KR101527187B1 - 발포수지 성형장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

발포수지 성형장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발포수지 성형장치는, 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 발포수지의 성형공간을 마련하되, 성형공간의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛; 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되, 성형체의 성형 시에 성형체의 내부로 보강심재가 내재되도록 보강심재가 분리 가능하게 배치되며, 보강심재에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛; 발포수지를 성형공간으로 공급할 수 있도록 마련되어 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛; 증기를 성형공간으로 공급하도록 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛; 및 성형공간에서 성형되는 성형체를 냉각시키도록 금형유닛에 연결되는 냉각유닛을 포함한다.

Description

발포수지 성형장치 및 방법{MOLDING APPARATUS FOR FOAMED RESIN, METHOD THEREOF}

본 발명은, 발포수지 성형장치, 그 방법 및 이를 이용하여 제조되는 발포수지패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발포성 수지 알갱이를 공기와 함께 금형으로 주입한 후, 열을 가해 발포 융착시켜 성형할 수 있는 발포수지 성형장치, 그 방법 및 이를 이용하여 제조되는 발포수지패널에 관한 것이다.

일반적으로, 발포수지는 형상의 가공이 용이하면서 중량이 가볍고, 충격을 흡수할 수 있으며, 단열 성능이 높아서 완충재, 건축자재, 포장재, 보온재, 산업용품, 충격 방진재 등으로 주로 사용된다. 발포수지는, 성형공간을 갖는 금형의 내부로 주입되어 목적하는 성형체로 제작된다.

발포수지로는 EPP(Expanded Polypropylene)를 사용할 수 있는데, 이러한 EPP는 범용 플라스틱인 Polypropylene을 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포한 구 형태의 입자를 말한다.

도 9에는 발포수지를 사용하여 성형체를 제작할 수 있는 발포수지 성형장치가 도시되어 있다. 이러한 발포수지 성형장치는, 구체적으로 고정 다이 플레이트(fixed side die plate, 1)에 백 플레이트(back plate, 3) 및 프레임(frame, 5)이 결합되어 있다.

프레임(5)에는, 중앙 플레이트(71)를 통해 오목한 다이(recessed die)가 부착된다. 백 플레이트(3), 프레임(5), 중앙 플레이트(71), 및 오목한 다이(7)는 함께 증기실(9)을 구성한다.

백 플레이트(3)에는 그 배면으로부터 증기실(9)로 관통하는 원료 충진 장치(raw material-filling machine, 11) 및 이젝터유닛 핀(ejector pin, 12)이 설치된다. 프레임(5) 위에는 냉각수 도입부(13) 및 증기 도입부(15)가 설치되며, 냉각수 도입부(13)에는 냉각수 파이프(17)가 연결된다.

그리고, 이동가능 다이 플레이트(2)에는 백 플레이트(4) 및 프레임(6)이 결합된다. 프레임(6)에는 중앙플레이트(81)를 통해 볼록한 다이(protruded die, 8)가 결합된다. 이러한 백 플레이트(4), 프레임(5), 중앙 플레이트(81), 및 볼록한 다이(8)는 함께 증기실(10)을 구성한다.

프레임(6)에는, 냉각수 도입부(14) 및 증기 도입부(16)가 설치되며, 냉각수 도입부(14)에는 냉각수 파이프(18)가 연결된다. 오목한 다이(7)와 볼록한 다이(8)는 단일 유닛으로 맞춰져서 캐비티(cavity, 19)를 형성한다.

전술한 바와 같은 종래의 발포수지 성형장치에 의해 성형체(molded body)를 형성하기 위해서는, 먼저 원료 충진 장치(11)를 이용하여 발포 수지로 이루어진 원료를 캐비티(19)로 주입한다.

다음으로, 증기를 증기 도입부(15, 16)로부터 증기실(9)로 유입시키며, 또한 오목한 다이(7) 및 볼록한 다이(8)에 뚫려 있는 증기 홀(steam hole, 도시되지 않음)을 통해 증기를 캐비티(19)로 유입시킨다. 이와 같이 증기에 의해 가열되는 원료는 발포되어 목적하는 성형체로 형성된다. 이때, 다이(7, 8) 및 프레임(5, 6)은 약 120℃의 고온까지 가열된다.

이후에는, 냉각수 파이프(17, 18)를 통해 냉각수 도입부(13, 14)로부터 냉각수가 공급되도록 한다. 노즐(21, 22)을 통해 오목한 다이(7)의 배면 및 볼록한 다이(8)의 배면에 냉각수가 뿌려져서 캐비티(19) 내의 성형체(20)는 냉각된다. 이때 다이(7, 8) 및 프레임(5, 6)은 약 40℃의 저온으로 냉각된다. 냉각이 종료된 후에는, 오목한 다이(7)와 볼록한 다이(8)를 분리하여 개방한 후, 성형체(20)를 이젝터유닛 핀(12)을 이용해서 밀어낸다.

이러한 종래의 발포수지 성형장치 및 이를 이용한 성형방법은, 발포배수를 극대화하고 완충성을 증대시켜 농수산물이나 전자제품 등의 제품용 완충포장재를 제작하는 경우에는 유용하였으나 외부의 충격에 내구성을 갖는 일상제품을 만들기에는 불합리한 경우가 많았다.

이를 보완하기 위해서 발포배수를 낮추어 제품자체의 물리적인 강도를 보완할 수 있는 방법이 있으나, 이는 발포체의 강점인 경량화에 역행하며, 원재료의 과다투입에 따른 비용상승의 문제점이 도출되었으며, 설비의 부품이나 가구등과 같이 가벼우면서도 고강도를 지니는 성형체를 제작하기에는 불가능하였다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0044679 호

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 발포수지 성형장치보다 무거운 중량을 견딜 수 있는 발포수지 성형체를 생산할 수 있는 발포수지 성형장치, 그 방법 및 이를 이용하여 제조되는 발포수지패널을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 상기 발포수지의 성형공간이 마련되되, 상기 성형공간의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛; 상기 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되, 상기 성형체의 성형 시에 상기 성형체의 내부로 보강심재가 내재되도록 상기 보강심재가 분리 가능하게 배치되는 심재인서트유닛; 상기 발포수지를 상기 성형공간으로 공급할 수 있도록 마련되어 상기 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛; 상기 증기를 상기 성형공간으로 공급하도록 상기 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛; 및 상기 성형공간에서 성형되는 상기 성형체를 냉각시키도록 상기 금형유닛에 연결되는 냉각유닛을 포함하는 발포수지 성형장치가 제공될 수 있다.

상기 심재인서트유닛은, 상기 보강심재가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더를 포함할 수 있다.

상기 심재인서트유닛은, 상기 복수의 핀 홀더 중 하나 이상을 이동시켜 상기 보강심재에 장력을 가할 있도록 상기 핀 홀더에 결합되는 가압모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 가압모듈은, 상기 금형에 회전 가능하게 결합되며, 상기 핀 홀더가 회전중심라인으로부터 이격되어 결합되는 회전부재; 및 상기 금형에 배치되어 상기 회전부재에 결합되되, 상기 보강심재에 장력을 가할 수 있는 방향으로 상기 회전부재를 지지하는 토션 스프링을 포함할 수 있다.

상기 가압모듈은, 상기 금형에 이동 가능하게 결합되며, 상기 핀 홀더가 결합되는 이동부재; 및 상기 금형에 배치되어 상기 보강심재에 장력을 가할 수 있는 방향으로 상기 이동부재를 지지하는 코일 스프링을 포함할 수 있다.

상기 복수의 핀 홀더는, 상기 보강심재가 점차 면적이 확장되는 복수개의 사각형상으로 배치될 수 있도록 상기 금형에 배치될 수 있다.

상기 복수의 금형은, 배치가 고정되어 있으며, 상기 심재인서트유닛이 배치되는 고정금형; 및 상기 고정금형에 합형되도록 가동되는 가동금형을 포함하며, 상기 고정금형과 상기 가동금형은, 상기 성형공간이 형성되어 있으며, 상기 증기가 통과하는 증기홀들이 마련되어 있는 성형부; 및 상기 성형부가 결합되되, 상기 증기가 공급되는 증기공간을 제공하며, 상기 증기공간에 대한 상기 증기의 유입구 및 유출구가 마련되어 있는 증기챔버부를 포함하며, 상기 회전부재는, 상기 토션 스프링과 함께 상기 성형부에 내장되며, 상기 핀 홀더는, 상기 회전부재에 결합되어 상기 성형부의 복수개소에 돌출되게 배치되되, 상기 보강심재는, 복수개소에 배치되는 상기 핀 홀더를 감싸도록 배치될 수 있다.

상기 발포수지 공급유닛은, 상기 고정금형의 상기 증기챔버부에 결합되어 상기 성형부에 연결되되, 상기 발포수지의 유동경로에 벤투리가 배치되는 발포수지 공급관; 상기 발포수지가 상기 벤투리를 통과하도록 상기 발포수지 공급관에 연결되는 발포수지의 저장용기; 및 상기 발포수지가 상기 벤투리에 의해 상기 성형공간으로 유입되도록 상기 벤투리로 가압공기를 제공하는 컴프레셔를 포함할 수 있다.

상기 벤투리에는, 상기 가압공기가 하류 측에 유입되어 상기 벤투리를 통과하는 상기 발포수지의 유동속도를 높일 수 있는 벤투리 홀이 마련될 수 있다.

상기 고정금형에 승강 가능하게 배치되되, 상기 고정금형으로부터 상기 가동금형의 분리 시에 상기 성형공간으로부터 상기 성형체를 사출시키는 이젝터유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 증기공급유닛은, 상기 고정금형과 상기 가동금형의 각각의 상기 증기챔버부의 유입구와 유출구 측에 연결되는 증기배관; 및 상기 고정금형과 상기 가동금형의 상기 증기챔버부에 연결된 상기 증기배관을 선택적으로 개폐할 수 있는 증기밸브를 포함하며, 상기 냉각유닛은, 상기 증기챔버부에 내장되어 냉각수를 분사하는 냉각수관; 상기 냉각수관에 연결되는 복수의 냉각수 공급관; 및 상기 복수의 냉각수 공급관을 선택적으로 개폐하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 상기 발포수지의 성형공간이 마련되는 금형유닛의 내부로 상기 성형체의 보강심재가 배치될 수 있도록 상기 금형유닛의 상기 성형공간을 개방하는 단계; 상기 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되 상기 성형체의 성형 시에 상기 성형체의 내부로 상기 보강심재가 내재되도록 상기 보강심재가 분리 가능하게 배치되며, 상기 보강심재에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛에 보강심재를 배치하는 단계; 상기 복수의 금형을 합형하여 상기 성형공간을 마련하며, 상기 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛에 의해 상기 성형공간으로 상기 발포수지를 공급하여 상기 성형공간을 충전하는 단계; 상기 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛에 의해 증기를 상기 성형공간으로 공급하여 상기 발포수지를 가열하고 상기 발포수지들 사이의 공기를 증기로 치환하는 단계; 상기 금형유닛에 연결되는 냉각유닛에 의해 상기 성형공간에서 성형되는 상기 성형체를 냉각시키는 단계; 및 상기 복수의 금형을 분리하여 상기 성형공간으로부터 상기 보강심재가 내재된 상기 성형체를 분리하는 단계를 포함하는 발포수지 성형방법이 제공될 수 있다.

상기 심재인서트유닛은, 상기 보강심재가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더; 및 상기 핀 홀더에 결합되는 가압모듈을 포함하며, 상기 가압모듈에 의해 상기 복수의 핀 홀더 중 하나 이상을 이동시켜 상기 보강심재에 장력을 가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 상기 발포수지 성형방법을 이용하여 제조되는 발포수지패널이 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 금형유닛의 내부에 배치되는 심재인서트유닛에 의해 발포수지 성형체의 내부로 강도를 보강할 수 있는 보강심재를 인서트 몰딩하여 기존의 발포수지 성형장치보다 무거운 중량을 견딜 수 있도록 기계적인 강도가 보강된 발포수지 성형체를 생산할 수 있는 발포수지 성형장치, 그 방법 및 이를 이용하여 제조되는 발포수지패널을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발포수지 성형장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 고정금형의 사시도이다.
도 3은 도 2의 고정금형에 대한 심재인서트유닛의 배치 단면도이다.
도 4는 도 1의 금형유닛에 대한 증기공급 상태도이다.
도 5는 도 1의 금형유닛에 대한 냉각 상태도이다.
도 6은 도 1의 금형유닛으로부터 성형체가 분리되는 상태도이다.
도 7은 도 6의 성형체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 심재인서트유닛의 평면도이다.
도 9는 종래의 발포수지의 성형장치의 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발포수지 성형장치의 단면도이며, 도 2는 도 1의 고정금형의 사시도이며, 도 3은 도 2의 고정금형에 대한 심재인서트유닛의 배치 단면도이며, 도 4는 도 1의 금형유닛에 대한 증기공급 상태도이며, 도 5는 도 1의 금형유닛에 대한 냉각 상태도이며, 도 6은 도 1의 금형유닛으로부터 성형체가 분리되는 상태도이며, 도 7은 도 6의 성형체의 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발포수지 성형장치는, 발포수지(f)가 공급되어 성형체(m)를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형(105)에 의해 발포수지(f)의 성형공간(112)을 마련하되 성형공간(112)의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛(100)과, 복수의 금형(105) 중 적어도 어느 하나에 마련되되 성형체(m)의 성형 시에 성형체(m)의 내부로 보강심재(r)가 내재되도록 보강심재(r)가 분리 가능하게 배치되며 보강심재(r)에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛(120)과, 발포수지(f)를 성형공간(112)으로 공급할 수 있도록 마련되어 금형유닛(100)에 연결되는 발포수지 공급유닛(140)과, 증기를 성형공간(112)으로 공급하도록 금형유닛(100)에 연결되는 증기공급유닛(150)과, 성형공간(112)에서 성형되는 성형체(m)를 냉각시키도록 금형유닛(100)에 배치되는 냉각유닛(160)을 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따르면, 보강심재(r)는 심재인서트유닛(120)의 탄력적인 회전력에 의해 루프 형상으로 배치 및 지지되어, 금형유닛(100)의 내부로 발포수지(f)가 공기압에 의해 유입될 때 작용하는 외력에 의해 심재인서트유닛(120)으로부터 이탈되지 않으면서 고정된 상태가 유지될 수 있다.

이러한 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 금형유닛(100)의 성형공간(112)의 내부로 보강심재(r)를 배치시켜 성형체(m)를 몰딩함으로써 보강심재(r)가 내재된 성형체(m)를 생산할 수 있다.

즉 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 기존의 발포제품보다 기계적으로 강하면서도 가벼워 일반제품보다 무거운 중량을 견딜 수 있는 고강도 경량발포제품을 생산 할 수 있다.

구체적으로, 본 실시 예에 따르면 금형유닛(100)의 내부에 배치되는 심재인서트유닛(120)에 의해 발포수지 성형체의 내부에서 강도를 보강할 수 있는 강성의 비발포 동질재료서 보강심재를 후술되는 루프(loop) 방식으로 인서트 몰딩하여 기존의 발포수지 성형제품보다 고하중을 견디면서 편 하중 또는 집중 하중 시에도 고르게 압력을 분산시켜 제품의 파단과 굴곡을 견딜 수 있는, 기계적인 강도가 보강되는 발포수지 성형체를 생산할 수 있다. 이는 또한 제품의 수명이 다한 후 재활용되는 과정에서 이종의 재질로 결합된 제품의 경우 겪어야 하는 분리의 문제로 비용이 상승되는 문제를 방지할 수도 있다.

즉 발포수지(f) 만으로 제조된 패널형상의 성형체(m)는, 중량이 가벼운 이점에 비해 강도의 한계가 있어 용도의 제한이 있었으나, 보강심재(r)가 내재된 성형체(m)는 굽힘 및 비틀림에 대한 강도가 보강되어 테이블 또는 비교적 중량이 무거운 물체를 지지할 수 있는 용도로 충분히 사용될 수 있다.

이러한 본 실시 예에 따른 성형체(m)는 주로 패널형상을 상정한 것으로서, 보강심재(r)가 성형체(m)의 굽힘 및 비틀림 응력을 받는 주요영역에 대응하여 배치됨으로써 성형체(m)는 보강된 구조를 갖게 된다. 또한 보강심재(r)는, 끈과 같이 후술되는 복수의 핀 홀더(121)에 쉽게 묶여 고정될 수 있는 구조로 상정하나 이에 제한되진 않으며, 쉽게 굽혀질 수 있으면서 질긴 구조를 갖는 금속, 비금속 재료, 또는 비금속의 복합재료로 이루어진 선형 또는 밴드구조이면 사용될 수 있다.

한편, 발포수지(f)는 수지가 발포되어 형성된 알갱이 또는 입자형상의 비드로 상정한다. 이러한 발포수지(f)로는 EPP(expanded polypropylene)가 사용될 수 있다. EPP는, 일반적으로 백색의 폴리프로필렌의 발포체로서, 독립기포구조를 가져 가볍고 외부충격에 대한 내충격성이 강하며, 내약품성과 내열성이 우수하고, 성형조건 구체적으로는, 성형온도와 압력의 변화를 통해 다양한 밀도와 압축강도를 갖는 제품으로 구현될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치의 주요 구성요소들을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 금형유닛(100)에 대해서 살펴본다. 금형유닛(100)의 복수의 금형(105)은, 지면에 대해 배치가 고정되어 있으며 심재인서트유닛(120)이 배치되는 고정금형(106)과, 고정금형(106)에 합형되도록 가동되는 가동금형(107)을 포함할 수 있다.

이러한 고정금형(106)과 가동금형(107)은, 캐비티와 같은 성형공간(112)이 형성되어 있으며 증기가 통과하는 증기홀(113)들이 마련되어 있는 성형부(111)와, 성형부(111)가 결합되되 증기가 공급되는 증기공간을 제공하며 증기공간에 대한 증기의 유입구 및 유출구가 마련되어 있는 증기챔버부(115)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에 따른 고정금형(106)과 가동금형(107)의 성형부(111)는, 하나의 금형으로 도시되어 있으나 성형체(m)의 형상에 대응하는 성형공간을 제공할 수 있는 다수의 금형들로 구성될 수 있다.

고정금형(106)의 성형부(111)와 가동금형(107)의 성형부(111)가 상호 대향하게 배치된 상태에서 가동금형(107)의 성형부(111)가 고정금형(106)의 성형부(111) 측으로 이동하여 성형부(111) 끼리 합형됨으로써 성형부(111)에 내부로 성형체(m)의 성형공간(112)이 형성되며, 이러한 성형공간(112)의 내부로 발포수지(f)가 충전되어 성형체(m)가 생산된다.

이때 각 성형부(111)에는 증기챔버부(115)가 결합되어 있는데, 증기챔버부(115)로 유입된 증기는, 발포수지들 사이의 공기를 성형부(111)의 외부로 밀어내면서 성형부(111)로 유입되어 비드 형상의 발포수지(f)를 가열하여 더욱 팽창시키고, 발포수지(f)는 팽창되면서 상호 융착에 의해 견고하게 압착 결합된다. 이에 따라 발포수지(f) 들 사이의 틈새가 제거되며, 발포수지(f)로 제조되는 성형체(m)는 발포수지(f)의 밀착성이 향상되어 강도가 향상될 수 있다.

이러한 발포수지(f)의 성형부(111)에 대한 충전 전에, 고정금형(106) 측 성형부(111)에는 심재인서트유닛(120)에 의해 보강심재(r)가 배치될 수 있다.

이러한 보강심재(r)를 금형유닛(100)에 배치시키는 심재인서트유닛(120)은, 보강심재(r)가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더(121)와, 복수의 핀 홀더(121) 중 하나 이상을 이동시켜 보강심재(r)에 장력을 가할 수 있도록 금형에 결합되는 가압모듈(122)을 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따른 복수의 핀 홀더(121)는 가압모듈(122)에 모두 결합된다. 즉 모든 핀 홀더(121)는 가압모듈(122)에 의해 보강심재(r)에 장력을 제공할 수 있다.

이러한 가압모듈(122)은, 고정금형(106)에 회전 가능하게 결합되며, 고정금형(106)의 성형부(111)에 배치되며 핀 홀더(121)가 회전중심라인으로부터 이격되어 결합되는 회전부재(124)와, 마찬가지로 고정금형(106)의 성형부(111)에 배치되어 회전부재(124)에 결합되며 보강심재(r)에 장력을 가할 수 있는 방향으로 회전부재(124)를 지지하는 토션 스프링(125)을 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따르면 복수의 회전부재(124)는 핀 홀더(121)가 토션 스프링(125)에 의해 최대한 넓은 영역으로 배치되도록 지지된다.

즉 후술되는 바와 같이 핀 홀더(121)가 사각형상으로 배치되는 경우, 보강심재(r)가 감기기 전 네 개의 핀 홀더(121)는 토션 스프링(125)에 의해 최대한 넓은 면적을 갖도록 지지되어 있으나, 보강심재(r)가 핀 홀더(121)에 감겨 사각형상을 이루도록 묶이는 경우, 보강심재(r)에 의해 가압되어 보다 사각형상의 면적이 좁혀질 수 있으며, 반대로 보강심재(r)는 토션 스프링(125)에 의해 지지된 핀 홀더(121)에 의해 가압되어 장력을 받게 됨으로써 팽팽한 상태로 고정금형(106)의 성형부(111)에 배치될 수 있다.

이때 보강심재(r)는 성형체(m)의 중간위치로 배치되도록 고정금형(106)의 성형부(111)의 바닥면으로부터 이격되어 핀 홀더(121)에 배치된다.

이러한 본 실시 예에 따른 복수의 핀 홀더(121)는, 보강심재(r)가 점차 면적이 확장되는 복수개의 사각형상으로 배치될 수 있도록 금형에 배치될 수 있다. 즉 핀 홀더(121)는 네 개 이상씩 면적이 확대되도록 배치될 수 있다.

본 실시 예에 따르면 보강심재(r)는 각각의 사각형상으로 배치된 네 개의 핀 홀더(121)에 묶여 복수개로 배치될 수 있다. 도시되진 않았으나 핀 홀더(121)에는 보강심재(r)가 묶이는 위치를 나타내고, 보강심재(r)의 위치이동을 제한할 수 있는 둥근 홈이 형성될 수 있다. 이러한 둥근 홈은, 성형체(m)가 성형부(111)로부터 사출될 때 보강심재(r)가 원활하게 이탈될 수 있을 정도의 깊이를 갖도록 마련된다.

이러한 핀 홀더(121)의 배치가 본 실시 예에서는 점차 확대되는 사각형상으로 기술되어 있으나, 이에 한정되진 않으며, 성형체(m)에 작용 가능한 응력의 분포에 적절하게 대응하는 배치양상이면 가능하다.

이러한 핀 홀더(121)의 회전운동을 가능케 하는 회전부재(124)는, 토션 스프링(125)과 함께 성형부(111)에 내장될 수 있다. 즉 핀 홀더(121)는, 복수개소에 배치된 회전부재(124)에 결합되어 성형부(111)의 복수개소에 돌출되게 배치되며, 보강심재(r)는 복수개소에 배치되는 핀 홀더(121)를 감싸도록 배치될 수 있다.

본 실시 예에 따른 토션 스프링(125)은, 개략적으로 도시되어 있으나 회전부재(124)의 회전축선에 일단부가 연결되며, 타단부가 성형부(111)에 결합되어, 회전부재(124)의 회전운동을 탄력적으로 저지할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 고정금형(106)과 가동금형(107)의 성형부(111) 내로 발포수지(f)를 충전할 수 있는 발포수지 공급유닛(140)은, 고정금형(106)의 증기챔버부(115)에 결합되어 성형부(111)에 연결되되, 발포수지(f)의 유동경로에 벤투리(142)가 배치되는 발포수지 공급관(141)과, 발포수지(f)가 벤투리(142)를 통과하도록 발포수지 공급관(141)에 연결되는 발포수지(f)의 저장용기(145)와, 발포수지(f)가 벤투리(142)에 의해 성형공간(112)으로 유입되도록 벤투리(142)로 가압공기를 제공하는 컴프레셔(146)를 포함할 수 있다.

이러한 발포수지 공급유닛(140)은, 컴프레셔(146)에 의해 가압된 공기가 발포수지 공급관(141)으로 제공되어 벤투리(142)를 통과하게 된다. 이때 벤투리(142)의 원리 상 벤투리(142)의 유입구 측에서 유출구 측으로 압력강하로 인해 진공압력이 발생되며, 이러한 진공압력에 의해 발포수지(f) 저장용기(145)로부터 알갱이 형상의 발포수지(f)가 벤투리(142)를 통과하여 공기와 함께 성형부(111)로 유입될 수 있다.

또한 벤투리(142)에는, 가압공기가 하류 측에 유입되어 벤투리(142)를 통과하는 발포수지(f)의 유동속도를 높일 수 있는 벤투리 홀(147)이 마련될 수 있다.

즉 발포수지 공급관(141)과 벤투리(142) 사이에는 컴프레셔(146)로부터 가압공기가 유동하여 벤투리 홀(147)로 유입될 수 있도록 유동통로가 마련되어 있으며, 가압공기는 벤투리 홀(147)로 유입되어 벤투리(142)를 통과하면서 유동속도가 저하된 알갱이 형상의 발포수지(f)를 가압하여 성형부(111) 측으로 유동속도를 높일 수 있다.

또한 도 1과 도 4를 참조하면 본 실시 예에 따른 증기공급유닛(150)은, 고정금형(106)과 가동금형(107)의 각각의 증기챔버부(115)의 유입구와 유출구 측에 연결되는 증기배관(151)과, 고정금형(106)과 가동금형(107)의 증기챔버부(115)에 연결된 증기배관(151)을 선택적으로 개폐할 수 있는 증기밸브(152)를 포함할 수 있다.

이러한 증기공급유닛(150)은, 고정금형(106)과 가동금형(107)에 각각 증기를 공급할 수 있도록 연결되어 있으며, 이러한 증기배관(151)에는 증기밸브(152)가 설치된다.

일 예로, 증기가 고정금형(106)과 가동금형(107) 내부를 각각 통과하도록 증기밸브(152)가 모두 개방될 수 있다. 또한, 가동금형(107)의 증기유출 측 개폐밸브(165)가 폐쇄되면 가동금형(107)으로 유입된 증기는 성형부(111)를 통해 고정금형(106) 측 유출 측으로 배기될 수 있으며, 이와 반대의 증기유동도 가능하다.

이때 고정금형(106)과 가동금형(107)은 증기에 의해 약 120℃의 고온까지 가열될 수 있다. 그리고 일부 증기는 고정금형(106)과 가동금형(107)의 합형에 의한 성형공간(112) 내로 유입되어 발포수지(f)를 직접 가열할 수 있다.

즉 증기는 고정금형(106)과 가동금형(107)의 증기홀(113)들을 통해 성형부(111)로 유입되어 충전된 발포수지(f)를 가열 및 팽창시킬 수 있으며, 부피 팽창되는 알갱이 형상의 발포수지(f)는 가열과 압착에 의해 접촉면이 상호 융착되어 견고한 구조로 결합된다. 즉 증기에 의해 발포수지(f)의 표면이 녹는 동시에 내부의 발포제가 팽창하여 발포수지(f) 사이의 공기가 제거되고 동시에 발포수지(f)는 서로 단단한 결합을 이루게 된다.

이처럼 성형부(111)에서 발포되어 결합된 발포수지(f)는 성형부(111)의 내부에서 성형체(m)로 형성된다. 이후 증기에 의해 가열된 성형부(111)가 냉각된 후, 성형체(m)는 고정금형(106)으로부터 가동금형(107)이 분리된 후 후술되는 이젝터유닛(170)에 의해 성형부(111)로부터 분리될 수 있다.

즉 발포수지(f)의 성형이 완료되면, 발포수지(f) 내에 잔류하는 발포제에 의해 더 이상 변형이 일어나지 않도록 성형공간(112) 내부의 승압된 발포압력을 낮추고 고정금형(106)과 가동금형(107)을 냉각시키기 위한 냉각(cooling) 과정이 행해진다.

이러한 냉각을 위해서는 후술되는 바와 같이 냉각수를 냉각유닛(160)를 통해 각 고정금형(106)과 가동금형(107) 내에 직접 분사하는 직접 냉각방식과, 혹은 진공흡입을 통해 성형부(111) 내의 압력을 낮추는 간접 냉각방식을 고려할 수 있다.

도 1과 도 5를 참조하면, 고정금형(106)과 가동금형(107)의 성형부(111)를 냉각시키는 본 실시 예에 따른 냉각유닛(160)은, 증기챔버부(115)에 내장되어 냉각수를 분사하는 냉각수관(161)과, 냉각수관(161)에 연결되는 복수의 냉각수 공급관(163)과, 복수의 냉각수 공급관(163)을 선택적으로 개폐하는 개폐밸브(165)를 포함할 수 있다.

즉 본 실시 예에 따른 냉각수관(161)에는 복수의 냉각수 공급관(163)이 연결되어 있으므로, 개폐밸브(165)의 개폐에 따라 복수의 냉각수 공급관(163)을 통해 공급되는 냉각수 중 하나 또는 모두가 선택적으로 사용될 수 있다.

이러한 냉각수는 결국 성형체(m)를 냉각시키게 되는데, 발포수지(f) 사이에 있는 증기는, 공기보다 냉각에 의한 부피감소가 크므로 발포수지(f) 들 사이에 존재할 수 있는 틈새를 더욱 수축시킬 수 있으며, 발포수지(f)는 조밀하게 배치되어 강도가 향상된 구조를 제공할 수 있다.

도 1과 도 6을 참조하면, 전술한 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 고정금형(106)에 승강 가능하게 배치되되 고정금형(106)으로부터 가동금형(107)의 분리 시에 성형공간(112)으로부터 성형체(m)를 사출시키는 이젝터유닛(170)을 더 포함할 수 있다.

이젝터유닛(170)는, 고정금형(106)으로부터 가동금형(107)이 상승되어 합형상태에서 분리된 후, 성형부(111)의 저면에서 상승하여 성형부(111)에 있는 성형체(m)를 고정금형(106)의 성형부(111)로터 이탈시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 이젝터유닛(170)에 의해 발포수지의 성형체를 성형부(111)로부터 분리하여 최종적인 패널형상의 성형체를 제작할 수 있다.

이러한 발포수지 성형장치는, 도 7에 도시된 바와 같이 발포수지의 몰딩 공정 중에 패널형상의 내부로 끈 구조의 보강심재(r)를 내장시킬 수 있으므로, 기존의 장치에서보다 보강된 성형체(m)를 생산할 수 있는 이점을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 금형유닛의 심재인서트유닛(120)에 보강심재(r)를 걸칠 때 보강심재(r)에 탄력적인 장력을 제공함으로써 보강심재(r)를 팽팽하게 당겨진 상태로 성형체(m) 내에 배치시킬 수 있으며, 이에 따라 보강심재(r)는 성형체(m)에 하중이 가해질 때 굽힘응력을 보강할 수 있는 구조를 갖게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 전술한 심재인서트유닛(120)의 구체적인 요소들이 다른 뿐 나머지 구성요소들은 동일하므로, 동일한 요소들의 구조 및 작동에 대해서는 설명을 생략한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 다른 실시 예에 적용되는 심재인서트유닛(120)은, 전술한 바와 같은 핀 홀더(221)를 포함하나, 핀 홀더(221)를 움직이는 가압모듈(222)의 구성에서 차이가 있다. 즉 가압모듈(222)은, 금형에 이동 가능하게 결합되며, 핀 홀더(221)가 결합되는 이동부재(224)와, 금형에 배치되어 보강심재(r)에 장력을 가할 수 있는 방향으로 이동부재(224)를 지지하는 코일 스프링(225)을 포함할 수 있다.

이러한 다른 실시 예에 따른 가압모듈(222)은, 사각형상으로 배치되는 핀 홀더(221)를 사각형상의 대각선 방향으로 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 사각형상의 가로 또는 세로 방향으로 핀 홀더(221)의 움직임을 탄력적으로 저지하도록 배치될 수 있다.

즉 이동부재(224)의 이동을 위한 가이드 방향과 가이드 방향에 얼라인되도록 배치되는 코일 스프링(225)에 의해 핀 홀더(221)의 이동방향이 결정되며, 핀 홀더(221)에 걸쳐지게 묶이는 보강심재(r)가 핀 홀더(221)에 대각선, 가로, 또는 세로 방향 중 하나로 지지됨으로써 보강심재(r)에 장력이 가해질 수 있으며, 보강심재(r)는 팽팽하게 배치될 수 있다. 이러한 보강심재(r)는 성형체(m)가 이젝터유닛(170)에 의해고정금형(106)으로부터 분리될 때, 핀 홀더(221)로부터 분리된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전술한 발포수지 성형장치에 의해 발포수지패널을 제조하는 발포수지 성형방법이 제공될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발포수지 성형방법은, 발포수지(f)가 공급되어 성형체(m)를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형(105)에 의해 발포수지(f)의 성형공간(112)을 마련하는 금형유닛(100)의 내부로 성형체(m)의 보강심재(r)가 배치될 수 있도록 금형유닛(100)의 성형공간(112)을 개방하는 단계와, 복수의 금형(105) 중 적어도 어느 하나에 마련되되 성형체(m)의 성형 시에 성형체(m)의 내부로 보강심재(r)가 내재되도록 보강심재(r)가 분리 가능하게 배치되며, 보강심재(r)에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛(120)에 보강심재(r)를 배치하는 단계와, 복수의 금형(105)을 합형하여 성형공간(112)을 마련하며, 금형유닛(100)에 연결되는 발포수지 공급유닛(140)에 의해 성형공간(112)으로 발포수지(f)를 공급하여 성형공간(112)을 충전하는 단계와, 금형유닛(100)에 연결되는 증기공급유닛(150)에 의해 증기를 성형공간(112)으로 공급하여 발포수지(f)를 가열하고 발포수지(f) 들 사이의 공기를 증기로 치환하는 단계와, 금형유닛(100)에 연결되는 냉각유닛(160)에 의해 성형공간(112)에서 성형되는 성형체(m)를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 발포수지 성형장치 및 이를 이용하는 발포수지 성형방법에 의해서 도 7에 도시된 바와 같은 보강심재(r)가 복수로 내재된 성형체(m)에 해당되는 발포수지패널이 제공될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

f: 발포수지 m: 성형체
r: 보강심재 100: 금형유닛
105: 복수의 금형 106: 고정금형
107: 가동금형 111: 성형부
112: 성형공간 113: 증기홀
115: 증기챔버부 120: 심재인서트유닛
121, 221: 핀 홀더 122, 222: 가압모듈
124: 회전부재 125: 토션 스프링
140: 발포수지 공급유닛 141: 발포수지 공급관
142: 벤투리 145: 저장용기
146: 컴프레셔 147: 벤투리 홀
150: 증기공급유닛 151: 증기배관
152: 증기밸브 160: 냉각유닛
161: 냉각수관 163: 냉각수 공급관
165: 개폐밸브 170: 이젝터유닛
224: 이동부재 225: 코일 스프링

Claims (14)

1. 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 상기 발포수지의 성형공간이 마련되되, 상기 성형공간의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛;
   상기 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되, 상기 성형체의 성형 시에 상기 성형체의 내부로 보강심재가 내재되도록 상기 보강심재가 분리 가능하게 배치되는 심재인서트유닛;
   상기 발포수지를 상기 성형공간으로 공급할 수 있도록 마련되어 상기 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛;
   상기 증기를 상기 성형공간으로 공급하도록 상기 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛; 및
   상기 성형공간에서 성형되는 상기 성형체를 냉각시키도록 상기 금형유닛에 연결되는 냉각유닛;을 포함하며,
   상기 심재인서트유닛은, 상기 보강심재가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 심재인서트유닛은, 상기 복수의 핀 홀더 중 하나 이상을 이동시켜 상기 보강심재에 장력을 가할 있도록 상기 핀 홀더에 결합되는 가압모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가압모듈은,
   상기 금형에 회전 가능하게 결합되며, 상기 핀 홀더가 회전중심라인으로부터 이격되어 결합되는 회전부재; 및
   상기 금형에 배치되어 상기 회전부재에 결합되되, 상기 보강심재에 장력을 가할 수 있는 방향으로 상기 회전부재를 지지하는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 가압모듈은,
   상기 금형에 이동 가능하게 결합되며, 상기 핀 홀더가 결합되는 이동부재; 및
   상기 금형에 배치되어 상기 보강심재에 장력을 가할 수 있는 방향으로 상기 이동부재를 지지하는 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 핀 홀더는, 상기 보강심재가 점차 면적이 확장되는 복수개의 사각형상으로 배치될 수 있도록 상기 금형에 배치되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 금형은,
   배치가 고정되어 있으며, 상기 심재인서트유닛이 배치되는 고정금형; 및
   상기 고정금형에 합형되도록 가동되는 가동금형을 포함하며,
   상기 고정금형과 상기 가동금형은,
   상기 성형공간이 형성되어 있으며, 상기 증기가 통과하는 증기홀들이 마련되어 있는 성형부; 및
   상기 성형부가 결합되되, 상기 증기가 공급되는 증기공간을 제공하며, 상기 증기공간에 대한 상기 증기의 유입구 및 유출구가 마련되어 있는 증기챔버부를 포함하며,
   상기 회전부재는, 상기 토션 스프링과 함께 상기 성형부에 내장되며,
   상기 핀 홀더는, 상기 회전부재에 결합되어 상기 성형부의 복수개소에 돌출되게 배치되되,
   상기 보강심재는, 복수개소에 배치되는 상기 핀 홀더를 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 발포수지 공급유닛은,
   상기 고정금형의 상기 증기챔버부에 결합되어 상기 성형부에 연결되되, 상기 발포수지의 유동경로에 벤투리가 배치되는 발포수지 공급관;
   상기 발포수지가 상기 벤투리를 통과하도록 상기 발포수지 공급관에 연결되는 발포수지의 저장용기; 및
   상기 발포수지가 상기 벤투리에 의해 상기 성형공간으로 유입되도록 상기 벤투리로 가압공기를 제공하는 컴프레셔를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 벤투리에는, 상기 가압공기가 하류 측에 유입되어 상기 벤투리를 통과하는 상기 발포수지의 유동속도를 높일 수 있는 벤투리 홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 고정금형에 승강 가능하게 배치되되, 상기 고정금형으로부터 상기 가동금형의 분리 시에 상기 성형공간으로부터 상기 성형체를 사출시키는 이젝터유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 증기공급유닛은,
    상기 고정금형과 상기 가동금형의 각각의 상기 증기챔버부의 유입구와 유출구 측에 연결되는 증기배관; 및
    상기 고정금형과 상기 가동금형의 상기 증기챔버부에 연결된 상기 증기배관을 선택적으로 개폐할 수 있는 증기밸브를 포함하며,
    상기 냉각유닛은,
    상기 증기챔버부에 내장되어 냉각수를 분사하는 냉각수관;
    상기 냉각수관에 연결되는 복수의 냉각수 공급관; 및
    상기 복수의 냉각수 공급관을 선택적으로 개폐하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
12. 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 상기 발포수지의 성형공간이 마련되는 금형유닛의 내부로 상기 성형체의 보강심재가 배치될 수 있도록 상기 금형유닛의 상기 성형공간을 개방하는 단계;
    상기 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되 상기 성형체의 성형 시에 상기 성형체의 내부로 상기 보강심재가 내재되도록 상기 보강심재가 분리 가능하게 배치되며, 상기 보강심재에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛에 보강심재를 배치하는 단계;
    상기 복수의 금형을 합형하여 상기 성형공간을 마련하며, 상기 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛에 의해 상기 성형공간으로 상기 발포수지를 공급하여 상기 성형공간을 충전하는 단계;
    상기 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛에 의해 증기를 상기 성형공간으로 공급하여 상기 발포수지를 가열하고 상기 발포수지들 사이의 공기를 증기로 치환하는 단계; 및
    상기 금형유닛에 연결되는 냉각유닛에 의해 상기 성형공간에서 성형되는 상기 성형체를 냉각시키는 단계; 및
    상기 복수의 금형을 분리하여 상기 성형공간으로부터 상기 보강심재가 내재된 상기 성형체를 분리하는 단계를 포함하는 발포수지 성형방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 심재인서트유닛은,
    상기 보강심재가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더; 및
    상기 핀 홀더에 결합되는 가압모듈을 포함하며,
    상기 가압모듈에 의해 상기 복수의 핀 홀더 중 하나 이상을 이동시켜 상기 보강심재에 장력을 가하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형방법.
14. 삭제

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