KR100856722B1

KR100856722B1 - 고무사출장치의 가류시간 단축 장치

Info

Publication number: KR100856722B1
Application number: KR1020060045963A
Authority: KR
Inventors: 현여식; 설병태; 박창주; 김종석
Original assignee: 평화산업주식회사
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2008-09-04
Also published as: KR20070112922A

Abstract

본 발명은 고무사출장치의 가류시간 단축장치에 관한 것으로서, 차량용 마운트 제품과 같은 고무류 제품을 제조하기 위한 고무사출장치를 통해 고무원료가 원료공급단계를 거쳐 몰드성형단계에 까지 도달하는 동안, 초기의 원료공급단계에서의 고무 온도를 완전 가류에 필요한 온도인 몰드에서의 고무원료에 대한 가열 설정온도와 유사한 온도까지 상승시켜 기존의 사출 공정보다 몰드 내부에서의 고무의 온도가 가류 온도까지 빠르게 도달 가능토록 하여 원료공급단계 및 몰드성형단계에서의 가류 시간차를 줄일 수 있는 고무사출장치의 가류시간 단축장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 고무사출장치에 있어서, 수직실린더 내에 원통 형상으로 이루어진 실린더부 중심에 상기 실린더부의 직경보다 작은 소정의 직경을 갖는 보조히터부가 장착된 원기둥 형상의 기둥부를 삽입 장착함으로써, 이송 스크류에 의해 수직실린더로 밀려 올라가 충전되는 고무원료가 상기 보조히터부를 포함하는 가열수단의 열전달이 용이한 제한된 챔버 공간 내에 충전되며, 특히 상기 가열수단의 예열 온도를 몰드성형단계에서의 가류 온도와 유사한 온도로 상승시켜 사출시의 온도와 몰드 온도의 차이를 줄이며, 궁극적으로는 가류 공정 사이클 시간을 단축시킬 수 있는 고무사출장치의 가류시간 단축장치를 제공한다.

고무사출장치, 가류시간, 단축구조

Description

고무사출장치의 가류시간 단축 장치{Structure for reducing vulcanization time of rubber discharger}

도 1은 본 발명에 따른 고무사출장치의 고무사출장치의 가류시간 단축장치를 나타내는 단면도,

도 2는 고무사출장치에서의 사출전 고무 온도와 세가지 변수와의 상관관계를 나타내는 그래프,

도 3은 몰드 내의 고무가 160℃까지 도달하는데 걸리는 시간을 나타내는 그래프,

도 4는 일반적인 고무류 제품 제조용 단일 캐비티 금형의 전체 구성을 나타내는 도면,

도 5는 종래의 고무사출장치를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 고무사출장치 11 : 유압모터

12 : 이송스크류 13 : 수평실린더

14 : 제1인젝션 플런저 15 : 수직실린더

15a : 실린더부 15b : 기둥부

15c : 챔버 공간 16 : 제2인젝션 플런저

17 : 가열수단 17a : 보조히터부

본 발명은 고무사출장치의 가류시간 단축장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 마운트 제품과 같은 고무류 제품을 제조하기 위한 고무사출장치를 통해 고무원료가 원료공급단계를 거쳐 몰드성형단계에 까지 도달하는 동안, 초기의 원료공급단계에서의 고무 온도를 완전 가류에 필요한 온도인 몰드의 온도와 유사한 온도까지 상승시켜 기존의 사출 공정보다 몰드 내부에서의 고무의 온도가 가류 온도까지 빠르게 도달되도록 하여 원료공급단계 및 몰드성형단계에서의 가류 시간차를 줄일 수 있는 고무사출장치의 가류시간 단축장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 엔진은 피스톤과 커넥팅로드의 상하운동에 의한 중심위치의 주기적인 변화, 실린더의 축방향으로 생기는 왕복 운동부분의 관성력, 커넥팅 로드가 크랭크 축의 좌우로 흔들리는 것에 의한 관성력, 크랭크 축에 가해지는 회전력의 주기적인 변화 등으로 인하여 구조적으로 항상 진동을 발생시키고 있다.

이러한 엔진의 진동 발생은 여러가지 원인들이 복합적으로 작용하여 엔진의 상하 및 좌우방향 등으로 발생되는 바, 엔진으로부터 필연적으로 발생된 진동이 차량의 실내로 전달되면, 운행환경을 해칠 뿐만 아니라 탑승자에게 큰 불쾌감을 줄 수 있다.

따라서, 엔진과 차체 사이에는 동력발생과정에서 발생되는 엔진의 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하거나 상쇄시켜주는 엔진 마운트가 설치되는 것이 통상적이고, 또한 변속기와 차체 사이에도 변속기 마운트가 설치되고 있다.

대개, 엔진 마운트는 엔진을 지지하는 금속재의 브라켓과, 차체에 일체로 형성되는 고무 인슐레이터와, 이 고무 인슐레이터에 일체로 성형되어 상방향으로 돌출되는 스터드 및, 상기 고무 인슐레이터의 위쪽에 스터드가 관통되며 일체로 설치되는 방진고무 등으로 구성되어 있다.

상기 엔진 마운트를 비롯한 각종 고무류 제품은 소정의 몰드에 고무원료를 충전하는 동시에 가류시켜 제조하고 있는 바, CRB(COLD RUNNER BLOCK) 금형, HRB(HOT RUNNER BLOCK) 금형, 단일 캐비티를 갖는 금형 등을 이용하여 제조되고 있다.

여기서, 상기 단일 캐비티를 갖는 금형에 대한 전체적인 구성을 첨부한 도 4를 참조로 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 4 및 도 5에 도시된 금형은 그 모델만 다를 뿐 기본적인 구성은 동일한 바, 이들 도면에서 보는 바와 같이 상기 단일 캐비티를 갖는 금형을 크게 나누어보면, 고무원료가 투입되는 원료공급부(100)인 고무사출장치와, 이 원료공급부(100)로부터 고무원료가 몰드의 각 캐비티쪽으로 분기되는 경로인 런너부(200)와, 고무원료를 가류시켜 원하는 고무류 제품으로 성형하는 성형부(300)가 위쪽에서부터 차례로 배열된 구조로 되어 있다.

상기 원료공급부(100)는 유압모터(102) 및 이 유압모터(102)의 축과 연결되는 이송스크류(104)가 내장된 형태의 사출실린더(106)와, 상기 이송스크류(104)의 끝단에 부착되어 고무원료를 1차 가압하는 제1인젝션 플런저(108)와, 상기 사출실린더(106)의 출구측에 배치되는 수직실린더(110)와, 이 수직실린더(110)로 공급된 고무원료를 수직방향으로 2차 가압하는 제2인젝션 플런저(112)로 구성되어 있다.

상기 런너부(200)는 고무원료의 흐름경로가 되는 런너 플레이트를 포함하고 있으며, 하단 노즐을 통하여 성형부(300) 즉, 몰드의 단일 캐비티 내부로 채워지게 된다.

여기서, 상기 단일 캐비티를 갖는 금형의 작동 흐름을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 적당한 크기를 갖는 고무원료를 원료공급부(100)에 공급하는 동시에 유압모터(102)에 의하여 회전하는 이송스크류(104)의 이송력에 의하여 스크류 끝단에 부착된 제1인젝션 플런저(108)가 고무원료를 수평방향으로 가압하게 되는 바, 이때 고무원료는 가열수단(114)에 의하여 설정된 온도로 서서히 가열된다.

즉, 고무원료는 계량수단에 의해 적정량(일회 고무제품이 성형될 수 있을 만큼의 고무 원재료량)으로 이미 계량된 상태이면서 가열수단(114)에 의해 일정온도(고무 원재료가 경화되지 않으면서 식지 않을 정도의 온도로서 약 70 ~ 80℃)로 가열된 상태가 된다.

이어서, 상기 제1인젝션 플런저(108)의 가압에 의하여 고무원료는 사출실린더(106)로부터 수직실린더(110)의 내부로 공급된 후, 수직실린더(110)의 제2인젝션 플런저(112)의 가압을 받아서 하방향에 있는 런너부(200)로 이송되며, 상기 런너부(200)에서 고무원료는 런너 플레이트를 따라 흐르게 되고, 최종적으로 고무원료는 하단 노즐을 통하여 상기 몰드의 단일 캐비티 내부로 채워지게 된다.

이후, 가열수단(114)에 의한 고무원료의 설정온도(고무원료의 완전 가류에 필요한 약 160 ~ 170℃의 온도)로 가열되면서 몰드의 내부에서 용융되며, 결국 고무원료는 엔진 마운트와 같은 고무류 제품의 성형을 이루게 된다.

그런데, 원료공급부(100)에서의 초기 고무 온도인 70 ~ 80℃에서, 고무원료가 몰드의 단일 캐비티 내부로 채워진 후, 완전 가류에 필요한 온도인 약 160 ~ 170℃까지 상승하는 시간이 너무 오래 걸리게 되며, 특히 도 5에 도시된 바와 같이, 수직실린더(110)에 충전되는 고무원료의 중심부가 가열수단(114)과 상대적으로 가장 멀리 떨어져 있어 그 중심부에서의 열전달이 제대로 이루어지지 않게 되므로 상기한 완전 가류온도에 도달하는 시간이 이 또한 오래 걸리게 되므로 전체 공정 사이클 시간이 증가하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 고무원료가 원료공급단계를 거쳐 몰드성형단계에 까지 도달하는 동안, 초기의 원료공급단계에서의 고무 온도를 완전 가류에 필요한 온도인 몰드에서의 고무원료에 대한 가열 설정온도와 유사한 온도까지 상승시켜 몰드 내부에서의 고무의 온도가 기존의 사출 공정보다 가류 온도까지 빠르게 도달될 수 있도록 하여 원료공급단계 및 몰드성형단계에서의 가류 시간차를 줄임으로써, 전체 공정 사이클 시간을 단축시켜 생산성 향상을 도모할 수 있는 고무사출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 유압모터 및 이 유압모터의 축과 연결되는 이송스크류가 내장된 형태의 수평실린더와, 상기 이송스크류의 끝단에 부착되어 고무원료를 1차 가압하는 제1인젝션 플런저와, 상기 수평실린더의 출구측에 배치되는 수직실린더와, 이 수직실린더로 공급된 고무원료를 수직방향으로 2차 가압하는 제2인젝션 플런저와, 고무원료를 일정한 온도로 가열시키는 가열수단을 포함하여 구성되는 고무사출장치에 있어서,
상기 수직실린더의 원통형 실린더부에 삽입 장착되는 보다 작은 직경의 원기둥형의 기둥부와;
상기 원통형 실린더부와 기둥부 사이의 공간으로서, 그 수평 단면이 고리 형상으로 이루어진 챔버 공간과;
상기 기둥부의 내부 중심에 장착되어 고무원료의 중심부의 온도가 140℃가 되도록 예열(pre-heating)온도를 130 ~ 140℃로 유지하는 보조히터부; 를 더 포함하여 구성하고,
상기 고무원료의 예열 시간은 고무원료가 완전 가류되기 직전까지의 시간인 60s 이고, 상기 실린더부의 챔버 두께는 상기 60s의 예열 시간 후, 고무원료가 완전 가류 반응이 진행되기 바로 전까지의 온도인 140℃의 온도를 얻을 수 있도록 설계된 것을 특징으로 하는 고무사출장치의 가류시간 단축장치를 제공한다.

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이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 고무사출장치의 고무사출장치의 가류시간 단축구조를 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고무사출장치(10)는, 형체압이 500kN인 일반적인 C-프레임 타입의 사출장치로서, 일측의 유압모터(11) 및 이 유압모터(11)의 축과 연결되는 이송스크류(12)가 내장된 형태의 수평실린더(13)와, 상기 이송스크류(12)의 끝단에 부착되어 고무원료를 1차 가압하는 제1인젝션 플런저(14)와, 상기 수평실린더(13)의 출구측에 배치되는 수직실린더(15)와, 이 수직실린더(15)로 공급된 고무원료를 수직방향으로 2차 가압하는 제2인젝션 플런저(16)와, 고무원료를 일정한 온도로 가열시키는 가열수단(17)을 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고무사출장치의 작동 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 적당한 크기로 투입구를 통해 투입되는 고무원료를 고무사출장치(10) 내에 공급하는 동시에 유압모터(11)에 의하여 회전하는 이송스크류(12)의 이송력에 의하여 스크류 끝단에 부착된 제1인젝션 플런저(14)가 고무원료를 수평방향으로 가압하게 된다.

이어서, 상기 제1인젝션 플런저(14)의 가압에 의하여 고무원료는 수평실린더(13)로부터 수직실린더(15)의 내부로 공급된 후, 상기 이송스크류(12)가 후퇴한 다음, 수직실린더(15)의 제2인젝션 플런저(16)의 가압을 받는 바, 이때 고무원료는 보조히터부(17a)를 포함한 가열수단(17)에 의하여 설정된 온도로 서서히 가열된다.

상기 제2인젝션 플런저(16)를 통해 가압을 받은 고무원료는 노즐(미도시)을 통해 성형부(300)인 몰드의 캐비티 내부로 채워지게 된다.

이와 같이 최종적으로 고무원료는 상기 몰드의 캐비티 내부로 채워지게 된 후, 몰드의 상부면에 장착된 가열판(미도시)에 의하여 가열되며, 이때 고무원료는 고무원료의 설정온도(고무원료의 완전 가류에 필요한 약 160 ~ 170℃의 온도)까지 가열되며, 결국 고무원료는 원하는 수준으로 완전 가류되는 동시에 금속 브라켓 등과 일체로 성형되어 엔진 마운트와 같은 고무류 제품의 성형이 이루어지게 되는 것이다.

이와 같은 작동 구현이 이루어지는 본 발명에 따른 고무사출장치에 있어서, 고무원료가 원료공급단계를 거쳐 몰드성형단계에 까지 도달하는 동안, 초기의 원료공급단계에서의 고무 온도를 완전 가류에 필요한 온도인 몰드의 설정 온도와 유사한 온도(130 ~ 140℃)까지 상승시켜 몰드 내부에서의 고무의 온도가 완전 가류온도까지 빠르게 도달될 수 있도록 하여 상기 원료공급단계 및 몰드성형단계에서의 가류 시간차를 줄일 수 있도록 한다.

이를 위하여, 상기 고무사출장치(10)의 수직실린더(15)의 내외부에서 예열(pre-heating)이 가능하도록 한 구조를 설치하는 바, 수직실린더(15)의 원통 형상으로 이루어진 실린더부(15a)에, 그 실린더부(15a)의 직경보다 작은 직경을 갖는 원기둥 형상의 기둥부(15b)를 삽입 장착하여 고무원료가 충전되는 챔버 공간(15c)이 제한적인 체적을 갖게 되며, 특히 수평 단면이 고리 형상을 이룰 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 실린더부(15a)는 기존의 실린더의 체적보다 상기 기둥부(15b)만큼의 체적이 줄게되는 바, 이는 종래의 수직실린더(15)의 실린더부(15a)에 충전되는 고무원료의 중심부에서의 열전달이 제대로 이루어지지 않는 상황에 비해, 챔버 공간(15c)에 대한 고무원료의 두께를 얇게 하여 충전하는 것으로, 상기 고무원료 전체에 열전달이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

더불어, 상기 수직실린더(15)의 기둥부(15b) 내에 가열수단(17)인 보조히터부(17a)를 장착하여, 상기한 바와 같이, 사출전의 고무원료 전체에 용이한 열전달이 이루어질 수 있도록 한다.

이때, 상기 고무원료의 가류 온도를 기존의 약 70 ~ 80℃가 아닌, 130 ~ 140℃로 상승시켜 몰드성형단계에서의 완전 가류 온도인 160 ~ 170℃의 온도 범위와 차이가 얼마나지 않도록 한다.

이때, 상기한 온도범위(130 ~ 140℃)는 완전 가류 반응이 진행되기 바로 전까지의 온도를 나타내는 것으로서, 상기한 온도범위를 초과하게 될 경우, 고무사출장치 내에서 고무 원료가 완전 가류되어 사출 작동하는데 문제가 발생하게 된다.

따라서, 상기한 예열온도 범위 내에서, 고무원료를 가류시키는 바, 상기한 온도 범위는 몰드 내부에서의 고무 온도가 완전 가류온도(160 ~ 170℃)까지 빠르게 도달하도록 하기 위한 최적의 온도 범위가 된다.

이때, 상기 고무원료의 예열 시간은 고무원료가 완전 가류되기 직전까지의 시간인 약 60s이며, 상기 실린더부(15a)의 챔버 두께는 상기 60s의 예열 시간 후, 고무원료가 완전 가류 반응이 진행되기 바로 전까지의 온도인 140℃의 온도를 얻을 수 있도록 설계되어 있으며, 이렇게 예열된 고무원료가 몰드의 캐비티 내로 사출되는 것이다.

여기서, 상기 고무원료가 상기 실린더부(15a)에 충전시 두께가 얇아진 챔버 공간(15c) 내로 충전되므로 충전압력을 통해서도 온도의 상승 속도가 빨라짐을 예상할 수 있다.

한편, 단일 캐비티 금형에 있어서, 고무사출장치(10)에서 사출되는 고무원료의 온도가 높아 몰드에서 과가류가 발생하기 쉬우므로, 고무류 제품의 두께로써, 가류 상태를 조절해야 한다.

즉, 과가류가 발생하지 않게 하기 위하여 충분한 고무류 제품의 두께를 갖는 몰드성형을 실시해야 한다.

또한, 이와 같이 본 발명에 따른 고무사출장치(10)에서의 예열시간을 130 ~ 140℃로 상승시킬 경우, 이때 사용되는 고무원료는 천연고무(natural rubber)가 가장 이상적인 고무(elastomer)인데, 이러한 천연고무에 요구되는 사항으로는 높은 온도(140℃)에서 스코치(경화) 시간이 길어야 하며, 165℃의 온도에서의 처리시간이 가능한 짧아야 한다는 것이다.

더불어, 추가적으로 고려되어야 할 사항이 접착제와 고무재질의 선택으로서, 기존의 고무 재질과 접착제를 사용하나 매우 짧은 시간에 사출 및 가류가 발생하므로 충분한 접착력을 얻기 위해서는 접착제와 고무가 적절한 조화를 이룰 수 있도록 선택되어야 한다.

이때, 공급되는 고무원료의 두께는 최대 80mm에서 8mm까지의 스트립 형태의 고무원료를 사용하며, 그 고무원료의 쇼어 경도는 40 ~ 60ShA 범위의 고무원료가 사용되는 것이 바람직하다.

한편, 도 2는 고무원료의 사출전 초기의 고무 온도와, 세가지 변수 즉, 시간, 몰드의 캐비티에 충전된 고무 중심부의 온도, 그때의 고무 두께의 상관 관계를 나타내는 그래프로서, 본 발명은 성형전 고무사출장치(10)에서 고무원료를 예열할 경우, 그 고무원료의 중심부의 온도가 약 140℃가 되어 성형후의 고무원료의 중심부 온도와 별 차이가 없으나, 종래 기술은 성형전 고무원료의 중심부 온도가 약 80℃이고, 성형후의 고무원료의 중심부 온도가 약 200℃ 가까이 되어 그 차이가 상당하다는 것을 보여주는 예시이다.

또한, 도 3은 몰드 내의 고무가 160℃까지 도달하는데 걸리는 시간을 나타내는 그래프로서, 본 발명에서 사출시의 고무 온도와 몰드 내의 고무 온도의 차이가 작아지게 되므로 종래 기술과 비교하여, 사출된 고무의 온도가 160℃까지 도달하기 위한 시간이 짧아진다는 것을 의미하며, 이는 곧 가류 시간의 단축을 의미하는 것이다.

따라서, 본 발명은 최종 성형부인 몰드의 캐비티 내부에서의 고무원료의 온도가 종래의 사출 공정보다 몰드성형단계에서의 고무원료의 완전 가류온도까지 도달하는 시간이 단축되므로 전체 가류시간을 줄일 수 있으며, 이러한 가류 시간의 단축은 결국은, 전체 공정 사이클 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고무사출장치의 가류시간 단축장치에 의하면, 초기의 원료공급단계에서의 고무 온도를 완전 가류에 필요한 온도인 몰드의 설정 온도와 유사한 온도까지 상승시켜 기존의 사출 공정보다 몰드 내부에서의 고무의 온도가 가류 온도까지 빠르게 도달될 수 있도록 하여 원료공급단계 및 몰드성형단계에서의 가류 시간차를 줄임으로써, 전체 공정 사이클 시간을 단축시켜 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims

유압모터 및 이 유압모터의 축과 연결되는 이송스크류가 내장된 형태의 수평실린더와, 상기 이송스크류의 끝단에 부착되어 고무원료를 1차 가압하는 제1인젝션 플런저와, 상기 수평실린더의 출구측에 배치되는 수직실린더와, 이 수직실린더로 공급된 고무원료를 수직방향으로 2차 가압하는 제2인젝션 플런저와, 고무원료를 일정한 온도로 가열시키는 가열수단을 포함하여 구성되는 고무사출장치에 있어서,

상기 수직실린더의 원통형 실린더부에 삽입 장착되는 보다 작은 직경의 원기둥형의 기둥부와;

상기 원통형 실린더부와 기둥부 사이의 공간으로서, 그 수평 단면이 고리 형상으로 이루어진 챔버 공간과;

상기 기둥부의 내부 중심에 장착되어 고무원료의 중심부의 온도가 140℃가 되도록 예열(pre-heating)온도를 130 ~ 140℃로 유지하는 보조히터부; 를 더 포함하여 구성하고,

상기 고무원료의 예열 시간은 고무원료가 완전 가류되기 직전까지의 시간인 60s 이고, 상기 실린더부의 챔버 두께는 상기 60s의 예열 시간 후, 고무원료가 완전 가류 반응이 진행되기 바로 전까지의 온도인 140℃의 온도를 얻을 수 있도록 설계된 것을 특징으로 하는 고무사출장치의 가류시간 단축장치.
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