KR200348431Y1 - 사출성형기의 배압 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 사출성형기의 배압 제어장치에 관한 것으로, 특히 통상적으로 사출성형기의 배압 제어에 사용되는 스크류 샤프트측에 설치된 로드셀 또는 사출실린더에 설치된 유압 압력센서에서의 에러를 보정하기 위하여 노즐에 수지압력 검출센서를 설치하고 상기 노즐의 수지 압력값을 통하여 제어수단에서 계속적으로 성형재료압을 일정하게 유지함으로써 플래시의 발생을 방지하고 성형품의 중량 및 칫수의 안정성을 확보하여 성형품질을 향상시키도록 한 사출성형기의 배압 제어장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 사출성형기의 배압 제어장치는 사출성형기의 배압제어장치에 있어, 상기 사출성형기의 노즐에 구비되어 노즐에서의 수지압력을 검출하는 압력센서; 및 상기 사출성형기를 이용한 계량 및 충진공정에서 상기 샤프트측 압력센서와 상기 노즐 압력센서에서 각각 측정된 각 압력에 따라 상기 스크류를 위한 서보모터를 정역회전시키는 제어수단을 포함하여 이루어진다.

Description

사출성형기의 배압 제어장치{CONTROL APPARATUS FOR REAR PRESSURE OF INJECTION MACHINE}

본 고안은 사출성형기의 배압 제어장치에 관한 것으로, 특히 통상적으로 사출성형기의 배압 제어에 사용되는 스크류 샤프트측에 설치된 로드셀 또는 사출실린더에 설치된 유압 압력센서에서의 에러를 보정하기 위하여, 노즐에 수지압력을 직접 검출하는 압력센서를 설치하고 상기 노즐 압력센서로부터 얻어진 압력값을 통하여 제어수단에서 계속적으로 성형재료압을 일정하게 유지함으로써 플래시의 발생을 방지하고 성형품의 중량 및 칫수의 안정성을 확보하여 성형품질을 향상시키도록 한 사출성형기의 배압 제어장치에 관한 것이다.

사출성형은 압출성형과 더불어 플라스틱의 대표적인 가공법의 하나로 일정한 단면 형상을 갖는 제품을 생산하는 압출성형과 달리 복잡한 형상을 성형하는데 쓰이고 있다. 사출성형기는 형체방법에 따라 직압식, 토글식 및 복합식으로 나뉘고, 구동방법에 따라 전동식과 유압식 등으로 나뉜다.

전동식 사출성형기의 사출공정을 대략적으로 살펴보면 다음과 같다.

(1) 먼저 가소화/계량공정(plasticization/metering process)에서, 스크류는스크류 회전용 서보모터에 의해 회전되며, 가열실린더 내에 위치한다. 가열실린더 내에 공급된 수지(樹脂) 등의 성형 재료는 소정 시간 혼련(混練)되면서 가열되고 용융 가소화(可塑化)되어(가소화공정), 소정량이 가열실린더의 전방에 저류(貯留)된다(계량공정). 이 계량공정에 있어서는 성형 재료를 가열통의 전방으로 압출하는 반작용에 의해, 스크류를 축 방향 후방으로 압압(押壓)되므로 배압(背壓)이 발생하고, 이 배압에 상응하여 스크류 이동 수단에 지지된 스크류는 축 방향 후방으로 이동된다. 스크류를 적절히 회전시키면서 축 방향 후방으로 소정 스트로크(stroke) 만큼 후퇴 이동시킴으로써, 소정 시간 가소화되며, 정확하게 계량된 양의 성형 재료가 가열실린더 전방에 저류된다.

상기 스크류의 전단부에는 샤프트가 직접 연결된다. 이 샤프트는 베어링을 통하여 압력판에 회전가능하게 지지되고, 상기 압력판에 지지된 사출용 서보모터에 의해 축방향으로 구동된다. 상기 압력판은 볼스크류를 통하여 상기 사출용 서보모터의 작동에 대응하여 가이드바를 따라서 전후로 이동된다. 종래, 상기 용융수지의 배압은 로드셀(road cell)에 의해 검출되는 것이 일반적이었고, 배압은 피드백 컨트롤 루프(feedback control loop)에 의해 제어된다.

(2) 다음 충전공정(filling process)에서는, 상기기 압력판은 상기 사출용 서보모터의 구동에 의하여 전진된다. 상기 스크류는 몰드를 상기 용융수지로 채우기 위한 피스톤으로서 기능하는 선단부를 갖는다.

가열실린더의 선단에 설치된 노즐(nozzle)을 형(型) 체결된 금형의 스프루(sprue)에 노즐을 터치(touch)시키고, 스크류 이동 수단의 구동에 의해 스크류를 전진시켜서 가열실린더 내에서 가소화되어 전방에 적정량이 저류된 성형 재료를 노즐로부터 소정의 압력(충전압)으로 사출ㅇ충전하고, 그 후 소정의 압력(보압(保壓))으로 유지한다. 이 충전공정에 있어서도, 스크류는 서보모터의 구동에 의해 가열통 내에서 전진 이동될 때에, 성형 재료를 노즐로부터 압출하는 반작용(사출압)을 받는다.

충전공정에서 스크류가 받는 충전압 및 보압, 즉 사출압은 계량시에 있어서의 배압과 마찬가지로 축 방향 후방으로 작용한다. 보압은 일반적으로 충전압 보다도 낮게 설정된다.

본 명세서에서는 특히 배압과 사출압을 구별하지 않을 경우에, 계량공정 및 충전공정에서 스크류가 성형 재료의 반작용에 의해 축 방향 후방으로 압압되도록 작용하는 힘을 성형 재료압이라고 한다.

(3) 상기 충전공정의 완료시에 상기 용융수지는 상기 몰드 내의 캐비티(cavity) 내를 채우게 된다. 이때의 상기 스크류의 전진구동은 속도제어로부터 압력제어로 변환되는 제어모드를 갖는다. 이 변환을 "V-P 변환"이라 한다.

(4) 상기 "V-P 변환" 후, 몰드의 캐비티 내의 용융수지는 설정된 압력하에 냉각된다. 이 보압공정(dwelling process)에서 용융수지는 상기 배압제어와 관련하여 설명한 것과 비슷한 방법으로 피드백 컨트롤 루프에 의해 제어되는 압력을 갖는다.

다음 사출장치의 작동은 상기 (4)의 보압공정의 완료 후에 상기 (1)에서 설명한 가소화/계량공정으로 돌아간다.

성출성형기의 성능평가에서 가장 중요한 요소는 반복재현성으로, 이는 항상 일정한 제품이 생산되는 것을 의미한다. 반복재현성이 떨어지는 이유로는 유압 작동유의 유온변화, 센서의 오류, 컨트롤 제어방식의 문제 등이다.

본 고안은 사출성형품의 반복재현성을 높이기 위하여 성형재료압, 특히 배압을 제어하기 위한 장치와 관련된 것이다.

사출성형기의 배압제어와 관련된 종래기술로는 설정된 배압과 작동중의 실제 배압 사이의 차이전류를 통하여 배압을 설정값과 일치하도록 피드백 제어에 의해 전기모터를 제어 구동시키는 것과 관련된 대한민국 특허공고 제1993-0003743호(1993.05.10) 『전동식 사출장치에 사용되는 배압력 제어장치』 및 설정된 고정배압 명령값이 스크류의 후퇴위치와 관련되어 있다는 것에 착안하여 배압에 따라 배압제어레벨을 설정하고 각 배압제어레벨을 기준으로 스크류의 후퇴위치에 따라 연속적으로 변화되는 가변배압 명령값을 갖는 배압패턴을 자동적으로 결정하여 배압을 제어하는 것과 관련된 특허공개 제2000-0011408호(2000.02.25) 『사출성형기의 배압제어방법 및 장치』가 있다.

그러나 종래에는 스크류에 가해지는 성형재료압, 특히 배압을 보정하기 위하여 노즐에 가해지는 압력을 이용하는 기술은 사용되지 않고 있다.

본 고안은 사출성형기의 성형재료압의 에러를 보정하여 성형제품의 반복재현성을 높임으로써 제품품질을 향상시키기 위하여 노즐에 압력센서를 설치하고, 노즐 압력센서에서 측정된 압력센서값을 제어수단에서 처리하는 것과 관련된 배압 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 사출성형기의 배압제어장치의 일례를 나타낸 개략도,

도 2는 본 고안에 따른 배압 제어장치의 개략적인 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11,24,111,124: 서보모터 12: 볼나사

13: 너트 14,114: 압력판

15,16: 가이드바 17: 베어링

18,118: 로드셀 19,119: 샤프트

20,120: 스크류 21,121: 가열실린더

22,122: 호퍼 21-1,121-1: 노즐

23: 연결부재 25,28,29,30: 증폭기

26: 컨트롤러 27: 위치검출기

31,32: 인코더 35: 입력부

S1,S2: 압력센서 C: 제어수단

C1: 저장부 C2: 비교연산부

C3: 출력부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 사출성형기의 배압 제어장치는 사출성형기의 배압제어장치에 있어, 상기 사출성형기의 가열실린더의 내부에 삽입된 스크류와 연결된 샤프트측에 구비된 압력 센서; 상기 사출성형기의 노즐에 구비된 압력센서; 및 상기 사출성형기를 이용한 계량 및 충진공정에서 상기 샤프트측 압력센서와 상기 노즐의 수지 압력센서에서 각각 측정된 각 압력에 따라 상기 스크류를 위한 서보모터를 정역회전시키는 제어수단을 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 배압 제어장치를 상세히 설명하도록 한다.

먼저 도 1은 종래 사출성형기의 배압제어장치의 일례를 나타낸 것으로, 스크류(20)의 샤프트(19) 후방, 특히 로드셀(18)에 압력센서가 설치된 것과 관련된 것이다.

도 1에서 압력판(14)을 위한 서보모터(11)의 회전은 볼나사(12)에 전달된다.볼나사(12)의 회전에 의해 전후진하는 너트(13)는 압력판(14)에 고정되어 있다. 상기 압력판(14)은 베이스프레임(미도시 됨)에 고정된 가이드바(15)(16)를 따라서 이동할 수 있다. 상기 압력판(14)의 전후진 운동은 베어링(17), 로드셀(18), 샤프트(19)를 통하여 스크류(20)에 전달된다. 상기 스크류(20)는 가열실린더(21) 내에 회전하면서 축방향으로 이동가능하게 배치되어 있다. 상기 스크류(20)의 전부에 대응하는 가열실린더(21)에는 수지공급용의 호퍼(22)가 설치되어 있다. 샤프트(19)에는 벨트나 풀리(pulley) 등의 연결부재(23)를 통하여 스크류 회전용의 서보모터(24)의 회전운동이 전달된다. 즉 스크류 회전용 서보모터(24)에 의하여 샤프트(19)가 회전구동됨으로써 스크류(20)가 회전한다.

가소화/계량공정에서는 가열실린더(21) 내부에서 스크류(20)가 회전하면서 후퇴함으로써 스크류(20)의 전방, 즉 가열실린더(21)의 노즐(21-1)측에 용융수지가 축적된다. 스크류(20)를 전진시킴으로써 스크류(20)의 전방에 축적된 용융수지를 금형 내에 충전하고 가압함으로써 성형이 행해진다. 이때, 수지를 누르는 힘이 로드셀(18)에 의해 반력(反力), 즉 배압으로서 검출된다. 검출된 배압은 충전압력에 비하여 1/10 이하이므로 로드셀증폭기(25)에 의해 증폭되어 컨트롤러(26)에 입력된다.

압력판(14)에는 스크류(20)의 이동량을 검출하기 위한 위치검출기(27)가 부착되어 있다. 상기 위치검출기(27)의 검출신호는 증폭기(28)에 의하여 증폭되어서 컨트롤러(26)에 입력된다. 상기 컨트롤러(26)는 오퍼레이터(operator)에 의해 미리 설정된 설정값에 따라서 앞에 서술한 복수의 각 공정에 따른 전류(토크)지령을 서보증폭기(29)(30)로 출력한다. 상기 서보증폭기(29)에서는 서보모터(11)의 구동전류를 제어하여 서보모터(11)의 출력토크를 제어한다. 상기 서보증폭기(30)에서는 서보모터(24)의 구동전류를 제어하여 서보모터(24)의 회전수를 제어한다. 서보모터(11)(24)에는 각각 회전수를 검출하기 위한 인코터(encoder)(31)(32)가 구비되어 있다. 상기 인코더(31)(32)에서 검출된 회전수는 각각 컨트롤러(26)에 입력된다.

도 1에 도시된 바와 같이 재료성형압, 특히 배압을 스크류를 위한 샤프트 후방에 구비된 로드셀에서 측정하여 제어하고자 할 경우, 배압은 충전압에 비하여 작고 극히 미세하게 제어되므로 전기적 외란의 영향을 받기 쉽다. 또 배압을 이용한 스크류의 이동 위치 제어는 계량공정에 비하여 충진공정이 시간적으로 훨씬 짧기 때문에 제어 응답성이 중시된다. 그러므로 배압 및 사출압을 이용하여 스크류의 이동위치를 제어하기 위해서는 로드셀에서 발생할 수 있는 노이즈를 제거한 후 효과적으로 피드백 제어하는 것이 중요한 관건이다.

본 고안에서는 로드셀에서의 에러를 보정하기 위하여 노즐에 가해지는 수지의 압력을 직접 측정하여 배압측정의 정밀성 확보와, 배압 및 스크류 이동위치를 제어하기 위하여 이용하는 것이다.

이를 위하여 도 2에 개략적인 블록도로 나타낸 바와 같이, 본 고안에서는 노즐(121-1)에서의 수지압력을 검출하는 노즐 압력센서(S)를 설치하였다. 도면에서참조부호 111은 볼나사(112)와 연결된 압력판(114)을 위한 서보모터를 나타내고, 118은 로드셀, 124는 샤프트(119)로 연결된 스크류(120)를 위한 서보모터, 121은 가열실린더, 122는 호프를 각각 나타낸다. 도 2에서, 도 1과는 달리 각종 증폭기와 인코드 등은 생략되어 있다.

상기 사출성형기를 이용한 계량 및 충진공정에서 상기 샤프트측 압력센서(118)와 상기 노즐 압력센서(S)에서 각각 측정된 각 압력에 따라 상기 스크류(120)를 위한 서보모터(124)를 정역회전시키는 제어수단(C)이 필요하다.

상기 샤프트'측' 압력센서는 샤프트에 가해지는 성형재료압, 즉 배압과 사출압을 측정하기 위하여 설치된 여타의 종류의 압력센서를 모두 포함하는 개념이다.

상기 제어수단(C)은 집적회로일 수 있고, 상기 제어수단(C)은 상기 노즐 압력센서에서 측정된 압력값에 상응하는 성형재료압의 기본압력값이 저장된 저장부(C1)와, 상기 샤프트측 압력센서(118)에서 측정된 압력값과 상기 저장부(C1)의 기본 압력값과 비교하는 비교연산부(C2), 그리고 상기 비교연산부(C2)로부터 비교값을 판독하여 상기 스크류(120)를 위한 서보모터(124)를 정역회전시키는 명령을 내리는 출력부(C3)를 포함하여 이루어진다. 그 외에도 도시되지는 않았으나 상기 제어수단(C)은 출력부(C2)의 신호를 아날로그 신호로 변환하는 각 서보모터(111)(124)를 위한 서보회로에 지령을 내릴 수 있도록 하는 D/A 변환기, 각종 증폭기 등이 필요하다.

각 사출공정에서 공정의 각 단계의 스크류 회전수 및 노즐 압력에 따른 설정 배압, 다음 단계로의 절환이 행해지는 절환점의 스크류 위치는 저장부(C1), 특히RAM에 설정되어 있다. 각 설정배압과 실제 공정에서의 배압의 차이를 비교연산부(C2)에서 판독하면 출력부(C3)와 D/A 변환기로부터 스크류를 전진시키거나 후퇴시키는 지령이 나오고, 이에 따라 F/A 변환기로부터 출력이 부일 경우 역회전하거나 출력이 정일 경우 정회전하게 되므로 성형재료압을 보정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 사출성형기의 배압 제어장치는 노즐에 설치된 수지 압력센서에서 측정된 압력값을 통하여 성형재료압, 특히 배압을 보정함으로써 성형제품의 반복재현성을 높임으로써 제품품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 사출성형기의 배압제어장치에 있어서,

   상기 사출성형기의 가열실린더 내부에 삽입된 스크류와 연결된 샤프트측에 구비된 압력 센서;

   상기 사출성형기의 노즐에 구비되어 노즐에서의 수지 압력을 직접 검출하는 압력센서; 및

   상기 사출성형기를 이용한 계량 및 충진공정에서 상기 샤프트 압력센서와 상기 노즐 압력센서에서 각각 측정된 각 압력에 따라 상기 스크류를 위한 서보모터를 정역회전시키는 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 배압 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어수단은

   상기 노즐 압력센서에서 측정된 압력값에 상응하는 성형재료압의 기본압력값이 저장된 저장부;

   상기 샤프트측 압력센서에서 측정된 압력값과 상기 저장부의 기본 압력값과 비교하는 비교연산부;

   상기 비교연산부로부터 비교값을 판독하여 상기 스크류를 위한 서보모터를정역회전시키는 명령을 내리는 출력부를 포함하여 이루어진 집적회로인 것을 특징으로 하는 사출성형기의 배압 제어장치.