(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金鋳造体の製造方法において、複数の鋳型が設けられ、該鋳型が隣接する直線状移動経路に沿って独立して可動であり、該直線状移動経路は前記鋳型のそれぞれに設けられており、液体アルミ保持炉が設けられ、自動処理位置で前記鋳型の移動経路と交差する隣接する直線状移動経路に沿って可動な複数のロボットアームが設けられ、各鋳型の移動経路の各々が少なくとも鋳込み位置と鋳物抜き取り位置とを有するシステムを用い、
各鋳型をその直線状の移動経路に沿って移動させ、もって、該アルミニウム合金鋳造体を製造する処理工程の所定の順序に従って各鋳型をそれぞれの移動経路の所定の処理位置に連続して位置決めし、
前記それぞれの移動経路の前記所定の処理位置に前記鋳型を周期的に位置決めし、少なくとも一つのロボットアームを前記炉を含む移動経路に沿って移動させることによって鋳物を形成するために液体アルミを前記鋳型に充填する作業が少なくともいくつかの鋳型に連続して行われ、少なくとも異なる一つのロボットアームを異なる移動経路に沿って移動させることによって少なくともいくつかの鋳造物を前記鋳型から抜き取る作業がなされることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
複数の鋳型と、少なくともいくつかの鋳型のために作動する液体アルミ保持炉と、複数の独立した直線状の鋳型移動経路と、少なくとも二つのロボットと、鋳型位置決め手段とを有し、前記鋳型移動経路に沿って各鋳型がそれぞれ移動し、所定の処理位置に位置決めされ、前記鋳型移動経路は各々少なくとも鋳込み位置と鋳造物抜き取り位置とを有し、前記少なくとも二つのロボットの一つが少なくともいくつかの鋳型に液体アルミを注入し、他方のロボットが少なくともいくつかの固形化した鋳造物を前記鋳型から抜き取り、該ロボットの各々が、液体アルミ注入位置と鋳造物抜き取り位置とでそれぞれ前記鋳型の移動経路と交差する移動経路に沿って可動であり、前記鋳型位置決め手段が前記鋳型をそれぞれの移動経路の前記所定位置に周期的に位置決めする、アルミニウム合金鋳造体製造装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム合金鋳造体を製造する改良された方法と装置に関し、さらに詳細には、製造サイクルで進行中の作業に対応するそれぞれ異なるステーションに位置決めされる複数の可動、半永久タイプの鋳型を含み、それにより、鋳造プロセスの生産性を上げ、現在使用中の鋳造機器の資本費用及び維持経費を低減させる製造プラントに関する。本発明は、また永久タイプの鋳型に対しても簡略化した形で対応できる。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
アルミニウム合金鋳造体の製造、例えば、単体鋳物の製造には砂で形成する膨張鋳型が用いられるのに対し、ある種の自動車エンジン・パーツ（シリンダ・ヘッドのような）の大量生産は、普通、永久又は半永久タイプの鋳型を使用して行われる。半永久タイプの鋳型には鋳造全サイクルを完成させるため、加熱、冷却、自動開閉等の手段が設けられる。普通、一人のオペレータは数個の鋳型を操作、管理し、コア設定、鋳型の充填、鋳物の抜き取りのような操作はタイミング精度と空間精度をもたせ、以上の各操作に合わせてプログラム操作するロボット・アームによって行われる。
【０００３】
鋳造プロセスの製造サイクルは鋳型に直接関係する以下の操作から成り、
（Ａ）鋳型の清掃；（Ｂ）コアの設定；（Ｃ）鋳型の充填と冷却；および（Ｄ）鋳物の抜き取り、そして外側砂コアの取り壊しと除去及び湯道の撤去がこれに続く。次いで、鋳物は熱処理し、必要であれば仕上げをし、検査をする。現在運用されている製造工程は固定した半永久タイプの鋳型の使用を伴う。このような製造工程には鋳型一個当たり少なくとも一人のオペレータと三基のロボットが必要とされる。前記に替わる製造工程では通常４〜６個の鋳型を伴う回転プラットフォームが使用され、二人から三人のオペレータと、五個の前記鋳型に用役を果たす三基のロボットが含まれる。回転プラットフォームの生産性は比較的申し分のないものであったが、本発明によれば改良ができる。回転プラットフォームには若干の欠点もあり、例えばその重量は５０メートル・トンのオーダであり、一つステーションから次のステーションまで回転させるには若干数の大容量モータと装置が必要になる。更に、一つの鋳型が故障し、修理が必要になったとき、ほとんどの場合、プラットホーム全体の運転を休止し、その結果、プラットフォーム上の他の鋳型の生産ロスが発生する。
【０００４】
本発明では現在使用されている回転プラットフォームの不利な点が克服され、鋳造プロセスの生産性を高めることができる。
【０００５】
本発明によれば回転プラットフォームに対する資本の投資、その維持費、こうした装置の保守管理費に数百万ドルの節約ができる。従って、鋳造プラントは大幅に簡略化される。総ての従来技術には、必要な作業を実行するために個々の鋳型が循環移動し、数カ所のステーションで鋳型の位置決めが行われる循環路が伴う。Ｃａｒｉｇｎａｎに交付された米国特許第３，６２７，０２８号、Ｗａｓｅｍ、その他に交付された米国特許第４，７４７，４４４号、Ｆｒｉｅｓｅｎ、その他に交付された米国特許４，２９９，６２９号、Ｖａｎ  Ｎｅｔｔｅに交付された米国特許第４，４２２，４９５号、Ｐｅｒｒｙに交付された米国特許第３，５３０，５７１号、Ｓｅａｔｏｎに交付された米国特許第５，０５６，５８４号、Ｐｏｌ、その他に交付された米国特許第３８，９７７，４６１号に従来技術の例を見ることができる。しかし、これらの特許のいずれも出願人が提案する構成と、その生産性上の利点について教示したり、示唆するものはない。これらの特許のあるものには、例えば個々の鋳型の動きを液状金属を含む各レードル（とりべ）の動きに同期させることが教示されているが、各鋳型を移動でき、溶解アルミを注ぎ込み、一回に一個の抜き取りをそれぞれ他の鋳物とは完全に単独な運転で行う各用役ロボットに出会う鋳型用の直線状移動経路を設けることを示唆するものはない。直線路の構成では可能だが、他の鋳型の鋳造サイクルに何ら干渉することなく、必要なときに個々の鋳型の位置決めできる循環路では実行できない保守のために各鋳型を位置決めすることができ、一つのステーションを含めることを示唆する従来技術はない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は改善した生産性をもってアルミ合金の鋳物をより低い資本費用と運転経費で製造するプロセスを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的はより高い柔軟性と生産性を持ったアルミニウム合金鋳造体の製造に伴う装置の新しい配置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の各目的は一部は明らかであろうし、一部は以下に指摘することにする。
【０００９】
本発明によれば、その各目的は（１）複数の可動鋳型と、少なくとも鋳込み位置と各可動鋳型のそれぞれの移動経路にある鋳物抜き取り位置を含むシステムにおけるただ一基の液体アルミ保持炉とを含む、アルミニウム合金鋳造体を製造する方法であって、各鋳型に対しそれぞれ設けた直線状の移動経路に沿って個々の前記鋳型を移動し、それにより、前記アルミニウム合金鋳造体を製造する個々のプロセス・ステップの計画した順序に従って各鋳型のそれぞれの移動経路の所定の位置に鋳型をそれぞれ連続して位置決めできるようにしたステップと、鋳物を形成するために液体アルミを前記鋳型に充填する作業が所与のタイミングで前記鋳型の内の一つの上部のみで実施できるよう、更に、前記鋳型から前記鋳物を抜き取る作業が所与のタイミングで前記システムの前記複数の鋳型の内の一つの上部のみで実施できるよう、異なるタイミングでそれぞれの移動経路の前記所定の位置に前記鋳型を周期的に位置決めするステップとを含む方法を提供し、更に、（２）複数の鋳型及び前記システムにおける総ての鋳型に用役を果たすただ一基の液体アルミ保持炉と、各鋳型に対応する移動経路の所定の位置に鋳型をそれぞれ移動し、位置決めが行われる複数の独立した直線状の移動経路と、一方が液体アルミを注入し、他方が鋳型から鋳物を抜き取り、各注入位置と各抜き取り位置で鋳型の移動経路を遮るそれぞれの移動経路に沿って移動ができる少なくとも二基のロボットと、前記鋳型への液体アルミの充填と前記鋳物の抜き取りが一度に複数の鋳型の内の一つの上部のみで行われるよう、異なるタイミングで各移動経路の前記所定の位置に前記鋳型を周期的に位置決めする手段とを含むアルミニウム合金鋳造体を製造する装置とを提供することで達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
大方のアルミニウム合金鋳造体の鋳造プロセスは以下のステップを含む。
（Ａ）鋳型を清掃するステップ：この作業は異物成分の巻き込みにより生じる欠陥が確実に鋳物に含まれぬようにするためオペレータが鋳型について行う検査と、ばら砂、その他の物質の清掃を伴う。
（Ｂ）コアの設定：この作業は普通、オペレータの作業負担を軽減するため、及び前記作業が繰り返し行われる特性から第一ロボット・アーム３８の介助によって実行される。このロボット・アームは所与のラインの鋳型の内部位置に少なくとも一つのコアを正確にセットし、他のラインの別の各鋳型に対するこのプロセスが繰り返されるようプログラム操作する。従来技術による回転プラットフォーム・システムでは、前記に類似する一基のロボットが回転プラットフォームに配した通常四個から六個の総ての鋳型に用役を果たしている。
（Ｃ）鋳込み：鋳型１０、１２、１４、１６、１８に対する液体アルミの充填は自動レードル等によって行われる浸漬操作で保持炉４６の内部近傍に保持する溶解アルミ・プールから満たされる小型のレードル６４を備えた第二ロボット・アーム６６によって実行される。レードル６４からは計量された液体アルミが各鋳型に順次注ぎ込まれる。注入プロセス用一基のロボットは従来技術の回転プラットフォームに使用される。
（Ｄ）抜き取り：鋳型の外部で取り扱いができるよう鋳物４８が充分な冷却を済ませると直ちに第三ロボット・アーム５２の介助で砂コア３６（場合によっては複数個）を含む鋳物４８が次いで鋳型から引き出される。鋳物に対する冷却プロセスを実行するため、鋳型には冷却システム（詳細な説明は省くが、その多くは広く周知なもの）が設けられている。
【００１１】
個々の隣接ライン間で行われる各プロセスのステップに対し一基の各ロボット装置が共同用役を果たし得るよう前記四つのステップＡ〜Ｄは五つ又はそれ以上の前記隣接するライン２０、２２、２４、２６、２８に於いてそれぞれ異なるタイミングで行われる。
【００１２】
図１、図２、図３を参照すると、一組五個のアルミニウム合金鋳造体用半永久鋳型、例えば自動車のシリンダ・ヘッドを製造する鋳型が数字１０、１２、１４、１６、１８で指示されている。車輪付きの各クレードル１９（通常、“ベンチ”と呼ぶ技術に於いて）に保持される各鋳型は好適な実施例に直線状の二重トラック２０、２２、２４、２６、２８によってに説明し、定義した複数の直線状移動経路に沿い、それぞれ異なる位置（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）又は（Ｄ）に位置決めすることができる。（Ｅ）位置は作業から開放される保守位置である。大型のリンク結合チェーン３０は配線と圧縮空気、油圧源及び冷却水用各ホースに対し各ラインで保護搬送装置としての役目を果たしている。好適な実施例に於いて、各鋳型クレードル１９は例えば電気モータ（図示せず）によって独立して駆動される。その他何らかの有効な移動装置を用い、各鋳型クレードル１９をそのトラックに沿って移動し、位置決めすることができる。
【００１３】
（Ａ）位置は所与の鋳型に対しスタートさせる鋳造サイクルにおける第一ステップである。この位置はオペレータに最も近く、別様に自動化できる例えばプローブ３４から普通、圧縮空気によって鋳型の掃除が行われ、又検査が実行され、更に、例えば鋳型内部に異質な物質が存在するために生じる何らかの欠陥を防止するため必要に応じ掃除が行われる位置である。（Ａ）位置における前記の作業が行われた後、鋳型は（Ｂ）位置に移動され、そこではロボット・アーム３８によって鋳型内部にコア（場合によっては複数）３６がセットされる。グリップ（握り）装置４２を備えたロボット・アーム３８はコア・バスケット４４から取り出したコア３６（場合によっては複数）をオーバーヘッド・レール４０に沿って移動することによって個々の鋳型１０、１２、１４、１６、１８の内部に順次セットする。次いで、各鋳型は閉じられ、鋳造位置まで移動され（Ｃ）、そこでこの鋳型はロボット・アーム６６に装着したレードル６４によって保持炉４６から取り出した液体アルミが充填される。ロボット・アーム６６は前記同様、オーバーヘッド・レール６８に沿って移動し、前記システムにおける四個の鋳型の各々に一度に一つずつ用役を果たすことができるようになる。鋳込み／冷却サイクルの終了後、鋳型は（Ｄ）位置に戻り、そこでオーバーヘッド・レール５１に沿い走るロボット・アーム５２に装着した抜き取り機／保持装置５０によって鋳物４８が鋳型から引き出される。
【００１４】
鋳込み操作と抜き取り操作が行われる期間に伴うガスは鋳込みのときに図示を省略した適切な個々のコンジットから引き出るれる。各ガス・コンジットはガスと蒸気が放出されるそれぞれの位置に各鋳型に対し適切に設備される。
【００１５】
ロボット・アーム５２によって鋳物４８が鋳型から抜き出されると、必要に応じ通常、以下のようにオフ・ラインで鋳物には更なる処理を加えることができる：鋳物４８は最初にレール５１に沿いロボット・アーム５２によってステーション５６へ運ばれ、そこで砂コア３６の残りの大半が取り除かれ、次いで、ステーション５８まで移動し、そこでは湯道で凝固した余分なアルミ合金材料と鋳物の最上部がカットされ、除去され、次いで焼き入れタンク６０まで移動して焼き入れされ、点検テーブル６２上に移動し、最後に点検を済ませると、バスケット６４の一つに入れられて後続の熱処理および／又は仕上げ処理が続けられる。
【００１６】
本明細書に特許の請求がなされた鋳造システムからは従来技術に優る数多くの利点が得られ、例えば資本費用はそれぞれ五個の鋳型を備えた回転テーブルから成る鋳造システムのものよりも少なく、４０％のオーダという相当な低さである。装置部品の数量と設備に要する時間も少ない。本発明によるこの鋳造システムの各移動鋳型は各鋳造サイクルで行われる連続した処理位置に沿った移動が小さな自重量の移動ですむため、維持経費が低減される。鋳型の内の一つが故障し、あるいは交換が必要なときに、他の平行生産ラインに沿い移動する他の各鋳型はそれぞれの製造サイクルを継続できるため、全体的な生産性は高くなる。逆に、回転テーブルの場合、一つの鋳型が停止すると、他の鋳型の製造サイクルも中断される。移動装置は回転テーブルの重量よりも軽いため、エネルギー経費も引き下げられる。加速、回転（通常、約３６°〜７２゜）及び各製造位置における約５０メール・トンという重量構造体のブレーキ操作による停止に要するサイクル時間と対比し、それぞれ異なる位置までの各鋳型の移動に必要とされるサイクル時間は短いため、本鋳造システムの生産性は同様に高くなる。
【００１７】
マルチ・インライン構成の可動鋳型システムからは同時に二個又はそれ以上の異なる製品を製造する能力も提供される。本発明は五個の鋳型を備えた鋳造システムとして例示したが、少なくとも二個の鋳型の操作ができることと、鋳型の数が五個以上では本発明の持つ利点が得られ、特に鋳型鋳造運転に自動化可能な処理ステップを四つ以上、あるいはそれ以下の数を含むときにその利点を享受できることは明らかであろう。更に、コアの設定はマニュアル操作で、あるいは二個又はそれ以上の鋳型を用いて製品の鋳造が行われるときロボット・アームを組み合わせて行うことができる。又、永久タイプの鋳型に適用すると、膨張コア設定の必要のないことが考えられるため、ステップ（Ｂ）を省くことができる。こうして簡略化した本発明はそれでも当該技術における現行の鋳造要領に有利であると思われる。
【００１８】
本発明は五個の鋳型から成る好適な実施例として説明をしたが、オペレータが鋳型の全エリヤに対し広範なアクセスができるよう、方向設定の異なる四個だけの鋳型を備える構成にした鋳造システムである第二実施例も図４、図５に関し説明する。図４、図５に於いては、若干の他の成分の位置は変更されているが、本発明の本質的な特徴、例えば各鋳型は事実上直線に移動し、アルミ鋳物製造の鋳造サイクル運転を実行するため、前記の各鋳型は前記の直線状トラックに配した幾つかの位置に位置決めされるという特徴はそのまま維持されている。説明の便宜上、又説明を簡単にするため、図４、図５に用いた同じ数字は図１、図２、図３におけるものに類似する又は対応する成分を指す。図１〜図３についての説明は図４、図５に方向設定が異なるわずかに四個の鋳型を備えるという特徴を持つ実施例にも適用する。同様に、数個の鋳型が同一トラック上を移動することを示唆せずに鋳型移動を示すため、図４、図５に於いては個々の鋳型の位置を同一トラック上に点線で示した。
【００１９】
前文の記述は単に説明が目的であることと、説明した鋳造システムの構造と、その運転条件に以下の特許請求の範囲に最終的に定義した本発明の精神から逸脱することなく数多くの変更を加えることができることは当然理解する必要がある。
【００２０】
本明細書及び付属の図面には本発明の幾つかの好適な実施例が記載され、解説され、更に、本発明の別様な各種実施例と修正についてが提案なされているが、このような変更と修正は本発明の範囲内で行い得ることを理解されたい。本明細書での提案は当該技術に精通した他の人達が本発明と、その原理を一層完全に理解し、こうして特定の用途条件に最も適合するような様々な形で修正ができるよう解説を目的に選択し、記載したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鋳造システムのレイアウト説明したもので、アルミ鋳物製造のための直線状ジグザグにしたステップＡ〜Ｄを実行すべく複数の平行トラックの各一本に沿い移動する複数の鋳型の内の一つが位置決めされる連続したＡ〜Ｅの位置を特に示す略平面図である。
【図２】図１に示す鋳造システムの略側面図で、コアの設定、鋳込み、鋳物の抜き取りをする個々のロボットの各トラックはもとより、処理トラックの内の一つに沿い行われる連続した作業Ａ〜Ｅについて主として解説している。
【図３】図１に示す鋳造システムの略側面図で、鋳型クレードルの配分とアルミ保持炉の位置が主に提示されている。
【図４】移動鋳型の数が四個であり、これら鋳型の方向設定が図１の鋳型の方向設定と比べて異なる本発明の他の実施例を示す鋳造システムの略平面図である。
【図５】図４に示す鋳造システムの略正面図である。
【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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