JP2798170B2 - ダイカストマシンの射出装置 - Google Patents

ダイカストマシンの射出装置

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JP2798170B2 JP16688293A JP16688293A JP2798170B2 JP 2798170 B2 JP2798170 B2 JP 2798170B2 JP 16688293 A JP16688293 A JP 16688293A JP 16688293 A JP16688293 A JP 16688293A JP 2798170 B2 JP2798170 B2 JP 2798170B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミ溶湯等金属溶湯を
金型内に射出して成形品を得るダイカストマシンの射出
装置に係り,特に射出プランジャの射出速度を高精度に
制御するダイカストマシンの射出装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来,ダイカストマシンの射出装置の制
御,すなわち,射出プランジャの射出速度の制御には流
量制御弁を用いている。図6はその実施例を示すもの
で,高速用の流量制御弁5と低速用の流量制御弁5を並
列して設け,射出プランジャ4aと連動するストライカ
11aで指定位置にセットしたリミットスイッチをON
−OFFすることにより,射出速度を低速から高速へ切
替えることにより制御していた。しかし,この方法では
流量制御弁5のスプールの動かし方を細密に制御するこ
とは不可能であり,また,電気信号系に応答のバラツキ
が出て高精度の射出制御ができなかった。そこで,本出
願人はDDV射出装置(Direct Digital Control Valve
Injection System )と呼ばれる,パルスモータに直結
した大容量・高応答性バルブに基づく信頼性の高い制御
システムを開発した。このシステムは,図7に示すよう
に,パルスモータ7Aの回転を直ボールネジに伝達し,
ナットのスライド運動をバルブスプールに伝えることに
より,12000リットル/minの流量を0.05秒
で変えることが可能で,射出シリンダ4のピストン位置
検出器11による磁気スケール11aの検知により,こ
の位置と対応するバルブ開度やバルブ開度変更点,速度
立上り勾配等のすべての条件設定ならびに操作を操作盤
13BとDDVコントローラ13Aとで行なうもので,
個々の製品に最適な射出スピードパターンを自由に,か
つ,容易に選択設定できるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記に
示した従来のマシンでは1回の射出工程中に流量制御弁
の絞り開度を変化させることはなく,また,図7の実施
例においてはこの絞り開度を任意に変更可能なものであ
るが,いずれの従来例においても実際の射出速度を目標
速度と比較して運転中逐次絞り開度を微修正することは
行なっていない。また,現在,絞り開度をワンショット
の射出中に修正しつつ射出速度を目標速度に追従させる
と銘打ったものもないわけではないが,実際には1回の
射出工程が完了してから次工程での射出速度の修正量を
決めているものであり,リアルタイムに逐次修正を行な
っているわけではない。したがって,このようなダイカ
ストマシンでは,主にアルミニウムの付着による摩擦抵
抗の変化に伴って工程毎やあるいは1工程内での射出速
度に変動が生じる。射出速度の変動はダイカスト成形品
に品質に最も大きな影響をもつ因子のひとつであるた
め,この因子の変動がダイカスト製品の品質管理上の問
題となっている。通常,摩擦のような予測不可能な変動
要因が存在するときには,フィードバック補償により絞
り開度を逐次微修正することで変動を打ち消すことが可
能と想像されるが,ダイカストマシンの射出工程は非常
に短い変化時間(たとえば,0.5m/sから0.2m
/sまで20ms(ミリ秒)以内に変化させる)を要求
されるので,フィードバック制御は不可能であると考え
られていた。上述した前工程の実測値から後工程の修正
量を決める制御方法は,逐次微修正を行なうフィードバ
ック制御が不可能であるという見地から考究されたもの
であるが,速度変動の主原因が摩擦抵抗の変動という予
測不可能なものであるため,改善効果はあまり期待でき
ないという難点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】上に述べた課題を解決す
るために,本発明のダイカストマシンの射出装置は,位
置検出器ならびに加速度検出器を備えた射出プランジャ
と,該射出プランジャに連結され圧力検出器を備えた射
出シリンダと,該射出シリンダへの供給油量を制御する
流量制御弁と,該流量制御弁の絞り開度を操作するため
の角度検出器を備えたサーボモータと,該射出シリンダ
への供給する作動油を貯溜するアキュムレータと,該流
量制御弁の上流側と下流側ならびに該アキュムレータの
下流側に配設した圧力検出器と,前記位置検出器で計測
された位置信号と前記加速度検出器で得られた加速度信
号と前記角度検出器で得られた角度信号と前記各々の圧
力検出器で得られた圧力信号とを受信して予め設定され
たプログラムにより得られた出力信号を該サーボモータ
へ発信する制御装置とから構成したものである。
【0005】
【作用】本発明のダイカストマシンの射出装置では,制
御装置へ射出プランジャの位置や加速度,各圧力検出器
の圧力信号が制御装置へ入力され,順次射出プランジャ
速度を速度目標値に一致させるように射出プランジャ推
力目標値を算出し,これに適合するような流量制御弁開
度目標値を出力して,サーボモータへこのような開度目
標値に一致するような入力指令を発信する。このように
して,刻々計測および演算を繰り返すことにより射出プ
ランジャの射出速度を予め設定した各位置における目標
値になるように制御する。
【0006】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
詳細に説明する。図1〜図5は本発明の実施例に係り,
図1はダイカストマシンの全体構成図,図2はダイカス
トマシンの射出装置の制御系統図,図3は射出装置の速
度変化図,図4は射出装置の外力(荷重)変化図,図5
は射出装置の射出速度目標値と実測値の速度誤差変化図
である。ダイカストマシン1は,図1に示すように,金
型3へ金属溶湯を供給する射出スリーブ2内を往復動す
る射出プランジャ4aを備え,射出シリンダ4のピスト
ンロッドと連結される。この往復動の移動位置は位置検
出器11ならびに磁気スケール11aに検知されるとと
もに移動の加速度も加速度検出器14によって検知さ
れ,それぞれ予め設定された時間間隔毎に刻々制御装置
13へ入力される。一方,射出シリンダ4はアキュムレ
ータ10と油圧配管で接続されその径路の途中に流量制
御弁5が配設される。射出シリンダ4には圧力検出器1
2が設けられ,流量制御弁5の前後に配設される圧力検
出器16,15ならびにアキュムレータ10出口の圧力
検出器17とともにその検出圧力が電気信号として制御
装置13へ入力される。流量制御弁5の内部を移動して
流出する作動油の流量を調整するスプール6はポールネ
ジ8を介してサーボモータ7と連結され,サーボモータ
7に付帯して設けられた角度検出器7aの検知情報も刻
々制御装置13へ入力される。符号9はアキュムレータ
10から流出する作動油を連通遮断する開閉弁である。
【0007】次に,制御装置13の構成と作動について
説明する。制御装置13は3つのサブコントローラ13
a,13b,13cを内蔵しており,各々異なる機能を
有している。サブコントローラ13aは射出速度コント
ローラとも呼ばれ,射出速度
【外1】
【外2】 が時間の函数として入力するものである。射出プランジ
ャ位置実測値xは位置検出器11から制御装置13のデ
ジタル入力ポートを介して取り込まれる。射出プ
【外3】 ログ/デジタル変換入力ポートを介して取り込まれる。
このサブコントローラ13aでは5ミリ秒周期で入力デ
ータを取り込み,これらに以下の演算を施し射出プラン
ジャ推力目標値Ftを得る。
【0008】
【数1】
【0009】ここで,Mは射出シリンダ4の質量,Dx
は応答速度を決める定数である。また,Ft(k)は1
周期前(すなわち5ミリ秒前)に計算されたこのサブコ
ントローラ13aの出力であるところの射出プランジャ
推力目標値である。算出された射出プランジャ推力目標
値Ft(k+1)は変数として保存されると同時に,次
に説明するサブコントローラ13bの入力として出力さ
れる。
【0010】サブコントローラ13bは射出力コントロ
ーラとも呼ばれ,射出プランジャ推力目標値Ftと射出
プランジャ推力実測値Fxとを入力し,流量制御弁開度
目標値θtを出力する。ここで射出プランジャ推力目標
値Ftはサブコントローラ13aから与えられる。射出
プランジャ推力実測値Fxは射出シリンダ4内に備えら
れた圧力検出器12からサブコントローラ13bのアナ
ログ/デジタル変換入力ポートを介して取り込まれた値
と射出シリンダ4の断面積Aとの積により得られる。こ
のサブコントローラ13bでは5ミリ秒周期で上記の入
力データを取り込み,これらに以下の演算を施し流量制
御弁開度目標値θtを得る。
【0011】
【数2】
【0012】ここで,kf は弁の流量計数,Poは弁入
口圧(圧力検出器16で検知した圧力),Pは弁出口圧
(圧力検出器15で検知した圧力),Lはサーボモータ
7の回転を弁スプール6の直線運動に変換するボールネ
ジ8のリード,Afは弁スプール6の開口面積係数,D
eは応答速度を決める定数である。正確にKeを求める
ためには上式のような演算を行なうが,実用上はKeを
定数扱いしても差し支
【外4】 (5ミリ秒前)に計算されたこのサブコントローラ13
bの流量制御弁開度目標値(出力値)である。このよう
にして上式で算出された流量制御弁開度目標値θt(k
+1)は変数として保存されると同時に次のサブコント
ローラ13cの入力として用いられる。
【0013】次に,サブコントローラ13cについて説
明する。サブコントローラ13cはサーボモータ位置コ
ントローラとも呼ばれ,上述した流量制御弁開度目標値
θtと流量制御弁開度実測値θとを入力しサーボモータ
7への指令入力uを出力する。流量制御弁開度実測値θ
は角度検出器7aからこのサブコントローラ13cのデ
ジタル入力ポートを介して取り込まれる。サブコントロ
ーラ13cでは1ミル秒周期で上記の入力データを取り
込み,これらに以下の演算を施しサーボモータ7への指
令入力uを得る。
【0014】
【数3】
【0015】ここで,Kpはサーボモータ7およびその
駆動系によって決まる定数,Cpと
【外5】
【外6】 期前(1ミリ秒前)に計算されたこのサブコントローラ
13cの出力であるところのサーボモータ指令入力であ
る。算出されたサーボモータ指令入力u(k+1)は変
数として保存されると同時にデジタル/アナログ変換出
力ポートを介してサーボモータ7へ出力される。
【0016】以上説明したように,制御装置13に内蔵
された3つのサブコントローラ13a,13b,13c
の働きにより時々刻々射出中の射出プランジャ4aの動
きを予め設定した各位置における目標速度に合致させる
よう流量制御弁5の制御をする。これらの制御はかなり
のCPUパワーを要求するが,その構造は極めて単純で
ある。しかし,その一方でPID制御等従来の制御とは
かなり異質なロバスト制御やスライディングモード制御
の手法を駆使しており,サブコントローラ13aでは射
出プランジャの速度を時間の関数として与えられる射出
プランジャ速度目標値に一致させるような射出プランジ
ャ推力目標値を出力し,サブコントローラ13bでは射
出プランジャ推力をサブコントローラ13aより与えら
れる射出プランジャ推力目標値に一致させるような流量
制御弁開度目標値を出力し,サブコントローラ13cで
は流量制御弁開度をサブコントローラ13bから与えら
れる流量制御弁開度目標値に一致させるようなサーボモ
ータ入力を出力するようになっている。このようにし
て,制御装置13は射出プランジャ速度をその目標値に
追従させる。図2はこれらの制御系統の流れを示すもの
である。
【0017】以上のような制御手順により,必要不可欠
な複数の検出器から得られた信号をもとに流量制御弁へ
入力を行なうと,射出速度をフィードバックにて制御す
ることが可能であり,摩擦抵抗の変化による速度の変動
を打ち消すことができる。図3はこのような制御装置を
付加したダイカストマシンの射出速度の結果である。こ
の図より射出速度の変化時間が要求を満たすものである
ことがわかる。またここでは意図的に外部から図4に示
すような荷重変化を与えており,フィードバック制御が
なされていないなら速度変動が生じるはずであるが,図
5に示す実際の射出速度の目標速度とのズレを見れば明
らかなようにこのズレが30msという短時間で消失し
ている。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によるところの制御
装置を付加することで,荷重や抵抗の変化が生じたとし
ても実際の射出速度の目標速度とのズレが非常に小さい
ダイカストマシンを実現することができ,射出速度の変
動に起因するダイカスト成形品の品質バラツキが極めて
小さく抑えられることが期待できる。また本発明による
と目標速度は任意に与えることができるため,射出速度
を多段にて変化させたい場合もひとつの流量制御弁で充
分であるため,油圧回路の簡素化が図れ,コストダウン
にもつなげることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るダイカストマシンの全体
構成図である。
【図2】本発明の実施例に係るダイカストマシンの射出
装置の制御系統図である。
【図3】本発明の実施例に係るダイカストマシンの射出
装置の速度変化図である。
【図4】本発明の実施例に係るダイカストマシンの射出
装置の外力(荷重)変化図である。
【図5】本発明の実施例に係るダイカストマシンの射出
装置の射出速度目標値と実測値の速度誤差変化図であ
る。
【図6】従来のダイカストマシンの全体構成図である。
【図7】従来の他のダイカストマシンの全体構成図であ
る。
【符号の説明】
1 ダイカストマシン 2 射出スリーブ 3 金型 4 射出シリンダ 4a 射出プランジャ 5 流量制御弁 6 スプール 7 サーボモータ 7a 角度検出器 8 ボールネジ 9 開閉弁 10 アキュムレータ 11 位置検出器 11a 磁気スケール 12 圧力検出器 13 制御装置 13a サブコントローラ 13b サブコントローラ 13c サブコントローラ 14 加速度検出器 15 圧力検出器 16 圧力検出器 17 圧力検出器 P 圧力 P0 圧力 P1 圧力 P2 圧力 x 射出プランジャ位置実測値
【外7】
【外8】 Ft 射出プランジャ推力目標値 Fx 射出プランジャ推力実測値 θt 流量制御弁開度目標値 θ 流量制御弁開度実測値 u サーボモータへの指令入力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 17/32 B29C 45/53 B29C 45/77

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位置検出器ならびに加速度検出器を備
    えた射出プランジャと,該射出プランジャに連結され圧
    力検出器を備えた射出シリンダと,該射出シリンダへの
    供給油量を制御する流量制御弁と,該流量制御弁の絞り
    開度を操作するための角度検出器を備えたサーボモータ
    と,該射出シリンダへの供給する作動油を貯溜するアキ
    ュムレータと,該流量制御弁の上流側と下流側ならびに
    該アキュムレータの下流側に配設した圧力検出器と,前
    記位置検出器で計測された位置信号と前記加速度検出器
    で得られた加速度信号と前記角度検出器で得られた角度
    信号と前記各々の圧力検出器で得られた圧力信号とを受
    信して予め設定されたプログラムにより得られた出力信
    号を該サーボモータへ発信する制御装置と,を具備して
    なるダイカストマシンの射出装置。
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