装入装置およびその制御方法
【課題】駆動系統を簡略化しつつシュートの傾斜角度を常時検出できる装入装置を提供すること。
【解決手段】フレーム３と、旋回軸を中心に回転可能なロータ４と、調整軸を中心に回転可能なホルダ５と、調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、ロータをフレームに対して回転させる旋回駆動モータ７０と、旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車８２と、ホルダに固定されて伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車８１と、ホルダをロータに対して回転させる調整駆動モータ８０と、旋回駆動モータ７０の回転が伝達される旋回角度センサ９１と、旋回駆動モータ７０の回転および調整駆動モータ８０の回転が伝達される差動機構９３と、差動機構９３における旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との相対回転が伝達される調整角度センサ９２とを有する。
【解決手段】フレーム３と、旋回軸を中心に回転可能なロータ４と、調整軸を中心に回転可能なホルダ５と、調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、ロータをフレームに対して回転させる旋回駆動モータ７０と、旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車８２と、ホルダに固定されて伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車８１と、ホルダをロータに対して回転させる調整駆動モータ８０と、旋回駆動モータ７０の回転が伝達される旋回角度センサ９１と、旋回駆動モータ７０の回転および調整駆動モータ８０の回転が伝達される差動機構９３と、差動機構９３における旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との相対回転が伝達される調整角度センサ９２とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製銑用の高炉においては、炉内に装入物を装入する設備として装入装置が用いられている。同様な装入装置は、他の反応炉や反応塔、触媒容器など、容器内部に内容物を充填する際にも用いられている。
このような装入装置においては、容器内における装入物の平面分布を均一にする等、装入物を所望の状態とすることが要求される。このために、装入装置においては、装入物の散布方向や散布状態を自由に制御することが求められ、様々な散布機構が開発されている。
【０００３】
特許文献１の装置は、装入物を送り出す円筒状または樋状のシュートを旋回部分に傾斜して設置し、この旋回部分をシュートとともに鉛直な旋回軸まわりに旋回させることで、シュートの先端から放出される装入物をドーナツ状に散布する。さらに、旋回軸に対するシュートの傾斜角度を調整することで、シュートから放出される装入物の到達領域を変更し、これにより散布状態の制御を実現している。
【０００４】
特許文献１の装置では、シュートは傾斜角度の調整機構を介して旋回部分に支持されている。旋回部分を旋回駆動するために旋回駆動モータが用いられ、旋回駆動モータの出力は調整機構にも伝達されている。調整機構と駆動モータとの間には差動機構（遊星歯車）が介在され、差動機構の３つめの軸には調整駆動モータが接続されている。このような構成において、中間歯車の減速比を正しく選択すれば、旋回駆動モータにより調整機構と旋回部分とが一体に回転するようにできる。また、調整駆動モータを作動させることで差動機構から旋回動作に対する相対回転（相対角度、位相差の変化）が調整機構に伝達され、調整機構においては伝達された相対回転に応じてシュートの傾斜角度の調整が行われる。
【０００５】
前述した特許文献１では、シュートの傾斜角度の調整機構と旋回部分を旋回駆動モータの駆動により一体的に旋回させ、調整駆動モータの駆動により調整機構を駆動させるために、差動機構を介在させる必要がある。従って、構造が複雑化し、設備コストも上昇する。さらに、複雑な機構の旋回を維持するために保守点検が煩雑になる。
【０００６】
これに対し、本願の出願人により、シュートの旋回軸まわりに回転するロータと、旋回機構に支持されて旋回軸に対して傾斜した調整軸まわりに回転するホルダとを設置し、このホルダにシュートを支持した構成が提案されている（特願２００９−２３４９５７号）。
この構成では、通常はこれらのロータおよびホルダを同期回転させることでシュートを一定の傾斜角度で旋回させるとともに、ロータに対してホルダを相対回転させることにより、シュートの傾斜角度を変化させることができる。
【０００７】
このような構成の駆動には、特許文献１のような差動機構と旋回駆動モータおよび調整駆動モータとを用いることができ、通常は旋回駆動モータだけでロータとホルダとを同期回転させ、角度調整時には調整駆動モータと差動機構とによりロータとホルダとを相対回転させることができる。
また、ロータおよびホルダに対して個別の駆動モータを用い、各々を個別に制御することで、差動機構を用いずにロータおよびホルダの同期回転による旋回動作、あるいはロータとホルダとの相対回転によるシュートの傾斜角度調整を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭４９−４１２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前述したロータおよびホルダを有する構成において、例示した二つの駆動方式には次のような問題がある。
前述した駆動系統に差動機構を用いる方式では、駆動力の伝達に耐えられる大型の差動機構が必要になり、装入装置としての軽量化、小型化に適さないという問題がある。
前述した個別の駆動モータを用いる方式では、フレームに固定されたセンサからシュートの傾斜角度を直接検出することが容易でないため、各駆動モータの回転数を検出してその差分からシュートの傾斜角度を推定することになる。また、停電やセンサ異常時の復旧作業では、シュート角度を目視確認する必要があるが、高炉においてはシュートが炉内に設置されているため、目視確認作業ではマンホールを開ける必要がある。しかし、操業上の問題からマンホールの開口作業は容易ではない。以上から、精度よくシュートの傾斜角度を制御することが困難であるという問題がある。
【００１０】
本発明の主な目的は、駆動系統を簡略化しつつシュートの傾斜角度を精度よく制御できる装入装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の装入装置は、シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の装入装置の制御方法は、シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有する装入装置の制御方法であって、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを用い、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御することを特徴とする。
【００１３】
ここで、旋回部分との相対回転に応じてシュートの傾斜角度を変化させる調整機構としては、前述したロータおよびホルダを有する構成が採用できる。また、旋回駆動モータの回転を検出するために、旋回角度センサ等を適宜設置してもよく、あるいは制御装置から旋回駆動モータの回転を検出できれば当該構成を利用してもよい。
あるいは、前述した特許文献１あるいは他の構成における同様な旋回駆動モータ、調整機構、調整駆動モータに対して、前述した差動機構、調整角度センサを適用してもよい。
【００１４】
差動機構としては、一般的な遊星歯車が利用できる。遊星歯車の３つの入出力軸は旋回駆動モータの回転と、調整駆動モータの回転を入力とし、各歯車の減速比を正しく選択することにより、前記旋回駆動モータの回転と調整駆動モータの回転の相対回転が出力され、調整角度センサに得られるものであれば任意の歯車と接続することができる。
差動機構としては、遊星歯車のほか、これに類する歯車機構その他の伝達機構を利用してもよく、２系統の入力回転数の差分に応じた回転数を軸出力するものであれば適宜利用することができる。
差動機構の例として、株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズの波動歯車式ディファレンシャルユニット（商品名ハーモニックドライブＦＤシリーズ）等が利用できる。
【００１５】
このような本発明では、旋回部分が旋回駆動モータにより駆動され、調整機構が調整駆動モータにより駆動される。つまり、旋回部分および調整機構に対して個別に駆動モータが設置され、旋回部分および調整機構は各系統の駆動モータにより個別に回転駆動される。
そして、旋回角度センサは旋回駆動モータに基づく回転を検出する。調整角度センサは差動機構を介して旋回駆動モータの回転と調整駆動モータの回転との相対回転を検出する。
【００１６】
ここで、旋回駆動モータによる旋回部分の回転と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転とが同じ回転速度である時（相対回転が０の時）、旋回部分と調整機構とは同期して回転され、シュートを含めて一体に旋回する。この状態では、調整機構における旋回部分に対する相対回転が０であるため、シュートの傾斜角度は変化しない（通常の旋回動作）。
【００１７】
一方、旋回駆動モータによる旋回部分の回転速度と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転速度との同期を解除し、互いに異なる回転速度にすると、調整機構においては旋回部分に対する相対回転に応じてシュートの傾斜角度が変化する。すなわち、旋回駆動モータを停止させて調整駆動モータだけ作動させることで、基本的な旋回動作は停止され、シュートの傾斜角度が調整される。あるいは、旋回駆動モータと調整駆動モータとを異なる速度で回転させることで、シュートおよび旋回部分の旋回を行いつつ、相対回転に応じて傾斜角度が調整される（傾斜角度の調整動作）。
【００１８】
このような通常の旋回動作あるいは傾斜角度の調整動作において、旋回角度センサは、旋回駆動モータに基づく回転から、シュートおよび旋回部分の旋回状態を検出できる。
また、調整角度センサは、旋回部分と調整機構との旋回軸を中心とした相対回転から、シュートの傾斜角度を直接検出できるため、シュートの傾斜角度を精度よく制御することができる。
特に、差動機構というメカニカルな検出機構を用いて相対回転を検出しているため、停電による傾斜角度の異常検出が発生することがない。また、万一、調整角度センサが破損したとしても、炉外から傾斜角度を確認できる。
【００１９】
さらに、本発明では、旋回駆動モータから旋回部分に至る駆動経路および調整駆動モータから調整機構に至る駆動経路は何れも差動機構を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
一方、本発明では調整角度センサに差動機構を用いるが、この差動機構は各センサに至る回転動作の伝達ができればよく、駆動力の伝達までは要求されないため、遊星歯車等のなかでも小型軽量なものを用いることができ、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００２０】
本発明の装入装置において、調整角度センサの１サイクルが前記シュートの傾き調整の１サイクルに対応するように前記差動機構を含めた伝達経路の伝達比が設定されていることが望ましい。
このような本発明では、調整角度センサの１サイクルがシュートの傾き調整の１サイクルに対応するため、調整角度センサからの出力角度から一対一でシュートの傾きを割り出すことができ、オペレータの認識性を高めることができるとともに、制御系への情報出力も簡素化することができる。
【００２１】
本発明の装入装置において、フレームと、前記フレームに設定された旋回軸と、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構において前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサを有することが望ましい。
また、本発明の装入装置において、前記旋回駆動モータの回転が伝達される旋回角度センサを有することが望ましい。
【００２２】
このような本発明では、フレームにロータが支持され、ロータにホルダが支持され、ホルダにシュートが固定される。旋回駆動モータによりロータを回転させることで、基本的な旋回動作が行われるとともに、調整駆動モータによりホルダをロータに対して回転させることで、シュートの角度を変更できる（調整機構）。
【００２３】
すなわち、調整軸は旋回軸に対して第１角度で交差し、シュートは調整軸に対して第２角度で交差するため、ホルダとロータとが相対回転すると、旋回軸に対するシュートの角度は、第１角度と第２角度との差（最小値）から第１角度と第２角度との和（最大値）までの間で変化する。その結果、フレームおよびロータに対するシュートの角度が前述した最大値から最小値までの範囲で任意に選択することができる。
【００２４】
ここで、本発明では、ホルダ側傘歯歯車と伝達側傘歯歯車とは、ロータが旋回軸を中心に回転しても常に噛み合っており、旋回軸を中心に伝達側傘歯歯車を回転させることにより、ホルダをロータに対して調整軸を中心に回転させることができる。伝達側傘歯歯車は旋回軸を中心に回転するため、歯車列等の伝達経路を介してフレームに固定された調整駆動モータから駆動力を伝達することができる。
【００２５】
本発明では、旋回駆動モータがロータを単独で回転させ、調整駆動モータが伝達側傘歯歯車を単独で回転させ、つまり旋回駆動モータによるロータの駆動と調整駆動モータによる傘歯歯車の駆動とが各々独立している。
このため、通常時は、ロータと伝達側傘歯歯車とを同期回転させることで、シュートの角度が一定の状態でこれらのロータおよびホルダ、シュートを旋回させることができる。一方、調整時には、ロータと伝達側傘歯歯車が異なる回転数で回転するように、調整駆動モータの回転数を制御することで、ロータに対する伝達側傘歯歯車の位相が変更され、ホルダ側傘歯歯車に駆動力が伝達され、ロータに対してホルダが調整軸を中心に回転し、その結果シュートの角度が変更される。
【００２６】
このように、本発明においては、旋回駆動モータでシュートを旋回させることにより基本的な散布動作を行うとともに、調整駆動モータによりロータと伝達側傘歯歯車の位相を調整することで、旋回軸に対するシュートの角度、つまりフレームおよびロータに対するホルダおよびシュートの角度を調整することができ、旋回による散布の半径を調整することができる。
【００２７】
このような本発明では、基本的な旋回動作を継続しつつ、シュートの角度調整を行うことができるため、制御は非常に簡略化される。さらに、電気的に各駆動モータの差分を検出する方式では、信頼性向上ため、シュート傾斜角度のプリセット用センサをシュートに設けるなどの工夫が必要になるところ、本発明では、このような工夫が不要となる。また、ロータやホルダおよびその支持構造、旋回駆動モータからロータに至る伝達経路については機能的にも単純であり、構造の複雑化を回避することができる。調整駆動モータからホルダに至る伝達経路についても、前述の傘歯歯車を利用した簡単な構成で実現することができ、構造の複雑化を回避することができる。
【００２８】
本発明の装入装置において、前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、
この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出器と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出器で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、
前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、
前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００２９】
本発明の装入装置の制御方法において、入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出工程と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出工程で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、
前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、
前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００３０】
このような本発明の装入装置、および装入装置の制御方法では、入力部から入力される所定の角度と、調整角度検出器で検出されたシュートの傾斜角度との偏差を、調整駆動モータの回転速度変更前よりも小さくするような補正速度を演算し、この補正速度と旋回駆動モータの回転速度とを加算した回転速度で、調整駆動モータを回転させるため、精度よくシュートの傾斜角度を一定の角度に制御できる。また、補正速度を旋回駆動モータの回転速度に加算するだけの簡単な演算で、調整駆動モータの回転速度を決定することができ、安価な構成でも対応できる。
【００３１】
本発明の装入装置において、前記補正速度演算手段は、前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
本発明の装入装置の制御方法において、前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
【００３２】
このような本発明の装入装置、および装入装置の制御方法では、偏差の絶対値が閾角度以上の場合には、固定値である最大補正速度を補正速度として演算するので、調整駆動モータの回転速度の最大値を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータの負荷を抑制できる。一方、閾角度未満の場合には、偏差の絶対値の大きさに応じて異なる偏差対応補正速度を補正速度として演算するので、偏差をほぼ０にすることができる。
【００３３】
本発明の装入装置において、前記制御装置は、
前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、
前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、
前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、
前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することが望ましい。
【００３４】
このような本発明では、第１スイッチによりオフ状態に設定し、第２スイッチによりオン状態に設定することにより、シュートの傾斜角度を作業者の所望の傾斜角度に短時間で変更することができる。さらに、第１スイッチによりオン状態に設定し、第２スイッチによりオフ状態に設定した場合には、シュートの傾斜角度をほぼ一定の角度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図２】前記図１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図３】前記図１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の駆動系を示す斜視図。
【図５】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す平面図。
【図６】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す側面図。
【図７】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す平面図。
【図８】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す側面図。
【図９】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す平面図。
【図１０】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す側面図。
【図１１】本発明の第２実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図１２】前記図１１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図１３】前記図１１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図１５】前記図１４のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図１６】前記図１４のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図１７】本発明の第４実施形態を示す模式斜視図。
【図１８】本発明の第５実施形態を示す模式図。
【図１９】前記第５実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図２０】前記第５実施形態の同期補正速度と増幅角度偏差との関係を示すグラフ。
【図２１】本発明の第６実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図２２】前記第６実施形態の位置決め補正速度と角度偏差との関係を示すグラフ。
【図２３】本発明の実施例の制御装置における制御状態を表すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図１０には本発明の第１実施形態が示されている。このうち、図１は本実施形態の装入装置１を示す部分破断した斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面（後述する旋回駆動モータ７０を通る断面）を示す縦断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面（後述する調整駆動モータ８０を通る断面）を示す縦断面図、図４は本実施形態の駆動系を示す斜視図である。
【００３７】
本実施形態の装入装置１は、高炉２の炉頂部に設置されて炉内に鉄鉱石および石炭を主体とする装入物を散布するものである。
高炉２の炉頂部は円錐台状に形成され、その上部開口にはフレーム３が設置されている。フレーム３には旋回部分としてのロータ４が支持され、ロータ４には調整機構としてのホルダ５が支持され、ホルダ５にはシュート６が支持されている。
【００３８】
本実施形態の装入装置１においては、旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３が設定され、前述したフレーム３、ロータ４、ホルダ５およびシュート６はこれらの各軸に従って設置される（図２および図３参照）。
旋回軸Ｄ１は、鉛直方向の軸線であり、高炉２の中心軸線と一致する。
調整軸Ｄ２は、交点Ｏにおいて旋回軸Ｄ１と交差しており、互いの交差角度は第１角度Ａ１とされている。
シュート中心軸Ｄ３は、前述した交点Ｏにおいて調整軸Ｄ２と交差しており、互いの交差角度は第２角度Ａ２とされている。
【００３９】
シュート中心軸Ｄ３は、シュート６から散布される装入物が炉内に散布される方向を規定するものであり、通常はシュート６の円錐台形状の底面方向とされる。
【００４０】
詳細は後述するが、ホルダ５はロータ４に対して調整軸Ｄ２まわりに回転する。このようなロータ４に対するホルダ５の回転に伴い、シュート中心軸Ｄ３は調整軸Ｄ２に対する第２角度Ａ２を保ったまま調整軸Ｄ２まわりに回転する。この回転により、シュート６の先端開口における点Ｐは、軌跡Ｌ２に沿って円形に移動する。
【００４１】
このような回転により、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する方向（つまりフレーム３に対する方向）が変化し、図２および図３におけるシュート中心軸Ｄ３は、図中一点鎖線で示す状態から交点Ｏを中心に図中左側へと振れることになる。
【００４２】
詳細は後述するが、ホルダ５およびロータ４はフレーム３に対して旋回軸Ｄ１まわりに回転する（旋回部分）。このようなロータ４およびホルダ５の回転に伴い、シュート６の先端の点Ｐは軌跡Ｌ１に沿って旋回する。図２および図３の状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に対して最大角度をなしており、軌跡Ｌ１は最大である。
【００４３】
ここで、ホルダ５をロータ４に対して回転させ、シュート中心軸Ｄ３を調整軸Ｄ２まわりに回転させることで、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する角度が小さくなってゆき、軌跡Ｌ１は徐々に小さくなる。これにより旋回散布および散布半径の調整が可能となる（調整機構）。
【００４４】
本実施形態では、旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２とが交差する第１角度Ａ１が例えば２０度とされ、調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３とが交差する第２角度Ａ２が例えば２０度とされ、つまり第１角度Ａ１と同じとされている。このため、ホルダ５の回転によりシュート中心軸Ｄ３が図２および図３の最も左寄りにある状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に一致し、軌跡Ｌ１の半径が０となる。
以上のような旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３を基準として、以下にフレーム３、ロータ４、ホルダ５およびシュート６の各部およびこれらの駆動機構について説明する。
【００４５】
フレーム３は、扁平な円筒状のケース３０と、その上面を覆う上面板３１と、下面を覆う下面板３２とを有する。上面板３１の中央には供給管３３が設置され、この供給管３３から供給される装入物がシュート６へと引き渡され、シュート６から高炉２内へと散布される。下面板３２の中央には開口３４が形成され、この開口３４内にはロータ４が保持される。
【００４６】
ロータ４は、供給管３３の外周を囲う筒状の部分を有する上ケース４１と、上ケース４１の下側に接続されて内部にホルダ５を収容する下ケース４２と、上ケース４１の上側に接続されて、旋回用軸受４３１に支持されているマウント４３とを備えている。
【００４７】
マウント４３は、上ケース４１の上側に接続され、旋回用軸受４３１に支持され、ロータ４をフレーム３に回転自在に支持するものである。
旋回用軸受４３１は供給管３３の周囲のフレーム３の上面板３１の下面側に固定され、これによりロータ４の全体が旋回軸Ｄ１を中心に回転自在に支持されている。
ロータ４の内部には調整用軸受５５が固定され、これにホルダ５が支持されている。これにより、ホルダ５は、ロータ４に対して調整軸Ｄ２を中心に回転自在に支持されている。
【００４８】
図２、図３および図４に示すように、シュート６は、それぞれ円筒状の基端部６０、本体６１、接続部６２を備えている。
基端部６０は、上端がホルダ５に接続され、中心軸がホルダ５と同様に調整軸Ｄ２に一致されている。本体６１は、基端部６０の下端に接続され、中心軸がシュート中心軸Ｄ３に一致されている。接続部６２は、前述した本体６１と開口３４が干渉するために切り欠いた部分で基端部６０と本体６１を接続させている。
【００４９】
シュート６は、基端部６０がホルダ５に接続され、ホルダ５がロータ４内に収容されることにより、基端部６０に供給管３３の先端が導入された状態とされる。この状態では、供給管３３から装入物が供給されると、この装入物はシュート６を通ってその先端から高炉２内へと散布される。この際、高炉２内へ放出された時点の装入物の方向はシュート６の底面の方向Ｄ３´に沿ったものとされ、シュート６の方向を調整することで高炉２内への散布状態を制御することができる。
【００５０】
より詳しくは、高炉２内へ放出される装入物は、シュート６の底面の方向Ｄ３´に沿って先端へ送られる。従って、高炉２内へ放出される装入物の方向は、シュート６の内面に沿った方向となる。ここで、シュート６の中心軸とシュート６の内面とがなす角度を第３角度Ａ３として、第１角度Ａ１と第２角度Ａ２と第３角度Ａ３との和は、シュート６に要求される最大傾斜角度となるように設定されている。なお、本実施形態では、角度Ａ１と角度Ａ２が同一角度とされている。
【００５１】
本実施形態の装入装置１は、前述のようにシュート６から装入物を散布するにあたり、ロータ４とホルダ５ないしシュート６を一体に旋回させることで、装入物を高炉２内に所定半径の円周状に散布するとともに、ロータ４とホルダ５とを相対回転させることでシュート６の傾きを調整し、これにより散布半径を変化させて高炉２内の全域に装入物を散布することができる。
【００５２】
このために、装入装置１は、ロータ４を回転駆動する旋回駆動機構７と、ホルダ５を回転駆動する調整駆動機構８とを備えている。
さらに、散布にあたってシュート６の旋回角度および傾斜角度を把握するために、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の回転からシュート６の旋回角度および傾斜角度を検出する姿勢検出機構９を備えている。
【００５３】
旋回用軸受４３１の外周には歯車７１が形成され、この歯車７１には歯車７２が噛み合わせられ、この歯車７２には歯車７３がかみ合わせられ、この歯車７３はフレーム３の上面板３１の上面に設置された旋回駆動モータ７０により回転駆動される。
これらの旋回駆動モータ７０、歯車７１、７２、７３により旋回駆動機構７が構成されている。
【００５４】
調整用軸受５５の外周にはホルダ側傘歯歯車８１が形成され、このホルダ側傘歯歯車８１には伝達側傘歯歯車８２が噛み合わせられている。
伝達側傘歯歯車８２はフレーム３の上面板３１の下面から延びる支持部材８３により、フレーム３に固定されている調整用動力伝達軸受８４に支持され、旋回軸Ｄ１を中心として回転自在である。ホルダ側傘歯歯車８１はホルダ５と一体に調整軸Ｄ２まわりに回転するが、傘歯歯車とすることで、ホルダ側傘歯歯車８１と伝達側傘歯歯車８２は互いに回転力を伝達可能である。
【００５５】
ホルダ側傘歯歯車８１はロータ４内に収容され、伝達側傘歯歯車８２はロータ４の外部に設置されるが、ロータ４の上ケース４１には伝達用開口が形成されているため、相互の噛み合わせが確保されている。
【００５６】
調整用動力伝達軸受８４の外周には歯車８５が形成され、この歯車８５には歯車８６が噛み合わせられ、この歯車８６には歯車８７が噛み合わせられ、この歯車８７はフレーム３の上面板３１の上面に設置された調整駆動モータ８０により回転駆動される。
これらの調整駆動モータ８０、ホルダ側傘歯歯車８１、伝達側傘歯歯車８２、歯車８５、８６及び８７により調整駆動機構８が構成されている。
【００５７】
姿勢検出機構９は、フレーム３の上面板３１の上面に設置されており、その上面に旋回角度センサ９１および調整角度センサ９２を有し、差動機構９３を有し、前記差動機構９３に旋回駆動モータ７０の回転を入力する回転軸９４と歯車９５を有し、前記差動機構９３に前記調整駆動モータ８０の回転を入力する回転軸９６を有する。
【００５８】
旋回角度センサ９１および調整角度センサ９２は、一般的なロータリーエンコーダであり、その回転軸に伝達される回転を検出して回転角度を示す電気的な信号を出力する。従って、信号出力を検出回路で処理することで、回転軸に伝達された回転の角度を検出することができる。
【００５９】
差動機構９３は、一般的な遊星歯車装置であり、中央に配置された太陽歯車９３Ｓと、その周囲に配置された複数の遊星歯車９３Ｐと、遊星歯車９３Ｐの軸を支持するキャリア９３Ｃと、遊星歯車９３Ｐの外側に外周歯車９３Ｅと、を有する。この差動機構９３では、太陽歯車９３Ｓの回転と外周歯車９３Ｅの回転を入力とし、キャリア９３Ｃの回転を出力としている。各歯車の減速比を正しく選択することにより、キャリア９３Ｃに旋回駆動モータ７０の回転と調整駆動モータ８０の回転の相対回転を出力する。
【００６０】
差動機構９３の太陽歯車９３Ｓの回転軸９６はフレーム３内へと延長され、その先端で歯車８６に固定されている。歯車８６は調整駆動機構８の歯車８５に噛み合わせられている。これにより、調整駆動モータ８０の回転に基づく歯車８５の回転が回転軸９６に伝達される。
【００６１】
旋回角度センサ９１の回転軸９４は、フレーム３内へと延長され、その途中には歯車９５が固定されているとともに、その先端で歯車７２に固定されている。歯車７２は、旋回駆動機構７の歯車７１に噛み合わせられている。これにより、旋回駆動モータ７０の回転に基づく歯車７１の回転が回転軸９４に伝達される。歯車９５は、差動機構９３の外周歯車９３Ｅの外歯に噛み合わせられ、差動機構９３に旋回駆動モータ７０の回転を伝達する。調整角度センサ９２は、差動機構９３のキャリア９３Ｃの回転軸に接続されている。
【００６２】
このように、姿勢検出機構９においては、旋回角度センサ９１には旋回駆動モータ７０の回転が伝達されるとともに、差動機構９３には旋回駆動モータ７０の回転に基づく旋回動作（フレーム３に対するロータ４の回転）および調整駆動モータ８０の回転に基づく調整機構の回転動作（フレーム３に対する歯車８５の回転）が伝達され、これら旋回駆動モータ７０の回転と調整駆動モータ８０の回転との相対回転（ロータ４に対する歯車８５の回転）が調整角度センサ９２に伝達される。
【００６３】
従って、旋回角度センサ９１で検出される回転角度から、シュート６の旋回軸を中心とした回転の回転角度を割り出すことができる。
また、調整角度センサ９２で検出される回転角度からホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度を割り出すことができ、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度に対応したシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を読み取ることができる。
【００６４】
本実施形態の装入装置１は、前述のような旋回駆動機構７と調整駆動機構８との協調動作により、旋回軸Ｄ１まわりの旋回散布を行う。
そして、調整軸Ｄ２まわりにロータ４とホルダ５とを相対回転させることにより、シュート６の傾斜角度の調整により装入物の散布半径を調整し、複数の同心円状となるように旋回散布を繰り返してゆく。
この際、前述した旋回駆動機構７と調整駆動機構８との協調動作にあたっては、姿勢検出機構９によりシュート６の傾斜角度を検出し、シュート６が散布に必要な傾斜角度となるよう制御を行う。
【００６５】
以下、図５から図１０により、本実施形態におけるシュートの傾斜角度の制御動作について説明する。
【００６６】
図５および図６において、シュート６を旋回軸Ｄ１に対して最も傾いた状態（角度Ａ１＋Ａ２）では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１から最も離れた状態（半径Ｒｘ）となる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させると、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｘの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
ロータ４およびホルダ５を一体に回転させるためには、調整角度センサ９２で検出される角度が一定となるように調整駆動モータ８０を制御して、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを同期させ、ロータ４およびホルダ５を同じ速度で回転させればよい。
【００６７】
ロータ４に対してホルダ５を相対回転させるためには、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との同期をずらし、例えばホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも遅くする、あるいは一時的に停止させる等とすればよい。逆にホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも速くしてもよい。この際、調整角度センサ９２で検出される角度が所望の角度まで変化するように調整駆動モータ８０を制御する。
シュート６を、旋回軸を中心とした回転の特定の回転角度で停止するときはシュート６が旋回角度センサ９１の特定の角度で停止するように旋回駆動モータ７０を制御する。
【００６８】
図７および図８において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１との傾き角度を小さくすることで、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径Ｒｔ）も小さくなる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させることで、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｔの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
【００６９】
図９および図１０において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って更に移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１とを一致させることで、互いの傾き角度が０となり、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径）も０となる。この状態では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１位置で旋回する。
このようにしてシュート６の先端Ｐの旋回半径を調整することができ、各旋回半径において旋回しつつ装入物を散布することで、高炉２内に均一にあるいは任意の分布で装入物を散布することができる。
【００７０】
このように、本実施形態においては、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを協調動作させ、ホルダ５とロータ４とを一体的に回転させることで装入物の旋回散布が行えるとともに、ホルダ５とロータ４との相対回転により相対角度を調整することで、旋回軸Ｄ１に対するシュート６の傾きを任意に調整することができ、高炉２内における装入物の散布半径を自由に調整することができる。
本実施形態においては、シュート６の傾きの調整にあたって、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御により、ロータ４とホルダ５とを同期回転状態から相対回転状態に切り替えることで簡単に行うことができる。
【００７１】
そして、本実施形態では、ロータ４、ホルダ５、シュート６に対する前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）により、シュート６の傾きを調整するようにしたため、回転方向別の複雑な支持機構などを設ける必要がなく、構成を簡略にすることができる。
とくに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御で旋回および角度調整が自由に行えるため、制御装置における制御の設計により、多様な動作を自由に設定することができる。
【００７２】
この際、姿勢検出機構９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。具体的には、旋回角度センサ９１ではシュート６の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度が検出できる。調整角度センサ９２では、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度が検出できる。
これによりシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を読み取ることができ、シュート６の傾斜角度を精度よく制御しながら旋回軸Ｄ１を中心にシュート６を旋回させることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態の装入装置では、旋回駆動モータ７０からロータ４に至る旋回駆動機構７および調整駆動モータ８０からホルダ５に至る調整駆動機構８の何れにも差動機構を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
【００７４】
一方、本実施形態では、姿勢検出機構９において、旋回角度センサ９１および調整角度センサ９２とともに差動機構９３を用いるが、この差動機構９３は各センサに至る回転動作の伝達ができればよく、駆動力の伝達までは要求されないため、遊星歯車等のなかでも小型軽量なものを用いることができ、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００７５】
〔第２実施形態〕
図１１〜図１３には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
本実施形態において、キャリア９３Ｃの回転は歯車９７Ａ，９７Ｂを介して調整角度センサ９２に伝達され、回転軸９４の回転は歯車９８Ａ，９８Ｂを介して旋回角度センサ９１に伝達される。
【００７６】
歯車９７Ａ，９７Ｂの減速比を、ホルダ５が調整軸Ｄ２を中心に１回転するときに、調整角度センサ９２が１回転するように選定されている。これにより、調整角度センサ９２で検出される回転角度は、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とする回転の回転角度と一致するため、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とする回転の回転角度を割り出す演算を省略できる。
【００７７】
歯車９８Ａ，９８Ｂの減速比は、ロータ４が旋回軸Ｄ１を中心に１回転するときに旋回角度センサ９１が１回転するように選定されている。これにより、旋回角度センサ９１で検出される回転角度は、ロータ４の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度と一致するため、ロータ４の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度を割り出す演算を省略できる。
このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、歯車比率を特定の値に設定することで回転角度の演算を省略することができる。
【００７８】
〔第３実施形態〕
図１４〜図１６には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
本実施形態においては、旋回駆動モータ７０に固定された歯車７３Ａと、回転軸９４に固定された歯車７３Ｂが噛み合い、これによって、回転軸９４に旋回駆動機構７の旋回動作が伝達される。さらに、調整駆動モータ８０に固定されている歯車８７Ａと、回転軸９６に固定されている歯車８７Ｂが噛み合い、これによって、回転軸９６に調整駆動機構８の旋回軸を中心とした回転が伝達される。
【００７９】
このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、歯車比率を特定の値に設定することで回転角度の演算を省略することができる。
【００８０】
〔第４実施形態〕
図１７には、本発明の第４実施形態が示されている。
前述した第１ないし第３の実施形態は、シュート６とともに旋回する旋回部分としてロータ４を設け、シュート６の傾斜角度を調整するための調整機構としてホルダ５を設け、ロータ４とホルダ５とを傾斜面に対して相対回転させることでシュート６の傾斜を調整する方式であったが、本発明は前述した特許文献１に記載された調整機構、すなわちシュート６を軸支し、歯車で伝達される回転により傾斜角度を調整するものであってもよい。
【００８１】
図１７において、フレーム３および供給管３３は前述した第１実施形態と同様であり、供給管３３は図示省略した構成を介して歯車７１と一体に旋回可能である。
供給管３３の下端には直径方向の回動軸６Ａが配置され、シュート６は基端部をこの回動軸６Ａに固定されて傾斜角度が調整可能である。
回動軸６Ａの端部には扇形の部分歯車６Ｂが固定され、この部分歯車６Ｂには歯車６Ｃが噛み合わせられ、この歯車６Ｃにはウォーム歯車６Ｅが噛み合わせられている。ウォーム歯車６Ｅは供給管３３に回転自在に支持されるとともに、ウォーム歯車６Ｅには歯車６Ｆが固定され、この歯車６Ｆは歯車８５に噛み合わせられている。
【００８２】
歯車７１には、前記第１実施形態と同様な旋回駆動機構７が接続されており、旋回駆動モータ７０の駆動力により歯車７１および供給管３３が旋回駆動され、これによりシュート６が旋回する。
歯車８５には、前記第１実施形態と同様な調整駆動機構８が接続されており、調整駆動モータ８０の駆動力により歯車８５が回転駆動され、歯車７１との相対回転がウォーム歯車６Ｅに取り出され、回動軸６Ａの回動として伝達され、シュート６の傾斜が変更される。
旋回駆動機構７および調整駆動機構８の間には、前述した第１実施形態と同様な差動機構９３を含む姿勢検出機構９が設置されている。
【００８３】
このような本実施形態においても、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の同期回転動作によりシュート６の旋回が行われるとともに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との相対回転によりシュート６の傾斜角度の調整が行われ、この点で前述した第１実施形態と共通である。
また、本実施形態においても、差動機構９３を含む姿勢検出機構９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。
【００８４】
〔第５実施形態〕
図１８および図１９には、本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第４実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
図１８において、装入装置１は、供給管３３を有するフレーム３を備える。供給管３３は、図示省略した構成を介して歯車７１と一体的に旋回可能である。
供給管３３の下端には直径方向の回動軸６Ａが配置され、シュート６は基端部をこの回動軸６Ａに固定されて傾斜角度Ａ４が調整可能である。
回動軸６Ａの端部には扇形の部分歯車６Ｂが固定され、この部分歯車６Ｂには歯車６Ｃが噛み合わせられ、この歯車６Ｃにはウォーム歯車６Ｅが噛み合わせられている。ウォーム歯車６Ｅは供給管３３に回転自在に支持されるとともに、ウォーム歯車６Ｅには歯車６Ｆが固定され、この歯車６Ｆは歯車８５に噛み合わせられている。
【００８５】
歯車７１には、前記第１実施形態と同様な旋回駆動機構７が接続されており、旋回駆動モータ７０の駆動力により歯車７１および供給管３３が旋回駆動され、これによりシュート６が旋回する。なお、本実施形態では、旋回駆動モータ７０に設けられた歯車７３は、歯車７１に直接かみ合っている。
歯車８５には、前記第１実施形態と同様な調整駆動機構８が接続されており、調整駆動モータ８０の駆動力により歯車８５が回転駆動され、歯車７１との相対回転がウォーム歯車６Ｅに取り出され、回動軸６Ａの回動として伝達され、シュート６の傾斜が変更される。なお、本実施形態では、調整駆動モータ８０に設けられた歯車８７は、歯車８５に直接かみ合っている。
旋回駆動機構７および調整駆動機構８の間には、前述した第１実施形態と同様な差動機構９３を含む姿勢検出機構９Ａが設置されている。
この姿勢検出機構９Ａは、調整角度センサ９２と、差動機構９３Ａとを有する。差動機構９３Ａは、太陽歯車９３Ｓと、キャリア９３Ｃで支持された複数の遊星歯車９３Ｐと、外周歯車９３Ｅとを有する。また、太陽歯車９３Ｓの回転軸９６の先端には、歯車８６が固定されている。この歯車８６は、歯車８５にかみ合った歯車８８Ａにかみ合っている。これにより、調整駆動モータ８０の回転に基づく歯車８５の回転が回転軸９６に伝達される。
なお、差動機構としては、差動ギアを用いたものであってもよい。また、差動機構としては、歯車７１，８５の回転数を検出するエンコーダをそれぞれ設け、このエンコーダからのパルス信号を偏差カウンタに入力して、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０の回転速度差（モータ回転速度差）を検出するようにしてもよい。
【００８６】
このような本実施形態においても、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の同期回転動作によりシュート６の旋回が行われるとともに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との相対回転によりシュート６の傾斜角度Ａ４の調整が行われ、この点で前述した第１実施形態と共通である。
また、本実施形態においても、差動機構９３Ａを含む姿勢検出機構９Ａにより、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。
なお、図１８に示す装入装置１は、調整駆動モータ８０の回転速度を旋回駆動モータ７０の回転速度よりも速くした場合には、傾斜角度Ａ４が小さくなり、遅くした場合には、傾斜角度Ａ４が大きくなるような構成を有している。
【００８７】
また、図１９において、装入装置１は、同期モードで動作する制御装置１０Ａを備える。
同期モードとは、傾斜角度Ａ４が所望の角度（シュート傾斜角度リファレンス）からずれている場合（角度偏差（°）が０でない場合）、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差を生じさせて、角度偏差を小さくする制御を常時行い、角度偏差を０にすることを目標に調整駆動モータ８０を制御することで、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差をなくす（旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させる）フィードバック制御を意味する。
【００８８】
そして、制御装置１０Ａは、入力部１００Ａと、第１モータコントローラ１０１Ａと、調整角度検出器１０２Ａと、偏差演算手段１０３Ａと、補正速度演算手段としての速度リミッタ１０６Ａと、加算器１０７Ａと、第２モータコントローラ１０８Ａとを備える。
なお、姿勢検出機構９Ａ、調整角度検出器１０２Ａ、偏差演算手段１０３Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０は、同期モードでの動作を実現する同期モードループを構成している。
【００８９】
第１モータコントローラ１０１Ａには、入力部１００Ａから、旋回駆動モータ７０の回転速度に応じた大きさの旋回速度指令が入力される。そして、第１モータコントローラ１０１Ａは、旋回速度指令に基づく回転速度（指令旋回速度）Ｇで旋回駆動モータ７０を回転させる。
調整角度検出器１０２Ａは、調整角度センサ９２からの電気的な信号に基づいて、旋回軸Ｄ１に対するシュート中心軸Ｄ３の傾斜角度Ａ４をシュート傾斜角度実績値として検出し、このシュート傾斜角度実績値を偏差演算手段１０３Ａへ出力する。
【００９０】
偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａと、誤差増幅器１０５Ａとを備える。
減算器１０４Ａには、入力部１００Ａから、傾斜角度Ａ４の目標値であるシュート傾斜角度リファレンス（シュート傾斜角度ＲＥＦ）Ｅｒが入力され、調整角度検出器１０２Ａからシュート傾斜角度実績値が入力される。そして、減算器１０４Ａは、シュート傾斜角度リファレンスからシュート傾斜角度実績値を減じた角度偏差、すなわち、傾斜角度Ａ４の目標値に対する実績値のずれを演算して、誤差増幅器１０５Ａへ出力する。
誤差増幅器１０５Ａは、減算器１０４Ａから入力される角度偏差に対応する電気信号を増幅して、速度リミッタ１０６Ａへ出力する。具体的に、誤差増幅器１０５Ａは、傾斜角度Ａ４の角度偏差と、増幅のゲインに対応する値とを乗じて得られる増幅角度偏差（°）に対応する電気信号を出力する。
【００９１】
速度リミッタ１０６Ａは、図２０に示す関係に基づいて、最大補正速度または偏差対応補正速度を、同期補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この同期補正速度は、一般的に制御が乱調しない範囲で大きめの速度に設定され、位置制御誤差が小さくなるような回転速度に対応する。
【００９２】
具体的に、速度リミッタ１０６Ａは、増幅角度偏差の絶対値が閾角度Ｓ以上の場合には、同期補正速度として演算されうる最大の値である最大補正速度を、同期補正速度として出力する。また、増幅角度偏差の絶対値が０よりも大きく、閾角度Ｓ未満の場合には、増幅角度偏差の大きさに比例する偏差対応補正速度を、同期補正速度として出力する。なお、偏差対応補正速度は、増幅角度偏差が大きくなるにしたがって段階的に大きくなるような速度であってもよい。
【００９３】
なお、増幅角度偏差が正の値の場合には、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスよりも小さいので、調整駆動モータ８０の回転速度を旋回駆動モータ７０の回転速度よりも遅くして、傾斜角度Ａ４を大きくする必要がある。このため、速度リミッタ１０６Ａは、正の同期補正速度を出力する。一方、増幅角度偏差が負の値の場合には、傾斜角度Ａ４を小さくする必要があるため、負の同期補正速度を出力する。
【００９４】
加算器１０７Ａには、入力部１００Ａから旋回速度指令が入力されるとともに、速度リミッタ１０６Ａから同期補正速度が入力される。そして、加算器１０７Ａは、旋回速度指令の指令旋回速度と同期補正速度とを加えて得られる回転速度（指令傾動速度）Ｇｂを、傾動速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。このとき、指令傾動速度は、同期補正速度が負の値の場合には、指令旋回速度よりも遅くなり、同期補正速度が正の値の場合には、指令旋回速度よりも速くなる。
第２モータコントローラ１０８Ａは、第２加算器１０７Ａからの傾動速度指令に基づいて、指令傾動速度で調整駆動モータ８０を回転させる。
【００９５】
以上のような構成により、制御装置１０Ａは、以下のように動作する。
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なる場合、制御装置１０Ａの減算器１０４Ａで演算される角度偏差は、０以外の値となる。このため、同期補正速度として出力される、正または負の最大補正速度、偏差対応補正速度も、０以外の値となる。そして、指令傾動速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、旋回駆動モータ７０の回転速度は変化せずに、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、傾斜角度Ａ４がシュート傾斜角度リファレンスに近づくように、すなわち角度偏差が０に近づくように調整される。
そして、この調整の結果、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくならない場合には、このシュート傾斜角度実績値に基づいて、再度、調整駆動モータ８０を指令旋回速度と異なる指令傾動速度で回転させて傾斜角度Ａ４を調整する。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令傾動速度と指令旋回速度とが等しくなる。その結果、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【００９６】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ａは、シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスに基づき演算される増幅角度偏差を従前よりも小さくするような同期補正速度を演算し、この同期補正速度と指令旋回速度とを加算した指令傾動速度で調整駆動モータ８０を回転させる。このため、精度よくシュート６の傾斜角度Ａ４を一定の角度に制御できる。
特に、同期補正速度を指令旋回速度に加算するだけの簡単な演算で指令傾動速度を設定できるので、制御装置１０Ａを安価に構成できる。
【００９７】
また、制御装置１０Ａは、図２０に示す関係に基づいて、増幅角度偏差の絶対値が閾角度Ｓ以上の場合には、最大補正速度を同期補正速度として出力するので、指令旋回速度を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータ８０の負荷を抑制できる。また、閾角度Ｓ未満の場合には、偏差対応補正速度を同期補正速度として出力するので、回転速度の変更で角度偏差をほぼ０にすることができる。
【００９８】
そして、偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａで得られた角度偏差を、誤差増幅器１０５Ａで増幅して速度リミッタ１０６Ａに出力する。このため、角度偏差の検出感度を高めることができ、精度よく傾斜角度Ａ４を一定の角度に制御できる。
【００９９】
〔第６実施形態〕
図２１には、本発明の第６実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第５実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
図２１において、制御装置１０Ｂは、図１８に示す装入装置１を制御する。具体的に、制御装置１０Ｂは、第５実施形態と同様の同期モードと、位置決めモードと、手動モードとで動作する。
【０１００】
位置決めモードとは、同期モードと同様に、角度偏差が０でない場合、調整駆動モータ８０の回転速度を変化させて、角度偏差を小さくする制御を行い、角度偏差が０になった後には旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させるフィードバック制御を意味する。
また、位置決めモードは、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできるという特徴を有している。具体的に、同期モードでは、角度偏差が小さくなってくると、同期補正速度として演算される偏差対応補正速度も小さくなるため、角度偏差が０になるまでの時間が長くなる。そこで、位置決めモードでは、角度偏差が小さい場合でもある程度の大きさの補正速度を調整駆動モータ８０に与えることで、角度偏差が０になるまでの時間を短くしている。
【０１０１】
また、手動モードとは、同期モードや位置決めモードのようなフィードバック制御ではなく、作業者の設定入力に基づく傾斜角度Ａ４となるように、調整駆動モータ８０の回転速度を１回だけ変化させる制御を意味する。
【０１０２】
そして、制御装置１０Ｂは、第５実施形態の制御装置１０Ａに設けられた各構成１０１Ａ〜１０８Ａと、第１スイッチとしての同期モードスイッチ１１０Ｂと、多段速位置決め器１１１Ｂと、第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ１１２Ｂと、手動高速スイッチ１１３Ｂと、手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂと、手動逆転スイッチ１１６Ｂと、乗算器１１７Ｂとを備える。
【０１０３】
同期モードスイッチ１１０Ｂは、速度リミッタ１０６Ａと加算器１０７Ａとの間に設けられている。この同期モードスイッチ１１０Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１２Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、姿勢検出機構９Ａ、調整角度検出器１０２Ａ、減算器１０４Ａ、誤差増幅器１０５Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される同期モードループが有効となり、同期モードでの制御可能となる。
【０１０４】
多段速位置決め器１１１Ｂは、減算器１０４Ａおよび誤差増幅器１０５Ａの接続点と、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点との間に設けられている。この多段速位置決め器１１１Ｂは、図２２に示す関係に基づいて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のうちのいずれか１つを演算して、位置決め補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この位置決め補正速度としては、角度偏差が位置決め完了角度以上の場合には、角度偏差の大きさに応じて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のいずれかが選択され、位置決め完了角度未満の場合には、０が選択されて位置決め動作が完了する。
【０１０５】
具体的に、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差の絶対値が高速閾角度以上の場合には、位置決め補正速度として演算されうる最大の値である高速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
また、角度偏差の絶対値が、高速閾角度未満かつ中速閾角度以上の場合には中速補正速度を、中速閾角度未満かつ位置決め完了角度以上の場合には低速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
【０１０６】
なお、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差が正の値の場合には、傾斜角度Ａ４を大きくする必要があるため、正の位置決め補正速度を出力する。一方、角度偏差が負の値の場合には、傾斜角度Ａ４を小さくする必要があるため、負の位置決め補正速度を出力する。
【０１０７】
位置決めモードスイッチ１１２Ｂは、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点と、多段速位置決め器１１１Ｂとの間に設けられている。この位置決めモードスイッチ１１２Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１０Ｂ，１１３Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、姿勢検出機構９Ａ、調整角度検出器１０２Ａ、減算器１０４Ａ、多段速位置決め器１１１Ｂ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される制御ループ（位置決めモードループ）が有効となり、位置決めモードでの制御可能となる。
【０１０８】
手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂは、同期モードスイッチ１１０Ｂおよび位置決めモードスイッチ１１２Ｂの接続点と、手動高速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動高速スイッチ１１３Ｂは、手動正転スイッチ１１４Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。
【０１０９】
手動低速スイッチ１１５Ｂ、手動逆転スイッチ１１６Ｂ、および、乗算器１１７Ｂは、位置決めモードスイッチ１１２Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂの接続点と、手動低速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動低速スイッチ１１５Ｂは、手動逆転スイッチ１１６Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。また、手動逆転スイッチ１１６Ｂは、乗算器１１７Ｂよりも手動低速スイッチ１１５Ｂ側に設けられている。さらに、手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂおよび手動逆転スイッチ１１６Ｂとは、電気的に接続されている。
【０１１０】
なお、手動高速設定速度は、手動低速設定速度よりも速く設定される。また、手動高速設定速度および手動低速設定速度は、いずれも正の値として設定される。
【０１１１】
乗算器１１７Ｂは、正の値として入力される手動高速設定速度や手動低速設定速度に「−１」を乗じることで、負の手動高速設定速度や手動低速設定速度を求め、この求めた速度を加算器１０７Ａに出力する。
【０１１２】
そして、同期モードスイッチ１１０Ｂと位置決めモードスイッチ１１２Ｂとがオフの場合における、各スイッチ１１３Ｂ〜１１６Ｂのオンオフ状態と手動モードとの関係は、表１に示すようになる。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
ここで、高速正転モードおよび低速正転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を速くすることで、傾斜角度Ａ４を小さくするモードである。高速逆転モードおよび低速逆転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を遅くすることで、傾斜角度Ａ４を大きくするモードである。
高速正転モードおよび高速逆転モードは、短時間で傾斜角度Ａ４を変化させたい場合に利用される。また、低速正転モードおよび低速逆転モードは、調整駆動モータ８０の負荷を低減するために、多少の時間をかけて傾斜角度Ａ４を変化させたい場合に利用される。
【０１１５】
以上のような構成により、制御装置１０Ｂは、以下のように動作する。
なお、同期モードでの動作は、第５実施形態と同じなので説明を省略する。
【０１１６】
（位置決めモードでの動作）
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なり、かつ、制御装置１０Ｂの減算器１０４Ａで演算される角度偏差が位置決め完了角度以上の場合、位置決め補正速度として、角度偏差量に応じて、正または負の高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度が選択される。そして、指令傾動速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、角度偏差が０に近づくようにシュート６の傾きが調整される。
また、角度偏差が位置決め完了角度未満となった場合には、位置決めモードスイッチ１１２Ｂをオフにするとともに、同期モードスイッチ１１０Ｂをオンにして、同期モードでの制御を行う。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令傾動速度と指令旋回速度とが等しくなり、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【０１１７】
（手動モードでの動作）
この場合、制御装置１０Ｂの加算器１０７Ａには、正または負の手動高速設定速度あるいは手動低速設定速度が入力される。加算器１０７Ａは、この入力された設定速度と、旋回速度指令の指令旋回速度とを加えて得られる指令傾動速度を、傾動速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。そして、第２モータコントローラ１０８Ａの制御により、調整駆動モータ８０の回転速度が所定時間だけ変化して、傾斜角度Ａ４が変化する。
この変化後の傾斜角度Ａ４は、シュート傾斜角度実績値として調整角度検出器１０２Ａで検出され、新しいシュート傾斜角度リファレンスとして設定される。
【０１１８】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ｂは、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度を位置決め補正速度として演算する位置決めモードで動作するので、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできる。
また、制御装置１０Ｂは、手動モードでも動作するので、傾斜角度Ａ４を大きく変化させたい場合には、迅速に対応できる。
【実施例】
【０１１９】
次に、本発明の実施例として、第６実施形態の制御装置における制御状態について説明する。
図２３には、実施例の制御装置における制御状態を表すタイムチャートが示されており、（Ａ）には旋回駆動モータ７０の旋回速度、（Ｂ）にはシュート６の旋回角度、（Ｃ）には調整駆動モータ８０の傾動速度、（Ｄ）にはシュート６の傾斜角度がそれぞれ示されている。なお、図２３（Ｂ）において、旋回角度が０°のときと３６０°のときには、シュート６は同じ場所に位置している。
【０１２０】
まず、本実施例での各種パラメータを以下の通り設定した。
・高速補正速度 ：１５０ｒｐｍ
・中速補正速度 ： ７０ｒｐｍ
・低速補正速度 ： ４０ｒｐｍ
・初期の傾斜角度： ４０°
そして、以下の表２に示す状態で傾斜角度Ａ４の制御を行った。なお、表２中の経過時間は、おおよその時間を表している。
【０１２１】
【表２】
【０１２２】
その結果、図２３に示すように、制御装置１０Ｂにおける同期モードおよび位置決めモードの切り替えにより、傾斜角度Ａ４を精度よく所望の角度に変更できることが確認できた。
【０１２３】
〔変形例〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部構成などは実施にあたって適宜変形することができる。
前述した各実施形態では、図１、図１１あるいは図１４に示すように、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を隣接して設置したが、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を離して設置してもよい。
【０１２４】
また、前述した実施形態では、旋回駆動モータ７０からロータ４に至る旋回駆動機構７と調整駆動モータ８０からホルダ５に至る調整駆動機構８という駆動系を設け、姿勢検出機構９は別途ロータ４およびホルダ５の回転を取り出すとしたが、姿勢検出機構９へのロータ４およびホルダ５の回転を取り出しは旋回駆動機構７および調整駆動機構８の経路中の別の部位であってもよい。
さらに、姿勢検出機構９からロータ４およびホルダ５に至る経路を利用して旋回駆動機構７および調整駆動機構８を構成してもよい。
【０１２５】
前述した実施形態では、ホルダ側傘歯歯車８１を外歯歯車とし、伝達側傘歯歯車８２を内歯歯車としたが、これらの他の歯車であってもよい。
例えば、ホルダ側傘歯歯車８１を内歯歯車、伝達側傘歯歯車８２を外歯歯車としてもよく、このような構成でも、前述した図１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１２６】
また、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａを設けずに、減算器１０４Ａで演算された角度偏差を、直接、速度リミッタ１０６Ａに入力し、速度リミッタ１０６Ａにおいて、角度偏差に基づいて、同期補正速度を演算してもよい。
さらに、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａとして、ゲインを変更できるような増幅器を設けてもよい。
【０１２７】
その他、前述した各実施形態の細部構成などは適宜変更してよく、前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）が得られる構成であれば本発明に適宜利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、装入装置に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装入装置として利用できる。
【符号の説明】
【０１２９】
１…装入装置
２…高炉
３…フレーム
４…旋回部分であるロータ
５…調整機構であるホルダ
６…シュート
７…旋回駆動機構
８…調整駆動機構
９…姿勢検出機構
１０Ａ，１０Ｂ…制御装置
７０…旋回駆動モータ
８０…調整駆動モータ
８１…ホルダ側傘歯歯車
８２…伝達側傘歯歯車
９１…旋回角度センサ
９２…調整角度センサ
９３…差動機構
１００Ａ…入力部
１０１Ａ…第１モータコントローラ
１０２Ａ…調整角度検出器
１０３Ａ…偏差演算手段
１０６Ａ…補正速度演算手段としての速度リミッタ
１０７Ａ…加算器
１０８Ａ…第２モータコントローラ
１１０Ｂ…第１スイッチとしての同期モードスイッチ
１１２Ｂ…第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ
Ａ１…第１角度
Ａ２…第２角度
Ａ３…第３角度
Ｄ１…旋回軸
Ｄ２…調整軸
Ｄ３…シュート中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製銑用の高炉においては、炉内に装入物を装入する設備として装入装置が用いられている。同様な装入装置は、他の反応炉や反応塔、触媒容器など、容器内部に内容物を充填する際にも用いられている。
このような装入装置においては、容器内における装入物の平面分布を均一にする等、装入物を所望の状態とすることが要求される。このために、装入装置においては、装入物の散布方向や散布状態を自由に制御することが求められ、様々な散布機構が開発されている。
【０００３】
特許文献１の装置は、装入物を送り出す円筒状または樋状のシュートを旋回部分に傾斜して設置し、この旋回部分をシュートとともに鉛直な旋回軸まわりに旋回させることで、シュートの先端から放出される装入物をドーナツ状に散布する。さらに、旋回軸に対するシュートの傾斜角度を調整することで、シュートから放出される装入物の到達領域を変更し、これにより散布状態の制御を実現している。
【０００４】
特許文献１の装置では、シュートは傾斜角度の調整機構を介して旋回部分に支持されている。旋回部分を旋回駆動するために旋回駆動モータが用いられ、旋回駆動モータの出力は調整機構にも伝達されている。調整機構と駆動モータとの間には差動機構（遊星歯車）が介在され、差動機構の３つめの軸には調整駆動モータが接続されている。このような構成において、中間歯車の減速比を正しく選択すれば、旋回駆動モータにより調整機構と旋回部分とが一体に回転するようにできる。また、調整駆動モータを作動させることで差動機構から旋回動作に対する相対回転（相対角度、位相差の変化）が調整機構に伝達され、調整機構においては伝達された相対回転に応じてシュートの傾斜角度の調整が行われる。
【０００５】
前述した特許文献１では、シュートの傾斜角度の調整機構と旋回部分を旋回駆動モータの駆動により一体的に旋回させ、調整駆動モータの駆動により調整機構を駆動させるために、差動機構を介在させる必要がある。従って、構造が複雑化し、設備コストも上昇する。さらに、複雑な機構の旋回を維持するために保守点検が煩雑になる。
【０００６】
これに対し、本願の出願人により、シュートの旋回軸まわりに回転するロータと、旋回機構に支持されて旋回軸に対して傾斜した調整軸まわりに回転するホルダとを設置し、このホルダにシュートを支持した構成が提案されている（特願２００９−２３４９５７号）。
この構成では、通常はこれらのロータおよびホルダを同期回転させることでシュートを一定の傾斜角度で旋回させるとともに、ロータに対してホルダを相対回転させることにより、シュートの傾斜角度を変化させることができる。
【０００７】
このような構成の駆動には、特許文献１のような差動機構と旋回駆動モータおよび調整駆動モータとを用いることができ、通常は旋回駆動モータだけでロータとホルダとを同期回転させ、角度調整時には調整駆動モータと差動機構とによりロータとホルダとを相対回転させることができる。
また、ロータおよびホルダに対して個別の駆動モータを用い、各々を個別に制御することで、差動機構を用いずにロータおよびホルダの同期回転による旋回動作、あるいはロータとホルダとの相対回転によるシュートの傾斜角度調整を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭４９−４１２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前述したロータおよびホルダを有する構成において、例示した二つの駆動方式には次のような問題がある。
前述した駆動系統に差動機構を用いる方式では、駆動力の伝達に耐えられる大型の差動機構が必要になり、装入装置としての軽量化、小型化に適さないという問題がある。
前述した個別の駆動モータを用いる方式では、フレームに固定されたセンサからシュートの傾斜角度を直接検出することが容易でないため、各駆動モータの回転数を検出してその差分からシュートの傾斜角度を推定することになる。また、停電やセンサ異常時の復旧作業では、シュート角度を目視確認する必要があるが、高炉においてはシュートが炉内に設置されているため、目視確認作業ではマンホールを開ける必要がある。しかし、操業上の問題からマンホールの開口作業は容易ではない。以上から、精度よくシュートの傾斜角度を制御することが困難であるという問題がある。
【００１０】
本発明の主な目的は、駆動系統を簡略化しつつシュートの傾斜角度を精度よく制御できる装入装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の装入装置は、シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の装入装置の制御方法は、シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有する装入装置の制御方法であって、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを用い、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御することを特徴とする。
【００１３】
ここで、旋回部分との相対回転に応じてシュートの傾斜角度を変化させる調整機構としては、前述したロータおよびホルダを有する構成が採用できる。また、旋回駆動モータの回転を検出するために、旋回角度センサ等を適宜設置してもよく、あるいは制御装置から旋回駆動モータの回転を検出できれば当該構成を利用してもよい。
あるいは、前述した特許文献１あるいは他の構成における同様な旋回駆動モータ、調整機構、調整駆動モータに対して、前述した差動機構、調整角度センサを適用してもよい。
【００１４】
差動機構としては、一般的な遊星歯車が利用できる。遊星歯車の３つの入出力軸は旋回駆動モータの回転と、調整駆動モータの回転を入力とし、各歯車の減速比を正しく選択することにより、前記旋回駆動モータの回転と調整駆動モータの回転の相対回転が出力され、調整角度センサに得られるものであれば任意の歯車と接続することができる。
差動機構としては、遊星歯車のほか、これに類する歯車機構その他の伝達機構を利用してもよく、２系統の入力回転数の差分に応じた回転数を軸出力するものであれば適宜利用することができる。
差動機構の例として、株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズの波動歯車式ディファレンシャルユニット（商品名ハーモニックドライブＦＤシリーズ）等が利用できる。
【００１５】
このような本発明では、旋回部分が旋回駆動モータにより駆動され、調整機構が調整駆動モータにより駆動される。つまり、旋回部分および調整機構に対して個別に駆動モータが設置され、旋回部分および調整機構は各系統の駆動モータにより個別に回転駆動される。
そして、旋回角度センサは旋回駆動モータに基づく回転を検出する。調整角度センサは差動機構を介して旋回駆動モータの回転と調整駆動モータの回転との相対回転を検出する。
【００１６】
ここで、旋回駆動モータによる旋回部分の回転と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転とが同じ回転速度である時（相対回転が０の時）、旋回部分と調整機構とは同期して回転され、シュートを含めて一体に旋回する。この状態では、調整機構における旋回部分に対する相対回転が０であるため、シュートの傾斜角度は変化しない（通常の旋回動作）。
【００１７】
一方、旋回駆動モータによる旋回部分の回転速度と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転速度との同期を解除し、互いに異なる回転速度にすると、調整機構においては旋回部分に対する相対回転に応じてシュートの傾斜角度が変化する。すなわち、旋回駆動モータを停止させて調整駆動モータだけ作動させることで、基本的な旋回動作は停止され、シュートの傾斜角度が調整される。あるいは、旋回駆動モータと調整駆動モータとを異なる速度で回転させることで、シュートおよび旋回部分の旋回を行いつつ、相対回転に応じて傾斜角度が調整される（傾斜角度の調整動作）。
【００１８】
このような通常の旋回動作あるいは傾斜角度の調整動作において、旋回角度センサは、旋回駆動モータに基づく回転から、シュートおよび旋回部分の旋回状態を検出できる。
また、調整角度センサは、旋回部分と調整機構との旋回軸を中心とした相対回転から、シュートの傾斜角度を直接検出できるため、シュートの傾斜角度を精度よく制御することができる。
特に、差動機構というメカニカルな検出機構を用いて相対回転を検出しているため、停電による傾斜角度の異常検出が発生することがない。また、万一、調整角度センサが破損したとしても、炉外から傾斜角度を確認できる。
【００１９】
さらに、本発明では、旋回駆動モータから旋回部分に至る駆動経路および調整駆動モータから調整機構に至る駆動経路は何れも差動機構を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
一方、本発明では調整角度センサに差動機構を用いるが、この差動機構は各センサに至る回転動作の伝達ができればよく、駆動力の伝達までは要求されないため、遊星歯車等のなかでも小型軽量なものを用いることができ、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００２０】
本発明の装入装置において、調整角度センサの１サイクルが前記シュートの傾き調整の１サイクルに対応するように前記差動機構を含めた伝達経路の伝達比が設定されていることが望ましい。
このような本発明では、調整角度センサの１サイクルがシュートの傾き調整の１サイクルに対応するため、調整角度センサからの出力角度から一対一でシュートの傾きを割り出すことができ、オペレータの認識性を高めることができるとともに、制御系への情報出力も簡素化することができる。
【００２１】
本発明の装入装置において、フレームと、前記フレームに設定された旋回軸と、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構において前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサを有することが望ましい。
また、本発明の装入装置において、前記旋回駆動モータの回転が伝達される旋回角度センサを有することが望ましい。
【００２２】
このような本発明では、フレームにロータが支持され、ロータにホルダが支持され、ホルダにシュートが固定される。旋回駆動モータによりロータを回転させることで、基本的な旋回動作が行われるとともに、調整駆動モータによりホルダをロータに対して回転させることで、シュートの角度を変更できる（調整機構）。
【００２３】
すなわち、調整軸は旋回軸に対して第１角度で交差し、シュートは調整軸に対して第２角度で交差するため、ホルダとロータとが相対回転すると、旋回軸に対するシュートの角度は、第１角度と第２角度との差（最小値）から第１角度と第２角度との和（最大値）までの間で変化する。その結果、フレームおよびロータに対するシュートの角度が前述した最大値から最小値までの範囲で任意に選択することができる。
【００２４】
ここで、本発明では、ホルダ側傘歯歯車と伝達側傘歯歯車とは、ロータが旋回軸を中心に回転しても常に噛み合っており、旋回軸を中心に伝達側傘歯歯車を回転させることにより、ホルダをロータに対して調整軸を中心に回転させることができる。伝達側傘歯歯車は旋回軸を中心に回転するため、歯車列等の伝達経路を介してフレームに固定された調整駆動モータから駆動力を伝達することができる。
【００２５】
本発明では、旋回駆動モータがロータを単独で回転させ、調整駆動モータが伝達側傘歯歯車を単独で回転させ、つまり旋回駆動モータによるロータの駆動と調整駆動モータによる傘歯歯車の駆動とが各々独立している。
このため、通常時は、ロータと伝達側傘歯歯車とを同期回転させることで、シュートの角度が一定の状態でこれらのロータおよびホルダ、シュートを旋回させることができる。一方、調整時には、ロータと伝達側傘歯歯車が異なる回転数で回転するように、調整駆動モータの回転数を制御することで、ロータに対する伝達側傘歯歯車の位相が変更され、ホルダ側傘歯歯車に駆動力が伝達され、ロータに対してホルダが調整軸を中心に回転し、その結果シュートの角度が変更される。
【００２６】
このように、本発明においては、旋回駆動モータでシュートを旋回させることにより基本的な散布動作を行うとともに、調整駆動モータによりロータと伝達側傘歯歯車の位相を調整することで、旋回軸に対するシュートの角度、つまりフレームおよびロータに対するホルダおよびシュートの角度を調整することができ、旋回による散布の半径を調整することができる。
【００２７】
このような本発明では、基本的な旋回動作を継続しつつ、シュートの角度調整を行うことができるため、制御は非常に簡略化される。さらに、電気的に各駆動モータの差分を検出する方式では、信頼性向上ため、シュート傾斜角度のプリセット用センサをシュートに設けるなどの工夫が必要になるところ、本発明では、このような工夫が不要となる。また、ロータやホルダおよびその支持構造、旋回駆動モータからロータに至る伝達経路については機能的にも単純であり、構造の複雑化を回避することができる。調整駆動モータからホルダに至る伝達経路についても、前述の傘歯歯車を利用した簡単な構成で実現することができ、構造の複雑化を回避することができる。
【００２８】
本発明の装入装置において、前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、
この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出器と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出器で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、
前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、
前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００２９】
本発明の装入装置の制御方法において、入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出工程と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出工程で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、
前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、
前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００３０】
このような本発明の装入装置、および装入装置の制御方法では、入力部から入力される所定の角度と、調整角度検出器で検出されたシュートの傾斜角度との偏差を、調整駆動モータの回転速度変更前よりも小さくするような補正速度を演算し、この補正速度と旋回駆動モータの回転速度とを加算した回転速度で、調整駆動モータを回転させるため、精度よくシュートの傾斜角度を一定の角度に制御できる。また、補正速度を旋回駆動モータの回転速度に加算するだけの簡単な演算で、調整駆動モータの回転速度を決定することができ、安価な構成でも対応できる。
【００３１】
本発明の装入装置において、前記補正速度演算手段は、前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
本発明の装入装置の制御方法において、前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
【００３２】
このような本発明の装入装置、および装入装置の制御方法では、偏差の絶対値が閾角度以上の場合には、固定値である最大補正速度を補正速度として演算するので、調整駆動モータの回転速度の最大値を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータの負荷を抑制できる。一方、閾角度未満の場合には、偏差の絶対値の大きさに応じて異なる偏差対応補正速度を補正速度として演算するので、偏差をほぼ０にすることができる。
【００３３】
本発明の装入装置において、前記制御装置は、
前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、
前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、
前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、
前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することが望ましい。
【００３４】
このような本発明では、第１スイッチによりオフ状態に設定し、第２スイッチによりオン状態に設定することにより、シュートの傾斜角度を作業者の所望の傾斜角度に短時間で変更することができる。さらに、第１スイッチによりオン状態に設定し、第２スイッチによりオフ状態に設定した場合には、シュートの傾斜角度をほぼ一定の角度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図２】前記図１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図３】前記図１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の駆動系を示す斜視図。
【図５】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す平面図。
【図６】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す側面図。
【図７】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す平面図。
【図８】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す側面図。
【図９】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す平面図。
【図１０】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す側面図。
【図１１】本発明の第２実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図１２】前記図１１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図１３】前記図１１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図１５】前記図１４のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図１６】前記図１４のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図１７】本発明の第４実施形態を示す模式斜視図。
【図１８】本発明の第５実施形態を示す模式図。
【図１９】前記第５実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図２０】前記第５実施形態の同期補正速度と増幅角度偏差との関係を示すグラフ。
【図２１】本発明の第６実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図２２】前記第６実施形態の位置決め補正速度と角度偏差との関係を示すグラフ。
【図２３】本発明の実施例の制御装置における制御状態を表すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図１０には本発明の第１実施形態が示されている。このうち、図１は本実施形態の装入装置１を示す部分破断した斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面（後述する旋回駆動モータ７０を通る断面）を示す縦断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面（後述する調整駆動モータ８０を通る断面）を示す縦断面図、図４は本実施形態の駆動系を示す斜視図である。
【００３７】
本実施形態の装入装置１は、高炉２の炉頂部に設置されて炉内に鉄鉱石および石炭を主体とする装入物を散布するものである。
高炉２の炉頂部は円錐台状に形成され、その上部開口にはフレーム３が設置されている。フレーム３には旋回部分としてのロータ４が支持され、ロータ４には調整機構としてのホルダ５が支持され、ホルダ５にはシュート６が支持されている。
【００３８】
本実施形態の装入装置１においては、旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３が設定され、前述したフレーム３、ロータ４、ホルダ５およびシュート６はこれらの各軸に従って設置される（図２および図３参照）。
旋回軸Ｄ１は、鉛直方向の軸線であり、高炉２の中心軸線と一致する。
調整軸Ｄ２は、交点Ｏにおいて旋回軸Ｄ１と交差しており、互いの交差角度は第１角度Ａ１とされている。
シュート中心軸Ｄ３は、前述した交点Ｏにおいて調整軸Ｄ２と交差しており、互いの交差角度は第２角度Ａ２とされている。
【００３９】
シュート中心軸Ｄ３は、シュート６から散布される装入物が炉内に散布される方向を規定するものであり、通常はシュート６の円錐台形状の底面方向とされる。
【００４０】
詳細は後述するが、ホルダ５はロータ４に対して調整軸Ｄ２まわりに回転する。このようなロータ４に対するホルダ５の回転に伴い、シュート中心軸Ｄ３は調整軸Ｄ２に対する第２角度Ａ２を保ったまま調整軸Ｄ２まわりに回転する。この回転により、シュート６の先端開口における点Ｐは、軌跡Ｌ２に沿って円形に移動する。
【００４１】
このような回転により、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する方向（つまりフレーム３に対する方向）が変化し、図２および図３におけるシュート中心軸Ｄ３は、図中一点鎖線で示す状態から交点Ｏを中心に図中左側へと振れることになる。
【００４２】
詳細は後述するが、ホルダ５およびロータ４はフレーム３に対して旋回軸Ｄ１まわりに回転する（旋回部分）。このようなロータ４およびホルダ５の回転に伴い、シュート６の先端の点Ｐは軌跡Ｌ１に沿って旋回する。図２および図３の状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に対して最大角度をなしており、軌跡Ｌ１は最大である。
【００４３】
ここで、ホルダ５をロータ４に対して回転させ、シュート中心軸Ｄ３を調整軸Ｄ２まわりに回転させることで、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する角度が小さくなってゆき、軌跡Ｌ１は徐々に小さくなる。これにより旋回散布および散布半径の調整が可能となる（調整機構）。
【００４４】
本実施形態では、旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２とが交差する第１角度Ａ１が例えば２０度とされ、調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３とが交差する第２角度Ａ２が例えば２０度とされ、つまり第１角度Ａ１と同じとされている。このため、ホルダ５の回転によりシュート中心軸Ｄ３が図２および図３の最も左寄りにある状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に一致し、軌跡Ｌ１の半径が０となる。
以上のような旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３を基準として、以下にフレーム３、ロータ４、ホルダ５およびシュート６の各部およびこれらの駆動機構について説明する。
【００４５】
フレーム３は、扁平な円筒状のケース３０と、その上面を覆う上面板３１と、下面を覆う下面板３２とを有する。上面板３１の中央には供給管３３が設置され、この供給管３３から供給される装入物がシュート６へと引き渡され、シュート６から高炉２内へと散布される。下面板３２の中央には開口３４が形成され、この開口３４内にはロータ４が保持される。
【００４６】
ロータ４は、供給管３３の外周を囲う筒状の部分を有する上ケース４１と、上ケース４１の下側に接続されて内部にホルダ５を収容する下ケース４２と、上ケース４１の上側に接続されて、旋回用軸受４３１に支持されているマウント４３とを備えている。
【００４７】
マウント４３は、上ケース４１の上側に接続され、旋回用軸受４３１に支持され、ロータ４をフレーム３に回転自在に支持するものである。
旋回用軸受４３１は供給管３３の周囲のフレーム３の上面板３１の下面側に固定され、これによりロータ４の全体が旋回軸Ｄ１を中心に回転自在に支持されている。
ロータ４の内部には調整用軸受５５が固定され、これにホルダ５が支持されている。これにより、ホルダ５は、ロータ４に対して調整軸Ｄ２を中心に回転自在に支持されている。
【００４８】
図２、図３および図４に示すように、シュート６は、それぞれ円筒状の基端部６０、本体６１、接続部６２を備えている。
基端部６０は、上端がホルダ５に接続され、中心軸がホルダ５と同様に調整軸Ｄ２に一致されている。本体６１は、基端部６０の下端に接続され、中心軸がシュート中心軸Ｄ３に一致されている。接続部６２は、前述した本体６１と開口３４が干渉するために切り欠いた部分で基端部６０と本体６１を接続させている。
【００４９】
シュート６は、基端部６０がホルダ５に接続され、ホルダ５がロータ４内に収容されることにより、基端部６０に供給管３３の先端が導入された状態とされる。この状態では、供給管３３から装入物が供給されると、この装入物はシュート６を通ってその先端から高炉２内へと散布される。この際、高炉２内へ放出された時点の装入物の方向はシュート６の底面の方向Ｄ３´に沿ったものとされ、シュート６の方向を調整することで高炉２内への散布状態を制御することができる。
【００５０】
より詳しくは、高炉２内へ放出される装入物は、シュート６の底面の方向Ｄ３´に沿って先端へ送られる。従って、高炉２内へ放出される装入物の方向は、シュート６の内面に沿った方向となる。ここで、シュート６の中心軸とシュート６の内面とがなす角度を第３角度Ａ３として、第１角度Ａ１と第２角度Ａ２と第３角度Ａ３との和は、シュート６に要求される最大傾斜角度となるように設定されている。なお、本実施形態では、角度Ａ１と角度Ａ２が同一角度とされている。
【００５１】
本実施形態の装入装置１は、前述のようにシュート６から装入物を散布するにあたり、ロータ４とホルダ５ないしシュート６を一体に旋回させることで、装入物を高炉２内に所定半径の円周状に散布するとともに、ロータ４とホルダ５とを相対回転させることでシュート６の傾きを調整し、これにより散布半径を変化させて高炉２内の全域に装入物を散布することができる。
【００５２】
このために、装入装置１は、ロータ４を回転駆動する旋回駆動機構７と、ホルダ５を回転駆動する調整駆動機構８とを備えている。
さらに、散布にあたってシュート６の旋回角度および傾斜角度を把握するために、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の回転からシュート６の旋回角度および傾斜角度を検出する姿勢検出機構９を備えている。
【００５３】
旋回用軸受４３１の外周には歯車７１が形成され、この歯車７１には歯車７２が噛み合わせられ、この歯車７２には歯車７３がかみ合わせられ、この歯車７３はフレーム３の上面板３１の上面に設置された旋回駆動モータ７０により回転駆動される。
これらの旋回駆動モータ７０、歯車７１、７２、７３により旋回駆動機構７が構成されている。
【００５４】
調整用軸受５５の外周にはホルダ側傘歯歯車８１が形成され、このホルダ側傘歯歯車８１には伝達側傘歯歯車８２が噛み合わせられている。
伝達側傘歯歯車８２はフレーム３の上面板３１の下面から延びる支持部材８３により、フレーム３に固定されている調整用動力伝達軸受８４に支持され、旋回軸Ｄ１を中心として回転自在である。ホルダ側傘歯歯車８１はホルダ５と一体に調整軸Ｄ２まわりに回転するが、傘歯歯車とすることで、ホルダ側傘歯歯車８１と伝達側傘歯歯車８２は互いに回転力を伝達可能である。
【００５５】
ホルダ側傘歯歯車８１はロータ４内に収容され、伝達側傘歯歯車８２はロータ４の外部に設置されるが、ロータ４の上ケース４１には伝達用開口が形成されているため、相互の噛み合わせが確保されている。
【００５６】
調整用動力伝達軸受８４の外周には歯車８５が形成され、この歯車８５には歯車８６が噛み合わせられ、この歯車８６には歯車８７が噛み合わせられ、この歯車８７はフレーム３の上面板３１の上面に設置された調整駆動モータ８０により回転駆動される。
これらの調整駆動モータ８０、ホルダ側傘歯歯車８１、伝達側傘歯歯車８２、歯車８５、８６及び８７により調整駆動機構８が構成されている。
【００５７】
姿勢検出機構９は、フレーム３の上面板３１の上面に設置されており、その上面に旋回角度センサ９１および調整角度センサ９２を有し、差動機構９３を有し、前記差動機構９３に旋回駆動モータ７０の回転を入力する回転軸９４と歯車９５を有し、前記差動機構９３に前記調整駆動モータ８０の回転を入力する回転軸９６を有する。
【００５８】
旋回角度センサ９１および調整角度センサ９２は、一般的なロータリーエンコーダであり、その回転軸に伝達される回転を検出して回転角度を示す電気的な信号を出力する。従って、信号出力を検出回路で処理することで、回転軸に伝達された回転の角度を検出することができる。
【００５９】
差動機構９３は、一般的な遊星歯車装置であり、中央に配置された太陽歯車９３Ｓと、その周囲に配置された複数の遊星歯車９３Ｐと、遊星歯車９３Ｐの軸を支持するキャリア９３Ｃと、遊星歯車９３Ｐの外側に外周歯車９３Ｅと、を有する。この差動機構９３では、太陽歯車９３Ｓの回転と外周歯車９３Ｅの回転を入力とし、キャリア９３Ｃの回転を出力としている。各歯車の減速比を正しく選択することにより、キャリア９３Ｃに旋回駆動モータ７０の回転と調整駆動モータ８０の回転の相対回転を出力する。
【００６０】
差動機構９３の太陽歯車９３Ｓの回転軸９６はフレーム３内へと延長され、その先端で歯車８６に固定されている。歯車８６は調整駆動機構８の歯車８５に噛み合わせられている。これにより、調整駆動モータ８０の回転に基づく歯車８５の回転が回転軸９６に伝達される。
【００６１】
旋回角度センサ９１の回転軸９４は、フレーム３内へと延長され、その途中には歯車９５が固定されているとともに、その先端で歯車７２に固定されている。歯車７２は、旋回駆動機構７の歯車７１に噛み合わせられている。これにより、旋回駆動モータ７０の回転に基づく歯車７１の回転が回転軸９４に伝達される。歯車９５は、差動機構９３の外周歯車９３Ｅの外歯に噛み合わせられ、差動機構９３に旋回駆動モータ７０の回転を伝達する。調整角度センサ９２は、差動機構９３のキャリア９３Ｃの回転軸に接続されている。
【００６２】
このように、姿勢検出機構９においては、旋回角度センサ９１には旋回駆動モータ７０の回転が伝達されるとともに、差動機構９３には旋回駆動モータ７０の回転に基づく旋回動作（フレーム３に対するロータ４の回転）および調整駆動モータ８０の回転に基づく調整機構の回転動作（フレーム３に対する歯車８５の回転）が伝達され、これら旋回駆動モータ７０の回転と調整駆動モータ８０の回転との相対回転（ロータ４に対する歯車８５の回転）が調整角度センサ９２に伝達される。
【００６３】
従って、旋回角度センサ９１で検出される回転角度から、シュート６の旋回軸を中心とした回転の回転角度を割り出すことができる。
また、調整角度センサ９２で検出される回転角度からホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度を割り出すことができ、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度に対応したシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を読み取ることができる。
【００６４】
本実施形態の装入装置１は、前述のような旋回駆動機構７と調整駆動機構８との協調動作により、旋回軸Ｄ１まわりの旋回散布を行う。
そして、調整軸Ｄ２まわりにロータ４とホルダ５とを相対回転させることにより、シュート６の傾斜角度の調整により装入物の散布半径を調整し、複数の同心円状となるように旋回散布を繰り返してゆく。
この際、前述した旋回駆動機構７と調整駆動機構８との協調動作にあたっては、姿勢検出機構９によりシュート６の傾斜角度を検出し、シュート６が散布に必要な傾斜角度となるよう制御を行う。
【００６５】
以下、図５から図１０により、本実施形態におけるシュートの傾斜角度の制御動作について説明する。
【００６６】
図５および図６において、シュート６を旋回軸Ｄ１に対して最も傾いた状態（角度Ａ１＋Ａ２）では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１から最も離れた状態（半径Ｒｘ）となる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させると、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｘの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
ロータ４およびホルダ５を一体に回転させるためには、調整角度センサ９２で検出される角度が一定となるように調整駆動モータ８０を制御して、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを同期させ、ロータ４およびホルダ５を同じ速度で回転させればよい。
【００６７】
ロータ４に対してホルダ５を相対回転させるためには、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との同期をずらし、例えばホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも遅くする、あるいは一時的に停止させる等とすればよい。逆にホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも速くしてもよい。この際、調整角度センサ９２で検出される角度が所望の角度まで変化するように調整駆動モータ８０を制御する。
シュート６を、旋回軸を中心とした回転の特定の回転角度で停止するときはシュート６が旋回角度センサ９１の特定の角度で停止するように旋回駆動モータ７０を制御する。
【００６８】
図７および図８において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１との傾き角度を小さくすることで、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径Ｒｔ）も小さくなる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させることで、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｔの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
【００６９】
図９および図１０において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って更に移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１とを一致させることで、互いの傾き角度が０となり、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径）も０となる。この状態では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１位置で旋回する。
このようにしてシュート６の先端Ｐの旋回半径を調整することができ、各旋回半径において旋回しつつ装入物を散布することで、高炉２内に均一にあるいは任意の分布で装入物を散布することができる。
【００７０】
このように、本実施形態においては、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを協調動作させ、ホルダ５とロータ４とを一体的に回転させることで装入物の旋回散布が行えるとともに、ホルダ５とロータ４との相対回転により相対角度を調整することで、旋回軸Ｄ１に対するシュート６の傾きを任意に調整することができ、高炉２内における装入物の散布半径を自由に調整することができる。
本実施形態においては、シュート６の傾きの調整にあたって、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御により、ロータ４とホルダ５とを同期回転状態から相対回転状態に切り替えることで簡単に行うことができる。
【００７１】
そして、本実施形態では、ロータ４、ホルダ５、シュート６に対する前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）により、シュート６の傾きを調整するようにしたため、回転方向別の複雑な支持機構などを設ける必要がなく、構成を簡略にすることができる。
とくに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御で旋回および角度調整が自由に行えるため、制御装置における制御の設計により、多様な動作を自由に設定することができる。
【００７２】
この際、姿勢検出機構９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。具体的には、旋回角度センサ９１ではシュート６の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度が検出できる。調整角度センサ９２では、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度が検出できる。
これによりシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を読み取ることができ、シュート６の傾斜角度を精度よく制御しながら旋回軸Ｄ１を中心にシュート６を旋回させることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態の装入装置では、旋回駆動モータ７０からロータ４に至る旋回駆動機構７および調整駆動モータ８０からホルダ５に至る調整駆動機構８の何れにも差動機構を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
【００７４】
一方、本実施形態では、姿勢検出機構９において、旋回角度センサ９１および調整角度センサ９２とともに差動機構９３を用いるが、この差動機構９３は各センサに至る回転動作の伝達ができればよく、駆動力の伝達までは要求されないため、遊星歯車等のなかでも小型軽量なものを用いることができ、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００７５】
〔第２実施形態〕
図１１〜図１３には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
本実施形態において、キャリア９３Ｃの回転は歯車９７Ａ，９７Ｂを介して調整角度センサ９２に伝達され、回転軸９４の回転は歯車９８Ａ，９８Ｂを介して旋回角度センサ９１に伝達される。
【００７６】
歯車９７Ａ，９７Ｂの減速比を、ホルダ５が調整軸Ｄ２を中心に１回転するときに、調整角度センサ９２が１回転するように選定されている。これにより、調整角度センサ９２で検出される回転角度は、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とする回転の回転角度と一致するため、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とする回転の回転角度を割り出す演算を省略できる。
【００７７】
歯車９８Ａ，９８Ｂの減速比は、ロータ４が旋回軸Ｄ１を中心に１回転するときに旋回角度センサ９１が１回転するように選定されている。これにより、旋回角度センサ９１で検出される回転角度は、ロータ４の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度と一致するため、ロータ４の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度を割り出す演算を省略できる。
このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、歯車比率を特定の値に設定することで回転角度の演算を省略することができる。
【００７８】
〔第３実施形態〕
図１４〜図１６には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
本実施形態においては、旋回駆動モータ７０に固定された歯車７３Ａと、回転軸９４に固定された歯車７３Ｂが噛み合い、これによって、回転軸９４に旋回駆動機構７の旋回動作が伝達される。さらに、調整駆動モータ８０に固定されている歯車８７Ａと、回転軸９６に固定されている歯車８７Ｂが噛み合い、これによって、回転軸９６に調整駆動機構８の旋回軸を中心とした回転が伝達される。
【００７９】
このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、歯車比率を特定の値に設定することで回転角度の演算を省略することができる。
【００８０】
〔第４実施形態〕
図１７には、本発明の第４実施形態が示されている。
前述した第１ないし第３の実施形態は、シュート６とともに旋回する旋回部分としてロータ４を設け、シュート６の傾斜角度を調整するための調整機構としてホルダ５を設け、ロータ４とホルダ５とを傾斜面に対して相対回転させることでシュート６の傾斜を調整する方式であったが、本発明は前述した特許文献１に記載された調整機構、すなわちシュート６を軸支し、歯車で伝達される回転により傾斜角度を調整するものであってもよい。
【００８１】
図１７において、フレーム３および供給管３３は前述した第１実施形態と同様であり、供給管３３は図示省略した構成を介して歯車７１と一体に旋回可能である。
供給管３３の下端には直径方向の回動軸６Ａが配置され、シュート６は基端部をこの回動軸６Ａに固定されて傾斜角度が調整可能である。
回動軸６Ａの端部には扇形の部分歯車６Ｂが固定され、この部分歯車６Ｂには歯車６Ｃが噛み合わせられ、この歯車６Ｃにはウォーム歯車６Ｅが噛み合わせられている。ウォーム歯車６Ｅは供給管３３に回転自在に支持されるとともに、ウォーム歯車６Ｅには歯車６Ｆが固定され、この歯車６Ｆは歯車８５に噛み合わせられている。
【００８２】
歯車７１には、前記第１実施形態と同様な旋回駆動機構７が接続されており、旋回駆動モータ７０の駆動力により歯車７１および供給管３３が旋回駆動され、これによりシュート６が旋回する。
歯車８５には、前記第１実施形態と同様な調整駆動機構８が接続されており、調整駆動モータ８０の駆動力により歯車８５が回転駆動され、歯車７１との相対回転がウォーム歯車６Ｅに取り出され、回動軸６Ａの回動として伝達され、シュート６の傾斜が変更される。
旋回駆動機構７および調整駆動機構８の間には、前述した第１実施形態と同様な差動機構９３を含む姿勢検出機構９が設置されている。
【００８３】
このような本実施形態においても、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の同期回転動作によりシュート６の旋回が行われるとともに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との相対回転によりシュート６の傾斜角度の調整が行われ、この点で前述した第１実施形態と共通である。
また、本実施形態においても、差動機構９３を含む姿勢検出機構９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。
【００８４】
〔第５実施形態〕
図１８および図１９には、本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第４実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
図１８において、装入装置１は、供給管３３を有するフレーム３を備える。供給管３３は、図示省略した構成を介して歯車７１と一体的に旋回可能である。
供給管３３の下端には直径方向の回動軸６Ａが配置され、シュート６は基端部をこの回動軸６Ａに固定されて傾斜角度Ａ４が調整可能である。
回動軸６Ａの端部には扇形の部分歯車６Ｂが固定され、この部分歯車６Ｂには歯車６Ｃが噛み合わせられ、この歯車６Ｃにはウォーム歯車６Ｅが噛み合わせられている。ウォーム歯車６Ｅは供給管３３に回転自在に支持されるとともに、ウォーム歯車６Ｅには歯車６Ｆが固定され、この歯車６Ｆは歯車８５に噛み合わせられている。
【００８５】
歯車７１には、前記第１実施形態と同様な旋回駆動機構７が接続されており、旋回駆動モータ７０の駆動力により歯車７１および供給管３３が旋回駆動され、これによりシュート６が旋回する。なお、本実施形態では、旋回駆動モータ７０に設けられた歯車７３は、歯車７１に直接かみ合っている。
歯車８５には、前記第１実施形態と同様な調整駆動機構８が接続されており、調整駆動モータ８０の駆動力により歯車８５が回転駆動され、歯車７１との相対回転がウォーム歯車６Ｅに取り出され、回動軸６Ａの回動として伝達され、シュート６の傾斜が変更される。なお、本実施形態では、調整駆動モータ８０に設けられた歯車８７は、歯車８５に直接かみ合っている。
旋回駆動機構７および調整駆動機構８の間には、前述した第１実施形態と同様な差動機構９３を含む姿勢検出機構９Ａが設置されている。
この姿勢検出機構９Ａは、調整角度センサ９２と、差動機構９３Ａとを有する。差動機構９３Ａは、太陽歯車９３Ｓと、キャリア９３Ｃで支持された複数の遊星歯車９３Ｐと、外周歯車９３Ｅとを有する。また、太陽歯車９３Ｓの回転軸９６の先端には、歯車８６が固定されている。この歯車８６は、歯車８５にかみ合った歯車８８Ａにかみ合っている。これにより、調整駆動モータ８０の回転に基づく歯車８５の回転が回転軸９６に伝達される。
なお、差動機構としては、差動ギアを用いたものであってもよい。また、差動機構としては、歯車７１，８５の回転数を検出するエンコーダをそれぞれ設け、このエンコーダからのパルス信号を偏差カウンタに入力して、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０の回転速度差（モータ回転速度差）を検出するようにしてもよい。
【００８６】
このような本実施形態においても、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の同期回転動作によりシュート６の旋回が行われるとともに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との相対回転によりシュート６の傾斜角度Ａ４の調整が行われ、この点で前述した第１実施形態と共通である。
また、本実施形態においても、差動機構９３Ａを含む姿勢検出機構９Ａにより、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。
なお、図１８に示す装入装置１は、調整駆動モータ８０の回転速度を旋回駆動モータ７０の回転速度よりも速くした場合には、傾斜角度Ａ４が小さくなり、遅くした場合には、傾斜角度Ａ４が大きくなるような構成を有している。
【００８７】
また、図１９において、装入装置１は、同期モードで動作する制御装置１０Ａを備える。
同期モードとは、傾斜角度Ａ４が所望の角度（シュート傾斜角度リファレンス）からずれている場合（角度偏差（°）が０でない場合）、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差を生じさせて、角度偏差を小さくする制御を常時行い、角度偏差を０にすることを目標に調整駆動モータ８０を制御することで、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差をなくす（旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させる）フィードバック制御を意味する。
【００８８】
そして、制御装置１０Ａは、入力部１００Ａと、第１モータコントローラ１０１Ａと、調整角度検出器１０２Ａと、偏差演算手段１０３Ａと、補正速度演算手段としての速度リミッタ１０６Ａと、加算器１０７Ａと、第２モータコントローラ１０８Ａとを備える。
なお、姿勢検出機構９Ａ、調整角度検出器１０２Ａ、偏差演算手段１０３Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０は、同期モードでの動作を実現する同期モードループを構成している。
【００８９】
第１モータコントローラ１０１Ａには、入力部１００Ａから、旋回駆動モータ７０の回転速度に応じた大きさの旋回速度指令が入力される。そして、第１モータコントローラ１０１Ａは、旋回速度指令に基づく回転速度（指令旋回速度）Ｇで旋回駆動モータ７０を回転させる。
調整角度検出器１０２Ａは、調整角度センサ９２からの電気的な信号に基づいて、旋回軸Ｄ１に対するシュート中心軸Ｄ３の傾斜角度Ａ４をシュート傾斜角度実績値として検出し、このシュート傾斜角度実績値を偏差演算手段１０３Ａへ出力する。
【００９０】
偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａと、誤差増幅器１０５Ａとを備える。
減算器１０４Ａには、入力部１００Ａから、傾斜角度Ａ４の目標値であるシュート傾斜角度リファレンス（シュート傾斜角度ＲＥＦ）Ｅｒが入力され、調整角度検出器１０２Ａからシュート傾斜角度実績値が入力される。そして、減算器１０４Ａは、シュート傾斜角度リファレンスからシュート傾斜角度実績値を減じた角度偏差、すなわち、傾斜角度Ａ４の目標値に対する実績値のずれを演算して、誤差増幅器１０５Ａへ出力する。
誤差増幅器１０５Ａは、減算器１０４Ａから入力される角度偏差に対応する電気信号を増幅して、速度リミッタ１０６Ａへ出力する。具体的に、誤差増幅器１０５Ａは、傾斜角度Ａ４の角度偏差と、増幅のゲインに対応する値とを乗じて得られる増幅角度偏差（°）に対応する電気信号を出力する。
【００９１】
速度リミッタ１０６Ａは、図２０に示す関係に基づいて、最大補正速度または偏差対応補正速度を、同期補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この同期補正速度は、一般的に制御が乱調しない範囲で大きめの速度に設定され、位置制御誤差が小さくなるような回転速度に対応する。
【００９２】
具体的に、速度リミッタ１０６Ａは、増幅角度偏差の絶対値が閾角度Ｓ以上の場合には、同期補正速度として演算されうる最大の値である最大補正速度を、同期補正速度として出力する。また、増幅角度偏差の絶対値が０よりも大きく、閾角度Ｓ未満の場合には、増幅角度偏差の大きさに比例する偏差対応補正速度を、同期補正速度として出力する。なお、偏差対応補正速度は、増幅角度偏差が大きくなるにしたがって段階的に大きくなるような速度であってもよい。
【００９３】
なお、増幅角度偏差が正の値の場合には、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスよりも小さいので、調整駆動モータ８０の回転速度を旋回駆動モータ７０の回転速度よりも遅くして、傾斜角度Ａ４を大きくする必要がある。このため、速度リミッタ１０６Ａは、正の同期補正速度を出力する。一方、増幅角度偏差が負の値の場合には、傾斜角度Ａ４を小さくする必要があるため、負の同期補正速度を出力する。
【００９４】
加算器１０７Ａには、入力部１００Ａから旋回速度指令が入力されるとともに、速度リミッタ１０６Ａから同期補正速度が入力される。そして、加算器１０７Ａは、旋回速度指令の指令旋回速度と同期補正速度とを加えて得られる回転速度（指令傾動速度）Ｇｂを、傾動速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。このとき、指令傾動速度は、同期補正速度が負の値の場合には、指令旋回速度よりも遅くなり、同期補正速度が正の値の場合には、指令旋回速度よりも速くなる。
第２モータコントローラ１０８Ａは、第２加算器１０７Ａからの傾動速度指令に基づいて、指令傾動速度で調整駆動モータ８０を回転させる。
【００９５】
以上のような構成により、制御装置１０Ａは、以下のように動作する。
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なる場合、制御装置１０Ａの減算器１０４Ａで演算される角度偏差は、０以外の値となる。このため、同期補正速度として出力される、正または負の最大補正速度、偏差対応補正速度も、０以外の値となる。そして、指令傾動速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、旋回駆動モータ７０の回転速度は変化せずに、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、傾斜角度Ａ４がシュート傾斜角度リファレンスに近づくように、すなわち角度偏差が０に近づくように調整される。
そして、この調整の結果、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくならない場合には、このシュート傾斜角度実績値に基づいて、再度、調整駆動モータ８０を指令旋回速度と異なる指令傾動速度で回転させて傾斜角度Ａ４を調整する。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令傾動速度と指令旋回速度とが等しくなる。その結果、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【００９６】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ａは、シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスに基づき演算される増幅角度偏差を従前よりも小さくするような同期補正速度を演算し、この同期補正速度と指令旋回速度とを加算した指令傾動速度で調整駆動モータ８０を回転させる。このため、精度よくシュート６の傾斜角度Ａ４を一定の角度に制御できる。
特に、同期補正速度を指令旋回速度に加算するだけの簡単な演算で指令傾動速度を設定できるので、制御装置１０Ａを安価に構成できる。
【００９７】
また、制御装置１０Ａは、図２０に示す関係に基づいて、増幅角度偏差の絶対値が閾角度Ｓ以上の場合には、最大補正速度を同期補正速度として出力するので、指令旋回速度を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータ８０の負荷を抑制できる。また、閾角度Ｓ未満の場合には、偏差対応補正速度を同期補正速度として出力するので、回転速度の変更で角度偏差をほぼ０にすることができる。
【００９８】
そして、偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａで得られた角度偏差を、誤差増幅器１０５Ａで増幅して速度リミッタ１０６Ａに出力する。このため、角度偏差の検出感度を高めることができ、精度よく傾斜角度Ａ４を一定の角度に制御できる。
【００９９】
〔第６実施形態〕
図２１には、本発明の第６実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第５実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
図２１において、制御装置１０Ｂは、図１８に示す装入装置１を制御する。具体的に、制御装置１０Ｂは、第５実施形態と同様の同期モードと、位置決めモードと、手動モードとで動作する。
【０１００】
位置決めモードとは、同期モードと同様に、角度偏差が０でない場合、調整駆動モータ８０の回転速度を変化させて、角度偏差を小さくする制御を行い、角度偏差が０になった後には旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させるフィードバック制御を意味する。
また、位置決めモードは、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできるという特徴を有している。具体的に、同期モードでは、角度偏差が小さくなってくると、同期補正速度として演算される偏差対応補正速度も小さくなるため、角度偏差が０になるまでの時間が長くなる。そこで、位置決めモードでは、角度偏差が小さい場合でもある程度の大きさの補正速度を調整駆動モータ８０に与えることで、角度偏差が０になるまでの時間を短くしている。
【０１０１】
また、手動モードとは、同期モードや位置決めモードのようなフィードバック制御ではなく、作業者の設定入力に基づく傾斜角度Ａ４となるように、調整駆動モータ８０の回転速度を１回だけ変化させる制御を意味する。
【０１０２】
そして、制御装置１０Ｂは、第５実施形態の制御装置１０Ａに設けられた各構成１０１Ａ〜１０８Ａと、第１スイッチとしての同期モードスイッチ１１０Ｂと、多段速位置決め器１１１Ｂと、第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ１１２Ｂと、手動高速スイッチ１１３Ｂと、手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂと、手動逆転スイッチ１１６Ｂと、乗算器１１７Ｂとを備える。
【０１０３】
同期モードスイッチ１１０Ｂは、速度リミッタ１０６Ａと加算器１０７Ａとの間に設けられている。この同期モードスイッチ１１０Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１２Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、姿勢検出機構９Ａ、調整角度検出器１０２Ａ、減算器１０４Ａ、誤差増幅器１０５Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される同期モードループが有効となり、同期モードでの制御可能となる。
【０１０４】
多段速位置決め器１１１Ｂは、減算器１０４Ａおよび誤差増幅器１０５Ａの接続点と、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点との間に設けられている。この多段速位置決め器１１１Ｂは、図２２に示す関係に基づいて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のうちのいずれか１つを演算して、位置決め補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この位置決め補正速度としては、角度偏差が位置決め完了角度以上の場合には、角度偏差の大きさに応じて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のいずれかが選択され、位置決め完了角度未満の場合には、０が選択されて位置決め動作が完了する。
【０１０５】
具体的に、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差の絶対値が高速閾角度以上の場合には、位置決め補正速度として演算されうる最大の値である高速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
また、角度偏差の絶対値が、高速閾角度未満かつ中速閾角度以上の場合には中速補正速度を、中速閾角度未満かつ位置決め完了角度以上の場合には低速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
【０１０６】
なお、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差が正の値の場合には、傾斜角度Ａ４を大きくする必要があるため、正の位置決め補正速度を出力する。一方、角度偏差が負の値の場合には、傾斜角度Ａ４を小さくする必要があるため、負の位置決め補正速度を出力する。
【０１０７】
位置決めモードスイッチ１１２Ｂは、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点と、多段速位置決め器１１１Ｂとの間に設けられている。この位置決めモードスイッチ１１２Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１０Ｂ，１１３Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、姿勢検出機構９Ａ、調整角度検出器１０２Ａ、減算器１０４Ａ、多段速位置決め器１１１Ｂ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される制御ループ（位置決めモードループ）が有効となり、位置決めモードでの制御可能となる。
【０１０８】
手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂは、同期モードスイッチ１１０Ｂおよび位置決めモードスイッチ１１２Ｂの接続点と、手動高速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動高速スイッチ１１３Ｂは、手動正転スイッチ１１４Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。
【０１０９】
手動低速スイッチ１１５Ｂ、手動逆転スイッチ１１６Ｂ、および、乗算器１１７Ｂは、位置決めモードスイッチ１１２Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂの接続点と、手動低速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動低速スイッチ１１５Ｂは、手動逆転スイッチ１１６Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。また、手動逆転スイッチ１１６Ｂは、乗算器１１７Ｂよりも手動低速スイッチ１１５Ｂ側に設けられている。さらに、手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂおよび手動逆転スイッチ１１６Ｂとは、電気的に接続されている。
【０１１０】
なお、手動高速設定速度は、手動低速設定速度よりも速く設定される。また、手動高速設定速度および手動低速設定速度は、いずれも正の値として設定される。
【０１１１】
乗算器１１７Ｂは、正の値として入力される手動高速設定速度や手動低速設定速度に「−１」を乗じることで、負の手動高速設定速度や手動低速設定速度を求め、この求めた速度を加算器１０７Ａに出力する。
【０１１２】
そして、同期モードスイッチ１１０Ｂと位置決めモードスイッチ１１２Ｂとがオフの場合における、各スイッチ１１３Ｂ〜１１６Ｂのオンオフ状態と手動モードとの関係は、表１に示すようになる。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
ここで、高速正転モードおよび低速正転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を速くすることで、傾斜角度Ａ４を小さくするモードである。高速逆転モードおよび低速逆転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を遅くすることで、傾斜角度Ａ４を大きくするモードである。
高速正転モードおよび高速逆転モードは、短時間で傾斜角度Ａ４を変化させたい場合に利用される。また、低速正転モードおよび低速逆転モードは、調整駆動モータ８０の負荷を低減するために、多少の時間をかけて傾斜角度Ａ４を変化させたい場合に利用される。
【０１１５】
以上のような構成により、制御装置１０Ｂは、以下のように動作する。
なお、同期モードでの動作は、第５実施形態と同じなので説明を省略する。
【０１１６】
（位置決めモードでの動作）
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なり、かつ、制御装置１０Ｂの減算器１０４Ａで演算される角度偏差が位置決め完了角度以上の場合、位置決め補正速度として、角度偏差量に応じて、正または負の高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度が選択される。そして、指令傾動速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、角度偏差が０に近づくようにシュート６の傾きが調整される。
また、角度偏差が位置決め完了角度未満となった場合には、位置決めモードスイッチ１１２Ｂをオフにするとともに、同期モードスイッチ１１０Ｂをオンにして、同期モードでの制御を行う。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令傾動速度と指令旋回速度とが等しくなり、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【０１１７】
（手動モードでの動作）
この場合、制御装置１０Ｂの加算器１０７Ａには、正または負の手動高速設定速度あるいは手動低速設定速度が入力される。加算器１０７Ａは、この入力された設定速度と、旋回速度指令の指令旋回速度とを加えて得られる指令傾動速度を、傾動速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。そして、第２モータコントローラ１０８Ａの制御により、調整駆動モータ８０の回転速度が所定時間だけ変化して、傾斜角度Ａ４が変化する。
この変化後の傾斜角度Ａ４は、シュート傾斜角度実績値として調整角度検出器１０２Ａで検出され、新しいシュート傾斜角度リファレンスとして設定される。
【０１１８】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ｂは、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度を位置決め補正速度として演算する位置決めモードで動作するので、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできる。
また、制御装置１０Ｂは、手動モードでも動作するので、傾斜角度Ａ４を大きく変化させたい場合には、迅速に対応できる。
【実施例】
【０１１９】
次に、本発明の実施例として、第６実施形態の制御装置における制御状態について説明する。
図２３には、実施例の制御装置における制御状態を表すタイムチャートが示されており、（Ａ）には旋回駆動モータ７０の旋回速度、（Ｂ）にはシュート６の旋回角度、（Ｃ）には調整駆動モータ８０の傾動速度、（Ｄ）にはシュート６の傾斜角度がそれぞれ示されている。なお、図２３（Ｂ）において、旋回角度が０°のときと３６０°のときには、シュート６は同じ場所に位置している。
【０１２０】
まず、本実施例での各種パラメータを以下の通り設定した。
・高速補正速度 ：１５０ｒｐｍ
・中速補正速度 ： ７０ｒｐｍ
・低速補正速度 ： ４０ｒｐｍ
・初期の傾斜角度： ４０°
そして、以下の表２に示す状態で傾斜角度Ａ４の制御を行った。なお、表２中の経過時間は、おおよその時間を表している。
【０１２１】
【表２】
【０１２２】
その結果、図２３に示すように、制御装置１０Ｂにおける同期モードおよび位置決めモードの切り替えにより、傾斜角度Ａ４を精度よく所望の角度に変更できることが確認できた。
【０１２３】
〔変形例〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部構成などは実施にあたって適宜変形することができる。
前述した各実施形態では、図１、図１１あるいは図１４に示すように、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を隣接して設置したが、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を離して設置してもよい。
【０１２４】
また、前述した実施形態では、旋回駆動モータ７０からロータ４に至る旋回駆動機構７と調整駆動モータ８０からホルダ５に至る調整駆動機構８という駆動系を設け、姿勢検出機構９は別途ロータ４およびホルダ５の回転を取り出すとしたが、姿勢検出機構９へのロータ４およびホルダ５の回転を取り出しは旋回駆動機構７および調整駆動機構８の経路中の別の部位であってもよい。
さらに、姿勢検出機構９からロータ４およびホルダ５に至る経路を利用して旋回駆動機構７および調整駆動機構８を構成してもよい。
【０１２５】
前述した実施形態では、ホルダ側傘歯歯車８１を外歯歯車とし、伝達側傘歯歯車８２を内歯歯車としたが、これらの他の歯車であってもよい。
例えば、ホルダ側傘歯歯車８１を内歯歯車、伝達側傘歯歯車８２を外歯歯車としてもよく、このような構成でも、前述した図１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１２６】
また、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａを設けずに、減算器１０４Ａで演算された角度偏差を、直接、速度リミッタ１０６Ａに入力し、速度リミッタ１０６Ａにおいて、角度偏差に基づいて、同期補正速度を演算してもよい。
さらに、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａとして、ゲインを変更できるような増幅器を設けてもよい。
【０１２７】
その他、前述した各実施形態の細部構成などは適宜変更してよく、前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）が得られる構成であれば本発明に適宜利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、装入装置に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装入装置として利用できる。
【符号の説明】
【０１２９】
１…装入装置
２…高炉
３…フレーム
４…旋回部分であるロータ
５…調整機構であるホルダ
６…シュート
７…旋回駆動機構
８…調整駆動機構
９…姿勢検出機構
１０Ａ，１０Ｂ…制御装置
７０…旋回駆動モータ
８０…調整駆動モータ
８１…ホルダ側傘歯歯車
８２…伝達側傘歯歯車
９１…旋回角度センサ
９２…調整角度センサ
９３…差動機構
１００Ａ…入力部
１０１Ａ…第１モータコントローラ
１０２Ａ…調整角度検出器
１０３Ａ…偏差演算手段
１０６Ａ…補正速度演算手段としての速度リミッタ
１０７Ａ…加算器
１０８Ａ…第２モータコントローラ
１１０Ｂ…第１スイッチとしての同期モードスイッチ
１１２Ｂ…第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ
Ａ１…第１角度
Ａ２…第２角度
Ａ３…第３角度
Ｄ１…旋回軸
Ｄ２…調整軸
Ｄ３…シュート中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを有することを特徴とする装入装置。
【請求項２】
請求項１に記載された装入装置において、前記調整角度センサの１サイクルが前記シュートの傾き調整の１サイクルに対応するように前記差動機構を含めた伝達経路の伝達比が設定されていることを特徴とする装入装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された装入装置において、
フレームと、前記フレームに設定された旋回軸と、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを有することを特徴する装入装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載された装入装置において、前記旋回駆動モータの回転が伝達される旋回角度センサを有することを特徴とする装入装置。
【請求項５】
請求項１に記載された装入装置において、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、
この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出器と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出器で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、
前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、
前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置。
【請求項６】
請求項５に記載された装入装置において、
前記補正速度演算手段は、
前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載された装入装置において、
前記制御装置は、
前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、
前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、
前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、
前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することを特徴とする装入装置。
【請求項８】
シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有する装入装置の制御方法であって、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを用い、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載された装入装置の制御方法において、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出工程と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出工程で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、
前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、
前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された装入装置の制御方法において、
前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項１】
シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを有することを特徴とする装入装置。
【請求項２】
請求項１に記載された装入装置において、前記調整角度センサの１サイクルが前記シュートの傾き調整の１サイクルに対応するように前記差動機構を含めた伝達経路の伝達比が設定されていることを特徴とする装入装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された装入装置において、
フレームと、前記フレームに設定された旋回軸と、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを有することを特徴する装入装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載された装入装置において、前記旋回駆動モータの回転が伝達される旋回角度センサを有することを特徴とする装入装置。
【請求項５】
請求項１に記載された装入装置において、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、
この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出器と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出器で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、
前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、
前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置。
【請求項６】
請求項５に記載された装入装置において、
前記補正速度演算手段は、
前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載された装入装置において、
前記制御装置は、
前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、
前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、
前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、
前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することを特徴とする装入装置。
【請求項８】
シュートを含む旋回部分を旋回軸まわりに回転させる旋回駆動モータと、前記旋回部分との相対回転に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記調整機構を前記旋回軸まわりに回転させる調整駆動モータとを有する装入装置の制御方法であって、
前記旋回駆動モータの回転および前記調整駆動モータの回転が伝達される差動機構と、前記差動機構における前記旋回駆動モータと前記調整駆動モータとの相対回転が伝達される調整角度センサとを用い、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載された装入装置の制御方法において、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、
前記調整角度センサに伝達された相対回転に基づいて、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度検出工程と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度検出工程で検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、
前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、
前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された装入装置の制御方法において、
前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−１９５９５０（Ｐ２０１１−１９５９５０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６０３２（Ｐ２０１０−２５６０３２）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（３９００２２８７３）日鐵プラント設計株式会社 (275)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（３９００２２８７３）日鐵プラント設計株式会社 (275)
【Ｆターム（参考）】
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