JP7211093B2 - 鋳砂落とし方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋳砂落とし方法および装置に関する。

従来、鋳型への注湯、冷却の後に、鋳物製品の取り出しのため、鋳型を鋳物と鋳型砂に分離させる方法として、ドラム内に鋳型を投入し、回転や振動により分離させる方法や、鋳造ライン上において搬送される鋳型を振動機上に載せ、振動により解枠・分離させる方法がある。しかしながら、穴を含む構造を備える製品においては、上記のような方法では、穴内の砂を完全に除去することは難しい。

特許文献１には、穴を含む構造のワークとして、一方向に伸びる穴の内面に、該穴の軸線方向に間隔をあけて、該穴の軸線に直行する方向に凹む拡径方向に複数溝を設けたワークの砂落としについて開示している。このワークを穴の軸線を中心軸として回転させ、該穴にノズルを挿入し、ノズル先端の周方向から噴射材を噴射し、各溝内の中子砂を除去するものである。

特許文献２には、上記と同一構成のワークにおいて、穴の遠端に突出部の形成された棒状部材を挿入し、該穴の反対側にノズルを位置させ、該ノズルから噴射材を該穴内に噴射して、噴射材を前記棒状部材の先端の傾斜面に当て、傾斜面に当たった噴射材が側方にある溝に反射し、該棒状部材を進退させて、各穴の複数の溝内の中子砂を除去する方法が開示されている。

特許文献３には、ワークに設けられた、複数の穴内に対応させて、複数の噴射ノズルを有する、エアブラスト装置を設け、各ワークの複数の穴に対して、噴射ノズルの先端から一定の角度をもって、噴射ノズルを回転させながらワークの各穴内に噴射材を噴射する方法が開示されている。

特許文献４には、特許文献１に記載されたものと同様のワークを、ロボットアームで把持し、その一方噴射材を噴射するノズルを定位置に保持し、このノズルに対して前記ロボットアームに把持したワークの穴内にノズルを挿入し、該ノズルを回転させ、且つ、ワークのノズル方向の位置を変更することによって、拡径内の中子砂を除去するようにしたものである。

特開平９－３１４４６９号公報 特開平１０－１６６１３７号公報 特開２００４－１０６０９２号公報 特開２０１４－４２９７６号公報

上記、特許文献１～４に記載のものは、いずれもワークに形成された穴が、一方向に直線的に延びる穴であって、その穴内においてノズルの位置を相対的に穴の延びる方向に移動させて、複数の各拡径部の溝に付着した砂等に、噴射材等を噴射して、ブラスト処理を行うものである。
したがって、各文献に記載されたものは、ワークに形成された穴が途中で屈曲している場合、屈曲部に付着した鋳砂を除去する構成を有していない。本発明は、ワークに損傷を与えずにワークに形成された穴の屈曲部に付着した鋳砂を除去する、鋳砂落とし方法および装置を提供するものである。尚、本発明において、「ワークに損傷を与える」とは、“ワークの穴内面が減肉され、設計寸法規格から外れること”を含むものとする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の鋳砂落とし方法は、屈曲部を有する穴内の鋳砂を落とす方法であって、ノズルを穴に挿入し、前記ノズルの先端を前記鋳砂に対して間隙をあけて位置決めし、前記ノズルから噴射材の噴射を開始し、前記噴射を開始してから第１の時間経過後前記穴から前記ノズルの引き抜きを開始し、その後、第２の時間をかけて前記ノズルを前記穴から引き抜くことを特徴とする。
このような構成によれば、屈曲部に残っている鋳砂を効率よく除去することができる。

本発明の一態様においては、前記穴径と前記ノズル径に基づいて前記噴射材の噴射量を制御することを特徴とする。
このような構成によれば、適切な噴射量を設定することができる。

本発明の一態様においては、前記第１の時間と前記第２の時間は、前記穴径と前記ノズル径と前記屈曲部の形状に基づいて設定されることを特徴とする。
このような構成によれば、適切な時間を設定することができる。

本発明の一態様においては、前記ノズルは、ストレートノズルであることを特徴とする。
このような構成によれば、本発明を適切に実施することができる。

本発明の鋳砂落とし装置は、屈曲部を有する穴を備えたワークを対象として、前記穴内に存在する鋳砂を落とす鋳砂落とし装置であって、前記ワークを、前記穴が定められた位置に位置するように支持する支持台と、噴射材を噴射するノズルを備えたロボットアームと、前記ノズルを含み、該ノズルから噴射材を噴射させる噴射機構と、前記ロボットアーム、および、前記噴射機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ノズルの前記穴内への挿入動作と、前記噴射機構の噴射動作と、前記ノズルの引き抜き動作と、を制御することを特徴とする。
このような構成によれば、屈曲部に残っている鋳砂を効率よく除去することができる。

本発明によれば、ワークに損傷を与えずに屈曲部に付着した鋳砂を除去する、鋳砂落とし方法および装置を提供することができる。

本実施形態に係る鋳砂落とし装置の概略構成を示す模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす手順を示す模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす手順を示す模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす手順を示す模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす手順を示す模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす手順を示す模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす際の時間制御を説明するための模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす際の時間制御を説明するための模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす際の噴射材制御を説明するための模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす際の噴射材制御を説明するための模式図である。 上記鋳砂落とし装置で鋳砂を落とす際の噴射材制御を説明するための模式図である。

以下、本発明による鋳砂落とし方法および装置を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る鋳砂落とし装置の概略構成を示す図である。図２～６は、本実施形態における鋳砂落とし方法についての手順を説明する模式図であって、ワークＷの断面図とノズル１２とが示されている。
図１に示すように、本実施形態の鋳砂落とし装置１は、屈曲部を有する穴を備えたワークＷを支持する支持台１１と、ノズル１２を備えたロボットアーム１３と、ノズル１２を含む噴射機構１４と、制御部１５とを備えている。

ワークＷは、ワークの穴１６が定められた位置に位置するように支持台１１上に固定治具（図示せず）によって固定され支持される。ワークＷを支持台上に固定し、また確実に固定されたかどうかの確認等の制御は通信経路（図示せず）を経て制御部１５との通信によって実行される。
噴射機構１４は、ノズル１２と、ノズル１２に連結して噴射材１７をノズル１２に圧送するホース１８と、噴射材のタンク１９を備えている。ノズル１２はロボットアーム１３に支持されワークＷに対して自在に位置決めされるように構成されている。制御部１５は、通信経路１Ｔによって、ロボットアーム１３と噴射機構１４と通信し、ノズル１２の穴１６内への挿入動作と、噴射機構１４の噴射動作と、ノズル１２の引き抜き動作と、を制御する。支持台１１、ロボットアーム１３、および、噴射機構１４に係る相互の動作は、制御部１５によって、予め定められたプログラムにより、一連の動作を統括的に制御されるようになっている。

ワークＷは、鋳物製品であって、鋳造設備の鋳型から取り出され、シェイクアウトマシンの振動、あるいは、ショットブラスマシンによるショット材の投射によって、表面の砂が荒く落とされた後に支持台１１まで搬送される。
図２を参照して、ワークＷは、一定の大きさを有するブロックであって、面２ａ、面２ｂの間を連通された穴１６を有する。穴１６は、断面円形の穴であって、面２ａから面２ｂに向けて面２ａに略垂直に寸法Ｌ進行する直線部２１を有する。直線部２１は、寸法Ｌ進行したしたところで、直進した直線から角度θをもって図において下方に屈曲する屈曲部２２と接続する。屈曲部２２は寸法Ｍ進行したところで、前記第１の直線部２１と同一方向に面２ｂに進行する直線部２３と接続する。

一方、面２ｂからは、面２ａ方向に延びる直線部２４が形成されている。直線部２４の途中には、図において下方に向かう直線部２５が形成されている。直線部２５は、その途中で直線部２３と合流している。
前述したように、このワークＷは、鋳造後に外部の鋳砂を除去する工程を経たものであるが、穴１６は、屈曲部２２を有しており、屈曲部２２と直線部２３に振動や外部からのショット材の投射によっては除去できなかった鋳砂Ｓ（例えば、中子砂）が存在している。

次に、上記のように構成された装置によって穴１６内の鋳砂Ｓを除去する方法を説明する。
図２を参照して、前述したようにワークＷには、鋳物製品の表面の鋳砂落としの前工程では除去できなかった鋳砂Ｓが屈曲部２２と直線部２３に存在している。支持台１１上のワークＷの固定が確認されると、制御部１５は、ロボットアーム１３にノズル１２の位置決め動作を指示する。指令を受けると、ロボットアーム１３は、保持したノズル１２をワークの穴１６内に挿入する。

ロボットアーム１３は、ノズル１２の先端２Ｎを鋳砂Ｓの表面２Ｓから間隙Ｋをあけて穴１６の直線部２１内に位置させる。この位置決めは、前もって複数のサンプルの測定から蓄積した鋳砂Ｓの表面２Ｓの位置データに基づいて、毎回同じ位置にノズル１２を位置決めして良い。または、ロボットアーム１３の圧力センサ（図示せず）によって、ノズル１２の挿入時にノズル１２の先端２Ｎが鋳砂Ｓの表面２Ｓに当接したのを検知し、その位置から鋳砂Ｓと反対方向に間隙Ｋだけノズルを後退させることによって位置決めしても良い。

図３を参照して、前述のようにノズル１２が位置決めされると、制御部１５は噴射機構１４に噴射材１７の噴射を指示する。噴射機構１４は、タンク１９から流体圧力、例えば圧搾空気などの圧力によって噴射材１７をホース１８によりノズル１２まで圧送し、ノズル１２から噴射材１７を鋳砂Ｓにむけて噴射する。制御部１５は、その後第１の時間が経過するまで、その状態を維持する。

図４を参照して、制御部１５は、第１の時間経過後ロボットアーム１３にノズル１２の穴１６からの引き抜きを開始するよう指示する。ロボットアーム１３は、その指示によってノズル１２の引き抜きを開始する。続いて、図５、図６を参照して、制御部１５は、ロボットアーム１３に第２の時間をかけてノズル１２を穴１６から引き抜くように制御する。ロボットアーム１３は、第２の時間をかけてノズル１２を穴１６から引き抜く。その後、制御部１５は、噴射機構１４に噴射材１７の噴射を停止させ、ロボットアーム１３を、ワークＷの交換のためのポジション（図示せず）に移動させ、支持台のワーク固定機構を解除し、ワークＷが次工程に移送されて、一連の動作が終了する。ワークの交換は、マニュアルで行っても良いし、専用の搬送ロボットにより行われてもよい。

上述したように、本実施形態においては、ワークＷの穴１６内の屈曲部２２の鋳砂Ｓを除去するために、ワークＷの穴１６内にノズル１２を挿入し、鋳砂Ｓの表面２Ｓから間隙Ｋをあけて噴射材１７を噴射するので、表面が硬化している鋳砂Ｓの表面２Ｓに直接噴射材を噴射することができるので、効果的に屈曲部２２の鋳砂Ｓを除去することができる。

また、噴射開始から、第１の時間経過までは、ノズル１２は間隙Ｋを保ったまま噴射材１７が鋳砂Ｓに噴射されるので、表面が硬化している鋳砂Ｓを除去するために充分な時間が確保される。屈曲部２２の鋳砂Ｓを除去する第１の時間経過後、第２の時間をかけて、噴射材１７を噴射したままノズル１２を引き抜くので、比較的削れやすくなった直線部２３の鋳砂Ｓを、図４～図６に示されているように、ノズル１２の後退と共に鋳砂Ｓを徐々に除去しながら、ワークに損傷を与えずに効率よく鋳砂Ｓの除去をすることができる。

本実施形態においては、第１の時間と第２の時間は、ワークＷの穴１６とノズル１２の直径サイズと屈曲部の形状に基づいて設定されている。適切な時間設定がされない場合、例えば第１の時間が短い場合（図７）、これは第１の時間が０の場合を含む短時間という意味であるが、噴射材の噴射が安定しない状態から、すぐに引き抜きを開始するので、表面が硬化した鋳砂を削ることができずに鋳砂を除去できなくなる。また、第１の時間が長すぎる場合（図８）、屈曲部２２の鋳砂Ｓの除去後も噴射材がワークの屈曲部２２の側壁に近端から噴射され続けるため、ワークＷに損傷８１を与えてしまうことになる。第２の時間が適宜設定されない場合も、鋳砂の不完全な除去の原因になってしまう。したがって、本実施形態においては、この重要なパラメータに着目し適切な値を設定することができるので、ワークに損傷を与えず屈曲部の鋳砂を効率良く除去することが可能となる。

本実施形態においては、噴射材の噴射量は、ワークＷの穴１６とノズル１２の直径サイズに基づいて設定される。穴１６内へ噴射材１７を噴射したときの穴１６内の状態は、穴１６内へ噴射される噴射材１６の量と、穴１６の内部で反射して穴１６から排出される噴射材の量の定常関係で考察することができる。
すなわち、噴射材１７の噴射量が多すぎる場合（図９）、穴１６の内部に噴射される噴射材１７の量が穴１６から排出される噴射材１７の量を上回るため、噴射材１７が穴１６いっぱいに充填されてしまい、鋳砂Ｓを削る効果が得られなくなってしまう。
噴射材１７の噴射量が少ない場合（図１０）、充分な噴射材１７が鋳砂Ｓに噴射されないため、鋳砂Ｓを削ることができないか、削るスピードが遅くなってしまう。
噴射材１７の噴射量が適正に設定された場合（図１１）、穴１６の内部に噴射される噴射材１７－１の量と穴１６から排出される噴射材１７－２の量とがほぼ同量となる定常状態が形成され、鋳砂Ｓを効率良く除去することができる。

本実施形態においては、各図に示されるように、ストレートノズルを使用して鋳砂Ｓの除去を行っている。穴１６の屈曲部２２までは、直線部２１を経て連結されているため、ストレートノズルを使用することにより、噴射材１７を効率良く圧送することができ、また屈曲部２２からの間隙Ｋを設けることが容易となる。

本実施形態においては、それぞれの寸法は、例えば、ワークの穴径は、Φ８～Φ２０ｍｍ、ノズル径は、Φ３～Φ１０ｍｍ、噴射圧力は、０．１～０．６ＭＰａ、噴射材として、スチールショットΦ０．１２５～Φ１．４ｍｍを対象としてよい。間隙Ｋは例えば５ｍｍ近傍を設定して良いし、第１の時間に１秒～２秒、第２の時間に３秒～５秒を設定して良い。しかしながら、これに限定されず、例えば、対象とする穴径が上記の範囲にない場合には、それぞれ、適宜変更した値のものが使用されて良い。

（変形例）
本発明は、上記実施形態以外でも、様々な屈曲部を有するワークが対象となる。例えば、屈曲部が緩い曲面を形成する場合や、内径が徐々に変化する場合も本発明に含まれる。その形状に基づいて、噴射材の噴射量や、第１の時間、第２の時間の設定が適切になされる。また、ノズルは、剛性のものであっても、可撓性のものであってもよく、その鋳砂除去の対象となるワークの穴内の屈曲部の環境に基づいて適切に選択されうる。

１ 鋳砂落とし装置
１１ 支持台
１２ ノズル
１３ ロボットアーム
１４ 噴射機構
１５ 制御部
１６ 穴
１７ 噴射材
２Ｎ ノズルの先端
Ｓ 鋳砂
Ｋ 間隙
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 屈曲部を有する穴内の鋳砂を落とす方法であって、
   ノズルを穴に挿入し、
   前記ノズルの先端を前記鋳砂に対して間隙をあけて位置決めし、
   前記ノズルから噴射材の噴射を開始し、
   前記噴射を開始してから第１の時間が経過するまでその状態を維持し、
   前記第１の時間経過後前記穴から前記ノズルの引き抜きを開始し、
   その後、前記ノズルから前記噴射材の噴射を継続した状態において、第２の時間をかけて前記ノズルを前記穴から引き抜くことを特徴とし、
   前記第１の時間と前記第２の時間は、前記穴径と前記ノズル径と前記屈曲部の形状に基づいて設定され、
   前記噴射材の噴射量は、前記穴の内部に噴射される前記噴射材の量と前記穴から排出される前記噴射材の量とが定常状態が形成されるように設定されるように、それぞれ制御される、鋳砂落とし方法。
2. 屈曲部を有する穴内の鋳砂を落とす方法であって、
   ノズルを穴に挿入し、
   前記ノズルの先端を前記鋳砂に対して間隙をあけて位置決めし、
   前記ノズルから噴射材の噴射を開始し、
   前記噴射を開始してから第１の時間が経過するまでその状態を維持し、
   前記第１の時間経過後前記穴から前記ノズルの引き抜きを開始し、
   その後、前記ノズルから前記噴射材の噴射を継続した状態において、第２の時間をかけて前記ノズルを前記穴から引き抜くことを特徴とし、
   前記第１の時間と前記第２の時間は、前記穴径と前記ノズル径と前記屈曲部の形状に基づいて設定され、
   前記第１の時間は前記屈曲部の前記鋳砂の除去を実施することができる時間に設定され、前記第２の時間は残りの前記鋳砂の除去を実施することができる時間に設定され、
   前記噴射材の噴射量は、前記穴の内部に噴射される前記噴射材の量と前記穴から排出される前記噴射材の量とが定常状態が形成されるように設定されるように、それぞれ制御される、鋳砂落とし方法。
3. 前記穴径と前記ノズル径に基づいて前記噴射材の噴射量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋳砂落とし方法。
4. 前記ノズルは、ストレートノズルであることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の鋳砂落とし方法。
5. 屈曲部を有する穴を備えたワークを対象として、前記穴内に存在する鋳砂を落とす鋳砂落とし装置であって、
   前記ワークを、前記穴が定められた位置に位置するように支持する支持台と、
   噴射材を噴射するノズルを備えたロボットアームと、
   前記ノズルを含み、該ノズルから噴射材を噴射させる噴射機構と、
   前記ロボットアーム、および、前記噴射機構を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ノズルの前記穴内への挿入動作と、前記噴射機構の噴射動作と、前記ノズルの引き抜き動作と、を制御し、
   前記制御部による、前記ロボットアーム、および、前記噴射機構の制御は、
   前記ノズルを穴に挿入し、
   前記ノズルの先端を前記鋳砂に対して間隙をあけて位置決めし、
   前記ノズルから噴射材の噴射を開始し、
   前記噴射を開始してから第１の時間が経過するまでその状態を維持し、
   前記第１の時間経過後前記穴から前記ノズルの引き抜きを開始し、
   その後、前記ノズルから前記噴射材の噴射を継続した状態において、第２の時間をかけて前記ノズルを前記穴から引き抜き、
   前記第１の時間と前記第２の時間は、前記穴径と前記ノズル径と前記屈曲部の形状に基づいて設定され、
   前記噴射材の噴射量は、前記穴の内部に噴射される前記噴射材の量と前記穴から排出される前記噴射材の量とが定常状態が形成されるように設定されるように、それぞれ制御する、ことを含む、ことを特徴とする鋳砂落とし装置。

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