KR20160077623A - 사출성형기의 사출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 오일에 의해 전후진 또는 회전 이동하는 스크류 및 상기 스크류의 이동에 사용된 오일이 드레인부로 인출되도록 오일의 이동을 안내하는 배출관을 포함하고, 상기 배출관은, 상기 스크류의 후진 이동시 상기 스크류에 저항 압력을 제공하기 위한 릴리프 밸브가 설치되는 릴리프 배관 및 상기 릴리프 배관과 병렬로 연결되고 상기 릴리프 배관을 따라 오일이 이동할지 여부를 결정하기 위한 우회밸브가 설치되는 우회배관을 포함하는 사출성형기의 사출장치를 제공한다.

Description

사출성형기의 사출장치{Injection device of injection molding machine}

본 발명은 사출성형기의 사출장치에 관한 것으로서, 구체적으로 계량 과정에서 스크류의 후진 이동시 배압에 의해 발생하는 부하량을 조절하여 계량 효율을 높이는 것이 가능한 사출성형기의 사출장치에 관한 것이다.

사출 성형이란 가소성 물질을 사출 성형기의 배럴 내부에서 용융화 과정에 의해 유동화시켜 금형 속에 압입하는 성형 방법이다. 이러한 사출 성형을 수행하기 위한 사출성형 기기로는 오일의 유압을 이용하는 유압식 사출성형기가 많이 사용되고 있다.

상기 유압식 사출성형기는 금형 폐쇄 공정, 금형 체결 공정, 노즐 전진 공정, 보압 공정, 노즐 후퇴 공정, 냉각 공정 및 금형 개방 공정을 순차적으로 거쳐서 원하는 형상의 제품을 얻어내는 장치이다. 구체적으로, 사출 공정은 배럴 내의 스크류의 회전에 의해 배럴 안으로 공급되는 수지가 용융되고, 상기 배럴 내의 압력에 의해 상기 스크류가 계량 설정 위치로 후퇴되며, 상기 스크류의 회전이 정지됨에 따라 상기 수지의 양을 계량하는 계량 단계를 포함한다.

상기 계량 단계에서는, 상기 스크류가 설정 스트로크 만큼 후퇴할 때 상기 스크류에 제공하는 저항 압력인 배압이 발생한다. 이러한 배압에 의해 용융된 수지의 양이 일정하게 유지될 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제2001-0008002호에는 전동식 사출기의 배압 측정 장치에 대한 내용이 개시된다. 구체적으로, 본 문헌에 따른 전동식 사출기는 사출 성형 작업시 스크류로부터 가해지는 배압을 측정하기 위한 장치 및 방법에 대한 내용이 개시된다. 또한 대한민국 공개특허공보 제2011-0100596호에는 스크류의 회전 속도와 배압 설정값과 상관없이 수지의 공급 속도를 적절히 조절하는 사출 성형 방법에 대한 내용이 개시된다.

다만, 본 문헌들에 따른 사출성형기는 계량 과정 전 구간에 배압을 제공하는 유압 회로가 적용되므로 배압에 의해 발생하는 부하량을 조절하는 것이 어려운 문제가 있었다. 즉, 종래 기술에 따르면 계량이 시작되고 설정된 계량 목표치에 도달하여 계량이 완료될 때까지 상기 스크류의 후진 이동에 저항하기 위한 배압을 지속적으로 제공하여야 하므로 계량 효율이 현저히 저하되는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2001-0008002호(2001. 02. 05 공개) 대한민국 공개특허공보 제2011-0100596호(2011. 09. 14 공개)

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계와 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 계량 과정에 있어서 전 구간에 배압을 제공하지 않고 일부 구간에서만 배압을 제공하여 배압에 의한 부하량을 감소시킬 수 있는 사출성형기의 사출장치를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 오일에 의해 전후진 또는 회전 이동하는 스크류 및 상기 스크류의 이동에 사용된 오일이 드레인부로 인출되도록 오일의 이동을 안내하는 배출관을 포함하고, 상기 배출관은, 상기 스크류의 후진 이동시 상기 스크류에 저항 압력을 제공하기 위한 릴리프 밸브가 설치되는 릴리프 배관 및 상기 릴리프 배관과 병렬로 연결되고 상기 릴리프 배관을 따라 오일이 이동할지 여부를 결정하기 위한 우회밸브가 설치되는 우회배관을 포함하는 사출성형기의 사출장치를 제공한다.

제안되는 본 발명에 따르면, 계량 구간을 계량 시작 시점부터 설정된 계량 양에 도달되는 시점까지의 구간과 상기 설정된 계량 양에 도달되는 시점부터 계량 완료 시점까지의 구간으로 구분하고, 양 구간 중 후에 설시한 구간에만 배압을 제공하여 배압에 의한 부하량이 감소하는 장점이 있다.

또한, 배압에 의한 부하량의 감소에 따라 계량 부하 절감이 가능하므로 에너지가 절약되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 사출성형기를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 계량 시작 시점부터 설정된 계량 양에 도달되는 시점까지의 구간(제1 구간) 동안 사출장치를 순환하는 오일의 이동 경로를 보여주는 회로도이다.
도 3은 상기 제1 구간에서 제어부의 전기 신호에 따른 각 밸브의 개폐 여부를 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 설정된 계량 양에 도달되는 시점부터 계량이 완료되는 시점까지의 구간(제2 구간) 동안 상기 사출장치를 순환하는 오일의 이동 경로를 보여주는 회로도이다.
도 5는 상기 제2 구간에서 제어부의 전기 신호에 따른 각 밸브의 개페 여부를 보여주는 블록도이다.
도 6은 사출 시간에 따른 계량 양의 변화를 보여주는 그래프로서, 상기 제1 구간에서 상기 제2 구간으로 변경되는 시점을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 사출성형기를 보여주는 도면이다. 도 1에서는 토글식 사출성형기를 도시하여 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 적용되는 사출성형기의 종류가 이에 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사출성형기(1)는 사출장치(2) 및 형체장치(3)로 구성된다. 상기 사출장치(2)는 배럴(16)을 구비하고, 상기 배럴(16)에는 고체 수지의 유입 통로인 호퍼(12)가 설치된다. 상기 배럴(16)의 내부에는 스크류(13)가 전후진 또는 회전 가능하게 설치된다. 또한 상기 스크류(13)의 후단은 지지부재(14)에 의하여 회전 가능하게 지지된다. 지지부재(14)에는 서보모터 등의 계량모터(15)가 구동부로서 장착되어 있다. 상기 계량모터(15)의 회전은 출력축에 장착된 타이밍 벨트를 통하여 피구동부의 스크류(13)로 전달하여 상기 스크류(13)의 전후진 이동을 가능하게 한다.

또한, 상기 사출장치(2)는 상기 스크류(13)와 평행하게 배치되는 나사축(17)을 가진다. 상기 나사축(17)의 후단은 타이밍 벨트에 의해 사출모터(19)의 출력축과 연결된다. 따라서 상기 사출모터(19)에 의해 상기 나사축(17)이 회전될 수 있다. 상기 나사축(17)의 전단은 상기 지지부(14)에 고정된 너트와 맞물려 있다. 이에 따라 상기 타이밍 벨트를 통해 상기 나사축(17)을 회전시키면, 상기 지지부재(14)가 전진 또는 후진 이동하게 되고, 그 결과, 상기 스크류(13)의 전후진 이동이 가능하게 되는 것이다.

형체장치(3)는, 이동형판(10)이 장착되는 이동플래튼(22)과, 고정형판(11)이 장착되는 고정플래튼(24)을 가진다. 상기 이동형판(10)과 상기 고정형판(11)에는 제조하고자 하는 제품에 대응하는 형상을 가지는 하나의 금형 내의 복수의 제품 성형부가 형성된다. 따라서 상기 고정형판(11) 및 상기 고정형판(11)에 대해 이동 가능한 이동형판(10)을 통칭하여 금형장치(9)라 이름할 수 있다.

상기 이동플래튼(22)과 고정플래튼(24)은 타이 바(29)에 의해 연결된다. 상기 이동플래튼(22)은 상기 타이 바(29)를 따라 슬라이딩 이동이 가능하다. 또한, 상기 형체장치(3)는, 일단이 상기 이동플래튼(22)에 연결되고 타단이 토글서포트와 연결되는 토글기구(28)를 가진다. 상기 토글기구(28)의 후단에는 상기 토글기구(28)의 위치를 잡아주는 서포터부(26)가 형성된다. 또한 상기 토글기구(28)는 복수의 링크를 가지고, 상기 복수의 링크 사이의 상호 이동에 따라 상기 금형장치(9)의 형폐 또는 형개가 수행될 수 있다.

상기 사출장치(2)와 형체장치(3) 사이에는 수지의 이동 경로를 제공하는 노즐(27)이 설치된다. 구체적으로, 상기 호퍼(12)를 통해 상기 배럴(16) 내부로 고체 수지가 이동된다. 상기 고체 수지는 상기 스크류(13)의 전진 이동 및 상기 배럴(16) 내에서의 가열에 의해 용융된다. 용융된 수지는 상기 스크류(13)의 전단에 쌓이게 되고, 상기 노즐(27)을 통해 상기 형체기구(3)의 제품 성형부들로 이동된다.

상기 사출성형기(1)의 사출 공정은 배럴(16) 내의 스크류(13)의 회전에 의해 상기 배럴(16) 안으로 공급되는 수지가 용융되고, 상기 배럴(16) 내의 압력에 의해 상기 스크류(13)가 계량 설정 위치로 후퇴되며, 상기 스크류(13)의 회전이 정지됨에 따라 상기 수지의 양을 계량하는 계량 단계를 포함한다. 상기 계량 단계는 계량 시작 시점부터 설정된 계량 양에 도달되는 시점까지의 제1 구간과 상기 설정된 계량 양에 도달되는 시점부터 계량이 완료되는 시점까지의 제2 구간으로 구분할 수 있다.

이하에서는, 상기 제1 구간과 상기 제2 구간 각각에서의 오일의 이동 경로에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 계량 시작 시점부터 설정된 계량 양에 도달되는 시점까지의 구간(제1 구간) 동안 사출장치를 순환하는 오일의 이동 경로를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 배럴(16)의 단부에는 상기 스크류(13)의 구동 동력을 제공하는 스크류 구동부(45)가 설치된다. 또한 상기 호퍼(12)를 통해 주입되는 고체 수지는 모터(37)와 연결되어 회전 가능한 모터축(38)과 접촉하여 용융이 수행된다. 즉, 상기 고체 수지는 상기 모터축(38)과의 접촉시 발생하는 마찰력에 의해 용융이 이루어진다. 다른 예로, 상기 배럴(16)의 외면에는 복수의 히터가 설치되고, 상기 히터에서 발생하는 열에 의해 상기 수지의 용융이 이루어질 수 있다.

상기 형체장치의 스크류(13)의 전후진 또는 회전 이동은 오일의 주입에 따라 이루어질 수 있다. 구체적으로, 펌프(60)에서 제공된 오일은 제1 공급관(61)과 제2 공급관(63)을 통과하여 분배기(40)로 이동된다. 따라서 상기 스크류 구동부(56)는 오일의 이동 방향을 제어하는 분배기(40)와 연결된다. 상기 제1 공급관(61)과 상기 제2 공급관(63) 사이에는 오일의 이동 경로를 변경하는 전환밸브(62)가 설치되고, 상기 제2 공급관(63)은 오일의 이동을 안내하는 가이드밸브(64)가 설치된다.

상기 스크류(13)의 이동에 사용된 오일은 상기 분배기(40)를 거쳐서 드레인부(70)로 이동된다. 구체적으로, 상기 분배기(40)의 일측에는 제1 배출관(71)이 연결된다. 상기 제1 배출관(71)은 병렬로 연결되는 복수의 배관을 포함한다. 상기 복수의 배관은, 오일의 이동 방향을 제어하는 카트리지 밸브(80)가 설치되는 연결배관(81, 82), 상기 연결배관(81, 82)과 병렬로 연결되는 릴리프 배관(91) 및 상기 릴리프 배관(91)과 병렬로 연결되는 우회배관(96)을 포함한다. 상기 연결배관은 상대적으로 하측에 배치되는 제1 연결배관(81) 및 상대적으로 상측에 배치되는 제2 연결배관(82)으로 구성될 수 있다.

상기 릴리프 배관(91)에는 상기 스크류(13)의 후진 이동시 상기 스크류(13)에 저항 압력을 제공하는 릴리프 밸브(90)가 설치된다. 또한 상기 우회배관(96)에는 상기 릴리프 배관(91)을 따라 오일이 이동하는지 여부를 결정하기 위한 우회밸브(95)가 설치된다. 즉, 상기 카트리지 밸브(80), 상기 릴리프 밸브(90) 및 상기 우회밸브(95)는 상기 밸브들이 설치되는 각각의 배관들 상에 설치되어 서로 병렬로 연결된다.

상기 각각의 배관(81, 82, 91, 96)들을 통과한 오일은 제2 배출관(72)을 따라 상기 드레인부(70)로 이동되어 외부로 배출된다.

이하에서는, 상기 계량 과정에 따른 오일의 이동 경로를 도면을 참조하여 설명한다.

사출 성형 과정은 형폐, 승압, 충전 및 보압 과정, 계량 및 형개 과정을 순차적으로 거쳐서 이루어진다. 먼저 제1 구간에서의 오일의 이동 흐름을 도 2를 참조하여 설명하면, 펌프(60)에서 제공된 오일은 제1 공급관(61)과 제2 공급관(63)을 따라 이동하여 분배기(40)에 공급된다. 상기 분배기(40)로 이동된 오일에 의해 배럴(16) 내의 스크류(13)의 이동이 이루어지고 설정된 수지의 목표량에 도달할 때까지 계량이 이루어지게 된다.

구체적으로, 상기 호퍼(12)에 투입된 수지를 용융시키기 위해 상기 스크류(13)가 회전됨과 함께 상기 스크류(13)가 설정 스트로크 만큼 후진 이동하게 된다. 이 때, 후진 이동하는 상기 스크류(13)에는 일정 크기 이상의 저항 압력인 배압이 가해지게 되어 용융된 수지의 양이 일정하게 유지될 수 있다.

다만, 수지의 계량이 시작되는 시점부터 상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달할 때까지는 오일의 이동 경로인 배관과 상기 스크류(13)에 배압이 가해지지 않는 것이 에너지 효율에 있어서 유리하다. 즉, 상기 제1 구간에서는 상기 스크류(13)의 후진 이동이 진행 과정에 있으므로 계량 부하 절감을 위해 배압을 가하지 않는 것이 좋다.

따라서, 상기 제1 구간의 과정 진행시, 상기 분배기(40)로부터 제1 배출관(71)을 따라 이동한 오일은 제1 연결배관(81)과 제2 연결배관(82)을 따라 카트리지 밸브(80)로 이동한다.

이러한 오일의 이동 과정은 도 3에 도시된 제1 구간에서 제어부의 전기 신호에 따른 각 밸브의 개폐 여부를 보여주는 블록도를 추가로 참조하여 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 구간의 과정 진행시, 제어부는 상기 우회밸브(95)가 개방되도록 제어하고, 상기 릴리프 밸브(90)가 폐쇄되도록 제어한다. 따라서 상기 제1 배출관(71)을 따라 이동한 오일은 상기 우회배관(96)을 따라 이동한다. 즉, 상기 제1 구간의 과정에서, 오일은 상기 릴리프 배관(91)을 따라 이동하지 않는다.

본 실시 예에서는, 오일의 이동 경로가 상기 제어부의 전기 신호에 따라 상기 우회밸브(95)가 개방되고, 상기 릴리프 밸브(90)가 폐쇄되는 것으로 설명하였으나, 다른 예로서, 오일의 이동 경로가 배관 내의 압력 차이에 의하거나 상기 배관들 사이의 직경 차이 또는 각 배관들 사이에 방향 전환 밸브를 설치하는 것으로도 결정될 수 있다.

상기 우회배관(96)과 상기 연결배관(80, 81)을 통과한 오일은 제2 배출관(72)에서 합지되어 상기 드레인부(70)로 이동된다. 따라서 상기 제1 구간의 과정이 진행될 때, 오일은 상기 릴리프 배관(91)의 상기 릴리프 밸브(90)를 거치지 않는다. 따라서 상기 스크류(13)에 배압을 제공하지 않으므로 배압에 의한 부하가 발생하지 않을 수 있는 것이다.

이하에서는 상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달하는 시점부터 수지의 계량이 완료된 시점까지의 구간(제2 구간)에서의 오일의 이동 흐름을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 다만, 도 2 및 도 3을 통해 설명한 제1 구간에서의 오일의 이동 흐름과 동일한 내용에 대한 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 분배기(40)를 통해 배출된 오일은 제1 배출관(71)을 따라 연결배관(80, 81)으로 이동한다. 또한 상기 제2 구간의 과정이 진행될 때, 상기 제어부는 상기 우회밸브(95)가 폐쇄되도록 제어하고, 상기 릴리프 밸브(90)가 개방되도록 제어한다.

따라서 오일은 상기 릴리프 배관(91)을 따라 제2 배출관(72)으로 이동하게 되고, 상기 우회배관(96)에는 오일이 이동하지 않는다. 즉, 상기 릴리프 배관(91)에 배압이 걸리게 된다.

정리하면, 수지의 계량이 시작되는 시점부터 상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달할 때까지의 제1 구간에서는 제어부의 전기 신호에 의해 상기 우회밸브(95)가 개방되고, 상기 릴리프 밸브(90)가 폐쇄된다. 상기 릴리프 밸브(90)가 폐쇄되면, 상기 스크류(13)의 후진 이동시 상기 스크류(13)에 저항 압력을 제공하지 않게 되므로 배압 없이 계량이 이루어질 수 있다.

상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달하는 시점부터 수지의 계량이 완료된 시점까지의 제2 구간에서는 제어부의 전기 신호에 의해 상기 우회밸브(95)가 폐쇄되고, 상기 릴리프 밸브(90)가 개방된다. 상기 릴리프 밸브(90)가 개방되면, 상기 스크류(13)의 후진 이동시 상기 스크류(13)에 저항 압력을 제공하게 되므로 일정 배압이 걸린 상태로 계량이 이루어지게 된다.

도 6은 사출 시간에 따른 계량 양의 변화를 보여주는 그래프로서, 상기 제1 구간에서 상기 제2 구간으로 변경되는 시점을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 사출 시작 시점은 계량이 시작되는 시점, 즉 제1 구간의 시작 시점이라 할 수 있다. 이 때, 상기 제어부는 상기 우회밸브(95)를 개방하고, 상기 릴리프 밸브(90)를 폐쇄하도록 제어한다. 사출 시간이 경과하여 목표 계량 양의 약 90%에 도달하였을 때, 상기 제어부는 상기 제1 구간에서 제2 구간으로 변경하는 시점임을 인지한다. 따라서 상기 제어부는 구간 변경 시점에서 상기 우회밸브(95)를 폐쇄하고, 상기 릴리프 밸브(90)를 개방하도록 제어한다.

즉, 상기 제어부는 목표 계량 양의 약 90%까지는 제1 구간에 따른 계량이 이루어지게 제어하고, 그 이후에는 제2 구간에 따른 계량이 이루어지도록 제어한다. 이러한 목표 계량 양에 따른 상기 제어부의 제어 신호에 의하면, 배압이 제공되는 구간이 감소하지만 전체 사출 진행은 정상적으로 이루어질 수 있으므로, 계량 부하 절감이 가능한 장점이 있다.

다시 말하면, 상기 제1 구간에서는 배압 없이 계량이 진행되고, 상기 제2 구간에서만 배압이 걸린 상태로 계량이 진행되더라도 전체 사출 진행이 정상적으로 이루어질 수 있으므로 전체 구간에서 배압이 제공되는 것에 비해 전체적으로 계량 부하가 절감되는 장점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되고, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

12: 호퍼 13: 스크류
16: 배럴 60: 펌프
70: 드레인부 80: 카트리지 밸브
90: 릴리프 밸브 95: 우회밸브

Claims (5)

1. 펌프;
   상기 펌프로부터 공급된 오일에 의해 전후진 또는 회전 이동하는 스크류; 및
   상기 스크류의 이동에 사용된 오일이 드레인부로 인출되도록 오일의 이동을 안내하는 배출관을 포함하고,
   상기 배출관은,
   상기 스크류의 후진 이동시 상기 스크류에 저항 압력을 제공하기 위한 릴리프 밸브가 설치되는 릴리프 배관; 및
   상기 릴리프 배관과 병렬로 연결되고 상기 릴리프 배관을 따라 오일이 이동할지 여부를 결정하기 위한 우회밸브가 설치되는 우회배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 우회밸브는,
   수지의 계량이 시작되는 시점부터 상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달할 때까지 개방되고,
   상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달하는 시점부터 수지의 계량이 완료될 때까지 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   수지의 계량이 시작되는 시점부터 상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달할 때까지 오일은 상기 우회배관을 따라 이동되고,
   상기 수지가 미리 설정된 계량 양에 도달하는 시점부터 수지의 계량이 완료된 시점까지 오일은 상기 릴리프 배관을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 우회배관의 개폐 여부는, 제어부의 전기 신호에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 배출관은,
   상기 릴리프 배관 및 상기 우회배관과 병렬로 연결되고 오일의 이동 방향을 제어하는 카트리지 밸브가 설치되는 연결배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형기의 사출장치.

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