KR20190131636A - 립스틱 자동화 충진 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지그(15)의 몰드(16) 상에 립스틱을 자동으로 충진하는 시스템에 있어서: 상기 지그(15)를 설정된 경로로 연속하여 이송하는 컨베이어(10); 상기 경로 상에서 교반탱크(23)로 원료를 생성하는 교반수단(20); 상기 교반수단(20)에 연결되어 원료를 몰드(16)에 주입하는 충진수단(30); 상기 경로 상에서 몰드(16)의 온도를 유지하는 가온수단(40); 및 상기 교반수단(20), 충진수단(30), 가온수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 화장품 제조 현장에서 설정된 경로로 이송되는 지그의 몰드에 립스틱 원료를 연속적으로 주입함에 있어 양산 시스템을 기반으로 품질과 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

립스틱 자동화 충진 시스템 {System for automatically filling lipstick}

본 발명은 화장품의 립스틱 제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 화장품을 양산하는 현장에서 립스틱 원료를 안정적으로 주입하기 위한 립스틱 자동화 충진 시스템에 관한 것이다.

통상 립스틱을 제조하는 양산 현장에서 내용물 충진, 스틱 추출, 삽입에 이르는 일련의 공정은 상하의 충진몰드 결합, 벌크 용융교반기로부터 충진량 조절, 잔여 내용물 제거, 냉각판상의 성형, 상하 충진몰드 분리, 립스틱 케이스 고정용 지그 장착 및 내용물 삽입 등 일련의 수작업이 요구되기 때문에 많은 시간이 소요된다. 더구나, 립스틱은 소비자의 접근성이 매우 용이하며 소비자들의 구매성향이 빠르게 변화하기 때문에 라이프 사이클이 매우 짧아 양산의 생산성 향상이 매우 중요한 요소로 인식된다.

립스틱 제조의 자동화와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0172178호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1241270호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 성형구의 주입공에 내용물을 주입시키는 주입부와, 주입부에 의해서 주입공에 내용물이 주입완료되고 이송부에 의해서 이송완료된 성형구를 후방측 실린더 작동에 의한 밀대로 전방측으로 밀어 반출시키는 반출부; 성형구의 분리가 용이하게 이루어지도록 바닥면에 냉각코일을 배열하고 상부측에 히터를 설치한 열분리처리부; 등으로 구성된다.

그러나, 이는 비교적 중량물인 상부형판과 하부다이를 한 조로 구성하면서 인력 의존도가 높기 때문에 반복작업의 피로도가 증대하여 생산성 향상에 한계성을 드러내고 있다.

선행문헌 2에 의하면, 예열램프를 통한 예열 후 이동된 성형몰드에 립스틱 내용물을 주입하는 내용물 주입기; 턴테이블의 하부에 설치되어 내용물 주입기를 통한 립스틱 내용물 주입 후 이동된 성형몰드를 가열하는 후열램프; 턴테이블의 하부에 밀폐된 상태로 설치되어 후열 후 이동되는 성형몰드에 냉기를 분사하여 냉각하는 냉각수단 등을 포함한다.

그러나, 이는 턴테이블 방식이므로 공정 변화에 대응하는 유연성이 미흡하고 상부몰드와 하부몰드로 성형몰드를 구성하기 때문에 선행문헌 1처럼 높은 생산성을 기대하기 곤란하다.

한국 등록특허공보 제0172178호 "립스틱 자동성형기" (공개일자 : 1997.11.07.) 한국 등록특허공보 제1241270호 "립스틱 성형장치 및 그를 이용한 립스틱 성형방법" (공개일자 : 2013.01.23.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 화장품 양산 현장에서 설정된 경로로 이송되는 지그의 몰드에 립스틱 원료의 안정적이고 신속한 주입을 유도하여 품질과 생산성 향상을 도모하기 위한 립스틱 자동화 충진 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지그의 몰드 상에 립스틱을 자동으로 충진하는 시스템에 있어서: 상기 지그를 설정된 경로로 연속하여 이송하는 컨베이어; 상기 경로 상에서 교반탱크로 원료를 생성하는 교반수단; 상기 교반수단에 연결되어 원료를 몰드에 주입하는 충진수단; 상기 경로 상에서 몰드의 온도를 유지하는 가온수단; 및 상기 교반수단, 충진수단, 가온수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 교반수단은 지주대 상에 복수의 교반탱크를 회동 가능하게 구비하고, 각각의 교반탱크는 압력 조절을 위한 급배기구동기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 충진수단은 충진대의 저면에 발열판을 개재하여 등간격으로 배열되는 다수의 노즐을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 가온수단은 충진수단의 상류측에 다수의 발열체를 배치하는 예열대, 충진수단의 하류측에 다수의 발열체를 배치하는 후열대를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 몰드의 온도 변화를 온도검출기와 열화상검출기로 감지하고, 몰드 내의 핀홀 방지를 위해 가진기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 화장품 제조 현장에서 설정된 경로로 이송되는 지그의 몰드에 립스틱 원료를 연속적으로 주입함에 있어 양산 시스템을 기반으로 품질과 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 시스템을 각각 평면, 정면, 측면에서 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 교반수단을 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 충진수단을 나타내는 구성도
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 가온수단을 나타내는 구성도
도 7은 본 발명에 따른 시스템의 주요부에 대한 시험성적서

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 지그(15)의 몰드(16) 상에 립스틱을 자동으로 충진하는 시스템에 관하여 제안한다. 화장품 중에서 립스틱의 충진을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 작업 중량을 줄이기 위해 지그(15)는 중공 구조로 형성하는 동시에 립스틱 성형용 몰드(16)는 수지재로 형성한다. 지그(15) 상에는 대략 10개 내외의 몰드(16)가 분리 가능하게 일렬로 결합된다.

본 발명에 따르면 컨베이어(10)가 상기 지그(15)를 설정된 경로로 연속하여 이송하는 구조이다. 컨베이어(10)는 진입부(11), 횡행부(12), 진출부(13)를 ㄷ자 경로로 배치하는 것이 동선을 축소하는 측면에서 바람직하다. 진입부(11)와 횡행부(12)는 폭이 넓은 컨베이어(10)를 설치하고 횡행부(12)는 폭이 좁은 컨베이어(10)를 설치한다. 이에 따라, 진입부(11)에 연속적으로 투입되는 지그(15)는 횡행부(12)와 진출부(13)로 이송되면서 자세 변동을 수반하지 않게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 교반수단(20)이 상기 경로 상에서 교반탱크(23)로 원료를 생성하는 구조이다. 도 1 내지 도 3에서 교반수단(20)은 진입부(11)와 횡행부(12)가 만나는 부분에 교반탱크(23)를 설치한 상태로 예시한다. 교반탱크(23)는 립스틱의 주요 성분들을 교반날개(24)로 혼합하여 몰드(16)에 주입하기 위한 물성을 지닌 원료로 생성한다. 주요 성분은 식물성 왁스, 탄화수소계열의 왁스, 식물성 및 동물성 오일, 미용성분들(파우더), 색소 등이 있다. 교반날개(24)는 L자형을 이루면서 일부가 상하로 요동 가능한 구조로 설치한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 교반수단(20)은 지주대(21) 상에 복수의 교반탱크(23)를 회동 가능하게 구비하고, 각각의 교반탱크(23)는 압력 조절을 위한 급배기구동기(27)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 도 4를 참조하면 2개의 교반탱크(23)가 지주대(21) 상에 회동 가능하게 장착된 상태를 예시한다. 복수의 교반탱크(23)를 설치하는 경우 하나로 원료를 주입하는 동안 나머지로 또 다른 원료를 교반하여 생산성 향상에 조력한다. 교반탱크(23)의 하단에는 원료의 배출(주입)을 단속하기 위한 접속체(25)가 장착된다. 급배기구동기(27)는 교반탱크(23)의 내부에 진공압을 형성 또는 해제하는 기능을 수행한다. 급배기구동기(27)에 의한 진공압은 원료를 교반하는 과정에서 탈포를 유발한다.

또한, 본 발명에 따르면, 충진수단(30)이 상기 교반수단(20)에 연결되어 원료를 몰드(16)에 주입하는 구조이다. 충진수단(30)은 교반수단(20)의 교반탱크(23)의 하측에 인접하게 설치되어 정량 단위의 원료를 하방으로 공급한다. 충진수단(30)에서 원료의 점도가 가장 중요한 물성으로 관리되어야 품질과 생산성 측면에서 원활한 공정이 가능하다. 충진수단(30)의 충진대(31)는 접속체(35)를 개재하여 교반탱크(23)의 접속체(25)와 연결된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 충진수단(30)은 충진대(31)의 저면에 발열판(33)을 개재하여 등간격으로 배열되는 다수의 노즐(32)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 5를 참조하면, 충진대(31)의 저면에는 지그(15)의 몰드(16)에 대응하는 동일한 수량의 노즐(32)이 설치된다. 모든 노즐(32)은 카트리지 히터와 같은 발열판(33) 상에 결합되어 항상 일정한 온도를 유지한다. 발열판(33)은 주변 온도, 원료 물성 등에 대응하여 온도의 제어가 가능한 구성을 택한다.

한편, 충진수단(30)은 충진대(31) 상에 상하운동을 유발하는 승강구동기(37)를 탑재할 수 있다. 승강구동기(37)는 LM가이드, 래크-피니언, 모터 등을 사용하여 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 가온수단(40)이 상기 경로 상에서 몰드(16)의 온도를 유지하는 구조이다. 가온수단(40)은 지그(15)의 중량 증가를 유발하지 않도록 지그의 이송경로 상에 분산적으로 설치된다. 물론 지그(15)의 중량 증가를 최소화하는 범위에서 지그에 소형의 반도체 히터를 부가하는 것도 가능하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 가온수단(40)은 충진수단(30)의 상류측에 다수의 발열체(43)를 배치하는 예열대(41), 충진수단(30)의 하류측에 다수의 발열체(43)를 배치하는 후열대(42)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 예열대(41)는 진입부(11) 상에 노즐(32)과 동수의 발열체(43)를 구비하고, 승강구동기(47)에 연결되어 상하운동함에 따라 발열체(43)를 몰드(16)로 출입시킨다. 승강구동기(47)는 볼스크류-모터 방식 또는 전술한 승강구동기(37)와 동일한 방식으로 구성할 수 있다. 후열대(42)는 진출부(13) 상에 노즐(32)과 동수의 발열체(43)를 구비하고, 승강구동기(47)는 현장 상황에 따라 선택적으로 연결할 수 있다.

이때, 도 6에 예시하는 것처럼, 예열대(41) 및 후열대(42)의 발열체(43)는 복렬(예컨대 3열)로 설치하는 것이 몰드(16)에 대한 점진적인 가온을 수행하는 측면에서 바람직하다.

한편, 예열대(41)의 발열체(43)는 몰드(16)의 내경보다 작은 봉형 구조로 설치하고 후열대(42)의 발열체(43)는 몰드(16)의 외경보다 큰 관형 구조로 설치하는 것이 선호된다.

본 발명의 변형예로서, 가온수단(40)의 예열대(41) 및 후열대(42)는 현장 조건에 따라 열풍기(45)를 선택적으로 구비할 수 있다. 열풍기(45)는 설정된 방향으로 열풍을 분사하여 발열체(43)의 항온 기능을 보조한다.

또한, 본 발명에 따르면, 제어수단(50)이 상기 교반수단(20), 충진수단(30), 가온수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 제어수단(50)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(52)를 기반으로 한다. 전술한 컨베이어(10), 교반날개(24), 노즐(32)의 구동기(모터)는 물론 급배기구동기(27), 발열판(33), 승강구동기(37)(47), 발열체(43), 열풍기(45) 등은 제어기(52)의 출력인터페이스에 연결된다. 컨베이어(10), 교반수단(20), 충진수단(30), 가온수단(40)의 제어를 위한 알고리즘은 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 실행된다. 마이크로프로세서의 연산 부담을 경감하기 위해 알고리즘의 일부는 별도의 PLC를 이용하여 실행할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(50)은 몰드(16)의 온도 변화를 온도검출기(54)와 열화상검출기(56)로 감지하고, 몰드(16) 내의 핀홀 방지를 위해 가진기(58)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 온도검출기(54)는 예열대(41), 후열대(42)는 물론 교반탱크(23), 발열판(33) 등에서도 설치된다. 열화상검출기(56)는 노즐(32), 발열판(33), 발열체(43), 열풍기(45) 등의 주변으로 온도 분포를 검출하도록 설치된다. 가진기(58)는 충진수단(30) 및 가온수단(40)에서 지그(15)에 미세 진동을 인가하도록 설치된다. 몰드(16)에 충진되는 원료를 적절히 가온하는 동시에 마이크로 진동을 부가하여 핀홀을 방지한다.

작동의 일예로서, 진입부(11)의 컨베이어(10)에 다수의 지그(15)가 연속적으로 투입되고, 예열대(41)의 발열체(43)가 단계적으로 중공의 몰드(16)를 가온시키고, 횡행부(12)에서 충진대(31)의 노즐(32)이 몰드(16)에 원료를 충진하고, 진출부(13)에서 후열대(42)의 발열체(43)가 단계적으로 충진된 몰드(16)를 가온시키고, 이후 냉각을 거쳐 몰드(16)에서 스틱을 분리하여 립스틱으로 완성한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 시스템을 기반으로 하는 시제품에 대하여 2018년 1월에 한국기계전기전자시험연구원의 시험을 거쳤으며, 구체적으로 생산수량, 불량률, 제어(유저인터페이스), 중금속 검출 등의 시험항목에서 규정을 만족하는 것으로 나타났다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 컨베이어 15: 지그
16: 몰드 20: 교반수단
21: 지주대 23: 교반탱크
24: 교반날개 25, 35: 접속체
27: 급배기구동기 30: 충진수단
31: 충진대 32: 노즐
33: 발열판 37, 47: 승강구동기
40: 가온수단 41: 예열대
42: 후열대 43: 발열체
45: 열풍기 50: 제어수단
52: 제어기 54: 온도검출기
56: 열화상검출기 58: 가진기

Claims (5)

1. 지그(15)의 몰드(16) 상에 립스틱을 자동으로 충진하는 시스템에 있어서:
   상기 지그(15)를 설정된 경로로 연속하여 이송하는 컨베이어(10);
   상기 경로 상에서 교반탱크(23)로 원료를 생성하는 교반수단(20);
   상기 교반수단(20)에 연결되어 원료를 몰드(16)에 주입하는 충진수단(30);
   상기 경로 상에서 몰드(16)의 온도를 유지하는 가온수단(40); 및
   상기 교반수단(20), 충진수단(30), 가온수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 립스틱 자동화 충진 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반수단(20)은 지주대(21) 상에 복수의 교반탱크(23)를 회동 가능하게 구비하고, 각각의 교반탱크(23)는 압력 조절을 위한 급배기구동기(27)에 연결되는 것을 특징으로 하는 립스틱 자동화 충진 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 충진수단(30)은 충진대(31)의 저면에 발열판(33)을 개재하여 등간격으로 배열되는 다수의 노즐(32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 립스틱 자동화 충진 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 가온수단(40)은 충진수단(30)의 상류측에 다수의 발열체(43)를 배치하는 예열대(41), 충진수단(30)의 하류측에 다수의 발열체(43)를 배치하는 후열대(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 립스틱 자동화 충진 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(50)은 몰드(16)의 온도 변화를 온도검출기(54)와 열화상검출기(56)로 감지하고, 몰드(16) 내의 핀홀 방지를 위해 가진기(58)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 립스틱 자동화 충진 시스템.

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