KR20090036728A - 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은,
포밍롤과 인쇄롤, 가압롤이 순차적으로 접촉되게 배치되어, 포밍롤에서 잉크를 패터닝 하여, 패터닝 된 잉크를 인쇄롤로 전이시키고, 인쇄롤로 전이된 잉크패턴을 인쇄용지로 전이시킴으로써 전자소자를 인쇄하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 있어서;
상기 포밍롤 및 가압롤을, 인쇄롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 포밍롤과 가압롤의 인쇄롤과의 접촉압력을 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여,
상기 로드셀에서 감지되는 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤과 인쇄롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 각 롤간의 접촉압력이 조절되게 한 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
롤-투-롤 윤전인쇄, 윤전인쇄장치, 인압제어장치
Description
본 발명의 기술분야는,
넓게보면, IC칩 등의 전자소자를 기능성 잉크와 롤-투-롤(Roll to roll) 윤전인쇄방식을 이용하여 제조하기 위한 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 관련한 것이다.
좁게보면, 전자소자를 인쇄하는 직접적인 수단인 각 롤의 접촉압력이 항상 정압(定壓)을 유지할 수 있도록 수동 또는 자동으로 가변제어되게 함에 따라 인쇄선의 두께 및 폭이 항상 일정한 상태로 인쇄되도록 한 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압(印壓) 제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 연관된 배경기술은, 본인에 의해 출원되고(출원번호:제10-2005-30722호), 등록된(등록번호:제10-634327호) 롤-투-롤 윤전인쇄방식을 이용한 전자소자의 제조방법 및 그 제조장치(이하 "기초 특허"라 함)를 기초로 한다.
상기한 기초특허에 의한 롤-투-롤 윤전인쇄방식을 이용한 전자소자의 제조방 법은, 도 1에서 보듯이 기능성 잉크를 포밍롤의 포밍홈에 주입하는 단계(Step 1); 포밍홀의 표면에 묻어 있는 잉크를 제거하는 단계(Step 2); 포밍홈으로 주입된 기능성 잉크의 일 표면을 건조시키는 단계(Step 3); 기능성 잉크의 건조면을 인쇄롤로 전이시키는 단계(Step 4); 인쇄롤로 전이된 기능성 잉크의 다른 표면을 건조시키는 단계(Step 5); 인쇄롤의 기능성 잉크를 와인딩롤로 부터 풀려져 나오는 플렉시블한 인쇄용지에 전이시키는 단계(Step 6); 및 전자회로가 인쇄된 인쇄용지를 리와인딩롤에 감는 단계(Step 7)가 순차적으로 이루지도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 롤-투-롤 윤전인쇄방식을 이용한 전자소자의 제조장치는, 도 2 내지 도 4에서 보듯이 가요성의 인쇄용지(1)가 감겨져 있는 와인딩 롤(10)을 구비하고 있으며; 기능성 잉크(2)가 저장된 잉크통(21)과, 기능성 잉크에 침지되게 설치되는 잉크주입롤(22)과, 상기 잉크주입롤과 접촉된 채 일방향으로 회전되게 설치되며 표면에 구현하고자 하는 회로패턴의 모양과 일치하는 포밍홈(23a)이 형성된 포밍롤(23)과, 상기 포밍롤의 일측에 접촉되게 설치되어 포밍롤의 표면에 묻어 있는 잉크를 제거하는 닥터 블레이드(24)와, 상기 포밍홈으로 주입된 기능성 잉크의 일 표면을 건조시키는 제 1 건조유닛(25)과, 상기 포밍롤과 접촉된 채 포밍롤과는 역방향으로 회전되게 설치되며 상기 포밍롤로 부터 전이된 성형잉크(2a)를 인쇄용지 상에 전이하는 인쇄롤(26)과, 상기 인쇄롤의 표면에 전이된 성형잉크의 다른 표면을 건조시키는 제 2 건조유닛(27)과, 상기 인쇄롤과 접촉된 채 인쇄롤과는 역방향으로 회전되게 설치되어 상기 인쇄용지를 인쇄롤 방향으로 정압으로 가압하는 가압롤(28)로 이루어져 인라인 상으로 배열된 복수의 인쇄유닛(20)을 구비하고 있으며; 코팅제가 저장된 코팅제 통(31)과, 코팅제에 침지되게 설치되는 코팅제 공급롤(32)과, 상기 코팅제 공급롤과 접촉되게 설치된 채 일방향으로 회전되게 설치되어 회로패턴이 형성된 인쇄용지(1)의 표면에 코팅제(3)를 코팅해 주는 코팅롤(33)과, 상기 코팅롤과 맞닿게 설치되어 인쇄용지(1)를 누르고 있는 코팅용 가압롤(24)로 이루어진 복수 또는 단수의 코팅유닛(30)을 구비하고 있으며; 인쇄가 완료된 인쇄용지를 되감는 리와인딩 롤(40)을 구비하고 있으며; 상기 와인딩 롤과 리와인딩 롤 사이에 배치되어 인쇄용지를 가이드 해주는 다수의 가이드 롤(50)을 구비하고 있으며; 상기 와인딩 롤 부근과 리와인딩 롤 부근에 각각 설치되어 인쇄용지의 장력을 조절하기 위한 장력조절유닛(60)을 구비한 것을 특징으로 한다.
<미 설명부호 70은 인쇄용지를 적정크기로 절단하기 위한 절단유닛이다>
이러한 롤-투-롤 윤전인쇄방식의 인쇄기는 기존 인-라인 구조의 다색 이미지 인쇄에서 채택하고 있지 않는 그라비아 오프셋 방식의 인쇄유닛(20)을 복수로 사용하고 있다. 이러한 방식의 인쇄유닛은 그라비아 인쇄방식으로부터 제판상의 장점인 높은 해상도와 넓은 범위의 잉크량 포밍 조절능력을 이용하고 있고, 패드 인쇄방식으로부터 고무자체의 유연성과 실리콘 고무 표면의 특이한 잉크전이 특성을 그 장점으로 활용하고 있어서 3차원 구조의 전자회로소자의 각 구성회로패턴을 한 인쇄유닛에서 하나씩 맡아 겹쳐 인쇄하도록 하여 결과적으로 한 인쇄기에서 전자소자를 모두 일관되게 완성할 수 있게 하였던 것이다.
상기 인쇄유닛(20)에서 포밍롤(23)과 인쇄롤(26) 사이와 그리고 상기 인쇄 롤(26)과 가압롤(28) 간의 압력조절이 매우 중요하게 취급된다.
즉, 상기 포밍롤(23) 상의 포밍홈(23a)의 잉크를 인쇄롤(26)로 일방향으로 회전하면서 접촉전이를 시킬 때, 지나치게 낮은 압력일 경우 포밍홈(23a) 요부 상부에 인쇄롤(26) 표면이 충분히 밀착하지 못하여 회로패턴이 충실하게 인쇄롤 표면으로 전이되지 않고, 반대로 너무 높은 압력일 경우 포밍홈(23a) 요부의 잉크가 패턴 경계선을 빠져나와 라인 게인이 크게 되어 해상도가 불량해 진다.
따라서, 상기 포밍롤(23)과 인쇄롤(26) 사이의 압력은 일정할 뿐만 아니라 잉크의 점탄성, 회로패턴을 위한 포밍홈 크기 그리고 인쇄롤(26) 피복체인 실리콘 고무경도 등에 따라 적정하게 조정될 필요가 있다.
또한, 인쇄롤(26) 상의 잉크를 가압롤(28)에 의하여 맞물린 인쇄용지(기판)(1)에 다시 2차적인 전이과정을 갖게 될 때의 인쇄압력은 상기 포밍롤(23)에서 인쇄롤(26)로의 전이압력보다 다소 강하거나 틀리게 조정되어 일정하게 유지되게 해야만 목적하는 해상도와 잉크두께를 확보할 수 있다.
이처럼 인쇄유닛(20)에서 두 번에 걸친 인쇄압력은 정밀하게 조절되는 압력조절 시스템으로 작동되어야만 요구되는 잉크형상을 최대한 정확하게 전이할 수 있어 비로소 롤-투-롤에 의한 IC칩의 마이크로 패턴을 인쇄기 상에서 제조할 수 있다.
그러나, 상기한 기초특허에서는 인쇄유닛(20)의 제 1 압력조절장치(미도시)와 제 2 압력조절장치(미도시)가 설치된다고 하고 있으나, 구체적으로 공압실린더가 작동될 수 있으며, 이 공압실린더는 압력조절수단에 의해 항상 정압으로 일정하 게 압력을 유지하게 된다고 개괄적으로 설명되어 있을 뿐이어서 이에 대한 구체적인 보완 기술이 요구되고 있다.
이에, 본 발명은 각 롤 간의 적정한 접촉압력이 자동으로 조절되게 함에 따라 항상 일정한 인쇄압을 유지할 수 있는 구체적인 장치를 개발함으로써 양질의 제품을 생산 및 공급할 수 있는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치를 제공함에 있다.
구체적으로는, 포밍롤의 기능성 잉크를 인쇄롤로 전이시키는 단계와 상기 인쇄롤의 기능성 잉크를 인쇄용지에 전이시키는 단계에 있어서 포밍롤과 인쇄롤이 접촉된 채 일방향으로 회전할 때 포밍롤에 일정한 압력이 가해짐으로써 기능성 잉크가 인쇄롤로 양호하게 전이되도록 하는 제 1 인압제어장치와, 또 인쇄롤이 인쇄용지를 사이에 두고 가압롤이 접촉될 때 일방향으로 회전할 때 가압롤에 일정한 압력이 가해짐으로써 기능성 잉크가 인쇄용지로 양호하게 전이되도록 하는 제 2 인압제어장치를 구비한 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
본원의 청구항 1에서와 같이,
포밍롤과 인쇄롤, 가압롤이 순차적으로 접촉되게 배치되어, 포밍롤에서 잉크를 패터닝 하여, 패터닝 된 잉크를 인쇄롤로 전이시키고, 인쇄롤로 전이된 잉크패턴을 인쇄용지로 전이시킴으로써 전자소자를 인쇄하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 있어서;
상기 포밍롤 및 가압롤을, 인쇄롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 포밍롤과 가압롤의 인쇄롤과의 접촉압력을 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여,
상기 로드셀에서 감지되는 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤과 인쇄롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 각 롤간의 접촉압력이 조절되게 한 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 2에서와 같이,
상기 로드셀과 압력조절모터는 PLC 포트에 연결되어, 제어프로그램에 의해 자동제어되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 3에서와 같이,
상기 압력조절모터와 PLC 사이의 연결선에 스위치가 연결된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 4에서와 같이,
상기 로드셀에서 측정된 값을 출력하는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 5에서와 같이,
상기 포밍롤, 인쇄롤, 가압롤은 사선방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 6에서와 같이,
상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축은 베어링을 매개로 하여 베어링 블록에 지지되며, 상기 베어링 블록은 가이더에 의해 전,후진 가능하게 설치되고, 상기 로드셀은 상기 베어링 블록에 설치되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 7에서와 같이,
상기 압력조절모터는 스텝모터 또는 서보모터인 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 8에서와 같이,
포밍롤과 인쇄롤, 가압롤이 순차적으로 선접촉되게 배치되어, 포밍롤에서 잉크를 패터닝 하여, 패터닝 된 잉크를 인쇄롤로 전이시키고, 인쇄롤로 전이된 잉크패턴을 인쇄용지로 전이시킴으로써 전자소자를 인쇄하는 인쇄유닛과; 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅용 가압롤이 순차적으로 접촉되게 배치되어, 코팅롤과 코팅용 가압롤 사이를 통과하는 인쇄용지의 전자소자 인쇄면에 코팅제를 피복하여 주는 코팅유닛을 구비한 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 있어서;
상기 포밍롤 및 가압롤을, 인쇄롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 포밍롤과 인쇄롤, 인쇄롤과 가압롤의 접촉 압력을 각각 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여, 상기 로드셀에서 감지되는 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤과 인쇄롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 각 롤간의 접촉압력이 조절되게 하고;
상기 코팅용 포밍롤 및 코팅용 가압롤을, 코팅롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 코팅용 포밍롤과 코팅롤 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅롤과 코팅용 가압롤의 접촉압력을 각각 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여, 상기 로드셀에서 감지되는 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅롤과 코팅용 가압롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅롤과 코팅용 가압롤 사이의 접촉압력이 조절되게 하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 9에서와 같이,
상기 각 로드셀과 각 압력조절모터는 PLC 포트에 연결되어, 제어프로그램에 의해 자동제어되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 10에서와 같이,
상기 각 압력조절모터와 PLC 사이의 연결선에 스위치가 연결된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 11에서와 같이,
상기 각 로드셀에서 측정된 값을 출력하는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 12에서와 같이,
상기 코팅용 포밍롤, 코팅롤, 코팅용 가압롤은 사선방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 13에서와 같이,
상기 코팅용 포밍롤과 코팅용 가압롤의 각 회전축은 베어링을 매개로 하여 베어링 블록에 지지되며, 상기 베어링 블록은 가이더에 의해 전,후진 가능하게 설치되고, 상기 로드셀은 상기 베어링 블록에 설치되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
본원의 청구항 14에서와 같이,
상기 각 압력조절모터는 스텝모터 또는 서보모터인 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치이다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명은 기초특허에 의한 롤-투-롤 윤전인쇄방식의 인쇄유닛의 핵심 메카니즘인 인압 제어장치를 새롭게 개발함으로써 마이크로 선폭을 가진 미세한 전자회로패턴이 요구하는 기능 값에 따라 여러 가지 잉크두께로 보다 정밀한 인쇄가 가능하게 하여 다양한 전자제품을 인쇄기 상에서 생산할 수 있도록 하는 토대를 확고히 하였다.
특히, 일반적인 오프셋 인쇄와 그라비아 인쇄 등과 달리 아주 낮은 인쇄압(1/10~1/30)에서도 양호한 인쇄가 가능한 롤-투-롤 윤전인쇄방식에서는 미세한 인압차이에 따라서도 잉크층 두께의 차가 크게 다르기 때문에 정확한 잉크층 두께를 인쇄하기 위하여 자동으로 피드백되어 정밀하게 인압이 조정되는 인압시스템이 필수적이다. 롤-투-롤 윤전인쇄방식에 의하여 한 인쇄기상에서 인-라인으로 생산될 트랜지스터를 비롯한 다양한 회로패턴의 전자제품들은 이들을 구성하는 각 콤포넨트를 하나씩 맡아 인쇄하게 될 인쇄유닛의 기능은 기존의 일반 윤전인쇄방식과는 달라서 각 인쇄유닛이 구현할 잉크두께가 각각 다르므로 이를 정밀하게 정압으로 조절할 수 있는 본 발명에서 구체적으로 제시하는 인압 제어장치에 의하여 제조될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 의한 인압 제어장치는 잉크두께를 정밀하게 전이하는 것이 가능하므로 정밀한 인쇄뿐만 아니라 이를 응용하여 부분적인 코팅인 솔리드 패턴인쇄와 전반적인 코팅에도 활용할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 5 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치(100)는, 첨부된 도 5 내지 도 9에서와 같이 인쇄유닛(20)에서 포밍롤(23)의 인쇄롤(26)에 대한 접촉압력이 정압을 유지할 수 있도록 조절해주는 제 1 인압제어장치(110)와, 가압 롤(28)의 인쇄롤(26)에 대한 접촉압력이 정압 유지할 수 있도록 조절해주는 제 2 인압제어장치(120)로 크게 구성된다.
상기 제 1 인압제어장치(110)의 구성은 아래와 같다(도 7a, 7b참조).
상기 포밍롤(23)의 축(23b) 양단부를 베어링(112a)을 매개로 지지하며 프레임(101)에 지지되는 한 쌍의 제 1 베어링 블록(112)과; 상기 각 제 1 베어링 블록을 인쇄롤(26)에 근접 또는 원접하는 방향으로 슬라이딩 되게 지지하는 한 쌍의 제 1 가이더(구체적으로는 LM가이드 임)(113)와; 상기 각 제 1 베어링 블록(112)의 일측에 설치되어 상기 포밍롤(23)과 인쇄롤(26) 간의 접촉압력을 감지하는 한 쌍의 제 1 로드셀(114)과; 상기 각 제 1 로드셀(114)의 일측에 고정되어 상기 포밍롤(23) 및 제 1 베어링 블록(112)과 제 1 로드셀(114)을, 인쇄롤(26)을 기준으로 전,후진시켜주며, 상기 프레임(101)에 고정되는 한 쌍의 제 1 인압조절모터(115)로 구성된다.
상기 제 1 압력조절모터(115)는 스텝모터 또는 서보모터로 구성될 수 있으며, 스테이터(115a)에 대한 로터(115b)의 회전에 의해 회전너트(115c)를 회전시켜서 스크류 축(115d)을 전,후진 시켜줌으로써 스크류 축의 선단에 결합되는 상기 제 1 로드셀(114) 및 제 1 베어링 블록(112)과 포밍롤(23)을 동시에 전,후진 시켜주는 역할을 한다.
상기 제 2 인압제어장치(120)의 구성은 아래와 같다(도 8a, 8b참조).
상기 가압롤(28)의 축(28b) 양단부를 베어링(122a)을 매개로 지지하며 프레임(101)에 지지되는 한 쌍의 제 2 베어링 블록(122)과; 상기 각 제 2 베어링 블록을 인쇄롤(26)에 근접 또는 원접하는 방향으로 슬라이딩 되게 지지하는 한 쌍의 제 2 가이더(구체적으로는 LM가이드 임)(123)와; 상기 각 제 2 베어링 블록(122)의 일측에 설치되어 상기 가압롤(28)과 인쇄롤(26) 간의 접촉압력을 감지하는 한 쌍의 제 2 로드셀(124)과; 상기 각 제 2 로드셀(124)의 일측에 고정되어 상기 가압롤(28) 및 제 2 베어링 블록(122)과 제 2 로드셀(124)을, 인쇄롤(26)을 기준으로 전,후진시켜주며, 상기 프레임(101)에 고정되는 한 쌍의 제 2 인압조절모터(125)로 구성된다.
상기 제 2 압력조절모터(125)는 스텝모터 또는 서보모터로 구성될 수 있으며, 스테이터(125a)에 대한 로터(125b)의 회전에 의해 회전너트(125c)를 회전시켜서 스크류 축(125d)을 전,후진 시켜줌으로써 스크류 축의 선단에 결합되는 상기 제 2 로드셀(124) 및 제 2 베어링 블록(122)과 가압롤(28)을 동시에 전,후진 시켜주는 역할을 한다.
<미 설명부호 M1, M2, M3는 각각 포밍롤, 인쇄롤, 가압롤을 회전시켜주는 구동모터이다>
한편, 도 11은 인쇄압력조절장치의 제어시스템으로서, 인쇄품질을 유지하기 위해서는 상기 포밍롤(23)과 인쇄롤(26)사이, 가압롤(28)과 인쇄롤(26) 사이의 인쇄압력(접촉압력)이 일정하게 유지하기 위해서는 제어시스템이 구축되어야 한다.
하나의 인쇄유닛(20)의 인쇄압을 제어하는데 총 4개의 압력조절모터(앞서 설명된 제 1, 2 압력조절모터를 말함)와, 4개의 로드셀(앞서 설명된 제 1, 2 로드셀을 말함)이 필요하다.
각각의 제 1, 2 압력조절모터(115,125)와 제 1, 2 로드셀(114,124)은 PLC(Programmable Logic Controller)(130)의 포트에 연결되어 있어 프로그램에 의해 작동된다.
또한, 각 제 1, 2 압력조절모터(115,125)와 PLC(150)의 연결선에 스위치(160)가 연결되어 있어, 스위치(160)의 조작여부에 따라 프로그램의 자동제어를 배제한 수동제어도 가능하도록 되어 있다.
각각의 제 1, 2 압력조절모터(115,125)는 포밍롤(23)과 가압롤(28)의 좌우측에 하나씩 연결되어 있어 정회전시에 인쇄롤(26) 방향으로 포밍롤(23)과 가압롤(28)을 밀착시켜 압력을 증가시키며, 역회전시에는 이와 반대로 압력을 감소시킨다. 제 1, 2 압력조절모터(115,125)에 의한 압력 가감은 로드셀에서 측정되며 측정값은 PLC(150)에 제공된다.
로드셀에서 측정된 값은 모니터(디스플레이)(170)를 통해 확인할 수 있으며, 수동으로 압력값을 조절할 수 있다. 또한, PLC(150)의 자동제어프로그램을 사용하면 원하는 압력값이 유지되도록 실시간으로 압력을 조절할 수 있다.
또 한편, 본 발명의 인압제어장치(100)는 도 10 에서와 같이 코팅유닛(30)을 구성하는 코팅용 포밍롤(33)과 코팅롤(34), 코팅롤(34)과 코팅용 가압롤(35) 간의 접촉압력이 정압을 유지할 수 있도록 조절해 주는 제 3, 4 인압제어장치(130,140)를 더 구비할 수 있다.
상기한 제 3 인압제어장치(130)의 구성은 아래와 같다.
상기 코팅용 포밍롤(33)의 축(33b) 양단부를 베어링(132a)을 매개로 지지하며 프레임(101)에 지지되는 한 쌍의 제 3 베어링 블록(132)과; 상기 각 제 3 베어링 블록을 코팅롤(34)에 근접 또는 원접하는 방향으로 슬라이딩 되게 지지하는 한 쌍의 제 3 가이더(구체적으로는 LM가이드 임)(133)와; 상기 각 제 3 베어링 블록(132)의 일측에 설치되어 상기 코팅용 포밍롤(33)과 코팅롤(34) 간의 접촉압력을 감지하는 한 쌍의 제 3 로드셀(134)과; 상기 각 제 3 로드셀(134)의 일측에 고정되어 상기 코팅용 포밍롤(33) 및 제 3 베어링 블록(132)과 제 3 로드셀(134)을, 코팅롤(34)을 기준으로 전,후진시켜주며, 상기 프레임(101)에 고정되는 한 쌍의 제 3 인압조절모터(135)로 구성된다.
상기 제 3 압력조절모터(115)는 스텝모터 또는 서보모터로 구성될 수 있으며, 스테이터(135a)에 대한 로터(135b)의 회전에 의해 회전너트(135c)를 회전시켜서 스크류 축(135d)을 전,후진 시켜줌으로써 스크류 축의 선단에 결합되는 상기 제 3 로드셀(134) 및 제 3 베어링 블록(132)과 코팅용 포밍롤(33)을 동시에 전,후진 시켜주는 역할을 한다.
상기 제 4 인압제어장치(140)의 구성은 아래와 같다.
상기 코팅용 가압롤(35)의 축(35b) 양단부를 베어링(142a)을 매개로 지지하 며 프레임(101)에 지지되는 한 쌍의 제 4 베어링 블록(142)과; 상기 각 제 4 베어링 블록을 코팅롤(34)에 대해 근접 또는 원접하는 방향으로 슬라이딩 되게 지지하는 한 쌍의 제 4 가이더(구체적으로는 LM가이드 임)(143)와; 상기 각 제 4 베어링 블록(142)의 일측에 설치되어 상기 코팅롤(34)과 코팅용 가압롤(35) 간의 접촉압력을 감지하는 한 쌍의 제 4 로드셀(144)과; 상기 각 제 4 로드셀(144)의 일측에 고정되어 상기 코팅용 가압롤(35) 및 제 4 베어링 블록(142)과 제 4 로드셀(144)을, 코팅롤(34)을 기준으로 전,후진시켜주며, 상기 프레임(101)에 고정되는 한 쌍의 제 4 인압조절모터(145)로 구성된다.
상기 제 4 압력조절모터(145)는 스텝모터 또는 서보모터로 구성될 수 있으며, 스테이터(145a)에 대한 로터(145b)의 회전에 의해 회전너트(145c)를 회전시켜서 스크류 축(145d)을 전,후진 시켜줌으로써 스크류 축의 선단에 결합되는 상기 제 4 로드셀(144) 및 제 4 베어링 블록(142)과 코팅용 가압롤(35)을 동시에 전,후진 시켜주는 역할을 한다.
이러한 구성의 본 발명에 대해 보충설명한다. 다만, 코팅장치(30)측의 인압제어장치는 인쇄유닛측의 인압제어과정과 거의 동일하므로 생략하기로 한다.
기능성 잉크(2)가 잉크통(21)에 일단 공급되면 잉크주입롤(22)의 회전에 의해 계속적으로 잉크의 분산이 균일한 상태로 이루어지고 빈 포밍홈(23a)을 가진 포밍롤(23)이 잉크통에 회전에 의해 잠길 때 잉크주입롤(22)과 밀착하여 잉크가 포밍홈에 채워진다. 포밍홈과 포밍롤 표면에 함께 묻어있는 잉크는 포밍롤이 올라가면 서 닥터 블레이드(24)에 의해 포밍롤 표면에 있는 묻어 있는 잉크는 닦여지게 되므로 포밍홈(23a)에만 잉크가 남겨진게 된다.
다음으로 포밍롤(23)과 인쇄롤(26) 간의 접촉압력을 조절하기 위한 제 1 인압제어장치(110)에 의해 포밍롤(23)이 인쇄롤(26)에 일정한 압력으로 접촉된다. 이때 포밍홈에 남은 잉크는 따뜻한 바람을 불어 주는 제 1 건조유닛(25)에 의해 잉크표면이 어느 정도 굳어져 응집부착력이 커지게 되어 밀착된 인쇄롤의 실리콘 고무표면으로 전이된다. 인쇄롤(26)에 전이된 잉크는 포밍홈(23a)에서와 달리 표면이 반전되어 포밍홈상에서의 잉크표면은 인쇄롤의 실리콘 고무표면에 부착되고 포밍홈 내부에 있던 잉크면은 공기중에 노출되어 다시 제 2 건조유닛(27)에 의해 표면건조되어 어느 정도 굳어진 상태로 잉크통에 있을 때 보다 상당히 높은 점탄성을 갖게 된다. 이때, 인쇄롤(26)과 가압롤(28) 간의 접촉압력을 조절하기 위한 제 2 인압제어장치(120)에 의해 가압롤(28)이 인쇄롤(26)에 일정한 압력으로 접촉되면서 이들 사이를 통과하는 인쇄용지(1)에 인쇄롤의 잉크가 전이된다. 그리하여 가압롤(28)과 인쇄롤(26)의 높은 틈새압력에 의하여도 잉크가 인쇄패턴형상이 붕괴되지 않고 양호하게 인쇄용지에 전이되는 것이다.
이 같이, 잉크통(21)에서부터 인쇄용지(1)로의 잉크전이는 두 번의 인압전이과정과 두 번의 순간 건조과정을 거쳐 이루어지며 품질이 우수한 즉, 정밀한 전자소자의 미세한 인쇄패턴의 획득은 두 압력조절장치에 의한 압력과 순간 건조과정의 열풍건조에 달려있다.
잉크가 압력에 의해 전이되는 조건은 인쇄롤(26)의 실리콘 고무표면이 잉크 표면이 갖는 표면에너지 상관관계, 인쇄롤 실리콘 고무의 경도 그리고 인쇄롤에 압력을 가하는 포밍롤(23)과 가압롤(28)의 밀착압력정도에 따라 다르게 된다. 특히 상기 밀착압력은 인쇄잉크패턴의 해상도 정밀도와 두께 형성에 중요한 역할을 한다.
따라서, 본 발명은 일반적인 이미지 인쇄와 달리 전자소자로서 적정한 기능성 잉크층의 두께를 얻기 위하여 보다 더 정밀한 인쇄압을 가하고 일정하게 콘트롤 방식으로 유지할 수 있는 인압제어장치를 제공하는 것이다.
상기 인압제어장치는 인쇄유닛에서 포밍롤(23)과 인쇄롤(26); 인쇄롤(26)과 가압롤(28)의 표면은 서로 평행으로 마주 접촉하여 일방향으로 동기 회전함으로써 잉크가 포밍롤(23)에서 인쇄롤(26)을 거쳐 인쇄롤(26)과 가압롤(28) 사이에 끼어 들어온 인쇄용지(기판)에 전이하며, 이때 서로 마주한 포밍롤(23)과 인쇄롤(26), 인쇄롤(26)과 가압롤(28) 간의 압력은 포밍롤(23)과 가압롤(28)의 각축 양쪽에서 받치고 있는 제 1, 2 베어링 블록(112,122)들이 제 1, 2 가이더(113,123) 상에 놓여 있으면서 프레임(101)에 고정된 제 1, 2 인압조절모터(115,125)의 회전으로 정밀하게 밀어지는 스크류 축(115d,125d)과의 연결로 인쇄롤(26) 표면에 가해지도록 한 것이다. 모든 스크류 축(115d,125d)의 한쪽은 제 1 또는 제 2 인압조절모터(115,125)의 로터와 함께 회전하는 회전너트(115c,125c)에 의하여 전,후진구동하고 다른 쪽 끝은 제 1, 2 베어링 블록(112,122)에 고정된 제 1, 2 로드셀(114,124)에 연결되어 압력조절모터의 구동으로 가해진 압력의 세기가 감지되고 압력조절모 터와 다시 피드백되어 조정된다.
도 1은 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 의한 전자소자 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트
도 2는 종래 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 전체 구성도
도 3은 종래 인쇄유닛의 세부 구성도
도 4는 종래 코팅유닛의 세부 구성도
도 5는 본 발명에 따른 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 전체 구성도
도 6은 본 발명에 따른 인쇄유닛 및 인압제어장치의 구성도
도 7a는 포밍롤측 인압제어장치의 세부구성도
도 7b는 도 7a에 도시된 인압제어장치의 작동상태도
도 8a는 가압롤측 인압제어장치의 세부구성도
도 8b는 도 8a에 도시된 인압제어장치의 작동상태도
도 9는 도 6을 A방향에서 바라본 도면
도 10은 본 발명에 따른 코팅유닛 및 인압제어장치의 구성도
도 11은 본 발명에 따른 인압제어장치의 제어회로도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 인쇄유닛
23 : 포밍롤 26 : 인쇄롤
28 : 가압롤
30 : 코팅유닛
33 : 코팅용 포밍롤 34 : 포밍롤
35 : 코팅용 가압롤
100 : 인압장치
110 : 제 1 인압제어장치
112 : 제 1 베어링 블록 114 : 제 1 가이더
116 : 제 1 로드셀 118 : 제 1 압력조절모터
120 : 제 2 인압제어장치
122 : 제 2 베어링 블록 124 : 제 2 가이더
126 : 제 2 로드셀 128 : 제 2 압력조절모터
130 : 제 3 인압제어장치
132 : 제 3 베어링 블록 134 : 제 3 가이더
136 : 제 3 로드셀 138 : 제 3 압력조절모터
140 : 제 4 인압제어장치
142 : 제 3 베어링 블록 144 : 제 3 가이더
146 : 제 3 로드셀 148 : 제 3 압력조절모터
150 : PLC
160 : 스위치
170 : 모니터
Claims (14)
- 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤이 순차적으로 접촉되게 배치되어, 포밍롤에서 잉크를 패터닝 하여, 패터닝 된 잉크를 인쇄롤로 전이시키고, 인쇄롤로 전이된 잉크패턴을 인쇄용지로 전이시킴으로써 전자소자를 인쇄하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 있어서;상기 포밍롤 및 가압롤을, 인쇄롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 포밍롤과 가압롤의 인쇄롤과의 접촉압력을 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여,상기 로드셀에서 감지되는 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤과 인쇄롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 각 롤간의 접촉압력이 조절되게 한 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 로드셀과 압력조절모터는 PLC 포트에 연결되어, 제어프로그램에 의해 자동제어되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 압력조절모터와 PLC 사이의 연결선에 스위치가 연결된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 로드셀에서 측정된 값을 출력하는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 포밍롤, 인쇄롤, 가압롤은 사선방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축은 베어링을 매개로 하여 베어링 블록에 지지되며, 상기 베어링 블록은 가이더에 의해 정밀하게 전,후진 가능하게 설치되고, 상기 로드셀은 상기 베어링 블록에 설치되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압력조절모터는 스텝모터 또는 서보모터인 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤이 순차적으로 선접촉되게 배치되어, 포밍롤에서 잉크를 패터닝 하여, 패터닝 된 잉크를 인쇄롤로 전이시키고, 인쇄롤로 전이된 잉크패턴을 인쇄용지로 전이시킴으로써 전자소자를 인쇄하는 인쇄유닛과; 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅용 가압롤이 순차적으로 접촉되게 배치되어, 코팅롤과 코팅용 가압롤 사이를 통과하는 인쇄용지의 전자소자 인쇄면에 코팅제를 피복하여 주는 코팅유닛을 구비한 롤-투-롤 윤전인쇄시스템에 있어서;상기 포밍롤 및 가압롤을, 인쇄롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 포밍롤과 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 포밍롤과 인쇄롤, 인쇄롤과 가압롤의 접촉압력을 각각 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여, 상기 로드셀에서 감지되는 포밍롤과 인쇄롤, 가압롤과 인쇄롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 각 롤간의 접촉압력이 조절되게 하고;상기 코팅용 포밍롤 및 코팅용 가압롤을, 코팅롤을 향해 전,후진 가능하게 설치하고; 상기 코팅용 포밍롤과 코팅롤 가압롤의 각 회전축 양쪽에는 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅롤과 코팅용 가압롤의 접촉압력을 각각 측정하기 위한 로드셀을 설치하며; 상기 각 롤을 이동시켜서 각 롤간의 접촉압력을 조절하기 위한 압력조절모터를 설치하여, 상기 로드셀에서 감지되는 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅롤과 코팅용 가압롤 사이의 접촉 압력값에 따라 압력조절모터를 구동시켜서 상기 코팅용 포밍롤과 코팅롤, 코팅롤과 코팅용 가압롤 사이의 접촉압력이 조절되게 하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 각 로드셀과 각 압력조절모터는 PLC 포트에 연결되어, 제어프로그램에 의해 자동제어되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 각 압력조절모터와 PLC 사이의 연결선에 스위치가 연결된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 각 로드셀에서 측정된 값을 출력하는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 코팅용 포밍롤, 코팅롤, 코팅용 가압롤은 사선방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 코팅용 포밍롤과 코팅용 포밍롤의 각 회전축은 베어링을 매개로 하여 베어링 블록에 지지되며, 상기 베어링 블록은 가이더에 의해 전,후진 가능하게 설 치되고, 상기 로드셀은 상기 베어링 블록에 설치되는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 각 압력조절모터는 스텝모터 또는 서보모터인 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 윤전인쇄시스템의 인압 제어장치.
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