KR100633386B1 - 용기의 제작을 위한 압출 중공 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용기는 압출 중공 성형법에 의해 내부면에 요철 모양의 무늬가 형성되고 외부면은 평평하게 형성된다.

그리고 본 발명의 압출 중공 성형 장치는 투입된 수지를 밀어내기 방식으로 압출하는 압출부; 상기 압출부에 연결되는 다이와, 이 다이를 중심부를 관통하고 중심에 압축공기가 배출되는 노즐공이 형성되는 노즐봉과, 상기 노즐봉과 다이 사이에 형성되어 상기 수지를 배출하는 패리슨 노즐로 구성되는 다이부; 상기 노즐봉의 노즐공에 연통되고 중간에 밸브가 설치되며, 압축공기를 형성하는 에어펌프로 구성되는 에어공급라인; 상기 패리슨 노즐을 통해 형성된 패리슨을 감싸는 금형; 및 상기 다이부의 하부에 위치하여 상기 패리슨 노즐을 통해 형성된 패리슨을 잘라내는 커터를 포함한다.

압출, 중공, 성형, 용기, 패리슨, 무늬

Description

용기의 제작을 위한 압출 중공 성형 방법{Method for extrusion blow molding of container}

도 1은 본 발명에 관련된 용기를 도시한 종단면도.

도 2는 본 발명에 의한 압출 중공 성형 장치를 도시한 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 압출 중공 성형 장치에 설치된 제1밸브의 작동을 도시한 개략도.

도 4는 도 3에 도시된 밸브의 작동에 의해 형성된 패리슨의 모양을 도시한 종단면도.

도 5는 본 발명에 따른 압출 중공 성형 장치에 설치된 제2밸브의 작동을 도시한 개략도.

도 6은 본 발명의 제2밸브에 의한 작동으로 형성된 패리슨의 모양을 도시한 종단면도.

도 7은 도 6의 실시 예에 의한 패리슨의 성형 후 완성된 용기를 도시한 종단면도.

도 8은 본 발명에 의한 사각 노즐봉을 도시한 횡단면도.

도 9는 본 발명에 의한 별모양의 노즐봉을 도시한 횡단면도.

도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 노즐봉들을 이용하여 완성된 용기를 도시한 종단면도.

도 11은 도 10의 B-B에서 도시한 횡단면도.

도 12는 종방향 무늬와 횡방향 무늬가 동시에 형성된 용기를 도시한 종단면도.

본 발명은 용기의 제작을 위한 압출 중공 성형 방법에 관한 것이다.

일반적으로 중공성형(Blow Molding)은 압출이나 사출에 의해 튜브상으로 예비성형(Parison)을 하여, 이것을 금형에 끼워서 내부로 공기를 불어 넣어 부풀게 해서 냉각 고화시켜 특정한 형태의 고형물을 만드는 방법입니다.

중공성형은 패리슨의 상태와 성형방식에 따라 연신 중공 성형, 사출 중공 성형 및 압출 중공 성형으로 분류하는 데, 패리슨이란 압출 중공 성형시에 다이(Die) 내에서 흘러나오는 압출물을 가리키는 말로 일반적으로 파이프(Pipe)의 형태를 가진다.

여기서 압출 중공 성형은 스크류식, 램식 및 어큐뮬레이터식 세가지가 알려져 있으며, 통상적으로 크로스 헤드 다이라고 불리는 압출 다이를 압출기 선단에 설치하여 튜브상의 패리슨을 압출 성형하고, 곧 이어 패리슨의 내부에 압축공기를 취입하여 성형하는 방식이다.

이러한 압출 중공 성형을 이용하여 용기에 무늬를 제작할 경우에는 금형에 미리 무늬를 제작하고, 금형에 형성된 무늬대로 용기의 외부에 무늬를 찍어내게 된다.

따라서, 금형에 무늬가 조각이 된 상태이므로 용기에 무늬를 형성함에 있어 동일한 한 종류의 무늬만 생산하게 된다.

또한 용기에 새기고자하는 무늬의 종류에 따라 각각의 무늬에 해당하는 금형을 별도로 제작해야 하므로 생산비 상승의 원인이 된다.

그리고 무늬가 용기에 외부에 있게 되면 제품의 소개를 위한 각종 문구를 인쇄하거나 인쇄지를 코팅(Coating)할 때 용기의 외부에 형성된 요철상의 무늬로 인하여 작업이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위한 것으로서, 용기의 내부면에 무늬를 형성하고, 외부면에는 매끄럽게 처리한 용기를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 용기의 내부에 무늬를 성형할 수 있는 압출 중공 성형 방법을 제공하는 데 있다.

삭제

상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명의 용기는 압출 중 공 성형법에 의해 내부면에 요철 모양의 무늬가 형성되고 외부면은 평평하게 형성된다.

여기서 상기 요철 모양의 무늬는 용기에 대해 횡방향 또는 종방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 용기의 내부면에 체크무늬가 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 용기의 재질은 CHDM 변성 폴리에스테르, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 중에서 선택된 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 따라 제안되는 압출 중공 성형 장치는 투입된 수지를 밀어내기 방식으로 압출하는 압출부; 상기 압출부에 연결되는 다이와, 이 다이를 중심부를 관통하고 중심에 압축공기가 배출되는 노즐공이 형성되는 노즐봉과, 상기 노즐봉과 다이 사이에 형성되어 상기 수지를 배출하는 패리슨 노즐로 구성되는 다이부; 상기 노즐봉의 노즐공에 연통되고 중간에 밸브가 설치되며, 압축공기를 형성하는 에어펌프로 구성되는 에어공급라인; 상기 패리슨 노즐을 통해 형성된 패리슨을 감싸는 금형; 및 상기 다이부의 하부에 위치하여 상기 패리슨 노즐을 통해 형성된 패리슨을 잘라내는 커터를 포함한다.

여기서 상기 밸브는 압축공기를 공급 또는 차단시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라 제안되는 압출 중공 성형 방법은 원료수지를 공급하는 단계; 상기 원료수지를 공급하는 단계를 통해 공급된 수지를 패리슨 노즐을 통해 다이헤드의 하부로 압출시켜 패리슨으로 성형하는 압출하는 단계; 압출된 상기 패리슨의 내부로 압축공기의 공급과 차단을 반복하여 실시하여 패리슨의 내부면에 무늬를 형성하는 압축공기를 공급하는 단계; 상기 물결모양이 형성된 패리슨을 캐비티가 형성된 금형으로 감싸는 단계; 상기 패리슨을 절단하는 단계; 상기 패리슨의 내부로 압축공기를 불어넣어 상기 캐비티 모양으로 패리슨을 형성하는 브로잉하는 단계; 및 상기 패리슨이 캐비티 형태로 다 부풀어 오르면 상기 패리슨을 상온까지 냉각시킨 후에 상기 용기를 꺼낸 후 불필요한 부분을 제거하여 용기를 제작 완성하는 후처리단계를 포함한다.

여기서 상기 압축공기를 공급하는 단계에서 형성된 무늬는 용기에 대해 횡방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 노즐봉의 단면 형상을 사각 또는 별모양으로 하여 패리슨에 수직으로 무늬가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 압출하는 단계에서, 형성된 패리슨의 두께는 상기 후처리단계를 거쳐 제작된 용기의 두께보다 2~10배 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 관련된 용기를 종단면도로 나타내고 있다.

도면에서 알 수 있듯이, 용기(1)는 외부면이 매끄럽게 형성되고, 내부면에 요철 형태로 무늬가 연속적으로 반복해서 형성된다.

요철 형태의 무늬는 한가지 형태로 국한되지 않고 다양한 형태로 변형이 가능하다.

일례로, 상기 무늬는 용기(1)를 종방향으로 절단하여 측면에서 관찰했을 때 물결 모양으로 형성될 수 있고, 또한 상기 무늬는 용기(1)를 횡방향으로 절단한 후 관찰했을 때 사각 모양, 별모양 등의 형태로 제작이 가능하며, 이렇게 사각 또는 별모양 등으로 형성된 용기(1)는 외측면에서 관찰했을 때 용기(1)의 종방향으로 직선의 선들이 형성된 것으로 관찰된다.

이러한 용기(1)의 재질은 투명 또는 반투명한 수지 모두가 사용될 수 있으며, 투명한 수지로는 CHDM 변성 폴리에스테르(PETG, Glycol Modified Polyethylene Terephthalate), 압출용 폴리에스테르(E-PET), 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate), 및 폴리염화비닐(PVC, Polyvinyl Chloride) 등이 사용될 수 있으며, 반투명 수지로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등이 사용될 수 있다.

이와 같은 용기(1)를 제작할 수 있는 압출 중공 성형 장치는 수지를 압출하는 압출부, 노즐이 형성된 다이부, 에어공급라인, 커터 및 금형을 포함한다.

도 2 내지 도 12를 참조하여 압출 중공 성형 장치를 좀 더 상세히 설명하면, 압출부(3)는 호퍼를 통해 투입된 수지를 가압 또는 스크류에 의한 밀어내기 방식으로 다이부(5)로 공급하게 된다.

이러한 압출부(3)와 연결된 다이부(5)는 다이(7)와, 다이(7)의 하부에 연결 설치된 다이 헤드(9)와, 노즐봉(11)으로 구성된다.

노즐봉(11)은 다이(7)와 다이 헤드(9)를 관통하여 설치되는 것으로, 노즐봉(11)의 외측면과 다이(7) 및 다이 헤드(9)와의 사이에 간격을 두고 배치되어 패리슨 노즐(13)이 형성되도록 한다.

이렇게 형성된 패리슨 노즐(13)은 압출 중공 성형 장치의 작동시 압출되는 패리슨(P)의 두께를 결정한다. 바람직한 패리슨(P)의 두께는 최종 제작되는 용기(1) 두께의 2~10배 정도의 형성된다.

그리고 노즐봉(11)의 중심부에는 압축된 공기(이하 '압축공기'라 함)가 배출되는 노즐공이 형성된다. 이 노즐공을 통해 분출된 압축공기는 압출부(3)에 의해 공급된 수지가 파이프 형태의 패리슨(P)으로 성형되는 중에 구부러지거나 밀착되는 것을 방지하게 된다.

한편, 본 발명의 특징에 따라 제공되는 에어공급라인은 노즐봉(11)에 연결되며, 바람직하기로는 노즐봉(11)의 노즐공에 연결된다. 그리고 에어공급라인은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서 밸브(15) 및 에어펌프(17)를 포함한다.

에어펌프(17)는 압축공기를 노즐봉(11)에 공급하게 되며, 밸브(15)는 에어펌프(17)를 통해 공급되는 압축공기를 공급 또는 차단하는 방식으로 노즐에 공급하도록 한다.

이를 위하여 밸브(15)는 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 압축공기가 관통하는 이동로가 1개 또는 2개 이상 형성된 제1밸브(15a) 또는 제2밸브(15b) 일 수 있고, 또한 솔레노이드 밸브와 같은 전자식 단속방식을 사용할 수도 있으며, 이에 국한되지 않고 압축공기를 단속해서 공급 또는 차단할 수 있는 방식이라면 어떠한 경우라도 채택이 가능하다.

이때 공급되는 압축공기는 밸브(15)의 작동에 따른 단속시간에 따라 노즐을 통해 단속되면서 배출됨으로써 패리슨(P)의 내부면에는 도 4 및 도 6에 도시한 바 와 같은 물결 모양의 무늬가 형성된다.

한편, 패리슨 노즐(13)은 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 노즐봉(11)의 선단부 외측면에 형성된 문양에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있는 바, 그 다양한 형태에 따라 패리슨(P)의 횡단면 또는 종단면의 모양이 결정된다.

커터는 패리슨 노즐(13)을 통해 형성된 패리슨(P)을 잘라내게 되며, 다이 헤드(9)의 하단부 또는 후술하는 금형의 상단부에 설치된다.

금형(19)은 용기(1)의 외측면 형태를 좌우할 수 있는 캐비티(cavity)가 형성되며, 적어도 2개 이상의 몸체로 구성된다. 금형(19)의 상단에는 브로잉(blowing)을 위한 브로잉 공기라인이 선택적으로 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 압출 중공 성형 장치의 작용은 다음과 같은 실시예들을 통해 더욱 구체화된다.

실시예 1

수지의 재료는 그리콜 변성 폴리에스테르 수지(이하 PETG라 칭함)를 사용하였다. 사용한 PETG의 고유점도는 0.78 dl/g이며 가공온도는 195~200℃이다. 재료의 분해를 방지하기 위하여 65℃에서 6시간 동안 제습 건조를 실시하였다.

먼저 압출부(3)를 통해 공급된 PETG는 다이부(5)의 패리슨 노즐(13)을 통과하게 된다.

패리슨 노즐(13)을 통과하는 PETG는 파이프 형태의 패리슨(P)으로 변형되어 다이 헤드(9)의 하부로 압출이 이루어진다. 이때 패리슨(P)의 두께는 최종 제작되는 용기(1) 두께의 2~10배 정도 두껍게 형성된다.

그리고 에어펌프(17)에 의해 형성된 압축공기는 노즐봉(11)의 노즐공을 통해 패리슨(P)의 중심부로 분출되는 데, 특히 본 발명의 특징에 따라 제안된 밸브(15)에 의해 분출되는 압축공기는 그 단속에 따라 압축공기의 공급과 차단이 교번하여 이루어지고, 그 결과 패리슨(P)의 내측면에 도 1 및 도 7에 도시한 바와 같은 물결 모양이 패리슨(P)의 종방향으로 형성된다.

이러한 물결 모양은 밸브(15)에 의한 단속시간이 짧게 단속될수록 동일한 길이에 더 많은 물결이 형성된다.

이어서, 밸브(15)가 잠겨져 압축공기의 분출이 차단되면 금형(19)이 패리슨(P)을 감싸고, 커터(21)가 금형(19) 외측의 상부 부분으로 노출된 패리슨(P)을 절단한다.

그리고 금형(19)의 캐비티에 끼워진 패리슨(P)의 중심 내부로 압축공기를 불어넣어 패리슨(P)이 캐비티 형태로 부풀도록 한다.

캐비티 형태로 다 부풀게 되면 그 상태에서 냉각을 하고, 상온까지 냉각 후에 금형(19)을 열고 용기(1)를 꺼내며, 용기(1)의 불필요한 부분을 제거하면 도 1에 도시한 바와 같이 제품의 성형이 완료된다.

실시예 2

용기(1)의 내부에 형성되는 물결 모양을 더 좁은 간격으로 형성하려면 주입되는 압축공기를 더욱 빠르게 주기적으로 차단한다.

이를 위해 도 5와 같은 형태의 밸브(15)를 사용하여 실시예 1과 같은 과정을 거치게 되면, 도 6과 같은 패리슨 모양이 만들어지고, 그 결과 도 7과 같은 용기(1)가 제작된다.

실시예 3

용기(1)에 수직의 선형무늬를 내고자 할 경우에는 노즐봉(11)의 단면을 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 기존의 원형에서 사각 또는 별모양으로 변경하여 실시예 1과 같은 과정을 거친다. 이때 원하는 선형 무늬의 개수에 따라 단면의 모양을 변경한다.

그 결과 도 10에 도시한 바와 같은 형태의 선형무늬, 즉 수직으로 무늬가 형성되고, 이에 따른 용기의 횡단면은 도 11에 도시한 바와 같이 둥근 사각 형태로 형성된다. 사용된 수지의 종류는 실시예 1과 같다.

실시예 4

용기(1)에 체크 무늬를 내고자 할 경우에는 노즐봉(11)의 단면을 실시예 3과 같이 하고 실시예 1 또는 실시예 2의 원리를 동시에 조합하여 얻을 수 있다. 그 결과 도 12에 도시한 바와 같은 내부면에 체크무늬가 형성된 용기를 얻을 수 있다.

사용된 수지의 종류는 실시예 1과 같다.

이상과 같이 설명된 실시예들은 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니면 제작하려는 의도에 따라 다양한 변형이 가능하다.

한편, 본 발명의 특징에 따른 압출 중공 성형 방법은 원료수지를 공급하는 단계, 압출하는 단계, 압축공기를 공급하는 단계, 금형으로 패리슨을 감싸는 단계, 패리슨을 절단하는 단계, 브로잉하는 단계, 및 후처리단계를 포함한다.

좀 더 상세히 살펴보면, 원료수지를 공급하는 단계는 용기를 만들기 위한 재료를 공급하는 것으로, 사용되는 수지는 반투명한 수지 또는 투명한 수지 모두 가능하며, 그 중에서 투명한 수지가 사용되는 것이 바람직하다.

투명한 수지는 CHDM 변성 폴리에스테르(PETG, Glycol Modified Polyethylene Terephthalate), 압출용 폴리에스테르(E-PET), 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate), 및 폴리염화비닐(PVC, Polyvinyl Chloride) 등이 사용될 수 있으며, 반투명 수지로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등이 사용될 수 있다.

이어서, 공급된 원료수지를 압출하는 단계로 진행하게 된다.

이 단계에서, 공급된 원료수지는 스크류의 마찰열과 주위의 온도에 의해 녹으면서 이송되어 패리슨 노즐을 통해 다이헤드의 하부로 압출됨으로써 패리슨으로 성형된다. 이때 패리슨의 두께는 최종 생산되는 용기 두께의 2~10배 정도 두껍게 형성된다.

그리고, 압축공기를 공급하는 단계는 전단계인 압출하는 단계에 이어서 패리슨의 내부로 압축공기를 공급하게 되는 데, 본 발명의 특징에 따라 압축공기의 공급과 차단을 반복하여 실시함으로써 패리슨의 내부에 물결 모양이 형성되도록 한다.

이렇게 형성된 물결모양은 패리슨의 종방향으로 형성되며, 물결모양을 좀 더 촘촘하게 형성하고자 할 때에는 압축공기의 공급과 차단을 더욱 빠르게 실시함으로써 가능하다.

한편, 선형 무늬의 제작할 경우에는 노즐봉(11)의 단면 형상을 기존의 원형 에서 사각 또는 별모양으로 변경하면 패리슨 노즐(13)을 통해 압출되는 패리슨의 내부에 다양한 내부 수직 무늬를 얻을 수 있다.

또한 위의 수평 물결 무늬와 수직 선형무늬의 원리를 조합하면 도 12에 도시한 바와 같은 바둑판 형태의 체크무늬를 얻을 수 있다.

이렇게 내부에 물결모양이 형성된 패리슨은 금형으로 패리슨을 감싸는 단계에서 캐비티가 형성된 금형에 의해 감싸지게 된다.

이어서, 패리슨을 절단하는 단계는 금형으로 패리슨을 감싼 상태에서 금형의 상부 부분으로 노출된 패리슨을 절단한다.

그리고 나서, 브로잉하는 단계에서는 금형 내부에서 감싸진 패리슨의 내부로 압축공기를 공급하면 캐비티의 형상으로 용기가 제작된다. 이때 패리슨의 내부에 형성된 물결모양은 용기의 외부면이 아닌 용기의 내부면에 물결 모양의 무늬를 형성하게 된다.

캐비티 형태로 다 부풀어 오르면, 후처리단계를 통해 상온까지 냉각시킨 후에 용기를 꺼낸 후 불필요한 부분을 제거하여 용기를 제작 완성한다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 금형은 변경하지 않고 용기의 내부에만 무늬를 형성하기 때문에 무늬 변경에 따른 금형의 별도 제작을 할 필요가 없게 된다. 따라서 금형 제작비를 절감함으로써 종래에 비해 생산비를 낮출 수 있게 된다.

그리고 무늬가 용기에 내부에 있게 되므로 용기의 외부면은 평평하게 제작할 수 있게 된다. 따라서 제품의 소개를 위한 각종 문구를 인쇄하거나 인쇄지를 코팅 하는 작업이 원활하게 이루어진다.

특히 무늬가 내부에 있으므로 디자인 측면에서도 독특하여 상품의 부가가치를 높일 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 원료수지를 공급하는 단계;

   상기 원료수지를 공급하는 단계를 통해 공급된 수지를 패리슨 노즐을 통해 다이헤드의 하부로 압출시켜 패리슨으로 성형하는 압출하는 단계;

   압출된 상기 패리슨의 내부로 압축공기의 공급과 차단을 반복하여 실시하여 패리슨의 내부면에 무늬를 형성하는 압축공기를 공급하는 단계;

   상기 물결모양이 형성된 패리슨을 캐비티가 형성된 금형으로 감싸는 단계;

   상기 패리슨을 절단하는 단계;

   상기 패리슨의 내부로 압축공기를 불어넣어 상기 캐비티 모양으로 패리슨을 형성하는 브로잉하는 단계; 및

   상기 패리슨이 캐비티 형태로 다 부풀어 오르면 상기 패리슨을 상온까지 냉각시킨 후에 상기 용기를 꺼낸 후 불필요한 부분을 제거하여 용기를 제작 완성하는 후처리단계를 포함하는 압출 중공 성형 방법.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 압축공기를 공급하는 단계에서 형성된 무늬는 상기 용기에 대해 횡방향으로 형성되는 압출 중공 성형 방법.
10. 청구항 8에 있어서, 상기 노즐봉의 단면 형상을 사각 또는 별모양으로 하여 상기 패리슨에 수직으로 무늬가 형성되도록 하는 압출 중공 성형 방법.
11. 청구항 8에 있어서, 상기 압출하는 단계에서, 형성된 패리슨의 두께는 상기 후처리단계를 거쳐 제작된 용기의 두께보다 2~10배 두껍게 형성되는 압출 중공 성형 방법.

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