KR20220063948A - 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템은, 롤 형태로 감겨진 이어밴드를 언와인딩하면서 연속적으로 공급하는 이어밴드 원단롤 공급부; 상기 이어밴드 원단롤 공급부로부터 공급되는 이어밴드 원단을 초음파 진동에 의해 가열하여 융착하는 초음파 혼; 및 상기 이어밴드 원단롤 공급부 및 초음파 혼 사이의 이어밴드 공급 경로 상에 구비되어 상기 이어밴드 원단롤 공급부로부터 연속 공급되는 이어밴드 원단을 미리 열처리함으로써 이어밴드 원단이 쉽게 끊어지지 않도록 이어밴드 원단의 인장강도를 강화하는 열처리 히터부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템 {Facial mask manufacturing system with ear band heating and tension apparatus}

본 발명은 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 마스크에 이어밴드를 융착하기 전에 롤 형태로 감겨진 이어밴드 원단롤의 공급 경로 상에서 이어밴드 원단을 일정 온도에서 미리 열처리 및 텐션을 부가함으로써 이어밴드가 쉽게 끊어지지 않도록 인장강도 및 신장률 등의 내구성을 조절하고, 마스크에 융착된 이어밴드의 길이 오차를 줄일 수 있도록 된 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 안면 마스크는 황사나 미세먼지 등의 유해한 물질이 사람의 호흡기로 유입되는 것을 방지하기 위해 코와 입 주변에 착용하는 생활용품의 하나로서, 통상 면이나 부직포 등을 여러 겹으로 겹쳐서 유해한 물질을 걸러내기 위한 전면 필터와 상기 전면 필터를 귀에 걸어 착용할 수 있도록 하는 이어밴드 등으로 구성된다.

최근에는 황사나 미세먼지 등의 대기오염뿐만 아니라, 코로나 바이러스와 같은 전세계적인 감염병의 확산으로 인해 보건용 안면 마스크가 생활필수품이 될 정도로 그 사용량이 크게 증가하고 있다.

이러한 보건용 안면 마스크는 특히 감염병을 일으키는 바이러스의 주요 전파매체인 사람의 비말(침방울)이 호흡기에서 유출되거나 타인의 호흡기로 유입되지 못하도록 이를 걸러 바이러스의 침투를 차단하는 마스크로서, 통상 부직포 필터를 여러 겹으로 겹친 뒤 이를 열이나 초음파로 융착시켜 접합한 부직포 재질의 보건용 안면 마스크가 널리 사용되고 있다.

이러한 보건용 안면 마스크는 통상 마스크 본체와 상기 마스크 본체의 양 측면에 고정된 탄력 재질의 이어밴드로 구성되며, 특히 최근의 안면 마스크 제품의 코 부분에는 금속 와이어 등의 굽힘 부재가 삽입되어 있어서, 착용자가 자신의 코 부분 형상에 맞추어 쉽게 구부려 밀착시킬 수 있는 제품이 기본적으로 보급되고 있다.

또한, 상기 마스크 본체는 폴리에틸렌이나 나일론 등의 열가소성 수지재의 부직포를 잘라 접합한 외피와 내피로 구성되는데, 상기 외피 및 내피 사이에는 미세한 물질의 여과성능을 높이기 위해 나노 필터부재가 더 배치될 수 있다.

종래에는 상술한 보건용 안면 마스크를 제조하기 위해 커팅된 부직포 원단의 각 부분을 대부분 작업자가 수작업에 의해 열 또는 초음파로 융착하여 접합하는 방식으로 제조하여 왔는데, 최근에는 코로나 바이러스에 의한 보건용 안면 마스크의 급격한 수요 증가로 인해 부직포 원단의 공급과 커팅, 그리고 커팅된 마스크 각 부분을 열 또는 초음파로 융착하여 접합하는 과정까지 인라인 설비로 자동화한 마스크 제조 장치가 점차 보급되고 있는 상황이다.

이러한 안면 마스크 제조 시스템의 한가지 예가 국내 공개특허 제2018-0117338호(이하, ‘선행문헌’이라 함)에 개시되어 있다. 첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하여 일반적인 초음파 융착 방식의 안면 마스크 제조 시스템에 대해 보다 자세히 살펴보기로 한다.

도 1은 일반적인 안면 마스크 제조 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 선행문헌에 개시된 마스크 제조 장치(1000)는 부직포 공급 유닛(100), 본체 형성 유닛(200), 마스크 형성 유닛(300), 후공정 유닛(400) 및 포장 유닛(500)을 포함하며, 상기 유닛들(100, 200, 300, 400, 500)은 서로 연결되어진다.

자세하게, 상기 유닛들(100, 200, 300, 400, 500)은 통상 인라인(inline) 공정으로 연결되는데, 부직포 공급 유닛(100)과 본체 형성 유닛(200)은 마스크 제조 공정에 보편적으로 적용되는 방식과 동일하며, 롤 형태로 감겨진 여러 겹의 부직포와 필터를 언와인딩하면서 서로 겹쳐 초음파 융착에 의해 접합한 후, 이를 커팅하는 방식에 따라 제조된다.

이어서, 상기 마스크 형성 유닛(300)을 거쳐 이어밴드가 부착됨으로써 제조 완료된 마스크는 전체적인 외형이나 상기 귀걸이부의 부착 위치 등을 검사하는 후공정 유닛(400) 및 포장 유닛(500)을 거쳐 마스크의 검사 및 제품 포장이 최종적으로 완료된다.

도 2는 도 1의 본체 형성 유닛을 확대하여 보인 도면이다.

보다 구체적으로, 상기 본체 형성 유닛(200)은 제2 장력 조절부(210), 제1 절단부(220), 회수부(230), 가이드부(240), 굽힘 부재 투입부(250), 제1 접합부(260) 및 정렬부(270) 등을 포함할 수 있다.

상기 본체 형성 유닛(200)은 앞서 설명한 도 1의 부직포 공급 유닛(100)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 장력 조절부(210)는 상기 부직포 공급 유닛(100)과 연결될 수 있다.

한편, 상기 제1 절단부(220)는 상기 제2 장력 조절부(210)와 연결됨으로써 상기 제1 절단부(220)는 합지물을 절단하게 된다. 자세하게, 상기 합지물은 상기 제1 절단부(220)에 의해 상기 마스크 본체(10)를 형성하기 위한 크기로 절단될 수 있다.

이 때, 상기 제1 절단부(220)는 패턴 형성 부재, 절단 부재 및 초음파 혼(280) 등을 포함한다. 상기 패턴 형성 부재 및 절단 부재는 롤러(roller)일 수 있다.

상기 패턴 형성 부재 및 상기 절단 부재의 표면에는 상기 마스크 본체(10)와 대응되는 패턴이 형성될 수 있다. 상기 패턴은 돌출 패턴일 수 있다. 즉, 상기 합지물은 상기 패턴 형성 부재 및 상기 절단 부재에 의해 상기 마스크 본체를 형성하기 위한 크기로 절단될 수 있다.

이와 동시에, 상기 합지물은 초음파 혼(280)에 의해 상기 절단된 합지물의 가장자리가 접합된다. 즉, 상기 초음파 혼(280)에 의해 상기 외피 부직포, 상기 내피 부직포 및 상기 필터 부재는 하나로 융착되면서 서로 접합된다.

자세하게는, 부직포를 포함하는 상기 합지부는 상기 초음파 혼(280)의 진동으로부터 발생되는 열에 의해 용융되는데, 즉 상기 부직포가 초음파 혼(280)의 진동에 의해 용융되면서 접합되어진다.

마찬가지로 마스크의 양옆 귀걸이부를 형성하는 이어밴드도 상기 초음파 혼에 의해 마스크에 융착에 의해 결합되는데, 상기 이어밴드는 통상 롤 형태로 감겨진 이어밴드 원단롤을 그대로 잘라 마스크에 융착하고 있다.

그러나, 상기와 같이 가공되지 않은 이어밴드 원단은 인장강도나 신장률 등의 내구성이 취약한 바, 이어밴드 원단을 그대로 잘라 마스크 본체에 융착하여 사용할 경우 마스크를 사용하는 중에 이어밴드가 쉽게 끊어지는 문제점이 빈번히 발생되었다.

한국 공개특허 제2018-0117338호 (2018.10.29. 공개)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 마스크에 이어밴드를 융착하기 전에 롤 형태로 감겨진 이어밴드 원단롤의 공급 경로 상에서 이어밴드 원단을 일정 온도에서 미리 열처리 및 텐션을 부가함으로써 이어밴드가 쉽게 끊어지지 않도록 인장강도 및 신장률 등의 내구성을 조절하고, 마스크에 융착된 이어밴드의 길이 오차를 줄일 수 있도록 된 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일 실시에에 따라, 롤 형태로 감겨진 이어밴드 원단을 언와인딩하면서 연속적으로 공급하는 이어밴드 원단롤 공급부; 상기 이어밴드 원단롤 공급부로부터 공급되는 이어밴드 원단을 초음파 진동에 의해 가열하여 융착하는 초음파 혼; 및 상기 이어밴드 원단롤 공급부 및 초음파 혼 사이의 이어밴드 공급 경로 상에 구비되어 상기 이어밴드 원단롤 공급부로부터 연속 공급되는 이어밴드 원단을 일정 온도로 열처리함으로써 이어밴드가 쉽게 끊어지지 않도록 이어밴드의 인장강도를 강화하는 열처리 히터부;를 포함하여 구성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 열처리 히터부는 이어밴드 원단을 100 내지 270도로 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 열처리 히터부는 비접촉식으로 가열 공기를 분사하는 핫에어 블로워인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 열처리 히터부는 접촉식으로 이어밴드 원단을 가열하는 전열소자인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 열처리 히터부의 전, 후단에는 텐션부가 더 부가되며, 상기 텐션부는 마스크에 융착 완료된 이어밴드 원단의 길이 오차를 줄이기 위하여 이어밴드 원단을 마스크에 융착하기 전에 상기 이어밴드 원단을 당겨 1회 이상 텐션을 부가한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 마스크에 이어밴드 원단을 융착하기 전에 롤 형태로 감겨진 이어밴드 원단롤의 공급 경로 상에서 이어밴드 원단을 일정 온도에서 미리 열처리 및 텐션을 부가함으로써 이어밴드가 쉽게 끊어지지 않도록 인장강도 및 신장률 등의 내구성이 향상됨은 물론, 마스크에 융착된 이어밴드의 길이 오차를 줄일 수 있어 마스크 완제품의 이어밴드 불량률이 감소되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 안면 마스크 제조 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면
도 2는 도 1의 마스크 본체 형성 유닛을 확대하여 보인 도면
도 3은 본 발명 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템의 구성을 일 실시예에 따라 보인 개략도
도 4는 본 발명에 따라 이어밴드 열처리 전, 후의 인장강도 변화를 보인 시험결과 그래프
도 5는 본 발명에 따라 이어밴드에 텐션을 부가한 이후 텐션을 해제하였을 때 길이 변화량을 보인 시험결과 테이블

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템의 구성을 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따라 이어밴드 원단의 열처리 전, 후의 인장강도 변화를 보인 시험결과 그래프이다.

본 발명 안면 마스크 제조 시스템은, 먼저 롤(R) 형태로 감겨진 이어밴드 원단(EB)을 언와인딩하면서 연속적으로 공급하는 이어밴드 원단롤 공급부(2000)가 구비된다.

상기 이어밴드(Ear band, 귀끈)는 마스크 제조의 중요한 부분으로 주로 폴리우레탄 재질로 형성된다.

이와 같은 이어밴드 원단(EB)은 일반적으로 원단롤(R)로부터 공급되어지며, 상기 이어밴드(EB) 원단을 초음파 혼(280)이 초음파 진동에 의해 마스크에 융착하게 된다.

한편, 상기 이어밴드 원단롤 공급부 및 초음파 혼(280) 사이의 이어밴드 원단(EB) 공급 경로 상에 구비되어 상기 이어밴드 원단롤 공급부(2000)로부터 연속 공급되는 이어밴드 원단(EB)을 미리 열처리함으로써 상기 이어밴드 원단(EB)이 쉽게 끊어지지 않도록 상기 이어밴드 원단(EB)의 인장강도를 강화하는 열처리 히터부(3000)가 구비된다.

상기 이어밴드 원단(EB)이 원단롤(R)로부터 연속적으로 공급되므로 필요에 따라 인장강도 강화를 위해 상기 열처리 히터부(3000)는 이어밴드 원단(EB)의 공급 경로 상에 적어도 한군데 지점 이상에 배치될 수 있다.

예컨대, 도 3을 참조하면 상기 열처리 히터부(3000)는 초음파 혼(280)에 의해 초음파 융착이 되기 직전의 공급경로 상의 1개 지점에 배치될 수 있으며, 필요에 따라 이어밴드의 공급경로 상의 열처리 히터부(3000)를 추가로 배치할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 열처리 히터부(3000)는 비접촉식으로 이어밴드(EB)를 가열하는 핫에어 블로워 또는 접촉식으로 이어밴드를 가열하는 전열소자가 이용될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 열처리 히터부(3000)는 비접촉식의 핫에어 블로워일 수 있으며, 초음파 융착 직전에 이어밴드(EB)에 100 내지 270도의 핫에어를 분사하여 열처리할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 열처리 히터부(3000)의 열처리에 의해 이어밴드(EB)의 인장강도는 열처리 전 10.651N에서 열처리 후 13.072N으로 증가되어 약 22.7% 증가되었음을 알 수 있다.

종래 열처리하지 않는 경우에, 상기 이어밴드(EB)의 폴리우레탄 소재 자체의 탄성으로 인해 이어밴드 원단(EB)을 융착할 때 이어밴드 원단(EB)을 빠른 속도로 당겨 초음파 융착 지점에 위치시키게 되는데, 이 때 상기와 같이 이어밴드 원단(EB)이 당겨져 늘어난 상태에서 잘라 초음파 융착을 하게 되면 융착 후에는 상기 이어밴드 원단(EB)이 탄성에 의해 다시 원래의 설정된 길이(통상 155mm로 규격화됨)로 수축되었다.

그러나, 상술한 바와 같이 인장강도 강화를 위해 본 발명에서처럼 이어밴드 원단(EB)을 열처리하게 되면 이어밴드 원단(EB)이 탄성을 잃어 원래 길이로 수축되지 않는 소성을 갖게 된다.

이 경우, 이어밴드 원단(EB)이 원래 길이로 수축되지 않음에 따라 마스크 완제품에 융착 완료된 이어밴드 원단(EB)의 길이가 허용오차(±15mm)보다 길게 되어 불량이 발생될 우려가 있게 된다.

그러므로, 상기 이어밴드 원단(EB)의 길이 불량을 방지하기 위해 초음파 융착 직전에 이어밴드 원단(EB)을 열처리하여 인장강도를 강화하고, 이후 이어밴드 원단(EB)이 당겨진 상태에서 설정된 길이(예로서, 155mm)만큼 잘라 초음파 융착함으로써 마스크에 융착되는 이어밴드 원단(EB)의 길이를 허용오차(±15mm) 이내에서 조절할 수 있게 된다.

한편, 상기 열처리 히터부(3000)의 동작 제어(On/Off)는 초음파 혼(280)의 가동에 맞춰 연동할 수 있다.

예컨대, 초음파 혼(280)이 동작하지 않거나 일시멈춤 상태일 때는 열처리 히터부(3000)의 전원을 오프하거나 열처리 히터부(3000)의 핫에어 분사 방향을 이어밴드 원단(EB)이 없는 쪽으로 돌려 전환할 수 있다.

또한, 상기 열처리 히터부(3000)의 전, 후단에는 텐션부(4000)가 더 부가될 수 있다. 상기 텐션부(4000)는 마스크에 융착 완료된 이어밴드 원단(EB)의 길이 오차를 줄이기 위하여 이어밴드 원단(EB)을 마스크에 융착하기 전에 상기 이어밴드 원단(EB)에 1회 이상 텐션을 부가하기 위한 장치부이다.

도 5는 본 발명에 따라 이어밴드에 텐션을 부가한 이후 텐션을 해제하였을 때 길이 변화량을 보인 시험결과 테이블이다.

본 발명의 안면 마스크 제조 시스템은, 상술한 이어밴드 원단(EB)의 열처리와 함께 마스크에 융착 완료된 이어밴드의 길이 오차를 줄이기 위하여 이어밴드의 융착 전에 이어밴드를 1회 이상 당겨 늘이는 텐션을 부가한 이후에 융착을 실시할 수 있다.

먼저, 상기 도 5에서는 마스크에 융착할 이어밴드의 길이 설계치를 예컨대 145mm, 150mm, 155mm로 설정한 경우를 가정하였다.

이어서, 상기 길이 설계치로 커팅된 145mm, 150mm, 155mm의 이어밴드를 각각 텐션부에 의해 1차 텐션을 가한 후, 다시 융착부(2500)에 의해 이어밴드의 커팅 전 2차 텐션을 가하였다. 즉, 이어밴드에 1, 2차 두 차례의 텐션을 부가한 이후 텐션을 해제하였을 때 상기 이어밴드의 길이 변화량을 측정하였다.

상기 도 5의 시험결과 테이블을 참조하면, 145mm의 이어밴드 길이 설계치에서, 텐션부에 의한 1차 텐션 후 길이를 측정하면 평균 12.8mm가 늘어났으며, 1차 텐션 후 바로 2차 텐션을 가한 후에는 평균 3.6mm의 길이가 늘어났음을 알 수 있다.

한편, 150mm의 이어밴드 길이 설계치에서, 텐션부에 의한 1차 텐션 후 길이를 측정하면 평균 10.4mm가 늘어났으며, 1차 텐션 후 바로 2차 텐션을 가한 후에는 평균 3.2mm의 길이가 늘어났음을 알 수 있다.

상기 시험 결과에 따라 이어밴드의 길이 설계치 145mm와 150mm에서 1차 텐션을 가한 후 해제하였을 때 길이 변화량은 모두 이어밴드의 허용 길이 오차범위(±15mm)를 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

따라서, 상술한 바와 같이 이어밴드 원단에 1회 이상 텐션을 부가함으로써 텐션이 해제된 후 설정된 길이 설계치로 커팅된 이어밴드를 마스크에 융착하였을 때 상기 이어밴드가 허용된 길이 오차범위를 벗어나는 이어밴드 불량이 현저하게 감소되는 효과를 얻을 수 있었다.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.

2000: 이어밴드 원단롤 공급부 3000: 열처리 히터부
4000: 텐션부 R : 이어밴드 원단롤
EB : 이어밴드 원단

Claims (5)

1. 롤 형태로 감겨진 이어밴드를 언와인딩하면서 연속적으로 공급하는 이어밴드 원단롤 공급부;
   상기 이어밴드 원단롤 공급부로부터 공급되는 이어밴드 원단을 초음파 진동에 의해 가열하여 융착하는 초음파 혼; 및
   상기 이어밴드 원단롤 공급부 및 초음파 혼 사이의 이어밴드 공급 경로 상에 구비되어 상기 이어밴드 원단롤 공급부로부터 연속 공급되는 이어밴드 원단을 일정 온도로 열처리함으로써 이어밴드 원단이 쉽게 끊어지지 않도록 이어밴드 원단의 인장강도를 강화하는 열처리 히터부;를 포함하는,
   이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열처리 히터부는 이어밴드를 100 내지 270도로 열처리하는 것을 특징으로 하는,
   이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 열처리 히터부는 비접촉식으로 가열 공기를 분사하는 핫에어 블로워인 것을 특징으로 하는,
   이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 열처리 히터부는 접촉식으로 이어밴드 원단을 가열하는 전열소자인 것을 특징으로 하는,
   이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 열처리 히터부의 전, 후단에는 텐션부가 더 부가되며, 상기 텐션부는 마스크에 융착 완료된 이어밴드 원단의 길이 오차를 줄이기 위하여 이어밴드 원단을 마스크에 융착하기 전에 상기 이어밴드 원단을 당겨 1회 이상 텐션을 부가하는,
   이어밴드 열처리 및 텐션 장치를 구비한 안면 마스크 제조 시스템.

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