KR101637393B1 - 발포수지 성형장치 - 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; 발포수지를 성형공간으로 공급할 수 있도록 마련되어 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛; 증기를 성형공간으로 공급하도록 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛; 및 성형공간에서 성형되는 성형체를 냉각시키도록 금형유닛에 연결되는 냉각유닛을 포함하며, 복수의 금형 중 하나 이상은, 증기가 성형공간으로 분사되도록 증기의 유동속도를 증가시키는 노즐이 마련되며, 노즐에 연결되어 증기를 분사시킬 수 있으며 성형공간으로부터 발포수지의 유출을 차단할 수 있는 슬릿이 마련되는 증기분사유닛을 포함한다.

Description

발포수지 성형장치{MOLDING APPARATUS FOR FOAMED RESIN}

본 발명은, 발포수지 성형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발포성 수지 알갱이를 공기와 함께 금형으로 주입한 후, 열을 가해 발포 융착시켜 성형할 수 있는 발포수지 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발포수지는 형상의 가공이 용이하면서 중량이 가볍고, 충격을 흡수할 수 있어 식자재 및 전자제품의 포장재로 주로 사용된다. 발포수지는, 포장 형상의 성형 공간을 갖는 금형의 내부로 주입되어 목적의 성형체로 제작된다.

도 10에는 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 이젝터 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 이젝터 핀(12)을 이용해서 밀어낸다.

이러한 종래의 발포수지 성형장치는, 캐비티로 공급되는 증기가 다수의 증기 홀들을 통해 공급됨으로써 발포수지 들 사이의 공기를 증기에 의해 외부로 밀어 내는 압력이 부족하였으며, 증기 홀이 형성된 영역에서만 공기가 증기로 용이하게 치환되고 다른 영역에서는 증기에 의한 공기의 치환 작용이 신속하지 못하여 캐비티에서 성형되는 발포수지의 성형체에 공기가 잔존되었으며, 잔존 공기가 성형체의 강도를 약화시키는 요인으로 작용하였다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0044679 호

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 발포수지 성형장치보다 발포수지들 사이의 공기를 증기로 치환하는 작용이 원활하여, 성형체의 형성 시에 발포수지들 사이의 공기가 거의 제거될 수 있는 발포수지 성형장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 상기 발포수지의 성형공간을 마련하되, 상기 성형공간의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛; 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 포함하며, 상기 복수의 금형 중 하나 이상은, 상기 증기가 상기 성형공간으로 분사되도록 상기 증기의 유동속도를 증가시키는 노즐이 마련되며, 상기 노즐에 연결되어 상기 증기를 분사시킬 수 있으며 상기 성형공간으로부터 상기 발포수지의 유출을 차단할 수 있는 슬릿이 마련되는 증기분사유닛을 포함하는 발포수지 성형장치가 제공될 수 있다.

상기 증기분사유닛은, 상기 증기공급유닛에 연결되되, 상기 노즐이 마련되는 증기노즐블록; 및 상기 증기노즐블록 상에 결합되되, 상기 노즐과 연결되는 슬릿이 마련되는 슬릿패널부재를 포함할 수 있다.

상기 노즐과 상기 슬릿은, 평면에 대한 투영형상이 메쉬 형상일 수 있다.

전술한 발포수지 성형장치는, 상기 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되, 상기 성형체의 성형 시에 상기 성형체의 내부로 보강심재가 내재되도록 상기 보강심재가 분리 가능하게 배치되며, 상기 보강심재에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 심재인서트유닛은, 상기 보강심재가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더; 및 상기 복수의 핀 홀더 중 하나 이상을 이동시켜 상기 보강심재에 장력을 가할 있도록 상기 금형에 결합되는 가압모듈을 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 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 슬릿들이 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 포함하며, 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 발명에 따르면, 기존의 발포수지 성형장치보다 발포수지들 사이의 공기를 증기로 치환하는 작용이 원활하여, 성형체의 형성 시에 발포수지들 사이의 공기가 거의 제거될 수 있는 발포수지 성형장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발포수지 성형장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 고정금형과 가동금형의 성형부에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 성형부에 대한 슬릿 배치를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 고정금형의 사시도이다.
도 5는 도 4의 고정금형에 대한 심재인서트유닛의 배치 단면도이다.
도 6은 도 1의 금형유닛에 대한 증기공급 상태도이다.
도 7은 도 1의 금형유닛에 대한 냉각 상태도이다.
도 8은 도 1의 금형유닛으로부터 성형체가 분리되는 상태도이다.
도 9는 도 8의 성형체의 사시도이다.
도 10은 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 고정금형과 가동금형의 성형부에 대한 개략적인 단면도이며, 도 3은 도 2의 성형부에 대한 슬릿 배치를 도시한 평면도이며, 도 4는 도 1의 고정금형의 사시도이며, 도 5는 도 4의 고정금형에 대한 심재인서트유닛의 배치 단면도이며, 도 6은 도 1의 금형유닛에 대한 증기공급 상태도이며, 도 7은 도 1의 금형유닛에 대한 냉각 상태도이며, 도 8은 도 1의 금형유닛으로부터 성형체가 분리되는 상태도이며, 도 9는 도 8의 성형체의 사시도이다. 이하의 도 1, 도 2, 도 6, 도 7에서는 이해 편의 상 심재인서트유닛과 보강심재의 도시를 생략한다.

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(101)에 의해 발포수지(f)의 성형공간(112)을 마련하되 성형공간(112)의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛(100)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 연결되는 냉각유닛(160)을 포함할 수 있다.

이러한 복수의 금형(101) 중 하나 이상은, 증기가 성형공간(112)으로 분사되도록 증기의 유동속도를 증가시키는 노즐(104)이 마련되며, 노즐(104)에 연결되어 증기를 분사시킬 수 있으며 성형공간(112)으로부터 발포수지(f)의 유출을 차단할 수 있는 슬릿(106)이 마련되는 증기분사유닛(102)을 포함할 수 있다.

본 실시 예에 따른 증기분사유닛(102)에 의하면, 증기공급유닛(150)으로 공급되는 증기는 노즐(104)에 의해 1차 가속되어 슬릿(106)으로 유동된다. 이후 증기는 노즐(104)보다 좁게 마련되는 슬릿(106)으로부터 성형공간(112)으로 2차 가속되어 강력하게 분사될 수 있으며, 발포수지들 사이의 공기는 증기로 원활하게 치환될 수 있다.

이러한 본 실시 예에 따른 증기분사유닛(102)은, 증기공급유닛(150)에 연결되되 노즐(104)이 마련되는 증기노즐블록(103)과, 증기노즐블록(103) 상에 결합되되 노즐(104)과 연결되는 슬릿(106)이 마련되는 슬릿패널부재(105)를 포함할 수 있다.

이때 증기노즐블록(103)은, 실질적으로 발포수지(f)와 접촉되어 내부 압력을 받는 얇은 판상의 슬릿패널부재(105)를 지지하여 성형공간(112)이 유지되도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 노즐(104)이 형성되어 슬릿패널부재(105) 측으로 고압의 가속된 증기를 제공할 수 있다.

또한 슬릿패널부재(105)는, 미세한 슬릿(106)이 후술되는 바와 같이 메쉬 형상으로 배치되어 성형공간(112)의 내부로 증기가 고르게 제공되도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 미세한 슬릿(106)들을 쉽게 가공할 수 있는 두께를 제공할 수 있다. 즉 노즐(104)과 슬릿(106)은, 평면에 대한 투영형상이 메쉬 형상일 수 있다. 이러한 슬릿패널부재(105)의 슬릿(106)은 미세 레이져 가공에 의해 형성될 수 있다.

즉, 증기노즐블록(103)과 슬릿패널부재(105)는 후술되는 바와 같이 고정금형(107)과 가동금형(108)을 구성할 수 있다. 이러한 증기노즐블록(103)의 외부에는 도시되진 않았으나 증기노즐블록(103)이 지지되도록 결합되는 베이스 금형이 배치될 수 있다.

이하, 도 1 및 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 실시 예에 따른 증기노즐블록(103)과 슬릿패널부재(105)가 구성되는 고정금형(107)과 가동금형(108)과 관련하여 발포수지(f)를 성형할 수 있는 발포수지 성형장치의 주요 구성요소들을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 복수의 금형(101) 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)을 더 포함할 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 발포수지(f) 만으로 제조된 패널형상의 성형체(m)는, 중량이 가벼운 이점에 비해 강도의 한계가 있어 용도가 제한적이었으나, 보강심재(r)가 내재된 성형체(m)는 굽힘에 대해 강도가 보강되어 테이블 또는 비교적 중량이 무거운 물체를 지지할 수 있는 용도로 충분히 사용할 수 있다.

이러한 본 실시 예에 따른 성형체(m)는 주로 패널형상을 상정한 것으로서, 보강심재(r)가 성형체(m)의 굽힘응력을 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 선형구조를 사용할 수 있다. 또한 발포수지(f)는 수지가 발포되어 형성된 알갱이 또는 입자형상의 비드로 상정한다.

즉, 발포수지(f)는 수지가 발포되어 형성된 알갱이 또는 입자형상의 비드이다. 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.

먼저, 도 1과 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른 금형유닛(100)에 대해서 살펴본다. 금형유닛(100)의 복수의 금형(101)은, 지면 상에서 배치가 고정되어 있으며, 심재인서트유닛(120)이 배치되는 고정금형(107)과, 고정금형(107)에 합형되도록 가동되는 가동금형(108)을 포함할 수 있다.

이러한 고정금형(107)과 가동금형(108)은, 성형공간(112)이 형성되어 있으며, 증기가 통과하는 슬릿(106)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(107)과 가동금형(108)의 성형부(111)는, 성형체(m)의 형상에 따라 적절하게 배치되는 금형들로 구성될 수 있다.

고정금형(107)의 성형부(111)와 가동금형(108)의 성형부(111)가 상호 대향하게 배치된 상태에서 가동금형(108)의 성형부(111)가 고정금형(107)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, 전술한 바와 같이 격자형상으로 배치가능한 노즐(104)과 슬릿(106)을 통과하면서 가속되어 발포수지들 사이의 공기를 성형부(111)의 외부로 신속하게 밀어내면서 성형부(111)로 유입되며, 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 제거되어 발포수지(f)로 제조되는 성형체(m)의 강도는 향상될 수 있다.

이러한 발포수지(f)의 성형부(111)에 대한 충전 전에, 고정금형(107) 측 성형부(111)에는 심재인서트유닛(120)에 의해 보강심재(r)가 배치될 수 있다.

도 1, 도 4, 및 도 5를 참조하면, 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 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, 금형에 회전 가능하게 결합되며, 고정금형(107)의 성형부(111)에 배치되며 핀 홀더(121)가 회전중심라인으로부터 이격되어 결합되는 회전부재(124)와, 마찬가지로 고정금형(107)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 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(107)의 성형부(111)에 배치될 수 있다.

이때 보강심재(r)는 성형체(m)의 중간위치로 배치되도록 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.

이때 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 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 회전부재(124)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(107)과 가동금형(108)의 성형부(111) 내로 발포수지(f)를 충전할 수 있는 발포수지 공급유닛(140)은, 고정금형(107)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 인한 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 6을 참조하면 본 실시 예에 따른 증기공급유닛(150)은, 고정금형(107)과 가동금형(108)의 각각의 증기챔버부(115)의 유입구와 유출구 측에 연결되는 증기배관(151)과, 고정금형(107)과 가동금형(108)의 증기챔버부(115)에 연결된 증기배관(151)을 선택적으로 개폐할 수 있는 증기밸브(152)를 포함할 수 있다.

이러한 증기공급유닛(150)은, 고정금형(107)과 가동금형(108)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 슬릿(106)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 7을 참조하면, 고정금형(107)과 가동금형(108)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)에 연결되어 있으므로, 개폐밸브(165)의 개폐에 따라 냉각수 공급관(163)을 통해 공급되는 냉각수를 선택적으로 사용할 수 있다.

이러한 냉각수는 결국 성형체(m)를 냉각시키게 되는데, 발포수지(f) 사이에 있는 증기는, 응결현상에 발포수지(f) 들 사이에 존재할 수 있는 틈새를 더욱 수축시킬 수 있으므로, 발포수지(f)는 조밀하게 향상된 구조를 가질 수 있다.

도 1과 도 8을 참조하면, 전술한 본 실시 예에 따른 발포수지 성형장치는, 고정금형(107)에 승강 가능하게 배치되되 고정금형(107)으로부터 가동금형(108)의 분리 시에 성형공간(112)으로부터 성형체(m)를 사출시키는 이젝터유닛(170)을 더 포함할 수 있다.

이젝터유닛(170)은, 고정금형(107)으로부터 가동금형(108)이 상승되어 합형상태에서 분리된 후, 성형부(111)의 저면에서 상승하여 성형부(111)에 있는 성형체(m)를 고정금형(107)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 9에 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.

전술한 바와 같은 발포수지 성형장치에 의해서 도 9에 도시된 바와 같이 제작된 성형체(m)는, 도시되진 않았으나 격자형상의 슬릿(106)에 의해 격자형상의 돌출라인이 형성될 수 있으며, 보강심재(r)가 내재된 발포수지패널로 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
101: 복수의 금형 102: 증기분사유닛
103: 증기노즐블록 104: 노즐
105: 슬릿패널부재 106: 슬릿
107: 고정금형 108: 가동금형
111: 성형부 112: 성형공간
115: 증기챔버부 120: 심재인서트유닛
121: 핀 홀더 122: 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

Claims (7)

1. 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 상기 발포수지의 성형공간을 마련하되, 상기 성형공간의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛;
   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 포함하며,
   상기 복수의 금형 중 하나 이상은, 상기 증기가 상기 성형공간으로 분사되도록 상기 증기의 유동속도를 증가시키는 노즐이 마련되며, 상기 노즐에 연결되어 상기 증기를 분사시킬 수 있으며 상기 성형공간으로부터 상기 발포수지의 유출을 차단할 수 있는 슬릿이 마련되는 증기분사유닛;
   상기 복수의 금형 중 적어도 어느 하나에 마련되되, 상기 성형체의 성형 시에 상기 성형체의 내부로 보강심재가 내재되도록 상기 보강심재가 분리 가능하게 배치되며, 상기 보강심재에 장력을 제공할 수 있도록 마련되는 심재인서트유닛;을 포함하는 발포수지 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증기분사유닛은,
   상기 증기공급유닛에 연결되되, 상기 노즐이 마련되는 증기노즐블록; 및
   상기 증기노즐블록 상에 결합되되, 상기 노즐과 연결되는 슬릿이 마련되는 슬릿패널부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 노즐과 상기 슬릿은, 평면에 대한 투영형상이 메쉬 형상인 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 심재인서트유닛은,
   상기 보강심재가 이탈 가능하게 배치되는 복수의 핀 홀더; 및
   상기 복수의 핀 홀더 중 하나 이상을 이동시켜 상기 보강심재에 장력을 가할 수 있도록 상기 금형에 결합되는 가압모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
5. 제4항에 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 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 핀 홀더는, 상기 보강심재가 점차 면적이 확장되는 복수개의 사각형상으로 배치될 수 있도록 상기 금형에 배치되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
7. 제1항에 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 슬릿들이 마련되어 있는 성형부; 및
   상기 성형부가 결합되되, 상기 증기가 공급되는 증기공간을 제공하며, 상기 증기공간에 대한 상기 증기의 유입구 및 유출구가 마련되어 있는 증기챔버부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.

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