KR101627676B1 - 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 롤투롤 인쇄 장비에서 유연 기판의 건조에 따른 열 변형의 영향을 최소화하여 최상의 인쇄 품질을 유지할 수 있도록 하는 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 인쇄 유닛 사이에 유연 기판의 열 변형에 따른 장력의 변화를 흡수하기 위한 장치를 구비하고, 각 인쇄 유닛에서의 유연 기판의 이송 속도를 보정함에 의해 유연 기판의 장력을 정밀하게 제어하여 열 변형의 영향을 최소화하여 최상의 인쇄 품질을 유지할 수 있도록 한다.

Description

롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSFER AND TENSION-CONTROL OF FLEXIBLE SUBSTRATE IN ROLL-TO-ROLL PRINTING EQUIPMENT}
본 발명은 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 롤투롤 인쇄 장비에서 유연 기판의 건조에 따른 열 변형의 영향을 최소화하여 최상의 인쇄 품질을 유지할 수 있도록 하는 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 인쇄 방식으로 전자 소자 등을 생산하는 인쇄 전자(Printed Electronics) 분야가 큰 각광을 받고 있으며 여기에는 RFID 안테나, 폴리머 트랜지스터, 유연성 디스플레이, 솔라 셀 등의 대량 저가 생산 제품을 포함한다. 기존의 인쇄기의 개념으로 인쇄 전자 소자를 생산하되 정밀도를 수~수십 마이크로로 높여야 전자 소자의 역할을 수행할 수 있는 제품을 생산할 수 있다.
도 1은 종래의 롤투롤 인쇄 장비(10)의 구성을 나타내는 도면이다.
이러한 인쇄전자 제품 중 유연한 대면적 제품을 대량, 저가로 생산할 수 있는 방식으로 주목받는 것이 롤투롤 인쇄 장비이다. 롤투롤 인쇄 장비는, 필름, 종이 등의 유연한 재질의 웹(web) 형태의 기판(substrate)(20)을 언와인더(un-winder)(11)에서 공급하여 리와인더(re-winder)(12)에서 권취하는 과정 중에 다양한 인쇄 방식을 이용하여 인쇄전자 소자를 유연 웹 기판(20)에 제작하는 기술이 적용된 장비이며, 웹 기판(20)의 원활한 공급과 권취를 위해 이러한 웹을 다루는 웹 처리(web handling)가 중요한 기술 중 하나이다. 특히, 웹 기판의 변형을 최소화하면서 안정되게 공급하는 것이, 소자의 생산에 필수적인 맞춤 정밀도(registration accuracy)에 큰 영향을 미치기 때문에 인쇄롤 및 피더롤 간의 속도 동기화 및 스팬(span)의 장력 제어가 매우 중요한 기술이 된다.
특히, 인쇄전자의 경우 주로 사용되는 잉크의 건조 온도가 100도 이상인데, 여기에 사용되는 폴리머 필름의 경우 이러한 고온에서 물리적, 화학적인 변형을 쉽게 일으켜 인쇄 후 건조기(13)에서 건조된 웹 기판이 팽창 또는 수축하며, 이러한 영향은 온도가 높아질수록 더욱 커진다.
건조기(13)를 통과한 후 웹 기판의 변형이 없을 경우, 이상적으로는 도 1에서 보는 바와 같이 인쇄 유닛 1을 구동하는 롤러에 의한 웹 기판의 선속도 v1와 인쇄유닛 2를 구동하는 롤러에 의한 웹 기판의 선속도 v2가 동일하면(v1=v2) 두 인쇄 유닛 사이의 장력 T1이 일정하게 유지되면서 웹이 롤러에서 슬립 없이 원활한 공급이 가능하다.
그러나, 실제적으로는 건조기를 통과한 후 웹 기판의 변형이 있게 되는데, 이때 v1과 v2가 같게 유지된다면 문제가 발생하게 된다. 즉, 웹 기판이 수축할 경우에는 T1이 커지다가 결국 롤러에서 웹 기판의 슬립이 발생하게 되며, 웹 기판이 팽창할 경우에는 T1이 작아지다가 결국 웹 기판이 늘어지는 문제가 발생한다. 따라서, 웹 기판의 변형량에 따라 v1과 v2를 다르게 하여 웹 기판의 원활한 공급과 장력 유지를 할 필요가 있게 된다. 그러나, 이러한 보정량을 수학적인 계산에 의해 산출하기가 어렵기 때문에 공정 중에 보정량을 실험적으로 산출하여 v1과 v2에 차이를 보정량만큼 주어야 하지만, 인쇄 유닛의 속도를 실시간으로 변화시켜 보정할 경우 인쇄 품질에 문제를 줄 수가 있고, 인쇄 유닛 사이의 장력 변화가 인쇄 유닛 앞 뒤 모든 스팬(span)에 영향을 주게 되어 전체적인 인쇄 공정이 원활하지 않게 되는 문제점이 있어 왔다.
KR 10-2013-0019298 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 인쇄 유닛 사이에 유연 기판의 열 변형에 따른 장력의 변화를 흡수하기 위한 장치를 구비하고, 각 인쇄 유닛에서의 유연 기판의 이송 속도를 보정함에 의해 유연 기판의 장력을 정밀하게 제어하여 열 변형의 영향을 최소화하여 최상의 인쇄 품질을 유지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치는, 롤투롤 인쇄 장비의 두 인쇄 유닛(이하 '인쇄 유닛 1' 및 '인쇄 유닛 2'라 한다) 사이에 설치되어, 상기 인쇄 유닛 1로부터 상기 인쇄 유닛 2로 진행하는 유연 기판의 장력(T1)을 일정하게 유지하기 위하여, 상기 유연 기판의 스팬 길이(상기 인쇄 유닛 1에서부터 상기 인쇄 유닛 2 사이의 유연 기판의 길이)의 변화에 따라 그 위치 이동이 가능한 장치(이하 그러한 역할을 수행하는 장치를 통칭하여 '댄서(dancer)'라 한다); 및 상기 댄서와 상기 인쇄 유닛 2 사이의 유연 기판의 장력(T1)을 측정하고, 측정된 장력에 따라, 상기 장력(T1)이 일정하게 유지되도록 상기 댄서의 위치를 제어하는 댄서 위치 제어부를 포함하고, 상기 댄서의 위치 변화로부터 측정된 댄서의 이동속도로부터 상기 인쇄 유닛 1을 통과한 유연 기판의 선속도(v1) 또는 상기 인쇄 유닛 2를 통과한 유연 기판의 선속도(v2)의 보정량을 산출하여, 산출된 보정량에 의해 상기 선속도 v1 또는 v2를 보정하도록 제어하는 이동속도 보정부를 더 포함하고, 상기 댄서의 이동속도는 주기적으로 측정되며, 상기 이동속도 보정부는, 측정된 댄서의 속도가 기 설정된 기준값 이상일 경우 상기 선속도의 보정과정을 수행하고, 측정된 댄서의 속도가 기 설정된 기준값 미만일 경우 상기 선속도의 보정과정을 중지하고, 선속도 v1 또는 v2에 적용할 속도 보정량 △v는, △v = 2·|vdancer|에 의해 산출되며, 여기서 vdancer는 댄서의 이동속도이고, 상기 보정량 △v는, 두 인쇄롤에 기 설정된 비율로 배분가능하도록 구성된다.
댄서 위치 제어부는, 상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 팽창하여 장력(T1)이 작아진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 길어지는 방향으로 이동시키고, 상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 수축하여 장력(T1)이 커진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 짧아지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치는, 상기 댄서와 상기 인쇄 유닛 2 사이에 설치되어, 인쇄 유닛 2로의 진입 전 유연 기판의 장력(T2)를 별도로 제어하는 피더(feeder)를 더 포함할 수 있다.
상기 댄서의 위치 변화는, 위치 센서를 이용하여 감지되거나 또는 댄서를 구동하는 모터의 엔코더 신호를 이용하여 감지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치의 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법은, (a) 롤투롤 인쇄 장비의 인쇄 유닛 1로부터 인쇄 유닛 2로 진행하는 유연 기판의 장력(T1)을 측정하는 단계; 및 (b) 상기 유연 기판의 스팬 길이를 변화시킬 수 있는 장치(이하 그러한 역할을 수행하는 장치를 통칭하여 '댄서(dancer)'라 한다)를 이동 제어함으로써, 상기 장력(T1)을 일정하게 유지하는 작업을 수행하는 단계를 포함하고, (c1) 상기 댄서의 위치 변화로부터 상기 댄서의 이동 속도를 측정하는 단계; (c2) 측정된 상기 댄서의 이동 속도로부터, 상기 인쇄 유닛 1을 통과한 유연 기판의 선속도(v1) 또는 상기 인쇄 유닛 2를 통과한 유연 기판의 선속도(v2)의 보정량을 산출하는 단계; 및 (c3) 산출된 보정량에 의해 상기 선속도 v1 또는 v2를 보정하도록 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계(c1)의 댄서의 이동속도 측정은 주기적으로 수행되며, 상기 단계(c2) 이전에, (c20) 측정된 댄서의 속도가 기 설정된 기준값 이상인지 여부를 체크하는 단계를 더 포함하고, 기 설정된 기준값 이상인 경우 상기 단계(c2) 및 단계(c3)를 수행하고, 기 설정된 기준값 미만일 경우 상기 선속도의 보정과정을 중지하며, 선속도 v1 또는 v2에 적용할 속도 보정량 △v는, △v = 2·|vdancer|에 의해 산출되며, 여기서 vdancer는 댄서의 이동속도이고, 상기 보정량 △v는, 두 인쇄롤에 기 설정된 비율로 배분가능하도록 구성된다.
상기 단계(b)에서, 상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 팽창하여 장력(T1)이 작아진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 길어지는 방향으로 이동시키고, 상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 수축하여 장력(T1)이 커진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 짧아지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법은, 상기 댄서와 상기 인쇄 유닛 2 사이에 설치된 피더(feeder)가, 인쇄 유닛 2로의 진입 전 유연 기판의 장력(T2)를 별도로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 댄서의 위치 변화는, 위치 센서를 이용하여 감지되거나 또는 댄서를 구동하는 모터의 엔코더 신호를 이용하여 감지될 수 있다.
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본 발명에 의하면, 인쇄 유닛 사이에 유연 기판의 열 변형에 따른 장력의 변화를 흡수하기 위한 장치를 구비하고, 각 인쇄 유닛에서의 유연 기판의 이송 속도를 보정함에 의해 유연 기판의 장력을 정밀하게 제어하여 열 변형의 영향을 최소화하여 최상의 인쇄 품질을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 롤투롤 인쇄 장비의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 롤투롤 인쇄 장비로서, 두 인쇄 유닛 사이에 댄서(dancer)가 설치된 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 롤투롤 인쇄 장비로서, 도 2의 구성에 피더(feeder)가 더 설치된 구성을 나타내는 도면.
도 4는 다른 형태의 댄서(dancer)의 실시예를 도시한 도면.
도 5는 도 2 또는 도 3의 롤투롤 인쇄 장비에서, 장력을 일정하게 유지하기 위한 댄서의 위치 변화를 나타내는 실험 결과 그래프.
도 6은 롤투롤 인쇄 장비에서, 두 인쇄 유닛에서의 웹 기판의 이송 속도 보정부를 추가한 경우의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 두 인쇄 유닛에서의 웹 기판의 이송 속도 보정 기능을 추가한 롤투롤 인쇄 장비에서 수행하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 플로우를 나타내는 순서도.
도 8은 도 7의 순서도에 따라 유연 기판 이송 및 장력 제어를 수행한 경우의 유연 기판 이동 속도 변화를 나타내는 실험 결과 그래프.
도 9는 도 7의 순서도에 따라 유연 기판 이송 및 장력 제어를 수행한 경우의 댄서의 위치 변화를 나타내는 실험 결과 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 롤투롤 인쇄 장비로서, 두 인쇄 유닛 사이에 댄서(dancer)가 설치된 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 구성에 피더(feeder)가 더 설치된 구성을 나타내는 도면이며, 도 4는 그러한 인쇄 장비에 구비될 수 있는 다른 형태의 댄서(dancer)의 실시예를 도시한 도면이다.
유연 재질의 웹 기판(30)은 인쇄 유닛 1(110)에서 인쇄 유닛 2(120) 방향으로 움직이며 인쇄 작업을 수행한다. 건조기(130)는 인쇄 유닛 1(110)에서 인쇄 후의 웹 기판(30)을 건조시킨다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 유연 재질의 웹 기판으로 사용될 수 있는 폴리머 필름의 경우 이러한 고온에서 물리적, 화학적인 변형을 쉽게 일으켜 인쇄 후 건조기(130)에서 건조된 웹 기판이 팽창 또는 수축하며, 이러한 영향은 온도가 높아질수록 더욱 커진다.
이러한 온도에 따른 영향을 최소화하기 위하여 도 2와 같이 롤투롤 인쇄 장비의 두 인쇄 유닛(이하 '인쇄 유닛 1' 및 '인쇄 유닛 2'라 한다) 사이에 댄서(dancer) 또는 보정기(compensator)(140)를 설치할 수 있다.
즉, 댄서(dancer) 또는 보정기(compensator)(140)는 롤투롤 인쇄 장비의 인쇄 유닛 1 및 인쇄 유닛 2 사이에 설치되어, 인쇄 유닛 1로부터 인쇄 유닛 2로 진행하는 유연 기판의 장력(T1)을 일정하게 유지하기 위하여, 상기 유연 기판의 스팬 길이(인쇄 유닛 1에서부터 인쇄 유닛 2 사이의 유연 기판의 길이)의 변화에 따라 그 위치 이동이 가능한 장치이며, 이하 그러한 역할을 수행하는 장치를 통칭하여 '댄서(dancer)'라 칭하기로 한다.
도 2 및 도 3에서는 댄서(140)가 상하 이동에 의해 웹 기판(30)의 장력을 유지하도록 하는 실시예를 도시하였으나, 도 4의 경우처럼 시계추 형태로 좌우로 움직이면서 웹 기판의 온도에 따른 길이 변화에서도 그 장력이 일정하게 유지되도록 하는 실시예도 가능하며, 본 발명의 '댄서'는 이러한 실시예들에 따른 형태에 국한되지 않고, 어떤 형태로든지 그 위치 변화에 의해, 온도에 따라 팽창 또는 수축한 웹 기판의 장력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 장치를 총칭하는 것이다.
이와 함께 댄서(140)의 위치를 제어하기 위한 댄서 위치 제어부(150)를 더 구비할 수 있다. 댄서 위치 제어부(150)는 인쇄 유닛 2(120)로 들어가는 부분에서의 웹 기판(30)에 걸리는 장력 T1을 측정하고, T1을 일정하게 유지하기 위해 댄서(140)의 위치를 제어한다. 즉, 하나의 실시예로서 도 2 또는 도 3에서와 같이 상하로 움직이는 댄서의 경우는, 웹 기판(30)이 수축하여 장력 T1이 커질 경우 댄서 위치 제어부(150)는 댄서(140)를 상부로 이동시켜 장력을 일정하게 유지시키며, 웹 기판(30)이 팽창하여 장력 T1이 작아질 경우 댄서 위치 제어부(150)는 댄서(140)를 하부로 이동시켜 장력을 일정하게 유지시킨다. 또한 다른 실시예로서 도 4와 같이 좌우로 움직이는 댄서의 경우는, 웹 기판(30)이 수축하여 장력 T1이 커질 경우 댄서 위치 제어부(150)는 댄서(140)를 우측으로 이동(410)시켜 장력을 일정하게 유지시키며, 웹 기판(30)이 팽창하여 장력 T1이 작아질 경우 댄서 위치 제어부(150)는 댄서(140)를 좌측으로 이동(420)시켜 장력을 일정하게 유지시킨다.
도 3에서는 도 2의 구성에 피더(feeder)(160)을 더 구비할 수 있다. 즉, 댄서(140)의 상하 이동에 의해 인쇄 유닛 1(110)과 피더(160) 사이의 웹 기판에 걸리는 장력 T1을 제어하며, 피더(160)는, 피더(160)와 인쇄 유닛 2(120) 사이의 웹 기판에 걸리는 장력 T2를 제어하도록 구성할 수도 있다. 이 경우 좀 더 안정적인 장력 제어 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 도 2 또는 도 3의 롤투롤 인쇄 장비에서, 장력을 일정하게 유지하기 위한 댄서의 위치 변화를 나타내는 실험 결과 그래프이다.
그래프 상의 각 라인은 건조 온도(510)에 따른 댄서(140)의 위치 변화를 나타낸다. 세로축 양의 방향 수치는, 도 2 또는 도 3에서 상하로 이동하는 댄서(140)의 기준 위치(1)를 0으로 하여 상부로 이동한 높이를 의미한다. 도 2 또는 도 3에서 인쇄 유닛 1(110)에서 나온 웹 기판(30)의 속도를 v1, 인쇄 유닛 2(120)에서 나온 웹 기판(30)의 속도를 v2로 구동하고 있는 경우에, 웹 기판(30)이 수축시 두 인쇄 유닛 사이의 스팬(span) 길이가 짧아져서, 댄서(140)가 위로 이동함으로써 장력 T1을 일정하게 유지하고 있음을 보여준다. 여기서 스팬(span) 길이란, 인쇄 유닛 1(110)과 인쇄 유닛 2(120) 사이의 웹 기판(30)의 길이를 의미하며, 건조기를 통과하여 수축할 경우 스팬 길이가 짧아지고, 팽창할 경우 스팬 길이가 길어진다고 표현한다.
한편, 전술한 바와 같은 댄서 위치 제어부(150)에 의한 댄서(140)의 위치 제어에 의해 웹 기판(30)의 장력을 일정하게 유지시키는 것이 가능하나, 댄서(140)의 위치 변화는 한계점이 있어 무한히 한 방향으로 이동할 수는 없으므로, 댄서(140)의 위치 변화에만 의존하는 장력 유지 제어는 어느 정도 한계를 내포하고 있다. 이러한 한계를 해결하기 위한 구성 및 제어방법을 도 6 및 도 7을 참조하여 이하에서 설명하도록 한다.
도 6은 롤투롤 인쇄 장비에서, 두 인쇄 유닛에서의 웹 기판의 이송 속도 보정부(170)를 추가한 경우의 구성을 나타내는 도면이며, 도 7은 이와 같이 두 인쇄 유닛에서의 웹 기판의 이송 속도 보정 기능을 추가한 롤투롤 인쇄 장비에서 수행하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 플로우를 나타내는 순서도이다.
도 6에 도시된 구성의 경우, 일 실시예로서 상하로 이동하는 댄서를 통하여 설명하고 있으나, 도 6 및 도 7을 참조한 설명은, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 좌우로 움직이는 댄서에도 적용 가능하며, 전술한 바와 같이 그 위치를 이동함에 의해 유연 재질의 웹 기판의 장력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 장치라면 어떠한 형태의 댄서에도 적용 가능한 본 발명의 범위가 된다.
또한 도 6의 경우 피더(160)를 구비하고 있으나, 경우에 따라 피더(160) 없이 구성되는 것도 가능하다.
도 7의 순서도를 참조하면, 먼저 각 인쇄 유닛을 구동하는 구동 선속도, 즉 웹 기판(30)의 이송 속도를 초기화하여 구동한다(S701). 본 도면에서는 두 개의 인쇄 유닛(110,120)에 따른 속도 v1, v2 만이 도시되었으나, 더 많은 인쇄 유닛이 연결될 수 있음은 물론이며, 이에 따라 각 인쇄 유닛에서의 속도 역시 그만큼 존재할 수 있다(v3, v4, ...). 이 경우 초기화시, 각 선속도를 동일한 속도(v1=v2=v3=...) 또는 임의의 속도로 초기화할 수 있다. 이후 댄서 위치 제어부(150)는 장력 T1에 따라, 그 장력 T1을 일정하게 유지하기 위하여 댄서의 위치를 조정, 제어한다(S702).
이후 이송 속도 보정부(170)는, 일정 시간 간격에서 조정된 댄서(140)의 위치에 따라 댄서(140)의 위치에 따라 댄서(140)의 이동 속도 vdancer를 측정한다(S703). 즉, 수학식 1과 같이 댄서(140)의 위치 변화를 그 이동 거리를 이동한 시간으로 나누어 vdancer를 측정하게 된다. 댄서의 위치 감지 방법에 대하여는, 일반적으로 댄서는 위치 센서를 사용하는 방법을 사용하기도 하나, 이외에 위치 센서 없이, 댄서를 구동하는 모터의 엔코더 신호를 활용하는 방법도 있다.
[수학식 1]
vdancer = 댄서 이동 거리/이동 거리 동안의 시간
이러한 댄서(140)의 이동 속도를 이용하여, 각 인쇄 유닛(110,120)에서의 선속도 v1 및 v2를 조정한다(S704). 즉, 각 인쇄 유닛에서 선속도가 웹의 변형량을 정확하게 반영한 값만큼 차이를 갖도록 구동되어야 장력이 유지되나, 각 인쇄 유닛에서의 선속도가 이 값을 갖지 못할 경우 댄서(140)의 이동을 이용하여 장력 T1을 일정하게 유지할 수 있으나, 댄서(140)의 이동량에는 한계가 있기 때문에, 선속도 v1과 v2를 댄서(140)의 이동량에 따라 차이를 두도록 보정함으로써 장력 T1을 일정하게 유지하여 인쇄 품질이 유지될 수 있도록 하는 것이다.
양 인쇄 유닛(110,120) 사이의 웹 기판(30)의 길이인 스팬(span) 길이의 변화량은, 댄서(140)의 위치 이동량의 2배가 된다. 따라서 각 인쇄 유닛(110,120)에서의 선속도 v1 또는 v2에 적용할 속도 보정량 △v는 수학식 2로 산출될 수 있다.
[수학식 2]
△v = 2·|vdancer|
즉, 앞서 단계 S703에서 측정된 댄서의 위치 변화량에 따른 댄서의 속도 vdancer가 기 설정된 기준값(이하 '△vdancer'라 한다) 이상일 경우(S704), 측정된 vdancer을 이용하여 수학식 2와 같이 △v를 구한다(S705). 이로부터 웹이 수축하여 장력이 커지는 경우, v1에 보정량 △v를 가하여 v1의 속도를 증가시키거나, v2에 보정량 △v를 감하여 v2의 속도를 감소시키면 웹의 장력이 일정하게 유지될 수 있다. 반대로, 웹이 팽창하여 장력이 작아지는 경우, v1에 보정량 △v를 감하여 v1의 속도를 감소시키거나, v2에 보정량 △v를 가하여 v2의 속도를 증가시키면 웹의 장력이 일정하게 유지될 수 있다.
이를 식으로 표현하면, 구해진 △v에 의해 v2를 조정하거나(웹 팽창 시 v2'= v2 + △v; 웹 수축 시 v2'= v2 - △v) 또는 v1을 조정함으로써(웹 팽창 시 v1'= v1 - △v; 웹 수축 시 v1'= v1 + △v) 현재 기판의 수축 또는 팽창에 따라 v1과 v2를 조정함에 의해 장력 T1을 일정하게 유지하도록 하고(S706), 이에 따라 웹 기판이 인쇄 롤에서 슬립이나 늘어짐에 의한 영향없이 원활하게 이송되도록 할 수 있다. 여기서 v1'은 v1이 보정에 의해 조정된 속도, v2'은 v2가 보정에 의해 조정된 속도이다.
필요한 경우 한쪽 인쇄롤의 속도(v1 또는 v2)에만 보정량을 적용하지 않고 두 인쇄롤에 보정량을 배분하되, 그 배분한 값이 △v만 유지되면 장력 유지가 가능하다. 예로써, 웹 수축 시 v2'= v2 - k·△v, v1'= v1 + (1-k)·△v (0≤k≤1)로 보정할 경우 v2'- v1' = (v2 - v1) -△v = (초기속도 차이-보정량) = (전체 속도 차이) 가 되어 장력이 일정하게 유지될 수 있다. 특수한 경우로, 초기 인쇄롤 속도가 같은 경우 (v1 = v2), 보정된 속도 차이는 v2'- v1' = -△v 가 된다.
이후에도 예를 들어 일정 시간 간격 등으로 vdancer를 계속 주기적으로 측정하여, |vdancer| > △vdancer 이면 전술한 바와 같은 v1, v2의 보정을 계속하고, |vdancer| < △vdancer 이면 v1, v2의 보정을 중단하고, 댄서 위치 제어부(150)에 의한 댄서(140)의 위치의 미세 제어만을 실시한다(S707). 물론 이후에도 |vdancer|를 계속 주기적으로 측정하여 |vdancer| > △vdancer 이면 전술한 바와 같은 v1, v2의 보정을 수행하게 된다.
도 8은 도 7의 순서도에 따라 유연 기판 이송 및 장력 제어를 수행한 경우의 유연 기판 이동 속도 변화를 나타내는 실험 결과 그래프이며, 도 9는 도 7의 순서도에 따라 유연 기판 이송 및 장력 제어를 수행한 경우의 댄서의 위치 변화를 나타내는 실험 결과 그래프이다. 우측 상단에 건조 온도가 표시되어 있다(810,910)
즉, 도 8은, 도 7을 참조하여 전술한 바와 같은 방법으로 산출된 보정량에 의해 인쇄 유닛 2가 안정된 v2를 찾아내어 구동되고 있는 상태를 나타내고 있으며, 초기 20mm/s의 속도가 보정 후 변화된 결과를 보여 준다. 또한 도 9는 이 경우의 일정한 장력 유지를 위한 댄서(140)의 위치를 나타내는 그래프로서, 상부로 이동하던 댄서(140)의 위치가 v2의 속도 동기화 작업에 의해 일정한 위치를 유지하게 되었음을 나타낸다.
1: 댄서(dancer)의 상하 위치 원점
10: 종래의 롤투롤 인쇄 장비
11: 인쇄 유닛 1
12: 인쇄 유닛 2
13: 건조기
20: 유연 웹 기판
100: 본 발명에 따른 롤투롤 인쇄 장비
30: 유연 웹 기판
110: 인쇄 유닛 1
120: 인쇄 유닛 2
130: 건조기
140: 댄서(dancer)
150: 댄서 위치 제어부
160: 피더(feeder)
170: 이송 속도 보정부
510,810,910: 건조 온도 표시

Claims (14)

  1. 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치로서,
    롤투롤 인쇄 장비의 두 인쇄 유닛(이하 '인쇄 유닛 1' 및 '인쇄 유닛 2'라 한다) 사이에 설치되어, 상기 인쇄 유닛 1로부터 상기 인쇄 유닛 2로 진행하는 유연 기판의 장력(T1)을 일정하게 유지하기 위하여, 상기 유연 기판의 스팬 길이(상기 인쇄 유닛 1에서부터 상기 인쇄 유닛 2 사이의 유연 기판의 길이)의 변화에 따라 그 위치 이동이 가능한 장치(이하 그러한 역할을 수행하는 장치를 통칭하여 '댄서(dancer)'라 한다); 및
    상기 댄서와 상기 인쇄 유닛 2 사이의 유연 기판의 장력(T1)을 측정하고, 측정된 장력에 따라, 상기 장력(T1)이 일정하게 유지되도록 상기 댄서의 위치를 제어하는 댄서 위치 제어부
    를 포함하고,
    상기 댄서의 위치 변화로부터 측정된 댄서의 이동속도로부터 상기 인쇄 유닛 1을 통과한 유연 기판의 선속도(v1) 또는 상기 인쇄 유닛 2를 통과한 유연 기판의 선속도(v2)의 보정량을 산출하여, 산출된 보정량에 의해 상기 선속도 v1 또는 v2를 보정하도록 제어하는 이동속도 보정부
    를 더 포함하고,
    상기 댄서의 이동속도는 주기적으로 측정되며,
    상기 이동속도 보정부는,
    측정된 댄서의 속도가 기 설정된 기준값 이상일 경우 상기 선속도의 보정과정을 수행하고, 측정된 댄서의 속도가 기 설정된 기준값 미만일 경우 상기 선속도의 보정과정을 중지하고,
    선속도 v1 또는 v2에 적용할 속도 보정량 △v는,
    △v = 2·|vdancer|
    에 의해 산출되며, 여기서 vdancer는 댄서의 이동속도이고,
    상기 보정량 △v는, 두 인쇄롤에 기 설정된 비율로 배분가능하도록 구성되는 것
    을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    댄서 위치 제어부는,
    상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 팽창하여 장력(T1)이 작아진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 길어지는 방향으로 이동시키고, 상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 수축하여 장력(T1)이 커진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 짧아지는 방향으로 이동시키는 것
    을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 댄서와 상기 인쇄 유닛 2 사이에 설치되어, 인쇄 유닛 2로의 진입 전 유연 기판의 장력(T2)를 별도로 제어하는 피더(feeder)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 댄서의 위치 변화는,
    위치 센서를 이용하여 감지되거나 또는 댄서를 구동하는 모터의 엔코더 신호를 이용하여 감지되는 것
    을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치.
  8. 롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치의 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법으로서,
    (a) 롤투롤 인쇄 장비의 인쇄 유닛 1로부터 인쇄 유닛 2로 진행하는 유연 기판의 장력(T1)을 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 유연 기판의 스팬 길이를 변화시킬 수 있는 장치(이하 그러한 역할을 수행하는 장치를 통칭하여 '댄서(dancer)'라 한다)를 이동 제어함으로써, 상기 장력(T1)을 일정하게 유지하는 작업을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    (c1) 상기 댄서의 위치 변화로부터 상기 댄서의 이동 속도를 측정하는 단계;
    (c2) 측정된 상기 댄서의 이동 속도로부터, 상기 인쇄 유닛 1을 통과한 유연 기판의 선속도(v1) 또는 상기 인쇄 유닛 2를 통과한 유연 기판의 선속도(v2)의 보정량을 산출하는 단계; 및
    (c3) 산출된 보정량에 의해 상기 선속도 v1 또는 v2를 보정하도록 제어하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 단계(c1)의 댄서의 이동속도 측정은 주기적으로 수행되며,
    상기 단계(c2) 이전에,
    (c20) 측정된 댄서의 속도가 기 설정된 기준값 이상인지 여부를 체크하는 단계
    를 더 포함하고,
    기 설정된 기준값 이상인 경우 상기 단계(c2) 및 단계(c3)를 수행하고, 기 설정된 기준값 미만일 경우 상기 선속도의 보정과정을 중지하며,
    선속도 v1 또는 v2에 적용할 속도 보정량 △v는,
    △v = 2·|vdancer|
    에 의해 산출되며, 여기서 vdancer는 댄서의 이동속도이고,
    상기 보정량 △v는, 두 인쇄롤에 기 설정된 비율로 배분가능하도록 구성되는 것
    을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계(b)에서,
    상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 팽창하여 장력(T1)이 작아진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 길어지는 방향으로 이동시키고, 상기 인쇄 유닛 1 및 건조기를 통과한 유연 기판이 수축하여 장력(T1)이 커진 경우 상기 댄서를 웹 스팬 길이가 짧아지는 방향으로 이동시키는 것
    을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 댄서와 상기 인쇄 유닛 2 사이에 설치된 피더(feeder)가, 인쇄 유닛 2로의 진입 전 유연 기판의 장력(T2)를 별도로 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 댄서의 위치 변화는,
    위치 센서를 이용하여 감지되거나 또는 댄서를 구동하는 모터의 엔코더 신호를 이용하여 감지되는 것
    을 특징으로 하는 유연 기판 이송 및 장력 제어 방법.
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