KR100675446B1 - 수직 스탠딩 파우치 - Google Patents

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로렌스조셉 바텔
앤소니로버트 크노에르져
가레트윌리엄 콜
스티븐케네스 터커
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프리토-래이 노쓰 아메리카, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 종래의 수직 형성 및 채움 팩키징 장치(vertical form and fill packaging machine)에 대한 변형에 의해 제작되어진 수직 스탠딩 파우치(vertical stand-up pouch) 또는 플렉시블 팩키지(flexible package) 및 이를 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 튜브 상에 가로 밀봉(transverse seal)을 형성하기 이전에 팩키징 필름 튜브의 한쪽 가장자리를 따라 수직 주름(vertical crease)을 발생함에 의해서 팩키징 필름의 단일의 시트로부터 수직한 스탠딩 파우치를 생산하는 것을 포함한다. 상기 수직 주름은 팩키징 필름 튜브 외부에 위치되어지고, 팩키징 필름 튜브의 내부에 위치된 두개의 형성 플레이트 사이에서 위치되어진 고정 터커 바아(106)를 이용하여 형성되어진다.

Description

수직 스탠딩 파우치{VERTICAL STAND-UP POUCH}
본 발명은 변형된 수직 형성 및 채움 팩키징 장치(vertical form and fill packaging machine)를 이용하여 제작되어진 수직 스탠딩 파우치(vertical stand-up pouch)와 이를 제작하기 위한 방법에 관한 것이며, 스낵 식품 분배의 판매에 적절한 수직 스탠딩 백(stand-up bag)의 단일 부재 구조를 제공한다. 본 발명은 최소한으로 증가된 비용과 최소한의 변형을 가진 스탠딩 팩키지를 생산하기 위하여, 기존의 필름 컨버터(film converter) 및 팩키징 기술의 사용을 허용한다.
수직 형성, 채움 및 밀봉 팩키징 장치(vertical form, fill and seal packaging machine)는, 칩(chip)과 이와 유사한 다른 제품의 백(bag)을 형성하고 채우고 밀봉하기 위한 스낵식품 산업분야에서 일반적으로 사용되어진다. 상기 팩키징 장치는 시트 롤(sheet roll)로부터 팩키징 필름(packing film)을 취하고, 상기 필름을 제품 전달 실린더(product delivery cylinder) 둘레의 수직 튜브로 형성한다. 상기 수직 튜브는, 뒷면 밀봉(back seal)을 형성하도록 그 길이를 따라서 수직하게 밀봉되어진다. 상기 장치는, 가로 밀봉(transverse seal)을 형성하도록 튜브에 대해 한 쌍의 열-밀봉 죠우(heat-sealing jaw) 또는 페이싱(facing)을 적용한다. 상기 가로 밀봉은 백(bag below) 상에서 상부 밀봉(top seal)으로 작용하며, 상기에서 채워지고 형성되어진 팩키지 상에 바닥 밀봉(bottom seal)으로서 작용한다. 감자칩과 같이 팩키지 되어지는 제품은 제품 전달 실린더를 통하여 떨어뜨려지고, 튜브가 형성되어지며, 바닥 가로 밀봉에 걸쳐서 튜브 내에서 보유되어진다. 팩키지가 채워진 후에, 다른 팩키지 길이를 끌어내도록 필름 튜브(film tube)는 아래방향으로 밀려진다. 가로 밀봉은 제품 위에 걸쳐서 형성되어지고, 따라서 이를 필름 튜브 내에 밀봉하고 제품의 팩키지를 형성한다. 상기 가로밀봉 아래의 팩키지는 밀봉부위를 가로지르는 커팅(cutting)에 의해서 필름 튜브의 나머지로부터 분리되어진다.
이러한 공정에서 사용되어진 팩키징 필름은 일반적으로 필름 컨버터(film converter)에 의해 생산되어진 합성 폴리머 재료(composite polymer material)이다. 예를 들어, 감자칩과 같은 제품을 팩키징하기 위하여 사용되어진 종래의 합성 필름은 도 1에서 도시되어지며, 도 1은 각각의 개별적인 실제 레이어(substantive layer)를 도시하는 필름의 단면의 개략도이다. 도 1은 일반적으로 금속화된 연신 프로필렌(metalized oriented polypropylene, OPP) 또는 금속화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(metalized polyethylene terephtalate, PET)로 구성되는, 밀봉가능한 내부 또는 제품측면 레이어(16)를 도시한다. 상기 레이어는 일반적으로 폴리에틸렌 압출(polyethylene extrusion)의 적층 레이어(laminate layer, 14)와, 잉크 또는 그래픽 레이어(12)가 잇따르게 된다. 상기 잉크 레이어(12)는 일반적으로 투명한 바깥쪽 레이어(10)를 통하여 볼 수 있는 그래픽의 제공을 위하여 사용되어지며, 상기 레이어(10)는 일반적으로 OPP 또는 PET이다.
도 1에서 도시된 종래의 필름 구성은, 음식 제품의 팩키징을 위한 수직한 형성 및 채움 장치(vertical form and fill machine) 상에서의 사용에 이상적으로는 적합하게 된다. 얇은 알루미늄 레이어로 일반적으로 금속화되어지는 금속화된 내부 레이어(16)는 우수한 장벽(barrier) 성질을 제공한다. 또한 바깥쪽 레이어(10) 및 내부 레이어(16)를 위한 OPP 또는 PET의 사용은 팩키지의 뒷면 밀봉 또는 가로 밀봉을 형성하는 다른 어떠한 표면에 필림의 어떠한 표면이라도 열 밀봉하는 것을 가능하게 한다.
도 1에서 도시된 필름구성을 이용하여 형성되어진 일반적인 뒷면 밀봉(back seal)은 도 2a 및 도 2b에서 도시되어진다. 도 2a는 필름의 튜브(tube) 상에서 형성되어지는 뒷면 밀봉(back seal)의 “랩 밀봉(lap seal)” 실시예의 개략도이다. 도 2b는 필름의 튜브 상에서 형성되어지는 뒷면 밀봉의 “핀 밀봉(fin seal)”실시예의 개략도이다.
도 2a와 관련하여, 내부 금속화된 레이어(layer, 26)의 일부는 랩 밀봉을 형성하도록 화살표에 의해 도시되어진 부위 내에서 외부 레이어(20)의 일부분과 짝을 이룬다. 상기 부위 내의 밀봉은, 상기 부위 내의 필름에 열과 압력을 가함에 의해서 수행되어진다. 도 2a에서 도시되어진 랩 밀봉 설계는, 형성되어진 팩키지 내부에 위치되어지는 제품이 금속화된 내부 레이어(26)에 의해서 잉크 레이어로부터 보호되어지는 것을 보장한다.
도 2b에서 도시되어진 핀 밀봉(fin seal)의 변형도 역시 형성된 팩키지 내에 위치되어지는 제품이 금속화된 내부 레이어(26)에 의해서 잉크 레이어로부터 보호되어지게 된다. 또한, 외부 레이어(20)는 어떠한 제품과 접촉하지는 않는다. 그러나, 도 2b에서 도시되어진 실시예에서, 내부 레이어(26)는 접혀지게 되고, 화살표에 의해 도시된 부위 내에서 그 위에서 밀봉되어진다. 또한, 상기 밀봉은 도시된 영역 내의 필름에 열과 압력을 제공함에 의해서 수행되어진다.
수직 형성 및 채움 장치를 이용하여 표준 팩키지를 제작하기 위해 랩 밀봉 또는 핀 밀봉 중 어느 것이 사용되는지에 관계없이, 최종 결과물(end result)은 도 3a에서 도시되어진 바와 같이 수평방향으로 형성된 상부 및 하부 가로 밀봉(31,33)을 가지는 팩키지(package)이다. 상기 팩키지는 종래의 기술에서 “수직 플렉스 백(vertical flex bag)” 또는 “필로우 파우치(pillow pouch)”로서 언급되어지며, 그리고 감자칩, 또띠아칩(tortilla chip), 그리고 다른 다양하게 시트(sheet)되어지고 압출되어진 제품과 같은 스낵 음식을 팩키징하기 위하여 일반적으로 사용되어진다. 도 2a 및 도 2b와 관련하여 논의되어지는 뒷면 밀봉은 백(bag)을 따라서 수직하게 되며, 비록 도 3a에서는 도시되지 않지만, 도 3a에서 도시된 팩키지의 뒷면 상에서 일반적으로 중앙에 있다. 바닥의 가로 밀봉(33)에 의해서 형성되어진 도 3a에서 도시된 팩키지 상의 좁고, 단일의 가장자리 베이스(edge base)로 인해서, 상기 종래의 팩키지는 하나의 단부 위에서 세워질 때 특히 안정하지 않다. 이러한 단점은 도 4a, 4b, 4c에서 도시된 실시예와 같은 수평 스탠딩 파우치(horizontal stand-up pouch)의 전개에 의해서 팩키지 산업에서 소개되어졌다. 상기 도면으로부터 도시되어지는 바와 같이, 상기 수평 스탠딩 파우치는 두 개의 접촉 가장자리가 있는 상대적으로 넓고 평편한 베이스(47)를 가진다. 이는 파우치가 그 베이스(47) 상에서 수직하게 제공되어 지지되는 것을 허용한다. 그러나, 상기 수평 스탠딩 파우치의 제작은 표준의 수직한 형성, 채움 그리고 밀봉 장치의 사용을 포함하지 않으나, 비싸고 상대적으로 속도가 느린 파우치 형성, 채움 및 밀봉 장치를 사용하는 3-부재 구성을 포함한다.
도 4b 및 도 4c와 관련하여, 종래의 수평 스탠딩 파우치는 서로 짝을 이루는 세 개의 구별된 부재, 즉 전면 시트(front sheet, 41), 후면 시트(rear sheet, 43) 그리고 베이스 시트(base sheet, 45)로 구성되어진다. 상기 전면 시트(41) 및 후면 시트(43)는 그 가장자리 둘레에서 일반적으로 열 밀봉(heat sealing)에 의해서 서로에 대해 밀봉되어진다. 그러나, 베이스 시트(45)는 도 4c에서 잘 도시되어진 바와 같이 전면 시트(41)와 후면 시트(43)의 바닥의 바깥쪽 가장자리에 베이스 시트의 바깥쪽 가장자리를 따라 고정되어진다. 이와 유사하게, 전면 시트(41)와 후면 시트(43)에 베이스 시트(45)의 짝을 이룸은 역시 열 밀봉에 의해 일반적으로 수행되어진다. 상기 수평 스탠딩 파우치가 3개의 부재로 구성되어지기 위한 요건은 표준 형성 및 채움 수직 플렉스 백(flex bag)에 비하여 제작하기에 현저하게 매우 비싸게 된다.
수평 스탠딩 파우치의 이용에 대한 추가적인 단점은, 수평 스탠딩 파우치 장치의 초기 자본 지출과 수직 플렉스 백에 비하여 팩키징 동안 요구되는 추가적인 기체 충전 체적(gas flush volume), 백(bag)의 크기를 변화시키는 증가된 중단시간(down time), 더 늦은 백 형성 속도, 그리고 감소된 백 크기의 범위가 있다. 예를 들어, 1 분당 60-100개 백(bag)의 체적 성능을 가진 미국 조지아의 Klick Lock Woodman에 의해 제작되어지는 Polaris 모델 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치는, 대당 75,000.00 달러의 범위에 있다. 분당 40-60개 백(bag)의 성능을 가진 미시간의 Roberts Packaging of Battle Creek에 의해 제작되어지는 일반적인 수평 스탠딩 파우치 제작 장치는 일반적으로 비용이 500,000.00 달러이다. 표준 수직 형성, 채움 및 밀봉 팩키지용 필름의 비용은 하나의 백(bag)당 약 0.04달러이며, 비교되는 수평 스탠딩 파우치는 약 두배 정도가 된다. 또한 수평 스탠딩 파우치는 두배 이상의 산소 또는 질소의 기체 충전을 필요로 한다. 또한 수평 스탠딩 파우치 상에서 백 크기의 변경은 일반적으로 두 시간 이상을 필요로 하지만, 수직 형성 및 채움장치에서 백(bag) 크기는 몇 분 안에 변경되어질 수 있다. 또한 수평 스탠딩 파우치 장치 상에서 일반적인 백(bag) 크기의 범위는 4 온스(oz) 내지 10 온스에 있지만, 수직 형성 및 채움 장치는 일반적으로 1 온스 내지 24 온스의 크기 범위에 있는 백(bag)을 만들 수 있다.
그러나, 수직 형성 및 채움 장치에 비해서 수평 스탠딩 파우치 장치의 하나의 장점은, 백(bag)의 재밀폐(reclosing)를 위하여 백(bag)의 상부에서 지퍼 밀봉(zipper seal)을 더하는 상대적으로 간단한 추가적인 단계이다. 수직 형성 및 채움 장치는 일반적으로 실질적인 변형 또는/및 수평의 가로 밀봉들을 밀봉하도록 사용되어지는 밀봉 페이싱(seal facing)에 수평방향으로 형성된 필름 상에서 미리 설치된(premounted) 지퍼 밀봉의 사용을 필요로 한다.
더 많은 스탠딩의 제공을 가지는 백을 생산하기 위하여 종래의 발명에서 취해진 대안적인 접근은 도3b에서 도시되어진 바와 같이 평편한 바닥 백의 구성이다. 상기 백(bag)은 종래의 필로우 파우치에 관하여 상기에서 기술되어진 바와 아주 유사한 방법으로 제작되어진다. 그러나, 백의 한쪽 측면 상에 수직 거싯(gusset, 37)을 형성하기 위하여, 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치는, 도 3b에서 도시되어진 거싯(37)이 되는 턱(tuck)을 형성하도록 팩키징 튜브 필름과 접촉하게 안쪽 및 바깥쪽으로 움직이는 밀봉 캐리지(sealing carriage)의 반대편 측면 상에 두 개의 움직일 수 있는 장치를 추가시킴으로써 실질적으로 변형되어져야만 한다. 특히, 튜브가 다음의 백(bag)을 형성하도록 아래로 밀려지게 될 때, 상기 움직이는 삼각형 형상의 장치와의 접촉 덕분에, 가로 밀봉에 걸쳐서 두 개의 수직 턱들이 팩키징 필름 상에서 형성되어질 때까지 두 개의 삼각형 형상의 장치는 팩키징 필름을 향하여 수평으로 움직여진다. 따라서 두 개의 삼각형 형상의 장치가 팩키징 튜브와 접촉을 하는 동안, 바닥의 가로 밀봉이 형성되어진다. 팩키지는 종이와 같이 비-밀봉가능한 외부레이어(30)로서 제작되어진다. 이는 가로 밀봉(31,33)들이 형성되어질 때, 팩키지의 각각의 수직 가장자리를 따라서 V형 거싯(37) 형성의 원인이 된다. 삼각형 형상의 장치는 여전히 팩키징 재료의 튜브와 접촉을 유지하지만, 제품은 형성 튜브(forming tube)를 통하여, 더 낮은 쪽 가로 밀봉(33)의 덕분으로 한쪽 단부에 밀봉되어지는 팩키징 필름의 튜브 속으로 떨어지게 된다. 이때 삼각형 형상의 장치는 팩키징 필름의 튜브와의 접촉으로부터 제거되어지고, 필름은 다음의 팩키지의 형성을 위하여 아래로 밀려지게 된다. 공정(process)은 반복되어져서, 팩키지의 더 낮은 가로 밀봉(33)과 팩키지의 더 높은 가로 밀봉(31)이 형성되어진다. 다음으로 상기 가로 밀봉은 절단되어지고, 따라서 도 3b에서 도시되어진 명확한 수직 거싯(37)을 가지는 장치로부터 형성되어지고 채워진 팩키지를 방출한다.
상기에서 기술된 종래의 방법은 V형 수직 거싯(gusset, 37)으로 인해서 상대적으로 넓은 베이스를 가진 팩키지를 형성한다. 결과적으로, 종래의 기술에서 이는 편평한 바닥 백(flat bottom bag)으로서 언급되어진다. 상기 편평한 바닥 백은, 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치 상에서 형성되어진다는 점에서, 주된 수정에도 불구하고 이미 기술된 수평 스탠딩 파우치에 비해 장점적이다. 그러나, 편평한 바닥 백을 만드는 종래의 방법은 다수의 현저한 단점을 가진다. 예를 들어, 이동 삼각형-형상의 장치를 포함하는 수직 형성, 채움 및 밀봉장치를 수정하기 위한 설비투자비는 1대당 대략 30,000.00 달러이다. 표준 필로우 파우치 형상으로부터 스탠딩 백 형상으로 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치의 전환하는 변경시간(changeover time)은 상당하게 될 수 있고, 일반적으로 1/4 맨아워(man hour) 근처에 있다. 각각의 팩키지 형성 사이클 동안, 위치 내로 그리고 위치로부터 움직이도록 삼각형 형상의 장치를 위하여 요구되어지는 모든 이동부분의 추가는, 수직 형성, 채움 및 밀봉장치에 또한 복잡성을 더하며, 필연적으로 유지보수의 문제로 된다. 중요하게는, 움직이는 삼각형 형상의 장치를 포함하도록 변형되어진 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치는, 수직 거싯을 형성하는 상기 움직이는 구성요소들 때문에, 상기 장치가 없는 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치에 비해서 현저하게 느리다. 예를 들어, 6인치와 9인치 크기의 백의 형성에 있어서, 삼각형 형상의 이동 장치를 이용하는 수정된 수직 형성, 채움 및 밀봉장치를 위한 최대 운행 속도는 분당 15 내지 20 백(bag)의 범위에 있다. 상기 수정이 없는 표준 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치는 1분당 대략 40 백(bag)의 비율로 유사한 크기의 필로우 파우치를 제작할 수 있다.
결과적으로, 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치 기술 및 팩키징 필름의 단일의 시트를 이용하는, 종래의 수평 스탠딩 파우치의 외관 및 기능에 유사한 스탠딩 파우치를 형성하는 방법을 위한 필요성이 존재한다. 상기 방법은 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치의 필로우 파우치생산의 백(bag) 형성 속도를 유지하면서 수평 스탠딩 파우치에 비교하여 1개의 백(bag)당 감소된 필름 비용과, 크기 변경의 용이함, 더 작은 자본적 지출 그리고 백에 지퍼 밀봉을 용이하게 하는 성능을 허용하여야 한다. 상기 방법은 이상적이게는, 표준 수직 플렉스 백을 형성하도록 일반적으로 사용되어지는 재료로 구성된 수직 스탠딩 파우치를 생산하여야 한다.
제시된 본 발명은, 인장 바아(tension bar) 및 형성 튜브(forming tube) 아래에 위치되어지는 형성 플레이트(forming plate)와, 그리고 두 개의 형성 플레이트 사이에 위치되어질 때 형성되어지는 동안 백(bag)의 길이를 따라서 수직 턱(tuck)을 발생하는 장치의 프레임에 설치되어진, 고정되지만 조절가능한 터커 메커니즘(tucker mechanism)으로 약간 수정되어진, 수직의 형성, 채움 및 밀봉 장치(vertical form, fill and seal machine)를 이용하는 재료의 단일의 시트로 구성된 수직 스탠딩 파우치의 생산을 포함한다. 백(bag) 상의 그래픽은, 턱이 백의 바닥을 형성하도록 표준 프리젠테이션으로부터 90도 방향으로 형성되어진다. 따라서 형성된 백(bag) 상의 가로지르는 밀봉(transverse seal)은, 백(bag)이 디스플레이 되게 놓여질 때, 수직한 방향으로 형성되어진다. 지퍼 밀봉은 필름의 한쪽 가장자리를 따라서 연속된 조각(strip)으로 필름의 단일의 시트를 따를 수 있기 때문에, 지퍼 밀봉 또는 재밀폐 밀봉(reclose seal)은 상기 수직 스탠딩 백의 구성에 용이하게 더해질 수 있다.
결과적으로, 제시된 방법 및 형성된 백은 종래의 수평 스탠딩 파우치 및 평편한 바닥 백에 비해서 실질적으로 개선되어진다. 본 발명의 방법은 매우 작은 변형을 요구하는 현재의 수직 형성 및 채움 장치에 작용한다. 여기는 움직이는 부분 또는 관련된 죠우 캐리지(jaw carriage)의 변형은 없다. 백 제조자는 간단한 종래의 변화로서 필로우 파우치 형상으로 용이하게 다시 전환할 수 있다. 필로우 파우치에서 재료로 사용되어진 동일한 금속화되거나 또는 깨끗한 적층제(lamination)는 본 발명으로 사용되어질 수도 있고 따라서 백(bag) 비용마다 절약이 된다. 본 발명은 수직 형성 및 채움 장치 기술의 경제성의 장점을 가지는 완전히 다른 방법을 이용하는 수평 스탠딩 파우치에 필적하는 백의 형성을 허용한다.
본 발명의 상기의 특징 및 장점 뿐만 아니라 추가적인 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명에 의해 더욱 명백하게 설명되어질 것이다.
본 발명의 특징이라고 고려되는 신규한 특성은 첨부된 특허청구범위에서 개시되어진다. 그러나, 본 발명 그 자체뿐만 아니라 선호적인 사용상태, 그리고 목적 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 실례적인 실시예의 상세한 설명을 참고로 하여 더욱 잘 이해되어질 것이다.
도 1은 종래의 팩키징 필림의 개략적인 단면도
도 2a는 종래의 랩 밀봉(lap seal)의 형성을 도시하는 팩키징 필름의 튜브의 개략적인 단면도
도 2b는 종래의 핀 밀봉(fin seal)의 형성을 도시하는 팩키징 필름의 튜브의 개략적인 단면도
도 3a는 종래의 수직 플렉스 백(flex bag)의 사시도
도 3b는 종래의 평편한 바닥 백(flat bottom bag)의 사시도
도 4a, 4b 및 4c는 종래의 수평 스탠딩파우치의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 방법에 의해 형성되어진 팩키징 필름의 튜브의 단면도
도 6은 수직 형성 및 채움 장치의 형성 튜브 및 밀봉 죠우(sealing jaw)에 관련한 본 발명의 터커 메커니즘(tucker mechanism), 형성 플레이트 그리고 인장 바아(tension bar)의 사시도
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 수직 스탠딩 백의 사시도
도 8은 본 발명의 터커 메커니즘의 한 실시예의 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 형성 튜브 102 : 인장 바아
104 : 형성 플레이트 108 : 밀봉 죠우
110 : 내부 레이어 116 : 외부 레이어
도 5 및 도 6은 본 발명에 의해 제시된 방법으로 사용되어진 기본 구성요소(component)를 도시한다. 달리 언급이 없다면 모든 도면에 걸쳐서 동일한 상응 요소를 나타내도록 동일한 도면부호들이 사용되어진다. 도 5는 본 발명의 방법에 의해 형성되어진 팩키징 재료(필름)의 튜브의 개략적인 단면도이다. 도 5에서 도시되어진 팩키징 필름의 튜브는 도 6의 형성 튜브(forming tube, 101)의 아래에서 단면으로서 도시되어진다. 팩키징 필름의 튜브는 외부 레이어(outer layer, 116)와 내부 레이어(inner layer, 110)로 구성되며, 도 1과 관련하여 기술되어지는 바와 같은, 표준 수직 플렉스 백(flex bag)을 제작하기 위한 분야에서 일반적으로 사용되어지는 재료로 구성될 수 있다. 종래의 수직 형성 및 채움 장치 방법의 논의와 관련하여 앞서 기술되어진 바와 같이 도 5의 튜브는 수직 뒷면 밀봉을 가진 필름의 하나의 시트를 밀봉함에 의해서 형성되어진다.
도 6은 종래의 수직, 형성, 채움 및 밀봉 장치로 사용되어지는 것과 관련하여 일반적인 형성 튜브(forming tube, 6)를 도시한다. 상기 형성 튜브(101)는 원통형이 될 수 있고, 사각형 단면을 가질 수 있으며, 어떠한 형상으로 될 수도 있지만, 도시된 원통형이 선호적이다. 도 5에서 도시되어진 필름은 먼저 도 6의 형성 튜브(101) 둘레에서 형성되어진다. 상기 형성 튜브(101)가 도시되어지지만, 일반적으로 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치에 일체로 부착되어질 수도 있다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 한 쌍의 종래의 밀봉 죠우(sealing jaw, 108)가 도시되어진다. 도 6에서 도시되지 않은 것은, 상기 밀봉 죠우(108)가 형성 튜브(101) 아래에서 설치되어지게 되는 밀봉 죠우 캐리지(sealing jaw carriage)이다.
상기에서 기술된 바와 같이, 수직 플렉스 백 제작에 있어서 종래의 기술은 형성 튜브(101) 둘레에서 분리되어 있는 연속적인 팩키징 필름의 공급을 포함한다. 형성 튜브(101) 둘레에서 필름 튜브를 형성하도록 뒷면 밀봉은 필름의 단일 레이어 상에서 형성되어진다. 밀봉 죠우(seal jaw, 108)는 밀폐되고 팩키징 필름의 튜브로 형성되어지며, 따라서 바닥 가로 밀봉을 형성한다. 다음으로 제품은 형성튜브(101)를 통하여 팩키징 필름의 튜브 속으로 떨어뜨려 진다. 다음으로 튜브는 (도시되지 않은) 회전 벨트(rotating belt)에 대해서 마찰에 의해 아래로 구동되어지고, 밀봉 죠우(108)는 튜브 내부에서 발견되어지는 제품의 레벨(level) 위쪽에서 다른 가로 밀봉을 형성하도록 사용되어진다. 그 이후 상기 밀봉은 가로로 절단되어져서, 상부 가로 밀봉이 채워진 백의 상부에서 형성되어지고 바닥 가로 밀봉이 팩키지 필름의 튜브 상에서 형성되어지도록 한다. 상기에서 기술된 종래의 과정동안 팩키징 필름은, 필름이 형성 튜브(101) 아래로 이동될 때 장치의 작동자에 의해 판독가능하게 되도록 배향되어진다. 상기 배향성(orientation)은, 도 3a에서 도시되어진 바와 같이 그 바닥 가로 밀봉(33) 상에서 지탱되어지는 동안, 형성된 백이 판매 선반 상에 배치되어질 때 소비자에 의해서 판독가능하게 되는 형성된 종래의 백 상에 그래픽(graphic, 39)을 제공한다. 다음에서 더욱 상세하게 기술되어지는 바와 같이, 본 출원인의 발명을 위한 필름 팩키징 상의 그래픽의 배향성(orientation)은 종래기술의 배향성으로부터 90도 이격되어져서, 필름이 도 6의 형성튜브(101) 아래로 당겨지게 될 때 수직 형성 및 채움 장치의 작동자에 의해 보여지게 되는 측면이 나타나도록 한다. 즉, 팩키징 필름 상의 그래픽은 필름 운행의 방향에 수직한 방향으로 형성되어진다.
본 발명은 종래의 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치에 3개의 기본 구성요소를 더한다. 두개의 형성 플레이트(forming plate, 104) 및 하나의 인장 바아(tension bar)가, 도 5에서 도시되어진 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 튜브의 내부로부터 인장(tension)에 있는 팩키징 필름 튜브를 유지하도록 사용되어진다. 도 6에서 도시되어진 바와 같이, 형성 플레이트(104) 및 인장 바아(102)는 형성 튜브(101)에 직접적으로 부착되어질 수 있거나, 또는 형성 플레이트(104) 및 인장 바아(102)가 팩키징 재료의 튜브 내에, 형성 튜브(101)의 바닥 아래에, 그리고 열 밀봉 죠우(heat sealing jaw, 108) 위쪽에서 위치되어지는 동안 대안적으로 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치 상의 특정의지지 구조체(supporting structure)에 부착되어질 수 있다.
인장(tension)은 필름의 외부 상에 그리고 형성 플레이트(104)에 의해 제공되어진 인장의 반대방향으로, 상기 형성 플레이트 (104) 사이에 위치되어지며 대안적으로는 여기서는 터커 바아(tucker bar, 106)로 언급된 고정된 또는 정지된 터커 메커니즘(tucker mechanism)에 의해 제공되어진다. 상기 터커 바아(106)는 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치를 위한 밀봉 캐리지에 부착되는 것이 선호되며, 3개의 모든 축(내부/외부, 위/아래, 정면/배면)을 따라서 조절가능하게 된다. 대안적으로, 터커 바아(tucker bar, 106)는 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치의 프레임에 또는 필름 튜브의 외부에서 그 기능을 지지할 수 있는 다른 지점에 부착되어질 수 있다. 3개의 모든 축에서의 상기 조절성은, 수직 형성 및 채움 장치를 표준 작업으로 다시 전환하도록 하는 방법으로부터 터커 바아(106)가 용이하게 움직여질 수 있도록 하며, 도 6에서 도시되어진 실시예에서는, 단단하게 되어질 때 터커 바아(106)를 제 위치에 잠글 수 있는 인장 스크류(tension screw, 162)에 의해 수행되어진다. 터커 바아(106)가 조절가능하게 되는 동안, 종래의 기술과는 달리 작동되는 동안 고정되거나 또는 정지되어진다. 따라서, 본 발명은 백(bag) 제작 동안 터커 메커니즘에 이동부분이 없다는 점에서 종래의 기술에 비해서 실질적인 개선이 된다. 이러한 개선은 본 출원인이 토커 바아(106)를 “정지” 또는 “고정”으로 언급할 때 기술되어지도록 하는 것이다. 상기 정지 터커 바아의 특성으로 인하여, 백 제작 속도는 통상의 필로우 파우치 제작 비율과 맞먹을 수 있다.
(형성 플레이트(104)로 향하여) 위치 속으로 앞쪽으로 움직여질 때, 터커 바아(106)는 두개의 형성 플레이트(104) 사이의 팩키징 필름의 튜브 내에 주름(crease) 또는 접힘(fold)을 제공한다. 상기 주름은, 가로 밀봉의 형성 이전에 밀봉 죠우(108)에 의해 형성되어진다. 따라서, 가로 밀봉(transverse seal)이 형성되어질 때, 주름은 팩키지의 한쪽 측면의 내부 특성이 된다. 그 이후, 수직 형성 및 채움 장치는 기본적으로 종래의 기술에서 이미 설명된 바와 같이 작동하는데, 실링 죠우(108)는 하부 가로 밀봉을 형성하고, 제품은 형성 튜브(101)를 통하여 (한쪽 면 상에 주름을 가지는) 팩키징 필름의 밀봉된 튜브 속으로 도입되어지고, 상부 가로 밀봉이 형성되어지고, 따라서 팩키징을 완성한다. 그러나, 종래의 팩키징 및 본 출원인의 팩키지 사이의 주된 차이점은 기술된 고정 메커니즘을 이용하여 주름(crease)이 (차후에 형성된 팩키지의 바닥이 되는) 한쪽 면 상에서 형성되어지고, 본 발명에 의해 사용되어지는 팩키징 필름 상의 그래픽은, 형성된 팩키지가 주름을 가진 단부 상에 세워지게 될 때, 그래픽이 소비자에 의해 판독될 수 있도록 형성되어지는 것이다.
본 발명의 형성된 팩키지의 실례는 도 7a 및 도 7b에서 도시되어지고, 상기 도면은 앞서 기술된 바와 같은 방향으로 형성된 그래픽(179)을 가지는 팩키징 필름(116)의 외부 레이어를 도시하고 있다. 도 7a 및 7b에서 도시되어진 바와 같이, 본 발명의 수직 스탠딩 파우치의 구성은 도 3a에서 도시된 종래의 수직 플렉스 백과 특성을 공유한다. 그러나, 본 발명의 수직 스탠딩 백의 가로 밀봉(131,133)은, 도 7b에서 도시되어진 바와 같이 백이 한쪽 단부 상에서 세워질 때, 수직한 방향으로 형성되어진다. 도 7a는, 도 5 및 도 6과 관련하여 기술되어진 터커 바아(106) 및 형성 플레이트(104)에 의해 형성되어진 주름(176)을 도시하고 있다.
도 6으로 돌아와서, 본 발명에 포함되어질 수 있는 다른 선택적인 특성은 형성 튜브(101) 내에 유출 플레이트(diversion plate, 160)의 사용이다. 도시된 실시예에서, 상기 유출 플레이트는 형성튜브(101)의 바닥으로부터 형성튜브(101)의 바닥 위쪽의 특정의 거리(예를 들어 2 또는 3인치 이상)까지 연장되는 형성튜브(formaing tube, 101)의 내부에 수직하게 용접되어지는 편평한 플레이트이며, 여기서 형성 튜브(101)의 내부에 대해서 밀봉되어진다.
선호적인 실시예에서 유출 플레이트(diversion plate, 160)는 두 가지 기능을 수행한다. 첫째로, 유출 플레이트(160)는, 주름이 팩키징 필름의 튜브 상에서 형성되어지는 영역으로부터 벗어나는 형성 튜브(101) 아래로 떨어지는 제품을 유지한다. 다음으로, 유출 플레이트(160)는 기체 또는 질소 충전을 위한 채널로서 사용되어질 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 형성 튜브(101)의 바닥 위쪽의 특정의 지점에서 유출 플레이트(160)는 형성 튜브(101)에 대해서 플레이트(160)의 상부에서 밀봉된다.
외부 기체(예를 들어 질소 또는 산소) 공급원과, 유출 플레이트(160)와 형성 튜브(101)의 내부 사이에서 형성되어진 공동부(cavity) 사이에서의 기체 연통(gas communication)을 제공하도록, (도시되지 않은) 상기 밀봉의 아래에서 구멍(orifice)이 형성 튜브(101) 속으로 드릴(drill)되어질 수 있다. 도 6에서 도시되어진 유출 플레이트(160)는 편평한 플레이트이지만, 만일 필름의 튜브 상에서 턱(tuck)이 형성되어지는 영역으로부터 제품이 벗어나게 유출하는 기능을 수행한다면, 다양한 형태, 예를 들어 곡선의 표면을 가지는 형태로 될 수 있는 것으로 이해되어진다.
기체 충전을 위한 채널로서 유출 플레이트(160)를 사용함에 의해서, 본 발명은 종래의 기술에서 일반적으로 동일한 기능을 수행하는 형성 튜브(101) 내부에 위치되어지는 별도의 기체 튜브를 위한 필요성을 제거한다. 유출 플레이트(160) 및 형성 튜브(101)의 내부에 의해 형성되어진 상대적으로 큰 체적의 채널에 제공의 추가된 장점은, 충전된 기체의 상대적으로 큰 체적이 종래의 기체 튜브에 비교하여 현저하게 느린 기체 속도로 충전되어지고 부분적으로 형성되어진 팩키지 속으로 주입되어질 수 있다는 것이다. 이는 만일 그렇지 않으며 종래의 충전 튜브에 의해 형성 튜브 속으로 다시 날려지게 되는 낮은 중량(low weight) 제품을 포함할 수 있는 본 발명의 상기 실시예를 이용하는 팩키지의 채움을 허용한다.
도 8은 터커 바아(tucker bar, 106)의 선호적인 실시에를 도시한다. 상기 터커 바아(106)의 실시예는 서포트(support, 182)에 부착되어진 헤드(head, 180)를 포함한다. 도 8 상에서 점선으로 도시되어진 기체 채널(gas channel, 184)은 상기 서포트(182)와 헤드(180) 내에서 드릴(drill) 되어진다. 상기 기체 채널(184)은 서포트(182)를 통하여, 헤드(180)를 통하여 그리고 세 개의 구멍(186)에서 (도시되지 않은) 외부 기체 공급원으로부터 기체 연통(gas communication)을 제공한다. 상기 기체 채널(184)은 백의 형성동안 터커 바아를 안쪽 및 바깥쪽으로 움직일 필요없이, 형성 및 밀봉 작동을 통하여 도 5에서 도시되어진 턱(tuck)을 단단하게 유지하는데 도움이 되는, 가압된 기체(일반적으로 공기)의 계량화된 분출(metered burst)을 허용한다. (백 제작) 과정동안, 터커 바아(106)는 항상 고정되어져야 하는 것은 주목되어야 한다. 또한, 필요한 헤드(180)는 터커 바아(106) 및 형성 플레이트(104)에 의해 형성되어진 주름(crease)의 전체 길이를 따라서 연장될 수 없는 것이 주목되어야 한다. 나아가, 밀봉 죠우(108)가 필름의 튜브 상으로 밀폐되어질 때, 필름의 튜브의 측면 치수는 변경되어지는 것이 이해되어져야 한다. 이러한 모든 사실들은 구멍(186)으로부터 분출되는 가압된 공기의 사용에 의해서 보상되어져야 한다. 가압된 공기는, 형성 및 밀봉 공정의 다양한 단계에서 형성되어질 때, 턱(tuck) 상에 균일한 정도의 압력을 유지한다. 공기 분출은 연속적일 수 있지만, 다음의 백을 위한 필름이 가로 밀봉의 완성을 위하여 아래로 당겨질 때 시작하도록 계량되어지는 것이 선호된다.
헤드(180)는 어떠한 논-스틱(non-stick) 재료로 될 수도 있지만, 테프론(Teflon® )과 같은 플루오로폴리머(fluoropolymer)가 선호되어진다. 대안적인 실시예에 있어서, 터커 바아(106)는 플루오로폴리머로 코팅된 헤드부분(180)을 가진 금속의 하나의 일체화된 부재로 구성될 수 있다. 헤드(180)의 곡선의 접촉 영역은, 형성 튜브 아래쪽에서 아래로 당겨질 때 팩키징 필름의 파열(tearing) 없이 도 5에서 도시되어진 턱의 연속된 형성을 허용한다. 비록 3개의 구멍(186)이 도시되어지지만, 헤드(180)는 하나부터 여러 개의 구멍을 포함할 수 있다.
가로 밀봉(transverse seal)이 도 6의 밀봉 죠우(108)에 의해 형성되어질 때, 필름 튜브의 폭에서의 변화를 추가적으로 보상하도록, 인장 바아(102)는 상기 인장 바아(102)의 길이를 따라서 필름의 상기 튜브의 중심으로부터 바깥쪽으로 벗어나게 휘어지며, 형성 플레이트(104)는 수평 힌지(105)에 의해 힌지되어지는 것이 주목되어져야 한다. 만일 인장 바아(102)가 다르게 (엄밀하게는 수직하게) 형성되어진다면, 과도한 느슨함(slack)이 가로 밀봉 근처의 필름 튜브의 영역 내에서 발생한다. 형성 플레이트(104)는 수평 힌지(105)를 포함하는데, 이는 낮은쪽 가로 밀봉이 형성되어지는 동안 형성 플레이트가 약간 안쪽으로 (서로를 향하여) 접혀지는 것을 허용한다. 그렇지 않으며, 팩키징 필름의 튜브는 상기 단계동안 형성 플레이트(104)의 끝부분(tip)에 의해서 파열되어지게 된다.
본 발명은 종래의 수평 스탠딩 파우치 및 이를 제작하기 위한 방법에 비하여 수많은 장점을 가진 스탠딩 파우치(stand-up pouch)를 제작하는 경제적인 방법을 제공하는 것이다.
상기의 장점들의 실례는 다음의 표 1에서 도시되어진다.
Figure 112004042405227-pct00001
상기에서 언급된 바와 같이, 종래의 수직 형성, 채움 및 충전 장치 기술을 이용하면 가능하지 않는 연속 공급 지퍼 옵션(continuous feed zipper option)은 본 출원인의 발명에서는 사용가능하다. 이는 본 발명의 팩키징 필름 상에서 사용되어진 필름 그래픽의 배향성(orientation) 때문이다. 그래픽은 종래의 기술로부터 90도로 형성되어지기 때문에, 지퍼 밀봉(zipper seal)은 튜브로 형성되어지고 결과적으로 팩키지로 형성되어질 때, 팩키징 필름을 따라서 형성 튜브 아래로 수직 라인에서 연속적으로 운영되어질 수 있다. 이러한 것은 종래의 기술로는 가능하지 않은데, 이는 지퍼 밀봉의 연속된 수직 스트립의 상기 방향성이 팩키지가 형성되어지고 전시를 위하여 세워질 때 상기 밀봉이 수직한 방향으로 위치되도록 하기 때문이다.
또한 본 발명은 종래의 편평한 바닥 백(flat bottom bag)을 제작하기 위한 방법에 비해 개선된 것이다. 본 출원인의 터커 메커니즘은 백의 형성동안 고정되기 때문에, 본 발명은 거싯(gusset)의 형성을 위하여 필름 튜브에 대해 밀려지는 이동부분의 필요성을 제거한다. 상기 이동 부분의 제거는 백의 제작 비율이 증가되도록 하고, 필로우 파우치 생산으로 전환시간이 현저하게 낮게 하며, 유지보수의 문제가 현저히 낮게 한다.
본 발명은 선호적인 실시예와 관련하여 도시되어지고 기술되어지지만, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 형태 및 상세에서 다양한 변화가 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 가능한 것을 이해한다.

Claims (20)

  1. a) 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치(vertical form, fill, and seal machine) 속으로 팩키징 필름의 이동방향에 수직방향으로 형성된 활자(lettering)를 가지는 팩키징 필름(packaging film)을 공급하며(feeding);
    b) 상기 팩키징 필름을 상기 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치 상의 튜브 속으로 형성하고 길이방향 밀봉(longitudinal seal)을 형성하며(forming);
    c) 상기 튜브(tube)를 수평하게 밀봉하기 이전에, 상기 팩키징 필름의 튜브 내에 수직한 주름(vertical crease)을 형성하고(forming);
    d) 상기 튜브 상에 제 1 수평 밀봉(horizontal seal)을 형성하며, 여기서 상기 제 1 수평 밀봉은 상기 수직 주름의 일부를 포함하고, 상기 제 1 수평 밀봉은 상기 튜브 및 상기 주름의 모든 레이어를 함께 밀봉하고;
    e) 상기 단계 a) 내지 d)에 의해 생성되어진 부분적으로 형성된 팩키지 속으로 제품을 떨어뜨리며(dropping);
    f) 상기 튜브 상에 제 2 수평 밀봉(horizontal seal)을 형성하고, 여기서 상기 제 2 수평 밀봉은 상기 수직 주름의 일부를 포함하며, 상기 제 2 수평 밀봉은 상기 튜브 및 상기 주름의 모든 레이어를 함께 밀봉하고;
    g) 상기 제 2 수평 밀봉에서 상기 튜브의 나머지로부터 튜브 세그먼트를 절단하여, 스탠딩 파우치(stand-up pouch)를 형성하며;
    h) 상기 파우치는 수직한 방향으로 형성된 활자(lettering)를 가지며 상기 주름 상에 세우는 단계를 포함하며,
    상기 수직한 주름은 상기 제 1 및 제 2 수평 밀봉에서만 가열-밀봉되어지고, 스탠딩 파우치는 추가적인 접힘단계 없이 형성되어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 팩키지(flexible package)를 제작하기 위한 방법
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 c)의 주름은 한 쌍의 형성 플레이트(forming plate) 사이에 위치된 하나이상의 조절가능한 고정 터커 바아(tucker bar)에 의해 형성되어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 팩키지를 제작하기 위한 방법
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 터커 바아(tucker bar)는 플루오로폴리머(fluoropolymer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 팩키지를 제작하기 위한 방법
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 b)의 형성은, 상기 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치 상의 형성 튜브(forming tube)의 바닥 아래에 3개 이상의 연장부(extension)를 가지며 상기 튜브를 인장(tension)으로 유지하는 것을 추가적으로 포함하며, 상기 연장부는 상기 튜브 상에서 바깥쪽으로 누르면서 상기 튜브의 내부로부터 상기 튜브 상에 인장을 제공하며, 나아가 수직 주름부는, 상기 3개 이상의 연장부 중 두개 사이의 위치에서 상기 튜브 상에서 안쪽으로 누르는 고정 장치에 의해 상기 튜브의 외부 상에서 제공되어진 인장에 의해서 형성되어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 팩키지를 제작하기 위한 방법
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 공급 단계 a)는 팩키징 재료(packaging material)의 길이를 따라서 지퍼 밀봉(zipper seal)을 가지는 팩키징 재료의 공급을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 팩키지를 제작하기 위한 방법
  6. a) 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치 상에 팩키징 필름(packaging film)의 튜브(tube)를 형성하며(forming);
    b) 상기 튜브가 수평하게 밀봉되기 전에, 상기 팩키징 필름의 튜브(tube) 내에 수직한 주름(vertical crease)을 형성하고(forming);
    c) 상기 튜브 상에 제 1 수평 밀봉(horizontal seal)을 형성하며, 여기서 상기 제 1 수평 밀봉은 상기 수직 주름의 일부를 포함하고;
    d) 상기 튜브 상에 제 2 수평 밀봉(horizontal seal)을 형성하며, 여기서 상기 제 2 수평 밀봉은 상기 수직 주름의 일부를 포함하고;
    e) 상기 제 2 수평 밀봉에서 상기 튜브의 나머지로부터 튜브 세그먼트를 절단하여, 한쪽 가장자리를 따라서 주름을 가지는 플렉시블 팩키지를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 단계 b)의 주름은 한 쌍의 형성 플레이트(forming plate) 사이에 위치된 하나이상의 고정 터커 바아(tucker bar)에 의해서 형성되어지며,
    상기 터커 바아(tucker bar)는 하나 이상의 기체 포트를 포함하며, 형성 단계 b) 동안 상기 포트로부터 기체의 계량화된 분출이 사용되어지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 팩키지(flexible package)를 제작하기 위한 방법
  7. 형성 튜브(forming tube) 아래에서 연장구성되며 상기 형성 튜브에 부착된 두개의 형성 플레이트(forming plate)와;
    상기 형성 플레이트(forming plate)로부터 맞은편 위치에서 상기 형성 튜브 아래에서 연장구성되며 형성 튜브에 부착된 하나이상의 인장 바아(tension bar)와;
    상기 형성 플레이트 사이에서 위치되어지는 하나이상의 고정 터커 바아(tucker bar)와;
    상기 형성 튜브 둘레의 튜브(tube) 내에 형성되어진 팩키징 필름에 대해서 가압된 기체를 분출하기 위한 수단을 포함하며, 여기서 상기 기체는 상기 형성 플레이트 사이의 위치에서 팩키징 필름의 튜브(tube)의 외부에 대해 분출되어지며,
    가압된 기체를 분출하기 위한 상기 수단은 가압된 기체 공급원(source)과 연통하는 상기 터커 바아 내에 기체 포트(gas port)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 수직 형성, 채움 및 밀봉 장치
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