JP6850230B2 - 射出装置及びダイカストマシン - Google Patents

Description

本開示は、液状又は固液共存状態の金属材料を金型内に射出する射出装置、及び当該射出装置を備えたダイカストマシンに関する。

金型内に通じるスリーブ内を摺動可能なプランジャによって、スリーブ内の未凝固の金属材料を金型内に押し出す（射出する）射出装置が知られている（例えば特許文献１）。

一般に、溶湯（液状金属）を射出する射出装置においては、金型のキャビティ（金型内の空間のうち製品に対応する部分）への溶湯の充填が完了するまでは、プランジャの速度（射出速度）を制御する速度制御が行われ、充填完了後は、プランジャによって溶湯に付与する圧力（射出圧力）を制御する圧力制御が行われる。これは、充填完了前までは射出速度が品質に及ぼす影響が大きく、充填完了後においては射出圧力が品質に及ぼす影響が大きいことからである。

特許文献１では、電動式のダイカストマシンにおいて、溶湯がキャビティに完全に行き渡っているも湯溜り（オーバーフロー）に完全に行き渡っていないときに圧力制御を開始することを提案している。特許文献１では、溶湯がキャビティに完全に行き渡るまでは速度制御を行うことによって、製品の品質を確保することができることを謳っている。

特開２００８−１２６２９４号公報

射出速度が速いと、例えば、未凝固の金属材料と金型との摩擦によって焼き付きが生じ、製品の品質が低下するおそれがある。また、射出速度が遅いと、例えば、巣の一種であるブリスターが生じ、やはり製品の品質が低下するおそれがある。しかし、オペレータが射出速度として種々の値を設定しても、このような品質低下を抑制することが困難な場合があった。従って、品質を向上可能な射出装置及びダイカストマシンが提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る射出装置は、金型内に通じるスリーブ内を摺動可能なプランジャを駆動可能な電動機と、前記金型のキャビティに金属材料が行き渡る前の、前記キャビティに金属材料が充填されている充填工程の少なくとも一部に亘って、射出圧力の検出値に基づいて前記電動機を制御する圧力制御を行う制御装置と、を有している。

一例において、前記圧力制御は、前記射出圧力を目標圧力に収束させる制御を含む。

一例において、前記制御装置は、前記プランジャの位置の検出値が所定値に到達すると前記圧力制御を開始する。

一例において、前記制御装置は、前記射出圧力の検出値が所定値まで上昇すると前記圧力制御を開始する。

一例において、前記制御装置は、射出速度の検出値が所定値まで降下すると前記圧力制御を開始する。

一例において、前記制御装置は、前記圧力制御中に射出速度の検出値が所定の上限速度に到達したときは、一時的に前記圧力制御に優先して前記射出速度を前記上限速度以下に規制する制御を行う。

一例において、前記制御装置は、前記射出圧力の検出値の変化に応じて前記目標圧力を変化させる。

一例において、前記制御装置は、前記充填工程の少なくとも一部に亘って、射出速度を目標速度に収束させる速度制御により前記電動機を制御し、前記圧力制御は、前記速度制御中に前記射出圧力の検出値が所定の上限圧力に到達したときに、一時的に前記速度制御に優先して、前記射出圧力を前記上限圧力以下に規制する制御を含む。

本開示の一態様に係るダイカストマシンは、上記の射出装置と、前記金型を型締めする型締装置と、を有している。

本開示の一態様に係るダイカストマシンは、前記金型を型締めする型締装置と、上記の射出装置と、を有している。

上記の構成によれば、品質を向上可能である。

本開示の実施形態に係るダイカストマシンの要部構成を示す模式図。 図１のダイカストマシンの射出装置の要部構成を示す模式図。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は図２の射出装置の動作を説明するための模式図。 図２の射出装置における射出波形の例を示す図。 図５（ａ）〜図５（ｅ）は充填工程中の圧力波形の例を示す図。 図２の射出装置が実行する射出処理の手順の例を示すフローチャート。 第１変形例に係る射出処理の手順の例を示すフローチャート。 第２変形例に係る射出処理の手順の例を示すフローチャート。 第３変形例に係る圧力制御処理の手順の例を示すフローチャート。

（ダイカストマシンの全体構成）
図１は、本開示の実施形態に係るダイカストマシン１の要部の構成を示す、一部に断面図を含む側面図である。

ダイカストマシン１は、未凝固状態の金属材料を金型１０１内へ射出し、金属材料を金型１０１内で凝固させることにより、ダイカスト品（製品）を製造するものである。金属は、例えば、アルミニウム若しくはマグネシウム又はこれらの合金である。未凝固状態は、液状又は固液共存状態である。固液共存状態は、液状から凝固した半凝固状態、又は固体から溶融した半溶融状態である。

金型１０１は、例えば、固定金型１０３及び移動金型１０５を含んでいる。本実施形態の説明では、便宜上、固定金型１０３又は移動金型１０５の断面を１種類のハッチングで示すが、これらの金型は、直彫り式のものであってもよいし、入れ子式のものであってもよい。また、固定金型１０３及び移動金型１０５には、中子などが組み合わされてもよい。金型１０１内の空間は、例えば、製品に対応する部分であるキャビティＣａ、キャビティＣａに金属材料を導く湯道（符号省略）、キャビティＣａと湯道との境界であるゲートＧｔ（図２参照）、及び先走りの金属材料を引き込む湯だまり（不図示）を含んでいる。

ダイカストマシン１は、例えば、鋳造のための機械的動作を行うマシン本体部３と、マシン本体部３の動作を制御する制御ユニット５とを有している。

マシン本体部３は、例えば、金型１０１の開閉及び型締めを行う型締装置７と、金型１０１内に金属材料を射出する射出装置９と、ダイカスト品を固定金型１０３又は移動金型１０５（図１では移動金型１０５）から押し出す押出装置１１とを有している。マシン本体部３の構成は、射出装置９の構成を除いて、公知の種々の構成と同様とされてよい。

鋳造サイクルにおいて、型締装置７は、移動金型１０５を固定金型１０３へ向かって移動させ、型閉じを行う。さらに、型締装置７は、タイバー（符号省略）の伸長量に応じた型締力を金型１０１に付与して型締めを行う。型締めされた金型１０１内にはキャビティＣａが構成される。射出装置９は、そのキャビティＣａへ金属材料を射出・充填する。キャビティＣａに充填された金属材料は、金型１０１に熱を奪われて冷却され、凝固する。これにより、製品が形成される。その後、型締装置７は、移動金型１０５を固定金型１０３から離れる方向へ移動させて型開きを行う。この際又はその後、押出装置１１は、移動金型１０５から製品を押し出す。

制御ユニット５は、例えば、各種の演算を行って制御指令を出力する制御装置１３（図２参照）と、画像を表示する表示装置１５と、オペレータの入力操作を受け付ける入力装置１７とを有している。また、別の観点では、制御ユニット５は、例えば、電源回路及び制御回路等を有する不図示の制御盤と、ユーザインターフェースとしての操作部１９とを有している。

制御装置１３は、例えば、不図示の制御盤及び操作部１９に設けられている。制御装置１３は、適宜に分割乃至は分散して構成されてよい。例えば、制御装置１３は、型締装置７、射出装置９及び押出装置１１毎の下位の制御装置と、この下位の制御装置間の同期を図るなどの制御を行う上位の制御装置とを含んで構成されてよい。

表示装置１５及び入力装置１７は、例えば、操作部１９に設けられている。操作部１９は、例えば、型締装置７の固定的部分に設けられている。表示装置１５は、例えば、液晶表示ディスプレイ乃至は有機ＥＬディスプレイを含んだタッチパネルによって構成されている。入力装置１７は、例えば、機械式のスイッチ及び前記のタッチパネルによって構成されている。

なお、ダイカストマシン１のうち射出装置９に着目する場合において、制御ユニット５は、射出装置９の一部として捉えられてよい。制御ユニット５の構成要素（制御装置１３、表示装置１５又は入力装置１７）についても同様である。以下では、制御装置１３、表示装置１５及び／又は入力装置１７について、射出装置９の一部として説明することがある。

（射出装置の全体構成）
図２は、射出装置９の要部の構成を示す模式図である。

射出装置９は、例えば、キャビティＣａに連通するスリーブ２１と、スリーブ２１内の金属材料をキャビティＣａへ押し出すプランジャ２３と、プランジャ２３を駆動する駆動部２５と、駆動部２５を制御する制御装置１３とを有している。これらの構成は、例えば、以下のとおりである。

スリーブ２１は、例えば、固定金型１０３に挿通された筒状部材である。プランジャ２３は、スリーブ２１内を前後方向に摺動可能なプランジャチップ２３ａと、プランジャチップ２３ａに固定されたプランジャロッド２３ｂとを有している。スリーブ２１の上面に形成された給湯口２１ａから金属材料がスリーブ２１内に供給され、プランジャチップ２３ａがスリーブ２１内をキャビティＣａに向かって摺動する（前進する）ことにより、金属材料はキャビティＣａに射出される。

（駆動部の構成）
駆動部２５は、例えば、電動式のものであり、回転式の電動機２７と、電動機２７の回転を伝達するプーリ・ベルト機構２９と、プーリ・ベルト機構２９によって伝達された回転を並進運動に変換するねじ機構３１と、ねじ機構３１とプランジャ２３との間に介在する中継部材３３と、を有している。

電動機２７は、特に図示しないが、界磁及び電機子の一方を構成するステータと、界磁及び電機子の他方を構成し、ステータに対して回転するロータとを有している。電動機２７は、適宜な形式のものとされてよく、例えば、直流電動機であってもよいし、交流電動機であってもよいし、同期電動機であってもよいし、誘導電動機であってもよいし、ブレーキ付のものであってもよい。

電動機２７には、ドライバ３５によって電力が供給される。ドライバ３５は、例えば、電動機２７の回転を検出する不図示のセンサ（例えばエンコーダ）の検出値に基づいて、回転数のフィードバック制御を行うことが可能である。また、ドライバ３５は、例えば、電動機２７に流れる電流を検出し、その検出値に基づいてトルクのフィードバック制御を行うことが可能である。

プーリ・ベルト機構２９は、例えば、電動機２７の出力軸に固定された第１プーリ３７と、第１プーリ３７に掛けられたベルト３９と、ベルト３９が掛けられた第２プーリ４１とを有している。ベルト３９は、例えば、歯付ベルトであってもよいし、歯が付いていないものであってもよい。電動機２７の回転は、第１プーリ３７からベルト３９を経由して第２プーリ４１に伝えられる。

ねじ機構３１は、例えば、ボールねじ機構又は滑りねじ機構によって構成されている。ねじ機構３１は、例えば、第２プーリ４１に同軸に固定されたねじ軸４３と、ねじ軸４３に螺合するナット４５とを有している。ねじ軸４３は、例えば、不図示の軸受により、軸回りの回転が許容されているとともに軸方向の移動が規制されている。一方、ナット４５は、例えば、不図示のガイドによって、軸回りの回転が規制されているとともに軸方向の移動が許容されている。従って、電動機２７の回転がねじ軸４３に伝達されると、ナット４５がその軸方向に移動する。

中継部材３３は、例えば、概略筒状の形状であり、内部にねじ軸４３を収容しつつ後端がナット４５に固定されている。また、中継部材３３の前端は、プランジャ２３の後端に固定されている。従って、ナット４５が前進すると、その駆動力は中継部材３３を介してプランジャ２３に伝達され、プランジャ２３も前進する。

中継部材３３とプランジャ２３との固定は、例えば、カップリング４７を介してなされている。カップリング４７は、例えば、一般的な油圧式射出装置において射出シリンダのピストンロッドとプランジャ２３とを連結するものと同様でよい。中継部材３３の先端には、特に符号を付さないが、射出シリンダのピストンロッドの先端と同様に、軸部とフランジとからなる連結部が構成されている。

（射出装置のセンサ）
射出装置９は、例えば、プランジャ２３の位置を検出する位置センサ４９と、プランジャ２３に付与している力を検出する力センサ５１とを有している。

位置センサ４９の構成は適宜なものとされてよい。例えば、位置センサ４９は、中継部材３３に設けられた不図示のスケール部とともに磁気式又は光学式のリニアエンコーダを構成するものであってもよいし、プランジャ２３に固定的な部材との距離を計測するレーザー測長器によって構成されてもよい。

位置センサ４９、又は制御装置１３は、検出位置の微分値であるプランジャ２３の速度（射出速度）を取得（検出）することも可能である。この観点においては、位置センサ４９は、速度センサとして捉えられてもよい。

力センサ５１は、例えば、ロードセルを含んで構成されており、中継部材３３とナット４５との間に介在し、ナット４５から中継部材３３へ伝えられる力（圧縮力および引張力）を検出する。ロードセルの構成は適宜なものとされてよく、例えば、歪ゲージ式である。その他、ロードセルは、ばね式、圧電式、磁歪式、静電容量式又はジャイロ式であってもよい。

制御装置１３は、力センサ５１の検出した力及びプランジャチップ２３ａの径（断面積）に基づいて、プランジャ２３が金属材料に付与している圧力（射出圧力）を算出することができる。この観点においては、力センサ５１は、圧力センサと捉えられてもよい。また、プランジャ２３の径は、鋳造サイクル中に変化することはないから、本開示において、射出圧力の検出値は、力の検出値と同義であるものとする。

（制御装置）
制御装置１３においては、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ及び／又は外部記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、各種の動作を行う複数の機能部が構築される、複数の機能部は、例えば、速度制御部５３及び圧力制御部５５である。

速度制御部５３は、例えば、位置センサ４９の検出値に基づいて、射出速度が所望の値に収束するように電動機２７を制御する。圧力制御部５５は、例えば、力センサ５１の検出値に基づいて、射出圧力が所望の値に収束するように電動機２７を制御する。なお、制御量（射出速度又は射出圧力）を所望の値に収束させるフィードバック制御は、制御遅れ等に起因して、制御量が所望の範囲に収まるように制御しているように見える結果（例えば上限値を規制しているかのように見える結果）を招いても構わない。

（射出装置の動作）
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、射出装置９の動作を説明するための模式図である。これらの図は、図２の状態から、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）の順で、射出工程が進行していく様子を示している。

スリーブ２１に未凝固の金属材料Ｍが供給されると、射出装置９は、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、プランジャ２３を前進させていく。これにより、金属材料Ｍは、ゲートＧｔよりも手前にある状態（図３（ａ））から、ゲートＧｔを超えてキャビティＣａに流れ込んでいる状態（図３（ｂ））を経由して、キャビティＣａに対する充填が完了した状態（図３（ｃ））へと移行していく。

一般的な射出装置においては、図３（ａ）及び図３（ｂ）の状態においては、射出速度を所望の値に維持する速度制御が行われる。そして、図３（ｃ）の状態に至ると、例えば、射出圧力を最終的な鋳造圧力（終圧）に至らせるための制御が行われる。

本実施形態に係る射出装置９においては、金属材料がゲートＧｔに到達する前は、図３（ａ）において速度制御部５３から電動機２７への指令を矢印で示しているように、従来と同様に、速度制御が行われる。しかし、従来とは異なり、図３（ｂ）において圧力制御部５５から電動機２７への指令を矢印で示しているように、金属材料がキャビティＣａに充填される前に、射出圧力を所望の値にするための圧力制御を開始する。なお、図３（ｃ）に示すように、充填完了以後には、終圧（及び必要に応じて終圧に至るまでの所望の昇圧曲線）を得るための圧力制御が行われる。

（射出波形の例）
図４は、射出装置９における射出波形の例を示す図である。

この図において、横軸は、時間ｔ（射出開始からの経過時間）を示す軸である。縦軸は、プランジャ２３の位置Ｄ（射出開始時からの距離Ｄ）、射出速度Ｖ及び射出圧力Ｐの値を示す軸である。線Ｌ１は、位置Ｄの経時変化を示している。線Ｌ２は、射出速度Ｖの経時変化を示している。線Ｌ３は、射出圧力Ｐの経時変化を示している。

図４では、溶湯を層流充填するときの射出波形、又は固液共存金属を充填するときの射出波形を例に取っている。以下の説明も同様である。この図は、基本的には、位置Ｄ、速度Ｖ及び圧力Ｐの検出値の波形を示している。ただし、速度制御が行われている間の速度Ｖ、及び圧力制御が行われている間の圧力Ｐについては、目標値の波形が示されていると捉えられてもよい。後述する図５（ａ）〜図５（ｅ）においても同様である。

時点ｔ０は、射出開始時点である。射出の初期段階（時点ｔ０〜時点ｔ１）においては、速度Ｖは、例えば、概ね一定の値に制御される。位置Ｄの値は、速度Ｖに応じた量で増加する。圧力Ｐの値は０に近い値に維持される。

時点ｔ１は、金属材料がゲートＧｔに到達したときに概ね対応している。金属材料がゲートＧｔに到達すると、ゲートＧｔの断面積が湯道の断面積よりも絞られていることなどから、速度Ｖは低下し始め、また、圧力Ｐは上昇し始める。位置Ｄは、速度Ｖの低下に伴って増加率が小さくなる。

時点ｔ２は、金属材料のキャビティＣａへの充填が概ね完了したときに対応している。金属材料は、オーバーフロー等を除いて、基本的には行き場を失うから、速度Ｖは略０になり、圧力Ｐは比較的急激に上昇する。位置Ｄは、速度Ｖが０になることに伴って一定値となる。

（充填工程中の制御）
金属材料がゲートＧｔに到達してから金属材料のキャビティＣａへの充填が完了するまで（時点ｔ１〜ｔ２）の工程を充填工程というものとする。図の下部には、制御の種類が速度制御又は圧力制御のいずれであるかが矢印によって示されている。図３（ｂ）を参照して既に述べたように、一般には、充填工程において速度制御が行われるところ、本実施形態では、充填工程において圧力制御を行う。

オペレータは、例えば、入力装置１７を介して、速度制御における目標速度及び圧力制御における目標圧力を経過時間又はプランジャ２３の位置に対して設定する。なお、充填工程中の目標圧力については、制御装置１３が自動的に設定してもよい。例えば、制御装置１３は、オペレータが設定した最終的な鋳造圧力（終圧）に対して所定の割合（＜１）を乗じた値を充填工程中の目標圧力として設定してよい。

（圧力制御の開始時期）
圧力制御は、充填工程の少なくとも一部において行われればよい。従って、圧力制御の開始時点は、時点ｔ１よりも前であってもよいし、時点ｔ１であってもよいし（図示の例）、時点ｔ１よりも後（ただし、時点ｔ２よりも前）であってもよい。

なお、本開示において、圧力制御が充填工程の少なくとも一部において行われているという動作には、充填完了時に圧力制御を開始する思想でありながら、制御の誤差又は制御遅れの補償等のために充填完了前に圧力制御が開始されるものは含まれないものとする。その判別は、圧力制御の開始条件等から可能であるが、単純に、圧力制御の開始時点と充填完了時点とを比較して判別してもよい。例えば、充填完了時よりも充填工程の長さの１０％以上または５０％以上前から圧力制御が開始されていれば、本実施形態のように充填工程の少なくとも一部において圧力制御が行われていると判定されてよい。

射出装置９（制御装置１３）は、圧力制御の開始時点が到来したか否かを適宜に判断してよい。

例えば、プランジャ２３が所定位置まで前進すると、金属材料がゲートＧｔに到達し、充填が開始される。従って、制御装置１３は、位置センサ４９の検出値が所定値Ｄｔに到達したときに圧力制御を開始してよい。

また、例えば、金属材料がゲートＧｔに到達すると、射出速度が低下する。従って、制御装置１３は、位置センサ４９の検出値に基づく射出速度の検出値が所定値Ｖｔまで低下したときに圧力制御を開始してよい。

また、例えば、金属材料がゲートＧｔに到達すると、射出圧力が上昇する。従って、制御装置１３は、力センサ５１の検出値に基づく射出圧力の検出値が所定値Ｐｔまで上昇したときに圧力制御を開始してよい。

また、例えば、時々刻々と変化する目標位置にプランジャ２３を位置させる位置制御によって実質的に速度制御を行っている場合においては、射出開始から所定の時間が経過すると金属材料がゲートＧｔに到達する。従って、制御装置１３は、時間ｔが所定値（例えば時点ｔ１）に到達したときに圧力制御を開始してよい。

図４では、所定値Ｄｔ、Ｖｔ及びＰｔ等として、充填開始付近の値を例示している。ただし、これらは充填開始付近の値のものでなくてもよく、例えば、充填がある程度進行したときの値であってもよい。また、所定値Ｄｔ、Ｖｔ及びＰｔに加えて、又は代えて、これらの値の変化率が考慮されてもよい。

所定値Ｄｔ、Ｖｔ又はＰｔ等は、例えば、オペレータによって入力装置１７を介して制御装置１３に入力され、保持される。また、例えば、制御装置１３が鋳造条件に基づいて自動的に設定してもよい。

例えば、制御装置１３は、入力装置１７を介して入力された、ゲートＧｔから先の金属材料の充填質量、プランジャチップ２３ａの径、金属材料の種類（密度）及びビスケット厚（充填完了時の位置Ｄ）に基づいて、金属材料がゲートＧｔに到達する位置を算出し、この算出した位置を所定値Ｄｔとして設定してよい。

また、例えば、制御装置１３は、入力装置１７を介して設定された、充填工程直前の射出速度の目標値に基づいて、所定値Ｖｔを算出してよい。より具体的には、例えば、目標値に所定の割合（＜１）を乗じた値を所定値Ｖｔとしてよい。

また、例えば、制御装置１３は、入力装置１７に介して設定された、充填工程中又は充填工程後の射出圧力の目標値に基づいて、所定値Ｐｔを算出してよい。より具体的には、例えば、目標値に所定の割合（＜１）を乗じた値を所定値Ｐｔとしてよい。

（圧力波形の例）
図５（ａ）〜図５（ｅ）は、充填工程における圧力波形の種々の例を示す図である。これらの図では、図４の時点ｔ１〜ｔ２までの期間を中心として、圧力Ｐの経時変化が示されている。

図５（ａ）は、充填工程の概ね全体に亘って射出圧力が一定に維持される態様を例示している。図５（ｂ）は、充填工程の概ね全体に亘って射出圧力を線形に増加させていく態様を例示している。図５（ｃ）は、充填工程の概ね全体に亘って射出圧力の経時変化が上方へ膨らむ曲線状になる態様を例示している。図５（ｄ）は、充填工程の概ね全体に亘って射出圧力の経時変化が下方へ凹む曲線状になる態様を例示している。図５（ｅ）は、充填工程中に射出圧力が多段に変化する態様を例示している。このように、充填工程中の圧力波形は、種々設定されてよい。

（処理手順）
図６は、射出装置９（制御装置１３）が金属材料を金型１０１内に射出するために実行する射出処理の手順の例を示すフローチャートである。この処理は、ダイカストマシン１において鋳造サイクルが行われる度に実行される。

ステップＳＴ１では、制御装置１３は、射出開始条件が満たされたか否か判定する。射出開始条件は、例えば、不図示の給湯装置によってスリーブ２１に１ショット分の金属材料が供給されたことなどである。そして、制御装置１３は、肯定判定の場合は、ステップＳＴ２に進み、否定判定のときは、待機してステップＳＴ１を繰り返す。

ステップＳＴ２では、制御装置１３（速度制御部５３）は速度制御を行う（図４の時点ｔ０〜ｔ１）。具体的には、例えば、制御装置１３は、位置センサ４９の検出速度に基づいて、射出速度が目標速度に収束するように電動機２７の回転数を制御する。すなわち、制御装置１３は、速度フィードバック制御を行う。既に述べたように、位置センサ４９の検出位置に基づいて、時々刻々変化する目標位置へ位置制御が行われ、実質的に速度フィードバック制御が行われてもよい。

ステップＳＴ３では、制御装置１３は、速度制御から圧力制御へ切り換える切換条件が満たされたか否か判定する。切換条件は、図４を参照して説明したように、例えば、位置Ｄが所定値Ｄｔに到達したこと、速度Ｖが所定値Ｖｔまで降下したこと、圧力Ｐが所定値Ｐまで上昇したこと等である。そして、制御装置１３は、肯定判定の場合は、ステップＳＴ４に進み、否定判定のときは、ステップＳＴ２に戻り、速度制御を継続する。

ステップＳＴ４では、制御装置１３（圧力制御部５５）は圧力制御を行う（図４の時点ｔ１〜）。具体的には、例えば、制御装置１３は、力センサ５１が検出する力に基づいて、射出圧力が目標圧力に収束するように電動機２７のトルクを制御する。すなわち、制御装置１３は、圧力フィードバック制御を行う。この圧力制御においては、例えば、充填工程中の圧力制御（時点ｔ１〜ｔ２）に続いて、充填工程後の増圧及び保圧（時点ｔ２〜）のための制御も行われる。保圧は、電動機２７の圧力制御ではなく、ブレーキによってなされてもよい。

ステップＳＴ５では、制御装置１３は、射出終了条件が満たされたか否か判定する。射出終了条件は、例えば、所定時点（例えば射出開始時点又は終圧が得られた時点）から所定の時間が経過したことである。そして、制御装置１３は、肯定判定の場合は圧力制御（具体的には保圧）を終了し、否定判定のときは、ステップＳＴ４に戻り、圧力制御を継続する。

以上のとおり、本実施形態では、射出装置９は、金型１０１内に通じるスリーブ２１内を摺動可能なプランジャ２３を駆動可能な電動機２７と、金型１０１のキャビティＣａに液状又は固液共存状態の金属材料が行き渡る前の、キャビティＣａに金属材料が充填されている充填工程の少なくとも一部に亘って、射出圧力Ｐの検出値に基づいて電動機２７を制御する圧力制御を行う制御装置１３と、を有している。

従って、例えば、圧力制御によって射出速度が好適に調整され、品質を向上させることが可能である。具体的には、以下のとおりである。

例えば、キャビティＣａに細い部分（例えば断面積がゲートＧｔの断面積よりも小さい部分）がある場合、金属材料が当該細い部分に到達すると、プランジャ２３の速度Ｖ（射出速度）が一定であっても、当該細い部分における金属材料の速度は上昇する。その結果、例えば、焼き付きが生じてしまう。その一方で、射出速度を遅くすれば、巣の一種であるブリスターが生じてしまう。

一般に、充填工程中の射出速度は一定とされている。ここで、充填工程中の目標速度をプランジャ２３の位置に応じて種々の値に変化させることによって、上記のような問題を解決することが考えられる。しかし、そのような目標速度の設定は、オペレータにとって非常に困難であり、また、オペレータに多大な負担を強いることになる。さらに、金型が交換される度に、そのような困難又は負担が大きい設定をしなければならない。

一方、本実施形態の射出装置においては、圧力制御を行っていることから、例えば、目標圧力が一定値の場合、金属材料が細い部分に到達して射出圧力が上昇しようとすると、射出圧力の上昇を抑制するように電動機２７のトルクが減じられる。その結果、細い部分に流れ込む金属材料の速度の上昇も抑制される。すなわち、キャビティＣａの形状及び金属材料のキャビティＣａ内における到達状況に応じた速度調整が自動的になされることになる。その結果、例えば、焼き付き及びブリスターが抑制される。

なお、上記のような効果は、目標圧力が一定値である場合だけでなく、目標圧力が時間経過（プランジャ２３の位置）に応じて変化している場合においても同様に奏される。例えば、目標圧力が経過時間に対して上昇していたとしても、その上昇量が、射出速度を一定にする速度制御を行った場合の圧力上昇量に比較して小さければ、焼き付きは抑制される。

制御装置１３は、プランジャ２３の位置Ｄの検出値が所定値Ｄｔに到達したときに圧力制御を開始してよい。この場合、例えば、金属材料のゲートＧｔへの到達に遅れることなく圧力制御を開始することができる。圧力制御の開始の判定に、金属材料がゲートＧｔに到達することによる射出速度又は射出圧力の変化が不要であることから、金属材料がゲートＧｔに到達する前に圧力制御を開始することも容易である。

また、制御装置１３は、射出圧力Ｐの検出値が所定値Ｐｔまで上昇したときに圧力制御を開始してもよい。この場合、例えば、金属材料がゲートＧｔに到達したときの他、金属材料がキャビティＣａの細い部分に到達したようなときに圧力制御を開始することも可能である。また、例えば、射出圧力を基準とすることから、圧力制御への切換前後における圧力波形を滑らかにすることが容易である。

また、制御装置１３は、射出速度Ｖの検出値が所定値Ｖｔまで降下したときに圧力制御を開始してもよい。この場合、例えば、金属材料がゲートＧｔに到達したときの他、金属材料がキャビティＣａの細い部分に到達したようなときに圧力制御を開始することも可能である。また、例えば、射出速度を基準とすることから、圧力制御開始前に減速制御を行って、圧力制御開始前の速度波形を滑らかにすることが可能である。

（射出処理の第１変形例）
図７は、第１変形例に係る射出処理の手順の例を示すフローチャートであり、図６に相当するものである。

図６の射出処理では、射出の初期段階においては速度制御が行われ、その後、所定の切換条件が満たされると、圧力制御が行われた。一方、図７の射出処理では、射出開始から基本的に圧力制御が行われる。この場合、金属材料がゲートＧｔに到達して射出圧力が上昇する前においては、射出速度が必要以上に上昇するおそれがある。そこで、射出速度が所定の上限速度に到達したときは、一時的に圧力制御に優先して、射出速度を上限速度以下に規制する制御を行う。具体的には、以下のとおりである。

ステップＳＴ１１は、図６のステップＳＴ１と同様であり、当該ステップでは、射出開始条件が満たされたか否か判定される。ただし、肯定判定がなされた場合、図６とは異なり、圧力制御（ステップＳＴ１２）が行われる。すなわち、射出開始から圧力制御が行われる。ステップＳＴ１２自体は、例えば、図６のステップＳＴ４と同様である。

ステップＳＴ１３では、制御装置１３は、位置センサ４９の検出速度が所定の上限速度Ｖｍａｘを超えたか否か判定する。そして、制御装置１３は、肯定判定のときはステップＳＴ１４に進み、否定判定のときはステップＳＴ１２に戻り、圧力制御を継続する。

なお、上限速度Ｖｍａｘは、オペレータが設定してもよいし、射出装置９の製造者が予め設定しておいてもよいし、制御装置１３が種々の条件に基づいて設定してもよい。また、ステップＳＴ１３で肯定判定がなされるのは、基本的には、金属材料がゲートＧｔに到達して充填抵抗が上昇する前（充填工程前）である。

ステップＳＴ１４では、制御装置１３は、射出速度を上限速度以下に規制するための制御を行う。この制御は、例えば、上限速度又は上限速度よりも所定量で低い速度を目標速度として、図６のステップＳＴ２と同様の速度フィードバック制御を所定時間だけ行うものであってよい。また、例えば、速度制御ではなく、予め定められた量で、又は予め定められた圧力へ、一時的に目標圧力が下げられて、圧力制御が継続されてもよい。また、例えば、予め定められた量で操作量（電圧、電流及び又は周波数）が下げられてもよい。

なお、ステップＳＴ１４においてどのような制御が行われていても、ステップＳＴ１３及びＳＴ１４の全体では射出速度の上限を規制しているので、ステップＳＴ１３及びＳＴ１４の全体は、速度制御と捉えられてもよい。また、ステップＳＴ１４で圧力制御が行われていても、本開示においては、ステップＳＴ１２の圧力制御とは別のものとして表現する。

ステップＳＴ１５は、図６のステップＳＴ５と同様であり、当該ステップでは、射出終了条件が満たされたか否か判定される。否定判定がなされた場合、制御装置１３は、ステップＳＴ１２に戻る。

ステップＳＴ１２〜ＳＴ１５により、射出終了条件が満たされるまでの間、射出速度Ｖが上限速度Ｖｍａｘを超えない限り、図６のステップＳＴ４と同様に、圧力制御が継続されることになる。そして、充填工程中の圧力制御、増圧及び保圧が順次行われ、保圧が行われている間に、ステップＳＴ１５の肯定判定がなされ、処理が終了することになる。

以上のように、圧力制御は、速度制御の後に開始されるのではなく、射出開始から行われてもよい。第１変形例によれば、例えば、圧力制御の開始時点を設定しなくてもよく、オペレータの負担が軽減される。なお、第２変形例では、制御装置１３の制御によって射出速度が上限速度以下に規制されているが、機械的に規制がなされてもよい。

（射出処理の第２変形例）
図８は、第２変形例に係る射出処理の手順の例を示すフローチャートであり、図６に相当するものである。

実施形態では、圧力制御は、射出圧力を目標圧力に収束させる制御であった。これに対して、第２変形例では、圧力制御は、射出圧力を所定の上限圧力以下（所定の範囲内）に規制する制御である。具体的には、以下のとおりである。

ステップＳＴ２１及びＳＴ２２は、図６のステップＳＴ１及びＳＴ２と同様である。すなわち、射出の初期段階において速度制御が行われる。

ステップＳＴ２３では、制御装置１３は、力センサ５１の検出圧力Ｐが所定の上限圧力Ｐｍａｘを超えたか否か判定する。そして、制御装置１３は、肯定判定のときはステップＳＴ２４に進み、否定判定のときはステップＳＴ２４をスキップする。

なお、上限圧力Ｐｍａｘは、オペレータが設定してもよいし、射出装置９の製造者が予め設定しておいてもよいし、制御装置１３が種々の条件に基づいて設定してもよい。また、ステップＳＴ２３で肯定判定がなされるのは、基本的には、金属材料がゲートＧｔに到達して射出抵抗が上昇した後（充填工程開始以後）である。

ステップＳＴ２４では、制御装置１３は、射出圧力を上限圧力以下に規制するための制御を行う。この制御は、例えば、上限圧力又は上限圧力よりも所定量で低い圧力を目標圧力として、図６のステップＳＴ４と同様の圧力フィードバック制御を所定時間だけ行うものであってよい。また、例えば、圧力制御ではなく、予め定められた量で、又は予め定められた速度へ、一時的に目標速度が下げられて、速度制御が継続されてもよい。また、例えば、予め定められた量で操作量（電圧、電流及び又は周波数）が下げられてもよい。

なお、ステップＳＴ２４においてどのような制御が行われていても、ステップＳＴ２３及びＳＴ２４の全体では射出圧力の上限を規制しているので、ステップＳＴ２３及びＳＴ２４の全体は、圧力制御と捉えられてよい。この圧力制御も、本開示にいう、充填工程の少なくとも一部に亘って行われる圧力制御の一例である。

ステップＳＴ２５では、制御装置１３は、所定の増圧開始条件が満たされたか否か判定する。そして、制御装置１３は、肯定判定のときは、ステップＳＴ２５に進み、否定判定のときはステップＳＴ２２に戻り、速度制御を継続する。

増圧開始条件は、オペレータが入力装置１７を介して設定してもよいし、製造者が予め設定していてもよいし、制御装置１３が種々の条件に基づいて設定してもよい。例えば、増圧開始条件は、金属材料がキャビティＣａに充填されたとき（充填工程完了時）に概ね一致するように設定される。より具体的には、増圧開始条件は、例えば、プランジャ２３の位置Ｄが所定位置に到達したこと、射出圧力が所定値まで上昇したこと、又は射出速度が所定値まで降下したことである。

ステップＳＴ２６では、制御装置１３は、増圧及び保圧のための圧力制御を行う。このステップは、図６のステップＳＴ４の圧力制御のうち、充填工程完了後の部分に相当する。

ステップＳＴ２７は、図６のステップＳＴ５と同様であり、当該ステップでは、射出終了条件が満たされたか否か判定される。ただし、否定判定がなされた場合、制御装置１３は、ステップＳＴ２６に戻り、増圧又は保圧のための圧力制御を行う。

以上のように、充填工程中の圧力制御は、速度制御において、射出圧力の上限を規制するものであってもよい。第２変形例によれば、例えば、オペレータは、一般的な射出装置と同様に、充填工程完了までの速度及び増圧開始後の圧力を設定することができる。

（圧力制御処理の変形例）
実施形態では、図５（ｅ）を参照して、目標圧力が多段に設定されてよいことについて述べた。また、実施形態では、目標圧力は、オペレータの入力装置１７に対する入力によって（又は制御装置１３によって）、経過時間又はプランジャ２３の位置に対して設定されてよいことについて述べた。換言すれば、制御装置１３は、圧力制御中に経過時間又はプランジャ２３の位置に応じて目標圧力を変化させてよいことについて述べた。本変形例では、制御装置１３は、検出圧力に応じて目標圧力を変化させる。

図９は、第３変形例に係る圧力制御処理の手順の例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、図６のステップＳＴ４又は図７のステップＳＴ１２において実行される。ここでは、検出圧力が２段の目標圧力（第１目標圧力Ｐ１及び第１目標圧力Ｐ１よりも高い第２目標圧力Ｐ２）に追従するように制御される場合を例に取る。

ステップＳＴ３１では、制御装置１３は、力センサ５１の検出圧力Ｐが、予め設定されている第１目標圧力Ｐ１に追従するように電動機２７のトルクを制御する。すなわち、制御装置１３は、圧力フィードバック制御を行う。

フィードバック制御が行われているから、理想的には、検出圧力Ｐは、一定であり（第１目標圧力に追従しており）、変動しない。しかし、実際には、例えば、既に述べたように、金属材料がキャビティＣａの細い部分に到達すると、検出圧力Ｐは急激に上昇しようとする。そして、制御の時間遅れによって、検出圧力Ｐは変動し得る。

ステップＳＴ３２では、制御装置１３は、検出圧力Ｐの所定時間内における変化量ΔＰが、所定の閾値ΔＰｈを超えたか否か判定する。そして、制御装置１３は、否定判定のときは、ステップ３１に戻り、検出圧力Ｐを第１目標圧力Ｐ１へ追従させる制御を継続し、肯定のときは、ステップＳＴ３３に進む。

ステップＳＴ３３では、制御装置１３は、力センサ５１の検出圧力Ｐが、予め設定されている第２目標圧力Ｐ２に追従するように電動機２７のトルクを制御する。すなわち、制御装置１３は、圧力フィードバック制御を行う。

このように、本変形例では、検出圧力Ｐの所定時間内における変化量ΔＰが閾値Ｐｈを超えたときに、目標圧力を第１目標圧力Ｐ１から第２目標圧力Ｐ２へ切り換える。換言すれば、制御装置１３は、金属材料が所定位置（キャビティＣａ内の細い部分）に到達したときに、目標圧力を切り換える。

以上の変形例では、例えば、まず、実施形態と同様に、充填工程において圧力制御を行っていることから、充填工程において速度制御を行う場合に比較して、金属材料のキャビティＣａ内における進行状況に応じて自動的に金属材料の速度が調整され、焼き付き及びブリスターが抑制される。

また、例えば、充填工程において射出圧力を多段に変化させる（例えば大きくする）ことにより、例えば、比較的低い一定の射出圧力を継続する場合に比較して、金属材料をキャビティＣａの各部に行き渡らせ、確実に製品の形状に圧縮することが容易化される。また、例えば、比較的高い一定の射出圧力を継続する場合に比較して、不必要に高速で射出がなされ、空気の巻き込み及び／又は焼き付きが生じるおそれが低減される。

さらに、変化量ΔＰに応じて目標圧力を切り換えることにより、金属材料のキャビティＣａ内における進行状況に応じて射出圧力を上昇させることができる。すなわち、プランジャ２３の位置に対する金属材料のキャビティＣａ内における進行状況を予測する等の困難かつ煩雑な作業を要することなく、適切なタイミングで射出圧力の多段制御を行うことができる。

充填工程において速度制御を行い、かつ目標速度を金属材料の圧力に応じて自動的に切り換える態様が考えられる。この場合、制御装置１３は、例えば、金属材料に圧力上昇が生じた場合、その影響が電動機２７の検出位置に現れ、ひいては、電動機２７の検出位置から算出したトルクに変化が生じたときに、圧力上昇を検知することになる。一方、本変形例では、制御装置１３は、圧力制御に検出圧力を利用していることから、この検出圧力に基づいて即座に圧力上昇を検知することができる。その結果、より精度の高い制御が可能になる。

なお、所定時間内の変化量ΔＰの所定時間、及び／又は閾値ΔＰｈは、例えば、オペレータが入力装置１７を介して適宜に設定してもよいし、制御装置１３が目標圧力に基づいて自動的に設定してもよい。また、所定時間は、例えば、制御遅れ等を考慮して適宜に設定されてよく、また、フィードバック制御の時間刻みよりも短くてもよいし、同等でもよいし、長くてもよい。

特に図示しないが、圧力制御開始時の比較的大きな偏差によってステップＳＴ３２において肯定判定がなされないように、経過時間及び／又はプランジャ２３の位置が所定値を超えたか否か等の判定がステップＳＴ３２に組み合わされてよい。

上記では２段制御を例示したが、３段以上の制御であってもよい。また、例えば、図５（ｂ）〜図５（ｄ）のように目標圧力を徐々に変化させる態様において、検出圧力に応じて変化率（傾き）を切り換えてもよい。なお、この変化率を変化させる動作も、広い意味では目標圧力を変化させる動作である。

本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

ダイカストマシンは、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、縦型締横射出であってもよい。射出装置以外（型締装置及び押出装置等）の構成は任意である。例えば、ダイカストマシン内の駆動部は、射出装置の駆動部を除いて、油圧式であってもよいし、電動式であってもよい。また、例えば、型締装置は、トグル式であってもよいし、型開閉と型締めとが別個の駆動部によって行われる複合式であってもよい。

射出装置は、プランジャを駆動可能な電動機を含み、射出圧力を検出可能な構成であればよく、実施形態の構成は一例に過ぎない。

例えば、射出装置の駆動部は、射出の進行に伴って順次駆動される（一部の期間が重複していてもよい）、互いに性能が異なる複数の電動機を有していてもよいし、共に同様の制御がなされる同種の複数の電動機を有していてもよい。

電動機は、回転式のものに限定されず、リニアモータであってもよい。また、回転式の電動機の回転を直線運動に変換する変換機構は、ねじ機構に限定されず、例えば、ラック・ピニオン機構又はリンク機構であってもよい。ねじ機構は、ねじ軸及びナットの役割（いずれが回転又は直線運動するか）が、実施形態とは逆であってもよい。電動機の回転を変換機構（例えばねじ軸）に伝達する伝達機構は設けられなくてもよい。また、当該伝達機構は、プーリ・ベルト機構に限定されず、例えば、歯車機構であってもよいし、プーリ・ベルト機構以外の巻掛伝動機構（例えばスプロケット・チェーン機構）であってもよい。

射出波形は、層流充填用又は固液共存金属用のものに限定されない。例えば、一般的な、低速射出、高速射出、減速射出（減速制御を行うもの、又は減速制御は行われないが、金属材料の圧力によって減速されるもの）、増圧及び保圧を順次行うものであってもよい。この場合であっても、例えば、減速射出において実施形態と同様に圧力制御を開始したり、増圧開始前において第２変形例と同様に圧力制御を行ったりしてよい。

実施形態で説明したような、圧力制御によって速度を自動調整し、これにより焼き付き及びブリスターを低減する効果は必ずしも奏されなくてもよい。例えば、第３変形例において、第２目標圧力Ｐ２は、ステップＳＴ３２で肯定判定がなされたときの速度を維持したときの圧力上昇量よりも大きい圧力差で、第１目標圧力Ｐ１よりも大きい値であってもよい。この場合であっても、例えば、金属材料のキャビティ内における進行状況に応じて（適切なタイミングで）目標圧力を変化させることができるという効果が奏される。

１…ダイカストマシン、９…射出装置、１３…制御装置、２１…スリーブ、２３…プランジャ、２７…電動機、１０１…金型。

Claims (9)

1. 金型内に通じるスリーブ内を摺動可能なプランジャを駆動可能な電動機と、
   前記金型のキャビティに金属材料が行き渡る前の、前記キャビティに金属材料が充填されている充填工程の少なくとも一部に亘って、射出圧力の検出値に基づいて前記電動機を制御する圧力制御を行う制御装置と、
   を有している射出装置。
2. 前記圧力制御は、前記射出圧力を目標圧力に収束させる制御を含む
   請求項１に記載の射出装置。
3. 前記制御装置は、前記プランジャの位置の検出値が所定値に到達すると前記圧力制御を開始する
   請求項２のいずれか１項に記載の射出装置。
4. 前記制御装置は、前記射出圧力の検出値が所定値まで上昇すると前記圧力制御を開始する
   請求項２に記載の射出装置。
5. 前記制御装置は、射出速度の検出値が所定値まで降下すると前記圧力制御を開始する
   請求項２に記載の射出装置。
6. 前記制御装置は、前記圧力制御中に射出速度の検出値が所定の上限速度に到達したときは、一時的に前記圧力制御に優先して前記射出速度を前記上限速度以下に規制する制御を行う
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の射出装置。
7. 前記制御装置は、前記射出圧力の検出値の変化に応じて前記目標圧力を変化させる
   請求項２〜６のいずれか１項に記載の射出装置。
8. 前記制御装置は、前記充填工程の少なくとも一部に亘って、射出速度を目標速度に収束させる速度制御により前記電動機を制御し、
   前記圧力制御は、前記速度制御中に前記射出圧力の検出値が所定の上限圧力に到達したときに、一時的に前記速度制御に優先して、前記射出圧力を前記上限圧力以下に規制する制御を含む
   請求項１に記載の射出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の射出装置と、
   前記金型を型締めする型締装置と、
   を有しているダイカストマシン。

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