KR101009769B1

KR101009769B1 - 폭 조절장치를 구비한 압출기

Info

Publication number: KR101009769B1
Application number: KR1020070006607A
Authority: KR
Inventors: 박명철; 김희준
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2011-01-19
Also published as: WO2008091047A1; KR20080069027A; US20100143530A1; EP2109525A1

Abstract

본 발명은 티 다이의 폭방향 측면에 캠을 장치하여 압출물의 폭을 실시간으로 변경할 수 있는 압출기에 관한 것으로서, 구체적으로는 상기 티 다이의 폭방향 끝단면에 장착되어 상기 폭방향의 평면상에서 회전하는 캠과, 상기 캠을 구동하는 액츄에이터로 구성되는 폭 조절장치를 포함하여, 상기 캠의 구동에 의해 상기 시트형상의 압출물의 폭을 실시간으로 조절하는 한편 균일한 두께를 얻을 수 있어 냉각시 변형을 최소화하는 효과가 있는 압출기에 관한 것이다.

티 다이, 폭 조절, 캠, 액츄에이터

Description

폭 조절장치를 구비한 압출기{Extruder with width controller}

도 1은 종래의 압출기에 대한 개념도,

도 2a 및 2b는 종래의 티 다이에 대한 개념도 및 상기 티 다이에 의해 압출된 압출물의 사시도,

도 3a는 본 발명의 폭 조절장치에 대한 분리 사시도,

도 3b 및 3c는 본 발명의 폭 조절장치의 각 실시예에 대한 분리 사시도,

도 4는 본 발명의 폭 조절장치에 의한 압출물의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 티 다이 110 : 캠

120 : 액츄에이터 121 : 실린더

130 : 베이스 140 : 브라켓

본 발명은 티 다이를 통해 시트형상으로 압출되는 압출물의 폭을 실시간으로 조절할수 있는 압출기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티 다이의 폭방향 끝단면에 장착되어 상기 폭방향으로 회전하는 캠과, 상기 캠을 구동하는 액츄에이터로 구 성되는 폭 조절장치를 포함하여, 상기 캠의 구동에 의해 상기 시트형상의 압출물의 폭을 실시간으로 조절하는 압출기에 관한 것이다.

일반적으로 압출기(Extruder)라고 하는 것은 압출재료를 압출하여 제품을 성형하는 장치를 말하는 것으로서, 스크류를 이용하는 스크류 방식의 압출기와 스크류를 이용하지 않는 비스크류 방식의 압출기로 대별된다.

상기 비스크류 방식의 압출기는 Elastic Melt압출기, Hydro-dynamic 압출기, 램식 연속 압출기 또는 기어식 압출기등이 있다.

상기 Elastic Melt 압출기는 점탄성체의 법선응력효과를 이용하여 압출을 행하는 방식의 압출기이고, 상기 Hydro-dynamic 압출기는 kingsbury나 Michell 타입의 추력축수(椎力軸受)의 유체원리를 이용한 압출기이며, 상기 램식 연속 압출기는 램식의 예비가소화 압출기를 마주보는 방향으로 해서 2대를 조합하고 다시 압출용 램과 배럴을 병행으로 2대 사용해 1조의 장치로 만든 압출기이다.

또한, 상기 기어식 압출기는 기름운반용 기어펌프의 원리를 그대로 압출기에 사용한 것으로, 이것은 3대가 서로 맞물린 더블 헬리컬 기어가 수직으로 배치되어이 있어 압출재료가 위로부터 공급되어 아래로 보내지는 방식의 압출기이다.

상술한 바와 같은 비스크류 방식의 압출기에 비해 스크류를 사용하는 스크류 방식의 압출기가 압출재료의 송출 안정성이나 체류시간등에 유리한 장점을 가져 근래에는 상술한 스크류 방식의 압출기가 사용된다.

이러한 스크류 방식의 압출기에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

상기 스크류 방식의 압출기는 압출 재료를 압출하기 위한 스크류(13)가 회전 축(12)상에 장치되어 회전된다. 상기 회전축(12)은 모터(M)등과 같은 구동수단에 의해 회전된다. 한편 상기 스크류(13)는 그 외부를 감싸는 배럴(11)에 의해 수용되는데, 이때 상기 배럴(11)에는 각종 호퍼(14)(15)가 장치되어 압출 재료나 강화 섬유가 투입된다.

이러한 구성의 압출기를 사용하여 시트(sheet)형상의 압출물을 성형하기 위해 널리 알려진 바와 같이 티 다이(T-die)를 사용한다.

상기 티 다이(1)는 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 압출기에 의해 압출된 압출 재료가 투입되는 주입구(2)가 형성되고 상기 티 다이(1)의 토출되는 측에 상호 간극을 두고 형성되는 상부 리브(4) 및 하부 리브(5)로 구성된다.

즉, 상기 주입구(2)를 통해 주입된 압출 재료가 상기 상하부 리브(4,5)사이를 통해 토출된다. 이때 상기 상하부 리브(4,5)사이에 형성되는 간극에 의해 상기 압출 재료가 시트(sheet)형상(6)으로 압출되는 것이다.

이때 상기 시트의 폭이나 두께를 변경하기 위해서는 상기 상하부 리브(4,5)를 압출하기 전에 미리 원하는 두께나 폭에 맞도록 설정을 한 후 압출작업을 진행하였다.

이와 같은 방법에 의한 경우 압출 공정 중에 폭이나 두께를 변경하기가 곤란한 점이 있어 이를 극복하고자 상기 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 하부 리브(5)에 조임구(7) 및 조임구 지지대(10)를 장치하여 상기 조임구(7)를 풀거나 조임에 의해 상기 하부 리브(5)를 밀어 올리거나 내려서 상기 시트 압출물의 두께를 압출 공정중에도 변경할 수 있게 되었다.

상기 구성에 의해 두께가 변경된 압출 성형물이 도 2b에 도시되어 있다.

그런데 상기 도 2b에 도시된 바와 같이 두께가 변경되는 압출 성형물에 대해 프레스 작업을 하는 경우 상기 압출 제품의 비틀림이 발생하는 문제점이 있다. 다시 말해 상술한 바와 같이 압출 재료는 강화 섬유가 투입되어 강도가 향상되는 복합재료이다. 그런데 상기 강화 섬유가 혼합된 복합재료의 특성상 상기 강화 섬유의 배향 방향에 의해 변형이 발생되는 경우가 많다.

즉, 복합재료에서 강화 섬유에 의해 그 배향방향으로는 수축이 억제되나 그 직각방향으로는 억제되는 작용이 없어 변형률이 상대적으로 더 크다.

이러한 성질에 의해 상기 두께가 변경된 압출 성형물을 프레싱 가공하는 경우 비틀림등의 변형이 발생할 우려가 크다. 다시 설명하면 상기 두께가 두꺼운 부분을 프레싱하는 경우 상기 프레싱에 의해 강화 섬유의 배향방향이 일정하게 되는 경향이 발생한다. 이때 상술한 바와 같이 상기 강화 섬유의 배향방향에 수직되는 방향으로 비틀림이 발생되는 것이다.

즉, 두께가 변경된 압출 제품의 경우 프레싱 공정을 거칠때 비틀림이 발생되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 상기 종래의 두께를 변경시키는 압출기의 경우 폭은 변화시킬 수 없어 다양한 프로파일을 가지는 압출 성형물을 제작할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 티 다이 양측에 회전가능한 캠을 설치하여 시트 압출물의 폭을 실시간으로 변경할수 있는 압출장치를 제 공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은 상기 티 다이의 폭방향 끝단면에 장착되어 상기 폭방향으로 회전하는 캠과, 상기 캠을 구동하는 액츄에이터로 구성되는 폭 조절장치를 더 포함하여, 상기 캠의 구동에 의해 상기 시트형상의 압출물의 폭을 실시간으로 조절하는 압출기에 의해 달성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 티 다이 양측에 캠을 장착하여 시트 압출물의 폭을 실시간으로 변경할 수 있는 압출기에 관련된 것으로서 이하 실시예와 첨부된 도면에 의해 본 발명을 설명하기로 한다.

도 3a에 도시된 바와 같이 시트 형상의 압출물의 폭을 실시간으로 변경하기 위해 티 다이(1)양측에 폭방향으로 회전가능한 캠(110)을 장치하였다. 상기 티 다이(1) 및 압출기의 경우 공지된 구성인 관계로 자세한 설명은 생략하며 이하 상기 캠(110)을 이용한 폭 조절장치에 대해 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 폭 조절장치는 상기 티 다이(1)의 폭방향 끝단면에 각각 장치되는 한편 상기 폭방향의 평면상에서 회전하는 캠(110)과 상기 캠(110)을 구동하여 상술한 바와 같이 상기 티 다이(1)의 폭방향 평면상에서 회전하게 하는 액츄에이터(120)로 구성된다.

즉, 상기 캠(110)이 상기 티 다이(1)의 내측으로 회전하면 시트 형상의 압출물의 폭이 줄어들게 되고 반대로 상기 캠(110)을 상기 티 다이(1)의 외측으로 회전하면 상기 압출물의 폭이 넓어지게 된다. 다시 말해서 상기 액츄에이터(120)를 제 어함에 의해 상기 압출물의 폭을 실시간으로 변경할 수 있게 되는 것이다.

이하 상기 캠(110)의 설치 및 구동방법에 대해 각 실시예를 통해 설명하기로 한다.

실시예1

본 실시예에서는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 캠(110) 및 액츄에이터(120)를 장치하기 위해 상기 티 다이(1) 일측면에 베이스(130)를 장치하였다. 이때 상기 베이스(130)에 돌출되는 회전축(131)을 형성한 후 상기 캠(110)의 고정홀(111)을 상기 회전축(131)에 회전가능하게 장치되도록 하였다.

이때 상기 캠(110)의 일측면에 연장되는 아암(112)을 형성한 후 상기 아암(112)을 에어나 유압을 이용한 실린더(121)에 의해 구동되도록 하여 상기 캠(110)을 회전하도록 하였다.

실시예2

본 실시예에서는 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 캠(110) 및 액츄에이터(120)를 장치하기 위해 상기 티 다이 측면에 직접 장치되는 브라켓(140)을 이용하였다.

즉, 상기 브라켓(140)상에 상술한 바와 유사한 회전축(141)을 돌출 형성한 후 상기 캠(110)의 고정홀(111)을 삽입하여 회전가능하도록 장치하는 것도 가능하며, 액츄에이터(120) 역시 실린더(121)를 사용하여 상기 캠(110)을 구동할 수 있다. 이때 상기 캠(110)의 아암(112)을 형성하여 사용하는 점은 같다.

이상 설명한 본 발명의 폭 조절장치에 의해 압출된 압출물은 도 4에 도시하였다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 의해 압출된 경우 폭방향으로만 변경이 있고 두께 방향으로는 균일하다.

따라서 종래와 같이 두께가 변경되는 압출물의 경우 상기 압출물을 프레싱할때 두께가 두꺼운 부분에서 강화 섬유의 배열이 일정한 방향으로 재배열되는 현상이 발생되고 이러한 현상에 의해 상술한 바와 같이 냉각속도의 차이로 인한 변형이 발생되는 문제가 있었으나, 본 발명에 의해 폭만이 변경되는 경우에는 프레싱 공정에 의하는 경우에도 두께가 일정하므로 상술한 바와 같은 문제점은 발생되지 아니한다. 다시 말해서 냉각시 변형이 일어나지 않는 균일한 품질의 압출물을 얻을 수 있는 것이다.

한편 본 발명에 의한 경우 대칭 형상뿐만 아니라 비대칭 형상도 압출 가능하다. 이는 상기 캠(110)을 구동하는 액츄에이터(120)를 각각 개별적으로 제어함에 의해 구현될 수 있으며 근래 각종 삼차원 캐드 툴 예를 들어 프로이드나 솔리드 웍스등과 같은 프로그램을 통해 모델링하는 경우 그 모델링 자료에 의해 상기 액츄에이터(120)를 제어하면 보다 신속하면서도 정확한 압출물을 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 캠(110)은 상술한 바와 같이 상기 티 다이(1)의 측면에 장치된다. 따라서 상기 티 다이(1) 및 상기 티 다이(1)를 통과하는 압출 재료의 온도와 상기 캠(110)의 온도가 차이가 난다. 이러한 이유로 상기 캠(110)과 접촉되며 압출되는 압출 재료의 경우 그 냉각 속도가 주위의 압출 재료와의 냉각 속도가 달라 변형이 일어날 가능성이 있다. 이러한 우려를 불식시키기 위해 상기 캠(110)에 열선(도시되지 않음)을 장치한 후 상기 열선에 의해 상기 캠(110)을 가열하여 온도를 일정하게 맞추는 것도 바람직하다.

한편 상기 액츄에이터(120)는 컴퓨터에 의해 제어되는 것이 편리하며 예를 들어 서보모터(servomotor)를 사용하는 것도 바람직하다.

또한, 본 발명의 폭 조절장치가 사용되는 압출기는 글래스 파이버가 포함된 섬유 강화 플라스틱을 사용하되, 상기 글래스 파이버의 길이는 0.1mm 내지 200mm인것이 강도 향상에 유리하다.

그리고 상기 섬유 강화 플라스틱은 0.5 wt% 내지 30 wt%의 착색제를 포함하는 것도 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 티 다이(1)의 폭방향 끝단면에 상기 폭방향 평면에서 회전하는 캠(110)을 장치하는 한편 상기 캠(110)을 구동하는 액츄에이터(120)를 구비하여 상기 티 다이(1)로부터 시트 형상의 압출물이 압출될때 상기 캠(110)을 구동하여 상기 시트 형상 압출물의 폭을 실시간으로 변경할 수 있는 것으로서 상기 실시예는 본 발명을 구현하기 위한 일 실시예에 불과한 것이며 본 발명은 상기 실시예에 국한되지 아니함은 명백하다.

이상 설명한 바와 같이 종래의 경우 두께를 변경하는 방법에 의해 시트 형상의 압출물을 압출하였으나, 이에 의해 프레싱 가공시 강화 섬유의 배열이 일정한 방향으로 재배열됨에 의해 변형이 일어나는 한편 폭 방향으로는 실시간으로 조절할 수 없는 문제점이 있었으나,

본 발명에 의한 경우 시트 형상의 압출물의 폭을 실시간으로 조절할 수 있는 한편 균일한 두께의 압출물을 얻을 수 있어 변형이 일어나지 않는 효과가 있다.

Claims

티 다이에 의해 시트형상의 압출물을 성형하는 압출기에 있어서,

상기 티 다이의 폭방향 끝단면에 장착되어 상기 폭방향 평면상에서 회전하는 캠과, 상기 캠을 구동하는 액츄에이터로 구성되는 폭 조절장치를 더 포함하여,

상기 캠이 구동됨에 의해 상기 시트형상의 압출물의 폭을 실시간으로 조절하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항에 있어서,

상기 티 다이의 일측에 배치되어 상기 액츄에이터를 지지하는 한편 상기 캠을 회전가능하게 장치하기 위한 회전축이 형성되는 판체 형상의 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항에 있어서,

상기 티 다이의 일측면에 장착되어 상기 액츄에이터를 지지하는 한편 상기 캠이 회전가능하게 장치하기 위한 회전축이 형성되는 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 캠의 일측에 연장되어 형성되는 아암과,

상기 아암을 파지하여 상기 캠을 회전하기 위한 액츄에이터로 실린더를 사용하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 캠의 내부에 삽입된 열선에 의해 상기 캠을 가열하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터는 컴퓨터에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항에 있어서,

상기 압출기는 글래스 파이버가 포함된 섬유 강화 플라스틱 재질의 압출물에 사용하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제1항에 있어서,

상기 액츄에이터는 서보모터를 사용하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제7항에 있어서,

상기 글래스 파이버의 길이는 0.1mm 내지 200mm인 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.
제7항에 있어서,

상기 섬유 강화 플라스틱은 0.5 wt% 내지 30 wt%의 착색제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폭 조절장치를 구비한 압출기.