KR20170138392A - 원통형 발포체, 이의 사용 및 제조 방법 - Google Patents

원통형 발포체, 이의 사용 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중앙 캐비티(9)를 구비한 원통형 발포체(1)에 관한 것으로, 발포체(1)는 2개의 대향 단부(3)가 함께 체결 고정되는 만곡식 연질 폼 스트립(2)에 의해 형성되고, 발포체는 높이(H)를 갖고, 스트립(2)은 길이(L), 높이(h) 및 폭(b)을 가지며, 발포체(1)의 형성 후 스트립(2)의 길이 방향(L)이 발포체(1)의 높이 방향(H)이 되고, 발포체(1)는 외측(5) 및 내측(8)을 가지며, 발포체(1)의 외측(5)에는, 발포체(1)의 높이(H)에 걸쳐 연장되고 외측(5)과 내측(8) 사이의 거리의 일부분에 대해서만 발포체(1) 안쪽으로 절단되도록 구성된 2개 이상의 그루브(7)가 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 발포체, 이의 사용 및 제조 방법
본 발명은 원통형 발포체, 이의 사용 및 이러한 발포체의 제조 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 매트리스 및 베개의 폼 스프링(foam spring)으로 사용하기 위한 것이다.
매트리스 또는 베개에서 스프링으로 기능하도록 구성된, 기본적으로 원통 형상으로 만곡된 폼 스트립(cylindrical curved foam strip)을 사용하는 것에 대해서는 예컨대, 국제특허 공개번호 WO 2010/121333 에 잘 공지되어 있다.
강철 스프링과 비교하여 더 큰 내구성과 보다 나은 안락감을 제공함으로 인해, 매트리스 등에서 사용되는 이러한 폼 스프링의 시장 점유율은 점점 증가되고 있다.
이러한 폼 스프링은 일반적으로 연질 폴리우레탄폼으로 제조되는데, 이러한 연질 폴리우레탄폼에는 콜드 폼(cold foam) 및 점탄성 폼(viscoelastic foam)이 포함되나, 현재는 라텍스 폼(latex foam)도 역시 포함된다.
가장 좋은 폼 스프링은 연속 주조 공정에서 생산되는 폼 블록('슬랩스톡 [slabstock]'블록이라고 함)에서 절단한 스트립(strip)으로 제조되며, 이러한 스트립의 주위를 굽히고 단부들을 서로 접착하여 최종적인 스프링 제품으로 제조한다. 스트립의 여러 곳을 절단하여, 폼 스프링의 벽에 통로를 형성하도록 구성된다. 스트립의 주위를 굽힘으로써, 폼 스프링 내에 양호한 스프링 특성의 구현에 있어 필수적인 것으로 판명된 스트레스(stress)를 발생시키도록 구성된다.
예컨대, 몰드에서 폼 스프링을 생성하거나 또는 폼 블록으로부터 절단하여 폼 스프링을 형성하는 등의 다른 방식에 대한 시도는 그다지 성공적이지 못했다. 왜냐하면 이러한 스프링은 사용시의 하중 수용력이 너무 낮으며, 또한 이에 대한 제조 방법은 고가이면서도 많은 낭비를 초래하기 때문이다.
한편, 공지된 폼 스프링은 굽힘 응력(bending stress)을 받을 때 다음과 같은 단점을 가진다:
- 폼이 여러 곳에서 절단되어 하중 수용력이 크게 감소되므로, 상대적으로 높은 밀도를 가진 폼을 사용해야 함. 이는 상대적인 가격 상승으로 이어짐은 물론, 최종 생산 제품의 무게도 크게 증가시킴;
- 폼 스트립의 특정 폭이 정해질 경우, 절단부의 양 및 크기에 관계없이 특정한 직경의 폼 스프링만을 생성하도록 구성됨. 이는 폼 스프링의 직경이 폼 스트립의 크기 조절에 의해서만 조정될 수 있다는 것을 의미하는데, 이러한 작업은 매우 힘들고 어려운 한편, 제한된 재고 원료로 자동화 생산을 용이하게 진행하는데 있어 저애가 됨.
천공되지 않은 폼 스트립의 주위를 굽혀 폼 스프링으로 생성하는 것이 이론적으로는 최적의 방법일 것이다. 그러나, 이는 폼 스프링의 일부 영역에 대단히 높은 내부 응력을 생성한다는 단점이 있다.
예를 들어, 190mm의 길이 및 30mm의 높이를 가진 폼 스트립에서, 그 단부들을 함께 접착할 경우, 그 바깥쪽 부분의 약 70%가 늘어난다.
이렇게 될 경우 기형성된 폼 구조가 변형됨에 따라 다음과 같은 문제점들이 발생한다. 우선, 폼 스프링의 내부가 외부에 가해지는 응력으로 인해 제어 불가능하고 재생 불가능할 만큼 압축될 경우, 최종적으로 스프링으로서의 기능을 상실할 수 있다.
다음으로, 폼 스프링은 접착 영역에서 균질하지 않은데, 즉 이러한 접착 영역은 다른 영역과는 다른 구조를 갖도록 구성되며, 외부에 가해지는 응력으로 인해, 스프링에 필요한 원형 단면 대신에 타원형 형상 등의 단면이 얻어질 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 여러 문제점들을 해결할 수 있는, 중앙 캐비티를 구비한 원통형 발포체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발포체는 두 개의 대향 단부가 함께 고정됨으로써 굽힘 응력을 받도록 구성된 만곡식 연질 폼 스트립에 의해 형성되며, 이러한 발포체는 소정의 높이를 갖고, 스트립은 소정의 길이, 높이 및 폭을 가지며, 발포체의 형성 후 스트립의 길이 방향이 발포체의 높이 방향이 되고, 발포체는 외측 및 내측을 가지며, 발포체의 외측에는 발포체의 높이에 걸쳐 연장되고 외측과 내측 사이의 거리의 일부분에서만 발포체 안쪽으로 절단되도록 구성된 2개 이상의 그루브가 제공된다.
이러한 발포체는 발포체의 외부에 제한된 응력만이 발생한다는 이점을 갖는데, 그 이유는 그루브들의 개방에 따라 발포체의 외부에서 필연적으로 발생하는 신장(stretching)이 감소됨으로써, 전술한 변형이 발생하지 않거나 또는 단지 제한된 정도로만 발생하기 때문이다.
한편, 특정 굽힘 응력이 잔존함으로써 발포체에 필요한 강도와 안정성을 제공한다는 점이 중요하다.
본 발명에 따른 발포체는 매트리스, 쿠션 및 베개의 폼 스프링으로 사용될 수 있다.
이러한 발포체는 스트립 내의 모든 폼 또는 거의 모든 폼이 사용됨으로써 폐기물의 생성 없이 제조 가능하며, 또한 사용시에 효과적으로 하중 수용력과 탄성을 제공하도록 구성된다.
본 발명에 따른 발포체의 추가의 이점은, 그루브의 수를 조정하되 그 깊이를 작게 함으로써, 특정 치수의 발포 스트립으로부터 상이한 직경을 가진 발포체를 제조함과 동시에 산업적 생산을 보다 저렴하게 할 수 있다는 것이다.
또한 그루브의 깊이를 조정하되, 그 수는 적게 함으로써, 특정 치수 및 특정 품질의 폼 스트립으로부터 상이한 경도를 갖는 스프링을 제조할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 발포체의 형성 전에 연질 폼 스트립에는스트립의 소정 길이(발포체의 전체 높이에 해당)에 걸쳐 연장되는 절단부, 즉 절개부가 제공되며, 발포체의 형성 후 이러한 절개부들은 발포체의 그루브들을 형성하도록 구성된다.
이러한 방식으로 낭비가 없는 폼이 형성되는데, 이는 비용 및 환경적 관점에서 매우 매력적이다. 또한, 이러한 절개부는 간단한 도구로도 용이하게 제조 가능하도록 구성된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 발포체의 형성 전에 연질 폼 스트립에는, 발포체의 전체 높이에 해당하는 스트립의 소정 길이에 걸쳐 연장되는 가공 그루브(milled groove)가 제공되며, 발포체의 형성 후 이러한 폼 스트립의 그루브들은 발포체의 그루브들을 형성하도록 구성된다.
본 발명에 따른 발포체의 추가의 이점은, 폼 스트립의 그루브의 단부를 둥글게 함으로써, 스트립의 이러한 영역들 주위를 굽히는 도중 또는 굽힌 후 파손(찢어짐)의 위험성이 감소되게 할 수 있는 것으로, 일반적으로 폼 커터(foam cutter)는 얇게 만드는 것이 간단하지 않고 만들 수 있더라도 극히 대단한 노력을 기울여야만 가능하기 때문이다.
이에 따라 절단 잔류물이 실제로는 생성되지만, 이들은 그루브들 사이의 톱니(teeth)의 모서리에서 제거되는 재료이기 때문에 낭비되는 재료로 간주되지 않는데, 이러한 물질은 발포체의 탄성 특성에 어떠한 유용한 기여도 하지 않으므로 원료 물질의 낭비로 간주될 수 없다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 발포체의 형성 전에 연질 폼 스트립에는, 스트립의 전체 표면에 걸쳐 만들어지는 규칙적인 웨이브 패턴이 제공되며, 이러한 웨이브들은 스트립의 길이 방향에 기본적으로 수직으로 연장되며, 발포체의 형성 후에 이러한 웨이브 홈들은 발포체의 그루브들을 형성하도록 구성된다.
이러한 웨이브 패턴은 폼 가공 산업에서 잘 알려진 회선 기계(convoluter machine)에 의해 용이하게 형성 가능하며, 이 때 웨이브 패턴을 갖는 2개의 폼 스트립을 동시에 제조함으로써, 비용의 관점에서 매우 유리한 장점을 갖도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 발포체의 그루브의 수는 6개 이상, 바람직하게는 8개 이상이다. 이와 같은 구성에 의해 용이하게 원통형 형태를 얻을 수 있으며, 이보다 더 적은 그루브를 가질 경우 원통형 형태의 구현이 용이하지 않을 수 있다.
바람직한 실시예에서,연질 발포체 스트립은 그 길이 방향 및/또는 가로 방향 및/또는 높이 방향으로, 함께 연결된 가능한 서로 다른 성질을 가진 다수의 폼 스트립으로부터, 하나 이상의 서브-스트립(sub-strip)을 포함하도록 구성된다.
이에 의해 탄성 거동의 행태가 변화될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 발포체를 매트리스나 베개의 스프링으로 사용하는 것에 관한 것으로, 이때 스프링은 매트리스 또는 베개의 사용 중에 가장 큰 힘이 가해지는 방향, 일반적으로 수직 방향에 있는 높이 방향으로 사용되도록 구성된다.
또한, 본 발명은 다음의 단계를 순서대로 포함하는 원통형 발포체의 제조 방법에 관한 것이다:
A: 연질 폼 스트립에 절단부, 그루브 또는 웨이브 패턴을 제공하는 단계;
B: 연질 폼 스트립의 주위를 굽히고 스트립의 두 단부를 함께 연결하여 둥근 위치로 고정시키는 단계, 이때 스트립의 주위가 만곡되는 축은 절단부, 그루브 또는 웨이브 패턴에 완전히 또는 기본적으로 평행하게 구성됨.
본 발명에 따라, 상기 언급된 여러 문제점들을 해결할 수 있는, 중앙 캐비티를 구비한 원통형 발포체가 제공된다.
본 발명의 특징을 보다 잘 나타내기 위해, 본 발명에 따른 발포체의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명되며, 이들은 단지 예로써만 제시될 뿐, 이들로 인해 발명의 내용이 제한되지 않는다:
도 1은 본 발명에 따른 발포체의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 발포체의 제조를 위한 개시 제품을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 대안예의 발포체의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 3의 발포체의 제조를 위한 개시 제품을 도시한다.
도 5는 도 4의 개시 제품을 생산하기 위한 도구의 부분 측면도 및 부분 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 대안예의 발포체의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 6의 발포체의 제조를 위한 개시 제품을 도시한다.
도 1의 발포체는 기본적으로 폼 스트립을 원통 형상으로 만곡시킴으로써 형성되며, 이때 도 2에 도시된 바와 같은 2개의 단부(3)가 함께 접착됨으로써 발포체(1) 내에 접착 이음매(4)를 형성하도록 구성된다.
발포체는 약 12cm의 높이와 약 10.5cm의 직경을 갖는다. 벽 두께는 약 2.5cm이다.
발포체(1)의 외부(5)에는 13개의 톱니(6) 및 그루브(7)가 제공되는데, 본 실시예에서 이들은 V자 형이며 전체 높이(H)에 걸쳐 높이 방향(H)에 평행하게 연장되도록 구성된다.
발포체(1)의 내부(6)에 의해 발포체(1)의 중앙 캐비티(9)가 형성된다.
굽힘 응력(bending stress)을 받고 있기 때문에, 이러한 발포체(1)는 수직 방향의 힘을 수용하기 위한 폼 스프링으로서 사용하기에 매우 적합하다.
매트리스는 예컨대, 서로 인접하여 배치되고 피복층이 제공된 수십 내지 수백개의 이러한 발포체(1)에 의해 형성될 수 있다.
이러한 발포체(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이 2.5cm의 높이(h), 18cm의 폭(b), 12cm의 길이(L)의 크기를 갖고, 연질 폴리우레탄 폼으로 구성된 직사각형 스트립(2)의 제공 및 이러한 스트립의 전체 길이(L)에 걸쳐 일정한 간격으로 13개의 절단부(10)가 제공됨으로써 용이하게 제조될 수 있는데, 이때 절단부는 상부 표면(11)으로부터 1.5㎝의 깊이(A)를 갖되, 스트립(2)을 관통하여 바닥면(12)까지 절단되지 않도록 구성된다.
이러한 절단부(10)은 예컨대, 회전 블레이드(rotating blade)를 사용하여 제조될 수 있다.
본 실시예에서는 혼란을 방지하기 위해, 스트립(2)의 폭(b)으로 표시된 치수가 길이(L)로 표시된 치수보다 크도록 구성되어 있다.
그런 다음, 스트립(2)을 화살표(P)로 지시된 바와 같이 길이 방향(L)의 주위에서 굽힌 후, 스트립(2)의 두 단부(3)를 함께 접착한다.
이에 따라, 스트립(2)의 절단부(10)가 열려 벌어짐으로써 그루브(7)가 형성되며, 최종적인 발포체(1)가 형성된다. 결과적으로, 이러한 구성에 의해 발포체(1)의 내부(8)가 현저하게 압축되지 않게 하고, 접착 이음매(4)에 의해 발포체(1)의 현저한 변형을 초래하지 않도록 구성된다.
대안적으로 이러한 발포체(1)는, 가로 방향(b)으로 권취된 폼 스트립(2)을 풀고, 그런 다음 이러한 스트립을 절단 기계로 안내하여 스트립(2)의 길이 방향(L)으로 절단부(10)를 제공하고, 그런 다음 이를 굽힘 장치 및 접착 장치로 안내하여 스트립(2)을 길이 방향(L)의 주위에서 굽힌 다음 측면들을 서로 접착하여 튜브 구조를 형성한 후, 최종적으로 발포체들을 발포체(1)의 원하는 높이(H)에 맞도록 절단함으로써, 연속적으로 제조될 수 있다.
도 3에 도시된 대안적인 발포체(1) 및 도 4에 도시된 폼 스트립은 스트립에 절단부들(10) 대신 그루브(13)들이 제공되는 점에서 도 1 및 도 2의 실시예와 상이하다. 이러한 그루브들(13)은 라운드형 단부(14)를 갖는다. 본 실시예에서 그루브(14)의 수는 10개이다.
스트립의 주위를 굽혀 발포체를 형성시, 폼 스트립(2) 내의 그루브들(13)은 실질적으로 더 넓어지며 발포체(1)에 그루브들(7)을 형성한다. 그루브(7)의 라운드형 단부(14)에 의해 파열 형성의 위험을 감소시킬 수 있는데, 최종 형성된 발포체(1)는 본 위치에서 파열 위험성이 가장 크기 때문이다.
이러한 폼 스트립(2)은 도 5에 도시된 바와 같이, 화살표(Q) 방향으로 회전하는 폼 커터(15)의 아래쪽으로 미처리된 폼 스트립을 안내함으로써 용이하게 제조 될 수 있다.
도 6에 도시된 대안적인 발포체(1) 및 도 7에 도시된 폼 스트립(2)은 스트립에 회선 기계(convoluter machine)로 제조되는 웨이브 패턴이 제공되는 점에서 도 1 및 도 2의 실시예와 상이하다.
이러한 기계식 폼을 톱니 모양의 롤러 사이로 안내하여 위치에 상관없이 폼을 압축한 후, 이 위치에서 길이 방향으로 절단하게 되면, 절단시 압축된 폼 부분과 절단시 압축되지 않은 부분 사이에서 높이의 차이가 발생한다.
본 실시예에서, 웨이브 패턴의 웨이브 홈(16)의 수는 9개이다.
스트립의 주위를 굽혀 발포체(1)를 형성시, 폼 스트립의 웨이브 홈들(16)은 실질적으로 더 넓어지며 발포체(1)에 그루브들(16)을 형성한다.
상기 두 실시예와 동일한 직경(D)을 갖는 폼 스프링을 얻기 위해서는, 본 실시예에서의 스트립(2)의 길이(L)를 10 내지 20% 더 크게 해야 한다.
발포체(1)의 탄성 특성은 발포체의 특성 조정은 물론, 절단부(10), 그루브(13) 및 웨이브 홈(16)의 수와 형태 그리고 깊이(A)를 조정함으로써도 용이하게 조절될 수 있다.
본 발명은 예로서 설명되고 도면에 도시된 실시예들로만 결코 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 발포체는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 모든 종류의 형태 및 치수로 실현될 수 있다.

Claims (14)

  1. 중앙 캐비티(9)를 구비한 원통형 발포체(1)에 있어서,
    발포체(1)는 만곡식 연질 폼 스트립(2)의 2개의 대향 단부(3)를 함께 체결 고정함으로써 형성되고, 발포체는 높이(H)를 갖고, 스트립(2)은 길이(L), 높이(h) 및 폭(b)을 가지며, 발포체(1)의 형성 후 스트립(2)의 길이 방향(L)이 발포체(1)의 높이 방향(H)이 되고, 발포체(1)는 외측(5) 및 내측(8)을 가지며,
    발포체(1)의 외측(5)에는, 발포체(1)의 높이(H)에 걸쳐 연장되고 외측(5)과 내측(8) 사이의 거리의 일부분에 대해서만 발포체(1) 안쪽으로 절개되도록 구성된 2개 이상의 그루브(7)가 제공되는
    원통형 발포체.
  2. 제1항에 있어서,
    발포체(1)의 형성 전에 연질 발포 스트립(2)에는 발포체(1)의 높이(H)에 해당하는 스트립(2)의 길이(L)에 걸쳐 연장되는 절단부(13)가 제공되고, 발포체(1)의 형성 후 상기 절단부들(13)이 발포체(1)의 그루브들(7)을 형성하는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    발포체(1)의 형성 전에 연질 발포 스트립(2)에는 발포체(1)의 높이(H)에 해당하는 스트립(2)의 길이(L)에 걸쳐 연장되는 가공 그루브(13)가 제공되고, 발포체(1)의 형성 후 상기 그루브들(13)이 발포체(1)의 그루브들(7)을 형성하는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포체(1)의 형성 전에 연질 발포 스트립(2)에는 스트립의 전체 표면(11)에 걸쳐 만들어진 규칙적인 웨이브 패턴이 제공되고, 웨이브 패턴의 웨이브는 스트립(2)의 길이 방향(L)에 실질적으로 수직으로 연장되고, 발포체(1)의 형성 후 웨이브 홈들(16)이 발포체(1)의 그루브들(7)을 형성하는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포체의 그루브들(7)의 수는 6개 이상인 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포체의 그루브들(7)은 폼 스프링(1)의 높이 방향(H)에 평행한 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연질 폼 스트립(2)은 길이 방향(L)으로 하나 이상의 서브-스트립(sub-strip)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  8. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연질 폼 스트립(2)은 가로 방향(b)으로 하나 이상의 서브-스트립(sub-strip)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  9. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연질 폼 스트립(2)은 높이 방향(h)으로 하나 이상의 서브-스트립(sub-strip)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체.
  10. 매트리스 또는 베개의 발포 스프링으로서 전술한 항 중 어느 한 항에 따른 발포체(1)의 사용.
  11. 원통형 발포체(1)의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은:
    A: 연질 폼 스트립(2)에 스트립(2)의 상부 표면(11)과 바닥면(12) 사이의 길이를 초과하지 않도록 구성된 절단부(5), 그루브(13) 또는 웨이브 패턴을 제공하는 단계;
    B: 스트립(2)의 주위를 굽히고 스트립(2)의 두 단부(3)를 함께 연결하여 둥굴게 고정시키며, 이때 스트립(2)의 주위가 만곡되는 축은 절단부(5), 그루브(13) 또는 웨이브 패턴에 완전히 또는 기본적으로 평행하게 구성하는 단계;를 포함하는
    원통형 발포체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방법은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 발포체(1)를 제조하는 방법인 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체의 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 B 단계 직후에, 만곡된 스트립(2)은 발포체(1)에 필요한 높이(H)보다 큰 길이(L)를 가지며, B 단계 이후에 만곡식 연질 폼 스트립으로부터 필요한 높이(H)를 가진 발포체(1)를 절단하는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체의 제조 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 B 단계 이전에, 연질 폼 스트립(2)은 발포체(1)에 필요한 높이(H)에 해당하는 길이(L)를 가지며, 절단부들 또는 그루브들은 스트립(2)의 전체 길이(L)에 걸쳐 연장되거나 또는 웨이브 패턴은 스트립(2)의 전체 길이(L)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는
    원통형 발포체의 제조 방법.
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