JP3828842B2

JP3828842B2 - ダイカストマシンの射出装置

Info

Publication number: JP3828842B2
Application number: JP2002224819A
Authority: JP
Inventors: 眞辻; 三郎野田
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004066253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイカストマシンの射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカストマシンでは、射出プランジャにより金型のキャビティに溶湯を射出することにより鋳造を行う。鋳造品の品質は、溶湯の射出速度や射出圧力に大きな影響を受ける。このため、射出プランジャを駆動する射出シリンダの制御は、鋳造サイクルの間に溶湯の充填状況に応じて射出速度および射出圧力を制御して最適な射出動作を実現することが行われている。
たとえば、射出を開始したのちの所定区間では、射出スリーブ内の溶湯が空気を巻き込まないように射出速度を低速とする。次いで、溶湯の先端部がキャビティの入口に達したのちに、溶湯が冷えて固化する前に溶湯のキャビティ内への充填を完了させるために、射出速度を高速に切り換える。溶湯のキャビティ内への充填完了後は、射出圧力を急激に増加させ、キャビティ内の溶湯を加圧しながら凝固させる。
【０００３】
図４は、射出装置の従来例を示す図である。
図４に示すダイカストマシン１００において、金型１１０は、内部にキャビティ１１１を有し、このキャビティ１１１に連通するように射出スリーブ１１２が接続されている。この射出スリーブ１１２に嵌合挿入された射出プランジャ１１３が前進することにより、給湯口１１４からラドル１１５で供給された溶湯はキャビティ１１１内へ射出充填される。
射出プランジャ１１３は、射出シリンダ１２０によって駆動される。この射出シリンダ１２０は、ロッド１２５を介して射出プランジャ１１３に連結された射出用ピストン１２２が内蔵された射出用シリンダ１２１と、この射出用シリンダ１２１の後端部に連通し増圧ピストン１２４を内蔵する増圧用シリンダ１２３とを有する。
射出用シリンダ１２１および増圧用シリンダ１２３には、油圧回路１３０が接続されている。この油圧回路１３０は、油圧源１３１、アキュムレータ１３２、射出速度調整弁１３７、チェック弁１３６、増圧用チェック弁１３５等を有する。
油圧回路１３０は、射出用シリンダ１２１および増圧用シリンダ１２３をいわゆるメータイン方式で駆動する。
射出速度調整弁１３７は、ソレノイド１３８により駆動される電磁制御弁であり、エンコーダ３９によって弁の開度が検出される。この射出速度調整弁１３７は、エンコーダ１３９の検出した弁の開度に基づいて制御回路１４０によって制御される。射出速度調整弁１３７の制御により射出速度が制御される。
増圧用チェック弁１３５は、モータにより弁の開度が調整可能になっており、増圧用チェック弁１３５を開くことにより、増圧が開始される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の射出装置の油圧回路１３０では、射出速度調整弁１３７に加えて増圧用チェック弁１３５を備えているため、回路構成が複雑となり、メインテナンス等の観点から不利である。
また、増圧時の圧力をリアルタイムに制御しようとすると、増圧用チェック弁１３５にサーボバルブ等のリアルタイムに弁開度を調整可能なバルブが必要となり、油圧回路１３０が非常に高価になる。
【０００５】
本発明は、上述の従来の課題に鑑みて成されたものであって、その目的は、射出速度および射出圧力のリアルタイム制御が可能で安価で簡素な構成の油圧回路を備えたダイカストマシンの射出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のダイカストマシンの射出装置は、射出プランジャを前進させて金型に形成されたキャビティに溶湯を射出、充填するダイカストマシンの射出装置であって、前記射出プランジャに連結された射出用ピストンと、前記射出用ピストンの背後に配置された増圧用ピストンとを内蔵するシリンダと、前記射出用ピストンを駆動する作動液を前記シリンダに供給する第１の流路と、前記増圧用ピストンを駆動する作動液を前記シリンダに供給する第２の流路と、前記第１および第２の流路に共通に作動液を供給する第３の流路と、前記第３の流路に所定圧力の作動液を供給する作動液供給手段と、前記第１の流路に設けられ、前記作動液の前記シリンダへ向かう流れのみを許容し、前記増圧用ピストンの駆動による前記シリンダからの作動液の流出を阻止するチェックバルブと、前記第２の流路に設けられ、前記増圧用ピストンの駆動時に開放される開閉バルブと、前記第３の流路に設けられ、制御信号に基づいて、弁開度を調整可能な制御バルブとを有し、前記制御バルブの開度に基づいて、前記射出用ピストンおよび前記増圧用ピストンを駆動制御する。
【０００７】
本発明では、制御バルブに制御信号が入力されると、第１の流路を通じてシリンダに作動液が供給され、射出用ピストンが所望の速度で駆動される。その後、第２の流路の開閉バルブを開くことにより増圧用ピストンが駆動される。これと同時に、増圧用ピストンの駆動により、シリンダ内の増圧用ピストンと射出用ピストンとの間の作動液の圧力の上昇により、第１の流路からシリンダへの作動液の供給は遮断される。増圧用ピストンの駆動により射出用ピストンは押圧される。制御バルブの開度のリアルタイム制御により、射出速度制御および増圧時の圧力制御が行われる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１の実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る射出装置が適用されたダイカストマシンの構成を示す図である。
図１において、ダイカストマシン１の金型６０は、内部にキャビティ６１を有し、このキャビティ６１に連通するように射出スリーブ６２が接続されている。この射出スリーブ６２に嵌合挿入された射出プランジャ６３が前進することにより、射出スリーブ６２に供給された溶湯は、キャビティ６１内へ射出充填される。
【０００９】
上記の射出プランジャ６３を駆動する射出装置は、射出シリンダ２と、油圧回路２０と、制御装置４０とを有する。
射出シリンダ２は、射出用ピストン５を内蔵するシリンダ室３と、増圧用ピストン６を内蔵するシリンダ室４とを有している。これらのシリンダ室３，４は互いに連通しており、また、シリンダ室４はシリンダ室３よりも大径化されている。
【００１０】
射出用ピストン５は、ピストンロッド５ａによってプランジャ６３に接続されている。
増圧用ピストン６は、射出用ピストン５の背後に配置され、射出用ピストン５よりも大径化されている。
【００１１】
シリンダ室３には、射出用ピストン５と増圧用ピストン６との間の作動油の圧力を検出する圧力検出器４８が設けられている。
【００１２】
射出シリンダ２の先端部には、ピストンロッド５ａ（プランジャ６３）の位置を検出するための位置検出器４９が設けられている。
【００１３】
油圧回路２０は、第１，第２および第３の流路２５，２６，２７と、チェックバルブ２２と、サーボバルブ２８と、開閉バルブ２３と、油圧源３０と、アキュムレータ３１とを有する。なお、チェックバルブ２２は本発明のチェックバルブの一実施態様であり、サーボバルブ２８は本発明の制御バルブの一実施態様であり、開閉バルブ２３は本発明の開閉バルブの一実施態様である。また、油圧源３０およびアキュムレータ３１は本発明の作動液供給手段を構成している。
【００１４】
第１，第２および第３の流路２５，２６，２７は、たとえば、配管、又はブロクに穴を加工したマニホールドで構成される。
第１の流路２５は、シリンダ室３の射出用ピストン５のピストンロッド５ａとは反対側に接続されており、射出用ピストン５を駆動するための作動油を供給する。
第２の流路２６は、シリンダ室４の増圧用ピストン６の射出用ピストン５とは反対側に接続されており、増圧用ピストン６を駆動するための作動油を供給する。
第３の流路２７は、一端が第１の流路２５および第２の流路２６に共通に接続されており、他端が油圧源３０およびアキュムレータ３１に接続されている。
【００１５】
油圧源３０は、第３の流路２７に作動油を供給する。
アキュムレータ３１は、第３の流路２７に供給された作動油を所定の圧力に加圧する。
【００１６】
サーボバルブ２８は、第３の流路２７の中途に設けられている。このサーボバルブ２８は、バルブを開閉するアクチュエータ２８ａと、バルブの開度を検出する位置検出器２８ｂを備えている。後述する制御装置４０からの制御信号４６ｓがアクチュエータ２８ａに入力されることにより、バルブの開度が調整される。バルブの開度の制御により、油圧源３０側から第１および第２の流路２５，２６側に供給される作動油の流量が制御される。また、バルブの開度は、位置検出器２８ｂにより検出され、制御装置４０にフィードバックされる。
【００１７】
チェックバルブ２２は、第１の流路２５の中途に設けられている。このチェックバルブ２２は、サーボバルブ２８側から第１の流路２５を通じて射出シリンダ２に向けて供給される作動油の流れを許容し、射出シリンダ２側から第１の流路２５に向かう作動油の流れを阻止する。
【００１８】
開閉バルブ２３は、第２の流路２６の中途に設けられたパイロットチェックバルブである。この開閉バルブ２３は、パイロット操作により第２の流路２６を開閉し、開放されたときには、シリンダ室４への作動油の流入のみ許容する。
【００１９】
制御装置４０は、プロセッサ４１、メモリ４２、入力回路４３、出力回路４４、増幅器４６、表示器４５、データ入力装置４７等を有する。
メモリ４２、入力回路４３および出力回路４４は、プロセッサ４１とバスによって接続されている。
メモリ４２は、サーボバルブ２８を駆動制御するプログラム等を記憶する。
入力回路４３には、データ入力装置４７、位置検出器４９、圧力検出器４８等が接続されており、入力回路４３はデータ入力装置４７から入力されたデータ、位置検出器４９の検出したプランジャ６３の位置情報４９ｓ、圧力検出器４８の検出した圧力情報４８ｓ等をプロセッサ４１に出力する。
プロセッサ４１は、メモリ４２に記憶されたプログラムに基づいて、サーボバルブ２８に対する指令を算出する等の演算を行う。具体的には、プロセッサ４１は、位置検出器４９の検出した位置情報４９ｓに基づいて、射出速度制御を行い、圧力検出器４８の圧力情報４８ｓに基づいて、射出圧力制御を行う。
出力回路４４には、増幅器４６や表示器４５が接続されており、この出力回路４４はプロセッサ４１等からのデータを増幅器４６や表示器４５に出力する。
増幅器４６は、プロセッサ４１により演算された制御指令を増幅し、サーボバルブ２８のアクチュエータ２８ａに出力する。
【００２０】
次に、上記構成のダイカストマシン１における射出制御の一例について図２を参照して説明する。
図２は、ダイカストマシン１の射出制御における射出圧力波形および射出速度波形の一例を示すグラフである。
図２に示すように、ダイカストマシン１の射出制御は、低速射出と高速射出からなる射出速度制御、および増圧制御の順で行われる。
【００２１】
まず、ダイカストマシン１のスリーブ６２内に所定量の溶湯を供給したのち、サーボバルブ２８が制御装置４０により制御され、射出速度Ｖが低速ＶL となるように射出用ピストン４８が駆動される。
【００２２】
制御装置４０は、射出開始点Ｏから位置検出器４９の検出するプランジャ６３の位置情報を逐次監視し、プランジャ６３が高速開始点Ｄに達したところで、射出速度Ｖが高速ＶH となるようにサーボバルブ２８の開度を拡げる。サーボバルブ２８の開度が拡がることにより、シリンダ室３に流入する作動油の流量が増加し、射出用ピストン５の前進速度が増加する。
高速開始点Ｄは、スリーブ６２からキャビティ６１に向けて射出された溶湯の先端部がキャビティ６１のゲートに略到達する位置である。
射出速度Ｖを高速ＶH に切り換えることにより、射出圧力ＰはＰL からＰH に上昇する。
【００２３】
射出速度Ｖを高速ＶH に切り換えたのち、溶湯がキャビティ６１に充填されると、射出速度ＶはＶｄで示すように、急に減速する。制御装置４０は、この減速が開始する減速開始点Ｌを、位置検出器４９の検出するプランジャ６３の位置情報から認識することができる。射出速度Ｖが減速すると、射出圧力ＰはＰｄで示すように上昇する。
また、減速する射出速度Ｖｄの傾きは、サーボバルブ２８の開度を調整することにより制御される。すなわち、サーボバルブ２８の開度に基づいて、減速制御が行われる。
【００２４】
射出速度Ｖが減速し、プランジャ６３の位置が増圧開始位点Ｍに到達したところで、制御装置４０は、サーボバルブ２８を所定の開度までさらに開く。これと同時に開閉バルブ２３を開放可能な状態にする。
サーボバルブ２８を所定の開度まで開くと、第１の流路２５および第２の流路２６には大流量の作動油が急激に供給される。これにより、第２の流路２６に設けられた開閉バルブ２３は、サーボバルブ２８の開度に応じて開き、作動油が開閉バルブ２３を通じてシリンダ室４に供給される。
シリンダ室４に作動油が供給されると、増圧用ピストン６が前進する。増圧用ピストン６が前進すると、増圧用ピストン６と射出用ピストン５との間の作動油の圧力が上昇するため、チェックバルブ２２は自閉する。すなわち、第１の流路２５を通じてシリンダ室３に向かう作動油は遮断され、シリンダ室３の増圧用ピストン６と射出用ピストン５との間の空間は密閉される。
【００２５】
これにより、射出用ピストン５が背後から前進方向に押圧され、射出圧力ＰはＰｔで示すように上昇し、最大射出圧力Ｐmax に達する。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、加圧された作動油が供給される第３の流路２７に制御装置４０からの制御信号４６ｓに基づいて開度を調整可能なサーボバルブ２８を設け、このサーボバルブ２８の制御により、低速および高速の射出速度制御、減速開始点Ｌからの減速制御、増圧開始点Ｍからの増圧制御をリアルタイムに行うことが可能である。さらに、サーボバルブ２８の開度の変更によって射出速度制御から増圧制御への切換も行うことが可能となる。
この結果、油圧回路２０の構成を簡素化でき、装置のコストを大幅に削減することが可能となる。
また、サーボバルブ２８の制御により、射出速度および射出圧力の双方をリアルタイムに所望の値に制御することができ、これまでにできなかった高度な射出制御が可能となる。
【００２７】
第２の実施形態
図３は、本発明の他の実施形態に係る射出装置が適用されたダイカストマシンの構成を示す図である。なお、図３において、第１の実施形態と同一構成部分については同一の符号を使用している。
上述した第１の実施形態では、射出用ピストン５および増圧用ピストン６をいわゆるメータイン方式で駆動する油圧回路２０について説明した。このため、上述した第１の実施形態の油圧回路２０におけるサーボバルブ２８は、比較的大流量の制御ができるものが必要である。また、サーボバルブ２８の容量が限られると、高速射出に対応するのが困難になる可能性もある。
本実施形態では、第１の実施形態のサーボバルブ２８の容量を小さくできるととともに、超高速射出に対応可能な構成について説明する。
【００２８】
図３において、第１の実施形態と異なる構成は、サーボバルブ２８の上流側の第３の流路２７と第２の流路２６との間にバイパス回路７０が追加された点と、射出用ピストン５の駆動（前進）によりシリンダ室３から排出される作動液をシリンダ室３の増圧用ピストン６側（第１の流路２５の供給口側）に還流可能なランアラウンド回路８０とが追加された点である。
【００２９】
バイパス回路７０は、第３の流路２７と第２の流路２６との間を直接接続する流路７１と、この流路７１に設けられた電磁制御弁７２とを有する。
電磁制御弁７２は、制御装置４０の出力回路４４と接続されており、出力回路４４からの制御信号に応じて弁が開閉される。
このバイパス回路７０は、電磁制御弁７２の弁が開くことにより、サーボバルブ２８を介さずに、第３の流路２７に供給される作動液の一部を第２の流路２６に直接供給する。
【００３０】
ランアラウンド回路８０は、シリンダ室３のピストンロッド５ａ側と増圧用ピストン６側とを接続する流路８１と、流路８１に設けられた電磁制御弁８２と、流路８１から分岐した流路８４に接続されたパイロットチェックバルブ８３とを有する。
【００３１】
電磁制御弁８２は、制御装置４０の出力回路４４と接続されており、出力回路４４からの制御信号に応じて弁が開閉される。
パイロットチェックバルブ８３は、パイロット操作により開閉し、パイロットチェックバルブ８３が開放されているときには、流路８１に供給される作動油を外部に排出する。
【００３２】
次に、上記構成のダイカストマシンの射出制御の一例について説明する。
図２において説明したのと同様に、まず、射出用ピストン４８を低速ＶL で駆動する。このとき、ランアラウンド回路８０の電磁制御弁８２は閉じられており、パイロットチェックバルブ８３は開放されている。このため、射出用ピストン４８の前進によりシリンダ室３から流路８１に排出される作動油は、流路８４およびパイロットチェックバルブ８３を通じて外部に排出される。
【００３３】
プランジャ６３が高速開始点Ｄに達したところで、射出速度Ｖが高速ＶH となるようにサーボバルブ２８を制御する。また、プランジャ６３が高速開始点Ｄに達したところで、制御装置４０からランアラウンド回路８０の電磁制御弁８２に制御信号を出力し、電磁制御弁８２を開く。なお、ランアラウンド回路８０のパイロットチェックバルブ８３は、閉じた状態にある。
【００３４】
プランジャ６３が高速開始点Ｄから高速ＶH で駆動されると、シリンダ室３のピストンロッド５ａ側から作動油が流路８１を通じて射出用ピストン５側に還流する。これにより、シリンダ室３の射出用ピストン５側には、流路８１を通じて還流した作動油とサーボバルブ２８およびチェックバルブ２２を通じて供給される作動油とが合流する。このシリンダ室３の射出用ピストン５側に流路８１を通じて還流する作動油の流量は、射出用ピストン５の断面積をＳA ，ピストンロッド５ａの断面積をＳB 、射出用ピストン５の移動量をＬとすると、（ＳA −ＳB）×Ｌである。
【００３５】
シリンダ室３の射出用ピストン５側に流路８１を通じて作動油を還流することで、サーボバルブ２８の容量を小さくできる。また、サーボバルブ２８の制御流量を少なくすることができるので、射出用ピストン５を非常に高速に駆動することが可能となる。
【００３６】
射出速度Ｖを高速ＶH に切り換えたのち、プランジャ６３が減速開始点Ｌに達したところで、ランアラウンド回路８０の電磁制御弁８２を閉じて、作動油の還流を停止させる。同時に、パイロットチェックバルブ８３を開き、流路８１に供給される作動油を流路８４およびパイロットチェックバルブ８３を通じて外部に排出する。
【００３７】
プランジャ６３が減速開始点Ｌに達した後、減速する射出速度Ｖｄの傾きは、サーボバルブ２８の開度の調整により任意に制御可能である。
【００３８】
射出速度Ｖが減速し、プランジャ６３の位置が増圧開始位点Ｍに到達したところで、制御装置４０は、サーボバルブ２８を所定の開度までさらに開く。これと同時に開閉バルブ２３を開放可能な状態にする。
サーボバルブ２８を所定の開度まで開くと、上述した第１の実施形態と同様に、第２の流路２６には大流量の作動油が急激に供給され、シリンダ室４に作動油が供給される。これにより、増圧用ピストン６が前進する。
増圧用ピストン６が前進すると、増圧用ピストン６と射出用ピストン５との間の作動油の圧力が上昇するため、チェックバルブ２２は自閉する。
【００３９】
これにより、射出用ピストン５が背後から前進方向に押圧され、射出圧力ＰはＰｔで示すように上昇し、最大射出圧力Ｐmax に達する。
【００４０】
ここで、増圧制御を開始後の射出圧力Ｐｔの傾き（立ち上がり）がサーボバルブ２８を通じてシリンダ室４に供給される作動油では足りない場合には、制御装置４０から電磁制御弁７２に制御信号を出力し、電磁制御弁７２を開く。
すなわち、プランジャ６３の位置が増圧開始位点Ｍに到達したところで、サーボバルブ２８を所定の開度まで開くとともに、電磁制御弁７２を開く。
電磁制御弁７２を開くと、サーボバルブ２８の上流において第３の流路２７に供給される作動油の一部が流路７１、電磁制御弁７２を通じて第２の流路２６に直接供給される。
このため、サーボバルブ２８を通過する流量では足りない流量をバイパス回路７０によって補うことができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果に加えて、サーボバルブ２８の小容量化および射出速度の高速化が実現できる。
【００４２】
本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、本発明の制御バルブとしてサーボバルブ２８を用いた場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、比例電磁弁、ディジタル弁、メカニカル制御弁等のリアルタイムに弁開度を制御可能な制御バルブであれば本発明を適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、射出速度および射出圧力のリアルタイム制御が可能で安価で簡素な構成の油圧回路を備えたダイカストマシンの射出装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出装置が適用されたダイカストマシンの構成を示す図である。
【図２】ダイカストマシンの射出制御における射出圧力波形および射出速度波形の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の他の実施形態に係る射出装置が適用されたダイカストマシンの構成を示す図である。
【図４】射出装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ダイカストマシン
２…射出シリンダ
３，４…シリンダ室
５…射出用ピストン
６…増圧用ピストン
２０…油圧回路
２２…チェックバルブ
２３…開閉バルブ
２５…第１の流路
２６…第２の流路
２７…第３の流路
２８…サーボバルブ
３０…油圧源
３１…アキュムレータ
４０…制御装置
６０…金型
６１…キャビティ
６２…スリーブ
６３…プランジャ
７０…バイパス回路
８０…ランアラウンド回路

Claims

射出プランジャを前進させて金型に形成されたキャビティに溶湯を射出、充填するダイカストマシンの射出装置であって、
前記射出プランジャに連結された射出用ピストンと、前記射出用ピストンの背後に配置された増圧用ピストンとを内蔵するシリンダと、
前記射出用ピストンを駆動する作動液を前記シリンダに供給する第１の流路と、
前記増圧用ピストンを駆動する作動液を前記シリンダに供給する第２の流路と、
前記第１および第２の流路に共通に作動液を供給する第３の流路と、
前記第３の流路に所定圧力の作動液を供給する作動液供給手段と、
前記第１の流路に設けられ、前記作動液の前記シリンダへ向かう流れのみを許容し、前記増圧用ピストンの駆動による前記シリンダからの作動液の流出を阻止するチェックバルブと、
前記第２の流路に設けられ、前記増圧用ピストンの駆動時に開放される開閉バルブと、
前記第３の流路に設けられ、制御信号に基づいて、弁開度を調整可能な制御バルブとを有し、
前記制御バルブの開度に基づいて、前記射出用ピストンおよび前記増圧用ピストンを駆動制御する
ダイカストマシンの射出装置。
前記射出用ピストンの駆動により前記シリンダから排出される作動液を前記第１の流路の供給口側に還流可能なランアラウンド回路をさらに有する
請求項１に記載のダイカストマシンの射出装置。
前記作動液供給手段から前記第３の流路に供給される作動液の一部を前記制御バルブを介さずに前記第２の流路に直接供給可能なバイパス回路をさらに有する
請求項２に記載のダイカストマシンの射出装置。