KR102406687B1 - 수밀성을 향상시킨 컵뚜껑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컵의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부;상기 결합부의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부와, 상기 가압부 상단에서 일체로 연결되는 판부를 포함하는 덮개부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수밀성을 향상시킨 컵뚜껑에 관한 것이다.

Description

수밀성을 향상시킨 컵뚜껑{Cup lid with improved watertightness and manufacturing method thereof}

본 발명은 유체가 수용된 컵에 조립되어 수밀성을 확보토록 하는 것으로 특히 커피 등 고온의 유체가 수용된 컵의 경우 팽창압에 의한 가압으로 수밀성을 배가시키도록 하는 컵뚜컹에 관한 것이다.

일반적으로 일회용 종이컵 또는 종이용기에 사용되는 뚜껑은 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 플라스틱 재질은 열과 압력을 받아서 뚜껑으로 쉽게 성형될 수 있고, 성형된 후 열과 압력을 제거하므로 성형된 뚜껑 형태를 유지하게 된다.

금형에 시트를 투입하고 열을 가하여 성형 후, 금형으로부터 제품을 인출함으로써 성형된 플라스틱 뚜껑을 얻을 수 있다. 금형이 상하 방향으로 개폐되므로 뚜껑에서 돌출되거나 오목하게 형성되는 구조는 금형의 개폐 방향과 일치한다.

금형을 사용하는 사출 성형의 제조 방법에 따른 제한 조건으로 인하여, 뚜껑을 종이컵 또는 종이용기에 결합하여 사용할 때, 뚜껑에서 밀폐 작용하는 부분의 구조가 제한적으로 이루어진다. 따라서 종이컵 또는 종이용기와 뚜껑의 밀폐 성능이 한계를 가진다.

즉, 종이컵 또는 종이용기의 개구에 원주 방향으로 형성되는 테두리에 뚜껑이 결합되고, 이로 인하여, 테두리의 상면 또는 외면과 이에 밀착되는 뚜껑 부분에 의하여 밀폐 성능이 구현된다.

이 경우, 종이컵 또는 종이용기와 뚜껑의 밀폐 성능이 부족하게 되어, 종이컵 또는 종이용기를 기우려 사용할 때, 밀폐 부분으로부터 누수가 발생될 수 있다.

대한민국 특허공개 제10-2019-0098574호

본 발명의 목적은 컵뚜껑을 컵에 결합하여 사용할 때, 컵에 수용된 액체를 효과적으로 밀폐하므로 누수를 방지하는 컵뚜껑을 제공하는 것이다.

본 발명의 수밀성을 향상시킨 껍뚜껑(이하 "본 발명의 컵뚜껑"이라함)은 컵의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부; 상기 결합부의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부와, 상기 가압부 상단에서 일체로 연결되는 판부를 포함하는 덮개부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 가압부는 상기 판부의 테두리에서 하방향으로 연결되면서 내부에 컵에 수용된 유체로부터 수증기가 포집되도록 하는 포집공간이 형성되도록 하는 가압벽과, 상기 가압벽의 하단에서 상기 결합부의 내측벽 하단을 연결하여 가압벽으로부터 팽창압을 상기 결합부에 전달하는 연결단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 연결단에는 지지홈이 요홈형상으로 복수로 형성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 결합부에는, 내측벽에 돌출테두리가 구성되어 컵의 내주연을 가압토록 하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 결합부에서, 내측벽의 두께는 외측벽의 두께보다 작은 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 가압벽은 하단부에 외측으로 직경이 커지는 경사면이 형성되며 상기 경사면의 두께는 상기 경사면 상부의 가압벽의 두께보다 작은 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 판부에는 내부로 직경이 좁아드는 형상의 에어홀이 하나 이상 구성됨을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 컵뚜껑 제조방법은, 컵의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부가 생성되도록 하며 상기 결합부의 내측벽에 돌출테두리가 구성되도록 결합부의 내측벽에 대향하는 면에 테두리요홈이 형성되는 제 1금형과, 상기 결합부의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부와 상기 가압부 상단에서 일체로 연결되는 판부를 포함하는 덮개부가 생성되도록 하는 제 2금형을 조립하여 바텀금형을 제조하는 단계(S10); 바텀금형에 열시트를 안치하는 단계(S20); 진공 또는 공기압에 의해 바텀금형에 열시트가 밀착되도록 하여 열시트에 컵뚜껑 형상이 제조되도록 하는 단계(S30); 바텀금형으로부터 열시트를 탈리하여 컵뚜껑의 형상을 재단하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 의한 컵뚜껑은 컵에 수용된 유체에 수밀성을 담보토록 하는데, 특히 컵에 뜨거운 유체가 수용될 시에 팽창압에 의해 수밀성을 배가시켜 안전사고 등을 제어할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컵 뚜껑을 컵에 결합한 사용상태를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뚜껑의 단면도.
도 3은 본 발명에 있어 뚜껑의 결합부와 컵 걸림턱을 확대하여 도시한 단면도.
도 4는 컵에 뚜껑을 결합한 상태에서 결합부와 컵 걸림턱을 확대하여 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제조방법에서 사용되는 바텀금형을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제조방법을 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명의 컵뚜껑에 있어 판부의 일실시예를 나타내는 부분도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명

과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 발명의 컵뚜껑(1)은 컵(2)의 개구에 결합되어 개구를 덮고 밀폐하도록 구성되는 바, 도 1에서 보는 바와 같이 컵(2)의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부(4); 상기 결합부(4)의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부(31)와, 상기 가압부(31) 상단에서 일체로 연결되는 판부(32)를 포함하는 덮개부(3);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

편의상, 상기 컵(2)은 일회용 종이컵으로 설명하고 있으나, 종이컵은 종이용기, 플라스틱컵 또는 플라스틱용기로 대치될 수도 있다. 또한 본 발명의 컵뚜껑(1)은 그 재질을 한정하지 않으나 탄성재질로서 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 등이 적용될 수 있다.

본 발명의 컵뚜껑(1)은 도면에서 보는 바와 같이 덮개부(3)와 결합부(4)를 포함한다. 덮개부(3)는 컵(2)의 개구를 덮도록 형성되는 것이며, 컵(2)은 개구에 걸림턱(5)을 구비하여, 개구의 형태를 유지하고, 개구에 강도를 제공한다.

상기 걸림턱(5)은 다양하게 구성될 수 있는데 일 예로 도면에서는 개구에서 직경 방향 외측으로 감기어 중공 단면(컵을 상하 방향으로 절단하는 경우)(예를 들면, 대략 원형 단면)을 형성토록 하는 예를 제시한다. 즉 걸림턱(5)은 중공 링으로 형성되어 걸림턱(5) 자체도 탄성거동이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 걸림턱(5)은 덮개부(3)가 개구를 덮을 때, 상기 결합부(4)가 걸림턱(5)에 걸릴 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 상기 결합부(4)는 컵(2)의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상으로 도 1에서 보는 바와 같이 컵(2)의 걸립턱(5)을 감싸는 형상으로 구성되는 것이다.

상기 결합부(4)는 컵(2)의 걸림턱(5)에 결합되도록 걸림턱(5)의 내측, 상측, 외측 및 하측 형상에 연속적으로 대응하여 형성되는 바, 상기 결합부(4)는 도 2에서 보는 바와 같이 걸림턱(5)의 상측, 외측 및 하측에 연속적으로 대응하는 외측벽(41), 및 걸림턱(5)의 내측에 대응하는 내측벽(42)을 포함한다.

상기 외측벽(41)은 상기 컵(2)의 개구에 구비된 걸림턱(5)의 상측, 외측 및 하측으로 볼록하게 형성되어 걸림턱(5)에 대응하는 부분을 감싸는 볼록 곡면부(411)를 구비하고, 걸림턱(5)의 하측에 걸리도록 볼록 곡면부(411)의 하측에서 외측으로 절곡 형성되는 절곡부(412)를 구비한다. 내측벽(41)의 두께가 외측벽의 두께보다 작게 구비되어, 내측벽(41)에 구비된 돌출테두리(43)가 팽창압(F)에 의해 내측벽을 상기 컵(2)의 내주연을 향하여 가압하며, 상기 외측벽이 상기 걸림턱(5)을 가압할 수 있다.

상기 내측벽(42)은 외측벽(41)에 대향하고 상측에서 외측벽(41)에 연결되며, 돌출테두리(43)가 구성되어 상기 결합부(4) 내부에 삽입된 컵(2)의 내주연을 가압토록 하는 것을 특징으로 한다.

이러한 가압은 컵(2)에 상온이하의 유체가 담겨있는 경우는 돌출테두리(43)의 탄성력에 의해 컵(2)의 수밀성을 담보하고, 컵(2)에 커피 등 고온의 유체가 담겨있는 경우 돌출테두리(43)의 탄성력에 더하여 이하에서 설명하는 포집공간(6)에 포집된 수증기의 팽창압(F)에 의한 가압력에 의해 컵(2)의 수밀성을 배가시키는 것이다.

상기 덮개부(3)는 상기 결합부(4)의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부(31)와, 상기 가압부(31) 상단에서 일체로 연결되는 판부(32)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압부(31)는 도 2 등에서 보는 바와 같이 상기 판부(32)의 테두리에서 하방향으로 연결되면서 내부에 컵(2)에 수용된 유체로부터 수증기가 포집되도록 하는 포집공간(6)이 형성되도록 하는 가압벽(311)과, 상기 가압벽(311)의 하단에서 상기 결합부(4)의 내측벽(42) 하단을 연결하여 가압벽(311)으로부터 팽창압을 상기 결합부(4)에 전달하는 연결단(312)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 도 1에서 보는 바와 같이 컵(2)에 수용된 유체로부터 수증기가 덮개부(3)와 컵(2)에 수용된 유체의 수위에 사이에 형성되는 포집공간(6)으로 포집이 되면서 포집된 수증기의 팽창압(F)이 상기 가압벽(311)에 외측으로 미는 힘이 작용토록 하는 것이며, 이러한 힘은 상기 연결단(312)을 통해 결합부(4)에 전달되도록 하는 것이다. 이때, 연결단(312)는 컵(2)의 내주연에 면접촉할 수 있다.

이를 위해 상기 연결단(312)은 가압벽(311)의 하단과 내측벽(42)의 하단을 거의 직각에 가깝게 연결토록 하여 가압벽(311)에 작용하는 힘이 내측벽(42)으로 힘손실이 없이 전달되도록 하는 것이 타당하다. 더욱 바람직하게는 도 2에서 보는 바와 같이 연결단(312), 가압벽(311)의 하단, 내측벽(42)의 하단은 직각에 가까우면서 곡면을 형성하도록 연결되어 힘의 전달시 접힘에 의한 힘의 손실이 제어되도록 하는 것이 타당하다.

상기 연결단(312)에서 힘의 전달을 더욱 견고히 하기 위해 연결단(312)에는 복수의 지지홈(313)이 요홈형상으로 형성되도록 하여 연결단(312)에서 접힘의 발생을 제어토록 하는 것이 타당하다.

또한 도 2에서 보는 바와 같이 상기 결합부(4)에서, 내측벽(42)의 두께(T2)는 외측벽(41)의 두께(T1)보다 작게 구성하는 것이 타당한데 이는 가압부(31)에 의한 가압력에 의해 내측벽(42)에 더 많은 변형이 유도되도록 하여 컵(2) 내주연과 내측벽(42)(돌출테두리(43))에 의한 면접촉을 크게 가져가도록 하는 것이며, 외측벽(41)은 상대적으로 변형을 적게 가져감으로써 외측벽(41)이 컵(2) 외주연을 견고하게 잡아주도록 하여 수밀성을 더욱 배가시키도록 하는 것이다.

결합부(4) 전체를 동일한 두께로 구성하는 경우 컵(2) 재질의 강성이 약한 경우 가압부(31)에 의해 결합부(4) 전체가 외측으로 변형이 발생될 수 있으며, 이때 결합부(4)와 같이 컵(2)에 변형이 발생되어 이러한 변형에 의해 수밀성이 저하되는 문제가 있을 수 있는 바, 본 발명에서는 내측벽(42)과 외측벽(41)의 두께를 달리하여 내측벽(42)에 의한 변형에 의해 컵(2) 내주연과의 면접촉을 크게 하면서 외측벽(41)은 변형을 제어하여 컵(2)의 외주연을 잡아주도록 하는 것이다.

이에 더하여 내측벽(42)과 컵(2) 내주연과의 면접촉을 더욱 크게 하기 위한 실시예로서 도 3에서 보는 바와 같이 상기 가압벽(311)은 하단부에 외측으로 직경이 커지는 경사면(311-2)이 형성되며 상기 경사면(311-2)의 두께(T3)는 상기 경사면(311-2) 상부 가압벽(311-1)의 두께(T4)보다 작게 구성되는 예를 제시하고 있다.

이렇게 구성됨에 의해 수증기에 의한 팽창압(F)은 경사면(311-2)에 의해 수평방향과 하방각도(∂)를 형성하면서 상향으로 작용토록 함으로써 내측벽(42)의 하단에서부터 컵(2) 내주연에 가압력이 작용토록 하여 내측벽(42)의 하단과 컵(2) 내주연의 간극(β)을 작게 한다. 즉 간극(β)이 작아지면서 그만큼 수밀성을 더욱 확보토록 하는 것이다.

이에 더하여 상기 경사면(311-2)의 두께(T3)는 상기 경사면(311-2) 상부 가압벽(311-1)의 두께(T4)보다 작게 구성하여 팽창압에 의한 변형이 경사면(311-2)으로 유도되도록 하여 내측벽(42)의 하단과 컵(2) 내주연의 간극(β)을 더욱 작게 하여 수밀성을 배가시키도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 도 7에서 보는 바와 같이 판부(32)에 에어홀(321)이 형성된 예를 제시하고 있다. 상기 에어홀(321)은 판부(32)에 하나 이상 타공되되, 내부에서 하방향으로 갈수록 직경이 작아지는 형상으로 구성되는 바, 도면에서 보는 바와 같이 판부(32)에서의 직경(d2)이 하단에서 직경(d1)보다 크게 구성되도록 하는 것이다. 이와 같이 에어홀(321)을 구성하는 이유는 외부로부터 공기가 내부로 유입되도록 함과 동시에 하단의 직경이 작게 구성되도록 하여 내부의 유체가 표면장력에 의해 외부로 유출되는 것을 제어토록 하기 위한 것이다.

한편 본 발명의 컵뚜껑 제조방법은 도 6에서 보는 바와 같이 컵의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부가 생성되도록 하며 상기 결합부의 내측벽에 돌출테두리가 구성되도록 결합부의 내측벽에 대향하는 면에 테두리요홈이 형성되는 제 1금형과, 상기 결합부의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부와 상기 가압부 상단에서 일체로 연결되는 판부를 포함하는 덮개부가 생성되도록 하는 제 2금형을 조립하여 바텀금형을 제조하는 단계(S10); 바텀금형에 열시트를 안치하는 단계(S20); 진공 또는 공기압에 의해 바텀금형에 열시트가 밀착되도록 하여 열시트에 컵뚜껑 형상이 제조되도록 하는 단계(S30); 바텀금형으로부터 열시트를 탈리하여 컵뚜껑의 형상을 재단하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 S10단계에는 도 5에서 보는 바와 같이 컵의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부가 생성되도록 하며 상기 결합부의 내측벽에 돌출테두리가 구성되도록 결합부의 내측벽에 대향하는 면에 테두리요홈(722)이 형성되는 제 1금형(72)과 상기 결합부의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되는 가압부와 상기 가압부 상단에서 일체로 연결되는 판부를 포함하는 덮개부가 생성되도록 하는 제 2금형(71)을 조립하여 바텀금형(7)을 제조하는 단계를 포함한다.

상기 제 1금형(72)과 상기 제 2금형(71)의 조립은 도면에서 보는 바와 같이 볼트결합에 의해 조립되도록 할 수 있다. 이렇게 제 1금형(72)과 제 2금형(71)을 조립하여 바텀금형(7)을 제조하는 이유는 본 발명의 컵뚜껑(1)에 있어 가압벽(311)의 하단부, 연결단(312) 및 내측벽(42)에 의해 형성되는 골부분 특히 내측벽(42)에 돌출테두리(43)가 구성되도록 하기 위함이다. 이러한 골부분이 형성됨에 의해 팽창압에 의한 가압력이 작용되는 구조가 도출될 수 있는 것이다.

다음으로 상기 바텀금형에 열시트를 안치하는 단계(S20)에는 바텀금형의 상부에 약 200℃ 정도로 가열된 열시트를 안치하는 것이다.

그 다음으로 진공 또는 공기압에 의해 바텀금형에 열시트가 밀착되도록 하여 열시트에 컵뚜껑 형상이 제조되도록 하는 단계(S30)를 갖는다.

본 단계(S30)에서는 3가지 형태로 진행될 수 있는데 우선 S20단계를 거친후 상부케이스를 바텀금형 위에 덮은 상태에서, 상기 상부케이스 내부로 고압의 공기를 불어넣어 발생하는 공기압에 의해 상기 열시트가 바텀금형에 밀착되면서 열시트에 컵뚜껑 형상이 제조되도록 하는 것이다.

그 다음으로 상기에서 본 바와 같이 상부케이스와 바텀금형을 그대로 사용하되, 도면에 도시된 바는 없으나 상기 바텀금형에 흡입공을 형성토록 하여, 상부케이스 내부로 고압의 공기를 불어넣음과 동시에 상기 흡입공을 통해 외부로 공기가 빠져나도록 흡입함으로써 상기 열시트가 바텀금형에 밀착되면서 열시트에 컵뚜껑 형상이 제조되도록 하는 것이다. 이때에는 그 다음 단계(S40)에서 컵뚜껑 형상이 형성된 열시트를 바텀금형으로부터 탈리시 상기 흡입공을 통해 고압의 공기를 불어넣어 상기 열시트를 탈리토록 한다.

그 다음으로는 상부케이스 없이 바텀금형만을 사용하되, 상기에서 본 바와 같이 하부금형에 형성되는 흡입공을 통해 공기를 흡입하여 상기 열시트가 바텀금형에 밀착되면서 열시트에 컵뚜껑 형상이 제조되도록 하는 것이다.

마지막으로 바텀금형으로부터 열시트를 탈리하여 컵뚜껑의 형상을 재단하는 단계(S40)를 거쳐 완성된 컵뚜껑이 제조되도록 하는 것이다.

이상을 통해 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러

가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은

당연하다.

1 : 본 발명 2 : 컵
3 : 덮개부 4 : 결합부
5 : 걸림턱 6 : 포집공간

Claims (8)

1. 컵의 상단부를 내측 및 외측에서 감싸는 형상의 결합부; 및
   상기 결합부의 내측벽의 하단과 일체로 연결되면서 상방향으로 절곡되되, 판부의 테두리에서 하방향으로 연결되면서 내부에 컵에 수용된 유체로부터 수증기가 포집되도록 하는 포집공간이 형성되도록 하는 가압벽이 구비된 가압부와, 상기 가압부 상단에서 일체로 연결되는 판부를 포함하는 덮개부;를 포함하고,
   상기 가압벽은,
   하단부에 외측으로 직경이 커지는 경사면이 형성되며, 상기 경사면의 두께는 상기 경사면 상부의 가압벽의 두께보다 작게 구비되고,
   상기 가압벽의 하단에서 상기 결합부의 내측벽 하단을 연결하여 가압벽으로부터 팽창압을 상기 결합부에 전달하며, 상기 컵의 내주연에 면접촉하는 연결단과,
   상기 결합부는,
   상기 컵의 개구에 구비된 걸림턱에 대응하는 부분을 감싸는 볼록 곡면부를 구비하고, 상기 걸림턱의 하측에 걸리도록 볼록 곡면부의 하측에서 외측으로 절곡 형성되는 절곡부를 구비한 외측벽과,
   내측벽의 두께가 외측벽의 두께보다 작게 구비되어, 내측벽에 구비된 돌출테두리가 팽창압에 의해 내측벽을 상기 컵의 내주연을 향하여 가압하며, 상기 외측벽이 상기 걸림턱을 가압하는 것을 특징으로 하는 수밀성을 향상시킨 컵뚜껑.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 연결단에는 접힘의 발생을 제어하도록 지지홈이 요홈형상으로 복수로 형성됨을 특징으로 하는 수밀성을 향상시킨 컵뚜껑.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 판부에는 내부로 직경이 좁아드는 형상의 에어홀이 하나 이상 구성됨을 특징으로 하는 수밀성을 향상시킨 컵뚜껑.
   
8. 삭제

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