KR101170531B1

KR101170531B1 - 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치

Info

Publication number: KR101170531B1
Application number: KR1020090053430A
Authority: KR
Inventors: 남일우
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2012-08-01
Also published as: KR20100135011A

Abstract

캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치에 대하여 개시한다.

본 발명에 따른 롤의 미세 가공 장치는 모터에 의해 회전하는 캠(CAM); 상기 캠의 표면 굴곡에 대응하는 진폭으로 진동하는 캠 팔로우어(CAM FOLLOWER); 상기 캠 팔로우어가 배치되는 서포터(SUPPORTER)에 배치되어, 상기 캠 팔로우어와 동일한 진폭으로 진동하는 푸싱 롤러; 및 전면에 롤을 가공하기 위한 가공용 바이트가 배치되고, 상기 푸싱 롤러의 진동에 의해 전진하고, 실린더에 의해 후진하는 가공부;를 포함하여, 상기 가공부에 배치된 가공용 바이트가 전후진을 반복하는 진동을 하면서 롤을 가공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 롤의 미세 가공 장치는 캠과 캠 팔로우어의 적절한 레버 비의 조절을 통하여 광학 필름 제조용 롤에 미세한 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.

Description

캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치{MINUTE MACHINING APPARATUS OF ROLL USING CAM}

본 발명은 광학 필름 제조용 롤의 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캠(CAM)을 이용하여, 캠의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 분당 30,000회 이상의 고주파의 미세 진동을 발생시킴으로써 롤을 정밀하게 가공할 수 있는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학필름은 용융상태의 광학필름용 고분자 조성물을 T-die를 통하여 필름 형상으로 제조한 후, 2개의 냉각롤 사이를 통과시키면서 냉각 및 고화시키는 과정을 통하여 제조된다.

이때, 제조된 광학필름에는 패턴이 형성될 수 있는데, 광학필름에 패턴을 형성하는 방법은 여러 가지가 있다.

그 중에서, 가장 일반적으로 이용되는 방법은 상기의 2개의 냉각롤 중 어느 하나 또는 양쪽 냉각롤에 패턴을 형성하고, 필름 형상의 고분자 조성물을 2개의 냉 각롤 사이를 통과시키면서 냉각롤의 패턴을 필름 형상의 고분자 조성물에 전사하는 것이다.

도 1은 일반적인 광학필름 제조 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 용융상태의 광학필름용 고분자 조성물(A)은 T-die(11)를 통과하면서 필름 형상(B)으로 되고, 2개의 냉각롤(12a,12b) 사이를 통과하면서 냉각 및 고화(C)된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각롤(12a,12b)에 패턴이 형성되어 있는 경우, 그 패턴은 제조되는 광학필름에 전사되게 된다.

광학필름의 한쪽 면에만 패턴을 형성할 경우에는 2개의 냉각롤(12a,12b) 중 어느 하나의 냉각롤에 패턴을 형성하게 된다.

광학필름의 양쪽 면에 패턴을 형성할 경우에는 2개의 냉각롤(12a,12b) 모두에 패턴을 형성하게 된다. 2개의 냉각롤(12a,12b)에 형성되는 패턴은 동일한 패턴일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 서로 다른 패턴이 될 수도 있다.

이러한 냉각롤과 같은 광학필름 제조용 롤에 패턴을 형성하는 것은 주로 롤의 제작 과정에서 주형에 패턴을 형성하여, 용융 상태의 주물을 주형에 붓고 이를 냉각하는 롤 제작 과정에서, 제조되는 롤 표면에 패턴이 생성되도록 하는 방법이 이용되고 있다.

이 방법은 롤을 제작하면서 패턴까지 형성하게 되므로, 전체적인 제조 비용이 저렴한 장점은 있다. 그러나, 점차 패턴이 미세화되고, 또한 최근에는 마이크로급 또는 나노급까지의 패턴이 요구되고 있는 상황에서, 주형에 미세 패턴을 형성하는 방법은 패턴의 정밀도에 한계가 있다.

이러한 방법을 극복하기 위하여 최근에는 포토 리소그래피(Photo Lithography)나 이빔 리소그래피(e-beam Lithography) 공정을 이용한 방법으로 롤에 패턴을 형성하려고 하고 있는데, 이 방법은 고가의 비용이 소요되고, 또한 롤의 형상이 평면 형상이 아니므로, 리소그래피 공정에 제약을 받게 된다.

이에 본 발명의 발명자들은 예의 노력한 결과, 캠을 이용한 미세진동을 통하여 롤에 정밀한 패턴을 형성할 수 있는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치를 발명하였다.

본 발명의 목적은 캠을 이용하여 회전운동을 직선운동으로 변환하여 분당 30,000회 이상의 고주파 미세 진동을 발생시킴으로써 광학 필름 제조용 롤 전체에 대하여 정밀한 미세 패턴을 형성할 수 있는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치는 모터에 의해 회전하는 캠(CAM); 상기 캠의 표면 굴곡에 대응하는 진폭으로 진동하는 캠 팔로우어(CAM FOLLOWER); 상기 캠 팔로우어가 배치되는 서포터(SUPPORTER)에 배치되어, 상기 캠 팔로우어와 동일한 진폭으로 진동하는 푸싱 롤러; 및 전면에 롤을 가공하기 위한 가공용 바이트가 배치되고, 상기 푸싱 롤러의 진동에 의해 전진하고, 실린더에 의해 후진하는 가공부;를 포함하여, 상기 가공부에 배치된 가공용 바이트가 전후진을 반복하는 진동을 하면서 롤을 가공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치는 회전운동을 직선운동으로 변환하여 분당 30,000회 이상의 고주파 미세 진동을 발생시킴으로써 광학 필름 제조용 롤 전체에 대하여 미세 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치는 캠과 캠 팔로우어의 레버 비(LEVER RATIO)를 적절히 조절할 수 있어서, 원하는 크기의 미세 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치의 원리를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치는 캠(CAM, 110)의 회전운동을 캠 팔로우어(CAM FOLLOWER, 120)의 직선운동으로 변환 하는 원리를 이용한다. 캠 팔로우어(120)의 직선운동은 모터에 의해 회전하는 캠(110)의 표면 굴곡에 의해 나타난다. 캠(110)의 표면 굴곡 중 돌출된 부분과 그렇지 않은 부분에 따라서 캠 팔로우어(120)의 위치가 변하면서 캠 팔로우어(120)의 진동이 이루어지게 된다.

캠 팔로우어(120)의 진동은 캠(110)의 표면 굴곡에 따라서 정해지게 되는데, 엄격하게 말하면 가상의 레버회전 중심(107)을 중심으로 하는 원의 원주방향으로 진동하게 된다. 원주방향으로의 진동에 따라 캠 팔로우어(120)의 위치는 y축 방향으로 주된 변화를 이루며, y축 방향에 수직하는 x축 방향으로도 약간 이동하게 된다. 여기서 x축 방향 및 y축 방향은 설명의 편의상 기재한 것으로, 수평면을 기준으로 서로 수직 교차하는 방향을 나타낸다.

이때 가상의 레버회전 중심(107)의 위치는 캠(110)의 위치, 회전 방향 및 표면 굴곡 등에 의해 결정된다. 도 2에는 캠(110)이 시계 방향으로 회전하여, 가상의 레버회전 중심(107)이 좌측에 위치하는 것이 나타나 있으며, 만약 캠(110)이 반대 방향으로 회전하는 경우 가상의 레버회전 중심(107)은 우측에 위치하게 된다.

도 3은 본 발명에 이용될 수 있는 캠의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 캠(110)은 전면 측(110a)과 후면 측(110b)로 나눌 수 있는데, 전면 측(110a)에는 캠 팔로우어(120)를 진동시키기 위한 표면 굴곡이 마련되어 있고, 후면 측(110b)은 캠 구동을 위한 모터와 연결된다.

캠(110)의 표면 굴곡의 수와 모터의 회전 속도, 즉 캠(110)의 회전 속도에 의해 캠 팔로우어(120)의 진동수가 결정된다. 또한, 캠(110)의 표면 굴곡의 높이, 즉 산과 골의 높이차와 캠(110)의 표면 굴곡의 형상 등에 의해 캠 팔로우어(120)의 진폭이 결정된다.

캠 팔로우어(120)가 진동하면서, 캠 팔로우어(120)가 배치되어 있는 서포터(105) 역시 함께 진동하게 되고, 서포터(105)의 타측에 배치되는 푸싱 롤러(PUSHING ROLLER, 130) 역시 상기의 캠 팔로우어(120)와 동일한 진폭으로 진동하게 된다. 즉, 푸싱 롤러(130) 역시 원주방향으로의 진동하게 되며, 이에 따라 푸싱 롤러(130)의 위치도 y축 방향으로 주된 변화를 이루며, x축 방향으로도 약간 이동하게 된다.

여기서, 중요한 것은 푸싱 롤러(130)의 x축 방향으로의 움직임이다. 푸싱 롤러(130)는 가공부(107)에 x축 방향으로의 미는 힘을 전달하게 되고, 가공부(107)가 이 힘을 전달받으면서, 전면에 장착된 가공용 바이트(150)가 x축 방향으로 운동하면서 비로소 롤의 미세 가공이 이루어진다.

한편, 가공부(107)의 후진은 전진과 달리, 후진을 위한 별도의 힘이 필요하게 되는데, 이 힘은 가공부(140)와 기계적으로 연결되는 실린더(도 4의 109)에 의해 가능하다.

실린더(109)는 항상 일정한 힘으로 상기 가공부(140)를 후진시키도록 제어될 수 있는데, 이 경우 푸싱 롤러(130)의 가공부(140) 쪽으로의 x축 방향의 힘의 크기가 실린더(109)의 반대 방향으로의 힘의 크기보다 클 경우에 가공부(140)가 전진하게 된다. 반대의 경우 가공부(140)는 후진을 하게 되고, 전진 및 후진을 반복함으 로 가공부(140) 및 가공용 바이트(150)의 진동이 이루어지게 된다.

또한, 실린더(109)는 푸싱 롤러(130)의 x축 방향으로의 운동에 대응하도록 제어될 수 있는데, 이 경우, 푸싱 롤러(130)가 x축 방향으로의 운동 중 가공부(140)에서 반대 방향으로 이동하는 경우에만 실린더(109)가 구동하도록 제어되어, 푸싱 롤러(130)와 가공부(140)가 접촉이 계속 유지될 수 있도록 하거나, 푸싱 롤러(130)와 가공부(140)가 일정한 간격을 유지하도록 할 수 있다.

캠(110)을 고속으로 회전시키면 이에 따라 캠 팔로우어(120)의 진동수 역시 증가하게 되고, 분당 30,000회 이상의 진동 역시 이루어질 수 있게 되고, 이러한 캠 팔로우어(120)의 진동에 따라 결국은 가공용 바이트(150) 역시 분당 30,000회 이상으로 진동이 가능하게 되고, 이를 통해, 광학 필름 제조용 롤을 정밀하게 가공할 수 있게 된다.

또한, 캠(110)과 캠 팔로우어(120)의 레버 비(LEVER RATIO)를 적절히 조절함으로써, 가공부(140) 및 가공용 바이트(150)의 진폭을 조절할 수 있으며, 이에 따라 롤의 가공 두께를 조절할 수 있다. 예를 들어, 광학필름 제조용 롤에 V자 형태의 홈을 가공할 경우, 롤에 가공되는 홈의 깊이도 캠(110)의 표면 굴곡에 따라 달라질 수 있다 .

상기 캠 팔로우어(120)의 y축 방향의 진폭은 20~30㎛일 수 있으며, 가공용 바이트(150)의 x축 방향의 진폭은 상기 캠 팔로우어(120)의 y축 방향의 진폭의 1/10 정도에 해당하는 2~3㎛가 될 수 있다. 가공용 바이트(150)의 x축 방향의 진폭은 캠(110)과 캠 팔로우어(120) 혹은 푸싱 롤러(130)의 레버 비 조절에 의해 조절 가능한데, 상기 2~3㎛는 광학 필름의 고휘도 특성과 동시에 습기 배출이 유리한 프리즘의 단차치수가 될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면 광학 필름 제조용 롤(102)을 가공하기 위한 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치는, 모터 구동에 의해 수평 회전하는 캠(110), 캠(110)과 접촉할 수 있도록 캠(110)의 y축 방향에 배치되는 캠 팔로우어(120), 캠(110)이 배치되는 서포터(105)의 타측에 배치되는 푸싱 롤러(130), 캠 팔로우어(120) 및 푸싱 롤러(130)가 배치되는 가공부(140) 및 가공부(140) 전면에 배치되는 가공용 바이트(150)를 포함하여, 다음과 같이 동작한다.

캠(110)이 모터(101)에 연결되어 미리 정해진 방향으로 회전한다. 도시된 바와 같이, 가공용 바이트(150)가 좌측에 위치하고, 캠 팔로우어(120)가 y축 방향에 위치할 경우 캠(110)은 시계방향으로 회전하고, 반대로, 가공용 바이트(150)가 우측에 위치할 경우 캠(110)은 반시계방향으로 회전한다.

캠(110)의 회전운동에 따라서, 캠 팔로우어(120)는 캠(110)의 표면 굴곡에 대응하는 진폭으로 진동한다. 캠 팔로우어(120)는 캠(110)의 표면 굴곡에 따라 정해지는 레버회전 중심(107)을 기준으로 원주방향으로 진동하게 된다.

푸싱 롤러(130)는 캠 팔로우어(120)가 배치되는 서포터(105)에 함께 배치되어, 캠 팔로우어(120)와 동일한 진폭으로 진동한다. 푸싱 롤러(130)의 x축 방향으 로의 이동 정도는 가공부(140) 및 가공용 바이트(150)의 x축 방향으로의 진폭을 결정하게 된다.

가공부(140)는 전면에 롤(102)을 가공하기 위한 가공용 바이트(150)가 배치되고, 푸싱 롤러(130)의 진동에 의해 롤(102) 쪽으로 전진하고, 실린더(109)에 의해 롤(102) 쪽에서부터 후진한다.

가공부(140)에 배치된 가공용 바이트(150)가 상기와 같이 전진 및 후진을 반복하는 진동을 하면서 롤(102)이 미세 가공된다.

롤(102)은 미리 정해진 속도로 회전을 하게 되고, 또한 롤 또는 가공 장치가 y축 방향 이동을 하면서 롤 (102) 전체가 미세 가공될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 장치에 의해 미세 패턴이 형성된 롤을 통하여 제조된 광학필름의 예를 나타내는 사진이다.

구체적으로는 캠 팔로우어의 y축 방향의 진폭을 31㎛로 하고, 푸싱 롤러의 진동에 기인하는 가공용 바이트의 x축 방향의 진폭을 2㎛가 되도록 조절하였다. 이때, 모터의 회전은 2,500RPM이 되도록 하였고, 캠의 표면 굴곡은 1회전당 12주기가 나타나도록 형성하였다. 상기의 조건으로 냉각롤에 패턴을 형성하였으며, 도 1에 도시된 광학 필름 제조 장치를 이용하여 제조되는 광학필름의 일면에 패턴이 형성되도록 하였다.

도 5를 참조하면, 주기적으로 패턴의 높이가 달라지는 것을 볼 수 있으며, 그 높이 차이는 0.002㎛로서 가공용 바이트의 x축 방향의 진폭과 거의 동일한 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치를 이용할 경우, 마이크로급, 나아가 나노급까지 매우 정밀한 패턴을 롤에 형성하고, 이를 통하여 광학 필름에 미세 패턴을 전사할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims

모터에 의해 회전하는 캠(CAM);

상기 캠의 y축 방향에 배치되어, 상기 캠의 표면 굴곡에 대응하는 진폭으로 진동하는 캠 팔로우어(CAM FOLLOWER);

상기 캠 팔로우어가 배치되는 서포터(SUPPORTER)에 배치되어, 상기 캠 팔로우어와 동일한 진폭으로 진동하는 푸싱 롤러(PUSHING ROLLER); 및

전면에 롤을 가공하기 위한 가공용 바이트가 장착되고, 상기 푸싱 롤러의 진동에 의해 전진하고, 실린더에 의해 후진하는 가공부;를 포함하여,

상기 가공부에 배치된 가공용 바이트가 x축 방향으로 전후진을 반복하는 진동을 하면서 롤을 가공하며,

상기 캠은 표면굴곡이 형성된 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 캠 팔로우어는 가상의 레버회전 중심을 기준으로 원주방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치.
제2항에 있어서,

상기 레버회전 중심은 상기 캠의 위치, 회전 방향 및 표면 굴곡에 따라 정해 지는 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 캠 팔로우어의 y축 방향의 진폭은 20~30㎛이고, 상기 가공용 바이트의 x축 방향의 진폭은 2~3㎛인 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 실린더는 일정한 힘으로 상기 가공부를 후진시키는 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 실린더는 푸싱 롤러의 x축 방향으로의 운동에 대응하도록 상기 가공부를 후진시키는 것을 특징으로 하는 캠을 이용한 롤의 미세 가공 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 기재된 장치에 의해 패턴이 형성된 광학 필름 제조용 롤.
제7항에 기재된 롤에 의해 일면 또는 양면에 패턴이 형성된 광학 필름.