KR102229406B1 - 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 압출 성형관의 중공부에 감김 각도를 조절하는 와인더를 장착하고, 압출 성형관의 내부에서 각각 띠 형상의 관재를 연속으로 가압하면서 관을 권회시켜 성형하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법{FORMING APPARATUS AND METHOD FOR PIPE USING EXTRUDING PIPE}
본 발명은 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압출 성형관의 중공부에 감김 각도를 조절하는 와인더를 장착하고, 압출 성형관의 내부에서 띠 형상의 관재를 가압하면서 관을 권회시켜 성형하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 관(pipe)를 제조하는 방법은 용융 원재를 관 형상의 성형틀(몰드)을 통과시켜 압출 제작하는 방법이 이용된다. 그러나 압출 제조방법은 관 직경이 크거나 두꺼운 경우 생산이 어렵고 제조비용이 증가한다.
이에, 권회방식으로 관이 제작된다. 권회방식은 띠(strap) 형상으로 이루어진 관재를 와인더에 감아 관을 제작하는 것으로, 관재의 일부분이 겹치도록 감으면서 그 겹친 부분을 가압 융착하여 관을 제작한다.
또한, 권회방식 관 제조방법은 다수의 서로 다른 띠를 동시에 감아 다층 구조로 제공함으로써 두께가 두꺼운 관을 제공하면서도 관 특성을 향상시키고 중간층에는 재활용 수지도 이용할 수 있게 한다.
그러나, 위와 같은 종래기술은 관재가 와인더에 나선 방향으로 감기는 각도가 고정되어 있어서 관재 재질이나 두께 등에 따라 제작되는 관의 인출 속도를 조절하기 못하고 관 두께 역시 조절하지 못하는 문제가 있다.
또한, 관재가 감기면서 서로 겹치는 부분만을 단품의 롤러로 가압하기 때문에 가압력이 약하고 융착이 일 지점에서만 이루어진다. 따라서, 한정된 생산 속도를 유지해야 하고, 접합 부위에 흔적이 남으며 표면이 매끄럽지 못하다.
또한, 적절한 냉각 시스템을 갖추지 못하여, 용융된 상태로 공급되는 띠 형상의 관재가 가압 융착된 이후 냉각을 통한 관의 형상 변형을 방지하기가 어렵고, 온도 조절이 어려워 접합부의 융착 특성이 나쁘다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0692492호 대한민국 등록특허 제10-0808470호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압출 성형관의 중공부에 권회 각도의 조절이 가능한 와인더를 적용하여 관의 인출 속도 및 두께를 조절할 수 있는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 압출 성형관과 와인더 사이로 투입된 띠 형상의 관재를 압출 성형관의 내부에서 연속적으로 가압하여 관을 제작하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 와인더의 축선 상에 배치된 틸팅 조절축에서 냉각수를 분사하여, 압출 성형관의 내부에서 와인더에 권회 중인 관재에 냉각수를 공급하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치는 용융 원료를 압출하여 관(pipe)을 제작하는 것으로, 용융 원료를 띠(strap) 형상으로 압출하여 관재를 공급하는 원료 투입기와; 상기 공급된 관재가 폭 방향으로 일부 겹친 상태에서 나선 방향으로 감기는 와인더; 및 내측 중공부에 상기 와인더가 동축선상으로 끼워져 상기 나선 방향으로 감기는 관재를 가압하며, 성형이 시작되는 일측 단부에 상기 관재가 유입되는 투입구가 형성되어 있는 압출 성형관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 원료 투입기는 상기 용융 원료를 공급하는 호퍼와; 상기 호퍼의 토출구 양단에 구비되며, 상기 압출되는 관재의 두께에 대응하여 서로 이격 설치된 한 쌍의 압출 롤러; 및 상기 압출 롤러에서 압출된 관재를 상기 압출 성형관으로 투입되도록 지지하는 가이드 롤러;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 와인더는 원주 방향을 따라 설정 간격으로 이격되되, 각각 상기 압출 성형관의 중심 축선으로부터 방사상으로 배치된 와인딩 롤러와; 상기 와인딩 롤러들을 각각 상기 와인딩 롤러의 회전축을 중심으로 동시에 회전시키는 롤러 구동기와; 상기 와인딩 롤러의 일측 단부에 구비되며, 상기 와인딩 롤러를 회동 가능하게 지지하는 제1 베어링과; 상기 와인딩 롤러의 타측 단부에 구비되며, 상기 와인딩 롤러를 회동 가능하게 지지하는 제2 베어링과; 상기 제1 베어링들을 서로 연결시키는 제1 디스크와; 상기 제2 베어링들을 서로 연결시키는 제2 디스크; 및 상기 다수의 와인딩 롤러들의 중심 축선상에 설치되며, 상기 다수의 와인딩 롤러들의 중심 축선상에 설치되며, 상기 제1 디스크 또는 제2 디스크 중 어느 하나에 결합되는 틸팅 조절축;을 포함하여, 상기 틸팅 조절축의 회전에 의해 상기 와인딩 롤러들의 일단이 원주 방향으로 회동되어 상기 관재가 감기는 각도가 조절되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 롤러 구동기는 상기 와인딩 롤러의 일측 단부 중 상기 압출 성형관의 외측으로 노출된 부분에 각각 구비된 스프로킷과; 상기 스프로킷에 감기는 구동 체인; 및 상기 구동 체인을 회전시키는 구동 모터;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 틸팅 조절축은 내부에 냉각수를 공급하는 유로가 형성되어 있으며, 상기 틸팅 조절축에 관통 형성된 냉각수 분사노즐; 및 상기 틸팅 조절축의 일측에 연결된 냉각수 공급구;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압출 성형관은 적어도 상기 와인더에 관재가 감기는 부분 전체를 덮는 길이로 구성되며; 및 일측 단부에 사각 형상으로 관통 형성된 상기 투입구;를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조방법은 용융 원료를 압출하여 관(pipe)을 제작하는 것으로, 띠(strap) 형상의 관재가 나선 방향으로 감겨지는 와인더의 감김 각도를 조절하는 와인더 조정단계와; 원료 투입기에서 용융 원료를 띠 형상으로 압출하여 상기 관재를 공급하는 원료 공급단계와; 상기 와인더의 외측에 끼워져 있는 압출 성형관의 투입구로 상기 관재를 유입시키는 관재 투입단계와; 상기 관재가 폭 방향으로 일부 겹친 상태에서 상기 와인더에 나선 방향으로 감기면서 상기 압출 성형관의 내측에서 상기 관재를 가압하는 가압 단계; 및 상기 와인더의 회전 중심 축선상에 배치된 틸팅 조절축을 통해 상기 압출 성형되는 관재를 향해 냉각수를 분사하는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명은 압출 성형관의 중공부에 권회 각도의 조절이 가능한 와인더를 적용한다. 따라서, 와인더의 권회 각도에 따라 관의 인출 속도 및 두께를 조절할 수 있게 한다.
또한 본 발명은 압출 성형관과 와인더 사이로 투입된 띠 형상의 관재를 압출 성형관의 내부에서 가압하여 관을 제작한다. 따라서, 관재가 와인더에 권회되는 동안 연속하여 관 전체에서 가압 융착이 이루어지게 한다.
또한 본 발명은 와인더의 축선 상에 배치된 틸팅 조절축에서 냉각수를 분사하여, 압출 성형관과 와인더에 사이에서 권회 중인 관재에 냉각수를 공급한다. 따라 관재의 용융 온도를 조절하여 관 특성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 원료 투입기를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 와인더를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 제1 베어링을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 제2 베어링을 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명이 회전 틸팅축을 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 압출 성형관을 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치의 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조장치(100)는 용융 원료를 압출하여 관(pipe)을 제작하는 것으로, 원료 투입기(110), 와인더(120) 및 압출 성형관(130)을 포함한다.
위와 같은 본 발명은 원료 투입기(110)에서 연속으로 공급되는 띠(strap) 형상의 관재(Pipe Material, PM)가 와인더(120)에 나선 방향으로 권회되고, 관재(PM)의 폭 방향 일부분이 겹쳐져 접합되면서 관 형상을 갖춘다.
이때 와인더(120)는 관재(PM)가 나선 방향으로 권회되는 각도의 조절이 가능하여 초기 설정된 권회 각도에 따라 제작되는 관의 인출 속도 및 두께 등을 조절할 수 있게 한다.
또한, 압출 성형관(130)의 중공부에 와인더(120)가 동축선상에 배치되어 압출 성형관(130)과 와인더(120) 사이로 투입된 관재(PM)가 이들에 의해 가압된다.
따라서, 관재(PM)가 와인더(120)에 권회되는 동안 압출 성형관(130)에 의해 관재(PM)의 겹침(접합) 부분을 포함한 전체에서 연속하여 고르게 가압이 이루어지게 된다.
또한 본 발명은 와인더(120)의 축선 상에 배치된 틸팅 조절축(127)에서 냉각수를 분사하여, 압출 성형관(130) 내에서 와인더(120)에 권회 중인 관재(PM)에 냉각수를 공급한다. 따라 관재(PM)의 용융 온도를 조절하여 관 특성을 향상시킨다.
이를 위해, 원료 투입기(110)는 용융 원료를 띠(strap) 형상으로 압출하여 관재(PM)를 공급한다. 용융 원료는 폴리에틸렌(PE)을 비롯하여 관의 용도에 따라 다양한 합성수지재가 적용될 수 있다. 또한 재활용 수지가 적용될 수 있으며 이는 관의 두께나 직경에 따라 결정될 수도 있다.
실시예로, 원료 투입기(110)는 원료를 공급하는 호퍼(111)와, 공급된 원료를 설정된 두께의 관재(PM)로 압출하는 압출 롤러(112) 및 관재(PM)의 투입을 안내하는 가이드 롤러(113)를 포함한다.
도 4와 같이, 호퍼(111)는 용융 합성수지재를 비롯하여 관 용도에 따르는 용융 원료를 일시 저장하며, 하단부에는 용융 원료를 배출하는 토출구(111a)가 형성되어 있다. 토출구(111a)는 띠 형상의 관재(PM)를 형성하도록 폭이 좁은 직사각형 형상을 갖는다.
한 쌍으로 이루어진 압출 롤러(112)는 호퍼(111)의 토출구(111a) 양단에 구비되며, 압출되는 관재(PM)의 두께에 대응하여 서로 이격 설치된다. 또한 압출 롤러(112) 사이의 간극이 토출구(111a)의 직하부에 위치한다. 이러한 압출 롤러(112) 사이의 간격은 관재(PM)에 따라 조절될 수 있다.
가이드 롤러(113)는 압출 롤러(112)에서 압출된 관재(PM)가 압출 성형관(130)으로 투입되도록 안내한다. 압출 성형관(130)의 상류측(권회 시작측)에는 투입구(131)가 형성되어 있으며, 가이드 롤러(113)에 의해 안내된 관재(PM)는 투입구(131)로 안내되는 것이다.
따라서, 원료 투입기(110)의 호퍼(111)에 저장된 용융 원재는 압출 롤러(112)를 통과하면서 띠 형상으로 압출되고, 압출된 띠 형상의 관재(PM)가 공기중에서 일차적으로 냉각된 후 가이드 롤러(113)의 안내에 따라 투입된다.
다만, 이상에서는 하나의 원료 투입기(110) 및 압출 성형관(130)에 구비된 하나의 투입구(131)를 통해 한 종류의 관재(PM)가 투입되는 것을 예로 들었다. 그러나, 본 발명에서도 이들을 각각 다수개 구비하여 다수의 관재(PM)에 의해 다수의 층으로 이루어진 관을 제작할 수도 있음은 자명하다.
다수의 관재(PM) 투입 방식 그 자체는 대한민국 등록특허 제10-0692492호 및 대한민국 등록특허 제10-0808470호 등에 개시되어 있으므로 이하 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
와인더(120)는 공급된 관재(PM)를 나선 방향으로 감는 것으로, 압출 성형관(130)의 투입구(131)를 통해 공급된 관재(PM)는 회전되는 와인더(120)에 나선 방향으로 권회된다. 또한 폭 방향 단부가 일부분 겹친 상태에서 권회됨에 연속된 관 형상을 갖는다.
실시예로 와인더(120)는 원형으로 배치된 다수의 롤러를 통해 관재(PM)를 감는다. 이를 위해 와인더(120)는 와인딩 롤러(121), 롤러 구동기(122), 제1 베어링(123), 제2 베어링(124), 제1 디스크(125), 제2 디스크(126) 및 틸팅 조절축(127)을 포함한다.
와인딩 롤러(121)는 관재(PM)를 권회하면서 압출 성형관(130)과 함께 관재(PM)를 가압하는 것으로, 다수의 와인딩 롤러(121)가 원주 방향을 따라 설정 간격으로 이격되며, 압출 성형관(130)의 중심 축선으로부터 방사상으로 배치된다.
롤러 구동기(122)는 다수의 와인딩 롤러(121)들을 각각 와인딩 롤러(121)의 회전축을 중심으로 동시에 회전시킨다. 따라서, 동시에 자전하는 와인딩 롤러(121)에 관재(PM)가 권회된다.
도 5와 같이, 롤러 구동기(122)는 와인딩 롤러(121)의 일측 단부 중 압출 성형관(130)의 외측으로 노출된 부분에 각각 구비된 스프로킷(sprocket)을 이용한 구동 방식이 적용될 수 있다.
이를 위해 도시는 생략되었지만 와인딩 롤러(121)에 각각 구비된 스프로킷들에 동시에 체결되도록 무한궤도를 이루는 구동 체인 및 상기한 구동 체인을 회전시키는 구동 모터를 더 포함한다. 구동 모터는 기어 어셈블리를 통해 구동 체인에 연결될 수 있다.
제1 베어링(123)은 와인딩 롤러(121)를 회전 가능하게 지지하는 것으로, 와인딩 롤러(121)의 일측 단부에 구비된다. 일 예로 제1 베어링(123)은 스프로킷이 구비되며 관재(PM)가 감기기 시작하는 상류측 단부에 구비된다.
특히 제1 베어링(123)은 후술하는 제2 베어링(124)과 마찬가지로 와인딩 롤러(121)를 회동 가능하게 지지한다. 와인딩 롤러(121)들이 원주 방향으로 틸딩되면, 틸팅 각도(θ)에 따라 관재(PM)가 나선 방향으로 감기는 각도가 조절된다.
도 6과 같이 제1 베어링(123)이 원주 방향으로 회동 가능하도록 제1 베어링(123)은 무축 베어링이 적용될 수 있다. 무축 베어링을 적용하기 위해 와인딩 롤러(121)의 단부에는 둥근 끼움구를 포함하고 제1 베어링(123)의 내부에는 상기 둥근 끼움구가 회전 가능하게 수용되는 공간부가 형성된다.
도 7과 같이, 제2 베어링(124)은 와인딩 롤러(121)의 타측 단부에 구비되며, 와인딩 롤러(121)를 회동 가능하게 지지한다. 이러한 제2 베어링(124)은 제1 베어링(123)의 타단부 즉, 하류측에 설치된다. 또한 제2 베어링(124) 역시 와인딩 롤러(121)의 타측 단부에 구비된 둥근 끼움구를 수용하는 무축 베어링이 적용된다.
제1 디스크(125)는 제1 베어링(123)들을 서로 연결시킨다. 제1 베어링(123)은 원주 방향으로 배치된 다수의 와인딩 롤러(121) 일단에 각각에 구비되므로, 원판 형상의 제1 디스크(125)를 이용하여 제1 베어링(123) 즉, 와인딩 롤러(121)의 일단을 서로 연결한다.
연결을 위해, 일 예로 제1 디스크(125)에는 와인딩 롤러(121)의 배치 상태와 일치하도록 원주 방향을 따라 다수의 나사공이 형성되어 있고, 와인딩 롤러(121) 각각에도 나사공을 형성한다. 따라서, 이들 나사공에 나사를 체결하여 결합한다.
유사하게, 제2 디스크(126)는 제2 베어링(124)들을 서로 연결시킨다. 제2 베어링(124)은 다수의 와인딩 롤러(121) 타단에 각각에 구비된 것으로, 원판 형상의 제2 디스크(126)를 이용하여 와인딩 롤러(121)의 타단을 서로 나사로 연결한다.
틸팅 조절축(127)은 다수의 와인딩 롤러(121)들의 중심 축선상에 설치된다. 즉, 원주 방향으로 배치된 와인딩 롤러(121)들을 포함하여 구성되는 와인더(120)의 중공부 내에 동축선상으로 설치된다.
또한 틸팅 조절축(127)은 제1 디스크(125) 또는 제2 디스크(126) 중 어느 하나에 결합된다. 반면, 결합되지 않는 나머지 제2 디스크(126) 또는 제1 디스크(125) 중 어느 하나에는 회전 중심에 관통하여 공회전되게 한다.
따라서, 틸팅 조절축(127)이 모터 등과 같은 조절기에 의해 시계 혹은 반시계 방향으로 회전되면, 틸팅 조절축(127)에 결합된 디스크(제1 디스크 또는 제2 디스크)가 회전하면서 와인딩 롤러(121)의 일단이 그 회전 방향(즉 원주 방향) 및 회전 각도(θ)로 틸팅된다.
틸팅 조절축(127)의 회전에 의해 원주 방향으로 배치된 와인딩 롤러(121)의 일단이 동시에 틸팅되면, 와인더(120)에서 관재(PM)를 권회시키는 나선 방향 감김이 조절되므로, 관 인출 속도 및 관 두께 등이 조절된다.
다만, 틸팅 조절축(127)은 냉각수를 분사 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해 틸팅 조절축(127)은 그 내부에 냉각수를 공급하는 유로가 형성되어 있고 몸체에는 냉각수 분사노즐(127a)이 구비된다.
냉각수 분사노즐(127a)은 분사공 자체나 별도의 노즐 조립체가 사용될 수 있으며, 각각 틸팅 조절축(127)의 축심을 기준으로 방사상으로 구비된다. 또한, 틸팅 조절축(127)의 일측에는 냉각수 공급구(도시 생략)가 연결된다.
따라서, 도 8의 (a)와 같이, 냉각수 공급구를 통해 외부에서 냉각수가 유입되면, 틸팅 조절축(127) 내부의 유로를 통해 냉각수(CW)가 공급되고, 공급된 냉각수는 냉각수 분사노즐(127a)을 통해 외측으로 분사된다.
도 8의 (b)와 같이 틸팅 조절축(127)에서 분사된 냉각수(CW)는 와인딩 롤러(121)들 사이의 틈을 통해 권회 중인 관재(PM)에 직접 분사되거나 와인딩 롤러(121) 자체를 냉각시키게 된다. 따라서, 관재(PM)를 가압하여 융착시 냉각이 이루어지게 하므로 관의 형상 변형을 방지하면서도 관 특성을 향상시킨다.
한편, 도 9와 같이, 압출 성형관(130)은 와인더(120)에 나선 방향으로 권회 중인 관재(PM)를 가압하는 것으로, 그 내측 중공부에 상술한 와인더(120)가 동축선상으로 끼워져 조립된다. 또한, 성형이 시작되는 일측 단부에 관재(PM)가 유입되는 투입구(131)가 형성되어 있다.
실시예로 압출 성형관(130)은 적어도 와인더(120)에 관재(PM)가 감기는 부분 전체를 덮는 길이로 구성된다. 예컨대, 압출 성형관(130)은 와인더(120) 중 스프로킷을 제외한 부분에 대응하는 길이로 구성되어 와이어 전체를 덮도록 한다.
또한 상술한 바와 같이 압출 성형관(130)의 일측 단부(권회가 시작되는 상류측)에 사각 형상으로 관통 형성된 투입구(131)를 포함한다.
따라서, 압출 성형관(130)은 띠 형상의 관재(PM)가 권회되는 동안 계속해서 가압을 하여 제품 생산 속도를 향상시킬 수 있게 한다. 관재(PM)가 겹쳐지는 부분을 중심으로 그 외 다른 부분도 함께 가압하여 관 두께가 일정하고, 접합부가 완전 융착되어 매끄러우며, 밀도가 높으면서도 품질이 일정한 관을 제작하게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조방법에 대해 설명한다. 다만, 본 발명은 제조방법은 실시예로서 상술한 제조장치를 이용하는 것을 예로 들어 설명한다.
도 10과 같이, 본 발명에 따른 압출 성형관을 이용한 관 제조방법은 용융 원료를 압출하여 관(pipe)을 제작하는 것으로, 와인더 조정단계(S110), 원료 공급단계(S120), 관재 투입단계(S130), 가압 단계(S140) 및 냉각 단계(S150)를 포함한다.
위와 같은 구성의 본 발명은 원료 투입기(110)에서 연속으로 공급되는 띠 형상의 관재(PM)가 와인더(120)에 나선 방향으로 권회되고, 관재(PM)의 폭 방향 일부분이 겹쳐져 접합되면서 관 형상을 갖춘다.
이를 위해, 상기한 와인더 조정단계(S110)에서는 띠 형상의 관재(PM)가 나선 방향으로 감겨지는 와인더(120)의 감김 각도를 조절한다. 따라서 초기 구동시 관의 용도에 따라 최적이 상태로 셋팅이 이루어지게 한다.
와인더(120)는 공급된 관재(PM)를 나선 방향으로 감는 것으로, 압출 성형관(130)의 투입구(131)를 통해 공급된 관재(PM)는 회전되는 와인더(120)에 나선 방향으로 권회된다. 또한 폭 방향 단부가 일부분 겹친 상태에서 권회됨에 연속된 관 형상을 갖는다.
실시예로 와인더(120)는 원형으로 배치된 다수의 롤러를 통해 관재(PM)를 감는다. 이를 위해 와인더(120)는 와인딩 롤러(121), 롤러 구동기(122), 제1 베어링(123), 제2 베어링(124), 제1 디스크(125), 제2 디스크(126) 및 틸팅 조절축(127)을 포함한다.
따라서, 틸팅 조절축(127)이 모터 등과 같은 조절기에 의해 시계 혹은 반시계 방향으로 회전되면, 틸팅 조절축(127)에 결합된 디스크(제1 디스크 또는 제2 디스크)가 회전하면서 와인딩 롤러(121)의 일단이 그 회전 방향(즉 원주 방향) 및 회전 각도로 틸팅된다.
틸팅 조절축(127)의 회전에 의해 원주 방향으로 배치된 와인딩 롤러(121)의 일단이 동시에 틸팅되면, 와인더(120)에서 관재(PM)를 권회시키는 나선 방향 감김이 조절되므로, 관 인출 속도 및 관 두께 등이 조절된다.
다음, 원료 공급단계(S120)에서는 원료 투입기(110)에서 용융 원료를 띠 형상으로 압출하여 관재(PM)를 공급한다.
이를 위해, 원료 투입기(110)는 용융 원료를 띠(strap) 형상으로 압출하여 관재(PM)를 공급한다. 용융 원료는 폴리에틸렌(PE)을 비롯하여 관의 용도에 따라 다양한 합성수지재가 적용될 수 있다. 또한 재활용 수지가 적용될 수 있으며 이는 관의 두께나 직경에 따라 결정될 수도 있다.
실시예로, 원료 투입기(110)는 원료를 공급하는 호퍼(111)와, 공급된 원료를 설정된 두께의 관재(PM)로 압출하는 압출 롤러(112) 및 관재(PM)의 투입을 안내하는 가이드 롤러(113)를 포함한다.
도 4와 같이, 호퍼(111)는 용융 합성수지재를 비롯하여 관 용도에 따르는 용융 원료를 일시 저장하며, 하단부에는 용융 원료를 배출하는 토출구(111a)가 형성되어 있다. 토출구(111a)는 띠 형상의 관재(PM)를 형성하도록 폭이 좁은 직사각형 형상을 갖는다.
한 쌍으로 이루어진 압출 롤러(112)는 호퍼(111)의 토출구(111a) 양단에 구비되며, 압출되는 관재(PM)의 두께에 대응하여 서로 이격 설치된다. 또한 압출 롤러(112) 사이의 간극이 토출구(111a)의 직하부에 위치한다. 이러한 압출 롤러(112) 사이의 간격은 관재(PM)에 따라 조절될 수 있다.
가이드 롤러(113)는 압출 롤러(112)에서 압출된 관재(PM)가 압출 성형관(130)으로 투입되도록 안내한다. 압출 성형관(130)의 상류측(권회 시작측)에는 투입구(131)가 형성되어 있으며, 가이드 롤러(113)에 의해 안내된 관재(PM)는 투입구(131)로 안내되는 것이다.
따라서, 원료 투입기(110)의 호퍼(111)에 저장된 용융 원재는 압출 롤러(112)를 통과하면서 띠 형상으로 압출되고, 압출된 띠 형상의 관재(PM)가 공기중에서 일차적으로 냉각된 후 가이드 롤러(113)의 안내에 따라 투입된다.
다만, 이상에서는 하나의 원료 투입기(110) 및 압출 성형관(130)에 구비된 하나의 투입구(131)를 통해 한 종류의 관재(PM)가 투입되는 것을 예로 들었다. 그러나, 원료 공급단계(S120)에서는 이들을 각각 다수개 구비하여 다수의 관재(PM)를 공급할 수 있다. 따라서 다수의 층으로 이루어진 관이 제작되도록 할 수 있다.
다음, 관재 투입단계(S130)에서는 와인더(120)의 외측에 끼워져 있는 압출 성형관(130)의 투입구(131)로 관재(PM)를 유입시킨다.
상기한 바와 같이 원료 투입기(110)의 압출 롤러(112)를 통과하면서 압출된 띠 형상의 관재(PM)가 가이드 롤러(113)의 안내에 따라 압출 성형관(130)의 투입구(131)를 통과하여 투입된다.
투입된 관재(PM)는 와인더(120)의 외측과 압출 성형관(130)의 내측 사이에서 권회된다. 더욱 정확히는 와인더(120)에 나선 방향으로 권회되는 관재(PM)가 압출 성형관(130)의 내측면에 의해 가압되기 시작한다.
다음, 가압 단계(S140)에서는 관재(PM)가 폭 방향으로 일부 겹친 상태에서 와인더(120)에 나선 방향으로 감기면서 압출 성형관(130)의 내측에서 와인더(120)로 관재(PM)를 가압한다.
상술한 바와 같이 압출 성형관(130)은 와인더(120)에 나선 방향으로 권회 중인 관재(PM)를 가압하는 것으로, 그 내측 중공부에 와인더(120)가 동축선상으로 끼워져 조립된다.
실시예로 압출 성형관(130)은 적어도 와인더(120)에 관재(PM)가 감기는 부분 전체를 덮는 길이로 구성된다. 예컨대, 압출 성형관(130)은 와인더(120) 중 스프로킷을 제외한 부분에 대응하는 길이로 구성되어 와이어 전체를 덮도록 한다.
따라서, 압출 성형관(130)은 띠 형상의 관재(PM)가 권회되는 동안 계속해서 가압을 하여 제품 생산 속도를 향상시킬 수 있게 한다. 관재(PM)가 겹쳐지는 부분을 중심으로 그 외 다른 부분도 함께 가압하여 관 두께가 일정하고, 접합부가 완전 융착되어 매끄러우며, 밀도가 높으면서도 품질이 일정한 관을 제작하게 한다.
다음, 냉각 단계(S150)에서는 와인더(120)의 회전 중심 축선상에 배치된 틸팅 조절축(127)을 통해 압출 성형되는 관재(PM)를 향해 냉각수를 분사한다.
틸팅 조절축(127)은 그 내부에 냉각수를 공급하는 유로가 형성되어 있고 몸체에는 냉각수 분사노즐(127a)이 구비된다. 냉각수 분사노즐(127a)은 분사공 자체나 별도의 노즐 조립체가 사용될 수 있으며, 각각 틸팅 조절축(127)의 축심을 기준으로 방사상으로 구비된다.
또한, 틸팅 조절축(127)의 일측에는 냉각수 공급구(도시 생략)가 연결된다.
따라서, 냉각수 공급구를 통해 외부에서 냉각수가 유입되면, 틸팅 조절축(127) 내부의 유로를 통해 냉각수(CW)가 공급되고, 공급된 냉각수는 냉각수 분사노즐(127a)을 통해 외측으로 분사된다.
틸팅 조절축(127)에서 분사된 냉각수(CW)는 와인딩 롤러(121)들 사이의 틈을 통해 권회 중인 관재(PM)에 직접 분사되거나 와인딩 롤러(121) 자체를 냉각시키게 된다. 따라서, 관재(PM)를 가압하여 융착시 냉각이 이루어지게 하므로 관의 형상 변형을 방지하면서도 관 특성을 향상시킨다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
110: 원료 투입기
111: 호퍼
112: 압출 롤러
113: 가이드 롤러
120: 와인더
121: 와인딩 롤러
122: 롤러 구동기
123: 제1 베어링
124: 제2 베어링
125: 제1 디스크
126: 제2 디스크
127: 틸팅 조절축
127a: 냉각수 분사노즐
130: 압출 성형관

Claims (7)

  1. 용융 원료를 압출하여 관(pipe)을 제작하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치에 있어서,
    용융 원료를 띠(strap) 형상으로 압출하여 관재(PM)를 공급하는 원료 투입기(110)와;
    상기 공급된 관재(PM)가 폭 방향으로 일부 겹친 상태에서 나선 방향으로 감기는 와인더(120); 및
    내측 중공부에 상기 와인더(120)가 동축선상으로 끼워져 상기 나선 방향으로 감기는 관재(PM)를 가압하며, 성형이 시작되는 일측 단부에 상기 관재(PM)가 유입되는 투입구(131)가 형성되어 있는 압출 성형관(130);을 포함하되,
    상기 와인더(120)는, 원주 방향을 따라 설정 간격으로 이격되되, 각각 상기 압출 성형관(130)의 중심 축선으로부터 방사상으로 배치된 와인딩 롤러(121)와, 상기 와인딩 롤러(121)들을 각각 상기 와인딩 롤러(121)의 회전축을 중심으로 동시에 회전시키는 롤러 구동기(122)와, 상기 와인딩 롤러(121)의 일측 단부에 구비되며, 상기 와인딩 롤러(121)를 회동 가능하게 지지하는 제1 베어링(123)과, 상기 와인딩 롤러(121)의 타측 단부에 구비되며, 상기 와인딩 롤러(121)를 회동 가능하게 지지하는 제2 베어링(124)과, 상기 제1 베어링(123)들을 서로 연결시키는 제1 디스크(125)와, 상기 제2 베어링(124)들을 서로 연결시키는 제2 디스크(126) 및 상기 다수의 와인딩 롤러(121)들의 중심 축선상에 설치되며, 상기 제1 디스크(125) 또는 제2 디스크(126) 중 어느 하나에 결합되는 틸팅 조절축(127)을 포함하며, 상기 틸팅 조절축(127)의 회전에 의해 상기 와인딩 롤러(121)들의 일단이 원주 방향으로 회동되어 상기 관재(PM)가 감기는 각도가 조절되고,
    상기 틸팅 조절축(127)은, 내부에 냉각수를 공급하는 유로가 형성되어 있으며, 상기 틸팅 조절축(127)에 관통 형성된 냉각수 분사노즐 및 상기 틸팅 조절축(127)의 일측에 연결된 냉각수 공급구를 포함하되,
    상기 압출 성형관(130)은, 적어도 상기 와인더(120)에 관재(PM)가 감기는 부분 전체를 덮는 길이로 구성되며, 다수의 상기 와인딩 롤러(121) 외면에 띠 형상으로 권회되는 관재(PM)는 상기 압출 성형관(130) 내면과 상기 와인딩 롤러(121) 외면에 의해 가압 및 압출되어 관(pipe)의 생산속도를 향상시킬 수 있게 하되, 상기 압출 성형관(130) 내에서 관재(PM)가 서로 겹쳐지는 접합부를 중심으로 다른 부분도 함께 가압하여 접합부의 완전 융착에 의해 관(pipe) 두께가 일정하도록 하는 것을 특징으로 하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 투입기(110)는,
    상기 용융 원료를 공급하는 호퍼(111)와;
    상기 호퍼(111)의 토출구(111a) 양단에 구비되며, 상기 압출되는 관재(PM)의 두께에 대응하여 서로 이격 설치된 한 쌍의 압출 롤러(112); 및
    상기 압출 롤러(112)에서 압출된 관재(PM)를 상기 압출 성형관(130)으로 투입되도록 지지하는 가이드 롤러(113);를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 롤러 구동기(122)는,
    상기 와인딩 롤러(121)의 일측 단부 중 상기 압출 성형관(130)의 외측으로 노출된 부분에 각각 구비된 스프로킷과;
    상기 스프로킷에 감기는 구동 체인; 및
    상기 구동 체인을 회전시키는 구동 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 용융 원료를 띠(strap) 형상으로 압출하여 관재(PM)를 공급하는 원료 투입기(110)와, 상기 공급된 관재(PM)가 폭 방향으로 일부 겹친 상태에서 나선 방향으로 감기는 와인더(120) 및 내측 중공부에 상기 와인더(120)가 동축선상으로 끼워져 상기 나선 방향으로 감기는 관재(PM)를 가압하며, 성형이 시작되는 일측 단부에 상기 관재(PM)가 유입되는 투입구(131)가 형성되어 있는 압출 성형관(130)을 포함하되, 상기 와인더(120)는, 원주 방향을 따라 설정 간격으로 이격되되, 각각 상기 압출 성형관(130)의 중심 축선으로부터 방사상으로 배치된 와인딩 롤러(121)와, 상기 와인딩 롤러(121)들을 각각 상기 와인딩 롤러(121)의 회전축을 중심으로 동시에 회전시키는 롤러 구동기(122)와, 상기 와인딩 롤러(121)의 일측 단부에 구비되며, 상기 와인딩 롤러(121)를 회동 가능하게 지지하는 제1 베어링(123)과, 상기 와인딩 롤러(121)의 타측 단부에 구비되며, 상기 와인딩 롤러(121)를 회동 가능하게 지지하는 제2 베어링(124)과, 상기 제1 베어링(123)들을 서로 연결시키는 제1 디스크(125)와, 상기 제2 베어링(124)들을 서로 연결시키는 제2 디스크(126) 및 상기 다수의 와인딩 롤러(121)들의 중심 축선상에 설치되며, 상기 제1 디스크(125) 또는 제2 디스크(126) 중 어느 하나에 결합되는 틸팅 조절축(127)을 포함하며, 상기 틸팅 조절축(127)의 회전에 의해 상기 와인딩 롤러(121)들의 일단이 원주 방향으로 회동되어 상기 관재(PM)가 감기는 각도가 조절되고, 상기 틸팅 조절축(127)은, 내부에 냉각수를 공급하는 유로가 형성되어 있으며, 상기 틸팅 조절축(127)에 관통 형성된 냉각수 분사노즐 및 상기 틸팅 조절축(127)의 일측에 연결된 냉각수 공급구를 포함하되, 상기 압출 성형관(130)은, 적어도 상기 와인더(120)에 관재(PM)가 감기는 부분 전체를 덮는 길이로 구성되며, 다수의 상기 와인딩 롤러(121) 외면에 띠 형상으로 권회되는 관재(PM)는 상기 압출 성형관(130) 내면과 상기 와인딩 롤러(121) 외면에 의해 가압 및 압출되어 관(pipe)의 생산속도를 향상시킬 수 있게 하되, 상기 압출 성형관(130) 내에서 관재(PM)가 서로 겹쳐지는 접합부를 중심으로 다른 부분도 함께 가압하여 접합부의 완전 융착에 의해 관(pipe) 두께가 일정하도록 하는 것을 특징으로 하는 압출 성형관을 이용한 관 제조장치에 있어서,
    띠(strap) 형상의 관재(PM)가 나선 방향으로 감겨지는 상기 와인더(120)의 감김 각도를 조절하는 와인더 조정단계(S110)와;
    상기 원료 투입기(110)에서 용융 원료를 띠 형상으로 압출하여 상기 관재(PM)를 공급하는 원료 공급단계(S120)와;
    상기 와인더(120)의 외측에 끼워져 있는 상기 압출 성형관(130)의 투입구(131)로 상기 관재(PM)를 유입시키는 관재 투입단계(S130)와;
    상기 관재(PM)가 폭 방향으로 일부 겹친 상태에서 상기 와인더(120)에 나선 방향으로 감기면서 상기 압출 성형관(130)의 내측에서 상기 관재(PM)를 가압하는 가압 단계(S140); 및
    상기 와인더(120)의 회전 중심 축선상에 배치된 상기 틸팅 조절축(127)을 통해 상기 압출 성형되는 관재(PM)를 향해 냉각수를 분사하는 냉각 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 성형관을 이용한 관 제조방법.
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