KR101784763B1

KR101784763B1 - 몰드 클램핑 장치와 몰드 클램핑 방법

Info

Publication number: KR101784763B1
Application number: KR1020130156344A
Authority: KR
Inventors: 타카오 하야시
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2017-10-12
Also published as: KR20140081685A; JP5773223B2; TW201433434A; JP2014121717A; TWI690402B; CN103879023B; CN103879023A

Abstract

본 발명은 응력(應力)에 따른 금형의 변형 등의 영향을 최소로 하면서, 금형 간의 상대 위치를 고(高)분해능으로 정확하게 측정하고, 또한 몰드 클램핑 스트로크의 도중에 이용되는 센서를 원활하게 전환한다.
인코더의 신호에 의해 서보 모터를 피드백 제어하며, 금형을 이동시킨다. 금형의 대향부 부근에 고정된 금형 부착용 센서에 의해 금형 간의 간격을 측정하여, 센서의 측정 레인지로부터 벗어난 구간에서는 인코더의 신호에 의해 서보 모터를 제어하고, 금형이 가장 근접하는 구간에서는 금형 부착용 센서로부터의 신호에 의해 서보 모터를 제어한다. 그리고 금형 부착용 센서의 측정 레인지 내에 금형이 진입하면, 서보 모터의 제어를 인코더의 신호에 의한 제어로부터 금형 부착용 센서의 신호에 의한 제어로 연속적으로 전환한다.

Description

몰드 클램핑 장치와 몰드 클램핑 방법{MOLD CLAMPING DEVICE AND MOLD CLAMPING METHOD}

본 발명은 프레스 성형, 사출 성형, 다이캐스트 성형 등에서의 금형의 몰드 클램핑 기술에 관한 것으로서, 특히 대향되는 금형이 가장 근접할 때의, 금형 위치의 모니터 혹은 위치 제어에 관한 것이다.

이동체의 위치를 측정하는 센서로서, 리니어 센서가 알려져 있다. 리니어 센서에서는, 자성체와 비(非)자성체를 배열한 자기 마크, 혹은 극성이 다른 자석을 배열한 자기 마크를 설치하는 동시에, 복수 개의 코일을 구비하는 센서 헤드를 설치한다. 자기 마크에 대한 센서 헤드의 위치가 변화하면, 자기 마크와 코일간의 자기 상호 작용이 변화하기 때문에, 자기 마크에 대한 센서 헤드의 위치를 구할 수가 있다.

프레스 성형 장치, 사출 성형 장치, 다이캐스트 성형 장치 등의 금형을 이용하는 몰드 클램핑 장치에 있어서도, 상하 혹은 좌우의 금형간의 상대 위치를 정확하게 모니터 혹은 제어하고자 하는 요구가 있다. 그리고 특허 문헌 1(JP2007-283332A)에서는, 상부 금형의 기부(基部)의 위치를 리니어 센서로 감시하여, 상부 금형을 구동하는 서보 모터에 피드 백(feed back)한다. 그러나 감시하는 위치는 상부 금형의 기부, 혹은 슬라이드 기구인 램 샤프트(Ram shaft)의 위치 등이다. 이러한 위치와 상부 금형의 하단과의 간격은, 상하의 금형이 접촉함에 따른 응력(應力), 금형의 열변형 등의 영향을 받기 때문에, 일정하지 않다. 따라서, 크랭크의 부착 위치 혹은 램 샤프트의 부착 위치 등에서 상부 금형의 위치를 감시하여도, 하부 금형에 대한 상부 금형의 위치, 바꾸어 말하면 상하의 금형의 간격을 정확하게 제어하지는 못하게 된다.

발명자는 또한, 측정 레인지(range)가 긴 리니어 센서는 일반적으로 분해능(分解能)이 낮다는 점에 주목하였다. 또 모니터와 제어가 필요한 것은 금형 자체의 거동(擧動)이며, 슬라이드 기구의 위치를 모니터하여도 간접적으로 금형의 거동을 모니터하는 것밖에 되지 않는다는 점에 주목하였다. 이에 발명자는, 측정 레인지가 짧은 리니어 센서를 이용하여, 서보 모터의 인코더 등의 다른 센서와, 금형에 직접 부착한 리니어 센서의 사이에서, 제어를 전환하는 것을 검토하였다. 여기서 다른 센서와 리니어 센서의 사이에서 비연속적으로 제어를 전환하면, 센서 사이에서의 약간의 검출치의 차(差)가, 큰 제어 오차로서 제어부에 피드 백되어, 서보 모터의 제어가 불안정해진다.

JP2007-283332A

본 발명의 과제는,

1) 금형의 접촉에 따른 응력, 금형의 온도 변화 등의 영향을 최소로 함으로써, 대향되는 금형 간의 상대 위치를 정확하게 또한 높은 분해능으로 측정하는 것, 및 2) 금형의 스트로크의 도중에서, 이용할 센서를 원활하게 전환하는 것이다.

본 발명은, 적어도 한 쌍의 서로 대향되는 금형과, 금형 중 적어도 한쪽을 램 샤프트를 통해 이동시키는 서보 모터와, 서보 모터의 인코더의 신호 혹은 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지(long range)의 리니어 센서의 신호를 제어 입력으로 하여, 서보 모터를 피드백 제어하는 제어부를 구비하는 몰드 클램핑 장치로서,

금형의 대향부 부근에서 한쪽의 금형에 직접 고정되어, 대향되는 금형과의 간격을 측정하는 금형 부착용 센서를 설치하고, 금형 부착용 센서의 신호에 의해 금형 간의 간격을 모니터하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 금형에 직접 고정한다는 것은, 금형의 외주에 고정하는 것, 금형의 내부에 고정하는 것 등을 의미한다. 몰드 클램핑 장치는, 예컨대 사출 성형 장치, 프레스 성형 장치, 다이캐스트 성형 장치 등이다. 인코더로 서보 모터의 축의 회전을 감시하는 대신에, 롱 레인지의 리니어 센서에 의해 램 샤프트 등의 위치를 감시하여도 무방하다.

본 발명에서는, 금형의 위치에서, 금형에 직접 고정한 센서에 의해, 대향되는 금형 간의 간격, 즉 한쪽의 금형을 기준으로 하는 다른 쪽의 금형의 위치를 측정한다. 이 때문에 서보 모터의 인코더, 램 샤프트의 위치를 감시하는 리니어 센서와는 달리, 금형 간의 간격을 정확하게 측정할 수 있다. 금형의 위치에서 측정하기 때문에, 금형 간의 응력에 의해 금형이 변형되거나, 혹은 기온의 변동, 몰드 클램핑 가공에 수반되는 발열 등에 의해 금형이 열(熱)변형하여도, 금형 간의 간격을 정확하게 측정할 수가 있다. 또한, 센서는 금형이 가장 근접하는 구간의 부근에서 간격을 측정할 수 있으면 되기 때문에, 측정 레인지가 짧은 고(高)분해능의 센서로 할 수 있다. 그리고 금형 간의 간격을 측정하면, 서보 모터에 피드백하거나, 혹은 몰드 클램핑 장치에 유지관리(maintenance)가 필요한지 여부를 판별하는 등의 작업이 가능하다.

바람직하게는, 몰드 클램핑 장치는, 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호와의 사이에서 제어 입력을 연속적으로 전환하는 전환 수단을 구비하고 있다. 그리고 몰드 클램핑 위치의 부근의 몰드 클램핑 영역에서는 금형 부착용 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하고, 몰드 클램핑 위치로부터 떨어진 원격 영역에서는 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하며, 원격 영역과 몰드 클램핑 영역 사이의 중간 영역에서는 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호와의 사이에서 제어 입력을 연속적으로 전환하도록 구성되어 있다.

또 본 발명은, 서보 모터의 인코더의 신호 혹은 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호에 의해, 서보 모터를 피드백 제어하면서, 서로 대향되는 금형 중 적어도 한쪽을 이동시키는 몰드 클램핑 방법으로서,

금형의 대향부 부근에서 한쪽의 금형에 직접 고정되어 있는 금형 부착용 센서에 의해, 대향되는 금형과의 간격을 모니터하는 동시에,

금형 부착용 센서의 측정 레인지로부터 벗어난 구간에서는, 인코더의 신호 혹은 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하고,

금형이 가장 근접하는 구간에서는, 금형 부착용 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하며,

또한, 금형 부착용 센서의 측정 레인지 내에 금형이 진입하면, 서보 모터의 제어를, 인코더의 신호 혹은 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호에 의한 제어로부터, 금형 부착용 센서의 신호에 의한 제어로 연속적으로 전환하는 것을 특징으로 한다.

금형 부착용 센서의 신호를 이용하여 서보 모터를 피드백하는 경우, 측정 레인지가 짧은 것이 문제가 된다. 이에 금형 부착용 센서의 측정 레인지로부터 벗어나는 구간에서는, 서보 모터의 인코더 등으로부터의 신호를 제어 입력으로 하여, 금형 부착용 센서로부터의 신호와 인코더 등으로부터의 신호와의 사이에서 제어 입력을 연속적으로 전환한다. 그러면 제어 입력을 전환하여도 제어의 혼란이 발생하지 않는다. 또한 금형을 복귀시켜 서로 멀어지게 할 때의 제어는 몰드 클램핑의 정밀도에는 영향을 미치지 않는다. 따라서 복귀시에는 웨이트(Weight; w)를 예컨대 1로 고정하여도 무방하다. 본 명세서에 있어서, 몰드 클램핑 장치에 관한 기재는 몰드 클램핑 방법에도 그대로 적용된다.

바람직하게는, 전환 수단은, 0 이상 1 이하의 가변(可變)의 웨이트(w)에 의해, 인코더의 신호(P1) 혹은 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호(P2)를, 제어 입력(P3)으로

P3 = P1·w＋P2·(1-w)

에 의해 변환하며, 금형 부착용 센서의 측정 레인지로부터 벗어나는 구간에서는

w = 1

이고, 금형이 가장 근접하는 구간에서는

W = 0

이며, 금형 부착용 센서의 측정 레인지 내에 금형이 진입하면, 웨이트(w)가 1에서 0으로 연속적으로 변화한다. 이와 같이 하면, 간단하고도 원활하게 제어 입력을 인코더 등과 금형 부착용 센서의 사이에서 전환할 수가 있다.

바람직하게는, 제어부는, 지령 위치와 제어 입력 간의 오차를 속도 지령으로 변환하기 위한 위치 제어 수단과, 속도 지령과 인코더의 신호의 시간당 변화율과의 오차를 전류 지령으로 변환하기 위한 속도 제어 수단을 구비하고 있다. 이와 같이 하면, 짧은 주기로 신호를 얻을 수 있는 인코더의 신호에 의해 속도 제어 루프를 제어할 수 있기 때문에, 센서로부터 신호가 얻어지는 주기가 설령 길다 하더라도, 정확하게 속도 제어를 할 수가 있다.

또 바람직하게는, 금형 부착용 센서는, 자기 마크를 구비하고 또한 대향되는 금형에 의해 진퇴하는 자성체 로드(rod)와, 자성체 로드의 진퇴 위치를 측정하는 센서 헤드와, 자성체 로드의 램 샤프트측으로의 이동 한계를 정하는 스토퍼와, 자성체 로드를 램 샤프트측으로 가압하는 탄성체를 갖는 리니어 센서이다. 대향되는 금형에는 자성체 로드에 맞닿아 자성체 로드를 램 샤프트를 따라 이동시키는 맞닿음 부재가 설치되며, 스토퍼에 의해 고정된 위치에서 자성체 로드를 램 샤프트측으로 탄성체에 의해 미리 가압하여 둠으로써, 맞닿음 부재와의 접촉에 의한 자성체 로드의 진동을 댐핑(damping)하도록 구성되어 있다. 이와 같이 하면, 센서 신호의 진폭을 작게 하여, 금형간 간격을 정확하게 측정할 수가 있다.

도 1은 실시예의 사출 성형 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시예에서의 서보 모터의 제어부를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예에서의 리니어 센서를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예의 파형도로서, 1)은 인코더 신호와 리니어 센서 신호의 웨이트를 나타내며, 2)는 모터의 각속도(角速度)를 나타낸다.
도 5는 최적 실시예에서의 리니어 센서를 나타내는 연직(鉛直) 방향 단면도이다.
도 6은 최적 실시예에서의 리니어 센서의 진동의 댐핑을 설명하는 도면이다.
도 7은 최적 실시예에서의 리니어 센서의 하부 금형에 대한 부착을 나타내는 평면도이다.
도 8은 최적 실시예에서의 금형 위치와 모터 단부 위치를 나타내는 특성도이다.
도 9는 종래예에서의 금형 위치와 모터 단부 위치를 나타내는 특성도이다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 최적의 실시예를 나타낸다. 본 발명의 범위는, 특허 청구 범위의 기재에 근거하며, 명세서의 기재와 이 분야에서의 주지 기술을 참작하여, 당업자의 이해에 따라 정해져야 할 것이다.

[실시예]

기본적 실시예

도 1~도 4에 기본적인 실시예와 그 특성을 나타낸다. 도 1은 실시예의 사출 성형 장치(2)를 나타내며, 상부 금형(4)은 램 샤프트(다이 바(die bar); 12)에 의해 상하 이동하는 가동(可動)의 금형으로서, 사출 성형에 의해 합성 수지를 주입하기 위한 이동 금형(8)이 세팅되어 있다. 고정(固定)인 하부 금형(6)에는, 합성 수지를 주입하기 위한 고정 금형(10)이 세팅되어 있다. 상부 금형(4)은 예컨대 4개의 가이드 핀(11)에 의해 가이드되며, 크랭크 기구(14)와 서보 모터(16)에 의해, 램 샤프트(12)를 통해 상하 이동한다. 또 하부 금형(6)에는, 스크류 펌프, 플런저 등을 구비하는 사출 장치(18)가 접속되어, 합성 수지를 금형(8, 10) 사이의 챔버에 주입한다. 또한, 금형(4, 6)을 상하가 아닌 좌우로 배치하여 대향시켜도 무방하다. 또 사출 장치(18)를 제외하고 프레스 성형 장치로 하여도 무방하며, 또한 다이캐스트 성형 장치로 하여도 무방하다. 크랭크 기구(14) 대신에 토글(toggle) 기구 등을 이용하여도 무방하며, 혹은 크랭크 기구(14) 등을 설치하지 않아도 무방하다.

제어부(20)는, 인코더와 금형 부착용 리니어 센서(22)로부터의 신호에 따라, 서보 모터(16)를 피드백 제어한다. 하부 금형(6)의 상부에는 금형 부착용 리니어 센서(22)가 고정되며, 상부 금형(4)의 하부에 고정된 금형 부착용 리니어 센서의 기준판(24)과의 간격을 측정한다. 금형 부착용 리니어 센서(22)와 기준판(24)의 조합을 예컨대 1쌍, 2쌍, 혹은 4쌍 설치하고, 실시예에서는 금형(4, 6)의 네 둘레(4周)에 각 1세트 설치한다. 금형 부착용 리니어 센서(22)와 기준판(24)은 금형(4, 6)의 대향부 부근에 고정되며, 금형 부착용 리니어 센서(22)에 의해 금형(4, 6) 간의 실제의 간격을 측정한다. 왜곡 게이지(26)는, 금형(4, 6)의 접촉에 의한 왜곡을 검출함으로써, 금형 부착용 리니어 센서(22)의 신호를 보정하지만, 왜곡 게이지(26)는 설치하지 않아도 무방하다.

도 2에, 서보 모터(16)의 제어부(20)를 나타낸다. 지령 발생기(30)는, 상부 금형(4)의 동작 패턴에 따라 위치 지령(P0)을 출력한다. 31, 32는 차분기(差分器), 33, 34는 증폭기, 35는 전류 증폭기이며, 전류 증폭기(35)는 서보 모터(16)의 구동 전류가 목표치와 일치하도록 제어한다. 서보 모터(16)는 인코더(36)를 구비하며, 인코더의 신호의 시간당 변화량을 속도 신호(v)로 하여, 차분기(32)에 피드백한다. 또 예컨대 4개의 금형 부착용 리니어 센서(22)의 위치 신호를 가산기(38)로 평균화하여, 가산기(40)에 출력한다. 금형 부착용 리니어 센서(22)가 1개인 경우, 가산기(38)는 불필요하다. 또한, 금형 부착용 리니어 센서(22)의 신호는, 서보 모터(16)의 축으로부터 기준판(24)까지의 거리에 상당하는 오프셋(offset)이 감산되어, 인코더(36)의 신호와 맞추어져 있다. 가산기(40)는, 지령 발생기(30)로부터 입력되는 가변의 웨이트(w)에 따라, 인코더(36)로부터의 신호와 가산기(38)로부터의 금형 부착용 리니어 센서(22)측의 신호를, 가중(加重) 평균한다. 웨이트(w)는 0 이상 1 이하이다. 인코더(36)로부터의 신호(P1)로의 웨이트를 w로 하고, 가산기(38)로부터의 신호(P2)로의 웨이트를 (1-w)로 하여,

P3 = P1·w＋P2·(1-w) (1)

위치 신호(P3)를 (1)식에 의해 구한다. 또 웨이트(w)를 발생시키기 위해, 신호(P1, P2, P3) 중 어느 하나를 지령 발생기(30)에 입력하고, 지령 발생기(30)는 이러한 신호의 값에 대해 w를 기억하고 있다.

차분기(31)는, 위치 지령(P0)과 위치 신호(P3)의 차를, 위치 오차로서 출력하며, 증폭기(33)는 위치 오차에 제어 정수(定數)(Kp)를 승산(乘算)하여, 속도 지령(v0)으로서 차분기(32)에 입력한다. 차분기(32)는 속도 지령(v0)과 인코더(36)의 신호의 변화율로 이루어지는 속도 신호(v)와의 차분을 속도 오차로서 출력하며, 증폭기(34)는 속도 오차에 대한 제어 정수(Kv)를 승산하여, 전류 지령으로서 전류 증폭기(35)에 출력한다. 이상과 같이, 차분기(32), 증폭기(34) 등으로 구성되는 속도의 제어 루프에서는, 인코더(36)로부터의 속도 신호(v)를 이용하고, 차분기(31), 증폭기(33) 등으로 구성되는 위치의 제어 루프에서는, 인코더(36)의 신호(P1)와 금형 부착용 리니어 센서(22)의 신호(P2)를 가산기(40)에 의해 원활하게 전환하도록 생성한 위치 신호(P3)를 이용한다. 또한, 왜곡 게이지(26)의 신호는, 상하의 금형의 접촉에 수반되는 응력을 나타내며, 금형 부착용 리니어 센서(22)의 부착 위치의 영향을 보정하기 위해, 지령 발생기(30)에 입력한다.

도 3에 금형 부착용 리니어 센서(22) 등의 배치를 나타낸다. 금형(4, 6)의 대향부 부근에 기준판(24)과 금형 부착용 리니어 센서(22)를 배치한다. 또한, 상부 금형(4) 측에 금형 부착용 리니어 센서(22)를, 하부 금형(6) 측에 기준판(24)을 배치하여도 무방하다. 금형 부착용 리니어 센서(22)는 케이스(42)와 상하로 진출 퇴피가 가능한 자성체 로드(44)를 구비하며, 자성체 로드(44)는 도시되지 않은 자기 마크를 1 주기분(分)~복수 주기분 구비하고 있다. 자성체 로드(44)의 선단에, 자성체 로드의 기준판(45)이 고정되며, 기준판(24, 45)의 대향면을 기준면(46, 47)으로 한다. 자성체 로드(44)는 케이스(42) 내부를 도 3의 상하로 진출 및 퇴피 가능하며, 탄성체(49)와 스토퍼(49a, b)에 의해 돌출방향으로 미리 가압되어, 자기 마크를 4개 등의 코일을 구비하는 센서 헤드(48)에 의해 검출한다. 센서 헤드(48)의 코일에는 교류 전류가 가해지며, 자기 마크와의 상호 작용에 의한 임피던스의 변화를, 자기 마크를 기준으로 하는 위상으로서 검출한다. 자성체 로드(44)는 자기 마크가 예컨대 수 ㎜ 정도의 길이의 범위에 설치되며, 이것이 금형 부착용 리니어 센서(22)의 측정 레인지를 정한다. 금형 부착용 리니어 센서(22)는 몰드 클램핑 위치보다 마이너스 측에도 측정 레인지를 갖고 있지만, 몰드 클램핑 위치에서 상부 금형이 정지하여 메커니즘 정지(mechanism stop) 상태가 된다. 또 금형 부착용 리니어 센서(22)의 측정 레인지를 넘어, 상부 금형의 위치를 검출할 수 없는 구간에서는, 인코더의 신호 혹은 램 샤프트(12)의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서(도시 생략)의 신호에 의해 서보 모터를 제어한다.

도 4에 인코더의 신호에 대한 웨이트(w)를 나타내며, 리니어 센서의 신호에 대한 웨이트는 (1-w)이다. 리니어 센서가 상부 금형의 위치를 검출할 수 없는 구간에서 w는 1이고, 상부 금형의 스트로크의 최하단 부근의 구간에서 웨이트(w)는 0이며, 리니어 센서가 상부 금형의 위치를 검출할 수 있게 되면, 도 4의 1)에 나타내는 바와 같이, 웨이트(w)를 1에서 0으로 연속적으로 변화시킨다. 이 때문에 인코더의 신호를 이용하는 구간에서는, 서보 모터의 축의 회전각에 의해 서보 모터가 제어되며, 리니어 센서의 신호를 이용하는 구간에서는, 상부 금형과 하부 금형의 간격에 의해 제어된다. 상부 금형이 최하단에 도달하여도, 압축 응력에 의한 금형의 변형 등으로 인해, 모터축의 회전각은 일정하지 않으며, 도 4의 2)에 나타내는 바와 같이 미세하게 진동한다.

최적 실시예

도 5~도 8에 최적 실시예와 그 특성을 나타내었는데, 특별히 지적하는 점 이외에는, 도 1~도 4의 기본적 실시예와 같다. 도 5는 리니어 센서(50)의 단면을 나타내고, 51은 금속의 케이스이며, 가동(可動)의 자성체 로드(44)에는 자성체(52)와 비자성체(53)로 이루어지는 자기 마크가 설치되어, 복수의 코일을 구비하는 센서 헤드(48) 내부를 관통하고 있다. 기준판(45)에 케이스(51)의 홈(57)을 따라 슬라이딩하는 슬라이딩 부재(54)와 자성체 로드(44)가 고정되어, 기준판(45), 자성체 로드(44), 및 슬라이딩 부재(54)가 일체로 도면의 좌우로 슬라이딩한다. 자성체 로드(44)와 슬라이딩 부재(54)는 연결 부재(55)에 의해 연결되어, 탄성체(49)에 의해 도면 좌측의 기준판(45)측으로 가압되어 있다. 또 기준판(45)이 상부 금형측으로부터 가압될 때까지는, 탄성체(49)에 의해 가압되기 때문에 연결 부재(55)는 스토퍼(56)에 의해 위치 결정되며, 자성체 로드(44)의 스트로크는 예컨대 10㎜ 정도이다. 그리고 상기 스트로크의 범위 내에서, 상하의 금형 간의 간격을 측정하며, 스트로크의 초기에는 인코더의 신호와 리니어 센서(50)의 신호를 가중 평균하여, 서보 모터에 피드백하고, 중기에 상부 금형은 최고 하강점까지 하강하여, 사출 성형, 다이캐스트 성형, 프레스 성형 등을 실시한다.

자성체 로드(44)가 상부 금형에 의해 도면의 우측으로 급격하게 가압되면, 자성체 로드(44)가 상부 금형측의 기준판으로부터 독립하여 운동할 우려가 있다. 이러한 진동은, 서보 모터의 제어를 불안정하게 한다. 이에 대하여, 탄성체(49)와 스토퍼(56)를 이용하여, 자성체 로드(44)를 최초부터 기준판(45)측으로 강하게 가압함으로써, 자성체 로드(44)의 감속도(減速度; 가속도의 절대치)를, 상부 금형의 감속도보다 크게 한다. 그러면 진동은 생기지 않는다. 또 설령 진동이 발생한다 하더라도, 스트로크의 초기에만 생긴다. 그리고 인코더의 신호와 리니어 센서(50)의 신호를 가중 평균하여 이용하면, 진동의 영향을 작게 할 수가 있다. 이러한 기구를 도 6에 나타낸다.

도 6은 상부 금형의 최고 하강점(P) 부근에서의 상부 금형(4)의 위치와 속도를 나타내며, 궤적(60)은 상부 금형(4)의 위치와 속도를 나타낸다. 또 우측 상방의 원 내의 쇄선(鎖線; 62)으로, 리니어 센서의 자성체 로드(44)가 상부 금형으로부터 떨어져 운동하는 것으로 하여, 그 궤적을 나타낸다. 자성체 로드(44)가 상부 금형(4)으로부터 독립하여 운동하는 것으로 하면, 그 감속도(a)는 탄성체(49)의 탄성 정수에 비례하며, 또한 스토퍼(56)에 의해 탄성체(49)를 압축해 두면 커진다. 상부 금형(4)의 감속도를 b로 하면, 자성체 로드(44)의 감속도(a)가 상부 금형의 감속도(b)보다 클 경우, 자성체 로드는 상부 금형에 탄성체에 의해 밀어 붙여져 진동하지 않는다. 이에 탄성체(49)의 탄성 정수와, 스토퍼(56)의 위치를 선택함으로써, 자성체 로드(44)의 진동을 방지할 수가 있다. 자성체 로드의 감속도(a)는 최고 하강점에 가까워질수록 커지기 때문에, 자성체 로드의 궤적(62)이 상부 금형의 궤적(60)으로부터 떨어질 가능성이 있는 것은, 스트로크의 초기로 한정된다. 스트로크의 초기에는, 인코더와 리니어 센서를 병용하여 속도 제어를 하기 때문에, 자성체 로드(44)의 진동이 설령 발생한다 하더라도 작아, 속도 제어에 대한 영향은 작다.

도 7은 리니어 센서(50)의 하부 금형(6)에 대한 부착을 나타낸다. 사출 성형, 다이캐스트 성형, 프레스 성형 등을 하는 챔버(70)의 주위의 예컨대 4곳에, 리니어 센서(50)가 고정되어 있다. 이 때문에 상하의 금형(4, 6)의 접촉에 수반되는 응력, 및 하부 금형(6)의 온도 변화 등의 영향을 받지 않고, 상하의 금형 간의 상대 위치를 정확하게 측정할 수가 있다. 또 챔버(70) 주위의 복수의 위치에 리니어 센서(50)를 배치하기 때문에, 금형 간의 상대 위치의 평균치와 치우침(편향)을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 상부 금형에는 기준판(24)을 설치하여도 되고, 기준판(24)을 설치하지 않고 상부 금형 자체를 기준판으로 하여도 무방하다.

도 8에 최적 실시예에서의 제어 결과를 나타내고, 도 9에 인코더의 신호만으로 서보 모터를 제어하는 종래예에서의 제어 결과를 나타낸다. 도면의 모터 단부 위치는 인코더의 신호를 나타내며, 여기에서는 상부 금형의 스트로크에서의 최하단 부근의 구간에서의 결과를 나타낸다. 실시예에서는, 몰드 클램핑 위치에 있어서, 시스템의 외란(外亂)을 포함하여 상하 금형의 간격을 3㎛ 미만의 오차로 제어할 수 있게 되어 있다. 또한, 리니어 센서의 측정 오차는 예컨대 ±1㎛ 정도로 할 수 있다. 또 금형의 접촉에 의한 응력 등 때문에, 모터 단부에서의 위치는 일정하지 않다. 실시예에서는, 응력에 의한 변형 및 열변형 등을 보정하도록 리니어 센서의 신호로 피드백 제어하므로, 이 때문에 상부 금형의 하단 위치를 일정하게 하면, 모터 단부의 위치는 일정하게 되지는 않는다. 이에 대하여 종래예에서는, 모터 단부의 위치가 일정해지며, 상부 금형의 하단 위치는 불안정하다.

실시예에는 이하의 특징이 있다.

1) 상하의 금형(4, 6)의 대향부 부근에서, 금형 부착용 리니어 센서(22, 50)와 기준판(24)을 이용하여, 금형(4, 6) 간의 실제의 간격을 측정한다.

2) 짧은 측정 레인지의 금형 부착용 리니어 센서(22, 50)를 이용하여, 높은 위치 분해능으로 금형(4, 6)의 간격을 측정한다.

3) 금형 부착용 리니어 센서(22, 50)의 측정 레인지로부터 벗어나는 구간에서는, 인코더(36)의 신호를 이용하여, 가산기(40)로 인코더(36)의 신호의 웨이트(w)와 리니어 센서의 신호의 웨이트(1-w)를 연속적으로 변화시키기 때문에, 센서의 전환에 수반되는 제어의 혼란이 발생하지 않는다.

4) 위치 제어의 마이너 루프로서 속도를 제어하고, 속도 제어의 마이너 루프로서 토크(전류)를 제어하도록, 다중(多重)의 피드백 제어 루프를 구성한다.

5) 피드백 신호의 인코더와 리니어 센서의 전환에서는, 제어 루프에 관하여, 피드백 신호만을 변경하도록 전환을 수행한다. 이 때문에, 인코더와 리니어 센서에서 신호의 응답성과 최소 분해능 등을, 전(前)처리에 의해 맞추는 것이 바람직하다. 또 위치를 지정하는 파라미터 및 루프 게인 등의 서보 파라미터(parameter)는, 피드백 신호를 전환하여도 동일한 수치를 사용한다.

6) 탄성체(49)와 스토퍼(56) 등에 의해, 자성체 로드(44)를 미리 가동의 상부 금형측으로 가압하고, 또한 자성체 로드(44)가 상부 금형측으로부터 독립하여 운동할 때의 감속도를, 상부 금형의 감속도보다 크게 한다. 그러면 자성체 로드(44)는 상부 금형측으로부터 떨어져 운동할 수 없게 되므로, 정확하게 측정하고자 하는 금형의 거동(擧動), 즉 자성체 로드(44)의 거동과 리니어 센서의 거동을 시간적으로 일치시킬 수가 있다.

7) 자성체 로드(44)가 상부 금형으로부터 독립하여 운동하는 영역은, 금형 부착용 리니어 센서의 기준판(24)에 자성체 로드의 기준판(45)이 접촉하지 않은 상태로부터, 쌍방의 기준판이 접촉한 후의 자성체 로드(44)의 스트로크의 초기로 한정된다. 이 영역에서는 인코더의 신호와 리니어 센서의 신호를 병용하여, 속도 제어를 하기 때문에, 자성체 로드(44)의 진동이 설령 발생한다 하더라도, 제어측에서 영향을 작게 할 수가 있다.

8) 도 7과 같이, 챔버(70)의 주위에서 고정의 하부 금형(6) 내에, 리니어 센서(50) 등을 복수 배치하면, 상하의 금형의 상대 위치를 정확하게 측정할 수가 있다. 특히 금형의 내부이면서 또한 챔버의 부근에서 측정하기 때문에, 금형의 접촉으로 인한 변형, 금형의 온도 변형으로 인한 변형 등이, 오차가 되지 않는다. 또 상하의 금형의 위치의 치우침도 측정할 수가 있다.

9) 몰드 클램핑이 종료되면, 제어 루프로부터의 토크 출력을 절단하거나, 혹은 모터의 이상 발열 등을 방지하기 위하여 저(低) 토크로 제한한다.

2; 사출 성형 장치
4; 상부 금형
6; 하부 금형
8; 이동 금형
10; 고정 금형
11; 가이드 핀
12; 램 샤프트(Ram shaft)
14; 크랭크 기구
16; 서보 모터
18; 사출 장치
20; 제어부
22, 50; 금형 부착용 리니어 센서
24; 금형 부착용 리니어 센서의 기준판
26; 왜곡 게이지
30; 지령 발생기
31, 32; 차분기(差分器)
33, 34; 증폭기
35; 전류 증폭기
36; 인코더
38, 40; 가산기
42, 51; 케이스
44; 자성체 로드
45; 자성체 로드의 기준판
46, 47; 기준면
48; 센서 헤드
49; 탄성체
54; 슬라이딩 부재
55; 연결 부재
56; 스토퍼
57; 홈
60, 62; 궤적
70; 챔버

Claims

적어도 한 쌍의 서로 대향되는 금형과, 상기 금형 중 적어도 한쪽을 램 샤프트를 통해 이동시키는 서보 모터와, 상기 서보 모터의 인코더의 신호 혹은 상기 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지(long range)의 리니어 센서의 신호를 제어 입력으로 하여, 서보 모터를 피드백 제어하는 제어부를 구비하는 몰드 클램핑 장치로서,
상기 금형의 대향부 부근에서 한쪽의 금형에 직접 고정되어, 대향하는 금형 혹은 대향하는 금형에 부착된 기준판과 접촉함으로써, 대향하는 금형 혹은 상기 기준판을 기준으로 하는 위치를 측정하는 리니어 센서로 이루어지는 금형 부착용 센서를 설치하고, 금형 부착용 센서의 신호에 의해 금형 간의 간격을 모니터하도록 구성되어 있는 동시에,
상기 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호와의 사이에서 상기 제어 입력을 연속적으로 전환하는 전환 수단을 설치하고,
몰드 클램핑 위치 부근의 몰드 클램핑 영역에서는 금형 부착용 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하며,
몰드 클램핑 위치로부터 떨어진 원격 영역에서는 상기 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하고,
원격 영역과 몰드 클램핑 영역 사이의 중간 영역에서는 상기 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호와의 사이에서 상기 제어 입력을 연속적으로 전환하도록 구성되며,
상기 전환 수단은, 0 이상 1 이하의 가변(可變)의 웨이트(w)에 의해, 인코더의 신호(P1) 혹은 상기 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호(P2)를, 제어 입력(P3)으로
P3 = P1·w＋P2·(1-w) 에 의해 변환하며, 금형 부착용 센서의 측정 레인지로부터 벗어나는 구간에서는
w = 1
이고, 금형이 가장 근접하는 구간에서는
W = 0
이며, 금형 부착용 센서의 측정 레인지 내에 금형이 진입하면, 웨이트(w)가 1에서 0으로 연속적으로 변화하도록, 웨이트(w)가 정해져 있는 것을 특징으로 하는, 몰드 클램핑 장치.
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제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
지령 위치와 상기 제어 입력과의 오차를 속도 지령으로 변환하기 위한 위치 제어 수단과,
속도 지령과 상기 인코더의 신호의 시간당 변화율과의 오차를 전류 지령으로 변환하기 위한 속도 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 몰드 클램핑 장치.
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제 1항에 있어서,
금형 부착용 센서는, 자기 마크를 구비하고 또한 대향되는 금형에 의해 진퇴하는 자성체 로드와, 상기 자성체 로드의 진퇴 위치를 측정하는 센서 헤드와, 상기 자성체 로드의 램 샤프트측으로의 이동 한계를 정하는 스토퍼와, 상기 자성체 로드를 상기 램 샤프트측으로 가압하는 탄성체를 갖는 리니어 센서이며,
대향되는 금형에는 상기 자성체 로드에 맞닿아 자성체 로드를 램 샤프트를 따라 이동시키는 맞닿음 부재가 설치되며,
스토퍼에 의해 고정된 위치에서 자성체 로드를 램 샤프트측으로 상기 탄성체에 의해 미리 가압하여 둠으로써, 맞닿음 부재와의 접촉에 의한 자성체 로드의 진동을 댐핑하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 몰드 클램핑 장치.
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제 4항에 있어서,
금형 부착용 센서는, 자기 마크를 구비하고 또한 대향되는 금형에 의해 진퇴하는 자성체 로드와, 상기 자성체 로드의 진퇴 위치를 측정하는 센서 헤드와, 상기 자성체 로드의 램 샤프트측으로의 이동 한계를 정하는 스토퍼와, 상기 자성체 로드를 상기 램 샤프트측으로 가압하는 탄성체를 갖는 리니어 센서이며,
대향되는 금형에는 상기 자성체 로드에 맞닿아 자성체 로드를 램 샤프트를 따라 이동시키는 맞닿음 부재가 설치되며,
스토퍼에 의해 고정된 위치에서 자성체 로드를 램 샤프트측으로 상기 탄성체에 의해 미리 가압하여 둠으로써, 맞닿음 부재와의 접촉에 의한 자성체 로드의 진동을 댐핑하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 몰드 클램핑 장치.
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제 1항, 제 4항, 제6항 및 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰드 클램핑 장치는 사출 성형 장치, 프레스 성형 장치, 다이캐스트 성형 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 몰드 클램핑 장치.
서보 모터의 인코더의 신호 혹은 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호를 제어 입력으로 하여, 서보 모터를 피드백 제어하면서, 서로 대향되는 금형 중 적어도 한쪽을 이동시키는 몰드 클램핑 방법으로서,
상기 금형의 대향부 부근에서 한쪽의 금형에 직접 고정되어, 대향하는 금형 혹은 대향하는 금형에 부착된 기준판과 접촉함으로써, 대향하는 금형 혹은 상기 기준판을 기준으로 하는 위치를 측정하는 리니어 센서로 이루어지는 금형 부착용 센서를 설치하고, 금형 부착용 센서의 신호에 의해 금형 간의 간격을 모니터하는 동시에,
전환 수단에 의해, 상기 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호와의 사이에서 상기 제어 입력을 연속적으로 전환하고,
몰드 클램핑 위치 부근의 몰드 클램핑 영역에서는 금형 부착용 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하며,
몰드 클램핑 위치로부터 떨어진 원격 영역에서는 상기 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호에 의해 서보 모터를 제어하고,
원격 영역과 몰드 클램핑 영역 사이의 중간 영역에서는 상기 인코더의 신호 혹은 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호와의 사이에서 상기 제어 입력을 연속적으로 전환하며,
상기 전환 수단은, 0 이상 1 이하의 가변(可變)의 웨이트(w)에 의해, 인코더의 신호(P1) 혹은 상기 램 샤프트의 위치를 감시하는 롱 레인지의 리니어 센서의 신호와, 금형 부착용 센서의 신호(P2)를, 제어 입력(P3)으로
P3 = P1·w＋P2·(1-w) 에 의해 변환하며, 금형 부착용 센서의 측정 레인지로부터 벗어나는 구간에서는
w = 1
이고, 금형이 가장 근접하는 구간에서는
W = 0
이며, 금형 부착용 센서의 측정 레인지 내에 금형이 진입하면, 웨이트(w)가 1에서 0으로 연속적으로 변화하도록, 웨이트(w)가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 몰드 클램핑 방법.