JP4564099B2 - 自動注湯方法及び自動注湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動注湯方法及び自動注湯装置に関する。より詳しくは、装置がシンプルかつコンパクトになる自動注湯方法及びその方法を実現するための自動注湯装置に関する。

従来技術の特許
従来技術の特許１：ＪＰ，Ａ，６−１９０５４１（スイス国特許出願０３１３５／９２−４）
従来技術の特許２：ＷＯ９９／００２０５（ＪＰ，Ａ，２００１−５０７６３１）
従来技術の特許３：ＪＰ，Ａ，７−１１２２７０
従来技術の特許４：ＪＰ，Ａ，９−１３２０

上記の従来技術の特許１は、該特許の図２に示すように、取鍋に連結された２つの回転手段により取鍋の回転を制御して取鍋から溶湯を鋳型に注湯することを開示する。第１の回転手段は取鍋の出湯点付近に設けた傾動軸を垂直方向に移動させるアクチュエータであり、該垂直移動により取鍋を溶湯の重心Ｓ(これは仮想回転中心として作用する)回りに回転させる。第２の回転手段は取鍋にＤ点において連結された吊り下げワイヤであり、取鍋を傾動軸の軸心であるＫ点回りに回転させる。特に、出湯を開始するとき又は湯切りのときに、アクチュエータにより傾動軸を下又は上に移動させて取鍋をＳ点回りに回転させることにより、溶湯に与えるエネルギを最小にし、引いては、溶湯の運動を最小にし、注湯サイクルの時間を短縮する。湯切り(即ち、図２に示す取鍋を時計回りに回転)するときに、Ｋ点に作用させる回転の速度を大きく、Ｄ点に作用させる回転の速度を小さくすることにより（図３）、Ｓ点の回転速度を０にすることができる。注湯の開始のときも、反時計回りに、同様に回転速度を与えることにより、Ｓ点の回転速度を０にすることができる。従来技術の特許１は、また、図４に示すように、第１及び第２の回転手段を支持する構造体を横方向に移動させて取鍋の出湯点を鋳型の湯口に接近させることを開示する。第１及び第２回転手段の制御は手動又はプログラムを用いて実行されうる。
従来技術の特許１の装置は大型装置(タワー)を必要とし、高い鋳込み高さに起因する問題、即ち、乱流を伴う不安定な鋳込み、砂やガスの巻き込み等の欠陥を生じうる。
従来技術の特許２は、取鍋の出湯点付近の理論的（仮想の）回転中心を鋳型に対して常に可能な最も低い箇所に保持するために、取鍋を傾動軸心Ａ回りに傾動させると共に、Ｘ軸方向（鋳型に対して接近離反する方向）及びＺ軸方向（垂直方向）に移動させながら、溶湯を鋳型に注湯する装置を開示する。取鍋のＸ軸方向と、Ｙ軸方向(鋳型ライン方向)の移動はそれぞれ縦台車及び横台車により行われ、Ｚ軸方向の移動は吊りチェーンにより、回転はモータに駆動される。この従来技術の特許２においても比較的大きなタワーを必要としているため、装置が大きくなりエネルギを大きく消費し、高価になるという問題がある。また、高いタワーが必要なときには装置の重心が高くなり、注湯装置の移動による装置の振動が大きくなり、鋳込み精度を悪くする問題がある。加えて、高いタワーが取鍋の搬送経路に制約を与え、搬送手段や搬送経路が限定され、取鍋交換の時間が長くかかるという問題がある。さらに、高いタワーは周辺の見通しを悪くし、溶湯を扱う危険な作業環境での安全確認がしにくいという問題もある。
従来技術の特許３は、鋳型に対する取鍋の出湯点（又はそれに近接する仮想出湯点）の位置（即ち、鋳型湯口からの水平距離ｌ及び垂直距離ｈ）を一定に維持するために、取鍋をその傾動中心（これは取鍋のほぼ重心位置に設けられていると考えられる）において傾動シャフトで支持し該傾動シャフトをモータで回転させると共に、出湯点が移動しないように、傾動シャフトの軸心(傾動中心)が出湯点回りに円弧状の軌跡を描くように傾動シャフトを移動させて溶湯を鋳型に注湯することを開示している。取鍋はその下に位置する支持要素で支持されている。モータにより傾動シャフトが回転（取鍋が傾動）されたときに、傾動シャフトを出湯点回りに円弧状に移動させることは、支持要素をＹ軸方向（取鍋が鋳型に対して接近離反する方向）とＺ軸方向（垂直方向）に移動することによって達成される。Ｙ軸方向の移動は台車によってなされ、Ｚ軸方向の移動はリフターによってなされる。取鍋の傾動に対応するこのＸ軸とＹ軸に関する移動の制御は制御フローに基づきコントローラによってなされる。コントローラは、また、溶湯表面積の変化率を制御するために傾動シャフトの回転速度（取鍋の傾動速度）を制御する。本特許の方式のように、取鍋の仮想出湯点回りに傾動シャフトを移動させて仮想出湯点を鋳型の湯口に対して一定位置に維持することを以下「仮想出湯点中心方式」という。
従来技術の特許４は、従来技術の特許３の改良特許である。従来技術の特許３では、取鍋の傾動により溶湯の流速及び流量が変動すると、溶湯が鋳型の湯口から外れて注がれることがありうる。これを改良するために、傾動シャフトの仮想出湯点回りの円弧状の軌道からややずれた軌道上で傾動シャフトを移動するものである。取鍋の支持要素のＹ軸方向の移動は台車によりなされ、Ｚ軸方向の移動はアクチュエータによってなされ、取鍋を傾動中心回りに回転させることは、取鍋に固設されたセクターギアとそれを回転駆動させる手段によって達成される。
従来技術の特許１乃至４のいずれにおいても、取鍋のＺ軸方向の移動をアクチュエータ、チェーン、リフター又はそれらの組合せを用いて行っている。従って、これらの装置はいまだ背が高いという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、タワー、アクチュエータ等の鉛直方向移動用の駆動装置を用いず、かつ、従来技術の装置を改良し装置がシンプルでコンパクトとなる自動注湯方法及びそれを実現する自動注湯装置を提供することを目的とする。また、更に、本発明は、鋳込み精度が高く、取鍋交換のしやすい、安全確認の容易な自動注湯装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明における自動注湯方法は、鋳枠無し若しくは鋳枠付の少なくとも１つの鋳型を搬送する鋳型ラインに対して平行なＸ軸方向に沿って移動可能な少なくとも１つの注湯装置において、傾動させることにより前記少なくとも１つの鋳型の湯口に注湯し得る取鍋を用いた自動注湯方法であって、前記取鍋は、相対的に鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸方向に沿って進退可能に移動し、かつ第１の回転軸回りに傾動可能であって、注湯時に、前記取鍋の垂直方向の移動を行うことなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動並びに第１の回転軸回りの傾動によってのみ、注湯がなされる自動注湯方法である。
また、上記の目的を達成するため、本発明における自動注湯装置は、鋳枠無し又は鋳枠付の鋳型ライン上の少なくとも１つの鋳型に取鍋から注湯するための自動注湯装置であって、前記鋳型ラインに沿ってＸ軸方向に移動可能な下台車と、前記下台車上に配設され前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向において前後に移動可能な上台車と、前記上台車に設けた固定フレームと、前記固定フレーム上で前記取鍋を第１の回転軸回りに傾動させる第１の傾動手段と、前記取鍋の垂直方向の移動を行うことなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動と前記第１の回転軸回りの傾動のみを制御するプログラムを搭載する電子制御装置と、を備える自動注湯装置である。

本発明の方法によれば、鉛直方向移動用の駆動装置を用いないで、取鍋は、相対的に鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸方向に沿って進退可能に移動し、かつ第１の回転軸回りに傾動可能であって、注湯時に、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動及び第１の回転軸回りの傾動によって、注湯がされるため、注湯における不安定な鋳込み、砂かみ及びガス欠陥を解決し、取鍋が低い位置での注湯が可能になる。
また、本発明の装置によれば、鉛直方向移動用の駆動装置がなくなるので、装置はシンプルかつコンパクトになるという利点がある。そして、装置の重心を低くすることで、注湯装置の移動による装置の振動を抑制し、鋳込み精度を改善する。加えて、高いタワー等の上昇装置をなくすことで取鍋の搬送が容易で、取鍋交換の作業が行いやすく、作業効率を改善できる。更に、高いタワー等の上昇装置をなくすことで周辺の見通しを良くし、溶湯を扱う危険な作業環境での安全確認が行いやすくなる。
加えて、本発明の装置によれば、電子制御装置を用いて、注湯の際に移動及び傾動するサーボモータを制御する。このため、鋳込み重量や湯口カップ等のパラメータの位置に対してプログラムを変更するだけで、鋳物製品が多品種小ロット化していても容易に対応できる。

一方、本発明によれば、第１の回転軸よりも取鍋の中心に近い位置に設けた第２の回転軸回りに取鍋を傾動させることができ、このため、自由度が増すため、多種多様な注湯に対応することができる。
本発明において、第１の回転軸は、少なくとも注湯開始から湯切り直前まで、取鍋を傾動させる回転中心であり、第２の回転軸は、少なくとも湯切りのときに、取鍋を傾動させる回転中心とすることができる。
第２の回転軸による湯切りは取鍋の中心付近回りとすることができる。そして、第２の回転軸による湯切りは取鍋の中心付近を回転中心として移動するので、取鍋内の溶湯の移動が少なく且つ取鍋先端が上昇して湯切りするため湯切りが速く、鋳込み精度が大幅に向上する。第１の回転軸による湯切りは取鍋先端を回転中心として移動するので取鍋内の溶湯の移動量が多く、溶湯液面の振動が発生し湯切れが遅くなり鋳込み精度を悪くする。
このように、本発明において、第１の回転軸と位置の異なる第２の回転軸を用い、さらに、第１の回転軸による注湯は取鍋先端を回転中心とし、第２の回転軸による湯切りは取鍋の中心付近回りとすることにより、湯切りが速く、鋳込み精度が大幅に向上する。

更に、本発明においては、溶湯の性質や取鍋の形状によって変化する溶湯の流線に対応して、鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸方向の位置と、第１の回転軸回りの傾動角度と、第２の回転軸回りの傾動角度とを少なくとも注湯中に調整制御することができる。
この調整制御を用いることによって、傾動角度に対する鋳込み重量の変化、鋳込み流量の変化及び注湯流線の変化にも迅速に対応が可能である。さらに、湯口カップの位置の変化にも容易に対応ができる。加えて、本発明においては、少なくとも注湯開始から湯切りの時に、前記取鍋の傾動、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の制御を同時に行うことができる。

この制御により、前記仮想出湯点中心方式、以下に説明するティーチング・プレイバック方式、同期注湯方式を可能とする。
本発明においては、熟練作業者の技能を活用するために、ティーチング・プレイバック方式を利用することができる。
ティーチング・プレイバック方式は、まず、熟練作業者が取鍋から実際に１つ若しくは若干数の鋳型に注湯し、この注湯作業においてＹ軸方向の位置、回転軸の傾動角度、注湯速度、時間の関係をプログラムとして電子制御装置に記憶させておく。次いで、製品が変わった場合も同様にプログラムを記憶させておく。そして、各プログラムを実際の製品に合わせて変更して注湯に用いる方式である。このティーチング・プレイバック方式を用いることにより、多品種少量生産の場合に、すぐさま最適な鋳込みを実現できる。なお、このティーチング・プレイバック方式を用いないで、数理演算方式のみでは、取鍋の形状や鋳型キャビティの形状の違いにより、注湯精度が低いことを多く経験している。
更に、本発明においては、１台の注湯装置で高速の鋳型ラインへの注湯を可能にするために、同期注湯方式を利用することができる。
同期注湯方式とは、注湯開始若しくは注湯中の鋳型が移動する時も注湯を継続する方法をいう。これは、例えば、鋳型を移動する装置に速度を検出するセンサを取りつけ、注湯装置の下台車の駆動装置にはサーボモータもしくはインバータ制御の駆動モータを用いて、検出した鋳型送り速度（鋳枠付の鋳型のときは、枠送り速度）と同一速度で注湯装置の下台車の駆動装置を駆動することにより実現できる。
本発明において、鋳込み重量計測は、上台車の総重量若しくは取鍋の総重量を常に計測することによって、その計測信号を電子制御装置に入力して溶湯重量・鋳込み重量を算出することができる。そして鋳込み重量が予め設定された重量になった場合に、注湯を終了する(重量計測フィードバック方式)。

本発明の第１の実施例を示す概略正面図である。 図１の自動注湯装置の側面図である。 図２のＡ１―Ａ１線の断面図である。 図２のＡ２―Ａ２線の断面図である。 本発明の第１の実施例の制御を説明するための図である。 本発明の第１の実施例の作動を示す原点位置の概略正面図である。 注湯準備工程を示す図である。 注湯開始工程を示す図である。 湯切り工程を示す図である。 湯切り後、再度注湯を開始する再注湯開始工程を示す図である。 取鍋内の溶湯を全部排出する溶湯排出工程を示す図である。 本発明の第２の実施例の制御を説明するための図である。 本発明の他の実施例にかかわる自動注湯装置の側面図である。 本発明のさらに他の実施例にかかわる自動注湯装置の側面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の自動注湯装置は、鋳枠無し若しくは鋳枠付の鋳型ラインの鋳型に取鍋から注湯するための自動注湯装置であって、前記鋳型ラインに沿って移動可能な下台車と、該下台車上で前記鋳型ラインに直行する方向で前後に移動可能な上台車と、上台車に立設された固定フレームと、該固定フレーム上で前記取鍋を前記第１の回転軸回りに傾動させる第１の傾動手段と、取鍋と鋳型のＸ軸方向の相対移動及び取鍋のＹ軸方向の移動と第１の回転軸回りの傾動を制御するプログラムを搭載する電子制御装置と、を具備している。

本発明の注湯方法及び注湯装置は、鋳枠無し若しくは鋳枠付のいずれにも適用可能である。
本発明の注湯方法において「少なくとも１つの注湯装置」としたのは、鋳型ラインによっては、複数個の注湯装置を使う場合があるからである。
「傾動させることにより前記鋳型の湯口に注湯し得る取鍋」とは、本発明はストッパ式注湯取鍋や加圧式注湯取鍋に関わるものではなく、回転中心を有する取鍋に関わるものであって、その形状は、例えば、断面が扇形若しくは長方形である。
本発明において「自動注湯」とは、従来作業者によって行っていた操作の少なくとも一部を自動に行うことをいう。「自動注湯」では、取鍋を保持し、取鍋の位置を決め、取鍋を傾動させ、溶湯の流出する位置と鋳込み重量を監視し、溶湯の流出する位置と鋳込み重量を取鍋の位置と傾動角度により制御し、取鍋内の溶湯が無くなったら溶湯の補給を行う。

ここで、本発明の注湯方法及び注湯装置において、第１の回転軸回りの「傾動角度」とは、取鍋２の傾動フレームに対する相対的な角度をいう。
また、第２の回転軸回りの「傾動角度」は、傾動フレームＳ全体の固定フレームＦに対する相対的な角度をいう。

本発明の取鍋交換は、ホイスト・クレーン、フォークリフト等の搬送手段によって行うことができる。さらには自動化して行う手段としては、取鍋支持フレームに駆動ローラを取り付け、固定側に設置した駆動ローラと連動させることで、迅速に取鍋交換することができる。
本発明の注湯装置は高いタワーを有していないので、取鍋交換の際に取鍋の搬送経路に制約を与える物がなく、搬送手段や搬送経路が限定されることがない。このため、取鍋の交換が、取鍋の鉛直方向に移動可能なホイスト・クレーン・フォークリフトその他の搬送手段を用いて、注湯を終わって交換されるべき取鍋を、別の取鍋に迅速に交換することができる。
本発明において、「固定フレーム上で前記取鍋を第１の回転軸回りに傾動させる第１の傾動手段」は、例えば、取鍋を支えると共に第１の回転軸を有する傾動支軸に軸支されたセクターフレームと、該セクターフレームの外周に設けられると共にセクターフレームを傾動させるセクターギアと、該セクターギアの駆動手段であるサーボモータと、によって構成されている。そして、取鍋は、セクターギアを介してサーボモータによって第１の回転軸回りに傾動する。
本発明において、「第２の回転軸回りに更に取鍋を傾動させる第２の傾動手段」は、例えば、上台車に立設された固定フレームに貫通して設けられ第２の回転軸を持つ傾動支軸と、該傾動支軸に連結された駆動手段であるサーボモータと、該傾動支軸に前記サーボモータとは前記固定フレームの反対側に軸支された傾動フレームと、によって構成されている。そして、サーボモータによって傾動フレームが第２の回転軸回りに傾動する。さらに、前記傾動フレームはセクターフレームに軸支されている。
こうして、セクターフレームが止まっていても、取鍋は傾動フレームによって前記第１の回転軸とは異なる第２の回転軸回りに傾動できる。一方、傾動フレームが止まっていても、取鍋はセクターフレームによって第１の回転軸回りに傾動できる。
本発明において、取鍋の支持手段は、セクターフレームの側面に設けられる取鍋を支持する部分であり、その形状は取鍋の形状や取鍋交換方法によって異なる。
セクターフレームは第１の回転軸を有する傾動軸に軸支され、取鍋を直接載せて傾動するフレームである。円弧縁にセクターギアを有する。セクターフレームの中心は第１の回転軸に一致する。セクターフレームは、セクターギアに連結された駆動モータによって第１の回転軸の回りに回転駆動されるように構成されている。

以下、本発明の自動注湯方法及び自動注湯装置について、図面を用いて詳細に説明する。

図１〜４は本発明の第１の実施例を示す。第１の実施例では、Ｘ軸（図１で紙面に垂直方向）、Ｙ軸（図１で紙面内で左右方向）、第１の回転軸Ａ（本実施例では取鍋の注湯口先端近く）、第２の回転軸Ｂ（本実施例では取鍋の重心付近）を用いた鋳型ラインの鋳型に、取鍋から注湯する実施例である。
図１において、鋳型ラインＬには、鋳型１が直列に並べられており、鋳型１は間歇的に移動する。取鍋２は、これらの鋳型１に注湯する。注湯装置３は、この注湯のために使用される。
この注湯装置３は、鋳型ラインＬ（Ｘ軸）に沿って配設される一対のレール４ａに車輪４ｂを介して移動可能な下台車４と、この下台車４上で前記鋳型ラインＬに直行する方向（Ｙ軸）で前後にローラ５ａを介して移動可能な上台車５と、この上台車５に立設された固定フレームＦと、この固定フレームＦに軸支された傾動フレームＳと、この傾動フレームＳに軸支された、取鍋２の支持手段と、を備えている。
ここで、下台車４の移動、上台車５の移動、傾動フレームＳ及び取鍋２の傾動は、鋳型ラインＬに沿った横行移動用サーボモータＭ４、前後移動用サーボモータＭ５、傾動フレーム用傾動サーボモータＭＳ、取鍋用傾動サーボモータＭ２によるサーボモータ駆動になっている。
ここで、傾動フレームＳに軸支された、取鍋２の支持手段である扇形状のセクターフレームＧ１、該セクターフレームＧ１の側面に設けられるＬ字状のアーム７及び前記サーボモータＭ２の駆動ギア６と螺合するセクターギアＧ２を介して、該アーム７の水平部７ａに載置される取鍋２は、サーボモータＭ２によって第１の回転軸Ａ回りにセクターフレームＧ１およびアーム７とともに傾動するように構成されている。また、アーム７は、該アーム７の下部に軸支される車輪８を前記傾動フレームＳの側面に設けられるライナ９に傾動支持させている。このライナ９は、少なくともセクターフレームＧ１が傾動する範囲に設けられている。また、この傾動フレームＳの背面にも、傾動フレームＳが少なくとも傾動する範囲のライナ１０が設けられており、傾動フレームＳは固定フレームＦに軸支される車輪１１により支持されている。
この固定フレームＦに軸支された前記傾動フレームＳ自体が、駆動モータＭＳによって第２の回転軸Ｂ回りに傾動するように構成されている。これにより、取鍋２は、第１の回転軸Ａ回りに傾動するだけでなく、第１の回転軸Ａとは異なる第２の回転軸Ｂ回りに更に傾動可能となる。この結果、注湯時に、Ｘ軸及びＹ軸上の移動、第１の回転軸Ａ及び第２の回転軸Ｂ回りの傾動のみによって、第１の回転軸Ａ回りの傾動角度と、第２の回転軸Ｂ回りの傾動角度と、相対的に鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸に沿って移動する位置とを、最適に調整される。

各サーボモータＭ４、Ｍ５、ＭＳ、Ｍ２は、電子制御装置に電気的に接続されている。以下、図５を参照して制御を説明する。
電子制御装置には、Ｘ方向の移動、Ｙ方向の移動、第１の回転軸及び第２の回転軸回りの傾動がプログラムされ格納されている。このプログラムは、注湯の際には、移動及び傾動するサーボモータの制御のために呼び出されて、所定の注湯を実行するようになっている。
さらに、鋳込み重量を計測する計測手段は、上台車５の総重量をロードセル（図示せず）によって、常に計測することによって、その計測信号を電子制御装置に入力して溶湯重量・鋳込み重量を算出して、鋳込み重量が予め設定された重量になった場合に、所定の鋳込み重量であることを判断する。そして、注湯を終了する重量計測フィードバック方式をとっている。鋳込み重量を計測するためには鋳込み重量を制御する計測手段としてのロードセルによって、取鍋２の総重量を常に計測することによっても実現できる。
さらに、上記プログラムは、後述するように、最適鋳込みプログラムのティーチング・プレイバック方式や、取鍋先端の位置合わせも、出湯点の回転中心に固定するのでなく、仮想出湯点中心方式による最適位置合わせを採用することもできる。
加えて注湯作業においては、溶湯の温度・材質、取鍋の傾動角度・取鍋の形状等の変化により、注湯時の出湯流線が変化する。この変化要因を継続的に学習しフィードバックすることでより最適な注湯を行う、学習フィードバック方式を採用することもできる。

以下、本発明の自動注湯装置の動作を説明する。
図６は、図１乃至４に示す自動注湯装置の動作の一例である。図６（ａ）は図１に相当するものであり、装置の原点位置を示す。図６（ｂ）は注湯準備工程を示す。図６（ｃ）は、注湯開始工程を示す。図６（ｄ）は、湯切り工程を示す。図６（ｅ）は、湯切り後、再度注湯を開始する再注湯開始工程を示す。図６（ｆ）は、取鍋内の溶湯を全部排出する溶湯排出工程を示す。なお、溶湯排出工程は常に鋳型の上で行う工程ではない。

図６（ａ）の原点位置では、上台車５は鋳型１から離れた後退端で維持されている。傾動フレームＳ全体は、水平（傾動角度０度）となっている。即ち、傾動フレームＳの下辺は水平になっている。また、取鍋２は水平（傾動角度０度）になっている。すなわち、取鍋２の溶湯面も水平になっている。そして、Ｘ軸方向に沿って、下台車４が移動して注湯装置３は注湯すべき鋳型１の場所に移動する。

図６（ｂ）の注湯準備工程では、溶湯で満杯に補給された取鍋２を用いて、注湯を準備する。上台車５は鋳型１に接近して前進端に移動する。傾動フレームＳ全体は水平（傾動角度０度）からたとえば傾動角度１０度に傾動する。取鍋２は水平（傾動角度０度、即ち傾動フレームに対する相対的な角度は０度であるので、傾動フレームＳの下辺と取鍋２の下辺は平行になっている。以下、傾動角度の意味は同様）に維持されたままである。

図６（ｃ）は、注湯開始工程であり、注湯を開始する。上台車５は鋳型１に接近して前進端で維持されている。傾動フレームＳ全体は、傾動角度を１０度に維持されている。同時に、取鍋２は傾動角度を０度から５度に傾動させていく。この傾動速度は、プログラムにより変更が可能になっている。

図６（ｄ）は、湯切り工程を示す。即ち、注湯を終了する工程である。上台車５は鋳型１に接近して前進端で維持されている。傾動フレームＳ全体が傾動角度１０度から傾動角度５度に傾動角度を緩やかにしていく。このとき、取鍋２は、傾動角度５度で維持されている。注湯の終了の方式には、重量計測フィードバック（溶湯重量を計測して鋳込み重量が予め設定された重量になった場合に、注湯を終了する）方式を用いたがその他の方式を用いても良い。例えば、カメラで湯口カップに充満する溶湯のレベルを監視し、光学的に制御する方式、ティーチング・プレイバック方式、学習フィードバック方式などがあるが、その方式は問わない。

図６（ｅ）は、湯切り後、別の鋳型に再度注湯を開始する再注湯開始工程を示す。上台車５は鋳型１に接近して前進端で維持されている。傾動フレームＳ全体が傾動角度５度から傾動角度１０度に傾動させていく。同時に、取鍋２は、傾動角度５度から傾動角度１０度に傾動させていく。
なお、鋳型１から別の鋳型への移動は、下台車４が移動して注湯すべき鋳型の場所に移動することにより実現する。または、鋳型ラインＬの鋳型１が移送されることによって実現できる。

図６（ｆ）は、取鍋２内の溶湯を全部排出する溶湯排出工程を示す。上台車５は鋳型１に接近して前進端で維持されている。傾動フレームＳ全体は、傾動角度１０度に維持されている。また、取鍋２は、傾動角度１０度以上、たとえば５０〜７０度に維持されている。このようにして、取鍋２内の溶湯は全部排出することもできる。しかし、この工程は常に行うものではない。
通常は、複数回注湯が繰り返されたのち、取鍋内の溶湯の量が次に注湯しようとする鋳型の必要鋳込み量より少ない場合、注湯装置は自動的に原点位置に戻り、溶湯を補給する。溶湯を補給する方法としては、注湯取鍋を注湯装置に支持した状態で、図示しない別途の取鍋で溶湯を搬送し、注湯取鍋に移し替える方法と、注湯取鍋を注湯装置からはずして溶湯を受けた後に再び注湯装置にセットする取鍋交換方式があり、いずれの方法でもよい。
以上のＸ軸、Ｙ軸、第１の回転軸（取鍋２の傾動フレームに対する相対的な）傾動角度、第２の回転軸（傾動フレームＳ全体の固定フレームＦに対する相対的な）の傾動角度の関係と、上記注湯手順をまとめると表１のようになる。

このように、本実施例では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、第１の回転軸の傾動角度、第２の回転軸の傾動角度の関係を調整することによって、取鍋２の出湯点が低い位置で注湯が可能になる。
なお、本実施例は、注湯手順の一例であり、作動が抵触しない限り、同時に工程を実行することも可能である。また、同時の工程を順次実行することもできる場合がある。
更に、溶湯の性質や取鍋の形状によって変化する溶湯の流線に対応して、ティーチング・プレイバック方式などで調整が可能である。プログラムを迅速に切り替えることができるため、鋳物製品が多品種小ロット化していても容易に対応できる。これらの場合には、必要に応じて、少なくとも注湯開始から湯切りの時に、取鍋の傾動、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の制御が、サーボ駆動によって同時になされる。

以下、注湯開始から湯切りの間に採用されると効果のあるプログラム方式について、ティーチング・プレイバック方式、仮想出湯点中心方式を詳細に説明する。

本実施例においては、熟練作業者の技能を活用するために、ティーチング・プレイバック方式を利用することができる。ティーチング・プレイバック方式によれば、鋳込みの設定を初回のみ熟練作業者が実施し、最適鋳込みプログラムのティーチングしたプログラムで注湯を繰り返すことができる。即ち、少なくとも注湯開始から湯切りの時に、取鍋２の傾動、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を、同時に制御するに際して、初回のみ熟練作業者が取鍋から鋳型に注湯し、この注湯作業においてＹ軸方向の位置、回転軸の傾動角度、注湯速度、時間の関係をプログラムとして電子制御装置に記憶させておく。次いで、製品が変わった場合も同様にプログラムを記憶させておく。そして、造型に用いる模型番号、鋳枠番号、製品番号などで注湯前に判別した製品に合わせて、プログラムを選択し、呼び出して注湯に用いる。また、ティーチング・プレイバック方式は、注湯開始のタイミングに合わせて開始することができる。この注湯開始タイミングは、溶湯が取鍋から出湯される瞬間を光学的な計測手段で検知して、製品に合わせて選択・変更した最適注湯の注湯プログラムを実行するようにフィードバックすることができる。
さらに、ティーチング・プレイバック方式は、注湯時の注湯終了のタイミングに合わせて終了することができる。この注湯終了のタイミングは、所定の鋳込み重量を計測した時点を、製品に合わせて変更した注湯プログラムを実行の完了として、フィードバックされる。

以下、仮想出湯点中心方式を用いた本願の実施例について詳細に説明する。仮想出湯点中心方式では、取鍋は、第１の回転軸回りに傾動されると共に、第２の回転軸の軸心が、この取鍋の注湯口の溶湯落下開始点或はこれに近接して設定された仮想出湯中心回りに円弧状軌跡に沿って移動される。つまり、注湯に際しては取鍋２自体が前記第１の回転軸Ａ回りに回転されると共に、第２の回転軸Ｂの軸心が、取鍋注湯口の先端部における溶湯落下開始点或はこれに近接して設定された仮想出湯中心回りに円弧状の軌跡上を移動するように、前記第１の回転軸Ａ及び第２の回転軸Ｂの回りの傾動及びＹ軸方向の前後の移動を駆動制御される。該駆動制御により、取鍋注湯口の先端部における溶湯落下開始点と鋳型１の湯口との位置関係は実質的に一定に維持される。
本実施例では、アーム７の水平部７ａに載置される取鍋２は、サーボモータＭ２によって第１の回転軸Ａ回りにセクターフレームＧ１およびアーム７とともに傾動するように構成されている。また、この固定フレームＦに軸支された前記傾動フレームＳ自体が、駆動モータＭＳによって第２の回転軸Ｂ回りに傾動するように構成されている。
第１の回転軸Ａ及び第２の回転軸Ｂは、各々、角度検出手段（図示せず）、例えば、エンコーダによって角度が検出できる。
そして電子制御装置には、取鍋２のＹ軸方向の位置、回転軸の傾動角度、注湯速度、時間の関係をプログラムとして記憶されており、前記角度検出手段から取鍋２の傾動角度、又は鋳込み重量計測手段により鋳込み重量が計測され、それらの変動に応じて電子制御装置により、トリベの傾動速度などが制御される。
注湯の開始の時には、取鍋２の回転軸Ａ回りの傾動開始と同時に鋳型１の湯口位置と取鍋２の出湯点が一致していることを位置検出手段（図示せず）によって確認し、それらが一致しているときは注湯を開始する。そして、電子制御装置によって、その取鍋２の傾動角度の位置に応じて、傾動フレーム用傾動サーボモータＭＳ、取鍋用傾動サーボモータＭ２に送られ、所定の傾動速度が得られる。
予め設定した鋳込み重量を注湯することによって、取鍋２の第２の回転中心Ｂ回りに、いままでの傾動方向とは逆の方向に傾動する。
このようにして、仮想出湯点中心方式では、傾動角度によって溶湯表面積が異なる取り鍋でも鋳込み重量の変化に対して迅速な対応ができるため、扇形以外の既設取鍋も採用が可能である。また、たとえ取鍋２の注湯口と鋳型１の湯口とが極めて接近しているような場合にあっても、取鍋２の注湯口の溶湯落下開始点と鋳型１の湯口との位置を所定の関係に保ち、取鍋２と鋳型１の湯口間の溶湯の注湯流線を一定範囲に保ち良好な注湯をすることができる。

実施例１では、第１の回転軸の傾動角度傾斜、第２の回転軸の傾動角度の２つの傾動を利用したが、多品種少量生産でない場合、例えば、単一の製品を注湯する場合には、傾動を１つで対応することができる。また、縦型枠無鋳型造型機では、鋳型高さが常に一定であるので、この鋳型ラインには特に好適である。
この場合、原点位置における取鍋２の出湯点の初期高さが、鋳型１の上面より十分に高くなるように調整しておくことが必要である。また、原点位置では、取鍋２の第１の回転軸は、固定フレームＦよりも鋳型ラインＬに近い位置になっている。
また、実施例２において仮想出湯点中心方式を用いるには、取鍋の重心点近くを回転中心として、取鍋の出湯点先端を鋳型の湯口位置の高さ方向に対して最適位置にあわせ、湯口の前後方向の位置に対しては前後方向に移動可能な上台車によって最適位置にあわせる。
また、図７は、本発明の第２の実施例の構成軸の関係を示す図である。さらに、表２は本発明の第２の実施例の手順を示す図である。

実施例２の場合でも、ティーチング・プレイバック方式、仮想出湯点中心方式を単一若しくは重ねて用いて調整が可能である。いずれもプログラムを変更するだけで、従来の取鍋を利用することも簡単である。特に、注湯開始工程から湯切り工程までは、上記ティーチング・プレイバック方式及び仮想出湯点中心方式を利用することで、非常に簡単な軸構成で注湯を遂行することができる。
更に、取鍋の支持手段は、セクターギアを介して駆動手段によって傾動していたが、チェーンやその他の伝動手段を介して傾動させることも可能である。
また、取鍋の交換は、ホイストやクレーンやフォークリフト等の図示されない取鍋搬送装置によって実現できる。また、駆動ローラを設置して行うこともできる。

上記の説明から明らかなように、本発明は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、第１の回転軸の傾動角度の関係を調整することにより低い位置での注湯が可能になる。
特に、本実施例では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及び傾動のためのサーボモータが３つで良いため、装置がさらにコンパクトで安価になり、省エネ効果も著しい。

なお、本実施例１、２の注湯装置３は、取鍋２を固定フレームＦに軸支された傾動フレームＳに軸支された支持手段の構成要件の１つであるＬ字状のアーム７に載置している。すなわち、本実施の形態では、取鍋２を片持ち構造のＬ字状のアーム７に載置しているが、本発明においては、これに限定されるものではない。たとえば、図８に示される注湯装置３１のように、Ｌ字状のアーム７に代えてＵ字状のアーム７１を上台車５１に立設された一対の固定フレームＦ、Ｆ１に傾動自在に支持する、いわゆる両持ち構造のＵ字状のアーム７１に取鍋２を載置することができる。この両持ち構造のＵ字状のアーム７１に取鍋２を載置することにより、該取鍋２を安定して保持できるため、取鍋２の容量を大きくすることができる。なお、図８において、符号４１は下台車であり、前記実施例と同じ構成部品には同じ符号を付している。
また、図９に示されるように、固定フレームＦ１側にも傾動フレームＳを軸支するとともに、支持手段の構成部品であるセクターフレームＧ１およびサーボモータＭ２を組み付けることができる。この図９に示される注湯装置３２では、アーム７１を傾動させる一対のサーボモータＭ２を同期させて取鍋２の傾動を滑らかにすることができる。

Claims (19)

1. 鋳枠無し若しくは鋳枠付の少なくとも１つの鋳型を搬送する鋳型ラインに対して平行なＸ軸方向に沿って移動可能な少なくとも１つの注湯装置において、傾動させることにより前記少なくとも１つの鋳型の湯口に注湯し得る取鍋を用いた自動注湯方法であって、前記取鍋は、相対的に鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸方向に沿って進退可能に移動し、かつ第１の回転軸回りに傾動可能であって、注湯時に、前記取鍋の垂直方向の移動を行うことなく、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動並びに第１の回転軸回りの傾動及び前記第１の回転軸とは異なる第２の回転軸回りに更に傾動可能であって、注湯時に、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動、第１の回転軸及び第２の回転軸回りの傾動によって、注湯がされることを特徴とする自動注湯方法。
2. 前記第１の回転軸は、少なくとも注湯開始から湯切り直前まで、取鍋を傾動させる回転中心であり、前記第２の回転軸は、少なくとも湯切りのときに、取鍋を傾動させる回転中心であることを特徴とする請求項１記載の自動注湯方法。
3. 前記取鍋は、溶湯の性質や取鍋の形状によって変化する溶湯の流線に対応して、鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸方向の位置と、前記第１の回転軸回りの傾動角度と、前記第２の回転軸回りの傾動角度の少なくとも１つを、少なくとも注湯中に調整制御することを特徴とする請求項１または２記載の自動注湯方法。
4. 少なくとも注湯開始から湯切りの時に、前記取鍋の傾動、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動の制御が、同時に制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動注湯方法。
5. 少なくとも注湯開始から湯切りの時に、ティーチング・プレイバック方式により、前記取鍋の傾動、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の制御が、同時に制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動注湯方法。
6. 光学的な計測手段で溶湯が取鍋を出湯する瞬間を検知してフィードバックすることにより前記注湯時の注湯開始のタイミングを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動注湯方法。
7. 鋳込み重量を計測してフィードバックすることにより前記注湯時の注湯終了のタイミングを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動注湯方法。
8. 前記取鍋を、鉛直方向に移動可能なホイスト・クレーン・フォークリフトその他の搬送手段によって、別の取鍋に交換することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動注湯方法。
9. 前記鋳型ラインの鋳型送り速度と同一速度で、前記取鍋が移動することにより、鋳型が移動する時も注湯を継続することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動注湯方法。
10. 鋳枠無し又は鋳枠付の鋳型ライン上の少なくとも１つの鋳型に取鍋から注湯するための自動注湯装置であって、
    前記鋳型ラインに沿ってＸ軸方向に移動可能な下台車と、
    前記下台車上に配設され前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向において前後に移動可能な上台車と、
    前記上台車に設けた固定フレームと、
    前記固定フレーム上で前記取鍋を第１の回転軸回りに傾動させる第１の傾動手段と、
    前記第１の回転軸とは異なる第２の回転軸回りに前記取鍋を更に傾動させる第２の傾動手段と、
    前記取鍋の垂直方向の移動を行うことなく、前記取鍋をＸ軸及びＹ軸方向の移動と前記第１の回転軸回りの傾動及び第２の回転軸回りの傾動を制御するプログラムを搭載する電子制御装置と、
    を具備することを特徴とする自動注湯装置。
11. 前記第１の回転軸は、少なくとも注湯開始から湯切り直前まで、取鍋を傾動させる回転中心であり、前記第２の回転軸は、少なくとも湯切りのときに、取鍋を傾動させる回転中心とするプログラムを前記電子制御装置に更に格納したことを特徴とする請求項１０記載の自動注湯装置。
12. 前記取鍋は、溶湯の性質や取鍋の形状によって変化する溶湯の流線に対応して、鋳型ラインに対して水平面で直行するＹ軸方向の位置と、前記第１の回転軸回りの傾動角度と、前記第２の回転軸回りの傾動角度の少なくとも１つを、少なくとも注湯中に調整制御するプログラムを前記電子制御装置に格納したことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の自動注湯装置。
13. 少なくとも注湯開始から湯切りの時に、前記取鍋の傾動、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の制御が、同時に制御されるプログラムを前記電子制御装置に格納したことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の自動注湯装置。
14. 製品ごとに対応できるティーチング・プレイバックプログラムを前記電子制御装置に格納したことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の自動注湯装置。
15. 前記電子制御装置に電気的に接続され鋳込み重量を計測する計測手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の自動注湯装置。
16. 前記鋳型ラインの鋳型を移動する装置に鋳型速度を検出するセンサを取りつけて鋳型送り速度を検出し、前記下台車の駆動装置にはサーボモータもしくはインバータ制御の駆動モータを用いて、検出した鋳型送り速度と同一速度で前記下台車の駆動装置を駆動することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の自動注湯装置。
17. 前記第１傾動手段は、傾動フレームに軸支された取鍋の支持手段を傾動することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の自動注湯装置。
18. 前記取鍋の支持手段は、セクターギアを含む回転駆動手段によって傾動されることを特徴とする請求項１７に記載の自動注湯装置。
19. 前記傾動フレームに軸支された取鍋の支持手段は、前記取鍋を前記第１の回転軸回りに、少なくとも注湯開始から湯切り直前まで傾動させ、前記固定フレームに軸支された傾動フレームは、前記取鍋を前記第２の回転軸回りに、少なくとも湯切りのときに傾動させることを特徴とする請求項１８に記載の自動注湯装置。

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