JP5686612B2 - 鋳造装置の油圧ポンプユニット - Google Patents

Description

本発明は、油圧により作動する鋳造装置の油圧ポンプユニット及びその制御方法に関する。

従来から、エンジンブロック等の鋳造装置には、当該装置を駆動するのに必要な油圧を供給するための油圧ポンプユニットが付設されている。油圧ポンプユニットは、交流電動モータを用いて油圧ポンプを駆動する構成となっており、前記電動モータの回転を一定に維持することにより、常時略一定の圧力及び流量の作動油を吐出している。そして、油圧ポンプユニットの能力は、鋳造装置の動作に応じて変化する油圧回路の圧力及び流量の最大値を常時満たすように設定されている。

ところで、鋳造装置の作動においては、常時最大値の油圧及び流量を必要としないため、不要な流量分については、その作動油を油圧回路のリリーフ弁を通じて油タンクに戻している。例えば特許文献１では、駆動源と油圧ポンプとの間に動力伝達経路を断接するクラッチを設けることで、前記リリーフ量を最小限に抑えている。

特開２００５−１２９１１２号公報

しかし、上記従来の如く不要な流量分の作動油を油タンクに戻す場合、この流量分に要する電力はエネルギーロスとなるという不具合がある。
また、必要とされない作動油がリリーフ弁を通過する際には圧力が開放されるため、このときのエネルギーが熱損失となって作動油の温度を上昇させてしまう。これを解消するためには、作動油を回収する油タンクの容量を大きくするか、熱交換性能の高いオイルクーラによって作動油を冷却することが必要となり、装置全体がコスト高になるという不具合がある。
さらに、上記従来の技術では、駆動源と油圧ポンプとの間にクラッチを設けてリリーフ量を抑えているものの、駆動源は常時定常運転されており、やはりエネルギーロスが大になるという不具合がある。

本発明は上記従来技術の不具合を解消するためのものであり、油圧により作動する鋳造装置の油圧ポンプユニット及びその制御方法において、必要とされない作動油圧の発生を抑えて鋳造のエネルギー効率を高めることを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、
鋳造装置（例えば実施形態の鋳造装置本体１００Ａ）の作動に必要な圧力及び流量の作動油を供給する油圧ポンプユニット（例えば実施形態の油圧ポンプユニットＰ）であって、
動力を受けることによって作動油を昇圧して吐出する複数の油圧ポンプ（例えば実施形態の油圧ポンプ５４，５５，５６）と、
前記複数の油圧ポンプへ動力を供給するべく前記複数の油圧ポンプに対して各々配設された複数の交流電動モータ（例えば実施形態の電動モータ６１，６２，６３）と、
前記複数の電動モータ各々の回転数を制御するモータ回転数制御手段（例えば実施形態のコントローラ６０、インバータ６４）と、
前記複数の油圧ポンプから吐出される作動油を前記鋳造装置に供給し、かつ、前記複数の油圧ポンプから吐出される作動油の内、前記鋳造装置の作動に寄与しない作動油をリリーフする油圧回路（例えば実施形態の油圧回路７０）と、を備え、
前記モータ回転数制御手段が、鋳造サイクルにおける各動作に応じてモータ起動電流損の発生を防止するために、前記複数の交流電動モータを停止することなく、少なくとも一つ以上の交流電動モータが低速運転となるように周波数を制御し、或いは前記複数の交流電動モータの回転数の上昇タイムラグの発生を防止するために、少なくとも一つの交流電動モータの回転数を基底周波数に固定するようにして、前記鋳造装置の作動に応じて前記鋳造装置に供給する作動油の量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、鋳造装置の作動に応じて、その作動に寄与しない作動油の量を適時制御することで、エネルギーロスを低減できると共に、オイルクーラを不要にする等によるコストダウンを図ることができる。

本発明の実施形態におけるエンジンブロック鋳造装置の型開き状態を示す概略図である。 上記エンジンブロック鋳造装置の型締め状態を示す概略図である。 上記エンジンブロック鋳造装置の鋳造一サイクルの行程図である。 上記エンジンブロック鋳造装置の複数の油圧ポンプの電動モータを周波数制御する際の吐出量の変化を示すグラフであり、（ａ）は各ポンプ毎の吐出量を、（ｂ）は各ポンプの吐出量の合計をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１，２に示すエンジンブロック鋳造装置１００は、例えばエンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック等を成形するもので、金型１０を含む鋳造装置本体１００Ａと、この鋳造装置本体１００Ａに作動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットＰとを備える。金型１０は、可動金型１と固定金型３０とを備える。

可動金型１は、油圧シリンダ２により矢印Ｘ方向に進退自在であり、その内部に複数の中子を備える。前記中子は、可動金型１に保持される加工基準座が設けられた基準中子３と、エンジンのシリンダボアに対応して油圧シリンダ８により進退自在なそれぞれ一対の天地の可動ボア中子４，５と、油圧シリンダ９により進退自在なそれぞれ一対の天地の可動中子６，７とを備える。

可動金型１には、成形された製品（エンジンブロック）を可動金型１から離型するための押し出しピン１３が、その後方の油圧シリンダ１４により出没自在に配設される。
一方、固定金型３０には、前記エンジンブロックのクランク室ジャーナル孔（不図示）を形成するための固定ピン４４（図１参照）が、その後方に配設された油圧シリンダ４５により出没自在に配設される。

そして、固定金型３０を保持する固定ダイプレート３１には、製品取り出し装置３２が配設される。製品取り出し装置３２のチャック部３３は、油圧シリンダ４１により、型開きされた固定金型３０及び可動金型１の間に前進・後退可能である。

図１を参照し、金型１０は、離型剤を塗布する離型剤塗布装置（不図示）と、ボア用金具１２を可動ボア中子４，５に供給するための金具供給装置（不図示）とを備える。
前記塗布装置の塗布ノズル３４、及び前記供給装置の供給ヘッド１１は、それぞれ油圧シリンダ４２，４３により、型開きされた固定金型３０及び可動金型１の間に前進・後退可能である。

図２を参照し、可動金型１及び固定金型３０を型締めした状態において、可動金型１及び固定金型３０の間には、前記シリンダブロックに対応するキャビティＷが形成される。
固定金型３０を保持する固定ダイプレート３１には、ブッシュ３５及びスリーブ３６が取り付けられる。スリーブ３６内には湯口４０から溶湯が供給され、この溶湯が、油圧シリンダ３７により進退自在なプランジャー３８の先端に保持されたチップ３９により、ブッシュ３５を介してキャビティＷ内に供給される。

各油圧シリンダ２，８，９，１４，３７，４１，４２，４３，４５は、油圧ポンプユニットＰの各油圧ポンプ５４，５５，５６により圧送された作動油を供給することで進退動を行う。各油圧ポンプ５４，５５，５６は、油タンク５０から延出する三つの枝管５１，５２，５３に配設される。各油圧ポンプ５４，５５，５６が圧送した作動油は、幹管５７に集約した後に前記各油圧シリンダに供給される。

幹管５７は、複数の分岐管５８を介して前記各油圧シリンダに接続される。各分岐管５８にはそれぞれ制御弁５９が配設され、これら各制御弁５９により、前記各油圧シリンダに供給される作動油の流量及び圧力が制御される。各制御弁５９はコントローラ６０に接続され、このコントローラ６０からの指令に基づいて作動する。各分岐管５８及び各制御弁５９は油圧ポンプユニットＰに含むものとする。

各油圧ポンプ５４，５５，５６は、可撓性が大きく軸の偏角、偏芯、間隔誤差を広範囲に許容するゴムカップリングやフレックスカップリング（軸継手）の一種であるタイヤ型カップリングを介して、各々交流電動モータ６１，６２，６３に接続されて作動する。
各電動モータ６１，６２，６３は、インバータ（可変周波数交流電力発生回路）６４を電源として用いる。インバータ６４はコントローラ６０に接続され、コントローラ６０からの指令に基づいてその出力周波数を制御する。

余剰となった作動油（油圧シリンダの作動に寄与しない作動油）は、幹管５７の途中から分岐した戻し管６６を経由して油タンク５０に回収される。戻し管６６はリリーフ弁６５を有している。なお、油圧ポンプユニットＰにおける各電動モータ６１，６２，６３、インバータ６４及びコントローラ６０を除く部位を油圧回路７０とする。

図３は、上記エンジンブロック鋳造装置１００におけるエンジンブロックを鋳造する際の一サイクルの行程をＡ〜Ｔの順に示す。なお、各行程は周知のものとしてその詳細説明は省略する。

上記エンジンブロック鋳造装置１００によりエンジンブロックの鋳造サイクルを実施する場合、まず、コントローラ６０に予め記憶された指令に基づいて、インバータ６４が各電動モータ６１，６２，６３の周波数を各々制御して各油圧ポンプ５４，５５，５６の吐出量を各々制御し、かつ各制御弁５９が前記各油圧シリンダへの流量を各々制御する。この制御結果を示すものとして、図４（ａ）は各油圧ポンプ５４，５５，５６（図ではポンプ１，２，３とする）毎の吐出量を、図４（ｂ）は各油圧ポンプ５４，５５，５６の吐出量の合計をそれぞれ示す。

従来は、各油圧ポンプ５４，５５，５６における三つの電動モータ６１，６２，６３を６０Ｈｚの基底周波数で常時作動させていたが、本実施形態におけるエンジンブロックの鋳造サイクルモードにおいては、三つの電動モータ６１，６２，６３をインバータ６４により５０Ｈｚの基底周波数で作動させる。

また、行程「キュアリングタイム」Ｅのように、油圧が殆ど必要ないときには、三つの電動モータ６１，６２，６３の内、二つの電動モータ６２，６３を２０Ｈｚの低速運転とする。

さらに、型開き後に製品（エンジンブロック）を可動金型１から離型するための押し出しピン１３を油圧シリンダ１４により可動金型１内に没入させる行程「製品押出後退」Ｌ後から、ボア用金具１２を可動ボア中子４，５に供給するための金具供給装置（不図示）の供給ヘッド１１を油圧シリンダ４３により型開きされた固定金型３０及び可動金型１の間から後退させる行程「金具供給装置後退」Ｔまでの間は、一つの電動モータ６３を２０Ｈｚの低速運転とし、さらにもう一つの電動モータ６２を４０Ｈｚの中速運転とする。
なお、前記周波数は各電動モータ６１，６２，６３の必要回転数に基づき設定される。

行程「キュアリングタイム」Ｅ時の二つの電動モータ６２，６３、並びに行程「製品押出前進」Ｋ及び行程「製品押出後退」Ｌ時の一つの電動モータ６３を、それぞれ２０Ｈｚの低速運転（例えば回転数４００ｒｐｍ）としたのは、これらを停止しても問題はないものの、モータ起動電流損を考慮し、停止せずに低速運転として省エネルギーとするためである。

また、一つの電動モータ６１の周波数を５０Ｈｚに固定したのは、全ての電動モータの周波数を変更すると、周波数変更直後に回転数の上昇にタイムラグが生じ、さらに油圧ポンプから作動油が安定して吐出されるまでにもタイムラグが生じて、鋳造に支障をきたすからである。

金型交換モード時においては、前記同様に省エネルギーの観点で、三つの電動モータ６１，６２，６３を２０Ｈｚの低速運転（例えば回転数４００ｒｐｍ）とし、エンジンブロックの鋳造サイクルモードに復帰した時点で、三つの電動モータ６１，６２，６３を５０Ｈｚに切り替える。

また、コントローラ６０がサイクルタイムを常時監視し、次の動作開始信号が例えば五分間出力されない場合には、すべての電動モータ６１，６２，６３の基底周波数を２０Ｈｚの待機モードに切り替える。

このように、三つの電動モータ６１，６２，６３の基底周波数を６０Ｈｚから５０Ｈｚに変更し、さらに上記したように、鋳造サイクルにおける各動作に応じて、及び金型交換モードや待機モードであることに応じて、周波数を制御するようにしたので、電力量を大幅に削減可能とし、かつ従来技術の不具合を解消可能とすることができる。

なお、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１００Ａ 鋳造装置本体（鋳造装置）
Ｐ 油圧ポンプユニット
５４，５５，５６ 油圧ポンプ
６１，６２，６３ 電動モータ
６０ コントローラ（モータ回転数制御手段）
６４ インバータ（モータ回転数制御手段）
７０ 油圧回路

Claims (1)

1. 鋳造装置の作動に必要な圧力及び流量の作動油を供給する油圧ポンプユニットであって、
   動力を受けることによって作動油を昇圧して吐出する複数の油圧ポンプと、
   前記複数の油圧ポンプへ動力を供給するべく前記複数の油圧ポンプに対して各々配設された複数の交流電動モータと、
   前記複数の交流電動モータ各々の回転数を制御するモータ回転数制御手段と、
   前記複数の油圧ポンプから吐出される作動油を前記鋳造装置に供給し、かつ、前記複数の油圧ポンプから吐出される作動油の内、前記鋳造装置の作動に寄与しない作動油をリリーフする油圧回路と、を備え、
   前記モータ回転数制御手段が、鋳造サイクルにおける各動作に応じてモータ起動電流損の発生を防止するために、前記複数の交流電動モータを停止することなく、少なくとも一つ以上の交流電動モータが低速運転となるように周波数を制御し、或いは前記複数の交流電動モータの回転数の上昇タイムラグの発生を防止するために、少なくとも一つの交流電動モータの回転数を基底周波数に固定するようにして、前記鋳造装置の作動に応じて前記鋳造装置に供給する作動油の量を制御することを特徴とする鋳造装置の油圧ポンプユニット。

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