원지를 이용한 포장용 충격완충재의 제조장치 및 그 방법

원지를 이용한 포장용 충격완충재의 제조장치 및 그 방법{MANUFACTURING METHOD OF SHOCK-ABSORBER FOR PACKING USED PAPER AND ITS METHOD}

본 발명은 롤상태로 권취된 원지를 이용하여 원하는 두께와 직경을 갖는 지관을 제조하고, 상기 지관을 공급하여 원하는 형상의 포장용 충격완충재를 제조하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 포장용 충격완충재는 다양한 종류의 제품을 포장할때 제품에 가해지는 충격을 흡수하여 보호할 수 있도록 한 것이다.

포장상품의 보호를 위하여 널리 사용하여 왔던 완충재로서 스티로폼제 완충재가 있으나 환경문제 등의 이유로 사용이 제한되고 있으며, 상기 스티로폼 완충재의 대안중 하나가 종이제 완충재이다.

종이제 완충재로서 가장 먼저 사용되었던 제품은 골판지제 완충재이며, 상기 골판지 완충재는 설계치수대로 재단한 골판지 여러장을 적층접합하고, 절곡하여 상품에 맞게 제조, 사용하여 왔으나 완충기능이나 완충강도 등이 취약한 문제가 있어 경량의 소형제품의 포장에는 문제가 없으나 중량체일수록 완충기능이 취약해지기 때문에 완충재로서의 기능을 만족하지 못하는 것이었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로서 종이를 이용하여 지관형태로 제조하고, 상기 지관을 성형하여 제조하는 다양한 방법이 제공되고 있다.

이와 관련한 선행기술을 검토하여 보면 특허 제10-0373490호 "지관을 이용한 포장용 충격완충재의 열압착 성형장치 및 그 방법"(특허문헌 1)과, 특허 제10-0612771호 "후지제 중공형 완충재와 그 제조장치"(특허문헌 2) 등이 제공된바 있다.

상기 특허문헌 1의 기술내용을 검토하여 보면, 지관을 이용한 포장용 충격완충재의 열압착성형장치를 구성함에 있어서, 프레임 상부에 하방을 향하여 설치되어 소정의 압력으로 프레싱하는 다수개의 유압실린더와, 상기 유압실린더에 승하강가능하게 결합되고, 축경위치에서 상기 지관이 삽입되어 확경위치에서 지관을 특정한 모양을 성형하기 위한 가변금형과, 상기 가변금형의 하부에 위치하여 상기 가변금형을 지지하는 지지금형과, 상기 유압실린더에 승하강가능하게 결합되고, 상기 가변금형 상부에 위치하여, 상기 가변금형을 압착하는 압착금형과, 상기 유압실린더가 승하강운동하도록 구동하는 실린더 구동부를 포함한 성형장치에 관한 것이다.

특허문헌 2의 기술내용을 검토하여 보면, 폭방향의 양측단에 일정한 여백을 두고 풀려나가도록 등거리로 복수의 두루마리형 후지를 장전하여 공급하는 급지부와, 후속과정이 진행되는 방향으로 풀려나가는 두루마리형 후지의 편면에 접착제를 도포하는 접착제 도포부와, 접착제가 도포된 후지들을 눌러서 강도를 높게 접합하여 합지하는 합지부와, 합지를 순차적 절곡과정을 거쳐 관상으로 변형시키는 제관유도부와, 합지의 암,수접합단을 가압하여 접합하면서 임의의 단면형상을 갖도록 성형하는 완충재 성형부를 공정이 진행되는 방향을 따라 일렬로 배치하여 후지제 중공형 완충재를 제조하는 것이다.

상기 특허문헌 1, 2의 경우 종이를 이용하여 1차적으로 지관을 성형하고, 상기 지관을 가압하여 원하는 형태의 충격완충재를 성형한다는 기술은 다를바 없으나, 특허문헌 1의 경우 성형된 지관을 길게 구성된 가변금형 내에 끼운 다음 유압실린더를 이용하여 성형홈이 형성된 지지금형 상에 위치시키고, 상기한 상태에서 제1압착금형과 제2압착금형을 하강시켜 가변금형에 끼워진 지관을 압착하여 지관이 원하는 형태로 가압성형되게 한다는 것이나, 가변금형에 끼워진 원통형의 지관을 지지금형과 압착금형을 이용하여 가압하는 단일수단으로 지관을 원하는 형태로 압착성형하는 작업에는 지관의 복원력때문에 원하는 형상의 완충재를 제조하는 작업에는 미흡한 단점이 있다.

뿐만 아니라 지관을 가변금형에 끼운 다음 가변금형을 하강시켜 지지금형 상에 위치시키고, 다시 압착금형을 하강시켜 지관을 압착성형한 다음, 상기 금형들을 상승시키고, 가변금형에 끼워진 성형물을 분리시키는 작업에 많은 시간이 소요되므로 생산성이 떨어지게 되는 등의 단점도 있는 것이었다.

또한 특허문헌 2의 경우에는 폭이 일정한 복수의 후지를 폭방향으로 일정한 여백을 두고 적층접합하여 폭방향의 양측에 암수접합단이 형성된 합지로 만들고, 이 합지의 암수접합단이 서로 만나 접합단차가 없도록 폭방향으로 절곡접합하여 임의의 단면형상을 한 중공형 완충재를 제조하는 것이나 암수접합단이 서로 만나 접합단차가 없도록 절곡접합하는 과정에서 정밀성이 요구될 뿐 아니라, 암수접합단의 내구성이 취약하고 또한 원통형의 지관을 성형함에 있어 내부코어와 가압롤 및 보조가압롤로 완충재를 성형하게 되므로 견고히 가압성형되지 못하는 단점도 있는 것이었다.

본 발명은 이러한 종래의 제반 단점을 시정하고자 원지를 이용하여 중공부가 형성된 일정길이의 지관을 성형하고, 상기 지관을 이용하여 포장용 충격완충재를 성형하되, 제조과정이 간단할 뿐 아니라 내충격성이 우수한 제품의 양산이 가능하도록 한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 포장용 충격완충재를 성형함에 있어서, 원지를 이용하여 원하는 길이와 직경의 지관을 성형하는 지관성형부와, 성형된 지관을 다수개의 가압성형롤러를 이용하여 충격완충재를 성형하는 완충재 성형부를 통하여 원하는 형상의 충격완충재를 성형할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 포장용 충격완충재를 성형함에 있어서, 원지를 이용하여 원하는 길이와 직경의 지관을 성형하는 지관성형부와, 성형된 지관을 다수개의 가압성형롤러를 이용하여 충격완충재를 성형하는 완충재 성형부를 통하여 원하는 형상의 충격완충재를 성형할 수 있도록 함으로서 제조과정이 간단할 뿐 아니라 내충격성이 우수한 제품의 양산이 가능하도록 한 것이다.

도 1 : 본 발명 장치의 개략적인 평면구성도
도 2 : 본 발명 장치에서 원지가 인출되어 권취롤러에 권취된 상태도
도 3 : 도 2의 상태에서 원지를 절단한 상태도
도 4 : 본 발명 장치에서 지관 성형장치부의 구성도
도 5 : 본 발명 장치에서 완충재 성형장치부의 구성도
도 6 : 도 5에서 제1가압성형롤러부분의 상태도
도 7 : 도 5에서 제2가압성형롤러부분의 상태도
도 8 : 도 5에서 제3가압성형롤러부분의 상태도
도 9 : 도 5에서 제4가압성형롤러부분의 상태도
도 10 : 본 발명의 지관 성형장치부에서 성형된 지관의 구성도
도 11 : 본 발명의 완충재 성형장치부의 제1가압성형롤러에서 성형된 지관의 구성도
도 12 : 본 발명의 완충재 성형장치부의 제2가압성형롤러에서 성형된 지관의 구성도
도 13 : 본 발명의 완충재 성형장치부의 제3가압성형롤러에서 성형된 지관의 구성도
도 14 : 본 발명의 완충재 성형장치부의 제4가압성형롤러에서 성형된 지관의 구성도
도 15 : 본 발명에서 제공하고자 하는 충격완충재의 사시도

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에서 제공하고자 하는 완충재 제조장치(가)의 개략적인 평면구성도로서, 원지(10)를 이용하여 지관(20)을 제조하는 지관성형부(600)와, 상기 지관(20)을 다수개의 가압성형롤러로 가압하여 충격완충재(30)를 성형하는 완충재 성형부(500)로 구성된다.

지관 성형부(600)의 구성은 다음과 같다.

프레임(40) 상에 롤상태로 권취된 원지(10)를 설치하고, 원지(10) 전방에는 텐션롤러(50)를 설치하고, 텐션롤러(50) 전면에는 승강실린더(51)에 의해 승강하는 원지승강롤러(52)를 설치한다.

원지승강롤러(52) 전면에는 접착제(61)가 채워진 접착제 탱크(60)를 설치하고, 접착제 탱크(60) 내에는 침지롤러(61)를 설치하고, 침지롤러(61) 직상부에는 도포롤러(62)를 설치한다.

도포롤러(62) 전면에는 가이드롤러(71)와 절단장치(70) 및 가이드롤러(72)를 순차적으로 설치하고, 가이드롤러(72) 전면에는 구동모터(M)에 의해 회전하는 권취롤러(80)를 설치한다.

상기 권치롤러(80)는 지지축봉(81)에 회전이 자유롭게 설치되며, 상기 지지축봉(81)는 브라켓(82)을 통하여 프레임(40) 상에 고정설치되고, 상기 지지축봉(80) 선단부에는 내부형재(90)가 연결구성되고, 상기 내부형재(90) 내면에는 전선(92)를 통하여 전원을 공급받는 히터(91)가 설치되고, 히터(91)가 설치된 내부형재(90)는 다수개로 구성된 제1,2,3,4가압성형롤러(100)(200)(300)(400) 사이를 지나게 구성한다.

상기 권취롤러(80)는 원지(10)를 원형으로 감아 중공부가 형성된 지관(20)을 성형하는 것으로서, 여러 구성의 권취롤러를 사용할 수 있겠으나, 본 발명에서는 공기압에 의해 권취롤러(80)의 외경이 확장, 축소될 수 있게 함과 동시에, 외면에 다수개의 삽입홈(88)을 형성하여 초기권취시 원지(10)가 끼워져 권취될 수 있게 하였다.

권취롤러(80) 측부에는 이송편(83)을 설치하되, 상기 이송편(83)은 인출실린더(84)의 축봉(85)에 연결설치되게 한다.

권취롤러(80) 전면에는 완충재 성형부(500)를 구성하되, 완충재 성형부(500)는 다음과 같이 구성된다.

완충재 성형부(500)는 다수개의 가압성형롤러가 일직선 상에 나란히 구성되며, 상기 가압성형롤러는 성형홈이 형성된 한 조의 하부롤러와 상부롤러로 구성하되, 충격완충재(30)의 형상에 따라 가압성형롤러의 갯수는 증감될 수 있으며, 편의상 본 발명에서는 4단계의 가압성형롤러가 일직선 상에 나란히 구성되게 하였다.

그러나 본 발명에 도시된 충격완충재(30)의 경우에도 필요에 따라 4단계이상 가압성형롤러를 증감하여 사용할 수도 있다.

각 단계별 가압성형롤러의 구성을 설명한다.

제1가압성형롤러(100)는 제1상부롤러(110)와 제1하부롤러(120)로 구성되며, 제1상부롤러(110)와 제1하부롤러(120)에는 제1상부성형홈(111)과 제1하부성형홈(121)이 구성되어 있고, 그 사이에 제1상하부성형홈(111)(121)을 결합한 형상의 내부형재(90)가 위치하고 있으며, 상기 내부형재(90)에는 다수개의 히터(91)가 매설되어 있다.

제2가압성형롤러(200)는 제2상부롤러(210)와 제2하부롤러(220)로 구성되며, 제2상부롤러(210)와 제2하부롤러(220)에는 제2상부성형홈(211)과 제2하부성형홈(222)이 구성되어 있고, 제2하부성형홈(221) 중앙에는 제2하부성형돌부(222)가 형성되어 그 사이에 제2상하부성형홈(221)(221)을 결합한 형상의 내부형재(90)가 위치하고 있으며, 상기 내부형재(90)에는 다수개의 히터(91)가 매설되어 있다.

제3가압성형롤러(300)는 제3상부롤러(310)와 제3하부롤러(320)로 구성되며, 제3상부롤러(310)와 제3하부롤러(320)에는 제3상부성형홈(311)과 제3하부성형홈(321)이 구성되어 있고, 제3하부성형홈(321) 중앙에는 제3하부성형돌부(322)가 형성되어 있어, 그 사이에 제3상하부성형홈(311)(321)을 결합한 형상의 내부형재(90)가 위치하고 있으며, 상기 내부형재(90)에는 다수개의 히터(91)가 매설되어 있다.

제4가압성형롤러(400)는 제4상부롤러(410)와 제4하부롤러(420)로 구성되며, 제4상부롤러(410)와 제4하부롤러(420)에는 제4상부성형홈(411)과 제4하부성형홈(421)이 구성되어 있고, 제4상부성형홈(411)과 제4하부성형홈(421)에는 제4상부성형돌부(412)와 제4하부성형돌부(422)가 구성되어 있어, 그 사이에 제4상하부성형홈(411)(421)을 결합한 형상의 내부형재(90)가 위치하고 있으며, 상기 내부형재(90)에는 다수개의 히터(91)가 설치되어 있다.

본 발명을 실시함에 있어서, 제1,2,3,4가압성형롤러(100)(200)(300)(400)에 구성된 상하부성형홈의 형상에 따라 성형되는 충격완충재(30)의 형상을 달리할 수 있으며, 필요에 따라 가압성형롤러의 갯수는 증감시켜 사용할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제조장치(가)를 이용한 충격완충재(30)의 제조과정을 설명한다.

지관 성형부(600)에 롤상태로 권취될 원지(10)를 인출시켜 텐션롤러(50)와 원지승강롤러(52) 및 도포롤러(62)를 경유시킨 다음 가이드롤러(71)와 절단장치(70) 및 가이드판(73)을 지나 권취롤러(80)에 권취되게 한다.

상기한 상태에서 권취롤러(80)에 권취된 길이만큼 절단장치(70)를 이용하여 원지(10) 절단하여 권취롤러(80)에 권취되게 한다.

이때 권취롤러(80)에 권취되는 원지(10) 중 권취롤러(80) 표면에 감기는 초기 한바퀴정도는 접착제(63)가 도포되지 않게 하여, 권취롤러(80)에 권취된 지관(20)이 쉽게 이탈, 분리될 수 있게 한다.

상기에서 원지(10)에 접착제(10)가 부분적으로 도포되지 않게 하기 위한 수단은 접착제탱크(60)와 텐션롤러(50) 사이에 설치된 원지승강롤러(52)를 승강실린더(51)를 이용하여 상승시키면 원지(10)가 도포롤러(62)로부터 분리되므로서 접착제(63)가 도포되지 않고, 원지승강롤러(52)를 하강시키면 원지(10)가 도포롤러(62)와 접하게 되므로 접착제(63)가 원지(10) 일측에 도포된다.

따라서 절단장치(70)를 이용하여 원지(10)를 절단할때에는 접착제(63)가 도포된 부분과 도포되지 않은 부분의 경계부를 절단하여 권취롤러(80)에 초기 권취되는 한바퀴정도는 접착제(63)가 도포되지 않게 하여 권취롤러(80)로부터 지관(20)이 쉽게 분리될 수 있게 한다.

또한 상기 권취롤러(80)는 공기주입수단에 의해 외경이 확장되거나 축소될 수 있게 하되, 원지(10) 권취시에는 공기를 주입하여 권취롤러(80)가 확장되게 하고, 권취완료시에는 축소되게 하여 원지(10)가 권취된 지관(20)을 쉽게 분리할 수 있게 하며, 원지(10)가 권취롤러(80)에 초기 권취될때에는 삽입홈(88)에 끼워지게 하여 권취에 문제가 없도록 하였다.

권취롤러(80)에 일정길이의 원지(10)가 권취되어 지관(20)이 완료되면 작동을 잠시 멈춘 다음 권취롤러(80) 일측에 구성된 인출실린더(84)를 작동시켜 이송편(83)을 이동시키면 지관(20)이 완충재 성형부(500)쪽으로 이동하여 제1가압성형롤러(100)로 안내되며, 이때 지관(20) 내부에는 지지축봉(81)에 연결된 내부형재(90)가 위치한다.

제1가압성형롤러(100)로 공급되는 지관(20)은 원형으로 구성되나, 도 6에서와 같이 제1가압성형롤러(100)를 구성하는 제1상부롤러(110)와 제1하부롤러(120)에 구성된 제1상하부성형홈(111)(121)에 의해 지관(20)이 도 11에서와 같이 대체로 삼각형상으로 변형되고, 이때 지관(20) 내면에는 내부형재(90)가 위치하면서 지지함과 동시에 히터(91)에 의해 가열하게 된다.

제1가압성형롤러(100)를 지난 지관(20)은 제2가압성형롤러(200)로 공급되어 도7에서와 같이 제2상하부롤러(210)(220)에 구성된 제2상하부성형홈(211)(221)에 의해 지관(20)은 도 12에서와 같이 완만형 "ㄱ"형으로 형상을 변형하게 되고, 이때 지관(20) 내부에는 내부형재(90)가 위치하여 지지함과 동시에 히터(91)에 의해 가열건조하게 된다.

제2가압성형롤러(200)를 지난 지관(20)은 다시 제3가압성형롤러(300)로 공급되어 도 8에서와 같이 제3상하부롤러(310)(320)에 구성된 제3상하부성형홈(311)(321)에 의해 지관(30)은 도 13에서와 같이 "ㄱ"형으로 형상을 변형하게 되고, 이때 지관(20) 내부에는 내부형재(90)가 위치하면서 지지함과 동시에 히터(91)에 의해 가열, 건조된다.

제3가압성형롤러(300)를 지난 지관(20)은 다시 제4가압성형롤러(400)로 공급되어 도 9에서와 같이 제4상하부롤러(410)(420)에 구성된 제4상하부성형홈(411)(421)에 의해 도 14에서와 같이 원하는 형상의 충격완충재(30)를 성형하게 되고, 충격완충재(30) 내부에는 내부형재(90)가 위치하면서 지지함과 동시에 히터(91)에 의해 가열건조하게 된다.

제4가압성형롤러(400)를 지난 충격완충재(30)는 완충재 성형부(500)를 벗어나 별도수집된다.

상기에서 설명한 바와 같은 작동의 반복으로 롤상태로 권취된 원지(10)를 이용하여 지관성형부(600)에서 지관(20)을 성형하고, 성형된 지관(20)은 다시 다수개의 가압성형롤러로 구성된 완충재 성형부(500)에서 원하는 형상의 충격완충재(30)를 연속적으로 성형할 수 있게 된다.

본 발명에서 성형된 충격완충재(30)는 가전제품이나 산업용품, 가구 등 다양한 물품의 포장시 코너부나 테두리부에 맞게 절단사용케 함으로서 충격으로부터 보호할 뿐 아니라 사용후에는 친환경적으로 처리할 수 있게 된다.

(10)--원지 (20)--지관
(30)--충격완충재 (40)--프레임
(50)--텐션롤러 (52)--원지승강롤러
(60)--접착제 탱크 (61)--침지롤러
(62)--도포롤러 (63)--접착제
(70)--절단장치 (71)--가이드롤러
(80)--권취롤러 (83)--이송편
(84)--인출실린더 (100)--제1가압성형롤러
(110)--제1상부롤러 (120)--제1하부롤러
(200)--제2가압성형롤러 (210)--제2상부롤러
(220)--제2하부롤러 (300)--제3가압성형롤러
(310)--제3상부롤러 (320)--제3하부롤러
(400)--제4가압성형롤러 (410)--제4상부롤러
(420)--제4하부롤러 (500)--완충재 성형부
(600)--지관 형성부