JP4891720B2

JP4891720B2 - ダイカストマシン

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Publication number: JP4891720B2
Application number: JP2006262915A
Authority: JP
Inventors: 博司行友
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: JP2008080364A

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コールドチャンバー式の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、通常は、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（この昇圧・保圧工程は、本明細書で後記する増圧射出工程に相当する）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。

また、特許文献１、２に示された技術では、低速射出工程、高速射出工程、昇圧・保圧工程（本願の増圧射出工程）の速度制御や圧力制御を、精緻かつ正確な制御とすることについては具体的な記載がなく、この精緻かつ正確な速度制御、圧力制御の達成が望まれるものともなっていた。

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と共に、精緻かつ正確な速度制御、圧力制御を達成可能とすることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、
そのピストン体自体が射出プランジャとして機能するまたはそのピストン体が射出プランジャと連結された油圧シリンダと、該油圧シリンダの前記ピストン体の直線移動を制御するサーボバルブと、前記油圧シリンダをボールネジ機構を介して直線移動させる電動サーボモータとを備え、前記射出プランジャの前進によって金型内に溶融樹脂を射出・充填するダイカストマシンにおいて、
前記油圧シリンダを前記サーボバルブを介して駆動制御するサーボバルブドライバと、前記電動サーボモータを駆動制御するサーボアンプと、前記サーボバルブドライバおよび前記サーボアンプを制御するシステムコントローラとを備え、
前記システムコントローラは、
低速射出工程を、前記サーボアンプを介して前記電動サーボモータを速度フィードバック制御により駆動制御することによって、前記電動サーボモータの駆動力のみによって実行させ、
高速射出工程を、前記サーボアンプを介して前記電動サーボモータを速度フィードバック制御により駆動制御しつつ、前記サーボバルブドライバおよび前記サーボバルブを介して前記油圧シリンダを速度フィードバック制御により駆動制御することによって、前記油圧シリンダの駆動力と前記電動サーボモータの駆動力を足し合わせた駆動力で実行させ、
増圧射出工程を、前記油圧シリンダの油圧を圧力センサにより検出しつつ、前記サーボアンプを介して前記電動サーボモータを圧力フィードバック制御により駆動制御することによって、前記電動サーボモータの駆動力のみによって実行させる。
また、前記電動サーボモータに付設されたエンコーダの出力を検出しつつ、前記電動サーボモータを速度フィードバック制御し、前記ピストン体の位置を検出する位置センサの出力を検出しつつ、前記油圧シリンダを速度フィードバック制御する。
また、前記低速射出工程は、位置軸に沿った多段速度設定による速度フィードバックが実行可能とされ、前記増圧射出工程は、時間軸に沿った多段圧力設定による圧力フィードバック制御が実行可能とされる。

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、小型の電動サーボモータの出力のみでは達成困難であるのは、増圧射出工程の圧力ではなく、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、射出プランジャを駆動するアクチュエータとして電動サーボモータと油圧シリンダ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、電動サーボモータを駆動しつつ、油圧シリンダによって油圧パワーを一挙に出力させて、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、射出用の電動サーボモータとして小型のモータを用いても、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。
また、本発明では、低速射出工程を位置軸に沿った多段速度設定による速度フィードバックで実行し、増圧射出工程を時間軸に沿った多段圧力設定による圧力フィードバック制御で実行することが可能となっており、しかも、低速射出工程および増圧射出工程の駆動源は、精緻で応答性のよい制御が可能な電動サーボモータのみであるので、低速射出工程の速度制御および増圧射出工程の圧力制御を、精緻で正確のものとすることができ、この点でも、鋳造製品の高品質化に大いに貢献する。

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（より正確にはそのシリンダチューブが移動体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。なお、本実施形態では、ピストン体を射出プランジャに兼用させているが、ピストン体の先端に適宜の連結部材を介して射出プランジャを連結・固定する構成であってもよい。

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、サーボバルブ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（油圧シリンダ１３）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サーボバルブ、２２は、サーボバルブ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とサーボバルブ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、サーボバルブ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、サーボバルブ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１０（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が低速で前進駆動される。本実施形態では、低速射出工程の速度設定は、ユーザの所望する段数かつ速度での位置軸に沿った多段設定が可能となっており、この設定条件に基づいて電動サーボモータ８が速度フィードバック制御されるようになっている。つまり、低速射出工程では、電動サーボモータ８に付加されたエンコーダの出力を監視しながら、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ガス抜きが行われる。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。

上記の低速射出工程では、位置軸に沿った多段速度設定による速度フィードバックを実行し、しかも、精緻で応答性のよい制御が可能な電動サーボモータ８による速度フィードバック制御を行っているので、低速射出工程の速度制御を精緻で正確のものとすることができ、したがって、金属溶湯の金型ランナ部までの充填や金型キャビティ内のガス抜きが極めて正確かつ最適に行われ、これにより、ひいては鋳造製品の高品質化に貢献できるものとなっている。

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、低速射出工程の最終段での設定速度（この最終段の設定速度は、通常は、電動サーボモータ８のもつ能力の最高速度またはそれに近い速度が設定される）を出力させ続けるように、電動サーボモータ８に対する位置軸に沿った速度フィードバック制御を維持させつつ、図３に示すように、サーボバルブドライバを介してサーボバルブ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、サーボバルブ２１を通じて油圧シリンダ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に対して高速で前進駆動される。このとき、システムコントローラは、射出プランジャ１４の位置を検出する位置センサの出力を監視しながら、サーボバルブドライバ、サーボバルブ２１を介して、油圧シリンダ１３を位置軸に沿った速度フィードバック制御で駆動制御するようになっている。なお、上記のＡＣＣ１２からの油圧シリンダ１３の第１油室１３ａの圧油の送り込み時には、油圧シリンダ１３の第２油室１３ｂ内の油は、油路２６、逆止弁２９、油路２７を通じて、油圧シリンダ１３の第１油室１３ａに送り込まれる。

このように、高速射出工程では、油圧シリンダ１３の油圧による駆動力と電動サーボモータ８の電動による駆動力とを足し合わせた大きな駆動力で射出プランジャ１４を急速前進させ、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。油圧シリンダ１３による最大前進速度は、電動サーボモータ８による最大前進速度の数倍〜２０倍程度であり、射出用の電動サーボモータ８として小型のモータを用いても、高速の射出速度を応答性よく確実に得ることができる。本実施形態では、高速射出工程の速度設定は、高速射出の開始位置および高速射出工程終期の減速域の減速開始位置と、高速射出速度および減速速度とを設定することで行われ、高速射出工程では、先にも述べたように、電動サーボモータ８は低速射出工程の最終段での設定速度を出力し続け（一定速を出力し続け）、高速射出工程での速度の可変制御は、サーボバルブ２１による油圧シリンダ１３の位置軸に沿った速度フィードバック制御に専ら委ねられるようになっている。

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、あるいは、射出プランジャ１４の位置を検出する位置センサからの出力により射出プランジャ１４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（すなわち、増圧射出工程の開始位置まで前進したタイミング）で、高速射出工程を完了させ、工程を増圧射出工程に切り替える。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。

増圧射出工程に入ると、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射出工程とは、先にも述べたように前記した特許文献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。この増圧射出工程では、システムコントローラは、サーボバルブ２１に図３の状態を維持させつつ、電動サーボモータ８を時間軸に沿った圧力フィードバック制御をして、電動サーボモータ８に増圧射出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。この増圧射出工程によって、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２０〜５０Ｍｐａ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１４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、増圧射出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。

上記の増圧射出工程の圧力設定は、ユーザの所望する段数かつ圧力での時間軸に沿った多段設定が可能となっており、この設定条件に基づいて電動サーボモータ８が圧力フィードバック制御されるようになっている。つまり、増圧射出工程では、油圧シリンダ１３の第１油室（前進用油室）１３ａの油圧を検出する圧力センサの出力を監視しながら、時間軸に沿った圧力フィードバック制御によって電動サーボモータ８が駆動制御される。このように、上記の増圧射出工程では、時間軸に沿った多段圧力設定による圧力フィードバックを実行し、しかも、精緻で応答性のよい制御が可能な電動サーボモータ８による圧力フィードバック制御を行っているので、増圧射出工程の圧力制御を精緻で正確のものとすることができ、これにより、精緻で良品鋳造に大いに貢献できる増圧射出動作を実現できるようにしている。また、本実施形態では、射出系の電動モータ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、容易に要求される増圧射出工程の圧力を得ることができ、さらに、電動サーボモータ８の回転を直線運動に変換するボールネジ機構も大型化しなくて済むので、慣性力が高まることがなく、したがって、過渡応答性にも優れたものとなる構成となっている。

冷却工程では、システムコントローラは、サーボバルブ２１が図３の状態（サーボバルブ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、油圧シリンダ１３の第１油室１３ａ内の圧油がサーボバルブ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に示すようにサーボバルブ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、サーボバルブ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、サーボバルブ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２２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を突き出すビスケット突出工程を、型開きと同期させて実行させる。

ビスケット突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射出工程とを除いて、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制御するための設定値である。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（図６中ではこれを１点鎖線で表している）は、低速射出工程での最終段の設定値と一致するものであるが、これはユーザが設定するものではなく、参考までに示してある。また、圧力設定値は、増圧射出工程のみが圧力フィードバック制御をするための設定値であり、増圧射出工程以外の工程の圧力設定値は圧力規制値である。なお、増圧射出工程中での速度設定値に連なる破線は、設定値ではなくメカエンドまで速度が零へと収斂していく様子を表している。

ここで、図６において、増圧射出工程の領域において１点鎖線で示した電動サーボモータ８の速度設定値は、増圧射出工程の初期領域において電動サーボモータ８の速度（回転速度）を低下させることのないようにするための特性をもたせた規制値であり、図示のような特性線とすることで、電動サーボモータ８の制御が速度フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り替わった直後において、電動サーボモータ８の速度が低速射出工程の最終段の速度（略最高速度）を出力し続けることが可能であるようにしている。つまり、増圧射出工程の開始タイミング（高速射出工程の終了タイミング）において電動サーボモータ８の設定速度を可及的に零に近づける設定とするのではなく、増圧射出工程の初期領域において、あえて、略最高速度に対応する規制値とする設定としてある。このようにする所以は、次の通りである。

高速射出工程から増圧射出工程に切り替わると、電動サーボモータ８の制御は速度フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り替わり、この圧力フィードバック制御では、実測圧力が設定圧力に倣うように電動サーボモータ８を圧力フィードバック制御（トルクフィードバック制御）するため、増圧射出工程の開始タイミング（高速射出工程の終了タイミング）で電動サーボモータ８の設定速度が低くなっていると、増圧射出工程の初期領域では、電動サーボモータ８の速度は、低速射出工程の最終段の速度（略最高速度）よりも大幅に低くなる懸念がある。一方、増圧射出工程では素早く高い圧力まで昇圧する必要があり、また、本実施形態のダイカストマシンの射出系メカニズムのように、増圧射出工程の初期領域では射出プランジャ１４に若干の前進余地がある場合には、素早く高い圧力まで昇圧するためには電動サーボモータ８の速度（回転数）を略最高速度（略最高回転数）とする必要があるが、一旦、電動サーボモータ８の速度（回転数）が低下すると、加速には時間がかかり、素早く速度（回転数）を上げるためにはモータのパワーを大きくする必要がある。そこで、高速射出工程においては、電動サーボモータ８は略最高速度（略最高回転数）で回転しており、このとき電動サーボモータ８やプーリといった回転体は大きな回転イナーシャをもっていることに着目し、本実施形態では、電動サーボモータ８の制御が速度フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り替わった直後において、電動サーボモータ８の速度が低速射出工程の最終段の速度（略最高速度）を出力し続けるようにして、上記の回転イナーシャを増圧射出工程の立ち上げに利用するようにしたものである。これによって、コストがかかる高トルク出力（大容量）の電動サーボモータを使用しなくても、増圧射出工程の初期の圧力の立ち上げを迅速に行うことを可能としているものである。

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り、同図において、先に述べた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は固定ダイプレート４に対し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対のサーボアンプ、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り、５４は、サーボバルブ２１を駆動制御するサーボバルブドライバ、５５は、射出プランジャ１４の位置を検出して、検出信号Ｓ３を出力する位置センサ、５６は、油圧シリンダ１３の第１油室（前進用油室）１３ａの油圧を検出し、検出信号Ｓ４を出力する圧力センサである。

また、６１は型開閉用モータを駆動制御するサーボアンプ、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Ｓ５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対のサーボアンプ、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７２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７２にそれぞれ付設され、検出信号Ｓ６、Ｓ７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〜Ｓ７などを受け取って、各サーボアンプ５１、６１、７１に対して指令信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４〜Ｄ６を送出し、サーボバルブドライバ５４に対して指令信号Ｄ３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、８２は、各種の画面を表示する表示部と、ユーザが各種の入力指示を行う入力操作部とを備えた、例えばタッチパネルディスプレイよりなる表示・入力装置である。

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突出工程を、型開きと同期させて実行させ、互いの速度を等速にして、ビスケット突き出しと型開きを実行させる
ので、金属材料４５の固定側金型４１側からの離型が確実に行われ、金属材料４５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、ビスケット突出工程では大きな力が要求されるが、本実施形態では、先にも述べたように、射出系の電動モータ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の突き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４５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。

図８は、表示・入力装置８２の表示部にユーザの適宜の操作によって呼び出された射出設定画面の例を示している。図８において、９１は射出速度設定用の表示域、９２は増圧設定用の表示域、９３はＡＣＣ圧設定用の表示域である。

射出速度設定用の表示域９１には、低速射出工程の各段の速度目標位置（速度達成目標位置）の設定欄と、高速射出工程への切り替え位置の設定欄と、高速射出工程中の減速速度への切り替え位置の設定欄と、増圧射出工程への切り替え位置の設定欄と、ビスケット突出工程の最終突き出し位置の設定欄とが設けられており、各位置の設定欄にはそれぞれユーザが位置を指定する数値を入力するようになっている。また、位置の設定欄と対応して速度の設定欄がそれぞれ設けられていて、各速度の設定欄にはそれぞれユーザが速度を指定する数値を入力するようになっている。上記の低速射出工程の段数は、ユーザの指定により１〜１０段の中から任意の段数が選択可能となっており、ユーザの指定した段数に応じた設定表示が行われるようになっている（図８では、低速射出工程の段数として４段の多段設定が選択された場合を示している）。

増圧設定用の表示域９２には、増圧射出工程の各段の圧力の設定欄と、各圧力の設定欄と対応する傾斜時間（各段の圧力に達するまでの時間）の設定欄と、各圧力の設定欄と対応する保持時間（各段の設定圧力を保持する時間）の設定欄とが設けられており、各圧力の設定欄、各傾斜時間の設定欄、各保持時間の設定欄には、それぞれユーザが圧力や時間を指定する数値を入力するようになっている。この増圧射出工程の段数は、ユーザの指定により１〜１０段の中から任意の段数が選択可能となっており、ユーザの指定した段数に応じた設定表示が行われるようになっている（図８では、増圧射出工程の段数として４段の多段設定が選択された場合を示している）。

ＡＣＣ圧設定用の表示域９３には、ＡＣＣ１２に蓄圧する圧油の圧力の設定欄が設けられており、この圧油の圧力の設定欄に、ユーザがＡＣＣ圧の数値を入力設定するようになっている。

図９は、低速射出工程の設定速度波形例を示しており、ここでは、低速射出工程の段数を４段に指定した場合の例を示している。図９に示すように、低速射出工程では、各段の速度目標位置に向かって速度が折れ線で漸次増加している様子が示されている。また、最終段（ここでは、４段目）の速度目標位置以降から、高速射出工程への切り替え位置（図中、高速切替位置）までは、最終段（ここでは、４段目）の速度が維持されることを示している。

図１０は、高速射出工程の設定速度波形例を示している。高速射出工程では、高速射出工程への切り替え位置（図中、高速切替位置）と高速速度とが設定されると、システムコントローラ８１はマシンのもつ能力に応じて、高速切替位置から高速速度に達するまでの好適な高速速度目標位置（高速速度達成目標位置）を算出して、高速切替位置と高速速度目標位置とを結ぶ昇圧特性線を設定する。また、減速速度への切り替え位置（図中、減速切替位置）と減速速度とが設定されると、システムコントローラ８１はマシンのもつ能力に応じて、減速切替位置から減速速度に達するまでの好適な減速速度目標位置（減速速度達成目標位置）を算出して、減速切替位置と減速速度目標位置とを結ぶ減圧特性線を設定する。なお、上記の昇圧特性線や減圧特性線や高速速度保持区間などは、ユーザが数値入力で設定するようにしても差し支えない。

図１１は、増圧射出工程の設定波形例を示しており、ここでは、増圧射出工程の段数を段数を４段に設定した場合の例を示している。図１１に示すように、増圧射出工程では、ユーザの設定した各段の圧力、傾斜時間、保持時間に応じた圧力特性線が設定される。なお、最終段（ここでは、４段目）の保持時間の終了タイミングから増圧射出工程の終了タイミングまでの傾斜線は、システムコントローラ８１が自動的に設定する。

なお、本実施形態では、各電動サーボモータの運転中には、各電動サーボモータの実駆動電流値によってモータトルクを実測・監視しており、システムコントローラ８１は、モータトルク値が所定値を超えた場合には、異常とみなしてマシンを停止させるようになっている。例えば、射出用の電動サーボモータ８のモータトルク値が所定値を超えた場合には、射出プランジャ１４と射出スリーブ１５とのかじり、ゲート詰まり、金型不良などと判定し、マシンを緊急停止させるようになっている。

以上のように本実施例では、射出プランジャ１４を駆動するアクチュエータとして電動サーボモータ８と油圧シリンダ１３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、電動サーボモータ８を駆動しつつ、油圧シリンダ１３によって油圧パワーを一挙に出力させて、射出プランジャ１４を高速度で前進させるようにしているので、射出用の電動サーボモータ８として小型のモータを用いても、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。また、低速射出工程を位置軸に沿った多段速度設定による速度フィードバックで実行し、増圧射出工程を時間軸に沿った多段圧力設定による圧力フィードバック制御で実行し、しかも、低速射出工程および増圧射出工程の駆動源は、精緻で応答性のよい制御が可能な電動サーボモータ８のみであるので、低速射出工程の速度制御および増圧射出工程の圧力制御を、精緻で正確のものとすることができ、この点でも、鋳造製品の高品質化に大いに貢献する。さらに、増圧射出工程の初期領域において、電動サーボモータ８の速度が低速射出工程の最終段の速度（略最高速度）を出力し続けることが可能であるようにしているので、回転イナーシャを増圧射出工程の立ち上げに有効利用することができ、これによって、コストがかかる高トルク出力（大容量）の電動サーボモータを使用しなくても、増圧射出工程の初期の圧力の立ち上げを迅速に行うことが可能となる。

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。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、射出設定画面の例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、低速射出工程の設定波形例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、高速射出工程の設定波形例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、増圧射出工程の設定波形例を示す説明図である。

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サーボバルブ
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サーボアンプ
５２ボールネジ機構
５３エンコーダ
５４サーボバルブドライバ
５５位置センサ
５６圧力センサ
６１サーボアンプ
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サーボアンプ
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
８２表示・入力装置

Claims

そのピストン体自体が射出プランジャとして機能するまたはそのピストン体が射出プランジャと連結された油圧シリンダと、該油圧シリンダの前記ピストン体の直線移動を制御するサーボバルブと、前記油圧シリンダをボールネジ機構を介して直線移動させる電動サーボモータとを備え、前記射出プランジャの前進によって金型内に溶融樹脂を射出・充填するダイカストマシンにおいて、
前記油圧シリンダを前記サーボバルブを介して駆動制御するサーボバルブドライバと、前記電動サーボモータを駆動制御するサーボアンプと、前記サーボバルブドライバおよび前記サーボアンプを制御するシステムコントローラとを備え、
前記システムコントローラは、
低速射出工程を、前記サーボアンプを介して前記電動サーボモータを速度フィードバック制御により駆動制御することによって、前記電動サーボモータの駆動力のみによって実行させ、
高速射出工程を、前記サーボアンプを介して前記電動サーボモータを速度フィードバック制御により駆動制御しつつ、前記サーボバルブドライバおよび前記サーボバルブを介して前記油圧シリンダを速度フィードバック制御により駆動制御することによって、前記油圧シリンダの駆動力と前記電動サーボモータの駆動力を足し合わせた駆動力で実行させ、
増圧射出工程を、前記油圧シリンダの油圧を圧力センサにより検出しつつ、前記サーボアンプを介して前記電動サーボモータを圧力フィードバック制御により駆動制御することによって、前記電動サーボモータの駆動力のみによって実行させる、
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に付設されたエンコーダの出力を検出しつつ、前記電動サーボモータを速度フィードバック制御し、
前記ピストン体の位置を検出する位置センサの出力を検出しつつ、前記油圧シリンダを速度フィードバック制御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、
前記低速射出工程は、位置軸に沿った多段速度設定による速度フィードバックが実行可能とされ、前記増圧射出工程は、時間軸に沿った多段圧力設定による圧力フィードバック制御が実行可能とされたことを特徴とするダイカストマシン。