현재 일본 내외에서 라벨기의 표준으로 채용된 한 가지 기술이 있다. 거기에는 KOYO 기술이 큰 영향을 미쳤다고 생각한다. 그렇다면 영향을 준 KOYO 기술은 대체 어떤 것일까? 또 어떤 발상에서 탄생한 기술일까? 이러한 시점에서 라벨기의 계보를 살펴보자.
현재 필자가 알고 있기로 가장 오래된 라벨기는 1952년 크로네스사(독일)의 반자동 라벨기이다(
이하 사진 1장째). 용기를 눕혀 라벨을 부착하는 방식으로 속도는 분당 60개였다. 그 후 크로네스사는 1956년에 분당 66개의 성능을 지닌 라벨기를 개발했고(
이하 사진 2장째), 이는 급속도로 보급됐다고 한다.
그 외에는 야겐버그사(독일)의 라벨러가 있었다. 컨베이어 라인상에 라벨을 수납한 라벨 매거진을 설치하고 요동 암이 라벨 양 끝을 잡아서 꺼낸 후 컨베이어까지 내려서 용기 중앙에 맞게 부착하는 것이었다. 당시에는 아직 해결할 과제도 많았다. 예를 들어 용기 중앙에 맞추는 것이 어려웠기 때문에 문제가 있으면 조정하는 데 몇 개월이나 걸렸다는 에피소드도 있다. 또한 용기를 회전시켜 라벨을 감는 방식에서는 라벨의 끝부분이 접히는 문제가 자주 발생했다고 한다.
이외에도 스티커 라벨러로는 1961년에 사토사가 핸드 라벨러를, 1962년에 타카라사가 자동 라벨러를 판매했었다.
KOYO 라벨기
이러한 일본 내외 상황 속에서 KOYO(1968년 1월 5일 설립)는 1968년 5월 9일에 벌꿀 제조 판매 기업에 호퍼 라벨러(낱장 라벨러, 형식 ‘LS-80’) 제1호기를 출하했다. 그것은 세계 어디에도 없는 방식을 가진 기계였다.
거기에는 현재까지 이어져 오고 있는 라벨기의 기본이 모두 담겨 있어 그 이후 라벨기의 발전 방향성을 결정지었다고 해도 과언이 아니다. 바로 종이 라벨을 진공 흡인하여 이송한 후 용기에 부착하는 방법이다. 그때까지는 진공 흡인이 잘 되지 않아 2장씩 공급하는 일이 많았기 때문에 불가능하다고 여겨졌다. 그렇기 때문에 앞서 말한 방식으로 라벨을 호퍼(매거진)에서 잡아서 꺼내 부착하는 방식이 사용됐었다.
진공흡인식 드럼 채용
당시 KOYO가 고가의 진공 펌프를 이용하여 라벨을 흡인하는 방식을 채용한 것이 그 후 라벨기의 발전을 결정지은 중요한 선택이 된 것이다(아래 사진, 그림). 그때 고안한 방식은 굉장히 간단한 것으로, 이송 드럼 바로 밑에 있는 접촉판과 로터판(당초에는 포금제의 스프링이 없는 고정식)의 홈을 통해 라벨 흡인을 제어하는 것이었다.
호퍼 라벨러의 구성
1점 부착 라벨기의 전체상에 관해서는 1971년에 출원한 일련의 특허에 기재되어 있다(아래 그림). 여기에는 현재 라벨기에 채용된 기본 요소가 모두 담겨 있다고 할 수 있다.
용기 반송 장치는 컨베이어와 스크루, 스타 휠, 라벨 공급 용기 센서 등으로 구성된다. 라벨 부착 장치는 부착 드럼과 접착 장치, 라벨 호퍼, 압착판으로 구성된다.
이 특허 장치에는 후에 주류가 된 R 마무리판을 사용하지 않았는데, 특허의 주된 목적이 연질 용기에도 대응할 수 있는 라벨기라는 점에 있었기 때문이다. 라벨 마무리 장치는 용기를 회전시키면서 라벨 부착을 마무리하는 마무리 벨트와 용기 봉합용 상면 벨트로 구성된다.
그 전까지는 사람의 손동작을 모방한 방법으로 라벨을 용기에 부착하려고 했었는데, 라벨을 흡착한 진공흡인식 드럼에 의해 용기를 회전시키면서 부착한다는 점이 바로 발상의 전환이었던 것이다. 즉, 기술의 혁신성은 진공흡인식 드럼 표면의 회전 이동에 따라 용기가 회전함으로써(자전하면서 공전하는) 라벨이 감겨 부착되는, 굉장히 단순한 운동을 통한 라벨 부착 방식을 채용한 것이다. 그것이 가능할 수 있었던 이유가 바로 R 마무리판에 있다(아래 사진).
R 마무리판은 부착 드럼 주위에 설치되어, 용기 직경에 맞게 부착 드럼과 동심원의 원호 모양을 한 압착판을 말한다. 이 R 마무리판과 부착 드럼의 회전에 의해 용기를 미리 회전(자전하면서 드럼 주위를 공전)시키고(초기 회전), 이와 같은 속도로 라벨을 용기에 부착하여 감는 것이다.
이외에도 콜드 글루 접착 장치 및 타이밍 스크루, 마무리 벨트 등의 현행 모델로 이어진 라벨러의 모든 기본 요소가 이때 거의 완성형으로 실현됐다. 이 라인을 활용한 흡인 드럼식 라벨 부착 방식은 그 후 전 세계 라벨기의 기본형이 됐다.
일본은 물론 세계의 많은 기업으로도 이어져 국제 라벨기의 표준이 됐다. 또한 후에 개발된 롤 라벨러의 커팅 라벨을 이송하여 부착하는 진공흡인식 부착 드럼은 전 세계의 모든 롤 라벨러에 채용됐다(아래 그림, 사진).
호퍼 라벨러 사업 전개
그 후 호퍼 라벨러 사업을 전개하면서 시장 수요를 선점하고 고속화(부착 능력 향상) 및 다점 부착(앞면 라벨, 뒷면 라벨, 어깨 라벨), 부착 정밀도 향상을 시도함으로써 새로운 기술을 만들어 갔다.
앞에서 말했듯이 호퍼 라벨러는 호퍼의 특수한 요동 운동에 맞춰 진공흡인식 드럼이 라벨을 공급하는 구조이다. 따라서 라벨 공급 능력에 자연스레 한계가 생겼고, 부착 능력은 분당 최대 180개 정도였다.
그래서 2세트의 라벨 호퍼와 흡인 드럼을 갖추고 부착 드럼에 교대로 라벨을 전달함으로써 그동안의 2배 능력으로 라벨을 부착할 수 있게 한 이중 호퍼 라벨러 ‘LK-300형(분당 356개의 부착 속도)’를 개발했다(아래 사진, 그림).
이중 호퍼 라벨러로 인한 고속화에 맞춰 더 높은 부착 정밀도를 실현하기 위해 라벨 위치 수정 장치가 만들어졌다(특허 1978.10). 이 특허는 2세트의 라벨 호퍼와 흡인 드럼을 갖춘 이중 호퍼 라벨러에 관해 설명하고 있다(아래 그림).
흡인 드럼과 부착 드럼과의 틈을 두고 흡인 드럼보다 빠른 표면 속도로 회전하는 부착 드럼에 라벨을 전달함으로써 이중 호퍼에 의한 고속 라벨 공급을 가능하게 한 것이다. 그 내용 안에서 처음으로 라벨 위치 수정 장치에 관해 기재하고 있다.
문자 그대로 라벨 위치 수정 장치의 역할은 흡인 드럼이 라벨 호퍼에서 공급한 라벨을 회전 반송하고 있는 사이에, 상하 및 좌우의 라벨 위치를 수정하여 부착 정밀도를 향상시키는 데 있다. 이를 가능하게 한 것이 수정 가이드와 흡인 드럼 장치의 수정 클로 및 흡인 드럼의 로터판에 의한 진공 흡인 개폐라는 단순한 장치와 그 연계 기술이다.
S자 반송 앞뒤 라벨 부착 호퍼 라벨러(LRW형)의 실현
용기의 앞면과 뒷면에 라벨을 부착하려면 터릿 로터리에 의한 용기 반송이 필요하기 때문에 설비의 대형화와 비용 증대화가 불가피하다고 여겨졌다. 그래서 컨베이어 라인을 그대로 이용하여 앞뒤 라벨의 2점 부착을 가능하게 하는 방법이 연구됐다. 그 결과 탄생한 것이 S자 반송 앞뒤 라벨 부착 호퍼 라벨러(LRW형)이다(특허 1971.11, 특허 1971.12, 아래 그림 1장째).
용기의 일정한 방향에 앞면 라벨과 뒷면 라벨을 부착하려면 용기를 S자 반송시키고 있는 사이에, 용기가 자전하지 않도록 할 필요가 있다(아래 그림 2장째). 이를 가능하게 한 것이 용기의 회전 방지 구조이다.
이에 따라 라인의 반송 과정 중에 뒷면 라벨과 앞면 라벨을 용기에 부착하는 데 성공했고(아래 사진, 그림), 이 기종은 이후 해외 수출도 포함하여 판로를 크게 넓히게 된다.
1971년에 LRW형 1호기가 일본에 출하됐고, 해외에서는 미국 농업 관련 제품 제조의 최대 기업(1981~1986년, 총 21대)을 비롯한 많은 해외 기업에 수출하게 됐다. 또한 이 기종의 개발은 KOYO 라벨기가 일본 국내외에 급속하게 보급되는 하나의 계기가 됐다. 그리고 이 기종은 부착 스타 휠을 채용하여 라벨 부착을 실시한 최초의 라벨러이기도 하다. 다음과 같은 특징을 가진 겸용성을 갖추고 있었다.
① S자 반송 스타 휠은 정전 스타 휠로 앞면 라벨을, 역전 스타 휠로 뒷면 라벨을 용기에 부착한다. ② 용기의 회전 방지 구조에 의해 납작한 용기는 물론, 원형 용기에도 대응할 수 있다. ③ 부착 타이밍 조정을 각 부착 드럼에서 독립하여 실시할 수 있다. ④ 품종을 전환할 때는 부착 드럼 및 스타 휠을 교환함으로써 1대로 다양한 종류의 용기 및 라벨에 대응할 수 있다.
또한 이 시기에 이미 라벨 부착의 마무리 장치로써 ‘양면 마무리 벨트형’, ‘마무리 벨트 및 직선 마무리판형’ 두 형이 실용화됐다. 1970년대 후반에 들어서는 LRW형 호퍼 라벨러가 테이프 녹음기와 비디오카세트의 앞뒤에 라벨을 부착할 수 있는 라벨러로 응용되어(아래 사진, 그림), 해외를 포함한 전기 관련 업계로 판로를 넓혔다.
1977년에 카세트용 호퍼 라벨러 1호기를 출하했다. 또한 앞뒤 부착 드럼식 호퍼 라벨러 ‘LFB형’은 2세트의 이중 호퍼와 흡인 드럼 및 1세트의 부착 드럼에 의해 용기에 앞면 라벨과 뒷면 라벨을 부착할 수 있게 된 최초의 호퍼 라벨러이다(아래 그림). 1974년 6월에 LFB형 라벨러 1호기를 출하했다.
1971년에는 국가 검정 증지 부착기 ‘LK-KO’가 개발되어(아래 그림), 그 해에만 5대를 출하했다. 여기에는 1장의 증지도 낭비하지 않기 위해 다양한 기술이 접목됐고, 현재까지 높은 신뢰를 얻고 있으며 적은 양이기는 하지만 여전히 매년 일정한 수량이 출하되고 있다.
만에 하나라도 2장씩 공급되는 일이 발생하는 것을 막기 위해 2장 공급 드럼과 회수 콤 및 회수 박스 유닛에 의한 증지 회수와, 2장 공급 센서에 의한 검출을 통해 이중으로 확인함으로써 만전을 기하고 있다. 용기(카톤) 접착 라벨 부착(특허 1977.8, 미국 특허 1978)은 원래 용기(카톤)에 증지를 부착하기 위해 고안된 방법은 아니었지만, 현재 라벨러 중에서는 증지 부착기에 적용되는 경우가 있다.
위와 같이 호퍼 라벨러 기종은 설립 후 10년간 스윙 호퍼 캠 링크 구조 및 진공흡인식 드럼을 사용하여 각종 기능을 더했고, 이를 통해 높은 부착 정밀도와 앞뒤 2점 부착, 부착 고속화를 이룰 수 있었다. 이 시기에 현재도 생산하고 있는 호퍼 라벨러의 모든 기종이 개발되어 출하됐다. ‘LS형’, ‘LN-305형’, ‘LK-300형(이중 호퍼 고속기)’, ‘LK-KO형(증지 부착기)’, ‘LRW형(S자 반송 앞뒤 부착기)’, ‘LFB형(이중 호퍼 앞뒤 부착 드럼식)’, ‘LNO형’, 카세트용 호퍼 라벨러(LRW 응용형) 등이 그것이다.
그 후 라인을 그대로 이용한 호퍼 라벨러에서 터릿 로터리와 입구 및 출구 스타 휠로 구성된 용기 반송부를 설치하여, 호퍼 라벨러 부착 스테이션 여러 대를 접속하는 기종으로 전개됐다. 1984년에 LH형 터릿식 호퍼 라벨러 1호기가 대형 식품 제조사에 출하됐다. 다른 부착 기종의 스테이션(롤 라벨러: LR형, 스티커 라벨러: LE형, LK형)과 조합해서도 활용됐다.
호퍼 라벨러의 호퍼 고정화와 그 응용
앞서 말한 것과 같이 호퍼 라벨러는 특수한 요동 운동을 함으로써 회전하는 진공흡인식 드럼이 호퍼에서 라벨을 공급한다. 따라서 기계 운전 중에는 호퍼에 라벨을 보충할 수가 없다. 또한 대형 라벨을 수용할 수 있는 호퍼는 중량도 크기 때문에 라벨 공급 속도가 느려질 수밖에 없다.
그래서 2000년대에 들어서 그때까지의 과제였던 라벨 호퍼를 움직이지 않고 라벨을 공급하는 새로운 구조의 개발이 진행됐다(아래 그림).
폭이 긴 낱장 라벨에 대응하기 위해 고정 호퍼 내의 라벨을 진공흡인식의 흡착 암으로 공급하는 구조가 개발됐고, 시제품이 완성됐다(특허 출원 2004.3).
흡착 암의 요동 운동으로 고정 호퍼에 수용된 낱장 라벨을 꺼내 흡입 보조 롤러의 작동을 통해 드럼에 흡착시켜 전달한다. 그 직후에 흡인 드럼이 라벨을 이송하고 이송 벨트가 라벨을 끼워 반송한다. 이에 따라 폭이 긴 낱장 라벨도 정확하게 공급할 수 있다. 그 구조를 기본으로 개량을 거듭하여 다음에 나오는 구조가 개발되었고 라벨러에 탑재한 후 출하하게 됐다.
그 구조를 발전시켜 연속 회전의 본체 구동으로 회전하는 캠에 의해 전후좌우의 복합적인 요동 운동을 하는 흡착 암이 고정 호퍼에 수용된 낱장 라벨을 흡착하여 공급하는 구조가 개발됐다(아래 사진, 그림).
흡착 암은 호퍼 클로에서 라벨을 놓는 방향으로 움직여 라벨을 공급하는, 기존의 진동 호퍼와 비슷한 움직임을 한다. 이 방식은 롤 라벨러와의 겸용기인 대형 로터리 터릿식 라벨러에 탑재되어 5, 6대 연속으로 출하됐다.
또한 폭이 긴 낱장 라벨의 라벨을 공급하는 고정 호퍼 라벨러와 목에 거는 라벨(네커)을 장착하는 네커 라벨러에 탑재되어 출하됐다(아래 사진, 그림).
또한 암식에 대해 기존의 흡인 드럼과 유사한 모양으로 시제품 제작을 계속했고, 신축 흡착 헤드로 고정 호퍼 내의 라벨을 공급하는 구조가 확립됐다(특허 출원 2007.2).
간헐적으로 회전하는 흡인 드럼에 탑재된 신축 흡착 헤드로 고정 호퍼 내에 수용된 낱장 라벨을 흡인 드럼의 회전 정지 시에 흡인하여 공급하는 구조이다(아래 그림, 사진).
고정 호퍼이기 때문에 운전 중에도 라벨을 보충할 수 있고 그와 동시에 라벨 호퍼를 대형으로 하여 수용 가능한 라벨 매수를 큰 폭으로 늘릴 수 있다.
이 고정 호퍼식 라벨 공급 장치는 롤 라벨러와의 겸용기로도 탑재되게 됐다. 이 구조와 유사한 방식으로는 서보 모터에 의한 흡인 드럼의 간헐 회전 운동과, 회전 홈 캠에 의한 흡착 헤드의 신축 운동에 따라 고정 호퍼에 수용된 낱장 라벨을 흡착하여 공급하는 구조가 있다(아래 사진, 그림). 이 방식은 용기의 목에 거는 라벨을 장착하는 네커 라벨러에 적용되었다. 네커 호퍼에서 흡착하여 공급하는 넥 라벨을 회전 반송하여 성형 드럼의 원추형 성형 헤드에 전달하는 역할을 한다.
