以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態以降において、既に説明された実施形態と共通又は類似する構成については、既に説明された実施形態と共通の符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。
<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に連通する射出スリーブ3と、射出スリーブ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に作動液を供給するために、液圧供給装置9及びアキュムレータ11を有している。さらに、射出装置1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の間の作動液の流れを制御する液圧回路13と、液圧供給装置9及び液圧回路13を制御する制御装置15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。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に形成された給湯口3aから溶湯が射出スリーブ3内に供給された状態で、プランジャチップ5aが射出スリーブ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17と、射出シリンダチューブ17の内部を摺動可能な射出ピストン19及び増圧ピストン21と、射出ピストン19に固定され、射出シリンダチューブ17から延び出る射出ピストンロッド23とを有している。なお、射出ピストン19及び射出ピストンロッド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17は、射出シリンダ部17aと、射出シリンダ部17aに接続された増圧シリンダ部17bとを有している。射出シリンダ部17a及び増圧シリンダ部17bは、例えば、内部の断面形状が円形の筒状体である。
射出シリンダ部17aの内部は、射出ピストン19により、射出ピストンロッド23が延び出る側の射出ロッド側室17rと、その反対側の射出ヘッド側室17hとに区画されている。射出ロッド側室17r及び射出ヘッド側室17hに選択的に作動液が供給されることにより、射出ピストン19は射出シリンダチューブ17内を摺動する。
増圧シリンダ部17bは、射出シリンダ部17aの射出ヘッド側室17h側に接続され、また、射出シリンダ部17aよりも大径に形成されている。
増圧ピストン21は、射出シリンダ部17aの内部(射出ヘッド側室17h)を摺動可能な小径部21aと、増圧シリンダ部17bの内部を摺動可能な大径部21bとを有している。増圧シリンダ部17bの内部は、大径部21bにより、射出シリンダ部17a側の前側室17fと、その反対側の後側室17gとに区画されている。
従って、前側室17fの圧抜きを行うと、小径部21aの射出ヘッド側室17hにおける作用面積と、大径部21bの後側室17gにおける作用面積との差に起因して、増圧ピストン21は、後側室17gの作動液から受ける圧力よりも高い圧力を射出ヘッド側室17hの作動液に加えることが可能である。すなわち、射出シリンダ装置7は、増圧機能を有している。
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23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17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19の射出シリンダチューブ17に対する移動により、プランジャ5は射出スリーブ3内を前進又は後退する。
液圧供給装置9は、回転式の電動機25と、電動機25の回転を並進運動に変換するネジ機構27と、ネジ機構の並進運動が伝達されて駆動される供給シリンダ装置29とを有している。
電動機25は、直流モータでも交流モータでもよい。また、電動機25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。電動機25は、例えば、サーボモータとして構成されており、電動機25の回転を検出するエンコーダ31と、電動機25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。
なお、後述する動作の説明において、電動機25が停止しているとき、電動機25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電動機25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。
ネジ機構27は、ネジ軸35と、ネジ軸35に螺合されたナット37とを有している。ネジ軸35は、不図示の型締装置などを含むマシン本体に対して軸回りの回転が規制されている。ナット37は、マシン本体に対してネジ軸35の軸方向の移動が規制されている。従って、ナット37が一方向に回転することにより、ネジ軸35は軸方向の一方側に移動し、ナット37が他方向に回転することにより、ネジ軸35は軸方向の他方側に移動する。
ナット37は、例えば、電動機25のロータに固定されており、電動機25のロータとともに回転する。なお、ナット37は、電動機25の出力軸と歯車機構若しくはプーリ・ベルト機構を介して連結され、電動機25の回転が伝達されて回転してもよい。
供給シリンダ装置29は、供給シリンダチューブ39と、供給シリンダチューブ39の内部を摺動可能な供給ピストン41と、供給ピストン41に固定され、供給シリンダチューブ39から延び出る供給ピストンロッド43とを有している。なお、供給ピストン41及び供給ピストンロッド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。
供給シリンダチューブ39は、例えば、内部の断面形状が円形の筒状体である。供給シリンダチューブ39の内部は、供給ピストン41により、供給ピストンロッド43が延び出る側の供給ロッド側室39rと、その反対側の供給ヘッド側室39hとに区画されている。供給ピストン41が供給シリンダチューブ39内を摺動することにより、供給ロッド側室39r及び供給ヘッド側室39hの一方からは作動液が排出され、また、他方は作動液が流入可能となる。
供給シリンダチューブ39は、不図示の型締装置などを含むマシン本体に対して固定されている。一方、供給ピストンロッド43は、ネジ軸35と同軸に固定されている。従って、ネジ軸35の軸方向の移動により、供給ピストン41は供給シリンダチューブ39内を摺動する。なお、供給ピストンロッド43及びネジ軸35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。ネジ軸35は、供給ピストンロッド43の一部と捉えることもできるが、本願では、便宜上、これらは別部分であるものとして説明する。
アキュムレータ11は、重量式、ばね式、空気圧式、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、空気圧式、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空気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、供給シリンダ装置29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、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、供給ロッド側室39rと射出ヘッド側室17hとを接続する第1流路45と、供給ヘッド側室39hと射出ロッド側室17rとを接続する第2流路47とを有している。
従って、射出装置1は、供給ピストン41を供給ピストンロッド43側へ移動させることにより、供給ロッド側室39rから射出ヘッド側室17hへ作動液を供給して射出ピストン19を射出ピストンロッド23側へ移動させるとともに、射出ロッド側室17rから排出される作動液を供給ヘッド側室39hに回収することができる。
また、射出装置1は、供給ピストン41を供給ピストンロッド43とは反対側へ移動させることにより、供給ヘッド側室39hから射出ロッド側室17rへ作動液を供給して射出ピストン19を射出ピストンロッド23とは反対側へ移動させるとともに、射出ヘッド側室17hから排出される作動液を供給ロッド側室39rに回収することができる。
液圧回路13は、アキュムレータ11と射出ヘッド側室17hとを接続する第3流路49を有している。なお、第3流路49の射出ヘッド側室17h側の一部は、第1流路45の射出ヘッド側室17h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49を介して、アキュムレータ11から射出ヘッド側室17hに作動液を供給することにより、射出ピストン19を射出ピストンロッド23側へ移動させることができる。このとき、射出装置1は、射出ロッド側室17rから排出される作動液を第2流路47を介して供給ヘッド側室39hに回収可能である。
液圧回路13は、供給ヘッド側室39hとアキュムレータ11とを接続する第4流路51を有している。なお、第4流路51のアキュムレータ11側の一部は第3流路49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51の射出ヘッド側室17h側の一部は、第2流路47の供給ヘッド側室39h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、供給ピストン41を供給ピストンロッド43とは反対側へ移動させることにより、供給ヘッド側室39hから第4流路51を介してアキュムレータ11に作動液を供給し、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、アキュムレータ11と後側室17gとを接続する第5流路53と、前側室17fと射出ロッド側室17rとを接続する第6流路55とを有している。なお、第5流路53のアキュムレータ11側の一部は第3流路49のアキュムレータ11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、アキュムレータ11から第5流路53を介して後側室17gに作動液を供給するとともに、第6流路55を利用して前側室17fの圧抜きを行うことにより、上述した増圧ピストン21の増圧作用により、アキュムレータ11の圧力よりも高い圧力を射出ヘッド側室17hに付与することができる。
液圧回路13は、後側室17gと供給ロッド側室39rとを接続する第7流路57を有している。なお、第7流路57の後側室17g側の一部は第5流路53の後側室17g側の一部と共用されており、第7流路57の供給ロッド側室39r側の一部は第1流路45の供給ロッド側室39r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、供給ピストン41を供給ピストンロッド43とは反対側へ移動させることにより、供給ヘッド側室39hから、第2流路47、射出ロッド側室17r及び第6流路55を介して、作動液を前側室17fに供給して増圧ピストン21を射出ピストン19とは反対側へ移動させることが可能である。このとき、射出装置1は、後側室17gから排出される作動液を、第7流路57を介して供給ロッド側室39rに回収することが可能である。
液圧回路13は、第2流路47に設けられたサーボバルブ59を有している。サーボバルブ59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59は、開口度に応じた信号S3を出力可能であり、その信号S3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59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59は、射出ロッド側室17r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5逆止弁VLE(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5流路53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側から後側室17g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3流路49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、アキュムレータ11側から射出ヘッド側室17h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4流路51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、供給ヘッド側室39h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1流路45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、供給ロッド側室39r側から射出ヘッド側室17h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、双方の流れを許容する(開かれる)。
第5逆止弁VLEは、第7流路57に設けられている。第5逆止弁VLEは、パイロット圧力が導入されていないときは、後側室17g側から供給ロッド側室39r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5逆止弁VLE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)。
制御装置15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、各部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、エンコーダ31、射出ピストンロッド23の位置を検出する第1位置センサ71、供給ピストンロッド43の位置を検出する第2位置センサ73、サーボバルブ59、射出ヘッド側室17hの圧力を検出する第1圧力センサ75、及び、アキュムレータ11の圧力を検出する第2圧力センサ77である。
出力回路67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79、サーボドライバ33、サーボバルブ59、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。
第1位置センサ71は、射出シリンダチューブ17に対する射出ピストンロッド23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。第1位置センサ71は、例えば、射出ピストンロッド23に設けられ、射出ピストンロッド23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、第1位置センサ71、又は、制御装置15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。
第2位置センサ73は、供給シリンダチューブ39に対する供給ピストンロッド43の位置を検出するものである。第2位置センサ73は、例えば、供給ピストンロッド43に設けられ、供給ピストンロッド43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、第2位置センサ73、又は、制御装置15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。
第1圧力センサ75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。
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、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)
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19、増圧ピストン21及び供給ピストン41は、後退限等の初期位置に位置している。電動機25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及び第2逆止弁VLB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3逆止弁VLC〜第5逆止弁VLEは適宜な状態とされてよいが、例えば、低速射出時と同様の状態とされている。より具体的には、第3逆止弁VLC及び第5逆止弁VLEはパイロット圧力が導入されて閉じられており、第4逆止弁VLDはパイロット圧力が導入されていない。また、サーボバルブ59も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15は、電動機25の駆動により供給ピストン41を供給ピストンロッド43側へ移動させるとともに、サーボバルブ59を適宜な開口度で開く。
これにより、供給ロッド側室39rから射出ヘッド側室17hに作動液が供給され、射出ピストン19は、射出ロッド側室17rの作動液を供給ヘッド側室39hに排出しつつ前進する。その結果、プランジャ5により射出スリーブ3内の溶湯がキャビティ105に射出される。
プランジャ5の速度は、例えば、サーボバルブ59の開口度若しくは電動機25の回転数の調整により制御され、図2に示すように、比較的低速の低速射出速度VLとされる。また、このときの射出圧力は、比較的低圧のPLである。
(高速射出)
制御装置15は、第1位置センサ71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、電動機25を停止するとともに、第2逆止弁VLBへのパイロット圧力の導入を停止する。また、制御装置15は、サーボバルブ59の開口度を低速射出時の開口度よりも大きい適宜な開口度とする。
これにより、アキュムレータ11から射出ヘッド側室17hに作動液が供給され、射出ピストン19は、射出ロッド側室17rの作動液を供給ヘッド側室39hに排出しつつ前進する。その結果、プランジャ5により射出スリーブ3内の溶湯がキャビティ105に射出される。
プランジャ5の速度は、サーボバルブ59の開口度の調整により制御され、図2に示すように、低速射出速度VLよりも高速の高速射出速度VHとされる。また、このときの射出圧力は、低速射出時の射出圧力PLより高い圧力PHである。
(減速射出)
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59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。
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。
(増圧)
所定の増圧開始条件が満たされると、制御装置15は、第1逆止弁VLAへのパイロット圧力の導入を停止する。増圧開始条件は、例えば、第1圧力センサ75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。
第1逆止弁VLAへのパイロット圧力の導入が停止されることにより、アキュムレータ11から後側室17gに作動液が供給される。また、前側室17fの作動液は、第6流路55、射出ロッド側室17r及びサーボバルブ59を介して供給ヘッド側室39hへ排出可能である。従って、上述したように、増圧ピストン21の増圧機能により、後側室17gの作動液の圧力よりも高い圧力が射出ヘッド側室17hに付与される。
そして、射出圧力は、圧力Ptを経て終圧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、サーボバルブ59の開口度は予め定められた適宜な開口度とされる。第2逆止弁VLBは、パイロット圧力が導入されて閉じられる。ただし、第2逆止弁VLBは、射出ヘッド側室17hの圧力が、増圧ピストン21の増圧機能によりアキュムレータ11の圧力よりも高くなることにより自閉するから、後述するプランジャ5の後退及びアキュムレータ11の開始までは、パイロット圧力が導入されなくてもよい。
(保圧)
制御装置15は、上記の射出圧力が終圧Pmaxとなっている状態を維持する。この間に、溶湯は冷却されて凝固する。溶湯が凝固すると、制御装置15は、第1逆止弁VLAにパイロット圧力を導入して第1逆止弁VLAを閉じる。これにより、アキュムレータ11から後側室17gへの液圧の供給が停止され、保圧は終了する。
なお、制御装置15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)
保圧終了後、制御装置15は、第4逆止弁VLDにパイロット圧力を導入して第4逆止弁VLDを開くとともに、第5逆止弁VLEへのパイロット圧力の導入を停止する。そして、制御装置15は、サーボバルブ59を適宜な開口度とするとともに、供給ピストン41が供給ピストンロッド43とは反対側へ移動するように、電動機25を駆動する。
これにより、供給ヘッド側室39hの作動液が射出ロッド側室17r及び前側室17fに供給され、射出ピストン19が射出ヘッド側室17hの作動液を供給ロッド側室39rに排出しつつ後退するとともに、増圧ピストン21が後側室17gの作動液を供給ロッド側室39rに排出しつつ後退する。
(アキュムレータ充填)
保圧終了後、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、制御装置15は、第3逆止弁VLCへのパイロット圧力の導入を停止する。そして、制御装置15は、プランジャ後退時と同様に、供給ピストン41が供給ピストンロッド43とは反対側へ移動するように、電動機25を駆動する。
これにより、供給ヘッド側室39hの作動液がアキュムレータ11に供給され、アキュムレータ11の蓄圧が行われる。
(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15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。
なお、制御装置15は、射出工程(低速射出、高速射出及び減速)においては、例えば、第1位置センサ71の検出値に基づき、プランジャ5の速度をフィードバック制御する。また、制御装置15は、増圧や保圧においては、第1圧力センサ75の検出値に基づき、プランジャ5が溶湯に付与する圧力をフィードバック制御する。そのフィードバックループには、サーボバルブ59のフィードバックループ、第2位置センサ73及びエンコーダ31の検出値に基づく電動機25のフィードバックループが適宜に組み込まれる。
図3(a)は、低速射出における作動液の流れを説明する模式図であり、図3(b)は、高速射出における作動液の流れを説明する模式図である。
上述のように、低速射出においては、供給ピストン41が供給ピストンロッド43側へ移動することにより、供給ロッド側室39rの作動液が射出ヘッド側室17hに供給される。これにより、射出ピストン19は射出ピストンロッド23側へ移動し、射出ロッド側室17rの作動液は供給ヘッド側室39hに排出される。
ここで、供給シリンダ装置29においては、供給ロッド側室39rに供給ピストンロッド43が存在することから、供給ピストン41の移動による供給ヘッド側室39hの容量の増加量は、供給ロッド側室39rから排出される作動液の量よりも多い。また、射出シリンダ装置7においては、射出ロッド側室17rに射出ピストンロッド23が存在することから、射出ヘッド側室17hに供給される作動液の量は、射出ロッド側室17rから排出される作動液の量よりも多い。
従って、供給ピストン41の移動に伴う供給ヘッド側室39hの容量の増加量に対して射出ロッド側室17rから供給ヘッド側室39hに排出される作動液の量は少ないことになる。すなわち、供給シリンダ装置29においては、作動液が不足する。そして、供給ヘッド側室39hには、真空空間SPが形成される。なお、当該真空空間SPの体積は、供給ピストンロッド43の、供給ロッド側室39rの内部から外部へ移動した体積、及び、射出ピストンロッド23の、射出ロッド側室17rの内部から外部へ移動した体積の和に相当する。
高速射出においては、上述したように、アキュムレータ11から射出ヘッド側室17hに作動液が供給される。これにより、射出ピストン19は射出ピストンロッド23側へ移動し、射出ロッド側室17rの作動液は供給ヘッド側室39hに排出される。
このとき、供給ヘッド側室39hにおいては、真空空間SPを縮小しつつ、射出ロッド側室17rからの作動液を受け入れる。これにより、供給シリンダ装置29は、供給ピストン41が停止した状態でも、大量の作動液を吸収できる。
増圧工程においても、高速射出と同様に、射出ロッド側室17rの作動液(前側室17fの作動液)は、真空空間SPを縮小しつつ、供給ヘッド側室39hに流れ込む。
アキュムレータ11による液圧の供給、及び、射出ロッド側室17rから供給ヘッド側室39hへの作動液の排出を増圧工程又は保圧工程の終了時まで持続できるように、真空空間SPは、増圧工程又は保圧工程の終了時まで残っていることが好ましい。換言すれば、そのように各種の寸法や制御位置が設定されることが好ましい。
ただし、供給ヘッド側室39hへの作動液の供給により、真空空間SPが無くなっても、低速射出時と同様に電動機25により供給ピストン41を供給ピストンロッド43側へ移動させ、新たに真空空間SPを形成することにより、アキュムレータ11による液圧の供給、及び、射出ロッド側室17rから供給ヘッド側室39hへの作動液の排出を継続することは可能である。
上述の動作説明では、射出工程及び増圧工程において、供給ヘッド側室39hに供給される作動液は、全て、射出ピストン19及び増圧ピストン21の前進に伴って射出ロッド側室17r(前側室17f)から排出された作動液となっている。一方、溶湯の凝固後において、供給ヘッド側室39hの作動液は、射出ピストン19及び増圧ピストン21の後退のために射出ロッド側室17r(前側室17f)に供給されるだけでなく、アキュムレータ11の充填のためにアキュムレータ11にも供給されている。
従って、溶湯の凝固後において、供給ヘッド側室39hの作動液は、射出ピストン19及び増圧ピストン21を初期位置まで後退させ、且つ、アキュムレータ11を初期状態まで充填するには不足する。また、射出ヘッド側室17h及び後側室17gの作動液の供給ロッド側室39rへの作動液の排出に関しては、作動液が余剰となる。
これらの不足分及び余剰分は、公知のタンク及びポンプを含む液圧回路が付加されることにより解消されてよい。また、そのような液圧回路を付加することなく、射出装置1内で作動液の不足分と余剰分とが相殺されるように、適宜な流路及び弁が付加されてもよい。
(変形例)
上述した実施形態では、供給ヘッド側室39hから第4流路51及び第3逆止弁VLCを介してアキュムレータ11に作動液を供給し、アキュムレータ11を蓄圧した。変形例では、プランジャ5の後退に伴って射出ヘッド側室17hから排出される作動液をアキュムレータ11に供給し、アキュムレータ11を蓄圧する。
具体的には、プランジャ5の後退の前半若しくは後半において、第4逆止弁VLDへのパイロット圧力の導入を停止する。また、第2逆止弁VLBをパイロット圧力の導入により開くことも可能な逆止弁により構成しておき、パイロット圧力を導入して開く。これにより、射出ヘッド側室17hからアキュムレータ11に作動液が供給される。
この変形例では、供給ヘッド側室39hの作動液は射出ロッド側室17rにのみ供給されるので、上述のような作動液の過不足は生じない。なお、この変形例においては、第4流路51及び第3逆止弁VLCは不要である。
また、第1逆止弁VLAをパイロット圧力の導入により開くことも可能な逆止弁により構成しておき、プランジャ5の後退時において第1逆止弁VLAを開くことにより、後側室17gの作動液をアキュムレータ11に供給することもできる。この場合、第7流路57及び第5逆止弁VLEは不要である。
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、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、液圧供給装置9と、アキュムレータ11とを有している。液圧供給装置9は、作動液を収容する供給シリンダチューブ39と、供給シリンダチューブ39の作動液を送り出すための駆動源としての電動機25とを有する。また、射出装置1は、射出ロッド側室17r、射出ヘッド側室17h、液圧供給装置9及びアキュムレータ11の間の作動液の流れを制御する液圧回路13と、電動機25及び液圧回路13を制御する制御装置15とを有する。
そして、射出装置1は、射出工程においては、電動機25の駆動により供給シリンダチューブ39から射出ヘッド側室17hへ作動液を供給して低速射出を行い、その後、アキュムレータ11から射出ヘッド側室17hへ作動液を供給して高速射出を行う。また、射出装置1は、溶湯の凝固後においては、電動機25の駆動により供給シリンダチューブ39から射出ロッド側室17rへ作動液を供給してプランジャ5を後退させ、電動機25の駆動により供給シリンダチューブ39からアキュムレータ11に作動液を供給してアキュムレータ11を蓄圧する。
従って、液圧供給装置9は、プランジャ5を前進させるときと、プランジャ5の後退及びアキュムレータ11の蓄圧を行うときとの双方において利用される。その結果、例えば、アキュムレータ11を高速射出のみに利用してアキュムレータの小型化を図るとともに、低速射出及び高速射出において射出ロッド側室から排出される作動液を液圧供給装置9に回収しておき、その回収した作動液を用いてプランジャ5の後退等を行うことにより、必要な作動液の量を少なくして液圧装置の小型化を図ることができる。
液圧供給装置9は、供給シリンダ装置29を有する。供給シリンダ装置29は、供給シリンダチューブ39、及び、当該供給シリンダチューブ39に摺動可能に収容された供給ピストン41を有する。供給シリンダチューブ39の内部は供給ピストン41により供給ロッド側室39rと供給ヘッド側室39hとに区画されている。液圧供給装置9は、供給ピストン41が電動機25により駆動されることにより、供給ロッド側室39r又は供給ヘッド側室39hから作動液を送出する。
このような液圧供給装置9は、簡素な構成であるとともに、任意の流量又は圧力で作動液を送出することが容易である。また、一方のシリンダ室から作動液を供給しつつ、他方のシリンダ室に作動液を回収することが可能であるから、作動液を貯蓄するための構成が小型化される。例えば、以下のような動作を採用することにより、作動液を貯蓄するための構成を小型化することが可能である。
射出装置1は、電動機25の駆動により供給ロッド側室39rから射出ヘッド側室17hへ作動液を供給して低速射出を行い、低速射出及び高速射出において射出ロッド側室17rから排出される作動液を供給ヘッド側室39hに回収する。また、射出装置1は、溶湯の凝固後においては、電動機25の駆動により供給ヘッド側室39hから射出ロッド側室17rへ作動液を供給してプランジャ5を後退させ、電動機25の駆動により供給ヘッド側室39hからアキュムレータ11に作動液を供給してアキュムレータ11を蓄圧する。
上記の動作を採用すると、作動液を貯蓄する構成を小型化する効果に加え、回収した作動液をプランジャ5の後退及びアキュムレータ11の蓄圧に利用することによる、作動液の必要量を少なくする効果も得られる。
射出装置1において、低速射出においては、供給ピストン41の移動に伴う供給ヘッド側室39hの容量の増加量に対して射出ロッド側室17rから供給ロッド側室39rに排出される作動液の量が少なく、供給ヘッド側室39hに真空空間SPが形成される。
従って、アキュムレータ11から射出ヘッド側室17hに作動液を供給して高速射出を行っているときに、供給ピストン41を移動させることなく若しくはあまり移動させることなく、射出ロッド側室17rから高速で排出される大量の作動液を供給ヘッド側室39hに回収させることができる。その結果、供給ピストン41が高速移動することが抑制され、ひいては、ネジ機構27のナット37の高速回転が抑制されるなど、電動機25から供給ピストン41に至る駆動系の機械的負担が軽減される。
液圧回路13はパイロット圧力が導入されて駆動される逆止弁VLを含み、パイロット圧力としてアキュムレータ11の圧力が導入されている。従って、弁専用の液圧源が不要となる。射出装置1において、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は、互いに作動液を供給し合うことにより、閉じた液圧回路を構成することが可能であるから、全体としても、液圧源を不要とすることができる。
なお、以上の第1の実施形態において、ダイカストマシンDC1は本発明の成形機の一例であり、溶湯は本発明の成形材料の一例であり、供給シリンダチューブ39は本発明の収容部の一例であり、供給ロッド側室39rは本発明の第1シリンダ室の一例であり、供給ヘッド側室39hは本発明の第2シリンダ室の一例であり、逆止弁VLは本発明の弁の一例である。
<第2の実施形態>
図4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59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59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49及び第5流路53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59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59は、アキュムレータ11から作動液を吐出させるとき(高速射出、増圧及び保圧)、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59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〜第3逆止弁VLCによっても規制されるから、サーボバルブ59は開かれていてもよい。
射出装置201において、低速射出におけるプランジャ5の速度は、電動機25(供給ピストン41)の速度制御により制御される。高速射出におけるプランジャ5の速度は、サーボバルブ59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。
<第3の実施形態>
図5は、第3の実施形態の射出装置301の要部を示す図である。
射出装置301の構成は、供給シリンダ装置29と液圧回路13との接続のみが第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301においては、第1流路45が供給ヘッド側室39hに接続され、第2流路47が供給ロッド側室39rに接続されている。換言すれば、供給ヘッド側室39hは、射出ヘッド側室17h及び後側室17gに接続されており、供給ロッド側室39rは、射出ロッド側室17r、前側室17f及びアキュムレータ11に接続されている。
射出装置301の動作は、液圧供給装置9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301において、液圧供給装置9は、供給ピストン41の供給ピストンロッド43を基準とした移動方向が、第1の実施形態と逆方向となるように駆動される。それ以外は、射出装置301における液圧供給装置9の動作は、概ね、第1の実施形態と同様である。
射出装置301では、低速射出において、供給ピストン41は、供給ヘッド側室39h側へ移動する。このとき、供給ロッド側室39rに供給ピストンロッド43が存在することから、供給ピストン41の移動による供給ロッド側室39rの容量の増加量は、供給ヘッド側室39hから排出される作動液の量よりも少ない。換言すれば、供給シリンダ装置29のみに着目すると、作動液の余剰が生じる。
一方、低速射出において、射出シリンダ装置7では、射出ロッド側室17rに射出ピストンロッド23が存在することから、射出ヘッド側室17hに供給される作動液の量は、射出ロッド側室17rから排出される作動液の量よりも多い。換言すれば、射出シリンダ装置7のみに着目すると、作動液の不足が生じる。
従って、供給シリンダ装置29の余剰分が射出シリンダ装置7の不足分を下回れば、供給ロッド側室39rに真空空間SP(図3参照)が形成される。高速射出時においては、その真空空間SPを縮小しつつ、射出ロッド側室17rの作動液が供給ロッド側室39rに供給される。
このような真空空間SPが形成されるか否かは、供給ピストン41、供給ピストンロッド43、射出ピストン19及び射出ピストンロッド23の断面積によって決定される。真空空間SPが形成される条件及びその大きさを示す数式の導出は簡単であるので省略する。
以上の第3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。なお、第3の実施形態においては、供給ヘッド側室39hが本発明の第1シリンダ室の一例であり、供給ロッド側室39rが本発明の第2シリンダ室の一例である。
<第4の実施形態>
図6は、第4の実施形態の射出装置401の要部を示す図である。
射出装置401の構成は、ランアラウンド回路が構成されている点のみが第1の実施形態の射出装置1の構成の構成と相違する。具体的には、以下のとおりである。
射出装置401は、射出ヘッド側室17hと射出ロッド側室17rとを接続する第8流路446を有している。なお、第8流路446は、射出ヘッド側室17h側の一部が第1流路45の射出ヘッド側室17h側の一部と共用され、射出ロッド側室17r側の一部が第2流路47の射出ロッド側室17r側の一部と共用されている。ただし、これらは共用されなくてもよい。
また、射出装置401は、第2流路47に設けられた第6逆止弁VLFと、第8流路446に設けられた第7逆止弁VLGとを有している。
第6逆止弁VLFは、第2流路47と第8流路446との共用部分よりも供給ヘッド側室39h側、且つ、第2流路47と第4流路51との共用部分よりも射出ロッド側室17r側に設けられている。第6逆止弁VLFは、パイロット圧力が導入されていないときは、射出ロッド側室17r側から供給ヘッド側室39h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6逆止弁VLFは、開くためのパイロット圧力の導入により上記の双方の流れを許容することができるとともに、閉じるためのパイロット圧力の導入により上記の双方の流れを禁止することができる。
第7逆止弁VLGは、第8流路446と第2流路47との共用部分よりも射出ヘッド側室17h側、且つ、第8流路446と第1流路45との共用部分よりも射出ロッド側室17r側に設けられている。第7逆止弁VLGは、パイロット圧力が導入されていないときは、射出ロッド側室17r側から射出ヘッド側室17h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7逆止弁VLGは、パイロット圧力が導入されているときは上記の双方の流れを禁止する。
さらに、射出装置401は、射出ロッド側室17rの圧力を検出する第3圧力センサ476を有している。制御装置15(図1参照)は、第1圧力センサ75の検出値と、第3圧力センサ476の検出値と、射出ピストン19の射出ヘッド側室17hにおける受圧面積と、射出ピストン19の射出ロッド側室17r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。
射出装置401の動作は、第6逆止弁VLF及び第7逆止弁VLG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。
低速射出及び高速射出においては、第6逆止弁VLFは、閉じるためのパイロット圧力が導入され、また、第7逆止弁VLGは、パイロット圧力が導入されない。従って、射出ピストン19の前進に伴って射出ロッド側室17rから排出される作動液は、第8流路446を介して射出ヘッド側室17hに還流される。
それ以外の工程においては、例えば、第6逆止弁VLFは、開くためのパイロット圧力が導入され、第7逆止弁VLGは、パイロット圧力が導入されて閉じられる。これにより、第1の実施形態と同様の動作が可能となる。
なお、本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、高速射出において供給ヘッド側室39hに作動液が回収されない。プランジャ5の後退及びアキュムレータ11の蓄圧を行うのに必要な作動液の補給等が適宜に行われてよいことは、第1の実施形態と同様である。
以上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。また、本実施形態においては、ランアラウンド回路により作動液の必要量が縮小され、液圧装置の小型化が図られる。
<第5の実施形態>
図7は、第5の実施形態の射出装置501の要部を示す図である。
射出装置501の構成は、サーボバルブ59の位置のみが第4の実施形態の射出装置401と相違する。具体的には、サーボバルブ59は、第2の実施形態と同様に、第3流路49に設けられており、メータイン回路を構成している。なお、別の観点では、射出装置501の構成は、ランアラウンド回路が構成されている点のみが第2の実施形態の射出装置201の構成と相違する。
射出装置501の動作は、サーボバルブ59に係る動作以外は、第4の実施形態の射出装置1の動作と概ね同様でよい。サーボバルブ59の動作は、第2の実施形態におけるサーボバルブ59の動作と同様でよい。
以上の実施形態によれば、第4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。
シリンダ装置は、増圧式のものに限定されない。増圧シリンダ部(17b)及び増圧ピストン(21)を有さない、いわゆる単動式のものであってもよい。なお、シリンダ装置が単動式の場合においては、増圧工程及び保圧工程時において、アキュムレータからの作動液は射出ヘッド側室(15h)に供給される。また、シリンダ装置は、増圧式の場合において、射出シリンダ部と増圧シリンダ部とが分離したものであってもよい。
液圧供給装置は、液圧シリンダ装置を含むものに限定されない。例えば、液圧供給装置は、収容部としてのタンクと、タンクから作動液を送出するポンプとを有するものであってもよい。なお、この場合、ポンプは、低速射出速度の制御が容易化されるように、可変容量ポンプであることが好ましい。
電動機は、回転式のものに限定されない。例えば、リニアモータにより供給ピストンを駆動してもよい。また、電動機が回転式のものである場合に、電動機の回転を並進運動に変換して供給ピストンに伝達する機構はネジ機構に限定されない。例えば、そのような伝達機構はラックピニオン機構であってもよい。
液圧回路は適宜に構成することができる。また、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、方向切換弁等の他の制御弁が用いられてもよい。本発明は、アキュムレータ、液圧供給装置、及び、射出シリンダ装置の3つの液圧機器の間で作動液を供給し合うことにより、作動液の流れがこれらの間で完結した液圧装置を構成することを可能とする。ただし、液圧供給装置とは別に、ポンプやタンクが設けられても構わない。