KR101668651B1

KR101668651B1 - 발포수지 성형장치

Info

Publication number: KR101668651B1
Application number: KR1020160028450A
Authority: KR
Inventors: 이경철
Original assignee: 주식회사 베프
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2036-03-09

Abstract

구슬(Bead) 모양의 발포수지를 공기와 함께 캐비티(Cavity)에 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 판형의 발포수지 성형체를 성형하는 발포수지 성형장치가 개시된다. 본 발명에 따른 발포수지 성형장치는, 내부에 증기실을 형성되며 상기 캐비티를 구획하는 오목부를 구비한 고정금형, 고정금형의 오목부 중앙에 설치되어 상기 오목부를 좌, 우로 분할하는 상단이 개구된 중공구조의 격벽부 및 내부에 증기실이 형성되며 상기 캐비티를 구획하는 성형부와 상기 격벽부의 상단 개구에 삽입되는 확장형 돌기를 구비한 가동금형을 포함하며, 격벽부는 오목부 바닥에 연결된 연결부를 기준으로 좌우로 탄동되는 제1 요동측판과, 제1 요동측판과 이격되며 상기 오목부 바닥에 연결된 연결부를 기준으로 좌우로 탄동되는 제2 요동측판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

발포수지 성형장치{Expanded resin molding device}

본 발명은 발포수지 성형장치에 관한 것으로, 상세하게는 발포성 수지 알갱이를 공기와 함께 금형으로 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 성형하는 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 폴리프로필렌계(Polypropylene) 수지로서 EPP(Expanded Polypropylene)가 주로 사용된다. 상기 EPP는 범용 플라스틱인 폴리프로필렌(Polypropylene)을 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 성형면에 다수로 형성되는 증기 홀(steam hole, 5)을 통해 증기를 상기 캐비티(3)로 강제 유입시키면, 고온의 증기에 의해 원료가 가열되고 발포되고 서로 열 융착됨으로써 캐비티에 대응되는 모양의 성형체가 형성되는 것이다.

이후, 냉각수 파이프(6)를 통해 각 금형의 성형면 배면을 향해 냉각수를 분사함으로써 금형(1, 2)과 캐비티(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 이와 같은 종래 발포수지 성형장치는 한 벌의 금형에서 한번의 성형공정을 통해 하나의 제품밖에 성형하지 못하는 단점이 있다. 즉 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 등 효율성 문제가 지적되고 있다.

특히, 단순 판상의 성형체를 제조함에 있어서는 큰 무리가 없으나, 성형체 일면에 언더컷 구조(단면 확장형 구조)의 요홈을 가지는 형태로 제품을 성형하려면 금형 측부에서 슬라이딩 조립되는 코어(8)를 이용하는 방식으로 성형하는 수 밖에 없는데, 이 경우 코어 인입/인출을 위해 금형의 측부에 상기 코어 길이에 상응하는 측부 여유공간을 필요로 한다는 문제가 있다.

이에 생산성을 증대시키기 위한 방안으로 도 2에 도시된 형태의 발포수지 성형장치가 제안되기도 했다. 이는 금형(1')의 높이(세로)방향으로 성형면을 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 충돌하여 안쪽에 위치하는 성형원료 사이의 공기층이 증기로 제대로 치환되지 못하는 문제가 있으며, 이로 인해 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 표층부와 내면부의 발포상태가 서로 다르게 형성되는 등 전반적으로 성형상태가 균일하지 못하다는 단점이 있다.

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

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 생산성을 향상시킬 수 있으면서 품질 균일도가 높은 양질의 발포수지 성형체, 특히 판형의 발포수지 성형체 제작에 유리한 발포수지 성형장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

구슬(Bead) 모양의 발포수지를 공기와 함께 캐비티(Cavity)에 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 판형의 발포수지 성형체를 성형하는 장치로서,

내부에 증기실이 형성되며 상기 캐비티를 구획하는 오목부를 구비한 고정금형;

상기 고정금형의 오목부 중앙에 설치되어 상기 오목부를 좌, 우로 분할하는 상단이 개구된 중공체 구조의 격벽부; 및

내부에 증기실이 형성되며 상기 캐비티를 구획하는 성형부와 상기 격벽부의 상단 개구에 삽입되어 상기 증기실과 격벽부 내측 통로를 증기 유동 가능하게 접속시키는 확장형 돌기를 구비한 가동금형;을 포함하며,

상기 격벽부는,

상기 오목부 바닥에 연결된 연결부를 기준으로 좌우로 탄동되며 증기홀이 형성된 제1 요동측판과;

상기 제1 요동측판과 이격되며 상기 오목부 바닥에 연결된 연결부를 기준으로 좌우로 탄동되고 증기홀이 형성된 제2 요동측판;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치를 제공한다.

여기서, 상기 가동금형이 이격된 상태에서 상기 제1 요동측판과 제2 요동측판은 오목부 바닥에서 멀어질수록 그 사이의 폭이 점차 좁아지는 배치를 이루도록 동일 각도로 기울어지고, 상기 가동금형이 밀착되면 상기 확장형 돌기에 의해 제1 요동측판과 제2 요동측판이 각각의 연결부를 기점으로 서로 멀어지는 방향으로 탄동되는 구성일 수 있다.

또한, 상기 제1 요동측판과 제2 요동측판의 일단이 상기 오목부 바닥에 힌지 구조로 결합되어 상기 연결부를 형성하는 구성일 수 있다.

그리고, 상기 제1 요동측판과 제2 요동측판을 서로 근접시키는 쪽으로 복원력을 발생시키는 탄성부재가 구비될 수 있다.

이때, 탄성부재는 상기 연결부에 설치되는 비틀림 스프링(Torsion coil spring)이거나, 제1 요동측판과 제2 요동측판 사이에 하나 이상 설치되는 인장 스프링일 수 있다.

그리고, 상기 오목부 바닥 중앙에는 소정의 폭과 깊이로 상기 격벽부 설치를 위한 요홈부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 요홈부에는 격벽부의 양측면(제1, 제2 요동측판의 외면)에 대해 소정의 각도로 기울어진 경사면이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 적용된 상기 확장형 돌기는 상기 격벽부 상단 개구에 대응하여 직선상으로 연속(連續)되거나 일정 간격으로 배치되는 다수의 단위돌기들에 의해 단속(斷續)적인 구조를 갖는 구성일 수 있다.

이때, 상기 확장형 돌기에는 가동금형의 증기실과 격벽부 내측의 증기통로를 증기가 자유롭게 유동 가능하도록 통공이 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 발포수지 성형장치는, 상기 캐비티에 성형원료인 구슬(Bead) 모양의 발포수지를 충전하는 발포수지 충전수단, 상기 캐비티에 충전된 발포수지 발포를 위한 고온의 증기를 상기 가동금형과 고정금형에 교대로 공급하는 증기공급수단 및 상기 캐비티에서 성형되는 판형 발포수지 성형체의 냉각을 위해 가동금형과 고정금형을 냉각시키는 냉각수단;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 발포수지 성형장치에 의하면, 금형 한 벌에서 한번의 성형으로 크기와 모양이 동일한 둘 이상의 제품을 동시에 제작할 수 있어 제품의 생산성을 크게 증대시킬 수 있다. 또한 한번의 성형으로 둘 이상의 제품 성형이 가능함에 따라 그 만큼 발포수지 성형체 제작에 있어 소요되는 제반 비용을 절감할 수 있다.

또한, 실질적으로 제품이 성형되는 고정금형의 오목부 중간에 증기 유동이 가능하도록 통로가 형성된 중공구조 격벽부가 형성되어 격벽부를 사이에 두고 양측에 캐비티가 형성됨으로써, 성형과정에서 증기가 캐비티를 통과하여 일측 금형에서 다른 금형으로 원활히 유동 가능하며, 따라서 전반적으로 발포상태가 고른 양질의 제품을 대량으로 생산할 수 있다는 장점이 있다.

더욱이, 세로로 세워진 형태로 제품이 성형되고 금형으로부터 이형되는 구조임에 따라, 종래와 같이 슬라이딩 코어의 적용 없이도 발포수지 패널의 일면에 언더컷 구조의 요홈부를 용이하게 성형 가능하고, 슬라이딩 코어가 배제됨으로써 금형 측부에 여유공간을 확보할 필요가 없어 작업공간의 공간 활용도 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 성형완료 후 가동금형이 고정금형으로부터 이격되는 동시에 상기 격벽부를 구성하는 두 요동측판이 서로 가까워지는 방향으로 탄동되어 발포 완료된 성형체에 대한 압축상태가 자연스럽게 완화됨으로써, 금형으로부터 성형 완료된 제품에 대한 이형(ejecting) 작업이 용이하게 행해질 수 있고, 이형과정에서의 표면 손상에 따른 불량율을 크게 줄일 수 있다.

도 1은 종래 발포수지 성형장치의 개략도.
도 2는 종래 다른 발포수지 성형장치의 개략도.
도 3은 금형 분리 상태에서의 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 개략 단면도.
도 4는 금형 합형 상태에서의 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 개략 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 고정금형 측 격벽부의 바람직한 실시 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 가동금형 측 확장형 돌기의 바람직한 실시 예를 도시한 도면.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 발포수지 성형장치를 통한 발포수지 성형체의 제작과정을 순서대로 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하여 설명하기로 한다.

도 3은 금형 분리 상태에서의 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 개략 단면도이며, 도 4는 금형 합형 상태에서의 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 개략 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발포수지 성형장치는, 구슬(Bead) 모양의 발포수지를 공기와 함께 캐비티(Cavity)에 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 판형의 발포수지 성형체(M)를 성형하는 장치로서 크게, 캐비티(30a, 30b)를 구획하는 오목부(15)가 형성된 고정금형(10), 오목부(15)에 설치되는 격벽부(18), 고정금형(10)에 대응하는 가동금형(20)으로 구성된다.

고정금형(10)에는 내부에 증기실(12)을 형성되며 상기 캐비티(30a, 30b)를 구획하는 오목부(15)가 형성된다. 그리고 격벽부(18)는 상기 고정금형(10)의 오목부(15) 중앙에 설치되어 상기 오목부(15)에 의한 공간을 좌, 우로 분할하는 상단이 개구된 중공구조로 형성되고, 격벽부(18)에 대응하여 가동금형(20)에는 합형 시 격벽부(18) 상단 개구에 삽입되는 확장형 돌기(28)가 구비된다.

도 3과 같은 상태에서 가동금형(20)이 고정금형(10) 측으로 이동되고 밀착되어 성형 준비 상태가 되며, 도 4와 같이 두 금형(10, 20)이 합형됨에 따라 상기 격벽부(18) 양측으로 형성되는 캐비티(30a, 30b)에 성형원료인 구슬(Bead) 모양의 발포수지가 충전된다. 그리고 나서 증기공급을 통한 발포 및 냉각과정을 거쳐 목적하는 발포수지 성형체가 성형된다.

발포 성형과정에서는 증기가 각 금형에 교대로 공급되고, 교대로 공급되는 증기는 고정금형(10)의 상기 오목부(15) 중간에 형성되는 중공구조의 상기 격벽부(18) 내부의 통로(180)를 따라 고정금형(10)에서 격벽부(18) 좌, 우측의 캐비티(30a, 30b)를 통과하여 고정금형(10) 측으로 유동되거나, 반대로 고정금형(10)에서 캐비티(30a, 30b)를 통과하여 격벽부(18) 내부를 흘러 고정금형(10) 측으로 유동된다.

즉 실질적으로 제품이 성형되는 고정금형(10)의 오목부(15) 중간에 증기 유동이 가능하도록 통로(180)가 형성된 중공구조 격벽부(18)가 형성되어 격벽부(18)를 사이에 두고 양측에 캐비티(30a, 30b)가 형성됨에 따라, 성형과정에서의 증기는 캐비티(30a, 30b)를 통과하여 일측 금형에서 다른 금형으로 원활하게 유동될 수 있으며, 이에 따라 발포상태가 전반적으로 고르고 양호한 제품이 구현될 수 있다.

고정금형(10)과 가동금형(20)에는 외부에서 공급되는 증기(steam)가 채워지는 증기실(12, 22)이 형성된다. 그리고 각 금형의 증기실(12, 22)에 채워진 증기는 캐비티(30a, 30b)를 구획하는 각 금형의 성형면(오목부(15) 및 격벽부(18))에 소정의 패턴 또는 일정 간격으로 형성되는 다수의 증기홀(H)을 통해 캐비티(30a, 30b)에 채워진 발포수지 원료에 고르게 공급된다.

이에 따라, 캐비티(30a, 30b)에 채워진 발포수지 입자들이 소정의 온도로 가열되고 내부의 발포제가 팽창하게 되는 것이며, 이로 인해 입자들 사이의 틈새에 잔존하는 공기는 제거되고 입자간 표면이 열 융착되어 서로 단단한 결합을 이루게 되는 것이다. 그리고 이처럼 성형된 성형체는 소정의 냉각 처리 후 이형(ejecting)을 통해 제품으로 완성되는 것이다.

가동금형(20)에는 상기 고정금형(10)의 오목부(15)와 함께 상기 캐비티(30a, 30b)를 구획하는 성형부(25)가 형성된다. 그리고 격벽부(18)의 상단 개구에 맞물리도록 삽입되는 상기한 확장형 돌기(28)가 상기 성형부(25) 중앙에 형성된다.

확장형 돌기(28)는 단면으로 봤을 때 폭이 위로 갈수록 넓어지는 반원모양으로 형성되며, 돌기(28) 삽입 전 상기 격벽부(18)의 상단 개구 폭(W1)은 돌기(28) 직경(D1)보다 작게 형성된다(도 5 참조).

이에 따라, 제품 성형을 위해 가동금형(20)이 고정금형(10) 측으로 이동되고 밀착되면, 확장형 돌기(28)가 상기 격벽부(18)의 상단 개구에 삽입됨과 동시에 격벽부(18)를 구성하는 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)이 각 연결부(17L, 17R)를 기점으로 서로 멀어지는 방향으로 탄동되어 소정거리(D1에서 W1을 뺀 거리)만큼 벌어져 대략 평행상태로 유지된다,

반대로, 성형완료 후 가동금형(20)이 고정금형(10)으로부터 이격되는 동시에 상기 격벽부(18)를 구성하는 두 요동측판(18L, 18R)은 서로 가까워지는 방향으로 탄동되어 발포 완료된 성형체에 대한 압축상태가 자연스럽게 완화되며, 이에 따라 금형으로부터 성형 완료된 제품에 대한 이형(ejecting) 작업이 용이하게 행해질 수 있어 이형과정에서의 불량을 크게 줄일 수 있다.

격벽부(18) 구성에 대해서는 이후 도 5를 참조하여 다시 한번 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 성형장치는 또한, 두 금형 합형 시 격벽부(18) 양측으로 구획되는 캐비티(30a, 30b)에 발포수지 성형원료를 충전하는 발포수지 충전수단(40)를 포함한다. 발포수지 충전수단(40)은, 격벽부(18) 양측의 오목부(15) 측을 향하도록 발포수지 투입경로를 형성하는 발포수지 충전관(42)과, 발포수지 충전관에 발포수지를 공급하는 발포수지 충전기(44)를 포함한다.

발포 성형용 증기는 증기공급수단(50)을 통해 각 금형 내부의 증기실(12, 22)에 제공되고 증기홀(H)을 통해 캐비티(30a, 30b)에 공급된다. 캐비티(30a, 30b)로 유입되는 증기는 발포수지 입자들 사이의 공기를 캐비티(30a, 30b) 외부로 밀어내면서 캐비티(30a, 30b) 내부로 유입되어 발포수지 입자에 열을 가하며, 이에 따라 발포수지 입자들이 발포 융착된다.

증기공급수단(50)은 도면의 예시와 같이 금형 외부의 증기발생기(56)(Steam generator, 56) 예컨대 대형 보일러와, 상기 증기발생기(56)와 각 금형 내부에 형성되는 상기 증기실(12, 22) 사이에 증기가 유동될 수 있도록 경로를 제공하는 증기배관(55)을 포함하며, 각 증기배관(55)에는 증기공급을 허용/차단하는 전자제어식 밸브(58)가 설치된다.

증기를 이용한 발포 성형 후 발포체 내에 잔류하는 발포제에 의해 변형이 일어날 수 있다. 따라서 발포 성형 후 더 이상의 변형이 일어나지 않도록 캐비티(30a, 30b) 내부의 압력을 낮추고 고정금형(10)과 가동금형(20)을 냉각시키는 냉각(cooling)작업이 곧바로 진행되며, 이를 위해 본 발명에 따른 발포수지 성형장치에는 냉각수단(60)이 구비된다.

냉각수단(60)은 바람직하게, 각 금형(10, 20) 내부의 증기실(12, 22)에 각 금형의 성형면을 향하여 소정 온도의 냉각수를 분사하도록 배관된 냉각수 분사관(62) 및 이 냉각수 분사관(62)과 냉각수 공급관(64)을 통해 냉각수 공급 가능하게 연결되는 금형 외부의 쿨러(66)를 구비한다. 이때 냉각수 공급관(64)에는 냉각수 공급을 허용 또는 차단하는 전자식 개폐밸브(68)가 설치될 수 있다.

도 3 및 도 4에서 미설명 부호 45는 상기 발포수지충전기를 통해 두 금형 합형 시 격벽부(18) 양측으로 형성되는 캐비티(30a, 30b)에 공급될 발포수지 원료가 저장되는 원료저장용기를 가리킨다.

도 5는 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 고정금형 측 격벽부의 바람직한 실시 예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 격벽부(18)는 오목부(15) 중앙에 세로방향으로 이격 설치되는 제1, 제2 요동측판(18L)(18R)으로 구성된다. 제1 요동측판(18L)은 상기 오목부(15) 바닥과의 연결부(17L)를 기준으로 좌우 탄동 가능하게 배치되며, 제2 요동측판(18R)은 제1 요동측판(18L)과 이격된 위치의 상기 오목부(15) 바닥과의 연결부(17R)를 기준으로 좌우 탄동 가능하게 설치된다.

고정금형(10)으로부터 가동금형(20)이 이격된 상태에서 상기 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)은 오목부(15) 바닥에서 멀어질수록 그 사이의 폭이 점차 좁아지는 배치를 이루도록 동일 각도로 기울어져 있으며, 가동금형(20)이 고정금형(10)에 밀착되면 확장형 돌기(28)에 의해 두 요동측판(18L, 18R)은 각각의 연결부(17L, 17R)를 기점으로 서로 이격되는 방향으로 탄동된다.

확장형 돌기(28) 진입 전 두 요동측판(18L, 18R) 상단의 폭(W1)이 돌기(28) 직경(D1)보다 작게 형성되며, 이에 따라 가동금형(20)의 이동으로 확장형 돌기(28)가 두 요동측판(18L, 18R) 사이의 상단 개구에 삽입되면 오목부(15) 바닥 측의 각 연결부(17L, 17R)를 기점으로 두 요동측판(18L, 18R)이 서로 멀어지는 방향으로 탄동되어 벌어짐으로써 대략 평행 상태가 된다,

반대로, 성형완료 후 가동금형(20)이 고정금형(10)으로부터 이격되면 후술하는 탄성부재(19)가 제공하는 복원력으로 두 요동측판(18L, 18R)은 서로 가까워지는 방향으로 탄동되어 원래의 위치로 되돌아 오게 되고, 이로 인해 발포 완료된 성형체에 대한 압축상태가 자연스럽게 완화되어 이후 이형(ejecting) 작업이 용이하게 수행될 수 있다.

도 5의 요부 확대도와 같이, 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)의 하단이 오목부(15) 바닥에 힌지 구조로 결합됨으로써 상기 연결부(17L, 17R)를 형성할 수 있으며, 가동금형(20)이 이격된 상태에서 상기 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)이 서로 가까워지는 쪽으로 기울어질 수 있게 복원력을 발생시키는 탄성부재(19)가 임의 위치에 설치될 수 있다.

예를 들어, 도 5의 (a)와 같이 탄성부재(19)는 제1 요동측판(18L)과 오목부(15) 바닥 사이의 연결부(17L)와 제2 요동측판(18R)과 오목부(15) 바닥 사이의 연결부(17R)에 설치되는 비틀림 스프링(Torsion coil spring, 19-1)이거나, 도 5의 (b)와 같이 각 요동측판 하단에서 소정거리 이격된 높이의 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R) 사이에 하나 이상 설치되는 인장 스프링(19-2)일 수 있다.

도 5의 (a) 및 (b)의 부분 확대도와 같이, 오목부(15) 바닥 중앙에는 소정의 폭과 깊이로 상기 격벽부(18) 설치를 위한 요홈부(16)가 형성될 수 있다. 이때 요홈부(16)에는 제1, 제2 요동측판(18L, 18R)의 외면에 대해 소정의 각도(α)로 기울어진 경사면(160)이 형성될 수 있으며, 이로 인해 제1, 제2 요동측판(18R)이 외측으로 탄동될 경우 바깥쪽으로 조금 더 벌어질 수 있는 여유가 생기게 된다.

이때 각 요동측판(18L, 18R)에 대한 경사면(160)의 각도(α)는, 각각의 요동측판이 바깥쪽으로 벌어질 수 있는 최소한의 여유는 확보하면서, 원료 충전과정에서 상기 경사면(160)과 요동측판의 사이의 틈새로 원료인 발포수지 입자의 침투는 막을 수 있는 각도, 바람직하게는 1 내지 3˚일 수 있다. 상기 틈새로 발포수지 입자가 침투하면 버(Burr)가 생기기 때문이다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 발포수지 성형장치의 가동금형(20) 측 확장형 돌기(28)의 바람직한 실시 예를 도시한 도면으로서, 확장형 돌기(28)는 도 6의 (a)와 같이 상기 격벽부(18) 상단 개구에 대응하여 직선상으로 연속(連續)되는 구성(28-1)이거나, 도 6의 (b)와 같이 일정 간격으로 배치되는 다수의 단위돌기(28-2)들에 의해 단속(斷續)적인 구조를 갖는 구성일 수 있다.

물론 각 확장형 돌기(28)에는 가동금형(20)의 증기실(12)과 두 요동측판(18L, 18R) 사이로 구획되는 증기통로(180)를 증기가 자유롭게 유동 가능하도록 통공(280)이 형성된다. 이때 통공(280)의 모양은 도면의 슬릿 형상을 비롯하여 원형 및 다각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 그 개수나 크기 역시 금형 크기에 따라 달라질 수 있으므로 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

상기한 발포수지 성형장치를 통해 수행되는 판형 발포수지 성형체 제작과정을 상기 발포수지 성형장치의 작동과 연계하여 간단하게 살펴보기로 한다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 발포수지 성형장치를 통해 패널형 발포수지 성형체가 제작되는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 7과 같이 성형이 시작되면 가동금형(20)이 고정금형(10) 측으로 이동되어 합형되고, 합형에 의한 캐비티(30a, 30b)에 압축공기와 함께 성형원료가 되는 발포수지가 강한 압력으로 충전된다. 이때 증기배관(55) 상의 밸브(58)는 모두 개방되어 있어 캐비티(30a, 30b)에 발포수지와 함께 주입되는 공기는 신속히 캐비티(30a, 30b) 외부로 빠져나갈 수 있다.

발포수지 충전이 완료되면, 도 8과 같이 각 금형 내부의 증기실(12, 22)로 증기가 교대로 유입되며, 유입된 증기는 증기홀(H)을 통해 상기 캐비티(30a, 30b)에 채워진 발포수지에 공급된다. 이에 따라 증기에 의해 발포수지 입자들은 가열되고 내부의 발포제가 팽창하여 입자 사이의 공기가 제거되며, 입자간 표면이 열 융착되어 서로 단단한 결합을 이루게 된다.

발포성형 후에는 성형된 발포수지 성형체를 구성하는 발포수지 입자 내에 잔류하는 발포제에 의하여 더 이상 변형이 생기지 않도록 도 9와 같이, 각 금형 내에 냉각수를 분사하는 직접 냉각방식 혹은 진공흡입을 통해 압력을 낮추는 간접 냉각방식 등의 방법으로 캐비티(30a, 30b) 내부의 압력을 낮추고 금형(10)(20)을 냉각시킨다.

냉각 과정 종료 후에는, 도 10과 같은 이형(ejecting) 과정을 거쳐 금형으로부터 제품 즉, 판형 발포수지 성형체(m)를 분리해내는 작업이 연이어 행해진다. 바람직하게는, 발포수지 성형체(m)는 가동금형(20)이 고정금형(10)으로부터 분리된 후 작동되는 이젝터 유닛(도시 생략)에 의해 고정금형(10)으로부터 분리될 수 있다.

여기서 가동금형(20)이 고정금형(10)으로부터 이격됨에 따라 확장형 돌기(28)가 격벽부(18)로부터 분리되면, 탄성부재(19)에 의해 두 요동측판(18L, 18R)은 서로 가까워지는 방향으로 탄동되어 발포수지 성형체로부터 이격되기 때문에 발포 완료된 성형체에 대한 압축상태가 자연스럽게 완화되며, 이에 따라 성형체(m)의 이형(ejecting)이 신속하고 용이하게 행해질 수 있는 것이다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따른 발포수지 성형장치에 의하면, 금형 한 벌에서 한번의 성형으로 크기와 모양이 동일한 둘 이상의 제품을 동시에 제작할 수 있어 제품의 생산성을 크게 증대시킬 수 있다. 또한 한번의 성형으로 둘 이상의 제품 성형이 가능함에 따라 그 만큼 발포수지 성형체 제작에 있어 소요되는 제반 비용을 절감할 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.

10 : 고정금형 12, 22 : 증기실
15 : 오목부 16 : 요홈부
17L, 17R : 연결부 18 : 격벽부
18L, 18R : 제1, 제2 요동측판 19 : 탄성부재
20 : 가동금형 25 : 성형부
28 : 확장형 돌기 40 : 발포수지 충전수단
50 : 증기공급수단 60 : 냉각수단

Claims

구슬(Bead) 모양의 발포수지를 공기와 함께 캐비티(Cavity, 30a, 30b)에 주입한 후 열을 가해 발포 융착시켜 판형의 발포수지 성형체를 성형하는 장치로서,
내부에 증기실(12)이 형성되며 상기 캐비티(30a, 30b)를 구획하는 오목부(15)를 구비한 고정금형(10);
상기 고정금형(10)의 오목부(15) 중앙에 설치되어 상기 오목부(15)를 좌, 우로 분할하는 상단이 개구된 중공구조의 격벽부(18); 및
내부에 증기실(22)이 형성되며 상기 캐비티(30a, 30b)를 구획하는 성형부(25)와 상기 격벽부(18)의 상단 개구에 삽입되어 상기 증기실(22)과 격벽부(18) 내측 통로(180)를 증기 유동 가능하게 접속시키는 확장형 돌기(28)가 형성된 가동금형(20);을 포함하며,
상기 격벽부(18)는,
상기 오목부(15) 바닥에 연결된 연결부(17L)를 기준으로 좌우로 탄동되며 증기홀(H)이 형성된 제1 요동측판(18L)과;
상기 제1 요동측판(18L)과 이격되며 상기 오목부(15) 바닥에 연결된 연결부(17R)를 기준으로 좌우로 탄동되고 증기홀(H)이 형성된 제2 요동측판(18R);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가동금형(20)이 이격된 상태에서 상기 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)은 오목부(15) 바닥에서 멀어질수록 그 사이의 폭이 점차 좁아지는 배치를 이루도록 동일 각도로 기울어지고,
상기 가동금형(20)이 밀착되면 상기 확장형 돌기(28)에 의해 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)이 각각의 연결부(17L, 17R)를 기점으로 서로 멀어지는 방향으로 탄동되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)의 일단이 상기 오목부(15) 바닥에 힌지 구조로 결합되어 상기 연결부(17L, 17R)를 형성하는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R)을 서로 근접시키는 쪽으로 복원력을 발생시키는 탄성부재(19)가 구비되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 4 항에 있어서,
상기 탄성부재(19)는 연결부(17L, 17R)에 설치되는 비틀림 스프링(Torsion coil spring, 19-1)인 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 4 항에 있어서,
상기 탄성부재(19)는 상기 제1 요동측판(18L)과 제2 요동측판(18R) 사이에 하나 이상 설치되는 인장 스프링(19-2)인 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부(15) 바닥 중앙에는 소정의 폭과 깊이로 상기 격벽부(18) 설치를 위한 요홈부(16)가 형성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 7 항에 있어서,
상기 요홈부(16)에는 격벽부(18)의 양측면(제1, 제2 요동측판(18L, 18R)의 외면)에 대해 소정의 각도(α)로 기울어진 경사면(160)이 형성된 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 확장형 돌기(28)는 상기 격벽부(18) 상단 개구에 대응하여 직선상으로 연속(連續)되거나 일정 간격으로 배치되는 다수의 단위돌기(28)들에 의해 단속(斷續)적인 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 확장형 돌기(28)에는 가동금형(20)의 증기실(12)과 격벽부(18) 내측의 증기통로(180)를 증기가 자유롭게 유동 가능하도록 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 발포수지 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 캐비티(30a, 30b)에 성형원료인 구슬(Bead) 모양의 발포수지를 충전하는 발포수지 충전수단(40);
상기 캐비티(30a, 30b)에 충전된 발포수지 발포를 위한 고온의 증기를 상기 가동금형(20)과 고정금형(10)에 교대로 공급하는 증기공급수단(50); 및
상기 캐비티(30a, 30b)에서 성형되는 판형 발포수지 성형체의 냉각을 위해 가동금형(20)과 고정금형(10)을 냉각시키는 냉각수단(60);을 더 포함하는 발포수지 성형장치.