JP2008188627A

JP2008188627A - ダイカストマシンの制御方法

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Publication number: JP2008188627A
Application number: JP2007025487A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Taniguchi; 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-21
Also published as: CN101239377B; US7726381B2; CN101239377A; HK1123525A1; US20080185119A1

Abstract

【課題】射出・充填の駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、高速の射出速度への立ち上げが、迅速かつ円滑に行えるダイカストマシンを実現すること。
【解決手段】射出スリーブから金型のキャビティ内に金属溶湯を射出・充填する駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、射出スリーブ内の金属溶湯をキャビティ内に射出・充填する射出部材の速度を、金属溶湯が金型のゲートに達する手前から金属溶湯が金型のゲートを通過し始める過程において、折れ線特性ではない滑らかな速度特性カーブで加速制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属溶湯を金型内に射出・充填するダイカストマシンの制御方法に係り、特に、射出・充填を電動サーボモータで行うダイカストマシンにおける射出制御にかかわる技術に関する。

溶融金属材料を射出スリーブから金型のキャビティ内に射出・充填して製品を得るコールドチャンバー式のダイカストマシンはよく知られており、このダイカストマシンにおいては、溶解炉で溶融した金属材料（例えば、Ａｌ合金、Ｍｇ合金など）を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げた金属溶湯（溶融金属材料）を射出スリーブ内に注ぎ込んで、これを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に射出・充填するようにしている。

ダイカストマシンによる鋳造過程には、一般的に、低速射出工程およびこれに引き続く高速射出工程からなる射出・充填工程と、高速射出工程に引き続く増圧工程とが含まれており、高速射出工程ではプラスチック射出成形よりも高速の射出速度が要求されることから、射出／増圧の駆動源としては、従来は一般的に油圧駆動源が用いられていた。これは、射出／増圧の駆動源として電動サーボモータを用いると、小型の電動サーボモータの加速性能では、ダイカストマシンで要求される高速速度への急速な立ち上げ性能を満足させることが困難であるためであり、かと言って、大型で高出力の電動サーボモータを用いると、大幅なコストアップに繋がるからである。

ところで、近時は、油圧式のダイカストマシンは油による汚損の虞があるため、クリーンな電動式のダイカストマシンへの要望が高まりつつあり、このような電動式のダイカストマシンの開発が進みつつある。射出／増圧の駆動源を電動サーボモータとしたダイカストマシンの従来技術としては、特許第３２４７０８６号明細書（特許文献１）に記載のダイカストマシンが挙げられる。この特許文献１のダイカストマシンにおいては、回転エネルギーを蓄勢するフライホイール装置を設けて、射出／増圧の動作に先立って射出用電動サーボモータ（射出／増圧用電動サーボモータ）によりフライホイール装置を回転駆動することで、フライホイール装置に回転エネルギーを蓄勢し、射出・充填工程の高速射出工程の初期および増圧工程（昇圧・保圧工程）の初期に、射出用電動サーボモータによる駆動力にフライホイール装置からの動力を補給（付加）するようにしている。

図１１は、特許文献１に示されたダイカストマシンにおける射出・充填工程と増圧工程（昇圧・保圧工程）の様子を示す図で、同図において横軸は時間、縦軸は速度と圧力である。図１１に示すように、高速射出工程の初期と増圧工程の初期にフライホイール装置からの動力を付加する期間を設けて、高速射出速度への立ち上げ時間を短くし、また、増圧圧力への立ち上げ時間を短くするようにしている。

なお、図１１に示すように、従来は射出・充填工程を低速射出工程と高速射出工程とに明確に区分し、低速射出工程と高速射出工程との境目Ｍでの速度設定を、折れ線特性となるように設定していた。上記の低速射出工程と高速射出工程との境目Ｍ（低速射出工程の終了タイミング）は、ガス抜きが完了して金属溶湯の先頭が金型のゲートまで到達したタイミングに相当し、このタイミング以降に速度（射出プランジャの速度）を急速に立ち上げるようにしている。
特許第３２４７０８６号明細書

上記したように、従来は、射出・充填工程を低速射出工程と高速射出工程とに明確に区分し、低速射出工程と高速射出工程との境目Ｍでの速度設定を、折れ線特性となるように設定していた。このため、高速射出速度への立ち上げ時間を短くするために、特許文献１に示された技術では、フライホイール装置に蓄勢した回転エネルギーを利用するようにしているが、フライホイール装置に蓄勢した回転エネルギーを利用するためには、ＯＮ／ＯＦＦ制御されるクラッチを必要とし、クラッチのＯＮ動作の時間（クラッチの応答遅延時間）だけ、高速の速度への立ち上げの過渡応答性が鈍くなる。また、そもそも、一定速の低速から高速へと、いきなり急速に速度を立ち上げようとしているため、サーボ制御の過渡応答性の改善には自ずと限界があり、つまり、金属溶湯が金型のキャビティ内に射出・充填され始める過程で電動サーボモータの加速制御を行うと、高速達成までの時間短縮には自ずと限界がある。さらには、従来は、低速射出工程と高速射出工程との境目Ｍ（低速射出工程の終了タイミング）での速度は、０．７ｍ／ｓｅｃ以下程度の値に設定されていたので、このような速度値から高速速度まで立ち上げるためには、所定の時間を要する。

なお、射出／増圧の駆動源として油圧駆動源を用いたダイカストマシンにおいては、図１２に示すように、高速応答の油圧サーボバルブを用いて、射出・充填工程の低速射出工程を等加速制御することで、低速射出工程の速度を徐々に上げるようにしたマシンが知られているが、この図１２に示した制御においても、低速射出工程と高速射出工程との境目Ｎでの速度設定は、折れ線特性となるように設定されており、また、低速射出工程と高速射出工程との境目Ｎ（低速射出工程の終了タイミング）での速度は、０．７ｍ／ｓｅｃ以下程度の値に設定されていたので、たとえ、油圧式のダイカストマシンであっても、程度の違いこそあれ、上述と同様の課題があることは否めない。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、射出・充填の駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、高速の射出速度への立ち上げが、迅速かつ円滑に行えるダイカストマシンを実現することにある。

本発明は上記した目的を達成するために、射出スリーブから金型のキャビティ内に金属溶湯を射出・充填する駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、射出スリーブ内の金属溶湯をキャビティ内に射出・充填する射出部材の速度を、金属溶湯が金型のゲートに達する手前から金属溶湯が金型のゲートを通過し始める過程において、折れ線特性ではない滑らかな速度特性カーブで加速制御する。
また、金属溶湯が金型のゲートに達するタイミングにおける射出部材の速度を、１．５ｍ／ｓｅｃ以上とする。
また、電動サーボモータで駆動されるクランク機構を少なくとも用いて射出部材を前後進させるようにし、金属溶湯が金型のゲートに達するまでに電動サーボモータの加速を完了させ、金属溶湯が金型のゲートに達した後の射出部材の加速を、クランク機構の速比特性にしたがって行う。

本発明では、射出・充填の駆動源として電動サーボモータを用いるダイカストマシンにおいて、射出スリーブ内の金属溶湯をキャビティ内に射出・充填する射出部材の速度を、金属溶湯が金型のゲートに達する手前から金属溶湯が金型のゲートを通過し始める過程において、折れ線特性ではない滑らかな速度特性カーブで加速制御し、しかも、金属溶湯が金型のゲートに達するタイミングにおける射出部材の速度を、１．５ｍ／ｓｅｃ以上としているので、例えば３．５ｍ／ｓｅｃという高速に達するまでの時間を短縮することができ、しかも、射出部材の加速の挙動を円滑で無理のないものとすることができる。よって、射出・充填の駆動源として電動サーボモータを用いる構成であっても、合成樹脂に較べて冷却・固化の時間が短い金属溶湯の射出・充填の動作を、好適制御することができ、良品鋳造に大いに貢献することができる。
また、電動サーボモータで駆動されるクランク機構を少なくとも用いて射出部材を前後進させるようにし、金属溶湯が金型のゲートに達するまでに電動サーボモータの加速を完了させ、金属溶湯が金型のゲートに達した後の射出部材の加速を、クランク機構の速比特性にしたがって行うようにしている。したがって、従来のように金属溶湯が金型のゲートに達したタイミング以降に電動サーボモータを加速制御するのに較べると、金属溶湯が金型のゲートに達したタイミング（金属溶湯が金型のキャビティ内に射出・充填を開始され始める直前のタイミング）では、電動サーボモータの加速は既に完了しているので、金属溶湯が金型のキャビティ内に射出・充填される過程での電動サーボモータの加速による応答遅れは一切なく、金型のキャビティ内への射出・充填時間を可及的に短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１、図２、図４〜図１０は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による電動式のダイカストマシンに係り、図１は、本実施形態のダイカストマシンの要部構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。なお、図１および後述する図５〜図８においては、以下に述べるクランク機構のリンク（アーム）の状態を示す都合上、以下に述べる直動ブロックの構成を一部割愛して描いてある。

図１において、１は固定ダイプレート、２は、固定ダイプレート１に取り付けられた固定側金型、３は、固定ダイプレート１と所定距離をおいて対向配置された保持プレート、４は、固定ダイプレート１と保持プレート３との間に架け渡された複数本の連結軸、５は、連結軸４に挿通・案内されて固定ダイプレート１と保持プレート３との間を前後進可能な直動ブロック、６は、保持プレート３に搭載された射出プランジャ駆動用（射出部材駆動用）の第１電動サーボモータ、７は、第１電動サーボモータ６の出力軸に固定された駆動プーリ、８は、第１電動サーボモータ６の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、９は、保持プレート３に回転可能に保持されたボールネジ機構８のネジ軸、１０は、ネジ軸９に螺合されると共に、直動ブロック５にその端部を固定されたボールネジ機構８のナット、１１は、ネジ軸９の端部に固定されて、第１電動サーボモータ６の回転を駆動プーリ７、図示せぬタイミングベルトを介して伝達される被動プーリである。

１２は、直動ブロック５に搭載された射出プランジャ駆動用（射出部材駆動用）の第２の電動サーボモータ、１３は、第２電動サーボモータ１２の出力軸に固定された駆動プーリ、１４は、直動ブロック５に回転可能に保持されて、第２電動サーボモータ１２の回転を駆動プーリ１３、タイミングベルト１５を介して伝達される被動プーリでもある、大径で質量の大きなフライホイール、１６は、フライホイール１４の回転によりその入力端が回転駆動されてクランク運動をするクランク機構、１７は、クランク機構１６の出力端に固定されてクランク機構１６により直線駆動（前後進駆動）されるプランジャ駆動体、１８は、その端部を固定側金型２に固定され、その内部がキャビティ２３と連通した射出スリーブ、１９は、射出スリーブ１８に穿設された注湯口、２０は、その端部をプランジャ駆動体１７に固定されて、射出スリーブ１８内を直線移動可能（前後進）可能な射出プランジャである。

２１は、図示せぬ型開閉用電動駆動源および図示せぬ型開閉機構により、固定ダイプレート１に対して前後進駆動される可動ダイプレート、２２は、可動ダイプレート２１に取り付けられた可動側金型、２３は、型締め状態にある両金型２、２２によって形づくられるキャビティ（鋳造製品形成用空間）、２４は、キャビティ２３内へ金属溶湯を導く金型湯道部、２５は、金型湯道部２４とキャビティ２３とを連通させるゲート、２６は、金属溶湯（溶融金属）である。

本実施形態では、第１電動サーボモータ６の回転は、駆動プーリ７、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１１を介してボールネジ機構８のネジ軸９に伝達され、これによって、ネジ軸９に螺合されたボールネジ機構８のナット１０がネジ軸９に沿って直線駆動され、ナット１０と一体となって、直動ブロック５とそれに搭載された構成要素と共に射出プランジャ２０が直線駆動される。また、第２電動サーボモータ１２の回転は、駆動プーリ１３、タイミングベルト１５、フライホイール１４を介してクランク機構１６の入力端に伝達され、これによって、クランク機構１６がクランク運動することでクランク機構１６の出力端が直線移動し、クランク機構１６の出力端と一体となって、プランジャ駆動体１７と射出プランジャ２０が直線駆動される。このように、本実施形態では、第１電動サーボモータ６で駆動されるボールネジ機構８と、第２電動サーボモータ１２で駆動されるクランク機構１６とが、射出プランジャ２０に対してインラインで直列に配置され、射出プランジャ２０は、第１電動サーボモータ６と第２電動サーボモータ１２の協働で直線駆動されるようになっている。

図２は、本実施形態のダイカストマシンにおけるクランク機構およびその周辺の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した要部側面図であり、図２において、直動ブロック５は左右で分離されて描かれているが、実際には、直動ブロック５は全体が一体に連なった構造物となっている。なお、図２において、先に説明した構成要素には同一符号を付してある（これは、以下の図５〜図１０においても同様である）。

図２において、３１は、直動ブロック５に回転可能に保持された１対の第１回転軸で、対をなす第１回転軸３１はその回転中心が同一線上にあるように配置されていて、クランク機構１６の力の入力端である一方の第１回転軸３１の端部に、フライホイール１４の中心が固定されている。各第１回転軸３１には、それぞれ第１リンク（第１アーム）３２の一端側が固定されていて、この１対の第１リンク３２の他端側には、この他端側同士を一体に結合する連結軸３３が固定されている。この連結軸３３の中間部には、第２リンク（第２アーム）３４の一端側が回転可能に保持されていて、第２リンク３４の他端側は、図１に示すように、プランジャ駆動体１７に回転可能に保持された第２回転軸３５（この第２回転軸３５はクランク機構１６の力の出力端である）に固定されている。そして、第１回転軸３１、第１リンク３２、連結軸３３、第２リンク３４、第２回転軸３５により、クランク機構１６が構成されている。なお、上記のように、第１リンク３２を１対設ける所以は、１対の第１リンク３２の他端側で１つの第２リンク３４の一端側を保持・結合することで、力を支承するメカニズムをバランスのよいものとし、かつ、機械的強度に優れたものとするためであるが、第１回転軸３１の回転中心の延長線が、第２リンク３４の回転軌跡とオーバーラップする都合上、２つの第１回転軸３１は互いに独立したものとなっている。

なお、図において２点鎖線で示すナット１０は、図２で左右に分離されて描かれている直動ブロック５を左右で連結した、直動ブロック５の図示せぬ後部側（図１で右側）の左右連結部に固定されていて、この後部側の左右連結部は、ネジ軸９と干渉しない形状となっている。また、図において２点鎖線で示すプランジャ駆動体１７は、図２で左右に分離されて描かれている直動ブロック５を左右で連結した、直動ブロック５の図示せぬ前部側（図１で左側）の左右連結部に、直線移動可能（前後進可能）であるように保持されている。

第２電動サーボモータ１２の回転は、駆動プーリ１３、タイミングベルト１５、フライホイール１４からなる減速回転伝達系によって減速されて、一方の第１回転軸３１に伝達され、この一方の第１回転軸３１にその一端側を固定された一方の第１リンク３２が、その一端側を回転中心として回転駆動される。これによって、第２リンク３４が、一方の第１リンク３１の回転に追従して連携追従動作（第２リンク３４が、プランジャ駆動体１７に軸支結合されたその他端側を直線運動させるように、第１リンク３２の回転に追従して所定の軌跡で回動動作）すると共に、他方の第１リンク３２が、一方の第１リンク３２の回転に追従して、他方の第１回転軸３１と一体となってその一端側を回転中心として回転する。このような動作によって、プランジャ駆動体１７が直線駆動されることで、射出プランジャ２０が直線駆動されるようになっている。

図３は、クランク機構１６の力の入力端（第１回転軸３１）を一定速度で回転させたときの、クランク機構１６の力の出力端（第２回転軸３５）における速度変化と力の拡大率の変化とを示す、ごく模式的な概略特性図である。図３において、横軸はクランク機構１６の力の出力端の位置を示し、縦軸は速比（相対速度）および力の拡大率を示しており、４１は速比の特性線であり、４２は力の拡大率の特性線である。図３には、クランク機構１６の第１リンク３２が後記する図５に示す状態にあるときから（０°位置にある状態から）、１８０°回転するときの特性が示されている。なお、本実施形態においては、クランク機構１６の力の入力端（第１回転軸３１）および第１リンク３２は、−３０°から９０°まで回転されるようになっているが、ここでは、クランク機構１６の速比特性と力の拡大率の特性を説明する都合上、０°から１８０°まで回転する場合を示している。

第１リンク３２が０°位置にある状態から回転を始めると、クランク機構１６の力の出力端の速度は、速比（相対速度）「０」から上昇を始めて、速比（相対速度）「１」を超えた後に、第１リンク３２の９０°回転で最高速度に達し、最高速度に到達した以降は速度は下降を始めて、速比（相対速度）「１」を下回った後、第１リンク３２が１８０°回転し終わると、速比（相対速度）は「０」となる。これに対して、第１リンク３２が０°位置にある状態から回転を始めると、クランク機構１６の力の出力端の力の拡大率は、無限大から下降を始めて、拡大率「１」を下回った後に最低拡大率に達し、最低拡大率に到達した以降は力の拡大率は上昇を始めて、拡大率「１」を超えた後に、第１リンク３２が１８０°回転し終わると、力の拡大率は無限大となる。なお、図３の特性線４１、４２は、先にも述べたようにごく模式的な概略特性であり、クランク機構１６の設計の如何により所望の動作特性を得ることが可能である。

本実施形態では、上記のようなクランク機構１６の速比の特性および力の拡大率の特性を考慮して、金属溶湯２６の先頭がゲート２５に達したタイミングでは、クランク機構１６が速比「１」を上回るように設定し、より望ましくは、クランク機構１６が速比「１．５」を上回るように設定し、また、金属溶湯２６のキャビティ２３内への射出・充填が完了したタイミングでは、クランク機構１６の速比が最高速度となるように設定している。つまり、金属溶湯２６をゲート２５からキャビティ２３内へ高速で射出・充填するために、クランク機構１６の動作領域のうちで速比の大きい領域を利用するようにしている。このようにする所以は、射出プランジャ２０の駆動源を電動サーボモータとしたダイカストマシンにおいては、小型の電動サーボモータの出力のみでは達成が難しいのは、増圧工程の圧力ではなく、高速の射出速度への短時間での立ち上げであるからである。

また、本実施形態では、クランク機構１６を慣性の大きいフライホイール１４を介して第２電動サーボモータ１２によって駆動するようにしているので、金属溶湯２６の先頭がゲート２５に達したタイミングにおいて、第２電動サーボモータ１２の加速動作、すなわち、フライホイール１４の回転加速動作を完了させるようにしている。このため、慣性の大きいフライホイール１４が、金属溶湯２６の先頭がゲート２５に達したタイミングにおいて回転加速完了とするために、あえて、クランク機構１６の力の入力端（第１回転軸３１）および第１リンク３２を、−３０°の回転位置から回転開始させるようにしている。

次に、本実施形態のダイカストマシンの射出・充填動作について説明する。図４は、本実施形態のダイカストマシンにおける主として射出・充填工程の動作特性を示す図である。図４において、縦軸は速度と圧力であり、射出・充填工程における横軸は位置であり、増圧工程における横軸は時間である。

図４において、５１は、第１電動サーボモータ６により駆動されるナット１０の速度（設定速度）、５２は、第２電動サーボモータ１２により駆動されるクランク機構１６の力の出力端の速度（設定速度）、５３は、速度５１と速度５２とを足し合わせて表される射出プランジャ２０の速度（設定速度）であり、射出・充填工程においては、第１電動サーボモータ６および第２電動サーボモータ１２は、位置軸に沿って速度フィードバック制御で駆動されるようになっている。また、５４は、金属溶湯２６に付加する（射出プランジャ２０に付加する）圧力（負荷圧力）である。

射出・充填工程の開始前には図１に示す状態にあり、このとき、ナット１０は後退位置にあり、クランク機構１６の力の入力端（第１回転軸３１）および第１リンク３２は−３０°の回転位置にあって、射出プランジャ２０は設定された後退位置に位置付けられていて、射出スリーブ１８の注湯口１９から射出スリーブ１８内に金属溶湯２６が供給可能な状態となっている。

このような図１に示す状態において、図示せぬ給湯機のラドルによって金属溶湯２６が注湯口１９から射出スリーブ１８内に注ぎ込まれる給湯動作が行われ、この給湯動作が完了すると、第１電動サーボモータ６と第２電動サーボモータ１２とが、直ちに所定方向に回転駆動開始される。本実施形態の図４に示した動作例では、第１電動サーボモータ６は、ナット１０の前進速度が１．０ｍ／ｓｅｃに達するまで加速制御され、第２電動サーボモータ１２は、クランク機構１６の力の出力端の前進速度が１．０ｍ／ｓｅｃに達するまで加速制御されて、これによって射出プランジャ２０は前進を開始する。なお、本実施形態では、クランク機構１６の力の入力端および第１リンク３２は−３０°の回転位置から回転開始されるので、第２電動サーボモータ１２の回転の初期には（クランク機構１６の力の入力端が−３０°の回転位置から０°回転位置まで回転するまでの間には）、クランク機構１６の力の出力端は約７ｍｍだけ後退することになるが、このときナット１０は前進しているので、射出プランジャ２０は前進するようになっている。

図５は、第１電動サーボモータ６の加速が完了し、かつ、クランク機構１６の力の入力端が０°回転位置まで回転した際の様子を示している。このとき、フライホイール１４は、停止状態から３０°だけ回転しているので、回転慣性がつき始めている。

第１電動サーボモータ６は、加速が完了すると一定速度で回転駆動され、第２電動サーボモータ１２は、クランク機構１６の力の出力端の前進速度が１．０ｍ／ｓｅｃに達するまで加速され、これによって、図５の状態から射出プランジャ２０は前進速度を上げながら（加速されながら）前進し、図６に示すように、射出プランジャ２０が射出スリーブ１８の注湯口１９を閉塞した状態を経て、射出プランジャ２０に押圧された金属溶湯２６の先頭がゲート２５まで到達した、図７に示した状態に至る。そして、上記の図６の状態から図７の状態に至る過程でガス抜きが行われる。本実施形態では、ガス抜きの過程において射出プランジャ２０は加速され続けているので、短時間で良好なガス抜きが行われる（これについては、図９を用いて後で詳述する）。

金属溶湯２６の先頭がゲート２５まで到達した図７に示す状態に至ると、第２電動サーボモータ１２の加速が完了し、フライホイール１４の加速が完了する。この図７に示した状態は、図４中のＡのタイミングに相当し、このとき、射出プランジャ２０の前進速度は２．０ｍ／ｓｅｃとなっており、図１１、図１２に示した従来のＭ、Ｎのタイミングおける０．７ｍ／ｓｅｃ以下程度の値と較べて、大幅に速い前進速度となっている。

金属溶湯２６の先頭がゲート２５まで到達した図７に示す状態（図４中のＡのタイミング）以降は、第２電動サーボモータ１２も一定速度で回転駆動されるが、図４中のＡのタイミング以降は、先にも述べたように、クランク機構１６の速比が「１」を上回るようになっているので、図４中のＡのタイミング以降において第１電動サーボモータ６および第２電動サーボモータ１２が共に一定速度で回転駆動されても、射出プランジャ２０は、クランク機構１６の前記した速比特性にしたがって加速され続けることになる。

図４中のＡのタイミング以降は、射出プランジャ２０はクランク機構１６の速比特性にしたがって加速され、これによって、キャビティ２３内に金属溶湯２６が急速に充填される。そして、クランク機構１６における速比特性が最高速度に到達した時点で、射出・充填（射出・充填工程）が完了し（図４中のＢのタイミングが射出・充填の完了タイミングである）、射出・充填工程が完了すると、図８に示すように、キャビティ２３の隅々まで金属溶湯２６が行き渡った状態となる。

本実施形態では、クランク機構１６の力の入力端が０°回転位置まで回転した状態（図５の状態）から、射出・充填が完了するまで（図８の状態となるまで）、図４中に示すように射出プランジャ２０は、折れ線特性ではない滑らかな速度特性カーブで加速制御されるようになっており、つまり、金属溶湯２６がゲート２５に達する手前から金属溶湯２６がゲート２５を通過し始める過程においても、折れ線特性ではない滑らかな速度特性カーブで加速制御されるようになっている。したがって、従来のように、金属溶湯がゲートに達する手前から金属溶湯がゲートを通過し始める過程において、折れ線の速度特性カーブを用いていた構成に較べると、金属溶湯２６がゲート２５を通過し始めてから以降の射出プランジャ２０の加速性能を大幅に向上させることができ、射出プランジャ２０が最高速度（例えば、本実施形態では３．５ｍ／ｓｅｃ）に達するまでの時間を短縮することができ、しかも、射出プランジャの加速の挙動を円滑で無理のないものとすることができる。さらに、金属溶湯２６がゲート２５に達するタイミング（図４中のＡのタイミング）における射出プランジャの速度を、２．０ｍ／ｓｅｃに設定しているので、従来と較べると、金属溶湯２６がゲート２５を通過し始める時点から射出プランジャ２０が最高速度に達するまでの時間を、より一層短縮することが可能となる。よって、射出・充填の駆動源として電動サーボモータを用いる構成であっても、合成樹脂に較べて冷却・固化の時間が短い金属溶湯２６の射出・充填の動作（挙動）を好適制御することができ、良品鋳造に大いに貢献することができる。

また、本実施形態では、第１電動サーボモータ６で駆動されるボールネジ機構８と、第２電動サーボモータ１２で駆動されるクランク機構１６とを、射出プランジャ２０に対してインラインで直列に配置し、射出プランジャ２０を、第１電動サーボモータ６と第２電動サーボモータ１２の協働で前進駆動するようにしている。したがって、２つの電動サーボモータ６、１２による速度を足し合わせることで、射出プランジャ２０を高速前進させることが容易に達成可能となり、射出・充填工程の開始から図４中のＡのタイミングに達するまでの時間、および、図４中のＡのタイミングから図４中のＢのタイミングまでの時間を短縮することが可能となり、良品鋳造に大いに貢献することができる。また、このことを小型の２つの電動サーボモータ６、１２で実現できるので、大出力の高価（小型の電動サーボモータ２つ分より高価）な電動サーボモータを用いることに比較すると、コストダウンを図ることができる。さらに、第２電動サーボモータ１２で駆動されるクランク機構１６の速比特性を効果的に利用して、クランク機構１６の動作領域中の速比の大きな部分で、キャビティ２３内への金属溶湯２６の射出・充填開始から射出・充填完了までを行うので、図４中のＡのタイミングから図４中のＢのタイミングまでの時間をより一層短縮することが可能となり、この点でも、良品鋳造に大いに貢献することができる。

なお、本実施形態では、金属溶湯２６がゲート２５に達するタイミングにおける射出プランジャの速度を２．０ｍ／ｓｅｃに設定しているが、金属溶湯２６がゲート２５に達するタイミングにおける射出プランジャ２０の速度は任意である。しかし、上記のように、金属溶湯２６がゲート２５を通過し始める時点から射出プランジャ２０が最高速度に達するまでの時間をより一層短縮するためには、金属溶湯２６がゲート２５に達するタイミングにおける射出プランジャの速度を、１．５ｍ／ｓｅｃ以上に設定することが望ましい。

射出・充填工程が完了すると増圧工程に遷移し、第１電動サーボモータ６と第２電動サーボモータ１２の制御は、位置軸に沿った速度フィードバック制御から、時間軸に沿った圧力フィードバック制御に切り替えられる。本実施形態では、射出・充填工程が完了して増圧工程に遷移した当初には、フライホイール１４には大きな回転慣性が残っており、このフライホイール１４の回転慣性による大きなトルクによって、射出プランジャ２０には大きな前進慣性力がかかり、これによって、固化し始めた金属２６からの反力で射出プランジャ２０は急速停止すると共に、射出プランジャ２０に対して、急速に大きな圧力がかかるようになっている。本実施形態においては、増圧工程では、例えば、第２電動サーボモータ１２を常に一定圧力（一定トルク）が出るように制御し、第１電動サーボモータ６は、射出プランジャ２０にかかる圧力を検出する圧力センサの検出値を監視しつつ、設定圧力から実測圧力が外れた場合には、実測圧力が設定圧力に倣うように制御するようになっている。

上記のように、本実施形態では、フライホイール１４の大きな回転慣性により増圧工程初期から大きな増圧力を得ることができ、２つの電動サーボモータ６、１２の圧力制御の立ち上げ時の過渡応答遅れを完全にカバーすることができ、しかも、２つの電動サーボモータ６、１２のトルクを足し合わせることで、大きな増圧力を得ることを容易に達成できる。

図９は、本実施形態のガス抜きの挙動と従来のガス抜きの挙動とを対比して示す図である。本実施形態では、図９の（ａ）の給湯動作の完了から開始される射出・充填工程の第１段階のガス抜きは、射出プランジャ２０が加速され続けることで行われ、しかも、図９の（ｄ）に示す、ガス抜きの完了時の射出プランジャ２０の前進速度は２．０ｍ／ｓｅｃであるので、射出・充填工程の第１段階のガス抜きでの射出プランジャ２０の加速カーブは、図１２に示した従来の射出・充填工程の第１段階（図１２の低速射出工程）のガス抜きに較べると、急峻なものとなっている。したがって、本実施形態では、図９の（ｂ−１）に示すように、射出プランジャ２０が前進開始され、射出プランジャ２０の前進速度が急速加速により上がってくると、加速された射出プランジャ２０により、金属溶湯２６が、図９の（ｃ−１）に示すように、液面を図示左下がり状に変化させる。そして、このことによって、射出スリーブ１８内のガスは、図９の（ｃ−１）の矢印で示すような、キャビティ２３方向に向かう前進力を受けて、キャビティ２３を経由し図示せぬ金型のガス抜き微小溝を通って、金型内に速やかに排出される。したがって、射出・充填工程の第１段階のガス抜きの時間（射出・充填工程の開始から、金属溶湯２６の先頭がゲート２５に達するまでの時間）を短くしても、支障なく確実にガス抜きを行うことができる。

これに対して、図１２に示した従来の射出・充填工程の第１段階（図１２の低速射出工程）のガス抜きでは、射出プランジャ２０を徐々に加速してはいるものの、その加速はきわめて緩やかなものであるため、図９の（ｂ−２）、図９の（ｃ−２）に示すように、金属溶湯２６はその水平な液面を徐々に上昇させる挙動を示し、ガス抜きは緩やかに行われることとなって、射出・充填工程の開始から、金属溶湯２６の先頭がゲート２５に達するまでの時間に所定の時間を要するものとなる。

なお、本実施形態では、第１電動サーボモータ６の加速と第２電動サーボモータ１２の加速制御を等加速制御によって行っているが、第１電動サーボモータ６および／または第２電動サーボモータ１２の加速制御を、加速度が指数関数的に上昇していくような無段階加速制御によって行ってもよく、このような無段階加速制御を行うと、図９の（ｃ−１）のような金属溶湯２６の挙動が顕著となることが期待できる。

図１０は、本実施形態のダイカストマシンの制御系の要部構成を示すブロック図であり、同図では、第１電動サーボモータ６および第２電動サーボモータ１２の制御に関連する構成のみを示してある。

図１０において、６１は、マシン（ダイカストマシン）全体の制御を行うシステムコントローラで、該システムコントローラ６１は、あらかじめ作成されてワークエリアに展開された各種のアプリケーションプログラムと、各種運転条件設定データと、マシンの各部に配設された各種センサ（位置センサ、圧力センサ、安全確認用センサなど）からの計測情報と、マシンの各種制御系からの状態確認用情報と、計時情報などとに基づき、マシンの各種制御系を制御する。このシステムコントローラ６１内には、射出・充填工程および増圧工程を制御するための、図示せぬ第１電動サーボモータ用の射出／増圧制御条件設定格納部と第２電動サーボモータ用の射出／増圧制御条件設定格納部とが設けられている。

６２は、システムコントローラ６１からの指令に基づき第１電動サーボモータ６を駆動制御するサーボドライバ、６３は、第１電動サーボモータ６に付設されたエンコーダで、このエンコーダ６３の検出出力Ｓ１は、システムコントローラ６１およびサーボドライバ６２に出力される。６４は、第１電動サーボモータ６に付設されたトルクセンサで、このトルクセンサ６４の検出出力Ｓ２は、システムコントローラ６１およびサーボドライバ６２に出力される。６５は、システムコントローラ６１からの指令に基づき第２電動サーボモータ１２を駆動制御するサーボドライバ、６６は、第２電動サーボモータ１２に付設されたエンコーダで、このエンコーダ６６の検出出力Ｓ３は、システムコントローラ６１およびサーボドライバ６５に出力される。６７は、第２電動サーボモータ１２に付設されたトルクセンサで、このトルクセンサ６７の検出出力Ｓ４は、システムコントローラ６１およびサーボドライバ６５に出力される。６８は、射出プランジャ２０にかかる圧力（荷重）を検出する圧力センサで、この圧力センサ６８の検出出力Ｓ５は、システムコントローラ６１に出力される。

射出・充填工程の際には、システムコントローラ６１は、図示せぬ第１電動サーボモータ用の射出／増圧制御条件設定格納部の設定内容を参照しつつ、エンコーダ６３の検出出力Ｓ１に基づきナット１０の現在速度を認知して、ナット１０の速度が設定値に倣うようにサーボドライバ６２に指令Ｓ６を与えて、これにより、第１電動サーボモータ６を位置軸に沿う速度フィードバック制御により駆動し、また、システムコントローラ６１は、図示せぬ第２電動サーボモータ用の射出／増圧制御条件設定格納部の設定内容を参照しつつ、エンコーダ６６の検出出力Ｓ３に基づきクランク機構１６の力の出力端の現在速度を認知して、クランク機構１６の力の出力端の速度が設定値に倣うようにサーボドライバ６５に指令Ｓ８を与えて、これにより、第２電動サーボモータ１２を位置軸に沿う速度フィードバック制御により駆動する。

また、増圧工程の際には、システムコントローラ６１は、図示せぬ第２電動サーボモータ用の射出／増圧制御条件設定格納部の設定内容を参照しつつ、トルクセンサ６７の検出出力Ｓ４に基づき第２サーボモータ１２の現在の出力トルク（すなわち、出力圧力）を認知して、第２サーボモータ１２の出力トルク（出力圧力）が、一定値の設定値Ｎとなるようにサーボドライバ６５に指令Ｓ９を与えて、これにより、第２電動サーボモータ１２を時間軸に沿う速度フィードバック制御により駆動する。また、システムコントローラ６１は、図示せぬ第１電動サーボモータ用の射出／増圧制御条件設定格納部の設定内容を参照しつつ、トルクセンサ６４の検出出力Ｓ２に基づいて第１サーボモータ６の現在の出力トルク（すなわち、出力圧力）を認知すると共に、圧力センサ６８の検出出力Ｓ５に基づて射出プランジャ２０にかかっている現在の圧力を認知して、第１サーボモータ６の出力トルク（出力圧力）が（増圧設定値−Ｎ）に倣うように、サーボドライバ６２に指令Ｓ７を与えて、これにより、第１電動サーボモータ６を時間軸に沿う速度フィードバック制御により駆動する。

本発明の一実施形態に係るダイカストマシンが射出・充填前である際の、要部構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本実施形態のダイカストマシンにおける、クランク機構およびその周辺の構成を示す簡略化し且つ一部を破断した要部側面図である。クランク機構の力の入力端を一定速度で回転させたときの、クランク機構の力の出力端における速度変化と力の拡大率の変化とを示す、ごく模式的な概略特性図である。本実施形態のダイカストマシンにおける主として射出・充填工程の動作特性を示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンが射出・充填工程の途上である際の、要部構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンが射出・充填工程の途上である際の、要部構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンが射出・充填工程の途上である際の、要部構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンが射出・充填工程を完了した際の、要部構成を示す簡略化し且つ一部を破断した説明図である。本発明の一実施形態のガス抜きの挙動と従来のガス抜きの挙動とを対比して示す説明図である。本発明の一実施形態に係るダイカストマシンにおける、制御系の要部構成を示すブロック図である。従来のダイカストマシンにおける、射出・充填工程と増圧工程の様子を示す説明図である。従来のダイカストマシンにおける、射出・充填工程と増圧工程の様子を示す説明図である。

符号の説明

１固定ダイプレート
２固定側金型
３保持プレート
４連結軸
５直動ブロック
６第１電動サーボモータ
７駆動プーリ
８ボールネジ機構
９ボールネジ機構のネジ軸
１０ボールネジ機構のナット
１１被動プーリ
１２第２の電動サーボモータ
１３駆動プーリ
１４フライホイール
１５タイミングベルト
１６クランク機構
１７プランジャ駆動体
１８射出スリーブ
１９注湯口
２０射出プランジャ
２１可動ダイプレート
２２可動側金型
２３キャビティ
２４金型湯道部
２５ゲート
２６金属溶湯
３１第１回転軸
３２第１リンク
３３連結軸
３４第２リンク
３５第２回転軸
４１速比の特性線
４２力の拡大率の特性線
５１ナットの速度（設定速度）
５２クランク機構の力の出力端の速度（設定速度）
５３射出プランジャの速度（設定速度）
５４金属溶湯に付加する（射出プランジャに付加する）圧力（負荷圧力）
６１システムコントローラ
６２サーボドライバ
６３エンコーダ
６４トルクセンサ
６５サーボドライバ
６６エンコーダ
６７トルクセンサ
６８圧力センサ

Claims

射出スリーブから金型のキャビティ内に金属溶湯を射出・充填するダイカストマシンにおいて、
前記射出スリーブ内の金属溶湯をキャビティ内に射出・充填する射出部材の速度を、金属溶湯が金型のゲートに達する手前から金属溶湯が金型のゲートを通過し始める過程において、折れ線特性ではない滑らかな速度特性カーブで加速制御することを特徴とするダイカストマシンの制御方法。
請求項１に記載のダイカストマシンの制御方法において、
前記射出スリーブから金型のキャビティ内に金属溶湯を射出・充填する駆動源として電動サーボモータを用いることを特徴とするダイカストマシンの制御方法。
請求項１または２に記載のダイカストマシンの制御方法において、
金属溶湯が金型のゲートに達するタイミングにおける前記射出部材の速度を、１．５ｍ／ｓｅｃ以上としたことを特徴とするダイカストマシンの制御方法。
請求項２また３に記載のダイカストマシンの制御方法において、
前記電動サーボモータで駆動されるクランク機構を少なくとも用いて前記射出部材を前後進させるようにし、金属溶湯が金型のゲートに達するまでに前記電動サーボモータの加速を完了させ、金属溶湯が金型のゲートに達した後の前記射出部材の加速を、前記クランク機構の速比特性にしたがって行うようにしたことを特徴とするダイカストマシンの制御方法。