(57)【要約】【課題】  アルミニウム製品などの鋳造する電動式ダイカストマシンの射出装置において、溶湯圧力を高圧で保持するためのサーボモータの負荷を軽減する。【解決手段】  射出充填装置と昇圧保持装置とからなるダイカストマシンの射出装置において、昇圧保持装置は、サーボモータ、回転運動を直進運動に変換するボールねじ、ボールねじの直進部の前進力をプランジャーに伝える圧縮ばね、ボールねじの回転運動を抑止可能なブレーキとから構成され、昇圧保持工程において、溶湯圧力の昇圧はサーボモータの回転動作によって圧縮ばねを圧縮しながら行い、昇圧後にはブレーキを動作しボールねじの回転運動を抑止し、ばねの圧縮力によって溶湯圧力を保持する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型キャビティ内に溶湯を射出充填する射出充填工程を動作するための射出充填装置と、金型キャビティ内の溶湯に圧力を負荷する昇圧保持工程を動作するための昇圧保持装置と、からなるダイカストマシンの射出装置であって、
前記昇圧保持装置は、サーボモータと、前記サーボモータの回転運動を直進運動に変換するボールねじと、前記ボールねじの直進部の前進力をプランジャーに伝える圧縮ばねと、前記サーボモータと前記ボールねじの間に装着されボールねじの回転運動を抑止可能なブレーキとから構成され、
前記昇圧保持工程において、溶湯圧力の昇圧は前記サーボモータの回転動作によって前記圧縮ばねを圧縮しながら行い、昇圧後には前記ブレーキを動作しボールねじの回転運動を抑止することにより、ばねの圧縮力によって溶湯圧力の保持が可能である、ことを特徴とするダイカストマシンの射出装置。
【請求項２】
前記ブレーキと前記ボールねじとの間には減速機が装着されている、ことを特徴とする請求項１記載のダイカストマシンの射出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のダイカストマシンの射出装置において、溶湯圧力の昇圧後に前記ブレーキを動作し、その後前記サーボモータをフリー状態にすることを特徴とするダイカストマシンの射出装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アルミニウム製品を鋳造するダイカストマシンの射出装置であって、金型キャビティ内に射出充填した溶湯の圧力を、昇圧、保持するための装置の機械構造、およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、横型のダイカストマシンによる一般的なダイカスト鋳造装置及び方法を、図３を用いて説明する。
ダイカストマシン（鋳造装置）１００は、金型装置１０１と、射出装置１０２とを具備している。金型装置１０１には、対向する一対の固定プラテン１２０と可動プラテン１２１との間に、固定金型１１８と可動金型１１９が取付けられている。固定金型１１８と可動金型１１９は、固定プラテン１２０と可動プラテン１２１などで構成される型締装置によって閉じられることにより、その間にキャビティ（空洞）１２２を形成する。型締力が負荷された状態において、キャビティ１２２内にアルミニウム（ＡＬ）などの溶湯（高温で溶融状態）が射出充填され、冷却固化後に金型が開かれて取り出すことにより、鋳造成形品を製造できる。アルミ溶湯を射出充填するために、射出装置１０２が設けられている。また、固定プラテン１２０には、アルミ溶湯が貯められるプランジャースリーブ１１７が設けられており、固定プラテン１２０及び固定金型１１８を貫通して、キャビティ１２２に流体連絡する。
【０００３】
射出装置１０２には、アルミ溶湯を射出するための油圧駆動の往復動ピストン／シリンダーを備える射出シリンダーが設けられている。射出シリンダーは、射出シリンダー本体１１６とピストン１０３とを具備する。ピストン１０３は、図３において左端にピストンヘッド１１５を具備し、そのピストンヘッド１１５と一体化しているピストンロッド１１４に射出カップリング１１３でプランジャーロッド１１２が連結され、その先にプランジャーチップ１１１が取付けられている。プランジャーチップ１１１は、プランジャースリーブ１１７内に嵌合し、プランジャースリーブ１１７内で往復運動して、プランジャースリーブ１１７内のアルミ溶湯を圧送することにより、アルミ溶湯をキャビティ１２２内に射出充填できる。
図３の実施の形態においては、射出装置１０２は油圧式であるので、図示せぬ油圧装置により、作動油をシリンダー本体１１６のヘッド側に供給して、ピストンヘッド１１５及びピストンロッド１１４を駆動する。そして、プランジャースリーブ１１７に貯められたアルミ（ＡＬ）溶湯をプランジャーチップ１１１で押して、固定金型１１８、可動金型１１９から形成されるキャビティ（空洞）１２２に射出充填して鋳造成形する。
【０００４】
ここで、溶湯をキャビティ内に射出充填する際の射出速度や射出圧力を、適切に設定し制御することが、良品を鋳造するためには極めて重要である。
一般的な鋳造の射出速度パターンを、図４を用いて説明する。
射出充填工程が開始される前の給湯工程において、図示せぬ給湯装置により溶湯が射出スリーブ１１７内に注湯され、射出開始状態となる。この時のプランジャーチップ１１１の先端位置はＡである。（図４の上の図を参照）
【０００５】
この状態から、まず低速射出工程が行われる。この工程では、低速でプランジャーチップ１１１を前進させ、射出スリーブ１１７の内部において溶湯が波立ち空気を巻き込まないようにすることが必要である。そのため、安定した低速（ＶＬ）の制御が要求される。プランジャーチップ１１１が前進し、溶湯が射出スリーブ１１７の上壁まで達し更に湯面がゲート近傍まで上昇するＢ位置に達すると（射出ストロークセンサがＳＬ前進したことを検知すると）、高速射出工程に切換えられる。（図４の上から２番目の図を参照）
高速射出工程では、プランジャーチップ１１１等を一気に加速し、高速（Ｖｈ）でキャビティ１２２内に溶湯を射出充填する。これは、溶湯が低温であるキャビティ１２２の表面に接触すると瞬時に凝固するためであり、できるだけ短時間で凝固する前に充填することが、良品の鋳造のためには望ましい。特に、キャビティ１２２（鋳造品）が大型化、複雑化すると、より高速化が求められる。
そして、キャビティ１２２内に溶湯が完全に充填する直前なると、サージ圧によるバリの発生を防止するため射出速度は下げられる。プランジャーチップ１１１がＣ位置に達しキャビティ１２２内に溶湯が充満すると、射出圧力（射出シリンダーのヘッド側圧力）が上昇するので、圧力センサの測定値が設定切換え圧力になった時に、次の昇圧保持工程に切換える。（図４の上から３番目の図を参照）
昇圧保持工程では、あまり早く圧力を上昇させるとバリが発生し、また遅いと引け巣が発生するので、適切な昇圧速度で上昇させる。そして、設定された保持圧力（Ｐ）まで達すると一定の時間溶湯圧力を保持制御し、溶湯が凝固冷却して収縮する分、プランジャーチップ１１１を前進させる。（図４の下の図を参照）
【０００６】
このように高速射出と高い保持圧力が要求されるため、従来のダイカストマシンの射出装置は、油圧装置によって駆動されていた。この油圧装置には、油圧ポンプ、大容量のアキュムレータ、ガスボトル、切換えバルブ、配管、オイルタンクなどが必要で、油圧回路は複雑になっていた。そのため、装置の大型化や、油漏れ、メインテナンス作業の増大などの問題点があった。さらに、油圧回路内を高速で作動油が流動するため、圧力損失が発生し、エネルギー的なロスが生じていた。
【０００７】
これらの問題を解決するため、近年では、サーボモータとボールねじの組合せによって装置を駆動する電動方式のものが開発されている。
特許文献１においては、射出充填工程の高速射出時に、油圧のアキュムレータを用いて高速動作を行ない、低速射出時と昇圧保持工程（増圧工程）では電動サーボモータとボールねじの組合せによってプランジャーを駆動する方式の射出機構が開示されている。この方式では、タイミングベルトとプーリなどから構成される回転伝達系によって、サーボモータの回転軸からボールねじ軸に、直接回転力を伝える構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１５０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、昇圧保持工程中における圧力保持を、昇圧保持用（増圧用）のサーボモータの動作により一定の保持時間行なうためには、サーボモータはほぼ止まった状態で大きなトルクを発揮し続けることになる。大きなトルクを発揮し続けるためには、大きな電流を流し続ける必要があるので、サーボモータは発熱してしまい、それを回避するために容量の大きなサーボモータを装備したり、あるいは大きな冷却ファンを取り付けたりする必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本願発明の第１の発明では、
金型キャビティ内に溶湯を射出充填する射出充填工程を動作するための射出充填装置と、金型キャビティ内の溶湯に圧力を負荷する昇圧保持工程を動作するための昇圧保持装置とからなり、昇圧保持装置は、サーボモータとサーボモータの回転運動を直進運動に変換するボールねじとボールねじの直進部の前進力をプランジャーに伝える圧縮ばねとサーボモータとボールねじの間に装着されボールねじの回転運動を抑止可能なブレーキとから構成され、昇圧保持工程において、溶湯圧力の昇圧はサーボモータの回転動作によって圧縮ばねを圧縮しながら行い、昇圧後にはブレーキを動作しボールねじの回転運動を抑止することにより、ばねの圧縮力によって溶湯圧力の保持が可能である射出装置とする。
第２の発明では、第１の発明の射出装置において、ブレーキとボールねじとの間に減速機を装着する。
また、第３の発明では、第１と第２の発明の射出装置において、溶湯圧力の昇圧後にブレーキを動作し、その後サーボモータをフリー状態にする制御方法を用いる。
【発明の効果】
【００１１】
（１）昇圧用サーボモータは、保持時間中に大きなトルクを発揮し続ける必要がなくなるため、長時間電流を流し続ける必要がなく、省エネ運転が可能となり、かつサーボモータが発熱することもない。
（２）昇圧用サーボモータは、瞬間的に大きなトルクを発揮すれば良いので、小さな容量のサーボモータを使用できる。
（３）大きなトルクを出すために減速機を使った場合でも、減速比を小さくできるので、慣性モーメントの大きいサーボモータの回転軸を、高速まで回転させる必要がなく、短時間での昇圧が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明の実施例であり、射出装置の構造の概略を示す図である。
【図２】本願発明における、各工程での射出速度、圧力、および制御方法などを示すグラフである。
【図３】従来の油圧駆動方式の射出装置、および金型周辺を示す図である。
【図４】一般的なダイカスト鋳造におけるプランジャーの位置、溶湯の状態、射出速度、溶湯圧力の関係を示す図およびグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施例を説明する。
【実施例】
【００１４】
図１に、本発明に係る射出装置の構造を示す。
プランジャーチップ１０ａとプランジャーロッド１０ｂからなるプランジャー１０は、図示せぬスリーブ内で摺動可能な状態であり、前進することによってスリーブ内の溶湯を金型キャビティ内に射出充填することができる。その時、プランジャーチップ１０ａの先端面は溶湯からメタル圧（射出圧力）を受けることになる。プランジャーロッド１０ｂは、リニアガイドによって摺動自在な射出スライド部材１５と連結されている。射出スライド部材１５には、射出充填用ボールねじナット１７が取付けられており、それと螺合する射出充填用ボールねじ軸１６の回転運動によって前後進する。射出充填用ボールねじ軸１６は、射出充填用軸受け１９および押さえナット２０によって、軸方向には拘束されるが回転自在の状態で軸受け保持部材１８に取付けられている。射出充填用ボールねじ軸１６は、射出充填ブレーキ２１の回転部と連結し、さらにカップリング２２を介して射出充填用サーボモータ１２の回転軸と連結される。よって、射出充填用サーボモータ１２を回転させると、射出スライド部材１５およびプランジャー１０を前後進させることができる。射出ブレーキ１２は電磁式であり、電流を通電するとブレーキ力が作用し、射出充填用ボールねじ軸１６の回転を抑止することができる。高速射出を実現するため、射出充填用ボールねじのリードは大きいほうが好ましい。
【００１５】
ベースフレーム１１には、リニアガイド２３を介してメイン部材１４が摺動可能に取付けられている。メイン部材１４には、前述の射出スライド部材１５がリニアガイドを介して摺動可能に取付けられているとともに、軸受け保持部材１８が一体的に固着されている。軸受け保持部材１８には、射出充填用サーボモータ１２、射出充填ブレーキ２１、および射出充填用軸受け１９が装着されている。
ベースフレーム１１は、図示されていないが、金型を保持する固定盤と一体的に接続されているので、プランジャー１０を前進（図の左方向）させることにより、金型キャビティ内の溶湯にメタル圧を負荷することができる。
また、図１の上側のプランジャー１０を除く部分が、射出充填装置となる。
【００１６】
図１の下側部分は、昇圧保持装置となる。昇圧保持部材３８は、ベースフレーム１１に結合されており、昇圧用サーボモータ３０、保持ブレーキ３２、減速機３３、昇圧保持用軸受け３５が取付けられている。昇圧用サーボモータ３０の回転軸は、カップリング３１を介して保持ブレーキ３２の回転部分と連結し、さらに減速機３３の回転軸、およびボールねじ軸３６に連結されている。ボールねじ軸３６は、昇圧保持用軸受け３３および軸受け押さえナット３４によって、軸方向には拘束されるが回転自在に支持されている。ボールねじ軸３６と螺合するボールねじナット３７には、ナットホルダー３９が取付けられており、ナットホルダー３９は、昇圧保持スライド部材４１の中に、キー４２を介して、軸方向には動作できるが回転方向に拘束された状態で収められている。また、ばね４０が、圧縮状態でナットホルダー３９と昇圧保持スライド部材４１の間に装着されている。ばね４０は、コイルばねでも皿ばねでも良い。昇圧保持スライド部材４１は、メイン部材１４の下側に固着されるとともに、リニアガイドを介してベースフレーム１１に摺動自在に取付けられている。
この場合、昇圧用のボールねじの直進部は、ボールねじナット３７となる。また、昇圧用のボールねじは、大きな力（前進力）を発揮する必要があるため、リードはあまり大きくない方が良い。
【００１７】
次に、このような射出装置によって行なう射出充填工程、昇圧保持工程、およびその制御方法について、図２を用いて説明する。
【００１８】
給湯装置によってスリーブ内に溶湯が注湯されると、直ちに射出充填工程が開始される。まず、射出充填用サーボモータ１２を低速で回転させ、低速射出を行なう。そして、プランジャー１０が設定された距離前進して、スリーブ内の溶湯の上面が金型ゲート付近まで上昇すると、射出充填用サーボモータ１２の回転を一気に加速し高速射出を行なう。金型キャビティ内が溶湯でほぼ充満されてくると、フル充填時の衝撃（サージ圧）の発生を防止するため、射出速度を下げていく。金型キャビティ内がフル充填の直前になると、射出圧力が急激に上がりだすので、射出圧力の測定値が切換え圧力に達すると、昇圧保持工程に切換える。射出圧力は、金型内の溶湯の圧力から測定できるし、またプランジャー１０などにロードセルを装着し測定することもできる。
射出充填工程中は、射出充填用サーボモータ１２は速度制御を行ない、また昇圧用サーボモータ３０は、位置保持制御を行って動かないよう静止させておく。昇圧用サーボモータ３０を位置保持制御することにより、射出充填中の射出圧力を、昇圧保持装置を介して射出充填装置およびプランジャー１０に伝えることができる。
【００１９】
切換え後、射出充填ブレーキ２１を作動（ＯＮ）して、射出充填用ボールねじ軸１６の回転を拘束する。これは、昇圧時の高い溶湯圧力によって射出充填用ボールねじ１６が反対方向に回転させられ、プランジャー１０が後退することを防ぐためである。また、射出充填ブレーキ２１が作動した後は、射出充填用サーボモータ１２を、サーボフリー（休止状態）とする。
また、切換え後、昇圧用サーボモータ３０は、設定された昇圧速度に沿って、トルクの上昇制御が行なわれる。この時、射出圧力（溶湯圧力）が上昇し、昇圧用のボールねじの前進力が、ばね４０の組み付け時の収縮力を超えると、ばね４０はさらに収縮していく。そして、射出圧力が設定された保持圧力に達すると、保持ブレーキ３２がＯＮされる。保持ブレーキ３２が作用すると、昇圧用サーボモータ３０をサーボフリー状態にしても、ボールねじ軸３６の回転は抑制され、保持圧力は維持される。保持中において、金型キャビティ内の溶湯が凝固収縮する分プランジャー１０が若干前進するが、ばね４０が収縮している分が伸びるので、射出圧力は若干下がるものの設定圧力をほぼ維持できる。
【００２０】
このように、昇圧用サーボモータ３０は、保持ブレーキ３２のＯＮ後はサーボフリーにすることができ、かつ昇圧時間は通常１秒以下なので、サーボモータの持つ最大瞬間トルク（定格トルクの２５０％程度）が使えることになる。よって、容量の小さなサーボモータを採用可能で、製作コストが低くなる。
一方、特許文献１の機構ではブレーキが装着されていないため、昇圧保持工程の長い時間中サーボモータはトルクを発揮し続ける必要があり、最大瞬間トルクは使えない。よって、定格トルクで昇圧、保持できる大きな容量のサーボモータの使用が必要となる。
【００２１】
また、減速機３３も減速比の小さいものが使えるので、慣性の大きいサーボモータを、高速まで回転させなくてもボールねじ軸３６の回転速度が上げられることができ、より短時間での昇圧も可能となる。
【００２２】
設定された保持時間が経過すると昇圧保持工程は終了となり、射出充填ブレーキ２１や保持ブレーキ３２の作動を解除（ＯＦＦ）し、次の型開き、突き出し工程に移行して、一連の鋳造工程を行なう。
【００２３】
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
ダイカストマシンによりアルミニウム製品を鋳造する生産工場において実用可能であり、電動射出装置の低コスト化、省エネ運転に貢献できる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  プランジャー
１０ａ  プランジャーチップ
１０ｂ  プランジャーロッド
１１  ベースフレーム
１２  射出充填用サーボモータ
１４  メイン部材
１５  射出スライド部材
１６  射出充填用ボールねじ軸
１７  射出充填用ボールねじナット
１８  軸受け保持部材
１９  射出充填用軸受け
２０  押さえナット
２１  射出充填ブレーキ
２２  カップリング
２３  リニアガイド
３０  昇圧用サーボモータ
３１  昇圧カップリング
３２  保持ブレーキ
３３  減速機
３４  軸受け押さえナット
３５  昇圧保持用軸受け
３６  ボールねじ軸
３７  ボールねじナット
３８  昇圧保持部材
３９  ナットホルダー
４０  ばね
４１  昇圧保持スライド部材
４２  キー
１００  ダイカストマシン（鋳造装置）
１０１  金型装置
１０２  射出装置
１０３  ピストン
１１１  プランジャーチップ
１１２  プランジャーロッド
１１３  カップリング
１１４  ピストンロッド
１１５  ピストンヘッド
１１６  射出シリンダー本体
１１７  射出スリーブ
１１８  固定金型
１１９  可動金型
１２０  固定プラテン
１２１  可動プラテン
１２２  キャビティ（空洞）
【図１】
2010274283.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010274283.tif 000005
【図４】
2010274283.tif 000006