KR102541503B1 - 다중 경도 방식의 매트리스 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원재료를 압출하는 압출부; 상기 압출부에서 압출된 원재료를 냉각하여 매트리스를 성형하는 냉각 수조; 및 상기 냉각 수조 내부에 구비되고, 냉각되는 원재료의 일 측 및 타 측에 크기가 다른 기포를 각각 분사하는 기포 공급부를 포함하고, 상기 압출부는 그 내부에 원재료가 충진되는 압출부 본체; 상기 압출부 본체의 일 측에 형성되어 원재료를 압출하는 압출 유닛; 및 상기 압출부 본체 내부의 원재료를 가압하여 상기 원재료가 압출 유닛을 통해 압출되도록 하는 가압부를 포함하며, 상기 압출 유닛은 내부가 비어 있는 원통형의 깔때기(funnel) 형상으로 이루어지고, 상기 압출 유닛은 복수 개의 소프트부 압출 유닛과 복수 개의 하드부 압출 유닛을 포함하며, 상기 압출 유닛의 입구측 지름은 출구측 지름보다 큰 것인 매트리스 제조 장치와, 이 장치를 이용한 매트리스 제조방법에 관한 것이다.

Description

다중 경도 방식의 매트리스 제조 장치 및 제조 방법{DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-HARDNESS MATTRESS}

본 발명은 경도가 상이한 하드 매트리스와 소프트 매트리스를 동시에 제조할 수 있는 매트리스 제조 장치 및 이 장치를 이용한 매트리스 제조 방법에 대한 것이다.

일반적으로 매트리스라고 하는 것은 널리 알려진 바와 같이 쿠션을 가지며 침구나 침대 등에 배치되어 사용자가 이용하는 것을 말한다. 이러한 매트리스는 주로 압출 공정을 통해 생산된다. 도 1에 도시된 바와 같이 매트리스는 압출부(E)와 냉각 수조(P)를 포함한다. 상기 압출부(E)에서는 매트리스의 원재료가 되는 수지가 압출되는 것으로서 일정한 단면을 가지고 길이 방향으로 길게 압출된다. 이때, 상기 원재료(M)는 다수 개의 가닥(M1)으로 압출된 후 냉각 수조(P)에서 상호 결합되고 얽히면서 매트리스로 형성되고, 롤러(P3) 등에 의해 반송된 후, 절단부(P2)에 의해 절단된다. 이후 절단부(P2)에서 절단된 원재료를 적층하여 매트리스로 제조한다.

최근에는 상기 매트리스의 각 부분의 경도가 다른 다중 경도 방식의 매트리스가 각광받고 있다. 예를 들어 매트리스 중 사용자가 접촉하는 측면은 경도가 낮은 푹신한 부분으로 구비되고, 반대측 측면은 경도가 높은 딱딱한 부분으로 구비되는 것이다. 이러한 다중 경도 방식의 매트리스를 제조하기 위해서 종래에는 경도가 다른 부분을 각각 제조한 후 이를 적층하는 공정을 이용하였으며, 이러한 종래 기술의 경우 경도가 다른 부분을 각각 제조하는 공정과 적층하는 공정 등이 각각 별도로 필요하기 때문에 제조 시간과 노력이 많이 소요되어 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

한편, 상술한 매트리스 제조 장치이나 제조 방법 자체는 널리 알려진 것으로서 특히 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있는 바, 이에 대한 설명과 도시는 생략한다.

한국 등록특허 제10-1786214호

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 적어도 2 종류의 압출 유닛을 사용하여 서로 다른 직경으로 원재료를 압출하는 동시에 냉각 수조에서 크기가 다른 기포를 매트리스 원료에 접촉시킴으로써, 경도가 상이한 매트리스를 일시에 제조할 수 있는 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 상기 제조장치를 활용하여 제조 원가를 절감할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 매트리스의 경도도 정밀하게 조절할 수 있는 다중 경도 방식의 제조 장치 및 이 장치를 이용한 매트리스 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 원재료를 압출하는 압출부; 상기 압출부에서 압출된 원재료를 냉각하여 매트리스를 성형하는 냉각 수조; 및 상기 냉각 수조 내부에 구비되고, 냉각되는 원재료의 일 측 및 타 측에 크기가 다른 기포를 각각 분사하는 기포 공급부를 포함하고, 상기 압출부는 그 내부에 원재료가 충진되는 압출부 본체; 상기 압출부 본체의 일 측에 형성되어 원재료를 압출하는 압출 유닛; 및 상기 압출부 본체 내부의 원재료를 가압하여 상기 원재료가 압출 유닛을 통해 압출되도록 하는 가압부를 포함하며, 상기 압출 유닛은 내부가 비어 있는 원통형의 깔때기(funnel) 형상으로 이루어지고, 상기 압출 유닛은 복수 개의 소프트부 압출 유닛과 복수 개의 하드부 압출 유닛을 포함하며, 상기 압출 유닛의 입구측 지름은 출구측 지름보다 큰 것인 매트리스 제조 장치를 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 압출 유닛은, 상기 압출 유닛의 출구에서 상기 원재료가 튜브 형상으로 압출되도록, 비어 있는 내부 공간의 중심 부분에 상기 원재료의 유동의 적어도 일부를 제한하는 중심핀이 마련될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 매트리스 제조 장치는 상기 복수 개의 소프트부 압출 유닛과 상기 복수 개의 하드부 압출 유닛은 각각 압출 유닛 상부 및 압출 유닛 하부를 포함하고, 상기 압출 유닛 상부는, 입구; 상기 입구측 지름이 유지되면서 연장하는 제1 원통부; 및 상기 제1 원통부의 하부와 접하고 하방으로 내려갈수록 그 지름이 연속적으로 줄어드는 테이퍼부를 포함하고, 상기 압출 유닛 하부는, 상기 테이퍼부의 하부와 접하고 상기 출구측 지름이 유지되면서 연장하는 제2 원통부; 및 출구를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 소프트부 압출 유닛의 압출 유닛 상부는 상기 소프트부 압출 유닛의 전체 높이의 65% 내지 75% 사이의 높이로 형성되고, 상기 하드부 압출 유닛의 압출 유닛 상부는 상기 하드부 압출 유닛 전체 높이의 25% 내지 35% 사이의 높이로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 테이퍼부는 상기 압출 유닛 상부의 전체 높이의 40% 내지 50% 사이의 높이로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하드부 압출 유닛의 출구측 지름은 상기 소프트부 압출 유닛의 출구측 지름보다 크며, 상기 하드부 압출 유닛에서 압출되는 원재료에 의해 하드 매트리스가 형성되고, 상기 소프트부 압출 유닛에서 압출되는 원재료에 의해 소프트 매트리스가 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 소프트부 압출 유닛의 입구측 지름은 2.4 cm 내지 2.6 cm 이고, 출구측 지름은 0.5 mm 내지 0.7 mm 일 수 있으며, 상기 하드부 압출 유닛의 입구측 지름은 0.9 cm 내지 1.1 cm 이고, 출구측 지름은 0.8 mm 내지 1.0 mm 일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 기포 공급부는 상기 냉각되는 원재료의 일 측에 제1 기포를 분사하는 제1 기포 공급부와, 상기 냉각되는 원재료의 타 측에 제2 기포를 분사하는 제2 기포 공급부를 포함하고, 상기 제1 기포 공급부는, 물과 공기가 공급되는 제1 투입관과, 상기 제1 투입관을 통해 공급된 물과 공기가 유동하는 제1 유동관과, 상기 제1 유동관에 복수 개 구비되고 제1 유동관과 연통되며 원재료의 일 측면을 향하여 배치되는 제1 노즐을 포함하고, 상기 제2 기포 공급부는, 물과 공기가 공급되는 제2 투입관과, 상기 제2 투입관을 통해 공급된 물과 공기가 유동하는 제2 유동관과, 상기 제2 유동관에 복수 개 구비되고 제2 유동관과 연통되며 원재료의 타 측면을 향하여 배치되는 제2 노즐을 포함하며, 상기 제1 노즐과 제2 노즐을 통해 상기 냉각 수조 내부에서 냉각되는 원재료에 기포를 분사할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 매트리스 제조 장치는 상기 압출부에서 압출된 상기 원재료의 적어도 일 측 표면에 압력을 가하는 측면 가압 장치를 더 포함하고, 상기 측면 가압 장치는 냉각 수조에 위치할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 매트리스 제조 장치를 이용한 매트리스 제조 방법으로서, 압출부의 소프트부 압출 유닛 및 하드부 압출 유닛에서 각각 상이한 직경의 원재료를 동시에 압출하는 단계; 압출된 원재료를 냉각 수조로 진입시키는 단계; 기포 공급부를 통해 냉각 수조 내부에서 냉각되는 원재료에 기포를 공급하되, 상기 원재료의 일 측 및 타 측에 크기가 다른 기포를 각각 공급하는 단계; 및 냉각 수조로부터 냉각된 원재료를 이동시킨 후 소정 길이로 절단하는 단계를 포함하는 매트리스 제조 방법을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 냉각 수조 내부의 원재료의 일 측에 공급되는 기포의 직경은 1㎛ 이상 100㎛ 미만이고, 타 측에 공급되는 기포의 직경은 100㎛ 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매트리스 제조장치는 적어도 2 종류의 압출 유닛을 사용하여 서로 다른 직경으로 원재료를 압출하는 동시에 냉각 수조에서 크기가 다른 기포를 매트리스 원료에 접촉시킴으로써, 경도가 상이한 매트리스를 일시에 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매트리스 제조장치는 경도가 성이한 매트리스의 제조 원가를 절감할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매트리스 제조장치 및 제조방법은 매트리스의 경도도 정밀하게 조절할 수 있다.

본 발명의 특정한 바람직한 실시예들의 특징들 및 이득들은 첨부 도면들과 함께 처리되는 하기의 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
도 1 은 종래 기술의 매트리스 제조 장치를 설명하는 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치의 개략도이다.
도 3 는 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치의 압출부를 자세히 나타낸 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 일 측면에 다른 매트리스 제조 장치에 구비된 압출 유닛을 자세히 나타낸 입체도이다. 도 4(a)는 소프트부 압출 유닛이고, 도 4 (b)는 하드부 압출 유닛이며, 도 4 (c)는 내부에 중심핀이 구비된 일 실시형태의 압출 유닛을 도시한 것이다.
도 5 은 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치의 기포 공급부의 개략도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

예를 들어, 「동일」 및 「동일하다」 등 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능이 얻어지는 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타낸다.

예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「나란하게」, 「수직하게」, 「중심으로」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타낸다.

이하에서 언급되는 구성요소 앞에 ‘제1, 제2, 제3' 등의 표현이 붙는 용어 사용은, 지칭하는 구성요소의 혼동을 피하기 위한 것일 뿐, 구성요소들 사이의 순서, 중요도 또는 주종관계 등과는 무관하다. 예를 들면, 제1구성요소 없이 제2구성요소 만을 포함하는 발명도 구현 가능하다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

먼저 도 2 를 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치(10)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 압출부(100) 및 냉각 수조(200)를 포함한다. 압출부(100)에서는 원재료를 압출하며, 냉각 수조(200)는 압출부(100)에서 압출된 원재료를 냉각하여 매트리스를 성형하도록 구성된다. 냉각 수조(200) 자체는 종래 기술을 적용할 수 있어 이에 대한 자세한 설명과 도시는 생략한다.

또한 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치(10)는 냉각 수조(200) 내부에 구비되고 냉각되는 원재료에 기포를 분사하도록 구성되는 기포 공급부(300)를 포함한다. 이러한 기포 공급부(300)는 냉각 수조(200) 내부에서 냉각되는 원재료의 일 측 및 타 측에 크기가 다른 기포를 각각 공급할 수 있도록 구성된다.

예를 들어 도 2 에 도시된 바와 같이, 기포 공급부(300)에 의해 예컨대 도면에서 원재료의 상측 및 하측에 크기가 다른 기포를 공급하여 원재료에 접촉하게 한다. 기포의 크기가 작으면 압출된 원재료가 냉각 수조(200)에서 상호 얽히는 정도가 높아져서 밀도가 높아지게 된다. 반대로 기포의 크기가 크면 압출된 원재료가 냉각 수조(200)에서 상호 얽히는 정도가 낮아져서 밀도가 낮아지게 된다. 밀도가 높아지는 측면은 상대적으로 경도가 높게 되고, 밀도가 낮아지는 측면은 경도가 낮아지게 된다. 다시 말해서 크기가 다른 기포를 원재료에 접촉하게 함으로써 원재료의 일 측의 경도와 타 측의 경도를 서로 상이하게 형성할 수 있다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치(10)의 압출부(100)는 경도가 상이한 하드 매트리스(HM)와 소프트 매트리스(SM)을 동시에 압출할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 3 에서는 보다 나은 이해를 위해 압출된 원재료의 일부만을 간략히 도시하였다. 이러한 압출부(100)에 의해 압출 시부터 매트리스의 일 측과 타 측의 경도를 다르게 할 수 있다. 즉, 본 발명의 압출부(100)로부터 경도가 상대적으로 높은 하드 매트리스(HM)와 경도가 상대적으로 낮은 소프트 매트리스(SM)가 동시에 압출되고, 이러한 하드 매트리스(HM)와 소프트 매트리스(SM)가 냉각 수조(200)를 통과하며 냉각될 때 기포 공급부(300)에 의해 경도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.

압출부(100)는 그 내부에 원재료가 충진되는 압출부 본체(110), 압출부 본체(110)의 일 측에 형성되어 원재료를 압출하는 압출 유닛(120), 및 압출부 본체(110) 내부의 원재료를 가압하여 원재료가 압출 유닛(120)을 통해 압출되도록 하는 가압부(130)를 포함한다. 압출부 본체(110)에 충진된 원재료는 가압부(130)에 의해 가압되어 압출 유닛(120)을 통과하면서 압출된다.

도 4 의 (a)나 도 4 의 (b)에 도시된 바와 같이, 압출 유닛(120)은 그 내부가 비어 있는 원통형의 깔때기(funnel) 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 임의의 높이에서 압출 유닛(120)의 중심 축에 수직한 평면에서의 단면 형상이 원형일 수 있다. 하지만 반드시 원통형에 한정되는 것은 아니고, 구체적인 적용 환경에 따라 사각통형이나 다각통형의 형상으로 얼마든지 변경할 수 있다.

압출 유닛(120)은 압출 유닛 상부(124) 및 압출 유닛 하부(125)를 포함할 수 있다. 압출 유닛 상부(124)는 입구, 입구측 지름이 유지되면서 연장하는 제1 원통부(126) 및 제1 원통부(126)의 하부와 접하고 하방으로 내려갈수록 그 지름이 연속적으로 줄어드는 테이퍼부(127)를 포함할 수 있다. 또한 압출 유닛 하부(125)는 테이퍼부(127)의 하부와 접하고 출구측 지름이 유지되면서 연장하는 제2 원통부(128) 및 출구를 포함할 수 있다. 이때 압출 유닛(120)의 입구측 지름은 출구측 지름보다 큰 것이 바람직하다.

비제한적인 일 실시예에 따르면, 압출 유닛(120)은 도 4 의 (c)에 도시된 바와 같이 비어 있는 내부 공간의 중심 부분에 원재료의 유동의 적어도 일부를 제한하는 중심핀(123)을 포함할 수 있다. 중심핀(123)에 의해 압출 유닛(120)의 중심 부분에서 원재료의 유동이 제한됨으로써, 압출 유닛(120)의 출구에서 압출되는 원재료가 속이 비어 있는 튜브 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 원재료를 튜브 형상으로 성형하면 원재료의 사용량을 상당히 절감할 수 있는 동시에 그 중량도 약 20% 내지 30% 감소되어 보다 가벼운 매트리스를 제작할 수 있다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 압출 유닛(120)은 복수 개의 소프트부 압출 유닛(121)과 복수 개의 하드부 압출 유닛(122)을 포함할 수 있다. 소프트부 압출 유닛(121)을 통해 소프트 매트리스(SM)가 압출되고, 하드부 압출 유닛(122)을 통해 하드 매트리스(HM)가 압출된다. 복수 개의 소프트부 압출 유닛(121)과 복수 개의 하드부 압출 유닛(122)은 각각 압출 유닛 상부(124) 및 압출 유닛 하부(125)를 포함한다. 이러한 하드부 압출 유닛(122)의 출구의 단면 크기 혹은 지름은 소프트부 압출 유닛(121)의 출구의 단면 크기 혹은 지름보다 크게 형성하여, 하드부 압출 유닛(122)에서 압출되는 원재료에 의해 하드 매트리스(HM)가 형성되고, 소프트부 압출 유닛(121)에서 압출되는 원재료에 의해 소프트 매트리스(SM)가 형성된다. 다시 말해서, 하드부 압출 유닛(122)에서 압출되는 원재료의 단면 크기가 소프트부 압출 유닛(121)에서 압출되는 원재료의 단면 크기보다 크게 형성된다. 이러한 작용에 의해 하드부 압출 유닛(122)에서 압출되는 원재료의 밀도가 높게 형성되고, 소프트부 압출 유닛(121)에서 압출되는 원재료의 밀도는 상대적으로 낮게 형성된다. 이에 의해 하드부 압출 유닛(122)을 통해 압출되는 하드 매트리스(HM)의 경도가 소프트부 압출 유닛(121)을 통해 압출되는 소프트 매트리스(SM)의 경도에 비해 상대적으로 높게 형성된다. 소프트부 압출 유닛(121)과 하드부 압출 유닛(122)의 입구 단면 크기는 서로 다르게 형성하되 상호 간격은 동일하게 형성할 수 있다. 이후 압출 유닛(120)에서 압출되는 원재료는 냉각 수조(200)에서 상호 얽혀지게 되어 매트리스를 형성하게 되며 이는 종래 기술과 동일하여 이에 대한 자세한 설명과 도시는 생략한다.

압출 유닛이 원통형의 깔대기 형상이면, 압출되는 원재료의 단면도 마찬가지로 원형 단면을 가지게 된다. 도 4 의 (a)에 도시된 소프트부 압출 유닛(121)의 경우, 바람직하게는 입구측 지름은 2.4 cm 내지 2.6 cm 로 형성하고, 출구측 지름은 0.5 mm 내지 0.7 mm 로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는 입구측 지름은 2.5 cm, 출구측 지름은 0.6 mm로 형성될 수 있다. 소프트부 압출 유닛(121)의 압출 유닛 상부(124)의 높이는 바람직하게는 소프트부 압출 유닛(121)의 전체 높이의 65% 내지 75% 사이의 높이로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 소프트부 압출 유닛(121)의 전체 높이의 70%의 높이로 형성될 수 있다. 소프트부 압출 유닛(121)의 압출 유닛 상부(124) 중 테이퍼부(127)의 높이는, 바람직하게는 소프트부 압출 유닛(121)의 압출 유닛 상부(124)의 전체 높이의 40% 내지 50% 사이의 높이로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 소프트부 압출 유닛(121)의 압출 유닛 상부(124)의 전체 높이의 45%의 높이로 형성될 수 있다.

한편, 도 4 의 (b)에 도시된 하드부 압출 유닛(122)의 경우, 바람직하게는 입구측 지름은 0.9 cm 내지 1.1 cm 로 형성하고, 출구측 지름은 0.8 mm 내지 1.0 mm 로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는 입구측 지름은 1.0 cm, 출구측 지름은 0.9 mm로 형성될 수 있다. 하드부 압출 유닛(122)의 압출 유닛 상부(124)의 높이는 바람직하게는 하드부 압출 유닛(122)의 전체 높이의 25% 내지 35% 사이의 높이로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 하드부 압출 유닛(122)의 전체 높이의 30% 높이로 형성될 수 있다. 하드부 압출 유닛(122)의 압출 유닛 상부(124) 중 테이퍼부(127)의 높이는, 바람직하게는 하드부 압출 유닛(122)의 압출 유닛 상부(124)의 전체 높이의 40% 내지 50% 사이의 높이로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 하드부 압출 유닛(122)의 압출 유닛 상부(124)의 전체 높이의 45% 높이로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치(10)에서는 하드부 압출 유닛(122)을 통해 압출되는 원재료의 단면 직경(0.8 mm 내지 1.0 mm)이 소프트부 압출 유닛(121)을 통해 압출되는 원재료의 단면 직경(0.5 mm 내지 0.7 mm)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 하드부 압출 유닛(122)의 출구측 지름이 1.0 mm 초과이면 경도가 지나치게 높아지고 반대로 소프트부 압출 유닛(121)의 출구측 직경이 0.5 mm 미만이면 경도가 지나치게 낮아져서 사용자에게 불편함을 주게 되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치(10)는 압출부 본체(110) 내부에 충진된 원재료를 가압하는 가압부(130)를 포함한다. 가압부(130)는 단일의 실린더를 이용하여 원재료를 가압함으로써 하드 매트리스(HM)와 소프트 매트리스(SM)를 동시에 압출하도록 구성될 수 있다. 가압부(130)는 압출부 본체(110) 내부를 승강 또는 하강하는 실린더부와, 회전 또는 원 운동에 의해 실린더를 승강 또는 하강시키도록 구성되는 스크롤부를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

복수 개의 소프트부 압출 유닛(121)과 복수 개의 하드부 압출 유닛(122)은, 도 3 에 도시된 길이 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 도 3 에서는 가상의 평면을 기준으로 한쪽에는 복수 개의 소프트부 압출 유닛(121)을 배치하고, 다른 한쪽에는 복수 개의 하드부 압출 유닛(122)을 배치한 것을 도시하고 있다. 이때 압출부(100)에서 압출되는 소프트 매트리스(SM)의 두께는 전체 두께의 30% 내지 35%로 형성되는 것이 바람직하다. 소프트 매트리스에서는 사용자의 신체가 접촉하게 되므로 사용자에게 편안함을 제공해야 하며, 본 발명자들은 많은 실험을 통해 전체 매트리스의 두께 중 30% 내지 35%에 해당하는 두께만큼 소프트 매트리스를 형성하는 것이 제일 바람직한 것으로 확인하였다. 예를 들어 전체 매트리스의 두께가 8 cm인 경우 소프트 매트리스는 2.4 cm ~ 2.8 cm의 두께가 바람직하고 결과적으로 하드 매트리스의 두께는 5.2 cm ~ 5.6 cm 범위가 바람직하다. 만일 전체 매트리스의 두께가 6 cm인 경우 소프트 매트리스는 1.8 cm ~ 2.1 cm의 두께가 바람직하고 결과적으로 하드 매트리스의 두께는 3.9 cm ~ 4.2cm 범위가 바람직하다. 이를 위해 도 3 를 참조하면, 길이 방향으로 압출부 본체(110)의 30% ~ 35% 에는 소프트부 압출 유닛(121)이 배치되고, 길이 방향의 65% ~ 70% 에는 하드부 압출 유닛(122)이 배치되는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이, 종래 기술의 경우 경도가 상이한 매트리스를 제조하기 위해서는 경도가 다른 부분을 각각 제조한 후 이를 별도의 적층하는 공정을 이용하였다. 이러한 종래 기술은 경도가 다른 부분을 각각 제조하는 공정과 적층하는 공정 등이 각각 필요하여 제조 시간과 노력이 많이 소요되었고 이로 인해 제조 원가도 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결한 것으로서, 압출부(100)에서 서로 상이한 2 종류의 압출 유닛(120)을 통해 하드 매트리스(HM)와 소프트 매트리스(SM)를 동시에 제조하고, 이후 냉각되는 원재료 일 측과 타 측에 크기가 다른 기포를 공급하여 접촉시켜 경도를 추가로 제어함에 의해, 경도가 상이한 다중 경도 방식의 매트리스 제조에 시간과 노력을 절감할 수 있고 이에 의해 제조 원가를 낮출 수 있다.

다음으로 도 5 를 참조하여 냉각 수조(200) 내에 구비되는 기포 공급부(300)에 대해 자세히 설명한다.

냉각 수조(200) 내에 구비되는 기포 공급부(300)는 수조 내에서 냉각되는 원재료의 일 측을 향해 제1 기포를 분사하는 제1 기포 공급부(310)와, 냉각되는 원재료의 타 측을 향해 제2 기포를 분사하는 제2 기포 공급부(320)를 포함할 수 있다.

제1 기포 공급부(310)는 물과 공기가 공급되는 제1 투입관(3110)과, 제1 투입관(3110)을 통해 공급된 물과 공기가 유동하는 제1 유동관(3120)과, 제1 유동관(3120)에 다수 개 구비되고 제1 유동관(3120)과 유체 연통되며 원재료의 일 측면을 향하여 배치되는 제1 노즐(3130)을 포함한다.

제2 기포 공급부(320)는 물과 공기가 공급되는 제2 투입관(3210)과, 제2 투입관(3210)을 통해 공급된 물과 공기가 유동하는 제2 유동관(3220)과, 제2 유동관(3220)에 다수 개 구비되고 제2 유동관(3220)과 유체 연통되며 원재료의 타 측면을 향하여 배치되는 제2 노즐(3230)을 포함한다.

이때, 제1 노즐(3130)과 제2 노즐(3230)을 통해 냉각 수조(200) 내부에서 냉각되는 원재료에 기포를 분사한다. 제1 노즐(3130) 및 제2 노즐(3230)에서 공급되는 기포의 크기를 제어함으로써, 원재료의 일 측면과 타 측면의 경도를 서로 다르게 정밀하게 제어할 수 있다.

비제한적인 일 실시예에 따르면, 제1 기포 공급부(310)와 제2 기포 공급부(320)는 물과 공기가 혼합된 유체를 각각 제1 투입관(3110) 및 제2 투입관(3210) 측으로 이송하는 펌프 등을 포함할 수 있으며 이러한 구성은 널리 알려진 관계로 자세한 설명과 도시는 생략한다.

비제한적인 일 실시예로서, 본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치(10)는 압출부(100)에서 압출된 원재료의 적어도 하나의 표면에 압력을 가하도록 구성되는 측면 가압 장치를 포함할 수 있다. 이 측면 가압 장치를 이용하여 압출된 원재료의 표면에 압력을 가하면, 압출된 원재료의 표면을 평평하게 하여 부드러운 표면을 형성할 수 있다. 측면 가압 장치의 위치는 특별히 한정하지는 않으나, 압출된 원재료가 냉각 수조(200)에 진입하기 전에는 서로 얽히기 전이어서 가압하더라도 부드러운 표면을 유지하기 어려우며, 압출된 원재료가 냉각 수조(200)를 거친 후에는 경화가 많이 진행되어 표면 특성을 변경하기 어려워지기 때문에 측면 가압 장치는 냉각 수조(200)에 위치하는 것이 바람직하다.

비제한적인 일 실시예로서, 압출부 본체(110)에 충진되는 원재료는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 이용하는 것이 바람직하다. 폴리올레핀 엘라스토머는 식품용 필름 등에 사용되는 것으로서 인체에 무해한 특성을 가지며 내구성이 높은 등 고기능성 소재를 말한다. 이러한 폴리올레핀 엘라스토머를 원재료로 이용하여 매트리스를 성형하면 사용자의 신체에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

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이하에서는 본 발명의 다른 일 측면에 따른 상술한 매트리스 제조 장치를 이용하여 매트리스를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

우선, 압출부(100)의 소프트부 압출 유닛(121) 및 하드부 압출 유닛(122)에서 각각 상이한 직경의 원재료가 동시에 압출된다. 압출부(100)를 통해 압출되는 원재료는 냉각 수조(200)에 진입하고, 냉각 수조(200)에서 냉각되고 상호 얽히면서 매트리스로 성형된다. 이때 소프트부 압출 유닛(121)으로부터 압출된 작은 직경의 압출된 원재료는 얽히면서 낮은 경도의 매트리스로 성형되고, 하드부 압출 유닛(122)에서 압출된 상대적으로 큰 직경의 압출된 원재료는 얽히면서 상대적으로 높은 경도의 매트리스로 성형된다.

다음으로 냉각 수조(200) 내부에서 냉각되는 원재료에 대해 기포 공급부(300)를 통해 기포를 공급하여 접촉시킨다. 원재료의 일 측 및 타 측에는 크기가 다른 기포가 각각 공급된다. 예를 들어 도 2 및 도 5 에 도시된 바와 같이 원재료의 도면상 상측에는 크기가 상대적으로 작은 기포가 공급되어 접촉되고, 원재료의 도면상 하측에는 크기가 상대적으로 큰 기포가 공급되어 접촉될 수 있다. 이와 같이 크기가 다른 기포의 공급 및 접촉에 의해 원재료의 일 측 경도와 타 측 경도를 서로 다르게 그리고 정밀하게 제어할 수 있다. 크기가 상대적으로 작은 기포의 공급 및 접촉에 의해 냉각 수조(200)에서 얽히는 정도가 상승하여 밀도가 올라가고 이에 의해 경도가 상대적으로 올라간다. 반대로 크기가 상대적으로 큰 기포가 공급 및 접촉되는 경우 얽히는 정도가 낮아져서 밀도가 낮아지고 이에 의해 경도가 상대적으로 낮아진다.

본 발명의 일 측면에 따른 매트리스 제조 장치에서는 우선 서로 다른 크기의 출구측 지름을 갖는 2 종류의 압출 유닛(120)을 통해 경도가 상대적으로 높은 하드 매트리스(HM)와 경도가 상대적으로 낮은 소프트 매트리스(SM)가 동시에 압출하고, 냉각 수조(200)에서 기포의 크기를 조절하여 경도의 차이를 더 크게 혹은 더 작게 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 기포 공급부(300)는 냉각되는 원재료의 일 측에 제1 기포를 분사하는 제1 기포 공급부(310)와, 냉각되는 원재료의 타 측에 제2 기포를 분사하는 제2 기포 공급부(320)를 포함한다. 기포는 제1 기포 공급부(310)에 의해 형성되는 제1 기포와, 제2 기포 공급부(320)에 의해 형성되는 제2 기포를 포함하며, 제1 기포의 크기는 제2 기포의 크기보다 작게 형성할 수 있다. 이때, 크기가 상대적으로 작은 제1 기포가 접하는 원재료 측면의 경도는 크기가 상대적으로 큰 제2 기포가 접하는 원재료 측면의 경도보다 높게 형성된다. 이에 의해 원재료의 일 측 경도와 타 측 경도가 상이하게 형성될 수 있다. 실시 태양에 따라 원재료의 좌우 측면에 기포를 공급하여 원재료의 좌우 측면 경도를 다르게 하는 것도 가능하다.

본 발명은 크기가 다른 기포의 공급에 의해 매트리스 원재료의 양 측면의 경도를 다르게 제어한다. 이때, 크기가 다른 기포의 공급을 위해 제1 기포 공급부(310)의 제1 노즐(3130)과 제2 기포 공급부(320)의 제2 노즐(3230)에서 토출되는 유체의 방수 압력은 동일하게 유지하는 상태에서 방수량을 조절하여 기포의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 동일한 방수 압력에 방수량을 증가시키면 유체가 압축되어 기포의 크기가 상대적으로 감소하고 반대로, 동일한 방수 압력에 방수량을 감소시키면 유체의 압축 정도가 낮아져서 기포의 크기가 상대적으로 커진다.

비제한적인 일 실시예로서, 제1 노즐(3130)의 노즐 직경은 10mm 이고, 방수 압력은 5.2MPa이며, 방수량은 251.6리터/분일 수 있고, 제2 노즐(3230)의 노즐 직경은 13mm이고, 방수 압력은 5.2MPa이며, 방수량은 148.9리터/분일 수 있으며, 본 발명자들은 이러한 조건에 따라 방출되는 제1 노즐(3130)으로부터의 제1 기포와 제2 노즐(3230)으로부터의 제2 기포를 사용하는 것이 실제 제품 생산에 제일 적합한 것임을 많은 실험을 통해 확인하였다.

한편, 상기 방수량은 아래의 식에 의해 구해질 수 있다.

단, Q: 방수량 (리터 / 분), D: 노즐 내경(mm), P:방수 압력(kfg/mm2)이다.

상술한 식에 의해 방수량을 산출할 수 있으며, 방수 압력(P)은 피토관(PT1)에 의해 측정될 수 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 제1 노즐(3130) 또는 제2 노즐(3230)의 선단에서 제1 노즐(3130) 또는 제2 노즐(3230)의 내측 직경(D)의 절반에 해당하는 거리(D/2)만큼 피토관(PT1)을 이격시킨다. 피토관(PT1) 입구 중심선(CL)을 방출 수류 중심선(CL)과 일치하게 한 후, 제1 노즐(3130) 또는 제2 노즐(3230)의 방출 수류가 피토관(PT1)에 가하는 충격 압력에 의해 방수 압력(P)을 측정한다. 방수 압력(P)은 상기 피토관(PT1) 일 측단에 구비되는 압력 게이지(PT3)에 의해 측정될 수 있다. 한편, 도 5 에서 설명되지 않은 도면부호 PT2 는 핸들을 가리키는 것으로서 피토관(PT1)을 용이하게 취급할 수 있도록 하는 것이다.

비제한적인 일 실시예로서, 하드 매트리스(HM) 측으로 방출되는 기포의 직경이 1㎛ 이상 100㎛ 미만이고, 소프트 매트리스(SM) 측으로 방출되는 기포의 직경이 100㎛ 이상일 수 있으며, 본 발명자들은 연구를 통해 이 조건이 실제 제품 생산에 제일 적합한 조건임을 많은 실험을 통해 확인하였다.

이상에서 본 발명의 다양한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 매트리스 제조 장치
100 : 압출부
110 : 압출부 본체 120 : 압출 유닛
121 : 소프트부 압출 유닛 122 : 하드부 압출 유닛
123 : 중심핀 124 : 압출 유닛 상부
125 : 압출 유닛 하부 126 : 제1 원통부
127 : 테이퍼부 128 : 제2 원통부
130 : 가압부 200 : 냉각 수조
300 : 기포 공급부 310 : 제1 기포 공급부
3110 : 제1 투입관 3120 : 제1 유동관
3130 : 제1 노즐 320 : 제2 기포 공급부
3210 : 제2 투입관 3220 : 제2 유동관
3230 : 제2 노즐
SM : 소프트 매트리스 HM : 하드 매트리스

Claims (5)

1. 원재료를 압출하는 압출부;
   상기 압출부에서 압출된 원재료를 냉각하여 매트리스를 성형하는 냉각 수조; 및
   상기 냉각 수조 내부에 구비되고, 냉각되는 원재료의 일 측 및 타 측에 크기가 다른 기포를 각각 분사하는 기포 공급부; 를 포함하고,
   상기 압출부는:
   그 내부에 원재료가 충진되는 압출부 본체;
   상기 압출부 본체의 일 측에 형성되어 원재료를 압출하는 압출 유닛; 및
   상기 압출부 본체 내부의 원재료를 가압하여 상기 원재료가 압출 유닛을 통해 압출되도록 하는 가압부; 를 포함하며,
   상기 압출 유닛은 내부가 비어 있는 원통형의 깔때기(funnel) 형상으로 이루어지고,
   상기 압출 유닛은 복수 개의 소프트부 압출 유닛과 복수 개의 하드부 압출 유닛을 포함하며,
   상기 압출 유닛의 입구측 지름은 출구측 지름보다 큰 것이고,
   상기 압출 유닛은, 상기 압출 유닛의 출구에서 상기 원재료가 튜브 형상으로 압출되도록, 비어 있는 내부 공간의 중심 부분에 상기 원재료의 유동의 적어도 일부를 제한하는 중심핀이 마련되고,
   상기 복수 개의 소프트부 압출 유닛과 상기 복수 개의 하드부 압출 유닛은 각각 압출 유닛 상부 및 압출 유닛 하부를 포함하되, 상기 중심핀은 상기 복수 개의 소프트부 압출 유닛과 상기 복수 개의 하드부 압출 유닛 각각에 구비되고,
   상기 원재료는 상기 하드부 압출 유닛과 상기 소프트부 압출 유닛를 통해 나뉘어 압출되고,
   상기 하드부 압출 유닛에서 압출되는 원재료에 의해 하드 매트리스가 형성되고, 상기 소프트부 압출 유닛에서 압출되는 원재료에 의해 소프트 매트리스가 형성되고,
   상기 압출 유닛 상부는, 입구; 상기 입구측 지름이 유지되면서 연장하는 제1 원통부; 및 상기 제1 원통부의 하부와 접하고 하방으로 내려갈수록 그 지름이 연속적으로 줄어드는 테이퍼부를 포함하고,
   상기 압출 유닛 하부는, 상기 테이퍼부의 하부와 접하고 상기 출구측 지름이 유지되면서 연장하는 제2 원통부; 및 출구를 포함하고,
   상기 소프트부 압출 유닛의 압출 유닛 상부는 상기 소프트부 압출 유닛의 전체 높이의 65% 내지 75% 사이의 높이로 형성되고,
   상기 하드부 압출 유닛의 압출 유닛 상부는 상기 하드부 압출 유닛 전체 높이의 25% 내지 35% 사이의 높이로 형성되고,
   상기 하드부 압출 유닛의 출구측 지름은 상기 소프트부 압출 유닛의 출구측 지름보다 크며,
   상기 기포 공급부는:
   상기 하드부 압출 유닛에서 압출되는 원재료가 상기 냉각 수조를 통과하며 냉각되는 동안, 상기 하드부 압출 유닛에서 압출되는 원재료에 제1 기포를 분사하는 제1 기포 공급부와,
   상기 소프트부 압출 유닛에서 압출되는 원재료가 상기 냉각 수조를 통과하며 냉각되는 동안, 상기 소프트부 압출 유닛에서 압출되는 원재료에 제2 기포를 분사하는 제2 기포 공급부를 포함하고,
   상기 제1 기포 공급부는, 물과 공기가 공급되는 제1 투입관과, 상기 제1 투입관을 통해 공급된 물과 공기가 유동하는 제1 유동관과, 상기 제1 유동관에 복수 개 구비되고 제1 유동관과 연통되며 원재료의 일 측면을 향하여 배치되는 제1 노즐을 포함하고,
   상기 제2 기포 공급부는, 물과 공기가 공급되는 제2 투입관과, 상기 제2 투입관을 통해 공급된 물과 공기가 유동하는 제2 유동관과, 상기 제2 유동관에 복수 개 구비되고 제2 유동관과 연통되며 원재료의 타 측면을 향하여 배치되는 제2 노즐을 포함하며,
   상기 제1 노즐과 제2 노즐을 통해 상기 냉각 수조 내부에서 냉각되는 원재료에 기포를 분사하는 것인, 매트리스 제조 장치.
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