ダイカストマシン
【課題】粉塵や霧状液に対する耐性が高く、低コストに製造できて良好な生産性を維持することができるダイカストマシンを提供する。
【解決手段】最大トルクが定格トルクの３００％以上のビルトインモータ２０６と、当該モータ２０６の回転運動を可動部材の直進運動に変換するクランク機構２０７と、モータ２０６の駆動を制御する制御装置４００とを備える。制御装置４００は、モータ２０６の駆動を制御するために設定されたクランク機構の回転角を記憶しており、当該記憶された角度範囲ではモータ２０６を最高トルクで駆動し、これを除く角度範囲ではモータ２０６を定格トルクで駆動する。
【解決手段】最大トルクが定格トルクの３００％以上のビルトインモータ２０６と、当該モータ２０６の回転運動を可動部材の直進運動に変換するクランク機構２０７と、モータ２０６の駆動を制御する制御装置４００とを備える。制御装置４００は、モータ２０６の駆動を制御するために設定されたクランク機構の回転角を記憶しており、当該記憶された角度範囲ではモータ２０６を最高トルクで駆動し、これを除く角度範囲ではモータ２０６を定格トルクで駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動サーボモータにより駆動される型締装置を備えたダイカストマシンに係り、特に、電動サーボモータの回転運動をクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧式のダイカストマシンのように工場内を作動油で汚さず、また、油圧式ダイカストマシンに比べて高精度の動作制御も容易であることから、可動部である射出装置、押出装置及び型締装置の駆動源として電動サーボモータを用いた電動式ダイカストマシンが普及しつつある（特許文献１，２参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示の技術は、成形品を金型から取り出すための押出プレートを電動サーボモータにて駆動するもので、電動サーボモータの回転運動をボールネジ機構にて直進運動に変換し、ボールネジ機構の直動部を可動部材である押出プレートに伝達する構成になっている。一方、特許文献２に開示の技術は、可動金型を取り付けた可動ダイプレートを電動サーボモータにて駆動するもので、電動サーボモータの回転運動をボールネジ機構にて直進運動に変換し、ボールネジ機構の直動部を倍力装置であるトグルリンク機構のクロスヘッドに伝達し、このトグルリンク機構の他端に連結された可動ダイプレートを直進運動させる構成になっている。
【０００４】
ところで、ボールネジ機構は、ネジ軸と、これに螺合された直動部（ナット体）との噛み合いによって動力を伝達する機構であり、ネジ軸に異物が付着すると必然的に当該異物がネジ軸とナット体の噛み合い部に咬み込まれて噛み合い不良を生じるので、異物の付着に弱いという問題がある。しかるに、ダイカストマシンは、運転中に、アルミニウムなどの金属材料の細かい粉塵や、金型の離型面に吹き付けられる離型材の霧状液が周囲に飛び散るので、これらの粉塵や霧状液が、押出装置や型締装置のボールネジ機構に付着し易く、これらの寿命を短命化させたり、メンテナンスに多大の労力が必要になる。
【０００５】
引用文献１，２に係る発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ボールネジ機構を含む必要箇所を密閉構造体の内部に収納することを特徴としている。
【特許文献１】特開２００７−１３６５１８号公報
【特許文献２】特開２００７−１３６５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボールネジ機構を含む必要箇所を密閉構造体の内部に収納すると、部品点数やマシンの組み立てに要する労力が多くなるため、ダイカストマシンが高コスト化する。また、メンテナンス時に密閉構造体を分解・組立するための作業量が増えるため、ダイカストマシンの生産性が落ちるという問題もある。
【０００７】
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、粉塵や霧状液に対する耐性が高く、低コストに製造できて良好な生産性を維持することができるダイカストマシンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、この目的を達成するため、第１に、電動サーボモータと、前記電動サーボモータの回転運動をクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構と、一端が前記クロスヘッドに連結され、他端が可動ダイプレートに連結されたトグルリンク機構と、前記電動サーボモータの駆動を制御する制御装置とを備えたダイカストマシンにおいて、前記運動変換機構として、前記電動サーボモータにより回転駆動される第１アームと、一端が前記第１アームに回転可能に結合されると共に、他端が前記クロスヘッドに回転可能に結合された第２アームとからなるクランク機構を用いるという構成にした。
【０００９】
電動サーボモータの回転運動を可動部材の直進運動に変換する運動変換機構として、クランク機構を用いると、ボールネジ機構のように可動部が軸体の軸線方向に摺動しないので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて、粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができる。よって、運動変換機構の周囲全体を密閉構造体で覆う必要がなく、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。
【００１０】
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、前記可動ダイプレートに取り付けられた可動側金型と、該可動側金型と対向に配置された固定側金型との型閉開始から、これらの各金型が型開完了されるまでの所定期間だけ、前記電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動し、その他の期間では前記電動サーボモータを定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動するという構成にした。
【００１１】
電動サーボモータの出力トルクは、モータドライバ回路から供給されるモータ駆動電流によって変化し、電動サーボモータに定格電流以上のモータ駆動電流を供給した場合には定格トルク以上のトルクを出力させることができ、電動サーボモータに定格電流以下のモータ駆動電流を供給した場合には定格トルク以下のトルクを出力させることができる。但し、電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動する場合には、発熱による悪影響が発生するため、駆動時間が短時間に制限される。可動側金型と固定側金型が型閉開始されてから型開完了されるまでに最高トルクに近い出力が必要な時間は、短時間であるので、電動サーボモータを定格トルク以上の最高トルクに近い出力トルクで駆動することができる。このように、可動側金型と固定側金型が型閉されてから型開されるまでの期間だけ、電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動し、その他の期間では電動サーボモータを定格トルクで駆動すると、定格トルクが小さな小型のモータを用いて型締装置の駆動が可能になるので、型締装置、ひいてはダイカストマシンの小型化と低コスト化とを図ることができる。
【００１２】
本発明は第３に、前記第１のダイカストマシンにおいて、前記電動サーボモータとして、最大トルクが定格トルクの３００％以上の密閉式ビルトインモータを用いるという構成にした。
【００１３】
ビルトインモータは、円筒形のモータ固定子内に円筒形のモータ回転子を組み込んだモータで、モータ回転子内に運動変換機構の回転部を挿入することができるので、電動サーボモータ及びその周辺部分を含むモータ設定部を省スペース化することができて、ダイカストマシンの小型化を図ることができる。また、型締装置に備えられる電動サーボモータは、可動側金型と固定側金型との間に所定の型締力を付与する短時間だけ大きな駆動力を出力するように駆動が制御されるので、最大トルクが定格トルクの３００％以上のビルトインモータを用いると、定格トルクが小さい小型のビルトインモータを最大トルク又はそれに近い出力トルクで駆動することにより、可動部材であるクロスヘッドに所要の駆動力を付与できるので、電動サーボモータの小型化、ひいてはダイカストマシンのさらなる小型化と低コスト化とを図ることができる。加えて、内部構造物がケーシングにて密閉された密閉式ビルトインモータを用いると、粉塵や霧状液に対するビルトインモータの耐性を高めることができるので、ダイカストマシンの寿命を延長できると共に、そのメンテナンスを容易化することができる。
【００１４】
本発明は第４に、前記第１のダイカストマシンにおいて、前記第１アームと前記第２アームの結合部、及び前記第２アームと前記押出プレートの結合部に、シール付ベアリングを備えるという構成にした。
【００１５】
これらの各結合部には、回転を円滑にするためのベアリングが備えられるが、そのベアリングとしてシール付ベアリングを備えると、シールによってベアリング内への粉塵や霧状液の侵入をより確実に防止できるので、クランク機構の耐久性をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のダイカストマシンは、電動サーボモータの回転運動を型締装置に備えられるクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構として、クランク機構を用いるので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができ、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るダイカストマシンの実施形態を、図を用いて説明する。
【００１８】
図１は実施形態に係るダイカストマシンの主要部の斜視図、図２は実施形態に係るダイカストマシンの内部構造を示す斜視断面図である。これらの図に示すように、本例のダイカストマシンは、射出装置１００と、型締装置２００と、押し出し装置３００と、これらの各装置に備えられた各電動サーボモータの駆動を制御する制御装置４００及び制御装置４００から出力される指令信号に基づいて各電動サーボモータを駆動するドライバ回路４０１とを備えている。
【００１９】
まず、実施形態に係るダイカストマシンの射出装置１００について説明する。
【００２０】
射出装置１００は、図１〜図４に示すように、射出ユニットベース１０１の盤上に所定間隔を隔てて対向に配設されたヘッドストック１０２及びモータ取付板１０３と、モータ取付板１０３に取り付けられた第１射出用サーボモータ１０４と、ヘッドストック１０２とモータ取付板１０３との間に架け渡された４本の連結バー１０５と、連結バー１０５に案内されてヘッドストック１０２とモータ取付板１０３との間を前後進する直動体１０６と、軸受１０７を介してモータ取付板１０３に回転可能に保持され、第１射出用サーボモータ１０４によって回転駆動されるネジ軸１０８及びこのネジ軸１０８に螺合され、一端が直動体１０６に固定されたナット体１０９からなるボールネジ機構１１０と、直動体１０６の上面及び下面に取り付けられた第２射出用サーボモータ１１１及び第３射出用サーボモータ１１２と、図示しない軸受を介して直動体１０６に回転可能に保持され、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２により回転駆動される第１アーム１１３と、一端が第１連結軸１１５（図５〜図７参照）に回転可能にピン結合された第２アーム１１６と、第２アーム１１６の先端に連結ピン１１７を介して回転可能にピン結合されたプランジャ１１８とから主に構成されている。各ピン結合部の軸受には、塵埃や霧状液の悪影響を回避するため、シール付きベアリングを用いることが特に望ましい。また、第１乃至第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２には、回転角検出センサであるロータリエンコーダ１２１，１２２，１２３が備えられる。
【００２１】
図４に示すように、第１射出用サーボモータ１０４は、ケーシング１０４ａと、ケーシング１０４ａの内面に固定された円筒形のモータ固定子１０４ｂと、モータ固定子１０４ｂの外周に巻回されたモータコイル１０４ｃと、モータ固定子１０４ｂ内に配置された円筒形のモータ回転子１０４ｄと、モータ回転子１０４ｄの外面に取り付けられたモータ磁石１０４ｅとから構成されており、モータ回転子１０４ｄの内周に連結部材１１９を介してネジ軸１０８が連結されている。したがって、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流を第１射出用サーボモータ１０４に通電すると、モータ回転子１０４ｄ及び連結部材１１９を介してネジ軸１０８が回転駆動され、これに螺合されたナット体１０９を介して、直動体１０６がネジ軸１０８の軸方向に移動される。
【００２２】
同じく図４に示すように、第２射出用サーボモータ１１１は、ケーシング１１１ａと、ケーシング１１１ａの内面に固定された円筒形のモータ固定子１１１ｂと、モータ固定子１１１ｂの外周に巻回されたモータコイル１１１ｃと、モータ固定子１１１ｂ内に配置された円筒形のモータ回転子１１１ｄと、モータ回転子１１１ｄの外面に取り付けられたモータ磁石１１１ｅとから構成されており、第３射出用サーボモータ１１２は、ケーシング１１２ａと、ケーシング１１２ａの内面に固定された円筒形のモータ固定子１１２ｂと、モータ固定子１１２ｂの外周に巻回されたモータコイル１１２ｃと、モータ固定子１１２ｂ内に配置された円筒形のモータ回転子１１２ｄと、モータ回転子１１２ｄの外面に取り付けられたモータ磁石１１２ｅとから構成されている。これら第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２のモータ回転子１１１ｄ，１１２ｄは、第１アーム１１３と連結されている。したがって、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流を第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２に通電すると、モータ回転子１１１ｄ，１１２ｄにより第１アーム１１３が回転駆動され、これに連結された第２アーム１１６を介して、プランジャ１１８がネジ軸１０８の軸線方向に移動される。
【００２３】
プランジャ１１８の先端部は、図５〜図７に示すように、型締装置２００を構成する固定ダイプレート２０１に固定されたスリーブ２０１ａ内に摺動可能に収納されている。また、固定ダイプレート２０１には、スリーブ２０１ａ内に連通する溶湯注入孔２０１ｂが開設されている。したがって、プランジャ１１８を後退させた状態で、溶湯注入孔２０１ｂからスリーブ２０１ａ内に溶湯を注入した後、プランジャ１１８を前進させると、スリーブ２０１ａ内に注入された溶湯が、固定側金型２０８に開設されたランナー２０８ａを通って、固定側金型２０８と可動側金型２０９とを型締することにより形成される金型キャビティ２１０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。
【００２４】
この点についてより詳細に説明すると、図５に示す待機位置において、ボールネジ機構１１０のナット体１０９は、ネジ軸１０８の基端側（第１射出用サーボモータ１０４側）に移動しており、第１アーム１１３の第１連結軸１１５は、第１アーム１１３の回転中心から見て右上４５°の方向に停止されている。射出工程が開始されると、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流が第１射出用サーボモータ１０４に通電され、モータ回転子１０４ｄとネジ軸１０８とが一体的に回転する。これにより、図６に示すように、ナット体１０９、直動体１０６、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２及びプランジャ１１８が一体的に先端側（金型側）に移動する。
【００２５】
第１射出用サーボモータ１０４の回転量が予め定められた値に達すると、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流が第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２に通電され、モータ回転子１１１ｄ，１１２ｄと第１アーム１１３とが一体的に回転する。これにより、図７に示すように、第２アーム１１６及びプランジャ１１８が一体的に先端側に移動する。本実施形態においては、第１連結軸１１５が、第１アーム１１３の回転中心から見て左上４５°の方向になるまで、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２が回転駆動される。このように、第１連結軸１１５を、第１アーム１１３の回転中心から見て、右上４５°の方向から左上４５°の方向になるまで移動させることにより、第２アーム１１６及びプランジャ１１８を高速で先端側に移動することができる。
【００２６】
したがって、プランジャ１１８の前進速度は、図８に示すように、第１射出用サーボモータ１０４の駆動力のみによるときには低速となり、第１乃至第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２の合計駆動力によるときには高速となる。
【００２７】
このように、本例のダイカストマシンは、第１乃至第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２によってプランジャ１１８の駆動を行うので、従来のようにアキュムレータ及び油圧管路を必要とせず、構造の簡略化が図れると共に、プランジャ１１８の速度制御を厳密化することができる。また、高速運転時において、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２の駆動力を、第１アーム１１３及び第２アーム１１６からなるクランク機構を介してプランジャ１１８に伝達するので、溶湯の射出及び増圧に必要な所定の射出速度（例えば、最高速度６０００ｍｍ／ｓｅｃ）及び所定の推力（例えば、１６０ＫＮ）を実現することができる。
【００２８】
なお、前記実施形態においては、直動体１０６に２つの射出用サーボモータ１１１，１１２を搭載したが、プランジャ１１８の移動速度や推力に余裕がある場合には、いずれか一方の射出用サーボモータのみを備えれば足りる。
【００２９】
また、前記実施形態においては、第１射出用サーボモータ１０４の回転運動を、直動体１０６、第２射出用サーボモータ１１１及び第３射出用サーボモータ１１２の直進運動に返還する運動変換機構として、ボールネジ機構１１０を用いたが、かかる構成に代えて、第１射出用サーボモータ１０４によって回転駆動され得る第１アームと、一端がこの第１アームの第１連結軸と回転可能にピン結合され、他端が直動体１０６に回転可能にピン結合された第２アームと、各ピン結合部に設けられたシール付きベアリングとからなるクランク機構を用いることもできる。かかる構成によると、運動変換機構の塵埃や霧状液に対する耐性を高めることができるので、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。
【００３０】
次に、実施形態に係るダイカストマシンの型締装置２００について説明する。
【００３１】
実施形態に係る型締装置２００は、図９及び図１０に示すように、図示しない成形機のベッド上に固定される固定ダイプレート２０１及びテールストック２０２と、両端がこれら固定ダイプレート２０１及びテールストック２０２に固定された複数本のタイバー２０３と、タイバー２０３に案内されて固定ダイプレート２０１とテールストック２０２との間で前後進する可動ダイプレート２０４と、テールストック２０２と可動ダイプレート２０４とを連結するトグルリンク機構２０５と、テールストック２０２に搭載された型開閉及び型締用の駆動源である電動サーボモータ（型締用サーボモータ）２０６と、電動サーボモータ２０６の回転運動を直進運動に変換してトグルリンク機構２０５に伝達するクランク機構２０７とを備えている。固定ダイプレート２０１には、固定側金型２０８が搭載され、可動ダイプレート２０４には、可動側金型２０９が搭載される。なお、型締用サーボモータ２０６には、回転角検出センサであるロータリエンコーダが備えられる（図示省略）。
【００３２】
トグルリンク機構２０５は、一端側がテールストック２０２に回動可能にピン結合されたＢリンク２１１と、一端側が可動ダイプレート２０４に回動可能にピン結合されると共に、他端側がＢリンク２１１の他端側と相対的に回動するようにピン結合されたＡリンク２１２と、クランク機構２０７を介して電動サーボモータ２０６の駆動力を受けるクロスヘッド２１３と、一端がクロスヘッド２１３に回動可能にピン結合されると共に、他端側がＢリンク２１１の中間部と相対的に回動するようにピン結合されたＣリンク２１４とからなる。なお、Ｏ１はテールストック２０２に対するＢリンク２１１のピン結合部、Ｏ２はＢリンク２１１に対するＡリンク２１２のピン結合部、Ｏ３はＢリンク２１１に対するＣリンク２１４のピン結合部、Ｏ４は可動ダイプレート２０４に対するＡリンク２１２のピン結合部、Ｏ５はクロスヘッド２１３に対するＣリンク２１４のピン結合部を示している。これらの各ピン結合部Ｏ１〜Ｏ５には、塵埃や霧状液の悪影響を回避するため、シール付きベアリングを備えることが望ましい。このように、本例のトグルリンク機構２０５は、Ａリンク２１２とＢリンク２１１とＣリンク２１４とを有し、５つのピン結合部Ｏ１〜Ｏ５をもつ５点軸支構造のリンク機構となっているが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の形式のトグルリンク機構を備えることも勿論可能である。
【００３３】
型締用サーボモータ２０６としては、前述の第１〜第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２と同様に、ケーシングと、ケーシングの内面に固定された円筒形のモータ固定子と、モータ固定子の外周に巻回されたモータコイルと、モータ固定子内に配置された円筒形のモータ回転子と、モータ回転子の外面に取り付けられたモータ磁石とをもって構成される密閉式のビルトインモータであって、最大トルクが定格トルクの３００％以上のものが用いられる。
【００３４】
クランク機構２０７は、回転軸２２１ａが型締用サーボモータ２０６のモータ回転子に連結された第１アーム２２１と、一端が第１アーム２２１に形成された第１連結軸（偏心軸）２２２に回転可能にピン結合され、他端がクロスヘッド２１３に形成された第２連結軸２２４に回転可能にピン結合された第２アーム２２３とから構成される。これらの各ピン結合部Ｏ７，Ｏ８には、粉塵等の影響をより小さいものにするため、シール付きベアリングを備えることが望ましい。
【００３５】
図９は型開状態におけるクランク機構２０７の状態を示す図であり、図１０は型閉状態におけるクランク機構２０７の状態を示す図である。図９に示すように、型開状態においては、型締用サーボモータ２０６（第１アーム２２１）の回転中心Ｏ６を介して、その両側に第１連結軸２２２と第２アーム２２３とのピン結合部Ｏ７及び第２アーム２２３とクロスヘッド２１３とのピン結合部Ｏ８が配置されており、クランク機構２０７は、折り畳まれた状態になっている。これに対して、図１０に示すように、型閉状態においては、型締用サーボモータ２０６（第１アーム２２１）の回転中心Ｏ６と、第１連結軸２２２と第２アーム２２３とのピン結合部Ｏ７と、第２アーム２２３とクロスヘッド２１３とのピン結合部Ｏ８とがこの順に配置されており、クランク機構２０７は、展開した状態になっている。
【００３６】
制御装置４００は、型締用サーボモータ２０６の駆動トルクを制御するための第１アーム２２１の回転角を記憶しており、この記憶された回転角の範囲では、型締用サーボモータ２０６を定格トルク以上、例えば最高トルクで駆動し、その他の角度範囲では、型締用サーボモータ２０６を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動する。これにより、必要なタイミングで、型締装置２００に所要の型締力を付与することができる。
【００３７】
例えば、第１連結軸２２２と第２アーム２２３とのピン結合部Ｏ７と、第１アーム２２１の回転中心Ｏ６と、第２アーム２２３とクロスヘッド２１３とのピン結合部Ｏ８とがこの順に一直線上に並ぶとき（図９参照）の第１アームの回転角θを０°とし、図１１に示すように、固定側金型２０８と可動側金型２０９とが型閉するときの第１アーム２２１の回転角θをα１°、固定側金型２０８と可動側金型２０９との間に所要の型締力を付与したときの第１アーム２２１の回転角θをβ１°として設定し、α１°≦θ≦β１°の角度範囲では、曲線Ｔｍ１で示すように型締用サーボモータ２０６を定格トルク以上の例えば最高トルクで駆動し、α１°≦θ≦β１°を除く角度範囲では、曲線Ｔｓ１で示すように型締用サーボモータ２０６を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動することにより、固定側金型２０８と可動側金型２０９の型閉を静粛に行えると共に、射出工程を実施するに必要な型締力Ｐ１を固定側金型２０８と可動側金型２０９との間に付与することができる。
【００３８】
かかる構成にすると、型締用サーボモータ２０６の回転運動を可動ダイプレート２０４の直進運動に変換する運動変換機構として、シール付きベアリングを備えたクランク機構２０７を用いるので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができる。よって、クランク機構２０７の周囲を密閉構造体で覆う必要がなく、かつメンテナンスに要する労力を低減できるので、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。また、型締用サーボモータ２０６として、最高トルクが定格トルクの３００％以上のモータを備えると共に、制御装置４００に型締用サーボモータ２０６の駆動を制御するための第１アーム２２１の回転角θ＝α１°，β１°を設定し、α１°≦θ≦β１°の角度範囲では型締用サーボモータ２０６を定格トルク以上の出力トルクで駆動し、α１°≦θ≦β１°を除く角度範囲では型締用サーボモータ２０６を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動するので、定格トルクが小さな小型モータを用いて必要な型締力が得られ、ダイカストマシンの小型化と低コスト化とを図ることができる。
【００３９】
次に、実施形態に係るダイカストマシンの押出装置３００について説明する。
【００４０】
実施形態に係る押出装置３００は、図１２乃至図１５に示すように、押出プレート３０１と、押出プレート３０１に植設された複数本の押出ピン３０２と、押出プレート３０１の駆動源である電動サーボモータ（押出用サーボモータ）３０３と、押出用サーボモータ３０３の回転運動を直進運動に変換して押出プレート３０１に伝達するクランク機構３０４とからなる。押出プレート３０１及びクランク機構３０４は、可動ダイプレート２０４に形成された押出装置収納空間３０５内に配置され、押出ピン３０２は、可動ダイプレート２０４に開設されたピン挿通孔３０６内に貫通配置される。なお、押出用サーボモータ３０３には、回転角検出センサであるロータリエンコーダが備えられる（図示省略）。
【００４１】
押出用サーボモータ３０３としては、型締用サーボモータ２０６と同様に、ケーシングと、ケーシングの内面に固定された円筒形のモータ固定子と、モータ固定子の外周に巻回されたモータコイルと、モータ固定子内に配置された円筒形のモータ回転子と、モータ回転子の外面に取り付けられたモータ磁石とをもって構成される密閉式のビルトインモータであって、最大トルクが定格トルクの３００％以上のものが用いられる。
【００４２】
クランク機構３０４は、図１２に示すように、押出用サーボモータ３０３のモータ回転子に連結された第１アーム３１１と、一端が第１連結軸３１２に回転可能にピン結合され、他端が押出プレート３０１に回転可能にピン結合された第２アーム３１３と、これらの各ピン結合部Ｏ１０，Ｏ１１に設けられた図示しないシール付きベアリングとから構成される。
【００４３】
図１３は押出開始前のクランク機構３０４の状態を示す図、図１４は押出中のクランク機構３０４の状態を示す図、図１５は押出終了時のクランク機構３０４の状態を示す図である。図１３に示すように、押出開始前においては、押出用サーボモータ３０３（第１アーム３１１）の回転中心Ｏ９を介して、その両側に第１連結軸３１２と第２アーム３１３とのピン結合部Ｏ１０及び第２アーム３１３と押出プレート３０１とのピン結合部Ｏ１１が配置されており、この状態から、押出用サーボモータ３０３を駆動して、第１アーム３１１を回転すると、図１４に示すように、押出ピン３０２の先端部が可動側金型２０９に開設されたピン挿通孔３０７に挿入され、図示しない金型の押出プレートを介して、成形品の押し出しが行われる。次いで、図１５に示すように、押出用サーボモータ３０３（第１アーム３１１）の回転中心Ｏ９と、第１連結軸３１２と第２アーム３１３とのピン結合部Ｏ１０と、第２アーム３１３と押出プレート３０１とのピン結合部Ｏ１１がこの順に配置される位置まで押出用サーボモータ３０３の駆動が継続され、可動側金型２０９から成形品が取り出される。成形品の押し出しは、可動側金型２０９から成形品が剥離するまでの期間で大きな押圧力を必要とし、その他の期間では、押出プレート３０１を単独で押圧するだけの小さな押圧力で足りる。
【００４４】
制御装置４００は、押出用サーボモータ３０３の駆動トルクを制御するための第１アーム３１１の回転角を記憶しており、この記憶された回転角の範囲では、押出用サーボモータ３０３を定格トルク以上、例えば最高トルクで駆動し、その他の角度範囲では、押出用サーボモータ３０３を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動する。これにより、必要なタイミングで、押出装置３００に所要の押出力を付与することができる。
【００４５】
例えば、第１連結軸３１２と第２アーム３１３とのピン結合部Ｏ１０と、第１アーム３１１の回転中心Ｏ９と、第２アーム３１３と押出プレート３０１とのピン結合部Ｏ１１がこの順に一直線上に並ぶとき（図１３参照）の第１アームの回転角θを０°とし、図１６に示すように、金型に備えられた図示しない押出プレートの先端部が成形品の表面に当接するときの第１アーム３１１の回転角θをα２°、可動側金型２０９から成形品が剥離するときの第１アーム３１１の回転角θをβ２°として設定し、α２°≦θ≦β２°の角度範囲では、曲線Ｔｍ２で示すように押出用サーボモータ３０３を定格トルク以上の例えば最高トルクで駆動し、α２°≦θ≦β２°を除く角度範囲では、曲線Ｔｓ２で示すように押出用サーボモータ３０３を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動することにより、成形品の剥離に必要な大きな押出力Ｐ２を押出プレート３０１に付与することができる。
【００４６】
かかる構成にすると、押出用サーボモータ３０３の回転運動を押出プレート３０１の直進運動に変換する運動変換機構として、シール付きベアリングを備えたクランク機構３０４を用いるので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができる。よって、クランク機構３０４の周囲を密閉構造体で覆う必要がなく、かつメンテナンスに要する労力を低減できるので、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。また、押出用サーボモータ３０３として、最高トルクが定格トルクの３００％以上のモータを備えると共に、制御装置４００に押出用サーボモータ３０３の駆動を制御するためのクランクの回転角θ＝α２°，β２°を設定し、α２°≦θ≦β２°の角度範囲では押出用サーボモータ３０３を定格トルク以上の例えば最高トルクで駆動し、α２°≦θ≦β２°を除く角度範囲では押出用サーボモータ３０３を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動するので、定格トルクが小さな小型モータを用いて必要な押出力が得られ、ダイカストマシンの小型化と低コスト化とを図ることができる。
【００４７】
なお、前記実施形態においては、押出装置３００を備え、この押出装置３００にて成形品を可動側金型２０９から押し出す構成にしたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、射出装置１００に備えられたプランジャ１１８によって成形品を押圧し、成形品を固定側金型２０８から取り出す構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係るダイカストマシンの主要部の斜視図である。
【図２】実施形態に係るダイカストマシンの内部構造を示す斜視断面図である。
【図３】実施形態に係る射出装置の内部構造を示す斜視断面図である。
【図４】実施形態に係る射出装置の内部構造を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る射出装置の待機時の状態を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る射出装置の射出時の状態を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る射出装置の射出終了時の状態を示す断面図である。
【図８】実施形態に係る射出装置に備えられたプランジャの１成形サイクル内の速度変化を示すグラフ図である。
【図９】実施形態に係る型締装置の型開状態を示す説明図である。
【図１０】実施形態に係る型締装置の型閉状態を示す説明図である。
【図１１】型締工程におけるクランク角とクランク機構の出力との関係、及びクランク角と型締力との関係を示すグラフ図である。
【図１２】実施形態に係る押出装置の構成を示す断面図である。
【図１３】押出開始前のクランク機構の状態を示す図である。
【図１４】押出中のクランク機構の状態を示す図である。
【図１５】押出終了時のクランク機構の状態を示す図である。
【図１６】押出工程におけるクランク角とクランク機構の出力との関係、及びクランク角と押出力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００ 射出装置
１０４ 第１射出用サーボモータ
１１１ 第２射出用サーボモータ
１１２ 第３射出用サーボモータ
１１３ 第１アーム
１１５ 第１連結軸
１１６ 第２アーム
１１８ プランジャ
２００ 型締装置
２０４ 可動ダイプレート
２０５ トグルリンク機構
２０６ 型締用サーボモータ
２０７ クランク機構
３００ 押出装置
３０１ 押出プレート
３０２ 押出ピン
３０３ 押出用サーボモータ
３０４ クランク機構
４００ 制御装置
４０１ モータドライバ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動サーボモータにより駆動される型締装置を備えたダイカストマシンに係り、特に、電動サーボモータの回転運動をクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、油圧式のダイカストマシンのように工場内を作動油で汚さず、また、油圧式ダイカストマシンに比べて高精度の動作制御も容易であることから、可動部である射出装置、押出装置及び型締装置の駆動源として電動サーボモータを用いた電動式ダイカストマシンが普及しつつある（特許文献１，２参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示の技術は、成形品を金型から取り出すための押出プレートを電動サーボモータにて駆動するもので、電動サーボモータの回転運動をボールネジ機構にて直進運動に変換し、ボールネジ機構の直動部を可動部材である押出プレートに伝達する構成になっている。一方、特許文献２に開示の技術は、可動金型を取り付けた可動ダイプレートを電動サーボモータにて駆動するもので、電動サーボモータの回転運動をボールネジ機構にて直進運動に変換し、ボールネジ機構の直動部を倍力装置であるトグルリンク機構のクロスヘッドに伝達し、このトグルリンク機構の他端に連結された可動ダイプレートを直進運動させる構成になっている。
【０００４】
ところで、ボールネジ機構は、ネジ軸と、これに螺合された直動部（ナット体）との噛み合いによって動力を伝達する機構であり、ネジ軸に異物が付着すると必然的に当該異物がネジ軸とナット体の噛み合い部に咬み込まれて噛み合い不良を生じるので、異物の付着に弱いという問題がある。しかるに、ダイカストマシンは、運転中に、アルミニウムなどの金属材料の細かい粉塵や、金型の離型面に吹き付けられる離型材の霧状液が周囲に飛び散るので、これらの粉塵や霧状液が、押出装置や型締装置のボールネジ機構に付着し易く、これらの寿命を短命化させたり、メンテナンスに多大の労力が必要になる。
【０００５】
引用文献１，２に係る発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ボールネジ機構を含む必要箇所を密閉構造体の内部に収納することを特徴としている。
【特許文献１】特開２００７−１３６５１８号公報
【特許文献２】特開２００７−１３６５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボールネジ機構を含む必要箇所を密閉構造体の内部に収納すると、部品点数やマシンの組み立てに要する労力が多くなるため、ダイカストマシンが高コスト化する。また、メンテナンス時に密閉構造体を分解・組立するための作業量が増えるため、ダイカストマシンの生産性が落ちるという問題もある。
【０００７】
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、粉塵や霧状液に対する耐性が高く、低コストに製造できて良好な生産性を維持することができるダイカストマシンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、この目的を達成するため、第１に、電動サーボモータと、前記電動サーボモータの回転運動をクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構と、一端が前記クロスヘッドに連結され、他端が可動ダイプレートに連結されたトグルリンク機構と、前記電動サーボモータの駆動を制御する制御装置とを備えたダイカストマシンにおいて、前記運動変換機構として、前記電動サーボモータにより回転駆動される第１アームと、一端が前記第１アームに回転可能に結合されると共に、他端が前記クロスヘッドに回転可能に結合された第２アームとからなるクランク機構を用いるという構成にした。
【０００９】
電動サーボモータの回転運動を可動部材の直進運動に変換する運動変換機構として、クランク機構を用いると、ボールネジ機構のように可動部が軸体の軸線方向に摺動しないので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて、粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができる。よって、運動変換機構の周囲全体を密閉構造体で覆う必要がなく、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。
【００１０】
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、前記可動ダイプレートに取り付けられた可動側金型と、該可動側金型と対向に配置された固定側金型との型閉開始から、これらの各金型が型開完了されるまでの所定期間だけ、前記電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動し、その他の期間では前記電動サーボモータを定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動するという構成にした。
【００１１】
電動サーボモータの出力トルクは、モータドライバ回路から供給されるモータ駆動電流によって変化し、電動サーボモータに定格電流以上のモータ駆動電流を供給した場合には定格トルク以上のトルクを出力させることができ、電動サーボモータに定格電流以下のモータ駆動電流を供給した場合には定格トルク以下のトルクを出力させることができる。但し、電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動する場合には、発熱による悪影響が発生するため、駆動時間が短時間に制限される。可動側金型と固定側金型が型閉開始されてから型開完了されるまでに最高トルクに近い出力が必要な時間は、短時間であるので、電動サーボモータを定格トルク以上の最高トルクに近い出力トルクで駆動することができる。このように、可動側金型と固定側金型が型閉されてから型開されるまでの期間だけ、電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動し、その他の期間では電動サーボモータを定格トルクで駆動すると、定格トルクが小さな小型のモータを用いて型締装置の駆動が可能になるので、型締装置、ひいてはダイカストマシンの小型化と低コスト化とを図ることができる。
【００１２】
本発明は第３に、前記第１のダイカストマシンにおいて、前記電動サーボモータとして、最大トルクが定格トルクの３００％以上の密閉式ビルトインモータを用いるという構成にした。
【００１３】
ビルトインモータは、円筒形のモータ固定子内に円筒形のモータ回転子を組み込んだモータで、モータ回転子内に運動変換機構の回転部を挿入することができるので、電動サーボモータ及びその周辺部分を含むモータ設定部を省スペース化することができて、ダイカストマシンの小型化を図ることができる。また、型締装置に備えられる電動サーボモータは、可動側金型と固定側金型との間に所定の型締力を付与する短時間だけ大きな駆動力を出力するように駆動が制御されるので、最大トルクが定格トルクの３００％以上のビルトインモータを用いると、定格トルクが小さい小型のビルトインモータを最大トルク又はそれに近い出力トルクで駆動することにより、可動部材であるクロスヘッドに所要の駆動力を付与できるので、電動サーボモータの小型化、ひいてはダイカストマシンのさらなる小型化と低コスト化とを図ることができる。加えて、内部構造物がケーシングにて密閉された密閉式ビルトインモータを用いると、粉塵や霧状液に対するビルトインモータの耐性を高めることができるので、ダイカストマシンの寿命を延長できると共に、そのメンテナンスを容易化することができる。
【００１４】
本発明は第４に、前記第１のダイカストマシンにおいて、前記第１アームと前記第２アームの結合部、及び前記第２アームと前記押出プレートの結合部に、シール付ベアリングを備えるという構成にした。
【００１５】
これらの各結合部には、回転を円滑にするためのベアリングが備えられるが、そのベアリングとしてシール付ベアリングを備えると、シールによってベアリング内への粉塵や霧状液の侵入をより確実に防止できるので、クランク機構の耐久性をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のダイカストマシンは、電動サーボモータの回転運動を型締装置に備えられるクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構として、クランク機構を用いるので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができ、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るダイカストマシンの実施形態を、図を用いて説明する。
【００１８】
図１は実施形態に係るダイカストマシンの主要部の斜視図、図２は実施形態に係るダイカストマシンの内部構造を示す斜視断面図である。これらの図に示すように、本例のダイカストマシンは、射出装置１００と、型締装置２００と、押し出し装置３００と、これらの各装置に備えられた各電動サーボモータの駆動を制御する制御装置４００及び制御装置４００から出力される指令信号に基づいて各電動サーボモータを駆動するドライバ回路４０１とを備えている。
【００１９】
まず、実施形態に係るダイカストマシンの射出装置１００について説明する。
【００２０】
射出装置１００は、図１〜図４に示すように、射出ユニットベース１０１の盤上に所定間隔を隔てて対向に配設されたヘッドストック１０２及びモータ取付板１０３と、モータ取付板１０３に取り付けられた第１射出用サーボモータ１０４と、ヘッドストック１０２とモータ取付板１０３との間に架け渡された４本の連結バー１０５と、連結バー１０５に案内されてヘッドストック１０２とモータ取付板１０３との間を前後進する直動体１０６と、軸受１０７を介してモータ取付板１０３に回転可能に保持され、第１射出用サーボモータ１０４によって回転駆動されるネジ軸１０８及びこのネジ軸１０８に螺合され、一端が直動体１０６に固定されたナット体１０９からなるボールネジ機構１１０と、直動体１０６の上面及び下面に取り付けられた第２射出用サーボモータ１１１及び第３射出用サーボモータ１１２と、図示しない軸受を介して直動体１０６に回転可能に保持され、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２により回転駆動される第１アーム１１３と、一端が第１連結軸１１５（図５〜図７参照）に回転可能にピン結合された第２アーム１１６と、第２アーム１１６の先端に連結ピン１１７を介して回転可能にピン結合されたプランジャ１１８とから主に構成されている。各ピン結合部の軸受には、塵埃や霧状液の悪影響を回避するため、シール付きベアリングを用いることが特に望ましい。また、第１乃至第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２には、回転角検出センサであるロータリエンコーダ１２１，１２２，１２３が備えられる。
【００２１】
図４に示すように、第１射出用サーボモータ１０４は、ケーシング１０４ａと、ケーシング１０４ａの内面に固定された円筒形のモータ固定子１０４ｂと、モータ固定子１０４ｂの外周に巻回されたモータコイル１０４ｃと、モータ固定子１０４ｂ内に配置された円筒形のモータ回転子１０４ｄと、モータ回転子１０４ｄの外面に取り付けられたモータ磁石１０４ｅとから構成されており、モータ回転子１０４ｄの内周に連結部材１１９を介してネジ軸１０８が連結されている。したがって、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流を第１射出用サーボモータ１０４に通電すると、モータ回転子１０４ｄ及び連結部材１１９を介してネジ軸１０８が回転駆動され、これに螺合されたナット体１０９を介して、直動体１０６がネジ軸１０８の軸方向に移動される。
【００２２】
同じく図４に示すように、第２射出用サーボモータ１１１は、ケーシング１１１ａと、ケーシング１１１ａの内面に固定された円筒形のモータ固定子１１１ｂと、モータ固定子１１１ｂの外周に巻回されたモータコイル１１１ｃと、モータ固定子１１１ｂ内に配置された円筒形のモータ回転子１１１ｄと、モータ回転子１１１ｄの外面に取り付けられたモータ磁石１１１ｅとから構成されており、第３射出用サーボモータ１１２は、ケーシング１１２ａと、ケーシング１１２ａの内面に固定された円筒形のモータ固定子１１２ｂと、モータ固定子１１２ｂの外周に巻回されたモータコイル１１２ｃと、モータ固定子１１２ｂ内に配置された円筒形のモータ回転子１１２ｄと、モータ回転子１１２ｄの外面に取り付けられたモータ磁石１１２ｅとから構成されている。これら第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２のモータ回転子１１１ｄ，１１２ｄは、第１アーム１１３と連結されている。したがって、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流を第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２に通電すると、モータ回転子１１１ｄ，１１２ｄにより第１アーム１１３が回転駆動され、これに連結された第２アーム１１６を介して、プランジャ１１８がネジ軸１０８の軸線方向に移動される。
【００２３】
プランジャ１１８の先端部は、図５〜図７に示すように、型締装置２００を構成する固定ダイプレート２０１に固定されたスリーブ２０１ａ内に摺動可能に収納されている。また、固定ダイプレート２０１には、スリーブ２０１ａ内に連通する溶湯注入孔２０１ｂが開設されている。したがって、プランジャ１１８を後退させた状態で、溶湯注入孔２０１ｂからスリーブ２０１ａ内に溶湯を注入した後、プランジャ１１８を前進させると、スリーブ２０１ａ内に注入された溶湯が、固定側金型２０８に開設されたランナー２０８ａを通って、固定側金型２０８と可動側金型２０９とを型締することにより形成される金型キャビティ２１０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。
【００２４】
この点についてより詳細に説明すると、図５に示す待機位置において、ボールネジ機構１１０のナット体１０９は、ネジ軸１０８の基端側（第１射出用サーボモータ１０４側）に移動しており、第１アーム１１３の第１連結軸１１５は、第１アーム１１３の回転中心から見て右上４５°の方向に停止されている。射出工程が開始されると、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流が第１射出用サーボモータ１０４に通電され、モータ回転子１０４ｄとネジ軸１０８とが一体的に回転する。これにより、図６に示すように、ナット体１０９、直動体１０６、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２及びプランジャ１１８が一体的に先端側（金型側）に移動する。
【００２５】
第１射出用サーボモータ１０４の回転量が予め定められた値に達すると、制御装置４００の指令信号に基づいてドライバ回路４０１から出力されるモータ駆動電流が第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２に通電され、モータ回転子１１１ｄ，１１２ｄと第１アーム１１３とが一体的に回転する。これにより、図７に示すように、第２アーム１１６及びプランジャ１１８が一体的に先端側に移動する。本実施形態においては、第１連結軸１１５が、第１アーム１１３の回転中心から見て左上４５°の方向になるまで、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２が回転駆動される。このように、第１連結軸１１５を、第１アーム１１３の回転中心から見て、右上４５°の方向から左上４５°の方向になるまで移動させることにより、第２アーム１１６及びプランジャ１１８を高速で先端側に移動することができる。
【００２６】
したがって、プランジャ１１８の前進速度は、図８に示すように、第１射出用サーボモータ１０４の駆動力のみによるときには低速となり、第１乃至第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２の合計駆動力によるときには高速となる。
【００２７】
このように、本例のダイカストマシンは、第１乃至第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２によってプランジャ１１８の駆動を行うので、従来のようにアキュムレータ及び油圧管路を必要とせず、構造の簡略化が図れると共に、プランジャ１１８の速度制御を厳密化することができる。また、高速運転時において、第２及び第３の射出用サーボモータ１１１，１１２の駆動力を、第１アーム１１３及び第２アーム１１６からなるクランク機構を介してプランジャ１１８に伝達するので、溶湯の射出及び増圧に必要な所定の射出速度（例えば、最高速度６０００ｍｍ／ｓｅｃ）及び所定の推力（例えば、１６０ＫＮ）を実現することができる。
【００２８】
なお、前記実施形態においては、直動体１０６に２つの射出用サーボモータ１１１，１１２を搭載したが、プランジャ１１８の移動速度や推力に余裕がある場合には、いずれか一方の射出用サーボモータのみを備えれば足りる。
【００２９】
また、前記実施形態においては、第１射出用サーボモータ１０４の回転運動を、直動体１０６、第２射出用サーボモータ１１１及び第３射出用サーボモータ１１２の直進運動に返還する運動変換機構として、ボールネジ機構１１０を用いたが、かかる構成に代えて、第１射出用サーボモータ１０４によって回転駆動され得る第１アームと、一端がこの第１アームの第１連結軸と回転可能にピン結合され、他端が直動体１０６に回転可能にピン結合された第２アームと、各ピン結合部に設けられたシール付きベアリングとからなるクランク機構を用いることもできる。かかる構成によると、運動変換機構の塵埃や霧状液に対する耐性を高めることができるので、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。
【００３０】
次に、実施形態に係るダイカストマシンの型締装置２００について説明する。
【００３１】
実施形態に係る型締装置２００は、図９及び図１０に示すように、図示しない成形機のベッド上に固定される固定ダイプレート２０１及びテールストック２０２と、両端がこれら固定ダイプレート２０１及びテールストック２０２に固定された複数本のタイバー２０３と、タイバー２０３に案内されて固定ダイプレート２０１とテールストック２０２との間で前後進する可動ダイプレート２０４と、テールストック２０２と可動ダイプレート２０４とを連結するトグルリンク機構２０５と、テールストック２０２に搭載された型開閉及び型締用の駆動源である電動サーボモータ（型締用サーボモータ）２０６と、電動サーボモータ２０６の回転運動を直進運動に変換してトグルリンク機構２０５に伝達するクランク機構２０７とを備えている。固定ダイプレート２０１には、固定側金型２０８が搭載され、可動ダイプレート２０４には、可動側金型２０９が搭載される。なお、型締用サーボモータ２０６には、回転角検出センサであるロータリエンコーダが備えられる（図示省略）。
【００３２】
トグルリンク機構２０５は、一端側がテールストック２０２に回動可能にピン結合されたＢリンク２１１と、一端側が可動ダイプレート２０４に回動可能にピン結合されると共に、他端側がＢリンク２１１の他端側と相対的に回動するようにピン結合されたＡリンク２１２と、クランク機構２０７を介して電動サーボモータ２０６の駆動力を受けるクロスヘッド２１３と、一端がクロスヘッド２１３に回動可能にピン結合されると共に、他端側がＢリンク２１１の中間部と相対的に回動するようにピン結合されたＣリンク２１４とからなる。なお、Ｏ１はテールストック２０２に対するＢリンク２１１のピン結合部、Ｏ２はＢリンク２１１に対するＡリンク２１２のピン結合部、Ｏ３はＢリンク２１１に対するＣリンク２１４のピン結合部、Ｏ４は可動ダイプレート２０４に対するＡリンク２１２のピン結合部、Ｏ５はクロスヘッド２１３に対するＣリンク２１４のピン結合部を示している。これらの各ピン結合部Ｏ１〜Ｏ５には、塵埃や霧状液の悪影響を回避するため、シール付きベアリングを備えることが望ましい。このように、本例のトグルリンク機構２０５は、Ａリンク２１２とＢリンク２１１とＣリンク２１４とを有し、５つのピン結合部Ｏ１〜Ｏ５をもつ５点軸支構造のリンク機構となっているが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の形式のトグルリンク機構を備えることも勿論可能である。
【００３３】
型締用サーボモータ２０６としては、前述の第１〜第３の射出用サーボモータ１０４，１１１，１１２と同様に、ケーシングと、ケーシングの内面に固定された円筒形のモータ固定子と、モータ固定子の外周に巻回されたモータコイルと、モータ固定子内に配置された円筒形のモータ回転子と、モータ回転子の外面に取り付けられたモータ磁石とをもって構成される密閉式のビルトインモータであって、最大トルクが定格トルクの３００％以上のものが用いられる。
【００３４】
クランク機構２０７は、回転軸２２１ａが型締用サーボモータ２０６のモータ回転子に連結された第１アーム２２１と、一端が第１アーム２２１に形成された第１連結軸（偏心軸）２２２に回転可能にピン結合され、他端がクロスヘッド２１３に形成された第２連結軸２２４に回転可能にピン結合された第２アーム２２３とから構成される。これらの各ピン結合部Ｏ７，Ｏ８には、粉塵等の影響をより小さいものにするため、シール付きベアリングを備えることが望ましい。
【００３５】
図９は型開状態におけるクランク機構２０７の状態を示す図であり、図１０は型閉状態におけるクランク機構２０７の状態を示す図である。図９に示すように、型開状態においては、型締用サーボモータ２０６（第１アーム２２１）の回転中心Ｏ６を介して、その両側に第１連結軸２２２と第２アーム２２３とのピン結合部Ｏ７及び第２アーム２２３とクロスヘッド２１３とのピン結合部Ｏ８が配置されており、クランク機構２０７は、折り畳まれた状態になっている。これに対して、図１０に示すように、型閉状態においては、型締用サーボモータ２０６（第１アーム２２１）の回転中心Ｏ６と、第１連結軸２２２と第２アーム２２３とのピン結合部Ｏ７と、第２アーム２２３とクロスヘッド２１３とのピン結合部Ｏ８とがこの順に配置されており、クランク機構２０７は、展開した状態になっている。
【００３６】
制御装置４００は、型締用サーボモータ２０６の駆動トルクを制御するための第１アーム２２１の回転角を記憶しており、この記憶された回転角の範囲では、型締用サーボモータ２０６を定格トルク以上、例えば最高トルクで駆動し、その他の角度範囲では、型締用サーボモータ２０６を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動する。これにより、必要なタイミングで、型締装置２００に所要の型締力を付与することができる。
【００３７】
例えば、第１連結軸２２２と第２アーム２２３とのピン結合部Ｏ７と、第１アーム２２１の回転中心Ｏ６と、第２アーム２２３とクロスヘッド２１３とのピン結合部Ｏ８とがこの順に一直線上に並ぶとき（図９参照）の第１アームの回転角θを０°とし、図１１に示すように、固定側金型２０８と可動側金型２０９とが型閉するときの第１アーム２２１の回転角θをα１°、固定側金型２０８と可動側金型２０９との間に所要の型締力を付与したときの第１アーム２２１の回転角θをβ１°として設定し、α１°≦θ≦β１°の角度範囲では、曲線Ｔｍ１で示すように型締用サーボモータ２０６を定格トルク以上の例えば最高トルクで駆動し、α１°≦θ≦β１°を除く角度範囲では、曲線Ｔｓ１で示すように型締用サーボモータ２０６を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動することにより、固定側金型２０８と可動側金型２０９の型閉を静粛に行えると共に、射出工程を実施するに必要な型締力Ｐ１を固定側金型２０８と可動側金型２０９との間に付与することができる。
【００３８】
かかる構成にすると、型締用サーボモータ２０６の回転運動を可動ダイプレート２０４の直進運動に変換する運動変換機構として、シール付きベアリングを備えたクランク機構２０７を用いるので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができる。よって、クランク機構２０７の周囲を密閉構造体で覆う必要がなく、かつメンテナンスに要する労力を低減できるので、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。また、型締用サーボモータ２０６として、最高トルクが定格トルクの３００％以上のモータを備えると共に、制御装置４００に型締用サーボモータ２０６の駆動を制御するための第１アーム２２１の回転角θ＝α１°，β１°を設定し、α１°≦θ≦β１°の角度範囲では型締用サーボモータ２０６を定格トルク以上の出力トルクで駆動し、α１°≦θ≦β１°を除く角度範囲では型締用サーボモータ２０６を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動するので、定格トルクが小さな小型モータを用いて必要な型締力が得られ、ダイカストマシンの小型化と低コスト化とを図ることができる。
【００３９】
次に、実施形態に係るダイカストマシンの押出装置３００について説明する。
【００４０】
実施形態に係る押出装置３００は、図１２乃至図１５に示すように、押出プレート３０１と、押出プレート３０１に植設された複数本の押出ピン３０２と、押出プレート３０１の駆動源である電動サーボモータ（押出用サーボモータ）３０３と、押出用サーボモータ３０３の回転運動を直進運動に変換して押出プレート３０１に伝達するクランク機構３０４とからなる。押出プレート３０１及びクランク機構３０４は、可動ダイプレート２０４に形成された押出装置収納空間３０５内に配置され、押出ピン３０２は、可動ダイプレート２０４に開設されたピン挿通孔３０６内に貫通配置される。なお、押出用サーボモータ３０３には、回転角検出センサであるロータリエンコーダが備えられる（図示省略）。
【００４１】
押出用サーボモータ３０３としては、型締用サーボモータ２０６と同様に、ケーシングと、ケーシングの内面に固定された円筒形のモータ固定子と、モータ固定子の外周に巻回されたモータコイルと、モータ固定子内に配置された円筒形のモータ回転子と、モータ回転子の外面に取り付けられたモータ磁石とをもって構成される密閉式のビルトインモータであって、最大トルクが定格トルクの３００％以上のものが用いられる。
【００４２】
クランク機構３０４は、図１２に示すように、押出用サーボモータ３０３のモータ回転子に連結された第１アーム３１１と、一端が第１連結軸３１２に回転可能にピン結合され、他端が押出プレート３０１に回転可能にピン結合された第２アーム３１３と、これらの各ピン結合部Ｏ１０，Ｏ１１に設けられた図示しないシール付きベアリングとから構成される。
【００４３】
図１３は押出開始前のクランク機構３０４の状態を示す図、図１４は押出中のクランク機構３０４の状態を示す図、図１５は押出終了時のクランク機構３０４の状態を示す図である。図１３に示すように、押出開始前においては、押出用サーボモータ３０３（第１アーム３１１）の回転中心Ｏ９を介して、その両側に第１連結軸３１２と第２アーム３１３とのピン結合部Ｏ１０及び第２アーム３１３と押出プレート３０１とのピン結合部Ｏ１１が配置されており、この状態から、押出用サーボモータ３０３を駆動して、第１アーム３１１を回転すると、図１４に示すように、押出ピン３０２の先端部が可動側金型２０９に開設されたピン挿通孔３０７に挿入され、図示しない金型の押出プレートを介して、成形品の押し出しが行われる。次いで、図１５に示すように、押出用サーボモータ３０３（第１アーム３１１）の回転中心Ｏ９と、第１連結軸３１２と第２アーム３１３とのピン結合部Ｏ１０と、第２アーム３１３と押出プレート３０１とのピン結合部Ｏ１１がこの順に配置される位置まで押出用サーボモータ３０３の駆動が継続され、可動側金型２０９から成形品が取り出される。成形品の押し出しは、可動側金型２０９から成形品が剥離するまでの期間で大きな押圧力を必要とし、その他の期間では、押出プレート３０１を単独で押圧するだけの小さな押圧力で足りる。
【００４４】
制御装置４００は、押出用サーボモータ３０３の駆動トルクを制御するための第１アーム３１１の回転角を記憶しており、この記憶された回転角の範囲では、押出用サーボモータ３０３を定格トルク以上、例えば最高トルクで駆動し、その他の角度範囲では、押出用サーボモータ３０３を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動する。これにより、必要なタイミングで、押出装置３００に所要の押出力を付与することができる。
【００４５】
例えば、第１連結軸３１２と第２アーム３１３とのピン結合部Ｏ１０と、第１アーム３１１の回転中心Ｏ９と、第２アーム３１３と押出プレート３０１とのピン結合部Ｏ１１がこの順に一直線上に並ぶとき（図１３参照）の第１アームの回転角θを０°とし、図１６に示すように、金型に備えられた図示しない押出プレートの先端部が成形品の表面に当接するときの第１アーム３１１の回転角θをα２°、可動側金型２０９から成形品が剥離するときの第１アーム３１１の回転角θをβ２°として設定し、α２°≦θ≦β２°の角度範囲では、曲線Ｔｍ２で示すように押出用サーボモータ３０３を定格トルク以上の例えば最高トルクで駆動し、α２°≦θ≦β２°を除く角度範囲では、曲線Ｔｓ２で示すように押出用サーボモータ３０３を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動することにより、成形品の剥離に必要な大きな押出力Ｐ２を押出プレート３０１に付与することができる。
【００４６】
かかる構成にすると、押出用サーボモータ３０３の回転運動を押出プレート３０１の直進運動に変換する運動変換機構として、シール付きベアリングを備えたクランク機構３０４を用いるので、ボールネジ機構を用いる場合に比べて粉塵や霧状液に対する耐性を高めることができる。よって、クランク機構３０４の周囲を密閉構造体で覆う必要がなく、かつメンテナンスに要する労力を低減できるので、ダイカストマシンの低コスト化とメンテナンスの容易化を図ることができる。また、押出用サーボモータ３０３として、最高トルクが定格トルクの３００％以上のモータを備えると共に、制御装置４００に押出用サーボモータ３０３の駆動を制御するためのクランクの回転角θ＝α２°，β２°を設定し、α２°≦θ≦β２°の角度範囲では押出用サーボモータ３０３を定格トルク以上の例えば最高トルクで駆動し、α２°≦θ≦β２°を除く角度範囲では押出用サーボモータ３０３を定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動するので、定格トルクが小さな小型モータを用いて必要な押出力が得られ、ダイカストマシンの小型化と低コスト化とを図ることができる。
【００４７】
なお、前記実施形態においては、押出装置３００を備え、この押出装置３００にて成形品を可動側金型２０９から押し出す構成にしたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、射出装置１００に備えられたプランジャ１１８によって成形品を押圧し、成形品を固定側金型２０８から取り出す構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係るダイカストマシンの主要部の斜視図である。
【図２】実施形態に係るダイカストマシンの内部構造を示す斜視断面図である。
【図３】実施形態に係る射出装置の内部構造を示す斜視断面図である。
【図４】実施形態に係る射出装置の内部構造を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る射出装置の待機時の状態を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る射出装置の射出時の状態を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る射出装置の射出終了時の状態を示す断面図である。
【図８】実施形態に係る射出装置に備えられたプランジャの１成形サイクル内の速度変化を示すグラフ図である。
【図９】実施形態に係る型締装置の型開状態を示す説明図である。
【図１０】実施形態に係る型締装置の型閉状態を示す説明図である。
【図１１】型締工程におけるクランク角とクランク機構の出力との関係、及びクランク角と型締力との関係を示すグラフ図である。
【図１２】実施形態に係る押出装置の構成を示す断面図である。
【図１３】押出開始前のクランク機構の状態を示す図である。
【図１４】押出中のクランク機構の状態を示す図である。
【図１５】押出終了時のクランク機構の状態を示す図である。
【図１６】押出工程におけるクランク角とクランク機構の出力との関係、及びクランク角と押出力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００ 射出装置
１０４ 第１射出用サーボモータ
１１１ 第２射出用サーボモータ
１１２ 第３射出用サーボモータ
１１３ 第１アーム
１１５ 第１連結軸
１１６ 第２アーム
１１８ プランジャ
２００ 型締装置
２０４ 可動ダイプレート
２０５ トグルリンク機構
２０６ 型締用サーボモータ
２０７ クランク機構
３００ 押出装置
３０１ 押出プレート
３０２ 押出ピン
３０３ 押出用サーボモータ
３０４ クランク機構
４００ 制御装置
４０１ モータドライバ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動サーボモータと、前記電動サーボモータの回転運動をクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構と、一端が前記クロスヘッドに連結され、他端が可動ダイプレートに連結されたトグルリンク機構と、前記電動サーボモータの駆動を制御する制御装置とを備えたダイカストマシンにおいて、
前記運動変換機構として、前記電動サーボモータにより回転駆動される第１アームと、一端が前記第１アームに回転可能に結合されると共に、他端が前記クロスヘッドに回転可能に結合された第２アームとからなるクランク機構を用いたことを特徴とするダイカストマシン。
【請求項２】
前記制御装置は、前記可動ダイプレートに取り付けられた可動側金型と、該可動側金型と対向に配置された固定側金型との型閉開始から、これらの各金型が型開完了されるまでの所定期間だけ、前記電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動し、その他の期間では前記電動サーボモータを定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動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。
【請求項３】
前記電動サーボモータとして、最大トルクが定格トルクの３００％以上の密閉式ビルトインモータ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。
【請求項４】
前記第１アームと前記第２アームの結合部、及び前記第２アームと前記押出プレートの結合部に、シール付ベアリングを備え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。
【請求項１】
電動サーボモータと、前記電動サーボモータの回転運動をクロスヘッドの直進運動に変換する運動変換機構と、一端が前記クロスヘッドに連結され、他端が可動ダイプレートに連結されたトグルリンク機構と、前記電動サーボモータの駆動を制御する制御装置とを備えたダイカストマシンにおいて、
前記運動変換機構として、前記電動サーボモータにより回転駆動される第１アームと、一端が前記第１アームに回転可能に結合されると共に、他端が前記クロスヘッドに回転可能に結合された第２アームとからなるクランク機構を用いたことを特徴とするダイカストマシン。
【請求項２】
前記制御装置は、前記可動ダイプレートに取り付けられた可動側金型と、該可動側金型と対向に配置された固定側金型との型閉開始から、これらの各金型が型開完了されるまでの所定期間だけ、前記電動サーボモータを定格トルク以上の出力トルクで駆動し、その他の期間では前記電動サーボモータを定格トルク又はそれ以下の出力トルクで駆動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。
【請求項３】
前記電動サーボモータとして、最大トルクが定格トルクの３００％以上の密閉式ビルトインモータ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。
【請求項４】
前記第１アームと前記第２アームの結合部、及び前記第２アームと前記押出プレートの結合部に、シール付ベアリングを備え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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１２５００（Ｐ２０１０−１２５００Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７５８７８（Ｐ２００８−１７５８７８）
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００２２２５８７）東洋機械金属株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００２２２５８７）東洋機械金属株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
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