KR20040046871A - 모터 구동식 주입-스크류 구동 하이브리드 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

장전부(11)를 본체(12)에 대해서 회전 가능하게 그리고/또는 축방향으로 이동시키기 위한 향상된 장치(10)는, 광의로는, 본체와; 상기 본체에 장착되며 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 이동시킬 수 있도록 작동 가능하게 배치된 출력축(14)을 구비하는 모터(13)와; 상기 본체에 이동 가능하게 장착되며 본체와 함께 가변 체적의 제1 챔버(19)를 한정하는 피스톤으로서, 장전부를 상기 본체에 대해서 축 방향으로 이동시키도록 작동 가능하게 배치된 피스톤(16)과; 소정의 압력까지 채워진 어큐뮬레이터(23)와; 상기 제1 챔버와 어큐뮬레이터 내의 유체와; 모터에 의해 구동되며 제1 챔버로부터 나온 유체를 어큐뮬레이터로 배출시킬 수 있도록 작동 가능하게 배치된 펌프(26)와; 어큐뮬레이터 안의 가압 유체가 제1 챔버 안으로 선택적으로 유동할 수 있게 해서 피스톤과 장전부가 본체에 대해서 축방향에서 어느 한 방향으로 이동하게 할 수 있도록 작동 가능하게 배치된 밸브를 포함한다.

Description

단일 모터 주입-스크류 구동 방식 하이브리드 액츄에이터{SINGLE-MOTOR INJECTION-AND-SCREW DRIVE HYBRID ACTUATOR}

본 발명은 일반적으로는 사출성형기용 액츄에이터 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사출성형기용의 향상된 단일 모터 구동 주입 및 스크류 구동 방식 하이브리드 액츄에이터(single motor-driven injection-and-screw drive hybrid actuator)에 관한 것이다.

종래의 플라스틱 사출성형기는 중앙 유압 펌핑 장치로부터 구동력을 얻는 유압식 액츄에이터를 사용하여서 주형 압반(mold platen)을 폐쇄 및 지지하고, 가소제 스크류를 회전시키고, 용융 플라스틱을 주형 안으로 주입하는 등의 여러 가지 기계적 기능을 수행했다. 이와 관련하여 참고할 수 있는 것으로는 뉴욕, 이스트 오로라 소재 무그 인코포레이티드(Moog Inc.)에서 발행한 기술 회보(Technical Bulletin) 145호의 "열가소성 재료의 사출 성형을 위한 제어"가 있는데, 이에 개시된 내용 전체를 본 명세서에 참고로 포함한다.

위와 같은 기능을 다양한 직접 작동식 전기 모터로 수행시키려는 추세가 있다. 그러나, 그와 같은 모터는 종종 부하 요건에 잘 맞지 않으며, 이보다 나은 해결책은 주형 덮개를 작동시키기 위한 하이브리드 기구에 대하여 각각 개시하고 있는 일본 공개 실용신안 공보 평3-3389호와 본 출원인의 계류 중인 미국 특허 출원 제09/709,904호에 개시된 바와 같은 하이브리드 전기/유압 구동 장치를 사용하는 것이라는 점을 경험하게 되었다. 최초의 것은, 주 기능을 수행할 뿐만 아니라 유체를 가압하기 위해 피스톤을 유압 어큐뮬레이터(accumulator) 안으로 이동시키는 전기 모터 및 스크류 기구의 작동을 이용하는 것이다. 이와 같이 해서 저장된 가압 유체는 이어서 보조 기능에 동력을 가하는 데 이용된다.

따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 장전부(load)를 본체에 대해서 회전 가능하게 그리고/또는 축방향으로 이동시키기 위한 향상된 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사출성형기의 스크류를 본체에 대해서 회전 가능하게 그리고/또는 축방향으로 이동시키기 위한 향상된 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적과 이점들은 이상의 설명 및 이하의 설명, 도면 및 특허청구범위로부터 명확해질 것이다.

도1은 향상된 장치의 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11: 장전부 12: 본체

13: 모터 14: 출력축

16: 피스톤 19: 제1 챔버

20: 제2 챔버 23: 어큐뮬레이터

26: 펌프 28: 밸브

31, 32, 34: 도관

한가지 응용례로서, 본 발명은 사출성형기의 가소제 스크류를 회전시키는 전기 모터의 출력부로부터 나온 에너지의 일부를 저장하는 신규한 하이브리드 기구에 대해 개시한다. 용융 플라스틱을 주형 안으로 저장시키고 주입시키는 데 활용되는 스크류의 축선 방향 왕복 운동은 피스톤 작동기에 연결된다. 회전하는 모터의 축에 부착된 펌프는 스크류가 후퇴될 때 수축되는 액츄에이터 챔버로부터 나오는 유압 유체를 펌핑하여서 그 유압 유체를 공압 충전형 어큐뮬레이터 안으로 이송할 수 있도록 액츄에이터에 연결된다. 스크류가 확장될 때, 가압 유체는 용융 플라스틱이 주형 안으로 주입되는 속도를 제어하는 계량 밸브를 통해서 액츄에이터 안으로 후속해서 유동할 수 있게 된다.

제한적이지 않고 단지 예시적으로 개시하고 있는 실시예의 대응하는 부품, 부분, 또는 표면을 참고할 때, 본 발명은 광의로는 장전부(load)(11)를 본체(12)에 대해 회전 가능하게 그리고/또는 축방향으로 이동시키는 향상된 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 향상된 장치는, 광의로는, 본체와, 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 이동시킬 수 있도록 작동 가능하게 배치된 출력 축(14)을 구비하며상기 본체에 장착된 모터(13)와, 본체에 이동 가능하게 장착되며 본체와 함께 가변 체적의 제1 챔버(19)를 한정하는 피스톤으로서, 장전부를 상기 본체에 대해서 축 방향으로 이동시키도록 작동 가능하게 배치된 피스톤(16)과, 소정의 압력까지 채워진 어큐뮬레이터(23)와, 상기 제1 챔버와 어큐뮬레이터 내의 유체(예, 유압 유체)와; 모터에 의해 구동되며 제1 챔버로부터 나온 유체를 어큐뮬레이터로 배출시킬 수 있도록 작동 가능하게 배치된 펌프(26)와, 어큐뮬레이터 안의 가압 유체가 제1 챔버 안으로 선택적으로 유동할 수 있게 해서 장전부가 확장됨에 따라서 피스톤과 장전부가 본체에 대해서 축방향에서 한 방향으로 이동하게 할 수 있도록 작동 가능하게 배치된 밸브(28)를 포함한다.

양호한 실시예에서, 모터는 전기 모터이고, 피스톤과 펌프는 모터 출력축과 동축으로 장착된다. 유체는 유압 유체이고, 피스톤과 모터 출력축 사이에 키홈 형성 연결부(splined connection)가 마련될 수 있다. 이와 같은 키홈 형성 연결부는 피스톤과 장전부를 결합시켜서 모터 출력축과 함께 회전하게는 하지만 출력축에 대한 피스톤과 장전부 서로 간의 축방향 운동은 하지 않게 한다.

본 발명은 또한 피스톤과 본체에 의해 구획된 가변 체적의 제2 챔버(20)도 포함할 수 있다. 제1 챔버의 체적과 제2 챔버의 체적은 피스톤이 본체에 대해서 이동할 때에 역비례하여 변동된다. 피스톤이 본체에 대해서 이동할 때에 제1 챔버의 체적 변위는 제2 챔버의 체적 변위보다 실질적으로 크며, 이들의 체적 차이는 어큐뮬레이터로 들어가거나 혹은 어큐뮬레이터로부터 나온다. 제2 챔버는 피스톤을 본체에 대한 반대 방향으로 선택적으로 이동시킬 수 있도록 하기 위해 어큐뮬레이터 안의 유체와 밸브를 통해서 연통된다. 밸브는 전기 유압식 서보밸브로 구성 할 수 있고, 장전부는 사출성형기의 스크류가 될 수 있다.

[양호한 실시예]

먼저, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 도면 부호는 일관되게 동일한 구조 요소, 부분, 또는 표면들을 나타내며, 이들 요소, 부분, 또는 표면들은 명세서 전체에서 상세하게 기재 또는 설명되며, 이러한 상세한 설명은 명세서의 구성 부분이다. 달리 나타내지 않는 한, 도면은 명세서와 함께 읽혀져야 하며(예를 들어, 사선 해칭, 부품의 배치, 비례, 각도 등), 본 발명의 전체에 대한 설명 기재 부분의 일부로서 고려되어야 한다. 이하의 설명에서 사용되는 것으로서 "수평", "수직", "좌", "우", "상", "하"라는 용어들과 이들 용어의 형용사적 및 부사적 파생어(예, "수평으로", "우측으로", "상향으로" 등)는 단지 특정 도면이 독자의 면전에 있을 때에 예시된 구조의 방향을 나타낸다. 마찬가지로, "내향으로"와 "외향으로"라는 용어는 일반적으로 표면이 그 표면의 긴 축, 또는 회전축에 대하여 적절하게 배치된 방향을 나타내는 것이다.

도면을 참고하면, 본 발명은 장전부(11)를 본체(12)에 대하여 회전 가능하게 그리고/또는 축방향으로 제어 가능하게 이동시키기 위한 향상된 장치(10)를 제공한다.

본 발명의 향상된 장치는 광의로는 본체에 장착되며 또한 장전부를 본체에 대해 회전 가능하게 이동시킬 수 있도록 작동하게 하게 배치된 출력 축(14)을 구비하는 모터(13)를 포함한다.

향상된 장치는 또한 본체에 형성된 실린더(18) 내에 장착된 피스톤(16)을 포함하는데, 상기 피스톤은 실린더와 함께 제1 챔버(19)와 제2 챔버(20)를 구획한다. 제1 챔버(19)와 대면하는 피스톤의 면적은 제2 챔버(20)와 대면하는 피스톤의 면적보다 실질적으로 크다. 피스톤은 봉(21)을 변위시키도록 배치되며, 봉은 다시 장전부를 본체에 대해서 축방향으로 이동시키도록 배치된다.

본 발명은 어큐뮬레이터(23)도 또한 포함한다. 어큐뮬레이터(23)는 다이어프램 타입으로 도시되어 있으며 공압 챔버, 즉 소정의 압력으로 채워진 공압 챔버(24)를 구비한다. 어큐뮬레이터는 또한 또 다른 챔버(25)를 구비하는 것으로 도시되었다. 챔버(25)와 모든 도관 및 챔버들은 적절한 유체, 일례로 비압축성 유압 유체로 채워진다.

본 발명의 장치는 펌프(26)를 추가로 포함한다. 바람직한 구조적 실시예에 있어서, 피스톤과 펌프는 모터 출력축과 동축으로 장착되는데, 이와 같은 구조적 배치는 개략도인 도1에 반드시 나타낼 필요는 없는 것으로 보인다. 실제로, 모터 출력축과 피스톤 사이에는 키홈 형성 연결부가 형성될 수 있다.

본 발명은 전기 유압 서보 밸브(28)도 추가로 포함한다. 서보 밸브(28)는 전기부(29)와 유압부(30)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 유압부는 도관(31)을 통하여 제1 챔버(19)와 연통하며 도관(32)을 통하여 제2 챔버(20)와 연통한다. 펌프는 도관(31, 32)과 연통하는 분기 도관(33)에 배치된다. 또 다른 도관(34)은 도관(32) 및 어큐뮬레이터 유체 챔버(25)와 연통한다. 제1 챔버(19)의 체적과 제2 챔버(20)의 체적은 피스톤이 본체에 대해서 이동할 때에 반비례되게 변동한다.즉, 한 챔버의 체적이 증가하면 다른 챔버의 체적은 감소하며, 이와 반대로, 한 챔버의 체적이 감소하면 다른 챔버의 체적은 증가한다.

실제에 있어서, 장전부(11)는 사출성형기의 가소제 스크류일 수 있다. 이 스크류를 본체에 대해서 회전시키고 그리고/또는 스크류를 본체에 대해 축방향으로 이동시키는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 모터가 정상적으로 통전되면 출력축(14)을 회전시키게 된다. 이렇게 되면 모터와 장전부는 화살표(35)를 가지고 개략적으로 나타낸 바와 같이 함께 회전한다. 동시에(즉, 모터가 장전부를 회전시키는 동안에), 모터는 펌프(26)도 작동시키는데, 펌프는 제1 챔버(19)로부터 나온 유체를 도관(31, 33, 34)을 통하여 어큐뮬레이터 챔버(25)로 펌핑한다. 이 상태에서, 밸브는 도시된 상태에 있게 된다. 또한, 제1 챔버(19)로부터 빠져 나온 유체의 일부는 도관(32)을 경유하여 제2 챔버(20)로 되돌아간다. 따라서, 모터가 회전함에 따라, 펌프는 제1 및 제2 챔버로부터 나온 유체의 순량(즉, 제1 챔버의 체적 변위와 제2 챔버의 체적 변위의 차로 나타낸 양)을 어큐뮬레이터 유체 챔버(25)로 방출시키고, 여기서 유체는 어큐뮬레이터 공압 챔버(24) 내의 압력에 의해 지속적으로 방출된다.

본 발명 장치는 스크류와 장전부를 본체에 대해서 축방향에서의 양 방향, 즉 화살표(36)로 개략적으로 나타낸 방향으로 이동시키도록 작동된다. 이를 위해, 모터는 정상적으로 정지된다. 이전의 시기 중에 피스톤은 본체에 대해 우측으로 이동된다. 이어서 밸브(28)가 작동되어서 유압부를 선택적인 위치로 이동시킨다. 따라서, 유체는 어큐뮬레이터 챔버(25)로부터 나와서 도관(32), 밸브(28),도관(31)을 거쳐서 피스톤 제1 챔버(19)로 유동한다. 이와 동시에, 이 유체 유동에는 피스톤 제2 챔버(20)로부터 나와 도관(32)을 거쳐서 유동하는 유체가 결합된다. 따라서, 밸브의 위와 같은 이동은 어큐뮬레이터로부터 나온 가압된 유압 유체가 피스톤 제1 챔버(19) 안으로 들어가는 유동과 피스톤 제2 챔버(20)로부터 나오는 유동을 할 수 있게 한다. 이러한 작동은 피스톤을 실린더에 대해서 좌측으로 선택적으로 변위시킴으로써, 플라스틱을 주형 안으로 방출시켜야 할 때에, 피스톤이 로드를 본체에 대해서 연장시킬 수 있게 한다.

밸브가 다시 그 유압부를 도시된 위치로 되돌려 보내도록 작동될 때, 유체는 제1 챔버로부터 제2 챔버와 어큐뮬레이터(25)로 펌핑되어서 피스톤이 본체에 대해서 후퇴하게(우측으로 이동하게) 한다.

따라서, 본 발명은 사출성형기의 스크류 컨베이어와 같은 장전부를 본체에 대해서 선택적으로 회전 가능하게 그리고/또는 축방향으로 이동시키기 위한 향상된 장치를 제공하게 된다.

[발명의 변형]

본 발명에 여러 가지 많은 변경 및 수정이 가해질 수 있다는 점은 주지이다. 일례로, 본 발명은 사출성형기의 스크류 타입 컨베이어를 대체시키는 것에 제한을 두는 것으로 생각해서는 안 된다. 따라서, 이와 같은 장치를 사출성형기에 사용하는 것은 단지 예시적인 것이므로, 특허청구범위의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명 장치는 다른 장치에서도 마찬가지로 사용될 수 있다. 실제로, 장전부(11)는 포괄적인 의미로 고려되어야 한다. 모터는 전기 모터인 것이 바람직하다. 펌프는 모터 구동 방식이지만, 필요에 따라 가변 변위형으로 구성할 수도 있다. 어큐뮬레이터는 필요에 따라 다이어프램 방식이나 피스톤-실린더 방식으로 구성할 수 있다. 다른 방식의 어큐뮬레이터도 또한 사용될 수 있다. 밸브는 전기 유압 서보 밸브로 구성할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 실제로, 다른 방식의 밸브를 선택적으로 사용할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 향상된 장치의 바람직한 형태를 도시하고 설명하였지만, 당업자들은 특허청구범위에서 정의되고 차별화된 바와 같은 본 발명의 기술 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 여러 가지의 추가 변경 및 수정을 가할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 사출성형기의 스크류 컨베이어와 같은 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시킬 수 있는 향상된 장치가 제공된다.

Claims (12)

1. 본체와;

   상기 본체에 장착되며 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 이동시킬 수 있도록 작동 가능하게 배치된 출력축을 구비하는 모터와;

   상기 본체에 이동 가능하게 장착되며 본체와 함께 가변 체적의 제1 챔버를 한정하는 피스톤으로서, 장전부를 상기 본체에 대해서 축 방향으로 이동시키도록 작동 가능하게 배치된 피스톤과;

   소정의 압력까지 채워진 어큐뮬레이터와;

   상기 제1 챔버와 어큐뮬레이터 내의 유체와;

   모터에 의해 구동되며 제1 챔버로부터 나온 유체를 어큐뮬레이터로 배출시킬 수 있도록 작동 가능하게 배치된 펌프와;

   어큐뮬레이터 안의 가압 유체가 제1 챔버 안으로 선택적으로 유동할 수 있게 해서 피스톤과 장전부가 본체에 대해서 축방향에서 한 방향으로 이동하게 할 수 있도록 작동 가능하게 배치된 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
2. 제1항에 있어서, 모터가 전기 모터인 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 피스톤이 모터 출력축과 동축으로 장착된 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 펌프가 모터 출력축과 동축으로 장착된 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 유체가 유압 유체인 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 피스톤과 모터 출력축 사이의 키홈 형성 연결부도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 피스톤과 본체에 의해 구획된 가변 체적의 제2 챔버도 또한 포함하고, 상기 제1 챔버의 체적과 제2 챔버의 체적은 상기 피스톤이 본체에 대해서 이동할 때에 반비례 관계로 변동하는 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 피스톤이 본체에 대해서 이동할 때에 상기 제1 챔버의 체적 변위는 상기 제2 챔버의 체적 변위보다 큰 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 제2 챔버는 피스톤을 본체에 대해서 반대 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 어큐뮬레이터 안의 유체와 연통하는 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
10. 상기 제2 챔버는 상기 밸브를 통해서 상기 어큐뮬레이터 내의 유체와 연통하는 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
11. 제1항에 있어서, 상시 밸브는 전기 유압 서보 밸브인 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 장전부는 사출성형기의 스크류인 것을 특징으로 하는 장전부를 본체에 대해서 회전 가능하게 축방향으로 이동시키는 장치.