JP6507228B2 - 注湯装置及び注湯方法 - Google Patents

Description

本開示は、取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、取鍋が傾動動作されることにより出湯して鋳型に注湯する注湯装置及び注湯方法に関する。

鋳造工場では、溶解炉で溶解された高温の溶湯を取鍋で受け取り、この取鍋を注湯場所まで搬送し、搬送された取鍋から鋳型に注湯することで、鋳物製品が製造される。この取鍋から鋳型への注湯を、手作業ではなく、自動化する技術が知られている。例えば、特許文献１に示す傾動式注湯装置は、自動化を実現し、作業環境を改善する。この装置は、扇形取鍋を用い、出湯位置を一定位置に維持するよう該扇形取鍋を傾動する。これにより、注湯が自動化されている。

特許第３３６１３６９号公報

扇形取鍋は、傾動角度に関係なく溶湯の上面の表面積が一定であり、傾動角速度に比例した流量で注湯できるため、注湯流量を制御しやすいという利点がある。その一方で、溶湯と空気とが接する面積が円筒取鍋などと比べて広いため、溶湯温度が低下しやすいという問題がある。溶湯温度が低下した場合、鋳物製品の品質に影響を与えるおそれがある。また、取鍋の製作コストが円筒取鍋などと比べて高いという問題もある。

本技術分野では、扇形取鍋以外の形状の取鍋（例えば円筒取鍋）を用いる場合でも、所望の注湯パターンで注湯できるよう注湯流量を制御することが可能であるとともに、注湯流量を制御することで適切な自動注湯を実現する注湯装置及び注湯方法が望まれている。

本発明の一側面に係る注湯装置は、取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置であって、本体部分及びノズル部分を有する取鍋と、前記取鍋の傾動角度を制御する制御部とを備え、前記本体部分は、内面が円筒状若しくは円錐形状の側面部分を有し、前記ノズル部分は、前記本体部分の側方で一体化され、溶湯を外部に導くノズル先端を有し、前記本体部分の溶湯を前記ノズル先端に導くとともに、前記ノズル先端を介して溶湯を出湯し、前記制御部は、前記取鍋の傾動時の溶湯の表面積に基づいて傾動角度を制御する。

また、本発明の他の側面に係る注湯方法は、取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置を用いて溶湯の注湯を行う注湯方法であって、前記注湯装置は、本体部分及びノズル部分を有する取鍋と、前記取鍋の傾動角度を制御する制御部とを備え、前記本体部分は、内面が円筒状若しくは円錐形状の側面部分を有し、前記ノズル部分は、前記本体部分の側方で一体化され、溶湯を外部に導くノズル先端を有し、前記本体部分の溶湯を前記ノズル先端に導くとともに、前記ノズル先端を介して溶湯を出湯し、当該注湯方法は、前記制御部が、前記取鍋の傾動時の溶湯の表面積に基づいて傾動角度を制御することにより、前記取鍋から溶湯の注湯を行う。

本発明の種々の側面は、所望の注湯パターンで注湯できるよう注湯流量を制御することを実現するとともに、注湯流量を制御することで適切な自動注湯を実現する。

（ａ）は実施形態に係る注湯装置の正面図、（ｂ）は実施形態に係る注湯装置の側面図である。 （ａ）は取鍋の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。 （ａ）は取鍋の側断面図、（ｂ）は取鍋の水平時の表面積を示す図、（ｃ）はノズル先端側から見たノズル部分の図である。 （ａ）は取鍋の平面図、（ｂ）は取鍋の出湯点、及び、出湯点を中心とする４度毎の傾動角度線を説明する取鍋の側断面図、（ｃ）はノズル先端側から見たノズル部分の図である。 （ａ）は出湯点を中心に１６度傾斜した傾斜状態を示す取鍋の側断面図、（ｂ）は（ａ）の状態の溶湯の寸法関係を示す図、（ｃ）は溶湯の表面積を示す図、（ｄ）は（ａ）の状態の溶湯のノズル部分の寸法関係を示す図である。 （ａ）は出湯点を中心に５６度傾斜した傾斜状態を示す取鍋の側断面図、（ｂ）は（ａ）の状態の溶湯の寸法関係を示す図、（ｃ）は溶湯の表面積を示す図、（ｄ）は（ａ）の状態の溶湯のノズル部分の寸法関係を示す図である。 （ａ）は取鍋用の流し込み型の平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。 （ａ）は取鍋のノズル部分用の模型の平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。 注湯装置の側面図（図１の（ｂ）に対応する図）であり、取鍋の駆動軸として、昇降軸、前後軸、回動軸を示す図である。 （ａ）は注湯装置の制御系のブロック図である。（ｂ）は、処理部の詳細を説明するブロック図である。 （ａ）は、傾動角度に対する水平基準表面積比の変化を示すグラフ、（ｂ）は傾動角度に対する表面積逆数比の変化を示すグラフである。 経過時間に伴う仮想傾動角速度の変化を示すグラフである。 該注湯装置による注湯流量補正方法のゼネラルフローチャートである。 （ａ）は図１３の初期到達時間処理Ｓ１０のフローチャート、（ｂ）は１３の安定待時間処理Ｓ３０のフローチャートである。 図１３の教示領域処理Ｓ４０のフローチャートである。

以下、本実施形態に係る自動注湯装置（以下「注湯装置」という。）について、図面を参照して説明する。以下で説明する注湯装置１は、取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置である。

図１の（ａ）は本実施形態に係る注湯装置１の正面図、図１の（ｂ）は側面図である。図２の（ａ）は取鍋２の正面図、図２の（ｂ）は側面図、図２の（ｃ）は平面図である。注湯装置１は、図１の（ａ）〜図２の（ｃ）に示すように、本体部分１１及びノズル部分１２を有する取鍋２と、取鍋２の傾動角度を制御する制御部（中央処理部）３とを備える。本体部分１１は、内面が円筒状若しくは円錐形状の側面部分１１ａを有する。ノズル部分１２は、その端部にノズル先端１２ａを有し、本体部分１１の側方で本体部分１１と一体化されている。つまり、本体部分１１及びノズル部分１２の内面によって溶湯を貯留する空間が画成されている。また、ノズル部分１２は、本体部分１１の溶湯をノズル先端１２ａに導くとともに、ノズル先端１２ａを介して溶湯を出湯する。制御部３は、取鍋２の傾動時の溶湯の表面積に基づいて傾動角度を制御する。取鍋２には、後述する回動機構２３の回動軸が、本体部分１１及びノズル部分１２の並設方向（図１の（ａ）及び（ｂ）のＸ方向）に直交する方向（図１の（ａ）及び（ｂ）のＹ方向）に延びるように設けられている。つまり、取鍋２は図１の（ａ）及び（ｂ）のＺＸ平面内において傾動する。ノズル部分１２の内側には、本体部分１１に連通し溶湯を貯留する空間が画成されている。

図３の（ａ）は取鍋２の側断面図、図３の（ｂ）は取鍋２の水平時の溶湯の表面積を示す図、図３の（ｃ）はノズル先端１２ａ側から見たノズル部分１２の図である。ノズル部分１２は、図３の（ａ）〜図３の（ｃ）に示すように、取鍋２が傾動されていないとき、ノズル部分１２に貯留された溶湯の表面積が鉛直方向（図１の（ａ）及び（ｂ）のＺ方向）からみて台形若しくは矩形であるように内面が形成されている（ここでは、図３の（ｂ）に示すように、台形の例で説明する）。それとともに、ノズル部分１２は、取鍋２が傾動され、ノズル先端１２ａを介して溶湯を出湯しているとき、ノズル部分１２に貯留された溶湯の表面積が鉛直方向からみて台形若しくは矩形であるように内面が形成されている。

本体部分１１は、取鍋２が傾動されていないときで且つノズル部分１２に溶湯が存在するくらい溶湯が残っている状態のとき、この部分における溶湯の表面積が鉛直方向からみて円形状であるように形成されている。本体部分１１は、取鍋２が傾動されていないときで且つノズル部分１２に溶湯が存在しないくらい溶湯が減った状態のとき、鉛直方向からみて、円形状の一部が後述の第２内側面部分１１ｂで欠けた状態になる。

本体部分１１は、取鍋２が傾動され、ノズル先端１２ａを介して溶湯を出湯しているとき、この部分における溶湯の表面積が鉛直方向からみて楕円形状となるか、若しくは、傾けられた本体部分１１の底に溶湯がない部分が存在するくらい溶湯が減った状態であることにより、鉛直方向からみて楕円形状の一部が欠けた形状となる（例えば後述する図６の（ｃ））。

本体部分１１は、Ｙ方向に延びる後述する傾動中心軸に直交する断面（ＺＸ平面に沿った断面）において、ノズル部分１２の内面底部１２ｃと一直線に並ぶ第２内側面部分１１ｂを有する（図２の（ｂ）、図３の（ａ）参照）。

ノズル先端１２ａの内面底部１２ｃの先端側には、溶湯の流れを形成する所定の曲率半径を有する曲面１２ｂが形成される。取鍋２は、ＺＸ平面に沿った断面における曲面１２ｂの曲率中心を通りＹ方向に延びる軸が傾動中心軸となるように傾動動作される。

取鍋２は、本体部分１１及びノズル部分１２の内面の形状を一定に成型する型を用いて、内面形状が成型される。図７の（ａ）は取鍋２用の流し込み型の平面図、図７の（ｂ）は背面図、図７の（ｃ）は側面図、図７の（ｄ）は正面図である。例えば、本体部分１１については、図７の（ａ）〜（ｄ）に示すような「フォーマ」と呼ばれる流し込み型１７を準備しておき、取鍋の外皮と、この型（フォーマ）との間に耐火材を流し込むことで、本体部分１１の内面形状を一定にすることができる。流し込み型１７は、取鍋の外皮に対する位置を決定するための位置決定部１７ａを有している。図８の（ａ）は取鍋２のノズル部分用の模型１８の平面図、図８の（ｂ）は背面図、図８の（ｃ）は側面図、図８の（ｄ）は正面図である。ノズル部分１２も、ノロの付着とその清掃などで形状が変わりやすいため、図８に示すような模型１８を使って形状を成型される。上述の型により、取鍋の内面形状を一定に維持することができ、正確な出湯位置から出湯することを実現する。

図９は、注湯装置１の側面図（図１の（ｂ）に対応する図）であり、取鍋２の駆動軸として、昇降軸、前後軸、回動軸を示す図である。注湯装置１は、図９に示すように、水平移動機構２１と、昇降機構（垂直移動機構）２２と、回動機構２３とを備える。水平移動機構２１は、取鍋２を水平方向で且つ鋳型に対して近接及び離間する方向である第１方向（Ｘ方向）に駆動する。昇降機構２２は、取鍋２を垂直方向である第２方向（Ｚ方向）に駆動する。回動機構２３は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に直交する第３方向（Ｙ方向）に平行で且つ取鍋の重心を通る回動軸を中心に回動させる。水平移動機構２１、昇降機構２２、及び回動機構２３が取鍋２を駆動することにより、取鍋２は、曲率中心（ノズル先端１２ａの曲面１２ｂの曲率中心）を通りＹ方向に延びる軸が傾動中心軸となるよう傾動動作される。そして出湯点Ｐも一定位置となる。

さらに、注湯装置１は、列状に送り出される鋳型に沿って走行する走行台車２４を有する。走行台車２４は、列状に送り出される鋳型に沿って設けられるレール２５上を走行する。水平移動機構２１は、走行台車２４に設けられ、走行台車の走行方向（Ｙ方向）と直行する方向（Ｘ方向つまり前後方向）に取鍋２を移動させる。昇降機構２２は、水平移動機構２１に設けられ、垂直方向（Ｚ方向つまり上下方向）に取鍋２を移動させる。回動機構２３は、昇降機構２２に設けられ、上述の回動方向に取鍋２を回動させる。

図１０の（ｂ）は、処理部の詳細を説明するブロック図である。注湯装置１は、図１０の（ｂ）に示すように、取鍋２の傾動角度に応じて予め算出された溶湯の表面積を記憶する表面積情報記憶部３１と、搬送される各鋳型に対応する注湯流量のパターンである注湯パターンについての情報を記憶する注湯パターン記憶部３２とを備える。

制御部３は、注湯パターン記憶部３２に記憶された各鋳型に対応する注湯パターン（流量パターン）についての情報と、表面積情報記憶部３１に記憶された情報とに基づいて、製品の種類に応じた注湯パターンで鋳型に注湯を行うように、取鍋２の傾動動作を制御する。

また、注湯装置１は、図１の（ｂ）に示すように、取鍋２内の溶湯の重量を検知する重量検知部１３を備える。重量検知部１３は、例えばロードセルである。制御部３は、重量検知部１３からの情報に基づいて、取鍋２の傾動動作をフィードバック制御する。

以上のような注湯装置１は、傾動しても表面積が変化しない取鍋（扇形取鍋）以外の取鍋（表面積が傾動角に応じて変動する取鍋）でも、所望の注湯パターン（流量パターン）で注湯できるよう注湯流量を制御することを実現するとともに、注湯流量を制御することで適切な自動注湯を実現する。また、これにより、自動化、作業環境の改善、省エネ及び品質向上を実現できる。さらに、取鍋の形状に起因して溶湯温度が低下することを防止できるとともに、取鍋の形状に起因して製作コストが高くなることなどを防止できる。

次に、この注湯装置１を用いた注湯方法について説明する。該注湯方法は、取鍋２のノズル部分１２からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋２が傾動動作されることにより出湯する注湯装置１を用いて溶湯の注湯を行う注湯方法である。この注湯方法では、制御部３が、取鍋２の傾動時の溶湯の表面積に基づいて傾動角度を制御することにより、取鍋から溶湯の注湯を行う。該方法では、所望の注湯パターンで注湯できるよう注湯流量を制御することを実現するとともに、注湯流量を制御することで適切な自動注湯を実現する。また、これにより、自動化、作業環境の改善、省エネ及び品質向上を実現できる。

尚、上述では、内面が円筒状若しくは円錐形状の側面部分１１ａを有する取鍋２を用いた注湯装置１及び注湯方法について説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、取鍋の傾動時の溶湯の表面積が算出、もしくは計測できる取鍋であれば適用可能である。すなわち、取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置であって、本体部分及びノズル部分を有する取鍋と、前記取鍋の傾動角度を制御する制御部とを備え、制御部が、前記取鍋の傾動時の溶湯の表面積に基づいて傾動角度を制御する構成とされた注湯装置であってもよい。該注湯装置も注湯流量を制御することを実現し、適切な自動注湯などを実現する。

また、注湯装置１は、上述した表面積情報記憶部３１及び注湯パターン記憶部３２に加えて、図１０の（ｂ）に示すように、各種状態を記憶する状態記憶部４５を備え、制御部３が状態記憶部４５に記憶された取鍋２の現状の傾動角度を読み出し、表面積情報記憶部３１から現状の傾動角度に対応する表面積逆数比を読み出すとともに、注湯パターン記憶部３２に記憶された注湯パターンから目標となる現状の仮想傾動角速度（所望の注湯流量となるための必要な仮想角速度）を算出し、これらに基づいて取鍋２に必要な傾動角速度（後述する目標傾動角速度Ｖθ（ｔ））を算出してもよい。注湯装置１は、これにより、適切な注湯パターンで注湯を行うことができ、適切な自動注湯などを実現する。

また、注湯パターン記憶部３２に記憶される注湯パターンは、各鋳型に対応するパターンであるとともに、経過時間に対する仮想傾動角速度の変化を示す情報（後述の図１２など）である。仮想傾動角速度は、鋳型の表面積情報（図１１の（ａ）及び（ｂ）など）に基づいて、基準となる表面積（例えば、水平時の表面積を基準にする）に変換した場合の角速度である。また、仮想傾動角速度は、出湯点Ｐを中心とした傾動角速度である。

また、注湯装置１は、図１０の（ｂ）に示すように、さらに、制御部３により算出された必要な傾動角速度を得るための、水平移動機構２１、昇降機構２２及び回動機構２３の動作量への演算を行う分配演算部４２を備えてもよく、これにより、適切な自動注湯を実現する。

また、上述の注湯パターンには、少なくとも、初期到達時間処理、定常時間処理、安定待時間処理及び教示領域処理（後述の図１２のＲ１〜Ｒ４）に対応した経過時間に対する仮想傾動角速度の変化を示す情報が含まれる。制御部３は、期到達時間処理、定常時間処理、安定待時間処理及び教示領域処理に応じて、仮想傾動角速度を算出してもよく（後述の図１３のＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０における算出方法）、これにより、適切な自動注湯を実現する。

次に、上述した注湯装置１及び注湯方法について、より具体的に説明する。まず、円筒取鍋（図２の（ａ）の取鍋２を一例として説明する）の傾動角度毎の注湯流量補正方法について説明する。

図４の（ａ）は取鍋２の平面図、図４の（ｂ）は取鍋２の出湯点Ｐ、及び、出湯点Ｐを中心とする４度毎の傾動角度線を説明する取鍋２の側断面図、図４の（ｃ）はノズル先端１２ａ側から見たノズル部分１２の図である。図４の（ｂ）に示すように、出湯点Ｐを中心とする４度毎の各傾動角度によって、流量に影響をあたえる取鍋２の表面積が変化することが示されている。また、図３の（ｂ）に示すように、取鍋２の水平時の表面積は、直径Ａ０の円の面積と、上底Ｅ０、下底Ｄ０及び高さＢ０の台形の面積との和により近似算出できる。

図５の（ａ）は出湯点Ｐを中心に１６度傾斜した傾斜状態（「傾動角度が１６度」ともいう。）を示す取鍋２の側断面図、図５の（ｂ）は（ａ）の状態の溶湯の寸法関係を示す図、図５の（ｃ）は溶湯の表面積を示す図、図５の（ｄ）は（ａ）の状態の溶湯のノズル部分１２の寸法関係を示す図である。図５の（ａ）〜図５の（ｄ）に示すように、出湯点Ｐを傾動中心として水平時から１６度傾斜した取鍋２の表面積は、短径Ｃ１及び長径Ａ１の楕円の面積と、上底Ｅ１、下底Ｄ１及び高さＢ１の台形の面積との和により近似算出できる。このように、図４に示す変曲点Ｈまで同様の手法で例えば４度毎の傾動角度の表面積が算出される。尚、説明の便宜上４度毎の例で説明したが、さらに高精度とするために１度毎や０．５度毎としてもよく、さらに、細かい角度幅毎に算出するようにしてもよい。

図６の（ａ）は出湯点Ｐを中心に５６度傾斜した傾斜状態を示す取鍋２の側断面図、図６の（ｂ）は（ａ）の状態の溶湯の寸法関係を示す図、図６の（ｃ）は溶湯の表面積を示す図、図６の（ｄ）は（ａ）の状態の溶湯のノズル部分１２の寸法関係を示す図である。つまり、図６の（ａ）〜（ｄ）は、図４に示す変曲点Ｈを越えた傾斜状態を示している。図６の（ａ）〜図６の（ｄ）に示すように、出湯点Ｐを傾動中心として水平時から５６度傾斜した取鍋２の表面積は、短径Ｃ２及び長径Ａ２の楕円の右側端部から長さＦ２（取鍋の側壁面から底面に溶湯が位置する部分までの長さ）（底面の溶湯が存在する部分の長径方向の長さ）の部分に引かれる直線で分割された部分の右側の面積Ｇ２と、上底Ｅ２、下底Ｄ２及び高さＢ２の台形の面積との和により近似算出できる。変曲点Ｈから注湯可能終了端までは、同様の計算により算出できる。このようにして、この取鍋２において微小角度（例えば４度）の間隔を有した傾動角度毎の表面積が算出できる。

図１１の（ａ）は、傾動角度に対する水平基準表面積比の変化を示すグラフである。水平基準表面積比とは、０度状態（水平状態）の溶湯の表面積に対する表面積比である。図１１の（ａ）に示すように、取鍋２の表面積は漸次減少し、２０度前後から増加に転じている。そして変曲点Ｈで急な変化を示し、その後の表面積は減少していく。図１１の（ｂ）は、傾動角度に対する表面積逆数比の変化を示すグラフである。表面積逆数比とは、０度状態（水平状態）の溶湯の表面積に対する表面積逆数比である。尚、取鍋２の形状に応じて、算出を行う傾動角度の間隔を小さくしてもよい。微小な傾動角度毎の表面積逆数比を、注湯流量の補正値（パラメータ）とすることができる。

注湯装置１の駆動方向については、上述した図９に示されている。注湯装置１は、取鍋２の重心を中心に回動させるθ方向と、取鍋２を前後させるＸ軸方向と、取鍋２を上下させるＺ軸方向とに駆動される。上述の駆動方向に同時に作動されることにより、出湯点Ｐを中心に取鍋２が傾動されるように注湯動作が行われる。なお、θ方向の回動角度が、出湯点Ｐを中心とした傾動角度となる。

図１２は、出湯点Ｐを中心とした傾動方向の角速度（以下「傾動角速度」という。）と経過時間との関係を示すグラフである。尚、図１２の縦軸は、仮想傾動角速度を示し、横軸は、経過時間を示す。図１２に示す仮想傾動角速度の変化（経過時間に対する仮想傾動角速度の変化）は、仮に表面積が変化しない取鍋を用いたときに、適切で且つ所望の注湯動作を行うときに必要な傾動角速度の変化である。また、以下の説明において、出湯点Ｐを中心とする傾動角度を、「傾動角度」という。注湯パターン（流量パターン）は、図１２中に示されるＲ１〜Ｒ５の領域に分類される。Ｒ１は、「初期到達時間領域」であり、この時間を「初期到達時間Ｔ１」という（設定された傾動角速度の状態に到達する（Ｖθ１まで到達）までの時間）。Ｒ２は、「定速時間領域」であり、この時間を「定速時間Ｔ２」という。Ｒ３は、「安定待時間領域」であり、この時間を「安定待時間Ｔ３」という。Ｒ４は、「教示領域」である。Ｒ５は、「湯切領域」である。

Ｒ１では、注湯開始の状態から出湯傾動角近傍まで速やかに傾動する。注湯開始時の状態は、初期値もしくは前回の湯切傾動角度の状態である。Ｒ２では、高速のまま定速で動作する。定速時間Ｔ２が経過すると安定待時間領域Ｒ３となる。Ｒ３では、安定待時間Ｔ３の間、教示領域Ｒ４まで傾動速度を緩める。図１２において、Ｐ１は、注湯開始を示し、Ｐ２は、出湯開始を示し、Ｐ３は湯切を示し、Ｐ４は、注湯終了を示す。

Ｒ４では、教示開始から教示終了まで、微小時間Δｔ（例えば０．２秒）毎に、後述する教示データを補正しながら注湯動作が行われる。Ｒ５では、注湯重量が設定重量に達したら湯切りが行われる。初期到達時間Ｔ１、定速時間Ｔ２、安定待時間Ｔ３、設定重量、及び教示データは、注湯パターン記憶部３２に記憶されている。

図１０の（ａ）は、注湯装置１の制御系のブロック図である。図１０の（ａ）に示すように、水平移動機構２１の前後軸サーボモータ２１ａ、昇降機構２２の昇降軸サーボモータ２２ａ、回動機構２３の回動軸サーボモータ２３ａ、走行台車２４の走行台車サーボモータ２４ａは、制御部（中央処理部）３からの指令に基づいて各部を駆動する。具体的には、電源３５に接続された昇降軸サーボアンプ２２ｂ、前後軸サーボアンプ２１ｂ、回動軸サーボアンプ２３ｂ及び横行軸サーボアンプ２４ｂと、Ｄ／Ａ変換ユニット３８を介して、制御部３は、各サーボモータ２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａを駆動する。尚、パルス出力ユニットなどによるパルス指令であってもよい。また、各サーボアンプ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは、高速カウンタユニット３７を介して制御部３に後述する各情報をフィードバックする。また、制御部３は、重量検知部（ロードセル）１３からの情報をロードセル変換器１３ａ及びＡ／Ｄ変換ユニット３９を介して受け取る。さらに、制御部３は、操作部（操作盤）３４に接続され、各種操作を可能とするとともに、必要な情報を操作表示部３４ａに表示させる。各種サーボモータは、インダクションモータにエンコーダを取り付けてもよい。

また、図１０（ｂ）に示すように、制御部３には、その記憶領域３ａに、上述した表面積情報記憶部３１、注湯パターン記憶部３２に加えて、各種状態の情報を記憶する状態記憶部４５が設けられている。また、制御部３には、その処理・演算領域３ｂに、初期化処理部４０、位置・速度演算部４７、傾動角速度算出部４１、傾動角速度補正部４８、分配演算部４２、指示部４３が設けられている。制御部３は、表面積情報記憶部３１に記憶された情報や、注湯パターン記憶部３２に記憶された情報に基づいて各部を制御する。制御部３の演算処理により、出湯点Ｐを中心とした傾動を可能とする。

図１３は、注湯流量補正方法のゼネラルフローチャートである。図１３に示すように、注湯を開始すると、Ｓ１では、初期化処理部４０により初期化処理が行われる。初期化処理部４０は、状態記憶部４５に記憶された各種基本データを読み出す。Ｓ１の後に、Ｓｉでは、定周期割り込みが、定スキャンタイム（例えば０．０１秒）毎に行われる。次いでＳ２に進む。

Ｓ２では、初期到達時間Ｔ１が経過したか否かの判定が行われる。初期到達時間Ｔ１は、注湯パターン記憶部３２から読み出される。初期到達時間Ｔ１が経過した場合はＳ３に進む。初期到達時間Ｔ１が経過していない場合は、Ｓ１０に進む。Ｓ１０では、初期到達時間処理を実行し、割り込み待ちとなる。

Ｓ３では、定速時間Ｔ２が経過したか否かの判定が行われる。定速時間Ｔ２は、注湯パターン記憶部３２から読み出される。定速時間Ｔ２が経過した場合はＳ４に進む。定速時間Ｔ２が経過していない場合は、Ｓ２０に進む。

Ｓ２０では、定速時間処理を実行し、割り込み待ちとなる。定速時間処理は、定速時間処理における初期角速度（初期到達時間処理の最終角速度（Ｖθ１））を定速時間Ｔ２維持するものである。

Ｓ４では、安定待時間Ｔ３が経過したか否かの判定が行われる。安定待時間Ｔ３は、注湯パターン記憶部３２から読み出される。安定待時間Ｔ３が経過した場合はＳ５に進む。安定待時間Ｔ３が経過していない場合は、Ｓ３０に進む。Ｓ３０では、安定待時間処理を実行し、割り込み待ちとなる。

Ｓ５では、設定重量（設定注湯重量）に到達したか否かの判定が行われる。設定注湯重量は、注湯パターン記憶部３２から読み出される。設定重量に達していない場合にはＳ４０に進む。設定重量に達している場合には、Ｓ５０に進む。Ｓ４０では、教示領域処理を実行し、割り込み待ちとなる。Ｓ５０では、注湯停止処理、すなわち湯切りを実行して注湯を終了する。

図１４の（ａ）は、Ｓ１０の初期到達時間処理を示すフローチャートである。この処理がＳ１１で開始すると、Ｓ１２では、目標傾動角速度Ｖθ（ｔ）の算出が行われる。傾動角速度算出部４１は、状態記憶部４５から現状の傾動角度θ（ｔ）を読み出し、また、注湯パターン記憶部３２から第１設定角速度Ｖθ１を読み出し、また、表面積情報記憶部３１から現状の傾動角度θ（ｔ）に対応する表面積逆数比Ｒｐ（θ（ｔ））を読み出し、式（１）に基づいて、目標傾動角速度Ｖθ（ｔ）を算出する。なお、ｔは、経過時間（図１２の横軸）である。また、第１設定角速度Ｖθ１は、設定された初期に目標とすべき傾動角速度である。Ｓ１２の算出後は、Ｓ１３に進む。
Ｖθ（ｔ）＝（Ｖθ１／Ｔ１）×ｔ×Ｒｐ（θ（ｔ）） ・・・（１）

Ｓ１３では、分配演算部４２が、所望の傾動角速度（Ｖθ（ｔ））を得るための各軸の動作量（動作速度）への分配演算が行われる。ここで、各軸は、水平移動機構２１の駆動方向である水平方向（前後方向（前後軸））と、昇降機構２２の駆動方向である昇降方向（昇降軸）と、回動機構２３の駆動方向である回動方向（Ｙ方向に平行で且つ取鍋の重心を通る回動軸を中心とした回動方向）とを意味する。尚、分配演算は、所望の傾動角速度（Ｖθ（ｔ））と状態記憶部４５に記憶されたデータに基づいて、速度及び位置のデータとして分配演算され、状態記憶部４５にも記憶される。分配演算部４２は、取鍋２の傾動動作が出湯点Ｐを中心としたものとなるように演算する。Ｓ１３の演算後は、Ｓ１４に進む。

Ｓ１４では、指示部４３は、分配演算部４２により算出されたデータに基づいて各軸動作部４４に指示する。各軸動作部４４は、サーボアンプ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ、前後軸サーボモータ２１ａ、昇降軸サーボモータ２２ａ、回動軸サーボモータ２３ａなどで構成される。すなわち、指示部４３は、サーボアンプ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂを介して前後軸サーボモータ２１ａ、昇降軸サーボモータ２２ａ、回動軸サーボモータ２３ａに指示する。指示部４３は、速度データに基づいて指示を行う。各軸方向の位置は、各サーボモータ２１ａ，２２ａ，２３ａのエンコーダ、高速カウンタユニット３７からフィードバックされ、状態記憶部４５に記憶される。すなわち、位置・速度演算部４７は、各サーボアンプ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂからの情報に基づいて、位置情報、速度情報を算出し、状態記憶部４５にこの情報を記憶させる。Ｓ１４が終わると図１３のゼネラルフローに戻り、すなわち割り込み待ちとなる。

図１４の（ｂ）は、Ｓ３０の安定待時間処理を示すフローチャートである。この処理Ｓ３１が開始すると、Ｓ３２では、目標傾動角速度Ｖθ（ｔ）の算出が行われる。傾動角速度算出部４１は、状態記憶部４５から現状の傾動角度θ（ｔ）を読み出し、また、注湯パターン記憶部３２から第２設定角速度Ｖθ２を読み出し、また、表面積情報記憶部３１から現状の傾動角度θ（ｔ）に対応する表面積逆数比Ｒｐ（θ（ｔ））を読み出し、式（２）及び式（３）に基づいて、目標傾動角速度Ｖθ（ｔ）を算出する。式（３）中のＳＶθ（ｔ）は、仮想傾動角速度であり、式（２）で算出される。尚、第２設定角速度Ｖθ２は、教示処理前に設定すべき傾動角速度である。Ｓ３２の算出後は、Ｓ３３に進む。
ＳＶθ（ｔ）＝｛（Ｖθ２−Ｖθ１）／Ｔ３｝×{ｔ−（Ｔ１＋Ｔ２）}＋Ｖθ１ ・・・（２）
Ｖθ（ｔ）＝ＳＶθ（ｔ）×Ｒｐ（θ（ｔ）） ・・・（３）

Ｓ３３では、分配演算部４２が、上述したＳ１３と同様に、所望の傾動角速度（Ｖθ（ｔ））を得るための各軸の動作量（動作速度）への分配演算が行われる。Ｓ３３の演算後は、Ｓ３４に進む。

Ｓ３４では、指示部４３は、上述したＳ１４と同様に、分配演算部４２により算出されたデータに基づいて各軸動作部４４に指示する。すなわち、前後軸サーボモータ２１ａ、昇降軸サーボモータ２２ａ、回動軸サーボモータ２３ａに指示する。Ｓ３４においては、その他Ｓ１４で説明した処理と同様の処理がなされる。Ｓ３４が終わると図１３のゼネラルフローに戻り、すなわち割り込み待ちとなる。

図１５は、Ｓ４０の教示領域処理を示すフローチャートである。この処理Ｓ４１が開始すると、Ｓ４２では、目標傾動角速度Ｖθ（ｔ）の算出が行われる。傾動角速度算出部４１は、状態記憶部４５から現状の傾動角度θ（ｔ）を読み出し、また、注湯パターン記憶部３２から設定教示傾動角速度ＶθＴ（ｔ）を読み出し、また、表面積情報記憶部３１から現状の傾動角度θ（ｔ）に対応する表面積逆数比Ｒｐ（θ（ｔ））を読み出し、式（４）に基づいて、目標傾動角速度Ｖθ（ｔ）を算出する。注湯パターン記憶部３２に記憶された設定教示傾動角速度ＶθＴ（ｔ）は、いわゆる教示データであり、微小時間ごとの仮想傾動角速度である。Ｓ４２の算出後は、Ｓ４３に進む。
Ｖθ（ｔ）＝ＶθＴ（ｔ）×Ｒｐ（θ（ｔ）） ・・・（４）

Ｓ４３〜Ｓ４７では、傾動角速度補正部４８が、重量差分を補正するための傾動角速度重量補正値Ｖθｇ（ｔ）を算出し、このＶθｇ（ｔ）を用いて傾動角速度の重量補正を行う。尚、重量差分を補正後の傾動角速度を「補正後傾動角速度ＶθＡ（ｔ）」という。

Ｓ４３では、傾動角速度補正部４８は、注湯重量計測部４９から注湯重量現在値Ｗ（ｔ）を読み出す。次いで、Ｓ４４では、傾動角速度補正部４８は、注湯パターン記憶部３２から時間ｔ経過後の目標注湯重量Ｗｏｂｊを読み出す。次いで、Ｓ４５では、傾動角速度補正部４８は、式（５）に基づいて、重量差ΔＷ（ｔ）を算出する。
ΔＷ（ｔ）＝Ｗｏｂｊ（ｔ）−Ｗ（ｔ） ・・・（５）

次いで、Ｓ４６では、傾動角速度補正部４８は、式（６）に基づいて、重量差分を補正するための傾動角速度重量補正値Ｖθｇ（ｔ）を算出する。その際、状態記憶部４５から現状の傾動角度θ（ｔ）を読み出し、表面積情報記憶部３１から現状の傾動角度θ（ｔ）に対応する表面積逆数比Ｒｐ（θ（ｔ））を読み出す。尚、ａは、重量差分を傾動角に算出するための定数である。
Ｖθｇ（ｔ）＝ａ×ΔＷ（ｔ）×Ｒｐ（θ（ｔ）） ・・・（６）

次いで、Ｓ４７では、傾動角速度補正部４８は、Ｖθｇ（ｔ）を用いて、式（７）に基づいて、傾動角速度を補正して、補正後傾動角速度ＶθＡ（ｔ）を得る。Ｓ４７の算出後は、Ｓ４８に進む。
ＶθＡ（ｔ）＝Ｖθ（ｔ）＋Ｖθｇ（ｔ） ・・・（７）

尚、上述のＳ４２〜Ｓ４７では、式（４）及び式（６）においてそれぞれ表面積逆数比Ｒｐ（θ（ｔ））を積算するようにしているが、これに限られるものではない。すなわち、Ｓ４２を設けず、Ｓ４３〜Ｓ４５の後に、Ｓ４６に換えてＳ４６ａのステップを設け、Ｓ４７に換えて、次のＳ４７ａ、Ｓ４７ｂのステップを経ることで、補正後傾動角速度ＶθＡ（ｔ）を得るようにしてもよい。Ｓ４６ａは、仮想傾動角速度重量補正値を算出するステップであり、すなわち、「ａ×ΔＷ（ｔ）＝Ｖｋｇ（ｔ）」で仮想傾動角速度重量補正値Ｖｋｇ（ｔ）を算出する。Ｓ４７ａは、補正後仮想傾動角速度を算出するステップであり、すなわち、「ＶθＴ（ｔ）＋Ｖｋｇ（ｔ）＝ＶθｋＡ（ｔ）」で補正後仮想傾動角速度ＶθｋＡ（ｔ）を算出する。ここで、Ｓ４７ａか、これに先立つステップで設定教示傾動角速度ＶθＴ（ｔ）を読み出しておけばよい。Ｓ４７ｂは、補正後傾動角速度を算出するステップであり、すなわち、「ＶθＡ（ｔ）＝ＶθｋＡ（ｔ）×Ｒｐ（θ（ｔ））」で補正後傾動角速度ＶθＡ（ｔ）を算出する。ここで、Ｓ４７ｂか、これに先立つステップで表面積逆数比Ｒｐ（θ（ｔ））を読み出しておけばよい。このように、Ｓ４２〜Ｓ４７に換えて、Ｓ４３〜Ｓ４５、Ｓ４６ａ、Ｓ４７ａ、Ｓ４７ｂでも、所望の補正後傾動角速度ＶθＡ（ｔ）を算出することができる。

Ｓ４８では、分配演算部４２が、上述したＳ１３と同様に、所望の補正後傾動角速度ＶθＡ（ｔ）を得るための各軸の動作量（動作速度）への分配演算が行われる。Ｓ４８の演算後は、Ｓ４９に進む。

Ｓ４９では、指示部４３は、上述したＳ１４と同様に、分配演算部４２により算出されたデータに基づいて各軸動作部４４に指示する。すなわち、前後軸サーボモータ２１ａ、昇降軸サーボモータ２２ａ、回動軸サーボモータ２３ａに指示する。Ｓ４９においては、その他Ｓ１４で説明した処理と同様の処理がなされる。Ｓ４９が終わると図１３のゼネラルフローに戻り、すなわち割り込み待ちとなる。

以上のように注湯装置１は、図１３〜図１５の各ステップにより適切な注湯流量補正を実現し、すなわち、適切な自動注湯を実現する。さらに、上述したように、傾動しても表面積が変化しない取鍋（扇形取鍋）以外の取鍋（表面積が傾動角に応じて変動する取鍋）でも、所望の注湯パターン（流量パターン）で注湯できるよう注湯流量を制御することを実現する。また、これにより、自動化、作業環境の改善、省エネ及び品質向上を実現できる。

１…注湯装置，２…取鍋，３…制御部，１１…本体部分，１２…ノズル部分，１２ａ…ノズル先端。

Claims (15)

1. 取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置であって、
   本体部分及びノズル部分を有する取鍋と、
   前記取鍋の傾動角度を制御する制御部と、
   前記取鍋の傾動角度に応じて予め算出された溶湯の表面積を記憶する表面積情報記憶部と、
   各種状態を記憶する状態記憶部と、
   を備え、
   前記本体部分は、内面が円筒状若しくは円錐形状の側面部分を有し、
   前記ノズル部分は、その端部にノズル先端を有し、前記本体部分の側方で前記本体部分と一体化され、前記本体部分の溶湯を前記ノズル先端に導くとともに、前記ノズル先端を介して溶湯を出湯し、
   前記制御部は、
   前記状態記憶部に記憶された前記取鍋の現状の傾動角を読み出し、
   読み出された現状の傾動角度に対応する表面積逆数比を前記表面積情報記憶部から読み出し、
   読み出された前記表面積逆数比と予め設定された設定角速度とに基づいて前記取鍋に必要な傾動角速度を算出し、
   算出された前記傾動角速度となるように傾動角度を制御する注湯装置。
2. 前記ノズル部分は、前記取鍋が傾動されていないとき、前記ノズル部分に貯留された溶湯上面の形状が鉛直方向からみて台形若しくは矩形であるとともに、前記取鍋が傾動され、前記ノズル先端を介して溶湯を出湯しているとき、前記ノズル部分に貯留された溶湯上面の形状が鉛直方向からみて台形若しくは矩形であるように形成されている請求項１記載の注湯装置。
3. 前記本体部分は、前記取鍋が傾動され、前記ノズル先端を介して溶湯を出湯しているとき、この部分における溶湯上面の形状が楕円形状となっているか、若しくは、傾けられた前記本体部分の底に溶湯がない部分が存在するくらい溶湯が減った状態であることにより、楕円形状の一部が欠けた形状となっている請求項２記載の注湯装置。
4. 搬送される各鋳型に対応する注湯パターンについての情報を記憶する注湯パターン記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記注湯パターン記憶部に記憶された各鋳型に対応する注湯パターンについての情報と、前記表面積情報記憶部に記憶された情報とに基づいて、製品の種類に応じた注湯パターンで前記鋳型に注湯を行うように、前記取鍋の傾動動作を制御する請求項１記載の注湯装置。
5. 前記本体部分は、傾動中心に直交する断面において、前記ノズル部分の底部と一直線に並ぶ第２内側面部分を有する請求項４記載の注湯装置。
6. 前記ノズル先端には、溶湯の流れを形成する所定の曲率半径を有する曲面が形成され、
   前記取鍋は、曲率中心が傾動中心となるように傾動動作される請求項５記載の注湯装置。
7. 前記取鍋を水平方向で且つ鋳型に対して近接及び離間する方向である第１方向に駆動する水平移動機構と、
   前記取鍋を垂直方向である第２方向に駆動する昇降機構と、
   前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に平行で且つ前記取鍋の重心を通る回動軸を中心に回動させる回動機構とを備え、
   前記制御部は、前記水平移動機構、前記昇降機構、及び前記回動機構を制御して前記曲率中心が傾動中心となるように前記取鍋を傾動動作させる請求項６記載の注湯装置。
8. 前記取鍋内の溶湯の重量を検知する重量検知部を備え、
   前記制御部は、前記重量検知部からの情報に基づいて、前記取鍋の傾動動作をフィードバック制御する請求項７記載の注湯装置。
9. 取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置を用いて溶湯の注湯を行う注湯方法であって、
   前記注湯装置は、本体部分及びノズル部分を有する取鍋と、
   前記取鍋の傾動角度を制御する制御部と、
   前記取鍋の傾動角度に応じて予め算出された溶湯の表面積を記憶する表面積情報記憶部と、
   各種状態を記憶する状態記憶部と、
   を備え、
   前記本体部分は、内面が円筒状若しくは円錐形状の側面部分を有し、
   前記ノズル部分は、その端部にノズル先端を有し、前記本体部分の側方で前記本体部分と一体化され、前記本体部分の溶湯を前記ノズル先端に導くとともに、前記ノズル先端を介して溶湯を出湯し、
   当該注湯方法は、前記制御部が、前記状態記憶部に記憶された前記取鍋の現状の傾動角を読み出し、読み出された現状の傾動角度に対応する表面積逆数比を前記表面積情報記憶部から読み出し、読み出された前記表面積逆数比と予め設定された設定角速度とに基づいて前記取鍋に必要な傾動角速度を算出し、算出された前記傾動角速度となるように傾動角度を制御することにより、前記取鍋から溶湯の注湯を行う注湯方法。
10. 前記取鍋は、本体部分及びノズル部分の内面の形状を一定に成型する型を用いて、内面形状が成型される請求項９記載の注湯方法。
11. 取鍋のノズル部分からの出湯位置が一定位置に維持されるように、該取鍋が傾動動作されることにより出湯する注湯装置であって、
    本体部分及びノズル部分を有する取鍋と、
    前記取鍋の傾動角度を制御する制御部と、
    前記取鍋の傾動角度に応じて予め算出された溶湯の表面積を記憶する表面積情報記憶部と、
    各種状態を記憶する状態記憶部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記状態記憶部に記憶された前記取鍋の現状の傾動角を読み出し、
    読み出された現状の傾動角度に対応する表面積逆数比を前記表面積情報記憶部から読み出し、
    読み出された前記表面積逆数比と予め設定された設定角速度とに基づいて前記取鍋に必要な傾動角速度を算出し、
    算出された前記傾動角速度となるように傾動角度を制御する注湯装置。
12. 搬送される各鋳型に対応する注湯パターンについての情報を記憶する注湯パターン記憶部を備え、
    前記制御部は、前記状態記憶部に記憶された前記取鍋の現状の傾動角を読み出し、前記表面積情報記憶部から現状の傾動角度に対応する表面積逆数比を読み出すとともに、前記注湯パターン記憶部に記憶された注湯パターンから現状の仮想傾動角速度を算出し、これらに基づいて前記取鍋に必要な傾動角速度を算出する請求項１又は請求項１１記載の注湯装置。
13. 前記注湯パターン記憶部に記憶される注湯パターンは、各鋳型に対応するパターンであるとともに、経過時間に対する仮想傾動角速度の変化を示す情報であり、
    前記仮想傾動角速度は、前記鋳型の表面積情報に基づいて、基準となる表面積に変換した場合の角速度である請求項１２記載の注湯装置。
14. 前記取鍋を水平方向で且つ鋳型に対して近接及び離間する方向である第１方向に駆動する水平移動機構と、
    前記取鍋を垂直方向である第２方向に駆動する昇降機構と、
    前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に平行で且つ前記取鍋の重心を通る回動軸を中心に回動させる回動機構と、
    前記制御部により算出された必要な傾動角速度を得るための、前記水平移動機構、前記昇降機構及び前記回動機構の動作量への演算を行う分配演算部とを備える請求項１２記載の注湯装置。
15. 前記注湯パターンには、少なくとも、初期到達時間処理、定常時間処理、安定待時間処理及び教示領域処理に対応した経過時間に対する仮想傾動角速度の変化を示す情報が含まれ、
    前記制御部は、前記期到達時間処理、前記定常時間処理、前記安定待時間処理及び前記教示領域処理に応じて、仮想傾動角速度を算出している請求項１４記載の注湯装置。