JP4041994B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型のキャビティに溶湯を充填するためのプランジャタイプの射出装置に関するものである。

金型のキャビティに、アルミニウム合金等の溶湯を高速で射出、充填して鋳造を行うダイカスト鋳造法に用いられるプランジャタイプの従来の射出装置は、一般的に、射出プランジャを作動させる油圧シリンダ、油圧ポンプ、アキュムレータ、油圧制御バルブ等を備えている。そして、油圧ポンプによってアキュムレータに蓄圧した油圧を油圧制御バルブによって油圧シリンダに供給し、射出プランジャを作動させて、溶湯を射出する。このとき、油圧制御バルブによって、油圧シリンダに供給する作動油の圧力及び流量を調整することにより、射出速度及び圧力を制御することができる。また、ダイカスト鋳造法では、金型のキャビティに溶湯を高速で充填した後、溶湯圧力を増圧、保持する必要があるため、高速射出用および増圧、保持用の２つ異なる圧力を蓄圧するアキュムレータを備えた射出装置が知られている。

しかしながら、ダイカスト鋳造法において、製品品質を高めるためには、射出速度の安定が重要であるが、上記従来の油圧シリンダを用いた射出装置では、油圧制御バルブによって油圧シリンダに供給する作動油の流量を調整してプランジャ速度を制御するため、応答性が低く、また、プランジャの負荷を検知することが困難であり、フィードバック制御が行いにくくいので、安定した射出速度を得ることが困難である。また、高価な油圧制御バルブ等を必要とするため、設備コストがかかる。

そこで、従来、例えば特許文献１に示されるように、射出プランジャに、電動サーボモータによって駆動されるボールねじ機構と、油圧ポンプ及びアキュムレータの油圧によって作動する油圧シリンダとを直列に連結し、電動及び油圧によってプランジャを作動させるようにした射出装置が提案されている。これにより、高速注入時には、電動サーボモータを使用することにより、射出速度の制御性を向上させ、また、増圧、保持時には、油圧シリンダを使用することにより、充分大きな保持力を得ることが可能となる。
特開２０００−８４６５４号公報

しかしながら、上記公報記載の射出装置では、次のような問題がある。ボールねじ機構と油圧シリンダとが直列に連結されているため、油圧シリンダの推力がボールねじの軸を介してプランジャに伝達されることになる。このため、ボールねじの軸は、必要な強度を確保するため、ある程度大径とする必要があるが、ボールねじの軸を大径とすると、プランジャの高速移動が困難になる。また、構造が複雑であり、設備コストがかかる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で、制御性に優れ、かつ、小型化、省エネルギ化及び低コスト化を達成することができる射出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、プランジャによって溶湯を金型のキャビティに充填する射出装置において、前記プランジャに推力を付与する油圧シリンダと、前記プランジャを駆動するための電動回転モータと、前記プランジャと前記電動回転モータのと間に介装される回転−直線運動変換機構とを備え、前記油圧シリンダと前記回転−直線運動変換機構とを並列に配置したことを特徴とする。
請求項２の発明に係る射出装置は、上記請求項１の構成において、前記回転−直線運動変換機構は、ボールねじ機構であることを特徴とする。
請求項３の発明に係る射出装置は上記請求項１又は２の構成において、前記電動回転モータによってプランジャを駆動して溶湯を前記金型のキャビティ内に充填し、前記油圧シリンダによって鋳造圧力を増圧、保持することを特徴とする。
また、請求項４の発明に係る射出装置は、上記請求項３の構成において、前記電動モータによって前記プランジャに駆動力をかけた状態で前記油圧シリンダの推力を付与することを特徴とする。

本発明に係る射出装置によれば、油圧シリンダと、電動回転モータで駆動する回転−直線運動変換機構とを並列に配置したので、プランジャの移動及び鋳造圧力の増圧、保持を効率的に行うとともに、回転−直線運動変換機構にかかる負荷を軽減することができ、装置の小型化、省エネルギ化及び低コスト化を達成することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る射出装置は、アルミニウム合金製のエンジンのシリンダブロックを鋳造するダイカスト用金型に溶湯を充填するための射出装置である。図１乃至図４に示すように、射出装置１は、キャビティＣを有する金型２に結合された射出スリーブ３と、射出スリーブ３に嵌装されたプランジャ４と、プランジャ４のロッド５に連結された油圧シリンダ６と、油圧シリンダ６に作動油を給排する油圧装置７と、油圧シリンダ６に対して並列に配置されて、プランジャ４のロッド５に連結されたボールねじ機構８（回転−直線運動変換機構）と、ボールねじ機構８を駆動する射出用電動サーボモータ９（以下、射出モータ９という）（電動回転モータ）と、油圧装置７及び射出モータ９を制御するコントローラ１０（図１参照）と、これらを支持するフレーム１１とを備えている。

射出スリーブ３は、その内部が金型２のキャビティＣに連通され、基端側の側壁に、アルミニウム合金の溶湯を注入するための注入口１３（図１参照）が設けられている。射出スリーブ３には、プランジャ４が摺動可能に嵌装されている。プランジャ４に連結されたロッド５には、その基端部にスライダ１２が取付けられ、スライダ１２は、リニアガイド１４によって、プランジャ４の移動方向に沿って直動可能に案内されている。また、ロッド５の基端部には、カップリング１５によって油圧シリンダ６の作動ロッド１６の先端部が連結されている。

油圧シリンダ６は、単動シリンダであり、ピストン１７によって画成された油室１８に油圧装置７が接続されており、油圧装置７によって油室１８に作動油を給排して作動ロッド１６を伸縮させる。

油圧装置７は、作動油を貯留するタンク１９と、油圧源である油圧ポンプ２０と、油圧ポンプ２０を駆動するポンプモータ２１と、油圧ポンプ２０が発生した油圧を蓄圧するアキュムレータ２２とを備えている。油圧装置７には、さらに、増圧切換弁２３と、増圧切換用パイロット弁２４（電磁切換弁）と、プレフィル弁２５と、パイロット弁２６と、圧抜き弁２７と、リリーフ弁２８と、逆止弁２９、３０と、圧力センサ３１、３２とが設けられている。

増圧切換用パイロット弁２４は、油圧ポンプ２０とアキュムレータ２２とを連通させる蓄圧位置と、増圧切換弁２３にパイロット圧を供給する増圧位置とを切換可能な電磁弁である。そして、増圧切換用パイロット弁２４からのパイロット圧によって、増圧切換弁２３が開くと、アキュムレータ２２に蓄圧された油圧が油圧シリンダ６の油室１８に供給されて作動ロッド１６に推力が発生する。アキュムレータ２２の蓄圧圧力は、圧力センサ３１によって検出することができる。プレフィル弁２５は、パイロット型逆止弁であり、通常は、タンク１９から油圧シリンダ６の油室１８への作動油の流通のみを許容し、パイロット弁２６（電磁切換弁）からのパイロット圧によって開弁して、油室１８からタンク１９への作動油の流れを許容する。圧抜き弁２７は、電磁式開閉弁であり、油室１８とタンク１９と間を連通、遮断する。油室１８の圧力は、圧力センサ３２によって検出することができる。

ボールねじ機構８は、ねじ軸３３とナット３４のねじ溝間に複数の鋼球が介装されており、ねじ軸３３の回転をナット３４の直線運動に変換するようになっている。ねじ軸３３は、プランジャ４のロッド５及び油圧シリンダ６の作動ロッド１６と平行に配置されて、アンギュラベアリング３５及びベアリング３６によって回転可能かつ軸方向に支持されており、固定ナット３７によって取付けられている。ねじ軸３３の一端部には、カップリング３８によって射出モータ９のシャフト３９が連結されている。ナット３４は、スライダ１２に固定されており、射出モータ９によってねじ軸３３を回転させることにより、ねじ軸３３上を直線運動して、プランジャ４を移動させる。射出モータ９には、シャフト３９の回転位置を検出する位置センサ４０が取付けられている。

コントローラ１０は、位置センサ４０、圧力センサ３１、３２からの検出信号を入力して、これらの入力信号に基づいて、射出モータ９、ポンプモータ２１、増圧切換用パイロット弁２４、パイロット弁２６及び圧抜き弁２７の作動を制御する。

次に、図６のフローチャートを参照して、射出装置１の動作について説明する。
（１）射出準備動作
増圧切換用パイロット弁２４を蓄圧位置とし、ポンプモータ２１によって油圧ポンプ２０を駆動して（ステップＳ１）、アキュムレータ２２に作動油を供給し、その圧力を圧力センサ３１によって監視して（ステップＳ２）、アキュムレータ２２に所定圧力の作動油を蓄圧する（ステップＳ３）。

（２）射出動作
射出スリーブ３内に注入口１３からアルミニウム合金の溶湯Ｍを注入し、射出モータ９を作動させて、ボールねじ機構８によってプランジャ４を前進させて、溶湯Ｍを金型２のキャビティＣに充填する（ステップＳ４）。このとき、コントローラ１０によって射出モータ９の回転（プランジャ速度）を制御して、所定の射出速度パターンに従って射出を行う。プランジャ速度パターンの一例を図５中にグラフＡで示す。このとき、プレフィル弁２５が開いて、作動油をタンク１９から油室１８に導入することにより、射出モータ９及びボールねじ機構８によるスライダ１２の移動に対して、油圧シリンダ６の作動ロッド１６を追従させることができる。

位置センサ４０の検出に基づいてキャビティＣ内への溶湯Ｍの充填の完了を確認した後（ステップＳ５）、増圧切換用パイロット弁２４によって増圧バルブ２３を開き、アキュムレータ２２に蓄圧された作動油を油圧シリンダ６の油室１８に供給する（ステップＳ６）。これにより、油圧シリンダ６の推力をプランジャ４に作用させて、射出圧力を増圧、保持する。このとき、油圧シリンダ６を作動させる際には、射出モータ９の回転速度のフィードバック制御を解除し、常時、プランジャ４を前進させる方向のトルクを発生させることにより、射出モータ９の制御トルクが油圧シリンダ６の反力とならないようにする。また、射出モータ９によるトルクをかけた状態で、油圧シリンダ６を作動させることにより、増圧切換用パイロット弁２４の切換時に、鋳造圧力が低下しないようにする。鋳造圧力の変化を図５中にグラフＢで示す。

一定時間の経過を確認した後（ステップＳ７）、増圧切換用パイロット弁２４を蓄圧位置に切換え、増圧バルブ２３を閉じて、アキュムレータ２２から油圧シリンダ６の油室１８への作動油の供給を停止し（ステップＳ８）、射出モータ９を停止し（ステップＳ９）、そして、圧抜き弁２７を開いて（ステップＳ１０）、油圧シリンダ６の保持圧力を開放する。油室１８の圧力が開放されたことを圧力センサ３２によって確認した後（ステップＳ１１）、圧抜き弁２７を閉じる（ステップＳ１２）。

（３）製品突出し動作
射出モータ９を作動させて、プランジャ４を前進させ（ステップＳ１３）、型締装置によって金型２を開いて製品を突出し（ステップＳ１４）、製品の突出し完了を確認する（ステップＳ１５）。

（４）プランジャ戻し動作
パイロット弁２６によってプレフィル弁２５を開き（ステップＳ１６）、射出モータ９を逆回転させて、ボールねじ機構８によってプランジャ４及び油圧シリンダ６の作動ロッド１６を原位置まで後退させる（ステップＳ１７）。このとき、油圧シリンダ６の油室１８の作動油は、プレフィル弁２５を通ってタンク１９に戻される。

このようにして、射出装置１によって、アルミニウム合金の溶湯を金型２のキャビティＣに充填し、増圧、保持することができ、製品であるシリンダブロックを得ることができる。このとき、射出動作（動的制御領域）を射出モータ９（電動サーボモータ）によって行うことにより、射出速度の制御を容易に正確に行うことができ、鋳造品質を向上させることができる。なお、例えばゲートが大きく射出速度が遅い層流充填ダイカストのようにゲート抵抗が小さい場合、射出時の負荷、抵抗が小さくなるので、射出モータ９及びボールねじ機構８の出力及び容量を小さくすることが可能である。一方、増圧、保持（静的制御領域）を油圧シリンダ６によって行うことにより、容易に大出力を発生させることができるので、安定した増圧、保持力を効率的に得ることができる。このように、射出動作（動的制御領域）を射出モータ９の電動サーボによって行い、増圧、保持（静的制御領域）を油圧シリンダ６（アキュムレータ２２の蓄圧圧力）によって行うことにより、電動と油圧を最適活用することができ、装置の小型化、省エネルギ化及び低コスト化を達成することができる。

また、射出モータ９の回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構８と、増圧、保持用の油圧シリンダ６とを並列に配置したことにより、増圧、保持の反力による大きな荷重がボールねじ機構８に作用することがないので、ボールねじ機構８を小径化することができ、高速動作が可能となる。また、ボールねじ機構８の小型化が可能となり、寿命も向上する。

本発明の一実施形態に係る射出装置の概略構成を示す図である。 図１に示す射出装置の平面図である。 図２に示す射出装置の側面図である。 図２のＡ−Ａ線による縦断面図である。 図１の射出装置のプランジャ速度及び鋳造圧力のパターンの一例を示すグラフ図である。 図１の射出装置における射出動作の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 射出装置、２ 金型、４ プランジャ、６ 油圧シリンダ、８ ボールねじ機構（回転−直線運動変換機構）、９ 射出用電動サーボモータ（電動回転モータ）、Ｃ キャビティ

Claims (4)

1. プランジャによって溶湯を金型のキャビティに充填する射出装置において、前記プランジャに推力を付与する油圧シリンダと、前記プランジャを駆動するための電動回転モータと、前記プランジャと前記電動回転モータのと間に介装される回転−直線運動変換機構とを備え、前記油圧シリンダと前記回転−直線運動変換機構とを並列に配置したことを特徴とする射出装置。
2. 前記回転−直線運動変換機構は、ボールねじ機構であることを特徴とする請求項１に記載の射出装置。
3. 前記電動回転モータによってプランジャを駆動して溶湯を前記金型のキャビティ内に充填し、前記油圧シリンダによって鋳造圧力を増圧、保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の射出装置。
4. 前記電動モータによって前記プランジャに駆動力をかけた状態で前記油圧シリンダの推力を付与することを特徴とする請求項３に記載の射出装置。
   

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