JP4669733B2

JP4669733B2 - ダイカストマシン

Info

Publication number: JP4669733B2
Application number: JP2005141344A
Authority: JP
Inventors: 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: US7316259B2; US20060255095A1; CN100411773C; JP2006315050A; CN1861293A

Description

本発明は、射出プランジャの前進によって金属溶湯を金型内に射出・充填するダイカストマシンに関する。

溶融金属材料を金型のキャビティ内に射出・充填して製品を得るダイカストマシンはよく知られており、このダイカストマシンにおいては、溶解炉で溶融した金属材料（例えば、Ａｌ合金、Ｍｇ合金など）を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げた金属溶湯（溶融金属材料）を射出スリーブ内に注ぎ込んで、これを射出プランジャの前進動作によって金型のキャビティ内に射出・充填するようにしている。

ダイカストマシンの射出工程は、低速射出工程と高速射出工程とからなっており、高速射出工程においては、プラスチック射出成形機の射出速度よりも１桁程度速い、高速の射出速度で、金型内に金属溶湯を射出・充填する必要がある。このため、射出の駆動源としては、従来は一般的に、比較的に大型の油圧駆動源が用いられており、このように射出駆動源を油圧駆動源としていることから、型開閉やエジェクトの駆動源も油圧駆動源とした、油圧式のダイカストマシンが、従来はダイカストマシンの主流となっていた。

しかしながら、油圧式のダイカストマシンは、油による汚損の虞があるため、クリーンな電動式のダイカストマシンへの要望が、近時は高まりつつあり、このような電動式のダイカストマシンとして、例えば、特開２０００−８４６５４号公報（特許文献１）、特開２００１−１１２６号公報（特許文献２）に記載された技術が知られている。これらの特許文献に示された技術においては、射出用電動サーボモータと、昇圧・保圧工程で用いる油圧駆動源としてのアキュームレータとを備え、射出工程の低速射出工程と高速射出工程は射出用電動サーボモータの駆動力のみによって実行し、昇圧工程は射出用電動サーボモータとアキュームレータの駆動力を足し合わせて実行し、昇圧工程に続く保圧工程はアキュームレータの駆動力のみで実行するか、もしくは、昇圧・保圧工程はアキュームレータの駆動力のみで実行するようになっている。
特開２０００−８４６５４号公報特開２００１−１１２６号公報

上記した特許文献１、２に示された技術では、射出工程（低速射出工程および高速射出工程）の駆動源を電動サーボモータとして、昇圧・保圧工程のみに油圧駆動源の力を利用するようにしているので、油圧システムを小型化できて、比較的にクリーンなダイカストマシンを実現でき、また、昇圧時には大きな圧力が容易に出力可能となる。しかしながら、特許文献１、２に示された技術は、高速射出工程における高速の射出速度を、電動サーボモータのパワーのみで得るようにしているため、射出速度を高速化するためには一定の限界があり、かつ、射出速度を確保するために電動サーボモータも比較的に大型のモータを必要とする。

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、射出用の電動サーボモータをもつダイカストマシンにおいて、高速射出工程における高速の射出速度を、応答性よく、確実に得ることができるようにすることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、射出プランジャの前進によって金属溶湯を金型内に射出・充填するダイカストマシンにおいて、前記射出プランジャの駆動源として、前記射出プランジャを１ｍ／ｓｅｃ未満の前進速度で駆動可能な電動サーボモータと、前記射出プランジャを１ｍ／ｓｅｃ以上の前進速度で駆動可能な油圧駆動源とを備え、前記油圧駆動源は、油圧シリンダ、アキュムレータ、油圧ポンプ及び油圧タンクを含んで構成されていて、前記油圧駆動源を構成する各機器のうちの少なくとも前記油圧シリンダと前記アキュムレータは、前記電動サーボモータの駆動力によって前記射出プランジャと共に前後進する移動体と一体となって前後進するように前記移動体に搭載され、かつ前記油圧駆動源を構成する各機器のうちの少なくとも前記油圧ポンプと前記油圧タンクは、所要の固定部に固定配置されており、射出工程中の低速射出工程では、前記射出プランジャを、前記電動サーボモータの駆動力によって前進駆動し、射出工程中の高速射出工程では、前記射出プランジャを、前記油圧駆動源の駆動力と前記電動サーボモータの駆動力との和によって前進駆動することを特徴とする。

射出プランジャの前後進用の駆動源を電動サーボモータとしたダイカストマシンにおいては、電動サーボモータの出力のみでは達成困難であるのは、増圧（昇圧）の圧力ではなく、高速射出工程における高速の射出速度である。本発明では、射出プランジャの主たる駆動源としての電動サーボモータと、射出プランジャの前進方向の副駆動源としての油圧駆動源とをもつ構成において、射出工程中の高速射出工程において、油圧駆動源のパワーを一挙に放出させて、射出プランジャを高速度で前進させるようにしているので、高速の射出速度を、応答性よく、確実に得ることができる。したがって、金型内への金属溶湯の射出・充填を、短時間で確実に行うことができるので、鋳造製品の高品質化を達成することができる。

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の主として射出系メカニズムを示す要部斜視図である。

図１において、１は主ベース盤、２は、主ベース盤１上に取り付けられた射出系メカニズム用のベース部材、３は、ベース部材２上に取り付けられた保持ブロック、４は、主ベース盤１上に取り付けられた固定ダイプレート、５は、固定ダイプレート４などに保持された支持部材、６は、ベース部材２上に前後進可能であるように設けられた移動体、７は、保持ブロック３と支持部材５との間に架け渡らされ、移動体６の前後進をガイドする複数本のガイドバー、８は、保持ブロック３に取り付けられた１対の射出用の電動サーボモータ、９は、保持ブロック３に回転可能に保持され、対応する電動サーボモータ８の回転をプーリ、ベルトよりなる回転伝達系１１を介して伝達される１対のボールネジ、１０は、対応するボールネジ９とでボールネジ機構を構成し、対応するボールネジ９に螺合されると共に、移動体６にその端部を固定されたナット体、１２は、移動体６に搭載され、移動体６と共に移動する増圧用の１対のアキュームレータ（以下、ＡＣＣと記す）、１３は、移動体６と一体化され、その内部をピストン体を兼ねる射出プランジャ１４が前後進可能な油圧シリンダ、１５は、固定ダイプレート４に取り付けられ、射出プランジャ１４の先端側がその内部で前後進可能な射出スリーブ、１５ａは、射出スリーブ１５に設けた金属溶湯の注入口である。

本実施形態では、１対の電動サーボモータ８の回転力を、回転伝達系１１を介してボールネジ機構のボールネジ９に伝達してボールネジ９を回転させ、これにより、ボールネジ９に螺合したボールネジ機構のナット体１０を軸方向に前後進させることで、移動体６と共に油圧シリンダ１３を移動させて、射出プランジャ１４を前後進させるようになっている。また、１対のＡＣＣ１２に蓄圧された圧油を、制御弁を介して油圧シリンダ１３の前進用油室に送り込むことで、射出プランジャ１４に前進方向の力（増圧圧力）を付与するようになっている。なお、本実施形態のボールネジ機構のボールネジ９は、直径が約１００ｍｍであって、そのリードが２０ｍｍ以上のものを用いており、これにより、ボールネジ９の１回転あたりのナット体１０の軸方向移動距離をある程度以上大きくして、つまり、ボールネジ９の１回転あたりの射出プランジャ１４の前後進速度をある程度以上確保できるようにしてある。また、本実施形態では、電動サーボモータ８とボールネジ機構を２つ設けて、２つの電動サーボモータ８の出力を足し合わせて移動体６（射出プランジャ１４）を軸方向に移動させるようにしているので、大きな推力を得ることができるようになっている。

次に、本実施形態のダイカストマシンの射出系メカニズムの油圧系の構成と、射出系メカニズムの動作を、図２〜図５を用いて説明する。図２〜図５は、本実施形態のダイカストマシンの射出系メカニズムの機能構成を簡略化して示す図であり、図２〜図５において、図１の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付してある。

図２〜図５において、２１は、２つのＡＣＣ１２と油圧シリンダ１３の第１油室（前進用油室）１３ａとを接続する油路上に配設され、方向切り替え機能と流量制御機能とを備えた制御弁、２２は、制御弁２１とタンク２３とを接続する油路上に配設されたクーラー、２４は、タンク２３と油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂとを接続する油路上に配設された小容量の油圧ポンプ、２５は、油圧ポンプ２４と油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂとを接続する油路２６上に配設された逆止弁、２７は、油路２６における逆止弁２５よりも下流側と、油圧シリンダ１３の第１油室１３ａと制御弁２１を接続する油路２８とを、接続する油路、２９は油路２７上に配設された逆止弁、３０は油路２８上に配設された圧力センサである。

本実施形態では、ＡＣＣ１２、制御弁２１、逆止弁２５、２９、圧力センサ３０は、移動体６と一体となって移動するように、移動体６に搭載されており、クーラー２２、タンク２３、ポンプ２４は、固定配置されるようになっている。このような構成とする所以は、ＡＣＣ１２と油圧シリンダ１３との間の油路長を短くして、油圧駆動の応答性を良くし、管路損出を可及的に低減させるためと、移動体６に油圧回路（の一部）を一体に組み込むことで、移動体６に対して油圧回路系を別体とする構成よりも、全体として構造を大幅に簡素化できるためである。

射出前の状態では、油圧シリンダ１３内で射出プランジャ１４は最後退位置にあり、制御弁２１は中立位置にあり、ＡＣＣ１２の油室内には所定量・所定圧の圧油が貯えられており、このときＡＣＣ１２のガス室内のガスは、油の圧力により圧縮・昇圧されている。また、射出前の状態を含め、小量の油を油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂへ送り込む工程以外には、油圧ポンプ２４は停止状態におかれている。また、射出前の状態では、ナット体１３（すなわち移動体６）は、最も後退した位置におかれている。

このような状態において、射出工程の開始タイミングに至ると、マシン全体の制御を司るシステムコントローラからの指令に基づいて、電動サーボモータ８が、所定方向に、かつ、低速射出工程に設定された速度で回転駆動され、これによって、ボールネジ機構のナット体１０と共に、移動体６、油圧シリンダ１３、射出プランジャ１４が低速（１ｍ／ｓｅｃ未満の速度であり、本実施形態では、例えば０．５２ｍ／ｓｅｃに設定されている）で前進駆動される。つまり、低速射出工程では、位置軸に沿った速度フィードバック制御によって電動サーボモータ８が駆動制御され、これによって、低速射出工程が実行されて、射出スリープ１５内の金属溶湯が金型のランナ部まで充填され、また、金型のキャビティ内の空気抜きが行われる。そして、システムコントローラは、電動サーボモータ８に付加されたエンコーダからの出力により、移動体６の前進位置を認知して、低速射出工程に設定された距離だけ前進したタイミングで、射出工程を高速射出工程に切り替える。なお、図２は、低速射出工程の完了時の状態を示している。

高速射出工程の開始タイミングとなると、システムコントローラは、電動サーボモータ８に対しては低速射出工程と同様の動作をとらせつつ、図３に示すように、制御弁２１を図示で下位置に切り替える。これによって、ＡＣＣ１２に貯えられた圧油は、圧縮・昇圧されていたガス圧によって、制御弁２１を通じて射出シリンダ１３の第１油室（前進用油室）１３ａに急速に送り込まれ、射出プランジャ１４は移動体６に対して高速（１ｍ／ｓｅｃ以上の速度であり、本実施形態では、例えば７．４８ｍ／ｓｅｃに設定されている）で前進駆動され、このとき、油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂの圧油は、油路２６、逆止弁２９、油路２７を通じて、射出シリンダ１３の第１油室１３ａに送り込まれる。この高速射出工程では、電動サーボモータ８が、低速射出工程と同様に移動体６を０．５２ｍ／ｓｅｃで前進駆動しているので、高速射出工程では、射出プランジャ１４は、８．０ｍ／ｓｅｃという高速度で前進駆動され、これによって、金属溶湯が金型のキャビティ内に急速に射出・充填される。そして、システムコントローラは、電動サーボモータ８に付加されたエンコーダからの出力により、移動体６の前進位置を認知して、高速射出工程に設定された距離だけ前進したタイミングで、高速射出工程を完了させ、工程を増圧工程に切り替える。なお、図３は、高速射出工程の完了時の状態を示しており、図３において、３１は、射出プランジャ１４の先端に当接した射出スリーブ１５内のビスケットを表している。

増圧工程に入ると、システムコントローラは、電動サーボモータ８を射出工程での位置軸に沿った速度フィードバック制御から、時間軸に沿った圧力フィードバック制御に切り替える。なお、本明細書でいう増圧工程とは、前記した特許文献１、２における昇圧・保圧工程に相当するものを指し、プラスチック射出成形における保圧工程に相当するものである。この増圧工程では、システムコントローラは、制御弁２１に図３の状態を維持させつつ、電動サーボモータ８を圧力フィードバック制御して、電動サーボモータ８に増圧工程で設定されている増圧圧力に一致する圧力を出力させる。この増圧工程によって、射出プランジャ１４からビスケット３１を介して金型内の固化し始めた金属に大きな圧力（例えば最大５０ｔｏｎ程度）が付与され、金属の固化・収縮に伴って、射出プランジャ８は、図３の状態から微量だけ微速前進する。そして、システムコントローラは、時間監視に基づいて、増圧工程の完了タイミングを認知すると、工程を冷却工程に切り替える。

なお、本実施形態では、上記の増圧工程は、圧力設定を多段にした、多段の圧力フィードバック制御で実行するようになっており、これによって、精緻で、良品鋳造に大いに貢献できる増圧動作を実現できるようにしている。

冷却工程では、システムコントローラは、制御弁２１が図３の状態（制御弁２１が図示で下位置をとった状態）において、電動サーボモータ８を、位置軸に沿った速度フィードバック制御によって前進方向に駆動制御し、移動体６を前進させる。この移動体６の前進によって射出プランジャ１４は前進方向の力を受けるが、射出プランジャ１４の先端にはビスケット３１が当接しているため射出プランジャ１４は前進することができず、反対に油圧に抗して後退する。これによって、図４に示すように、射出シリンダ１３の第１油室１３ａ内の圧油が制御弁２１を通じて、ＡＣＣ１２の油室内へと戻され、これに伴ってＡＣＣ１２のガス室内のガスが圧縮・昇圧される。そして、ＡＣＣ１２の油室内に所定量・所定圧の圧油が貯えられた（前記した高速射出工程に必要な圧油が貯えられた）タイミングで、システムコントローラは、図５に示すように制御弁２１を図示で上位置に切り替える。然る後、システムコントローラは、油圧ポンプ２４を駆動制御して、高速射出工程で油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂから流出した油に相当する量の油を、油圧ポンプ２４から油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂへと送り込む。これに伴って、高速射出工程で油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂから流出した油に相当する量の油が、制御弁２１、クーラー２２を通じてタンク２３に戻される。そして、油圧シリンダ１３内で射出プランジャ１４が最後退位置に至ったタイミングで、システムコントローラは、油圧ポンプ２４を停止させると共に、制御弁２１を中立位置に切り替え、また、電動サーボモータ８を停止させて、冷却工程の終了タイミングを待つ。このとき、射出プランジャ１４の先端は、ビスケット３１に当接した状態となっている。

ここで、上記の冷却工程において、油圧ポンプ２４から油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂへと補充される油の量は、例えば、２つのＡＣＣ１２に貯えられる油の量が１．３リットルである場合には、０．６リットル程度の小量であり、このため、油圧ポンプ２４を非常に小容量のものにし得ると共に、クーラーも小型のものにし得て、大幅な省エネを図ることが可能となっている。また、タンク２３についても大幅な小容量化が可能なので、この点でも油圧回路系のコンパクト化に貢献できるようになっている。

冷却工程が終了すると、システムコントローラは、後記するように、型開き工程を実行させ、この型開き動作と同期して、電動サーボモータ８を、位置軸に沿った速度フィードバック制御によって前進方向に駆動制御して、移動体６を前進させる。そして、これによって、射出プランジャ１４によってビスケット３１を押し出すビスケット押出工程を、型開きと同期させて実行させる。

ビスケット押出工程が完了した後の適宜のタイミングで、システムコントローラは、射出プランジャ１４を後退させる工程をとり、電動サーボモータ８を、位置軸に沿った速度フィードバック制御によって後退方向に駆動制御して、移動体６を後退させる。そして、移動体６が最後退位置まで後退したタイミングで、システムコントローラは、電動サーボモータ８を停止させる。

図６は、上述した射出系メカニズムの動作に関連する工程と、速度設定値と、圧力設定値との関係を示す図である。図６において、高速射出工程と増圧工程とを除いて、速度設定値は、電動サーボモータ８を速度フィードバックするための設定値であり、高速射出工程における電動サーボモータ８への速度設定値は、低速射出工程での設定値と一致する。また、圧力設定値は、増圧工程のみが圧力フィードバックをするための設定となっている。

図７は、本実施形態のダイカストマシンの射出系、型開閉系、エジェクト系の構成を簡略化して示す図である。

図７において、４１は固定ダイプレート４に搭載された固定側金型、４２は図示せぬタイバーに案内されて前後進可能である可動ダイプレート、４３は可動ダイプレート４２に搭載された可動側金型、４４は型締め状態の両金型４１、４３で形成されるキャビティ、４５はキャビティ４４などに充填された金属材料、４６は可動ダイプレート４２に対して相対的に前後進可能なエジェクト部材、４７はエジェクト部材４６と一体のエジェクトピンである。

また、５１は射出用の各電動サーボモータ８をそれぞれ駆動制御する１対のサーボドライバ、５２は、射出用の各電動サーボモータ８の回転をそれぞれ直線運動に変換して、移動体６および射出プランジャ１４を前後進させる１対のボールネジ機構、５３は、射出用の各電動サーボモータ８にそれぞれ付設され、検出信号Ｓ１、Ｓ２を出力するエンコーダである。

また、６１は型開閉用モータを駆動制御するサーボドライバ、６２は型開閉用の電動サーボモータ、６３は、型開閉用の電動サーボモータ６２の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、６４は、ボールネジ機構６３の直線運動を受けて伸張または折り畳み駆動されて、可動ダイプレート４２を前進または後退させるトグルリンク機構、６５は、型開閉用の電動サーボモータ６２に付設され、検出信号Ｓ３を出力するエンコーダである。

また、７１はエジックト用モータをそれぞれ駆動制御する１対のサーボドライバ、７２はエジックト用の１対の電動サーボモータ、７３は、エジックト用の各電動サーボモータ７１の回転をそれぞれ直線運動に変換して、エジェクト部材４６およびエジェクトピン４７を前後進させる１対のボールネジ機構、７４は、エジックト用の各電動サーボモータ７１にそれぞれ付設され、検出信号Ｓ４、Ｓ５を出力するエンコーダである。

また、８１は、ダイカストマシン全体の制御を司り、各検出信号Ｓ１〜Ｓ５などを受け取って、各サーボドライバに対して指令信号Ｄ１〜Ｄ５を送出することで、射出系、型開閉系、エジェクト系の動作を制御するシステムコントローラである。

図７に示すように、本実施形態のダイカストマシンは、前述したように射出系の一部に油圧回路を搭載している以外は、電動式のマシンとして構成されており、これにより油汚損の可及的に少ないクリーンなマシンを実現できるようになっている。また、システムコントローラ８１が、マシン全体の状態を監視して、可動ダイプレート４２の位置と、射出プランジャ１４の位置とを監視して、前記したようにビスケット押出工程を、型開きと同期させて実行させ、互いの速度を等速にして、ビスケット押し出しと型開きを実行させるので、金属材料４４の固定側金型４１側からの離型が確実に行われ、金属材料４４が確実に可動側金型４３側のみに被着した状態として、型開きが行われるようになっている。

また、ビスケット押出工程では大きな力が要求されるが、本実施形態では、射出系をツイン電動モータ方式としているため、個々の射出用の電動サーボモータ８を大容量のものにしなくても、容易に要求されるビスケット３１の押し出し力を得ることができる。これは、エジックト動作においても同様で、可動側金型４３に被着した金属材料４４の突き出しには大きな力が要求されるが、本実施形態では、エジェクト系をツイン電動モータ方式としているため、個々のエジェクト用の電動サーボモータ７２を大容量のものにしなくても、容易に要求される突き出し力を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの主として射出系メカニズムを示す要部斜視図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの射出系メカニズムの機能構成を簡略化して示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの射出系メカニズムの機能構成を簡略化して示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの射出系メカニズムの機能構成を簡略化して示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの射出系メカニズムの機能構成を簡略化して示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、射出系メカニズムの動作に関連する工程と、速度設定値と、圧力設定値との関係を示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、射出系、型開閉系、エジェクト系の構成を簡略化して示す説明図である。

符号の説明

１主ベース盤
２射出系メカニズム用のベース部材
３保持ブロック
４固定ダイプレート
５支持部材
６移動体
７ガイドバー
８射出用の電動サーボモータ
９ボールネジ
１０ナット体
１１回転伝達系
１２ＡＣＣ（アキュームレータ）
１３油圧シリンダ
１３ａ第１油室（前進用油室）
１３ｂ第２油室
１４射出プランジャ
１５射出スリーブ
１５ａ金属溶湯の注入口
２１制御弁
２２クーラー
２３タンク
２４油圧ポンプ
２５、２９逆止弁
２６、２７、２８油路
３０圧力センサ
３１ビスケット
４１固定側金型
４２可動ダイプレート
４３可動側金型
４４キャビティ
４５金属材料
４６エジェクト部材
４７エジェクトピン
５１サーボドライバ
５２ボールネジ機構
５３エンコーダ
６１サーボドライバ
６２型開閉用の電動サーボモータ
６３ボールネジ機構
６４トグルリンク機構
６５エンコーダ
７１サーボドライバ
７２エジックト用の電動サーボモータ
７３ボールネジ機構
７４エンコーダ
８１システムコントローラ

Claims

射出プランジャの前進によって金属溶湯を金型内に射出・充填するダイカストマシンにおいて、
前記射出プランジャの駆動源として、前記射出プランジャを１ｍ／ｓｅｃ未満の前進速度で駆動可能な電動サーボモータと、前記射出プランジャを１ｍ／ｓｅｃ以上の前進速度で駆動可能な油圧駆動源とを備え、
前記油圧駆動源は、油圧シリンダ、アキュムレータ、油圧ポンプ及び油圧タンクを含んで構成されていて、前記油圧駆動源を構成する各機器のうちの少なくとも前記油圧シリンダと前記アキュムレータは、前記電動サーボモータの駆動力によって前記射出プランジャと共に前後進する移動体と一体となって前後進するように前記移動体に搭載され、かつ前記油圧駆動源を構成する各機器のうちの少なくとも前記油圧ポンプと前記油圧タンクは、所要の固定部に固定配置されており、
射出工程中の低速射出工程では、前記射出プランジャを、前記電動サーボモータの駆動力によって前進駆動し、
射出工程中の高速射出工程では、前記射出プランジャを、前記油圧駆動源の駆動力と前記電動サーボモータの駆動力との和によって前進駆動することを特徴とするダイカストマシン。
請求項１に記載のダイカストマシンにおいて、
前記電動サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構のボールネジのリードが２０ｍｍ以上であることを特徴とするダイカストマシン。