JP2011020129A - ダイカストマシン - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー効果が高く、かつ成形サイクル中の各工程における油圧ポンプの吐出流量及び吐出圧力を高精度に制御可能なダイカストマシンを提供する。
【解決手段】油圧ポンプ２を駆動するための電動モータとして、エンコーダ１ａを備えた電動サーボモータ１を用いると共に、油圧ポンプ２の吐出ラインに、油圧ポンプ２の吐出圧を検出する圧力センサ４を備える。コントローラ１５は、低速射出工程においては、エンコーダ１ａの出力信号に基づいて、電動サーボモータ１の回転速度を電流制御で速度制御する。高速射出工程においては、制御弁を開いてアキュムレータ６から射出シリンダに圧油を供給する。増圧工程及びアキュムレータの蓄圧工程においては、油圧ポンプの吐出圧力に応じた前記圧力センサの出力信号に基づいて、電動サーボモータの回転速度を電流制御で圧力制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧駆動式のダイカストマシンに係り、特に、油圧回路の構成及びその制御方式に関する。

図３に、従来知られているダイカストマシンの油圧回路を示す。この図から明らかなように、従来例に係るダイカストマシンの油圧回路は、インダクションモータ１０１と、該インダクションモータ１０１によって駆動される固定吐出型の油圧ポンプ１０２と、油圧ポンプ１０２の吐出ライン１０３に設けられた流量制御弁１０４及び圧力制御弁１０５と、油圧ポンプ１０２から吐出される圧油を蓄えるアキュムレータ１０６と、油圧ポンプ１０２の吐出ライン１０３に並列接続された第１乃至第５の方向切換弁１０７〜１１１と、第１乃至第３の方向切換弁１０７，１０８，１０９によって圧油の流入方向が切り換えられる射出・増圧シリンダ１１２と、第４の方向切換弁１１０によって圧油の流入方向が切り換えられる型開閉シリンダ１１３と、第５の方向切換１１１によって圧油の流入方向が切り換えられる製品突き出しシリンダ１１４とを有している。

インダクションモータ１０１は一定回転数で回転駆動され、油圧ポンプ１０２からは一定圧力の圧油が吐出される。また、油圧ポンプ１０２からの吐出流量は流量制御弁１０４によって制御され、吐出ライン１０３の圧力は圧力制御弁１０５によって一定圧以下に制御される。

この種の油圧駆動ダイカストマシンにおいては、型開閉シリンダ１１３を型閉方向に駆動することによって行われる型閉工程及び型締工程、射出・増圧シリンダ１１２を射出方向に駆動することによって行われる射出工程及び増圧工程、型開閉シリンダ１１３を型開方向に駆動することによって行われる型開工程、製品突き出しシリンダ１１４を製品突き出し方向に駆動することによって行われる製品突き出し工程からなる成形サイクルが繰り返えされ、鋳造品の製造が連続的に行われる。なお、射出工程は、溶融金属が金型ゲートに達するまでのタイミングで行われる低速射出工程と、溶融金属を金型キャビティ内に充填するタイミングで行われる高速射出工程とから構成され、増圧工程は、高速射出工程に引き続いて行われる。

射出・増圧シリンダ１１２は、シリンダ内に射出ラム１１２ａと増圧ラム１１２ｂとを収納してなる複動型の油圧シリンダであって、ポートａに油圧ポンプ１０２から吐出される圧油を供給することによって低速射出工程を実行すると共に、ポートａにアキュムレータ１０６から供給される圧油を供給することによって高速射出工程を実行し、ポートｂに油圧ポンプ１０２から吐出される圧油を供給することによって増圧工程を実行する。

即ち、射出・増圧シリンダ１１２の射出ラム１１２ａ及び増圧ラム１１２ｂと製品突き出しシリンダ１１４のロッド１１４ａとがそれぞれ後退位置にあり、かつ型開閉シリンダ１１３のロッド１１３ａが前進位置にあって、第１、第４及び第５の方向切換弁１０７，１１０，１１１が、それぞれ図３の中立位置Ａに切り換えられ、第２及び第３の方向切換弁１０８，１０９が切換位置Ｅに切り換えられている状態から、第１の方向切換弁１０７の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ１０２から吐出される圧油が射出・増圧シリンダ１１２のポートａに供給され、射出ラム１１２ａが前進して、低速射出工程が実行される。この状態から、第１の方向切換弁１０７を中立位置Ａに復帰すると共に、第２の方向切換弁１０８の切換位置を切換位置Ｄに切り換えると、アキュムレータ１０６に蓄えられた圧油が射出・増圧シリンダ１１２のポートａに供給され、高速射出工程が実行される。更にこの状態から、第２の方向切換弁１０８の切換位置を切換位置Ｅに復帰すると共に、第３の方向切換弁１０９の切換位置を切換位置Ｄに切り換えると、油圧ポンプ１０２から吐出される圧油が射出・増圧シリンダ１１２のポートｂに供給され、増圧ラム１１２ｂが前進する。このとき、射出ラム１１２ａには、射出ラム１１２ａのピストン面積と増圧ラム１１２ｂのピストン面積との比（正数）に比例した圧力が作用するので、増圧工程が実行される。

増圧工程が終了した後、第３の方向切換弁１０９の切換位置を切換位置Ｅに復帰すると共に、第４の方向切換弁１１０の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ１０２から吐出される圧油が型開閉シリンダ１１３のポートａに供給され、ロッド１１３ａが後退して、型開工程が実行される。

型開工程が終了した後、第４の方向切換弁１１０の切換位置を中立位置Ａに復帰すると共に、第５の方向切換弁１１１の切換位置を切換位置Ｃに切り換えると、油圧ポンプ１０２から吐出される圧油が製品突き出しシリンダ１１４のポートｂに供給され、ロッド１１４ａが前進して、製品突き出し工程が実行される。

製品突き出し工程が終了した後、第５の方向切換弁１１１の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ１０２から吐出される圧油が製品突き出しシリンダ１１４のポートａに供給され、ロッド１１４ａが後退して、原位置に戻る。しかる後に、第５の方向切換弁１１１の切換位置を中立位置Ａに復帰すると共に、第４の方向切換弁１１０の切換位置を切換位置Ｃに切り換えると、型開閉シリンダ１１３のロッド１１３ａが前進して、型閉及び型締が実行される。最後に、第４の方向切換弁１１０の切換位置を中立位置Ａに戻すことにより、成形サイクルの１サイクルが終了する。

なお、アキュムレータ１０６への圧油の充填（蓄圧）は、型閉及び型締の実行後、次回の低速射出工程の開始までの間で行われる。

このように、図３に示した従来のダイカストマシンは、インダクションモータ１０１を用いて固定吐出型の油圧ポンプ１０２を駆動し、油圧ポンプ１０２の吐出流量及び吐出圧力を流量制御弁１０４及び圧力制御弁１０５にて制御する構成であるので、圧油の無駄が多く、近年の省エネルギーの要請に対処することが難しいという問題がある。また、油圧ポンプ１０２から射出・増圧シリンダ１１２、型開閉シリンダ１１３及び製品突き出しシリンダ１１４に至る圧油の流量及び圧力を高精度に制御することが困難で、金型キャビティ内に充填される溶融金属の射出速度及び射出圧力を高精度に制御することができず、良品を高能率に製造することが困難であるという問題もある。

ところで、油圧駆動式の射出成形機においては、固定吐出型の油圧ポンプを電動サーボモータを用いて駆動する技術が知られており（例えば、特許文献１参照。）、この技術を応用すれば、ダイカストマシンについても、上述した種々の不都合を解消しやすくなる。

特許第３２４５７０７号公報

しかしながら、特許文献１には、油圧ポンプの吐出流量と吐出圧力の制御方法に関して、「コントローラによりサーボモータの回転数を制御して油圧ポンプの吐出流量と吐出圧力を制御する」とのみ記載されており、成形サイクル中の各工程における具体的な制御方法が何ら開示されていないので、このままではダイカストマシンに応用することができない。

本発明は、かかる従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネルギー効果が高く、かつ成形サイクル中の各工程における油圧ポンプの吐出流量及び吐出圧力を高精度に制御可能なダイカストマシンを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、第１に、電動モータと、該電動モータにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油を蓄えるアキュムレータと、低速射出工程においては前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記低速射出工程に引き続く高速射出工程においては前記アキュムレータから供給される圧油により駆動され、前記高速射出工程に引き続く増圧工程においては前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される射出・増圧シリンダと、前記射出シリンダへの圧油の供給を制御する方向切換弁と、前記電動モータ、前記アキュムレータ及び前記方向切換弁の駆動を制御するコントローラとを備えたダイカストマシンにおいて、前記電動モータとしてエンコーダを備えた電動サーボモータを用いると共に、前記油圧ポンプの吐出ラインに前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサを備え、前記コントローラは、前記低速射出工程においては、前記油圧ポンプの吐出流量に応じた前記エンコーダの出力信号に基づいて、前記電動サーボモータの回転速度を電流制御で速度制御し、前記高速射出工程においては、前記方向切換弁を切り換えて前記射出シリンダに前記アキュムレータからの圧油を供給し、前記増圧工程及び前記アキュムレータの蓄圧工程においては、前記油圧ポンプの吐出圧力に応じた前記圧力センサの出力信号に基づいて、前記電動サーボモータの回転速度を電流制御で圧力制御するという構成にした。

かかる構成によると、油圧ポンプ駆動用の電動モータとして電動サーボモータを用いるので、インダクションモータを一定回転数で回転駆動する場合に比べて圧油の無駄を低減できる。また、低速射出工程、増圧工程及びアキュムレータの蓄圧工程の各工程において、電動サーボモータを適宜速度制御又は圧力制御するので、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程の各工程を適正な射出速度又は増圧圧力にて実行することができる。

本発明は、第２に、前記第１の構成のダイカストマシンにおいて、前記速度制御は、前記エンコーダの出力信号が前記コントローラから出力される速度目標値に追従するように、前記電動サーボモータの回転速度をフィードバック制御することにより行い、前記圧力制御は、前記圧力センサの出力信号が前記コントローラから出力される圧力目標値に追従するように、前記電動サーボモータの回転速度をフィードバック制御することにより行うという構成にした。

かかる制御を行うことにより、電動サーボモータの速度制御及び圧力制御を簡単な構成で高精度に行うことができる。

本発明は、第３に、前記第１の構成のダイカストマシンにおいて、前記射出シリンダとして、前記低速射出工程及び前記高速射出工程において駆動される第１射出シリンダの後端に、前記増圧工程において駆動される第２射出シリンダを直列に連結してなる連結シリンダを用いるという構成にした。

かかる構成の油圧シリンダを用いると、第１射出シリンダに供給された圧油の圧力と第２射出シリンダに供給された圧油の圧力の総計を溶融金属に付与することができるので、高速射出工程後の溶融金属に所要の増圧処理を施すことができる。

本発明によると、油圧ポンプ駆動用の電動モータとして電動サーボモータを用い、該電動サーボモータの回転速度をエンコーダの出力信号又は圧力センサの出力信号に基づいて制御するので、インダクションモータを一定回転数で回転駆動する場合に比べて圧油の無駄がなく、ダイカストマシンの省エネルギー化を図ることができる。また、低速射出工程、増圧工程及びアキュムレータの蓄圧工程の各工程において、電動サーボモータを適宜速度制御又は圧力制御するので、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程の各工程を適正な射出速度又は増圧圧力にて実行することができ、鋳造欠陥の無い良品を高能率に製造することができる。

実施形態に係るダイカストマシンに備えられる油圧回路の回路図である。 成形サイクル中の各工程における射出シリンダロッドの前進速度の変化及び当該ロッドに作用する圧力の変化を示すグラフ図である。 従来例に係るダイカストマシンに備えられる油圧回路の回路図である。

以下、本発明に係るダイカストの実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。本例のダイカストマシンは、図１に示すように、エンコーダ１ａを備えた電動サーボモータ１と、該電動サーボモータ１によって駆動される固定吐出型の油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２の吐出ライン３に設けられた圧力センサ４と、油圧ポンプ２から吐出される圧油を蓄えるアキュムレータ６と、油圧ポンプ２の吐出ライン３に並列接続された第１乃至第５の方向切換弁７，８，９，１０，１１と、第１乃至第３の方向切換弁７，８，９によって圧油の流入方向が切り換えられる射出・増圧シリンダ１２と、第４の方向切換弁１０によって圧油の流入方向が切り換えられる型開閉シリンダ１３と、第５の方向切換１１によって圧油の流入方向が切り換えられる製品突き出しシリンダ１４と、エンコーダ１ａの出力信号ａ及び圧力センサ４の出力信号ｂを取り込み、これに応じた電動サーボモータ１の制御信号ｃ及び方向切換弁７，８，９，１０，１１の切換信号ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ並びにアキュムレータ６の駆動信号ｉを出力するコントローラ１５とを有している。

電動サーボモータ１は、コントローラ１５から出力される制御信号ｃによって回転駆動され、図２に示すように、射出・増圧シリンダ１２に備えられたロッドの前進速度及び当該ロッドに作用する圧力が、コントローラ１５から出力される速度目標値及び圧力目標値に追従するように、回転速度がフィードバック制御される。油圧ポンプ２からは、電動サーボモータの回転速度に応じた吐出流量及び吐出圧力の圧油が吐出される。

本例のダイカストマシンにおいても、型開閉シリンダ１３を型閉方向に駆動することによって行われる型閉工程及び型締工程、射出・増圧シリンダ１２を射出方向に駆動することによって行われる射出工程及び増圧工程、型開閉シリンダ１３を型開方向に駆動することによって行われる型開工程、製品突き出しシリンダ１４を製品突き出し方向に駆動することによって行われる製品突き出し工程からなる成形サイクルが繰り返えされ、鋳造品の製造が連続的に行われる。また、射出工程は、溶融金属が金型ゲートに達するまでのタイミングで行われる低速射出工程と、溶融金属を金型キャビティ内に充填するタイミングで行われる高速射出工程とから構成される。

射出・増圧シリンダ１２は、第１射出シリンダ１２１の後端に第２射出シリンダ１２２を直列に連結してなる連結シリンダであって、第１射出シリンダ１２１の内部には第１ロッド１２１ａが前後進可能に収納されると共に、第２射出シリンダ１２２の内部には第２ロッド１２２ａが前後進可能に収納されている。この射出・増圧シリンダ１２は、ポートａに油圧ポンプ２から吐出される圧油を供給することによって低速射出工程を実行し、同じくポートａにアキュムレータ６から供給される圧油を供給することによって高速射出工程を実行し、ポートｂに油圧ポンプ２から吐出される圧油を供給することによって増圧工程を実行する。

以下、前記実施形態に係るダイカストマシンの動作について説明する。

低速射出工程の実行前においては、射出・増圧シリンダ１２の第１ロッド１２１ａ及び第２ロッド１２２ｂと製品突き出しシリンダ１４のロッド１４ａとがそれぞれ後退位置にあり、かつ型開閉シリンダ１３のロッド１３ａが前進位置にあって、第１、第３、第４及び第５の方向切換弁７，９，１０，１１が、それぞれ図１の中立位置Ａに切り換えられ、第２の方向切換弁８が切換位置Ｅに切り換えられている。また、アキュムレータ６内には、所定圧力の圧油が蓄圧されている。アキュムレータ６の蓄圧は、電動サーボモータ１の回転速度を、油圧ポンプ２の吐出圧力に応じた圧力センサ４の出力信号に基づいて、電流制御で圧力制御することにより行われる。

この状態から、第１の方向切換弁７の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ２から吐出される圧油が射出・増圧シリンダ１２のポートａに供給され、第１ロッド１２１ａが前進して、低速射出工程が実行される。このとき、コントローラ１５は、エンコーダ１ａの出力信号に基づいて電動サーボモータ１の回転速度を電流制御により速度制御し、コントローラ１５から出力される低速射出時の速度目標値に第１ロッド１２１ａの前進速度を追従させる。

また、この状態から、第１の方向切換弁７を中立位置Ａに復帰すると共に、第２の方向切換弁８の切換位置を切換位置Ｄに切り換えると、アキュムレータ６に蓄えられた圧油が射出・増圧シリンダ１２のポートａに供給され、高速射出工程が実行される。

更に、この状態から、第２の方向切換弁８の切換位置を切換位置Ｅに復帰すると共に、第３の方向切換弁９の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ２から吐出される圧油が射出・増圧シリンダ１２のポートｂに供給され、第２ロッド１２２ａが前進して、溶融金属に第１ロッド１２１ａに作用する押圧力と第２ロッド１２２ａに作用する押圧力との合力が作用し、増圧工程が実行される。このとき、コントローラ１５は、圧力センサ４の出力信号に基づいて、電動サーボモータ１の回転速度を電流制御により圧力制御する。

増圧工程が終了した後、第３の方向切換弁９の切換位置を中間位置Ａに復帰すると共に、第４の方向切換弁１０の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ２から吐出される圧油が型開閉シリンダ１３のポートａに供給され、ロッド１３ａが後退して、型開工程が実行される。

型開工程が終了した後、第４の方向切換弁１０の切換位置を中立位置Ａに復帰すると共に、第５の方向切換弁１１の切換位置を切換位置Ｃに切り換えると、油圧ポンプ２から吐出される圧油が製品突き出しシリンダ１４のポートｂに供給され、ロッド１４ａが前進して、製品突き出し工程が実行される。

製品突き出し工程が終了した後、第５の方向切換弁１１の切換位置を切換位置Ｂに切り換えると、油圧ポンプ２から吐出される圧油が製品突き出しシリンダ１４のポートａに供給され、ロッド１４ａが後退して、原位置に戻る。しかる後に、第５の方向切換弁１１の切換位置を中立位置Ａに復帰すると共に、第４の方向切換弁１０の切換位置を切換位置Ｃに切り換えると、型開閉シリンダ１３のロッド１３ａが前進して、型閉及び型締が実行される。最後に、第４の方向切換弁１０の切換位置を中立位置Ａに復帰することにより、成形サイクルの１サイクルが終了する。

なお、アキュムレータ６への圧油の充填（蓄圧）は、型閉及び型締の実行後、次回の低速射出工程の開始までの間で行われる。

本例のダイカストマシンは、油圧ポンプ駆動用の電動モータとして、電動サーボモータ１を用いるので、インダクションモータを一定回転数で回転駆動する場合に比べて圧油の無駄がなく、ダイカストマシンの省エネルギー化を図ることができる。また、低速射出工程、増圧工程及びアキュムレータの蓄圧工程の各工程において、電動サーボモータ１を適宜速度制御又は圧力制御するので、低速射出工程、高速射出工程及び増圧工程の各工程を適正な射出速度又は増圧圧力にて実行することができ、鋳造欠陥の無い良品を高能率に製造することができる。

本発明は、油圧駆動式ダイカストマシンの油圧回路に利用できる。

１ 電動サーボモータ
１ａ エンコーダ
２ 油圧ポンプ
３ 吐出ライン
４ 圧力センサ
６ アキュムレータ
７〜１１ 方向切換弁
１２ 射出・増圧シリンダ
１３ 型開閉シリンダ
１４ 製品突き出しシリンダ
１５ コントローラ

Claims (3)

1. 電動モータと、該電動モータにより駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出される圧油を蓄えるアキュムレータと、低速射出工程においては前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記低速射出工程に引き続く高速射出工程においては前記アキュムレータから供給される圧油により駆動され、前記高速射出工程に引き続く増圧工程においては前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される射出・増圧シリンダと、前記射出シリンダへの圧油の供給を制御する方向切換弁と、前記電動モータ、前記アキュムレータ及び前記方向切換弁の駆動を制御するコントローラとを備えたダイカストマシンにおいて、
   前記電動モータとしてエンコーダを備えた電動サーボモータを用いると共に、前記油圧ポンプの吐出ラインに前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサを備え、
   前記コントローラは、前記低速射出工程においては、前記油圧ポンプの吐出流量に応じた前記エンコーダの出力信号に基づいて、前記電動サーボモータの回転速度を電流制御で速度制御し、
   前記高速射出工程においては、前記方向切換弁を切り換えて前記射出シリンダに前記アキュムレータからの圧油を供給し、
   前記増圧工程及び前記アキュムレータの蓄圧工程においては、前記油圧ポンプの吐出圧力に応じた前記圧力センサの出力信号に基づいて、前記電動サーボモータの回転速度を電流制御で圧力制御することを特徴とするダイカストマシン。
2. 前記速度制御は、前記エンコーダの出力信号が前記コントローラから出力される速度目標値に追従するように、前記電動サーボモータの回転速度をフィードバック制御することにより行い、前記圧力制御は、前記圧力センサの出力信号が前記コントローラから出力される圧力目標値に追従するように、前記電動サーボモータの回転速度をフィードバック制御することにより行う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. 前記射出シリンダとして、前記低速射出工程及び前記高速射出工程において駆動される第１射出シリンダの後端に、前記増圧工程において駆動される第２射出シリンダを直列に連結してなる連結シリンダを用いた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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