KR101345243B1 - 코팅 롤의 베어링 구조, 도포 장치, 및 도포 방법 - Google Patents

코팅 롤의 베어링 구조, 도포 장치, 및 도포 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일형태에 관련된 코팅 롤의 베어링 구조에 의하면, 코팅 롤의 중력 방향의 휘어짐에만 추종하도록 제 1 베어링부의 경동을 허용하는 제 2 베어링부를 설치한다. 이에 의해, 코팅 롤이 휘어져도, 회전시에 롤이 축 흔들리거나, 베어링의 부하를 증대시키지 않고, 휘어진 채의 상태에서 일정한 회전 축심을 형성하여 회전한다. 또한, 코팅 롤에 중력 방향 이외의 외력이 가해져도, 코팅 롤의 회전 축심이 변동하지 않는다. 이에 의해, 높은 회전 정밀도를 실현할 수 있다.

Description

코팅 롤의 베어링 구조, 도포 장치, 및 도포 방법{BEARING STRUCTURE FOR COATING ROLL, APPLICATION DEVICE, AND APPLICATION METHOD}
본 발명은 코팅 롤의 베어링 구조, 및 도포 장치에 관한 것으로서, 특히, 폭이 넓은 도포면을 균일하게 형성하는 도포 장치에서의 코팅 롤의 베어링 구조에 관한 것이다.
종래, 코팅 롤 장치로서는, 여러가지 방식의 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이들 코팅 롤 장치는 모두 비교적 폭이 작은 필름을 가이드하면서, 도포액을 도포하는 것이다.
그런데, 액정 디스플레이 등에 사용되는 기능성 필름(예를 들면, 광학 보상 필름, 반사 방지 필름 등)의 대면적화에 따라, 필름 폭도 커져, 폭이 넓은 코팅 롤 장치가 필요로 되고 있다.
그러나, 폭이 넓은 코팅 롤 장치에서는, 코팅 롤(이하, 단순히 「롤」이라고도 함)의 자중(自重)에 의한 축 휘어짐이 증가하고, 베어링부로의 모멘트가 증대함으로써 회전시에 롤의 축 흔들림이 생긴다. 또한, 롤의 장척화(長尺化)에 따른 롤 중량의 증가에 의해 베어링부로의 부하가 증대한다. 이 결과, 롤의 회전 정밀도가 현저하게 저하하여, 필름에 도포하는 도포막 두께가 불균일해진다는 문제가 있었다.
이에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 2에서는, 롤을 회전시키는 기구로서, 자동 조심(自動調心; self-aligning) 기구 부착 베어링(롤러 베어링)을 사용하고 있다. 그리고, 자동 조심 기구 부착 베어링의 회전 정밀도의 낮음을 보충하기 위하여, 롤 내부에 기체 베어링용 외륜(外輪)을 고정하여, 상기 기체 베어링용 외륜의 내측에 기체 베어링용 지지축을 설치하고 있다. 이에 의해, 롤 회전에 따른 토크 불균일을 억제하고 있다.
또한, 특허문헌 3에서는, 롤을 앵귤러 베어링(angular bearing) 내륜(內輪)에 고정하고, 또한 내주면(內周面)에 앵귤러 베어링 외륜이 고정되고 또한 외주면(外周面)이 구면체(球面體)를 이루는 하우징과 끼워맞춰지게 한 베어링 구조가 제안되어 있다. 이 베어링 구조에서는, 롤의 회동을 중력 방향, 수평 방향에 상관없이 자재(自在)로 하고 있다. 또한, 앵귤러 베어링의 축방향으로의 여유도 없어지기 때문에, 높은 회전 정밀도를 실현할 수 있다고 되어 있다.
일본국 특개2002-336756호 공보 일본국 특개평6-221325호 공보 일본국 특개2006-349100호 공보
그러나, 상기 특허문헌 2, 3의 방법에서는, 모두 구름 베어링을 사용하기 때문에 베어링 구조상 진동의 발생원으로 되기 쉽고, 또한 외부 진동도 전달하기 쉬워진다. 이 때문에, 베어링의 동(動)특성이 낮아서, 진동 등의 외란(外亂)이 필름에 전해지기 쉽다는 문제가 있었다.
또한, 구면형 하우징을 사용한 상기 특허문헌 3에서는 이하와 같은 문제도 있었다.
(1) 롤과 도포 헤드의 클리어런스(clearance)가 변동한다. 구체적으로는, 도 6은 종래의 베어링 부재(2)에 롤(5)을 세트하였을 때의 상면도(上面圖)이지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 베어링 부재(2)는 필름(3)의 반송 방향으로도 조심(調心)된다. 즉, 구면형 하우징을 구성하는 내륜(4)의 외주면이 필름(3)의 반송 방향으로 구면 형상으로 되어 있기 때문에, 화살표로 나타낸 바와 같이, 필름 반송 방향(Y방향)으로도 경동(傾動)한다. 이 때문에, 롤(5)에 수평 방향의 외력(예를 들면, 필름 반송 방향의 텐션 등)이 가해지면, 롤(5)과 도포 헤드(6)의 클리어런스가 크게 변동하여, 균일한 막두께의 도포면을 형성하는 것이 곤란해진다.
(2) 구면형 하우징에서 롤을 조심하면, 구조상 점접촉이 늘어나기 때문에, 베어링부의 동특성이 저하하여, 진동이 생긴다. 이 진동이 롤에 전해지면, 필름으로의 도포 성능을 저하시킬 우려가 있다.
(3) 구면형 하우징의 구면은 가공 정밀도가 낮고, 고비용으로 된다.
또한, 기능성 필름의 생산에서 정밀도가 높은 박층(薄層) 도포을 행하기 위해서는, 롤로서 1㎛ 이하의 높은 회전 정밀도가 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 코팅 롤이 휘어지거나, 코팅 롤에 중력 방향 이외의 외력이 가해져도, 코팅 롤의 회전 축심이 변동하지 않고, 높은 회전 정밀도를 실현할 수 있는 코팅 롤의 베어링 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 형태는 상기 목적을 달성하기 위하여, 코팅 롤의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링부와, 상기 제 1 베어링부를 지지하는 동시에, 상기 코팅 롤의 중력 방향의 휘어짐에만 추종(追從)하도록 상기 제 1 베어링부의 경동을 허용하는 제 2 베어링부를 구비한 것을 특징으로 하는 코팅 롤의 베어링 구조를 제공한다.
제 1 형태에 의하면, 코팅 롤의 중력 방향의 휘어짐에만 추종하도록 제 1 베어링부의 경동을 허용하는 제 2 베어링부를 설치한다. 이에 의해, 코팅 롤이 휘어져도, 회전시에 롤이 축 흔들리거나, 베어링의 부하를 증대시키지 않고, 휘어진 채의 상태에서 일정한 회전 축심을 형성하여 회전한다. 또한, 코팅 롤에 중력 방향 이외의 외력이 가해져도, 코팅 롤의 회전 축심이 변동하지 않는다. 이에 의해, 높은 회전 정밀도를 실현할 수 있다.
제 1 베어링부로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 유압식 정압 베어링 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 외부로부터 침입하는 진동 등의 외란이 적은 경우는, 정밀도가 높은 구슬 베어링 방식이나 롤러 베어링 방식 등을 채용할 수 있다. 또한, 코팅 롤의 중량이 작은 등, 베어링에 걸리는 부하나 모멘트의 영향이 작은 경우는, 공기압을 이용한 공기압 베어링 방식, 자력(磁力)을 이용한 자기 베어링 방식 등도 채용할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태는 제 1 형태에 있어서, 상기 제 2 베어링부는, 상기 제 1 베어링부의 외주에 설치되고, 상기 제 1 베어링부를 내주면에서 지지하는 슬라이딩 베어링부 내륜과, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주에 설치되고, 상기 내륜의 외주면을 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬라이딩 베어링부 외륜을 구비한 슬라이딩 베어링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 형태는 제 2 형태에 있어서, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜은, 상하에 대향하는 한 쌍의 외주면이 상기 코팅 롤의 축방향을 따라 원호 형상의 볼록 형상 곡면을 이루는 동시에 상기 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 한 쌍의 외주면이 평면을 이룬 부분 원주 형상으로 형성되고, 상기 슬라이딩 베어링부 외륜은, 상하에 대향하는 한 쌍의 내주면이 상기 코팅 롤의 축방향을 따라 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 상기 한 쌍의 외주면과 접하는 원호 형상의 오목 형상 곡면을 이루는 동시에, 상기 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 한 쌍의 내주면이, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 상기 좌우에 대향하는 한 쌍의 외주면과 접하는 평면을 이룬 부분 원주 형상의 공간을 갖는 것을 특징으로 한다.
제 3 형태에 의하면, 제 2 베어링부를 구성하는 슬라이딩 베어링부 내륜과 슬라이딩 베어링부 외륜의, 코팅 롤의 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 측면을 평면으로 하므로, 제 2 베어링부가 상기 좌우 방향으로 경동하는 것을 제한할 수 있다. 또한, 슬라이딩 베어링부 내륜의 상하에 대향하는 2개의 외주면이 원호 형상의 볼록 형상 곡면을 이루므로, 코팅 롤의 축방향으로의 경동을 허용할 수 있다.
이에 의해, 조심에 필요한 자유도를 확보하면서 종래의 베어링보다 점접촉부를 삭감할 수 있으므로, 베어링의 동특성을 향상시킨 상태에서 조심할 수 있다. 또한, 종래의 구면형의 슬라이딩 베어링과 비교해서 곡면 가공의 정밀도가 높으므로, 슬라이딩 베어링부 내륜 및 슬라이딩 베어링부 외륜이 큰 직경으로 되어도, 양자의 맞춤 가공을 정밀도 좋게 행할 수 있다. 따라서, 조심성(調心性)을 고정밀도화하는 동시에, 저비용화할 수 있다.
본 발명의 제 4 형태는 제 3 형태에 있어서, 상기 원호 형상의 볼록 형상 곡면의 곡률 반경(R)은, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 내경(d)의 0.8배 내지 2배인 것을 특징으로 한다.
슬라이딩 베어링부 내륜에 있어서, 원호 형상의 볼록 형상 곡면의 곡률 반경이 지나치게 작으면 구조상 코팅 롤의 지지에 필요해지는 강성이 저하하고, 곡률 반경이 지나치게 크면 충분한 조심성을 얻을 수 없어, 모두 바람직하지 못하다. 제 4 형태에 의하면, 원호 형상의 볼록 형상 곡면의 곡률 반경은, 슬라이딩 베어링부 내륜의 내경(d)(50㎜ 내지 250㎜ 정도)의 0.8배 내지 2배(40㎜ 내지 500㎜ 정도)로 하므로, 상기와 같은 결함을 억제할 수 있다.
본 발명의 제 5 형태는 제 3 또는 제 4 형태에 있어서, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주면 중, 상기 좌우에 대향하는 평면 사이의 폭(B)과 상기 곡률 반경(R)의 비(B/R)는 1 내지 5인 것을 특징으로 한다.
제 5 형태에 의하면, 중력 방향 이외의 힘이 슬라이딩 베어링부 내륜에 작용해도, 슬라이딩 베어링부 내륜의 위치는 슬라이딩 베어링부 외륜에 대하여 안정하게 되어, 슬라이딩 베어링부 내륜의 동특성을 저하시키지 않고 높은 조심성을 발휘할 수 있다. 즉, B/R비가 1을 하회(下回)하면 슬라이딩 베어링부 내륜의 동특성이 저하하기 쉽고, 5를 넘으면 슬라이딩 베어링부 내륜의 중량이 증가하여 원활하게 조심하기 어려워진다. 이 때문에, B/R비는 1 내지 5 정도가 바람직하다.
본 발명의 제 6 형태는 제 1 내지 제 5 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 한 쌍의 제 1 베어링부는, 유압식 정압 베어링인 것을 특징으로 한다.
제 6 형태에 의하면, 코팅 롤을 지지하는 베어링 방식으로서, 높은 진동 감쇠성, 높은 회전 정밀도, 높은 부하 용량 등을 나타내는 유압식 정압 베어링 방식을 채용하므로, 정(靜)특성, 동특성 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 긴 코팅 롤을 지지하는 제 1 베어링부에 있어서, 염려되는 회전축의 외주면과 제 1 베어링부의 내주면의 맞물림(접촉)을 막을 수도 있다.
본 발명의 제 7 형태는 제 6 형태에 있어서, 상기 유압식 정압 베어링의 윤활유의 온도를 측정하는 측정 수단과, 상기 측정 수단의 결과에 의거하여, 상기 윤활유를 소정 온도로 제어하는 온도 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
폭이나 중량이 큰 코팅 롤을 지지하기 위해서는, 높은 베어링 강성이 필요해진다. 이 때문에, 유압식 정압 베어링에서의 급유 압력은 높아져서, 윤활유가 발열하기 쉬워진다. 이 윤활유의 온도는 ±수℃ 범위의 변동에서도, 베어링의 성능에 영향을 주기 때문에, 윤활유의 온도 제어가 중요해진다. 제 7 형태에 의하면, 이러한 윤활유의 온도를 모니터링하여, 윤활유가 소정 온도로 되도록 제어하므로, 베어링의 성능을 안정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 제 8 형태는 제 1 내지 제 7 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 코팅 롤의 유효면 길이는 3,000㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 폭이 큰 코팅 롤은, 그 자중에 의해 축 휘어짐이 증가한다. 제 8 형태에 의하면, 코팅 롤의 유효면 길이는 3,000㎜ 이하로 하므로, 코팅 롤의 휘어짐량을 일정 이하(50㎛ 이하)로 할 수 있다.
본 발명의 제 9 형태는 상기 목적을 달성하기 위하여, 코팅 롤의 회전축의 양단측에 설치되고, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링 부재 중 적어도 한쪽이 제 1 내지 제 8 형태 중 어느 하나에 기재된 베어링 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 롤의 베어링 구조를 제공한다.
본 발명의 제 10 형태는 제 9 형태에 있어서, 상기 한 쌍의 베어링 부재 모두 제 1 내지 제 8 형태 중 어느 하나에 기재된 베어링 구조를 갖는 동시에, 상기 한 쌍의 베어링 부재 중 한쪽의 제 1 베어링부가 스러스트(thrust) 베어링에 의해 지지된 것을 특징으로 한다.
코팅 롤을 저널(journal)식 정압 베어링으로 단순히 지지하면, 스러스트 방향으로의 회전축의 이동이 자유로워진다. 이 때문에, 코팅 롤의 스러스트 방향으로의 이동을 제한하기 위한 베어링 기구로서, 코팅 롤의 양단부에서 스러스트 방향을 지지하는 방법이 있다. 그러나, 윤활유의 발열에 의한 코팅 롤의 축방향으로의 열팽창이 일어난 경우, 축방향으로의 여유가 없기 때문에, 압축 하중을 받아서 변형할 우려가 있다. 제 10 형태에 의하면, 스러스트 베어링을 코팅 롤의 한쪽에만 설치하므로, 상기와 같은 결함을 억제할 수 있다.
본 발명의 제 11 형태는 상기 목적을 달성하기 위하여, 도포 헤드와, 코팅 롤에 감겨서 수평 방향으로 주행하는 밴드 형상의 필름과의 사이의 클리어런스에 도포액 가교를 형성하여, 상기 도포 헤드로부터 토출한 도포액을 상기 필름에 도포하는 압출(extrusion)형의 도포 장치에 있어서, 상기 코팅 롤의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링 부재 중 적어도 한쪽이, 제 1 내지 제 8 형태 중 어느 하나에 기재된 베어링 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 도포 장치를 제공한다.
제 11 형태에 의하면, 이러한 도포 장치에 있어서, 필름 반송 방향으로 코팅 롤의 회전 축심이 변동하지 않는다. 이 때문에, 필름이 감겨지는 코팅 롤과 도포 헤드 사이에 균일한 클리어런스를 형성할 수 있어, 도포액을 균일하게 도포할 수 있다. 또한, 코팅 롤로서는, 백업 롤도 포함된다.
본 발명에 의하면, 코팅 롤이 휘어지거나, 코팅 롤에 중력 방향 이외의 외력이 가해져도, 코팅 롤의 회전 축심이 변동하지 않고, 높은 회전 정밀도를 실현할 수 있다.
도 1은 (A)부분, (B)부분이 각각 본 발명에 관련된 코팅 롤의 베어링 구조를 구비한 도포 장치의 주요부, 및 베어링 부재의 구성 부재를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에서의 베어링 부재의 내부 구성을 설명하는 확대 단면도.
도 3은 롤이 중력 방향으로 휘어지는 형태를 설명하는 설명도.
도 4a는 도 1의 도포 장치에서의 동작을 설명하는 설명도.
도 4b는 도 1의 도포 장치에서의 동작을 설명하는 다른 설명도.
도 5는 본 실시예의 결과를 나타내는 그래프도.
도 6은 종래의 구면형 하우징을 구비한 베어링 부재의 위쪽에서 본 수평 단면도.
이하, 첨부 도면에 따라, 본 발명에 관련된 코팅 롤의 베어링 구조 및 도포 장치의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 관련된 코팅 롤의 베어링 구조를 구비한 도포 장치의 개요를 설명하는 사시도이다. 이 중, (A)부분은 도포 장치의 주요부를 나타내는 도면이며, (B)부분은 베어링 부재의 구성 부재를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 도포 장치(10)는 연속 주행하는 필름에 대하여 도포액을 도포하는 장치이며, 주(主)로서, 필름(12)이 감겨지는 백업 롤(14)(이하, 단순히 「롤(14)」이라고 함)과, 이 롤(14)에 대하여 소정의 클리어런스를 제공하여 배치되는 압출(extrusion)형의 도포 헤드(16)로 구성된다. 이하, 롤(14)의 축방향을 X방향, 상기 롤(14)의 축방향을 중심으로 하여 좌우 방향(축방향에 대하여 수평으로 직교하는 방향, 또는 필름 반송 방향)을 Y방향, 상하 방향(중력 방향)을 Z방향으로 하고, 모두 플러스측, 마이너스측을 포함하는 것으로 한다.
압출형의 도포 헤드(16)의 내부에는 포켓(18)이 필름(12)의 폭 방향으로 형성되어 있다. 포켓(18)은 슬릿(20)을 통하여 도포 헤드(16)의 선단(先端)(립)의 슬릿 개구부(20a)에 연통하고 있다. 슬릿 개구부(20a)는 필름(12)의 폭 방향으로 가늘고 길게 형성되고, 그 폭 치수는 필름(12)의 폭 치수와 대략 동일해지도록 형성되어 있다. 그리고, 도포액 공급원(도시되지 않음)에 의해 공급로(17)를 통하여 포켓(18)에 공급된 도포액은, 슬릿(20)을 통하여 슬릿 개구부(20a)로부터 토출된다. 그리고, 도포 헤드(16)의 선단과 연속 주행하는 필름(12) 사이의 클리어런스에 도포액 가교(비드)가 형성되고, 필름(12)에 도포액이 전이된다. 또한, 도포 헤드(16)는 지지 부재(도시되지 않음)에 의해 지지되어 있다.
롤(14)은 필름(12)이 감겨질 정도로 폭이 크게 형성되어 있고, 그 양단부의 회전축(22)은 본 발명에 관련된 베어링 구조를 갖는 베어링 부재(24)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
본 발명에 사용되는 롤(14)은, 예를 들면, 롤(14)의 중량은 약 400kg 정도로 무겁고, 비교적 폭도 크기 때문에 자중에 의해 중력 방향으로 휘어지기 쉽다. 이 휘어짐이 생기면, 도포 헤드(16)와 롤(14)의 클리어런스 분포가 불균일해진다. 이 때문에, 도포 헤드(16)와 롤(14)의 클리어런스 분포를 균일하게 유지하기 위해서, 휘어진 롤(14)의 형상에 도포 헤드(16)의 선단 형상을 맞추는 조정을 행할 필요가 있다. 이 조정시에 나타나는 오차량은 롤(14)이 갖는 휘어짐량에 의해 영향을 받는다. 구체적으로는, 롤(14)의 휘어짐량의 10% 정도가 클리어런스의 조정 오차로서 나타난다.
도포 헤드(16)와 롤(14)의 클리어런스의 분포 정밀도로서는 5㎛ 이하가 요구되기 때문에, 롤(14)의 휘어짐량을 50㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 롤(14)의 유효면 길이(L)로서는 3,000㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
그러나, 상기 조정을 행하여도, 필름(12)이 롤(14)에 감겨서 수평 방향으로 반송되기 때문에, 롤(14)에 가해지는 필름(12)의 텐션의 변동이나 롤(14)에 전달되는 반송 방향의 외부 진동에 의해, 도포 헤드(16)와 롤(14)의 클리어런스가 변동한다. 이에 의해, 도포층의 막두께나 필름 폭 방향의 막두께 분포가 불균일해진다. 이 때문에, 롤(14)의 축 휘어짐에 추종(追從)하면서, 축 흔들림(회전 축심의 변동)이 생기지 않도록 롤(14)을 안정하게 지지할(조심(調心)할) 필요가 있다.
그래서, 본 발명에서는 필름 반송 방향(Y방향)의 조심을 없애고, 롤(14)의 축방향(X방향)으로만 조심하도록 베어링 부재(24)를 구성한다. 이하, 본 발명의 특징 부분인 베어링 부재(24)에 대해서 설명한다.
베어링 부재(24)에서, 롤(14)의 회전축(22)의 외주에는, 회전축(22)을 회전 가능하게 지지하는 유압식 정압 베어링(26)(제 1 베어링부)이 배설(配說)되고, 또한 그 외주에는, 유압식 정압 베어링(26)을 지지하는 동시에 롤(14)의 조심을 행하는 슬라이딩 베어링(27)(제 2 베어링부)이 배설되어 있다.
슬라이딩 베어링(27)은 슬라이딩 베어링부 내륜(28)과 슬라이딩 베어링부 외륜(30)으로 구성되어 있다.
슬라이딩 베어링부 내륜(28)은, 도 1의 (B)부분에 나타낸 바와 같이, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 Z방향(상하 방향)에 대향하는 2개의 외주면(28a, 28b)은, X방향으로 원호 형상의 볼록 형상 곡면을 이루고 있고, Y방향(축방향을 중심으로 하여 좌우)에 대향하는 2개의 외주면(28c, 28d)은 평면을 이루는 부분 원주 형상으로 형성되어 있다.
슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 외주에는 슬라이딩 베어링부 내륜(28)을 지지하는 슬라이딩 베어링부 외륜(30)이 배설되어 있고, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)을 수납하도록 형성되어 있다. 즉, 외륜(30)의 Z방향(상하 방향)에 대향하는 2개의 내주면(30a, 30b)은, X방향으로 원호 형상의 오목 형상 곡면을 이루고 있고, Y방향(축방향을 중심으로 하여 좌우)에 대향하는 2개의 내주면(30c, 30d)은 평면을 이루고 있다(후술의 도 4 참조). 이에 의해, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)이 X방향으로만 경동(傾動)하고, Y방향으로는 경동하지 않도록 되어 있다. 따라서, 회전축(22)을 지지하는 유압식 정압 베어링(26)을, X방향으로만 경동하는 것을 허용하고, Y방향으로는 경동하지 않도록 할 수 있다.
슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 외주면(28a, 28b)은, 곡률 반경(R)이 지나치게 작으면 구조상 롤(14)의 지지에 필요한 강성이 저하하고, 곡률 반경(R)이 지나치게 크면 조심성이 저하한다. 이 때문에, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 외주면(28a, 28b)의 곡률 반경(R)은 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 내경(d)(50㎜ 내지 250㎜ 정도)의 0.8배 내지 2배(40㎜ 내지 500㎜ 정도)로 하는 것이 바람직하다.
슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 외주면 중, Y방향(축방향을 중심으로 하여 좌우)에 대향하는 2개의 외주면(28c, 28d) 사이의 폭(B)과 곡률 반경(R)의 비(이하, 이를 「B/R비」라고 함)가 1을 하회하면, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 동특성이 저하하기 쉽고, 5를 넘으면 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 중량이 증가하여, 원활하게 조심할 수 없게 된다. 이 때문에, B/R비를 1 내지 5로 하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 관련된 베어링 구조를 갖는 베어링 부재(24)의 내부 구성을 설명하는 확대 단면도이다. 또한, 도 2는 스러스트(thrust) 베어링이 설치된 쪽의 베어링 부재(24)를 나타낸 것이다.
슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 내주면에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 회전축(22)을 회전 가능하게 지지하는 유압식 정압 베어링(26)의 외주 부재(32)가 고정되어 있고, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)과 일체로 되어 움직이도록 되어 있다. 또한, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 내주면에는, 윤활유를 공급하기 위한 급유 홈(34)이 둘레 방향으로 설치되어 있다.
유압식 정압 베어링(26)의 내벽면과 회전축(22) 사이에는, 정압 포켓(36) 및 대기압 해방 홈(38)이 둘레 방향 및 축방향을 따라 형성되고, 이들 정압 포켓(36) 및 대기압 해방 홈(38)은 회전축(22)의 외주면과의 사이에 윤활유가 통과할 수 있을 정도의 미세 유로가 형성된 베어링 메탈 부재(40)를 통하여 연통하고 있다. 대기압 해방 홈(38)은 밀봉 부재(42)에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 급유 홈(34)에 대향하는 외주 부재(32)의 표면에는 급유구(44)가 형성되고, 이 급유구(44)와 정압 포켓(36)은 미세한 유로 형상으로 형성된 급유 홀(46)을 통하여 연통하고 있다. 정압 포켓(38, 38)은 중력 방향의 하부에 축방향을 따라 형성된 배유 홀(48)과 연통하고 있고, 배유 홀(48)은 배유구(50)와 연통하고 있다.
이에 의해, 윤활유는 둘레 방향으로 형성된 급유 홈(34)으로부터, 급유구(44) 및 급유 홀(46)을 지나서, 정압 포켓(36), 베어링 메탈 부재(40)(둘레 방향의 미세 유로), 및 대기압 해방 홈(38)에 공급된다. 그리고, 정압 포켓(36), 대기압 해방 홈(38)을 순환한 윤활유는, 배유 홀(48)에 모아진 후, 배유구(50)를 통하여 외부로 배출된다.
윤활유를 저류(貯留)·공급하는 윤활유 공급원(52)은, 관로(54a, 54b)에 의해 급유 홈(34), 배유구(50) 각각과 연통하고 있고, 윤활유의 순환로(54)가 형성되어 있다. 윤활유의 순환로(54)의 도중에는, 윤활유의 온도를 측정하는 온도계(56)와, 윤활유 온도 제어 기구(58)가 설치되어 있다. 온도계(56)에서는 윤활유의 온도를 항상 감시할 수 있는 상황으로 되어 있다. 또한, 윤활유 온도 제어 기구(58)는 공냉, 수냉, 냉매 방식 등의 온조(溫調) 기기를 이용하여, 윤활유의 온도를 소정 온도로 되도록 제어한다. 이에 의해, 온도계(56)에서의 윤활유의 온도 측정 결과에 의거하여, 윤활유 온도 제어 기구(58)가 윤활유의 온도를 소정 온도로 되도록 제어한다.
유압식 정압 베어링(26)의 내부에서, 롤(14)과는 반대측의 대기압 해방 홈(38)의 옆에는, 플랜지(flange) 형상으로 스러스트 베어링(60)이 설치되어 있다. 이 스러스트 베어링(60)은 롤(14)에 고정된 상태로 롤(14)과 함께 회전 가능하게 되어 있고, 외주 부재(32) 사이와 나사(64)에 의해 고정된 고정 부재(62) 사이의 둘레 방향 측면부에, 기름이 윤활할 수 있을 정도의 미세한 유로가 형성되어 있다. 그리고, 대기압 해방 홈(38)으로부터 유출된 윤활유가, 상기 미세한 유로를 통과하여, 윤활함으로써 롤(14)의 축방향으로의 이동을 제한하도록 되어 있다. 유압식 정압 베어링(26)의 롤(14)측에는 필요에 따라 러빙 시일(rubbing seal; 66)이 설치된다.
또한, 상기한 스러스트 베어링(60)은 한 쌍의 베어링 부재(24) 중 어느 한쪽에만 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 윤활유가 발열한 경우, 롤(14)의 축방향으로의 열팽창이 일어나지만, 롤이 장척화할수록 그 팽창량은 커진다. 롤(14)의 양단부에서 스러스트 방향을 지지하면, 축방향으로의 여유가 없어지기 때문에, 압축 하중을 받아 변형할 우려도 있다. 따라서, 롤(14)을 지지하는 한 쌍의 베어링 부재(24) 중, 어느 한쪽에만 스러스트 베어링(60)을 설치함으로써, 상기와 같은 결함을 억제한다.
다음에, 본 발명의 작용에 대해서, 도 3 및 도 4a, 도 4b를 참조하여 설명한다. 도 3은 롤이 중력 방향으로 휘어지는 형태를 설명하는 설명도이며, 도 4a 및 도 4b는 베어링 부재(24)에서의 동작을 설명하는 설명도이다. 이 중, 도 4a는 도포 장치(10)에서의 동작을 정면에서 본 도면이며, 베어링 부재(24)의 중력 방향에서의 단면도이다. 또한, 도 4b는 도포 장치(10)에서의 동작을 위쪽에서 본 도면이며, 베어링 부재(24)의 수평 방향에서의 단면도이다.
우선, 윤활유 공급원(52)을 작동시켜, 급유 홈(34)으로부터 유압식 정압 베어링(26) 내의 정압 포켓(36) 및 대기압 해방 홈(38)에 윤활유를 공급하는 동시에, 배유 홀(48), 배유구(50)를 통하여 배출하고, 윤활유 공급원(52)에 순환시킨다. 이 때의 유온(油溫)이나 유압은 롤 중량, 회전 속도, 필요로 되는 강성값 등의 설계 조건에 따라, 적절한 값으로 설정한다. 그리고, 롤(14)을 회전시킨다.
롤(14)을 회전시키는 동안에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 롤(14)이 자중에 의해 중력 방향으로 휘어지고, 회전 축심(14A)(점선)이 수평으로부터 흔들린 상태로 된다.
이 때, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 베어링 부재(24)에서는 롤(14)의 휘어짐에 추종하여, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)이 X방향으로 경동한다(화살표 참조). 따라서, 코팅 롤이 휘어져도, 회전시에 롤이 축 흔들리거나, 베어링의 부하를 증대시키지 않고, 휘어진 채의 상태에서 일정한 회전 축심을 형성하여 회전한다.
또한, 이 때의 형태를 위에서 보면, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 베어링 부재(24)에서, Y방향으로는 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 외주면(28c)과 외륜(30)의 내주면(30c), 및 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 외주면(28d)과 슬라이딩 베어링부 외륜(30)의 내주면(30d)이 서로 평면에서 접하고 있기 때문에, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)은 Y방향으로 경동하지 않고, 안정하게 고정된다.
즉, 롤(14)에 휘어짐이 생겨도, 그 휘어짐에 추종하도록 슬라이딩 베어링부 내륜(28)이 X방향으로만 경동하고, Y방향으로는 경동하지 않는다. 이 때문에, 롤(14)의 회전 축심(14A)(점선)이 변동하지 않고, 롤(14)을 높은 회전 정밀도로 회전 가능하게 지지할 수 있다. 또한, 도포 헤드(16)와 롤(14)의 클리어런스 분포를 균일하게 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 필름의 반송 방향으로의 롤의 축 흔들림을 억제하여, 높은 회전 정밀도를 실현할 수 있다. 또한, 종래의 구면형의 슬라이딩 베어링과 비교하여, 본 발명의 부분 원주형의 슬라이딩 베어링은 곡면 가공의 정밀도가 높으므로, 슬라이딩 베어링부 내륜 및 슬라이딩 베어링부 외륜이 큰 직경으로 되어도 양자의 맞춤 가공을 정밀도 좋게 행할 수 있다. 따라서, 조심성을 고정밀도화할 수 있는 동시에, 저비용화할 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 필름(12)으로서는, 공지된 각종 필름을 사용할 수 있다. 일반적으로는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 셀룰로오스 다이아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 폴리 염화 비닐, 폴리 염화 비닐리덴, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아미드 등의 공지된 각종 플라스틱 필름, 종이, 종이에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌부텐 공중합체 등의 탄소수가 2 내지 10인 α-폴리올레핀류를 도포 또는 라미네이트한 각종 적층지, 알루미늄, 구리, 주석 등의 금속박 등, 밴드 형상 기재(基材)의 표면에 예비적인 가공층을 형성시킨 것, 또는 이들을 적층한 각종 복합재가 포함된다.
이상, 본 발명에 관련된 롤의 베어링 구조의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 각종 형태가 채용될 수 있다.
예를 들면, 상기 각 실시 형태에서는, 회전축(22)을 지지하는 제 1 베어링부로서, 높은 진동 감쇠성, 높은 회전 정밀도, 높은 부하 용량 등에 있어서 신뢰성이 있는 유압식 정압 베어링(26)을 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 각종 베어링을 사용할 수 있다. 또한, 외부로부터 침입하는 진동 등의 외란이 적은 경우는, 정밀도가 높은 구슬 베어링 방식이나 롤러 베어링 방식 등을 채용할 수 있다. 또한, 롤의 중량이 작은 등, 필요로 하는 부하 용량이 작고, 모멘트의 영향이 작을 경우는, 공기압을 이용한 공기압 베어링 방식, 자력을 이용한 자기 베어링 방식 등도 채용할 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는, 본 발명에 관련된 베어링 구조를 갖는 베어링 부재(24)를 롤(14)의 양단에 배치하였지만, 이에 한정되지는 않고, 한쪽에만 배치해도 된다. 이 경우에 대해서도, 상술한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 압출형의 도포 헤드를 채용한 도포 장치에서, 필름이 감겨지는 백업 롤을 지지하는 베어링 구조에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 롤로 쓸어올린 도포액을 필름에 전사하는 바(bar) 도포 장치에서의 도포 바로서도 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명에 관련된 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
롤(14)의 유효면 길이를 바꾸었을 때의 휘어짐량을 측정하였다.
재질이 SCM이고, 외경 120㎜인 롤(14)에서, 롤(14)의 폭 방향의 유효면 길이를 1,000㎜ 내지 4,000㎜의 범위에서 변화시켰다. 롤(14)의 휘어짐량은 레이저 변위계에 의해, 롤 유효면 양단부와 중앙부의 합계 3점에 대해서 측정하였다. 이 결과를 도 5에 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 롤(14)의 유효면 길이가 3,000㎜를 초과하면, 휘어짐량이 비례적으로 증가하는 반면, 롤(14)의 유효면 길이가 3,000㎜를 하회하면, 휘어짐량이 50㎛ 이하로 비교적 작아지는 것을 알았다.
또한, 조심성의 관점에서, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 바람직한 사이즈 및 형상에 대해서 검토하였다.
내륜(28)의 외주면(28a, 28b)의 곡률 반경(R)을 100㎜로 하였을 때, 내륜(28)의 2개의 대향하는 외주면(28c, 28d) 사이의 폭(B)을 변화시킴으로써, B/R비에 의한 조심성에의 영향을 평가하였다. 베어링의 조심성은 육안 관찰에 의해 행하고, 이하의 기준으로 평가하였다.
◎ … 조심성이 매우 높다, ○ … 조심성이 높다, △ … 조심성이 다소 낮지만 실용상 문제없는 수준, × … 조심성이 낮다
이 결과를 표 1에 나타낸다.
곡률 반경(R)(㎜) 폭(B)(㎜) B/R비 조심성의 평가
시험 1 100



 100 1 △
시험 2 200 2 ◎
시험 3 300 3 ◎
시험 4 400 4 ○
시험 5 500 5 △
이상으로부터, 슬라이딩 베어링부 내륜(28)의 Y방향의 평면 사이의 폭(B)과 Z방향의 곡률 반경(R)의 비(B/R비)를 1 내지 5로 함으로써, 높은 조심성을 안정하게 유지할 수 있는 것을 알았다.
10 … 도포 장치
12 … 필름
14 … 롤
16 … 도포 헤드
22 … 회전축
24 … 베어링 부재
26 … 유압식 정압 베어링
27 … 슬라이딩 베어링
28 … 슬라이딩 베어링부 내륜
28a, 28b … 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주면(Z방향)
28c, 28d … 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주면(Y방향)
30 … 슬라이딩 베어링부 외륜
30a, 30b … 슬라이딩 베어링부 외륜의 내주면(Z방향)
30c, 30d … 슬라이딩 베어링부 외륜의 내주면(Y방향)
36 … 정압 포켓(pocket)
38 … 대기압 해방 홈
56 … 온도계
58 … 윤활유 온도 제어 기구
60 … 스러스트 베어링

Claims (11)

  1. 코팅 롤의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링부와,
    상기 제 1 베어링부를 지지하는 제 2 베어링부를 구비한 코팅 롤의 베어링 구조로서,
    상기 제 2 베어링부는,
    상기 제 1 베어링부의 외주(外周)에 설치되고, 상기 제 1 베어링부를 내주면(內周面)에서 지지하는 슬라이딩 베어링부 내륜(內輪)과,
    상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주에 설치되고, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주면을 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬라이딩 베어링부 외륜(外輪)을 구비한 슬라이딩 베어링이고,
    상기 슬라이딩 베어링부 내륜은, 상하에 대향하는 한 쌍의 외주면이 상기 코팅 롤의 축방향을 따라 원호 형상의 볼록 형상 곡면을 이루는 동시에 상기 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 한 쌍의 외주면이 평면을 이룬 부분 원주 형상으로 형성되고,
    상기 슬라이딩 베어링부 외륜은, 상하에 대향하는 한 쌍의 내주면이 상기 코팅 롤의 축방향을 따라 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 상기 한 쌍의 외주면과 접하는 원호 형상의 오목 형상 곡면을 이루는 동시에, 상기 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 한 쌍의 내주면이, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 상기 좌우에 대향하는 한 쌍의 외주면과 접하는 평면을 이룬 부분 원주 형상의 공간을 갖는 코팅 롤의 베어링 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원호 형상의 볼록 형상 곡면의 곡률 반경(R)은, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 내경(d)의 0.8배 내지 2배인 코팅 롤의 베어링 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주면 중,
    상기 좌우에 대향하는 평면 사이의 폭(B)과 상기 곡률 반경(R)의 비(B/R)는 1 내지 5인 코팅 롤의 베어링 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 베어링부는, 유압식 정압 베어링인 코팅 롤의 베어링 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유압식 정압 베어링의 윤활유의 온도를 측정하는 측정 수단과,
    상기 측정 수단의 결과에 의거하여, 상기 윤활유를 소정 온도로 제어하는 온도 제어 수단을 구비한 코팅 롤의 베어링 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 롤의 유효면 길이는 3,000㎜ 이하인 코팅 롤의 베어링 구조.
  7. 코팅 롤의 회전축의 양단측에 설치되고, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링 부재 중 적어도 한쪽이 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 베어링 구조를 갖는 코팅 롤의 베어링 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 베어링 부재 모두 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 베어링 구조를 갖는 동시에, 상기 한 쌍의 베어링 부재 중 한쪽의 제 1 베어링부가 스러스트(thrust) 베어링에 의해 지지된 코팅 롤의 베어링 구조.
  9. 도포 헤드와, 코팅 롤에 감겨서 수평 방향으로 주행하는 밴드 형상의 필름과의 사이의 클리어런스에 도포액 가교를 형성하여, 상기 도포 헤드로부터 토출한 도포액을 상기 필름에 도포하는 압출(extrusion)형의 도포 장치에 있어서,
    상기 코팅 롤의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링 부재 중 적어도 한쪽이, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 베어링 구조를 갖는 도포 장치.
  10. 코팅 롤을 사용하여 필름에 도포액을 도포하는 도포 방법으로서,
    상기 코팅 롤의 베어링 구조는,
    코팅 롤의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링부와,
    상기 제 1 베어링부를 지지하는 제 2 베어링부를 구비한 코팅 롤의 베어링 구조이고,
    상기 제 2 베어링부는,
    상기 제 1 베어링부의 외주에 설치되고, 상기 제 1 베어링부를 내주면에서 지지하는 슬라이딩 베어링부 내륜과,
    상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주에 설치되고, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 외주면을 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬라이딩 베어링부 외륜을 구비한 슬라이딩 베어링이고,
    상기 슬라이딩 베어링부 내륜은, 상하에 대향하는 한 쌍의 외주면이 상기 코팅 롤의 축방향을 따라 원호 형상의 볼록 형상 곡면을 이루는 동시에 상기 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 한 쌍의 외주면이 평면을 이룬 부분 원주 형상으로 형성되고,
    상기 슬라이딩 베어링부 외륜은, 상하에 대향하는 한 쌍의 내주면이 상기 코팅 롤의 축방향을 따라 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 상기 한 쌍의 외주면과 접하는 원호 형상의 오목 형상 곡면을 이루는 동시에, 상기 축방향을 중심으로 하여 좌우에 대향하는 한 쌍의 내주면이, 상기 슬라이딩 베어링부 내륜의 상기 좌우에 대향하는 한 쌍의 외주면과 접하는 평면을 이룬 부분 원주 형상의 공간을 갖는 것인 도포 방법.
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