KR100866940B1

KR100866940B1 - 벤트 홀을 구비한 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기성형 방법

Info

Publication number: KR100866940B1
Application number: KR1020070078255A
Authority: KR
Inventors: 김흥연; 정인배; 김현수
Original assignee: 율촌화학 주식회사
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2008-11-04

Abstract

본 발명은 벤트홀을 구비한 용기 성형 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 용기 성형 장치는 조성물이 주입되는 내부 공간을 구비하는 하부 몰드; 및 상기 하부 몰드와 대향 배치되어 상기 조성물을 가압하는 상부 몰드를 포함하며, 상기 하부 몰드에는 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 배출하기 위한 벤트홀이 형성되며, 상기 벤트홀은 상기 상부 몰드와 접촉하는 상기 하부 몰드의 상부에 10 내지 400 ㎛의 높이로 형성된다.

용기, 몰드, 발포, 기체, 벤트홀

Description

벤트 홀을 구비한 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법 {APPARATUS WITH VENT HOLES TO FORM BOWL AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 몰드를 이용하여 전분 용기를 제조하는 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벤트홀(vent hole)을 구비한 몰드(mold)를 이용하여 전분 용기용 조성물을 골고루 발포시킬 수 있는 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전분 용기는 전분 용기용 조성물을 몰드에 주입한 후 가열 및 가압하여 성형한다. 이와 같은, 전분 용기를 제조하는 종래의 용기 성형 장치는 상부 몰드와 하부 몰드를 포함한다. 통상적으로, 상부 몰드는 상하로 이동할 수 있도록 설치되고, 하부 몰드는 고정 설치된다.

상기 하부 몰드 내로 전분 용기용 조성물이 주입되면, 상부 몰드는 하부 몰드 측으로 이동하여 조성물을 가압 및 가열한다. 이때, 조성물은 상부 몰드와 하부 몰드 사이의 공간으로 퍼지면서 발포되고, 소정 형상의 전분 용기로 성형된다.

상기와 같은 성형 과정에서 전분 용기용 조성물은 발포시 수증기 등의 기체를 발생시킨다. 이러한 기체는 조성물이 차지할 공간을 미리 차지하여 조성물의 발포를 방해한다. 조성물의 발포가 제대로 이루어지지 않으면 원하는 형상의 전분 용기를 성형할 수 없다. 따라서, 조성물의 발포시 발생하는 기체를 외부로 원활히 배출해야 한다.

상기와 같은 기체를 배출하기 위하여, 몰드에 벤트홀을 구비한 종래 기술이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 용기 성형 장치는 상부 몰드와 하부 몰드가 접촉하는 부분에 벤트홀을 구비하고 있으나, 상기 벤트홀은 기체뿐만 아니라 조성물의 일부(이하, “발포 잉여물”이라고 함)가 외부로 배출되는 문제점이 있다. 상기와 같이 벤트홀로 조성물이 배출되면 이를 제거하기 위해 추가 공정을 수행해야 하는 불편함이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 조성물의 발포시 발생하는 기체를 외부로 원활히 배출하면서 발포 잉여물의 생성을 억제하여 충분한 압축강도를 가지는 용기를 성형할 수 있고, 또한, 하부 몰드의 높이를 고려하여 조성물의 발포시 발생하는 기체를 원활히 배출하는 벤트홀을 구비한 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조성물이 주입되는 내부 공간을 구비하는 하부 몰드; 및 상기 하부 몰드와 대향 배치되어 상기 조성물을 가압하는 상부 몰드를 포함하며, 상기 하부 몰드에는 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 배출하기 위한 벤트홀이 형성되며, 상기 벤트홀은 상기 상부 몰드와 접촉하는 상기 하부 몰드의 상부에 10 내지 400 ㎛의 높이로 형성되는 용기 성형 장치를 제공한다.

또한, 상기 벤트홀은 상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부 몰드의 하부면에 형성되는 벤트홀은 10 내지 50 ㎛의 크기를 가질 수 있다.

또한, 상기 하부 몰드의 측면에 형성되는 벤트홀은 10 내지 100 ㎛의 크기를 가질 수 있다.

또한, 상기 하부 몰드의 상부에는 상기 상부 몰드와 접촉하는 림(rim)이 제공되고, 상기 벤트홀은 간격을 두고 상기 림에 복수 개로 형성될 수 있다.

또한, 상기 림의 표면적에 대한 상기 림에 형성된 벤트홀의 표면적 비율은 0.1 내지 15%일 수 있다.

또한, 상기 하부 몰드는 복수 개로 분할 형성되며, 상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀은 상기 복수 개로 분할된 하부 몰드 조각들의 갭으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀은 공통된 배출 통로에 소통될 수 있다.

또한, 본 발명은 서로 대향 배치되는 상부 몰드와 하부 몰드의 가압에 의해 용기를 제조하는 용기 성형 방법에 있어서, 상기 하부 몰드에 조성물을 주입하는 단계; 상기 상부 몰드를 상기 하부 몰드 측으로 이동시켜 상기 조성물을 가압하는 단계; 및 상기 조성물의 가압 시, 상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀을 통하여 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 자연적으로 배출하는 단계를 포함하는 용기 성형 방법을 제공한다.

또한, 상기 기체를 배출하는 단계는 상기 상부 몰드와 접촉하는 상기 하부 몰드의 상부에 형성된 10 내지 400 ㎛의 높이를 가지는 벤트홀을 통하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 기체를 배출하는 단계는 상기 하부 몰드의 하부면에 형성된 10 내지 50 ㎛의 크기를 가지는 벤트홀을 통하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 기체를 배출하는 단계는 상기 하부 몰드의 측면에 형성된 10 내지 100 ㎛의 크기를 가지는 벤트홀을 통하여 이루어질 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 용기 성형 장치는 벤트홀을 통한 발포 잉여물의 외부 배출을 억제하면서 조성물의 발포시 발생하는 기체를 원활히 배출시켜 제품의 불량률을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 용기 성형 장치는 외부로 배출된 발포 잉여물을 제거하기 위한 추가공정이 필요하지 않아 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 벤트홀을 구비하는 용기 성형 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 하부 몰드의 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치(100)는 상하로 이동하는 상부 몰드(10) 및 상기 상부 몰드(10)에 대향 배치되는 하부 몰드(20)를 포함한다.

상기 상부 몰드(10)는, 용기에 대응하는 형상으로 이루어져 직접 조성물을 가압하는 바디(11), 상기 바디(11)를 지지하는 고정 플레이트(12) 및 상기 고정 플레이트(12)에 연결되는 연결봉(13)을 포함한다. 상기 연결봉(13)은 액츄에이터(미도시)에 연결되어 상기 상부 몰드(10)를 상하로 이동시킨다.

상기 하부 몰드(20)에는 상기 상부 몰드(10)의 바디(11)에 대응하는 내부 공간이 형성된다. 또한, 하부 몰드(20)는 그 상부 테두리에 링 형상의 림(rim, 30)이 형성되며, 상기 림(30)은 상부 몰드(10)와 직접 접촉한다.

그리고, 하부 몰드(20)에는 조성물의 발포시 발생하는 기체(예를 들면, 수증기 등)를 외부로 배출시키는 복수 개의 벤트홀(41, 42, 43)이 형성된다.

도 2를 참고하면, 벤트홀은 하부 몰드(20)의 상부(본 실시예에서는 림(30))에 형성되는 상부 벤트홀(41), 하부 몰드(20)의 하부면에 형성되는 하부 벤트홀(42), 및 하부 몰드(20)의 측면에 형성되는 중간 벤트홀(43)로 이루어진다.

먼저, 상부 벤트홀(41)은 발포된 조성물이 외부로 배출되지 않으면서 기체(수증기)만 배출될 수 있도록, 그 높이를 10 내지 400 ㎛ 범위 내로 형성된다. 여기서, 높이는 벤트홀의 가장 큰 수직 길이를 의미한다.

상기 높이가 10 ㎛ 미만일 경우, 기체가 원활히 배출되지 못하여 발포 성형 중 터짐 현상이 발생하거나 부분적으로 공동(空洞)을 갖는 용기가 제조될 수 있고, 상기 높이가 400 ㎛를 초과하는 경우, 충분한 압력을 받지 못하여 원하는 압축강도를 가지는 용기를 제조할 수 없으며, 또한 발생된 기체와 함께 발포 잉여물이 벤트홀을 통하여 배출되어 배출된 발포 잉여물을 제거해야 하는 후속 공정이 더 필요한 문제점이 있다.

상부 벤트홀(41)의 너비는, 발포 성형에 필요한 내부압력을 유지하는 범위 내에서 림(30)의 전체 테두리 길이를 고려하여 적절히 조절된다.

아래 표 1과 표 2는 전분이 주성분으로 된 조성물(수분 함유)을 상부 몰드(10)와 하부 몰드(20) 사이에 넣고 압력 900kgf/cm²로 100초간 발포 성형을 한 경우의 발포 잉여물의 배출여부 및 용기의 압축 강도의 실험 결과를 나타낸 것이다. 각 몰드에 100개씩 발포 성형을 실험하였다. 표 1은 상부 벤트홀(41)의 너비를 20mm로 고정하여 실험한 것이고, 표 2는 상부 벤트홀(41)의 너비를 30mm로 고정하여 실험한 것이다. 또한, 상부 벤트홀의 개수는 10개를 기준으로 실험하였다.

(너비 20mm)

높이 (μm)	10	20	30	50	100	200	300	400	500
발포 잉여물	○	○	○	○	○	○	○	○	X
압축 강도	◎	◎	◎	◎	◎	◎	○	○	X

(너비 30mm)

높이 (μm)	10	20	30	50	100	200	300	400	500
발포 잉여물	○	○	○	○	○	○	○	○	X
압축 강도	◎	◎	◎	◎	◎	○	○	○	X

상기 표 1 및 표 2의 발포 잉여물의 결과에서, △는 발포 성형 중 터짐 현상이 발생한 경우를 의미하고, X는 발포 성형 중 발포 잉여물이 1개 이상 발생한 경우를 의미하며, ○는 발포 성형 중 발포 잉여물이 발생하지 않은 경우를 의미한다.

또한, 상기 표 1 및 표 2의 압축 강도의 결과에서, ◎는 5kg·m/s2 이상을 나타내고, ○는 3~5kg·m/s2을 나타내며, X는 3kg·m/s² 미만을 나타낸다. 참고로 압축강도는 2mm/s의 속도의 로드셀을 이용하여 용기의 양측면을 압축하여 용기가 파괴될 때의 강도를 측정한 값이다.

상기 표 1 및 표 2를 참고하면, 상부 벤트홀(41)의 높이가 10 내지 400 ㎛ 범위 내에서 발포 잉여물이 외부로 배출되지 않으며, 성형된 용기의 압축 강도가 3kg·m/s ²이상을 가지는 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 림(30)의 표면적에 대하여 상기 림(30)에 형성된 상부 벤트홀(41)의 표면적이 차지하는 비율은 0.1 내지 15%인 것이 바람직하다. 여기서, 림(30)의 표면적은 림(30)의 테두리 길이와 림(30)의 높이를 곱한 값을 의미하고, 상부 벤트홀(41)의 표면적은 상부 벤트홀(41)의 높이와 너비 및 그 개수를 곱한 값을 의미한다.

상부 벤트홀(41)의 형상은 사각형, 삼각형 및 사다리꼴과 같은 다각형 및 원형 등 다양하게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 하부 몰드(20)는 상부 벤트홀(41)만으로 발포시의 기체를 원활히 배출할 수 없으므로 그 하부면 또는 측면에 하부 벤트홀(42) 또는 측면 벤트홀(43)을 구비한다.

상기 하부 벤트홀(42)은 상부 몰드(10)의 가압에 의한 압력으로 조성물이 유입되지 않도록 그 크기는 10 내지 50 ㎛ 범위 내에 형성된다. 즉, 하부 벤트홀(42)의 크기가 10 ㎛ 미만일 경우는 가공이 어려운 문제점이 있고, 50 ㎛를 초과하는 경우는 발포 조성물이 하부 벤트홀(42)로 유입되고 조성물이 충분한 압력을 받지 못하여 원하는 압축강도를 갖는 용기를 성형할 수 없다. 따라서, 하부 벤트홀(42)의 크기는 10 내지 50 ㎛가 바람직하다.

아래 표 3은 전분이 주성분으로 된 조성물(수분 함유)을 상부 몰드(10)와 하부 몰드(20) 사이에 넣고 압력 900kgf/cm²로 100초간 발포 성형을 한 경우의 발포 잉여물의 배출여부를 나타낸 것이다. 각 몰드에 100개씩 발포 성형을 실험하였다. 표 3은 상부 벤트홀(41)의 높이를 300㎛, 너비를 30mm로 고정하여 실험한 것이다.

벤트홀 (μm)	10	20	30	50	60	70
발포 잉여물	○	○	○	○	△	X

상기 표 3에서, △는 발포 성형 중 발포 잉여물이 1 내지 4개가 발생한 경우를 의미하고, X는 발포 성형 중 발포 잉여물이 5개 이상 발생할 경우를 의미하며, ○는 발포 성형 중 발포 잉여물이 발생하지 않은 경우를 의미한다.

표 3을 참고하면, 하부 벤트홀(42)의 크기가 10 내지 50 ㎛인 경우에서 발포 잉여물이 유입되지 않는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 중간 벤트홀(43)의 크기는 10 내지 100 ㎛ 범위 내로 형성하는 것이 바람직하다. 중간 벤트홀(43)의 크기가 10 ㎛ 미만일 경우는 가공이 어려운 문제점이 있고, 100 ㎛를 초과하는 경우는 발포 조성물이 중간 벤트홀(43)로 유입되는 문제점이 있다.

한편, 중간 벤트홀(43)의 크기가 하부 벤트홀(42)의 크기보다 더 커질 수 있는 것은, 중간 벤트홀(43)이 위치하는 측면이 하부 벤트홀(42)이 위치하는 하부면보다 작은 압력을 받기 때문이다. 즉, 하부 몰드(20)의 상부에서 하부로 갈수록 면적 당 받는 압력이 크기 때문에, 모든 벤트 홀의 크기가 동일하거나 하부 벤트홀(42)의 크기보다 중간 벤트홀(43) 또는 상부 벤트홀(41)의 크기가 크게 형성 될 수도 있다.

또한, 상기 하부 벤트홀(42)과 중간 벤트홀(43)은 하부 몰드(20)의 하부면과 측면에 소정 지름을 가지는 구멍을 직접 뚫어 형성할 수도 있으나, 이는 제조가 용이하지 않으므로 하부 몰드(20)를 복수개로 분할하여 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 도 2를 참고하면, 하부 몰드(20)는 하부 분할부(20A), 측면 분할부(20B, 20C, 20D) 및 상부 분할부(20E)로 분할된다. 상기 측면 분할부(20B, 20C, 20D) 및 상부 분할부(20E)는 대략 링 형상으로 형성되어 서로 조립된다. 따라서, 하부 벤트홀(42)은 하부 분할부(20A)와 측면 분할부(20B) 사이의 틈으로 이루어지며, 중간 벤트홀(43)은 측면 분할부(20B, 20C, 20D)와 상부 분할부(20E) 간의 틈으로 이루어진다. 여기서, 하부 벤트홀(42) 및 중간 벤트홀(43)의 크기는 상기 틈의 거리를 의미한다.

그리고, 상기 하부 벤트홀(42)과 중간 벤트홀(43)은 외부와 소통된 배출 통로(50)에 각각 연결된다. 따라서, 각 벤트홀(42, 43)을 통과한 기체는 배출 통로(50)에 모여 외부로 배출된다. 상기 벤트홀(42, 43)은 공통된 배출 통로에 연결되도록 구성될 수도 있고, 별개의 배출 통로에 각각 연결될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치의 작용에 대해서 살펴본다.

먼저, 상기 하부 몰드(20)에 전분 용기의 조성물을 주입하면, 상기 상부 몰드(10)는 액추에이터에 의해 하부 몰드(20) 측으로 이동하여, 하부 몰드(20)의 내부 공간(S)에 주입된 조성물을 가열 및 가압한다. 상부 몰드(10)의 가압에 의해 조성물은 발포되며, 기체가 부수적으로 발생한다. 이 기체는 하부 벤트홀(42), 중간 벤트홀(43) 및 상부 벤트홀(41)로 유입되고, 배출 통로(50)를 거쳐 자연적으로 외부로 배출된다. 도 2에서 화살표는 배출된 기체의 방향을 표시한 것이다. 이때, 각 벤트홀(41, 42, 43)은 크기가 적절히 조절되어, 가스만을 외부로 방출하고, 발포 잉여물은 배출되지 않도록 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 하부 몰드의 단면도이다.

*주요 도면 부호의 설명*

10 : 상부 몰드 20 : 하부 몰드

30 : 림 41 : 상부 벤트홀

42 : 하부 벤트홀 43 : 중간 벤트홀

50 : 배출 통로 100 : 용기 성형 장치

Claims

조성물이 주입되는 내부 공간을 구비하는 하부 몰드; 및

상기 하부 몰드와 대향 배치되어 상기 조성물을 가압하는 상부 몰드를 포함하며,

상기 하부 몰드에는 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 배출하기 위한 벤트홀이 형성되며,

상기 벤트홀은 상기 상부 몰드와 접촉하는 상기 하부 몰드의 상부 및 상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제1항에 있어서,

상기 하부 몰드의 상부에 형성된 벤트홀은 10 내지 400 ㎛의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제2항에 있어서,

상기 하부 몰드의 하부면에 형성되는 벤트홀은 10 내지 50 ㎛의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제2항에 있어서,

상기 하부 몰드의 측면에 형성되는 벤트홀은 10 내지 100 ㎛의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제1항에 있어서,

상기 하부 몰드의 상부에는 상기 상부 몰드와 접촉하는 림(rim)이 제공되고,

상기 벤트홀은 간격을 두고 상기 림에 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제5항에 있어서,

상기 림의 표면적에 대한 상기 림에 형성된 벤트홀의 표면적 비율이 0.1 내지 15%인 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하부 몰드는 복수 개로 분할 형성되며,

상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀은 상기 복수 개로 분할 된 하부 몰드 조각들의 갭으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
제7항에 있어서,

상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀은 공통된 배출 통로에 소통되는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
서로 대향 배치되는 상부 몰드와 하부 몰드의 가압에 의해 용기를 제조하는 용기 성형 방법에 있어서,

상기 하부 몰드에 조성물을 주입하는 단계;

상기 상부 몰드를 상기 하부 몰드 측으로 이동시켜 상기 조성물을 가압하는 단계; 및

상기 조성물의 가압 시, 상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀을 통하여 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 자연적으로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
제9항에 있어서,

상기 상부 몰드와 접촉하는 상기 하부 몰드의 상부에는 10 내지 400 ㎛의 높이를 가지는 벤트 홀이 더 형성되며,

상기 기체를 배출하는 단계는, 상기 하부 몰드의 상부에 형성된 벤트홀을 통하여 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
제9항에 있어서,

상기 기체를 배출하는 단계는,

상기 하부 몰드의 하부면에 형성된 10 내지 50 ㎛의 크기를 가지는 벤트홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
제9항에 있어서,

상기 기체를 배출하는 단계는,

상기 하부 몰드의 측면에 형성된 10 내지 100 ㎛의 크기를 가지는 벤트홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하부 몰드의 측면 또는 하부면에 형성된 벤트홀은 상기 하부 몰드를 복수개로 분할하여 형성되는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.