KR20190095626A

KR20190095626A - 멀티형 발포수지 성형장치

Info

Publication number: KR20190095626A
Application number: KR1020180013896A
Authority: KR
Inventors: 이경철
Original assignee: 주식회사 베프; 이경철
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-08-16

Abstract

한번의 성형으로 두께가 같거나 다른 둘 이상의 발포수지 제품을 동시에 성형 가능한 멀티형 발포수지 성형장치가 개시된다. 본 발명에 따른 멀티형 발포수지 성형장치는, 서로간 거리를 두고 대향 배치되며 오목 성형부와 볼록 성형부 중 하나의 성형부가 형성된 한 쌍의 엔드 금형, 한 쌍의 엔드 금형 사이에 위치하고 오목 성형부가 대칭적으로 형성된 둘 이상의 제1 가동 금형, 한 쌍의 엔드 금형 사이에 제1 가동 금형과 교번적인 배열을 이루도록 위치하고 오목 성형부에 대응하는 볼록 성형부가 대칭적으로 형성된 하나 이상의 제2 가동 금형, 서로 다른 높이에서 이웃하는 두 금형의 양 측면부를 서로 연결하도록 구비되는 복수 쌍의 이형로드 및 이웃하는 두 금형 사이의 이형거리 제한 및 조절을 위해 각각의 이형로드 한 쪽 끝에 나사 체결되는 스토퍼를 포함하며, 제품 성형 시 이웃하는 두 금형의 오목 성형부와 볼록 성형부가 서로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티를 복수로 형성하도록 구성된 것을 요지로 한다.

Description

멀티형 발포수지 성형장치{Multi type Expanded Polypropylene molding device}

본 발명은 발포수지 성형장치에 관한 것으로, 특히 발포성 수지 알갱이를 공기와 함께 금형으로 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 발포수지 제품을 성형함에 있어 한번의 성형으로 두께가 같거나 다른 여러 장의 발포수지 제품을 동시에 성형할 수 있는 멀티형 발포수지 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로 발포수지는 형상의 가공이 용이하면서 중량이 가볍고, 충격을 흡수할 수 있으며, 단열 성능이 높아서 완충재, 건축자재, 포장재, 보온재, 산업용품, 충격 방진재 등으로 주로 사용된다. 이와 같은 발포수지는 성형공간을 갖는 금형의 내부로 주입되어 목적하는 형태의 성형체로 제작된다.

발포수지로는 폴리스틸렌(Polystyrene)계 수지로서 EPS(Expanded Polystyrene)나 폴리프로필렌(Polypropyrene)계 수지로서 EPP가 주로 사용된다. 상기 EPS 나 EPP는 범용 플라스틱인 PS 나 PP를 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적 성질을 이용해 작은 알갱이 형태로 발포시킨 구형 입자를 말한다.

도 1은 종래 발포수지 성형장치의 개략 구성도로서, 고정금형(1)과 가동금형(2)으로 구성된 금형부와, 상기 고정금형(1)과 가동금형(2)에 의한 캐비티(cavity, 3)에 발포수지를 공급하는 원료충진장치(4)를 포함한다. 각 금형(1, 2)의 내부에는 상기 캐비티(3)에 증기가 공급될 수 있도록 증기실이 형성되며, 각각의 증기실에는 냉각수 파이프(6)가 배관된다.

이와 같은 구성의 발포수지 성형장치를 이용해 발포수지 성형체를 성형함에 있어서는 먼저, 두 금형이 미세한 갭을 두고 합형된 상태가 되도록 가동금형(2)을 고정금형(1) 측으로 이동시키고, 상기 원료충진장치(4)를 이용하여 발포수지로 이루어진 원료를 두 금형의 합형에 의해 형성되는 캐비티(3)로 주입한다.

다음, 증기 도입부(부호 생략)를 통해 증기를 각 금형 내 상기 증기실로 유입시키는 동시에, 각 금형의 성형부에 다수로 형성되는 증기 홀(steam hole, 5)을 통해 증기를 상기 캐비티(3)로 강제 유입시키면, 고온의 증기에 의해 원료가 가열되고 발포되며 서로 열 융착됨으로써 캐비티에 대응되는 모양의 성형체가 형성되는 것이다.

이후, 냉각수 파이프(6)를 통해 각 금형의 성형부 배면을 향해 냉각수를 분사함으로써 금형(1, 2)과 성형공간(3) 내에서 성형된 발포수지 성형체를 냉각시키고, 냉각 후에는 고정금형(1)으로부터 가동금형(2)을 분리하여 개방하고 이젝터유닛(미도시)을 이용해서 성형된 발포수지 성형체를 금형으로부터 분리시키는 것으로 성형이 완료된다.

그러나 전술한 종래 발포수지 성형장치는 한 벌의 금형에서 한번의 성형공정을 통해 하나의 제품밖에 성형하지 못하는 단점이 있다. 부연하면, 원료 주입, 가열, 냉각, 이젝팅(ejecting) 등 여러 단계를 거쳐야 하기 때문에 한번의 성형에 많은 시간이 소요되지만, 소요되는 시간에 비해 획득되는 결과물(완성품)의 수량이 현저히 떨어지는 효율성 문제가 지적되고 있다.

이에 생산성을 증대시키기 위한 방안으로 도 2와 같은 형태의 발포수지 성형장치가 제안되기도 했다. 이는 금형(1')의 높이(세로)방향으로 성형부를 깊게 형성하여 작업공간에서 금형이 차지하는 면적을 최소화하면서도 한번의 성형으로 여러 장의 패널형 발포수지 성형체를 성형할 수 있도록 한 것이다(일명 '상하빼기' 성형이라 함).

그러나 도 2의 발포수지 성형장치는, 발포를 위해 증기(steam)을 투과시키는 과정에서 금형(1')의 오목한 성형부(3')를 구획하는 양측벽면에서 흘러나온 증기가 성형원료 내부에서 서로 충돌하는 문제가 있으며, 이로 인해 안쪽에 위치하는 성형원료 사이의 공기층이 증기로 제대로 치환되지 못해 전반적인 성형 품질이 떨어지는 단점이 있다.

즉 도 1의 성형장치에 비해 한번의 성형으로 여러 장의 패널형 발포수지 성형체를 성형 가능하다는 생산성 측면에서의 장점은 있으나, 발포성형에 있어 가장 중요한 요소인 증기의 원활한 유동성이 확보되지 못해 성형된 제품의 표층부과 내면부의 발포상태가 서로 다르게 형성되는 등 전반적으로 성형상태가 균일하지 못한 단점이 있다.

또한, 한번의 성형으로 여러 장의 패널형 발포수지 성형체를 성형하더라도 같은 금형에서 성형되는 제품의 두께는 항상 같을 수 밖에 없어 수요자의 제품 두께 변경 요구에 즉각적인 대응이 불가능한 단점이 있다. 즉 금형을 바꾸지 않는 이상 같은 금형에서 다른 두께의 제품을 생산하는 것 자체가 불가능하므로 수요자의 요구를 충족시키지 못하는 문제가 있다.

한국공개특허 제2013-0105074호 (공개일자 2013. 09. 25)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 한번의 공정에서 둘 이상 여러 장의 발포수지 제품을 동시에 성형할 수 있는 멀티형 발포수지 성형장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 두께가 서로 다른 발포수지 제품을 한번의 성형으로 동시에 제작 가능하며, 금형을 바꾸지 않고도 같은 금형에서 다른 두께의 제품 성형이 가능한 멀티형 발포수지 성형장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 한번에 여러 장의 제품 성형이 가능하면서도 제품의 품질 균일도를 만족시킬 수 있는 멀티형 발포수지 성형장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

한번의 성형으로 두께가 같거나 다른 둘 이상의 발포수지 제품을 동시에 성형하는 장치로서,

서로간 거리를 두고 대향 배치되며, 오목 성형부와 볼록 성형부 중 하나의 성형부가 형성된 한 쌍의 엔드 금형;

상기 한 쌍의 엔드 금형 사이에 위치하고, 오목 성형부가 대칭적으로 형성된 둘 이상의 제1 가동 금형;

상기 한 쌍의 엔드 금형 사이에 제1 가동 금형과 교번적인 배열을 이루도록 위치하고, 상기 오목 성형부에 대응하는 볼록 성형부가 대칭적으로 형성된 하나 이상의 제2 가동 금형;

서로 다른 높이에서 이웃하는 두 금형의 양 측면부를 서로 연결하도록 구비되는 복수 쌍의 이형로드; 및

이웃하는 두 금형 사이의 이형거리 제한 및 조절을 위해 각각의 이형로드 한 쪽 끝에 나사 체결되는 스토퍼;를 포함하며,

상기 한 쌍의 엔드 금형 및 제1, 제2 가동 금형이 동일선상에 위치하고, 제품 성형 시 이웃하는 두 금형의 오목 성형부와 볼록 성형부가 서로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티를 복수로 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 한 쌍의 엔드 금형 중 하나는 유압 실린더가 연결된 가동측 엔드 금형이고 다른 하나는 고정측 엔드 금형이며, 상기 유압 실린더의 작동으로 가동측 엔드 금형이 고정측 엔드 금형 방향으로 수평 이동하면, 가동측 엔드 금형에서 가까운 가동 금형부터 고정측 엔드 금형 방향으로 밀려나면서 이웃하는 두 금형의 상기 오목 성형부와 볼록 성형부가 순차적으로 맞물려 복수의 캐비티를 형성하고, 가동측 엔드 금형이 고정측 엔드 금형으로부터 멀어지는 방향으로 수평 이동하면, 이웃하는 두 금형 사이를 연결하는 상기 이형로드와 스토퍼에 의해 가동측 엔드 금형에서 가까운 가동 금형부터 순차적으로 이형될 수 있다.

이때, 상기 볼록 성형부의 돌출 길이를 제한된 범위 내에서 자유롭게 조절할 수 있도록 구성됨으로써, 합형 시 캐비티 각각의 부피 조절이 가능하며, 이를 통해 캐비티에서 발포 성형되는 성형품, 즉 발포수지 제품의 두께를 조절할 수 있다.

바람직하게, 한 쌍의 엔드 금형 중 볼록 성형부를 형성한 엔드 금형과 제2 가동 금형은, 복수의 스팀 포트와 하나 이상의 원료 주입구가 형성되고, 일측 또는 양측이 개구된 중공 구조의 바디부와, 일부가 상기 바디부에 삽입되고, 상기 바디부와의 사이에 구비되는 안내수단을 통해 바디부에 대한 돌출 길이를 조절할 수 있도록 구비되는 볼록 성형부 및 상기 개구 주변의 바디부 테두리에 설치되고, 돌출 길이가 조절된 상기 볼록 성형부를 바디부에 대해 구속하거나 그 구속을 해제하는 클램프를 포함하는 구성일 수 있다.

이때 상기 안내수단은, 바디부 측에 구비되는 복수의 안내레일과, 상기 안내레일에 대응하여 볼록 성형부 외면부에 형성되는 복수의 안내홈으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 클램프에는 볼록 성형부와 마주하는 면에 규칙적인 피치로 쐐기 모양의 요철이 연속해서 형성되고, 클램프의 요철과 마주하는 볼록 성형부의 면에 상기 요철에 대응되는 요철이 형성됨으로써, 클램프의 요철과 볼록 성형부의 요철이 서로 맞물려 길이 조절된 상태로 고정되도록 볼록 성형부를 구속시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 고정측 엔드 금형 및 서로 이웃하는 두 금형 중에서 고정측 엔드 금형에 상대적으로 가깝게 위치하는 금형에 이형로드의 일측이 고정되고, 가동측 엔드 금형 및 서로 이웃하는 두 금형 중에서 가동측 엔드 금형에 상대적으로 가깝게 위치하는 금형의 슬리브에 이형로드의 다른 일측이 이동 자유롭게 끼워지며, 슬리브 후방의 상기 이형로드의 가동단 측에 상기 스토퍼가 나사 체결될 수 있다.

또한 본 발명은, 베이스의 상면에 평행하게 한 쌍으로 구비되며, 금형의 하중을 지지하는 하부 레일과, 상기 제1, 제2 가동 금형과 한 쌍의 엔드 금형 중 가동측 엔드 금형의 하면부에 각각 한 쌍으로 설치되며, 상기 하부 레일을 따라 구름운동을 하는 보텀 롤러(Bottom Roller) 및 상기 제1, 제2 가동 금형과 한 쌍의 엔드 금형의 상부에 설치되고, 제1, 제2 가동 금형과 가동측 엔드 금형의 수평방향 직선운동을 상부에서 가이드하는 상부 레일을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 오목 성형부와 볼록 성형부의 마주하는 수직 성형면에 균등 간격으로 스팀 투과홀이 형성될 수 있다.

또한, 복수의 금형 중 상기 오목 성형부가 형성된 금형에 발포 성형된 제품의 이형 분리를 위한 이젝터가 구비될 수 있다.

이때, 상기 이젝터는 오목 성형부의 가장자리 측벽부에 한 쌍 이상이 대향 설치될 수 있으며, 이젝터의 이젝팅 동작을 구현을 위한 구동력을 제공하는 이젝터 실린더가 오목 성형부가 형성된 금형에 내입되는 구조로 마련될 수 있다.

본 발명은 또한, 복수의 캐비티에 성형원료를 충전하는 발포수지 충전수단, 상기 캐비티에 충전된 성형원료를 발포 융착시키기 위한 고온의 증기를 서로 이웃하는 두 금형에 교대로 공급하는 스팀공급수단 및 상기 캐비티에서 성형되는 발포수지 성형체를 냉각시키기 위해 각 금형에 설치되는 냉각수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 발포수지 성형장치에 의하면, 복수의 금형이 상호 연동 가능하며, 제품 성형 시 이웃하는 두 금형의 오목 성형부와 볼록 성형부가 서로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티를 복수로 형성하도록 구성된다. 따라서 한번의 성형 공정으로 둘 이상 여러 장의 발포수지 제품을 동시에 제작 가능하며, 때문에 제품의 생산성이 크게 증대될 수 있다.

또한, 복수의 제품이 한번의 성형으로 가능함에 따라 그 만큼 발포수지 성형체 제작에 소요되는 제반 비용을 절감할 수 있으며, 구조적으로 캐비티의 폭 조절이 가능한 구조이기 때문에, 금형 교체 없이도 같은 금형에서 두께가 다른 제품 성형이 가능하고 두께가 서로 다른 제품을 한번의 성형으로 동시에 제작할 수 있어 수요자의 두께 변경 요구에 신속한 대응이 가능하다.

또한, 제품 성형 공간인 캐비티를 사이에 두고 다른 스팀 경로를 형성한 두 금형이 서로 쌍을 이루도록 배치되는 구성에 의하여, 발포 성형과정을 위해 공급된 스팀이 캐비티를 투과하여 일측 금형에서 이웃하는 다른 금형으로 자연스럽게 유동 가능하므로 전반적으로 발포상태가 고른 양질의 제품을 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 발포수지 성형장치의 개략도.
도 2는 종래 다른 발포수지 성형장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 멀티형 발포수지 성형장치의 주요부 구성을 평면에서 본 개략도.
도 4는 도 3의 발포수지 성형장치를 측면에서 본 개략도.
도 5는 도 3의 발포수지 성형장치를 정면에서 본 개략도.
도 6은 본 발명의 작동 개념도로서 금형 형합 시 작동 개념을 도시한 도면.
도 7은 금형 형합 후 캐비티에 충전된 발포수지 원료 발포 성형을 위해 스팀이 공급되는 순서 및 과정을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 작동 개념도로서 금형 이형 시 작동 개념을 도시한 도면.
도 9는 볼록 성형부를 포함하는 금형을 분해 도시한 사시도.
도 10은 도 9의 클램프 측을 확대 도시한 도면.
도 11은 도 3의 'A'부를 확대 도시한 도면.
도 12는 볼록 성형부 측에서 바라본 오목 성형부의 가장자리 일부를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 발포수지 성형장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 개념도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 한다.

이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 멀티형 발포수지 성형장치의 주요부 구성을 평면에서 본 개략도이며, 도 4는 도 3의 발포수지 성형장치를 측면에서 본 개략도이다. 그리고 도 5는 도 3의 발포수지 성형장치를 정면에서 본 개략도이다. 그리고 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 멀티형 발포수지 성형장치의 작동 개념도이다.

도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 발포수지 성형장치는, 한번의 성형으로 두께가 같거나 다른 발포수지 제품을 동시에 여러 장 성형할 수 있는 장치로서, 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R)과, 엔드 금형(10L, 10R) 사이로 교번적으로 배치되고 각각에는 캐비티(C)를 형성시키는 오목 성형부(24)와 볼록 성형부(34)가 형성된 제1 가동 금형(20) 및 제2 가동 금형(30)을 포함한다.

한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R)은 동일평면 상에서 수평방향으로 소정의 거리를 두고 대향 배치된다. 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 각각에는 이웃하는 금형의 형상에 따라 오목 성형부(14L)와 볼록 성형부(14R) 중 하나의 성형부가 형성될 수 있다.

도면에는 한 쪽 엔드 금형(10L)에 볼록 성형부(14L)가 형성되고, 반대편 엔드 금형(10R)에 오목 성형부(14R)가 형성된 구성을 예시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

즉 가동 금형의 개수 및 이웃하는 금형의 성형부 형상에 따라 두 엔드 금형(10L, 10R) 모두에 볼록 성형부(14L)가 형성되거나, 반대로 두 엔드 금형(10L, 10R) 모두에 오목 성형부(14R)가 형성될 수도 있으며, 반대로 한 쪽 엔드 금형(10L)에 오목 성형부(14R)가 형성되고, 반대편 엔드 금형(10R)에 볼록 성형부(14L)가 형성될 수도 있다.

한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 중 하나는 유압 실린더(18)에 연결된 가동측 엔드 금형(10R)이고, 반대편의 다른 하나는 고정측 엔드 금형(10L)일 수 있다. 여기서 고정측 엔드 금형(10L)은 성형 작업 시 움직이지 않는 금형을 뜻하고, 가동측 엔드 금형(10R)은 성형 작업 시 상기 유압 실린더(18)의 작동에 따라 수평방향으로 직선운동 가능한 금형을 뜻하는 것으로 이해되어야 한다.

한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 사이에 상기 제1 가동 금형(20)이 위치한다. 제1 가동 금형(20)은 둘 이상 복수로 구비될 수 있으며, 각각에는 오목 성형부(24)가 대칭적으로 형성될 수 있다.

도 3 및 이후 설명될 도 12를 참조하면, 제1 가동 금형(20) 각각은 평면에서 봤을 때 단면 모양이 'I'자 형태의 중공 구조로써 내부에 스팀 챔버(26)가 형성되고, 내부의 스팀 챔버(26)와 통하는 복수의 스팀 포트(28)가 상면부와 하면부에 복수 형성된 구성일 수 있다.

한 쌍의 오목 성형부(24)의 수직 성형면(240, 볼록 성형부와 대향되는 성형면)에는 균등 간격으로 스팀 투과홀(242)이 형성된다. 스팀 투과홀(242)은 상기 스팀 포트(28)를 통해 스팀 챔버(26)에 공급된 고온의 스팀이 오목 성형부(24)와 볼록 성형부(34)에 의해 구획되는 제품 성형 공간인 캐비티(C, Cavity) 에 채워진 발포수지 원료에 공급되도록 기능한다.

제품 성형 시 상기 스팀 투과홀(242)을 통해 캐비티(C)에 채워진 발포수지 원료에 스팀이 공급되면, 발포수지 원료 사이의 공기가 스팀으로 치환되고 표면이 스팀 열에 의해 용융되는 동시에 내부의 발포제가 팽창하게 되고, 이에 따라 원료 입자들 사이에 잔존하는 공기가 제거되고 입자간 표면이 열 융착되어 서로 단단한 결합을 이룸으로써 제품의 형상을 갖추게 된다.

성형과정에서 스팀은 이웃하는 두 금형에 교대로 공급된다(도 7 참조). 예를 들어, 제1 가동 금형(20)에 스팀이 공급되면 제2 가동 금형(30)은 스팀 배출 측이 되며, 이 경우 제1 가동 금형(20)에 공급된 스팀은 이들 사이의 캐비티(C)를 통과한 후 반대편 제2 가동 금형(30)의 스팀 챔버(36)를 거쳐 밖으로 배출된다.

반대로, 제2 가동 금형(30)에 스팀이 공급되면 제1 가동 금형(20)이 스팀 배출 측이 되며, 이 경우 제2 가동 금형(30)에 공급된 스팀은 이들 사이에 형성되는 캐비티(C)를 통과하면서 발포수지 원료에 열을 가한 후 반대편 제1 가동 금형(20)의 스팀 챔버(26) 및 스팀 포트(28)을 거쳐 제1 가동 금형(20)의 밖으로 배출된다.

제2 가동 금형(30) 역시 전술한 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 사이에 위치한다. 구체적으로는, 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 사이에서 상기 제1 가동 금형(20)과 번갈아 위치하는 배열(교번적 배열)을 이루도록 하나 이상 설치된다. 제2 가동 금형(30)에는 상기 오목 성형부(24)에 대응하는 볼록 성형부(34)가 제2 가동 금형(30)의 중심을 기준으로 좌우 대칭을 이루도록 형성된다.

도면에는 제1 가동 금형(20)과 제2 가동 금형(30) 두 개씩이 엔드 금형(10L, 10R) 사이에 번갈아 배치된 구성을 예를 들어 도시하였으나 예시된 개수와 배열에 국한되는 것은 아니다. 즉 엔드 금형(10L, 10R) 사이로 적어도 둘 이상의 제1 가동 금형(20)과 제1 가동 금형(20)과 교번적으로 배열되는 적어도 하나 이상의 제2 가동 금형(30)을 포함하기만 하면 된다.

한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R)과 이들 사이로 교번 배열되는 제1 가동 금형(20)과 제2 가동 금형(30)은, 동일평면 위에 수평방향으로 동일선상에 위치하도록 배열되며, 이와 같은 구성에 의해 제품 성형 시 이웃하는 두 금형의 오목 성형부(14R, 24)와 볼록 성형부(14L, 34)가 서로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티(C)가 둘 이상 복수로 형성될 수 있다(도 6 참조).

이로 인해, 제품 성형 시 한번의 성형 공정으로 둘 이상 여러 장의 발포수지 제품을 동시에 제작 가능하며, 이 때문에 제품의 생산성이 대폭 향상될 수 있다. 또한 한번의 성형으로 복수의 제품이 생산됨으로써 그 만큼 발포수지 성형체 제작에 소요되는 제반 비용과 시간이 크게 줄고, 인력소모 또한 크게 줄게 된다.

본 발명의 실시 예에 적용된 상기 제2 가동 금형(30)에 대해서는 이후 도 9를 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 하고, 금형 간 연동구조와 이동 메커니즘부터 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 발포수지 성형장치는 금형들 사이를 서로 연동 가능하게 연결하는 복수의 이형로드(40a~40e)와 스토퍼(50)를 포함한다. 이형로드(40a~40e)는 서로 다른 높이에서 이웃하는 두 금형의 양 측면부를 서로 연결하도록 복수 쌍으로 구비되며, 스토퍼(50)는 이형로드(40a~40e)의 한 쪽 끝에 나사 체결되어 이웃하는 두 금형 사이의 이형거리를 조절하고 제한하는 역할을 한다.

이형로드(40a~40e) 각각은 고정측 엔드 금형(10L)이나 서로 이웃하는 두 금형 중에서 고정측 엔드 금형(10L)에 상대적으로 가깝게 위치하는 금형에 일측이 고정된다. 그리고 반대편의 다른 일측은 가동측 엔드 금형(10R)이나 서로 이웃하는 두 금형 중에서 가동측 엔드 금형(10R)에 상대적으로 가깝게 위치하는 금형의 슬리브(S)에 이동 자유롭게 끼워진다.

그리고 상기 슬리브(S) 후방의 이형로드(40a~40e)의 가동단 측에 상기 스토퍼(50)가 나사 체결된다(도 4의 요부 확대도 참조).

이와 같은 구성에 따라, 장치 구동 시 유압 실린더(18)의 작동으로 도 6과 같이 가동측 엔드 금형(10R)이 고정측 엔드 금형(10L) 방향으로 수평 이동하면, 가동측 엔드 금형(10R)에서 가까운 가동 금형부터 고정측 엔드 금형(10L) 방향으로 밀려나면서 이웃하는 두 금형의 상기 오목 성형부(14R, 24)와 볼록 성형부(14L, 34)가 순차적으로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티(C)가 복수로 형성된다.

반대로, 도 8과 같이 유압 실린더(18)가 반대로 작동하여 가동측 엔드 금형(10R)이 고정측 엔드 금형(10L)으로부터 멀어지는 방향으로 수평 이동하면, 이웃하는 두 금형 사이를 연결하는 이형로드(40a~40e)와 스토퍼(50)에 의해 가동측 엔드 금형(10R)에서 가까운 가동 금형부터 순차적으로 이형(두 금형이 이격되는 것)되고, 이를 통해 성형된 제품(P)을 금형으로부터 분리시킬 수 있다.

이형 시 이웃하는 금형 사이의 이격 거리는 상기 스토퍼(50)를 통해 조절할 수 있다. 스토퍼(50)가 이웃하는 두 금형 사이를 연결하는 이형로드(40a~40e)의 한 쪽 끝에 나사 결합된 구조이기에 가능하다. 즉 슬리브(S)에 대해 이형로드(40a~40e)를 당기는 방향으로 스토퍼(50)를 회전시키면 두 금형 사이의 최대 이형거리가 증대되고, 반대로 회전시키면 상기 최대 이형거리가 줄게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 중 하나와 제1, 제2 가동 금형(20, 30)은 베이스의 상면에 평행하게 한 쌍으로 구비되는 하부 레일(60)을 따라 동일선상에서 수평방향으로 이동될 수 있다.

하부 레일(60)은 금형의 하중을 지지하는 동시에 복수의 금형이 직선 운동할 수 있는 경로를 제공하며, 하부 레일(60)을 따라 직선 운동을 하는 금형들에는 보텀 롤러(Bottom Roller, 62)가 각각 구비된다.

보텀 롤러(62)는 구체적으로, 제1, 제2 가동 금형(20, 30)과 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 중 가동측 엔드 금형(10R)의 하면부에 각각 한 쌍 또는 그 이상의 쌍으로 설치되어 하부 레일(60)을 따라 구름운동을 함으로써 상기 해당 금형의 안정적인 직선 운동을 가이드하며, 금형을 사이에 두고 상기 하부 레일(60)의 대향부 타측, 즉 금형의 상부에는 상부 레일(70)이 설치된다.

상부 레일(70)은 제1, 제2 가동 금형(20, 30)과 가동측 엔드 금형(10R)의 수평방향 직선운동이 안정적으로 구현되도록 상부에서 가이드하는 역할을 한다. 상부 레일(70)은 이들 금형이 직선운동을 하는 방향으로 길게 뻗은 구성일 수 있고, 각각의 금형 상면에는 상부 레일(70)의 표면 일부 또는 전부를 감싸도록 결합되는 미끄럼 베어링(B)이 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 발포수지 성형장치는, 전술한 볼록 성형부(34)의 돌출 길이를 제한된 범위 내에서 자유롭게 조절할 수 있도록 구성된다. 이에 따라 이웃하는 금형 간 합형 시 대응되는 볼록 성형부(34)와 오목 성형부(24)에 의해 구획되는 캐비티(C) 각각의 부피, 좀 더 구체적으로는 제품의 두께를 결정하는 캐비티(C)의 폭을 조절할 수 있다.

볼록 성형부(34)의 돌출 길이를 조절과 관련된 구성에 대해서는 이하 도 9를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 9는 볼록 성형부를 포함하는 금형을 분해 도시한 사시도로서, 제2 가동 금형을 예시한 도면이며, 도 10은 도 9의 클램프 측을 확대 도시한 도면이다.

볼록 성형부(34)에 대한 구성을 살펴보기에 앞서, 후술하는 볼록 성형부(34)의 돌출 길이 조절 메커니즘은 도 9에 예시된 제2 가동 금형(30)에만 국한되는 것은 아님을 분명히 밝혀둔다. 도면에 구체적으로 예시하지는 않았으나, 전체적인 금형의 배열을 달리하면 엔드 금형(10L, 10R)에도 볼록 성형부(34)가 형성될 수 있으며 이 경우 동일한 메커니즘이 적용될 수 있기 때문이다.

도 9를 참조하면, 제2 가동 금형(30)은 양측이 개구된 중공 구조의 바디부(32, 엔드 금형일 경우 한쪽만 개구됨)와 볼록 성형부(34)를 포함한다. 바디부(32)에는 복수의 스팀 포트(38)가 형성될 수 있으며, 볼록 성형부(34)는 그 일부가 상기 바디부(32)에 삽입되어 중첩되는 구조로 바디부(32)에 결합될 수 있다.

중공 구조의 바디부(32)와 볼록 성형부(34)에 의해 제2 가동 금형(30) 내부에는 상기 스팀 포트(38)와 통하는 스팀 챔버(36)가 구획되며, 오목 성형부(24)와 마주하는 볼록 성형부(34)의 수직 성형면(340)에도 균등 간격으로 스팀 투과홀(342)이 형성됨으로써, 상기 스팀 포트(38)를 통해 스팀 챔버(36)에 공급된 고온의 스팀은 스팀 투과홀(342)을 거쳐 캐비티(C)에 공급될 수 있다.

볼록 성형부(34)는 상기 바디부(32)와의 사이에 구비되는 안내수단(33)을 통해 바디부(32)에 대한 돌출 길이를 제한된 범위 내에서 자유롭게 조절할 수 있도록 구성된다. 이때 안내수단(33)은 바디부(32) 측에 설치되는 복수의 안내레일(330)과, 상기 안내레일(330)에 대응하여 볼록 성형부(34) 외면부에 형성되는 복수의 안내홈(332)을 포함하는 구성일 수 있다.

물론, 안내수단(33)은 도면의 예시와 같은 구성, 즉 안내레일(330)과 안내홈(332)으로 이루어진 구성에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, 2단 이상 다단으로 신축 가능한 안테나 타입 슬라이딩 레일을 비롯하여 바디부(32)에 대한 볼록 성형부(34)의 위치 가변 동작을 안정적으로 가이드할 수 있는 공지된 모든 형태의 안내수단(33)을 포함할 수 있다.

개구 주변의 바디부(32) 테두리에는 클램프(35)가 설치된다. 클램프(35)는 위치 조절된 볼록 성형부(34)를 그 조절된 위치에 구속시켜 주는 역할을 한다. 즉 바디부(32)에 대해 돌출 길이가 조절된 상기 볼록 성형부(34)를 상기 바디부(32)에 구속시켜 더 이상 움직이지 않도록 고정하거나, 반대로 그 구속을 해제하여 돌출 길이(L)를 조절할 수 있게 한다.

클램프(35)에는 도 10의 예시와 같이, 볼록 성형부(34)와 마주하는 면에 규칙적인 피치로 쐐기 모양의 요철(355)이 연속해서 형성될 수 있다. 또한 클램프(35)의 상기 요철(355)과 마주하는 볼록 성형부(34)의 면에도 상기 요철(355)에 대응되는 형상으로 요철(345)이 형성될 수 있다. 이 경우 두 요철(345, 355)이 서로 맞물려 볼록 성형부(34)의 움직임을 억제하는 강한 구속력이 발생될 수 있다.

도 11은 도 3의 'A'부를 확대 도시한 도면이며, 도 12는 볼록 성형부 측에서 바라본 오목 성형부의 가장자리 일부를 도시한 도면이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 전술한 복수의 금형 중 오목 성형부(24)가 형성된 금형, 예를 들어 제1 가동 금형(20)에는 이젝터(22)가 설치될 수 있다. 이젝터(22)는 캐비티(C) 내에서 발포 성형을 통해 생산된 제품(P)을 해당 금형으로부터 이형시키기 위한 것으로, 상기 오목 성형부(24)의 가장자리 측벽부에 한 쌍 이상이 대향되는 배치를 이루도록 설치될 수 있다.

이젝터(22)의 이젝팅 동작은 이젝터 실린더(23) 및 중간에 힘전달 링키지 구조(부호 생략)에 구현될 수 있다. 이젝터 실린더(23)는 양방향 유압/공압 실린더구조로서 오목 성형부(24)가 형성된 금형에 내입되고 이젝터(22)의 이젝팅 동작을 위한 구동력을 발생시켜 상기 링키지 구조를 통해 이젝터(22)에 전달하며, 링키지 구조는 도면에 예시한 바와 같은 크랭크 구조일 수 있으나 이에 국한되는 것은 아니다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 발포수지 성형장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명은 복수의 캐비티(C)에 성형원료를 충전하는 발포수지 충전수단(80)과, 상기 캐비티(C)에 충전된 성형원료를 발포 융착시키기 위한 고온의 증기를 서로 이웃하는 두 금형에 교대로 공급하는 스팀공급수단(90), 그리고 상기 캐비티(C)에서 성형되는 발포수지 성형체를 냉각시키기 위해 각 금형에 설치되는 냉각수단(100)을 더 포함한다.

발포수지 충전수단(80)은 오목 성형부(14R, 24)을 향하도록 발포수지 투입경로를 형성하는 발포수지 충전관(82)과, 발포수지 충전관(82)에 발포수지를 공급하는 발포수지 충전기(84)를 포함한다. 또한 발포수지충전기를 통해 이웃하는 두 금형의 합형에 의한 캐비티(C)에 공급되는 발포수지 원료를 저장한 원료저장용기(85)를 포함한다.

발포 성형용 스팀은 상기 스팀공급수단(90)을 통해 각 금형 내부의 스팀 챔버에 제공되고, 스팀 투과홀(242, 342)을 통해 캐비티(C)에 공급된다. 이때 캐비티(C)에 유입되는 스팀은 발포수지 원료가 되는 입자들 사이의 공기를 캐비티(C) 외부로 밀어내면서 입자들 사이로 유입되어 발포수지 입자에 열을 가하며, 이로 인해 발포수지 입자들이 발포 융착된다.

스팀공급수단(90)은 도면의 예시와 같이 금형 외부의 증기발생기(96), 예컨대 대형 보일러와, 상기 증기발생기(96)로부터 각 금형 내부에 형성되는 상기 스팀 챔버로 증기가 유동될 수 있도록 경로를 형성하는 증기배관(95)을 포함하며, 각각의 증기배관(95)에는 스팀공급을 허용/차단하는 전자제어식 밸브(98)가 설치된다.

냉각수단(100)의 주된 기능은 증기를 이용한 발포 성형 후 발포체 내에 잔류하는 열과 발포제에 의한 변형을 금형 냉각을 통해 방지하는 것이다. 냉각수단(100)은 구체적으로, 발포 성형 후 더 이상의 변형이 일어나지 않도록 냉각매체를 금형에 분사하여 금형의 온도를 낮추고 캐비티(C) 내부의 압력을 낮추는 역할을 한다.

냉각수단(100)은 바람직하게, 각 금형 스팀 챔버에 설치되며 각 금형의 성형부를 향하여 소정 온도의 냉각수를 분사하는 냉각수 분사관(102)과, 냉각수 분사관(102)에 냉각수 공급관(104)을 통해 냉각수 공급 가능하게 연결되는 금형 외부의 쿨러(106)를 포함하며, 냉각수 공급관(104) 각각에는 냉각수 공급을 허용 또는 차단하는 전자식 개폐밸브(108)가 설치될 수 있다.

이상에서 살펴 본 본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 금형이 상호 연동 가능하며, 제품 성형 시 이웃하는 두 금형의 오목 성형부와 볼록 성형부가 서로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티를 복수로 형성하도록 구성된다. 따라서 한번의 성형 공정으로 둘 이상 여러 장의 발포수지 제품을 동시에 제작 가능하며, 때문에 제품의 생산성이 크게 증대될 수 있다.

이상 본 발명을 설명함에 있어서는 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10L : 고정측 엔드 금형 10R : 가동측 엔드 금형
18 : 유압 실린더 20 : 제1 가동 금형
22 : 이젝터 24 : 이젝터 실린더
14R, 24 : 오목 성형부 26. 36 : 스팀 챔버
28 , 38 : 스팀 포트 30 : 제2 가동 금형
32 : 바디부 33 : 안내수단
35 : 클램프 40a~40d : 이형로드
50 : 스토퍼 60 : 하부 레일
62 : 보터 롤러 70 : 상부 레일
80 : 발포수지 공급수단 90 : 스팀공급수단
100 : 냉각수단 240, 340 : 수직 성형면
242, 342 : 스팀 투과홀 330 : 안내레일
332 : 안내홈 B : 미끄럼 베어링
C : 캐비티 S : 슬리브

Claims

한번의 성형으로 두께가 같거나 다른 둘 이상의 발포수지 제품을 동시에 성형하는 장치로서,
서로간 거리를 두고 대향 배치되며, 오목 성형부(14R)와 볼록 성형부(14L) 중 하나의 성형부가 형성된 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R);
상기 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 사이에 위치하고, 오목 성형부(24)가 대칭적으로 형성된 둘 이상의 제1 가동 금형(20);
상기 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 사이에 제1 가동 금형(20)과 교번적인 배열을 이루도록 위치하고, 상기 오목 성형부(24)에 대응하는 볼록 성형부(34)가 대칭적으로 형성된 하나 이상의 제2 가동 금형(30);
서로 다른 높이에서 이웃하는 두 금형의 양 측면부를 서로 연결하도록 구비되는 복수 쌍의 이형로드(40a~40e); 및
이웃하는 두 금형 사이의 이형거리 제한 및 조절을 위해 각각의 이형로드(40a~40e) 한 쪽 끝에 나사 체결되는 스토퍼(50);를 포함하며,
상기 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 및 제1, 제2 가동 금형(20, 30)이 동일선상에 위치하고, 제품 성형 시 이웃하는 두 금형의 오목 성형부(14R, 24)와 볼록 성형부(14L, 34)가 서로 맞물려 제품 성형 공간인 캐비티(C)를 복수로 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 중 하나는 유압 실린더(18)가 연결된 가동측 엔드 금형(10R)이고 다른 하나는 고정측 엔드 금형(10L)이며,
상기 유압 실린더(18)의 작동으로 가동측 엔드 금형(10R)이 고정측 엔드 금형(10L) 방향으로 수평 이동하면, 가동측 엔드 금형(10R)에서 가까운 가동 금형부터 고정측 엔드 금형(10L) 방향으로 밀려나면서 이웃하는 두 금형의 상기 오목 성형부(14R, 24)와 볼록 성형부(14L, 34)가 순차적으로 맞물려 복수의 캐비티(C)를 형성하고,
가동측 엔드 금형(10R)이 고정측 엔드 금형(10L)으로부터 멀어지는 방향으로 수평 이동하면, 이웃하는 두 금형 사이를 연결하는 상기 이형로드(40a~40e)와 스토퍼(50)에 의해 가동측 엔드 금형(10R)에서 가까운 가동 금형부터 순차적으로 이형되는 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 볼록 성형부(34)의 돌출 길이를 제한된 범위 내에서 자유롭게 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 가동 금형(30)은,
양측이 개구된 중공 구조의 바디부(32)와;
일부가 상기 바디부(32)에 삽입되어 중첩되는 구조로 결합되고, 상기 바디부(32)와의 사이에 구비되는 안내수단(33)을 통해 바디부(32)에 대한 돌출 길이를 조절할 수 있도록 구비되는 볼록 성형부(34); 및
상기 개구 주변의 바디부(32) 테두리에 설치되고, 돌출 길이가 조절된 상기 볼록 성형부(34)를 바디부(32)에 대해 구속하는 클램프(35);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 4 항에 있어서,
상기 안내수단(33)은,
바디부(32) 측에 구비되는 복수의 안내레일(330)과,
상기 안내레일(330)에 대응하여 볼록 성형부(34) 외면부에 형성되는 복수의 안내홈(332)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 4 항에 있어서,
상기 클램프(35)에는 볼록 성형부(34)와 마주하는 면에 규칙적인 피치로 쐐기 모양의 요철(355)이 연속해서 형성되고, 클램프(35)의 요철(355)과 마주하는 볼록 성형부(34)의 면에 상기 요철(355)에 대응되는 요철(345)이 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
고정측 엔드 금형(10L) 및 서로 이웃하는 두 금형 중에서 고정측 엔드 금형(10L)에 상대적으로 가깝게 위치하는 금형에 이형로드(40a~40e)의 일측이 고정되고,
가동측 엔드 금형(10R) 및 서로 이웃하는 두 금형 중에서 가동측 엔드 금형(10R)에 상대적으로 가깝게 위치하는 금형의 슬리브(S)에 이형로드(40a~40e)의 다른 일측이 이동 자유롭게 끼워지며,
상기 슬리브(S) 후방의 이형로드(40a~40e)의 가동단 측에 상기 스토퍼(50)가 나사 체결됨을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
베이스의 상면에 평행하게 한 쌍으로 구비되며, 금형의 하중을 지지하는 하부 레일(60);
상기 제1, 제2 가동 금형(20, 30)과 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R) 중 가동측 엔드 금형(10R)의 하면부에 각각 한 쌍으로 설치되며, 상기 하부 레일(60)을 따라 구름운동을 하는 보텀 롤러(Bottom Roller, 62); 및
상기 제1, 제2 가동 금형(20, 30)과 한 쌍의 엔드 금형(10L, 10R)의 상부에 설치되고, 제1, 제2 가동 금형(20, 30)과 가동측 엔드 금형(10R)의 수평방향 직선운동을 상부에서 가이드하는 상부 레일(70);을 더 포함하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 오목 성형부(24)와 볼록 성형부(34)의 마주하는 수직 성형면(240, 340)에 균등 간격으로 스팀 투과홀(242, 342)이 형성된 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
복수의 금형 중 상기 오목 성형부(24)가 형성된 금형에 발포 성형된 제품의 이형 분리를 위한 이젝터(22)가 구비됨을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 10 항에 있어서,
상기 이젝터(22)는 오목 성형부(24)의 가장자리 측벽부에 한 쌍 이상이 대향 설치되고, 이젝터(22)의 이젝팅 동작을 구현을 위한 구동력을 제공하는 이젝터 실린더(23)가 오목 성형부(24)가 형성된 금형에 내입되는 것을 특징으로 하는 멀티형 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
복수의 캐비티(C)에 성형원료를 충전하는 발포수지 충전수단(80);
상기 캐비티(C)에 충전된 성형원료를 발포 융착시키기 위한 고온의 증기를 서로 이웃하는 두 금형에 교대로 공급하는 스팀공급수단(90); 및
상기 캐비티(C)에서 성형되는 발포수지 성형체를 냉각시키기 위해 각 금형에 설치되는 냉각수단(100);을 더 포함하는 멀티형 발포수지 성형장치.