KR20000006253A - 전동식형체장치및형체방법 - Google Patents

전동식형체장치및형체방법 Download PDF

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Abstract

전동식형체장치는 가동플래튼을 고정플래튼에 대하여 전후진시키는 토글기구와, 토글기구를 볼나사기구를 통하여 구동하기 위한 서보모터를 포함한다. 토글기구, 가동플래튼, 고정플래튼은 형체력을 유지하기 위해 형체력이 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고 서보모터가 그 정격전류에 가까운 충분히 큰 전류로 구동되는 형태로 사용된다. 형체력의 제어방법은 토글기구 및 상기 서보모터를 구비하고, 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 서보모터가 그 정격전류에 가까운 충분히 큰 전류로 구동되는 형태로 형체력을 제어한다.

Description

전동식 형체장치 및 형체방법{Motor-Driven Mold Clamping Device And Mold Clamping Method}
본 발명은 전동식 사출성형기에서의 형체(型締,mold clamping)장치 및 형체방법의 개량에 관한 것이다.
최근에는 유압식 사출성형기 대신 전동식 사출성형기가 많이 사용되기 시작하고 있다. 이것은 전동식 사출성형기는 유압식 사출성형기에 비해서 유압펌프나유압배관, 밸브가 필요없기 때문에 구조가 간단해진다는 이유에 의한다. 또, 동력원으로서 서보모터를 사용하고 있기 때문에 제어하기가 쉽다는 이점도 있다. 서보모터가 사용되는 부위는 주로 사출장치와 형체장치이다.
형체장치에 대해 말한다면 토글(toggle)방식이 많다. 토글방식은 서보모터에 의해 발생한 힘을 토글기구로 증배하여 토글링크(toggle link)를 통해 형체력을 부여하는 방식이다. 이러한 토글방식의 형체장치에는 여러가지 개량이 더해지고 있다. 그 일예는 일본국 특허공고공보 평1-22135호에 나타나 있다. 이 형체장치는 서보모터와, 그 회전위치를 검출하기 위한 위치검출기를 포함한다. 형체장치는 또한 서보모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 변환기구를 포함한다. 변환기구는 볼나사기구를 포함한다. 이 변환기구에 의해 토글기구를 구동하고 위치검출기에 의해 가동측(可動側)금형의 위치를 검출하여 형체제어를 한다. 형체시에는 미소(微小)한 전류로 서보모터를 구동하여 형체를 행한다.
미소한 전류로도 되는 이유는 크니킹(knicking)을 가능한 한 작게 하면 충분한 형체력을 발생시킬 수 있기 때문이다. 이렇게 하면 토글배율이 크므로 서보모터의 출력이 작아도 된다. 따라서, 이 형체장치는 소비전력이 적어도 된다는 이점을 갖는다. 또한, 크니킹에 대해서는 후술하겠으나, 크니킹이 작을수록 토글기구의 사점(死点)에 가까워진다.
그러나, 크니킹을 작게 하면 할수록 형체장치를 구성하고 있는 기구부품의 연결부나 접촉부 사이에 작용하는 마찰력의 영향이 커지고, 동작(動作) 히스테리시스가 커진다. 그리고, 동작 히스테리시스가 커지면 서보모터에 의한 형체력의 제어정밀도가 나빠진다는 문제점이 발생한다.
그래서, 본 발명의 목적은 형체장치를 구성하고 있는 기구부품의 연결부나 접촉부 사이에 작용하는 마찰력의 영향을 작게 하여 형체력의 제어정밀도 향상을 도모하는 데 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전동식 형체장치의 구조를 나타낸 도,
도 2는 본 발명에서 사용되는 형체력 피드백(feed back) 제어계의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은 형체력제어에서의 히스테리시스(hysteresis)를 설명하기 위한 특성도,
도 4는 볼나사기구를 설명하기 위한 부분단면도,
도 5는 토글기구에서의 이론적 토글배율과 크니킹과의 관계를 나타낸 특성도.
본 발명에 의한 전동식 형체장치는 가동플래튼을 전후진시키는 토글기구와, 그 토글기구를 볼나사기구를 통하여 구동하기 위한 서보모터를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전동식 형체장치는 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 서보모터에 그 정격전류의 20% 이상의 전류를 흘려보내서 형체력을 유지하는 제어를 행한다.
본 발명에 의한 전동식 형체방법은 서보모터 구동에 의한 토글기구에 의해 형체를 행한다. 본 방법에 있어서는 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 서보모터에 그 정격전류의 20% 이상의 전류를 흘려보내서 형체력을 유지하는 제어를 행한다.
도 1을 참조하여 본 발명이 적용되는 전동식 형체장치에 대해 설명한다. 도 1에서 형체장치는 고정플래튼(fixed palten,11), 토글서포트(toggle support;12)를 포함한다. 4개의 타이바(tie bar,13)(2개만 도시함)가 토글서포트(12)와 고정플래튼(11) 사이에 설치되어 있다. 가동플래튼(14)은 고정플래튼(11)과 마주보게 해서 타이바(13)를 따라서 전후진이 자유롭게 되도록 설치되어 있다. 고정플래튼(11)에서의 가동플래튼(14)과 마주보는 면에는 도시하지 않은 고정(固定)금형이 설치된다. 한편, 가동플래튼(14)에서의 고정플래튼(11)과 마주보는 면에는 도시하지 않은 가동금형이 설치된다.
가동플래튼(14)의 후단에는 성형품을 이젝터할 때에 도시하지 않은 이젝터핀을 밀어내기 위한 이젝터핀 이송장치(15)가 설치되어 있다. 이젝터핀 이송장치(15)에서는 이젝터용 서보모터(16)에 의해 이젝터로드(17)를 스트로크(stroke;Sa)만큼 전후진시킨다.
토글서포트(12)와 가동플래튼(14) 사이에는 토글기구가 설치된다. 형체용 서보모터(18)를 구동하고, 크로스헤드(cross head;19)를 전후진시킴으로써 토글배율을 곱한 형체력을 발생시킨다. 그리고, 이 형체력에 의해 가동플래튼(14)을 전진(도 1에서의 오른쪽으로 이동)시켜서 형체를 행한다.
토글기구는 크로스헤드(19)에 대하여 유동이 자유롭게 되도록 지지된 토글레버(20), 토글서포트(12)에 대하여 유동이 자유롭게 지지된 토글레버(21), 가동플래튼(14)에 대하여 유동이 자유롭게 지지된 토글암(22)으로 이루어진다. 그리고, 토글레버(20)(21) 사이 및 토글레버(21)와 토글암(22) 사이가 각각 링크결합 되어 있다. 또한, 크로스헤드(19)의 위치를 검출하기 위해 서보모터(18)에는 인코더(encoder;23)가 설치되어 있다. 인코더(23)는 서보모터(18)의 회전수를 직접 검출함으로써 크로스헤드(19)의 위치를 검출한다.
또한, 크니킹은 이하에서 설명하는 바와 같다. 토글기구에서 토글레버(21)의 지점 B와 토글암(22)의 작용점 A를 잇는 선분을 가정한다. 그리고, 토글암(22)의지점, 즉 토글레버(21)와 토글암(22)의 연결점 C를 통하여 상기의 선분에 평행한 선분을 그었을 때, 이들 2개의 선분간 거리 K가 크니킹이다. 따라서 크니킹(K)이 작을수록 토글기구의 사점에 가까워지게 된다.
이러한 전동식 형체장치는 일본국 특허출원 평7-327017호에 개시되어 있으며, 빌트인(built in)구동형이라고 불려지고, 구동력전달을 위해 벨트와 같은 수단을 사용하지 않는 점에 그 특징이 있다.
도 4를 참조하여 볼나사기구에 대해 간단하게 설명한다. 서보모터(18)는 속이 빈 출력축(18-1)을 갖는다. 볼너트(18-2)가 출력축(18-1)의 선단에 고정되어 있다. 볼나사축(18-3)이 볼너트(18-2)에 나사결합됨과 동시에 출력축(18-1) 내에 삽입되어 있다. 크로스헤드(19)가 볼나사축(18-3) 선단에 설치되어 있다. 이러한 구조에 의해 출력축(18-1)의 회전운동이 볼너트(18-2)를 통해 크로스헤드(19)의 왕복운동으로 변환된다.
도 2를 참조하여 형체력 피드백 제어계에 대해 설명한다. 도 1에 나타낸 4개의 타이바(13)의 어느 하나에 변형게이지(30)가 설치된다. 이 변형게이지(30)는 형체에 동반하여 타이바(13)에 작용하는 변형을 검출함으로써 형체력을 검출하는 것이다. 검출된 형체력은 변환기(31)에 의해 크로스헤드의 위치량으로 변환된다. 변환된 크로스헤드의 위치량은 감산기(32)로 보내지고, 감산기(32)는 변환된 크로스헤드의 위치량과 설정장치에서 보내지는 크로스헤드위치의 설정치의 차이를 계산하고, 그 감산결과를 위치제어증폭기(33)에 차분신호로 보낸다. 위치제어증폭기(33)는 입력된 차분(差分)신호를 속도피드백계에 적합한 신호로 증폭하여 감산기(34)로출력한다. 감산기(34)는 이 증폭신호와 로터리인코더(23)로부터의 속도피드백신호의 차이를 계산하여 이 감산결과를 속도증폭기(35)에 차분신호로 출력한다. 속도증폭기(35)는 입력된 차분신호를 전류피드백계에 적합한 증폭신호로 하고, 그 증폭신호의 상, 하 한계치를 제한하는 리미터(36)를 경유하여 감산기(37)로 출력한다. 감산기(37)는 속도증폭기(35)로부터의 신호와 모터구동원(39)의 출력전류를 검출하는 전류검출기(40)의 전류피드백신호의 차이를 계산하여 그 계산된 차이를 나타내는 신호를 전류증폭기(38)로 출력한다. 전류증폭기(38)는 서보모터(18)의 전류지령치를 모터구동원(39)으로 보낸다.
그런데, 이러한 형체력피드백 제어계에 의해 제어되는 형체장치에서는 이하와 같은 문제점이 알려져 있다. 토글레버(21)와 토글암(22)이 완전히 늘어난 상태에 가까운 상태, 즉 크니킹을 작게 한 상태에서 형체를 하면, 볼나사기구의 볼나사는 형체력의 반력을 받지 않는다. 그 결과, 서보모터(18)에는 미소한 전력을 공급하기만 하면 된다. 그러나, 이 상태에서는 형체장치를 구성하고 있는 기구부품의 연결부나 접촉부 사이에 작용하는 마찰력의 영향이 크게 되어 동작의 히스테리시스가 커진다.
히스테리시스가 크면 도 3에 나타낸 것과 같이 형체시에는 마찰력이 저항이 되어 직선 L1을 경유하여 토크가 상승한다. 그러나 형개(型開)시에는 마찰력이 조력(助力)이 되어 직선 L2를 경유하여 토크가 감소한다. 이것은 토크제어가 비선형(非線型)이 되고 제어성능이 저하하는 것을 의미한다. 이러한 점에서 크니킹(K)을 작게 한 상태에서는 형체력을 다이나믹하게 제어할 수 없고, 서보모터(18)에 의한형체력의 제어정밀도가 나빠진다는 문제점이 발생하는 것도 앞에서 서술한 바이다.
이에 대하여, 본 실시예에서는 토글레버(21)와 토글암(22)이 완전하게 늘어나기 직전의 상태, 즉 크니킹(K)이 비교적 큰 상태에서 형체를 하는 점에 그 특징이 있다. 이 상태에서는 서보모터(18)에는 정격전류에 가까운 전류를 공급하고 모터출력을 크게 해야 할 필요가 있으나, 상기와 같은 마찰력의 영향을 적게 할 수가 있어, 형체력을 정밀도 좋게 제어하기 쉽게 된다.
도 5를 참조하여 토글기구에서의 이론적 토글배율과 크니킹(K)과의 관계에 대하여 설명한다. 통상, 토글기구는 도 5에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는다. 크니킹(K)이 0에 가까워지면 이론적 토글배율은 무한대에 가까워진다. 이것은 크니킹(K)이 작으면 서보모터(18)의 정격출력이 작아도 충분한 형체력을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 본 실시예에서는 토글기구를 20∼80의 이론적 토글배율의 범위 내에서 사용한다. 이것은 토글기구를 큰 이론적 토글배율로 사용하면 히스테리시스가 커지고 형체력의 제어정밀도가 나빠지기 때문이다. 20∼80의 이론적 토글배율의 범위 내에서는 서보모터(18)를 그 정격전류에 가까운 수치로 구동할 필요가 있으나, 히스테리시스가 작으므로 형체력을 제어하기 쉽게 된다.
서보모터(18)의 구동전류는 그 정격전류의 20% 이상인 것이 좋고, 정격전류의 적어도 70%가 바람직하다.
또한, 크니킹(K)의 수치는 토글기구에서 사용하는 이론적 토글배율에 의해 결정된다. 또, 토글기구에서의 토글레버(21)나 토글암(22)의 크기가 변하면 이론적 토글배율도 변한다. 이것은, 크니킹(K)의 수치는 토글기구의 크기에 따라서 변한다는 것을 의미한다. 일예를 든다면, 크니킹(K)의 수치는 5∼10(mm)의 미리 정해진 범위 내에서 결정되나, 본 발명은 이 수치에 제한되는 것은 아니다. 서보모터(18)의 정격출력은 필요한 형체력, 이론적 토글배율, 볼나사축의 리드(lead) 에 의해서 결정된다.
또한, 상기의 실시예에서는 빌트인 구동형의 전동식 형체장치에 적용하여 설명했으나, 본 발명에서는 빌트인 구동형에 한정되지 않고 다른 전동식 형체장치에도 적용가능한 것은 말할 것도 없다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 크니킹이 비교적 큰 영역에서 형체력의 제어를 행하도록 함에 의하여, 형체장치에서의 기구부품간 마찰력의 영향을 적게 하여 형체력의 제어를 정밀도 좋게 할 수가 있다.

Claims (14)

  1. 가동플래튼을 고정플래튼에 대하여 전후진시키는 토글기구와, 그 토글기구를 볼나사기구를 통하여 구동하기 위한 서보모터를 포함하는 전동식 형체장치에 있어서, 상기 토글기구, 상기 가동플래튼, 상기 고정플래튼은 형체력을 유지하기 위해 상기 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 상기 서보모터가 그 정격전류의 20% 이상의 전류로 구동되는 형태로 형체력이 제어되도록 사용되는 것을 특징으로 하는 전동식 형체장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서보모터에 정격전류의 70∼80%의 전류를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 전동식 형체장치.
  3. 가동플래튼을 고정플래튼에 대하여 전후진시키는 토글기구와, 그 토글기구를 볼나사기구를 통하여 구동하기 위한 서보모터를 포함하는 전동식 형체장치에 있어서, 상기 토글기구, 상기 가동플래튼, 상기 고정플래튼은 형체력을 유지하기 위해서 상기 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 상기 서보모터가 그 정격전류에 가까운 충분히 큰 전류로 구동되는 형태로 형체력이 제어되도록 사용되는 것을 특징으로 하는 전동식 형체장치.
  4. 제3항에 있어서, 그 장치에서 형체력이 작용하는 부분에 형체력 검출기를 설치하고, 그 검출기에 의해 검출된 형체력에 기초하여 상기 서보모터를 제어하여 상기의 형체력제어를 행하는 형체력 피드백 제어계를 구비한 것을 특징으로 하는 전동식 형체장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가동플래튼은 타이바를 따라서 이동가능하고, 상기 검출기는 상기 타이바에 작용하는 변형을 검출하기 위해 상기 타이바에 설치되는 것을 특징으로 하는 전동식형체장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 검출기는 상기 타이바에 설치된 변형게이지로 이루어진 것을 특징으로 하는 전동식 형체장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 형체력피드백 제어계는
    상기 검출기의 출력을 위치를 나타내는 수치로 변환하기 위한 변환기와,
    상기 위치를 나타내는 수치를 설정치에서 감산하기 위한 제1감산기와,
    상기 서보모터의 속도를 검출하기 위한 로터리인코더이며 그 로터리인코더는 제2감산기에 신호를 출력하고, 상기 제2감산기는 상기 제1감산기의 출력을 증폭한 수치와 상기 로터리인코더의 출력과의 차를 산출하며,
    상기 제2감산기의 출력을 증폭한 수치와 모터구동전류와의 차를 산출하기 위한 제3감산기와,
    상기 제3감산기의 출력을 증폭한 수치에 기초하여 상기 서보모터를 구동하기위한 모터제어수단을 구비함으로써 형체력이 제어되는 것을 특징으로 하는 전동식 형체장치.
  8. 토글기구를 갖는 형체장치에서의 금형을 형체하는 방법에 있어서,
    가동플래튼을 고정플래튼에 대하여 전후진시키는 토글기구를 구비하고, 볼나사기구를 통하여 토글기구를 구동하기 위한 서보모터를 구비하며, 상기 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 상기 서보모터에 그 정격정류의 20% 이상의 전류를 흘려보내는 형태로 형체력을 제어함으로써 형체력을 소정치로 유지하는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 서보모터에 정격전류의 70∼80%의 전류를 흘려보내는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
  10. 토글기구를 갖는 형체장치에서의 금형을 형체하는 방법에 있어서,
    가동플래튼을 고정플래튼에 대하여 전후진시키는 토글기구를 구비하고, 볼나사기구를 통하여 토글기구를 구동하기 위한 서보모터를 구비하며, 상기 토글기구에서의 크니킹이 미리 정해진 범위 내이고, 상기 서보모터가 그 정격정류에 가까운 충분히 큰 전류로 구동되는 형태로 형체력을 제어함으로써 형체력을 소정치로 유지하는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 형체력의 제어는 상기 서보모터에 대하여 전류의 피드백제어를 행함으로써 실행되고, 상기 피드백제어는 검출된 형체력과 검출된 서보모터의 입력전류에 기초하여 행해지는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 형체력의 제어는 상기 토글기구에서의 피구동부분의 위치를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 피드백제어는 상기 피구동부분의 산출된 위치에 기초하여 행해지는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
  13. 서보모터로 구동되는 전동구동식 토글기구로 금형을 형체하는 방법에 있어서, 상기 토글기구에서의 크니킹을 미리 정해진 범위 내로 하고, 상기 서보모터가 그 정격전류에 가까운 충분히 큰 전류로 구동되는 형태로 형체력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 형체력의 제어는 형체력 피드백 제어계에 의해 행해지고, 상기 형체력 피드백 제어계는 형체력 검출기에서 검출된 형체력에 기초하여 상기 서보모터를 제어하고, 상기 형체력 검출기는 형체력이 작용하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 형체방법.
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