발포용 폴리우레탄 믹싱헤드 어셈브리.{omitted}

종래에 다용도로 사용하고 있는 폴리우레탄포옴은 연질인 경우는 가구(의자류), 침구, 신발, 완구 등 경공업 분야에 주로 적용되었으나 근래에는 자동차 분야의 소재로도 많이 활용되고 있으며 경질인 경우에는 단열, 방음, 결로방지 자기접착성을 가진 가장 우수한 에너지 절약형 소재로써 일반건축, 냉장창고 등 다방면에 사용되고 있다.

상기 폴리우레탄은 폴리올 및 이소시네이트 등의 재료가 혼합된 것인데 단색의 것만 생산이 가능한 종래의 장치는 원료 공급량 조절블록 어셈브리 2개와 세척용제투입장치 1개가 부착된 3-헤드식이 있다. 이를 살펴보면, 2개의 원료공급량 조절블록 어셈브리 중 1개의 원료공급량 조절블록 어셈브리에는 이소시아네이터가 공급되고 다른 1개의 원료공급량 조절블록 어셈브리에는 폴리올이 공급되어 혼합실 적정량 주입되어 혼합실내에서 임펠러의 회전으로 혼합되고, 주입노즐을 통하여 상기 이소시아네이터와 폴리올이 혼합된 용액이 금형내에 투입된 후 발포되어 제품이 완성된다. 그러나 상기 3-헤드식은 단색의 제품만이 생산가능하므로 만일 두가지 색상의 제품을 생산하려면 별도의 기계를 하나 더 설치해야하는 문제가 있었다.

상기와 같은 3-헤드식의 문제를 개선한 또 다른 종래기술은 3개의 원료공급량 조절블록 어셈브리와 1개의 세척용제투입장치가 센터블록에 구성되어있는 4-헤드식이 있다. 이를 살펴보면, 이소시아네이터가 공급되는 1개의 원료공급량 조절블록 어셈브리와 폴리올1과 폴리올2가 각각 공급되는 2개의 원료공급량 조절블록 어셈브리 및 세척용제투입장치가 센터블록에 구성되어있어서 이중 색상의 제품을 생산할 수 있다. 이소시아네이터와 폴리올1을 센터블록내부의 혼합실에 투입하여 임펠러로 혼합하여 주입노즐을 통하여 금형내에 투입하여 일차제품을 만든 후 다시 이소시아네이터와 폴리올2를 혼합하여 또 다른 색상을 내는 혼합용액을 금형내로 투입하여 두가지 색상을 지닌 제품을 생산하는 것이다. 이 때, 폴리올1이 공급되는 원료공급량 조절블록 어셈브리와 폴리올2가 공급되는 원료공급량 조절블록 어셈브리는 택일적으로 개폐가 이루어지며, 중간에 세척용제가 투입되어 혼합실내부를 세척하게 됨은 당연하다.

그러나, 상기 4-헤드식으로는 이중 색상 및 이중 밀도를 지닌 제품을 생산할 수 없는 문제가 있었다. 이중 밀도를 지닌 제품을 생산하기 위하여서는 점도가 다른 이소시아네이터가 공급되어야한다. 즉, 이소시아네이터1과 폴리올1이 혼합되어 금형내에 투입되어 일차제품을 만든 후 다시 이소시아네이터2와 폴리올2가 혼합된 혼합용액을 금형내에 투입하여 이중 색상과 이중 밀도를 지닌 완제품이 만들어진다.

따라서, 본 발명은 이중 색상 및 이중 밀도를 지닌 제품을 생산하기 위하여, 구조가 간단하고 정밀도가 탁월하며 원료의 주입량 조절을 정확하고 간단히 행할수 있는 발포용 폴리우레탄 믹싱헤드 어셈브리를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 원료공급량 조절블록 어셈브리 3개가 센터블록에 조립된 상태의 믹싱헤드에 관한 조립도

도 2는 본 발명의 원료공급량 조절블록 어셈브리 4개가 센터블록에 조립된 상태의 믹싱헤드에 관한 조립도

도 3은 본 발명의 정면도

도 4는 본 발명의 원료공급량 조절블록 어셈브리의 종단면도

도 5는 본 발명의 원료공급량 조절블록 어셈브리의 분해 사시도

도 6은 본 발명의 임펠러와 주입노즐이 센터블록에 조립된 종단면도

도 7은 본 발명의 실시예를 나타낸 도면

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 원료통 2 : 원료공급관로

3 : 센터블록 4 : 혼합실

5 : 임펠러 6 : 원료공급량 조절블록 어셈브리

7 : 세척용제투입장치 8 : 주입노즐

9 : 원료주입실 10 : 공기압작동실

11 : 조절핀 12 : 작동판

13 : 로드 14 : 링크

15 : 공압실린더

본 발명의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩어리지 않도록 생략되나, 이는 관용기술에 해당된다.

본 발명은 원료통과 원료공급관로에 의하여 원료를 공급받으며, 센터블록, 혼합실(mixing chamber), 임펠러, 원료공급량 조절블록 어셈브리, 세척용제투입장치 및 주입노즐로 구성된 믹싱헤드 어셈브리에서 상기 원료를 혼합하여 금형 등 의 내부에 발포용 폴리우레탄을 주입하는 발포성형기에 있어서, 상기 원료공급량 조절블록 어셈브리 4개와 세척용제투입장치 1개가 상기 혼합실의 주위에 방사상 모양으로 일정한 각도로 등간격으로 배치되되, 원료공급량 조절블록 어셈브리 중 2개는 이소시아네이터가 공급되고 원료공급량 조절블록 어셈브리 중 다른 2개는 폴리올이 공급되어, 제품의 이중 색상 및 이중 밀도까지도 1개의 믹싱헤드 어셈브리를 이용하여 생산 가능하고,

또한 임펠러의 회전축 상부에 링크가 연결되고, 상기 링크의 타측은 공압실린더의 로드에 연결되어, 상기 공압실린더로 임펠러의 회전축을 하향운동시키는 것이 가능케되어 결과적으로 임펠러의 하부단부가 필요에 따라 주입노즐을 개폐하는 것을 특징으로 하는 발포용 폴리우레탄 믹싱헤드 어셈브리에 관한 것이다.

상기 폴리우레탄은 폴리올 및 이소시네이트 등의 재료가 혼합된 것인데 단색의 것만 생산이 가능한 종래의 장치는 원료 공급량 조절블록 어셈브리가 2개 부착된 것이 있다. 이를 살펴보면, 프레임에 피스톤을 가지는 실린더가 설치되고 프레임의 하방에는 센터블록과 그 양측으로 사이드블록이 조립되며, 사이드블록에는 각각 관체가 조립되어 있다. 그리고 상기 피스톤의 하방에는 브라킷이 조립되고 브라킷에는 물림쇠가 조립된다. 상기 물림쇠는 각각 조절핀이 물려지는데 조절핀의 턱은 사이드블록의 안에 조립되어 있는 볼밸브의 홈에 끼워져 볼밸브를 회전시킬 수 있도록 한다. 그리고 상기 볼밸브에는 교차되는 통로가 형성되어 있다. 즉, 상기 볼밸브 및 관체 조절핀을 포함한 어셈브리가 원료 공급량 조절블록 어셈브리에 해당된다.

이 상태에서 사이드블록의 원료주입구멍을 통해 원료가 주입되도록 하되 실린더를 작동시켜 피스톤이 상하로 움직이도록 하면 결국 물림쇠는 조절핀을 좌우 방향으로 돌려주게 된다. 물론 관체에는 호스가 연결되어 있고 상기 호스는 원료탱크에 연결되어 있음은 당연하다. 상기와 같이 원료가 주입되고 있는 상태에서 피스톤이 작동되어 볼밸브의 위치가 좌우로 변화되도록 하면 볼밸브의 통로와 볼밸브의 위치가 좌우로 변화되도록 하면 볼밸브의 통로와 볼시트의 구멍의 위치는 어긋나게 되며 이러한 요령을 통해 원료주입구멍을 통해 주입된 원료는 전량이 센터블록 안으로 통과하지 못하고 일부의 량은 관체 쪽으로 탈출하여 원료탱크로 복귀된다. 따라서 센터블록안으로 주입되는 원료의 량이 조절되는 것이다.

그런데 상기 종래의 장치는 볼밸브를 제작하는데 있어서 정밀성이 유지되기 힘들고 가공이 까다로워서 생산단가가 상승됨은 물론 불량의 발생률이 높은 단점이 있고, 볼시트의 제작 역시 볼밸브와 공차를 유지하도록 가공하기가 힘든 문제와 함께 조립시 매우 숙련된 기술이 요구되는 단점이 있다. 그리고 볼밸브와 볼시트가 정확하게 조립되지 않으면 원료의 주입량 조절이 정밀하게 이루어지지 않아 결국 원하는 제품을 얻지 못하여 불량을 속출하는 폐단이 초래되며, 실린더로서 원료의 주입량이 조절되는 메카니즘이기 때문에 정확성이 떨어지는 문제 또한 간과될 수 없었다. 또한 볼밸브의 후방에는 오리피스가 필수적으로 조립되어야 하는데 오리피스의 구멍 크기로 인해 원료의 배합량이 조절되기 때문에 오리피스는 종래의 장치에 있어서 생략될 수 없는 부품이었다. 그런데 상기 오리피스는 원료의 배합비율에 따라 각각 크기가 다른 것을 교체하여야 하는 번거로움과 함께 오리피스 교체시 사이드블록을 일일이 분해한 후 재조립을 하여야 하는 비경제적이고 비합리적인 문제가 있어 생산성 상승을 크게 억제시키는 요인이 되었다.

이를 개선한 또 다른 종래기술은 복합색상의 원료를 배합할 수 있는 믹싱헤드에 관한 기술로서, 원료공급량 조절블록 어셈브리 3개와 세척용제투입장치 1개가 센터블록에 조립된 채 복합 색상의 원료를 배합할 수 있는 믹싱헤드를 나타내고 있는데, 종래의 장치는 4-헤드식이 아니기 때문에 복합색상의 원료는 배합시킬 수 없다. 후방의 세척용제투입장치는 작업후 장치안에 잔존하는 원료를 깨끗이 세척하기 위한 세척용제를 주입하기 위한 장치로서 이는 종래의 장치에도 동일한 구성으로 형성되어 있다. 원료주입구멍에는 원료탱크로부터 연결되어 있는 호스가 나사구멍에 조립되어 있고 실린더 하방의 구멍에는 에어호스가 연결되어 있다. 이상의 호스 연결 구성은 도면에서 생략하였다. 한편, 원료공급량 조절블록 어셈브리 바디의 구멍 속에는 상기의 핀이 조립되어 있고 핀과 조립되어 있는 원료배출피스톤은 원료배출실린더 안에서 가장 좌측으로 당겨져 있다. 이때 핀의 돌출환은 원료주입구멍의 좌측끝까지 당겨져 있으며 조절봉의 끝 부분은 통로를 완전히 개방시키고 있다. 이러한 상태는 3개의 조절블록 어셈브리 모두가 동일하다. 이 상태에서 각 원료주입구멍을 통해 각각의 원료가 주입되도록 하면 주입된 원료는 원료주입구멍을 지나 바디의 구멍을 거치고 연결쇠의 구멍을 통해 센터블록의 공간부 속으로 주입되면서 혼합되고 이들 혼합된 원료는 임페라의 회전작용에 의해 충분히 혼합되면서 배출관을 통해 배출되며 이는 가공금형안으로 투입되어 가공된다.

그런데 원료주입구멍을 통해 강한 압력으로 주입된 원료는 바디의 구멍과 연결쇠의 구멍을 통해서 센터블록 안으로 주입되지만 이때 발생되는 반대압에 의해 일부의 원료는 핀의 돌출환을 월경하여 통로 쪽으로도 주입이 되고 이는 통로를 통해 다시 원료탱크로 환원된다. 그러므로 원료의 주입량을 조절코저 하면 조절봉을 돌려서 조절봉의 끝 부분이 통로를 막도록 하면 되는데 통로를 거의 밀폐시키면 환원되는 원료의 량이 극히 적어지므로 센터블록쪽으로의 원료의 주입량은 커지며 반대로 통로를 개방시킬수록 원료의 주입량은 적어진다. 따라서 각 조절블록 어셈브리의 조절봉을 각각 적당히 돌려서 원료의 환원량을 조절시키면 각 원료의 배합비율이 조절되는 것이다.

그리고 복합색상이 아닌 단색의 원료만을 배합시킬 때에는 3개의 조절블록 어셈브리 중에서 하나의 조절블록 어셈브리를 밀폐시켜야 하는데 이때는 어느 한쪽의 조절블록 어셈브리에 공기압을 가하고 이는 피스톤을 밀어서 핀의 원통형단부가 연결쇠의 구멍을 밀폐시키도록 한다.

또한 작업이 종료되고 믹싱헤드의 내부에 잔존하는 원료를 세척코저할 때는 상술한 바와 같이 전체의 피스톤에 공기압이 작용하도록 하여 핀의 원통형단부가 전체 연결쇠의 구멍을 밀폐시키도록 한 다음 세척용제투입장치 안으로 세척용제를 고압으로 분사함과 아울러 임페라를 고속으로 회전시키면 센터블록 및 임페라의 내외부는 깨끗이 세척된다. 이후 다음의 작업에 임할 때에는 바디의 구멍에 연결된 호스를 통해 공기압을 작용시키면 이는 피스톤을 다시 원위치 시키고 이에 따라 핀의 원통형단부는 연결쇠의 구멍을 개방시킨다. 이 상태에서 상기한 바와 같이 원료의 배합작용을 다시 행할 수 있다.

이상과 같이 상기의 발명은 핀과 연결쇠의 밀폐작용에 의해 원료의 주입및 차단작용이 이루어지며, 조절봉을 임의로 돌려서 원료의 배합량을 조절할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 발명은 단순히 동일 밀도에서 색상만을 다색으로 배합시키는 것으로서 이중밀도의 폴리우레탄 제품을 생산하기 어려운 발명의 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 다색의 색상 조정 및 그 밀도를 변화시킬 수 있는 구조가 간단하고 정밀도가 탁월하며 원료의 주입량 조절을 정확하고 간단히 행할 수 있는 발포용 폴리우레탄 믹싱헤드 어셈브리를 제공함에 있다.

제 2도는 본 발명의 원료공급량 조절블록 어셈브리 4개와 세척용제투입장치가 센터블록에 조립된 채 복합 색상 및 다른 점도의 원료를 선택적으로 배합할 수 있는 믹싱헤드를 나타내고 있는데, 종래의 장치는 5-헤드식이 아니기 때문에 복합 색상 및 다른 점도의 원료를 배합시킬 수 없다. 세척용제투입장치는 작업후 장치안에 잔존하는 원료를 깨끗이 세척하기 위한 세척용제를 주입하기 위한 장치로서 이는 종래의 장치에도 동일한 구성으로 형성되어 있다. 원료주입구멍에는 원료탱크로부터 연결되어 있는 호스가 나사구멍에 조립되어 있고 실린더 하방의 구멍에는 에어호스가 연결되어 있다. 그리고 통로와 연결되어 있는 나사구멍에는 원료탱크와 연결된 호스가 조립되어 있다. 이상의 호스 연결 구성은 도면에서 생략하였다.

그리고 복합색상이 아닌 단색의 원료만을 배합시킬 때나 한종류의 점도만을 가진 원료를 배합시킬 경우에는 4개의 조절블록 어셈브리중에서 선택적으로 1개 또는 2개 이상의 조절블록 어셈브리를 밀폐시켜야 하는데 이때는 어느 한쪽의 조절블록 어셈브리에 공기압을 가하고 이는 원료배출피스톤을 밀어서 핀의 원통형단부가 센터블록의 혼합실과 통하는 구멍을 밀폐시키도록 한다.

또한 작업이 종료되고 믹싱헤드의 내부에 잔존하는 원료를 세척코저할 때는 상술한 바와 같이 전체의 피스톤에 공기압이 작용하도록 하여 핀의 원통형단부가 전체 구멍을 밀폐시키도록 한 다음 세척용제투입장치 안으로 세척용제를 고압으로 분사함과 아울러 임페라를 고속으로 회전시키면 센터블록 및 임페라의 내외부는 깨끗이 세척된다. 이후 다음의 작업에 임할 때에는 조절블록 어셈브리의 에어실 구멍에 연결된 호스를 통해 공기압을 작용시키면 이는 피스톤을 다시 원위치 시키고 이에 따라 핀의 원통형단부는 센터브록과 연결된 구멍을 개방시킨다. 이 상태에서 상기한 바와 같이 원료의 배합작용을 다시 행할 수 있다.

또한, 본 발명은 원료통과 원료공급관로에 의하여 원료를 공급받으며, 혼합실(mixing chamber), 임펠러, 원료공급량 조절블록 어셈브리, 세척용제투입장치 및주입노즐로 구성된 믹싱헤드 어셈브리에서 상기 원료를 혼합하여 금형등의 내부에 발포된 폴리우레탄을 주입하는 발포성형기에 있어서,

상기 원료공급량 조절블록 어셈브리4개와 세척용제투입장치 1개가 상기 혼합실의 주위에 방사상 모양으로 일정한 각도로 등간격으로 배치되되, 원료공급량 조절블록 어셈브리중 2개는 이소시아네이터가 공급되고, 원료공급량 조절블록 어셈브리중 2개는 폴리올이 공급되되, 이소시아네이터와 폴리올이 공급되는 원료공급량 조절블록 어셈브리에는 관체가 2개가 연결되며, 세척용제투입장치에는 관체가 1개가 각각 연결되게 구성되어 제품의 이중색상 및 이 중 밀도까지도 1개의 믹싱헤드로 생산 가능한 것을 특징으로 하는 발포용 폴리우레탄 믹싱헤드 어셈브리에 관한 것이다.

상기 폴리올이 공급되는 어셈브리에 관체가 2개가 연결되는 이유는 폴리올이 어셈브리나 원료공급관로에서 굳어지는 것을 방지하기위하여 계속적으로 순환시키기 위함이다.

원료혼합의 체계를 살펴보면, 이소시아네이터1과 폴리올1이 혼합되어 하나의 색상과 밀도를 가진 발포원료액이 되며, 즉, 원료공급량 조절블록 어셈브리2개가 작동되며, 이소시아네이터2와 폴리올2가 혼합되어 또 다른 색상과 밀도를 가진 발포원액이 되며, 즉, 또다른 원료공급량 조절블록 어셈브리 2개가 작동되며, 세척용제투입장치 1개가 설치작동되어 그 조합을 이루게 된다. 상기의 조합은 필요에 의하여 하나의 색상과 두 개의 점도 및 두 개의 색상과 하나의 점도등의 조합을 원료공급량 조절블록 어셈브리의 작동 개수를 조정함으로써 가능한 바이다. 또한, 혼합실에서 혼합된 원료는 6 ～ 8초 이내에 배출관을 통하여 배출되어야 하며, 상기의 배출관을 통하여 토출되는 속도는 작업조건에 따라서10 ～ 20g/sec, 30 ～ 50g/sec, 100g/sec의 속도이며, 이는 노즐의 관경을 조정함으로써 가능하다.

또한, 상기 원료공급량 조절블록 어셈브리의 원료배출피스톤은 원료주입실과 상기 원료에 공기압을 가하는 공기압작동실로 각각 별도로 구분되되, 원료주입실의 조절핀과 공기압작동실의 작동판은 로드에 의하여 연결되고, 상기 공기압작동실은 주입공기관과 배기공기관이 상기 작동판의 전후부에 연결 설치되어 공기의 출입에 의하여 상기 작동판이 전후진 하고 이에 연결된 조절핀이 동시에 전후진 한다. 따라서, 상기 주입판이 전후진함에 맞추어 상기 원료가 실린더 내부로 주입되게 된다. 이러한 구성은 종래의 실린더 장치와는 달리 원료가 원료주입실 내부에서 공기압작동실 방향으로 누설이 되더라도 공기압작동실과는 별도로 실을 형성한 이유로 상기 원료가 공기압작동실내부로 누설될 염려가 없게되므로 부식성이 강한 원료가 누설되더라도 조절핀의 작동이 보장된다. 즉, 종래의 일체형에서는 원료가 공기압작동실 방향으로 누설되면 공기압작동실내에 개재되는 스프링 등이 부식되거나 원료가 공기압작동실내부에서 굳어버려 제대로 된 기능을 수행하지 못함으로 불량의 원인이 되는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 임펠러의 회전축 상부에 링크가 연결되고, 상기 링크의 타측은 공압실린더의 로드에 연결되어, 상기 공압실린더로 임펠러의 회전축을 하향운동시키는 것이 가능케되어 구성되어, 결과적으로 임펠러의 하부 단부가 필요에 따라 주입노즐을 개폐하는 것이 가능하게 구성되어, 혼합실내에 잔류하고있는 혼합용액이 뜻하지않게 금형내에 떨어져 불량 제품의 원인이 되는 것을 방지할 수 있다.

상기 4개의 조절블록 어셈브리와 세척용제투입장치, 공압실린더 및 임펠러용 모터는 별도로 구성되는 제어부에 의하여 적절하게 제어되는데, 이는 당업자에 의하여 실시되고있는 공지의 기술임으로 상세한 설명은 생략한다.

와류 및 난류현상으로 인해 혼합실 내의 믹싱효율을 개선시키고, 크리닝 피스톤의 스로틀 조절장치로 혼합실에서는 믹싱효율을 개선하고 토출관에서는 원활한 층류유동이 되어져 고품질의 폴리우레탄 폼을 제작할 수 있다. 또한, 제품의 이중 색상 및 이중 밀도까지도 1개의 믹싱헤드로 생산가능하여 설비초기 투자비를 절감하고, 장비의 사용효율을 높이며, 에너지 절감을 꾀할 수 있도록 한다.