KR101262084B1 - 자기 강화형 열가소성 소재로부터 생성된 플라스틱 구성 요소 - Google Patents

Abstract

자기 강화형 열가소성 소재로부터 플라스틱 구성 요소(1), 특히 여행용 가방의 셸(shell)의 제조 프로세스와, 자기 강화형 열가소성 소재로 형성되는 플라스틱 구성 요소, 및 이와 같은 플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸(7)을 제조하는 장치. 본 발명은 상기 소재(라미나, lamina)에 장력을 부여하는 단계, 및 구성 요소의 성형(shaping) 및/또는 몰딩(molding) 단계로부터 나머지 라미나로부터 구성 요소의 프리폼 형상의 이형(release)까지의 모든 후속하는 단계 중에 적어도 부분적으로 상기 라미나에 장력을 부여하는 단계에 의해서 구성 요소를 형성하는 것에 의해서 자기 강화형 열가소성 소재에 기초하여 신규한 제품 및 이의 제조 프로세스를 제공한다. 본 발명은 자기 강화형 열가소성 소재에 기초하여 초경량의 여행용 가방의 셸(7)의 제조를 가능하게 하며, 상기 셸의 제조는 전체 제조 단계로부터 제품의 최종 마무리 가공에 이르기까지의 단계 중에 상기 소재에 영구적인 장력을 추가적으로 부여하는 것에 의해서 더욱 향상될 수 있다.

Description

자기 강화형 열가소성 소재로부터 생성된 플라스틱 구성 요소{A PLASTIC COMPONENT PRODUCED FROM SELF-REINFORCED THERMOPLASTIC MATERIAL}

본 발명은 자기 강화형 열가소성 소재로부터 플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸(shell)을 제조하는 프로세스, 자기 강화형 열가소성 소재의 플라스틱 구성 요소, 및 이와 같은 플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸을 제조하는 장치에 관한 것이다.

종래에, 구성 요소를 합성 수지 등으로 형성하여 경량이며 재활용하기 용이하게 하는 한편, 높은 물리적 강도와 손상 및 뒤틀림에 대한 저항성을 갖는 플라스틱 구성 요소를 제조하기 위한 시도가 몇 가지 있었다. 특히, 여행용 가방 산업 분야에서는, 고신뢰성 및 외부로부터의 충격에 대하여 뒤틀리지 않는 성질의 고저항성에, 양호한 외관, 및 이러한 여행용 가방을 쉽고 편리하게 취급할 수 있도록 감소된 중량도 겸비한 하드 케이스 여행용 가방(suitcase)의 제조에 대한 수요가 있었다.

또한, 열가소성 수지와 같은 합성 수지와 직물의 라미네이트(laminate)를 포함하는 몇몇의 복합 소재가 사용되기도 하였다.

이에 따라, 미국 특허 제5,376,322호로부터, 열가소성 기재(substrate)의 한쪽 표면에 천 직물(cloth fabric) 층을 가압 라미네이트 처리(press laminate)하고, 이어서 모서리 부분의 성형에 특히 초점을 맞춰 몰드 프레스(mold press) 내에서 가압 성형 프로세스를 수행함으로써, 프리폼(preform)으로부터 천으로 덮인 형상을 열 성형하는 프로세스가 여행용 가방의 셸을 제조하는 방법으로서 알려져 있다. 그러나, 특히 제품의 주면(main surface) 사이에서의 교차부 또는 모서리부의 반경이 작은 것이 요구되는 경우에, 매끄러운 모서리 영역을 확실하게 제조하기에는 여전히 어려움이 있었다. 또한, 강도의 향상과 더불어 추가적인 중량의 감소도 요구되었다.

또한, 미국 특허 제5,755,311호로부터, 차압 몰딩 프로세스(pressure differential molding process)를 사용하고 얇은 열가소성의 우묵한 셸의 둘레에 일체적으로 형성된 프레임을 적용하여 여행용 가방용의 견고한 면의 셸을 제조하는 방법이 알려져 있다.

미리 연신시킨 폴리머 섬유(polymeric fiber)의 배향성 스트랜드(strand)를 동일한 종류 또는 유사한 종류의 더욱 소프트(soft)한 소재의 매트릭스(matrix) 내에 묻는 것에 기초하여, 열가소성 소재와 같은 합성 수지로 형성된 내충격성 경량 시트(sheet) 소재를 제조할 수 있다는 점을 고려하여, EP 0 531 473 B1은 배향성 폴리머 섬유의 조립체를 밀접하게 접촉한 상태로 고온에서 유지함으로써, 상기 배향성 폴리머 섬유의 외부 영역이 용융되고 이어서 상기 섬유가 압축되어 합착된 폴리머 시트를 제조하는 방법 및 소재를 제공하고 있다. 상기한 방법 및 소재에 따르면, 상기 배향성 폴리머 섬유는 바람직하게는 폴리올레핀, 및, 특히, 폴리프로필렌 또는 다른 결정성 또는 부분 결정성(semi-crystalline) 소재로 이루어진 열가소성 소재를 포함하며, 차후의 응용 분야에 따라서 단축(uni-axially) 정렬된 섬유 다발(bundle) 또는 꼬여진 섬유 다발로서 정렬되거나, 섞어 짠(interwoven) 다발의 매트(mat)로서 정렬될 수 있다.

공압출(co-extrusion) 프로세스, 및 후속하는 연신 단계 및 냉각 단계에서 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하는 WO 2004/028803 A1으로부터, 연신 가공한 열가소성 소재의 테이프(tape), 필름(film), 또는 얀(yarn)을 사용하여 물품을 강화하는 유사한 방법이 알려져 있다. 마지막으로, 자기 강화형 폴리프로필렌, 즉 배향성 폴리프로필렌 섬유(소위 "all PP" 복합 소재)로 강화한 폴리프로필렌의 재활용성, 강도(strength; 强度) 및 강성(stiffness)의 측면에서의 긍정적인 특성은 John Peijs, "Composite for Recyclability", Materials Today April 2003; pp 30-35에 더욱 상세하게 설명되어 있다.

자기 강화형 열가소성 소재, 특히 자기 강화형 폴리프로필렌에 대한 기존의 지식에 의거하여, 고도로 형상이 변화되고 고도 변형 작업의 영역을 포함하는, 예를 들면 깊이가 깊은 여행용 가방의 셸 등의 자기 강화형 열가소성 소재 기반의 물품을 제조함에 대한 어려움을 극복하는 것이 본 발명의 목적이다. 이는 테이프, 필름 또는 얀(yarn) 등으로부터 직조된 매트 또는 다른 포일(foil) 형상의 소재를 성형하기 전에 미리 연신될 수 있는, 연신된 배향성 스트랜드 또는 테이프를 함유하는, 예를 들면, PP 또는 다른 결정성 또는 부분 결정성 열가소성 소재 등의 자기 강화형 열가소성 소재의 높은 인장 강도와 형상 변형 저항의 관점에서 보았을 때 보통은 곤란한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 자기 강화형 열가소성 소재로부터 플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸 등을 제조하는 프로세스로서, 구성 요소의 주면(main surface) 사이에서의 교차 부분 및 모서리 영역을 매끄럽게 형성하는데 특별한 주의를 기울이면서도 비용 효과적인 방식으로 특히 깊이가 깊은 여행용 가방의 셸과 같은 내구성이 매우 높으면서도 극단적으로 경량인 구성 요소를 형성할 수 있는 프로세스를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 자기 강화형 열가소성 소재로부터 형성되는, 특히 여행용 가방의 셸과 같은 플라스틱 구성 요소로서, 상기한 구성 요소의 길이 및/또는 폭에 대한 깊이(depth)의 비를 상당히 증가시켜서 상기 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸이 최소 순 중량(net weight)으로 고하중(load) 또는 중량(weight)을 지탱할 수 있도록 한 플라스틱 구성 요소를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 고도로 형상이 변형되는 부분을 갖는 플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸을 제조하는 장치로서, 상기 장치가 용이하면서 상대적으로 저렴한 비용으로, 또한 상기 장치의 조작 방법을 고려하여 설계될 수 있도록 종래의 시스템에서 이미 널리 사용되고 있는 기계류 및 가공에 기초하여 제품의 폭 또는 길이에 대한 깊이의 비율이 높은 3 차원 플라스틱 구성 요소를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

프로세스의 측면과 관련해서는, 본 발명에 따르면, 상기한 목적은 청구항 제 1 항 또는 제 11 항의 특징을 갖는 프로세스에 의해서 수행된다. 이와 같은 프로세스의 바람직한 실시예는 관련된 종속 청구항들에서 실현된다.

따라서, 본 발명은, 지금까지 자기 강화형 열가소성 매트(mat) 또는 다른 열가소성 소재 시트(sheet)의 가압 성형에서 겪는 어려움으로 인해 실제로 몰딩될 수 없었던, 특히 구성 요소의 주면 사이에서의 교차 부분과 모서리 영역에 있어서, 고도로 형상이 변형되는 부분을 갖는 매우 가벼운 무게의, 여행용 가방의 셸과 같은 구성 요소를 형성할 수 있게 하는, 특히 폴리프로필렌 또는 다른 결정성 또는 부분 결정성 열가소성 수지의 배향성 스트랜드를 갖는 자기 강화형 열가소성 소재의 디프 드로잉을 가능하게 하는 프로세스를 개발하도록, 폴리프로필렌 라미나(lamina)를 열 성형하는 특징을, 금속, 특히 경금속 시트(sheet)를 디프 드로잉(deep-drawing)하는 특징과 결합한 프로세스를 수행한다.

따라서, 종래의 하드 케이스와 비교하여 실질적으로 중량이 감소된 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸을 제조할 수 있게 된다. 특히, 직조한 자기 강화형 폴리프로필렌 소재를 사용하여 가압 성형 기술, 다르게는 "압축 테크(compressed tech)" 기술이라고도 불리는 기술에 의해서, 상기한 구성 요소, 특히 셸을 제조할 수도 있다.

본 발명의 근본적인 특징은, 깊이 대 표면의 비율이 높은 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸을 생성할 수 있도록, 모든 성형 단계, 특히 가압 성형 단계 및 소재의 디프 드로잉과 같은 셰이핑(shaping) 단계 중에 열가소성 소재의 자기 강화형 복합재에 대해서 적어도 부분적으로 장력을 부여하는 것이다. 따라서, 모든 "중요한"(critical), 즉, 모서리 영역과 같은 고도로 변형되는 부분을 관통하고 있는, 스트랜드(테이프) 및 섬유는, 가압 성형 프로세스 중에 상기한 부분에서 압축력(compression force)이 발생되는 것과는 상관없이 전체 프로세스 중에 장력이 부여되어 있어야 한다.

플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸에 대해서, 상기한 목적은 청구항 제 25 항 및 제 34 항의 특징부 및 관련된 종속 청구항들에서 기재된 이들의 바람직한 실시예들에 의해서 달성된다.

어느 셰이핑 또는 몰딩 프로세스에 앞서서, 바람직하게는, 연속적인 비활동 프로세스에서 원하는 플라스틱 구성 요소를 추가적으로 가압 성형함과 함께 가열 접합에 의해서, 자기 강화형 열가소성 소재(라미나)는 직조 또는 니트 처리한 천으로 라이닝 처리되는 것이 바람직하다.

또한, 최종 제품의 단방향 강도 및 준이방성 강도 및 접합 특성을 추가적으로 개선시키도록, 자기 강화형 열가소성 소재의 각각의 층 내에 포함된 분자적으로 배향된 스트랜드의 다수의 층을 서로에 대해서 소정의 각도로 배치하는, 특히, 인접하는 층들을 교차하여 배치하는 옵션도 있다.

또한, 다른 라이닝과 조합되거나 또는 샌드위치 구조, 즉 셀 플라스틱(cell plastic) 또는 열가소성일 필요가 없는 치밀한 셀 형태의(cellular) 플라스틱 소재로 형성된 라이닝을 사용하는 구조에 조합된 자기 강화형 열가소성 소재를 적어도 포함하는 복합 소재 본체 또는 셸과 같은 구성 요소를 형성할 수도 있다.

자기 강화형 열가소성 소재로부터 플라스틱 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸을 제조하는 장치와 관련하여, 상기 목적은, 본 발명에 따르면, 청구항 제 37 항의 특징부에 의해서 달성되며, 한편 상기 장치의 바람직한 실시예는 추가적인 종속 청구항들에 기재되어 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 주름(wrinkle)이 생성되지 않으면서 상대적으로 반경이 작은 모서리 부분을 포함하는 상대적으로 날카롭게 굽혀진 커브부(curve) 및 벤드부(bend)와 같은 고도로 형상이 변형되는 부분들을 갖는 극단적으로 얇지만 내구성이 있으며, 경량이고 뒤틀림에 강한 구성 요소, 특히 여행용 가방의 셸을 제조할 수 있게 된다.

이로써 합성 수지 기반의 초경량 여행용 가방의 새로운 시대를 선도할 수 있다.

가압 성형, 특히 자기 강화형 열가소성 복합재(SRTC, self-reinforced thermoplastic composites)의 디프 드로잉에 의하면, 기재(base material)로서 폴리프로필렌을 기초로 할 수 있는 새로운 종류의 소재가 생성되고, 나일론(등록된 상표임)과 같은 다른 결정성 또는 부분 결정성 소재를 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 상기한 자기 강화형 열가소성 복합재(SRTC)는 라미네이트(laminate)를 가압 성형하는 단계 이전에 (중간 정도의 가열에 의한) 재연화(re-soften)된 부분으로 형성되거나, 또는, (공압출된 폴리프로필렌) 테이프의 사용 하에 형성되고, 이들 테이프, 스트링 또는 얀은 연신되어지고, 특히 저온 또는 냉간 연신 프로세스(cold stretching process) 이후에, 코어 주위를 둘러 싼 낮은 용융점을 갖는 동일하거나 유사한 소재의 얇은 층과 함께 고도로 배향된 코어를 구성한다.

바람직하게는, 상기 테이프는 압축될 수 있는 천으로 직조되거나, 또는, 특정 온도에서 연신된 코어(core)를 둘러싸고 있는 외측 필름이 용융되고, 가압 몰딩에 의해 상기 천이 플레이트(plate) 또는 다층 라미나로 압축될 수 있음을 고려하여 다층 구성 요소가 그로부터 조합될 수 있다.

폴리프로필렌(PP) 테이프가 유기 섬유에 비해서 강성이 약하고 또한 이들의 점탄성 거동이 플라스틱 또는 열가소성 복합재에 비해서 더 큰 변형을 허용하지만, 이와 같은 특성은 이들 소재들의 디프 드로잉 가공을 촉진할 수 있다.

상당한 정도로 형상이 변형되는 SRTC의 디프 드로잉을 시도했을 때의 단점을 회피하기 위해서, 성공적인 디프 드로잉 프로세스는 대략 170 ℃까지 SRTC 라미나를 가열할 필요가 있다는 점을 고려하여 100 ℃ 이상의 증가된 온도 하에서의 연신된 테이프의 열 수축 문제는 해결되었다.

본 발명은, 바람직하게는, 전체 프로세스 동안 모든 중요한 테이프, 즉, 디프 드로잉 프로세스 또는 가압 성형 프로세스 중에 제품이 고도로 형상 변형되는 것에 있어서 중요한 위치에 있는 테이프를 장력 하(인장력이 생성됨)에 유지한다. 이 장력 부여는 열가소성 시트 소재를 그것의 에지 부분에서 고정하고 이에 대해서 디프 드로잉 프로세스와 같은 가압 성형 프로세스를 진행하여 라미나 자체가 상기한 인장력을 생성하도록 하여 수동적으로 발생시킬 수도 있고, 또는 외부로부터 라미나에 가해지는 (잠재적으로 추가적인) 각각의 인장력을 도입(조종)함으로써 장력 부여를 능동적으로 제어할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 모든 테이프를 전체 주변에 걸쳐서 고정하여, 원하는 프로세스에 따라 테이프에서의 장력을 수동적으로 또는 능동적으로 조종하고 제어하는 기회를 제공하는 시트 고정 장치가 사용된다. 가장 중요한 테이프에 대한 장력 부여의 상기 제어 또는 조종은 힘 구동(force-driven), 위치 구동(position-driven), 또는 이들을 조합하여 행해질 수 있다.

또한, 본 발명은, 바람직하게는, 압축력이 제품, 특히 여행용 가방의 셸의 모서리에서 발생하는 것을 회피한다. 압축력은 테이프, 스트링 또는 얀에서의 장력을 방해하거나 제거할 수 있고, 또한 고도로 형상이 변형된 모서리 부분에 주름(wrinkle)을 일으킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 장력이 부여되어 있는 모든 테이프를 유지하고, 및/또는 잠재적인 주름이 최종 제품에 도입되는 것을 회피할 수 있게 유도하도록 모서리 부분에서의 변형을 추가적으로 제어하는 수단을 제공한다. 바람직하게는, 이는 가압 성형 프로세스, 특히 디프 드로잉 프로세스 중에서의 예비 연신 또는 조종된 연신 및 장력 부여에 의해서 실행된다.

바람직하게는, 각각의 기계 장치의 장치 설계에서는 두 개의 독립적으로 이동하는 이분형 몰드(mold half)(캐비티(cavity)와 코어(core))로 이루어지는 프레스를 사용할 수도 있고, 또는, 상부 또는 하부 파지 턱부(gripping jaw) 내의 구멍(hole)을 통해서 동작하며 보조 몰드면(auxiliary mold surface) 등을 유지하는 독립적인 프레임을 적용할 수도 있다. 또한, 블로 성형 단계, 좀 더 정확히 말하면, 딥 드로잉 단계보다 앞서 미리 블로 성형 단계에 의해 연신해 두는 방법을 사용할 수도 있다.

바람직한 실시예는 추가된 하위 종속 청구항들에서 나타내어진다.

상술한 방법 및 장치에 의하면, 적어도 특정 부위 또는 영역이 극단적으로 고도로 형상이 변형되는, 예를 들면, 디프 드로잉 가공되는 셸, 특히 여행용 가방의 셸을 포함하는 초경량의 몰딩된 구성 요소를, 높은 깊이 대 폭/길이 비율을 갖고 또한 최상의 치수 및 성형 정밀도 및 매력적인 외관과 결합된 탁월한 기계적인 특성(즉, 강도, 굽힘 저항성, 변형 및 파손 저항성)을 갖도록 제조할 수 있다.

이하에서는, 첨부한 도면과 함께 후술하는 몇 개의 실시예에 의해서 더욱 상세하게 본원 발명을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 여행용 가방의 셸(shell)을 외부로부터 본 사시도.
도 2는 도 1의 여행용 가방의 셸의 표면 패턴 또는 표면 디자인을 더욱 자세하게 보여주는 도 1의 여행용 가방의 셸의 표면 상세도("상세 C").
도 3은 도 2의 "A-A" 및 "B-B" 선을 따른 여행용 가방의 셸 표면의 개략 단면도로서, 도 3은 표면 패턴을 더욱 자세하게 보여 주기 위해서 중첩된 모양을 나타낸 도면.
도 3a는 여행용 가방의 셸의 저면 벽에 적합한 다른 보강 패턴의 평면도.
도 3b는 도 3a의 보강 패턴을 더욱 자세하게 보여주는 확대 단면 사시도.
도 3c는 도 3a에 나타낸 것과 유사한 또 다른 보강 패턴의 평면도.
도 4는 도 1의 여행용 가방의 셸의 길이 방향을 따라 본 도면.
도 5는 여행용 가방의 셸의 하부 모서리로부터 볼 때의 본 발명에 따른 여행용 가방의 셸을 사용한 여행용 가방 케이스의 부분 사시도.
도 6은 여행용 가방 케이스의 지퍼(zipper) 마감부의 상세(단면)를 도시한 상세도.
도 6a는 개략적인 단면선을 따른 도 6에 따른 상세도.
도 7은 도 5와 유사한 도면이지만, 여행용 가방 케이스의 하부 모서리부의 내면을 나타낸 개략도.
도 8은 종래에 사용되었던 종래의 여행용 가방의 셸을 제작하기 위한 기계 장치의 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 여행용 가방의 셸을 제조하기 위한 장치의 일 실시예를 나타낸 도면.
도 10 내지 도 15는 도 9에 따른 장치의 실시예로서, 도 1에 따른 여행용 가방의 셸을 제조하기 위한 각각의 제조 단계 및 동작 단계를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 여행용 가방의 셸을 제작하기 위한 하부 몰드 툴(tool)(자(雌)형 툴)을 나타낸 개략도.
도 17은 가동 테이블 상에 위치한 도 16에 나타낸 하부 몰드 툴(자형 툴)을 나타낸 도면.
도 18은 도 17의 가동 테이블이 들어 올려진 상태이고 하부 툴 몰드(lower tool mold)의 보조 몰드면이 안으로 쑥 들어간 상태에서의 도 16 및 도 17에 나타낸 하부 몰드 툴(자형 툴)을 나타낸 도면.
도 19는 개별 구동되는 보조 몰드면을 갖는 도 16과 유사한 다른 실시예의 하부 툴 몰드(자형 몰드)를 나타낸 도면.
도 20은 보조 몰드면이 안으로 쑥 들어간 상태의 도 19의 하부 툴 몰드를 나타낸 도면.
도 21은 하부 자형 몰드와 대향하여 위쪽으로부터 시트 소재와 접촉하도록 보조 몰드면이 배치된, 이분형 상부 및 하부 몰드(웅(雄)형/자형 몰드)의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 22는 도 9에 나타낸 장치의 가압 성형 기계(디프 드로잉 스테이션, deep drawing station)의 파지 장치를 기타 툴 구조와는 분리된 상태로 위쪽에서 본 개략 사시도.
도 23은 도 22의 파지 랙(gripping rack)의 파지 바(gripping bar) 중의 하나를 도시한 개략 사시도.
도 24는 파지 턱부(jaw)를 제거한 상태의 파지 메커니즘의 부분도.
도 25는 샘플 라미나(라이닝 처리되지 않음)를 나타낸 도면.
도 26은 다른 샘플 몰드(변형된 디프 드로잉 몰드)를 나타낸 도면.
도 27은 도 26의 몰드의 개략적인 단면도.

도 1은 본 발명에 따른 셸(shell)(1)을 나타내고 있으며, 본 실시예에서의 여행용 가방의 셸을 나타내고 있다. 여기에서, 직립한 측벽(6)의 주변의 에지(edge)는 절단되어 프로세스로부터 남겨진 과잉 소재 또는 찌꺼기가 제거되어 있다. 셸은 디프 드로잉(deep drawing)되어 있어, 좀 더 자세히 말하면, 바람직하게는 자기 강화형 열가소성 시트(sheet)로부터 형성된 종래의 셸에 비하여, 베이스 벽(5)에 대한 측벽(6)의 깊이 치수가 상당히 크다. 더욱 구체적으로는, 상기 깊이 치수는 전체 셸(1)의 길이 또는 폭 치수에 비해서 상당히 크게 되어 있다. 이 관계는 길이 또는 폭 치수 중의 더 작은 것의 비율로서 가장 잘 표현될 수 있다. 바람직하게는, 셸은 상기 셸의 폭 치수의 절반까지의 깊이를 가지고 있고, 대략 0.2 내지 0.3의 범위 내의 비율이 바람직하다. 셸 소재의 균일한 두께는 바람직하게는 최저로는 1 mm 정도(또는 0.8 mm)로부터 최대로는 3 mm, 바람직하게는 대략 2.5 mm 정도까지이며, 통상적으로는 1 내지 2 mm의 범위 내에 있어야 한다. 바람직한 여행용 가방의 셸은, 비록 "Lankhorst"로부터 입수 가능한 "Pure" 등의 유사한 물리적, 화학적, 및 열 처리 특성을 갖는 다른 열가소성 소재도 사용 가능하긴 하지만, "BP Amoco" 사의 상표명 "Curv"로서 상업적으로 알려진 자기 강화형 플라스틱으로부터 만들어진다. 자기 강화형 열가소성 소재는, 분자적으로 무배향인 열가소성 또는 유사한 매트릭스 소재와 함께 분자적으로 배향된 스트랜드를 포함하는 되도록이면 열 개(더 많거나 더 적을 수도 있는) 정도까지의 층의, 특히, 단방향으로 정렬되거나, (다발로) 꼬이거나, 또는 직조된 테이프, 스트링 또는 얀으로 이루어져 있다. 연속하는 층들 또는 각각의 층들을 소정 패턴으로 배치함으로써, 셸의 동일한 또는 다른 층 내에서 서로 경사지게 연장되는 미리 장력이 부여된 스트랜드(strand)들의 단방향 강도 특성을 보장할 수 있다.

도면에 나타낸 바와 같이, 통상적인 50 cm 케이스에 대해서 셸의 직립벽은 베이스벽(5)에 대해서 대략 110 mm의 수직 치수를 가지고 있다. 폭에 대한 길이의 비율은 1 과 2 사이, 특히 1 과 1.4 사이에 있는 것이 바람직하다. 셸은 일체적으로 형성된 모서리 영역(7)을 가지고 있다. 따라서, 이와 같은 여행용 가방의 케이스의 셸의 폭은 보통 약 36 cm가 된다. 이와 같은 치수들의 결과로서, 셸들의 결합되는 가장자리(mating edge)에서 간단한 프레임(frame) 또는 지퍼에 의해 셸을 유사한 비율의 셸과 결합하였을 때, 여행자가 필요로 하는 짐을 싸는데 상당한 부피를 갖는 현저하게 경량인 여행용 가방 케이스를 제공하게 된다. 따라서, 본 발명에서 고려되는 자기 강화형 소재를 형성함에 있어서의 어려움이 주어진 상황에서, 그와 같은 각각의 셸(1)의 직립벽(6)은 가능한 한 깊어야 한다. 특히, 자기 강화형 소재의 모서리 영역에서의 반경이 60 mm 또는 그 이하인 경우에는 상기한 여행용 가방 케이스에 대한 이러한 수직 치수는 대략 80 mm 정도로 작을 수도 있으며, 여전히 "디프 드로잉 가공"된 것으로 간주될 수 있다.

물론, 본 발명에 개시된 프로세스와 장치는 다양한 셸 크기를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 가장 큰 장점은, 앞서 검토한 바와 같이 폭 또는 길이 치수 중 작은 것에 대한 수직 치수의 비율이 바람직하게는 대략 0.3 보다 작고, 모서리의 반경이 80 mm 보다 작은, 바람직하게는 대략 60 mm 보다 작은, 디프 드로잉된 셸에 있어서 나타난다.

도 2는 베이스 벽(5)의 외측 메인 셸면(1a) 내에 새겨진 삼차원 보강 패턴의 작은 부분을 나타내는 근접 투시도이다.

자기 강화형 플라스틱은 현저한 강도, 충격 및 인성(toughness) 특성을 가지고 있고, 이러한 특성은 초경량 구조, 특히 상술한 종류의 디프 드로잉된 셸을 제작함에 있어서 자기 강화형 플라스틱을 매력적이게 한다. 12 내지 15 mm 두께 범위의 매우 얇은 시트 소재는 우수한 물리적 특성 및 경량성을 제공한다. 유감스럽게도, 여행용 가방은 특히 그 베이스 벽에서 파손을 방지하기 위하여 뒤틀림에 대한 저항력을 제공해야 한다. 시작 시트(sheet)가 더 두껍다면 도움이 될 수도 있지만, 비용과 중량이 증가하게 된다.

본 발명의 셸의 베이스 벽(5)은, 상기 베이스 벽에 대하여 수직인 모든 평면에서의 휨에 저항하도록, 빔 강도(beam strength)를 증가시키거나 벤딩 모멘트(bending moment)를 증가시킴으로써, 현저한 구조적 강성을 제공하기 위하여 오목한 영역 및 볼록한 영역(5a, 5b)이 교대하는 패턴(도 3 참조)을 갖고 있다. 주의할 것은, 도면에서는 베이스 벽(5)의 이차원 표면에서 연장되는 오목하고 볼록한 직사각형 영역들이 교대하는 복잡한 패턴이 도시되어 있는 것이다. 물론, 오목/볼록 패턴은 삼차원이다. 이 영역들은 실제로는 디프 드로잉 중에 셸의 베이스 벽으로 일련의 파형 스트립(undulating strip)들을 새긴 시각적인 결과이다. 이 파형[波狀]의 스트립 패턴들은 서로에 대해서 실질적으로 연속적이지만, 실제로는 이하 상술하는 바와 같이, 약간 굽혀져 있어 서로에 대해서 평행한 에지를 형성하지 않고 있다. 또한, 인접하는 파형들은 상기 직사각형 형상들 또는 영역들 중 하나의 대략 길이 방향 치수에 의하여 서로 오프셋되어 있다. 물론, 다른 패턴, 바람직하게는 일정하게 교대하는 오목/볼록 패턴을 선택할 수도 있다.

도 3은 도 1의 단면(AA)에서의 베이스 벽의 대략적인 단면 형상의 중심선과 인접 단면(BB)의 단면 형상의 중심선을 상세하게 대비한 도면이다.

이러한 파형 형상의 오프셋 패턴은 예술적인 즐거움을 줄 뿐만 아니라, 셸의 베이스 벽을 변형시키기 쉬운 굽힘력으로서, 그 길이 방향 치수에 대하여 평행한, 즉 상기 파형 스트립 패턴의 길이 방향에 대하여 평행한 굽힘력과, 그 길이 방향 치수에 대하여 수직인 굽힘력의 양자에 대한 현저한 강성 또는 내성도 생기게 한다. 길이 방향의 강성(sfiffness)과 관련하여, 도 3의 선(AA 및 BB)은 각각 도 1 및 도 2의 단면(AA 및 BB)에서의 자기 강화형 소재의 중심을 따라서 내려 온 선을 나타냄을 주의하도록 한다. 상기 파형 스트립 패턴의 에지가 대략 직선이거나, 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 완만하고 부드러운 곡선으로 보이기는 하지만, 이들 에지는 사실 각각의 파형부에서 측면으로 튀어 나와(즉, 측방향으로 변위되어) 나와 있다. 이는 드래프트 각("d")(draft angle)(즉, 프레스 내의 몰드의 이동 방향에 대한 몰드면의 각도)로 인한 것이며, 따라서 대응하는 몰딩된 에지가 패턴 내의 각각의 직사각형 형상의 측면의 "벽"(wall)을 형성하게 되었다. 이 드래프트 각은, 7 도 정도의 범위 내의 비교적 가파른 각도에서조차, 도 3에서 확대하여 나타낸 약간의 거리에서 복수의 또는 반복되는 오프셋으로 된다. 확실히, 이러한 패턴에 의해서 형성되는 직사각형의 오목부 및 돌출부는 자기 강화형 소재의 상당 부분이 중간축(neutral axis)으로부터 벗어나도록 이동시키며, 이는 베이스 벽의 폭을 따라서 연장되는 일련의 리브(rib)와 매우 유사하다. 하지만, 이와 같은 리브는 이러한 리브에 평행한 굽힘(력)에 대항하여 이와 같은 리브가 형성된 패널을 보강하지 않는다. 그러나, 여기에서는 상술한 바와 같은 드래프트 각에 의해서 생성되는 울퉁불퉁함 또는 반복되는 오프셋이 자기 강화형 소재를 상기 파형부에 대해서 평행한 중립축으로부터 벗어나도록 위치시키며, 또한 이들 선(line)을 따르는 굽힘(력)에 저항하도록 한다. 다르게 설명하면, 패널 상의 어디에서도 자기 강화형 시트의 두께가 공칭 시작 치수(상술한 바와 같이, 바람직하게는 12 mm 내지 15 mm의 범위 내에 있음)보다 더 두껍지 않다는 사실에도 불구하고, 상술한 패턴은 보강되고 직립한 벽들을 갖는 일련의 작은 상자(coffer) 형태를 생성한다.

도 3a는 바람직한 여행용 가방의 셸의 베이스 벽 내에 형성된 보강 패턴의 다른 형상에 대해서 나타낸 도면이다. 여기에서는 연속적으로 휘어진 에지를 몰딩하여 인접한 오목하고 볼록하며 가늘고 긴 그루브(groove) 및 리브(rib)를 형성하고 있으며, 이는 도 3b의 도면에서 나타낸 확대 사시도에서 확인할 수 있다. 이들 에지는 베이스 벽의 전체 평면 내에서 특징적인 파장("w")으로 눈에 띄게 연속적으로 휘어져 있다. 이들 인접한 에지는 상기 특징적인 파장의 상당 부위에 의해서 길이 방향으로 서로에 대해서 오프셋되어 있다. 여기에서 나타낸 실시예에서, 상기 오프셋은 파장의 대략 20 %이며, 따라서, 길이 방향(즉, 그루브와 리브에 평행한 방향)을 따른 굽힘(력)에 저항하는 보강 효과를 나타내면서, 더욱 부드럽고, 잠재적으로는 더욱 예술적으로 즐거움을 주는 패턴을 제공한다. 도 3c는 다른 변형례를 나타내고 있다. 여기에서, 길이 방향의 에지는 백색(white)으로 나타내었고, 이들 에지에 의해 분리되어 있는 교대하는 그루브와 리브는 흑색(black)으로 나타내어져 있으며, 도 3b에서 나타낸 것과 유사한 전형적인 단면 형상을 가지고 있다. 이들 길이 방향 에지의 각각은, 본 실시예에서는 셸의 길이 치수보다 더 긴 매우 긴 특징적인 파장("w")으로 연속적으로 휘어져 있다. 인접한 에지는 상기 매우 긴 특징적인 파장의 대략 절반 정도로 서로에 대해서 오프셋되어 있다. 약간 덜 뚜렷하지만, 상기 패턴은 또한 상기 길이 치수를 따른 굽힘(력)에 저항하는 약간의 보강을 제공할 수도 있다.

도 4는 도 1의 셸의 길이 방향을 따라서 본 도면이다.

상술한 바와 같이, 오프셋된 파형 스트립 패턴을 눈에 보이게 경계짓고 있는 수직선은 베이스 벽의 길이 방향의 중심에서의 것을 제외하고는, 모두 실제적으로는 약간 휘어져 있다. 이 곡선은 작고, 즉 곡률 반경이 수미터 정도로 극히 크다. 상기 곡선은 예술적으로 도움을 줄 뿐만 아니라, 일련의 작은 직립한 울퉁불퉁한 벽이 "폴드 라인(fold line)", 즉, 베이스 벽이 그 라인을 따라서 굽혀지기 쉬운 라인의 형성을 방지하고 있다.

도 5는 여행용 가방의 케이스의 하부 모서리로부터 본, 본 발명에 따른 셸을 사용한 여행용 가방 케이스의 부분 사시도이다.

여기에서, 여행용 가방 케이스가 두 개의 유사하게 형성한, 본 발명의 셸을 결합시켜서 형성할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 인접한 에지는 후술하는 바와 같이 지퍼부(27) 또는 슬라이드 오프너 트랙(slide opener track)에 의해 선택적으로 부착된다. 바퀴(castor) 휠 마운트(25)는 셸의 모서리, 특히 사무실용 의자 다리 끝의 바퀴와 매우 유사하게, 안정성을 주는 바로 그 모서리에서 위치하고 있다(물론, 이들은 오목한 부분 내에 수용될 수도 있다). 여기에서 추론할 수 있는 바와 같이, 셸 반쪽들(shell halves)은 모서리/바퀴 위치에서의 결합 위치 오프셋과는 상당히 다른 깊이를 가질 수 있다.

도 6 및 도 6a는 지퍼부의 근접 상세도의 단면도이다.

셸 주변 에지 중의 하나는 실질적으로 그 전체 주변을 둘러싸고, 또한, 다른 셸(1)의 대응하는 주변 에지와 직접 결합하거나 이를 수용할 수 있는 크기로 형성된 단차부(27a)를 갖고 있다. 상기 단차부(27a)는 영(zero)에 접근하는 드래프트 각(α)을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 직립벽 부위의 나머지 부분은 약 7 도의 드래프트 각(β)을 갖도록 알맞게 형성되어 있다. 이와 같은 드래프트 각(β)은, 셸(1)을 디프 드로잉 가공함에 사용되는 웅형 몰드(male mold)와 자형 몰드(female mold)의 대향된 몰드면이 셸면에 대해서 수직으로 몰딩 압력을 충분히 가할 수 있게 하여, 자기 강화형 소재를 적절하게 가압하고, 또한 이를 적절히 경화하도록 유지하고, 매끈하게 표면을 마무리하도록 한다. 상기 단차부에 대해서, 특수한 자형 몰드는 드래프트 각을 거의 갖지 않는(즉, 드래프트 각이 대략 0° 정도인) 몰드 에지에 인접한 경계부(18)를 갖는다. 마찬가지로, 웅형 몰드의 대응하는 몰드면(19)은 드래프트 각을 거의 갖지 않는다. 압축력 및 성형력은, 바람직하게는 견고하고, 내열성이 있는 실리콘 고무 등으로 형성되는 웅형 몰드 내의 탄성 중합체 부재(20)에 의해서 제공된다. 상기 부재는 웅형 몰드 지지부(male mold support)와 웅형 몰드의 나머지 부분 사이에서 압착될 때 방사 방향으로 외향으로 팽창하며, 따라서 상기 셸의 단차부가 형성된 에지 부위 상에 압축 가압력을 제공하게 된다(대응하는 도면인 도 26, 27 참조).

도 6의 좌측에서의 지퍼 테이프(28)는 상기 단차부가 형성된 에지의 28a에서 재봉되며, 한편 우측에서의 지퍼 테이프(28)는 다른 셸 에지에의 28a에서 재봉되며, 따라서, 지퍼(27)를 닫도록 지퍼 슬라이더(29)(zipper slider)를 동작시키면, 셸(1)은 그 에지들이 확실하게 중첩되면서 겹쳐진 위치에서 서로 견고하게 유지된다. 각각의 지퍼 테이프(28)는 각각의 외측 에지를 따라 부착되어 있는 돌출된 플랩(29a)으로서, 지퍼 테이프(28)가 부착될 때 재봉틀의 노루발(foot)에 의해서 제 위치에서 벗어나도록 밀려나는 플랩을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이러한 돌출부는 재봉선(stitch line)을 숨기도록 하는 것뿐만 아니라, 발생한 천공부로의 먼지를 막도록 밀봉하는데 도움이 될 수 있도록 제 자리로 돌아가서 스냅 결합한다. 관련된 지퍼 코일은 도면 부호 29c로 지정되어 있다.

도 7은 도 5와 유사한 도면이지만, 여행용 가방 케이스의 하부 모서리 부위의 내면을 나타낸 개략도이다.

하부 모서리는 (케이스를 부착된 캐스트(cast) 휠 상에 수직으로 세웠을 때) 다른 종래의 휠 마운트를 수용하기 위한 실질적으로 오목한 부분을 가지고 있다. 스크류 패스너(screw fastner)(도시하지 않음)는 상술한 오목부들 내의 자기 강화형 폴리머 시트 소재를 관통하여 드릴 가공된 관통 구멍을 통과하여 휠 마운트를 셸에 고정시킨다. 도시한 여행용 가방 케이스는, 네 개의 휠(wheel)과 적절한 운반용 휠 핸들을 포함하고 있지만, 대략 50 cm 길이의 종래 크기의 케이스에 대해서도 겨우 2.2 Kg 정도의 무게가 나갈 수 있다.

도 8은 여행용 가방의 셸의 한 종류를 제조하기 위한 종래의 제조용 기계 장치를 나타낸 도면이다.

상기 기계 장치를 사용하여 바스켓 직조 직물로 덮힌 폴리프로필렌제 여행용 가방의 셸을 제조할 수 있다. 상기 장치는 (왼쪽으로부터 오른쪽으로 보아) 미리 라미네이트 처리한 직물과 폴리머 시트를 적절한 처리 온도까지 가열하는 가열 스테이션(예비 가열)(30)으로 이루어져 있다. 다음은, 니트 처리한 천과 같은 라이닝 소재를 다음 시트에 위치시켜서 가압 성형하는 스테이션(31)이다. 오른쪽의 가압 섹션(32)은 폴리프로필렌 라미네이트를 수용하여, 매치드 몰드(matched mold) 틀 사이에서 셸 형상으로 형성한다. 구성 요소 제거 스테이션은 도면 번호 33으로 지시되어 있다.

도 9는 도 1에서와 같은 셸(1)을 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

도 10 내지 도 15는 다양한 동작 단계에 있는 도 9의 장치를 나타낸 도면이다. 상기 장치는, 왼쪽으로부터 오른쪽으로, 온도 조절된 자기 강화형 폴리머 시트 상에 위치시키기 위한 니트 처리한 직물 천의 스택(stack)을 수용하는 라이닝 직물 디스펜서(22), 프레스(23), 및 방사 히터(24)를 포함하고 있다. 자기 강화형 폴리머 시트의 공급은 프레스의 뒤쪽에서 이루어진다. 직물의 라이닝(도시하지 않음)은 트레이(22a) 상에 배치되어 있다. 디프 드로잉 프레스는 서로에 대해서 이동 가능한 상부 및 하부 테이블(23a, 23b)을 포함하고 있으며, 디프 드로잉 툴(14)의 상부 또는 웅형 몰드(15)를 지지하고 있는 상부 테이블(23)은 하부 또는 자형 몰드(16)를 향해서 컬럼 프레임(23c)을 따라 컬럼 프레임에 의해서 안내되어 하강한다. 파지 장치(26)(gripper)는 후방으로부터 프레스(23) 내로 공급되어지는 자기 강화형 열가소성 소재의 시트(라미나)에 접합되어지는 라이닝용 천 또는 직물 소재의 모서리들을 붙잡는다. 시트 파지 랙(12)(상세는 도 22 내지 도 24 참조)은, 시트 공급 장치로부터의 각각의 가열된 시트를 상부 웅형 셸 몰드 툴(15)(명료하게 하기 위해서 그것의 지지 테이블은 제거함) 및 하부의 자형 몰드(16) 사이의 위치로, 제어 가능하게 유지하거나 연신하고 있다. 방사 히터 지지부는 상부 및 하부 방사 히터 어레이(24)를 포함하고 있다. 이들 어레이(24)는 자기 강화형 폴리머 시트의 양측을 가열하도록 지지 랙(12)으로부터 동시에 슬라이딩하면서 빠져 나오고, 그 동안 자기 강화형 폴리머 시트는 셸 몰드 툴(14)(상부 및 하부 디프 드로잉 몰드(15, 16)) 사이에서 파지 랙(12)에 의해서 파지되어 유지 또는 연신되어진다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 기계 장치는 시작 위치에서, 시트 폴리머 소재 및 관련된 라이닝용 직물을 수용하여 이들을 접합하고 디프 드로잉 가공할 준비가 되어 있다.

도 11 내지 도 15는 본 발명에 따른 여행용 가방의 셸을 제조하는 프로세스를 수행하는 장치의 이후의 조작을 나타내는 도면이다.

도 11은 파지 랙(12)을 하강시켜 프레스(23) 뒤쪽의 공급 장치로부터의 가열된 폴리머 시트를 수용할 준비가 되어 있는 상태를 나타내고 있다. 시트는 파지 턱부(jaw)(31, 32)(도 22/23 참조)의 위쪽으로 이동되고, 네 개의 지지 바(support bar, 12b) 및 네 개의 파지 바(gripping bar)의 하부 턱부(32) 상으로, 또는, 턱부(31, 32) 상으로 낙하한다. 이와 같이 파지된 폴리머 시트의 상측 및 하측으로 방사 히터(24)를 신속하게 이동시킨 직후, 이들을 처리 온도로 진행시킨다(도 12). 파지 바 또는 턱부(31, 32)는 수압식으로 또는 공압식으로 구동되어 가열 및/또는 디프 드로잉 중에 폴리머 시트(4)의 파지된 에지를 잡아 당기거나 및/또는 이동시킨다. 일단 시트가 가열되면, 방사 히터(24)는 신속히 경로에서 벗어나 지지 랙 내로 되돌아가며, 몰드면은 이동하여 폴리머 시트와 접촉하여 상기 폴리머 시트를 성형한다. 가열과 동시에 및 몰딩 전에, 히터(24)와 상부 몰드 툴(15) 사이의 위치에는 직물 라이닝 시트(일반적으로 니트 처리한 트리코(tricot))를 위치시킨다.

도 13에서는 라이닝 저장 트레이(22a)을 상승된 위치로 이동시키고, 이후에 프레스(23) 내로 천 라이닝이 전달되어진다(도 14).

하부 몰드, 이 경우에는 자형 디프 드로잉 몰드(16) 및 보조 몰드면(13)은 상향으로 이동하여 가열 및 연신된 시트와 접촉한다. 상부 웅형 몰드(15)는 아래로 이동하여 시트가 전체 몰드면과 접촉하도록 가압하면서, 동시에 라이닝 소재를 열성형한 폴리머 시트에 부착 및 성형한다(도 14a, 도 15).

도 16 내지 도 18은 모서리 부분에 배치되어 있는 보조 몰드 부위(13)를 포함하는 분리된 하부 몰드(16)(자형 몰드 툴)를 나타내고 있는 도면이다. 보조 몰드 부위(13)는 각각의 라미나 또는 열가소성 시트(천으로 라이닝되어 있을 수 있음)에 추가적인 장력을 부여하는데 도움을 주고, 상기 부분에서 발생하는 압축력을 극복하는데 도움을 준다. 보조 몰드 부위(13)는 안으로 쑥 들어갈 수 있고 또한 밖으로 튀어 나올 수 있는 각각의 캐리어에 나사 고정되어 있으므로, 보조 몰드(13) 자체는 도 18에 나타낸 바와 같이 하부 몰드(16) 내로 들어갈 수도 있고 또는 그곳으로부터 튀어 나올 수도 있다(도 16, 17). 또한, 도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이, 하부 테이블(23b) 자체는 보조 몰드면(13)에 의한 미세 조정과 함께 시트 소재 각각의 장력을 조정하도록 추가적으로 상승되어질 수도 있다.

따라서, 보조 몰드면 및 보조 몰드 부위(13)는, 모서리 영역에 축적되기 쉽고 또한 잠재적으로는 성형된 셸 모서리에 주름을 발생시킬 수 있는 과잉 소재를 모으는데 도움을 준다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 각각의 보조 몰드 부위(13)는, 라미나 및 복합 소재 열가소성 시트 소재로의 각각의 장력의 도입을 미세하게 조정하게 하는 별도의 구동 장치(13a)에 의해서 독립적으로 구동될 수도 있으므로, 소재의 적절한 유동과, 자기 강화형 열가소성 소재 내의 분자적으로 배향된 스트랜드 또는 섬유에 영구적인 장력이 유지될 수 있고 또한 압축력의 생성이 확실하게 방지될 수 있다.

따라서, 도 19에 개략적으로 나타낸 실시예는 가장 바람직한 실시예이다. 이와 같은 경우에, 예를 들면, 휠을 수용하는 (바퀴(castor) 하우징을 수용하는) 오목부를 나타내도록 설계된 모서리 영역에서는, 보조 몰드 부위와 보조 몰드면(13)이 폴리머 시트와 접촉하지 않도록 유지하는 것은 이들 오목부용으로 충분한 폴리머 소재를 제공하는데 도움이 된다.

도 20은 보조 몰드 부위 또는 보조 몰드면이 모두 안으로 쑥 들어간 위치를 나타내는 도면이다.

도 21은 이분형 상부 및 하부 몰드의 다른 실시예로서, 하부 자형 몰드와 대향하는 위치인 위쪽으로부터 시트 소재와 접촉하도록 배열 설치된 보조 몰드면을 나타낸 도면이다. 이들은 또한 웅형 몰드(15)도 지지하는 상부 몰드 플레이트(15a)에 지지되어 있는 보스(boss)(13b)를 통해서 배치되어 있다. 하부 (자형) 몰드(16)의 가장자리(margin) 내에는 보조 몰드 부위(13)가 결합될 수 있도록 오목부(13c)가 각각 형성되어 있다. 물론, 이전의 실시예에서와 유사하게, 보조 몰드면 및 보조 몰드 부위(13)의 정확한 위치는 지지 보스(13b)를 신축 가능하게 하거나 또는 다르게 조정 가능하게 함으로써 미세 조정될 수 있도록 할 수도 있다. 물론, 보스(13b)는 상부 몰드 지지 플레이트(15a)에서 그 길이가 조정 가능하게 지지될 수도 있다.

도 22 내지 24는 파지 랙 메커니즘을 상세하게 나타내고 있는 도면으로서, 도 22는, 시트 소재를 지지하는 지지 로드(support rod)(12b) 뿐만 아니라 상부 및 하부 파지 바(gripping bar) 또는 파지 턱부(31, 32)를 나타내고 있는, 위쪽으로부터 본 사시도로 나타낸 파지 랙(12)을 나타내고 있는 도면이다. 링크 장치 메커니즘, 예를 들면, 토글식(toggle) 레버 메커니즘을 통한 각각의 프로세스 제어에 반응하여 상부 및 하부 파지 바 또는 턱부를 구동하는 턱부 조작 구동 유닛(33)은, 도 24에 나타낸 바와 같이, 전기식, 공압식 또는 수압식에 기초하여 동작될 수도 있다.

바람직하게는, 하부 파지 바 또는 턱부는 고정되어 있으며, 지지 로드(12b)는 상기 하부 파지 바 또는 턱부에 고정되어 있고, 이와 동시에 상부 파지 바 또는 턱부는 하부 파지 바 또는 턱부에 대해서 이동하여 소재를 파지한다.

시트의 가압 성형, 즉, 디프 드로잉 중에 이와 같은 방식으로 시트 상에 가해지는 장력의 제어는, 성형 프로세스 자체 및 각각의 열가소성 (특히 라이닝된) 소재 시트의 에지를 고정하는 것에 기반하는 수동 방식이 될 수도 있고, 또는, 시트의 각각의 및 잠재적으로 보다 독립된 고정 부분을 능동적으로 이동시켜서 몰딩 프로세스 중에 시트 소재 내의 강화 스트랜드들에 어떤 장력을 부여하도록 능동적으로 수행될 수도 있다.

도 24는 조작 어셈블리 및 파지 바 또는 턱부 조작 장치의 일부 확대도를 나타내고 있는 도면이다. 이들은 예를 들면, 조작 실린더(33)로부터 돌출한 실린더 로드에 기초하며, 각 운동량(angular moment)을 전달하여 상부 파지 바 또는 파지 턱부 지지부(33a)가 캠 제어 그루브(36)의 협력 하에서 링크 장치(37)를 통해서 하부 파지 바 또는 턱부 지지부를 향해서 이동되도록 한다.

마지막으로, 도 25는 중앙 영역(2)과, 필드 부위(3), 및 각각의 에지(8)를 갖는 라미나 또는 베이스 소재(4)를 다시 구현한 도면이다.

도 26 및 도 27은 또다른 디프 드로잉 몰드(14')로서 결합하는 상부 (웅형) 몰드(15')와 하부 (자형) 몰드(16')를 갖는 디프 드로잉 모듈의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 이 경우에, 자형 몰드 부위(16')는 트림 라인(trim line) 근방에 주변 몰드면(18)을 가진다. 상기 주변 영역은 드래프트 각(draft angle)이 거의 없다. 주변 몰드면(19)을 포함하고 있는 웅형 몰드(15')는 탄성 중합체부(20), 특히 몰딩된 실리콘 플러그를 가지고 있다. 상기 탄성 중합체부(20)는, 상기 주변을 둘러싸는 팽창 가능한 몰드면을 형성하여, 특히 셸의 모서리 영역에서의 주름과 모든 변형을 회피할 수 있도록, 제어되고 신뢰할 수 있는 몰딩력을 제공한다.

상술한 방법 및 장치에 의하면, 적어도 특정 부위 또는 영역이 극단적으로 고도로 형상이 변형되는, 예를 들면, 디프 드로잉 가공되는 셸, 특히 여행용 가방의 셸을 포함하는 초경량의 몰딩된 구성 요소를, 높은 깊이 대 폭/길이 비율을 갖고 또한 최상의 치수 및 성형 정밀도 및 매력적인 외관과 결합된 탁월한 기계적인 특성(즉, 강도, 굽힘 저항성, 변형 및 파손 저항성)을 갖도록 제조할 수 있다.

본 발명은 상기 소재(라미나, lamina)에 장력을 부여, 즉, 구성 요소의 성형(shaping) 및/또는 몰딩(molding) 단계로부터, 구성 요소를 형성하기 위하여 나머지 라미나로부터 구성 요소의 프리폼 형상을 이형(release)하기까지의 모든 후속하는 단계 중에 적어도 부분적으로 상기 라미나에 장력을 부여하는 단계에 의하여 자기 강화형 열가소성 소재에 기초하는 신규한 제품 및 이를 제조하는 프로세스를 제공한다.

본 발명은 자기 강화형 열가소성 소재의 사용에 기초하여 초경량의 여행용 가방의 셸을 제조할 수 있도록 하며, 상기 셸의 제조는 전체 제조 단계로부터 제품의 최종 마무리 가공에 이르기까지의 단계 중에 상기 소재에 영구적인 장력을 부여하는 것에 의해서 더욱 향상될 수 있다.

1: 셸 1a : 외측 메인 셀면
2: 중앙 영역 3: 필드 부위
4: 라미나 5: 베이스 벽
5a, 5b : 요철 부분 6: 측벽
7: 모서리 영역 8: 에지
12: 시트 파지 랙 12b : 지지 바
13: 보조 몰드 13a: 구동 장치
13b: 보스 13c: 오목부
14: 디프 드로잉 툴 15: 웅형 몰드
15a: 상부 몰드 플레이트 16: 자형 몰드
18: 주변 몰드면 19: 주변 몰드면
20: 탄성 중찹체부 22: 라이닝 직물 디스펜서
22a: 트레이 23: 프레스
23a: 상부 테이블 23b: 하부 테이블
23c: 컬럼 프레임 24: 방사 히터 어레이
27: 지퍼 27a: 단차부
28: 지퍼 테이프 29: 지퍼 슬라이더
29a: 플랩 29c: 지퍼 코일

Claims (30)

1. 삭제
2. 삭제
3. 베이스 벽과 직립 측벽 및 적어도 하나의 모서리 영역을 갖고, 열가소성 소재를 포함하는 플라스틱 구성 요소에 있어서,
   상기 열가소성 소재는 배향되지 않은 열가소성 소재의 매트릭스에 의해서 둘러싸인 배향성 스트랜드(strand)의 자기 강화형 열가소성 수지로부터 선택되며, 상기 구성 요소는 0.8 mm와 2.5 mm의 사이의 두께(thickness)를 갖는 플라스틱 구성 요소.
4. 제 3 항에 있어서,
   깊이 치수를 가지는 상기 측벽 및 길이 및 폭 치수를 갖는 직사각형의 벽 형상을 가지는 상기 베이스 벽은, 상기 폭이 상기 길이 치수에 비해서 더 넓지 않으며, 상기 폭 치수에 대한 상기 깊이 치수의 비율은 0.2와 0.5의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   폭 치수에 대한 길이의 비율은 1과 2의 사이인 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 구성 요소의 상기 모서리 영역의 곡률 반경은 80 mm 이하인 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 열가소성 소재는 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 부분 결정성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 열가소성 소재는 적어도 하나 이상의 분자적으로 배향된 스트랜드의 형태로서의 폴리프로필렌 층 및 적어도 하나 이상의 무배향성인 폴리프로필렌 층을 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 자기 강화형 열가소성 소재는, 적어도 부분적으로는, 다른 방향으로 배향된 스트랜드를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
10. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 열가소성 소재는, 천으로 라미네이트 처리되거나 및/또는, 동일하거나, 또는 서로 다른 플라스틱 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
11. 베이스 벽과 직립 측벽 및 적어도 하나의 모서리 영역을 갖고, 열가소성 소재를 포함하는 플라스틱 구성 요소에 있어서,
    상기 베이스 벽은 이 베이스 벽에 몰딩되는 오목한 형상 및 볼록한 형상의 반복되는 패턴을 가지고 있으며, 상기 베이스 벽의 전체적인 두께는 상기 볼록한 형상, 상기 오목한 형상 및 상기 베이스 벽의 나머지 사이에서 일정한 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
12. 베이스 벽과 직립 측벽 및 적어도 하나의 모서리 영역을 갖고, 열가소성 소재를 포함하는 플라스틱 구성 요소에 있어서,
    적어도 상기 베이스 벽의 주 부위(major portion)는 상기 주 부위 내로 몰딩되는 오목한 형상 및 볼록한 형상의 반복되는 패턴을 갖고, 상기 구성 요소의 두께가 상기 오목한 형상 및 볼록한 형상의 영역에서 동일하고, 상기 오목한 형상 및 볼록한 형상은 특성 파장(characteristic wavelength)을 갖는 길이 방향으로 연장되고, 연속적으로 휘어진 형상에 의해서 연속적으로 교대하여 형성되며, 인접한 휘어진 형상은 상기 파장 부분과 동일한 거리 만큼의 상기 길이 방향 치수로 서로로부터 오프셋되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
13. 베이스 벽과 직립 측면 및 적어도 하나의 모서리 영역을 갖고, 열가소성 소재를 포함하는 플라스틱 구성 요소에 있어서,
    적어도 상기 베이스 벽의 주 부위(major portion)는 상기 주 부위 내로 몰딩되는 오목한 형상 및 볼록한 형상의 반복되는 패턴을 갖고, 상기 구성 요소의 두께가 상기 오목한 형상 및 볼록한 형상의 영역에서 동일하고, 상기 오목한 형상은 상기 베이스 벽의 평면 내에서 전체적으로 직사각형 형상이고, 상기 볼록한 형상은 상기 베이스 벽의 상기 평면 내에서 전체적으로 직사각형 형상이며, 이들 오목한 형상 및 볼록한 형상은 연속적인 파형부에 의해서 연속적으로 교대하여 형성되며, 인접하는 파형부는 볼록한 형상 또는 오목한 형상 중의 하나의 길이 방향 치수만큼 상기 길이 방향 치수에서 서로로부터 오프셋되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 오목한 형상 및 볼록한 형상의 상기 길이 방향 치수에 대해서 수직인 단면을 따르는 상기 벽 두께의 중심선은 상기 볼록한 형상에 대응하는 그루브(groove)와, 상기 오목한 형상에 대응하는 리브(rib)를 나타내고 있으며, 직립벽에 의해서 서로 접속되는 상기 그루브와 리브는 주벽에 대하여 드래프트 각(draft angle)과 동일한 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
15. 제 3 항, 제 4 항, 제 11 항, 제 12 항, 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 소재는 전체 두께가 2 mm 이하이며, 분자적으로 배향된 스트랜드의 층이 10 층 이하인 것을 특징으로 하는 플라스틱 구성 요소.
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