JP2024177969A - ダイカストマシン、および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】必要以上に大型・高出力な電動サーボモータを装備することなく、増圧工程に入ってから油圧を所定の圧力まで高める速さを十分に担保でき、かつ、オーバーシュートを回避できるダイカストマシンを提供する。
【解決手段】
ダイカストマシン１０に設けた制御手段５８で、低速側流量調節弁５０を用いて射出プランジャ３８を動作させる低速射出工程と、これに続く高速側流量調節弁５２を用いて射出プランジャ３８を動作させる高速射出工程と、これに続く加圧ピストン６４によって射出シリンダ４２内の作動油Ｏを増圧させる増圧工程とを実施する。そして、高速射出工程が完了した時点で電動加圧機構３４の準備動作時間が完了するように高速射出工程の完了時点よりも前に電動サーボモータ６０を動作させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶湯金属を金型内に射出して成形品を成形するダイカストマシンおよび射出成形方法に関する。

従前から用いられているダイカストマシンにおいては、熔解炉で溶融された金属溶湯を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げられた金属溶湯を射出スリーブの給湯口に給湯し、射出スリーブ内に進退可能に設けられた射出プランジャの前進動作によって金型のキャビティ内へ金属溶湯を射出充填することにより、成形体の成形が行われている。

金型のキャビティ内へ金属溶湯を射出する射出工程においては、低速射出工程と、それに続く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、プラスチック製品を成形する射出成形機の射出速度よりも１桁ほど速い高速の射出速度で金型内に金属溶湯を射出充填する必要がある。

さらに、高速射出工程の終了後、射出プランジャによりキャビティ内の成形材料の圧力を上昇させる増圧工程が実施される（例えば、特許文献１）。

低速射出工程と高速射出工程とを行った後、最後の増圧工程を電動サーボモータによって駆動されるボールネジで押圧されるピストンで行うダイカストマシンを考える。

一連の射出工程における射出プランジャの移動速度の変化と、当該射出プランジャを押圧する油圧（射出シリンダ内圧）の変化とをグラフ化すると、例えば、図４に示すようになる。

射出工程の当初、油圧駆動によって１秒から２秒間程度の低速射出工程が実施され、金属溶湯がキャビティ内に充填され始める。然る後、金属溶湯がキャビティ内に充填されるごく手前（１００分の数秒）から同じく油圧駆動によって高速射出工程が実施される。

高速射出工程が終了後、電動サーボモータが急速動作して一気に油圧を高めていき、必要な圧力に達するころ、電動サーボモータを急減速させて油圧を一定にする。

油圧が一定になってから所定の時間、油圧を保持することによって射出工程が完了する。

特開２０１１－２２４６２６号公報

しかしながら、上述した従来のダイカストマシンにおける射出工程では、増圧工程に入ってから油圧を所定の圧力まで高める速さは電動サーボモータの加速性に依存することから、油圧を所定の圧力まで高める速さ（つまり、増圧の立ち上がり時間）を十分に担保することが難しかった。

加えて、増圧の立ち上がり時間を速めるために大型・高出力な電動サーボモータを装備すると、今度はダイカストマシン全体のコストアップにつながるという問題もあった。

さらに言えば、電動サーボモータの加速性に依存して増圧の立ち上がり時間を速めようとすると、油圧が所定の圧力になるまで加速を続けていき、所定の圧力になるころに電動サーボモータを急減速させる必要があり、この加速から急減速の流れによって油圧が突出して所定の圧力よりも高くなってしまうオーバーシュートが生じやすくなるという問題もあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、必要以上に大型・高出力な電動サーボモータを装備することなく、増圧工程に入ってから油圧を所定の圧力まで高める速さを十分に担保でき、かつ、オーバーシュートを回避できるダイカストマシンを提供することにある。

本発明の一局面によれば、
射出機構と、油圧動作機構と、電動加圧機構とを有するダイカストマシンであって、
前記射出機構は、キャビティに溶湯金属を射出する射出プランジャを有しており、
前記油圧動作機構は、前記射出プランジャを収容する射出シリンダと、油圧ポンプと、アキュームレータと、低速側流量調節弁と、高速側流量調節弁と、制御手段とを有しており、
前記電動加圧機構は、電動サーボモータと、前記電動サーボモータに駆動されるボールネジと、前記ボールネジによって押し出される加圧ピストンとを有しており、
前記制御手段は、低速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる低速射出工程と、これに続く高速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる高速射出工程と、これに続く前記加圧ピストンによって前記射出シリンダ内の作動油を増圧させる増圧工程とを実施し、前記高速射出工程が完了した時点で前記電動加圧機構の準備動作時間が完了するように前記高速射出工程の完了時点よりも前に前記電動サーボモータを動作させることを特徴とする
ダイカストマシンが提供される。

本発明の別の局面によれば、
射出機構と、油圧動作機構と、電動加圧機構とを有するダイカストマシンを用いた射出成形方法であって、
前記射出機構は、キャビティに溶湯金属を射出する射出プランジャを有しており、
前記油圧動作機構は、前記射出プランジャを収容する射出シリンダと、油圧ポンプと、アキュームレータと、低速側流量調節弁と、高速側流量調節弁と、制御手段とを有しており、
前記電動加圧機構は、電動サーボモータと、前記電動サーボモータに駆動されるボールネジと、前記ボールネジによって押し出される加圧ピストンとを有しており、
低速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる低速射出工程と、
これに続く高速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる高速射出工程と、
これに続く前記加圧ピストンによって前記射出シリンダ内の作動油を増圧させる増圧工程とを有しており、
前記制御手段により、前記高速射出工程が完了した時点で前記電動加圧機構の準備動作時間が完了するように前記高速射出工程の完了時点よりも前に前記電動サーボモータを動作させるステップを有している
射出成形方法が提供される。

本発明に係るダイカストマシンによれば、高速射出工程が完了した時点で電動加圧機構の準備動作時間が完了するように高速射出工程の完了時点よりも前に電動サーボモータを動作させるようになっているので、電動サーボモータの任意の速度で増圧を開始できる。これにより、比較的小型・低出力の電動サーボモータを使用して増圧工程に入ってから油圧を所定の圧力まで高める速さを十分に担保でき、かつ、電動サーボモータの非加速状態から減速を行うことができるので作動油の圧力がオーバーシュートする可能性も低減できる。

実施形態に係るダイカストマシン１０の一例を示す図である。 実施形態に係るダイカストマシン１０における電動加圧機構３４の一例を示す図である。 実施形態に係るダイカストマシン１０の射出工程における射出プランジャ３８の移動速度の変化と、射出シリンダ４２内圧の変化と、電動サーボモータ６０速度の変化とを示すグラフである。 従来技術の射出工程における射出プランジャの移動速度の変化と、射出シリンダ内圧の変化と、電動サーボモータ速度の変化とを示すグラフである。

（ダイカストマシン１０の構成）
本実施形態に係るダイカストマシン１０は、図１に示すように、大略、金型装置１２と、射出装置１４とを備えている。

金型装置１２は、大略、固定ダイプレート２０に装着された固定金型２２と、移動ダイプレート２４に装着された移動金型２６とを備えており、固定金型２２と移動金型２６とが型閉されることでキャビティ２８が構成される。

射出装置１４は、大略、射出機構３０と、油圧動作機構３２と、電動加圧機構３４とを有している。

射出機構３０は、射出スリーブ３６と、射出プランジャ３８と、射出ピストン４０と、射出シリンダ４２とを有している。

射出スリーブ３６は、固定ダイプレート２０に対して一体に設けられており、金属溶湯が供給される給湯口４３がその上部に形成された筒状の部材である。

射出プランジャ３８は、射出スリーブ３６内において進退可能に設けられた略棒状の部材である。

射出ピストン４０は、射出プランジャ３８の後端側（金属溶湯に接する端とは反対側の端）に形成されており、作動油Ｏによって押圧される部分である。

射出シリンダ４２は、射出ピストン４０が進退する筒状の部材であり、作動油Ｏが充填されている。射出ピストン４０から見て、射出工程で当該射出ピストン４０が移動する方向にある射出ピストン４０内の空間をアウト側Ａ、その反対側のイン側Ｂと呼ぶ。

油圧動作機構３２は、射出プランジャ３８の低速射出工程および高速射出工程に用いる作動油Ｏを射出シリンダ４２に供給して射出ピストン４０に作用させるための機構であり、大略、油配管４４と、油圧ポンプ４６と、複数の制御弁４８と、低速側流量調節弁５０と、高速側流量調節弁５２と、アキュームレータ５４と、圧力センサ５６と、制御手段５８とを有している。

油配管４４は、油圧ポンプ４６で加圧された作動油Ｏをアキュームレータ５４や低速側流量調節弁５０および高速側流量調節弁５２を介して射出シリンダ４２に送り、また、射出シリンダ４２から出てきた作動油Ｏを、制御弁４８を介して元に戻すための流路を構成する。

油圧ポンプ４６は、射出プランジャ３８の低速射出工程および高速射出工程に必要な圧力まで作動油Ｏを加圧するためのものである。

制御弁４８は、油圧ポンプ４６から吐出された作動油Ｏをアキュームレータ５４に送る流路をオンオフするための第１制御弁４８ａと、射出プランジャ３８を開始位置に戻す際に射出シリンダ４２のイン側Ｂからの作動油Ｏを油圧ポンプ４６側に戻すとともに油圧ポンプ４６から吐出された作動油Ｏを射出シリンダ４２のアウト側Ａに供給する流路をオンオフするための第２制御弁４８ｂとを備えている。

低速側流量調節弁５０は、低速射出工程において、アキュームレータ５４等から射出シリンダ４２のイン側Ｂに供給する作動油Ｏの流量を調整するための弁である。

高速側流量調節弁５２は、高速射出工程において、アキュームレータ５４等から射出シリンダ４２のイン側Ｂに供給する作動油Ｏの流量を調整するための弁である。

アキュームレータ５４は、油圧ポンプ４６で加圧された作動油Ｏを一時的に貯留するための容器である。

圧力センサ５６は、射出シリンダ４２のイン側Ｂ内における作動油Ｏの圧力を測定するための器具である。

制御手段５８は、低速射出工程・高速射出工程・増圧工程および射出プランジャ３８の戻し工程を実施するにあたって、射出ピストン４０の位置情報や圧力センサ５６からの圧力信号を検知しつつ、油圧ポンプ４６、制御弁４８、低速側流量調節弁５０、高速側流量調節弁５２を動作させる役割を有している。なお、この制御手段５８は、電動加圧機構３４の制御も行うようになっている。

本実施形態に係る電動加圧機構３４について図２を用いて詳しく説明する。電動加圧機構３４は、射出シリンダ４２のイン側Ｂ内に送られた作動油Ｏをさらに加圧するための機構であり、大略、電動サーボモータ６０と、ボールネジ６２と、加圧ピストン６４と、複数のガイドバー６６（図２では１本のみを描いている）とを有している。なお、ボールネジ６２は、ネジ軸６８とナット７０とで構成されている。

電動サーボモータ６０は、ベルト等（ギアでもよい）を介してボールネジ６２のネジ軸６８を回転させて、当該ネジ軸６８に対してからナット７０を摺動させる役割を有している。

本実施形態では、電動サーボモータ６０は、サーボモータマウント７２に固定されている。サーボモータマウント７２には、回転するネジ軸６８を保持するネジ軸ベアリング７４が形成されており、さらに、各ガイドバー６６の一端を保持するガイドバー第１保持部７６も形成されている。また、電動サーボモータ６０の回転軸７７とネジ軸６８の端部との間には駆動ベルト７８が架け渡されており、この駆動ベルト７８によって電動サーボモータ６０の回転軸７７における回転力がネジ軸６８に伝達される。

ボールネジ６２のナット７０は中間保持部材８０に固定されており、この中間保持部材８０は、ガイドバー６６が挿通されるガイドバー挿通孔８２を有している。ガイドバー挿通孔８２にガイドバー６６を挿通することにより、中間保持部材８０がガイドバー６６にガイドされつつ、ナット７０が所定の方向（図中下方向）にぶれることなく進退できるようになっている。また、中間保持部材８０がガイドバー６６によってガイドされているので、加圧ピストン６４が所定の方向（図中下方向）にぶれることなく進退できるようになっている。

また、ガイドバー６６の他端は、先端保持部材８４によって保持されている。この先端保持部材８４には、ナット７０に取り付けられた加圧ピストン６４が挿通される加圧ピストン挿通孔８６が形成されている。さらに、射出シリンダ４２には、加圧ピストン６４がガイドされる加圧ピストンガイド孔８８が形成されている。

加圧ピストン６４はその先端部が油圧動作機構３２における射出シリンダ４２のイン側Ｂ内に出没可能に挿設されており、ボールネジ６２のナット７０が図中下方向に移動することで当該加圧ピストン６４がイン側Ｂに入っていき、イン側Ｂに充填された作動油Ｏを加圧するようになっている。

このように、本実施形態に係る電動加圧機構３４では、ボールネジ６２のナット７０に対して中間保持部材８０を介して加圧ピストン６４の端が直列で接続されており、ナット７０と加圧ピストン６４とが直列になっており、当該加圧ピストン６４が射出シリンダ４２内に押し出されて作動油Ｏを増圧するようになっている。これにより、射出ピストン４０自体を摺動させる必要がなくなることから、装置全体をシンプルなものにして、コストを低減できるダイカストマシン１０を提供できる。

また、ボールネジ６２のナット７０に対して加圧ピストン６４の端が直列で接続されることにより、例えば２本のボールネジの間に加圧ピストンを押圧する可動プレートを架設して、可動プレートを介してボールネジによる押圧力を加圧ピストンに与える構造に比べて、ボールネジが駆動させる必要のある重量（駆動重量）を軽くすることができるので慣性力が小さくなることから加圧ピストンによる作動油Ｏ圧力のオーバーシュートを回避できる。

また、本実施形態では、ボールネジ６２と加圧ピストン６４とが上下方向に移動するように配置されている。これにより、電動加圧機構３４およびダイカストマシン１０全体の横幅方向の寸法を縮めることができ、比較的幅が狭い場所にも配置できるダイカストマシン１０を提供することができる。

（本実施形態に係るダイカストマシン１０の射出工程）
次に、本実施形態に係るダイカストマシン１０を使用して成形体を成形する手順における射出工程について図３を用いて説明する。

本実施形態に係るダイカストマシン１０においても、射出工程は、低速射出工程と、高速射出工程と、増圧工程とに分かれている。

射出工程に入る前に、油圧動作機構３２の制御弁４８を動作させて、油圧ポンプ４６の吐出側をアキュームレータ５４に接続するとともに、油圧ポンプ４６の吸込側を作動油タンク（図示せず）に接続する。また、低速側流量調節弁５０および高速側流量調節弁５２は共に流量ゼロの状態に閉じておく。

然る後、油圧ポンプ４６を作動させて、所定の圧力の作動油Ｏをアキュームレータ５４に充填させておく。これとともに、別途用意した金属溶湯を射出スリーブ３６に充填しておく。

低速射出工程を開始する。油圧動作機構３２における低速側流量調節弁５０を開き、アキュームレータ５４（および油圧ポンプ４６）からの作動油Ｏを射出シリンダ４２のイン側Ｂに供給して、射出プランジャ３８を所定の速度で移動させて溶湯金属をキャビティ２８に充填していく。この低速射出工程は、数秒（１から２秒）程度続く。

然る後、高速射出工程に入る。油圧動作機構３２における低速側流量調節弁５０に加えて高速側流量調節弁５２を開き、作動油Ｏを射出シリンダ４２のイン側Ｂに供給して、射出プランジャ３８を所定の速度で移動させて溶湯金属をキャビティ２８に充填していく。高速射出工程は、１００分の数秒程度続く。なお、高速射出工程が完了した時に、低速側流量調節弁５０および高速側流量調節弁５２を閉じる。

ところで、本実施形態に係るダイカストマシン１０の射出工程は、電動加圧機構３４の動作に特徴がある。すなわち、上述した高速射出工程が完了したタイミングで電動加圧機構３４の加圧ピストン６４による作動油Ｏの加圧準備が完了しているように、増圧工程の開始に先立って電動サーボモータ６０の動作を開始させて、ナット７０および加圧ピストン６４の動作を開始させておく。

なぜならば、電動加圧機構３４の電動サーボモータ６０が動作を始めた直後は、当該電動サーボモータ６０とボールネジ６２のネジ軸６８との間のベルトが少し伸びることや、ネジ軸６８とナット７０との間のバックラッシュや駆動重量による慣性力等により、電動サーボモータ６０の回転力がネジ軸６８を介して十分にナット７０に伝わらず、当該回転力が十分にナット７０に伝わるのは電動サーボモータ６０が動作を始めてから少し時間が経過してからになるからである。この時間を「準備動作時間」という。

増圧工程における増圧の立ち上がり時間が遅いとキャビティ２８に充填された溶湯金属の凝固が進んでしまい、完成した成形品の品質を低下させる懸念がある。

このため、もし、高速射出工程が完了したタイミングで電動サーボモータ６０の動作を開始させると、増圧工程に入ってから油圧を所定の圧力まで高める速さは電動サーボモータの加速性に依存することから、油圧を所定の圧力まで高める速さ（つまり、増圧の立ち上がり時間）を十分に担保することが難しい。

また、増圧の立ち上がり時間を速めるために大型・高出力な電動サーボモータを装備すると、今度はダイカストマシン全体のコストアップにつながってしまう。

さらに言えば、電動サーボモータの加速性に依存して増圧の立ち上がり時間を速めようとすると、油圧が所定の圧力になるまで加速を続けていき、所定の圧力になるころに電動サーボモータを急減速させる必要があり、この加速から急減速の流れによって油圧が突出して所定の圧力よりも高くなってしまうオーバーシュートが生じやすくなる。

この点、本実施形態に係る電動加圧機構３４では、上述のように、増圧工程の開始に先立って電動サーボモータ６０の動作を開始させて、ナット７０および加圧ピストン６４の動作を開始させておくことにより、増圧が必要となる高速射出工程の完了時点で準備動作時間が経過しているので、電動サーボモータ６０の任意の速度で増圧を開始できる。

これにより、比較的小型・低出力の電動サーボモータ６０を使用して増圧工程に入ってから油圧を所定の圧力まで高める速さを十分に担保でき、かつ、電動サーボモータ６０の非加速状態から減速を行うことができるので作動油Ｏの圧力がオーバーシュートする可能性も低減できる。

なお、増圧工程の開始に先立って電動サーボモータ６０の動作を開始するタイミングは、準備動作時間に依存するので、当該開始のタイミングは、低速射出工程中であってもよいし、高速射出工程中でもよい。もちろん、電動サーボモータ６０の動作を開始すると加圧ピストン６４が動いた分だけ低速側流量調節弁５０や高速側流量調節弁５２を通って射出シリンダ４２内に流入する作動油Ｏの量を減らすことになる。

（変形例１）
上述した実施形態に係るダイカストマシン１０では、低速射出工程および高速射出工程において、射出シリンダ４２のイン側Ｂに流入する作動油Ｏの流量を調節するいわゆる「イン絞り」の例を示したが、これに変えて、射出シリンダ４２のアウト側Ａから流出する作動油Ｏの流量を調節するいわゆる「アウト絞り」としてもよい。この「アウト絞り」の場合、低速側流量調節弁５０や高速側流量調節弁５２は、射出シリンダ４２のアウト側Ａに接続された油配管４４に取り付けられる。

（変形例２）
また、上述した実施形態に係るダイカストマシン１０では、電動加圧機構３４におけるボールネジ６２を構成するナット７０に加圧ピストン６４を直列で接続し、電動サーボモータ６０でネジ軸６８を回転させることによってナット７０および加圧ピストン６４を上下方向に移動させるようになっていたが、これに変えて、ネジ軸６８に加圧ピストン６４を直列で接続し、電動サーボモータ６０でナット７０を回転させることによってネジ軸６８および加圧ピストン６４を上下方向に移動させてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…ダイカストマシン、１２…金型装置、１４…射出装置、２０…固定ダイプレート、２２…固定金型、２４…移動ダイプレート、２６…移動金型、２８…キャビティ、３０…射出機構、３２…油圧動作機構、３４…電動加圧機構、３６…射出スリーブ、３８…射出プランジャ、４０…射出ピストン、４２…射出シリンダ、４３…給湯口、４４…油配管、４６…油圧ポンプ、４８…制御弁、４８ａ…第１制御弁、４８ｂ…第２制御弁、５０…低速側流量調節弁、５２…高速側流量調節弁、５４…アキュームレータ、５６…圧力センサ、５８…制御手段、６０…電動サーボモータ、６２…ボールネジ、６４…加圧ピストン、６６…ガイドバー、６８…ネジ軸、７０…ナット、７２…サーボモータマウント、７４…ネジ軸ベアリング、７６…ガイドバー第１保持部、７７…回転軸、７８…駆動ベルト、８０…中間保持部材、８２…ガイドバー挿通孔、８４…先端保持部材、８６…加圧ピストン挿通孔、８８…加圧ピストンガイド孔
Ｏ…作動油、Ａ…射出ピストン４０のアウト側、Ｂ…射出ピストン４０のイン側

Claims (2)

1. 射出機構と、油圧動作機構と、電動加圧機構とを有するダイカストマシンであって、
   前記射出機構は、キャビティに溶湯金属を射出する射出プランジャを有しており、
   前記油圧動作機構は、前記射出プランジャを収容する射出シリンダと、油圧ポンプと、アキュームレータと、低速側流量調節弁と、高速側流量調節弁と、制御手段とを有しており、
   前記電動加圧機構は、電動サーボモータと、前記電動サーボモータに駆動されるボールネジと、前記ボールネジによって押し出される加圧ピストンとを有しており、
   前記制御手段は、低速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる低速射出工程と、これに続く高速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる高速射出工程と、これに続く前記加圧ピストンによって前記射出シリンダ内の作動油を増圧させる増圧工程とを実施し、前記高速射出工程が完了した時点で前記電動加圧機構の準備動作時間が完了するように前記高速射出工程の完了時点よりも前に前記電動サーボモータを動作させることを特徴とする
   ダイカストマシン。
2. 射出機構と、油圧動作機構と、電動加圧機構とを有するダイカストマシンを用いた射出成形方法であって、
   前記射出機構は、キャビティに溶湯金属を射出する射出プランジャを有しており、
   前記油圧動作機構は、前記射出プランジャを収容する射出シリンダと、油圧ポンプと、アキュームレータと、低速側流量調節弁と、高速側流量調節弁と、制御手段とを有しており、
   前記電動加圧機構は、電動サーボモータと、前記電動サーボモータに駆動されるボールネジと、前記ボールネジによって押し出される加圧ピストンとを有しており、
   低速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる低速射出工程と、
   これに続く高速側流量調節弁を用いて前記射出プランジャを動作させる高速射出工程と、
   これに続く前記加圧ピストンによって前記射出シリンダ内の作動油を増圧させる増圧工程とを有しており、
   前記制御手段により、前記高速射出工程が完了した時点で前記電動加圧機構の準備動作時間が完了するように前記高速射出工程の完了時点よりも前に前記電動サーボモータを動作させるステップを有している
   射出成形方法。
   
   

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