KR20100014010A - 웹의 장력 특성을 개선한 터렛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 이상의 가이드 롤러와, 순차적으로 웹이 풀려나가거나 감기는 2개 이상의 롤이 단부를 따라 교대로 회전 가능하게 설치되어 있으며, 중심축을 중심으로 회전 가능한 회전구조체; 및 상기 회전구조체의 회전속도와 상기 롤의 회전속도를 제어할 수 있으며, 웹의 장력을 일정하게 유지하기 위해 상기 롤로부터 풀려나가거나 감기는 웹의 특정 부분의 길이의 변화율을 연산하여 상기 롤의 회전속도를 보상하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터렛을 제공한다. 이렇게 회전구조체의 회전에 의한 웹의 스팬길이 변화율을 고려하여 모터의 회전속도를 제어함으로써 웹의 장력이 변하는 것을 최소화할 수 있다.

터렛, 롤, 웹, 인쇄기

Description

웹의 장력 특성을 개선한 터렛{TURRET FOR ENHANCING WEB-TENSION CHARACTERISTICS}

본 발명은 인쇄장치에서 사용되는 듀얼 롤 방식의 터렛에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 롤로부터 풀려나가거나 롤에 감기는 웹에 가해지는 장력 특성을 개선한 터렛에 관한 것이다.

인쇄물을 대량으로 공급하기 위해 그라비어 인쇄기나 라미네이팅 머신이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 그라비어 인쇄기는 그 설비라인에 다수의 인쇄장치를 정렬시킨 후, 두루마리 형태로 감겨 있는 원단이 풀려나가면서 다수의 인쇄장치를 통과하도록 되어 있다.

이러한 인쇄장치 등에서 고속으로 작동하는 롤투롤(roll-to-roll) 컨버팅 머신을 사용하는 것이 점차 증가하고 있다. 롤투롤 컨버팅 머신은 연속적으로 흘러가는 웹상에서 작업을 수행하기 때문에 정밀한 결과물을 고속으로 얻기 위해 웹의 장력을 제어하는 것이 매우 중요하다.

웹은 종이나 전기전자소자 등의 인쇄분야에서 사용되는 원단을 의미한다. 이러한 웹은 풀림부로부터 공급되어 감김부로 회수되는데, 웹과 같은 원단이 감겨 있는 롤의 개수에 따라 단일롤과 듀얼롤 형태로 분류된다. 이 중 듀얼롤 형태로는 프레임 듀얼롤, 브래킷 듀얼롤, 터렛 듀얼롤 방식 등이 있다.

터렛 듀얼롤 방식은 터렛에 두 개의 원단 롤이 설치되어 한 롤이 거의 다 풀렸을 때 터렛이 회전하여 다른 새로운 롤을 연속적으로 공급하거나, 반대로 공급되는 웹을 연속적으로 회수하는 방식이다. 터렛 듀얼롤 방식을 이용하면 시스템의 중단 없이 연속적으로 원단을 공급하고 회수할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 작동 중에 풀림부 또는 감김부의 움직임과 웹을 절단하고 접합하는 동작 및 터렛의 회전 등등에 의해 웹에 가해지는 장력에 큰 변화가 초래된다. 이러한 장력의 변화는 시스템에 대해 외란이 되어 장력을 제어하는 성능을 크게 저하시키게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하여, 인쇄장치에서 웹에 가해지는 장력 변화를 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 웹의 장력에 미칠 수 있는 외부요인을 사전에 제거하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 웹에 인쇄되는 인쇄품질을 개선하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적 이외의 기타의 목적들은 도면을 참고하여 후술하는 내용을 보면 보다 쉽게 이해할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 2개 이상의 가이드 롤러와, 순차적으로 웹이 풀려나가거나 감기는 2개 이상의 롤이 단부를 따라 교대로 회전 가능하게 설치되어 있으며, 중심축을 중심으로 회전 가능한 회전구조체; 및 상기 회전구조체의 회전속도와 상기 롤의 회전속도를 제어할 수 있으며, 웹의 장력을 일정하게 유지하기 위해 상기 롤로부터 풀려나가거나 감기는 웹의 특정 부분의 길이의 변화율을 연산하여 상기 롤의 회전속도를 보상하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터렛으로 이루어져 있다.

이렇게 회전구조체의 회전에 의한 웹의 길이 변화율을 고려하여 모터의 회전 속도를 제어함으로써 웹의 장력이 변하는 것을 최소화할 수 있다.

바람직하게, 상기 웹의 특정 부분의 길이는 상기 웹이 풀려나가거나 감기는 롤과 터렛으로부터 가장 가까운 곳에 배치된 아이들 롤러 사이의 웹의 길이이고, 상기 웹의 특정 부분의 길이의 변화율은 상기 회전구조체의 회전량, 상기 롤과 상기 가이드 롤러의 반지름, 웹이 풀려나가거나 감겨지는 롤의 반지름, 상기 가이드 롤러의 반지름, 상기 아이들 롤러의 반지름, 상기 회전구조체의 중심과 상기 롤의 중심 사이의 거리, 상기 회전구조체의 중심과 상기 가이드 롤러의 중심 사이의 거리, 및 상기 회전구조체의 중심과 상기 아이들 롤러의 중심 사이의 거리에 기초하여 연산될 수 있다.

회전구조체의 회전량을 포함하여 여러 변수를 고려함으로써, 웹의 장력의 변화를 줄일 수 있다.

바람직하게, 상기 터렛은 롤의 반지름을 실시간으로 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서에 의해 측정된 롤의 반지름에 기초하여 상기 웹의 길이의 변화율을 연산하여 상기 롤의 회전속도를 보상한다.

이렇게 실시간으로 롤의 두께를 측정하여 웹의 장력을 고려하면, 작동 중 발생할 수 있는 외란과 초기오차에 의한 영향을 최소화하여 웹의 장력변화를 줄일 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 제어부는 상기 회전구조체의 회전을 일으키거나 중단시키기 위한 입력신호를 램프 함수 또는 다항 함수형태로 입력한다.

램프 함수 또는 다항 함수 형태의 신호를 이용하면 터렛의 회전에 의한 웹의 장력변화를 최소화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 인쇄장치에서 공급되는 웹의 장력변화를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 웹의 장력변화를 일으킬 수 있는 여러 외부요인을 미연에 방지할 수 있어, 인쇄장치의 인쇄품질을 크게 향상시킬 수 있다.

이하 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 듀얼롤 방식의 터렛(10)의 작동 상태를 나타내는 도면이다.

터렛(10)은 회전가능한 회전구조체(11)와 이를 지지하는 지지부(18)를 포함하고 있다. 도 8에 도시되어 있듯이, 회전구조체(11)는 웹(1)을 공급하기 위해 웹이 두루마리 형태로 감겨져 있는 공급용 롤(12, 14) 또는 회수되는 웹(1)이 감기는 롤(12, 14)을 걸칠 수 있도록 서로 이격된 마주하는 두 개의 지지체(11a, 11b)로 구성되어 있다. 도면에서는 지지체가 십자형상으로 되어 있지만 원형 판으로 이루어질 수도 있다.

롤(12, 14)은 두 지지체 사이에서 지지체의 중심부로부터 소정 간격으로 이격된 곳, 즉 단부에 설치될 수 있다. 롤(12, 14)은 서로 마주하도록 대칭형태로 배 치되어 있다. 회전구조체의 롤(12, 14)이 설치되는 부분에는 롤의 중심부분 끼워지는 작동축(도시안됨)이 있다. 이 작동축이 모터에 의해 연결된 기어장치에 의해 회전될 때, 롤이 회전하면서 웹(1)이 풀려나가거나 감기게 된다.

롤이 풀려나가는 경우, 롤에서 풀려나가는 웹(1)은 도시된 바와 같이 우선 아이들 롤러(5)를 지나게 된다. 롤을 풀어 공급하는 부분과 롤을 회수하여 감는 부분 사이에는 아이들 롤러, 댄서장치, 등등의 인쇄장치에 관련된 여러장치들이 배치되어 있다.

또한 회전구조체(11)의 두 지지체(11a, 11b) 사이에는 두 개의 가이드 롤러(16, 17)가 설치되어 있다. 가이드 롤러(16, 17)는 상기 롤(12, 14)을 연결하는 선에 수직하는 방향으로 대칭적으로 마주하도록 설치되어 있다.

따라서, 회전구조체(11)의 두 지지체(11a, 11b) 사이에는 지지체의 중심을 기준으로 롤(12, 14)과 가이드 롤러(16, 17)가 교대로 번갈아 가면서 배치된 구조로 되어 있다. 본 실시예에서는 롤과 가이드 롤러를 각각 2개로 하여 설명하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 따라서 3개 이상이 될 수도 있다.

회전구조체(11)는 모터와 같은 회전구동부에 의해 중심축(5)을 기준으로 회전할 수 있다. 아래에서 보다 구체적으로 설명하는 것처럼, 롤(12)로부터 웹(1)이 거의 다 풀렸을 때 회전구조체(11)가 회전하여, 풀림작업의 중단없이 연속적으로 다른 롤(14)로부터 웹(1)이 풀려나갈 수 있게 된다. 반대로 웹(1)을 감는 경우에는 한 롤이 웹을 거의 다 감은 경우 다른 롤에서 웹을 새로 감을 수 있도록 회전구조체가 회전할 수 있다.

회전구조체는 다수의 롤과 다수의 가이드 롤러가 단부를 따라 교대로 배치되어 회전할 수 있으면 충분하고, 그 형상이나 구조에는 제한이 없다.

이하 설명하는 내용은 웹이 롤로부터 풀려나가는, 즉 웹을 공급하는 경우를 중심으로 설명하도록 한다. 회수되는 웹이 롤에 감기는 과정은 아래의 설명을 참고하여 반대로 생각하면 쉽게 이해할 수 있다.

도 2는 롤(12)로부터 웹(1)이 거의 다 풀려나가게 된 상태를 나타낸다. 따라서, 이때 터렛의 회전구조체(11)는 도면에서 시계반대방향으로 회전하기 시작하게 되어 도 3 내지 도 6에 도시된 것처럼 회전하게 된다.

도 3은 회전구조체(11)가 회전하여 가이드 롤러(17)와 닿는 순간을 나타낸다. 이 상태에서 회전구조체(11)가 더 회전하게 되면 도 4와 같이 가이드 롤러(17) 부분에서 웹(1)이 꺽인 상태가 된다. 그 후 웹(1)이 거의 다 풀려나가게 되면 도 5와 같이 스플라이싱 암(21)이 내려오게 되어 롤(12)로부터 공급되는 웹(1)을 다른 롤러(14)에 설치된 새로운 웹(1)에 붙이게 되고, 도 8과 같이 나이프(22)로 웹을 절단하게 되면 롤(14)로부터 웹(1)이 중단없이 연속적으로 공급될 수 있다.

이러한 듀얼롤 터렛의 장점은 중단없이 웹을 연속적으로 제공할 수 있는 것이다. 그러나, 웹이 풀려나가면서 롤에 감겨있는 웹의 두께가 달라짐에 따라, 롤과 아이들 롤러 사이 부분에서 웹의 장력이 변화되는 문제점이 있다. 또한, 터렛이 회전함에 따라, 특히 터렛이 회전하기 시작할 때와 터렛의 회전이 정지할 때, 웹에 가해지는 장력의 변화가 크게 발생한다. 웹의 장력에 변화가 생기면, 웹에 인쇄작업을 수행할 때 인쇄의 품질이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 이러한 웹의 장력변화를 감소시키는 것을 그 목적으로 하고 있다. 웹의 장력변화를 줄이기 위해, 본 발명은 도 1에 표시된 롤(12)과 아이들 롤러(5) 사이의 길이, 즉 스팬길이(L)의 변화율을 계산하여 롤을 구동하는 모터의 속도를, 즉 롤의 회전속도를 보상한다. 스팬길이는 풀림부와 감김부 사이에서 웹의 특정부분의 길이를 의미한다. 바람직하게 스팬길이는 터렛의 웹이 풀려나거나 감기는 롤로부터 웹이 터렛으로부터 가장 가까이 위치된 아이들 롤러까지의 거리로 한정할 수 있다.

도 1 및 도 2의 스팬길이(L)는 아래의 식(1)에 의해 구할 수 있다.

식(1)

C: 터렛의 회전구조체의 중심과 롤 중심 사이의 거리

R: 터렛의 회전구조체의 중심과 롤 중심 사이의 거리

r₁: 롤의 반지름

r₂: 아이들 롤러의 반지름

도 3에서 스팬길이(L)는 아래의 식(2)에 의해 구할 수 있다.

식(2)

R: 터렛의 회전구조체의 중심과 롤 중심 사이의 거리

C: 터렛의 회전구조체의 중심과 롤 중심 사이의 거리

r₁: 롤의 반지름

r₂: 아이들 롤러의 반지름

ωt: 터렛의 회전구조체의 회전각

도 4에서 스팬길이(L)는 가이드 롤러에 의해 꺽인 상태가 되어 L=l₁ + l₂이되며, 아래의 식(3) 및 식(4)에 의해 구할 수 있다.

식(3)

식(4)

l₁: 롤과 가이드 롤러 사이의 스팬길이

l₂: 롤과 아이들 롤러 사이의 스팬길이

R: 터렛의 회전구조체의 중심과 롤 중심 사이의 거리

R₁: 터렛의 회전구조체의 중심과 가이드 롤러 중심 사이의 거리

C: 터렛의 회전구조체의 중심과 아이들 롤러 중심 사이의 거리

r₁: 롤의 반지름

r₂: 아이들 롤러의 반지름

r₃: 가이드 롤러의 반지름

ωt: 터렛의 회전구조체의 회전각

식(2) 및 식(4)는 터렛의 회전에 의해 발생하는 스팬길이(L)의 변화도 반영 하고 있다. 본 발명의 터렛의 회전구조체는 웹을 연속적으로 공급하거나 회수할 수 있도록 필연적으로 회전하게 되어 있으므로, 스팬길이(L)에 변화를 발생시키게 된다. 터렛의 회전량에 의해 유발되는 이러한 스팬길이(L)의 변화를 계산하여, 롤을 회전시키는 모터를 구동하는 속도를 보상할 수 있다.

터렛의 회전량을 고려하지 아니한 경우와 보상한 경우의 장력의 변화를 시뮬레이션한 그래프를 도 11 및 도 12에 각각 표시하였다. 터렛의 회전량에 기초하여 모터의 속도를 보상한 경우에 장력의 변화가 거의 없다는 것을 알 수 있다.

상기 식에서 스팬길이(L)를 구하기 위해서는 롤의 반지름을 알아야 한다. 롤의 반지름은 도 7을 참고하여 아래의 식(5)에 의해 구할 수 있다. 식(5)는 롤에서 웹이 풀려나가는 경우에 스팬길이를 구하는 식이다.

식(5)

r₁: 롤의 반지름

r₁₀: 롤의 초기 반지름

h: 웹의 두께

v₁: 웹의 선속도

같은 방법으로, 롤에 웹이 감기는 경우, 롤의 반지름은 아래의 식(6)에 의해 구할 수 있다.

식(6)

r₁: 롤의 반지름

r₁₀: 롤의 초기 반지름

h: 웹의 두께

v₁: 웹의 선속도

이와 같이 속도와 롤의 반지름을 알면, 스팬길이(L)를 알 수 있다. 따라서 스팬길이(L)의 변화량을 롤을 구동하는 모터의 회전속도에 되먹임(feedback)하여 웹에 가해지는 장력변화를 줄이도록 보상하도록 제어할 수 있다.

그러나, 속도에 따른 롤의 반지름을 측정하는 방법은, 외란이 있거나 초기에 오차가 있는 경우 잘못된 값이 초래되므로 이를 개선할 필요가 있다.

도 8에서 볼 수 있듯이 롤의 두께를 실시간으로 감지하는 센서(30)가 설치될 수 있다. 도 8에서는 센서(30)가 터렛의 회전구조체(11)에 설치되어 있으나, 그 설치되는 위치는 제한이 없다. 바람직하게 센서(30)는 초음파 센서일 수 있다. 초음파 센서를 이용하면 초음파가 롤에 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써 롤의 두께를 실시간으로 측정할 수 있다.

센서(30)를 이용하여 롤의 두께를 실시간으로 측정함으로써 외란이 있거나 초기 오차가 있는 경우에도 정확한 값을 얻을 수 있어, 장력변화가 크게 일어나기 전에 되먹임에 의해 미리 보상을 할 수 있고, 따라서 더욱 정확하게 장력변화를 줄 이도록 제어할 수 있게 된다.

이러한 보상에 따른 장력 특성이 개선된 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도 9에 표시하였다. 도 9에서 가로축은 시간을 나타내며 세로축은 웹에 가해지는 장력(N/m)을 나타낸다. 보상된 경우 웹의 장력 변화는 보상 전보다 크게 줄어들어 현저히 개선되었음을 알 수 있다.

웹의 장력을 크게 변화시키는 또 다른 원인으로서 터렛의 회전이 있다. 도 2와 같이 롤(12)의 웹이 거의 다 풀려나갈 때 터렛이 회전하기 시작할 때 웹에 가해지는 장력이 크게 증가하기 시작한다. 또한 터렛의 회전이 멈출 때 웹에 가해지는 장력이 크게 감소하게 된다. 이는 터렛이 편심을 가진 질량을 가지고 있고 웜 기어로 구동되므로 작동이 시작되거나 멈출 때 매우 큰 백래시가 발생된다. 보통 종래의 장치에서는 계단함수 형태로 터렛을 구동하는 속도신호를 입력하고 있다. 계단함수 형태로 신호를 입력하면 계단함수의 특성상 속도가 바뀌는 부분에서 무한대의 가속도가 발생하게 되므로, 크게 출렁이는 장력변화가 발생되는 문제점이 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 보다 완화하기 위해 램프 함수 또는 2차함수 이상의 형태로 터렛을 구동하거나 멈추게하는 속도신호를 입력하도록 하였다. 따라서, 터렛의 회전이 시작되는 부분과 멈추는 부분에 있어서 웹에 미치는 장력의 변화를 크게 줄일 수 있게 되었다.

도 10에 램프함수 형태로 속도신호를 입력한 경우 웹이 풀리는 부분과 유입되는 부분에서의 장력이 어떻게 나타나는지를 시뮬레이션한 결과를 표시하였다. 도 10에서 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 스팬 길이의 변화와, 웹이 풀려나가는 부분과 유입되는 부분의 장력변화 및 댄서장치의 각도변화를 나타내고 있다. 이 그래프에서 장력의 변화를 살펴보면 스팬길이가 변화되는 구간, 즉 터렛이 구동하기 시작하는 구간에서 장력의 변화가 거의 없다는 것을 볼 수 있다. 따라서 램프함수 형태로 속도신호를 입력하게 되면 터렛이 회전되기 시작하는 구간에서 웹의 장력변화를 크게 개선할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위의 기재 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명의 터렛장치의 정상작동 상태를 나타내는 측면도이다.

도 2는 도 1의 터렛장치가 회전하기 시작하는 상태를 나타내는 측면도이다.

도 3은 도 2의 터렛장치가 회전하여 웹이 가이드롤러에 닿는 순간을 나타내는 측면도이다.

도 4는 도 3의 터렛장치가 더 회전하여 웹이 가이드롤러에서 꺽인 상태를 나타내는 측면도이다.

도 5는 도 4의 상태에서 스플라이싱 암에 의해 웹이 붙는 상태를 나타내는 측면도이다.

도 6은 도 5의 상태에서 웹이 절단되는 상태를 나타내는 측면도이다.

도 7은 본 발명의 롤에 웹이 감긴 상태를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 터렛의 회전구조체에 센서가 설치된 상태를 나타내는 사시도이다.

도 9는 본 발명에 따라 보상에 따른 장력 특성이 개선된 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 보여주는 그래프이다.

도 10은 본 발명에 따라 램프함수 형태로 터렛의 회전구조체를 구동했을 때 그 웹의 장력변화를 컴퓨터 시뮬레이션한 결과를 보여주는 그래프이다.

도 11은 본 발명에 따라 터렛의 회전량을 고려한 경우의 웹의 장력 변화를 시뮬레이션한 그래프이다.

도 12는 본 발명에 따라 터렛의 회전량을 고려하지 않은 경우의 웹의 장력 변화를 시뮬레이션한 그래프이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1: 웹

10: 터렛

11: 회전구조체

12, 14: 롤

16, 17: 가이드 롤러

Claims (4)

1. 2개 이상의 가이드 롤러와, 순차적으로 웹이 풀려나가거나 감기는 2개 이상의 롤이 단부를 따라 교대로 회전 가능하게 설치되어 있으며, 중심축을 중심으로 회전 가능한 회전구조체; 및

   상기 회전구조체의 회전속도와 상기 롤의 회전속도를 제어할 수 있으며, 웹의 장력을 일정하게 유지하기 위해 상기 롤로부터 풀려나가거나 감기는 웹의 특정 부분의 길이의 변화율을 연산하여 상기 롤의 회전속도를 보상하는 제어부;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터렛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 웹의 특정 부분의 길이는 상기 웹이 풀려나가거나 감기는 롤과 터렛으로부터 가장 가까운 곳에 배치된 아이들 롤러 사이의 웹의 길이이고,

   상기 웹의 특정 부분의 길이의 변화율은 상기 회전구조체의 회전량, 상기 롤과 상기 가이드 롤러의 반지름, 웹이 풀려나가거나 감겨지는 롤의 반지름, 상기 가이드 롤러의 반지름, 상기 아이들 롤러의 반지름, 상기 회전구조체의 중심과 상기 롤의 중심 사이의 거리, 상기 회전구조체의 중심과 상기 가이드 롤러의 중심 사이의 거리, 및 상기 회전구조체의 중심과 상기 아이들 롤러의 중심 사이의 거리에 기초하여 연산되는 것을 특징으로 하는 터렛.
3. 제2항에 있어서,

   상기 터렛은 상기 웹이 풀려나가거나 감기는 롤의 반지름을 실시간으로 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서에 의해 측정된 롤의 반지름을 기초로 상기 웹의 특정 부분의 길이의 변화율을 연산하여 상기 롤의 회전속도를 보상하는 것을 특징으로 하는 터렛.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 회전구조체의 회전을 일으키거나 중단시키기 위한 입력신호를 램프 함수 또는 다항 함수형태로 입력하는 것을 특징으로 하는 터렛.

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