KR101970313B1 - 매트리스의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

매트리스의 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 폼 시료를 각각 투입시키는 투입구, 배출시키는 배출구, 및 상기 폴리우레탄 폼 시료가 이송 가능한 공간을 구비하고, 상기 공간에서 이송되는 동안 상기 폴리우레탄 폼 시료의 유해물질을 저감시키는 이송챔버; 상기 폴리우레탄 폼 시료를 제공 가능하게 수용하는 고정 프레임을 구비하여 상기 이송챔버로 투입하는 시료투입부; 상기 시료투입부로부터 상기 폴리우레탄 폼 시료를 상기 이송챔버 내에서 이송시키는 이송유닛; 및 상기 배출구에 연결되어 상기 폴리우레탄 폼 시료를 배출시키는 시료배출부를 포함하고, 상기 이송챔버는, 상기 투입구 측에 배치되고, 상기 폴리우레탄 폼 시료가 내부의 가열공간에서 이송될 때, 유동되는 가열된 공기에 의해 상기 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 가열챔버; 및 상기 배출구 측에 배치되고, 공기 청정용 필터를 구비하여, 필터를 통과한 청정공기를 주입시켜서 상기 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 냉각챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조장치를 제공한다.

Description

매트리스의 제조장치 및 제조방법{MANUFACTURING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF MATTRESS}
본 발명은 유해물질을 저감하는 매트리스의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일상 생활에서 유해물질과 화학물질에 대한 인체의 영향도 논란이 증가하고 있다. 특히 일생의 30%를 차지하는 수면 시간에서 가장 밀접하게 접촉하고 있는 침구, 침대 특히 매트리스는 화학물질이나 유해물질에 더 민감한 측면이 있다. 그러나 현재의 매트리스들은 친환경 소재만으로 제작할 경우 기하급수적으로 증가하는 비용 문제가 있고, 일반적인 매트리스들은 '폴리우레탄 폼'의 사용으로 유해물질, 특히 TVOC(총휘발성유기화합물)에 대한 논란이 지속되고 있다. 최근 '라텍스'를 적용하여 TVOC의 발산을 최소화 하는 제품이 있으나 일반적인 스프링 매트리스 또는 폼 매트리스와는 수면 환경적(수면 자세, 체압 분산 등) 차이가 있다. 또한 가구에서 발생되는 TVOC는 시간이 지남에 따라 감소한다는 인식이 강하여 TVOC 저감 기술이나 저감 제품에 대한 연구는 미비한 상황이다.
공개특허공보 제2010-0033488호(2010.03.30)
본 발명의 일 목적은 화학물질이나 유해물질을 저감할 수 있는 매트리스의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 매트리스의 제조장치는 폴리우레탄 폼 시료를 각각 투입시키는 투입구, 배출시키는 배출구, 및 상기 폴리우레탄 폼 시료가 이송 가능한 공간을 구비하고, 상기 공간에서 이송되는 동안 상기 폴리우레탄 폼 시료의 유해물질을 저감시키는 이송챔버; 상기 폴리우레탄 폼 시료를 제공 가능하게 수용하는 고정 프레임을 구비하여 상기 이송챔버로 투입하는 시료투입부; 상기 시료투입부로부터 상기 폴리우레탄 폼 시료를 상기 이송챔버 내에서 이송시키는 이송유닛; 및 상기 배출구에 연결되어 상기 폴리우레탄 폼 시료를 배출시키는 시료배출부를 포함하고, 상기 이송챔버는, 상기 투입구 측에 배치되고, 상기 폴리우레탄 폼 시료가 내부의 가열공간에서 이송될 때, 유동되는 가열된 공기에 의해 상기 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 가열챔버; 및 상기 배출구 측에 배치되고, 공기 청정용 필터를 구비하여, 필터를 통과한 청정공기를 주입시켜서 상기 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 냉각챔버를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 시료투입부는 폴리우레탄 폼 시료를 재단하여 한 장씩 이송유닛으로 투입하게 하는 시료 투입 로봇을 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 이송유닛은, 상기 시료투입부를 통하여 투입된 상기 폴리우레탄 폼 시료를 상기 이송 챔버 내에서 상기 배출구 측으로 이송시키는 이송벨트; 및 상기 이송벨트의 상측에 배치되어 상기 이송벨트를 통해 이송되는 동안, 상기 가열챔버 또는 상기 냉각챔버에서 순환공기에 의한 이탈을 방지하는 고정 벨트를 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 가열챔버의 상측에는 유해 가스 및 가열 공기 중 적어도 하나를 배출시키는 가열공기 배출부가 구비되고, 상기 냉각챔버의 상측에는 청정공기를 배출시키는 냉각공기 배출부가 구비된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 시료배출부는, 상기 냉각챔버를 통과한 폴리우레탄 폼 시료의 이송이 종료된 후, 폴리우레탄 폼 시료의 움직임을 막도록 접촉하여 테이블 끝 단 바닥으로의 낙하를 방지하는 이송 정지 프레임; 상기 이송챔버의 배출구에 설치되되, 상기 이송유닛에 인접하도록 배치되어, 상기 배출구로 배출된 폴리우레탄 폼 시료가 놓여지는 배출판; 및 상기 배출판의 일 측에 설치되어, 상기 배출판의 각도를 조절함으로써 상기 배출판에 놓여진 상기 폴리우레탄 폼 시료를 배출 가능하게 하는 각도 조절 경첩을 포함한다.
상기의 다른 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 매트리스의 제조방법은 폴리우레탄 폼 시료의 셀 내부 온도를 증가시키도록, 온도 40 내지 90℃로 1시간 이상 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계; 온도는 90 내지 110℃, 압력은 4 내지 6kgf/m2 의 공기로 상기 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계; 및 온도는 10 내지 35℃, 압력은 4 내지 6kgf/m2 의 공기로 상기 가열된 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 본 발명의 매트리스의 제조방법은 상기 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계 전에, 폴리우레탄 폼 시료의 밀도를 측정하는 단계를 포함하되, 상기 밀도가 1 내지 39 kg/m3 이면, 상기 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계를 1회 수행하고, 상기 밀도가 40 kg/m3 이상이면, 상기 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계를 2회 또는 3회 수행한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 매트리스의 제조방법은 내부 공기의 온도가 10 내지 35℃인 환기 보관 구역에 1시간 이상 상기 폴리우레탄 폼 시료를 보관하는 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계 및 상기 공기로 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 단계는 각각 가열챔버 및 냉각챔버 내에서 상기 폴리우레탄 폼 시료가 이송벨트에 의해 이송되면서 이루어진다.
상기 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계 및 상기 공기로 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 단계에서, 이송 속도는 1 내지 5m/min일 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 가열 및 냉각하는 단계에서의 공기는, 압력은 4 내지 6 kgf/m2이다.
본 발명의 매트리스 제조장치 및 제조방법은 이송챔버 내에서 폴리우레탄 폼 시료를 가열하고, 폴리우레탄 폼 시료에 청정공기를 공급하고, 유해물질을 외부로 배출하여 유해물질 함량을 저감시킬 수 있고, 따라서 폴리우레탄 폼을 사용하는 가구, 자동차 내장재, 의복 산업 등에 적용 시에 사용자를 유해물질로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 매트리스 제조방법은 폴리우레탄 폼을 예열하고, 가열하며, 청정 공기를 인가하고 보관하는 단계 등을 순차적으로 수행함으로써 활성탄 및 미생물 분해와 같은 장시간 보관이 필요한 기술에 비하여 단기간에 유해물질을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 매트리스의 제조장치를 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명의 매트리스의 제조장치의 시료투입부 및 가열챔버를 도시하는 사시도.
도 3a는 본 발명의 매트리스의 제조장치의 시료배출부의 배출판이 지면과 경사지도록 아래쪽으로 회전된 상태를 도시한 사시도.
도 3b는 도 3a에서 시료배출부의 배출판이 아래쪽으로 회전되기 전 상태를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 매트리스의 제조방법을 도시하는 순서도.
도 5는 본 발명의 매트리스의 제조공정 전체를 도시하는 순서도.
도 6은 본 발명의 매트리스의 제조장치 및 매트리스의 제조방법과 관련된 실험의 독립, 종속 및 통제 변수를 나타내는 표.
도 6은 본 발명의 매트리스의 제조장치 및 매트리스의 제조방법과 관련된 실험의 독립, 종속 및 통제 변수를 나타내는 표.
도 7은 본 발명의 매트리스의 제조장치 및 매트리스의 제조방법과 관련된 실험에 의해 TVOC가 저감된 결과값을 도시하는 그래프 및 이를 수치화한 표.
도 8은 본 발명의 매트리스의 제조장치 및 매트리스의 제조방법과 관련된 실험에 의해 TVOC가 저감된 결과값을 도시하는 그래프 및 이를 수치화한 표.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 매트리스의 제조장치(100)에 대하여 서술한다. 본 발명의 매트리스의 제조장치(100)는, 이송챔버(10), 시료투입부(20), 이송유닛(30) 및 시료배출부(40)를 포함한다.
이송챔버(10)는 투입구(11a), 배출구(11b) 및 이송 공간(11c)을 구비한다. 이송챔버(10) 내의 이송 공간(11c)에서 폴리우레탄 폼 시료가 이송되는 동안 폴리우레탄 폼 시료의 유해물질이 저감된다. 투입구(11a) 및 배출구(11b)에서 각각 폴리우레탄 폼 시료가 이송챔버(10) 내부로 투입되었다가 배출된다.
본 발명에서 폴리우레탄 폼 시료는 폴리우레탄 재단 폼 시료 또는 폴리우레탄 롤 폼 시료일 수 있다.
이송챔버(10)는 가열챔버(12) 및 냉각챔버(15)를 포함한다.
가열챔버(12)는 이송챔버(10)의 투입구(11a) 측에 배치되고, 폴리우레탄 폼 시료가 내부의 가열공간에서 이송될 때, 유동되는 가열된 공기에 의해 폴리우레탄 폼 시료를 가열하도록 한다.
가열챔버(12)에는 고온의 열을 발생시키는 열 교환기 및 발생된 열을 유동하게 하는 열풍 팬이 설치되어서, 시료를 가열하는 영역 내에서 가열된 공기가 유동하여 폴리우레탄 폼 시료를 가열하도록 한다. 가열챔버(12)에는 원단을 건조시키는 원단 건조기, 온도를 측정하는 온도 센서 및 이송 벨트용 롤러(32a)가 설치될 수 있다.
가열챔버(12)에서 온도는 90~110℃ 범위로 설정되고, 열풍 압력은 4~6kgf/m2, 폼 소재의 이송 속도는 1~5m/min으로 제어된다. 가열챔버(12)에는 방출된 유해물질을 외부로 배출하는 가열공기 배출부(12a)가 설치된다.
가열챔버(12)에는 폴리우레탄 폼 시료가 투입되는데, 가열챔버(12)의 내부에서 폴리우레탄 폼 시료는 가열되고, 가열챔버(12) 셀의 내부의 공기 온도를 높여서 운동에너지의 활성화 및 강제 환기를 가능하게 한다. 가열챔버(12)가 가열된 이후, 가열챔버(12)를 통과한 폴리우레탄 폼 시료는 냉각챔버(15)로 진입하게 된다.
가열챔버(12)의 일 측에는 시료투입부(20)가 설치된다. 도 1을 참조하면, 가열챔버(12)의 좌측에 시료투입부(20)가 설치되는 예가 도시된다.
시료투입부(20)는 폼 고정 프레임(21)을 구비하여 이송챔버(10)의 이송 공간(11c)으로 폴리우레탄 폼 시료를 투입하는데, 폼 고정 프레임(21)은 폴리우레탄 폼 시료를 수용하였다가 제공 가능하도록 형성된다.
시료투입부(20)는 폼 고정 프레임(21) 및 시료 투입 로봇(23)을 포함한다. 폼 고정 프레임(21)은 폴리우레탄 폼 시료를 롤 형태로 걸었다가 이송벨트(32b)로 투입 가능하게 한다. 또한, 시료 투입 로봇(23)은 폴리우레탄 폼 시료를 폼을 재단하여 1장씩 이송벨트(32b)로 투입하게 한다.
또한, 시료투입부(20)는 이송벨트용 롤러(32a) 중 일부가 설치되어 이송벨트(32b)를 지지하는 시료입구프레임(27) 및 재단 폼의 적재 높이를 감지하여 투입을 제어하는 재단 폼 적재 높이 측정 센서(29)를 포함한다.
시료투입부(20)에 의해 폴리우레탄 폼 시료가 이송유닛(30)으로 제공되면, 이송유닛(30)에 의해 폴리우레탄 폼 시료가 이송챔버(10) 내부에서 이송되면서, 이송챔버(10) 내부를 지난 후에 시료배출부(40)를 통해서 폴리우레탄 폼 시료가 배출된다.
이송유닛(30)은 이송벨트(32b) 및 고정벨트(34b)를 포함할 수 있다. 이송벨트(32b)는 이송벨트용 롤러(32a)에 결합되는데, 이송벨트용 롤러(32a)를 따라서 회전함으로써 폴리우레탄 폼 시료를 이송챔버(10)의 투입구(11a), 가열챔버(12), 냉각챔버(15) 및 배출구(11b)를 순차적으로 지나가도록 이송한다. 이송벨트(32b)의 상측에는 고정벨트(34b)가 이송챔버(10) 내부의 고정벨트용 롤러(34a)에 결합되도록 설치된다. 고정벨트(34b)는 이송벨트(32b)의 상측에 배치되는데, 이송벨트(32b)를 통해 폴리우레탄 폼 시료가 이송되는 동안 고정벨트(34b)에 의해 눌리게 되어 수직하중을 받으며 이송된다. 폴리우레탄 폼 시료는 고정벨트(34b)에 의해 가압되면서 이송벨트에 의해 이송되기 때문에, 가열챔버(12) 또는 냉각챔버(15)에서 순환공기에 의한 이탈이 방지된다.
가열챔버(12)에서 온도는 90~110℃ 범위로 설정되고, 열풍 압력은 4~6 kgf/m2, 폼 소재의 이송 속도는 1~5m/min으로 제어된다.
냉각챔버(15)는 저온 고밀도의 청정공기가 주입되는 구역이다. 냉각챔버(15)는 이송챔버(10)의 배출구(11b) 측에 배치되는데, 냉각챔버(15)에서 주입되는 청정공기는 온도는 10~35℃, 풍압은 4~6kgf/m2의 조건의 공기일 수 있다. 또한, 냉각챔버(15)에는 필터링하는 공기 청정용 필터가 구비된다. 폴리우레탄 폼 시료의 측면 및 하단 면에서 비어있는 셀 내부로 공기가 투과된다. 투과된 공기는 도 1에서, 냉각챔버(15)의 상단에 설치된 배출구(11b)를 통해 배출된다.
냉각챔버(15)에는 시료배출부(40)가 설치된다. 시료배출부(40)는 이송 정지 프레임(41), 각도 조절 경첩(43) 및 배출판(45)을 포함한다. 이송 정지 프레임(41)은 냉각챔버(15)를 통과한 폴리우레탄 폼 시료의 이송이 종료된 후, 폴리우레탄 폼 시료의 움직임을 막도록 접촉하여 테이블 끝 단 바닥으로의 낙하를 방지한다. 각도 조절 경첩(43)은 폴리우레탄 폼 시료가 이송벨트(32b)에 의해 이송된 후 놓여지는 배출판(45)의 각도를 조절하도록 하여 폴리우레탄 폼 시료를 배출 가능하도록 한다.
이송 정지 프레임(41)에는 이송 정지 센서(41a)가 설치되는데, 이송 정지 센서(41a)는 폴리우레탄 폼 시료가 이송 정지 프레임(41)과 접촉하면 시료 준비 신호를 시료 적재 로봇(48)에 전송한다. 시료 적재 로봇(48)은 시료 준비 신호를 수신하면, 이송 정지 프레임(41)에 접촉한 폴리우레탄 폼 시료를 들어서 파레트로 운반한다. 폴리우레탄 폼이 배출되는 경우에는 배출판(45)의 각도를 지면과 경사지게 하여 배출판(45)의 단이 지면 부근까지 인접하도록 각도 조절되어 배출판(45)을 따라서 배출된다. 배출된 폴리우레탄 폼은 폼 감개 프레임(46)에 결착되어 감겨지게 된다.
또한, 이송 정지 프레임(41)에는 시료 출구 프레임(47)이 고정 연결되어 있으며, 시료 출구 프레임(47)의 하단에는 시료 출구 프레임 이송 바퀴(49)가 설치되어 있다. 시료 출구 프레임(47)에는 상하로 형성된 장홀(47a)이 형성되고, 배출판(45)의 단부에는 장홀(47a)에 삽입되도록 돌출 형성되어서 배출판(45)이 각도 조절 경첩(43)에 의해 회전되는 경우, 시료 출구 프레임(47)은 이송 바퀴(49)에 의해 움직일 수 있다.
한편, 시료 출구 프레임(47)의 부근에 폼 감개 프레임(46)이 배치되는 예가 도시되는데, 폼 감개 프레임(46)은, 롤 형태의 폼 시료가 배출되는 경우, 롤러를 이용해 배출되는 폼 시료를 감도록 한다.
본 발명의 매트리스의 제조방법(S100)은, 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계(S20), 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계(S30), 및 폴리우레탄 폼 시료를 공기로 냉각하는 단계(S40)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에서 폴리우레탄 폼 시료는 폴리우레탄 재단 폼 시료 또는 폴리우레탄 롤 폼 시료일 수 있다. 폴리우레탄 재단 폼 시료로서 상기 방법들을 수행하는 단계는 폴리우레탄 재단 폼의 유해물질을 저감하는 공정(S66)일 수 있고, 폴리우레탄 롤 폼 시료로서 상기 방법들을 수행하는 단계는 폴리우레탄 롤 폼의 유해물질을 저감하는 공정(S69)일 수 있는데, 이에 관하여 후술한다.
또한, 본 발명의 매트리스의 제조방법(S100)은, 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계 전(S20)에 폴리우레탄 폼 시료를 측정하는 단계(S10)를 더 포함할 수 있다.
폴리우레탄 폼 시료를 측정하는 단계(S10)에서 폴리우레탄 폼 시료의 크기, 두께, 압축하중, 인장강도, 밀도, 유해물질 항목들 중 적어도 하나를 측정한다. 폴리우레탄 폼 시료를 측정하는 단계(S10)는 폴리우레탄 폼 시료를 입고하는 과정에서 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계 전에, 폴리우레탄 폼 시료의 밀도를 측정하는 단계를 포함하되, 측정된 밀도에 근거하여, 밀도가 1 내지 39 kg/m3 이면, 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계를 1회 수행하고, 밀도가 40 kg/m3 이상이면, 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계를 2회 또는 3회 수행한다.
폴리우레탄 폼 시료를 입고하는 과정에서 폴리우레탄 폼 시료 표면의 손상여부 등의 제품 외관도 검사가 이루어질 수 있다.
폴리우레탄 폼 시료를 측정하는 단계(S10)는 품질 검사 단계 및 유해물질 농도 측정 단계를 포함한다. 품질 검사 단계는 폴리우레탄 폼 시료의 표면의 손상여부를 확인하는 단계와 밀도, 압축하중 및 인장강도 등에 대한 물성 측정 단계를 포함할 수 있다. 폴리우레탄 폼 시료를 측정하는 단계(S10) 중에서 유해물질의 농도의 측정은 시료의 유해물질관리를 위해서 TVOC 멀티 측정기를 이용하여 진행될 수 있다.
폴리우레탄 폼 시료를 측정하는 단계(S10)가 완료되면, 폼 시료는 생산 공정 투입 전 대기공간에 적재된다. 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계(S20)는 온도 40~90℃ 온도의 온열 보관실에서 수행되는데, 입고되고, 포장이 제거된 후 온열 보관실에 1시간 이상 보관하여 폴리우레탄 폼 시료의 셀 내부 온도가 증가하도록 조정한다. 온열 보관실의 열 에너지는 매트리스의 제조장치(100)의 가열챔버(12)에서 사용되고 회수되는 열 에너지를 활용하며, 열원이 부족할 경우, 온열 보관실에 연결된 열 공급 보일러에서 추가로 공급되도록 한다. 입고 단계에서는 친환경 코팅 처리된 팔레트에 적재될 수 있다.
온열 보관실에 폴리우레탄 폼을 보관할 때에 폴리우레탄 폼 자재간 공기 순환이 원활하도록 배치되어야 한다. 이를 위해서 폴리우레탄 재단 폼은 입고 단계에서 비닐 포장을 제거한 후 파레트에 약 1m 높이를 기준으로 적재하며, 각 파레트간 거리는 최소 30cm이상 유지하는 것이 바람직하다. 폴리우레탄 롤 폼은 상기 입고 공정에서 비닐 포장을 제거한 후 세로방향으로 세워서 보관하며, 각 롤 간의 간격은 30~50cm 사이로 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 유해물질을 저감시키는 단계는 유해가스를 배출하는 단계 또는 유해물질을 저감하는 단계라는 의미로 이해될 수 있다.
폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계(S30)는 매트리스의 제조장치(100)의 가열챔버(12)에 투입된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하여 운동에너지를 활성화함으로써 가열공기 배출부(12a)로 강제 환기를 가능하도록 가열공기 배출부(12a)를 통해 배출한다. 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계(S30)에서 공기 온도는 90~110℃ 범위로 설정된다. 또한, 공기의 열풍 압력은 4~6kgf/m2, 폼 소재의 이송 속도는 1~5m/min 조정되어 폴리우레탄 폼 시료를 가열할 수 있다. 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계(S30)에 의해 유해가스가 가열공기 배출부(12a)을 통해서 배출될 수 있다.
공기로 상기 가열된 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 단계(S40)는 가열챔버(12)를 통과한 후 냉각챔버(15)로 진입한 폴리우레탄 폼 시료에 청정공기를 주입함으로써 수행되게 된다. 외부의 공기는 공기 청정용 필터를 통과하면서 공기에서 이물질 등이 제거된 공기가 냉각챔버(15) 내부로 유입되게 된다. 냉각챔버(15)에 주입되는 청정공기의 온도는 10~35 ℃ 범위로 설정된다. 또한, 공기의 열풍 압력은 4~6kgf/m2, 폼 소재의 이송 속도는 1~5m/min 일 수 있다. 또한, 주입되는 청정공기는 외부에서 공기 청정기를 통하여 오염원이 제거된 후 유입될 수 있고, 주입된 청정공기는 폴리우레탄 폼 시료의 셀 내부로 투과되고 냉각공기 배출부(15a)를 통해서 외부로 배출된다.
본 발명의 매트리스의 제조방법(S100)은 폴리우레탄 폼 시료를 보관하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
폴리우레탄 폼 시료를 보관하는 단계(S50)는 온도 10~35℃의 청정공기 내에서 유해물질이 저감된 폴리우레탄 폼 시료를 1시간 이상 환기시키도록 보관함으로써 진행된다. 폴리우레탄 폼 시료를 보관하는 단계(S50)는 공기로 폴리우레탄 폼 시료를 냉각하는 단계(S40)에서와 마찬가지로 공기 청정용 필터를 통해서 필터링 과정을 거친 후에 공기가 유입될 수 있다. 폴리우레탄 폼 시료를 보관하는 단계(S50)에 의해 폴리우레탄 폼 시료 내부의 온도를 낮추고, 폴리우레탄 폼 시료 셀 내부의 잔존 가스가 배출되게 된다.
폴리우레탄 폼 시료가 폴리우레탄 재단 폼 시료인 경우, 본 발명의 매트리스의 제조방법은, 전술한 측정하는 단계(S10), 예열하는 단계(S20), 가열하는 단계(S30), 공기를 냉각하는 단계(S40) 및 보관하는 단계(S50) 후에 내장재를 적층하여 조립하는 공정(S67)이 이루어질 수 있다.
내장재를 적층하여 조립하는 단계(S67)는 폴리우레탄 재단 폼 시료를 보관하는 단계(S50) 후에 이루어지는데, 폴리우레탄 재단 폼 시료를 적층하고 조립하고, 적층, 조립된 시료는 매트리스 내부에 주입 가능하다.
폴리우레탄 폼 시료가 폴리우레탄 롤 폼 시료인 경우, 폴리우레탄 롤 폼 시료가 환기하여 보관한 이후에 후술하는 연속 퀼팅 공정(S74)이 수행된다.
또한, 본 발명의 매트리스의 제조방법은, 매트리스의 스프링 소재인 강선에 대하여 굵기, 밀도, 인장 강도에 대한 인수 검사 및 물성 시험을 통하여 소재의 품질을 관리하는 강선 입고 공정(S61), 롤 형태의 강선을 스프링 코일러에 연결하고 열처리 및 강선 회전을 통하여 독립적인 개별 스프링을 생성하는 스프링 성형 공정(S62), 생성된 스프링을 각각의 부직포에 감싸고 각각의 경도에 따른 배치와 접착과정 사이드링을 결착하는 유니트 조립 공정(S63), 스프링에 사용되는 부직포와 스프링 유니트의 측면을 감싸는 견면 또는 폴리우레탄 폼 조각에 대하여 표면 손상, 밀도, 압축하중과 인장 강도에 대한 인수 검사 및 물성 시험으로 소재를 관리하는 팰트 패딩 입고 공정(S64), 및 스프링 유니트의 측면부를 팰트 또는 패딩으로 감싸서 내구성과 표면 보호를 구현하는 바디부 조립 공정(S65)이 이루어지게 된다.
한편, 폴리우레탄 재단 폼의 유해물질을 저감하는 공정(S66)을 거쳐서 내장재 적층 및 조립 공정(S67)이 이루어지게 된다. 폴리우레탄 재단 폼의 유해물질을 저감하는 공정(S66)은 전술한 방법들인, 폴리우레탄 재단 폼을 측정하는 단계(S10), 예열하는 단계(S20), 가열하는 단계(S30), 냉각하는 단계(S40) 및 보관하는 단계(S50)를 수행함으로 이루어지게 된다.
바디부 조립 공정(S65) 이후에, 스프링 유닛과 측면부 커버 조립이 된 스프링 바디부와 내장재 적층 반재를 조립하는 바디 및 내장재 조립 공정(S68)이 수행된다.
한편, 본 발명의 매트리스의 제조방법은, 폴리우레탄 롤 폼, 원단 및 패딩 롤을 이용하여 연속 퀼팅(S74) 공정을 거쳐서 재단, 재봉, 인타 및 봉합 공정(S75)을 수행한다.
폴리우레탄 롤 폼의 유해물질을 저감하는 공정(S69)은 전술한 방법의, 폴리우레탄 롤 폼을 전술한 방법들인 측정하는 단계(S10), 예열하는 단계(S20), 가열하는 단계(S30), 냉각하는 단계(S40) 및 보관하는 단계(S50)를 수행함으로 이루어지게 된다.
원단은 입고 공정(S70) 및 전처리 공정(S71)을 거치게 된다.
원단 입고 공정(S70)은 매트리스의 외부 커버에 해당하는 상판 및 옆단에 들어가는 원단, 합성 피혁, 천연 가죽 등의 소재의 표면 손상, 인장 강도 등 품질에 대한 검수를 진행하는 공정이다. 또한, 원단 전처리 공정(S71)은 상기 원단 및 피혁에 대하여 제품의 디자인에 맞춘 재단 및 홀 가공을 진행하는 공정이다. 원단은 피혁으로 대체될 수도 있다.
또한, 패딩 롤은 입고 공정(S72) 및 환기 보관 공정(S73)을 거치게 된다. 패딩 롤 입고 공정(S72)은 상기 상판 및 옆단의 볼륨감을 생성하기 위해서 사용되는 패딩 롤의 밀도, 하중, 강도를 시험하는 공정이다. 패딩 롤 환기 보관 공정(S73)은 상기 패딩 롤에 대하여 공기 중 유해물질의 흡착을 방지하기 위하여 청정공기로 환기되는 청정 보관실에 1시간 이상 보관하는 공정이다.
원단 또는 피혁, 패딩, 및 폴리우레탄 롤 폼을 대상으로 각 소재의 결합과 디자인적 형상을 구현하는 퀼팅 공정인 연속 퀼팅 공정(S74), 및 연속 퀼팅 공정에서 제작된 상판, 옆단, 중판, 하판 반제품의 바깥 면 처리 및 형상, 크기 재단 작업, 지퍼, 라벨 장착을 진행하는 재단, 재봉, 인타, 및 봉합 공정(S75)을 수행한다.
조립된 바디 및 내장재와, 재단, 재봉, 인타 및 봉합 공정(S75) 등이 수행된 상판, 옆단, 중판 및 하판을 조립하고 마감하는 커버 조립 및 매트리스 봉합 공정(S76), 및 완성된 매트리스의 오염, 제작 불량을 검수 및 경도를 측정하여 설계와의 오차를 검사하고, 통과된 제품의 포장을 진행하는 완제품 품질 검사 및 포장 공정(S77)을 수행하여 전체 매트리스가 제조된다.
도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 매트리스의 제조장치(100) 및 매트리스의 제조방법(S100)와 관련된 실험에 대하여 서술한다.
도 6을 참조하면, 독립변수는 10mm일반 롤 폼(텐터기 이용한 탈취), 12mm 프로파일 롤 폼(텐터기 이용한 탈취) 및 10mm 일반 롤 폼(미탈취, 비교용)이다. 또한, 종속변수는 롤 폼 측면시료의 TVOC이며, 각 롤당 양 측면 3점이상으로 하였다. 통제변수는, 텐터기 가열온도는 90℃, 시료온도는 90℃가열(표면온도측정), 가열챔버 3기, 환기 및 냉각챔버 2기, 이송속도: 5m/min, 측정공간TVOC 120~180 ppb, 대기온도 및 습도는 각각 22±7℃, 22±15%이다.
가열방식은 스팀, 외부 열원의 열 교환방식(라디에이터)이다. 온도는 80~110℃일 수 있는데, 90℃로 가열하였다. 열원노출시간: 1~2분 또는 5~6분(폼 두께에 따른 조건변화), 챔버 대수 및 길이에 따라 조정, 구동방식: 네트컨베이어(상-하네트고정방식), 가능시료는 롤폼, 재단폼이되, 두께는 10~60mm이다. 투입 및 배출방식은, 롤폼은 Winder, Re-winder인데, 장력 및 회전속도조절 가능하다. 재단폼은 6자유도 로봇 암(Palletizing System), 진낙 장치에 의해 적층된다.
성능은 3000~6000ppb 에서 70~80 또는 100~250 ppb 저감되었는데, 저감율은 90% 이상(보관 장소보다 낮은 TVOC 농도는 보관조건에 따라 외부 TVOC 가스가 셀 내부로 유입)이다.
원리는 폼 셀 내부의 TVOC 잔존가스로 인해 온도 증가 시 가스분자의 운동 에너지 증가(활성화)하고, 셀 외부로 방출되어 외기Fan에 의해 환기를 통하여 방출된 TVOC 가스를 물리적으로 제거하고, 청정공기의 셀 내부 주입되어 PU Foam의 TVOC 농도가 저감된다.
이상에서 설명한 매트리스의 제조장치(100) 및 매트리스의 제조방법(S100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10 : 이송챔버 11a : 투입구
11b : 배출구 11c : 이송 공간
12 : 가열챔버 12a : 가열공기 배출부
12a-1 : 배기관 12a-2 : 환풍기
15 : 냉각챔버 15a : 냉각공기 배출부
20 : 시료투입부 21 : 폼 고정 프레임
23 : 시료 투입 로봇 30 : 이송유닛
32a : 이송벨트용 롤러
32b : 이송벨트 34b : 고정벨트
40 : 시료배출부 41 : 이송 정지 프레임
41a : 이송 정지 센서
43 : 각도 조절 경첩 45 : 배출판
S100 : 매트리스의 제조방법
S10 : 측정하는 단계
S20 : 예열하는 단계
S30 : 가열하는 단계
S40 : 냉각하는 단계
S50 : 보관하는 단계

Claims (11)

  1. 폴리우레탄 폼에서 발산되는 유해물질을 저감하는 매트리스 제조장치로서,
    폴리우레탄 폼 시료를 온도 40 내지 90℃의 분위기에서 1시간 이상 보관하는 온열보관실;
    온열보관된 상기 폴리우레탄 폼 시료를 투입시키는 투입구, 유해물질이 저감된 상기 폴리우레탄 폼 시료를 배출시키는 배출구, 및 상기 폴리우레탄 폼 시료가 이송 가능한 공간을 구비하고 상기 공간에서 이송되는 동안 상기 폴리우레탄 폼 시료의 유해물질을 저감시키는 이송챔버;
    상기 폴리우레탄 폼 시료를 제공 가능하게 수용하는 고정 프레임을 구비하여 상기 이송챔버로 투입하는 시료투입부;
    상기 시료투입부로부터 상기 폴리우레탄 폼 시료를 상기 이송챔버 내에서 이송시키는 이송유닛; 및
    상기 배출구에 연결되어 상기 폴리우레탄 폼 시료를 배출시키는 시료배출부를 포함하고,
    상기 이송챔버는,
    상기 투입구 측에 배치되고, 온도 40 내지 90℃의 분위기에서 1시간 이상 보관된 폴리우레탄 폼 시료가 도입되어 이동하면서 온도는 90 내지 110℃, 압력은 4 내지 6kgf/m2 의 가열된 공기 열풍에 노출되고 가열공기 배출부를 통해 강제 환기 되는 가열 공기 흐름에 의해 폴리우레탄 폼을 가열하여 유해가스가 배출되도록 하는 가열챔버; 및
    상기 배출구 측에 배치되고, 외부의 공기를 필터링하는 공기 청정용 필터가 구비되고, 상기 공기 청정용 필터에 의해 정화된, 온도는 10 내지 35℃, 압력은 4 내지 6kgf/m2 의 공기가 냉각공기 배출부를 통해 배출되는 공기 흐름에 의해 폴리우레탄 폼 시료 내부를 투과하면서 폴리우레탄 폼 시료 셀 내부의 유해가스의 배출 및 냉각이 이루어지도록 하는 냉각 챔버를 포함하며,
    상기 시료배출부를 통해 배출된 폴리우레탄 폼 시료를 공기 청정용 필터에 의해 필터링된 공기가 유입되고 온도 10 내지 35℃인 환기 보관 구역에 1시간 이상 보관하여 폴리우레탄 폼 시료 셀 내부의 잔존하는 유해가스가 배출되도록 하여, 폴리우레탄 폼 시료에서 발산되는 유해물질을 저감하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료투입부는 폴리우레탄 폼 시료를 재단하여 한 장씩 이송유닛으로 투입하게 하는 시료 투입 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이송유닛은,
    상기 시료투입부를 통하여 투입된 상기 폴리우레탄 폼 시료를 상기 이송 챔버 내에서 상기 배출구 측으로 이송시키는 이송벨트; 및
    상기 이송벨트의 상측에 배치되어 상기 이송벨트를 통해 이송되는 동안, 상기 가열챔버 또는 상기 냉각챔버에서 순환공기에 의한 이탈을 방지하는 고정 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시료배출부는,
    상기 냉각챔버를 통과한 폴리우레탄 폼 시료의 이송이 종료된 후, 폴리우레탄 폼 시료의 움직임을 막도록 접촉하여 테이블 끝 단 바닥으로의 낙하를 방지하는 이송 정지 프레임;
    상기 이송챔버의 배출구에 설치되되, 상기 이송유닛에 인접하도록 배치되어, 상기 배출구로 배출된 폴리우레탄 폼 시료가 놓여지는 배출판; 및
    상기 배출판의 일 측에 설치되어, 상기 배출판의 각도를 조절함으로써 상기 배출판에 놓여진 상기 폴리우레탄 폼 시료를 배출 가능하게 하는 각도 조절 경첩을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조장치.
  6. 폴리우레탄 폼에서 발산되는 유해물질을 저감하기 위한 매트리스의 제조방법으로서,
    폴리우레탄 폼을 온도 40 내지 90℃ 의 온열 보관실에서 1 시간 이상 보관하여 폴리우레탄 폼 시료의 셀 내부 온도가 증가시키도록 하는, 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계;
    예열된 폴리우레탄 폼을 가열 챔버 내에서 이송시키면서 온도는 90 내지 110℃, 압력은 4 내지 6kgf/m2 의 가열된 공기 열풍의 흐름에 의해 상기 폴리우레탄 폼을 가열하여 상기 폴리우레탄 폼 시료 내부의 유해가스가 배출되도록 하는 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계;
    상기 폴리우레탄 폼 시료를 가열하여 유해가스가 배출되도록 한 후에 상기 폴리우레탄 폼 시료를 냉각 챔버에서 이송시키면서 공기 청정용 필터에 의해 필터링된 공기가 제공되는 환경 내에서 온도는 10 내지 35℃, 압력은 4 내지 6kgf/m2 의 공기가 공급되어 냉각공기 배출부를 통해 배출되는 공기 흐름에 의해 공기가 상기 폴리우레탄 폼 시료 내부를 투과하면서 폴리우레탄 폼 시료 셀 내부의 유해가스가 배출 및 냉각이 이루어지도록 하는 폴리우레탄 폼 시료 냉각 단계; 및
    상기 폴리우레탄 폼 시료를 공기 청정용 필터에 의해 필터링된 공기가 유입되고 온도 10 내지 35℃인 환기 보관 구역에 1시간 이상 보관하여 폴리우레탄 폼 시료 셀 내부의 잔존하는 유해가스가 배출되도록 하는 폴리우레탄 폼 시료 보관 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 매트리스의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼 시료를 예열하는 단계 전에,
    폴리우레탄 폼 시료의 밀도를 측정하는 단계를 포함하여 밀도에 따라 폴리우레탄 폼 시료를 가열 챔버 내에서 가열하는 단계의 수행 횟수를 결정하되,
    상기 밀도가 1 내지 39 kg/m3 이면, 상기 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계를 1회 수행하고,
    상기 밀도가 40 kg/m3 이상이면, 상기 예열된 폴리우레탄 폼 시료를 가열하는 단계를 2회 또는 3회 수행하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼 시료 가열 단계 및 상기 폴리우레탄 폼 시료 냉각 단계는 각각 가열챔버 및 냉각챔버 내에서 이루어지되 상기 폴리우레탄 폼 시료가 이송벨트에 의해 상기 가열챔버 및 상기 냉각챔버를 연속하여 지나면서 이루어지며,
    상기 이송벨트를 따라 상측에 고정벨트가 구비되어, 상기 이송벨트에 의해 상기 가열챔버 및 상기 냉각챔버를 지나는 동안 상기 가열챔버 및 상기 냉각챔버 내의 공기 순환에 의해 상기 폴리우레탄 폼 시료가 이송벨트로부터 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼 시료 가열 단계 및 상기 폴리우레탄 폼 시료 냉각 단계가 연속하여 이루어지도록 하는 상기 이송벨트의 이송 속도는 1 내지 5m/min 인 것을 특징으로 하는 매트리스의 제조방법.
  11. 삭제
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