KR101567820B1 - 이종소재 금형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포수지 성형용 이종 소재 금형장치에 관한 것으로, 열팽창계수가 상이한 이종 소재의 금형을 이용함으로써 금형의 온도를 조절하여 발포수지의 미세조직 및 기계적 물성을 용이하게 제어할 수 있고, 이와 같이 각 금형의 온도를 달리하여 수지의 발포 온도를 달리하면서도 각 금형의 가열온도와 반비례하도록 열팽창계수가 차이나는 소재를 적용하도록 하여 각 금형간 열팽창길이가 일치되도록 하여 상온과 발포 온도 부근에서도 습합을 완벽하게 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

이종소재 금형 장치{Mold Device Composed Of Different Materials}

본 발명은 발포수지 성형용 이종 소재 금형장치에 관한 것으로, 열팽창계수가 다른 이종 소재를 이용하여 발포수지의 성형시 발포수지의 미세조직 및 기계적 특성을 두께에 따라 제어할 수 있도록 하면서 상온 및 발포온도 부근에서도 습합을 유지할 수 있도록 하는 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치에 관한 것이다.

운동화는 보통 발등과 발목 부위를 덮어서 보호하는 갑피(upper)와, 신발창으로 구성되고, 신발창은 신발용 깔창이 되는 안창(insole)과, 스폰지나 폴리우레탄 재질의 중창(midsole), 그리고 고무 재질의 밑창(outsole)로 구성된다.

중창은 보행시 인체의 하중을 탄력적으로 분산시키고 지지해야 하기 때문에 매우 중요하며, 완충력이 우수한 고무나 발포수지 또는 스폰지 재질로 만든다. 이러한 발포수지의 재료로는 EVA(ethylene vinyle acetate) 혹은 폴리우레탄계 고분자가 많이 사용되며, 발포제(blowing agent)의 함량에 따라 발포 온도가 변화한다. 특히 발포 온도는 발포수지의 미세조직과 기계적 특성을 지배한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 중창의 제조시 사용되는 단층 금형(100)의 단면도를 나타낸 것으로, 상판금형(120)과 하판금형(122)의 재료는 동일하며, 금형의 사이에 발포수지를 주입시켜 170℃ 정도의 발포 온도로 가열시키면, 스폰지형의 중창(150)이 제조된다. 제조된 중창의 미세조직과 기계적 특성은 전체적으로 균일하게 된다.

그러나 신발창의 단면구조를 살펴보면, 중창을 기준으로 아래에는 밑창이 위치하고 위로는 안창이 위치하게 되는 바, 밑창은 단단한 고무 재질로 만들어지며, 안창은 쿠션이 좋은 재질로 만들어지므로, 중창의 재질은 밑창과 인접한 아래 부분은 단단하게 하고, 안창과 인접하는 위쪽 부분은 덜 단단하도록 발포수지의 미세조직 및 기계적 특성을 제어하여 제조하는 것이 요구된다.

한편, 최근에는 신발의 칼라화가 대세이다. 유명 젊은 연예인들이 선보이는 칼라 운동화는 종래의 기능 위주의 신발 제조에서 심미성과 디자인의 폭을 더 한층 넓게 해서 신발창의 생산에서 고난도의 기술이 요구된다. 즉, 2가지의 칼라를 갖는 서로 다른 중창을 만들어 결합해서 사용하는 추세이다. 현재의 기술로는 칼라가 서로 다른 중창을 제조한 후 접착제(adhesives)로 본딩해서 사용하고 있다.

관련하여, 국내 등록특허 10-0978284에는 밑창과 중창, 안창 및 갑피로 이루어진 운동화를 제조하는 방법이 구체적으로 기술되어 있으나 종래의 기술에서는 밑창과 중창을 별도의 공정으로 제작한 후, 접착제를 사용해서 본딩시켜 제작됨을 개시하고 있다.

또한 국제 공개특허 2013-100501에는 EVA폼으로 된 중창과 고무로 된 밑창을 파이론 금형에 투입하고, 그 사이에 접착용 필름을 삽입한 다음, 고온과 고압으로 동시에 성형함으로써 밑창과 중창을 제조하는 기술을 개시하고 있는바, 상기 국제 공개특허에 의하면 종래의 방법에 비해 세척공정과 프라이머(primer) 도포공정 및 접착공정을 제거하여 작업공정을 단순화시키고 있음을 개시하고 있다.

그러나 이러한 종래의 기술들은 중창과 밑창 및 안창을 별도의 공정으로 제조해서 접착제나 접착용 필름으로 본딩해서 사용하는 바, 많은 시간과 노력이 소요될 뿐 아니라 많은 인력이 소모되어 신발창의 가격이 상승하게 되는 문제점이 있고, 중창의 제조 역시 단일 금형에서 제조하기 때문에 중창의 칼라도 단일색으로 제조될 수 밖에 없고, 중창의 기계적 특성도 전체적으로 균일하게 제조할 수 있을 뿐이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점에 착안하여 안출된 것으로, 열팽창계수가 다른 이종 소재를 이용하여 발포수지의 성형시 발포수지의 미세조직 및 기계적 특성을 두께에 따라 제어할 수 있도록 하는 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상이한 열팽창계수를 갖는 이종 의 금형 소재를 이용한 발포수지 성형용 금형 장치를 제공한다.

따라서 본 발명의 일 측면에 따르면,

상판 금형 및 하판 금형으로 구성되는 발포수지 성형용 금형장치에 있어서,

상기 각 금형을 구성하는 상판 금형소재와 하판 금형소재의 열팽창계수가 서로 상이한 이종 소재로 이루어지고, 상기 열팽창계수는 적어도 35%의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 상판 금형 또는 하판 금형은, 소정의 크기의 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 발포수지는 EVA 또는 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 발포수지 성형품은 신발 중창인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 측면에 의하면,

상판 금형, 중판 금형 및 하판 금형으로 구성되는 발포수지 성형용 금형장치에 있어서,

상기 각 금형을 구성하는 상판 또는 하판 금형의 소재와 중판 금형 소재의 열팽창계수가 서로 상이한 이종 소재로 이루어지고, 상기 열팽창계수는 적어도 35%의 차이를 갖는 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 상판 금형과 중판 금형의 사이에서 제1 칼라의 발포수지가 성형되고 상기 중판 금형과 하판 금형의 사이에서 제2 칼라의 발포수지가 성형되어, 이종 칼라의 발포수지를 성형하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 상판 금형, 중판 금형 또는 하판 금형은, 소정의 크기의 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 발포수지는 EVA 또는 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 발포수지 성형품은 신발 중창인 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 따른 이종 소재 금형 장치는, 열팽창계수가 상이한 이종 소재의 금형을 이용함으로써 상판 금형과 하판 금형의 온도를 조절하여 발포수지의 미세조직 및 기계적 물성을 용이하게 제어할 수 있고, 이와 같이 각 금형의 온도를 달리하여 수지의 발포 온도를 달리하면서도 각 금형의 가열온도와 반비례하도록 열팽창계수가 차이나는 소재를 적용하도록 하여 각 금형간 열팽창길이가 일치되도록 하여 상온과 발포 온도 부근에서도 습합을 완벽하게 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

특히 운동화용 중창에 적용시 운동화용 중창의 쿠션을 용이하게 조절할 수 있고, 상판 금형과 하판 금형의 온도 차이를 크게 함으로써 두께에 따른 중창의 쿠션 차이를 증가시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 이층 발포 수지를 성형할 경우에 상판 금형과 하판 금형의 소재와 중판 금형의 소재를 달리함으로써 상온과 발포 온도 부근에서도 습합을 유지할 수 있기 때문에 서로 다른 칼라를 갖는 이층의 발포수지를 접착제의 사용없이 제조할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 세척공정과 프라이머 도포공정 및 접착공정이 제거되기 때문에 가격경쟁력을 갖추면서도 친환경적인 공정개선의 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 단일 소재 금형 장치의 단면도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 금형 장치의 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 금형 장치를 이용한 중창 제조공정을 순차적으로 나타낸 단면도; 및
도 4는 금형의 온도 및 열팽창계수에 따른 금형소재의 열팽창길이를 그래프로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치(200)의 단면도이고, 도 3은 이층 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치(300)의 단면도 및 이를 이용한 제조공정을 나타낸 것이고, 도 4는 금형의 온도 및 열팽창계수에 따른 금형소재의 열팽창길이를 그래프로 나타낸 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 이종 소재 금형 장치(200)는, 상판 금형 가열부(210), 상판 금형(220), 하판 금형(222) 및 하판 금형 가열부(212)로 구성되되어, 상기 가열부(210, 212)에 의하여 각 금형(220, 222)이 가열됨으로써 상판 금형과 하판 금형의 사이에서 발포 수지가 성형된다.

본 발명의 발포수지 성형용 금형장치에 있어서, 상기 각 금형을 구성하는 상판 금형(220) 소재와 하판 금형(222) 소재의 열팽창계수가 서로 상이한 이종 소재로 이루어지고, 상기 열팽창계수는 적어도 35%의 차이를 갖는 것을 특징으로 한다.

중창 등에 사용되는 발포수지의 기계적 특성은 발포 수지의 발포 정도에 따라서 크게 변화하게 되는데, 발포 온도가 충분히 높은 경우, 발포제가 대부분 발포하여 발포 수지 내부에 큰 기공이 생겨 부피 팽창이 크게 일어나게 된다. 반면, 발포 온도가 상대적으로 낮은 경우에는 발포가 덜 일어나게 되어 발포 수지 내부에 상대적으로 미세한 기공이 생겨 부피 팽창이 덜 일어나게 되므로, 상대적으로 부피 팽창이 크게 발생한 발포 수지에 비하여 밀도가 높아지게 되어 보다 단단한 기계적 특성을 나타내게 된다.

따라서 본 발명의 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치(200)에 있어서 상판 금형(220)에 비해 하판 금형(222)의 열팽창계수가 큰 재료를 사용하여 제조한 중층(250)의 미세조직과 기계적 특성에 있어서, 상판 금형(220) 부근은 기공이 조대하고 쿠션이 크지만, 하판금형(222) 부근의 중창(250)은 기공이 미세하고 상대적으로 단단한 특성을 갖게 된다.

즉, 본 발명의 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용하여 중창을 제조하게 되면 중창(250)의 단면에서 나타나는 미세조직 및 기계적 특성의 변화를 상판금형(220)과 하판금형(222)의 온도조절로 제어할 수 있게 된다.

또한 금형 장치(200)에서 중층(250)의 소재로 발포 수지를 사용할 때, 상판 금형(220)과 하판 금형(222)의 습합이 중요한 바, 완벽한 습합이 되지 않을 경우, 발포시 발포 수지가 틈새로 빠져나와 상품성이 저하되거나 후처리 공정이 추가로 요구되는 문제점이 발생하게 되는데, 본 발명에 있어서는 상판 금형과 하판 금형의 온도 조절을 달리하여 발포 수지의 기계적 특성을 제어하면서도 습합을 상온과 발포온도 부근까지 가열된 금형에서 습합을 유지할 수 있도록 상판 금형과 하판 금형의 소재를 열팽창 계수가 상이한 이종의 소재로 형성된다.

따라서 금형의 가열 온도에 반비례 하도록 금형 소재간 열팽창계수의 차이가 나도록 금형 소재를 선택함으로써 금형의 열팽창길이가 일치되도록 하여 습합을 유지할 수 있다.

일 예로, 상판 금형 가열부(210)와 하판 금형 가열부(212)를 통해서 상판 금형(220)의 온도가 170℃이고, 하판 금형(222)의 온도가 110℃가 되도록 가열하고, 상판 금형(220)과 하판 금형(222)에서 서로 다른 온도증가로 차이로 인해 증가된 금형의 치수가 비슷하게 되도록 금형 소재를 선택하게 된다.

즉, 상기 가열에 의하여 상판 금형(220)은 145℃의 온도 증가 (170℃-25℃(상온)=145℃)가 발생하고, 하판 금형(222)은 85℃의 온도 증가 (110℃-25℃(상온)=85℃)가 발생하게 되므로 온도 증가의 비율은 170%(145/85)에 이르게 된다. 이에 상기 하판 금형에 비해 상판 금형에서 온도 증가 비율이 70% 정도 크게 발생하므로, 상판 금형 소재의 열팽창계수가 적어도 하판 금형 소재의 열팽창계수의 30% 이상 차이나는 상판 금형 소재를 선택하여야 상온 및 발포온도 부근에서 지속적으로 습합을 유지할 수 있게 된다.

또한 금형간 온도증가비율의 차이가 작은 경우에는 금형의 치수변화가 크지 않기 때문에 습합의 문제가 크게 발생하지 않으므로, 본 발명의 이종 소재 금형 장치에 있어서 상기 상판 또는 하판 금형 소재의 열팽창계수는 적어도 30%이상의 차이, 보다 바람직하게는 적어도 35%의 차이를 갖도록 형성된다.

구체적인 예로서 본 발명에서 상판 금형의 재료로 열팽창계수가 13 ppm인 SKD11를 사용할 때, 하판 금형 재료로는 열팽창 계수가 22 ppm인 알루미늄 7075 합금을 사용하면 좋다. 또한, 상판 금형 재료로 열팽창계수가 11 ppm 인 STAVAX를 사용할 때, 하판 금형 재료로 열팽창계수가 17 ppm인 MOLDMAX를 사용하면 좋다.

또한 금형 장치에서 습합의 문제는 금형에 새겨진 패턴들의 크기와 관계되며, 패턴의 크기가 100 mm 이상일 경우, 열팽창계수에 의한 금형의 치수변화를 심각하게 고려해야 하는바, 본 발명에 있어서는 상판 금형과 하판 금형의 발포 온도를 달리하면서도 각 금형을 열팽창계수가 다른 소재로 이루어지도록 함으로써 열팽창길이가 일치되도록 하고 있어 패턴의 크기에 상관없이 적용가능한 것을 특징으로 한다.

다른 구체예에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이 이층 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치(300)가 제공된다. 상판 금형 가열부(310), 상판 금형(320), 중판 금형(321), 하판 금형(322) 및 하판 금형 가열부(312)로 구성되어, 상기 가열부(310, 312)에 의하여 상판 금형 및 하판 금형(320, 322)이 가열됨으로써 상판 금형과 중판 금형, 중판 금형과 하판 금형의 사이에서 발포 수지가 성형된다.

본 발명의 발포수지 성형용 금형장치(300)에 있어서, 상기 각 금형을 구성하는 상판 또는 하판 금형의 소재와 중판 금형 소재의 열팽창계수가 서로 상이한 이종 소재로 이루어지고, 상기 열팽창계수는 적어도 35%의 차이를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 발포수지 성형용 금형장치(300)에 있어서, 상판금형(320)과 하판금형(322)은 동일한 재료로 만들고, 중판금형(321)은 상판금형과 하판금형에 비해 열팽창계수가 상대적으로 큰 재료를 선택해서 금형을 제조할 수 있다.

실제 예로서, 도 3을 참고하면 먼저 발포 온도가 150℃재료를 사용해서 중창을 제조할 때, 상판 금형과 하판 금형은 170℃로 가열하고, 중판 금형은 110℃로 가열하면, 상판 금형과 하판 금형에 인접한 부분은 발포가 발생하지만, 중판 금형(321)에 인접한 제1칼라 중층(351)과 제2칼라 중층(352)은 발포가 일어나지 않게 된다 후속 공정으로서, 상기 중판 금형(321)을 제거한 후 상판 금형(320)과 하판 금형(322)을 직접 습합하여, 상판 금형 가열부(310)와 하판 금형 가열부(312)를 사용해서 170℃정도로 가열시키면, 앞서 중판 금형에 인접했던 부분의 발포를 확실하게 발생하게 해서 접착제의 사용 없이 2칼라 중창(350)을 제조할 수 있게 된다. 즉, 열팽창계수가 다른 이종소재 금속을 사용해서 금형을 제조하면, 상온은 물론이고, 발포온도 부근에서도 습합을 지속적으로 유지할 수 있으며, 2칼라 중창도 접착제 사용 없이 제조할 수 있게 되는 것이다.

관련하여 도 4는 실제 금형의 온도 및 열팽창계수에 따른 금형소재의 열팽창길이를 그래프로 나타낸 것으로, 온도차이의 비율과 열팽창계수의 비율을 일치시킴으로써 열팽창길이를 일치시켜 습합을 지속적으로 유지할 수 있음을 확인할 수 있다. 이 때, 상판 금형 가열부(210)와 하판 금형 가열부(212)를 통해서 상판 금형(220)의 온도가 170℃이고, 하판 금형(222)의 온도가 110℃가 되도록 가열할 경우, 상판/하판 금형에 비해 중판 금형에서 온도 증가 비율이 70% 정도 크게 발생하므로, 상판 금형 소재의 열팽창계수는 적어도 중판 금형 소재의 열팽창계수의 30% 이상, 보다 바람직하게는 35% 이상 차이나는 상판/하판 금형 소재를 선택하여야 상온 및 발포온도 부근에서 지속적으로 습합을 유지할 수 있게 된다.

구체적인 예로서 본 발명에서 상판 또는 하판 금형의 소재로 열팽창계수가 13 ppm인 SKD11를 사용할 때, 중판 금형 소재로는 열팽창 계수가 22 ppm인 알루미늄 7075 합금을 사용하면 좋다. 또한, 상판 또는 하판 금형 소재로 열팽창계수가 11 ppm 인 STAVAX를 사용할 때, 중판 금형 재료로 열팽창계수가 17 ppm인 MOLDMAX를 사용하면 좋다.

상기 단층 발포수지 성형용 금형장치와 마찬가지로, 상기 이층 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치에 있어서 발포 수지의 성형시 상판금형과 중판금형 및 하판금형과 중판금형의 습합이 중요한 바, 습합이 잘 안되면 발포시 수지가 틈새로 빠져나와 상품성이 저하되거나 후처리 공정이 추가로 요구되는 문제점이 발생하게 되는데, 본 발명에 있어서는 상판 또는 하판 금형과 중판 금형의 온도 조절을 달리하여 발포 수지의 기계적 특성을 제어하면서도 습합을 상온과 발포온도 부근까지 가열된 금형에서 습합을 유지할 수 있도록 상판 또는 하판 금형의 소재와 중판 금형의 소재를 열팽창 계수가 상이한 이종의 소재로 형성하여 금형의 열팽창길이가 일치되도록 하여 습합을 유지하게 되고, 별도의 본딩 작업 없이도 이층 발포수지를 형성할 수 있게 된다.

또한 금형에서 습합의 문제는 금형에 새겨진 패턴들의 크기와 관계되며, 패턴의 크기가 100 mm 이상일 경우, 열팽창계수에 의한 금형의 치수변화를 심각하게 고려해야 하는 데, 상술한 바와 같이 금형의 열팽창길이가 일치되도록 하고 있어 패턴의 크기에 상관없이 적용할 수 있다.

이상에서 본 발명을 실시예를 중심으로 설명하였으나, 해당 분야의 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이며, 본 발명의 권리범위는 상기 실시 예에 한정하여 해석될 수 없고, 이하에서 기재하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 한다.

100 : 종래기술에 따른 금형장치
200 : 본 발명의 금형 장치
300 : 본 발명의 금형 장치
110, 210, 310 : 상판 금형 가열부
112, 212, 312 : 하판 금형 가열부
120, 220, 320 : 상판 금형
122, 222, 322 : 하판 금형
150, 250 : 중창
351 : 제1 칼라 중창
352 : 제2 칼라 중창
321 : 중판 금형

Claims (9)

1. 상판 금형, 중판 금형 및 하판 금형으로 구성되는 발포수지 성형용 금형장치를 이용한 이층 발포수지 성형품의 제조방법에 있어서,
   상기 상판 금형의 소재와 하판 금형의 소재는 열팽창계수가 서로 동일 또는 상이한 소재이고, 상기 중판 금형의 소재는 상기 상판 금형 또는 하판 금형의 소재와 열팽창계수가 서로 상이한 이종 소재이며, 상기 중판 금형 소재의 열팽창계수는 상기 상판 금형 또는 하판 금형의 소재의 열팽창계수보다 적어도 135%인 이종 소재 금형 장치를 이용하고,
   상기 상판 금형 및 하판 금형을 상기 중판 금형보다 높은 온도로 가열함으로써 상기 상판 금형과 중판 금형의 사이에서 제1 발포수지 및 상기 중판 금형과 하판 금형의 사이에서 제2 발포수지를 성형한 후, 상기 중판 금형을 제거하고, 상기 상판 금형과 하판 금형을 가열하여 제1 발포수지와 제2 발포수지로 이루어진 이층 발포수지 성형품을 제조하는,
   상기 상판 금형, 중판 금형 및 하판 금형 각각에서 열팽창된 전체 길이를 일치시켜 습합이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용한 이층 발포수지 성형품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상판 금형 및 하판 금형은 170℃로 가열하고, 상기 중판 금형은 110℃로 가열하는 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용한 이중층 발포수지 성형품의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 발포수지는 제1 칼라의 발포수지이고, 상기 제2 발포수지는 제2 칼라의 발포수지인, 이종 칼라 발포수지 성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용한 이중층 발포수지 성형품의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 상판 금형, 중판 금형 또는 하판 금형은, 소정의 크기의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용한 이중층 발포수지 성형품의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 발포수지 및 제2 발포수지는 EVA 또는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용한 이중층 발포수지 성형품의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 발포수지 성형품은 신발 중창인 것을 특징으로 하는, 발포수지 성형용 이종 소재 금형 장치를 이용한 이중층 발포수지 성형품의 제조방법.
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