KR102128226B1 - 진공을 이용한 엠보 성형장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인조가죽의 스킨층에 진공 흡착방식을 이용한 엠보롤을 이용하여 엠보를 성형해줌으로써 발포층을 구성하는 발포셀이 찌그러지거나 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 엠보롤의 냉각방식을 기존의 공랭식에서 수랭식으로 변경 적용해줌으로써 엠보롤의 냉각속도를 향상시킬 수 있도록 한 엠보 성형장치에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 원통 형상으로 형성되며, 모터(103)의 동력을 전달받아 회전되는 롤러본체부(100); 상기 롤러본체부(100)의 외주면에 결합될 수 있도록 관체 형상으로 형성되며, 표면에 엠보 성형용 진공홀(210)과 소정의 엠보무늬(220)가 구비되는 엠보롤러부(200); 상기 롤러본체부(100)를 통해 상기 진공홀(210)과 연결되며, 진공을 발생시켜 공급 이송되는 인조가죽의 표면에 엠보(19)를 흡착 성형해주는 진공발생부(300); 및 상기 롤러본체부(100) 내에 설치되어 상기 엠보롤러부(200)를 소정온도로 냉각시켜주는 수랭식냉각부(400);를 포함한다.

Description

진공을 이용한 엠보 성형장치{Emboss processing apparatus}
본 발명은 진공을 이용한 엠보 성형장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인조가죽의 스킨층에 진공 흡착방식을 이용한 엠보롤을 이용하여 엠보를 성형해줌으로써 발포층을 구성하는 발포셀이 찌그러지거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 진공을 이용한 엠보 성형장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 내부는 제2의 주거공간으로 인식되고 있다. 최근에는 자동차 내부 공간에서 편안하고 쾌적한 운전을 위한 기능성 시트가 각광받고 있다.
이러한 자동차 시트용 소재로는 천연가죽이나 PVC, PU 인조가죽이 많이 사용된다. 인조가죽은 천연가죽에 비해 저렴한 장점이 있지만, 고급스러운 감성과 운전 시 쾌적한 상태를 유지해주기 위한 기능적인 부분이 천연가죽에 비해 많이 떨어진다.
따라서 가격이 비교적 저렴함과 아울러 천연가죽의 감성과 기능적인 면을 만족시킬 수 있는 인조가죽이 꾸준히 개발되어 오고 있다. 즉 천연가죽의 기능성 측면에서의 장점으로 높은 투습도와 여름철 시트의 표면온도 저감과 같은 것이 있다. 이는 천연가죽의 표면과 내부에 형성된 수많은 기공을 통해 습도와 열이 통과됨으로써 생기는 특징이다.
이러한 천연가죽과 유사한 특징을 구현하기 위한 발포층을 가진 인조가죽에 대하여 종래 대한민국 등록특허 제10-0328301호(공고일: 2002년 03월 16일)등으로 선 출원된 바 있다.
구체적으로, 종래의 인조가죽은 아래로부터 이면층, 발포층, 스킨층, 표면처리층을 포함한 적층구조로 이루어진다.
이 경우 상기 발포층과 스킨층은 주로 PVC(polyvinyl chloride), TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 재질로 이루어지며, 캘린더(Calendar) 성형방식을 통해 소정의 두께로 적층 형성된다. 그런 후 발포공정을 거치면서 상기 발포층이 일정배율로 발포 성형된다.
아울러 스킨층의 상면에는 천연가죽과 같은 느낌을 부여해줌과 아울러 쿠션을 부가해줄 수 있도록 엠보를 성형해주게 된다.
기존에는 엠보의 성형을 위해 발포층과 스킨층이 적층된 반제품을 회전하는 롤러 사이를 통과시켜 엠보를 전사해주는 롤러 압착식을 주로 사용해왔다.
그러나 상기 롤러 압착식을 이용한 엠보 성형방식은, 발포층 내의 발포셀이 불규칙적이면서 숫자가 적다. 특히 엠보롤의 압력에 의해 발포셀의 형상이 원형 구조가 아닌 찌그러진 형태의 닫힌셀(close cell)로 형성되는 문제점이 있다.
한편, 상기 엠보 성형공정은 발포공정을 거친 직후의 가열된 인조가죽의 스킨층 상면에 엠보롤이 지속적으로 면접촉하여 엠보를 성형해줌에 따라, 엠보롤 자체의 온도가 상승하게 된다.
그러나 상기 엠보롤은 엠보 성형에 적합하도록 적정 온도를 유지해야 하며, 이를 위해 기존에는 엠보롤 내에 공랭식(空冷式, air cooling type)의 냉각장치를 적용하여 적정온도를 유지하였다. 이 경우 상기 공랭식의 엠보롤은 소정의 냉각시간이 반드시 필요하다.
이처럼 종래에는 엠보 성형의 공정 속도와 그 이전의 인조가죽 제조에 소요되는 공정 속도가 서로 맞지 않아 별도의 장비를 통해 해당 공정을 제각기 진행할 수밖에 없으며, 이에 따라 인조가죽의 생산효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 인조가죽의 스킨층에 진공 흡착방식을 이용한 엠보롤을 이용하여 엠보를 성형해줌으로써 발포층을 구성하는 발포셀이 찌그러지거나 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 엠보롤의 냉각방식을 기존의 공랭식에서 수랭식으로 변경 적용해줌으로써 엠보롤의 냉각속도를 향상시킬 수 있도록 한 엠보 성형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 진공을 이용한 엠보 성형장치는, 원통 형상으로 형성되며, 모터의 동력을 전달받아 회전되는 롤러본체부; 상기 롤러본체부의 외주면에 결합될 수 있도록 관체 형상으로 형성되며, 표면에 엠보 성형용 진공홀과 소정의 엠보무늬가 구비되는 엠보롤러부; 상기 롤러본체부를 통해 상기 진공홀과 연결되며, 진공을 발생시켜 공급이송되는 인조가죽의 표면에 상기 엠보무늬를 흡착 성형해주는 진공발생부; 및 상기 롤러본체부 내에 설치되어 상기 엠보롤러부를 소정온도로 냉각시켜주는 수랭식냉각부;를 포함한다.
이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 인조가죽의 표면에 엠보를 성형해주는 엠보롤러부를 롤러 압착식이 아닌 진공 흡착식으로 적용해줌으로써, 인조가죽의 발포층을 구성하는 발포셀이 찌그러지거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한 엠보롤러부의 냉각방식을 기존의 공랭식이 아닌 수랭식으로 적용해줌으로써, 엠보롤러부를 빠른 시간 내에 원하는 온도로 냉각시켜줄 수 있다.
이에 따라 진공을 이용한 엠보 성형장치가 포함된 인조가죽 제조장치를 연속적인 인라인 방식으로 적용 가능하며, 인조가죽의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공을 이용한 엠보 성형장치의 전체구조를 보여주는 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 롤러본체부와 엠보롤러부의 결합상태를 보여주는 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 엠보롤러부를 보여주는 도면대용 사진,
도 4는 도 1의 I-I선 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 진공바조립체의 조립구조를 보여주는 도면,
도 6은 도 4의 'A' 부분 상세도,
도 7은 도 4의 'B' 부분 상세도,
도 8은 본 발명에 따른 진공을 이용한 엠보 성형장치를 이용하여 엠보가 형성된 인조가죽의 적층구조를 보여주는 측단면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공을 이용한 엠보 성형장치의 전체구조를 보여주는 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엠보 성형장치를 구성하는 롤러본체부와 엠보롤러부의 결합상태를 보여주는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 엠보 성형장치(1)는, 롤러본체부(100), 엠보롤러부(200), 진공발생부(300), 수랭식냉각부(400)를 포함한다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 롤러본체부(100)는 원통 형상으로 형성되며, 거치대(101) 상에 회전 가능하게 설치된다. 이러한 롤러본체부(100)는 모터(103)의 동력을 전달받아 소정의 속도로 회전된다.
엠보롤러부(200)는 반제품 상태로 이송 공급되는 인조가죽(10)의 스킨층(15) 및 표면처리층(17) 표면에 엠보(19)를 형성해준다. 엠보롤러부(200)는 롤러본체부(100)의 외주면에 결합될 수 있도록 관체 형상으로 형성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 엠보롤러부(200)의 외주면에는 엠보 성형용 진공홀(210)과 소정의 엠보무늬(220)(도 3 참조)가 구비된다.
이 경우 진공홀(210)은 별도의 공정을 통해 관통 형성될 수도 있으나, 상기 엠보롤러부(200) 자체가 다공질로 형성됨에 따라 진공홀(210)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명에서는 엠보롤러부(200)가 다공질로 형성되어 진공홀(210) 기능을 수행하는 경우의 일례를 들어 설명하기로 한다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 상기 엠보롤러부(200)는 사용자가 원하는 소정의 엠보무늬(220)를 선택적으로 적용하여 인조가죽(10)을 제조할 수 있도록 복수 개가 마련된다. 다시 말해 복수의 엠보롤러부(200) 중 어느 하나가 롤러본체부(100)의 외주면에 교체 가능하게 결합된다.
이를 구현할 수 있도록 상기 롤러본체부(100)에는 엠보롤러부(200)의 교체 및 일체로 고정이 가능한 구조가 적용된다.
도 4를 참조하여 구체적으로 설명해보면, 상기 롤러본체부(100)는 공기공급부(미도시)를 통한 공기 공급 시 외주면에 구비된 복수의 분사공(111)을 통해 공기를 외부로 분사해주는 메인롤러(110)와, 메인롤러(110)의 외주면에 끼움 결합되며 분사공(111)을 통해 분사되는 공기 압력에 의해 외측으로 팽창되는 튜브 형상의 고무커버(120)와, 고무커버(120)의 외주면에 메인롤러(110)의 중심축을 회전중심으로 복수의 진공바(131)가 방사상으로 결합되며 외주면에 상기 진공홀(210)과 연통되는 복수의 흡입홀(133)이 구비되는 진공바조립체(130)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 상기 메인롤러(110)의 양측에는 진공바(131)의 양단을 고정해줄 수 있도록 대향면에 결합홈(135a)이 구비된 한 쌍의 고정판(135)이 결합된다. 따라서 복수의 진공바(131)를 메인롤러(110)의 외주면에 방사상으로 끼움 결합하는 것이 가능해진다.
이 경우 바람직하게 상기 진공바(131)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 엠보롤러부(200)는 공기공급부의 미작동 시 교체가 가능하도록 진공바조립체(130)의 외주면에 헐거운 끼워맞춤으로 결합된다.
이러한 엠보롤러부(200)는 금속에 비해 높은 내열성과 경도를 가지고 있는 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 엠보롤러부(200)는 이산화규소(SiO2), 경화제, 유리섬유(Glass fiber)를 포함한 재질로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 이러한 구조의 롤러본체부(100)는 공기공급부를 통한 공기 공급 시 고무커버(120)가 팽창됨과 동시에 진공바조립체(130)가 연동되면서 방사상으로 확장된다. 이에 따라 확장되는 진공바조립체(130)가 엠보롤러부(200)의 내주면(201)을 가압해줌으로써 교체된 엠보롤러부(200)를 견고하게 고정해줄 수 있다.
도 7을 참조하면, 진공발생부(300)는 롤러본체부(100)를 구성하는 진공바(131)의 흡입홀(133)을 통해 엠보롤러부(200)의 진공홀(210)과 연결되며, 발생되는 진공을 통해 공급 이송되는 반제품 상태의 인조가죽(10) 표면에 엠보(19)를 흡착 성형해준다.
즉 진공발생부(300)는 외주면에 엠보무늬(220)가 형성된 엠보롤러부(200)를 인조가죽(10)의 표면에 맞댄 상태에서 진공을 이용하여 흡착해줌으로써, 인조가죽(10)의 표면에 엠보(19)를 성형하는 것이 가능해진다.
이 경우 도면에 도시된 진공홀(210)과 엠보(19)의 형상은 진공을 이용한 흡착 성형원리를 쉽게 설명하기 위하여 실제보다 과장하여 도시된 것으로, 실제 형상은 이와 다를 수 있다.
수랭식냉각부(400)는 롤러본체부(100) 내에 설치되어 엠보롤러부(200)를 소정온도로 냉각시켜준다.
즉 엠보 성형공정은 발포공정을 거친 직후의 가열된 인조가죽(10) 표면에 엠보롤러부(200)가 지속적으로 면접촉하면서 엠보(19)를 성형해줌에 따라, 롤러본체부(100)와 엠보롤러부(200)의 온도가 적정치 이상으로 상승하게 된다. 따라서 수랭식냉각부(400)를 통해 엠보롤러부(200)의 온도를 소정 수치 이하로 냉각시켜줄 필요가 있다.
구체적으로, 상기 수랭식냉각부(400)는 냉각수공급부(401)를 통해 공급되는 냉각수를 순환시킬 수 있도록 진공바(131)의 내부 길이방향을 따라 제1냉각수파이프(410)가 설치된 구조로 구성된다.
아울러 상기 제1냉각수파이프(410)는 메인롤러(110) 내부에 구비된 제2냉각수파이프(420)(도 4 참조)와 연결되어 냉각수가 순환되도록 구성하여 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
이러한 수랭식냉각부(400)의 구조를 통해 엠보롤러부(200)의 온도를 적정치인 60 ~ 80℃, 바람직하게는 65 ~ 75℃ 로 냉각시켜주게 된다.
한편, 본 발명의 엠보 성형장치(1)에 의해 엠보(19)가 성형되는 인조가죽(10)의 적층구조에 대하여 설명해보기로 한다.
도 8을 참조하면, 인조가죽(1)은 아래에서 위로 이면층(11), 발포층(13), 스킨층(15), 표면처리층(17)을 포함하고, 상기 스킨층(15) 및 표면처리층(17) 상부에 형성된 엠보(19)를 포함할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명해보면, 이면층(11)은 기계적 물성을 보조하고, 인조가죽의 형태 유지 및 주름 방지 역할을 수행하는 것으로, 면, 레이온, 비단, 폴리올레핀(예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등에 기초한 다양한 합성물의 직포, 부직포, 편직, 평직, 스펀본드 등의 가요성 중합체일 수 있으며, 선택적으로 천연 섬유 및/또는 합성 섬유를 더 포함할 수 있다.
발포층(13)은 인조가죽에 부드러운 특성 및 쿠션감을 부여하는 것으로, 열가소성 수지, 가소제 및 발포제를 포함하는 발포층 제조용 조성물로 형성될 수 있다.
이 경우 상기 열가소성 수지는 우수한 쿠션감과 높은 신율 및 우수한 내구성을 동시에 확보할 수 있는 PVC 수지일 수 있다.
스킨층(15)은 표면 평활도를 확보하고 색상을 구현하기 위한 것으로, 열가소성 수지, 가소제 및 안료를 포함하는 스킨층 제조용 조성물로 형성될 수 있다.
또한 상기 스킨층(15) 제조용 조성물은 용융강도 및 물성 조절을 위해 열안정제, 난연제, 충전제를 더 포함할 수 있다.
표면처리층(17)은 상기 스킨층(15)에 2액형 수성 표면처리제를 코팅한 후 건조 및 에이징하여 형성된 것일 수 있다.
엠보(19)는 적외선 조사를 통해 가열된 반제품의 스킨층(15) 및 표면처리층(17) 표면에 형성되는 것으로, 본 발명에 따른 엠보 성형장치(1)에 의해 소정의 엠보 무늬로 형성될 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 진공을 이용한 엠보 성형장치(1)는, 인조가죽(10)의 스킨층(15)에 엠보(19)를 성형해주는 엠보롤러부(200)를 롤러 압착식이 아닌 진공 흡착식으로 적용해줌으로써, 인조가죽(10)의 발포층(13)을 구성하는 발포셀이 찌그러지거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한 엠보롤러부(200)의 냉각방식을 기존의 공랭식이 아닌 수랭식으로 적용해줌으로써, 엠보롤러부(200)를 빠른 시간 내에 원하는 온도로 냉각시켜줄 수 있다.
이에 따라 진공을 이용한 엠보 성형장치(1)가 포함된 인조가죽 제조장치를 연속적인 인라인(in-line) 방식으로 적용 가능하며, 인조가죽의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기 엠보롤러부(200)의 냉각방식에 따른 엠보(19) 성형 속도에 대하여 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 수랭식냉각부(400)를 포함한 엠보 성형장치에 의해 제조되는 실시예와, 공랭식냉각부를 포함한 기존의 엠보 성형장치에 의해 제조되는 비교예에서의 인조가죽 엠보 성형 속도는 아래의 [표 1]과 같다.
실시예 비교예
생산속도[m/min] ~ 30 ~ 9
상기 [표 1]에서 확인된 바와 같이, 본 발명에 따른 수랭식냉각부(400)가 구비된 실시예의 엠보 성형장치는, 공랭식냉각부가 구비된 비교예의 엠보 성형장치에 비해 엠보 성형속도가 약 3.3배로 현저히 빠른 것을 알 수 있다.
한편, 상기 비교예의 공랭식냉각부가 구비된 기존의 엠보 성형장치는 엠보롤을 냉각하는데 상당한 시간이 소요된다. 즉 상기 기존의 엠보 성형장치는 인조가죽 제조장치를 구성하는 다른 장치들과 생산속도가 서로 달라 인라인으로 구비될 수 없다.
이에 반해, 본 발명에 따른 수랭식냉각부(400)가 구비된 엠보 성형장치는 엠보롤의 냉각속도가 기존의 엠보 성형장치에 비해 빠르다. 즉 본 발명의 엠보 성형장치는 인조가죽 제조장치를 구성하는 다른 장치들과 생산속도를 맞출 수 있어 인라인으로 구비될 수 있다. 따라서 인조가죽의 생산효율을 향상시킬 수 있다.
다른 한편, 기존의 롤 압착방식의 엠보 성형장치는 엠보 전사효율이 80 ~ 90%인데 반해, 본 발명에 따른 진공을 이용한 엠보 성형장치는 엠보 전사효율 100%의 구현이 가능하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 엠보 성형장치 10 : 인조가죽
11 : 이면층 13 : 발포층
15 : 스킨층 17 : 표면처리층
19 : 엠보 100 : 롤러본체부
110 : 메인롤러 111 : 분사공
120 : 고무커버 130 : 진공바조립체
131 : 진공바 133 : 흡입홀
135 : 고정판 135a : 결합홈
200 : 엠보롤러부 210 : 진공홀
220 : 엠보무늬 300 : 진공발생부
400 : 수랭식냉각부 410 : 제1냉각수파이프
420 : 제2냉각수파이프

Claims (8)

  1. 원통 형상으로 형성되며, 모터(103)의 동력을 전달받아 회전되는 롤러본체부(100);
    상기 롤러본체부(100)의 외주면에 결합될 수 있도록 관체 형상으로 형성되며, 표면에 엠보 성형용 진공홀(210)과 소정의 엠보무늬(220)가 구비되는 엠보롤러부(200);
    상기 롤러본체부(100)를 통해 상기 진공홀(210)과 연결되며, 진공을 발생시켜 공급 이송되는 인조가죽의 표면에 엠보(19)를 흡착 성형해주는 진공발생부(300); 및
    상기 롤러본체부(100) 내에 설치되어 상기 엠보롤러부(200)를 소정온도로 냉각시켜주는 수랭식냉각부(400);를 포함하며,
    상기 롤러본체부(100)는,
    공기공급부를 통한 공기 공급 시 외주면에 구비된 복수의 분사공(111)을 통해 상기 공기를 외부로 분사해주는 메인롤러(110);
    상기 메인롤러(110)의 외주면에 끼움 결합되며, 상기 분사공(111)을 통해 분사되는 공기 압력에 의해 외측으로 팽창되는 튜브 형상의 고무커버(120); 및
    상기 고무커버(120)의 외주면에 상기 메인롤러(110)의 중심축을 회전중심으로 복수의 진공바(131)가 방사상으로 결합되며, 외주면에 상기 진공홀(210)과 연통되는 복수의 흡입홀(133)이 구비되는 진공바조립체(130);를 포함하여,
    상기 고무커버(120)의 팽창 시 진공바조립체(130)가 연동 확장되면서 상기 엠보롤러부(200)의 내주면을 가압 고정해주는 것인 진공을 이용한 엠보 성형장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인롤러(110)의 양측에는,
    상기 진공바(131)의 양단을 고정해줄 수 있도록 대향면에 결합홈(135a)이 구비된 한 쌍의 고정판(135)을 더 포함하는 진공을 이용한 엠보 성형장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엠보롤러부(200)는,
    상기 공기공급부의 미작동 시 교체가 가능하도록 상기 진공바조립체(130)의 외주면에 헐거운 끼워맞춤으로 결합되는 것인 진공을 이용한 엠보 성형장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수랭식냉각부(400)는,
    냉각수공급부(401)를 통해 공급되는 냉각수를 순환시킬 수 있도록 상기 진공바(131)의 내부 길이방향을 따라 제1냉각수파이프(410);가 설치되는 것인 진공을 이용한 엠보 성형장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1냉각수파이프(410)는,
    상기 메인롤러(110) 내부에 구비된 제2냉각수파이프(420)와 연결되어 냉각수가 순환되도록 한 것을 더 포함하는 진공을 이용한 엠보 성형장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진공바(131)는,
    알루미늄 재질로 형성되는 것인 진공을 이용한 엠보 성형장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엠보롤러부(200)는,
    이산화규소(SiO2), 경화제, 유리섬유(Glass fiber)를 포함한 재질로 형성되는 것인 진공을 이용한 엠보 성형장치.
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