(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出プランジャが前後進可能に備えられた射出用油圧シリンダと、当該射出用油圧シリンダの前進用油室に圧油を供給する射出用メカニズムと、前記射出用油圧シリンダの前進用油室に増圧力を付与する増圧用メカニズムとを備えたダイカストマシンにおいて、
前記射出用メカニズムは、射出用サーボモータと、当該射出用サーボモータの回転力を直進運動に変換する射出用ボールねじ機構と、当該射出用ボールねじ機構を構成するねじ軸によりピストン体が駆動される圧油発生用油圧シリンダと、当該圧油発生用油圧シリンダと前記射出用油圧シリンダの前進用油室とをつなぐ管路に備えられたチェック弁とを備えており、
前記増圧用メカニズムは、前記射出用油圧シリンダの前進用油室に対して一端が出入可能に配置されたねじ軸と、当該ねじ軸を螺合するナット体と、当該ナット体を回転駆動し、前記射出用油圧シリンダの前進用油室に対する前記ねじ軸の出入を行う増圧用サーボモータとを備えていることを特徴とするダイカストマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出プランジャの前進によって金属溶湯を金型キャビティ内に射出・充填するダイカストマシンに係り、特に、射出プランジャの駆動源の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカストマシンは、射出スリーブ内に注ぎ込まれた一定量の溶融金属材料を射出プランジャの前進動作によって金型キャビティ内に射出・充填し、所定形状の成形品を製造する成形機である。成形品の製造は、型閉じ、射出、増圧、型開き及びエジェクトの各工程を１ショット毎に繰り返すことにより行われる。
【０００３】
ダイカストマシンの射出工程は、低速射出工程と高速射出工程とからなっており、高速射出工程においては、プラスチック射出成形機の射出速度よりも１桁程度も高速で、金型キャビティ内に金属溶湯を射出する必要がある。このため、従来においては、射出駆動源として、アキュムレータを含む大型の油圧駆動源が用いられており、射出駆動源として大型の油圧駆動源を用いていることから、型開閉駆動源及びエジェクト駆動源としても油圧駆動源が用いられている。この方式を油圧式といい、従来はこの油圧式がダイカストマシンの主流となっていた。
【０００４】
油圧式のダイカストマシンには、アキュムレータと射出プランジャをピストン体とする油圧シリンダとをつなぐ油圧管路にロジック弁が備えられており、このロジック弁の開度を調整することにより、射出プランジャの前進速度、即ち金型キャビティ内への金属溶湯の射出速度を制御している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２６４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ロジック弁は、その構造上、油漏れを完全に止めることが困難であるので、これを備えたダイカストマシンは、エネルギ効率が悪いという問題がある。また、油漏れに起因してロジック弁が発熱するため、ロジック弁の冷却設備が必要となり、ダイカストマシンが大型化するという問題もある。さらに、ロジック弁は、背面側に戻しばねが当接されたポペットと呼ばれる弁体の開度を調整することによって、射出プランジャの前進速度を制御する構成であるので、繰り返し安定性が悪く、経年変化もしやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型にしてエネルギ効率が高く、かつ射出プランジャの前進速度を高精度に制御可能なダイカストマシンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決するため、射出プランジャが前後進可能に備えられた射出用油圧シリンダと、当該射出用油圧シリンダの前進用油室に圧油を供給する射出用メカニズムと、前記射出用油圧シリンダの前進用油室に増圧力を付与する増圧用メカニズムとを備えたダイカストマシンにおいて、前記射出用メカニズムは、射出用サーボモータと、当該射出用サーボモータの回転力を直進運動に変換する射出用ボールねじ機構と、当該射出用ボールねじ機構を構成するねじ軸によりピストン体が駆動される圧油発生用油圧シリンダと、当該圧油発生用油圧シリンダと前記射出用油圧シリンダの前進用油室とをつなぐ管路に備えられたチェック弁とを備えており、前記増圧用メカニズムは、前記射出用油圧シリンダの前進用油室に対して一端が出入可能に配置されたねじ軸と、当該ねじ軸を螺合するナット体と、当該ナット体を回転駆動し、前記射出用油圧シリンダの前進用油室に対する前記ねじ軸の出入を行う増圧用サーボモータとを備えているという構成にした。
【０００９】
本構成においては、射出用サーボモータを所定の方向に回転すると、その回転力がボールねじ機構によってねじ軸の直進運動に変換され、圧油発生用油圧シリンダのピストン体が押圧されて、当該圧油発生用油圧シリンダ内の圧油がチェック弁を通って射出用油圧シリンダの前進用油室内に供給される。これにより、射出プランジャの前進速度が、圧油発生用油圧シリンダを構成するピストン体の移動速度に比例し、当該ピストン体の面積と射出プランジャの受圧面の面積との比に反比例するものとなり、所定の低速射出工程及び高速射出工程が実行される。また、高速射出工程の終了後に増圧用メカニズムを駆動することにより、射出プランジャの前進用油室に増圧力を付与することができ、これにより増圧工程を実行することができる。増圧工程においては、射出プランジャの前進用油室に作用する増圧力がチェック弁にて遮断されるので、圧油発生用油圧シリンダへの増圧力の作用が防止される。このように、本構成においては、射出用サーボモータの回転速度を制御することにより射出プランジャの前進速度を制御するので、ロジック弁の開度を制御することにより射出プランジャの前進速度を制御する場合に比べて、その制御を高精度に行うことができる。また、ロジック弁を用いないので、ロジック弁からの油漏れを生じることがなく、ダイカストマシンのエネルギ効率を向上することができる。さらには、油漏れを生じないことから、これに起因するロジック弁の発熱もありえず、ロジック弁の冷却設備を省略することができて、ダイカストマシンを小型化することができる。
【００１１】
また本構成によると、増圧用メカニズムに、ねじ軸と、これに螺合されたナット体と、ナット体を回転駆動して射出用油圧シリンダの前進用油室に対するねじ軸の出入を行う増圧用サーボモータとを備えるので、増圧用サーボモータを所定の方向に回転したときに、回転するナット体に螺合されたねじ軸の先端部が射出用油圧シリンダの前進用油室内に突出し、当該前進用油室の体積が減少する。その結果、当該前進用油室内の圧力が上昇し、所定の増圧工程が実行される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、射出用油圧シリンダの前進用油室に射出プランジャ前進用の圧油を供給する射出用メカニズムとして、射出用サーボモータと、当該射出用サーボモータの回転力を直進運動に変換する射出用ボールねじ機構と、当該射出用ボールねじ機構を構成するねじ軸によりピストン体が駆動される圧油発生用油圧シリンダと、当該圧油発生用油圧シリンダと前記射出用油圧シリンダの前進用油室とをつなぐ管路に備えられたチェック弁とを備えており、射出用サーボモータの回転速度を制御することにより射出プランジャの前進速度を制御するので、ロジック弁の開度を制御することにより射出プランジャの前進速度を制御する場合に比べて、その制御を高精度に行うことができる。また、ロジック弁を用いないので、ロジック弁からの油漏れに起因する不都合を解消することができて、ダイカストマシンの省エネルギ化及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るダイカストマシンの射出・増圧系のメカニズムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るダイカストマシンの一実施形態を、図１を用いて説明する。図１に示すように、実施形態に係るダイカストマシンは、射出用油圧シリンダ１と、これに付設された射出系メカニズム１０及び増圧系メカニズム２０と、これら射出系メカニズム１０及び増圧系メカニズム２０の駆動を制御するコントローラ３０とから構成されている。
【００１５】
射出用油圧シリンダ１は、シリンダ本体２内に射出プランジャ３を前後進可能に備えたもので、射出プランジャ３は、射出用油圧シリンダ１のピストン体を兼ねている。即ち、射出プランジャ３の先端部３ａは、図示しない射出スリーブ内に挿入されており、前進することにより、射出スリーブ内に注ぎ込まれた一定量の溶融金属材料を金型キャビティ内に射出するようになっている。射出プランジャ３の前進動作は、射出用油圧シリンダ１の前進用油室１ａ内に、後述する射出系メカニズム１０から供給される圧油を導入することによって行われ、射出プランジャの後退動作は、射出用油圧シリンダ１の後退用油室１ｂ内に、補助ポンプ４から供給される圧油を導入することによって行われる。シリンダ本体２には、射出プランジャ３の移動位置を検出する位置センサ５が備えられると共に、前進用油室１ａ内の油圧を検出する油圧センサ６が備えられる。なお、図中の符号７は、油タンクを示している。
【００１６】
射出系メカニズム１０は、主として、所要の固定部１１に設置された射出用サーボモータ１２と、当該射出用サーボモータ１２の回転力を直進運動に変換するねじ軸１３ａ及びこれを螺合するナット体１３ｂからなる射出用ボールねじ機構１３と、ねじ軸１３ａによりピストン体１４ａが駆動される圧油発生用油圧シリンダ１４と、当該圧油発生用油圧シリンダ１４の吐出口と射出用油圧シリンダ１の前進用油室１ａとをつなぐ管路１５と、当該管路１５に備えられたチェック弁１６とから構成される。ナット体１３ｂは、軸受１７を介して固定部１１に回転可能に取り付けられており、ベルト１８を介して伝達される射出用サーボモータ１２の回転力により回転駆動される。
【００１７】
前進用油室１ａにおける射出プランジャ３の受圧面積Ａ１と、ピストン体１４ａの受圧面積Ａ２とは、高速射出工程において要求される所要の速度で射出プランジャ３を移動できるように、その面積比Ａ１／Ａ２が調整される。即ち、射出プランジャ３は、圧油発生用油圧シリンダ１４から射出用油圧シリンダ１の前進用油室１ａ内に供給される圧油によって前進され、その移動速度は、圧油発生用油圧シリンダ１４を構成するピストン体１４ａの移動速度に比例し、前記面積比Ａ１／Ａ２に反比例する。したがって、面積比Ａ１／Ａ２を小さくするほど、射出プランジャ３を高速で前進できるので、使用する射出用サーボモータ１２の性能を考慮し、射出プランジャ３を必要な前進速度で移動できるように、面積比Ａ１／Ａ２を設定する。なお、圧油発生用油圧シリンダ１４の小型化を図るため、複数の射出用サーボモータ１２を備え、これら複数の射出用サーボモータの合力で、射出用ボールねじ機構１３を駆動する構成とすることも可能である。
【００１８】
増圧系メカニズム２０は、主として、射出用油圧シリンダ１の末端部に取り付けられた固定ブロック２１と、当該固定ブロック２１に設置された増圧用サーボモータ２２と、当該増圧用サーボモータ２２の回転力を直進運動に変換するねじ軸２３ａ及びこれを螺合するナット体２３ｂからなる増圧用ボールねじ機構２３とから構成される。ねじ軸２３ａは、その一端部が、射出用油圧シリンダ１の端面に開設された貫通孔１ｃを貫通して、射出用油圧シリンダ１の前進用油室１ａ内に突出されている。また、ナット体２３ｂは、軸受２４を介して固定ブロック２１に回転可能に取り付けられており、ベルト２５を介して伝達される増圧用サーボモータ２２の回転力により回転駆動される。
【００１９】
以下、実施形態に係るダイカストマシンの動作について説明する。
【００２０】
コントローラ３０は、射出用油圧シリンダ１のシリンダ本体２に備えられた位置センサ５の出力信号Ｓ１及び油圧センサ６の出力信号Ｓ２に基づいて、射出用サーボモータ１２及び増圧用サーボモータ２２の駆動を制御する。即ち、コントローラ３０には、予め、型閉じ工程、射出工程、増圧工程、型開き工程及びエジェクト工程の開始タイミングと停止タイミングとが記憶されており、射出工程の開始タイミングに至ったとき、コントローラ３０は射出用サーボモータ１２に低速射出信号Ｓ３を出力し、射出用サーボモータ１２を低速射出工程用に設定された所定の回転速度で所定の方向に回転駆動する。射出用サーボモータ１２の回転力は、ベルト１８を介して射出用ボールねじ機構１３のナット体１３ｂに伝達され、ナット体１３ｂを所定の方向に回転駆動して、これに螺合されたねじ軸１３ａを前進方向に移動する。これにより、圧油発生用油圧シリンダ１４のピストン体１４ａが押圧され、圧油発生用油圧シリンダ１４内に蓄えられた圧油が、チェック弁１６を通って射出用油圧シリンダ１の前進用油室１ａ内に供給されるので、射出プランジャ３が、圧油発生用油圧シリンダ１４を構成するピストン体１４ａの移動速度に比例し、当該ピストン体の面積Ａ２と射出プランジャ３の受圧面の面積Ａ１との比Ａ１／Ａ２に反比例する速度で前進し、所定の低速射出工程が実行される。このとき、射出用油圧シリンダ１の後退用油室１ｂ内に貯えられていた圧油は、油タンク７に戻される。
【００２１】
次いで、コントローラ３０は、位置センサ５の出力信号Ｓ１から、高速射出工程の開始タイミングに至ったか否かを繰り返し判定し、高速射出工程の開始タイミングに至ったと判定したとき、射出用サーボモータ１２に高速射出信号Ｓ４を出力して、射出用サーボモータ１２の回転速度を高速射出工程用に設定された所定の回転速度に増速する。これにより、射出プランジャ３が高速で前進し、所定の高速射出工程が実行される。射出系メカニズム１０を構成する各部の動作は、低速射出工程と同じである。低速射出工程及び高速射出工程は、位置センサ５の出力信号Ｓ１が、コントローラ３０に予め設定された速度曲線に追従するように、射出用サーボモータ１２の回転速度をフィードバック制御することにより行われる。
【００２２】
次いで、コントローラ３０は、位置センサ５の出力信号Ｓ１から、増圧工程の開始タイミングに至ったか否かを繰り返し判定し、増圧工程の開始タイミングに至ったと判定したとき、増圧用サーボモータ２２に増圧信号Ｓ５を出力して、増圧用サーボモータ２２を回転駆動する。増圧用サーボモータ２２の回転力は、ベルト２５を介して増圧用ボールねじ機構２３のナット体２３ｂに伝達され、ナット体２３ｂを所定の方向に回転駆動して、これに螺合されたねじ軸２３ａを前進方向に移動する。これにより、ねじ軸２３ａの先端部が射出用油圧シリンダ１の前進用油室１ａ内に突出し、当該前進用油室１ａの体積が減少するので、前進用油室１ａ内の圧力が上昇し、所定の増圧工程が実行される。増圧工程は、油圧センサ６の出力信号Ｓ２が、コントローラ３０に予め設定された圧力曲線に追従するように、増圧用サーボモータ２２の回転速度をフィードバック制御することにより行われる。なお、増圧工程においては、前進用油室１ａ内の油圧が、圧油発生用油圧シリンダ１４内の油圧よりも高くなるため、チェック弁１６が自動的に遮断され、圧油発生用油圧シリンダ１４への増圧力の漏れが防止される。
【００２３】
さらに、コントローラ３０は、増圧工程の停止タイミングに至ったとき、射出用サーボモータ１２を逆回転して、圧力発生用油圧シリンダ１４のピストン体１４ａを初期位置に戻すと共に、増圧用サーボモータ２２を逆回転して、ねじ軸２３ａを初期位置に戻す。このときには、補助ポンプ４を駆動して、射出用油圧シリンダ１の後退用油室１ｂ及び圧力発生用油圧シリンダ１４に所要の作動油を供給する。これにより、ピストン体１４ａ及びねじ軸２３ａの初期位置への復帰が容易になる。
【００２４】
このように、本実施形態に係るダイカストマシンは、射出用サーボモータ１２の回転速度を制御することによって射出プランジャ３の前進速度を制御するので、ロジック弁の開度を制御することにより射出プランジャの前進速度を制御する場合に比べて、その制御を高精度に行うことができる。また、ロジック弁を用いないので、ロジック弁からの油漏れを生じることがなく、ダイカストマシンのエネルギ効率を向上することができる。さらには、油漏れを生じないことから、これに起因するロジック弁の発熱もありえず、ロジック弁の冷却設備を省略することができて、ダイカストマシンを小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、ダイカストマシンに利用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１    射出用油圧シリンダ
１ａ    前進用油室
１ｂ    後退用油室
２    シリンダ本体
３    射出プランジャ
４    補助ポンプ
５    位置センサ
６    油圧センサ
７    油タンク
１０    射出系メカニズム
１１    固定部
１２    射出用サーボモータ
１３    射出用ボールねじ機構
１３ａ    ねじ軸
１３ｂ    ナット体
１４    圧油発生用油圧シリンダ
１４ａ    ピストン体
１５    管路
１６    チェック弁
１７    軸受
１８    ベルト
２０    増圧系メカニズム
２１    固定ブロック
２２    増圧用サーボモータ
２３    増圧用ボールねじ機構
２３ａ    ねじ軸
２３ｂ    ナット体
２４    軸受
２５    ベルト
【図１】
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