JP5717477B2 - 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、金型キャビティ内への溶融金属材料の射出・充填工程における射出プランジャの駆動制御手段に関する。

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５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６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。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、電動サーボモータは、起動時の加速性能がさほど高くないため、特許文献１，２に記載の電動射出装置によっては、所要の高速射出工程を実行することが不可能であるか、著しく困難である。即ち、所要の高速射出工程を実行するためには、停止状態にある射出プランジャを所定の前進速度まで短時間のうちに加速する必要があるが、そのためには推力が大きな大型の電動サーボモータを使用しなければならず、ダイカストマシンが大型化及び高コスト化するので、事実上採用することが難しい。

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、小型の電動サーボモータを用いて所要の高速射出工程を実行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、低速射出及び増圧に用いる第１射出用電動モータと、高速射出に用いる第２射出用電動モータと、前記第１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第１動力伝達機構、及び前記第２射出用電動モータの回転運動を前記ねじ軸に伝達する第２動力伝達機構と、前記第１動力伝達機構中に備えられた第１クラッチ機構、及び前記第２動力伝達機構中に備えられた第２クラッチ機構と、前記第１クラッチ機構を断続するクラッチ切換用電動モータ及び前記第２クラッチ機構を断続するクラッチ切換用電動モータと、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、該直動体に一端が連結された射出プランジャと、前記第１及び第２の射出用電動モータの起動・停止並びに前記第１及び第２のクラッチ機構の断続を制御するコントローラを備え、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開始タイミング以前の前記低速射出工程の実行中に前記第２射出用電動モータを停止状態から起動して、前記高速射出工程の開始タイミング又はそれ以前に前記第２射出用電動モータの回転速度を前記高速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度とし、前記高速射出工程の開始タイミングで前記第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えると共に、前記第１クラッチ機構を接続状態から切断状態に切り換え、かつ前記第１射出用電動モータの回転速度を低速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度まで低下するか、停止状態に切り換えることを特徴とする。

かかる構成によると、高速射出工程の開始タイミング以前に高速射出用の第２射出用電動モータを停止状態から起動し、当該高速射出工程の開始タイミング又はそれ以前において高速射出用の第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えるので、第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えて、高速射出用の第２射出用電動モータの駆動力をボールねじ機構のねじ軸に伝達する段階においては、高速射出用の第２射出用電動モータの回転数を高めておくことができる。よって、第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えた後に、ボールねじ機構及び直動体を介して駆動される射出プランジャの加速度を大きくすることができ、比較的低出力の射出用モータを用いて、所要の射出工程を実行することができる。

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、前記コントローラは、前記高速射出工程の開始タイミングで前記第１射出用電動モータの回転速度を前記低速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から停止状態に切り換えた場合については、前記射出プランジャの前進位置が前記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、前記第１射出用電動モータを停止状態から起動して、前記増圧工程の開始タイミング又はそれ以前に前記第１射出用電動モータの回転速度を前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度とし、また、前記高速射出工程の開始タイミングで前記第１射出用電動モータの回転速度を低速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度まで低下した場合については、その増圧工程の回転速度を維持したまま、前記増圧工程の開始タイミングよりも以前の所要のタイミングで、前記第１クラッチ機構を断続するクラッチ切換用電動モータの駆動を開始して、前記第１クラッチ機構を切断状態から滑り回転状態を経て接続状態に近づくように前記クラッチ切換用電動モータの駆動を制御し、前記増圧工程の開始タイミングに至ったとき、前記第２クラッチ機構を接続状態から切断状態に切り換えると共に、前記第２射出用電動モータの回転速度を前記高速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度まで低下するか、停止状態に切り換え、さらには、前記第２クラッチ機構が完全に切断状態に至った後に、前記第１クラッチ機構を滑り回転状態から接続状態に切り換えることを特徴とする。

本構成によると、増圧工程の開始タイミング以前に低速射出・増圧用の第１射出用電動モータの回転速度を、増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度にしておくので、低速射出・増圧用の第１射出用電動モータとして小型の電動サーボモータを用いた場合にも、増圧工程の開始タイミングにおける射出プランジャの加速度を大きくすることができて、所要の増圧工程を実行することができる。また、本構成によると、高速射出工程から増圧工程の切り換え時に低速射出・増圧用の第１クラッチ機構を滑り回転させるので、増圧工程の初期にあらわれるサージ圧を抑制することができ、バリ等の製品不良及び金型等の破損を防止することができる。

本発明は、高速射出工程の開始タイミング以前に高速射出用の第２射出用電動モータを停止状態から起動し、当該高速射出工程の開始タイミング又はそれ以前において高速射出用の第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えるので、第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えて、高速射出用の第２射出用電動モータの駆動力をボールねじ機構のねじ軸に伝達する段階においては、高速射出用の第２射出用電動モータの回転数を高めておくことができる。よって、第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えた後に、ボールねじ機構及び直動体を介して駆動される射出プランジャの加速度を大きくすることができ、比較的低出力の射出用モータを用いて、所要の射出工程を実行することができる。

実施形態に係る射出装置の構成図である。 実施形態に係る射出装置に備えられるクラッチ機構の構成図である。 実施形態に係る射出装置の動作を示すタイミングチャートである。 実施形態に係る射出装置の効果を示すグラフである。 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一実施形態を、図を用いて説明する。

図１に示すように、実施形態に係る電動射出装置は、低速射出工程及び増圧工程において駆動される第１射出用電動モータ１と、高速射出工程において駆動される２つの第２射出用電動モータ２と、第１射出用電動モータ１の回転運動をボールねじ機構のねじ軸３ａに伝達するプーリ４ａ，４ｂ及びこれに輪掛けされるベルト４ｃから構成される第１動力伝達機構４と、第２射出用電動モータ２の回転運動をねじ軸３ａに伝達するプーリ５ａ，５ｂ及びこれに輪掛けされるベルト５ｃから構成される第２動力伝達機構５と、プーリ４ｂと一体に構成された第１クラッチ機構６と、プーリ５ｂと一体に構成された第２クラッチ機構７と、ねじ軸３ａに螺合され、ねじ軸３ａと共にボールねじ機構３を構成するナット体３ｂと、ナット体３ｂを保持する直動体８と、該直動体８に一端が連結された射出プランジャ９と、ねじ軸３ａの回転位置ひいては射出プランジャの前後進位置及び速度を検出するロータリエンコーダ等の位置センサ１０と、第１及び第２の射出用電動モータ１，２の起動・停止並びに第１及び第２のクラッチ機構６，７の断続を制御するコントローラ１１とから主に構成されている。

第１射出用電動モータ１としては、所要の低速射出工程及び増圧工程を実施可能であるように、例えば１２０ＫＮ程度の高い推力を有する電動サーボモータが用いられる。これに対して、第２射出用電動モータ２としては、所要の高速射出工程を実施可能であるように、第１射出用電動モータ１よりも低推力（例えば、５０ＫＮ）であるが、高速回転が可能な電動サーボモータが用いられる。これらの各射出用電動モータ１，２は、コントローラ１１によって起動・停止及び回転数等が制御される。

第１動力伝達機構４を構成するベルト４ｃ、及び第２動力伝達機構５を構成するベルト５ｃとしては、プーリ４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂとの間で滑りが発生せず、各電動モータ１，２の回転をねじ軸３に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。また、これに伴い、プーリ４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂとしても、タイミングベルト４ｃ，５ｃを輪掛け可能な溝付きのプーリが用いられる。

第１クラッチ機構６及び第２クラッチ機構７としては、高い推力を伝達可能であり、かつ耐久性にも優れることから、湿式の多板クラッチが好適に用いられる。これら第１及び第２のクラッチ機構６，７を構成する多板クラッチは、例えば図２に示すように、ねじ軸３ａと一体に取り付けられた複数枚の回転側クラッチ板１２ａと、ケーシング１２ｃ内に一体に取り付けられ、回転側クラッチ板１２ａとそれぞれ対向に配置された複数枚の固定側クラッチ板１２ｂと、ケーシング１２ｃをねじ軸３ａの軸方向に沿ってスライドさせ、回転側クラッチ板１２ａと固定側クラッチ板１２ｂとの間の滑り速度を変更するクラッチ切換用電動モータ１３と、クラッチ切換用電動モータ１３の回転運動をケーシング１２ｃの直進運動に変換する図示しないボールねじ機構とから構成される。これらの各クラッチ機構６，７も、コントローラ１１によって断続及び滑り速度等が制御される。

コントローラ１１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各可動部の駆動を制御する。

射出装置については、図３（ａ）に示すように、低速射出工程の開始タイミング又はそれより以前に第１クラッチ機構６を接続状態（滑り速度がゼロとなる状態又は最小となる状態）に切り換えると共に、図３（ｃ）に示すように、低速射出工程の開始タイミングで第１射出用電動モータ１を停止状態から起動する。このとき、図３（ｄ）に示すように、第２射出用電動モータ２は停止状態に保たれ、かつ図３（ｂ）に示すように、第２クラッチ機構７は切断状態（クラッチ板１２ａ，１２ｂが空転する状態又は滑り速度が最大となる状態）に保たれる。これにより、第１射出用電動モータ１の回転運動がボールねじ機構３及び直動体８を介して射出プランジャ９に伝達され、射出プランジャ９が所要の低速度で前進して、金型キャビティ内への溶融金属材料の射出・充填が開始される。射出プランジャ９の前進位置及び低速射出工程の完了タイミングは、コントローラ１１内に取り込まれる位置センサ１０の出力信号に基づいて、コントローラ１１が判定する。

射出プランジャ９の前進位置が、低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、図３（ｄ）に示すように、第２射出用電動モータ２を停止状態から起動する。第２射出用電動モータ２の起動タイミングは、当該第２射出用電動モータ２の加速性能を考慮し、高速射出工程の開始タイミングで第２射出用電動モータ２の回転速度が高速射出工程を実施するために設定された所要の高速度となるタイミングに設定される。そして、高速射出工程の開始タイミングに至ったとき、図３（ｂ）に示すように、第２クラッチ機構７を接続状態に切り換えと共に、図３（ａ）に示すように、第１クラッチ機構６を接続状態から切断状態に切り換え、かつ、図３（ｃ）に破線で示すように、第１射出用電動モータ１を低速駆動状態から増圧工程の回転数まで低下するか、又は図３（ｃ）に実線で示すように、第１射出用電動モータ１を停止状態に切り換える。これにより、図３（ｅ）に示すように、高速射出工程における射出プランジャ９の前進速度の立上りを急峻なものにすることができ、比較的小型の第２射出用電動モータ２を用いて良好な高速射出を実現できる。なお、第２クラッチ機構７が切断状態から接続状態に至るまでの遅れを考慮し、高速射出工程の開始タイミング以前に、第２クラッチ機構７の切断状態から接続状態への切り換えを開始する構成とすることもできる。

射出プランジャ９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、図３（ｃ）に示すように、第１射出用電動モータ１を停止状態から起動する。第１射出用電動モータ１の起動タイミングは、当該第１射出用電動モータ１の加速性能を考慮し、増圧工程の開始タイミング前に第１射出用電動モータ１の回転速度が増圧工程を実施するために設定された所要の低速度となるタイミングに設定される。また、そのタイミングで、図３（ｆ）に示すように、第１クラッチ機構６を切断状態からクラッチ板１２ａ，１２ｂどうしが摺動する滑り回転状態に切り換え、クラッチ板１２ａ，１２ｂの滑り速度が徐々に小さくなる（接続状態に近づける）ようにクラッチ切換用電動モータ１３の駆動を制御する。そして、増圧工程の開始タイミングに至ったとき、図３（ｂ）に示すように、第２クラッチ機構７を接続状態から切断状態に切り換えると共に、図３（ｄ）に１点鎖線で示すように、第２射出用電動モータ２を高速駆動状態から増圧工程の回転速度まで低下するか、又は図３（ｄ）に実線で示すように、第２射出用電動モータ２を駆動状態から停止状態に切り換える。また、図３（ａ）に示すように、第２クラッチ機構７が完全に切断状態に至った後に、第１クラッチ機構６を滑り回転状態から接続状態に切り換える。これにより、図４に示すように、増圧工程の初期に発生するサージ圧を、第１クラッチ機構６の滑り速度を調整することによって適宜低減することができる。よって、バリ等の製品不良及び金型等の破損を有効に防止することができる。

なお、本発明は、比較的小型の第２射出用電動モータ２を用いて高速射出工程における射出プランジャ９の前進速度の立上りを急峻なものとすることを要旨とする発明であり、余の点については必要に応じて適宜取捨選択することができる。

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。

１ 第１射出用電動モータ
２ 第２射出用電動モータ
３ ボールねじ機構
３ａ ねじ軸
３ｂ ナット体
４ 第１動力伝達機構
４ａ，４ｂ プーリ
４ｃ ベルト
５ 第２動力伝達機構
５ａ，５ｂ プーリ
５ｃ ベルト
６ 第１クラッチ機構
７ 第２クラッチ機構
８ 直動体
９ 射出プランジャ
１０ 位置センサ
１１ コントローラ
１２ａ 回転側クラッチ板
１２ｂ 固定側クラッチ板
１２ｃ ケーシング

Claims (2)

1. 低速射出及び増圧に用いる第１射出用電動モータと、高速射出に用いる第２射出用電動モータと、前記第１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第１動力伝達機構、及び前記第２射出用電動モータの回転運動を前記ねじ軸に伝達する第２動力伝達機構と、前記第１動力伝達機構中に備えられた第１クラッチ機構、及び前記第２動力伝達機構中に備えられた第２クラッチ機構と、前記第１クラッチ機構を断続するクラッチ切換用電動モータ及び前記第２クラッチ機構を断続するクラッチ切換用電動モータと、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、該直動体に一端が連結された射出プランジャと、前記第１及び第２の射出用電動モータの起動・停止並びに前記第１及び第２のクラッチ機構の断続を制御するコントローラを備え、
   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開始タイミング以前の前記低速射出工程の実行中に前記第２射出用電動モータを停止状態から起動して、前記高速射出工程の開始タイミング又はそれ以前に前記第２射出用電動モータの回転速度を前記高速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度とし、前記高速射出工程の開始タイミングで前記第２クラッチ機構を切断状態から接続状態に切り換えると共に、前記第１クラッチ機構を接続状態から切断状態に切り換え、かつ前記第１射出用電動モータの回転速度を低速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度まで低下するか、停止状態に切り換え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. 前記コントローラは、前記高速射出工程の開始タイミングで前記第１射出用電動モータの回転速度を前記低速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から停止状態に切り換えた場合については、前記射出プランジャの前進位置が前記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、前記第１射出用電動モータを停止状態から起動して、前記増圧工程の開始タイミング又はそれ以前に前記第１射出用電動モータの回転速度を前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度とし、
   また、前記高速射出工程の開始タイミングで前記第１射出用電動モータの回転速度を低速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度まで低下した場合については、その増圧工程の回転速度を維持したまま、
   前記増圧工程の開始タイミングよりも以前の所要のタイミングで、前記第１クラッチ機構を断続するクラッチ切換用電動モータの駆動を開始して、前記第１クラッチ機構を切断状態から滑り回転状態を経て接続状態に近づくように前記クラッチ切換用電動モータの駆動を制御し、
   前記増圧工程の開始タイミングに至ったとき、前記第２クラッチ機構を接続状態から切断状態に切り換えると共に、前記第２射出用電動モータの回転速度を前記高速射出工程を実施するために設定された所要の回転速度から前記増圧工程を実施するために設定された所要の回転速度まで低下するか、停止状態に切り換え、
   さらには、前記第２クラッチ機構が完全に切断状態に至った後に、前記第１クラッチ機構を滑り回転状態から接続状態に切り換える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。