KR960007283B1 - 사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법 및 사출압축성형기 - Google Patents

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내용 없음.

Description

사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법 및 사출압축성형기

제1도는 이 발명에 의하여 구성한 사출압축성형기의 몰드클램핑 압력제어계의 블록도.

제2도는 이 발명의 몰드클램핑 압력제어계를 구비한 사출압축성형기의 단면도.

제3도는 이 발명의 몰드클램핑 압력제어계의 동작설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압력절환 온도설정기 2 : 압력설정기

3 : 수지온도센서 4 : 변환기

5 : 비교연산부 6 : 압력절환신호

7 : 몰드클램핑압력제어부 8 : 몰드클램핑압력제어밸브

10 : 포트 12 : 부스터램

14 : 몰드클램핑램 16 : 금형

18 : 몰드클램핑실린더 20 : 포트

22 : 프리필 밸 24 : 통공

26 : 캐버티 28 : 일반형온도센서

30 : 초음파응용형 온도센서

이 발명은 사출압축성형의 몰드클램핑(mold clamping) 압력제어에서 특히 금형을 약간 연상태에서 수지를 사출후에 몰드클램핑에 의하여 압축성형하는 경우 다단계의 몰드압력절환제어를 할때의 압력절환시점을 금형내의 수지온도변화에 상관시키므로서 수지온도특성의 변화에 대응한 섬세한 몰드클램핑 압력제어를 하여서 우량품 성형 및 정도향상을 기하는 사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법 및 장치에 관한 것이다.

사출압축성형기술은 금형을 약간 연상태에서 수지를 사출하고 그후 몰드클램핑을 하여 성형하는 기술이며, (1) 통상의 사출성형의 수분지1의 낮은 사출압력으로 캐버티(cavity)를 충전할 수 있으므로 몰드클램핑압력이 약해도 되며, (2) 캐버티내의 용융재료에 충분한 압력을 부가할 수가 있기 때문에 금형의 비교적 미세한 부분까지도 충분한 재료가 충전되어 금형에 대한 모사성이 향상되고, (3) 잔류응력이 적고 용융재료의 유동지향성이 적기 때문에 제품의 변형이 방지되고 형상의 정도향상을 기대할 수 있으며, (4) 용융재료에 대하여 충분한 성형압력을 부가하는 동시에 압력유지 효과도 향상되기 때문에 두께가 두꺼운 제품의 수축캐버티방지를 기할 수가 있다.

등의 이점이 있다.

따라서 이와 같은 성형기술은 두께가 두껍고 고도의 형상정도가 요구되는 제품에 적합하며 특히 플라스틱렌즈나 디스크등의 광학부품이나 각종 두께가 두꺼운 제품의 성형에 적합하다고 되어 있다.

그러나 특정수지재료를 사용하여 또한 특정형상의 금형을 사용하여 실제로 사출압축성형을 할 경우 몰드클램핑압력조건은 수지의 특성, 금형형상, 용융수지나 금형 또는 장치의 온도상태등에 의하여 각각 구체적으로 다르며 압축성형의 어느 시점에서 어느 정도의 몰드클램핑압력을 부가하여야 되는지를 일반적으로 정하는 것은 불가능하다.

이 때문에 종래의 사출압축성형에 있어서는 개개의 경우에 대응한 몰드클램핑 압력제어조건을 오로지 경험에 의존하여 설정하고 있었다.

즉 사용하는 수지의 수축특성, 금형온도조절장치의 온도설정이나 냉각효과, 금형캐버티부의 온도변화특성, 작동유온도변화에 따른 기계동작의 변화특성등을 숙련에 의하여 경험적으로 판단하고 압축성형중의 몰드클램핑압력의 변화형태를 결정하고 예를 들면 타이머설정에 대하여 몰드클램핑압력이 시간적으로 일률적으로 변화하는 프로그램으로서 설정하고 있었다.

종래의 사출압축성형에 있어서는 개개의 경우에 대한 압축성형조건을 일률적으로 진행하는 프로그램으로서 설정하기 때문에 프로그램 자체가 내포하는 문제점에 대하여 작업환경·변화(특히 외기온의 변화)나 수지의 건조정도등의 외적환경변화에까지 대응하는 것은 사실상 불가능하였었다.

캐버티내에 충전되고 용융상태에서 응고상태로 이행하고 있는 상변화의 진행도에 관계없이 미리 설정되어 별개로 진행하는 프로그램에 의하여 몰드클램핑압력제어를 하면은 여러가지 요인에 의하여 수지의 상변화진행과 프로그램진행에 불일치가 생긴다.

즉 수지에 대하여 어떤 상태일때 부가되도록 설정한 당연한 소정의 압력이 부가되지 않고 다른 상태일때 부가되어야 할 다른 크기의 압력이 부가되어 버리는 경우가 생긴다.

이 때문에 특히 수지가 용융상태에서 고화할때에 압력이 높아지면은 성형품에 잔류응력이 발생하여 강도적인 문제가 발생할뿐만 아니라 예를 들면 광학부분등에서는 내부변형이 발생하고 광굴절율이 변화하는 등의 문제가 생긴다.

종래의 사출압축성형의 몰드클램핑압력제어는 제어조건 설정자체에도 숙련을 요하며 객관적 타당성이 결핍된 부분을 남기고 있을 뿐만 아니라 조건을 설정하였다 하여도 외적환경등의 변화에 의하여 일률적으로 진행하는 프로그램 같은 것에서는 개개의 경우에 대응할 수 없는 사태가 발생한다.

이 때문에 종래의 기술에서는 사출압축성형에 기대되는 상술한 이점을 효과적으로 활용할 수 없으며 경우에 따라서는 불량성형품의 발생을 초래하는 것도 있었다.

따라서, 이 종류의 사출압축성형에서는 수지자체의 특성을 충분히 몰드클램핑압력제어에 입력하는 동시에 작업조건이나 외적환경등에 영향을 받지 않는 몰드클램핑압력제어의 실현이 요망되고 있다.

이 발명은 사출압축성형중 캐버티내의 수지온도가 어떠한 형태로 변화하여도 항상 적절한 몰드클램핑압력을 부가하여 소정의 수지온도일때는 항상 소정의 몰드클램핑압력을 부가하는 몰드클램핑압력제어를 실현하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 의하면 사출압축성형에 사용하는 금형의 몰드클램핑압력을 몰드클램핑압력제어밸브에 의하여 몰드클램핑실린더내의 유압조절을 하여 제어하도록 구성한 사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법에 있어서, 금형내의 수지온도를 수지온도센서로 검출하고, 검출된 수지온도검출치를 변환기에 의하여 전기신호에 변환하고 이 전기신호를 미리 설정한 일련의 압력절환온도설정치와 비교하여서 상기 검출치와 설정치가 대응할때마다 압력절환신호를 출력하고, 이 압력절환신호를 미리 설정한 일련의 압력설정치중 어느 하나와 대응시켜서 이것을 밸브개폐량으로 환산하는 동시에 밸브개폐지령신호로서 출력하여 상기 몰드클램핑 압력제어밸브의 개폐량을 제어하는 것을 특징으로 하는 사출압축성형의 몰드클램핑압력 제어방법이 제공된다.

수지온도를 초음파를 사용하는 수지온도센서로 검출하면은 캐버티내의 수지에 직접 접촉하는 일 없이 정확하게 수지온도를 검출할 수가 있어 호적하다.

또한 이 발명에 의하면 사출압축성형기의 금형의 몰드클램핑압력을 제어하기 위하여 몰드클램핑 실린더내의 유압을 조절하는 몰드클램핑 압력제어밸브와, 수지온도를 검출하는 수지온도 센서와, 검출된 수지온도검출치를 전기신호로 변환하는 변환기와, 일련의 압력절환온도설정치를 각각 대응하는 일련의 전기신호로서 설정하는 압력절환온도설정기와, 전기신호로 변환된 수지온도검출기와 상기 일련의 압력절환온도설정치를 비교 연산하여서 양자가 일치할때마다 1회씩 압력절환신호를 출력하는 비교연산부와, 일련의 압력설정치를 각각 대응하는 일련의 전기신호로서 설정하는 압력설정기와, 상기 압력절환신호를 입력하여 이것을 상기 일련의 압력설정치와 각각 대응시키는 동시에 대응하는 압력설정치를 밸브개폐량으로 환산하여서 상기 몰드클램핑 압력제어밸브에 대하여 지령하는 전기신호를 출력하는 몰드클램핑제어부로 구성하는 것을 특징으로 하는 몰드클램핑압력제어기구를 구비한 사출압축 성형기가 제공된다.

용융상태에서 응고상태로 이행하고 있는 수지의 상변화의 진행도는 그때의 수지온도에 일률적으로 반영된다.

즉 상변화 진행중의 수지온도를 알게 되면 그때의 수지상태가 어떤 것인가를 알수 있다.

상변화 진행중에 부가되는 적절한 몰드클램핑 압력의 강도는 수지의 용융-응고의 상태에 가장 크게 의존하며 이 설정을 잘못하면은 불량성형의 원인이 된다.

그런데 응고에서 응고에 이르는 수지의 상태변화는 항상 일률적으로 일어나고 모든 수지에 대한 실험에 의하여 상태변화도중의 수지의 물성정수를 측정할 수가 있기 때문에 어떤 수지의 어떤 상태에서의 적절한 몰드클램핑 압력의 강도는 그와 같은 측정치를 사용하여 추정가능하다.

즉 상태변화가 진행중의 어느 시점에서의 수지온도와 그 시점에서 부가하여할 몰드클램핑압력의 강도는 실질적으로 상관한다.

그래서 이 발명에 있어서는 수지충전온도부근으로부터 수지응고온도보다 낮은 온도에 이르기까지의 온도구간을 다수의 온도구간으로 구획하고, 1구간 마다에 그 온도구간에서 가장 적절한 몰드클램핑압력이 되도록 설정한다. 이 경우 구획하는 수를 증가시키면 점차 연속적제어에 근접하여 이상 상태로 접근하지만 실제 구획수는 성취되는 실질적 효과를 감안하여서 정하여야 한다.

온도센서로 검출한 수지온도가 어느 온도구간의 범위에서 인접온도구간의 범위로 이행한 순간에 몰드압력의 강도를 이행전의 온도구간에 대응하는 압력치에서 이행후의 온도구간에 대응하는 압력치에 절환하면은 수지온도에 반영되는 수지의 용융-응고상태에 가장 적절한 몰드클램핑압력을 부가할 수가 있다.

응고과정에 있어서, 수지온도는 통상은 서서히 저하한다.

그러나 미리 수지충전온도부근에서 수지응고보다 낮은 온도에 이르기까지 일련의 압력절환온도 설정치를 설정해 두고, 또한 다른 한편 각 온도구간에 적절한 몰드클램핑 압력을 일련의 압력설정치로서 설정해 두며, 온도센서로 검출한 수지온도가 점차 변화하면서 순차 일련의 압력절환온도 설정치와 일치할때마다 일련의 압력설정치를 차례로 절환하도록 구성하면은 압축성형도중에서 수지온도가 어떻게 변화하여도 어느 수지온도와 그 온도에서의 적절한 몰드클램핑 압력의 강도가 항상 대응하도록 제어할 수가 있다.

다음은 첨부도면에 의하여 이 발명의 호적한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

제1도는 이 발명에 의하여 구성한 사출압축성형기의 몰드클램핑 압력제어계의 블록도, 제2도는 몰드클램핑 압력제어계를 구비한 사출압축성형기의 단면도, 제3도는 이 발명의 몰드클램핑 압력제어계의 동작설명도이다.

먼저 사출압축성형전에 제1도에 표시하는 압력절환온도설정기(1)에 의하여 일련의 압력절환온도설정치 예를 들면 T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆를 설정한다.

또 압력설정기(2)에 의하여 일련의 압력설정치 예를 들면 P₀, P₁, P₂, P₃, P₄, P₅, P₆를 설정한다.

제2도에서 포트(10)으로부터 고압유를 부스터램(booster ram)(12)로 주입하면은 몰드클램핑램(14)이 고속으로 전진하고 금형(16)을 폐쇄한다.

부스터램(12)과 몰드클램핑램(14)간은 완전한 밀봉상태가 아니기 때문에 기름의 일부는 몰드클램핑 실린더(18)내로 유입하지만 몰드클램핑램(14)의 전진속도가 충분히 빠르므로 몰드클램핑실린더(18)내는 부압이 되고 포트(20)을 통하여 기름탱크로부터 기름이 흡입되어서 몰드클램핑실린더내에 기름이 충만하다.

프리필밸브(prefill valve)(22)는 부스터램(12)으로의 고압유주입에 의한 중압과 몰드클램핑실린더(18)내의 부압의 작용으로 전진한다.

프리필밸브(22)의 전진이 정지한 위치에서 포트(20)을 폐쇄하고 포트(20)측과 몰드클램핑실린더(18)내가 차단된다.

프리필밸브(22)가 전진후 정지한 위치에서는 프리필밸브(22)에 설치한 통공(24)을 통하여 포트(10)측과 몰드클램핑실린더(18)내가 연통한다. 몰드클램핑 압력의 제어는 포트(10)를 통하여 접속하는 몰드클램핑 압력제어밸브(제2도 도시생략)에 의하여 수행한다.

캐비티(26)내에 용융수지에 사출하여 충전후 압축성형을 진행한다.

몰드클램핑 압력제어밸브를 제어하여 초기형 몰드클램핑 압력을 P₀라 한다(제3도).

수지온도센서는 예를 들면 제2도에 표시하는 열전체(熱電體)를 사용하는 온도센서 혹은 적외선 검출식의 온도센서와 같은 일반형 온도센서(28)를 사용하여 이것을 금형내수지에 직접 닿도록 설치한다.

일반형 온도센서는 수지의 가능한한 두꺼운 부분을 선택하여 설치하면은 효과적이다.

성형품은 외관에 센서의 흔적이 남는 것을 싫어하는 경우에 초음파 용융형 온도센서(30)를 수지에 직접 닿지 않게 설치한다.

초음파 응용형 온도센서(30)는 금형의 외측에서 수지온도를 직접 측정할 수가 있다.

제1도와 같이 수지온도센서(3)에 의하여 검출된 수지온도검출치는 변환기(4)에서 전기신호로 변환하는 동시에 마치 전기신호로서 설정한 일련의 압력절환 온도설정치(T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆)와 비교연산부(5)에서 비교 연산한다.

이 결과 상기 검출치와 설정치가 일치할때마다 비교연산부(5)는 압력절환신호(6)를 출력한다.

몰드클램핑 압력제어부(7)는 상기 압력절환신호가 입력할때마다 미리 전기신호로서 설정한 일련의 압력설정치(P₁, P₂, P₃, P₄, P₅, P₆)와 대응시키는 동시에 밸브 개폐량을 환산하여 이것을 몰드클램핑 압력제어밸브(8)에 대하여 지령하는 전기신호로서 순차 출력한다.

이에 따라 몰드클램핑 압력제어밸브(8)는 그 개폐량이 조절되어서 몰드클램핑 실린더에 의한 몰드클램핑 압력이 변화한다.

이 경우 제3도에 표시한 바와 같이 수지온도의 저하에 수반하여 설정한 압력절환온도를 경계로 하여 몰드클램핑압력은 차례차례로 변화하지만 수지온도가 충분이 높은데서는 압력을 높게 하여 또한 응고온도에 가까워질수록 낮쳐지며 응고온도 이하에서는 압력을 거의 가하지 않게 또는 제로가 되게 설정한다.

사출압축 성형공정에서의 몰드클램핑 압력절환시점을 미리 설정한 온도로서 다단계로 몰드클램핑압력이 변화하도록 압력제어를 한 결과 금형 캐버티내의 수지온도가 높으며 더구나 수지의 유동성이 높은 상태에서는 압력전파가 좋기 때문에 사출압축압의 효과가 향상되며 수축캐버티등의 불량 성형요인을 낮게 억제할 수가 있었다.

또 수지온도가 저하하여 압력이 전파하지 않게 된 상태 혹은 수지가 응고한 상태에서는 그 시점에서 몰드클램핑 압력을 저하시켜서 성형품에 내부변형을 발생시키지 않도록 할 수가 있다.

특히 내부변형에 의하여 빛의 투과율이 변화하므로서 불량품이 되는 광학계 부품의 사출압축성형의 경우에는 이 발명의 몰드클램핑 압력제어계를 사용하면은 불량품 발생을 대략 완전히 억제할 수가 있다.

Claims (3)

1. 사출압축성형에 사용하는 금형의 몰드클램핑압력을 몰드클램핑 압력제어밸브에 의하여 몰드클램핑실린더내의 유압을 조절하여 제어하도록 구성한 사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법에 있어서, 금형내의 수지온도를 수지온도센서로 검출하고, 검출된 수지온도검출기를 변환기에 의하여 전기신호로 변환하며, 이 전기신호를 마치 설정한 일련의 압력절환온도 설정치와 비교하여 상기 검출치와 설정치가 대응할때마다 압력절환신호를 출력하고, 이 압력절환신호를 미리 설정한 일련의 압력설정치중 어느 하나와 대응시켜서 이것을 밸브개폐량으로 호환산하는 동시에 밸브개폐지령신호로서 출력하며 상기 몰드클램핑 압력제어밸브의 개폐량을 제어하는 것을 특징으로 하는 사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법.
2. 제1항에 있어서, 수지온도를 초음파를 사용하는 수지온도센서에 의하여 검출하여서 된 사출압축성형의 몰드클램핑 압력제어방법.
3. 사출압축성형기의 금형몰드 클램핑압력을 제어하기 위해 몰드클램핑 실린더내의 유압을 조절하는 몰드클램핑 압력제어밸브와, 수지온도를 검출하는 수지온도센서와, 검출된 수지온도검출치를 전기신호로 변환하는 변환기와, 일련의 압력절환 온도설정치를 각각 대응하는 일련의 전기신호로서 설정하는 압력절환온도설정기와, 전기신호로 변환된 수지온도검출치와 상기 일련의 압력절환온도설정치를 비교연산하여서 양자가 일치할때마다 1회씩 압력절환신호를 출력하는 비교연산부와, 일련의 압력설정치를 각각 대응하는 일련의 전기신호로서 설정하는 압력설정기와, 그리고 상기 압력절환신호를 입력하여 이것을 상기 일련의 압력설정치와 각각 대응시키는 동시에 대응하는 압력치를 밸브개폐량에 환산하여서 상기 몰드클램핑 압력제어밸브에 대해 지령하는 전기신호를 출력하는 몰드클램핑 압력제어부로 구성하는 것을 특징으로 하는 몰드클램핑 압력제어기구를 구비한 사출압축성형기.

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