KR101119586B1 - 고온충진용 페트병 제조장치 - Google Patents

고온충진용 페트병 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온충진용 페트병 제조장치에 관한것으로, 더욱 상세하게는 고온충진지용 페트병 제조과정은 사출성형 재료(폴리에스터 칩)를 용융하여 프리폼을 만드는 사출성형 단계(가), 상기 사출성형 단계로 만들어진 프리폼의 마개부를 가열하여(170℃～185℃) 경도를 높이는 결정화( 고온 열처리 ) 단계(나), 상기 단계 후 결정화된 프리폼의 몸체부를 가열(95℃～130℃)한 후 종방향과 횡방향으로 동시에 연신(2축 연신)하는 브로잉 단계(다)를 거쳐야 하며, 각 단계별로 각각의 설비로 구성되어져 공정을 수행하게 되는 것이다.
본 발명의 고온충진용 페트병 제조장치는 상기의 3단계 중 결정화 단계(가)와 브로잉 딘계(다)를 본 발명 설비에서 통합적으로 수행할 수 있는 특징을 가지고 있다.
폴리에스터 칩, 프리폼, 페트병, 결정화, 브로잉, 2축 연신

Description

고온충진용 페트병 제조장치{Blower ＆ crystallizer for PET bottle}
본 발명은 고온충진용 페트병 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프리폼 마개부를 가열하여 경도를 높이는 결정화 단계(나)와 프리폼의 몸체부를 가열한 후 2축 연신하는 브로잉단계(다)를 통합적으로 수행할 수 있는 고온충진용 페트병 제조장치 것이다.
일반적으로 페트병 제조방법은 폴리에스터 칩을 시험관 형태의 프리폼으로 사출성형한 후에 종방향과 횡방향으로 연신(2축연신)하여 페트병을 제조하는 것이며, 충진하는 내용물의 종류에 따라 상온충진용(생수병, 간장병, 등)과 고온충진용(쥬스병, 녹차병, 등)으로 나누어지며, 상온충진용 페트병은 프리폼 사출성형과 브로잉을 순차적으로 동시에 성형하여 제조하는 것이 일반적인 방식이며, 고온충진용 페트병은 내용물 충진시 온도가 88℃ 이상으로 페트병 경도가 높아야 하기 때문에 상온충진용 페트병과 달리, 페트병 마개부의 경도를 높이는 결정화(열처리) 단계를 거쳐야 충진시의 열변형을 막을 수 있어, 고온충진용 페트병 제조시에는 페트병의 마개부를 결정화(열처리)하는 별도 장치가 필요하기 때문에 브로잉 설비와 별도로 페트병 마개부 결정화장치를 설치 운영하게 된다.
상기와 같이 고온충진용 페트병을 제조하기 위해서는 마개부 결정화 단계(나)를 거쳐야하기 때문에, 상온충진용 페트병 제조에서 처럼 하나의 설비에서 완제품을 제조할 수 없고, 다단계의 공정을 거쳐야 하기 때문에 상온충진용 제조라인과 비교하면 초기 설비투자비가 높고, 다단계 제조방식으로 제조비용이 많이 소요되며, 설비 설치공간이 크게 필요해 지며, 더불어 물류이동 증가로 품질확보에 어려움이 따른다.
본 발명은 고온충진용 페트병 제조라인에서 각각으로 분리된 프리폼 마개부 결정화 단계(나)와 페트병 브로잉 단계(다)를 한 공정으로 통합하여 초기 설비투자비를 대폭 낮추고 다단계 제조방식으로 증가되는 제조비용 절감 및 물류이동 공정을 적게하여 제품의 품질을 향상시키는 고온충진용 페트병 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 프리폼 마개부를 결정화시키는 결정화장치의 가열유닛과 결정화된 프리폼을 가열 및 2축 연신으로 페트병을 제조하는 페트병 브로와의 가열유닛을 하나의 가열유닛에 상하 통합 배치시켜, 프리폼 마개부 결정화공정(나)과 프리폼 몸체부 가열공정을 동시에 수행할 수 있도록 한 것에 특징이 있다
본 발명은 고온충진용 페트병 제조라인에서 각각으로 분리된 프리폼 마개부 결정화 단계와 페트병 브로잉 단계를 한 공정으로 통합하여 초기 설비투자비를 대폭 낮추고 다단계 제조방식으로 증가되는 제조비용 절감 및 물류이동 공정을 적게하여 완제품의 품질을 향상시킬수 있다.
도 1 및 도 2에 의하면 고온충진용 페트병 제조장치는 상단부에 회전축 고정베이스(208)를 갖추고서 베이스(B)에 회동 가능하게 설치되는 회전축(106AB,107AB,110AB,115 회전축을 강제 구동하는 구동모터(100), 기어(114)와 타이밍밸트(206)로 연결된 각각의 회전축으로 구성되는 구동기구 및 서보모터(126)로 구동되는 오븐유닛(OVN)과 서보모터(126)와 직구동하는 헐리컬 기어박스(127): 이에 타이밍밸트로 연결된 동력전달 회전축(117)과 프리폼 진입회전축(402)으로 구성된다.
도 4와 도 5, 도 7에 의하면, 프리폼 공급장치(별도)로 부터 공급되는 프리폼(P)을 프리폼 진입 회전축(402)으로 안내하는 프리폼 가이드레일(401) : 공급되는 프리폼(P)을 프리폼 가이드레일(401)를 따라 작유낙하 형태로 이송되면서 등간격으로 정렬하는 프리폼 등간격 이송 회전판(403) : 프리폼 등간격 이송 회전판(403)에 의해 이송되어진 프리폼(P)을 가열유닛(OVN)으로 이송시키기 위한 프리폼 거치유닛(SPU)이 있으며, 그 거치방법은 압축스프링(609)에 의해 상부로 압축된 삽입기구(603)가 프리폼 거치캠(513)에서 이탈되면서 프리폼으로 강제 삽입되어진다. : 거치유닛(SPU)에 삽입된 프리폼(P)은 프리폼 마개부(P1) 결정화 및 몸체부(P2) 가열을 위해 수평 및 수직 이송기구(514)에 의해 이송되면서 동시에 거치된 프리폼 (P)을 이송중 회전 시키기 위한 회전유닛(504)에 의해 프리폼이 회전하면서 제1공정인 프리폼 마개부(P1)를 결정화 단계를 거치기 위해 프리폼(P) 마개부(P1) 가열장치(CHB)를 통과하면서 프리폼 마개부(P1)의 결정화 공정중의 가열공정 시작되고 이어 프리폼 몸체부(P2) 가열장치(BHB)를 통과하면서 브로잉을 위한 제2공정인 프리폼 몸체부(P2) 가열공정이 이루어진다. 여기서 제1공정인 프리폼 마개부(P1) 결정화 공정을 수행하는 프리폼 마개부(P1) 가열장치(CHB)와 제2 공정인 프리폼 몸체부(P2) 가열을 수행하는 프리폼 몸체부(P2) 가열장치(BHB)가 상하로 배치되어 있어 제1 공정인 결정화공정 중의 열에 의한 프리폼 몸체부(P2)의 열적특성 변화를 감소시키는 구조로 되어 있다는 특징에 주목할 필요가 있다.
도5 및 도6에 의하면, 일차적으로 프리폼 마개부(P1)를 우선 가열하여 결정화조직을 형성시킨후 프리폼 몸체부(P2)를 가열하는 동안 결정화되어 뜨거워진 프리폼 마개부(P1)를 동시에 냉각시키므로서 공정시간을 단축할 뿐 아니라 종래의 브로잉 전용 삽입기구(601)와 프리폼 결정화 전용 삽입기구(602)를 통합한 혼합형 삽입기구(603)를 사용함으로서 이송중의 프리폼 낙하를 방지할 수 있으며, 안정된 치수를 확보할 수 있어 프리폼(P)결정와 브로잉 혼합공정이 가능하게 하는 특징도 가지고 있다.
상기한 프리폼 마개부(P1) 결정화조직 형성 후 냉각공정은 프리폼 결정화공정 이후에 고열에 의한 프리폼 마개부의 변형을 막기 위한 것이며, 그 냉각방식은 물 투입구(531)와 공기 투입구(501)의 순환구조, 열전도율이 우수한 알루미늄 소재를 사용한 수냉 및 공냉의 복합 기능을 갖춘 프리폼 마개부 냉각장치(511)를 장착 하여 치수안정성을 확보하였다.
도 5와 도 6에 의하면, 프리폼 마개부 가열장치(CHB)를 통과한 프리폼은 프리폼 마개부(P1)가 결정화 프리폼(CP)으로 바뀌고, 이후 프리폼 몸체부 가열장치(BHB))를 통과하면서 프리폼 몸체부(P2)가 브로잉하기 적합한 온도(95～130℃)가 되어지며 이러한 상태의 프리폼을 브로잉유닛(800)까지 이송시키기 위해서는 프리폼 거치유닛(SPU)으로 부터 프리폼을 이탈시켜야 하며, 이러한 이탈 방법은 다양한 형태로 이루어질 수 있지만 도 5에 도시한 바와 같이 프리폼 이탈캠(512)에 프리폼 거치유닛 (SPU)의 롤러(605)를 접촉시켜 이탈되도록 하였다.
도 6과 도 7에 의하면, 프리폼 거치유닛(SPU)에서 이탈된 프리폼(P)을 브로잉유닛까지 이송시키는 수단으로 프리폼 이송회전유닛(700)을 사용하는데, 그 구성은 이송중 프리폼의 위치를 가변시키는평면캠(701)과 프리폼의 회전이송 속도를 가변시키는 입체캠(702)을 사용하는 회전방식의 구동기구이며, 그 동력전달은 메인모터(100)로 부터 타이밍밸트(206)를 통하여이 루어진다.
여기서, 프리폼의 회전 이송 속도를 가변시키는 입체캠(702)은 골캠형태로 되어 있으며 롤러(703)가 캠 형상을 지나면서 위치에 따라서 속도가 변하게 되고, 프리폼의 위치를 가변시키는 평면캠(701)은 판재형태의 캠이며, 캠의 테두리면을 롤러(704)가 마찰에 의한 회전으로 프리폼의 위치를 가변시키고, 프리폼의 거치는 인장스프링(706)이 부착된 프리폼 거치그립(705)에 의해서 거치되어 브로잉유닛(800)으로 이송된다.
도 6과 도 8에 의하면, 브로잉유닛(800)으로 프리폼 이송이 완료되면 베이스 금형(801) 상승 → 바디금형(802) 닫힘 → 금형열림 방지장치(803) 상승 → 고압노즐실린더(804) 하강→종영신 로드(805) 하강 → 압축된 공기압(5～15kg/㎠)에 의한 1차 횡연신 → 압축된 공기압(25～40kg/㎠)에 의한 2차 횡연신 → 병 내부 잔류 공기압 배출 순의 공정으로 완제품이 제조되는데 이를 상세하게 살펴보면 아래와 같다.
상기 공정에서 베이스금형(801) 상승 및 하강동작은 동작실린더(813)에 의하여 동작되고 그 신호는 컨트럴 판넬(EP)에서 나오며 이 신호를 받아서 솔레노이드 밸브가 동작하여 상하 동작을 하고, 바디금형 열림 및 닫힘 동작은 금형거치유닛(820) 후면에 연결된 링크(815) 판과 이에 연결된 회전축(821)과 롤러(822)로 연결 구성되어 있으며, 롤러(822)가 개폐캠(131)에 접촉하여 회전하고, 변위차에 의해 링크(815)가 동작하여 금형거치유닛(820)의 열림/닫힘 동작을 행하게 하며, 각각의 금형(102A,102B)은 180도의 위상차로 동작하며 : 고압 노즐 실린더(804)의 하강 및 상승 동작은 베이스금형(801)의 동작과 동일한 방법으로 컨트럴판넬에 의해 동작하고 : 종연신 로드(805) 하강에 의한 종연신은 품종에 따라 종연신의 속도 및 정렬성 확보가 품질에 매우 중요하므로, 본 발명에서는 속도를 용이하게 조절할 수 있도록 서보모터(806)와 슬라이딩 유닛(807)을 일체형으로 구성되었다.
압축된 공기를 이용하는 횡연신 공정에서는 약한 1차압(5～15kg/㎠)을 우선 공급한후 강한 2차압(25～40kg/㎠)으로 마지막 성형을 하며 : 이때 압축공기의 공급은 1차압 공급밸브(810)와 2차압 공급밸브(809)에 의해서 공급되며 그 동작은 컨트럴 판넬(EP)을 통하여 1차압 공급밸브(831)을 동작시키는 에어실린더(810)과 2차 압 공급밸브(832)를 동작시키는 에어실린더(809)로 구성되어 지고, 브로잉 후 제품의 변형을 막는 냉각공정은 냉각밸브(833)가 열리면 압축공기가 종연신 로드(805)를 통해서 금형안으로 유입되고, 이때 배기밸브(810)가 동시에 열리고 소음기(814)를 통하여 압축공기가 빠지면서 공기흐름에 의한 냉각을 통하여 치수안정성을 확보한 후 배출 공정으로 이송된다.
완성된 제품의 배출을 위한 이송은 프리폼 회전이송장치와 동일한 방법으로 동작되고 이에 대한 설명은 도 7의 프리폼 이송기구의 설명으로 대신하며 생략하기로 한다. 또한 도시 되지는 않았지만 회전축에 과부하방지장치(토르크메터)가 장착되어 있어 부하 발생시 설비를 보호하는 기능을 갖추고 있다.
다음으로 제품의 배출은 배출이송회전축(110A,110B) : 배출회전가이드(140A,140B)에 의해서 배출용 가이드 부재(141)로 이송되어 지고, 그 구동은 타이밍밸트(306)에 의해서 메인모터(100)와 연동되어 회전하게 된다.
또한 필요시 프리폼 마개부(P1) 결정화 공정과 프리폼 몸체부(P2) 가열공정만을 이용하는 브로잉 공정을 각각 단독으로 사용할 수 있도록 브로잉유닛(800)과 가열유닛(OVN)의 구동을 분리시키고, 가열유닛(OVN)의 구동은 단독으로 서보모터(126)를 장착하여 이 서보모터(126)에 타이밍밸트로 연결된 프리폼(P) 진입 회전축(402)을 구성하여 두 공정의 단독적으로 사용이 용이하게 구성되어 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서, 보다 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치의 평면도
도 2는 본 발명에 따른 고온충진용 제조장치의 정단면도
도 3은 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치의 우측면도
도 4는 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치를 구성하는 프리폼(P) 진입부의 평면도와 정단면도
도 5는 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치를 구성하는 프리폼 가열부의 우측면도
도 6은 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치를 구성하는 프리폼 거치유닛을 도시한 상세도
도 7은 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치를 구성하는 프리폼과 병을 이송시키는 이송유닛의 정단면도와 우측면도
도 8은 본 발명에 따른 고온충진용 페트병 제조장치를 구성하는 프리폼 브로잉유닛 도시한 정단면도와 우측면도
도 9의 (가)사출공정에서 성형된 프리폼 단면도
(나)결정화공정의 결정화 프리폼 단면도
(다)브로잉공정에서 성형된 페트병 단면도
- 첨부도면의 주요 부분에 대한 용어 설명 -
100 : 메인모터 102A : 브로잉 금형
106A,B : 프리폼 이송회전축 107A,B : 완제품 이송회전축
110A,B : 배출 이송회전축 114 : 기어
115 : 입체캠 회전축 117 : 진입부 동력전달축
126 : 가열유닛 서보모터 127 : 헐리컬기어 박스
131 : 금형 개폐캠 140A,B : 배출 회전가이드
141 : 배출 직선 가이드 P : 프리폼
P1 : 프리폼 마개부 P2 : 프리폼 몸체부
CP : 결정화 프리폼 SPU : 프리폼 거치유닛
BTL : 완제품(페트병) B : 베이스
OVN : 프리폼 가열유닛 208 : 회전축 고정 베이스
OVN : 프리폼 가열유닛 402 : 프리폼 진입 회전축
206 : 구동용 타이밍밸트 501 : 냉각기구 물 진입구
401 : 프리폼 진입 가이드레일 504 : 프리폼 회전 유닛
403 : 프리폼 등간격 이송 회전판 508 : 프리폼 회전 유닛 구동모터
502 : 반사유닛 511 : 프리폼 마개부 냉각유닛
505 : 프리폼 몸체부 냉각유닛 531 : 냉각유닛 에어 진입구
509 : 프리폼 몸체 보호 냉각판 CHB : 프리폼 마개부 가열장치
BHB : 프리폼 몸체부 가열장치 CLP : 프리폼 마개부 가열램프
BLP : 프리폼 몸체부 가열램프 513 : 프리폼 거치캠
512 : 프리폼 이탈캠 602 : 프리폼 결정화 전용 삽입기구
601 : 프리폼 거치 전용 삽입기구 604 : 프리폼 이탈 기구
601 : 프리폼 거치 및 결정화 통합 삽입기 606 : 회전용 스프라켓
605 : 상하 운동용 캠 롤러 608 : 상하 운동 안내기구
607 : 고정기구 610 : 충격방지 카운터 롤러
609 : 압축스프링 701 : 프리폼 위치 가변 평면캠
700 : 프리폼 이송회전유닛 703 : 입체캠 롤러
702 : 프리폼 속도 가변 입체캠 705 : 프리폼 거치그립
704 : 평면캠 롤러 706 : 인장스크링
707 : 전후 슬라이딩 동작 블록 708 : 전후 슬라이딩 동작 레일
800 : 페트병 브로잉 유닛 801 : 베이스금형
802 : 바디금형 803 : 금형열림 방지 장치
804 : 고압노즐 실린더 805 : 종연신 로드
806 : 종연신 서보모터 807 : 슬라이딩 유닛
808 : 고압 냉각 밸브 809 : 고압 2차 밸브
810 : 고압 1차 밸브 811 : 배기밸브
812 : 금형열림 방지 장치 작동실린더 813 : 베이스금형 상하동작 실린더
814 : 소음기 815 : 금형 개폐용 링크
817 : 종연신 서보모터 구동 풀리 818 : 밸트 장력조적 롤러
819 : 타이밍밸트 820 : 금형거치유닛
821 : 금형 개폐용 회전축 822 : 금형 개폐용 회전축 롤러
830 : 배기밸브 작동실린더 822 : 금형 개폐용 회전축 롤러
830 : 배기밸브 작동실린더 831 : 고압 1차 밸브 작동실린더
832 : 고압 2차 밸브 작동실린더 833 : 고압 냉각 밸브 작동실린더
834 : 냉각용 고압 Hose

Claims (4)

  1. 사출성형하여 만들어진 프리폼(P)을 순차적으로 공급하는 프리폼 가이드레일(401)과 경사면을 따라 자유낙하 형태로 이송되는 프리폼(P)을 등간격으로 정렬시켜 이송하는 프리폼 이송 회전판(403) : 브로잉유닛(800)과 프리폼 가열유닛(OVN)을 각각 분리 사용할 수 있게 하는 구동분리 기능을 부여한 서보모터(126)와 타이밍밸트로 연결된 진입회전축(402) : 프리폼(P)을 각개로 거치하기 위한 거치캠(513)과 이송시키는 거치유닛(SPU) : 거치유닛(SPU)에 거치되어 이송중인 프리폼(P)의 마개부(P1)를 가열하여 결정화시키는 마개부 가열장치(CHB)와 반사유닛(502)과 브로잉 공정을 위한 프리폼 몸체부(P2)를 가열시키는 프리폼 몸체부 가열장치(BHB)와 냉각유닛(505)으로 구성된 통합 가열시스템 : 프리폼 마개부(P1) 결정화와 프리폼(P) 거치기능을 갖는 삽입기구(603) : 가열된 프리폼(P)을 프리폼 거치유닛(SPU)로 부터 이탈시키기 위한 프리폼 이탈갬(512) : 가열되어 이탈된 프리폼(P)을 브로잉유닛(800)으로 이송시키는 이송유닛(700) : 종연신과 횡연신을 통한 제품 성형을 위한 브로잉유닛(800) : 완제품을 배출하는 배출유닛 으로 구성되어진 고온충진용 페트병 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프리폼 마개부(P1) 결정화공정과 프리폼 몸체부(P2) 가열공정을 통합적으로 수행하기 위해 설치된 프리폼 마개부(P1) 가열장치(CHB)와 프리폼 몸체부(P2) 가열장치가 가열유닛(OVN)에 혼합 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고온충진용 페트병 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 거치유닛(SPU)은, 프리폼 마개부(P1) 결정화전용 삽입기구(602)와 브로잉 전용 삽입기구(601)를 하나로 통합한 프리폼 거치 및 결정화 통합 삽입기구(603) 장착 구조를 특징으로 하는 고온충진용 페트병 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가열유닛(OVN)은, 프리폼 마개부(P1) 결정화 공정과 프리폼 몸체부(P2) 가열공정을 각각 단독적으로 수행할 수 있도록 가열유닛(OVN)과 브로잉유닛(800)의 구동을 분리 사용할 수 있게 하는 서보모터(126)와 이 서보모터(129)와 타이밍밸트로 연결된 프리폼 진입 회전축(402)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온충진용 페트병 제조장치.
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