KR20120124078A - 일체형 발포폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법은 스티어링 휠을 하부금형의 하부캐비티에 삽입하는 스티어링 휠 삽입단계(S100); 상기 하부금형에 상부캐비티를 포함하는 상부금형을 상호 결합하여 상기 스티어링 휠을 수용하는 캐비티를 형성하는 캐비티 결합단계(S200); 원료주입부를 통해 상기 캐비티에 폴리프로필렌 원료를 주입하는 폴리프로필렌 주입단계(S300); 열원공급부를 통해 상기 캐비티에 열원을 공급하여 상기 캐비티 내에 주입된 폴리프로필렌 원료를 발포시키는 폴리프로필렌 발포단계(S400);를 포함한다.
본 발명에 의하면, 코어 형태의 벤트를 설치함에 따라, 기존에 에어 벤트 및 열원공급부 형상으로 인해 제품에 나타나는 돌기 및 돌출형상을 방지할 수 있어 제품의 외관 이미지 및 감성품질을 향상시키며, 스팀의 순환을 원활하게 하여 EPP 발포성형이 가능하므로, EPP의 수분흡수와 변형을 방지함으로써, 별도의 진공냉각이 필요없으며, 또한 금형내에 볼트 고정식의 허브 코어를 인서트하고, 크랙필 시스템(Crackfill System)을 사용함에 따라, 공정을 단축하여 원가를 절감할 수 있는 효과를 가진다.

Description

일체형 발포폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MONOLITHIC EXPANDED POLYPROPYLENE STEERING WHEEL}

본 발명은 일체형 발포폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금형내에서의 스티어링 휠의 이동과 링의 이동이 필요없고, 스팀의 순환이 원활하도록 코어 벤트를 설치하여, 스팀의 공급구에서 발생하는 성형 표면의 돌기를 제거함으로써, 일체형 발포폴리프로필렌 성형 공정의 단순화와 제품의 품질을 향상하는 일체형 발포폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 스티어링 휠(steering wheel)은 자동차의 주행시 방향을 제어하는 조향 역할, 사고 발생시 승객을 보호하는 안전장치 역할을 동시에 수행하고 있다. 또한 내장재 부품으로 운전자가 손으로 잡을 때 터치감 및 미감도 양호해야 하는 등 감성 품질의 문제도 중요시 되는 부품으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 형태의 스티어링 휠(3)은 원형의 림(31)과, 중앙 허브(32)와, 림(31)을 중앙 허브(32)에 연결하는 복수개의 스포크(33)로 이루어진다.

이러한 스티어링 휠을 제조함에 있어서, 일반적으로는 폴리우레탄(Polyurethane:PU)을 몰드에 주입하여 응고시켜 성형하는 반응사출성형(Molding) 방법이 있으나, 액상의 폴리우레탄을 에어를 이용하여 주입함에 따라 몰드내에 충진되는 에어의 양으로는 원료의 충진이 미흡하고, 액상의 폴리우레탄을 사용함에 의해 작업장소의 환경문제 뿐만 아니라 작업자의 안전문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기와 같은 문제로 인해 폴리우레탄을 사용하지 않고 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene: 이하 EPP라 칭함)을 사용하여 스티어링 휠을 제조하는 경우에는 EPP의 성형시 고온 고압의 스팀을 이용하여 비드(beads) 표면을 녹여 융착시키는 방법이지만, 스팀 흐름이 발생하지 않아 융착이 불가능하고, 일체로 성형하여 제조하기 어렵기 때문에, 통상 상부와 하부로 나누어 제작한 후 이를 별도의 접착제 등을 사용하여 일체화시켜야 하는데, 이러한 공정을 각각 진행해야 함에 따른 제조시간 및 비용 상승의 문제가 발생하고, 스팀 공급이 제한되는 문제가 발생하게 된다.

또한, EPP 스티어링 휠을 제조함에 있어서는 통상 코어의 외주면을 EPP가 둘러싸게 되는데, 이 경우 특히 코어 중에서도 림의 부분은 통상 오목한 부분과 볼록한 부분으로 이루어지게 되고, 이때 발포를 위해 금형으로 주입되는 EPP 고형물들을 림의 오목한 부분과 볼록한 부분에 고루 위치시키기가 어렵기 때문에 최종 발포성형되어 제작되는 EPP 스티어링 휠이 불균일하게 제작되어지는 문제가 발생하게 된다.

또한, 일반적으로 스티어링 휠을 제조함에 있어서, 성형 후 금형에서 제품을 이형함에 있어 이형을 원활하게 하기 위한 별도의 장치나 공정을 추가로 갖추거나 진행해야 함에 따른 제작비용 및 시간에 있어서 제조시간 및 비용상승의 문제도 발생하게 된다.

이에 종래에 일반적으로 사용되는 폴리우레탄 대신에 일체로 성형된 EPP를 사용하는 스티어링 휠과 그 제조장치 및 방법이 한국등록특허 제10-0899681호 및 제10-0899682호(등록일 2009.5.20) 및 국제특허공개공보 WO2010/074476호에 개시되어 있다.

도 2 및 도 3은 상기 특허의 스티어링 휠 제조장치의 하부금형 및 상부금형 각각의 부분절단 사시도이고, 도 4는 캐비티에 스티어링 휠이 삽입된 상태에서 스티어링 휠이 상하향 이동되는 경우의 작동상태도이고, 도 5은 종래의 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조장치는 하부금형(1)에 형성된 하부캐비티(11)와 상부금형(2)에 형성된 상부캐비티(21)가 상호 결합하여 스티어링 휠(3)을 수용할 수 있는 캐비티(a)를 형성하며, 이 캐비티(a)에 폴리프로필렌 원료를 주입할 수 있는 원료주입부(4)와, 상기 원료주입부(4)를 통해 주입된 폴리프로필렌 원료를 발포시키기 위한 열원을 공급할 수 있는 열원공급부(5)와, 상기 캐비티(a)에 수용된 스티어링 휠(3)을 상하이동시킬 수 있는 하부플러그(12) 및 상부캐비티(21)의 상면을 이루는 링(40)을 상하이동시킬 수 있는 상부플러그(22)를 포함한다.

또한 이러한 종래의 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 스티어링 휠(3)을 하부금형(1)의 하부캐비티(11)에 삽입하는 스티어링 휠 삽입단계(S1)와, 상기 하부금형(1)에 상부금형(2)을 조립하여 스티어링 휠(3)을 수용하는 캐비티(a)를 형성하는 캐비티 형성단계(S2)와, 캐비티(a)에 수용된 스티어링 휠(3)을 캐비티(a) 내에서 이동시킬 수 있는 스티어링 휠 이동단계(S3)와, 상부캐비티(21)의 상면을 이루는 링(40)을 이동시킬 수 있는 링이동단계(S4)와, 원료주입부(4)를 통해 캐비티(a)에 폴리프로필렌 원료를 주입하는 폴리프로필렌 주입단계(S5)와, 열원공급부(5)를 통해 열원을 공급하여 캐비티(a) 내에 주입된 폴리프로필렌 원료를 발포시키는 폴리프로필렌 발포단계(S6)와, 열원공급부(5)를 통해 캐비티(a)에 냉각수를 공급하여 발포된 폴리프로필렌의 변형을 방지하는 냉각단계(S7)와, 상기 열원공급부(5)를 통해 캐비티(a)내에 에어를 흡입하여 진공상태를 형성함으로써 진공압력에 의해 EPP의 수분흡수와 변형을 방지하는 진공냉각단계(S8)와, 열원공급부(5)를 통해 캐비티(a)내에 고압의 에어를 주입함으로써 에어압력에 의해 일체로 성형된 EPP 스티어링 휠을 금형으로부터 용이하게 취출할 수 있도록 하는 이형단계(S9)의 공정을 포함한다.

폴리프로필렌 발포단계(S6)는 하부캐비티(11) 내지 상부캐비티(21)의 측면에 복수개 형성된 열원공급부(5)를 통해 고온의 스팀이 분출되는 데, 하부캐비티(11)의 열원공급부(5)에서 캐비티(a)에 스팀을 공급하는 1차 열원공급단계(S6a)와, 상부캐비티(21)의 열원공급부(5)에서 캐비티(a)에 스팀을 공급하는 2차 열원공급단계(S6b)와, 하부캐비티(11) 및 상부캐비티(21) 모두에서 캐비티(a)에 스팀을 공급하는 3차 열원공급단계(S6c)를 포함하며, 캐비티(a)내의 압력을 1차에서는 2.5bar, 2차에서는 3.5bar, 3차에서는 4bar를 유지시킴에 따라 스티어링 휠(3) 전체를 균일하게 일체로 오버몰딩하게 된다.

이에 따라 친환경 및 작업을 안정성을 높일 수 있고, 또한 EPP를 일체로 성형함으로써 별도의 접착공정을 줄일 수 있어 제작비용 및 시간 면에서 효율적이고, 스티어링 휠의 림의 단면형상에 불구하고 전체적으로 균일하게 발포된 양질의 일체형 EPP 스티어링 휠을 제작할 수 있고, 제품성형 후 변형방지 및 금형으로부터 제품을 용이하게 취출할 수 있도록 하여 제작비용 및 시간 면에서 효율을 높일 수 있다.

그런데, 상기 특허에 개시된 기존의 일체형 EPP 스티어링 휠 제조장치 및 방법은 발포를 위해 금형으로 주입되는 EPP 고형물들을 단면이 "??" 형상인 림의 오목한 부분과 볼록한 부분에 고루 위치시키기 위하여, 스티어링 휠과 링을 이동시켜야 하였지만, 이와 같은 스티어링 휠과 링의 이동을 정확하게 위치하도록 제어하는 것이 어려우며, 또한 열원공급부를 통해 열원으로서 공급되는 스팀의 공급구멍에 의해 표면의 돌기가 발생하여 스티어링 휠의 그립 감성이 떨어지므로, 이 돌기의 제거를 위해서 복잡하고 난해한 후가공을 행해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 이에 따른 문제를 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 금형에 스티어링 휠의 장착 시 금형에서 정확한 위치를 설정하는 것과, 고온 고압의 스팀을 이용하여 펠릿(pellet)을 부풀리고 표면을 녹여 융착시킬 때, 스팀의 공급구에서 발생하는 성형 표면의 돌기를 제거함으로써, 코어 벤트(core vent)로 스팀을 공급하여 순환을 원활하게 하여, EPP 성형 공정 단순화와 제품의 품질을 향상하는 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 금형내에서 코어 벤트가 도출되는 형상이 나타나지만 제품의 표면에서는 음각형태로 되기 때문에, 감성적인 인지를 할 수 없도록 음각의 크기를 표피 두께의 일정배수 이하로 하여 감성품질을 향상시킬 수 있는 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르는 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법은 스티어링 휠을 하부금형의 하부캐비티에 삽입하는 스티어링 휠 삽입단계; 상기 하부금형에 상부캐비티를 포함하는 상부금형을 상호 결합하여 상기 스티어링 휠을 수용하는 캐비티를 형성하는 캐비티 결합단계; 원료주입부를 통해 상기 캐비티에 폴리프로필렌 원료를 주입하는 폴리프로필렌 주입단계; 열원공급부를 통해 상기 캐비티에 열원을 공급하여 상기 캐비티 내에 주입된 폴리프로필렌 원료를 발포시키는 폴리프로필렌 발포단계;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 폴리프로필렌 주입단계는 코어가 고정된 상태에서 크랙필 시스템을 사용하여 상기 상부금형이 하부금형과 완전히 결합되기 전에 원료 충진이 진행되고, 완전히 결합되면서 발포 성형되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 금형에 스티어링 휠의 장착시 정확하게 위치를 설정하고, 고온 고압의 스팀을 이용하여 펠릿(pellet)을 부풀리고 표면을 녹여 융착시킬 때, 스팀의 순환이 원활하도록 코어 형태의 벤트를 설치하여, 스팀의 공급구에서 발생하는 성형 표면의 돌기를 제거함으로써, 제품의 외관 이미지 및 감성품질을 향상할 수 있다.

또한 코어형태의 벤트를 표면에 다량으로 적용하여 원료를 에어로 충진시켜도 벤트를 통해 에어가 원활하게 배출되므로, 원료를 충분히 충진시킬 수 있고, 스팀의 순환을 원활하게 하여 EPP 발포성형을 가능하게 할 수 있으므로, EPP의 수분흡수와 변형을 방지함으로써, 열원공급부를 통해 캐비티내에 에어를 흡입하여 진공상태를 형성하는 별도의 진공냉각이 필요없게 되어, EPP 성형 공정 단순화가 달성된다.

더구나 본 발명에 의하면, 금형내에 볼트 고정식의 허브 코어를 인서트하고, 크랙필 시스템(Crackfill System)을 사용함에 따라, 공정을 단축하여 원가를 절감할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 일체형 EPP 스티어링 휠 제조장치의 하부금형 및 상부금형이 결합하여 형성되는 캐비티에 삽입되는 스티어링 휠의 사시도이고,
도 2 및 도 3은 종래의 일체형 EPP 스티어링 휠 제조장치의 하부금형 및 상부금형 각각의 부분절단 사시도이고,
도 4는 캐비티에 스티어링 휠이 삽입된 상태에서 스티어링 휠이 상하향 이동되는 경우의 작동상태도이고,
도 5는 종래의 일체형 EPP 스티어릴 휠의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이고,
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이고,
도 7은 본 발명에 사용되는 코어 형태의 에어 벤트와 그 볼팅 포인트를 나타내는 사시도이고,
도 8은 폴리프로필렌의 원료 주입 시 사용되는 크랙필 시스템의 작동을 나타내는 작동도이고,
도 9는 기존의 에어 벤트로 인한 돌기형상을 가지는 제품과 본 발명의 코어 형태의 에어 벤트를 적용한 제품을 나타내는 형상도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예의 동작을 상세하게 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법은 크게 스티어링 휠(3)을 하부금형(1)의 하부캐비티(11)에 삽입하는 스티어링 휠 삽입단계(S100); 상기 하부금형(1)에 상부캐비티(21)를 포함하는 상부금형(2)을 상호 결합하여 상기 스티어링 휠(3)을 수용하는 캐비티(a)를 형성하는 캐비티 결합단계(S200); 원료주입부(4)를 통해 상기 캐비티(a)에 폴리프로필렌 원료를 주입하는 폴리프로필렌 주입단계(S300); 열원공급부(5)를 통해 상기 캐비티(a)에 열원을 공급하여 상기 캐비티(a) 내에 주입된 폴리프로필렌 원료를 발포시키는 폴리프로필렌 발포단계(S400);를 포함한다.

본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 하부금형(1)내에 3개의 볼팅 포인트(bolting point)에 볼트 고정되는 허브 코어(Hub core)를 인서트하고, PE, EPP, PE/PS BEADS 등의 고체의 원료를 에어 또는 진공을 이용하여 주입하고, 스팀이나 전기 스팀을 가하여 원료의 표면을 녹여 붙이는 형식으로 성형하는 것이 특징이다. 또한 본 발명은 열원공급부(5)에 에어 벤트(100)가 설치됨에 따라, 금형에 스티어링 휠(3)의 장착시 정확하게 위치를 설정할 수 있고, 고온 고압의 스팀을 이용하여 펠릿(pellet)을 부풀리고 표면을 녹여 융착시킬 때, 코어 벤트(100)에 의해 스팀의 순환이 원활해짐에 따라, 종래의 도 2와 도 7을 비교하였을 때, 스팀의 공급구에서 발생하는 성형 표면의 돌기를 제거된다.

또한 본 발명의 폴리프로필렌 주입단계(S300)에서는 코어가 고정된 상태에서 도 8에 도시된 바와 같은 크랙필 시스템(Crackfill System)(200)을 사용하여 상부금형(2)이 하부금형(1)과 완전히 결합되기 전에 EPP 원료의 충진이 진행되고, 완전히 결합되면서, 발포를 위해 금형으로 주입되는 EPP 고형물들을 단면이 "??" 형상인 림의 오목한 부분과 볼록한 부분에 고르게 위치되어 발포 성형된다.

따라서, 종래에는 림의 오목과 볼록 부분에 EPP 고형물을 고르게 위치시키기 위하여, 스티어링 휠과 링을 이동시켜야 하였지만, 본 발명은 코어가 정확한 위치에 고정된 상태에서 크랙필 시스템을 사용함에 따라, 금형내에서의 스티어링 휠(3)의 이동과 링(40)의 이동이 필요없으므로, 공정을 단축하게 된다.

이어서, 종래와 마찬가지로, 폴리프로필렌 발포단계(S400)를 실행한다. 폴리프로필렌 발포단계(S400)는 하부캐비티(11) 내지 상부캐비티(21)의 측면에 복수개 형성된 열원공급부(5)를 통해 고온의 스팀이 분출되는 1차 열원공급단계(S410)와, 상부캐비티(21)의 열원공급부(5)에서 캐비티(a)에 스팀을 공급하는 2차 열원공급단계(S420)와, 하부캐비티(11) 및 상부캐비티(21) 모두에서 캐비티(a)에 스팀을 공급하는 3차 열원공급단계(S430)를 포함하며, 스티어링 휠(3) 전체를 균일하게 일체로 오버몰딩하게 된다.

이어서, 열원공급부(5)를 통해 캐비티(a)에 냉각수를 공급하여 발포된 폴리프로필렌의 변형을 방지하는 냉각단계(S500)와, 열원공급부(5)를 통해 캐비티(a)내에 고압의 에어를 주입함으로써 에어압력에 의해 일체로 성형된 EPP 스티어링 휠을 금형으로부터 용이하게 취출할 수 있도록 하는 이형단계(S600)의 공정을 실행하여, EPP를 일체로 성형한다.

이와 같이 본원은 코어형태의 벤트를 표면에 다량으로 적용하여 원료를 에어로 충진시켜도 벤트를 통해 에어가 원활하게 배출되므로, 원료를 충분히 충진시킬 수 있고, 스팀의 순환을 원활하게 하여 EPP 발포성형이 가능하므로, 냉각단계(S500) 만으로 EPP의 수분흡수와 변형을 방지함으로써, 종래와 같이 열원공급부(5)를 통해 캐비티(a)내에 에어를 흡입하여 진공상태를 형성하는 별도의 진공냉각이 필요없게 된다.

이상과 같이 제조된 본 발명의 EPP 스티어링 휠은 도 9에 도시된 바와 같이, 스팀의 공급구에서 발생하는 성형 표면의 돌기를 제거됨에 따라, 제품의 외관 이미지 및 감성품질을 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 일체형 EPP 스티어링 휠의 제조방법의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 하부 금형 2 : 상부 금형
3 : 스티어링 휠 4 : 원료주입부
5 : 열원공급부 11 : 하부캐비티
12 : 하부플러그 21 : 상부캐비티
22 : 상부플러그 40 : 링
100 : 코어 벤트 200 : 크랙필 시스템

Claims (2)

1. 일체로 성형된 발포폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법으로서,
   스티어링 휠을 하부금형의 하부캐비티에 삽입하는 스티어링 휠 삽입단계;
   상기 하부금형에 상부캐비티를 포함하는 상부금형을 상호 결합하여 상기 스티어링 휠을 수용하는 캐비티를 형성하는 캐비티 결합단계;
   원료주입부를 통해 상기 캐비티에 폴리프로필렌 원료를 주입하는 폴리프로필렌 주입단계;
   열원공급부를 통해 상기 캐비티에 열원을 공급하여 상기 캐비티 내에 주입된 폴리프로필렌 원료를 발포시키는 폴리프로필렌 발포단계;를 포함하는
   일체형 폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴리프로필렌 주입단계는
   코어가 고정된 상태에서 크랙필 시스템을 사용하여 상기 상부금형이 하부금형과 완전히 결합되기 전에 원료 충진이 진행되고, 결합되면서 발포 성형되는 것을 특징으로 하는
   일체형 폴리프로필렌 스티어링 휠의 제조방법.

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