小型金属インゴットの鋳造方法および鋳造装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型金属インゴットの鋳造方法および鋳造装置に関し、特に、金などの貴金属を精度良く溶解・鋳造して金インゴット等を製造する際、鋳造工程およびその他の工程を自動化するのに適した鋳造方法および鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】小型の金属インゴット、特に、１００ｇバー、５００ｇバー、１０００ｇバー等の小型の金インゴットは、その表面に正確な重量が刻印されないので、高い精度が要求される。例えば、金の１０００ｇバーの場合には、単に１ｋｇと刻印されるだけであるが、秤量器の最小目盛り分（現状では０．０１ｇ）でも不足すれば、商品価値が無くなるので、再度溶解・鋳造をやり直したり、予め多めに秤量して欠量が無いようにする。後者の場合には、過剰に付加する分だけは製造者の経済的損失になる。また、金インゴットの場合には、鋳込み面の光沢が乏しかったり、引け巣やしわが顕著であると刻印ができなかったり、商品価値が無くなるといった厳しい条件が課されている。
【０００３】このため、作業者が注意深く手作業で溶解・鋳造を行ってきた。この作業者の手作業では、効率が悪く、作業者によってバラツキが生じる問題があった。この対策として、特開平１−２３９３８４号公報記載のように、ルツボをロボットハンドで把持する形式の多関節ロボットと、ルツボを載置したルツボ台を移動させながら溶解させる溶解装置と、鋳型を載置して回転させるテーブルを用い、鋳型に離型材を噴霧し、乾燥し、溶解装置においてルツボ内の金を溶解し、溶解した金を離型材が塗布された鋳型に注入して金を鋳造し、鋳造後、鋳型を傾けて金インゴットを水中に入れて冷却することによって自動的に金インゴットを製造する方法が提案されている。
【０００４】また、特開平４−３０５３５９号公報に記載のように、Ｃ字状に配置された高周波コイルを用いて金を溶解し、黒鉛またはセラミックから作られた鋳型を用い、鋳造前に予熱扉が付いた鋳型予熱器によって鋳型を予熱し、またルツボを３点支持するロボットハンドと鋳型用のロボットハンドを交換しながら用いるロボットを使用して、金を鋳造する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の特開平１−２３９３８４号公報記載の発明では、複雑な構造の溶解炉を使用するので、温度の制御はよいが、装置が複雑なため、設備の維持管理が大変であり、溶解速度を増加させるには制限が伴う。またテーブルでの作業時間がかかり、このため、溶解・鋳造工程全体に時間的制約を与える。また水中に金インゴットを入れるので金インゴットの表面が悪くなる恐れがある。
【０００６】一方、後者の特開平４−３０５３５９号公報記載の発明では、ルツボが高周波コイルの切り欠き部に出たときに、ロボットがルツボを挟持してルツボ中の金属を鋳型に注入し、空のルツボを同じコイルの切り欠き部に戻し、金属を所定量ルツボに装入し、再度基台が回転してルツボが高周波コイルで溶解されるために、時間的に制限され、溶解・鋳造等の全体の工程が前述の工程にかかる時間によって時間的制約を受ける問題がある。さらに、扉付きの鋳型予熱器を使用しているので、鋳型を鋳込み台まで移動するのに時間がかかり、さらにまたロボットハンドを交換するための時間がかかり、ロボットの制御がより複雑になるといった問題もある。
【０００７】したがって、本発明の目的は、小型の金属インゴット、特に金などの貴金属のインゴットを精度良く溶解・鋳造し、得られるインゴットの鋳込み面を損なうことなく、１つのロボットによって溶解・鋳造の多数の作業工程を効率的に自動化できる簡単な構成の小型金属インゴットを鋳造する小型金属インゴットの鋳造方法および鋳造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するために、本発明は、複数の高周波コイル内に金属地金を収容したルツボを順次装入して金属地金を溶解し、溶解した湯面の温度を検出する放射温度計の指示が予め設定した温度となったとき、前記ルツボを前記高周波コイルから順次取り出し、予め離型材が付着され、その後所定の温度に予熱された鋳型に前記ルツボ内の金属を順次鋳込むことを特徴とする小型金インゴットの鋳造方法を採用するものである。
【０００９】また、本発明は、複数の高周波コイルと、該高周波コイルの中心線の上方に設けられた放射温度計と、ルツボを前記高周波コイルの内部に装入しまたは内部から排出するための手段とから成る溶解炉と、鋳型を予熱する第１加熱装置と、鋳型にルツボからの金属地金を鋳込む状態に鋳型を載置するための鋳込台と、鋳込台の近傍に配置され鋳型内の金属地金を緩やかに冷却するように金属地金を加熱する第２加熱装置と、ルツボを前記高周波コイルに供給するためにルツボを載置しておくルツボ供給装置と、鋳型に離型材を付着させる離型材付着層置と、鋳込まれた小型金属インゴットを反転して離型し、載置するための反転台と、小型の金属インゴットを収容するインゴットストック台と、ルツボ、鋳型および小型金属インゴットを前記各装置の間で移送するための多関節ロボットと、該多関節ロボットをシーケンス制御する制御装置と、を有することを特徴とする小型金属インゴットの鋳造装置を採用するものである。
【００１０】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は本発明の鋳造装置で用いる溶解炉を概略的に示す側面図であり、図２は、鋳造装置を構成する個々の装置の配置を示す概略配置図である。
【００１１】図１において、金属地金を収容したルツボ１を加熱する高周波コイル２は、複数個が直列に接続されて電源３（図２参照）に接続されている。ルツボ１は、円柱状耐火物４の上に載置された状態で押上シリンダ５によって昇降されて高周波コイル内に挿入されたり、コイルから排出されたりするように構成されている。高周波コイル２の縦方向の中心線上方には放射温度計６が設置されており、これらの放射温度計６によってルツボ１内の金属地金の溶解温度（溶解状況）を監視することができる。
【００１２】図２において、鋳型を載置する鋳込み台（図示せず）と、鋳型に対して炎が噴出するように鋳込み台の近傍に設けられた鋳造用バーナ装置（図示せず）からなる鋳込装置７は高周波コイルに一番近い位置に設置されている。鋳込装置７で鋳込まれ、凝固した金属地金が入っている鋳型を反転して離型して載置台で受ける反転台８は鋳込装置７の近傍に配置されている。ロボット９を中心として高周波コイル２から死角（ロボットアームが単純に旋回するだけでは移動できない領域、この実施例では６０°）を隔てて離型材付着装置１０が配置されており、この離型材付着装置１０によって鋳型に自動的に離型材を付着させるようになっている。また、離型材を付着させた鋳型を予熱するために、鋳型を平板上に載置し平板の下面を加熱する構造の上部開放型ホットプレート１１は鋳込装置７の近傍で反転台８の上方に設けられている。金属地金を収容したルツボ１を高周波コイル２に順次供給できるように、複数のルツボを載置しておくルツボ供給装置１２が反転台８の隣に配置されており、また、反転台８から金属地金、即ち金属インゴットを順次載置するためのストック台１３がルツボ供給装置１２と前述の離型材付着装置１０の間に配置されている。
【００１３】要約すると、図２に示すように、高周波コイル２、鋳込装置７、反転台８、上部開放型ホットプレート１１、ルツボ供給装置１２、インゴットストック台１３および離型材付着装置１０は、多関節ロボット９を中心としてほぼ同一円周上に配置されており、これらの装置と多関節ロボット９の動作は制御装置１４によってシーケンス制御される構造になっている。
【００１４】前述の反転台、鋳込装置、ルツボ供給装置、インゴットストック台、離型材付着装置、多関節ロボットのロボットハンドの詳細な説明（これらに関連する説明）が、本出願人による本出願と同日出願の特許出願（（１）整理番号：０５−００３０Ｐ、発明の名称：金インゴット位置決め装置および金インゴット処理方法、（２）整理番号：０５−００３１Ｐ、発明の名称：金インゴット鋳造用ロボットハンドおよび該ロボットハンドで把持するのに適した鋳型、（３）整理番号：０５−００３２Ｐ、発明の名称：鋳型への離型材付着方法および装置、（４）整理番号：０５−００３３Ｐ、発明の名称：小型金インゴットのストック台および該ストック台への金インゴットの載置方法、（５）整理番号：０５−００３４Ｐ、発明の名称：ルツボ供給装置、および（６）整理番号：０５−００３５Ｐ、発明の名称：金インゴット鋳造用バーナ装置および鋳造方法）に記載されているので、参照されたい。
【００１５】次に、本発明の鋳造装置の動作（鋳造方法）について説明する。最初に、ルツボ供給装置１２に準備された金属地金を収容しているルツボ１を多関節ロボット９のアーム（図示せず）の先端にあるハンド（図示せず）で挟持して加熱されている高周波コイル２の上方まで移動させ、押上シリンダ５の動作により予め上昇している円柱状耐火物４の上面に載置する。次いで、押上シリンダ５を動作させてルツボ１を降下させ、高温域にセットする。一方、鋳型は離型材付着装置１０によってその表面に離型材を施され、次いで多関節ロボット９のハンドによって上部開放型ホットプレート１１に載置されて、金属地金を金属質鋳型に鋳込む際に金属質鋳型が所定の温度（Ｔ2 ）になるように温度調節しながら予熱されている。前述の高周波コイルの高温域にセットされたルツボ１中の金属地金が溶解し、放射温度計６の指示が所定の温度（Ｔ1 ）になったとき、予熱された鋳型を鋳込装置７の鋳込台上に多関節ロボット９のハンドによって運ぶ。
【００１６】次に、金属の温度を指示する放射温度計６の指示が所定の温度（Ｔ3 ）になったとき、押上シリンダ５を動作させ、ルツボ１を上昇させて高周波コイル１から出す。予め高周波コイル２の上方に移動させて待機している多関節ロボット９のハンドがこのルツボ２を挟持して既に鋳込装置の鋳込台に載置してある金属質鋳型の上方まで移動させ、次いでルツボ１を傾斜させてルツボ内で溶融している金属地金を鋳込む。
【００１７】鋳込み終了後に多関節ロボット９のハンドが退避すると同時に、鋳込装置７の鋳造用バーナ装置が作動して金属地金を徐々に冷却するようにして凝固させる。凝固が終了し、鋳造用バーナ装置の動作が停止したとき、多関節ロボット９のハンドが金属質鋳型を挟持してこれを反転台８まで移動し、金属質鋳型を反転させて金属地金から作られたインゴットを離型させ、この反転台上でインゴットを冷却させる。
【００１８】その後、インゴットを離型された金属質鋳型は、多関節ロボット９のハンドに挟持されたまま離型材付着装置１０に移送され、再び離型材を付着された後上部開放型ホットプレート１１に移送されて予熱される。一方、反転台８上で十分冷却されたインゴットは、多関節ロボット９のハンドによって挟持されてインゴットストック台１３に移送されてインゴットストック台１３上に落下されて貯蔵される。
【００１９】以上が一連の操作であり、次に高周波コイル２に金属地金を収容したルツボを装入するのは、前回の一連の操作に支障のないようにほぼ一定の時間的間隔を開けながら順次装入するようにシーケンス制御される。
【００２０】この場合、溶解炉は常に同じ加熱状態に制御されているので、金属地金を収容したルツボ１を高周波コイル２に装入してから排出するまでの時間はほぼ同一であると推定して、時間的なシーケンスのみで制御することも考えられるが、実際には、金属地金の重量は同じでも金属地金の形状の違いによって溶解時間が異なり、ルツボ１の寸法の僅かな違いおよび高周波コイル２内のルツボの位置の僅かな違いによっても溶解時間がかなり異なるので、単に時間的なシーケンス制御だけでは十分でなく、温度による制御も併用することが好ましい。しかし、このような上方が開放された高周波コイル２による加熱では高周波コイルの縦方向および横方向の均熱性が非常に悪く、温度の変動が大きいので、放射温度計６によって測定した温度がルツボ１の内の金属地金の全体の実質的な温度を示さず、単に大まかな温度指示値を示しているものである。しかし、このような問題を持つ放射温度計の温度指示でも本発明のように使用すると、ほとんど支障がないことが見いだされている。
【００２１】金属地金が金地金である１ｋｇバーのインゴット（概略寸法１１６×５０×８ｍｍ）を製造する場合には、ルツボ１を上昇させて高周波コイル２から排出される放射温度計６の指示の好ましい所定温度（Ｔ3 ）は１２５０〜１３００°Ｃであり、金属質鋳型を上部開放型ホットプレート１１から鋳込装置７の鋳込台に載置する指示がなされるときの放射温度計６の指示の所定の温度（Ｔ1 ）は１１７０〜１２００°Ｃである。温度（Ｔ3 ）が１２５０°Ｃ未満では、鋳造後の金インゴット表面の鋳込み面のシワが深くなり、商品価値が低下し、温度（Ｔ3 ）が１３００°Ｃを越えると、金が揮発したり、鋳込む際に金の微粒子が飛散して金インゴットの重量が規定値より低下してしまい商品とならなくなってしまったり、凝固時間が長くなり、結果的に比重が規定値（１９．２ｇ／ｃｍ3 ）より低くなって商品とならなくなったりする。
【００２２】また、金属地金を金属質鋳型に鋳込む際の金属質鋳型の温度も、得られるインゴットの出来具合いに大きく影響するので、所定の温度（Ｔ2 ）になるように調整することが望ましく、金属地金が金地金である１ｋｇバーのインゴットを製造する場合には、望ましい所定温度（Ｔ2 ）は２２０〜２７０°Ｃであり、温度（Ｔ2 ）が２２０°Ｃ未満では凝固時間が短くなるために鋳造後の金インゴット表面の鋳込み面のシワが深くなり、商品価値が低下してしまい、温度（Ｔ2 ）が２７０°Ｃを越えると、インゴットの鋳型と接していた面が変色したり、小さい窪みが多数発生したり、鋳込む際に金の微粒子が飛散してインゴットの重量が規定値より低下してしまい、または凝固時間が長くなるため、結果的に比重が規定値より低くなり商品とならなくなってしまう。温度（Ｔ3 ）と（Ｔ2 ）は金属地金の種類およびインゴットの重量、寸法により異なるので、適宜設定する必要がある。
【００２３】本発明では、伝熱性のよい金属質鋳型を用いるので、上部開放型ホットプレートで金属質鋳型を十分予熱でき、特開平４−３０５３５９号公報に記載されているようなセラミック質の鋳型を用いて扉付きの鋳型予熱炉で予熱する方法と比べると、ロボットによる鋳型の挟持がやり易く、制御に時間的な余裕を与えることができる。金属質鋳型として通常の形状のものでも使用可能であるが、前述した本出願人の特許出願に記載のようにロボットハンドで挟持し易い特殊な形状の把手を有する鋳型が好ましく、また鋳込み時の熱ショックに対して強い耐熱鋳鉄質の鋳型が好ましい。
【００２４】上部開放型ホットプレート１１上から金属質鋳型を鋳込装置７の鋳込台に載置し、高周波コイル２で押上シリンダ５によって排出されたルツボ１を挟持し、これを鋳込装置７の鋳込台上で金属質鋳型に鋳込むといった一連の作業では、ロボットハンドがルツボおよび鋳型を挟持するが、この際、特開平４−３０５３５９号公報に記載のようにロボットのハンドを交換しながら行うことも可能であるが、これらの工程は相互に関連しているので、短時間にスムーズに行うことが好ましく、前述した本出願人の特許出願に記載のようにロボットアームの先端にルツボを挟持する部分と鋳型を挟持する部分とインゴットを挟持する部分を持つロボットハンドを用い、これらの部分を切り替えて使用することが好ましい。
【００２５】また、図２に示すように、鋳込装置７を中心におき、両側に高周波コイル２と上部開放型ホットプレート１１を配置した方が作業の流れをスムーズにできるので好ましい。
【００２６】なお、多関節ロボットには、必ずアームを単純に旋回するたけでは到達できない死角の部分があり、複雑なアームの動きをすればこの死角の領域にもアームを移動させることができるが、本発明が対象としている高熱の物体を扱う場合には危険を伴うので、そのようなアームの動きを避けることが好ましい。
【００２７】反転台８、離型材付着装置１０、ルツボ供給装置１２、インゴットストック台装置１３については自動化し易い構造のものであれば、どのような構造でも構わない。
【００２８】次に、本発明の具体的な実施例および比較例について説明する。
【００２９】（実施例１）重度９９．９９重量％の金を１０００．０７〜１０００，０９ｇ秤量したルツボ（６．２ｃｍφ×７．１ｃｍＨ）を、内径９．５ｃｍφ×５ｃｍＨの高周波コイルを４個直列に連結した、周波数９ｋＨｚ、電圧４００Ｖ、電流３５Ａで加熱している高周波炉の高周波コイルに順次装入し、放射温度計の指示（Ｔ1 ）が１１７０°Ｃのとき、予め離型材を付着させ、上部開放型ホットプレート上で予熱していた耐熱鋳鉄製鋳型を鋳込台に載置する。放射温度計の指示が１２５０°Ｃとなると、ロボットハンドが定位置から炉上に移動する信号が出され、その後２〜３秒後にロボットハンドが炉上にきたのをセンサで検知して、押上シリンダを作動させてルツボを高周波コイルから排出させ（このとき、放射温度計の指示、Ｔ3 は１２７０°Ｃ）、温度（Ｔ2 ）が２２０°Ｃの耐熱鋳鉄製鋳型にルツボから金を鋳込み、鋳込装置の鋳造用バーナ装置を作動させながら金を凝固させる。凝固した後は、反転台の上方で鋳型を反転させてインゴットを離型させ、冷却終了後にインゴットストック台にインゴットを載置した。
【００３０】これらの工程において、ルツボ、鋳型、インゴットの移動は、ルツボ用挟持部分、鋳型用挟持部分およびインゴット用挟持部分を持つ１つのロボットハンドを備えた多関節ロボットを使用した。なお、放射温度計の指示（Ｔ1 ）で上部開放型ホットプレートから耐熱鋳鉄製鋳型を持ち上げ、その後金地金を耐熱鋳鉄製鋳型に鋳込むまでの時間は４５秒であった。
【００３１】金インゴットは６分間隔で製造され、得られた金インゴットの重量は１０００．０２〜１０００．０７ｇで、比重は１９．２２〜１９．３０ｇ／ｃｍ3 であり、大きな引け巣や、強いシワがなく、光沢もあり、商品価値の高いものであった。
【００３２】（実施例２）Ｔ3 を１２５０°Ｃとし、Ｔ2 を２７０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた金インゴットの重量、比重のバラツキは実施例１と同様であり、問題はなく、インゴットの表面は実施例１よりシワはやや深いが商品価値には問題がなかった。
【００３３】（実施例３）Ｔ3 を１３００°Ｃとし、Ｔ2 を２２０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた金インゴットの重量、比重のバラツキは実施例１と同様であり、問題はなく、インゴットの表面は実施例１よりは引け巣がやや深いが商品価値には問題がなかった。
【００３４】（比較例１）Ｔ3 を１２３０°Ｃとし、Ｔ2 を２１０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた金インゴットの重量、比重のバラツキは実施例１と同様であり、問題はないが、インゴットの表面はシワが深過ぎて、商品価値はダメであった。
【００３５】（比較例２）Ｔ3 を１３２０°Ｃとし、Ｔ2 を２１０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。ルツボを高周波コイルから排出させたときに金の微粒子がかなり飛散するのが観察され、また金を鋳型に鋳込む際にも同様の現象が観察された。得られた金インゴットの重量は、９９９．０８〜１０００．０５ｇであり、比重が１９．１８〜１９．２５ｇ／ｃｍ3 であり、製品規格（１０００ｇ以上、１９．２ｇ／ｃｍ3 以上）を満足しないものが製造され、金インゴットの表面は引け巣が大きく、鋳型と接する面、特に鋳湯部がやや赤く変色する現象が観察された。このように、商品価値がないものが多く製造された。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、金属地金、特に金などの貴金属の重量精度が良く、引け巣や強いシワの無いきれいなインゴットが製造でき、また簡単な構造で自動化できる鋳造装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の鋳造装置で用いる溶解炉を概略的に示す側面図である。
【図２】図２は、鋳造装置を構成する個々の装置の配置を示す概略配置図である。
【符号の説明】
１ ルツボ
２ 高周波コイル
７ 鋳込装置
８ 反転台
１１ 上部開放型ホットプレート
１２ ルツボ供給装置
１３ インゴットストック台
１０ 離型材付着装置
９ 多関節ロボット
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型金属インゴットの鋳造方法および鋳造装置に関し、特に、金などの貴金属を精度良く溶解・鋳造して金インゴット等を製造する際、鋳造工程およびその他の工程を自動化するのに適した鋳造方法および鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】小型の金属インゴット、特に、１００ｇバー、５００ｇバー、１０００ｇバー等の小型の金インゴットは、その表面に正確な重量が刻印されないので、高い精度が要求される。例えば、金の１０００ｇバーの場合には、単に１ｋｇと刻印されるだけであるが、秤量器の最小目盛り分（現状では０．０１ｇ）でも不足すれば、商品価値が無くなるので、再度溶解・鋳造をやり直したり、予め多めに秤量して欠量が無いようにする。後者の場合には、過剰に付加する分だけは製造者の経済的損失になる。また、金インゴットの場合には、鋳込み面の光沢が乏しかったり、引け巣やしわが顕著であると刻印ができなかったり、商品価値が無くなるといった厳しい条件が課されている。
【０００３】このため、作業者が注意深く手作業で溶解・鋳造を行ってきた。この作業者の手作業では、効率が悪く、作業者によってバラツキが生じる問題があった。この対策として、特開平１−２３９３８４号公報記載のように、ルツボをロボットハンドで把持する形式の多関節ロボットと、ルツボを載置したルツボ台を移動させながら溶解させる溶解装置と、鋳型を載置して回転させるテーブルを用い、鋳型に離型材を噴霧し、乾燥し、溶解装置においてルツボ内の金を溶解し、溶解した金を離型材が塗布された鋳型に注入して金を鋳造し、鋳造後、鋳型を傾けて金インゴットを水中に入れて冷却することによって自動的に金インゴットを製造する方法が提案されている。
【０００４】また、特開平４−３０５３５９号公報に記載のように、Ｃ字状に配置された高周波コイルを用いて金を溶解し、黒鉛またはセラミックから作られた鋳型を用い、鋳造前に予熱扉が付いた鋳型予熱器によって鋳型を予熱し、またルツボを３点支持するロボットハンドと鋳型用のロボットハンドを交換しながら用いるロボットを使用して、金を鋳造する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の特開平１−２３９３８４号公報記載の発明では、複雑な構造の溶解炉を使用するので、温度の制御はよいが、装置が複雑なため、設備の維持管理が大変であり、溶解速度を増加させるには制限が伴う。またテーブルでの作業時間がかかり、このため、溶解・鋳造工程全体に時間的制約を与える。また水中に金インゴットを入れるので金インゴットの表面が悪くなる恐れがある。
【０００６】一方、後者の特開平４−３０５３５９号公報記載の発明では、ルツボが高周波コイルの切り欠き部に出たときに、ロボットがルツボを挟持してルツボ中の金属を鋳型に注入し、空のルツボを同じコイルの切り欠き部に戻し、金属を所定量ルツボに装入し、再度基台が回転してルツボが高周波コイルで溶解されるために、時間的に制限され、溶解・鋳造等の全体の工程が前述の工程にかかる時間によって時間的制約を受ける問題がある。さらに、扉付きの鋳型予熱器を使用しているので、鋳型を鋳込み台まで移動するのに時間がかかり、さらにまたロボットハンドを交換するための時間がかかり、ロボットの制御がより複雑になるといった問題もある。
【０００７】したがって、本発明の目的は、小型の金属インゴット、特に金などの貴金属のインゴットを精度良く溶解・鋳造し、得られるインゴットの鋳込み面を損なうことなく、１つのロボットによって溶解・鋳造の多数の作業工程を効率的に自動化できる簡単な構成の小型金属インゴットを鋳造する小型金属インゴットの鋳造方法および鋳造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するために、本発明は、複数の高周波コイル内に金属地金を収容したルツボを順次装入して金属地金を溶解し、溶解した湯面の温度を検出する放射温度計の指示が予め設定した温度となったとき、前記ルツボを前記高周波コイルから順次取り出し、予め離型材が付着され、その後所定の温度に予熱された鋳型に前記ルツボ内の金属を順次鋳込むことを特徴とする小型金インゴットの鋳造方法を採用するものである。
【０００９】また、本発明は、複数の高周波コイルと、該高周波コイルの中心線の上方に設けられた放射温度計と、ルツボを前記高周波コイルの内部に装入しまたは内部から排出するための手段とから成る溶解炉と、鋳型を予熱する第１加熱装置と、鋳型にルツボからの金属地金を鋳込む状態に鋳型を載置するための鋳込台と、鋳込台の近傍に配置され鋳型内の金属地金を緩やかに冷却するように金属地金を加熱する第２加熱装置と、ルツボを前記高周波コイルに供給するためにルツボを載置しておくルツボ供給装置と、鋳型に離型材を付着させる離型材付着層置と、鋳込まれた小型金属インゴットを反転して離型し、載置するための反転台と、小型の金属インゴットを収容するインゴットストック台と、ルツボ、鋳型および小型金属インゴットを前記各装置の間で移送するための多関節ロボットと、該多関節ロボットをシーケンス制御する制御装置と、を有することを特徴とする小型金属インゴットの鋳造装置を採用するものである。
【００１０】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は本発明の鋳造装置で用いる溶解炉を概略的に示す側面図であり、図２は、鋳造装置を構成する個々の装置の配置を示す概略配置図である。
【００１１】図１において、金属地金を収容したルツボ１を加熱する高周波コイル２は、複数個が直列に接続されて電源３（図２参照）に接続されている。ルツボ１は、円柱状耐火物４の上に載置された状態で押上シリンダ５によって昇降されて高周波コイル内に挿入されたり、コイルから排出されたりするように構成されている。高周波コイル２の縦方向の中心線上方には放射温度計６が設置されており、これらの放射温度計６によってルツボ１内の金属地金の溶解温度（溶解状況）を監視することができる。
【００１２】図２において、鋳型を載置する鋳込み台（図示せず）と、鋳型に対して炎が噴出するように鋳込み台の近傍に設けられた鋳造用バーナ装置（図示せず）からなる鋳込装置７は高周波コイルに一番近い位置に設置されている。鋳込装置７で鋳込まれ、凝固した金属地金が入っている鋳型を反転して離型して載置台で受ける反転台８は鋳込装置７の近傍に配置されている。ロボット９を中心として高周波コイル２から死角（ロボットアームが単純に旋回するだけでは移動できない領域、この実施例では６０°）を隔てて離型材付着装置１０が配置されており、この離型材付着装置１０によって鋳型に自動的に離型材を付着させるようになっている。また、離型材を付着させた鋳型を予熱するために、鋳型を平板上に載置し平板の下面を加熱する構造の上部開放型ホットプレート１１は鋳込装置７の近傍で反転台８の上方に設けられている。金属地金を収容したルツボ１を高周波コイル２に順次供給できるように、複数のルツボを載置しておくルツボ供給装置１２が反転台８の隣に配置されており、また、反転台８から金属地金、即ち金属インゴットを順次載置するためのストック台１３がルツボ供給装置１２と前述の離型材付着装置１０の間に配置されている。
【００１３】要約すると、図２に示すように、高周波コイル２、鋳込装置７、反転台８、上部開放型ホットプレート１１、ルツボ供給装置１２、インゴットストック台１３および離型材付着装置１０は、多関節ロボット９を中心としてほぼ同一円周上に配置されており、これらの装置と多関節ロボット９の動作は制御装置１４によってシーケンス制御される構造になっている。
【００１４】前述の反転台、鋳込装置、ルツボ供給装置、インゴットストック台、離型材付着装置、多関節ロボットのロボットハンドの詳細な説明（これらに関連する説明）が、本出願人による本出願と同日出願の特許出願（（１）整理番号：０５−００３０Ｐ、発明の名称：金インゴット位置決め装置および金インゴット処理方法、（２）整理番号：０５−００３１Ｐ、発明の名称：金インゴット鋳造用ロボットハンドおよび該ロボットハンドで把持するのに適した鋳型、（３）整理番号：０５−００３２Ｐ、発明の名称：鋳型への離型材付着方法および装置、（４）整理番号：０５−００３３Ｐ、発明の名称：小型金インゴットのストック台および該ストック台への金インゴットの載置方法、（５）整理番号：０５−００３４Ｐ、発明の名称：ルツボ供給装置、および（６）整理番号：０５−００３５Ｐ、発明の名称：金インゴット鋳造用バーナ装置および鋳造方法）に記載されているので、参照されたい。
【００１５】次に、本発明の鋳造装置の動作（鋳造方法）について説明する。最初に、ルツボ供給装置１２に準備された金属地金を収容しているルツボ１を多関節ロボット９のアーム（図示せず）の先端にあるハンド（図示せず）で挟持して加熱されている高周波コイル２の上方まで移動させ、押上シリンダ５の動作により予め上昇している円柱状耐火物４の上面に載置する。次いで、押上シリンダ５を動作させてルツボ１を降下させ、高温域にセットする。一方、鋳型は離型材付着装置１０によってその表面に離型材を施され、次いで多関節ロボット９のハンドによって上部開放型ホットプレート１１に載置されて、金属地金を金属質鋳型に鋳込む際に金属質鋳型が所定の温度（Ｔ2 ）になるように温度調節しながら予熱されている。前述の高周波コイルの高温域にセットされたルツボ１中の金属地金が溶解し、放射温度計６の指示が所定の温度（Ｔ1 ）になったとき、予熱された鋳型を鋳込装置７の鋳込台上に多関節ロボット９のハンドによって運ぶ。
【００１６】次に、金属の温度を指示する放射温度計６の指示が所定の温度（Ｔ3 ）になったとき、押上シリンダ５を動作させ、ルツボ１を上昇させて高周波コイル１から出す。予め高周波コイル２の上方に移動させて待機している多関節ロボット９のハンドがこのルツボ２を挟持して既に鋳込装置の鋳込台に載置してある金属質鋳型の上方まで移動させ、次いでルツボ１を傾斜させてルツボ内で溶融している金属地金を鋳込む。
【００１７】鋳込み終了後に多関節ロボット９のハンドが退避すると同時に、鋳込装置７の鋳造用バーナ装置が作動して金属地金を徐々に冷却するようにして凝固させる。凝固が終了し、鋳造用バーナ装置の動作が停止したとき、多関節ロボット９のハンドが金属質鋳型を挟持してこれを反転台８まで移動し、金属質鋳型を反転させて金属地金から作られたインゴットを離型させ、この反転台上でインゴットを冷却させる。
【００１８】その後、インゴットを離型された金属質鋳型は、多関節ロボット９のハンドに挟持されたまま離型材付着装置１０に移送され、再び離型材を付着された後上部開放型ホットプレート１１に移送されて予熱される。一方、反転台８上で十分冷却されたインゴットは、多関節ロボット９のハンドによって挟持されてインゴットストック台１３に移送されてインゴットストック台１３上に落下されて貯蔵される。
【００１９】以上が一連の操作であり、次に高周波コイル２に金属地金を収容したルツボを装入するのは、前回の一連の操作に支障のないようにほぼ一定の時間的間隔を開けながら順次装入するようにシーケンス制御される。
【００２０】この場合、溶解炉は常に同じ加熱状態に制御されているので、金属地金を収容したルツボ１を高周波コイル２に装入してから排出するまでの時間はほぼ同一であると推定して、時間的なシーケンスのみで制御することも考えられるが、実際には、金属地金の重量は同じでも金属地金の形状の違いによって溶解時間が異なり、ルツボ１の寸法の僅かな違いおよび高周波コイル２内のルツボの位置の僅かな違いによっても溶解時間がかなり異なるので、単に時間的なシーケンス制御だけでは十分でなく、温度による制御も併用することが好ましい。しかし、このような上方が開放された高周波コイル２による加熱では高周波コイルの縦方向および横方向の均熱性が非常に悪く、温度の変動が大きいので、放射温度計６によって測定した温度がルツボ１の内の金属地金の全体の実質的な温度を示さず、単に大まかな温度指示値を示しているものである。しかし、このような問題を持つ放射温度計の温度指示でも本発明のように使用すると、ほとんど支障がないことが見いだされている。
【００２１】金属地金が金地金である１ｋｇバーのインゴット（概略寸法１１６×５０×８ｍｍ）を製造する場合には、ルツボ１を上昇させて高周波コイル２から排出される放射温度計６の指示の好ましい所定温度（Ｔ3 ）は１２５０〜１３００°Ｃであり、金属質鋳型を上部開放型ホットプレート１１から鋳込装置７の鋳込台に載置する指示がなされるときの放射温度計６の指示の所定の温度（Ｔ1 ）は１１７０〜１２００°Ｃである。温度（Ｔ3 ）が１２５０°Ｃ未満では、鋳造後の金インゴット表面の鋳込み面のシワが深くなり、商品価値が低下し、温度（Ｔ3 ）が１３００°Ｃを越えると、金が揮発したり、鋳込む際に金の微粒子が飛散して金インゴットの重量が規定値より低下してしまい商品とならなくなってしまったり、凝固時間が長くなり、結果的に比重が規定値（１９．２ｇ／ｃｍ3 ）より低くなって商品とならなくなったりする。
【００２２】また、金属地金を金属質鋳型に鋳込む際の金属質鋳型の温度も、得られるインゴットの出来具合いに大きく影響するので、所定の温度（Ｔ2 ）になるように調整することが望ましく、金属地金が金地金である１ｋｇバーのインゴットを製造する場合には、望ましい所定温度（Ｔ2 ）は２２０〜２７０°Ｃであり、温度（Ｔ2 ）が２２０°Ｃ未満では凝固時間が短くなるために鋳造後の金インゴット表面の鋳込み面のシワが深くなり、商品価値が低下してしまい、温度（Ｔ2 ）が２７０°Ｃを越えると、インゴットの鋳型と接していた面が変色したり、小さい窪みが多数発生したり、鋳込む際に金の微粒子が飛散してインゴットの重量が規定値より低下してしまい、または凝固時間が長くなるため、結果的に比重が規定値より低くなり商品とならなくなってしまう。温度（Ｔ3 ）と（Ｔ2 ）は金属地金の種類およびインゴットの重量、寸法により異なるので、適宜設定する必要がある。
【００２３】本発明では、伝熱性のよい金属質鋳型を用いるので、上部開放型ホットプレートで金属質鋳型を十分予熱でき、特開平４−３０５３５９号公報に記載されているようなセラミック質の鋳型を用いて扉付きの鋳型予熱炉で予熱する方法と比べると、ロボットによる鋳型の挟持がやり易く、制御に時間的な余裕を与えることができる。金属質鋳型として通常の形状のものでも使用可能であるが、前述した本出願人の特許出願に記載のようにロボットハンドで挟持し易い特殊な形状の把手を有する鋳型が好ましく、また鋳込み時の熱ショックに対して強い耐熱鋳鉄質の鋳型が好ましい。
【００２４】上部開放型ホットプレート１１上から金属質鋳型を鋳込装置７の鋳込台に載置し、高周波コイル２で押上シリンダ５によって排出されたルツボ１を挟持し、これを鋳込装置７の鋳込台上で金属質鋳型に鋳込むといった一連の作業では、ロボットハンドがルツボおよび鋳型を挟持するが、この際、特開平４−３０５３５９号公報に記載のようにロボットのハンドを交換しながら行うことも可能であるが、これらの工程は相互に関連しているので、短時間にスムーズに行うことが好ましく、前述した本出願人の特許出願に記載のようにロボットアームの先端にルツボを挟持する部分と鋳型を挟持する部分とインゴットを挟持する部分を持つロボットハンドを用い、これらの部分を切り替えて使用することが好ましい。
【００２５】また、図２に示すように、鋳込装置７を中心におき、両側に高周波コイル２と上部開放型ホットプレート１１を配置した方が作業の流れをスムーズにできるので好ましい。
【００２６】なお、多関節ロボットには、必ずアームを単純に旋回するたけでは到達できない死角の部分があり、複雑なアームの動きをすればこの死角の領域にもアームを移動させることができるが、本発明が対象としている高熱の物体を扱う場合には危険を伴うので、そのようなアームの動きを避けることが好ましい。
【００２７】反転台８、離型材付着装置１０、ルツボ供給装置１２、インゴットストック台装置１３については自動化し易い構造のものであれば、どのような構造でも構わない。
【００２８】次に、本発明の具体的な実施例および比較例について説明する。
【００２９】（実施例１）重度９９．９９重量％の金を１０００．０７〜１０００，０９ｇ秤量したルツボ（６．２ｃｍφ×７．１ｃｍＨ）を、内径９．５ｃｍφ×５ｃｍＨの高周波コイルを４個直列に連結した、周波数９ｋＨｚ、電圧４００Ｖ、電流３５Ａで加熱している高周波炉の高周波コイルに順次装入し、放射温度計の指示（Ｔ1 ）が１１７０°Ｃのとき、予め離型材を付着させ、上部開放型ホットプレート上で予熱していた耐熱鋳鉄製鋳型を鋳込台に載置する。放射温度計の指示が１２５０°Ｃとなると、ロボットハンドが定位置から炉上に移動する信号が出され、その後２〜３秒後にロボットハンドが炉上にきたのをセンサで検知して、押上シリンダを作動させてルツボを高周波コイルから排出させ（このとき、放射温度計の指示、Ｔ3 は１２７０°Ｃ）、温度（Ｔ2 ）が２２０°Ｃの耐熱鋳鉄製鋳型にルツボから金を鋳込み、鋳込装置の鋳造用バーナ装置を作動させながら金を凝固させる。凝固した後は、反転台の上方で鋳型を反転させてインゴットを離型させ、冷却終了後にインゴットストック台にインゴットを載置した。
【００３０】これらの工程において、ルツボ、鋳型、インゴットの移動は、ルツボ用挟持部分、鋳型用挟持部分およびインゴット用挟持部分を持つ１つのロボットハンドを備えた多関節ロボットを使用した。なお、放射温度計の指示（Ｔ1 ）で上部開放型ホットプレートから耐熱鋳鉄製鋳型を持ち上げ、その後金地金を耐熱鋳鉄製鋳型に鋳込むまでの時間は４５秒であった。
【００３１】金インゴットは６分間隔で製造され、得られた金インゴットの重量は１０００．０２〜１０００．０７ｇで、比重は１９．２２〜１９．３０ｇ／ｃｍ3 であり、大きな引け巣や、強いシワがなく、光沢もあり、商品価値の高いものであった。
【００３２】（実施例２）Ｔ3 を１２５０°Ｃとし、Ｔ2 を２７０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた金インゴットの重量、比重のバラツキは実施例１と同様であり、問題はなく、インゴットの表面は実施例１よりシワはやや深いが商品価値には問題がなかった。
【００３３】（実施例３）Ｔ3 を１３００°Ｃとし、Ｔ2 を２２０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた金インゴットの重量、比重のバラツキは実施例１と同様であり、問題はなく、インゴットの表面は実施例１よりは引け巣がやや深いが商品価値には問題がなかった。
【００３４】（比較例１）Ｔ3 を１２３０°Ｃとし、Ｔ2 を２１０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。得られた金インゴットの重量、比重のバラツキは実施例１と同様であり、問題はないが、インゴットの表面はシワが深過ぎて、商品価値はダメであった。
【００３５】（比較例２）Ｔ3 を１３２０°Ｃとし、Ｔ2 を２１０°Ｃとした以外は、実施例１と同様に実施した。ルツボを高周波コイルから排出させたときに金の微粒子がかなり飛散するのが観察され、また金を鋳型に鋳込む際にも同様の現象が観察された。得られた金インゴットの重量は、９９９．０８〜１０００．０５ｇであり、比重が１９．１８〜１９．２５ｇ／ｃｍ3 であり、製品規格（１０００ｇ以上、１９．２ｇ／ｃｍ3 以上）を満足しないものが製造され、金インゴットの表面は引け巣が大きく、鋳型と接する面、特に鋳湯部がやや赤く変色する現象が観察された。このように、商品価値がないものが多く製造された。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、金属地金、特に金などの貴金属の重量精度が良く、引け巣や強いシワの無いきれいなインゴットが製造でき、また簡単な構造で自動化できる鋳造装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の鋳造装置で用いる溶解炉を概略的に示す側面図である。
【図２】図２は、鋳造装置を構成する個々の装置の配置を示す概略配置図である。
【符号の説明】
１ ルツボ
２ 高周波コイル
７ 鋳込装置
８ 反転台
１１ 上部開放型ホットプレート
１２ ルツボ供給装置
１３ インゴットストック台
１０ 離型材付着装置
９ 多関節ロボット
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の高周波コイル内に金属地金を収容したルツボを順次装入して金属地金を溶解し、溶解した湯面の温度を検出する放射温度計の指示が予め設定した温度となったとき、前記ルツボを前記高周波コイルから順次取り出し、予め離型材が付着され、その後所定の温度に予熱された鋳型に前記ルツボ内の金属を順次鋳込むことを特徴とする小型金インゴットの鋳造方法。
【請求項２】 複数の高周波コイルと、該高周波コイルの中心線の上方に設けられた放射温度計と、ルツボを前記高周波コイルの内部に装入しまたは内部から排出するための手段とから成る溶解炉と、鋳型を予熱する第１加熱装置と、鋳型にルツボからの金属地金を鋳込む状態に鋳型を載置するための鋳込台と、鋳込台の近傍に配置され鋳型内の金属地金を緩やかに冷却するように金属地金を加熱する第２加熱装置と、ルツボを前記高周波コイルに供給するためにルツボを載置しておくルツボ供給装置と、鋳型に離型材を付着させる離型材付着装置と、鋳込まれた小型金属インゴットを反転して離型し、載置するための反転台と、小型の金属インゴットを収容するインゴットストック台と、ルツボ、鋳型および小型金属インゴットを前記各装置の間で移送するための多関節ロボットと、該多関節ロボットをシーケンス制御する制御装置と、を有することを特徴とする小型金属インゴットの鋳造装置。
【請求項１】 複数の高周波コイル内に金属地金を収容したルツボを順次装入して金属地金を溶解し、溶解した湯面の温度を検出する放射温度計の指示が予め設定した温度となったとき、前記ルツボを前記高周波コイルから順次取り出し、予め離型材が付着され、その後所定の温度に予熱された鋳型に前記ルツボ内の金属を順次鋳込むことを特徴とする小型金インゴットの鋳造方法。
【請求項２】 複数の高周波コイルと、該高周波コイルの中心線の上方に設けられた放射温度計と、ルツボを前記高周波コイルの内部に装入しまたは内部から排出するための手段とから成る溶解炉と、鋳型を予熱する第１加熱装置と、鋳型にルツボからの金属地金を鋳込む状態に鋳型を載置するための鋳込台と、鋳込台の近傍に配置され鋳型内の金属地金を緩やかに冷却するように金属地金を加熱する第２加熱装置と、ルツボを前記高周波コイルに供給するためにルツボを載置しておくルツボ供給装置と、鋳型に離型材を付着させる離型材付着装置と、鋳込まれた小型金属インゴットを反転して離型し、載置するための反転台と、小型の金属インゴットを収容するインゴットストック台と、ルツボ、鋳型および小型金属インゴットを前記各装置の間で移送するための多関節ロボットと、該多関節ロボットをシーケンス制御する制御装置と、を有することを特徴とする小型金属インゴットの鋳造装置。
【図２】
【図１】
【図１】
【特許番号】第２８７４５２６号
【登録日】平成１１年（１９９９）１月１４日
【発行日】平成１１年（１９９９）３月２４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−１８７４１１
【出願日】平成５年（１９９３）６月３０日
【公開番号】特開平７−１６７０８
【公開日】平成７年（１９９５）１月２０日
【審査請求日】平成９年（１９９７）１月２９日
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【参考文献】
【文献】特開 平５−２４９０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−３０５３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５９−３３０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１６７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１６７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１６７３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭６１−１０２３５９（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成１１年（１９９９）１月１４日
【発行日】平成１１年（１９９９）３月２４日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）６月３０日
【公開番号】特開平７−１６７０８
【公開日】平成７年（１９９５）１月２０日
【審査請求日】平成９年（１９９７）１月２９日
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【参考文献】
【文献】特開 平５−２４９０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−３０５３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５９−３３０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１６７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１６７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−１６７３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭６１−１０２３５９（ＪＰ，Ｕ）
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