KR20000011135A - 대향 중합체 시트의 2단 용융장치 - Google Patents

Abstract

무정형 공중합 폴리에스테르 시트(14)를 폴리비닐 클로라이드 시트(16)와 함께 용융시키는 장치(117)는 제1 및 제2롤러(124,126)에 감겨 있는 무단 벨트(122)를 갖는 벨트 어셈블리(118)를 포함한다. 상기 장치(117)는, 제1롤러(124)에 결착되어 제1롤러(124)와 함께 입력 닙을 형성하는 제3롤러 어셈블리를 추가로 포함함으로써, 상기 롤러(124,158)들이 상기 시트(14,16)들을 같이 가압하여 하나의 폴리비닐 클로라이드면(16) 및 대향하는 무정형 공중합 폴리에스테르면(14)을 갖는 2단편 구조를 형성하도록 한다. 상기 폴리비닐비닐 클로라이드 면은 상기 제1롤러(124)에 인접하여 위치된다. 상기 장치(117)는 또한 상기 제1롤러(124)를 가열하기 위한 카트리지 히터(154)를 포함함으로써, 상기 시트(14,16)들이 상기 닙을 통과할 때 2단편 구조(12)의 폴리비닐 클로라이드면이 가열되도록 되어 있다. 상기 제3롤러(158)는 팬 수단(164)에 의하여 냉각됨으로써, 상기 폴리비닐 클로라이드면이 가열되는 동안 상기 무정형 공중합 폴리에스테르면이 냉각되도록 되어 있다. 상기 장치(117)는 더욱이, 2단편 구조(12)의 폴리비닐 클로라이드면에 추가적인 열을 적용하기 위한, 가열된 플래튼(heated platen)(180)을 추가적으로 포함한다. 상기 가열된 플래튼(180)은 벨트(122)의 아랫면과 열적 접촉상태에 있음으로써, 벨트(122)가 상기 플래튼(180)위로 상기 2단편 구조를 이송할 때 2단편 구조의 폴리비닐 클로라이드면에 열을 적용할 수 있도록 되어 있다. 마지막으로, 상기 장치는 2단편 구조가 상기 플래튼(180)으로부터 벗어나 이송될 때, 2단편 구조(12)의 양쪽 면을 냉각시키기 위한, 벨트(122)의 위, 아래에 위치한 팬 냉각 히트 싱크(194,202)들을 포함한다.

Description

대향 중합체 시트의 2단 용융장치

<관련 출원의 참조>

본 출원은 본 출원인에 의해 출원된 바 있는 미합중국 출원(출원번호: 08/419,457)의 일부계속출원(continuation-in-part)이다.

여기에서 고려된 일반적인 형태의 벨트식 이송장치는 이제까지 적층 기술(lamination art) 분야에서 알려져 왔다. 일반적으로, 상기 종래의 장치는 전형적으로, 열가소성 시트들을 대향 관계로 유지시키면서 상기 시트들의 표면에 열을 적용하는 단 하나의 가열 구역(heating station)을 포함한다. 이러한 장치들은 1단 적층기(single-stage laminator)로 알려져 있으며, 그 장치들은 다양한 열가소성 시트 재료들을 적층시키는데 효과적이다. 그러나, 위에서 언급된, 무정형 공중합 폴리에스테르와 폴리비닐 클로라이드 재료 등과 같이, 특정한 가열 및 냉각특성을 지니고 있어서 상기 종래의 장치에는 적합하지 않은 열가소성 시트 재료들이 있다. 따라서, 이렇듯 신규한 카드 재료의 용융에 효과적인 장치가 산업적으로 요구되어 왔다.

본 발명은 식별카드(identification card)와 같은 2단편 카드 구조(two-piece card structure)를 형성하기 위하여 무정형 공중합 폴리에스테르 뒷받침 시트(backing sheet)와 폴리비닐 클로라이드 시트를 용융하는 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상기 대향 시트들을 연속적인 용융 및 냉각 단계를 거쳐 이송하기 위한 벨트식 이송장치에 관한 것이다.

본 발명을 수행하기 위한 최적의 실시예를 도시한 도면에 있어서:

도 1은 본 발명의 장치의 제1실시예의 정면도이고;

도2는 그 후면도이고;

도3은 그 평면도이고;

도4는 도3의 4-4선에 따른 횡단면도이고;

도5는 본 발명의 제2실시예의 투시도이고;

도6은 그 정면도이고;

도7은 그 후면도이고;

도8은 그 평면도이고;

도9는 그 우측면도이고; 및

도10은 도9의 10-10선에 따른 횡단면도이다.

본 발명의 제1실시예는, 서로 가까운 간격을 두고 인접하여 지지되어 있는 상부 및 하부 벨트 어셈블리들을 포함하는 2단 용융장치(two-stage fusing apparatus)를 제공한다. 상기 하부 벨트 어셈블리는 제1 및 제2롤러에 감겨 있는 스테인레스 강철 벨트를 포함하고, 상기 상부 벨트 어셈블리는 제3 및 제4롤러에 감겨 있는 유리섬유 벨트를 포함한다. 상기 벨트 어셈블리들은, 제1 및 제3롤러들이 입력 닙(input nip)을 형성하고 제2 및 제4롤러들이 출력 닙(output nip)을 형성하며, 또한 무단 벨트들이 서로 대향 관계를 갖도록, 프레임 구조로 지지되어 있다. 상기 제1 및 제2롤러는 고정되어 있고, 상기 제3 및 제4롤러는 상기 제1 및 제2롤러에 대하여 미끄럼가능하게 매달려있다. 상기 제3 및 제4롤러는 매달린 위치로부터 상기 제1 및 제2롤러를 향하여 아래쪽으로 기울어짐으로써, 간격을 가지면서도 가압되는 입력 닙 및 출력 닙을 형성한다. 상기 제1, 또는 하부, 입력 롤러는 내부 카트리지 히터(internal cartridge heater)에 의하여 약 200℃로 가열된다. 상기 가열된 입력 닙은 공중합 폴리에스테르 시트와 폴리비닐 클로라이드 시트 두 개의 대향 시트들을 하나의 2단편 구조로 초기 용융시키기 위하여, 상기 두 개의 대향 시트들을 함께 가압한다. 제1롤러에 인접한 금속 벨트의 상부에 접경하여 위치된 가열 플래튼(platen)은 약 160℃로 가열되어 완전 용융 단계를 수행한다. 팬 냉각 히트 싱크는 출력 닙에 인접되어 접경, 위치하여, 용융후에 카드로부터 열을 제거하고 히트 싱크 사이를 통과하는 금속 및 유리섬유 벨트를 냉각시킨다.

본 장치의 제2실시예는, 제1 및 제2롤러에 감겨 있는 무단 벨트를 갖는 하나의 벨트 어셈블리를 포함한다. 상기 장치는, 제1롤러에 결착되어 제1롤러와 함께 입력 닙을 형성하는 제3롤러를 추가로 포함하는데, 이럼으로써 상기 롤러들이 상기 시트들을 함께 가압하여 폴리비닐 클로라이드면 및 무정형 공중합 폴리에스테르 대향면을 갖는 2단편 구조를 형성하도록 되어 있다. 상기 폴리비닐 클로라이드면은 상기 제1롤러에 인접하여 위치된다. 상기 장치는 또한 상기 제1롤러를 가열하기 위한 카트리지 히터를 포함함으로써, 상기 대향하는 시트들이 상기 닙을 통과할 때 2단편 구조의 폴리비닐 클로라이드면이 가열되도록 되어 있다. 상기 제3롤러는 팬 수단에 의하여 원활하게 냉각됨으로써, 상기 폴리비닐 클로라이드면이 가열되는 동안, 상기 무정형 공중합 폴리에스테르면이 냉각되도록 되어 있다. 상기 롤러 팬은 초기 용융과정동안에 상기 무정형 공중합 폴리에스테르 시트로부터 원활하게 열을 제거함으로써 상기 공중합 폴리에스테르가 닙의 압력하에서 변형되는 것을 방지하도록 되어 있다. 상기 장치는 상기 시트들의 완전한 용융을 위하여, 상기 2단편 구조의 폴리비닐 클로라이드면에 추가적인 열을 적용시키기 위한, 입력 닙의 하부에 있는 가열 플래튼을 추가로 포함한다. 상기 가열 플래튼은 상기 벨트의 밑면과 열교환되고 있는데, 벨트가 상기 2단편 구조를 플래튼위로 이송할 때 추가적인 열이 상기 2단편 구조의 폴리비닐 클로라이드면에 공급된다. 마지막으로, 상기 장치는 2단편 카드 구조가 상기 가열 플래튼으로부터 벗어나 이송될 때, 2단편 카드 구조의 양쪽 면을 냉각시키기 위한, 상기 이송벨트의 위, 아래에 위치된 팬-냉각 히트 싱크를 포함한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 2종류의 열가소성 시트들이 가열 및 가압하에서 초기 용융되고, 가열만에 의하여 완전히 용융된 후, 다음으로 냉각되도록 하는 2단 용융장치; 초기 용융구역, 완전 용융 구역 및 냉각 구역을 거쳐 시트 재료를 이송하기 위한 무단 벨트를 포함하는 용융장치; 및 가열된 입력 닙, 가열 플래튼 및 팬 냉각 히트 싱크를 포함하는 용융장치들을 제공하는 것이다.

본 발명의 특징 및 장점, 다른 목적은 다음의 예시도면을 참조하여 본 발명의 설명이 진행됨에 따라 명백해질 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 장치의 제1실시예는 도1 내지 4에서, 참조부호 10으로 도시되어 있다. 보다 상세하게 설명한다면, 본 발명의 장치(10)는 예를 들어 보안카드를 구성하는데 사용되는 시트 재료들과 같은 타입의 대향 열가소성 시트 재료들을 용융시키기 위한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명(10)은 세인트 폴 미네소타(Saint Paul Minnesota)의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)에 의해 개발되어 참고문헌인 PCT 공보(공보 번호: WO95/09084호)에 개시되어 있는 보안 카드 시스템을 용융하는데 특별히 유용하다는 것이 발견되었다.

도4에서 참조부호 12로 도시된 상기 보안 카드 시스템은, 뒷받침 시트(14), 커버 시트(16) 및 보안 이미지(미도시)를 포함하는데, 상기 보안 이미지는 바람직하게는, 상기 커버 시트(16)의 안쪽 표면(18)상에 거꾸로 인쇄됨으로써 상기 용융된 시트(14,16)들이 함께 있을 때 그들 사이에 위치되도록 한다. 상기 커버 시트의 상면을 통해 볼 때, 상기 거꾸로 인쇄된 보안 이미지는 바르게 나타난다. 상기 뒷받침 및 커버 시트들(14,16)은 그 중간에 접착제층의 개재없이 직접적으로 함께 용융되는데, 여기서 상기 뒷받침 시트(14)는 무정형 공중합 폴리에스테르 필름을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 커버 시트(16)는 경질의 폴리비닐 클로라이드 필름을 포함한다. 상기 무정형 공중합 폴리에스테르 뒷받침 시트(14)는 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide)로 착색시킴으로써 불투명한 백색이 되도록 하는 것이 바람직한 반면, 상기 PVC 커버 시트(16)는, 비록 다른 색채로 계획 또는 배열되는 것이 적절하다 하더라도, 투명한 것이 바람직하다. 대부분의 경우에, 상기 뒷받침 시트(14)는 커버 시트에 비해 상당히 두꺼운데, 이는 상기 조립된 카드(12)의 경도 및 강도가 대부분 뒷받침 시트에 의하여 좌우되기 때문이다. 예를 들어, 카드의 총두께를 약 27 내지 32mm라고 할 때, 상기 뒷받침 시트(14)는 약 20 내지 22mm의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 상기 커버 시트(16)는 약 7 내지 10mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 보안 카드 시스템(12)의 특별한 장점은, 상대적으로 낮은 온도, 예를 들어, 약 150℃에서, PVC와 무정형 공중합 폴리에스테르간에 우수한 접착력효과가 얻어진다는 점이다. 용융과정동안, 무정형 폴리에스테르 공중합체와 PVC 양자 모두가 연화되기 때문에 용융은 효과적으로 달성되고, 또한 양자 모두가 거의 비슷한 속도로 냉각접촉됨으로써, 종래의 카드 재료의 경우에 초래되었던 비틀림(warping) 문제를 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명의 장치(10)의 제1실시예는, 참조부호 20 및 22로 나타낸 상부 및 하부 벨트 어셈블리들을 포함하는데, 이들은 바닥벽(24) 및 평행의 전면 및 후면벽(26,28)을 포함하는 프레임 어셈블리에 의하여 가까운 간격을 두고 인접하여 지지되어 있다.

상기 하부 벨트 어셈블리(22)는 각각 제1 및 제2 금속제 롤러(32,34)에 감겨 있는, 참조부호 30으로 나타낸 스테인레스강 벨트를 포함하고, 상기 상부 벨트 어셈블리(20)는 각각 제3 및 제4 금속제 롤러(38,40)에 감겨 있는, 참조부호 36으로 나타낸 유리섬유 벨트를 포함한다. 스테인레스강 벨트(30) 및 유리섬유 벨트(36) 양자 모두 약 0.003인치의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 강제 벨트(30)는 메사츄세츠의 벨트 테크놀로지스 오브 아가왐(Belt Technologies of Agawam)사에 의해 시판되어 있고, 상기 유리섬유 벨트(36)는 뉴욕의 그린벨트 인더스트리스, 인크. 오브 버팔로(Greenbelt Industries, Inc. of Buffalo)사에 의해 시판되어 있다. 상기 롤러(32,34,38,40)들은 바람직하기로는 축(32S,34S,38S,40S)을 보유한 알루미늄 롤러이다. 축(32S,38S)은 중공형(hollow)인 반면, 축(34S,40S)은 꽉찬 것(solid)이다.

상기 벨트 어셈블리(20,22)는 프레임에 지지되어 있는데, 제1 및 제3롤러(32,38)들이 입력 닙을 형성하고 제2 및 제4롤러(34,40)들이 출력 닙을 형성하며, 또한 무단 벨트(30,36)들은 서로 대향 관계를 갖도록 되어 있다. 상기 제1 및 제2롤러(32,34)들은 고정되어 있으며, 상기 제3 및 제4롤러(38,40)들은 상기 제1 및 제2롤러(32,34)에 미끄럼 운동가능하게 되어 있다. 보다 상세하게는, 각 롤러의 축은, 참조부호 42A,42B,42C 및 42D로 나타낸, 간격이 있는 한 쌍의 베어링 마운트(mount)에 의하여 축받이되어 있다. 각 베어링 마운트(42)는 베어링 홀더(46)에 지지되어 있는 베어링(44A,44B,44C,44D)을 포함한다. 베어링(44A,44C)은 각각 롤러-타입 베어링인 반면, 베어링(44B,44D)은 슬리브-타입 베어링이다. 게다가, 상기 슬리브 베어링(44B,44D)들은 딱딱한 외부 슬리브(45)에 부착되어 있다. 각 베어링 홀더(46)는 그 안에 베어링(44)을 접수하기 위한 오목부(48)를 보유하며, 또한 그 측면 가장자리에 홈(50)을 갖는다. 베어링 마운트(42)의 홈(50)은 프레임 어셈블리의 전면 및 후면벽(26,28)에 있는 각각의 슬롯(52)에 미끄럼가능하게 접수됨으로써, 상기 베어링 홀더(46)는 상기 벽(26,28)의 내부 및 외부 표면 양쪽에 결합된다. 상기 베어링 마운트(42A,42B)들은 각각의 슬롯(52)의 바닥에 대항하여 놓여져 있고, 그리하여 제1 및 제2롤러(32,34)들을 수직으로 고정되도록 유지한다. 상기 베어링 마운트(42B)(제2롤러 34)에 있는 상기 오목부(48B)는 수평방향으로 연장되어, 제2롤러(34)의 축이 제1롤러(32)와 연동하여 수평 미끄럼 운동하게끔 되어 있다. 이와 관련하여, 걸쇠(set,54)가 상기 베어링 마운트(46B)의 측벽에 있는 나사형 개구부를 통하여 연장되어 상기 딱딱한 외부 슬리브(45)와 결합함으로써 상기 제1롤러(32)와 제2롤러(34)의 축간 거리를 조절한다. 이러한 걸쇠 나사 기구(set screw arrangement)는 제1 및 제2롤러축의 평행을 조절함은 물론, 강제 벨트(30)를 감거나 또한 느슨함을 팽팽하게 하는 등의 작용을 한다. 제4롤러(40)의 베어링 마운트(42D)는, 제4롤러축을 제4롤러축과 연동하여 조절하기 위한 걸쇠나사(54) 및 동일한 연장 오목부(48D)를 갖는다.

제3 및 제4롤러(38,40)의 베어링 마운트(42C,42D)는, 전면 및 후면벽(26,28)에 부착된, 간격을 둔 서스펜션 바(58)를 통해 아래쪽으로 연장된 나사(56)에 의하여 프레임 어셈블리에 매달려 있다. 나사(56)의 헤드(60)는 상기 바의 최상부에 놓여져 있고, 축(62)은 상기 바(58)의 개구부(미도시)를 통과하여 대응되는 베어링 홀더(46)의 최상부에 있는 나사형 구멍내로 연장되어 있다. 압축 스프링(64)은 각 나사(56)에 감겨 있으면서, 제3 및 제4롤러(38,40)들을 그들의 매달려진 위치로부터 제1 및 제2롤러(32,34)를 향해 아래쪽으로 추진시키기 위하여, 대응되는 베어링 홀더(46)의 최상부와 서스펜션 바(58)의 바닥부 사이에 갇혀져 있다. 상기 나사(56)가 회전함으로써 제3 및 제1롤러(38,32)(입력 닙 롤러) 사이 및 제4 및 제2롤러(40,34)(출력 닙 롤러)사이의 수직간격이 조절된다. 이와 관련하여, 상기 벨트 어셈블리(20,22)는 입력 롤러(32,38)의 사이 및 출력 롤러(34,40)사이의 간격이 25mm가 되도록 조절되는데, 상기 간격은 보안 카드 시트의 총 두께(27∼33mm)보다 약간 적게 된다. 제3 및 제4롤러(38,40)가 제1 및 제2롤러(32,34)를 향하여 아래쪽으로 바이어스되어(biased) 있기 때문에, 상기 롤러 쌍들은 간격을 두고도 가압되는 입력 및 출력 닙들을 형성한다.

제1, 또는 하부, 입력 롤러(32)는 종래의 카트리지 히터(66)에 의하여 약 190 내지 215℃로, 더욱 바람직하게는 약 200℃로 가열된다. 상기 카트리지 히터(66)는 중공 롤러 축(32S)의 중앙부에 미끄럼가능하도록 접수되고 통상의 전원(미도시)으로부터 에너지를 공급받는다. 따라서, 상기 입력 닙(롤러 32,38)은 가압 및 가열하에서 상기 커버 및 뒷받침 시트(14,16)를 함께 용융시키는 초기 용융단계를 수행한다.

도4를 참조하면, 완전한 용융 단계는 제1롤러(32)에 인접한 강철 벨트(30)의 상부와 접경되어 위치한, 1/2인치 두께의 알루미늄 가열 플래튼(68)에 의하여 수행된다. 상기 플래튼(68)은 바람직하게는 약 150 내지 170℃의 온도로, 더욱 바람직하게는 약 160℃의 온도로 가열된다. 상기 플래튼(68)의 바닥표면에 접착된 고무판 히터수단(70)에 의하여 플래튼(68)의 가열이 완료된다. 여기서 언급된 고무판 히터(70)는 미시간의 핫셋, 인크. 오브 배틀 크릭(Hotset Inc. of Battle Creek)사에 의하여 시판되고 있다. 대안으로서, 카트리지-타입 히터와 같은, 다른 가열장치들을 사용하여 상기 플래튼(68)을 가열할 수 있다.

벨트(30,36) 및 그들 사이에 있는 용융된 시트(14,16)를 냉각하기 위하여, 참조부호 72 및 74로 나타낸, 제1 및 제2 팬 냉각 히트 싱크들이 출력 닙(롤러 34,40)에 인접하여 접경된 상태로 위치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1알루미늄 히트 싱크(72)는 상기 프레임의 전면 및 후면 벽(26,28) 사이에 위치되고, 몸체부(72B)는 강제 벨트(30)의 상부에 접경되어 있다. 조임쇠(76)는 프레임의 전면 및 후면 벽(26,28)을 통해, 히트 싱크(72)내의 개구부(미도시)내로 연장되어 상기 히트 싱크(72)를 고정적으로 위치시킨다. 제2 히트 싱크(74)는 프레임 어셈블리의 전면 및 후면벽(26,28) 사이에 위치하고, 몸체부(74B)는 유리섬유제 벨트(36)의 하부에 접경되어 있다. 제2 조임쇠 세트(78)는 프레임 벽(26,28)에 있는 수직 슬롯(80)을 통하여 상기 제2 히트 싱크(74)내로 연장된다. 스프링(82)은 상기 조임쇠 세트 사이에 설치되어 이동가능한 제2 히트 싱크(74)를 고정된 제1 히트 싱크(72)에 압축하면서 아래쪽으로 잡아당긴다. 히트 싱크(72,74)의 핀(72F,74F)은 벨트(30,36)의 이송방향에 직각으로 연장되어 있는데, 프레임의 후면벽에 부착되어 있는 제1 및 제2팬(83,84)은 각각 핀 표면(72F,74F)위로 벨트 이송방향에 직각 방향으로 공기를 날려 보낸다. 공기유동을 급격히 촉진하여 냉각을 최적화시키기 위해서, 공기는 프레임 어셈블리의 전면 및 후면벽(26,28)에 있는 개구부(86,88)를 통하여 이동된다.

사용에 있어서, 상기 벨트(30,36)는 겹쳐지는 커버 및 뒷받침 시트(14,16)를 무단 벨트 사이에서 입력 닙으로부터 출력 닙으로 이송시키기 위하여 동시에 반대방향으로 회전된다. 상기 벨트(30,36)의 회전은 참조부호 90으로 나타낸 전기모터 및 기어 시스템에 의하여 수행된다. 전기모터(90)의 몸체(92)는 프레임 어셈블리의 후면벽(28)에 부착된 브래킷(94)에 부착되어 있다. 모터(90)의 구동축(96)은 제2롤러(34)(도2,3)의 축(34S)의 후면단부에 부착된 구동기어(100)를 회전시키기 위한 웜 기어부(98)를 포함한다. 하부 벨트 어셈블리(22)의 회전은 제2 및 제4롤러(34,40)(도1)의 축(34S,40S)의 전면단부위에 부착된 한 쌍의 인터메싱 전환기어(intermeshing transfer gear)(102,104)에 의하여 상부 벨트 어셈블리로 전환된다. 모터(90)와 기어 어셈블리는 바람직하기로는, 장치를 통하여 약 1초당 0.25인치의 속도로 카드가 이송되도록 설정된다. 그리하여, 본 발명의 장치는 장치를 통해 보통 크기의 식별 카드를 이송하는데 대략 1분에 한 개의 카드가 이송되는 정도로 작동되게 된다.

본 장치(10)는, 대응되는 롤러상에 벨트(30,36)의 적정한 얼라인먼트 및 회전을 유지하기 위하여, 참조부호 106 및 108로 나타낸 상부 및 하부 스티어링 어셈블리를 추가로 포함한다. 각 스티어링 어셈블리(106,108)는 프레임의 전면 및 후면 벽(26,28) 사이에 부착된 축(110)을 포함한다. 상부 스티어링 어셈블리(108)의 축(110U)은 입력 닙에 인접한 유리섬유 벨트(36)의 상부의 바로 밑부분에 연장되고, 하부 스티어링 어셈블리의 축(110L)은 입력 닙(도4)에 인접한 강철 벨트(30)의 하부의 바로 윗부분에 연장된다. 끝이 잘린 한 쌍의 원추형 롤러(112)가 각 축(110)에 부착되며 상기 롤러(112)의 상대적으로 큰 지름쪽 단부가 상기 축(110)의 바깥쪽 단부를 향한다. 이와 관련하여, 벨트(30,36)가 회전할 때, 어느 하나의 벨트가 어느 쪽으로든 비스듬히 기울어진 경우, 벨트는 대응되는 끝이 잘린 롤러(112)위에서 위쪽으로 올라가게 되고, 그리하여 다시 통상의 회전 위치로 아래쪽으로 뒤돌아 오도록 강제된다.

본 장치(10)는 카드 시스템의 커버 시트(16)는 아래쪽으로 향하고, 뒷받침 시트(14)는 위쪽으로 향하는 경우에 사용된다. 겹쳐진 시트(14,16)가 입력 닙으로 공급되면, 상기 뒷받침 및 커버 시트(14,16)는, 상기 입력 닙의 가열된 하부 롤러(32)에 의하여 가열되는 동안, 닙의 압력하에 함께 가압된다. 상기 입력 닙의 압력에 의하여 용융전에 상기 시트(14,16)사이로부터 공기 방울이 짜내지고, 또한 롤러(32)에 의한 초기 가열동안에 상기 커버 및 뒷받침 시트(14,16)의 적정한 정합(registration)이 유지된다. 초기의 가열동안 시트(14,16)의 적정한 정합을 유지하는 것은 매우 중요한데, 왜냐하면 프라스틱 재료는 다소 연질이어서 용해된 상태에서 면접촉되어 시트가 이동할 경우, 커버 시트(16)의 내면(18)에 인쇄된 보안 이미지의 스머징(얼룩현상,smudging)이나 스미어링(smearing)을 초래할 수 있기 때문이다. 초기 용융 후에, 상기 시트(14,16)는, 고정된 위치에서 상기 시트(14,16)를 보다 더 오랜동안 추가적으로 가열하는 가열 플래튼(68)위로 이송됨으로써 함께 완전히 용융될 수 있다. 플래튼(68)위에서 보다 장시간동안 가열에 노출시키게 되면, 상부의 뒷받침 시트(14)가 현저하게 연화되어 뒷받침 시트(14)의 뒷표면(114)상에 유리섬유 벨트(36)의 재질이나 표면결이 원치않게 인쇄되게 된다. 이와 관련하여, 가열 플래튼(68) 바로 위에 있는 유리섬유 벨트(36)의 하부는 팬(116)에 의하여 냉각된다. 유리섬유 벨트(36)를 가로질러 온 공기는 뒷받침 카드(14)의 뒷표면(114)을 충분히 서늘하고 경화되게 함으로써 유리섬유 벨트(36)의 표면재질이 인쇄되지 않도록 한다.

용융된 시트(14,16)는 그 다음에 팬-냉각 히트 싱크(72,74)의 사이를 통과함으로써 거의 실온까지 냉각된다. 상기 싱크(72,74)는 출력 닙의 사이로 시트(14,16)가 장치로부터 나오기 전에, 시트(14,16)로부터 거의 모든 열을 효과적으로 제거한다.

도5 내지 10에는, 참조부호 117로 나타낸 본 장치의 제2실시예가 도시되어 있다. 제2실시예(117)는 일반적으로 장치(10)와 유사한데, 단지 단일의 이송벨트가 있다는 점과 상부의 입력 롤러가 냉각된다는 점만이 다를 뿐이다. 보다 상세하게는, 제2실시예(117)는 각각 간격을 둔 전면 및 후면벽(119,120)을 포함하는 프레임 어셈블리에 지지되어 있는, 참조부호 118로 나타낸 벨트 어셈블리를 포함한다. 상기 벨트 어셈블리는, 각각 제1 및 제2롤러(124,126)에 감겨 있는, 테프론 코팅의, 0.005인치 두께의 스테인레스 강철 벨트(122)를 포함한다. 상기 롤러(124,126)는 바람직하게는 우수한 열전도를 위하여 알루미늄으로 제조된다. 상기 롤러(124,126)는 각각 축(128,130)에 회전가능하게 부착되는데, 축(128)은 중공형인 반면, 축(130)은 꽉찬 것이다(도 10참조). 축(128,130)의 대향 단부는, 프레임의, 간격을 둔 전면 및 후면벽(119,120)에 접수된 각각의 고정된 베어링 마운트(132)에 회전가능하게 부착되어, 롤러(124,126)가 항상 고정된 평행상태를 유지하도록 한다.

상기 벨트 어셈블리(118)는, 제2롤러(126)의 축(130)위에 있는 대응되는 구동기어(140)와 인터메쉬하는 웜 기어 표면(138)을 보유한 구동축(136)을 갖는 전기 구동모터(134)에 의하여 회전된다. 상기 모터(134)와 기어들(138,140)은 롤러(126)를 적정한 속도로 회전시켜 벨트(122)의 최상부에서 접수된 카드를, 장치(117)의 다양한 가열 및 냉각 단계를 통하여 이송시킨다.

회전하는 동안, 벨트(122)는 참조부호 142로 나타낸 스프링-바이어스 인장 롤러 어셈블리(spring-biased tension roller assembly)(도 10 참조)에 의하여 제1 및 제2롤러(124,126)에 감겨 인장된다. 상기 어셈블리(142)는 축(146)위에 회전가능하게 부착된 롤러(144)를 포함한다. 상기 축(146)은 전면 및 후면 프레임 벽(119,120)에 있는 대향하는 한 쌍의 가이드 슬롯(148)에 미끄럼가능하도록 부착된다. 상기 축(146)은 보통은, 한 쌍의 스프링에 의하여 위쪽으로 바이어스되어(biased) 있는데, 각각의 스프링에 있어서, 그 일측 단부는 롤러축(146)의 단부에 감겨 있고, 타측 단부는 각각 대응되는 전면 및 후면 프레임벽(119,120)위에 부착된 고정된 포스트(152)에 감겨 있다.

상기 제1롤러(124)는 제1롤러(124)의 중공형 축(128)안으로 미끄럼가능하게 접수되는 통상의 카트리지 히터(154)에 의하여 가열된다. 상기 카트리지 히터(154)는 통상의 전원(미도시)에 의하여 에너지를 공급받으며, 상기 롤러(124)를 약 190 내지 215℃의 온도로 가열하는데 효과적이다.

상기 장치(117)는, 제1롤러(124)에 결착되어 제1롤러(124)와 함께 입력 닙을 형성하는, 참조부호 156으로 나타낸 제3롤러 어셈블리를 추가로 포함함으로써, 상기 시트(14,16)(도4 참조)가 함께, 하나의 폴리비닐 클로라이드면(16) 및 대향하는 무정형 공중합 폴리에스테르면(14)을 갖는 2단편 구조를 형성한다. 상기 롤러 어셈블리(156)는 일반적으로 롤러(158), 전면 및 후면 보유벽(retaining wall)(160,162) 및 팬(164)를 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 롤러(158)는 우수한 열전도를 위하여 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하고, 또한 롤러에는 추가적으로, 반환축에 평행하게 연장되고 롤러(158)의 원주주위에 간격을 둔 복수개의 가로구멍(166)(도 10참조)이 형성되어 있다. 상기 구멍(166)들은 팬(164)으로부터 롤러(158)를 통하여 기류를 통과시킴으로써 롤러(158)로부터 열을 제거하도록 되어 있다. 상기 롤러(158)는 전면 및 후면 보유벽(160,162)에 놓여 있는 고정된 베어링 마운트(170)에 접수된 축(168)에 회전가능하게 부착되어 있다. 상기 보유벽(160,162)들은 대응되는 전면 및 후면 프레임벽(119,120)에 각각 플랜지에 의하여 부착되어 있다. 상기 롤러(158)는 어셈블리(156)내에서 롤러(124,158)간 간격이 대략 25mm가 되게 위치됨으로써, 상기 닙이 대향 시트(14,16)의 결합된 두께를 받아들이기에 적당한 간격을 갖도록 되어 있다. 상기 전면 및 후면 보유벽(160,162)은 각각 복수개의 틈새(176)들을 포함함으로써 기류를 팬(164)으로부터 보유벽(160,162) 및 롤러(58)에 있는 구멍(166)을 통과하도록 한다. 팬(162)은 통상적인 전기동력 팬으로서, 전면 보유벽(160)의 바깥쪽 표면에 부착된, 4개의 간격을 둔 기둥위에 부착되어 있다.

상기 입력 닙(롤러 124,158)은 두 개의 대향하는 시트(14,16)들이 가열 및 가압하에 함께 최초로 용융되는 초기의 용융단계로서 기능하도록 되어 있다. 조작에 있어서, 상기 시트(14,16)는 입력 닙에 공급되는데, 폴리비닐 클로라이드면(16)은 제1롤러(124)를 향하고, 무정형 공중합 폴리에스테르면(14)은 제3롤러(158)를 향하도록 되어 있다. 이러한 경우, 단지 폴리비닐 클로라이드면(16)만이 가열된다. 가열된 롤러(124)에 의하여 공급된 열은 폴리비닐 클로라이드 시이트(16) 전체를 연화시키기에 충분하고, 적어도 최저치라도 무정형 공중합 폴리에스테르 시트(14)의 대향 표면을 연화시킨다. 그러나, 실험에 의하여 알려진 바로는, 롤러(124)로부터의 열은 종종 공중합 폴리에스테르 뒷받침 시트(14)를 통해 완전히 전도되어, 그럼으로써 상기 뒷받침 시트(14)를 연화시켜 전체 카드 구조의 변형을 초래한다. 이는 제1실시예에 있어서는 문제로 대두되는데, 왜냐하면 뒷받침 시트(14)가 연화되면 닙을 통과하는 동안에 유리섬유 벨트(36)의 결이 카드의 뒷표면에 인쇄되기 때문이다. 분명히, 사용자가 카드의 뒷표면에 인쇄를 원하는 경우, 상기 결이 인쇄된다는 것은 바람직하지 못하다. 본 카드 구조의 최초 용융에 있어서 핵심적인 것은 상기 뒷받침 시트(14)의 안정성을 유지하는 것, 즉 폴리비닐 클로라이드 커버 시트(16)를 가열하고, 그리고 공중합 폴리에스테르 시트(14)의 뒷표면을 실온으로 유지시키는 동안에 대향하는 공중합 폴리에스테르 시트(14)면만을 가열하는 것이다. 따라서, 제2실시예(117)는, 용융과정동안에 공중합 폴리에스테르 시트(14)의 뒷표면으로부터 열을 원활하게 제거하기 위하여, 상부, 즉 제3롤러(158)를 활발히 냉각하는 수단을 제공한다. 조작에 있어서, 상기 팬(164)은 롤러(158)에 있는 구멍(166)을 통과하는 기류를 발생시켜, 롤러(158) 및 공중합 폴리에스테르 시트(14)로부터 열을 제거한다. 롤러(124)에 의한 열을 제거함으로써, 상기 공중합 폴리에스테르 뒷받침 시트(14)의 뒷표면은 딱딱한 상태가 유지되고 용융된 카아드는 변형되지 않게 된다.

또한, 장치(117)는 두 개의 시트(14,,16)의 완전한 용융을 달성하기 위하여, 추가적인 집중열을 2단편 구조의 폴리비닐 클로라이드면(16)에 공급하는 플래튼(180)(도10참조)을 포함한다. 플래튼(180)은 제1롤러(124)와 인접한 벨트(122)의 아래면과 열전달되도록 위치한 알루미늄 몸체를 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 플래튼(180)은 전면 및 후면 프레임벽(119,120) 사이에 부착되어 있다. 상기 플래튼(180)은 몸체 플래튼(180)내에 있는 구멍내로 삽입되어 있는 카트리지 히터(182)에 의하여 150 내지 170℃의 온도로 가열된다. 용융된 2단편 구조가 입력 닙을 벗어나게 되면, 그것은 벨트(122)에 의하여 상기 플래튼(180)의 표면으로 이송된다. 카드를 벨트(122) 및 플래튼(180)과 약간의 열적 접촉을 유지시키기 위하여, 상기 장치는 벨트(122)의 최상부면상에 놓여진 복수개의 피봇링크된 롤러(184)을 포함한다. 상기 2단편 카드 구조가 상기 롤러(184)밑에서 통과할 때, 상기 롤러(184)는 카드를 벨트(122)와 접촉된 상태를 유지하도록 한다. 롤러들이 자유롭게 떨어져서 프레임에 결착되지 않게 되면, 카드 구조가 각각의 롤러(184)의 아래로 통과함에 따라 그들은 위, 아래로 움직일 수 있다. 그러나, 롤러(184)들은 그들을 벨트(122)의 최상부에 위치하도록 유지하는 상부 하우징(186)내에 결착되어 있다. 이와 관련하여, 롤러(184)들은 링크 부재(188)에 의하여 피봇링크되어 있고 상기 링크 부재(188)들은 핀(190)에 의하여 상부 하우징(160)에 미끄럼가능하도록 핀결합되어 있다. 핀(190)은 하우징(186)내의 슬롯(192)내에서 움직임으로써 롤러(184)들을 벨트(122)에 세로방향으로 운동하는 것을 제한하면서 롤러 어셈블리를 윗방향으로 움직이도록 한다. 롤러(184)들은 중력 때문에 아랫방향의 압력을 다소간 가하게 되지만, 그들은 카드위에 어떠한 압력도 가하지 않도록 되어 있다. 따라서, 2단편 카드 구조 카드가 플래튼(180)위로 통과함에 따라, 상기 카드 구조는 폴리비닐 클로라이드 및 폴리에스테르 중합체 재료를 함께 완전히 용융시키기 위하여 충분한 온도까지 가열된다. 이해되어야 할 것은, 변형을 초래하는 어떠한 압력도 카드에 가해지지 않기 때문에 플래튼(180)에 의하여 카드를 두 번째로 가열하더라도 카드를 변형시키지 않는다는 점이다.

2단편 카드 구조를 실온까지 냉각시키기 위하여, 본 장치(117)는 벨트(122)의 아랫면에 접경되어 위치한 하부 팬-냉각 히트 싱크(194)(도7 및 10참조)를 포함한다. 상기 히트 싱크(194)는 전면 및 후면 프레임벽(119,120)의 사이에 부착되어 전면 프레임벽(119)에 부착된 팬(196)에 의하여 냉각된다. 상기 전면 및 후면 프레임벽(119)에는 각각 적당한 틈새(198,200)들이 형성되어 있음으로써, 팬(196)으로부터의 기류가 전면 프레임벽(119)을, 히트 싱크(194)를, 그리고 후면 프레임벽(120)의 바깥쪽을 통과하도록 되어 있다. 상기 장치(117)는 추가적으로 상부 단부가 롤러(184)에 피봇 링크되어있는 제2 상부 히트 싱크(202)를 포함한다. 상기 히트 싱크(202)는 또한 그 상부 단부에 깍인 모서리(204)를 포함함으로써 상기 용융된 카드 구조가 이송중에 쉽게 히트 싱크(202)의 아래로 미끄러질 수 있도록 한다. 상기 히트 싱크(202)는 상부 하우징(186)내에 설치되어 있으며 윗방향으로 유동하여 뒷받침 시트(14)의 상부 표면이 히트 싱크(202)의 낮은 표면과 본질적인 접촉을 유지하도록 되어 있다. 상기 히트 싱크(202)는 상부 하우징(186)의 상부벽상에 부착된 다른 팬(206)에 의하여 냉각된다. 조작에 있어서, 공기는 상부 하우징(186)을 아래로 통과하고, 상기 히트 싱크(202)를 위로 지나 측면에 있는 개구부 및 하우징(186)의 단부를 바깥쪽으로 통과한다.

냉각된 카드가 조작자에게 출력되기 전에, 상기 카드는 하부의 벨트 롤러(126)와 결착된 제4롤러(208) 및 하부 벨트 롤러(126)에 의하여 형성된 출력 닙을 통과한다. 상기 롤러(128)는 축블록(212)에서 접수되는 단부들을 갖는 축(210)위에 회전가능하게 부착되어 있다. 상기 축블록(212)은 상부 하우징(186)의 측벽내의 개구부(214)에 미끄럼가능하게 접수되어 있다. 상기 블록(212)은 상부 하우징(186)과 상기 축블록(212) 사이에 설치된 스프링(216)에 의하여 아랫방향으로 바이어스되어 있다. 상기 스프링(216)들은 롤러(208)을 아랫방향으로 바이어스하여 카드의 출력을 위한 가압된 출력 닙을 형성시킨다.

따라서, 본 발명은 가열 및 가압하에 한 쌍의 시트 재료를 초기에 용융하고, 가압하지 않은 상태에서 완전한 결합을 완성하도록 상기 용융된 시트들을 추가적으로 가열하며, 그 다음에 장치로부터 나오기 전에 상기 용융된 시트들을 냉각하는데 효과적인 장치(10,117)를 제공한다. 상기 장치는 가열된 롤러를 갖는 가압된 입력 닙을 구비함으로써 이러한 목적들을 달성하 수 있게 된다. 상기 입력 닙을 통과하는 시트 재료들은 닙의 열과 압력하에서 용융된다. 상기 용융된 재료들은 그 다음으로 플래튼위로 통과시켜 추가적으로 가열함으로써 상기 재료들을 완전히 결합시킬 수 있다. 완전히 용융된 시트들은 다음으로 장치를 통과하기 전에 핀 냉각 히트 싱크에 의하여 냉각된다. 이러한 이유로 인하여, 본 발명은 상당한 상업적 이점을 갖는 현저한 개선을 이루었다고 확신할 수 있다.

비록 본 명세서상에 본 발명을 구현하는 특정한 구조들이 개시되어 있으나, 당업자라면 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형과 개변이 가능함이 명백한 바, 첨부된 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 본 명세서상에 개시된 특정한 형태로 한정되지 않는다.

Claims (13)

1. 제1중합체 시트를 제2중합체 시트와 대향시켜 용융하는 장치에 있어서, 상기 장치는:

   상기 시트들을 대향시키고 함께 가압하여 2단편 구조를 형성하기 위한 가압 수단;

   상기 제1 및 제2 공중합체 시트들의 초기 용융을 수행하기 위한 가열 및 가압에 있어서, 상기 시트들이 함께 가압되는 동안, 제1중합체 시트에만 열을 적용하는 제1수단;

   상기 시트들이 함께 가압되는 동안, 상기 제2 중합체 시트를 냉각하는 수단; 및

   제1 및 제2중합체 시트의 상호 완전용융을 수행하기 위하여, 대기압하에서 상기 제1 중합체 시트에만 열을 적용하는 제2수단을 포함하는 장치.
2. 제7항에 있어서, 상기 가압수단은 제1 및 제2롤러를 갖는 입력 닙을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제8항에 있어서, 상기 시트들이 함께 가압되는 동안, 상기 제1 중합체 시트는 상기 제1롤러에 인접하여 접수되고 상기 제2 중합체 시트는 상기 제2롤러에 인접하여 접수되며, 제1 중합체 시트에 열을 적용하는 상기 제1수단은 상기 제1롤러를 가열하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제9항에 있어서, 시트들이 함께 가압되는 동안 제2 중합체 시트를 냉각하는 상기 수단은 상기 제2롤러를 냉각하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제7항에 있어서, 상기 제2 가열수단의 하부에 설치되어, 상기 시트들을 냉각하도록 되어 있는 제2 냉각수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제8항에 있어서, 상기 제2가열수단의 하부에 설치되어, 상기 시트들을 냉각하도록 되어 있는 제2냉각수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제9항에 있어서, 상기 제2가열수단의 하부에 설치되어, 상기 시트들을 냉각하도록 되어 있는 제2냉각수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제1중합체 시트를 제2중합체 시트와 대향시켜 용융하는 장치에 있어서, 상기 장치는:

   제1 및 제2롤러에 감겨 있는 제1 무단 벨트를 포함하는 제1 벨트 어셈블리를 포함하고;

   상기 제1롤러(124)에 결착되어 제1롤러(124)와 함께 입력 닙을 형성하는 제3롤러 어셈블리를 포함하고, 상기 제1 및 제3롤러들은 상기 시트들을 대향시키고 함께 가압하여 2단편 구조를 형성하고, 상기 시트들이 함께 가압되는 동안, 상기 제1 중합체 시트는 제1롤러에 인접하여 접수되고 상기 제2 중합체 시트는 상기 제2롤러에 인접하여 접수되며;

   상기 제1중합체 시트만이 가열되도록 상기 제1롤러를 가열하는 가열수단을 포함하고, 가열 및 가압하에 상기 제1 및 제2 공중합체 시트들의 초기 용융을 수행하며;

   상기 제1 중합체 시트가 가열되는 동안, 상기 제2 중합체 시트가 냉각되도록 상기 제3롤러를 냉각하는 냉각수단을 포함하고; 그리고

   상기 제1 중합체 시트에 열을 적용하기 위한 가열된 플래튼 수단을 포함하고, 상기 가열된 플래튼 수단은 상기 벨트의 아랫면과 열적 접촉상태에 있고, 상기 2단편 구조는 상기 벨트의 상부면상에 지지되고, 상기 입력 닙으로부터 상기 가열된 플래튼 수단의 표면위로 이송되며, 대기압하에서 추가적인 열이 상기 제1 중합체 시트에 적용되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제14항에 있어서, 상기 플래튼 수단의 하부에 설치되어, 상기 시트들을 냉각하도록 되어 있는 제2 냉각수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제7항의 장치로 식별카드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    제1 및 제2 중합체 시트를 공급하는 단계;

    2단편 카드 구조를 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 중합체 시트들을 대향시켜 배치하는 단계;

    상기 대향된 시트들을 함께 가압하기 위하여 압력을 적용하는 단계;

    상기 시트들의 초기 용융을 수행하기 위한 가열 및 가압에 있어서, 상기 시트들이 함께 가압되는 동안, 제2중합체 시트만 예열하는 단계;

    초기 용융된 시트들로부터 적용된 압력을 제거하는 단계; 및

    제1 및 제2 중합체 시트의 상호 완전용융을 수행하기 위하여, 초기 용융된 2단편 카드 구조의 상기 제2 중합체 시트에만 열을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제16항에 있어서, 2단편 구조의 상기 용융된 시트들을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1 중합체 시트를 제2 중합체 시트와 대향시켜 용융하는 방법에 있어서, 상기 방법은;

    2단편 카드 구조를 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 중합체 시트들을 대향시켜 배치하는 단계;

    상기 대향된 시트들을 함께 가압하기 위하여 압력을 적용하는 단계;

    상기 시트들의 초기 용융을 수행하기 위한 가열 및 가압에 있어서, 상기 시트들이 함께 가압되는 동안, 제2중합체 시트만 예열하는 단계;

    초기 용융된 시트들로부터 적용된 압력을 제거하는 단계; 및

    제1 및 제2 중합체 시트의 상호 완전용융을 수행하기 위하여, 초기 용융된 2단편 카드 구조의 상기 제2 중합체 시트에만 열을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제18항에 있어서, 2단편 구조의 상기 용융된 시트들을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.