KR101355328B1 - 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확대율 이상 구간에 의한 제품의 신뢰성 저하를 방지할 수 있도록 한 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구가 개시된다.
본 발명은 절점을 통해 연결되어 후방 플레이트와 이동 플레이트를 연결하는 단링크 및 장링크와, 상기 이동 플레이트를 개폐하기 위해 이동하는 크로스헤드에 설치되면서 일단이 절점을 통해 상기 단링크에 연결된 크로스헤드 링크를 구비한 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구에 있어서,
-8° ≤ a0 ≤ 7.4°를 만족하고,
상기 후방 플레이트와 장링크간의 절점으로 연결된 단링크 길이(B)와, 크로스헤드 링크의 절점과 장링크 절점과의 길이(D) 비율은,
1.98 ≤ B/D ≤ 3.35를 만족하도록 하는 토글형 사출 성형기의 5점식 형체기구이다.
상기 a0는 단링크와 장링크가 펼쳐진 상태에서 수평선관의 각도이다.

Description

토글형 사출성형기의 5점식 형체기구{5 Points Clamping Mechanism of Toggle Type Injection Molding Machine}
본 발명은 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 확대율 이상 구간에 의한 제품의 신뢰성 저하를 방지할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 토글형 사출성형기는 형판이 접촉된 상태에서 단 링크와 장 링크를 완전히 펴줌으로써 입력힘이 확대되어 큰 형폐력이 발생하는 원리를 이용한 것이다.
토글형 사출성형기의 형폐력을 증가시키기 위해서는 입력힘이 확대되는 비율인 확대율을 증가시키거나 또는 서보모터의 출력을 더 크게 하는 방법이 있으나, 서보모터의 출력을 높이는 것은 원가상승의 요인이 되므로 확대율을 증가시키는 것이 더 효과적이다.
토글형 사출성형기의 확대율은 각각의 플레이트들과 토글링크의 결합구조인 사출성형기의 형체장치에 의해 결정된다.
먼저, 사출성형기의 형체장치에 대해 설명하면, 토글형 사출성형기의 형체장치는 한쌍의 토글링크로 구성된 싱글 토글식 형체장치와 두쌍의 토글링크로 구성된 더블 토글식 형체장치로 구별되며, 싱글 토글식 형체장치는 소형의 사출성형기에 적합하며, 비교적 큰 형폐력이 요구되는 사출성형기에는 더블 토글식 형체장치가 적합하다.
종래의 토글식 형체기구로서, 국내 공개특허 제 10-2006-99800호(이하 "특허문헌 1"이라 함)에 토글식에 의한 사출성형기의 5점식 형체기구가 개시되어 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 특허문헌 1의 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구는 타이바(10)의 양측에 후방 플레이트(11)와 고정 플레이트(12)가 설치되고, 그 사이에 이동 플레이트(13)가 배치되며, 이동 플레이트(13)는 절점(a)(b) 및 (c)사이에 연결된 장링크(14)와 단링크(15)를 경유하여 후방 플레이트(11)와 결합된다. 후방 플레이트(11)의 일측에는 서보모터(16)와 볼 스크류(17) 및 볼 너트(17a)가 설치되고, 볼 스크류(17)의 회전에 따라 직선 이동하는 볼 너트(17a)에는 크로스 헤드(18)가 결합된다.
또한, 절점(d)를 통해 크로스헤드(18)에 연결된 크로스헤드 링크(19)는 절점(e)를 통해서 단링크(15)와 결합된다.
종래의 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구는 크로스헤드 링크(19)가 절점 (a)가 아닌 별도의 절점(e)에서 단링크(15)와 커플링되는 점에서 4점식 형체기구와차이가 있다.
5점식 형체기구는 크로스헤드 링크(19)가 절점(b)를 기준으로 절점(a)보다 회전반경이 작은 절점(e)에서 단링크(15)에 연결되므로, 절점(a)에 크로스헤드 링크(19)가 연결되는 4점식 형체기구에 비해 형개폐 행정의 속도가 빠르고, 크로스헤드(18)의 이동량도 작게 되어 형체기구의 길이를 작게 할 수 있다.
그런데, 토글형 사출성형기의 형체기구는 직압식과는 달리, 사출성형기가 반복 가동되어 일정 기간이 경과했을 때 확대율(이동형판의 이동량/크로스헤드 이동량)에 이상이 발생하는 취약점이 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 크로스헤드(18)의 스트로크(Stroke)에 따른 확대율'(확대율' = 1/확대율)이 양(+)에서 음(-)으로 변경되는 확대율 이상구간, 다시 말해서, 크로스 헤드(18)의 움직임이 전진시에 전진방향에서 후진방향으로 역이동하는 구간이 발생함으로 인해 제품의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
상기와 같은 확대율 이상구간 문제는 사출성형기의 이동플레이트(이동형판)의 스트로크와 금형의 최대 두께를 합한 값으로 정의되는 데이라이트(최대 형판간격)와, 후방 플레이트-단링크 간을 연결하는 절점의 중심과 이동 플레이트-장링크 간을 연결하는 절점의 중심 사이의 수평거리로 정의되는 Y1 파라미터와 밀접한 관련이 있는 것으로 분석되고 있다.
한편, 확대율을 높이기 위하여 단순히 단링크의 길이를 크게 설계할 경우에는 단링크와 볼스크류 간에 간섭문제가 발생할 우려가 있으므로 단링크와 장링크 간의 비율에 대한 최적화 방안도 요구되고 있다.
국내 공개특허 제 10-2006-99800호(공개일 : 2006.9.20)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 링크간의 길이비율과 단링크와 장링크가 펼쳐진 상태에서의 각도의 값을 최적값의 범위로 설정하여 확대율 이상 구간의 발생을 방지하면서 링크와 볼스크류간의 간섭문제를 해소할 수 있도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결수단은, 절점을 통해 연결되어 후방 플레이트와 이동 플레이트를 연결하는 단링크 및 장링크와, 상기 이동 플레이트를 개폐하기 위해 이동하는 크로스헤드에 설치되면서 일단이 절점을 통해 상기 단링크에 연결된 크로스헤드 링크를 구비한 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구에 있어서,
-8° ≤ a0 ≤ 7.4°를 만족하는 5점식 형체기구이다.
상기 a0는 단링크와 장링크가 펼쳐진 상태에서 수평선과의 각도이다.
또한, 후방 플레이트와 장링크간의 절점으로 연결된 단링크 길이(B)와 크로스헤드 링크의 절점과 장링크 절점과의 길이(D) 비율은 다음 식을 만족하도록 한 것이다.
1.98 ≤ B/D ≤ 3.35
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이와 같이, 본 발명은 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구에 있어서, a0값과 단링크와 크로스헤드 링크간의 절점간의 비율을 적합한 범위로 설정하여 확대율 이상 구간 문제를 해소하고, 토글구조의 형체기구 설계를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구의 측면도이다.
도 2는 종래의 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구의 크로스헤드 스트로크-확대율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구의 주요 구성도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구의 주요 구성도로서, a0각도가 양수 및 음수인 경우의 이동 플레이트의 배치관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예 3에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예 4에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예 5에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 9는 비교 예 1에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10는 비교 예 2에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 11은 비교 예 3에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 12는 비교 예 4에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 13은 비교 예 5에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 14는 비교 예 6에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 15는 비교 예 7에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 16은 비교 예 8에 따른 이동플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시 도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구의 주요 구성도이다.
상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 5점식 형체기구는 절점(a)를 통해서 연결된 장링크(14) 및 단링크(15)와, 절점(e)를 통해서 단링크(15)에 연결된 크로스헤드 링크(19)를 포함한 구성을 가진다.
또한, 절점(a)를 기준으로 단링크(15)의 타단에는 후방 플레이트(11)와 연결되는 절점(b)가 형성되고, 장링크(14)의 타단에는 이동 플레이트(13)에 연결되는 절점(c)가 형성된다.
크로스헤드(18)에는 절점(d)를 통해 크로스헤드 링크(19)의 일단과 연결된다.
또한, 상기 크로스헤드 링크(19)는 일단에 형성된 절점(e)를 통해서 단링크(15)에 연결된다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 5점식 형체기구는, 다음의 조건을 만족하는 경우에 이동 플레이트 스트로크(SM)에 따른 확대율 이상 구간없이 완만하게 변화되는 특성을 가진다.
-8° ≤ a0 ≤ 7.4°
상기 a0는 단링크(15)와 장링크(14)가 펼쳐진 상태에서 수평선과의 각도이다.
도 3a 또는 도 3b에 있어서, RH는 크로스 헤드 절점(d)로부터 후방 플레이트(11)와 단링크(15)와의 절점(b)까지의 수직 길이이고, SH는 단링크(15)와 장링크(14)가 펼쳐진 상태에서 크로스 헤드 절절(d)로부터 이동 플레이트와의 절점(c)까지의 수직 길이, PH는 TH의 상단으로부터 SH의 하단까지의 길이이다.
여기서. 상기 a0의 각도가 0인 경우에는 수평선과 일치하는 경우이고, a0의 각도가 0도 미만인 마이너스 각도, 예를 들어 -8°라는 것은 도 3b에서의 수평선의 아래에 위치하는 a0 각도가 수평선의 상부에 위치하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명은 상기 a0의 각도범위를 0°≤ a0 ≤ 7.4°의 범위내로 설정함이 더욱 바람직하다.
만일, 도 3b에 도시된 바와 같이, a0의 각도가 수평축의 상부로 설정(음수 각도)(본 실시 예에 있어서는 -8°)되는 경우에는, 확대율'그래프는 불안정하지는 않지만, 이동 플레이트(13)는 불필요한 길이(TH)가 형성되기 때문에 음수인 a0각도는 제외하도록 함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 5점식 형체기구는, 후방 플레이트(11)와 장링크(14)간의 절점(b)(a)으로 연결된 단링크 길이(B)와 크로스헤드 링크(19)의 절점(e)과 장링크 절점(a)과의 길이(D) 비율은 다음 식을 만족한다.
1.98 ≤ B/D ≤ 3.35
아래 표 1에는 본 발명의 실시 예와 비교 예에 따른 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구에 대한 확대율 및 간섭 문제 특성의 평가 결과가 나타나 있다.

A
B
C
D
E
RH
SH 		CH
스트로크
a0
각도
B/D
상태
확대율'
실시예1 572.6 445 356 150 226.2 285 426.7 518 -8 2.97 G 2.9
실시예2 572.6 443.7 391.9 150 108.1 285 154.1 687.7 7.4 2.96 G 2.4
실시예3 572.6 438.4 414.5 131 130.7 285 205 691 4.5 3.35 G 2.5
실시예4 572.6 438.4 295.2 221 130.7 285 205 547.7 4.5 1.98 G 2.6
실시예5 572.6 438.4 340.1 180 130.7 285 205 619.9 4.5 2.44 G 1.6
비교 예1 572.6 465 360 150 247 285 444 475 -9 3.10 NG 볼스크류
간섭
비교 예2 572.6 446.5 398.9 150 104.5 285 152 688 7.5 2.98 NG 87에서-133까지 양에서 음으로 변화
비교 예3 572.6 438.4 267 250 130.8 285 205 485.4 4.5 1.75 NG 시작시점 30에서 떨어짐
비교 예4 572.6 470.2 247 250 245.5 285 462.5 403 -10 1.88 NG 볼스크류 간섭
비교 예5 572.6 446.5 259.1 250 130.5 285 134.4 462.5 8.5 1.79 NG 447에서 -160까지 양에서 음으로 변화
비교 예6 572.6 438.4 416.8 130 130.7 285 205 692.2 4.5 3.37 NG 29에서 -1342까지 양에서 음으로 변화
비교 예7 572.6 470.8 342 130 325 285 555 462.5 -10 3.62 NG 볼스크류 간섭
비교 예8 572.6 446.5 414.5 130 107.6 285 134.4 711.4 8.5 3.43 NG 1549에서 -30까지 양에서 음으로 변화
상기 표 1에서 A는 장링크(14)의 길이, B는 단링크(15)의 길이, C는 단링크(15)에서 절점(b)와 절점(e)간의 길이, D는 단링크(15)의 절점(e)에서 절점(a)간의 길이, E는 크로스헤드 링크(19)의 길이, CH는 크로스헤드이다.
또한, 표 1에서 G는 좋음(Good)을 나타낸 것이고, NG(No Good)는 나쁨을 나타낸 것으로서, a0 각도의 범위와 B/D 값을 모두 만족하면 G이고, a0 각도의 범위와 B/D 값중 어느 하나라도 만족하지 못하면 NG 상태인 것이다.
따라서, 비교예 3에서는 a0각도가 4.5로서 본 발명의 바람직한 범위에 포함되지만, B/D 값은 1.75로서 본 발명에서 제시하는 바람직한 범위에 포함되지 않으므로 NG상태인 것이다.
마찬가지로, 비교예 6에서도 a0각도는 4.5로서 본 발명의 바람직한 범위에 포함되지만, B/D 값은 3.37로서 본 발명에서 제시하는 바람직한 범위에 포함되지 않으므로 NG상태인 것이다.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시 예와 비교 예를 통해서 볼때, a0의 적정값 범위를 -8° ≤ a0 ≤ 7.4°로 정할 수 있다.
표 1에 기재된 실시 예 3,4,5에 있어서, D가 짧을 수록 서보모터의 부하도 작아진다.
그리고, 도 4 내지 도 16은 표 1에서 제시한 실시 예 1 내지 5와 비교 예 1 내지 8에 대한 이동 플레이트의 스트로크와 확대율'간의 관계를 나타낸 그래프로서, 수평축에서 0은 이동 플레이트가 형폐 상태이고, 오른쪽으로 갈 수록 이동 플레이트가 형개되는 스트로크를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1에 따른 그래프로서, 확대율'과 이동 플레이트 스트로크간의 관계를 나타낸 그래프이다. 확대율'이 2.9일때는 링크가 접혀진 상태 ,즉 본 발명의 실시 예 1에서 최대 형개 거리인 650mm만큼 고정 플레이트에서 떨어진 상황이다.
이후, 단링크(15)와 장링크(14)가 펼쳐지면서(고정 플레이트와 이동 플레이트의 간격 감소) 확대율'이 2.9에서 감소하게 된다. 형폐 완료되는 시점에서는 확대율'이 0에 가까워진다.
여기서, 상기 확대율'=1/확대율을 의미한다. 따라서, 확대율'이 2.9일 경우에는 확대율이 1/2.9로써 링크 이동효율(이동 플레이트의 움직임/크로스헤드의 움직임)이 약 30%이지만, 69mm이하 지점에서는 확대율'이 1이하로 떨어지면서 확대율이 커지게 된다.
또한, 확대율'이 0으로 가까워진다는 의미는 형폐시에 확대율이 무한대에 가까워지는 것을 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시 예 2에 따른 그래프로서, 피크 확대율'이 2.4이하로 존재한다. 따라서, 확대율'=1/확대율이므로, 확대율= 1/2.4=0.416이다. 크로스헤드(CH)가 1mm 움직였을때, 이동 플레이트는 0.416 움직인다. 링크 이동효율이 약 40% 이지만, 금형터치(형폐 완료시점)에서는 확대율'이 0에 가까워져서 확대율은 무한대가 가까워져서 형체력을 발생하는데 무리가 없다.
도 6은 본 발명의 실시 예 3에 따른 그래프로서, 피크 확대율'이 2.6으로 상기 실시 예 2와 유사하게 동작하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시 예 4에 따른 그래프로서, 피크 확대율'이 2.6으로 상기 실시 예 1과 유사하게 동작하게 된다.
도 8은 본 발명의 실시 예 5에 따른 그래프로서, 피크 확대율'이 1.6으로 상기 실시 예 2와 유사하게 동작하게 된다.
도 9는 비교 예 1에 따른 그래프로서, 볼스크류의 간섭으로 인해 형체 스트로크가 구현될 수 없다(확대율' 그래프와 무관).
도 10은 비교 예 2에 따른 그래프로서, 고정 플레이트와 이동 플레이트의 거리(이동 플레이트 스트로크)가 240mm일 때 확대율'이 -133에서 87로 변경되면서 기구적으로 불안정한 움직임을 나타내고, 제어의 곤란 및 진동이 발생할 가능성이 높다.
도 11은 비교 예 3에 따른 그래프로서, 시작점에서 확대율'이 30 이하에서 떨어지는 그래프 형상이다. 확대율'=1/확대율이므로, 확대율= 1/30=0.0333이다. 이것은 크로스 헤드(CH)가 1mm 움직였을 때, 이동 플레이트는 0.03mm 움직인다는 의미로 동작 효율이 떨어진다. 초반 이동 플레이트의 이동시 속도가 사용자가 원하는 속도로 구현되지 않을 가능성이 높다.
도 12는 비교 예 4에 따른 그래프로서, 볼스크류의 간섭으로 인해 형체 스트로크가 구현될 수 없다( 확대율' 그래프와 무관).
도 13은 비교 예 5에 따른 그래프로서, 고정 플레이트와 이동 플레이트의 거리가 624mm일 때 확대율'이 -160에서 447까지 변경되면서 기구적으로 불안정한 움직임을 나타내고, 제어의 곤란 및 진동이 발생할 가능성이 높다.
도 14는 비교 예 6에 따른 그래프로서, 고정 플레이트와 이동 플레이트의 거리가 370mm일 때 확대율'이 -1342에서 29까지 변경되면서 기구적으로 불안정한 움직임을 나타내고, 제어의 곤란 및 진동이 발생할 가능성이 높다.
도 15는 비교 예 7에 따른 그래프로서, 볼스크류 간섭으로 인해 형체 스트로크가 구현될 수 없다( 확대율' 그래프와 무관).
도 16은 비교 예 8에 따른 그래프로서, a0의 각도가 7.4° 이상인 8.5°의 경우, 고정 플레이트와 이동 플레이트의 거리가 193mm일 때 확대율'이 -30에서 1594까지 변경되면서 기구적으로 불안정한 움직임을 나타내고, 제어의 곤란 및 진동이 발생할 가능성이 높다.
이와 같이, 본 발명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의거 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
a,b,c,d,e :절점
A : 장링크 길이
B : 단링크 길이
C : 단링크의 절점b와 절점e간의 길이
D : 단링크의 절점e와 절점a간의 길이
10 : 타이바
11 : 후방 플레이트
12 : 고정 플레이트
13 : 이동 플레이트
14 : 장링크
15 : 단링크
16 : 서보모터
17 : 볼스크류
17a : 볼너트
18 ; 크로스헤드
19 : 크로스헤드 링크

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 절점을 통해 연결되어 후방 플레이트와 이동 플레이트를 연결하는 단링크 및 장링크와, 상기 이동 플레이트를 개폐하기 위해 이동하는 크로스헤드에 설치되면서 일단이 절점을 통해 상기 단링크에 연결된 크로스헤드 링크를 구비한 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구에 있어서,
    -8° ≤ a0 ≤ 7.4°를 만족하고,
    상기 후방 플레이트와 장링크간의 절점으로 연결된 단링크 길이(B)와, 크로스헤드 링크의 절점과 장링크 절점과의 길이(D) 비율은,
    1.98 ≤ B/D ≤ 3.35를 만족하도록 한 것을 특징으로 하는 토글형 사출성형기의 5점식 형체기구.
    상기 a0는 단링크와 장링크가 펼쳐진 상태에서 수평선관의 각도이다.
  3. 삭제
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