JP5603176B2 - 成形機の射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形機の射出装置に関する。成形機は、例えば、ダイカストマシンや射出成形機である。

成形材料を押し出すプランジャを液圧機器と電動機との組み合わせにより駆動する、いわゆるハイブリッド式の射出装置が知られている。このような技術は、特にプラスチック射出成形機の分野において知られている（例えば、特許文献１）。また、このような技術をダイカストマシンに転用することも提案されている（特許文献２）。

具体的には、例えば、特許文献２は、プランジャを駆動する油圧シリンダと、当該油圧シリンダのピストンを背後から押圧するピストンロッドと、当該ピストンロッドを駆動するねじ機構と、ねじ機構を回転駆動する電動機とを有する技術を開示している。

特開平０４−１８９５２５号公報 特開２００８−７３７０８号公報

しかし、特許文献１及び２に開示されている技術は、構成が複雑であるとともに、電動機の負担が大きくなり易い。例えば、特許文献２の技術では、ねじ機構はピストンロッドの側方に配置されていることから、ねじ機構によりピストンロッドを駆動する際には、ピストンロッドを傾ける方向のモーメントが生じる。その結果、例えば、ピストンロッドにおいては摺動抵抗が増加し、また、モーメントに抗する部材を設ける必要性が生じる。

本発明の目的は、簡素な構成で電動機の負担を軽減できる成形機の射出装置を提供することにある。

本発明の成形機の射出装置は、キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、前記プランジャに連結された射出ピストンロッド、当該射出ピストンロッドに固定された射出ピストン及び当該射出ピストンを収容する射出シリンダチューブを有する射出シリンダ装置と、前記射出ピストンの径以下の径に形成され、前記射出ピストンの背後の同芯上において前記射出シリンダチューブ内を前進することにより前記射出ピストンの背後の作動液を加圧可能な加圧部材と、前記加圧部材の背後の同芯上に固定され、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される被駆動部と、前記駆動力を生じる電動機と、を有する。

好適には、前記射出装置は、前記射出ピストンの背後に作動液を送出可能な液圧源と、前記射出シリンダ装置に係る作動液の流れを制御可能な液圧回路と、前記液圧回路及び前記電動機を制御可能な制御装置と、を更に有し、前記制御装置の制御により、低速射出において、前記加圧部材を前進させるとともに前記液圧源から前記射出ピストンの背後に作動液を供給する。

好適には、前記射出装置は、前記射出ピストンの背後に作動液を供給可能なアキュムレータを更に有し、前記制御装置の制御により、高速射出において、前記アキュムレータから前記射出ピストンの背後に作動液を供給する。

好適には、前記射出装置は、前記制御装置の制御により、前記液圧源から前記アキュムレータに作動液を供給して前記アキュムレータの充填を行う。

好適には、前記液圧回路は、前記アキュムレータからパイロット圧が導入される制御弁を有する。

好適には、前記射出装置は、前記射出ピストンの前方の作動液を前記射出ピストンの背後に還流可能なランアラウンド回路を更に有する。

好適には、前記射出装置は、前記被駆動部に形成され、前記加圧部材の同芯上において延びるねじ軸と、前記ねじ軸に螺合するナットと、を更に有し、前記電動機は回転式であり、前記被駆動部は、前記電動機の回転が前記ナットに伝達されることにより、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される。

好適には、前記電動機のステータ及びロータは、前記ねじ軸の外周において前記ねじ軸と同心状に設けられ、前記ナットは、前記ロータに固定されている。

好適には、前記加圧部材は、前記射出シリンダチューブを摺動する加圧ピストンである。

好適には、前記射出シリンダチューブは、前記射出ピストンが摺動する射出部と、前記加圧ピストンが摺動する加圧部と、前記射出部及び前記加圧部の間に形成され、前記射出部及び前記加圧部よりも小径の境界部と、を有している。

本発明によれば、アキュムレータに作動液を送出する液圧供給装置の負荷を低減でき、好適な態様では正確な射出速度を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るダイカストマシンの射出装置の要部の構成を示す模式図。 図１の射出装置の動作を説明する図。 第２の実施形態に係る射出装置の要部を示す図。 変形例に係る射出装置を示す図。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るダイカストマシンＤＣ１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、不図示の型締装置に保持された固定金型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（溶融状態の金属材料）を射出・充填する装置である。

射出装置１は、キャビティ１０５に連通するスリーブ３と、スリーブ３内において溶湯をキャビティ１０５へ押し出すプランジャ５と、プランジャ５を駆動する射出シリンダ装置７とを有している。

また、射出装置１は、射出シリンダ装置７に作動液（例えば油）を供給するために、液圧源として、液圧供給装置９及びアキュムレータ１１を有し、また、これらの液圧源と射出シリンダ装置７との間の作動液の流れを制御する液圧回路１３を有している。

また、射出装置１は、電動機によりプランジャ５を駆動するために、射出シリンダ装置７内に配置された加圧ピストン１５と、加圧ピストン１５を駆動する駆動部１７とを有している。また、射出装置１は、液圧供給装置９、液圧回路１３及び駆動部１７を制御する制御装置１９を有している。

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。プランジャ５は、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。

スリーブ３に形成された給湯口３ａから溶湯がスリーブ３内に供給された状態で、プランジャチップ５ａがスリーブ３内をキャビティ１０５に向かって摺動する（前進する）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、射出シリンダチューブ２１と、射出シリンダチューブ２１の内部を摺動可能な射出ピストン２３と、射出ピストン２３に固定され、射出シリンダチューブ２１から延び出る射出ピストンロッド２５とを有している。なお、射出ピストン２３及び射出ピストンロッド２５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２１は、射出ピストン２３が摺動する射出部２１ａと、加圧ピストン１５が摺動する加圧部２１ｂと、射出部２１ａ及び加圧部２１ｂの間に形成された境界部２１ｃとを有している。

射出部２１ａ、加圧部２１ｂ及び境界部２１ｃは、例えば、内部の断面形状が円形の筒状体である。また、射出部２１ａ、加圧部２１ｂ及び境界部２１ｃは、同軸的に配置されている。加圧部２１ｂは、射出部２１ａの径以下の径に形成されており、本実施形態では、射出部２１ａと同一径に形成された場合を例示している。加圧部２１ｂは、例えば、射出部２１ａよりも短く形成されている。境界部２１ｃは、射出部２１ａ及び加圧部２１ｂよりも小径に形成されている。

射出部２１ａの内部は、射出ピストン２３により、射出ピストンロッド２５が延び出る側のロッド側室２１ｒと、その反対側のヘッド側室２１ｈとに区画されている。ロッド側室２１ｒ及びヘッド側室２１ｈに選択的に作動液が供給されることなどにより、射出ピストン２３は射出シリンダチューブ２１内を摺動する。

加圧部２１ｂは、加圧ピストン１５により、射出部２１ａ側の前側室２１ｆと、その反対側の後側室２１ｇとに区画されている。加圧ピストン１５を射出部２１ａ側に移動（前進）させることにより、ヘッド側室２１ｈの作動液を加圧し、射出ピストン２３をプランジャ５側へ移動（前進）させることができる。

なお、ロッド側室２１ｒ、ヘッド側室２１ｈ及び前側室２１ｆには作動液が満たされるが、後側室２１ｇには作動液は満たされない。後側室２１ｇは、例えば、大気開放されている。ただし、後側室２１ｇにも作動液が満たされるようにしてもよい。

境界部２１ｃは、ヘッド側室２１ｈと前側室２１ｆとを連通している。また、境界部２１ｃは、射出ピストン２３の後退限を規定するとともに、加圧ピストン１５の前進限を規定している。

射出シリンダ装置７は、プランジャ５に対して同軸的に配置されている。そして、射出ピストンロッド２５は、プランジャ５にカップリングを介して連結されている。射出シリンダチューブ２１は、不図示の型締装置などに対して固定的に設けられている。従って、射出ピストン２３の射出シリンダチューブ２１に対する移動により、プランジャ５はスリーブ３内を前進又は後退する。

液圧供給装置９は、回転式のポンプ用電動機２７と、作動液を貯留するタンク２９と、ポンプ用電動機２７によって駆動され、タンク２９の作動液を吐出するポンプ３１とを有している。

ポンプ用電動機２７は、直流モータでも交流モータでもよい。また、ポンプ用電動機２７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。ポンプ用電動機２７は、例えば、サーボモータとして構成されており、ポンプ用電動機２７の回転を検出するエンコーダ３３と、ポンプ用電動機２７に電力を供給するサーボドライバ（サーボアンプ）３５と共にサーボ機構を構成している。

なお、後述する動作の説明において、ポンプ用電動機２７が停止しているとき、ポンプ用電動機２７は、トルクフリーの状態とされてもよいし、一定位置に停止するように制御されてもよいし、ブレーキを含んで構成され、ブレーキが使用されてもよい。射出装置の具体的な構成及びポンプ用電動機２７が停止される状況に応じて適切な停止方法が選択されてよい。

タンク２９は、例えば、開放タンクであり、大気圧下で作動液を保持している。なお、図１では、便宜上、一のタンク２９が２ヶ所において図示されている。ただし、実際に、２以上のタンク２９が設けられてもよい。

ポンプ３１は、歯車ポンプやベーンポンプ等のロータの回転により作動液を吐出するロータリポンプであってもよいし、アキシャル型のプランジャポンプやラジアル式のプランジャポンプ等のピストンの往復により作動液を吐出するプランジャポンプであってもよい。また、ポンプ３１は、ロータやピストンの１周期の運動における吐出量が、固定された定容量ポンプであってもよいし、可変とされた可変容量ポンプであってもよい。ポンプ３１は、１方向に作動液を吐出できれば十分であるが、双方向（２方向）ポンプと構造が同一であってもよい。

アキュムレータ１１は、重量式、ばね式、気体圧式（空気圧式含む）、シリンダ式、プラダ式などの適宜な形式のアキュムレータにより構成されてよい。例えば、アキュムレータ１１は、気体圧式、シリンダ式又はプラダ式のアキュムレータであり、アキュムレータ１１内に保持されている気体（例えば空気若しくは窒素）が圧縮されることにより蓄圧され、その蓄圧された圧力により作動液を供給する。

液圧回路１３は、射出シリンダ装置７、液圧供給装置９及びアキュムレータ１１を互いに接続する複数の流路、及び、当該複数の流路における作動液の流れを制御する複数の弁を有している。複数の流路は、例えば、鋼管、可撓性のホース又は金属ブロックにより構成されている。具体的には、液圧回路１３は、以下に述べる流路及び弁を有している。

液圧回路１３は、ポンプ３１の吐出口とヘッド側室２１ｈとを接続する第１流路３７と、タンク２９とロッド側室２１ｒとを接続する第２流路３９とを有している。第１流路３７は、より具体的には、境界部２１ｃに接続されている。

従って、射出装置１は、ポンプ３１からヘッド側室２１ｈへ作動液を供給して射出ピストン２３を射出ピストンロッド２５側へ移動させることができる。また、ロッド側室２１ｒは、タンク圧とされることが可能である。

液圧回路１３は、アキュムレータ１１とヘッド側室２１ｈとを接続する第３流路４１を有している。なお、第３流路４１のヘッド側室２１ｈ側の一部は、第１流路３７のヘッド側室２１ｈ側の一部と共用されている。ただし、これらは共用されていなくてもよい。

射出装置１は、第３流路４１を介して、アキュムレータ１１からヘッド側室２１ｈに作動液を供給することにより、射出ピストン２３を射出ピストンロッド２５側へ移動させることができる。

液圧回路１３は、ポンプ３１の吐出口とアキュムレータ１１とを接続する第４流路４３を有している。なお、第４流路４３のアキュムレータ１１側の一部は第３流路４１のアキュムレータ１１側の一部と共用されており、第４流路４３のポンプ３１側の一部は、第１流路３７のポンプ３１側の一部と共用されている。ただし、これらは共用されていなくてもよい。

射出装置１は、ポンプ３１から第４流路４３を介してアキュムレータ１１に作動液を供給することにより、アキュムレータ１１を蓄圧することができる。

液圧回路１３は、ヘッド側室２１ｈとロッド側室２１ｒとを接続する第５流路４５を有している。なお、第５流路４５は、ヘッド側室２１ｈ側の一部が第１流路３７のヘッド側室２１ｈ側の一部と共用され、ロッド側室２１ｒ側の一部が第２流路３９のロッド側室２１ｒ側の一部と共用されている。ただし、これらは共用されていなくてもよい。

射出装置１は、上述のように、ポンプ３１若しくはアキュムレータ１１からヘッド側室２１ｈに作動液を供給して、射出ピストン２３を前進させることができる。このとき、射出装置１は、ロッド側室２１ｒから排出される作動液を、第５流路４５を介してヘッド側室２１ｈに還流させることができる。すなわち、第５流路４５は、いわゆるランアラウンド回路を構成している。

液圧回路１３は、第２流路３９（第５流路４５）に設けられたサーボバルブ４７を有している。サーボバルブ４７は、入力された電圧に応じた開口度で開くことにより、流量を無段階で調整可能である。また、サーボバルブ４７は、開口度に応じた信号Ｓ２を出力可能であり、その信号Ｓ２に基づいてフィードバック制御がなされることによりサーボ機構を構成する。サーボバルブ４７は、例えば、圧力補償付の流量制御弁により構成されている。サーボバルブ４７は、ロッド側室２１ｒから排出される作動液の流量を制御して射出シリンダ装置７の動作を制御可能であり、いわゆるメータアウト回路を構成している。

液圧回路１３は、複数のパイロット式の第１逆止弁ＶＬＡ〜第４逆止弁ＶＬＤ（パイロットチェックバルブ）を有している。なお、以下では、単に「逆止弁ＶＬ」といい、これらを区別しないことがある。これら逆止弁ＶＬには、不図示の液圧回路を介してアキュムレータ１１の圧力がパイロット圧力として入力される。複数の逆止弁ＶＬの配置及び機能は、具体的には以下のとおりである。

第１逆止弁ＶＬＡは、第３流路４１に設けられている。第１逆止弁ＶＬＡは、パイロット圧力が導入されていないときは、アキュムレータ１１側からヘッド側室２１ｈ側への作動液の流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する。また、第１逆止弁ＶＬＡは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

第２逆止弁ＶＬＢは、第４流路４３に設けられている。第２逆止弁ＶＬＢは、パイロット圧力が導入されていないときは、ポンプ３１側からアキュムレータ１１側への作動液の流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する。また、第２逆止弁ＶＬＢは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

第３逆止弁ＶＬＣは、第１流路３７（第５流路４５）に設けられている。第３逆止弁ＶＬＣは、パイロット圧力が導入されていないときは、ポンプ３１側からヘッド側室２１ｈ側への作動液の流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する。また、第３逆止弁ＶＬＣは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

第４逆止弁ＶＬＤは、第２流路３９に設けられている。第４逆止弁ＶＬＤは、パイロット圧力が導入されていないときは、ロッド側室２１ｒ側からタンク２９側への作動液の流れを許容し、その反対側の流れを禁止する。また、第４逆止弁ＶＬＤは、パイロット圧力が導入されているときは、双方の流れを禁止する（閉じられる）。

液圧回路１３は、後側室２１ｇに漏れた作動液をタンク２９に回収するためのドレン管４９を有している。なお、後側室２１ｇにも他のシリンダ室と同様に作動液が満たされる場合には、加圧ピストン１５の移動に伴う後側室２１ｇの体積の拡大又は縮小に応じて、作動液の補給又は排出を行うために、後側室２１ｇとタンク２９とを接続する流路が設けられる。

加圧ピストン１５は、上述したように、射出シリンダチューブ２１のうち、加圧部２１ｂにおいて摺動可能に配置されている。射出部２１ａと加圧部２１ｂとの位置関係及び大小関係から明らかなように、加圧ピストン１５は、射出ピストン２３の背後の同芯上において射出シリンダチューブ２１内を移動可能に配置され、また、射出ピストン２３の径以下の径（本実施形態では同一径）に形成されている。

駆動部１７は、回転式の加圧用電動機５１と、加圧用電動機５１の回転を並進運動に変換して加圧ピストン１５に伝達する伝達機構５３とを有している。

加圧用電動機５１は、界磁及び電機子の一方を構成するステータ５９と、界磁及び電機子の他方を構成し、ステータ５９に対して回転可能なロータ６１とを有している。なお、加圧用電動機５１は、ポンプ用電動機２７と同様に、直流モータでも交流モータでもよいし、誘導モータでも同期モータでもよい。加圧用電動機５１は、例えば、サーボモータとして構成されており、加圧用電動機５１の回転を検出するエンコーダ５５と、加圧用電動機５１に電力を供給するサーボドライバ（サーボアンプ）５７と共にサーボ機構を構成している。

なお、後述する動作の説明において、加圧用電動機５１が停止しているとき、射出装置の具体的な構成及び加圧用電動機５１が停止される状況に応じて適切な停止方法が選択されてよいことも、ポンプ用電動機２７と同様である。

伝達機構５３は、加圧ピストン１５に固定されたねじ軸６３と、ねじ軸６３に螺合し、加圧用電動機５１により回転駆動されるナット６５とを有している。

ねじ軸６３は、加圧ピストン１５から加圧ピストン１５の背後の同芯上に延びて、射出シリンダチューブ２１から延び出ている。加圧用電動機５１のステータ５９及びロータ６１は、ねじ軸６３の外周においてねじ軸６３と同心状に設けられている。ナット６５は、ロータ６１の内側において同心状に固定され、ロータ６１と一体化されている。なお、ナット６５は、ロータ６１に対して同軸的に固定されてもよい。

ナット６５が回転することにより、ねじ軸６３には、軸方向への駆動力が付与される。これにより、ねじ軸６３は、軸方向へ移動し、ひいては、加圧ピストン１５が移動する。なお、ねじ軸６３は、射出ピストン２３及び加圧ピストン１５の同芯上において延びているから、ねじ軸６３は、これらのピストンの同芯上において駆動力が付与されることになる。

制御装置１９は、例えば、ＣＰＵ６７、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ６９、入力回路７１、及び、出力回路７３を含んで構成されている。ＣＰＵ６７は、メモリ６９に記憶されたプログラムを実行し、入力回路７１を介して入力される入力信号に基づいて、各部を制御するための制御信号を出力回路７３を介して出力する。

入力回路７１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７５、エンコーダ３３及び５５、射出ピストンロッド２５の位置を検出する位置センサ７９、サーボバルブ４７、ヘッド側室２１ｈの圧力を検出するヘッド側圧力センサ８１、ロッド側室２１ｒの圧力を検出するロッド側圧力センサ８３、及び、アキュムレータ１１の圧力を検出するアキュムレータ圧力センサ８５である。

出力回路７３が信号を出力するのは、例えば、ユーザに情報を表示する表示器７７、サーボドライバ３５及び５７、サーボバルブ４７、及び、逆止弁ＶＬへのパイロット圧力の導入を制御する不図示の液圧回路である。

位置センサ７９は、射出シリンダチューブ２１に対する射出ピストンロッド２５の位置を検出するものであり、プランジャ５の位置を間接的に検出するものである。位置センサ７９は、例えば、射出ピストンロッド２５に設けられ、射出ピストンロッド２５の軸方向に延びる不図示のスケール部とともにリニアエンコーダを構成している。なお、位置センサ７９、又は、制御装置１９は、検出した位置を微分することにより、速度を検出することが可能である。

ヘッド側圧力センサ８１及びロッド側圧力センサ８３は、溶湯をキャビティ１０５に射出するときにプランジャ５が溶湯に加える圧力（射出圧力）等のプランジャ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、制御装置１９は、ヘッド側圧力センサ８１の検出値と、ロッド側圧力センサ８３の検出値と、射出ピストン２３のヘッド側室２１ｈにおける受圧面積と、射出ピストン２３のロッド側室２１ｒにおける受圧面積とに基づいて、プランジャ５が溶湯に付与する力を算出することができる。

図２は、射出装置１の動作を説明する図である。図２において、横軸は時間を示している。また、実線Ｌｖは射出速度の変化を示し、実線Ｌｐは射出圧力の変化を示している。実線Ｌｖ及びＬｐが描かれたグラフにおいて、縦軸は射出速度及び射出圧力の大きさを示している。また、当該グラフの下方においては、加圧ピストン１５、ポンプ３１、アキュムレータ１１及びサーボバルブ４７の動作を示している。

射出装置１は、概観すると、低速射出、高速射出、及び、増圧（昇圧）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、溶湯の空気の巻き込みを防止するために比較的低速でプランジャ５を前進させ、次に、溶湯の凝固に遅れずに溶湯を充填するため等の観点から比較的高速でプランジャ５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、プランジャ５の前進する方向の力によりキャビティ内の溶湯を増圧する。具体的には、以下のとおりである。

（低速射出：ｔ０〜ｔ１）
低速射出の開始直前において、射出装置１は、図１に示す状態となっている。すなわち、射出ピストン２３及び加圧ピストン１５は、後退限等の初期位置に位置している。ポンプ用電動機２７及び加圧用電動機５１は停止している。アキュムレータ１１は蓄圧が完了している。第１逆止弁ＶＬＡは、パイロット圧力が導入されて閉じられ、アキュムレータ１１からの作動液の放出は禁止されている。第２逆止弁ＶＬＢ〜第４逆止弁ＶＬＤは適宜な状態とされてよいが、例えば、パイロット圧力の導入により閉じられている。サーボバルブ４７は適宜な状態とされてよいが、例えば、閉じられている。

固定金型１０１及び移動金型１０３の型締が終了し、溶湯がスリーブ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、加圧用電動機５１を駆動して、加圧ピストン１５を前進させる。また、制御装置１９は、第３逆止弁ＶＬＣへのパイロット圧力の導入を停止するとともに、サーボバルブ４７を適宜な開口度で開く。

これにより、ヘッド側室２１ｈの作動液が加圧され、射出ピストン２３（プランジャ５）は前進する。また、射出ピストン２３の前進に伴ってロッド側室２１ｒから排出された作動液は、サーボバルブ４７及び第３逆止弁ＶＬＣを介して、ヘッド側室２１ｈに還流される。

また、制御装置１９は、加圧用電動機５１の駆動と同期してポンプ用電動機２７を駆動し、ポンプ３１に作動液を吐出させる。吐出された作動液は、第３逆止弁ＶＬＣを介してヘッド側室２１ｈに作動液が供給される。射出ピストン２３は、このポンプ３１の作用によっても前進する。

プランジャ５の速度は、例えば、加圧用電動機５１の回転数の調整により制御される。具体的には、制御装置１９は、位置センサ７９により検出されるプランジャ５の速度に基づいて、加圧用電動機５１の回転数をフィードバック制御する。

ポンプ用電動機２７は、プランジャ５の速度に寄らず一定の回転数が維持されるように制御されてもよいし、加圧用電動機５１の回転数の制御と連動して、プランジャ５の速度に応じたフィードバック制御がなされてもよい。

なお、加圧用電動機５１の回転数は一定とし、ポンプ用電動機２７の回転数の調整のみによりプランジャ５の速度を制御することも可能である。また、これらの電動機の回転数の調整に連動して又は当該調整に代えて、サーボバルブ４７の開口度の調整によりプランジャ５の速度を制御することも可能である。

（高速射出：ｔ１〜ｔ２）
制御装置１９は、位置センサ７９の検出値に基づくプランジャ５の位置が所定の高速切換位置に到達すると、ポンプ用電動機２７を停止するとともに、第１逆止弁ＶＬＡへのパイロット圧力の導入を停止する。

これにより、アキュムレータ１１から第１逆止弁ＶＬＡを介してヘッド側室２１ｈに作動液が供給され、射出ピストン２３は比較的高速で前進する。その結果、プランジャ５によりスリーブ３内の溶湯がキャビティ１０５に高速に射出される。なお、低速射出時と同様に、射出ピストン２３の前進に伴ってロッド側室２１ｒから排出された作動液は、ヘッド側室２１ｈに還流される。

制御装置１９は、高速射出においても、引き続き加圧用電動機５１を駆動して、加圧ピストン１５を前進させる。従って、プランジャ５の速度には加圧ピストン１５の前進速度が付加される。

プランジャ５の速度は、サーボバルブ４７の開口度の調整により制御される。なお、加圧用電動機５１は、プランジャ５の速度に寄らず一定の回転数が維持されるように制御されてもよいし、サーボバルブ４７の開口度の制御と連動して、プランジャ５の速度に応じたフィードバック制御がなされてもよい。

また、加圧用電動機５１は、低速射出時の回転数と同等の回転数が維持されるように制御されてもよいし、低速射出時の回転数よりも高い回転数に切り換えられるように制御されてもよい。

（減速射出：ｔ２〜ｔ３）
減速射出は、適宜な事象の発生により開始される。例えば、減速射出は、溶湯がキャビティ１０５にある程度充填され、その充填された溶湯からプランジャ５が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、減速射出は、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、サーボバルブ４７における開口度が小さく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同時に発生することにより開始される。

制御装置１９は、減速射出においても、引き続き、加圧用電動機５１を駆動するとともにアキュムレータ１１を開放する。なお、加圧用電動機５１は、高速射出時等と同様に、プランジャ５の速度に寄らず一定の回転数が維持されるように制御されてもよいし、サーボバルブ４７の開口度の制御と連動して、プランジャ５の速度に応じたフィードバック制御がなされてもよい。

また、加圧用電動機５１は、高速射出時と同等の回転数が維持されるように制御されてもよいし、低速射出時の回転数よりも低い回転数に切り換えられるように制御されてもよい。

（増圧：ｔ３〜ｔ４）
所定の増圧開始条件が満たされると、制御装置１９は、加圧用電動機５１の制御を速度制御からトルク制御に切り換える。そして、加圧ピストン１５に付与する駆動力を増大させる。これにより、プランジャ５が溶湯に付与する圧力が上昇する。

増圧開始条件は、例えば、ヘッド側圧力センサ８１及びロッド側圧力センサ８３により検出される射出圧力の検出値が所定の値に到達したこと、又は、プランジャ５の検出位置が所定の位置に到達したことである。

また、制御装置１９は、第３逆止弁ＶＬＣにパイロット圧力を導入してランアラウンド回路をオフとする。さらに、制御装置１９は、第４逆止弁ＶＬＤへのパイロット圧力の導入を停止し、ロッド側室２１ｒの作動液をタンク２９へ排出可能とする。これにより、ロッド側室２１ｒの圧力に対してヘッド側室２１ｈの圧力が上昇し、プランジャ５が溶湯に付与する圧力が上昇する。

なお、加圧用電動機５１は、ヘッド側圧力センサ８１及びロッド側圧力センサ８３により検出される射出圧力に基づくフィードバック制御が行われることが好ましい。ただし、加圧用電動機５１は、射出圧力に寄らず一定のトルクが維持されるように制御されてもよい。

また、加圧用電動機５１のトルク増大等を行わずに、高速射出又は減速射出から引き続き同様の制御が行われることにより、増圧が行われてもよい。サーボバルブ４７の開口度は予め定められた適宜な開口度とされる。

（保圧：ｔ４〜ｔ５）
制御装置１９は、射出圧力が終圧に到達した後も、加圧用電動機５１の、加圧ピストン１５を前進させる方向のトルク制御を継続する。これにより、射出圧力は終圧に維持される。なお、加圧用電動機５１は、増圧時と同様に、ヘッド側圧力センサ８１及びロッド側圧力センサ８３により検出される射出圧力に基づくフィードバック制御が行われることが好ましい。

射出圧力が終圧に維持されている間に、溶湯は冷却されて凝固する。溶湯が凝固すると、制御装置１９は保圧を終了する（ｔ５）。具体的には、制御装置１９は、第１逆止弁ＶＬＡにパイロット圧力を導入し、アキュムレータ１１からの作動液の放出を禁止し、また、加圧用電動機５１のトルク制御を終了する。さらに、制御装置１９は、サーボバルブ４７を閉じるとともに、第４逆止弁ＶＬＤにパイロット圧力を導入する。

なお、制御装置１９は、適宜に溶湯が凝固したか否かを判定する。例えば、制御装置は、終圧Ｐｍａｘが得られた時点等の所定の時点から所定の時間が経過したか否かにより、溶湯が凝固したか否か判定する。

（プランジャ後退：ｔ６〜ｔ７）
保圧終了後、制御装置１９は、サーボバルブ４７を適宜な開口度とするとともに、適宜な回転数でポンプ用電動機２７を駆動する。更に、特に図示しないが、制御装置１９は、不図示の弁を開くことにより、ヘッド側室２１ｈの作動液をタンク２９に排出可能とする。

これにより、ポンプ３１から吐出された作動液がサーボバルブ４７を介してロッド側室２１ｒに供給される。そして、射出ピストン２３は、ヘッド側室２１ｈの作動液を排出しつつ後退する。

また、制御装置１９は、射出ピストン２３の後退と同時に、加圧用電動機５１を駆動することにより加圧ピストン１５を後退させる。なお、加圧ピストン１５の後退速度は、ヘッド側室２１ｈの作動液を好適に排出する観点から、射出ピストン２３の後退速度以下であることが好ましく、より好ましくは、射出ピストン２３が後退限に到達するときに加圧ピストン１５が後退限に到達する速度である。

（アキュムレータ充填）
保圧終了後、射出装置１は、上記のプランジャ５の後退の前若しくは後、又は、プランジャ後退と同時に、アキュムレータ１１の充填を行う。好ましくは、射出装置１は、上記のプランジャ５の後退の後、サーボバルブ４７が閉じられた状態で、アキュムレータ１１の充填を行う。

具体的には、制御装置１９は、第２逆止弁ＶＬＢへのパイロット圧力の導入を停止し、ポンプ用電動機２７を駆動する。これにより、ポンプ３１から吐出された作動液が第２逆止弁ＶＬＢを介してアキュムレータ１１に供給され、アキュムレータ１１の蓄圧が行われる。

アキュムレータ圧力センサ８５の検出圧力が所定の蓄圧完了圧力に到達するなど、アキュムレータ１１の蓄圧の完了条件が満たされると、制御装置１９は、ポンプ用電動機２７を停止させる。なお、第２逆止弁ＶＬＢは、ポンプ用電動機２７の停止に伴って自閉する。ただし、第２逆止弁ＶＬＢはパイロット圧力が導入されて閉じられてもよい。

（次サイクル準備）
プランジャ５の後退及びアキュムレータ１１の充填が完了すると、制御装置１９は、逆止弁ＶＬ等の各部を、上述した低速射出開始前の状態に制御する。

以上の第１の実施形態によれば、ダイカストマシンＤＣ１の射出装置１は、キャビティ１０５に溶湯を押し出すプランジャ５と、プランジャ５を駆動する射出シリンダ装置７と、射出ピストン２３の径以下の径に形成され、射出ピストン２３の背後の同芯上において射出シリンダチューブ２１内を前進することにより射出ピストン２３の背後の作動液を加圧可能な加圧ピストン１５と、加圧ピストン１５の背後の同芯上に固定され、加圧ピストン１５の同芯上において駆動力が付与される被駆動部（ねじ軸６３）と、ねじ軸６３に付与される駆動力を生じる加圧用電動機５１と、を有する。

従って、駆動力が作用するねじ軸６３からプランジャ５に至るまで各部材が同芯上に配置され、加圧用電動機５１の力を無駄なくプランジャ５に伝達することができる。また、別の観点では、各部材を傾かせる力に備えて各部材を強固に保持する必要性が低減され、部材点数の削減等が期待される。さらに、加圧ピストン１５の径は、射出ピストン２３の径以下であることから、受圧面積が比較的小さく、加圧ピストン１５の駆動に必要な力が低減される。このように、簡素な構成で加圧用電動機５１の負担が軽減される。

射出装置１は、射出ピストン２３の背後に作動液を送出可能なポンプ３１と、射出シリンダ装置７に係る作動液の流れを制御可能な液圧回路１３と、液圧回路１３及び加圧用電動機５１を制御可能な制御装置１９とを更に有する。射出装置１は、制御装置１９の制御により、低速射出において、加圧ピストン１５を前進させるとともにポンプ３１から射出ピストン２３の背後に作動液を供給する。

従って、低速射出において、射出ピストン２３の背後は、ポンプ３１及び加圧ピストン１５の双方により加圧される。その結果、例えば、高速射出においてアキュムレータ１１の作動液を射出ピストン２３の背後に供給したときに迅速に速度が上昇する。また、例えば、アキュムレータ１１の蓄圧に利用されるポンプ３１を利用して加圧用電動機５１の負担を軽減できる。

液圧回路１３は、アキュムレータ１１からパイロット圧が導入される逆止弁ＶＬを有する。従って、ポンプ３１から逆止弁ＶＬにパイロット圧を導入する場合に比較して、ポンプ用電動機２７の運転時間を短縮することができる。

射出装置１は、射出ピストン２３の前方の作動液を射出ピストン２３の背後に還流可能なランアラウンド回路（第５流路４５）を更に有する。従って、ロッド側室２１ｒから排出された作動液により射出ピストン２３と加圧ピストン１５との間の作動液を増加させ、加圧ピストン１５の速度に対して射出ピストン２３の速度を増速することができる。また、ポンプ３１の負担軽減、アキュムレータ１１の容量の縮小化も可能となる。

射出装置１は、加圧ピストン１５の背後に固定された被駆動部に形成され、加圧ピストン１５の同芯上において延びるねじ軸６３と、ねじ軸６３に螺合するナット６５と、を更に有する。加圧用電動機５１は回転式であり、被駆動部は、加圧用電動機５１の回転がナット６５に伝達されることにより、加圧ピストン１５の同芯上において駆動力が付与される。

従って、大きな駆動力を得やすく、また、位置制御も好適になされる。ねじ軸６３は、加圧ピストン１５の同芯上にあり、加圧ピストン１５からねじ軸６３を傾かせる反力を受けないから、ネジ溝の一部に過大な負荷が加えられることが抑制される。その結果、摩耗が抑制されるとともに、抵抗力の増加も抑制される。

加圧用電動機５１のステータ５９及びロータ６１は、ねじ軸６３の外周においてねじ軸６３と同心状に設けられ、ナット６５は、ロータ６１に固定されている。

従って、加圧用電動機５１からナット６５に至るまでに、歯車機構若しくはプーリ・ベルト機構等の伝達機構は不要であり、構成が簡素である。また、ナット６５を傾かせる力の発生が抑制されるとともに、加圧用電動機５１においてもロータ６１を傾かせる反力を受けることが抑制される。その結果、伝達機構５３及び加圧用電動機５１において、特定の箇所に過大な負荷が加えられることが抑制される。

射出シリンダチューブ２１内を移動可能な加圧部材（加圧ピストン１５）は、射出シリンダチューブ２１を摺動する加圧ピストン１５である。

従って、射出ピストンの背後に射出シリンダチューブよりも径が小さいロッドを配置している場合に比較して（後述する図４（ａ）参照）、加圧部２１ｂの径に対して押し出せる作動液の量が多く、効率的である。

射出シリンダチューブ２１は、射出ピストン２３が摺動する射出部２１ａと、加圧ピストン１５が摺動する加圧部２１ｂと、射出部２１ａ及び加圧部２１ｂの間に形成され、射出部２１ａ及び加圧部２１ｂよりも小径の境界部２１ｃと、を有している。

従って、簡素な構成で射出ピストン２３の後退限及び加圧ピストン１５の前進限を規定することができる。また、射出ピストン２３の移動範囲と、加圧ピストン１５の移動範囲とが重複していないことから制御が容易であるとともに、アキュムレータ１１の接続位置の設計も容易である。

なお、以上の実施形態において、ダイカストマシンＤＣ１は成形機の一例であり、溶湯は成形材料の一例であり、加圧ピストン１５は本発明の加圧部材の一例であり、ねじ軸６３が形成される部分（本実施形態ではねじ軸６３そのもの）は本発明の被駆動部の一例であり、第５流路４５は本発明のランアラウンド回路の一例であり、逆止弁ＶＬは本発明の制御弁の一例であり、ポンプ３１は本発明の液圧源の一例である。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態の射出装置２０１の要部を示す図である。

射出装置２０１の構成は、サーボバルブ４７の配置位置のみが第１の実施形態の射出装置１の構成と相違する。具体的には、射出装置２０１においては、サーボバルブ４７は、アキュムレータ１１からの作動液の流出量を調整可能な位置（第３流路４１及び第４流路４３の共用部分）に設けられ、メータイン回路を構成している。

射出装置２０１の動作は、サーボバルブ４７に係る動作以外は、第１の実施形態の射出装置１の動作と概ね同様でよい。

射出装置２０１において、サーボバルブ４７は、アキュムレータ１１から作動液を放出させるとき（高速射出等）、及び、アキュムレータ１１を充填するとき、適宜な開口度で開かれる。また、サーボバルブ４７は、アキュムレータ１１における作動液の流入出を禁止するとき、閉じられる。ただし、アキュムレータ１１における作動液の流入出は、第１逆止弁ＶＬＡ及び第２逆止弁ＶＬＢによっても規制されるから、サーボバルブ４７は開かれていてもよい。高速射出におけるプランジャ５の速度は、サーボバルブ４７の開口度の制御により制御される。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

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。

加圧部材は、射出シリンダチューブを摺動する加圧ピストンに限定されない。例えば、図４（ａ）に示すように、加圧部材は、射出シリンダチューブ２２１の径よりも径が小さい加圧ロッド２１５であってもよい。なお、加圧ロッド２１５は、射出ピストン２３に当接して射出ピストン２３を押し出すことにも利用されてよい。また、加圧ロッド２１５により射出ピストン２３を押し出しているときにポンプ等の液圧源から射出ピストン２３の背後に作動液を供給してもよい。

加圧部材が射出シリンダチューブを摺動する加圧ピストンである場合において、加圧ピストンは、射出シリンダチューブを区画するものに限定されない。例えば、図４（ｂ）に示すように、加圧ピストンは、射出シリンダチューブ３２１と同一径のまま射出シリンダチューブ３２１から延び出る加圧ピストン３１５であってもよい。

実施形態では、加圧ピストン１５は、射出ピストン２３と同一径とされた。しかし、加圧ピストンは、射出ピストンよりも小径であってもよい。例えば、図４（ｃ）に示すように、射出シリンダチューブ４２１は、射出部４２１ａと、射出部４２１ａよりも小径の加圧部４２１ｂとを有し、射出ピストン２３は射出部４２１ａを摺動し、加圧ピストン４１５は加圧部４２１ｂを摺動してもよい。

被駆動部は、ねじ軸が形成されることにより加圧部材の同芯上において駆動力が付与されるものに限定されない。例えば、図４（ｄ）に示すように、被駆動部５６２にラック５６３が形成され、ラック５６３に噛み合うピニオン５６５が電動機により回転されることにより、被駆動部５６２に駆動力が付与されてもよい。また、特に図示しないが、筒状の被駆動部の内側にナットが固定され、当該ナットに螺合されるとともに被駆動部に挿入されたねじ軸が電動機により回転されることにより、被駆動部は駆動力が付与されてもよい。また、特に図示しないが、被駆動部はリニアモータの可動子として構成されることにより、駆動力が付与されてもよい。

加圧部材を駆動する電動機は、加圧部材の同芯上に設けられている必要はない。電動機の駆動力は、加圧部材に対して偏心した位置から、歯車機構若しくはプーリ・ベルト機構を介して伝達され、加圧部材の同芯上において被駆動部に伝達されてもよい。

アキュムレータ又はポンプのいずれか一方のみが液圧源として利用されてもよい。また、電動機により駆動されるシリンダ装置を液圧源として利用することも可能である。

液圧回路は適宜に構成することができる。例えば、作動液の流れを制御する弁としてパイロット式の逆止弁を多用したが、逆止弁に代えて、方向切換弁等の他の制御弁が用いられてもよい。

ランアラウンド回路は省略されてもよい。例えば、実施形態において、第５流路４５を省略し、ロッド側室２１ｒから排出された作動液は、第４逆止弁ＶＬＤを介して全てタンク２９に排出してもよい。

実施形態では、低速射出、高速射出、増圧及び保圧に亘って加圧部材が利用されたが、加圧部材を利用する工程は適宜に選択されてよく、例えば、これらのいずれかのみにおいて加圧部材が利用されてもよい。また、各工程の一部のみにおいて、加圧部材が利用されてもよい。

低速射出において、液圧源から射出ピストンの背後への作動液の供給と、加圧部材の前進との双方を行う場合において、低速射出の全体に亘って、双方の動作を行う必要はない。例えば、高速射出の直前においてのみ、双方の動作を行って射出ピストンの背後の圧力を高めてもよい。

なお、本願においては、射出ピストンの同芯上に配置された加圧部材及び被駆動部を有さない発明を抽出可能である。例えば、射出ピストンの同芯上に配置されていない被駆動部を有し、低速射出において、加圧部材を前進させるとともに液圧源から射出ピストンの背後に作動液を供給する発明を抽出可能である。

１…射出装置、５…プランジャ、７…射出シリンダ装置、１５…加圧ピストン（加圧部材）、２１…射出シリンダチューブ、２５…射出ピストンロッド、５１…加圧用電動機、６３…ねじ軸（被駆動部）、１０５…キャビティ。

Claims (12)

1. キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、
   前記プランジャに連結された射出ピストンロッド、当該射出ピストンロッドに固定された射出ピストン及び当該射出ピストンを収容する射出シリンダチューブを有する射出シリンダ装置と、
   前記射出ピストンの径以下の径に形成され、前記射出ピストンの背後の同芯上において前記射出シリンダチューブ内を前進することにより前記射出ピストンの背後の作動液又は前記射出ピストンの背後を加圧可能な加圧部材と、
   前記加圧部材の背後の同芯上に固定され、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される被駆動部と、
   前記駆動力を生じる電動機と、
   を有し、
   前記被駆動部には、前記加圧部材の同芯上において延びるねじ軸が形成されており、
   前記ねじ軸に螺合するナットが設けられており、
   前記電動機は回転式であり、
   前記被駆動部は、前記電動機の回転が前記ナットに伝達されることにより、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される
   成形機の射出装置。
2. キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、
   前記プランジャに連結された射出ピストンロッド、当該射出ピストンロッドに固定された射出ピストン及び当該射出ピストンを収容する射出シリンダチューブを有する射出シリンダ装置と、
   前記射出ピストンの径以下の径に形成され、前記射出ピストンの背後の同芯上において前記射出シリンダチューブ内を前進することにより前記射出ピストンの背後の作動液又は前記射出ピストンの背後を加圧可能な加圧部材と、
   前記加圧部材の背後の同芯上に固定され、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される被駆動部と、
   前記駆動力を生じる電動機と、
   を有し、
   前記加圧部材の同芯上において延びるねじ軸が設けられており、
   前記被駆動部には、前記ねじ軸に螺合するナットが形成されており、
   前記電動機は回転式であり、
   前記被駆動部は、前記電動機の回転が前記ねじ軸に伝達されることにより、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される
   成形機の射出装置。
3. キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、
   前記プランジャに連結された射出ピストンロッド、当該射出ピストンロッドに固定された射出ピストン及び当該射出ピストンを収容する射出シリンダチューブを有する射出シリンダ装置と、
   前記射出ピストンの径以下の径に形成され、前記射出ピストンの背後の同芯上において前記射出シリンダチューブ内を前進することにより前記射出ピストンの背後の作動液又は前記射出ピストンの背後を加圧可能な加圧部材と、
   前記加圧部材の背後の同芯上に固定され、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される被駆動部と、
   前記駆動力を生じる電動機と、
   を有し、
   前記被駆動部は、前記加圧部材の同芯上において延びており、その外周面には該被駆動部の延在方向に延びるラックが形成されており、
   前記ラックに噛み合うピニオンが設けられており、
   前記電動機は回転式であり、
   前記被駆動部は、前記電動機の回転が前記ピニオンに伝達されることにより、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される
   成形機の射出装置。
4. キャビティに成形材料を押し出すプランジャと、
   前記プランジャに連結された射出ピストンロッド、当該射出ピストンロッドに固定された射出ピストン及び当該射出ピストンを収容する射出シリンダチューブを有する射出シリンダ装置と、
   前記射出ピストンの径以下の径に形成され、前記射出ピストンの背後の同芯上において前記射出シリンダチューブ内を前進することにより前記射出ピストンの背後の作動液又は前記射出ピストンの背後を加圧可能な加圧部材と、
   前記加圧部材の背後の同芯上に固定され、前記加圧部材の同芯上において駆動力が付与される被駆動部と、
   前記駆動力を生じる電動機と、
   を有し、
   前記電動機は、リニアモータであり、
   前記被駆動部は、リニアモータの可動子である
   成形機の射出装置。
5. 前記加圧部材は、前記射出ピストンの背後を直接加圧する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
6. 前記射出ピストンの背後に作動液を送出可能な液圧源と、
   前記射出シリンダ装置に係る作動液の流れを制御可能な液圧回路と、
   前記液圧回路及び前記電動機を制御可能な制御装置と、
   を更に有し、
   前記制御装置の制御により、低速射出において、前記加圧部材を前進させるとともに前記液圧源から前記射出ピストンの背後に作動液を供給する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
7. 前記射出ピストンの背後に作動液を供給可能なアキュムレータを更に有し、
   前記制御装置の制御により、高速射出において、前記アキュムレータから前記射出ピストンの背後に作動液を供給する
   請求項６に記載の成形機の射出装置。
8. 前記液圧回路は、前記アキュムレータからパイロット圧が導入される制御弁を有する
   請求項７に記載の成形機の射出装置。
9. 前記電動機のステータ及びロータは、前記ねじ軸の外周において前記ねじ軸と同心状に設けられ、
   前記ナットは、前記ロータに固定されている
   請求項１に記載の成形機の射出装置。
10. 前記電動機は前記加圧部材に対して偏心した位置に設けられ、その駆動力は歯車機構若しくはプーリ・ベルト機構を介して前記被駆動部に伝達される
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
11. 前記加圧部材は、前記射出シリンダチューブを摺動する若しくは前記射出シリンダチューブに非接触で移動する加圧ピストンである
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形機の射出装置。
12. 前記射出シリンダチューブは、
    前記射出ピストンが摺動する射出部と、
    前記加圧ピストンが摺動する加圧部と、
    前記射出部及び前記加圧部の間に形成され、前記射出部及び前記加圧部よりも小径の境界部と、を有している
    請求項１１に記載の成形機の射出装置。

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