JP4436104B2 - ダイカストマシン - Google Patents

Description

本発明は、ダイカストマシンに関する。

ダイカストマシンやプラスチック射出成形機等の成形装置では、金型が型締された状態で成形材料を金型へ射出、充填する。
金型分割面から成形材料が漏れだすのを防ぐために型締装置により金型の型締を行うが、型締装置としては、たとえば、トグル機構式、直圧式、複合式等のものが知られている。
トグル機構式の型締装置は、型締限界で大きな型締力を発生し保持するのに適している。
直圧式型締装置は、たとえば、特許文献１等に開示されているように、油圧シリンダによって金型の開閉および型締を行う。
複合式型締装置は、たとえば、特許文献２〜４等に開示されているように、固定盤に対して移動盤を移動させて金型の開閉を行うアクチュエータと、金型の型締とを行うアクチュエータとを別々に備えている。
特開昭６３−９４８０８号公報 特開平１０−５２８４１号公報 実開平５−７４１９号公報 実開平５−４９３３０号公報

ところで、上記の各型締装置のうち、トグル式型締装置は、型締限界において非常に大きな型締力を発生させることができるが、機械的構造によって型締力が決定されるため、たとえば、金型の熱膨張等で型締力が上昇した場合には、型締力の補正動作が必要となったり、型締力のリアルタイム制御が難しいという不利益が存在する。
また、金属溶湯をキャビティに射出、充填するダイカストマシンでは、プラスチック射出成形機と比べて１０数倍の射出速度を要するため、射出サージが発生した場合には非常に大きな型締力を必要とする。大きな型締力で常に金型を型締すると、金型が損傷しやすいという不利益が存在する。
直圧式や複合式の型締装置では、型締力を発生する油圧回路において射出時にサージの発生により定格型締力を越える型開力が発生した場合、型締保持ができずに金型が開いて製品にバリが発生してしまう可能性がある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、金型の損傷を抑制でき、正確な型締力を安定して発生でき、射出サージが発生しても金型が開かない型締剛性を有するダイカストマシンを提供することにある。

本発明のダイカストマシンは、一対の金型を型締する型締力を発生する型締シリンダと、前記型締シリンダに作動液を供給する液圧回路と、前記液圧回路を制御して、前記金型に金属溶湯を射出、充填する射出装置の動作に応じて必要な型締力を発生させる制御手段とを有する。

好適には、本発明のダイカストマシンは、前記型締シリンダの発生する型締力を検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記検出手段によって検出された型締力に基づいて、前記型締シリンダの発生する型締力をフィードバック制御する。

さらに好適には、前記液圧回路は、前記型締シリンダの型締力を発生させる作動液が供給されるシリンダ室を解放可能に密封する密封手段を有する。

本発明では、型締シリンダの発生する型締力は射出装置の動作に応じて変更される。すなわち、ダイカストマシンの射出装置の動作は、通常、射出工程と増圧工程とからなる。射出工程では、低速の射出速度で動作を開始し、高速の射出速度に切り換えて金属溶湯を金型へ射出、充填する。そして、金属溶湯を金型へ充填したのち、増圧工程に切り換える。このような射出装置の各動作に応じて必要な型締力は異なる。制御手段は、射出装置の各動作に応じて必要な型締力を発生する。

本発明によれば、金型に対して必要最小限の型締力のみを作用させるので金型の損傷を抑制することができるとともに、バリの発生を抑制でき、品質の安定した鋳造品が得られる。
また、本発明によれば、液圧シリンダの液圧に基づいて型締力を制御するので、正確な型締力を容易に発生可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの機械構造を示す側面図である。また、図２は図１に示すダイカストマシン１の水平方向の断面図である。なお、図１は一部に断面図を含む。また、図２はダイカストマシンの機械構造以外に油圧回路およびコントローラを含んでいる。
図１において、ダイカストマシン１は、射出装置５０と、型締装置７０とを有する。また、図２に示すように、ダイカストマシン１は、射出装置５０および型締装置７０に加えてコントローラ９０と、油圧回路９１とを有する。
なお、射出装置５０は本発明の射出装置の一実施態様であり、油圧回路９１は本発明の液圧回路の一実施態様であり、コントローラ９０は本発明の制御手段の一実施態様である。

型締装置７０は、移動機構４０によって型開閉が行われ、型締シリンダ９によって型締が行われる、いわゆる複合式の型締装置である。
型締装置７０は、図１および図２に示すように、固定盤３と、移動盤４と、タイバー７と、型締用シリンダ９と、移動機構４０と、ハーフナット２０と、当接部材３０と、ガイド部３５とを有する。

固定盤３は、ベース２上に固定されている。この固定盤３は、固定金型５を前面側に保持している。固定盤３には、タイバー７が挿入される貫通孔３ｈが形成されている。この貫通孔３ｈは、たとえば、固定盤３の四隅に形成されている。
移動盤４は、移動金型６を前面（固定盤３に対向する側）に保持している。この移動盤４は、ベース２上に型開方向Ａ１および型閉方向Ａ２に移動可能に設けられている。

固定金型５と移動金型６の一対の金型が型閉されることにより、固定金型５と移動金型６との間にキャビティが形成される。
タイバー７は、４本設けられており、一端部が移動盤４によって移動可能に支持されている。タイバー７は、型開方向Ａ１および型閉方向Ａ２に沿って水平に支持されている。 タイバー７の一端部には、ピストン８が連結され、このピストン８の両側部分が移動盤４に形成された支持孔４ａ、４ｂに嵌合挿入されている。この支持孔４ａ、４ｂによってタイバー７は一端部が支持されている。
タイバー７の他端部である自由端部には、鋸歯状の被結合溝７ａが形成されている。

型締用シリンダ９は、移動盤４の内部に形成されており、この移動盤４にタイバー７に連結されたピストン８が移動可能に内蔵されている。型締用シリンダ９のシリンダ室に高圧の作動油を供給することにより、移動盤４とタイバー７との間に力が作用し、タイバー７に対して移動盤４が駆動される。
タイバー７に連結されたピストン８の可動範囲、すなわち、型締用シリンダ９のもつストロークの範囲内で、移動盤４はタイバー７に対して移動可能である。
型締用シリンダ９には、圧力センサ８０が設けられている。この圧力センサ８０は、型締用シリンダ９内の作動油の圧力、すなわち、型締用シリンダ９の発生する型締力を検出し、検出信号８０ｓをコントローラ９０へ出力する。この圧力センサ８０は、本発明の型締力検出手段の一実施態様である。

移動機構４０は、ベース２の内部に内蔵されており、ねじ軸４１と、支持部材４２と、サーボモータ４３と、可動部材４４とを有する。
支持部材４２は、ねじ軸４１の一端部を回転自在に支持している。
ねじ軸４１の他端部は、サーボモータ４３に接続されている。
ねじ軸４１は、可動部材４４にねじ込まれている。
可動部材４４は、図２に示すように、移動盤４の両側に固定されている。

この移動機構４０では、サーボモータ４３を回転制御することにより、ねじ軸４１が回転し、このねじ軸４１の回転が可動部材４４の直線運動に変換される。これにより、移動盤４が型開方向Ａ１または型閉方向Ａ２に駆動される。

ハーフナット２０は、固定盤３の貫通孔３ｈの背面に配置されている。このハーフナット２０は、タイバー７の被結合溝７ａと噛合する図示しない溝が形成されている。
ハーフナット２０は、図２に示すハーフナット開閉シリンダ２１によって開閉され、ハーフナット２０が閉じてタイバー７の被結合溝７ａと噛合（結合）すると、タイバー７と固定盤３とが連結される。ハーフナット２０が開くと、タイバー７と固定盤３との連結が解かれる。なお、ハーフナット２０は周知の技術であるので詳細説明は省略する。

当接部材３０は、タイバー７の自由端７ｂが当接することにより、このタイバー７を所定位置に位置決めする。この所定位置は、ハーフナット２０がタイバー７の被結合溝７ａに結合可能な位置である。タイバー７は、当接部材３０に衝突することにより、移動が規制される。
当接部材３０は、固定盤３の背面に図示しない連結部材を介して固定されている。

射出装置５０は、スリーブ５１と、プランジャ５２と、射出シリンダ５６とを有している。
スリーブ５１は、固定盤３の背面側に設けられており、固定金型５と移動金型６との間に形成されるキャビティと連通する。スリーブ５１の後端側に形成された供給口５１ａを通じてアルミニウム合金等の金属溶湯がスリーブ５１内に供給される。

プランジャ５２は、プランジャチップ５３とプランジャロッド５４とから構成されている。プランジャロッド５４の先端部にプランジャチップ５３が接続されており、プランジャチップ５３はスリーブ５１の内周に嵌合している。
プランジャロッド５４は、カップリング５５によって射出シリンダ５６のピストンロッド５７に連結されている。
位置検出器９８は、プランジャ５２の位置を検出し、検出信号９８ｓをコントローラ９０に出力する。コントローラ９０は、この検出信号９８ｓに基づいて、プランジャ５２の位置や射出速度を認識する。

射出シリンダ５６は、たとえば、高圧の作動油によって駆動される。スリーブ５１に金属溶湯が供給された状態において、射出シリンダ５６を駆動しプランジャ５２を前進させると、金属溶湯が固定金型５と移動金型６の間に形成されるキャビティに射出、充填される。なお、金属溶湯がキャビティに射出、充填されるときには、固定金型５と移動金型６とを型締し、金属溶湯が固定金型５と移動金型６の分割面から漏れるのを防ぐ。
射出シリンダ５６には、射出圧力を検出する図示しない圧力センサーが設けられており、この圧力センサーの検出した射出圧力がコントローラに入力される。

油圧回路９１は、油圧源９２からの型締シリンダ９への作動油の供給および型締シリンダ９から作動油の排出を行う。
油圧回路９１は、圧力制御弁９３と、方向制御回路９４と、パイロットチェック弁９５とを有する。

圧力制御弁９３は、コントローラ９０からの制御指令９３ｓを受けて、油圧源９２から供給される高圧の作動油の一部をタンクＴＫに還流させることにより作動油の圧力を調整し、圧力が調整された作動油を方向制御回路９４へ供給する。

方向制御回路９４は、油圧源９２側の管路と、型締シリンダ９の２つのシリンダ室９ａ，９ｂと接続されており、コントローラ９０からの制御指令９４ｓを受けて、油圧源９２側から圧力調整されて供給される作動油を型締シリンダ９の２つのシリンダ室９ａ，９ｂの一方に選択的に供給する。方向制御回路９４は、複数の制御バルブ等から構成される。 方向制御回路９４を通じて、シリンダ室９ｂへ高圧の作動油を供給することにより、型締力が発生する。

パイロットチェック弁９５は、方向制御回路９４とシリンダ室９ｂとを接続する管路の途中に設けられており、方向制御回路９４からシリンダ室９ｂへ向かう作動油の流れを許容し、シリンダ室９ｂから方向制御回路９４へ向かう作動油の流れを阻止する。このパイロットチェック弁９５によって、シリンダ室９ｂを密封することが可能となる。
また、パイロットチェック弁９５は、方向制御回路９４からパイロット圧が供給されることにより開放され、方向制御回路９４へ向かう作動油の流れを許容する。

図３は、コントローラ９０の機能ブロック図である。
コントローラ９０は、主制御部９０Ａと、型締力設定部９０Ｂと、入力部９０Ｃとを有する。コントローラ９０のこれらの機能は、プロセッサやメモリ等のハードウエアと所要のソフトウエアとによって構成される。

型締力設定部９０Ｂは、射出動作に応じて必要な複数の設定型締力を保持している。なお、型締力設定部９０Ｂに保持されている設定型締力については後述する。

入力部９０Ｃは、圧力センサー８０の検出した型締シリンダ９の発生する型締力を逐次サンプリングし、これを保持する。

主制御部９０Ａは、型締シリンダ９の発生する型締力が型締力設定部９０Ｂの設定型締力となるように油圧回路９１（主に、圧力制御弁９３）を制御する。
主制御部９０Ａには、圧力センサー８０の検出した型締シリンダ９の型締力、射出シリンダ５６の射出圧力、プランジャ５２の射出位置等の情報が入力され、これらの情報に基づいて油圧回路９１（主に、圧力制御弁９３）に対する制御指令を生成して出力する。
具体的には、たとえば、主制御部９０Ａは、圧力センサー８０の検出した実際の型締力と設定型締力との偏差を補償するように制御指令を生成し油圧回路９１（主に、圧力制御弁９３）へ与える。すなわち、主制御部９０Ａは、圧力センサー８０の検出した実際の型締力を基に、フィードバック制御を行う。
なお、ダイカストマシン１の射出サイクルは非常に短いので、射出サイクル中に検出した型締力を用いてフィードバック制御を行うことが難しい場合もある。このため、過去の射出サイクルにおける型締力を用いて型締シリンダ９の発生する型締力を制御することも可能である。この場合には、たとえば、複数サイクルにおける型締力の平均値を用いることができる。

また、主制御部９０Ａは、たとえば、射出位置、射出圧力、経過時間等から現在の射出動作を判断し、これに対応する設定型締力を選択する。
図４は、ダイカストマシン１の射出動作における射出速度、鋳造圧力および設定型締力の関係の一例を示すグラフである。
図４において、（１）は射出速度、（２）は鋳造圧力、（３）は設定型締力を示している。

射出工程は、低速工程、高速工程と、増圧工程とからなる。
図４に示すように、まず、低速射出速度ＶL でプランジャ５２を駆動したのち、高速射出速度ＶH に切り換える。低速射出速度ＶL から高速射出速度ＶH への切り換えは、たとえば、プランジャ５２が所定の位置に到達した時点である。この切り換え位置は、金属溶湯の先端が金型のゲートに略達した位置である。
高速射出速度ＶH で駆動後、金属溶湯が金型のキャビティに充填されたのち、速度制御から圧力制御に切り換え、一定の力でキャビティ内の金属溶湯を圧縮する。これにより、製品が鋳造される。

上記の鋳造サイクルにおいて、設定型締力は低速射出区間に対応する設定型締力Ｆｓａと、高速射出区間に対応する設定型締力Ｆｓｂと、増圧区間に対応する設定型締力Ｆｓｃが存在する。
低速射出速度ＶL ではキャビティ内に金属溶湯が射出されていないので比較的小さな型締力しか必要ない。
高速射出速度ＶH の区間ではキャビティ内に金属溶湯が射出され、金型が開くのを防ぐためにある程度大きな型締力が必要である。
増圧区間では、キャビティ内に充填された金属溶湯をさらに圧縮するので、高速射出速度ＶH の区間よりもさらに大きな型締力が必要となる。

設定型締力Ｆｓａから設定型締力Ｆｓｂへの切り換えは、たとえば、低速射出速度ＶL
から高速射出速度ＶH への切り換え位置の直前の切換位置（切換時点）Ｐ₁ で行う。主制御部９０Ａは、たとえば、位置検出器９８の検出信号９８ｓ、射出圧力、あるいは、鋳造サイクルを開始してからの経過時間等に基づいて低速から高速への切り換え位置に到達したと判断することができる。
設定型締力Ｆｓｂから設定型締力Ｆｓｃへの切り換えは、たとえば、増圧工程の開始直前の切換位置（切換時点）Ｐ₂ で行う。主制御部９０Ａは、たとえば、位置検出器９８の検出信号９８ｓ、射出圧力、あるいは、鋳造サイクルを開始してからの経過時間等に基づいて、増圧工程の開始直前位置に到達したと判断することができる。

次に、上記構成の型締装置の動作の一例について説明する。
図１および図２に示した状態の型締装置１は、移動盤４が所定の型開位置に移動した状態にある。この状態において、ピストン８はシリンダ室内において金型側に位置している。

高速型閉
この状態から、サーボモータ４３を駆動して、移動盤４を型閉方向Ａ２に向けて移動させる。移動盤４の移動速度は、サイクルタイムの短縮の観点から高速で行う。移動盤４を型閉方向Ａ２に移動していくと、図５に示すように、タイバー７の自由端７ｂが当接部材３０に当接し、タイバー７は停止する。この位置において、タイバー７の被結合溝７ａは、ハーフナット２０と結合可能となっている。
なお、衝撃緩和の観点から、タイバー７の自由端７ｂが当接部材３０に衝突する直前に、サーボモータ４３の回転速度を減速することが好ましい。
タイバー７の自由端７ｂが当接部材３０に当接した状態では、型締用シリンダ９に高圧の作動油は供給されていない。このため、ピストン８は型締用シリンダ９のシリンダ室内を移動可能となっている。

ハーフナット閉じ
図５に示したように、タイバー７の自由端７ｂが当接部材３０に当接し、タイバー７が位置決めされたところで、ハーフナット開閉シリンダ２１を駆動し、ハーフナット２０を閉じる。

低速型閉
ハーフナット２０を閉じる動作と並行して、比較的低圧の設定型締力Ｆｓａによる型締が開始される。
移動機構４０による移動盤４の型閉方向Ａ２への移動が継続して行われる。タイバー７に対して移動盤４が所定の型閉位置まで移動し、図５に示すように、移動金型６と固定金型５の型閉が完了する。すなわち、移動盤４は、タイバー７が位置決めされたのち、型締用シリンダ９のもつストロークの範囲内で移動し、型閉が行われる。ピストン８はシリンダ室内において移動金型６とは反対側に移動する。
これによって、移動盤４の移動中に、ハーフナット２０とタイバー７の被結合溝７ａとの結合動作が重複して行われる。

低圧型締
型閉の完了後、図５に示すように、圧力制御弁９３によって設定型締力Ｆｓａに応じた圧力に調整された油圧源９２からの作動油ＰＬａが方向制御弁９４を通じてシリンダ室９ｂに供給される。
シリンダ室９ｂへの作動油ＰＬａの供給により、設定型締力Ｆｓａで型締される。

射出動作開始
その後、スリーブ５１へ所定量の金属溶湯が供給されたのち、プランジャ５２が低速射出速度ＶL で駆動される。

高圧型締
低速射出速度ＶL から高速射出速度ＶH への切り換え位置の直前の、型締力を切り換える切換位置（切換時点）Ｐ₁ に到達すると、シリンダ室９ｂに供給される作動油ＰＬａの圧力が、圧力制御弁９３によって調整され、設定型締力Ｆｓｂに応じた圧力に昇圧される。
ピストン８は移動金型６とは反対側にさらに移動し、タイバー７が伸長し、タイバー７の伸長量に応じた型締力が発生する。
これにより高圧型締は行われる。このとき、シリンダ室９ｂ内の作動油ＰＬａは、高圧状態で密封されている。

射出、充填
型締力を設定型締力Ｆｓｂに上昇させたのち、スリーブ５１に供給された金属溶湯はキャビティ内に射出、充填される。
金属溶湯はキャビティ内に射出、充填されると、金型５，６間には型開力が作用する。このとき、シリンダ室９ｂは密封されているので、型締シリンダ９はこの型開力に対して非常に高い型締剛性をもつ。このため、金属溶湯の射出によりサージが発生しても、確実に型閉状態を保持することができる。

増圧工程
増圧工程の開始直前の切換位置（切換時点）Ｐ₂ に到達すると、シリンダ室９ｂに供給される作動油ＰＬａの圧力が、圧力制御弁９３によって調整され、設定型締力Ｆｓｃに応じた圧力にさらに昇圧される。これにより、さらに高い型締力が発生する。
射出速度制御から増圧制御に切り換えられると、キャビティ内の金属溶湯にさらに大きな力が作用するが、これにあわせて型締力が増加されているので、金型が開くことはない。

型締圧抜き
鋳造が完了した状態では、シリンダ室９ｂは密封されているので、シリンダ室９ｂ内の作動油ＰＬａは高圧状態に保持されている。この状態で急に型開を行うと、衝撃が発生する。このため、図６に示すように、まず、パイロットチェック弁９５へパイロット圧を供給し、パイロットチェック弁９５を開く。パイロットチェック弁９５を開くと、シリンダ室９ｂの高圧の作動油ＰＬａが抜ける。

高圧型開
次いで、図６に示すように、シリンダ室９ａへ高圧の作動油ＰＬｂが供給され，移動盤４が型開方向Ａ１に移動し、型締が解放される。
このとき、タイバー７には、軸方向に型締を解放する解放力が作用するが、この解放力は当接部材３０によって受け止められる。
ピストン８はシリンダ室内において金型側に向かって移動する。

ハーフナット解放
この型締の解放動作と重複して、ハーフナット２０が解放される。これにより、タイバー７と固定盤３との連結が解かれる。型締の解放動作とハーフナット２０の解放動作を重複して行う。
次いで、サーボモータ４３が駆動され、低速で所定の位置まで移動盤４が後退する。低速で移動盤４を移動するのは、金型を開いた直後に高速で急激に移動盤４を後退させると、鋳造品や金型が損傷する等の不具合が発生する可能性があるからである。
移動盤４が低速で所定位置まで後退すると、図１と同様の型開位置まで移動盤４が高速で後退する。
以上の動作により、一連の型締動作が完了する。

以上のように、本実施形態によれば、型締シリンダ９の発生する力を検出し、フィードバック制御することにより、型締力を正確に制御することができる。
また、型締シリンダ９を駆動する油圧回路９１に、型締シリンダ９のシリンダ室９ｂを密封可能なパイロットチェック弁９５を設けることにより、型締シリンダ９の型締剛性を高めることができ、鋳造サイクル中に型締力を大きく変更することが可能となる。
また、本実施形態によれば、射出動作に応じて必要な型締力を発生するので、金型５，６を不必要に大きい型締力で型締しないので、金型５，６の寿命を延ばすことができる。

なお、上述した実施形態では、複合式型締装置に本発明を適用した場合について説明したが、型開閉および型締を同一のシリンダで行う直圧式型締装置にも本発明は適用可能である。
また、上述した実施形態では、作動液として作動油を用いた場合について説明したが、油以外の他の液体を用いることも可能である。

本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの機械構造を示す側面図である。 図１に示すダイカストマシンの水平方向の断面図である。 コントローラの機能ブロック図である。 ダイカストマシンの射出動作における射出速度、鋳造圧力および設定型締力の関係の一例を示すグラフである。 ダイカストマシンにおける型締動作を示す断面図である。 ダイカストマシンにおける型開動作を示す断面図である。

符号の説明

１…ダイカストマシン、２…ベース、３…固定盤、４…移動盤、５…固体金型、６…移動金型、５０…射出装置、８０…圧力センサ、９０…コントローラ、９１…油圧回路、９２…油圧源、９３…圧力制御弁、９４…方向制御弁、９５…パイロットチェック弁、９８…位置検出器。

Claims (3)

1. 一対の金型を型締する型締力を発生する型締シリンダと、
   前記型締シリンダに作動液を供給する液圧回路と、
   前記型締シリンダの発生する力を検出する検出手段と、
   前記一対の金型に形成されるキャビティに連通するスリーブと、
   前記スリーブ内を前進して金属溶湯を前記キャビティに射出、充填するプランジャと、
   前記検出手段によって検出された型締力が設定型締力となるように前記液圧回路をフィードバック制御し、前記プランジャを低速射出速度で前進させて金属溶湯を前記キャビティに射出する低速工程において第１の型締力を発生させ、前記プランジャを前記低速射出速度よりも大きい高速射出速度で前進させて金属溶湯を前記キャビティに射出する高速工程において前記第１の型締力よりも大きい第２の型締力を発生させ、前記低速工程及び前記高速工程において前記キャビティに充填された金属溶湯を増圧する増圧工程において前記第２の型締力よりも大きい第３の型締力を発生させるように、前記プランジャの位置、射出圧力、若しくは、鋳造サイクルを開始してからの経過時間に基づいて、前記設定型締力を、前記第１の型締力から前記第２の型締力へ、前記第２の型締力から前記第３の型締力へ切り換える制御手段と
   を有するダイカストマシン。
2. 前記制御手段は、前記型締シリンダの発生する型締力が、前記第１〜第３の型締力を定数として階段状に変化するように前記液圧回路を制御する
   請求項１に記載のダイカストマシン。
3. 前記液圧回路は、前記型締シリンダの型締力を発生させる作動液が供給されるシリンダ室を解放可能に密封するパイロットチェック弁を有する
   請求項１又は２に記載のダイカストマシン。

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