KR930003772B1 - 합성 수지제 필름의 초음파 용착방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성 수지제 필름의 초음파 용착방법 및 장치

제1도는 본 발명의 1실시예 장치를 나타낸 도면.

제1(a)도는 장치 전체의 부분 절단 정면도.

제1(b)도 내지 제1(e)도는 제1(a)도의 B-B 내지 E-E선의 단면도.

제2도는 제1도의 장치에 의해 얻어진 제품의 사시도.

제3도는 제1도의 장치중 용착 장치의 부분을 나타낸 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

24A : 초음파 혼(horn) 24B : 앤빌(anvil)

본 발명은 합성 수지 필름의 중첩부를 초음파 용착하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

합성수지제의 필름끼리를 복수매 포개 합쳐서 형성된 중첩부를 용착하는 장치로서는, 종래 종첩부를 가열체로 협압(挾壓)하는 열용착에 의한 형식의 것, 또는, 초음파 혼과 앤빌로 협압하면서 초음파를 인가하여 용착시키는 형식의 것이 널리 알려져 있다.

그러나 이러한 종래 장치에 있어서 상술한 바와같은 용착장치를 사용한 경우, 가열체에 의한 것에서는, 필름을 외부로부터 가열하여 중첩부에 있어서의 필름 내면의 용착층에 까지 열전달하고, 이 용착층의 온도를 그의 융점 이상으로 하지 않으면 안되므로 단시간에서 용착하기 위해서는, 필름외면을 상기 용착층의 융점 온도 이상으로 하지 않으면 안되고, 가압을 받고 있는 가열체의 용착 에지(edge) 부분에서 대폭적으로 연화하고 있는 필름이 파손되거나 또는 필름이 가열체에 부착되어 버리는 문제가 있다. 따라서 용착 강도가 다소 불충분하더라도 필름이 파손되거나 부착하지 않을 정도의 온도에서 멈추지 않으면 안된다.

또 초음파 용착에 있어서는, 에너지가 필름 내면의 용착층에 직접 공급되기 때문에, 필름 외면이 지나치게 승온되지 않으므로 상기 가열체에 의한 용착의 경우와 같은 문제는 없다. 그러나 초음파 진동자는 시판의 것을 사용하는 관계로, 통상 주파수는 고정되어 있으며, 용착강도를 높이는데는 진폭을 크게하거나, 또는 인가시간을 오래하게 된다. 그러나 진폭을 너무 크게하면, 필름에 구멍등의 손상이 생길염려가 있어 용착이 밀봉을 목적으로 하는 경우에는 바람직하지 않으므로, 밀봉강도에 한계가 있으며, 또 인가시간을 오래하면 장치의 가동효율의 저하라는 문제를 가져와 어느경우나 적극적 해결책으로 되지 않는다.

필름의 용착에 있어서, 특히 과혹한 조건으로되는 것은, 용착이 밀봉의 목적으로서 띠상(帶狀)필름의 양측연부를 필름의 동일면끼리 일치하도록 합장상태로 포개합쳐서 형성된 튜우브상 필름내에 내용물을 충전한 후에 국부적으로 협압하여 내용물 부재의 편평부를 형성하고, 이 편평부를 가로밀봉하는 자동 충전장치의 경우이다.

이 종래의 자동 충전포장장치에 있어서는, 튜우브가 외부에 띠상으로 불거져나온 필름연편(緣片)을 갖고 있으므로 편평부를 형성할때, 튜우브의 폭방향에 있어서 그의 두께가 상기 연편 부분과 타부분에서 다르게 되기 때문에, 밀봉에 관한 문제는 상기 설명한 점에 더하여 더욱 크게 되어 있다. 즉, 필름은 연편부분에서는 4매로, 그리고 타부분에서는 2매로 된다. 이것은 튜우브가 양측에서 접어넣는 주름을 갖는 카세트형태를 취한 경우도 동일하며, 특히 이 경우는 상기 타부분에 대하여 두께가 상이한 개소가 상기 연편부분을 포함하여 3개소로 된다. 이러한 튜우브를 협압하여 내용물이 존재하지 않는 편평부를 형성하더라도 필름이 2매의 부분에는 내용물이 소량이기는 하나 흡인되어서 다시 되돌아와서 그대로 잔존하므로 밀봉이 완전히 되지않아 밀봉강도의 저하와 또는 밀봉부분의 외관의 악화, 더나아가서는, 절단되었을시에 튜우브의 벤자리에 내용물이 잔존하기 때문에, 에컨대 내용물이 식품의 경우에는 이 벤자리에서의 부패라는 문제점을 가져오고 있다.

또 상기와 같은 밀봉의 하나의 해결수법으로서, 초음파 밀봉을 채용한 경우, 밀봉폭(튜우브의 길이방향의 영역의 길이)를 크게하면 어떻겠느냐는 생각이있다. 이 초음파 밀봉은 상기 편평부의 틈 사이에 잔류, 또는 모세관 현상으로 진입하는 내용물을 초음파로 배제하면서 밀봉한다는 잇점이 있다. 그러나 밀봉을 완전히 할 목적으로 상기 절단부분을 포함하여 그의 전후의 넓은 영역에서 고르게 밀봉하려고하면 한정된 에너지는 넓은 영역으로 분산되어 단위 면적당의 에너지가 저하하여 밀봉불량으로 되고 또한 배제되어야할 상기 내용물이 상기 영역중에서 이동할 뿐이므로, 상기 목적을 달성할 수는 없다. 특히 내용물이 유분을 포함하고 있을 경우, 이 문제는 현저하다.

본 발명은 이 종류의 장치에 있어서 상술한 종래장치가 가지고 있었던 문제점을 해결하여 초음파 용착을 사용하여 내용물이 유분을 포함하고 있는 필름의 밀봉을 목적으로한 경우에 있어서도, 완전한 밀봉을 행할 수 있는 초음파 용착방법 및 그의 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면 상기 목적은, 그의 용착방법에 관하여, 합성수지제의 필름의 중첩부를 초음파로 용착하는 방법에 있어서, 초음파 혼 및/또는 앤빌을 가열함으로써 달성된다.

또 상기 방법을 실시하는 장치에 관해서는 합성 수지 필름의 중첩부를 초음파로 용착하는 장치에 있어서, 초음파 혼 및/또는 앤빌을 가열하는 가열수단을 구비하고 있으므로써 달성된다.

상술된 바와같은 본 발명에 있어서는, 초음파 혼 및/또는 앤빌에 의한 외부로부터의 열은 필름 내면의 용착층에 까지 전달되어서 이 용착층이 승온되어서 연화한다. 한편 상기 용착층에는 초음파가 직접 인가되고 연화되어 있는 용착층을 간단히 용착한다. 즉, 가열체이기도한 본 발명의 혼 및/또는 앤빌의 온도는 종래의 가열체에만 해당되는 고온을 필요로 하지 않더라도 용착층이 어느 정도 승온되어 있으면 초음파 용착을 조장시키는데 충분한 용착을 얻을 수 있다. 그 결과, 필름 외면은 종래의 것의 경우에 비하여 상당히 낮은 온도로 된다. 또한 초음파인가와 가열의 시간은 적어도 중복되어 있는 시간이 있으면 충분하므로 반드시 시기 그리고 종기가 일치하여 있을 필요는 없다.

또, 상기 초음파 인가진폭 또는 시간 그리고, 가열의 정도는 각각을 단독으로 행하는 종래 장치에 비하여 극히 적어도 좋다. 또 가열은 초음파 혼 또는 앤빌의 한쪽에서 행하는 경우, 어느것에 의해서도 가능하다.

이하에서 첨부도면에 의거하여 본 발명의 1실시예를 설명한다.

또한 실시예에서는 합성 수지제의 필름의 중첩부의 용착에 있어서, 기술한 바와같이 용착조건이 특별히 과혹하다고 말하는 자동충전포장 장치에 있어서의 밀봉의 경우에 대하여, 더우기 중첩부의 필름매수가 장소에 따라서 상이하다는 가세트형식의 포장을 하는 경우를 설명한다. 단, 본 발명은 이 경우에 한정되는 것은 아니고, 상기 필름의 용착에 관하여, 널리 적용가능하다.

제1도에 있어서 1은 원단으로서, 합성수지제의 띠상의 필름(2)이 로울상으로 감겨져 있다. 이 필름(2)은 가이드 롤러(3, 4)를 거쳐 포오밍플레이트(5)에 달하고 있으며, 이 포오밍플레이트(5)에 의해 연편부분(2A)을 갖는 통상으로 형성된다.

상기 포오밍플레이트(5)의 하방에는 용착장치(6)가 배설되어 있다. 이 용착장치(6)는 상기 통상의 필름을 안내하는 안내통(6A)과, 이 안내통(6A)의 축부 상위에 배설되는 1쌍의 블록상태로 이루어진 세로밀봉열반(6B)(제1(b)도 참조)과, 그의 하방에 위치하는 1쌍으로 이루어진 압착롤러(6C)(제1(c)도 참조)를 갖고 있다. 이 용착장치(6)에 있어서는 상기 통상의 필름의 연편부분(2A)이 상기 1쌍의 세로밀봉열반(6B)의 사이를 통과하므로써 가열되어서 용융상태로되고, 그런후 압착롤러(6C)에 의해서 압착되어 튜우브(2')로 보내진다.

상기 포오밍플레이트(5)의 상부 개구로부터는 내용물을 주입하는 주입장치로서의 노즐(7)이 삽입되어 용착장치의 안내통(6A)을 관통하여 선단이 안내통(6A)의 하방위치에 까지 달하고 있다.

상기 노즐(7)의 상단은 호퍼(8)내의 내용물을 송출하는 펌프(9), 예컨대 기어펌프에 접속되어 있으며, 또 상기 노즐(7)은 중간부에서 피스톤 장치(10A)가 부착된 어큠레이터(accumlator)가 접속되어 있다. 펌프(9)는 연속적으로 회전하고 어큠레이터(10)의 피스톤장치(10A)는 후술하는 밀봉장치의 작동주기와 같은 주기로 작동한다.

용착장치의 안내통(6A)으로부터 하방으로 돌출하고 있는 부분의 노즐(7) 하단부(7A)의 양측면에는, 그의 세로방향으로 뻗는 U자상의 가이드(11)가 부착되어 있다. 이 가이드(11)는 제1(d)도에 표시된 바와같이 반경외방으로 개구하는 U자상을 하고 있으며, 튜우브(2')를 단면이 대략 4각형으로 되도록 안내하고 또 상기 가이드(11)의 U자 홈에는 접입판(12)이 들어가 있고 튜우브(2')의 축부에 접어넣는 주름을 형성하여, 이른바 가세트형태로하고있다. 상기 가이드(11)와 접입판(12)은 상하 2개소에 설치되고, 그의 중간위치에는 제1(e)도와 같이 1쌍의 이송롤러(13)가 설치되어 있고, 상기 접입판(12)에 의해서 주름이 설치된 부분을 협지하면서 튜우브(2')가 연속적으로 하방으로 보내진다. 따라서 튜우브(2')로 되기전의 필름(2)로 연속적으로 보내지게 된다.

상기 가이드(11) 및 접입판(12)의 표면에는 튜우브(2')에 주름을 형성할때 바람직하지 않은 주름이 생기지 않도록 저마찰재로, 예컨대 불소계 합성수지재를 피복하여 원활하게 튜우브를 보내는 것이 바람직하다.

노즐(7)의 하단부(7A)에는 1쌍의 보조롤러(14)가 설치되고, 상기 이송롤러(13)를 보조하는 동시에 튜우브(2')의 연편부(2'A)를 구부려서 튜우브(2')의 면에 포개져 있다. 또한 노즐(7)의 하단부(7A)에는 측면에 작은 롤러(도시하지 않음)가 설치되어 있고 상기 보조롤러(14)와 함께 튜우브(2')의 필름을 협지하면서 튜우브(2')를 보내고 있다.

상기 노즐(7)의 하방에는 협압롤러(23)가 배치되어 있다. 이 협압롤러(23)는 튜우브(2')를 직접 누르는 소롤러(23A)와 이 소롤러(23A)에 배압과 회전을 부여하는 백업롤러(23B)로 이루어져 있다. 협압롤러(23)는 상술한 바와같으며 직접적인 협압은 소롤러에 의해서 이루어져 있으므로, 제품에 단상(段狀)의 견부가 형성되어 제품에 내용물을 다량으로 충전할 수 있고, 또한 외관도 정돈되게 된다. 또, 대경롤러에 의한 바와같이 불필요부분까지 협압되는 결점도 없어진다.

상기 협압롤러(23)의 하방에는 밀봉장치(24)와 절단 장치로서의 절단칼(25)이 배설되어 있다.

상기 절단칼(25)은 밀봉장치(24)와 일체적으로 조입되어 있으며, 밀봉동작의 주기로 간헐적으로 필름속도와 동일속도로 하강하고 또 원 위치에 조기 복귀 상승하는 왕복반(盤)(20)에 부착되어 있다. 이 왕복반(20)에는 밀봉시에 서로 근접하는 초음파 혼(24A) 및 앤빌(24B)이 대향 배치되어 있다. 상기 초음파 혼(24A) 및 앤빌(24B)중, 앤빌(24B)이 소정온도로 가열되도록 제어 장치를 갖는 가열원(도시하지 않음)이 앤빌(24B)에 배설되어 있다. 또한 본 실시예에서는 앤빌(24B)을 가열하도록 하였으나, 초음파 혼(24A)을 가열하여도, 또는 양자를 가열하여도 좋다. 상기 앤빌(24B)은 선단이 지면에 직각방향으로 뻗는 4개의 튀어나온 부분으로서 형성되어 있으며, 그의 중간 위치, 즉 필름의 이송방향에서 전후로 상기 튀어나온 부분이 2개씩 되는 위치에 절단칼(25)이 설치되어 있다. 이 절단칼(15)은 초음파 혼(24A)과 앤빌(24B)이 접근하여 필름을 눌려서 용착한 후에 절단위치에까지 돌출해오도록 설정되어 있다.

상기 초음파 혼(24A)의 진동주파수는 본 실시예에서는 바람직한 범위로서 20KHz 내지 50KHz에 설정되고, 이 범위에서 적당하게 결정되도록 되어 있다. 이 주파수의 하한(20KHz)은 본 실시예에서는 충분한 밀봉을 확보하기 위하여 필요한 값이지만, 상한(50KHz)은 특히 이 이상의 주파수라도 에너지 로스가 증대할 뿐이므로 이 주파수로 충분하다는 값이다.

또 후술하는 시험에서 사용되는 융점 130 내지 140℃의 밀봉층을 갖는 필름에 대해서는, 상기 가열온도가 종래의 가열체만에 의한 장치와 같이 가열체를 200℃ 가까이 까지 올릴필요는 없고, 종래 장치에서는 어렵다고 되어 있던 160℃이하, 예를들면 120℃근방까지도 충분히 밀봉가능하다.

일반적으로 말하면, 가열체의 가열온도는 필름내면의 밀봉층이 연화점 이상 융점이하의 온도까지 승온되도록 승온되도록 설정되는 것이 좋고, 또한 가열시간에도 달렸으나, 밀봉층의 융점을 기준으로 하여 바람직하기는, (융점-60℃) 내지는 (융점 +30℃)이 범위로 되고, 더욱 바람직하기는 (융점 -30℃) 내지 (융점)로 된다. 다음에 상기 구성의 본 실시예에 있어서의 충전포장공정을 제3도를 참조하면서 순서를 따라 설명한다.

원단(1)으로부터 인출된 필름(2)은 포오밍플레이트(5)에서 연편부분(2A)을 갖는 통상으로 되어 용착장치(6)에 의해서 튜우브(2')로 형성된다. 이 튜우브 형성에 관해서는 상술한 바와같다.

호퍼(8)내에는 충전되어야 할 내용물이 수용되어 있으며, 펌프(9)에 의해서 노즐(7)에 보내진다. 내용물은 이 노즐(7)을 통하여 어큠레이터(10)내에 저장되고 피스톤장치(10A)에 의해 간헐적으로 구출되어서 노즐(7)의 하단부(7A)로부터 상기 튜우브(2')에 정량만 주입된다. 이때, 밀봉장치(24)는 밀봉위치에 있고, 튜우브(2')의 하단은 밀폐되어 있다. 또 협압롤러(23)는 후퇴위치에 있으며 작동(혈압)하고 있지 않은 상태에 있다.

상기 내용물의 충전은 튜우브가 연속적으로 보내지면서 행해지므로서, 이것에 따라 왕복반(20)도 튜우브의 이송속도와 같은 속도로 강하하고, 따라서, 밀봉장치(24)도 밀봉상태를 유지하며 강하한다. 상기 튜우브가 소정위치까지 강하, 즉 내용물이 1회의 소정량만 주입되면 그 시기에 피스톤장치(10A)는 어큠레이터(10)의 피스톤을 후퇴시켜서 펌프(9)로 연속공급되는 내용물을 어큠레이터(10)내로 당겨넣는다.

다음에 내용물이 주입된 튜우브는 협압롤러(23)로 협압된 상태에서 하방으로 보내져서, 내용물이 존재하지 않는, 편평부(2'B)가 형성된다. 이러한 상태하에서 상기 편평부(2'B)에 밀봉장치(24)가 작동하여 밀봉이 완료한다.

그때, 편평부(2'B)는 초음파 혼(24A)과 앤빌(24B)로 협압되어서 초음파를 받고 또한 가열되어 밀봉된다. 이 밀봉부분은 앤빌(24B)의 4개소의 튀어나온 부분으로, 선상으로 되지만, 편평부(2'B)에 잔류하고 있던 내용물이 초음파에 의해서, 상기 선상의 밀봉부분으로부터 배제되어서, 필름의 내면끼리가 직접 접촉하여 초음파 밀봉된다. 그때 앤빌(24B)과 접촉되어 있는 필름외면으로부터는 가열을 받고 있기 때문에, 상기 밀봉작용은 조장되어서 극히 효율적으로 또한 확실한 것으로 된다. 또한 밀봉은 도시된 바와같이 절단칼(25)의 전후에서 2개로하지 않고 1개라도 충분하다.

상기 밀봉의 직후에 절단칼(25)이 돌출하여, 상가 2개의 밀봉선의 사이에서 튜우브를 절단하여 제2도와 같은 개개의 제품을 얻는다.

이상과 같이 가세트 포장체의 가로밀봉을 행할 경우에 관하여 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하여 왔으나, 본 발명이 세로 밀봉열반(6B) 및 압착롤러(6C) 대신에 세로 밀봉에 사용된다는 것, 또 개봉편을 포장피름 표면에 용착할때에도 사용되는 것은 물론이다. 또 본 발명은 종래의 와이어 클립에 의한 밀봉대신에, 통상 필름에 내용물을 충전한 후에 단속적으로 협압하여 형성된 내용물 부재의 편평부를 더욱 폭방향으로 졸라묶어서 접속한 필름이 복잡하게 포개합쳐져 있는 부분을 용착밀봉하는데도 적합하게 사용된다.

다음에 본 실시에에 있어서 행한 시험결과를 종래장치에 의한 결과와 구체적 수치로써 비교하여 나타내기로 한다.

[시험 재료]

① 필름재료

튜우브를 형성하는 필름으로서는 내면에 폴리올레핀의 밀봉층(융점 : 130 내지 140℃), 중간에 베리어층, 외면에 강도층(융점 : 230 내지 240℃)을 가지며 총 두께가 약 70μm의 것을 사용하였다.

② 시험방법

가공욕 식품을 상기 ①의 필름으로 포장하고, 제2도에 표시한 바와같은 가세트 포장체를 작성하여 이 포장체의 편평부를 포함하는 하부를 식염수에 담가서, 테스터의 한쪽의 단자를 식염수내에, 다른쪽의 단자를 식염수 밖에 있는 포장체 내부로 찔러넣어서 도통시험을 하였다.

시험에 있어서, 저항이 300KΩ이상을 양호 밀봉품으로써 판정을 하였다.

또한 저항측정회로에 있어서의 포장체내의 내용물의 저항은 1KΩ이하이며, 판정기준인 300KΩ에 비하여 무시할 수 있을정도로 작다.

[시험결과]

(A) 종래예(가열 밀봉만)

접압 1.8kg/cm², 밀봉시간 0.48초에서 밀봉한 결과, 밀봉온도를 200℃까지 올려도 양품율은 73.3%였다.

(B) 종래예(초음파 밀봉만)

접압 1.8kg/cm², 진동수 40KHz 밀봉시간 0.19초에서 밀봉한 결과, 진폭을 12.5μm로한 경우, 양품율은 76.6%였다.

(C) 본 실시예(초음파 및 가열 밀봉)

접압 1.8kg/cm², 진동수 40KHz, 진폭 12.5μm로 밀봉한결과, 앤빌온도를 120℃로한 경우, 밀봉시간이 0.09초에서 100%의 양품율이 얻어졌다.

이와같이 본 발명에 의하면 필름에 과도한 영향을 주지 않는 온도범위에서 가열하면서 초음파를 인가하면 극히 단시간에서 완전한 용착이 얻어진다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 이상과 같이 가열하면서 초음파로 용착하는 것으로서, 초음파로 용착부분에 내용물을 배제하면서 필름끼리를 확실하게 직접 접촉시켜서 초음파 용착을 하고, 또한 그때, 가열에 의해 초음파 용착작용을 조장시키기로 하였으므로 종래장치에 의한 바와같이 초음파의 진폭을 크게하거나 가열온도를 높일 필요가 없기때문에 필름의 가열체에 대한 부착이라는 문제도 없고, 보다 확실하게, 또한 단시간에 용착을 행할 수 있어 충전포장장치에 사용하더라도 작업에 있어서의 문제점을 해소, 품질의 개선, 더 나아가서는 작업능률의 향상을 도모할 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (4)

1. 합성수지제의 필름의 중첩부를 초음파로 용착하는 방법에 있어서, 초음파 혼(horn) 및/또는 앤빌(anvil)을 가열하는 것을 특징으로 하는 합성수지제 필름의 초음파 용착방법.
2. 제1항에 있어서, 중첩부는 필름의 포개합친 매수가 상이한 복수부분으로 되어 있는 것으로하는 합성수지제 필름의 초음파 용착방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 필름은 통상으로 형성되어 있으며, 이 통상 필름내에 내용물을 충전하고, 이것을 외부로부터 국부적으로 협압하여 내용물 부재의 부분을 형성한 후, 이 부분을 초음파 용착하는 것으로 하는 합성수지제 필름의 초음파 용착방법.
4. 합성수지의 필름의 중첩부를 초음파로 용착하는 장치에 있어서, 초음파 혼 및/또는 앤빌을 가열하는 가열수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 합성수지제 필름의 초음파 용착장치.