KR20200027651A

KR20200027651A - 사출성형시스템 및 이를 제어하는 게이트 밸브 제어장치

Info

Publication number: KR20200027651A
Application number: KR1020180105712A
Authority: KR
Inventors: 김수로
Original assignee: 르노삼성자동차 주식회사
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2020-03-13

Abstract

사출속도와 관계 없이 안정적으로 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 사출성형시스템 및 이를 제어하는 게이트 밸브 제어장치가 제공된다. 이 사출성형시스템은, 수지를 공급하기 위한 호퍼와, 호퍼로부터 유입된 수지를 가열하여 용융시키는 사출 실린더와, 사출 실린더 내에 배치되고 용융된 수지를 노즐을 통해 사출시키는 스크류를 포함하는 사출기; 서로 마주보도록 설치되고 경계면에 캐비티가 형성된 한 쌍의 블록과, 사출기로부터 공급받은 용융된 수지를 캐비티 내로 사출하는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 사출금형; 및 스크류의 변위값을 측정하는 변위 센서와, 변위값을 기준으로 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 제어장치;를 포함한다.

Description

사출성형시스템 및 이를 제어하는 게이트 밸브 제어장치{Injection molding system and gate valve controller controlling the same}

본 발명은 사출성형시스템 및 이를 제어하는 게이트 밸브 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사출속도와 관계 없이 안정적으로 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 사출성형시스템 및 이를 제어하는 게이트 밸브 제어장치에 관한 것이다.

사출성형은 열가소성수지 또는 열경화성수지를 성형하는 방법의 하나로서 성형 재료를 사출 실린더에서 가열용융시켜 유동화한 뒤 압출 플란저 또는 스크류에 의해서 금형 속에 압입하고 고화 또는 경화시켜 성형품을 얻는 방법이다. 복잡한 형상의 제품을 대량 생산하는 데 적합하여 산업 전반에 걸쳐 다양하게 이용되고 있다.

이러한 사출성형 설비는 성형 재료를 용융시키는 사출기와, 용융된 재료를 이용하여 제품을 성형하는 금형으로 이루어진다. 일반적으로 사출기에서 용융된 재료 또는 수지는 하나의 노즐 또는 유로를 통해 금형으로 주입되고, 이 유로는 다시 복수의 유로로 나뉘어져 각 유로마다 형성된 게이트를 통해 금형의 캐비티(cavity)로 유입된다. 각 게이트에는 게이트 밸브가 형성되어 해당 게이트의 개폐를 제어한다.

이와 같이 하나의 제품을 성형하기 위해 복수의 게이트로부터 용융 수지가 캐비티로 유입되는데, 게이트마다 용융 수지의 유입량이 다르기 때문에 각 게이트 밸브마다 개별적으로 개폐를 제어할 필요가 있다. 종래 제어 시스템은 시간을 기준으로 각 게이브 밸브의 개폐를 제어하는 방식을 취하고 있다. 예를 들어, 시간 t1일 때 게이트 밸브 GV1이 열리고, 시간 t2일 때 게이트 밸브 GV2가 열리게 된다. 그러나 종래의 시간에 의해 밸브 제어 방식은 제품 성형에 있어 매우 심각한 문제가 있다. 즉, 시간에 의한 밸브 제어 방식은 사출속도의 변화에 연동되지 않기 때문에 만일 재료 변경, 공정 개선 등의 이유로 사출속도에 변화가 생길 경우 게이트 밸브를 통해 유입되는 용융 수지의 양이 변하게 된다. 즉, 사출조건의 변화를 초래하여 품질불량의 원인이 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사출속도의 변화에도 동일한 품질을 제공할 수 있는 사출성형시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 사출성형시스템을 제어하는 게이트 밸브 제어장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형시스템은, 수지를 용융 압출하여 소정의 제품으로 성형하는 사출성형시스템으로서, 수지를 공급하기 위한 호퍼와, 상기 호퍼로부터 유입된 수지를 가열하여 용융시키는 사출 실린더와, 상기 사출 실린더 내에 배치되고 용융된 수지를 노즐을 통해 사출시키는 스크류를 포함하는 사출기; 서로 마주보도록 설치되고 경계면에 캐비티가 형성된 한 쌍의 블록과, 상기 사출기로부터 공급받은 용융된 수지를 상기 캐비티 내로 사출하는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 사출금형; 및 상기 스크류의 변위값을 측정하는 변위 센서와, 상기 변위값을 기준으로 상기 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 제어장치;를 포함한다.

상기 제어부는 상기 사출기의 사출속도가 변경하더라도 이 변경에 독립적으로 상기 게이트 밸브를 제어할 수 있다.

상기 변위 센서는 상기 스크류의 선형 이동위치를 측정하는 센서로서, 상기 스크류 또는 상기 스크류의 선형 운동을 제어하는 인젝션 실린더에 설치되는 이동파트와, 와이어에 의해 상기 이동파트와 연결되고 주변 고정물에 결합된 고정파트를 포함하고, 상기 와이어는 상기 스크류의 축과 평행하게 배치될 수 있다.

상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 밸브 제어장치는, 수지를 공급하기 위한 호퍼와, 상기 호퍼로부터 유입된 수지를 가열하여 용융시키는 사출 실린더와, 상기 사출 실린더 내에 배치되고 용융된 수지를 노즐을 통해 사출시키는 스크류를 포함하는 사출기; 및 서로 마주보도록 설치되고 경계면에 캐비티가 형성된 한 쌍의 블록과, 상기 사출기로부터 공급받은 용융된 수지를 상기 캐비티 내로 사출하는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 사출금형;을 포함한 사출성형시스템을 제어하는 게이트 밸브 제어장치로서, 상기 스크류의 변위값을 측정하는 변위 센서와, 상기 변위값을 기준으로 상기 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 사출성형시스템 및 이를 제어하는 게이트 밸브 제어장치에 의하면, 사출기의 스크류의 변위값 또는 스트로크(stroke)를 기준으로 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하기 때문에 재료 변경이나 공정 개선 등의 이유로 사출속보가 변경되더라도 게이트 밸브를 통해 유입되는 용융 수지의 양을 일정하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 게이트 밸브 제어장치는 독립적인 기능과 제어가 가능한 포터블 장치이다. 따라서, 시간에 의한 밸브 제어 방식으로 작동하는 종래 사출성형시스템에 큰 설계적 변경을 가하지 않고도 본 발명의 게이트 밸브 제어장치를 기존 시스템에 손쉽게 설치함으로써 변위에 의한 밸브 제어 방식을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 게이트 밸브를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 사출성형시스템을 이용한 차량용 범프의 사출성형을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 사출성형에 적용된 사출속도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3의 사출성형에서 스크류의 변위에 따른 게이트 동작을 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 게이트 밸브를 예시적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 사출성형시스템은 전체적으로 수지를 용융 압출하여 소정의 제품으로 성형하는 장치 시스템으로서, 수지를 용융시켜 압출하는 사출기(200)와, 사출기(200)로부터 공급된 용융 수지를 내부 캐비티(130)로 사출하는 사출금형(100)과, 사출금형(100)의 게이트 밸브(140)의 개폐를 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다.

사출기(200)는 호퍼(210), 사출 실린더(230), 스크류(220), 인젝션 실린더(240) 및 회전 모터(222)를 포함할 수 있다.

여기서, 호퍼(210)는 예를 들어 칩 형태의 플라스틱 원료 또는 수지를 공급하기 위한 기기로서, 호퍼(210)에 담긴 수지는 회전 모터(222)에 의해 스크류(220)가 회전함에 따라 사출 실린더(230) 내부 공간으로 이동한다. 사출 실린더(230) 내에 유입된 고체 칩 형태의 수지는 용융되어 고온 상태의 젤, 겔, 또는 액체 상태로 된다. 사출 실린더(230) 내에 배치된 스크류(220)가 인젝션 실린더(240)의 작동에 의해 노즐(232) 방향으로 전진하면, 노즐(232)에서 압출된 용융 수지는 노즐(232)에 연결된 사출금형(100) 내부로 충진된다. 인젝션 실린더(240)는 스크류(220)의 선형 이동을 제어하며, 예를 들어 유압 실린더 등으로 구성될 수 있다.

사출금형(100)은 서로 마주보도록 설치되고 경계면에 캐비티(130)가 형성된 한 쌍의 블록(110, 120)과, 사출기(200)로부터 공급받은 용융된 수지의 이동 통로가 되는 유로(160)와, 유로(160) 내의 용융 수지의 흐름을 제어하는 게이트 밸브(140)를 포함할 수 있다. 캐비티(130)에는 하나 이상의 게이트(150)가 구비되고, 사출기(200)의 노즐(232)에 연결된 유로(160)는 중간에 하나 이상으로 분지되어 각 게이트(150)에 연결될 수 있다. 그리고 각 게이트(150)마다 게이트 밸브(140)가 설치되어 용융 수지가 캐비티(130) 내로 사출되는 것을 제어할 수 있다. 게이트 밸브(140)는 유로(160) 내에 설치되어 병진운동으로 게이트(150)의 개폐를 제어하는 밸브 핀(141)과, 밸브 핀(141)을 구동시키는 핀 구동부(142)를 포함할 수 있다.

제어장치는 스크류(220)의 변위값을 측정하는 변위 센서(310)와, 변위값을 기준으로 사출금형(100)의 각 게이트 밸브(140)의 개폐를 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.

여기서 변위 센서(310)는 스크류(220)의 선형 이동위치 또는 변위값을 측정하는 직선변위센서이며, 예를 들어 엔코더 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 변위 센서(310)는 이동파트, 고정파트 및 이들을 연결하는 와이어로 구성될 수 있으며, 이동파트는 스크류(220) 또는 스크류(220)의 선형 운동을 제어하는 인젝션 실린더(240)에 설치되고, 고정파트는 주변 고정물에 결합되어 고정될 수 있다. 나아가 와이어를 스크류(220)의 축과 평행하게 배치함으로써 변위 센서(310)를 통해 스크류(220)의 직변 변위값을 정확하게 측정할 수 있다.

제어부(300)는 스크류(220)의 변위값 또는 스트로크(stroke)를 기준으로 각 게이트 밸브(140)의 개폐를 제어하기 때문에 재료 변경이나 공정 개선 등의 이유로 사출속도가 변경되더라도 이러한 변경에 독립적으로 게이트 밸브(140)를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 사출속도가 변경되더라도 게이트 밸브(140)를 통해 유입되는 용융 수지의 양을 일정하게 제어할 수 있다. 여기서, 사출속도(injection speed)는 사출 성형에서 성형 재료가 단위 시간당 캐비티(130)에 사출되는 그램수 또는 이와 등가의 값으로 나타낼 수 있다.

본 실시예의 제어장치는 독립적인 기능과 제어가 가능한 포터블 장치이다. 따라서, 시간에 의한 밸브 제어 방식으로 작동하는 종래 사출성형시스템에도 간단히 설치하여 변위에 의한 밸브 제어 방식으로 쉽게 변경할 수 있다.

도 3은 도 1의 사출성형시스템을 이용한 차량용 범프의 사출성형을 예시적으로 나타낸 것이고, 도 4는 도 3의 사출성형에 적용된 사출속도를 나타낸 것이고, 도 5는 도 3의 사출성형에서 스크류의 변위에 따른 게이트 동작을 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 본 실험예에서는 차량용 범프(10)를 성형하기 위해 사출금형 또는 캐비티에 8개의 게이트(1 내지 8)를 구비하였고, 사출기의 노즐에 연결된 유로(160)는 8개로 분지되어 각 게이트(1 내지 8)에 연결되도록 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시간 또는 스크류의 위치에 따라 사출속도를 V1, V2, V3, V4로 변화시켰다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스크류가 위치 L1에 도달한 경우 제어부(300)는 게이트 3 및 7을 오픈하고, 이어서 스크류가 위치 L2에 도달한 경우 제어부(300)는 게이트 1 및 4를 오픈하고, 스크류가 위치 L3에 도달한 경우 제어부(300)는 게이트 1, 5, 6 및 8을 오픈하였다.

이상의 실험예를 통해 살펴보건대, 본 발명은 스크류의 위치 또는 변위값을 기준으로 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하기 때문에 하나의 스트로크 내에 사출속도에 변화가 있더라도 사출속도에 영향을 받지 않으면서 용융 수지의 사출양을 일정하게 유지할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 차량용 범프
100: 사출금형
110, 120: 블록
130: 캐비티
140: 게이트 밸브
141: 밸브 핀
142: 핀 구동부
150: 게이트
160: 유로
200: 사출기
210: 호퍼
220: 스크류
222: 회전 모터
230: 사출 실린더
232: 노즐
240: 인젝션 실린더
300: 제어부
310: 변위 센서

Claims

수지를 용융 압출하여 소정의 제품으로 성형하는 사출성형시스템으로서,
수지를 공급하기 위한 호퍼와, 상기 호퍼로부터 유입된 수지를 가열하여 용융시키는 사출 실린더와, 상기 사출 실린더 내에 배치되고 용융된 수지를 노즐을 통해 사출시키는 스크류를 포함하는 사출기;
서로 마주보도록 설치되고 경계면에 캐비티가 형성된 한 쌍의 블록과, 상기 사출기로부터 공급받은 용융된 수지를 상기 캐비티 내로 사출하는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 사출금형; 및
상기 스크류의 변위값을 측정하는 변위 센서와, 상기 변위값을 기준으로 상기 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 제어장치;를 포함하는 사출성형시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 사출기의 사출속도가 변경하더라도 이 변경에 독립적으로 상기 게이트 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 사출성형시스템.
제1항에 있어서,
상기 변위 센서는 상기 스크류의 선형 이동위치를 측정하는 센서로서, 상기 스크류 또는 상기 스크류의 선형 운동을 제어하는 인젝션 실린더에 설치되는 이동파트와, 와이어에 의해 상기 이동파트와 연결되고 주변 고정물에 결합된 고정파트를 포함하고, 상기 와이어는 상기 스크류의 축과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 사출성형시스템.
수지를 공급하기 위한 호퍼와, 상기 호퍼로부터 유입된 수지를 가열하여 용융시키는 사출 실린더와, 상기 사출 실린더 내에 배치되고 용융된 수지를 노즐을 통해 사출시키는 스크류를 포함하는 사출기; 및 서로 마주보도록 설치되고 경계면에 캐비티가 형성된 한 쌍의 블록과, 상기 사출기로부터 공급받은 용융된 수지를 상기 캐비티 내로 사출하는 복수의 게이트 밸브를 포함하는 사출금형;을 포함한 사출성형시스템을 제어하는 게이트 밸브 제어장치로서,
상기 스크류의 변위값을 측정하는 변위 센서와, 상기 변위값을 기준으로 상기 각 게이트 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 게이트 밸브 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 사출기의 사출속도가 변경하더라도 이 변경에 독립적으로 상기 게이트 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 게이트 밸브 제어장치.
제4항에 있어서,
상기 변위 센서는 상기 스크류의 선형 이동위치를 측정하는 센서로서, 상기 스크류 또는 상기 스크류의 선형 운동을 제어하는 인젝션 실린더에 설치되는 이동파트와, 와이어에 의해 상기 이동파트와 연결되고 주변 고정물에 결합된 고정파트를 포함하고, 상기 와이어는 상기 스크류의 축과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 게이트 밸브 제어장치.