JP2016198773A - 電動ダイカストマシン - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性と耐久性に優れる油圧式衝撃吸収装置を備えた電動ダイカストマシンを提供する。
【解決手段】ネジ軸と、ナット体と、このナット体の進退に連動して進退駆動される射出プランジャと、ネジ軸を回転駆動する射出用電動サーボモータとを備えた電動ダイカストマシンにおいて、ナット体と射出プランジャとの間に、射出プランジャに作用するサージ圧を吸収する衝撃緩衝装置30を設け、油圧シリンダ31と、この油圧シリンダ31の油室の油圧が設定圧になった際にリリーフ作動するリリーフ弁32と、このリリーフ弁32からリリーフされた圧縮油を蓄圧するアキュムレータ33と、このアキュムレータ33の圧縮油をリリーフ弁32をバイパスする油路43を介して油圧シリンダ31へ戻す逆止弁34とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、軽金属製の成形品を射出成形する電動ダイカストマシンに関し、特に低速射出の次の高速射出の直後に射出プランジャに作用するサージ圧を吸収する油圧式の衝撃緩衝装置を設けたものに関する。

電動ダイカストマシンは、一般に、回転可能に保持されたネジ軸と、このネジ軸に螺合され且つネジ軸の回転駆動に応じて進退駆動されるナット体と、このナット体の進退に連動して進退駆動される射出プランジャと、この射出プランジャが圧入される射出スリーブと、前記ナット体と射出プランジャを進退方向に案内する１対のガイドロッドと、前記ネジ軸を回転駆動する射出用電動サーボモータとを備えている。

電動ダイカストマシンにおける軽金属の溶湯の射出サイクルでは、溶湯への空気混入を防止するための低速射出工程と、溶湯がキャビティ表面で凝固しないように溶湯をキャビティ内へ高速充填する高速射出工程と、溶湯の圧力を適度な速度で昇圧させて溶湯を凝固させる昇圧保持工程とが実行される。

電動ダイカストマシンでは、電動モータの回転軸、ボールネジ軸、このボールネジ軸に螺合したナット体、軸継手等の慣性モーメントが大きく、高速射出においてこれらが高速回転する関係上、これら回転系の運動エネルギーが非常に大きくなる。そのため、高速射出成工程においてキャビティ内へ溶湯を充填後の微小時間の間、上記の回転系が回転し続けるため、溶湯に瞬間的に大きなサージ圧が発生し、そのサージ圧が射出プランジャに作用する。その場合、金型パーティング面が開いてバリが発生したり、場合によっては金型が損傷する。

そこで、特許文献１には、電動サーボモータでボールネジ機構を介して進退駆動される直動部材と、射出プランジャとの間に、バネ式のサージ圧防止装置や油圧式のサージ圧防止装置を組み込む技術が開示されている。

特許文献２には、ボールネジ機構のナット体と、射出プランジャの間に、バネ式の衝撃緩衝装置（サージ圧防止装置）を組み込む技術が開示されている。

特開２０１０−２６００７０号公報 特開２０１４−７９７６３号公報

バネ式サージ圧防止装置の場合、複数のバネのバネ力を精密に設定することが困難であること、長期間の繰り返し使用中にバネがへたってバネ定数が変化し、所期の性能が得られなくなること等の問題がある。

特許文献１の図２のサージ圧防止装置では、ピストンヘッドの両側の油室の断面積が異なるためピストンヘッドが移動不能となるので、所期のサージ圧防止機能を発揮できない。また、図３のサージ圧防止装置では、アキュムレータに昇圧工程に必要な油圧を蓄圧しており、油圧シリンダの油室を絞り弁を介してアキュムレータに接続しているため、瞬間的に発生するサージ圧を効率的に吸収できない。

図５，図６のサージ圧防止装置は、バネ式アキュムレータでサージ圧を吸収する構成であるため、バネ式サージ圧防止装置と同様の問題がある。図４のサージ圧防止装置は、リリーフ弁の作動直後に油圧シリンダのピストンの両側の油室の油圧がほぼ等圧になるため、サージ圧吸収性能が低くなり、油圧シリンダにより溶湯の圧力を高く保持する圧力保持機能を殆ど発揮できない。

本発明の目的は、信頼性と耐久性に優れる油圧式衝撃緩衝装置（サージ圧防止装置）を
備えた電動ダイカストマシンを提供することである。

請求項１の電動ダイカストマシンは、回転可能に保持されネジ軸と、このネジ軸に螺合され且つネジ軸の回転駆動に応じて進退駆動されるナット体と、このナット体の進退に連動して進退駆動される射出プランジャと、前記ネジ軸を回転駆動する射出用電動サーボモータとを備えた電動ダイカストマシンにおいて、前記ナット体と射出プランジャとの間に、射出プランジャに作用するサージ圧を吸収する衝撃緩衝装置を設け、前記衝撃緩衝装置は、油圧シリンダと、この油圧シリンダの油室の油圧が設定圧になった際にリリーフ作動するリリーフ弁と、このリリーフ弁からリリーフされた圧縮油を蓄圧するアキュムレータと、このアキュムレータの圧縮油をリリーフ弁をバイパスする油路を介して油圧シリンダへ戻す逆止弁とを備えたことを特徴としている。

請求項２の電動ダイカストマシンは、請求項１の発明において、前記ナット体に直交状に配設されて相対移動自在に外嵌され且つ１対のガイドロッドで進退方向へ案内される第１可動板と、この第１可動板に対向状に配設され且つ前記ナット体に直交状に配設されて固定され且つ１対のガイドロッドで進退方向へ案内される第２可動板とを設け、前記衝撃緩衝装置は、第１可動板と第２可動板の一方に装備され、前記油圧シリンダのピストンロッドの先端が第１可動板と第２可動板の他方に当接していることを特徴としている。

本願の発明は、課題解決手段の欄に記載した構成を有するため、次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、ナット体と射出プランジャとの間に、射出プランジャに作用するサージ圧を吸収する衝撃緩衝装置を設け、前記衝撃緩衝装置は、油圧シリンダとリリーフ弁とアキュムレータと逆止弁とを備えているため、サージ圧の発生前にリリーフ弁をリリーフ作動させて射出プランジャにサージ圧が作用するのを防止できる。

リリーフ弁は、設定圧以上の圧力の圧縮油をリリーフさせる構成であるから、サージ圧吸収性能を確保できると共に、油圧シリンダとリリーフ弁により溶湯の圧力を高く維持する圧力保持機能を確保することができる。
しかも、リリーフ弁からリリーフされる圧縮油は、アキュムレータに蓄圧し、その蓄圧した圧縮油を逆止弁を介して油圧シリンダの油室へ供給するため、油圧シリンダの油室の圧縮油を次サイクルの衝撃緩衝の為に油圧シリンダのピストン部材を復帰動作させると共に油圧シリンダの油室の油圧を射出プランジャの射出動作に必要な圧力に保持できる。

請求項２の発明によれば、ナット体に外嵌された第１，第２可動板を利用して衝撃緩衝装置を装備するため、ナット体の外周側の空間を有効利用して衝撃緩衝装置を配設することできるから、ダイカストマシンのネジ軸の軸線方向のサイズを拡大することなく、衝撃緩衝装置を装備することができる。

本発明の実施例に係る電動ダイカストマシンの要部の縦断面図である。 電動ダイカストマシンの要部の横断面図である。 上下１対の衝撃緩衝装置とそれらを装備した第２可動板の斜視図である。 衝撃緩衝装置の横断面図である。 衝撃緩衝装置の油圧回路図である。 射出プランジャの移動速度と溶湯圧力を示すタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

本実施例に係る電動ダイカストマシンについて、図１、図２に基づいて説明する。
この電動ダイカストマシン１は、アルミニウムやその合金、マグネシウムやその合金等の軽金属製の鋳造品を射出成形する機械である。尚、図１，図２において、矢印Ｆの方向を前方とし、前方に向って左右方向を左右方向として説明する。

電動ダイカストマシン１は、固定プラテン２、可動プラテン（図示略）、複数のガイドロッド３、Ｃフレーム４、射出スリーブ５、射出プランジャ６、連結体７、ナット体９とボールネジ部材１０を含むボールネジ機構８、１対のガイドロッド１１ａを含む案内機構１１と、衝撃緩衝装置３０（サージ圧防止装置）、保持フレーム１２、プーリ１３，１４、これらプーリ１３，１４及びタイミングベルト１３ａ，１４ａを介してボールネジ部材１０を回転駆動する電動サーボモータ１５，１６、制御ユニット１７等を備えている。

前記可動プラテンと固定プラテン２とは前後に対向状に配設され、固定プラテン２には固定金型が取り付けられ、固定プラテン２の前方の可動プラテンには可動金型が取り付けられる。固定プラテン２と可動プラテンはともに矩形厚盤状の部材であり、固定金型と可動金型を型閉めした状態でその内部にキャビティが形成される。可動プラテンは複数のガイドロッド３で固定プラテンに対して進退可能に案内されている。尚、可動プラテンはプラテン駆動手段によって進退駆動される。

射出スリーブ５は固定プラテン２の中心部に水平姿勢に装着され、射出スリーブ５の注入口５ａに溶湯が注入される。射出スリーブ５に挿入された射出プランジャ６を前進駆動することで溶湯をキャビティ内へ充填する。射出プランジャ６の後端部は連結体７に一体的に固定され、連結体７の後端部はナット体９に連結されている。射出プランジャ６と連結体７は電動サーボモータ１５，１６とボールネジ機構８により前後方向に進退駆動される。

固定プラテン２はＣフレーム４の前端に固定され、Ｃフレーム４の後端には保持フレーム１２が連結されている。保持フレーム１２は、前後に離隔配置した保持プレート１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、これら保持プレート１２ａ，１２ｂ，１２ｃを連結する１対の連結部材１２ｄとを備えている。連結体７は射出プランジャ６と同心状に前後方向向きに配設され、保持プレート１２ａの開口穴２７とＣフレーム４の開口穴２８を挿通した状態で、前後に進退駆動される。

ボールネジ機構８について説明する。
ボールネジ部材１０は、ほぼパイプ状の連結体７と同心状に配設され、連結体７はボールネジ部材１０のボールネジ軸１０ａに相対移動自在に外嵌可能に構成され、ボールネジ部材１０のボールネジ軸１０ａにナット体９が螺合されている。ボールネジ部材１０の途中部が保持プレート１２ｂに軸受２０と軸受２１とで回転自在に保持され、ボールネジ部材１０の後端部が保持プレート１２ｃに軸受２２で回転自在に保持されている。尚、図１、図２に示すように、射出プランジャ６と連結体７とが最大限後退した状態において、連結体７とナット体９の前端の間には、所定の大きさの隙間２６が形成されている。

保持プレート１２ｂの後側にはボールネジ部材１０が挿通する筒部材２３が設けられて保持プレート１２ｂに固定され、この筒部材２３とボールネジ部材１０の間にロードセル２４が装着され、このロードセル２４によってボールネジ部材１０に作用する軸力（これは、射出プランジャ６に作用する軸力に等しい。）が検出される。

この筒部材２３の後側においてボールネジ部材１０にワンウェイクラッチ２５を介してプーリ１４が装着され、ボールネジ部材１０の後端部分にもプーリ１３が装着されている。プーリ１３はタイミングベルト１３ａを介して電動サーボモータ１５に連結され、プーリ１４はタイミングベルト１４ａを介して電動サーボモータ１６に連結されている。電動サーボモータ１５，１６によりボールネジ部材１０が回転駆動されると、ナット体９と連結体７と射出プランジャ６は前進又は後退駆動される。尚、電動サーボモータ１５，１６は、エンコーダ１５ａ，１６ａを有し、その検出信号は制御ユニット１７へ供給され、電動サーボモータ１５，１６は制御ユニット１７により速度制御、トルク制御される。

次に、案内機構１１と衝撃緩衝装置３０について図１〜図４に基づいて説明する。
案内機構１１は、衝撃緩衝装置３０の第１，第２可動板３０ａ，３０ｂと、ナット体９を１対のガイドロッド１１ａによりボールネジ部材１０と平行方向（前後方向）へ案内するものである。１対のガイドロッド１１ａはボールネジ部材１０及びナット体９の左右両側に前後方向向きに平行に配設され、これらガイドロッド１１ａの前端部が保持プレート１２ａに固定され、これらガイドロッド１１ａの後端部が保持プレート１２ｂに固定されている。

第１，第２可動板３０ａ，３０ｂは、所定の間隔を空けて互いに対向状に且つボールネジ部材１０と直交状に配設されている。第１可動板３０ａは、横長の８角形に形成され、第１可動板３０ａの中心部の開口穴２９ａにナット体９が摺動自在に挿通し、この第１可動板３０ａの左右のロッド挿通孔１１ｂに左右のガイドロッド１１ａが挿通し、この第１可動板３０ａは連結体７の後端部にボルトで固定されている。第２可動板３０ｂは、横長の８角形に形成され、第２可動板３０ｂの中心部の開口穴２９ｂにナット体９が挿通し、この第２可動板３０ｂの左右のロッド挿通孔１１ｂに左右のガイドロッド１１ａが挿通し、この第２可動板３０ｂはナット体９の後端部にボルトで固定されている。

図３、図４に示すように、第１可動板３０ａの上部と下部に衝撃緩衝装置３０が夫々装着されている。衝撃緩衝装置３０は、油圧シリンダ３１と、この油圧シリンダ３１の油室３９ａの油圧が設定圧になった際にリリーフ作動するリリーフ弁３２と、このリリーフ弁３２からリリーフされた圧縮油を蓄圧するアキュムレータ３３と、このアキュムレータ３３に蓄圧した圧縮油をリリーフ弁３２をバイパスする油路４３を介して油圧シリンダ３１へ戻す逆止弁３４とを備えている。

前記リリーフ弁３２とアキュムレータ３３と逆止弁３４とは機器構成体３５としてブロック状に一体化されている。油圧シリンダ３１は、第１可動板３０ａの後面に軸心を前後方向向きにして装着され、油圧シリンダ３１のシリンダ本体３６のフランジ３６ａが４本のボルトで第１可動板３０ａに固定されている。

油圧シリンダ３１は、ラム型の油圧シリンダであり、シリンダ本体３６のシリンダ部材３６ｂがフランジ３６ａに複数のボルト３７で固定され、そのピストン部材３８のピストン部３８ａがシリンダ部材３６ｂのシリンダ孔３９に前後方向に進退自在に装着され、ピストン部材３８のピストンロッド３８ｂがシリンダ本体３６の後端から後方へ突出し、第２可動板３０ｂの前面に当接している。シリンダ孔３９においてピストン部３８ａの前側に油室３９ａが形成され、ピストン部３８ａの後側に空気室が形成され、この空気室は呼吸孔４０を介して大気開放されている。

機器構成体３５は、油圧シリンダ３１の前方とその左側近傍に対応するように、第１可動板３０ａの前面に固定されている。機器構成体３５の本体部材３５ａが第１可動板３０ａに複数のボルトで固定され、この本体部材３５ａの前面にアキュムレータ３３が固定されている。本体部材３５ａの左部にリリーフ弁３２が左右方向向きに装着され、油圧シリンダ３１の油室３９ａに連通した油路４１が第１可動板３０ａと本体部材３５ａに形成され、リリーフ弁３２の受圧ポート３２ａが油路４１に連通している。

リリーフ弁３２の可動の受圧部材３２ｂの先端が受圧ポート３２ａの弁座３２ｃに当接している。受圧部材３２ｂの先端部が弁座３２ｃから左方へ連なる短円筒穴３２ｄに嵌まっており、受圧部材３２ｂの先端部が短円筒穴３２ｄの左方へ脱出するとリリーフ状態になる。後述するように射出プランジャ６にサージ圧が作用し始めて、油室３９ａと油路４１と受圧ポート３２ａの圧縮油の油圧が設定圧（例えば、２４ＭＰａ）になったときにリリーフ弁３２がリリーフ作動するように構成されている。

本体部材３５ａには短円筒穴３２ｄに連通したリリーフ油室４２が形成され、このリリーフ油室４２がアキュムレータ３３の蓄圧油室に連通して蓄圧油室の一部を構成している。アキュムレータ３３は、本体部材３５ａに固定された円筒カップ形のケース部材３３ａと、このケース部材３３ａに油密摺動自在に前後方向に可動に装着された受圧ピストン３３ｂと、ケース部材３３ａの内部においてケース部材３３ａの前端壁と受圧ピストン３３ｂの間に装着された圧縮状態の圧縮スプリング３３ｃとを備えている。アキュムレータ３３は、第１油圧（例えば、約０．５ＭＰａ）で受圧ピストン３３ｂが退入開始し、第２油圧（例えば、約０．９ＭＰａ）の圧縮油まで蓄圧可能である。

リリーフ弁３２をバイパスしてリリーフ油室４２と油路４１を接続するバイパス油路４３に逆止弁３４が介装されている。この逆止弁３４はアキュムレータ３３で蓄圧した圧縮油を油圧シリンダ３１側へ戻すためのもので、クラッキング圧は例えば約０．０３ＭＰａに設定されている。尚、衝撃緩衝装置３０の油圧回路図は図５のようになる。

次に、上記の電動ダイカストマシン１によって軽金属製の鋳造品を射出成形する場合の作用、効果について図６に基づいて簡単に説明する。
図６において、ラインＡは射出プランジャの移動速度、ラインＢは溶湯の圧力、工程Ｐ１は低速射出工程、工程Ｐ２は高速射出工程、工程Ｐ３は増圧工程、工程Ｐ４は冷却工程、符号Ｓは衝撃緩衝装置３０を装備しない場合に溶湯に発生するサージ圧である。

ダイカストマシン１が連続自動運転を実行している状態において、低速射出のタイミングになると、低速射出工程Ｐ１において電動サーボモータ１５が所定の回転方向に起動され、その回転速度が低速射出用の回転速度に制御される。次に、高速射出のタイミングになると、高速射出工程Ｐ２において電動サーボモータ１５が増速され、その回転速度が高速射出用の回転速度に制御される。

前記の工程Ｐ１，Ｐ２において、ボールネジ部材１０が回転駆動されると、ボールネジ機構８と衝撃緩衝装置３０と連結体７を介してボールネジ部材１０の回転速度に応じた速度で、射出プランジャ６が前進駆動される。このとき、射出プランジャ６にサージ圧は作用していないため、衝撃緩衝装置３０のリリーフ弁３２は閉弁状態を保持し、ナット体９の前進力は衝撃緩衝装置３０の油圧シリンダ３１を介して連結体７に伝達されて射出プランジャ６が前進駆動される。

射出工程Ｐ１，Ｐ２の終期になると、電動サーボモータ１５を減速制御し、最終的にはモータ１５を停止させる。電動サーボモータ１５の減速制御の開始前から増圧用電動サーボモータ１６の起動を開始し、所定期間の間、所定の回転速度に保持する。
このとき、モータ１５の回転速度がモータ１６の回転速度よりも高速である間は、ワンウェイクラッチ２５は空転し、増圧用電動サーボモータ１６の回転駆動力はボールネジ部材１０に伝達されないが、モータ１５の回転速度よりもモータ１６の回転速度が大きくなると、ワンウェイクラッチ２５が接続状態となり、増圧用電動モータ１６の回転駆動力でボールネジ部材１０が回転駆動される。

こうして、射出プランジャ６の前進により射出スリーブ５内の溶湯がキャビティ内にほぼ充填されて増圧工程Ｐ３に移行したとき、キャビティ内の溶湯には衝撃的なサージ圧Ｓが作用することになる。しかし、増圧工程Ｐ３において、溶湯圧力がラインＢの最高圧に達する際に、衝撃緩衝装置３０の油室３９ａと油路４１の圧縮油の油圧が設定圧に達してリリーフ弁３２がリリーフ作動するため、ボールネジ部材１０等が惰性で回転しても、その回転によるナット体９の前進移動量を油圧シリンダ３１のピストン部材３８の退入動作により吸収することができるため、溶湯にサージ圧が発生することはない。

上記の増圧工程Ｐ３の完了後、冷却工程Ｐ４が終了し、型開きが実行されると、衝撃緩衝装置３０のアキュムレータ３３から逆止弁３４を通って油路４１と油室３９ａに還流した圧縮油により連結体７と射出プランジャ６が僅かに前進駆動される。その後、電動サーボモータ１６を逆転駆動してナット体９を原位置に復帰させ、連結体７及び射出プランジャ６を原位置に復帰させる。

以上説明したように、ナット体９と射出プランジャ６との間に、射出プランジャ６に作用するサージ圧を吸収する衝撃緩衝装置３０を設け、その衝撃緩衝装置３０は、油圧シリンダ３１とリリーフ弁３２とアキュムレータ３３と逆止弁３４とを備えているため、サージ圧の発生前にリリーフ弁３２をリリーフ作動させて射出プランジャ６にサージ圧が作用するのを確実に防止できる。それ故、鋳造品にバリが発生したり、金型に過大な溶湯圧力が作用することを防止できる。

リリーフ弁３２は、設定圧以上の圧力の圧縮油をリリーフさせる構成であるから、サージ圧吸収性能を確保できると共に、油圧シリンダ３１とリリーフ弁３２により溶湯の圧力を高く維持する圧力保持機能を確保することができる。

しかも、リリーフ弁３２からリリーフされる圧縮油は、アキュムレータ３３に蓄圧し、その蓄圧した圧縮油をバイパス油路４３に設けた逆止弁３４を介して油圧シリンダ３１の油室３９ａへ還流させるため、油圧シリンダ３１のピストン部材３８を復帰動作させ、油圧シリンダ３１の油室３９ａの圧縮油を次サイクルの射出プランジャ６の射出動作に必要な圧力に保持できる。

しかも、ナット体９に外嵌された第１，第２可動板３０ａ，３０ｂを利用して衝撃緩衝装置３０を装備するため、ナット体９の外周側の空間を有効利用して衝撃緩衝装置３０を配設することできるから、ダイカストマシン１のボールネジ部材１０の軸線方向のサイズを拡大することなく、衝撃緩衝装置３０を装備することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）電動サーボモータ１５，１６の代わりに１台の電動サーボモータを設けてもよい。
２）前記実施例では、衝撃緩衝装置３０を第１可動板３０ａに装備した例について説明したが、衝撃緩衝装置３０を第２可動板３０ｂに装備してもよい。

３）衝撃緩衝装置３０の油圧シリンダ３１と機器構成体３５を一体的に構成して第１可動板３０ａの後面又は第２可動板３０ｂの前面に付設してもよい。
４）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

１ ダイカストマシン
６ 射出プランジャ
７ 連結体
８ ボールネジ機構
９ ナット体
１０ ボールネジ部材
１０ａ ボールネジ軸
１１ａ ガイドロッド
１５，１６ 電動サーボモータ
３０ 衝撃緩衝装置
３０ａ，３０ｂ 第１，第２可動板
３１ 油圧シリンダ
３２ リリーフ弁
３３ アキュムレータ
３４ 逆止弁
３５ 機器構成体

Claims (2)

1. 回転可能に保持されネジ軸と、このネジ軸に螺合され且つネジ軸の回転駆動に応じて進退駆動されるナット体と、このナット体の進退に連動して進退駆動される射出プランジャと、前記ネジ軸を回転駆動する射出用電動サーボモータとを備えた電動ダイカストマシンにおいて、
   前記ナット体と射出プランジャとの間に、射出プランジャに作用するサージ圧を吸収する衝撃緩衝装置を設け、
   前記衝撃緩衝装置は、油圧シリンダと、この油圧シリンダの油室の油圧が設定圧になった際にリリーフ作動するリリーフ弁と、このリリーフ弁からリリーフされた圧縮油を蓄圧するアキュムレータと、このアキュムレータの圧縮油をリリーフ弁をバイパスする油路を介して油圧シリンダへ戻す逆止弁とを備えたことを特徴とする電動ダイカストマシン。
2. 前記ナット体に直交状に配設されて相対移動自在に外嵌され且つ１対のガイドロッドで進退方向へ案内される第１可動板と、この第１可動板に対向状に配設され且つ前記ナット体に直交状に配設されて固定され且つ１対のガイドロッドで進退方向へ案内される第２可動板とを設け、
   前記衝撃緩衝装置は、第１可動板と第２可動板の一方に装備され、前記油圧シリンダのピストンロッドの先端が第１可動板と第２可動板の他方に当接していることを特徴とする請求項１に記載の電動ダイカストマシン。