JP4464678B2 - ダイカストマシン - Google Patents

Description

本発明は、金型内に金属溶湯を射出・充填するためのプランジャロッドを駆動する油圧シリンダ（以下、射出シリンダと記す）をもつコールドチャンバー式のダイカストマシンに係り、特に、射出シリンダのピストンが高速で前進駆動されるダイカストマシンに適用して好適な技術に関するものである。

非常に高速の（例えば、８ｍ／秒以上の）射出速度が要求されるコールドチャンバー式のダイカストマシンにおいては、射出シリンダに一気に高圧の圧油を送り込むために、ガスの圧縮力を利用して１ショット毎に圧油をアキュームレータで昇圧しておき、射出時にアキュームレータに蓄えられた高圧の圧油を射出シリンダに送り込む構成をとることが多い。

ところで、射出シリンダの射出速度を制御する手法として、図４の（ａ）に示すように、ピストン５２を前進させる際における射出シリンダ５１への油流入側（イン側）で流量制御弁（絞り弁）５４によって速度制御を行い、ピストン５２を前進させる際における射出シリンダ５１からの油流出側（アウト側）では速度制御を行わない、イン絞りと称される速度制御と、図４の（ｂ）に示すように、ピストン５２を前進させる際における射出シリンダ５１へのイン側では速度制御を行わず、ピストン５２を前進させる際における射出シリンダ５１からのアウト側で流量制御弁５４によって速度制御を行う、アウト絞りと称される速度制御とがある。なお、図４において、５３はピストン５２と一体のピストンロッドで、このピストンロッド５３の先端に、図示していないがカップリングを介して、プランジャロッド（１ショット毎に金属溶湯が注ぎ込まれる射出スリーブ内を前後進するプランジャロッド）の後端が連結されている。

後者のアウト絞りは、射出時には射出シリンダ５１のイン側に必要以上の圧力がかかった状態にあり（逆に言えば、アウト側からブレーキがかかった状態にあり）、設定速度に合わせてアウト側のブレーキの強弱によって速度を調整するようになっているため、速度だけは見合っても、必要な出力がついてこない場合がある。

これに対して、前者のイン絞りは、射出シリンダ５１のイン側で速度をコントロールするため、設定された速度をそれに見合った出力のまま、何の抵抗もなく金属溶湯に伝えることができる。

ところで、イン絞りによる速度制御では上記したような利点がある反面、ピストン５２の外周に装着したアウト側油室側のウェアリングが損傷して、射出シリンダ５１の耐久性能を著しく劣化させるという問題があることが判明した。これは、イン絞りによる速度制御においては、射出行程の終了時にピストンロッド５３と連結されたプランジャロッドがビスケット部分（プランジャロッドの先端面側に残存した円板状の金属材料部分）と衝突すると、ピストン５２およびピストンロッド５３は急速停止するも、射出シリンダ５１のアウト側では油の慣性によって、油がさらに流出する動作を行い、このため、射出シリンダ５１のアウト側油室内に負圧が生じ、この結果、キャビテーション現象を招来し易く、キャビテーションによって、ピストン５２の外周に装着したアウト側油室側のウェアリングがダメージを受けるためであると推察される。

図５は、イン絞り制御の射出シリンダを８．４ｍ／秒の射出速度で駆動した際の、射出シリンダのイン側とアウト側の圧力（油圧）を測定した結果を示しており、図５の（ａ）はイン側の圧力を、図５の（ｂ）はアウト側の圧力をそれぞれ示している。ここで、油圧を測定するために用いた圧力検出器は、マイナス側（負圧側）では測定値が出ず、どの程度の値の負圧が生じているかは定かではないが、ピストンの前進が急停止された後は、アウト側で負圧が生じることは確認された。なお、イン絞り制御の射出シリンダを５．５ｍ／秒、３．４ｍ／秒の射出速度で駆動した際にも、アウト側で負圧が生じることが確認され、射出速度が低くなる程、負圧期間が短くなることが確認された。よって、射出速度が高いほど大きな負圧が生じていると推察され、この結果、射出速度が高いほどキャビテーションが生じ易いと推察され、これは射出速度が高い運転条件のダイカストマシンである程、ピストンの外周に装着したアウト側油室側のウェアリングが早く損傷を受けるという、実運転の結果と一致する。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、イン絞りによる速度制御を行う射出シリンダにおける、ピストンの外周に装着したアウト側油室側のウェアリングの損傷を可及的に抑止し、以って、射出シリンダの耐久寿命の延命化を図ることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、金型内に金属溶湯を射出・充填するためのプランジャロッドを駆動する油圧シリンダをもち、油圧シリンダのピストンを前進させる際における油圧シリンダへの油流入側で速度制御を行い、ピストンを前進させる際における油圧シリンダからの油流出側では速度制御を行わない、イン絞りによる油圧シリンダの速度制御を行うダイカストマシンであって、前記ピストンの最大前進速度が８ｍ／秒以上であるものにおいて、前記油圧シリンダのシリンダ内周面とピストン外周面との間の半径隙間を、０．０３０〜０．００６ｍｍの範囲に設定すると共に、前記ピストンの外周には、シールリング装着溝と、このシールリング装着溝の両外側に位置するウェアリング溝とを形成し、前記シールリング溝にシールリングを、前記ウェアリング溝にウェアリングをそれぞれ装着するという構成にした。

本発明においては、油圧シリンダのシリンダ内周面とピストン外周面との間の半径隙間を、ピストン用ウェアリングのメーカ推奨値よりも１オーダ小さい値である、０．０３０〜０．００６ｍｍの範囲に設定しており、実験によれば、上記半径隙間をメーカ推奨値に設定した場合には、例えば５．５ｍ／秒の射出速度条件による４７万回程度のショットの経過で、ピストンの外周に装着したアウト側油室側のウェアリングに割れが生じたのに対して、本発明による半径隙間では、８．０ｍ／秒の射出速度条件による２００万回のショットを経過しても、ピストンの外周に装着したアウト側油室側のウェアリングには損傷が見られなかった。時間の制約で２００万回を大きく超えるショット経過後の確認はとれていないが、２００万回のショットを経過してもウェアリングには異常が見られないことから、５００万回ショットを超える耐久性能が得られることが期待できる。
上記のような結果が得られる所以は、キャビテーションで油から分離した気泡（キャビテーション気泡）が、油の圧力の急激な変化によって高速で崩壊または振動し、それによって発生する衝撃圧力が伝搬する、前記した半径隙間が非常に小さいので、ピストンの外周に装着したアウト側油室側のウェアリングに伝わる衝撃圧力が、大幅に緩和されるためであると推察される。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）に係るダイカストマシンで用いる射出シリンダの断面図である。

図１において、１は射出シリンダ（射出用の油圧シリンダ）、２はシリンダ、３はシリンダ２内を往復動するピストン、４はピストン３に一体に固定されたピストンロッド、５は油室Ａ、６は油室Ａ５の油流通口、７は油室Ｂ、８は油室Ｂ７の油流通口である。

図１に示す構成において、ピストンロッド４の先端には、図示していないがカップリングを介して、プランジャロッド（１ショット毎に金属溶湯が注ぎ込まれる射出スリーブ内を前後進するプランジャロッド）の後端が連結されており、ピストン３およびピストンロッド４の前進（図１で左行方向の移動）によって、図示せぬプランジャロッドが前進して、金型内への金属溶湯の射出・充填が行われるようになっている。

また、図１に示す射出シリンダ１は、図示を割愛してあるが、図４の（ａ）を用いて説明したのと同様のイン絞りによる速度制御によって、射出・充填を行うようになっている。すなわち、ピストン３を前進させる際における射出シリンダ１への油流入側（イン側）で流量制御弁（絞り弁）によって速度制御を行い、ピストン３を前進させる際における射出シリンダ１からの油流出側（アウト側）では速度制御を行わない、イン絞りによる速度制御によって、射出・充填を行うようになっている。さらに、図示していないが、射出・充填時には、油流通口６を通して油室Ａ５には、ガスの圧縮力を利用して１ショット毎にアキュームレータに昇圧して蓄えた高圧の圧油が、一気に送り込まれるようになっており、これにより、８．０ｍ／秒以上の射出速度が得られるようになっている。

図２は、本実施形態のピストン３とシリンダ２との関係を示す要部拡大図で、ここでは、ピストン３に螺合・固着されるピストンロッド４の図示は割愛してある。

図２において、１１は、ピストン３の外周に形成された２つの環状のウェアリング装着溝、１２は、ピストン３の外周に形成され、２つのウェアリング装着溝１１の間に位置するシールリング装着溝である。ウェアリング装着溝１１には、ピストン３の摺動特性を良好なものに確保するためのウェアリング（スライドリング）１３が装着され、シールリング装着溝１２には、油をシールし油室Ａ５と油室Ｂ７とを遮断するためのシールリング１４が装着されており、シールリング１４は２つのリング１４ａ、１４ｂで構成されたものとなっている。

また、図２において、Ｄはシリンダ２の内径（内直径）、ｄはピストン３の外径（外直径）、Ｓはシリンダ２の内周面とピストン３の外周面との間の半径隙間を、それぞれ示しており、本発明においては、半径隙間Ｓを、０．０３０〜０．００６ｍｍの範囲に設定してあり、この半径隙間Ｓが０．０３０〜０．００６ｍｍの範囲という値は、ピストン用ウェアリングのメーカ推奨値（カタログ記載値）よりも１オーダ小さい値となっている。

図３は、ピストン３の外径ｄが、９０、１１０、１２０ｍｍである際の、本発明による半径隙間Ｓとメーカ推奨値による半径隙間Ｓとを対比して示す表図である。図３に示すように、本発明による半径隙間Ｓは、メーカ推奨値よりも大幅に小さく、図３の右側に実験結果として記載しているように、２００万回ショット（射出速度８．０ｍ／秒）を超えても、油室Ｂ７側のウェアリング１３には何らの損傷も見られなかった。これに対して、メーカ推奨値による半径隙間Ｓを採用した場合には、５０万回ショット（射出速度５．５ｍ／秒）前後で油室Ｂ７側のウェアリング１３に割れが発生した。時間の制約で２００万回を大きく超えるショット経過後の確認はとれていないが、本発明の半径隙間Ｓでは、２００万回のショットを経過しても油室Ｂ７側のウェアリング１３には異常が見られないことから、５００万回ショットを超える耐久性能が得られることが期待できる。

上記のような結果が得られる所以は、キャビテーションに起因する衝撃圧力が伝搬する前記した半径隙間Ｓが非常に小さいので、ピストン３の外周に装着した油室Ｂ７側のウェアリング１３に伝わる衝撃圧力が、大幅に緩和されるためであると推察される。

以上、本発明を図示した実施形態によって説明したが、油室Ｂ７側のウェアリング１３よりも油室Ｂ７側寄りのピストン３の外周面に、ラビリンス溝を形成するなどして、公知のラビリンスシールを付設することによって、より一層、キャビテーションに起因する衝撃圧力を緩和できると考えられる。

本発明の一実施形態に係るダイカストマシンで用いる射出シリンダの断面図である。 本発明の一実施形態に係るダイカストマシンで用いる射出シリンダにおける要部拡大図である。 本発明による半径隙間とメーカ推奨値による半径隙間とを対比して、実験結果と共に示す表図である。 イン絞りによる速度制御とアウト絞りによる速度制御の説明図である。 イン絞りによる速度制御時のイン側とアウト側の圧力変化の測定図である。

符号の説明

１ 射出シリンダ（射出用の油圧シリンダ）
２ シリンダ
３ ピストン
４ ピストンロッド
５ 油室Ａ
６ 油流通口
７ 油室Ｂ
８ 油流通口
１１ ウェアリング装着溝
１２ シールリング装着溝
１３ ウェアリング
１４ シールリング
Ｄ シリンダの内径
ｄ ピストンの外径
Ｓ シリンダの内周面とピストンの外周面との間の半径隙間

Claims (2)

1. 金型内に金属溶湯を射出・充填するためのプランジャロッドを駆動する油圧シリンダをもち、油圧シリンダのピストンを前進させる際における油圧シリンダへの油流入側で速度制御を行い、ピストンを前進させる際における油圧シリンダからの油流出側では速度制御を行わない、イン絞りによる油圧シリンダの速度制御を行うダイカストマシンであって、前記ピストンの最大前進速度が８ｍ／秒以上であるものにおいて、
   前記油圧シリンダのシリンダ内周面とピストン外周面との間の半径隙間を、０．０３０〜０．００６ｍｍの範囲に設定すると共に、
   前記ピストンの外周には、シールリング装着溝と、このシールリング装着溝の両外側に位置するウェアリング溝とを形成し、前記シールリング溝にシールリングを、前記ウェアリング溝にウェアリングをそれぞれ装着したことを特徴とするダイカストマシン。
2. 請求項１に記載のダイカストマシンにおいて、
   前記シリンダ内周面と前記ピストン外周面との間にラビリンスシールを設けたことを特徴とするダイカストマシン。

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