JP4558954B2 - ダイカストマシンのための射出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、鋳込み材料を金型内に射出するための射出プランジャを有する、溶融金属を加工するためのダイカストマシン、特にホットチャンバ型ダイカストマシンのための射出装置であって、前記射出プランジャは連接棒を介して負荷可能であり、連接棒は電動モータによって駆動される直線駆動装置と接続しており、この直線駆動装置は型充填段階後に鋳込み材料内で所定の圧力を達成するために所定の圧力段階で維持され、さらに射出プランジャと連接棒との間にばね要素が接続されているものに関する。
【０００２】
ＥＰ０４３０６１６Ａ１により知られている射出装置は、直線駆動装置としてナットを駆動するためのスピンドルが設けられている。直線駆動装置と接続された射出プランジャの駆動は、電動モータによって駆動されるベルトを介して行われる。この場合、ベルト駆動は電磁的に制御可能なディスククラッチを介してスピンドルに作用し、それにより射出プランジャの送り速度と、型充填後は鋳込み材料中で維持すべき圧力を制御できる。ここでは制御のために、スピンドル駆動と連動した回転速度計から送られる回転数に依存した信号を用いる。射出プランジャのためのこの種類の駆動は、比較的コストがかかる。ディスククラッチの操作と制御は、特にそのようなクラッチが摩耗しやすいという欠点を含んでいる。
【０００３】
日本国特許第０７１５５９２５号の要約から知られている、冒頭に記載した種類のダイカストマシン用の射出装置は、射出プランジャと連接棒との間に弾性的なばね要素が接続されており、このばね要素は、システムに起因して駆動装置の停止時および圧力制御への移行時に駆動装置に固有の慣性力により発生する好ましくない圧力ピークを回避する。このような問題は、プラスチック射出成形機では液体プラスチック材料の弾性的挙動のゆえに生じないが、溶融金属を加工するダイカストマシンでは、溶融金属が実用的に圧縮不能である限りにおいて事情は異なる。
【０００４】
液体プラスチック材料を加工するための射出成形機では、射出のために設けられている押出プランジャを電子制御装置によって制御して、可塑化時の動圧形成および保持圧段階における圧力の保持という臨界的な段階において、圧力を維持するために所望の推進速度もしくはトルクを作用させることができる（ＤＥ４３４５０３４Ａ１）。ここでも、駆動装置と可動な射出要素との間にばね素子を接続すると、ダイカストマシンにおいても類似の駆動原理を使用できることに関する示唆がすでに与えられている。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に記載した種類の射出装置を構造的にできるだけ単純に形成することである。
【０００６】
単純な構造を得るために、本発明に従い、冒頭に記載した種類の射出装置において、ばね要素が、弾性的プラスチック部材または液体ばねとして形成されており、その予荷重によって発生する射出プランジャに対する反発力は、鋳込み材料中に必要な圧力を達成するために必要な軸方向力を加えるのに十分な大きさになるように設計されている。このようなばね要素は、駆動の制動時に発生する慣性モーメントを吸収できる。これによって引き起こされるばね行程は、射出プランジャがさらに移動するのを防ぎ、さらにまた圧力ピークの発生を防ぎ、しかも複雑な制御手段は必要ない。
【０００７】
したがって本発明により、冒頭に記載した種類の射出装置は２通りの仕方で達成される。一方で、駆動制動時に電動モータと伝動装置の質量によって引き起こされる慣性モーメントを吸収できる。これにより射出プランジャは型充填から加圧に切り替えた時点以降はもはや動かされない。他方で、慣性モーメントによって発生する追加行程がばね要素の予荷重に使用され、これによって形成された予荷重を利用して、鋳込み材料中で所望の保持圧力を維持するのに十分大きい軸方向力を射出プランジャに負荷する。
【０００８】
これらの方策により、射出プランジャの制御は非常に簡単になる。なぜならばこのようにすることによって、一次的な荷重制御を有する制御カスケードにおいて保持圧力の制御を、二次的な速度制御に減じることができるからである。
【０００９】
本発明の構成において、駆動装置の制御装置と接続されたセンサをばね要素に付属させることができる。このセンサはばね要素によって作用される軸方向力を検出し、それに応じて駆動制御に影響を与える。そうすることによって電気的駆動装置は、ばね要素があらかじめ設定した寸法を越えて圧縮されないように制御できる。
【００１０】
本発明の構成において、ばね要素として弾性的プラスチックリングを設けることができる。このプラスチックリングは２つのフランジの間に保持されており、一方のフランジが連接棒によって保持されていて、他方のフランジが連接棒上で入れ子式に案内されているスリーブと固く接続されている。連接棒とスリーブとの間の相対運動によりプラスチックリングが、制動過程後の駆動装置の惰性回転によって引き起こされる連接棒の移動距離に相応する寸法だけ圧縮される。このようなプラスチックリングは、特に調質されたポリウレタンゴムからなる場合には、ダイカストマシンで発生する高い力を溶融金属の圧縮に加え得ることが分かった。このプラスチックリングは、相次いで変形可能な２つ以上の部材からなることもできるので、慣性モーメントを吸収した後に軸方向圧縮力を加えるために、種々のばね特性を実現することもできる。
【００１１】
この場合、構造的な単純な形式において、連接棒はプラスチックリングを貫通する、直径のより小さい突出部を有しており、この突出部上にスリーブも案内されている。突出部と連接棒との間に設けられている段部は、連接棒に保持されているディスクもしくはこのディスクに付属している圧力センサのための支承部として働くことができる。ここで、ばね要素とスリーブの構成とは、突出部がスリーブに対して相対的に所定の距離しか移動できないように互いに合致されている。
【００１２】
公知技術におけるように、直線駆動装置としてスピンドルとこれに案内されているナットとからなるスクリュー駆動装置を設けることが簡単にできる。しかしまた、直線駆動装置としてラック駆動装置を設けることも可能である。ラック駆動装置は頑丈な構造を可能にし、しかも騒音の発生が少ない。この場合、ラックの駆動は、両側でラックと係合している伝動装置を介して行われ得るので、ラックの片側にだけ負荷がかかるということも起こらない。このような構造において、伝動装置を駆動するために２つのモータを設けることもできる。そうすると、より高い動特性による出力適合と、より高い加速および減速とが可能になる。この場合、伝動装置は完全にカプセル状に包囲されることができるので、溶湯に向かって油が流出することはあり得ない。
【００１３】
最後に、直線駆動装置は、クランク伝動装置の連接棒によって駆動される滑動体であることもできる。この場合、何らかの高さ調節が設けられていると、力の推移を型充填行程に最適に適合させることが可能である。
【００１４】
しかしまた、ばね要素として公知の液体ばねを設けることもできる（リューガー技術事典第１２巻、自動車技術、１９６７年版、ＤＶＡ出版、シュツットガルト、２２３ページ）。原則として油を充填したそのようなシリンダ・ピストン・ユニットは、ダイカストマシンで発生する数トンのオーダーの射出力において、必要なばね行程を提供できる。ここでも、ばね力は射出ピストンの負荷に利用することができる。
【００１５】
実用的な実施形態において、液体ばねは浸漬プランジャを備えることができ、この浸漬プランジャがばねの力でシリンダの内室に押し付けられて、連接棒による負荷の前にすでに液体にある程度の予荷重を加える。本発明の構成において、液体ばねのシリンダは開口部を備えることもでき、この開口部に圧力制限弁と、流出した液体を場合によって戻すためのポンプとが接続されている。この場合、圧力制限弁との接続管路に圧力／電圧変換器を接続することができ、この圧力／電圧変換器はやはり電動駆動装置の制御と接続できる。
【００１６】
しかしまた接続管路に追加的な液体容積が接続することができ、それらの制御可能な接続がばね特性の変更に寄与することが有利である。このようにすることによって、液体ばねを使用しても、上述したように複数部分からなるプラスチックリングにおけるのと同様に、ばね特性の適合を類似の仕方で達成できる。
【００１７】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、図示されない伝動装置と、ねじ付きスピンドル３を駆動して回転運動させる連結部２とを有する電動モータ１、たとえば非同期モータあるいはまた他の形態のサーボモータが設けられている。ねじ付きスピンドル３は、保護ハウジング５内にシールされて案内されている。ねじ付きスピンドル３上に、このスピンドル３と協働するナット４が案内されている。ナット４は、誘導カム６によりハウジング５内部の溝７内に突入係合し、それによってハウジング５内でねじれないように案内されている。ナット４は、スピンドル３の自由端を上から把持する延長部８を介して連接棒９と連通している。連接棒９それ自体は、シールされてハウジング５から引き出されていて、直径のより小さい突出部１０を備えている。突出部１０上に第１のディスク１１が可動に案内されて圧力センサ１２に当接している。圧力センサ１２は、たとえば一種の圧電要素として形成できる。この圧力センサ１２は、信号線１３を介して、公知であるため詳細に図示されない、モータ１を制御するマルチパラメータ制御装置と連通している。
【００１８】
さらに、突出部１０上ではスリーブ１４がエンドプレート１５で移動可能に支承されている。この場合、エンドプレート１５と圧力センサ１２に当接しているディスク１１との間にはプラスチックリング１６の形をしたばね要素が配置されていて、同様に突出部１０によって貫通されている。スリーブ１４はディスク１５とは反対側の端部に、図示されない射出プランジャと接続するための接続端部１７を備えており、突出部１０の自由端は直径のより大きい段部１８を備えている。段部１８は、スリーブを突出部１０に保持して、プラスチックリング１６にある程度の予荷重を与えるために働くこともできる。この段部１８は、スリーブ１４の内側端面１８から行程ａだけ遠ざけられている。さて、この射出装置を運転して、公知の仕方でホットチャンバ型ダイカストマシンのるつぼから射出プランジャとスタンドパイプとによって溶融金属を金型内に圧入すると、電動モータ１は図示されないマルチパラメータ制御装置によって励起されてスピンドル３を回転させ、その結果としてナット４は図示された位置からスピンドル３に沿って下方に移動し、このとき連接棒９を同じように下方に、しかも鋳型の充填過程に必要な速度で押す。
【００１９】
型が充填されると、スピンドル３の回転駆動は速度制御からトルク制御に切り替えられなければならず、この目的のためにモータ１が制動される。モータ、詳しく図示されない伝動装置、および駆動装置によって回転させられるすべての部材に、質量に基づく慣性モーメントが付着しているので、切替え時点でスピンドル３がさらに回転するのを即時に止めることはできない。この場合に、図示されない射出プランジャが型内にある圧縮可能な溶湯をさらに圧縮し、それによって溶湯内に好ましくない圧力ピークが発生したり、駆動機構内に力のピークが発生したりして、破損を招く危険を回避するために、ばね要素１６が設けられている。この場合にばね要素１６が圧縮されて、本来射出プランジャが追加的に通過したはずの行程を吸収する。射出プランジャは型に充填した後に型内における溶融金属の非圧縮性に基づいて、いわば静止しているのに対して、連接棒９とその突出部１０とはさらにある程度の行程進む。しかしこの行程はスリーブ１４と突出部１０との間の相対的変位可能性によりばね要素１６によって吸収できる。
【００２０】
この場合、駆動がさらに通過した行程が寸法ａよりも小さくなるように構成されている。それゆえ、ばね要素はａよりわずかに小さい量だけ圧縮され、したがって応力下に置かれる。この場合、設計は調整された（したがってａより小さい）ばね行程において、ばね要素１６によって及ぼされる反発力がスリーブ１４に、ひいては射出プランジャに作用するように行うことができる。この反発力は、たとえば７〜８トン（７０〜８０ＫＮ）のオーダーの力に基づき溶湯中に必要な保持圧力を生じさせるのに十分なほど大きい。実施例で使用するプラスチックリングはこのような力を加えることができ、しかも過大になることはない。液体、特に油の高圧下における圧縮性を利用する液体ばねを使用することも可能であろう。モータ１は静止トルクに調整されるので、溶湯内で保持圧力を維持するための複雑な方策は必要ない。
【００２１】
いかなる場合も、ばね要素１６によって及ぼされる力を溶湯中に必要な圧力が生じるように大きく保つために、圧力センサ１２が設けられている。圧力センサ１２は、ばね１６によりスリーブ１４に、ひいては射出プランジャに及ぼされる力の大きさを与える。上述したように、ディスク１１は突出部１０上で移動可能に配置されている。それゆえディスク１１および１５は、等しい軸方向力で負荷される。この力は、ばね要素１６の収縮が寸法ａより大きくならないように配慮される限り、前記のマルチパラメータ制御装置と駆動モータ１とによって非常に限定された大きさに調整され得る。
【００２２】
図２は、図１に類似した射出装置の概略図を示している。それゆえ同じ部材に対しては等しい参照符号を使用した。
異なっているのは、ラック２０が連接棒９と固く結合されている点である。したがって図１に示したスピンドル駆動装置は存在しない。ラック２０も、図１のスピンドル３と同様にハウジング５内でシールされていて、このハウジング５と密に結合されたラックハウジング２５内で案内されている。それゆえ、伝動装置油が流出し、場合によって溶融金属中に進入することはあり得ない。
【００２３】
図３が示すように、ラック２０は両側に歯部を備えていて、これらの歯部で各々軸２１もしくは２２上に支承されているピニオン２３もしくは２４にそれぞれ当接している。この実施例では、軸２１は２つのモータ２６および２７によって駆動される。モータ２６および２７はそれぞれクラッチ２８を介して軸２１と駆動接続している。ラックの駆動が単一の電動モータまたは両電動モータ２６および２７によって行われる限り、その都度クラッチ２８の操作によって出力適合を行うことができる。この構成により、より高い動特性およびまたより高い加速および減速をラック２０に及ぼすことができる。これによりラックおよび連接棒９に対する調節速度は比較的高く保つことができる。
【００２４】
図４は、図３と類似のラック構成を示しているが、ここではラック２０′はピニオン２９および３０によって駆動され、それ自体が別のピニオン３１、３２、３３および歯車３４および３５からなる伝動装置の一部である。この伝動装置において、軸３６上に固着している歯車３５は、やはり選択的に電動モータ２６、２７の一方または両方によって駆動される。このような伝動装置構成により、射出装置の特に良好な機能を保証する変速比が実現される。
【００２５】
図５は、ここでも同じ部材にはすでに図１で用いたのと同じ参照符号を用いたが、構造は次のように異なる。すなわち、ここでは連接棒９は、直線ガイド３８で連接棒９の軸方向に案内されている滑動体３７によって負荷されている。この滑動体３７は連接棒３９によって負荷される。連接棒３９はクランクディスクによって操作され、クランクディスクはやはり詳しく図示されない伝動装置を介して１つ、あるいはまた２つの電動モータ４１によって駆動できる。
【００２６】
図６は、図１、図２または図５に示されたすべての実施例において、連接棒９と射出装置との間にばね要素として挿入されているプラスチックリング１６を示している。このプラスチックリング１６は、調質されたポリウレタンゴムからなり、矢印ｓの方向で圧縮されると、図８に示されている力・行程特性曲線を形成できる。この場合、図８ではＦは力を表し、ｓはプラスチックリング１６の変形行程を表している。
【００２７】
図７に示す実施例は、プラスチックリング１６が互いに同心的に配置されたリング部材１６ａおよび１６ｂによって置き替えられている。リング部材１６ａおよび１６ｂも同様に調質されたポリウレタンゴムからなることができ、図９に示すように、異なる力・行程特性曲線を形成できる。プラスチックリング１６ａがｓ１の量だけ圧縮されると、これによって及ぼされる力Ｆは、図９で行程距離ｓ１に達したときに略示された所定の大きさに増す。しかし両プラスチックリング１６ａおよび１６ｂが、さらに行程距離ｓ１を越えて行程距離ｓ２に沿って圧縮されると、それらは一緒になってはるかに強力なばねとして作用するので、行程単位当たりの力の上昇は著しく大きくなる。この構成は、溶湯に及ぼされた圧縮力を高めるために利用でき、しかも駆動のために高価な制御手段は必要ない。
【００２８】
最後に、図１０は液体ばね４２も同様にプラスチックばね要素の代わりに連接棒と射出装置との間に挿入できることを示している。この液体ばね４２は安定したシリンダ４３からなる。シリンダ４３は、接続部材１７（図１）を備えた部材を取り付けるための接続孔４４を装備されており、この部材はまた図示されない射出プランジャを受容する。キャップ４５によって閉じられて容積Ｖ₁の加圧油を充填されたシリンダ４３の内室に、キャップ４５内でシールされて案内されているピストン棒４６が突入する。このピストン棒は、その下端部に皿形をした継足し部４７を備えており、これにキャップ４５に支持されている圧縮ばね４８が作用する。それゆえこの圧縮ばね４８はピストン棒４６を所定の量だけ容積Ｖ₁内に圧入し、それによってシリンダ４３内に含まれている液体の圧力は、押しのけ体として作用するピストン棒４６によって高められる。
【００２９】
冒頭に指摘したように、この液体ばね構成では、非常に高い圧力下における液体の圧縮能力を利用する。それゆえ、液体ばねは、前述したプラスチックばね体と同様に、ダイカストマシンで発生する高い力を吸収するのに適している。
【００３０】
図示された実施例においてシリンダ４３は、接続管路５０を介して圧力制限弁５１と連通している開口部４９を有している。場合によって圧力制限弁５１を通して流出する液体は、略示された容器５２に受容され、ポンプ５３によって再びシリンダ４３の内室に供給される。接続管路５０には圧力／電圧変換器５４が接続しており、圧力／電圧変換器５４はまた電動モータの制御と連通できる。このようにして、駆動装置を介して溶融金属に対する所望の射出圧力が不都合なく調整され維持され得る。
【００３１】
しかし、また、さらに別の管路５５も接続管路５０と連通しており、制御弁５６を介して追加容積Ｖ₂の接続を、あるいは接続管路５７を介して、概略的にＶ_Xで示した別の容積の接続も可能にする。この構成により、すでに図９に基づいて２部分からなるプラスチックリングについて説明したように、液体ばね５２によって及ぼされる力・行程特性曲線を類似の仕方で変化させ、それぞれの必要に適合させることが可能になる。
【００３２】
それゆえ、本発明の構成により、ばね要素１６または４２のばね収縮行程（好ましくは図１に示すａより小さい）と、射出プランジャに及ぼされる軸方向力との間には常に一定の関係が存在する。したがって、本発明はホットチャンバ型ダイカストマシンのための射出装置の電磁的手段による駆動を可能にし、比較的単純な操作および制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 溶融金属を加工するためのホットチャンバ型ダイカストマシンのための射出装置を示す。
【図２】 ねじ付きスピンドル駆動装置の代わりにラック駆動装置を有する、図１と類似の射出装置を示す。
【図３】 図２の射出装置を切断線ＩＩＩ−ＩＩＩの方向で断面した概略図を示す。
【図４】 ラックに負荷するための別の伝動装置構成を有する、図３と類似の図を示す。
【図５】 連接棒に対するクランク駆動装置を有する、図１と類似のホットチャンバ型ダイカストマシンのための射出装置を示す。
【図６】 図１、図２および図５に使用されたプラスチックばねの概略図を示す。
【図７】 図６に従うプラスチックばねの変化した構造を示す。
【図８】 図６に従うプラスチックばねによって引き起こされる力・行程特性曲線を示す。
【図９】 図７に従うプラスチックばねを使用する際の力・行程特性曲線を示す。
【図１０】 図６または図７に従うプラスチックばねの代わりに、射出装置の連接棒と射出プランジャとの間に挿入可能な液体ばねの実施例を示す。

Claims (18)

1. 溶融金属を加工するためのダイカストマシン、特にホットチャンバ型ダイカストマシンのための射出装置であって、
   鋳込み材料を金型内に射出するための射出プランジャを有し、前記射出プランジャは連接棒（９）を介して作動可能であり、前記連接棒（９）は駆動装置と結合され、前記駆動装置は、型充填段階後に、鋳込み材料内で所定の圧力が達成できるように所定の加圧段階で維持され、
   さらにばね要素を有し、ばね要素は射出プランジャと連接棒（９）との間に接続されている、
   射出装置において
   前記駆動装置が、電動モータによって駆動される直線駆動装置であって、
   前記ばね要素（１６、１６ａ、１６ｂ)が、弾性的プラスチック部材または液体ばね（４２）として形成されており、駆動制動時に発生する駆動装置の慣性モーメントを吸収し、慣性モーメントによる追加行程により発生する予荷重で圧縮され、そのばね力によって発生する射出プランジャに対する反発力が、鋳込み材料中に必要な保持圧力を維持するために必要な軸方向力を射出プランジャに加えることができるように設計されている、
   ことを特徴とする射出装置。
2. 前記ばね要素（１６、４２）に、駆動装置（１）の制御装置と接続されているセンサ（１２、５４）が付属しており、このセンサがばね要素によって作用される軸方向力を検出する、ことを特徴とする請求項１記載の射出装置。
3. 電気的駆動装置（１、２６、２７）は、前記駆動制動時に発生する駆動装置の慣性モーメントによる追加行程により発生する予荷重により、ばね要素（１６、４２）があらかじめ設定した寸法（ａ）を越えて圧縮されないように、前記ばね要素のばね特性に応じて前記電動モータを駆動制動する、ことを特徴とする請求項１または２記載の射出装置。
4. 前記ばね要素が２つのディスク（１１、１５）の間に保持されている弾性的プラスチックリング（１６）であり、一方のディスク（１１）が連接棒（９）によって保持されていて、他方のディスク（１５）が連接棒上で入れ子式に案内されているスリーブ（１４）と固く接続されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の射出装置。
5. プラスチックリングが、２つのディスク（１１、１５）の間で圧縮されたときに、先に変形を開始する部材（１６ａ）と、それから遅れて変形を開始する部材（１６ｂ）から構成されていることを特徴とする請求項４記載の射出装置。
6. プラスチック構成部材（１６、１６ａ、１６ｂ）が調質されたポリウレタンゴムからなる、ことを特徴とする請求項１、４または５のいずれか１項記載の射出装置。
7. 連接棒（９）がプラスチックリング（１６）を貫通する、直径のより小さい突出部（１０）を有しており、この突出部（１０）上にスリーブ（１４）が案内されている、ことを特徴とする請求項４記載の射出装置。
8. 突出部（１０）のプランジャ側の端部がスリーブ（１４）の内側端面（１９）から距離（ａ）だけ遠ざけられている、ことを特徴とする請求項７記載の射出装置。
9. センサ（１２）が、連接棒（９）と直径のより小さい突出部（１０）との間に形成された段部と、突出部（１０）で案内さればね要素（１６）の連接棒（９）の側に隣接しているディスク（１１）と、に当接している、ことを特徴とする請求項２記載の射出装置。
10. 直線駆動装置としてスピンドル（３）とこれに案内されているナット（４）とからなるスクリュー駆動装置が設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の射出装置。
11. 直線駆動装置としてラック駆動装置が設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の射出装置。
12. ラック（２０、２０′）の駆動が、両側でラックと係合している伝動装置を介して行われる、ことを特徴とする請求項１１記載の射出装置。
13. ２つのモータ（２６、２７）が選択的に伝動装置を駆動するために設けられている、ことを特徴とする請求項１２記載の射出装置。
14. 直線駆動装置が、直線ガイド（３８）に保持されクランク伝動装置（４０）の連接棒（３９）によって駆動される滑動体（３７）である、ことを特徴とする請求項１記載の射出装置。
15. 液体ばね（４２）が浸漬プランジャ（４６）を有するシリンダ（４３）からなり、浸漬プランジャがばね（４８）の力でシリンダ（４３）の内室に押し付けられて、連接棒による負荷の前にすでに液体（Ｖ₁ ）にある程度の予荷重を加える、ことを特徴とする請求項１記載の射出装置。
16. 液体ばね（４２）のシリンダ（４３）が開口部（４９）を備えていて、この開口部（４９）に圧力制限弁（５１）と、流出した液体を場合によって戻すためのポンプ（５３）とが接続されている、ことを特徴とする請求項１５記載の射出装置。
17. 圧力制限弁（５１）との接続管路（５０）に圧力／電圧変換器（５４）が接続されており、この圧力／電圧変換器（５４）が電動モータ（３、２６、２７）の制御と接続されていることを特徴とする請求項１６記載の射出装置。
18. 接続管路（５０）に液体容積（Ｖ₂、Ｖ_X）をさらに追加して接続することによりばね特性の変更をおこなうことができる、ことを特徴とする請求項１６記載の射出装置。

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