KR20180111691A

KR20180111691A - 사출성형기 및 산업기계

Info

Publication number: KR20180111691A
Application number: KR1020180037334A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 가토; 노부요시 하스미
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-10-11
Also published as: EP3381649A1; CN108688108A; JP2018171764A; CN108688108B; EP3381649B1; TWI709474B; JP6898759B2; TW201836815A

Abstract

압력발생장치의 신뢰성을 개선한다.
모터(104)는 압력발생기구(102)를 구동한다. 서보드라이버(200)는 압력발생기구(102)가 원하는 압력을 발생시키도록 모터(104)를 제어한다. 서보드라이버(200)는, 모터(104)의 회전이 실질적으로 정지하여 토크가 발생하는 상태에서, 모터(104)로의 통전을 차단해야 할 정지이벤트가 발생하면, 모터(104)로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시킨다.

Description

사출성형기 및 산업기계{INJECTION MOLDING MACHINE AND INDUSTRIAL MACHINE}

본 발명은 사출성형기 등에 사용되는 압력발생장치에 관한 것이다.

사출성형기는 그 형체결축 등에, 모터에 의한 압력제어를 행하는 서보시스템이 탑재된다. 동일한 서보시스템은 서보프레스기계 등 그 외의 산업기계에도 탑재된다. 이와 같은 산업기계는, 어떠한 이상이 발생하면, 모터로의 통전을 정지하는 비상정지기능을 구비한다.

일본 공개특허공보 2004-351851호 일본 공개특허공보 평8-288325호

본 발명자들은, 비상정지기능을 구비하는 산업기계에 대하여 검토한 결과, 이하의 과제를 인식하기에 이르렀다. 도 1의 (a), (b)는 사출성형기의 형체결축을 모식적으로 나타내는 도이다. 사출성형기(600)는 형체결장치(612)를 구비하고, 금형장치(643)가 장착된다. 금형장치(643)는 고정금형(644) 및 가동금형(645)을 포함한다. 형체결장치(612)는 형체결 서보모터(630)와 운동변환기구(632)를 갖는다. 운동변환기구(632)는 형체결 서보모터(630)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여, 가동금형(645)에 전달한다.

도 1의 (b)는 수지성형 중, 즉 형체결동작 중의 모습을 나타낸다. 형체결동작 중, 모터(630)는, 그 회전이 실질적으로 멈춘 상태에서 토크가 발생하고 있고, 가동금형(645)이 높은 압력으로 고정금형(644)에 압박되어 있다. 이 압력에 의하여 고정금형(644)을 지지하는 프레임(646)이 변형되어, 탄성에너지가 축적된다.

도 1의 (b)의 상태에서, 비상정지기능이 작동하여, 형체결 서보모터(630)의 발생토크가 급격하게 제로로 떨어지면, 프레임(646)에 축적된 탄성에너지가 해방된다. 해방된 탄성에너지가 가동금형(645)의 운동에너지로 변환되면, 가동금형(645)이 튕길 가능성이 있다. 가동금형(645)이 동작단(動作端)에 충돌하면, 기계에 손상을 발생시켜, 신뢰성을 저하시킬 우려가 있다. 또 가동금형(645)이 동작단에 충돌하지 않았다고 해도, 가동금형(645)의 튕김은, 불필요한 진동을 발생시킬 우려가 있어 바람직하지 않다. 동일한 문제는, 사출성형기에 한정되지 않고, 그 외의 압력발생장치에 있어서 발생할 수 있다. 다만 이 문제를 당업자의 일반적인 인식이라고 파악해서는 안 된다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 신뢰성이 개선된 압력발생장치의 제공에 있다.

본 발명의 일 양태는, 사출성형기에 관한 것이다. 이 사출성형기는, 모터와, 모터의 회전운동을 가동금형의 직선운동으로 변환하는 운동변환기구와, 모터를 구동하는 서보드라이버를 구비한다. 서보드라이버는, 형체결동작 또는 보압동작 중에 모터로의 통전을 차단해야 할 정지이벤트가 발생하면, 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시킨다.

사출성형기는, 모터의 회전상태를 나타내는 출력을 생성하는 회전센서를 더 구비해도 된다. 서보드라이버는, 회전센서의 출력에 의존하지 않고, 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시켜도 된다.

이로써 회전센서에 이상이 발생하고 있는 경우에 있어서도, 장치를 안전하게 정지시킬 수 있다.

서보드라이버는, 정지이벤트가 발생했을 때의 구동파라미터를 유지하고, 유지한 구동파라미터를 초깃값으로 하여 구동파라미터를 완만하게 변화시켜도 된다. 서보드라이버는 모터를 PWM(Pulse Width Modulation) 구동해도 된다. 서보드라이버는, 정지이벤트가 발생했을 때의 듀티비를 유지하고, 유지한 듀티비를 초깃값으로 하여, 듀티비를 완만하게 변화시켜도 된다. 서보드라이버는, 정지이벤트가 발생했을 때의 전류지령값을 유지하고, 유지한 전류지령값을 초깃값으로 하여, 전류지령값을 완만하게 저하시켜도 된다.

이러한 제어에 의하면, 정지이벤트의 발생 전후에서의 모터의 발생토크의 불연속을 억제할 수 있어, 보다 안전한 정지시퀀스를 실현할 수 있다.

본 발명의 일 양태는 압력발생장치에 관한 것이다. 압력발생장치는, 압력발생기구와, 압력발생기구를 구동하는 모터와, 압력발생기구가 원하는 압력을 발생시키도록 모터를 제어하는 서보드라이버를 구비한다. 서보드라이버는, 모터의 회전이 실질적으로 정지하여 토크가 발생하는 상태에서, 모터로의 통전을 차단해야 할 정지이벤트가 발생하면, 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시킨다.

이 양태에 의하면, 정지이벤트 발생 후에, 모터의 토크는 시간의 경과에 따라 완만하게 저하해 가기 때문에, 정지이벤트 발생 전에 압력발생기구에 축적되어 있던 에너지는, 완만하게 해방된다. 이로써 압력발생장치의 가동부분의 튕김이나 진동을 억제할 수 있고, 나아가서는 신뢰성을 개선할 수 있다.

압력발생장치는, 모터의 회전상태를 나타내는 출력을 생성하는 회전센서를 더 구비해도 된다. 서보드라이버는, 회전센서의 출력에 의존하지 않고, 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시켜도 된다.

본 발명의 다른 양태는 산업기계에 관한 것이다. 산업기계는 상술한 것 중 어느 하나의 압력발생장치를 구비해도 된다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 압력발생장치의 신뢰성을 개선할 수 있다.

도 1의 (a), (b)는 사출성형기의 형체결축을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 실시형태에 관한 압력발생장치의 블록도이다.
도 3의 (a)~(c)는 도 2의 압력발생장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 4의 (a)~(c)는 도 3의 (a)~(c)의 정지시퀀스에 대응하는 동작파형도이다.
도 5는 제1 실시예에 관한 압력발생장치의 블록도이다.
도 6은 제2 실시예에 관한 압력발생장치의 블록도이다.
도 7은 제3 실시예에 관한 압력발생장치의 블록도이다.
도 8은 사출성형기를 나타내는 도이다.
도 9는 사출성형기의 전기계통을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명을 적합한 실시형태를 토대로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또, 실시형태는 발명을 한정하는 것이 아니라 예시로서, 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정할 수 없다.

도 2는 실시형태에 관한 압력발생장치(100)의 블록도이다. 압력발생장치(100)는 압력발생기구(102), 모터(104), 회전센서(106) 및 서보드라이버(200)를 구비한다. 압력발생기구(102)는, 예를 들면 도 1의 운동변환기구(632)와 금형장치(643)의 조합에 상당한다.

모터(104)는 압력발생기구(102)를 구동하여, 압력을 발생시킨다. 서보드라이버(200)는 통상운전 시(통상운전모드라고도 함)에 있어서, 압력발생기구(102)가 원하는 압력을 발생시키도록 모터(104)를 제어한다. 서보드라이버(200)는 인버터(202)와 컨트롤러(220)를 포함한다.

회전센서(106)는 모터(104)의 회전상태를 나타내는 출력을 생성한다. 예를 들면 회전센서(106)는 모터(104)의 로터의 위치(전기각)를 검출하는 인코더여도 된다. 컨트롤러(220)는 인코더의 출력에 따라 생성되는 압력지령값(P_REF)에 따른 구동신호를 모터(104)에 공급해도 된다. 압력지령값(P_REF)은, 상위 컨트롤러(180)에 의하여 생성되어도 되고, 서보드라이버(200)의 컨트롤러(220) 자신이 생성해도 된다.

서보드라이버(200)는, 모터(104)의 회전이 실질적으로 정지하여 토크가 발생하는 상태에서, 모터(104)로의 통전을 차단해야 할 정지이벤트가 발생하면, 안전정지모드가 되어, 모터(104)로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시킨다. 즉 컨트롤러(220)는 통상운전모드와 안전정지모드가 전환 가능하게 되어 있다.

바람직하게는 컨트롤러(220)는 안전정지모드에 있어서, 회전센서(106)의 출력에 의존하지 않고, 바꾸어 말하면 압력지령값(P_REF)에 의존하지 않고, 모터(104)로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시킨다.

이상이 압력발생장치(100)의 동작이다. 계속해서 그 동작을 설명한다. 도 3의 (a)~(c)는 도 2의 압력발생장치(100)의 동작을 설명하는 도이다. 도 3의 (a)는 안전정지모드에 의하지 않는 정지시퀀스를, 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)는 안전정지모드에 의한 정지시퀀스를 나타낸다.

도 3의 (a)~(c)에는, 위치와 모터출력의 관계, 및 위치와 압력발생기구의 가동부분의 속도의 관계가 나타난다. 가로축은 압력발생기구의 가동부분(예를 들면 도 1의 가동금형(645)에 상당함)의 위치를 나타내고, 좌측의 세로축은 가동부분의 속도를 나타내며, 우측의 세로축은 모터출력을 나타낸다. 탄성변형영역은, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 탄성에너지가 축적되는 가동범위를 나타내고 있고, x=0은, 도 1의 (a)의 가동금형(645)과 고정금형(644)이 접촉한 상태에 상당한다. 각 축의 수치는 편의적인 것이다.

먼저 도 3의 (a)를 참조하여, 종래의 정지시퀀스를 설명한다. 동작점 (i)에 있어서 압력발생장치(100)는 통상동작모드로 동작하고 있고, 일정한 압력을 발생시키고 있으며, 가동부분의 속도는 제로이다.

어느 시점에 정지이벤트가 발생하면, 모터로의 급전이 순간적으로 차단되어, 동작점이 (ii)로 이동한다. 탄성에너지가 가동부분의 운동에너지로 변환되고, 가동부분이 되밀려, 속도를 갖게 되어, 위치가 변화한다. 이윽고 동작점 (iii)에 있어서 속도가 제로가 되면, 가동부분이 정지한다. 만약 가동부분의 동작단이 위치좌표 x=5에 존재했다고 하면, x=5를 통과할 때에(도면 중, 동작점 (iv)), 가동부분이 속도를 갖고 있기 때문에, 가동부분은 동작단에 충돌하게 된다.

계속해서 도 3의 (b)를 참조하여, 실시형태에 관한 정지시퀀스를 설명한다. 동작점 (i)에 있어서 압력발생장치(100)는 통상동작모드로 동작하고 있고, 일정한 압력을 발생시키고 있으며, 가동부분의 속도는 제로이다.

어느 시점에 정지이벤트가 발생하면, 모터로의 공급전력(구동전류)이 완만하게 감소하여, 모터가 발생시키는 힘이 저하된다. 이때, 가동부분에는, 탄성에너지가 가동부분을 되밀려고 하는 힘과 모터가 발생시키는 힘이 반대방향으로 가해진다. 이로써, 가동부분의 가속이 억제된다. 모터가 발생시키는 힘은, 가동부분이 x=0(탄성변형영역의 단부)이 되는 부근에서 제로로 되어 있다.

이 정지시퀀스에 의하면, 가동부분은 동작단까지 도달하지 않기 때문에, 충돌을 방지할 수 있다.

도 3의 (c)는 실시형태에 관한 정지시퀀스의 다른 예를 나타낸다. 도 3의 (c)에서는, 모터출력이 도 3의 (b)보다 빠르게 저하되고 있다. 이 경우, 가동부분은, 도 3의 (b)에 비하여 큰 속도를 갖게 되고, x=0을 넘어 변위하지만, 동작단에는 도달하지 않는다. 즉 충돌을 방지할 수 있다.

도 4의 (a)~(c)는 도 3의 (a)~(c)의 정지시퀀스에 대응하는 동작파형도이다. 도 4의 (a)~(c)에 있어서, 시각 t₀은 정지이벤트의 발생시각을 나타낸다. 또 도 4의 (b), (c)에 있어서, 시각 t₀~t₁은 모터(104)의 출력을 완만하게 저하시키는 기간을 나타낸다.

이상이 압력발생장치(100)의 동작이다. 실시형태에 관한 압력발생장치(100)에 의하면, 정지이벤트 발생 후에, 모터(104)의 토크는 시간의 경과에 따라 완만하게 저하해 가기 때문에, 정지이벤트 발생 전에 압력발생기구에 축적되어 있던 탄성에너지는, 완만하게 혹은 긴 시간스케일로 해방된다. 이로써 가동부분의 튕김을 억제할 수 있고, 나아가서는 신뢰성을 개선할 수 있다.

동일한 동작은, 정지이벤트가 발생한 경우에, 상위 컨트롤러(180)로부터의 압력지령값(P_REF)을 완만하게 저하시킴으로써도 실현할 수 있다. 단 이 경우, 회전센서(106)에 이상이 발생하고 있던 경우, 압력지령값(P_REF)이 이상값을 취할 수 있기 때문에, 반드시 모터(104)의 토크를 완만하게 저하시킬 수 있다고는 한정할 수 없다. 상술과 같이, 컨트롤러(220)에는, 회전센서(106)의 출력에 의존하지 않는, 말하자면 오픈루프의 정지시퀀스가 내장되어 있어, 회전센서(106)에 이상이 발생하고 있던 경우에도, 안전하게 압력발생장치(100)를 정지시킬 수 있다. 오픈루프제어에서도 모터를 올바르게 정지제어할 수 있는 이유는, 형체결공정 혹은 보압공정에 있어서, (i) 모터의 회전은 실질적으로 정지하고 있고, 프레임의 변형량에 상당하는 모터의 회전각도가 미소(微小)하기 때문에 프레임의 탄성에너지의 해방 직후의 모터의 전기각 변화량은 모터구동제어상 실질적으로 무시할 수 있는 것, (ii) 회전수 제로에 있어서의 전류와 토크의 관계가 이미 알려진 것을 들 수 있다. 다만 이 발견을 당업자의 일반적인 인식으로서 파악해서는 안 된다.

본 발명은 도 2의 블록도로서 파악되고, 혹은 상술한 설명으로부터 유도되는 다양한 장치, 회로, 방법에 이르는 것이며, 특정의 구성에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 범위를 좁히기 위해서가 아니라, 발명의 본질이나 회로동작의 이해를 돕고, 또 그것들을 명확화하기 위하여, 보다 구체적인 실시예를 설명한다.

(제1 실시예)

도 5는 제1 실시예에 관한 압력발생장치(100A)의 블록도이다. 회전센서(106)는 인코더이며, 모터(104)의 로터의 위치검출값(θ_FB)을 생성한다. 압력센서(108)는 압력발생기구(102)가 발생시키는 압력을 검출하고, 압력검출값(P_FB)을 생성한다. 전력차단기(110)는 인버터(202)와 모터(104)의 사이에 마련된다. 브레이크(112)는 모터(104)를 감속, 정지시키는 메커니컬브레이크이다.

서보드라이버(200A)는 인버터(202), 컨트롤러(220A)에 더하여, 전류센서(204), 브레이크구동회로(206)를 구비한다. 전류센서(204)는 인버터(202)로부터 모터(104)에 공급되는 구동전류를 검출하고, 전류검출값(I_FB)을 생성한다. 브레이크구동회로(206)는 브레이크(112)를 제어한다.

상술과 같이 컨트롤러(220A)는 통상운전모드와 안전정지모드가 전환 가능하게 되어 있다. 컨트롤러(220A)는 CPU(Central Processing Unit) 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치에 의하여 구성되고, 내부 메모리에 저장된 구동제어용 프로그램을 CPU가 실행함으로써, 각 블록의 기능이 실현된다. 컨트롤러(220A)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 프로그래머블 하드웨어여도 되고, ASIC(Application Specified Integrated Circuit)여도 된다.

통상운전모드에 관련하여 컨트롤러(220A)는, 압력제어기(222), 전류제어기(224), PWM신호생성기(226)를 구비한다. 압력제어기(222)는 압력지령값(P_REF)에 따른 전류지령값(I_REF)을 생성한다. 예를 들면 압력제어기(222)는 압력검출값(P_FB)이 압력지령값(P_REF)에 가까워지도록 전류지령값(I_REF)을 조절한다. 다만 압력센서(108)는 생략해도 되고, 압력지령값(P_REF)에 계수를 곱하여 전류지령값(I_REF)을 생성해도 된다. 압력제어기(222)나 전류제어기(224)는 PI컨트롤러나 PID컨트롤러 등으로 구성할 수 있다.

전류제어기(224)는 전류검출값(I_FB)이 전류지령값(I_REF)에 가까워지도록, 듀티비지령값(D_{REF_NORM})을 생성한다. 통상운전모드에서는, 이 듀티비지령값(D_{REF_NORM})이 PWM신호생성기(226)에 입력된다. PWM신호생성기(226)는 듀티비지령값(D_{REF_NORM})에 따른 듀티비를 갖는 PWM신호(S_PWM)를 생성한다. 인버터(202)는 PWM신호(S_PWM)에 따라 스위칭한다.

서보드라이버(200A)는 또한 출력차단컨트롤러(230A)를 구비한다. 출력차단컨트롤러(230A)에는, 정지이벤트 발생 시에 어서트(예를 들면 1)가 되는 출력차단지령(SHDN)이 입력된다. 출력차단컨트롤러(230A)는 출력차단지령(SHDN)의 어서트에 응답하여, 컨트롤러(220A)의 동작모드를, 통상운전모드에서 안전정지모드로 전환한다. 그리고 출력차단컨트롤러(230A)는 안전정지모드에 의하여 모터(104)로의 공급전력이 제로가 된 후에, 전력차단기(110)를 차단상태로 한다. 또 출력차단컨트롤러(230A)는 브레이크구동회로(206)를 제어하여 브레이크(112)를 작동하게 한다.

출력차단컨트롤러(230A)는 정지이벤트가 발생했을 때의 구동파라미터를 유지하고, 유지한 구동파라미터를 초깃값으로 하여 구동파라미터를 서서히 변화시킨다. 초깃값생성부(232)는 정지이벤트가 발생했을 때의 구동파라미터를 유지한다. 서변(徐變)지령생성부(234)는, 초깃값생성부(232)가 유지한 값을 초기로 하여, 시간의 경과에 따라 서변하는 구동파라미터를 생성한다.

제1 실시예에 있어서, 안전정지에 사용하는 구동파라미터는 듀티비지령값(D_REF)이다. 즉 초깃값생성부(232)는 출력차단지령(SHDN)이 어서트되면, 전류제어기(224)가 생성하는 듀티비지령값(D_{REF_NORM0})을 유지한다. 그리고 서변지령생성부(234)는 초깃값생성부(232)가 유지한 듀티비지령값(D_{REF_NORM0})을 초깃값으로 하여 시간의 경과에 따라 변화하는 듀티비지령값(D_{REF_SAFE})을 생성한다.

셀렉터(236)는 통상운전모드에 있어서, 전류제어기(224)로부터의 듀티비지령값(D_{REF_NORM})을 선택하고, 안전정지모드에 있어서, 서변지령생성부(234)로부터의 듀티비지령값(D_{REF_SAFE})을 선택한다.

보기(補器)제어부(238)는 안전정지모드에 있어서 서변지령(D_{REF_SAFE})에 따라 보기구동지령(STOP_SAFE)을 생성한다. 셀렉터(240)는 통상운전모드에 있어서 보기구동지령(STOP_NORM)을 선택하고, 안전정지모드에 있어서 보기구동지령(STOP_SAFE)을 선택한다. 선택된 보기구동지령(STOP)은 브레이크구동회로(206) 및 전력차단기(110)에 공급된다.

(제2 실시예)

도 6은 제2 실시예에 관한 압력발생장치(100B)의 블록도이다. 출력차단컨트롤러(230B)는 도 5의 출력차단컨트롤러(230A)에 더하여 PWM신호생성기(242)를 구비한다. PWM신호생성기(242)는 서변지령생성부(234)가 생성하는 듀티비지령값(D_{REF_SAFE})을 받고, 그에 따른 듀티비를 갖는 PWM신호(S_PWM__SAFE)를 생성한다. 셀렉터(244)는 통상운전모드에 있어서 PWM신호(S_PWM__NORM)를, 안전정지모드에 있어서 PWM신호(S_PWM__SAFE)를 선택한다.

(제3 실시예)

도 7은 제3 실시예에 관한 압력발생장치(100C)의 블록도이다. 이 실시예에 있어서, 안전정지에 사용하는 구동파라미터는 전류지령값(I_REF)이다. 즉 초깃값생성부(232)는 출력차단지령(SHDN)이 어서트되면, 압력제어기(222)가 생성하는 전류지령값(I_REF0)을 유지한다. 그리고 서변지령생성부(234)는 초깃값생성부(232)가 유지한 전류지령값(I_REF0)을 초깃값으로 하여 시간의 경과에 따라 감소하는 전류지령값(I_REF__SAFE)을 생성한다.

셀렉터(250)는 통상운전모드에 있어서, 압력제어기(222)로부터의 전류지령값(I_REF__NORM)을 선택하고, 안전정지모드에 있어서, 서변지령생성부(234)로부터의 전류지령값(I_REF__SAFE)을 선택한다. 전류제어기(224)는 셀렉터(250)가 선택한 전류지령값(I_REF)에 근거하여 듀티비지령값(D_REF)을 생성한다.

(용도)

계속해서, 압력발생장치(100)의 용도를 설명한다. 압력발생장치(100)는 사출성형기의 형체결축에 적합하게 이용할 수 있다. 도 8은 사출성형기(600)를 나타내는 도이다. 사출성형기(600)는 주로, 사출장치(611), 형체결장치(612), 이젝터장치(671)를 구비한다. 이들은 베이스프레임(613) 상에 지지되어 있다. 또 사출성형기(600)에는, 착탈 가능한 금형장치(643)가 장착된다.

(1) 금형장치

금형장치(643)는 고정금형(644) 및 가동금형(645)을 포함하고, 형체결장치(612)에 장착된다. 사출장치(611)는 수지를 가열하여 용해시키고, 금형장치(643)의 내부 공간에 흘려 넣는다(사출). 형체결장치(612)는 고정금형(644)과 가동금형(645)을 체결하고, 내부의 수지에 압력을 가하여, 냉각시켜, 수지를 금형에 따른 형상으로 성형한다. 이젝터장치(671)는 성형된 성형품을 금형장치(643)로부터 취출한다.

(2) 사출장치

사출장치(611)는 사출장치프레임(614)에 의하여 지지되어 있다. 가이드(681)는 사출장치프레임(614)의 길이방향으로 배치된다. 그리고, 사출장치프레임(614)에 의하여 볼나사축(621)이 회전 가능하게 지지되고, 볼나사축(621)의 일단이 가소화이동용 모터(622)에 연결된다. 또, 볼나사축(621)과 볼나사너트(623)가 나사결합되어, 볼나사너트(623)와 사출장치(611)가 스프링(624) 및 브래킷(625)을 통하여 연결된다. 따라서, 가소화이동용 모터(622)를 정방향 혹은 반대방향으로 구동하면, 가소화이동용 모터(622)의 회전운동은, 볼나사축(621)과 볼나사너트(623)의 조합, 즉 나사장치(691)에 의하여 직선운동으로 변환되고, 이 직선운동이 브래킷(625)에 전달된다. 그리고, 브래킷(625)이 가이드(681)를 따라 화살표 A방향으로 이동되고, 사출장치(611)가 진퇴된다.

또, 브래킷(625)에는, 전방(前方)(도면에 있어서의 좌측)을 향하여 가열실린더(615)가 고정되고, 가열실린더(615)의 전단(前端)(도면에 있어서의 좌단)에 사출노즐(616)이 배치된다. 그리고, 가열실린더(615)에 호퍼(617)가 배치됨과 함께, 가열실린더(615)의 내부에는 스크루(626)가 진퇴(도면에 있어서의 좌우방향으로 이동) 가능하고, 또한 회전 가능하게 배치되어, 스크루(626)의 후단(도면에 있어서의 우단)이 지지부재(682)에 의하여 지지된다.

지지부재(682)에는 계량장치 구동용 서보모터(이하, 계량용 서보모터로 약칭함)(683)가 장착되고, 이 계량용 서보모터(683)를 구동함으로써 발생된 회전이 타이밍벨트(684)를 통하여 스크루(626)에 전달되도록 되어 있다.

사출장치프레임(614)에는, 스크루(626)와 평행하게 볼나사축(685)이 회전 가능하게 지지됨과 함께, 볼나사축(685)과 사출장치 구동용 서보모터(이하, 사출용 서보모터로 약칭함)(686)가 타이밍벨트(687)를 통하여 연결된다. 그리고, 볼나사축(685)의 전단은, 지지부재(682)에 고정된 볼나사너트(674)와 나사결합된다. 따라서, 사출용 서보모터(686)를 구동하면, 그 회전운동은, 볼나사축(685)과 볼나사너트(674)의 조합, 즉 나사장치(692)에 의하여 직선운동으로 변환되고, 직선운동이 지지부재(682)에 전달된다.

다음으로, 사출장치(611)의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 계량공정에 있어서는, 계량용 서보모터(683)를 구동하고, 타이밍벨트(684)를 통하여 스크루(626)를 회전시키며, 사출용 서보모터(686)를 구동하고, 타이밍벨트(687)를 통하여 스크루(626)를 소정의 위치까지 후퇴(도면에 있어서의 우측으로 이동)시킨다. 이때, 호퍼(617)로부터 공급된 수지는, 가열실린더(615) 내에 있어서 가열되어 용융되고, 스크루(626)의 후퇴에 따라 스크루(626)의 전방에 축적된다.

다음으로, 사출공정에 있어서는, 사출노즐(616)을 고정금형(644)에 압박하여, 사출용 서보모터(686)를 구동하고, 타이밍벨트(687)를 통하여 볼나사축(685)를 회전시킨다. 이때, 지지부재(682)는 볼나사축(685)의 회전에 따라 이동되고, 스크루(626)를 전진(도면에 있어서의 좌측으로 이동)시키기 때문에, 스크루(626)의 전방에 축적된 수지는 사출노즐(616)로부터 사출되고, 고정금형(644)과 가동금형(645)의 사이에 형성된 캐비티공간(647)에 충전된다.

스크루(626)가 소정의 위치에 도달하면, 사출공정으로부터 보압공정으로의 전환(이른바 V/P전환)이 행해진다. 보압공정에서는, 사출용 서보모터(686)를 구동하고 스크루(626)를 전방으로 눌러, 스크루(626)의 전방에 있어서의 수지의 압력을 설정압으로 유지하며, 가열실린더(615) 내에 남는 수지를 금형장치(643)를 향하여 누른다. 금형장치(643) 내에서의 냉각수축에 의한 부족분의 수지를 보충할 수 있다. 유지압력은, 예를 들면 압력검출기를 이용하여 검출한다. 유지압력의 설정값은, 보압공정의 개시부터 경과시간 등에 따라 변경되어도 된다. 보압공정 후, 냉각공정이 개시된다. 냉각공정에서는, 캐비티공간(647) 내의 수지의 고화가 행해진다. 성형사이클의 단축을 위하여, 냉각공정 중에 다음의 계량공정이 행해져도 된다.

(3) 형체결장치

다음으로, 형체결장치(612)에 대하여 설명한다. 형체결장치(612)는, 사출장치(611)와 대향하도록 하여 베이스프레임(613)에 지지된다. 형체결장치(612)는 고정플래튼(651), 토글서포트(652), 고정플래튼(651)과 토글서포트(652)의 사이에 가설(架設)된 타이바(653), 고정플래튼(651)과 대향하여 배치되고, 타이바(653)를 따라 진퇴 가능하게 배치된 가동플래튼(654), 및 가동플래튼(654)과 토글서포트(652)의 사이에 배치된 토글기구(656)를 구비한다. 그리고, 고정플래튼(651) 및 가동플래튼(654)에, 서로 대향시켜 고정금형(644) 및 가동금형(645)이 각각 장착된다.

토글기구(656)는, 도시되지 않은 형체결용 서보모터에 의하여 크로스헤드(658)를 토글서포트(652)와 가동플래튼(654)의 사이에서 진퇴시킴으로써, 가동플래튼(654)을 타이바(653)를 따라 진퇴시키고, 가동금형(645)을 고정금형(644)에 대하여 접리(接離)시켜, 형폐쇄, 형체결 및 형개방을 행하도록 되어 있다.

이로 인하여, 토글기구(656)는 크로스헤드(658)에 대하여 요동 가능하게 지지된 토글레버(661), 토글서포트(652)에 대하여 요동 가능하게 지지된 토글레버(662), 가동플래튼(654)에 대하여 요동 가능하게 지지된 토글암(663)으로 이루어지고, 토글레버(661)와 토글레버(662)의 사이, 및 토글레버(662)와 토글암(663)의 사이가 각각 링크결합된다.

또, 볼나사축(664)이 토글서포트(652)에 대하여 회전 가능하게 지지되고, 볼나사축(664)과 크로스헤드(658)에 고정된 볼나사너트(665)가 나사결합된다. 그리고, 볼나사축(664)을 회전시키기 위하여, 토글서포트(652)의 측면에 형체결용 서보모터(도시생략)가 장착된다.

따라서, 형체결용 서보모터를 구동하면, 형체결용 서보모터의 회전운동이, 볼나사축(664)과 볼나사너트(665)의 조합, 즉 나사장치(693)에 의하여 직선운동으로 변환되고, 직선운동이 크로스헤드(658)에 전달되어, 크로스헤드(658)는 화살표 C방향으로 진퇴된다. 즉, 크로스헤드(658)를 전진(도면에 있어서의 우측으로 이동)시키면, 토글기구(656)가 신전(伸展)하여 가동플래튼(654)이 전진되어, 형폐쇄 및 형체결이 행해지고, 크로스헤드(658)를 후퇴(도면에 있어서의 좌측에 이동)시키면, 토글기구(656)가 굴곡되어 가동플래튼(654)이 후퇴되며, 형개방이 행해진다.

(4) 전기계통

도 9는 사출성형기(600)의 전기계통을 나타내는 블록도이다. 정류기(702)는 교류전원과 접속되고, 교류를 정류하여 직류전압을 생성한다. 컨버터(704)는 정류기(702)로부터의 직류전압을, 소정의 전압레벨로 안정화시켜, DC링크버스(708)에 DC링크전압(V_DC)을 발생시킨다. DC링크버스(708)에는, DC링크전압(V_DC)을 안정화시키기 위한 평활콘덴서(706)가 접속된다. DC링크버스(708)에는, 복수의 인버터(720)가 접속된다. 각 인버터(720)는 대응하는 모터(722)를 구동한다. 모터(722A~722C)는, 상술한 가소화이동용 모터(622), 계량용 서보모터(683), 사출용 서보모터(686), 형체결용 서보모터여도 된다. 그 외에 사출성형기(600)에는 다양한 서보기구가 마련되어 있고, 각 축에 인버터(720)와 모터(722)가 마련된다.

쌍방향 컨버터(710)는, DC링크버스(708)와 축전모듈(712)의 사이에 마련된다. 축전모듈(712)은 주로 백업전원으로서 기능하고, 교류전원이 차단된 경우 등에, 쌍방향 컨버터(710)는, 컨버터(704)로 바뀌어, 축전모듈(712)의 전력을 평활콘덴서(706)에 공급한다. 또, 인버터(720)가 회생운전을 행하여, 잉여에너지가 발생한 경우에는, 쌍방향 컨버터(710)는 그 잉여에너지로 축전모듈(712)을 충전한다.

이상, 본 발명에 대하여, 실시형태를 바탕으로 설명했다. 이 실시형태는 예시이며, 이들 각 구성요소나 각 처리프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또 이러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다. 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.

(변형예 1)

도 5~도 7에 있어서, 파선(破線)으로 나타내는 압력센서(108), 브레이크구동회로(206), 전력차단기(110) 및 거기에 부수하는 파선으로 나타내는 신호선은 옵션이며, 일부 혹은 전부를 적절히 생략할 수 있다.

(변형예 2)

압력발생장치(100)의 용도는 사출성형기에 한정되지 않고, 프레스기계 등의 산업기계에도 적용 가능하다.

(변형예 3)

안전정지시퀀스에 있어서, 모터로의 공급전력을 서서히 감소시키는 방법에도 변형예가 존재할 수 있다. 예를 들면 인버터에 공급되는 전원전압(DC링크전압)을 완만하게 저하시켜도 된다.

100…압력발생장치
102…압력발생기구
104…모터
106…회전센서
108…압력센서
110…전력차단기
112…브레이크
180…상위 컨트롤러
200…서보드라이버
202…인버터
204…전류센서
206…브레이크구동회로
220…컨트롤러
222…압력제어기
224…전류제어기
226…PWM신호생성기
230…출력차단컨트롤러
232…초깃값생성부
234…서변지령생성부
236…셀렉터
238…보기제어부
240…셀렉터
242…PWM신호생성기
244, 250…셀렉터
600…사출성형기
611…사출장치
612…형체결장치
613…베이스프레임
614…사출장치프레임
615…가열실린더
616…사출노즐
617…호퍼
621…볼나사축
622…가소화이동용 모터
623…볼나사너트
624…스프링
625…브래킷
626…스크루
630…형체결 서보모터
632…운동변환기구
643…금형장치
644…고정금형
645…가동금형
646…프레임
647…캐비티공간
651…고정플래튼
652…토글서포트
653…타이바
654…가동플래튼
656…토글기구
658…크로스헤드
661, 662…토글레버
663…토글암
664…볼나사축
665…볼나사너트
671…이젝터장치
674…볼나사너트
681…가이드
682…지지부재
683…계량용 서보모터
684…타이밍벨트
685…볼나사축
686…사출용 서보모터
687…타이밍벨트
691, 692, 693…나사장치
702…정류기
704…컨버터
706…평활콘덴서
708…DC링크버스
710…쌍방향 컨버터
712…축전모듈
720…인버터
722…모터

Claims

모터와,
상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 운동변환기구와,
상기 모터를 구동하는 서보드라이버를 구비하고,
상기 서보드라이버는, 형체결동작 또는 보압동작 중에 상기 모터로의 통전을 차단해야 할 정지이벤트가 발생하면, 상기 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기.
제1항에 있어서,
상기 모터의 회전상태를 나타내는 출력을 생성하는 회전센서를 더 구비하고,
상기 서보드라이버는, 상기 회전센서의 출력에 의존하지 않고, 상기 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 서보드라이버는, 상기 정지이벤트가 발생했을 때의 구동파라미터를 유지하고, 유지한 구동파라미터를 초깃값으로 하여 상기 구동파라미터를 서서히 변화시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 서보드라이버는 상기 모터를 PWM 구동하고, 상기 정지이벤트가 발생했을 때의 듀티비를 유지하며, 유지한 듀티비를 초깃값으로 하여, 상기 듀티비를 서서히 변화시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 서보드라이버는, 상기 정지이벤트가 발생했을 때의 전류지령값을 유지하고, 유지한 전류지령값을 초깃값으로 하여, 상기 전류지령값을 서서히 저하시키는 것을 특징으로 하는 사출성형기.
압력발생장치를 구비하는 산업기계이며,
상기 압력발생장치는,
압력발생기구를 구동하는 모터와,
상기 압력발생기구가 원하는 압력을 발생시키도록 상기 모터를 제어하는 서보드라이버를 구비하고,
상기 서보드라이버는, 상기 모터의 회전이 실질적으로 정지하여 토크가 발생하는 상태에서, 상기 모터로의 통전을 차단해야 할 정지이벤트가 발생하면, 상기 모터로의 공급전력을 시간의 경과에 따라 저하시키는 것을 특징으로 하는 산업기계.