KR20100086368A - 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압과 유압 방식의 부스터실린더를 이용한 성형장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 각종 용기 등의 가압 성형을 위한 금형의 스트로크 이동시 1차 공압에 의해 이동하고, 성형을 위한 승압시에 2차 유압이 작동하게 하여 종이용기의 특성에 적합한 압력 크기 및 시간 조절을 이룰 수 있도록 할 목적으로, 공기압축기(10); 상기 공기압축기로부터 발생한 공기의 주입/차단하는 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제어부(20); 내부에 제1피스톤(31)이 내장되고, 전방 및 후방 단부에 각각 공기 주입 관로가 연결되며, 제1피스톤(31)의 전방 측에 오일이 충전된 부스터실린더(30); 일측이 상기 부스터실린더(30)의 오일 충전부와 연통하고, 타측이 공기 주입 관로와 연결된 컨버터(40); 내부에 제2피스톤(51)이 내장되고, 후방 단부가 상기 부스터실린더와 송유관(33)을 통해 연결되어 오일 주입이 가능하며, 전방이 공기 주입 관로와 연결된 유압실린더(50); 상기 제2피스톤(51)과 연결되어 왕복 이동 가능한 금형(60)을 포함하는 것이 특징인 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치가 개시된다.

Description

공,유압을 이용한 종이용기 성형장치{Pressing apparatus of paper vessel using compressed air and oil pressure}

본 발명은 종이컵이나 종이그릇, 종이접시 등을 비롯하여 일반 용기를 덮을 수 있는 종이뚜껑(이하, 이들을 '종이용기'로 약칭함) 등, 각종 종이용기를 공압과 유압을 병행한 부스터실린더에 의해서 압착, 성형할 수 있도록 하는 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 종이용기를 성형하기 위해서는, 2개로 분리된 금형을 마련하고, 각 금형이 맞물리는 부분에 특정 형상의 틀(캐비티; cavity)을 성형한 다음, 그 사이에 평판 형태의 종이 판재를 넣은 상태에서 각 금형을 가압(형합)함으로써 종이 판재를 금형 사이의 틀과 동일한 형태로 성형하고 있다.

이를 위해, 2개의 금형 중에서 어느 하나는 고정시키는 한편, 다른 하나는 이동 가능하게 설치해야 할 필요가 있는데, 종이용기 등을 성형하기 위해서는 보통 2ton 이상의 가압력이 필요하므로, 지금까지 종이용기 등을 성형하기 위한 장치에 유압 실린더나 캠 방식을 이용한 성형장치가 사용되었다. 유압 실린더를 이용한 성형장치는 유압에 의해서 왕복 이동하는 실린더의 로드에 상부금형 혹은 하부금형을 설치한 형태이고, 캠 방식은 형상이 비대칭한 캠을 회전시킬 때 캠과 접촉되어 직선 왕복 이동하는 로드에 상부금형 혹은 하부금형을 설치하여 캠의 회전을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 방식이다.

그러나 유압 실린더 방식의 경우, 유압 특성상 실린더의 왕복 이송 속도가 느리기 때문에 그만큼 금형 이동 구간, 즉 스트로크(strok) 이동시 이송속도가 느리므로, 시간 대비 제품 생산량이 적어서 생산성이 떨어지는 단점이 있으며, 또한 유체 저장탱크 등이 필요하여 크기와 중량이 대형이므로 성형장치의 위치 이동이 어렵고, 제작 부품수가 많아 제조비용이 크다는 단점이 있다.

유압에 반대되는 개념으로 공압 실린더를 이용한 공압 성형 방식을 고려해 볼 수도 있으나, 공압 실린더는 이송(응답) 속도가 공압에 비해 빠른 이점이 있으나, 유압에 비하여 큰 압력을 가하기 어렵고 압력 조절이 쉽지 않아서 제품의 성형성이 좋지 않은 문제로 인해 성형 불량률이 크다는 단점이 있다.

본 발명은, 종래의 유압 방식이나 캠 방식 또는 공압 방식에 의한 성형장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 각종 종이용기 등의 가압 성형을 위한 스트로크 이동시에 1차로 공압에 의해서 금형을 예비적으로 이동시키고, 성형을 위한 가압시에 2차로 유압에 의해서 승압되게 하여 압력의 크기 및 시간 조절을 통해 다양한 크기 및 형태의 종이용기를 성형하기에 적합한 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기압축기(10); 상기 공기압축기로부터 발생한 공기의 주입/차단하는 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제어부(20); 내부에 제1피스톤(31)이 내장되고, 전방 및 후방 단부에 각각 공기 주입 관로가 연결되며, 제1피스톤(31)의 전방 측에 오일이 충전된 부스터실린더(30); 일측이 상기 부스터실린더(30)의 오일 충전부와 연통하고, 타측이 공기 주입 관로와 연결된 컨버터(40); 내부에 제2피스톤(51)이 내장되고, 후방 단부가 상기 부스터실린더와 송유관(33)을 통해 연결되어 오일 주입이 가능하며, 전방이 공기 주입 관로와 연결된 유압실린더(50); 상기 제2피스톤(51)과 연결되어 왕복 이동 가능한 금형(60)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 형태로서, 상기 제어부(20)는, 부스터실린더(30)의 전방 및 유압실 린더(50)의 전방에 공기의 주입/차단을 제어하는 제1밸브(21)와, 컨버터(40)에 공기의 주입/차단을 제어하는 제2밸브(22)와, 부스터실린더(30)의 후방에 공기의 주입/차단을 제어하는 제3밸브(23)로 이루어지는 한편, 상기 금형(60)은, 성형장치의 테이블(1) 상에 고정된 하부금형(62)과, 상기 테이블(1) 상단과 일정 거리 이격된 지지대(2) 상에서 수직하게 설치된 유압실린더(50)에 의해 상/하 방향으로 이동되는 상부금형(61)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 형태로서, 상기 성형장치(1)의 하단에 휠이 설치되어 성형장치(1)가 이동 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유압실린더의 피스톤이 성형을 위해 예비적으로 이동할 때 공압에 의해 이동하므로 빠른 속도로 이송되고, 성형을 위한 가압시에는 상대적으로 압력의 크기와 시간 조절이 용이한 유압에 의해서 승압 성형되므로 단시간 내에 다량의 제품을 성형할 수 있음과 동시에 다양한 형태에 적합한 종이용기를 생산할 수 있다.

더욱이, 공압과 유압을 병행하여 고압 성형이 가능하므로 성형장치의 크기를 작게 할 수 있으면서도 구조가 간단하여 성형장치의 소형화를 이룰 수 있고, 또한 설치 장소나 규모에 제약을 받지 않고, 이동성이 향상되는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 종이용기 성형장치는 공기압축기(미도시), 컨버터(40)를 포함하는 부스터실린더(30), 상기 부스터실린더(30)와 컨버터(40) 및 유압실린더(50)의 각 작동을 제어하도록 밸브를 개폐하는 제어부(20), 테이블(1) 상에 고정된 하부금형(62)과, 상기 테이블(1) 상에 마련된 지지대(2) 상부에 설치된 유압실린더(50), 그리고 상기 유압실린더(50)와 연결된 상부금형(61) 으로 대별된다.

도면부호 11은, 보조공기탱크로서 공기 주입 관로의 공기압이 부족할 때, 보보공기탱크(11)에서 자동으로 공기를 더 주입하게 하는 장치로, 선택적으로 설치될 수 있다.

바람직한 실시 형태로서, 상기 각 구성요소들이 하나의 장치에서 일체성을 가짐과 동시에 이동성 및 소형화를 이룰 수 있도록 하기 위해, 테이블(1)의 하단에 복수 개의 휠(부호 미표기)을 구비하는 한편, 보조공기탱크(11), 컨버터(40)를 포함하는 부스터실린더(30), 제어부(20) 등을 테이블(1)에 설치하는 한편, 상기 유압실린더(50)는 테이블(1) 상에서 상측 방향으로 이격 설치된 지지대(2) 상단에 수직 방향으로 설치한다. 또한 상부금형(61)은 유압실린더(50)의 하부로 연결하여 지지대(2) 내에서 승강되게 하고, 상부금형(61)과 맞물려 결합하는 하부금형(62)은 지지대(2) 내부의 테이블(1) 상에 고정 설치한다.

상기 지지대(2)의 일측에는 금형(60) 사이에서 성형될 종이용기 원판을 금형 사이로 자동 투입하기 위한 장치들이 부설될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 지지대(2) 일측에는 복수 개의 종이용기 원판을 적재할 수 있는 급지대(5)가 구비될 수 있고, 상기 급지대(5)에서 공급되는 종이용기 원판을 상기 하부금형(62) 위에 자동으로 투입할 수 있도록 하기 위해, 종이용기 원판을 홀딩한 로드(4)가 수평 방향으로 슬라이드 이동하게 하는 투입장치(3)가 마련될 수 있다.

본 발명의 종이용기 성형장치는 상부금형(61)과 하부금형(62) 사이의 종이용기 원판을 넣은 상태에서 가압, 압착하여 소망하는 형상의 종이용기를 성형하는 것으로, 이하에서 종이용기를 성형하기 위한 본 발명의 상기 구성요소들의 각 기능과 작용 설명을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 작동 상태를 보인 구성도로서 종이용기 성형 전 대기(복귀) 상태를 보인 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 작동 상태를 보인 구성도로서 종이용기의 성형을 위한 제1스트로크 이동 상태를 보인 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 작동 상태를 보인 구성도로서 종이용기의 성형을 위한 제2스트로크 이동 상태를 보인 것이다.

도 2를 참조하는 바와 같이, 본 발명의 성형장치는 공기를 압축하는 공기압축기(10)와, 상기 공기압축기(10)에서 압축된 공기의 주입/차단하는 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제어부(20)와, 내부에 제1피스톤(31)이 내장되고 전방 및 후방 단부에 각각 공기 주입 관로가 연결되며 제1피스톤(31)의 전방 측에 오일이 충전된 부스터실린더(30)와, 일측이 상기 부스터실린더(30)의 오일 충전부와 연통하고 타측이 공기 주입 관로와 연결된 컨버터(40)와, 내부에 제2피스톤(51)이 내장되고 후방 단부가 상기 부스터실린더와 송유관(33)을 통해 연결되어 오일 주입이 가능하며 전방이 공기 주입 관로와 연결된 유압실린더(50) 및 상기 제2피스톤(51)과 연결되어 왕복 이동 가능한 금형(60)으로 이루어진다.

상기 송유관(33)은 오일을 송급하는 관으로서, 상기 부스터실린더(30)의 전방 측과 유압실린더(50)이 상부는 오일이 충진되어 있으며, 이들 각 공간은 송유관(33)으로 연통되어 있기 때문에 각 실린더(30)(50) 내의 피스톤(31)(51) 이동에 의해 오일이 유동성을 가질 수 있다.

상기 제어부(20)는, 부스터실린더(30)의 전방 및 유압실린더(50)의 전방에 각각 공기를 주입하거나 혹은 차단하도록 개폐 제어하는 제1밸브(21)를 비롯하여, 상기 컨버터(40)에 공기를 주입하거나 혹은 차단하도록 개폐 제어하는 제2밸브(22)와, 상기 부스터실린더(30)의 후방에 공기를 주입하거나 혹은 차단하도록 개폐 제어하는 제3밸브(23)로 이루어지고, 이들 각 밸브(21)(22)(23)는 별도로 구분되거나 혹은 하나의 밸브 장치 내에 일체로 설치될 수 있으며, 각 밸브 제어는 사용자가 미리 설정한 데이터를 메모리하고 있는 제어부(20)에서 담당한다.

도 2의 상태는, 제1밸브(21)를 개방하여 공기압축기(10)로부터 주입되는 공기를 부스터실린더(30)의 전방과 유압실린더(50)의 전방(하부)에 각각 주입한 상태로서, 제1피스톤(31)과 제2피스톤(51)은 각각 실린더(30)(50)의 후방과 상부로 이동되고, 이와 동시에 상부금형(61)도 상승하여 하부금형(62)과 일정 거리를 유지하 며, 이 상태에서 종이용기 원판, 즉 성형되기 이전의 것을 하부금형(62) 상에 투입한다.

이후, 도 3을 참조하는 바와 같이, 제1밸브(21)를 차단한 상태에서, 제2밸브(22)를 개방하여 공기를 주입하면, 공기압이 컨버터(40)의 후방에 작용하여 컨버터(40) 내부에 충진된 오일이 송유관(33)을 통해 유압실린더(50) 후방으로 이동하며 이에 따라 제2실린더(51)가 아래로 하강한다. 이때, 부스터실린더(30) 내의 제1피스톤(31)은 이동 가능한 범위 중, 후방의 끝 지점에 위치하므로 컨버터(40) 내에 충진된 오일은 송유관(33)으로만 이송될 수 있다.

따라서, 상부금형(61)은 제2밸브(22)를 통해 주입된 공기의 압력에 의해서 하부금형(62)과 맞닿기 전인 제1스트로크(S1) 거리만큼 예비적으로 하강하여 성형을 준비할 수 있다.

이후, 도 4를 참조하는 바와 같이, 제2밸브(22)와 함께 제3밸브(23)를 개방하여 공기를 주입하면, 제3밸브(23)를 통해 주입된 공기가 부스터실린더(30)의 후방에 주입되어 제1피스톤(31)이 전방으로 전지하면서 오일을 압축시키고, 오일의 압축력에 의해서 제2피스톤(52)이 제2스트로크(S2) 거리만큼 하강하여 상부금형(61)이 하부금형(62)과 결합된다.

이때 제3밸브(23)로 공기가 연속해서 주입되면 오일의 압축력이 상승하여 상부금형(61)과 하부금형(62) 사이의 압력이 승압되어 각 금형(61)(62) 사이에 개재된 종이용기 원판을 금형(60) 내의 형상대로 성형할 수 있게 된다.

이와 같이, 상부금형(61)이 상사점 위치에서 하사점에 근접한 위치까지 이동 할 때, 즉 가압 성형이 아닌, 성형을 준비하기 위한 예비단계까지 하강 이동시에 부스터실린더(30)의 내부로 주입되는 공기 압에 의해서 이동하므로 빠른 속도로 이동 가능하고, 또한 종이용기 원판을 성형하기 위해 가압시에는 상대적으로 압력 조절이 쉬운 유압실린더(50)의 유압에 의해서 가압하므로, 종이용기의 재질이나 특성을 고려하여 유압의 크기와 시간을 적절하게 조절할 수 있다.

이후, 도 2와 같이 제1밸브(21)를 개방하고 제2밸브(22) 및 제3밸브(23)를 차단하면, 공기가 부스터실린더(30)의 전발과 유압실린더(50)의 전방(도면에서 하부)으로 유입되어 각 피스톤(31)(51)이 후퇴하여 상부금형(61)이 원위치로 복귀하고, 이때 성형된 종이용기를 취출할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능함을 이해해야 하고, 그에 따라 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위 및 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상까지 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 작동 상태를 보인 구성도로서 종이용기 성형 전 대기(복귀) 상태를 보인 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 작동 상태를 보인 구성도로서 종이용기의 성형을 위한 제1스트로크 이동 상태를 보인 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 종이용기 성형장치의 작동 상태를 보인 구성도로서 종이용기의 성형을 위한 제2스트로크 이동 상태를 보인 것이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

1... 테이블 2... 지지대

10... 공기압축기 11... 보조공기탱크

20... 제어부

21, 22, 23... 제1, 2, 3밸브

30... 부스터실린더(booster cylinder)

31... 제1실린더 33... 송유관

40... 컨버터(converter)

50... 유압실린더 51... 제2피스톤

60... 금형

Claims (4)

1. 압축공기와 유압을 이용하여 종이용기를 압축 성형하기 위한 성형장치로서,

   공기압축기(10);

   상기 공기압축기로부터 발생한 공기의 주입/차단하는 적어도 하나의 밸브를 포함하는 제어부(20);

   내부에 제1피스톤(31)이 내장되고, 전방 및 후방 단부에 각각 공기 주입 관로가 연결되며, 제1피스톤(31)의 전방 측에 오일이 충전된 부스터실린더(30);

   일측이 상기 부스터실린더(30)의 오일 충전부와 연통하고, 타측이 공기 주입 관로와 연결된 컨버터(40);

   내부에 제2피스톤(51)이 내장되고, 후방 단부가 상기 부스터실린더와 송유관(33)을 통해 연결되어 오일 주입이 가능하며, 전방이 공기 주입 관로와 연결된 유압실린더(50);

   상기 제2피스톤(51)과 연결되어 왕복 이동 가능한 금형(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부(20)는, 부스터실린더(30)의 전방 및 유압실린더(50)의 전방에 공기의 주입/차단을 제어하는 제1밸브(21)와,

   컨버터(40)에 공기의 주입/차단을 제어하는 제2밸브(22)와,

   부스터실린더(30)의 후방에 공기의 주입/차단을 제어하는 제3밸브(23)로 이루어진 것을 특징으로 하는 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 금형(60)은, 성형장치의 테이블(1) 상에 고정된 하부금형(62)과,

   상기 테이블(1) 상단과 일정 거리 이격된 지지대(2) 상에서 수직하게 설치된 유압실린더(50)에 의해 상/하 방향으로 이동되는 상부금형(61)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공, 유압을 이용한 종이용기 성형장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 성형장치(1)의 하단에 휠이 설치된 것을 특징으로 하는 공,유압을 이용한 종이용기 성형장치.

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