KR102170768B1

KR102170768B1 - 익스팬더 롤을 이용한 정밀 인압 제어부를 갖는 롤투롤 인쇄 장치

Info

Publication number: KR102170768B1
Application number: KR1020190093255A
Authority: KR
Inventors: 이승현; 권신; 김광영; 김현태; 박평원; 조정대
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2020-10-27

Abstract

본 발명은 롤투롤 인쇄 장치에 관한 발명으로, 일 실시예에 따르면, 유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤; 상기 패턴롤에 나란히 배치되고 상기 패턴롤을 향해 샤프트가 휘어질 수 있도록 구성된 익스팬더 롤; 및 상기 익스팬더 롤이 상기 패턴롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고, 상기 압력 인가 수단에 의해 익스팬더 롤이 패턴롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치를 개시한다.

Description

익스팬더 롤을 이용한 정밀 인압 제어부를 갖는 롤투롤 인쇄 장치 {Roll-to-roll printing apparatus having high-precision printing force controller by using expander roll}

본 발명은 유연기판을 인쇄하는 롤투롤 인쇄장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연기판에 균일한 압력을 인가하기 위한 정밀 인압 제어가 가능한 롤투롤 인쇄 장치에 관한 것이다.

종래에 유연기판에 마이크로 또는 나노 크기의 미세 패턴을 형성하는 방법으로서 인쇄전자(printed electronics) 기술이 있다. 이 기술은 예컨대 그라비어(gravure), 그라비어 옵셋(gravure-offset), 리버스 옵셋(reverse-offset) 인쇄 기술 등을 포함하며, 유연기판 등의 인쇄 대상물을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 미세 패턴을 형성할 수 있으므로 터치패널, 스마트 태그, 유연 에너지 소자 등의 분야에서 생산성을 높일 수 있다.

도1과 도2(a)는 종래 일반적인 롤투롤 인쇄장치의 인쇄 유닛의 측면도와 정면도를 개략적으로 도시한 것으로, 일반적인 롤투롤 인쇄장치는 미세패턴이 형성된 패턴롤(1), 패턴롤(1)을 가압하는 가압롤(3), 및 가압롤(3)을 패턴롤(1) 측으로(즉 도면에서 Z축 방향으로) 가압하도록 움직이는 구동부(5)로 구성된다.

인쇄대상인 유연기판(W)이 패턴롤(1)과 가압롤(3) 사이를 통과하며 X축 방향으로 이동할 때 가압롤(3)이 패턴롤(1)을 가압하여 패턴롤(1)의 전체 길이(L)에 걸쳐 균일한 인압(printing force)으로 유연기판(W)에 패턴을 인쇄한다. 이러한 롤투롤 인쇄기술에서는 유연기판(W)에 일정한 인압이 가해져야 균일한 패턴이 인쇄되므로 인쇄 공정 동안 유연기판(W)에 일정한 압력을 가하도록 인압 제어를 하는 것이 필수적이다.

그러나 위와 같은 종래 방식은 일정한 인압을 가할 수 없는 구조적 문제가 있다. 가압롤(3)을 패턴롤(1)측으로 움직여 패턴롤(10)과 유연기판(W)에 압력을 가하기 위해 가압롤(3)의 샤프트(4)의 양쪽 단부에 결합된 구동부(5)(예컨대 유압 실린더나 구동모터 등)를 구동시키기 때문에 패턴롤(1)에 가해지는 힘(도2(b)의 "P")이 가압롤(3)의 양 단부에 가장 크게 작용한다. 따라서 가압롤(3)의 전체 길이(L)에 걸쳐 일정한 힘을 패턴롤(1)에 가하지 못하고 양 단부쪽에서 가장 큰 힘(P)에 가해지고 중심으로 갈수록 힘이 작아지게 된다.

또한 가압롤(3)의 양 단부가 구동부(5)에 결합되어 지지되고 있으므로 패턴롤(1)과 가압롤(3)의 길이(L)가 롤(1,3)의 직경에 비해 긴 경우 도3에 도시한 것처럼 가압롤(3)의 중앙부로 갈수록 자체 중력에 의해 아래로 쳐지게 되어 양 단부에 비해 패턴롤(1)에 가하는 힘이 작아진다. 따라서 이러한 종래 패턴롤과 가압롤의 구조적 문제로 인해 유연기판(W)에 균일한 패턴을 인쇄하기 어려운 문제가 있다.

특허 문헌1: 한국 공개특허공보 제2012-0064930호 (2012년 6월 20일 공개)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 익스팬더 롤을 가압롤로 사용하도록 구성하거나 또는 가압롤을 중심으로 패턴롤에 반대되는 위치에 하나 이상의 익스팬더 롤을 배치하고 이 익스팬더 롤이 가압롤을 가압하도록 구성하여 가압롤의 길이 방향에 걸쳐 일정한 압력으로 유연기판에 인쇄를 할 수 있는 인쇄장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 롤투롤 인쇄 장치로서, 유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤; 상기 패턴롤에 나란히 배치되고 상기 패턴롤을 향해 샤프트가 휘어질 수 있도록 구성된 익스팬더 롤; 및 상기 익스팬더 롤이 상기 패턴롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고, 상기 압력 인가 수단에 의해 익스팬더 롤이 패턴롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 롤투롤 인쇄 장치로서, 유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤; 상기 패턴롤에 나란히 배치된 가압롤; 상기 가압롤의 샤프트의 양 단부에 각각 결합되어 가압롤이 패턴롤을 가압하도록 동작하는 한 쌍의 제1 구동부; 상기 가압롤을 사이에 두고 상기 패턴롤과 대향하는 위치에서 상기 가압롤에 나란히 배치된 하나 이상의 익스팬더 롤; 및 상기 익스팬더 롤이 상기 가압롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고, 상기 압력 인가 수단에 의해 익스팬더 롤이 가압롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 롤투롤 인쇄 장치로서, 유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤; 상기 패턴롤에 나란히 배치된 가압롤; 상기 가압롤의 샤프트의 양 단부에 각각 결합되어 가압롤을 회전가능하게 지지하는 한 쌍의 샤프트 지지부; 상기 가압롤을 사이에 두고 상기 패턴롤과 대향하는 위치에서 상기 가압롤에 나란히 배치된 하나 이상의 익스팬더 롤; 및 상기 익스팬더 롤이 상기 가압롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고, 상기 압력 인가 수단에 의해 익스팬더 롤이 가압롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 익스팬더 롤을 가압롤로 사용하도록 구성하거나 또는 가압롤을 중심으로 패턴롤에 반대되는 위치에 하나 이상의 익스팬더 롤을 배치하고 이 익스팬더 롤이 가압롤의 길이의 중앙 영역을 밀어서 가압롤이 패턴롤을 가압하도록 구성함으로써 가압롤의 길이 방향에 걸쳐 일정한 압력으로 유연기판을 인쇄할 수 있으므로 인쇄 품질 향상을 도모할 수 있다.

도1 및 도2는 종래의 롤투롤 인쇄 장치의 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면,
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면,
도6은 일 실시예에 따른 패턴롤, 가압롤, 및 익스팬더 롤의 재질을 설명하는 도면,
도7은 도6의 패턴롤, 가압롤, 및 익스팬더 롤의 재질에 따른 효과를 설명하는 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소(A)가 다른 구성요소(B)에 '회전가능하게 결합된다'는 것은 A 구성요소가 B 구성요소에 결합하되 A 구성요소가 B 구성요소에 대해 회전할 수 있도록 결합된다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면으로, 유연기판(W)의 진행방향(X방향) 정면에서 인쇄 유닛을 바라본 정면도를 개략적으로 도시하였다. 설명의 편의를 위해 도면에서 가로와 세로 방향을 각각 Y 및 Z 방향으로 정의하였다.

일 실시예에서 본 발명의 인쇄 장치는 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 유연기판(W)에 소정 패턴을 인쇄하거나 소정 필름을 코팅하는 장치일 수 있다. 유연기판(W)은 공급롤에 롤 형태로 감겨져 있다가 권출(un-winding)되어 도3과 같은 인쇄 유닛으로 공급된다. 도면에 도시하지 않았지만 유연기판(W)은 인쇄 유닛에서 인쇄(또는 코팅)되고 건조 등 다른 공정을 통과한 후 회수롤에서 다시 롤 형태로 권취(winding)될 수 있다.

일 실시예에서 유연기판(W)은 미세 패턴이나 전도성 필름 등이 인쇄(또는 코팅)되는 모재로서 유연소재로 만들어질 수 있고, 당업계에서 웹(web)이라고도 칭해진다. 유연기판(W)은 예를 들어 플라스틱 필름, 섬유, 종이, 유연 글라스, 및 직물지 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 의미할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 롤투롤 공정에 적합한 (즉, 휘어질 수 있고 감길 수 있는) 임의의 유연소재를 포함할 수 있다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 인쇄 유닛은 패턴롤(10), 익스팬더 롤(30), 및 소정 범위 내에서 익스팬더 롤이 패턴롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단을 포함한다.

패턴롤(10)은 유연기판(W)에 미세패턴을 인쇄하는 롤러이다. 일 실시예에서, 패턴롤(10)의 표면에 인쇄하고자 하는 패턴이 음각 형성되어 있고, 잉크가 패턴롤(10) 표면의 음각 내에 채워지고, 유연기판(W)이 패턴롤(10)과 익스팬더 롤(20) 사이를 통과할 때 익스팬더 롤(20)이 소정 압력으로 밀착하면서 패턴롤(10)의 패턴이 유연기판(W)에 전사되어 인쇄될 수 있다. 그러나 이러한 인쇄 방식은 본 발명의 인쇄 유닛에 적용될 수 있는 예시적 방식이며, 종래의 다양한 인쇄 방식이나 구성이 채용될 수 있다. 예를 들어 대안적 실시예에서 패턴롤(10)의 표면에 음각이나 양각의 패턴이 형성되어 있을 수 있고 아무런 패턴이 없을 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 패턴롤(10)에 잉크를 전이시키는 별도의 롤러가 패턴롤(10)과 맞물려서 회전하도록 구성할 수도 있다.

일 실시예에서 패턴롤(10)의 회전 샤프트(11)의 양 단부는 인쇄 장치에 회전가능하게 결합된다. 예를 들어 패턴롤(10)은 인쇄 장치의 측면 프레임(120)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 회전가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에서 패턴롤(10)이 구동롤으로 동작할 수 있다. 즉 패턴롤(10)이 직접적 또는 간접적으로 구동 모터(도시 생략)에 연결되어 회전할 수 있다.

익스팬더 롤(expander roll)(20)은 도시한 것처럼 롤의 샤프트(31)가 곡선형태로 휘어질 수 있는 롤이며, 패턴롤(10)과 선접촉 하도록 패턴롤(10)에 나란히 배치된다. 익스팬더 롤(20)은 유연기판(W)이 패턴롤(10)과 익스팬더 롤(20) 사이를 통과하는 동안 유연기판(W)을 패턴롤(10)측으로 가압하여 패턴롤(10)이 유연기판(W)을 일정하고 균일한 인압으로 인쇄할 수 있도록 한다.

익스팬더 롤(20)은 유연기판을 확폭하는 기능을 가지므로 일반적으로 유연기판 이송 중에 생긴 주름을 제거하는데 사용된다. 일 실시예에서 익스팬더 롤(20)은 샤프트(21)에 다수의 보빈이 베어링을 사이에 두고 일렬로 끼워져 있고 전체 보빈을 원통형의 커버가 덮고 있는 구조를 가지며 따라서 샤프트(21) 자체가 회전하지 않고 샤프트에 끼워져 있는 보빈 및 이를 둘러싸는 커버가 회전한다. 익스팬더 롤(20)의 표면, 즉 보빈을 둘러싸는 커버는 예를 들어 고무나 실리콘 등의 연질재 혹은 금속 등의 경질재가 사용될 수 있다.

일 실시예에서 익스팬더 롤(20)의 가장 볼록한 부분이 패턴롤(10)과 접하도록 배치된다. 즉 익스팬더 롤(20)의 중심축을 "A"라 할 때 익스팬더 롤(20)의 표면 중 이 중심축(A)에서 최대로 떨어진 지점(즉, 도면에서 d거리만큼 떨어진 "P"지점)이 패턴롤(10)과 접촉하도록 배치된다.

도면에서는 익스팬더 롤(20)이 패턴롤(10)의 아래쪽에 배치된 것으로 도시하였지만 이는 예시적 구성이며 구체적 실시 형태에 따라 익스팬더 롤(20)이 패턴롤(10)의 측면이나 상부쪽에 배치될 수도 있음은 물론이다.

익스팬더 롤(20)은 압력 인가 수단에 의해 패턴롤(10)에 압력을 가하도록 동작할 수 있다. 일 실시예에서 압력 인가 수단은 곡률반경 조절부(25) 및/또는 한 쌍의 구동부(30)를 포함한다.

곡률반경 조절부(25)는 익스팬더 롤(20)의 샤프트(21)의 휘어짐을 조절할 수 있다. 예를 들어 익스팬더 롤(20)의 적어도 한쪽 샤프트(21)의 단부에 핸들(25)이 설치되어 있고 핸들(25)을 돌려서 샤프트(21)의 휘어지는 정도, 즉 샤프트의 곡률반경을 조절할 수 있다 이러한 곡률반경 조절 수단은 공지되어 있으며 핸들(25) 대신 다른 공지의 방식이 사용될 수도 있다.

이 구성에 따르면, 균일한 인압 제어를 위한 예시적 방법으로서 처음에는 익스팬더 롤(20)이 휘어지지 않은 상태에서 익스팬더 롤(20)이 패턴롤(10)을 가압하여 유연기판(W)을 테스트 인쇄하거나 패턴롤(10) 전체 길이(L)에 걸쳐 압력을 측정하고 그 후 곡률반경 조절부(25)를 이용하여 익스팬더 롤(20)의 곡률반경을 점차 변화시켜서 가장 균일한 압력으로 유연기판(W)을 인쇄할 수 있도록 설정할 수 있다.

압력 인가 수단으로서 한 쌍의 구동부(30)는 익스팬더 롤(20)의 샤프트(21)의 양 단부에 각각 하나씩 결합될 수 있다. 각각의 구동부(20)는 익스팬더 롤(20)의 샤프트(21)를 지지하면서 일정 범위 내에서 익스팬더 롤(20)을 패턴롤(10)을 향하는 방향으로(즉 도시한 실시예의 경우 Z방향)으로 움직일 수 있다.

일 실시예에서 구동부(30)는 샤프트 구동원(31), 구동원(31)에서 연장되어 뻗어있는 피스톤(33), 및 피스톤(33)에 결합된 샤프트 지지부(35)를 포함할 수 있다. 구동원(31)은 예컨대 유압 실린더로 구현된다. 피스톤(33)은 유압 실린더의 동작에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있다. 샤프트 지지부(35)는 익스팬더 롤(20)의 샤프트(21)에 결합되고, 따라서 구동원(31)의 동작에 의해 익스팬더 롤(20)이 패턴롤(10)측을 향하는 방향(즉 Z 방향)으로 소정 범위 내에서 직선 왕복운동을 할 수 있다. 대안적 실시예에서 가압롤 구동원(30)은 유압 실린더가 아닌 다른 공지의 기술로 구현될 수도 있다. 예를 들어 가압롤 구동원(30)은 서보모터 및 서보모터의 회전력을 직선 왕복운동으로 변환하는 동력변환장치 등의 구성요소로 구현될 수도 있다.

도시한 실시예에서 인쇄 유닛은 익스팬더 롤(30)이 패턴롤(10)에 가하는 압력을 측정하기 위한 압력센서(41)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 압력센서(41)는 예컨대 로드 셀(load cell) 등 공지의 기술로 구현될 수 있다.

일 실시예에서 압력 인가 수단이 곡률반경 조절부(25)와 한 쌍의 구동부(30)를 모두 구비할 수 있다. 이 경우 일 실시예에서 패턴롤(10)의 인압 조절을 위해, 한 쌍의 구동부(30)에 의해 개략적인(coarse) 인압 조정을 수행하고 그 후 곡률반경 조절부(25)에 의해 미세한(fine) 조정을 수행할 수 있다. 즉 처음에는 익스팬더 롤(20)이 휘어지지 않은 상태에서 구동부(30)를 이용하여 익스팬더 롤(20)이 패턴롤(10)을 소정 압력으로 가압하도록 설정한다. 이 상태에서 패턴롤(10)의 인압은 예를 들어 도2(b)에 도시한 압력 프로파일과 유사한 분포를 가질 것이다. 이 상태에서 구동부(30)에 의한 익스팬더 롤(20)의 움직임은 고정하고 곡률반경 조절부(25)를 이용하여 익스팬더 롤(20)의 곡률반경을 점차 변화시켜서 인압이 전체 길이(L)에 걸쳐 균일하게 되도록 곡률반경을 설정할 수 있다.

도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면으로, 유연기판(W)의 진행방향(X방향) 정면에서 인쇄 유닛을 바라본 정면도를 개략적으로 도시하였다. 설명의 편의를 위해 도면에서 가로와 세로 방향을 각각 Y 및 Z 방향으로 정의하였다.

도면을 참조하면, 제2 실시예에 따른 인쇄 유닛은 패턴롤(10), 가압롤(50), 소정 범위 내에서 가압롤(50)을 움직이는 제1 구동부(60), 하나 이상의 익스팬더 롤(70), 및 각 익스팬더 롤(70)을 소정 범위 내에서 움직이는 제2 구동부(80)를 포함한다.

도3의 제1 실시예와 비교할 때 도4의 제2 실시예의 패턴롤(10)의 구성이나 기능은 제1 실시예와 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. 제2 실시예에서 패턴롤(10)을 가압하기 위해 가압롤(50) 및 이 가압롤(50)을 백업하며 가압하는 익스팬더 롤(70)을 구비한다.

가압롤(50)은 패턴롤(10)과 선접촉 하도록 패턴롤(10)에 나란히 배치된다. 가압롤(50)은 유연기판(W)이 패턴롤(10)과 가압롤(50) 사이를 통과하는 동안 유연기판(W)을 패턴롤(10)측으로 가압하여 패턴롤(10)이 유연기판(W)을 원활히 인쇄할 수 있도록 한다. 도면에서는 가압롤(50)이 패턴롤(10)의 아래쪽에 배치된 것으로 도시하였지만 이는 예시적 구성이며 구체적 실시 형태에 따라 가압롤(50)이 패턴롤(10)의 측면이나 상부쪽에 배치될 수도 있음은 물론이다.

일 실시예에서 가압롤(50)이 구동롤으로 동작할 수도 있다. 즉 가압롤(50)이 직접적 또는 간접적으로 구동 모터(도시 생략)에 연결되어 회전함에 따라 패턴롤(10)이 회전하면서 유연기판(W)을 인쇄할 수도 있다.

가압롤(50)의 샤프트(51)의 양 단부는 한 쌍의 제1 구동부(60)에 결합될 수 있다. 각각의 가압롤 구동부(60)는 가압롤(50)의 샤프트(51)를 회전가능하게 지지하면서 일정 범위 내에서 가압롤(50)을 패턴롤(10)을 향하는 방향으로(즉 도시한 실시예의 경우 Z방향)으로 움직일 수 있다.

도시한 실시예에서 제1 구동부(60)는 샤프트 구동원(61), 구동원(61)에서 연장되어 뻗어있는 피스톤(63), 및 피스톤(63)에 결합된 샤프트 지지부(65)를 포함할 수 있고 구동부(60)의 임의의 위치에 압력센서(43)를 구비할 수 있다. 이러한 제1 구동부(60) 및 압력센서(43)의 각각의 구성 및 기능은 도3의 구동부(30) 및 압력센서(41)와 각각 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다.

바람직한 일 실시예에서 인쇄 유닛은 백업롤로서 하나 이상의 익스팬더 롤(70)을 더 포함한다. 익스팬더 롤(70)은 가압롤(50)을 사이에 두고 패턴롤(10)과 대향하는 위치(예컨대, 패턴롤(10)의 위치에서 180도 반대되는 위치)에서 가압롤(50)과 접촉 하도록 가압롤(50)에 나란하게 배치된다. 대안적 실시예에서 익스팬더 롤(70)이 반드시 패턴롤(10)과 대향하는 위치일 필요는 없고 이 대향하는 위치에서 약간 오프셋되어 위치할 수도 있다.

일 실시예에서 익스팬더 롤(70)은 길이는 특별히 제한되지 않는다. 도면에서는 익스팬더 롤(70)이 패턴롤(10)과 가압롤(50)의 대략 절반의 길이를 갖는 것으로 도시하였지만 이는 예시적 구성이며, 구체적 실시 형태에 따라 익스팬더 롤(70)이 패턴롤(10) 또는 가압롤(50)과 동일한 길이를 가질 수도 있고 1/3 또는 1/4의 길이를 가질 수도 있다.

익스팬더 롤(70)은 압력 인가 수단에 의해 가압롤(50)에 압력을 가하도록 동작할 수 있다. 일 실시예에서 압력 인가 수단은 곡률반경 조절부(75) 및/또는 제2 구동부(80)를 포함한다. 곡률반경 조절부(75)는 익스팬더 롤(70)의 곡률반경(휘어짐)을 조절하는 수단으로 예컨대 샤프트(71)의 일측에 배치된 핸들일 수 있다. 제2 구동부(80)는 유압 실린더와 같은 구동원(81), 이에 연결된 피스톤(83), 및 피스톤(83)에 결합된 샤프트 지지부(85)를 포함할 수 있다. 이러한 압력 인가 수단의 각각의 구성 및 기능은 도3에서 설명한 곡률반경 조절부(25) 및 한 쌍의 구동부(30)와 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. 또한 도4에서 익스팬더 롤(70)이 가압롤(20)에 가하는 압력을 측정하기 위해 압력센서(45)를 더 포함할 수 있으며, 압력센서(45)는 예컨대 로드 셀 등 공지의 기술로 구현될 수 있다.

상술한 일 실시예에 따른 인쇄 유닛에 의하면, 유연기판(W)이 패턴롤(10)과 가압롤(50) 사이를 통과하며 유연기판(W)을 인쇄할 때, 제1 구동부(60)가 가압롤(50)을 패턴롤(10) 측으로 가압하도록 동작하고, 이와 동시에 제2 구동부(80)도 익스팬더 롤(70)이 가압롤(50)을 가압하도록 동작한다. 이 때 도3의 제1 실시예와 유사하게, 제2 구동부(80)에 의해 압력을 개략(coarse) 조정하고 그 후 곡률반경 조절부(75)에 의해 미세(fine) 조정을 수행할 수 있다. 즉 처음에는 익스팬더 롤(70)이 휘어지지 않은 상태에서 제2 구동부(80)에 의해 가압롤(50)에 압력을 가하고, 그 후 제2 구동부(80)에 의한 익스팬더 롤(20)의 움직임을 고정하고 곡률반경 조절부(75)를 이용하여 익스팬더 롤(70)의 곡률반경을 점차 변화시킴으로써 패턴롤(10)의 전체 길이(L)에 걸쳐 균일한 압력으로 패턴롤(10)과 가압롤(50)이 유연기판(W)을 가압할 수 있으므로 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있어 인쇄 품질을 향상시킬 수 있다.

도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인쇄 유닛을 설명하기 위한 도면으로, 유연기판(W)의 진행방향(X방향) 정면에서 인쇄 유닛을 바라본 정면도를 개략적으로 도시하였다. 설명의 편의를 위해 도면에서 가로와 세로 방향을 각각 Y 및 Z 방향으로 정의하였다.

도면을 참조하면, 제2 실시예에 따른 인쇄 유닛은 패턴롤(10), 가압롤(50), 가압롤의 샤프트(51)를 지지하되 소정 범위 내에서 상하 방향으로 움직일 수 있는 샤프트 지지부(53), 하나 이상의 익스팬더 롤(70), 및 익스팬더 롤(70)을 소정 범위 내에서 움직이는 구동부(80)를 포함한다.

도4의 제2 실시예와 비교할 때 도5의 제3 실시예의 패턴롤(10), 가압롤(50), 익스팬더 롤(70), 및 구동부(80)의 구성이나 기능은 제2 실시예와 동일 또는 유사하기 때문에 설명을 생략한다. 다만 제3 실시예는 가압롤(50)을 인쇄 유닛에 결합하고 지지하는 구성이 제2 실시예와 상이하며 이하에서 이에 대해 설명하기로 한다.

제3 실시예에서 인쇄 유닛은 가압롤(50)의 샤프트(51)의 양 단부에 각각 결합되어 가압롤(50)을 회전가능하게 지지하는 한 쌍의 샤프트 지지부(53)를 포함한다. 이 샤프트 지지부(53)는 예컨대 인쇄 장치의 측면 프레임(120)에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되되, 패턴롤(10) 측을 향하는 방향(즉 Z방향)으로 소정 범위 내에서 슬라이딩 운동할 수 있도록 결합된다.

샤프트 지지부(53)를 슬라이딩 가능하게 측면 프레임(120)에 결합하기 위해 공지의 결합 방식이 사용될 수 있다. 도시한 일 실시예의 경우 LM(Linear Motion) 블록과 LM 레일의 결합 구조를 이용한다. 즉 샤프트 지지부(53)는 LM 블록을 포함하거나 또는 샤프트 지지부(53) 자체가 LM 블록으로 구성될 수 있다. 인쇄 장치의 측면 프레임(120)에는 LM 레일(55)이 수직 방향으로 배치되어 있고, LM 블록이 LM 레일(55)에 슬라이딩 가능하게 결합된다.

또한 도4의 제2 실시예와 마찬가지로 제3 실시예는 하나 이상의 익스팬더 롤(70) 및 이 익스팬더 롤(70)을 지지하며 상하 방향으로 움직이도록 구동하는 익스팬더 롤 구동원(80)을 포함한다.

따라서 제3 실시예에서 가압롤(50)은 그 자체로 패턴롤(10)이나 유연기판(W)을 가압하지 못하며 익스팬더 롤(70)의 가압에 의해 상부로 밀려서 수동적으로 패턴롤(10)과 유연기판(W)을 가압할 수 있다. 즉 유연기판(W)이 패턴롤(10)과 가압롤(50) 사이를 통과하며 유연기판(W)을 인쇄할 때, 익스팬더 롤 구동부(80)가 익스팬더 롤(70)이 가압롤(50)을 상방향으로 밀어서 가압하도록 동작하고, 이러한 익스팬더 롤(70)의 가압에 의해 가압롤(50)이 패턴롤(10)과 유연기판(W)을 가압하게 된다.

이러한 제3 실시예에 따르면 유연기판(W) 인쇄 동작시 가압롤(50)이 직접적으로 패턴롤(10)을 가압하지 않기 때문에, 가압롤(50)이 직접 패턴롤(10)을 가압할 때 나타나는 문제점이 해소된다. 패턴롤(10)에 작용하는 가압롤(50)의 압력이 도2(b)에 도시한 것과 같은 프로파일이 아니며 패턴롤 길이(L)에 걸쳐 비교적 일정하며 인압 차이가 크게 발생하지 않는다. 또한 이 실시예에서도 구동부(80)에 의해 개략적인 압력 조절을 하고 곡률반경 조절부(75)에 의해 미세 조절을 수행할 수 있으므로 패턴롤(10)의 전체 길이(L)에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있다.

도6은 일 실시예에 따른 패턴롤, 가압롤, 및 익스팬더 롤의 재질을 설명하는 도면이다. 도6(a)을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 패턴롤(10)과 가압롤(50)은 각각의 표면을 스테인리스 스틸 또는 합금 등과 같은 강체로 구성하고 익스팬더 롤(70)의 표면을 합성고무나 합성수지 등과 같은 탄성체로 구성할 수 있다.

또는 도6(b)의 대안적 실시예에서, 본 발명의 패턴롤(10)과 익스팬더 롤(70)의 각각의 표면을 스테인리스 스틸이나 합금과 같은 강체로 구성하고 가압롤(50)의 표면을 합성고무나 합성수지 등의 탄성체로 구성할 수 있다.

이와 같이 각 롤의 표면을 도6과 같이 구성함으로써 패턴롤(10)과 가압롤(50) 사이를 통과하는 유연기판(W)을 패턴롤(10)의 전체 길이(L)에 걸쳐 최대한 균일하게 가압하면서도 가압롤(50)에 의한 인압 제어를 원활히 수행할 수 있으며 이 구성에 따른 효과를 도7에 도식적으로 나타내었다.

도7은 종래기술과 본 발명의 실시예에 따른 인압 제어의 차이를 나타낸다. 우선 도7(a)는 백업롤이 없는 종래기술, 즉 도1과 같은 인쇄 유닛에서 패턴롤(1)과 가압롤(3)의 표면을 모두 스테인리스 스틸과 같은 강체로 구성한 경우를 나타낸다.

일반적으로 패턴롤(10)과 가압롤(50) 사이의 유연기판(W)을 가능한 한 균일하게 가압하기 위해서는 패턴롤(10)과 가압롤(50)의 표면을 강체로 구성하는 것이 바람직하다. 그러나 이 경우 유연기판(W)의 양쪽 면이 모두 강체이므로 가압롤(50)이 패턴롤(10) 방향으로(즉 Z 방향으로) 아주 미세하게 움직이더라도 패턴롤(10)에 가해지는 압력이 급격히 증가하며, 따라서 가압롤(50)의 상하방향 움직임에 따라 패턴롤(10)에 가해지는 압력의 그래프가 도7(a)에 도시한 것처럼 특정 범위(ΔZ)를 지나면서 급격히 증가한다.

즉 패턴롤(10)과 가압롤(50)의 표면을 모두 강체로 형성할 경우 가압롤(50)의 이동에 따른 압력 증감폭이 매우 크기 때문에 인압 제어 범위(ΔZ)가 매우 작고 인압을 특정 압력으로 조절하는 것도 쉽지 않다. 따라서 종래에는 가압롤(50)의 표면을 탄성체로 형성하는 것이 일반적이었으나, 이 경우 도2(b)에 도시한 것처럼 탄성체인 가압롤(50)의 양단 끝에 가압력dl 가장 크게 작용하므로 패턴롤(10)의 전체 길이(L)에 걸쳐 균일한 압력으로 유연기판을 가압할 수 없게 되는 문제가 발생한다.

그러나 본 발명의 실시예와 같이 백업롤로서 익스팬더 롤(70)을 추가하고 도6에 도시한 것처럼 패턴롤(10), 가압롤(50), 및 익스팬더 롤(70)의 표면 재질을 구성할 경우 위와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 예컨대 도6(a)와 같이 패턴롤(10)과 가압롤(50)의 표면을 스테인리스 스틸의 강체로 형성하고 익스팬더 롤(70)의 표면을 탄성체로 구성할 경우 익스팬더 롤 구동부(80)가 탄성체인 익스팬더 롤(70)의 움직임을 통해 가압롤(50)의 인압을 제어하므로 도7(b)에 도시한 것처럼 익스팬더 롤(70)의 상하방향 이동 거리에 따른 패턴롤(10)의 압력 증감폭이 종래(즉 도7(a)) 대비 크지 않고 인압 제어 범위(ΔZ)가 넓어지므로 종래에 비해 인압 제어를 용이하고 정밀하게 수행할 수 있다.

또한 도6(b)와 같이 패턴롤(10)과 익스팬더 롤(70)의 표면을 강체로 형성하고 가압롤(50)의 표면을 탄성체로 구성하는 경우 탄성체인 가압롤(50)이 두 개의 강체(즉 패턴롤(10)과 익스팬더 롤(70)) 사이에서 완충작용을 하므로 익스팬더 롤(70)의 상하방향 이동 거리에 따른 패턴롤(10)의 압력 증감폭이 종래 대비 크지 않고 인압 제어 범위(ΔZ)가 넓어지므로 역시 도7(b)와 같은 압력 그래프를 가지며 종래에 비해 인압 제어가 용이하고 정밀한 인압 제어를 할 수 있다.

이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 패턴롤
20: 익스팬더 롤 (가압롤)
30, 60, 80: 구동부
41, 43, 45: 압력센서
50: 가압롤
70: 익스팬더 롤 (백업롤)

Claims

롤투롤 인쇄 장치로서,
유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤(10);
상기 패턴롤에 나란히 배치되고 상기 패턴롤을 향해 샤프트(21)가 휘어질 수 있도록 구성된 익스팬더 롤(20); 및
상기 익스팬더 롤이 상기 패턴롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고,
상기 압력 인가 수단이, 상기 익스팬더 롤의 샤프트(21)의 양 단부에 각각 결합되어 익스팬더 롤이 상기 패턴롤을 향해 움직이도록 하는 한 쌍의 구동부(30); 및 상기 익스팬더 롤의 샤프트의 휘어짐을 조절하는 곡률반경 조절부(25);를 포함하고,
상기 곡률반경 조절부 및 한 쌍의 구동부에 의해 익스팬더 롤이 패턴롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 패턴롤이 직접적 또는 간접적으로 구동 모터에 연결되어 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 익스팬더 롤의 표면 중 익스팬더 롤의 중심축에서 최대로 떨어진 지점(P)이 패턴롤과 접촉하도록 배치된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 패턴롤의 인압 조절을 위해, 상기 한 쌍의 구동부에 의한 개략(coarse) 조정을 수행한 후 상기 곡률반경 조절부에 의한 미세(fine) 조정을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
롤투롤 인쇄 장치로서,
유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤(10);
상기 패턴롤에 나란히 배치된 가압롤(50);
상기 가압롤의 샤프트(51)의 양 단부에 각각 결합되어 가압롤이 패턴롤을 가압하도록 동작하는 한 쌍의 제1 구동부(60);
상기 가압롤을 사이에 두고 상기 패턴롤과 대향하는 위치에서 상기 가압롤에 나란히 배치된 하나 이상의 익스팬더 롤(70); 및
상기 익스팬더 롤이 상기 가압롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고,
상기 압력 인가 수단이, 상기 익스팬더 롤의 샤프트(71)의 양 단부에 각각 결합되어 익스팬더 롤이 상기 가압롤을 향해 움직이도록 하는 한 쌍의 제2 구동부(80); 및 상기 익스팬더 롤의 샤프트의 휘어짐을 조절하는 곡률반경 조절부(75);를 포함하고,
상기 곡률반경 조절부 및 한 쌍의 제2 구동부에 의해 익스팬더 롤이 가압롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
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제 5 항에 있어서,
상기 익스팬더 롤의 표면 중 익스팬더 롤의 중심축에서 최대로 떨어진 지점(P)이 가압롤과 접촉하도록 배치된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 패턴롤이 직접적 또는 간접적으로 구동 모터에 연결되어 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 패턴롤의 인압 조절을 위해, 상기 제2 구동부에 의한 개략(coarse) 조정을 수행한 후 상기 곡률반경 조절부에 의한 미세(fine) 조정을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
롤투롤 인쇄 장치로서,
유연기판에 미세패턴을 인쇄하는 패턴롤(10);
상기 패턴롤에 나란히 배치된 가압롤(50);
상기 가압롤의 샤프트(51)의 양 단부에 각각 결합되어 가압롤을 회전가능하게 지지하며 상기 롤투롤 인쇄 장치의 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합된 한 쌍의 샤프트 지지부(53);
상기 가압롤을 사이에 두고 상기 패턴롤과 대향하는 위치에서 상기 가압롤에 나란히 배치된 하나 이상의 익스팬더 롤(70); 및
상기 익스팬더 롤을 상기 가압롤 방향으로 밀어서 상기 가압롤에 압력을 가하도록 동작하는 압력 인가 수단;을 포함하고,
상기 압력 인가 수단에 의해 상기 익스팬더 롤이 상기 가압롤을 가압함으로써 상기 가압롤이 상기 패턴롤을 가압하도록 구성된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 압력 인가 수단에 의해 익스팬더 롤이 가압롤에 가하는 압력을 조절함으로써 패턴롤의 길이방향에 걸쳐 균일한 인압으로 유연기판을 인쇄할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 샤프트 지지부(53)가 LM 블록을 포함하고, 상기 LM 블록은 상기 롤투롤 인쇄 장치의 프레임에 설치된 LM 레일(55)에 슬라이딩 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 압력 인가 수단이,
상기 익스팬더 롤의 샤프트(71)의 양 단부에 각각 결합되어 익스팬더 롤이 상기 가압롤을 향해 움직이도록 하는 한 쌍의 구동부(80); 및
상기 익스팬더 롤의 샤프트의 휘어짐을 조절하는 곡률반경 조절부(75); 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.
제 14 항에 있어서,
유연기판이 상기 패턴롤과 가압롤 사이를 통과하며 인쇄될 때, 상기 한 쌍의 구동부 또는 상기 곡률반경 조절부 중 적어도 하나에 의해 상기 익스팬더 롤이 상기 가압롤에 압력을 가하고 이 압력에 의해 상기 가압롤이 상기 패턴롤을 가압하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄 장치.