JP4669733B2 - ダイカストマシン - Google Patents

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    • B22D17/08Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
    • B22D17/10Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled with horizontal press motion

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
12 ACC(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 (2)

  1. 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。
  2. 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。
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