KR20070011169A - 용접 시임 및 호일 백을 형성하는 장치 및 방법 - Google Patents

용접 시임 및 호일 백을 형성하는 장치 및 방법 Download PDF

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KR20070011169A
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에베르하르트 크라프트
한스-페터 빌트
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인다크 게젤샤프트 퓌어 인두스트리에베다르프 엠베하 운트 코. 베트리브즈 카게
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Abstract

본 발명은 초음파 해머(9)와 상기 초음파 해머(9)를 향하여 배향된 용접 측면을 구비한 모루(8)를 구비한 호일 백(1) 상에 용접 시임(2)을 형성하는 장치에 관한 것으로서, 상기 용접 측면은 길다란 돌출부(10)를 구비하며, 호일 백(1)의 재료(3a 3b, 6a, 7a, 7b)는 돌출부(10) 및 초음파 해머(9) 사이에서 클램핑되며, 상기 돌출부(10)는 돌출부(10)에 나란하게 연장되는 적어도 하나의 압입부(11)를 구비한다. 본 발명은 호일 백상에 용접 시임을 형성하는 장치에 관한 것으로서, 전술한 장치들 중 하나 이상은 서로 이웃하여 배치되며 동조(synchro)되어 작동한다. 본 발명은 호일 백(1) 상에 용접 시임(2)을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 호일 백(1)은 초음파 해머(9)과 모루(8) 사이에서 클램핑되며, 상기 모루(8)는 상기 초음파 해머(9)를 향하여배향된 용접 측면상에 길다란 돌출부를 구비하며, 사익 호일 백(1)에는 초음파에 의해 용접 시임(2)이 제공되며, 상기 돌출부(10)는 용접 시임(2)에 나란하게 연장되는 적어도 하나의 압입부(11)를 구비한다. 본 발명은 용접 시임(2)을 구비한 호일 백(1)에 관한 것으로서, 용접 시임(2)은 적어도 2개의 용접 구간(12, 13) 및 적어도 3, 또는 4개의 밀봉 웨지(14a 14b, 14c, 14d)를 구비한다.
호일 백, 용접 시임

Description

용접 시임 및 호일 백을 형성하는 장치 및 방법 {Apparatus and method for producing a weld seam, as well as foil bags}
도 1은 호일 백의 개략도이다.
도 2는 상기 장치와 호일 백의 개략적인 단면도이다.
도 3은 모루(anvil)의 3차원적 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 호일 백 2: 용접 시임
8: 모루 9: 초음파 해머
10: 돌출부
본 발명은 호일 백(foil bag)상에 용접 시임을 형성하거나 호일 백 자체를 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
호일 백은 액체나 점성체를 포장하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 음료수, 동물 사료, 크림, 염색약, 비누, 등이 이러한 호일 백에 포장되게 된다. 이러한 종류의 호일 백은 예를 들어 2개의 측면 호일과 저면 호일로 구성되는 직립형 백이다.
다양한 호일은 이러한 백을 형성하도록 각각의 에지에서 서로 용접된다. 이것은 열간 밀봉 방법 또는 초음파 밀봉으로 이루어진다.
상기 용접 시임은 일반적으로 바람직하지 않은 작은 균열부를 구비한다.
본 발명의 목적은 이러한 고려하에 호일 백 상에 용접 시임을 형성하거나 보다 향상된 용접 시임을 가진 호일 백 자체를 형성하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
제1항 또는 제10항에 따른 장치 및 제11항에 따른 방법, 제12항에 따른 호일 백에 의해 이러한 목적이 달성된다. 다양한 실시예들이 종속항에 설명된다.
초음파 해머 및 모루(anvil)가 용접 시임을 형성하기 위하여 제공된다. 초음파는 초음파 해머로써 호일 재료에 가해져서 호일 재료는 국부적으로 용융하게 된다. 상기 초음파 해머로부터 호일 재료에 초음파를 주입함으로써, 호일 재료는 초음파 해머와 모루 사이에서 클램핑된다.
상기 초음파 해머를 향하여 배향된 모루의 측면에서, 상기 모루는 돌출부를 구비하여 돌출부와 초음파 해머 사이에 호일 백을 클램핑하게 된다.
모루의 경우, 적어도 하나의 압입부가 예를 들어 홈의 형태로 상기 돌출부에 제공된다. 이러한 홈은 상기 돌출부에 나란하게 연장되며 상기 용접 시임에 나란하게 연장된다.
모루의 돌출부의 영역에서, 호일 재료는 초음파의 효과에 의해 용융되어 초 음파 해머와 모루 사이의 압력으로 인하여 상기 영역 밖으로 압축된다. 그 결과, 용융된 재료의 밀봉 웨지(sealing wedges)들은 상기 모루의 에지상에 형성된다. 이러한 밀봉 웨지는 용융되지 않은 재료를 서로 접착하며 용접 시임의 밀봉부로 유도한다.
이러한 4개의 밀봉 웨지를 구비한 용접 시임은 상기 돌출부의 압입부의 배열체에 의해 형성되며 그 밀봉 웨지들은 결과적으로 양호하며 확실한 밀봉 효과를 나타내게 된다.
상기 압입부의 에지상에 형성되는 2개의 밀봉 웨지들은 상기 압입부의 영역에서 서로 성장하게 되어, 하나의 단일 밀봉 웨지 또는 다른 밀봉 구간이 결과적으로 여기서 나타나며, 전체 3개의 밀봉 웨지가 형성되게 된다.
상기 압입부의 영역으로 유동하는 용융된 호일 재료가 호일이 있는 큰 볼록부로 유도되지 않도록 하고, 상기 압입부의 영역으로 유동하는 용융된 호일 재료가 추가적인 압력의 결과로 용융되지 않은 호일 재료와 접촉하게 하기 위하여, 상기 압입부는 상기 돌출부의 높이와 비교하여 낮은 깊이를 가지는 것이 바람직하다.
상기 용접 시임에서 나타나는 양호한 밀봉효과를 위하여, 상기 돌출부의 폭의 약 10 내지 90%의 압입부의 폭이 바람직하다. 특히, 약 25 내지 50% 가 바람직한데, 보다 바람직하게는 약 30 내지 35%가 바람직하다.
상기 모루는 견고하게 장착되지 않는 것이 바람직하며, 대신에 경사질 수 있게 장착된다. 이 경우, 적어도 2개의 축 주위에서 경사지는 것이 바람직하다. 상기 축들은 모루 그 자체를 통하여 연장될 필요는 없지만(가능하기는 하다) 대신에 모루 외측으로 연장될 수 있다.
상기 모루는 초음파 해머의 방향으로 미리 신장(pre-tension)되는 방식으로 장착되는 것이 바람직한데, 여기서, 이러한 신장은 스프링, 고무 요소 등과 같은 2개의 가압 요소에 의해 행해지는 것이 바람직하다.
이러한 방식의 장착과 미리 신장시키는 결과, 상기 모루와 초음파 해머 사이에서 형성되는 용접 시임을 따라 균일한 압력을 보장할 수 있게 된다. 이것은 용접 시임의 길이를 따라 균일한 용접 시임을 형성하는데 바람직하다.
상기 모루를 잘 정렬하기 위하여, 2개의 가압 요소는 상기 모루의 거의 단부에서 작용하는 것이 바람직하다.
상기 용접 시임의 밀봉의 신뢰성을 증가시키기 위하여, 정확히 하나 이상의 압입부(홈)을 제공하는 것이 가능한데, 여기서, 이러한 압입부들은 서로 나란하게 연장되는 것이 필수적이다. 이러한 방식으로, 3개 또는 4개를 넘어서는 다수의 밀봉 웨지들이 달성되게 되며, 여기서, 이러한 것은 보다 양호한 밀봉 효과를 나타낸다.
서로 이웃하는 다중 호일 백에 용접 시임이 제공될 수 있는 장치가 바람직하다. 이러한 장치의 경우 동일한 클록 속도와 최소한의 설계 노력에서 높은 효율을 나타내는데, 왜냐하면 이러한 다양한 기계적인 장치들이 다양한 용접 장치에 공통적으로 사용될 수 있기 때문이다.
이러한 방법에서, 용접 시임이 형성되어야 하는 호일 백의 부분은 모루상의 돌출부와 초음파 해머 사이에서 클램핑되며, 상기 용접 시임은 초음파로써 가압하 는 초음파 해머에 의해 형성된다. 상기 모루의 돌출부는 그 연결부에서 저겅도 하나의 압입부를 구비한다.
상기 호일 백은 적어도 2개의 용접 구간과 적어도 3개 또는 4개의 밀봉 웨지를 가지는 용접 시임을 구비한다.
본 발명의 다양한 실시예들은 도면을 참조하여 설명된다.
도 1a는 호일 백(1)의 개략적인 3차원 도면이다. 도 1b는 동일한 호일 백을 단면으로 도시한다. 상기 호일 백(1)은 2개의 측면 호일(3a, 3b)과 저부 호일(5)를 구비한다. 상기 저부 호일(5)은 접혀져서, 그 하측 단부에서 측면 호일(3a 3b)의 에지에 용접된다. 상기 측면 호일(3a 3b)은 도 1의 좌측과 우측으로 연장되는 호일 백(1)의 에지에서 서로 용접된다. 상기 측면 에지에 측면 호일(3a 3b)를 용접하는 것과 상기 저부 호일(5)에 용접하는 것은 열용접에 의해 형성되지만, 전술한 초음파 밀봉에 의해 형성될 수도 있다.
상기 호일 백(1)은 상부 단부(4)상에서 개방되어 있으며 용접 시임(2)에 의해 폐쇄되어 있지않는 방식으로 제조된다. 이러한 방식으로, 제조된 호일 백(1)은 상부 단부(4)에서 충진되고 용접 시임(2)에서 폐쇄된 후에 상부 단부(4)를 통하여 충진될 수 있다.
밀봉 문제는 충진이 끝난후에 상부 단부(4)를 용접할 때 발생하는데, 그 이유는 타이트한 용접 시임을 방지하는 백의 내측면상에 불순물이 있을 수 있기 때문이다. 본원에서 설명되는 상기 장치와 방법은 상부 단부(4)에서 용접 시임(2)을 형성하는데 특히 바람직하지만 다른 용접 시임에도 사용될 수 있다.
도 2a는 호일 백(1)의 상부 단부(4)를 도시한다. 상기 2개의 측면 호일(34a 3b)은 영역(4)에서 서로 연장된다. 여기서 도시된 측면 호일(3a 3b)은 적어도 2개의 레이어(6a, 7a 및 6b, 7b)를 포함한다. 상기 레이어(6a 6b)는 다양한 레이어들을 다시 포함한다. 예를 들어, 그것은 알루미늄 호일을 포함할 수 있으며 쉽게 용접되지 않는 플라스틱을 포함할 수도 있다. 상기 레이어(6a 6b)는 외측에서 보이는 장식 패턴을 포함할 수 있다.
상기 레이어(7a 7b)는 용접될 수 있는 재료로 제조되는데, 예를 들어 폴리에틸렌과 같은 재료로 제조된다. 2개의 측면 호일(3a 3b)의 2개의 레이어(7a 7b)는 상부 단부(4)에서 서로 직접 접촉하지만 초기에는 서로 영구적으로 결합되지 않는다. 도 2a는 초음파가 발사되기 전의 상태를 도시한다.
상기 호일 백(1)의 상부 단부(4)는 모루(8) 및 초음파 해머(9) 사이에서 클램핑 되는 것으로 도시된다. 이를 위하여, 상기 모루(8)는 돌출부(10)를 구비하는데, 상기 돌출부는 상기 호일 백(1)의 상부 단부(4)와 접촉한다. 상기 모루(8) 및 초음파 해머(9)는 서로로부터 서로를 향하여, 예를 들어 선형 운동으로, 또는 모루(8), 초음파 해머(9) 또는 양자 모두의 선회 운동(swivel)으로 이동하게 된다. 상기 모루(8)는 상기 초음파 해머(9)에 대하여 미리 신장되거나, 사이 초음파 해머(9)는 상기 모루(8)에 대하여 미리 신장된다.
상기 초음파 해머(9)는 초음파원에 연결되는데, 상기 초음파원은 초음파장이 초음파 해머(9)에 의해 호일 백(1)의 재료에 주입되는 것을 보장한다. 이는 특히 돌출부(10)의 영역에서 효과적인데, 그 이유는 여기에는 초음파 해머(9)와 호일 재료(1) 사이에 고압이 존재하기 때문이다.
상기 돌출부(10)는 일정 폭과 높이를 가진다. 압입부(11)는, 예를 들어 홈의 형상을 가지는데, 돌출부(10)에 제공된다. 상기 압입부(11)의 폭(b)은 대략 돌출부(10)의 폭의 1/3이다. 또한, 상기 압입부(11)는 상기 돌출부(10)의 높이(h)보다 다소 작은 깊이(t)를 가진다.
정확하게 하나의 압입부(11) 대신에, 2, 3 또는 그 이상의 압입부가 제공될 수 있다. 상기 압입부 사이에는 홈의 외측에 배치된 돌출부의 영역과 높이를 이루거나 다소 상승되어 있거나 하강되어 있는 융기부(미도시)가 존재한다. 서로 더해진 상기 압입부의 폭은 상기 돌출부의 폭(a)의 약 10 내지 90%이거나 25 내지 50% 이거나, 30 내지 35%일 수 있다.
도 2b는 초음파를 가한후의 상황을 도시한다. 초음파를 가함으로써, 상기 레이어(7a 7b)의 재료는 압입부(11)의 영역 없이 상기 돌출부(10)의 영역에서 용융된다. 그 영역에서, 호일 재료는 초음파 해머(9)에 대하여 가압되어 놓이며, 초음파는 호일 재료에 발사되어 그 국부적 가열을 유도하게 된다. 상기 모루(8) 및 초음파 해머(9) 사이의 압력의 결과, 용융된 재료는 그 영역(용접 구간(12, 13))으로부터 유동되어 나오게 되며, 영역(14a 14b, 14c, 14d)에서 밀봉 웨지를 형성하게 된다. 이러한 밀봉 웨지는 2개의 측면 호일을 서로 접착하게 된다. 상기 레이어(6a, 6b)는 초음파에 의해 자체적으로 용융되지는 않는다. 그러나, 상기 레이어들은 레이어(7a 7b)의 용웅된 재료를 유지하게 하며 용융된 재료가 호일 레이어의 높이로(초음파 해머 또는 모두의 표면에 나란하게) 유동하게 한다. 상기 레이어(6a 6b)는 상기 모루(8) 또는 초음파 해머(9)에 호일이 달라붙지 않게 한다 .
상기 용접 시임(2)을 따라 연장되는 4개의 밀봉 웨지를 형성한 결과, 특히 양질의 용접 시임(2)이 형성된다.
다중 압입부의 경우, 보다 맣은 밀봉 웨지 또는 영접 구간을 형성할 수 있게 되어, 용접 시임의 밀봉성을 더욱 우수하게 한다.
상기 영역(14b, 14c)의 밀봉 웨지들은 압입부(11)의 낮은 깊이(t)에 의해 및/또는 낮은 폭(b)에 의해 서로 접촉하게 되며, 단일 밀봉 웨지로 병합될 수도 있다. 상기 압입부(11)가 작은 공간만을 제공한다면, 용융된 재료는 가압 상태하에서 압입부(11)의 영역으로 가압되거나, 가압 상태에 놓이게 되며 전체 사용가능한 공간을 차지하게 된다. 이를 통하여, 상기 측벽 호일(3a 3b)의 미용융된 영역들 사이에 특히 양호한 접착 효과가 나타나게 된다. 이러한 것은 다중 압입부(10)의 경우에 대응하는 방식으로 적용된다.
도 3은 그 지지체의 모두(8)의 3차원 상태를 개략적으로 도시한다. 상기 모루(8)의 전방에서, 상기 압입부(11)를 구비한 돌출부(10)는 식별가능하다. 하나의 압입부(10) 대신에, 서로에 대하여 나란하게 연장되는 다중 압입부를 제공하는 것도 가능하다.
상기 모루(8)는 선회 운동요소(16)에 장착되는데, 선회운동 축(15)은 상기 돌출부(10)에 나란하게 연장된다.
상기 돌출부(10)는 상기 모루(8)의 길이의 최대부 또는 전체 길이를 따라 연 장된다.
상기 요소(16) 자체는 요소(17)에 유지되는데, 그 자체는 회전가능하도록 장착된다. 상기 요소(17)가 회전할 수 있게 되는 회전축(14)은 회전축(15)에 수직하다.
상기 모루(8)는 축(14) 및 축(15) 양자 주위에 약간의 기계적 노력으로 결국 티핑(tipping)된다.
상기 초음파 해머(9)에 대하여 모루(8)에 미리 신장력을 가하기 위하여, 스프링 요소(18, 19)가 제공된다. 이들은 상기 모루(8)상에서 직접 작동한다. 또한 상기 요소(16, 17)들은 스프링 또는 다른 가압 요소에 의해 미리 신장되는 실시예도 있다. 상기 모루(8)의 단부상에서 작용하는 2개의 스프링(18, 19)으로써 모루(8)를 직접 미리 신장시키는 것은 특히 간단하면서 기계적으로 효과적이다.
상기 선회축(15) 주위의 상기 모루(8)의 선회 운동은 초음파 해머(9)를 향하는 방향에서 제한되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 초음파 해머(9)로부터 상기 모루(8)를 분리함으로써 호일 백(1)이 도입되는 그들 사이의 갭을 형성하는 것이 가능하다. 만약 상기 모루(8) 및 초음파 해머(9)가 서로 다시 오게되면, 상기 호일 백(1)은 그들 사이에서 클램핑된다. 그들을 서로 더욱 밀접하게 하면, 상기 모루(8)는 도 3이 좌측으로 선회축(15) 주위에서 티핑되지만, 스프링(18, 19)에 의해 초음파 해머(9)에 대하여 동시에 미리 신장된다. 이러한 방식으로, 필요한 압력은 상기 모루(8) 및 초음파 해머(9) 사이에서 발생하게 되어, 상기 호일 백(1)의 재료에 초음파장(7)을 양호하게 주입하는 것을 보장하게 된다. 상기 용접 시임이 제조되는 위치에서, 상기 모루(8)는 그 상부 단부에서 좌측으로 약간 경사지거나 수직한 것이 바람직하다(도 2).
상기 초음파 해머(9) 위에서, 상기 돌출부(10) 위에서 설치된 호일 백(1)의 단부(4)가 모루(8)에 대하여 가압되어 클램핑을 위한 초음파 해머(9)와 모루(8) 사이의 공간에 백을 고정하여, 예를 들어 스프링강으로된 스프링 클립을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 과정에서, 상기 스프링 클립은 초음파 해머(9)에 고정된 관계로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 스프링 클립은 상기 모루(8)의 도 3의 돌출부 위에 도시된, 일정 높이의 표면에 대하여 호일 백(1)의 상부 단부(4)를 가압할 수 있게 된다.
상기 축(14) 주위에서 모루(8)를 티핑한 결과, 모루(8)의 지지부, 또는 초음파 해머(9) 또는 측면 호일(3a 3b)의 호일 두께의 미세한 부정확성을 보상하는 것이 가능하게 된다. 이러한 방식으로, 스프링 요소(18, 19)에 의해 발생된 압력은 모루(8)이 전체 폭 또는 용접 시임(2)을 따라 균일하게 분포된다. 이것은 용접 시임(2)의 균일한 형성에 유용하다. 도 3에 도시된 장치에서, 일부는 서로 이웃하여 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 서로 이웃하게 동일한 홀더와 동시에 그리고 동일한 운반 수단과 동시에 다수의 호일 백(1)을 용접하는 것이 가능하게 된다.
바람직하게는, 티핑될 수 있는 방식으로 장착된 단일 모루(8)는 각 호일 백(1)에 제공된다. 그러나, 2이상의 호일 백에 대하여 하나의 모루(8)를 제공하는 것도 가능하다.

Claims (12)

  1. 초음파 해머(9) 및
    상기 초음파 해머(9)에서 배향된 용접 측면을 구비한 모루(8)로서, 상기 용접 측면은 길다란 돌출부(10)를 구비하며, 호일 백(1)의 호일 재료(3a 3b, 6a, 6b, 7a, 7b)는 상기 돌출부(10) 및 초음파 해머(9) 사이에서 클램핑되는 모루(8)를 구비한 호일 백(1)상에 용접 시임(2)을 형성하는 장치에 있어서,
    상기 돌출부(10)는 상기 돌출부(10)에 나란하게 연장되는 적어도 하나의 압입부(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    하나의 압입부(11)의 최소값은 용접 측면 위의 높이(h)를 가지는 돌출부(10)보다 작은 깊이(t)를 가지는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  3. 제1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나의 압입부(11)의 최소값은 상기 돌출부(10)의 약 10 내지 90%, 바람직하게는 25 내지 50%, 더욱 바람직하게는 30 내지 35%에 달하는 폭(b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모루(8)는 티핑(tip)되는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모루(8)는 적어도 2개의 축(14, 15) 주위에서 티핑되는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  6. 제1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    예를 들어 스프링과 같은 적어도 2개의 가압 요소(18, 19)는 모루(8)가 초음파 해머(9)의 방향으로 미리 신장되는 것에 의하여 적어도 2개의 다른 위치에서 모루(8)상에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    적어도 2개의 가압 요소(18, 19)는 상기 모루(8)의 거의 단부에서 작용하는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스프링 클립이 제공되어, 호일 백(1)의 상부 단부(4)는 모루(8)에 대하여 가압되는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2, 3, 또는 그 이상의 압입부(11)는 상기 돌출부(10)에 제공되며, 상기 압입부(11)의 폭은 상기 돌출부(10)의 폭(a)의 약 10 내지 90%, 바람직하게는 25 내지 50%, 더욱 바람직하게는 30 내지 35%에 달하는 것을 특징으로 하는 용접 시임을 형성하는 장치.
  10. 호일 백 상에 용접 시임을 형성하는 장치로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 다중 장치들은 서로 이웃하여 배치되며, 상기 장치들은 동조되어 작동되는 것을 특징으로 하는 용접 시임 형성장치.
  11. 초음파 해머(9) 및 모루(8) 사이에서 클램핑되는 호일 백(1) 상에 용접 시임(2)을 형성하는 방법으로서,
    상기 모루(8)는 상기 초음파 해머(9)에서 배향된 용접 측면상에 길다란 돌출부(10)를 구비하며,
    상기 호일 백(1)에는 초음파에 의해 용접 시임(2)이 제공되는 용접 시임 형성방법에 있어서,
    상기 돌출부(10)는 돌출부(10)에 나란하게 연장되는 적어도 하나의 압입부(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는 용접 시임 형성방법.
  12. 용접 시임(2)을 구비한 호일 백(1)에 있어서,
    상기 용접 시임(2)은 적어도 2개의 용접 구간(12, 13)과, 적어도 3개 또는 4개의 밀봉웨지(14a 14b, 14c, 14d)를 구비하는 것을 특징으로 하는 호일 백
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