KR20040071735A - 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치 - Google Patents

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짜케 토마셋
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아이사팩 홀딩 에스에이
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Abstract

전자기 유도에 의하여 가열되는 레이어, 및 패킹 재료의 이동 방향에 위치하는용접 영역(2)을 포함하는 열성형 레이어를 구비하는 이동 패킹 재료(1)를 용접하는 장치에 있어서, 상기 용접 장치는 교류전류 발생장치와; 교류전류를 자기장으로 변환하기 위한 코일(3,5,6)과; 소정의 방향으로 상기 자기장 라인들을 채널화하기 위한 페로마그네틱 요소(7,8, 10~13)를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 자기장은 전자기 유도로 가열되는 레이어의 가열을 유도하기 위하여 패킹 재료(1)를 가로지르는 방향으로 형성되며, 그리고 상기 용접 장치는 자기장 라인들이 용접 영역(2)을 따라 위치하는 최소한 두개의 영역(14, 16~18)의 패킹 재료(1)를 가로질러 형성되는 페로마그네틱 요소들(7,8, 10~13, 19~21)의 세트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

패킹 재료를 위한 열 밀봉장치{Heat-sealing device for packaging material}
테트라 팩(Tetra Pak)에 의한 프랑스 특허 출원번호 2.073.137호는 페라이트 바(bar)를 포함하는 튜브를 용접하기 위한 인덕터를 공개하여, 코일 내에서의 유도를 증가시킨다.
아메리칸 캔 캄패니에 의한 프랑스 특허 번호 2 429 657호는 용접 튜브를 공개하고 있다. 튜브의 이동에 있어서 가이드 역할을 하는 내부 맨드릴은 튜브의 이동 방향으로 구성된 좁은 스트립 상으로 그 전체 길이에 대하여 용접을 하기 위한 페라이트 유형의 봉(Rod)를 구비하고 있다.
상기 선 발명에 의하면 성형 과정 중에, 코일은 튜브의 주위에 위치하게 된다.
오하이오 크랭크 샤프트회사에 의한 미국특허 번호 3,242,300호는 튜브의 스파이럴 용접에 대한 인덕터를 공개하고 있다. 페라이트 유형의 요소들은 연속적인 곡선으로 용접을 구현하기 위하여 용접되는 표면의 일측에 위치 한다.
종래의 장치에 있어서,코일에 의하여 발생된 자기장 루프는 페로마그네틱 요소들의 수단에 의하여 부분적으로 채널화된다. 상기의 결과, 자기장은 용접 부위에 해당하지 않는 위치에서 패킹 재료를 관통하게 된다. 상기와 같은 영역의 제어되지 않는 가열은 패킹 재료들에 있어서 주름 형상의 변형을 가져올 수 있다.
본 발명은 움직이는 재료를 패킹하기 위한 용접 장치에 관한 것이다. 패킹 재료는 최소한 한개의 열성형층(thermoplastic layer)과 전자기 유도로 가열될 수 있는 레이어(예를 들면 폴리머 또는 금속으로 만들어지는 층)로 구성된다. 본 발명의 장치는 교류전류 발생장치 및 교류전류를 전기장으로 변환하기 위한 코일을 구비하고 있다. 자기장 라인들은 패킹 재료들에 투사되어, 금속 레이어에 에디(eddy) 전류를 발생하게 한다. 상기와 같은 현상으로 발생하는 열은 열성형 레이어의 부분(용접부)를 용융시키는데 사용된다.
본 발명의 제한되지 않은 예시들은 다음의 도면들에 의하여 기술될 것이다.
도 1는 본 발명에 의한 제1실시예의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 제2실시예의 정면도이다.
도 3는 도 2의 실시예의 라인 A-A에서의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 제3실시예의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 용접 로드(Rod)의 단면도이다.
따라서, 본 발명은 용접 부위에서 보다 우수하게 목표 지정 가능한 가열을 구현함에 의하여 상기와 같은 문제점들을 극복할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명은 전자기 유도의 의하여 가열되는 레이어(폴리머에 기초하거나 금속으로 만들어진 층), 및 패킹 재료의 이동 방향에 위치하는 용접 영역(2)를 포함하는 열성형 레이어를 구비하는 이동 패킹 재료(1)을 용접하는 장치에 있어서, 상기 용접 장치는 교류전류 발생장치와; 교류전류를 자기장으로 변환하기 위한 코일(3,5,6)과; 소정의 방향으로 상기 자기장 라인들을 채널화하기 위한 페로마그네틱 요소(7,8, 10~13)를 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 자기장은 전자기 유도로 가열되는 레이어의 가열을 유도하기 위하여 패킹 재료(1)를 가로지르는 방향으로 형성되며, 그리고 상기 용접 장치는 자기장 라인들이 용접 영역(2)을 따라 위치하는 최소한 두개의 영역(14, 16~18)의 패킹 재료(1)를 가로질러 형성되는 페로마그네틱 요소들(7,8, 10~13, 19~21)의 세트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
하기에 기술하는 바와 같이, 두개의 부분 영역에 집중되는 가열은 특히 장점을 가지고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제1페로마그네틱 요소는 패킹 재료의 일 측면상에 위치한다. 예를 들면,성형 과정 중에 패킹의 내부면의 측면 상과 같은 곳에 위치한다. 제1 페로마그네틱 요소는 그의 두개의 단부가 두개의 가열 영역과 근접할 수 있도록 위치한다. 그러나 이러한 단부들의 연장부에는, 즉, 패킹 재료의 다른 측면 상에는, 제2 및 제3 페로마그네틱 요소가 제공되며, 그 단부들 중 한개의 단부는 가열 영역과 인접한다. 상기와 같은 구성으로, 자기장이 가열 영역 주위에 채널이 형성된다.
본 발명의 장점적인 실시예에 따르면, 제2 및 제3의 페로마그네틱 요소들은 제4 페로마그네틱 요소를 통하여 상호 연결되어 있으며, 그리고 코일이 제2, 또는 제3 또는 제4 페로마그네틱 요소를 둘러싸고 있다. 상기과 같은 형성된 요소들은 페로마그네틱 회로를 구성하며, 이와 같은 방법으로 코일에 의하여 유도되는 자기장을 채널화 시키게 된다.
그리고, 곡선으로 연장되는 가열 영역을 구비하는 미국 특허 제 3,242,300호에 기술된 종래의 장치와는 달리, 본 발명에 의한 장치는 두개의 부분 영역을 가열 시키는 것이다. 그것이 이동함에 따라, 진행 수단에 의한 이러한 방법으로, 패킹 재료가 용접 부위에서 제1 가열을 하게되고, 그리고 소정의 시간 경과 후 다시 제2가열을 하게 된다.
이완(Relaxation) 영역의 장점을 구현하기 위하여, 두개의 가열 장치의 설계들이 비교될 수 있다. 첫째로 미국 특허 제 3,242,300호에 기술된 바와 같이, 길이(L)에 대하여 연장되는 단일 가열 영역을 제공하고 있다. 둘째로, 본 발명에 있어서는, 제1가열영역 L1(길이방향)이 제공되며, 그리고 중지영역(interruption region) L2(길이 방향)이 제공되고, 그리고 가열 영역 L3(길이 방향)이 제공된다.
제1장치는 다음으로 정의된다.
- L = 60mm
- 알류미늄 박의 온도는 인덕터 출구에서 140도로 설정된다. 실험적으로, 인덕터에 공급되는 전원을 조정 할 수 있는 양이다.
제2장치는 다음으로 정의된다.
- L1 = 30mm
- L2 = 30mm
- L3 = 30mm
- 제2장치에 공급되는 전원은 제1의 장치에 공급되는 전원과 동일하다(동일한 라인 속도로).
용접되는 쉬트(sheets)는 3개의 레이어로 구성된다.
- 폴리에틸렌/알류미늄/폴리에틸렌
- 150미크론/12미크론/75미크론
속도(m/min) 제1장치의 출구에 용접되는 인터페이스의 온도(°C) 제2장치의 출구에 용접되는 인터페이스의 온도(°C)
20 138 139
40 126 135
60 111 124
80 103 117
이동 속도가 증가할 수록, 가열 에너지는 더 빨리 공급되어야 한다. 알류미늄 쉬트가 즉시에 가열된다. 다른 측면으로는, 폴리머 레이어는 속도가 높을때(폴리머에서 열 분산이 늦을때) 그 두께 내부에서 균일하게 가열되지 않는다. 일시적인 "이완" 영역 L2는 알류미늄 레이어로부터의 가열 에너지를 폴리머 내에서 분산되도록 하며 그리고 알류미늄 레이어 및 용접되는 인터페이스 사이의 열 증감을 감소시킨다.
각 도면에서 공통 요소들은 동일한 참조번호가 부여되었다.
도 1는 가열 장치 내에서 이동하는 튜브(1)을 도시하고 있다. 상기 튜브(1)는 용접 로드(23)의 주위에 감겨진 쉬트(sheet)로 구성된다. 상기 쉬트의 가장자리는 포개지며 그리고 가열장치를 통과할때 가열된다. 튜브(1)의 벽은 최소한 한개의 금속 레이어 및 한개의 열성형 레이어로 구성된다. 상기에 기술한바와 같이, 금속 레이어는 열 발생 에디(eddy) 전류를 유도하기 위하여 사용된다. 상기 전류는 열 성형 레이어의 일부를 용융시켜, 용접을 구현하게 된다.
본 예시들에 있어서, 용접 영역(2)은 튜브(1)의 이동 방향으로 연장된다.
가열 장치는 예들 들면 페라이트로 만들어지며 그리고 용접 로드(23) 내에 포함되며 그리고 용접 영역(2) 인근의 튜브(1)의 내부에 위치하는 제1 페로마그네틱 바(7)을 구비하고 있다. 제2 및 제3 페로마그네틱 바(8)(10)는 상기 제1 바(7) 상부에 위치하고 있어, 제2바(8)의 일단부가 제1바(7)의 일단부의 연장부에 위치하게 되며 그리고 제3바(10)의 일단부는 제1바(7)의 타단부의 일단에 위치하게 된다. 제2(8) 및 제3(10) 바는 각각 코일(3,5)에 의하여 감싸진다.
U자 형태의 세개의 바(7,8,10)의 구성은 영역(14, 16)의 필연적인 부분 가열을 가능하게한다. 제1영역(14)은 제1바(7)의 일단과 제2바(8)의 일단 사이에 구성되며, 그리고 제2영역(16)은 제1바(7)의 타단과 제3바(10)의 일단 사이에 구성된다. 이들 2개의 단부 쌍들의 간격은 용접되는 패킹 쉬트 두께의 2 및 200배 사이에서 가변적이며, 바람직하게는 2배 및 50배 사이에서 가변한다.
따라서, 용접 영역(2) 내의 튜브(1) 상에 위치한 일점에 대하여, 제1가열이 제1바(7)의 일단과 제2바(8)의 일단 사이에 위치하는 영역(14) 내에서 발생한다.잠시 중지 시간이 허용된 후 제1바(7)의 타단 및 제3바(10)의 일단 사이에 위치한 영역(16) 내에서 새로운 가열이 있게된다.
도 2 내지 도 4의 장치들은 도 1의 장치와 유사하다. 그렇지만, 페로마그네틱 요소들이 닫힌 루프를 형성한다는 면에서, 그리고 자기장 라인의 모든 루프들이 연속적으로 채널 형성되는 점에서 서로 다르다.
제2 및 제3 페로마그네틱 바(11)(12)들은 튜브(1)의 이동 방향에 평행하게 위치하는 제4바(13)을 통하여 상호 연결되어 있다.
코일(6)이 제2 또는 제3 페로마그네틱 바(11)(12) 주위에 위치하고 있다.
도 4에 도시된 장치는 도 2의 구성과 다음의 사항들에 의하여 구분된다. 즉, 제1바(1)는 튜브(1)의 벽 각각의 측면에 교번적으로 위치하는 세개의 바(19~21)의 그룹에 의하여 교체된다. 그 바(19~21)의 일단들은 서로 쌍으로 겹쳐진다.
종래기술의 용접 로드들은 플라스틱 실리브에 의하여 둘러싸이는 스틸 코어로 구성된다.
의심할 바와 없이, 용접 로드(23) 내에 패로마그네틱 바(7, 19, 21)가 존재함에 따라, 상기 바 내부의 다수의 자기장 라인에 채널화를 구현할 수 있다.
그렇지만, 어떤 자기장 라인들은 플라스틱 슬리브를 통과하게 되며, 그리고 용접 영역에서의 가열 성능은 결과적으로 감소될 수 있다.
상기와 같은 문제점들을 최소화하거나 또는 심지어 제거시키기 위하여, 용접 로드(23)는 동 또는 알류미늄과 같은 스크린을 형성하는 물질로 단독으로 구성될 수 있다.
다른 방법으로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 로드는 동 또는 알류미늄으로 만들어지는 외피(24)에 의하여 감싸지는 스틸 코어(26)를 구비하고 있다. 페로마그네틱 바(7, 19, 21)는 바깥의 외피(24) 내에서 그리고 플라스틱 슬리브(25) 내에서 단독으로 위치하게 된다. 결과적으로, 동 또는 알류미늄 요소가 자기장 라인들에 대한 스크린으로써 작용하는 점에 있어서, 이전의 구성과 동일하다.
본 발명은 최소한 한개의 금속 쉬트(예를 들면, 알류미늄으로 만들어지는) 그리고 한개의 열성형 쉬트를 구비하는 라미네이트에 적용된다.
사용될 수 있는 라미네이트의 비제한적인 예시들에 의하여, 다음의 조합들이 가능하다(외부로부터 튜브의 내부 방향으로 기술된다.).
1) (흰색) 130 미크론 두께의 폴리에틸렌 필름 - (흰색) 27 미크론 두께의 폴리에틸렌 - (흰색) 16 미크론 두께의 코폴리머 - 12 미크론 두께의 알류미늄 쉬트 - (투명) 30 미크론 두께의 코폴리머 - 특수(투명) 60 미크론 두께의 폴리에틸렌 필름
2) (흰색) 90 미크론 두께의 폴리에틸렌 필름 - (흰색) 65 미크론 두께의 코폴리머 - 40 미크론 두께의 알류미늄 쉬트 - (투명) 40 미크론 두께의 코폴리머 - 특수(투명) 75 미크론 두께의 폴리에틸렌
3) (흰색) 110 미크론 두께의 폴리에틸렌 필름 - (흰색) 45 미크론 두께의 코폴리머 - 40 미크론 두께의 알류미늄 쉬트 - (투명) 40 미크론 두께의 코폴리머 - 특수(coex) 75 미크론 두께의 폴리에틸렌

Claims (8)

  1. 전자기 유도의 의하여 가열되는 레이어 및 패킹 재료의 이동 방향에 위치하는 용접 영역(2)를 포함하는 열성형 레이어를 구비하는 이동 패킹 재료(1)을 용접하는 장치에 있어서, 상기 용접 장치는,
    교류전류 발생장치와;
    교류전류를 자기장으로 변환하기 위한 코일(3,5,6)과;
    소정의 방향으로 상기 자기장 라인들을 채널화하기 위한 페로마그네틱 요소(7,8, 10~13)를 구비하는 것을 특징으로 하며,
    상기 자기장은 전자기 유도로 가열되는 레이어의 가열을 유도하기 위하여 패킹 재료(1)를 가로지르는 방향으로 형성되며, 그리고 상기 용접 장치는 자기장 라인들이 용접 영역(2)을 따라 위치하는 최소한 두개의 별개 영역(14, 16~18)내에 있는 패킹 재료(1)를 가로질러 형성되는 페로마그네틱 요소들(7,8, 10~13, 19~21)의 세트를 구비하는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
  2. 상기 선행하는 청구항에 있어서,
    제1 페로마그네틱 요소(7)는 그 단부의 각각이 상기 영역(14, 16~18)의 일단 또는 타단에 인근하여 위치하도록 패킹 재료(1)의 일측면에 근접하여 위치하고 그리고 제2(8, 10~12) 및 제3(8, 10~12) 페로마그네틱 요소들은, 제2요소의 단부들 중 한개의 단부가 상기 영역(14, 16~18)의 한개의 영역에 인근하여 위치할 수 있도록 그리고 제3의 요소의 단부들들 중 한개가 상기 영역(14, 16~18)의 타단에 인근하여 위치할 수 있도록, 패킹 재료(1)의 타측면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치
  3. 상기 선행하는 청구항에 있어서,
    용접되는 레이어에 인근하여 그리고 그 레이어의 일측 상에 위치하는 세개의 페로마그네틱 요소들(7,8,10)의 단부들은 용접되는 레이어 두께의 2배 및 200배 사이의, 보다 바람직하게는 2배 및 50배 사이의 거리에 의하여 분리되는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
  4. 상기 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제2(8, 10~12) 및 제3(8, 10~12) 페로마그네틱 요소들은 코일(3,5,6)에 의하여 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
  5. 상기 제 1 항에 있어서,
    복수개의 패로마그네틱 요소들(19~21)은, 페로마그네틱 요소(19~21)의 각 단부가 또 다른 페로마그네틱 요소의 단부들(19, 21)의 상부 또는 하부에 위치하도록, 패킹 재료의 각 측부에 번갈아가며 근접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
  6. 상기 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    페로마그네틱 요소들(7,8,10,11,19~21)의 세트는 페로마그네틱 회로를 구성하며, 그리고 코일(6)이 페로마그네틱 요소(7,8,10,11,19~21)를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
  7. 상기 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    그것은 인접하지 않는 페로마그네틱 요소들(7,8,10,11, 19~21) 사이에 위치하는 한개 또는 그 이상의 마그네틱 화면을 구비하는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
  8. 상기 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    페로마그네틱 바(7,19,21)의 부분은 용접 로드(23) 내에 위치하며, 그리고 상기 용접 로드는 페로마그네틱 바(7,19,21) 내의 자기장 필드를 포함하도록 위치하며, 예를 들면 동 또는 알류미늄으로 만들어지는 스크린 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 패킹 재료를 위한 열 밀봉장치.
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