(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半凝固金属が収容されている容器を該容器の中心に回転軸を有する多関節ロボットの把持部で把持し、前記半凝固金属を射出スリーブの開口部に投入する半凝固金属の供給方法であって、
前記容器を前記射出スリーブの開口部の上部端縁部に近接して水平姿勢で配置させ、その状態で前記把持部の回転軸を回転させ、前記容器を所定の角度位置まで回動させることにより、前記容器の開口部側の端部を前記射出スリーブの開口部の端部近傍に位置させる工程と、
前記多関節ロボットの各軸を選択的に駆動することにより、前記容器を、前記把持部の回転軸とは異なる仮想傾動軸回りに傾動させて該容器内の前記半凝固金属を前記射出スリーブの開口部に投入する工程と、
を有し、
前記仮想傾動軸は、前記射出スリーブの開口部の端部近傍に設定されることを特徴とする半凝固金属の供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半凝固金属を射出スリーブの開口部に投入するための半凝固金属の供給方法に関する。
【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】
上記の断熱性るつぼは、ロボットの手首部先端に把持されており、前記ロボットの駆動作用下に回動動作を行って、前記断熱性るつぼ内の半凝固金属が成形機を構成する射出スリーブ内に投入されるように構成されている。具体的には、図９に示すように、成形機を構成する射出スリーブ１の上部側には、スラリー投入用の開口部２が形成されており、ロボットの手首部の先端に把持された断熱性るつぼ３が回動軸４を中心に回動することによって、この断熱性るつぼ３内の半凝固金属５が前記開口部２から前記射出スリーブ１内に投入されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、断熱性るつぼ３は、回動軸４を中心に一定の回転速度で回動されるため、この断熱性るつぼ３内の半凝固金属５の落下位置を制御することは極めて困難なものとなっている。すなわち、半凝固金属５が断熱性るつぼ５内から落下する角度位置は、投入時毎に変動し易く、例えば、前記断熱性るつぼ３が角度位置Ｐ１（一点鎖線参照）に配置された際に前記半凝固金属５が落下してしまう場合や、角度位置Ｐ２（二点鎖線参照）に配置された際に前記半凝固金属５が落下してしまう場合等がある。
【０００６】
このため、半凝固金属５の落下位置が種々変動してしまい、この半凝固金属５の全量を開口部２から射出スリーブ１内に投入することが困難になるとともに、前記断熱性るつぼ３内に前記半凝固金属５が残存してしまうおそれがある。これにより、半凝固金属５を射出スリーブ１に効率的に供給することができないという問題が指摘されている。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、容器内の半凝固金属を射出スリーブ内に迅速かつ確実に投入することが可能な半凝固金属の供給方法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】
本発明に係る半凝固金属の供給方法では、多関節ロボットの把持部で半凝固金属が収容されている容器を把持し、まず、前記把持部の回転軸を回転させて前記容器を所定の角度位置まで回動させた後、前記多関節ロボットの各軸を選択的に駆動し、前記容器を、前記把持部の回転軸とは異なる仮想傾動軸回りに傾動させることによって、該容器内の前記半凝固金属を射出スリーブの開口部に投入する。
【０００９】
このため、容器は把持部の回転軸回りに所定の角度位置まで回動され、この容器の開放端部が射出スリーブの開口部に近接して配置される。次いで、容器が仮想傾動軸回りに傾動されることにより、前記容器内の半凝固金属の落下位置を、常に、一定位置に調整することができる。従って、簡単な工程および制御で、容器内の半凝固金属の全量を射出スリーブの開口部からこの射出スリーブ内に確実に投入することが可能になるとともに、前記容器内に前記半凝固金属が残存することを確実に阻止することができる。
【００１０】
ここで、仮想傾動軸が射出スリーブの開口部の端部近傍に設定されている。これにより、容器の開放端部を射出スリーブの開口部に近接させることができ、この容器内の半凝固金属を前記開口部に対し容易かつ確実に投入することが可能になる。
【００１１】
【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供給方法を実施するための製造装置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。
【００１２】
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。
【００１３】
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〜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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、必要に応じて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。
【００１６】
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の把持部７６（後述する）に係合する把持用係合部５４が設けられる。図５に示すように、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。
【００１７】
多関節ロボット２８は、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（図１参照）。多関節ロボット２８は、例えば、６軸ロボットで構成されており、図４に示すように、基台６４上にＳ軸回りに回転自在な回転台６６が設けられ、この回転台６６には、第１アーム６８がＨ軸方向に揺動自在に設けられる。この第１アーム６８には、第２アーム７０がＶ軸に沿って揺動自在に設けられるとともに、この第２アーム７０の先端部にＲ２軸回りに回転する旋回軸７２が構成される。旋回軸７２に手首部７４がＢ軸回りに回動自在に装着され、前記手首部７４には、Ｒ１軸方向に回転自在な回転軸７５が設けられて前記回転軸７５に把持部７６が装着される。
【００１８】
図５および図６に示すように、把持部７６は、るつぼ１８の係合部５４を把持する第１クランプ手段７８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７８を前記るつぼ１８と一体的に把持する第２クランプ手段８０とを備える。第１クランプ手段７８は、手首部７４から延在する回転軸７５に固定される固定板体８４を備え、その固定板体８４にメインクランプ用の第１シリンダ８６が装着される。第１シリンダ８６は、互いに近接および離間変位する可動台８８ａ、８８ｂを有するとともに、前記可動台８８ａ、８８ｂには、第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂが固着される。
【００１９】
第１クランプ爪９０ａは、係合部５４に係合するものであり、その上部側に突起部９２が設けられる。第１クランプ爪９０ａには、溝部６０ａに嵌合する上下２つの台形部９４ａ、９４ｂが膨出形成されるとともに、前記第１クランプ爪９０ａの可動台８８ａにねじ止めされる基端部側には、テーパ面９６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９０ｂは、第１クランプ爪９０ａ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付して、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
第２クランプ手段８０は、固定板体８４に固着されるサブクランプ用の第２シリンダ９８ａ、９８ｂを備え、前記第２シリンダ９８ａ、９８ｂから突出するロッド１００ａ、１００ｂに可動板体１０２が固着される。ロッド１００ａ、１００ｂを挟んで一対のガイドバー１０４が配置されており、前記ガイドバー１０４は、可動板体１０２に固着されるとともに、第２シリンダ９８ａ、９８ｂに挿入されている。
【００２１】
可動板体１０２は、その中央部に第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂを挿通するための開口部１０６が形成されるとともに、前記第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂの各テーパ面９６に摺接して前記第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂ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１０８を設けている。可動板体１０２の四隅に引っ張り用スプリング１１０の一端が係合するとともに、前記スプリング１１０の他端が固定板体８４に取り付けられている。可動板体１０２は、スプリング１１０の弾性力を介して、常時、第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂを固定する方向に付勢されている。
【００２２】
このように構成される製造装置１０の動作について、本実施形態に係る供給方法との関連で以下に説明する。
【００２３】
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が汲み出されたラドル３４は、溶湯１２の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が把持部７６により空のるつぼ１８を保持して配置されている。
【００２４】
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に配置されたるつぼ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。
【００２５】
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。
【００２６】
冷し金４６が、予め設定された時間だけ、あるいは撹拌完了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が得られる。
【００２７】
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。
【００２８】
具体的には、第２クランプ手段８０を構成する第２シリンダ９８ａ、９８ｂが駆動され、可動板体１０２がスプリング１１０の弾性力に抗して前方（矢印Ｃ１方向）に突出している（図５参照）。このため、第１クランプ手段７８を構成する第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂ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８６が駆動されることによって、可動台８８ａ、８８ｂと一体的に前記第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂが互いに離間する方向に配置される。
【００２９】
そこで、多関節ロボット２８を構成する手首部７４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９０ａ、９０ｂ間に配置させる。次に、第１シリンダ８６が駆動され、可動台８８ａ、８８ｂと一体的に第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂ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９０ａ、９０ｂにより係合部５４が把持される。
【００３０】
この状態で、第２クランプ手段８０を構成する第２シリンダ９８ａ、９８ｂが駆動され、可動板体１０２が手首部７４側（矢印Ｃ２方向）に移動する。このため、可動板体１０２に設けられているテーパ面１０８が第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂに設けられているテーパ面９６に摺接し、前記第１および第２クランプ爪９０ａ、９０ｂが互いに近接する方向に押圧保持される。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７８、８０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。
【００３１】
この場合、本実施形態は、図７に示すように、るつぼ１８が多関節ロボット２８を介して射出スリーブ２４の開口部３６の上部端縁部に近接して水平姿勢で配置された後、まず、回転軸７５がＲ１軸回りに所定の角度だけ回転する。このため、把持部７６に片持ち支持されているるつぼ１８は、前記把持部７６を中心にして回動中心Ｏ１回りに所定の角度α１゜だけ回動される。これにより、るつぼ１８の開口部５０側の端部１８ａは、射出スリーブ２４の開口部３６の端部に近接して配置されることになる（図７中、二点鎖線参照）。
【００３２】
次いで、図８に示すように、多関節ロボット２８は、射出スリーブ２４の開口部３６の端部近傍を、すなわち、角度α１゜だけ回動されたるつぼ１８の端部１８ａを仮想傾動軸Ｏ２とし、この仮想傾動軸Ｏ２回りに前記るつぼ１８が所定の角度α２゜だけ傾動される（図８中、二点鎖線参照）。その際、多関節ロボット２８では、回転台６６のＳ軸、第１アーム６８のＨ軸、第２アーム７０のＶ軸、旋回軸７２のＲ２軸、手首部７４のＢ軸および回転軸７５のＲ１軸が選択的に駆動されることにより、るつぼ１８を開口部３６の端部近傍に設定された仮想傾動軸Ｏ２回りに傾動させている。
【００３３】
このため、るつぼ１８内の半凝固金属２０は、このるつぼ１８が、図８中、角度α２゜の範囲で傾動する間に開口部５０から射出スリーブ２４の開口部３６に確実に投入され、前記射出スリーブ２４内に前記半凝固金属２０の全量を投入することができる。
【００３４】
このように、本実施形態では、るつぼ１８が、まず回動中心Ｏ１回りに角度α１゜だけ回動した後、このるつぼ１８が射出スリーブ２４の開口部３６の端部近傍に設定される仮想傾動軸Ｏ２回りに傾動されている。従って、るつぼ１８は、実際上、開放側端部１８ａを支点にして射出スリーブ２４上で傾動することになり、開口部５０に収容されている半凝固金属２０は、このるつぼ１８が角度α２゜の範囲内のいずれかの傾動位置に至る際に、前記開口部５０から射出スリーブ２４の開口部３６に確実に投入される。
【００３５】
これにより、るつぼ１８内の半凝固金属２０の全量を射出スリーブ２４内に投入することができ、このるつぼ１８内に前記半凝固金属２０が残存することがなく、前記半凝固金属２０を効率的かつ確実に前記射出スリーブ２４に供給することが可能になるという効果が得られる。
【００３６】
しかも、るつぼ１８は、まず、回転中心Ｏ１を中心に角度α１゜まで回動された後、仮想傾動軸Ｏ２を中心に傾動される。このため、るつぼ１８内の半凝固金属２０の投入作業が迅速に遂行され、前記半凝固金属２０の供給作業全体の効率化が容易に図られる。さらに、るつぼ１８の回動および傾動動作は、多関節ロボット２８のＳ軸、Ｈ軸、Ｖ軸、Ｒ２軸、Ｂ軸およびＲ１軸を選択的に駆動するだけでよく、制御全体を簡素化することができる。
【００３７】
ところで、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。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、このるつぼ１８が注湯位置に配置される。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る半凝固金属の供給方法では、多関節ロボットの把持部で把持された容器が、この把持部の回転軸の回転作用下に所定の角度範囲まで回動された後、前記多関節ロボットの各軸が選択的に駆動されることにより、前記容器が前記把持部の回転軸とは異なる仮想傾動軸回りに傾動し、該容器内の半凝固金属が射出スリーブの開口部に確実に投入される。このため、容器内の半凝固金属の全量を射出スリーブ内に投入することができ、前記容器内に前記半凝固金属が残存することがなく、該半凝固金属の供給作業全体が、簡単な作業で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半凝固金属の供給方法を実施するため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多関節ロボットの斜視説明図である。
【図５】前記製造装置を構成する把持部およびるつぼの一部分解斜視説明図である。
【図６】前記把持部の平面説明図である。
【図７】前記るつぼを回動する際の動作説明図である。
【図８】前記るつぼを傾動させる際の動作説明図である。
【図９】従来技術に係る半凝固金属の供給方法の説明に供する図である。
【符号の説明】
１０…製造装置                １２…溶湯
１４…溶湯保持炉              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          ３８ａ〜３８ｄ…撹拌機
４６…冷し金                  ５０…開口部
５４…係合部                  ６６…回転台
６８、７０…アーム            ７２…旋回軸（Ｒ２軸）
７５…回転軸（Ｒ１軸）        ７６…把持部
７８、８０…クランプ手段
【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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