JP2010029908A - ダイカストマシン - Google Patents

Abstract

【課題】射出用駆動源として電動サーボモータと油圧シリンダとを備えたダイカストマシンの射出工程における動作安定性を高める。
【解決手段】射出工程において、射出用電動サーボモータ３の回転速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度を、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算信号でフィードバック制御する。また、射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、射出用電動サーボモータ３の回転速度を、前記加算信号でフィードバック制御することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイカストマシンに係り、特に、射出用駆動源として電動サーボモータ及び油圧シリンダを備えたハイブリッド型のダイカストマシンにおける、電動サーボモータ及び油圧シリンダの駆動制御方法に関する。

ダイカストマシンは、溶解炉で溶融したＡｌ合金やＭｇ合金などの溶融金属材料（金属溶湯）を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げた金属溶湯を射出スリーブ内に注ぎ込み、これを射出プランジャの前進動作により金型のキャビティ内に射出・充填して製品を得るものである。ダイカストマシンの鋳造過程は、低速射出工程及びこれに続く高速射出工程からなる射出工程と、射出工程に続く増圧工程とからなるが、金属溶湯はプラスチック材料よりも凝固しやすいため、高速射出工程では、プラスチック材料の射出成形よりも速い射出速度が要求され、増圧工程では、プラスチック材料の射出成形よりも高い圧力が要求される。

そのため、射出用駆動源として、プラスチック材料の射出成形機と同様に電動サーボモータのみを用いると、大出力の電動サーボモータが必要となるため、マシンの高コスト化及び消費電力の増大化を招くばかりでなく、モータのロータが大型化して慣性力が増加するため、応答性が低下するという不都合も生じる。

このような不都合を解消するため、射出用駆動源として電動サーボモータと油圧シリンダの両方を備え、電動サーボモータのみの駆動で低速射出工程及び高速射出工程を行い、油圧シリンダのみの駆動で増圧運転を行うダイカストマシンが、従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このダイカストマシンによれば、電動サーボモータの出力不足を油圧シリンダにて補うことができるので、比較的低出力の電動サーボモータを用いて、高い増圧圧力を付与することができる。
特開２００１−１１２６号公報

ところで、特許文献１に開示の技術は、電動サーボモータのみの駆動で低速射出工程及び高速射出工程を行い、油圧シリンダのみの駆動で保圧運転を行うというものであるので、射出工程の実行に油圧シリンダの動力を利用できず、電動サーボモータの小型化に改善の余地がある。即ち、電動サーボモータのみの駆動で低速射出工程及び増圧工程を実行し、電動サーボモータの駆動と油圧シリンダの駆動とを併用することによって高速射出工程を実行するようにすれば、より低出力の電動サーボモータの利用が可能になり、マシンの低コスト化及び省電力化、並びに応答性の改善に有利である。

しかしながら、本願発明者らの実験によると、電動サーボモータの駆動と油圧シリンダの駆動とを併用した高速射出工程から、電動サーボモータのみを駆動した増圧工程に切り替えると、電動サーボモータを高出力で回転駆動中に油圧シリンダの反力が電動サーボモータに作用するため、電動サーボモータが発振してしまい、増圧圧力が不安定になるという不都合を生じることが判明した。

本発明は、上記の知見に鑑みてなされたものであり、その目的は、射出用駆動源として電動サーボモータと油圧シリンダとを備えており、射出工程における動作の安定性が高いダイカストマシンを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、第１に、射出用電動サーボモータと、ピストンを備えた射出用油圧シリンダと、前記射出用電動サーボモータの回転運動を直進運動に変換して前記射出用油圧シリンダに伝達するボールネジ機構と、前記射出用電動サーボモータの駆動及び前記射出用油圧シリンダの駆動を制御して、低速射出工程及びこれに続く高速射出工程からなる射出工程と、射出工程に続く増圧工程とを順次実行する制御装置とを備えたダイカストマシンにおいて、前記制御装置は、前記射出工程の実行中に、前記射出用電動サーボモータの回転速度に応じた前記ピストンの前進速度と、前記射出用油圧シリンダの駆動に応じた前記ピストンの前進速度との加算速度が、前記ピストンの目標速度となるように、前記射出用電動サーボモータの駆動及び前記射出用油圧シリンダの駆動を制御するという構成にした。

本構成によると、射出工程の実行中に射出用電動サーボモータの駆動と射出用油圧シリンダの駆動の双方を制御装置により制御するので、射出用油圧シリンダの寄与分だけ射出工程における射出用電動サーボモータの出力設定値を低減することができる。よって、高速射出工程から増圧工程への切替時に、大きな射出用油圧シリンダの駆動反力が射出用電動サーボモータに作用しても、射出用電動サーボモータが発振せず、増圧圧力を安定に保つことができる。

本発明は第２に、前記第１のダイカストマシンにおいて、前記制御装置は、前記射出用電動サーボモータの回転速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度を、前記射出用電動サーボモータの駆動による前記ピストンの前進速度と前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度との加算信号でフィードバック制御するという構成にした。

本構成によると、射出用油圧シリンダの駆動によるピストンの前進速度を、射出用電動サーボモータの駆動によるピストンの前進速度と射出用油圧シリンダの駆動によるピストンの前進速度との加算信号でフィードバック制御するので、高速射出工程から増圧射出工程に移行する際の射出用電動サーボモータの回転速度を十分低い値に設定することができ、高速射出工程から増圧工程への移行時に射出用電動サーボモータの回転速度が高すぎることによって生じる射出用電動サーボモータの発振、ひいてはこれに伴う増圧圧力の不適正な変動を防止することができる。

本発明は第３に、前記制御装置は、前記制御装置は、前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、前記射出用電動サーボモータの回転速度を、前記射出用電動サーボモータの駆動による前記ピストンの前進速度と前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度との加算信号でフィードバック制御するという構成にした。

本構成によると、射出用電動サーボモータの回転速度を、射出用電動サーボモータの駆動によるピストンの前進速度と射出用油圧シリンダの駆動によるピストンの前進速度との加算信号でフィードバック制御するので、ピストンの前進速度を高精密にフィードバック制御することができる。

本発明は、射出工程において射出用電動サーボモータの駆動と射出用油圧シリンダの駆動の双方を制御するので、射出用油圧シリンダの寄与分だけ射出工程における射出用電動サーボモータの出力を低減することができて、高速射出工程から増圧工程への移行時における射出用電動サーボモータの発振を防止することができる。

以下、本発明に係るダイカストマシンの第１実施形態を、図１乃至図３を参照しながら説明する。図１は本発明に係るダイカストマシンに備えられる射出装置の構成図、図２は第１実施形態に係るダイカストマシン制御装置の制御ブロック図、図３は図２に示す制御装置における各種制御量の変動を説明する図である。

図１に示すように、本発明に係るダイカストマシンの射出装置は、水平に配置されたベース１と、ベース１上に固定されたモータ取付板２と、モータ取付板２に取り付けられた射出用電動サーボモータ３と、射出用電動サーボモータ３の回転位置を検出するエンコーダ４と、ピストン５ａがベース１と平行に配置された射出用油圧シリンダ５と、射出用電動サーボモータ３の回転運動を直進運動に変換して射出用油圧シリンダ５に伝達するボールネジ機構６と、射出用油圧シリンダ５に供給する圧油を貯えるアキュムレータ７と、射出用油圧シリンダ５への圧油の供給を制御するサーボバルブ８と、ベース１上に設けられ、ピストン５ａの先端位置を検出するロットセンサ９と、エンコーダ４及びロットセンサ９の出力信号を取り込んで射出用電動サーボモータ３及び射出用油圧シリンダ５の駆動を制御する制御装置１０とを備えている。ボールネジ機構６は、モータ取付板２に回転可能に取り付けられ、射出用電動サーボモータ３により回転駆動されるネジ軸６ａと、射出用油圧シリンダ５に固定され、かつネジ軸６ａに螺合されたナット体６ｂとからなる。

なお、ピストン５ａの先端には、図示しない射出プランジャが接続され、該射出プランジャの先端部は、図示しない固定ダイプレートに設けられたスリーブ内に摺動可能に収納されている。固定ダイプレートには、スリーブ内に連通する溶湯注入孔が開設されており、射出プランジャ（ピストン５ａ）を後退した状態で、溶湯注入孔からスリーブ内に溶湯を注入した後、射出プランジャを前進させると、スリーブ内に注入された溶湯が、固定側金型に開設されたランナーを通って型締された金型内に射出され、所望形状の成形品のダイカストが行われる。

上述のように、本発明の射出装置は、射出プランジャ（ピストン５ａ）を駆動するための射出用駆動源として、射出用電動サーボモータ３と射出用油圧シリンダ５とを備えているので、射出用電動サーボモータ３を単独で駆動した場合には、その回転速度に応じた速度でピストン５ａを前進させることができ、射出用油圧シリンダ５を単独で駆動した場合には、サーボバルブ８の開度に応じた速度でピストン５ａを前進させることができ、射出用電動サーボモータ３と射出用油圧シリンダ５とを同時に駆動した場合には、それらの加算速度でピストン５ａを前進させることができる。したがって、射出用電動サーボモータ３の駆動と射出用油圧シリンダ５の駆動とを適宜制御することにより、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程の各工程を実施することができる。

次に、図２及び図３を用いて、第１実施形態に係るダイカストマシン制御装置の構成とこれを用いたダイカストマシンの制御方法とを説明する。本例のダイカストマシン制御装置及び方法は、低速射出工程において、射出用電動サーボモータ３の回転速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度を、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算信号でフィードバック制御することを特徴とする。

図２において、ｘｉｊ０はピストン５ａの前進位置に換算した射出用電動サーボモータ３の回転位置を表すモータ位置指令パターン信号、ｖｉｊ０はピストン５ａの前進速度に換算した射出用電動サーボモータ３の回転速度を表すモータ速度指令パターン信号、ｖｉｊ３はサーボバルブ８の開度に換算したピストン５ａの目標前進速度を表すサーボバルブ全体速度設定信号、ｖｉｊｆｆはピストン５ａの前進速度に換算したサーボバルブ８の開度を表すサーボバルブ指令パターン信号であり、これらの各信号は、例えば図示しない上位コントローラから供給される。

本実施形態のモータ速度指令パターン信号ｖｉｊ０は、図３（ａ）に示すように、鋳造開始から低速射出工程の実行に要求されるモータ速度ｖ１までモータ速度を上昇した後、高速射出工程に達する以前に、モータ速度ｖ２まで低下するように設定している。低下時のモータ速度ｖ２は、増圧工程への切替時に、射出用電動サーボモータ３に発振を生じない適宜の値に設定される。これに対して、サーボバルブ指令パターン信号ｖｉｊｆｆは、図３（ｂ）に示すように、低速射出工程におけるモータ速度の不足分ｖ１−ｖ２を補償し得る値に設定される。これにより、図３（ｃ）に示すように、低速射出工程の実行に要求されるモータ速度ｖ１を確保することができる。

モータ位置指令パターン信号ｘｉｊ０と、エンコーダ４によって測定され、サーボアンプ１５を通過したモータ位置信号ｘｉｊｍは、モータ位置信号ｘｉｊｍをフィードバック信号として、加算器１１において偏差ｅ１がとられ、この偏差ｅ１をもとに射出用電動サーボモータ３の回転をフィードバック制御する。

ＰＩＤ演算器１２は、前記偏差ｅ１をもとに射出用電動サーボモータ３の操作量ｕ１を算出し、速度演算器１３は、前記操作量ｕ１をもとに速度指令ｖ０１を演算する。加算器１４は、バッファアンプ１６にてフィードフォワード信号ｖｆｆ１とされたモータ速度指令パターン信号ｖｉｊ０を前記速度指令ｖ０１に加算し、フィードバック速度指令計算値ｖ０１ｆを得る。

このフィードバック速度指令計算値ｖ０１ｆは、サーボアンプ１５に供給され、サーボアンプ１５は、このフィードバック速度指令計算値ｖ０１ｆにしたがって射出用電動サーボモータ３の回転を制御する。射出用電動サーボモータ３の回転位置は、該モータ３に取り付けられているエンコーダ４によって測定され、サーボアンプ１５を介して加算器１１に供給される。これにより、射出用電動サーボモータ３の回転速度が、モータ位置指令パターン信号ｘｉｊ０に追随するように制御される。

射出用電動サーボモータ３が回転駆動されると、その回転運動がボールネジ機構６によって油圧シリンダ５の前進運動に変換され、油圧シリンダ５に備えられたピストン５ａが前進する。このピストン５ａの前進位置は、ロットセンサ９により検出される。速度計算器２１は、ロットセンサ９により検出されたピストン５ａの前進位置の変化からピストン５ａの前進速度を計算する。この速度計算器２１の出力は、射出用電動サーボモータ３を単独で駆動した場合には、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度となり、射出用電動サーボモータ３と射出用油圧シリンダ５とを同時に駆動した場合には、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算速度（全体速度）となる。

サーボバルブ全体速度設定信号Ｖｉｊ３と、ピストン５ａの全体速度信号ｖａｌｌは、全体速度信号ｖａｌｌをフィードバック信号として、加算器２２において偏差ｅ３がとられ、この偏差ｅ３をもとにサーボバルブ８の開度をフィードバック制御する。

ＰＩＤ演算器２３は、前記偏差ｅ３をもとに射出用油圧シリンダ８の操作量ｕ３を算出し、速度演算器２４は、前記操作量ｕ３をもとに速度指令ｖ０３を演算する。加算器２５は、サーボバルブ指令パターン信号ｖｉｊｆｆをバッファアンプ２８にてフィードフォワード信号ｖｆｆ２として、前記速度指令ｖ０３に加算し、フィードバック速度指令計算値ｖ０３ｆを得る。

このフィードバック速度指令計算値ｖ０３ｆは、制御装置１０に記憶されたサーボバルブ特性テーブル２６に応じた各サーボバルブ８に固有の速度指令ｖ０ｉｊ３に変換され、Ｄ／Ａコンバータ２７に入力される。これにより、Ｄ／Ａコンバータ２７から、速度指令ｖ０ｉｊ３に応じた速度指令電圧が出力され、サーボバルブ８の開度が調整される。

これにより、低速射出工程及び高速射出工程において、射出用電動サーボモータ３の回転速度を低下しても、その低下分が射出用油圧シリンダ５の駆動によって補償され、低速射出工程及び高速射出工程の実行に必要なピストン５ａの前進速度ｖ１を確保することができる。また、射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度を、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算信号でフィードバック制御するので、高速射出工程から増圧工程に移行する際の射出用電動サーボモータ３の回転速度を十分低い値に設定することができ、高速射出工程から増圧工程への移行時に射出用電動サーボモータ３の回転速度が高すぎることによって生じる射出用電動サーボモータ３の発振を防止することができる。したがって、増圧工程における増圧圧力の不適正な変動を防止でき、良品を高歩留まりで製造することができる。

次に、図４を用いて、第２実施形態に係るダイカストマシン制御装置の構成とこれを用いたダイカストマシンの制御方法とを説明する。本例のダイカストマシン制御装置及び方法は、射出工程において、射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、射出用電動サーボモータ３の回転速度を、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算信号でフィードバック制御することを特徴とする。

図４に示すように、本例のダイカストマシン制御装置には、上位コントローラから、前記モータ位置指令パターン信号ｘｉｊ０、モータ速度指令パターン信号ｖｉｊ０、サーボバルブ全体速度設定信号ｖｉｊ３及びサーボバルブ指令パターン信号ｖｉｊｆｆに加えて、射出用電動サーボモータ３の回転速度の低下分を表すモータ速度パターン信号ｖｉｊ４が供給される。

本実施形態においては、サーボバルブ指令パターン信号ｖｉｊｆｆが、制御装置１０に記憶されたサーボバルブ特性テーブル２６に応じた各サーボバルブ８に固有の速度指令ｖ０ｉｊ３に変換されてＤ／Ａコンバータ２７に入力され、Ｄ／Ａコンバータ２７から、サーボバルブ指令パターン信号ｖｉｊｆｆに応じた速度指令電圧が出力されてサーボバルブ８の開度が調整される。

モータ位置指令パターン信号ｘｉｊ０と、エンコーダ４によって測定され、サーボアンプ１５を通過したモータ位置信号ｘｉｊｍは、モータ位置信号ｘｉｊｍをフィードバック信号として、加算器１１において偏差ｅ１がとられ、この偏差ｅ１をもとに射出用電動サーボモータ３の回転をフィードバック制御する。

ＰＩＤ演算器１２は、前記偏差ｅ１をもとに射出用電動サーボモータ３の操作量ｕ１を算出し、速度演算器１３は、前記操作量ｕ１をもとに速度指令ｖ０１を演算する。加算器１４は、バッファアンプ１６にてフィードフォワード信号ｖｆｆ１とされたモータ速度指令パターン信号ｖｉｊ０を前記速度指令ｖ０１に加算し、フィードバック速度指令計算値ｖ０１ｆを得る。

最小値選択器１７は、このフィードバック速度指令計算値ｖ０１ｆと、後述するフィードバック速度指令計算値ｖ０３ｆのいずれか小さい方の値を選択し、選択した値をサーボアンプ１５への速度指令信号ｖ０ｉｊ１として出力する。サーボアンプ１５は、この速度指令信号ｖ０ｉｊ１にしたがって射出用電動サーボモータ３の回転を制御する。射出用電動サーボモータ３の回転位置は、該モータ３に取り付けられているエンコーダ４によって測定され、サーボアンプ１５を介して加算器１１に供給される。これにより、射出用電動サーボモータ３の回転速度が、フィードバック速度指令計算値ｖ０３ｆをフィードバック信号として、フィードバック制御される。

フィードバック速度指令計算値ｖ０３ｆは、以下の手順で生成される。即ち、全体速度設定信号Ｖｉｊ３と、ロットセンサ９にて検出されるピストン５ａの位置に基づいて速度計算器２１にて計算されるピストン５ａの全体速度信号ｖａｌｌは、全体速度信号ｖａｌｌをフィードバック信号として、加算器２２において偏差ｅ３がとられ、この偏差ｅ３をもとに電動サーボモータ３の回転をフィードバック制御する。

ＰＩＤ演算器２３は、前記偏差ｅ３をもとに射出用油圧シリンダ８の操作量ｕ３を算出し、速度演算器２４は、前記操作量ｕ３をもとに速度指令ｖ０３を演算する。加算器２５は、モータ速度パターン信号ｖｉｊ４をバッファアンプ２８にてフィードフォワード信号ｖｆｆ２として、前記速度指令ｖ０３に加算し、フィードバック速度指令計算値ｖ０３ｆを得る。

これにより、射出用電動サーボモータ３の回転速度が、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算信号でフィードバック制御される。このように、本例のダイカストマシン制御装置は、射出用電動サーボモータ３の回転速度を、射出用電動サーボモータ３の駆動によるピストン５ａの前進速度と射出用油圧シリンダ５の駆動によるピストン５ａの前進速度との加算信号でフィードバック制御するので、ピストン５ａの前進速度を高精密にフィードバック制御することができる。

本発明に係るダイカストマシンに備えられる射出装置の構成図である。 第１実施形態に係るダイカストマシン制御装置の制御ブロック図である。 図２に示す制御装置における各種制御量の変動を説明する図である。 第２実施形態に係るダイカストマシン制御装置の制御ブロック図である。

符号の説明

１ ベース
２ モータ取付板
３ 射出用電動サーボモータ
４ エンコーダ
５ 射出用油圧シリンダ
５ａ ピストン
６ ボールネジ機構
７ アキュムレータ
８ サーボバルブ
９ ロットセンサ
１０ 制御装置
１１，２２ 加算器
１２，２３ ＰＩＤ演算器
１３，２４ 速度演算器
１４，２５ 加算器
１５ サーボアンプ
１６，２８ バッファアンプ
１７ 最小値選択器
２１ 速度計算器
２６ サーボバルブ特性テーブル
２７ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (3)

1. 射出用電動サーボモータと、ピストンを備えた射出用油圧シリンダと、前記射出用電動サーボモータの回転運動を直進運動に変換して前記射出用油圧シリンダに伝達するボールネジ機構と、前記射出用電動サーボモータの駆動及び前記射出用油圧シリンダの駆動を制御して、低速射出工程及びこれに続く高速射出工程からなる射出工程と、射出工程に続く増圧工程とを順次実行する制御装置とを備えたダイカストマシンにおいて、
   前記制御装置は、前記射出工程の実行中に、前記射出用電動サーボモータの回転速度に応じた前記ピストンの前進速度と、前記射出用油圧シリンダの駆動に応じた前記ピストンの前進速度との加算速度が、前記ピストンの目標速度となるように、前記射出用電動サーボモータの駆動及び前記射出用油圧シリンダの駆動を制御することを特徴とするダイカストマシン。
2. 前記制御装置は、前記射出用電動サーボモータの回転速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度を、前記射出用電動サーボモータの駆動による前記ピストンの前進速度と前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度との加算信号でフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシン。
3. 前記制御装置は、前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度を、予め設定した速度指令パターンに追随するようにパターン制御すると共に、前記射出用電動サーボモータの回転速度を、前記射出用電動サーボモータの駆動による前記ピストンの前進速度と前記射出用油圧シリンダの駆動による前記ピストンの前進速度との加算信号でフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシン。

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