特許 5732646 給湯装置及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5732646

(24)【登録日】2015年4月24日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】給湯装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 41/06 20060101AFI20150521BHJP

   B22D 37/00 20060101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   B22D41/06

   B22D37/00 B

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-216476(P2010-216476)

(22)【出願日】2010年9月28日

(65)【公開番号】特開2012-71317(P2012-71317A)

(43)【公開日】2012年4月12日

【審査請求日】2013年9月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】393011038

【氏名又は名称】リョーエイ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078101

【弁理士】

【氏名又は名称】綿貫 達雄

(74)【代理人】

【識別番号】100085523

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 文夫

(74)【代理人】

【識別番号】100154461

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 由布

(74)【代理人】

【識別番号】100161403

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 静夫

(72)【発明者】

【氏名】平野 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】布施 勝朗

(72)【発明者】

【氏名】宮本 和則

(72)【発明者】

【氏名】森川 将史

【審査官】 酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０００６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２３５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１２４１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０４８９５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６２−１７９８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２９９８５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ ４１／０６，３７／００，１７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも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設けるとともに、該ロボットアームに溶湯炉から溶湯を汲み上げて鋳型に注湯する取鍋を取り付けた給湯装置であって、取鍋で汲み上げられた溶湯を流出させて注湯量と一致するよう取鍋を俯角傾動させる回動角度調整自在な回動軸をロボットアームに取り付けるとともに、鉛直線が取鍋の重心を通る重量測定用のロードセルを前記回動軸に取り付け、さらに注湯量に応じて前記回動軸の回動角度を制御する制御機構を設けたことを特徴とする給湯装置。

【請求項2】

制御機構に、溶湯を汲み上げた取鍋を移送中に緊急停止信号が入力された時、ロボットアームの移送処理が完了までロボットアームの駆動機構を停止しないように制御する機能を組み込んだことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。

【請求項3】

ロボットアームに緊急停止信号が入力されたとき、取鍋から溶湯がこぼれない減速度となるよう回生抵抗をロボットアームの駆動機構に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。

【請求項4】

前記回動軸に取鍋着脱用のツールチャックを取り付けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の給湯装置。

【請求項5】

請求項１記載の給湯装置を用いた給湯方法であって、
少なくとも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に取り付けられる取鍋により溶湯を汲み上げたうえ、鉛直線が取鍋の重心を通るように前記回動軸に取り付けた重量測定用のロードセルによって組み上げた溶湯の重量を測定し、前記回動軸により取鍋を一定の俯角度に傾動させて取鍋内の溶湯を俯角度分流出させて溶湯量を注湯量と一致させることを特徴とする給湯方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は各種鋳造において注湯量分の鉄やアルミニウム等の溶湯を型に注湯する給湯装置及びその方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、鋳型に注湯する溶湯量は鋳型を載置した台車を持ち上げて重量を計量器で計量するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、溶湯を入れた取鍋の重量を測定する力センサをハンドと取鍋の間に設けて残りの溶湯重量を計測するとともに、溶湯の流れ状態を監視するカメラと、押湯の上昇を検出する距離センサとを設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。

【0003】

しかし、特許文献１のものは鋳型と台車を持ち上げて計量するため装置が大掛かりなるという問題があるうえに、台車の位置決めを高精度で行なえないため、注湯時には作業員による確認が必要となる問題がある。また、特許文献２のものは、力センサの他にカメラや距離センサを協働させて注湯を行うためシステムのチューニングが難しいという問題がある。さらに、特許文献１、２のいずれも注湯量を確認しながら注湯を行うため注湯に時間がかかり生産性を高められないうえに、取鍋に貯留されている溶湯により注湯を繰り返すため最後の注湯を完了するまでに時間がかかって溶湯の温度が低下し成形不良を生じることがあるいう問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−９０６１６号公報

【特許文献2】特開平８−１６８８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は注湯量分を高精度に汲み上げて全量を一気に注湯することにより、注湯時間を短縮して生産性を向上させることができるうえに成形不良を生じにくい給湯装置及びその方法を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するためになされた本発明の請求項１に係る給湯装置は、少なくとも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設けるとともに、該ロボットアームに溶湯炉から溶湯を汲み上げて鋳型に注湯する取鍋を取り付けた給湯装置であって、取鍋で汲み上げられた溶湯を流出させて注湯量と一致するよう取鍋を俯角傾動させる回動角度調整自在な回動軸をロボットアームに取り付けるとともに、鉛直線が取鍋の重心を通る重量測定用のロードセルを前記回動軸に取り付け、さらに注湯量に応じて前記回動軸の回動角度を制御する制御機構を設けたことを特徴とするものである。

【0007】

また上記の課題を解決するためになされた本発明の給湯装置は、請求項１記載の給湯装置を用いた給湯方法であって、少なくとも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に取り付けられる取鍋により溶湯を汲み上げたうえ、鉛直線が取鍋の重心を通るように前記回動軸に取り付けた重量測定用のロードセルによって組み上げた溶湯の重量を測定し、前記回動軸により取鍋を一定の俯角度に傾動させて取鍋内の溶湯を俯角度分流出させて溶湯量を注湯量と一致させることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、少なくとも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設けるとともに、該ロボットアームに溶湯炉から溶湯を汲み上げて鋳型に注湯する取鍋を取り付けた給湯装置であって、取鍋で汲み上げられた溶湯を流出させて注湯量と一致するよう取鍋を俯角傾動させる回動角度調整自在な回動軸をロボットアームに取り付けるとともに、注湯量に応じて回動軸の回動角度を制御する制御機構を設けたことを特徴とする給湯装置であって、前記ロボットアームに支持された取鍋を溶湯炉内に浸漬させて溶湯を汲み上げたうえ、ロボットアームの先端に設けた回動角度調整自在な回動軸により取鍋を一定の俯角度に傾動させて取鍋内の溶湯を俯角度分流出させて溶湯量を注湯量と一致させることにより、取鍋内の溶湯量は高精度で注湯量分とすることができるので、取鍋内の溶湯をダイカスト成形機の供給口から一気に流し込むことができるので、注湯は短時間で完了しダイカスト成形機の稼働率を向上でき生産性を高めることができる。しかも、注湯は取鍋に貯留された溶湯を全量使用するため、溶湯は成形に最適な温度領域で注湯しているので成形不良の発生を減少できる。

【0009】

また本発明では、鉛直線が取鍋の重心を通る重量測定用のロードセルを回動軸に取り付けることにより、溶湯量が注湯量と一致しているか正確に確認することができる。

【0010】

請求項２のように、制御機構に、溶湯を汲み上げた取鍋を移送中に緊急停止信号が入力された時、ロボットアームの移送処理が完了までロボットアームの駆動機構を停止しないように制御する機能を組み込むことにより、ロボットアームは緊急停止されず、取鍋の移送処理が完了した後に停止されるので、取鍋内の溶湯が反動で溢れ出ることがなく、溢れ出た溶湯の除去作業によりダイカスト成形を停止する必要がないので、稼働率の低下がなく生産性の向上を図ることができる。

【0011】

請求項３のように、ロボットアームに緊急停止信号が入力されたとき、取鍋から溶湯がこぼれない減速度となるよう回生抵抗をロボットアームの駆動機構に設けたことにより、ロボットアームは取鍋内の溶湯が溢れ出ることのない減速度で停止されるので、取鍋内の溶湯が反動で溢れ出ることがない。

【0012】

請求項４のように、回動軸に取鍋着脱用のツールチャックを取り付けることにより、ツールチャックから取鍋を外して、ツールチャックに他のツールを取り付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の好ましい実施形態を示す平面図である。

【図2】同じく溶湯の汲み出し状態を示す斜視図である。

【図3】同じく要部を拡大して示す斜視図である。

【図4】ツール交換ステーションを示す平面図である。

【図5】同じく側面図である。

【図6】同じく正面図である。

【図7】同じくツールチャックのロック解除を示す側面図である。

【図8】同じく平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、本発明の給湯装置をダイカスト成形装置に用いた実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
１は溶湯炉２から溶湯を汲み上げてダイカスト成形機３に注湯する給湯装置であり、該給湯装置１には溶湯炉２からの溶湯の汲み上げステーションとダイカスト成形機３への注湯ステーション及び取鍋４の脱着を行うツール交換ステーション４０間を旋回移動するロボットアーム５が設けられている。該ロボットアーム５は取鍋４の移送時に緊急停止時信号が検出されたとき、移送処理が完了するまでロボットアーム５の駆動機構を停止させないようにしたり、取鍋４内の溶湯が慣性で飛び出ない減速度でロボットアーム５を停止させるよう駆動機構を後記の制御機構で制御したりする。

【0015】

ロボットアーム５の駆動機構の停止の遅延動作は、ロボットアーム５で溶湯を移送中に緊急停止信号が装置に入力された場合、制御機構はロボットアーム５が溶湯の移送ステップを完了して停止動作を行なうまでロボットアーム５の駆動機構を停止させないようにプログラム制御する。

【0016】

また、ロボットアーム５の一定減速度での停止は、ロボットアーム５の駆動機構に組み込まれた回生ブレーキの回生抵抗を溶湯が取鍋４から溢れ出ない減速度となるように変更することにより行なう。

【0017】

また、ロボットアーム５のヘッド５ａには回動角度調整自在な回動軸５ｂが設けられている。該回動軸５ｂは１°単位で回動角を変えて回動軸５ｂに取り付けられる取鍋４の傾動角度を調整自在としている。取鍋４を水平から１°俯角させた場合に流出される溶湯量は決まっているので、注湯量に応じて取鍋４の傾動俯角はロボットアーム５のコントローラに組み込まれた制御機構により演算され、回動軸５ｂの回動角度を制御している。

【0018】

また、前記制御機構は取鍋４による溶湯の汲み上げ後、回動軸５ｂに取り付けられている重量測定用のロードセル６により取鍋重量と溶湯重量が含まれる総重量を測定し、総重量から取鍋重量を減算して溶湯重量を演算算出し、該溶湯重量とダイカスト成形機３に注湯される規定量との差を算出し、許容範囲内であればダイカスト成形機３への注湯を行う。なお、ロードセル６はその鉛直線上に取鍋の重心が位置するように回動軸５ｂに取り付けられているので、取鍋内の溶湯量を正確に計測することができる

【0019】

そして、溶湯が少ない場合は、取鍋４を再度溶湯炉２内に浸漬させて溶湯の再汲み上げをし、算出された不足分量に基づいて取鍋４の俯角度を上向きに調整し溶湯の流出量を減少させて注湯量と一致させる。また、溶湯が多い場合は、算出された超過分量に基づいて取鍋４の俯角度を下向きに調整し溶湯の流出量を増加させて注湯量と一致させる。

【0020】

また、前記ロードセル６には取鍋４を着脱自在に取り付ける略Ｌ形のツールチャック７が取り付けられており、該ツールチャック７には取鍋４に取り付けられたブラケット８のチャック用ピン８ａを着脱自在に嵌合させる取付孔７ａが形成されている。

【0021】

９はツールチャック７には前記取付孔７ａに嵌合されるチャック用ピン８ａを抜け止めするロック機構であり、該ロック機構９はチャック用ピン８ａに直交する方向から嵌合されるばねに付勢されたフランジ１０ａ付きのロックピン１０を設けたもので、該ロックピン１０は外部に張出されているフランジ１０ａを解除機構１１のストッパ１１ａに係止させばね力に抗して引っ張りチャック用ピン８ａを抜き出すことによりツールチャック７のロックは解除され、取鍋４はロボットアーム５から取り外すことができる。

【0022】

また、前記ブラケット８の他端には取鍋４に形成された取付孔４ａに嵌合固定される固定ピン８ｂが形成されている。また、取鍋４の取付孔４ａは取鍋４の注ぎ口４ｂの両側に配設されている。

【0023】

前記解除機構１１はツール交換ステーション４０に隣接して設けられるものであり、該解除機構１１はロックピン１０のフランジ１０ａを係止させるストッパ１１ａと、該ストッパ１１ａを進退動させるリニアスライダ１１ｂとからなり、ロックピン１０のストッパ１１ａへの係止はロボットアーム５により行う。

【0024】

また、前記ツール交換ステーション４０はロボットアームの旋回内のターンテーブル４１上に取鍋保持ブラケット４２を複数立設させたものであり、取鍋４の使われていない取付孔４ａに取鍋保持ブラケット４２の係止ピンを嵌合させて保持させたうえ、前記解除機構１１により取鍋４をツールチャック７から外すことにより取鍋４はロボットアーム５から取鍋保持ブラケット４２に移行される。なお、取鍋４を取り付ける場合は前記と逆の操作を行えばよい。このようにして取鍋４を取り外したツールチャック７には例えば、溶湯炉２の湯面掻き棒等をチャックして溶湯炉２の湯面に浮いているノロを除去する。

【0025】

１２は溶湯炉２の湯面を検出するレベルセンサであり、該レベルセンサ１２で検出された湯面高さに基づいて、溶湯炉２内の溶湯量を確認し取鍋４の溶湯炉２内への浸漬深さを決定し、取鍋４に所定量の溶湯が汲み上げられるようにするとともに、取鍋４を浸漬させても溶湯を所定量汲み上げることができない湯面高さの場合、溶湯の汲み上げを中止し取鍋４が溶湯炉２の底面と衝突して破損することがないようにしている。また、レベルセンサは取鍋による溶湯の汲み上げ回数が確認でき、取鍋により汲み上げられる溶湯量が不足することを防止できる。

【0026】

このような給湯装置１は、先ず、ツール交換ステーション４０で取鍋保持ブラケット４２に保持されている待機中の取鍋４をロボットアーム５のツールチャック７に取り付ける。そして、ツールチャック７に取鍋４が取り付けられたら、ロボットアーム５は取鍋４を溶湯炉２まで搬送移動させる。

【0027】

溶湯炉２ではレベルセンサ１２で湯面高さが検出されているので、湯面高さに基づいて取鍋４を溶湯が所定量汲み上げられる深さまで溶湯炉２内に降下浸漬させる。このとき取鍋４の背側を俯角傾動させて背側開口縁が湯面より下方に位置するよう溶湯炉２に浸漬させる。この俯角は汲み上げ時間を短縮するためには溶湯を流出させる際の傾動俯角より大きくすることが好ましい。

【0028】

このようにして所定量の溶湯が取鍋４に汲み上げられたら、回動軸５ｂは制御機構により設定された角度回動して、取鍋４を予め設定された俯角に傾動させたうえロボットアーム５を少し上昇させて背側の開口縁を溶湯より高くすれば、取鍋４内の溶湯は傾動俯角により流出されることとなる。そして、傾動俯角分取鍋４内の溶湯が流出されたとき残留している溶湯は注湯量と略等しくなる。

【0029】

次いで、ロボットアーム５を上昇させ、取鍋４を溶湯炉２より引き上げて溶湯を汲み上げた取鍋４の重量をロードセル６により計測する。計測重量値から取鍋４とツールチャック７の重量分を減算して、取鍋４内の溶湯重量を算出して予め設定されているダイカスト成形機３への注湯量と同じであるかの比較を行う。

【0030】

このとき注湯量と同じであれば取鍋４をダイカスト成形機３に搬送して注湯を行う。そして、溶湯量が注湯量より少なかった場合、制御機構は不足分量に応じて回動軸５ｂの回動角を再設定し、取鍋４の俯角を１°単位で減少させて不足分の溶湯が取鍋４より流出しないようにする。また、溶湯量が注湯量より多かった場合、制御機構は超過分量に応じて回動軸５ｂの回動角を再設定し、取鍋４の俯角を１°単位で増加させて超過分の溶湯が取鍋４より流出するようにする。

【0031】

そして、再びロボットアーム５により取鍋４を持ち上げ、再度ロードセル６により溶湯重量を測定する。誤差が基準値以内であれば、ロボットアーム５により取鍋４をダイカスト成形機３の注湯口３ａまで移送させる。

【0032】

溶湯を汲んだ取鍋４の移送時、装置が緊急停止信号を発した場合、制御機構は取鍋４の移送処理が完了するまでロボットアーム５の駆動機構を停止させないようにするか、取鍋４内の溶湯が慣性で飛び出ない減速度でロボットアーム５を停止させるよう駆動機構を制御機構で制御することにより、取鍋４から溶湯が溢れ出ることを防止する。

【0033】

そして、トラブルの復旧後、装置を再起動するものであるが、取鍋４に溶湯を貯留したまま停止させた場合は、取鍋４をツール交換ステーション４０に旋回移動させて、ロック機構９を解除して、取鍋４を取鍋保持ブラケット４２に支持させ、取鍋４内の溶湯の除去作業を行なう。

【0034】

また、緊急停止信号が発せられない場合は、ダイカスト成形機３の注湯口３ａまで移送された取鍋４は回動軸５ｂにより最大俯角になるよう回動され、取鍋４に貯留されている溶湯を全量一気に流し込む。このような急速注湯が行われることにより溶湯は温度低下を起こすことなく最適な温度で注湯されるので、成形不良の発生を減少できる。

【0035】

また、必要に応じて溶湯炉２の湯面に浮かぶノロを除去する場合は、ロボットアーム５をツール交換ステーション４０に旋回移動させて、ロック機構９を解除して、取鍋４を取鍋保持ブラケット４２に支持させる。そして、ツールチャック７に図示しないノロ掻き棒等をチャックさせたうえ、ロボットアーム５を溶湯汲み上げステーションまで旋回移動させてツールチャック７にチャックされたノロ掻き棒で湯面のノロ除去を行う。

【符号の説明】

【0036】

１ 給湯装置
２ 溶湯炉
３ ダイカスト成形機
3a 注湯口
４ 取鍋
4a 取付孔
4b 注ぎ口
５ ロボットアーム
5a ヘッド
5b 回動軸
６ ロードセル
７ ツールチャック
7a 取付孔
８ ブラケット
8a チャック用ピン
8b 抜け止めピン
９ ロック機構
10 ロックピン
10a フランジ
11 解除機構
11a ストッパ
11b リニアスライダ
12 レベルセンサ
40 ツール交換ステーション
41 ターンテーブル
42 取鍋保持ブラケット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】