KR102340882B1 - 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치 - Google Patents

텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 그래핀 필름의 제조과정에서 촉매금속필름에 일정한 장력을 유지하여 그래핀이 증착된 촉매금속필름이 손상되는 것을 방지함과 아울러 그래핀이 증착된 촉매금속필름의 냉각이 용이한 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 관한 것으로서,
롤-투-롤(roll to roll) 방식으로 촉매금속필름을 이송하면서 그래핀을 증착하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 있어서, 촉매금속필름을 증착챔버로 공급하기 위한 공급롤러와, 증착챔버에서 그래핀이 증착된 촉매금속필름을 권취하기 위한 권취롤러가 구비되는 하부챔버; 상기 하부챔버의 상부에 연결되어, 상기 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버; 및 상기 증착챔버의 내측 상부에 설치되는 상기 촉매금속필름의 방향을 전환하기 위한 방향전환롤러를 포함하며, 상기 촉매금속필름에 작용하는 장력을 일정하게 조절하기 위한 텐션 조절부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치를 제공한다.

Description

텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치{Both-sided deposition type roll-to-roll graphine film manufacturing apparatus provided with tension modulation unit in the higher}
본 발명은 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 그래핀 필름의 제조과정에서 촉매금속필름에 일정한 장력을 유지하여 그래핀이 증착된 촉매금속필름이 손상되는 것을 방지함과 아울러 그래핀이 증착된 촉매금속필름의 냉각이 용이한 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질이며, 그 두께가 매우 얇고 투명하며, 전기전도성이 매우 큰 특징이 있다. 이러한 특징을 이용하여 그래핀을 투명 디스플레이 또는 플렉시블(flexible) 디스플레이에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.
종래 그래핀 필름의 제조방법은 공개특허 10-2012-0111659호(그래핀을 포함하는 필름 제조 방법, 2012년 10월 10일 공개)에 기재되어 있다.
위의 공개특허에서는 대량생산을 위하여 롤-투-롤(Roll to Roll) 방식으로 일방향으로 촉매금속필름을 이송하면서, 그래핀을 형성하고, 그래핀이 형성되지 않은 촉매금속필름의 일면에 전사필름을 형성하는 단계에 대하여 기재되어 있으며, 각 단계별로 필요한 기구적인 구성에 대하여 설명이 되어 있다.
구체적으로 촉매금속필름을 권취하고 이송하기 위한 권취롤러 및 이송롤러와, 그 촉매금속필름에 탄소 공급 가스를 공급하여 그래핀을 증착하는 그래핀 형성 공간 등이 기재되어 있다.
종래기술들은 롤투롤 방식의 그래핀 필름 제조장치에 대한 것을 제시하고 있으나, 촉매금속필름이 공급롤러와 권취롤러 사이의 롤러 속도의 차이로 인해 촉매금속필름에 손상이 생기는 문제점이 있었다.
(문헌 1) 공개특허공보 제10-2012-0061224호(2012.06.13. 공개) (문헌 2) 등록특허공보 제10-1262327호(2013.06.02. 등록) (문헌 3) 등록특허공보 제10-1874317호(2018.06.28. 등록) (문헌 4) 등록특허공보 제10-1760653호(2017.07.18. 등록)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 롤-투-롤 방식으로 그래핀 필름을 제조하는 제조장치에서, 그래핀을 증착하는 증착챔버의 상부에 텐션조절부를 구비하여 공급롤러와 권취롤러 사이에서 이동하는 촉매금속필름에 작용하는 장력이 일정하게 작용하도록 하여 촉매금속필름의 손상을 방지할 수 있는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그래핀이 증착되는 촉매금속필름의 이동을 가이드할 수 있는 가이드롤러를 구비함으로써, 촉매금속필름이 이동과정에서 발생하는 비틀림 등으로 인한 촉매금속필름의 손상을 방지할 수 있는 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그래핀이 증착된 필름을 배출하는 과정에서 필름의 온도를 가능한 빨리 낮출 수 있는 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그래핀이 증착되는 촉매금속필름이 자중에 의해 처지는 현상을 방지할 수 있는 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해, 롤-투-롤(roll to roll) 방식으로 촉매금속필름을 이송하면서 그래핀을 증착하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 있어서, 촉매금속필름을 증착챔버로 공급하기 위한 공급롤러와, 증착챔버에서 그래핀이 증착된 촉매금속필름을 권취하기 위한 권취롤러가 구비되는 하부챔버; 상기 하부챔버의 상부에 연결되어, 상기 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버; 및 상기 증착챔버의 내측 상부에 설치되는 상기 촉매금속필름의 방향을 전환하기 위한 방향전환롤러를 포함하며, 상기 촉매금속필름에 작용하는 장력을 일정하게 조절하기 위한 텐션 조절부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치를 제공한다.
본 발명에서 하부챔버는, 하부챔버바디; 상기 하부챔버바디 내측에 장착되어 촉매금속필름을 공급하는 공급롤러; 상기 공급롤러의 일측에 장착되어 상기 공급롤러에서 공급되는 촉매금속필름을 상부로 방향을 전환하는 제1 하부방향전환롤러; 상기 제1 하부방향전환롤러의 하부에 장착되어 상기 제1 하부방향전환롤러에서 공급되는 촉매금속필름을 하부로 일정한 속도로 공급하고, 상기 방향전환롤러에서 하부로 방향이 전환된 촉매금속필름을 제2 하부방향전환롤러로 일정하게 공급하기 위한 하부가이드롤러부; 상기 하부가이드롤러부에서 공급되는 촉매금속필름의 방향을 전환하여 상기 권취롤러로 공급하는 제2 하부방향전환롤러; 및 상기 제2 하부방향전환롤러에서 공급되는 촉매금속필름을 권취하는 권취롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 하부가이드롤러부는, 구동력이 제공되는 메인가이드롤러와, 상기 메인가이드롤러의 양측에서 상기 메인가이드롤러와 밀착되어 상기 촉매금속필름에 일정한 장력을 주면서 상부 또는 하부로 공급하기 위한 한 쌍의 보조가이드롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 증착챔버는, 증착챔버 외측바디; 상기 증착챔버 외측바디의 내측에 형성되는 증착챔버 내측바디; 상기 증착챔버 내측바디의 내부공간에 구비되는 히터; 상기 히터의 양측에서 상기 촉매금속필름이 일정하게 상향 이송되고 방향전환롤러에서 방향전환되어 하향 이송될 수 있도록 가이드하는 다수의 상부 가이드롤러; 및 상기 증착챔버 내측바디의 양측면 내부에 설치되어, 상기 증착챔버를 냉각함으로써 상기 그래핀이 증착된 촉매금속필름을 냉각하기 위한 냉각관;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 텐션조절부는, 촉매금속필름의 방향을 상부에서 하부로 전환하는 방향전환롤러; 하단에는 상기 방향전환롤러가 힌지결합되고, 상단은 일측링크와 힌지결합되는 방향전환롤러 지지부; 일측은 상기 방향전환롤러 지지부에 회전가능하도록 장착되고, 타측은 회전축에 고정장착되는 일측링크; 상기 일측링크의 타측이 고정장착되어 시계 방향의 모멘트가 작용하고, 타측링크의 일측이 고정장착되어 반시계 방향의 모멘트가 작용하는 회전축; 상기 회전축을 회전가능하도록 지지하는 회전축 지지대; 일측은 상기 회전축에 고정 장착되고, 타측에는 조절 평형추가 장착되는 타측링크; 및 상기 타측링크에 장착되어 일측에서 타측으로 이동하면서 모멘트를 조절하기 위한 조절 평형추;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 텐션조절부는, 촉매금속필름의 방향을 상부에서 하부로 전환하는 방향전환롤러; 하단에는 상기 방향전환롤러가 힌지결합되고, 상단은 일측링크와 힌지결합되는 방향전환롤러 지지부; 일측은 상기 방향전환롤러 지지부에 회전가능하도록 장착되고, 타측은 회전축에 고정장착되는 일측링크; 상기 일측링크의 타측이 고정장착되어 시계 방향의 모멘트가 작용하고, 타측링크의 일측이 고정장착되어 반시계 방향의 모멘트가 작용하는 회전축; 상기 회전축을 회전가능하도록 지지하는 회전축 지지대; 일측은 상기 회전축에 고정 장착되고, 타측에는 조절 평형추가 장착되는 타측링크; 및 상기 타측링크에 장착되어 모멘트를 조절하기 위한 하중 조절부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 하중 조절부는, 타측링크에 장착되는 하중 수납판; 및 상기 하중 수납판에 하중을 가하는 공압실린더;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 촉매금속필름에 일정한 장력이 유지될 수 있도록 텐션 조절부가 구비됨으로써, 그래핀이 증착된 촉매금속필름의 손상을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 하부챔버와 증착챔버가 직립형으로 형성되기 때문에 촉매금속필름이 자중에 의해 처지는 것을 방지하여 그래핀의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 증착챔버의 냉각관을 통해서 증착챔버 내부의 열을 빨리 냉각할 수 있기 때문에 생산성이 증대되는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치의 전체 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 하부챔버를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 상부챔버에서 롤 지지판을 제거한 상태의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 증착챔버를 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 증착챔버에서 증착챔버 내측바디의 측면판을 제거한 상태의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 그래핀 필름 제조장치를 전방에서 절단한 절단면도의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 텐션 조절부의 제1실시예를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 텐션 조절부의 제2실시예가 증착챔버의 상부에 장착된 것을 도시한 사시도.
도 9는 도 8의 텐션 조절부의 제2실시예의 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 텐션 조절부에 작용하는 힘들을 도시한 힘 분포도.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하부챔버를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 상부챔버에서 롤 지지판을 제거한 상태의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 증착챔버를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 증착챔버에서 증착챔버 내측바디의 측면판을 제거한 상태의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 그래핀 필름 제조장치를 전방에서 절단한 절단면도의 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 텐션 조절부의 제1실시예를 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 텐션 조절부의 제2실시예가 증착챔버의 상부에 장착된 것을 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 텐션 조절부의 제2실시예의 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 텐션 조절부에 작용하는 힘들을 도시한 힘 분포도이다.
도 1은 본 발명에 따른 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치(1)에 대한 전체 사시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 그래핀 필름 제조장치(1)는 하부챔버(10)와, 증착챔버(20), 증착챔버(20) 내측에서 촉매금속필름의 장력을 유지하기 위한 텐션조절부(30) 및 하부챔버(10)와 증착챔버(20)를 지지하는 받침부(40)로 구성된다.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 그래핀 필름 제조장치(1)의 하부챔버(10)에 대한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하부챔버(10)는 하부챔버바디(11)와, 하부챔버바디(11) 내측에 서로 대칭되도록 장착되는 공급롤러(12a)와 권취롤러(12b), 공급롤러(12a)에서 이송되는 촉매금속필름(F)의 방향을 상부방향으로 전환하는 제1 하부방향전환롤러(13a)와, 제1 하부방향전환롤러(13a)와 대칭되도록 장착되며 촉매금속필름(F)의 하향이송을 권취롤러(12b)측으로 전환하는 제2 상부방향전환롤러(13b)와, 하부에서 상부로 및 상부에서 하부로 이송되는 촉매금속필름(F)을 가이드하기 위한 하부가이드롤러부(14)로 구성된다. 하부챔버바디(11)는 양측으로 도어(미도시)가 장착되는 한 쌍의 개방구(111a, 111b)가 형성되고, 일측 개방구(111a)를 통해 촉매금속필름(F)이 권취된 롤이 공급롤러(12a)에 장착되고, 타측 개방구(111b)를 통해 그래핀이 증착된 촉매금속필름이 권취될 롤이 권취롤러(12b)에 장착된다. 공급롤러(12a)와 권취롤러(12b)는 배면측에 장착된 모터에 의해 구동된다. 하부챔버바디(11)의 상부에는 촉매금속필름이 이송될 수 있도록 관통홀(112)이 형성된다. 또한, 가이드롤러부(14)는 구동력이 제공되는 메인가이드롤러(141), 메인가이드롤러(141)의 양측에서 메인가이드롤러(141)와 밀착되어 촉매금속필름(F)에 일정한 장력을 주면서 상부 또는 하부로 공급하기 위한 한 쌍의 보조가이드롤러(142a, 142b)로 구성된다. 메인가이드롤러(141)은 배면측에 장착된 모터에 의해 구동되어 촉매금속필름에 장력을 부여한다. 공급롤러(12a)와 권취롤러(12b), 제1 하부방향전환롤러(13a)와 제2 하부방향전환롤러(13b) 및 하부가이드롤러부(14)는 롤러들의 전방 및 후방에 장착되는 롤러지지판(17a, 17b)에 의해 지지되며, 공급롤러(12a)와 권취롤러(12b)는 롤의 부피를 감안하여 롤러의 하부에 공급롤러 지지판(16a)과 권취롤러 지지판(16b)이 상기 롤러지지판(17a, 17b)에 고정 장착되어 지지된다. 또한, 제1 하부방향전환롤러(13a)와 제2 하부방향전환롤러(12b) 및 하부가이드롤러부(14)는 보조롤러지지판(15)에 의해 회전가능하도록 지지되고, 상기 보조롤러지지판(15a, 15b)은 롤러지지판(17a, 17b)에 장착되어 지지된다. 하부가이드롤러부(14)는 메인가이드롤러(141)와 한 쌍의 보조가이드롤러(142a, 142b)로 구성되는데, 메인가이드롤러(141)와 보조가이드롤러(142a, 142b)는 서로 밀착되어 촉매금속필름(F)에 일정한 텐션을 주면서 촉매금속필름(F)을 상부 또는 하부로 이송시킨다. 하부챔버바디(11)의 상부에는 증착챔버(20)가 연결되는데, 하부챔버바디(11)의 상부에 형성된 관통홀(112)을 통해 증착챔버(20)와 연결되며, 관통홀(112)을 통해 증착챔버(20)로 또는 증착챔버(20)에서 하부챔버(10)로 촉매금속필름(F)이 이송된다. 제1 하부방향전환롤러(13a)와 제2 하부방향전환롤러(13b)는 배면측에 장착된 모터에 의해 구동되고, 제1 하부방향전환롤러(13a)는 공급롤러(12a)에서 공급되는 촉매금속필름에 일정한 장력을 부가하여 상향으로 이송하고, 제2 하부방향전환롤러(13b)는 일정한 장력으로 권취롤러(12b)로 촉매금속필름을 이송한다.
도 4와 도 5는 증착챔버(20)에 대한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 증착챔버(20)는, 증착챔버 외측바디(21)와, 증착챔버 외측바디(21)의 내측에 형성되는 증착챔버 내측바디(22)와, 증착챔버 내측바디(22)의 내부공간에 구비되는 히터(24)와, 히터(24)의 양측에서 촉매금속필름(F)이 일정하게 상향이송되는 것을 가이드하는 다수의 일측 하부 가이드롤러(23a)와, 방향전환롤러(31)에서 방향전환되어 일정하게 하향이송되도록 촉매금속필름을 가이드하는 다수의 타측 하부 가이드롤러(23b)와, 증착챔버 내측바디(22)의 양측면 내부에 설치되어 증착챔버(20)를 냉각함으로써 그래핀이 증착된 촉매금속필름(F)을 냉각하기 위한 한 쌍의 냉각관(25a, 25b)으로 구성된다. 증착챔버 외측바디(21) 전면 개방부(211)에는 도어(미도시)가 장착되어 증착챔버의 내부를 유지보수하거나 장력을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 증착챔버 외측바디(21)의 하부를 통해서 공급 또는 배출되는 촉매금속필름은 증착챔버의 내측바디(22)의 하부측에 형성되는 촉매금속필름 관통홀(221a, 221b)을 통해서 상부로 또는 하부로 이송된다. 또한, 증착챔버(20)의 내측바디(22)의 내부공간에는 공급롤러(12a)에서 공급되어 권취롤러(12b)로 이송되는 촉매금속필름(F)이 상향에서 하향으로 방향전환되는 방향전환롤러(31)가 관통홀(222)을 통해 하부로 돌출되어 장착되는데, 방향전환롤러(31)는 텐션조절부(30)의 구성요소로서 방향전환롤러(31)를 감싸면서 이송되는 촉매금속필름(F)에 장력을 제공하는 요소로 작용한다. 증착챔버의 내측바디(22)의 내부공간으로 증착용 공정가스가 공급되어, 공정가스가 히터에 의해 히팅되면서 촉매금속필름에 그래핀이 증착된다.
도 6은 본 발명에 따른 그래핀 필름 제조장치(1)를 전방에서 절단한 절단면도를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 하부챔버(10)와 하부챔버(10)의 관통홀(112)을 통해 촉매금속필름(F)이 상부 또는 하부로 이송되며, 증착챔버(20)를 통해서 방향전환롤러(31)에 의해 방향이 전환된다. 또한, 증착챔버920)의 상부에는 텐션조절부(30)가 장착된다.
도 7은 본 발명에 따른 텐션조절부(30)의 제1실시예를 도시하고 있다. 텐션조절부(30)는, 촉매금속필름(F)의 이송방향을 상부에서 하부로 전환하는 방향전환롤러(31)와, 하단에는 방향전환롤러(31)가 힌지결합되고 상단은 일측링크(33)의 힌지축(341)에 양측이 결합되는 방향전환롤러 지지부(32)와, 일측은 방향전환롤러 지지부(32)가 힌지결합되고 타측은 회전축(34)에 고정장착되는 일측링크(33)와, 일측링크(33)의 타측이 고정장착되어 시계 방향의 모멘트가 작용하고, 타측링크(35)의 일측이 고정장착되어 반시계 방향의 모멘트가 작용하는 회전축(34)과, 회전축(34)을 회전가능하도록 지지하는 회전축 지지대(37)와, 일측은 회전축(34)에 고정 장착되고 타측에는 조절 평형추(36)가 장착되는 타측링크(35)와, 타측링크(35)에 장착되어 일측에서 타측으로 이동하면서 모멘트를 조절하기 위한 조절 평형추(36)로 구성된다. 회전축 지지대(37)는 증착챔버(20)의 외측바디(21)의 상판에 고정장착되는 수평 지지대(372)와, 수평 지지대(372)의 하부에 연결되어 하단에는 회전축(34)이 회전가능하게 장착되는 수직 지지대(371)로 이루어진다. 타측링크(35)에는 조절 평형추(36)를 일측에서 타측으로 이동시키면서 모멘트를 변화시키기 위한 이송슬롯(351)이 더 형성된다. 그에 따라 촉매금속필름에 필요한 장력을 필요에 따라 조금씩 변경하면서 사용할 수 있다.
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 텐션조절부(30')의 제2실시예를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 텐션조절부(30')는 증착챔버(20)의 외측바디(21)의 상판에 고정장착되고, 증착챔버(20)의 외측바디(21)의 외측에는 공기압에 의해 구동되는 공압실린더(362')가 장착된다. 구체적으로 제2실시예의 텐션조절부(30')는, 제1실시예의 텐션조절부(30)와 구성은 동일하고, 다만 조절평형추(36)가 하중조절부(36')로 변경된 것만 차이가 있으므로 하중조절부(36') 이외의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다. 하중조절부(36')는 타측링크(35)에 장착되는 하중 수납판(361')과, 하중 수납판(361')에 하중을 주기 위한 공압실린더(362')와, 공압실린더(362')가 고정되는 공압실린더 지지판(363')과, 공압실린더 지지판(363')의 상단에 형성된 고정판(364')은 증착챔버(20)의 외측바디(21) 상단에 고정 설치되어, 공압실린더(362')가 상하로 이동할 수 있도록 한다.
도 10은 텐션조절부(30)에서 촉매금속필름에 작용하는 텐션을 조절하기 각 구성요소에 작용하는 힘의 분포도를 도시하고 있다.
회전축(34)에서 발생하는 모멘트(M)는, 일측링크(33)의 단부에 장착된 방향전환롤러(31)와 방향전환롤러 지지부(32)에 의해 형성되는 하중(F1)에 의한 모멘트(M1)와, 타측링크(35)에 작용하는 하중(F2)에 의한 모멘트(M2)가 서로 반대로 작용하게 된다. 타측링크(35)에 작용하는 하중(F2)은 조절 평형추(36)와 하중조절부(36')에 의한 하중이다. 조절 평형추(36)은 일측에서 타측으로 이동하면서 모멘트를 조절할 수 있고, 하중 조절부(36')는 공압실린더(362')의 작용력으로 하중을 조절할 수 있다. 상기의 모멘트(M1)은 시계방향으로 회전하는 회전력을 가지고, 모멘트(M2)는 반시계방향으로 회전하는 회전력을 가진다. 그에 따라 회전축(34)에는 M2-M1의 차에 의한 모멘트(M)가 작용한다.
M = M2 - M1 = F2 * R2 - F1 * R1* cos θ = F3 * R1* cos θ --- [식 1]
F3 = T1 + T2 --- [식 2]
식 2의 결과를 가지고 살펴보면, F3 > T1 + T2인 경우는 촉매금속필름에 작용하는 장력이 상부로 작용하는 힘인 F3보다 작은 경우이므로 일측링크(33)가 상부로 올라가게 된다. 일측링크(33)가 상부로 올라가게 되는 경우는 공급롤러(12a)에서 공급되는 촉매금속필름이 권취롤러(12b)에서 권취되는 속도보다 더 빨리 공급되는 경우에 발생할 수 있다. 이러한 경우 F3와 T1 + T2가 서로 같아지는 지점까지 일측링크(33)는 상부로 올라가게 된다. 또한, F3 < T1 + T2인 경우는 공급되는 촉매금속필름보다 권취롤러(12b)에서 권취되는 촉매금속필름의 속도가 더 빠를 때 발생할 수 있는데, F3보다 텐션(T1 + T2)이 더 커지는 경우 촉매금속필름에 무리한 장력이 작용하게 되고, 그에 따라 촉매금속필름은 손상을 입을 수 있다. 이러한 경우에는 공급롤러(12a)와 권취롤러(12b)를 중단시켜 일정한 텐션을 유지하도록 한 후에 다시 가동할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 텐션조절부(30)는 촉매금속필름에 지나친 장력이 작용하는 경우 촉매금속필름이 손상을 입을 수 있으므로, 일정한 장력 이상이 작용하는 이상상태에서는 롤러의 작동을 멈추고 비이상적인 상태를 해결한 후에 재가동할 수 있게 된다. 그에 따라 그래핀이 증착되는 촉매금속필름의 손상이 방지될 수 있기 때문에 제조 효율이 증대될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1 : 그래핀 필름 제조장치
10 : 하부챔버 11 : 하부챔버바디
12a : 공급롤러 12b : 권취롤러
13a : 제1 하부방향전환롤러 13b : 제2 하부방향전환롤러
14 : 하부가이드롤러부
15a, 15b : 보조롤러 지지판
16a : 공급롤러 지지판 16b : 권취롤러 지지판
17a, 17b : 롤러 지지판
20 : 증착챔버 21 : 증착챔버 외측바디
22 : 증착챔버 내측바디 23a, 23b : 상부가이드롤러
24 : 히터 25a, 25b : 냉각관
30 : 텐션조절부 31 : 방향전환롤러
32 : 방향전환롤러 지지부 33 : 일측링크
34 : 회전축 35 : 타측링크
36 : 조절 평형추 37 : 회전축 지지대
36' : 하중 조절부

Claims (7)

  1. 롤-투-롤(roll to roll) 방식으로 촉매금속필름을 이송하면서 그래핀을 증착하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 있어서,
    촉매금속필름을 증착챔버로 공급하기 위한 공급롤러와, 증착챔버에서 그래핀이 증착된 촉매금속필름을 권취하기 위한 권취롤러가 구비되는 하부챔버;
    상기 하부챔버의 상부에 연결되어, 상기 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버; 및
    상기 증착챔버의 내측 상부에 설치되는 상기 촉매금속필름의 방향을 전환하기 위한 방향전환롤러를 포함하며, 상기 촉매금속필름에 작용하는 장력을 일정하게 조절하기 위한 텐션 조절부;로 이루어지고,
    상기 텐션조절부는, 상기 촉매금속필름의 방향을 상부에서 하부로 전환하는 방향전환롤러; 하단에는 상기 방향전환롤러가 힌지결합되고, 상단은 일측링크와 힌지결합되는 방향전환롤러 지지부; 일측은 상기 방향전환롤러 지지부에 회전가능하도록 장착되고, 타측은 회전축에 고정장착되는 일측링크; 상기 일측링크의 타측이 고정장착되어 시계 방향의 모멘트가 작용하고, 타측링크의 일측이 고정장착되어 반시계 방향의 모멘트가 작용하는 회전축; 상기 증착챔버의 내측 상단에 고정장착되는 수평 지지대와, 상기 수평 지지대의 하부에 연결되고 하단에는 회전축이 회전가능하게 장착되는 수직 지지대로 이루어지는 회전축 지지대; 일측은 상기 회전축에 고정 장착되고, 타측에는 조절 평형추가 장착되는 타측링크; 및 상기 타측링크에 장착되어 일측에서 타측으로 이동하면서 모멘트를 조절하기 위한 조절 평형추;로 구성되는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부챔버는,
    하부챔버바디;
    상기 하부챔버바디 내측에 장착되어 촉매금속필름을 공급하는 공급롤러;
    상기 공급롤러의 일측에 장착되어 상기 공급롤러에서 공급되는 촉매금속필름을 상부로 방향을 전환하는 제1 하부방향전환롤러;
    상기 제1 하부방향전환롤러의 하부에 장착되어 상기 제1 하부방향전환롤러에서 공급되는 촉매금속필름을 하부로 일정한 속도로 공급하고, 상기 방향전환롤러에서 하부로 방향이 전환된 촉매금속필름을 제2 하부방향전환롤러로 일정하게 공급하기 위한 하부가이드롤러부;
    상기 하부가이드롤러부에서 공급되는 촉매금속필름의 방향을 전환하여 상기 권취롤러로 공급하는 제2 하부방향전환롤러; 및
    상기 제2 하부방향전환롤러에서 공급되는 촉매금속필름을 권취하는 권취롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부가이드롤러부는,
    구동력이 제공되는 메인가이드롤러와, 상기 메인가이드롤러의 양측에서 상기 메인가이드롤러와 밀착되어 상기 촉매금속필름에 일정한 장력을 주면서 상부 또는 하부로 공급하기 위한 한 쌍의 보조가이드롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증착챔버는,
    증착챔버 외측바디;
    상기 증착챔버 외측바디의 내측에 형성되는 증착챔버 내측바디;
    상기 증착챔버 내측바디의 내부공간에 구비되는 히터;
    상기 히터의 양측에서 상기 촉매금속필름이 일정하게 상향 이송되고 방향전환롤러에서 방향전환되어 하향 이송될 수 있도록 가이드하는 다수의 상부 가이드롤러; 및
    상기 증착챔버 내측바디의 양측면 내부에 설치되어, 상기 증착챔버를 냉각함으로써 상기 그래핀이 증착된 촉매금속필름을 냉각하기 위한 냉각관;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치.
  5. 삭제
  6. 롤-투-롤(roll to roll) 방식으로 촉매금속필름을 이송하면서 그래핀을 증착하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치에 있어서,
    촉매금속필름을 증착챔버로 공급하기 위한 공급롤러와, 증착챔버에서 그래핀이 증착된 촉매금속필름을 권취하기 위한 권취롤러가 구비되는 하부챔버;
    상기 하부챔버의 상부에 연결되어, 상기 촉매금속필름에 그래핀이 증착되는 증착챔버; 및
    상기 증착챔버의 내측 상부에 설치되는 상기 촉매금속필름의 방향을 전환하기 위한 방향전환롤러를 포함하며, 상기 촉매금속필름에 작용하는 장력을 일정하게 조절하기 위한 텐션 조절부;로 이루어지고,
    상기 텐션조절부는, 상기 촉매금속필름의 방향을 상부에서 하부로 전환하는 방향전환롤러; 하단에는 상기 방향전환롤러가 힌지결합되고, 상단은 일측링크와 힌지결합되는 방향전환롤러 지지부; 일측은 상기 방향전환롤러 지지부에 회전가능하도록 장착되고, 타측은 회전축에 고정장착되는 일측링크; 상기 일측링크의 타측이 고정장착되어 시계 방향의 모멘트가 작용하고, 타측링크의 일측이 고정장착되어 반시계 방향의 모멘트가 작용하는 회전축; 상기 증착챔버의 내측 상단에 고정장착되는 수평 지지대와, 상기 수평 지지대의 하부에 연결되고 하단에는 회전축이 회전가능하게 장착되는 수직 지지대로 이루어지는 회전축 지지대; 일측은 상기 회전축에 고정 장착되고, 타측에는 조절 평형추가 장착되는 타측링크; 및 상기 타측링크에 장착되어 모멘트를 조절하기 위한 하중 조절부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하중 조절부는,
    상기 타측링크에 장착되는 하중 수납판; 및
    상기 하중 수납판에 하중을 가하는 공압실린더;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 텐션 조절부가 상부에 구비된 양면 증착형 롤투롤 그래핀 필름 제조장치.
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