。駆動制御部73は、交流を直流に変換するコンバータ回路、及び、インバータ制御を行うインバータ回路を有する。インバータ回路は、インバータ回路に備わるスイッチング素子のオンオフ動作を制御する。一例として、駆動制御部73では、回転数センサ(不図示)で検出された電動機72の回転数(回転速度)と目標回転数(目標回転速度)を入力して比例積分(PI)制御を行うことで電流指令値が生成される。そして、その電流指令値に基づいてスイッチング素子をオンオフ動作するための制御信号が生成され、その制御信号がインバータ回路へ出力される。これにより、電動機72は、所定のタイミングにおいて所定の回転数で動作するように制御される。
第1駆動部61は、電源74に接続されており、電源74から供給される電力によって動作する。主コントローラ60は、制御信号を出力することで、電源74を第1駆動部61から遮断することができる。遮断とは、電気的に接続を切断することである。
第2駆動部62は、第1駆動部61により型閉めされた上金型1及び下金型2を傾動させる。第2駆動部62は、一例として、回転制御部80(第2電動制御部)及び回転アクチュエータ16を有する。回転制御部80は、主コントローラ60の制御信号に基づいて、制御信号を回転アクチュエータ16へ出力して、回転アクチュエータ16の位置制御を行う。位置制御とは、制御信号によって回転アクチュエータ16の回転角度と回転速度とを制御することである。回転アクチュエータ16が電動モータである場合、回転アクチュエータ16が駆動していないときには、電力は供給されない。
第2駆動部62は、電源81に接続されており、電源81から供給される電力によって動作する。主コントローラ60は、制御信号を出力することで、電源81を第2駆動部62から遮断することができる。遮断とは、電気的に接続を切断することである。
光学式センサ63は、光を用いた検出器である。光学式センサ63は、鋳造装置50の周囲に配置され、物体を検出する。光学式センサ63の取り付け位置の詳細については後述する。光学式センサ63は、投光部と受光部とを有する。光学式センサ63は、例えば投光部と受光部との間を作業員が通過したことを検出する。光学式センサ63の具体的な一例としては、ライトカーテンである。光学式センサ63は、検出結果を主コントローラ60へ出力する。
主コントローラ60は、光学式センサ63により物体が検出された場合には、第1駆動部61及び第2駆動部62の電源74,81を遮断する。これにより、第1駆動部61及び第2駆動部62は、動力源を失うため、動作を停止する。このとき、第1駆動部61及び第2駆動部62に蓄積されたエネルギーは、所定の手順で開放される。
主コントローラ60は、所定の鋳造期間は、例外的な動作をする。所定の鋳造期間とは、第2駆動部62により傾動した上金型1及び下金型2へ溶湯が供給されてから溶湯が冷却されるまでの期間である。溶湯の供給の開始タイミングは、例えば、傾動開始ボタンが押下されたタイミングである。あるいは、溶湯の供給の開始タイミングは、主コントローラ60から傾動開始の制御信号が第2駆動部62へ出力されたタイミングである。溶湯の冷却が終了するタイミングは、例えば、注湯の開始タイミングから予め定められた時間が経過したときである。あるいは、溶湯の冷却が終了するタイミングは、上金型1及び下金型の温度を検出するセンサ(不図示)の検出結果に基づいた温度が所定温度以下となるタイミングである。
所定の鋳造期間において、第1駆動部61が完全に停止した場合、溶湯が十分に固まる前に型開きが発生し、溶湯が金型の外に流出するおそれがある。また、所定の鋳造期間において、第2駆動部62が完全に停止した場合、第2駆動部のトルクが開放され、傾動位置を維持できなくなり、注湯が中断するおそれがある。この場合、十分な溶湯が注湯されていない状態で溶湯が凝固するおそれがある。不十分な量の溶湯が凝固した場合、押出しピン26が鋳物製品に届かないおそれがある。このような事態が発生すると、作業員はバーナーなどを用いて金型から鋳物製品を取り出す作業をする必要がある。このように、所定の鋳造期間において第1駆動部61及び第2駆動部62が完全停止した場合、復帰に多大な時間を要するおそれがある。
このため、主コントローラ60は、所定の鋳造期間において、光学式センサ63により物体が検知された場合には、第1駆動部61及び第2駆動部62の電源74を遮断せずに、第1駆動部61に型閉めを継続させ、かつ、第2駆動部62に傾動位置を保持させる。これにより、鋳造装置50は、非常停止した場合であっても迅速に復帰する。
続いて、図5〜図12を参照して、鋳造装置50による鋳造方法の例について説明する。図5は、図1の鋳造装置による鋳造方法を示すフローチャートである。図6は、図1におけるA−A矢視図で、装置起動状態を説明するための図である。図7は、平行リンク機構の動作によって上下金型がスライドした第2離間状態を示し、製造工程の初期状態を説明するための図である。図8は、上金型と下金型とが型閉めされた型閉状態を説明するための図である。図9は、型閉めされた上金型及び下金型を90°回動した図である。図10は、上金型を途中位置まで引き上げた図である。図11は、上金型及び下金型がスライドして第1離間状態となった図である。図12は、図11の状態から上金型を上昇端まで引き上げた図である。
図5、図6に示されるように、鋳造装置50は、電源起動時においては、上金型1は上昇端にあり、一対の主リンク部材7と一対の副リンク部材8とが、鋳造装置50の設置面に対して垂直をなしている(装置起動状態:ステップS11)。ステップS11では、鋳造装置50の主電源がONされ、それとともに第1駆動部61が電源74に通電可能な状態に接続される。第1駆動部61の電動機72は、主コントローラ60の制御によって、動作を開始する。また、第2駆動部62が電源81に通電可能な状態に接続される。
なお、鋳造装置50は、作業スペース(不図示)と給湯装置(不図示)との間に配置されている。鋳造装置50は、ラドル25がY方向で作業スペース(不図示)と対向するように配置されている。作業スペースは、中子納め等の作業を作業員が行うためのスペースである。給湯装置は、ラドル25に溶湯を給湯する装置である。また、鋳造装置50と作業スペースとの間には、例えばコンベア(不図示)が配置されている。コンベアは、鋳造装置50により鋳造された鋳物(鋳物製品)を搬送する装置である。コンベアは、例えば後工程の装置(例えば、製品冷却装置、砂落装置、製品仕上装置など)まで延びている。
続いて、図5及び図7に示されるように、鋳造装置50は、一連の鋳造工程の初期状態とされる(ステップS12)。鋳造装置50は、図6に示される状態から図7に示される初期状態へと変更される。鋳造装置50の主コントローラ60は、制御信号を出力し、回転アクチュエータ16を駆動させる。これにより、回転アクチュエータ16には電力が供給され、指示に従った駆動がなされる。
回転アクチュエータ16が駆動すると、第1主リンク部材7aの傾動回転軸10が時計回転方向に回転する。本実施形態では、時計回転方向の回転を右回転とし、反対回転を左回転とする。これに伴い、平行リンク機構の作用により、上金型1と下金型2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、互いに対向した上金型1と下金型2とが傾動回転軸10を中心軸として右回転の円運動をすることにより、上金型1と下金型2とが水平方向に離間するように移動する。このとき、上金型1が給湯装置側に移動した状態(第2離間状態)となる。この第2離間状態が一連の鋳造工程の初期状態である。本実施形態では、下金型2が給湯装置側に移動した状態を第1離間状態とし、上金型1が給湯装置側に移動した状態を第2離間状態とする。つまり、第1離間状態(図11参照)は、回転アクチュエータ16によって上金型1が給湯装置から遠ざかる方向へ移動するとともに下金型2が給湯装置に近づく方向へ移動して、上金型1及び下金型2が水平方向に離間した状態である。第2離間状態(図7参照)は、回転アクチュエータ16によって上金型1が給湯装置に近づく方向へ移動するとともに下金型2が給湯装置から遠ざかる方向へ移動して、上金型1及び下金型2が水平方向に離間した状態である。
次に、中子34が下金型2の所定の位置に収められる(ステップS13)。中子34を収める中子納めは、例えば、作業員により行われる。中子34は、例えば、中子造型機(不図示)により造型される。第2離間状態では、下金型2は、上方が開放された状態であって、下金型2に取り付けられたラドル25が上金型1に接触しない状態となっている。このように、下金型2の上方が開放されているので、下金型2に中子34を安全に納めることができる。
続いて、鋳造装置50は、回転アクチュエータ16を駆動させて第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を左回転して、図6の装置起動状態に一旦戻る(ステップS14)。鋳造装置50の主コントローラ60は、制御信号を出力し、回転アクチュエータ16を駆動させる。これにより、回転アクチュエータ16には電力が供給され、指示に従った駆動がなされる。
続いて、図5及び図8に示されるように、鋳造装置50は、第1アクチュエータ22を伸長して、上金型1と下金型2とを型閉めする(ステップS15)。油圧ユニット70は、作動油を第1アクチュエータ22へ供給する。これにより、第1アクチュエータ22は伸長する。このとき、上金型1の位置決めキー35と、下金型2のキー溝36とが嵌合し、上金型1と下金型2とが水平方向に固定される。また、型閉めにより、一対の主リンク部材7及び一対の副リンク部材8と、主リンク上部回転軸11、主リンク下部回転軸12、副リンク上部回転軸13、及び副リンク下部回転軸14とが回転しないようになり、上金型1、下金型2、上部フレーム5、下部フレーム6、一対の主リンク部材7及び一対の副リンク部材8が一体化する。
次に、上金型1と下金型2とが型閉めされた型閉状態となったときに、給湯装置がラドル25に溶湯を供給する(ステップS16)。続いて、図5及び図9に示されるように、鋳造装置50は、回転アクチュエータ16を駆動させて第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を概ね90°左回転させて、上金型1と下金型2とを傾動状態とする(ステップS17:鋳造期間の開始)。鋳造装置50の主コントローラ60は、制御信号を出力し、回転アクチュエータ16を駆動させる。これにより、回転アクチュエータ16には電力が供給され、指示に従った駆動がなされる。これにより、副リンク中央部回転軸15が、載置されていたベースフレーム17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金型1、下金型2、上部フレーム5、下部フレーム6、一対の主リンク部材7及び一対の副リンク部材8が回転して、ラドル25内の溶湯が上金型1と下金型2との間に形成されるキャビティに傾動注湯される(ステップS18)。
上記ステップS18の工程が終了した後、図9の状態を所定時間保持して、注湯された溶湯の凝固(冷却)を待つ(ステップS19:鋳造期間の終了)。なお、上記のとおり、ここでは回転アクチュエータ16を駆動させて第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を概ね90°左回転しているが、45°〜130°の範囲内の所要の角度で回転させてもよいし、45°〜90°の範囲内の所要の角度で回転させてもよい。
続いて、鋳造装置50の主コントローラ60は、回転アクチュエータ16を駆動させて第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を右回転させて、図8の状態に一旦戻る(ステップS20)。鋳造装置50の主コントローラ60は、制御信号を出力し、回転アクチュエータ16を駆動させる。これにより、回転アクチュエータ16には電力が供給され、指示に従った駆動がなされる。
続いて、下金型2からの抜型及び型開きを並行して行う(ステップS21)。図5及び図10に示されるように型開きが行われ、同時に下金型2からの抜型も行われる。型開きは、鋳造装置50が第1アクチュエータ22を動作することで開始する。油圧ユニット70は、第1アクチュエータ22へ作動油を逆方向に供給する。これにより、第1アクチュエータ22が短縮し、上金型1が上昇する。このように、上金型1と下金型2との型開きが開始される。そして、第1アクチュエータ22の短縮動作と同時に、第2アクチュエータ30の伸長動作が開始される。つまり、油圧ユニット70は、第2アクチュエータ30にも作動油を供給する。第2アクチュエータ30が伸長することにより、下金型2に内蔵された押出しピン26(図3参照)が押し出される。これにより、上金型1及び下金型2内で溶湯が凝固して成る鋳物(不図示)が下金型2から抜型され、上金型1に保持された状態となる。そして、鋳造装置50は、所定の位置まで上金型1を上昇させて、型開きを完了する。所定の位置は、押し棒29の先端と上金型1の押出し板28の上面とが接触しない位置である。言い換えれば、所定の位置は、押し棒29の先端と上金型1の押出し板28の上面との間に隙間がある位置である。
次に、図5及び図11に示されるように、鋳造装置50は、回転アクチュエータ16を駆動させて第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を左回転させる(ステップS22)。鋳造装置50の主コントローラ60は、制御信号を出力し、回転アクチュエータ16を駆動させる。これにより、回転アクチュエータ16には電力が供給され、指示に従った駆動がなされる。平行リンク機構の作用により、鋳造装置50は、上金型1と下金型2とを弧を描いてスライドさせ、水平方向に離間させる。このとき、上金型1がコンベア側に移動した状態、すなわち、下金型2が給湯装置に近づく方向に移動した第1離間状態となる。このときの回転アクチュエータ16の左回転の角度は、上金型1の下方が開放された状態となる30°〜45°程度とする。
次に、図5及び図12に示されるように、鋳造装置50は、第1アクチュエータ22を短縮することにより、上金型1を上昇端まで上昇させる。油圧ユニット70は、第1アクチュエータ22へ作動油を逆方向に供給する。作動油が供給されると、第1アクチュエータ22は伸長する。これにより、押し棒29の先端が上金型1に内蔵されている押出し板28を介して、押出しピン26(図6参照)を上金型1に対して相対的に押出す。この結果、上金型1に保持されていた鋳物が上金型1から抜型される(ステップS23)。上金型1から抜型された鋳物は落下し、上金型1の下方に設けられたコンベア上に受け取られる。即ち、コンベアは鋳物を受け取る受け取り部としても機能する。その後、鋳物は、コンベアにより、例えば、製品冷却装置、砂落装置、及びバリ取りを行う製品仕上装置などへと搬送される。
続いて、図5に示されるように、鋳造装置50は、回転アクチュエータ16を駆動させて第1主リンク部材7aの傾動回転軸10を右回転させる(ステップS22)。鋳造装置50の主コントローラ60は、制御信号を出力し、回転アクチュエータ16を駆動させる。回転アクチュエータ16には電力が供給され、指示に従った駆動がなされる。これにより、鋳造装置50は、初期状態に戻る(図7)。以上のようにして、一連の鋳造工程が完了し、鋳造装置50により鋳物が鋳造される。また、連続して鋳造工程を行う場合には、ステップS13の中子セット工程から処理を繰り返すことにより、鋳物を連続して鋳造することができる。
続いて、鋳造装置50の非常停止方法について説明する。最初に、光学式センサ63の取り付け位置について説明する。図13は、鋳造装置の光学式センサの取り付け位置を説明する斜視図である。図13に示されるように、鋳造装置50の周囲には、2つの固定式ガード100が鋳造装置50を挟むように対向して設けられている。2つの固定式ガード100は鋳造装置50の側方に配置されている。このため、鋳造装置50の正面及び背面には、アクセス可能である。鋳造装置50の正面の入り口100aには、作業員が中子などをセットするために出入りする。鋳造装置50の背面の入り口100bには、給湯装置が注湯作業のために出入りする。光学式センサ63は、鋳造装置50の正面の入り口100aに設けられている。光学式センサ63によって、作業員が鋳造装置50の正面の入り口100aに進入したことが検知される。
図14は、鋳造装置の光学式センサの取り付け位置を説明する概要図である。図14の状態Aに示されるように、鋳造装置50が第2離間状態の場合、光学式センサ63と鋳造装置50との間は、第1距離L1となる。図14の状態Bに示されるように、鋳造装置50が傾動状態の場合、光学式センサ63と鋳造装置50との間は、第2距離L2となる。図14の状態Cに示されるように、鋳造装置50が第1離間状態の場合、光学式センサ63と鋳造装置50との間は、第3距離L3となる。第1距離L1、第2距離L2及び第3距離L3は、鋳造装置50が光学式センサと干渉しないように設定されている。さらに、第1距離L1、第2距離L2及び第3距離L3は、所定の安全基準(例えばISO13855 安全距離規格)を満たす距離に設定される。
図15は、非常停止方法を示すフローチャートである。図15に示されるフローチャートは、鋳造装置50の電源がONされたタイミングで主コントローラ60により実行される。
主コントローラ60は、検出判定工程(ステップS30)として、作業員が検出されたか否かを判定する。主コントローラ60は、光学式センサ63の検出結果に基づいて、作業員が検出されたか否かを判定する。
作業員が検出されたと判定された場合(ステップS30:YES)、主コントローラ60は、期間判定工程(ステップS31)として、作業員が検出された検出タイミングが鋳造期間に含まれるか否かを判定する。例えば、主コントローラ60は、傾動開始ボタンの押下タイミング、あるいは、傾動開始の制御信号の出力タイミングに基づいて、鋳造期間の開始を判定する。主コントローラ60は、傾動開始からの経過時間、あるいは、金型温度に基づいて、鋳造期間の終了を判定する。そして、主コントローラ60は、光学式センサ63の検出タイミング(検出時刻)が鋳造期間に含まれるか否かを判定する。
検出タイミングが鋳造期間に含まれないと判定された場合(ステップS31:NO)、主コントローラ60は、第1停止処理工程(ステップS32)として、第1駆動部61及び第2駆動部62の電源74,81を遮断する第1停止処理を実行する。主コントローラ60は、第1駆動部61及び第2駆動部62と電源74,81との電気的な接続を遮断するスイッチを動作させる。
検出タイミングが鋳造期間に含まれると判定された場合(ステップS31:YES)、主コントローラ60は、第2停止処理工程(ステップS33)として、第1駆動部61及び第2駆動部62の電源74,81を遮断せずに、第1駆動部61に型閉めを継続させ、かつ、第2駆動部62に傾動位置を保持させる第2停止処理を実行する。
作業員が検出されないと判定された場合(ステップS30:NO)、第1停止処理工程(ステップS32)、又は、第2停止処理工程(ステップS33)が終了した場合、図15に示されるフローチャートが終了する。その後、主コントローラ60は、終了条件を満たすまで、図15に示されるフローチャートを最初から実行する。
なお、第2停止処理工程(ステップS33)が終了し、かつ、鋳造期間が終了した場合、主コントローラ60は、作業員による一時停止解除ボタンの操作を受け付ける。一時停止解除ボタンの操作を受け付けた場合、主コントローラ60は、第2停止処理工程で停止していた状態から鋳造を再開する。
以上、第1実施形態に係る鋳造装置50によれば、光学式センサ63により作業員(物体)が検出された場合には、第1駆動部61及び第2駆動部62の電源74,81が遮断される。これにより、第1駆動部61及び第2駆動部62の動作が完全に停止する。一方で、第2駆動部62により傾動した上金型1及び下金型2へ溶湯が供給されてから溶湯が冷却されるまでの鋳造期間に、第1駆動部61及び第2駆動部62の動作が完全に停止した場合、傾動位置を保持できなくなって溶湯が金型内に十分に供給されず、その状態で凝固して金型から取り出しにくくなったり、溶湯が十分に凝固していない状態で金型が開いたりする可能性がある。このような状況に陥ると、復旧までに時間を要する。このため、鋳造装置50では、上記の鋳造期間中に光学式センサ63により作業員が検出された場合には、第1駆動部61及び第2駆動部62の電源74,81を遮断せずに、第1駆動部61が型閉めを継続し、かつ、第2駆動部62が傾動位置を保持する。これにより、溶湯の量が不十分な状態で凝固したり、金型が開いたりすることを回避することができるので、非常停止した場合であっても迅速に復帰することができる。
鋳造装置50によれば、上記の鋳造期間中に光学式センサ63により作業員が検出された場合には、第1駆動部61への電力供給が遮断されず、油圧ポンプ71は駆動し続け、第1アクチュエータによるトルクが保持されるため、型閉めを継続することができる。さらに、鋳造装置50によれば、上記の鋳造期間中に光学式センサ63により作業員が検出された場合には、第2駆動部62への電力供給が遮断されず、回転アクチュエータ16によるトルクが保持されるため、傾動位置を保持することができる。また、第2駆動部への電力供給が遮断され、その後起動するためには、位置決め動作をして基準位置を決定する原点復帰処理を行う必要がある。鋳造装置50によれば、原点復帰処理の必要がないことから、復帰に時間を要することを回避することができる。
(第2実施形態)
図16は、第2実施形態に係る鋳造装置の正面図である。図16に示されるように、第2実施形態に係る鋳造装置50Aは、主に、下金型2を昇降する開閉機構21が下部フレーム6に設けられる点で、第1実施形態に係る鋳造装置50と相違している。これにより、鋳造装置50Aでは、下金型2が昇降可能とされている。以下では、第2実施形態に係る鋳造装置50Aと第1実施形態に係る鋳造装置50との相違点を中心に説明し、共通する説明は省略する。
図17は、図16において上金型及び下金型の断面を示す図である。図17に示されるように、鋳造装置50Aでは、第2アクチュエータ30が上部フレーム5に設けられ、押出し機構37が下部フレーム6に設けられている。鋳造装置50Aでは、押出し板28は、下金型2の下端側の内部に形成された内部空間に配置される。各押出しピン26は、押出し板28の上面に設けられている。各押出しピン26は、下金型2の内部空間から鋳物を形成するキャビティへ貫通する孔を昇降する。各押出しピン26は、その先端でキャビティ内の鋳物を押し出す。各リターンピン27は、押出し板28の上面の押出しピン26とは異なる位置に設けられている。各リターンピン27は、下金型2の内部空間から下金型2の上面へ貫通する孔を昇降する。各リターンピン27は、上金型1と下金型2とが型閉めされる過程で、その先端が上金型1の下面に突き当てられることで押出し板28を下降させる。
各押し棒29は、下部フレーム6の上面に設けられている。各押し棒29は、下部フレーム6の上面に、下型ダイベース4を貫通して配設されている。各押し棒29は下金型2の下面から内部空間へ貫通する孔に挿入された状態で、その先端が該内部空間内の押出し板28の下方に配置される。各押し棒29の長さは、第1アクチュエータ22が短縮して下金型2が下降端になったとき、押出し板28を押し上げる長さに設定されている。即ち、各押し棒29は、下金型2の下面から、下金型2の下部位置に形成された内部空間へ貫通する孔を通って該内部空間内に所定長さ進入され、押出し板28の下降を阻止する。その他の構成は、第1実施形態に係る鋳造装置50と同一である。
鋳造装置50Aによる鋳造方法では、上記ステップS21において、上金型1からの抜型及び型開きを並行して行う。具体的には、鋳造装置50Aは、下部フレーム6に設けられた開閉機構21により、下金型2を下降させて、上金型1と下金型2との型開きを開始する。これと同時に、上部フレーム5に設けられた第2アクチュエータ30の伸長動作を開始する。第2アクチュエータ30の伸長により、上金型1に内蔵された押出しピン26を押し出す。これにより、上金型1及び下金型2内で溶湯が凝固して成る鋳物(不図示)が上金型1から抜型され、下金型2に保持された状態となる。また、上記工程S23において、下金型2からの抜型を行う。具体的には、開閉機構21により、下金型2を下降端まで下降させる。これにより、押し棒29の先端が下金型2に内蔵されている押出し板28を介して、押出しピン26を下金型2に対して相対的に押出す。この結果、下金型2に保持されていた鋳物が下金型2から抜型される。
鋳造装置50Aによれば、上述した鋳造装置50と同様の効果を奏する。
以上、各実施形態について説明したが、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、第2アクチュエータ30により、上金型1又は下金型2からの鋳物の抜型を行う代わりに、スプリングで押出し板28を押し出してもよい。その場合、上金型1及び下金型2の型閉め時に上金型1により下金型2のリターンピン27を押し下げて押出しピン26を下げることになり、型閉め力がリターンピン27の押し下げ力分相殺されることになるが、アクチュエータ数を減らすことができる。
また、鋳造装置50は、複数配置することができる。このとき、給湯装置により給湯可能であれば、鋳造装置の配置に制限はない。また、中子納めは作業員によらず、例えば、多関節構造のアームを備えた中子納め用ロボットによって行われてもよい。また、開閉機構21は、上金型1及び下金型2の両方を昇降させてもよい。
また、第1アクチュエータ22は、油圧アクチュエータに限られず、電動アクチュエータでもよい。例えば、第1アクチュエータ22は、電動シリンダ及び駆動制御部(第1電動制御部)で構成されていてもよい。
また、回転アクチュエータ16は、電動アクチュエータに限られず、油圧モータなどの油圧アクチュエータでもよい。例えば、回転アクチュエータ16は、油圧ユニットに接続されていてもよい。油圧ユニットの油圧回路は、油圧ポンプ(第2油圧ポンプ)、電動機(第2ポンプ電動機)、電磁弁(不図示)、油タンク(不図示)などを有してもよい。また、油圧ユニットは、電動機の回転数を制御する駆動制御部(第2駆動制御部)を備えてもよい。