포장일반 - 포장 기계1

일반 포장 기계의 종류 및 용도

 

1. 성력적 측면에서의 분류

① 수동식 포장기
정의: 전기 등 외부 동력이 아닌 인력에 전적으로 의존하는 기계.
예시: 수동식 스테플러, 테이프 접착기, 수동식 밴딩기 등.
특징: 기계로 분류하기에는 다소 곤란한 측면이 있음.

② 반자동식 포장기
정의: 기계 작동은 동력에 의해 자동으로 이루어지나, 기계 간 연결이나 일부 작동이 인력에 의존.
예시:곡물을 파우치에 담는 작업에서 계량은 자동계량기가 하고, 작업자가 파우치를 제공하거나 제품을 담는 과정.
참기름을 병에 담는 작업에서 정량충전과 캡핑은 기계가 하나, 빈 병을 테이블에 장착하거나 병마개를 올리는 등의 작업은 인력에 의존.

③ 전자동식 포장기
정의: 모든 공정이 기계에 의해 자동으로 실행되는 방식.
예시: 파우치 적재부터 날인, 계량, 충전, 봉함까지의 과정이 모두 기계에 의해 자동으로 이루어짐.
특징: 인력이 전혀 필요하지 않거나 극히 제한적인 역할만 필요.

2. 포장된 파우치의 형태에 의한 분류

① 2면 접착형 포장기
특징: 튜브형태의 필름의 상, 하부를 접착.

② 3면 접착형 포장기
특징: ‘ㄷ’자 접착 및 ‘I’자 접착 방식.

③ 4면 접착형 포장기
특징: 4면 모두 접착하는 방식.

④ 자립대형 포장기
특징: Stand pouch 형태로 자립 가능한 포장.

3. 피포장물의 진행방향에 의한 분류

① 수직형 포장기
특징: 포장용기나 제품의 이동이 수직 방향으로 이루어짐.
예시: 스낵과자류 포장에 주로 사용되는 Vertical form-fill-seal 포장기.

② 수평형 포장기
특징: 포장용기나 제품의 이동이 수평 방향으로 이루어짐.
예시: 초코파이, 라면, 캔디 등을 개별 포장할 때 사용되는 Horizontal form-fill-seal 포장기.

③ 경사형 포장기
특징: 포장용기나 제품의 이동이 경사진 방향으로 이루어짐

예시: 경사진 콘베이어를 통해 제품을 이동시키며 포장하는 기계. 특정 제품의 형태나 특성 때문에 수평이나 수직이동이 어려울 때 사용됩니다. 예를 들어, 일정한 형태를 유지하기 어려운 식품이나 쉽게 뭉개지는 제품을 포장할 때 적합합니다.

 

계량 및 충전

 

분말과 과립의 계량

 

 1. 순 중량 계량방식 (Net weight filling)

특징 및 핵심 내용

 

1) 제품을 계량용기에 담아 설정한 무게만큼만 계량한 후, Funnel을 통해 포장용기에 담습니다.
2) 계량 정밀도가 높은 충전 기술로, 제어시스템을 통해 계량 정밀도에 영향을 주지 않도록 설계되었습니다.
3) 충전용기와 분리된 상태에서 계량이 이루어지므로, 병이나 캔, 파우치 등 다양한 형태의 충전 용기에 제약 없이 사용할 수 있습니다.
4) 계량 방식에 따라 중력, Screw, Belt conveyor, 바이브레이터 등 다양한 공급 방식이 사용될 수 있으며, 바이브레이터에 의한 공급 방식이 소용량 계량에서 주로 활용됩니다.
5) 유량제어식 정량기를 통해 계량하며, 흐름의 안정성이 계량 정밀도에 직접적인 영향을 줍니다.

 2. 총 중량 계량방식 (Gross weight filling) 

 

특징 및 핵심 내용

 

1) 충전 용기 자체가 계량 용기의 역할을 하며, 별도의 계량용기가 필요 없습니다.
2) 구조가 단순하며, 계량 용기와 저울을 연결하는 기구 요소가 필요하지 않습니다.
3) 순 중량 계량 방식에 비해 분진 발생이나 기계 오염의 염려가 줄어듭니다.
4) 용기의 형상이 안정적인 경우에 유리하며, 주로 중포장이나 중량포장 분야에서 많이 사용됩니다.
5) 소용량 충전에서는 정밀충전 또는 고속충전에 필요한 Feedback control 방식에서 활용됩니다.

 

3. 공통적으로 사용되는 저울의 종류

 

Beam 방식, Load-cell 방식 등이 있으며, 최근에는 Strain gauge를 장착한 Load-cell 사용이 널리 활용됩니다.

4. 오차 발생 요인

1) 동적계량에서 오는 오차: 계량 동작과 공급 동작이 동시에 이루어지면서 진동의 영향을 받아 운전 중 난조가 발생할 수 있습니다.
2) 낙차오차: 계량용기 내의 중량이 일정 값에 도달했다고 판단하여 제품 유입을 정지시켰지만, 계량용기로 미처 도달하지 못한 부유 상태의 제품이 이후에 유입되어 오차를 발생시킵니다.
3) 유입물량의 불균일에서 오는 오차: 제품을 공급하는 과정에서 유입되는 물량의 불균일이 계량 정밀도에 영향을 줍니다.
이는 공급기의 속도 조절이나, 제품의 특성에 따른 공급 방법의 조정을 통해 최소화할 수 있습니다.
특히 분말이나 과립 같이 흐름성이 다양한 제품을 계량할 때 유입량 조절이 중요합니다.

 

4. 계량 방법 선택 시 고려 사항

1) 제품의 특성: 분말, 과립 등 제품의 물성에 따라 적합한 계량 방식이 달라집니다. 제품의 흐름성, 체적, 밀도 등을 고려해야 합니다.
2) 용기의 종류 및 크기: 사용될 포장 용기의 종류(병, 캔, 파우치 등)와 크기에 따라 적합한 계량 방식이 달라질 수 있습니다.
3) 충전 속도: 생산 목표량에 따라 충전 속도를 고려해야 하며, 이는 계량 방식의 선택에도 영향을 줍니다.
4) 계량 정밀도: 제품의 특성과 고객의 요구에 따라 필요한 계량 정밀도를 만족시킬 수 있는 방식을 선택해야 합니다.
5) 경제성: 설비의 비용, 유지보수 비용, 운영 비용 등을 고려하여 총 소유 비용(TCO)이 낮은 계량 방식을 선택하는 것이 중요합니다.

 

계수기

1. 계수기 (計數機; Counter)

계수기는 제품의 개수 단위로 포장할 때 사용하는 기계로, 정제, 캡슐, 볼트, 너트, 쿠키 등 다양한 제품의 포장에 필요합니다. 네 가지 대표적인 계수기 유형은 다음과 같습니다.

1) 평판 방식 계수 (Board or disk counter)

- 구멍이 뚫린 회전판을 사용하여 제품을 개별적으로 세고 그룹화.
- 제품이 호퍼를 통과하며 각 구멍에 들어가게 되고, 회전판이 경사져 있어 빠지지 않은 제품들은 다시 호퍼로 돌아감.
- 구멍이 채워진 제품은 회전판 아래의 고정판으로 밀려내어 포장용기로 이동.

2) 널판지 방식 계수 (Slat counter)

- 널판지 표면에 여러 홈을 만들어 제품을 개별적으로 세는 방식.
- 널판지가 호퍼 아래로 미끄러지며 제품이 홈에 들어감.
- 널판지가 상승 후 하강하며 제품이 포장용기로 이동.

3) 기둥 방식 계수 (Column counter)

- 제품을 기둥처럼 쌓아 높이로 계수하는 방식.
- 동전, 쿠키, 와셔, 타블렛 등 평평하고 두께가 일정한 제품에 적합.
- 속도 향상을 위해 여러 홈통을 사용할 수 있음.

4) 전자식 계수 (Electronic counter)

- 광전방식을 사용하여 이동하는 제품을 광센서로 감지하고 계수.
- 제품 간 거리를 유지하며 계수 능력을 높이기 위해 복수 열로 구성 가능.

2. 조합선택식 계량기 (Combination Scale)

입자가 크고 불규칙한 제품의 계량에 적합한 기계입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

장점
- 크기가 고르지 않은 제품도 계량 가능.
- 정지계량 방식으로 오차 발생 요인 감소.
- 제품 흐름에 크게 신경 쓸 필요 없음.
- 미리 설정한 무게와 실제 무게 차이가 적음.
- 계량 정보를 기반으로 자동 제어 가능.

단점
- 기본 구조가 커서 설치 공간이 넓어야 함.
- 많은 계량 유니트 필요로 하여 효율이 떨어짐.
- 제어기구가 복잡하여 가격이 비쌈.

계량은 방사형으로 장착된 피더와 호퍼를 통해 이루어지며, 각 호퍼에서 계량된 제품의 양이 다릅니다. 이를 기반으로 컴퓨터 회로가 목표 계량 값에 근접하는 조합을 선택하여 최종 제품을 포장합니다. 조합선택식 계량기는 다양한 조합을 통해 더 정확한 계량 결과를 얻을 수 있으며, 이는 특히 무게가 일정하지 않은 제품에 있어서 중요한 이점입니다. 각 호퍼에서 계량된 제품을 조합함으로써, 미리 설정된 목표 무게에 가장 근접한 결과를 얻을 수 있으며, 이 과정은 전체적인 포장 효율성을 향상시킵니다.

3. 핵심 요약

 

계수기

평판 방식 계수: 회전판을 사용하여 제품을 세고 그룹화.
널판지 방식 계수: 널판지에 홈을 만들어 제품을 세는 방식.
기둥 방식 계수: 제품을 기둥처럼 쌓아 높이로 계수.
전자식 계수: 광전방식을 사용하여 제품 계수.

조합선택식 계량기

크기가 고르지 않은 제품에 적합하며, 정지계량 방식을 사용해 오차를 최소화.
다양한 조합을 통해 정확한 계량이 가능하며, 미리 설정한 무게와 실제 무게 차이가 적음.
설치 공간이 넓어야 하고, 많은 계량 유니트가 필요로 하며, 제어기구가 복잡하여 가격이 비쌈.
이와 같은 계수기와 조합선택식 계량기는 제품 포장 과정에서 필수적인 역할을 하며, 각각의 특성에 따라 적절한 기계 선택이 중요합니다. 특히, 조합선택식 계량기는 고도의 정밀도가 요구되는 상황에서 두각을 나타내며, 계수기는 다양한 형태와 크기의 제품을 효율적으로 처리할 수 있는 유연성을 제공합니다.

 

액체 충전

 

1. 용기 밀봉형 시스템

균형가압, 중력, 중력-진공, 역압
특징: 밀봉된 용기에 사용되며, 내용물의 고유 특성에 맞춰 선택됩니다.
핵심 내용: 탄산음료 같은 가스를 함유한 제품에 적합하며, 가압을 통해 탄산이 용해된 상태를 유지합니다.

불균형가압, 진공, 예비진공
특징: 밀봉 용기에 적합하며, 내용물의 물성에 따라 다르게 적용됩니다.
핵심 내용: 진공 방식은 입구가 좁은 유리병에 비탄산음료를 충전할 때 주로 사용됩니다. 불균형가압은 특정 내용물에 대한 압력 조절이 가능합니다.

2. 용기 개방형 시스템

충전량 검출(Level Sensing), 피스톤 용량 계량(Piston Volumetric), 롤링 다이아프램 용량 계량
특징: 정량 충전에 사용되며, 용기의 종류와 내용물의 특성에 따라 다양한 방식이 선택됩니다.
핵심 내용: 정량 충전은 액체의 점도, 비중, 고형물의 함유 여부, 거품 유무 등을 고려해야 합니다.

3. 정량제어식 액체충전 (Liquid Volumetric Filling)

특징: 액체의 양을 제어하여 용기에 정량 충전하는 방식. 구조가 간단하여 청소 및 유지보수가 용이하다. 계량 정밀도가 높아 비용 절감에 유리하며, 점도가 낮은 제품부터 높은 제품까지 적용 범위가 넓고 신뢰성이 높다. 용기의 종류에 크게 영향을 받지 않아 적용 범위가 넓다.

1) 피스톤방식 정량 충전기 (Piston Volumetric Filler)

특징: 가장 보편적이고 대중적으로 사용되는 체적제어 방식. 원통형 실린더 내에서 피스톤이 왕복 운동하며 액체의 양을 결정한다. 실린더, 피스톤, 노즐, 밸브로 구성되며, 실린더와 노즐을 연결하는 밸브의 위치 조정을 통해 액체 충전량을 조절한다.

• 수직 실린더 방식: 수직으로 배치된 실린더를 사용. 공급탱크에서 제품이 밸브를 통해 실린더로 유입되며, 밸브 회전 후 실린더 내 제품이 포장용기로 이동한다.
• 수평 실린더 방식: 실린더와 피스톤을 수평으로 배치. 설비의 높이를 낮추는 장점이 있으며, 큰 용량의 계량에 유용하다.

4) 다이아프램 방식 정량충전기 (Diaphragm Volumetric Filler)
특징: 실린더와 피스톤 사이의 마찰을 없애고 유연한 재질의 다이아프램으로 대체하여 마모 및 미세 입자 생성을 줄인다. 액체에 대한 밀봉이 완벽하며, 특히 의료용 제품 충전에 적합하다.

5) 시간 제어 방식 정량충전기 (Time Flow Volumetric Filler)
특징: 일정한 압력으로 액체를 오리피스를 통과시켜, 일정 시간 동안의 액체 흐름량을 기반으로 계량하는 방식. 노즐의 개폐 시간을 조절하여 충전량을 결정한다. 청소가 용이하고, 구조가 간단해 비용이 저렴하다. 점도가 중간 정도인 제품의 충전에 적합하며, 고속 충전에는 약간의 약점이 있다.

 

4. 수위 제어식 액체충전(Liquid Constant Level Filling)

특징: 용기의 일정 부분까지만 액체가 채워지도록 하는 방식입니다.
핵심 내용: 계량 정밀도는 낮지만, 유리병과 같은 변형되지 않는 용기에 효과적입니다.

1) 중력충전(Pure Gravity Filling)
특징: 탱크 안의 액체가 자연스럽게 용기 안으로 흘러들어가는 방식입니다.
핵심 내용: 온도가 높거나 점도가 높은 제품의 충전에 주의가 필요합니다.

2) 진공충전(Pure Vacuum Filling)
특징: 포장용기 내부를 진공으로 만들어 제품을 용기 안으로 채워 넣는 방식입니다.
핵심 내용: 입구가 좁은 유리병에 비탄산음료를 충전할 때 주로 사용됩니다.

3) 중력진공충전(Gravity Vacuum Filling)
특징: 중력충전과 진공충전의 특징을 결합한 방식입니다.
핵심 내용: 진공충전에서 필요한 진공 챔버와 Overflow된 제품의 회수장치가 필요 없습니다.

4) 압력충전(Pure Pressure Filling)
특징: 제품 공급 탱크에서 액체를 펌프로 공급하여 용기에 주입하는 방식입니다.
핵심 내용: 비탄산 음료를 포함한 다양한 점도의 제품에 적용할 수 있으며, 펌프의 압력 조절이 필요합니다.

5) 수위감지충전(Level Sensing Filling)
특징: 매우 정밀한 수위 제어가 가능한 방식입니다.
핵심 내용: 제품이 Overflow될 필요가 없어 제품 회수장치가 필요하지 않으며, 입구가 좁은 병이나 변형이 우려되는 플라스틱 병의 충전에 적합합니다.

6) 가압 중력충전(Pressure Gravity Filling)
특징: 탄산음료 충전에 적합한 방식입니다.
핵심 내용: 제품공급 탱크를 밀폐구조로 유지하고 CO2가스의 손실을 방지하기 위해 압력을 유지합니다. 탄산음료에 함유된 CO2가스의 손실을 최소화하는 데 유용합니다.

 

분말과 과립의 충전

 

1. 컵 충전기 (Cup or flask filler)

특징: 가장 기본적이고 오랜 역사를 가진 계량 방법. 컵이나 그릇을 사용하여 제품을 체적으로 계량하는 방식.
핵심 내용:
제품을 용기에 담아 넘치게 하고, 넘치는 제품을 솔이나 주걱으로 긁어내어 계량하는 방법.
주로 작은 용량의 포장에 사용되며, 제품의 불안정한 물성이나 부착성이 있는 제품에는 적합하지 않을 수 있음.

2. 유량 충전기 (Flooding or constant stream filler)

특징: 유동성이 좋은 제품의 중력에 의한 흐름을 활용하여 계량하는 방식.
핵심 내용: 공급 탱크에서 제품을 흘려보내고, 계량용기에 해당하는 Funnel을 장착하여 제품을 받아내는 방식. 제품의 유동성이 중요하며, 공급 양과 흐름 속도를 조절하여 적절한 계량을 수행함.

3. 오거 충전기 (Auger filler)

특징: 오거를 사용하여 분말을 계량하는 방식.
핵심 내용: 오거를 호퍼에 넣고 회전시켜 제품을 밀어내어 계량하는 방법. 제품의 밀도와 균일한 공급을 유지하여 정확한 계량을 위해 레벨센서와 교반장치를 사용함.

4. 진공 충전기 (Vacuum filler)

특징: 진공을 사용하여 제품을 용기에 충전하는 방식.
핵심 내용:진공을 이용하여 제품을 용기로 흘러들어가게 함. 제품의 다져짐을 유도하여 안정적인 충전을 도모하며, 적절한 진공 압력을 유지하여 계량에 영향을 미침.