KR100777689B1

KR100777689B1 - 몰드 가열 및 냉각 장치

Info

Publication number: KR100777689B1
Application number: KR1020060104334A
Authority: KR
Inventors: 허남진
Original assignee: 허남진
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2007-11-29

Abstract

본 발명은 몰드 가열 및 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 내부 판넬(inpanel)의 스킨(skin)을 생산하는 몰드의 분위기 온도를 일정하게 유지하기 위한 몰드 가열 및 냉각 장치에 관한 것이다.

본 발명은 종래의 특허 기술과 달리, 다수개의 튜브/몰드 모듈을 제작할 필요가 없다. 이에 따라, 튜브/몰드 모듈의 제작에 따른 제작비용을 절감할 수 있으며, 튜브/몰드 모듈을 삽입/설치할 필요가 없어 생산 효율성이 증대되고, 튜브/모듈 모듈을 관리하여야 할 필요도 없다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에서는 가열 및 냉각 박스에서 몰드에 찬공기 또는 고온의 공기를 직접적으로 분사하기 때문에 몰드의 냉각 및 가열 효율이 증대되어 제품의 제작시간이 단축된다는 장점이 있다. 종래에는 자동차의 내부 판넬의 스킨 생산시에 약 6분 가량 소요되었으나, 본 발명의 시스템의 경우에는 약 1분 정도 단축된 5분의 사이클 타임을 가지게 된다.

몰드, 자동차 내부 판넬, 스킨, 냉각, 가열

Description

몰드 가열 및 냉각 장치{MOLD HEATING AND COOLING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 몰드 가열 및 냉각 장치의 전체 개략도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 도 1의 일부 확대도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 몰드 박스 조립체의 부분 확대 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 몰드 박스 조립체(mold box assembly) 11: 몰드(mold)

12: 가열 및 냉각 박스(heating and cooling box)

12a: 공동(cavity) 12b: 유입 구멍(inlet hole)

12c: 분사 구멍(injection hole) 12d, 12e: 막힘판

13: 몸체(body)

13a: 입구(inlet) 13b: 출구(outlet)

14: 체결 수단(fixing device)

20: 구동모터(motor) 22: 벨트(belt)

30: 파우더 박스(powder box) 32: 파우더 박스 이송장치

40: 냉각기(chiller) 42: 히터(heater)

44, 45: 송풍기(air blower)

50: 찬공기 유입 덕트 시스템 52: 공기 순환 덕트 시스템

51, 53: 개폐판

자동차의 내부 판넬의 스킨을 생산하는 방식은 몰드 내에 열가소성 재료를 위치시키고 이를 용해시켜 생산한다. 열가소성 재료가 몰드 내에서 얇은 외장 제품을 형성하도록 위치되고 몰드의 가열에 의해서 용해되는 데, 가열된 몰드 면에 걸쳐 생성되는 몰드 제품이 균일하게 형성되는 것을 확보하기 위해서는 몰드 전 영역에 걸쳐 균일한 열 패턴을 지니도록 할 필요가 있다. 이러한 종래의 기술의 예로 미국특허 제4,621,995호, 제4,623,503호, 및 제5,445,510호가 제안되고 있다.

특히, 미국 특허 제5,445,510호는 공기가 유입되는 입구와 공기가 유출되는 출구를 가지는 플레늄(plenum)을 몰드(mold) 하부에 형성하고, 플레늄에는 다수개의 모듈 홀더(module holder)를 형성하며, 상기 모듈 홀더에 튜브/몰드 모듈(tube/mold module)을 삽입함으로써 플레늄 내부의 공동(cavity)과 연통시켜, 플레늄으로 유입된 찬공기 또는 가열된 고온의 공기가 다수개의 튜브/몰드 모듈 끝단 의 출구를 통해 몰드 외면에 분사되도록 고안되었다. 이러한 방식은 다수개의 튜브/몰드 모듈 끝단의 출구에서 분출되는 공기에 의해 몰드의 온도 분위기를 일정하게 유지시킴으로써, 열가소성 재료가 균일하게 용해되도록 하여 우수한 품질의 제품을 생산하는 데 도움을 준다.

그러나, 상기 특허에서 제안된 방식은 플레늄의 내부와 연결되는 다수개의 튜브/몰드 모듈를 별도로 설치하여 몰드의 외면에 찬공기 또는 고온의 공기를 분사하는 방식이다. 이에 따라, 몰드와 인접하는 면에 다수개의 모듈 홀더를 별도로 형성하여야 하기 때문에 번잡하고 작업성이 낮다는 문제가 있으며, 각각의 모듈 홀더에 튜브/몰드 모듈을 삽입하고 이를 고정하여야 되는 데, 이 때 기밀을 충분히 유지하지 못하며 그 틈 사이로 찬공기 또는 가열된 공기가 유출될 위험이 있고 그로 인해 몰드 제품의 생산 효율을 떨어뜨리는 문제가 발생되며, 다수개의 튜브/몰드 모듈를 별도로 제작하여야 하기 때문에 제작비가 증대되고 관리비용이 증대된다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 몰드 내에 위치되는 열가소성 재료를 전 몰드에 대해서 전체적으로 용해시킬 수 있도록 몰드 외면 전체의 분위기 온도를 일정하게 유지할 수 있는 몰드 가열 및 냉각 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 튜브/몰드 모듈을 제작할 필요가 없음으로 제작비가 절감되며, 모듈 홀더에 튜브/몰드 모듈을 끼울 필요도 없어 작업성이 향상 된 몰드 가열 및 냉각 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 열가소성 재료를 제공받아 이를 용해시키도록 몰드를 가열시키고, 몰드의 내면의 형태와 일치하는 외장을 형성하도록 용해된 열가소성 재료를 냉각시키는 몰드 가열 및 냉각 장치에 있어서,

제품의 외장 형태가 내면에 형성된 몰드, 상기 몰드의 하부면에 위치하며 몰드와 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 가열 및 냉각 박스, 및 공기가 유입되는 입구, 공기가 유출되는 출구를 가지며, 상기 몰드와 가열 및 냉각박스를 보호하는 몸체를 포함하는 몰드 박스 조립체를 구비하되,

상기 가열 및 냉각 박스는 내부에 공동이 형성되고, 하부면에 몸체로 유입된 공기가 내부의 공동으로 유입되도록 유입구멍이 형성되고, 상기 몰드와 맞닿는 면에는 일정한 간격으로 공기가 분사되는 다수개의 분사 구멍이 형성되며,

유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 몰드에 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 몸체의 입구쪽에 막힘판이 형성되고, 유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 곧바로 배출되는 것을 방지하도록 몸체의 출구쪽에 또다른 막힘판이 형성된다.

바람직하게는 상기 가열 및 냉각 박스로 유입되는 찬 공기는 냉각기에 의해 냉각되어 유입된다.

바람직하게는 상기 몰드의 외면과 상기 가열 및 냉각 박스 외면 사이의 간격은 5mm 내외이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 몰드 가열 및 냉각 장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 몰드 가열 및 냉각 장치의 전체 개략도이다. 보다 상세하게는 자동차의 내부 판넬(inpanel)의 스킨(skin)을 생산하는 몰드 가열 및 냉각 장치의 전체 개략도이다.

도 1을 참고로 하여, 몰드 가열 과정에 대해서 설명하기로 한다.

검은 화살표는 가열된 공기의 이동 경로를 도시한다. 가열된 공기는 공기 순환 덕트 시스템(52)을 통해 이동하게 된다. 공기 유입구에서 흡입된 공기는 히터(42)에 의해서 가열된 후, 공기 순환 덕트 시스템(52)을 통해 몰드 박스 조립체(10)를 유입된다. 몰드 박스 조립체(10)으로 유입된 공기는 몰드를 가열시키는 데 사용된다. 몰드 박스 조립체(10) 밖으로 배출된 공기는 다시 공기 순환 덕트 시스템(52)을 통해 히터(42)로 이동하여 가열된 후 순환되는 방식으로 이동한다. 공기의 순환시키는 구동력은 송풍기(44)에 의해서 이루어진다.

몰드 내에서 열가소성 재료를 용해시킨 후에는 찬 공기에 의해서 몰드를 냉각시키게 된다.

흰색 화살표는 찬공기의 이동 경로를 도시한다. 찬 공기는 외부로부터 유입되어, 찬공기 유입 덕트 시스템(50)를 통과하여 냉각기(chiller, 40)에 냉각된다. 냉각기(chiller, 40)는 외부에서 유입된 상온의 공기를 냉각시키는 장치로서, 가열된 몰드를 보다 빨리, 보다 효율적으로 냉각시키기 위해서 설치된다. 냉각기(40)에 의해서 냉각된 찬 공기는 송풍기(45)의 구동력에 의해서 찬 공기 유입 덕트 시 스템(50)을 통해 몰드 박스 조립체 내로 들어온 후, 가열 공정으로 인하여 가열되어 있는 몰드를 냉각시키게 된다. 몰드를 냉각시키는 데 사용된 찬 공기는 덕트 시스템(5-)을 통해 외부로 배출된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 도 1의 일부 확대도이다. 그러나, 출구부쪽은 이해를 돕기 위해서 찬공기 유입 덕트 시스템(50)과 공기 순환 덕트 시스템(52)를 구별하여 도시하였다.

몰드 박스 조립체(10)은 제품의 형상을 구현하기 위한 몰드(mold), 몰드를 가열 또는 냉각시키기 위해서 가열된 공기 또는 찬 공기가 통과하는 가열 및 냉각 박스, 및 이를 감싸면서 보호하는 몸체로 구성된다.

몰드 박스 조립체(10)의 하부에는 파우드 박스(30)이 위치한다. 파우드 박스(30) 내에는 자동차의 내부 판넬 스킨의 원료인 열가소성 재료가 파우드 형태로 담겨져 있다. 열가소성 재료의 일부가 몰드 박스 조립체(10)의 몰드 내에 유입된다. 열가소성 재료가 몰드 내에 유입되면, 파우드 박스(30)는 파우드 박스 이송장치(32)에 의해서 하부로 내려온다.

파우더 박스(30) 및 파우드 박스 이송장치(32)는 본 발명에서 뿐만 아니라 종래에도 널리 사용되고 있는 장치임으로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

몰드 박스 조립체(10)는 구동모터(20)의 구동력에 의해서 회전하게 된다. 이를 위해서 몰드 박스 조립체(10)는 구동모터(20)과 벨트(22)로 연결되어 있다. 즉, 구동모터(20)의 힘은 벨트(22)를 통해 몰드 박스 조립체(10)에 전달되어, 몰드 박스 조립체(10)를 회전시키게 된다.

몰드 박스 조립체가 회전하는 동안에, 공기 순환 덕트 시스템(52)를 통해 히터에 의해 가열된 공기가 유입된다. 가열된 공기는 몰드 내에 위치하는 열가소성 재료를 용해시켜, 몰드 내면에 안착시킨다. 열가소성 재료는 전체적인 분위기 온도에 의해서 전체적으로 균일하게 용해되게 된다.

찬공기 또는 고온의 공기의 유입은 찬공기 유입 시스템(50) 및 공기 순환 덕트 시스템(52)에 설치된 개폐판(51, 53)의 개폐에 의해서 조절된다. 즉, 고온의 공기 유입되는 경우에는 개폐판(53)이 오픈되고, 다른 개폐판(51)은 닫히며, 찬공기가 유입되는 경우에는 반대로 개폐판(51)이 오픈되고, 다른 개폐판(53)이 닫히게 된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 몰드 박스 조립체의 부분 확대 단면도이다.

몰드 박스 조립체(10) 내의 몰드(11)는 볼트와 같은 체결수단(14)에 의해서몰드 박스 조립체(10)에 고정되어 있다.

본 발명의 가열 및 냉각 박스(12)는 몰드(11)를 가열시키거나 냉각시키기 위해서 몰드(11)에 가열된 공기(고온의 공기) 또는 찬 공기를 분사할 수 있도록 인접하여 위치한다. 가열 및 냉각 박스(12)는 내부에는 공동(cavity, 12a)가 형성되어 있으며, 몰드(11)와 인접하는 면에는 다수개의 분사 구멍(12c)가 형성되어 있다.

화살표는 몰드의 가열시 히터에 의해서 가열된 공기(고온의 공기)가 통과하는 경로임과 동시에, 몰드의 냉각시 냉각기에 의해 냉각된 공기가 통과하는 경로이다.

몰드(11) 내의 열가소성 재료의 용융시, 몸체(13)의 입구(13a)를 통해 고온의 공기가 유입된다. 몸체의 입구쪽에 막힘판(12d)가 형성되어 있기 때문에, 유입된 공기가 몰드에 직접적으로 접촉하지 못하고, 화살표 방향으로 이동한다. 가열 및 냉각 박스의 하부에는 유입 구멍이 형성되어 있음으로 이를 통해 가열 및 냉각 박스 내부의 공동(12a)으로 유입된다.

이처럼, 유입된 공기가 가열 및 냉각 박스(12)를 관통한 후에 분사 구멍(12c)을 통해 몰드에 공기가 분사되는 이유는 몰드 전체면에 대해서 균일한 분위기 온도를 유지하기 위해서이다. 만약, 유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 직접 몰드에 분사되는 경우에는 입구쪽의 온도가 출구쪽으로 온도보다 상대적으로 높게 될 것임으로(찬공기의 경우에는 입구쪽의 온도가 더 낮음), 몰드의 분위기 온도를 일정하게 유지할 수 없게 된다는 문제가 있다.

한편, 유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 곧바로 배출되는 것을 방지하도록 몸체의 출구쪽에 또다른 막힘판(12e)이 형성되어 있다.

가열 및 냉각 박스(12)의 공동(12a)으로 유입된 공기는 몰드(11)와 인접하는 다수개의 분사 구멍(12c)을 통해서 몰드(11)의 외면에 분사되어, 몰드(11)의 분위기 온도를 높이게 된다. 몰드의 외면과 가열 및 냉각 박스의 외면은 일정한 간격(약 5mm 내외)으로 이격되어 있다. 몰드(11)와 인접하는 면에 형성되는 가열 및 냉각 박스(12)의 분사 구멍(12c)은 균일한 간격으로 다수개 형성되어 있음으로, 분사 구멍을 통해 분사된 고온의 공기는 몰드(11) 내의 분위기 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

가열 및 냉각 박스 하부면의 유입 구멍(12b)은 상부면의 분사 구멍(12c)에 비하여 상대적으로 보다 큰 직경을 가짐은 물론이다. 이는 하부면의 유입구멍은 몰드의 외면에 공기를 분사하는 것이 목적이 아니라, 단지 내부의 공동으로 공기를 유입하기 위한 목적이기 때문이다.

열가소성 재료의 용융 후 몰드의 냉각시에도, 분사 구멍(12c)를 통해 찬 공기를 분사함으로써 몰드를 냉각시킨다. 즉, 몸체(13)의 입구(13a)를 통해 유입된 찬공기는 가열 및 냉각 박스(12)의 유입 구멍(12b)를 통해 내부의 공동(12a)로 유입된 후, 분사 구멍(12c)를 통해 몰드(11)의 외면에 분사되어, 몰드의 분위기 온도를 냉각시키게 된다. 몰드의 외면에 분사된 후, 공기는 다시 몸체(13)의 출구(13b)를 통해 배출된다.

본 발명은 폴리염화비닐, 폴리염화비닐 발포제, 폴리우레탄 및 폴리우레탄 발포제, TPO(열가소성 올레핀), 코폴리에스크테르, ABS(아크릴로니트릴 부타디엔스티렌), ASA(아크릴로니트릴 스티렌아크릴 고무), 또는 이들 재료의 소정 혼합물 또는 블렌드를 포함하는 넓은 범위의 열가소성 재료를 처리하는 데 적절하다. 본 발명의 장치에서 실행할 처리 과정은 미국특허 제4,610,620호 및 제4,623,503호에 제안되어 있다.

이상과 같이, 본 발명은 상기의 제5,445,510호와 달리 다수개의 튜브/몰드 모듈을 제작 삽입하는 것이 아니라, 내부에 공동이 형성된 가열 및 냉각 박스(12)의 외표면이 몰드의 외면과 일정한 간격으로 이격되도록 형성하고, 몰드에 인접하는 면에 균일한 간격으로 다수개의 구멍이 형성된다는 것이 본 발명의 특징이라 할 것이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 특허 기술과 달리, 다수개의 튜브/몰드 모듈을 제작할 필요가 없다. 이에 따라, 튜브/몰드 모듈의 제작에 따른 제작비용을 절감할 수 있으며, 튜브/몰드 모듈을 삽입/설치할 필요가 없어 생산 효율성이 증대되고, 튜브/모듈 모듈을 관리하여야 할 필요도 없다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에서는 가열 및 냉각 박스에서 몰드에 찬공기 또는 고온의 공기를 직접적으로 분사하기 때문에 몰드의 냉각 및 가열 효율이 증대되어 제품의 제작시간 이 단축된다는 장점이 있다. 종래에는 자동차의 내부 판넬의 스킨 생산시에 약 6분 가량 소요되었으나, 본 발명의 시스템의 경우에는 약 1분 정도 단축된 5분의 사이클 타임을 가지게 된다.

Claims

열가소성 재료를 제공받아 이를 용해시키도록 몰드를 가열시키고, 몰드의 내면의 형태와 일치하는 외장을 형성하도록 용해된 열가소성 재료를 냉각시키는 몰드 가열 및 냉각 장치에 있어서,

제품의 외장 형태가 내면에 형성된 몰드(11),

상기 몰드의 하부면에 위치하며, 몰드와 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 가열 및 냉각 박스(12),

및 공기가 유입되는 입구(13a)와 공기가 유출되는 출구(13b)를 가지며, 상기 몰드와 가열 및 냉각박스를 보호하는 몸체(13)로 이루어진 몰드 박스 조립체를 구비하되,

상기 가열 및 냉각 박스(12)는 내부에 공동(12a)이 형성되고, 하부면에 몸체로 유입된 공기가 내부의 공동으로 유입되도록 유입구멍(12b)이 형성되고, 상기 몰드와 맞닿는 면에 일정한 간격으로 공기가 분사되는 다수개의 분사 구멍(12c)이 형성되며,

유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 몰드에 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 몸체의 입구쪽에 막힘판(12d)이 형성되고, 유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 곧바로 배출되는 것을 방지하도록 몸체의 출구쪽에 또다른 막힘판(12e)이 형성되는 것을 특징으로 하는 몰드 가열 및 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 가열 및 냉각 박스(12)로 유입되는 찬 공기는 냉각기(40)에 의해 냉각되어 유입되는 것을 특징으로 하는 몰드 가열 및 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 몰드의 외면과 상기 가열 및 냉각 박스 외면 사이의 간격은 5mm 내외인 것을 특징으로 하는 몰드 가열 및 냉각 장치.
열가소성 재료를 제공받아 이를 용해시키도록 몰드를 가열시키고, 몰드의 내면의 형태와 일치하는 외장을 형성하도록 용해된 열가소성 재료를 냉각시키는 몰드 가열 및 냉각 장치에 설치되는 몰드 박스 조립체에 있어서,

제품의 외장 형태가 내면에 형성된 몰드(11),

상기 몰드의 하부면에 위치하며, 몰드와 일정한 간격을 두고 이격되어 있는 가열 및 냉각 박스(12),

및 공기가 유입되는 입구(13a)와 공기가 유출되는 출구(13b)를 가지며, 상기 몰드와 가열 및 냉각박스를 보호하는 몸체(13)로 이루어지되,

상기 가열 및 냉각 박스(12)는 내부에 공동(12a)이 형성되고, 하부면에 몸체로 유입된 공기가 내부의 공동으로 유입되도록 유입구멍(12b)이 형성되고, 상기 몰드와 맞닿는 면에 일정한 간격으로 공기가 분사되는 다수개의 분사 구멍(12c)이 형성되며,

유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 몰드에 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 몸체의 입구쪽에 막힘판(12d)이 형성되고, 유입된 공기가 가열 및 냉각 박스를 관통하지 않고 곧바로 배출되는 것을 방지하도록 몸체의 출구쪽에 또다른 막힘판(12e)이 형성되는 것을 특징으로 하는 몰드 박스 조립체.
제4항에 있어서,

상기 가열 및 냉각 박스(12)로 유입되는 찬 공기는 냉각기(40)에 의해 냉각되어 유입되는 것을 특징으로 하는 몰드 박스 조립체.
제4항에 있어서,

상기 몰드의 외면과 상기 가열 및 냉각 박스 외면 사이의 간격은 5mm 내외인 것을 특징으로 하는 몰드 박스 조립체.