KR20030041958A - 열가소성 필름 절단 및 밀봉용 장치 및 방법 - Google Patents

열가소성 필름 절단 및 밀봉용 장치 및 방법 Download PDF

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KR20030041958A
KR20030041958A KR10-2003-7000365A KR20037000365A KR20030041958A KR 20030041958 A KR20030041958 A KR 20030041958A KR 20037000365 A KR20037000365 A KR 20037000365A KR 20030041958 A KR20030041958 A KR 20030041958A
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cutting edge
film
cutting
anvil
edge mechanism
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KR10-2003-7000365A
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클라크 우디
피. 그레고리 벨레즈
제프리 에스. 호프만
스테판 피. 갱글러
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에스 씨 죤스 홈 스토리지 인코포레이티드
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Abstract

열가소성 물질로 형성된 필름을 절단하고 밀봉하는 방법은 열가소성 물질을 녹이기에 충분하나 연소시키는 않는 온도까지 절삭날 기구를 가열하는 단계, 절삭날 기구와 맞은편 표면 사이에 다층의 필름을 공급하는 단계, 및 바람직하게 지지된 고온 와이어인, 절삭날 기구와, 맞은편 표면을 그 사이의 다층의 필름을 조이기 위해서 서로에 대해서 이동시키는 단계를 포함한다. 그 후, 절삭날 기구, 필름, 및 맞은편 표면 사이의 상대적인 횡운동은 일시정지되는 한편, 절삭날 기구와 맞은편 표면은 절삭날 기구가 다층의 필름을 통해서 절단하고, 맞은편 표면과 접촉하고, 다층의 필름을 밀봉할 때까지, 그 사이에 조여진 다층의 필름과 함께 비교적 한쪽으로 치우치게 된다.

Description

열가소성 필름 절단 및 밀봉용 장치 및 방법{APPARATUS FOR AND METHOD OF SEVERING AND SEALING THERMOPLASTIC FILM}
플라스틱 백의 생산에 있어서, 연속적인 웨브(web)의 열가소성 필름은 일반적으로 필름을 단편으로 절단하고 각 단편의 절단된 모서리를 밀봉하여 백을 형성하는 백-제조 기계에 공급된다.
도 1을 참조하면, 공지된 백-제조 기계는 일반적으로 참조번호(10)로 표시되어 있다. 도시된 기계는 이중-레인 백-제조 기계이다. 즉, 두 겹 웨브의 열가소성 필름(22)이 기계(10)에 평행하게 공급되고, 기계(10)는 평행 웨브를 절단하고 밀봉하여 두 세트의 백을 형성한다.
백-제조 기계(10)는 계속해서 회전하는 밀봉 드럼(12)과 캠 트랙 어셈블리(14)를 포함한다. 접힌 웨브의 열가소성 필름(22)은 밀봉 드럼(12)과 캠 트랙 어셈블리(14) 사이에 공급된다. 전체적으로 참고문헌으로 본 발명과 결합되어있고, 본 발명과 권리자가 동일한, 미국특허 제5,964,688호에 개시되어 있는 것과 같은, 다수의 클램핑 장치(16)는 그 주위로의 운동을 위해서 캡 트랙 어셈블리(14) 에 놓여있다. 도 2에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 각 클램핑 장치(16)는 갭(20)에 의해서 분리된, 한 쌍의 평행한 스프링-마운트 밀봉 바(18)를 포함한다.
클램핑 장치(16)는 간헐적으로 필름(22)과 접촉하고 그것을 밀봉 드럼(12)에 대해서 단단히 고정시킨다. 캠으로 작동되는, 전기적으로 가열된 고온 와이어(24)는 밀봉 드럼(12) 표면의 개구부(26)를 통해서 전진하여, 필름(22)을 통과하여 그것의 길을 연소시키고, 밀봉 바(18) 사이의 갭(20)으로 이동한다. 이러한 방식으로, 필름(22)은 단편으로 절단되고, 생성된 절단된 모서리는 동시에 밀봉된다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 대표적인 고온 와이어(24)는 고온 와이어(24)의 효과적인 절단 길이(30)의 양편에 놓인 지지대(28) 사이에 뻗어있는 비교적 얇은, 연장된 하나의 전기 전도성 물질로 구성된다. 지금까지, 다양한 크기 및 형태의 고온 와이어가 이용되어 왔다. 예를 들어, 일부 공정은 약 0.050인치에 달하는 직경을 갖는 원형 단면을 갖는 고온 와이어를 이용하여 왔다. 다른 공정은 직사각형 또는 주름진 형태의 고온 와이어를 이용하여 왔다. 그러한 종래의 고온 와이어는 일반적으로 100-1400℉ 사이의 온도로 가열된다.
상기한 것과 같은 종래의 백-제조 기계를 이용한 플라스틱 백의 생산에는 몇 가지 문제점이 존재한다. 예를 들어, 고온 와이어는 필름을 통과하여 그것의 길을 연소시키기 때문에, 상당한 양의 연기가 생긴다. 이러한 연기 중 일부는 왁스 잔재를 남기면서, 기계의 구성요소 위에 응축된다. 거의 일일 기준으로, 왁스 축적물을제거하기 위해서 기계를 폐쇄하여 구성요소들을 청소하여야 한다. 종래 백-제조 기계가 갖는 다른 문제점은 반복된 절단 및 밀봉 동작의 스트레스로 인해서 비교적 얇은, 높은 온도의 고온 와이어가 종종 고장난다는 것이다. 망가진 와이어의 교체는 기계에 대해서 추가적인 가동 휴지시간을 요하며 결과적으로 생산성에 있어서 추가적인 감소를 가져온다.
따라서, 플라스틱 백 등을 형성하기 위해 열가소성 필름을 절단 및 밀봉하기 위한 개선된 장치 및 방법에 대한 요구가 당업계에 존재한다.
장치의 구성요소들에 축적된 왁스의 양을 감소시키는 장치 및 방법에 대한 요구도 존재한다.
필름을 절단하고 밀봉하는데 이용되는 고온 와이어가 반복되는 절단 및 밀봉 동작에서 쉽게 망가지지 않는 장치 및 방법에 대한 요구도 존재한다.
본 발명은 일반적으로 플라스틱 백(bag) 등을 제조하기 위해 열가소성 필름을 절단하고 밀봉하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 열가소성 필름을 절단하고 밀봉하기 위해서 열에너지와 기계적 힘의 결합을 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 백-제조 기계의 사시도이고,
도 2는 도 1의 백-제조 기계에 이용된 대표적인 고온 와이어 어셈블리 및 맞은편 클램핑 장치의 단면도이고,
도 3은 도 2의 단면선 3-3에 따른 단면도이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절단 및 밀봉 장치의 사시도이고,
도 5는 도 4의 절단 및 밀봉 장치에 이용된 절단 어셈블리 맞은편 앤빌 어셈블리의 단면도이고,
도 6은 도 5의 단면선 6-6에 따른 단면도이다.
도면내내, 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일한 참조번호가 이용되었다.
본 발명은 종래의 백-제조 기계에 이용되는 고온 와이어 보다 낮은 온도로 가열되는 절삭날 기구(cutting edge implement)를 이용하고, 필름을 절단하고 밀봉하는데 열 에너지와 기계적 힘의 결합을 적용하는 열가소성 필름 절단 및 밀봉 장치 및 방법을 제공함으로써 당업계의 상기 요구에 중점을 둔다.
본 발명의 제 1 측면에서, 열가소성 물질로 형성된 필름을 절단 및 밀봉하는 방법은 열가소성 물질을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도까지 절삭날 기구를 가열하고, 절삭날 기구와 맞은편 표면 사이에 다층의 필름을 공급하고, 절삭날 기구와 맞은편 표면 사이의 다층의 필름을 조이기 위해서 절삭날 기구와 맞은편표면을 서로에 대해서 이동시키는 단계를 포함한다. 그 후에, 절삭날 기구, 필름, 및 맞은편 표면 사이의 상대적인 횡운동은 일시 정지되고, 그 동안 절삭날 기구와 맞은편 표면은 절삭날 기구가 다층의 필름을 뚫고 절단하여, 맞은편 표면과 접촉하고, 다층의 필름을 서로 밀봉시킬 때까지 그 사이의 조여진 다층의 필름과 함께 비교적 한쪽으로 치우치게 된다.
다른 측면에서, 필름을 절단하고 밀봉하는 방법은 마주보는 표면 사이에 필름을 고정하고, 절삭날 기구를 필름을 녹이기에는 충분하나 연소시키지는 않는 온도까지 가열하고, 절삭날 기구를 마주보는 표면 중 하나를 지나서 다른 표면을 향해서 이동시켜서 필름을 절단하고 절단된 모서리를 밀봉하기에 충분한 시간동안 절삭날 기구가 다른 표면을 향해서 필름을 압축하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 열가소성 물질로 형성된 필름 절단 및 밀봉용 장치는 열가소성 물질을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도까지 가열가능한 절삭날 기구, 앤빌, 및 절삭날 기구와 앤빌 사이에 다층의 필름을 공급하기 위한 수단을 포함한다. 장치는 또한 절삭날 기구와 앤빌 사이의 다층의 필름을 조이기 위해서 절삭날 기구와 앤빌을 서로에 대해서 이동키기는 수단, 및 절삭날 기구, 필름, 및 앤빌 사이의 상대적인 횡운동을 일시 정지시키면서, 절삭날 기구가 다층의 필름을 녹여서 뚫고, 앤빌과 접촉하고, 다층의 필름을 서로 밀봉시킬 때까지 절삭날 기구를 그 사이에 조여진 필름이 있는 앤빌을 향해서 압축시키는 수단을 포함한다.
또 다른 측면에서, 열가소성 물질로 형성된 필름을 절단하고 밀봉하는 방법은 기질과, 열가소성 물질을 녹이기에는 충분하나 연소시키지는 않는 온도까지 가열되는 절삭날 기구 사이의 다층의 필름을 조이고, 절삭날 기구가 다층의 필름을 녹여서 뚫고, 기질과 접촉하고, 다층의 필름을 서로 밀봉시킬 때까지, 절삭날 기구를 그 사이에 조여진 다층의 필름과 기질을 향해서 압축하는 단계를 포함한다.
이러한 각 측면에서, 절삭날 기구는 고온 와이어인 것이 바람직하다. 바람직하게, 고온 와이어는 대체로 그것의 전체적인 효과적인 절단 길이를 따라서 지탱된다.
도면 및 이어지는 상세한 설명을 참고로 하여 본 발명의 이러한 및 다른 목적, 특징, 및 잇점을 보다 잘 이해하게 될 것이며, 본 발명의 도면 및 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 설명한다.
예시적인 목적을 위해서, 본 발명의 절단 및 밀봉 장치와 방법은 접힌 웨브의 폴리에틸렌 필름(예를 들어, 원하는 백 치수에 따라서, 완전히 저밀도 또는 저밀도와 선상 저밀도의 혼합 중 하나)으로 제조된 플라스틱 백의 생산과 관련해서 설명된다. 그러한 백의 제조에서, 필름은 일반적으로 하나의 모서리를 따라서 밀폐되고 다른 모서리를 따라서 개방되도록 접힌다. 짝을 이루는 지퍼 요소(또는 다른 적합한 밀폐 메카니즘)가 개방된 모서리를 따라서 제공된다. 주름을 형성하기 위해서 밀폐된(또는 접힌) 모서리가 안쪽으로 더 접힐 수 있다. 따라서, 웨브는 밀폐된 모서리 근처에 네 겹 두께이며, 개방된 모서리 근처에는 두 겹 두께이다(지퍼 요소의 두께와 더해서). 웨브는 백의 횡모서리를 형성하기 위해서 가로로 절단되고 밀봉된다.
본 발명은 또한 폴리프로필렌 등과 같은 다른 열가소성 물질로 제조된 백의 생산에, 뿐만 아니라, 다양한 두께의 필름, 또는 다른 형상을 갖는 웨브(더 적거나 많은 층을 갖는 웨브, 지퍼 요소, 슬러이더 밀폐 메카니즘, 통사(drawstrings)과 결합된 웨브 등), 또는 다른 것의 상부에 적층된 다중 웨브(예를 들어, 백-투-백 백(back-to-back bags)) 또는 서로 내부에 포개진 다중 웨브(예를 들어, 백-인-백(a bag-in-a-bag))로 백을 생산하는데도 이용될 수 있다.
본 발명의 절단 및 밀봉 장치와 방법은 상기한 공지된 백-제조 기계 및 방법 보다 개선점을 나타낸다. 개선점은 특히, 간격을 둔 밀봉 바를 원피스(one-piece)앤빌로 바꾸고, 비교적 얇은, 높은 온도의 고온 와이어를 더 크고, 낮은 온도의 절삭날 기구로 바꾸고, 절삭날 기구를 대체로 그것의 전체적인 길이에 대해서 지지하는 것을 포함한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절단 및 밀봉 장치는 일반적으로 참조번호(100)로 표시된다. 도시된 장치는 이중-레인 절단 및 밀봉 장치이다. 즉, 두 겹 웨브의 폴리에틸렌 필름이 장치에 평행으로 공급되고, 장치는 두 세트의 백을 형성하기 위해서 평행한 웨브를 절단하고 밀봉한다. 본 발명의 절단 및 밀봉 장치는 단일-레인 또는 다른 복합-레인 생산 라인에 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 절단 및 밀봉 장치(100)는 일반적으로 계속해서 회전하는 원통형 밀봉 드럼(102)과, 한 쌍의 마주보는 앤빌 캠 트랙을 포함하는 일반적으로 신장형의 캠 트랙 어셈블리(104)를 포함한다. 앤빌 캡 트랙은 밀봉 드럼(102) 주위의 대략 1/3에 대해서 밀봉 드럼(102)에 평행하기 작동한다. 다수의 앤빌 어셈블리(106)가 앤빌 캠 트랙에서의 운동을 위해서 캠 트랙 어셈블리(104) 주의에 간격을 두고 놓인다. 앤빌 어셈블리(106)는 하나 이상의 사슬(미도시)에 의해서 상호 연결되어 일반적으로 운전될 수 있다.
앤빌 어셈블리(106)는 회전하는 밀봉 드럼(102)의 대략 주변 속도로 캠 트랙 어셈블리(104) 주위를 이동한다. 바람직하게, 밀봉 드럼(102)과 앤빌 어셈블리(106)는 보통 공지된 모터 및 기어 트레인(미도시)에 의해서 운전된다. 다수의 다른 공지된 메카니즘이 밀봉 드럼(102)을 회전시키고 캠 트랙 어셈블리(104) 주위로 앤빌 어셈블리(106)를 이동시키는데 유사하게 이용될 수 있다. 대안적으로, 밀봉 드럼(102)과 앤빌 어셈블리(106)는 별도의 장치에 의해서 운전될 수 있다.
도 5를 참조하면, 연속적으로 접힌 웨브의 폴리에틸렌 필름(108)이 절단 및 밀봉 장치(100)의 밀봉 드럼(102)과 캠 트랙 어셈블리(104) 사이에 공지의 수단에 의해서, 예를 들어, 공급롤러(미도시) 등에 의해서 공급된다. 밀봉 드럼(102)과 앤빌 어셈블리(106)는 함께 필름(108)을 서로 고정시키고 그것을 절단 및 밀봉 장치(100)를 통과하여 전진하게 한다.
밀봉 드럼(102)은 그것의 내부 주위에 간격을 두고 역방향으로 놓인 다수의 절단 어셈블리(114)를 포함한다. 절단 어셈블리들(114)사이의 간격과 앤빌 어셈블리들(106) 사이의 간격은 일치하여, 밀봉 드럼(102)이 회전하고 앤빌 어셈블리(106)가 캠 트랙 어셈블리(104) 주위를 이동함에 따라 각 절단 어셈블리(114)는 일정한 간격동안 각 앤빌 어셈블리에 기록한다. 각각의 절단 어셈블리(114)는 역방향으로 놓인 절삭날 기구, 바람직하게 가열된 연장된 고온 와이어(110)를 포함한다. 고온 와이어(110)는 밀봉 드럼(102) 표면의 각각의 개구부(112)를 통해서 간헐적으로 전진하여 필름(108)과 접촉하고 그것을 맞은편의 앤빌 어셈블리(106)에 대해서 압축한다. 필름(108)은 고온 와이어(110)가 필름층(108)을 녹여서 뚫고, 앤빌 어셈블리(106)와 접촉하여, 필름층(108)을 서로밀봉시킬 때까지 고온 와이어(110)와 앤빌 어셈블리(106) 사이에 끼여 조여져 있다.
각 고온 와이어(110)는 팽팽하게 유지되고 어느 한 말단에 전기적으로 연결되고, 또한 대체로 그것의 전체적인 길이에 대해서 전기적 및 열적 절연 물질에 의해서 바람직하게 지지된다. 고온 와이어(110)는 바람직하게 종래의 고온 와이어보다 더 큰 단면을 갖고, 필름(108)을 녹이지만 연소시키지는 않는 온도로 유지된다.
바람직한 절단 어셈블리(114)의 구조는 도 5 및 6을 참고로 하기에서 설명한다. 고온 와이어(110)는 각 말단에서 스크루 등에 의해서 말단-클립 핑거(116)에 연결된다. 고온 와이어(110) 및 말단-클립 핑거(116)는 바람직하게 전기-전도성 물질로 구성된다. 가장 바람직하게, 고온 와이어(110)는 높은 니켈 함량의 합금, 예를 들어, 인코넬®, 모넬®, 하스텔로®씨 등으로 이루어지고, 말단-클립 핑거(116)는 냉간압연강철(cold-rolled steel)로 제조된다.
적합한 전기 공급원(미도시)은 말단-클립 핑거(116)에 연결된 전기 리드(미도시)를 통해서 고온 와이어(110)에 전류를 공급한다. 대안적으로, 리드는 고온 와이어(110)에 직접 연결될 수 있으며, 이러한 경우에 말단-클립 핑거(116)는 전기 전도성일 필요는 없다. 또한, 고온 와이어(110)는 내장된 카트리지 히터, 방사선 등과 같은 그 밖의 수단에 의해서 가열될 수 있다.
폴리에틸렌 필름(108)이 녹지만 연소되지는 않는 고온까지 가열시키기 위해서 고온 와이어(110)에 충분한 전류(또는 다른 형태의 에너지)가 공급된다. 본 발명자들은 고온 와이어를 약 800℉ 이하의 온도까지 가열하면 폴리에틸렌 필름(108)이 연소되는 것을 막고, 따라서, 장치(100)의 구성요소 위에 왁스의 실질적인 축적이 일어나지 않을 것이라는 것을 알아냈다. 바람직하게, 고온 와이어(110)는 약 600℉ 내지 약 800℉ 사이의 온도까지 가열된다. 물론, 당업자들은 효과적인 온도 범위는 열가소성 필름의 형태, 필름의 두께, 고온 와이어가 필름과 접촉하는 동안의 체재시간, 및 고온 와이어에 의해서 필름에 가해지는 압력에 따라서 다양하다는것을 이해할 것이다. 예를 들어, 주어진 두께를 갖는 특정한 필름에 대해서, 낮은 온도의 고온 와이어는 필름을 절단하고 밀봉하기 위해서 비교적 장기간의 필름과의 접촉 및/또는 필름상에 가해지는 더 큰 압력을 필요로 할 것이다.
바람직한 실시예에서, 고온 와이어(110)는 대략 0.050인치의 너비와 대략 0.250인치의 길이를 갖는다. 폴리에틸렌 필름(108)을 절단하고 밀봉하는데 이용된 고온 와이어(110)의 전연은 원형이고, 0.025인치의 반경을 갖는다. 원형의 전연은 절단힘을 충분히 모으나, 뽀족한 전연이 하는 정도까지 열을 대기로 분산시키지 않기 때문에 바람직하다. 고온 와이어(110)의 단면을 증가시키고(공지된 장치에 비해서) 대체로 그것의 전체적인 길이에 대해서 그것을 지지함으로써, 본 발명의 고온 와이어(110)는 종래의 고온 와이어보다 상당히 더 내구력이 있게 된다.
당업자들은 다른 형태의 고온 와이어, 예를 들어, 원형, 타원형, 사각형, 직사각형, 주름진 형태, 또는 그 밖의 프로파일을 갖는 고온 와이어가 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 고온 와이어의 단면적이 필름을 절단하고 밀봉하기에 충분한 양의 열 에너지를 저장할 만큼 충분히 크나, 고온 와이어가 에너지의 합당한 입력으로 효과적으로 가열될 수 있을 만큼 작다면, 더 크거나 작은 단면적을 갖는 고온 와이어가 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 고온 와이어(110)는 전기적 및 열적 절연 삽입부(118)로 형성된, 바람직하게 코게텀TM505 운모로 제조된 그루브에 놓인다. 대안적으로, 삽입부(118)는 예를 들어, 세라믹, 유리, 또는 다른 형태의 운모와 같은 다른 절연물질로 구성될 수 있다. 삽입부(118)는 차례로 바람직하게 실리콘 수지와 함께 라미네이트된 직물 유리 섬유인, 등급 G7 가롤라이트TM로 제조된 고온 와이어 기저 부재(120)에 형성된 그루브에 고정된다, 대안적으로, 기저 부재(120)는 테플론®, 경재, 페놀수지, 또는 고온 저항력이 있는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 고온 와이어(110)는 이중-레인 장치내 두 개 웨브의 경로를 가로질러 연장될 수 있다. 고온 와이어(110)의 효과적인 절단 길이(124) 사이에, 중앙 캡(122)이 고온 와이어(110)와 삽입부(118) 양자 위에 놓여서 고온 와이어(110)와 삽입부(118)를 고온 와이어 기저 부재(120)에 고정시킨다.
고온 와이어 기저 부재(120)는 스크루 등에 의해서 고온 와이어 상부구조(126)에 놓인다. 바람직하게, 고온 와이어 상부구조(126)는 알루미늄 또는 유사한 경량의 단단한 물질로 구성된다. 말단-클립 핑거(116)는 고온 와이어 상부구조(126)의 양편 말단에 놓인 스프링이며 서로를 향해서 및 떨어져서 미끄러질 수 있다. 따라서, 말단-클립 핑거(116)는 온도 변화로 인해서 생긴 고온 와이어(110)의 팽창 및 수축과 상관없이 고온 와이어를 팽팽하게 유지한다.
고온 와이어 상부구조(126)는 그것의 양편 근처에 한 쌍의 피동절 암(follower arms)(128)에 놓인다. 각각의 피동절 암(128)은 어깨볼트(미도시)에 의해서 서로 고정되고 압축 스프링(168)에 의해서 비교적 작은 간격으로 떨어져 치우쳐 있는, 상하부 암(164, 166)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 각 스프링(168)은 압축될 때 약 54 lbf의 힘을 발휘한다. 따라서, 각 절단어셈블리(114)의 스프링(168)은 약 108 lbf의 집단적인 힘을 발휘할 수 있다.
각각의 하부 피동절 암(166)은 각 캠 트랙(132)을 따라서 이동하기에 적합한, 캠 피동절(130)을 포함한다. 밀봉 드럼(102)이 회전함에 따라서, 캠 피동절(130)은 캠 트랙(132)을 따라서 이동하고, 그에 따라 절단 어셈블리(114)를 방사상으로 안팎으로 왕복운동시킨다. 캠 트랙(132)은 각각의 고온 와이어(110)가 밀봉 드럼(102)의 각 회전의 대략 1/3동안(캠 트랙 어셈블리(104)의 앤빌 캠 트랙이 밀봉 드럼(102)에 평행하게 작동하는 동안) 밀봉 드럼(102)의 표면의 각 개구부(112)를 통해서 연장되고, 각 회전의 나머지동안 밀봉 드럼(102)의 내부로 움츠러들도록 설계된다.
도시된 바람직한 실시예에서, 절단 어셈블리(114)는 캠 배치를 이용하여 왕복운동된다. 그러나, 당업자는 다른 배치도 가능함을 이해할 것이다. 예를 들어, 선상 액추에이터, 공기 또는 수압 실린더, 솔레노이드 등이 절단 어셈블리(114)를 왕복운동시키는데 이용될 수 있다.
상기한 바람직한 실시예에서, 가열된 절삭날 기구는 고온 와이어(110)이고, 바람직하게 절연 물질에 의해서 대체로 그것의 전체적인 효과적인 절단 길이(124)에 대해서 지지되고, 바람직하게 높은 니켈 함량 합금으로 제조된다. 가열된 절삭날 기구는 가열가능한 물질로 구성될 수 있으나, 반드시 대체로 그것의 전체적인 길이에 대해서 지지될 필요는 없다. 또한, 가열된 절삭날 기구는 연속적으로 또는 간헐적으로 가열될 수 있다. 따라서, 열가소성 필름 절단 및/또는 밀봉에 이용되는 가열된 절삭날 기구, 예를 들어, 고온 와이어, 고온 나이프, 가열 바 등은 본 발명의 넓은 범위에 들어간다.
바람직한 앤빌 어셈블리(106)의 구조는 도 5 및 6을 참고로 설명된다. 각각의 앤빌 어셈블리(106)는 필름(108)과 접촉하고 밀봉 드럼(102)에 대해서 그것을 조이는 한 쌍의 스프링-로드 앤빌(134)(하나는 고온 와이어(110)의 각 절단 길이(124)에 대응하는)을 포함한다. 바람직하게, 각 앤빌(134)은 그것에 적용된 가느다란 테플론®테이프(138)를 갖는 실리콘 고무 블록(136)을 포함한다. 테플론® 테이프(138)는 필름(108)이 실리콘 고무 블록(136)에 부착하는 것을 돕는다.
스프링(168)의 결합된 스프링 힘으로 인해서, 각각의 절단 어셈블리(114)는 바람직하게 맞은편 앤빌 어셈블리(106)에 약 108 lbf의 최대 힘을 발휘한다. 이러한 특정한 로드에 대해서, 본 발명자들은 70 듀로미터의 강도를 갖는 실리콘 고무 블록이 바람직하다는 것을 알아냈다. 그러나, 당업자들은 선택된 물질이 주어진 로드에 놓이는 경우에 쉽게 변형되지 않는다면, 더 부드럽거나 더 단단한 고무 또는 다른 물질도 블록에 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
각각의 앤빌(134)은 바람직하게 알루미늄으로 제조된, 플레이트(140)에 놓인다. 플레이트(140)는 바람직하게 알루미늄으로 제조된 앤빌 기저 부재(142)에 브래킷된다. 플레이트(140)는 낡거나 손상된 앤빌(134)의 단순한 교체를 위해서 앤빌 기저 부재(142)에서 쉽게 분리될 수 있다. 두 개의 앤빌 기저 부재(142)는 앤빌 상부구조(144)에 놓이고, 앤빌 상부구조(144)는 그 자체가 주위의 운동을 위해서 캠 트랙 어셈블리(104)에 놓인다.
앤빌 상부구조(144)는 다수의 구멍(148)을 포함하고, 각 구멍은 그 내부에압축 고정되거나 볼트로 조여진 슬라이드 핀(150)을 갖는다. 각 슬라이드 핀(150)은 구멍(148)에서 연장되고 부싱(bushing)(152)을 통해서 각 앤빌 기저 부재(142)내 대응하는 구멍(146)안에서 카운터싱크된다. 각각의 슬라이드 핀(150) 주위에 개재된 압축 스프링(154)은 앤빌 상부구조(144) 및 별도의 앤빌 기저 부재(142)를 한쪽으로 치우치게 한다. 도시된 바람직한 실시예에서, 네 개의 슬라이드 핀(150)과 네 개의 스프링(154)이 각각의 앤빌 기제 부재(142)를 올려놓는데 이용되고, 하나의 슬라이드 핀(150)과 하나의 스프링(154)이 앤빌 기저 부재(142)의 각각의 코너 근처에 채택된다. 앤빌 상부구조(144)와 앤빌 기저 부재(142)가 완전히 풀리지 않도록 하기 위해서 운동 제한기가 제공될 수 있다.
또한, 툴링 볼 스템(156)(각 앤빌 기저 부재(142)에 대응하는 하나 이상)은 앤빌 상부구조(144)의 구멍(158)에 압축고정되거나 볼트로 조여진다. 각 스템(156)은 툴링 볼(160)에서 종결하고, 툴링 볼은 각 앤빌 기저 부재(142)의 중앙에 또는 그 근처에 놓인 슬리브(162)에 수용된다. 툴링 볼(160)은 각각의 앤빌 기저 부재(142)가 회전할 수 있는 점(또는, 두 개의 툴링 볼이 이용된다면, 축)을 제공한다. 따라서, 앤빌 기저부재(142)는 각 툴링 볼(160)에 대해서 독립적으로 회전할 수 있으며, 필름(108)을 밀봉 드럼(102)에 대해서 단단하게 고정하기 위해서 필요한 만큼 각 앤빌 기저 부재(142)를 경사지게 할 수 있다.
앤빌 어셈블리 스프링(154)은 그것이 필름(108)을 앤빌(34)에 대해서 압축함에 따라서 고온 와이어(110)에 의해서 발휘되는 압축힘에 저항할 만큼 강하나, 클램핑 과정동안 앤빌(134)이 밀봉 드럼(102)과 적당히 정렬되도록 하기에 충분히 탄성이 있다. 지적한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 각 절단 어셈블리(114)는 맞은편 앤빌 어셈블리(106)에 약 108 lbf의 최대 힘을 발휘할 수 있다. 본 발명자들은 약 112 lbf의 집단적인 힘(스프링당 14 lbf)을 발휘할 수 있는 앤빌 어셈블리 스프링(154)이 이러한 목적에 만족할 만하다는 것을 알아냈다.
절단 및 밀봉 장치(100)의 동작은 하기에 설명할 것이다.
연속적으로 접힌 웨브의, 예를 들어, 폴리에틸렌 필름(108)이 회전 밀봉 드럼(102)과 카운터-회전 앤빌 어셈블리(106) 사이의 장치(100)에 공급된다. 앤빌(134) 중 하나는 필름(108)과 접촉하고 그것을 밀봉 드럼(102)에 대해서 단단히 고정한다. 한편, 고온 와이어(110) 중 하나는 밀봉 드럼(102)의 표면의 각각의 개구부(112)를 통과하여 전진하여 필름(108)과 접촉하고, 그에 따라, 필름(108)은고온 와이어(110)와 맞은편 앤빌(134) 사이에 끼이게 된다. 그 다음에, 고온 와이어(110)는 필름(108) 및 앤빌(134)과 동시에 횡으로 이동하는 한편, 필름(108)은 필름(108)을 절단하고 결과적인 절단된 모서리를 밀봉하기에 충분한 시간동안 고온 와이어(110)와 앤빌(134) 사이에 조여져 있다. 이러한 기간은 보통 체재시간이라고 부른다. 본 발명자들은 대략 1초의 체재시간이 고온 와이어(110)에 의해 필름(108)에 가해지는 약 108 lbf과 함께, 약 600℉ 내지 약 800℉ 사이의 온도까지 가열되는 고온 와이어(110)를 이용하여 필름(108)을 절단하고 밀봉하는데 충분하다는 것을 알아냈다. 체재시간, 접촉압력, 및 고온 와이어 온도는 필름을 효과적으로 절단하고 밀봉하나 그것을 연소시키지 않는 다른 결합에 이르도록 조작될 수 있으며, 그러한 모든 것들은 본 발명의 넓은 범위에 들어간다. 이러한 관점에서, 당업자들은 체재시간은 단순히 밀봉 드럼(102)과 앤빌 어셈블리(106)의 회전 속도를 조정하여 쉽게 변경될 수 있고, 접촉압력은 더 적거나 많은 스프링(154, 168)을 이용하거나, 또는 너 낮거나 높은 압축 강도를 갖는 스프링을 이용하여 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
필름(108)이 절단되고 밀봉된 후, 고온 와이어(110)는 필름(108)의 다른 단편이 절단되고 밀봉되기 위해서 밀봉 드럼(102)내 개구부(112)를 통해서 다시 전진되기 전에, 드럼 회전의 나머지동안 밀봉 드럼(102)의 안으로 오므라든다. 고온 와이어(110)가 밀봉 드럼(102)의 내부로 오므라드는 동안, 그것은 절단 및 밀봉 과정에 소실된 열을 보충하기 위해서 원하는 고온으로 재가열된다. 생성된 백은 예를 들어, 운반 드럼(미도시)과 같은 다른 하나의 장치로 이동되기 전에, 진공에 의해서 밀봉 드럼(102)에 일시적으로 보유된다.
당업자는 상기한 특정한 실시예에 수많은 변화가 가능하고, 그러한 변화는 본 발명의 범위내에 놓인다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 트랙 어셈블리 및 밀봉 드럼은 다수의 형상을 가질 수 있다. 하나의 가능성은 다수의 고온 와이어 어셈블리와 앤빌 어셈블리를 각각 운반하는, 한 쌍의 카운터-회전 탱크-트레드형 벨트를 갖는 것이다. 그러한 실시예의 잇점은 탱크-트레드형 벨트의 맞은편의 직선 부분은 원하는 만큼 길게 제조될 수 있고, 그에 따라 생산율을 감소시키지 않으면서 더 긴 체재시간을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 필름은 필름이 공급되는 방향으로 이동하지 않는, 고온 와이어 어셈블리와 앤빌 어셈블리 사이에 간헐적으로 전진될 수 있다. 그런 다음에,고온 와이어 어셈블리와 앤빌 어셈블리는 필름을 절단하고 밀봉하기에 충분한 시간동안 그 사이에 필름을 끼우기 위해서 함께 밀폐될 수 있다.
상기한 실시예는 본 발명의 대표적인 실시예이며, 단지 예시적인 목적을 위해서 제공된 것이다. 그러한 예들은 본 발명의 범위를 제한할 의도가 아니다. 구성요소, 물질, 형태, 온도, 시간 등이 제시되고 설명되었으나, 그러한 것들은 제한적인 것이 아니다. 변형 및 변화가 본 발명의 범위내에서 고려되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것을 의도한다.
본 발명의 장치 및 방법은 플라스틱 백의 고속 생산에서 열가소성 필름을 절단하고 밀봉하기에 적합하다. 필름이 절단 및 밀봉 장치를 통해서 공급됨에 따라서, 필름을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도로 가열되는, 절삭날 기구는 필름과 접촉하고 맞은편 앤빌에 대해서 그것을 압축한다. 필름은 필름을 절단하고 밀봉하기에 충분한 시간동안 절삭날 기구와 앤빌 사이에 조여져 있다.

Claims (26)

  1. 열가소성 물질의 필름을 절단하고 밀봉하는 방법으로서, 하기 단계:
    절삭날 기구를 열가소성 물질을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도까지 가열하는 단계;
    절삭날 기구와 맞은편 표면 사이에 다층의 필름을 공급하는 단계;
    절삭날 기구와 맞은편 표면을 그 사이의 다층의 필름을 조이기 위해서 서로에 대해서 이동시키는 단계;
    절삭날 기구, 필름, 및 맞은편 표면 사이의 상대적인 횡운동을 일시 정지시키면서, 절삭날 기구가 다층의 필름을 뚫고 절단하여, 맞은편 표면과 접촉하고 다층의 필름을 서로 밀봉할 때까지, 절삭날 기구와 맞은편 표면을 그 사이에 조여진 다층의 필름과 함께 한쪽으로 치우치게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동단계는 절삭날 기구를 맞은편 표면의 접촉면적에 대해서 대체로 수직 방향으로 전진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 일시정지 단계는 절삭날 기구, 필름, 및 맞은편 표면을 대체로 동일한 횡방향으로 동시에 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 고온 와이어이고, 이동단계 전에, 대체로 그것의 전체적인 효과적인 절단길이에 대해서 고온 와이어를 지지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가열단계는 절삭날 기구를 800℉ 이하의 온도로 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가열단계는 절삭날 기구를 약 600℉ 내지 약 800℉ 사이의 온도로 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 일시정지 단계는 절삭날 기구, 필름, 및 맞은편 표면 사이의 상대적인 횡운동을 대략 1초동안 일시정지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 필름을 절단하고 밀봉하는 방법으로서, 하기 단계:
    필름을 마주보는 표면 사이에 고정하는 단계;
    절삭날 기구를 필름을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도로 가열하는 단계; 및
    절삭날 기구를 마주보는 표면 중 하나를 통과하여 다른 표면을 향해 이동시켜서 절삭날 기구가 필름을 절단하고 절단된 모서리를 밀봉하기에 충분한 시간동안 다른 표면을 향해서 필름을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가열단계는 절삭날 기구를 대략 800℉ 이하의 온도로 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 가열단계는 절삭날 기구를 600℉ 내지 약 800℉의 온도로 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 고온 와이어이고, 대체로 그것의 전체적인 효과적인 절단길이에 대해서 고온 와이어를 지지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 통과단계는 절삭날 기구와 다른 표면 사이에서 필름을 대략 1초동안 조이는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 통과단계는 하나의 맞은편 표면내 개구부를 통해서 절삭날 기구를 전진시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 고정 단계는 회전드럼과 대략 회전드럼의 주변 속도로 밀폐된 경로 주위를 이동하는 앤빌 사이에 필름을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 열가소성 물질의 필름을 절단하고 밀봉하기 위한 장치로서, 하기:
    열가소성 물질을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도까지 가열될 수 있는 절삭날 기구;
    앤빌;
    다층의 필름을 절삭날 기구와 앤빌 사이에 공급하기 위한 수단;
    절삭날 기구와 앤빌을 그 사이의 다층의 필름을 조이기 위해서 서로에 대해서 이동시키기 위한 수단;
    절삭날 기구, 필름, 및 앤빌 사이의 상대적인 횡운동을 일시정지키면서, 절삭날 기구가 다층의 필름을 녹여 뚫고, 앤빌과 접촉하고, 다층의 필름을 서로 밀봉할 때까지, 절삭날 기구를 그 사이에 조여진 필름과 앤빌을 향해서 압축하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    절삭날 기구를 밀폐된 경로를 따라서 횡으로 이동시키기 위한 수단; 및
    절삭날 기구에 의해서 이동된 밀폐된 경로 중 일부에 대해서 적어도 어느 정도 대체로 평행한 경로를 따라서 앤빌을 이동시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 절삭날 기구, 필름, 및 앤빌은 필름이 녹고 밀봉되는 동안 대체로 동일한 횡방향으로 모두 동시에 이동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 대체로 그것의 전체적인 효과적인 절단길이에 대해서 절연부재에 의해서 지지되는 고온 와이어인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 대략 800℉ 이하의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 약 600℉ 내지 약 800℉의 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 고온 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 일시정지 수단은 절삭날 기구, 필름, 및 앤빌 사이의 상대적인 횡운동을 대략 1초동안 일시정지시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 열가소성 물질의 필름을 절단하고 밀봉하는 방법으로서, 하기:
    기질과 열가소성 물질을 녹이기에 충분하나 연소시키지는 않는 온도로 가열되는 절삭날 기구 사이의 다층의 필름을 조이는 단계; 및
    절삭날 기구가 다층의 필름층을 녹여 뚫고, 기질과 접촉하고, 다층의 필름을 서로 밀봉시킬 때까지, 절삭날 기구를 그 사이에 조여진 다층의 필름과 기질을 향해 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 다층의 필름을 횡방향으로 공급하고, 조이고 압축하는 단계동안 기질과 절삭날 기구를 동시에 횡방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23 항에 있어서, 조임 단계 전에, 절삭날 기구를 충분한 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 절삭날 기구는 고온 와이어이고, 조임 및 압축 단계 전에, 대체로 그것의 전체적인 효과적인 절단길이에 대해서 고온 와이어를 지지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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