(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物砂が充填される測定筒と、
前記測定筒の一方の開口を閉鎖可能な底面を有する蓋体と、
前記蓋体を回転させる回転機構と、
前記測定筒に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮機構と、
前記圧縮機構の動作を制御するコントローラと、を備え、
前記圧縮機構は、
前記蓋体によって前記開口が閉鎖された前記測定筒内を移動して、該測定筒に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮ヘッドと、
前記圧縮ヘッドを移動させるサーボモータと、を有しており、
前記蓋体には、貫通孔が形成されており、
前記回転機構は、前記蓋体に連結された回転軸を有する軸駆動サーボモータを有し、
前記コントローラは、
前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、前記貫通孔が前記測定筒の開口に連通する投入位置に回転させ、
前記貫通孔を介して前記鋳物砂を前記測定筒に充填した後で、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、該蓋体の底面が前記測定筒の開口を閉鎖する測定位置に回転させ、
前記サーボモータを駆動して前記圧縮ヘッドを移動させることで前記鋳物砂を圧縮し、
前記サーボモータの電流値に基づいて、該サーボモータのトルクを監視し、
前記サーボモータのトルクが所定のトルク設定値に到達したときに、前記圧縮ヘッドの移動を停止させ、
前記圧縮ヘッドの移動距離から前記鋳物砂のコンパクタビリティ値を算出し、
前記コンパクタビリティ値を算出した後に、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を前記測定位置から前記投入位置まで回転させ、
前記サーボモータを駆動して、前記圧縮後の鋳物砂の一部を前記貫通孔に挿入し、
前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記圧縮後の鋳物砂の一部を前記蓋体で切断したときの前記軸駆動サーボモータのトルクから、前記圧縮後の鋳物砂のせん断力を算出することを特徴とするコンパクタビリティ値の測定装置。
【請求項２】
前記貫通孔に接続される案内筒が前記蓋体に固定され、
前記案内筒には、前記案内塔内に鋳物砂が存在しているか否かを検出する近接センサが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンパクタビリティ値の測定装置。
【請求項３】
蓋体に連結された回転軸を有する軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、該蓋体に形成された貫通孔が測定筒の一方の開口に連通する投入位置に回転させ、
前記貫通孔を介して鋳物砂を前記測定筒に充填した後に、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、該蓋体の底面が前記測定筒の開口を閉鎖する測定位置に回転させ、
前記蓋体で一方の開口が閉鎖された前記測定筒に充填された鋳物砂をサーボモータによって移動する圧縮ヘッドで圧縮し、
前記サーボモータの電流値に基づいて、前記サーボモータのトルクを監視し、
前記サーボモータのトルクが所定のトルク設定値に到達したときに、前記圧縮ヘッドの移動を停止させ、
前記圧縮ヘッドの移動距離から前記鋳物砂のコンパクタビリティ値を算出し、
コンパクタビリティ値の算出後に、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を前記測定位置から前記投入位置まで回転させ、
前記サーボモータを駆動して、圧縮後の鋳物砂の一部を前記貫通孔に挿入し、
前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記圧縮後の鋳物砂の一部を前記蓋体で切断したときの前記軸駆動サーボモータのトルクから、前記圧縮後の鋳物砂のせん断力を算出することを特徴とするコンパクタビリティ値の測定方法。
【請求項４】
前記貫通孔に接続される案内筒に取り付けられた近接センサにより、前記案内塔内に鋳物砂が存在しているか否かを検出することを特徴とする請求項３に記載のコンパクタビリティ値の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易な構成で正確な鋳物砂のコンパクタビリティ値を測定することが可能なコンパクタビリティ値の測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物砂は、鋳型を成形するために用いられる。鋳物砂は、例えば、珪砂、ベントナイトなどの粘結剤、およびでんぷんなどの添加物の混合物に水を加えて混練機で混練することにより製造される。鋳物砂の性状を示す指標として、従来からコンパクタビリティ値（ＣＢ値）が用いられている。コンパクタビリティ値は、所定の寸法を有する測定筒に充填された鋳物砂を所定の押圧荷重で圧縮したときの鋳物砂の圧縮率である。コンパクタビリティ値が変化すると、鋳物砂によって成形される鋳型の強度や成形性が変化する。したがって、コンパクタビリティ値は、鋳物砂の重要な管理項目として用いられる。
【０００３】
コンパクタビリティ値は、鋳物砂に含まれる水分量に比例して変化することが知られている。したがって、混練機で製造された鋳物砂のコンパクタビリティ値を測定し、この測定されたコンパクタビリティ値に基づいて、次の鋳物砂の製造バッチで混練機に投入される水の量が調整される。コンパクタビリティ値は、一般に、専用の測定装置（すなわち、コンパクタビリティ値の測定装置）を用いて測定される。
【０００４】
図１４は、従来のコンパクタビリティ値の測定装置の一例を示した模式図である。図１４に示されるコンパクタビリティ値の測定装置１０１は、鋳物砂が充填される測定筒１０２と、測定筒１０２の上開口１０２ａを閉鎖可能な底面を有する蓋体１０３と、蓋体１０３を回転させるリンク機構１０４と、測定筒１０２に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮機構１０６と、コンパクタビリティ値の測定装置１０１の動作を制御するコントローラ１１０と、を備える。測定筒１０２は、図示しないフレームから水平に延びる第１の支持板１２６によって支持されている。
【０００５】
圧縮機構１０６は、ピストンロッド１１２を有する空圧式（または電動式）シリンダ１０８と、ピストンロッド１１２の先端に固定されるロードセル１１３と、ロードセル１１３の上面から鉛直方向に延びる押圧ロッド１１４と、押圧ロッド１１４の先端に固定された圧縮ヘッド１１５と、を有する。押圧ロッド１１４に固定された圧縮ヘッド１１５は、シリンダ１０８の動作によって、測定筒１０２内を上下動するように構成されており、圧縮ヘッド１１５の外径は、測定筒１０２の内径と略等しい。圧縮機構１０６のシリンダ１０８の動作は、コントローラ１１０によって制御される。さらに、シリンダ１０８は、ピストンロッド１１２の移動距離（すなわち、圧縮ヘッド１１５の移動距離）を測定する距離検出センサ（例えば、エンコーダ）１２３を有している。距離検出センサ１２３は、コントローラ１１０に接続されており、距離検出センサ１２３によって検出されたピストンロッド１１２の移動距離は、コントローラ１１０に入力される。
【０００６】
蓋体１０３は、リンク機構１０４によって、鋳物砂を測定筒１０２に投入するための投入位置と、鋳物砂を圧縮してコンパクタビリティ値を測定するための測定位置との間を移動することができる。図１５（ａ）は、図１４に示されるリンク機構１０４によって、蓋体１０３が投入位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示される蓋体１０３がリンク機構１０４によって測定位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【０００７】
図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）に示されるリンク機構１０４は、蓋体１０３に固定される回転軸１３０と、蓋体１０３の上面から鉛直方向に延びるピン１３６と、ピン１３６に接続されるピストンロッド１３４を有する空圧式（または電動式）シリンダ１３３と、を有する。シリンダ１３３は、図示しない支持板によって支持されている。ピン１３６は、略Ｌ字状の形状を有する蓋体１０３の一方の端部に固定される。ピストンロッド１３４の先端は、ピン１３６に緩やかに嵌め込まれており、ピン１３６は、ピストンロッド１３４に対して回転可能である。回転軸１３０は、蓋体１０３の屈曲部を貫通して延びており、回転軸１３０は、第１の支持板１２６と第２の支持板１２７にそれぞれ取り付けられた軸受１３８，１３８によって回転可能に支持されている（図１４参照）。第２の支持板１２７は、図示しないフレームから水平に延びている。蓋体１０３は、回転軸１３０と一体に回転する。
【０００８】
リンク機構１０４のシリンダ１３３は、コントローラ１１０に接続されており、このシリンダ１３３の動作は、コントローラ１１０によって制御される。図１５（ａ）に示されるように、シリンダ１３３のピストンロッド１３４を伸ばすと、蓋体１０３は回転軸１３０を支点として投入位置まで回転する。図１５（ｂ）に示されるように、ピストンロッド１３４を縮めると、蓋体１０３は、回転軸１３０を支点として測定位置まで回転する。
【０００９】
蓋体１０３が図１５（ａ）に示される投入位置にあるとき、測定筒１０２の上開口１０２ａは、開放されている。したがって、作業者は、測定筒２に鋳物砂を充填することができる。蓋体１０３が図１５（ｂ）に示される測定位置にあるとき、測定筒１０２の上開口１０２ａは、蓋体１０３の底面によって閉鎖される（図１５（ｃ）参照）。したがって、蓋体１０３が測定位置にある状態で、圧縮ヘッド１１５（図１４参照）を上昇させると、測定筒１０２に充填された鋳物砂を圧縮することができる。
【００１０】
鋳物砂のコンパクタビリティ値を測定するときは、コントローラ１１０がリンク機構１０４のシリンダ１３３の動作を制御して、蓋体１０３を投入位置まで回動させる。これにより、作業者は、鋳物砂を測定筒１０２に投入することができる。次に、コントローラ１１０によって蓋体１０３を測定位置に回動させる。測定位置まで回動した蓋体１０３の底面によって、測定筒１０２の上開口１０２ａが閉鎖される。次に、コントローラ１１０は、圧縮機構１０６のシリンダ１０８を駆動して、圧縮ヘッド１１５により鋳物砂を圧縮する。ロードセル１１３は、コントローラ１１０に接続されており、コントローラ１１０は、ロードセル１１３の出力信号から圧縮ヘッド１１５が鋳物砂を圧縮する押圧荷重を検出することができる。
【００１１】
圧縮ヘッド１１５が鋳物砂を圧縮する押圧荷重が所定の値になったことがコントローラ１１０に検出されると、コントローラ１１０は、圧縮ヘッド１１５による鋳物砂の圧縮を停止させる。より具体的には、コントローラ１１０は、圧縮機構１０６のシリンダ１０８の動作を停止させる。コントローラ１１０は、距離検出センサ１２３の出力信号から圧縮ヘッド１１５の移動距離を検出することができる。コントローラ１１０は、検出された圧縮ヘッド１１５の移動距離から、鋳物砂の圧縮率を算出することができる。この鋳物砂の圧縮率が鋳物砂のコンパクタビリティ値として用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のコンパクタビリティ値の測定装置１０１では、コントローラ１１０は、鋳物砂を圧縮する押圧荷重が所定の値に到達したか否かをロードセル１１３の出力信号から判断している。この場合、圧縮機構１０６にロードセル１１３を組み込む必要があるため、コンパクタビリティ値の測定装置１０１の構成が複雑になる。その結果、コンパクタビリティ値の測定装置１０１の製造コストが増加する。
【００１３】
さらに、鋳物砂のコンパクタビリティ値の測定には、一般に、０．１％程度の測定精度が要求される。しかしながら、従来のコンパクタビリティ値の測定装置１０１では、コントローラ１１０は、圧縮ヘッド１１５の移動をロードセル１１３の出力信号に基づいたフィードバック制御によって制御している。この場合、圧縮ヘッド１１５が鋳物砂を圧縮する押圧荷重が所定の値に到達すると直ちに、圧縮ヘッド１１５の移動を停止させることが困難である。その結果、コンパクタビリティ値の測定結果にばらつきが生じてしまうので、従来のコンパクタビリティ値の測定装置１０１では、正確なコンパクタビリティ値を得ることが困難であった。
【００１４】
そこで、本発明は、簡易な構成で、鋳物砂の正確なコンパクタビリティ値を測定することが可能なコンパクタビリティ値の測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、鋳物砂が充填される測定筒と、前記測定筒の一方の開口を閉鎖可能な底面を有する蓋体と、前記蓋体を回転させる回転機構と、前記測定筒に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構の動作を制御するコントローラと、を備え、前記圧縮機構は、前記蓋体によって前記開口が閉鎖された前記測定筒内を移動して、該測定筒に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮ヘッドと、前記圧縮ヘッドを移動させるサーボモータと、を有しており、前記蓋体には、貫通孔が形成されており、前記回転機構は、前記蓋体に連結された回転軸を有する軸駆動サーボモータを有し、前記コントローラは、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、前記貫通孔が前記測定筒の開口に連通する投入位置に回転させ、前記貫通孔を介して前記鋳物砂を前記測定筒に充填した後で、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、該蓋体の底面が前記測定筒の開口を閉鎖する測定位置に回転させ、前記サーボモータを駆動して前記圧縮ヘッドを移動させることで前記鋳物砂を圧縮し、前記サーボモータの電流値に基づいて、該サーボモータのトルクを監視し、前記サーボモータのトルクが所定のトルク設定値に到達したときに、前記圧縮ヘッドの移動を停止させ、前記圧縮ヘッドの移動距離から前記鋳物砂のコンパクタビリティ値を算出し、前記コンパクタビリティ値を算出した後に、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を前記測定位置から前記投入位置まで回転させ、前記サーボモータを駆動して、前記圧縮後の鋳物砂の一部を前記貫通孔に挿入し、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記圧縮後の鋳物砂の一部を前記蓋体で切断したときの前記軸駆動サーボモータのトルクから、前記圧縮後の鋳物砂のせん断力を算出することを特徴とするコンパクタビリティ値の測定装置である。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記貫通孔に接続される案内筒が前記蓋体に固定され、前記案内筒には、前記案内塔内に鋳物砂が存在しているか否かを検出する近接センサが取り付けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の態様は、蓋体に連結された回転軸を有する軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、該蓋体に形成された貫通孔が測定筒の一方の開口に連通する投入位置に回転させ、前記貫通孔を介して鋳物砂を前記測定筒に充填した後に、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を、該蓋体の底面が前記測定筒の開口を閉鎖する測定位置に回転させ、前記蓋体で一方の開口が閉鎖された前記測定筒に充填された鋳物砂をサーボモータによって移動する圧縮ヘッドで圧縮し、前記サーボモータの電流値に基づいて、前記サーボモータのトルクを監視し、前記サーボモータのトルクが所定のトルク設定値に到達したときに、前記圧縮ヘッドの移動を停止させ、前記圧縮ヘッドの移動距離から前記鋳物砂のコンパクタビリティ値を算出し、コンパクタビリティ値の算出後に、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記蓋体を前記測定位置から前記投入位置まで回転させ、前記サーボモータを駆動して、圧縮後の鋳物砂の一部を前記貫通孔に挿入し、前記軸駆動サーボモータを駆動して、前記圧縮後の鋳物砂の一部を前記蓋体で切断したときの前記軸駆動サーボモータのトルクから、前記圧縮後の鋳物砂のせん断力を算出することを特徴とするコンパクタビリティ値の測定方法である。
【００１８】
本発明の好ましい態様は、前記貫通孔に接続される案内筒に取り付けられた近接センサにより、前記案内塔内に鋳物砂が存在しているか否かを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、コントローラは、サーボモータのトルクに基づいて、鋳物砂を圧縮する押圧荷重が所定の値に到達したか否かを検出することができる。したがって、ロードセルが不要であるため、簡易な構成でコンパクタビリティ値を測定することができる。さらに、コントローラは、サーボモータのトルクが所定の値に到達すると直ちに、圧縮ヘッドの移動を停止させることができる。その結果、コンパクタビリティ値の測定結果のばらつきを低減することができるので、鋳物砂の正確なコンパクタビリティ値を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係るコンパクタビリティ値の測定装置の模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示される蓋体が軸駆動サーボモータによって投入位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１に示される蓋体が軸駆動サーボモータによって測定位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】測定筒に鋳物砂を投入する工程を示した模式図である。
【図５】蓋体を測定位置に回転させる工程を示した模式図である。
【図６】圧縮ヘッドにより鋳物砂を圧縮する工程を示した模式図である。
【図７】圧縮された鋳物砂を圧縮ヘッドにより測定筒から案内筒に押し出す工程を示した模式図である。
【図８】案内筒に押し出された鋳物砂を排出する工程を示した模式図である。
【図９】圧縮ヘッドが鋳物砂を圧縮するときにコントローラが実行するサーボモータの速度制御の一例を示したグラフである。
【図１０】圧縮ヘッドが鋳物砂を圧縮し始めたときの、鋳物砂の密度分布を示した模式図である。
【図１１】コンパクタビリティ値の測定が完了した鋳物砂の状態を示す模式図である。
【図１２】鋳物砂のせん断力を測定する切断位置に鋳物砂が移動した状態を示す模式図である。
【図１３】鋳物砂のせん断力を測定するために蓋体が鋳物砂を切断した状態を示す模式図である。
【図１４】従来のコンパクタビリティ値の測定装置の一例を示した模式図である。
【図１５】図１５（ａ）は、図１４に示されるリンク機構によって、蓋体が投入位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示される蓋体がリンク機構によって測定位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係るコンパクタビリティ値の測定装置の模式図である。図１に示されるコンパクタビリティ値の測定装置１は、鋳物砂が充填される測定筒２と、測定筒２の上開口２ａを開放または閉鎖する蓋体３と、蓋体３を回転させる回転機構４と、測定筒２に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮機構６と、コンパクタビリティ値の測定装置１の動作を制御するコントローラ１０と、を備える。
【００２２】
本実施形態の測定筒２は、鉛直方向に配置されている。測定筒２の上開口２ａは、蓋体３によって閉鎖される測定筒２の一方の開口であり、この上開口２ａは、鋳物砂の投入口として用いられる。後述する蓋体３は、測定筒２の上開口２ａを閉鎖可能な底面を有している。測定筒２は、図示しないフレームから水平に延びる支持板（第１の支持板）７に固定されており、測定筒２は、支持板７を介してフレームに支持されている。
【００２３】
圧縮機構６は、測定筒２内を移動して、該測定筒２に充填された鋳物砂を圧縮する圧縮ヘッド１５と、圧縮ヘッド１５に連結されるピストンロッド１２を有するシリンダ８と、シリンダ８のピストンロッド１２を鉛直方向に移動させるサーボモータ（第１のサーボモータ）９と、を備える。サーボモータ９は、変換器１９を介してシリンダ８に連結されている。変換器１９は、サーボモータ９の回転運動をピストンロッド１２の鉛直方向の直線運動に変換する装置である。圧縮ヘッド１５は、ピストンロッド１２の先端に固定されており、円盤形状を有している。圧縮ヘッド１５の外径は、測定筒２の内径と略等しい。サーボモータ９を駆動させると、ピストンロッド１２の先端に連結された圧縮ヘッド１５が測定筒２内で鉛直方向に移動して、測定筒２に充填された鋳物砂を圧縮する。一実施形態では、変換器１９を用いずに、サーボモータ９の回転により直接上下動するピストンロッドに、圧縮ヘッド１５を連結してもよい。
【００２４】
サーボモータ９は、コントローラ１０に接続されており、サーボモータ９の駆動（すなわち、サーボモータ９の回転）は、コントローラ１０によって制御される。例えば、コントローラ１０がサーボモータ９を正回転させると、シリンダ８のピストンロッド１２、および該ピストンロッド１２の先端に固定された圧縮ヘッド１５が上昇する。コントローラ１０がサーボモータ９を逆回転させると、シリンダ８のピストンロッド１２および圧縮ヘッド１５が下降する。さらに、コントローラ１０は、サーボモータ９の回転速度を制御することができる。したがって、コントローラ１０は、圧縮ヘッド１５の上昇速度および下降速度を制御することができる。
【００２５】
サーボモータ９は、ピストンロッド１２の移動距離、すなわち圧縮ヘッド１５の移動距離を検出可能な距離検出センサ２３を有しており、距離検出センサ２３は、コントローラ１０に接続されている。本実施形態の距離検出センサ２３は、サーボモータ９の回転数を検出可能なエンコーダである。サーボモータ９の回転数は、ピストンロッド１２によって鉛直方向に移動される圧縮ヘッド１５の移動距離に比例している。したがって、コントローラ１０は、距離検出センサ（エンコーダ）２３で検出されたサーボモータ９の回転数に基づいて、圧縮ヘッド１５の移動距離を算出することができる。
【００２６】
測定筒２の上開口２ａを閉鎖する底面を有する蓋体３には、鉛直方向に延びる貫通孔３ａが形成され、該貫通孔３ａには、案内筒１６が接続される。案内筒１６は、円筒形状を有しており、蓋体３の上面に固定されている。案内筒１６は、貫通孔３ａの直径と等しい内径を有している。一実施形態では、案内筒１６を蓋体３と一体に形成してもよい。
【００２７】
本実施形態の回転機構４は、回転軸２６を有する軸駆動サーボモータ（第２のサーボモータ）２４を有している。軸駆動サーボモータ２４の回転軸２６は、蓋体３に連結される。本実施形態の回転軸２６は、支持板７を貫通して延びており、回転軸２６の先端は、蓋体３に直接固定されている。図示はしないが、蓋体３に固定された連結軸の先端を回転軸２６に連結してもよい。この場合、軸駆動サーボモータ２４の回転軸２６は、連結軸を介して蓋体３に連結される。さらに、回転軸２６は、軸受１７によって回転可能に支持されている。この軸受１７は、図示しないフレームから水平に延びる支持板（第２の支持板）１１に固定されている。軸駆動サーボモータ２４を駆動すると、蓋体３は、回転軸２６と一体に回転する。軸駆動サーボモータ２４は、コントローラ１０に接続されており、軸駆動サーボモータ２４の動作は、コントローラ１０によって制御される。
【００２８】
蓋体３は、軸駆動サーボモータ２４によって、鋳物砂を測定筒２に投入するための投入位置と、鋳物砂を圧縮してコンパクタビリティ値を測定するための測定位置との間を移動することができる。図２（ａ）は、図１に示される蓋体３が軸駆動サーボモータ２４によって投入位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３（ａ）は、図１に示される蓋体３が軸駆動サーボモータ２４によって測定位置に移動された状態を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２９】
本実施形態の蓋体３は、扇形状を有する板であり、蓋体３の一方の側面３ｂに隣接して貫通孔３ａが形成されている。図２（ｂ）に示されるように、蓋体３が軸駆動サーボモータ２４によって投入位置に移動されると、蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６が測定筒２と連通する。したがって、作業者は、鋳物砂を案内筒１６および貫通孔３ａを介して測定筒２に充填することができる。一実施形態では、鋳物砂をベルトコンベアなどの搬送装置を用いて、案内筒１６の上方に運んでもよい。搬送装置によって案内筒１６の上方に搬送された鋳物砂は、該搬送装置から案内筒１６および貫通孔３ａを介して自動で測定筒２に投入される。
【００３０】
本実施形態では、案内筒１６には、コントローラ１０に接続された近接センサ２８が固定されている。近接センサ２８は、鋳物砂が案内筒１６に存在するか否かを検出するセンサであり、例えば、静電容量式近接センサである。近接センサ２８は、リミットスイッチを有する接触式近接センサであってもよい。近接センサ２８によって、鋳物砂の測定筒２への充填が完了したことを検出することができる。より具体的には、案内筒１６に配置された近接センサ２８による鋳物砂の検出は、案内筒１６の下方に位置している測定筒２へ鋳物砂が確実に充填されたことを意味する。したがって、コントローラ１０は、近接センサ２８の出力信号により、鋳物砂の充填の完了を確実に検出することができる。
【００３１】
測定筒２への鋳物砂の充填が完了すると、コントローラ１０は、蓋体３が測定位置に移動するように、軸駆動サーボモータ２４の回転軸２６を回転させる。図３（ｂ）に示されるように、測定位置まで回転した蓋体３の底面によって、測定筒２の上開口２ａが閉鎖される。これにより、サーボモータ９によって移動する圧縮ヘッド１５は、測定筒２に充填された鋳物砂を圧縮することができる。
【００３２】
蓋体３を回転させる回転機構４として、図１５（ａ）乃至図１５（ｃ）を参照して説明されたリンク機構１０４を用いてもよい。しかしながら、リンク機構１０４は、測定筒２の寸法と比較して大きな寸法を有する。したがって、リンク機構１０４を回転機構４として用いた場合は、コンパクタビリティ値の測定装置１の寸法が大きくなる。一方で、軸駆動サーボモータ２４を回転機構４として用いる場合、コンパクタビリティ値の測定装置１の寸法を小さくすることができる。その結果、コンパクタビリティ値の測定装置１を、鋳物砂を製造する混練機（特に、小型の混練機）に容易に搭載または連結することができる。
【００３３】
鋳物砂のコンパクタビリティ値の測定は、次のように行われる。図４乃至図８は、図１に示されるコンパクタビリティ値の測定装置１を用いて、鋳物砂のコンパクタビリティ値を測定する工程を示した模式図である。より具体的には、図４は、測定筒２に鋳物砂を投入する工程を示した模式図であり、図５は、蓋体３を測定位置に回転させる工程を示した模式図である。図６は、圧縮ヘッド１５により鋳物砂を圧縮する工程を示した模式図であり、図７は、圧縮された鋳物砂を圧縮ヘッド１５により測定筒２から案内筒１６に押し出す工程を示した模式図である。図８は、案内筒１６に押し出された鋳物砂を排出する工程を示した模式図である。
【００３４】
図４に示されるように、コントローラ１０は、軸駆動サーボモータ２４を駆動して、蓋体３を投入位置に回転させる。投入位置まで回転した蓋体３の案内筒１６は、蓋体３に形成された貫通孔３ａを介して測定筒２に連通する（図２（ｂ）参照）。したがって、作業者は、測定筒２に鋳物砂Ｓを充填することができる。鋳物砂Ｓを測定筒２に充填するときは、圧縮ヘッド１５は、コントローラ１０に予め記憶された初期位置に位置している。本実施形態では、初期位置にある圧縮ヘッド１５の上面は、測定筒２の下面と同一平面上に位置する。
【００３５】
案内筒１６の上方に、円錐台形状を有するホッパ３０を配置してもよい。作業者は、ホッパ３０を介して鋳物砂を円滑に案内筒１６に供給することができる。図示しない搬送装置によって、自動で鋳物砂をコンパクタビリティ値の測定装置１に搬送する場合は、搬送装置によって搬送された鋳物砂がホッパ３０の上方から案内筒１６に投入される。コントローラ１０は、案内筒１６に取り付けられた近接センサ２８によって、測定筒２に鋳物砂が確実に充填されたことを検出することができる。
【００３６】
測定筒２に鋳物砂が充填されると、コントローラ１０は、軸駆動サーボモータ２４を駆動して、蓋体３を測定位置に回転させる（図５参照）。測定位置に回転された蓋体３の底面によって、測定筒２の上開口２ａが閉鎖される。さらに、蓋体３の回転により、案内筒１６および蓋体３の貫通孔３ａ内に存在する余分な鋳物砂Ｓ’が排出される。
【００３７】
次に、コントローラ１０は、サーボモータ９を駆動して、初期位置にある圧縮ヘッド１５を上昇させる（図６参照）。圧縮ヘッド１５は、該圧縮ヘッド１５が鋳物砂を圧縮する押圧荷重が所定の値に到達するまで、サーボモータ９により上昇される。コントローラ１０は、サーボモータ９を駆動する電流値を監視している。この電流値は、サーボモータ９のトルクと比例しており、サーボモータ９のトルクは、圧縮ヘッド１５が鋳物砂を圧縮する押圧荷重と比例している。コントローラ１０は、サーボモータ９の電流値に基づいて、サーボモータ９のトルクを監視しており、圧縮ヘッド１５が鋳物砂を圧縮する押圧荷重が所定の値に到達するときのサーボモータ９のトルクを所定のトルク設定値として予め記憶している。コントローラ１０は、サーボモータ９のトルクがこのトルク設定値に到達すると直ちに、サーボモータ９を停止させ、圧縮ヘッド１５の移動（上昇）を停止させる。サーボモータ９が停止されたときの圧縮ヘッド１５の位置が圧縮ヘッド１５の停止位置である。
【００３８】
コントローラ１０がサーボモータ９を停止させた後で、コントローラ１０は、距離検出センサ２３の出力信号から圧縮ヘッド１５の移動距離Ｄを取得する。圧縮ヘッド１５の移動距離Ｄは、圧縮ヘッド１５が初期位置から停止位置まで移動した距離に相当する。コントローラ１０は、圧縮ヘッド１５の移動距離Ｄから鋳物砂の圧縮率であるコンパクタビリティ値を算出することができる。
【００３９】
コンパクタビリティ値ＣＢは、以下の式（１）で表される。
ＣＢ＝（Ｄ／Ｈ）・１００  ・・・（１）
ここで、Ｈは、圧縮される前の鋳物砂Ｓの高さである。本実施形態では、初期位置にある圧縮ヘッド１５の上面が測定筒２の下面と同一平面上にあるため、圧縮される前の鋳物砂の高さＨは、測定筒２の長さに相当する。コントローラ１０は、コンパクタビリティ値を算出するために、式（１）を予め記憶している。
【００４０】
次に、コントローラ１０は、軸駆動サーボモータ２４を駆動して蓋体３を投入位置に再び回転させる（図７参照）。さらに、コントローラ１０は、サーボモータ９を駆動して圧縮ヘッド１５を上昇させる。圧縮ヘッド１５は、該圧縮ヘッド１５の上面が測定筒２の上面と同一平面に位置する排出位置に到達するまで上昇される。排出位置まで移動した圧縮ヘッド１５によって、圧縮後の鋳物砂Ｓが案内筒１６に移動される。
【００４１】
この状態で、コントローラ１０は、軸駆動サーボモータ２４を駆動して、蓋体３を測定位置に回転させる（図８参照）。蓋体３が測定位置に回転すると、鋳物砂Ｓは、蓋体３の貫通孔３ａを介して案内筒１６から排出（落下）される。このように、鋳物砂のコンパクタビリティ値の測定は、コントローラ１０によって自動で実行される。
【００４２】
本実施形態によれば、コントローラ１０は、サーボモータ９のトルクに基づいて、鋳物砂Ｓを圧縮する押圧荷重が所定の値に到達したか否かを検出することができる。したがって、従来のコンパクタビリティ値の測定装置１０１で用いられるロードセル１１３（図１４参照）が不要であるため、簡易な構成でコンパクタビリティ値を測定することができる。さらに、コントローラ１０は、サーボモータ９のトルクが所定の値に到達すると直ちに、圧縮ヘッド１５の移動を停止させることができる。その結果、コンパクタビリティ値の測定結果のばらつきを低減することができるので、鋳物砂Ｓの正確なコンパクタビリティ値を測定することができる。
【００４３】
コントローラ１０は、サーボモータ９の回転速度を制御して、鋳物砂Ｓを圧縮する圧縮ヘッド１５を一定の速度で上昇させてもよいし、圧縮ヘッド１５の移動速度を変化させながら、圧縮ヘッド１５を上昇させてもよい。圧縮ヘッド１５の移動速度は、サーボモータ９の回転速度に比例するので、コントローラ１０は、サーボモータ９の回転速度に基づいて、圧縮ヘッド１５の移動速度（上昇速度）を制御することができる。図９は、圧縮ヘッド１５が鋳物砂Ｓを圧縮するときにコントローラ１０が実行するサーボモータ９の速度制御（すなわち、圧縮ヘッド１５の移動速度制御）の一例を示したグラフである。図９の横軸は、サーボモータ９の駆動時間を表し、図９の左側の縦軸は、圧縮ヘッド１５の移動速度（上昇速度）を表す。図９の右側の縦軸は、鋳物砂Ｓの圧縮率を表す。図９に示されるグラフおいて、実線は圧縮ヘッド１５の移動速度を表し、点線は圧縮ヘッド１５によって圧縮される鋳物砂Ｓの圧縮率を表す。
【００４４】
図９に示されるように、コントローラ１０は、圧縮開始から所定の時点Ｐ１まで圧縮ヘッド１５を第１の速度で上昇させ、その後、第１の速度よりも低い第２の速度で圧縮ヘッド１５を上昇させる。
【００４５】
図１０は、圧縮ヘッド１５が鋳物砂Ｓを圧縮し始めたときの、鋳物砂Ｓの密度分布を示した模式図である。図１０に示されるように、圧縮ヘッド１５が測定筒２に充填された鋳物砂Ｓの圧縮を開始すると、蓋体３の近傍の鋳物砂Ｓａの密度と圧縮ヘッド１５の近傍の鋳物砂Ｓｂの密度が増加する。密度が増加した鋳物砂Ｓａと測定筒２の内壁との間の摩擦力Ｆ１と、密度が増加した鋳物砂Ｓｂと測定筒２の内壁との間の摩擦力Ｆ１’は、密度が増加していない鋳物砂Ｓｃと測定筒２の内壁との間の摩擦力Ｆ２と異なる。圧縮ヘッド１５による鋳物砂の圧縮工程が進行すると、測定筒２に充填された鋳物砂全体が圧縮されるので、測定筒２内で圧縮された鋳物砂Ｓの密度は一定になり、鋳物砂Ｓと測定筒２の内壁との間の摩擦力も一定になる。しかしながら、互いに異なる摩擦力Ｆ１，Ｆ１’，Ｆ２が鋳物砂Ｓに作用している時間が長い場合は、圧縮ヘッド１５が鋳物砂Ｓを圧縮する押圧荷重が所定の値に到達したときに測定されるコンパクタビリティ値にばらつきが生じるおそれがある。
【００４６】
したがって、図９に示されるように、鋳物砂Ｓの圧縮初期段階（圧縮開始から所定の時点Ｐ１までの時間Ｔに相当する）では、圧縮ヘッド１５を高速（すなわち、第１の速度）で上昇させるのが好ましい。この第１の速度は、実験などを用いて予め決定することができ、例えば、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度に設定される。圧縮開始から所定の時点Ｐ１までの時間Ｔは、実験などを用いて予め決定することができ、図９に示した例では、０．４秒に設定される。第１の速度および時間Ｔは、コントローラ１０に予め記憶されている。
【００４７】
圧縮ヘッド１５による鋳物砂Ｓの圧縮が開始されてから所定の時間Ｔが経過すると、コントローラ１０は、圧縮ヘッド１５の移動速度を第１の速度よりも低い第２の速度に変更する。コントローラ１０は、圧縮ヘッド１５が鋳物砂Ｓを圧縮する押圧荷重が所定の値に到達するまで、圧縮ヘッド１５を第２の速度で移動させる。図９に示されるグラフでは、圧縮ヘッド１５が鋳物砂Ｓを圧縮する押圧荷重が所定の値に到達した時点Ｐ２は、０．８秒であり、コントローラ１０は、時点Ｐ１から時点Ｐ２まで圧縮ヘッド１５を第２速度で移動させる。コントローラ１０は、時点Ｐ２での鋳物砂Ｓの圧縮率を圧縮ヘッド１５の移動距離Ｄから算出し、この圧縮率（図９では、４０％）がコンパクタビリティ値として用いられる。第２速度は、実験などを用いて予め決定することができ、例えば、１０ｍｍ／ｓｅｃに設定される。第２の速度は、コントローラ１０に予め記憶されている。
【００４８】
このように、コントローラ１０は、圧縮ヘッド１５による鋳物砂の圧縮の開始から時間Ｔが経過した後で、圧縮ヘッド１５の移動速度を第１の速度から第２の速度に減少させ、圧縮ヘッド１５をゆっくりと移動させる。その結果、コントローラ１０は、圧縮ヘッド１５によって鋳物砂Ｓに付加される押圧荷重が所定の値に到達すると直ちに圧縮ヘッド１５の移動を停止させることができる。このような圧縮ヘッド１５の上昇速度の制御によって、正確なコンパクタビリティ値を素早くかつ確実に測定することができる。
【００４９】
図１に示されるコンパクタビリティ値の測定装置１は、コンパクタビリティ値を測定するために圧縮された鋳物砂のせん断力を測定することができる。図１１乃至図１３は、図１に示されるコンパクタビリティ値の測定装置１で鋳物砂のせん断力を測定する工程を示した模式図である。より具体的には、図１１は、コンパクタビリティ値の測定が完了した鋳物砂Ｓの状態を示す模式図であり、図１２は、鋳物砂Ｓのせん断力を測定する切断位置に鋳物砂Ｓが移動した状態を示す模式図であり、図１３は、鋳物砂Ｓのせん断力を測定するために蓋体３が鋳物砂Ｓを切断した状態を示す模式図である。
【００５０】
図１１に示されるように、コンパクタビリティ値の測定装置１のコントローラ１０は、サーボモータ９によって圧縮ヘッド１５を上昇させ、圧縮ヘッド１５が鋳物砂Ｓを圧縮する押圧荷重が所定の値に到達したときに、サーボモータ９を停止させる。コントローラ１０は、サーボモータ９が停止されると、圧縮ヘッド１５の移動距離Ｄに基づいて鋳物砂Ｓのコンパクタビリティ値を算出する。
【００５１】
次に、コントローラ１０は、軸駆動サーボモータ２４を駆動して、蓋体３を投入位置まで移動させる（図２（ａ）および図２（ｂ）参照）。さらに、コントローラ１０は、サーボモータ９を駆動して、コンパクタビリティ値を測定するために圧縮された鋳物砂の一部が蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入されるように、圧縮ヘッド１５を上昇させる（図１２参照）。この状態で、コントローラ１０は、図１３に示されるように、軸駆動サーボモータ２４を駆動して、蓋体３を測定位置に回転させる。このとき、鋳物砂Ｓは、蓋体３により切断される。
【００５２】
コントローラ１０は、軸駆動サーボモータ２４の電流値を監視しており、この電流値と比例関係にある軸駆動サーボモータ２４のトルクを算出することができる。さらに、コントローラ１０は、蓋体３が鋳物砂Ｓを切断したときの軸駆動サーボモータ２４のトルクから、鋳物砂Ｓのせん断力を算出することができる。
【００５３】
コントローラ１０は、サーボモータ９の駆動により蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入される鋳物砂の一部の高さを制御することができる。例えば、コントローラ１０は、圧縮後の鋳物砂の高さの半分が蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入されるように、サーボモータ９を回転させる。コントローラ１０は、サーボモータ９に設けられた距離検出センサ（エンコーダ）２３に接続されている。したがって、コントローラ１０は、距離検出センサ２３からの出力信号から圧縮後の鋳物砂の高さＨ’（図１１参照）を算出することができる。より具体的には、コントローラ１０は、測定筒２の高さＨから圧縮ヘッド１５の移動距離Ｄを減算することにより、圧縮後の鋳物砂Ｓの高さＨ’（＝Ｈ−Ｄ）を算出する。
【００５４】
さらに、コントローラ１０は、高さＨ’に０．５を乗算して、蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入される鋳物砂の高さＨ’’（＝Ｈ’・０．５）を決定する。コントローラ１０は、距離検出センサ２３の出力信号がＨ’’に到達するまでサーボモータ９を駆動する（図１２参照）。これにより、圧縮後の鋳物砂の高さの半分を蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入することができる。蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入される鋳物砂の一部の高さ（すなわち、蓋体３によって切断される鋳物砂Ｓの高さ）Ｈ’’を任意の高さに設定してもよい。例えば、蓋体３の貫通孔３ａおよび案内筒１６に挿入される鋳物砂の一部の高さＨ’’を予め３０ｍｍに設定してもよい。この場合、コントローラ１０は、この高さＨ’’（＝３０ｍｍ）を予め記憶しており、距離検出センサ２３の出力信号がＨ’’（＝３０ｍｍ）に到達するまでサーボモータ９を駆動する。
【００５５】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１    コンパクタビリティ値の測定装置
２    測定筒
３    蓋体
４    回転機構
６    圧縮機構
７    第１の支持板
８    シリンダ
９    サーボモータ（第１のサーボモータ）
１０    コントローラ
１１    支持板
１２    ピストンロッド
１５    圧縮ヘッド
１６    案内筒
１７    軸受
１９    変換器
２３    距離検出センサ
２４    軸駆動サーボモータ（第２のサーボモータ）
２５    圧縮ヘッド
２６    回転軸
２８    近接センサ
３０    ホッパ
【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】
0006293821.tif 000008
【図８】
0006293821.tif 000009
【図９】
0006293821.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006293821.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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