KR200469065Y1

KR200469065Y1 - 컵 성형장치

Info

Publication number: KR200469065Y1
Application number: KR2020130001830U
Authority: KR
Inventors: 김병노; 박종문
Original assignee: 박종문; 김병노
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2013-09-13

Abstract

본 고안은 컵 성형장치에 관한 것으로서, 컵의 형상에 대응되는 컵몰드가 형성된 상기 하부금형이 상하로 승강되도록 지지하는 하부금형승강부와; 상기 하부금형승강부는, 크랭크축과; 상기 크랭크축에 결합된 크랭크암과; 일단부는 서보모터에 연결되고 타단부는 상기 크랭크암에 연결되는 크랭크연결암과; 상기 크랭크축의 일측에 결합되어 상기 크랭크암의 회전을 상기 하부금형의 상하운동으로 변환하는 커넥팅로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

컵 성형장치{PLASTIC CUP THERMO AIR PRESSURE FORMING MACHINE}

본 고안은 컵 성형장치에 관한 것으로, 보다 자세히는 하부금형의 상하 이동을 원할하게 조절할 수 있는 컵 성형장치에 관한 것이다.

최근 테이크아웃(TAKE OUT) 문화가 활발해지면서 커피를 비롯한 각종 음료를 포장하여 야외에서 즐기는 경우가 많다. 이에 음료를 수용할 수 있는 1회용 플라스틱 컵의 수요가 증가되고 있다.

플라스틱 컵은 플라스틱 수지에 열을 가한 후, 상하 금형에 의해 성형하여 제조되고 있다. 이러한 플라스틱 컵 성형장치는 등록특허 제10-0851327호 "수지용기 제조장치"에 개시된 바 있다.

개시된 바와 같은 종래 컵 성형장치는 하부금형이 상하로 이동되며 컵을 성형하게 된다. 도 1은 종래 컵 성형장치의 하부금형 승강장치(10)의 형태를 개략적으로 도시한 개략도이다.

도시된 바와 같이 종래 하부금형 승강장치(10)는 중심으로부터의 반경이 상이하게 형성된 캠(11)이 회전하고, 캠(11)의 외주연과 승강축(15)이 접하면서 캠(11)의 직경 차이만큼 승강축(15)이 상하로 이동되며 하부 금형이 승강되게 된다.

그런데, 종래 하부금형 승강장치(10)는 캠(11)의 형상을 정밀하게 제조하기 어려운 문제가 있었고, 캠(11) 외주연의 돌기(15)가 사용 중 자주 파손되는 문제가 있었다. 이렇게 캠(11)의 형상이 파손되면 캠(11) 전체를 교체해야하므로 유지관리 비용이 상승하는 문제가 있었다.

더구나, 종래 하부금형 승강장치는 회전각도와 승강높이가 정해지므로 플라스틱 컵을 형성하는 플라스틱 수지의 두께가 상이할 경우 호환하여 사용할 수 없는 문제가 있었다. 이에 따라 폴리프로필렌(P.P)나 폴리에스테르(P.S) 보다 상대적으로 두께가 두껍고 열에 의해 백화현상이 발생되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(P.E.T)는 가해지는 절단압력이 약해 호환하여 사용할 수 없는 한계가 있었다.

본 고안의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 유지 관리가 용이하며 하부금형의 승강을 정밀하게 제어할 수 있는 컵 성형장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 회전각도를 조절하여 컵의 형상을 정확하게 성형할 수 있어 불량률을 줄일 수 있는 컵 성형장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 다양한 두께의 필름에 대응되는 절단압력을 인가할 수 있는 컵 성형장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 고안의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 고안의 목적은 컵 성형장치에 의해 달성될 수 있다. 본 고안의 컵 성형장치는, 컵의 형상에 대응되는 컵몰드가 형성된 하부금형과; 상기 하부몰드의 상부에 구비되어 상기 하부몰드와 함께 컵의 형상을 형성하는 상부금형과; 상기 하부금형으로 상기 컵을 형성하는 수지필름을 제공하는 필름공급부와; 상기 필름을 가열하는 필름가열부와; 상기 하부금형과 상기 상부금형으로 공기를 공급 및 회수하여 상기 컵을 압공성형하는 공기공급부와; 상기 하부금형이 상하로 승강되도록 지지하는 하부금형승강부를 포함하며, 상기 하부금형승강부는, 크랭크축과; 상기 크랭크축에 결합된 크랭크암과; 일단부는 서보모터에 연결되고 타단부는 상기 크랭크암에 연결되는 크랭크연결암과; 상기 크랭크축의 일측에 결합되어 상기 크랭크암의 회전을 상기 하부금형의 상하운동으로 변환하는 커넥팅로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 서보모터는 상기 커넥팅로드의 최고높이와 최저높이를 기준으로 상기 최고높이에서 일정높이 낮은 중간 위치에서 일정시간 동작을 멈춘 후, 다시 구동된다.

일 실시에에 따르면, 상기 서보모터가 구동을 멈추는 위치는 상기 최저높이일 때의 회전각도를 기준으로 150도~180도 범위인 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 컵 성형장치는 크랭크축의 회전을 하부금형의 상하운동으로 변환하여 구동되므로 종래 캠형상에 의한 구동시보다 작동이 안정적이고 신뢰성을 유지할 수 있다. 따라서, 잔고장이 없으므로 유지관리비용이 줄어들 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 컵 성형장치는 필름의 종류에 따라 서보모터의 회전시간과 회전각도를 조절할 수 있으므로 다양한 필름에 호환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 컵 성형장치는 서보모터의 회전을 일정각도에서 멈춘 후 다시 구동하여 컵몰드 내부에 필름이 충분히 압착되도록 하여 컵성형의 완성도를 향상시킬 수 있으며 불량률을 낮출 수 있다.

도 1은 종래 금형 리프팅장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 고안에 따른 컵 성형장치의 정면구성을 도시한 정면도,
도 3은 본 고안에 따른 컵 성형장치의 측면구성을 도시한 측면도,
도 4는 본 고안에 따른 컵 성형장치의 하부금형승강부의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 5는 본 고안에 따른 컵 성형장치의 하부금형승강부의 구성을 도시한 사시도,
도 6a 내지 도 6d는 본 고안에 따른 컵 성형장치의 동작과정을 도시한 예시도들이다.

본 고안을 충분히 이해하기 위해서 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 고안의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2는 본 고안에 따른 컵 성형장치(1)의 정면구성을 도시한 정면도이고, 도 3은 본 고안에 따른 컵 성형장치(1)의 측면구성을 도시한 측면도이다.

도시된 바와 같이 본 고안에 따른 컵 성형장치(1)는 위치가 고정되는 상부금형(100)과, 상하로 승강되며 내부에 컵몰드(210)가 형성된 하부금형(200)과, 하부금형(200)으로 필름(F)을 공급하는 필름공급부(300)와, 필름(F)을 가열하는 필름가열부(400)와, 상부금형(100)과 하부금형(200)으로 공기를 공급하거나 회수하는 공기공급부(500)와, 하부금형(200)을 상하로 승강시키는 하부금형승강부(600)와, 각 구성들을 제어하는 제어부(700)를 포함한다.

여기서, 본 고안에 따른 컵 성형장치(1)를 통해 성형되는 컵은 플라스틱 수지에 의해 성형되는 다양한 크기와 두께의 컵일 수 있다.

상부금형(100)과 하부금형(200)은 서로 결합되어 필름(F)이 컵(C)의 형상으로 성형되도록 한다. 하부금형(200)에는 컵(C)의 형상에 대응되는 컵몰드(210)가 함몰 형성된다.

컵몰드(210)의 상부에는 일정길이 돌출된 커팅날이 형성되어 상부금형(100)과 하부금형(200)이 접촉되면 커팅날에 의해 필름(F)이 절단되며 컵(C)의 성형이 완료되게 된다.

하부금형(200)의 하부에는 지지프레임(220)이 결합된다. 지지프레임(220)은 하부영역이 커넥팅로드(630)의 프레임연결바(637)에 결합되어 하부금형승강부(600)의 구동에 따라 하부금형(200)이 상하로 승강되도록 한다.

필름공급부(300)는 하부금형(200)의 상면으로 필름(F)을 공급한다. 필름공급부(300)는 하부금형(200)의 상부에 구비된 필름이송레일(310)을 구비하여, 하부금형승강부(600)의 구동주기에 연동하여 필름(F)을 공급한다. 필름공급부(300)에서 공급되는 필름(F)은 폴리프로필렌(P.P), 폴리에스테르(P.S), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(P.E.T) 등 다양한 종류가 사용될 수 있다.

필름가열부(400)는 필름(F)으로 열을 인가하여 필름(F)이 압공성형이 가능한 유연한 상태로 변화시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이 필름가열부(400)는 필름공급부(300)로부터 공급되는 필름(F)의 공급경로 상에 상하로 배치되어 필름(F)을 직접 가열한다.

공기저장탱크(510)는 상부금형(100)과 하부금형(200)으로 공기를 공급한다. 공기저장탱크(510)는 하부금형(200)에 필름(F)이 적재된 상태에서 공기압을 컵몰드(210) 내부에 형성하여 필름(F)이 컵몰드(210) 내부로 압공압착 성형되도록 한다. 또한, 컵(C)의 성형이 완료된 후 필름(F)이 커팅되면 성형완료된 성형품을 외부로 배출시킨다.

공기공급부(500)는 제어부(700)의 제어에 의해 공기저장탱크(510)의 공기를 상부금형(100)과 하부금형(200)으로 공급하거나 회수한다.

하부금형승강부(600)는 제어부(700)의 제어에 따라 하부금형(200)을 상하로 승강시킨다. 하부금형(200)의 상하 승강 주기에 따라 컵이 성형되어 배출된다. 컵은 서보모터(670)의 1회전에 연동하여 성형이 완료된다.

도 4는 본 고안에 따른 하부금형승강부(600)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이고, 도 5는 하부금형승강부(600)의 결합구성을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 하부금형승강부(600)는 크랭크축(610)의 회전을 하부금형(200)의 상하이동으로 변환한다.

하부금형승강부(600)는 크랭크축(610)과, 크랭크축(610) 상에 결합되는 크랭크암(620)과, 크랭크축(610)과 지지프레임(220)을 연결하여 크랭크축(610)의 회전을 하부금형(200)으로 전달하는 커넥팅로드(630)와, 제어부(700)의 제어에 따라 구동력을 발생시키는 서보모터(670)와, 서보모터(670)의 구동력을 조절하는 감속기(640)와, 감속기(640)의 출력축(643)에 결합되는 모터연결암(650)과, 모터연결암(650)과 크랭크암(620)을 연결하는 크랭크연결암(660)을 포함한다. 또한, 감속기(640)와 모터연결암(650) 사이에 배치되는 베어링(680)을 포함한다.

크랭크축(610)은 일체로 경합된 크랭크암(620)의 회전을 커넥팅로드(630)로 전달한다. 크랭크암(620)은 크랭크축(610)에 삽입되고, 크랭크암(620)의 일측 외주연에는 결합리브(621)가 일정 길이 반경방향 외측으로 돌출형성된다. 결합리브(621)는 크랭크연결암(660)과 결합된다.

커넥팅로드(630)는 크랭크축(610)의 양단에 결합딘다. 커넥팅로드(630)는 크랭크축(610)에 결합된 축결합바(637)와, 지지프레임(220)과 연결되는 프레임연결바(635)에 상하로 링크결합된다. 커넥팅로드(630)는 크랭크축(610)의 회전시에 축결합바(637)의 위치에 따라 접혀지거나 펼쳐지면서 상하로 이동하며 지지프레임(220)이 승강되도록 한다.

서보모터(670)는 제어부(700)의 제어에 따라 회전된다. 서보모터(670)는 1사이클에 해당되는 1회전을 연속적으로 하지 않고, 일정 각도에서 멈추었다 구동되도록 제어된다. 이에 따라 서보모터(670)는 커넥팅로드(630)의 최저높이(h1)와 최고높이(h3) 사이의 중간높이(h2)에서 일정시간 멈추었다가 다시 구동된다. 이러한 서보모터(670)의 회전 구동은 도 6b에 도시된 바와 같이 컵몰드(210) 내부의 압공압에 의해 필름(F)이 컵몰드(210) 내부로 압입되어 컵의 형상이 정확하게 성형되도록 하기 위함이다.

즉, 서보모터(670)가 연속하여 회전할 경우 필름(F)이 컵몰드(210) 내부에 충분히 압착되지 않은 상태에서 필름(F)의 커팅과 분리가 이루어져 컵(C)의 성형이 제대로 이루어지지 않아 불량이 발생되는 문제를 방지하기 위함이다.

감속기(640)는 서보모터(670)와 모터연결암(650) 사이에 구비되어 서보모터(670)의 출력방향과 출력을 조절한다. 감속기(640) 내부에는 기어열이 구비되어 출력방향을 변경한다. 감속기(640)의 일측에는 입력축(641)이 구비되어 서보모터(670)의 구동축(671)과 결합된다. 감속기(640)의 전면에는 출력축(643)이 구비되어 베어링(680)을 통해 모터연결암(650)의 축결합공(651)에 삽입된다.

모터연결암(650)은 감속기(640)의 출력축(643)과 축결합공(651)이 결합되고, 크랭크연결암(660)과 타단(653)이 결합된다. 크랭크연결암(660)은 모터연결암(650)과 크랭크암(620)을 서로 연결한다.

이러한 연결구조에 의해 서보모터(670)가 회전되면, 회전각도에 따라 모터연결암(650)이 출력축(643)과 함께 회전되고, 크랭크연결암(660)의 타단부(663)가 모터연결암(650)과 함께 회전하게 된다. 크랭크연결암(660)의 회전에 따라 크랭크연결암(660)의 일단부(661)에 결합된 크랭크암(620)은 크랭크축(610)을 기준으로 좌우로 왕복 이동하게 된다.

크랭크축(610)이 크랭크암(620)과 함께 좌우로 일정각도 회동됨에 따라 크랭크축(610)에 결합된 커넥팅로드(630)는 축결합바(637), 프레임연결바(635)의 결합배치에 따라 상하로 이동하게 된다.

제어부(700)는 공급되는 필름(F)의 종류에 따라 각 구성들을 제어한다. 제어부(700)는 필름가열부(400)의 가열온도와 가열시간을 제어하고, 서보모터(670)의 구동을 제어한다. 제어부(700)는 서보모터(670)가 잠시 구동을 멈추는 중간높이(h2)의 각도를 필름(F)의 종류에 따라 조절한다.

즉, 제어부(700)는 필름의 두께가 두꺼워 강한 압력의 절삭력이 필요한 경우 최고높이(h3)와 중간높이(h2) 간의 거리가 커지도록 서보모터(670)의 구동을 제어하고, 필름의 두께가 얇은 경우 최고높이(h3)와 중간높이(h2) 간의 거리가 좁아지도록 서보모터(670)의 구동을 제어한다.

여기서, 제어부(700)에 의해 제어되는 서보모터(670)가 구동을 멈추는 시간은 0.1~1초 범위이다. 이러한 시간은 공기공급부(500)에 의해 형성된 압공압에 의해 필름(F)이 충분히 압착되는 시간으로 조절된다.

여기서, 제어부(700)에 의해 제어되는 서보모터(670)가 구동을 멈추는 회전각도는 최저높이에서의 서보모터(670)의 회전각도를 기준으로 150°~180°범위이다. 서보모터(670)의 회전각도가 150°보다 적은 경우에는 서보모터(670)가 구동을 멈추더라도 충분히 컵몰드(210)에 필름이 압착되지 못하여 여전히 불량이 발생되게 된다. 회전각도가 180°를 초과하게 되면 이미 상부금형(100)과 하부금형(200)이 맞닿게 되며 필름(F)의 커팅이 이루어지므로 서보모터(670)가 멈추는 것이 의미가 없게 된다.

한편, 제어부(700)는 필름의 두께가 두꺼운 경우 서보모터(670)의 회전속도를 낮추어 컵몰드(210) 내부에서 충분한 공압으로 압착이 이루어지도록 제어할 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 본 고안에 따른 컵 성형장치(1)의 컵 성형과정을 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

초기상태에서 하부금형(200)은 최저높이(h1)로 내려온 상태이다. 도6a에서 도시된 바와 같이 필름공급부(300)는 하부금형(200)의 상면으로 필름(F)을 공급한다. 이 때, 하부금형승강부(600)는 감속기(640)의 출력축(643)이 3시 방향으로 이동된 상태이고, 크랭크연결암(660)의 일단부(661)는 크랭크축(610)의 외측으로 밀려나오게 된다. 이에 따라 크랭크축(610)에 결합된 프레임연결바(635), 커넥팅로드(630), 축결합바(637)가 서로 접혀지게 되어 커넥팅로드(630)가 최저높이(h1)를 유지하게 된다.

서보모터(670)가 회전하여 도 6b에 도시된 바와 같이 8시 방향, 즉 최저높이의 출력축(643)의 위치를 기준으로 150도~180도 범위에 위치하게 되면, 서보모터(670)의 구동이 잠시 정지하게 된다. 크랭크연결암(660)의 일단부(661)가 감속기(640) 측으로 이동되면서 크랭크연결암(660)의 일단부(661)가 크랭크축(610) 내측으로 가압되게 된다. 이에 따라 프레임연결바(635), 커넥팅로드(630), 축결합바(637)가 펼쳐지면서 중간높이(h2)로 이동되게 된다.

이 때, 상부금형(100)과 하부금형(200)은 일정거리(a) 만큼 이격된 상태를 유지하고, 공압에 의해 필름(F)이 컵몰드(210) 표면에 충분히 압착되며 컵의 형상을 갖출 수 있다.

서보모터(670)가 다시 구동되어 도 6c에 도시된 바와 같이 9시 방향, 즉 최저높이의 출력축(643)의 위치를 기준으로 180도 방향에 위치하게 되면, 크랭크연결암(660)의 타단부(663)가 감속기(640)의 9시 방향측으로 이동되고, 크랭크연결암(660)의 타단부(663)와 이에 연결된 크랭크암(620)는 크랭크축(610) 내측으로 가압되어 이동된다. 이에 따라 프레임연결바(635), 커넥팅로드(630), 축결합바(637)가 수직하게 펼쳐지면서 최대높이(h3)로 이동도게 된다.

이 때, 상부금형(100)과 하부금형(200)은 서로 접촉하게 되고, 커팅날(211)이 상부금형(100)과 접촉하면서 필름(F)이 절단되고 컵 성형이 완료된다.

서보모터(670)가 다시 회전하여 출력축(643)이 1시 측으로 이동되면 하부금형(200)은 다시 하부로 이동되고 도 6d에 도시된 바와 같이 공기공급부(500)가 공기를 공급하여 컵몰드(210) 내부의 컵(C)을 외부로 분리시킨다. 이와 동시에 필름공급부(300)가 다시 하부금형(200)으로 필름(F)을 공급하게 된다.

여기서, 서보모터(670)는 1회전시 150°~180°의 각도에서 잠시 멈추고 나머지 각도에서는 연속하여 회전하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따른 컵 성형장치는 크랭크축의 회전을 하부금형의 상하운동으로 변환하여 구동되므로 종래 캠형상에 의한 구동시보다 작동이 안정적이고 신뢰성을 유지할 수 있다. 따라서, 잔고장이 없으므로 유지관리비용이 줄어들 수 있다.

이상에서 설명된 본 고안의 컵 성형장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 고안이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 고안은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 고안은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 고안의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 컵성형장치 100 : 상부금형
200 : 하부금형 210 : 컵몰드 220 : 지지프레임
300 : 필름공급부 400 : 필름가열부
500 : 공기공급부 510 : 공기저장탱크
600 : 하부금형승강부 610 : 크랭크축
620 : 크랭크암 621 : 결합리브
630 : 커넥팅로드 635 : 프레임연결바
637 : 축결합바 640 : 감속기
641 : 입력축 643 : 출력축
650 : 모터연결암 660 : 크랭크연결암
661 : 일단부 663 : 타단부
670 : 서보모터 680 : 베어링
700 : 제어부

Claims

필름을 이용하여 컵을 성형하는 컵 성형장치에 있어서,
상부금형 및 하부금형과;
상기 하부금형이 상하로 승강되도록 지지하는 하부금형승강부와;
상기 하부금형승강부는,
크랭크축과;
상기 크랭크축에 결합된 크랭크암과;
일단부는 서보모터에 연결되고 타단부는 상기 크랭크암에 연결되는 크랭크연결암과;
상기 크랭크축의 일측에 결합되어 상기 크랭크암의 회전을 상기 하부금형의 상하운동으로 변환하는 커넥팅로드를 포함하고,
상기 서보모터는 상기 커넥팅로드의 최고높이와 최저높이를 기준으로 상기 최고높이에서 일정높이 낮은 중간 위치에서 일정시간 동작을 멈추어 상기 필름을 압착한 상태에서 상기 컵을 성형한 후, 다시 구동되면서 상기 상부금형과 상기 하부금형을 맞닿게 하여 상기 필름을 커팅시키며,
상기 서보모터가 구동을 멈추는 위치는 상기 최저높이일 때의 회전각도를 기준으로 150°~180° 범위인 것을 특징으로 하는 컵 성형장치.
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