(57)【要約】【課題】設備の簡素化と鋳物品質の確保とを両立した重力鋳造方法及び傾動式重力鋳造装置を提供する。【解決手段】給湯ロボットに装着された注湯容器２によって計量された溶湯４を保持炉３から汲み上げ、該溶湯４が入った注湯容器２を鋳造機５へ受け渡す。したがって、ラドルによって汲み上げた溶湯４を注湯容器２に移し替える工程が廃止され、溶湯４の移し替えに起因する鋳物の強度の低下が抑止されて鋳物の品質が確保されると共に、装置が極めて簡素に構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注湯容器によって保持炉から所定量の溶湯を汲み上げ、該溶湯を汲み上げた前記注湯容器を搬送して前記鋳造機へ受け渡し、該鋳造機を傾動させて前記注湯容器の溶湯を鋳造金型の湯口に注湯することを特徴とする重力鋳造方法。
【請求項２】
保持炉から汲み上げられて注湯容器に給湯された溶湯が、鋳造機を傾動させることにより鋳造金型の湯口に注湯される傾動式重力鋳造装置であって、
注湯容器によって保持炉から所定量の溶湯を汲み上げると共に、該溶湯を汲み上げた前記注湯容器を搬送して前記鋳造機へ受け渡す給湯手段を具備することを特徴とする傾動式重力鋳造装置。
【請求項３】
前記給湯手段は、前記注湯容器を操作する給湯ロボットと、前記注湯容器を前記給湯ロボットに脱着させるロボット側脱着手段と、前記注湯容器を前記鋳造機に脱着させる鋳造機側脱着手段と、を具備することを特徴とする請求項２に記載の傾動式重力鋳造装置。
【請求項４】
前記ロボット側脱着手段は、コ字状に形成され、両端部が前記注湯容器に固定されるロボット用操作枠と、前記給湯ロボットに設けられ、近接離反される一対のアームによって前記ロボット用操作枠をクランプ／アンクランプするロボット側クランプ機構と、を備え、
前記鋳造機側脱着手段は、前記注湯容器の幅方向両側に配設される被把持部と、前記鋳造機に設けられ、前記被把持部をクランプ／アンクランプする鋳造機側クランプ機構と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の傾動式重力鋳造装置。
【請求項５】
前記注湯容器に、余分な溶湯を排出するための湯切り部を設けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の傾動式重力鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力鋳造方法及び該重力鋳造方法に用いる傾動式重力鋳造装置に関するもので、特に、保持炉から汲み上げられて注湯容器へ給湯された溶湯が、鋳造機を傾動させることにより鋳造金型の湯口に注湯される重力鋳造方法及び該重力鋳造方法に用いる傾動式重力鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、注湯ロボットに装着されたラドルによって保持炉から溶湯を汲み上げ、該ラドルに汲み上げられた溶湯を、鋳造機に取付けられた注湯容器へ移し替えた後、鋳造機を傾動させて鋳造金型と注湯容器とを一体で傾動させることにより、注湯容器に給湯された溶湯を鋳造金型の湯口に注湯する傾動式重力鋳造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ところで、このような傾動式重力鋳造装置は、凝固時の押湯圧が重力のみであることから、他の鋳造装置と比較して構造が簡易である反面、溶湯が注湯容器に至るまでの溶湯の移し替え回数が多いため、溶湯の移し替え毎に溶湯が落し込まれ、当該溶湯が空気を巻き込むことにより酸化物が生成される。そして、生成された酸化物や非金属の不純物質（ノロ）を溶湯が巻き込んだ場合、当該酸化物や非金属の不純物が溶湯に混入し、鋳物の強度が低下する。
【０００３】
そこで、保持炉内から溶湯を加圧出湯し、該加圧出湯した溶湯を樋によって送湯して注湯容器へ注湯することにより、溶湯の移し替えを減少させた傾動式重力鋳造装置が従来から知られている。しかしながら、この種の傾動式重力鋳造装置では、保持炉と鋳造装置とが一体に構成されるため設備が大型化する問題がある。また、この種の傾動式重力鋳造装置では、保持炉に圧力が付与されるため保持炉を密閉させる必要があり、構造が複雑になることから、メンテナンス工数が増大し、設備コスト、延いては製造コストが高騰する。さらに、溶湯を送湯するための樋は反転させることができないため、当該樋に酸化物やノロが堆積し易く、これら堆積物が溶湯に巻き込まれた場合、鋳物の強度が低下して鋳造欠陥の虞がある。
【特許文献１】特開平１１−７７２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、設備の簡素化と鋳物品質の確保とを両立した重力鋳造方法を提供することにある。
また、第２の目的は、設備の簡素化と鋳物品質の確保とを両立した傾動式重力鋳造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の重力鋳造方法は、注湯容器によって保持炉から所定量の溶湯を汲み上げ、該溶湯を汲み上げた注湯容器を搬送して鋳造機へ受け渡し、該鋳造機を傾動させて注湯容器の溶湯を鋳造金型の湯口に注湯することを特徴とする。
【０００６】
上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項２に記載の発明は、保持炉から汲み上げられて注湯容器に給湯された溶湯が、鋳造機を傾動させることにより鋳造金型の湯口に注湯される傾動式重力鋳造装置であって、注湯容器によって保持炉から所定量の溶湯を汲み上げると共に、該溶湯を汲み上げた注湯容器を搬送して鋳造機へ受け渡す給湯手段を具備することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の傾動式重力鋳造装置において、給湯手段は、注湯容器を操作する給湯ロボットと、注湯容器を給湯ロボットに脱着させるロボット側脱着手段と、注湯容器を鋳造機に脱着させる鋳造機側脱着手段と、を具備することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の傾動式重力鋳造装置において、ロボット側脱着手段は、コ字状に形成され、両端部が注湯容器に固定されるロボット用操作枠と、給湯ロボットに設けられ、近接離反される一対のアームによってロボット用操作枠をクランプ／アンクランプするロボット側クランプ機構と、を備え、鋳造機側脱着手段は、注湯容器の幅方向両側に配設される被把持部と、鋳造機に設けられ、被把持部をクランプ／アンクランプする鋳造機側クランプ機構と、を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４に記載の傾動式重力鋳造装置において、注湯容器に、余分な溶湯を排出するための湯切り部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
したがって、請求項１及び２に記載の重力鋳造方法及び傾動式重力鋳造装置では、溶湯をラドルから注湯容器へ移し替える工程を廃止することができる。
請求項３に記載の傾動式重力鋳造装置では、ロボット側脱着手段によって注湯容器が給湯ロボットに脱着されると共に、鋳造機側脱着手段によって注湯容器が鋳造機に脱着される。
請求項４に記載の傾動式重力鋳造装置では、ロボット側クランプ機構によって注湯容器に固定されたロボット用操作枠がクランプ／アンクランプされると、注湯容器が給湯ロボットに装着／脱離される。また、鋳造機側クランプ機構によって注湯容器の被把持部がクランプ／アンクランプされると、注湯容器が鋳造機に装着／脱離される。
請求項５に記載の傾動式重力鋳造装置では、溶湯の汲み上げ時に、湯切り部から余分な溶湯が排出されることで、鋳造機へ給湯される溶湯が計量される。
【発明の効果】
【０００９】
設備の簡素化と鋳物品質の確保とを両立した重力鋳造方法及び傾動式重力鋳造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１に示されるように、本傾動式重力鋳造装置１（以下、単に本鋳造装置１と称する）では、注湯容器２によって保持炉３から計量された溶湯４が汲み上げられ、該計量された溶湯４が入った注湯容器２が鋳造機５へ受け渡される。そして、計量された溶湯４が入った注湯容器２が鋳造機５に受け渡された後、当該該鋳造機５が傾動されることにより、注湯容器２に入った溶湯４が鋳造金型６の湯口（注湯口）に注湯される。これにより、本鋳造装置１では、従来の傾動式重力鋳造装置における、溶湯４をラドルから注湯容器２へ移し替える工程が廃止され、溶湯４の移し替え（溶湯４の移し替え時に生成される金属の酸化物やノロ）に起因する鋳物の強度の低下が抑止される構造になっている。また、本鋳造装置１は、保持炉３内から溶湯４が加圧出湯される他の従来の傾動式重力鋳造装置のように保持炉３を密閉させる必要がなく、極めて簡素に構成される。
【００１１】
図２に示されるように、本鋳造装置１は、上記注湯容器２を操作する給湯ロボット７（多関節型マニピュレータ）を備え、該給湯ロボット７の可動範囲内には、上記保持炉３と鋳造機５とが配置される。また、図３〜図５に示されるように、上記給湯ロボット７は、先端に取付けられたアーム８に、ガイドレール９によってアーム延出方向（図３における左右方向）へ案内される一対のクランプアーム１０，１１（ロボット側脱着手段）が設けられる。また、各クランプアーム１０，１１の対向面には、相対するクランプアーム１１，１０に向けて延びる各ラックギア１２，１３が設けられ、各ラックギア１２，１３のラック歯が、ピニオンギア１４を挟んで対向配置されると共に当該ピニオンギア１４に噛合わされる。なお、上記アーム８には、一対のクランプアーム１０，１１の中間位置に支持アーム１５が突設される。
【００１２】
そして、本鋳造装置１では、上記給湯ロボット７に、後述する受け渡し位置に在る上記注湯容器２を装着させる場合、図３に示されるように、上記給湯ロボット７の支持アーム１５の端面に突設されたガイドピン１６が、コ字状に形成されて両端部が上記注湯容器２にボルトによって固定された操作枠１７（ロボット用操作枠）のガイド孔１８に係合される。この状態では、アンクランプ状態（一対のクランプアーム１０，１１が相互に離反された状態）の各クランプアーム１０，１１の把持部10a，11aに設けられた各ガイドピン１９，２０が、上記操作枠１７に設けられた相対するガイド孔２１，２２に対して同一軸線上に位置決めされる。この状態で、上記給湯ロボット７のアーム８に取付けられたロボット側クランプシリンダ２３によって駆動側クランプアーム１０がクランプ側（図３における左側）へ駆動され、一対のクランプアーム１０，１１が相互に近接されることにより、各ガイドピン１９，２０が各ガイド孔２１，２２に係合されると共に各クランプアーム１０，１１の各把持部10a，11aによって上記操作枠１７がクランプ（把持）され、注湯容器２が給湯ロボット７に装着される構造になっている。
【００１３】
なお、各クランプアーム１０，１１によって注湯容器２がクランプされた状態では、給湯ロボット７のアーム８に設けられたロックシリンダ２４のピストンロッドが、駆動側クランプアーム１０に形成されたロック孔に係合される。これにより、駆動側クランプアーム１０及び従動側クランプアーム１１の移動が制止され、当該給湯ロボット７に装着された注湯容器２が落下するのが防止される。そして、本鋳造装置１では、上記ロックシリンダ２４として、ピストンロッドが圧縮コイルばねによって突出側へ付勢されるタイプのものが用いられ、これにより、停電等により駆動流体（ここではエア）の供給が不意に停止した場合であっても、注湯容器２がアンクランプされて落下してしまうことがない構造になっている。
【００１４】
図１に示されるように、上記鋳造機５は、固定フレーム２５と、該固定フレーム２５によって軸２６の回りに傾動可能に支持される傾動フレーム２７とを備える。また、該傾動フレーム２７には、上記鋳造金型６が装着される金型取付枠２８と、上記注湯容器２が装着される注湯容器取付枠２９とが構成される。さらに、該注湯容器取付枠２９には、上記注湯容器２の幅方向両側面に配設された各被把持部３０，３１をクランプ（把持）させる一対の鋳造機側クランプシリンダ３２，３３（鋳造機側クランプ機構）が配設される。そして、本鋳造装置１では、溶湯４が入った注湯容器２を鋳造機５に受け渡す場合、上記給湯ロボット７によって注湯容器２が搬送されて受け渡し位置に位置決めされ、この状態で、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３がクランプ側へ駆動されると、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３の各把持部32a，33aに突設された各ガイドピン３４，３５が、各被把持部３０，３１の各ガイド孔３６，３７に係合されると共に、各把持部32a，33aによって注湯容器２の各被把持部３０，３１がクランプ（把持）され、注湯容器２が注湯容器取付枠２９に装着される。
【００１５】
そして、本鋳造装置１では、上記ロボット側クランプシリンダ２３によって駆動側クランプアーム１０がアンクランプ側（図３における右側）へ駆動され、一対のクランプアーム１０，１１が相互に離反されて上記操作枠１７がアンクランプされることにより、溶湯４が入った注湯容器２が鋳造機５に受け渡される構造になっている。なお、図１に示されるように、上記注湯容器２には湯切り部３８が設けられる。これにより、給湯ロボット７に装着された注湯容器２によって保持炉３から溶湯４が汲み上げられると、所定の姿勢に保たれた注湯容器２の湯切り部３８から余分な溶湯４（必要量を超えた分の溶湯４）が排出され、必要量の溶湯４が計量される。また、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３には、ピストンロッドの往復動作時に、当該ピストンロッドが軸線回りに９０°回動されるタイプのものが用いられる。これにより、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３のアンクランプ時には、注湯容器２が受け渡し位置に対して上下方向へ移動されても、注湯容器２の各被把持部３０，３１が各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３の各把持部32a，33aに干渉することがない構造になっている。
【００１６】
次に、本鋳造装置１を用いた重力鋳造方法を説明する。まず、給湯ロボット７に装着された注湯容器２によって保持炉３から溶湯４が汲み上げられる。この時、所定の姿勢に保たれた注湯容器２の湯切り部３８から余分な溶湯４（必要量を超えた分の溶湯４）が排出されて（保持炉３へ戻されて）溶湯４が計量される。そして、計量された溶湯４が入った注湯容器２は、給湯ロボット７によって鋳造機５へ向けて搬送され、受け渡し位置に位置決めされる。この状態で、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３（鋳造機側クランプ機構）がクランプ側へ駆動されると、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３の各ガイドピン３４，３５が注湯容器２の各被把持部３０，３１の各ガイド孔３６，３７に係合されると共に、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３の各把持部32a，33aによって注湯容器２の各被把持部３０，３１がクランプ（把持）され、注湯容器２が注湯容器取付枠２９に装着される。
【００１７】
次に、ロボット側クランプシリンダ２３（ロボット側クランプ機構）によって駆動側クランプアーム１０がアンクランプ側へ駆動され、一対のクランプアーム１０，１１が相互に離反されると、注湯容器２（操作枠１７）がアンクランプされる。これにより、溶湯４が入った注湯容器２が鋳造機５に受け渡される。この状態で給湯ロボット７が退避された後、鋳造機５の傾動フレーム２７が傾動され、注湯容器２に入った溶湯４が鋳造金型６の湯口に一定の注湯量で注湯される。そして、鋳造金型６のキャビティに満たされた溶湯４が凝固された後、傾動フレーム２７が逆方向へ傾動され、当該傾動フレーム２７が初期の状態に復帰される。次に、給湯ロボット７が受け渡し位置に位置決めされ、支持アーム１５のガイドピン１６が操作枠１７（ロボット用操作枠）のガイド孔１８に係合される。
【００１８】
この状態で、ロボット側クランプシリンダ２３によって駆動側クランプアーム１０がクランプ側へ駆動されて一対のクランプアーム１０，１１が相互に近接されると、各ガイドピン１９，２０が注湯容器２の操作枠１７の各ガイド孔２１，２２に係合されると共に、各把持部10a，11aによって操作枠１７がクランプされ、さらに、ロックシリンダ２４のピストンロッドが駆動側クランプアーム１０に形成されたロック孔に係合され、注湯容器２が給湯ロボット７に装着される。そして、各鋳造機側クランプシリンダ３２，３３がアンクランプ側へ駆動されて注湯容器２（各被把持部３０，３１）がアンクランプされる。これにより、空の注湯容器２が注湯容器取付枠２９へ受け渡される。そして、空の注湯容器２は、次の鋳造のための溶湯４を汲み上げるため、給湯ロボット７によって保持炉３へ向けて搬送される。
【００１９】
この実施形態では以下の効果を奏する。
本傾動式重力鋳造装置１では、給湯ロボット７に装着された注湯容器２によって、計量された溶湯４が保持炉３から汲み上げられ、該計量された溶湯４が入った注湯容器２が、給湯ロボット７から鋳造機５へ受け渡される。したがって、本鋳造装置１では、従来の鋳造装置における、ラドルによって汲み上げた溶湯４を注湯容器２に移し替える工程を廃止することができる。これにより、本鋳造装置１では、溶湯４の移し替え（溶湯４の移し替え時に生成される金属の酸化物やノロ）に起因する鋳物の強度の低下が抑止され、鋳物の品質が確保される。
また、本鋳造装置１では、給湯ロボット７及び鋳造機５に、注湯容器２を脱着するための機構（ロボット側脱着手段及び鋳造機側脱着手段）を設けることで構成されるため、保持炉３内から溶湯４が加圧出湯される他の従来の傾動式重力鋳造装置と比較して簡素に構成される。これにより、メンテナンス工数が削減され、設備コスト、延いては製造コストが低減されると共に、樋の設置の必要がないため汎用性も確保される。
また、本鋳造装置１では、注湯容器２に湯切り部３８を設けたため、注湯容器２による溶湯４の汲み上げ時に、湯切り部３８から余分な溶湯４が排出される。これにより、給湯ロボット７は、複雑な動作をすることなく、注湯容器２を上下方向へ操作するだけで溶湯４を計量することができる。
【００２０】
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
給湯ロボット７を、保持炉３及び鋳造機５の上方に設けたレールに案内されて走行可能な移動体に一対のクランプアーム１０，１１（ロボット側脱着手段）を設けて構成してもよい。この場合、多関節型マニピュレータを用いる本実施形態と比較して、設備を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本傾動式重力鋳造装置の説明図であって、特に注湯容器の流れを示す図である。
【図２】本傾動式重力鋳造装置の説明図であって、特に給湯ロボットによって注湯容器が搬送される様子を示した図である。
【図３】本傾動式重力鋳造装置の説明図であって、特にロボット側クランプ機構及び鋳造機側クランプ機構の概略構成を示す図である。
【図４】本傾動式重力鋳造装置の説明図であって、特に一対のクランプアームを案内するガイドレール及び駆動源としてのクランプシリンダを示す図である。
【図５】本傾動式重力鋳造装置の説明図であって、特に一対のクランプアームを相互に近接離反させる機構を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  傾動式重力鋳造装置、２  注湯容器、３  保持炉、４  溶湯、５  鋳造機、６  鋳造金型、７  給湯ロボット、１０，１１  クランプアーム（ロボット側脱着手段、ロボット側クランプ機構）、１７  操作枠（ロボット用操作枠）、２７  傾動フレーム、３０，３１  被把持部、３２，３３  鋳造機側クランプシリンダ（鋳造機側クランプ機構）、３８  湯切り部
【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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