JP2009183964A - 成形機の射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充填完了時に成形材料に作用する慣性力を好適に低減できる成形機の射出装置を提供する。
【解決手段】射出装置１は、射出プランジャ５をキャビティＣａ側へ駆動するシリンダ装置７と、フライホイール４７を駆動して慣性力を発生させる逆慣性力発生装置１１と、射出プランジャ５とフライホイール４７とを連結又は当該連結を解除可能なクラッチ１５と、射出プランジャ５とフライホイール４７とが連結されていない状態においてシリンダ装置７により射出プランジャ５がキャビティＣａ側へ駆動され、その後、キャビティＣａ側へ前進している射出プランジャ５と、運動しているフライホイール４７とが連結されることにより逆慣性力発生装置１１の慣性力が射出プランジャ５に対して射出プランジャ５を後退させる方向へ作用するように、逆慣性力発生装置１１及びクラッチ１５を制御する制御装置１７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイカストマシン等の成形機の射出装置に関する。

ダイカストマシン等の成形機の射出装置では、キャビティに連通するスリーブ内を射出プランジャが摺動することにより、スリーブ内の成形材料がキャビティに射出される。射出プランジャは、例えば、射出プランジャに固定されたシリンダロッド、シリンダロッドに固定されたピストン、及び、ピストンを摺動可能に収容するシリンダチューブを有するシリンダ装置により駆動される。

成形材料のキャビティへの充填完了時には、射出プランジャは急停止され、いわゆるサージ圧が発生する。すなわち、射出装置の可動部（例えば、射出プランジャ、シリンダロッド、ピストン）や作動液の慣性力が成形材料に伝達され、成形材料の圧力が一時的に高くなり、更には脈動する。そして、サージ圧が大きいと、金型が開いて成形材料が金型分割面から噴出するいわゆるフラッシュ現象が生じ、成形品にバリが生じるという不都合が生じる。

特許文献１では、ピストンの後方側（ヘッド側）のシリンダ室に一定圧力のアキュムレータを接続することにより、サージ圧を吸収している。すなわち、射出プランジャに固定されたピストンを前進させる、ピストンの後方側のシリンダ室の作動液の圧力と、前進する射出プランジャにより成形材料に加えられる圧力とは概ね比例するから、ピストンの後方側のシリンダ室に生じるサージ圧をアキュムレータにより吸収することにより、成形材料のサージ圧が吸収される。また、特許文献２では、射出プランジャと、シリンダロッドとの間にバネを設けることにより、サージ圧を吸収している。すなわち、シリンダロッドやピストン等の射出プランジャよりも後方側の可動部や作動液の慣性力をバネに吸収させることにより、慣性力の成形材料への伝達を低減している。
実公昭４４−９３０４号公報 特開平７−１５５９２５号公報

しかし、特許文献１及び２の技術では、充填完了時に成形材料に作用する慣性力を好適に低減できない場合がある。例えば、引用文献１ではアキュムレータによりサージ圧を吸収しているが、射出プランジャの高速射出速度は射出条件により異なり、ひいては、高速射出速度の影響を大きく受けるサージ圧も射出条件により異なることから、一定圧力のアキュムレータにより種々の射出条件におけるサージ圧の吸収に対応することは困難である。また、例えば、引用文献２では、バネによりサージ圧を吸収しているが、大型の射出装置において生じる大きな慣性力をバネにより十分に低減することは困難である。また、バネの撓み量だけ射出プランジャの位置とシリンダロッドの位置とがずれることから、射出プランジャの正確な位置制御も困難となる。そして、サージ圧が十分に低減されないと、射出速度を低速にせざるを得ず、生産性を向上できない。

本発明の目的は、充填完了時に成形材料に作用する慣性力を好適に低減できる成形機の射出装置を提供することにある。

本発明の成形機の射出装置は、キャビティに連通するスリーブと、前記スリーブ内を前記キャビティ側へ摺動して前記スリーブ内の成形材料を前記キャビティへ射出可能な射出プランジャと、前記射出プランジャを前記キャビティ側へ駆動する駆動装置と、慣性体を有し、当該慣性体を駆動して慣性力を発生させる逆慣性力発生装置と、前記射出プランジャと前記慣性体とを連結又は当該連結を解除可能な連結装置と、前記射出プランジャと前記慣性体とが連結されていない状態において前記駆動装置により前記射出プランジャが前記キャビティ側へ駆動され、その後、前記キャビティ側へ前進している前記射出プランジャと、運動している前記慣性体とが連結されることにより前記逆慣性力発生装置の慣性力が前記射出プランジャに対して当該射出プランジャを後退させる方向へ作用するように、前記駆動装置、前記逆慣性力発生装置及び前記連結装置を制御する制御装置と、を有する。

好適には、前記逆慣性力発生装置は、前記慣性体の回転運動により慣性力を発生し、入力部に入力された回転運動を並進運動に変換して前記射出プランジャに伝達する伝達機構が設けられ、前記連結装置は、前記慣性体と前記入力部とを連結又は当該連結を解除可能なクラッチである。

好適には、前記逆慣性力発生装置は、前記慣性体としてのフライホイールと、前記フライホイールを回転駆動するモータと、を有する。

好適には、前記駆動装置は、前記射出プランジャに固定されたシリンダロッドと、当該シリンダロッドに固定されたピストンと、当該ピストンを摺動可能に収容するシリンダチューブと、を有するシリンダ装置であり、前記伝達機構は、前記シリンダロッドに設けられたラックと、前記ラックに噛合するピニオンと、を有する。

好適には、前記射出プランジャにより成形材料に加えられる圧力を検出する圧力センサを有し、前記制御装置は、前記圧力センサの検出した圧力に基づいて、その後の成形サイクルにおける前記射出プランジャ停止時のサージ圧が縮小されるように、前記連結装置により前記慣性体と前記射出プランジャとが連結されるときの前記慣性体の速度を制御する。

好適には、前記制御装置は、前記キャビティの成形材料の凝固後、前記射出プランジャと前記慣性体とを連結した状態で前記逆慣性力発生装置により前記慣性体を駆動して前記射出プランジャを後退させるように、前記逆慣性力発生装置及び前記連結装置を制御する。

本発明によれば、充填完了時に成形材料に作用する慣性力を好適に低減できる。

図１は、本発明の実施形態に係るダイカストマシンＤＣの射出装置１の構成を示す模式図である。なお、図１では、Ａ−Ａ線矢視方向における断面等を示す模式図（点線で囲まれた図）を併せて示している。

ダイカストマシンＤＣは、例えば、固定金型１０３及び移動金型１０５を含む金型１０１の型開閉及び型締を行う不図示の型締装置、型締装置により型締された金型１０１に形成されたキャビティＣａに成形材料としての溶湯（溶融状態の金属材料）を供給する射出装置１、並びに、溶湯が固化して形成された成形品を固定金型１０３又は移動金型１０５から押し出す不図示の押出装置等を含んで構成されている。ダイカストマシンＤＣは、例えば、横型締横射出型のダイカストマシンである。

射出装置１は、キャビティＣａに連通するスリーブ３と、スリーブ３内を摺動可能な射出プランジャ５と、射出プランジャ５を駆動するシリンダ装置７と、シリンダ装置７への作動液（例えば油）の供給を制御する油圧回路９と、射出プランジャ５やシリンダ装置７における慣性力をキャンセルするための慣性力を発生する逆慣性力発生装置１１と、逆慣性力発生装置１１の発生した慣性力を射出プランジャ５に伝達する伝達機構１３と、逆慣性力発生装置１１と伝達機構１３とを連結又は当該連結を解除するクラッチ１５と、油圧回路９、逆慣性力発生装置１１、及び、クラッチ１５を制御する制御装置１７とを有している。

スリーブ３は、例えば、全体として概ね円筒状に形成されており、固定金型１０３に対して水平方向に挿通されて固定されている。スリーブ３の上面には、不図示のラドル等により溶湯をスリーブ３内へ供給するための給湯口３ａが形成されている。

射出プランジャ５は、例えば、スリーブ３内を摺動可能なプランジャチップ１９と、プランジャチップ１９からキャビティＣａとは反対側へ延出するプランジャロッド２１とを有している。なお、プランジャチップ１９及びプランジャロッド２１は、別個に形成されて固定されていてもよいし、一体的に形成されることにより固定されていてもよい。射出プランジャ５がキャビティＣａ側に前進することにより、スリーブ３内の溶湯はキャビティＣａ内へ射出・充填される。

シリンダ装置７は、例えば、直結形の増圧シリンダにより構成されており、射出プランジャ５に固定されたシリンダロッド２３と、シリンダロッド２３に固定された射出用ピストン２５と、射出用ピストン２５の背後に配置される増圧用ピストン２７と、射出用ピストン２５及び増圧用ピストン２７を摺動可能に収容するシリンダチューブ２９とを有している。

シリンダロッド２３は、例えば、カップリング３０を介してプランジャロッド２１と同軸状に連結されている。なお、シリンダロッド２３はプランジャロッド２１と一体的に形成されていてもよい。射出用ピストン２５は、シリンダロッド２３の後端に固定されている。なお、シリンダロッド２３及び射出用ピストン２５は、別個に形成されて固定されていてもよいし、一体的に形成されることにより固定されていてもよい。

シリンダチューブ２９は、射出用ピストン２５が摺動するチューブ小径部２９ａと、チューブ小径部２９ａの後端に連続し、チューブ小径部２９ａよりも大径のチューブ大径部２９ｂとを有している。増圧用ピストン２７は、チューブ小径部２９ａを摺動可能なピストン小径部２７ａと、チューブ大径部２９ｂを摺動可能なピストン大径部２７ｂとを有している。

チューブ小径部２９ａは、射出用ピストン２５により、シリンダロッド２３側の第１シリンダ室Ｃ１と、その反対側の第２シリンダ室Ｃ２に区画されている。チューブ大径部２９ｂは、増圧用ピストン２７のピストン大径部２７ｂにより、チューブ小径部２９ａ側の第３シリンダ室Ｃ３と、その反対側の第４シリンダ室Ｃ４とに区画されている。

第２シリンダ室Ｃ２に作動液が供給されることにより、射出用ピストン２５は前進し、ひいては、射出プランジャ５はキャビティＣａ側へ前進する。また、第４シリンダ室Ｃ４に作動液が供給されると、第４シリンダ室Ｃ４の作動液の圧力が、増圧用ピストン２７により、ピストン小径部２７ａの受圧面積に対するピストン大径部２７ｂの受圧面積の比に応じて増圧されて第２シリンダ室Ｃ２に伝達され、ひいては、射出プランジャ５によりキャビティＣａの溶湯が増圧される。

油圧回路９は、例えば、油圧源としてのアキュムレータ３１と、アキュムレータ３１から延びる第１流路３３と、第１流路３３から分岐して第２シリンダ室Ｃ２に通じる第２流路３５と、第１流路３３から分岐して第４シリンダ室Ｃ４に通じる第３流路３７と、第１流路３３に設けられた流量制御弁３９と、第２流路３５に設けられた第１逆止弁４１と、第３流路に設けられた第２逆止弁４３とを有している。

アキュムレータ３１は、例えば、気体圧式のピストン形アキュムレータにより構成されており、作動液を蓄積しているとともに、圧縮された気体の圧力をピストンを介して作動液に付与している。流量制御弁３９は、例えば、サーボバルブにより構成されており、入力された電気信号に応じて第１流路３３を流れる流量を制御する。

第１逆止弁４１は、例えば、パイロット圧力が導入されているときは閉じられ、パイロット圧力が導入されていないときは、アキュムレータ３１から第２シリンダ室Ｃ２への作動液の流れを許容する一方で第２シリンダ室Ｃ２からアキュムレータ３１への作動液の流れを禁止する、パイロット式の逆止弁により構成されている。なお、第１逆止弁４１は、パイロット式でない逆止弁により構成されてもよい。

第２逆止弁４３は、例えば、パイロット圧力が導入されているときは閉じられ、パイロット圧力が導入されていないときは、アキュムレータ３１から第４シリンダ室Ｃ４への作動液の流れを許容する一方で第４シリンダ室Ｃ４からアキュムレータ３１への作動液の流れを禁止する、パイロット式の逆止弁により構成されている。

なお、油圧回路９は、この他にも、例えば、アキュムレータ３１を蓄圧するための不図示のポンプ、当該ポンプとアキュムレータ３１とを接続するための流路、当該流路に設けられた逆止弁、第１シリンダ室Ｃ１や第３シリンダ室Ｃ３と不図示のタンクとを接続する不図示の流路等を有するが説明は省略する。

流量制御弁３９が開かれると、アキュムレータ３１の作動液は、第１流路３３を介して第２流路３５及び第３流路３７に流量制御弁３９の開度に応じた流量で供給される。第１逆止弁４１にパイロット圧力が導入されておらず、第２逆止弁４３にパイロット圧力が導入されている状態では、第２シリンダ室Ｃ２に作動液が供給され、射出用ピストン２５は前進する。なお、このとき、第１シリンダ室Ｃ１の作動液は、例えば、射出用ピストン２５により不図示のタンクに押し出される。

第２逆止弁４３にパイロット圧力が導入されていない状態では、第４シリンダ室Ｃ４に作動液が供給され、第４シリンダ室Ｃ４の作動液の圧力は、増圧用ピストン２７により増圧されて第２シリンダ室Ｃ２に伝達される。すなわち、第２シリンダ室Ｃ２は加圧される。なお、このとき、第１逆止弁４１は、第２シリンダ室Ｃ２の圧力により自閉することなどにより、第２シリンダ室Ｃ２からアキュムレータ３１側への流れを禁止する。また、第３シリンダ室Ｃ３の作動液は、例えば、不図示のタンクと同圧である。

逆慣性力発生装置１１は、溶湯の充填完了時における射出プランジャ５等の可動部や作動液の慣性力をキャンセルしてキャビティＣａの溶湯に生じるサージ圧を縮小するためのものであり、例えば、モータ４５と、モータ４５により回転駆動されるフライホイール４７とを有している。

モータ４５は、特に図示しないが、界磁及び電機子の一方を構成するステータと、界磁及び電機子の他方を構成し、ステータに対して回転するロータとを有している。ロータには、モータ４５のケーシングから延出する出力軸４９が固定されている。また、モータ４５は、例えば、サーボモータにより構成されている。すなわち、モータ４５には、モータ４５の回転を検出するエンコーダ等のモータ用センサ５１が設けられ、モータ用センサ５１の検出値に基づいて、不図示のサーボアンプによりモータ４５のフィードバック制御がなされる。

フライホイール４７は、例えば、金属等の比較的密度の高い材料により形成された円盤状の部材により構成されている。フライホイール４７は、例えば、中心（重心）においてモータ４５の出力軸４９に固定されている。慣性モーメントの大きいフライホイール４７がモータ４５により回転駆動されることにより、モータ４５の発生したエネルギーは、フライホイール４７の運動エネルギーに変換されて保存される。換言すれば、慣性力が蓄えられる。

伝達機構１３は、フライホイール４７の回転を並進運動に変換して射出プランジャ５に伝達するものであり、例えば、回転が入力される入力軸５３と、入力軸５３と一体的に回転する減速歯車５５と、減速歯車５５と噛合するピニオン５７と、シリンダロッド２３に設けられ、ピニオン５７と噛合するラック５９とを有している。

入力軸５３は、例えば、出力軸４９と同軸状に配置されている。減速歯車５５は、ピニオン５７よりも歯数が多く、入力軸５３の回転を減速してピニオン５７に伝達する。ピニオン５７は、シリンダチューブ２９の前端に隣接して配置されており、シリンダロッド２３の進退方向に対して直角な回転軸回りに回転可能である。ラック５９は、シリンダロッド２３の進退方向に沿って不図示の複数の歯が配列されており、ピニオン５７が回転することにより、シリンダロッド２３の進退方向へ駆動される。ラック５９は、例えば、シリンダロッド２３の可動範囲に亘ってピニオン５７と噛合可能である。

点線の矢印ｙ１で示す方向にフライホイール４７及び出力軸４９が回転するとすれば、減速歯車５５は点線の矢印ｙ２で示す方向へ回転し、ピニオン５７は点線の矢印ｙ３で示す方向へ回転し、ラック５９は射出プランジャ５を後退させる方向へ移動することになる。このような伝達経路を介して、フライホイール４７の慣性力は、射出プランジャ５に対して、射出プランジャ５を後退させる方向へ作用し、射出プランジャ５等の可動部や作動液の慣性力をキャンセルする。

クラッチ１５は、同軸状に配置された出力軸４９と入力軸５３とを連結又は当該連結を解除する。クラッチ１５は、例えば、電磁クラッチにより構成されており、供給された電力に応じた伝達率で出力軸４９の回転を入力軸５３に伝達する。なお、電磁クラッチは、励磁作動形であっても無励磁作動形であってもよい。クラッチ１５により、出力軸４９と入力軸５３とを、連結が解除された状態から連結状態へ遷移させることにより、逆慣性力発生装置１１の慣性力を瞬間的に射出プランジャ５に伝達させることができる。

制御装置１７は、例えば、ＣＰＵ６１、及び、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ６３を有している。ＣＰＵ６１は、入力回路６５を介して入力される各種の電気信号に基づいて制御信号を生成し、生成した制御信号を出力回路６７を介して各種の機器に出力する。

制御装置１７に入力される電気信号は、例えば、シリンダロッド２３の位置を検出する位置センサ６９の検出信号、流量制御弁３９の有する当該流量制御弁３９の開度を検出するセンサからの検出信号、第２シリンダ室Ｃ２の圧力を検出する圧力センサ７１からの検出信号（信号線の図示は省略）、ユーザの操作を受け付ける入力装置７３からのユーザの操作に応じた操作信号、モータ用センサ５１からの検出信号、射出圧力や射出速度等をモニタリングするためのモニター装置７５からの信号である。

制御装置１７から出力される電気信号は、例えば、モータ４５を制御する制御信号、クラッチ１５を制御する制御信号、流量制御弁３９を制御する制御信号、ユーザに各種の情報を提示する表示装置７７を制御する制御信号である。

位置センサ６９は、例えば、シリンダロッド２３の進退方向に沿ってシリンダロッド２３に設けられた不図示のスケール部とともに、磁気式又は光学式のリニアエンコーダを構成しており、スケール部の位置センサ６９に対する移動量に応じた数のパルスを出力する。制御装置１７は、位置センサ６９からのパルスを計数することにより、射出プランジャ５の位置及び速度（射出速度）を特定可能である。

圧力センサ７１は、例えば、第２流路３５の第１逆止弁４１よりも第２シリンダ室Ｃ２側における作動液の圧力を検出することにより、第２シリンダ室Ｃ２の作動液の圧力を検出する。なお、第２シリンダ室Ｃ２の圧力は、射出プランジャ５により溶湯に加えられる圧力（射出圧力）に比例するから、以下では、圧力センサ７１の検出圧力を射出圧力として説明することがある。

モニター装置７５は、例えば、位置センサ６９の検出結果、圧力センサ７１の検出結果、モータ用センサ５１の検出結果を直接的に又は制御装置１７を介して取得及び保持し、各成形サイクルにおける、又は、複数の成形サイクルにおける、射出速度や射出圧力等の成形に係る情報をユーザに提示する。また、後述するように、制御装置１７による射出装置１の動作の制御を補助するために種々の演算を行う。

図２（ａ）は、射出装置１の射出圧力の経時変化を示す図であり、図２（ｂ）は、射出装置１の射出速度の経時変化を示す図である。

図１に示す状態において、給湯口３ａからスリーブ３内に溶湯が供給されると、射出プランジャ５は前進を開始する（時刻ｔ０）。前進の初期においては、溶湯による空気の巻き込みを防止するために、射出プランジャ５は、比較的低速の速度Ｖ_Ｌで前進する。なお、射出プランジャ５が速度Ｖ_Ｌで前進するときの射出圧力は、比較的低圧の圧力Ｐ_Ｌである。

射出プランジャ５が所定の高速切換位置に到達すると、射出プランジャ５の速度は、サイクルタイムの短縮等の目的から、比較的低速の速度Ｖ_Ｌから比較的高速の速度Ｖ_Ｈに切り換えられる（時刻ｔ１）。なお、射出プランジャ５が速度Ｖ_Ｈで前進するときの射出圧力は、圧力Ｐ_Ｌよりも高圧の圧力Ｐ_Ｈである。

溶湯がキャビティＣａに概ね充填されると、射出プランジャ５により押圧されている溶湯は逃げ場を失うから、射出圧力は圧力Ｐ_Ｈから急激に上昇する（時刻ｔ２）。これと同時に、射出速度は、速度Ｖ_Ｈから急激に減速される（速度Ｖ_Ｄ）。

時刻ｔ３では、増圧工程が開始され、射出速度は更に遅くなりつつ、射出圧力は上昇する。そして、時刻ｔ４では、射出プランジャ５は停止し、射出圧力は鋳造圧力（終圧）Ｐｍａｘになり、溶湯の充填は完了する。その後、射出圧力は鋳造圧力Ｐｍａｘに維持される。

なお、図２（ａ）において点線で示すように、従来のダイカストマシンでは、溶湯のキャビティＣａへの充填完了時において、射出装置の可動部や作動液の慣性力により、鋳造圧力Ｐｍａｘよりも高いサージ圧が発生する。

図３は、図２に説明した動作を実現するために制御装置１７が実行する処理の手順を示すフローチャートである。ただし、図３では、射出装置１の動作の理解を容易にするために、厳密には制御装置１７の動作ではないステップも含まれている。また、図３では、モータ４５の駆動／停止（若しくは慣性力のみにより回転している状態）をＯＮ／ＯＦＦにより、クラッチ１５の連結／連結の解除をＯＮ／ＯＦＦにより表現している。図３に示す処理は、例えば、ダイカストマシンＤＣの稼動開始から稼動終了まで実行され、ステップＳ３〜Ｓ１５は、ダイカストマシンＤＣの各成形サイクルにおいて実行される。

ステップＳ１では、制御装置１７は、高速射出速度Ｖ_Ｈを設定する。当該設定は、例えば、入力装置７３に対して作業者が高速射出速度Ｖ_Ｈを入力したり、予めメモリ６３に記録されている高速射出速度Ｖ_ＨをＣＰＵ６１が読み出すことにより行われる。

ステップＳ２では、制御装置１７は、ダイカストマシンＤＣに係る情報や各種の射出条件に基づいて、逆慣性力発生装置１１のモータ４５の、充填完了時に射出装置１の可動部や作動液の慣性力をサージ圧が発生しない程度までキャンセルするのに必要十分な慣性力を発生させることができる回転数（速度、回転速度）を演算する。

このときの演算には、例えば、ステップＳ１において設定された高速射出速度Ｖ_Ｈが用いられる。例えば、制御装置１７は、高速射出速度Ｖ_Ｈが大きくなるほどモータ４５の回転数が大きくなるようにモータ４５の回転数を演算する。高速射出速度Ｖ_Ｈが大きいほどサージ圧は大きくなるから、このように演算することにより、サージ圧の大きさに対応した適切な大きさの慣性力を逆慣性力発生装置１１において発生させることができる。

モータ４５の回転数は、例えば、高速射出速度Ｖ_Ｈ等のパラメータを含む所定の計算式によって演算されてもよいし、高速射出速度Ｖ_Ｈ等のパラメータとモータ４５の回転数とを対応付けたデータに基づいて演算されてもよい。

ステップＳ３の開始前においては、射出装置１は、図１に示す状態となっている。すなわち、射出プランジャ５は給湯口３ａよりも後退している。モータ４５は停止されており、クラッチ１５は連結を解除している。

ステップＳ３では、制御装置１７は、ステップＳ２において演算されたモータ４５の回転数をモータ４５の目標回転数として設定する。なお、後述するステップＳ１５の実行後においては、既に設定されている目標回転数に対して、ステップＳ１５において取得された補正量を加減算して新たな目標回転数を設定する。

ステップＳ４では、制御装置１７は、低速射出を行うようにシリンダ装置７を制御する（図２の時刻ｔ０〜時刻ｔ１）。すなわち、制御装置１７は、第１逆止弁４１にパイロット圧力を導入せずに第２シリンダ室Ｃ２への作動液の流入を許容し、且つ、第２逆止弁４３にパイロット圧力を導入して第４シリンダ室Ｃ４への作動液の流入を禁止した状態で、流量制御弁３９を所定の開度で開き、アキュムレータ３１の作動液を第２シリンダ室Ｃ２に供給するように油圧回路９を制御する。これにより、射出用ピストン２５は前進し、ひいては、射出プランジャ５も前進する。

制御装置１７は、射出プランジャ５が所定の高速切換位置に到達すると（図２の時刻ｔ１）、高速射出を開始するようにシリンダ装置７を制御する（ステップＳ５）。すなわち、流量制御弁３９の開度を大きくして第２シリンダ室Ｃ２への作動液の供給量を増加して射出用ピストン２５の速度を大きくする。なお、制御装置１７は、高速切換位置に到達したか否かを、例えば、位置センサ６９からの検出信号に基づいて特定することができる。

また、制御装置１７は、低速射出（ステップＳ４）及び高速射出（ステップＳ５）に並行して、逆慣性力発生装置１１のモータ４５をステップＳ３で設定した回転数で回転させる（ステップＳ６）。これにより、フライホイール４７には、充填完了時のサージ圧を発生させる慣性力をキャンセルするための慣性力が蓄えられる。

なお、モータ４５の回転開始時刻や増速率は、後述するステップＳ９までに、モータ４５の回転数がステップＳ３で設定した回転数に到達するように適宜に設定される。例えば、制御装置１７は、低速射出の開始と同時にモータ４５の回転を開始する。

ステップＳ７では、溶湯がキャビティＣａに概ね充填されて射出プランジャ５の減速が開始される（図２の時刻ｔ２）。なお、制御装置１７は、適宜な情報に基づいて減速開始点を特定可能である。例えば、制御装置１７は、位置センサ６９の検出結果に基づく射出プランジャ５の位置が所定位置に到達したこと、位置センサ６９の検出結果に基づく射出プランジャ５の速度が、所定速度よりも低い速度まで、若しくは、所定の減速加速度よりも大きい減速加速度で、減速されたこと、又は、圧力センサ７１の検出する圧力が、所定圧力よりも高い圧力まで、若しくは、所定の上昇率よりも大きい上昇率で、上昇したことに基づいて、射出プランジャ５の減速開始点を特定可能である。

ステップＳ８では、制御装置１７は、増圧用ピストン２７により増圧を行うようにシリンダ装置７を制御する（図２の時刻ｔ３〜ｔ４）。すなわち、制御装置１７は、第２逆止弁４３へのパイロット圧力の導入を停止して第４シリンダ室Ｃ４への作動液の流入を許容し、アキュムレータ３１の作動液を第４シリンダ室Ｃ４に供給するように油圧回路９を制御する。なお、流量制御弁３９の開度は適宜な開度に調整される。

また、制御装置１７は、射出プランジャ５の減速及び増圧（ステップＳ７及びステップＳ８）に並行して、射出プランジャ５等の射出装置１の可動部や作動液の慣性力をキャンセルしてサージ圧の発生を抑制するように、逆慣性力発生装置１１やクラッチ１５を制御する（ステップＳ９）。具体的には、制御装置１７は、モータ４５への電力供給を停止して慣性力のみにより回転する状態とするとともにクラッチ１５を連結状態とする。ステップＳ９の実行タイミングは、サージ圧を効果的に縮小できるように、実験などに基づいて適宜に設定される。

なお、モータ４５への電力供給の停止と、クラッチ１５の連結とは、概ね同時に行われ、これにより、モータ４５の現在の駆動力が射出プランジャ５へ伝達されることや、逆慣性力発生装置１１の慣性力が、射出プランジャ５へ伝達される前に逆慣性力発生装置１１内部の摩擦抵抗などにより減衰してしまうことが抑制されて、ステップＳ２で演算した回転数に相当する慣性力が射出プランジャ５へ適切に伝達される。

ステップＳ１０では、射出圧力は鋳造圧力Ｐｍａｘに到達し、増圧が完了する（図２の時刻ｔ４）。制御装置１７は、タイマにより所定時間が計数される間、鋳造圧力Ｐｍａｘが維持されるように油圧回路９を制御する（ステップＳ１１）。この間、キャビティＣａの溶湯は凝固してゆき、成形品が形成される。また、制御装置１７は、増圧完了後、クラッチ１５の連結を解除する（ステップＳ１２）。ただし、クラッチ１５は、次のステップＳ１３まで連結された状態のままであってもよい。

所定時間が経過すると、換言すれば、キャビティＣａの溶湯が凝固して成形品が形成されると、制御装置１７は、射出プランジャ５を後退させる（ステップＳ１３）。具体的には、例えば、まず、制御装置１７は、流量制御弁３９、並びに／又は、第１逆止弁４１及び第２逆止弁４３を閉じるとともに、不図示の弁を開くことにより、第４シリンダ室Ｃ４と不図示のタンクとを連通して圧抜きを行う。そして、クラッチ１５を連結状態とするとともに、モータ４５を駆動する。モータ４５の回転方向は、ステップＳ６と同一である。従って、射出プランジャ５及び射出用ピストン２５は、モータ４５の駆動力によって後退する。第２シリンダ室Ｃ２は密閉されているから、増圧用ピストン２７も後退する。第１シリンダ室Ｃ１や第３シリンダ室Ｃ３には、例えば、不図示のタンクから負圧により作動液が補給される。増圧用ピストン２７が原位置に復帰すると、第２シリンダ室Ｃ２と不図示のタンクとを連通する不図示の流路を開閉する不図示の弁が開かれ、射出用ピストン２５も原位置に復帰する。

なお、第１逆止弁４１及び第２逆止弁４３を、パイロット圧力の導入により開くことが可能な逆止弁により構成し、射出プランジャ５をモータ４５の駆動力により後退させる際に、流量制御弁３９、第１逆止弁４１及び第２逆止弁４３を開くことにより、第２シリンダ室Ｃ２や第４シリンダ室Ｃ４の作動液をアキュムレータ３１に戻してアキュムレータ３１を蓄圧するようにしてもよい。

射出プランジャ５が原位置（図１の状態）まで後退すると、制御装置１７は、モータ４５を停止させるとともにクラッチ１５の連結を解除する（ステップＳ１４）。なお、制御装置１７は、射出プランジャ５の原位置への復帰を、例えば、位置センサ６９の検出結果に基づいて特定できる。

ステップＳ１５では、制御装置１７は、モータ４５の回転数の設定値を補正するための補正量をモニター装置７５から取得する。モニター装置７５は、例えば、圧力センサ７１の検出した圧力に基づいて補正量を演算する。具体的には、例えば、モニター装置７５は、鋳造圧力Ｐｍａｘよりも大きな圧力、すなわち、サージ圧を検出し、サージ圧と鋳造圧力Ｐｍａｘとの差が大きくなるほど加算される補正量が大きくなるように補正量を演算する。また、例えば、モニター装置７５は、サージ圧が０となり、且つ、高速射出を開始してから鋳造圧力Ｐｍａｘに到達するまでの時間が所定の閾値よりも長くなってしまった場合には、換言すれば、逆慣性力発生装置１１の慣性力が必要以上に大きくなってしまった場合には、その所定の閾値を超えた時間が長くなるほど減算される補正量が大きくなるように補正量を演算する。補正量は、射出圧力等のパラメータを含む所定の計算式により演算されてもよいし、射出圧力等のパラメータと補正量とを対応付けたデータに基づいて演算されてもよい。

ステップＳ１５で演算された補正量は、上述のように、ステップＳ３において、前回設定されたモータ４５の目標回転数に対して加減算される。これにより、新たな目標回転数が設定される。すなわち、モータ４５の回転数は、射出圧力等に基づいてフィードバック制御される。なお、モータ４５の回転数の補正において、制御装置１７及びモニター装置７５の役割分担は適宜に設定されてよく、モニター装置７５において、新たな目標回転数を演算して制御装置１７へ出力してもよいし、制御装置１７において補正量を算出してもよい。

ステップＳ１５では、モータ４５の回転数の補正のみを例示したが、モータ４５の回転数の他、クラッチ１５を連結状態とするタイミングを、検出された射出圧力等に基づいて補正してもよいし、クラッチ１５の伝達率の変化を制御する場合にはその変化量を、検出された射出圧力等に基づいて補正してもよい。また、次回、ダイカストマシンＤＣが稼動されるときには、今回の可動終了時のモータ４５の回転数等の設定値が用いられてもよい。

以上の実施形態によれば、ダイカストマシンＤＣの射出装置１は、キャビティＣａに連通するスリーブ３と、スリーブ３内をキャビティＣａ側へ摺動してスリーブ３内の溶湯をキャビティＣａへ射出可能な射出プランジャ５と、射出プランジャ５をキャビティＣａ側へ駆動するシリンダ装置７と、フライホイール４７を有し、フライホイール４７を駆動して慣性力を発生させる逆慣性力発生装置１１と、射出プランジャ５とフライホイール４７とを連結又は当該連結を解除可能なクラッチ１５と、射出プランジャ５とフライホイール４７とが連結されていない状態においてシリンダ装置７により射出プランジャ５がキャビティＣａ側へ駆動され、その後、キャビティＣａ側へ前進している射出プランジャ５と、運動しているフライホイール４７とが連結されることにより逆慣性力発生装置１１の慣性力が射出プランジャ５に対して射出プランジャ５を後退させる方向へ作用するように、シリンダ装置７、逆慣性力発生装置１１及びクラッチ１５を制御する制御装置１７と、を有することから、逆慣性力発生装置１１において蓄えた慣性力をクラッチ１５の連結により瞬間的に射出プランジャ５に伝達して射出プランジャ５等の射出装置１の可動部や作動液の慣性力をキャンセルすることができる。これにより、充填完了時のサージ圧の発生を抑制することができる。逆慣性力発生装置１１は、フライホイール４７の速度を調整することにより、慣性力を適宜に調整することができるから、種々の射出条件（射出速度）に対応して適切にサージ圧の発生を抑制することができる。また、逆慣性力発生装置１１の慣性力はシリンダロッド２３等を介して射出プランジャ５にも伝達されるから、射出プランジャ５とシリンダロッド２３との間にサージ圧吸収用のバネを配置してシリンダロッド２３から後方側の可動部の慣性力を吸収するような場合に比較して、溶湯に直接作用する射出プランジャ５の慣性力までもキャンセルすることができ、溶湯にサージ圧が発生することを確実に抑制できる。

逆慣性力発生装置１１は、フライホイール４７の回転運動により慣性力を発生し、射出装置１には、入力軸５３に入力された回転運動を並進運動に変換して射出プランジャ５に伝達する伝達機構１３が設けられ、クラッチ１５は、フライホイール４７と入力軸５３とを連結又は当該連結を解除可能なクラッチであることから、フライホイール４７の回転数の制御により慣性力の大きさを調整でき、射出条件に応じて慣性力を調整することが容易である。

射出プランジャ５を前進させる駆動装置は、射出プランジャ５に固定されたシリンダロッド２３と、シリンダロッド２３に固定された射出用ピストン２５と、射出用ピストン２５を摺動可能に収容するシリンダチューブ２９と、を有するシリンダ装置であり、伝達機構１３は、シリンダロッド２３に設けられたラック５９と、ラック５９に噛合するピニオン５７と、を有することから、シリンダロッド２３が、シリンダロッドとしての機能と、ラックとしての機能を有することになり、伝達機構１３の構成を小型化することができる。

射出装置１は、射出プランジャ５により溶湯に加えられる圧力を検出する圧力センサ７１を有し、制御装置１７は、圧力センサ７１の検出した圧力に基づいて、その後の成形サイクルにおける射出プランジャ５停止時のサージ圧が縮小されるように、クラッチ１５によりフライホイール４７と射出プランジャ５とが連結されるときのフライホイール４７の回転数を制御することから、射出条件に基づいてモータ４５の好適な回転数を予め演算することが困難であっても、モータ４５を適切な回転数で回転させてサージ圧の発生を抑制することができる。

制御装置１７は、キャビティＣａの成形材料の凝固後、射出プランジャ５とフライホイール４７とを連結した状態で逆慣性力発生装置１１によりフライホイール４７を駆動して射出プランジャ５を後退させるように、逆慣性力発生装置１１及びクラッチ１５を制御することから、射出プランジャ５を後退させるために第１シリンダ室Ｃ１に作動液を供給する必要がなくなり、油圧回路９が簡素化される。また、逆慣性力発生装置１１を利用してアキュムレータ３１の蓄圧を行うことも可能となる。

なお、以上の実施形態において、シリンダ装置７は本発明の駆動装置の一例であり、モータ４５のロータ、出力軸４９及びフライホイール４７はそれぞれ本発明の慣性体の一例であり、クラッチ１５は本発明の連結装置の一例であり、伝達機構１３の入力軸５３は本発明の伝達機構の入力部の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

成形機は、ダイカストマシンに限定されず、例えば、射出成形機であってもよい。また、成形機は、横型締式や横射出式のものに限定されず、縦型締式のものであってもよいし、縦射出式のものであってもよい。

射出プランジャを前進させる駆動装置は、シリンダ装置に限定されない。例えば、駆動装置は、回転式のモータと、モータの回転を並進運動に変換して射出プランジャに伝達する伝達機構とにより構成されるものであってもよい。また、駆動装置がシリンダ装置により構成される場合、シリンダ装置は、直結形の増圧式シリンダ装置に限定されない。例えば、シリンダ装置は、単動式のもの、プレフィル式のもの、増圧式であって分離形のものであってもよい。

逆慣性力発生装置の慣性体は、回転運動により慣性力を発生するものに限定されない。例えば、リニアモータにより駆動され、直線運動により慣性力を発生するものであってもよい。また、慣性体として、フライホイール等の特別な質量体を設けなくてもよい。例えば、実施形態において、フライホイール４７を省略しても、出力軸４９やモータ４５のロータが慣性体として機能する。また、逆慣性力発生装置の動力源は、モータに限定されない。例えば、シリンダ装置や内燃機関であってもよい。

伝達機構は、実施形態において射出プランジャに固定されたシリンダロッドに逆慣性力発生装置の慣性力を伝達したように、逆慣性力発生装置の慣性力を射出プランジャに間接的に伝達してもよいし、逆慣性力発生装置の慣性力を射出プランジャに直接的に伝達してもよい。例えば、ラックは、射出プランジャのプランジャロッドに設けられてもよい。また、伝達機構はラック・ピニオン機構に限定されない。例えば、伝達機構は、送りねじ機構やウォームギアにより構成されてもよい。伝達機構は、逆慣性力発生装置の慣性力を射出プランジャに伝達するだけでなく、射出プランジャの通常の駆動を行う駆動源が回転式のモータにより構成される場合に、そのモータの駆動力を射出プランジャに伝達してもよい。

連結装置は、クラッチに限定されない。例えば、直線運動する慣性体に設けられ、シリンダロッドに当接及び離間可能な摩擦部材を含む装置により構成されてもよい。また、連結装置がクラッチにより構成される場合、クラッチは、電磁クラッチに限定されない。乾式クラッチ、湿式クラッチ、粉体クラッチ、遠心クラッチ等、適宜なクラッチが利用されてよい。

射出プランジャにより成形材料に加えられる圧力を検出する圧力センサは、作動液の圧力を検出するものに限定されない。例えば、キャビティに設けられ、成形材料の圧力を直接的に検出するものであってもよい。

慣性体の速度（回転数含む）の補正や連結タイミング等の補正は、直前の成形サイクルにおける射出圧力の計測結果に基づいて行われるものに限定されない。例えば、複数の成形サイクルにおける計測結果に基づいて補正が行われてもよいし、バリや巣の発生状況に基づいて補正が行われてもよい。

本発明の実施形態のダイカストマシンの射出装置の構成を示す模式図。 図１の射出装置の射出速度及び射出圧力の経時変化を示す図。 図１の射出装置の制御装置の実行する処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…射出装置、３…スリーブ、５…射出プランジャ、７…シリンダ装置（駆動装置）、１１…逆慣性力発生装置、１５…クラッチ（連結装置）、１７…制御装置、４７…フライホイール（慣性体）、ＤＣ…ダイカストマシン（成形機）、Ｃａ…キャビティ。

Claims (6)

1. キャビティに連通するスリーブと、
   前記スリーブ内を前記キャビティ側へ摺動して前記スリーブ内の成形材料を前記キャビティへ射出可能な射出プランジャと、
   前記射出プランジャを前記キャビティ側へ駆動する駆動装置と、
   慣性体を有し、当該慣性体を駆動して慣性力を発生させる逆慣性力発生装置と、
   前記射出プランジャと前記慣性体とを連結又は当該連結を解除可能な連結装置と、
   前記射出プランジャと前記慣性体とが連結されていない状態において前記駆動装置により前記射出プランジャが前記キャビティ側へ駆動され、その後、前記キャビティ側へ前進している前記射出プランジャと、運動している前記慣性体とが連結されることにより前記逆慣性力発生装置の慣性力が前記射出プランジャに対して当該射出プランジャを後退させる方向へ作用するように、前記駆動装置、前記逆慣性力発生装置及び前記連結装置を制御する制御装置と、
   を有する成形機の射出装置。
2. 前記逆慣性力発生装置は、前記慣性体の回転運動により慣性力を発生し、
   入力部に入力された回転運動を並進運動に変換して前記射出プランジャに伝達する伝達機構が設けられ、
   前記連結装置は、前記慣性体と前記入力部とを連結又は当該連結を解除可能なクラッチである
   請求項１に記載の成形機の射出装置。
3. 前記逆慣性力発生装置は、
   前記慣性体としてのフライホイールと、
   前記フライホイールを回転駆動するモータと、
   を有する
   請求項２に記載の成形機の射出装置。
4. 前記駆動装置は、
   前記射出プランジャに固定されたシリンダロッドと、
   当該シリンダロッドに固定されたピストンと、
   当該ピストンを摺動可能に収容するシリンダチューブと、
   を有するシリンダ装置であり、
   前記伝達機構は、
   前記シリンダロッドに設けられたラックと、
   前記ラックに噛合するピニオンと、
   を有する
   請求項２又は３に記載の成形機の射出装置。
5. 前記射出プランジャにより成形材料に加えられる圧力を検出する圧力センサを有し、
   前記制御装置は、前記圧力センサの検出した圧力に基づいて、その後の成形サイクルにおける前記射出プランジャ停止時のサージ圧が縮小されるように、前記連結装置により前記慣性体と前記射出プランジャとが連結されるときの前記慣性体の速度を制御する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
6. 前記制御装置は、前記キャビティの成形材料の凝固後、前記射出プランジャと前記慣性体とを連結した状態で前記逆慣性力発生装置により前記慣性体を駆動して前記射出プランジャを後退させるように、前記逆慣性力発生装置及び前記連結装置を制御する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。

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