JP5713740B2 - ダイカストマシンの電動射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカストマシンに備えられる電動射出装置に係り、特に、金型キャビティ内のサージ圧を抑制する手段に関する。

ダイカストマシンは、１ショット毎に射出プランジャを前進駆動することにより、一定量のＡｌ合金やＭｇ合金などの溶融金属材料を金型キャビティ内に射出・充填して、所要形状の製品を成形する成形機である。ダイカストマシンもプラスチック材料を金型キャビティ内に射出・充填して所要形状の製品を成形する射出成型機と同様に、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程（射出成形機にあっては、保圧工程）を経て成形材料を金型キャビティ内に射出・充填するが、ダイカストマシンは射出成形機に比べて、高速射出工程における射出速度が１ケタ程度高速であるという特徴がある。このため従来においては、射出プランジャを油圧により駆動する油圧式のダイカストマシンが主流であった。

しかしながら、油圧式のダイカストマシンは、成形工場内が油で汚れやすく、作業環境が悪くなるため、近年、このような欠点のない電動式のダイカストマシンが提案されるに至っている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特許文献１に記載の電動射出装置は、図４に示すように、２つの射出用電動サーボモータ１０１ａ，１０１ｂを備え、これら２つの射出用電動サーボモータ１０１ａ，１０１ｂの回転力を、ナット体１０２ａ，１０２ｂとこれに螺合されたねじ軸１０３ａ，１０３ｂからなるボールねじ機構１０４ａ，１０４ｂによってナット体１０２ａ，１０２ｂの直進力に変換し、ナット体１０２ａ，１０２ｂが一体に取り付けられた移動部材１０５を介して、射出プランジャ１０６を前後進するようになっている。また、移動部材１０５と射出プランジャ１０６との間には、サージ圧抑制用の衝撃緩衝ばね１０７ａが内蔵されたサージ圧防止装置（油圧シリンダ）１０７が設けられており、高速射出工程の完了時に、金型キャビティ内の溶融金属材料に過大なサージ圧が作用しないようになっている。この電動射出装置は、２つの射出用電動サーボモータ１０１ａ，１０１ｂの合力によって射出プランジャ１０６を駆動するので、高い射出速度が得られる。また、移動部材１０５と射出プランジャ１０６との間に衝撃緩衝ばね１０７ａが内蔵されたサージ圧防止装置１０７を備えるので、バリ等の外観不良がない良品を成形できると共に、サージ圧による金型等の破損を防止することができる。

また、特許文献２に記載の電動射出装置は、図５に示すように、射出用電動サーボモータ２０１の回転力を減速機２０２及び摩擦クラッチ２０３を介してボールねじ機構２０４のねじ軸２０４ａに伝達し、ねじ軸２０４ａに螺合されたボールねじ機構２０４のナット体２０４ｂを介して、射出プランジャ２０５を前後進するようになっている。摩擦クラッチ２０３には、互いに対向して配置された複数枚のクラッチプレート及びクラッチディスクと、これら各部材間に作用する圧接力ひいてはサージ圧の抑制効果を調整するためのねじ部材及び皿ばねとが備えられており、ねじ部材のねじ込み量を増加するほど、サージ圧を抑制できるようになっている。この電動射出装置は、減速機２０２の出力軸とボールねじ機構２０４のねじ軸２０４ａとの間に摩擦クラッチ２０３を介したので、高速射出工程の完了時に金型キャビティ内の溶融金属材料に過大なサージ圧が作用せず、バリ等の外観不良がない良品を成形できると共に、サージ圧による金型等の破損を防止することができる。

特開２０１０−２６００７０号公報 特開２００７−２９６５５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動射出装置は、内蔵された衝撃緩衝ばね１０７ａの弾性力によってサージ圧防止装置１０７のサージ圧抑制効果が一義的に決定されるので、成形品の成形条件に応じてサージ圧抑制効果を適宜調整できないという問題がある。また、サージ圧防止装置１０７として油圧シリンダを用いているので、油圧シリンダ及びその周辺機器からの油漏れを防止することが難しく、射出装置を電動化したことの効果が減殺されるという問題もある。

一方、特許文献２に記載の電動射出装置は、ねじ部材のねじ込み量を調整することによってサージ圧の抑制効果を可変に調整可能であるが、ねじ部材の適正なねじ込み量は、成形品の成形条件が同じであったとしても、摩擦クラッチ２０３内に備えられたクラッチプレート及びクラッチディスクの摩耗度等によって時々刻々と変化するため、サージ圧を有効に防止するためには、連続運転の開始前に、ねじ部材のねじ込み量の調整と成形品の試し成形とを何度も繰り返さなくてはならず、作業性が悪いという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、油圧を用いることなく、金型キャビティ内に作用するサージ圧を容易に低減可能なダイカストマシンの電動射出装置を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、射出用電動モータと、前記射出用電動モータの回転運動をボールねじ機構のねじ軸に伝達する動力伝達機構と、前記ねじ軸に螺合されたナット体と、該ナット体を保持する直動体と、金型キャビティ内に溶融金属材料を射出する射出プランジャと、前記直動体と前記射出プランジャとの間に備えられた過負荷防止機構と、前記射出用電動モータの駆動及び前記過負荷防止機構の駆動を制御するコントローラを備え、前記過負荷防止機構は、連結ピンを介して４つのリンク部材を菱形に連結してなり、対向に配置された２つの連結ピンが、それぞれ前記直動体及び前記射出プランジャに連結された四節リンク機構と、該四節リンク機構を変形させて前記直動体と前記射出プランジャとの間隔を調整する過負荷防止用電動モータと、該過負荷防止用電動モータの回転力を直線運動に変換して前記四節リンク機構に伝達する過負荷防止用ボールねじ機構をもって構成され、前記コントローラは、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程の開始タイミングを記憶しており、前記高速射出工程の終期において、前記直動体の前進動作に応じて前記過負荷防止用電動モータの駆動を制御し、前記射出プランジャの前進動作を抑制することを特徴とする。

四節リンク機構は、連結ピンを介して４つのリンク部材を菱形に連結してなるので、対向する２つの連結ピンが接近する方向に力を加えると、他の対向する２つの連結ピンが離隔する方向に移動し、また、対向する２つの連結ピンが離隔する方向に力を加えると、他の対向する２つの連結ピンが接近する方向に移動して、菱形を保ったまま各リンク部材の交差角度が変化する。したがって、この四節リンク機構の対向する２つの連結ピンをそれぞれ電動射出装置の直動体と射出プランジャとに連結し、他の２つの連結ピン間に過負荷防止用電動モータ及び過負荷防止用ボールねじ機構を用いて力を加えることにより、四節リンク機構を介して直動体から射出プランジャに伝達される力を適宜制御することができる。より具体的には、高速射出工程の終期において、直動体の前進動作に応じて過負荷防止用電動モータの駆動を制御し、直動体及び射出プランジャに連結された２つの連結ピン間の距離を縮小する方向に四節リンク機構を変形させると、直動体の前進運動が射出プランジャに直に伝達されず、四節リンク機構の変形に吸収されるので、金型キャビティ内のサージ圧を抑制することができる。

また本発明は、前記構成のダイカストマシンの電動射出装置において、前記四節リンク機構として、長さの等しい４つのリンク部材を菱形に連結してなるものを用い、前記直動体及び前記射出プランジャに連結されない２つの連結ピンに前記過負荷防止用ボールねじ機構を構成するナット体及びねじ軸をそれぞれ連結し、前記ねじ軸に前記過負荷防止用電動モータの出力軸を連結したことを特徴とする。

かかる構成によると、過負荷防止用電動モータを駆動することにより、過負荷防止用ボールねじ機構のナット体が連結された連結ピンとねじ軸が連結された連結ピンの相対距離を変更できるので、電動射出装置の直動体と射出プランジャとに連結された他の２つの連結ピン間の距離も変更することができる。よって、高速射出工程の終期において、過負荷防止用電動モータを適宜の方向に適宜の回転速度で駆動することにより、金型キャビティ内のサージ圧を抑制することができる。また、本構成によると、長さの等しい４つのリンク部材を菱形に連結してなる四節リンク機構を用いるので、過負荷防止機構をコンパクトに構成することができる。

また本発明は、前記構成のダイカストマシンの電動射出装置において、前記四節リンク機構として、長さの等しい３つのリンク部材とこれよりも長大な１つのリンク部材とからなり、これら４つのリンク部材を菱形に連結してなるものを用い、前記長大な１つのリンク部材の端部に、前記過負荷防止用ボールねじ機構のねじ軸を連結し、該ねじ軸に前記過負荷防止用電動モータの出力軸を連結したことを特徴とする。

かかる構成によっても、過負荷防止用電動モータを駆動することにより、菱形を保ったまま四節リンクを変形させることができるので、電動射出装置の直動体と射出プランジャとに連結された２つの連結ピン間の距離を適宜変更することができ、高速射出工程の終期において、過負荷防止用電動モータを適宜の方向に適宜の回転速度で駆動することにより、金型キャビティ内のサージ圧を抑制することができる。

本発明は、過負荷防止機構として、四節リンク機構、過負荷防止用電動モータ及び過負荷防止用ボールねじ機構をもって構成され、四節リンク機構中の対向に配置された２つの連結ピンをそれぞれ射出装置の直動体と射出プランジャとに連結したものを用い、コントローラからの指令により、高速射出工程の終期において、直動体の前進動作に応じて過負荷防止用電動モータの駆動を制御し、射出プランジャの前進動作を抑制するので、金型キャビティ内のサージ圧を抑制することができる。また、本発明の過負荷防止機構は、油圧機器を使用しないので成形工場内の油汚れを防止できると共に、射出プランジャに作用する圧力等に応じて過負荷防止用電動モータの駆動制御を行うことにより、サージ圧を自在に制御可能であるので、事前の調整が不要であり、かつ成形条件の変更等に対応可能であって、作業性及び汎用性に優れる。

実施例１に係る電動射出装置の構成図である。 本発明に係る電動射出装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施例２に係る射出装置の構成図である。 第１従来例に係る射出装置の構成図である。 第１従来例に係る射出装置の構成図である。

以下、本発明に係る電動射出装置の実施形態を、実施例ごとに図を用いて説明する。

図１に示すように、実施例１に係る電動射出装置は、第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂと、これら第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂの回転運動を直動体２の直進運動に変換するボールねじ機構３と、第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂの回転運動をボールねじ機構３に伝達する第１及び第２の動力伝達機構４ａ，４ｂと、図示しない金型キャビティ内に溶融金属材料を射出・充填する射出プランジャ５と、直動体２と射出プランジャ５との間に備えられた過負荷防止機構６と、第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂ並びに過負荷防止機構６の駆動を制御するコントローラ７とから主に構成されている。

第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂとしては、所要の低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程を実施可能な諸特性を有する電動サーボモータが用いられる。

ボールねじ機構３は、第１の動力伝達機構４ａを介して第１の射出用電動モータ１ａの出力軸が連結される第１のねじ軸３１と、第２の動力伝達機構４ｂを介して第２の射出用電動モータ１ｂの出力軸が連結される第２のねじ軸３２と、第１のねじ軸３１に螺合された第１のナット体３３と、第２のねじ軸３２に螺合された第２のナット体３４とから構成されており、各ナット体３３，３４は、直動体２に保持されている。

第１の動力伝達機構４ａは、第１の射出用電動モータ１ａの出力軸に固定されたプーリ４１及び第１のねじ軸３１に固定されたプーリ４２と、これらの各プーリ４１，４２に輪掛けされたベルト４３とからなる。また、第２の動力伝達機構４ｂは、第２の射出用電動モータ１ｂの出力軸に固定されたプーリ４４及び第２のねじ軸３２に固定されたプーリ４５と、これらの各プーリ４１，４２に輪掛けされたベルト４６とからなる。ベルト４３，４６としては、プーリ４１，４２及び４４，４５との間で滑りを生じにくく、回転を正確に伝達できることから、タイミングベルトが好適に用いられる。

過負荷防止機構６は、連結ピン６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄを介して長さの等しい４つのリンク部材６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを菱形に連結してなる四節リンク６３と、対向に配置された２つの連結ピン６１ａ，６１ｃにねじ軸６４ａとこれに螺合されたナット体６４ｂとが連結された過負荷防止用ボールねじ機構６４と、ねじ軸６４ａを回転駆動して、四節リンク６３を構成する各リンク部材６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄの交差角度を変更する過負荷防止用電動モータ６５とからなり、四節リンク６３を構成する２つの連結ピン６１ｂ，６１ｄは、それぞれ直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部とに連結されている。本例の過負荷防止機構６は、このように構成されていることから、連結ピン６１ｂ，６１ｄが直動体２及び射出プランジャ５に連結されていない状態で過負荷防止用電動モータ６５を駆動すると、ねじ軸６４ａの先端部とナット体６４ｂとの相対位置が変化し、四節リンク６３が菱形を保ったまま変形される。よって、連結ピン６１ｂ，６１ｄが直動体２及び射出プランジャ５に連結された状態では、過負荷防止用電動モータ６５の駆動に応じて、直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部との相対距離を伸縮することができ、直動体２から射出プランジャ５への前進力の伝達を調整することができる。

コントローラ７は、内蔵されたメモリ内に、型締め工程、低速射出工程、高速射出工程、増圧工程、型開き工程及び製品取り出し工程の各開始タイミング及び完了タイミングを記憶しており、所定のタイミングで型開閉装置、射出装置及び製品取り出し装置に備えられた各可動部の駆動を制御する。

射出装置については、図２（ａ）に示すように、低速射出工程の開始タイミングに至ったとき、コントローラ７が第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂを起動し、予め定められた低速で直動体２及び射出プランジャ５を前進駆動する。このときには、射出プランジャ５に作用する金型キャビティ内の圧力変化に拘わらず、図２（ｂ）に示すように、直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部との相対距離が一定に保たれるように、過負荷防止用電動モータ６５の駆動が制御される。したがって、直動体２の前進力は過負荷防止機構６を介して射出プランジャ５に直接的に伝達され、所要の低速射出工程を実施することができる。

また、高速射出工程の開始タイミングに至ると、コントローラ７は第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂを高速駆動に切り換え、予め定められた高速で直動体２及び射出プランジャ５を前進駆動する。このときにも、図２（ｂ）に示すように、射出プランジャ５に作用する金型キャビティ内の圧力変化に拘わらず、直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部との相対距離が一定に保たれるように、過負荷防止用電動モータ６５の駆動が制御される。これにより、直動体２の前進力は過負荷防止機構６を介して射出プランジャ５に直接的に伝達され、所要の高速射出工程を実施することができる。

これに対して、射出プランジャ５の前進位置が高速射出工程の完了タイミングよりも以前の所定位置に至ったときには、コントローラ７が過負荷防止用電動モータ６５の駆動を制御して、ねじ軸６４ａの先端部とナット体６４ｂとの相対位置を変化させ、図２（ｂ）に示すように、直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部とに連結された四節リンク６３を構成する２つの連結ピン６１ｂ，６１ｄの間隔を徐々に減少する。これにより、直動体２の前進運動が過負荷防止機構６に吸収され、射出プランジャ５の前進運動が抑制されるので、サージ圧が低減される。サージ圧は、過負荷防止用電動モータ６５の回転速度、即ち、連結ピン６１ｂ，６１ｄの間隔の減少速度を変更することによって調整できる。

次いで、増圧工程の開始タイミングに至ったとき、コントローラ７が第１及び第２の射出用電動モータ１ａ，１ｂを増圧駆動に切り換え、予め定められた増圧速度で直動体２及び射出プランジャ５を前進駆動する。このときには、図２（ｂ）に示すように、射出プランジャ５に作用する金型キャビティ内の圧力変化に拘わらず、直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部との相対距離が一定に保たれるように、過負荷防止用電動モータ６５の駆動が制御される。これにより、直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部との相対距離が一定に保たれるので、直動体２の前進力は過負荷防止機構６を介して射出プランジャ５に直接的に伝達され、所要の増圧工程を実施することができる。

このように、実施例１に係る電動射出装置は、過負荷防止機構６を、四節リンク６３、過負荷防止用電動モータ６５及び過負荷防止用ボールねじ機構６４をもって構成し、油圧機器を使用しないので、成形工場内の油汚れを防止することができる。また、射出プランジャ５の前進位置をコントローラ７で監視し、過大なサージ圧を発生させないための最適な過負荷防止用電動モータ６５の回転速度をコントローラ７にて演算可能であるので、従来技術とは異なり事前の調整等が不要で作業性に優れると共に、成形条件等の変化にも自在に対応可能であるので汎用性にも優れる。

なお、前記実施例では、高速射出工程の完了タイミングよりも以前の所定のタイミングに至ったとき、射出プランジャ５の前進位置に応じて過負荷防止用電動モータ６５の駆動を制御する構成としたが、射出プランジャ５に作用する金型キャビティ内の圧力に応じて過負荷防止用電動モータ６５の駆動を制御し、過大なサージ圧の発生を防止する構成とすることもできる。さらには、射出プランジャ５の前進位置や金型キャビティ内の圧力に応じて過負荷防止用電動モータ６５の駆動を制御するのではなく、過負荷防止用電動モータ６５を一定トルクで駆動しておくことにより、射出プランジャ５が金型キャビティ内の圧力を受けたとき、自動的に直動体２の先端部と射出プランジャ５の末端部との間隔が減少するようにすることもできる。かかる構成によると、過負荷防止用電動モータ６５を予め定められた一定トルクで駆動するだけで良いので、過負荷防止用電動モータ６５の駆動制御を容易なものにすることができる。

次に、本発明に係る電動射出装置の実施例２について説明する。

実施例２に係る電動射出装置は、図３に示すように、過負荷防止機構６に備えられる四節リンク６３の構成を変更したことを特徴とする。即ち、四節リンク６３を構成する４つのリンク部材のうち、一端が連結ピン６１ａを介して射出プランジャ５の末端部に連結される第１のリンク部材６２ａの全長を、他の第２〜第４のリンク部材６２ｂ，６２ｃ，６２ｄよりも大きくし、第４のリンク部材６２ｄの端部を第１のリンク部材６２ａの中間位置に連結して、レバー付きの四節リンクとする。また、過負荷防止用ボールねじ機構６４のナット体６４ｂを直動体２に取り付け、該ナット体６４ｂに螺合されたねじ軸６４ａの先端部を第１のリンク部材６２ａの他端部に連結すると共に、過負荷防止用電動モータ６５の出力軸とねじ軸６４ａとを、動力伝達機構６６を介して連結する。

本例の電動射出装置は、四節リンク６３を構成する２つの連結ピン６１ｂ，６１ｄが直動体２及び射出プランジャ５に連結されていない状態で、過負荷防止用電動モータ６５を駆動すると、ねじ軸６４ａがナット体６４ｂの軸方向に直進し、第１のリンク部材６１ａが連結ピン６２ａを中心として揺動されるので、四節リンク６３が菱形を保ったまま変形される。よって、実施例１に係る電動射出装置と同様に、過負荷防止用電動モータ６５を駆動することによって、サージ圧を低減することができる。その他の部分については、実施例１に係る電動射出装置と同じであるので、重複を避けるために説明を省略する。

なお、前記各実施形態においては、２つの射出用電動モータ１ａ，１ｂを備えたが、射出用電動モータの数についてはこれに限定されるものではなく、１個又は３個以上とすることができる。

本発明は、ダイカストマシンに備えられる電動射出装置に利用できる。

１ａ，１ｂ 射出用電動モータ
２ 直動体
３ ボールねじ機構
３１，３２ ねじ軸
３３，３４ ナット体
４ａ，４ｂ 動力伝達機構
４１，４２，４４，４５ プーリ
４３，４６ ベルト
５ 射出プランジャ
６ 過負荷防止機構
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ 連結ピン
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ リンク部材
６３ 四節リンク
６４ 過負荷防止用ボールねじ機構
６４ａ ねじ軸
６４ｂ ナット体
６５ 過負荷防止用電動モータ
６６ 動力伝達機構

Claims (3)

1. 射出用電動モータと、前記射出用電動モータの回転運動をボールねじ機構のねじ軸に伝達する動力伝達機構と、前記ねじ軸に螺合されたナット体と、該ナット体を保持する直動体と、金型キャビティ内に溶融金属材料を射出する射出プランジャと、前記直動体と前記射出プランジャとの間に備えられた過負荷防止機構と、前記射出用電動モータの駆動及び前記過負荷防止機構の駆動を制御するコントローラを備え、
   前記過負荷防止機構は、連結ピンを介して４つのリンク部材を菱形に連結してなり、対向に配置された２つの連結ピンが、それぞれ前記直動体及び前記射出プランジャに連結された四節リンク機構と、該四節リンク機構を変形させて前記直動体と前記射出プランジャとの間隔を調整する過負荷防止用電動モータと、該過負荷防止用電動モータの回転力を直線運動に変換して前記四節リンク機構に伝達する過負荷防止用ボールねじ機構をもって構成され、
   前記コントローラは、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程の開始タイミングを記憶しており、前記高速射出工程の終期において、前記直動体の前進動作に応じて前記過負荷防止用電動モータの駆動を制御し、前記射出プランジャの前進動作を抑制することを特徴とするダイカストマシンの電動射出装置。
2. 前記四節リンク機構として、長さの等しい４つのリンク部材を菱形に連結してなるものを用い、前記直動体及び前記射出プランジャに連結されない２つの連結ピンに前記過負荷防止用ボールねじ機構を構成するナット体及びねじ軸をそれぞれ連結し、前記ねじ軸に前記過負荷防止用電動モータの出力軸を連結したことを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシンの電動射出装置。
3. 前記四節リンク機構として、長さの等しい３つのリンク部材とこれよりも長大な１つのリンク部材とからなり、これら４つのリンク部材を菱形に連結してなるものを用い、前記長大な１つのリンク部材の端部に、前記過負荷防止用ボールねじ機構のねじ軸を連結し、該ねじ軸に前記過負荷防止用電動モータの出力軸を連結したことを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシンの電動射出装置。

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