KR101520776B1 - 발포폼 성형 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포폼 성형 금형에 관한 것으로, 특히 상하부 성형틀의 하부면 두께를 측면 두께보다 얇게 형성시킴으로써, 상하부 금형의 히팅 및 쿨링 시간을 단축시킬 수 있고, 밀폐 공간 내에 밀폐 공간 축소 박스를 형성시킴으로써, 밀폐 공간 내의 스팀 공급량을 줄여서 에너지 비용을 절감시킬 수 있으며, 상하부 성형틀의 하부면 및 측면에 보다 많은 스팀캡을 구비함으로써, 스팀 투과량 및 냉각수 투과량을 증대시켜 성형 시간을 단축시킬 수 있고 성형품의 에어 취출을 가능하게 하는 발포폼 성형 금형에 관한 것이다.
본 발명인 발포폼 성형 금형을 이루는 구성수단은 발포폼 성형 금형에 있어서, 상부 메인 프레임에 결합되되, 판면에 개구부가 형성되는 상부판, 하부 메인 프레임에 결합되되, 상기 상부 고정판에 대향 배치되고, 판면에 개구부가 형성되는 하부판, 상기 상부판의 개구부에 설치되는 상부 성형틀, 상기 하부판의 개구부에 설치되되, 상기 상부 성형틀이 삽입된 상태에서 성형 공간을 형성시키는 하부 성형틀을 포함하여 구성되되, 상기 상부 성형틀의 하부면의 두께는 상기 상부 성형틀의 측면의 두께보다 더 작게 형성되고, 상기 하부 성형틀의 하부면의 두께는 상기 하부 성형틀의 측면의 두께보다 더 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

발포폼 성형 금형{FOAM­FORMING MOLD}

본 발명은 발포폼 성형 금형에 관한 것으로, 특히 상하부 성형틀의 하부면 두께를 측면 두께보다 얇게 형성시킴으로써, 상하부 금형의 히팅 및 쿨링 시간을 단축시킬 수 있고, 밀폐 공간 내에 밀폐 공간 축소 박스를 형성시킴으로써, 밀폐 공간 내의 스팀 공급량을 줄여서 에너지 비용을 절감시킬 수 있으며, 상하부 성형틀의 하부면 및 측면에 보다 많은 스팀캡을 구비함으로써, 스팀 투과량 및 냉각수 투과량을 증대시켜 성형 시간을 단축시킬 수 있고 성형품의 에어 취출을 가능하게 하는 발포폼 성형 금형에 관한 것이다.

일반적으로 비드(Bead)형 발포체에 있어서 발포폴리스티렌(EPS:Expandable Polystyrene, 이하 'EPS'라 함) 제품이 현재 범용포장재로 가장 널리 사용되고 있으나 상품의 고급화, 정밀화가 진행됨에 따라 제품 포장의 고급화 및 안전성 향상 요구가 증가되고 있다.

이에 EPS 제품의 물리적(깨짐성, 반복 완충성) 취약성을 보강하는 대체 제품으로 PP(Polypropylene) 수지를 원료로 하여 EPS보다 깨짐성, 반복 완충성, 유연성 및 내약품성 등이 우수하여 제품 포장의 안정성 향상 및 포장 부피 소형화에 장점이 있는 발포폴리프로필렌(EPP:Expanded Polypropylene, 이하 'EPP'라 함)가 개발되었으며, 현재, 일반 완충용 포장용기에는 EPS가 사용되고, 전자 제품 포장, 자동차 부품 및 구조물 등에는 EPP가 사용되고 있는 실정이다.

상기와 같은 EPS, EPP등과 같이 비드(Bead)를 원료로 하는 발포체는 양측으로부터 조립되는 제1성형틀과 제2성형틀의 사이에 마련되는 성형공간으로 공급된 상태에서 상기 제1성형틀 및 제2성형틀을 각각 관통하여 마련된 가스유입공을 통해 성형공간으로 공급되는 스팀과 같은 가열물질에 의해 용융됨과 아울러, 상기 제1성형틀과 제2성형틀중 적어도 하나의 성형틀이 대향하는 성형틀을 향해 이동하는 것에 의해 강하게 압착되면서 성형공간 내에서 소정형상의 성형물로 만들어지게 된다.

또한 일반적으로, 발포 폴리 프로필렌(EPP), 발포 폴리스틸렌(EPS), 발포 폴리에틸렌(EPE), 하나세란 등의 제품 성형 금형은, 높은 압력의 스팀을 이용하여, EPP, EPS, EPE, 하나세란 등의 제품 성형 금형의 성형 공간에 채워진 EPP, EPS, EPE, 하나세란 등의 알갱이들을 융착시킴으로써, 일정 형상의 EPP, EPS, EPE, 하나세란 등의 제품을 성형시킨다.

이러한 EPP, EPS, EPE, 하나세란 제품은, 특히 우레탄과 같은 소재보다 친환경적이기 때문에 차량에 장착되는 핸들(Handle) 특히 림(Rim)용, 차량의 선바이저(Sun Viser)용, 안정용(PAD), 생활가전용 기능성 부품 및 포장용 상자 등으로 많이 사용되고 있다.

상기 EPP, EPS, EPE, 하나세란 제품 역시 비드(Bead)를 원료로 하는 발포체로 성형되고, 이 역시 양측으로부터 조립되는 제1성형틀과 제2성형틀의 사이에 마련되는 성형공간으로 공급된 상태에서 상기 제1성형틀 및 제2성형틀을 각각 관통하여 마련된 가스유입공을 통해 성형공간으로 공급되는 스팀과 같은 가열물질에 의해 용융됨과 아울러, 상기 제1성형틀과 제2성형틀중 적어도 하나의 성형틀이 대향하는 성형틀을 향해 이동하는 것에 의해 강하게 압착되면서 성형공간 내에서 소정형상의 성형물로 만들어지게 된다.

도 1은 대한민국 등록특허 10-1134489호(발포성형체 제조 장치 및 제조방법)의 배경 기술 부분을 설명하기 위한 도면이다. 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 발포성형체 제조 장치는 제1성형틀(11) 및 제2성형틀(31)로 구성되되, 제1성형틀(11)의 후방에는 제1프레임(12)이 결합되고, 제2성형틀(31)의 후방에는 제2프레임(32)이 결합되어 밀폐공간(20,40)을 각각 형성하게 되는데, 이러한 밀폐공간(20,40)이 발포성형에 요구되는 공간보다 필요 이상으로 크게 설계되어 스팀의 공급을 위한 에너지가 낭비될 뿐만 아니라, 필요 이상의 용량을 갖는 스팀공급장치가 필요로 하게 되므로 시설투자비가 증가하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 상하부 성형틀의 하부면 두께를 측면 두께보다 얇게 형성시킴으로써, 상하부 금형의 히팅 및 쿨링 시간을 단축시킬 수 있고, 밀폐 공간 내에 밀폐 공간 축소 박스를 형성시킴으로써, 밀폐 공간 내의 스팀 공급량을 줄여서 에너지 비용을 절감시킬 수 있으며, 상하부 성형틀의 하부면 및 측면에 보다 많은 스팀캡을 구비함으로써, 스팀 투과량 및 냉각수 투과량을 증대시켜 성형 시간을 단축시킬 수 있고 성형품의 에어 취출을 가능하게 하는 발포폼 성형 금형을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 발포폼 성형 금형을 이루는 구성수단은 발포폼 성형 금형에 있어서, 상부 메인 프레임에 결합되되, 판면에 개구부가 형성되는 상부판, 하부 메인 프레임에 결합되되, 상기 상부판에 대향 배치되고, 판면에 개구부가 형성되는 하부판, 상기 상부판의 개구부에 설치되는 상부 성형틀, 상기 하부판의 개구부에 설치되되, 상기 상부 성형틀은 상기 하부 성형틀에 삽입되도록 하방향으로 볼록한 형상을 가지되, 상기 상부판의 내측단과 일측부가 접촉 결합되는 수평 결합부, 상기 수평 결합부의 타측부에서 하방향으로 수직 연장되어 상기 하부 성형틀의 내측면에 슬라이딩되는 수직 슬라이딩부, 상기 수직 슬라이딩부의 내측 하단부에 일체로 결합되는 볼록부를 포함하여 이루어지고, 상기 상부 성형틀이 삽입된 상태에서 성형 공간을 형성시키는 하부 성형틀을 포함하여 구성되되, 상기 상부 성형틀의 하부면의 두께는 상기 상부 성형틀의 측면의 두께보다 더 작게 형성되고, 상기 하부 성형틀의 하부면의 두께는 상기 하부 성형틀의 측면의 두께보다 더 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 상부 성형틀의 하부면의 두께와 상기 하부 성형틀의 하부면의 두께는 8mm ~ 12mm 사이의 두께로 형성되고, 상기 상부 성형틀의 측면의 두께와 상기 하부 성형틀의 측면의 두께는 13mm ~ 17mm 사이의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부판의 하부면에는 밀폐 공간 내의 스팀 투입량을 감소시키기 위한 밀폐 공간 축소 박스가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 성형틀의 하부면과 측면 및 상기 하부 성형틀의 하부면과 측면에는 가로 방향 및 세로 방향으로 정렬 배치되는 스팀홀이 형성되고, 가로 방향 및 세로 방향으로 인접하는 스팀홀 사이의 간격은 5mm ~ 15mm 사이의 범위를 유지하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스팀홀에는 복수개의 단위 투과홀이 형성된 스팀캡이 삽입 장착되고, 상기 스팀캡을 통하여 상기 성형 공간 내로 스팀을 공급하며, 상기 스팀캡을 통하여 상기 성형 공간 내로 에어를 공급함으로써, 상기 성형 공간에서 성형 완성된 성형품을 취출할 수 있는 것을 특징으로 하는 한다.

삭제

여기서, 상기 상부판의 내측단은 상기 수평 결합부의 일측부에만 접촉 결합되고, 상기 수평 결합부의 타측부는 노출된 상태를 유지하며, 상기 수평 결합부의 노출 부분에서 상기 수직 슬라이딩부의 하부면까지 수직 방향으로 스팀공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제 및 해결수단을 가지는 본 발명인 발포폼 성형 금형에 의하면, 상하부 성형틀의 하부면 두께를 측면 두께보다 얇게 형성시키기 때문에, 상하부 금형의 히팅 및 쿨링 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 하부판과 지지판 사이의 공간인 밀폐 공간 내에 밀폐 공간 축소 박스를 형성시키기 때문에, 밀폐 공간 내의 스팀 공급량을 줄여서 에너지 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상하부 성형틀의 하부면 및 측면에 보다 많은 스팀캡을 구비하기 때문에, 스팀 투과량 및 냉각수 투과량을 증대시켜 성형 시간을 단축시킬 수 있고 성형품의 에어 취출을 가능하게 하여 성형 공정은 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 하부 성형틀에 슬라이딩 결합되는 상부 성형틀의 결합 부위에 스팀공이 형성되기 때문에, 상하부 성형틀의 결합 근처의 성형 공간 내에서 융착을 향상시켜 성형 품질을 형상시킬 수 있고, 스팀 공급 시간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 발포폼 성형 금형의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 형성 금형에 적용되는 스팀홀의 배치 구조와 스팀홀에 삽입 장착되는 스팀캡의 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 발포폼 성형 금형에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형의 부분 확대도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교체식 발포폼 성형 금형에 적용되는 스팀홀과 스팀캡을 보여주는 개략도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형은 상부 금형(10)과 하부 금형(30)의 조합으로 이루어진다. 전체적으로, 상기 상부 금형(10)과 하부 금형(30)은 서로 마주보도록 구성되고, 상기 하부 금형(30)에는 성형 공간(s)으로 원료를 주입하기 위한 원료 주입 모듈(51)이 구비되어 있고, 성형품을 성형 공간에서 이탈시키기 위한 이젝트 모듈(53)이 결합되어 있다.

상기 상부 금형(10)은 상부 메인 프레임(11), 상기 상부 메인 프레임(11)에 결합되는 상부판(13), 상기 상부판(13)에 볼트 체결에 의하여 결합되는 상부 성형틀(17)을 포함하여 이루어진다.

상기 상부 메인 프레임(11)은 발포폼 성형 금형의 외관과 뼈대를 구성하는 것으로, 상기 상부판(13)과 볼트 체결에 의하여, 상기 상부판(13)을 안정적으로 배치시킨다. 이와 같은 상기 상부판(13)은 교체 가능하게 결합된다.

상기 상부판(13)은 내부에 개구부가 형성되어 있고, 외측단이 상기 상부 메인 프레임(11)에 볼트 체결에 의하여 결합되고, 개구부가 형성되는 내측단에는 상기 상부 성형틀(17)이 볼트 체결에 의하여 결합된다. 상기 상부판(13)은 상기 상부 성형틀(17)에 볼트 체결에 의하여 결합되되, 교체가 가능하게 결합될 수 있다.

상기 상부판(13)은 일단이 상기 상부 메인 프레임(11)에 볼트 체결에 의하여 결합되되, 내부에 개구부가 형성되어 있다. 따라서, 상기 상부판(13)은 외측단이 상기 상부 메인 프레임(11)에 볼트 체결에 의하여 결합되고, 개구부가 형성되어 있는 내측단에는 상기 상부 성형틀(17)이 볼트 체결에 의하여 결합된다.

상기 상부 성형틀(17)은 상기 상부판(13)의 개구부에 배치되되, 상기 상부판(13)의 타단 즉, 내측단에 볼트 체결에 의하여 결합된다. 상기 상부 성형틀(17)은 상기 하부 금형(30)을 구성하는 하부 성형틀(37)에 삽입되어 상기 하부 성형틀(37) 내부에 성형 공간(s)이 형성되도록 한다.

상기 상부 금형(10)에 대응되는 하부 금형(30)은 상기 상부 금형(10)의 상부 성형틀(17)과 결합함으로써, 성형 공간(s)를 형성시킨다.

상기 하부 금형(30)은 하부 메인 프레임(31), 상기 하부 메인 프레임(31)에 결합되는 하부판(33), 상기 하부판(33)의 개구부에 배치되되, 상기 하부판(33)의 개구부에 볼트 체결에 의하여 결합되는 하부 성형틀(37)을 포함하여 이루어진다.

상기 하부 메인 프레임(31)은 발포폼 성형 금형의 외관과 뼈대를 구성하는 것으로, 상기 하부판(33)과 볼트 체결에 의하여, 상기 하부판(33)을 안정적으로 배치시킨다.

상기 하부판(33)은 내부에 개구부가 형성되어 있고, 외측단이 상기 하부 메인 프레임(31)에 볼트 체결에 의하여 결합되고, 개구부가 형성되는 내측단에는 상기 하부 성형틀(37)이 볼트 체결에 의하여 결합된다. 즉, 상기 하부판(33)은 상기 하부 메인 프레임(31)에 결합되되, 상기 상부판(13)에 대향 배치되고, 판면에 개구부가 형성되는 구조를 가진다.

상기 하부판(33)은 일단이 상기 하부 메인 프레임(31)에 볼트 체결에 의하여 결합되되, 내부에 개구부가 형성되어 있다. 따라서, 상기 하부판(33)은 외측단이 상기 하부 메인 프레임(31)에 볼트 체결에 의하여 결합되고, 개구부가 형성되어 있는 내측단에는 상기 하부 성형틀(37)이 볼트 체결에 의하여 결합된다.

상기 하부 성형틀(37)은 상기 하부판(33)의 개구부에 배치되되, 상기 하부판(33)의 타단 즉, 내측단에 볼트 체결에 의하여 결합된다. 상기 하부 성형틀(37)은 상기 상부 금형(10)을 구성하는 상부 성형틀(17)이 삽입되어 내부에 성형 공간(s)을 형성한다.

정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형은 상부 금형(10)과 하부 금형(30)으로 구성되고, 상기 상부 금형(10)은 상부 메인 프레임(11), 상부판(13), 및 상부 성형틀(17)을 포함하여 구성되고, 상기 하부 금형(30)은 하부 메인 프레임(31), 하부판(33), 및 하부 성형틀(37)을 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이, 상기 상부판(13)은 상부 메인 프레임(11)에 결합되되, 판면에 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부에는 상부 성형틀(17)이 배치된다. 더 정확하게 설명하면, 상기 상부판(13)의 개구부에는 상부 성형틀(17)이 교체 가능하게 결합된다.

상기 하부판(33)은 상기 하부 메인 프레임(31)에 결합되되, 상기 상부판(13)에 대향 배치되고, 판면에 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부에는 하부 성형틀(37)이 배치된다. 더 정확하게 설명하면, 상기 하부판(33)의 개구부에는 하부 성형틀(37)이 교체 가능하게 결합된다.

한편, 상기 상부 성형틀(17)은 상기 하부 성형틀(37)에 삽입되고, 이를 통하여 상기 하부 성형틀(37)의 내부 공간을 밀폐시킴으로써, 성형 공간(s)를 형성시킨다.

그런데, 본 발명에 실시예에 따른 발포폼 성형 금형은 상부 금형을 구성하는 상부 성형틀 및 하부 금형을 이루는 하부 성형틀의 두께가 부위 별로 조정되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 발포폼 성형 금형은 상부 성형틀(17)의 하부면(17')의 두께와 측면(17")의 두께를 동일하게 형성하는 것이 아니라, 하부면(17')의 두께를 상대적으로 얇게 형성한다. 그리고, 하부 성형틀(37)의 하부면(37')의 두께와 측면(37")의 두께를 동일하게 형성하는 것이 아니라, 하부면(37')의 두께를 상대적으로 얇게 형성한다.

구체적으로, 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')의 두께는 상기 상부 성형틀(17)의 측면(17")의 두께보다 더 작게 형성하고, 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')의 두께는 상기 하부 성형틀(37)의 측면(37")의 두께보다 더 작게 형성된다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 상부 성형틀(17)의 측면(17")과 상기 하부 성형틀(37)의 측면(37")은 일반적인 상부 성형틀 및 하부 성형틀의 측면의 두께와 동일 또는 비슷한 두께를 가지도록 형성하는 반면, 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')과 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')은 일반적인 상부 성형틀 및 하부 성형틀의 하부면의 두께보다 작은 두께를 가지도록 형성한다.

즉, 일반적인 발포폼 성형 금형의 상하부 성형틀의 하부면과 측면은 동일한 두께를 가지도록 형성하는 반면, 본 발명에 따른 발포폼 성형 금형의 상하부 성형틀의 하부면과 측면은 서로 다른 두께를 가지도록 형성한다. 구체적으로, 상하부 성형틀의 측면보다 하부면의 두께를 더 작게 형성한다.

이와 같이, 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')의 두께는 상기 상부 성형틀(17)의 측면(17")의 두께보다 더 작게 형성하고, 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')의 두께는 상기 하부 성형틀(37)의 측면(37")의 두께보다 더 작게 형성하기 때문에, 성형 과정에서 상부 금형(10) 및 하부 금형(30)의 히팅 시간 및 쿨링 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 상기 상하부 성형틀의 하부면이 기존의 일반적인 상하부 성형틀의 하부면에 비하여 상대적으로 두께가 얇기 때문에, 히팅 시간 및 쿨링 시간이 상대적으로 단축되는 효과를 가진다.

기존 일반적인 발포폼 성형 금형의 상하부 성형틀의 하부면 및 측면의 두께는 대략적으로 15mm 이상을 유지한다. 이에 비해, 본 발명에 따른 발포폼 성형 금형을 이루는 상하부 성형틀의 하부면 및 측면의 두께는 서로 다르고, 구체적으로, 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')의 두께와 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')의 두께는 8mm ~ 12mm 사이의 두께로 형성되고, 상기 상부 성형틀(17)의 측면(17")의 두께와 상기 하부 성형틀(37)의 측면(37")의 두께는 13mm ~ 17mm 사이의 두께로 형성된다.

특히, 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')은 하부 성형틀 서포트(75)에 의하여 지지되기 때문에, 상기 하부 성형틀(37)의 측면(37")의 두께보다 더 작을지라도, 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 상기 하부 성형틀(37)과 하부판(33)은 지지판(70)과 이격 배치되어 밀폐 공간(v)를 형성시킨다. 이 밀폐 공간(v)은 성형 과정에서 스팀 공급 라인(미도시)을 통하여 공급되는 스팀이 채워지는 공간이다.

그런데, 상기 밀폐 공간(v)이 필요 이상으로 넓은 경우에, 상기 밀폐 공간(v)으로 공급되는 스팀량이 필요 이상으로 증가하고, 결과적으로 에너지 소모가 필요 이상으로 소요되는 문제점을 가진다.

따라서, 상기 밀폐 공간(v)을 줄여서 공급되는 스팀량을 감소시킬 필요성이 있다. 이를 위하여 본 발명에 따른 발포폼 성형 금형은 상기 밀폐 공간(v)의 영역을 축소시킬 수 있도록 밀폐 공간 축소 박스(35)를 상기 밀폐 공간(v) 내에 적어도 하나 이상 배치시킨다.

구체적으로, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 금형(30)을 구성하는 하부판(33)의 하부면에는 상기 밀폐 공간(v) 내의 스팀 투입량을 감소시키기 위한 밀폐 공간 축소 박스(35)가 부착된다. 상기 밀폐 공간 축소 박스(35)는 내부가 진공 상태를 유지하는 박스 형태를 가지고, 상기 하부판(33)의 하부면에 부착 결합된다.

상기와 같이, 상기 밀폐 공간 내에 상기 밀폐 공간 축소 박스(35)가 적어도 하나 이상 배치되기 때문에, 상기 밀폐 공간(v)의 영역은 기존에 비하여 축소되고, 결과적으로 상기 밀폐 공간(v)에 투입되는 스팀량은 감소된다. 따라서 발포폼 성형을 위한 에너지 소비가 기존에 비하여 절약되는 장점이 있다.

상기 밀폐 공간(v) 내로 투입되는 스팀은 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37') 및 측면(37")에 형성되는 스팀홀(90)을 통하여 상기 성형 공간(s) 내로 투입되어 발포폼 성형이 이루어지도록 한다.

물론, 상기 스팀은 상기 상부 성형틀(17) 상측에 형성되는 밀폐 공간(미도시)으로도 투입되고, 이 투입된 스팀은 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17') 및 측면(17")을 통하여 상기 성형 공간(s) 내로 투입되어 발포폼 성형이 효과적으로 진행될 수 있도록 한다.

상기와 같이, 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')과 측면(17") 및 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')과 측면(37")에는 소정의 배열 규칙에 따라 스팀홀이 형성된다. 구체적으로 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')과 측면(17") 및 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')과 측면(37")에는 가로 방향 및 세로 방향으로 정렬 배치되는 스팀홀이 형성된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스팀홀은 상기 상부 성형틀(17)의 하부면(17')과 측면(17") 및 상기 하부 성형틀(37)의 하부면(37')과 측면(37")에 형성되되, 도 4의 (b)에 도시된 종래의 배치 구조인 지그 재그 배치 구조가 아니라, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 가로 방향 및 세로 방향으로 정렬 배치된다.

구체적으로, 종래의 스팀홀(90)의 배치 구조는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 지그재그 배열 구조를 가진다. 즉, 가로 방향 및 세로 방향으로 정렬된 형태를 유지하는 것이 아니라, 상부에서 하방향으로 지그재그 배열이 가로 방향으로 연속해서 형성된 배치 구조를 가진다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 스팀홀은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 종래의 지그재그 배열 스팀홀(90)에 보강 스팀홀(90a)이 추가된 배치 구조를 가진다. 즉, 본 발명에 따른 스팀홀은 기존 지그재그 배열 스팀홀(90)에서 비어 있는 공간에 보강 스팀홀(90a)을 더 형성시킴으로써, 가로 방향 및 세로 방향으로 정렬된 배치 구조를 가지게 된다.

여기서, 상기 지그재그 배열 스팀홀(90) 사이의 간격은 대략 25mm 내외를 유지하고, 보강 스팀홀(90a)과 지그재그 배열 스팀홀(90) 사이의 간격, 즉 가로 방향 및 세로 방향으로 인접하는 스팀홀 사이의 간격은 5mm ~ 15mm 사이의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 상하부 성형틀의 하부면 및 측면에 형성된 스팀홀은 복수의 미세한 단위 스팀홀로 구성할 수도 있지만, 복수의 단위 투과홀(91a)이 형성된 스팀캡(91)이 삽입될 수도 있다.

즉, 상기 지그재그 배열 스팀홀(90) 및 보강 스팀홀(90a)로 구성되는 스팀홀에는 복수개의 단위 투과홀(91a)이 형성된 스팀캡(91)이 삽입 장착되고, 상기 스팀캡(91)을 통하여 상기 성형 공간 내로 스팀을 공급하게 된다.

본 발명에 따른 상기 스팀캡(91)은 상기 지그재그 배열 스팀홀(90) 및 보강 스팀홀(90a)로 구성되는 스팀홀에 삽입 장착되기 때문에, 기존 지그재그 배열 스팀홀(90)에만 삽입장착되는 경우에 비하여 약 2배 증가된다. 따라서, 상기 성형 공간 내로 스팀을 투입시키는 시간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

즉, 스팀캡(91)의 증가로 인하여 단위 면적이 2배로 늘어나며, 일정한 스팀 압력이 가해질 때 투과량 역시 2배로 증가하게 된다. 이와 같이 투과량 증가로 인하여, 필요 스팀의 유입 시간이 줄어들어 성형 시간이 감소되는 장점을 가진다.

상기 스팀캡(91)은 복수개의 단위 투과홀(91a)이 형성되는데, 대략 19개의 단위 투과홀이 형성된다. 다만, 상기 단위 투과홀의 개수는 가변될 수 있다.

구체적으로 수식을 통하여 기존 지그재그 배열 스팀홀(90)에 스팀캡(91)이 삽입 장착된 경우와 본 발명에 따라 지그재그 배열 스팀홀(90)과 보강 스팀홀(90a)로 구성된 스팀홀에 스팀캡(91)이 삽입 장착된 경우를 비교하면 다음과 같다.

상기 스팀캡(91) 1개에 형성된 단위 투과홀(91a)의 단면적은 πｒ²이고, 상기 단위 투과홀(91a)의 지름은 0.8mm ~ 1mm 사이의 범위를 가지는 것이 바람직하다(도 4의 (a)에서는 0.8mm로 예시 표기하였다). 다만 수식적으로 계산하기 위한 단위 투과홀의 지름은 1mm로 예시하여 계산하겠다.

결과적으로 상기 스팀캡(91)의 단위 투과홀(91a)의 단면적은 3.14*(1/2mm)² = 0.785mm²이 된다. 상기 스팀캡(91)은 대략적으로 지름이 10mmm가 되는 것이 적정하고, 상기 스팀캡(91)에 구비되는 상기 단위 투과홀(91a)은 20개 내외가 되는 것이 바람직하다. 다만 상기 스팀캡에 구비되는 단위 투과홀의 현재 일반적인 개수는 19개이다.

따라서, 하나의 스팀캡(91)에 구비되는 19개의 단위 투과홀(91a)의 전체 단면적은 0.785mm²*19 = 14.915mm²이 된다.

도 4에 도시된 바와 같이 기준 면적(420*300)당 스팀캡 수량에 따른 투과량을 비교하면, 기존과 같이 지그재그 배열 스팀홀(90)만 구비되고, 여기에 스팀캡이 장착된 경우, 184개의 스팀캡이 장착될 수 있다. 결과적으로 기준 면적(420*300)당 스팀캡 수량에 따른 투과량은 14.915mm²*184 = 2744.36mm²이 된다.

반면, 본 발명에 따른 투과홀은 지그재그 배열 스팀홀(90)과 보강 스팀홀(90a)로 구성되고, 여기에 스팀캡(91)이 장착되기 때문에, 기존 대비 2배 증가된 스팀캡이 장착될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 기준 면적(420*300)당 스팀캡 수량에 따른 투과량은 14.915mm²*368 = 5488.72mm²이 된다.

기준 면적, 즉, 스팀홀이 형성되는 상부 성형틀 또는(및) 하부 성형틀의 기준 면적을 (420*300)이라 할 때, 그 면적은 126,000mm²이 되고, 하나의 스팀캡(스팀 홀)의 단면적(지름이 10mm)은 3.14*(10/2mm)²이어서 78.5mm²가 된다. 그리고 기준 면적에 형성되는 368개의 스팀캡(스팀 홀)이 차지하는 면적은 28,888mm²이 된다.

결국, 기준 면적 대비 스팀홀(스팀 캡)이 차지하는 비율은 약 0.23(28,888/126,000)가 되고, 하나의 스팀홀(스팀 캡) 대비 단위 스팀홀(19개)이 차지하는 비율은 약 0.19(14.915/78.5)가 되며, 기준 면적 대비 전체 단위 스팀홀의 비율은 약 0.044가 된다.

한편, 상기 수식들의 전개는 단위 투과홀의 지름이 1mm인 경우인데, 상기 단위 투과홀은 0.8mm ~ 1mm 사이인 것이 바람직하기 때문에, 상기 단위 투과홀이 0.8mm인 경우에 대해서 수식적으로 살펴보면, 하나의 스팀캡(91)에 구비되는 19개의 단위 투과홀(91a)의 전체 단면적은 9.5456mm²이 되고, 368개의 스팀 캡에 형성되는 모든 단위 투과홀의 전체 단면적은 3512.18mm²이 된다.

결국, 단위 투과홀의 지름이 0.8mm인 경우, 기준 면적 대비 스팀홀(스팀 캡)이 차지하는 비율은 약 0.23(28,888/126,000)가 되고, 하나의 스팀홀(스팀 캡) 대비 단위 스팀홀(19개)이 차지하는 비율은 약 0.12(9.5456/78.5)가 되며, 기준 면적 대비 전체 단위 스팀홀의 비율은 약 0.028가 된다.

결과적으로, 기준 면적 대비 스팀캡(스팀 홀)이 차지하는 비율은 0.23이고, 그 범위는 0.22 ~ 0.24가 바람직하다. 또한 하나의 스팀캡에 대한 단위 스팀홀 전체가 차지하는 단면적은 0.12 ~ 0.19 사이의 범위인 것이 바람직하며, 기준 면적 대비 단위 스팀홀이 차지하는 전체 단면적은 0.028 ~ 0.044 사이의 범위인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 기존 대비 본 발명에 따른 스팀캡은 2배로 증가하고, 이로 인하여 단위 면적이 2배로 늘어나며, 결과적으로 일정한 스팀 압력이 가해질 때 투과량 역시 2배로 증가하게 된다. 최종적으로, 투과량 증가로 인하여 필요 스팀의 유입 시간이 약 절반으로 줄어들어 성형 시간을 감소시킬 수 있는 효과를 발생시킨다.

일반적으로 유량은 단면적 * 평균유속에 해당되고, 하나의 스팀캡에 구비된 단위 투과홀의 전체 단면적은 기존과 본발명이 모두 동일하다. 그러나, 본 발명에서는 스팀홀이 기존 대비 2배로 증가함과 동시에 스팀캡 역시 2배로 증가된다.

따라서, 상기 스팀홀과 스팀캡의 수량을 2배로 증가시키면서 외부 스팀의 압력을 일정하게 유지하여 평균 유속을 유지하면, 결과적으로 성형 공간으로 유입되는 스팀의 양이 증가하고, 이로 인하여 제품의 성형 시간을 거의 절반으로 감축시킬 수 있다.

또한 일반적으로 사용되는 스팀압력은 3.5bar ~ 4.5bar에 해당되는 반면, 본 발명에 의하면, 스팀홀과 스팀캡의 수량이 2배로 증가하고, 이로 인하여 스팀 투입 면적이 2배로 증가하게 됨에 따라, 2.5bar ~ 3.5bar의 스팀 압력을 사용할 수 있게 된다. 결과적으로 본 발명에 의하면 기존 대비 약 22% ~ 28%의 에너지 절감 효과를 달성시킬 수 있다.

또한 스팀홀과 스팀캡의 수량이 2배로 증가하고, 이로 인하여 스팀 투입 면적이 2배로 증가하기 때문에 냉각 속도 및 히팅 속도가 빨라지게 되고, 결과적으로 공정을 위한 싸이클 타임(cycle time)이 단축됨으로써, 생산 효율이 증대되는 장점을 가진다.

한편, 상기 스팀캡(91)을 통하여 스팀을 성형 공간 내로 투입하여 성형 과정을 진행하지만, 성형이 완료된 후에는 상기 스팀캡(91)을 통하여 에어를 공급함으로써, 성형품을 취출하는 과정을 진행할 수도 있다. 즉, 상기 스팀캡(91)을 통하여 상기 성형 공간 내로 에어를 공급함으로써, 상기 성형 공간에서 성형 완성된 성형품을 취출할 수도 있다. 즉, 이젝트 모듈을 이용하지 않고 성형품을 취출할 수 있기 때문에, 성형 공정을 단축시킬 수 있는 장점을 가진다.

구체적으로, 상기 밀폐 공간(v) 내로 에어를 공급하면, 상기 에어는 상기 스팀캡을 통하여 상기 성형 공간으로 분사될 수 있고, 이를 통하여 상기 성형품을 취출할 수 있다.

상기 밀폐 공간(v) 내로 에어 공급은 별도의 에어 공급 라인을 통하여 이루어질 수도 있고, 상기 스팀을 공급하기 위한 스팀 공급 라인을 통하여 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 상부 성형틀(17)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 성형틀(37)에 삽입되도록 하방향으로 볼록한 형상을 가진다. 이 상기 상부 성형틀(17)은 상기 하부 성형틀(37)에 슬라이딩되어 삽입될 수 있는 구조를 가지고, 상기 상부판(13)에 볼트 체결 가능한 구조를 가지며, 스팀공(17e)이 용이하게 형성될 수 있는 구조를 가진다.

구체적으로, 상기 상부 성형틀(17)은 상기 상부판(13)에 결합되는 부분, 즉 상측단이 "ㄱ"자 형상을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상부 성형틀(17)은 상기 상부판(13)의 내측단과 일측부가 접촉 결합되기 위하여 수평하게 형성되는 수평 결합부(17a)와, 상기 수평 결합부(17a)의 타측부에서 하방향으로 수직 연장되어, 성형 공간을 형성하는 과정에서 상기 하부 성형틀(37)의 내측면에 슬라이딩되는 수직 슬라이딩부(17b) 및 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 내측 하단부에 일체로 결합되는 볼록부(17d)를 포함하여 구성된다.

상기 수직 슬라이딩부(17b)의 내측 하단부는 상기 수직 슬라이딩부(17b)에 의하여 형성되는 내부공간을 구획하는 내부면 하측을 의미한다. 따라서, 상기 볼록부(17d)는 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)에 결합되는 것이 아니라, 내측 하단부에 결합되어 전체적으로 상기 수직 슬라이딩부(17b)에 의하여 형성되는 직경보다 더 작은 직경을 가진다.

결과적으로, 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 성형 공간(s)에 노출되어 상기 성형 공간(s)을 밀폐 형성시키는 일부분에 해당된다.

구체적으로, 상기 상부 성형틀(17)이 상기 하부 성형틀(37)에 삽입된 상태에서, 상기 하부 성형틀(37)의 내부면과, 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)과 상기 볼록부(17d)의 외부면에 의하여 상기 성형 공간을 밀폐시키게 된다.

한편, 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)이 상기 성형 공간(s)을 형성시는 일부분에 해당되고, 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 상측에 일체로 결합되는 상기 수평 결합부(17a)의 타측부는 외부로 노출된 상태를 유지할 수 있기 때문에, 상기 수평 결합부(17a)의 타측부에서 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)까지 수직 방향으로 스팀공(17e)이 형성될 수 있다. 이 스팀공(17e)에는 도 4의 (a)에 도시된 스팀캡(91)이 삽입 장착될 수 있다.

상기 스팀공(17e)을 형성시키기 위하여 상기 수평 결합부(17a)의 타측부는 상기 상부판(13)에 의하여 접촉되지 않고 노출된 상태를 유지할 필요성이 있다. 따라서, 상기 상부판(13)은 상기 수평 결합부(17a)의 외곽, 즉 일측부에만 일부 접촉 결합되고, 타측부, 즉 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 상측에 대응되는 부분은 가려지지 않고 노출되어야 한다.

구체적으로, 상기 상부판(13)의 내측단은 상기 수평 결합부(17a)의 일측부에만 접촉 결합되고, 상기 수평 결합부(17a)의 타측부는 노출된 상태를 유지하며, 상기 수평 결합부(17a)의 노출 부분에서 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)까지 수직 방향으로 스팀공(17e)이 형성된다.

이와 같이, 상기 상부 성형틀(17)에는 스팀공(17e)이 용이하게 형성될 수 있고, 이를 위하여 상기 수직 슬라이딩부(17b)의 하부면(17c)이 성형 공간(s)에 노출될 수 있도록 하고, 상기 수평 결합부(17a)의 타측부, 즉 수직 슬라이딩부(17b)의 상측에 해당하는 부분은 상기 상부판(13)에 의하여 접촉되지 않고 노출될 수 있도록 한다.

한편, 상기 하부판(33)의 내측부와 상기 하부 성형틀(37)을 용이하게 볼트 결합하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 성형틀(37)에 결합 돌출부(37a)를 형성시키는 것이 바람직하다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 성형틀(37) 상측 외부면에는 상기 하부판(33)과 볼트 조임을 하기 위하여 외측 방향으로 돌출된 결합 돌출부(37a)가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 하부 금형(30)은 하측에 배치되어 있는 지지판(70)에 의하여 지지된 상태를 유지한다. 상기 지지판(70)의 상부에는 하부 성형틀(37)을 지지하는 하부 성형틀 서포트(75)가 장착되어 있다. 상기 하부 성형틀 서포트(75)는 상기 하부 성형틀(37)을 지지한 상태를 유지한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

v : 밀폐 공간 10 : 상부 금형
11 : 상부 메인 프레임 13 : 상부판
17 : 상부 성형틀 17' : 상부 성형틀의 하부면
17" : 상부 성형틀의 측면 17a : 수평 결합부
17b : 수직 슬라이딩부 17c : 수직 슬라이딩부의 하부면
17d : 볼록부 17e : 스팀공
19 : 상부판 고정 지지대 30 : 하부 금형
31 : 하부 메인 프레임 33 : 하부판
35 : 밀폐 공간 축소 박스 37 : 하부 성형틀
37' : 하부 성형틀 하부면 37" : 하부 성형틀 측면
37a : 결합 돌출부 51 : 원료 주입 모듈
53 : 이젝트 모듈 70 : 지지판
75 : 하부 성형틀 서포트 77 : 하부판 서포트
90 : 지그재그 배열 스팀홀 90a : 보강 스팀홀
91 : 스팀캡 91a : 단위 투과홀

Claims (7)

1. 발포폼 성형 금형에 있어서,
   상부 메인 프레임에 결합되되, 판면에 개구부가 형성되는 상부판;
   하부 메인 프레임에 결합되되, 상기 상부판에 대향 배치되고, 판면에 개구부가 형성되는 하부판;
   상기 상부판의 개구부에 설치되는 상부 성형틀;
   상기 하부판의 개구부에 설치되되, 상기 상부 성형틀이 삽입된 상태에서 성형 공간을 형성시키는 하부 성형틀을 포함하여 구성되되,
   상기 상부 성형틀은 상기 하부 성형틀에 삽입되도록 하방향으로 볼록한 형상을 가지되, 상기 상부판의 내측단과 일측부가 접촉 결합되는 수평 결합부, 상기 수평 결합부의 타측부에서 하방향으로 수직 연장되어 상기 하부 성형틀의 내측면에 슬라이딩되는 수직 슬라이딩부, 상기 수직 슬라이딩부의 내측 하단부에 일체로 결합되는 볼록부를 포함하여 이루어고,
   상기 상부 성형틀의 하부면의 두께는 상기 상부 성형틀의 측면의 두께보다 더 작게 형성되고, 상기 하부 성형틀의 하부면의 두께는 상기 하부 성형틀의 측면의 두께보다 더 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 발포폼 성형 금형.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부 성형틀의 하부면의 두께와 상기 하부 성형틀의 하부면의 두께는 8mm ~ 12mm 사이의 두께로 형성되고, 상기 상부 성형틀의 측면의 두께와 상기 하부 성형틀의 측면의 두께는 13mm ~ 17mm 사이의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포폼 성형 금형.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부판의 하부면에는 밀폐 공간 내의 스팀 투입량을 감소시키기 위한 밀폐 공간 축소 박스가 부착되는 것을 특징으로 하는 발포폼 성형 금형.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부 성형틀의 하부면과 측면 및 상기 하부 성형틀의 하부면과 측면에는 가로 방향 및 세로 방향으로 정렬 배치되는 스팀홀이 형성되고, 가로 방향 및 세로 방향으로 인접하는 스팀홀 사이의 간격은 5mm ~ 15mm 사이의 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 발포폼 성형 금형.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 스팀홀에는 복수개의 단위 투과홀이 형성된 스팀캡이 삽입 장착되고, 상기 스팀캡을 통하여 상기 성형 공간 내로 스팀을 공급하며, 상기 스팀캡을 통하여 상기 성형 공간 내로 에어를 공급함으로써, 상기 성형 공간에서 성형 완성된 성형품을 취출할 수 있는 것을 특징으로 하는 발포폼 성형 금형.
   
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부판의 내측단은 상기 수평 결합부의 일측부에만 접촉 결합되고, 상기 수평 결합부의 타측부는 노출된 상태를 유지하며, 상기 수평 결합부의 노출 부분에서 상기 수직 슬라이딩부의 하부면까지 수직 방향으로 스팀공이 형성되는 것을 특징으로 하는 발포폼 성형 금형.
   

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