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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023054402
(43)【公開日】2023-04-14
(54)【発明の名称】射出圧力測定装置、射出圧力測定方法および成形システム
(51)【国際特許分類】
B22D 17/32 20060101AFI20230407BHJP
B22D 17/20 20060101ALI20230407BHJP
B29C 45/26 20060101ALI20230407BHJP
B29C 45/17 20060101ALI20230407BHJP
【ＦＩ】
B22D17/32 J
B22D17/20 Z
B29C45/26
B29C45/17
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021163217
(22)【出願日】2021-10-04
(71)【出願人】
【識別番号】300041192
【氏名又は名称】ＵＢＥマシナリー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100077
【弁理士】
【氏名又は名称】大場 充
(74)【代理人】
【識別番号】100136010
【弁理士】
【氏名又は名称】堀川 美夕紀
(74)【代理人】
【識別番号】100130030
【弁理士】
【氏名又は名称】大竹 夕香子
(74)【代理人】
【識別番号】100203046
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 聖子
(72)【発明者】
【氏名】水嶋 高弘
(72)【発明者】
【氏名】福島 聡
【テーマコード（参考）】
4F202
4F206
【Ｆターム（参考）】
4F202AP03
4F202AP04
4F202AR03
4F202AR04
4F202CA11
4F202CB01
4F202CM02
4F202CM03
4F202CS10
4F206AP03
4F206AP04
4F206AR03
4F206AR04
4F206JA07
4F206JL02
4F206JM04
4F206JP13
4F206JP27
4F206JQ81
4F206JQ88
4F206JT33
(57)【要約】
【課題】人手による格別な作業を加えることなく、射出圧力を正確に測定できる装置を提供すること。
【解決手段】本発明の射出圧力測定装置は、金型（１４，１５）に臨み、成形体を金型（１４，１５）から押し出す押出ピン（２１）と、押出ピン（２１）の駆動源であるサーボモータ（３５）と、サーボモータ（３５）の駆動を制御するコントローラ（５）と、を備える。コントローラ（５）は、金型のキャビティ（１６）に充填される成形体の溶融原料が押出ピン（２１）を押圧することで生ずるサーボモータ（３５）のトルクに基づいて、溶融原料の射出圧力（ＩＰ）を求める。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の射出圧力測定装置は、金型（１４，１５）に臨み、成形体を金型（１４，１５）から押し出す押出ピン（２１）と、押出ピン（２１）の駆動源であるサーボモータ（３５）と、サーボモータ（３５）の駆動を制御するコントローラ（５）と、を備える。コントローラ（５）は、金型のキャビティ（１６）に充填される成形体の溶融原料が押出ピン（２１）を押圧することで生ずるサーボモータ（３５）のトルクに基づいて、溶融原料の射出圧力（ＩＰ）を求める。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金型に臨み、成形体を前記金型のキャビティから押し出す押出ピンと、
前記押出ピンの駆動源であるサーボモータと、
前記サーボモータの駆動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記キャビティに充填される前記成形体の溶融原料が前記押出ピンを押圧することで生ずる前記サーボモータのトルクに基づいて、前記溶融原料の射出圧力を求める、
ことを特徴とする射出圧力測定装置。
前記押出ピンの駆動源であるサーボモータと、
前記サーボモータの駆動を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記キャビティに充填される前記成形体の溶融原料が前記押出ピンを押圧することで生ずる前記サーボモータのトルクに基づいて、前記溶融原料の射出圧力を求める、
ことを特徴とする射出圧力測定装置。
【請求項2】
前記コントローラの指示に基づいて前記射出圧力を表示するディスプレイを備える、
請求項１に記載の射出圧力測定装置。
請求項１に記載の射出圧力測定装置。
【請求項3】
前記ディスプレイは、
進行中の成形について求められる前記射出圧力を即時に表示するか、または、
過去に求められた前記射出圧力を表示する、
請求項２に記載の射出圧力測定装置。
進行中の成形について求められる前記射出圧力を即時に表示するか、または、
過去に求められた前記射出圧力を表示する、
請求項２に記載の射出圧力測定装置。
【請求項4】
前記ディスプレイは、
前記射出圧力を線図として表示するか、または、
前記射出圧力の代表値として表示する、
請求項２または請求項３に記載の射出圧力測定装置。
前記射出圧力を線図として表示するか、または、
前記射出圧力の代表値として表示する、
請求項２または請求項３に記載の射出圧力測定装置。
【請求項5】
回転駆動力を出力する前記サーボモータと、
前記サーボモータと前記押出ピンの間に介在し、前記サーボモータの前記回転駆動力を直線運動に変換する運動変換機構と、を備える、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の射出圧力測定装置。
前記サーボモータと前記押出ピンの間に介在し、前記サーボモータの前記回転駆動力を直線運動に変換する運動変換機構と、を備える、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の射出圧力測定装置。
【請求項6】
前記金型は、金属材料のダイカスト鋳造用の金型か、または、樹脂材料の射出成形用の金型であり、
前記溶融原料は、前記ダイカスト鋳造用の溶湯か、または、前記射出成形用の溶融樹脂である、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の射出圧力測定装置。
前記溶融原料は、前記ダイカスト鋳造用の溶湯か、または、前記射出成形用の溶融樹脂である、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の射出圧力測定装置。
【請求項7】
金型のキャビティに充填される成形体の溶融原料の前記キャビティにおける射出圧力を測定する方法であって、
前記成形体を前記金型の前記キャビティから押し出す押出ピンの駆動源であるサーボモータに生ずるトルクを検出する第１ステップと、
前記第１ステップで検出される前記トルクに基づいて前記射出圧力を求める第２ステップと、を備える、
ことを特徴とする射出圧力測定方法。
前記成形体を前記金型の前記キャビティから押し出す押出ピンの駆動源であるサーボモータに生ずるトルクを検出する第１ステップと、
前記第１ステップで検出される前記トルクに基づいて前記射出圧力を求める第２ステップと、を備える、
ことを特徴とする射出圧力測定方法。
【請求項8】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の射出圧力測定装置と、
前記金型について開閉動作を行う型締装置と、
前記金型の前記キャビティに前記成形体の前記溶融原料を射出する射出装置と、を備える、
ことを特徴とする成形システム。
前記金型について開閉動作を行う型締装置と、
前記金型の前記キャビティに前記成形体の前記溶融原料を射出する射出装置と、を備える、
ことを特徴とする成形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金型のキャビティに射出される溶湯または溶融樹脂からなる溶融原料における圧力を測定する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばダイカスト鋳造において、金型のキャビティに溶湯を射出したときに、キャビティの内部に発生する圧力は、鋳造体の品質を左右する。したがって、ダイカスト鋳造の現場においては、この射出圧力を求めることが必要とされる。射出圧力は、溶湯を射出するシリンダヘッドおよびロッドに設けられる圧力計による圧力値に基づいて算出されるか、プランジャロッドまたは押出シリンダロッドに設けられるひずみゲージまたはロードセルによるひずみ値に基づいて算出される。後者は前者よりも正確な射出圧力を求めることができる。しかし、後者は、ひずみゲージやロードセルなどを取り付ける作業などの人手による各種作業が発生する。
【0003】
特許文献１は、金型のキャビティに対する溶湯の充填が完了したか否かを判定できる圧力検出装置を開示する。しかし、特許文献１の圧力検出装置は、高圧の充填圧力を直接的に検出して充填が完了したと判定するのではなく、充填圧力に比して低圧の空気圧を検出して充填が完了したことを判定するものであり、射出圧力を求めるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００７－１３２６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、人手による格別な作業を行うことなく、射出圧力を正確に測定できる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る射出圧力測定装置は、金型に臨み、成形体を金型のキャビティから押し出す押出ピンと、
押出ピンの駆動源であるサーボモータと、サーボモータの駆動を制御するコントローラと、を備える。
本発明に係るコントローラは、キャビティに充填される成形体の溶融原料が押出ピンを押圧することで生ずるサーボモータのトルクに基づいて、溶融原料の射出圧力を求める。
押出ピンの駆動源であるサーボモータと、サーボモータの駆動を制御するコントローラと、を備える。
本発明に係るコントローラは、キャビティに充填される成形体の溶融原料が押出ピンを押圧することで生ずるサーボモータのトルクに基づいて、溶融原料の射出圧力を求める。
【0007】
本発明に係る射出圧力測定装置は、好ましくは、コントローラの指示に基づいて射出圧力を表示するディスプレイを備える。
【0008】
本発明に係るディスプレイは、好ましくは、進行中の成形について求められる射出圧力を即時に表示するか、または、過去に求められた射出圧力を表示する。
【0009】
本発明に係るディスプレイは、好ましくは、射出圧力を線図として表示するか、または、
射出圧力の代表値として表示する。
射出圧力の代表値として表示する。
【0010】
本発明に係る射出圧力測定装置は、好ましくは、回転駆動力を出力するサーボモータと、サーボモータと押出ピンの間に介在し、サーボモータの回転駆動力を直線運動に変換する運動変換機構と、を備える。
【0011】
本発明に係る射出圧力測定装置において、好ましくは、金型は金属材料のダイカスト鋳造用の金型か、または、樹脂材料の射出成形用の金型であり、溶融原料はダイカスト鋳造用の溶湯か、または、射出成形用の溶融樹脂である。
【0012】
本発明は、金型のキャビティに充填される成形体の溶融原料のキャビティにおける射出圧力を測定する方法を提供する。
この射出圧力測定方法は、成形体を金型のキャビティから押し出す押出ピンの駆動源であるサーボモータに生ずるトルクを検出する第１ステップと、第１ステップで検出されるトルクに基づいて射出圧力を求める第２ステップと、を備える。
この射出圧力測定方法は、成形体を金型のキャビティから押し出す押出ピンの駆動源であるサーボモータに生ずるトルクを検出する第１ステップと、第１ステップで検出されるトルクに基づいて射出圧力を求める第２ステップと、を備える。
【0013】
本発明は、以上で説明したいずれかの射出圧力測定装置と、金型について開閉動作を行う型締装置と、金型のキャビティに成形体の溶融原料を射出する射出装置と、を備える成形システムをも提供する。
【発明の効果】
【0014】
本発明は、サーボモータにより押出ピンを駆動することを前提とし、成形体の溶融原料が押出ピンを押圧することで生ずるサーボモータのトルクに基づいて射出圧力を求めることができる。つまり、本発明によれば、押出ピンに直に作用する溶融原料によりサーボモータに生ずるトルクに基づいて射出圧力を求めるので、求められる射出圧力の精度は高い。しかも、トルクを検出する機能を備えるサーボモータを用いれば、射出圧力を求めるためのひずみゲージを取り付けるなどの人手による格別な作業を必要としない。さらに、サーボモータのトルクは射出圧力の微小な変化を反映するので、求められる射出圧力は正確である。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態に係るダイカスト鋳造システムの概略構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態は本発明をダイカスト鋳造システム１に適用する一例であり、ダイカスト鋳造システム１は溶湯のキャビティ１６への射出による射出圧力ＩＰを、押出ピン２１の駆動源であるサーボモータ３５に生ずるトルクＴに基づいて求める。このトルクＴは回転が停止しているサーボモータ３５に対する押出ピン２１の射出圧力ＩＰによる負荷である。以下、図１～図６を参照してダイカスト鋳造システム１を説明する。
本実施形態は本発明をダイカスト鋳造システム１に適用する一例であり、ダイカスト鋳造システム１は溶湯のキャビティ１６への射出による射出圧力ＩＰを、押出ピン２１の駆動源であるサーボモータ３５に生ずるトルクＴに基づいて求める。このトルクＴは回転が停止しているサーボモータ３５に対する押出ピン２１の射出圧力ＩＰによる負荷である。以下、図１～図６を参照してダイカスト鋳造システム１を説明する。
【0017】
［ダイカスト鋳造システム１の概略構成：図１］
ダイカスト鋳造システム１は、図１に示すように、型締装置２と射出装置３を主たる要素として備える。本実施形態においては主に射出圧力ＩＰに関与する型締装置２を対象として説明する。したがって、射出装置３はその一部である射出スリーブ４のみが図１に示されている。射出スリーブ４は、固定金型１４と可動金型１５との間に形成されるキャビティ１６に射出対象である溶湯を射出する。また、ダイカスト鋳造システム１は、型締装置２および射出装置３の動作を制御するコントローラ５を備える。ただし、本実施形態は射出圧力ＩＰをサーボモータ３５に生ずるトルクＴから求めるところ、つまり射出圧力測定装置、方法に焦点を当てるため、コントローラ５の機能としては射出圧力ＩＰを求めることを中心に後述する。
ダイカスト鋳造システム１は、図１に示すように、型締装置２と射出装置３を主たる要素として備える。本実施形態においては主に射出圧力ＩＰに関与する型締装置２を対象として説明する。したがって、射出装置３はその一部である射出スリーブ４のみが図１に示されている。射出スリーブ４は、固定金型１４と可動金型１５との間に形成されるキャビティ１６に射出対象である溶湯を射出する。また、ダイカスト鋳造システム１は、型締装置２および射出装置３の動作を制御するコントローラ５を備える。ただし、本実施形態は射出圧力ＩＰをサーボモータ３５に生ずるトルクＴから求めるところ、つまり射出圧力測定装置、方法に焦点を当てるため、コントローラ５の機能としては射出圧力ＩＰを求めることを中心に後述する。
【0018】
［型締装置２：図１］
型締装置２は、図１に示すように、所望の形状の鋳造体を得るための一対の固定金型１４および可動金型１５をそれぞれ支持する固定盤１２および可動盤１３を備える。型締装置２は、固定金型１４と可動金型１５の開閉動作を行う。可動盤１３の内部には、後述する押出機構２０を収容、保持する収容空隙１３Ａが設けられる。固定金型１４と可動金型１５の間には、所望する鋳造体に倣う形状のキャビティ１６が形成される。射出スリーブ４から射出される溶湯は、固定金型１４と可動金型１５の間に設けられ湯道１７を通ってキャビティ１６に充填される。アルミニウムやアルミニウム合金などの溶湯がキャビティ１６に充填されることで、本発明の成形体に該当する鋳造体が得られる。なお、図１などにおいて、溶湯の図示は省略される。
固定盤１２および可動盤１３は、基台１９の上に設けられる。固定盤１２はその位置が固定されるが、可動盤１３は、図示を省略する駆動源、例えば油圧シリンダ、電動モータなどにより、固定盤１２に対して進退移動が可能である。
型締装置２は、図１に示すように、所望の形状の鋳造体を得るための一対の固定金型１４および可動金型１５をそれぞれ支持する固定盤１２および可動盤１３を備える。型締装置２は、固定金型１４と可動金型１５の開閉動作を行う。可動盤１３の内部には、後述する押出機構２０を収容、保持する収容空隙１３Ａが設けられる。固定金型１４と可動金型１５の間には、所望する鋳造体に倣う形状のキャビティ１６が形成される。射出スリーブ４から射出される溶湯は、固定金型１４と可動金型１５の間に設けられ湯道１７を通ってキャビティ１６に充填される。アルミニウムやアルミニウム合金などの溶湯がキャビティ１６に充填されることで、本発明の成形体に該当する鋳造体が得られる。なお、図１などにおいて、溶湯の図示は省略される。
固定盤１２および可動盤１３は、基台１９の上に設けられる。固定盤１２はその位置が固定されるが、可動盤１３は、図示を省略する駆動源、例えば油圧シリンダ、電動モータなどにより、固定盤１２に対して進退移動が可能である。
【0019】
［押出機構２０：図１，図２］
可動盤１３および可動金型１５の側には、図１および図２に示すように、押出機構２０が設けられる。押出機構２０は、鋳造体をキャビティ１６から取り出すために、鋳造体を可動金型１５の側から押し出す。押出機構２０は、その駆動源としてサーボモータ３５を用いる。
可動盤１３および可動金型１５の側には、図１および図２に示すように、押出機構２０が設けられる。押出機構２０は、鋳造体をキャビティ１６から取り出すために、鋳造体を可動金型１５の側から押し出す。押出機構２０は、その駆動源としてサーボモータ３５を用いる。
【0020】
押出機構２０は、図１および図２に示すように、押出ピン２１と、押出ピン２１の後端２１Ｂが固定され、前後方向に往復移動可能な押出板２３と、を備える。
押出ピン２１は、金属材料、例えばステンレス鋼で作製され、可動金型１５を貫通してその先端２１Ｆがキャビティ１６に臨む。ここでは４本の押出ピン２１が示されているが、これはあくまで一例に過ぎず、４本未満または５本以上の押出ピン２１を設けてもよい。
押出板２３は、サーボモータ３５の回転駆動力に基づいて往復移動が可能とされ、押出ピン２１の後端２１Ｂを固定する。したがって、押出板２３が前進すると押出ピン２１も前進し、押出板２３が後退すると押出ピン２１も後退する。なお、ここでいう前進とは鋳造体を押し出す向き、つまり図１においては右側に移動することをいい、後退とはキャビティ１６から離れる向き、つまり図１においては左側に移動することをいう。
押出ピン２１は、金属材料、例えばステンレス鋼で作製され、可動金型１５を貫通してその先端２１Ｆがキャビティ１６に臨む。ここでは４本の押出ピン２１が示されているが、これはあくまで一例に過ぎず、４本未満または５本以上の押出ピン２１を設けてもよい。
押出板２３は、サーボモータ３５の回転駆動力に基づいて往復移動が可能とされ、押出ピン２１の後端２１Ｂを固定する。したがって、押出板２３が前進すると押出ピン２１も前進し、押出板２３が後退すると押出ピン２１も後退する。なお、ここでいう前進とは鋳造体を押し出す向き、つまり図１においては右側に移動することをいい、後退とはキャビティ１６から離れる向き、つまり図１においては左側に移動することをいう。
【0021】
押出機構２０は、図１および図２に示すように、前後方向に貫通する押出ピン２１を摺動可能に支持する第１固定体２５と、ボールねじ軸３１の後端側を回転可能に支持する第２固定体２７と、を備える。第１固定体２５と第２固定体２７の間には押出板２３が設けられ、押出板２３は第１固定体２５と第２固定体２７の間で前後方向に往復移動が可能とされる。
【0022】
第１固定体２５は、可動盤１３の収容空隙１３Ａに配置、固定される。第１固定体２５は、押出ピン２１を摺動可能に支持するのに加えて、後述するボールねじ軸３１の前端側を回転可能に支持する。この支持は、第１固定体２５の中心に固定される、例えば玉軸受けからなる第１軸受２６を介して行われる。
第２固定体２７は、可動盤１３の後端側に配置、固定される。第２固定体２７は、その中心に固定される、例えば玉軸受けからなる第２軸受２８を介してボールねじ軸３１の後端側を回転可能に支持する。
第２固定体２７は、可動盤１３の後端側に配置、固定される。第２固定体２７は、その中心に固定される、例えば玉軸受けからなる第２軸受２８を介してボールねじ軸３１の後端側を回転可能に支持する。
【0023】
次に、押出機構２０は、図１および図２に示すように、サーボモータ３５の回転駆動力を直線運動に変換して押出板２３を前後方向に移動させるボールねじ２９を備える。つまり、押出機構２０は、サーボモータ３５と押出ピン２１の間に介在する本発明における運動変換機構としてボールねじ２９を備えている。ボールねじ２９はボールねじ軸３１とボールねじナット３３から構成される。ボールの記載は省略される。
ボールねじ軸３１は、押出板２３を貫通し、前端側が第１固定体２５に第１軸受２６を介して回転可能に支持され、後端側が第２固定体２７に第２軸受２８を介して回転可能に支持される。なお、ボールねじ軸３１における第１軸受２６および第２軸受２８に支持される部分は、ねじ溝が形成されていなくてもよい。ボールねじナット３３は、押出板２３の中心に固定され、その内部をボールねじ軸３１が貫通する。ボールねじ軸３１およびボールねじナット３３は、従来公知の構成を備えており、例えばボールねじ軸３１が時計回りに回転するとボールねじナット３３が前進し、ボールねじ軸３１が反時計回りに回転するとボールねじナット３３が後退する。ボールねじナット３３の前進または後退に伴って、押出板２３および押出ピン２１が前進または後退する。
ボールねじ軸３１は、押出板２３を貫通し、前端側が第１固定体２５に第１軸受２６を介して回転可能に支持され、後端側が第２固定体２７に第２軸受２８を介して回転可能に支持される。なお、ボールねじ軸３１における第１軸受２６および第２軸受２８に支持される部分は、ねじ溝が形成されていなくてもよい。ボールねじナット３３は、押出板２３の中心に固定され、その内部をボールねじ軸３１が貫通する。ボールねじ軸３１およびボールねじナット３３は、従来公知の構成を備えており、例えばボールねじ軸３１が時計回りに回転するとボールねじナット３３が前進し、ボールねじ軸３１が反時計回りに回転するとボールねじナット３３が後退する。ボールねじナット３３の前進または後退に伴って、押出板２３および押出ピン２１が前進または後退する。
【0024】
次に、押出機構２０は、図１および図２に示すように、押出ピン２１の駆動源であるサーボモータ３５と、サーボモータ３５の出力軸３６と、ボールねじ軸３１と接続され、サーボモータ３５の回転駆動力をボールねじ軸３１に伝える従動軸４１と、を備える。サーボモータ３５は、可動盤１３の後端側に固定される。出力軸３６には駆動側プーリ３７が軸支され、従動軸４１には従動側プーリ３９が軸支される。駆動側プーリ３７と従動側プーリ３９は駆動力を伝達するベルト４３が掛け回される。
サーボモータ３５は、生ずるトルクＴを検出する機能を備えることが必要であり、このトルクＴは、回転数Ｒとともにコントローラ５に送られる。トルクＴを検出する機能を備えていれば、サーボモータ３５についてその他の要求は任意である。
サーボモータ３５は、生ずるトルクＴを検出する機能を備えることが必要であり、このトルクＴは、回転数Ｒとともにコントローラ５に送られる。トルクＴを検出する機能を備えていれば、サーボモータ３５についてその他の要求は任意である。
【0025】
［押出機構２０の押出動作：図３］
次に、図３を参照して押出機構２０の押出動作を説明する。
図３（ａ）は鋳造状態における型締装置２を示し、図３（ｂ）は鋳造後に可動盤１３および可動金型１５を固定盤１２および固定金型１４に対して後退させて型開きしている状態を示している。なお、図３（ａ），（ｂ）において、鋳造体の記載は省略されている。
鋳造状態においては図３（ａ）に示すように押出ピン２１の先端は可動金型１５のキャビティ１５Ａの縁に沿った位置に留まるが、型開状態においては図３（ｂ）に示すように押出ピン２１の先端側が可動金型１５のキャビティ１５Ａの内部に突き出すことで、鋳造体をキャビティ１５Ａから押し出す。
次に、図３を参照して押出機構２０の押出動作を説明する。
図３（ａ）は鋳造状態における型締装置２を示し、図３（ｂ）は鋳造後に可動盤１３および可動金型１５を固定盤１２および固定金型１４に対して後退させて型開きしている状態を示している。なお、図３（ａ），（ｂ）において、鋳造体の記載は省略されている。
鋳造状態においては図３（ａ）に示すように押出ピン２１の先端は可動金型１５のキャビティ１５Ａの縁に沿った位置に留まるが、型開状態においては図３（ｂ）に示すように押出ピン２１の先端側が可動金型１５のキャビティ１５Ａの内部に突き出すことで、鋳造体をキャビティ１５Ａから押し出す。
【0026】
［コントローラ５：図１，図４，図５，図６］
次に、コントローラ５について説明する。
コントローラ５は、図４などを参照して説明する射出圧力ＩＰを求める手順（圧力算出手順）を実行するのに必要な要素を備えている。この要素としては、圧力算出手順を実行するためのプログラムがある。また、この要素としては、圧力算出手順を実行するのに必要なサーボモータ３５のトルクＴ（測定データ）の検出および記憶がある。
また、図１に示すように、コントローラ５にはディスプレイ６が付属している。ディスプレイ６は、コントローラ５の指示に従って種々のデータを表示する。表示するデータとしては、図４～図６に示されるものが例示される。
次に、コントローラ５について説明する。
コントローラ５は、図４などを参照して説明する射出圧力ＩＰを求める手順（圧力算出手順）を実行するのに必要な要素を備えている。この要素としては、圧力算出手順を実行するためのプログラムがある。また、この要素としては、圧力算出手順を実行するのに必要なサーボモータ３５のトルクＴ（測定データ）の検出および記憶がある。
また、図１に示すように、コントローラ５にはディスプレイ６が付属している。ディスプレイ６は、コントローラ５の指示に従って種々のデータを表示する。表示するデータとしては、図４～図６に示されるものが例示される。
【0027】
［押出ピンからコントローラ５が得るデータ：図４～図５］
次に、押出ピン２１に関してコントローラ５が得ることのできるデータについて、図４および図５を参照して説明する。
押出ピン２１はサーボモータ３５により鋳造体を押し出す動作が行われる。したがって、コントローラ５は、押出動作の過程で、押出ピン２１に関して、サーボモータ３５の回転数ＲおよびトルクＴを検出できる。また、押出ピン２１は押出動作の過程でその位置が移動されるので、コントローラ５は押出ピン２１を動作させる押出板２３の実測位置ＰＰを検出できる。以上を前提として、図４を参照しながら鋳造品の押出動作をしている間にコントローラ５が取得するデータを説明し、次いで、図５を参照しながら押出動作に入る前であって、射出開始から型開きする前までの間にコントローラ５が取得するデータを説明する。
次に、押出ピン２１に関してコントローラ５が得ることのできるデータについて、図４および図５を参照して説明する。
押出ピン２１はサーボモータ３５により鋳造体を押し出す動作が行われる。したがって、コントローラ５は、押出動作の過程で、押出ピン２１に関して、サーボモータ３５の回転数ＲおよびトルクＴを検出できる。また、押出ピン２１は押出動作の過程でその位置が移動されるので、コントローラ５は押出ピン２１を動作させる押出板２３の実測位置ＰＰを検出できる。以上を前提として、図４を参照しながら鋳造品の押出動作をしている間にコントローラ５が取得するデータを説明し、次いで、図５を参照しながら押出動作に入る前であって、射出開始から型開きする前までの間にコントローラ５が取得するデータを説明する。
【0028】
［押出ピン２１が往復移動する押出動作：図４］
押出動作は、図４に示すように、押出ピン２１が鋳造体をキャビティから押し出すための前進動作と、鋳造体を押し出した後の後退動作と、を含む。つまり、押出ピン２１はこの間に往復移動する。図４はサーボモータ３５の回転数ＲおよびトルクＴ、ならびに押出板２３の実測位置ＰＰを線図として示しており、この線図はコントローラ５の指示によりディスプレイ６に例えば即時に表示できる。次に説明する図５の線図も同様である。
前進動作において、押出ピン２１（押出板２３）が所定の距離だけ前進するようにサーボモータ３５の回転数Ｒを増減させる。後退動作においても、押出ピン２１（押出板２３）が所定の距離だけ後退するようにサーボモータ３５の回転数Ｒを増減させる。このサーボモータ３５の加速動作、減速動作および等速動作時にトルクＴが変動し、前進動作と後退動作の間のサーボモータ３５の停止中はトルクＴが「０」となる。
複数本の押出ピン２１がある場合のトルクＴは、複数本分の合計値とすることができるし、平均値とすることもできる。
押出動作は、図４に示すように、押出ピン２１が鋳造体をキャビティから押し出すための前進動作と、鋳造体を押し出した後の後退動作と、を含む。つまり、押出ピン２１はこの間に往復移動する。図４はサーボモータ３５の回転数ＲおよびトルクＴ、ならびに押出板２３の実測位置ＰＰを線図として示しており、この線図はコントローラ５の指示によりディスプレイ６に例えば即時に表示できる。次に説明する図５の線図も同様である。
前進動作において、押出ピン２１（押出板２３）が所定の距離だけ前進するようにサーボモータ３５の回転数Ｒを増減させる。後退動作においても、押出ピン２１（押出板２３）が所定の距離だけ後退するようにサーボモータ３５の回転数Ｒを増減させる。このサーボモータ３５の加速動作、減速動作および等速動作時にトルクＴが変動し、前進動作と後退動作の間のサーボモータ３５の停止中はトルクＴが「０」となる。
複数本の押出ピン２１がある場合のトルクＴは、複数本分の合計値とすることができるし、平均値とすることもできる。
【0029】
［押出ピン２１が定位置に留まる射出開始から型開きまで：図５］
次に、図５を参照して、射出開始から型開きまでの間の同様のデータを説明する。ただし、この間において、押出ピン２１は定位置に留まっており、サーボモータ３５は駆動が停止される。この定位置において、図３（ａ）に示すように、押出ピン２１の先端２１Ｆがキャビティ１５Ａの縁に沿っている。
このようにサーボモータ３５には駆動指令が出されていないにも関わらず、トルクＴが立ち上がり、その状態が継続する。サーボモータ３５の回転数Ｒおよび押出ピン２１の実測位置ＰＰはほぼゼロの付近に留まる。したがって、このトルクＴの立ち上がりは押出ピン２１を定位置に維持するために生ずるトルクＴと推察される。他にトルクを生じさせる要因がないためである。したがって、コントローラ５が射出開始から型開きまでの間に取得するトルクＴに基づいて、射出圧力ＩＰを求めるこができる。ここで、ダイカスト鋳造システム１においては、固定金型１４よび可動金型１５の間のキャビティ１６で射出圧力ＩＰが生じると、以下の機械的な要素からなる経路を経て射出圧力ＩＰはサーボモータ３５の出力軸３６に伝わり、サーボモータ３５にトルクＴを生じさせる。したがって、本実施形態においては、ボールねじ２９における推力Ｆａを算出して求めることにより、射出圧力ＩＰを求めることができる。
［機械的な要素からなる経路］
射出圧力ＩＰ→押出ピン２１→押出板２３→ボールねじ２９→従動軸４１→従動側プーリ３９→駆動側プーリ３７→サーボモータ３５の出力軸３６
次に、図５を参照して、射出開始から型開きまでの間の同様のデータを説明する。ただし、この間において、押出ピン２１は定位置に留まっており、サーボモータ３５は駆動が停止される。この定位置において、図３（ａ）に示すように、押出ピン２１の先端２１Ｆがキャビティ１５Ａの縁に沿っている。
このようにサーボモータ３５には駆動指令が出されていないにも関わらず、トルクＴが立ち上がり、その状態が継続する。サーボモータ３５の回転数Ｒおよび押出ピン２１の実測位置ＰＰはほぼゼロの付近に留まる。したがって、このトルクＴの立ち上がりは押出ピン２１を定位置に維持するために生ずるトルクＴと推察される。他にトルクを生じさせる要因がないためである。したがって、コントローラ５が射出開始から型開きまでの間に取得するトルクＴに基づいて、射出圧力ＩＰを求めるこができる。ここで、ダイカスト鋳造システム１においては、固定金型１４よび可動金型１５の間のキャビティ１６で射出圧力ＩＰが生じると、以下の機械的な要素からなる経路を経て射出圧力ＩＰはサーボモータ３５の出力軸３６に伝わり、サーボモータ３５にトルクＴを生じさせる。したがって、本実施形態においては、ボールねじ２９における推力Ｆａを算出して求めることにより、射出圧力ＩＰを求めることができる。
［機械的な要素からなる経路］
射出圧力ＩＰ→押出ピン２１→押出板２３→ボールねじ２９→従動軸４１→従動側プーリ３９→駆動側プーリ３７→サーボモータ３５の出力軸３６
【0030】
本実施形態によれば、押出ピン２１に直に作用する溶湯によりサーボモータ３５に生ずるトルクＴに基づいて射出圧力ＩＰを求めるので、求められる射出圧力の精度は高い。しかも、トルクＴを検出する機能を備えるサーボモータ３５を用いているので、射出圧力ＩＰを求めるためのひずみゲージを取り付けるなどの人手による格別な作業を必要としない。さらに、サーボモータ３５のトルクＴは射出圧力の微小な変化を反映するので、求められる射出圧力ＩＰは正確である。さらに、本実施形態によれば、鋳造の過程において射出圧力ＩＰを常時検知することができる。
【0031】
押出ピン２１が射出圧力ＩＰを受けると、ボールねじ２９に推力Ｆａが生ずる。この推力Ｆａは以下の式（１）で求められる。また、射出圧力ＩＰは、以下の式（２）により求めることができる。コントローラ５は、式（１）および式（２）を実行するためのプログラムを備え、サーボモータ３５からトルクＴを検出（第１ステップ）すると、式（１）および式（２）を実行して、射出圧力ＩＰを求める（第２ステップ）。射出圧力ＩＰは、トルクＴを取得したならば即時に求めることができるし、トルクＴをコントローラ５の記憶領域に保存し、所定の期間が経過してから求めることもできる。即時に求められる射出圧力ＩＰは、図５に示すようにトルクＴなどと一緒にグラフ中に示すことができるとともに、コントローラ５の記憶領域に保存してもよい。また、即時に求められる射出圧力ＩＰの線図は、直後にディスプレイ６に表示できるし、コントローラ５に記憶し、必要なときにディスプレイ６に表示してもよい。
【0032】
Ｆａ＝２・π・η・Ｔ／（Ｌ×１０－３）…式（１）
ＩＰ＝Ｆａ／Ａ２１…式（２）
ＩＰ＝Ｆａ／Ａ２１…式（２）
【0033】
Ｆａ：発生推力（Ｎ）， Ｔ：サーボモータ３５のトルク（Ｎ・ｍ）
η：ボールねじ２９の効率， Ｌ：ボールねじ２９のリード（ｍｍ）
ＩＰ：射出圧力（ＭＰａ） Ａ２１：押出ピン２１の先端の合計面積（ｍｍ２）
η：ボールねじ２９の効率， Ｌ：ボールねじ２９のリード（ｍｍ）
ＩＰ：射出圧力（ＭＰａ） Ａ２１：押出ピン２１の先端の合計面積（ｍｍ２）
【0034】
コントローラ５に記憶されるトルクＴおよび射出圧力ＩＰの例が図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されている。
その中で図６（ａ）は最もデータ量が少ない例を示しており、成形がなされた日付（ＤＡＴＥ）、当該成形を特定する識別情報（ｃｈ ＩＤ）、押出実測位置、サーボモータ３５の回転数およびサーボモータ３５に生ずるトルクＴが対応して記憶される。図６（ａ）における押出実測位置、モータ回転数およびトルクＴのそれぞれは、射出開始から型開きまでの間の代表値である。代表値としては、典型的には平均値が該当するが、その他に最大値、最小値、標準偏差などの値を代表値として扱うことができる。
その中で図６（ａ）は最もデータ量が少ない例を示しており、成形がなされた日付（ＤＡＴＥ）、当該成形を特定する識別情報（ｃｈ ＩＤ）、押出実測位置、サーボモータ３５の回転数およびサーボモータ３５に生ずるトルクＴが対応して記憶される。図６（ａ）における押出実測位置、モータ回転数およびトルクＴのそれぞれは、射出開始から型開きまでの間の代表値である。代表値としては、典型的には平均値が該当するが、その他に最大値、最小値、標準偏差などの値を代表値として扱うことができる。
【0035】
次に、図６（ａ）に示される記憶データ群の場合には、当該データ群のトルクＴを式（１），（２）に代入して射出圧力ＩＰを算出により求める。この形態は、鋳造を行っている最中には当該データ群の記憶にとどめ、後に当該データ群を用いてトルクＴを求めることになる。これに対して、図６（ｂ）に記憶されるデータ群は、鋳造を行っている最中に当該データ群の中のトルクＴを用いて射出圧力ＩＰが求められる。図６（ｃ）は、トルクＴについて測定された最小値（ｍｉｎ）、最大値（ｍａｘ）および平均値（ａｖｅ）の三つを含んでいる。平均値に加えて最小値、最大値を含むことにより、射出圧力ＩＰについて一歩進んだ評価を行うことができる。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される射出圧力ＩＰ、トルクＴなどの代表値は、ディスプレイ６に即時に表示してもよいし、コントローラ５に記憶した後に必要なときにディスプレイ６に表示してもよい。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される射出圧力ＩＰ、トルクＴなどの代表値は、ディスプレイ６に即時に表示してもよいし、コントローラ５に記憶した後に必要なときにディスプレイ６に表示してもよい。
【0036】
［効 果］
以下、本実施形態に係るダイカスト鋳造システム１が奏する効果を説明する。
ダイカスト鋳造システム１は、押出ピン２１の駆動源としてサーボモータ３５を用いる。金型のキャビティ１６に充填される溶湯（溶融原料）が押出ピン２１を押圧することでサーボモータ３５にトルクＴが生じることを知見するに至り、このトルクＴに基づいて溶融原料の射出圧力ＩＰを求める。
このように押出ピン２１に直に作用する溶湯によりサーボモータ３５に生ずるトルクＴに基づいて射出圧力ＩＰを求めるので、求められる射出圧力の精度は高い。しかも、トルクＴを検出する機能を備えるサーボモータ３５を用いるので、射出圧力ＩＰを求めるためのひずみゲージを取り付けるなどの人手による格別な作業を必要としない。さらに、サーボモータのトルクは射出圧力の微小な変化を反映するので、求められる射出圧力は正確である。
以下、本実施形態に係るダイカスト鋳造システム１が奏する効果を説明する。
ダイカスト鋳造システム１は、押出ピン２１の駆動源としてサーボモータ３５を用いる。金型のキャビティ１６に充填される溶湯（溶融原料）が押出ピン２１を押圧することでサーボモータ３５にトルクＴが生じることを知見するに至り、このトルクＴに基づいて溶融原料の射出圧力ＩＰを求める。
このように押出ピン２１に直に作用する溶湯によりサーボモータ３５に生ずるトルクＴに基づいて射出圧力ＩＰを求めるので、求められる射出圧力の精度は高い。しかも、トルクＴを検出する機能を備えるサーボモータ３５を用いるので、射出圧力ＩＰを求めるためのひずみゲージを取り付けるなどの人手による格別な作業を必要としない。さらに、サーボモータのトルクは射出圧力の微小な変化を反映するので、求められる射出圧力は正確である。
【0037】
ダイカスト鋳造システム１は、コントローラ５の指示に基づいて射出圧力ＩＰを表示するディスプレイ６を備える。したがって、ダイカスト鋳造システム１によれば、ディスプレイ６を参照することにより、視覚を通じて射出圧力ＩＰを明確に認識できる。
【0038】
ディスプレイ６に表示されるのは、進行中の成形について求められる射出圧力ＩＰであってもよいし、過去に求められた射出圧力ＩＰであってもよい。したがって、このダイカスト鋳造システム１によれば、進行中の成形における射出圧力ＩＰをリアルタイムで認識して対応することができる。また、このダイカスト鋳造システム１によれば、過去の射出圧力ＩＰを遡って認識できるので、過去の射出の評価をできる。
【0039】
ディスプレイ６に表示される射出圧力ＩＰは、線図であってもよいし、代表値であってもよい。線図であれば射出圧力ＩＰの経時的な傾向を認識しやすいし、代表値であれば例えば設定値を超過したなどの数値的な評価をしやすい。この場合、設定値を合わせて表示すれば、それ以降に設定値を修正するのに活用できる。
【0040】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、以上の実施形態において、回転駆動されるサーボモータ３５を例示し、ボールねじ２９を用いてサーボモータ３５の回転駆動力を直線運動に変換するが、本発明は直線運動するリニアサーボモータを用いることができる。そうすれば、回転駆動力を直線運動に変換するボールねじ２９などの運動変換機構を省くことができる。
例えば、以上の実施形態において、回転駆動されるサーボモータ３５を例示し、ボールねじ２９を用いてサーボモータ３５の回転駆動力を直線運動に変換するが、本発明は直線運動するリニアサーボモータを用いることができる。そうすれば、回転駆動力を直線運動に変換するボールねじ２９などの運動変換機構を省くことができる。
【0041】
また、以上の実施形態においては、成形装置として金属材料を対象とするダイカスト鋳造を例示したが、樹脂材料を対象とする射出成形への適用もできる。射出成形においても、固定盤、可動盤、固定金型および可動金型を備え、固定金型と可動金型の間にキャビティが形成されるところはダイカスト鋳造と同じである。キャビティに射出されるのが溶融樹脂であるが、キャビティ内で凝固して得られる成形体を取り出すために、固定金型と可動金型を型開きした後に押出ピンで押し出すところも、ダイカスト鋳造と同じである。そして、射出成形においては、成形体の押出ピンはキャビティにおいて、射出成形中の溶融樹脂から射出圧力ＩＰを受ける。
【符号の説明】
【0042】
１ ダイカスト鋳造システム
２ 型締装置
３ 射出装置
４ 射出スリーブ
５ コントローラ
６ ディスプレイ
１２ 固定盤
１３ 可動盤
１３Ａ 収容空隙
１４ 固定金型
１４Ａ キャビティ
１５ 可動金型
１５Ａ キャビティ
１６ キャビティ
１７ 湯道
１９ 基台
２０ 押出機構
２１ 押出ピン
２１Ｂ 後端
２１Ｆ 先端
２３ 押出板
２５ 第１固定体
２６ 第1軸受
２７ 第２固定体
２８ 第２軸受
２９ ボールねじ
３１ ボールねじ軸
３３ ボールねじナット
３５ サーボモータ
３６ 出力軸
３７ 駆動側プーリ
３９ 従動側プーリ
４１ 従動軸
４３ ベルト
ＩＰ 射出圧力
Ｔ トルク
Ｒ 回転数
ＰＰ 実測位置
２ 型締装置
３ 射出装置
４ 射出スリーブ
５ コントローラ
６ ディスプレイ
１２ 固定盤
１３ 可動盤
１３Ａ 収容空隙
１４ 固定金型
１４Ａ キャビティ
１５ 可動金型
１５Ａ キャビティ
１６ キャビティ
１７ 湯道
１９ 基台
２０ 押出機構
２１ 押出ピン
２１Ｂ 後端
２１Ｆ 先端
２３ 押出板
２５ 第１固定体
２６ 第1軸受
２７ 第２固定体
２８ 第２軸受
２９ ボールねじ
３１ ボールねじ軸
３３ ボールねじナット
３５ サーボモータ
３６ 出力軸
３７ 駆動側プーリ
３９ 従動側プーリ
４１ 従動軸
４３ ベルト
ＩＰ 射出圧力
Ｔ トルク
Ｒ 回転数
ＰＰ 実測位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】