図1は、本発明の実施形態に係るダイカストマシンの射出装置1の要部の構成を示す図である。
射出装置1は、固定金型101及び移動金型103により形成されたキャビティ105に溶湯を射出・充填する装置である。なお、固定金型101及び移動金型103は、ダイカストマシンの不図示の型締装置により型開閉及び型締がなされる。
射出装置1は、キャビティ105に連通する射出スリーブ3と、射出スリーブ3内において溶湯(溶融状態の金属材料)をキャビティ105へ押し出す射出プランジャ5と、射出プランジャ5を駆動する射出シリンダ装置7と、射出シリンダ装置7に作動液を供給する変換シリンダ装置9とを有している。また、射出装置1は、モータ(電動機)11と、モータ11の駆動力を変換シリンダ装置9に伝達する伝達機構13とを有している。さらに、射出装置1は、タンク15を有するとともに、タンク15、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9の間の作動液の流れを制御する液圧回路17と、モータ11及び液圧回路17を制御する制御装置19とを有している。
射出スリーブ3は、例えば、固定金型101に挿通されるように設けられている。射出プランジャ5は、射出スリーブ3を摺動するプランジャチップ5aと、プランジャチップ5aに固定されたプランジャロッド5bとを有している。射出スリーブ3に形成された不図示の給湯口から溶湯が射出スリーブ3に供給された状態で、プランジャチップ5aが射出スリーブ3内をキャビティ105に向かって摺動することにより、溶湯はキャビティ105に射出、充填される。
射出シリンダ装置7は、射出プランジャ5のプランジャロッド5bにカップリングを介して連結された射出ピストンロッド21、射出ピストンロッド21が固定された射出ピストン23、及び、射出ピストン23を摺動可能に収容する射出シリンダチューブ25を有している。なお、射出ピストンロッド21及び射出ピストン23は、それぞれ別個に形成されて互いに固定されていてもよいし、一体的に形成されて互いに固定されていてもよい。
射出シリンダチューブ25は、例えば、断面円形である。射出シリンダチューブ25の内部は、射出ピストン23により、射出ピストンロッド21が延出する側のロッド側室25rと、その反対側のヘッド側室25hとに区画されている。ロッド側室25r及びヘッド側室25hに選択的に作動油が供給されることにより、射出ピストン23は射出シリンダチューブ25内を摺動する。
変換シリンダ装置9は、ヘッド側室25hに連通する変換シリンダチューブ27、及び、変換シリンダチューブ27内に摺動可能に収容された変換ピストン29を有している。変換ピストン29が前進(ヘッド側室25hへ移動)することにより、変換シリンダチューブ27の作動液がヘッド側室25hに供給され、射出ピストン23は前進(射出プランジャ5を押し出す方向へ移動)する。
変換シリンダチューブ27は、例えば、断面が円形に、また、前側(ヘッド側室25h側)に凸となるように形成されている。すなわち、変換シリンダチューブ27は、ヘッド側室25hに連通する小径シリンダ部27aと、小径シリンダ部27aに連通し、小径シリンダ部27aよりも大径の大径シリンダ部27bとを有している。
変換ピストン29も、変換シリンダチューブ27の形状に対応して、前側に凸となるように形成されている。すなわち、変換ピストン29は、小径シリンダ部27aを摺動可能な小径部29aと、大径シリンダ部27bを摺動可能な大径部29bとを有している。
変換ピストン29は、2点鎖線で示すように、小径部29aを小径シリンダ部27aに挿入した状態と、小径部29aを小径シリンダ部27aから引き抜いた状態との間で移動可能である。すなわち、変換ピストン29は、小径部29aを大径シリンダ部27b側から小径シリンダ部27aに出し入れ可能に変換シリンダチューブ27に収容されている。
大径シリンダ部27bの内部は、大径部29bにより、小径シリンダ部27a側の前側室27fと、その反対側の後側室27rとに区画されている。
モータ11は、例えば、回転式の電動機により構成されている。モータ11は、直流モータでも交流モータでもよい。また、モータ11は、誘導モータや同期モータ等の適宜なモータにより構成されてよい。モータ11は、例えば、サーボモータとして構成されており、モータ11の回転を検出するエンコーダ31と、モータ11に電力を供給するサーボドライバ(サーボアンプ)33と共にサーボ機構を構成している。
伝達機構13は、モータ11の出力軸に固定されたプーリ35と、プーリ35に掛架されたベルト37と、ベルト37が掛架されたナット39と、ナット39が螺合され、変換ピストン29に固定されたネジ軸41とを有している。
モータ11の回転は、プーリ35及びベルト37を介してナット39に伝達される。ナット39に伝達された回転は、ナット39及びネジ軸41により、ネジ軸41の軸方向の並進運動に変換され、変換ピストン29に伝達される。なお、ナット39及びネジ軸41により構成されるネジ機構は、例えば、ボールネジ機構により構成されている。
ネジ軸41と変換ピストン29との固定は、例えば、以下のようになされる。変換ピストン29の小径部29aの前側(ヘッド側室25h側)の端面からは、被駆動部43が突出している。被駆動部43は、例えば、変換ピストン29と同軸状に設けられた断面円形の棒状部材である。被駆動部43は、変換シリンダチューブ27の小径シリンダ部27aの前側(大径シリンダ部27bとは反対側)の端面から変換シリンダチューブ27の外部へ延出している。そして、ネジ軸41は、被駆動部43の変換シリンダチューブ27の外部へ延出した部分に形成されている。
なお、ネジ軸41は、被駆動部43の一部として捉えられてもよいし、被駆動部43に固定された部材として捉えられてもよい。なお、本実施形態では、説明の便宜上、ネジ軸41は被駆動部43に固定された部材であるものとして説明する。ネジ軸41と被駆動部43は、それぞれ別個に形成されて互いに固定されていてもよいし、一体的に形成されて互いに固定されていてもよい。また、被駆動部43と変換ピストン29は、それぞれ別個に形成されて互いに固定されていてもよいし、一体的に形成されて互いに固定されていてもよい。
ナット39が回転することにより、ナット39とネジ軸41との相対回転がなされることから、ネジ軸41は、回り止めがなされる必要がある。本実施形態では、ネジ軸41の回り止めは、ドッグ用ロッド45によってなされる。ドッグ用ロッド45は、変換シリンダ装置9における位置検出に係る構成である。射出装置1は、変換シリンダ装置9における位置検出に係る構成として、ドッグ用ロッド45の他に、ドッグ用ロッド45に設けられるドッグ47と、ドッグ47によって操作されるスイッチ49とを有している。
ドッグ用ロッド45は、変換ピストン29に固定され、変換シリンダチューブ27から変換ピストン29の摺動方向に延出している。より具体的には、大径部29bの後側(小径部29aとは反対側)の端面から突出し、大径シリンダ部27bの後側(小径シリンダ部27aとは反対側)の端面から変換シリンダチューブ27の外部へ延出している。
そして、ドッグ用ロッド45は、変換ピストン29の軸芯に対して偏心した位置において変換シリンダチューブ27から延出している。従って、変換ピストン29の回転は、ドッグ用ロッド45及び変換シリンダチューブ27によって規制される。これにより、ネジ軸41の回り止めがなされる。
ドッグ47は、ドッグ用ロッド45の変換シリンダチューブ27から延出する部分に設けられている。例えば、ドッグ47は、ドッグ用ロッド45の延出側端部において、ドッグ用ロッド45の軸方向に直交する方向に突出して設けられている。
スイッチ49は、例えば、レバー式のスイッチにより構成されている。変換ピストン29が所定位置に到達すると、ドッグ47がスイッチ49のレバーに当接し、スイッチ49はオン状態とされる。所定位置は、本実施形態では、変換ピストン29の後退限である。すなわち、スイッチ49は、変換ピストン29の後退限検出器を構成している。
なお、変換ピストン29及びドッグ用ロッド45は、別個に形成されて互いに固定されていてもよいし、一体的に形成されて互いに固定されていてもよい。また、ドッグ用ロッド45及びドッグ47は、別個に形成されて互いに固定されていてもよいし、一体的に形成されて互いに固定されていてもよい。
タンク15は、作動液を貯留する。作動液は、例えば、油である。タンク15は、例えば、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9よりも上方に配置されており、作動液の自重によって射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9に作動液を供給可能である。なお、タンク15は、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9よりも上方に配置されていなくてもよい。
液圧回路17は、例えば、ロッド側室25rに接続されたロッド側流路51と、前側室27fに接続された前側流路53と、後側室27rに接続された後側流路55と、タンク15に接続されたタンク側流路57とを有している。これら4本の流路は互いに接続されている。すなわち、ロッド側室25r、前側室27f、後側室27r及びタンク15は、互いに連通されている。
また、液圧回路17は、小径シリンダ部27a(及びヘッド側室25h)と、前側室27fとを連通するバイパス流路59を有している。従って、小径シリンダ部27aと前側室27fとは、小径部29aが小径シリンダ部27aに挿入された状態においても連通可能である。
バイパス流路59、タンク側流路57、後側流路55及び前側流路53には、それぞれ、各流路を開閉可能なバイパス弁VLa、タンク側弁VLb、後側弁VLc及び前側弁VLdが設けられている。
バイパス弁VLaは、例えば、流量調整弁としての機能も有するパイロットチェック弁により構成されている。なお、流量調整弁としての機能はなくてもよい。バイパス弁VLaは、パイロット圧力が導入されると閉じられる。また、バイパス弁VLaは、パイロット圧力が導入されていないときには、小径シリンダ部27a(及びヘッド側室25h)から前側室27fへの流れを阻止するとともに、その逆方向の流れを許容する。
タンク側弁VLbは、例えば、パイロットチェック弁により構成されている。タンク側弁VLbには、閉じるパイロット圧力及び開くパイロット圧力を選択的に導入可能である。また、タンク側弁VLbは、開くパイロット圧力及び閉じるパイロット圧力の双方が導入されていないときには、タンク15からの流れを阻止するとともに、その逆方向の流れを許容する。
後側弁VLcは、例えば、パイロットチェック弁により構成されている。後側弁VLcには、閉じるパイロット圧力及び開くパイロット圧力を選択的に導入可能である。また、後側弁VLcは、開くパイロット圧力及び閉じるパイロット圧力の双方が導入されていないときには、後側室27rからの流れを阻止するとともに、その逆方向の流れを許容する。
前側弁VLdは、例えば、パイロットチェック弁により構成されている。前側弁VLdには、閉じるパイロット圧力及び開くパイロット圧力を選択的に導入可能である。また、前側弁VLdは、開くパイロット圧力及び閉じるパイロット圧力の双方が導入されていないときには、前側室27fからの流れを阻止するとともに、その逆方向の流れを許容する。
制御装置19は、例えば、CPU61、ROMやRAM等のメモリ63、入力回路65、及び、出力回路67を含んで構成されている。CPU61は、メモリ63に記憶されたプログラムを実行し、入力回路65を介して入力される入力信号に基づいて、モータ11や各種の弁を制御するための制御信号を出力回路67を介して出力する。
入力回路65に信号を入力するのは、例えば、ユーザの入力操作を受け付ける入力装置69、ヘッド側室25hの圧力を検出するヘッド側圧力センサ71、ロッド側室25rの圧力を検出するロッド側圧力センサ73、射出プランジャ5の位置を検出する位置センサ75、及び、上述のスイッチ49である。
出力回路67が信号を出力するのは、例えば、サーボドライバ33、ユーザに情報を表示する表示器77、パイロット式のチェック弁(VLa〜VLd)にパイロット圧力を導入するための不図示の液圧回路である。
位置センサ75は、例えば、射出シリンダ装置7に設けられ、射出ピストンロッド21の射出シリンダチューブ25に対する変位量を測定するものであり、射出プランジャ5の位置を間接的に検出するものである。なお、射出シリンダ装置7は、測長機能付きのシリンダ装置により構成されていると捉えられることができる。位置センサ75は、例えば、射出ピストンロッド21の延びる方向に沿って射出ピストンロッド21に設けられたスケール部91と、スケール部91に対向配置され、スケール部91の移動を検出するセンサ部93とを有するリニアエンコーダにより構成されている。
ヘッド側圧力センサ71及びロッド側圧力センサ73は、溶湯をキャビティ105に射出するときに射出プランジャ5が溶湯に加える圧力(射出圧力)等の射出プランジャ5が溶湯に加える圧力を間接的に検出するものである。すなわち、ヘッド側圧力センサ71の検出した圧力と射出ピストン23のヘッド側室25hにおける受圧面積との積と、ロッド側圧力センサ73の検出した圧力と射出ピストン23のロッド側室25rにおける受圧面積との積との差により、射出プランジャ5が溶湯に加えている力を算出することができ、ひいては、射出圧力等を検出できる。
なお、射出圧力は、ロッド側室25rがタンク圧とされていれば、ヘッド側室25hにおける圧力に概ね比例するから、ロッド側圧力センサ73を省略して、ヘッド側圧力センサ71のみにより射出圧力等を検出することも可能である。また、以下では、射出圧力と、ヘッド側室25hにおける圧力又は射出シリンダ装置7が射出プランジャ5に加える力の圧力換算値とを区別せずに説明することがある。
以上の構成を有する射出装置1の動作を説明する。
図2は、射出装置1における射出圧力P及び射出速度Vの変化を示すグラフである。
射出装置1は、概観すると、低速射出制御、高速射出制御、及び、増圧制御を順に行う。すなわち、射出装置1は、射出の初期段階においては、成形材料の空気の巻き込みを防止するために比較的低速で射出プランジャを前進させ、次に、成形サイクルの短縮の観点から比較的高速で射出プランジャを前進させる。その後、射出装置1は、成形品のヒケをなくすために、射出プランジャの前進する方向の力によりキャビティ内の成形材料を増圧する。
図3は、図2の動作を実現する、モータ11、パイロットチェック弁(VLa〜VLd)、変換ピストン29及び射出ピストン23の動作を示す図表である。
図3において、各行は、上方側から下方側への順が時系列順になっている。図3の最も左側の「射出動作」の欄は、各行の動作の概略を説明している。「射出速度」及び「射出圧力」の欄は、図2に付した符号を示すことにより、図3と図2との対応関係を示している。ただし、溶湯の凝固後、射出ピストン23や変換ピストン29が後退するときにおける速度や圧力については、図3において記載されているのみである。
「モータ回転方向」の欄は、モータ11の変換ピストン29を前進(ヘッド側室25h側へ移動)させる方向の回転を「D」により、モータ11の変換ピストン29を後退させる方向の回転を「U」により、モータ11の停止を「−」により示している。なお、モータ11の停止は、トルクフリーの状態であっても、制動トルクが生じている状態であってもよい。
「パイロットチェック弁」の欄では、各種のチェック弁の符号VLa〜VLdからVLを省略して、各種のチェック弁(VLa〜VLd)に対応する「a」〜「d」の欄が設けられている。「パイロットチェック弁」の欄において、「N」は、パイロット圧力が導入されていない状態を示し、「C」は、閉じるパイロット圧力が導入されていることを示し、「O」は、開くパイロット圧力が導入されていることを示し、「−」は、動作が適宜に選択されてよいことを示している。
「変換ピストン位置」の欄は、スイッチ49がオンとされることを「ON」で示し、オフされていることを「−」で示している。
「射出ピストン後退限」の欄は、射出ピストン23が後退限に位置することを丸(○)により、後退限に位置しないことを「−」により示している。
以下、図3の時系列に沿って(図3の上方側から下方側へ)、射出装置1の動作を説明する。
(低速射出動作)
低速射出動作の開始直前において、変換ピストン29及び射出ピストン23は後退限に位置している。従って、小径部29aは、小径シリンダ部27aに挿入されておらず、前側室27fと小径シリンダ部27aとは直接的に連通されている。なお、変換ピストン29及び射出ピストン23を後退限以外の適宜な位置に配置した状態で、低速射出動作を開始することも可能である。
固定金型101及び移動金型103の型締が終了し、溶湯が射出スリーブ3に供給されるなど、所定の低速射出開始条件が満たされると、制御装置19は、変換ピストン29を前進させる方向にモータ11を比較的低速で回転させるように、サーボドライバ33を介してモータ11に制御信号を出力する。
変換ピストン29が比較的低速で前進することにより、変換シリンダチューブ27から射出シリンダチューブ25のヘッド側室25hへ、比較的緩やかに作動液が供給され、射出ピストン23も比較的低速で前進する。射出ピストン23の前進により、射出プランジャ5は、比較的低速の速度VLで前進し、射出圧力はPLとなる。
バイパス弁VLaは、パイロット圧力が導入されない。すなわち、前側室27fから小径シリンダ部27aへの流れが許容される。なお、低速射出においては、前側室27fと小径シリンダ部27aとは直接的に連通されるから、バイパス弁VLaは、閉じるパイロット圧力が導入されてもよい。
タンク側弁VLbは、開くパイロット圧力が導入される。また、後側弁VLcは、パイロット圧力が導入されない、若しくは、開くパイロット圧力が導入される。すなわち、ロッド側室25rから後側室27rへの流れが許容されるとともに、タンク15から後側室27rへの流れが許容される。
ここで、変換シリンダ装置9においては、被駆動部43が変換シリンダチューブ27の前端面(射出シリンダ装置7側の面)から変換シリンダチューブ27の外部へ延出していることから、変換ピストン29の後側室27rにおける受圧面積は、前側室27fにおける受圧面積よりも大きい。従って、変換ピストン29の前進時においては、後側室27rへの作動液の供給量が前側室27fからの作動液の排出量よりも多い。
また、射出シリンダ装置7においては、射出ピストンロッド21が射出シリンダチューブ25の前端面(射出プランジャ5側の面)から射出シリンダチューブ25の外部へ延出していることから、射出ピストン23のヘッド側室25hにおける受圧面積は、ロッド側室25rにおける受圧面積よりも大きい。従って、射出ピストン23の前進時においては、ヘッド側室25hへの作動液の供給量がロッド側室25rからの作動液の排出量よりも多い。
すなわち、変換シリンダ装置9及び射出シリンダ装置7全体としては、後側室27rへの作動液の供給量は、ロッド側室25rからの作動液の排出量よりも多い。
従って、射出ピストン23の前進に伴ってロッド側室25rから排出された作動液は、後側室27rに供給されるとともに、後側室27rに供給される作動液の不足分は、タンク15からの作動液によって補われる。
なお、本実施形態とは異なり、被駆動部43が変換シリンダチューブ27の後端面から変換シリンダチューブ27の外部へ延出している場合(この場合も本発明に含まれる)には、後側室27rへの作動液の供給量とロッド側室25rからの作動液の排出量とのいずれが多いかは、大径シリンダ部27b(大径部29b)の径d1と、被駆動部43の径d3と、射出シリンダチューブ25の径(射出ピストン23)の径d4と、射出ピストンロッド21の径d5との相対的な大きさによって変化する。
そして、本実施形態とは逆に、後側室27rへの作動液の供給量が、ロッド側室25rからの作動液の排出量よりも少ない場合には、ロッド側室25rから後側室27rへの流れが許容されるとともに、ロッド側室25rからタンク15への流れが許容される。すなわち、タンク側弁VLbは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、開くパイロット圧力が導入され、後側弁VLcは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、開くパイロット圧力が導入される。
また、後側室27rへの作動液の供給量とロッド側室25rからの作動液の排出量とが同一である場合には、ロッド側室25rから後側室27rへの流れが許容されるだけでよい。すなわち、タンク側弁VLbは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、閉じるパイロット圧力が導入され、後側弁VLcは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、開くパイロット圧力が導入される。
前側弁VLdは、パイロット圧力が導入されない、若しくは、閉じるパイロット圧力が導入される。すなわち、前側室27fからの作動液の排出は禁止される。従って、変換ピストン29によって押し出された作動液は全て射出ピストン23を押し出すことに利用される。
(高速射出動作)
制御装置19は、位置センサ75の検出値に基づく射出プランジャ5の位置が所定の高速切換位置に到達すると、モータ11の回転数を比較的高速な回転数に切り換えるように、サーボドライバ33を介してモータ11に制御信号を出力する。
従って、変換ピストン29の速度が高速に切り換えられ、ひいては、射出ピストン23の速度も高速に切り替えられる。そして、射出プランジャ5は、比較的高速の速度VHで前進し、射出圧力はPHとなる。
変換ピストン29の速度と、射出ピストン23(射出プランジャ5)の速度との比は、変換ピストン29の前側室27fにおける受圧面積と、射出ピストン23のヘッド側室25hにおける受圧面積との比により決定され、低速射出から高速射出に亘って一定である。従って、モータ11の低速射出における回転数と高速射出における回転数との比は、射出プランジャ5の低速射出における速度と高速射出における速度との比に比例する。
バイパス弁VLa、タンク側弁VLb、後側弁VLc及び前側弁VLdの動作は、低速射出と同様である。すなわち、制御装置19は、液圧回路17の制御を一定としたまま、モータ11の制御の変更のみにより、低速射出から高速射出に切り換える。
(減速射出動作)
減速射出動作は、適宜な事象の発生により開始される。例えば、減速射出動作は、溶湯がキャビティ105にある程度充填され、射出プランジャ5がキャビティ105に充填された溶湯から反力を受けて減速されることにより開始される。若しくは、減速射出動作は、後述するように、小径部29aが小径シリンダ部27aへ挿入され、射出ピストン23が減速されることにより、開始される。若しくは、減速射出動作は、射出プランジャ5が所定の減速位置に到達するなど所定の減速開始条件が満たされたときに、モータ11が減速制御されることにより、開始される。又は、上記に例示した事象が2以上同時に発生することにより開始される。なお、上記に例示した事象は、いずれが先に生じてもよいが、概ね同時に生じるように、1回の射出における溶湯の量等が調整されることが好ましい。
減速射出動作では、射出速度は、高速射出速度VHから減速されて速度Vdとなる。ただし、キャビティ105には、ある程度溶湯が充填されていることから、射出圧力は、高速射出における高速射出圧力PHから上昇して圧力Pdとなる。
また、小径部29aが小径シリンダ部27aに挿入されることにより、前側室27fと小径シリンダ部27aとは、直接的には遮断され、バイパス流路59を介して間接的に接続されるのみとなる。その結果、変換シリンダチューブ27からヘッド側室25hに供給される作動液が減少し、射出ピストン23は減速される。
制御装置19は、モータ11の回転数を低下させるように、サーボドライバ33を介してモータ11に制御信号を出力する。ただし、上述のように、射出プランジャ5が溶湯から反力を受けたり、小径部29aが小径シリンダ部27aに挿入されたりすることによって、射出プランジャ5は減速されるから、制御装置19は、モータ11の目標回転数を低下させずに、若しくは、射出プランジャ5の減速加速度よりも小さい減速加速度で目標回転数を低下させることもできる。
バイパス弁VLa、タンク側弁VLb、後側弁VLc及び前側弁VLdの動作は、低速射出と同様である。ただし、小径部29aが小径シリンダ部27aに挿入された後は、バイパス流路59における前側室27fから小径シリンダ部27aへの流れが許容される必要がある。すなわち、バイパス弁VLaは、パイロット圧力が導入されていない状態である必要がある。また、バイパス弁VLaにおける流量調整によって射出ピストン23の速度、ひいては、射出プランジャ5の速度を調整可能であるから、バイパス弁VLaを可変流量調整弁の機能を有するように構成し、流量調整がなされてもよい。
(増圧動作)
制御装置19は、所定の増圧開始条件が満たされると、バイパス弁VLaにパイロット圧力を導入してバイパス弁VLaを閉じる。これにより、前側室27fから小径シリンダ部27aへの作動油の流れが遮断される。また、制御装置19は、前側弁VLdに開くためのパイロット圧力を導入して前側弁VLdを開く。これにより、前側室27fからの作動液の排出が許容される。なお、好適には、前側室27fはタンク圧とされる。
従って、変換ピストン29は、射出動作における、大径部29bの前側室27fにおける受圧面積と、小径部29aの小径シリンダ部27aにおける受圧面積の和でヘッド側室25hの作動液を加圧していた状態から、増圧動作における、小径部29aの小径シリンダ部27aにおける受圧面積のみでヘッド側室25hの作動液を加圧する状態に変化する。その結果、パスカルの原理より、モータ11のトルクが一定であっても、ヘッド側室25hにおける圧力は上昇し、射出ピストン23がヘッド側室25hから受ける力は大きくなる。
すなわち、射出プランジャ5が溶湯を加圧する力は増大する。そして、射出圧力は、圧力Ptを経てPmaxに到達する。また、射出速度は、キャビティ105に溶湯が完全に充填されることにより、速度Vtを経て0となる。
なお、増圧開始条件は、例えば、ヘッド側圧力センサ71の検出する圧力、若しくは、ヘッド側圧力71及びロッド側圧力センサ73の検出圧力の差が所定の値に到達したこと、又は、射出プランジャ5が所定の位置に到達したことである。
モータ11は、例えば、増圧動作の開始とともに、所望の回転速度を得るための速度制御から所望のトルクを得るためのトルク制御に切り換えられる。ただし、上述のように、変換ピストン29の作用により、射出プランジャ5により溶湯に加える圧力を増加可能であることから、減速射出動作から増圧動作にかけてモータ11の制御を一定とすることも可能である。
タンク側弁VLb及び後側弁VLcの制御は、射出時と同様である。ただし、上述のように、前側弁VLdが開かれることから、射出動作と同様に、ロッド側室25rから後側室27rへの流れが許容されるとともに、タンク15から後側室27rへの流れが許容されることに加え、増圧動作では、前側室27fから後側室27rへの流れも許容される。
ここで、変換シリンダ装置9においては、前側室27fの作動液が後側室27rに還流される。すなわち、大径部29bの小径部29aから突出するフランジ部分のみに着目すると、供給量と排出量とが一致する。従って、変換シリンダ装置9における供給量と排出量との大小関係は、小径シリンダ部27a(小径部29a)の断面積において考察できる。そうすると、被駆動部43が変換シリンダチューブ27の前端面(射出シリンダ装置7側の面)から変換シリンダチューブ27の外部へ延出していることから、小径部29aの、前側(小径シリンダ部27a側)における受圧面積は、後側における受圧面積よりも小さくなる。すなわち、小径部29aの後側への作動液の供給量は小径部29aの前側への排出量(ヘッド側室25hへの作動液の排出量)よりも多い。
また、射出シリンダ装置7においては、射出時と同様に、ヘッド側室25hへの作動液の供給量がロッド側室25rからの作動液の排出量よりも多い。
すなわち、変換シリンダ装置9及び射出シリンダ装置7全体としては、後側室27rへの作動液の供給量は、ロッド側室25rからの作動液の排出量よりも多い。
従って、射出ピストン23の前進に伴って前側室27f及びロッド側室25rから排出された作動液は、後側室27rに供給されるとともに、後側室27rに供給される作動液の不足分は、タンク15からの作動液によって補われる。
なお、本実施形態とは異なり、被駆動部43が変換シリンダチューブ27の後端面から変換シリンダチューブ27の外部へ延出している場合には、後側室27rへの作動液の供給量と、前側室27f及びロッド側室25rからの作動液の排出量とのいずれが多いかは、小径シリンダ部27a(小径部29a)の径d2と、被駆動部43の径d3と、射出シリンダチューブ25の径(射出ピストン23)の径d4と、射出ピストンロッド21の径d5との相対的な大きさによって変化する。
そして、本実施形態とは逆に、後側室27rへの作動液の供給量が、前側室27f及びロッド側室25rからの作動液の排出量よりも少ない場合には、前側室27f及びロッド側室25rから後側室27rへの流れが許容されるとともに、前側室27f及びロッド側室25rからタンク15への流れが許容される。すなわち、タンク側弁VLbは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、開くパイロット圧力が導入され、後側弁VLcは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、開くパイロット圧力が導入される。
また、後側室27rへの作動液の供給量と前側室27f及びロッド側室25rからの作動液の排出量とが同一である場合には、前側室27f及びロッド側室25rから後側室27rへの流れが許容されるだけでよい。すなわち、タンク側弁VLbは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、閉じるパイロット圧力が導入され、後側弁VLcは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、開くパイロット圧力が導入される。
(保圧動作)
射出圧力が所定の鋳造圧力(終圧)Pmaxに到達すると、その鋳造圧力Pmaxが保たれるように保圧動作が行われる。保圧動作では、基本的には、後側室27rからの作動液の排出が禁止される。その結果、変換ピストン29は後退することができず、ひいては、射出ピストン23及び射出プランジャ5も後退することができず、鋳造圧力が維持される。
しかし、実際には、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9においては、作動液の漏れがあることから、後側室27rからの作動液の排出の禁止だけでは、保圧を行うことは難しい。そこで、制御装置19は、モータ11の駆動力によって作動液の漏れを補償し、保圧を行う。具体的には、以下のとおりである。
モータ11は、変換ピストン29を前進させる方向に駆動される。ただし、モータ11は、作動液の漏れに起因する射出プランジャ5の加圧力の低下を補償するためにトルク制御される。
バイパス弁VLaは、閉じるパイロット圧力が導入される。すなわち、前側室27fから小径シリンダ部27aへの流れは禁止される。これにより、変換シリンダ装置9による増圧作用は維持される。
タンク側弁VLbは、開くパイロット圧力が導入される。これは、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9において、作動液の漏れなどにより作動液が不足したときに作動液を補給するためである。ただし、タンク側弁VLbは、パイロット圧力が導入されず、若しくは、閉じるパイロット圧力が導入されるとともに、必要に応じて、開くパイロット圧力が導入されるようにしてもよい。
後側弁VLcは、パイロット圧力が導入されない。すなわち、後側室27rからの作動液の排出は禁止され、タンク15、ロッド側室25r、若しくは、前側室27fから後側室27rへの流れが許容される。後側室27rから作動液が漏れたり、又は、他のシリンダ室からの作動液の漏れ等に起因して変換ピストン29が前進したりし、後側室27rにおいて作動液が必要となったときには、タンク15、ロッド側室25r、若しくは、前側室27fから作動液が補給される。
前側弁VLdは、開くパイロット圧が導入される。すなわち、前側室27fからタンク15等への流れが許容され、前側室27fはタンク圧とされる。これにより、変換シリンダ装置9による増圧作用は維持される。
なお、以上の説明から理解されるように、保圧動作においては、後側室27rからの作動液の排出が禁止される以外は、増圧動作と概ね同様の制御がなされる。従って、本実施形態とは異なり、被駆動部43が変換シリンダチューブ27の後端面から変換シリンダチューブ27の外部へ延出している場合にも、後側弁VLcにパイロット圧力が導入されない以外は、増圧動作と同様の制御がなされてよい。ただし、理論的には後側室27rへの作動液の供給量が前側室27f及びロッド側室25rからの作動液の排出量よりも少ない構成においても、後側室27r等における作動液の漏れが多い場合には、タンク15から作動液を補給する必要がある。
また、本実施形態等において、後側弁VLcに開くパイロット圧力を導入して後側室27rからの作動液の排出を許容し、モータ11のトルクのみにより、保圧を行うことも可能である。
(射出ピストン後退)
溶湯が凝固すると、制御装置19は、変換ピストン29を後退させる方向にモータ11を駆動するようにサーボドライバ33を介してモータ11に制御信号を出力する。なお、制御装置19における、溶湯が凝固したか否かの判定は、例えば、鋳造圧力Pmaxに達した時点等の所定の基準時点から、所定の時間が経過したか否かにより行われる。
また、制御装置19は、後側室27rから排出された作動液がロッド側室25rに供給されるように液圧回路17を制御する。これにより、射出ピストン23も後退する。具体的には、液圧回路17は、以下のように制御される。
まず、小径シリンダ部27aに挿入されている小径部29aが小径シリンダ部27aから引き抜かれるまでについて説明する。
バイパス弁VLaは、閉じるパイロット圧力が導入される。すなわち、バイパス流路59を介した前側室27fから小径シリンダ部27aへの流れは禁止される。タンク側弁VLbは、パイロット圧力が導入されない、若しくは、開くパイロット圧力が導入される。すなわち、後側室27rからタンク側弁VLbへの流れは許容される。後側弁VLcは、開くパイロット圧力が導入され、また、前側弁VLdは、パイロット圧力が導入されない、若しくは、開くパイロット圧が導入される。すなわち、後側室27rからロッド側室25r及び前側室27fへの作動液の流れが許容される。
以上のように各弁が制御されることにより、変換ピストン29の後退に伴って後側室27rから排出された作動液は、ロッド側室25r及び前側室27fに供給される。また、バイパス弁VLaが閉じられることにより、小径シリンダ部27a及びヘッド側室25hは密閉されているから、変換ピストン29の後退に伴ってヘッド側室25hには負圧が生じ得る。射出ピストン23は、ロッド側室25rに供給された作動液により、若しくは、ヘッド側室25hに生じた負圧により、又は、その双方により、後退する。変換ピストン29及び射出ピストン23の動作は、増圧動作におけるこれらの動作とは逆の動作となるから、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9においては、後側室27rからの作動液の排出量はロッド側室25r及び前側室27fへの作動液の供給量を上回り、作動液が過剰となる。過剰となった作動液は、タンク15へ排出される。ただし、タンク15への作動液の排出は、ロッド側室25r及び前側室27fにある程度の圧力が生じるように、タンク側弁VLbにより、若しくは、不図示の流量制御弁により、流量が制限されることが好ましい。
次に、小径部29aが小径シリンダ部27aから引き抜かれた後について説明する。
小径部29aが小径シリンダ部27aから引き抜かれると、前側弁VLdには、閉じるパイロット圧力が導入される。すなわち、後側室27rから前側室27fへの流れが禁止される。バイパス弁VLa、タンク側弁VLb、後側弁VLcの制御は、小径部29aが小径シリンダ部27aから引き抜かれる前と同様である。ただし、小径部29aの引抜により、前側室27fと小径シリンダ部27aとは直接的に連通されているから、バイパス弁VLaは、パイロット圧力が導入されていても、導入されていなくてもよい。
以上のように各弁が制御されることにより、変換ピストン29の後退に伴って後側室27rから排出された作動液は、ロッド側室25rに供給される。また、前側弁VLdが閉じられることにより、前側室27f、小径シリンダ部27a及びヘッド側室25hは密閉されているから、変換ピストン29の後退に伴ってヘッド側室25hには負圧が生じ得る。射出ピストン23は、ロッド側室25rに供給された作動液により、若しくは、ヘッド側室25hに生じた負圧により、又は、その双方により、後退する。変換ピストン29及び射出ピストン23の動作は、射出動作におけるこれらの動作とは逆の動作となるから、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9においては、後側室27rからの作動液の排出量はロッド側室25rへの作動液の供給量を上回り、作動液が過剰となる。過剰となった作動液は、タンク15へ排出される。ただし、タンク15への作動液の排出は、ロッド側室25rにある程度の圧力が生じるように、タンク側弁VLbにより、若しくは、不図示の流量制御弁により、流量が制限されることが好ましい。
(射出ピストン後退限及び変換ピストン後退限)
制御装置19は、位置センサ75の検出結果に基づいて、射出ピストン23が後退限に到達したことを検出する。制御装置19は、スイッチ49からのオン信号に基づいて、変換ピストン29が後退限に到達したことを検出する。
なお、射出ピストン23及び変換ピストン29の後退は、射出動作及び増圧動作と逆の動作となっているから、理想的には、射出ピストン23及び変換ピストン29は、射出動作の初期位置である後退限に同時に到達する。
ただし、実際には、作動液の漏れ等によって、いずれかが先に後退限に到達することがある。この場合における、後退限への到達が遅れたピストンを後退限まで移動させる方法は、適宜に選択されてよい。
例えば、増圧及び保圧において、高圧力が付与される、小径シリンダ部27a及びヘッド側室25hの作動液が漏れることによって、変換ピストン29が射出ピストン23に近づくことが考えられる。この場合、射出プランジャ5の後退においては、射出ピストン23が変換ピストン29よりも先に後退限に到達する可能性が高い。
射出ピストン23が先に後退限に到達した場合における対処方法としては、例えば、前側弁VLdに開くパイロット圧力を導入する方法を選択できる。これにより、モータ11の駆動力による変換ピストン29の後退に伴って、後側室27rから排出された作動液が前側室27fに供給される。その結果、変換ピストン29の後退に伴って前側室27f、小径シリンダ部27a及びヘッド側室25hに負圧が生じることが抑制される。ただし、このとき、射出ピストン23がロッド側室25rとヘッド側室25hとの受圧面積の差により前進するので、適宜なタイミングで前側弁VLdを閉じ、再度、変換ピストン29とともに射出ピストン23を後退させ、双方のピストンが後退限に到達するタイミングを合わせる必要がある。なお、ロッド側流路51を開閉する弁を設けることにより、射出ピストン23の前進を規制してもよい。
(次サイクル準備)
制御装置19は、射出ピストン23及び変換ピストン29の双方が後退限に到達したと判定すると、次サイクルの準備を行う。例えば、各種の弁に閉じるパイロット圧力を導入し、複数のシリンダ室及びタンク間の作動液の流れを抑制し、射出プランジャ5の位置を一定位置に保持する。ただし、前側室27fと小径シリンダ部27aとは直接的に連通されていることから、バイパス弁VLaは、パイロット圧力が導入されていても、導入されていなくてもよい。
以上の実施形態によれば、射出装置1は、射出シリンダ装置7と、変換シリンダ装置9と、変換ピストン29に固定され、変換シリンダチューブ27の外部へ延出する被駆動部43と、被駆動部43を駆動することにより変換ピストン29を駆動するモータ11とを有する。変換シリンダチューブ27は、ヘッド側室25hに連通する小径シリンダ部27aと、小径シリンダ部27aに連通し、小径シリンダ部27aよりも大径の大径シリンダ部27bとを有する。変換ピストン29は、小径シリンダ部27aを摺動可能な小径部29aと、大径シリンダ部27bを摺動可能な大径部29bとを有する。
従って、射出動作から増圧動作へ移行するときに、変換ピストン29の前方の受圧面積を大きいもの(小径部29aの受圧面積と大径部29bの受圧面積との和)から小さいもの(小径部29aの受圧面積)に切り換えることができる。その結果、射出動作においては、増圧動作に比較して、モータ11の回転数に対するヘッド側室25hへの作動液の流入量を多くし、増圧動作においては、射出動作に比較して、モータ11のトルクに対するヘッド側室25hの圧力を高くできる。すなわち、モータ11の負担を軽減しつつ、高速射出及び増圧が可能となる。さらに、アキュムレータを設ける必要がなくなるから、保守管理が容易化されるとともに、異なる駆動限からの駆動力を同期制御する必要がなくなり、制御が容易化される。
特許文献2のように、モータ11を有さず、アキュムレータから後側室27rに作動液を供給する構成では、小径部29aが小径シリンダ部27aに挿入された増圧動作において、大径部29bの後側室27rにおける受圧面積と、小径部29aの小径シリンダ部27aにおける受圧面積との比によって、後側室27rの圧力が増加されて前側室27fに伝達される増圧作用が生じる。従って、小径部29aの受圧面積(換言すれば径d2)に対する大径部29bの受圧面積(換言すれば径d1)の変更が増圧動作に影響する。従って、径d1の設定においては、径d1が高速射出動作に及ぼす影響と増圧動作に及ぼす影響との双方が考慮されなければならない。
一方、本実施形態では、小径部29aの径d2に対する大径部29bの径d1の変更は、増圧動作に影響しない。すなわち、前側室27fに生じる圧力は、モータ11の駆動力を小径部29aの前側の受圧面積により除したものであり、小径部29aの径d2のみに影響され、大径部29bの径d1に影響されない。従って、増圧動作を考慮せずに、高速射出動作のみを考慮して大径部29bの径d1を設定することができ、設計の自由度が高い。
なお、射出ピストン23(射出プランジャ5)は、変換ピストン29の速度の(d12−d32)/d42倍の速度で駆動される。一例として、d1=180mm、d3=30mm、d4=90mmとすると、射出ピストン23は、変換ピストン29の速度の約4倍の速度で駆動される。
被駆動部43は、小径部29aから突出し、小径シリンダ部27aにおける、大径シリンダ部27bとは反対側の端面(前端面)から変換シリンダチューブ27の外部へ延出する。上述の図3を参照した説明においては、本実施形態とは異なり、被駆動部43が変換シリンダチューブ27の後端面から露出する場合についても説明した。その説明から理解されるように、本実施形態のように、被駆動部43が前方に延出する場合には、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9全体において、射出動作及び増圧動作時に、作動液は常に不足した。一方、被駆動部43が後方から延出する場合には、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9において、射出動作及び増圧動作時に作動液が過剰となるか不足するかは、各種のシリンダやピストンの径によって変化した。従って、本実施形態のように、被駆動部43を前方に延出させた場合には、各種のシリンダやピストンの種々の径に対して同様の液圧回路や制御を適用することが可能となり、汎用性が高い。
大径シリンダ部27bは、大径部29bにより、小径シリンダ部27aに連通する前側室27fと、その反対側の後側室27rとに区画され、ロッド側室25rと後側室27rとを連通するロッド側流路51及び後側流路55が設けられている。従って、モータ11により変換ピストン29を前進させるときには、ロッド側室25rから排出される作動液を後側室27rに供給することができるとともに、モータ11により変換ピストン29を後退させるときには、後側室27rから排出される作動液をロッド側室25rに供給し、モータ11とは直接的には接続されていない射出ピストン23を後退させることができる。その結果、射出装置1の構成の簡素化が図られる。
射出装置1は、被駆動部43に設けられたネジ軸41と、ネジ軸41に螺合し、モータ11により回転駆動されるナット39とを有し、ネジ軸41は、変換ピストン29に対して同軸に設けられている。従って、モータ11からの駆動力によって、変換ピストン29を変換シリンダチューブ27に対して傾かせる力が生じることが抑制される。その結果、摺動抵抗が増減したり、作動液の漏れが生じたり、変換シリンダ装置9の破損を招いたりすることが抑制される。
射出装置1は、変換ピストン29に固定され、変換シリンダチューブ27から変換ピストン29の摺動方向に延出するドッグ用ロッド45と、ドッグ用ロッド45の、変換シリンダチューブ27の外部に延出した部分に設けられたドッグ47と、ドッグ47により操作されるスイッチ49とを有する。ドッグ用ロッド45は、変換ピストン29の軸芯に対して偏心した位置において変換シリンダチューブ27から延出している。従って、ドッグ用ロッド45が変換ピストン29の回り止めに兼用されることになり、構成が簡素化される。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
成形機は、ダイカストマシンに限定されない。例えば、成形機は、他の金属成形機であってもよいし、プラスチック射出成形機であってもよいし、木粉に熱可塑性樹脂等を混合させた材料を成形する成形機であってもよい。また、射出装置は、横型締横射出に限定されず、例えば、縦型締縦射出、横型締縦射出であってもよい。作動液は、油に限定されず、例えば水でもよい。
また、実施形態では、射出シリンダ装置7と、変換シリンダ装置9とが直交するように配置された場合を例示した。より具体的には、射出シリンダ装置7が水平に、変換シリンダ装置9が鉛直に配置された場合を例示した。ただし、射出シリンダ装置及び変換シリンダ装置は、平行等の適宜な位置関係に配置されてよい。
図4(a)は、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9の配置の変形例を示している。この変形例では、射出シリンダ装置7及び変換シリンダ装置9の双方が水平に配置されている。実施形態の配置では、変換ピストン29の重量や後側室27rの作動液の重量を利用できるメリットがある。変形例では、変換ピストン29等の重量を利用できないが、それと引き換えに、射出圧力等の算出において変換ピストン29等の重量を考慮する必要がなく、設計や制御が容易化される。
射出シリンダ装置及び変換シリンダ装置における各種の径(d1〜d5)の相対的な大きさは、適宜に設定されてよい。
例えば、変換シリンダ装置におけるd12−d32(実施形態とは逆に被駆動部(43)が後方に延出するときはd12)は、射出シリンダ装置におけるd42よりも大きくてもよいし、小さくてもよいし、同一でもよい。換言すれば、射出動作において、射出ピストン(23)は、変換ピストン(29)に対して、増速されてもよいし、減速されてもよいし、同一速度とされてもよい。
また、例えば、実施形態において、変換シリンダ装置におけるd22−d32(実施形態とは逆に被駆動部(43)が後方に延出するときはd22)は、射出シリンダ装置におけるd42よりも小さくてもよいし、大きくてもよいし、同一でもよい。換言すれば、増圧動作及び保圧動作において、モータ11からのトルクを増幅してもよいし、減衰させてもよいし、その双方をしなくてもよい。
また、例えば、変換シリンダ装置において、実施形態のように被駆動部(43)を前方に延出させる場合には、径d3が径d2よりも小さくなることが必須であるが、実施形態とは逆に、被駆動部(43)を後方に延出させる場合には、径d3が径d2よりも小さくなることは必須ではない。すなわち、径d3は、径d2と同一でもよいし、径d2よりも大きくてもよい。
変換シリンダチューブにおいて、後側室(27r)は、省略することが可能である。
図4(b)は、後側室を省略した変換シリンダ装置の変形例を示している。変換シリンダ装置109の変換ピストン129は、実施形態と同様に、小径部129aと大径部129bとを有している。被駆動部143は、大径部129bと同一の径で形成され、変換シリンダチューブ127の後方から変換シリンダチューブ127の外部へ延出している。
この変形例では、後側室(27r)への作動液の流れを制御しなくてよいというメリットがある。ただし、変換シリンダチューブ127の開口が大きくなるので、作動液の漏れを抑制することが難しい。また、実施形態のように、変換ピストンを後退させて排出した作動液を射出ピストンの後退に利用することもできない。なお、このように後側室を省略した構成において、実施形態と同様の、前方に延出する被駆動部を設けることも可能である。
小径部(29a)は、小径シリンダ部(27a)に出し入れ可能でなくてもよい。すなわち、小径シリンダ部に挿入されたままでもよい。この場合であっても、バイパス流路(59)により前側室(27f)と小径シリンダ部(27a)とが連通されていれば、バイパス流路(59)の開閉により、変換ピストンの前方の受圧面積を切り換え可能である。
電動機は、回転式のものに限定されない。また、伝達機構(13)は、省略されてもよい。例えば、電動機としてリニアモータを利用し、電動機により直接的に変換ピストンを駆動してもよい。
回転式の電動機が用いられる場合において、回転運動を並進運動に変換する変換機構は、ネジ機構に限定されない。例えば、変換機構は、ラックピニオン機構であってもよい。また、回転運動を伝達する回転伝達機構は、プーリ及びベルトに限定されない。例えば、回転伝達機構は、歯車機構であってもよい。また、ネジ軸は、変換ピストンと同軸に設けられることが好ましいが、変換ピストンと並列に設けられるなどしてもよい。
変換ピストンの位置検出は、ドッグ、ドッグ用ロッド及びスイッチによってなされるものに限定されない。例えば、変換ピストンの位置は、電動機のエンコーダによって間接的に検出されてもよいし、被駆動部(43)の位置を検出するリニアスケールが設けられることによって検出されてもよい。
ネジ軸が変換ピストンの軸芯と同軸に設けられた場合に必要となる回り止めは、ドッグ用ロッドによってなされるものに限定されない。例えば、変換ピストンの回り止めは、ネジ機構のネジ軸としてスプラインネジが用いられることによりなされてもよい。
ドッグにより操作されるスイッチは、変換ピストンの後退限を検出するものに限定されない。例えば、スイッチは、小径部が小径シリンダ部に挿入される位置を検出するものであってもよいし、複数位置に対応して設けられてもよい。また、スイッチは、ドッグが所定位置に到達したときにオフされるものであってもよい。
本発明の効果を得るための液圧回路は適宜に構成可能であり、実施形態において示した流路や弁以外にも流路や弁が設けられてよい。また、本発明は、アキュムレータやポンプを省略することを可能とするが、アキュムレータやポンプが設けられていてもよい。
1…射出装置、5…射出プランジャ、7…射出シリンダ装置、9…変換シリンダ装置、11…モータ(電動機)、21…射出ピストンロッド、23…射出ピストン、25…射出シリンダチューブ、25r…ロッド側室、25h…ヘッド側室、27…変換シリンダチューブ、27a…小径シリンダ部、27b…大径シリンダ部、29…変換ピストン、29a…小径部、29b…大径部、43…被駆動部、105…キャビティ。