(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を保持する保持炉と、
所定量の前記溶融金属が収容される容器を設けるとともに、前記容器内の該溶融金属を所定のスラリー状態に撹拌して半凝固金属を得る半凝固金属製造手段と、
前記半凝固金属が投入される射出スリーブを有し、該半凝固金属を所定の形状に成形する成形手段と、
前記容器を前記保持炉、前記半凝固金属製造手段および前記成形手段に搬送可能な多関節ロボットと、
を備え、
前記容器は、前記射出スリーブの半凝固金属投入用開口部と略同一形状の開口部形状に設定されるとともに、
該容器の一側面にのみ前記多関節ロボットの把持機構が係合する把持用係合部を設けることを特徴とする金属成形品の製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の製造装置において、前記把持用係合部は、前記容器の一側面に固着される板状部材を備えるとともに、
前記板状部材は、該容器の深さ方向に平行な２つの面を有し、かつ各面に係合用溝部が形成されることを特徴とする金属成形品の製造装置。
【請求項３】
溶融金属を保持する保持炉と、
所定量の前記溶融金属が収容される容器を設けるとともに、前記容器内の該溶融金属を所定のスラリー状態に撹拌して半凝固金属を得る半凝固金属製造手段と、
前記半凝固金属が投入される射出スリーブを有し、該半凝固金属を所定の形状に成形する成形手段と、
前記容器を前記保持炉、前記半凝固金属製造手段および前記成形手段に搬送可能な多関節ロボットと、
を備え、
前記多関節ロボットは、前記容器の一側面にのみ設けられた把持用係合部に係合する把持機構を備えるとともに、
前記把持機構は、前記把持用係合部を直接把持する第１クランプ手段と、
前記把持用係合部を把持している前記第１クランプ手段を前記容器と一体的に把持する第２クランプ手段と、
を設けることを特徴とする金属成形品の製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の製造装置において、前記把持用係合部は、前記容器の深さ方向に平行な２つの面を有し、かつ各面に係合用溝部が形成されており、
前記第１クランプ手段は、互いに近接変位して前記係合用溝部に係合し前記把持用係合部を把持する第１および第２クランプ爪を備え、
前記第２クランプ手段は、前記把持用係合部を把持している前記第１および第２クランプ爪を、一体的に前記多関節ロボット側に押圧保持するクランプ部材を備えることを特徴とする金属成形品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属から所定の金属成形品を得るための金属成形品の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、アルミニウムやマグネシウム、またはそれぞれの合金等の溶融金属を使用し、成形用に１ショット分の半凝固金属、すなわち、スラリーを製造する作業が行われている。スラリーを使用した成形作業では、特に成形品の表面精度および内部品質に優れる等の利点があることが知られている。
【０００３】
例えば、断熱性るつぼ（容器）に供給された溶融金属内で、この溶融金属の温度以下に冷却された冷し金を回転させることによりスラリー化した半凝固金属を得た後、前記半凝固金属を前記断熱性るつぼから成形機に投入して成形処理を施し、所定の形状を有する金属成形品を製造する方法が提案されている（特開平１１−１９７８１４号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の断熱性るつぼは、成形機を構成する射出スリーブ内に投入される半凝固金属の形状に対応して直方体形状に設定されている。このため、断熱性るつぼを取り扱うロボット手首部先端には、通常、前記断熱性るつぼの長手方向両端を支持する両持ちハンド構造が構成されている。
【０００５】
この両持ちハンド構造では、断熱性るつぼを把持しない場合であっても、ロボットの手首部先端から比較的長尺状に突出しており、両持ちハンド構造自体の干渉範囲が相当に大きなものとなってしまう。これにより、ロボット手首部を最短距離で移動させることができず、サイクルタイムを短縮することができないという問題が指摘されている。
【０００６】
さらに、半凝固金属を射出スリーブ内に投入する際に、両持ちハンド構造と成形機とが互いに干渉し易く、耐熱性るつぼを前記射出スリーブの開口部に近接する位置まで容易に移動させることができないという問題がある。このため、断熱性るつぼ内の半凝固金属を、射出スリーブに対し比較的大きく離間した上方位置から開口部に投入しなければならず、前記半凝固金属の投入不良が発生し易いという問題がある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成でサイクルタイムを短縮するとともに、設備との干渉を有効に阻止して金属成形品を効率的かつ高精度に製造することが可能な金属成形品の製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金属成形品の製造装置では、所定量の溶融金属が所定のスラリー状態に撹拌されて半凝固金属が得られた後、前記半凝固金属が成形手段を構成する射出スリーブに投入されて成形処理が施されている間、前記容器は保持炉、半凝固金属製造手段および成形手段に対して多関節ロボットに把持されて搬送されている。その際、容器は、射出スリーブの半凝固金属投入用開口部と略同一形状の開口部形状に設定されており、前記容器内で得られた半凝固金属を前記開口部に円滑かつ確実に投入することができる。
【０００９】
さらに、多関節ロボットの把持機構が係合される把持用係合部が、容器の一側面にのみ設けられている。これにより、多関節ロボットの把持機構は、容器を一側面のみで把持する、所謂、片持ちハンド構造を採用しており、前記把持機構全体を小型化することができる。このため、容器を把持しない際には、把持機構と設備とが干渉することがなく、多関節ロボットを最短距離で移動させることが可能になり、サイクルタイムを大幅に短縮することが可能になる。
【００１０】
しかも、把持機構は、容器の一側面にのみ設けられた把持用係合部に係合するため、例えば、容器内の半凝固金属を射出スリーブに投入する際に、把持機構の干渉を最小化することができる。このため、容器を射出スリーブの開口部に可及的に近接移動させることにより、前記半凝固金属を前記開口部から前記射出スリーブ内に円滑かつ確実に投入することが可能になる。
【００１１】
また、把持用係合部は、容器の一側面に固着される板状部材を備えるとともに、この板状部材は、前記容器の深さ方向に平行な２つの面を有し、かつこの２つの面にはそれぞれ係合用溝部が形成されている。従って、多関節ロボットの把持機構により把持用係合部を確実に把持することができるとともに、前記把持用係合部の構成が有効に簡素化される。
【００１２】
さらにまた、本発明では、容器を保持炉、半凝固金属製造手段および成形手段に搬送可能な多関節ロボットを備えており、この多関節ロボットが前記容器の一側面にのみ設けられた係合部に係合する把持機構を備えている。この把持機構は、第１クランプ手段を介して係合部を把持するとともに、第２クランプ手段により前記第１クランプ手段を容器と一体的に把持している。このため、簡単な構成で、容器を確実かつ強固に把持することが可能になる。
【００１３】
その際、第１クランプ手段は、互いに近接変位して係合部の２つの面に設けられた係合用溝部に係合し、前記係合部を把持する第１および第２クランプ爪を備える一方、第２クランプ手段は、前記係合部を把持している第１および第２クランプ爪を一体的に多関節ロボット側に押圧保持するクランプ部材を備えている。
【００１４】
これにより、第１および第２クランプ手段は、構成が有効に簡素化するとともに、容器を種々の姿勢に配置する際にも、前記容器を確実に保持することができ、前記容器から射出スリーブの開口部に対して半凝固金属を、直接、投入することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る半凝固金属の製造装置１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記製造装置１０の平面説明図である。
【００１６】
製造装置１０は、アルミニウム、その合金、マグネシウム、またはその合金等の溶融金属からなる溶湯１２を保持する溶湯保持炉１４と、この溶湯保持炉１４内から所定量（１ショット分）の溶湯１２を汲み出す溶湯汲み出しロボット１６と、前記溶湯汲み出しロボット１６により汲み出された該溶湯１２を注湯する断熱性るつぼ（容器）１８を設けるとともに、前記るつぼ１８内の前記溶湯１２を所定のスラリー状態に撹拌して半凝固金属（金属成形品）２０を得る半凝固金属製造手段２２と、前記半凝固金属２０が投入される射出スリーブ２４を有し、該半凝固金属２０を所定の形状に成形する成形機（成形手段）２６と、前記るつぼ１８を前記溶湯保持炉１４、前記半凝固金属製造手段２２および前記成形機２６に搬送可能な多関節ロボット２８とを備える。
【００１７】
溶湯汲み出しロボット１６は、支柱３０上に旋回自在に設けられるアーム３２を備え、このアーム３２の先端にラドル３４が傾動可能に装着される。成形機２６を構成する射出スリーブ２４の上部側には、図示しないキャビティに連通するスラリー投入用開口部３６が形成されている。半凝固金属製造手段２２は、るつぼ１８を配置してこのるつぼ１８内の溶湯１２を冷却および撹拌する第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄを備える。なお、第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄは、同様に構成されており、以下、主に第１撹拌機３８ａを例に説明する。
【００１８】
第１撹拌機３８ａは、るつぼ１８を離脱自在に配置するるつぼ受台４０を備える。このるつぼ受台４０は、図３に示すように、るつぼ１８を収容するための凹部４２を設けるとともに、前記るつぼ受台４０の内部には、前記凹部４２に配置されるるつぼ１８を周回するようにしてヒータ４４が埋設されている。
【００１９】
るつぼ受台４０の上方には、撹拌機能を兼ねた冷し金４６が駆動部４８を介して取り外し可能に配置される。冷し金４６は、溶湯１２として使用される、例えば、アルミニウム溶湯の溶湯温度で溶けない材質、例えば、銅やステンレス等により構成されている。この冷し金４６の外形は、円柱形状等に設定されるとともに、下方に向かって抜き勾配を有している。冷し金４６は、駆動部４８に対し、例えば、セラミック製カプラ４９を介して着脱自在であり、この駆動部４８がるつぼ受台４０上で昇降するとともに、前記冷し金４６を回転駆動する。
【００２０】
図４に示すように、るつぼ１８は、射出スリーブ２４の開口部３６と略同一形状の開口部５０を有するとともに、このるつぼ１８の一側面５２にのみ多関節ロボット２８の把持機構６６（後述する）に係合する把持用係合部５４が設けられる。係合部５４は、るつぼ１８の一側面５２にねじ止め固着される板状部材５６を備える。この板状部材５６は、上下両端に山形状傾斜部を設けるとともに、るつぼ１８の深さ方向（矢印Ａ方向）に平行な２つの面５８ａ、５８ｂを有し、かつ各面５８ａ、５８ｂに前記深さ方向に沿って係合用溝部６０ａ、６０ｂが形成される。
【００２１】
多関節ロボット２８は、図１に示すように、第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄの配列方向（矢印Ｂ方向）に延在するレール６２に沿って進退自在である。この多関節ロボット２８の手首部６４には、るつぼ１８を保持可能な把持機構６６が設けられる。
【００２２】
図４および図５に示すように、把持機構６６は、るつぼ１８の係合部５４を把持する第１クランプ手段６８と、前記係合部５４を直接把持している前記第１クランプ手段６８を前記るつぼ１８と一体的に把持する第２クランプ手段７０とを備える。第１クランプ手段６８は、手首部６４から延在する回転軸７２に固定される固定板体７４を備え、その固定板体７４にメインクランプ用の第１シリンダ７６が装着される。第１シリンダ７６は、互いに近接および離間変位する可動台７８ａ、７８ｂを有するとともに、前記可動台７８ａ、７８ｂには、第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂが固着される。
【００２３】
第１クランプ爪８０ａは、係合部５４の面５４ａに係合するものであり、その上部側に突起部８２が設けられる。第１クランプ爪８０ａには、溝部６０ａに嵌合する上下２つの台形部８４ａ、８４ｂが膨出形成されるとともに、前記第１クランプ爪８０ａの可動台７８ａにねじ止めされる基端部側には、テーパ面８６が前方に向かって内方に傾斜するように設けられている。第２クランプ爪８０ｂは、第１クランプ爪８０ａと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
第２クランプ手段７０は、固定板体７４に固着されるサブクランプ用の第２シリンダ８８ａ、８８ｂを備え、前記第２シリンダ８８ａ、８８ｂから突出するロッド９０ａ、９０ｂに可動板体９２が固着される。ロッド９０ａ、９０ｂを挟んで一対のガイドバー９４が配置されており、前記ガイドバー９４は、可動板体９２に固着されるとともに、第２シリンダ８８ａ、８８ｂに挿入されている。
【００２５】
可動板体９２は、その中央部に第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂを挿通するための開口部９６が形成されるとともに、前記第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂの各テーパ面８６に摺接して前記第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂを互いに近接する方向に押圧保持するための一対のテーパ面９８を設けている。可動板体９２の四隅に引っ張り用スプリング１００の一端が係合するとともに、前記スプリング１００の他端が固定板体７４に取り付けられている。可動板体９２は、スプリング１００の弾性力を介して、常時、第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂを固定する方向に付勢されている。
【００２６】
このように構成される製造装置１０の動作について、以下に説明する。
【００２７】
まず、溶湯保持炉１４内で溶湯１２が６５０℃程度に加熱保持された状態で、溶湯汲み出しロボット１６が駆動される。この溶湯汲み出しロボット１６では、アーム３２の作用下にラドル３４が溶湯保持炉１４内に挿入され、このラドル３４が傾動することにより１ショット分の溶湯１２が該ラドル３４により汲み出される。溶湯１２を汲み出したラドル３４は、注湯位置に移動される一方、この注湯位置には、多関節ロボット２８が把持機構６６により空のるつぼ１８を保持して配置されている。
【００２８】
そこで、ラドル３４が傾動され、多関節ロボット２８に保持されているるつぼ１８内に１ショット分の溶湯１２が注湯される。次いで、多関節ロボット２８は、るつぼ１８を第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄの所定の位置、例えば、前記第１撹拌機３８ａを構成するるつぼ受台４０の凹部４２に挿入する。図３に示すように、るつぼ受台４０では、ヒータ４４が駆動されて予め所定の温度に維持されており、凹部４２に配置されるるつぼ１８内の溶湯１２が周囲から一挙に冷却されることを防止している。
【００２９】
第１撹拌機３８ａでは、冷し金４６が、水分除去および冷却条件の安定化のために予め１００℃程度に加熱保持されており、前記冷し金４６が、駆動部４８を介して比較的低速で所定方向に回転しながらるつぼ１８内の溶湯１２中に浸漬される。その後、駆動部４８の作用下に冷し金４６が溶湯１２中で回転速度を上げることにより、この溶湯１２を冷却しながら迅速に撹拌する。
【００３０】
冷し金４６が、予め設定された時間だけ、あるいはスラリー供給信号が入力されるまで溶湯１２の撹拌を行った後、この冷し金４６が回転しながらるつぼ１８から引き上げられる。このため、るつぼ１８内には、全体的に一定温度に保持された半凝固金属２０が製造される。
【００３１】
一方、多関節ロボット２８は、第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄの中、所望のスラリー状態に冷却および撹拌された半凝固金属２０を有する、例えば、第４撹拌機３８ｄに対応して移動される。第４撹拌機３８ｄでは、駆動部４８が上方に待機するとともに、冷し金４６が取り外されており、多関節ロボット２８は、この第４撹拌機３８ｄのるつぼ受台４０に配置されているるつぼ１８を把持し、このるつぼ１８を前記第４撹拌機３８ｄから取り出す。
【００３２】
具体的には、第２クランプ７０を構成する第２シリンダ８８ａ、８８ｂが駆動され、可動板体９２がスプリング１００の弾性力に抗して前方（矢印Ｃ１方向）に突出している（図４参照）。このため、第１クランプ手段６８を構成する第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂは、互いに近接および離間する方向に変位可能であり、第１シリンダ７６が駆動されることによって、可動台７８ａ、７８ｂと一体的に前記第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂが互いに離間する方向に配置される。
【００３３】
そこで、多関節ロボット２８を構成する手首部６４が、第４撹拌機３８ｄに配置されているるつぼ１８側に移動し、このるつぼ１８の一側面５２に固着されている係合部５４を第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂ間に配置させる（図５参照）。
【００３４】
次に、第１シリンダ７６が駆動され、可動台７８ａ、７８ｂと一体的に第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂが互いに近接する方向に変位し、第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂにより係合部５４が把持される（図６参照）。その際、第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂの突起部８２が板状部材５６の上部に係合するとともに、台形部８４ａ、８４ｂが面５８ａ、５８ｂに形成された溝部６０ａ、６０ｂに嵌合する。
【００３５】
この状態で、第２クランプ手段７０を構成する第２シリンダ８８ａ、８８ｂが駆動され、可動板体９２が手首部６４側（図７中、矢印Ｃ２方向）に移動する。このため、可動板体９２に設けられているテーパ面９８が第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂに設けられているテーパ面８６に摺接し、前記第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂが互いに近接する方向に押圧保持される。
【００３６】
これにより、るつぼ１８に設けられた係合部５４は、第１および第２クランプ手段６８、７０を介して強固かつ確実に把持され、多関節ロボット２８は、このるつぼ１８を成形機２６の開口部３６に対応して水平姿勢に配置される。そして、手首部６４に設けられている回転軸７２の回転作用下に把持機構６６と一体的にるつぼ１８が反転し、このるつぼ１８内の半凝固金属２０が開口部３６から射出スリーブ２４内に落下供給される（図８参照）。成形機２６では、射出スリーブ２４内に投入された半凝固金属２０を用いて成形処理が施され、所定の金属成形品が得られることになる。
【００３７】
多関節ロボット２８は、空になったるつぼ１８をエアブロー位置に移動してエアブロー処理を施すことにより、このるつぼ１８内に残存するアルミニウムが除去される。次いで、るつぼ１８は、その内部にセラミック材等によるコーティングが行われた後、注湯位置に配置される。
【００３８】
この場合、本実施形態では、るつぼ１８の一側面５２にのみ係合部５４が設けられており、多関節ロボット２８の手首部６４に装着された把持機構６６によって前記係合部５４が把持される。このため、把持機構６６は、るつぼ１８の長手方向両端を支持する両持ちハンド構造に比べ、軸方向（図４中、矢印Ｃ方向）の寸法が大幅に短尺化される。これにより、特に、るつぼ１８を把持していない場合に、把持機構６６の矢印Ｃ方向への突出量が大幅に低減されるため、この把持機構６６の干渉範囲が一挙に削減される。従って、多関節ロボット２８を最短距離で移動させることができ、サイクルタイムを有効に短縮することが可能になるという効果が得られる。
【００３９】
しかも、図８に示すように、るつぼ１８を射出スリーブ２４側に移動させる際に、把持機構６６が成形機２６に干渉することはない。これにより、るつぼ１８を射出スリーブ２４の開口部３６上に可及的に近接して配置することができ、半凝固金属２０を前記開口部３６から射出スリーブ２４内に円滑かつ確実に投入することが可能になる。
【００４０】
一方、るつぼ１８に溶湯１２を給湯する際には、把持機構６６と溶湯汲み出しロボット１６とが互いに干渉することがなく、ラドル３４を前記るつぼ１８に可及的に近接させることができる。このため、ラドル３４の傾動速度を上げることができ、注湯速度が速くなってサイクルタイムの短縮化を図ることが可能になる。
【００４１】
また、本実施形態では、把持機構６６が、るつぼ１８の係合部５４を直接把持する第１クランプ手段６８と、前記係合部５４を把持している前記第１クランプ手段６８を前記るつぼ１８と一体的に把持する第２クランプ手段７０とを備えている。従って、るつぼ１８を片持ちハンド構造により確実かつ強固に保持することができ、このるつぼ１８が把持機構６６から離脱したり、不要に傾動したりすることがなく、金属成形品の製造作業全体を効率的に遂行することが可能になる。しかも、構成が簡素化されるとともに、把持機構６６全体の小型化が図られ、多関節ロボット２８の手首部６４に作用する負荷の軽減が容易に図られる。
【００４２】
さらにまた、第２クランプ手段７０は、可動板体９２を内側、すなわち、第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂを保持する方向に付勢するスプリング１００を備えている。これにより、例えば、第２シリンダ８８ａ、８８ｂへの空気の供給が遮断された際にも、可動体９２は、スプリング１００の引っ張り作用下に第１および第２クランプ爪８０ａ、８０ｂを互いに近接する方向に押圧保持しており、るつぼ１８の落下等を確実に阻止することができるという効果がある。
【００４３】
なお、本実施形態では、溶湯保持炉１４と多関節ロボット２８との間に１ショット分の溶湯を汲み出すための溶湯汲み出しロボット１６を設けているが、多関節ロボット２８に保持されているるつぼ１８に溶湯保持炉１４から１ショット分の溶湯１２を直接給湯するように構成すれば、この溶湯汲み出しロボット１６を必ずしも用いなくてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る金属成形品の製造装置では、所定量の溶融金属が収容され、撹拌作用下に半凝固金属を得るための容器を備えるとともに、この容器の一側面にのみ、多関節ロボットの把持機構が係合する把持用係合部を設けており、前記把持機構を有効に小型化することができる。しかも、容器が把持用係合部を介して確実かつ凝固に保持されることにより、前記容器の脱落等を可及的に阻止するとともに、前記容器から射出スリーブの開口部に対し半凝固金属を円滑かつ確実に投入することが可能になる。
【００４５】
また、本発明では、多関節ロボットに設けられる把持機構が、容器の一側面にのみに設けられた把持用係合部を直接把持する第１クランプ手段と、前記第１クランプ手段を前記容器と一体的に把持する第２クランプ手段とを備えており、該容器を片持ちハンド構造によって強固に把持することが可能になる。これにより、把持機構に把持されている容器が不要に移動したり、落下したりすることを阻止し、金属成形品の製造作業全体が効率的に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る金属成形品の製造装置の概略斜視説明図である。
【図２】前記製造装置の平面説明図である。
【図３】前記製造装置を構成する撹拌機の説明図である。
【図４】前記製造装置を構成する把持機構およびるつぼの一部分解斜視説明図である。
【図５】前記把持機構を構成する第１クランプ手段の動作説明図である。
【図６】前記把持機構を構成する第２クランプ手段の動作説明図である。
【図７】前記るつぼを前記把持機構により把持した状態の平面説明図である。
【図８】前記るつぼ内の半凝固金属をスリーブに投入する際の動作説明図である。
【符号の説明】
１０…製造装置                １２…溶湯
１４…溶湯保持炉              １６…溶湯汲み出しロボット
１８…るつぼ                  ２０…半凝固金属
２２…半凝固金属製造手段      ２４…射出スリーブ
２６…成形機                  ２８…多関節ロボット
３６、５０、９６…開口部      ３８ａ〜３８ｄ…撹拌機
５４…係合部                  ５６…板状部材
５８ａ、５８ｂ…面            ６０ａ、６０ｂ…溝部
６６…把持機構                ６８、７０…クランプ手段
７４…固定板体                ７６、８８ａ、８８ｂ…シリンダ
８０ａ、８０ｂ…クランプ爪    ８４ａ、８４ｂ…台形部
８６、９８…テーパ面          ９２…可動板体
１００…スプリング
【図１】
0003993726.tif 000002
【図２】
0003993726.tif 000003
【図３】
0003993726.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003993726.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003993726.tif 000009