KR101187974B1 - 벤트홀을 구비한 몰드를 포함하는 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용기 성형 장치에 관한 것으로서, 상부 몰드; 및 상기 상부 몰드에 대향 배치되어 조성물이 주입되는 내부 공간을 구비하는 하부 몰드를 포함하고, 상기 상부 몰드와 하부 몰드가 접촉하는 부분에는 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 배출하기 위한 벤트홀이 형성되며, 상기 벤트홀은 슬릿형으로 이루어진다. 여기서, 상기 벤트홀의 높이는 0.05mm 내지 0.06mm이고, 상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분의 표면적에 대한 상기 벤트홀의 총 면적의 비율은 0.9% 내지 1.3%일 수 있다. 본 발명에 의하면, 벤트홀을 통하여 발포 잉여물의 외부 배출을 방지하고 조성물의 발포시 발생하는 기체만을 외부로 원활히 배출시켜 제품의 불량률을 최소화할 수 있다.

Description

벤트홀을 구비한 몰드를 포함하는 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법 {APPARATUS AND METHOD TO FORM BOWL USING MOLD WITH VENT HOLE}
본 발명은 몰드를 이용하여 전분 용기를 제조하는 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법에 관한 것으로서, 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 성형된다. 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 기체가 발생한다. 이러한 기체는 조성물이 차지할 공간을 미리 차지하여 조성물의 발포를 방해한다. 조성물의 발포가 제대로 이루어지지 않으면 원하는 형상의 전분 용기를 제대로 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 발포 잉여물 즉, 벤트 스크랩이 외부로 배출되어 벤트 스크랩 발생 부위의 성형 불량 및 발포 셀 불균일에 의한 용기의 강도 저하를 초래하는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 벤트 스크랩은 성형품의 취출 과정에서 몰드의 내부로 혼입되어 공정상 트러블을 발생시키고, 이를 제거하기 위한 추가 공정을 수행해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 조성물의 발포시 발생하는 기체를 외부로 원활히 배출하면서 발포 잉여물의 생성을 방지하는 벤트홀을 구비한 몰드를 포함하는 용기 성형 장치 및 이를 이용한 용기 성형 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상부 몰드; 및 상기 상부 몰드에 대향 배치되어 조성물이 주입되는 내부 공간을 구비하는 하부 몰드를 포함하고, 상기 상부 몰드와 하부 몰드가 접촉하는 부분에는 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 배출하기 위한 벤트홀이 형성되며, 상기 벤트홀은 슬릿형으로 이루어지는 용기 성형 장치를 제공한다.
또한, 상기 슬릿형 벤트홀의 높이를 H, 폭을 L이라고 할 때, 상기 용기 성형 장치는 하기 식을 만족할 수 있다.
100 ≤ L/H ≤ 120
또한, 상기 슬릿형 벤트홀의 높이는 0.05mm 내지 0.06mm일 수 있다.
또한, 상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분의 표면적에 대한 상기 벤트홀의 총 면적의 비율은 0.9% 내지 1.3%일 수 있다.
또한, 상기 접촉 부분의 표면적이 1400mm2일 때, 상기 벤트홀의 총 면적은 12.6mm2 내지 17.5mm2일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향 배치되는 상부 몰드와 하부 몰드의 가압에 의해 용기를 제조하는 용기 성형 방법에 있어서, 상기 하부 몰드에 조성물을 주입하는 단계와; 상기 상부 몰드로 상기 하부 몰드 내의 조성물을 가압 및 가열하는 단계; 및 상기 조성물의 가압 및 가열시, 상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분에 형성된 슬릿형 벤트홀을 통하여 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 자연적으로 배출하는 단계를 포함하는 용기 성형 방법을 제공한다.
또한, 상기 기체를 배출하는 단계는, 상기 슬릿형 벤트홀의 높이와 폭의 비율을 조절하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기체를 배출하는 단계는, 상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분의 표면적에 대하여 상기 벤트홀의 총 면적의 비율을 조절하여 이루어질 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치는 슬릿형 벤트홀을 통하여 발포 잉여물의 외부 배출을 방지하고 조성물의 발포시 발생하는 기체만을 외부로 원활히 배출시켜 제품의 불량률을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치는 외부로 배출된 발포 잉여물을 제거하기 위한 추가공정이 필요하지 않아 생산 수율 및 품질이 향상되고, 설비 투자비가 감소한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 용기 성형 장치의 벤트홀을 나타낸 확대도이다.
도 3은 종래 용기 성형 장치에 의한 발포된 전분 용기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치에 의한 발포된 전분 용기를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 용기 성형 장치(100)의 벤트홀을 나타낸 확대도이다.
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)와, 상기 바디(11)를 지지하는 고정 플레이트(12) 및 상기 고정 플레이트(12)에 연결되는 연결봉(13)을 포함한다. 상기 연결봉(13)은 액추에이터(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. 따라서, 상부 몰드(10)가 하부 몰드(20) 측으로 이동한 경우, 상부 몰드(10)의 외측면과, 하부 몰드(20)의 내측면 및 림(30)이 조성물의 주입 공간을 형성하게 된다. 상부 몰드(10)의 외측면과 하부 몰드(20)의 내측면에는 전분 용기가 몰드로부터 쉽게 떨어지도록 이형력을 부과하는 코팅막이 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치(100)는 림(20)의 둘레 방향을 따라 소정 간격으로 슬릿(slit)형 벤트홀(40)을 구비한다. 슬릿형 벤트홀(40)은 조성물의 발포시 발생하는 기체(수증기)만을 배출하고, 발포 잉여물은 배출하지 않는 크기로 형성된다.
벤트홀(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 림(30)의 둘레를 따라 길게 형성된 슬릿형 즉, 벤트홀(40)의 폭(L)이 높이(H)보다 크도록 형성된다.
출원인은 용기 성형 장치에 있어서, 수증기만 배출하고, 벤트 스크랩을 발생시키지 않는 벤트홀(40)의 사이즈를 최적화하기 위하여, 림(30)의 표면적을 1400mm2로 고정하고, 벤트홀(40)의 크기와 개수를 달리하여 하부 몰드를 제작한 후 실험을 수행하였다.
<실험예1>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.05mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 42개 형성한 하부 몰드를 제작하였다. 전분, 펄프, 물 및 통상의 첨가제로 구성된 전분 용기용 조성물을 220℃로 가열된 하부 몰드에 주입한 후 6kgf/cm2의 압력으로 일정시간 가열 가압 성형하여 100개의 전분용기를 제조하였다.
<실험예2>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.05mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 48개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예3>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.05mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 54개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예4>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.06mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 48개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예5>
벤트홀이 하나도 형성되어 있지 않은 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예6>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 1mm(폭, L)×1mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 24개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예7>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.05mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 36개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예8>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.05mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 60개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
<실험예9>
벤트홀의 표면적을 모두 동일하게 6mm(폭, L)×0.07mm(높이, H)로 형성하고, 동일한 형상 및 크기의 벤트홀을 48개 형성한 하부 몰드를 제작하여 전분 용기용 조성물을 발포시켰다. 나머지는 실험예1과 동일한 방법으로 수행하였다.
아래 표 1은 실험예 1 내지 9의 벤트홀의 크기 및 개수를 정리하여 나타낸 것이다.
벤트홀 (폭)×(높이) 벤트홀 개수
실험예1 6mm×0.05mm 42개
실험예2 6mm×0.05mm 48개
실험예3 6mm×0.05mm 54개
실험예4 6mm×0.06mm 48개
실험예5 - 0개
실험예6 1mm×1mm 24개
실험예7 6mm×0.05mm 36개
실험예8 6mm×0.05mm 60개
실험예9 6mm×0.07mm 48개
상기 실험예에 대하여 성형성, 발포셀 균일도, 불량률, 벤트 스크랩의 발생여부 및 건조 시간을 평가하였다.
용기의 성형성
용기의 성형성 측정 결과에 있어서, ◎는 표면이 매끄럽고 주름이나 핀홀이 없음을 나타내고, ○는 표면이 상대적으로 거칠지만 주름이나 핀홀은 없음을 나타내며, ×는 표면에 주름 또는 핀홀이 있거나 성형하기 곤란한 것을 나타낸다.
발포셀 균일도
발포셀 균일도는 발포된 전분 용기를 예리한 칼로 잘라서 전자 현미경으로 관찰하여 발포셀이 균일하게 형성되었는지를 분석한 것이다. 측정 결과에 있어서, 균일은 발포셀의 크기가 균일하고 일정하게 형성되어 있는 것을 의미하고, 불균일은 발포셀의 크기가 불균일하게 형성되어 있는 것을 의미한다.
불량율
불량율에 있어서는 각각의 몰드로부터 제작된 100개의 전분 용기의 불량 여부를 검사하였다. 여기서, 불량이란 미성형, 주름 발생, 다량의 핀홀 및 내부 압력 증가에 의한 폭발 발생 등이 있는 것을 의미한다.
벤트 스크랩의 발생여부
벤트홀을 통하여 전분 용기용 조성물의 발포 잉여물이 배출되었는지 여부를 검사하였다.
건조 시간
건조 시간은 220℃, 6kgf/cm2의 온도와 압력을 갖는 가열 가압 성형기에서 생분해성 전분 용기 조성물이 성형되는데 필요한 시간을 측정하였다.
아래 표 2는 상기 성형성, 발포셀 균일도, 불량률, 벤트 스크랩 발생 여부 및 건조 시간의 측정 결과를 나타낸 것이다.
성형성 발포셀 균일도 불량률 벤트 스크랩 발생여부 건조시간
실험예1 ◎ 균일 0% 없음 85초
실험예2 ◎ 균일 0% 없음 80초
실험예3 ◎ 균일 0% 없음 75초
실험예4 ◎ 균일 0% 없음 70초
실험예5 × 불균일 100% 없음 -
실험예6 ○ 불균일 23% 있음 70초
실험예7 ○ 불균일 14% 없음 95초
실험예8 ○ 불균일 6% 없음 70초
실험예9 ○ 불균일 18% 있음 65초
상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 벤트홀(40)의 폭(L)이 6mm일 때, 벤트홀(40)의 높이(H)가 0.05mm 내지 0.06 mm 범위인 경우 벤트 스크랩의 발생이 없다. 이를 슬릿형 벤트홀(40)은 높이(H) 대 폭(L)의 비율(L/H)로 나타내면, 비율(L/H)이 100 내지 120의 값을 가질 때, 벤트 스크랩이 발생하지 않는다.
또한, 하부 몰드(20)의 림(30)의 표면적이 1400mm2일 때, 벤트홀(40)의 총 표면적이 12.6 mm2 내지 17.5 mm2인 경우 용기 성형성 및 발포셀 균일도가 우수함을 확인할 수 있다. 즉, 하부 몰드(20)의 림(30)의 표면적에 대한 벤트홀(40)의 총 표면적의 비율이 0.9 % 내지 1.3 %일 때, 용기 성형성 및 발포셀 균일도가 우수하다.
도 3은 종래 용기 성형 장치에 의한 발포된 전분 용기를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치에 의한 발포된 전분 용기를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래 용기 성형 장치에 의해 발포된 전분 용기에는 발포 잉여물이 다량 배출되어 벤트 스크랩이 발생한 것을 확인할 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용기 성형 장치에 의해 발포된 전분 용기에는 벤트 스크랩이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 상부 몰 11: 바디
12: 고정 플레이트 13: 연결봉
20: 하부 몰드 30: 림
40: 벤트홀 100: 용기 성형 장치

Claims (10)

  1. 상부 몰드; 및
    상기 상부 몰드에 대향 배치되어 조성물이 주입되는 내부 공간을 구비하는 하부 몰드를 포함하고,
    상기 상부 몰드와 하부 몰드가 접촉하는 부분에는 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 배출하기 위한 벤트홀이 형성되며,
    상기 벤트홀은 슬릿형 벤트홀로 이루어지고,
    상기 슬릿형 벤트홀의 높이를 H, 폭을 L이라고 할 때, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
    100 ≤ L/H ≤ 120
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬릿형 벤트홀의 높이가 0.05mm 내지 0.06mm인 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분의 표면적에 대한 상기 벤트홀의 총 면적의 비율이 0.9% 내지 1.3%인 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접촉 부분의 표면적이 1400mm2일 때, 상기 벤트홀의 총 면적이 12.6mm2 내지 17.5mm2인 것을 특징으로 하는 용기 성형 장치.
  6. 서로 대향 배치되는 상부 몰드와 하부 몰드의 가압에 의해 용기를 제조하는 용기 성형 방법에 있어서,
    상기 하부 몰드에 조성물을 주입하는 단계;
    상기 상부 몰드로 상기 하부 몰드 내의 조성물을 가압 및 가열하는 단계; 및
    상기 조성물의 가압 및 가열시, 상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분에 형성된 슬릿형 벤트홀을 통하여 상기 조성물의 성형시 발생하는 기체를 자연적으로 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 슬릿형 벤트홀의 높이를 H, 폭을 L이라고 할 때, 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
    100 ≤ L/H ≤ 120
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기체를 배출하는 단계는, 상기 슬릿형 벤트홀의 높이와 폭의 비율을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기체를 배출하는 단계는, 0.05mm 내지 0.06mm의 높이를 갖는 슬릿형 벤트홀을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기체를 배출하는 단계는, 상기 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분의 표면적에 대하여 상기 벤트홀의 총 면적의 비율을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기체를 배출하는 단계는, 상부 몰드와 하부 몰드의 접촉 부분의 표면적에 대한 상기 벤트홀의 총 면적의 비율을 0.9% 내지 1.3%로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 성형 방법.
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