KR102161890B1 - 플라스틱 재료를 사출 성형하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

플라스틱 재료를 사출 성형하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

밀폐위치 및 개방위치사이에서 이동할 수 있는 밸브 핀(7)을 포함하는 적어도 한 개의 인젝터(3, 3a 내지 3d)를 포함하고, 상기 인젝터가 회전식 전기 액추에이터(8, 8a 내지 8d)에 의해 밀폐위치 및 개방위치사이에서 이동할 수 있는 밸브 핀(7)을 포함하는 장치를 이용하여 플라스틱 재료를 사출 성형한다. 상기 밸브 핀(7)이 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지의 경로에 위치할 때 상기 회전식 전기 액추에이터(8, 8a 내지 8d)에 의해 발생된 토크값을 감지하고 감지된 토크값이 몰딩과정을 조종하기 위해 이용되는 적어도 한 개의 단계가 제공된다.

Description

플라스틱 재료를 사출 성형하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INJECTION MOLDING OF PLASTIC MATERIALS}
본 발명은, 플라스틱 재료를 사출 성형하는 것과 관련되고, 특히 적어도 한 개의 인젝터와 연결되고 압력을 받는 유체 플라스틱 재료의 분배기를 포함하고 상기 인젝터가 밀폐위치 및 개방위치 사이에서 이동할 수 있는 밸브 핀을 포함하는 장치를 이용하여 사출 성형하기 위한 방법에 관한 것이다.
전형적으로 상기 사출 성형 방법은, 상기 밸브 핀을 밀폐위치로부터 개방위치로 이동시킨 후에 상기 플라스틱 재료로 성형 공동을 충진하는 단계 및, 다음에 상기 밸브 핀이 개방위치에 유지되며 상기 공동속으로 주입된 플라스틱 재료의 압력이 작용하며 채워지는 패킹단계를 포함한다. 다음에 상기 밸브 핀은 상기 개방위치로부터 밀폐위치로 이동하고 상기 플라스틱 재료가 고형화될 수 있는 대기 시간 후에 성형된 제품이 상기 성형로부터 추출된다.
상기 인젝터 또는 각 인젝터의 핀은 전형적으로 유체 액추에이터에 의해 이동한다. 최근에, 상기 밸브 핀이 전자 시스템을 이용하여 전기식 회전 액추에이터에 의해 제어되어 구동된다.
몰딩 장치를 구성하는 인젝터의 밸브 핀을 구동하기 위한 전기식 액추에이터의 이용이 예를 들어, (출원인의) 문헌 제 JP-06114887호, 제 US-7,121,820호 및 제 EP 2,679,374호에서 설명된다. 유압식 액추에이터와 비교하여 전기식 액추에이터는, 적절한 센서들 및/또는 구체적인 알고리듬에 의해 감지되는 공정 매개변수들을 기초하여 작동하는 전자 시스템에 의해 훨씬 더 용이하게 제어될 수 있다. 이렇게 하여, 문헌 제 US 6,294,122 호에 설명된 것처럼, 몰딩 사이클 동안 주입된 플라스틱 재료의 유동을 변화시키기 위해 상기 개방 위치와 밀폐 위치사이에서 밸브 핀의 위치 및, 밸브 핀을 상기 밀폐위치로부터 개방위치로 이동하는 동안 상기 밸프 핀의 변위속도를 효율적으로 제어할 수 있다. 따라서, 문헌 제 WO 2012/074879호 및 제 WO 2012/087491호에 의하면, 상기 밸브 핀을 밀폐 위치로부터 개방 위치로 초기 속도에서 이동시키고 다음에 상기 초기 속도보다 큰 한 개이상의 속도에서 이동시키기 위해 전기식 액추에이터의 제어가 제공된다. 상기 제어는, 상기 밀폐 위치로부터 시작되고 상기 밸브 핀에 의해 커버되는 공간 또는 시간의 함수로서 작동한다.
전기적으로 작동하는 밸브 핀의 위치제어가 문헌 제 JP- 2009298091A 호 및 제 JP-2002059467A 호에 공개된다. 공개 문헌 BRAUN P.: 2005년 12월 1일 독일 하이델베르그에 소재한 회트히 게엠베하(Huethig GmbH)사의 XP001155127, 제38 내지 39쪽에 공개된 "정밀위치설정", 플라스틱 가공장치에 의하면, 전기식 액추에이터에 의해 상기 밸브 핀이 제어되고 작동되며, 오작동 감지를 위해 토크가 감지되고 이용된다.
상기 형태의 제어는, 실제 공정 상태들 또는 다소 예를 들어, 작업상태의 변화 및 플라스틱 재료의 물리적 상태(성형내부에서 패킹(packing) 상태, 온도, 점성) 등에 따라 심하게 변화할 수 있는 일련의 매개변수들과 상관성을 가지기 어렵다.
예를 들어, 범퍼 등과 같은 대형 차량 부품에서와 같이 기계적 및 미적 관점에서 고품질이 요구되는 제품을 사출 성형하기 위해 상대적으로 높은 정밀도의 제어가 필요하다. 이 경우, 몰딩 장치는 전형적으로 서로 다른 성형 영역들에 분포된 일정 갯수의 인젝터들을 포함한다. 상기 인젝터들이 단일 분배기(distributor)에 의해 공급되는 경우에, 특정 인젝터들과 인접한 공동 영역들 및 주변 인젝터들에 해당하는 영역들사이에는 주입된 플라스틱 재료의 서로 다른 압력차와 밀도가 발생된다. 따라서, 이러한 경우들에서, 시퀀스에 따른 인젝션이 이용되며, 성형 공동을 충진하는 단계는 사실상 서로 다른 인젝터들의 밸브 핀들의 개방을 시퀀스에 따라 제어하여 수행되어 중심 영역으로부터 시작하여 주변 영역을 향해 성형 공동을 점진적으로 충진한다. 이 경우, 중심 인젝터들의 밸브 핀들은 전체 주입 사이클 동안 개방된 상태로 유지되거나 주변 인젝터들의 밸브 핀들이 개방된 후에 밀폐 위치로 이동할 수 있다. 이렇게 하여 상기 성형 공동의 충진 전방부의 이동이 개선되고, 초기에 충진되는 공동 영역에서 플라스틱 재료의 누적으로부터 발생되는 구속 압력이 감소된다.
특히 시퀀스에 따르는 상기 형태의 주입에 있어서, 상기 충진 단계 및 계속되는 패킹 단계는 서로 다른 공동영역들 및 서로 다른 인젝터들사이에서 양호한 균형을 이루어야 하는 데, 그렇지 않으면 성형부분들의 변형문제가 발생될 뿐만 아니라 기계적 특성의 감소에 의한 인장, 두께의 국소 증가 및 일부 경우들에서 몰딩 단계 동안 필라멘트(filaments) 및 파손이 발생할 수 있기 때문이다.
소수일지라도 유사한 문제들이, 반드시 시퀀스 방식을 이용하는 것이 아닌 치수를 가진 제품의 사출 성형에서도 발생될 수 있다.
본 발명의 목적은, 실제 공정 매개변수들 및 공정매개변수들의 가변성(variability)과 더욱 직접적인 상관관계를 가진 주입 공정의 제어를 통해 상기 기술적인 문제들을 효과적으로 해결하는 것이다.
상기 목적을 고려할 때, 서두에 정의한 형태의 사출 성형을 위한 방법에 관한 본 발명에 의하면, 상기 밸브 핀이 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지의 경로에 위치할 때 상기 회전식 전기 액추에이터에 의해 발생된 토크값을 감지하고 몰딩과정을 조종하기 위해 상기 감지된 토크값이 이용되는 적어도 한 개의 단계가 제공된다.
상기 밸브 핀을 이동시키기 위해 필요하고 개방 경로를 따라 밸브 핀을 일시적으로 정지된 상태로 유지하기 위해 상기 전기식 모터에 의해 발생되는 토크가, 상기 성형속으로 주입되는 플라스틱 재료의 압력의 함수라는 발견에 기초한다. 감지된 토크를 통해, 상기 전기식 액추에이터의 제어는 밸브 핀의 위치설정에 영향을 주어 성형속으로 유동하는 플라스틱 재료의 유동을 증가시키거나 감소시키며 플라스틱 재료의 속도에 영향을 주어 속도를 적합하게 변화시킨다.
상기 밸브 핀에 작용하는 하중으로부터 형성되고 상기 전기식 액추에이터에 의해 발생되는 토크는 정적상태에서 또는 다소 움직이지 않는 밸브에 의해 더욱 정밀하고 정확하게 감지될 수 있다. 이를 위해 본 발명에 의하면, 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지 밸브 핀의 운동은 불연속적이고 상기 밸브 핀의 운동은 상기 밸브 핀이 일시적으로 정지되며 토크 값이 감지되는 적어도 한 개의 단계를 포함한다. 상기 일시적으로 정지되는 단계 다음에 상기 밸브 핀이 상기 밀폐위치를 향해 미리 정해진 값만큼 귀환하는 단계가 이어질 수 있다. 이러한 구성은, 상기 액추에이터와 핀사이에 연결 간격이 존재하기 때문에, 액추에이터의 위치가 일관되게 정해질 수 없다면 특히 유용하다. 상기 밸브의 정지(arrest) 후에 상기 밸브의 운동 역전에 의해 전기식 모터의 토크가 감지될 수 있고 간격을 정상으로 회복시킨다.
토크 값은 항상 주입압력에 대해 정비례하는 것이 아니기 때문에, 상기 밸브 핀에 관한 일련의 개방 및 밀폐 사이클 과정동안 즉, 상기 성형속으로 플라스틱 재료를 주입하지 않고 상기 토크 값을 감지하는 상기 단계가 수행되는 초기 교정단계로 진행하는 것이 유리하다.
앞서 설명한 것처럼, 본 발명을 따르는 방법은 시퀀스에 따른 주입 과정에서 특히 유리하다. 이 경우, 각 인젝터의 밸브 핀의 회전식 전기 액추에이터에 의해 발생되는 토크 값이 감지되고, 예를 들어, 상기 밸브 핀들의 운동 변화에 의해 상기 토크를 필수적으로 균일하게 만들기 위해 감지된 토크 값들이 이용된다. 그 결과 상기 몰드 공동내부에 최적의 압력분포가 구해지며, 따라서 성형되는 제품의 품질이 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 적어도 한 개의 인젝터와 연결되고 압력을 받는 유체 플라스틱 재료의 분배기를 포함하고 상기 인젝터가 밀폐위치 및 개방위치사이에서 이동할 수 있는 밸브 핀을 포함하며, 상기 밸브 핀이 회전식 전기 액추에이터에 의해 제어되고 작동하며 플라스틱 재료를 몰드 공동속으로 사출 성형하기 위한 장치가 제공되며, 상기 밸브 핀이 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지의 경로에 위치할 때 상기 회전식 전기 액추에이터에 의해 발생된 토크 값을 감지하고 몰딩과정을 조종하기 위해 감지된 토크 값을 이용하도록 구성되는 특징을 가진 장치가 제공된다.
몰딩 과정동안 개방 단계가 종료할 때, 몰드속으로 주입된 플라스틱 재료의 패킹 단계에서 상기 밸브 핀은 정지된 상태로 유지되고 다음에 상기 밸브 핀은 밀폐위치로 귀환한다. 본 발명을 따르는 장치는, 상기 패킹 단계 및/또는 상기 밸브 핀이 밀폐위치로 귀환하는 동안 상기 회전식 전기 액추에이터에 의해 발생된 토크값을 감지하도록 구성된다.
본 발명을 따르는 장치는 또한, 밸브 핀이 일시적으로 정지되고 상기 토크 값이 감지되는 적어도 한 개의 단계에 의해 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지 불연속적으로 밸브 핀의 운동을 수행하도록 구성된다. 일시적으로 정지되는 상기 단계 다음에 상기 밸브 핀이 정해진 값만큼 상기 밀폐위치를 향해 귀환하는 단계가 이어진다.
본 발명이, 본 발명을 제한하지 않는 예를 제공하는 첨부된 도면들을 참고하여 상세하게 설명된다.
도 1은, 종래기술을 따르는 사출 성형 장치의 일부분을 개략적으로 도시한 부분 단면도.
도 2는, 시간의 함수로서 상기 밸브 핀의 행정(stroke), 주입 사이클 동안 도 1의 몰딩 장치의 전기식 액추에이터에 의해 발생되는 주입압력 및 토크의 그래프를 도시하는 정규화된 그래프.
도 3은, 도 2와 유사한 그래프로서 상기 밸브 핀의 속도가 그래프에 추가된 그래프.
도 4는, 도 3과 유사한 그래프로서 밸프 핀의 개방운동시 밸브 핀의 정지단계가 제공되는 경우와 관련되는 그래프.
도 5는, 시퀀스에 따른 주입 사이클을 수행하기 위한 몰딩 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 측면도.
도 6은, 도 2와 유사한 선도로서, 도 5의 몰딩 장치에 관한 선도.
도 7은 도 3의 선도와 유사한 선도로서, 도 5의 몰딩 장치에 관한 선도.
도 1에 개략적으로 도시된 플라스틱 재료의 사출 성형을 위한 장치는 종래기술에 따라, 용융된 플라스틱 재료의 분배기(distributor)(2) 또는 고온 챔버와 연결된 인젝터(3)를 포함하고, 주입 통로("게이트(gate))"를 통해 몰드의 몰드 공동(S)과 서로 연결되며 자유 단부에서 노즐 단부(6)를 가진 노즐(5)을 포함한다. 도 1에서 하강된 밀폐위치 및 상승된 개방 위치사이에서 액추에이터(8)에 의해 노즐(5)을 따라 축 방향으로 이동할 수 있는 밸브 핀(7)을 이용하여 상기 플라스틱 재료의 유동이 상기 노즐 단부(6)를 통해 제어된다.
상기 액추에이터(8)는 전기식 액추에이터이고 좀 더 구체적으로 회전식 전기 모터이며, 본 출원인의 상기 문헌 제 EP 2,679,374호에 설명되고 도시된 형태인 것이 편리하기 때문에 단지 설명을 위해 도 1에 도시된 액추에이터의 배열이 제시되며, 상기 전기식 모터(8)의 회전축은 전형적으로 나사와 너트 유닛 및 피봇 회전 레버를 포함한 역전식 변속기(reversible- type transmission)를 통해 상기 밸브 핀(7)을 구동한다.
상기 밸브 핀(7)이 이동하는 동안 구체적으로 상기 밸브 핀이 밀폐위치로부터 개방위치까지 형성된 경로에 위치할 때, 도면에서 알 수 있듯이, 상기 전기식 모터(8)에 의해 발생된 토크 값을 포함한 다양한 매개변수들의 함수로서 제어되어 상기 전기식 모터(8) 및 결과적으로 상기 밸브 핀(7)을 구동하도록 구성된 전자제어 유닛(4)에 상기 전기식 모터(8)가 작동하도록 연결된다.
본 발명에 의하면, 상기 몰드 공동(S) 속으로 플라스틱 재료가 주입되는 주입 사이클은 사실상, 상기 밸브 핀(7)에 작용하는 하중의 함수이고 통상의 기술자들의 지식범위에 속하는 시스템에 의해 감지되는 토크 값에 의해 제어 즉 조종(piloted)된다.
정규화된 선도(normalized diagram) 형태인 도 2에 의하면, 밀폐 위치로부터 개방위치까지 밸브 핀의 행정(실선 A), 주입 압력의 추이(점선 B로 표시된 그래프) 및 전기식 모터(8)에 의해 발생된 토크의 추이 (실선 C로 표시된 그래프)사이의 상관관계가 시간의 함수로서 도시된다. 전형적으로 상기 주입 사이클은, 상기 밸브 핀(7)이 상기 밀폐 위치로부터 개방 위치까지 이동한 후에 상기 플라스틱 재료에 의해 상기 몰드 공동(S)을 충진하는 단계 다음에, 상기 밸브 핀(7)이 개방위치에서 정지된 상태로 유지되고 상기 공동속으로 주입되는 플라스틱 재료의 압력이 작용하는 패킹(packing) 단계를 포함한다. 다음에 상기 밸브 핀(7)은 상기 개방위치로부터 상기 밀폐위치로 귀환한다.
도 2의 선도에서 알 수 있듯이, 상기 주입 압력은 상기 패킹 단계에 도달한 최대값까지 증가하고 다음에 감소하며 사실상 일정하게 유지되며 상기 밸브 핀(7)이 상기 밀폐위치로 귀환할 때 영이 된다. 상기 전기식 모터(8)에 의해 발생된 토크는 상기 밸브 핀(7)이 개방되기 시작할 때 처음에 음의 값을 가지고 심지어 패킹 단계에서 필수적으로 추이를 따르며 주입 압력의 증가에 따라 증가되고, 상기 패킹 단계가 종료할 때 상기 토크는 다시 증가하여 상기 밸브 핀(7)은 밀폐위치를 향해 귀환하기 시작하고 다음에 상기 몰드 공동(S)이 충진되고 패킹된 상태로 상기 밸브 핀(7)을 밀폐된 상태로 유지하기 충분한 값으로 점진적으로 감소된다.
도 3의 선도에서, 상기 밀폐위치로부터 개방위치까지 밸브 핀(7)이 이동하는 속도가 일정하지 않은 경우에 상기 밸브 핀(7)의 행정에 관한 그래프(A), 주입 압력에 관한 그래프(B) 및 상기 전기식 모터(8)에 의해 발생되는 토크에 관한 그래프(C)가 시간의 함수로서 도시되고 최초 속도의 초기 단계 다음에 상대적으로 더 높은 속도의 중간 단계( 심지어 더 큰 속도의 최종 단계)를 포함한다. 상기 속도의 추이가 도 3에서 그래프(D)로 표시되고, 도면에서 알 수 있듯이 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지 상기 밸브 핀(7)의 운동은 연속적인 것이 아니며, 도시된 적어도 한 개의 정지 단계가 제공됨에 따라 도 3의 그래프에서 상대적으로 작은 속도의 초기 연장부분 및 중간 속도 또는 그래프 D 중에서 상대적으로 큰 최종속도의 연장 부분사이에서 속도가 영인 연장부분에 의해 밸브 핀의 운동은 불연속적으로 제공된다. 상기 주입 사이클 동안 상기 밸브 핀(7)의 정지 단계는 상기 전기식 모터(8)에 의해 발생되는 토크를 더욱 정밀하게 감지하기에 적절하고 유리한 것으로 고려된다. 사실상, 상기 밸브 핀(7)이 운동하는 동안, 상기 전기식 모터(8) 및 밸브 핀(7)사이에서 변속기내부의 상기 운동기구가 가지는 높이에서도 마찰뿐만 아니라 관련 밸브 안내부에 대한 밸브 핀(7)의 동적 미끄럼 효과가 존재하기 때문에, 측정된 토크 값은 상기 주입 압력과 쉽게 상관성을 가지지 못한다. 그러므로 매우 짧은 시간 동안 상기 밸브 핀(7) 및 전기식 모터(8)가 정지된 상태로 배열될 때 토크를 감지하는 것이 더욱 적절하다.
도 4의 선도는 도 3의 선도와 유사하고, 도 3과 상이한 특징에 의하면, 상기 개방위치를 향하는 상기 밸브 핀(7)의 운동을 정지시키는 순간에 그래프 D로 표시되는 상기 밸브 핀(7)의 속도 추이는 밀폐위치를 향하는 부분적인 귀환 단계가 존재하는 짧은 운동 역전을 도시한다. 미리 결정된 경미한 크기의 상기 역전에 의해, 상기 전기식 모터(8)에 의해 발생되는 토크 값이 감지될 수 있고 관련된 변속 운동 기구내에 존재하고 특히 노즐 단부(6)와 마주보는 밸브 핀(7)의 단부 및 상기 전기식 모터(8)에 의해 구동되는 변속기에 대한 밸브 핀의 부착부분사이에 존재하는 간격이 고려될 수 있어서 유리하다. 일반적으로 0.1mm 내지 0.2mm 크기의 간격과 함께 전형적으로 상기 밸브 핀(7)의 헤드에 의해 형성되는 베이요네트 시트(bayonet seat)에 대한 연결에 의해 상기 밸브 핀(7)의 여러 가지 위치가 정해질 수 있다. 사실상, 개방 운동시 상기 밸브 핀(7)에 대해 유체상태의 플라스틱 재료에 의해 형성되는 드래그 하중(drag force)이 크다면, 상기 밸브 핀(7)은 밸브 핀의 헤드보다 상기 베이요네트 시트의 하측 접합부에 더 근접하게 위치하게 된다. 상기 밸브 핀(7)이 고정된 후에 형성되는 밸브 핀(7)의 짧은 귀환운동에 의해 상기 간격의 회복 및 더욱 정확한 토크 측정이 허용된다.
밸브 핀의 개방 행정이 종료할 때 또는 상기 플라스틱 재료가 상기 몰드 공동속으로 패킹되는 단계가 개시될 때, 상기 전기식 모터(8)에 의해 발생된 토크를 추가로 감지하는 단계를 위해 상기 밸브 핀(7)의 짧은 운동 역전이 이루어지는 유사한 단계가 제공될 수도 있다.
단일 인젝터(3)에 관한 상기 방법은, 발생되는 토크의 감지를 허용하면서 제어되는 각각의 회전식 전기 모터(8a,8b,8c,8d)들에 의해 구동되고 직렬로 배열된 중앙의 인젝터(3a), 중간의 인젝터(3b,3c) 및 단부 인젝터(3d)를 포함하는 복수 개의 인젝터들을 통해 시퀀스에 따라 작용하며 주입되는 경우에 대해 적용될 수 있어서 유리하다.
도 5에 도시된 예에 있어서, 차량용 범퍼(P)와 같이 높은 미적 가치를 가진 대형 제품을 생산하기 위해 시퀀스 방식의 사출 성형 장치가 이용된다. 인젝터(3a 내지 3d)들은 공통의 분배기(2) 또는 고온 챔버로부터 공급되고, 몰드의 중앙 주입 통로에 제1 인젝터가 배열되고 상대적으로 주변에 위치한 주입 통로들에 다른 인젝터들이 점차로 배열된다.
도 6의 정규화된 선도에 의하면, 각각의 상기 중앙 인젝터(3a) (그래프 Aa), 중간 인젝터(3b,3c)(그래프 Ab 및 그래프 Ac) 및 단부 인젝터(3d)(그래프 Ad)의 밸브 핀들의 행정, 주입 압력의 추이(그래프 B), 모터(8a) (그래프 Ca), 모터(8b) (그래프 Cb), 모터(8c) (그래프 Cc) 및 모터(8d) (그래프 Cd)의 토크에 관한 추이가 시간에 대한 함수로서 도시된다. 예를 들어, 시퀀스에 따라 주입되는 동안 상기 모터(8a 내지 8d)들의 토크 값이 감지되면, 사이클을 최적화하기 위한 서로 다른 밸브 핀(7)들의 운동 알고리듬이 정의될 수 있다. 예를 들어, 주입 사이클 동안, 각각의 인젝터에 대해 감지된 모터의 토크가 이전의 모터 토크와 유사한 값을 가지도록 다양한 밸브 핀들이 개방위치로 이동할 수 있다.
심지어 정비 단계 및/또는 밀폐 단계에서, 인젝터의 전기 모터에 의해 흡수된 토크를 감지하는 것이 유용하고 적절하다. 예를 들어, 아래에서 설명되는 도 7의 선도에 의하면, 상기 중심 인젝터(Aa)의 밸브 핀의 행정이 밀폐 단계 동안 20%와 근사한 값에서 정지할 때 상기 짧은 정지과정 동안 각 전기 모터의 감지 토크(Cc)는 예를 들어, 이전에 수행된 주입 사이클의 함수로서 결정된 제한 값보다 크다. 각 밸브 핀(7)이 일시적으로 짧게 정지한 후에 이어지는 제2 경우에서 정비 및/또는 밀폐 단계의 토크 제어를 통해, 예를 들어, 관련 밸브 핀들의 운동변화에 의해 상기 단계들에서 모든 인젝터들의 전기 액추에이터들의 토크를 표준화되어, 상기 인젝터들과 근접한 영역들에서 성형된 제품들의 변형을 더욱 효율적으로 제어할 수 있다.
모든 경우에서, 전기 모터에 의해 가해지는 토크를 감지하는 것을 기초한 제어에 의해, 몰드 공동 내부의 재료가 가지는 압력과 분포는 더욱 양호하게 균형을 이루어서, 플라스틱 재료의 압력과 밀도는 더욱 균일해 질 수 있다. 이렇게 하여, 시퀀스 공정이 종료될 때 몰딩되는 제품(P)은 기계적 특성과 미적 특성과 관련하여 개선된 특징을 가지게 된다.
도 7에 도시된 선도에 의하면, 이 경우 시간의 함수로서 정규화된 값에 관하여, 관련 밸브 핀(7)의 속도 제어가 제공되는 경우에 행정, 주입 압력 및 인젝터(3a 내지 3d)들의 전기 액추에이터(8a 내지 8d)들에 의해 발생되는 토크의 추이가 도시된다. 이들 각각에 대해 일시적인 정지단계가 제공되고 다음에 토크를 더욱 양호하게 감지하기 위해 밀폐 위치로 짧은 귀환이 이어진다.
본 발명을 따르는 방법은, 토크값의 감지가 상기 밸브 핀(7)에 관한 일련의 개폐사이클 동안 수행되거나 상기 몰드(S) 속으로 플라스틱 재료를 주입하지 않고 수행되는 초기 교정(calibration)단계를 포함하는 것이 유리하다.
본 발명을 따르는 몰딩 방법의 구성 및 그 효과가 다음과 같이 요약된다.
A. 밸브 및 따라서 "게이트(gate)"의 바로 상류위치의 전방 압력이, 밸브를 개방위치 또는 부분적으로 개방된 위치에 유지하기 위해 필요한 토크와 상관관계를 가진다(반대로 상기 토크가 상기 압력과 상관관계를 가진다).
B. 상기 작용은, 상기 전기식 모터와 밸브사이의 운동학적 연쇄작용(kinematic chain)이 가역적이라는 사실에 의해 가능해진다.
C. 상기 밸브가 위치제어에 의해 밀폐되면, 감지된 토크는 주입 시점에서 상기 몰드 공동내부에 형성된 플라스틱 재료의 압력과 비례한다. 상기 값은, 상기 밸브를 지탱하는 게이트에서 상기 플라스틱 재료가 냉각되는 현상뿐만 아니라 다양한 마찰하중이 존재하기 때문에 정확하지 않다.
D. 주입 작용은 없지만 노즐 내부에 플라스틱 재료가 존재하는 빈 상태의 사이클(empty cycle) 동안 감지된 토크는, 상기 플라스틱 재료의 점성과 온도를 표시할 수 있다. 특히 초기 교정 단계 동안 상기 토크 값이 (제공된 플라스틱 재료에 의존하는) 예비설정 한계(preset limit)를 초과하면, 용융된 재료의 점성은 불충분해서 고온 챔버의 노즐이 가지는 현재 온도는 몰딩을 개시하기에는 적당하지 않다.
E. 초기 교정 단계 동안, 밸브가 자유롭게 용융된 재료속으로 잠기며 운동한다는 점만 제외하면 개방 및 밀폐 한계(TDC 및 BDC)들은 운동을 위해 필요한 토크의 함수로서 결정될 수 있다.
F. 교정 단계 동안, 정해진 밸브 행정을 위해 제공된 토크 값들은 적절한 한계 내에서 있지 않게 되면, 시스템은 에러를 발생시킨다. 예를 들어, 상기 TDC를 발견한 후에 프로젝트를 계획된 전체 기계적 행정을 수행하기 전에 상기 시스템이 (어떤 한계값에 대한 토크의 증가를 통해) 오차(tolerance)를 제외한 BDC를 감지하면, 상기 시스템은 에러를 보고한다. 일정한 속도로 행정이 이루어지는 동안 토크가 어떤 한계값을 초과하여 변화하거나 변동하는 경우에 에러가 보고되어, 예를 들어, 밸브 안내부에 밸브가 잼밍(jamming)되고 포착(seizure)되거나 비정상적인 기계적 파손을 표시한다.
G. 몰딩 사이클에서 운동이 수행되는 동안, 시스템과 공정의 정확한 작동을 결정하도록 위치 및 (상측 및 하측의) 토크 한계값들을 설정할 수 있다. 상기 공정은 계속해서 상기 토크를 상기 한계값으로 제한하거나 프레스 또는 생산 영역에 대한 폐기 제품의 전기적 신호로서 상기 폐기 제품을 "양호한" 제품들로부터 분리하기 위해 작업자에게 경고를 발생시키거나 에러를 보고할 수 있다.
H. 몰딩하는 동안 특히, (공정 형태에 따라 10개 내지 30개의 사이클일 수 있는 개시 사이클(startup cycles) 동안, 공정의 느린 안정화 때문에 운동을 위해 필요한 토크 또는 밀폐 높이(closure heights)와 같은 작업 조건의 변화들이 보고될 수 있어서, 예를 들어, 핀과 "게이트"사이에 삽입되는 플라스틱 층은 변화(일반적으로 감소)할 수 있다. 전형적인 또 다른 예는, 주입 압력을 감소시키고 따라서 감지된 토크를 감소시키는 몰드의 가열이다. 제어 시스템은 작업 조건에 적응될 수 있어서, 상기 밀폐위치를 절대 기준(예를 들어, TDC)에 대한 고정 위치로서 형성하는 것이 아니라 항상 위치와 토크의 허용 한계내에서 특정 토크를 극복하는 기능으로서 형성한다.
I. 전기식 모터가 운동할 때 및 정지된 상태로 배열될 때, 상기 전기식 모터의 전자제어 유닛내에서 실행되는 위치들에서 토크는, 제어 소프트웨어/펌웨어의 기능에 의해 음의 값으로부터 양의 값으로 연속적으로 변화할 수 있다. 주입과정 동안 밸브의 드래깅(dragging)이 존재하는 경우에 용융된 플라스틱 재료가 통과하는 원형 통과 단면에 비해 밸브의 표면이 커지도록 견인하중(traction forces)(실제로 점성 하중 또는 전단하중은 예를 들어, 점성 재료 및 매우 긴 노즐 또는 매우 큰 밸브에 의해 증가되며) 또는 상기 밸브의 전방 돌출부에 가압되는 플라스틱 재료의 압력에 의해 형성되는 하중과 같은 압축하중 또는 추력과 같이 밸브에 작용하는 하중을 보상하기 위해 상기 토크는, 토크가 밸브에 작용해야 하는 반작용의 함수로서 음의 값 또는 양의 값을 가진다.
J. 밸브의 개방은 한 개이상의 서로 다른 속도로 발생할 수 있다.
K. 상기 액추에이터가 일시적으로 정지된 상태로 배열될 때 토크를 감지하는 것이 유리하고 더욱 효과적이다.
L. 모든 경우에서, 예를 들어, 비어 있는 교정 사이클들이 이용되면 운동하는 동안 토크 값을 이용할 수 있어서, 상기 사이클 동안 감지된 값들은 제거되거나 그렇지 않으면 몰딩과정 동안 감지된 토크의 그래프와 함께 처리된다.
M. 액추에이터와 핀사이의 연결 공차에 의해, 밸브의 위치는 결정될 수 없다. 사실상 개방과정 동안, 상기 드래그 하중이 크면, 상기 밸브는 밸브 헤드의 베이요네트 시트(bayonet seat)의 하측 접합부와 근접한 반면에, 압축 하중이 크면 상기 밸브 헤드는 상기 베이요네트 시트의 상측 접합부에 배열된다(상대적으로 높은 수단이 챔버로부터 더 멀리 떨어져 위치하는 반면에 상대적으로 낮은 수단에 의해 밸브는 챔버와 근접하게 위치한다). 동일한 작용이 밀폐운동과정에서 발생된다.
N. 토크 및 결과적으로 밸브에 작용하는 하중을 감지하기 위해 개방과정 동안 운동을 짧은 순간 동안 중지시키는 것이 유리하다.
O. 토크가 음의 값을 가지고 따라서 드래그 표시하중(drag index forces)이 압축 하중보다 크면, 밸브는 상기 시트의 하측 접합부에 배열된다. 정확한 압력을 감지하기 위해, 운동을 경미하게 역전시켜서 밸브 헤드에 대한 오차를 회복하는 것이 적절하다.
P. 제어 소프트웨어는 공정을 분석하거나 검증하기 위해 감지된 토크 값을 이용하거나 복잡한 알고리듬으로 시스템 매개변수들을 설정할 수 있다.
Q. 특히 시퀀스에 따라 주입되는 동안, 운동 알고리듬을 상대적으로 많은 액추에이터들에 의해 감지되는 토크의 함수로서 정의할 수 있다.
R. 상기 방법은 단일 몰딩 사이클 또는 정해진 일련의 사이클들을 분석하여 각 액추에이터의 설정값들을 동적으로 변화시키고 원하는 결과로 전환시킬 수 있다.
S. 한 가지 목적은, 몰딩 및 공정 특징들의 함수로서 정해진 갯수의 액추에이터들 또는 모든 액추에이터들에 대해 동일한 최종 토크를 구하는 것이다. 상기 시스템은 하류위치에 전달된 압력을 교축하여 "게이트"를 밀폐하여, 일정범위에 속하는 토크가 형성된다. 상기 범위는 자동으로 설정되거나, ( 최대 속도 및 완전히 개방된 높이에 있는 개방 및 밀폐된 노즐들에 의해) 시퀀스를 따르는 표준 주입과정동안 구해지는 토크 결과들의 함수로서 정해질 수 있다. 이 경우, 소프트웨어는 토크들의 평균값에 대해 두 개의 오프셋(offset) 범위(예비설정 또는 백분율)를 결정할 수 있다.
T. 시퀀스에 따른 주입 단계 동안, 소프트웨어는 이전의 액추에이터와 유사하게 관련 토크를 일정값으로 유지하기 위해 필요한 높이까지 밸브들을 개방시킬 수 있다.
U. 주입 단계에서 이전 액추에이터의 토크가 설정값을 초과하거나 다음에 계속되는 액추에이터의 토크보다 크면, 상기 소프트웨어는 상기 이전의 액추에이터를 밀폐할 수도 있다. 사실상, 연속적인 액추에이터들이 개방하기 시작할 때 이전의 액추에이터들은 목포 토크가 도달할 때까지 밀폐하기 시작한다. 이 단계에서, 상기 액추에이터는 정지하여 실제 토크를 감지하고 추가로 밀폐하여 토크 및 따라서 압력을 추가로 제한할 지를 결정한다.
V. 결과적으로, 몰드의 공동내부에 더욱 균일한 압력의 재분배를 형성하고 따라서 성형된 제품의 품질이 향상될 수 있다.
물론, 본 발명의 실시예들은 도시되고 설명된 실시예들에 대하여 하기 청구범위에 정의된 본 발명의 범위내에서 폭넓게 변화될 수 있다.
2: 분배기 3, 3a 내지 3d: 인젝터,
7:밸브 핀 8a 내지 8d: 회전식 전기 액추에이터.

Claims (1)

  1. 하나 이상의 인젝터(3, 3a 내지 3d)와 연결되고 압력을 받는 유체 플라스틱 재료의 분배기(2)를 포함하고 상기 인젝터가 밀폐위치 및 개방위치사이에서 이동할 수 있는 밸브 핀(7)을 포함하며, 상기 밸브 핀(7)이 회전식 전기 액추에이터(8, 8a 내지 8d)에 의해 제어되고 작동하는 성형 장치를 이용하여 플라스틱 재료를 몰드 공동(S)속으로 사출 성형하기 위한 방법에 있어서,
    상기 밸브 핀(7)이 상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지의 경로에 위치할 때 상기 회전식 전기 액추에이터(8, 8a 내지 8d)에 의해 발생된 토크값을 감지하고 감지된 토크값이 성형 과정을 조종하기 위해 이용되는 하나이상의 단계를 포함하고,
    상기 밀폐위치로부터 상기 개방위치까지 밸브 핀(7)의 운동은 불연속적이고 상기 밸브 핀의 운동은 상기 밸브 핀(7)이 일시적으로 정지되며 토크값이 감지되는 하나이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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