KR20220025353A - 마스크 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

마스크 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 마스크를 제1방향으로 이송 가능하게 하는 제1이송부, 마스크를 제1방향과 교차하는 제2방향으로 이송 가능한 제2이송부, 및 상기 제1 및 제2방향으로 이송 가능하도록 상기 제1 및 제2이송부에 연결되어 마스크를 운반 가능하게 하는 캐리어를 구비하여 상기 마스크를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 하는 2축 가공 로봇을 포함하고, 상기 캐리어는 음압을 제공하여 상기 마스크를 흡착 가능하게 하는 흡착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치 및 마스크 제조 방법을 제공한다.

Description

마스크 제조 장치 및 제조 방법{Apparatus and Method for Manufacturing Mask}
본 발명은 마스크 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2축으로 구성된 로봇장치에 의해 귀 이어밴드 접합을 초음파 가공기를 사용하여 융착 가공을 수행할 수 있는 마스크 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
2020년 세계보건기구(WHO)가 신종 코로나 바이러스-19 현상에 대하여 팬데믹(pandemic)을 선언하며 감염병 경고 등급을 최상 단계로 격상하였다.
코로나 바이러스-19의 주요 감염원인은 비말로 인한 공기 중 오염에 의해 확산이 주원인으로 분석되고 있다. 이에 바이러스 예방을 위해 비말을 차단하기 위한 의료용 마스크의 판매와 관련 사업이 각광 받는 추세이다.
현재 의료용 마스크는 공기중 비말의 칩입을 차단하여 바이러스가 몸에 감염되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 의료용 마스크는 식품의약처로부터 의약외품의 승인을 받아야 생산 및 판매가 가능하며 KF-99, KF-94 및 KF-80의 3가지 등급으로 나뉘어 분류되어 관리 되고 있다.
이에 코로나 바이러스-19 사태로 급증하는 수요와 경제성을 고려하여 생산성이 높아진 의료용 마스크 제조 장치 및 방법이 요구된다.
특히, 의료용 마스크의 제조 과정에서는 형상 제단을 위해 마스크 본체를 초음파 가공기를 사용하여 융착하는 과정, 본체와 귀 이어밴드 부분을 융착하는 과정을 사용하여 제조하고 있으며 이 과정에서 제조 불량이 발생하여 생산율 감소 및 품질저하를 일으키는 주요 원인이 되는 문제점을 가지고 있다.
한국 등록 특허 제10-0783311호(2007.12.10)
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 2축으로 구성된 로봇장치에 의해 귀 이어밴드 접합을 초음파 가공기를 사용하여 융착 가공을 수행할 수 있는 마스크 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 마스크 제조 장치는, 마스크 본체를 제1방향으로 이송 가능하게 하는 제1이송부, 마스크 본체를 제1방향과 교차하는 제2방향으로 이송 가능한 제2이송부, 및 상기 제1 및 제2방향으로 이송 가능하도록 상기 제1 및 제2이송부에 연결되어 마스크 본체를 운반 가능하게 하는 캐리어를 구비하여 상기 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 하는 2축 가공 로봇을 포함하고, 상기 캐리어는 음압을 제공하여 상기 마스크 본체를 흡착 가능하게 하는 흡착부를 구비한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 본 발명의 마스크 제조 장치는, 상기 2축 가공 로봇에 의해 이송된 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 하는 초음파 가공기를 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 가공기는 10 kHz 내지 30 kHz의 주파수를 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 초음파 가공기는 3000 W 내지 5000 W의 전력의 출력값을 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 마스크 제조 장치는, 가공이 완료된 마스크 본체를 이송하여 상기 캐리어에 마스크 본체를 제공 가능하게 하는 컨베이어를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 마스크 제조 장치는, 상기 2축 가공 로봇 및 상기 흡착부 각각에 전기적으로 연결되어, 2축 가공 로봇 및 흡착부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 캐리어는, 상기 제1이송부에 이송 가능하게 설치되는 제1부분; 및 상기 제1부분에 교차되도록 연결되고, 양 단부에 흡착부가 구비되어 있는 제2부분을 포함한다.
또 다른 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 마스크 제조 방법은 마스크 본체의 재료를 주입하는 재료 주입 단계; 마스크 본체를 합지하고 초음파 융착하는 단계; 상기 마스크 본체를 컨베이어를 통해 운송하는 단계; 2축 가공 로봇에 의해 상기 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송하는 단계; 및 상기 마스크 본체에 이어밴드를 초음파 융착하는 단계를 포함하고, 상기 2축 가공 로봇은, 제1 및 제2이송부에 의해 각각 제1 및 제2방향으로 이송하여 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 한다.
바람직하게는, 마스크 본체를 합지하고 초음파 융착하는 단계에서, 10 kHz 내지 30 kHz의 주파수를 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 초음파 융착하는 단계에서, 3000 W 내지 5000 W의 전력의 출력값을 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 할 수 있다.
본 발명은, 의료용 마스크 제조 과정 중 본체와 귀 이어밴드 을 초음파 가공기를 사용하여 융착하는 단계에 있어서 기존 마스크 제조설비의 불량 발생의 주원인이 되는 컨베이어벨트로 이동하여 2열 분리 후 앞뒤 융착 가공이 아닌 양측으로 배치된 2축 기계설비에 의해 초음파 가공지점으로 이동되어 융착 작업이 가능하며 융착 과정중 불량품 발생율 감소 및 생산품질 향상을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은, 가공규격 주파수 및 사용 전력의 규격 값 범위를 지정하여 제조함으로써 기존 의료용 마스크 제조과정 불량의 대부분을 차지하는 불량으로 가공된 의료용 마스크 발생량을 감소시키고 품질을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 마스크 제조 장치를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 마스크 제조 장치를 도시하는 정면도.
도 3은 본 발명의 마스크 제조 장치의 일 부분의 저면도.
도 4는 흡착부에 의해 마스크가 초음파 가공 위치로 이송된 예를 도시하는 사시도.
도 5는 초음파 가공 위치에서 마스크 본체에 이어밴드가 융착되는 예를 도시하는 사시도.
도 6a는 제어부와 2축 가공 로봇의 전기적 연결관계를 도시한 블록도.
도 6b는 마스크 본체가 이송되고 마스크 본체에 이어밴드가 융착되는 예를 모식적으로 도시하는 개념도.
도 7a는 본 발명의 마스크 제조 장치를 도시하는 단면도.
도 7b는 본 발명의 마스크 제조 장치에 의해 초음파 롤링 융착되는 예를 도시하는 단면도.
도 7c는 본 발명의 마스크 제조 장치에 의해 이어밴드가 융착되는 예를 도시하는 단면도.
도 8a는 실험예 1에서 초음파 롤링 융착 검토 실험 결과를 도시하는 표.
도 8b는 비교예 1에서 초음파 롤링 융착 검토 실험 결과를 도시하는 표.
도 9a는 실험예 2에서 귀 이어밴드 초음파 융착 가공 검토 실험 결과를 도시하는 표.
도 9b는 비교예 2에서 귀 이어밴드 초음파 융착 가공 검토 실험 결과를 도시하는 표.
도 10a는 실험예 3에서 사용 전력의 출력 변화 검토 실험 결과를 도시하는 표.
도 10b는 비교예 3에서 사용 전력의 출력 변화 검토 실험 결과를 도시하는 표.
도 11은 본 발명의 마스크 제조 방법의 일례를 도시하는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 마스크 제조 장치(100)를 도시하는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 마스크 제조 장치(100)를 도시하는 정면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 마스크 제조 장치(100)의 일 부분의 저면도이고, 도 4는 흡착부(19a)에 의해 마스크 본체(3)가 초음파 가공 위치로 이송된 예를 도시하는 사시도이다.
한편, 도 5는 초음파 가공 위치에서 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)가 융착되는 예를 도시하는 사시도이고, 도 6a는 제어부(30)와 2축 가공 로봇(10)의 전기적 연결관계를 도시한 블록도이고, 도 6b은 마스크 본체(3)가 이송되고 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)가 융착되는 예를 모식적으로 도시하는 개념도이다.
이하, 도 1 내지 도 6b을 참조하여, 본 발명의 마스크 제조 장치(100)의 구조에 대하여 서술한다. 본 발명의 마스크 제조 장치(100)는, 2축 가공 로봇(10)을 포함한다.
본 발명의 마스크는 의료용 마스크일 수 있다. 또한, 본 발명에서 서술되는 마스크는, 사용자의 입과 코를 덮도록 사용자의 얼굴에 배치되는 마스크 본체(3)와, 마스크 본체(3)를 사용자의 얼굴에 고정 가능하게 하도록 마스크 본체(3)의 측면에 설치되어 사용자의 귀에 걸림 고정되는 이어밴드(5, ear band)를 포함할 수 있다.
2축 가공 로봇(10)은, 마스크 본체(3)를 제1방향으로 이송 가능하게 하는 제1이송부(13), 마스크 본체(3)를 제1방향과 교차하는 제2방향으로 이송 가능하게 하는 제2이송부(15), 및 상기 제1 및 제2이송부(13, 15)에 연결되어 마스크 본체(3)를 운반 가능하게 하는 캐리어(17)를 구비한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2이송부(13, 15)는, 캐리어(17)를 각각 제1 및 제2방향으로 이송 가능하게 하여, 캐리어(17)에 흡착된 마스크 본체(3)를 이송 가능하게 할 수 있다.
2축 가공 로봇(10)은, 제1 및 제2이송부(13, 15)에 의해 캐리어(17)에 흡착된 마스크 본체(3)를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 한다.
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 제1이송부(13) 및 제2이송부(15)는 마스크 본체(3)를 서로 직교하는 방향으로 이송 가능하게 설치될 수 있다. 일례로, 제1이송부(13) 및 제2이송부(15)는 마스크 본체(3)를 상하좌우 방향으로 이송 가능하게 한다.
또한, 제1 및 제2이송부(13, 15)는 서로 교차하도록 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1이송부(13)는 캐리어(17)를 x축 방향으로 이송 가능하게 할 수 있고, 제2이송부(15)는 캐리어(17)를 이송 가능하게 할 수 있다. 전술한 제1방향은 도 2에서의 x축 방향이고, 제2방향은 도 2에서의 y축 방향일 수 있다.
캐리어(17)는 하부의 양 측에 흡착부(19a)를 구비할 수 있다.
도 1을 참조하면, 캐리어(17)는, 제1이송부(13)에 이송 가능하게 설치되는 제1부분(18) 및 상기 제1부분(18)에 교차되도록 연결되고 양 단부에 흡착부(19a)가 구비되어 있는 제2부분(19)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2부분(19)의 저면에 흡착부(19a)가 구비되어 있는 예가 도시된다.
예를 들면, 흡착부(19a)는, 음압을 제공하여 마스크 본체(3)를 흡착 가능하게 하는 에어 석션(air suction) 기기일 수 있다. 도면에서 명백히 도시되진 않았지만, 흡착부(19a)는, 읍압을 제공하는 음압제공 유로와, 마스크 본체(3)가 흡착 가능하도록 접촉되는 접촉부를 구비하도록 구성될 수 있다.
흡착부(19a)는, 이송되는 마스크 본체(3)를 흡착 및 흡착 해제 가능하게 한다.
일례로, 흡착부(19a)는, 마스크 본체(3)가 도달하면, 마스크 본체(3)를 흡착하고, 2축 가공 로봇(10)의 제1 및 제2이송부(13, 15)가 각각 제1 및 제2방향으로 이송하여, 융착 가능한 위치에 위치시킨다.
또한, 흡착부(19a)는, 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)의 융착이 완료된 후에, 흡착을 해제하여 이어밴드(5)가 융착된 마스크를 적제 가능하게 한다.
또한, 제1 및 제2이송부(13, 15)는, 마스크 본체(3)를 양측으로 번갈아 가며, 이송시킬 수 있는데, 흡착부(19a)의 동작에 의해 마스크 본체(3)를 흡입하여 초음파 융착이 수행될 위치로 이동 가능하게 한다.
일례로, 제1 및 제2이송부(13, 15)에 의해 마스크 본체(3)를 왼쪽으로 이송시키고(도 2에서 x축 방향으로 좌측으로 이송), 그 다음에는, 제1 및 제2이송부(13, 15)에 의해 마스크 본체(3)를 오른쪽으로 이송시킬 수 있다(도 2에서 x축 방향으로 우측으로 이송).
본 발명의 마스크 제조 장치(100)는, 2축 가공 로봇(10)에 의해 이송된 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 융착 가능하게 하는 초음파 가공기(40)를 더 포함할 수 있다.
초음파 가공기(40)는 마스크 본체(3) 자체를 융착 가공하고, 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 융착 가공 가능하게 한다.
초음파 가공기(40)는 10 kHz 내지 30 kHz의 주파수를 이용하여, 상기 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 융착 가능하게 할 수 있고, 상기 초음파 가공기(40)는 3000 W 내지 5000 W의 전력의 출력값을 이용하여, 상기 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 융착 가능하게 할 수 있다.
초음파 가공기(40)의 주파수 및 전력의 출력값에 대하여는, 후술하는 본 발명의 마스크 제조 방법(S100)에 대한 설명 부분에서, 실험예와 비교예를 참조하여 보다 상세히 서술하기로 한다.
본 발명의 마스크 제조 장치(100)는, 컨베이어(20, conveyor)를 더 포함할 수 있다.
컨베이어(20)는 마스크 본체(3)의 가공이 완료된 마스크 본체(3)가 이송하여 2축 가공 로봇(10)에 마스크 본체(3)를 제공 가능하게 한다.
컨베이어(20)를 통해, 이송되는 마스크 본체(3)는, 이어밴드(5)가 장착이 되기 전에 마스크 본체(3)만이 가공이 완료된 상태에 있으며, 마스크 본체(3)가 컨베이어(20)에 의해 2축 가공 로봇(10)에 이송된 후, 이어밴드(5)는 마스크 본체(3)에 장착되게 된다.
본 발명에서 이어밴드(5)는 양 단이 마스크 본체(3)에 융착에 의해 장착될 수 있다.
본 발명의 마스크 제조 장치(100)는, 제어부(30)를 더 포함할 수 있다.
제어부(30)는 2축 가공 로봇(10)의 제1이송부(13), 제2이송부(15) 및 흡착부(19a) 각각에 전기적으로 연결되어, 2축 가공 로봇(10)의 제1이송부(13), 제2이송부(15) 및 흡착부(19a) 각각을 제어할 수 있게 한다.
제어부(30)는, 도면상에서 도시되지는 않았지만, 2축 가공 로봇(10) 및 흡착부(19a) 각각을 제어할 수 있는 프로그램이 저장될 수 있는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU) 및 PCR 기판 등을 구비할 수 있다.
도 6a에는 제어부(30)는 2축 가공 로봇(10)의 제1이송부(13), 제2이송부(15) 및 흡착부(19a) 각각에 전기적으로 연결되어 있는 예가 도시된다.
이하, 도 6b을 참조하여, 본 발명의 마스크 제조 장치(100)의 동작에 대하여 서술한다.
컨베이어(20)를 따라, 마스크 본체(3)는 일 지점(A 위치)에 위치하게 된다.
그 후, 2축 가공 로봇(10)의 제2이송부(15)가 제2방향(Y축 음(-)의 방향)으로 마스크 본체(3)가 위치된 일 지점까지 이동하여 캐리어(17)의 흡착부(19a)를 통해 마스크 본체(3)를 흡착한다. 2축 가공 로봇(10)의 제2이송부(15)는 캐리어(17)의 흡착부(19a)에 흡착된 마스크 본체(3)를 제2방향(Y축 양(+)의 방향)으로 들어올린다.
그 후, 2축 가공 로봇(10)의 제1이송부(13)가 제1방향(X축 음(-) 또는 양(+)의 방향)으로 마스크 본체(3)를 이송하여 B 위치로 이송시킨다. B 위치로 이송된 마스크 본체(3)는, 2축 가공 로봇(10)의 제2이송부(15)에 의해 제2방향(Y축 음(-)의 방향)으로 마스크 본체(3)를 놓으며, 캐리어(17)의 흡착부(19a)에 의해 흡착이 지속된 상태로, 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)가 융착되게 된다.
마스크 본체(3)에 이어밴드(5)가 융착된 후에, 흡착부(19a)는 흡착을 해제하게 된다.
본 발명의 마스크 제조 장치(100)는 이어밴드(5) 접합을 초음파 가공기(40)를 사용하여 융착 가공하는 단계에 있어서 2축으로 구성된 로봇장치에 의해 분리되어 생산성 향상과 불량률 감소와 생산 안정성을 향상시킨다.
한편, 본 발명의 마스크 제조 방법(S100)은, 초음파 롤링 융착 과정(S30) 및 이어밴드(5, ear band) 초음파 융착 가공 과정(S60)에 의해 수행될 수 있다.
초음파 롤링 융착 과정(S30) 및 이어밴드(5) 초음파 융착 가공 과정(S60)은 10 kHz 내지 30kHz 범위의 초음파 가공 규격 주파수를 갖는다.
또한, 사용 전력의 출력 범위는 3000 W 내지 5000 W의 범위 내에서 제조될 수 있다.
도 11에는 본 발명의 마스크 제조 방법(S100)의 일례를 도시하는 순서도가 도시된다.
이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 마스크 제조 방법(S100)에 대하여 서술한다.
본 발명의 마스크 제조 방법(S100)은, 마스크 재료를 주입하는 재료 주입 단계(S10), 마스크 본체(3)를 합지하고(S20) 초음파 융착하는 단계(S30), 마스크 본체(3)를 컨베이어(20)를 통해 운송하는 단계(S40), 2축 가공 로봇(10)에 의해 상기 마스크 본체(3)를 초음파 가공 위치로 이송하는 단계(S50) 및 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 초음파 융착하는 단계(S60)를 포함한다.
2축 가공 로봇(10)은, 제1 및 제2이송부(13, 15)에 의해 각각 제1 및 제2방향으로 이송하여 마스크를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 한다.
재료 주입 단계(S10)에서, 마스크 본체(3)를 형성하는 겉감, 안감, 멜트 블로운(Melt Blown, MB) 필터, 지지대 및 코지지대와, 이어밴드(5)의 재료가 주입된다.
마스크 본체(3)를 합지하고(S20) 초음파 융착하는 단계(S30)에서, 10 kHz 내지 30 kHz의 주파수를 이용하여, 상기 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 융착 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 초음파 융착하는 단계(S60)에서, 3000 W 내지 5000 W의 전력의 출력값을 이용하여, 상기 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 융착 가능하게 할 수 있다.
마스크 본체(3)를 합지하고(S20) 초음파 융착하는 단계(S30) 및 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)를 초음파 융착하는 단계(S60)는, 초음파 가공기(40)에 의해 융착 작업이 수행될 수 있으며, 본 발명에서 초음파 융착은 초음파 롤링 융착일 수 있다.
초음파 가공기(40)에 의해 수행되는 초음파 롤링 융착 관련, 접합부의 인장강도 평가 결과 10N 이상의 물성수치를 갖도록 이루어진다.
본 발명의 마스크 제조 방법(S100)은, 마스크 본체(3)에 이어밴드(5)가 가공된 마스크를 자동 배출하는 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
이하 [실험예 1 내지 3]과 [비교예 1 내지 3]을 참조하여, 본 발명의 임계적 효과에 대하여 서술한다.
[실험예 1]
의료용 마스크 제조 과정중 본체 합지에 대한 초음파 롤링 융착 과정에서 초음파 가공기(40)의 주파수 사용 가공 조건에 있어서 범위값을 10kHz, 20kHz, 30kHz의 범위로 주파수를 변경하며 마스크 제조를 실시하여 제품의 외형 상태와 마스크 본체(3) 접합부의 인장강도 평가 자료를 측정하였다.
[실험예 1]의 완성품의 외형 상태를 확인하기 위해 육안으로 접합부 외형의 붙음 정도 검토 및 인장강도 평가를 진행하여 이를 비교하였다.
접합부 외형의 붙음 정도를 확인하기 위해 접합부의 형상을 육안으로 확인하여 기록하였고, 초음파 롤링 융착 과정이 완료된 샘플을 접합면 기준으로 정중앙에 위치시켜 평평한 모양의 클램프를 일정한 속도를 가진 시험장치 양쪽에 연결하여 일정한 속도로 잡아당겨 절단될 때의 하중을 확인하였다. 그 결과가 도 8a에 나타내었다.
도 8a에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 대한 [실험예 1]의 결과 10kHz, 20kHz, 30kHz에서 완성품의 외형 상태가 양호하였으며 인장 강도 평가결과 10kHz 이상에서 12.5N 이상의 인장 강도 값을 확인하였다.
[비교예 1]
의료용 마스크 제조 과정중 본체 합지에 대한 초음파 롤링 융착 과정에서 초음파 가공기(40)의 주파수 사용 가공 조건에 있어서 범위값을 5kHz, 40kHz, 50kHz 의 범위로 주파수를 변경하며 마스크 제조를 실시하여 제품의 외형 상태와 마스크 본체(3) 접합부의 인장강도 평가자료를 측정하였다.
[비교예 1]의 완성품의 외형 상태를 확인하기 위해 육안으로 접합부 외형의 붙음 정도 검토 및 인장강도 평가를 진행하여 이를 비교하였다.
접합부 외형의 붙음 정도를 확인하기 위해 [실험예 1]의 평가 방법과 동일한 방법으로 결과를 비교 확인하였다. 그 결과를 도 8b에 나타내었다.
[비교예 1]의 도 8b에서의 결과값을 참조하면, [비교예 1]의 결과 5kHz, 40kHz, 50kHz에서 완성품의 외형 상태가 미흡 또는 터짐의 불량품의 상태로 제작이 되었다. 또한, 도 8b에서 도시되진 않았지만, 6kHz 내지 9kHz에서도 10N 이상의 인장 강도 값을 얻지 못하였다.
즉, 인장 강도 평가결과 10kHz 이하에서 10N 이상의 인장 강도 값을 얻지 못하여 규격품으로 부적합한 불량품이 제조됨을 확인하였다.
[실험예 2]
의료용 마스크 제조 과정중 이어밴드(5) 초음파 융착 가공 과정에서 초음파 가공기(40)의 조건에 있어서 주파수의 범위값을 10kHz, 20kHz, 30kHz의 범위로 주파수를 변경하며 마스크 제조를 실시하여 제품의 외형 상태와 마스크 이어밴드(5) 접합부의 인장강도 평가 자료를 측정하였다.
[실험예 2]의 완성품의 외형 상태를 확인하기 위해 육안검토 및 고정용 끈 접합부의 인장 강도 평가를 진행하여 이를 비교하였다.
이어밴드(5) 초음파 융착 재단이 완료된 샘플을 절반으로 평평한 모양의 클램프에 연결시킨 후 일정한 속도를 가진 시험장치 양쪽에 구김이 없는 상태로 고정 연결하여 일정한 속도로 잡아당겨 이어밴드(5)와 마스크의 접합 부위가 절단 될 때의 하중을 확인하였다.
그 결과를 도 9a에 나타내었다.
상기 도 9a에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 대한 [실험예 2]의 결과 10kHz, 20kHz, 30kHz에서 완성품의 외형 상태가 양호하였으며 이어밴드(5) 접합부의 인장 강도 평가결과 10kHz 이상의 조건에서 10N이상의 물성 결과값을 확인하였다.
이는 식약처 인증 KF 규격 마스크 제조 조건에 접합한 결과값으로 마스크 제조시 사용 가능한 규격의 값으로 사용이 가능함을 확인하였다.
[비교예 2]
의료용 마스크 제조 과정중 이어밴드(5) 초음파 융착 가공 과정에서 초음파 가공기(40)의 조건에 있어서 주파수의 범위값을 5kHz, 40kHz, 50kHz의 범위로 주파수를 변경하며 마스크 제조를 실시하여 제품의 외형 상태와 마스크 이어밴드(5) 접합부의 인장강도 평가 자료를 [실험예 2]와 동일한 방법을 이용하여 측정하여 평가를 진행하여 이를 비교하였다.
[비교예 2]의 완성품의 외형 상태를 확인하기 위해 [실험예 2]의 평가 방법과 동일한 방법으로 결과를 비교, 확인하였고 인장강도 평가를 진행하기 위해 [실험예 2]의 접합부 외형의 붙음 정도 평가 방법과 동일한 방법으로 이를 비교하였다.
그 결과를 도 9b에 나타내었다.
도 9b에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 대한 [비교예 2]의 결과 5kHz, 40kHz, 50kHz에서 완성품의 외형 상태가 미흡 혹은 터짐으로 불량 하였으며, 고정용 끈 접합부의 인장 강도 평가결과 또한 10N이하의 물성 결과값을 확인하여 KF 규격 마스크 제조조건에 부합한 결과 값으로 불량품이 제조됨을 확인하였다.
[실험예 3]
초음파 융착 가공기를 사용하는 의료용 마스크 제조과정에 있어서 사용 전력의 출력범위를 3000W, 4000W, 5000W의 범위로 출력값을 변경하여 마스크 제조를 진행하여 완성된 제품의 외형 육안검토 및 마스크 이어밴드(5) 접합부의 인장강도를 평가하여 이를 비교하였다.
외형 육안 검토의 경우 접합부의 형상을 육안으로 확인하여 기록하였고, 이어밴드(5) 접합부 인장 강도 평가는 초음파 융착 재단이 완료된 샘플을 절반으로 분리한 후 평평한 모양의 클램프에 연결시킨 후 일정한 속도를 가진 시험장치 양쪽에 구김이 없는 상태로 고정시켜 연결하여 일정한 속도로 잡아당겨 이어밴드(5)와 마스크의 접합 부위가 절단될 때의 하중을 확인하였다.
도 10a에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 대한 실험예 3 의 결과 3000W, 4000W, 5000W의 사용전력의 출력값에서 완성품의 외형 상태가 양호하였으며, 고정용 끈 접합부의 인장 강도 평가결과 3000W 이상의 출력 조건에서 10N 이상의 물성 결과값을 확인하였다.
이는 식약처 인증 KF 규격 마스크 제조조건에 접합한 결과 값으로 마스크 제조시 사용 가능한 규격의 값으로 안정성 제품의 출력값으로 사용이 가능함을 확인하였다.
[비교예 3]
초음파 융착 가공기를 사용하는 의료용 마스크 제조과정에 있어서 사용 전력의 출력범위를 1000W, 4000W, 5000W의 범위로 출력값을 변경하여 마스크 제조를 진행하여 완성된 제품의 외형 육안검토 및 마스크 이어밴드(5) 접합부의 인장강도를 평가하여 이를 비교하였다.
[비교예 3]의 완성품의 외형 상태를 확인하기 위해 [실험예 3]의 평가 방법과 동일한 방법으로 결과를 비교, 확인하였고 인장강도 평가를 진행하기 위해 [실험예 3]의 고정용 끈 접합부인장 강도 평가 방법과 동일한 방법으로 이를 비교하였다.
그 결과를 도 10b에 나타내었다.
도 10b에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 대한 [비교예 3]의 결과의 사용전력의 출력값에서 완성품의 외형 상태가 양호하였으며 고정용 끈 접합부의 인장 강도 평가결과 1000W, 2000W, 6000W에서 완성품의 외형 상태가 미흡 혹은 터짐으로 불량하였으며 고정용 끈 접합부의 인장 강도 평가결과 10N이하의 물성 결과값을 확인하여 KF 규격 마스크 제조 조건에 부합한 결과 값으로 불량품이 제조됨을 확인하였다.
이어밴드(5) 초음파 융착 및 재단 단계는, 초음파 가공기(40)에 의해 융착 작업이 수행될 수 있다.
초음파 가공기(40)에 의해 수행되는 이어밴드(5) 초음파 융착 관련, 접합부의 인장강도 평가 결과 10N 이상의 물성수치를 갖도록 이루어진다.
이상에서 설명한 마스크 제조 장치(100) 및 마스크 제조 방법(S100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100:마스크 제조 장치
3:마스크 본체 5:이어밴드
10:2축 가공 로봇 13:제1이송부 15:제2이송부
17:캐리어 18:제1부분 19:제2부분 19a:흡착부
20:컨베이어
30:제어부
40:초음파 가공기
S100:마스크 제조 방법
S10:마스크 재료를 주입하는 재료 주입 단계
S20:마스크 본체 합지 단계
S30:초음파 롤링 융착 과정
S40:마스크 본체를 컨베이어를 통해 운송하는 단계
S50:2축 가공 로봇에 의해 상기 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송하는 단계
S60:마스크 본체에 이어밴드를 초음파 융착하는 단계
S70:마스크를 자동 배출하는 단계

Claims (10)

  1. 마스크 본체를 제1방향으로 이송 가능하게 하는 제1이송부, 마스크 본체를 제1방향과 교차하는 제2방향으로 이송 가능한 제2이송부, 및 상기 제1 및 제2방향으로 이송 가능하도록 상기 제1 및 제2이송부에 연결되어 마스크 본체를 운반 가능하게 하는 캐리어를 구비하여 상기 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 하는 2축 가공 로봇을 포함하고,
    상기 캐리어는 음압을 제공하여 상기 마스크 본체를 흡착 가능하게 하는 흡착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2축 가공 로봇에 의해 이송된 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 하는 초음파 가공기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 초음파 가공기는 10 kHz 내지 30 kHz의 주파수를 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 초음파 가공기는 3000 W 내지 5000 W의 전력의 출력값을 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 마스크 본체를 이송하여 상기 캐리어에 마스크 본체를 제공 가능하게 하는 컨베이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2축 가공 로봇 및 상기 흡착부 각각에 전기적으로 연결되어, 2축 가공 로봇 및 흡착부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어는,
    상기 제1이송부에 이송 가능하게 설치되는 제1부분; 및
    상기 제1부분에 교차되도록 연결되고, 양 단부에 흡착부가 구비되어 있는 제2부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 장치.
  8. 마스크 본체의 재료를 주입하는 재료 주입 단계;
    마스크 본체를 합지하고 초음파 융착하는 단계;
    상기 마스크 본체를 컨베이어를 통해 운송하는 단계;
    2축 가공 로봇에 의해 상기 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송하는 단계; 및
    상기 마스크 본체에 이어밴드를 초음파 융착하는 단계를 포함하고,
    상기 2축 가공 로봇은, 제1 및 제2이송부에 의해 각각 제1 및 제2방향으로 이송하여 마스크 본체를 초음파 가공 위치로 이송 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    마스크 본체를 합지하고 초음파 융착하는 단계에서, 10 kHz 내지 30 kHz의 주파수를 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 마스크 본체에 이어밴드를 초음파 융착하는 단계에서, 3000 W 내지 5000 W의 전력의 출력값을 이용하여, 상기 마스크 본체에 이어밴드를 융착 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조 방법.
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