KR0180510B1 - 성형 롤러, 배출롤러 및 성형 벨트를 사용한 성형기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응고도가 섭씨 30도 내지 80도 정도인 물질, 예를 들어 파라핀류등을 성형하는 성형기로서, 성형홈이 있는 성형 벨트와, 성형홈과 같은 배열의 홈을 가진 성형 롤러와, 홈을 가지지 않는 배출 롤러로 이루어지며, 성형 벨트가 2개의 성형 롤러 사이를 이동하며 연속적으로 재료를 성형 및 배출하는 성형기에 관한 것이다. 본 발명에 의해 파라핀류 등의 물질을 일정하게 성형하여 이의 사용 및 이송을 편리하게 하고, 별도의 배출 장치없이 연속적으로 성형할 수 있으며, 생산량의 조절이 용이하다.

Description

성형 롤러, 배출 롤러 및 성형 벨트를 사용한 성형기

본 발명은 파라핀류 혹은 이와 유사한 응고점(30℃ 내지 80℃)을 가지는 물질을 성형하기 위한 것으로, 모양이 다른 2개의 롤러(성형 롤러와 배출 롤러)와 성형 벨트를 이용하여 제품 성형 및 배출이 용이하도록 설계된 성형기에 관한 것이다. 더 상세하게는 성형 벨트로 연결된 2개으 모양이 서로 다른 롤러를 이용하여 한 롤러(성형 롤러)에서는 제품을 성형하고 다른 롤러(배출 롤러)에서는 제품을 배출하도록 하여 별도의 배출 장치없이 연속적으로 성형할 수 있는 장치에 관한 것이다.

상온에서 고체 상태인 제품은 이의 사용 및 이송을 편리하게 하기 위하여 제품의 모양을 일정하게 성형하게 되며, 이때 여러 가지 성형 방법 및 성형기가 사용된다. 분말 상태의 제품을 일정한 형상으로 성형하기 위해서는 과립기를 사용하여 과립으로 성형한 후 일정 크기별로 분급하거나 타정기(pelletizer)를 사용하여 펠릿(pellet) 형태로 만드는 방법이 사용된다. 통상 과립기를 사용하는 경우에는 제품과 성질이 다른 성형제의 투입이 필히 요구되며 또한 타정기를 사용하여 대량 생산을 할 경우에는 매우 고가의 장비를 필요로 하게 된다. 액체 상태의 제품을 냉각하여 응고시키는 일반적인 방법으로는 요소(urea) 과립화 공정에서와 같이 액상의 제품을 매우 높은 위치에서 뿌려주어 낙하하는 동안 찬공기와 접촉하게 하여 응고시키거나, 용액 및 휘발 성분을 증발시켜 고체화하는 방법이 있다. 이 방법에서는 낙하하는 동안 응고시키기 위하여 충분한 낙하 시간이 필요하며 수십미터 높이의 장치를 필요로 한다. 용액 상태로 녹아있는 경우에는 용매를 증발시키는 장치로 유동층 건조기를 사용하기도 하나 이 경우에도 입자의 크기가 1㎜ 정도로 비교적 작으며 3㎜ 이상의 크기를 제조하기 어렵다.

파라핀류와 같이, 응고점이 다른 여러 물질이 혼합되어 100℃ 이하에서 서서히 응고되는 물질의 경우에는 순간적으로 응고되지 않아 요소 과립기와 같은 장치를 사용할 수 없으며 유동층 건조기는 물론 성형제를 사용하는 일반적인 분말 과립기도 사용할 수가 없다. 또한 분말로 생산된 제품을 용융시켜 다시 응고/성형시키는 것은 제품의 가격을 상승시키는 요인이 된다. 따라소 적절한 크기로 성형하는 것이 적합하지 않아 분말 상태로 판매하거나 덩어리로 응고된 상태로 판매하게 되어 사용이 매우 불편하다.

3㎜ 내지 5㎜ 정도 크기의 성형된 제품을 만드는, 약간 개선된 방법으로는 냉각된 롤러 혹은 벨트 위에 액체 상태의 파라핀을 떨구면서 응고시켜 성형하는 방법을 사용하여 반구 형태의 제품을 일부 생상하고 있으나 크기 및 모양이 일정하지 않다. 크기 및 모양을 일정하게 성형하려면 액체 상태의 파라핀을 노즐을 통하여 성형 제품 1개씩 만큼의 양을 냉각된 롤러(혹은 벨트) 위에 떨구어 자연 응고되도록 한다. 그러나 표면 장력이 매우 작아 넓게 퍼지는 특성을 가진 파라핀류를 이러한 방법으로 성형하기 위해서는 액체 상태의 파라핀을 간헐적으로 매우 정밀하게 공급하여야 하며 노즐형태 및 롤러(혹은 벨트)의 이동 속도, 온도 등을 정밀하게 조절하여야 한다. 이 방법에서는 이러한 운전 조건들에 따라 모양과 크기가 변화하는 단점을 가지며 생산량을 조절하기가 매우 어렵다.

또한 기존의 성형기를 사용하는 경우, 성형된 제품은 성형기에서 배출시키기 위해서는 성형 제품을 밀어내는 배출 장치를 사용하거나 성형기를 2개 이상의 조각으로 분리하여 제품과 분리시키는 방법이 사용된다. 이 경우 작업 공정이 매우 번잡스러우며 복잡한 장치가 요구된다.

본 발명의 목적은 전술한 단점들이 없는 개선된 파라핀류 등의 제품을 연속 성형하는 성형기를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 성형기의 구성을 도시한 개략도.

제2도는 성형 벨트의 평면도.

제3도은 성형 벨트의 단면도.

제4도는 성형 롤러의 정면도.

제5도는 성형 롤러의 단면도.

제6도는 배출 롤러의 정면도.

제7도는 배출 롤러의 단면도.

제8도는 성형기의 작동을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 성형 물질 2 : 제품

3 : 성형 벨트 3a : 성형홈

4 : 성형 롤러 4a : 홈

5 : 배출 롤러 6 : 이송 롤러

7 : 이송 벨트 8a : 스프로켓

9 : 냉각 공기

본 발명의 성형기에는 제1도에 도시된 바와 같이, 2개의 롤러와 신축성을 가진 성형 벨트(3)가 구비된다. 2개의 롤러 중 하나는 제품(2)을 요구되는 형태로 성형하는 성형 롤러(4)이며 다른 하나는 성형된 제품(2)을 배출하는 배출 롤러(5)이다.

제2도 및 제3도을 참고하면 성형 벨트(3)는 길이 방향과 폭 방향으로 일정한 간격을 두고 배치된 엠보싱 형태의 성형홈(3a)을 갖는다. 엠보싱 형태로 성형홈(3a)이 형성되므로 성형홈(3a)이 있는 면의 반대쪽 면에는 성형홈(3a)과 대응하는 돌기(3b)가 형성된다. 성형 벨트(3)는 돌기(3b)가 있는 면이 롤러(4, 5)와 접촉하도록 롤러(4, 5) 주위에 장착된다(제1도 참조).

제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 성형 롤러(4)는 성형 벨트(3)의 성형홈(3a)과 대응하는 돌기(3b)가 꼭맞게 삽입될 수 있는 크기(깊이)와 간겨의 홈(4a)을 가진다. 따라서 성형 벨트는 성형 롤러의 원주 속도와 같은 속도로 이동하게 된다. 성형 롤러의 측면에는 스프로켓(8a)이 마련되어 있다. 배출 롤러의 측면에도 성형 롤러에서와 같은 스프로켓(8a)을 사용하고 체인으로 연결하여 성형 롤러의 구동에 따라 같은 속도로 회전하도록 한다. 구동 장치로는 회전 속도를 조절할 수 있는 전기 모터가 적합하다. 성형 벨트의 길이와 롤러 사이의 간격 및 회전(구동) 속도는 성형시키는 물질의 특성 (냉각 속도 및 성형 소요 시간 등)과 생산량에 따라 조절한다.

제6도 및 제7도를 참조하면 배출 롤러(5)는 성형 벨트(3)가 배출 롤러(5) 주위로 회전하는 동안 성형홈(3a)의 입구 부분을 바깥쪽으로 벌려 성형된 제품(2)이 자동적으로 배출되도록 원통형으로 이루어져 있다. 즉 배출 롤러(5)의 외주면은 성형홈(3a)과 대응하는 돌기(3b)의 최상부만 접촉하도록 하는 것이다. 배출 롤러(5)의 측면에는 스프로켓(8a)이 마련되어 있다. 이때 배출 롤러(5)의 외경(D_b)를 성형 롤러(4)의 외경(D_a)와 동일하게 하고 배출 롤러(5)를 이송 벨트(7)에 완전 밀착시킬 경우, 배출 롤러(5)에서 성형된 제품(2)이 압축되어 모양이 변형될 수 있으므로 배출 롤러(5)의 외경(D_b)은 성형 롤러(4)의 외경(D_a)보다 돌기(3b)의 높이(h)의 2배 만큼 작게 만들어야 한다. 그러나 성형된 제춤을 원활히 배출시키기 위해서는 배출 롤러(5)의 외경을 성형 롤러(4)의 외경보다 h만큼 작게하고 그 대신 배출 롤러(5)의 외주면과 이송 벨트(7) 사이에 성형 벨트의 두께와 성형홈의 깊이(h)를 더한 간격을 두는 것이 유리하다. 이것은 성형시킬 물질(1)에 따라 조절되어야 한다.

성형 벨트(3)의 재질의 두께가 3㎜, 성형홈(3a)의 직경이 3㎜이고 배출 롤러(5)의 반경이 10㎝일 경우, 배출 롤러 위에서 성형홈(3a)의 직경은 약 3.09㎜로 벌어지며 홈이 없는 배출 롤러(5)는 성형 벨트(3)의 성형홈(3a) 아래부분만을 접촉하게 되어 성형 제품을 밖으로 밀어내게 된다. 제2도에 도시된 성형 벨트(3)는 반구형 성형홈을 갖으나, 성형홈은 반구형 이외에도 여러 가지가 가능하다.

성형 벨트(3)에는 신축성있는 고무 재질이 적합하고 제품의 특성에 따라 재질을 달리 사용할 수 있다. 성형 벨트의 성형홈 크기와 간격을 변경하여 생산량을 조절할 수 있음은 물론 성형 롤러의 회전 속도를 조절하여 생산량을 조절할 수도 있다.

제8도는 본 발명에 의한 성형기의 전체 구조를 도시한다. 성형 벨트(3)가 장착된 성형 롤러(4) 및 배출 롤러(5)가 이송 벨트(7) 위에 설치된다. 이송 벨트는 성형 벨트와 같은 속도, 같은 방향으로 이동하며 이송 벨트와 성형 벨트 사이에 놓인 제품이 성형되는 동안 형태를 유지할 수 있도록 하여준다. 이송 벨트(7)는 냉각 공기(9)를 이용하여 냉각되는데 성형된 제품이 완전히 응고되도록 충분히 냉각할 수 있는 보조 장치를 설치하는 것이 바람직하다. 이송 벨트(7)는 약간 경사지게 설치하여 성형기에 공급되는 액상 제품이 자동적으로 성형 롤러(4)에 공급되도록 한다. 공급되는 액상 제품은 펌프 등을 사용하여 이송이 편리하면서도 응고되기 직전인 상태로 유입하는 것이 바람직하다.

제1도 및 제8도를 참고하여 본 발명의 성형기를 이용한 성형 과정을 설명한다. 성형하고자 하는 액상 제품을 성형 벨트(3)와 같이 회전하고 있는 성형 롤러(4)의 앞쪽 영역의 이송 벨트(7)위에 공급한다. 성형 벨트(3)의 성형홈(3a)부분은 성형 롤러(4)의 홈(4a)에 꼭맞게 삽입되며 성형 롤러(4)는 성형 벨트(3)를 이송 벨트(7)에 대해 압착한다. 성형 롤러(4)가 회전하여 벨트(3)가 이동하면 성형 물질이 성형홈(3a)에 충전되며 충전된 물질은 성형 벨트(3)와 같은 속도로 이동하는 냉각된 이송 벨트(7)와 접촉하며 서서히 응고되어 형태를 갖추게 된다. 이때 냉각된 이송 벨트 대신 (도시하지 않은) 냉각 롤러를 사용할 수도 있으며 냉각 롤러 내부에 냉각수를 통과시켜 성형된 제품의 응고 속도를 촉진시킬 수도 있다. 응고된 혹은 형태가 만들어진 제품(파라핀류의 경우 외부만 응고되고 내부는 응고되지 않음)은 배출 롤러까지 이송된다. 배출 롤러(5)와 돌기(3b)의 최상부가 접촉하면 성형홈(3a)이 벌어져서 충전 성형된 제품(2)이 용이하게 배출된다. 이송 벨트(7)와 이송 롤러(6)도 또한 성형 벨트(3) 및 성형 롤러(4)와 같이 성형홈을 가지도록 하면 완전 구형의 제품을 얻을 수도 있다.

본 발명에 의한 성형기를 사용하면 크기와 형태가 일정한 성형 제품을 얻을 수 있음은 물론 제품의 생산량을 용이하게 조절할 수 있는 장점을 가진다.

본 발명에 의한 성형기를 사용한 다음의 실시예에서 본 발명의 특징과 실용성을 명확하게 확인할 수 있다. 다음의 실시예는 본 발명의 대상 물질(성형 제품의 종류)과 성형기의 크기 등을 제한하고자 하는 것이 아니며 본 발명의 특징을 구체적으로 설명하고자 하는 것이다.

[실시예 1]

성형 롤러(4)의 외경은 100㎜, 배출 롤러(5)의 외경은 98㎜가 되도록 하였으며 폭은 200㎜가 되도록 하였고 알루미늄 재질을 사용하였다. 두 개의 롤러 중심 사이의 간격은 400㎜가 되도록 하였으며 체인으로 연결하여 같은 속도로 회전하도록 제작하였다. 성형 롤러(4)는 제2도에서와 같이 12도의 간격으로 호의 길이 3㎜, 깊이 2㎜의 홈(4a)을 새겼으며 배출 롤러(5)는 홈을 새기지 않았다. 성형 벨트(3)는 두께 3㎜의 부틸라버 재질 고무판을 사용하였다. 성형홈(3a)의 직경은 3㎜, 깊이는 2㎜가 되도록 하고 성형홈들 사이의 간격은 10.5㎜가 되도록 열처리하여 사용하였다. 이송 벨트(7)를 구동하는 이송 롤러(6) 또한 성형 롤러(4)와 같은 크기를 사용하였으며 같은 속도로 회전하도록 하였고 이송 롤러(6)들 사이의 간격은 600㎜로 제작하여 성형 롤러(4)가 모두 이송 벨트(7) 위에 설치되도록 하였다. 성형 롤러에서는 성형 벨트와 이송 벨트가 완전히 밀착되도록 하였으며 배출 롤러에서는 성형 벨트와 이송 벨트 사이에 약 2㎜ 정도 간격이 생기도록 하였다.

이송 벨트와 성형 벨트가 접촉하는 부분에는 20℃로 냉각, 건조된 공기를 분당 1㎥씩 이송 벨트(스테인레스 재질) 아래부분에 공급하였다.

성형하고자하는 물질(1)로는 응고 온도가 55℃∼70℃인 파라핀을 사용하였다.

성형 롤러의 회전 속도를 분당 4회로 하였을 때 20분 동안 3㎜ 크기의 반구형으로 성형된 제품 약 130g을 얻었다. 성형된 제품의 내부가 일부 응고되지 않았으나 형태가 변화하지 않았으며 대기중에서 1∼2분후 완전히 응고되었다.

[실시예 2]

성형하고자하는 물질(1)로 응고 온도가 40℃∼55℃인 파라핀을 사용한 것 이외에는 모두 실시예 1과 동일한 조건으로 실시하였다. 10분 동안 운전하였을 때 반구형으로 성형된 제품 약 65g을 얻었다. 성형된 제품의 외부만 응고된 상태이나 대기중에 방치하였을 때 변화하지 않았으며 약 5분후 완전히 응고되었다.

본 발명은 간단한 구성의 성형기에 의해, 파라핀류 등의 응고점이 다른 여러물질이 혼합된 물질의 크기와 형태가 일정한 성형 제품을 얻을 수 있다. 본 발명의 성형기는 롤러의 형태를 달리함으로써 성형 벨트에 충전 성형된 제품이 자동적으로 배출되도록 하고 있고, 제품의 생산량을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 파라핀류 또는 이와 유사한 응고 온도를 갖는 재료를 성형하는 성형기에 있어서,

   일면에는 다수의 성형홈(3a)이 있고 다른 일면에는 상기 성형홈(3a)와 대응하는 돌기(3b)가 형성된 성형 벨트(3)와, 성형홈(3a)에 대응하는 돌기(3b)가 삽입될 수 있는 다수의 홈(4a)을 가진 성형 롤러(4)와, 배출 롤러(5)와, 상기 성형 벨트(3)와 접하며 상기 성형 벨트(3)과 동일 방향으로 이동하여 성형된 제품을 이송하는 이송 수단(7)이 구비되며, 2 개의 롤러(4, 5)에 상기 성형 벨트(3)가 장착되어 상기 롤러의 회전에 의해 상기 벨트가 이동하고, 이때 성형 롤러(4)는 성형 벨트(3)의 성형홈(3a)에 재료가 충전 성형되도록 하고, 배출 롤러(5)는 성형홈(3a)을 벌림과 동시에 성형홈(3a)의 돌기를 외부로 밀어주어 성형된 제품을 배출토록 하는 것을 특징으로 하는 성형기.
2. 제1항에 있어서, 성형 벨트(3)의 재질은 고무인 것을 특징으로 하는 성형기.
3. 제1항에 있어서, 배출 롤러(5)의 외주면과 이송 수단(7) 사이의 간격이 성형 벨트의 두께와 성형 홈의 깊이(h)를 더한 것으로 하는 것을 특징으로 하는 성형기.
4. 제1항에 있어서, 상기 배출 롤러(5)의 외경(D_b)은 상기 성형 롤러(4)의 외경(D_a)보다 돌기(3b)의 높이(h)의 2배 이하만큼 작은 것을 특징으로 하는 성형기.
5. 제4항에 있어서, 상기 배출 롤러(5)의 외경(D_b)은 상기 성형 롤러(4)의 외경(D_a)보다 돌기(3b)의 높이(h)만큼 작은 것을 특징으로 하는 성형기.