KR100713177B1 - 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토글식 사출성형기의 형체기구로서 2개 이상의 토글링크 시스템으로 4이상의 절점을 갖는 구조를 채택함에 따라 링크의 크기가 증가됨에 따라 형판이 커져서 사출기가 커지게됨에 따라 이를 축소하기 위해서는 이동형판과 장링크의 절점들 간의 간격을 줄이게 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구에 관한 것으로, 후방 플레이트(6)와 이동 플레이트(7)가 단링크(8)와 장링크(9)에 의해 연결되고 이동 플레이트(7)를 개폐하기 위해 서보모터의 볼스크류축으로 이동하는 크로스헤드(11)에 설치된 크로스헤드 링크(12)를 포함하는 토글링크를 이용한 사출성형기의 형체기구에 있어서, 후방 플레이트와 이동 플레이트 사이에 2조 이상의 토글링크 시스템을 구비하여 이동 플레이트와 장링크의 절점이 4개 이상이고 장링크와 단링크의 절점(A1과 A2, A3과 A4)이 겹치지며, 볼스크류축(B1,B2)이 후방 플레이트를 관통하여 움직이는 것을 특징으로 한다.

전동식, 사출, 성형기

Description

전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구{Multiple Clamping apparatus of Electric Injection Molding Machine}

도 1은 종래 전동식 사출성형기의 4점식 형체기구의 정면도,

도 2는 종래 전동식 사출성형기의 5점식 형체기구의 정면도,

도 3a는 본 발명의 전동식 사출성형기의 일 실시 예의 정면도,

도 3b는 본 발명의 전동식 사출성형기의 형개 상태를 보인 일 실시 예의 정면도,

도 4는 본 발명의 링크 구조를 보인 평면도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 두개의 토글 시스템을 구비한 일 실시 예의 측면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 네개의 토글 시스템을 구비한 다른 실시 예의 측면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

5: 타이바 6: 후방 플레이트

7: 이동 플레이트 8: 단링크

9: 장링크 11: 크로스 헤드

12: 크로스 헤드 링크

본 발명은 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토글식 사출성형기의 형체기구로서 2개 이상의 토글링크 시스템으로 4이상의 절점을 갖는 구조를 채택함에 따라 링크의 크기가 증가됨에 따라 형판이 커져서 사출기가 커지게됨에 따라 이를 축소하기 위해서는 이동형판과 장링크의 절점들 간의 간격을 줄이게 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구에 관한 것이다.

사출성형기는 타이바를 통해 이동 플레이트와 고정 플레이트에 장착된 형판에 형폐력을 가해 사출작업을 수행하는 가공장치이다. 이 때 타이바가 인장되지 않은 상태에서 이동 플레이트가 움직이는 형개폐 행정과는 달리, 타이바가 인장되는 형폐력을 가하는 단계에서는 서보모터는 큰 토크를 입력해야 한다. 그러나 서보모터는 출력이 커질수록 가격이 높아질 뿐만 아니라 서보모터의 출력 자체에도 한계가 있다.

토글식 사출성형기는 형판이 접촉된 상태에서 단링크와 장링크를 완전히 펴줌으로써 입력힘이 확대되어 큰 형폐력이 발생하는 원리를 이용한 것이다.

토글식 사출성형기의 형폐력을 증가시키려면 입력힘이 확대되는 비율인 확대율을 증가시키거나 또는 서보모터의 출력을 더 크게 하는 방법이 있으나, 서보모터의 출력을 높이는 것은 원가상승을 유발하므로 확대율을 증가시키는 것이 바람직하다.

토글식 사출성형기의 확대율은 각각의 플레이트들과 토글링크의 결합구조인 사출성형기의 형체기구에 의해 결정된다. 우선 사출성형기의 형체기구에 대해 설명하면 토글식 사출성형기의 형체기구는 1쌍의 토글링크로 구성된 싱글 토글식 형체기구와 2쌍의 토글링크로 구성된 더블 토글식 형체기구로 구별되며, 싱글 토글식 형체기구는 소형의 사출성형기에 적합하며 비교적 큰 형폐력이 요구되는 사출성형기에는 더블 토글식 형체기구가 적합하다.

더블 토글식 형체기구는 토글링크에 대한 크로스헤드 링크의 연결구조의 차이에 따라 4점식과 5점식으로 구분되며, 4점식 형체기구는 하나의 절점에 크로스헤드 링크, 장링크 및 단링크가 함께 연결되는 구조이고, 5점식 형체기구는 크로스헤드 링크와 단링크가 연결되는 절점이 장링크와 단링크가 연결되는 절점과 별개로 형성된 구조이다. 최근에는 6점식까지 등장했다. 그러나 서보모터의 용량의 한계로 인해 대형 사출기에 전동식을 적용하기 힘든 부분이 있다.

도 1은 종래의 토글식 사출성형기의 4점식 형체기구의 측면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 토글식 사출성형기의 4점식 형체기구는 타이바(25)의 양측에 후방 플레이트(26)와 고정 플레이트(24)가 설치되고 그 사이에 이동 플레이트(27)가 배치되며, 이동 플레이트(27)는 토글링크 구조인 단링크(28)와 장링크(29)를 통해 후방 플레이트(26)와 연결된다. 후방 플레이트(26)의 일측에는 서보모터(21)와 볼스크류축(22)이 설치되고, 볼스크류축(22)에는 크로스헤드(23)가 결합되며, 크로스헤드(23)에 연결된 크로스헤드 링크(24)는 단링크(28)와 장링크(29)를 연결하는 절점에 연결된다.

종래의 4점식 형체기구는 확대율이 커서 작은 입력힘으로 큰 형폐력을 생성할 수 있지만, 형개폐 행정시에 크로스헤드(23)의 이동량이 커서 형개폐속도가 느릴 뿐만 아니라 형체기구의 크기가 커지는 문제점이 있었다.

도 2는 종래의 토글식 사출성형기의 5점식 형체기구의 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 토글식 사출성형기의 5점식 형체기구는 타이바(105)의 양측에 후방 플레이트(106)와 고정 플레이트(104)가 설치되고 그 사이에 이동 플레이트(107)가 배치되며, 이동 플레이트(107)는 C1, A1 및 B1절점들 사이에 배치된 장링크(109) 및 단링크(108)를 경유하여 후방 플레이트(106)와 연결된다. 후방 플레이트(106)의 일측에는 서보모터(114)와 볼스크류축(115)이 설치되고, 볼스크류축(115)에는 크로스헤드(111)가 결합되며, 크로스헤드(111)에 연결된 크로스헤드 링크(112)는 E1절점에서 단 링크(108)에 연결된다. 5점식 형체기구는 크로스헤드 링크(112)가 A1절점이 아닌 별도의 E1절점에서 단 링크(108)에 연결되는 점이 4점식 형체기구와는 다르다.

5점식 형체기구는 크로스헤드 링크(112)가 B1절점을 기준으로 A1절점보다 회전반경이 작은 E1절점에서 단 링크(108)에 연결되므로, A1절점에 크로스헤드 링크(112)가 연결되는 4점식 형체기구에 비해 형개폐 행정의 속도가 빠르고 크로스헤드(111)의 이동량도 작게 되어 형체기구의 길이를 작게 할 수 있다.

그러나 확대율은 B1절점과 E1절점 사이의 거리에 비례하고 B1절점과 A1절점 사이의 거리에 반비례하므로, B1절점과 E1절점 사이의 거리가 B1절점과 A1절점 사이의 거리보다 작은 5점식 형체기구의 확대율은 E1절점과 A1절점이 함께 형성된 4 점식 형체기구에 비해서 작을 수 밖에 없다.

즉, 5점식 형체기구는 전체길이를 작게 할 수 있고 절점 A1의 구성이 간소화되어 4점식 형체기구에 비해 간섭이나 고장이 적게 되지만, 4점식 형체기구에 비해 확대율이 작아서 큰 형폐력을 생성할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 5점식의 형개폐속도와 제어정밀도를 보유하면서 동시에 4점식에 상당하는 확대율을 함께 갖는 사출성형기의 형체기구의 개발이 절실히 요구되어 왔다.

사출기에서 시행되는 사출압은 몇십톤에서 몇천톤까지 형판에 가해진다. 형판이 사출압을 사출 과정이 끝날때까지 일정한 압력은 주는 장치가 필요한데 크게 유압식과 전동식으로 나눠진다. 유압식은 유압으로 타이바를 늘려 형판에 형체력을 주는 방식이고 전동식은 토글 링크로 구성된 클로징 기구로 타이바를 늘려 형판에 형체력을 가하게 된다.

타이바는 후방 플레이트와 고정 플레이트에 고정되어 있고 단링크와 장링크가 완전히 펴지지 않는 상태에서 이동 플레이트와 고정 플레이트에 부착되어 있는 형판을 접촉 시킨다. 그 다음 단링크와 장링크를 완전히 펴게 되면 후방 플레이트가 뒤로 밀리게 되면서 타이바의 길이가 늘어나게 된다. 후방 플레이트와 고정 플레이트사이가 벌어지게 되면 이동 플레이트와 고정 플레이트 사이에 있는 형판에 타이바가 늘어나는 힘 만큼의 반작용을 하게 되어 형체력을 주게 된다.

도 2에 보이는 것과 같이 후방 플레이트(106)에 서보모터(114)가 장착이 되어 크로스헤드(111)와 연결된 볼스크류축(115)에 토크를 주어 돌리게 된다.

타이바(105)를 늘리지 않고 이동 플레이트(107)를 움직이는 형개폐 작업 시에는 서 보 모터(114)에 큰 토크가 필요하지 않다. 일정한 속도로 이동 플레이트(107)를 움직이면 된다.

그러나 타이바(105)를 늘려서 형체력을 가하는 단계에서는 서보 모터(114)가 상당히 큰 토크를 입력해야한다. 따라서 서보 모터의 용량이 커질수록 비싸질 뿐만 아니라 정격 파워 자체에도 한계가 있기 때문에 토글 링크를 써서 힘을 확대하게 된다.

형체력이 큰 사출기를 제작하기 위해서는 확대율을 증가시키거나 입력힘인 서보모터의 크기를 키워줘야한다. 서보모터의 크기는 원가에 큰 영향을 미치므로 구조의 변경으로 확대율을 증가시키는 것이 가장 좋다.

그러나 한 개의 링크 시스템으로는 대형 사출기의 제작에 큰 어려움이 따른다. 서보모터의 용량의 한계 뿐만 아니라 링크의 크기와 길이가 길어지기 때문에 사출기 자체의 크기의 증가가 생긴다. 따라서 이러한 두개 이상의 링크 시스템을 적용하기 위해서는 매우 큰 형판이 되기 때문에 이를 축소하기 위하여 장링크와 단 링크 절점 간의 간격을 줄이여 하는 필요성이 요구된다.

따라서 본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로 두 개 이상의 토클링크 시스템을 적용하여 초대형 사출 성형기의 개발에 있어서, 성형기 설계 면적을 현격히 줄일 수 있으며, 복수의 절점을 갖는 고급 제품의 사출 성형기 개발에 적당하고, 이동 플레이트의 두께를 줄일 수 있는 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적은 후방 플레이트와 이동 플레이트가 단링크와 장링크에 의해 연결되고 상기 이동 플레이트를 개폐하기 위해 서보모터의 볼스크류축으로 이동하는 크로스헤드에 설치된 크로스헤드 링크를 포함하는 토글링크를 이용한 사출성형기의 형체기구에 있어서,

후방 플레이트와 이동 플레이트 사이에 2조 이상의 토글링크 시스템을 구비하여 이동 플레이트와 장링크의 절점이 4개 이상이되, 크로스헤드의 절점이 한점에 위치하고, 장링크와 단링크의 절점이 겹치게 한 것에 의해 달성된다.

2조 이상의 토글링크 시스템은 각각의 서보 모터와 볼스크류축에 의해 작동되게 2조 이상인 것으로 달성되고,

이동 플레이트와 장링크의 4개 이상의 절점은 수직으로 일직선 상에 있는 것이 바람직하며,

2조의 토글시스템에서 한조의 서보모터와 볼스크류축이 후방플레이트상부 일측의 상부 타이바 하부에 설치되고, 다른 한조의 서보모터와 볼스크류축은 후방플레이트 하부 타이바 상부인 상기 위치와 엇 대응되는 위치에 설치되고, 8개의 절점은 이동플레이트의 중앙에 수직되게 설치되고,

4조의 토글시스템에서 한조의 서보모터와 볼스크류축이 후방플레이트의 상하부 타이바 사이 위치의 양측으로 대칭 설치되고, 16개의 절점은 이동플레이트의 중앙에 양측에 각각 수직되게 대칭 설치된 것에 의해 달성된다.

이하에서 본 발명을 바람직한 실시 예의 첨부 도면에 의해 보다 상세히 설명 하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명의 전동식 사출성형기의 일 실시 예의 정면도,

도 3b는 본 발명의 전동식 사출성형기의 형개 상태를 보인 일 실시 예의 정면도,

도 4는 본 발명의 링크 구조를 보인 평면도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 두개의 토글 시스템을 구비한 일 실시 예의 측면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 4개의 토글 시스템을 구비한 다른 실시 예의 측면도이다.

후방 플레이트(6)와 이동 플레이트(7)가 단링크(8)와 장링크(9)에 의해 연결되고 이동 플레이트(7)를 개폐하기 위해 서보모터의 볼스크류축으로 이동하는 크로스헤드(11)에 설치된 크로스헤드 링크(12)를 포함하는 토글링크를 이용한 사출성형기의 형체기구에 있어서,

후방 플레이트(6)와 이동 플레이트(7) 사이에 2조 이상의 토글링크 시스템을 구비하여 이동 플레이트와 장링크의 절점(C1, C2, C3, C4)이 4개 이상이되, 크로스헤드(11)의 절점(D)이 한점에 위치하고, 장링크(9)와 단링크(8)의 절점(A1, A2, A3, A4)이 겹치게 한 것을 특징으로 한다. 또한 볼스크류축은 전후 왕복운동만 하게 할 수 있고, 볼스크류축의 끝단에 절점을 위한 핀이 형성될 수 있다.

2조 이상의 토글링크 시스템은 각각의 서보 모터(S1, S2)와 볼스크류축(B1,B2)에 의해 작동되게 2조 이상인 것을 특징으로 하고, 볼스크류축(B1, B2)이 후방 플레이트를 관통하여 움직이는 것을 특징으로 한다.

이동 플레이트(7)와 장링크(9)의 4개 이상의 절점(C1, C2, C3, C4)은 수직으로 일직선 상에 있는 것이 바람직하며,

2조의 토글시스템에서 한조의 서보모터(S1,S2)와 볼스크류축(B1,B2)이 후방플레이트(6)상부 일측의 상부 타이바(5) 하부에 설치되고, 다른 한조의 서보모터(S1,S2)와 볼스크류축(B1,B2)은 후방플레이트(6)의 하부 타이바(15) 상부인 상기 위치와 엇 대응되는 위치에 설치되고, 8개의 절점(C1, C2, C3, C4)은 이동플레이트(7)의 중앙에 수직되게 설치되고,

4조의 토글시스템에서 한조의 서보모터(S1,S2)와 볼스크류축(B1,B2)이 후방플레이트(6)의 상하부 타이바(5) 사이 위치의 양측으로 대칭 설치되고, 16개의 절점은 이동플레이트(6)의 중앙에 양측에 각각 수직되게 대칭 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토글 링크를 이용한 사출 성형기의 형체 기구에 있어 형체력을 가해주는 토글 링크가 두개 이상을 가지며 서보모터와 크로스헤드의 움직임을 제어하는 볼스크류축 또한 두개 이상을 가진다. 이때 도 3b에서 보이는 것과 같이 형개과정때 위 아래의 크로스헤드와 크로스헤드링크의 절점(D)는 후방플레이트(6)에 근접하게 되고, 단링크와 장링크의 각 절점(A1과 A2, A3와 A4)이 서로 겹치게 된다.

이 때 후방플레이트(6)를 관통하여 움직여 후방 플레이트 뒤로 볼스크류축(B1,B2)이 튀어나오게 된다. 이는 절점(A1과 A2, A3와 A4)이 겹쳐지게 하기 위해서는 볼스크류축도 역시 뒤로 밀려나게 되고, 볼스크류축이 후방 플레이트를 관통하여 움식임으로써 후방 플레이트와 이동 플레이트간의 간격을 줄일 수 있어 사출 성형기 전체의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.

토클 링크를 이용한 사출 성형기의 클로징 기구에서 본 발명의 토글 링크의 동작은 다음과 같다.

먼저 서보 모터(S1,S2)가 구동되고 볼스크류축(B1,B2)이 전진하면 D절점이 직선운동을 하게 된다. 이때 두개 서보모터가 동시에 작동하여 두개 볼스크류축 역시 동시에 작동하여 두개의 D절점이 직선운동을 한다. 이동 플레이트가 계속 전진하면 결국 고정 형판에 부착된 형판과 이동플레이트에 부착된 형판이 닿게 되고 도 3a에서의 그림처럼 C1, C2, C3, C4 4개의 절점에서 동시에 힘을 가하여 이동 플레이트의 굽힘을 막을 뿐만 아니라 금형에 고른 압력을 가하게 된다.

사출 작업이 끝나고 다시 오프닝 과정에서도 클로징 과정의 역으로 진행하게 되는데 역시 두개의 서보 모터가 동시에 구동된다. 여기서 도 4에서 볼수 있듯이 위 아래 링크의 구조가 다르고 특히 T7의 길이가 T6의 길이보다 작아 도 4와 같이 한 절점(A1, A2)이 다른 절점(A3, A4)에 각각 겹칠수 있게 된다. 이때 D절점도 한 절점으로 이루어져 있어 기존의 5절점의 메커니즘에 충실하면서 C절점들의 간격을 줄여주게 되어 이동플레이트의 변형율과 금형의 압력의 일정함에 큰 영향을 끼치게 된다.

[실시예 1]

본 실시예에 따른 토클 링크를 이용한 사출 성형기의 형체 기구는 도 3a와 같이 서보 모터, 볼스크류축, 토글 링크 시스템의 수가 두개인 것으로 만들었다. 그리고 도 3b와 같이 D절점이 한절점에 위치하고 절점(A1, A2, A3, A4)이 겹칠 수 있으며 볼스크류축이 후방 플레이트를 관통하여 움직일 수 있도록 만들었다.

본 발명의 두개의 토클 링크를 이용한 이 실험은 한 개의 토글 링크를 사용한 클로징 기구의 형체길이와 이동플레이트의 변형량 그리고 금형의 압력분포를 비교하였다. 이 실험은 형체력의 크기가 300톤으로 같은 조건으로 진행되었다.

토글 링크가 하나인 종래 형체 기구보다 이동 플레이트와 후방 플레이트의 길이와 이동 플레이트의 굽힘이 상대적으로 작고 금형 압력의 분포가 좀더 일정하는 것을 확인하는 것에 있다.

본 발명의 형체력이 300톤이고 두개의 토글 링크를 이용한 사출 성형기의 형체 기구와 동일한 형체력을 갖고 있는 한 개의 토글 링크를 이용한 종래형 사출 성형기의 형체 기구의 이동 플레이트와 후방 플레이트의 길이를 비교하였다. 그리고 형체력을 가할 때 이동 플레이트의 양끝단의 변형량과 금형 압력의 분포정도(금형 단면에서 최대 응력과 최소응력의 차이를 보았다.)를 비교하였다.

이동 플레이트와 후방플레이트의 길이는 종래형이 1,000 mm이고 두개의 토글 링크는 700 mm로 300 mm가 작았다. 변형량은 종래형이 0.185 mm 이고 두개의 토글 링크는 0.1 mm로 50 %가까이 줄었다. 금형압력의 분포정도는 종래형이 4배 , 두개의 토글 링크는 2배로 이역시 50 %로 줄었다. 즉 본 발명인 두개의 토글 링크를 가진 형체 기구가 종래형보다 이동 플레이트와 후방 플레이트 사이의 길이와 이동 플레이트의 굽힘, 금형 압력의 분포에 대해서는 유리하다는 것을 알 수 있었다.

이상과 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 서보모터의 용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 이동 플레이트와 리어 플레이트의 길이가 짧아져 형체기구의 전체 길이가 짧아지게 된다. 또한 금형에 고른 압력을 가할 수 있게 되어 정교한 공정이 필요하는 고급 사출제품을 생산할 수 있게 된다.

또 초대형 사출기의 개발에 있어 차지하는 면적을 현격하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 8개의 절점을 갖게 되어 사출 제품에 좋은 영향을 미치며, 이동 플레이트의 굽힘을 막아 이동 플레이트의 두께를 줄일 수 있어 원가 절감에 큰 효과를 가지게 된다.

Claims (7)

1. 후방 플레이트(6)와 이동 플레이트(7)가 단링크(8)와 장링크(9)에 의해 연결되고 상기 이동 플레이트(7)를 개폐하기 위해 서보모터에 연결된 볼스크류축으로 이동하는 크로스헤드(11)에 설치된 크로스헤드 링크(12)를 포함하는 토글링크를 이용한 사출성형기의 형체기구에 있어서,

   상기 후방 플레이트와 이동 플레이트 사이에 2조 이상의 토글링크 시스템을 구비하여 이동 플레이트와 장링크의 절점이 4개 이상이고 장링크와 단링크의 절점(A1과 A2, A3과 A4)이 겹쳐지며, 볼스크류축(B1,B2)이 후방 플레이트를 관통하여 움직이는 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 볼스크류축은 전후 왕복운동만 하게 한 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 볼스크류축의 끝단에 절점을 위한 핀이 더 형성된 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.
4. 제 1 항에 있어서, 2조 이상의 토글링크 시스템은 각각의 서보 모터와 볼스크류축에 의해 작동되게 2조 이상인 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 플레이트와 장링크의 4개 이상의 절점은 수직으로 일직선 상에 있는 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 2조의 토글시스템에서 한조의 서보모터와 볼스크류축이 후방플레이트 상부 일측의 상부 타이바 하부에 설치되고, 다른 한조의 서보모터와 볼스크류축은 후방플레이트의 하부 타이바 상부인 상기 위치와 엇 대응되는 위치에 설치되고, 8개의 절점은 이동플레이트의 중앙에 수직되게 대칭 설치된 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 4조의 토글시스템에서 한조의 서보모터와 볼스크류축이 후방플레이트의 상하부 타이바 사이 위치의 양측으로 대칭 설치되고, 16개의 절점은 이동플레이트의 중앙에 양측에 각각 수직되게 대칭 설치된 것을 특징으로 한 전동식 사출 성형기의 다중 형체 기구.

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