KR101241850B1 - 사출 성형기의 형 체결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 형 체결장치는 백 플래튼(20)에 이동 가능하게 장착된 볼 나사(60)를 서보 모터(40)에 의해서 회전하여 형 개폐하고, 형 체결 램(50)에 의해서 그 볼 나사에 일체화된 플랜지형 부재(62)에 형 체결력을 가해 형 체결하는 장치이다. 그 때문에, 가동 플래튼(30)은 작동축(31)을 구비하고 그 선단에 볼 너트(61)와 슬라이딩 베어링(32)을 구비한다. 또한, 그 플랜지형 부재는 형 체결 램이 형 체결시에 전진하였을 때에만 접촉하는 위치에 배치된다. 또한, 그 형 체결 램은 압입 수단(53)에 의해서 형 개방방향에 가압된다. 그리고, 형 체결장치는 형 개폐시에 그 형 체결 램을 그 플랜지형 부재로부터 소정 틈(L) 격리시킨 상태로 그 가동 플래튼의 작동축 선단을 그 백 플래튼 내에서 슬라이딩시키는 한편, 형 체결시에, 그 형 체결 램으로 그 플랜지형 부재를 가압한다.

형 체결장치, 백 플래튼, 볼 나사, 서보 모터, 형 체결 램, 가동 플래튼, 플랜지형 부재

Description

사출 성형기의 형 체결장치{Mold clamping device for injection molding machine}

본 발명은 서보 모터에 의해서 전동으로 형 개폐를 하고 형 체결 램(ram)에 의해서 유압으로 형 체결을 하는 사출 성형기의 형 체결장치에 관한 것이다.

전동으로 형 개폐하고 유압으로 형 체결하는 하이브리드형 체결장치는 형 개폐 동작을 정밀하게 제어하는 동시에 형 체결 동작을 강력한 형 체결력에 의해서 행한다. 이러한 하이브리드형 체결장치에는 형 체결력을 볼 나사에 직접 부하시키는 것과 부하시키지 않는 것이 있다.

본 발명은 전자인 형 체결력을 볼 나사에 직접 부하시키는 형 체결장치에 관한 것이다. 이와 같은 형 체결장치에는 예를 들면, 일본 특허공보 제(평)7-71807호(특허문헌1로 함)에 의해서 제창된 것이 있다. 그 형 체결장치는 볼 스크루(볼 나사에 상당함)가 가동반(可動盤)측에 고정되고, 이것에 나사 결합하는 볼 너트가 엔드(end) 플레이트(백 플래튼(back platen)에 상당함)에 피벗 지지된다.

더욱 상세하게는 그 형 체결장치는 그 볼 너트를 고정하는 동시에 엔드 플레이트에 대하여 이동 가능하게 회전하는 베어링 리테이너와, 형 체결시에 형 체결력을 유압에 의해서 발생시키는 형 체결 램과, 그 형 체결 램에 형성된 마찰 클러치 부를 구비하고, 형 개폐시에 상기 형 체결 램을 상기 베어링 리테이너로부터 격리시키는 한편, 형 체결시에 이들을 접촉시키는 것이다. 따라서, 그 형 체결장치는 형 체결시에 형 체결력을 그 마찰 클러치로부터 베어링 리테이너를 통해서 상기 볼 스크루에 부하하고, 상기 볼 스크루와 볼 너트 사이에서 발생하는 회전을 저지하면서 형 체결하는 한편, 형 개방시에, 유압실 A와 유압실 C의 2유실(油室)에 적당히 압유(厭油)를 가하고, 그 형 체결 램과 베어링 리테이너를 격리시킨 상태로 형 개폐를 한다.

그와 같은 형 체결장치에 의하면, 형 체결시에 볼 스크루와 볼 너트 사이에 발생하는 회전 토크가 마찰 클러치에 의한 브레이크 토크에 의하여 저지되기 때문에, 그 볼 스크루와 볼 너트 사이에 부하되는 형 체결력은 정적인 부하에 한정된다. 따라서, 볼 스크루와 볼 너트는 동적 부하가 부하되는 경우와 비교하여 소형화, 소직경화할 수 있고, 그 수명도 길어진다.

특허문헌 : 일본 특허공보 제(평)7-71807호

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데, 최근, 금형이 고정밀도화됨에 따라서, 금형의 코어와 캐비티의 결합, 또는 가이드 핀이나 앵귤러 핀(Angular pin)과 그 가이드 구멍의 결합이 점점 고정밀도화되고 있다. 또한, 성형품의 전사면도 미세화되고 있다. 따라서, 형 체결장치의 형 개폐 동작의 직진성의 고정밀도화는 점점 강하게 요구되게 되었다.

그런데, 상기한 형 체결장치는 그 형 개폐 동작의 직진성을 특별히 향상시키는 것을 의도한 것은 아니다. 그것은 첫째로, 가늘고 긴 볼 스크루가 양단 지지되나, 이들의 지지점 사이에서 타이밍 벨트를 개재하여 회전 구동되어, 축방향에 직교하는 힘을 받기 때문이다. 둘째로, 볼 너트가 베어링 리테이너에 피벗 지지되는 동시에 연결 부재를 개재하여 풀리(pully)에 결합된 복잡한 구성이기 때문이다. 그리고, 세째로, 볼 너트를 회전하는 구성이기 때문이다.

제 1 구성에서는 굴곡방향에 충분한 강성을 갖지 않는 볼 스크루가 양단 지지된 구간의 중간 위치에서 상기 직교하는 힘(수직 하중)이 가해지기 때문에, 볼 스크루에 외곡이 생기기 쉽다. 따라서, 볼 스크루에는 그 수직 하중에 의한 휘어짐, 즉 회전 진동이 발생하고, 그것이 가동반측에 직접 영향을 주어 그 형 개폐 동작의 직진성을 손상시키기 쉽다. 물론, 압축상태에 있는 볼 스크루에 상기 수직 하중이 부하되는 구성 자체가 본래 가능한 한 회피되어야 하는 구성이다.

또한, 제 2 구성에서는 타이밍 벨트에 의해서 구동되는 회전력이 풀리, 연결 부재, 볼 너트, 그리고 베어링 리테이너와 복수의 부재를 경유하여 전달되기 때문에, 이들 부재의 강성이나 가공 정밀도(예를 들면 동심도)가 누적되어, 결과적으로 예상 외의 회전 진동이 생기기 쉽다.

또한, 세번째 구성에서는 볼 너트측의 윤활이 불충분해질 우려가 크다. 일반적으로, 볼 너트측을 회전시키는 것 자체가 윤활유의 누출을 초래하여 바람직하지 못하기 때문이다.

따라서, 본 발명은 볼 나사에 형 체결력을 작용시키는 하이브리드형 체결장치라도, 상기한 문제점을 해결한 형 체결장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 상기한 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같이 구성된다.

제 1의 본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 고정 플래튼과 백 플래튼과 이들 사이에서 이동하는 가동 플래튼을 구비하고, 서보 모터에 의해서 회전 구동되는 이송 나사 기구로 형 개폐를 하고, 형 체결 램을 포함하는 유압장치로 형 체결을 하는 사출 성형기의 형 체결장치에 있어서,

상기 서보 모터와 상기 형 체결 램이 상기 백 플래튼측에 구비되고, 상기 이송 나사 기구가 상기 백 플래튼측에서 피벗 지지된 볼 나사와 상기 가동 플래튼측에서 고정된 볼 너트로 이루어지고, 그 볼 나사가 그 피벗 지지된 위치보다 형 개방방향측의 위치에서 회전 전달수단을 개재하여 상기 서보 모터와 결합되고, 상기 가동 플래튼이 상기 백 플래튼측을 향해서 돌출한 작동축을 구비하고, 그 작동축의 선단에 상기 볼 너트와 슬라이딩 베어링을 장착하는 동시에 그 중심에 상기 볼 나사의 진입을 허용하는 중공(中空) 구멍을 구비하고, 상기 백 플래튼은 상기 슬라이딩 베어링을 슬라이딩 지지하는 가이드 구멍을 형성한 구멍이 있는 팽출 부분과, 상기 형 체결 램을 진퇴시키는 형 체결 실린더를 형성하는 실린더 본체부를 구비하고, 그 형 체결 실린더로 회전 고정 부재가 상기 형 체결 램을 회전 고정하는 한편, 압입 수단이 형 개폐력 이상의 압입력으로 그 형 체결 램을 가압하여 후퇴시키는 것에 덧붙여, 또한, 상기 볼 나사가 형 체결시에 전진한 상기 형 체결 램과 접촉하는 위치에 플랜지(flange)형 부재를 구비하고, 상기 볼 나사를 피벗 지지하는 서포트용 베어링을 내장하는 베어링 유지 부재가 상기 실린더 본체부의 후단에 고정된 규제 부재 중에서 이동 가능하게 수용되고,

형 개폐시에는 상기 압입 수단의 상기 형 체결 램에 대한 상기 압입력에 의해서 상기 베어링 유지 부재가 그 형 체결 램에 눌려 그 이동 한도 위치까지 후퇴하고, 상기 플랜지형 부재가 그 형 체결 램으로부터 소정 틈 격리한 위치에 유지되는 한편, 형 체결시에는 상기 형 체결 램이 상기 압입력에 저항하여 전진하여 상기 플랜지형 부재를 가압하는 동시에 상기 베어링 유지 부재로부터 격리되고, 그 베어링 유지 부재가 상기 규제 부재 중에서 부하가 해방되는 동시에 그 백 플래튼의 형 체결값분만큼의 후퇴를 허용하도록 구성된다.

제 2의 본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 상기 제 1 형 체결장치에 있어서, 상기 플랜지형 부재와 상기 형 체결 램의 접촉면의 접촉면 마찰계수를 μ, 상기 볼 나사의 역효율을 η로 할 때, 상기 플랜지형 부재와 상기 형 체결 램의 접촉면의 유효 직경 D를, 상기 볼 나사의 리드 P에 대하여 대략 (η/μπ)배를 초과하는 외경으로 형성한 것이어도 좋다.

제 3의 본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 상기 제 2 형 체결장치에 있어서, 상기 형 체결 실린더가 형 체결측 유실을 갖는 단동(單動) 실린더에 의해서 구성되고, 상기 압입 수단이 상기 형 체결 램을 형 개방방향에 상기 압입력으로 가압하여 후퇴시키는 압축 스프링에 의해서 구성된 것이어도 좋다.

제 4의 본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 상기 제 2 형 체결장치에 있어서, 상기 형 체결 실린더가 형 체결측 유실과 반형(反型) 체결측 유실의 2 유실을 갖는 복동(複動) 실린더에 의해서 구성되고, 상기 압입 수단이 그 반형 체결측 유실에 압유를 공급함으로써 상기 형 체결 램을 형 개방방향에 상기 압입력으로 가압하여 후퇴시키는 유압장치에 의해서 구성된 것이어도 좋다.

제 5의 본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 상기 제 3 또는 제 4 형 체결장치에 있어서, 이상시에 상기 볼 나사의 후퇴를 허용하는 안전 장치를 추가로 포함하고, 상기 안전장치가 상기 베어링 유지 부재와 상기 규제 부재 사이에, 이들 부재의 어디에 대해서나 슬라이딩하는 완충 피스톤을 포함하고,

상기 완충 피스톤의 외주와 상기 규제 부재의 내주에, 서로가 조합되었을 때에 틈이 발생하는 단이 있는 부분이 형성되는 동시에, 그 단이 있는 부분끼리의 틈이 유압 작동유가 공급되는 압출 유실을 구성하고, 상기 유실에 유압 작동유가 공급됨으로써 상기 완충 피스톤이 통상 전방으로 밀리고 이상시에 후퇴하는 것이 허용되는 한편,

상기 완충 피스톤의 내주와 상기 베어링 유지 부재의 외주에, 서로가 조합되었을 때 상기 베어링 유지 부재의 후퇴 한도 위치를 규제하는 단이 있는 접촉 부분이 형성된 것이어도 좋다.

제 6의 본 발명의 사출 성형기의 형 체결장치는 상기 제 3 또는 제 4 형 체결장치에 있어서, 상기 이송 나사 기구가 사다리꼴 나사 또는 뿔 나사를 포함하는 나사 기구로 구성되어도 좋다.

발명의 효과

본 발명의 제 1 형 체결장치에 의하면, 가동 플래튼의 작동축이 백 플래튼의 가이드 구멍 중에서 슬라이딩 베어링에 의해서 항상 지지 안내되기 때문에, 형 개폐 동작의 직진성은 고정밀도가 된다. 그리고, 그 가동 플래튼이 다이버와 슬라이딩 베어링의 떨어진 2위치에서 지지되기 때문에, 그 직진성은 형 폐쇄 위치, 형 개방 위치의 어디에서나 변하지 않는다. 더구나, 가이드 구멍을 갖는 구멍이 있는 팽출 부분, 작동축의 어느 것이나 고강성의 부재이기 때문에, 강성이 높은 직진성이 보증된다. 또한, 회전 전달수단이 피벗 지지 개소보다 형 개방방향측으로 벗어난 위치에 있기 때문에, 압축 하중을 받고 있는 볼 나사 부분에 대하여 직교하는 힘이 전혀 작용하지 않는다. 또한, 그 회전 전달수단이 풀리를 개재할 뿐인 단순 구성이기 때문에, 부재의 강성 결여나 동심도 불량 등의 볼 나사에 상정(想定) 외에 큰 회전 진동을 줄 우려는 전혀 없다. 또한, 볼 너트가 회전하지 않는 작동축에 고정되는 구성이기 때문에, 윤활에 지장을 초래할 우려도 없다. 또한, 형 개폐시에 형 체결 램과 플랜지형 부재가 소정 틈 격리하는 동작이 스프링인 압입 수단의 가압만으로 행하여지기 때문에, 이들의 격리 동작을 위한 구성과 제어가 심플해져 신뢰성이 증가한다. 또한, 형 체결시에, 베어링 유지 부재가 형 체결 램으로부터 격리하여 부하가 해방되기 때문에, 볼 나사의 서포트용 베어링에 형 체결력이 전혀 부담되지 않는다. 또한, 형 개폐시에 베어링 유지 부재에는 형 개폐력만이 부담되기 때문에, 서포트용 베어링(55)은 형 체결력과 비교하여 각별히 작은 형 개폐력에 견딜 수 있는 것이면 좋다.

본 발명의 제 2 형 체결장치에 의하면, 플랜지형 부재의 유효 직경 D가 볼 나사의 리드 P에 대하여 소정의 비율보다 크게 구성되기 때문에, 형 체결시에, 형 체결 램과 플랜지형 부재 사이에서 발생하는 브레이크 토크는 볼 나사로 발생하는 회전 토크를 확실히 상회한다. 따라서, 볼 나사와 볼 너트 사이에 가해지는 부하는 안정한 정적 부하가 된다.

본 발명의 제 3 형 체결장치에 의하면, 형 체결장치가 단동 실린더로, 상기 압입 수단이 압축 스프링으로 구성되기 때문에, 그 압입 수단의 구조가 간단해지는 동시에 유압 제어가 단순해진다.

본 발명의 제 4 형 체결장치에 의하면, 형 체결장치가 복동 실린더로 구성되고 상기 압입 수단이 그 반형 체결측 유실로서 구성되기 때문에, 형 체결 램과 플랜지형 부재의 격리 동작이 스프링력에 의한 수동적인 동작이 아니라 유압 압력에 의한 능동적인 동작이 되어, 제어가 확실해진다. 또한, 스트로크에 관계없이 일정한 압입력을 얻을 수 있다.

본 발명의 제 5 형 체결장치에 의하면, 통상의 형 개폐시에는 전진 한도 위치에 위치하는 완충 피스톤에 대하여 베어링 유지 부재가 후퇴 한도 위치에 위치하고, 서포트용 베어링이 규제 부재에 대하여 그 후퇴 한도 위치에 유지되는 한편, 이상시에는 베어링 유지 부재가 완충 피스톤과 함께 규제 부재에 대하여 후퇴하여, 서포트용 베어링이 규제 부재에 대하여 후퇴하는 것이 허용된다. 따라서, 이상시에 볼 나사의 나사부에서 충격이 발생하는 순간에 나사 전체의 후퇴를 허용하고, 그 충격을 완충하는 기능을 추가할 수 있다.

본 발명의 제 6 형 체결장치에 의하면, 이송 나사 기구의 나사면이 사다리꼴 평면으로 되기 때문에 부하를 받는 면적이 증가하여 내(耐)하중성이 향상된다. 또한, 동적인 형 개폐시에 나사와 너트 사이의 윤활 효과가 유지되는 한편, 정적인 형 체결시에 이들 사이의 마찰이 증가하는 작용 효과도 갖는다. 따라서, 본 이송 나사 기구로 회전 토크가 거의 생기지 않기 때문에, 플랜지형 부재의 유효 직경을 작게 하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 형 체결장치의 전체를 도시하는 단면도.

도 2는 본 발명의 형 체결장치의 요부를 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명의 형 체결장치의 형 개폐상태와 형 체결 상태를 도시하는 단면도이고, 중심선보다 상측의 단면도가 형 개폐상태를, 하측의 단면도가 형 체결 상태를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 별도의 실시형태에 관계되는 형 체결장치의 요부를 도시하는 단면도.

도 5는 본 발명의 더욱 다른 실시형태에 관계되는 형 체결장치의 요부를 도시하는 단면도.

* 단면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 형 체결장치 10 : 고정 플래튼

20 : 백 플래튼 20a : 가이드 구멍

20b : 구멍이 있는 팽출 부분 30 : 가동 플래튼

31 : 작동축 31a : 중공 구멍

32 : 슬라이딩 베어링 40 : 서보 모터

50 : 형 체결 램 51 : 형 체결 실린더(실린더 본체부)

51a : 형 체결측 유실 51b : 반형 체결측 유실

52 : 회전 고정 부재 53 : 압입 수단(압축 스프링)

54 : 규제 부재 55 : 서포트용 베어링

58 : 베어링 유지 부재 59 : 완충 피스톤

59a : 유실 59b : 단이 있는 접촉 부분

60 : 볼 나사 61 : 볼 너트

62 : 플랜지형 부재 70 : 회전 전달수단

처음에, 형 체결장치의 개략이 설명된다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 형 체결장치(1)는 고정측 금형(2a)을 장착하는 고정 플래튼(10)과, 백 플래튼(20)과, 이들 사이에서 가동 금형(2b)을 장착한 채로 이동하는 가동 플래튼(30)을 구비하고, 그 고정 플래튼과 백 플래튼이 다이버(3)에 의해서 체결되어 있다. 그리고, 그 가동 플래튼은 서보 모터(40) 등의 전동장치에 의해서 형 개폐되고, 형 체결 램(50)을 포함하는 유압장치에 의해서 형 체결된다. 형 체결력에 의한 다이버(3)의 신장은 형 체결값으로서 후술되는 바와 같이, 백 플래튼(20)의 형 개방방향(이하 후방으로 함)으로의 이동거리로서 나타난다.

본 발명은 이러한 하이브리드형 체결장치에 채용되는 구성이고, 그 요부가 도 2와 함께 설명된다.

본 발명의 형 체결장치(1)에서는 서보 모터(40)가 백 플래튼(20)에 고정된 다. 또한, 형 체결 램(50)을 진퇴시키는 형 체결 실린더가 실린더 본체부(51)로서 백 플래튼(20)의 후방측의 말단 부분을 구성한다. 그리고, 형 체결 램(50)이 그 실린더 본체부 중에서 회전 고정 부분(52)에 의해서 회전 고정하는 동시에 압입 수단(53)에 의해서 형 개폐력 이상의 압입력으로 후방으로 가압된다.

이송 나사 기구는 백 플래튼측에서 피벗 지지된 볼 나사(60)와, 상기 가동 플래튼측에 고정된 볼 너트(61)로 이루어진다. 그리고, 그 볼 나사는 그 피벗 지지된 위치보다 후방의 위치에서 후술하는 회전 전달수단(70)을 개재하여 그 서보 모터와 결합되는 한편, 형 체결시에 전진한 형 체결 램(50)이 접촉하는 위치에 플랜지형 부재(62)를 구비한다.

가동 플래튼(30)은 백 플래튼측을 향해서 돌출한 작동축(31)을 구비하고, 그 작동축이 그 선단 부분에 볼 너트(61)와 환상(環狀)의 슬라이딩 베어링(32)을 구비하고, 그 중심에 그 볼 나사의 진입을 허용하는 중공 구멍(31a)을 갖는다. 그 슬라이딩 베어링은 소위 무급유 브러시 또는 오일리스(oilless) 베어링이라고 불리는 공지의 것이다.

백 플래튼(20)은 그 후방측에 구멍이 있는 팽출 부분(20b)을 포함하고, 그 구멍이 있는 팽출 부분(20b)에 작동축(31) 선단의 슬라이딩 베어링(32)을 슬라이딩 지지하는 가이드 구멍(20a)을 구비한다. 그리고, 백 플래튼(20)은 그 구멍이 있는 팽출 부분(20b)의 후단에 상기한 형 체결 실린더를 형성하는 실린더 본체부(51)를 구비하고, 그 실린더 본체부의 후단에 볼 나사(60)의 연장 부분(60a)을 이동 가능하게 피벗 지지하기 위한 규제 부재(54)를 구비한다.

본 발명의 형 체결장치(1)의 더욱 구체적인 실시예는 다음과 같이 구성된다.

볼 나사(60)의 회전 전달수단(70)은 서보 모터측의 풀리(71)와 볼 나사측의 풀리(72), 그리고 이들 사이에 걸쳐진 타이밍 벨트(73)로 이루어지는 종래 공지의 것이다.

볼 나사(60)는 나사 부분보다 후방으로 신장하는 연장 부분(60a)과, 그 나사 부분과의 경계선인 단차부를 구비한다. 그리고, 그 연장 부분(60a)의 나사 부분측에, 그 단차부에 접촉한 상태로 플랜지형 부재(62)가 고정된다. 따라서, 형 체결 램(50)에 의해서 그 플랜지형 부재에 부하된 형 체결력은 그 단차부로부터 볼 나사 본체부로 전달된다. 한편, 볼 나사(60)는 그 연장 부분(60a)의 후방측에서 스러스트 부하에 강한 종래 공지의 서포트용 베어링(55)에 의해서 피벗 지지되는 동시에, 그 피벗 지지 위치보다 더욱 후방에서 풀리(72)를 장착하고 있다. 풀리(72), 서포트용 베어링(55) 그리고 플랜지형 부재(62)는 적절한 길이의 스페이서 슬리브에 의해서 이들의 장착 위치를 고정한다. 그리고, 이들의 풀리나 플랜지형 부재는 키 고정되어 회전 고정된다.

특히, 플랜지형 부재(62)는 형 체결 램측의 끝면(62a)을 그 형 체결 램의 끝면에 맞춘 평면에, 그리고 그 배면(62b)을 원추면에 형성하고, 그 중심측의 두께를 더욱 두껍게 구성하고 있다. 그리고, 그 형 체결 램측의 끝면(62a)이 반경방향에 어느 정도의 폭을 갖는 구멍이 있는 원반형으로 형성된다. 또한, 플랜지형 부재(62)의 볼 나사(60)에 결합하는 내측 구멍에 형성되는 키 홈은 형 체결 램측 근방이 아니라 단차부측에 배치된다. 모두 강대한 형 체결력에 견딜 수 있도록 하기 위해서이다. 또, 형 체결 램(50)과 접촉하는 형 체결 램측 단면(62a)은 평면으로 형성되는 대신에, 등간격으로 홈 가공된 요철면으로 가공되고, 또 미끄러지기 어려운 면으로 형성되어도 좋다.

형 체결 램(50)은 유압 압력을 받는 피스톤 부분(50a)과 후방으로 신장하는 로드부(50b)로 이루어진다. 형 체결 실린더(51)는 예를 들면 도면과 같이, 형 체결측 유실(51a)만을 갖는 단동 실린더로 구성되고, 그 형 체결측 유실에 도시가 생략된 작동유의 공급구를 연통하고 있다. 형 체결 램(50)을 회전 고정하는 회전 고정 부재(52)는 더욱 구체적으로는 실린더 본체부(51)에 세워진 핀(52)이고, 피스톤 부분(50a)에 대하여 슬라이딩한다.

형 체결 램(50)의 가동 플래튼측 단면의 외주에는 압입 수단(53)에 가압되기 쉽도록, 필요에 따라서 가동 플래튼의 외경을 확대하는 보조 부재(56)가 일체로 장착된다. 그리고, 그 압입 수단(53)이 그 보조 부재(56)를 가압하는 압축 스프링(53)으로서 내장된다. 압축 스프링(53)은 구멍이 있는 팽출 부분(20b)에 등간격으로 복수개 매설되고, 그 압축 스프링의 발생하는 압입력의 합계가 볼 나사(60)에 가해지는 형 개방력 또는 형 폐쇄력을 상회할 정도로, 그리고, 형 체결력을 하회하도록 설정된다.

볼 나사(60)를 이동 가능하게 피벗 지지하는 구성은 더욱 구체적으로는 다음과 같이 구성된다. 즉, 볼 나사(60)를 피벗 지지하는 공지의 서포트용 베어링(55)이 베어링 유지 부재(58) 중에서 고정되고, 그 베어링 유지 부재가 규제 부재(54) 중에서 이동 가능하게 수용되는 구성이다. 베어링 유지 부재(58)는 서포트용 베어 링(55)의 외륜을 2개의 부재에 의해서 협지하여 고정한다. 규제 부재(54)는 단이 있는 구멍이 형성된 통 부재이고, 실린더 본체부(51)에 고정되었을 때 그 구멍이 그 실린더 본체부와의 사이에 베어링 유지 부재(58)가 이동할 수 있는 공간을 형성하도록 구성된다. 또, 베어링 유지 부재(58)의 외주에는 복수개의 얕은 홈이 윤활을 위한 기름 홈으로서 형성되어, 베어링 유지 부재(58)의 실린더 본체부(51)에 대한 슬라이딩 저항의 저감을 도모할 수 있다.

구멍이 있는 원반에 형성된 플랜지형 부재(62)의 형 체결 램측 단면(62a)의 유효 직경 D는 그 구멍이 있는 원반의 외경과 내경의 산술평균으로서 대략 나타내진다. 이 유효 직경 D에 관해서는 바람직하게는 다음과 같은 관계가 만족되면 좋다. 즉, 그 유효 직경 D가 볼 나사의 리드(피치) P에 대하여 대략 (η/μπ)배를 초과하는 외경으로 형성되면 좋다.

즉,

D/P>η/μπ이다.

여기에서, 마찰계수 μ는 플랜지형 부재(62)와 형 체결 램(50)의 접촉면에서의 마찰계수이다. 역효율 η는 직선운동을 회전운동으로 변환할 때의 효율이고, 볼 나사의 리드각에 의해서 결정되는 계수이다.

상기한 배율(비)은 개략 다음과 같이 유도된다. 우선, 리드 P의 볼 나사에 형 체결 힘 F가 부하되었을 때 볼 너트에 발생하는 회전 토크 T1은 η을 역효율로 하여,

T1=ηFDP/2πD=ηFP/2π이다.

한편, 형 체결력 F에 의해서 플랜지형 부재(62)와 형 체결 램(50)의 접촉면에서 발생하는 마찰 토크 T2(브레이크 토크)는 마찰계수 μ, 유효 직경 D로 하면,

T2=μFD/2이다.

따라서, 마찰 토크와 회전 토크가 일치할 때는 T2=T1일 때이기 때문에,

ηFP/2π=μFD/2가 되고, 결국,

D/P=η/μπ가 도출된다.

더욱 구체적인 값은 예를 들어 다음과 같은 값이 된다. 일반적으로, 담금질 강재끼리의 평활면에서의 마찰계수는 가령 기름막이 부착되어 있어도 0.05보다 작아지지 않는다. 또, 리드각 3도 정도에서의 역효율은 90% 정도이다. 따라서,

D/P=5.73

이 된다. 나사 외경 50mm, 리드 16mm이면, 마찰면의 유효 직경 D가 92mm 정도를 초과하게 되어 충분히 현실적인 값이다.

이러한 구성인 경우에는 형 체결시에 형 체결 램(50)과 플랜지형 부재(62) 사이에서 발생하는 브레이크 토크(상기한 마찰 토크임)는 볼 나사(60)와 볼 너트(61) 사이에서 발생하는 회전 토크를 확실히 상회한다. 따라서, 볼 나사(60)와 볼 너트(61) 사이에 가해지는 부하는 동적 부하를 포함하지 않는 안정된 정적 부하가 되어, 볼 나사의 선정을 낮은 정격 하중의 소직경의 볼 나사로 할 수 있고, 나사 수명도 아울러 개선된다.

이상과 같은 구성의 형 체결장치는 도 3과 같이 형 개폐, 형 체결한다. 또, 도 3의 중심선보다 상측의 도면이 형 개폐 중인 상태를, 그 하측의 도면이 형 체결 중의 상태를 각각 도시하고 있다.

이전에, 도 3의 상반분의 도면에 관해서 보충 설명한다. 형 개폐시, 압입 수단(53)에 가압된 형 체결 램(50)은 베어링 유지 부재(58)를 규제 부재(54) 중에서 후방으로 가압하고 그 후퇴 한도 위치에 유지한다. 따라서, 그 때의 베어링 유지 부재(58)와 형 체결 실린더(51)의 후단벽 사이의 틈 M은 베어링 유지 부재(58)의 전진 가능한 이동값, 즉 규제 부재(54)의 베어링 유지 부재(58)에 대한 후퇴 가능한 이동값을 나타낸다. 또한, 형 체결 램(50)과 플랜지형 부재(62) 사이의 소정 틈(L)은 형 체결 램(50)이 베어링 유지 부재(58)와 함께 베어링 유지 부재(58)의 후퇴 한도 위치까지 후퇴하였을 때 나타나는 틈이 된다. 그 소정 틈(L)은 O.3mm에서 O.5mm 정도이면 충분하다. 본 발명에서는 이 소정 틈(L)을 작게 형성할 수 있기 때문에, 형 체결로 바뀔 때 형 체결 램(50)이 플랜지형 부재(62)에 접촉할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 이것은 형 폐쇄로부터 형 체결로의 교체 동작의 고속화에 기여한다. 물론, 본 발명의 기본 구성인, 형 체결 압력의 전달을 위해서 기계적인 탈리를 바꾸는 압력 전달장치를 불필요로 하는 구성이 그 고속화에 가장 효과적이지만, 상기 특징도 최근의 성형 사이클이 극한까지 단축되는 상황하에서는 중요하다.

이어서, 아래 부분의 도면에 관해서 보충 설명한다. 백 플래튼(20)은 형 체결시, 주로 다이버(3)의 신장에 의해서 형 체결값의 거리만큼 후방으로 후퇴한다. 그 후퇴는 베어링 유지 부재(58)에 대한 규제 부재(54)의 후퇴값이며, 거리 N으로 나타난다. 여기에서, 거리 M>거리 N으로 구성되기 때문에, 백 플래튼(20)의 베어링 유지 부재(58)에 대한 후퇴는 무리없이 허용된다. 또, 이 때, 볼 나사(60)나 작동축(31)도 물론 약간 수축하지만, 그 거리는 무시할 수 있다. 따라서, 이 형 체결값 N이 통상 다이버의 신장값으로서 대표된다.

그리고, 형 개폐는 서보 모터(40)가 볼 나사(60)를 회전 제어하고, 이것에 나사 결합하는 볼 너트(61)를 이동시켜, 작동축(31)과 함께 가동 플래튼(30)을 이동시킴으로써 행하여진다. 이 때, 압입 수단(53)이 형 개폐력을 상회하는 압입력으로 형 체결 램(50)을 가압하고, 그 형 체결 램에 눌린 베어링 유지 부재(58)가 규제 부재(54) 중에서 그 후퇴 한도 위치에 유지된다. 그 결과, 그 형 체결 램(50)이 플랜지형 부재(62)에 대하여 소정 틈(L) 격리한 상태가 유지되기 때문에, 볼 나사(60)는 플랜지형 부재(62)와 간섭하지 않고 회전 제어된다.

한편, 형 체결은 형 체결력이 부하된 형 체결 램(50)이 압입 수단(53)의 압입력에 저항하여 전진하여, 플랜지형 부재(62)를 가압하여 볼 너트(61)와 작동축(31)을 가압함으로써 행하여진다. 이 때, 형 체결 램(50)과 플랜지형 부재(62) 사이에서 발생하는 마찰력에 의한 브레이크력이 볼 나사(60)의 회전을 저지한다. 또한, 형 체결 램(50)의 전진에 따라 베어링 유지 부재(58)가 형 체결 램(50)으로부터 격리하여, 서포트용 베어링(55)에 형 체결 부하가 부담되지 않는다. 그리고, 백 플래튼(20)이 형 체결력에 의한 다이버(3)의 신장에 따라, 베어링 유지 부재(58)에 대하여 형 체결값 N과 대략 같은 거리를 후퇴한다.

이상의 구성의 본 발명의 형 체결장치에 의하면, 가동 플래튼(30)의 작동축(31)이 백 플래튼(20)의 구멍이 있는 팽출 부분(20b)의 가이드 구멍(20a) 중에서 슬라이딩 베어링(32)에 의해서 지지 안내되기 때문에, 형 개폐 동작의 직진성은 고 정밀도가 된다. 그리고, 그 가동 플래튼이 다이버(3)와 슬라이딩 베어링(32)의 떨어진 2위치의 슬라이딩부에서 지지되기 때문에, 그 형 개폐 동작의 직진성은 형 폐쇄 위치, 형 개방 위치의 어디에서나 변하지 않는다. 더구나, 백 플래튼(20)의 구멍이 있는 팽출 부분(20b), 작동축(31) 모두가 고강성이기 때문에, 강성이 높은 직진성이 보증된다. 이 고강성의 직진성에 의해서, 예를 들면 가이드 핀 등에서의 결합의 불량이 금형 중심에 관하여 비대칭으로 발생한 경우에 있어서도, 금형이 비틀려 직진성이 더욱 악화되지는 않는다. 또한, 회전 전달수단(70)에 의한 수직 하중이 볼 나사(60)의 플랜지형 부재(62)나 볼 너트(61)측의 압축 하중을 받는 부위에 가해지지는 않는다. 또한, 그 회전 전달수단(70)이 풀리(72)를 개재하는 것뿐인 단순 구성이기 때문에, 부재의 강성 결여나 동심도 불량 등이 볼 나사(60)에 누적적으로 회전 진동을 줄 우려도 전혀 없다. 또한, 볼 너트(61)가 회전하지 않는 작동축(31)에 고정된 구성이기 때문에, 윤활에 지장을 초래할 우려도 없다. 또한, 형 개폐시에 형 체결 램(50)과 플랜지형 부재(62)가 소정 틈(L) 격리하는 동작이 스프링인 압입 수단(53)에 의한 가압에만 의해서 행하여지기 때문에, 이들의 격리 동작을 위한 구성과 제어가 심플해진다.

물론, 볼 나사(60)를 정적 부하에 대한 낮은 정격 하중의 소직경의 볼 나사로 할 수도 있다. 형 체결시에 회전 고정된 형 체결 램(50)이 플랜지형 부재(62)를 가압할 때, 양자간에 마찰력에 의해서 발생한 브레이크 토크가 그 볼 나사에 발생하는 회전 토크를 누르기 때문이다.

또, 형 체결시에, 베어링 유지 부재(58)가 형 체결 램(50)과의 접촉으로부터 해방되어 규제 부재(54) 중에서 이동 가능하게 되기 때문에, 형 체결력이 서포트용 베어링(55)에 부담되지 않는다. 또한, 형 개폐시에 형 체결 램(50)과 플랜지형 부재(62)가 격리되어 있기 때문에, 서포트용 베어링(55)에 가해지는 힘은 형 개방력 또는 형 폐쇄력뿐이다. 따라서, 서포트용 베어링(55)은 형 체결력과 비교하여 각별히 작은 형 개폐력에 견딜 수 있는 것이면 좋다.

본 발명의 형 체결장치는 도 4와 같은 실시형태로 구성되어도 좋다. 그 실시형태는 형 체결 실린더(51)를 형 체결측 유실(51a)의 반대측에 반형 체결측 유실(51b)을 갖는 복동 실린더로서 구성하는 것이다. 이 경우, 상기한 압입 수단(53)은 그 반형 체결측 유실(51b)에 작동유를 공급하여 압입력을 발생하는 유압장치로 대체된다. 그리고, 형 개폐시에 반형 체결측 유실(51b)에 압유가 공급되면, 형 체결 램(50)이 기술한 압입력으로 후방으로 가압된다. 따라서, 형 체결 램(50)과 플랜지형 부재(62)의 격리 동작이 압축 스프링의 스프링력에 의한 수동적인 힘이 아니라 유압 압력에 의한 능동적인 힘에 의해서 행하여지고, 그 제어가 확실해진다. 또한, 압입력이 스트로크에 관계없이 일정해진다. 또한, 형 개폐시에만 압입력을 부하하도록 하여, 형 체결력과 상쇄되는 만큼을 적게 할 수도 있다.

또한, 다른 실시형태에서는 이상시에, 볼 나사(60)의 후퇴를 허용하는 안전 장치를 추가하여도 좋다. 여기에, 이상시란 형 폐쇄 동작이 예측하지 않은 원인으로 저지되었을 때를 가리키고, 예를 들면, 형 폐쇄 완료 위치의 오류 설정에 의해서 금형끼리가 충돌하여, 볼 나사(60)와 너트(61) 사이에서 충격력이 발생하는 경 우이다. 그와 같은 경우에 대비하여, 안전 장치는 예를 들면 도 5에 도시되는 바와 같이 구성된다. 여기에서, 도 5의 중심선보다 상측의 도면이 형 개폐 중인 상태를 그 하측의 도면이 형 체결 중인 상태를 도시하고 있다.

그 안전 장치는 볼 나사(60)의 서포트용 베어링(55)을 고정하는 베어링 유지 부재(58)와, 상기 구성에서는 그 베어링 유지 부재(58)의 이동을 규제하고 있는 규제 부재(54) 사이에서, 이들 부재의 어느 것에 대해서나 슬라이딩하는 완충 피스톤(59)을 설치하는 구성이다. 특히, 완충 피스톤(59)의 외주와 규제 부재(54)의 내주에는 서로가 조합되었을 때 틈이 발생하는 단이 있는 부분이 형성되고, 그 단이 있는 부분끼리의 틈에 유압 작동유가 공급되는 압출 유실(59a)이 이루어진다. 그리고, 유실(59a)의 형 개폐방향의 투영면적이 미리 다음과 같이 형성된다. 즉, 완충 피스톤(59)이 소정의 작동 유압력하에 통상은 전방으로 압출되는 한편, 이상시에는 후퇴하는 것이 허용되도록, 상기 투영면적과 유압 압력이 설정되는 것이다. 또, 완충 피스톤(59)의 내주와 베어링 유지 부재(58)의 외주에는 서로가 조합되었을 때 베어링 유지 부재(58)의 후퇴 한도 위치를 규제하는 단이 있는 접촉 부분(59b)이 형성된다.

그와 같은 구성에 의해서, 통상의 형 개폐시에는 전진 한도 위치에 위치하는 완충 피스톤(59)에 대하여 베어링 유지 부재(58)가 후퇴 한도 위치에 위치하기 때문에, 서포트용 베어링(55)이 규제 부재(54)에 대하여 그 후퇴 한도 위치에 유지되는 한편, 이상시에는 베어링 유지 부재(58)가 완충 피스톤(59)과 함께 규제 부재(54)에 대하여 후퇴하기 때문에, 서포트용 베어링(55)이 이상시에 규제 부재(54) 에 대하여 후퇴하는 것이 허용된다. 또, 그 후의 형 체결시에 발생하는 형 체결력에 의한 규제 부재(54)의 베어링 유지 부재(58)에 대한 후퇴는 완충 피스톤(59)을 포함하지 않는 구성에 있어서의 후퇴와 같이 허용된다. 완충 피스톤(59)이 전진 한도 위치에, 그리고 베어링 유지 부재(58)가 후퇴 한도 위치에 각각 정지한 채로, 규제 부재(54)의 후퇴만이 발생하기 때문이다. 이러한 구성에 의해서, 이상시에 볼 나사(60)의 나사부에서 충격이 발생하는 순간에 나사 전체의 후퇴를 허용하고, 그 충격을 완충하는 안전 기능을 추가할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에서는 이송 나사 기구가 종래 공지의 사다리꼴 나사 또는 뿔 나사를 포함하는 나사 기구로 구성되어도 좋다. 이 경우, 볼 나사가 사다리꼴 나사(도시 생략)에, 볼 너트가 그것에 나사 결합하는 너트(도시 생략)로 대체된다. 그리고, 당연하지만 나사와 너트는 닳지 않도록 이종 재료로 구성되고, 이들의 사이에 윤활유가 충전된다. 이러한 나사 기구를 채용함으로써, 나사면이 사다리꼴 평면으로 되기 때문에 부하를 받는 면적이 증가하여 내하중성이 향상된다. 또한, 동적인 형 개폐시에 나사와 너트 사이의 윤활 효과가 유지되는 한편, 정적인 형 체결시에 이들 사이의 마찰이 증가하는 작용 효과도 갖는다. 따라서, 상기 나사 기구는 플랜지형 부재의 유효 직경을 작게 하는 것도 가능하게 한다.

이상의 형 체결장치의 구성은 고 정밀도와 고속성을 요구하는 정밀 프레스 기계에 있어서도 채용할 수 있는 것이다. 형 개폐의 고 정밀도인 직진성과 고 응답인 형 체결 동작으로의 교체가 실현되기 때문이다. 그리고, 형 체결 램을 포함 하는 유압장치를, 예를 들면, 전자력에 의한 구동장치, 또는 압전소자에 의한 구동장치로 하는 동시에 상기 소정 틈(L)을 작게 하고, 또 고응답의 형 체결로의 교체를 행하는 장치로 할 수도 있다.

Claims (6)

1. 고정 플래튼(10 ; fixed platen)과 백 플래튼(20)과 이들의 사이에서 이동하는 가동 플래튼(30)을 구비하고, 서보 모터(40)에 의해서 회전 구동되는 이송 나사 기구로 형 개폐(mold opening/closing)를 하고, 형 체결 램(50 ; mold clamping ram)을 포함하는 유압장치로 형 체결을 하는 사출 성형기의 형 체결장치(1)에 있어서,

   상기 서보 모터와 상기 형 체결 램이 상기 백 플래튼측에 구비되고, 상기 이송 나사 기구가 상기 백 플래튼측에서 피벗 지지된 볼 나사(60)와 상기 가동 플래튼측에서 고정된 볼 너트(61 ; ball nut)로 이루어지고, 그 볼 나사가 그 피벗 지지된 위치보다 형 개방방향측의 위치에서 회전 전달수단(70)을 개재하여 상기 서보 모터와 결합되고, 상기 가동 플래튼이 상기 백 플래튼측을 향해서 돌출한 작동축(31)을 구비하고, 그 작동축의 선단에 상기 볼 너트와 슬라이딩 베어링(32)을 장착하는 동시에 그 중심에 상기 볼 나사의 진입을 허용하는 중공 구멍(31a)을 구비하고, 상기 백 플래튼은 상기 슬라이딩 베어링을 슬라이딩 지지하는 가이드 구멍(20a)을 형성하는 구멍이 있는 팽출(protruding) 부분(20b)과, 상기 형 체결 램을 진퇴시키는 형 체결 실린더(51)를 형성하는 실린더 본체부를 구비하고, 그 형 체결 실린더로 회전 고정 부재(52)가 상기 형 체결 램을 회전 고정하는 한편, 압입 수단(53)이 형 개폐력 이상의 압입력으로 그 형 체결 램을 가압하여 후퇴시키는 것에 덧붙여, 또한, 상기 볼 나사가 형 체결시에 전진한 상기 형 체결 램과 접촉하는 위치에 플랜지형 부재(62)를 구비하고, 상기 볼 나사를 피벗 지지하는 서포트용 베어링(55)을 내장하는 베어링 유지 부재(58)가 상기 실린더 본체부의 후단에 고정된 규제 부재(54) 중에서 이동 가능하게 수용되고,

   형 개폐시에는 상기 압입 수단의 상기 형 체결 램에 대한 상기 압입력에 의해서 상기 베어링 유지 부재가 그 형 체결 램에 눌려 그 이동 한도 위치까지 후퇴하고, 상기 플랜지형 부재가 그 형 체결 램으로부터 소정 틈 격리한 위치에 유지되는 한편, 형 체결시에는 상기 형 체결 램이 상기 압입력에 저항하여 전진하여 상기 플랜지형 부재를 가압하는 동시에 상기 베어링 유지 부재로부터 격리하고, 그 베어링 유지 부재가 상기 규제 부재 중에서 부하가 해방되는 동시에 그 백 플래튼이 형 체결값분만큼 후퇴하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 형 체결장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플랜지형 부재와 상기 형 체결 램의 접촉면의 유효 직경 D는 상기 볼 나사의 리드 P에 대하여, 그 접촉면의 마찰계수를 μ, 그 볼 나사의 역효율을 η로 할 때, (η/μπ)배를 초과하는 외경으로 형성된 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 형 체결장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 형 체결 실린더가 형 체결측 유실(51a)만을 갖는 단동 실린더에 의해서 구성되고, 상기 압입 수단이 상기 형 체결 램을 형 개방방향에 상기 압입력으로 가압하여 후퇴시키는 압축 스프링(53)에 의해서 구성된 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 형 체결장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 형 체결 실린더가 형 체결측 유실(51a)과 반형 체결측 유실(51b)의 2유실을 갖는 복동 실린더에 의해서 구성되고, 상기 압입 수단이 그 반형 체결측 유실에 압유를 공급함으로써 상기 형 체결 램을 형 개방방향에 상기 압입력으로 가압하여 후퇴시키는 유압장치에 의해서 구성된 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 형 체결장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 형 체결장치가 이상시에 상기 볼 나사의 후퇴를 허용하는 안전 장치를 추가로 포함하고, 상기 안전장치가 상기 베어링 유지 부재와 상기 규제 부재 사이에 이들 부재의 어느 것에 대해서나 슬라이딩하는 완충 피스톤(59)을 포함하고,

   상기 완충 피스톤의 외주와 상기 규제 부재의 내주에, 서로가 조합되었을 때 틈이 발생하는 단이 있는 부분이 형성되는 동시에, 그 단이 있는 부분끼리의 틈이 유압 작동유가 공급되는 압출 유실(59a)을 구성하고, 상기 압출 유실에 유압 작동유가 공급됨으로써 상기 완충 피스톤이 통상 전방으로 밀리고 이상시에 후퇴하는 것이 허용되는 한편,

   상기 완충 피스톤의 내주와 상기 베어링 유지 부재의 외주에, 서로가 조합되었을 때 상기 베어링 유지 부재의 후퇴 한도 위치를 규제하는 단이 있는 접촉 부분(59b)이 형성된 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 형 체결장치.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 이송 나사 기구가 사다리꼴 나사 또는 뿔 나사를 포함하는 나사 기구로 구성된 것을 특징으로 하는 사출 성형기의 형 체결장치.

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