KR20130042704A - 압출기용 가변형 성형롤 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출기 선단으로부터 시트 형태로 배출되는 소재를 필요한 두께로 가압하되 가압지점을 조정할 수 있게 하는 압출기용 가변형 성형롤 장치에 관한 것이다. 그 구성은; 제1,2가압롤(1,3); 상기 제1,2가압롤(1,3)을 통과한 소재를 가압성형하기 위한 성형롤(13); 상기 제1,2가압롤(1,3)과 성형롤(13)을 설치하는 베이스프레임(9); 상기 베이스프레임(9)과 성형롤(13) 사이에 설치되는 것으로서, 상기 성형롤(13)로 하여금 상기 제2가압롤(3)과 평행을 유지한 상태에서 상기 제2가압롤(3)의 회전축(3a)을 중심으로 위성운동이 가능하도록 하는 성형롤 위치조정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압출기용 가변형 성형롤 장치{Controllable Forming Roller Apparatus For Extruder}

본 발명은 압출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압출기 선단으로부터 시트 형태로 배출되는 소재를 필요한 두께로 가압하되 가압지점을 조정할 수 있게 하는 압출기용 가변형 성형롤 장치에 관한 것이다.

압출기는 분말 또는 펠릿 형태로 된 다양한 원료에 열과 압력을 가하여 용융시킨후 압출금형을 통과시킴으로써 압출금형이 제시하는 단면을 가지는 봉, 필름, 파이프 또는 시트형상의 제품을 생산하는 장치이다. 기술의 발달과 신소재 원료의 개발에 따라 복수의 원료가 소정의 비율로 배합된 복합원료가 압출기에 투입되는 경우가 늘어나게 되었다.

원료는 통상 분말(powder) 또는 펠릿(pellet) 형태로 호퍼에 공급된 다음 정량공급장치를 거쳐 압출스크류가 설치된 배럴로 공급된다. 원료는 배럴 내부에서 열과 압력을 받아 용융되며 혼련된 다음 배럴 선단에 설치된 금형장치를 통해 요망하는 성상의 제품으로 배출된다.

한편 압출기 분야에 있어서, 표면에 소정의 패턴으로 엠보싱이 형성되는 필름(또는 시트. 이하 같음)을 생산하기 위해서는 성형롤 장치가 사용된다. 엠보싱의 목적은 필름의 용도 등에 의해 결정되는데, 반투명상태로 만들거나, 마찰력을 높이거나 또는 빛의 굴절과 반사를 위해 형성될 수 있다.

성형롤 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 압출기(100)의 토출구(110) 선단에 설치되는데, 3개의 단위롤(111,113,115)로 구성될 수 있다. 단위롤(111,113,115)은 냉각기능을 위한 한쌍의 가압롤(111,113)이 압출기(100) 선단에 설치되는데, 가압롤(111,113)에는 필름을 냉각시키기 위한 냉각수단이 개입되기도 한다. 필름은 적정한 온도로 냉각되어야만 성형성이 좋아지기 때문에 이러한 냉각수단이 개입되는 것이다.

가압롤(111,113)을 통과한 소재(P")는 성형롤(115)에 의해 다시 가압된다. 성형롤(115)의 표면에는 필름 표면에 전사시키고자 하는 패턴이 식각되어 있다. 성형롤(115)이 가압되는 지점(K)은 성형성을 결정짓는 매우 중요한 요소이다. 소재가 용융상태에 가깝거나 아니면 과냉각되어 지나치게 경화되면 성형롤(115)로 가압 성형하여도 패턴이 제대로 형성되지 않기 때문이다.

따라서 압출 성형하고자 하는 소재의 성분조성 및 두께 등의 조건에 적합한 성형지점(K)을 찾는 것이, 표면에 패턴이 형성된 특수한 필름을 생산하는 공정의 핵심기술이다. 그리고 생산현장의 온도, 습도 등에 따라서도 이러한 조건은 시시각각 불규칙하게 변화된다.

종래에는 성형롤 장치의 각 단위롤(111,113,115)이 고정형이기 때문에 단위롤의 온도를 통해 압출기에서 토출되는 재료의 경화정도를 조정하였었다. 그래서 가압롤(111,113) 또는 성형롤(115)에 냉각수단 또는 히팅수단을 설치하여야 했다. 그리고 이러한 부수적 장치들은 압출기의 구성을 복잡하게 하고 나아가 제품의 생산단가를 높이는 요인으로 작용하였다. 또한 정확한 성형지점(K)의 세팅이 어렵기 때문에 섬세한 제품을 생산할 경우에 만족스러운 결과를 얻기가 힘들었다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 표면에 패턴이 형성된 시트 또는 필름과 같은 박형제품을 성형하기 위한 압출기용 성형롤 장치를 제공하되, 압출기에서 토출되는 반용융 상태의 소재를 최상의 적절한 시점에서 가압 성형함으로써 패턴의 성형성을 양호하게 하는 성형롤 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 표면에 입체적인 패턴이 형성된 시트 또는 필름과 같은 박형제품을 성형하기 위한 압출기용 성형롤 장치에 있어서,

압출기로부터 배출되는 용융 또는 반용융 상태의 소재를 가압하여 1차적으로 연신시키기 위한 제1,2가압롤; 상기 제2가압롤과 맞물려 회전되는 것으로서 상기 제1,2가압롤을 통과한 소재를 가압성형하기 위한 성형롤; 상기 제1,2가압롤과 성형롤을 설치하는 베이스프레임; 상기 성형롤을 상기 성형롤의 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 성형롤 구동수단; 상기 베이스프레임과 성형롤 사이에 설치되는 것으로서, 상기 성형롤로 하여금 상기 제2가압롤과 평행을 유지한 상태에서 상기 제2가압롤의 회전축을 중심으로 위성운동이 가능하도록 하는 성형롤 위치조정수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 성형롤 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면 상기 성형롤 위치조정수단은;

상기 성형롤의 회전축의 일단에 설치되되 모터축이 성형롤 회전축과 동일한 선상에 있을 뿐 베어링을 매개로 연결됨으로써 그와 함께 회전되지는 않도록 되어 있는 회동모터; 상기 성형롤 회전축이 관통하여 상기 회동모터의 모터축과 연결되도록 베이스프레임의 측판에 마련되는 원호 형태의 가이드공;

상기 회동모터의 모터축에 설치되는 구동피니언; 상기 구동피니언과 치합되는 것으로서 상기 베이스프레임의 측판에 부착되는 원호 형태의 가이드랙; 상기 회동모터가 자전(自轉)되지 않도록 고정시키기 위한 회동모터 고정수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 회동모터 고정수단은 상기 베이스프레임의 측판에 가이드공을 사이에 두고 마련되는 한쌍의 가이드레일; 상기 회동모터에 고정되는 회동모터브래킷; 일단은 회동모터브래킷에 연결되고 타단은 상기 가이드레일에 끼워져 상기 가이드레일을 따라 안내되면서 구름운동하게 되는 이동롤러를 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 성형롤의 위치를 가압롤의 원주면을 따라 이동시킬 수가 있게 된다. 이것은 압출기 선단에서부터 성형롤의 가압지점까지의 거리를 조절할 수 있게 되는 것을 의미하며, 나아가 압출기에서 토출되는 소재가 경화되는 과정에서의 특정지점에서 소재를 가압 성형할 수 있다는 것을 의미한다.

대개의 경우 일반적인 소재는 성형하기에 적당한 온도가 알려져 있다. 그러므로 이를 기준으로 소재의 적절한 가압지점을 결정하면 될 것이다. 그러나 여러 가지 성분이 혼합된 복합소재인 경우라든가 신규 개발되는 미지의 소재에 대하여는 기존의 경험을 가지고 수차례 실험을 통해 가장 적절한 성형지점을 찾는 수밖에 없을 것이다. 숙련된 작업자라면 그 신속하게 그 성형지점을 찾을 수 있을 것이다. 본 발명의 성형롤 장치는 용이하게 성형지점을 조정해가면서 적절한 지점을 찾게끔 도와줄 수 있다. 본 발명의 성형롤 장치는 냉각수단 또는 히팅수단을 별도로 구비하지 않아도 되므로 구성이 간단해지며 설치비용도 절약된다.

도 1은 종래 압출기용 가변형 성형롤 장치의 측면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 압출기용 가변형 성형롤 장치의 측면 구성도이며, 도 3은 그의 사용상태를 도시하는 측면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 압출기용 가변형 성형롤 장치의 개략 사시도이며, 도 5는 일부 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 성형롤의 위치변화에 따른 성형롤 장치의 측부 구성도이다.

이하, 첨부된 각 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명의 압출기용 성형롤 장치는 표면에 입체적인 패턴이 형성된 시트 또는 필름과 같은 박형제품(P)을 성형하기 위한 장비이다. 도 2에 도시된 것처럼 압출기용 성형롤 장치는 압출기(100)의 토출부(110)에서 낙하되는 반용융 상태의 소재(P')를 입수하여 가압하기 위하여 압출기의 일구성요소인 토출부의 하부에 설치된다. 토출부(110)는 통상 티다이(T-die)라고 하는 압출금형이 될 수 있다. 토출부(110)는 용융 및 혼련된 소재를 넓게 펼쳐서 분출시키는 작용을 하게 된다.

제1,2가압롤(1,3)이 토출부(110)의 직하부에 배치되어 분출되는 용융 또는 반용융 상태의 소재(P')를 박형으로 연신시키게 된다. 제1,2가압롤(1,3) 사이의 간격은 조절 가능하게끔 되어 있다. 이 간격으로써 박형제품(P)의 두께를 조절할 수 있게 되는 것이다. 도시되지는 않았지만, 제1,2가압롤(1,3) 사이의 간격을 조정하기 위한 간격조정수단이 개입될 수 있다.

제2가압롤(3)은 기준점이 되는 것으로서 베이스프레임(9) 상에 고정 설치되는 것이 바람직하다. 제1가압롤지지대(5)는 베이스프레임(9) 상에서 이동 가능하게 설치된다. 베이스프레임(9)은 본 발명의 성형롤 장치를 구성하는 각각의 롤을 지지하는 것으로서, 한쌍의 이격된 측판(9a,9b)을 포함하며 승강수단(11)에 의해 승강될 수 있다. 승강수단(11)은 토출부(110)의 높이에 따라 제1,2가압롤(1,3)과 성형롤(13)의 높이를 조절하도록 하기 위함이다. 때로는 생산하고자 하는 제품에 따라 직경이 큰 제1,2가압롤(1,3)이 사용되기도 하는데, 승강수단(11)은 베이스프레임(9)을 하강시킴으로써 제1,2가압롤(1,3)의 설치공간을 확보하는데 사용될 수도 있다. 승강수단(11)의 구동력은 유공압실린더 또는 각종 모터로부터 얻을 수 있다.

성형롤(13)은 제1,2가압롤(1,3)을 통과한 소재(P")를 가압성형하기 위한 것으로서, 표면에는 박형제품(P)에 전사시키고자 하는 패턴이 형성되어 있다. 성형롤(13)은 제2가압롤(3)과 맞물려 회전되도록 베이스프레임(9) 상에 설치된다. 제2가압롤 회전축(3a)과 성형롤 회전축(13a)은 서로 평행하게 되어 있다. 성형롤(13)을 상기 성형롤의 회전축(13a)을 중심으로 회전시키기 위한 전동모터(미도시됨)로 된 성형롤 구동수단이 마련될 수 있다. 경우에 따라 성형롤(12)은 제2가압롤(3)에 의해 피동적으로 구동되는 아이들 롤러(idle roller) 일 수 있다.

본 발명의 핵심은 성형롤(13)이 제2가압롤(3)과 평행을 유지한 상태에서 제2가압롤의 회전축(3a)을 중심으로 위성운동을 하도록 하는 성형롤 위치조정수단에 있다. 이하, 성형롤 위치조정수단을 설명한다.

성형롤의 회전축(13a)의 일단에 회동모터(15)가 설치된다. 성형롤 회전축(13a)과 회동모터의 모터축(15a)은 동일한 선상에 있을 뿐 베어링(16)을 매개로 연결되므로 함께 회전되지는 않도록 되어 있다(도 5 참조). 성형롤의 회전축(13a)은 베이스프레임의 측판(9a)에 마련되는 원호 형태의 가이드공(17)을 관통하여 회동모터의 모터축(15a)과 연결된다.

그리고 회동모터의 모터축(15a)에는 구동피니언(19)이 설치되어 회동모터(15)의 회전에 의해 회전구동될 수 있게 되어 있다. 구동피니언(19)은 베이스프레임(9)의 측판(9a)에 부착되는 원호 형태의 가이드랙(21)에 치합된다. 회동모터(15)의 회전으로 구동피니언(19)이 가이드랙(21)을 따라 양방향으로 기동하기 위해서는 회동모터(15)가 자전(自轉)되지 않도록 고정되어야 한다. 이를 위해 회동모터 고정수단이 채용된다. 회동모터 고정수단은 베이스프레임의 측판(9a)에 가이드공(17)을 사이에 두고 마련되는 한쌍의 가이드레일(23)과, 회동모터에 고정되는 회동모터브래킷(25)과 일단은 회동모터브래킷(25)에 연결되고 타단은 가이드레일(23)에 끼워져 가이드레일(23)을 따라 안내되면서 구름운동하게 되는 이동롤러(27)를 포함한다.

이러한 구성에 의하면 다음과 같이 작동하게 된다.

즉 회동모터(15)가 회전하게 되면 구동피니언(19)이 회전되고, 따라서 구동피니언(19)이 가이드랙(21)을 따라 구름운동하면서 승하강된다. 마찬가지로 성형롤(13)은 가이드공(17)을 따라 원호를 그리며 승하강하게 된다. 그리고 회동모터(15)는 가이드레일(23)을 따라 원호를 그리며 승하강하게 된다.

회동모터(15)는 감속기가 일체형으로 설치된 모터가 될 수 있으며 미세 조정이 가능한 서보모터 또는 디디모터(DD Motor)가 될 수 있다.

도시된 바에 의하면 가이드공(17), 가이드랙(21) 및 가이드레일(23)은 90ㅀ~ 180ㅀ의 중심각(A, 도 3 참조)을 갖는 원호 형태일 수 있다. 이 중심각(A)은 곧 성형롤(13)이 위성운동을 하는 구간을 나타낸다. 본 발명에 의하면 제1,2가압롤(1,3)의 가압지점(P1)에서 제2가압롤(3)과 성형롤(13)의 성형지점(P2)까지의 냉각구간(L)의 길이는 조정이 가능하게 된다(도 3 참조).

경화시간이 짧은 소재는 성형롤(13)을 도 2 내지 도 3에서 시계방향으로 회동시켜 냉각구간(L)의 길이를 짧게 하고, 경화시간이 긴 것은 반시계 방향으로 회동시켜 냉각구간(L)의 길이를 길게 할 수 있다. 성형롤(13)을 어느 지점에 위치시킬 것인가는 당해 분야에서 축적되어 온 기술자료 및 작업자의 경험에 의해 결정될 수 있다.

또한 성형롤(13)과 제2가압롤(3) 사이의 간격을 조정하기 위한 성형두께조정수단이 마련된다. 도 5 및 도 6을 주로 참조하여 설명한다.

성형두께조정수단은; 베이스프레임(9)의 측판(9a)에 고정되는 가이드블럭(27)과, 상기 가이드블럭(27)을 따라 이동 가능하게 됨과 동시에, 성형롤의 회전축(13a) 양단을 지지하는 이동블럭(29)과, 피스톤부는 이동블럭(29)에 연결되고 몸체부는 가이드블럭(27)에 직간접적으로 고정되는 길이가변수단으로서의 실린더(31)를 포함할 수 있다. 성형두께는 미크론 단위에서 밀리미터 단위로 미세하게 조정된다. 그러므로 기계적 공차에 의해서도 성형두께가 조절 가능하게 된다. 때에 따라서 볼트공을 장공으로 함으로써 성형두께를 보다 넓은 범위에서 조절하도록 할 수도 있을 것이다.

한편 가이드블럭(27)은 고정되어야 한다. 본 실시예에 의하면 가이드블럭(27)은 베이스프레임(9)의 측판(9a)에 복수의 볼트에 의해 고정된다. 그리고 가이드블럭(27)을 고정시키면 성형롤(13)을 가이드공(17)을 따라 움직일 수 없는 문제가 있다. 결국에는 성형두께조정수단을 설치함에 의해 성형롤(13)의 위치는 제한적으로만 조정할 수밖에 없게 되는데 이하에서는 이에 관해 도 7을 더 참조하여 설명한다.

베이스프레임의 측판(9a)에는 가이드공(17)의 연장방향을 따라 다수의 가이드블럭고정공(33)이 타공된다. 그리고 가이드블럭(27)은 고정볼트를 이용하여 가이드블럭고정공(33)의 일지점에 고정된다.

결론적으로 성형두께조정수단을 설치함으로써 성형롤(13)을 가이드공(17)이 설치된 원호상의 모든 구간에 고정시킬 수 없게 되며 가이드블럭고정공(33)이 설치된 몇 군데의 지점에만 군데군데 고정시킬 수 있게 되는 것이다. 본 발명자의 시험에 의하면 성형롤(13)을 도 7에 도시된 바와 같이 제2가압롤(3)의 원주면을 따라 3곳 정도에만 설치할 수 있으면 필요한 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 본 발명의 실시예에 의하면 여러 개(도시된 바에 의하면 4개)로 구성된 일군의 가이드블럭고정공(33)은 도시된 바와 같이 가이드공(17)을 따라 3군데에 마련되고 있다.

1, 3 ; 제1,2가압롤 9 ; 베이스프레임
11 ; 승강수단 13 ; 성형롤
15 ; 회동모터 17 ; 가이드공
19 ; 구동피니언 21 ; 가이드랙
23 ; 가이드레일 25 ; 회동모터브래킷
27 ; 가이드블럭 29 ; 이동블럭
31 ; 실린더
A ; 중심각 L ; 냉각구간
P ; 박형제품

Claims (3)

1. 표면에 입체적인 패턴이 형성된 시트 또는 필름과 같은 박형제품(P)을 성형하기 위한 압출기용 성형롤 장치에 있어서,
   압출기(100)로부터 배출되는 용융 또는 반용융 상태의 소재를 가압하여 1차적으로 연신시키기 위한 제1,2가압롤(1,3); 상기 제2가압롤(3)과 맞물려 회전되는 것으로서 상기 제1,2가압롤(1,3)을 통과한 소재를 가압성형하기 위한 성형롤(13); 상기 제1,2가압롤(1,3)과 성형롤(13)을 설치하기 위한 베이스프레임(9); 상기 베이스프레임(9)과 성형롤(13) 사이에 설치되는 것으로서, 상기 성형롤(13)로 하여금 상기 제2가압롤(3)과 평행을 유지한 상태에서 상기 제2가압롤(3)의 회전축(3a)을 중심으로 위성운동이 가능하도록 하는 성형롤 위치조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 가변형 성형롤 장치.
   
2. 제1항에 있어서 상기 성형롤 위치조정수단은;
   상기 성형롤(13)의 회전축(13a)의 일단에 설치되되 모터축(15a)이 성형롤 회전축(13a)과 동일한 선상에 있을 뿐 베어링을 매개로 연결됨으로써 함께 회전되지는 않는 회동모터(15); 성형롤 회전축(13a)이 관통하여 회동모터의 모터축(15a)과 연결되도록 베이스프레임의 측판(9a)에 마련되는 원호 형태의 가이드공(17);
   상기 회동모터의 모터축(15a)에 설치되는 구동피니언(19); 상기 구동피니언(19)과 치합되는 것으로서 상기 베이스프레임(9)의 측판에 부착되는 원호 형태의 가이드랙(21); 상기 회동모터(15)가 자전(自轉)되지 않도록 고정시키기 위한 회동모터 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 가변형 성형롤 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 회동모터 고정수단은 상기 베이스프레임의 측판(9a)에 가이드공(17)을 사이에 두고 마련되는 한쌍의 가이드레일(23); 상기 회동모터(15)에 고정되는 회동모터브래킷(25); 일단은 회동모터브래킷(25)에 연결되고 타단은 상기 가이드레일(23)에 끼워져 상기 가이드레일(23)을 따라 안내되면서 구름운동하게 되는 이동롤러(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 가변형 성형롤 장치.

Images