KR101452887B1 - 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 접촉식 인쇄에 있어서 인압 제어 장치에 보이스 코일 구동기를 더 구비하도록 하여 인압의 측정 및 제어를 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 하는, 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치를 제공함에 있다.

Description

보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치 {Printing pressure controlling apparatus using voice coil actuator}
본 발명은 롤을 이용하는 접촉식 인쇄에 있어서 인압의 측정 및 제어를 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 하기 위한, 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치에 관한 것이다.
기존의 전자 소자 제작 기술에서는 리소그래피(lithography) 기술이 널리 사용되어 왔다. 그런데 리소그래피 기술을 사용하여 실제 공정을 구성하자면, 진공 증착, 노광, 현상, 도금 또는 에칭 등 다양하고 복잡한 세부 공정들이 필요하여, 공정 설계 및 장치 구성이 복잡해지는 등의 문제가 있었다. 더불어 다양한 분야에서의 미세 기술의 발전으로 인하여, 굳이 포토 리소그래피가 아니고서도 다른 방식으로 집적 회로를 만들 수 있는 방법이 모색되어 왔다.
전자 인쇄는 간단히 인쇄(printing) 공정을 수행함으로써 전자 소자를 제작하는 방식의 기술이다. 전자 인쇄는 앞서 설명한 포토 리소그래피 공정을 대체함으로써 포토 리소그래피 공정에 내재되어 있는 공정 복잡성을 근본적으로 제거해 줄 수 있기 때문에, 최근 다양한 분야로 적용 범위가 확대되는 등 그에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 활용되고 있는 인쇄 기술로, 비접촉식 인쇄 기술로는 잉크젯, 스프레이, 슬롯다이 코팅 등이 있으며, 접촉식 인쇄 기술로는 그라비아, 그라비아 옵셋, 리버스 옵셋, 스크린 인쇄를 대표적으로 들 수 있다.
한편, 최근 반도체 제작 기술에 있어서 단단한 재질의 기판이 아닌 유연한 재질의 필름 형태의 기판이 사용되는 경우가 증가하고 있다. 이러한 필름 형태의 기판을 사용할 경우 공정 속도가 증대되어 대량 양산이 가능해지는 장점이 있다. 이 때 여기에 상술한 바와 같은 전자 인쇄 기술이 결합되면 더욱 생산 효율이 증가할 수 있다는 점에서, 이러한 롤투롤(roll-to-roll) 생산 방식과 전자 인쇄 기술의 결합에 대한 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.
비접촉식 인쇄 기법의 경우 넓은 면적을 고르게 코팅하는 식의 인쇄를 수행하기에 적합한 반면, 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 그라비아, 리버스 옵셋 등과 같은 접촉식 인쇄 기법이 주로 사용된다. 이러한 접촉식 인쇄 기법에서는 연속적 공정을 위해 일반적으로 롤이 많이 사용된다. 이러한 접촉식 인쇄 기법은 단단한 재질의 기판 또는 유연한 재질의 기판 모두에 적용할 수 있는데, 단단한 재질의 기판의 경우 롤과 스테이지 상에 놓인 기판이 접촉하게 되며, 유연한 재질의 기판의 경우 롤과 다른 롤 또는 다른 평판형 지지부에 의해 지지되는 유연 기판이 접촉하게 된다. 기판을 제외하면 전자의 경우에는 롤과 스테이지가 접촉하는 셈이 되며, 후자의 경우에는 롤과 롤 또는 롤과 평판형 지지부가 접촉하는 셈이 된다.
이러한 롤을 이용한 접촉식 전자 인쇄는 앞서 설명한 바와 같이 크게 롤투롤(roll-to-roll, R2R) 방식과 롤투피(roll-to-plate, R2P) 방식이 있다. 전자는 인쇄 또는 전사가 이루어질 때 두 개의 롤이 서로 접촉하는 것이고, 후자는 롤과 평판(플레이트, plate)이 서로 접촉하는 것으로서, 도 1은 R2R 방식 및 R2P 방식의 대표적인 형태를 간략하게 도시하고 있다. (도 1에서 접촉을 위해 움직여지는 롤은 대상롤(500)로 칭하고, 상기 대상롤(500)과 접촉되는 다른 롤(510) 또는 플레이트(520)는 접촉물(550)로 통칭하며, 이러한 호칭은 본 명세서 상에서 전반적으로 일관되게 사용할 것임을 밝혀 둔다.) 접촉식 전자 인쇄에 있어서 최종 생산된 제품의 질은, 바로 이러한 접촉 과정에서 얼마나 전사가 효율적이고 균질하게 잘 이루어지느냐에 달려 있음은 잘 알려져 있는 사실이다.
도 1에 도시되어 있듯이, R2R 방식이건 R2P 방식이건 롤과 롤 또는 롤과 평판은 전사가 이루어질 때에는 서로 접촉하고, 그렇지 않을 때에는 서로 이격되어 있게 된다. 이 때 롤과 롤 또는 롤과 평판 사이의 간격을 조절하거나 또는 접촉 시 인압을 조절하기 위하여, 접촉식 인쇄 장비에는 도 1에 도시된 바와 같은 인압 제어 장치가 필수적으로 당연하게 구비된다. 이러한 롤과 롤 또는 롤과 평판의 접촉 시 전사가 원래 설계한 바에 따라 잘 이루어질 수 있도록 하기 위해서는 당연히 롤과 롤 또는 롤과 평판을 접촉시키는 인압의 정밀 제어가 필요하다는 것은 자명하다.
인압 제어 장치는 롤을 선형으로 이동시킬 수 있는 구성이면 되므로 일반적인 선형 구동 장치가 인압 제어 장치로서 사용된다. 즉 모터와 스크류 또는 랙 기어 등을 이용하여 모터의 회전 운동을 선형 운동으로 변환시킴으로써 대상물(인쇄 장비의 인압 제어 장치에서의 대상물은 롤이 될 수 있다)을 선형으로 이동시키는 구성 등이 일반적으로 사용되는 구성이다. 이러한 일반적인 선형 구동 장치에서의 대상물의 이동 거리 범위는 목적에 따라 스크류 또는 랙 기어의 크기 등을 조절함으로써 다양하게 달라질 수 있으며, 이동 정밀도 역시 스크류 또는 랙 기어의 크기나 모터의 회전 속도 등을 조절함으로써 다양하게 달라질 수 있다.
한편 접촉식 전자 인쇄로 만들어지는 제품 자체가 전자 회로와 같은 매우 고정밀도의 제품이며, 앞서 설명한 바와 같이 접촉식 전자 인쇄에 있어서 R2R, R2P의 접촉 인압은 전사 정밀도에 직접적인 영향을 주기 때문에, 전자 인쇄 장비에서의 이러한 접촉 인압의 제어는 상당히 높은 정밀도가 요구된다. 또한 최근 전자 회로의 집적도가 점점 높아짐에 따라, 기존보다 점점 더 높은 정밀도가 요구되어 가는 경향이 더욱 강해지는 실정이다.
그런데 종래에 일반적으로 사용되는 모터, 스크류 또는 랙 기어 등으로 만들어지는 선형 구동 장치의 경우, 상대적으로 큰 거리의 이동을 구현하고 제어하는 것은 용이하나 아주 정밀하고 미세한 움직임을 구현하는 것에는 한계가 있다. 특히 고속으로 움직이면서도 고정밀도의 제어를 수행하는 것은 더욱 어려움이 있는 것이다. 따라서 점점 더 고정밀도가 요구되는 전자 인쇄 기술에 있어서, 기존의 인압 제어 장치로는 요구되는 만큼의 인압 제어를 구현하기가 점점 더 어려워지고 있다.
한편, 위에서 말한 바와 같이 모터를 이용하는 방식보다 좀더 높은 정밀도가 요구되는 선형 구동을 위하여, 최근 압전소자를 이용하거나 VCM(Voice Coil Motor)을 이용하는 기술 등이 개발되어 사용되고 있다. 보이스 코일 모터란, 스피커의 보이스 코일에 흐르는 음성 전류와 마그네트에서 발생하는 자기력 사이에 플레밍의 왼손 법칙에 의한 힘이 발생하여 스피커의 진동관이 앞뒤로 진동하는 것에 착안하여 개발된 모터로서, 체적이 작고, 전기 소모량이 적으며, 작동 변위가 정확하고, 가격이 저렴한 점 등의 장점을 가지고 있다. 이러한 보이스 코일 구동기는 카메라 모듈에서의 렌즈의 이동과 같이 비교적 짧은 거리를 정밀하게 직선으로 이동시키는 액추에이터에 적합하여, 카메라의 자동 초점 조절 장치 등에 사용된다. 이와 같이 카메라의 자동 초점 조절 장치에 사용되는 보이스 코일 구동기의 일반적인 구성이 한국특허공개 제2011-0076063호("보이스 코일 모터", 2011.07.06) 등에 잘 나타나 있다.
그런데 이러한 보이스 코일 구동기는 상술한 바와 같이 정밀한 구동이 가능한 대신 이동 거리 범위 자체가 매우 짧기 때문에, 기술 사용 영역이 상당히 제한되어 있는 실정이다.
1. 한국특허공개 제2011-0076063호("보이스 코일 모터", 2011.07.06)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 접촉식 인쇄에 있어서 인압 제어 장치에 보이스 코일 구동기를 더 구비하도록 하여 인압의 측정 및 제어를 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 하는, 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치는, 접촉식 전자 인쇄 장비에 구비되어 하나의 대상롤(500)과 다른 롤(510) 또는 플레이트(520)를 포함하는 접촉물(550) 간의 접촉을 제어하는 인압 제어 장치(100)에 있어서, 상기 대상롤(500)의 회전축 방향을 제1방향, 제1방향과 수직한 방향을 제2방향이라 할 때, 상기 대상롤(500)의 회전축 끝단에 구비되는 지지부(110); 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 제2방향으로의 접촉 또는 이격을 제어하도록, 상기 지지부(110)와 연결되어 상기 지지부(110)를 제2방향으로 1차로 선형 이동시키는 1차 이동 구동부(120); 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간에 개재 구비되어, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)이 접촉된 상태에서 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 측정하는 인압 측정부(130); 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)이 접촉된 상태에서 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 제어하도록, 보이스 코일 구동기 형태로 형성되어 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간의 연결 부분에 구비되어, 상기 인압 측정부(130)에서 측정된 인압 측정값에 따라 상기 지지부(110)를 2차로 제2방향으로 선형 이동시키는 2차 이동 구동부(140); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 인압 제어 장치(100)는, 상기 지지부(110)에 제2방향으로 돌출 연장되는 파이프형의 연결봉(111)이 구비되며, 상기 1차 이동 구동부(120)에 제2방향으로 함몰 형성되되 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되는 연결홈(121)이 구비되어, 상기 연결봉(111)이 상기 연결홈(121)에 삽입되어 상기 지지부(110)가 상기 1차 이동 구동부(120)에 대하여 제2방향으로 이동 가능하도록 연결되어 이루어지며, 상기 2차 이동 구동부(140)는, 상기 연결봉(111)에 권선되는 코일(141), 상기 연결봉(111)을 중심으로 상기 연결홈(121)의 외주면을 따라 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되어 배치되거나 또는 복수 개가 방사상으로 배치되는 외측마그넷(142), 상기 연결봉(111)을 중심으로 상기 연결홈(121)의 내주면을 따라 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되어 배치되거나 또는 복수 개가 방사상으로 배치되는 내측마그넷(143)을 포함하여 이루어져, 상기 외측마그넷(142) 및 상기 내측마그넷(143)이 형성하는 자기장 내에 상기 코일(141)이 배치되어, 상기 코일(141)에 인가되는 전류에 따라 상기 연결봉(111)이 제2방향으로 이동되도록 이루어질 수 있다.
또한 이 때 상기 인압 제어 장치(100)는, 상기 지지부(110)가 일체의 몸체로 이루어지고, 상기 인압 측정부(130)는 상기 1차 이동 구동부(120) 상에 고정 배치되어 상기 지지부(110)와 접촉하여 인압을 측정하도록 이루어지거나, 또는 상기 지지부(110)의 몸체가 제2방향으로 분할되어 상기 대상롤(500)과 연결 구비되는 제1몸체(110A) 및 상기 제1몸체(110A)와 적층된 형태로 형성되는 제2몸체(110B)로 이루어지고, 상기 인압 측정부(130)는 상기 제2몸체(110B) 상에 고정 배치되어 상기 제1몸체(110A)와 접촉하여 인압을 측정하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 1차 이동 구동부(120)는, 회전 모터 및 스크류 또는 회전 모터 및 랙 기어를 포함하여 이루어져, 상기 지지부(110)를 제2방향으로 이동시키도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 인압 측정부(130)는, 로드 셀(load cell) 또는 압전 소자(piezoelectric element)로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 접촉식 전자 인쇄 장비에 사용되는 인압 제어 장치에 있어서, 종래에 비하여 훨씬 고속 및 고정밀의 인압 제어를 실현할 수 있게 하는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 종래의 인압 제어 장치의 경우 일반적인 모터를 사용한 선형 구동 장치를 사용하였기 때문에 상대적으로 긴 거리의 이동이 용이한 대신 속도 및 정밀도가 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 인압 제어 장치는 기존의 선형 구동 장치와 같은 1차 이동 구동부를 사용하여 상대적으로 긴 거리의 이동을 제어하고, 보이스 코일 구동기 구조를 채용하여 훨씬 정밀하고 미세한 이동 제어가 가능한 2차 이동 구동부를 사용하여 2차적으로 고속의 정밀 이동 제어를 함으로써, 고속 및 고정밀 이동을 동시에 실현할 수 있는 효과를 얻는 것이다.
또한 이와 같이 고속 및 고정밀의 인압 제어가 가능해짐에 따라, 본 발명에 의하면 R2R이나 R2P 형태의 접촉식 전자 인쇄 장비에 있어서 전사 속도 및 정밀도 모두를 향상시킬 수 있는 효과도 있다. 물론 이에 따라 궁극적으로는 고속으로 고정밀의 제품을 생산할 수 있어 생산 효율을 향상하고 불량률을 낮추는 효과도 또한 있다.
도 1은 R2R 및 R2P 방식의 개략도.
도 2는 보이스 코일 구동기의 작동 원리 설명.
도 3은 본 발명의 인압 제어 장치의 한 실시예.
도 4는 본 발명의 인압 제어 장치의 여러 실시예.
도 5는 2차 이동 구동부를 구성하는 VCM의 여러 실시예.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 보이스 코일 구동기의 작동 원리를 설명하는 것이다.
도 2(A)는 널리 알려진 플레밍의 왼손 법칙으로, 자기장(B) 속에 있는 도선에 전류(I)가 흐를 때 자기장의 방향과 도선에 흐르는 전류의 방향으로 도선이 받는 힘(F)의 방향을 알 수 있는데, 즉 도 2(A)에 나타난 것과 같이 왼손의 검지를 자기장의 방향, 중지를 전류의 방향으로 했을 때, 엄지가 가리키는 방향이 도선이 받는 힘의 방향이 된다.
도 2(B)는 바로 이러한 플레밍의 왼손 법칙이 이용된 보이스 코일 구동기의 작동 원리를 간략히 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 배치된 마그넷(magnet)에 의하여 형성된 자기장 속에 코일(coil)이 배치되어 있는 상태에서 코일에 전류가 흐르게 되면, 도 2(A)에 도시된 바와 같은 플레밍의 왼손 법칙에 의하여 코일이 힘을 받아 움직이게 된다. 즉 코일에 흐르는 전류의 크기나 방향을 제어함으로써 코일의 이동을 제어할 수 있는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이 보이스 코일 구동기는 상술한 바와 같은 원리에 의하여 작동되므로, 체적이 작고, 전기 소모량이 적으며, 작동 변위가 정확하고, 가격이 저렴하다는 등의 장점이 있다. 그러나 한편으로는 보이스 코일 구동기는 이동 가능한 거리 범위가 상당히 제한적이라는 한계가 있어, 카메라 자동 초점 거리 조절 장치 등과 같은 분야에 제한적으로 사용되고 있었다.
도 3은 본 발명의 인압 제어 장치의 한 실시예의 측면도를 도시하고 있다. 본 발명의 인압 제어 장치(100)는 기본적으로는, 접촉식 전자 인쇄 장비에 구비되어 하나의 대상롤(500)과 다른 롤(510) 또는 플레이트(520)를 포함하는 접촉물(550) 간의 접촉을 제어하는 역할을 한다. 즉 상기 대상롤(500)의 회전축 방향을 제1방향, 제1방향과 수직한 방향을 제2방향이라 할 때, 상기 대상롤(500)을 제2방향으로 움직여서 상기 접촉물(550)과 접촉시키거나, 떼어내어 이격시키거나, 접촉된 상태에서 더 눌러서 인압을 조절하거나 하는 등의 역할을 하는 것이다. 이러한 본 발명의 인압 제어 장치(100)는, 지지부(110), 1차 이동 구동부(120), 인압 측정부(130), 2차 이동 구동부(140)를 포함하여 이루어진다. 여기에서, 상기 지지부(110)와 상기 1차 이동 구동부(120)는 실질적으로 종래의 인압 제어 장치의 구성과 유사하나, 본 발명에서는 상기 인압 측정부(130)와 상기 2차 이동 구동부(140)가 더 구비되도록 한다는 점에서 종래의 인압 제어 장치와는 구별되는 고속 및 고정밀의 인압 제어가 가능하게 된다. 이하 각부에 대해 보다 상세히 설명한다.
상기 지지부(110)는 상기 대상롤(500)의 회전축 끝단에 구비되어 상기 대상롤(500)의 회전축을 지지하는 역할을 한다. 상기 인압 제어 장치(100)는 상기 지지부(110)를 제2방향으로 이동시킴으로써 결과적으로 상기 대상롤(500)을 제2방향으로 움직여서 상기 접촉물(550)과 접촉시키거나, 떼어내어 이격시키거나, 접촉된 상태에서 더 눌러서 인압을 조절하거나 하게 된다. 상기 지지부(110)에는 별도로 모터 등이 연결됨으로써 상기 대상롤(500)을 회전시키도록 이루어질 수도 있고, 또한 상기 대상롤(500)의 회전축에서 발생되는 마찰력을 줄이기 위해 베어링 등이 구비될 수 있는 등, 필요에 따라 일반적인 지지부와 마찬가지로 여러 부가 구성을 가질 수 있으나 여기에서는 본 발명의 핵심적인 사항과 관련이 없으므로 설명을 생략한다.
상기 1차 이동 구동부(120)는, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 제2방향으로의 접촉 또는 이격을 제어하도록, 상기 지지부(110)와 연결되어 상기 지지부(110)를 제2방향으로 1차로 선형 이동시키는 역할을 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 인압 제어 장치(100)의 가장 기본적인 역할은 상기 대상롤(500)을 제2방향으로 이동시켜 상기 접촉물(550)과 접촉시키거나, 이격시키거나, 또는 접촉 후 더 눌러서 인압을 조절하는 것이다. 이 때 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 접촉 또는 이격을 위해서는 상대적으로 큰 거리의 이동이 필요하며, 상기 1차 이동 구동부(120)는 바로 이러한 상대적으로 큰 거리의 이동을 담당하는 것이다. 상기 1차 이동 구동부(120)는 앞서도 설명한 바와 같이 종래의 인압 제어 장치와 마찬가지로 일반적으로 사용되는 선형 구동 장치를 사용할 수 있는데, 한 예로서 회전 모터 및 스크류 또는 회전 모터 및 랙 기어를 포함하여 이루어져, 상기 지지부(110)를 제2방향으로 이동시키도록 이루어질 수 있다. 물론 이러한 설명이나 도면으로써 상기 1차 이동 구동부(120)의 형태가 한정되는 것은 아니며, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 제2방향으로의 접촉 또는 이격을 제어할 수 있을 만큼의 이동 가능 거리 범위를 가지는 선형 구동 장치라면 어떤 것이든 상기 1차 이동 구동부(120)로서 채용될 수 있다.
앞서 간략히 설명한 바와 같이, 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120)까지의 구성이 바로 종래의 인압 제어 장치의 구성과 거의 유사한 구성이다. 그런데, 이와 같은 구성만으로 이루어진 종래의 인압 제어 장치의 경우 다음과 같은 문제점이 있었다. 상술한 바와 같이 상기 1차 이동 구동부(120)는 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 제2방향으로의 접촉 또는 이격을 제어할 수 있을 만큼의 이동 가능 거리 범위를 가지는 선형 구동 장치로서 구현되며, 일반적으로 회전 모터 및 스크류 또는 회전 모터 및 랙 기어를 포함하는 구성으로 이루어진다. 그런데, 이와 같은 구성으로 된 선형 구동 장치는 상대적으로 큰 거리의 이동을 제어하는 것이 용이한 대신, 고속의 정밀한 이동을 제어하는 것은 상당히 어렵다.
접촉식 인쇄 장비를 사용하여 생산되는 것은 전자 잉크가 인쇄되어 만들어지는 회로를 포함하는 반도체로서, 반도체 회로의 선폭 등을 고려할 때 나노미터 단위의 매우 정밀한 제어가 필요하다는 것은 자명하다. 그런데 이러한 회전 모터 및 스크류 또는 회전 모터 및 랙 기어 등으로 이루어지는 선형 구동 장치는 일반적으로 이런 정도까지의 정밀한 움직임을 정확하게 고속으로 구현하지 못한다.
한편, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 접촉식 인쇄 장비에서 상기 1차 이동 구동부(120)는, 상기 대상롤(500)의 회전축 양쪽 끝단에 한 쌍이 구비되는 형태로 이루어진다. 즉 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)가 상기 대상롤(500)의 회전축 양쪽 끝단을 각각 움직이게 되는데, 이 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)의 움직임이 정확하게 동일하다면 문제가 없겠지만, 실제로는 형상 오차나 작동 오차 등과 같은 다양한 오차 원인에 의하여 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)의 움직임이 정확하게 동일하기는 어렵다.
물론 이러한 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)의 움직임의 불균형은, 실질적으로 상당히 작은 범위의 오차이다. 그러나 이와 같이 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)의 움직임이 서로 동일하지 않게 되면, 상기 대상롤(500)이 상기 접촉물(550)과 모든 위치에서 균일한 압력으로 접촉하지 못하게 되어 인압 분포가 불균일해지는 문제가 발생한다. 그런데 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)의 인압은, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 잉크 전사 효율 및 질과 직접적으로 관련되는 요인이기 때문에, 이러한 인압 분포의 불균일 발생은 결과적으로 상기 접촉식 전자 인쇄 장비로 생산되는 제품의 질을 크게 저하시키는 직접적인 원인이 된다.
본 발명은, 바로 이러한 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)가 서로 완전히 동일하게 움직이지 못하여 상기 대상롤(500)이 상기 접촉물(550)과 비틀려 접촉되는 경우, 즉 인압 분포가 불균일한 경우에 이를 올바르게 보정해 줄 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 인압 제어 장치(100)는, 상기 인압 측정부(130) 및 상기 2차 이동 구동부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 인압 측정부(130)는, 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간에 개재 구비되어, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)이 접촉된 상태에서 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 측정하는 역할을 한다. 본 발명에서의 상기 인압 측정부(130)는, 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간에 개재 구비됨으로써, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 측정함과 동시에, 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120) 각각에서의 인압의 차이로써 이들 간의 움직임의 불균형을 측정할 수 있게 된다. 상기 인압 측정부(130)는 압력 신호를 전기 신호로 변환시킬 수 있는 어떠한 구성으로 이루어져도 무방하며, 예를 들어 로드 셀(load cell) 또는 압전 소자(piezoelectric element)로 이루어질 수 있다.
상기 인압 측정부(130)의 구비 위치에 따라 상기 지지부(110)는 도 4(A)에서와 같이 일체의 몸체로 이루어질 수도 있고, 또는 도 4(B)에서와 같이 상기 지지부(110)의 몸체가 제2방향으로 분할되어 이루어질 수도 있다.
도 4(A)에서와 같이 상기 지지부(110)가 일체의 몸체로 이루어질 경우 상기 연결봉(111)은 상기 지지부(110) 하부에 구비된다. 이 경우에는, 상기 인압 측정부(130)는 상기 1차 이동 구동부(120) 상에 고정 배치되어 상기 지지부(110)와 접촉하여 인압을 측정하도록 이루어진다. 상기 지지부(110)가 도 4(A)와 같이 이루어질 경우에는, 상기 인압 측정부(130)에서 측정되는 인압은 상기 1차 이동 구동부(120)에서 가해지는 힘 성분이 합쳐지게 되므로 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간 순수 인압 측정을 위해서는 이 힘 성분을 빼 주는 약간의 계산이 더 필요한 대신, 상기 지지부(110)의 몸체를 일체형으로 만들 수 있기 때문에 제작이나 구성이 좀더 간단하다.
도 4(B)에서와 같이 상기 지지부(110)의 몸체가 제2방향으로 분할되어 이루어질 경우, 이 때 상기 지지부(110)는 상기 대상롤(500)과 연결 구비되는 제1몸체(110A) 및 상기 제1몸체(110A)와 적층된 형태로 형성되는 제2몸체(110B)로 이루어지는데, 이 경우에는 상기 연결봉(111)은 상기 제2몸체(110B) 하부에 구비된다. 이 경우에는, 상기 인압 측정부(130)는 상기 제2몸체(110B) 상에 고정 배치되어 상기 제1몸체(110A)와 접촉하여 인압을 측정하도록 이루어진다. 상기 지지부(110)가 도 4(B)와 같이 이루어질 경우에는, 상기 인압 측정부(130)에서 측정되는 인압은 그 자체로 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간 순수 인압이므로 별도의 계산이 필요없어 더욱 편리하나, 상기 지지부(110)의 몸체 구성이 약간 더 복잡해진다.
상기 2차 이동 구동부(140)는, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)이 접촉된 상태에서 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 제어하도록, 보이스 코일 구동기 형태로 형성되어 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간의 연결 부분에 구비되어, 상기 인압 측정부(130)에서 측정된 인압 측정값에 따라 상기 지지부(110)를 2차로 제2방향으로 선형 이동시키는 역할을 한다. 앞서 반복적으로 설명한 바와 같이 상기 1차 이동 구동부(120)는 상대적으로 큰 거리의 이동은 용이하게 구현할 수 있는 대신 나노미터 단위 정도의 매우 미세하고 정밀한 움직임을 고속으로 구현하는 것은 매우 어렵다. 그러나 상기 2차 이동 구동부(140)는 보이스 코일 구동기 형태로 형성되기 때문에, (상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 접촉 또는 이동에 필요한 정도의) 상대적으로 큰 거리의 이동이 불가능한 대신, 나노미터 단위 정도의 미세하고 정밀한 움직임을 고속으로 정확하게 구현할 수 있다.
상기 2차 이동 구동부(140)의 구성을 도 4를 통해 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 인압 제어 장치의 여러 실시예의 상세도를 나타내고 있다.
종래의 인압 제어 장치에서는 상기 지지부(110)에 해당하는 부분과 상기 1차 이동 구동부(120)에 해당하는 부분이 고정적으로 연결되었다. 반면 본 발명의 상기 인압 제어 장치(100)에서는, 상기 지지부(110)가 상기 1차 이동 구동부(120)에 대하여 제2방향으로 이동 가능하도록 연결된다. 보다 구체적으로는, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 지지부(110)에 제2방향으로 돌출 연장되는 파이프형의 연결봉(111)이 구비되며, 상기 1차 이동 구동부(120)에 제2방향으로 함몰 형성되되 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되는 연결홈(121)이 구비되어, 상기 연결봉(111)이 상기 연결홈(121)에 삽입됨으로써, 상기 연결봉(111)이 상기 연결홈(121)을 따라 제2방향으로 이동 가능하도록 이루어지는 것이다.
상기 2차 이동 구동부(140)의 구성을 보다 상세히 설명하면, 상기 연결봉(111)에 권선되는 코일(141), 상기 연결봉(111)을 중심으로 상기 연결홈(121)의 외주면을 따라 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되어 배치되거나 또는 복수 개가 방사상으로 배치되는 외측마그넷(142), 상기 연결봉(111)을 중심으로 상기 연결홈(121)의 내주면을 따라 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되어 배치되거나 또는 복수 개가 방사상으로 배치되는 내측마그넷(143)을 포함하여 이루어진다. 도 5는 상기 외측마그넷(142) 및 상기 내측마그넷(143)이 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되는 예시를 보여주고 있다. 도 5의 예시에서 상기 연결봉(111)이 원형 단면 형상을 가지는 파이프 형태로 이루어지므로 상기 마그넷(142)(143)들은 이에 상응하는 원형 단면 형상을 가지는 형태, 즉 링 형태로 되는 것으로 도시되는데, 예를 들어 상기 연결봉(111)이 사각 단면 형상을 가진다면 상기 마그넷(142)(143)들 역시 이에 상응하도록 사각 단면 형상을 가지는 형태가 될 수 있는 등, 상기 마그넷(142)(143)의 형상은 다양하게 변형 실시될 수 있다. 또한 도 5의 실시예처럼 상기 마그넷(142)(143)들이 각각 일체형으로 이루어져야만 할 필요는 없다. 도 6이 바로 상기 외측마그넷(142) 및 상기 내측마그넷(143) 각각이 복수 개가 방사상으로 배치되는 형태를 보여 주고 있다. 물론 상기 마그넷(142)(143)들의 구성이 도 6에서와 같은 개수와 형태로 한정되는 것은 전혀 아니며, 그 개수나 배치 형태 등은 물론 다양하게 변경 실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 연결봉(111)은 파이프형으로 이루어져 있기 때문에 그 벽면에 의해 외측 공간과 내측 공간이 분리될 수 있도록 이루어지는데, 상기 연결봉(111)의 벽면 상에 상기 코일(141)이 권선되고, 상기 연결봉(111)의 벽면 외측 공간에 상기 외측마그넷(142) / 상기 연결봉(111)의 벽면 내측 공간에 상기 내측마그넷(142)이 배치되는 형태가 이루어지게 된다. 따라서 상기 외측마그넷(142)과 상기 내측마그넷(143)에 의하여 상기 연결봉(111) 중심을 향하는 자기장이 형성되며, 상기 코일(141)은 그 자기장 내에 배치되게 된다.
이처럼 상기 외측마그넷(142) 및 상기 내측마그넷(143)이 형성하는 자기장 내에 상기 코일(141)이 배치된 상태에서, 상기 코일(141)에 전류를 흘리게 되면, 도 2(B)의 보이스 코일 구동기 작동 원리 도면에 나타난 바와 동일한 원리에 의하여 상기 코일(141)이 제2방향을 따라 움직이게 된다. 이 때 상기 코일(141)은 상기 연결봉(111)에 고정적으로 구비되어 있으므로, 상기 코일(141)의 움직임은 그대로 상기 연결봉(111)의 움직임으로 변환되며, 결과적으로 상기 코일(141)에 인가되는 전류에 따라 상기 연결봉(111)이 제2방향으로 이동되도록 이루어지는 것이다.
즉 본 발명에 의하면, 상기 1차 이동 구동부(120)에 의하여 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)을 일단 크게 움직여 접촉시킨 후, 상기 대상롤(500)의 회전축 양단에 각각 구비되는 한 쌍의 상기 1차 이동 구동부(120)가 정확하게 동기화되지 못함에 따라 발생되는 인압 차이를 상기 인압 측정부(130)로 측정하여, 이 인압 차이에 해당하는 보정 거리만큼을 상기 2차 이동 구동부(140)에 의하여 움직여 줌으로써, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)의 인압 분포 불균일을 올바르게 보정할 수 있게 되는 것이다. 특히 상기 2차 이동 구동부(140)는 정밀하고 미세한 움직임을 고속으로 정확하게 제어할 수 있는 보이스 코일 구동기 형태로 이루어지기 때문에, 상기 1차 이동 구동부(120)로서는 구현할 수 없는 고속 및 고정밀의 인압 제어를 실현할 수 있게 된다.
참고적으로, 도면 상에서 상기 지지부(110)는 VCM 형태로 이루어진 상기 2차 이동 구동부(140)로만 연결된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 상기 2차 이동 구동부(140)에 의한 움직임을 허용하면서 상기 지지부(110)와의 안정적인 결합이 이루어지게 하는 모션 가이드(motion guide) 구조가 병렬 구성될 수 있다. 이러한 모션 가이드는 크로스 롤러(cross roller), 선형 운동 가이드(LM guide), 선형 부싱(linear bushing) 등의 다양한 부품들을 적용하여 구성될 수 있으며, 도 4(B)의 실시예의 경우 상기 제1몸체(110A) 및 상기 제2몸체(110B) 사이에도 이러한 모션 가이드가 더 구비될 수 있다. 이러한 모션 가이드 구조는 상술한 바와 같이 다양하게 구성될 수 있으므로, 본 발명에서는 도면을 간략화하기 위해 이를 생략하여 도시하였을 뿐이나, 본 발명의 장치에 이러한 모션 가이드 구조가 구비될 수 있음은 당연하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 인압 제어 장치
110: 지지부 111: 연결봉
110A: 제1몸체 110B: 제2몸체
120: 1차 이동 구동부 121: 연결홈
130: 인압 측정부
140: 2차 이동 구동부 141: 코일
142: 외측마그넷 143: 내측마그넷
500: 대상롤 510: 롤
520: 플레이트 550: 접촉물

Claims (5)

  1. 접촉식 전자 인쇄 장비에 구비되어 하나의 대상롤(500)과 다른 롤(510) 또는 플레이트(520)를 포함하는 접촉물(550) 간의 접촉을 제어하는 인압 제어 장치(100)에 있어서,
    상기 대상롤(500)의 회전축 방향을 제1방향, 제1방향과 수직한 방향을 제2방향이라 할 때,
    상기 대상롤(500)의 회전축 끝단에 구비되는 지지부(110);
    상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 제2방향으로의 접촉 또는 이격을 제어하도록, 상기 지지부(110)와 연결되어 상기 지지부(110)를 제2방향으로 1차로 선형 이동시키는 1차 이동 구동부(120);
    상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간에 개재 구비되어, 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)이 접촉된 상태에서 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 측정하는 인압 측정부(130);
    상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550)이 접촉된 상태에서 상기 대상롤(500) 및 상기 접촉물(550) 간의 인압을 제어하도록, 보이스 코일 구동기 형태로 형성되어 상기 지지부(110) 및 상기 1차 이동 구동부(120) 간의 연결 부분에 구비되어, 상기 인압 측정부(130)에서 측정된 인압 측정값에 따라 상기 지지부(110)를 2차로 제2방향으로 선형 이동시키는 2차 이동 구동부(140);
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 지지부(110)에 제2방향으로 돌출 연장되는 파이프형의 연결봉(111)이 구비되며, 상기 1차 이동 구동부(120)에 제2방향으로 함몰 형성되되 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되는 연결홈(121)이 구비되어, 상기 연결봉(111)이 상기 연결홈(121)에 삽입되어 상기 지지부(110)가 상기 1차 이동 구동부(120)에 대하여 제2방향으로 이동 가능하도록 연결되어 이루어지며,
    상기 2차 이동 구동부(140)는
    상기 연결봉(111)에 권선되는 코일(141),
    상기 연결봉(111)을 중심으로 상기 연결홈(121)의 외주면을 따라 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되어 배치되거나 또는 복수 개가 방사상으로 배치되는 외측마그넷(142),
    상기 연결봉(111)을 중심으로 상기 연결홈(121)의 내주면을 따라 상기 연결봉(111) 단면 형상에 상응하는 형태로 형성되어 배치되거나 또는 복수 개가 방사상으로 배치되는 내측마그넷(143)
    을 포함하여 이루어져,
    상기 외측마그넷(142) 및 상기 내측마그넷(143)이 형성하는 자기장 내에 상기 코일(141)이 배치되어, 상기 코일(141)에 인가되는 전류에 따라 상기 연결봉(111)이 제2방향으로 이동되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인압 제어 장치(100)는
    상기 지지부(110)가 일체의 몸체로 이루어지고, 상기 인압 측정부(130)는 상기 1차 이동 구동부(120) 상에 고정 배치되어 상기 지지부(110)와 접촉하여 인압을 측정하도록 이루어지거나, 또는
    상기 지지부(110)의 몸체가 제2방향으로 분할되어 상기 대상롤(500)과 연결 구비되는 제1몸체(110A) 및 상기 제1몸체(110A)와 적층된 형태로 형성되는 제2몸체(110B)로 이루어지고, 상기 인압 측정부(130)는 상기 제2몸체(110B) 상에 고정 배치되어 상기 제1몸체(110A)와 접촉하여 인압을 측정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 인압 측정부(130)는
    로드 셀(load cell) 또는 압전 소자(piezoelectric element)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 1차 이동 구동부(120)는
    회전 모터 및 스크류 또는 회전 모터 및 랙 기어를 포함하여 이루어져, 상기 지지부(110)를 제2방향으로 이동시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 구동기를 이용한 인압 제어 장치.
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