WO2014058063A1 - 電動ダイカストマシン - Google Patents
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
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- B22D17/32—Controlling equipment
Definitions
- the present invention relates to an electric die casting machine, and more particularly to a configuration of an electric injection apparatus that injects and fills a molten metal material into a mold cavity.
- Die-casting machine by driving the injection plunger provided in the injection device forward every shot, injects and fills a predetermined amount of molten metal material such as Al alloy or Mg alloy into the mold cavity, and then forms the required shape. It is a molding machine that molds products. Die-casting machines also have a low-speed injection process, a high-speed injection process, and a pressure-increasing process (in the case of an injection molding machine), similar to an injection molding machine that molds a plastic material into a mold cavity to form a product of the required shape. The molding material is injected and filled into the mold cavity through a pressure holding process.) The die casting machine has an injection speed in the high-speed injection process that is about one digit faster than the injection molding machine. There are features. For this reason, conventionally, a hydraulic die casting machine provided with a hydraulic injection device that drives an injection plunger by hydraulic pressure has been mainstream.
- the die casting machine equipped with the hydraulic injection device can drive the injection plunger at a high speed, but it has various problems such as large factory equipment, poor energy efficiency, and the inside of the molding factory is easily contaminated with oil and the working environment is poor. is there. For this reason, in recent years, a die casting machine having an electric injection device without such a defect has been proposed (for example, see Patent Document 1).
- an electric injection device 100 described in Patent Document 1 includes a ball screw including a screw shaft 102 and a nut body 103 screwed to the rotational force of an injection / pressure-increasing electric servo motor 101.
- the mechanism 104 converts the force into a linear force of the nut body 103, and the straight force of the nut body 103 is transmitted to the injection plunger 107 via the load cell unit 105 and the linear motion body 106.
- the nut body 103, the load cell unit 105 and the linear motion body 106 are arranged in series in the axial direction of the screw shaft 102. Further, as shown in FIG.
- the electric injection device 100 is configured such that the rotational force of the local pressurizing electric servo motor 111 is applied to a nut by a ball screw mechanism 114 including a screw shaft 112 and a nut body 113 screwed to the screw shaft 112.
- the straight force of the body 113 is converted into a straight force, and the straight force of the nut body 113 is transmitted to the local pressing member 116 via the load cell unit 115.
- the pressing member 116 for local pressurization applies local pressure to the molten metal injected and filled in the mold cavity 117 to increase the density of the cast product, and together with the nut body 113 and the load cell unit 115
- the screw shaft 102 is arranged in series in the axial direction.
- reference numeral 121 denotes a fixed die plate
- reference numeral 122 denotes a fixed side mold
- reference numeral 123 denotes a movable die plate
- reference numeral 124 denotes a movable side mold.
- the electric injection device 100 described in Patent Document 1 has such a configuration, in the pressure increasing step subsequent to the injection step, the pressure applied to the injection plunger 107 is monitored by the output of the load cell unit 105, and the time is increased.
- the drive control of the injection / pressure-increasing electric servo motor 101 can be performed by pressure feedback control along the axis.
- the local pressurizing electric servo motor 111 is controlled by pressure feedback control along the time axis while monitoring the pressure applied to the local pressurizing pressing member 116 by the output of the load cell unit 115. be able to. Thereby, a high quality casting product can be manufactured stably.
- the load cell unit 105 is interposed between the nut body 103 and the linear motion body 106 constituting the injection / pressure increasing mechanism.
- the overall length of the machine will be large.
- the present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a compact and high-performance electric die casting machine.
- the present invention is a screw shaft rotatably held on a holding plate via a bearing, and is screwed to the screw shaft and is driven forward and backward according to the rotational drive of the screw shaft.
- the load cell unit is formed in a ring shape whose inner diameter is larger than the outer diameter of the screw shaft, and the ring-shaped load cell unit is arranged concentrically with the screw shaft. And installed between the bearing and the holding plate.
- the load cell unit is more electric than when placing the load cell unit in series with the screw shaft.
- the total length of the injection device and hence the die casting machine can be reduced.
- a space for setting the load cell unit can be formed between the bearing and the holding plate with almost no increase in the length in the axial direction of the screw shaft. Therefore, it is possible to reduce the size of the die casting machine.
- the load cell unit includes an outer ring portion, an inner ring portion, a connecting portion that connects these two portions, and a strain gauge that detects distortion of the connecting portion.
- the bearing wherein either one of the outer ring portion and the inner ring portion is fixed to the holding plate, and the other one of the outer ring portion and the inner ring portion is slidably attached to the holding plate. It is characterized by being fixed to the holder.
- the strain amount proportional to the bending stress acting on the connecting portion can be detected by the strain gauge
- the strain amount proportional to the compressive stress acting on the cylindrical load cell is detected by the strain gauge.
- highly sensitive distortion detection can be performed.
- the load cell unit is fixed between the holding plate and the bearing holder, the load cell unit can be installed with almost no increase in the length dimension in the axial direction of the screw shaft.
- the load cell unit formed in a ring shape is arranged concentrically with the screw shaft, and is installed between the bearing and the holding plate, so the setting space of the load cell unit can be reduced, and the die casting machine Miniaturization can be achieved.
- FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2. It is a front view of the shock absorbing device according to the embodiment. It is an inner surface figure of the impact buffering device concerning an embodiment. It is a perspective view of the one-way clutch which concerns on embodiment. It is principal part sectional drawing which shows typically the structure of the one-way clutch which concerns on embodiment. It is a timing chart which shows operation of a die casting machine concerning an embodiment. It is a perspective view of the injection device concerning other embodiments. It is a block diagram of the injection device which concerns on a prior art.
- the electric injection device 1 includes first to third holding plates 2, 3, and 4 that are arranged to face each other at a predetermined interval, and the first and first holding plates.
- Screw shaft 5 rotatably held by the two holding plates 2 and 3, a guide bar 6 fixed at both ends to the second and third holding plates 3 and 4, and screwed to the screw shaft 5 and screwed.
- the injection plunger 9 having one end fixed thereto, the injection electric servo motor 10 for rotating the screw shaft 5 and the pressure increasing electric servo motor 11, and the screw shaft 5 and the pressure increasing electric servo motor 11 are provided.
- Reference numeral 14 in the figure denotes a C frame for connecting the injection device 1 and the fixed die plate DP of the mold clamping device.
- the C frame 14 has bolts 15 and 16 as shown in FIG. Used to fix the outer surface of the third holding plate 4 and the fixed die plate DP.
- the distal end portion of the injection plunger 9 is disposed in an injection sleeve IS formed on the fixed die plate DP.
- a ring-shaped bearing holding portion 2 a is projected on the inner surface of the center portion of the first holding plate 2, and one end portion of the screw shaft 5 is an inner surface of the bearing holding portion 2 a.
- a bearing (bearing) 21 inserted in the outer surface of the screw shaft 5 so as to be rotatably supported by the first holding plate 2.
- a circular opening 3a is formed at the center of the second holding plate 3, and a ring-shaped stepped boss 3b is erected from the periphery of the opening 3a.
- the bearing holder 22 is slidably fitted.
- An intermediate portion of the screw shaft 5 is rotatable to the second holding plate 3 via an angular bearing (bearing) 23 and a bearing (bearing) 24 inserted into the inner surface of the bearing holder 22 and the outer surface of the screw shaft 5. Retained. Further, a screw shaft 5 and a through hole 4 a of the connecting body 8 are opened at the center of the third holding plate 4. As shown in FIGS. 1 and 2, these holding plates 2, 3, and 4 are integrated by a fixing member 25 and fixed on a frame of an electric die casting machine (not shown). The surroundings of the holding plates 2, 3, 4 and the fixing member 25 are preferably covered with a protective cover 26 for the safety of workers and the like.
- a load cell unit 27 formed in a ring shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the screw shaft 5 is provided on the inner periphery of the stepped boss 3 b formed on the second holding plate 3.
- the load cell unit 27 of the present example includes an inner ring portion 27a, an outer ring portion 27b, and an elastic deformation portion 27c formed between these two portions. While being bolted to the bearing holder 22, the outer ring portion 27b is bolted to the stepped boss 3b.
- a strain gauge (not shown) is attached to the elastic deformation portion 27c, and the amount of distortion of the elastic deformation portion 27c, that is, the injection pressure, surge pressure, and pressure increase pressure acting on the injection plunger 9 are detected.
- the load cell unit 27 formed in a ring shape is disposed concentrically with the screw shaft 6 and is installed between the bearing holder 22 and the stepped boss 3b. Therefore, the setting space of the load cell unit 27 can be reduced, and the electric injection device 1 and consequently the electric die casting machine on which it is mounted can be reduced in size.
- the guide bar 6 is fastened to the second and third holding plates 3 and 4 with bolts 28 at both ends.
- the shock absorber 31 for suppressing surge pressure having one end slidably connected to the guide bar 6 is provided on the outer periphery of the nut body 7.
- the shock absorbing device 31 of the present example is a first member 33 fastened to the nut body 7 using the bolt 32 and a first member 33 fastened to the connecting body 8 using the bolt 34.
- FIG. 1 the shock absorber 31 for suppressing surge pressure having one end slidably connected to the guide bar 6 is provided on the outer periphery of the nut body 7.
- the shock absorbing device 31 of the present example is a first member 33 fastened to the nut body 7 using the bolt 32 and a first member 33 fastened to the connecting body 8 using the bolt 34.
- the first member 33 and the second member 35 are formed in a substantially hexagonal shape whose inner surface is horizontally long, and a nut body through hole 38 for penetrating the nut body 7 at the center thereof. And a connecting bolt through hole 39 for passing through the connecting bolt 37 is formed at a predetermined position around the nut body through hole 38. Also, a plurality of (10 in the example of FIG. 5) elastic member accommodation holes 40 are formed substantially equally in a portion around the nut body through hole 38 that does not interfere with the connecting bolt through hole 39. .
- a guide bar through hole 41 for penetrating the guide bar 6 is opened at the end portion in the major axis direction through the nut body through hole 38, and in the guide bar through hole 41, a slide bearing (metal) is formed. 42 is provided.
- the first member 33 is fastened to the nut body 7 using the bolt 32 in a state where the nut body 7 is passed through the nut body through hole 38 and the guide bar 6 is passed through the guide bar through hole 41. Therefore, the first member 33 also has a function as a guide member that moves the nut body 7 along the guide bar 6 when the screw shaft 5 is rotationally driven.
- the second member 35 is fastened to the connecting body 8 using the bolts 34 in a state where the nut body 7 passes through the nut body through hole 38 and the guide bar 6 passes through the guide bar through hole 41. The Accordingly, the second member 35 transmits the forward and backward movement of the nut body 7 to the injection plunger 9 via the connecting body 8 and moves the injection plunger 9 along the guide bar 6. It also has the function as
- the elastic member 36 is a first member in a state where a compressive force equal to or slightly larger (for example, 1.05 to 1.1 times) than the molten metal pressure when switching from the injection process to the pressure increasing process is applied. 33 and the second member 35. Thereby, the elastic member 36 does not shrink during the injection process, and a required injection pressure can be applied to the molten metal.
- the first member 33 and the second member 35 are combined at a predetermined interval that does not come into close contact when subjected to surge pressure. Thereby, the surge pressure can be absorbed.
- the compressive force applied to the elastic member 36 is adjusted as appropriate by adjusting the connecting bolt 37.
- 1st pulley 42 is fixed to the front-end
- the first pulley 42 transmits the rotational force of the injection electric servomotor 10 to the screw shaft 5, and the timing belt 44 is interposed between the first pulley 42 and the driving pulley 10 a fixed to the output shaft of the injection electric servomotor 10. Is hung.
- the second pulley 43 transmits the rotational force of the pressure-increasing electric servomotor 11 to the screw shaft 5, and is connected to the drive-side pulley 11a fixed to the output shaft of the pressure-increasing electric servomotor 11.
- the timing belt 45 is looped.
- the one-way clutch 12 holds an inner ring 51, an outer ring 52, a plurality of cams 53 that are swingably disposed between the inner ring 51 and the outer ring 52, and the cam 53.
- the main component is a retainer 54 and a spring member 55 that urges the cam 53 in one direction.
- the cam 53 is engaged with the inner ring 51 and the outer ring 52 when the rotation speed of the inner ring 51 becomes lower than the rotation speed of the outer ring 52, and the inner ring 51 and the outer ring 52 are integrated in the specific one direction.
- Rotate to The inner ring 51 is fixed to the outer periphery of the screw shaft 5, and the outer ring 52 is fixed to the inner periphery of the second pulley 43.
- the controller 13 takes in the signals from the encoders 10b and 11b provided in the electric servomotor 10 for injection and the electric servomotor 11 for pressure increase, the signal from the load cell unit 27, etc., and the electric servomotor 10 for injection and the electric servo for pressure increase. It governs the overall drive control of the injection electric servomotor 10 and the pressure-increasing electric servomotor 11 such as the start timing, stop timing, acceleration conditions, deceleration conditions, rotation speed and rotation torque of the motor 11.
- the controller 13 may be a machine controller that controls the drive of the entire die casting machine.
- the injection electric servo motor 10 is started in a predetermined rotation direction, and the rotation The speed is controlled to a predetermined rotational speed for low speed injection.
- the injection electric servo motor 10 is increased in speed, and the rotation speed is controlled to a predetermined high-speed injection rotation speed.
- the rotation of the electric servomotor 10 for injection is transmitted to the screw shaft 5 through the driving pulley 10a, the timing belt 44, and the first pulley 42, and the screw shaft 5 is rotated at a low speed and at a high speed. To rotate.
- the nut body 7 screwed to the screw shaft 5 is driven forward, and the nut body 7, the shock absorbing device 31 and the connecting body 8 are interposed as shown in FIG.
- the injection plungers 9 connected in this manner are driven forward at a predetermined forward speed during low-speed injection and forward speed during high-speed injection.
- a certain amount of molten metal supplied into the injection sleeve IS is injected at a low speed into a mold cavity (not shown) at a predetermined injection speed, and then is injected at a high speed at a predetermined injection speed.
- the electric injection device 1 absorbs surge pressure by the elastic member 36 provided in the shock absorbing device 31. That is, since the surge pressure generated in the high-speed injection process is transmitted to the second member 35 of the shock absorbing device 31 via the injection plunger 9 and the connecting body 8, as shown in FIG. The elastic member 36 is compressed between the second member 35 and the second member 35, and the surge pressure is absorbed by the elastic deformation.
- the shock absorbing device 31 according to the present embodiment is arranged on the outer periphery of the nut body 7, the electric injection device 1 and thus the electric die casting machine are compared with the case where the shock absorbing device 31 and the nut body 7 are arranged in series. Can be shortened.
- the controller 13 controls the injection electric servomotor 10 to be decelerated as shown in FIG. 8B, and finally stops the rotation of the injection electric servomotor 10. Further, the controller 13 starts the pressure-increasing electric servomotor 11 before starting the deceleration control of the injection electric servomotor 10 and keeps its rotation speed at a predetermined rotation speed. Since the rotation speed of the injection electric servomotor 10 is gradually reduced by the deceleration control and the rotation speed of the pressure increase electric servomotor 11 is gradually increased by the start-up control, the injection electric servomotor is controlled during the deceleration control of the injection electric servomotor 10. The rotation speed of 10 and the rotation speed of the pressure increasing electric servo motor 11 are reversed.
- the rotational speed of the screw shaft 5 that is rotationally driven by the injection electric servomotor 10 is higher than the screw shaft 5 that is rotationally driven by the pressure-increasing electric servomotor 11.
- the rotational speed is higher than the rotational speed of the one-way clutch 12, the one-way clutch 12 is idled, and the rotational force of the pressure-increasing electric servomotor 11 is not transmitted to the screw shaft 5. Therefore, by driving and controlling the injection electric servo motor 10, the low-speed injection process and the high-speed injection process in the injection process are executed.
- the rotational speed of the screw shaft 5 that is rotationally driven by the injection electric servomotor 10 further decreases, and the rotational speed of the screw shaft 5 that is rotationally driven by the pressure-increasing electric servomotor 11 is greater than the rotational speed of the screw shaft 5.
- the one-way clutch 12 is automatically switched to the connected state at that stage, and the rotational force of the electric servomotor 11 for pressure increase is transmitted to the screw shaft 5. Is done.
- This rotational force is converted into a straight advance force by the nut body 7 and transmitted to the injection plunger 9 via the shock absorbing device 31 and the connecting body 8. As shown in FIG.
- the replenishment of power by the pressure-increasing electric servomotor 11 applies a required pressure-increasing pressure to the molten metal in the mold cavity, and a pressure-increasing step subsequent to the injection step is executed. . Thereby, molding defects, such as a casting nest, can be prevented.
- the electric servo motor 11 for pressure increase is started before the deceleration control of the electric servo motor 10 for injection is started.
- the present invention is not limited, and the start-up of the pressure-increasing electric servomotor 11 can be started at the same time as or after the deceleration control of the injection electric servomotor 10 is started.
- the injection device 1 since the injection device 1 according to the present embodiment can obtain the power supply necessary for executing the pressure increasing process from the electric servomotor 11 for pressure increase, it is necessary to provide a large flywheel device on the screw shaft 5. This makes it possible to reduce the size and weight of the die casting machine. Further, as the clutch mechanism, the rotational speed of the screw shaft 5 driven to rotate by the injection electric servomotor 10 is lower than the rotational speed of the screw shaft 5 driven to rotate by the pressure-increasing electric servomotor 11. Since the one-way clutch 12 that automatically switches to the connected state at the stage is used, clutch controller switching control by the controller 13 becomes unnecessary, and the burden on the controller 13 can be reduced.
- the low-speed injection pressure, the high-speed injection pressure, the surge pressure, and the boost pressure acting on the injection plunger 9 in each of the low-speed injection process, the high-speed injection process, and the pressure increase process are the injection plunger 9, the coupling body 8, the shock absorber 31, and the nut. It is transmitted to the inner ring portion 27 a of the load cell unit 27 through the body 7, the screw shaft 5, the angular bearing 23 and the bearing holder 22. Therefore, distortion corresponding to the low speed injection pressure, high speed injection pressure, surge pressure and pressure increase occurs in the elastic deformation portion 27c of the load cell unit 27, and an electric signal corresponding to the amount of distortion is output from the strain gauge.
- the load cell unit 27 is arranged on the outer periphery of the screw shaft 5, so that the electric injection device 1 and the electric die casting machine are compared with the case where the load cell unit 27 and the screw shaft 5 are arranged in series.
- the overall length can be shortened.
- a mold opening / closing electric servo motor (not shown) is driven and the mold opening process is executed, the restoring force of the elastic member 36 compressed during the pressure increasing process, The pressure in the extrusion direction is applied to the biscuit by the injection plunger 9 from the start of the mold opening process, and the biscuit extrusion operation can follow the mold opening operation.
- the injection electric servomotor 10 is driven in reverse to return the nut body 7 to the original position. Accordingly, the connecting body 8 and the injection plunger 9 also return to the original positions.
- the gist of the present invention lies in the shape and arrangement of the load cell unit 27, and other configurations are not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed in design.
- a plurality of (two in the example of FIG. 9) electric servomotors 10 for injection are provided, and the rotational force of each electric servomotor 10 for injection is increased (in the example of FIG. 9).
- transmission is made to the screw shaft 5 via two timing belts 44.
- the rotational force of the pressure-increasing electric servomotor 11 can be transmitted to the screw shaft 5 via a multistage (two stages in the example of FIG. 9) reduction mechanism. .
- the two-stage speed reduction mechanism shown in FIG. 9 includes a driving pulley 11a fixed to the output shaft of the pressure increasing electric servo motor 11, a first intermediate pulley 62 fixed to the intermediate shaft 61, and a second intermediate having a smaller diameter.
- a second timing belt 65 looped around the second pulley 43.
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Abstract
電動ダイカストマシンを小型にして高性能とするため、電動ダイカストマシン用の電動射出装置１は、軸受２３，２４を介して保持プレート３に回転可能に保持されたねじ軸５と、ねじ軸５に螺合され、ねじ軸５の回転駆動に応じて前後進駆動されるナット体７と、ナット体７の前後進に連動して前後進駆動される射出プランジャ９と、ねじ軸５を回転駆動する射出用電動サーボモータ１０と、射出プランジャ９に作用する圧力を検出するロードセルユニット２７とを備え、ロードセルユニット２７は、内径がねじ軸５の外径よりも大きいリング状に形成され、このリング状のロードセルユニット２７を、ねじ軸５と同心に配置して、軸受２３，２４のホルダ２２と保持プレート３との間に設置する。
Description
本発明は、電動ダイカストマシンに係り、特に、金型キャビティ内に溶融金属材料を射出・充填する電動射出装置の構成に関する。
ダイカストマシンは、射出装置に備えられた射出プランジャを１ショット毎に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形機と同様に、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、保圧工程と称される。）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射出装置を備えた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、油圧射出装置を備えたダイカストマシンは、射出プランジャを高速駆動できる反面、工場設備が大掛かりになる、エネルギ効率が悪い、成形工場内が油で汚れやすく作業環境が悪い、といった種々の問題がある。このため、近年においては、このような欠点のない電動射出装置を備えた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１参照。）。
特許文献１に記載の電動射出装置１００は、図１０に示すように、射出・増圧用電動サーボモータ１０１の回転力を、ねじ軸１０２とこれに螺合されたナット体１０３とからなるボールねじ機構１０４によってナット体１０３の直進力に変換し、このナット体１０３の直進力を、ロードセルユニット１０５及び直動体１０６を介して射出プランジャ１０７に伝達するようになっている。ナット体１０３、ロードセルユニット１０５及び直動体１０６は、ねじ軸１０２の軸線方向に直列に配置される。また、この電動射出装置１００は、図１０に示すように、局部加圧用電動サーボモータ１１１の回転力を、ねじ軸１１２とこれに螺合されたナット体１１３とからなるボールねじ機構１１４によってナット体１１３の直進力に変換し、このナット体１１３の直進力をロードセルユニット１１５を介して局部加圧用押圧部材１１６に伝達するようになっている。局部加圧用押圧部材１１６は、金型キャビティ１１７内に射出・充填された溶融金属に局部的な加圧力を付与して、鋳造品の密度を高めるものであり、ナット体１１３及びロードセルユニット１１５と共に、ねじ軸１０２の軸線方向に直列に配置される。なお、図１０中の符号１２１は固定ダイプレート、符号１２２は固定側金型、符号１２３は可動ダイプレート、符号１２４は可動側金型を示している。
特許文献１に記載の電動射出装置１００は、このような構成を有しているので、射出工程に引き続く増圧工程において、ロードセルユニット１０５の出力によって射出プランジャ１０７にかかる圧力を監視しつつ、時間軸に沿った圧力フィードバック制御により射出・増圧用電動サーボモータ１０１の駆動制御を行うことができる。また、局部加圧工程においては、ロードセルユニット１１５の出力によって局部加圧用押圧部材１１６にかかる圧力を監視しつつ、時間軸に沿った圧力フィードバック制御により局部加圧用電動サーボモータ１１１の駆動制御を行うことができる。これにより、高品質の鋳造製品を安定して製造することができる。
しかしながら、特許文献１に記載の電動射出装置１００は、射出・増圧用の機構を構成するナット体１０３と直動体１０６との間にロードセルユニット１０５が介設されているので、電動射出装置ひいてはダイカストマシンの全長が大きなものとなる。
本発明は、このような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、小型にして高性能の電動ダイカストマシン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、軸受を介して保持プレートに回転可能に保持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合され、前記ねじ軸の回転駆動に応じて前後進駆動されるナット体と、前記ナット体の前後進に連動して前後進駆動される射出プランジャと、前記ねじ軸を回転駆動する射出用電動サーボモータと、前記射出プランジャに作用する圧力を検出するロードセルユニットとを備えた電動ダイカストマシンにおいて、前記ロードセルユニットとして、内径が前記ねじ軸の外径よりも大きいリング状に形成されたものを用い、該リング状のロードセルユニットを、前記ねじ軸と同心に配置して、前記軸受と前記保持プレートとの間に設置したことを特徴とする。
ロードセルユニットとして、内径がねじ軸の外径よりも大きいリング状に形成されたものを用い、これをねじ軸と同心に配置すると、ロードセルユニットをねじ軸と直列に配置する場合に比べて、電動射出装置ひいてはダイカストマシンの全長を小さくすることができる。また、軸受と保持プレートとの間には、ねじ軸の軸線方向に関してほとんど長さ寸法を増加することなくロードセルユニットの設定スペースを形成することができるので、該部にロードセルユニットを設置することにより、ダイカストマシンの小型化を図ることができる。
また本発明は、前記構成の電動ダイカストマシンにおいて、前記ロードセルユニットは、外輪部と、内輪部と、これらの両部を連結する連結部と、当該連結部の歪みを検出する歪みゲージとから構成されており、前記外輪部及び前記内輪部のいずれか一方を前記保持プレートに固定し、前記外輪部及び前記内輪部のいずれか他方を前記保持プレートに対して摺動自在に取り付けられた前記軸受のホルダに固定したことを特徴とする。
本構成によると、連結部に作用する曲げ応力に比例する歪み量を歪みゲージにて検出できるので、筒状に形成されたロードセルに作用する圧縮応力に比例する歪み量を歪みゲージにて検出する場合に比べて、高感度の歪み検出を行うことができる。また、ロードセルユニットを保持プレートと軸受のホルダとの間に固定したので、ねじ軸の軸線方向に関してほとんど長さ寸法を増加することなく、ロードセルユニットの設置が可能となる。
本発明によると、リング状に形成されたロードセルユニットをねじ軸と同心に配置し、軸受と保持プレートとの間に設置するので、ロードセルユニットの設定スペースを小さくすることができて、ダイカストマシンの小型化を図ることができる。
以下、本発明に係る電動ダイカストマシンに備えられ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及び図２に示すように、実施形態に係る電動射出装置１は、所定の間隔を隔てて対向に配置された第１乃至第３の保持プレート２，３，４と、第１及び第２の保持プレート２，３に回転可能に保持されたねじ軸５と、第２及び第３の保持プレート３，４に両端が固定されたガイドバー６と、ねじ軸５に螺合され、ねじ軸５を回転駆動することによりガイドバー６に沿って前後進駆動されるナット体７と、ナット体７の先端部に一端が固定された筒状の連結体８と、連結体８の先端部に一端が固定された射出プランジャ９と、ねじ軸５を回転駆動する射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１と、ねじ軸５と増圧用電動サーボモータ１１との間に設けられたワンウェイクラッチ(One-way clutch)１２と、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動を制御するコントローラ１３とを備えている。なお、図中の符号１４は、射出装置１と型締装置の固定ダイプレートＤＰとを接続するＣフレームを示しており、該Ｃフレーム１４は、図２に示すように、ボルト１５，１６を用いて第３保持プレート４の外面及び固定ダイプレートＤＰに固定される。射出プランジャ９の先端部は、固定ダイプレートＤＰに形成された射出スリーブＩＳ内に配置される。
図３に拡大して示すように、第１保持プレート２の中央部内面には、輪状のベアリング保持部２ａが突設されており、ねじ軸５の一端部は、当該ベアリング保持部２ａの内面とねじ軸５の外面とに挿入されたベアリング（軸受）２１を介して、第１保持プレート２に回転可能に保持される。また、第２保持プレート３の中央部には、円形の開口部３ａが開設されており、該開口部３ａの周囲からは輪状の段付きボス３ｂが起立されていて、開口部３ａ内には、ベアリングホルダ２２が摺動可能に嵌入されている。ねじ軸５の中間部は、該ベアリングホルダ２２の内面とねじ軸５の外面とに挿入されたアンギュラベアリング（軸受）２３及びベアリング（軸受）２４を介して、第２保持プレート３に回転可能に保持される。さらに、第３保持プレート４の中央部には、ねじ軸５及び連結体８の貫通孔４ａが開設されている。これらの各保持プレート２，３，４は、図１及び図２に示すように、固定部材２５により一体化され、図示しない電動ダイカストマシンのフレーム上に固定される。これら保持プレート２，３，４及び固定部材２５の周囲は、作業者等の安全を図るため、保護カバー２６をもって覆うことが望ましい。
図１乃至図３に示すように、第２保持プレート３に形成された段付きボス３ｂの内周には、内径がねじ軸５の外径よりも大きいリング状に形成されたロードセルユニット２７が、ねじ軸５と同心に配置されている。本例のロードセルユニット２７は、図３に拡大して示すように、内輪部２７ａと外輪部２７ｂとこれら両部の間に形成された弾性変形部２７ｃとを有しており、内輪部２７ａがベアリングホルダ２２にボルト締結されると共に、外輪部２７ｂが段付きボス３ｂにボルト締結されている。弾性変形部２７ｃには図示しない歪ゲージが貼られており、弾性変形部２７ｃの歪み量、即ち、射出プランジャ９に作用する射出圧力、サージ圧及び増圧圧力が検出される。このように、本実施形態に係る電動射出装置１は、リング状に形成されたロードセルユニット２７が、ねじ軸６と同心に配置され、かつベアリングホルダ２２と段付きボス３ｂとの間に設置されているので、ロードセルユニット２７の設定スペースを小さくすることができ、電動射出装置１ひいてはこれが搭載される電動ダイカストマシンの小型化を図ることができる。
ガイドバー６は、図２に示すように、その両端部がボルト２８をもって第２及び第３の保持プレート３，４に締結される。
また、図１乃至図３に示すように、ナット体７の外周には、一端がガイドバー６に摺動自在に連結されたサージ圧抑制用の衝撃緩衝装置３１が備えられる。本例の衝撃緩衝装置３１は、図４及び図５に示すように、ナット体７にボルト３２を用いて締結される第１部材３３と、連結体８にボルト３４を用いて締結される第２部材３５と、第１部材３３と第２部材３５との間に設定されたコイルばねなどの弾性部材３６と、第１部材３３及び第２部材３５を所要の間隔を隔てて連結する連結ボルト３７とから構成される。図５に示すように、第１部材３３及び第２部材３５は、内面形状が横長の略六角形に形成されており、その中央部にはナット体７を貫通するためのナット体貫通孔３８が開設され、該ナット体貫通孔３８の周囲の所定位置には、連結ボルト３７を貫通するための連結ボルト貫通孔３９が開設されている。また、ナット体貫通孔３８の周囲の、連結ボルト貫通孔３９と干渉しない部分には、複数個（図５の例では、１０個）の弾性部材収容穴４０がほぼ等分に形成されている。さらに、ナット体貫通孔３８を介して長径方向の端部には、ガイドバー６を貫通するためのガイドバー貫通孔４１が開設され、該ガイドバー貫通孔４１内には、すべり軸受（メタル）４２が備えられている。
第１部材３３は、ナット体貫通孔３８内にナット体７を貫通し、かつガイドバー貫通孔４１内にガイドバー６を貫通した状態で、ボルト３２を用いてナット体７に締結される。したがって、この第１部材３３は、ねじ軸５の回転駆動時にナット体７をガイドバー６に沿って移動させる案内部材としての機能も有する。一方、第２部材３５は、ナット体貫通孔３８内にナット体７を貫通し、かつガイドバー貫通孔４１内にガイドバー６を貫通した状態で、ボルト３４を用いて連結体８に締結される。したがって、この第２部材３５は、ナット体７の前後進運動を連結体８を介して射出プランジャ９に伝達すると共に、射出プランジャ９をガイドバー６に沿って移動させる、動力伝達機構及び案内部材としての機能も有する。
弾性部材３６は、射出工程から増圧工程に切り換える際の溶湯圧力と同等かこれよりも若干（例えば、１．０５倍～１．１倍）大きい圧縮力を付与された状態で、第１部材３３及び第２部材３５の間に収容される。これにより、射出工程中に弾性部材３６が縮むことはなく、金属溶湯に所要の射出圧力を付与することができる。また、第１部材３３と第２部材３５は、サージ圧を受けたときにも密着しない所定の間隔を隔てて組み合わされる。これにより、サージ圧の吸収が可能になる。なお、弾性部材３６に付与される圧縮力は、連結ボルト３７を調整することにより、適宜調整される。
ねじ軸５の先端部には、所要の連結具４２ａを介して第１プーリ４２が固定されると共に、ワンウェイクラッチ１２を介して第２プーリ４３が取り付けられる。第１プーリ４２は、射出用電動サーボモータ１０の回転力をねじ軸５に伝達するもので、射出用電動サーボモータ１０の出力軸に固定された駆動側プーリ１０ａとの間に、タイミングベルト４４が輪掛けされる。これに対して、第２プーリ４３は、増圧用電動サーボモータ１１の回転力をねじ軸５に伝達するもので、増圧用電動サーボモータ１１の出力軸に固定された駆動側プーリ１１ａとの間に、タイミングベルト４５が輪掛けされる。
ワンウェイクラッチ１２は、図６及び図７に示すように、内輪５１と、外輪５２と、これら内輪５１及び外輪５２の間に揺動可能に配置された複数のカム５３と、カム５３を保持するリテーナ５４と、カム５３を一方向に付勢するばね部材５５とから主に構成されている。カム５３は、内輪５１及び外輪５２を特定の一方向に回転する場合において、内輪５１の回転速度が外輪５２の回転速度よりも高速であるときには、これら内輪５１及び外輪５２との係合が解除されて、外輪５２に対して内輪５１が空転する。また、このカム５３は、内輪５１の回転速度が外輪５２の回転速度よりも低速になったときには、内輪５１及び外輪５２に係合し、内輪５１と外輪５２とを前記特定の一方向に一体に回転させる。内輪５１は、ねじ軸５の外周に固定され、外輪５２は、第２プーリ４３の内周に固定される。
コントローラ１３は、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１に備えられたエンコーダ１０ｂ，１１ｂからの信号及びロードセルユニット２７からの信号等を取り込み、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の起動タイミング、停止タイミング、加速条件、減速条件、回転速度及び回転トルクなど、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動制御全般を司る。なお、このコントローラ１３としては、ダイカストマシン全体の駆動制御を司るマシンコントローラを用いることもできる。
以下、上述のように構成された実施形態に係る電動射出装置１の動作につき、図８を参照しながら説明する。以下の動作は、コントローラ１３から出力される指令信号に基づいて行われる。
図８（ｂ）に示すように、ダイカストマシンが連続自動運転を実行している状態において、低速射出の開始タイミングに至ると、射出用電動サーボモータ１０が所定の回転方向に起動され、その回転速度が予め定められた低速射出用の回転速度に制御される。次いで高速射出の開始タイミングに至ると、射出用電動サーボモータ１０が増速され、その回転速度が予め定められた高速射出用の回転速度に制御される。射出用電動サーボモータ１０の回転は、駆動側プーリ１０ａ、タイミングベルト４４及び第１プーリ４２を介してねじ軸５に伝達され、ねじ軸５を低速射出時の回転速度及び高速射出時の回転速度で回転駆動する。ねじ軸５が回転駆動されると、ねじ軸５に螺合されたナット体７が前進駆動され、図８（ｂ）に示すように、ナット体７と衝撃緩衝装置３１及び連結体８を介して連結された射出プランジャ９が、所定の低速射出時の前進速度及び高速射出時の前進速度で前進駆動される。これにより、射出スリーブＩＳ内に供給された一定量の溶融金属が、図示しない金型キャビティ内に所定の射出速度で低速射出された後、所定の射出速度で高速射出される。
射出プランジャ９の前進により、射出スリーブＩＳ内の溶融金属が金型キャビティ内に射出されたとき、金型キャビティ内の溶融金属には、衝撃的なサージ圧が作用する。サージ圧が過大であると、製品にバリなどの成形不良が発生しやすくなる。本実施形態に係る電動射出装置１は、衝撃緩衝装置３１に備えられた弾性部材３６でサージ圧を吸収する。即ち、高速射出工程において発生したサージ圧は、射出プランジャ９及び連結体８を介して衝撃緩衝装置３１の第２部材３５に伝達されるので、図８（ａ）に示すように、第１部材３３と第２部材３５との間で弾性部材３６が圧縮され、その弾性変形によってサージ圧が吸収される。よって、金型キャビティ内の溶融金属に過大なサージ圧が作用せず、良品の製造が可能になる。また、本実施形態に係る衝撃緩衝装置３１は、ナット体７の外周に配置したので、衝撃緩衝装置３１とナット体７とを直列に配置した場合に比べて、電動射出装置１ひいては電動ダイカストマシンの全長を短縮することができる。
射出工程の終期に至ると、コントローラ１３は、図８（ｂ）に示すように、射出用電動サーボモータ１０を減速制御し、最終的には射出用電動サーボモータ１０の回転を停止する。また、コントローラ１３は、射出用電動サーボモータ１０の減速制御を開始する以前に、増圧用電動サーボモータ１１の起動を開始し、その回転速度を予め定められて所定の回転速度に保持する。射出用電動サーボモータ１０の回転速度は減速制御によって漸減し、増圧用電動サーボモータ１１の回転速度は起動制御によって漸増するので、射出用電動サーボモータ１０の減速制御中に、射出用電動サーボモータ１０の回転速度と増圧用電動サーボモータ１１の回転速度は逆転する。
したがって、増圧用電動サーボモータ１１を起動した後においても、射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度の方が、増圧用電動サーボモータ１１によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度よりも高速である場合には、ワンウェイクラッチ１２が空転し、増圧用電動サーボモータ１１の回転力はねじ軸５に伝達されない。よって、射出用電動サーボモータ１０を駆動制御することにより、射出工程中の低速射出工程及び高速射出工程が実行される。この状態からさらに射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度が低下し、増圧用電動サーボモータ１１によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度よりも、射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度の方が低速になると、その段階で、ワンウェイクラッチ１２が自動的に接続状態に切り替わり、増圧用電動サーボモータ１１の回転力がねじ軸５に伝達される。この回転力は、ナット体７によって直進力に変換され、衝撃緩衝装置３１及び連結体８を介して射出プランジャ９に伝達される。この増圧用電動サーボモータ１１による動力補給により、図８（ｃ）に示すように、金型キャビティ内の溶融金属に所要の増圧圧力が付与され、射出工程に引き続く増圧工程が実行される。これにより、鋳物巣などの成形不良を防止することができる。
なお、前述の増圧用電動サーボモータ１１の駆動制御においては、射出用電動サーボモータ１０の減速制御を開始する以前に増圧用電動サーボモータ１１の起動を開始したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、射出用電動サーボモータ１０の減速制御を開始すると同時、又はそれ以降に増圧用電動サーボモータ１１の起動を開始することもできる。
このように、本実施形態に係る射出装置１は、増圧工程の実行に必要な動力補給を増圧用電動サーボモータ１１から得ることができるので、ねじ軸５に大型のフライホイール装置を設ける必要がなく、ダイカストマシンの小型・軽量化を図ることができる。また、クラッチ機構として、増圧用電動サーボモータ１１によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度よりも、射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度の方が低速になった段階で、自動的に接続状態に切り替わるワンウェイクラッチ１２を用いたので、コントローラ１３によるクラッチ装置の切換制御が不要になり、コントローラ１３の負担を軽減することができる。
低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程のそれぞれにおいて射出プランジャ９に作用する低速射出圧力、高速射出圧力、サージ圧及び増圧圧力は、射出プランジャ９、連結体８、衝撃緩衝装置３１、ナット体７、ねじ軸５、アンギュラベアリング２３及びベアリングホルダ２２を介して、ロードセルユニット２７の内輪部２７ａに伝達される。よって、ロードセルユニット２７の弾性変形部２７ｃに、低速射出圧力、高速射出圧力、サージ圧及び増圧圧力に応じた歪みが生じ、その歪み量に応じた電気信号が歪ゲージから出力されるので、この電気信号をコントローラ１３に取り込むことにより、低速射出圧力、高速射出圧力、サージ圧及び増圧圧力の監視を行うことができる。本実施形態に係る射出装置は、ロードセルユニット２７をねじ軸５の外周に配置したので、ロードセルユニット２７とねじ軸５とを直列に配置した場合に比べて、電動射出装置１ひいては電動ダイカストマシンの全長を短縮することができる。
増圧工程の完了後、冷却工程が終了し、図示しない型開閉電動サーボモータを駆動して、型開き工程が実行されると、増圧工程時に圧縮されていた弾性部材３６の復元力により、型開き工程の開始時から射出プランジャ９によってビスケットに対して押出方向の圧力がかかり、型開き動作にビスケット押出動作を追従させることができる。その後、射出用電動サーボモータ１０を逆転駆動してナット体７を原位置に復帰する。これに伴って連結体８及び射出プランジャ９も原位置に復帰する。
なお、本発明の要旨は、ロードセルユニット２７の形状と配置とにあるのであって、他の構成に関しては、前記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。例えば、図９に示すように、複数台（図９の例では２台）の射出用電動サーボモータ１０を備え、各射出用電動サーボモータ１０の回転力を、複数本（図９の例では２本）のタイミングベルト４４を介して、ねじ軸５に伝達するという構成にすることもできる。また、同じく図９に示すように、増圧用電動サーボモータ１１の回転力を、多段（図９の例では２段）減速機構を介して、ねじ軸５に伝達するという構成にすることもできる。図９に示す２段減速機構は、増圧用電動サーボモータ１１の出力軸に固定された駆動側プーリ１１ａと、中間軸６１に固定された第１中間プーリ６２及びこれよりも小径の第２中間プーリ６３と、ねじ軸５にワンウェイクラッチ１２を介して取り付けられた第２プーリ４３と、駆動側プーリ１１ａ及び第１中間プーリ６２に輪掛けされた第１タイミングベルト６４と、第２中間プーリ６３及び第２プーリ４３に輪掛けされた第２タイミングベルト６５とからなる。これらの各変形例によると、低出力の射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１を用いて、高い射出圧力及び増圧圧力を発生できるので、より安価にしてより高性能の電動ダイカストマシンを得ることができる。
１ 電動射出装置
２，３，４ 保持プレート
５ ねじ軸
６ ガイドバー
７ ナット体
８ 連結体
９ 射出プランジャ
１０ 射出用電動サーボモータ
１１ 増圧用電動サーボモータ
１２ ワンウェイクラッチ
１３ コントローラ
２１ ベアリング
２２ ベアリングホルダ
２３ アンギュラベアリング
２４ ベアリング
２５ 固定部材
２６ 保護カバー
２７ ロードセルユニット
２８ ボルト
３１ 衝撃緩衝装置
３３ 第１部材
３５ 第２部材
３６ 弾性部材
３７ 連結ボルト
３８ ナット体貫通孔
３９ 連結ボルト貫通孔
４０ 弾性部材収容穴
４１ ガイドバー貫通孔
４２ 第１プーリ
４３ 第２プーリ
４４，４５ タイミングベルト
５１ 内輪
５２ 外輪
５３ カム
５４ リテーナ
５５ ばね部材
２，３，４ 保持プレート
５ ねじ軸
６ ガイドバー
７ ナット体
８ 連結体
９ 射出プランジャ
１０ 射出用電動サーボモータ
１１ 増圧用電動サーボモータ
１２ ワンウェイクラッチ
１３ コントローラ
２１ ベアリング
２２ ベアリングホルダ
２３ アンギュラベアリング
２４ ベアリング
２５ 固定部材
２６ 保護カバー
２７ ロードセルユニット
２８ ボルト
３１ 衝撃緩衝装置
３３ 第１部材
３５ 第２部材
３６ 弾性部材
３７ 連結ボルト
３８ ナット体貫通孔
３９ 連結ボルト貫通孔
４０ 弾性部材収容穴
４１ ガイドバー貫通孔
４２ 第１プーリ
４３ 第２プーリ
４４，４５ タイミングベルト
５１ 内輪
５２ 外輪
５３ カム
５４ リテーナ
５５ ばね部材
Claims (2)
- 軸受を介して保持プレートに回転可能に保持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合され、前記ねじ軸の回転駆動に応じて前後進駆動されるナット体と、前記ナット体の前後進に連動して前後進駆動される射出プランジャと、前記ねじ軸を回転駆動する射出用電動サーボモータと、前記射出プランジャに作用する圧力を検出するロードセルユニットとを備えた電動ダイカストマシンにおいて、
前記ロードセルユニットとして、内径が前記ねじ軸の外径よりも大きいリング状に形成されたものを用い、該リング状のロードセルユニットを、前記ねじ軸と同心に配置して、前記軸受と前記保持プレートとの間に設置したことを特徴とする電動ダイカストマシン。 - 前記ロードセルユニットは、外輪部と、内輪部と、これらの両部を連結する連結部と、当該連結部の歪みを検出する歪みゲージとから構成されており、前記外輪部及び前記内輪部のいずれか一方を前記保持プレートに固定し、前記外輪部及び前記内輪部のいずれか他方を前記保持プレートに対して摺動自在に取り付けられた前記軸受のホルダに固定したことを特徴とする請求項１に記載の電動ダイカストマシン。
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Legal Events
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13846034 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13846034 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |