特許 7574699 レーザ刻印装置及びレーザ刻印方法

(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】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】レーザ刻印装置及びレーザ刻印方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20241022BHJP

   B23K 26/142 20140101ALI20241022BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20241022BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 B

B23K26/142

B23K26/16

B23K26/03

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021033762

(22)【出願日】2021-03-03

(65)【公開番号】P2021164957

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2023-09-27

(31)【優先権主張番号】P 2020067754

(32)【優先日】2020-04-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】朝岡 康明

(72)【発明者】

【氏名】小倉 和憲

(72)【発明者】

【氏名】杉野 剛大

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０１５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４８６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０９９９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０９７９８４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－３１２２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３１２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７９７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４０１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－７２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２６２２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／１４２

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳型の表面に気体を吹き付ける吹付部と、
前記鋳型の表面にレーザ光を照射して識別子を刻印するヘッドと、
前記識別子を刻印するための作業空間を画成し、前記ヘッドを収容するケースと、
前記吹付部による気体の吹き付け中に前記ヘッドに前記識別子を刻印させる制御部と、
を備える、
レーザ刻印装置。

【請求項2】

前記吹付部は、前記鋳型の表面に気体を吹き付けるノズルを有し、前記ケースに収容され、
前記ノズル及び前記ヘッドは、一体的に移動する、
請求項１に記載のレーザ刻印装置。

【請求項3】

前記ノズルは前記ヘッドに設けられる、請求項２に記載のレーザ刻印装置。

【請求項4】

前記作業空間に接続された集塵機をさらに備える、請求項１～３の何れか一項に記載のレーザ刻印装置。

【請求項5】

前記鋳型を予め定められた作業位置に固定する位置決め部をさらに備える、請求項１～４の何れか一項に記載のレーザ刻印装置。

【請求項6】

前記ヘッドの縦位置、横位置及び高さ位置を変更するロボットをさらに備える、請求項１～５の何れか一項に記載のレーザ刻印装置。

【請求項7】

前記ヘッドと前記鋳型の表面との間の距離を測定する測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記測定部によって測定された前記距離に基づいて、前記ヘッドの高さ位置及びレーザ光の焦点距離の少なくとも一方を調整する、
請求項１～６の何れか一項に記載のレーザ刻印装置。

【請求項8】

前記ヘッドが前記識別子を刻印した後に、前記鋳型の表面へ液体を散布する散布部をさらに備える、請求項１～７の何れか一項に記載のレーザ刻印装置。

【請求項9】

鋳型の表面に気体を吹き付けるステップと、
前記気体の吹き付け中に、前記鋳型の表面にレーザ光を照射して識別子を刻印するステップと、
を含み、
前記吹き付けるステップ及び前記刻印するステップは、鋳型の表面に気体を吹き付ける吹付部と、前記鋳型の表面にレーザ光を照射して識別子を刻印するヘッドと、前記識別子を刻印するための作業空間を画成し、前記ヘッドを収容するケースとを備えるレーザ刻印装置によって実行される、
レーザ刻印方法。

【請求項10】

前記吹付部は、前記鋳型の表面に気体を吹き付けるノズルを有し、前記ケースに収容され、
前記ノズル及び前記ヘッドは、一体的に移動する、請求項９に記載のレーザ刻印方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ刻印装置及びレーザ刻印方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、生砂から形成される鋳型にレーザ光を照射することで鋳型に識別子を刻印するレーザ刻印方法を開示する。この方法においては、レーザ光を鋳型に照射する前に鋳型の生砂を樹脂で硬化させる。これにより、レーザ光を照射して刻印される識別子の形状が安定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６３－２９９８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、レーザ光を用いて鋳型に識別子を刻印する場合、レーザ光の照射によって鋳型から蒸気又は残滓が発生することがある。発生した蒸気又は残滓はレーザ光を遮るおそれがある。レーザ光が鋳型の表面に十分に照射されない場合、刻印される識別子が不鮮明になることがある。本開示は、レーザ光の照射によって鋳型から発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響を抑制できるレーザ刻印装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係るレーザ刻印装置は、鋳型の表面に気体を吹き付ける吹付部と、鋳型の表面にレーザ光を照射して識別子を刻印するヘッドと、吹付部による気体の吹き付け中にヘッドに識別子を刻印させる制御部とを備える。

【0006】

このレーザ刻印装置では、気体が鋳型の表面に吹き付けられる。気体の吹き付け中に、レーザ光が鋳型の表面に照射される。レーザ光の照射により鋳型から発生する蒸気又は残滓は、吹付部が鋳型の表面に気体を吹き付けることで鋳型の表面から除去される。これにより、レーザ光は、鋳型から発生する蒸気又は残滓に遮られることなく、設定されたレーザ光の出力を維持して鋳型の表面へ照射される。よって、レーザ刻印装置は、レーザ光の照射によって鋳型から発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響を抑制できる。一実施形態においては、吹付部は、鋳型の表面に気体を吹き付けるノズルを有し、ノズル及びヘッドは、一体的に移動してもよい。この場合、ヘッドが移動した場合であっても気体が鋳型の表面に適切に吹き付けられる。一実施形態においては、ノズルはヘッドに設けられてもよい。この場合、ヘッド及びノズルそれぞれに駆動機構を設ける場合と比べて構造を簡素化できる。

【0007】

一実施形態においては、識別子を刻印するための作業空間を画成するケースと、作業空間に接続された集塵機とをさらに備えてもよい。この場合、吹付部によって鋳型の表面から除去された蒸気又は残滓は、集塵機によって集塵される。これにより、レーザ光は、発生した蒸気又は残滓に遮られることなく、設定されたレーザ光の出力を維持して鋳型の表面へ照射される。よって、このレーザ刻印装置は、レーザの照射によって鋳型から発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響をさらに抑制できる。

【0008】

一実施形態においては、レーザ刻印装置は、鋳型を予め定められた作業位置に固定する位置決め部をさらに備えてもよい。この場合、鋳型は位置決め部によって予め定められた作業位置に固定された後に識別子が刻印される。よって、このレーザ刻印装置は、鋳型の位置ずれによって発生する識別子の位置ずれ又は刻印不良の発生を抑制できる。

【0009】

一実施形態においては、レーザ刻印装置は、ヘッドの縦位置、横位置及び高さ位置を変更するロボットをさらに備えてもよい。このレーザ刻印装置は、ヘッドの縦位置、横位置及び高さ位置を、ロボットにより変更できる。

【0010】

一実施形態においては、ヘッドと鋳型の表面との間の距離を測定する測定部をさらに備え、制御部は、測定部によって測定された距離に基づいて、ヘッドの高さ位置及びレーザ光の焦点距離の少なくとも一方を調整してもよい。この場合、制御部は、測定部によって測定された距離に基づいて、ヘッドと鋳型の表面との間の距離が設定値になるように調整する。よって、このレーザ刻印装置は、鋳型の表面の高さ位置にばらつきが生じた場合であっても識別子を鋳型に鮮明に刻印できる。

【0011】

一実施形態においては、レーザ刻印装置は、ヘッドが識別子を刻印した後に、鋳型の表面へ液体を散布する散布部をさらに備えてもよい。この場合、レーザ光の照射によって蒸発する水分は、液体の散布によって補われる。これにより、このレーザ刻印装置は、刻印作業が鋳型の品質に与える影響を小さくできる。

【0012】

本開示の他の側面に係るレーザ刻印方法は、鋳型の表面に気体を吹き付けるステップと、気体の吹き付け中に、鋳型の表面にレーザ光を照射して識別子を刻印するステップと、を備える。

【0013】

このレーザ刻印方法では、気体は、鋳型の表面に吹き付けられる。気体の吹き付け中に、レーザ光は、鋳型の表面に照射される。鋳型から発生する蒸気又は残滓は、吹付部が鋳型の表面に気体を吹き付けることで鋳型の表面から除去される。これにより、レーザ光は、鋳型から発生する蒸気又は残滓に遮られることなく、設定されたレーザ光の出力を維持して鋳型の表面へ照射される。よって、レーザ刻印方法は、レーザ光の照射によって鋳型から発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響を抑制できる。一実施形態においては、吹き付けるステップ及び刻印するステップは、鋳型の表面にレーザ光を照射して識別子を刻印するヘッドと、ヘッドと一体的に移動し、鋳型の表面に気体を吹き付けるノズルとを備えるレーザ刻印装置によって実行されてもよい。この場合、ヘッドが移動した場合であっても気体が鋳型の表面に適切に吹き付けられる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、レーザ光の照射によって鋳型から発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響を抑制できるレーザ刻印装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係るレーザ刻印装置が備わる鋳造システムの一例を概略的に示す構成図である。

【図2】実施形態に係るレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。

【図3】集塵機を備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。

【図4】位置決め部を備えるレーザ刻印装置の一例を示す上面図である。

【図5】ロボットを備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。

【図6】測定部を備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。

【図7】散布部を備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。

【図8】散布部を備えるレーザ刻印装置の他の一例を示す断面図である。

【図9】レーザ刻印装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図10】集塵機を備えるレーザ刻印装置の他の例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。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。「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。図中において示されるＸ方向及びＹ方向は水平方向を示し、Ｚ方向は鉛直方向を示す。

【0017】

［鋳造システムの一例］
図１は、実施形態に係るレーザ刻印装置が備わる鋳造システムの一例を概略的に示す構成図である。図１に示される鋳造システム１は、鋳物を製造するためのシステムである。鋳造システム１は、造型機２、搬送ライン３、レーザ刻印装置４、注湯機５、及び、ライン制御部６を備える。

【0018】

造型機２は、鋳型Ｍを製造する装置である。鋳型Ｍは、一例として生型砂で形成される砂型である。生型砂は、珪砂、ベントナイト及び所定の添加剤を含む。造型機２は、水分が加えられた生型砂を材料にして鋳型Ｍを形成する。造型機２は、鋳枠Ｆを用いて鋳型Ｍを形成する。造型機２は、ライン制御部６と通信可能に接続される。造型機２は、ライン制御部６から造型開始信号を受信した場合、造型エリアにおいて鋳型Ｍの製造を開始する。造型機２は、模型が配置された鋳枠Ｆ内に砂（生型砂）を投入し、鋳枠Ｆ内の砂を加圧して固める。造型機２は、固められた砂から模型を取り出すことにより鋳型Ｍを形成する。造型機２は、造型完了信号をライン制御部６に送信する。造型完了信号は、造型機２が正常な動作で鋳型Ｍを造型できたことを示す信号である。

【0019】

搬送ライン３は、鋳型を搬送する設備である。搬送ライン３は、造型機２から鋳型Ｍを受け取り、注湯機５に向けて鋳型Ｍを搬送する。搬送ライン３は、例えば、ローラコンベヤ、レール、鋳型Ｍ及び鋳枠Ｆが載置されレール上を走行する台車、造型機２側に配置されたプッシャ装置、及び、注湯機５側に配置されたクッション装置などを有する。ローラコンベヤ又はレールは、造型機２から注湯機５に向けて直線状に延びる。ローラコンベヤ又はレールは、直線状に延びる場合に限定されず、例えば階段状に延びていてもよい。ローラコンベヤ又はレールは、造型機２と注湯機５との間で一筆書き状に延びていてもよい。搬送ライン３は、ローラコンベヤ又はレール上に等間隔で配列された複数の鋳型Ｍ及び鋳枠Ｆを造型機２から注湯機５に向けて順次搬送する。搬送ライン３は、間欠駆動され、鋳型Ｍ及び鋳枠Ｆを所定の枠分ずつ搬送する。所定の枠分は１枠でもよいし複数枠でもよい。搬送ライン３は、ライン制御部６と通信可能に接続される。搬送ライン３は、ライン制御部６から枠送り信号を受信すると、複数の鋳型Ｍ及び鋳枠Ｆを所定の枠分搬送する。搬送ライン３は、所定の枠分の搬送を完了すると、ライン制御部６に枠送り完了信号を送信する。搬送ライン３は、搬送された鋳型Ｍ及び鋳枠Ｆの位置決めを完了したときに、ライン制御部６に枠送り完了信号を送信してもよい。

【0020】

レーザ刻印装置４は、搬送ライン３に設けられ、搬送ライン３上の鋳型Ｍに対してレーザにより刻印を行う。レーザ刻印装置４は、ライン制御部６と通信可能に接続され得る。レーザ刻印装置４、搬送ライン３及びライン制御部６は、協働して動作する場合、レーザ刻印システムを構成する。レーザ刻印装置４の詳細は後述する。

【0021】

注湯機５は、鋳型Ｍに溶湯を流し込む装置である。注湯機５は、ライン制御部６と通信可能に接続される。注湯機５は、ライン制御部６から枠送り完了信号を受信した場合、注湯エリアに位置する鋳型Ｍを注湯対象として、当該鋳型Ｍに溶湯を流し込む。注湯機５は、ライン制御部６から鋳型情報を受信し、鋳型情報に基づいた条件で注湯を行う。注湯された鋳型Ｍは、搬送ライン３により後工程を行うエリアへと搬送される。

【0022】

造型機２と注湯機５との間には、中子セット場Ｗが設けられてもよい。中子セット場Ｗには、作業者が駐留しており、鋳型Ｍに中子をセットする。または、装置が鋳型Ｍに中子を自動でセットしてもよい。

【0023】

ライン制御部６は、鋳造システム１を統括制御するコントローラである。ライン制御部６は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。ライン制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（RandomAccess Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリと、タッチパネル、マウス、キーボード、ディスプレイなどの入出力装置と、ネットワークカードなどの通信装置とを含むコンピュータシステムとして構成されてもよい。ライン制御部６は、メモリに記憶されているコンピュータプログラムに基づくプロセッサの制御のもとで各ハードウェアを動作させることにより、ライン制御部６の機能を実現する。

【0024】

［レーザ刻印装置の詳細］
図２は、一実施形態に係るレーザ刻印装置の構成の一例を示す断面図である。図２に示されるように、レーザ刻印装置４は、ヘッド１０、吹付部２０、及び、制御部３０を備える。

【0025】

ヘッド１０は、レーザ光Ｌを鋳型Ｍの表面へ照射して、鋳型に識別子を刻印する。識別子とは対象物に付与される文字、数字又は記号などのことであり、刻印するとは、文字、数字又は記号などを鋳型に付与する動作のことである。鋳型Ｍの表面とは、鋳型Ｍの外側に現れている面であり、最上面だけでなく、製品形状を画定する面（製品形状を転写する面）も含まれる。以下では、鋳型Ｍの表面の刻印予定箇所Ｐへ刻印する場合を一例として説明する。

【0026】

ヘッド１０は、レーザ光Ｌを刻印予定箇所Ｐで集束させる部品である。ヘッド１０は、レーザ光を発生させる光源（不図示）に接続される。ヘッド１０は、一例として、ガルバノミラー（不図示）及び集束レンズ（不図示）を有し、レーザ光Ｌの照射位置及び焦点距離を調整する。ヘッド１０は、レーザ光Ｌの焦点距離を鋳型Ｍの表面の刻印予定箇所Ｐに集束させて識別子を刻印する。刻印予定箇所Ｐは、鋳型Ｍの予め定められた範囲に設定される。ヘッド１０は、ケース１１の内部に画成される作業空間Ｓに収容される。ヘッド１０は、作業空間Ｓに配置されたフレーム部材１２に支持される。

【0027】

ケース１１は、作業空間Ｓと連通する搬入口２２及び搬出口２３を有する。ケース１１は、搬入口２２及び搬出口２３を介して作業空間Ｓに鋳型Ｍが搬入出されるように搬送ライン３へ設けられる。例えば、搬送ライン３が直線である場合、搬入口２２と搬出口２３とは、対向するようにケース１１に形成される。ケース１１は、搬入口２２及び搬出口２３の対向方向が搬送ライン３の延在方向と一致するように搬送ライン３に設けられる。

【0028】

吹付部２０は、鋳型Ｍの表面へ気体Ｇを吹き付ける。吹付部２０は、気体Ｇを送り出す機器であり、例えば送風機、圧縮機、ブロアなどである。吹付部２０が圧縮機又はブロアの場合、吹付部２０は、鋳型Ｍの表面へ向けて気体Ｇを吹き付ける吹出ノズル２１（ノズルの一例）を有する。吹出ノズル２１は、一例としてヘッド１０に設けられる。吹出ノズル２１は、フレーム部材１２に支持されてもよい。吹付部２０が送風機の場合、吹付部２０は、ヘッド１０又はフレーム部材１２に支持されてもよい。

【0029】

制御部３０は、ヘッド１０を制御する。制御とは、位置及び動作を決定することをいう。制御部３０は、一例としてＰＬＣとして構成される。制御部３０は、上述したコンピュータシステムとして構成されてもよい。制御部３０は、ケース１１の外側に配置されてもよいし、ケース１１の内側に配置されても構わない。

【0030】

制御部３０は、主に、レーザ光Ｌの出力、照射位置及び焦点距離などを制御する。制御部３０は、レーザ光源、ガルバノミラー及び集束レンズを制御してレーザ光Ｌの出力、照射位置及び焦点距離を制御する。ヘッド１０は、制御部３０の制御に基づいて、刻印予定箇所Ｐへ識別子を刻印する。鋳型Ｍに含まれる水分などは、レーザ光Ｌの照射によって蒸発する。

【0031】

制御部３０は、吹付部２０の動作を制御してもよい。この場合、制御部３０は、開始信号、終了信号、目標圧力を示す信号などを吹付部２０へ出力する。吹付部２０は、制御部３０から受け付けた信号に基づいて動作する。制御部３０は、吹付部２０による気体Ｇの吹き付け中にヘッド１０に識別子を刻印させる。制御部３０は、吹付部２０に吹き付け動作を開始させた後、又は吹き付け動作の開始と同時にヘッド１０を動作させて、ヘッド１０に鋳型Ｍに対して識別子を刻印させる。

【0032】

［レーザ刻印装置の他の構成例］
図３は、集塵機を備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。図３に示されるように、レーザ刻印装置４Ａは、作業空間Ｓに接続された集塵機４２をさらに備える。集塵機４２は、作業空間Ｓを画成するケース１１に設けられる。集塵機４２は、作業空間Ｓの内気を吸気し、刻印することによって鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓を取り込み、粉塵などを捕集して、作業空間Ｓの内気を浄化する。レーザ刻印装置４Ａの他の構成は、図２に記載のレーザ刻印装置４と同一である。

【0033】

図４は、位置決め部を備えるレーザ刻印装置の一例を示す上面図である。図４に示されるように、レーザ刻印装置４Ｂは、鋳型Ｍを予め定められた作業位置に固定する位置決め部５０をさらに備える。

【0034】

位置決め部５０は、鋳型Ｍを予め定められた作業位置に機械的に固定する。一例として、位置決め部５０は、ピン５１を有する。ピン５１は、鋳型Ｍの進行方向に対して直交する方向に進退するくさび部材である。ピン５１は、先端に向かって細くなる形状を有する。鋳枠Ｆには、ピン５１と係合する穴５２が設けられる。穴５２の径はピン５１の径よりも若干大きい。穴５２は、底部に向かって徐々に径が小さくなる内面を有する。鋳型Ｍが予め定められた作業位置に搬入された場合、ピン５１は穴５２に挿入される。位置決め部５０は、搬入完了信号をライン制御部６から受信して、ピン５１を穴５２へ挿入する。位置決め部５０は、ライン制御部６からの指示又は搬入完了信号を受信した制御部３０からの指示により、ピン５１を穴５２へ挿入してもよい。搬入完了信号は、鋳型Ｍの搬入が完了したことを示す信号である。ピン５１と穴５２の内面とが係合することによって、搬送ライン３上の鋳型Ｍは予め定められた作業位置に正確に固定される。レーザ刻印装置４Ｂの他の構成は、図２に記載のレーザ刻印装置４と同一である。

【0035】

図５は、ロボットを備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。図５に示されるように、レーザ刻印装置４Ｃは、ヘッド１０の縦位置（Ｘ方向）、横位置（Ｙ方向）及び高さ位置（Ｚ方向）を変更するロボット６０をさらに備える。ロボット６０は、ヘッド１０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向へ移動させる三軸の直交ロボットである。

【0036】

ロボット６０は、例えばフレーム部材１２に設けられる。ロボット６０は、Ｘ軸駆動部６１、Ｙ軸駆動部６２及びＺ軸駆動部６３を有する。Ｘ軸駆動部６１は、Ｘ軸方向に沿ってヘッド１０を移動させる。Ｙ軸駆動部６２は、Ｙ軸方向に沿ってヘッド１０を移動させる。Ｘ軸駆動部６１及びＹ軸駆動部６２は、ヘッド１０を鋳型Ｍの表面と平行な水平面内で移動させる。Ｘ軸駆動部６１及びＹ軸駆動部６２は、刻印予定箇所Ｐの位置に応じてヘッド１０の水平位置を変更できる。Ｚ軸駆動部６３は、Ｚ軸方向に沿ってヘッド１０を移動させる。Ｚ軸駆動部６３は、鋳型Ｍの表面に対して鉛直方向にヘッド１０を移動させる。Ｚ軸駆動部６３は、刻印予定箇所Ｐの位置に応じてヘッド１０の高さ位置を変更できる。ロボット６０は、制御部３０に接続される。ロボット６０は、制御部３０から動作指令を受け取り、動作指令に基づいてヘッド１０の位置を調整する。

【0037】

ロボット６０は、ヘッド１０の傾きや刻印予定箇所Ｐから鉛直方向に延びる軸を中心とする円周方向などを変更する付加軸を備えてもよい。この場合、ロボット６０は、ヘッド１０から照射されるレーザ光Ｌと鋳型Ｍの表面とが鉛直になるように、ヘッド１０の傾きを調整することができる。レーザ刻印装置４Ｃの他の構成は、図２に記載のレーザ刻印装置４と同一である。吹出ノズル２１は、ヘッド１０と一体的に移動する。一体的に移動とは、吹出ノズル２１とヘッド１０との相対位置を変化させることなく同一方向に移動することである。吹出ノズル２１がフレーム部材１２に支持される場合、吹出ノズル２１はロボット６０とは異なる駆動機構によって移動してもよい。

【0038】

図６は、測定部を備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。図６に示されるように、レーザ刻印装置４Ｄは、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離を測定する測定部７０をさらに備え、制御部３０は、測定部７０によって測定された距離に基づいてレーザ光Ｌの焦点距離を調整する。

【0039】

測定部７０は、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離を測定する。測定部７０は、例えばレーザ距離計である。測定部７０は、フレーム部材１２に設けられる。測定部７０は、鋳型Ｍの表面へ測定光Ｄを照射する。測定部７０は、測定光Ｄと鋳型Ｍの表面から反射する反射光との位相差又は時間差から、鋳型Ｍの表面の高さ位置を測定する。測定部７０は、三角測量法に基づいて鋳型Ｍの表面の高さ位置を測定してもよい。ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離は、ヘッド１０の高さ位置と鋳型Ｍの表面の高さ位置との差分で算出することができる。図６に示されるようにヘッド１０がフレーム部材１２に固定されている場合には、ヘッド１０の高さ位置は事前に計測され、記憶される。測定部７０は、予め記憶されたヘッド１０の高さ位置と、測定された鋳型Ｍの表面の高さ位置との差分を算出し、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離を算出する。

【0040】

鋳型Ｍの表面の高さ位置は、造型時の造型機２の動作条件、生型砂の性状、又はレールもしくはローラの摩耗などによってばらつきが生じる。このため、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離にもばらつきが生じる。制御部３０は、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離に基づいて、レーザ光Ｌの焦点距離を調整する。制御部３０は、レーザ光Ｌの焦点が鋳型Ｍの表面に位置するように、ガルバノミラー及び集束レンズを制御する。

【0041】

ヘッド１０の高さ位置が図５に示されるロボット６０により調整される場合には、制御部３０は、レーザ光Ｌの焦点が鋳型Ｍの表面に位置するように、ヘッド１０の高さ位置を調整してもよい。測定部７０は、制御部３０からヘッド１０の高さ位置を取得する。ヘッド１０の高さ位置は、Ｚ軸駆動部６３によってヘッド１０を移動させた位置である。測定部７０は、取得されたヘッド１０の高さ位置と、測定された鋳型Ｍの表面の高さ位置との差分を算出し、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離を算出する。この場合、制御部３０は、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離に基づいて、ヘッド１０の高さ位置及びレーザ光Ｌの焦点距離の少なくとも一方を調整する。

【0042】

ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離は、基準となる鋳型Ｍの表面の高さ位置と他の鋳型Ｍの表面の高さ位置との差分に基づいて算出されてもよい。この場合、ヘッド１０と基準となる鋳型Ｍの表面との間の距離は事前に計測され、レーザ光Ｌの焦点距離が調整される。測定部７０は、予め記憶された基準となる鋳型Ｍの表面の高さ位置と測定した他の鋳型Ｍの表面の高さ位置との差分を算出し、この差分に基づきヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離が適切な距離になるようにヘッド１０の高さ位置を調整し、又はレーザ光Ｌの焦点距離を調整する。

【0043】

測定部７０は、ヘッド１０に設けられてもよい。この場合、測定部７０は、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離を直接的に測定することができる。測定部７０は、レーザ距離計に限定されず、超音波距離計であってもよい。測定部７０は、探触子を用いて距離を測定してもよい。測定部７０は、画像認識により距離を測定してもよい。測定部７０は、複数設けられてもよい。レーザ刻印装置４Ｄの他の構成は、図２に記載のレーザ刻印装置４と同一である。

【0044】

図７は、散布部を備えるレーザ刻印装置の一例を示す断面図である。図７に示されるように、レーザ刻印装置４Ｅは、ヘッド１０が鋳型Ｍに識別子を刻印した後に、鋳型Ｍの表面へ液体Ｒを散布する散布部８０をさらに備える。

【0045】

散布部８０は、鋳型Ｍの表面へ液体Ｒを散布する。散布部８０は、液体Ｒを送り出す機器であり、例えば、ポンプ（不図示）、弁（不図示）、及び液体Ｒのタンク（不図示）などを備える。散布部８０は、鋳型Ｍの表面へ向けて液体Ｒを散布する散布ノズル８１を有する。散布ノズル８１は、一例としてヘッド１０に設けられる。散布ノズル８１は、フレーム部材１２に支持されてもよい。散布部８０は、例えばポンプを駆動し、弁を開とすることにより散布ノズル８１から鋳型Ｍへ液体Ｒを散布する。散布部８０は、弁を閉とすることにより液体Ｒの散布を停止する。

【0046】

液体Ｒは、一例として、水、又は添加剤などである。添加剤は、例えば、表面安定化剤又は塗型剤である。表面安定化剤は、糖アルコールなどを含む。表面安定化剤は、生型砂の保水力などを改善する。塗型剤は、一例として、シリコンを含む。塗型剤は、鋳型Ｍの表面に薄膜を形成し、鋳型Ｍの焼き付きを予防する。レーザ光Ｌを照射することによって蒸発する水分は、散布部８０による液体の散布によって補われる。

【0047】

図８は、散布部を備えるレーザ刻印装置４Ｅの他の一例を示す断面図である。図８に示されるように、散布ノズル８１は、フレーム部材１２に設けられてもよい。図８の例においては、搬送ライン３は鋳型Ｍを図面の右方向へ搬送する。散布ノズル８１は、ヘッド１０の下流側に設けられ、ヘッド１０によってレーザ光Ｌが照射された鋳型Ｍに対して液体Ｒを散布する。レーザ刻印装置４Ｅの他の構成は、図２に記載のレーザ刻印装置４と同一である。

【0048】

［レーザ刻印システムの動作］
図９は、レーザ刻印システムの動作の一例を示すフローチャートである。レーザ刻印システムは、搬送ライン３、ライン制御部６及びレーザ刻印装置を備える。以下では、レーザ刻印装置が上述したレーザ刻印装置４，４Ａ～４Ｅの全ての機能を備える場合を一例として説明する。

【0049】

図９に示されるフローチャートは、例えば、作業員の開始指示に基づいて開始される。システム起動時、作業員又は制御部３０は集塵機４２の動作を開始させる（ステップＳ１０）。集塵機４２は、作業空間Ｓの集塵を開始する。

【0050】

次に、ライン制御部６は、搬送ライン３を動作させて鋳型Ｍをレーザ刻印装置の作業空間Ｓへ搬入させる（ステップＳ２０）。一例として、ライン制御部６は、鋳型Ｍが所定の位置に搬送されたときに、搬入完了信号を制御部３０へ送信する。ライン制御部６は、鋳型Ｍが所定の位置に搬送されたことをセンサなどで検出してもよいし、搬送された所定の枠分に基づいて所定の位置に搬送されたことを判定してもよい。

【0051】

次に、位置決め部５０は、作業空間Ｓに搬送された鋳型Ｍを予め定められた作業位置に固定する（ステップＳ２２）。制御部３０は、搬入完了信号を受信した後に、位置決め部５０を動作させてもよい。位置決め部５０は、鋳枠Ｆの穴５２にピン５１を係合させる。ピン５１と、穴５２の内面とが係合することによって、鋳型Ｍは、予め定められた作業位置に正確に固定される。

【0052】

次に、測定部７０は、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離を測定する（ステップＳ２４）。測定部７０は、測定光Ｄと鋳型Ｍの表面から反射する反射光との位相差もしくは時間差、又は三角測量などによって、鋳型Ｍの表面の高さ位置を測定する。ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離は、ヘッド１０の高さ位置と鋳型Ｍの表面の高さ位置との差分で算出することができる。測定部７０は、鋳型Ｍの位置決めが完了したことに応じて動作してもよい。制御部３０は、測定部７０が測定した距離に基づいてレーザ光Ｌの焦点距離を調整する。

【0053】

次に、ロボット６０は、ヘッド１０の位置を変更する（ステップＳ２６）。ロボット６０は、刻印予定箇所Ｐの位置に応じて、ヘッド１０の縦位置、横位置及び高さ位置を変更する。例えば、ロボット６０は、ヘッド１０のカルバノミラーの駆動によるレーザ照射範囲に鋳型Ｍの表面の刻印予定箇所Ｐが収まるように、ヘッド１０の縦位置及び横位置を変更する。その後に、ロボット６０は、測定部７０の結果に基づいてレーザ光Ｌの焦点が鋳型Ｍの表面に位置するように、ヘッド１０の高さ位置を調整する。

【0054】

次に、吹付部２０は、鋳型Ｍの表面に気体Ｇを吹き付ける（ステップＳ２８）。吹付部２０は、気体Ｇの吹き付けを開始し、気体Ｇの吹き付けを継続する。

【0055】

次に、制御部３０は、吹付部２０の吹き付け中に、ヘッド１０に識別子を刻印させる（ステップＳ３０）。ヘッド１０は、カルバノミラーを駆動させ、鋳型Ｍの表面に識別子を刻印する。このとき、鋳型Ｍに含まれる水分などは、レーザ光Ｌの照射によって蒸気に変化する。レーザ光Ｌの照射によって鋳型Ｍから発生した蒸気又は残滓は、吹付部２０が鋳型Ｍの表面に気体を吹き付けることで鋳型Ｍの表面から除去される。レーザ光Ｌは、鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓に遮られることなく、設定されたレーザ光の出力を維持して鋳型Ｍの表面へ照射される。発生した蒸気又は残滓は、集塵機４２によって集塵される。

【0056】

次に、ヘッド１０は、鋳型Ｍへのレーザ光Ｌの照射を停止し、識別子の刻印を停止する（ステップＳ３２）。続いて吹付部２０は、気体Ｇの吹き付けを停止する（ステップＳ３４）。吹付部２０は、例えば識別子の刻印の停止に応じて気体Ｇの吹き付けを停止する。ロボット６０は、先にヘッド１０の高さ位置を戻し、後に縦位置及び横位置を移動前の位置へ戻す（ステップＳ３６）。ロボット６０は、ヘッド１０の位置を予め定められた原点へ戻してもよい。

【0057】

次に、位置決め部５０は、鋳型Ｍの固定を解除する（ステップＳ３８）。鋳枠Ｆの穴５２とピン５１との間の係合が解除され、鋳型Ｍは搬送可能になる。最後に、ライン制御部６は、搬送ライン３を動作させて鋳型Ｍをレーザ刻印装置から搬出する（ステップＳ４０）。以上によって、図９に示されるフローチャートは終了する。

【0058】

刻印システムが連続して刻印作業を行う場合、新規の鋳型Ｍが、鋳型Ｍの搬出に応じて搬入される（ステップＳ２０）。以後、ステップＳ２０からステップＳ４０までの工程が繰り返し実行される。刻印システムが停止する場合、システムの停止に応じて集塵機４２は動作を停止する。

【0059】

［実施形態のまとめ］
レーザ刻印装置４，４Ａ～４Ｅ及びレーザ刻印方法によれば、気体Ｇが鋳型Ｍの表面に吹き付けられる。気体Ｇの吹き付け中に、レーザ光Ｌが鋳型Ｍの表面に照射される。レーザ光Ｌの照射により鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓は、吹付部２０が鋳型Ｍの表面に気体Ｇを吹き付けることで鋳型Ｍの表面から除去される。これにより、レーザ光Ｌは、鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓に遮られることなく、設定されたレーザ光Ｌの出力を維持して鋳型Ｍの表面へ照射される。レーザ刻印装置４及びレーザ刻印方法は、レーザ光Ｌの照射によって鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響を抑制できる。

【0060】

レーザ刻印装置４Ａによれば、吹付部２０によって鋳型Ｍの表面から除去された蒸気又は残滓は、集塵機４２によって集塵される。これにより、レーザ光Ｌは、発生した蒸気又は残滓に遮られることなく、設定されたレーザ光Ｌの出力を維持して鋳型Ｍの表面へ照射される。レーザ刻印装置４Ａは、集塵機４２を備えないレーザ刻印装置と比べて、レーザ光Ｌの照射によって鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓が刻印作業に与える影響をさらに抑制できる。

【0061】

レーザ刻印装置４Ｂによれば、搬送された鋳型Ｍは、位置決め部５０によって予め定められた作業位置に固定された後に刻印される。レーザ刻印装置４Ｂは、位置決め部５０を備えないレーザ刻印装置と比べて、鋳型Ｍの位置ずれによって発生する識別子の位置ずれ又は刻印不良の発生を抑制できる。

【0062】

レーザ刻印装置４Ｃによれば、ヘッド１０の縦位置、横位置及び高さ位置をロボット６０によって変更できる。レーザ刻印装置４Ｄによれば、制御部３０は、測定部７０によって測定された距離に基づいて、ヘッド１０と鋳型Ｍの表面との間の距離が設定値になるように調整する。レーザ刻印装置４Ｄは、測定部７０を備えないレーザ刻印装置と比べて、鋳型Ｍの表面の高さ位置にばらつきが生じた場合であっても識別子を鋳型Ｍに鮮明に刻印できる。

【0063】

レーザ刻印装置４Ｅによれば、刻印によって蒸発する水分は、散布部８０による液体の散布によって補われる。レーザ刻印装置４Ｅは、刻印作業が鋳型Ｍの品質に与える影響を小さくできる。

【0064】

［変形例］
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上記の例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

【0065】

例えば、集塵機を備えるレーザ刻印装置は、図３に示される例に限定されない。図１０は、集塵機を備えるレーザ刻印装置の他の例を示す断面図である。図１０に示されるレーザ刻印装置４Ａは、図３に示されるレーザ刻印装置４Ａと比べて、補助装置４３を備える点、及び、集塵機４２が補助装置４３に対向して配置される点が相違し、その他は同一である。集塵機４２及び補助装置４３は、作業空間Ｓを画成するケース１１に設けられる。補助装置４３は、集塵機４２に向けて気流を発生させる。補助装置４３と集塵機４２との間に発生する気流は、刻印することによって鋳型Ｍから発生する蒸気又は残滓を集塵機４２へ搬送するため、集塵機４２の集塵効果が向上する。

【0066】

レーザ刻印装置４は、砂により形成される鋳型に刻印する形態に限定されない。レーザ刻印装置４は、自硬性鋳型、熱硬化性鋳型、又はガス硬化性鋳型にも刻印することができる。レーザ刻印装置４は、鋳型だけでなく中子に刻印することもできる。本開示で説明された鋳型は、上述した鋳型、自硬性鋳型、熱硬化性鋳型、ガス硬化性鋳型、及び中子を包含する。

【0067】

本開示の実施形態では、造型機２として、上下鋳型を交互に上下鋳枠に造型する枠付鋳型造型機を用いた例を示したが、本開示はこれに限定されるものではない。この他に例えば、上下鋳型を同時に造型した後、該上下鋳型を型合わせし、その後、該上下鋳型を上下鋳枠から抜き出し、上下鋳型だけの状態で造型機２から搬出される方式の無枠鋳型造型機に適用するようにしてもよい。

【0068】

位置決め部５０は、鋳枠Ｆの側方に設けられた穴５２に係合するピン５１とは異なる係合手段を備えてもよい。位置決め部５０は、鋳枠Ｆの上面に立設されたピン（又はブッシュ）と係合するブッシュ（又はピン）を備えてもよい。この場合、位置決め部５０は、鋳枠Ｆの上方から下方に向けてブッシュ（又はピン）を動作させればよい。

【0069】

ロボット６０は、直交ロボットに限定されない。ロボット６０は、例えば、多関節ロボット、パラレルリンクロボット及びスカラーロボットであってもよい。

【0070】

搬送される鋳型Ｍに対して液体Ｒを散布する散布装置が、搬送ライン３上に設けられてもよい。散布装置は、例えばレーザ刻印装置４と注湯機５との間に設けられる。

【0071】

図９に示されるレーザ刻印装置の動作の一例の説明からも明らかなとおり、本開示のレーザ刻印装置は、レーザ刻印装置４，４Ａ～４Ｅの全ての機能を備えることができる。また、本開示のレーザ刻印装置は、レーザ刻印装置４，４Ａ～４Ｅから任意に選択された機能を備えることができる。

【符号の説明】

【0072】

３…搬送ライン、４…レーザ刻印装置、１０…ヘッド、１１…ケース、２０…吹付部、３０…制御部、４２…集塵機、５０…位置決め部、６０…ロボット、７０…測定部、８０…散布部、Ｇ…気体、Ｌ…レーザ光、Ｍ…鋳型、Ｒ…液体、Ｓ…作業空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】