KR100473917B1 - 사출성형기의 사출제어방법 - Google Patents

Abstract

사출수지를 계량하고 제어하는 사출성형기의 사출제어방법 및 장치에 있어서, 사출수지는 사출성형기의 가열실린더 내에서 계량되어 가열실린더 내에서 스크루를 사출방향으로 전진시킴으로써 금형 내에 사출되며, 스크루는 상기 가열실린더 내에서 후퇴된다.

본 발명에 의하면 충전공정의 후반에서 스크루의 후퇴동작을 가능하게 하여, 충전압력을 급속히 낮추도록 함으로써 특히 두께가 얇은 성형품에 대한 잔류응력의 감소에 효과가 있어, 플래시 발생의 방지, 성형품의 중량, 칫수의 안정화를 도모할 수 있다.

Description

사출성형기의 사출제어방법{Injection Controlling Method for an Injection Molding Machine}

본 발명은 사출성형기의 사출제어방법에 관한 것으로, 특히 두께가 얇은 성형품의 성형에 적당한 사출제어방법에 관한 것이다.

근래, 유압액츄에이터 대신에 서보모터를 사용한 이른바 전동사출성형기가 많이 사용되기 시작하고 있다. 이하에 서보모터 구동에 의한 사출장치의 동작에 대하여 간단하게 설명한다.

가소화(可塑化)/계량공정에서는 스크루 회전용의 서보모터에 의해서 스크루를 회전시킨다. 스크루는 가열실린더 내에 배치되어 있다. 호퍼(hopper)로부터 가열실린더 내의 스크루 후부에 수지가 공급된다. 스크루 회전으로 공급되어 온 수지를 용융시키면서 가열실린더의 선단부에 일정량을 보낸다. 그 사이 가열실린더의 선단부에 쌓여가는 용융수지의 압력(배압)을 받으면서 스크루는 후퇴한다.

스크루의 후단부는 사출축이 직결되어 있다. 사출축은 베어링을 통하여 프레셔플레이트(pressure plate)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 사출축은 프레셔플레이트상에 지지되어 있는 사출용의 서보모터에 의해 축방향으로 구동된다. 프레셔플레이트는 볼나사를 통하여 사출용의 서보모터에 의해서 가이드바를 따라 전후진한다. 전술한 용융수지의 배압은 후술하는 바와 같이 로드셀에 의해서 검출되어 피드백 제어루프로 제어된다.

다음에, 충전(充塡)공정에서는 사출용의 서보모터의 구동에 의해서 프레셔플레이트를 전진시키고, 스크루 선단부를 피스톤으로 하여 용융수지를 금형 내에 충전한다.

충전공정의 끝으로 용융수지가 금형의 캐비티 내에 충만된다. 그때 스크루의 전진운동은 속도제어로부터 압력제어로 절환된다. 이 절환은 V(속도) - P(압력) 절환이라고도 불리우고 있고, 성형품의 품질을 좌우한다.

V-P절환의 후에, 금형의 캐비티 내의 수지는 설정된 압력까지 냉각되어 간다. 이것은 보압(保壓)공정이라 불리워진다. 보압공정에서는 수지압은 전술한 배압제어와 같이 피드백 제어루프로 제어된다.

사출장치는 보압공정의 종료후, 가소화/충전공정으로 되돌아 간다. 형체장치(型締裝置)는 가소화/충전공정과 병행하여 금형으로부터 냉각 고화된 제품을 밀어내기 위한 밀어내기 동작을 행한다. 밀어내기 동작에서는 금형을 열어서 이젝터(ejector)기구에 의하여 냉각 고화된 제품을 배출한 후, 금형을 닫아서 충전공정으로 들어간다.

그런데, 충전공정에서는 잘 알려져 있는 바와 같이, 사출제어가 실행된다. 사출제어는 성형품의 두께에 따라서 바꿀 필요가 있다. 이것은 두께가 두꺼운 성형품을 위한 사출제어를 디스크와 같은 두께가 얇은 성형품에 적용하면 몇가지 문제점이 있기 때문이다. 예를 들면 두께가 두꺼운 성형품을 위한 사출제어를 두께가 얇은 성형품의 성형에 적용하면 성형품에 압력이 지나치게 가해져서 플래시(flash)가 생기거나 잔류응력에 의한 결함이 발생하는 경우가 있다. 따라서 성형품에 걸리는 압력을 감소시킬 필요가 있다. 그런데, 종래의 사출제어방법에서는 보압공정에 있어서는 통상, 스크루의 최대이동속도 혹은 가속도는 충전공정에서의 그것에 비하여 느려서 급속히 압력을 감소시킬 수 없다.

따라서 본 발명은 두께가 얇은 성형품의 성형에 있어서 숏(shot) 간의 성형품의 중량, 칫수의 안정성을 확보할 수 있도록 개선한 사출제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 수지의 가소화/계량공정, 수지의 충전공정 및 보압공정을 포함하는 성형 사이클을 실행하는 사출성형기에 적용된다.

도 1을 참조하여 본 발명을 이해하기 쉽게 하기 위하여 서보모터 구동에 의한 사출장치를 구비한 전동사출성형기에 대하여 설명한다. 이 사출장치에 있어서는 볼나사, 너트에 의해 서보모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 스크루를 회전시킨다.

도 1에서 사출용의 서보모터(11)의 회전은 볼나사(12)에 전달된다. 볼나사(12)의 회전에 의해 전후진하는 너트(13)는 프레셔플레이트(14)에 고정되어 있다. 상기 프레셔플레이트(14)는 베이스프레임(도시하지 않음)에 고정된 가이드바(15)(16)를 따라서 이동할 수 있다. 상기 프레셔플레이트(14)의 전후진 운동은 베어링(17), 로드셀(18), 사출축(19)을 통하여 스크루(20)에 전달된다. 상기 스크루(20)는 가열실린더(21) 내에 회전가능하게, 또한 축방향으로 이동가능하게 배치되어 있다. 상기 스크루(20)의 후부에 대응하는 가열실린더(21)에는 수지공급용의 호퍼(22)가 설치되어 있다. 사출축(19)에는 벨트나 풀리(pully) 등의 연결부재(23)를 통하여 스크루 회전용의 서보모터(24)의 회전운동이 전달된다. 즉 스크루 회전용 서보모터(24)에 의하여 사출축(19)이 회전구동됨으로써 스크루(20)가 회전한다.

가소화/계량공정에 있어서는 가열실린더(21)의 속을 스크루(20)가 회전하면서 후퇴함으로써 스크루(20)의 전방, 즉 가열실린더(21)의 노즐(21-1)측에 용융수지가 축적된다. 스크루(20)를 전진시킴으로써 스크루(20)의 전방에 축적된 용융수지를 금형 내에 충전하고 가압함으로써 성형이 행해진다. 이때, 수지를 누르는 힘이 로드셀(18)에 의해 반력(反力)으로서 검출된다. 검출된 압력은 로드셀증폭기(25)에 의해 증폭되어 컨트롤러(26)에 입력된다.

프레셔플레이트(14)에는 스크루(20)의 이동량을 검출하기 위한 위치검출기(27)가 부착되어 있다. 상기 위치검출기(27)의 검출신호는 증폭기(28)에 의하여 증폭되어서 컨트롤러(26)에 입력된다. 상기 컨트롤러(26)는 오퍼레이터(operator)에 의해 미리 설정된 설정값에 따라서 앞에 서술한 복수의 각 공정에 따른 전류(토크)지령을 서보증폭기(29)(30)로 출력한다. 상기 서보증폭기(29)에서는 서보모터(11)의 구동전류를 제어하여 서보모터(11)의 출력토크를 제어한다. 상기 서보증폭기(30)에서는 서보모터(24)의 구동전류를 제어하여 서보모터(24)의 회전수를 제어한다. 서보모터(11)(24)에는 각각 회전수를 검출하기 위한 인코터(encoder)(31)(32)가 구비되어 있다. 상기 인코더(31)(32)에서 검출된 회전수는 각각 컨트롤러(26)에 입력된다.

또한, 도 1의 구성은 어디까지나 개념을 설명하기 위한 편의상의 것으로, 사출장치의 구체적인 구성은 예를 들면 일본국 특허공개 평9-174626호 공보에 개시되어 있다.

이하, 도 2a, 도 2b를 참조하여 종래의 사출제어방법에 대하여 설명한다. 도 2a는 가소화/계량공정에 이은 충전공정에서 보압공정까지의 스크루 위치와 스크루 이동속도의 설정예를 시간축을 따라서 나타내고 있다. 스크루 위치 및 스크루 이동속도는 미리 도 2b에 나타낸 바와 같이 복수의 단계로 설정된다. 즉, 충전공정을 개시하고 나서 스크루 위치 S1에 도달하기까지의 제1단에 대하여는 스크루(20)는 이동속도 V1으로 이동한다. 위치 S1에서 S2까지의 제2단에서는 스크루(20)는 이동속도 V2로 이동한다. 위치 S2에서 S3까지의 제3단에서 스크루(20)는 이동속도 V3로 이동한다. 그리고 위치 S3에서 충전공정으로부터 보압공정으로의 절환(V-P절환)이 행해진다. 이와 같은 설정은 입력부(35)(도 1)에 의하여 미리 제어장치(26)에 대하여 행해진다. 또 제어장치(26)는 상기의 각 설정값과 위치검출기(27)로부터의 검출신호에 기초하여 스크루 이동속도의 절환을 제어한다.

도 2b에서 속도절환위치의 대소관계는 S3＜S2＜S1으로 되는 것이 보통이다. 만일 잘못하여 S2＜S3＜S1으로 설정되면, 이것은 충전공정의 도중에서 스크루(20)를 후퇴시키는 것을 의미한다. 그러나 제어장치(26)는 이와 같은 설정값(S3)을 입력오류라 판단하여 설정값(S3)을 무시한다. 즉 스크루(20)를 후퇴시키는 것은 수지의 충전압력을 낮추어서 플래시의 발생이나 그 외의 성형불량을 방지하기 위함이다. 그리고 이와 같은 후퇴동작은 도 2a로부터 명백한 바와 같이 보압공정에서 행해지기 때문이다.

도 2a와 같은 설정에 기초한 사출제어는 일반적으로 두께가 두꺼운 성형품에 적용하고 있다. 이것은 충전공정이 종료되어도 성형품에는 수지의 압력이 걸려 있다. 두께가 두꺼운 성형품의 경우 충전이 종료하면 성형품이 수축하려고 하지만 그 수축량이 많다. 그러나 보압공정에서 성형품에 대하여 압력을 가함으로써 상기의 수축분을 보충할 수 있다.

그런데, 이와 같은 사출제어를 디스크와 같은 두께가 얇은 성형품에 적용하면 성형품에 압력이 지나치게 가해져서 플래시가 생기거나 잔류응력에 의한 결함이 발생하는 경우가 있다. 따라서 성형품에 가해지는 압력을 감소시킬 필요가 있다. 그러나 종래의 사출제어방법에서는 보압공정에 있어서는 통상, 스크루의 최대이동속도 혹은 가속도는 충전공정에서의 그것과 비교하여 느려서 급속히 압력을 감소시킬 수 없다. 바꾸어 말하면 두께가 얇은 성형품의 경우 수지가 수축하려고 하는 양이 적다. 따라서, 수지를 그다지 보충할 필요가 없음에도 불구하고 성형품에 큰 수지압력이 계속 가해지기 때문이다.

이하 도 3a, 도 3b를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 의한 사출제어방법에 대하여 설명한다. 여기서는 본 발명을 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같은 전동사출성형기에 적용한 경우에 대하여 설명한다.

도 3a에 있어서, 본 실시예에서는 충전공정에서 보압공정으로의 절환에 이르기 전의 충전공정 후반에서 스크루(20)를 후퇴시키는 스텝을 설정한 것을 특징으로 한다. 도 3a는 가소화/계량공정에 이은 충전공정에서 보압공정까지의 스크루 위치와 스크루 이동속도의 설정예를 시간축을 따라서 나타내고 있다. 충전공정에서는 스크루 위치 및 스크루 이동속도는 도 3b에 나타낸 바와 같이, 미리 5단으로 설정된다. 즉, 충전공정을 개시하고나서 스크루 위치가 S1에 도달하기까지의 제1단에 대해서는 스크루(20)는 이동속도 V1으로 전진한다. 위치 S1에서 S2까지의 제2단에서 스크루(20)는 이동속도 V2로 전진한다. 위치 S2에서 S3까지의 제3단에서 스크루(20)는 이동속도 V3로 전진한다. 이것은 종래의 설정과 같지만, 위치 S3에서 스크루(20)의 후퇴를 개시시킨다.

본 실시예에서는 후퇴동작은 2단(충전공정 개시로부터 제4단 및 제5단)으로 설정된다. 위치 S3에서 S4까지의 제4단에서 스크루(20)는 이동속도 V4로 후퇴한다. 위치 S4에서 S5까지의 제5단에서 스크루(20)는 이동속도 V5로 후퇴한다. 그리고 위치 S5에서 충전공정에서 보압공정으로의 절환이 행해진다. 속도절환위치의 대소관계는 S3＜S2＜S4＜S5＜S1으로 된다.

사전에 상기와 같은 설정을 행함으로써 스크루(20)를 후퇴시키는 스텝의 개시타이밍은 종래와 같이 위치검출기(27)의 검출신호를 이용하여 설정된 스크루(20)의 위치에 의해서 판정된다.

상기와 같이 충전공정의 후반의 어느 몇 단에 한하여 스크루(20)의 전진동작만이 아니라 후퇴동작을 가능하게 하여 수지의 충전압력을 급속히 낮추도록 하고 있다. 이와 같이 불필요한 충전압력을 사출장치가 갖는 최대의 이동속도 혹은 가속도로 낮추는 것이 가능하기 때문에 두께가 얇은 성형품에 대한 플래시 발생방지, 잔류응력의 감소에 효과가 있다. 또, 보압공정(압력제어)에서 스크루(20)를 후퇴시킨 경우에는 숏간의 성형품의 중량이 불안정해지는 일이 있다. 그러나 본 실시예에서는 충전공정에 있어서는 속도 혹은 위치제어로 스크루(20)를 후퇴시키기 때문에 성형품의 중량, 칫수가 안정된다.

다음에 도 4a, 도 4b를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 복수의 몇 단으로 설정된 스크루(20)의 후퇴동작의 사이에 적어도 1회의 스크루(20) 정지동작을 설정하도록 한 것을 특징으로 하고 있다. 스크루(20) 정지동작의 개시 타이밍도 미리 설정된 스크루(20)의 위치에 의해서 판정된다. 즉, 충전공정을 개시하고 나서 스크루 위치가 S1에 도달하기까지의 제1단에 대해서는 스크루(20)는 이동속도 V1으로 이동한다. 위치 S1에서 S2까지의 제2단에서 스크루(20)는 이동속도 V2로 이동한다. 위치 S2에서 S3까지의 제3단에서 스크루(20)는 이동속도 V3로 이동한다. 이것은 제1실시예와 같다.

다음에, 위치 S3에서 스크루(20)의 후퇴를 개시시킨다. 본 실시예에서도 스크루(20)의 후퇴동작은 2단(충전공정개시에서 제4단 및 제5단)으로 설정되고 각각의 뒤에 정지동작이 설정된다. 그 결과, 위치 S3에서 S4까지의 제4단에서 스크루(20)는 이동속도 V4로 후퇴하고, 계속해서 위치 S4에서 시간 T1만큼 정지하고, 시간 T1 후에는 위치 S5까지의 제5단에서 이동속도 V5로 후퇴한다. 또한, 스크루(20)는 위치 S5에서는 시간 T2만큼 정지하고, 시간 T2 후에는 충전공정에서 보압공정으로의 절환이 행해진다. 각 단의 절환위치의 대소관계는 S3＜S2＜S4＜S5＜S1이다.

이하 도 5를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서는 충전공정 후반에 스크루(20)를 정지시키는 동작을 설정하도록 한 것을 특징으로 하고 있다. 이 스크루(20) 정지동작의 개시 타이밍도 미리 설정된 스크루(20)의 위치에 의해서 판정된다. 즉, 충전공정을 개시하고 나서 스크루 위치가 S1에 도달하기까지의 제1단에 대해서는 스크루(20)는 이동속도 V1으로 전진한다. 위치 S1에서 S2까지의 제2단에서 스크루(20)는 이동속도 V2로 전진한다. 위치 S2에서 S3까지의 제3단에서 스크루(20)는 이동속도 V3로 전진한다. 이것은 제1실시예와 같다.

다음에, 위치 S3에서 스크루(20)는 시간 T1만큼 정지한다. 그리고 시간 T1 후에는 스크루(20)는 위치 S4까지 이동속도 V4로 후퇴한다. 각 단의 절환위치의 대소관계는 S3＜S2＜S4＜S1이다.

또한, 도 6에 나타낸 바와 같이 위치 S3에서 스크루(20)가 시간 T1만큼 정지하고, 시간 T1 후에는 위치 S4까지 이동속도 V4로 전진하도록 하여도 된다. 각 단의 절환위치의 대소관계는 S4＜S3＜S2＜S1이다.

충전공정의 후반에서 스크루(20)를 급격히 전진, 후퇴시키면 수지의 종류, 상태나 성형품의 형상에 따라서 스크루(20)의 이동에 대하여 수지의 이동이 맞지 않아 성형품에 공기가 들어가는 등의 불량이 발생하는 경우가 있다. 그러나 스크루(20)를 일단 정지시킴으로써 수지의 상태를 안정시키는 효과가 있다.

또한, 어느 실시예에 있어서도 보압공정 없이 냉각공정으로 이행하여도 된다. 또 본 발명은 유압식, 전동식의 어느 사출성형기 및 전술의 전동식사출장치와는 다른 형태의 전동식사출장치에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 충전공정의 후반에서 스크루의 후퇴동작을 가능하게 하여, 충전압력을 급속히 낮추도록 함으로써 특히 두께가 얇은 성형품에 대한 잔류응력의 감소에 효과가 있어, 플래시 발생의 방지, 성형품의 중량, 칫수의 안정화를 도모할 수 있다.

도 1은 전동사출성형기의 개략구성을 나타낸 도면,

도 2a, 도 2b는 종래의 스크루 이동속도 및 이것을 절환하는 스크루 위치의 설정예를 나타낸 도면,

도 3a, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에서의 스크루 이동속도 및 이것을 절환하는 스크루 위치의 설정예를 나타낸 도면,

도 4a, 도 4b는 본 발명의 제2실시예에서의 스크루 이동속도 및 이것을 절환하는 스크루 위치의 설정예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 제3실시예에서의 스크루 이동속도 및 이것을 절환하는 스크루 위치의 설정예를 나타낸 도면,

도 6은 도 5 실시예의 변형예를 나타낸 도면이다.

Claims (18)

1. 수지의 가소화/계량공정 및 수지의 충전공정을 포함하는 성형 사이클을 실행하는 사출성형기에서의 사출제어방법에 있어서,

   스크루를 후퇴시키는 동작을 포함하고, 이 스크루의 후퇴동작은, 상기 충전공정의 후반에 있어서 이 스크루의 속도제어 혹은 위치제어에 의하여 행하여짐으로써 수지 충전압력이 저감되는 것 을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스크루 후퇴개시의 타이밍은, 미리 설정된 상기 스크루의 위치에 의해서 판정되고, 상기 스크루의 후퇴속도는 임의로 설정되는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 스크루의 후퇴속도는, 후퇴개시 시가 가장 높게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 스크루의 후퇴동작의 사이에, 적어도 1회의 스크루 정지동작을 설정하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항 에 있어서,

   상기 스크루를 후퇴시키는 동작은, 상기 스크루를 복수의 다른 후퇴속도로 후퇴시키는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
10. 제1항 에 있어서,

    상기 방법은 또한, 수지 가 상기 금형 내에 사출된 후에, 상기 스크루를 완전히 전진한 위치로 미리 설정된 시간만큼 유지하는 동작을 포함하고,

    그 후, 상기 스크루를 상기 가열실린더 내에서 후퇴시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 스크루의 후퇴동작은, 상기 가열실린더 내에서 상기 스크루를 제1의 후퇴위치까지 미리 설정된 제1의 거리만큼 후퇴방향으로 후퇴시키는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서,

    또한, 상기 후퇴동작의 후에, 상기 스크루를 상기 제1의 후퇴위치로 미리 설정된 제1의 시간만큼 유지하는 동작과,

    상기 스크루를, 제2의 후퇴위치까지 미리 설정된 제2의 거리만큼 후퇴시키는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
14. 제13항에 있어서,

    또한, 상기 스크루를, 상기 제2의 후퇴위치에 미리 설정된 제2의 시간만큼 유지하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어방법.
15. 삭제
16. 삭제
17. 사출성형기에서의 사출제어장치에 있어서,

    가열실린더 내에서의 스크루의 이동을 제어하기 위한 제어유닛과,

    상기 가열실린더 내에서의 수지의 사출압력을 검출하기 위한 압력검출유닛과,

    상기 가열실린더 내에서의 상기 스크루의 속도를 검출하기 위한 속도검출유닛과,

    상기 가열실린더 내에서 상기 스크루를 정지 및 후퇴시키기 위한 정지 및 후퇴수단을 포함하고,

    상기 제어유닛은, 상기 스크루의 속도를 제어하는 동작과, 상기 속도검출유닛으로부터의 신호에 기하여 상기 스크루의 전진속도를 검출하는 동작과, 상기 압력검출유닛으로부터의 신호에 기하여 금형 내에 사출되는 수지의 압력을 검출하는 동작을 실행하고, 상기 정지 및 후퇴수단은, 상기 각 신호에 기하여 상기 스크루를 정지 및 후퇴시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어장치.
18. 제17항에 있어서,

    상기 제어유닛은, 제1의 일련의 스텝에서 상기 스크루를 미리 설정된 복수의 속도로 미리 설정된 복수의 거리만큼 전진시키는 동작을 실행함과 더불어, 제2의 일련의 스텝에서 상기 정지 및 후퇴수단을 제어하여 상기 스크루를 정지 및 후퇴시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출제어장치.