KR101727976B1

KR101727976B1 - 필름 연신장치

Info

Publication number: KR101727976B1
Application number: KR1020150096513A
Authority: KR
Inventors: 김봉춘; 이승희; 임영진
Original assignee: 전북대학교 산학협력단
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-04-18
Also published as: KR20170006092A

Abstract

본 발명에서는 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립들에 의하여 구성되고, 인입되는 필름을 고정한 다음 횡연신하고 개방시키는 제1 텐터링 클립군; 및 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립들에 의하여 구성되고, 상기 제1 텐터링 클립군에서 개방된 필름을 고정한 다음 열보정하고 개방하는 텐터링 클립군으로서, 상기 제1 텐터링 클립군과는 독립된 클립 순환경로를 가지는 제2 텐터링 클립군;을 구비한 필름 연신장치를 제공한다. 본 발명에 따르는 필름 연신장치에서는 열보정 구간으로 제공되는 제2 텐터링 클립군에서 필름의 종방향 이완 또는 연신을 임의로 조정할 수 있다. 또한, 필름의 횡방향 굴절율 변화폭을 용이하게 조절할 수 있으며, 필름에 자유단 연신의 효과를 부여하여, 연신된 필름이 광학적으로 A 플레이트 또는 이축 플레이트의 특성을 갖도록 할 수 있다.

Description

필름 연신장치{Apparatus for Film Drawing}

본 발명은 필름 연신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연신부와 열고정부가 독립적인 클립 이송경로를 가져, 연신되는 필름의 횡방향과 종방향 굴절율을 임의로 조절할 수 있고 또한, 연신되는 필름에 자유단 연신의 효과를 부여하는 것이 가능한 필름 연신장치에 관한 것이다.

폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀 등과 같은 플라스틱 재질의 광학용 필름에 위상차를 부여하는 방법 중 하나는, 등방성의 미연신 필름을 연신하여, 연신된 방향과 연신되지 않은 방향의 굴절율이 다른 필름으로 제조하는 것으로, 이를 위한 다양한 이축 연신장치가 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1, 2에는 접철식 컨베이어 고정된 텐터링 클립을 이용하여 열가소성 필름에 대하여 동시 이축연신을 수행하면서, 횡방항 연신과 종방향 수축을 유도하여 광학필름을 제조하는 방법 또는 그를 위한 장치가 개시되어 있다.

한편, 특허문헌 3에는, 일련의 텐터링 클램프들로 구성된 무한궤도형의 연신장치에 있어서, 상기 텐터링 클램프들을 이송하는 텐터링 체인을 독립된 두 개의 시스템으로 분리하여, 연신부와 열고정부에서 클램프들의 진행속도를 다르게 할 수 있는 이축연신장치가 개시되어 있다

또한, 특허문헌 4에는, 연신장치 내에서 이송되는 필름에 대하여 양단에서 연신 개시위치, 연신 정지위치 및 연신각도를 다르게 조절하여, 필름의 진행방향 중심선과 연신 방향 중심선이 특정의 각도로 배향되도록 연신을 할 수 있는 장치가 개시되어 있다.

상기 장치들은 연신부에서 횡연신된 필름을 열고정함에 있어, 종방향으로 클램프의 이송속도를 줄이는 방법으로 각 방향으로 연신율(즉, 굴절율)을 조정할 수 있는 장치들로서, 상기 각 방향의 굴절율을 제어하여 A-플레이트형, C-플레이트형 또는 이축형 위상차 필름을 제조할 수 있게 된다. 그러나, 선행기술들에 개시된 장치들에 있어 연신비의 조정, 특히 횡방향 연신비의 조정은 연신구간을 형성하는 대향하는 텐터링 클립들 사이의 간격에 의존하므로, 그 조정폭이 고정이거나 또는 제한적이다. 따라서, 다양한 형태의 위상차 필름을 제조하는 것이 어렵고, 특히, 횡방향 연신비가 특히 큰 광학필름을 제조하는 것은 어렵다.

JP 2014-54730A, US 3,794,547 US 5,341,547 JP 2009-119774A

본 발명의 목적은, 연신되는 필름의 종방향과 두께 방향 굴절율을 임의로 조절할 수 있고, 특히 횡방향 굴절율을 임의로 조절하면서 연신된 필름에 자유단 연신의 효과를 부여할 수 있는 필름 연신장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르는 필름 연신장치는, 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립들에 의하여 구성되고, 인입되는 필름을 고정한 다음 횡연신하고 개방시키는 제1 텐터링 클립군; 및 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립들에 의하여 구성되고, 상기 제1 텐터링 클립군에서 개방된 필름을 고정한 다음 열보정하고 개방하는 텐터링 클립군으로서, 상기 제1 텐터링 클립군과는 독립된 클립 순환경로를 가지는 제2 텐터링 클립군;을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 제1 텐터링 클립군은 개방각이 0°인 고정구간과 개방각이 0°보다 큰 연신구간을 포함할 수 있다.

상기 연신구간의 개방각은 필름의 진행방향에서 순차적으로 커지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 필름 연신장치에서는 제1 텐터링 클립군과 제2 텐터링 클립군이 독립적인 순환경로를 갖는다. 따라서, 열보정 구간으로 제공되는 제2 텐터링 클립군에서 필름의 종방향 이완 또는 연신을 임의로 조정할 수 있다.

본 발명에 따르는 필름 연신장치에서는 제1 텐터링 구간에서 연신구간으로 제공되는 텐터링 클립군의 개방각이 순차적으로 커지는 형태를 갖는다. 따라서, 필름의 횡방향 굴절율 변화폭을 용이하게 조절할 수 있고, 또한, 필름에 자유단 연신의 효과를 부여하여, 연신된 필름이 광학적으로 A 플레이트 또는 이축 플레이트의 특성을 갖도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 필름 연신장치의 모식적 평면도이다.
도 2는 제1 텐터링 클립군이 배열되어 형성되는 개방각에 대한 모식도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따르는 필름 연신장치(100)는 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립군(11A, 11B)에 의하여 구성되고, 인입되는 필름을 고정한 다음 횡연신하고 개방시키는 제1 텐터링 클립군(11); 및 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립군(21A, 21B)에 의하여 구성되고, 상기 제1 텐터링 클립군에서 개방된 필름을 고정한 다음 열보정하고 개방하는 텐터링 클립군으로서, 상기 제1 텐터링 클립군과는 독립된 클립 순환경로를 가지는 제2 텐터링 클립군(21);을 구비한 것을 특징으로 한다.

제1 텐터링 클립군 (11)

본 발명에 따르는 필름 연신장치에서, 제1 텐터링 클립군(11)은 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립군(11A, 11B)을 포함한다. 상기 클립군들(11A, 11B)은 클립 고정수단, 예를 들어, 가이드레일을 따라 이동하는 클립이송 체인(미도시)에 고정되어 체인의 이동에 따라 이송된다. 제1 텐터링 클립군(11)을 형성하는 각각의 클립군 11A와 11B는 그 사이에 고정되는 필름(10)의 종방향(machine direction, MD) 중심축을 기준으로(도 1의 실선), 통상적으로는 상호 간에 대칭이나 이에 한정되지는 않으며, 예를 들어, JP2009-119744A에 개시된 바와 같이, 비대칭 구조일 수도 있다.

상기 제1 텐터링 클립군(11)은 그 사이에 고정되는 필름(10)의 횡방향(transverse direction, TD)을 기준으로 클립들 사이의 간격이 일정한 고정구간(12)과, 클립들 사이의 간격이 변하는 간격이 증가하는 연신구간(13)을 제공한다. 상기 고정구간 (12)에서는 개방각(상기 클립군들(11A, 11B)이 필름(10)의 종방향(machine direction, MD) 중심축과 이루는 각)이 0°이거나 그에 근접한 값이고, 연신구간(13)에서는 개방각이 0°보다 큰 값을 가진다.

본 발명에 따르는 필름 연신장치에서, 고정구간(12) 및 연신구간(13)에는 적절한 가열수단(미도시), 예를 들어, 적외선 가열장치 또는 전기적 가열장치 등이 구비되어, 필름의 예열, 연신에 필요한 열이 공급될 수 있다.

장치에 인입되는 필름(10)은 고정구간(12)이 시작되는 위치에서 클립군(11A, 12B)에 의하여 필름(10)의 양단이 고정되고, 이후의 고정구간이 끝나는 지점까지 상기 필름은 이후의 연신에 필요한 준비작업, 예를 들어, 예열과 같은 작업이 수행된다.

연신구간(13)이 시작되는 위치에서부터 필름 양단을 고정하는 클립군들(11A, 12B) 사이의 횡방향 간격이 멀어지고, 따라서, 클립군들(11A, 11B)에 양단이 고정된 필름의 횡연신이 개시된다. 이때, 상기 연신구간(13)에서는 개방각(∠θ)이 O°보다 큰 임의의 값을 갖게 된다.

본 발명에서 개방각이라 함은 개별 클립의 진행방향이, 연신되는 필름의 중심선과 교차하여 형성되는 각을 말한다(도 2의 θ). 본 발명에 따르는 필름 연신장치의 한가지 특징은, 필름(10)의 진행방향으로 연신구간(13)의 시작점에서 연신구간(13)의 종점으로 갈수록 상기 연신구간(13)의 개방각(θ)이 순차적으로 커지도록 마주보는 클립군들(11A, 11B)이 배열된다는 것이다. 도 1에 도시된 바는 연신구간(13)에서, 개별 클립들이 특정의 직경을 가지는 원주 상에 위치하는 형태로 상기 클립군(11A, 12B)들이 배열된 것이나, 이에 한정되는 것이어서, 개방각(θ)이 순차적으로 커지도록 하는 형태는 다양할 수 있다.

클립군들(11A, 11B)의 개방각이(θ) 커지도록 배열함에 따른 한가지 이점은 상기 연신구간(13)에서 연신을 종료하는 시점, 즉, 연신된 필름(10)의 클립에 의한 고정을 풀어주는 시점이 임의로 선택될 수 있고, 그에 따라, 하나의 장치에서 횡연신비를 임의로 조절할 수 있고, 그에 따라, 필름의 횡방향 굴절율 변화폭을 용이하게 조절할 수 있다.

개방각이 필름의 진행방향으로 커지도록 배열함에 따른 다른 이점으로서 보다 중요한 것은, 상기 개방각이 순차적으로 커짐에 따라, 연신되는 필름(10)의 종방향 이송속도, 결과적으로, 필름의 종방향 길이가 줄어들 수 있다는 것이다. 그에 따라, 필름(10)에 자유단 연신의 효과를 부여할 수 있다. 자유단 연신에 의하여 연신된 필름은 광학적으로 A 플레이트 또는 이축 플레이트의 특성을 갖게된다.

제2 텐터링 클립군 (21)

본 발명에 따르는 필름 연신장치에서 제2 텐터링 클립군(21)은 필름(10)의 진행방향에서 제1 텐터링 클립군(11)의 후단에 배치된다. 제2 텐터링 클립군(21)은 각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립군(21A, 21B)으로 형성된다. 제2 클립군(21)을 형성하는 각각의 클립군 21A와 21B는 그 사이에 고정되는 필름(10)의 종방향(machine direction, MD) 중심축을 기준으로 상호 간에 대칭이거나 또는 예를 들어, JP2009-119744A에 개시된 바와 같이, 비대칭 구조일 수도 있다. 한편, 각각의 클립군 21A와 21B 사이의 거리는 제1 텐터링 클립군(11)에서 연신되고 고정에서 풀린 필름(10)의 폭에 맞추어 임의로 조절될 수 있다.

제2 텐터링 클립군(21)은 제1 텐터링 클립군(11)이 제공하는 연신구간(13)에서 종횡으로 연신된 필름(10)에 대하여 열고정(heat setting)이나 냉각을 수행하는 열보정 구간(22)으로 제공된다. 따라서, 본 발명에 따르는 필름 연신장치에서, 열보정 구간(22)에는 적절한 가열수단이나 냉각수단 등, 열보정에 필요한 수단(미도시)들이 구비될 수 있다.

본 발명에 따르는 필름 연신장치의 다른 특징은 제2 텐터링 클립군(21)이 상기 제1 텐터링 클립군(11)과는 독립된 클립 순환경로를 가진다는 것이다.

상기 클립군들은 클립이송 수단, 예를 들어, 미국특허 제5,341,547호에 개시된 바와 같은 가이드 휠에 지지되는 텐터링 체인에 고정되거나, 예를 들어, 미국특허 제3,794,547호에 개시된 것과 같이, 가이드레일을 순환하는 지그-재그 타입 연결부재의 일측에 고정된 것일 수 있다. 본 발명에 따르는 필름 연신장치에서, 상기 제2 텐터링 클립군(21)이 제1 텐터링 클립군(11)과 독립된 순환경로를 가지는 것은 상술한 클립이송 수단들이 독립된 순환경로를 가지게 설계하는 것에 의하여 가능하다.

본 발명에서, 제2 텐터링 클립군(21)이 상기 제1 텐터링 클립군(11)과는 독립된 클립 순환경로를 가지는 것에 따른 한가지 이점은, 횡연신비가 임의로 조절된 필름(10)의 폭에 맞추어, 제2 턴터링 클립군(21)은 한 쌍의 클립군(21A, 21B) 사이의 거리를 조절하는 것 만에 의하여, 상기 필름(10)을 다시 고정할 수 있다는 것이다.

독립된 클립 순환경로를 가지는 것에 따르는 다른 이점은, 제2 텐터링 클립군(21)의 이송속도(V2)를 제1 텐터링 클립군(11)의 이송속도(V1)와는 개별적으로 제어할 수 있다는 것이다. 그에 따라, 필름(10)이 연신장치를 통과하는 동안 연신구간(13)과 열보정 구간(22)을 통과하면서 필름(10)의 종방향 연신비를 조절할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 종방향 이완이 필요한 경우에는 제2 텐터링 클립군(21)의 이송속도를 늦추거나(V1 > V2), 반대로 제2 텐터링 클립군(21)의 이송속도를 올려(V2 > V1) 종방향으로 추가 연신을 수행할 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따르는 A-플레이트형 또는 이축 플레이트형 광학필름을 제조하는데 적합하다.

일반적으로, 롤 필름을 횡연신할 때는 횡방향으로 길이가 길어지고，종방향으로는 길이가 고정된다. 이때 등방성의 재료가 연신방향으로 굴절율 커진다면, 횡방향 굴절율을 nx, 종방향 굴절율을 ny, 두께방향 굴절율을 nz로 할 때, nx>ny>nz인 광학필름, 즉, 네거티브 이축 플레이트가 얻어진다. 이와는 반대로 등방성 재료가 연신방향으로 굴절율이 작아지는 경우는 nz>nx>ny인 광학필름, 즉, 포지티브 이축 플레이트가 얻어지게 된다.

그러나, 본 발명에 따르는 필름 연신장치를 이용하는 경우, 열보정구간(22)에서의 클립이송속도를 느리게 할 수 있다. 그 결과, 종방향과 두께방향의 굴절율을 제어할 수 있다. 예를 들어, 연신방향으로 굴절율이 커지는 소재는 nx>ny>nz에서 ny의 크기율 줄이거나 nz의 크기를 크게 할 수 있기 때문에 nx>ny=nz인 광학필름, 즉, 포지티브 A 플레이트, 혹은 nx>nz>ny 이축 플레이트를 제조할 수 있다. 다른 예로서, 연신방향으로 굴절율이 작아지는 소재는, nz>nx>ny에서 nx가 커지고 nz가 작아질 수 있기 때문에 nx=nz>ny인 네거티브 A 플레이트 또는 nx>nz>ny의 이축 플레이트를 제조할 수 있다.

상기의 굴절율을 구현하기 위하여는 종래의 횡연신기와 다른 방식으로 연신하여야 한다. 구체적으로 고정구간(12)에서 필름이 MD 방향으로 고정되고, 연신구간(13)에서 연신시 클립의 각도가 TD 방향으로 연속적으로 증가하면서, 마지막에는 클립으로부터 개방됨과 동시에 TD 방향의 수축을 방지하기 위하여 MD 방향으로 새로운 클립에 필름이 고정되는, 본 발명에 따르는 장치가 필수적이다.

본 발명에 따르는 필름 연신장치는 LCD용 시야각 보상필름, OLED용 반사방지필름, 또는 무지게 현상이 없는 광학용 필름을 제조하는데 사용할 수 있다.

10.. 필름 11.. 제1 텐터링 클립군
11A, 11B.. 한 쌍의 클립군 12.. 고정구간
13.. 연신구간 21.. 제2 텐터링 클립군
21A, 21B.. 한 쌍의 클립군 22.. 열보정 구간

Claims

각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립군에 의하여 구성되되, 개별 클립들이 특정 직경을 가지는 원주 상에 위치하는 형태로 배열되어 클립군을 구성하고, 인입되는 필름을 고정한 다음 횡연신하고 개방시킬 때, 상기 클립군들의 개방각(θ)이 진행방향에서 순차적으로 커지도록 배열된 제1 텐터링 클립군; 및
각각 무한궤도 방식으로 순환되는 한 쌍의 클립군에 의하여 구성되고, 상기 제1 텐터링 클립군에서 개방된 필름을 고정한 다음 열보정하고 개방하는 텐터링 클립군으로서, 상기 제1 텐터링 클립군과는 독립된 클립 순환경로를 가지는 제2 텐터링 클립군;을 구비한 A-플레이트형 또는 이축 플레이트형 광학필름 제조용 필름 연신장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 텐터링 클립군은 개방각이 0°인 고정구간과 개방각이 0°보다 큰 연신구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 연신장치.
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