JP2008114246A

JP2008114246A - ダイカストマシン

Info

Publication number: JP2008114246A
Application number: JP2006299139A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Taniguchi; 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP5063081B2

Abstract

【課題】射出用電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、高速射出工程における高速速度への急速立ち上げの性能や、増圧工程における高圧への急速立ち上げの性能を向上させ、比較的に小容量のモータを用いても、大きな増圧力を容易に得ることが可能であるようにすること。
【解決手段】射出用電動サーボモータの回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するリンク機構により射出機構を構成し、高速射出工程を、リンク機構の動作領域における速度が大きい領域で実行し、増圧工程を、リンク機構の動作領域における力の拡大率の大きい領域で実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出プランジャの前進によって金属溶湯を金型内に射出充填するダイカストマシンに係り、特に、射出用駆動源として電動サーボモータを用いたダイカストマシンに関する。

溶融金属材料を金型のキャビティ内に射出・充填して製品を得るダイカストマシンはよく知られており、このダイカストマシンにおいては、溶解炉で溶融した金属材料（例えば、Ａｌ合金、Ｍｇ合金など）を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げた金属溶湯（溶融金属材料）を射出スリーブ内に注ぎ込んで、これを射出プランジャの前進動作によって金型のキャビティ内に射出・充填するようにしている。

ダイカストマシンによる鋳造過程には、図９に示すように、低速射出工程およびこれに引き続く高速射出工程からなる射出工程と、高速射出工程に引き続く増圧工程とが含まれており、高速射出工程ではプラスチック射出成形よりも高速の射出速度が要求され、また、増圧工程では大きな増圧力が求められることから、射出／増圧の射出の駆動源としては、従来は一般的に、比較的に大型の油圧駆動源が用いられており、このように射出駆動源を油圧駆動源としていることから、型開閉や鋳造品突き出しの駆動源も油圧駆動源とした、油圧式のダイカストマシンが、従来はダイカストマシンの主流となっていた。しかしながら、油圧式のダイカストマシンは、油による汚損の虞があるため、クリーンな電動式のダイカストマシンへの要望が、近時は高まりつつあり、このような電動式のダイカストマシンの開発が進みつつある。

図１０は、従来の電動式のダイカストマシンの主として射出系の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。図１０において、１０１はベース部材、１０２は、ベース部材１０１上に配置された固定ダイプレート、１０３は、固定ダイプレート１０２に取り付けられた固定側金型、１０４は、図示せぬ型開閉用駆動源および型開閉メカニズムによって、固定ダイプレート１０２に対して前後進駆動される可動ダイプレート、１０５は、可動ダイプレート１０４に取り付けられた可動側金型、１０６は、型締め状態の両金型１０３、１０５によって形作られるキャビティ、１０７は、キャビティ１０６に通じる金型湯道部（スプル・ゲート部等）である。

また、１０８は、固定ダイプレート１０２と対向するようにベース部材１０１上に配置された保持プレート、１０９は、固定ダイプレート１０２と保持プレート１０８との間に架け渡された連結軸、１１０は、ベース部材１０１上に敷設されたレール部材、１１１は、レール部材１１０上を直線移動可能な直動ガイド１１２に、その下部を固定された直動体、１１３は保持プレート１０８に搭載された射出用の電動サーボモータ、１１４は、電動サーボモータ１１３の出力軸に固着された駆動プーリ、１１５は、電動サーボモータ１１３の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、１１６は、保持プレート１０８に回転可能に保持されたボールネジ機構１１５のナット体、１１７は、ナット体１１６に螺合されてナット体１１６の回転で直線移送されるボールネジ機構１１５のネジ軸、１１８は、ナット体１１６に固着されて、電動サーボモータ１１３の回転を駆動プーリおよび図示せぬタイミングベルトを介して伝達される被動プーリ、１１９は、その端部を固定側金型１０３に固定され、その内部が金型湯道部１０７と連通した射出スリーブ、１２０は、射出スリーブ１１９に穿設された注湯口、１２１は、その端部を直動体１１１に固定されて、射出スリーブ１１９内を前後進可能な射出プランジャである。

上記の電動サーボモータ１１３の回転は、被動プーリ１１４、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１１８を介してボールネジ機構１１５のナット体１１６に伝達され、ナット体１１６が回転することでボールネジ機構１１５のネジ軸１１７が直線駆動されて、これにより、ネジ軸１１７と一体となって直動体１１１および射出プランジャ１２１が直線駆動される。

図１０に示す構成において、型締め状態において、図示せぬラドルによって溶融金属１２２が注湯口１２０から射出プランジャ１１９内に注ぎ込まれると、その直後のタイミングにおいて低速射出工程が開始され、射出プランジャ１２１は、低速射出工程での設定速度にしたがって前進駆動されて、これによって、射出スリーブ１１９内の金属溶湯１２２が金型湯道部１０７まで充填され、また、金型のキャビティ１０６内のガス抜きが行われる。低速射出工程が完了すると直ちに高速射出工程に移行し、射出プランジャ１２１は、高速射出工程での設定速度にしたがって前進駆動されて、これによって、金属溶湯１２２が金型のキャビティ１０６内に急速に射出・充填される。高速射出工程が完了すると直ちに増圧工程に移行し、増圧工程での設定圧力にしたがって、射出プランジャ１２１によりキャビティ１０６内の金属に対して増圧力を付与する。このような、低速射出工程、高速射出工程での速度の遷移や、増圧工程での圧力の遷移は、例えば図９に示したようなものとなる。

ところで図１０に示した従来技術では、上記したように、電動サーボモータ１１３の回転をボールネジ機構１１５により直線運動に変換し、ボールネジ機構１１５の直動部により射出プランジャ１２１を直線駆動するようにしている。ところが、高速射出工程では射出プランジャ１２１の前進速度を急速に高速に立ち上げる必要があるので、高速射出工程では電動サーボモータ１１３を急速に高速回転させることになるが、高速に立ち上げる過渡応答性にはモータ性能だけでは自ずと限界がある。また、増圧工程では射出プランジャ１２１による増圧力（押圧力）を急速に高圧に立ち上げる必要があるが、高圧に立ち上げる過渡応答性にはモータ性能だけでは自ずと限界がある上、大きな増圧力を得るためには大容量の（高トルク出力の）高価なモータを必要とし、コストアップに繋がるという問題がある。

なお、プラスチック射出成形機においては、電動サーボモータの回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するリンク機構によって、射出動作を行うように技術として、クランク機構により射出動作を行う技術が特開平３−１４６３２０号公報に開示されており、ダブルトグルリンク機構により射出動作を行う技術が特開２００３−２５３６８号公報に開示されている。しかし、これらの先願公報の技術はダイカストマシンへの適用ではなく、ダイカストマシンに固有の高速射出工程や増圧工程に応じたリンクの動作特性の利用を開示するものではない。

本発明の目的は、射出用駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、高速射出工程における高速速度への急速立ち上げの性能や、増圧工程における高圧への急速立ち上げの性能を向上させることが可能であると共に、比較的に小容量のモータを用いても、大きな増圧力を容易に得ることが可能であるようにすることにある。

本発明は上記した目的を達成するために、射出用駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、
射出用電動サーボモータの回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するリンク機構と、該リンク機構によって射出スリーブ内を直線駆動される射出プランジャとを、備え、
高速射出工程を、リンク機構の動作領域における速度が大きい領域で実行し、増圧工程を、リンク機構の動作領域における力の拡大率の大きい領域で実行する。
また、金属溶湯の射出充填条件に応じて、固定ダイプレートとリンク機構の力の入力端との間の距離を可変設定する。
さらに、固定ダイプレートと対向配置され、固定ダイプレートに対する位置を可変設定可能な保持ブロックと、固定ダイプレートと保持ブロックとを連結し、保持プレートを貫通した側に形成したネジ部に、保持ブロックに回転可能に保持されたギヤ付きナットが螺合された複数本の連結軸と、保持ブロックに搭載されて、ギヤ付きナットを伝達ギヤ列を介して回転駆動する保持ブロック位置調整用モータと、リンク機構により直線駆動され、射出プランジャと一体となって直線移送される直動ブロックとを、備え、
リンク機構は、保持ブロック側に回転可能に保持された前記の力の入力端である原動軸と、その一端部が原動軸を回転中心として原動軸と一体回転する第１アームと、その一端部が第１アームの他端部に相対回転可能に連結され、その他端側が直動ブロック側に相対回転可能に連結された第２アームとをもつ、クランク機構により構成される。

本発明では、射出用電動サーボモータの回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するリンク機構によって、射出プランジャを直線駆動する構成において、高速射出工程を、リンク機構の動作領域における速度が大きい領域で実行し、増圧工程を、リンク機構の動作領域における力の拡大率の大きい領域で実行するので、高速射出領域ではリンク機構が増速メカニズムとして機能することで、高速速度への急速立ち上げが容易に可能となり、また、増圧工程ではリンク機構が力の拡大メカニズム（すなわち、増圧メカニズム）として機能することで、高圧への急速立ち上げが容易に可能となる上、比較的に小容量のモータを用いても、大きな増圧力を得ることが容易に可能となる。
また、金型形状といった金属溶湯の射出充填条件に応じて、固定ダイプレートとリンク機構の力の入力端との間の距離を可変設定するので、高速射出工程に先立つ低速射出工程開始時点の射出プランジャの位置を任意位置に設定することができ、これによって、低速射出工程開始時点から高速射出工程開示時点までの射出プランジャの前進ストロークを任意に可変設定すること、つまり、高速射出工程開始時点におけるリンク機構の動作姿勢を所望の状態に設定することで、リンク機構の速比特性線における所望位置から高速射出工程を開始させることができる。したがって、金型形状といった金属溶湯の射出充填条件に応じて、リンク機構における速比特性線の所望位置から高速射出工程を開始させることが可能となるので、金属溶湯の射出充填条件に応じた好適鋳造を適応的に行うことができる。
また、リンク機構は、保持ブロック側に回転可能に保持された力の入力端である原動軸と、その一端部が原動軸を回転中心として原動軸と一体回転する第１アームと、その一端部が第１アームの他端部に相対回転可能に連結され、その他端側が直動ブロック側に相対回転可能に連結された第２アームとをもつ、クランク機構により構成されているので、このクランク機構よりなる射出機構は、電動サーボモータの回転をボールネジ機構によって一旦直線運動に変換して、ボールネジ機構の直動部によりダブルトグルリンク機構などのトグルリンク機構を駆動することによって、射出を行う構成に較べると、構造がはるかにシンプルなものとなる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図８は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による電動式のダイカストマシンに係り、図１は、本実施形態のダイカストマシンの主として射出系の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。

図１において、１は、図示せぬメインフレーム上に固定されたベース部材、２は、ベース部材１上に固定された固定ダイプレート、３は、固定ダイプレート２に取り付けられた固定側金型、４は、図示せぬ型開閉用駆動源および型開閉メカニズムによって、固定ダイプレート２に対して前後進駆動される可動ダイプレート、５は、可動ダイプレート４に取り付けられた可動側金型、６は、型締め状態の両金型３、５によって形作られるキャビティ、７は、キャビティ６に通じる金型湯道部（スプル・ゲート部等）である。

８は、ベース部材１に敷設されたレール部材、９は、レール部材８上を直線移動可能な直動ガイド１０にその下部を固定され、鋳造運転時には固定位置を維持される保持ブロック、１１は、固定ダイプレート２と保持ブロック９との間に架け渡され、両プレート２、９を連結した複数本の連結軸、１２は、レール部材８上を直線移動可能な直動ガイド１３にその下部を固定された直動体、１４は、保持ブロック９に搭載された図１では示されていない射出用電動サーボモータの回転力で駆動されるクランク機構（射出用電動サーボモータの回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するリンク機構であるクランク機構）、１５は、クランク機構１４の力の出力端の保持片１６と直動ブロック１２とを連結・固定するロードセルユニット、１７は、その端部を固定側金型３に固定され、その内部が金型湯道部７と連通した射出スリーブ、１８は、射出スリーブ１７に穿設された注湯口、１９は、その端部を直動体１２に固定されて、射出スリーブ１７内を前後進可能な射出プランジャ、２０は、射出プランジャ１９の位置を検出する位置センサである。

２１は、保持ブロック９に搭載された保持ブロック位置調整用モータ、２２は、保持ブロック位置調整用モータ２１の出力軸に固着された駆動ギヤ、２３は、保持ブロック９に回転可能に保持され、駆動ギヤ２２の回転が伝達される中間ギヤ、２４は、各連結軸１１における保持ブロック９を貫通した側の端部に形成したネジ部に螺合されると共に、保持ブロック９に回転可能に保持されて、中間ギヤ２３の回転が伝達されるギヤ付きナットである。

なお、図１および後記する図４、図５において、２５は、金属溶湯（溶融金属）ないしは固化し始めた金属を示している。

図１、図２を用いて、クランク機構１４について説明する。図２は、クランク機構１４を図１とは直交する方向から見た構成と、クランク機構１４の駆動系とを示す説明図であり、図２においては、保持ブロック９は左右で分離されて描かれているが、実際には、保持ブロック９は全体が一体に連なった構造物となっている。

図１、図２において、３１は、保持ブロック９に図示せぬ軸受を介して回転可能に保持された１対の原動軸で、対をなす原動軸３１はその回転中心が同一線上にあるように配置されている。この原動軸３１は、クランク機構１４の力の入力端となっている。各原動軸３１の一端側には、それぞれ第１アーム３２の一端側が固定されていて、この１対の第１アーム３２の他端側には、この他端側同士を一体に結合する連結軸３３が固定されている。この連結軸３３の中間部には、第２アーム３４の一端側が図示せぬ軸受を介して回転可能に保持されている。第２アーム３４の他端側は、直動体１２にロードセルユニット１５を介して取り付けられた保持片１６に図示せぬ軸受を介して回転可能に保持された回転軸３５に、固定されており、この回転軸３５はクランク機構１４の力の出力端となっている。

また、図２において、３６は、保持ブロック９に搭載された射出用電動サーボモータであり、この射出用電動サーボモータ３６の回転は、例えば、プーリとタイミングベルとを用いた減速回転伝達機構３７を介して、対をなす原動軸３１に同期して伝達されるようになっている。３８は、ダイカストマシン全体の制御を司るシステムコントローラで、該システムコントローラ３８がサーボアンプ３９を介して射出用電動サーボモータ３６を駆動制御するようになっている。なお、Ｓ１は位置センサ２０の検出出力（位置検出情報）、Ｓ２はロードセルユニット１５の歪みセンサの検出出力（圧力検出情報）であり、システムコントローラ３８は、これらの検出出力Ｓ１、Ｓ２を監視しつつ、低速射出工程および高速射出工程では、位置軸に沿った速度フィードバック制御により射出用電動サーボモータ３６を駆動制御し、増圧工程では、時間軸に沿った圧力フィードバック制御により射出用電動サーボモータ３６を駆動制御する。

上記したクランク機構１４およびその駆動系において、射出用電動サーボモータ３６が所定方向に回転駆動されると、この射出用電動サーボモータ３６の回転は減速回転伝達機構３７を介して対をなす原動軸３１に同期して伝達される。なお、減速回転伝達機構３７を用いる所以は、射出用電動サーボモータ３６が小型のものであっても、ある程度以上の回転トルクが原動軸３１に伝わるようにするためであるが、射出用電動サーボモータ３６の性能如何によっては、原動軸３１を射出用電動サーボモータ３６によってダイレクト駆動するように構成してもよい。上記のように、対をなす原動軸３１が回転駆動されると、これと一体となっている対をなす第１アーム３２が、原動軸３１を回転中心として同時に所定方向に回転駆動され、これに伴って、第２アーム３４が所定の連携追従動作（第２アーム３４が、回転軸３５に固定されたその他端側を直線運動させるように、第１アーム３２の回転に追従して所定の軌跡で回動動作）をして、この第２アーム３４の動作で、直動体１２が直線駆動されることで、直動体１２と一体となって射出プランジャ１９が直線駆動される。

ここで、本実施形態のクランク機構１４では、対をなす原動軸３１および対をなす第１アーム３２を、それぞれ減速回転伝達機構３７を介して射出用電動サーボモータ３６により同時に回転駆動する、ツイン駆動方式（両軸駆動方式）のクランク機構の駆動形態を採っている。このため、回転を伝達される原動軸３１を１本とし、その回転中心が原動軸３１と同一線上にあるように配置された原動軸３１と対をなす他の１本の回転軸を、従動軸とした一般的な片側駆動方式（片軸駆動方式）のクランク機構に較べると、第２アーム３４への力の伝達を２つの力の伝達経路から均等に行うことができるので、回転軸支部に偏摩耗やガタなどが発生する虞を可及的に低減できるものとなっており、したがって、動作信頼性や耐久性に優れたクランク機構１４を実現できるようになっている。なお、減速回転伝達機構３７の構成を簡単化するために、ツイン駆動方式（両軸駆動方式）のクランク機構ではなく、片側駆動方式（片軸駆動方式）のクランク機構を採用することも、勿論可能である。

図３は、クランク機構１４の原動軸３１を一定速度で回転させたときの、クランク機構１４の力の出力端における速度変化と力の拡大率の変化とを示す、ごく模式的な概略特性図である。図３において、横軸はクランク機構１４の力の出力端の位置を示し、縦軸は速比（相対速度）および力の拡大率を示しており、４１は速比の特性線であり、４２は力の拡大率の特性線である。

クランク機構１４の第１アーム３２が図４に示す状態にあるときから、１８０°回転するときの特性が、図３に示されている。第１アーム３２が図４に示す状態から回転を始めると、クランク機構１４の力の出力端の速度は、速比（相対速度）「０」から上昇を始めて、速比（相対速度）「１」を超えた後に最高速度に達し、最高速度に到達した以降は速度は下降を始めて、速比（相対速度）「１」を下回った後、第１アーム３２が１８０°回転し終わると、速比（相対速度）は「０」となる。これに対して、第１アーム３２が図４に示す状態から回転を始めると、クランク機構１４の力の出力端の力の拡大率は、無限大から下降を始めて、拡大率「１」を下回った後に最低拡大率に達し、最低拡大率に到達した以降は力の拡大率は上昇を始めて、拡大率「１」を超えた後に、第１アーム３２が１８０°回転し終わると、力の拡大率は無限大となる。

本実施形態では、上記のようなクランク機構１４の速比の特性および力の拡大率の特性を考慮して、高速射出工程を、クランク機構１４の動作領域における速度（速比）が大きい領域で実行し、増圧工程を、リンク機構１４の動作領域における力の拡大率の大きい領域で実行するようにしたものである。具体的には、高速射出工程を、速比「１」を上回るクランク機構１４の動作領域において行うようにし、より望ましくは、速比「１．５」を上回るクランク機構１４の動作領域において行うようにしたものであり、また、増圧工程を、力の拡大率「１」を上回るクランク機構１４の動作領域において行うようにし、より望ましくは、力の拡大率「２」を上回るクランク機構１４の動作領域において行うようにしたものである。なお、図３の特性線４１、４２は、先にも述べたようにごく模式的な概略特性であり、クランク機構１４の設計の如何により所望の動作特性を得ることが可能であり、したがって、高速射出工程に用いる領域の大きさや、増圧工程に用いる領域の大きさも、それを広くしたり狭くすることも可能である。

本実施形態の低速射出工程、高速射出工程、増圧工程について、次に説明する。図４は、低速射出工程の開始前の状態を示す説明図であり、図５は、高速射出工程が開始された直後の状態を示す説明図であり、図４、図５においては、図１に示した構成要素のうち一部の構成要素を省いてある。

図示せぬラドルによって、注湯口１８から射出スリーブ１７内に所定量の金属溶湯２５が注ぎ込まれると、システムコントローラ３８からの指令に基づいて、サーボアンプ３９を介して、射出用電動サーボモータ３６が、所定方向にかつ低速射出工程に設定された速度で回転駆動され、これよって、減速回転伝達機構３７を介してクランク機構１４の原動軸３１が回転駆動されることで、直動体１２と一体となって射出プランジャ１９が低速で前進駆動される。本実施形態では、低速射出工程の速度設定は、ユーザの所望する段数かつ速度での位置軸に沿った多段設定が可能となっており、この設定条件に基づいて射出用電動サーボモータ３６が速度フィードバック制御されるようになっている。つまり、低速射出工程では、射出プランジャ１９の位置を検出する位置センサ２０の検出出力Ｓ１を監視しながら、位置軸に沿った速度フィードバック制御によって射出用電動サーボモータ３６が駆動制御され、これによって、低速射出工程が実行されて、射出スリープ１７内の金属溶湯２５が金型湯道部７まで充填され、また、キャビティ６内のガス抜きが行われる。そして、システムコントローラ３８は、位置センサ２０からの検出出力Ｓ１により、射出プランジャ１９の前進位置を認知して、低速射出工程に設定された距離だけ前進したタイミングで、射出工程を高速射出工程に切り替える。なお、低速射出工程の完了時には、クランク機構１４の動作姿勢は、速比「１」を上回る、より望ましくは速比「１．５」を上回る状態となっている。

高速射出工程の開始タイミングとなると、システムコントローラ３８からの指令に基づいて、サーボアンプ３９を介して、射出用電動サーボモータ３６が、所定方向にかつ高速射出工程に設定された速度で回転駆動され、これよって、減速回転伝達機構３７を介してクランク機構１４の原動軸３１が回転駆動されることで、直動体１２と一体となって射出プランジャ１９が高速で前進駆動される。本実施形態では、高速射出工程の速度設定は、位置軸に沿った１段または２段の設定が可能となっており、この設定条件に基づいて射出用電動サーボモータ３６が速度フィードバック制御されるようになっている。つまり、高速射出工程でも、射出プランジャ１９の位置を検出する位置センサ２０の検出出力Ｓ１を監視しながら、位置軸に沿った速度フィードバック制御によって射出用電動サーボモータ３６が駆動制御され、これによって、高速射出工程が実行されて、金属溶湯２５がキャビティ６内に急速に射出・充填される。図５は、この高速射出工程が開始された直後の状態を示している。

上記の高速射出工程では、クランク機構１４の動作領域は、速比が「１」を上回る、より望ましくは「１．５」を上回る領域となっており、したがって、高速射出領域ではクランク機構１４が増速メカニズムとして機能することによって、高速速度への急速な立ち上げが容易に達成可能となる。

そして、システムコントローラ３８は、位置センサ２０からの検出出力Ｓ１により射出プランジャ１９の前進位置を認知して、高速射出工程に設定された距離だけ前進したタイミング（すなわち、増圧工程の開始位置まで射出プランジャ１９が前進したタイミング）で、高速射出工程を完了させ、工程を増圧工程に切り替える。なお、高速射出工程の完了時には、クランク機構１４の動作姿勢は、力の拡大率が「１」を上回る、より望ましくは力の拡大率が「２」を上回る状態となっている。

増圧工程に入ると、システムコントローラ３８は、サーボアンプ３９を介した射出用電動サーボモータ３６の制御を、位置軸に沿った速度フィードバック制御から、時間軸に沿った圧力フィードバック制御に切り替える。なお、ダイカストマシンにおける増圧工程とは、プラスチック射出成形における保圧工程に相当するものである。この増圧工程では、システムコントローラ３８からの指令に基づいて、サーボアンプ３９を介して、射出用電動サーボモータ３６が、時間軸に沿った圧力フィードバック制御で駆動され、これよって、減速回転伝達機構３７を介してクランク機構１４の原動軸３１が適応的に回転駆動されることで、射出プランジャ１９によって溶融金属２５ないしは固化し始めた金属２５に大きな増圧力が付与される。本実施形態では、増圧工程の圧力設定は、ユーザの所望する段数かつ圧力での時間軸に沿った多段設定が可能となっており、この設定条件に基づいて射出用電動サーボモータ３６が圧力フィードバック制御されるようになっている。つまり、増圧工程では、ロードセルユニット１５の歪みセンサからの検出出力Ｓ２を監視を監視しながら、時間軸に沿った圧力フィードバック制御によって射出用電動サーボモータ３６が駆動制御され、これによって、増圧工程が実行されて、時間軸に沿った圧力設定に倣う圧力が出力される。この増圧射出工程では、射出プランジャ１９が固化し始めた金属２５に大きな圧力を付加し続けるので、金属２５の固化・収縮に伴って、射出プランジャ１９は、高速射出完了時点の位置から微量だけ微速前進する。そして、システムコントローラ３８は、時間監視に基づいて、増圧射出工程の完了タイミングを認知すると、工程を冷却工程に切り替える。図１は、この増圧工程の完了状態を示しており、図１において、２５ａは射出スリーブ１７の先端内のビスケットを示している。なお、図１におけるクランク機構１４の力の拡大率は無限大ではないが、きわめて大きな拡大率となっている。

上記の増圧工程では、クランク機構１４の動作領域は、力の拡大率が「１」を上回る、より望ましくは「２」を上回る領域となっており、したがって、増圧領域ではクランク機構１４が増圧メカニズムとして機能することによって、高圧への急速な立ち上げが容易に達成可能となる。また、比較的に小容量の射出用電動サーボモータ３６を用いても、大きな増圧力を得ることが容易に可能となる。

次に、図１、図６を用いて、保持ブロックの位置調整機構について説明する。図６は、保持ブロックの位置調整機構を、図１とは直交する方向から見た構成を示す説明図であり、図６においては、保持ブロック９は左右で分離されて描かれているが、実際には、保持ブロック９は全体が一体に連なった構造物となっている。図６に示した構成要素は総て、図１を用いて先に説明した構成要素である。

鋳造運転に先立ち、保持ブロック９の位置を調整する際には、保持ブロック９に搭載された保持ブロック位置調整用モータ２１を所定方向に所定回転量だけ回転させることで、駆動ギヤ２２、中間ギヤ２３を介して、各ギヤ付きナット２４を所定方向に所定回転量だけ同期して回転させる。これによって、各連結軸１１のネジ部に螺合された各ギヤ付きナット２４が連結軸１１に対して軸方向に移動して、各ギヤ付きナット２４を回転可能に保持した保持ブロック９を所定量だけ前進または後退させる。このように保持ブロック９が前進または後退すると、固定ダイプレート２と保持ブロック９との間の距離、つまり、固定ダイプレート２とクランク機構１４の力の入力端である原動軸３１との間の距離が変わわることになる。このような保持ブロック９の位置調整は、金型形状といった金属溶湯の射出充填条件に応じて行われ、固定ダイプレート２とクランク機構１４の原動軸３１との間の距離は、金属溶湯の射出充填条件に応じた好適値に設定される。

上記の保持ブロック９の位置調整の意義について、図７、図８を用いて説明する。図７は、固定ダイプレート２とクランク機構１４の原動軸３１との間の距離が、それぞれ異なる３つのケースにおける、低速射出工程前の射出プランジャ１９の位置と、高速射出工程前の射出プランジャ１９の位置とを示す説明図であり、図７の左側が低速射出工程前の状態を示しており、図７の右側が高速射出工程前の状態を示している。なお、図７では説明の簡単化のために、金型内への射出充填量は総て同一であるとしている。

図７の（ａ）は、固定ダイプレート２とクランク機構１４の原動軸３１との間の距離が基準値よりも長い場合を示しており、図７の（ｂ）は、固定ダイプレート２とクランク機構１４の原動軸３１との間の距離が基準値の場合を示しており、図７の（ｃ）は、固定ダイプレート２とクランク機構１４の原動軸３１との間の距離が基準値よりも短い場合を示している。

固定ダイプレート２とクランク機構１４の原動軸３１との間の距離を変えるということは、図７の左側に示すように、低速射出工程前における、射出スリーブ１７に対する射出プランジャ１９の位置（先端位置）を変えるということを意味し、図７の（ａ）では、Ｐ_Ａ１が低速射出工程前の射出プランジャ１９の先端位置を示しており、図７の（ｂ）では、Ｐ_Ｓ１が低速射出工程前の射出プランジャ１９の先端位置を示しており、図７の（ｃ）では、Ｐ_Ｂ１が低速射出工程前の射出プランジャ１９の先端位置を示している。図７の上、中、下においてそれぞれ低速射出工程が行われると、ここでは金型内への射出充填量は総て同一としているので、射出スリーブ１７に対する射出プランジャ１９の先端位置で見た低速射出工程の完了位置、すなわち、射出スリーブ１７に対する射出プランジャ１９の先端位置で見た高速射出工程の開始位置は、図７の上、中、下において同一位置となる。つまり、図７の（ａ）では、低速射出工程の開始位置Ｐ_Ａ１から距離Ｌ_Ａだけ射出プランジャ１９が前進することで高速射出工程の開始位置Ｐ_Ａ２となり、図７の（ｂ）では、低速射出工程の開始位置Ｐ_Ｓ１から距離Ｌ_Ｓだけ射出プランジャ１９が前進することで高速射出工程の開始位置Ｐ_Ｓ２となり、図７の（ｃ）では、低速射出工程の開始位置Ｐ_Ｂ１から距離Ｌ_Ｂだけ射出プランジャ１９が前進することで高速射出工程の開始位置Ｐ_Ｂ２となる。そして、図７の上、中、下においてそれぞれ高速射出工程が行われると、ここでは金型内への射出充填量は総て同一としているので、射出スリーブ１７に対する射出プランジャ１９の先端位置で見た高速射出工程の完了位置、すなわち、射出スリーブ１７に対する射出プランジャ１９の先端位置で見た増圧工程の開始位置は、図７の上、中、下において同一位置となる。つまり、高速射出工程の開始位置Ｐ_Ａ２、Ｐ_Ｓ２、Ｐ_Ｂ２から、それぞれ同一距離だけ前進することで、それぞれの増圧工程の開始位置Ｐ_Ａ３、Ｐ_Ｓ３、Ｐ_Ｂ３となる。

ここで、図７の上、中、下において、射出スリーブ１７に対する射出プランジャ１９の先端位置で見た高速射出工程の開始位置は同一であるも、高速射出工程の開始位置Ｐ_Ａ２、Ｐ_Ｓ２、Ｐ_Ｂ２に至るまでの射出プランジャ１９の前進ストロークはそれぞれ異なり、したがって、クランク機構１４で見た高速射出工程の開始時点での動作姿勢は、それぞれ異なったものとなる。

図８は、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応するようにして描いた、速比の特性線を示しており、図８において、横軸は、射出プランジャ１９の先端位置（これは、クランク機構１４の力の出力端の位置と対応する）を示し、縦軸は速比を示している。図８中において、１点鎖線で示した速比特性が図７の（ａ）と対応し、実線で示した速比特性が図７の（ｂ）と対応し、２点鎖線で示した速比特性が図７の（ｃ）と対応している。

図８から明らかなように、図７の（ａ）の場合には、高速工程射出開始時点でのクランク機構１４の動作姿勢は、速比が最も速比が大きく、図７の（ｂ）の場合には、高速射出工程開始時点でのクランク機構１４の動作姿勢は、速比が図７の（ａ）の場合よりも小さく、図７の（ｃ）の場合には、高速射出工程開始時点でのクランク機構１４の動作姿勢は、速比が最も速比が小さい。したがって、図７の（ａ）と（ｂ）と（ｃ）とでは、高速射出工程を開始した時点での、速度の立ち上が特性に差をつけることが容易となり、金型形状といった金属溶湯の射出充填条件に応じた、好適な高速射出工程を行うことが可能となる。

なお、図７、図８は本発明の理解を助けるためのごく模式的なものであり、固定ダイプレート２とクランク機構１４の力の入力端（原動軸３１）との間の距離を可変設定することで、高速射出工程の開始時点におけるクランク機構１４の動作姿勢を所望の状態に設定することが可能であること、つまり、クランク機構１４の速比特性線における所望位置から高速射出工程を開始させることが可能であることを、示すものであると理解されたい。

以上のように本実施形態では、射出用電動サーボモータ３６の回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するクランク機構１４によって、射出プランジャ１９を直線駆動する構成において、高速射出工程を、クランク機構１４の動作領域における速度が大きい領域で実行し、増圧工程を、クランク機構１４の動作領域における力の拡大率の大きい領域で実行するので、高速射出領域ではクランク機構１４が増速メカニズムとして機能することで、高速速度への急速立ち上げが容易に可能となり、また、増圧工程ではクランク機構１４が力の拡大メカニズム（すなわち、増圧メカニズム）として機能することで、高圧への急速立ち上げが容易に可能となる上、比較的に小容量のモータを用いても、大きな増圧力を得ることが容易に可能となる。
また、金型形状といった金属溶湯の射出充填条件に応じて、固定ダイプレート２とクランク機構１４の力の入力端（原動軸３１）との間の距離を可変設定するので、高速射出工程に先立つ低速射出工程開始時点の射出プランジャ１９の位置を任意位置に設定することができ、これによって、低速射出工程開始時点から高速射出工程開示時点までの射出プランジャ１９の前進ストロークを任意に可変設定すること、つまり、高速射出工程の開始時点におけるクランク機構１４の動作姿勢を所望の状態に設定することで、クランク機構１４の速比特性線における所望位置から高速射出工程を開始させることができる。したがって、金型形状といった金属溶湯の射出充填条件に応じて、クランク機構１４における速比特性線の所望位置から高速射出工程を開始させることが可能となるので、金属溶湯の射出充填条件に応じた好適鋳造を適応的に行うことができる。
また、クランク機構１４による射出機構は、電動サーボモータの回転をボールネジ機構によって一旦直線運動に変換して、ボールネジ機構の直動部によりダブルトグルリンク機構などのトグルリンク機構を駆動することによって、射出を行う構成に較べると、構造がはるかにシンプルなものとなる。

本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、主として射出系の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおけるクランク機構を、図１とは直交する方向から見た構成と、クランク機構の駆動系とを示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンで用いるクランク機構における、速比特性および力の拡大率の特性の概略を示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、主として射出系の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、主として射出系の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける保持ブロックの位置調整機構を、図１とは直交する方向から見た構成を示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおいて、固定ダイプレートとクランク機構の原動軸との間の距離がそれぞれ異なる３つのケースにおける、低速射出工程前の射出プランジャの位置と高速射出工程前の射出プランジャの位置とを示す説明図である。図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応するようにして描いた、クランク機構の速比の特性線の概要を示す説明図である。ダイカストマシンにおける、低速射出工程、高速射出工程、増圧工程における速度、圧力の制御例を示す説明図である。従来の電動式のダイカストマシンにおける、主として射出系の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。

符号の説明

１ベース部材
２固定ダイプレート
３固定側金型
４可動ダイプレート
５可動側金型
６キャビティ
７金型湯道部（スプル・ゲート部等）
８レール部材
９保持ブロック
１０直動ガイド
１１連結軸
１２直動体
１３直動ガイド
１４クランク機構（リンク機構）
１５ロードセルユニット
１６保持片
１７射出スリーブ
１８注湯口
１９射出プランジャ
２０位置センサ
２１保持ブロック位置調整用モータ
２２駆動ギヤ
２３中間ギヤ
２４ギヤ付きナット
２５金属溶湯ないしは固化し始めた金属
２５ａビスケット
３１原動軸
３２第１アーム
３３連結軸
３４第２アーム
３５回転軸
３６射出用電動サーボモータ
３７減速回転伝達機構
３８システムコントローラ
３９サーボアンプ

Claims

射出用駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンであって、
射出用電動サーボモータの回転力により駆動され、動作位置に応じて力の拡大率と速度とが変化するリンク機構と、該リンク機構によって射出スリーブ内を直線駆動される射出プランジャとを、備え、
高速射出工程を、前記リンク機構の動作領域における速度が大きい領域で実行し、増圧工程を、前記リンク機構の動作領域における力の拡大率の大きい領域で実行することを特徴とするダイカストマシン。
請求項１に記載のダイカストマシンにおいて、
金属溶湯の射出充填条件に応じて、固定ダイプレートと前記リンク機構の力の入力端との間の距離を可変設定することを特徴とするダイカストマシン。
請求項２に記載のダイカストマシンにおいて、
前記固定ダイプレートと対向配置され、前記固定ダイプレートに対する位置を可変設定可能な保持ブロックと、
前記固定ダイプレートと前記保持ブロックとを連結し、前記保持プレートを貫通した側に形成したネジ部に、前記保持ブロックに回転可能に保持されたギヤ付きナットが螺合された複数本の連結軸と、
前記保持ブロックに搭載されて、前記ギヤ付きナットを伝達ギヤ列を介して回転駆動する保持ブロック位置調整用モータと、
前記リンク機構により直線駆動され、前記射出プランジャと一体となって直線移送される直動ブロックとを、備え、
前記リンク機構は、前記保持ブロック側に回転可能に保持された前記力の入力端である原動軸と、その一端部が前記原動軸を回転中心として前記原動軸と一体回転する第１アームと、その一端部が前記第１アームの他端部に相対回転可能に連結され、その他端側が前記直動ブロック側に相対回転可能に連結された第２アームとをもつ、クランク機構で構成されていることを特徴とするダイカストマシン。