KR20160091103A

KR20160091103A - 사출 발포 성형 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160091103A
Application number: KR1020150011343A
Authority: KR
Inventors: 임대휘; 양장식
Original assignee: 주식회사 컴테크케미칼
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-08-02

Abstract

본 발명은 사출 발포 성형 장치 및 방법에 관한 것으로서, 종래의 핫 런너 방식이 가지는 런너 및 게이트 손실 발생의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 사출 발포 성형 장치와 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 상부금형과 하부금형, 중간금형으로 이루어진 구성에서 중간금형의 온도를 제어할 수 있는 온도제어수단을 구비하여 중간금형에서 런너 및 게이트 부분의 온도가 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 온도 범위로 제어될 수 있도록 한 사출 발포 성형 장치, 및 이를 이용한 성형 방법을 제공한다.

Description

사출 발포 성형 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INJECTION FORM MOLDING}

본 발명은 사출 발포 성형 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 색상 및 경도, 비중을 가지는 발포 제품을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형하여 제조할 수 있고, 사출 및 발포 과정에서 런너 및 게이트 부분의 원료 손실을 획기적으로 줄일 수 있는 사출 발포 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

오늘날 고분자 수지 원료를 발포제와 혼합한 뒤 금형에서 사출 및 발포 성형하여 제조한 발포체가 제품 자체 또는 제품의 일 부분으로 널리 적용되고 있다.

일례로, 운동화와 같은 신발의 대부분은 탄성 및 충격흡수기능, 내구성을 갖도록 하기 위하여 바닥을 이루는 솔(sole) 부분이 고분자 수지를 사출 발포 성형하여 제조한 발포체로 구성된다.

통상 신발은 발등과 측면을 감싸는 갑피와 바닥을 이루는 솔 부분을 결합하여 제작하고 있으며, 이때 솔은 발의 바닥면에 닿는 부분인 인솔(insole)과, 지면에 닿는 부분인 아웃솔(outsole), 그리고 인솔과 아웃솔 사이에 위치되는 미드솔(midsole)을 포함하는 것이 일반적이다.

이러한 신발을 제작하기 위해서는 다양한 재질로 이루어진 갑피와 솔 부분을 먼저 제작한 뒤 이들을 조립하여 신발을 완성하게 되는데, 이와 같은 선 제작-후 조립 방식의 제조 과정은 공정이 복잡하여 많은 시간과 비용을 필요로 한다.

더욱이 제조 과정에서 인솔이나 아웃솔, 미드솔 등을 접착제를 이용하여 접착해야 하므로 작업환경이 나빠지고 공정이 복잡해지는 문제점을 가진다.

저가의 신발을 제조하기 위하여 전체를 동일한 소재로 제작하는 방법이 개발되어 있으나, 동일한 소재로 제작되는 신발의 경우에도 전체를 일체로 제작하기는 곤란하므로 갑피와 솔 부분을 별도로 제작한 뒤 서로 접착하는 방식이 이용되고 있고, 이때 접착제의 사용을 피할 수 없게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 공개특허 제2001-99480호(2001.11.09.) "신발금형 및 이에 의해 제조되는 샌달"에서는 상금형의 내부에 발의 형상을 이루는 무빙코어(조각상)를 구비하여 신발 전체를 일체로 제작하는 방법이 개시되고 있다.

또한 등록특허 제719525호(2007.5.11.), 등록특허 제757966(2007.9.5.)에서는 지면에 닿는 부분인 신발솔(미드솔)의 바닥면에 다양한 색상의 인서트(아웃솔)를 별도의 접착 공정 없이 일체로 부착하거나 성형할 수 있는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 인서트의 수축으로 인해 신발솔과 인서트 간에 발생하는 월색 문제를 해결해야 하는 과제를 안고 있다.

또한 등록특허 제10-0856897호(2008.8.29.)에는 상부금형과 중간금형, 하부금형을 이용하여 신발의 상부와 하부를 각각 사출 및 발포 성형하고, 이후 중간금형을 분리한 뒤, 내부에 각각 신발의 상부와 하부가 들어있는 상부금형과 하부금형을 서로 합형 및 가압하여, 신발의 상부와 하부를 일체로 만들어주는 일체형 신발 사출 발포 성형 장치가 개시되고 있다.

상기한 신발 사출 발포 성형 장치를 이용하는 경우, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌계, 폴리올레핀계 화합물 등의 열가소성 수지를 원료로 사용하여 착용감 및 내구성이 우수하고 다양한 색상, 경도 및 비중을 가지는 일체형 기능성 신발 또는 솔을 제조할 수 있다.

특히, 일체형 신발을 하나의 사출 발포 성형 장치에서 제조할 수 있으므로 작업이 쉬우면서 간편해지고, 별도의 조립 공정이 불필요하므로 전체적인 작업 공정이 간소화되면서 인건비 절감, 생산성 향상 등의 이점이 있게 된다.

또한 접착제를 사용하는 접착 공정 없이 자연친화적인 소재를 사용하여 친환경 공법으로 제조하므로 작업환경을 개선할 수 있다.

한편, 고분자 수지를 사출 및 발포 성형하여 제품을 제조할 때 원료가 되는 수지가 금형 내에 사출된 뒤 발포되도록 하기 위해서는 금형의 성형공간, 즉 각 금형의 캐비티(cavity) 내에 주입된 원료 수지의 온도가 발포제가 활성화될 수 있는 온도 조건, 즉 발포가 이루어질 수 있는 고온 조건으로 제어되어야 한다.

이를 위해, 사출 및 발포 과정에서 캐비티를 포함한 금형 전체의 온도를 고온으로 제어하여 발포 온도 조건을 만들어주고 있으며, 더불어 사출 과정을 위해서도 원료 수지가 캐비티 내에 원활히 사출될 수 있도록 핫 런너(hot runner) 방식을 적용하고 있다.

핫 런너 방식에서는 원료 수지가 고온 상태로 캐비티 내에 원활히 주입될 수 있도록 금형의 런너 및 게이트 부분을 고온으로 유지하게 되며, 통상의 사출 성형 장치에서는 사출시 수지 흐름성을 좋게 하기 위해 핫 런너 방식을 적용할 경우 런너 및 게이트 부분에서 발생하는 재료 손실 부분을 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.

런너 및 게이트 부분을 고온으로 유지함으로써 수지의 경화를 막을 수 있고, 이에 런너 및 게이트 부분에 존재하는 수지가 다음 사출시 그대로 캐비티에 주입되어 제품 성형에 사용될 수 있는바(런너 및 게이트가 캐비티에 수지를 주입하는 인젝터 역할을 함), 재료 손실을 크게 줄일 수 있는 것이다.

그러나, 사출 후 발포 과정을 통해 제품을 제조하는 사출 발포 성형 장치에서 핫 런너 방식을 적용할 경우에는 캐비티 내로 주입된 원료 수지뿐만 아니라 런너 및 게이트 부분에 존재하는 수지까지 가교 및 발포가 이루어지면서 오히려 재료 손실(runner/gate loss)이 발생하는 문제가 있게 된다.

즉, 핫 런너 방식을 적용함으로 인해 고온의 런너 및 게이트 부분에서 수지의 조기 가교 및 발포가 이루어지고, 이렇게 런너 및 게이트 부분에서 가교 및 발포된 수지는 재사용이 불가하여 별도로 제거해주어야 하는 불필요한 재료 손실 부분이 된다.

이로 인해 런너 및 게이트에서 가교 및 발포된 수지를 제거해야 하는 과정이 추가로 필요하고, 결국 런너 및 게이트에서의 조기 가교, 오염, 막힘 등의 문제를 해결할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 종래의 핫 런너 방식이 가지는 런너 및 게이트 손실 발생, 원료비 상승 등의 여러 문제점을 해결할 수 있는 개선된 사출 발포 성형 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 재료나 색상, 또는 경도나 비중 등의 물성을 달리하는 적어도 2개 이상의 발포체로 이루어진 발포 제품을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형할 수 있는 자동화된 사출 발포 성형 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 재료나 색상, 경도, 비중을 달리하는 신발의 미드솔과 아웃솔을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형할 수 있는 사출 발포 성형 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 초정밀 사출 공법을 통해 발포 제품의 2개 층(예를 들어, 신발의 미드솔과 아웃솔) 간에 발생하였던 종래의 월색 문제를 해소할 수 있는 사출 발포 성형 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 장치 구성과 제조 공정이 간소화될 수 있고, 인건비 및 원가 절감이 가능해지는 사출 발포 성형 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 재료나 색상, 물성을 달리하는 상부 발포체와 하부 발포체가 일체로 이루어진 발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 장치에 있어서, 상부 발포체를 사출 성형하기 위한 캐비티를 포함하는 상부금형; 하부 발포체를 사출 성형하기 위한 캐비티를 포함하는 하부금형; 상부금형과 하부금형에 결합된 상태에서 상부금형 및 하부금형의 캐비티와 함께 상부 발포체 및 하부 발포체의 사출 성형을 위한 각 밀폐된 성형공간을 형성하게 되는 캐비티를 포함하는 중간금형; 중간금형과의 결합 및 분리, 상부금형과 하부금형 상호 간의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어지도록 상부금형 및 하부금형을 각각 이동시키는 구동장치; 중간금형을 상부금형 및 하부금형과 결합할 수 있는 공간과, 상기 공간의 외부로 선택적으로 이동시키는 구동장치; 및 상부금형과 중간금형, 하부금형이 결합된 상태에서 상부 발포체와 하부 발포체의 사출 성형을 위한 원료 수지를 공급하는 수지공급부;를 포함하고, 상기 중간금형에는 런너 및 게이트 부분의 온도를 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 설정 온도 범위로 제어하기 위한 온도제어수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은, 재료나 색상, 물성을 달리하는 상부 발포체와 하부 발포체가 일체로 이루어진 발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 방법에 있어서, 구동장치에 의해 이동되는 상부금형과 중간금형, 하부금형을 결합하는 단계; 상부금형과 중간금형이 형성하는 상부 발포체의 성형공간과, 중간금형과 하부금형이 형성하는 하부 발포체의 성형공간에 수지공급부가 공급하는 원료 수지를 주입하여 상부 발포체와 하부 발포체의 형상을 성형하는 단계; 상부금형과 하부금형을 중간금형으로부터 분리한 뒤, 상부금형과 하부금형을 서로 결합하여 가압함으로써 상부금형 내 상부 발포체의 수지와 하부금형 내 하부 발포체의 수지를 가교 및 일체로 접합하는 단계; 및 상부금형과 하부금형을 분리하여 금형 열림과 동시에 상부 발포체의 수지와 하부 발포체의 수지가 발포되도록 하는 단계;를 포함하고, 상기 중간금형에서 수지가 주입되는 런너 및 게이트 부분의 온도를 온도제어수단을 이용하여 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 설정 온도 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 장치에 있어서, 발포 제품을 사출 성형하기 위한 성형공간을 형성하게 되는 캐비티를 각각 포함하는 상부금형 및 하부금형; 상기 상부금형과 하부금형이 결합된 상태에서 상부금형과 하부금형의 홈부 내측으로 삽입 및 결합되고, 결합상태에서 상부금형의 캐비티와 하부금형의 캐비티에 의해 형성된 상기 성형공간 내부로 원료 수지가 주입되도록 하는 수지주입구, 런너부 및 게이트부를 가지는 콜드 런너 블록; 및 상부금형과 하부금형의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어질 수 있도록 상부금형과 하부금형을 이동시키는 구동장치;를 포함하고, 상기 콜드 런너 블록은 런너부 및 게이트부의 온도를 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 설정 온도 범위로 제어하기 위한 온도제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 방법에 있어서, 구동장치에 의해 이동되는 상부금형과 하부금형을 결합하여 상부금형과 하부금형의 홈부 내측으로 콜드 런너 블록이 삽입 및 결합되도록 하는 단계; 수지공급부에 의해 공급되는 원료 수지를 콜드 런너 블록의 수지 주입구 및 이에 연결된 런너부와 게이트부를 통해 상기 상부금형과 하부금형이 형성하는 발포 제품의 성형공간으로 주입하여 발포 제품의 형상을 성형하는 단계; 및 상부금형과 하부금형을 분리하여 금형 열림과 동시에 발포 제품의 수지가 발포되도록 하는 단계;를 포함하고, 상기 콜드 런너 블록에서 온도제어수단에 의해 수지가 주입되는 런너부와 게이트부의 온도를 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 온도 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법을 제공한다.

이에 따라, 본 발명의 사출 발포 성형 장치 및 방법에 의하면, 상부금형과 하부금형, 중간금형으로 이루어진 구성에서 중간금형의 온도를 제어할 수 있는 온도제어수단을 구비하여 중간금형에서 런너 및 게이트 부분의 온도가 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 온도 범위로 제어될 수 있도록 한 콜드 런너 방식이 적용됨으로써, 종래의 핫 런너 방식이 가지는 런너 및 게이트 손실 발생, 원료비 상승 등의 여러 문제점을 해결할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 재료나 색상, 또는 경도나 비중 등의 물성을 달리하는 적어도 2개 이상의 발포체로 이루어진 발포 제품을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형할 수 있게 되며, 특히 재료나 색상, 물성을 달리하는 신발의 미드솔과 아웃솔을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형할 수 있는 이점이 있게 된다.

또한 본 발명에서는 하부금형에 후술하는 바의 컬러테를 적용함으로써 초정밀 사출 공법을 통해 발포 제품의 2개 층(예를 들어, 신발의 미드솔과 아웃솔) 간에 발생하였던 종래의 월색 문제를 해소할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 장치 구성과 제조 공정이 간소화될 수 있고, 인건비 및 원가 절감이 가능해지는 이점이 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 사출 발포 성형 장치 및 방법에 의해 제조될 수 있는 하이브리드 솔을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치에서 금형의 런너 및 게이트를 통해 캐비티 내부로 수지가 주입된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치에서 제1중간금형의 일례를 도시한 사시도이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치에서 제2중간금형의 일례를 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치에서 하부금형의 일례를 도시한 평면도와 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치에서 양 조절볼트의 설치상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치의 금형 구성을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에서 상부금형과 하부금형, 콜드 런너 블록의 결합상태를 나타내는 정면도이다.
도 10과 도 11은 도 9에서 선 'B-B' 및 'C-C'를 따라 취한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에서 상부금형과 하부금형에 형성된 캐비티 및 홈부를 나타내기 위한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에서 하부금형에 콜드 런너 블록을 결합한 상태로 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에서 콜드 런너 블록을 도시한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에서 상부금형과 하부금형, 콜드 런너 블록이 분리된 상태 및 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에서 각 금형과 콜드 런너 블록이 분리된 상태를 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에서 각 금형과 콜드 런너 블록이 결합된 상태로 수지가 주입된 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 재료나 색상, 또는 경도나 비중 등의 물성을 서로 달리하는 적어도 2개 이상의 발포체로 이루어진 발포 제품을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형하여 제조할 수 있는 자동화된 사출 발포 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 신발솔을 제조하기 위한 사출 발포 성형 장치 및 방법에 관한 것으로서, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)나 에틸렌계, 폴리올레핀계 화합물과 같은 열가소성 수지를 이용하여 다양한 색상, 경도, 비중을 갖는 하이브리드 솔(hybrid sole)을 제조할 수 있는 사출 발포 성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에서 하이브리드 솔이라 함은 미드솔(상부 발포체)과 아웃솔(하부 발포체)이 일체화된 형상과 구조를 가지는 것으로서, 미드솔과 아웃솔이 무접착 방식의 자동화 사출 발포 성형 공정에 의해 일체로 발포 성형된 신발솔 제품을 의미한다.

다음의 설명에서는 재료나 색상, 물성을 달리하는 미드솔과 아웃솔이 일체화된 신발솔, 즉 상기한 하이브리드 솔을 예로 들어 설명하나, 본 발명이 하이브리드 솔을 제조하기 위한 장치 및 방법으로 한정되는 것은 아니며, 상기한 하이브리드 솔을 포함하여 적어도 2개 이상의 발포체로 이루어진 다양한 발포 제품을 제조하는데 모두 이용될 수 있는 것임을 밝혀둔다.

이와 더불어, 첨부된 도면에서 금형의 캐비티 형상은 하이브리드 솔에서 아웃솔과 미드솔을 각각 성형하기 위한 것의 예시일 뿐, 하이브리드 솔 또는 발포 제품의 각 부분을 성형하기 위한 금형의 캐비티 형상은 제품 형상에 맞추어 다양하게 변경 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 사출 발포 성형 장치 및 방법에 의해 제조될 수 있는 하이브리드 솔을 예시한 도면으로, 하이브리드 솔(1)은 미드솔(2)의 하면에 각종 기능성을 부여하기 위한 단수 또는 복수 개의 아웃솔(3)이 일체로 성형된 형상과 구조를 가진다.

이때, 하이브리드 솔(1)은 미드솔(2)의 하면에 별도의 아웃솔(3)이 마치 인서트된 것과 같은 형상을 가지며, 아웃솔(3)은 지면에 닿는 부분이고, 아웃솔(3)이 접합된 영역을 제외한 나머지 미드솔 하면 영역 역시 지면에 닿는 부분이 된다.

미드솔(2)과 아웃솔(3)은 금형 내 각각의 성형공간(금형의 캐비티가 형성하는 공간임)에 원료 수지를 별도 사출하여 발포 성형한 부분으로, 재료나 색상, 경도, 비중 등을 달리하는 부분이 될 수 있고, 그 밖에 마모성이나 그립(grip)성, 슬립(slip)성, 발포비 등의 물성이 서로 상이한 부분이 될 수 있다.

또한 재질로는 열가소성 수지, 예컨대 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 올레핀계 수지, 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 인게이지(Engage), 타프마(Tafmer) 등을 사용할 수 있고, 이들 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물 소재에 가교제, 발포제 및 기타 첨가제를 배합한 액상 화합물의 원료 수지를 조성하여 사용할 수 있다.

물론 상기한 원료 수지는 본 발명을 실시하기 위한 예일 뿐, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 도 1에 예시된 하이브리드 솔(1)을 제조할 수 있는 사출 발포 성형 장치의 주요 구성을 도시한 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 사출 발포 성형 장치는 상부금형(100)과 하부금형(200), 그리고 상부금형(100)과 하부금형(200)의 사이에 배치되는 중간금형(300), 수지공급부(400), 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 상하 이동 및 가압을 위한 구동장치(500), 중간금형(300)의 상하 및 전후 이동(도면상 수평방향으로의 이동)을 위한 구동장치(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 사출 발포 성형 장치는 간편한 작업으로 생산성을 높일 수 있고 열가소성 수지를 이용하여 다양한 색상 내지 경도, 비중을 가지면서 착용감과 내구성이 뛰어난 일체형 기능성 신발솔(하이브리드 솔)을 제조할 수 있는 금형 장치로서, 상부금형(100)과 하부금형(200) 사이에 착탈 가능한 중간금형(300)을 구비하여 구성된다.

여기서, 상부금형(100)과 하부금형(200)은 상하 이동이 가능한 금형으로, 상부금형(100)과 하부금형(200)이 각각 상하 이동하여 그 중간에 위치한 중간금형(300)과 합형되거나, 또는 중간금형(300)이 바깥쪽으로 빠진 상태에서 상부금형(100)과 하부금형(200)이 상하 이동하여 서로 합형될 수 있게 되어 있다.

이와 같이 상부금형 및 하부금형, 중간금형을 포함하는 구성은 등록특허 제10-0856897호(2008.8.29.)에 개시되어 있는 구성과 비교하여 기본 구성에 있어서는 큰 차이가 없다.

제조 과정에서는, 상부금형(100)과 하부금형(200)을 각각 중간금형(300)과 결합한 상태로 제품의 상측 부분(미드솔)과 하측 부분(아웃솔)을 별도로 사출 성형하고, 이어 중간금형(300)을 분리하여 이동시킨 뒤, 성형된 상측 부분이 들어 있는 상부금형(100)과 성형된 하측 부분이 들어 있는 하부금형(200)을 서로 결합한 상태로 가압하여 상측 부분과 하측 부분을 서로 결합 및 일체화하고, 이어 상부금형(100)과 하부금형(200)을 순간적으로 열어주어 상측 부분 및 하측 부분의 발포가 이루어지도록 한다.

이와 같이 미드솔과 아웃솔의 사출 성형과 더불어 양측 간의 결합, 발포가 하나의 사출 발포 성형 장치에서 수행될 수 있게 된다.

다만, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 중간금형(300)은 분리 제작된 2개의 중간금형(301,302)으로 구성될 수 있고, 이 경우 장치의 금형(몰드 플레이트(mold plate)) 구성은 상부금형(100), 제1중간금형(301), 제2중간금형(302), 하부금형(200)을 포함하는 4단 구성이 된다.

따라서, 4단 구성의 제조 과정에서는, 상부금형(100)과 제1중간금형(301), 하부금형(200)과 제2중간금형(302)을 서로 결합한 상태에서, 결합된 금형이 형성하는 밀폐된 캐비티 공간, 즉 상부금형(100)과 제1중간금형(301)이 형성하고 있는 미드솔 성형공간과, 하부금형(200)과 제2중간금형(302)이 형성하고 있는 아웃솔 성형공간에 각각 이종의 원료 수지를 사출하여 미드솔과 아웃솔 부분을 각각 성형하고, 이어 금형을 열어 중간금형(300)을 외부로 이동시킨 뒤, 상부금형(100)과 하부금형(200)을 결합 및 가압하여 미드솔 부분과 아웃솔 부분을 서로 결합시킨 다음, 상부금형(100)과 하부금형(200)을 순간적으로 열어 미드솔과 아웃솔 부분의 발포가 이루어지도록 한다.

여기서, 상하 적층 배치되는 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)은 미도시된 가이드핀 및 볼트 등에 의해 조립되어 자유롭게 해체 가능하도록 구비되고, 공정 중에는 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)이 일체로 조립된 상태에서 이용되나, 청소 등의 유지보수시나 후술하는 바와 같이 사출액의 양을 조정하기 위한 양 조절볼트의 조작시 등에 있어서는 해체하여 작업이 이루어진다.

본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 상기한 상부금형(100)과 하부금형(200), 제1중간금형(301) 및 제2중간금형(302)에 대해서는 뒤에서 다시 상세히 설명하기로 하며, 원료 수지의 공급과 각 금형의 이송 및 가압을 담당하는 구성부, 즉 도 2에 나타낸 나머지 구성부들인 수지공급부(400)와 각 금형의 구동장치(500,600)에 대해 먼저 설명하기로 한다.

본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 금형 내에 원료 수지를 주입하도록 된 수지공급부의 구성에 대해서는 공지의 기술적 사항이므로 아래와 같이 간단히 설명하기로 한다.

상기 수지공급부(400)는 상측과 하측에 형성된 두 개의 노즐(410,420)을 구비하며, 공압 또는 유압 실린더 기구 등으로 구현될 수 있는 미도시된 액츄에이터에 의해 전후 이동이 가능하도록 되어 있다.

도 2에서 도면부호 430은 실린더 기구의 전후진되는 피스톤 로드에 결합되는 축부를 나타내는 것으로, 피스톤 로드가 수지공급부(400)의 축부(430)에 일체로 연결되어 있으므로, 실린더 기구의 본체에서 피스톤 로드가 전후진 동작함에 의해 수지공급부(400)가 전후로 위치 이동될 수 있게 되어 있다.

수지 주입을 위해서는 수지공급부(400)가 금형 측으로 전진하게 되는데, 상기 두 개의 노즐(410,420)은 상부금형(100)과 제1중간금형(301) 사이에 형성된 상부주입구(도 3의 도면부호 303임) 위치와, 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302) 사이에 형성된 하부주입구(도 3의 도면부호 304임) 위치에 정렬될 수 있게 구비된다.

이에 상부금형(100), 하부금형(200), 그리고 제1 및 제2중간금형(301,302)이 상하 적층 배치되도록 서로 결합된 상태에서 수지공급부(400)가 전진할 경우 상기 두 개의 노즐(410,420)이 상부주입구와 하부주입구에 수지를 주입할 수 있도록 결합된다.

상기 수지공급부(400)는 각 노즐(410,420)을 통해 서로 다른 이종재질의 열가소성 수지를 상부주입구 및 하부주입구에 주입하고, 이때 공급된 수지는 금형 내부, 즉 상부금형(100)과 제1중간금형(301)이 형성하는 밀폐된 성형공간의 내부, 그리고 제2중간금형(302)과 하부금형(200)이 형성하는 밀폐된 성형공간의 내부로 최종 공급된다.

여기서, 금형 내 성형공간은 상부금형(100)과 제1중간금형(301), 제2중간금형(302)과 하부금형(200)의 접합면(결합면)에 각각 형성된 캐비티에 의해 형성되는 밀폐된 공간이다.

또한 수지의 주입이 완료되면, 수지공급부(400)가 액츄에이터에 의해 후진하게 되어 각 노즐(410,420)이 금형의 상부주입구와 하부주입구로부터 완전히 분리된다.

상부금형(100)과 하부금형(200)의 상하 이동 및 가압을 위한 구동장치(500)는 상부금형(100)을 하측으로 밀어주고 동시에 하부금형(200)을 상방으로 밀어줌으로써 금형 내에 주입된 수지에 압력을 가할 수 있도록 해준다.

이를 위해, 상부금형(100)의 상측과 하부금형(200)의 하측에 공압 또는 유압 실린더 기구 등으로 구현될 수 있는 구동장치(500)가 구비되며, 각 실린더 기구는 상부금형(100)과 하부금형(200)을 각각 상하로 이동시키게 된다.

도 2에서 도면부호 510,520으로 나타낸 구동장치(500)의 구성요소는 도면상 상측과 하측의 각 실린더 기구에서 전후로 동작되는 피스톤 로드를 나타내는 것이다.

금형 내에 수지공급부(400)에 의해 수지가 주입되는 단계에서는 상부금형(100)과 하부금형(200)이 각각 그 사이에 위치된 중간금형(300), 즉 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)에 결합된다.

이때, 상부금형(100)의 상측에 위치된 실린더 기구는 상부금형을 하강시키고, 하부금형(200)의 하측에 위치된 실린더 기구는 하부금형을 상승시켜, 하강한 상부금형(100)이 제1중간금형(301)과, 그리고 상승한 하부금형(200)이 제2중간금형(302)과 각각 결합되도록 하며, 이에 4단의 금형 모두가 결합된 상태, 즉 금형에 의해 형성된 내부의 성형공간이 밀폐되는 금형 닫힘상태가 된다.

반면, 수지 사출이 완료되면, 수지공급부(400)가 분리되는 것과 함께, 상부금형(100)의 상측에 위치된 실린더 기구가 상부금형을 상승시키고, 하부금형(200)의 하측에 위치된 실린더 기구가 하부금형을 하강시켜, 상승한 상부금형(100)과 하강한 하부금형(200)이 각각 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)으로부터 분리되도록 한다.

이 상태에서 제1 및 제2중간금형(301,302)이 자신의 구동장치(600)에 의해 후방으로 이동되면서 빠져나오게 되고, 상부금형(100)과 하부금형(200) 사이에 위치되어 있던 제1 및 제2중간금형(301,302)이 후방으로 완전히 제거되면서, 상부금형(100)과 하부금형(200)이 서로 결합되는 후속 공정이 진행될 수 있는 상태가 된다.

이 후속 공정에서는 상부금형(100)과 하부금형(200)을 결합한 뒤 성형된 수지의 가압이 이루어지도록 하여 상부금형 내 미드솔과 하부금형 내 아웃솔의 접합되도록 한다.

또한 상부금형(100)과 하부금형(200)에서 일정 가교 시간(cure time) 동안의 가압이 이루어지고 나면, 상부금형과 하부금형을 분리하여 순간적인 금형 열림과 동시에 수지의 발포가 이루어지도록 한다.

다음으로, 중간금형(300)의 전후 수평 이동을 위한 구동장치(600)는, 일체로 조립된 상태의 제1중간금형(301) 및 제2중간금형(302)을 상부금형(100) 및 하부금형(200)과의 결합을 위해 상부금형과 하부금형 사이의 공간으로 이동시키거나, 상부금형과 하부금형이 서로 결합될 수 있도록 제1중간금형 및 제2중간금형을 상부금형과 하부금형 사이의 공간으로부터 외부로 이동시키는 역할을 한다.

여기서, 중간금형이 상하 조립된 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)으로 구성된 점을 제외하고는 제1중간금형과 제2중간금형이 조립된 상태로 공정 중 항상 함께 움직이는 일체의 금형이므로, 등록특허 제10-0856897호(2008.8.29.)에 개시된 바와 유사한 구동장치(600)의 적용이 가능하다.

즉, 제1중간금형(301) 또는 제2중간금형(302)의 양 측면에 다수개의 돌기(305)들을 형성하고, 구동장치(600)의 이송부(610)가 돌기(305)들의 하부면과 접촉한 상태로 위로 이동하여 돌기들을 통해 제1 및 제2중간금형(301,302)을 들어올린 뒤 전후로 이동하는 방식이 적용될 수 있는 것이다.

상기 이송부(610)는 구동장치(600)의 미도시된 액츄에이터에 의해 전, 후진과 더불어 승강 동작하도록 구비되는 것으로, 중간금형을 상부금형과 하부금형 사이로 삽입할 때는 이송부(610)가 돌기(305)들을 통해 중간금형(300)을 들어올린 뒤 전진하여 상부금형(100)과 하부금형(200) 사이로 이동시킨다(상하 이동하는 상부금형 및 하부금형과 결합할 수 있는 위치로 중간금형을 이동시키는 동작).

반대로, 상부금형과 하부금형 사이에서 중간금형을 분리할 때는, 상부금형과 하부금형이 각각 상하로 이동 및 분리된 상태에서, 이송부(610)가 돌기(305)들을 통해 중간금형(300)을 지지한 상태로 후진 및 하강하여, 상부금형(100)과 하부금형(200)으로부터 중간금형을 완전히 분리하게 된다.

상기와 같이 중간금형을 들어올려 이송시키는 방식 대신, 중간금형을 레일에 설치한 뒤 상기 레일을 따라 중간금형을 이동시키는 구성의 적용도 가능하다.

한편, 본 발명의 사출 발포 성형 장치는 사출 및 발포를 모두 수행하는 하나의 장치에서 핫 런너 방식 대신 콜드 런너(cold runner) 방식을 적용하여 런너부 및 게이트 부분에서 발생하는 원료 수지의 손실을 줄일 수 있도록 한 점에 주된 특징이 있다.

발포를 하지 않는 일반 사출 성형 장치에서는 핫 런너 방식을 이용하여 원료 손실(runner and gate loss)의 저감을 도모하지만, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서는 고온의 온도로 유지되는 금형에서 런너 및 게이트 부분에 대해서는 상대적으로 낮은 온도로 유지하여 런너 및 게이트 내에서 원료 수지의 가교 및 발포를 방지하고, 다음 사출 때 그 원료 수지가 그대로 사용될 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 발포 사출 성형 장치에서는 콜드 런너 방식의 구현을 위하여 중간금형에서 캐비티 내로 수지가 주입되는 통로인 런너 및 게이트 부분의 온도를 상대적으로 저온으로 제어하기 위한 온도제어수단이 구비된다.

이하, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 각 금형에 대해 도면을 참조로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 상부금형(100)과 제1중간금형(301), 제2중간금형(302), 하부금형(200)이 결합된 상태에서 런너(306,307) 및 게이트(101,308)를 통해 수지가 주입된 상태를 나타내는 단면도로, 상부금형(100)과 제1중간금형(301), 제2중간금형(302), 하부금형(200)으로 이루어지는 4단 금형의 구성과 함께 수지가 주입되는 통로를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 상부금형(100)과 제1중간금형(301)이 결합된 상태에서 미드솔 성형공간 내에 수지가 주입되어 미드솔(2)(제품의 상측 부분)의 성형이 이루어지며, 제2중간금형(302)과 하부금형(200)이 결합된 상태에서 아웃솔 성형공간 내에 수지가 주입되어 아웃솔(3)(제품의 하측 부분)의 성형이 이루어지게 된다.

이때, 미드솔(2)의 성형을 위한 상부주입구(303)가 상부금형(100)과 제1중간금형(301)의 전면 경계부에 형성되어 구비되고, 상기 상부주입구(303)로부터 연결된 런너(306)가 상부금형(100)과 제1중간금형(301)의 각 결합면 상에 형성된다.

또한 상기 상부금형(100)의 내부 또는 제1중간금형(301)의 내부에는 런너(306)로부터 상부금형(100)과 제1중간금형(301) 사이의 성형공간에 수지를 주입하기 위한 게이트(101)가 형성되며, 이때 예시된 바와 같은 터널 게이트(tunnel gate)(또는 서브마린 게이트(submarine gte)라고도 함)가 적용될 수 있다.

또한 아웃솔(3)의 성형을 위한 하부주입구(304)가 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302) 사이의 경계부에 형성되어 구비되고, 상기 하부주입구(304)로부터 연결된 런너(307)가 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)의 각 결합면 상에 형성된다.

또한 상기 제2중간금형(302)의 내부에는 런너(307)로부터 제2중간금형(302)과 하부금형(200) 사이의 성형공간에 수지를 주입하기 위한 게이트(308)가 형성되며, 이때 예시된 바와 같이 제2중간금형(302)을 상하로 관통하도록 형성된 핀 포인트 게이트가 적용될 수 있다.

상기 핀 포인트 게이트는 알려진 바와 같이 핀 모양으로 통로 단면적이 점차 축소되는 형상을 가진 게이트로서, 게이트(308)의 끝부분이 금형의 분할면, 즉 제2중간금형(302)과 하부금형(200)의 결합면에 위치되므로, 제2중간금형(302)과 하부금형(200)이 분리될 때 게이트 부분이 자동 절단되는 이점을 가진다.

더욱이, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 제1중간금형 등의 중간금형은 후술하는 온도제어수단에 의해 수지의 가교 및 발포 온도 조건보다 낮은 저온 조건으로 온도 제어되므로, 중간금형의 런너 및 게이트 부분에서 수지의 조기 가교 및 발포를 방지할 수 있고, 다음 사출 때 런너 및 게이트 부분에 남아 있는 원료 수지가 그대로 사용될 수 있게 되는바, 런너 및 게이트 부분에서 발생하는 원료 손실 부분을 없앨 수 있다.

도 3에서 하부주입구(304), 런너(307) 및 핀 포인트 게이트(101)가 하나씩 구비된 실시예를 나타내고 있으나, 재료와 색상을 달리하는 복수 개의 아웃솔을 성형하고자 하는 경우에는 복수개의 하부주입구, 런너 및 핀 포인트 게이트를 구비하는 것도 실시 가능하다.

물론 이에 맞추어 수지공급부 역시 아웃솔을 성형하기 위한 두 종류 이상의 원료를 각각의 노즐을 통해 동시에 공급할 수 있는 구성이 되어야 한다.

도 4 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치에서 각 금형을 도시한 도면으로, 먼저 도 4는 제1중간금형(301)의 일례를 도시한 사시도이고, 도 5a와 도 5b는 제2중간금형(302)의 일례를 도시한 사시도이다.

도 5a는 제2중간금형(302)의 하면을 나타내기 위한 사시도이고, 도 5b는 제2중간금형(302)의 상면을 나타내기 위한 사시도로서, 도 5b에 나타낸 제2중간금형(302)의 상면이 제1중간금형의 하면에 접합되는 결합면이 된다.

또한 도 6a 및 도 6b는 하부금형(200)의 일례를 도시한 도면으로, 각각 하부금형(200)의 상면을 나타내기 위한 평면도와 사시도이다.

상부금형(100)과 제1중간금형(301)은 하이브리드 솔의 미드솔 부분을 성형하기 위한 금형으로, 상부금형(100)의 하면에는 미드솔 상부 외형에 상응하는 형상을 가지는 캐비티(도 3에서 도면부호 102임)가 형성되고, 제1중간금형(301)의 상면에는 도 4에 나타낸 바와 같이 미드솔 하부 외형에 상응하는 형상을 가지는 캐비티(311)가 형성된다.

이에 상부금형(100)과 제1중간금형(301)이 결합된 상태에서 양측 금형의 캐비티(102,311)는 밀폐된 미드솔 성형공간을 제공하게 되며, 상술한 상부주입구 및 런너, 게이트(터널 게이트)를 통하여 밀폐된 성형공간 내부로 원료 수지가 주입될 수 있다.

다음으로, 제2중간금형(302)과 하부금형(200)은 하이브리드 솔의 아웃솔 부분을 성형하기 위한 금형으로, 제2중간금형(302)의 하면에는 도 5a에 나타낸 바와 같이 아웃솔 상부 외형에 상응하는 형상을 가지는 캐비티(312)가 형성되고, 하부금형(200)의 상면에는 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이 아웃솔 하부 외형에 상응하는 형상을 가지는 캐비티(201)가 형성된다.

또한 도 5b에 나타낸 바와 같이 제2중간금형(302)의 상면에는 하부주입구 위치에서 각 게이트 위치까지 연결되는 런너(307)가 형성되며, 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)이 결합된 상태에서 수지 공급 통로인 상기 런너(307)를 통하여 원료 수지가 공급될 수 있게 된다.

이에 제2중간금형(302)과 하부금형(200)이 결합된 상태에서 양측 금형의 캐비티(201,312)는 밀폐된 아웃솔 성형공간을 제공하게 되며, 상술한 하부주입구 및 런너, 게이트(핀 포인트 게이트)를 통하여 밀폐된 성형공간 내부로 원료 수지가 주입될 수 있다.

상기 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)은 전술한 바와 같이 일체로 조립된 상태에서 사용되는데, 도면상에 나타내지는 않았으나, 두 중간금형의 결합을 위해 가이드핀 및 볼트 등이 사용될 수 있다.

예를 들면, 제1중간금형(301)의 하면에 돌출된 구조의 가이드핀을 형성하고, 상대 금형인 제2중간금형(302)에서 상기 제1중간금형의 가이드핀이 삽입될 수 있는 대응 위치에 핀홀을 형성하여, 제1중간금형의 하면과 제2중간금형의 상면을 접합할 때, 제1중간금형의 가이드핀이 제2중간금형의 핀홀에 삽입되도록 한다.

이어 양측 금형을 관통하도록 볼트를 체결하여 두 중간금형을 일체의 금형이 되도록 고정하게 된다.

물론 가이드핀이 제2중간금형에, 핀홀이 제1중간금형에 형성될 수도 있다.

이러한 조립 방식은 필요시에 제1중간금형과 제2중간금형을 자유롭게 분리할 수 있도록 한 방식으로, 두 금형의 결합면(접합면)에 형성된 런너 부분은 물론 제2중간금형을 관통하도록 형성된 게이트 부분을 청소하거나, 후술하는 바와 같이 런너 부분에 설치된 양 조절볼트를 조작할 경우 등에 있어서 제1중간금형과 제2중간금형을 서로 분리하여 작업을 하게 된다.

한편, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서는 런너 및 게이트 손실을 줄이기 위한 방안으로, 발포를 위한 고온 조건으로 유지되는 상부금형과 하부금형의 온도에 비해 중간금형의 온도를 상대적으로 저온으로 유지하는 콜드 런너 방식이 적용된다.

이러한 콜드 런너 방식의 구현을 위하여 제1중간금형 또는 제2중간금형에는 냉각수 유로와 히터를 설치하여 구성되는 온도제어수단이 구비된다.

도 4에는 온도제어수단이 설치된 제1중간금형(301)의 예가 도시되어 있으며, 제1중간금형(301)에 냉각수가 통과하여 흐를 수 있는 냉각수 유로(313)가 형성되고, 이와 더불어 제1중간금형(301)의 삽입공(314)에 가열수단인 봉 형상의 히터(미도시)가 삽입되어 설치된다.

상기 냉각수 유로에 대한 냉각수 공급 제어와 히터 작동 제어는 미도시된 컨트롤러가 제어하도록 구성될 수 있으며, 이때 컨트롤러는 중간금형의 온도를 센싱하도록 설치된 온도센서(미도시)의 센싱값에 기초하여 중간금형의 온도가 설정된 온도 범위 내에서 유지될 수 있도록 냉각수의 공급과 히터의 작동을 자동으로 제어하게 된다.

이때, 중간금형의 온도가 지나치게 높을 경우에는 미도시된 외부의 급수장치나 냉각수순환장치로부터 배관을 통해 공급되는 냉각수가 각 냉각수 유로로 분배되어 흐르면서 중간금형을 냉각시키게 된다.

또한 중간금형의 온도가 지나치게 낮을 경우에는 히터를 작동시켜 중간금형을 가열해줌으로써 중간금형의 온도를 적정 온도 범위 이내가 되도록 조절해주게 된다.

도 4에서는 히터의 작동을 위한 전원 공급용 배선과 냉각수 분배 및 공급, 배출을 위한 호스 등의 배관, 그리고 냉각수 공급을 단속하기 위한 밸브류 등의 구성에 대해서는 도시를 생략하였다.

상기와 같이 냉각수 유로(313)와 히터(삽입공(314) 내에 설치됨)로 구성되는 온도제어수단은 도 4에 예시한 바와 같이 제1중간금형(301)에 구비되거나, 또는 제2중간금형(302)에 구비될 수 있고, 또는 제1중간금형과 제2중간금형 모두에 구비될 수도 있다.

제1중간금형과 제2중간금형 중 어느 한쪽에만 온도제어수단이 설치되더라도 두 중간금형은 공정 중 항상 서로 접합상태로 결합되어 있는 금형이므로 중간금형 전체의 온도 조절이 가능해진다.

이와 같이 런너 및 게이트가 위치되는 중간금형에 냉각수 유로와 히터를 포함하여 구성되는 온도제어수단을 구비함으로써 사출 및 발포 공정 동안 런너 및 게이트 부분을 포함하여 중간금형의 온도를 상부금형 및 하부금형에 비해 낮은 온도 범위, 즉 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 온도 범위로 유지할 수 있게 된다.

결국, 콜드 런너 기능을 갖는 중간금형에서 런너 및 게이트 내에 존재하는 수지의 가교와 발포를 방지할 수 있게 되고, 특히 제2중간금형의 핀 포인트 게이트가 원료 수지의 가교 및 발포가 이루어지지 않는 단순 인젝터의 역할을 하게 되면서 런너 및 게이트 손실을 최소화할 수 있게 된다.

즉, 런너 및 게이트 내 수지가 가교 및 발포되지 않고 다음 사출시에 캐비티 내에 그대로 주입되어 제품 성형의 원료로 사용될 수 있는 것이며, 상기와 같이 런너 및 게이트 부위의 금형 온도를 조절함으로써 원료 절감 및 원가 절감 등의 이점이 있게 된다.

본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 상기한 온도제어수단과 더불어 고온의 상부금형과 하부금형으로부터 전달되는 열이 차단될 수 있도록 금형의 게이트 부위에 대해서는 공지의 단열 재질로 이루어진 단열판을 부가하는 것도 가능하며, 게이트 부위의 재질을 공지의 단열 재질로 하는 것도 실시 가능하다.

본 발명에서 중간금형의 온도는 사출시 원료 수지의 흐름성을 좋게 하지만 가교 및 발포는 이루어지지 않는 일정 온도 범위로 유지되어야 하는데, 바람직한 실시예에서, 제조 공정 동안 열가소성 수지를 공급하는 수지공급부의 스크류 온도는 40 ~ 150 ℃로 유지하고, 중간금형의 온도는 온도제어수단을 통해 60 ~ 120 ℃로 유지하며, 상부금형 및 하부금형의 온도가 140 ~ 200 ℃인 조건에서 2 ~ 20 분간 각 성형공간(캐비티) 내에 주입된 수지의 가교가 이루어지도록 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 제1중간금형과 제2중간금형의 경우 사출 작업 후 원료 수지인 열가소성 수지가 달라붙지 않도록 하기 위하여 표면에 유광 도금 코팅이나 테플론 코팅 처리를 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 제1중간금형 또는 제2중간금형의 런너 부분에는 사출액의 양, 즉 주입되는 수지의 양을 조절할 수 있는 양 조절수단이 설치될 수 있다.

상기한 양 조절수단은 게이트 및 캐비티로 이어지는 수지 통로인 런너의 바닥면에 나사 체결되는 양 조절볼트를 설치함으로써 구현될 수 있는데, 도 7은 양 조절볼트(315)의 설치상태를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)을 분리한 뒤, 양 조절볼트(315)를 돌려줄 경우 런너(307) 내에서 양 조절볼트(315)의 돌출 높이가 조절될 수 있으며, 양 조절볼트(315)의 돌출 높이에 따라 런너 부분의 통로 면적이 축소되거나 증가될 수 있다.

이와 같이 제1 및 제2중간금형을 해체한 상태에서 양 조절볼트(315)를 회전조작해줄 경우 수지가 공급되는 런너(307)의 통로 면적을 조절할 수 있고, 결국 런너를 통해 공급되는 수지의 양을 조절하는 것이 가능해진다.

아울러, 본 발명의 사출 발포 성형 장치에서 상부금형(100), 제1 및 제2중간금형(301,302), 하부금형(200)의 각 금형은 온도 편차를 줄이고 무게를 가볍게 하기 위해 열전도성이 우수하고 경량의 재질인 알루미늄 합금으로 제작되는 것이 바람직하다.

다만, 하부금형(200)에서 컬러테(202)의 경우 우수한 내구성이 요구되므로 알루미늄에 비해 강도가 우수한 스틸 등의 금속 재질로 제작될 수 있다.

상기 하부금형(200)에는 성형 완료된 최종의 제품에서 미드솔과 아웃솔 간의 월색 현상이 나타나는 것을 방지하기 위하여 캐비티(201) 내에 아웃솔 수지 영역의 외곽 라인을 따라 컬러테(202)가 돌출 형성될 수 있다.

여기서, 월색은 사출 및 발포 후 상부금형(100)과 하부금형(200)을 결합한 상태로 가압하여 상부금형 내 미드솔과 하부금형 내 아웃솔을 접합하는 공정에서 양측 간의 수지 침범으로 인해 나타날 수 있으며, 제품 외관상 미드솔과 아웃솔 양측의 색상이 정해진 경계를 따르지 않으면서 명확히 구분되지 않는 상태를 의미한다.

상기 컬러테(202)는 이러한 월색을 방지하고 제품 외관상 미드솔과 아웃솔 수지 영역, 그리고 양측의 색상을 명확히 분리시키기 위한 수단으로서, 하부금형(200)의 캐비티(201)에서 아웃솔 수지 영역과 그 외곽 영역의 경계를 따라 형성된다.

또한 이러한 컬러테(202)는 그 자체가 캐비티(201) 내 아웃솔 성형공간을 형성 및 구획하는 부분이고, 내부에 수지가 주입되어 아웃솔의 성형 및 발포가 이루어지는 부분으로, 성형 공정 중 아웃솔 수지 영역을 확정해주는 부분이며, 최종 제품에서 아웃솔 부분이 미드솔 부분과 명확히 구분되도록 해주는 부분이 된다.

상기한 컬러테(202)는 두께나 형상 등을 감안할 때 내구성이 우수해야 하므로, 본 발명에서 전체 금형을 알루미늄 합금으로 제작할 때 상기 컬러테 부위만을 스틸과 같은 금속재질로 제작하여 설치하거나, 상부금형(100)과 중간금형(300)은 알루미늄 합금으로 제작하되 컬러테(202)가 있는 하부금형(200)은 스틸 재질로 제작하여 내구성을 강화한다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치의 구성에 대해 상세히 설명하였는바, 다음의 설명에서는 상기한 사출 발포 성형 장치를 이용하여 발포 제품을 성형 및 제조하는 과정에 대해 상술하기로 한다.

먼저, 성형 전에 금형의 내부를 세척하여 이물질을 제거하고, 이형제를 도포한다.

이어 사출 발포 성형 장치를 작동시켜 금형을 결합하는데, 일체로 조립된 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)을 상부금형(100)과 하부금형(200) 사이에 위치시킨 뒤, 상부금형(100)을 하강시켜 제1중간금형(301)에 결합하고, 하부금형(200)을 상승시켜 제2중간금형(302)에 결합한다.

이어 수지공급부(400)의 상, 하 노즐(410,420)을 금형의 상부주입구(303)와 하부주입구(304)에 연결한 뒤, 상부주입구(303)와 하부주입구(304)를 통해 각각 미드솔(2)과 아웃솔(3)의 원료 수지인 열가소성 수지를 주입하여 사출한다.

이때, 원료 수지인 열가소성 수지로는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 올레핀계 수지, 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 인게이지(Engage), 타프마(Tafmer) 등을 사용할 수 있고, 이들 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물 소재에 가교제, 발포제 및 기타 첨가제를 배합한 액상 화합물의 원료 수지를 조성하여 사용할 수 있다.

또한 열가소성 수지로서, 사출 및 발포 후 국제표준 경도계인 Asker-C 타입의 경도계를 이용하여 측정한 경도가 70C ~ 20C가 되고, 비중은 0.30 g/㎤ ~ 0.10 g/㎤가 되는 것을 사용할 수 있다.

또한 상부주입구(303)를 통해서는 미드솔(2)의 원료 수지로 부드러운 열가소성 수지를 주입하고, 하부주입구(304)를 통해서는 아웃솔(3)의 원료 수지로 내구성이 높은 열가성 수지를 주입한다.

또한 제1중간금형(301)과 제2중간금형(302)의 경우 양 조절볼트(315)를 미리 조작하여(금형 분리후 조작함) 런너(307) 부분을 통해 공급되는 수지의 양을 설정해둔 상태로 이용한다.

또한 수지를 공급하는 수지공급부(400)의 스크류 온도를 40 ~ 150 ℃로 하여 사출하고, 온도제어수단의 작동을 통해 중간금형(300)의 온도를 설정된 온도 범위, 예컨대 60 ~ 120 ℃의 온도 범위로 유지한다.

이후 상부금형(100)과 하부금형(200)을 제1 및 제2중간금형(301,302)으로부터 열어 분리한 뒤 제1 및 제2중간금형(301,302)을 외부로 이동시키고, 이어 미드솔 부분이 들어 있는 상부금형(100)과 아웃솔 부분이 들어 있는 하부금형(200)을 서로 결합하여 닫아준다.

이와 같이 상부금형(100)과 하부금형(200)의 결합상태에서 가압이 이루어지면 미드솔과 아웃솔 부분이 서로 일체화되어 결합되며, 이때 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 온도를 140 ~ 200 ℃인 조건에서 유지하여 금형 가압상태로 2 ~ 20 분간 수지의 가교가 이루어지도록 한다.

이후 상부금형(100)과 하부금형(200)을 다시 분리하여 열어주면 제품의 발포가 이루어지고, 이어 발포된 제품을 취출하게 된다.

이로써 미드솔과 아웃솔을 별도의 접착 공정 없이 일체로 성형한 하이브리드 솔을 제조할 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 제조 과정에서는 중간금형을 이용하여 다양한 색상 및 경도, 비중을 가지는 발포 제품을 별도의 접착 공정 없이 제조할 수 있게 된다.

또한 다양한 색상 및 경도, 비중을 갖는 발포 제품을 제조함에 있어서, 제조 공정의 간소화, 제조 시간의 단축, 장치 비용 및 인건비 등 제조 비용의 절감, 원가 절감, 생산성 향상, 월색 문제 개선 등을 도모할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 사출 발포 성형 장치 및 방법에 의하면, 상기한 하이브리드 솔뿐만 아니라, 적어도 2개 이상의 발포체로 이루어진 다양한 발포 제품을 제조할 수 있다.

예컨대, 전체가 발포 재질로 이루어진 신발을 동일한 과정과 방법으로 성형 제조할 수 있으며, 상부금형 및 중간금형, 하부금형에서 신발의 상측 부분과 하측 부분을 각각 구분하여 사출 성형한 뒤, 상부금형과 하부금형을 결합하여 상측 부분과 하측 부분을 접합 및 발포함으로써 제조할 수 있다.

다만, 이 경우 등록특허 제10-0856897호(2008.8.29.)에 개시되어 있는 것과 같은 무빙코어를 상부금형에 추가로 설치하여 사용할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사출 발포 성형 장치의 금형 구성을 도시한 사시도로서, 전술한 실시예의 4단 구성과 달리 2단 구성을 가지는 금형 어셈블리가 도시되어 있다.

도시된 실시예에서는 중간금형 없이 상부금형(100)과 하부금형(200)의 조합으로 이루어진 금형 어셈블리에서 콜드 런너를 구현하기 위한 별도의 콜드 런너 블록(700)이 적용되고 있다.

도 9는 상부금형(100)과 하부금형(200)의 합형상태에서 콜드 런너 블록(700)의 결합상태를 나타내는 정면도이고, 도 10과 도 11은 도 9에서 선 'B-B' 및 'C-C'를 따라 취한 단면도이다.

전술한 실시예의 4단 금형 구성에서는 원료 수지를 달리하여 미드솔과 아웃솔을 각각 별도 성형하고 접합한 뒤 발포시키는 제조 공정이 이루어지며, 이를 통해 2가지 이상의 다양한 색상 및 경도, 비중을 가지는 제품을 제조할 수 있다.

반면, 도 8 내지 도 11의 실시예에서는 동일한 원료 수지를 사용하여 전체가 동일한 재질 및 색상을 갖는 신발솔(1a)을 제조할 수 있으며, 상부금형(100)과 하부금형(200)이 닫힌 상태에서 원료 수지를 주입하고, 이후 상부금형(100)과 하부금형(200)에서 일정 가교 시간 동안의 가압이 이루어지도록 한 뒤, 상부금형(100)과 하부금형(200)을 분리하여 순간적인 금형 열림과 동시에 수지의 발포가 이루어지도록 한다.

이하, 도 1 내지 도 7의 실시예를 제1실시예라 하고, 도 8 내지 도 11의 실시예는 제2실시예라 칭하여 구분하기로 한다.

제2실시예의 사출 발포 성형 장치는 중간금형 없이 상부금형(100) 및 하부금형(200)만으로 제품을 성형할 수 있는 금형 구성을 가지며, 이 상부금형(100)과 하부금형(200)은 열가소성 수지를 원료로 하여 신발솔(1a)을 사출 및 발포 성형하기 위한 통상의 금형이 될 수 있다.

상기 상부금형(100)과 하부금형(200)은 제품 성형공간을 형성하게 되는 캐비티(102,201)를 가지며, 각각 미도시된 구동장치에 의해 상하 이동되어 제품 성형이 이루어질 수 있게 서로 결합되거나 분리되는바, 양측 금형이 서로 결합된 상태(합형상태, 금형 닫힘상태)에서는 양측의 캐비티(102,201)가 형성하는 성형공간이 밀폐된 상태가 된다.

또한 콜드 런너 기술이 적용된 중간금형을 채용하는 제1실시예와 달리, 제2실시예의 사출 발포 성형 장치는 상부금형(100) 및 하부금형(200)과 선택적으로 결합 및 분리되도록 설치되는 별도의 콜드 런너 블록(700)을 채용한 금형 구성을 가진다.

도 8 내지 도 11에 예시된 바와 같이, 상기 콜드 런너 블록(700)은 직육면체의 형상을 가지도록 제작되고, 상부금형(100)과 하부금형(200)에는 합형시에 콜드 런너 블록(700)이 삽입될 수 있는 홈부(103,203)가 형성된다.

도 12는 상부금형(100)과 하부금형(200)에 형성된 캐비티(102,201) 및 홈부(103,203)를 나타내기 위한 사시도로, (a)는 상부금형(100)을, (b)는 하부금형(200)을 예시한 것이다.

상기 홈부(103,203)는 콜드 런너 블록(700)의 외형에 상응하는 형상으로 형성되며, 콜드 런너 블록(700)이 홈부(103,203) 안쪽에 위치하도록 설치되는바, 상부금형(100)과 하부금형(200)의 합형시에는 콜드 런너 블록(700)이 홈부(103,203) 내측에 삽입된 상태가 되면서 콜드 런너 블록(700) 또한 상부금형(100) 및 하부금형(200)과 결합된다.

이렇게 결합된 상태에서 콜드 런너 블록(700)은 상부금형(100)과 하부금형(200) 사이에서 두 금형의 홈부(103,203) 내측에 완전히 삽입된 상태가 되며, 이 상태에서 수지공급부(400)가 콜드 런너 블록(700)에 연결된 뒤 원료 수지를 주입하게 된다.

도 13은 하부금형(200)에 콜드 런너 블록(700)을 결합한 상태로 도시한 사시도로서, 실제 상부금형과 하부금형이 분리되고 나면 콜드 런너 블록이 후술하는 탄성지지수단에 의해 상승하여 상부금형과도 분리된 상태를 유지하게 되지만, 도면에는 하부금형이 상부금형(도 13에는 미도시)과 합형상태임을 가정하여 콜드 런너 블록(700)이 하부금형(200)의 홈부(203)에 결합된 상태로 도시함을 밝혀둔다.

상기 콜드 런너 블록(700)의 구성을 살펴보면, 일측에는 수지공급부의 노즐이 연결되는 수지주입구(701)가 형성되고, 내부에는 상기 수지주입구(701)를 통해 주입된 수지의 통로가 되는 런너부(도 16에서 도면부호 702임) 및 게이트부(도 16에서 도면부호 703임)가 설치된다.

또한 콜드 런너 블록(700)의 런너부 및 게이트부는 하부금형(200)의 게이트부(도 16에서 도면부호 204임)와 함께 핀 포인트 게이트 구조의 수지 주입 통로를 구성하게 되는 부분으로, 상부금형(100)과 하부금형(200)이 닫히어 콜드 런너 블록(700)의 결합이 이루어지고 나면, 콜드 런너 블록의 런너부 및 게이트부가 하부금형(200)의 게이트부와 연결된 상태가 되면서 캐비티 내에 수지를 주입하는 하나의 연결통로가 만들어지게 된다.

이에 수지공급부가 콜드 런너 블록(700)에 결합되면, 수지공급부(400)의 노즐을 통해 공급되는 원료 수지가 콜드 런너 블록의 수지주입구(701), 런너부(702) 및 게이트부(703), 하부금형(200)의 게이트부(204)를 통해 성형공간 내부로 최종 주입될 수 있게 된다.

도 14는 콜드 런너 블록을 예시한 도면으로서, (a)는 콜드 런너 블록(700)의 상면을, (b)는 콜드 런너 블록(700)의 하면을 나타내기 위한 사시도이다.

상기한 콜드 런너 블록(700)은 상부금형(100)과 하부금형(200)의 개폐상태에 따라 각 금형과의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어지도록 탄성지지수단(도 16에서 도면부호 710임)에 의해 지지되는데, 이를 위해 콜드 런너 블록(700)의 하면에는 탄성지지수단의 지지핀(도 16에서 도면부호 711임)이 삽입될 수 있는 홈(714)이 형성된다.

도 15의 (a)는 상부금형(100)과 하부금형(200), 콜드 런너 블록(700)이 분리된 상태를 나타내는 사시도이고, (b)는 각 금형과 콜드 런너 블록이 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.

또한 도 16의 (a) 및 (b)는 각 금형(100,200)과 콜드 런너 블록(700)이 분리된 상태를 나타내는 측면도 및 정면도이고, 도 17은 각 금형과 콜드 런너 블록이 결합된 상태에서 수지가 주입된 상태를 나타내는 도면이다.

상기 탄성지지수단(710)은 상부금형(100)과 하부금형(200)이 서로 분리될 경우 하부금형의 홈부(203) 내측에 위치하고 있던 콜드 런너 블록(700)을 탄력적으로 상방 돌출 작동시켜 하부금형과 분리시키는 구성부로, 하부금형(200)의 홈부(203) 내측으로 고정 설치되는 지지핀(711)과, 상기 지지핀(711)에 설치되는 탄성부재(713)를 포함하여 구성된다.

상기 지지핀(711)은 하부금형(200)의 홈부(203)에 형성된 고정홀(206)에 고정되는데, 하부금형(200)의 홈부(203)를 상하 관통하도록 상기 고정홀(206)에 삽입되어 나사 체결됨으로써 하부금형에 고정된다.

상기 탄성부재(713)는 하부금형(200)과 콜드 런너 블록(700) 사이에 설치되어 콜드 런너 블록을 상승시키기 위한 탄성복원력을 제공하도록 설치되며, 예시된 바와 같이 지지핀(711)상에 설치되는 코일 스프링이 될 수 있다.

상기 하부금형(200)의 지지핀(711)은 콜드 런너 블록(700)의 하면에 형성된 홈(714)에 삽입되어 결합되며, 상부금형(100)이 상승하여 금형이 열리게 될 때 콜드 런너 블록(700)과 하부금형(200) 사이에서 상기 코일 스프링(713)은 콜드 런너 블록에 탄성복원력을 작용시키게 된다.

이러한 구성에 의해, 수지의 사출을 위해 상부금형(100)과 하부금형(200)이 결합될 때, 상부금형(100)이 콜드 런너 블록(700)의 상면을 눌러주게 되면서 콜드 런너 블록이 하강하게 되고, 이때 지지핀(711)이 콜드 런너 블록의 홈(714)에 삽입된 상태에서 콜드 런너 블록이 코일 스프링(713)을 압축하게 된다.

또한 콜드 런너 블록(700)이 하강하여 하부금형(200)의 홈부(203) 내측에 안착되고, 동시에 상부금형(100)의 홈부(103) 내측으로도 안착되면서, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같은 상태, 즉 콜드 런너 블록(700)이 상부금형(100)과 하부금형(200) 사이 및 홈부(103,203) 내측으로 완전히 삽입되어 결합된 상태가 된다.

반면, 발포 및 제품 취출을 위해 상부금형(100)과 하부금형(200)이 열리게 될 때, 상부금형과 하부금형이 각각 상방 및 하방으로 이동되면서 콜드 런너 블록(700)은 압축되어 있던 코일 스프링(713)의 탄성복원력에 의해 하부금형(200)으로부터 상방으로 상대 이동을 하게 되고, 결국 금형이 완전히 열린 상태에서는 콜드 런너 블록이 각 홈부(103,203)로부터 돌출된 상태 및 상부금형(100) 및 하부금형(200)과 분리된 상태가 된다.

아울러, 콜드 런너 블록(700)의 하면에는 금형과의 안정적인 결합, 분리 동작을 위해 콜드 런너 블록의 상하 이동을 안내하기 위한 가이드핀(715)이 하방으로 돌출 형성되고, 하부금형(200)의 대응 위치에는 상기 가이드핀(715)이 삽입된 상태로 안내될 수 있는 핀홀(205)이 형성된다.

이로써 콜드 런너 블록(700)의 상하 이동시에 콜드 런너 블록의 가이드핀(715)이 하부금형(200)의 핀홀(205)에 삽입된 상태로 안내되면서 콜드 런너 블록의 안정적인 상하 이동이 이루어질 수 있게 된다.

한편, 제2실시예에서 콜드 런너 블록(700)은, 제1실시예의 중간금형과 마찬가지로, 상부금형(100)과 하부금형(200)의 캐비티(102,201) 내로 수지가 주입되는 런너 부분의 온도를 상대적으로 저온으로 유지하는 역할을 한다.

이에 콜드 런너 블록 내 런너 및 게이트 부분에 존재하는 원료 수지의 조기 가교와 발포를 방지할 수 있고, 결국 런너 및 게이트 손실을 줄일 수 있게 된다.

상기 콜드 런너 블록에서 런너 및 게이트 부분의 온도를 저온 상태로 유지할 경우 런너 및 게이트 손실을 줄일 수 있는 작용 및 이유, 원리는 실시예 1의 중간금형에서 비교할 때 차이가 없다.

다만, 제2실시예에서는 중간금형을 두지 않는 대신 별도의 콜드 런너 블록을 적용하는 차이가 있다.

이러한 제2실시예에서도 콜드 런너 블록(700)의 온도를 상부금형(100) 및 하부금형(200)에 비해 상대적으로 낮은 온도로 제어해주기 위해서는, 단순히 상부금형 및 하부금형으로부터 전달되는 열을 차단하는 수동적인 온도제어수단, 또는 콜드 런너 블록의 온도를 일정 온도 범위 내로 자체 조절해줄 수 있는 능동적인 온도제어수단이 적용될 수 있다.

먼저, 수동적인 온도제어수단의 하나로, 금형 닫힘상태에서 상부금형(100) 및 하부금형(200)과 콜드 런너 블록(700)이 결합된 상태(금형의 홈부 내측으로 삽입된 상태)라 하더라도 두 금형의 표면과 블록의 표면 사이에 열 차단을 위한 간극을 만들어줄 수 있는 구조를 적용할 수 있다.

이를 위해, 콜드 런너 블록(700)의 상면과 하면에 이격용 돌기(716)를 형성하여 온도제어수단을 구성할 수 있으며, 금형의 결합상태에서 상기 이격용 돌기(716)는 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 홈부(103,203) 내측면에 접촉된 상태에서 콜드 런너 블록의 상, 하면과 홈부 내측면 간을 이격시키게 된다.

상기와 같이 콜드 런너 블록(700)의 표면과 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 표면이 이격되도록 할 경우, 고온으로 제어되는 상부금형 및 하부금형으로부터 저온 유지가 필요한 콜드 런너 블록으로의 열 전달을 줄일 수 있고, 런너부(702) 및 게이트부(703)가 설치된 콜드 런너 블록(700)의 온도를 금형에 비해 상대적으로 낮게 제어할 수 있다.

그 밖에 상기 이격용 돌기(716) 대신, 콜드 런너 블록(700)의 외측면 또는 각 금형의 홈부(103,203) 내측면에 단열판을 설치하는 것도 가능하며, 이격용 돌기와 단열판을 함께 적용하는 것도 실시 가능하다

또는 제1실시예의 중간금형에서와 같이 냉각수 유로 및 배관, 히터 및 배선, 온도센서를 콜드 런너 블록(700)에 설치하여 컨트롤러에 의해 블록의 온도가 설정 온도 범위 이내로 제어될 수 있도록 한 온도제어수단을 적용하는 것도 가능하며, 이를 단독으로 적용하거나, 또는 상기 이격용 돌기, 단열판과 병행하여 적용하는 것이 모두 가능하다.

도면에서 도면부호 104는 차단핀을 나타내며, 이는 수지 주입이 완료된 상태에서 수지가 콜드 런너 블록(700)의 런너부(702)에서 역류하여 수지주입구(701)를 통해 외부로 유출되지 않도록 수지의 역류를 차단하기 위한 구성부이며, 통상의 성형 장치에서와 마찬가지로 수지공급부가 분리되고 나면 미도시된 가압장치가 작동하여 차단핀(104)을 눌러주도록 되어 있다.

이때, 차단핀(104)은 하강하여 콜드 런너 블록(700)의 런너부(702) 통로를 차단하게 된다.

이하, 제2실시예의 사출 발포 성형 장치에 의해 발포 제품이 성형되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금형 내부 세척 및 이형제 도포 후, 상부금형(100)을 하강시키고, 하부금형(200)을 상승시켜, 양측의 금형과 콜드 런너 블록(700)이 결합되도록 한다.

이어 미도시된 수지공급부의 노즐을 콜드 런너 블록(700)의 수지주입구(701)에 연결한 뒤, 원료 수지를 수지주입구를 통해 주입하여 성형공간 내에 수지가 충전되도록 한다.

여기서, 원료 수지로는 제1실시예의 설명에서 예시한 열가소성 수지가 사용될 수 있고, 온도 조건 및 가교 시간 역시 동일 조건으로 설정하는 것이 가능하다.

즉, 열가소성 수지를 공급하는 수지공급부의 스크류 온도를 40 ~ 150 ℃로 유지하고, 냉각수 및 히터를 이용하여 콜드 런너 블록(700)의 온도를 60 ~ 120 ℃로 유지하며, 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 온도를 140 ~ 200 ℃으로 유지하여 2 ~ 20 분간 수지의 가교가 이루어지도록 할 수 있다.

이후 상부금형(100)과 하부금형(200)을 분리하여 금형의 순간적인 열림과 동시에 제품의 발포가 이루어지도록 하고, 공정을 모두 완료하면 금형으로부터 제품을 취출하게 된다.

상부금형(100)과 하부금형(200)이 분리된 상태에서는 도 16에 나타낸 바와 같이 스프링의 탄성복원력에 의해 콜드 런너 블록(700)이 상승하여 상부금형(100) 및 하부금형(200) 모두와 분리된 상태가 된다.

이와 같이 하여, 본 발명은 공정 동안 사출 성형과 더불어 제품의 발포가 이루어지는 성형 장치에서 콜드 런너 기술을 적용한 점에 신규하고 진보된 특징이 있으며, 이러한 본 발명의 구성에 의해 런너 및 게이트 손실 저감과 원가 절감을 달성할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 하이브리드 솔 1a : 신발솔
2 : 미드솔 3 : 아웃솔
100 : 상부금형 101 : 게이트
102 : 캐비티 103 : 홈부
104 : 차단핀 200 : 하부금형
201 : 캐비티 202 : 컬러테
203 : 홈부 204 : 게이트부
205 : 핀홀 206 : 고정홀
300 : 중간금형 301 : 제1중간금형
302 : 제2중간금형 303 : 상부주입구
304 : 하부주입구 305 : 돌기
306 : 런너 307 : 런너
308 : 게이트 311, 312 : 캐비티
313 : 냉각수 유로 314 : 삽입공
315 : 양 조절볼트 400 : 수지공급부
410, 420 : 노즐 430 : 축부
500 : 구동장치 510, 520 : 피스톤 로드
600 : 구동장치 610 : 이송부
700 : 콜드 런너 블록 701 : 수지주입구
702 : 런너부 703 : 게이트부
710 : 탄성지지수단 711 : 지지핀
713 : 탄성부재(코일 스프링) 714 : 홈
715 : 가이드핀 716 : 이격용 돌기

Claims

재료나 색상, 물성을 달리하는 상부 발포체와 하부 발포체가 일체로 이루어진 발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 장치에 있어서,
상부 발포체를 사출 성형하기 위한 캐비티를 포함하는 상부금형;
하부 발포체를 사출 성형하기 위한 캐비티를 포함하는 하부금형;
상부금형과 하부금형에 결합된 상태에서 상부금형 및 하부금형의 캐비티와 함께 상부 발포체 및 하부 발포체의 사출 성형을 위한 각 밀폐된 성형공간을 형성하게 되는 캐비티를 포함하는 중간금형;
중간금형과의 결합 및 분리, 상부금형과 하부금형 상호 간의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어지도록 상부금형 및 하부금형을 각각 이동시키는 구동장치;
중간금형을 상부금형 및 하부금형과 결합할 수 있는 공간과, 상기 공간의 외부로 선택적으로 이동시키는 구동장치; 및
상부금형과 중간금형, 하부금형이 결합된 상태에서 상부 발포체와 하부 발포체의 사출 성형을 위한 원료 수지를 공급하는 수지공급부;
를 포함하고, 상기 중간금형에는 런너 및 게이트 부분의 온도를 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 설정 온도 범위로 제어하기 위한 온도제어수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중간금형은 상부금형과 결합된 상태에서 상부 발포체의 성형공간을 형성하게 되는 제1중간금형과, 하부금형과 결합된 상태에서 하부 발포체의 성형공간을 형성하게 되는 제2중간금형이 상하 적층 배치되도록 조립되어 구성되고, 온도제어수단이 제1중간금형과 제2중간금형 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 온도제어수단은
중간금형의 온도를 설정 온도 범위로 자동 제어할 수 있도록
상기 중간금형에서 냉각수가 통과하도록 형성된 냉각수 유로;
상기 증간금형에 설치된 히터;
상기 중간금형의 온도를 센싱하는 온도센서; 및
상기 온도센서의 센싱값에 따라 냉각수 공급과 히터 작동 제어를 수행하는 컨트롤러;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 2에 있어서,
수지공급부에 의해 상부 발포체의 수지가 주입되는 주입구가 상부금형과 제1중간금형의 경계부에 형성되고,
상기 주입구로부터 연결된 런너가 상부금형과 제1중간금형의 결합면에 형성되며,
상기 런너에 연결된 게이트가 상부금형의 내부 또는 제1중간금형의 내부를 관통하여 상부 발포체의 성형공간으로 연결되는 터널 게이트(tunnel gate) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 2에 있어서,
수지공급부에 의해 하부 발포체의 수지가 주입되는 주입구가 제1중간금형과 제2중간금형의 경계부에 형성되고,
상기 주입구로부터 연결된 런너가 제1중간금형과 제2중간금형의 결합면에 형성되며,
상기 런너에 연결된 게이트가 제2중간금형을 관통하여 하부 발포체의 성형공간으로 연결되는 핀 포인트 게이트(pin point gate) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
성형공간으로 수지가 주입되는 통로인 런너 부분에 통로 면적을 조절하여 주입되는 수지의 양을 조절하기 위한 양 조절수단이 구비되고, 상기 양 조절수단은 런너 내에 나사 체결되어 회전조작시 돌출 높이가 조절되면서 통로 면적을 변경하는 양 조절볼트인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하부금형에는 하부 발포체 수지 영역의 외곽 라인을 따라 색 분리를 위한 컬러테가 돌출 형성되어, 상부금형과 하부금형의 결합상태로 상부 발포체의 수지와 하부 발포체의 수지를 가압, 접합하는 공정에서, 상기 컬러테 내부에 주입된 수지와 컬러테 외부의 수지 간 침범 및 그로 인한 월색을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 상부금형, 중간금형은 알루미늄 합금 재질을 이루어지고, 상기 컬러테와 하부금형은 스틸 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 발포체가 신발의 미드솔이고, 상기 하부 발포체가 신발의 아웃솔이며, 상기 발포 제품이 재료, 색상, 또는 물성을 달리하는 미드솔과 아웃솔이 일체로 이루어진 신발솔인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
재료나 색상, 물성을 달리하는 상부 발포체와 하부 발포체가 일체로 이루어진 발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 방법에 있어서,
구동장치에 의해 이동되는 상부금형과 중간금형, 하부금형을 결합하는 단계;
상부금형과 중간금형이 형성하는 상부 발포체의 성형공간과, 중간금형과 하부금형이 형성하는 하부 발포체의 성형공간에 수지공급부가 공급하는 원료 수지를 주입하여 상부 발포체와 하부 발포체의 형상을 성형하는 단계;
상부금형과 하부금형을 중간금형으로부터 분리한 뒤, 상부금형과 하부금형을 서로 결합하여 가압함으로써 상부금형 내 상부 발포체의 수지와 하부금형 내 하부 발포체의 수지를 가교 및 일체로 접합하는 단계; 및
상부금형과 하부금형을 분리하여 금형 열림과 동시에 상부 발포체의 수지와 하부 발포체의 수지가 발포되도록 하는 단계;
를 포함하고, 상기 중간금형에서 수지가 주입되는 런너 및 게이트 부분의 온도를 온도제어수단을 이용하여 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 설정 온도 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 중간금형은 상부금형과 결합된 상태에서 상부 발포체의 성형공간을 형성하게 되는 제1중간금형과, 하부금형과 결합된 상태에서 하부 발포체의 성형공간을 형성하게 되는 제2중간금형이 상하 적층 배치되도록 조립되어 구성되고, 온도제어수단이 제1중간금형과 제2중간금형 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 수지공급부의 스크류 온도를 40 ~ 150 ℃로 유지하고, 중간금형의 온도를 온도제어수단을 통해 60 ~ 120 ℃로 유지하며, 상기 수지는 상부금형 및 하부금형의 온도가 140 ~ 200 ℃인 조건에서 2 ~ 20 분간 가교하게 되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도제어수단은
중간금형의 온도를 설정 온도 범위로 자동 제어할 수 있도록
상기 중간금형에서 냉각수가 통과하도록 형성된 냉각수 유로;
상기 증간금형에 설치된 히터;
상기 중간금형의 온도를 센싱하는 온도센서; 및
상기 온도센서의 센싱값에 따라 냉각수 공급과 히터 작동 제어를 수행하는 컨트롤러;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
상기 각 성형공간으로 수지가 주입되는 통로인 런너 부분에 통로 면적을 조절함으로써 주입되는 수지의 양을 조절하는 양 조절수단을 구비하고, 상기 양 조절수단은 런너 내에 나사 체결되어 회전조작시 돌출 높이가 조절되면서 통로 면적을 변경하는 양 조절볼트이며, 중간금형의 결합 전에 상기 양 조절수단을 미리 조작하여 수지가 주입되는 양을 설정해두는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 원료 수지는 올레핀계 수지, 에틸렌-비닐 아세테이트, 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 인게이지(Engage), 및 타프마(Tafmer)로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 원료 수지는 사출 및 발포 후 국제표준 경도계인 Asker-C 타입의 경도계를 이용하여 측정한 경도가 70C ~ 20C가 되고 비중은 0.30 g/㎤ ~ 0.10 g/㎤가 되는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 상부 발포체가 신발의 미드솔이고, 상기 하부 발포체가 신발의 아웃솔이며, 상기 발포 제품이 재료, 색상, 또는 물성을 달리하는 미드솔과 아웃솔이 일체로 이루어진 신발솔인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 장치에 있어서,
발포 제품을 사출 성형하기 위한 성형공간을 형성하게 되는 캐비티를 각각 포함하는 상부금형 및 하부금형;
상기 상부금형과 하부금형이 결합된 상태에서 상부금형과 하부금형의 홈부 내측으로 삽입 및 결합되고, 결합상태에서 상부금형의 캐비티와 하부금형의 캐비티에 의해 형성된 상기 성형공간 내부로 원료 수지가 주입되도록 하는 수지주입구, 런너부 및 게이트부를 가지는 콜드 런너 블록; 및
상부금형과 하부금형의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어질 수 있도록 상부금형과 하부금형을 이동시키는 구동장치;
를 포함하고, 상기 콜드 런너 블록은 런너부 및 게이트부의 온도를 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 설정 온도 범위로 제어하기 위한 온도제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 콜드 런너 블록은 상부금형과 하부금형의 개폐상태에 따라 각 금형과의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어지도록 하부금형의 홈부 내측에 탄성지지수단을 매개로 하여 결합 및 지지되고,
상부금형과 하부금형 간의 분리시에 상기 탄성지지수단에 의해 콜드 런너 블록이 탄력적으로 상방 돌출 작동되어 하부금형으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 탄성지지수단은
하부금형의 홈부 내측에 고정 설치되어 콜드 런너 블럭의 하면에 형성된 홈에 삽입되는 지지핀; 및
상기 하부금형과 콜드 런너 블록 사이에 설치되어 콜드 런너 블록을 상승시키기 위한 탄성복원력을 제공하는 탄성부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 콜드 런너 블록의 하면에 가이드핀이 하방으로 돌출 형성되고, 상기 하부금형의 가이드 핀 대응 위치에는 가이드핀이 삽입된 상태로 상하 안내될 수 있는 핀홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 온도제어수단은
상기 콜드 런너 블록의 온도를 상부금형 및 하부금형에 비해 낮은 온도로 유지하기 위한 수단으로서
콜드 런너 블록의 상면과 하면에 상부금형과 하부금형의 홈부 내측면에 접촉되는 이격용 돌기를 돌출 형성하여 구성되고,
상부금형 및 하부금형과 결합된 상태에서 상기 이격용 돌기는 콜드 런너 블록의 상면 및 하면을 상부금형 및 하부금형의 홈부 내측면과 이격되도록 하여 열 차단을 위한 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 온도제어수단은
상기 콜드 런너 블록의 온도를 상부금형 및 하부금형에 비해 낮은 온도로 유지하기 위한 수단으로서
콜드 런너 블록의 외측면 또는 상부금형 및 하부금형의 홈부 내측면에 단열판을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 온도제어수단은
콜드 런너 블록의 온도를 설정 온도 범위로 자동 제어할 수 있도록
상기 콜드 런너 블록에서 냉각수가 통과하도록 형성된 냉각수 유로;
상기 콜드 런너 블록에 설치된 히터;
상기 콜드 런너 블록의 온도를 센싱하는 온도센서; 및
상기 온도센서의 센싱값에 따라 냉각수 공급과 히터 작동 제어를 수행하는 컨트롤러;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 발포 제품이 신발솔인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 장치.
발포 제품을 성형하기 위한 사출 발포 성형 방법에 있어서,
구동장치에 의해 이동되는 상부금형과 하부금형을 결합하여 상부금형과 하부금형의 홈부 내측으로 콜드 런너 블록이 삽입 및 결합되도록 하는 단계;
수지공급부에 의해 공급되는 원료 수지를 콜드 런너 블록의 수지 주입구 및 이에 연결된 런너부와 게이트부를 통해 상기 상부금형과 하부금형이 형성하는 발포 제품의 성형공간으로 주입하여 발포 제품의 형상을 성형하는 단계; 및
설정 시간 동안의 수지 가교 후 상부금형과 하부금형을 분리하여 금형 열림과 동시에 발포 제품의 수지가 발포되도록 하는 단계;
를 포함하고, 상기 콜드 런너 블록에서 온도제어수단에 의해 수지가 주입되는 런너부와 게이트부의 온도를 수지의 가교 및 발포 온도에 비해 낮은 온도 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 콜드 런너 블록은 상부금형과 하부금형의 개폐상태에 따라 각 금형과의 결합 및 분리가 선택적으로 이루어지도록 하부금형의 홈부 내측에 탄성지지수단을 매개로 하여 결합 및 지지되고,
상부금형과 하부금형 간의 분리시에 상기 탄성지지수단이 콜드 런너 블록을 탄력적으로 상방 돌출 작동시켜 하부금형으로부터 분리시키는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 온도제어수단은
상기 콜드 런너 블록의 온도를 상부금형 및 하부금형에 비해 낮은 온도로 유지하기 위한 수단으로서
콜드 런너 블록의 상면과 하면에 상부금형과 하부금형의 홈부 내측면에 접촉되는 이격용 돌기를 돌출 형성하여 구성되고,
상부금형 및 하부금형과 결합된 상태에서 상기 이격용 돌기는 콜드 런너 블록의 상면 및 하면을 상부금형 및 하부금형의 홈부 내측면과 이격되도록 하여 열 차단을 위한 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 온도제어수단은
상기 콜드 런너 블록의 온도를 상부금형 및 하부금형에 비해 낮은 온도로 유지하기 위한 수단으로서
콜드 런너 블록의 외측면 또는 상부금형 및 하부금형의 홈부 내측면에 단열판을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 온도제어수단은
콜드 런너 블록의 온도를 설정 온도 범위로 자동 제어할 수 있도록
상기 콜드 런너 블록에서 냉각수가 통과하도록 형성된 냉각수 유로;
상기 콜드 런너 블록에 설치된 히터;
상기 콜드 런너 블록의 온도를 센싱하는 온도센서; 및
상기 온도센서의 센싱값에 따라 냉각수 공급 및 히터 작동 제어를 수행하는 컨트롤러;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
수지공급부의 스크류 온도를 40 ~ 150 ℃로 유지하고, 콜드 런너 블록의 온도를 온도제어수단을 통해 60 ~ 120 ℃로 유지하며, 상부금형 및 하부금형의 온도가 140 ~ 200 ℃인 조건에서 2 ~ 20 분간 성형공간 내에 주입된 수지의 가교가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 원료 수지는 올레핀계 수지, 에틸렌-비닐 아세테이트, 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 인게이지(Engage), 및 타프마(Tafmer)로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 원료 수지는 사출 및 발포 후 국제표준 경도계인 Asker-C 타입의 경도계를 이용하여 측정한 경도가 70C ~ 20C가 되고 비중은 0.30 g/㎤ ~ 0.10 g/㎤가 되는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.
청구항 26에 있어서,
상기 발포 제품이 신발솔인 것을 특징으로 하는 사출 발포 성형 방법.