(57)【要約】【課題】プランジャの増速域で射出スリーブ内の空気が溶湯に巻き込まれる危険性がなく、かつ溶湯温度を維持できる射出速度パターンを自動的に設定する射出速度設定方法を提供することを課題とする。【解決手段】設定した定常速度Ｖ１と加速度の上限値α１とから第１の射出速度パターンを作成し、この第１の射出速度パターンの近似式を求め、近似式に基づいて射出速度パターンを設定する。ただし、近似式から算出される加速度の最大値α２はα２＜α１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャを作動させ射出スリーブ内に供給される溶湯を金型のキャビティに充填するダイカスト鋳造の射出速度設定方法であって、
溶湯を一定速度で射出する定常速度を設定する第１ステップと、
前記定常速度まで増速する増速域における加速度の上限値を設定する第２ステップと、
前記定常速度と前記加速度の上限値とから前記増速域における第１の射出速度パターンを演算により作成する第３ステップと、
前記第１の射出速度パターンに近似する近似式を多項式で求める第４ステップと、
前記近似式に基づいて前記増速域における加速度の変化を演算し該加速度の最大値を算出する第５ステップと、
前記加速度の上限値と前記加速度の最大値とを比較して該最大値が該上限値よりも小さいこと、または、該最大値と該上限値がほぼ同等で且つ加速度変化が滑らかであることを判断する第６ステップと、
前記最大値が前記上限値よりも小さい近似式に基づき前記増速域における第２の射出速度パターンを設定する第７ステップと、を有することを特徴とするダイカスト鋳造の射出速度設定方法。
【請求項２】
前記加速度の上限値は０．２〜０．７ｍ／ｓ2である請求項１に記載のダイカスト鋳造の射出速度設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイカスト鋳造における溶湯の射出速度設定方法に関する。詳しくは、射出速度の増速域における加速度と到達速度とを設定することにより増速域の射出速度パターンを演算により自動設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト製品の品質不具合には大きく分けて、湯回り（湯流れ不足）不良と鋳巣欠陥の２つがある。湯回り不良は射出充填時の圧力が足りなかったり、溶湯温度が低すぎたりした場合に発生する。また、鋳巣欠陥には溶湯中に巻き込まれた空気によるものと凝固収縮の引け巣によるものとがある。溶湯中への空気の巻き込みは溶湯の射出初期にスリーブ内で発生するものと、金型のキャビティ内で発生するものとが考えられるが、特に溶湯温度が高い射出初期のスリーブ内での空気巻き込みが問題となる。従って、スリーブから溶湯を射出する際には、溶湯が波立たず、空気を巻き込まないようにすることが重要であり多くの提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は従来のダイカスト鋳造の射出速度パターンを示す概略図である。横軸はプランジャの射出ストローク位置Ｓ、縦軸は射出速度Ｖ（具体的にはプランジャの速度）であり、低速のＶ１と高速のＶ２とで溶湯をキャビティ内に充填する。
つまり、低速域ではスリーブ中の溶湯を波立たせることなく充填させ、スリーブ中の充填率が高まったところでプランジャを高速で押し出して溶湯を一気にキャビティ内へ押し出すわけである。
【０００４】
このような射出速度パターンにおいては、低速域における速度パターンがスリーブ内の空気巻き込みに関して重要である。一般に射出速度を所定の速度まで増速する場合には、加速度もまた直線的に増加する。図１１は速度と加速度との変化とを対比して示した概念図である。（ａ）においてＩは射出速度の増速域であり、ＩＩは定常域である。（ａ）のように射出速度が所定の速度Ｖ１に到達するまでの増速域Ｉでは、加速度もまた直線的に増加する（ｂ）。そして、所定の速度Ｖ１に到達する直前で最大値αｍａｘとなり、到達すると同時に速度の時間変化が無くなるために急落して０となる。つまり、このような射出速度パターンでは、最大加速度αｍａｘが大きいとともに、その変化も大きい。このため、慣性力によって溶湯に波（揺れ）が生じ空気を巻き込む危険性が高くなる。一方、加速度を小さくすれば、プランジャ速度の立ち上がりが遅くなり溶湯の充填時間が長くなる。その結果、溶湯の温度が低下し湯回り性が悪くなってダイカスト鋳造品の品質を損なうことになる。
【特許文献１】特開平９−２５３８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、プランジャの増速域で射出スリーブ内の空気が溶湯に巻き込まれる危険性がなく、かつ溶湯温度を維持できる射出速度パターンを自動的に設定する射出速度設定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らはプランジャの増速域における加速度の変化を連続的な滑らかなものとすることにより溶湯への空気の巻き込みを防止できることに着目して本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明のダイカスト鋳造の射出速度設定方法は、プランジャを作動させ射出スリーブ内に供給される溶湯を金型のキャビティに充填するダイカスト鋳造の射出速度設定方法であって、溶湯を一定速度で射出する定常速度を設定する第１ステップと、前記定常速度まで増速する増速域における加速度の上限値を設定する第２ステップと、前記定常速度と前記加速度の上限値とから前記増速域における第１の射出速度パターンを演算により作成する第３ステップと、前記第１の射出速度パターンに近似する近似式を多項式で求める第４ステップと、前記近似式に基づいて前記増速域における加速度の変化を演算し該加速度の最大値を算出する第５ステップと、前記加速度の上限値と前記加速度の最大値とを比較して該最大値が該上限値よりも小さいこと、または、該最大値と該上限値がほぼ同等で且つ加速度変化が滑らかであることを判断する第６ステップと、前記最大値が前記上限値よりも小さい近似式に基づき前記増速域における第２の射出速度パターンを設定する第７ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のダイカスト鋳造における射出速度設定方法では、前記加速度の上限値は０．２〜０．７ｍ／ｓ2であることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の射出速度設定方法によれば、射出速度の増速域における加速度を増速時間を増すことなく低く抑え、加速度の変化をも小さく滑らかなものとすることができる。従って、慣性力による溶湯の波立ちを抑制できスリーブ内で発生する空気の巻き込みを低減してダイカスト鋳造品の品質を向上することができる。
【００１０】
また、本発明の射出速度設定方法をダイカスト鋳造装置の射出速度制御装置にソフトウエア的に組み込むことにより、鋳造品の種類に応じてそれぞれ最適な射出速度パターンを任意にかつ簡便に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
【００１２】
本発明における射出速度設定の設定手順を図１に示す。まず、ステップＳ１では、溶湯を一定速度で射出する定常速度Ｖ１を設定する。Ｖ１は溶湯の材質やダイカスト製品の形状などにより適宜設定すればよく、通常の値を用いることができる。
【００１３】
次に、ステップＳ２で定常速度Ｖ１に到達するまでの増速域における加速度の上限値α１を設定する。ここで、加速度の上限値α１は、後述する０．２〜０．７ｍ／ｓ2の範囲内で、溶湯の材質や注湯量あるいは注湯温度などを考慮して任意に設定することができる。
【００１４】
ステップＳ３では、ステップＳ１で設定した定常速度Ｖ１と、ステップＳ２で設定した加速度の上限値α１とから以下のように演算して増速域における第１の射出速度パターンを作成する。
【００１５】
第１の射出速度パターンを図２に模式的に示す。（ａ）は射出速度の時間変化を示し、（ｂ）は加速度の時間変化を示す。また、Ｉは増速域であり、ＩＩは定速域である。なお、射出速度パターンとしては、横軸を射出開始後の経過時間に代えてプランジャの移動距離（あるいは位置）としてもよい。
【００１６】
射出開始（プランジャの移動開始）後の任意の時間ｔ1とｔ2との間の加速度αは、ｔ1における速度をｖ1、ｔ2における速度をｖ2とすると、α＝（ｖ2−ｖ1）／（ｔ2−ｔ1）であるから、ｖ2＝α（ｔ2−ｔ1）＋ｖ1と表すことができる。プランジャが静止状態から移動を開始する時点でｔ0＝０、Ｖ0＝０とし、加速度αを加速度の上限値α１とすれば、ｖ1＝α１（ｔ1−ｔ0）＋ｖ0となり、ｔ0とＶ0とはいずれも０であるから、プランジャが移動を開始してからｔ1後の速度ｖ1を求めることができる。同様にしてｖ2〜ｖnを求め定常速度Ｖ１までの射出速度パターン（図２（ａ））を作成することができる。しかし、ここで得られる射出速度パターンは増速域Ｉでの加速度αが上限値α１で一定であるので図２（ｂ）に示すように、溶湯を押し出すプランジャの動き始めＢと定常速度Ｖ１に到達した直後Ｃにおける加速度αの変化が大きい。従って、この等加速度で増速する速度パターンではスリーブ内での空気巻き込みを減少するのには必ずしも十分とは云えない。
【００１７】
そこでステップＳ４では、ステップＳ３で作成した第１の射出速度パターンを後記する例のように数式で近似する。代表的な近似式としては、線形近似式、指数近似式、対数近似式、多項式近似式などがあるが、２次以上の多項式で近似することが適当である。
【００１８】
続いてステップＳ５では、ステップＳ４で得られた近似式に基づいて増速域Ｉにおける加速度αの時間変化を演算し（例えば図６（ｂ）参照）、増速域Ｉにおける加速度αの最大値α２を算出する。ここで、近似式とそれに基づく加速度の変化は市販のソフトなどを用いてプログラム上で自動的に計算することができる。
【００１９】
ステップＳ６では、ステップＳ５で得られた加速度の最大値α２とステップＳ２で設定した加速度の限界値α１とを比較し、加速度の最大値α２が限界値α１以内であるかを判断する。ここで、加速度の最大値α２が限界値α１よりも小さい場合には、ステップＳ７へ進み、加速度の最大値α２が限界値α１よりも大きい場合には、ステップＳ４へ戻り次数を一次増やした多項式で再度近似式を求め、加速度の最大値α２が限界値α１よりも小さくなるまで、もしくは、最大値α２と限界値α１とがほぼ同等で且つ加速度の時間変化が十分に滑らかになるまでこの作業を繰り返す。
【００２０】
ステップＳ７では、加速度の最大値α２が限界値α１よりも小さい近似式に基づいて増速域における第２の射出パターンを求め、射出速度パターンの設定を終了する。
【００２１】
以上のように本発明の射出速度設定方法では、まず所定の定常速度Ｖ１まで等加速度α１で増速する第１の射出速度パターンを求め、次いで、それに近似する近似式に基づいて最終的な射出速度パターンを設定する。従って、増速域の加速度を滑らかに変化させながら射出速度を定常速度Ｖ１まで増速することができる。また、第２の射出速度パターンは第１のパターンに近似して求められるので、射出速度が定常速度に到達する時間が延びることはない。従って、スリーブ内での溶湯の波立ちを抑制して空気の巻き込みを低減することと、溶湯の温度維持とを両立することができる。
【００２２】
前記のように加速度の限界値α１は０．２〜０．７ｍ／ｓ2の範囲内で任意に設定できるのは以下の理由による。
【００２３】
増速域における加速度を低くすると空気巻き込みを抑制することはできるが、全体の溶湯充填時間が長くなる。このため溶湯温度が低下して湯回り（湯流れ）が悪くなり、最終的に鋳造部材の品質低下をもたらす。一方、増速域の加速度を高くすると、溶湯温度は維持できるが、空気の巻き込みを生じる危険がある。このため加速度が低くかつ短時間に溶湯を充填することが望まれる。図３に増速域における加速度と溶湯の充填時間との関係を示す。横軸は加速度であり、縦軸は金型キャビティに溶湯を充填する時間であるが、ここでは、プランジャがスリーブ中を１ｍ移動するのに要する時間とした。なお、図３は定常速度Ｖ１が０．３、０．５、０．７ｍ／ｓの３水準の場合について試算したものである。充填時間は加速度の増加に伴って短縮される。充填時間短縮の効果は低加速度側で顕著である。また、当然ながら定常速度が大きいほど充填時間は短い。
【００２４】
図３の場合には、加速度が０．２ｍ／ｓ2未満のＤ領域では、充填時間が４秒以上と長くなり溶湯の温度低下が問題となる。また、加速度が０．７ｍ／ｓ2を越える領域Ｆでは溶湯の波立ちが大きくなり適当ではない。また、領域Ｆではプランジャの増速域の時間が短くなるので加速度を高くしても全体の充填時間はあまり短縮されない。従って、低加速度と充填時間の短縮を両立できる加速度の範囲は、矢印の０．２〜０．７ｍ／ｓ2であり、より好ましくは領域Ｅの０．２〜０．５ｍ／ｓ2である。
【００２５】
次に、前記のステップＳ４〜Ｓ６について図４〜図９に示す具体例によって詳しく説明する。
【００２６】
図４（ａ）は、定常速度Ｖ１＝０．４ｍ／ｓ、加速度の上限値α１＝０．４ｍ／ｓ2と設定して作成した第１の射出速度パターンである。加速度α１は（ｂ）に示すように定常速度Ｖ１に到達するまで一定である。図４（ａ）の射出速度パターンを各種の近似式で近似して図５〜図９に示す。図５〜図９おいて、各々の（ａ）の実線は近似式であり、（ｂ）はその近似式に基づいて演算して得られた加速度αの時間変化を示す。
【００２７】
図５は対数近似したものを示している。（ｂ）で得られる加速度の最大値α２は、図４（ｂ）の加速度の上限値α１よりも大きい。すなわち、ステップ６のα２＜α１を満足しないため対数近似は適当ではないことが分かる。
【００２８】
図６は２次式による近似を示している。（ｂ）で得られる加速度の最大値α２は、図４（ｂ）の加速度の上限値α１よりも大きい。すなわち、ステップ６のα２＜α１を満足しないため２次式による近似は適当ではないことが分かる。
【００２９】
図７は３次式による近似を示している。（ｂ）で得られる加速度の最大値α２は、図４（ｂ）の加速度の上限値α１よりも大きく、また、立ち上がりが急峻である。すなわち、ステップ６のα２＜α１を満足しないため３次式による近似は適当ではないことが分かる。
【００３０】
図８は４次式による近似を示している。（ｂ）で得られる加速度の最大値α２は、図４（ｂ）の加速度の上限値α１とほぼ同等であるが、立ち上がりが急峻である。すなわち、ステップ６の「α２≒α１で滑らかであること」を満足しないため４次式による近似は適当ではないことが分かる。
【００３１】
図９は５次式による近似を示している。（ｂ）で得られる加速度の最大値α２は、図４（ｂ）の加速度の上限値α１とほぼ同等であり、加速度の時間変化が明らかに滑らかである。立ち上がりが急峻である。すなわち、ステップ６の「α２≒α１で滑らかであること」を満足している。従って、図４（ａ）の射出速度パターンにおいて加速度の変化を平滑化するためには、５次式による近似が適当であることが分かる。
【００３２】
以上のように、本発明の射出速度設定方法によれば、増速域における加速度を増速時間を増すことなく低く抑え、加速度の変化をも小さくすることができる。従って、スリーブ内で発生する空気の巻き込みを低減してダイカスト鋳造品の品質を向上することができる。さらに、本発明の射出速度設定方法をダイカスト鋳造装置の射出速度制御装置にソフトウエア的に組み込むことにより、鋳造品の種類に応じてそれぞれ最適な射出速度パターンを任意にかつ簡便に設定することができる。
【００３３】
本発明のような高精度な速度制御を実現するには、ダイカスト鋳造装置の射出速度制御を従来の油圧による制御からサーボモータによるサーボ制御とすることが望ましい。図１０にサーボ制御手段を有するダイカスト鋳造装置の構成の一例を示す。ダイカスト鋳造装置１０は、キャビティ１１を形成する金型１２と、キャビティ１１に連通するスリーブ１３と、スリーブ内１３に摺動自在に嵌合されるプランジャ１４と、プランジャ１４を駆動する駆動手段１５と、駆動手段１５を制御する制御手段１６とから構成されている。
【００３４】
駆動手段１５はボールねじ２１を有するサーボモータ２２と、ボールねじ２１のネジ部と螺合するとともにプランジャ１４と結合した台座２３とからなる。台座２３はプランジャ１４の軸線に平行な複数のリニアガイド２４によって摺動自在に支持されている。
【００３５】
制御手段１６はサーボモータの回転を制御する手段であり、各種のセンサから得られるプランジャの位置や速度信号によりサーボモータ２２の回転を制御する。なお、制御手段には本発明で設定した射出速度パターンなどをソフト的に組み込むことができる。
【００３６】
サーボモータ２２には特に制約はなく、ＤＣサーボモータ、ブラスレスサーボモータ、誘導形サーボモータなど広義のサーボドライバをもつモータを使用することができる。さらに、ステッピングモータなどは高精度な加速度制御を行うことができるので好適である。
【００３７】
サーボモータ２２はボールネジ２１を介して台座２３を移動させる。台座２３にはプランジャ１４が固設されているので、台座２３の移動につれてスリーブ内１３の溶湯Ｍをキャビティ１１へ射出することができる。プランジャ１４が移動する際の位置や速度は、リニアガイド２４に沿って配置されているリニアスケール２６で測定することができる。リニアスケール２６は高精度な制御に有用であるが、測定センサとしては加速度センサ２５やサーボモータのエンコーダ２７なども用いることができる。
【００３８】
本発明により設定される射出速度パターンでは、増速域における加速度を制御することとなる。しかし、加速度を積分すれば速度となり、さらに速度を積分すれば位置（変位）に変換することができる。従って、制御方式は、位置制御、速度制御、加速度制御などいずれの制御方法でも可能である。目標とする精度に応じて効率的な制御方法を選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のダイカスト鋳造における射出速度設定方法は、自動車のシリンダブロックやトランスアクスルケースなどの軽金属合金ダイカスト鋳造品に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の射出速度設定方法を説明するフローチャートである。
【図２】増速域の加速度を等加速度とした場合の（ａ）速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図３】加速度と充填時間との関係を説明するグラフである。
【図４】射出速度Ｖ１＝０．４と加速度α１＝０．４と設定し、演算して作成した（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図５】図４の射出速度パターンを対数近似した（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図６】図４の射出速度パターンを２次の多項式で近似した（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図７】図４の射出速度パターンを３次の多項式で近似した（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図８】図４の射出速度パターンを４次の多項式で近似した（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図９】図４の射出速度パターンを５次の多項式で近似した（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示すグラフである。
【図１０】高精度な加速度制御ができるダイカスト鋳造装置の構成例を説明する概要図である。
【図１１】所定速度まで直線的に増速した場合の（ａ）射出速度パターンと（ｂ）加速度パターンと示す模式図である。
【図１２】従来技術の射出速度パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：ダイカスト鋳造装置  １１：キャビティ  １４：プランジャ  １６：サーボモータ制御装置  ２１：ボールネジ  ２２：サーボモータ  ２３：台座  ２４：リニアガイド  ２５：加速度センサ  ２６：リニアスケール  ２７：エンコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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