(57)【要約】【課題】作業員が溶解炉へ近づかずに、溶解炉に対する作業を容易に実行可能な、溶解作業装置及び溶解作業方法を提供する。【解決手段】溶解炉２内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行う溶解作業装置１０であって、駆動機構１１と、該駆動機構１１によって操作される、複数の作業ツール１４と、を備え、前記駆動機構１１は、前記溶解炉２上の任意の場所で前記作業ツール１４を任意の方向に移動可能である、溶解作業装置１０を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解炉内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行う溶解作業装置であって、
駆動機構と、
該駆動機構によって操作される、複数の作業ツールと、を備え、
前記駆動機構は、前記溶解炉上の任意の場所で前記作業ツールを任意の方向に移動可能である、溶解作業装置。
【請求項２】
前記複数の作業ツールは、前記溶湯の湯面に浮遊するスラグを除去するスラグ除去ツールを備え、
該スラグ除去ツールは、ロッドの先端に設けられたスラグ除去部を備え、
前記スラグ除去部は、前記ロッドの軸線方向に所定の長さを有し、軸線周りにスラグ付着部を備えている、請求項１に記載の溶解作業装置。
【請求項３】
前記スラグ除去部は、円柱形状を成している、請求項２に記載の溶解作業装置。
【請求項４】
前記スラグ除去部は、前記円柱形状の側面に、複数の、周方向に延在する凹条を備えている、請求項３に記載の溶解作業装置。
【請求項５】
前記スラグ除去部は、前記ロッドの軸線方向に、複数の円板が互いに離間して設けられることにより形成されている、請求項２に記載の溶解作業装置。
【請求項６】
前記スラグ除去部は、前記ロッドの軸線の周りを周回するスクリュー形状にして設けられることにより形成されている、請求項２に記載の溶解作業装置。
【請求項７】
前記スラグ除去ツールは、前記ロッドを軸線回りに回転可能な駆動部を備え、
該駆動部が前記駆動機構に固定可能である、請求項２から６のいずれか一項に記載の溶解作業装置。
【請求項８】
前記スラグ除去ツールが前記駆動部により前記ロッドを回転させるに際し、前記駆動機構は、前記スラグ除去部の高さ位置を維持しつつ、前記ロッドの回転方向と同じ回転方向に、上下方向に延在する仮想軸線を中心として前記スラグ除去ツールを公転させる、請求項７に記載の溶解作業装置。
【請求項９】
前記スラグ除去ツールが前記駆動部により前記ロッドを回転させるに際し、前記駆動機構は、前記スラグ除去部の高さ位置を前記スラグを補足する上下方向一定範囲内に維持しつつ、前記ロッドを上下方向に移動させる、請求項７に記載の溶解作業装置。
【請求項１０】
前記複数の作業ツールは、ロッドの先端に設けられて前記溶湯の湯面の高さ位置を検出する湯面検出部を備えた、湯面検出ツールを備えている、請求項１に記載の溶解作業装置。
【請求項１１】
前記湯面検出部は、棒状の第１及び第２電極を備え、
前記第１電極は、前記第２電極よりも長く前記ロッドから突出して設けられている、請求項１０に記載の溶解作業装置。
【請求項１２】
前記複数の作業ツールは、ロッドの先端に設けられて前記溶湯をすくいインゴットを生成するサンプル生成部を備えた、サンプリングツールを備えている、請求項１に記載の溶解作業装置。
【請求項１３】
前記サンプル生成部は凹部を備え、該凹部は開口部が底面よりも大きくテーパー状に形成されている、請求項１２に記載の溶解作業装置。
【請求項１４】
前記サンプル生成部はカーボンにより形成されている、請求項１２または１３に記載の溶解作業装置。
【請求項１５】
前記溶解炉は、鋳鋼を溶解する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の溶解作業装置。
【請求項１６】
前記駆動機構はロボットアームである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の溶解作業装置。
【請求項１７】
前記ロボットアームは、ティーチングにより作成されたプログラムによって制御されている、請求項１６に記載の溶解作業装置。
【請求項１８】
前記溶解炉を撮像する撮像装置を更に備え、
前記ロボットアームは、前記撮像装置により撮像された画像を基にスラグを除去する、請求項１６または１７に記載の溶解作業装置。
【請求項１９】
前記駆動機構から離間して設けられた入力装置を更に備え、
前記駆動機構は前記入力装置への入力により遠隔操作される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の溶解作業装置。
【請求項２０】
溶解炉内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行う溶解作業方法であって、
複数の作業ツールの中の任意の前記作業ツールを駆動機構に固定し、
前記駆動機構により前記溶解炉上の任意の場所で前記作業ツールを下降させ、任意の場所に移動させてから、
前記駆動機構により前記作業ツールを上昇させる、溶解作業方法。
【請求項２１】
前記複数の作業ツールは、前記溶湯の湯面に浮遊するスラグを除去するスラグ除去ツールを備え、
ロッドの先端に設けられ、前記ロッドの軸線方向に所定の長さを有し、軸線周りにスラグ付着部を備えているスラグ除去部を備えたスラグ除去ツールを、駆動機構に固定し、
前記駆動機構により前記溶解炉上の任意の場所で前記スラグ除去ツールを下降させて、前記スラグ除去部を前記溶湯に所定の深さだけ没入し、
前記駆動機構により前記スラグ除去ツールを上昇させる、請求項２０に記載の溶解作業方法。
【請求項２２】
前記スラグ除去部は、円柱形状を成している、請求項２１に記載の溶解作業方法。
【請求項２３】
前記スラグ除去部は、前記円柱形状の側面に、複数の、周方向に延在する凹条を備えている、請求項２２に記載の溶解作業方法。
【請求項２４】
前記スラグ除去部は、前記ロッドの軸線方向に、複数の円板が互いに離間して設けられることにより形成されている、請求項２１に記載の溶解作業方法。
【請求項２５】
前記スラグ除去部は、前記ロッドの軸線の周りを周回するスクリュー形状にして設けられることにより形成されている、請求項２１に記載の溶解作業方法。
【請求項２６】
前記スラグ除去ツールは、前記ロッドを軸線回りに回転可能な駆動部を備え、
該駆動部を前記駆動機構に固定する、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の溶解作業方法。
【請求項２７】
前記駆動機構に前記スラグ除去ツールを固定して前記駆動部により前記ロッドを回転し、
前記駆動機構により、前記スラグ除去部の高さ位置を維持しつつ、前記ロッドの回転方向と同じ回転方向に、上下方向に延在する仮想軸線を中心として前記スラグ除去ツールを公転させる、請求項２６に記載の溶解作業方法。
【請求項２８】
前記駆動機構に前記スラグ除去ツールを固定して前記駆動部により前記ロッドを回転し、
前記駆動機構により、前記スラグ除去部の高さ位置を前記スラグを補足する上下方向一定範囲内に維持しつつ、前記ロッドを上下方向に移動させる、請求項２６に記載の溶解作業方法。
【請求項２９】
前記複数の作業ツールは、ロッドの先端に設けられて前記溶湯の湯面の高さ位置を検出する湯面検出部を備えた、湯面検出ツールを備え、
前記駆動機構に前記湯面検出ツールを固定し、
前記駆動機構により前記湯面検出ツールを下降させて前記湯面の高さ位置を検出する、請求項２０に記載の溶解作業方法。
【請求項３０】
前記湯面検出部は、棒状の第１及び第２電極を備え、
前記第１電極は、前記第２電極よりも長く前記ロッドから突出して設けられている、請求項２９に記載の溶解作業方法。
【請求項３１】
前記複数の作業ツールは、ロッドの先端に設けられて前記溶湯をすくいインゴットを生成するサンプル生成部を備えた、サンプリングツールを備え、
前記駆動機構に前記サンプリングツールを固定し、
前記駆動機構により前記サンプリングツールを下降させて前記溶湯をすくう、請求項２０に記載の溶解作業方法。
【請求項３２】
前記溶解炉は、鋳鋼を溶解する、請求項２０から３１のいずれか一項に記載の溶解作業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解作業装置及び溶解作業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属を溶解炉により溶解して溶湯とし、溶湯を型に流し込んで目的の形状に固める鋳造が広く行われている。
特許文献１には、金属の溶解に用いられる誘導溶解炉が開示されている。
特許文献１に開示されたような溶解炉を用いて金属を溶解する際には、溶湯の温度測定、溶解により金属から分離した不純物等であるスラグの除去、溶湯の成分調整のための副資材投入、溶解した金属の分析用試料を取得するサンプリング等の、様々な作業が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２８０４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶解炉の周囲は非常に高温である。また、例えばるつぼ型溶解炉についてのスラグの除去においては、作業員が丸棒の先端を溶解炉内に挿入し、丸棒にスラグを付着させて引き上げることにより行われることがあるが、スラグは重いため、作業員に負担がかかる。
このように、溶解炉に作業員が直接接近して行う作業は暑熱作業であり、かつ重労働である。したがって、作業員の負担を低減することが望まれている。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、作業員が溶解炉へ近づかずに、溶解炉に対する作業を容易に実行可能な、溶解作業装置及び溶解作業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、溶解炉内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行う溶解作業装置であって、駆動機構と、該駆動機構によって操作される、複数の作業ツールと、を備え、前記駆動機構は、前記溶解炉上の任意の場所で前記作業ツールを任意の方向に移動可能である、溶解作業装置を提供する。
【０００７】
また、本発明は、溶解炉内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行う溶解作業方法であって、複数の作業ツールの中の任意の前記作業ツールを駆動機構に固定し、前記駆動機構により前記溶解炉上の任意の場所で前記作業ツールを下降させ、任意の場所に移動させてから、前記駆動機構により前記作業ツールを上昇させる、溶解作業方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、作業員が溶解炉へ近づかずに、溶解炉に対する作業を容易に実行可能な、溶解作業装置及び溶解作業方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における溶解設備の模式的な平面図である。
【図２】上記溶解設備の側面図である。
【図３】上記溶解設備における溶解炉の縦断面図である。
【図４】上記溶解設備における駆動機構の側面図である。
【図５】上記駆動機構の手首部と作業ツールラックの、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】上記溶解設備における溶解作業装置のブロック図である。
【図７】上記溶解作業装置の湯面検出ツールの側面図である。
【図８】上記湯面検出ツールにおいて、２本の電極の長さが等しい場合の説明図である。
【図９】上記湯面検出ツールを用いた湯面検出の説明図である。
【図１０】上記溶解作業装置のサンプリングツールの、（ａ）は側面図、（ｂ）はサンプル生成部の斜視図である。
【図１１】上記サンプリングツールを用いたサンプリングの説明図である。
【図１２】上記溶解作業装置の温度測定ツールの側面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、上記溶解作業装置の第１〜第５スラグ除去ツールの側面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、上記第１〜第５スラグ除去ツールの、スラグ除去部の斜視図である。
【図１５】上記第１及び第２スラグ除去ツールを用いたスラグ除去の説明図である。
【図１６】上記第３スラグ除去ツールを用いたスラグ除去の説明図である。
【図１７】上記第４スラグ除去ツールを用いたスラグ除去の説明図である。
【図１８】上記第５スラグ除去ツールを用いたスラグ除去の説明図である。
【図１９】上記溶解作業装置の副資材投入ツールの側面図である。
【図２０】上記溶解作業装置を用いた溶解作業方法を説明するフローチャートである。
【図２１】上記溶解作業方法における、スラグ除去方法を説明するフローチャートである。
【図２２】上記実施形態の第１変形例における溶解作業装置のブロック図である。
【図２３】上記実施形態の第２変形例における溶解作業装置のブロック図である。
【図２４】上記実施形態の第３変形例における溶解作業装置のブロック図である。
【図２５】上記実施形態のスラグ除去ツールの変形例の斜視図である。
【図２６】上記実施形態のスラグ除去ツールの変形例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態における溶解作業装置は、駆動機構と、駆動機構によって操作される、複数の作業ツールと、を備え、駆動機構は、溶解炉上の任意の場所で作業ツールを任意の方向に移動可能である。
【００１１】
図１は、本実施形態における溶解作業装置を備えた溶解設備１の模式的な平面図である。図２は、溶解設備１の側面図である。
溶解設備１は、例えばスクラップ等の金属を溶解して溶湯とする設備であり、本実施形態においては特に、鋳鋼を溶解するものである。溶解設備１は、金属を溶解するために溶解炉２を備えている。
【００１２】
図３は、溶解炉２の縦断面図である。溶解炉２は、軸線ＣＭが上下方向に延在するように設けられた円筒状の側壁２ｅと、側壁２ｅの下側の開口を塞ぐように設けられた底壁２ｆを備えている。これら側壁２ｅと底壁２ｆによって、金属が投入されて溶解される内部空間２ｇが形成されている。側壁２ｅと底壁２ｆの、内部空間２ｇを形成する内側表面２ｃ近傍は特に、例えばアルミナ−マグネシア等の、耐熱性の高い材料で形成されている。
本実施形態においては、溶解炉２は誘導炉であり、側壁２ｅの外周に設けられた、例えばコイルなどの、図示されない導体に電流を流して誘導電流を発生されることにより、金属を溶解する。
【００１３】
溶解炉２の上端には、出湯口２ａと出滓口２ｂが設けられている。
出湯口２ａは、円筒形状の半径方向において外側へ突出するように設けられている。溶解された金属は、例えば、出湯口２ａの下方に図示されない取鍋を設けた状態で、溶解炉２を出湯口２ａの方向へ傾けることにより、出湯口２ａを介して取り出される。
出滓口２ｂは、図１８を用いて後に説明するように、溶解により金属から分離した不純物等であるスラグを溶解炉２から排出するために設けられている。溶解炉２の側壁２ｅには、出滓口２ｂの近傍において、内側表面２ｃの表面が傾斜した傾斜部２ｄが形成されている。
溶解炉２は、それ自体に設けられた図示されない傾動装置により、出湯口２ａ及び出滓口２ｂの方向へ傾けられる。
【００１４】
溶解設備１は、溶解炉２から除去したスラグを溜め置くための、スラグ廃棄箱３を備えている。
【００１５】
溶解設備１は、溶解炉２内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行う溶解作業装置１０を備えている。
溶解作業装置１０は、駆動機構１１、制御装置１２、作業ツールラック１３、作業ツール１４、プローブラック１５、副資材計量機１６、シュート１７、及びインゴット受け容器１８を備えている。溶解作業装置１０はまた、図６を用いて後に説明する、ティーチペンダント１９と入力装置２０を備えている。
溶解作業装置１０は、これらを用いて、溶湯の温度測定、溶解により金属から分離した不純物等であるスラグの除去、溶湯の成分調整のための副資材投入、溶解した金属の分析用試料を取得するサンプリング等の、様々な作業を実行する。
【００１６】
図４は、溶解設備１０における駆動機構１１の側面図である。本実施形態においては、駆動機構１１は、例えば６軸ロボット等のロボットアームである。駆動機構１１は、台座１１ａ、基部１１ｂ、長尺の下腕部１１ｄと上腕部１１ｆ、及び手首部１１ｈを備えている。
【００１７】
台座１１ａは、床面ＦＬに固定されている。基部１１ｂは、台座１１ａに対して水平面内で回転自在に、台座１１ａ上に設けられている。
下腕部１１ｄは、一端が第１軸部１１ｃにより基部１１ｂに接続されており、第１軸部１１ｃを中心として基部１１ｂに対して上下方向に回転可能に設けられている。
下腕部１１ｄの他端には、上腕部１１ｆの一端が第２軸部１１ｅにより接続されている。これにより、上腕部１１ｆは、第２軸部１１ｅを中心として下腕部１１ｄに対して上下方向に回転可能に設けられている。
上腕部１１ｆの他端には、手首部１１ｈが手首接続部１１ｇにより接続されている。手首接続部１１ｇは、上腕部１１ｆに対して手首部１１ｈを曲げたり、上腕部１１ｆの軸線周りに回転させたりすることが可能な構造となっている。
【００１８】
図５（ａ）は、駆動機構１１の手首部１１ｈと、後に説明する作業ツールラック１３の正面図であり、図５（ｂ）は側面図である。
手首部１１ｈの先端には、把持部１１ｊが、手首部１１ｈの軸線周りに回転自在となるように設けられている。
【００１９】
把持部１１ｊには、２つが１組として組み合わされた、計２組の把持先端部１１ｌが設けられている。把持先端部１１ｌの各組においては、２つの把持先端部１１ｌが、互いに対向し、かつ互いに対し離接自在に設けられている。各把持先端部１１ｌは、対向する把持先端部１１ｌの方向へ、先端側が屈曲するような形状を成している。これにより、各組において、把持先端部１１ｌの、屈曲した部分の先端である内端１１ｍ同士は、互いに対向するように設けられている。
内端１１ｍには切欠１１ｎが形成されている。後述するように、駆動機構１１の手首部１１ｈは作業ツール１４を構成する長尺なロッドを把持するものである。切欠１１ｎは、対向する把持先端部１１ｌが互いに接近した際に、対向する２つの把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの表面がロッドの外周に接触し、ロッドを固く把持できるような形状に形成されている。
【００２０】
駆動機構１１は、次に説明する制御装置１２によって制御されて、溶解炉２上の任意の場所で作業ツール１４を、上下方向を含む、任意の方向に移動可能である。
【００２１】
図６は、溶解作業装置１０のブロック図である。制御装置１２は、駆動機構１１と、ティーチペンダント１９、及び入力装置２０に接続されている。
制御装置１２には、ティーチペンダント１９により作成されたプログラムが格納されている。すなわち、ティーチペンダント１９を介して作業者が、例えば実際に駆動機構１１を動作させてティーチングを行い、その動作を制御装置１２が学習し記録することにより、制御装置１２内に駆動機構１１の動作が蓄積される。制御装置１２は、ティーチングにより学習した動作を、例えば再現することにより、駆動機構１１を駆動制御する。
このように、駆動機構１１は、制御装置１２によって、より詳細にはティーチングにより作成されて制御装置１２に記録されたプログラムによって制御されている。
【００２２】
駆動機構１１は、繊細な動きを要する作業を行う必要がある場合がある。
また、駆動機構１１は、作業者が溶解炉２内の状況を観察した結果に強く依存する作業を行う必要がある場合もある。例えば、上記のように、駆動機構１１は、溶湯の湯面に浮遊するスラグの除去を実行する。スラグは、溶湯の湯面の不特定の場所に出現する。また、スラグが出現するタイミングや量は、周囲の環境、投入された金属の品質や純度等、様々な要因に依存して変動する。このため、ティーチングのみにより作成されたプログラムのみによって、駆動機構１１を制御し、スラグを十分に除去するのは容易ではない。
このような、繊細な動きを要する作業や、作業者の判断に依存する作業を、ティーチングに依存せずに実行するために、入力装置２０が設けられている。作業者が入力装置２０を操作した場合には、駆動機構１１は、入力装置２０への入力により遠隔操作される。すなわち、作業者は、制御装置１２を介して、駆動機構１１を直接遠隔操作することができる。
【００２３】
以下の説明で、制御装置１２が駆動機構１１を制御すると記載した際には、制御装置１２内に格納された、ティーチングにより作成されたプログラムにより駆動機構１１を制御する場合はもとより、作業者が入力装置２０と制御装置１２を介して駆動機構１１を遠隔操作する場合も含むものとする。
本実施形態においては、より具体的には、溶湯の温度測定、副資材投入、サンプリングと、後に説明する溶湯の湯面の高さ位置の検出がティーチングにより作成されたプログラムにより実行され、スラグの除去が遠隔操作、またはプログラムと遠隔操作を組み合わせて適宜切り替えることにより実行されることを想定しているが、これに限られないのは言うまでもない。
上記の各作業に際して制御装置１２が実際に行う制御動作は、溶解作業装置１０を構成する各部位を説明する際に、当該部位に対応して説明する。
【００２４】
制御装置１２は、駆動機構１１の各可動部における回転量や移動量を把握できるように構成されている。これにより、制御装置１２は駆動機構１１の現在の姿勢を、すなわち、手首部１１ｈの空間的な位置を、正確に把握することができる。このため、例えば手首部１１ｈが作業ツール１４のロッドの定められた場所を常に把持するようにすることにより、作業ツール１４の先端に設けられた、各種作業を実行する部分の空間的な位置を把握することが可能である。
【００２５】
制御装置１２、ティーチペンダント１９、及び入力装置２０は、駆動機構１１から離間して設けられている。
【００２６】
図１に示されるように、作業ツールラック１３は、駆動機構１１の近傍に設けられている。図５各図に示されるように、作業ツールラック１３は、脚部１３ａ、基部１３ｂ、及び作業ツール支持部１３ｃを備えている。
基部１３ｂは、後述する作業ツール１４の各々のロッドに対応した長さを備えた矩形形状の板体であり、この板体が床面ＦＬと略平行に位置付けられて、脚部１３ａによって床面ＦＬ上に固定されている。
【００２７】
基部１３ｂの上側には、複数の作業ツール支持部１３ｃが、基部１３ｂの長さ方向に互いに離間するように設けられている。作業ツール支持部１３ｃは、略矩形状に形成されており、上下方向に延在するように位置づけられて、下側の側辺が基部１３ｂの上面に対して接合されている。
作業ツール支持部１３ｃの上側の側辺には、切欠１３ｄが設けられている。切欠１３ｄは、後に説明する作業ツール１４のロッドの外径よりも大きくなるように形成されている。図５各図に示されるように、作業ツール１４は、使用されていないときには、ロッドが各作業ツール支持部１３ｃを跨ぎ、なおかつ各作業ツール支持部１３ｃに形成された切欠１３ｄに格納されるように、作業ツールラック１３上に載置されている。制御装置１２は、駆動機構１１を制御して、この作業ツールラック１３上に載置された作業ツール１４を把持部１１ｊで把持して持ち上げて作業を実行し、作業終了後には作業ツールラック１３上に作業ツール１４を再び載置する。
【００２８】
図１に示されるプローブラック１５は、後に説明する、溶湯の温度測定時に用いられる温度計の、替えのプローブを保管するラックである。
副資材計量機１６は、後に説明する副資材投入時に、副資材を自動計量して、一定の量の副資材を排出する。
【００２９】
シュート１７は、サンプリングにより生成されたインゴットを自重により自動搬送する滑り台である。
図２に示されるように、シュート１７は、一方の端部１７ａが溶解炉２側に位置し、他方の端部１７ｂが制御装置１２側に位置するように、支持台１７ｃにより支持されて設けられている。溶解炉２側の一方の端部１７ａは、他方の端部１７ｂよりも高く位置づけられている。
シュート１７の他方の端部１７ｂの下方には、インゴット受け容器１８が設けられている。
【００３０】
溶解作業装置１０は、駆動機構１１によって操作される、複数の作業ツール１４を備えている。複数の作業ツール１４は、以降順次説明する、湯面検出ツール３０、サンプリングツール４０、温度測定ツール５０、第１〜第５スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）６０、７０、８０、９０、１００、及び副資材投入ツール１１０を備えている。
【００３１】
まず、湯面検出ツール３０について説明する。図７は、湯面検出ツール３０の側面図である。湯面検出ツール３０は、ロッド３１と、ロッド３１の先端に設けられて溶湯の湯面の高さ位置を検出する湯面検出部３２を備えている。溶解作業装置１０は、湯面検出ツール３０を用いて、溶湯の湯面の高さ位置を検出する。
【００３２】
溶解炉における作業としては、既に説明したように、溶湯の温度測定、スラグの除去、副資材投入、サンプリング等が挙げられる。これらの作業のうち、副資材投入以外のものは、溶湯の湯面の高さを基準として、駆動機構１１の把持部１１ｊが把持する作業ツール１４の先端を湯面より深く溶湯内に埋没させることにより行われる。作業員が自らこれらの作業にあたる場合においては、作業ツール１４の先端と溶湯の湯面との相対的な位置関係を目視により常に認識可能であるため、溶湯の湯面の高さ位置を計器等により測定する必要はない。
【００３３】
しかし、駆動機構１１が、特に入力装置２０による遠隔操作ではなくティーチングにより作成されたプログラムによって制御されている場合においては、駆動機構１１や制御装置１２自体は、作業ツール１４の先端と溶湯の湯面との相対的な位置関係を認識できない。したがって、上記作業を実行するためには、湯面の高さ位置を常に一定に維持するようにした上で制御装置１２内に固定値として高さ位置を記憶させるか、あるいは、何らかの手段で常に湯面の高さ位置を検出できるようにする必要がある。
ここで、溶湯の湯面の高さ位置を一定の場所に保つことは、以下の理由で容易ではない。まず、溶湯の湯面の高さ位置を一定に保つために、常に一定の金属を溶解炉２内に投入することは、特に投入する金属がスクラップの場合等には、容易ではない。また、溶解炉２の内側表面２ｃは、溶湯の撹拌や、内側表面２ｃに対する化学反応などにより少しずつ削られるため、溶解を繰り返すに伴い内部空間２ｇが増大する。すなわち、仮に常に一定の金属を溶解炉２内に投入できたとしても、溶湯の湯面の高さ位置は、金属の溶解を繰り返すに伴って少しずつ変化する。
このため、本溶解作業装置１０においては、駆動機構１１により各種作業を実行する前に、溶湯の湯面の高さ位置を検出するよう、制御装置１２が駆動機構１１を制御する。
【００３４】
湯面検出ツール３０の湯面検出部３２は、棒状の第１電極３３と第２電極３４を備えている。第１電極３３と第２電極３４は、本実施形態においては、一般構造用圧延鋼材により形成されたφ６ｍｍの丸棒を基に製作されているが、これに限らず導電材料であれば適用可能である。
湯面検出部３２はまた、第１電極３３及び第２電極３４の各々のロッド３１側の端部に接続された第１導線３５と第２導線３６を備えている。第１導線３５と第２導線３６の、第１電極３３及び第２電極３４に接続されていない、図示されていない端部は、例えば電流センサ等に接続されている。これにより、第１電極３３と第２電極３４の間に電流が導通した場合においては、この電流を検出可能な構成となっている。
【００３５】
溶解作業装置１０は、溶解炉２上の任意の場所で湯面検出ツール３０を、上下方向を含む、任意の方向に移動させる。
より詳細には、制御装置１２は、湯面検出ツール３０のロッド３１を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で、把持先端部１１ｌを互いに近接させて、ロッド３１を把持するように、駆動機構１１を制御する。制御装置１２は、第１電極３３と第２電極３４のロッド３１から突出した先端を下側に向けて、湯面検出ツール３０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
ここで、溶解炉２内の溶湯は導電性を有する金属であるため、第１電極３３と第２電極３４が下降して先端が共に溶湯に接触した時点で、第１導線３５と第２導線３６を介して電流が流れる。この電流は、上記の電流センサ等で検出される。制御装置１２は、電流が検出された時点での第１電極３３と第２電極３４の先端の位置を、この時点における駆動機構１１の状態、例えば各可動部の回転量、移動量等を基に演算して、溶湯の湯面の高さ位置を検出し、記憶する。
【００３６】
本実施形態においては、第１電極３３は、第２電極３４よりも長くロッド３１から突出して設けられている。この理由を説明するために、２つの電極のロッドからの突出長が同じ場合について説明する。図８は、２本の電極３８の長さが等しい場合の湯面検出ツール３７の説明図である。
上記のように、スラグＳは、溶湯Ｌの湯面の不特定の場所に出現する。２つの電極３８のロッドからの突出長が同じ場合には、ロッドを下方に移動させたときに、２つの電極３８が同時にスラグＳに接することがある。スラグＳは電流を導通しないため、この時点では電極３８間に電流は流れない。
【００３７】
ここで、スラグＳの層においては、下側は溶湯Ｌに面しているため熱く、柔らかいが、上側は空気に触れて冷え、硬くなっている。したがって、ロッドを更に下方に移動させても、電極３８はこの固いスラグＳの表面に当接され、なおかつ電極３８を下方に移動させてスラグＳを押す力が２つの電極３８に分散される。このため、図８に示されるように電極３８の先端がスラグＳの層を破ることができない場合がある。この結果、スラグＳの層は下方に湾曲し、電極３８の先端は溶湯Ｌの湯面の高さ位置よりも下方に位置することがある。
ロッドを更に下方へ移動させ、電極３８の先端がスラグＳの表面を押す力がスラグＳの上面の硬度を上回ると、２つの電極３８が共にスラグＳを突き破り溶湯Ｌ内に没入し、電極３８間に電流が流れる。しかし、上記のように、この時点においては既に溶湯Ｌの湯面の高さ位置よりも下方に電極３８の先端が移動しているため、検出された溶湯Ｌの湯面の高さ位置は、本来の高さ位置よりも下方の位置のものとなる。
このように、上記のような２本の電極３８の長さが等しい場合の湯面検出ツール３７においては、実際の溶湯Ｌの湯面の高さ位置よりも低い位置を、湯面の高さ位置として検出することがある。このため、この高さ位置を基準として後続の作業を実行した場合においては、駆動機構１１が把持した作業ツール１４を溶解炉２の溶湯内に必要以上の深さで没入させるように、制御装置１２が制御する可能性がある。
【００３８】
上記のような要因により生じ得る、溶湯Ｌの高さ位置の検出誤差を抑制するために、本実施形態の湯面検出ツール３０においては、第１電極３３は、第２電極３４よりも長くロッド３１から突出して設けられている。図９は、このような湯面検出ツール３０を用いた湯面検出の説明図である。
まず、図９（ａ）に示されるように、制御装置１２は、第１電極３３と第２電極３４のロッド３１から突出した先端を下側に位置付けるように、駆動機構１１を制御する。
【００３９】
その後、制御装置１２は、湯面検出ツール３０を溶解炉２中の溶湯Ｌへ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。より長く先端がロッド３１から突出した第１電極３３がまずスラグＳの表面に当接する。更に下方へと湯面検出ツール３０を移動させると、湯面検出ツール３０を下方に移動させる力が第１電極３３の先端に集中するため、図９（ｂ）に示されるように第１電極３３の先端が容易にスラグＳの層を破り、湯面Ｂが外気に露出する。
制御装置１２が更に湯面検出ツール３０を下方へと移動させるように、駆動機構１１を制御すると、図９（ｃ）に示されるように、この露出した湯面Ｂに第２電極３４の先端が接触し、第１電極３３と第２電極３４間に電流が流れる。制御装置１２は、この電流を検出し、この時点での第１電極３３と第２電極３４の先端の位置を、この時点における駆動機構１１の状態等を基に演算して、溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出し、記憶する。
【００４０】
溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、湯面検出ツール３０を上昇させ、作業ツールラック１３近傍へ移動させて、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド３１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて湯面検出ツール３０を離すように制御し、湯面検出ツール３０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００４１】
上記のように、より長く突出した第１電極３３がまずスラグＳに当接してスラグＳの層を破り、露出した湯面Ｂに第２電極３４が接触するため、スラグＳに起因する溶湯Ｌの高さ位置の検出誤差を抑制することができる。
第１電極３３がスラグＳの層を破るまでに第２電極３４が湯面Ｂの高さ位置に到達しないように、第１電極３３は第２電極３４よりも、例えば３ｃｍ以上、突出しているのが望ましい。
また、第１電極３３がスラグＳの層を破ることにより露出した湯面Ｂに第２電極３４を当接させるため、第１電極３３と第２電極３４の間の距離は、２〜３ｃｍ程度以下とするのが望ましい。
【００４２】
次に、サンプリングツール４０について説明する。図１０（ａ）は、溶解作業装置１０のサンプリングツール４０の側面図である。サンプリングツール４０は、ロッド４１と、ロッド４１の先端に設けられて溶湯をすくいインゴットを生成するサンプル生成部４２を備えている。溶解作業装置１０は、サンプリングツール４０を用いて、溶解した金属の分析用試料であるインゴットを生成する。
【００４３】
一般にサンプリングは、柄杓等で溶湯をすくって型に流し込むことにより行われることが多い。
ここで、本実施形態においては、溶解設備１は鋳鋼を溶解するものである。鋳鋼は凝固温度が高く、溶解炉２から柄杓ですくい上げて型に流し込むまでの一連の作業を迅速に行わなければ、型に流し込むまでにすぐに冷却して凝固することがある。特に、本実施形態におけるロボットアームなどの駆動機構１１によって、鋳鋼が凝固するまでの短い時間で溶湯を型に流し込むことは、駆動機構１１は人間ほどの迅速な作業ができないため、容易ではない。
したがって、本実施形態においては、溶湯を型に流し込まず、その替わりに鋳鋼が冷却しやすいという特性に拠り、溶解炉２からすくい上げた状態で冷却させ凝固させる。
【００４４】
図１０（ｂ）は、サンプル生成部４２の斜視図である。サンプル生成部４２は、略円柱状に形成されており、一方の底面を上面４２ｄとし、この上面４２ｄにロッド４１が直交するようにロッド４１に接合されている。サンプル生成部４２は、上面４２ｄに凹部４２ａを備えている。この凹部４２ａの表面により形成される内部空間４２ｅは、上面４２ｄと平行な平面により断面視した際の断面積が、凹部４２ａの底面４２ｃから開口部４２ｂへと向かうにつれて漸次拡大するようになっている。このように、凹部４２ａは、開口部４２ｂが底面４２ｃよりも大きくテーパー状に形成されている。
サンプル生成部４２は、熱伝導率の高い材料、例えばカーボンにより形成されている。
【００４５】
図１１は、サンプリングツール４０を用いたサンプリングの説明図である。
サンプリングは、サンプリングツール４０に対するスラグの付着を抑制するため、後に説明するスラグ除去を予め行った後に実行するのが望ましい。
溶解作業装置１０は、溶解炉２上の任意の場所でサンプリングツール４０を、上下方向を含む、任意の方向に移動させる。
より詳細には、制御装置１２は、サンプリングツール４０のロッド４１を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、ロッド４１を把持するように、駆動機構１１を制御する。制御装置１２は、図１１（ａ）に示されるように、サンプル生成部４２を下側に向けて、サンプリングツール４０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け、その後、サンプリングツール４０を鉛直方向に対して傾けて、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
ここで、制御装置１２は、少なくともサンプル生成部４２の上面４２ｄが、予め湯面検出ツール３０により測定された溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置より下に位置するまで下降させるように、駆動機構１１を制御する。
【００４６】
その後、図１１（ｂ）に示されるように、制御装置１２は、サンプリングツール４０を上昇させて、凹部４２ａ内に溶湯Ｌをすくい上げるように、駆動機構１１を制御する。
このとき、制御装置１２は、ロッド４１を鉛直方向に対して傾けたままの状態でサンプリングツール４０を上昇させるように駆動機構１１を制御する。ロッド４１を傾けたままの状態とすることにより、凹部４２ａ内の溶湯Ｌの量が、凹部４２ａの例えば８〜９割程度となり、溶湯Ｌが上面４２ｄ上に残留しにくくなる。これにより、上面４２ｄの上で溶湯Ｌが凝固するのが抑制され、上面４２ｄの上で凝固した金属が上面４２ｄに貼り付くことにより金属がサンプル生成部４２から取り出しにくくなるのを抑制する。その後、サンプリングツール４０の角度を垂直にし、凹部４２ａ内の溶湯Ｌの湯面が上面４２ｄと略平行となるようにする。
【００４７】
上記のようにサンプル生成部４２は熱伝導率の高い材料で形成されており、なおかつ本実施形態においては溶湯Ｌは凝固温度の高い鋳鋼であるため、すくい上げられた溶湯Ｌはすぐに冷却されて凝固する。凝固した金属は収縮するため、凹部４２ａの表面と凝固した金属の間にわずかな空間が生じ、更に、テーパー状に形成された凹部４２ａの抜け勾配の効果により、金属は凹部４２ａの表面から離間する。
この状態で、制御装置１２は、サンプリングツール４０が図１、図２に示されるシュート１７の近傍まで移動するように駆動機構１１を制御する。その後、制御装置１２は、サンプリングツール４０を上下方向に反転させ、サンプル生成部４２の上面４２ｄが、シュート１７の溶解炉２側の一方の端部１７ａの直上で、下方を向くように位置づけるように、駆動機構１１を制御する。すると、金属はシュート１７の一方の端部１７ａの上に落下する。
落下した金属は、制御装置１２の方向にシュート１７を滑り、他方の端部１７ｂからインゴット受け容器１８へと落下する。落下した金属は、図１１（ｃ）に示されるインゴット１２０として利用される。
【００４８】
インゴット１２０をシュート１７へ落下させた後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、サンプリングツール４０を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド４１が水平になるように位置付ける。その後、把持先端部１１ｌを広げてサンプリングツール４０を離すように制御し、サンプリングツール４０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００４９】
次に、温度測定ツール５０について説明する。図１２は、溶解作業装置１０の温度測定ツール５０の側面図である。温度測定ツール５０は、温度計本体５１、プローブ５２、及び、温度計本体５１とプローブ５２を接続する接続部材５３を備えている。溶解作業装置１０は、この温度測定ツール５０を用いて、溶湯Ｌの温度を測定する。
図１２においては、接続部材５３は屈曲して形成されているが、屈曲部を有さず直線状に形成されていてもよい。
【００５０】
溶解作業装置１０は、溶解炉２上の任意の場所で温度測定ツール５０を、上下方向を含む、任意の方向に移動させる。
より詳細には、制御装置１２は、温度測定ツール５０の温度計本体５１または接続部材５３を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、温度測定ツール５０を把持するように、駆動機構１１を制御する。制御装置１２は、プローブ５２を下側に向けて、温度測定ツール５０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置づけ、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
ここで、制御装置１２は、少なくともプローブ５２の先端側が、予め湯面検出ツール３０により測定された溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置より下に位置するまで下降させるように、駆動機構１１を制御する。この状態で所定の時間静止することにより、溶湯Ｌの温度が測定される。
【００５１】
その後、制御装置１２は、温度測定ツール５０を上昇させて、溶解炉２から離れた作業員の方向に移動させるよう、駆動機構１１を制御する。作業員は、温度計本体５１に表示された溶湯温度の測定結果を確認する。その後、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、例えば作業ツールラック１３の角部等にプローブ５２の角部５２ａを引っ掛けて当接させ、温度測定ツール５０をプローブ５２とは反対側の、すなわち温度計本体５１の方向へと引っ張る。すると、引っ掛けられることにより移動が制限されたプローブ５２は接続部材５３から外れ、接続部材５３の図示されない先端が露出する。制御装置１２は、図１に示されるプローブラック１５へと温度測定ツール５０を移動させ、プローブラック１５に設置された新規のプローブの方向へと接続部材５３の先端を移動させて、接続部材５３に新規のプローブ５２を装着するよう、駆動機構１１を制御する。
【００５２】
プローブ５２が交換された後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、温度測定ツール５０を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて温度測定ツール５０を離すように制御し、温度測定ツール５０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００５３】
次に、第１〜第５スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）６０、７０、８０、９０、１００について説明する。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、溶解作業装置１０の第１〜第５スラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００の側面図である。第１〜第５スラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００は、ロッド６１、７１、８１、９１、１０１と、ロッド６１、７１、８１、９１、１０１の先端に設けられたスラグ除去部６２、７２、８２、９２、１０２を備えている。溶解作業装置１０は、第１〜第５スラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００を用いて、溶湯の湯面Ｂに浮遊するスラグを除去する。
【００５４】
まず、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を説明する。図１４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０のスラグ除去部６２、７２の斜視図である。
これらのスラグ除去部６２、７２は、共に、円板形状を成しており、円板の略中心に、スラグ除去部６２、７２と直交するようにロッド６１、７１が接合されている。
第２スラグ除去ツール７０のスラグ除去部７２においては特に、複数の孔７２ａが開設されている。
【００５５】
図１５は、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を用いたスラグ除去の説明図である。
溶解作業装置１０は、溶解炉２上の任意の場所で第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を、上下方向を含む、任意の方向に移動させる。
より詳細には、制御装置１２は、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０のロッド６１、７１を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、ロッド６１、７１を把持するように、駆動機構１１を制御する。制御装置１２は、図１５（ａ）に示されるように、スラグ除去部６２、７２を下側に向けて、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
ここで、制御装置１２は、少なくともスラグ除去部６２、７２の全体が、予め湯面検出ツール３０により測定された溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置より下に位置するまで下降させるように、駆動機構１１を制御する。
【００５６】
その後、図１５（ｂ）に示されるように、制御装置１２は、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を上昇させるように、駆動機構１１を制御する。このとき、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、スラグ除去部６２、７２の上面によりすくい上げられる。
スラグＳをスラグ除去部６２、７２の上面に乗せた状態で、制御装置１２は、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を図１に示されるスラグ廃棄箱３の近傍まで移動して、スラグ廃棄箱３へスラグＳを廃棄するように、駆動機構１１を制御する。
制御装置１２は、この一連のスラグ除去の動作を、溶解炉２上の異なる水平位置に対して繰り返し実行する。
【００５７】
スラグＳを廃棄した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド６１、７１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を離すように制御し、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００５８】
次に、第３スラグ除去ツール８０を説明する。図１４（ｃ）は、第３スラグ除去ツール８０のスラグ除去部８２の斜視図である。
スラグ除去部８２は、ロッド８１の軸線方向ＣＲに所定の長さを有し、軸線周りにスラグ付着部８２ａを備えている。より詳細には、スラグ除去部８２は、ロッド８１の軸線方向ＣＲに所定の長さにわたって延在するような、円柱形状を成している。次に説明するように、この円柱形状の側面８２ａと、ロッド８１とは反対側の底面８２ｂが、スラグを付着するスラグ付着部８２ａ、８２ｂとして機能する。
【００５９】
図１６は、第３スラグ除去ツール８０を用いたスラグ除去の説明図である。
溶解作業装置１０は、溶解炉２上の任意の場所で第３スラグ除去ツール８０を、上下方向を含む、任意の方向に移動させる。
より詳細には、制御装置１２は、第３スラグ除去ツール８０のロッド８１を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、ロッド８１を把持するように、駆動機構１１を制御する。制御装置１２は、図１６（ａ）に示されるように、スラグ除去部８２を下側に向けて、第３スラグ除去ツール８０を水平方向に移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
ここで、制御装置１２は、少なくともスラグ除去部８２の底面８２ｂ側が、予め湯面検出ツール３０により測定された溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置より下に位置するまで下降させるように、駆動機構１１を制御する。
【００６０】
その後、図１６（ｂ）に示されるように、制御装置１２は、第３スラグ除去ツール８０を上昇させるように、駆動機構１１を制御する。このとき、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、スラグ除去部８２の側面８２ａ及び底面８２ｂに付着し、溶解炉２から排出される。
スラグＳをスラグ除去部８２に付着させた状態で、制御装置１２は、第３スラグ除去ツール８０を図１に示されるスラグ廃棄箱３の近傍まで移動して、スラグ廃棄箱３へスラグＳを廃棄するように、駆動機構１１を制御する。
制御装置１２は、この一連のスラグ除去の動作を、溶解炉２上の異なる水平位置に対して繰り返し実行する。
【００６１】
スラグＳを廃棄した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、第３スラグ除去ツール８０を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド８１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて第３スラグ除去ツール８０を離すように制御し、第３スラグ除去ツール８０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００６２】
次に、第４スラグ除去ツール９０を説明する。図１４（ｄ）は、第４スラグ除去ツール９０のスラグ除去部９２の斜視図である。
スラグ除去部９２は、ロッド９１の軸線方向ＣＲに所定の長さを有し、軸線周りにスラグ付着部９２ａを備えている。より詳細には、スラグ除去部９２は、ロッド９１の軸線方向ＣＲに所定の長さにわたって、複数の円板９２ａが互いに離間して設けられることにより形成されている。後に説明するように、この複数の円板９２ａが、スラグを付着するスラグ付着部９２ａとして機能する。図１４（ｄ）においては４枚の円板９２ａが示されているが、円板９２ａの数は、例えば２枚以上２０枚以下の範囲内から、適宜選択されてよい。
【００６３】
第４スラグ除去ツール９０においては、ロッド９１のスラグ除去部９２が設けられた端部とは反対側の端部には、図１３（ｄ）に示されるように、駆動部９４が設けられている。駆動部９４は、ロッド９１を軸線回りに回転可能である。
駆動部９４には、駆動機構１１の２つの把持部１１ｊ間の間隔と略同等の距離を置いて、２つの被把持部９５が設けられている。被把持部９５は、例えば、両端が屈曲した鋼棒の、屈曲した双方の端部の先端を駆動部９４に接合するように形成されている。これにより、駆動機構１１の２つの把持部１１ｊがこれら被把持部９５を各々把持することで、駆動機構１１に駆動部９４が固定可能な構造となっている。
【００６４】
図１７は、第４スラグ除去ツール９０を用いたスラグ除去の説明図である。
溶解作業装置１０は、溶解炉２上の任意の場所で第４スラグ除去ツール９０を、上下方向を含む、任意の方向に移動させる。
より詳細には、制御装置１２は、第４スラグ除去ツール９０の駆動部９４に設けられた被把持部９５を、駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、被把持部９５を把持するように、駆動機構１１を制御する。次に、制御装置１２は、図１７（ａ）に示されるように、スラグ除去部９２を下側に向けて、第４スラグ除去ツール９０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け、その後、駆動部９４を動作させた状態で、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
ここで、制御装置１２は、少なくともスラグ除去部９２の先端側が、予め湯面検出ツール３０により測定された溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置より下に位置するまで下降させるように、駆動機構１１を制御する。
【００６５】
この状態においては、駆動部９４が動作されているため、ロッド９１は回転している。図１７（ｂ）には、ロッド９１の回転に伴い、スラグ除去部９２が方向Ｄに、本実施形態においては時計回りに、回転している様子が示されている。
このように駆動部９４がロッド９１を回転させるに際し、駆動機構１１は、制御装置１２によって制御されて、スラグ除去部９２の高さ位置を維持しつつ、ロッド９１の回転方向Ｄと同じ回転方向Ｒに、溶解炉２の略中央に設定された上下方向に延在する仮想軸線Ｖを中心として、第４スラグ除去ツール９０を公転させる。
スラグ除去部９２の自転及び第４スラグ除去ツール９０の公転により、スラグ除去部９２が移動した軌跡の近傍に位置していた、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、スラグ除去部９２に巻き取られる。
【００６６】
その後、図１７（ｃ）に示されるように、制御装置１２は、第４スラグ除去ツール９０を上昇させるように、駆動機構１１を制御する。これにより、スラグ除去部９２により巻き取られたスラグＳは、溶解炉２から排出される。
スラグＳをスラグ除去部９２に付着させた状態で、制御装置１２は、第４スラグ除去ツール９０を図１に示されるスラグ廃棄箱３の近傍まで移動して、スラグ廃棄箱３へスラグＳを廃棄するように、駆動機構１１を制御する。
制御装置１２は、この一連のスラグ除去の動作を、適切な回数、繰り返し実行する。
【００６７】
スラグＳを廃棄した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、第４スラグ除去ツール９０を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド９１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて第４スラグ除去ツール９０を離すように制御し、第４スラグ除去ツール９０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００６８】
次に、第５スラグ除去ツール１００を説明する。図１４（ｅ）は、第５スラグ除去ツール１００のスラグ除去部１０２の斜視図である。
スラグ除去部１０２は、矩形形状を成しており、この矩形形状の幅方向がロッド１０１の軸線方向ＣＲに一致するように設けられて、一方の長辺１０２ｂにロッド１０１が接合されている。他方の長辺１０２ａは、ロッド１０１とは反対側に位置している。
【００６９】
図１８は、第５スラグ除去ツール１００を用いたスラグ除去の説明図である。
第５スラグ除去ツール１００によりスラグを除去する前に、溶解炉２の傾動装置を操作して、図１８（ａ）に示されるように、溶解炉２を出滓口２ｂの方向へ傾かせて、湯面ＢまたはスラグＳを出滓口２ｂの傾斜部２ｄ上に位置付ける。
ここで、溶解炉２を傾動したために、湯面Ｂの高さは、図９各図を用いて説明したような溶解炉２を傾動させていない状態で測定した高さとは、異なる値となっている場合がある。このため、溶解炉２を傾動させた状態で、既に説明したような溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置の検出を実行するのが望ましい。
【００７０】
次に、制御装置１２は、第５スラグ除去ツール１００のロッド１０１を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、ロッド１０１を把持するように、駆動機構１１を制御する。図１８（ｂ）に示されるように、制御装置１２は、スラグ除去部１０２を下側に向けて、第５スラグ除去ツール１００を移動させて溶解炉２の上の、溶解炉２の出滓口２ｂとは反対側に位置する出湯口２ａの近傍に位置付け、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。
【００７１】
その後、図１８（ｃ）に示されるように、制御装置１２は、第５スラグ除去ツール１００を溶解炉２の出滓口２ｂに向けて、水平方向に移動するように、駆動機構１１を制御する。これにより、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、傾斜部２ｄの方向にかき集められる。
スラグ除去部１０２の下側に位置する長辺１０２ａが出滓口２ｂの傾斜部２ｄに接触した際には、スラグ除去部１０２の側面と傾斜部２ｄの間に、かき集められたスラグＳが集められた状態となっている。ここで制御装置１２は、第５スラグ除去ツール１００を傾斜部２ｄの傾斜に沿って、上及び水平方向に動かし、集められたスラグＳを出滓口２ｂから溶解炉２の外部へ排出するように、駆動機構１１を制御する。
【００７２】
スラグＳを廃棄した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、第５スラグ除去ツール１００を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド１０１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて第５スラグ除去ツール１００を離すように制御し、第５スラグ除去ツール１００を作業ツールラック１３へと返却する。
【００７３】
次に、副資材投入ツール１１０について説明する。図１９は、溶解作業装置１０の副資材投入ツール１１０の側面図である。副資材投入ツール１１０は、ロッド１１１と、ロッド１１１の先端に設けられて副資材をその上に載置可能な副資材載置部１１２を備えている。溶解作業装置１０は、副資材投入ツール１１０を用いて、溶湯の成分調整のための副資材を溶解炉２内に投入する。
【００７４】
副資材載置部１１２は、例えばスコップの先端のような、凹部１１２ａを備える板材である。副資材載置部１１２は、凹部１１２ａの凹む方向が、ロッド１１１の軸線方向ＣＲに直交するように設けられている。
【００７５】
制御装置１２は、副資材投入ツール１１０のロッド１１１を駆動機構１１の各把持部１１ｊの対向する把持先端部１１ｌの切欠１１ｎの間に位置付けた状態で把持先端部１１ｌを互いに近接させて、ロッド１１１を把持するように、駆動機構１１を制御する。制御装置１２は、ロッド１１１が略水平になるように副資材投入ツール１１０の姿勢を保ちつつ、副資材載置部１１２を図１に示される副資材計量機１６近傍へ移動し、副資材計量機１６により自動計量されて排出された一定の量の副資材を凹部１１２ａ内へ載置するよう、駆動機構１１を制御する。
この状態で、制御装置１２は、駆動機構１１を制御して、副資材載置部１１２を移動して溶解炉２の上方に位置せしめ、ロッド１１１を傾かせて凹部１１２ａ中の副資材を溶解炉２の溶湯Ｌ内へ投入する。
【００７６】
副資材を投入した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、副資材投入ツール１１０を作業ツールラック１３近傍へ移動させ、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド１１１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて副資材投入ツール１１０を離すように制御し、副資材投入ツール１１０を作業ツールラック１３へと返却する。
【００７７】
次に、溶解設備１を用いて金属を溶解する方法を説明する。
【００７８】
まず、スクラップヤード等から溶解対象となる金属を運搬し、溶解炉２へと投入する。
その後、溶解炉２により金属を溶解する。
【００７９】
金属の溶解が進行すると、既に説明した溶解作業装置１０を用いて、後に説明する溶解作業方法に従って溶解作業を実行する。
溶解作業は、本実施形態においては、溶湯の湯面の高さ位置の検出、溶湯の温度測定、スラグの除去、副資材投入、サンプリングを含む。
これら各種作業のうち、最初に溶湯の湯面の高さ位置の検出を実行する。その後、サンプリング、スラグの除去、副資材投入、及び溶湯の温度測定を、概ねこの順に沿って、必要に応じて順不同に、実行する。
金属が溶解されると、傾動装置により溶解炉２を出湯口２ａの方向に傾け、出湯する。
【００８０】
次に、溶解作業装置１０を用いた溶解作業方法を説明する。図２０は、溶解作業方法を説明するフローチャートである。
本実施形態における溶解作業方法は、溶解炉内で材料を溶解してできた溶湯に対して作業を行うものであって、複数の作業ツールの中の任意の作業ツールを駆動機構に固定し、駆動機構により溶解炉上の任意の場所で作業ツールを下降させ、任意の場所に移動させてから、駆動機構により作業ツールを上昇させる。
【００８１】
作業員の指示等により、溶湯作業が開始される（ステップＳ１）と、まず、溶湯の湯面の高さ位置の検出を実行する。
制御装置１２は、作業ツールラック１３上へ駆動機構１１の手首部１１ｈを移動させ、湯面検出ツール３０を把持するよう、駆動機構１１を制御する（ステップＳ３０）。
【００８２】
次に、制御装置１２は、第１電極３３と第２電極３４のロッド３１から突出した先端を下側に向けて、湯面検出ツール３０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付けるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ３１）。
その後、制御装置１２は、湯面検出ツール３０を溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する。第１電極３３がスラグＳの表面に当接し、更に下方へと湯面検出ツール３０を移動させると、第１電極３３の先端が容易にスラグＳの層を破り、湯面Ｂが外気に露出する。
【００８３】
制御装置１２が更に湯面検出ツール３０を下方へと移動させるように、駆動機構１１を制御すると、この露出した湯面Ｂに第２電極３４の先端が接触し、第１電極３３と第２電極３４間に電流が流れる。制御装置１２は、この電流を検出し、この時点での第１電極３３と第２電極３４の先端の位置を、この時点における駆動機構１１の状態等を基に演算して、溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出し、記憶する（ステップＳ３２）。
【００８４】
このように、本実施形態の溶解作業方法においては、駆動機構１１に湯面検出ツール３０を固定し、駆動機構１１により湯面検出ツール３０を下降させて湯面Ｂの高さ位置を検出する。
溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出した後に、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、湯面検出ツール３０を上昇させる（ステップＳ３３）。
制御装置１２は、駆動機構１１を制御して湯面検出ツール３０を作業ツールラック１３近傍へ移動させて、作業ツールラック１３上の所定の位置に、ロッド３１が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて湯面検出ツール３０を離すように制御し、湯面検出ツール３０を作業ツールラック１３へと返却する（ステップＳ３４）。
【００８５】
次に、作業者または制御装置１２は、サンプリング、スラグの除去、副資材投入、及び溶湯の温度測定の中から、次に実行する作業を選択する（ステップＳ２）。
まず、制御装置１２は、選択された作業がサンプリングであるか否かを判定する（ステップＳ３）。選択された作業がサンプリングの場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、次に説明するステップＳ４０へと遷移する。サンプリングでない場合には（ステップＳ３のＮｏ）、後に説明するステップＳ４へと遷移する。
【００８６】
選択された作業がサンプリングの場合には、制御装置１２は、作業ツールラック１３上へ駆動機構１１の手首部１１ｈを移動させ、サンプリングツール４０を把持するよう、駆動機構１１を制御する（ステップＳ４０）。
制御装置１２は、サンプル生成部４２を下側に向けて、サンプリングツール４０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け（ステップＳ４１）、サンプリングツール４０を鉛直方向に対して傾けて、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ４２）。
その後、制御装置１２は、サンプリングツール４０を上昇させて、凹部４２ａ内に溶湯Ｌをすくい上げるように、駆動機構１１を制御する。このとき、制御装置１２は、ロッド４１を鉛直方向に対して傾けたままの状態でサンプリングツール４０を上昇させるように駆動機構１１を制御する。その後、サンプリングツール４０の角度を垂直にし、凹部４２ａ内の溶湯Ｌの湯面が上面４２ｄと略平行となるようにする（ステップＳ４３）。
【００８７】
サンプル生成部４２は熱伝導率の高い材料で形成されており、なおかつ本実施形態においては溶湯Ｌは凝固温度の高い鋳鋼であるため、すくい上げられた溶湯Ｌはすぐに冷却されて凝固する。
この状態で、制御装置１２は、サンプリングツール４０がシュート１７の近傍まで移動するように駆動機構１１を制御する。その後、制御装置１２は、サンプリングツール４０を上下方向に反転させ、サンプル生成部４２の上面４２ｄが、シュート１７の溶解炉２側に位置する一方の端部１７ａの直上で、下方を向くように位置づけるように、駆動機構１１を制御する。すると、金属はシュート１７の一方の端部１７ａの上に落下する（ステップＳ４４）。
【００８８】
このように、本実施形態の溶解作業方法においては、駆動機構１１にサンプリングツール４０を固定し、駆動機構１１によりサンプリングツール４０を下降させて溶湯をすくう。
その後、後に説明するステップＳ７へ遷移する。
【００８９】
選択された作業がサンプリングではない場合には、制御装置１２は、選択された作業がスラグ除去であるか否かを判定する（ステップＳ４）。選択された作業がスラグ除去の場合には（ステップＳ４のＹｅｓ）、次に説明するステップＳ１１へと遷移する。スラグ除去でない場合には（ステップＳ４のＮｏ）、後に説明するステップＳ５へと遷移する。図２１は、スラグ除去方法（ステップＳ１１）を説明するフローチャートである。
本実施形態におけるスラグ除去方法は、スラグ除去ツールを、駆動機構に固定し、駆動機構により溶解炉上の任意の場所でスラグ除去ツールを下降させて、スラグ除去部を溶湯に所定の深さだけ没入し、駆動機構によりスラグ除去ツールを上昇させる。
【００９０】
スラグ除去が開始されると（ステップＳ１２）、作業者は、制御装置１２により、スラグ除去作業を自動で行うか否か、すなわち、制御装置１２がティーチングにより作成されたプログラムにより駆動機構１１を自動制御するか、作業者が入力装置２０と制御装置１２を介して駆動機構１１を遠隔操作するかを選択する（ステップＳ１３）。既に説明したように、以下の説明においては、いずれの場合においても、制御装置１２が駆動機構１１を制御すると記載する。
ステップＳ１３において、自動制御を選択した場合には、スラグ除去作業が終了するまでの作業が基本的には自動で実行されるが、例えばスラグＳが自動制御では除去しにくい場所に位置するとき等に、作業者が一時的に制御装置１２を介して駆動機構１１を遠隔操作してもよい。逆に、遠隔操作を選択した場合に、作業者が自動制御に任せてよいと判断した場合に自動制御に移行してもよい。
次に、作業者は、制御装置１２により、スラグ除去に使用するツールを選択し、把持する（ステップＳ１４）。すなわち、第１〜第５スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）６０、７０、８０、９０、１００のいずれを使用するかを選択し、これに基づき、制御装置１２は、作業ツールラック１３上へ駆動機構１１の手首部１１ｈを水平移動させ、指示されたスラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００を把持するよう、駆動機構１１を制御する。
【００９１】
次に、制御装置１２は、選択されたスラグ除去ツールが第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。選択されたスラグ除去ツールが第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０である場合には（ステップＳ１５のＹｅｓ）、次に説明するステップＳ６０へと遷移する。第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０でない場合には（ステップＳ１５のＮｏ）、後に説明するステップＳ１６へと遷移する。
【００９２】
選択されたスラグ除去ツールが第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０である場合には、制御装置１２は、スラグ除去部６２、７２を下側に向けて、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け（ステップＳ６０）、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ６１）。
その後、制御装置１２は、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０を上昇させるように、駆動機構１１を制御する。このとき、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、スラグ除去部６２、７２の上面によりすくい上げられる（ステップＳ６２）。
スラグＳをスラグ除去部６２、７２の上面に乗せた状態で、制御装置１２は、第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０をスラグ廃棄箱３の近傍まで移動して、スラグ廃棄箱３へスラグＳを廃棄するように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ６３）。
その後、後に説明するステップＳ１９へ遷移する。
【００９３】
選択されたスラグ除去ツールが第１及び第２スラグ除去ツール６０、７０ではない場合には、制御装置１２は、選択されたスラグ除去ツールが第３スラグ除去ツール８０であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。選択されたスラグ除去ツールが第３スラグ除去ツール８０である場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）、次に説明するステップＳ８０へと遷移する。第３スラグ除去ツール８０でない場合には（ステップＳ１６のＮｏ）、後に説明するステップＳ１７へと遷移する。
【００９４】
選択されたスラグ除去ツールが第３スラグ除去ツール８０である場合には、制御装置１２は、スラグ除去部８２を下側に向けて、第３スラグ除去ツール８０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け（ステップＳ８０）、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ８１）。このとき、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、スラグ除去部８２の側面８２ａ及び底面８２ｂに付着する。
その後、制御装置１２は、第３スラグ除去ツール８０を上昇させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ８２）。スラグＳをスラグ除去部８２に付着させた状態で、制御装置１２は、第３スラグ除去ツール８０をスラグ廃棄箱３の近傍まで移動して、スラグ廃棄箱３へスラグＳを廃棄するように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ８３）。
その後、後に説明するステップＳ１９へ遷移する。
【００９５】
選択されたスラグ除去ツールが第３スラグ除去ツール８０ではない場合には、制御装置１２は、選択されたスラグ除去ツールが第４スラグ除去ツール９０であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。選択されたスラグ除去ツールが第４スラグ除去ツール９０である場合には（ステップＳ１７のＹｅｓ）、次に説明するステップＳ９０へと遷移する。第４スラグ除去ツール９０でない場合には（ステップＳ１７のＮｏ）、後に説明するステップＳ１００へと遷移する。
【００９６】
選択されたスラグ除去ツールが第４スラグ除去ツール９０である場合には、制御装置１２は、スラグ除去部９２を下側に向けて、第４スラグ除去ツール９０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置付け（ステップＳ９０）、その後、駆動部９４を動作させてスラグ除去部９２を回転させた状態で（ステップＳ９１）、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ９２）。
この状態においては、駆動部９４が動作されているため、ロッド９１は回転している。駆動部９４がロッド９１を回転させるに際し、制御装置１２は、駆動機構１１を制御して、スラグ除去部９２の高さ位置を維持しつつ、ロッド９１の回転方向Ｄと同じ回転方向Ｒに、溶解炉２の略中央に設定された上下方向に延在する仮想軸線Ｖを中心として、第４スラグ除去ツール９０を公転させる。
スラグ除去部９２の自転及び第４スラグ除去ツール９０の公転により、スラグ除去部９２が移動した軌跡の近傍に位置していた、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、スラグ除去部９２に巻き取られる（ステップＳ９３）。
【００９７】
そして、制御装置１２は、第４スラグ除去ツール９０を上昇させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ９４）。スラグＳをスラグ除去部９２に付着させた状態で、制御装置１２は、第４スラグ除去ツール９０をスラグ廃棄箱３の近傍まで移動して、スラグ廃棄箱３へスラグＳを廃棄するように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ９５）。
その後、後に説明するステップＳ１９へ遷移する。
【００９８】
選択されたスラグ除去ツールが第４スラグ除去ツール９０ではない場合には、制御装置１２は、選択されたスラグ除去ツールが第５スラグ除去ツール１００であると判断する。
この場合には、まず、溶解炉２の傾動装置を操作して、溶解炉２を出滓口２ｂの方向へ傾かせて、湯面ＢまたはスラグＳを出滓口２ｂの傾斜部２ｄ上に位置付ける（ステップＳ１００）。
ここで、溶解炉２を傾動したために、湯面Ｂの高さは、図９各図を用いて説明したような溶解炉２を傾動させていない状態で測定した高さとは、異なる値となっている場合がある。このため、溶解炉２を傾動させた状態で、再度、既に説明したステップＳ３０〜Ｓ３４を再度実行し、溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出するのが望ましい。
次に、制御装置１２は、スラグ除去部１０２を下側に向けて、第５スラグ除去ツール１００を移動させて溶解炉２の上の、溶解炉２の出滓口２ｂとは反対側に位置する出湯口２ａの近傍に位置付け（ステップＳ１０１）、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ１０２）。
【００９９】
その後、制御装置１２は、第５スラグ除去ツール１００を溶解炉２の出滓口２ｂに向けて、水平方向に移動するように、駆動機構１１を制御する。これにより、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳは、傾斜部２ｄの方向にかき集められる（ステップＳ１０３）。
スラグ除去部１０２の下側に位置する長辺１０２ａが出滓口２ｂの傾斜部２ｄに接触した際には、スラグ除去部１０２の側面と傾斜部２ｄの間に、かき集められたスラグＳが集められた状態となっている。ここで制御装置１２は、第５スラグ除去ツール１００を傾斜部２ｄの傾斜に沿って、上及び水平方向に動かし、集められたスラグＳを出滓口２ｂから溶解炉２の外部へ排出するように、駆動機構１１を制御する（ステップＳ１０４）。
その後、溶解炉２の傾動を元の状態に戻し（ステップＳ１０５）、次に説明するステップＳ１９へ遷移する。
【０１００】
次に、スラグ除去作業を継続するか否かを判断する（ステップＳ１９）。上記のステップＳ６０、Ｓ８０、Ｓ９０、及びＳ１００の各々から始まる一連のスラグ除去処理を一度実行したのみでは、スラグＳを十分に除去できていない可能性がある。例えばこのような、十分にスラグＳが除去されていないと判断される場合に（ステップＳ１９のＹｅｓ）、ステップＳ１４へ戻り、例えば湯面Ｂ上の異なる水平位置において、一連のスラグ除去処理を再度実行する。このとき、一旦使用したスラグ除去ツールを作業ツールラック１３へと返却し、これとは異なるツールを使用してもよい。
一連のスラグ除去処理を再実行する必要がないと判断される場合には（ステップＳ１９のＮｏ）、スラグ除去処理を終了し（ステップＳ２０）、図２０に示される、後に説明するステップＳ７へ遷移する。
【０１０１】
選択された作業がスラグ除去ではない場合には、制御装置１２は、選択された作業が副資材投入であるか否かを判定する（ステップＳ５）。選択された作業が副資材投入の場合には（ステップＳ５のＹｅｓ）、次に説明するステップＳ１１０へと遷移する。副資材投入でない場合には（ステップＳ５のＮｏ）、後に説明するステップＳ５０へと遷移する。
【０１０２】
選択された作業が副資材投入の場合には、制御装置１２は、作業ツールラック１３上へ駆動機構１１の手首部１１ｈを移動させ、副資材投入ツール１１０を把持するよう、駆動機構１１を制御する（ステップＳ１１０）。
制御装置１２は、ロッド１１１が略水平になるように副資材投入ツール１１０の姿勢を保ちつつ、副資材載置部１１２を図１に示される副資材計量機１６近傍へ移動し（ステップＳ１１１）、副資材計量機１６により自動計量されて排出された一定の量の副資材を凹部１１２ａ内へ載置する（ステップＳ１１２）よう、駆動機構１１を制御する。
この状態で、制御装置１２は、駆動機構１１を制御して、副資材載置部１１２を移動して溶解炉２の上方に位置せしめ（ステップＳ１１３）、ロッド１１１を傾かせて凹部１１２ａ中の副資材を溶解炉２の溶湯Ｌ内へ投入する（ステップＳ１１４）。
その後、後に説明するステップＳ７へ遷移する。
【０１０３】
選択された作業が副資材投入ではない場合には、制御装置１２は、選択された作業が溶湯の温度測定であると判断する。
この場合には、制御装置１２は、作業ツールラック１３上へ駆動機構１１の手首部１１ｈを移動させ、温度測定ツール５０を把持するよう、駆動機構１１を制御する（ステップＳ５０）。
制御装置１２は、プローブ５２を下側に向けて、温度測定ツール５０を移動させて溶解炉２の上の任意の場所に位置づけ（ステップＳ５１）、その後、溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させるように制御する。これにより、溶湯Ｌの温度が測定される（ステップＳ５２）。
その後、制御装置１２は、温度測定ツール５０を上昇させて、作業員の方向に移動させるよう、駆動機構１１を制御する。作業員による、温度計本体５１に表示された溶湯温度の測定結果の確認が終了した後に（ステップＳ５３）、制御装置１２は駆動機構１１を制御して、プローブを交換する（ステップＳ５４）。
その後、次に説明するステップＳ７へ遷移する。
【０１０４】
上記のような、各作業ツール１４を用いた作業が終了した後、制御装置１２は、駆動機構１１を制御して作業ツール１４を作業ツールラック１３近傍へ移動させて、作業ツールラック１３上の所定の位置に、作業ツール１４が水平になるように位置付ける。その後、制御装置１２は把持先端部１１ｌを広げて作業ツール１４を離すように制御し、作業ツール１４を作業ツールラック１３へと返却する（ステップＳ７）。
【０１０５】
次に、溶解作業を継続するか否かを判断する（ステップＳ８）。溶解作業を継続すると判断される場合に（ステップＳ８のＹｅｓ）、ステップＳ２へ戻り、作業の選択から始まる一連の処理を再度実行する。
溶解作業を継続する必要がないと判断される場合には（ステップＳ８のＮｏ）、溶解作業を終了する（ステップＳ９）。
【０１０６】
次に、上記の溶解作業装置及び溶解作業方法の効果について説明する。
【０１０７】
溶解作業装置１０は、溶解炉２内で材料を溶解してできた溶湯Ｌに対して作業を行うものであって、駆動機構１１と、駆動機構１１によって操作される、複数の作業ツール１４と、を備え、駆動機構１１は、溶解炉２上の任意の場所で作業ツール１４を任意の方向に移動可能である。
上記のような構成によれば、溶解作業は、溶解炉２上の任意の場所で作業ツール１４を任意の方向に移動可能な駆動機構１１が実行するため、対応した作業ツール１４が用意されている作業に関しては、作業員は基本的には溶解炉２へ近づかなくてよい。また、駆動機構１１は、複数の作業ツール１４を備えているため、複数種類の炉前作業を実行可能である。このため、溶解炉に対する作業を容易に実行可能である。
【０１０８】
また、複数の作業ツール１４は、溶湯Ｌの湯面Ｂに浮遊するスラグＳを除去するスラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００を備え、スラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００は、ロッド６１、７１、８１、９１、１０１の先端に設けられたスラグ除去部６２、７２、８２、９２、１０２を備えている。
上記のような構成によれば、ロッド６１、７１、８１、９１、１０１の先端にスラグ除去部６２、７２、８２、９２、１０２が設けられており、丸棒を使用するよりも効率的にスラグを除去することができる構造となっている。
効率的にスラグを除去できることは、溶解炉２内への一度の作業ツール１４の投入で除去できるスラグＳの量が多いことを意味する。すなわち、丸棒に比べると、付着するスラグの量が増加する。これに加え、先端にスラグ除去部６２、７２、８２、９２、１０２が設けられることにより、支持すべき重量が増大する。このため、作業員が上記のようなスラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００を用いて人力でスラグＳを除去するのは、容易ではない。これに対し、本実施形態においては、作業員ではなく、駆動機構１１がスラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００を把持してスラグＳを除去するため、スラグＳを効率的に除去しながらも、作業員への負担を低減可能である。
また、様々な形状のスラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００を、例えばスラグＳの発生位置や発生量、分布等に応じて使い分けることができる。したがって、更に効率的にスラグＳを除去することができる。
【０１０９】
特に、第３スラグ除去ツール８０、第４スラグ除去ツール９０においては、ロッド８１、９１の軸線方向ＣＲに所定の長さを有し、軸線周りにスラグ付着部８２ａ、８２ｂ、９２ａを備えている。
具体的には、第３スラグ除去ツール８０においては、スラグ除去部８２は円柱形状を成している。また、第４スラグ除去ツール９０においては、スラグ除去部９２は、ロッド９１の軸線方向ＣＲに、複数の円板９２ａが互いに離間して設けられることにより形成されている。
上記のような構成によれば、スラグＳの付着面積を大きくすることができるため冷却し易くなり、溶解炉２内への一度の作業ツール１４の投入で除去できるスラグＳの量を増やすことができる。これにより、効率的にスラグＳを除去することが可能となる。
【０１１０】
更に、第４スラグ除去ツール９０においては、ロッド９１を軸線回りに回転可能な駆動部９４を備え、駆動部９４が駆動機構１１に固定可能である。
上記のような構成によれば、駆動機構１１に駆動部９４が固定されつつ、駆動部９４がロッド９１を軸線回りに回転可能であるため、駆動機構１１が第４スラグ除去ツール９０を把持した状態で、第４スラグ除去ツール９０に設けられたスラグ除去部９２を回転させることができる。これにより、スラグＳをスラグ除去部９２へ巻きつけるようにして付着させることができるため、溶解炉２内への一度の投入で除去できるスラグＳの量を更に増やすことができる。
【０１１１】
更に、第４スラグ除去ツール９０においては、第４スラグ除去ツール９０が駆動部９４によりロッド９１を回転させるに際し、駆動機構１１は、スラグ除去部９２の高さ位置を維持しつつ、ロッド９１の回転方向Ｄと同じ回転方向Ｒに、上下方向に延在する仮想軸線Ｖを中心として第４スラグ除去ツール９０を公転させる。
上記のような構成によれば、第４スラグ除去ツール９０を公転させるため、溶解炉２内への一度の作業ツール１４の投入で除去できるスラグＳの量を更に増やすことができる。
この公転の回転方向Ｒは、スラグ除去部９２の回転方向Ｄと同じ方向となっている。公転の回転方向Ｒが、スラグ除去部９２の回転方向Ｄと異なる場合には、公転の進行方向前方に位置するスラグＳは、スラグ除去部９２の回転により溶解炉２の半径方向外側、すなわち溶解炉２の内側表面２ｃ方向へ流され、内側表面２ｃへと付着し得る。公転の回転方向Ｒとロッド９１の回転方向Ｄを同一方向とすることにより、公転の進行方向前方に位置するスラグＳを、溶解炉２の内側表面２ｃではなく溶解炉２の半径方向内側へ流すことができる。このため、内側表面２ｃへのスラグＳの付着を抑制可能である。
【０１１２】
また、複数の作業ツール１４は、ロッド３１の先端に設けられて溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出する湯面検出部３２を備えた、湯面検出ツール３０を備えている。
既に説明したように、様々な理由に因り溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を一定の場所に保つことが容易ではないため、駆動機構１１が、例えばティーチングにより作成されたプログラムによって制御されている場合においては、作業ツール１４の先端と溶湯の湯面Ｂとの相対的な位置関係を把握する必要がある。
上記のような構成によれば、湯面検出ツール３０により溶湯Ｌの湯面Ｂの高さ位置を検出できるため、作業ツール１４を用いた駆動機構１１による作業を正確に遂行可能である。
【０１１３】
また、湯面検出部３２は、棒状の第１及び第２電極３３、３４を備え、第１電極３３は、第２電極３４よりも長くロッド３１から突出して設けられている。
上記のような構成によれば、既に説明したように、溶湯Ｌの高さ位置の検出誤差を抑制可能である。
【０１１４】
また、複数の作業ツール１４は、ロッド４０の先端に設けられて溶湯Ｌをすくいインゴット１２０を生成するサンプル生成部４２を備えた、サンプリングツール４０を備えている。
上記のような構成によれば、溶解作業装置１０によるサンプリング作業が可能となる。
【０１１５】
また、サンプル生成部４２は凹部４２ａを備え、凹部４２ａは開口部４２ｂが底面４２ｃよりも大きくテーパー状に形成されている。
上記のような構成によれば、サンプル生成部４２内で凝固した金属を、サンプル生成部４２の凹部４２ａから容易に取り出すことが可能である。
【０１１６】
また、サンプル生成部４２はカーボンにより形成されている。
上記のような構成によれば、サンプル生成部４２の凹部４２ａ内にすくい取った溶湯を、速く凝固させることができる。
【０１１７】
また、制御装置１２は、サンプリングツール４０を上昇させて、凹部４２ａ内に溶湯Ｌをすくい上げるに際し、サンプリングツール４０を鉛直方向に対して傾けて溶解炉２中の溶湯へ向けて下降させ、ロッド４１を鉛直方向に対して傾けたままの状態でサンプリングツール４０を上昇させるように駆動機構１１を制御する。
上記のような構成によれば、既に説明したように、溶湯Ｌが凝固した後に上面４２ｄの上で溶湯Ｌが凝固するのが抑制され、上面４２ｄの上で凝固した金属が上面４２ｄに貼り付くことにより金属がサンプル生成部４２から取り出しにくくなるのを抑制する。
【０１１８】
また、複数の作業ツール１４は、ロッド１１１の先端に設けられて副資材をその上に載置可能な副資材載置部１１２を備えた、副資材投入ツール１１０を備えている。
上記のような構成によれば、溶解作業装置１０による副資材投入作業が可能となる。
【０１１９】
また、複数の作業ツール１４は、溶湯Ｌの温度を測定する、温度測定ツール５０を備えている。
上記のような構成によれば、溶解作業装置１０による溶湯Ｌの温度の測定が可能となる。
【０１２０】
また、本実施形態においては、溶解炉２は、鋳鋼を溶解する。
例えば鋳鉄においては、スラグを除去するに当たり、珪石等を散布することによりスラグを固形化し、除去しやすくすることも可能である。しかし、鋳鋼においては、溶湯温度が鋳鉄よりも高く１５５０℃以上となり、珪石は溶解してしまうため、スラグの除去は容易ではない。
しかし、本実施形態においては、例えば上記のような第３スラグ除去ツール８０、第４スラグ除去ツール９０のような、スラグＳを付着させることにより除去するスラグ除去ツールを使用可能である。したがって、スラグＳの除去が容易ではない鋳鋼の溶解においても、効率的にスラグＳを除去することができる。
【０１２１】
また、駆動機構１１はロボットアームである。このロボットアームは、ティーチングにより作成されたプログラムによって制御されている。
上記のような構成によれば、駆動機構１１を自動制御することが可能となる。
【０１２２】
また、溶解作業装置１０は駆動機構１１から離間して設けられた入力装置２０を更に備え、駆動機構１１は入力装置２０への入力により遠隔操作される。
上記のような構成によれば、例えばスラグ除去等の、繊細な動きを要する作業や、作業者が溶解炉２内の状況を観察した結果に強く依存する作業を行う場合に、作業者自ら駆動機構１１を操作することができる。すなわち、ティーチングにより作成されたプログラムに完全に依存する必要がないため、プログラムの開発が比較的容易である。したがって、溶解作業装置１０を容易に製造可能であり、開発コストを低減できる。
更に、スラグ除去の精度を向上させることができる。
【０１２３】
また、駆動機構１１は、２つの把持部１１ｊを備えており、これら２つの把持部１１ｊで作業ツール１４の異なる部分を把持する。
上記のような構成によれば、安定して作業ツール１４を把持することができる。
【０１２４】
（実施形態の第１変形例）
次に、図２２を用いて、上記実施形態として示した溶解作業装置１０の第１変形例を説明する。図２２は、本第１変形例における溶解作業装置１０Ａのブロック図である。本第１変形例の溶解作業装置１０Ａにおいては、上記実施形態の溶解作業装置１０とは、入力装置２０を備えていない点が異なっている。溶解作業装置１０Ａにおける溶解作業が、プログラムで実行可能な作業のみである場合等においては、このような構成により溶解作業装置１０Ａを実現可能である。
【０１２５】
（実施形態の第２変形例）
次に、図２３を用いて、上記実施形態として示した溶解作業装置１０の第２変形例を説明する。図２３は、本第２変形例における溶解作業装置１０Ｂのブロック図である。本第２変形例の溶解作業装置１０Ｂにおいては、上記実施形態の溶解作業装置１０とは、駆動機構１１Ｂがロボットアームではなく、作業員の操作を前提とした作業アームであり、これに伴いティーチペンダント１９を備えていない点が異なっている。
【０１２６】
（実施形態の第３変形例）
次に、図２４を用いて、上記実施形態として示した溶解作業装置１０の第３変形例を説明する。図２４は、本第４変形例における溶解作業装置１０Ｃのブロック図である。本第３変形例の溶解作業装置１０Ｃにおいては、上記実施形態の溶解作業装置１０とは、撮像装置２２を備えている点が異なっている。
撮像装置２２は、溶解炉２を撮像するものであり、制御装置１２は溶解炉２の湯面Ｂ上のスラグＳの位置や量、分布等を、撮像装置２２により撮像された画像を基に解析する。この解析情報を基に、制御装置１２は、使用するスラグ除去ツール６０、７０、８０、９０、１００の種類や溶解炉２上の下降位置を決定し、駆動機構（ロボットアーム）１１を制御して、スラグを除去する。
制御装置１２におけるスラグの解析は、例えば人工知能などにより行われてよい。
【０１２７】
なお、本発明の溶解作業装置及び溶解作業方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。
【０１２８】
例えば、上記実施形態においては、溶解炉２は鋳鋼を溶解するものであったが、本発明の主旨を逸脱しない限り、鋳鉄など他の金属を溶解するものであってもよい。
【０１２９】
また、上記実施形態においては、湯面検出ツール３０の各電極３３、３４は、駆動機構１１の外部に設けられた電源センサ等に接続されていたが、これに限られないことは言うまでもない。例えば、駆動機構１１の把持先端部１１ｌにより湯面検出ツール３０を把持した際に、把持先端部１１ｌとの接触により検知回路を形成してもよいし、把持部１１ｊに端子を設け、これに接続させて検知回路を形成してもよい。
【０１３０】
また、上記実施形態においては、第４スラグ除去ツール９０のスラグ除去部９２は、ロッド８１の軸線方向ＣＲに所定の長さにわたって、複数の円板９２ａが互いに離間して設けられることにより形成されていたが、これに限られない。
例えば、図２５（ａ）に示されるように、第４スラグ除去ツール９０Ａのスラグ除去部９２Ａは、円柱形状の側面に、複数の、周方向に延在する凹条９６を備えていてもよい。
また、図２５（ｂ）に示されるように、第４スラグ除去ツール９０Ｂのスラグ除去部９２Ｂは、複数の、軸線方向に延在する凹条９７を備えていてもよい。
また、図２５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、第４スラグ除去ツール９０Ｃ、９０Ｄのスラグ除去部９２Ｃ、９２Ｄは、金属線９８または金属板９９がロッド９１の軸線の周りを周回して囲うように、スクリュー形状にして設けられることにより形成されていてもよい。
このように、スラグ除去部９２、９２Ａ、９２Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄが大きな表面積を備えたスラグ付着部を備えるように形成されることにより、スラグＳの付着面積を大きくすることができる。
あるいは、溶解作業装置は、上記実施形態として説明した第４スラグ除去ツール９０に加えて、図２５を用いて説明した第４スラグ除去ツール９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄのいずれか、あるいはこれらの全てを併せ持っていてもよい。
【０１３１】
また、上記実施形態においては、第４スラグ除去ツール９０を公転させたが、これに加え、あるいはこれに替えて、直線状に動かすようにしてもよい。
または、スラグ除去ツール９０が駆動部９４によりロッド９１を回転させるに際し、駆動機構１１は、スラグ除去部９２の高さ位置をスラグＳを補足する上下方向一定範囲内に維持しつつ、ロッド９１を上下方向に移動させるようにしてもよい。
【０１３２】
また、上記実施形態においては、第４スラグ除去ツール９０のみが駆動部９４を備えていたが、他のスラグ除去ツールにも駆動部を設けて、スラグ除去部が回転するような構成としてもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態においては、第５スラグ除去ツール１００のスラグ除去部１０２は、矩形形状の幅方向がロッド１０１の軸線方向ＣＲに一致するように設けられていたが、これに限られない。例えば、図２６に示される第５スラグ除去ツール１００Ａのように、スラグ除去部１０２Ａと直交するようにロッド１０１が接合されていてもよい。
この場合においては、制御装置１２は、スラグ除去部１０２Ａが湯面Ｂに対して垂直に位置するように、すなわち、ロッド１０１が略水平に延在するように第５スラグ除去ツール１００Ａを位置づけて、スラグを除去するように、駆動機構１１を制御する。
【０１３４】
また、上記実施形態においては、サンプリングツール４０に関して、制御装置１２は、ロッド４１が鉛直方向に対して傾くように駆動機構１１によりサンプリングツール４０を把持して、サンプリングツール４０を上昇させるように駆動機構１１を制御したが、これに限られない。例えば、制御装置１２は、ロッド４１が鉛直方向に延在するように把持した状態で溶解炉２から上昇させて一旦静止させた後、溶解炉２の上方において、一定の時間だけ傾けてもよいのは、言うまでもない。
また、シュート１７上でサンプリングツール４０を反転させた後、駆動機構１１によりサンプリングツール４０に振動を加えて、サンプル生成部４２からインゴット１２０がより容易に落下するようにしてもよい。
【０１３５】
また、上記実施形態における、温度測定ツール５０の温度計本体５１の電源の投入、切断は、作業員が実施してもよいし、無線等により切り替えられるようにしてもよい。
同様に、温度測定ツール５０における測定結果の確認は、作業員の目視に限られず、例えば、測定結果を温度測定ツール５０が無線で制御装置１２へ送信するように構成してもよいのは、言うまでもない。
【０１３６】
また、溶解炉２の傾動装置を、溶解作業装置１０の制御装置１２と連動させるようにし、制御装置１２が傾動装置を制御して、溶解炉２を傾動させるように構成してもよい。
【０１３７】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態及び各変形例で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【０１３８】
１      溶解設備
２      溶解炉
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  溶解作業装置
１１、１１Ｂ                  駆動機構
１１ｊ  把持部
１２    制御装置
１３    作業ツールラック
１４    作業ツール
１９    ティーチペンダント
２０    入力装置
２２    撮像装置
３０    湯面検出ツール
３１    ロッド
３２    湯面検出部
３３    第１電極
３４    第２電極
４０    サンプリングツール
４１    ロッド
４２    サンプル生成部
４２ａ  凹部
４２ｂ  開口部
４２ｃ  凹部の底面
５０    温度測定ツール
６０    第１スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）
７０    第２スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）
８０    第３スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）
９０、９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ  第４スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）
１００  第５スラグ除去ツール（スラグ除去ツール）
６１、７１、８１、９１、１０１        ロッド
６２、７２、８２、９２、９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ、９２Ｄ、１０２  スラグ除去部
８２ａ  側面（スラグ付着部）
８２ｂ  底面（スラグ付着部）
９２ａ  円板（スラグ付着部）
９４    駆動部
９６    凹条（スラグ付着部）
９８    金属線（スラグ付着部）
９９    金属板（スラグ付着部）
１１０  副資材投入ツール
１１１  ロッド
１２０  インゴット
Ｂ      湯面
Ｒ      公転方向
ＣＲ    軸線方向
Ｄ      ロッドの回転方向
Ｌ      溶湯
Ｖ      仮想軸線
Ｓ      スラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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