KR20100089279A

KR20100089279A - 믹싱헤드

Info

Publication number: KR20100089279A
Application number: KR1020090008462A
Authority: KR
Inventors: 김준선; 남기준; 김인하
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-12
Also published as: KR101582322B1

Abstract

본 발명은 믹싱헤드에 관한 것이다. 본 발명의 믹싱헤드는, 합성수지가 유입되도록 스크류 방향으로 개방된 유입그루브와, 상기 유입그루브로부터 이동된 합성수지가 배출되도록 스크류헤드 방향으로 개방된 배출그루브가 본체의 원주를 따라 번갈아 형성된 믹싱헤드로서, 스크류와 함께 회전하도록 이루어진 본체의 중심축 방향으로 오목하게 파인 유입그루브와 배출그루브가 한 쌍으로 짝지어져 유입그루브와 배출그루브의 경계를 이루는 벽부에는 실린더 배럴의 내면과 간극이 형성되어 유입그루브와 배출그루브가 연통되고, 상기 배출그루브와 이웃하는 다른 한 쌍의 유입그루브 사이에는 합성수지가 넘어가지 못하도록 넘음방지벽이 형성되며, 유입그루브는 저점으로부터 배출그루브측으로 갈수록 실린더 배럴의 내면과 가까워지도록 평평하고 일정한 기울기를 가진 경사면이 형성되어 유입그루브로 이동된 합성수지가 간극을 통해 배출그루브로 이동할 때 합성수지를 잘게 잘라주며 고르게 섞이도록 하는 것을 특징으로 한다.

믹싱헤드, 경사면, 유입그루브, 배출그루브, 간극

Description

믹싱헤드{Mixing head}

본 발명은 믹싱헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 합성수지를 잘게 잘라주며 고르게 섞이도록 하는 스크류형 압출기의 믹싱헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 스크류를 이용한 합성수지 성형기술은 용융된 합성수지에 힘을 가하여 원하는 형상으로 제작된 금형에 밀어 넣고 사출하는 방식이며, 도 1에는 이러한 스크류형 압출기가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 압출기(10)는 외관을 구성하는 실린더 배럴(11)의 내부에는 수용공간(14)이 길이방향으로 형성되어 있고, 일측에는 합성수지를 수용공간(14)으로 투입시키기 위한 호퍼(12)가 내부와 통하는 상태로 형성된다. 그리고, 실린더 배럴(11)의 타측면에는 금형(미도시)으로 합성수지를 밀어 넣을 수 있도록 수용공간(14)의 내경보다 작은 통공(13)이 형성된다.

이와 같은 실린더 배럴(11)의 내부에는 호퍼(12)를 통하여 투입된 합성수지를 이송하는 이송기능과 믹싱기능이 발휘되도록 회전수단(22)에 의해 회전가능한 스크류(20)가 설치되어 있다. 상기 회전수단(22)은 모터인 것이 바람직하다. 이때, 스크류(20)의 전방에는 일렬로 믹싱헤드(30), 스페이서(41), 체크링(42), 스크류헤 드(43)가 배치되어 서로 연동하도록 연결되어 회전수단(22)으로부터 회전력을 전달 받아 스크류(20)와 함께 회전한다.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 믹싱헤드(30)의 외면에는 길이방향으로 유입그루브(31)와 배출그루브(33)가 중심축 방향으로 각각 오목하게 파인 형태로 형성되는데, 상기 유입그루브(31)와 배출그루브(33)의 내면은 곡면으로 형성되어 있다. 유입그루브(31)는 스크류(20) 방향으로 개방되어 있고, 배출그루브(33)는 스크류헤드(43)방향으로 개방되어 있다. 이러한 유입그루브(31)와 배출그루브(33)는 믹싱헤드(30)의 원주에 번갈아 형성된다.

한편, 유입그루브(31)와 배출그루브(33)를 경계하는 벽부(32)는 실린더 배럴(11)과 간극(D)이 형성되도록 이루어져 스크류(20)에 의하여 이송된 합성수지가 유입그루브(31)로 이동된 후 간극(D)을 통하여 배출그루브(33)로 이동된다. 이때, 배출그루브(33)로 이송된 합성수지는 배출그루브(33)와 유입그루브(31)를 경계하는 넘음방지벽(34)에 의하여 이웃하는 유입그루브(31)로의 이동이 차단된다. 따라서, 간극(D)을 통과한 합성수지는 고르게 혼합되어 배출그루브(33)를 통해 스크류헤드(43)방향으로 배출된다.

그런데, 위에서 설명된 바와 같이 믹싱헤드(30)는 유입그루브(31)로 유입되는 합성수지가 배출그루브(33)로 넘어갈 때 간극(D)에 의하여 고르게 혼합하는 기능만을 발휘하게 되므로 잘게 잘라주는 기능을 발휘하는데 제약이 있다.

또한, 점도가 높은 고분자 합성수지의 경우 간극(D)의 좁은 공간을 통과하면서 열이 발생하고, 심하게는 열에 약한 고분자 합성수지가 분해 또는 탄화되어 제 품불량률이 증가하기 때문에 믹싱헤드의 사용이 제한된다는 문제점이 있다. 아울러, 합성수지를 고르게 섞어주는 믹싱(혼합)에는 상당한 효과가 있지만 합성수지를 잘게 절단하여 입자를 곱게 분산시키는 믹싱에는 한계가 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 발열을 작게하면서 합성수지를 잘게 자르고, 고르게 섞어주는 기능을 발휘할 수 있는 믹싱헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 믹싱헤드는, 합성수지가 유입되도록 스크류 방향으로 개방된 유입그루브와, 상기 유입그루브로부터 이동된 합성수지가 배출되도록 스크류헤드 방향으로 개방된 배출그루브가 본체의 원주를 따라 번갈아 형성된 믹싱헤드로서, 스크류와 함께 회전하도록 이루어진 본체의 중심축 방향으로 오목하게 파인 유입그루브와 배출그루브가 한 쌍으로 짝지어져 유입그루브와 배출그루브의 경계를 이루는 벽부에는 실린더 배럴의 내면과 간극이 형성되어 유입그루브와 배출그루브가 연통되고, 상기 배출그루브와 이웃하는 다른 한 쌍의 유입그루브 사이에는 합성수지가 넘어가지 못하도록 넘음방지벽이 형성되며, 유입그루브는 저점으로부터 배출그루브측으로 갈수록 실린더 배럴의 내면과 가까워지도록 평평하고 일정한 기울기를 가진 경사면이 형성되어 유입그루브로 이동된 합성수지가 간극을 통해 배출그루브로 이동할 때 합성수지를 잘게 잘라주며 고르게 섞이도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 벽부의 정점으로부터 수직방향의 실린더 배럴의 내면과의 거리를 나타내는 간극의 길이는 0.03㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 길이를 갖도록 이루어진 것이 바람 직하다.

또한, 유입그루브의 경사면의 경사각은, 경사면인 X축과, 본체의 중심축과 벽부의 정점이 연결된 연결선과 직교하는 방향의 Y축 사이의 각도가 20도 이상 40도 이하인 것이 바람직하다.

아울러, 유입그루브와 배출그루브의 경계를 이루는 간극의 폭은 0.5㎜ 이상 5㎜ 이하의 길이를 갖도록 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 실린더 배럴의 내경이 60㎜ 이하의 경우 본체에 형성된 유입그루브와 배출그루브를 한 쌍으로 하여 본체에 3쌍이 형성되고, 실린더 배럴의 내경이 60㎜ 초과 90㎜ 미만의 경우 한 쌍의 유입그루브와 배출그루브가 본체에 4쌍이 형성되며, 실린더 배럴의 내경이 90㎜ 이상의 경우 한 쌍의 유입그루브와 배출그루브가 본체에 5쌍이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 믹싱헤드는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 합성수지를 잘게 절단하여 입자를 곱게 분산시키는 동시에 고르게 섞어주며 발열을 감소시킬 수 있다.

둘째, 믹싱헤드에 의하여 합성수지가 용이하게 믹싱됨에 따라 작업시간이 줄어들고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 제품불량률을 최소화할 수 있다.

셋째, 합성수기가 잘게 절단되거나 고르게 혼합되는 기능이 부족한 모든 스크류형 압출기에 적용가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 믹싱헤드를 구비하는 스크류형 압출기를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'에 따른 단면도이다.

본 발명은 합성수지를 잘게 자르면서 골고루 섞어주는 믹싱헤드의 구조에 그 특징이 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 믹싱헤드(100)를 구비한 압출기(10)는 길이방향으로 수용공간(14)이 형성된 실린더 배럴(11)의 일측 및 타측에 각각 합성수지가 수용공간(14)으로 투입되는 호퍼(12)와 용융된 합성수지를 금형(미도시)으로 배출시키기 위한 통공(13)이 형성되고, 실린더 배럴(11)의 내부에 설치된 스크류(20)의 전방에는 일렬로 믹싱헤드(100), 스페이서(41), 체크링(42) 및, 스크류 헤드(43)가 배치되어 서로 연동하도록 연결되고, 회전수단(22)으로부터 회전력을 전달받아 스크류(20)와 함께 회전되는 구조로 이루어진다. 이때, 도 3 및 도 4에서의 실린더 배럴(11), 스크류(20), 회전수단(22), 스페이서(41), 체크링(42) 및, 스크류헤드(43)는 앞서 도시된 도면에서의 실린더 배럴(11), 스크류(20), 회전수단(22), 스페이서(41), 체크링(42) 및, 스크류헤드(43)와 동일한 구성요소이다.

믹싱헤드(100)는 스크류(20)와 함께 회전하도록 이루어진 본체(110)와, 본체(110)의 중심축(C) 방향으로 오목하게 파여 본체(110)의 원주를 따라 번갈아가며 형성된 유입그루브(120) 및, 배출그루브(130)를 구비한다. 전술된 바와 같이, 유입그루브(120)는 스크류(20)방향으로 개방되고, 배출그루브(130)는 스크류헤드(43) 방향으로 개방된다. 또한, 유입그루브(120)와 배출그루브(130)의 경계를 이루는 벽부(112)에는 실린더 배럴(11)의 내면과 간극(D)이 형성되어 유입그루브(120)와 배출그루브(130)가 연통되게 이루어진다. 이에, 스크류(20)에 의해 유입그루브(120)로 이송된 합성수지가 믹싱헤드(100)가 회전함에 따라 간극(D)을 통해 배출그루브(130)로 이동하게 된다. 이때, 간극(D)은 한 쌍으로 짝지어진 유입그루브(120)와 배출그루브(130) 사이에 형성되며, 배출그루브(130)와 이웃하는 다른 한 쌍의 유입그루브(120) 사이에는 넘음방지벽(113)이 형성되어 합성수지가 배출그루브(130)에서 이웃하는 유입그루브(120)로 넘어가지 못하게 된다.

한편, 간극(D)은 유입그루브(120)와 배출그루브(130)를 경계하는 벽부(112)에 의하여 형성된 것으로서, 보다 구체적으로, 벽부(112)의 정점으로부터 실린더 배럴(11)의 내벽까지의 거리인 간극(D)의 길이는 0.03㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 길이로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 정점은 벽부(112)의 가장 최외곽을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이때, 간극(D)의 길이가 0.03㎜ 미만이면 간극(D)을 통과 할 때의 압력이 과다하여 유량이 감소하고 발열이 심해지는 등의 문제로 바람직하지 못하고, 간극(D)의 길이가 0.5㎜를 초과하면 합성수지를 잘게 절단하는 효과가 적고 연시 흐름의 효과가 감소하여 바람직하지 못하다.

또한, 상기 간극(D)은 유입그루브(120)와 배출그루브(130) 사이에서 소정의 폭(E)을 갖도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 유입그루브(120)와 배출그루브(130)의 경계인 간극(D) 즉, 벽부(112)의 폭(E)은 유입그루브(120)의 경사면(121)이 끝나는 점과 배출그루브(130)의 곡률이 변경되기 시작하는 점 사이의 거리를 나타낸다. 이와 같은 벽부(112)의 폭(E)은 0.5㎜ 이상 5㎜ 이하의 길이로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 폭(E)의 길이가 0.5㎜ 미만일 경우 제작상의 어려움이 있고 합성수지와의 마모로 인해 내구성이 떨어져 바람직하지 못하고, 폭(E)의 길이가 5㎜를 초과하면 압력이 과다해지고 발열이 심해져서 바람직하지 못하다.

상기 유입그루브(120)와 배출그루브(130)는 본체(110)의 중심축(C)을 향하여 오목하게 파인 형상으로 이루어짐에 따라 합성수지가 용이하게 이동되도록 이루어지며, 유입그루브(120)의 일부분은 배출그루브(130)를 향하여 경사진 평평한 경사면(121)이 형성된다. 상기 경사면(121)은 유입그루브(120)로 유입된 합성수지가 간극(D)을 향해 모이도록 배출그루브(130) 측으로 갈수록 실리더 배럴(11)의 내면과 가까워지게 형성된다. 보다 구체적으로, 유입그루브(120)는 저점(유입그루브의 최하부를 의미함)을 기준으로 간극(D)이 형성된 배출그루브(130)측 방향의 영역이 반대 영역보다 넓은 길이를 갖도록 이루어진다. 즉, 경사면(120)은 그 반대면보다 완만한 경사를 갖도록 이루어진다. 따라서, 유입그루브(도 2의 '31')와 간극(D)의 폭 의 크기가 급격하게 줄어드는 종래와는 다르게 완만하게 형성된 경사면(121)에 의하여 폭의 크기가 완만하게 줄어들어 합성수지가 간극(D)을 통과시 발열은 적게 하면서 강한 힘을 발생시키는 연신흐름(elongational flow) 기능, 즉 늘어나는 효과를 얻을 수 있으므로 합성수지가 골고루 섞이는 작용은 물론, 잘게 잘라지는 분산작용을 발휘하게 된다.

상기 유입그루브(120)의 경사면(121)의 경사각(θ)은 20도 이상 40도 이하를 갖도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 도 5를 참조하면 경사면(121)을 X축으로 하고, 본체(110)의 중심축(C)과 벽부(112)의 정점이 연결된 연결선(C')과 직교하는 방향을 Y축이라 할 때, 경사각(θ)은 X축과 Y축 사이의 각도를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 경사면(121)의 경사각(θ)이 20도 이상 40도 이하이면 합성수지가 배출그루브(130) 측으로 모여 늘어나는 효과가 발생하게 된다. 한편, 경사각(θ)이 20도 미만이면 유입그루브(120)의 크기가 작아져서 합성수지가 유입되는 양이 줄어들어 바람직하지 못하고, 경사각(θ)이 40도를 초과하면 합성수지가 늘어나는 효과가 줄어 합성수지를 잘게 자르는 효과가 줄어들며, 골고루 섞이는 효과가 커짐에 따라 열이 발생되어 바람직하지 못하다. 더욱 바람직하게, 경사면(121)의 경사각(θ)은 25도 이상 35도 이하로 이루어진다.

한편, 본체(110)의 외주를 따라 번갈아 형성된 유입그루브(120)와 배출그루브(130)는 한 쌍으로 짝지어져 압출기(10)의 크기에 따라 본체(100)에 형성되는 개수가 정해진다. 예를 들면, 한 쌍으로 짝지어진 유입그루브(120)와 배출그루브(130)는 압출기(10)의 실린더 배럴(11)의 내경이 60㎜ 이하일 경우 본체(110)의 원주를 따라 3쌍이 형성되고, 실린더 배럴(11)의 내경이 60㎜ 초과 90㎜ 미만일 경우 4쌍의 유입그루브(120)와 배출그루브(130)가 형성되며, 실린더 배럴(11)의 내경이 90㎜ 이상일 경우 5쌍의 유입그루브(120)와 배출그루브(130)가 형성된다. 이와 같은 유입그루브(120)와 배출그루브(130)의 수는, 직경이 큰 본체(110)에 유입그루브(120)와 배출그루브(130)가 적은 갯수로 형성되면 유입그루브(120)와 배출그루브(130)의 면적이 커짐에 따라 믹싱효과가 줄어들고, 유입그루브(120)와 배출그루브(130)의 수가 많아지면 연신흐름의 효과(잘게 잘라지는 효과)가 발생하지 못하기 때문이다.

그러면, 상기와 같은 믹싱헤드(100)를 이용하여 합성수지를 믹싱시키는 동작을 살펴보기로 한다.

실린더 배럴(11)의 일측에 마련된 호퍼(12)를 통하여 합성수지를 실린더 배럴(11)의 수용공간(14)으로 투입하면 회전수단에 의하여 회전되는 스크류(20)에 의하여 합성수지가 믹싱헤드(100)로 이송된다. 이때, 합성수지는 1차적으로 스크류(20)에 의해 잘게 부서지며 일부 혼합된다. 이러한 1차 믹싱된 합성수지가 스크류(20) 방향으로 개방된 유입그루브(120)로 이송되면 합성수지는 회전되는 본체(110)에 의하여 유입그루브(120)의 경사면(121)을 따라 간극(D)이 형성된 방향으로 모이게 된다. 즉, 합성수지가 간극(D)을 통하여 배출그루브(130)로 이동한다. 따라서, 합성수지가 간극(D)을 통해 배출그루브(130)로 넘어갈 때 잘게 잘라지며 고르게 섞이게 된다. 즉, 2차적으로 잘게 잘라져 분산되며 골고루 혼합된 합성수지는 스크류헤드(43) 방향으로 배출되어 실린더 배럴(11)의 타측에 형성된 통공(13) 으로 배출된다.

결과적으로, 본 발명에 따른 믹싱헤드(100)는 종래와 같이 합성수지를 고르게 섞어주는 기능을 발휘함과 동시에 발열을 최소화하며 합성수지를 잘게 잘라주는 기능을 수행한다. 따라서, 합성수지가 고르게 섞이거나 잘게 잘라지지 않아 추가로 믹싱작업을 수행할 필요가 없으므로 작업시간이 단축되고 생산성을 향상킬 수 있게 된다. 또한, 합성수지를 용융시 발열로 인한 탄화현상을 방지하여 제품불량률을 최소화할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 믹싱헤드를 구비한 스크류형 압출기를 개략적으로 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 믹싱헤드를 구비한 스크류형 압출기를 개략적으로 나타내는 도면.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'에 따른 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 믹싱헤드의 유입그루브의 경사각을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 믹싱헤드 110 : 본체

112 : 벽부 113 : 넘음방지벽

120 : 유입그루브 121 : 경사면

130 : 배출그루브 D : 간극

E : 폭

Claims

합성수지가 유입되도록 스크류 방향으로 개방된 유입그루브와, 상기 유입그루브로부터 이동된 합성수지가 배출되도록 스크류헤드 방향으로 개방된 배출그루브가 본체의 원주를 따라 번갈아 형성된 믹싱헤드에 있어서,

스크류와 함께 회전하도록 이루어진 본체의 중심축 방향으로 오목하게 파인 유입그루브와 배출그루브가 한 쌍으로 짝지어져 유입그루브와 배출그루브의 경계를 이루는 벽부에는 실린더 배럴의 내면과 간극이 형성되어 유입그루브와 배출그루브가 연통되고, 상기 배출그루브와 이웃하는 다른 한 쌍의 유입그루브 사이에는 합성수지가 넘어가지 못하도록 넘음방지벽이 형성되며, 유입그루브는 저점으로부터 배출그루브측으로 갈수록 실린더 배럴의 내면과 가까워지도록 평평하고 일정한 기울기를 가진 경사면이 형성되어 유입그루브로 이동된 합성수지가 간극을 통해 배출그루브로 이동할 때 합성수지를 잘게 잘라주며 고르게 섞이도록 하는 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.
제1항에 있어서,

벽부의 정점으로부터 수직방향의 실린더 배럴의 내면과의 간극의 길이는 0.03㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 길이를 갖도록 이루어진 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.
제1항에 있어서,

유입그루브의 경사면의 경사각은,

경사면인 X축과, 본체의 중심축과 벽부의 정점이 연결된 연결선과 직교하는 방향의 Y축 사이의 각도가 20도 이상 40도 이하인 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.
제1항에 있어서,

유입그루브와 배출그루브의 경계를 이루는 간극의 폭은 0.5㎜ 이상 5㎜ 이하의 길이를 갖도록 이루어진 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

실린더 배럴의 내경이 60㎜ 이하의 경우 본체에 형성된 유입그루브와 배출그루브를 한 쌍으로 하여 본체에 3쌍이 형성된 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

실린더 배럴의 내경이 60㎜ 초과 90㎜ 미만의 경우 본체에 형성된 유입그루브와 배출그루브를 한 쌍으로 하여 본체에 4쌍이 형성된 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

실린더 배럴의 내경이 90㎜ 이상의 경우 본체에 형성된 유입그루브와 배출그루브를 한 쌍으로 하여 본체에 5쌍이 형성된 것을 특징으로 하는 믹싱헤드.