JP5109314B2 - 制御性に優れたハイブリッド高速射出装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカストマシン等の射出装置に関するものである。

アルミニウム合金等のダイカスト鋳造においては、従来から、射出プランジャを油圧シリンダで駆動する油圧式ダイカストマシンが使用されている。このダイカストマシンにおいては、射出プランジャを駆動する油圧シリンダに供給する作動油の圧力及び流量を調整して、射出プランジャ速度及び圧力を制御する。

このようなダイカスト鋳造において、鋳造品の品質を高めるには、射出プランジャ速度を安定的に維持することが重要であるが、油圧シリンダを用いて駆動する射出プランジャの速度を制御する場合、油圧シリンダに供給する作動油の流量を油圧制御バルブで調整して制御するので、応答性が低く、安定した射出プランジャ速度を維持することが難しい。

また、油圧シリンダを用いて駆動する射出プランジャの速度を制御する場合、射出プランジャが受ける負荷を検知することが難しく、フィードバック制御を行うことが困難であり、この点でも、安定した射出プランジャ速度を維持することが難しい。

さらに、油圧を射出プランジャの駆動源とする場合、エネルギー効率が低いし、また、作動油漏れによる環境汚染、作動油廃液の処理等を伴い、作業環境が劣悪化する。

そこで、上記の点を改善するため、射出プランジャに、電動サーボモータによって駆動するボールネジ機構と、油圧ポンプ及びアキュームレータの油圧によって作動する油圧シリンダを直列に連結した射出装置が提案された（特許文献１〜３、参照）。

上記射出装置においては、高速射出時に、射出速度の制御性を高めるため電動サーボモータを使用し、増圧・保圧時に、十分大きな増圧・保持力を得るため油圧シリンダを使用して射出シリンダを駆動する。この駆動機構において、油圧シリンダの推力は、ボールネジの軸を介して射出プランジャに伝達されるので、ボールネジの軸径は、機械的強度確保の点から、ある程度大径化する必要がある。しかし、この大径化は、射出プランジャ速度の高速化、安定化を妨げる。

また、射出プランジャを電動サーボモータで前進させる間、この前進に追従して、作動油を油圧シリンダへ供給する必要があるが、この作動油の追従供給のための油圧回路が複雑になるとともに、制御自体も難しくなる。

さらに、油圧で、射出圧力を増圧・保持する時、電動サーボモータの回転速度によるフィードバック制御を解除し、常時、射出プランジャを前進させる方向のトルクを発生させ、電動サーボモータの制御トルクが油圧シリンダに対する反力にならないように制御する必要があり、油圧回路を含めた全体的な回路構成が複雑にならざるを得ない。

結局、上記射出装置（特許文献１〜３、参照）においては、制御回路及び制御方法が複雑にならざるを得ない。しかも、この複雑化が、必ずしも、射出プランジャ速度の高速化、安定化に直結しない。

そこで、上記の点を改善するため、射出プランジャに、電動サーボモータによって駆動するボールネジ機構と、油圧ポンプ及びアキュームレータの油圧によって作動する油圧シリンダを並列に連結して射出プランジャを駆動する射出装置が提案された（特許文献４、参照）。

上記射出装置においては、油圧シリンダの推力を、ボールネジを介さずに、直接、射出プランジャに伝達するので、ボールネジの軸径を大径とする必要がなく、この点で、制御性が改善されている。

しかし、射出プランジャを電動サーボモータで前進させる間、この前進に追従して、作動油を油圧シリンダへ供給する必要がある点、また、油圧で、射出圧力を増圧、保圧する時、電動サーボモータの回転速度によるフィードバック制御を解除し、常時、射出プランジャを前進させる方向のトルクを発生させ、電動サーボモータの制御トルクが油圧シリンダに対する反力にならないように制御する必要がある点は、特許文献１〜３に開示の射出装置の場合と同様であり、結局、制御回路及び制御方法は、複雑にならざるを得ない。

さらに、特許文献４記載の射出装置は、油圧タンクや、油圧ポンプを備えているので、装置規模が大きくなり、保守性に劣り、また、作業環境が劣悪化する。

ところで、近年、ダイカスト鋳造においては、形状が複雑な鋳造品を、高速、高品質で歩留りよく製造することが求められている。それに応える一つの方法として、射出プランジャの駆動に、大型・大出力モータを使用することが考えられている。

しかし、大型モータは、一般に応答性が悪く、射出プランジャを低速から高速へ切り替えるタイミングが遅れるので、鋳造品の品質を維持することが難しくなる。

また、大型モータを、例えば、３５０トン級のダイカストマシンに使用する場合、瞬時出力で５００Ｋｗの大型モータが必要となり、さらに、射出プランジャの高速化には、大ピッチのネジ送り機構（例えば、２０００ｒｐｍで高速５ｍ／ｓを得るには、ピッチ１５０ｍｍのネジが必要であり、３ｍ／ｓでもピッチ９０ｍｍのネジが必要となる）が必要となる。

結局、大型・大出力モータを用いて射出プランジャを駆動する駆動装置は、大規模、大容量とならざるを得ず、その制御性が低下し、また、大規模、大容量の駆動装置を用いると、鋳造品の慣性質量が大きくなり、鋳造品にバリが発生し易くなるので、鋳造品の品質を維持することが難しくなる。

ダイカスト鋳造で、形状が複雑な鋳造品を、高速、高品質で歩留り良く製造することが求められている現状において、簡単な駆動機構で制御性、さらには、保守性にも優れ、かつ、小型・軽量の省エネルギー型高速射出装置が求められている。

本出願人は、上記要請に鑑み、特許文献５で、プランジャを連結した油圧制御機構に、該油圧制御機構をプランジャの進退方向に駆動する進退制御機構を設けたことを特徴とする制御性に優れたハイブリッド射出装置を提案した。

特許文献５で提案のハイブリッド射出装置によれば、射出装置自体を、従来装置に比べ、小型化、軽量化できるとともに、低速−高速切替位置での切替・増圧を、応答性よく高精度で制御できるので、高品質の鋳造品を歩留りよく製造することができるが、小型化、軽量化には限度がある。

特開２０００−０３３４７２号公報 特開２０００−０８４６５４号公報 特開２００１−００１１２６号公報 特開２００６−０００８８７号公報 特願２００６−１１５８５９号

電動機構と油圧機構で射出プランジャを制御する従来の射出装置において、一層の小型化・軽量化、さらには、高速化を妨げている要因の一つは、電動機構により、直接、射出プランジャを駆動する進退構造を採用していることである。即ち、電動機構で、射出プランジャを進退させる場合、射出プランジャを駆動する油圧機構も含めて進退させなければならないので、電動機構の小型化・軽量化には限度がある。

本発明は、上記現状の限界に鑑み、プランジャを簡単な駆動機構で駆動する、小型・軽量で制御性に優れ、かつ、保守性にも優れた高速射出装置を提供することを目的とする。

本発明者は、電動機構と油圧機構を併用し、複雑形状の鋳造品を、高品質で歩留り良く製造することができる小型・軽量の高速射出構造（ハイブリッド高速射出機構）について、鋭意検討した。

その結果、本発明者は、プランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、電動機構で進退するピストンロッドを設け、前記油圧シリンダのピストンと電動機構で進退するピストンロッドを、適宜、単独で又は一体化して駆動すれば、プランジャロッドの前後進を、高速で適確に制御でき、複雑形状の鋳造品を、高速で歩留まり良く製造することができることを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１） プランジャを駆動し溶湯を金型キャビティに充填する射出装置において、
油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを設けたことを特徴とする制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
（２） 前記進退制御機構で制御するピストンロッドが前記油圧シリンダのピストン後方の油室内に、該油圧シリンダのピストンの進退方向と同一方向に進退可能に配置され、該進退制御機構で制御するピストンロッドと該油圧シリンダのピストンとが一体的に或いは個別に進退可能であることを特徴とする前記（１）に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
（３） 前記進退制御機構で制御するピストンロッドが前記油圧シリンダのピストン後方の油室内に、該油圧シリンダに対して垂直に配置され、該進退制御機構で制御するピストンロッドの前進によって、該ピストン後方の油室の作動油を加圧することを特徴とする前記（１）に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。

（４） 前記進退制御機構がボールネジ機構であることを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか１つに記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。

（５） 前記ボールネジ機構をサーボモータで駆動することを特徴とする前記（４）に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。

（６） 油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを設け、該油圧制御機構と進退制御機構を連携して駆動して、溶湯の金型キャビティへの充填を制御する制御方法において、
（ｉ）進退制御機構を駆動して、ピストンロッドを前進させて、プランジャロッドを、低速−高速切替位置に到達するまで低速で前進させ、到達後、
（ii）油圧制御機構を駆動し、進退制御機構との協働で、プランジャロッドを高速で前進させる
ことを特徴とするハイブリッド高速射出制御方法。
（７） 油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを該油圧シリンダのピストンの進退方向と同一方向に進退可能に配置し、該油圧制御機構と進退制御機構を連携して駆動して、溶湯の金型キャビティへの充填を制御する制御方法において、
（ｉ）進退制御機構を駆動して、プランジャロッドを、ピストンロッドと一体化して、低速−高速切替位置に到達するまで低速で前進させ、到達後、
（ii）油圧制御機構を駆動し、進退制御機構との協働で、プランジャロッドを高速で前進させる
ことを特徴とするハイブリッド高速射出制御方法。
（８） 油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを該油圧シリンダのピストンに対して垂直に配置し、該油圧制御機構と進退制御機構を連携して駆動して、溶湯の金型キャビティへの充填を制御する制御方法において、
（ｉ）進退制御機構を駆動して、ピストンロッドを前進させて、該油室内の作動油を介してプランジャロッドを、低速−高速切替位置に到達するまで低速で前進させ、到達後、
（ii）油圧制御機構を駆動し、進退制御機構との協働で、プランジャロッドを高速で前進させる
ことを特徴とするハイブリッド高速射出制御方法。

（９） 前記油圧制御機構の駆動を、予め設定した射出圧力までの上昇曲線に従い、リアルタイムフィードバック制御することを特徴とする前記（６）から（８）の何れか１つに記載のハイブリッド高速射出制御方法。

本発明によれば、射出装置自体を、従来装置に比べ、一層、小型化、軽量化できるとともに、低速−高速切替位置での切替・増圧を、応答性よく高精度で高速制御できる。したがって、本発明により、高品質の鋳造品を歩留りよく製造することができる。しかも、本発明は、一層の小型化、軽量化に伴い、保守性にも格段に優れているものである。

本発明のハイブリッド高速射出装置（本発明装置）を、図面に基づいて説明する。図１に、本発明装置の一構造を示す。また、図１０に、本発明装置の別の構造を示す。

１）まず、図１に示す構造とその駆動態様について説明する。

図１に示す構造において、固定盤１に固定した固定金型３に対し、可動盤２に固定した可動金型４を閉じた状態で、鋳造空間としての金型キャビティ５が形成されている。固定型３には、射出スリーブ６が連結されていて、射出スリーブ６内を摺動するプランジャチップ７を先端に備えるプランジャロッド８を高速で駆動し、射出スリーブ６内に保持した溶湯Ｍeを金型キャビティ５に充填する。

プランジャロッド８の後端は、油圧シリンダ９内を摺動するピストン１３を構成し、プランジャロッド８は、油圧シリンダ９を含む油圧制御機構１０により駆動される。

油圧制御機構１０は、高速バルブ１２を介して油圧シリンダ９に接続したアキュームレータ１１を備えていて、制御信号（図示なし）に従って電磁開閉機構Ｍを起動して高速バルブ１２を開き、作動油を、アキュームレータ１１から、ピストン１３後方の油室１６Ｈに供給して、プランジャロッド８を駆動する。

なお、プランジャロッド８の駆動を高精度で制御するため、アキュームレータ１１の内部、及び、油圧シリンダ９の油室１６Ｒ，１６Ｈには、作動油の油圧を検出する油圧センサー（図示なし）が取り付けられている。

そして、ピストン１３後方の油室１６Ｈには、プランジャロッド８の駆動を高精度で制御し、高品質の鋳造品を歩留りよく製造するため、プランジャロッド８の進退方向に進退し、射出時、プランジャロッド８と協働して高速射出を実現するピストンロッド１４が設けられている。この点が、本発明の特徴である。

ピストンロッド１４の後端は、連結部材１５を介して、ボールネジ機構１８のボールネジ１７の端部に連結されていて、サーボモータ１９及びボールネジ機構１８とともに進退制御機構を構成する制御装置（図示なし）からの信号に従ってサーボモータ１９の回転を制御することにより、ピストンロッド１４の進退を、進退速度も含めて制御することができる。

即ち、サーボモータ１９を、制御信号に従って、所要の回転数で左右に回転することにより、ピストンロッド１４とプランジャロッド８を一体化し又は別個に、プランジャチップ７を、射出スリーブ内に、所要の速度で、所要の距離、押込むことができる。

このように、射出時、進退制御機構で、直接、プランジャロッド又は油圧制御機構を駆動するのではなく、油圧制御機構で制御するプランジャロッドの後方に、該プランジャロッドと協働して高速射出を実現するピストンロッドを配置し、該ピストンロッドの進退を進退制御機構で制御することが、本発明の特徴である。

即ち、本発明においては、油圧制御機構と進退制御機構を組み合わせ、その作用効果を相乗的に発揮するハイブリッド高速射出構造を採用する点が特徴であり、この採用により、プランジャロッドの駆動を高精度で制御し、高品質の鋳造品を歩留りよく製造することができる。

また、進退制御機構は、ピストンロッドの進退を制御するだけの機構であるので、油圧制御機構を進退させる場合や、プランジャロッドを進退させる場合（この場合も、結局は、プランジャロッドの油圧制御機構も含めて進退させることになる）に比べ、進退制御機構を小型化・軽量化することができる。この点も、本発明の特徴である。

なお、図１には、進退制御機構の一構成としてボールネジ機構１８を示したが、進退制御機構は、ピストンロッドを、制御性よく前進又は後退させる機械的機構であればよく、ボールネジ機構に限られるものではない。進退制御機構は、例えば、ラックピニオン機構でもよい。

次に、図１に示す本発明装置の基本的な駆動態様を、図２〜図８に基づいて説明する。

図２に、所定量の溶湯を注湯口（図示なし）から射出スリーブ内に注湯し（図１、参照）、射出を開始する直前の本発明装置の態様を示す。この時、プランジャロッド８は、油圧シリンダ９の最後端まで後退し、ピストンロッド１４は、プランジャロッド８のピストン１３に接して待機している。

次に、図３に示すように、制御信号に従ってサーボモータ１９を回転してボールネジ機構１８を駆動し、ピストンロッド１４を、プランジャロッド８と一体化して所定の速度で固定盤に対し前進させる。この時、電磁開閉機構Ｍを起動して高速バルブ１２を閉じ、ピストンロッド１４とプランジャロッド８の前進に追従して、ピストン１３の後方の油室１６Ｈに作動油を供給し、前方の油室１６Ｒから作動油を排出する。

ピストンロッド１４と一体化したプランジャロッド８は、ボールネジ機構１８が形成、維持する所定の前進速度で、射出スリーブ内の低速射出領域を前進することになる。

そして、プランジャロッド８の前進距離を変位センサー（図示なし）で検出し、プランジャロッド８の先端が、低速射出を高速射出に切り替える位置（低速−高速切替位置Ｓ、図３、参照）に到達するまで、プランジャロッド８を、ボールネジ機構１８のみで前進させる。

プランジャロッド８の前進速度は、低速−高速切替位置Ｓに到達するまで、一定に維持してもよいし、また、途中から加速してもよい。

プランジャロッド８が、低速−高速切替位置Ｓに到達した時、図４に示すように、電磁開閉機構Ｍを起動して高速バルブ１２を開き、アキュームレータ１１から、作動油を後方の油室１６Ｈへ供給し、プランジャロッド８を高速で前進させる。前方の油室１６Ｒからは、作動油を排出する。

プランジャロッド８が、低速−高速切替位置Ｓに到達した後も、ボールネジ機構１８を継続して駆動し、ピストンロッド１４を前進させ、油室１６Ｈ内の作動油を加圧する。この加圧で、プランジャロッド８の前進速度をより高速化し、射出スリーブ内の溶湯を、安定した高速で、金型キャビティ内に充填することができる。その結果、高品質の鋳造品を、歩留りよく製造することができる。

この点が、ハイブリッド高速射出構造を採用する本発明装置の機能的な特徴である。

本発明装置においては、プランジャロッドが低速−高速切替位置Ｓに到達するまでの間は、油圧制御機構を駆動せずに、プランジャロッドを、ピストンロッドと一体化して進退制御機構だけで前進させ、プランジャロッドが低速−高速切替位置Ｓに到達した時、油圧制御機構を駆動し、進退制御機構と油圧制御機構の協働で、プランジャロッドを高速で前進させるハイブリッド高速射出構造を採用する。

ハイブリッド高速射出構造において、進退制御機構は、プランジャロッドと一体化したピストンロッド又はピストンロッド単独を進退させる機能と容量を備えていればよいから、油圧制御機構全体を進退させる従来機構に比べ、より一層、小型化、軽量化することができる。その結果、射出装置全体が小型化、軽量化し、射出装置の保守性も向上する。

このように、小型化、軽量化、及び、保守性の向上を顕著に達成した点も、本発明装置における構造的な特徴である。

溶湯の充填が完了すると、プランジャロッド８の前進がほぼ停止し、ヘッド圧が上昇するが、本発明装置においては、この上昇圧が所定の値に達するまで、進退制御機構と油圧制御機構を継続的に駆動する。

上昇圧が所定の値に達した時、図５に示すように、高速バルブ１２を閉じ、前方の油室１６Ｒの作動油を排出経路に接続し、進退制御機構は継続して駆動し、ピストンロッド１４を前進させる。

ピストンロッド１４の前進により、後方の油室１６Ｈの作動油が排出経路から排出されつつ、プランジャロッド８に圧力が継続的に負荷されるので、プランジャロッド８は、さらに前進し、ヘッド圧がさらに上昇する。

進退制御機構を継続して駆動してピストンロッド１４を前進させ、同時に、高速バルブ１２を、図９に示す射出圧力の設定に従ってリアルタイムフィードバック制御し、図６に示すように、油室１６Ｈの作動油をアキュムレータ１１に蓄圧する。冷却時間が満了し、ダイカスト鋳造が完了するまでの間、サーボモータのトルク制御により設定圧Ｐmを維持する。

鋳造品を取り出した後、射出スリーブ内に残存する凝固物を排出するため、図７に示すように、再度、進退制御機構を駆動し、ピストンロッド１４とプランジャロッド８を一体化して前進させる。

残存凝固物を排出した後は、図８に示すように、油圧制御機構を駆動して、ピストン１３前方の油室１６Ｒに作動油を供給し、ピストン１３後方の油室１６Ｈから作動油を排出するとともに、進退制御機構を駆動して、プランジャロッド８とピストンロッド１４を後退させ、次の射出に備え、図２に示す位置に待機させる。

なお、ピストン１３前方の油室１６Ｒに作動油を供給する時、作動油の減量分を補うため、ポンプ２１から作動油を補給する。

以上、図面に基づいて、本発明装置の一連の動作を説明したが、該動作に基づく射出圧力の上昇過程は、通常のダイカスト鋳造における射出圧力の直線的な上昇過程と異なるので、それを、図２〜図８に示す動作と関連付けて、図９に示す。図９には、射出速度の推移も併せて示した。

本発明装置における射出速度は、通常のダイカスト鋳造における射出速度と同じ推移を辿るが、射出圧力は、通常のダイカスト鋳造における直線的な上昇過程（図中、点線、参照）と異なり、２段階で上昇することになる。この点も、本発明の特徴である。

図４に示す進退制御機構と油圧制御機構の駆動態様のもとで、溶湯の充填が完了すると、プランジャロッドの前進はほぼ停止し、ヘッド圧が上昇し始めるが、本発明装置においては、この上昇圧が所定の値（図９中、Ｐm’、参照）に達するまで、進退制御機構と油圧制御機構の駆動を継続する。

上昇圧が所定の値に達し、所定時間が経過した時（図９、参照）、図５に示すように、高速バルブ１２を閉じて油圧制御機構の駆動を停止するが、進退制御機構を継続して駆動し、ピストンロッド１４を前進させる。ピストンロッド１４の前進により、後方の油室１６Ｈの作動油が排出経路から排出されつつ、プランジャロッド８に圧力が継続的に負荷されるので、ヘッド圧は、再度、上昇して設定圧（図９中、Ｐm、参照）に到達する。

このように、本発明装置においては、射出圧力を、プログラム制御し、設定圧Ｐmまで高めることができるので、高品質の鋳造品を歩留りよく製造することができる。

２）次に、図１０に示す構造とその駆動態様について説明する。

図１０に示す構造は、基本的には、図１に示す構造と同じである。なお、図１０において、図１で示す構成と同じ構成には、図１中の数字と同じ数字が付されているが、油圧制御機構を構成する油圧回路の一部が省略されている。

構造的に異なる点は、（ｉ）ピストン１３後方の油室１６Ｈが、油圧シリンダ９に対し垂直に設けられている点と、（ii）上記油室１６Ｈの下部側壁に、プランジャロッド８の後退位置を決める位置決め部材２２が取付けられている点である。

この構造上の相違に起因して、駆動態様も、図１に示す構造の駆動態様と異なるので、以下、図１１〜１７に基づいて説明する。

図１１に、所定量の溶湯Ｍeを注湯口（図示なし）から射出スリーブ内に注湯し（図１０、参照）、射出を開始する直前の本発明装置の態様を示す。この時、プランジャロッド８は、油圧シリンダ９において、位置決め部材２２で設定される最後端まで後退していて、ピストンロッド１４は、油室１６Ｈの最上部で待機している。

次に、図１２に示すように、制御信号に従ってサーボモータ１９を回転してボールネジ機構１８を駆動し、ピストンロッド１４を、油室１６Ｈの下方に向けて前進させる。

この時、アキュームレータ１１に連結された高速バルブ１２を閉じ、かつ、別系統回路からも、油室１６Ｈに作動油を供給しないので、プランジャロッド８は、ピストンロッド１４の前進に追従して前進する。なお、プランジャロッド８の前進中、前方の油室１６Ｒから作動油を排出する。

プランジャロッド８は、構造的に、ピストンロッド１４と一体化しないが、その動作は、ピストンロッド１４と一体化し、ボールネジ機構１８が形成、維持する所定の前進速度で、射出スリーブ内の低速射出領域を前進することになる。

そして、プランジャロッド８の前進距離を変位センサー（図示なし）で検出し、プランジャロッド８の先端が、低速射出を高速射出に切り替える位置（低速−高速切替位置Ｓ、図３、参照）に到達するまで、プランジャロッド８を、ピストンロッド１４の前進を介しボールネジ機構１８のみで前進させる。

プランジャロッド８の前進速度は、低速−高速切替位置Ｓに到達するまで、一定に維持してもよいし、また、途中から加速してもよい。途中から加速する場合は、サーボモータの回転数を高める。

プランジャロッド８が、低速−高速切替位置Ｓに到達した時、図１３に示すように、電磁開閉機構Ｍを起動して高速バルブ１２を開き、アキュームレータ１１から、作動油を後方の油室１６Ｈへ供給し、プランジャロッド８を高速で前進させる。前方の油室１６Ｒからは、作動油を排出する。

プランジャロッド８が、低速−高速切替位置Ｓに到達した後も、ボールネジ機構１８を継続して駆動し、ピストンロッド１４を下方に前進させ、油室１６Ｈ内の作動油を加圧する。この加圧で、プランジャロッド８の前進速度をより高速化し、射出スリーブ内の溶湯を、安定した高速で、金型キャビティ内に充填することができる。その結果、高品質の鋳造品を、歩留りよく製造することができる。この点は、図１に示す構造の駆動態様と同じである。

即ち、図１０に示す本発明装置において、プランジャロッド８は、構造的に、ピストンロッド１４と一体化しないが、動作の点では、ピストンロッド１４と一体化し、ボールネジ機構１８が形成、維持する所定の前進速度で、射出スリーブ内の低速射出領域を前進することになる。

結局、図１０に示す本発明装置の駆動態様は、図１に示す本発明装置の駆動態様と同じであり、図１０に示す構造は、同様に、ハイブリッド高速射出構造の一つである。

溶湯の充填が完了すると、プランジャロッド８の前進がほぼ停止し、ヘッド圧が上昇するが、本発明装置においては、この上昇圧が所定の値に達するまで、進退制御機構と油圧制御機構を継続的に駆動する。

上昇圧が所定の値に達した時、図１４に示すように、高速バルブ１２を閉じ、後方の油室１６Ｈの作動油を排出経路に接続し、進退制御機構は継続して駆動し、ピストンロッド１４を前進させる。

ピストンロッド１４の前進により、前方の油室１６Ｒの作動油が排出経路から排出されつつ、プランジャロッド８に圧力が継続的に負荷されるので、プランジャロッド８は、さらに前進し、ヘッド圧がさらに上昇する。

進退制御機構を継続して駆動してピストンロッド１４を前進させ、同時に、高速バルブ１２を、図１８に示す射出圧力の設定に従って、リアルタイムフィードバック制御し、図１５に示すように、油室１６Ｈの作動油をアキュムレータ１１に蓄圧する。冷却時間が満了し、ダイカスト鋳造が完了するまでの間、サーボモータのトルク制御により、設定圧Ｐmを維持する。

鋳造品を取り出した後、射出スリーブ内に残存する凝固物を排出するため、図１６に示すように、再度、進退制御機構を駆動して、ピストンロッド１４を前進させることにより、プランジャロッド８を前進させる。

残存凝固物を排出した後は、図１７に示すように、油圧制御機構を駆動して、ピストン１３前方の油室１６Ｒに作動油を供給しつつ、ピストン１３後方の油室１６Ｈから作動油を排出して、プランジャロッド８を後退させるとともに、進退制御機構を駆動して、ピストンロッド１４を後退させ、それぞれを、次の射出に備え、図１１に示す位置に待機させる。

なお、ピストン１３前方の油室１６Ｒに作動油を供給する時、作動油の減量分を補うため、ポンプ２１から作動油を補給する。

以上、図面に基づいて、図１０に示す本発明装置の一連の動作を説明したが、該動作に基づく射出圧力は、予め設定し、プログラムした上昇カーブに従って、リアルタイムフィードバック制御により上昇する。それを、図１２〜図１７に示す動作と関連付けて、図１８に示す。図１８には、射出速度の推移も併せて示した。

前述したように、本発明によれば、高品質の鋳造品を歩留りよく製造することができる。しかも、本発明は、より一層の小型化、軽量化を実現するもので、保守性も格段に優れている。したがって、本発明は、ダイカスト鋳造産業において利用可能性が高いものである。

本発明のハイブリッド高速射出装置の一構造を示す図である。 本発明における射出開始直前の態様を示す図である。 本発明において、プランジャが低速−高速切替位置Ｓに到達する直前の態様を示す図である。 本発明において、プランジャロッドが高速で前進する態様を示す図である。 本発明において、溶湯の充填が完了し、プランジャロッドの前進がほぼ停止した時の態様を示す図である。 本発明において、射出が完了し、プランジャロッドの前進が完全に停止し時の態様を示す図である。 本発明において、射出スリーブ内に残存する凝固物を排出するため、ピストンロッドとプランジャロッドを一体化して前進させる態様を示す図である。 本発明において、次の射出に備えるため、プランジャロッドとピストンロッドを後退させせる態様を示す図である。 本発明における射出圧力の上昇経過を示す図である。 本発明のハイブリッド高速射出装置の別の構造を示す図である。 本発明における射出開始直前の態様を示す図である。 本発明において、プランジャが低速−高速切替位置Ｓに到達する直前の別の態様を示す図である。 本発明において、プランジャロッドが高速で前進する別の態様を示す図である。 本発明において、溶湯の充填が完了し、プランジャロッドの前進がほぼ停止した時の別の態様を示す図である。 本発明において、射出が完了し、プランジャロッドの前進が完全に停止し時の別の態様を示す図である。 本発明において、射出スリーブ内に残存する凝固物を排出するため、ピストンロッドとプランジャロッドを一体化して前進させる別の態様を示す図である。 本発明において、次の射出に備えるため、プランジャロッドとピストンロッドを後退させせる別の態様を示す図である。 本発明における射出圧力の別の上昇経過を示す図である。

符号の説明

１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定金型
４ 可動金型
５ 金型キャビティ
６ 射出スリーブ
７ プランジャチップ
８ プランジャロッド
９ 油圧シリンダ
１０ 油圧制御機構
１１ アキュームレータ
１２ 高速バルブ
１３ ピストン
１４ ピストンロッド
１５ 連結部材
１６Ｒ，１６Ｈ 油室
１７ ボールネジ
１８ ボールネジ機構
１９ サーボモータ
２０ 進退制御機構
２１ ポンプ
２２ 位置決め部材
Ｍ 電磁開閉機構
Ｍe 溶湯
Ｓ 低速−高速切替位置
Ｐm、Ｐm’ 射出圧力

Claims (9)

1. プランジャを駆動し溶湯を金型キャビティに充填する射出装置において、
   油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを設けたことを特徴とする制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
2. 前記進退制御機構で制御するピストンロッドが前記油圧シリンダのピストン後方の油室内に、該油圧シリンダのピストンの進退方向と同一方向に進退可能に配置され、該進退制御機構で制御するピストンロッドと該油圧シリンダのピストンとが一体的に或いは個別に進退可能であることを特徴とする請求項１に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
3. 前記進退制御機構で制御するピストンロッドが前記油圧シリンダのピストン後方の油室内に、該油圧シリンダに対して垂直に配置され、該進退制御機構で制御するピストンロッドの前進によって、該ピストン後方の油室の作動油を加圧することを特徴とする請求項１に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
4. 前記進退制御機構がボールネジ機構であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
5. 前記ボールネジ機構をサーボモータで駆動することを特徴とする請求項４に記載の制御性に優れたハイブリッド高速射出装置。
6. 油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを設け、該油圧制御機構と進退制御機構を連携して駆動して、溶湯の金型キャビティへの充填を制御する制御方法において、
   （ｉ）進退制御機構を駆動して、ピストンロッドを前進させて、プランジャロッドを、低速−高速切替位置に到達するまで低速で前進させ、到達後、
   （ii）油圧制御機構を駆動し、進退制御機構との協働で、プランジャロッドを高速で前進させる
   ことを特徴とするハイブリッド高速射出制御方法。
7. 油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを該油圧シリンダのピストンの進退方向と同一方向に進退可能に配置し、該油圧制御機構と進退制御機構を連携して駆動して、溶湯の金型キャビティへの充填を制御する制御方法において、
   （ｉ）進退制御機構を駆動して、プランジャロッドを、ピストンロッドと一体化して、低速−高速切替位置に到達するまで低速で前進させ、到達後、
   （ii）油圧制御機構を駆動し、進退制御機構との協働で、プランジャロッドを高速で前進させる
   ことを特徴とするハイブリッド高速射出制御方法。
8. 油圧制御機構で制御するプランジャロッドを内蔵する油圧シリンダのピストン後方の油室内に、進退制御機構で制御するピストンロッドを該油圧シリンダのピストンに対して垂直に配置し、該油圧制御機構と進退制御機構を連携して駆動して、溶湯の金型キャビティへの充填を制御する制御方法において、
   （ｉ）進退制御機構を駆動して、ピストンロッドを前進させて、該油室内の作動油を介してプランジャロッドを、低速−高速切替位置に到達するまで低速で前進させ、到達後、
   （ii）油圧制御機構を駆動し、進退制御機構との協働で、プランジャロッドを高速で前進させる
   ことを特徴とするハイブリッド高速射出制御方法。
9. 前記油圧制御機構の駆動を、予め設定した射出圧力までの上昇曲線に従い、リアルタイムフィードバック制御することを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のハイブリッド高速射出制御方法。

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