KR20140068081A

KR20140068081A - 기판 롤러

Info

Publication number: KR20140068081A
Application number: KR1020147007362A
Authority: KR
Inventors: 브루스 하시트만; 프레스톤 클로버; 로스 포터; 아론 퀴투구아-플로레스
Original assignee: 누보선, 인크.
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-06-05
Also published as: EP2748090A4; IN2014CN02081A; MX2014002172A; US20150041514A1; SG2014013213A; JP2014528881A; CN103889867B; CN103889867A; EP2748090A1; WO2013028925A1

Abstract

자석으로 부착 가능한 기판을 처리하기 위해 자성적으로 증강된 롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트와 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸는 슬리브를 포함한다. 슬리브는 샤프트 주위를 회전하도록 설정된다. 롤러는 샤프트 근방에 자석의 어레이를 더 포함한다. 자석의 어레이의 각각의 자석은 회전 가능하게 고정된 베어링 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 방향 설정된다.

Description

기판 롤러{SUBSTRATE ROLLERS}

본 출원은, 2011년 8월 24일에 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/527,087 호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

박형 금속 포일(foil)은 자동차용 스탬핑된 물품(stamped item)에서 전자 응용 분야(electronic applications)를 위한 하이 테크 코팅용의 기판에 이르기까지 다양한 유용한 제품을 제조하는데 자주 이용된다. 특정 제품에 구애받지 않고, 롤 형태의 웹(webs) 또는 박형 금속 포일 기판은 최종 제품을 제조하기 위해 하나 이상의 작업(operation)을 수행하는 기계를 통해 이송된다. 예를 들어, 고온과 같은 극단적인 물리적 조건(extreme physical conditions)이 요구되는 경우에는, 처리시에 웹을 처리(handling)하는 것이 어려워질 수 있다. 물질의 박형 층(thin layers of material)이 웹 상에 코팅되는 전자 응용 분야에서, 코팅은 코팅 장비의 다양한 요소와의 접촉에 민감할 수 있고, 이는 제작 공정에서의 수율의 손실을 초래할 수 있다. 이러한 한 예로써, 스테인리스 스틸 포일 기판 상의 박막 태양전지에 있어서, 이송 롤러와 코팅의 접점이 태양 전지 내의 작은 전자적 결함(electronic defect)을 발생시킬 수 있다.

본 발명은, 작은 래핑 각(wrap angle)을 위한 향상된 접촉 저항(contact resistance)을 갖는 박형 자성 포일 기판용의 롤러를 제공한다.

본 발명의 일 측면에서, 롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트와 회전 가능하게(또는 순환적으로(rotationally)) 고정된 샤프트를 둘러싸는(circumscribing) 슬리브를 구비한다. 슬리브는 샤프트에 대해 회전하도록 설정될 수 있다. 롤러는 샤프트에 근접한 자석의 어레이(an array of magnets)를 더 포함한다. 자석의 어레이의 각각의 자석은 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는(propagate) 자기장 선을 제공하도록 방향 설정(oriented)된다. 자기장 선은 슬리브의 근처로 안내되는(directed) 기판에 결합(couple)하도록 설정된다. 일부 예에서, 회전 가능하게 고정된 샤프트는 슬리브의 회전시 회전하지 않는다.

본 발명의 다른 측면에서, 기판을 이동시키는(moving) 롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸는 슬리브를 구비하고, 슬리브는 회전 가능하게 고정된 샤프트에 대해 회전하도록 설정된다. 롤러는 슬리브와 회전 가능하게 고정된 샤프트 사이에 위치하는 자석의 어레이를 더 포함한다. 어레이는 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 역평행(anti-parallel) 배열로 방향 설정된 극을 갖는 둘 이상의 자석을 포함하고, 자기장 선은 슬리브의 근처에 위치한 기판에 결합하도록 설정된다.

본 발명의 다른 측면에서, 롤러 시스템은, 상기 설명한 혹은 이하 설명되는 롤러 혼자 또는 결합하여 페이아웃 롤(pay-out roll)과 업테이크 롤(uptake roll)과, 페이아웃 롤로부터 업테이크 롤까지 롤러에 대해 또는 롤러를 따라서 안내되는 기판 웹(substrate web)을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에서, 기판 웹을 이동시키는 방법은, 상기 설명한 혹은 이하 설명되는 바와 같이 롤러를 제공하는 단계, 롤러의 슬리브 근처에 기판 웹을 제공하는 단계를 포함한다. 기판 웹은 롤러에 의해 제공된 자기장 선에 기판 웹이 결합(coupling)될 때 이동된다.

이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 측면들 및 이점들이 당업자에게는 자명할 것이며, 여기서는 본 발명의 실시예를 단지 예시적으로 설명 및 도시했다. 본 발명에 대한 다른 상이한 실시예가 가능하며, 다양한 관점에서 몇 가지 세부 사항은 수정될 수 있겠지만, 이들이 모두 본 발명의 범주에 포함된다는 것은 자명하다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 예시적인 것으로 간주 되어야 하며, 한정의 의미가 아니다.

본 명세서에서 언급되는 모든 공개물, 특허, 특허 출원은, 각각의 공개물, 특허, 특허 출원이 특별히 그리고 개별적으로 참조로서 포함되어 있는 것처럼, 여기에 참조로 포함된다.

첨부된 청구항에서는 본 발명의 신규한 특성이 설명되어 있다. 본 발명의 원리 및 첨부된 도면을 이용해서 예시적인 실시예를 설명하고 있는 이하의 상세한 설명을 참조로, 본 발명의 특성 및 이점을 더욱 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 롤러의 개략 등각도이다.
도 2는 변형된 디자인의 롤러의 개략 등각도이다.
도 3은 웹을 구동하기 위한 두 개의 롤러 배열의 개략 측단면도이다.
도 4는 제조 작업을 위한 웹 처리 (또는 롤러) 시스템의 개략 단면 레이아웃(layout)이다.
도 5a는 진공 드럼형 코팅 기계의 개략 단면 묘사도(representation)이다.
도 5b는 롤러의 기판의 코팅된 측과의 접촉을 회피하는 진공 드럼형 코팅 기계의 개략 단면 묘사도이다.
도 6은 박형 자성 포일 기판과 사용하는 롤러를 자성적으로 증강하는(magnetically enhancing) 기본 개념을 보여주는 롤러의 개략 단면도이다.
도 7은 반원형 자극편(semi-circular pole piece)을 사용하는 자성적으로 증강된 롤러의 개략 단면도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예가 도시 및 설명되겠지만, 당업자라면, 이러한 실시예가 단지 예로서 제공되는 것이라는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 범주를 벗어남 없이, 많은 수정, 변경 및 대체가 당업자에게 가능할 것이다. 발명을 실시함에 있어, 여기 설명되는 본 발명의 실시예에 대한 다양한 대안이 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

여기서 사용되는 용어 "회전 가능하게 고정된"은 회전하지 않는 구조에 적용될(refer to) 수 있다. 일부 예에서, 회전 가능하게 고정된 구조는 회전 가능하게 고정된 구조를 둘러싸거나 회전 가능하게 고정된 구조에 의해 둘러싸인 다른 구조가 회전 가능하게 고정된 구조에 대해 회전할 때, 회전하지 않는다.

본 발명의 일 측면은 기판 웹을 처리하기 위한 롤러를 제공한다. 롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트와 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸는 슬리브를 구비한다. 슬리브는 샤프트에 대해 회전하도록 설정될 수 있다. 회전 가능하게 고정된 샤프트는 슬리브가 회전하는 동안 샤프트가 회전하지 않도록 설정될 수 있다. 롤러는 샤프트에 근접한 자석의 어레이를 더 포함한다. 자석의 어레이의 각각의 자석은 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 방향 설정된다. 자기장 선은 슬리브의 근처로 안내되는 기판에 결합하도록 설정된다.

자기장 선은 회전 가능하게 고정된 샤프트의 표면에 수직인 벡터로부터 적어도 0°, 5°, 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80° 또는 90°의 각도를 따라 샤프트로부터 (그리고 슬리브 쪽으로) 이격되어 뻗어나갈 수 있다. 한 예에서, 각도가 0°일 때, 자기장 선은 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향으로 뻗어나간다.

일부 실시예에서, 샤프트는 회전하지 않는다. 그러나, 경우에 따라서는, 샤프트는 예컨대, 슬리브의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다.

경우에 따라서는, 샤프트는 지지 부재에의 부착(attachment)에 의해 회전 가능하게 고정될 수 있고, 슬리브는, 슬리브를 샤프트로부터 분리시킴으로써(decoupling) 회전할 수 있다. 롤러는 슬리브를 샤프트로부터 분리(separate)시키기 위한 하나 이상의 분리 부재(separation member)를 포함할 수 있다. 분리 부재는 볼 베어링일 수 있다. 슬리브는 하나 이상의 베어링의 도움으로 샤프트 주위를 (또는 샤프트에 대해) 회전하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 롤러는 슬리브의 대립되는 단부(opposing end)에 위치될 수 있는, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100 개의 베어링을 포함할 수 있다. 베어링은 볼 베어링일 수 있다. 경우에 따라서, 분리 부재는 슬리브가 샤프트로부터 회전 가능하게 분리될 수 있게 하는 스페이서(spacer)일 수 있다.

롤러는 실린더 형상일 수 있다. 경우에 따라서는, 샤프트 및/또는 슬리브는 실린더 형상일 수 있다. 슬리브는, 롤러에서 슬라이드 시키는 것 등에 의해 롤러로부터 제거할 수 있다.

롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 자극편을 포함할 수 있다. 자석의 어레이의 각각의 자석은 자극편에 부착될 수 있다.

자석의 어레이는 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100 개의 자석을 포함할 수 있다. 자석의 어레이는 강자성 물질로 형성된 자석을 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 자석의 어레이는 철, 니켈, 코발트 또는 이들의 조합으로 형성된 자석을 포함할 수 있다. 일부의 예에서, 자석의 어레이는 하나 이상의 희토류 금속(rare earth matals)으로 형성된 자석을 포함한다. 다른 방안으로, 자석의 어레이는 전자석에의 전원(또는 전기)이 인가(application)될 때 자기장을 제공하도록 될 수 있는 하나 이상의 전자석을 포함할 수 있다.

경우에 따라서, 롤러는, 기판 웹이 자기장 선에 의해 부착될 수 있도록, 자기장 선이 인가될 때, 또는 기판 웹을 슬리브의 근방으로 가져갈 때 기판 웹을 슬리브 근처로 안내하도록 설정될 수 있다. 기판 웹은 래핑 각(슬리브의 접선과 관련하여 측정될 수 있듯이)을 이루며 안내될 수 있다. 경우에 따라서, 어레이는 래핑 각보다 큰 반지름 방향 크기(radial size)를 갖는다. 어레이는 슬리브의 둘레(2π*슬리브 반지름)의 약 99%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% 또는 5% 이하의 반지름 방향 크기를 가질 수 있다. 경우에 따라서, 어레이는 슬리브의 둘레의 약 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7 또는 1/8 이하의 반지름 방향 크기를 가진다.

자석의 어레이는, 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 N극(north pole)과 슬리브에 근접한 S극(south pole)을 갖는 제 1 자석과, 슬리브에 근접한 N극과 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 S극을 갖는 제 2 자석을 포함할 수 있다. 자석의 어레이는 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 N극과 슬리브에 근접한 S극을 갖는 제 3 자석을 더 포함할 수 있다. 제 2 자석은 제 1 및 제 3 자석 사이에 방사상으로 배치(radially disposed)될 수 있다. 다른 방안으로, 제 3 자석은 제 1 및 제 2 자석 사이에 방사상으로 배치될 수 있다.

경우에 따라서, 자석의 어레이의 각각의 자석은 간극에 의해 슬리브로부터 분리되어 있다. 간극은 슬리브가 자석의 어레이의 각각의 자석과 접촉하지 않은 채 회전할 수 있도록 할 수 있다.

여기에 제공된 롤러는 기판 웹에 악영향을 줄 수 있는 실질적인 구부림(bending)이나 다른 변형 없이 기판 웹을 이동하거나 전송할 수 있게 한다. 경우에 따라서, 기판 웹은 감소된 마찰과 함께 옮겨져(translated) 제고 효율을 향상시키는데 도움을 주거나 에너지 절약을 제공할 수 있다.

기판 웹은 자석으로 부착 가능한 임의의 물질(예를 들어, 인가된 자기장이 존재함으로 인해 이동하거나 변형되는 물질)로 형성될 수 있다. 일부 예에서, 기판 웹은 광 태양 전지(photovoltaic(PV) solar cells)의 제조에 사용되기 위해 제공된다. 그러나, 다른 용도로도 가능하다. 예를 들어, 롤러는, 예컨대, 비디오, 스틸 사진, 또는 다른 정보와 같은 데이터를 포함하는 기판 웹을 안내하거나 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판 웹은 자기 기록 매체일 수 있다.

롤러는 기판 웹 또는 다른 지지 구조를 이동시키거나 또는 옮기기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서, 기판 웹을 이동시키는 방법은, 이하 설명되는 바와 같이 롤러를 제공하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트, 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸는 슬리브 및 샤프트에 근접한 자석의 어레이를 포함할 수 있다. 자석의 어레이의 각각의 자석은 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 방향 설정된다. 다음, 기판이 슬리브 근처에 제공된다. 그리고, 기판 웹은 기판 웹이 자기장 선에 결합 될 때 이동된다.

경우에 따라서 기판 웹은 예컨대, 슬리브 근처와 같이 자기장 선의 근처로 기판 웹을 가져가는 것에 의해 자기장 선에 결합된다. 경우에 따라서, 기판 웹은 슬리브와 접촉하도록 된다. 기판은 자기장 선의 도움으로 기판 웹에 부착될 수 있다.

일부 실시예에서, 기판 웹은 이하에 설명되는 바와 같이 자석으로 부착 가능한 물질을 포함할 수 있다. 한 예로서, 기판 웹은 스테인리스 스틸로 형성된다.

경우에 따라서, 기판 웹은 기판 웹에 전송 동작을 제공함으로써 롤러에 의해 이동된다. 전송 동작은 슬리브의 접선 방향을 따라 제공될 수 있다. 예를 들어, 슬리브의 표면에 평행한(그리고 경우에 따라서는, 종축(orthogonal axis)에 직교하는) 방향을 따라 동작을 제공함으로써 기판 웹은 이동되거나 안내될 수 있다.

슬리브 근처로 기판 웹을 가져오는 것 및 슬리브 또는 기판 웹에 전송 동작을 제공하는 것에 의해 기판 웹은 슬리브에 대해 이동될 수 있다. 경우에 따라서, 기판 웹은 이동 중에 래핑 각 만큼 슬리브 주위를 감싼다(wrap).

전송 동작은 주위에 기판 웹이 감길 수 있는 다른 롤러에 부착된 모터(예컨대, 텐션 모터)와 같은, 롤링 부재(rolling member)의 도움으로 기판 웹에 제공될 수 있다. 일부의 경우에, 전송 동작은 슬리브에 결합된 모터의 도움을 받는 것처럼 슬리브를 회전시키는 것에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 모터는 일정한 각속도로 슬리브를 회전시키도록 설정될 수 있고, (자기장 선의 도움에 의한) 기판 웹의 슬리브로의 인력은 기판 웹을 슬리브를 따라 이동시키기에 충분한 마찰력을 제공한다.

이하, 도면을 참조할 것이며, 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 가리킨다. 도면이 반드시 실제 축적으로 도시된 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 도면은 설명하기 위한 목적이며 한정할 의도는 없음을 이해할 것이다.

본 발명은 기판 지지 웹(또한 이하에서는 "웹")을 안내하는 다양한 시스템을 제공한다. 웹은 롤러의 시스템을 이용하는 프로세싱 장비를 통해 제어 및 안내될 수 있다. 일부 롤러는 다른 롤러가 아이들러(idler) 역할을 하는 동안 구동될 수 있다.

본 발명의 롤러는 기판 웹을 하나 이상의 방향으로 안내하도록 설정된 하나 이상의 롤러를 포함할 수 있다. 예를 들어, 롤러 시스템은 페이아웃 롤에서 픽업 롤(pickup roll)까지 기판 웹을 안내할 수 있다. 본 발명의 롤러 시스템은 광전지 장치를 형성하는데 적합한 증착 공정(deposition process)과 같은, 박막 증착 공정에 적합할 수 있다.

도 1의 등각도에 롤러의 디자인이 도시되어 있다. 웹(1)은 폴리싱된(polished) 슬리브(2), 플랜지(3), 및 베어링(5) 내에서 작동하는 베어링 샤프트(4)를 포함하는 롤러 상에 안내되어 있는 것이 도시되어 있다. 샤프트는 속이차 있을 필요는 없으며(need note be solid)(예를 들어, 튜브 형태일 수 있다), 슬리브 전체를 통해 연장될 필요는 없으나, 차례로 슬리브에 부착되는 플랜지에 견고하게 부착되어 있어야 한다. 베어링은 개략적으로 나타난 바와 같이 블록(6)에 의해 지지될 수 있다. 웹(1)은 슬리브의 둘레의 적어도 일부분을 위에서 슬리브(2)와 접촉할 수 있다. 슬리브(2)와 웹(1) 사이의 접촉 각은 래핑 각이라고 지칭될 수 있으며, θ로 표시된다. 웹(1)은 예컨대 웹(1)에 텐션을 제공하도록 된 모터 또는 복수의 모터와 같은 구동되는, 시스템의 어딘가에 있는 구동 요소(또는 부재) 또는 요소들(또는 부재들)에 의해 제공되는 일정량의 텐션 "T" 하에서 이송될 수 있다. 웹을 구동하기 위한 임의의 롤러에서, 래핑 각과 웹(1)과 롤러 사이의 마찰 계수가 웹(1)을 당기기 위해 부여되는 힘의 양을 결정할 수 있다. 마찰 계수는 웹(1) 내의 텐션의 함수일 수 있다.

도 2는 다른 롤러 시스템을 개략적으로 도시한다. 베어링 샤프트(4)는 파선으로 도시된 바와 같이 슬리브를 통해 연장하고, 개략적으로 도시된 바와 같이 회전하지 않도록 블록(7)에 의해 고정된다. 베어링(5)은 크기에 따라 적당하게, 플랜지(3)에 안착되거나 폴리싱된 슬리브(2)에 직접 압입(pressed into)된다. 이러한 형태의 롤러는, 베어링과 그의 하우징이 동시에 취급되지 않아도 되므로, 고정된 단부에서의 롤러 정렬의 간소화된 방법을 제공할 수 있다.

도 3은 웹을 구동하기 위한 두 개의 롤러 배열을 도시하는 단면도이다. 단순화를 위해 베어링은 도시되지 않았다. 배열(A)에서, 웹(1)은 롤러 상에 180도의 래핑 각(θ)을 형성한다. 따라서, 웹은 들어가는 방향과 평행한 방향으로 롤러를 떠난다. 사실상, 하나의 롤러 상에서 래핑 각을 이보다 증가시키는 것은 매우 어렵다. 배열(B)은 한 쌍의 롤러를 이용하여, 순(net) 360도로 순 래핑 각을 두배로 하는 방법을 도시한다. 이는 롤러를 사용하는 웹 시스템을 구동하기 위한 전통적인 "S" 래핑(wrap)으로 알려져 있다. 롤러를 파선(8)에 대해 일정 각도(Φ)만큼 회전시킴으로써, 두 롤러의 총 래핑 각은 360도를 넘어 상당히 증가할 수 있다. 각각의 롤러에 대해 거의 270도의 최대 래핑 각은, 회전되는 롤러가 들어가거나 나오는 웹에 닿기 직전에 발생하며, 롤러는 스스로 모이게 되어 서로 거의 닿게 된다.

향상된 롤러가 유용할 상황의 하나의 예로서, 도 4는 일부 제조 작업을 위한 간단한 웹 처리 시스템의 개략 단면 레이아웃을 도시한다. 물질(material)의 페이아웃 롤(9)으로부터의 웹(1)은 롤러(10) 상으로 이송되고, 일정 형태의 제조 작업이 수행되는 구역(11)을 통과한다. 그리고나서, 웹은 롤러(12) 상을 진행하고 테이크업 롤(13) 상에 되감긴다. 페이아웃 및 테이크업 롤(9, 13)은 구동되는 것이고, 롤러(10, 12)는 아이들러이다. 이러한 형태의 레이아웃에서, 롤러 상의 래핑 각(θ)은 상당히 작고, 이는 최소한 불편하고, 각도를 상당히 더 크게 만드는 방법으로 시스템을 정비하는데 분명 더 많은 비용이 든다. 그러나, 공급 및 테이크업 롤에서 푸는 텐션 및 되감는 텐션이 상이할 수 있는, (롤러 구동함으로써) 롤러 사이의 제조 구역 내에서의 텐션을 유지하는 것이 종종 바람직하나, 이처럼 작은 래핑 각으로는 이것을 쉽게 행할 수 없다.

도 5a 및 도 5b에는, 향상된 롤러가 유리하게 이용될 수 있는 시스템의 다른 예가, 두 개의 진공 드럼형 코팅 기계의 개략 단면 묘사도로 설명되어 있다. 도 5a에는 드럼 코팅 아키텍쳐(architecture)가 도시되어 있다. 기본적으로, 구동 드럼(14)은 드럼의 둘레에 배열된 다양한 형태의 코팅 스테이션(15)에서 코팅이 되는 동안 웹 기판(1)을 지지하고 이송하는데 사용된다. 드럼은 종종 가열되거나 냉각되어 원하는 웹 처리 조건을 제공한다. 롤러(16)는 시장에서 "레이온 롤러(lay-on rollers)"로 알려져 있으며, 구동되지는 않으나 웹에 대해 큰 래핑 각을 갖는다. 보통, 그들은 웹 내의 텐션 힘을 측정하는 로드 셀(load cells)이 갖추어져 있다. 롤러(17)은 간단한 아이들 롤러이다. 물질(9, 13)의 구동 페이아웃 및 테이크업 롤은 로드 셀로부터 피드백 텐션 정보를 수신하고, 웹의 선택된 텐션을 유지하기 위해 그들의 반응(response)을 조절한다. 이러한 전통적인 설정의 주된 문제점은 기판 및/또는 코팅이, 웹의 코팅된 측과 레이온 롤러 사이의 접촉에 의해 생성될 수 있는 결함에 민감할 경우 발생할 수 있다.

도 5b에는 웹의 코팅된 측과의 접촉을 회피하는 하나의 방법이 도시되어있다. 레이온 롤러는 제거되고, 재배치된 고정 롤러(17)가 드럼(14)과 관련한 웹의 구조(geometry)를 재정립한다. 이러한 배열의 불가피한 두 결과는 첫째, 드럼 주위의 일부 코팅 구역의 손실이며, 많지 않은 코팅 스테이션(15)이 사용될 수 있다. 둘째로, 롤러(17)의 래핑 각이 작고, 이로써 그들에 갖추어진 로드 셀로부터의 오측이나 불이행(slippage)이 초래될 수 있다. 롤러(17) 상의 래핑 각은 그들을 상당히 멀고, 각자의 페이아웃 및 테이크업 롤 상의 위치로 이동시킴으로써 증가될 수 있으나, 코팅하는 동안 기판 롤의 크기를 바꾸는 것에 의해 구조는 복잡해지며, 기계의 치수는 더욱 커져 제조하는데 더욱 많은 비용이 든다.

본 발명의 일 측면은 박형 포일 자성 기판의 향상된 처리를 위한 자성적으로 증강된 롤러를 제공한다. 롤러는 회전 가능하게 고정된 샤프트와, 회전 가능하게 고정된 샤프트를 감싸는 슬리브를 포함한다. 슬리브는 베어링을 통해 샤프트에 대해(예컨대, 주변을) 회전하도록 설정될 수 있다. 롤러는 샤프트의 근처에 자석의 어레이를 포함할 수 있다. 자석의 어레이는 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 방향 설정될 수 있다. 경우에 따라서, 롤러는 롤러에 부착된 자석의 어레이의 각각의 자석을 포함하는 자극편을 포함한다. 이러한 롤러는 작은 래핑 각에서 종래의 롤러에서 발생하는 것보다 큰 기판(예컨대, 기판 웹)과의 접촉 마찰력을 제공할 수 있다.

도 6은 강철(steel)이나 다른 강자성 물질(예컨대, 철, 니켈, 코발트, 희토류)과 같은 박형 자성 포일 기판과 사용되기 위해 자성적으로 증강된 롤러의 단면도이다. 도시된 예에서, 롤러는 샤프트 또는 튜브(파선)(4) 및 슬리브(2)를 포함한다. 롤러는 도 2에 도시된 것과 유사하며, 슬리브(2)가 베어링(미도시) 상의 샤프트 주위를 회전하도록 허용된 것에 비해, 샤프트(4)는 고정되어 지지된다.

일부 예에서, 슬리브(2)는 샤프트(4)에 대해서 적어도 약 1 분당 회전수(rpm), 2rpm, 3rpm, 4rpm, 5rpm, 6rpm, 7rpm, 8rpm, 9rpm, 10rpm, 20rpm, 30rpm, 40rpm, 50rpm, 60rpm, 70rpm, 80rpm, 90rpm, 100rpm, 500rpm 또는 1000rpm의 비율로 회전할 수 있다.

일부 예에서, 슬리브(2)는 저항성의 가열 요소(미도시)를 통해 가열될 수 있다. 경우에 따라서, 슬리브는 냉각 시스템(미도시)를 통해 냉각될 수 있다.

도 6을 계속 참조하면, 샤프트(4)는 롤러의 길이(도면의 평면에 직교하는) 또는 적어도 웹(1)의 폭을 커버(cover)하기에 충분한 길이를 따라 부착된 세 줄의 자석(18)을 포함할 수 있다. 자석의 극은 N 및 S 명명법에 의해 표시되듯이, 한 줄과 그 옆줄은 서로 반대 극으로 뒤집어져 있다. 일부 예에서, 극은 도 6에 도시된 바와 같은 방식으로 뒤집어 질 수 있다. 슬리브(2)는 비자성 물질로 형성될 수 있으며, 이로써 자기력선(19)은 거의 감쇠하지 않고 슬리브를 투과하고 자성 웹(magnetic web)(1)에 결합할 수 있다.

슬리브(2)를 형성하는데 사용될 수 있는 적절한 물질은, 비제한적으로, 구리, 몰리브덴, 크롬, 금, 은, 백금(platinum), 알루미늄, 강철, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합을 포함한다. 한 예로써, 슬리브는 300 시리즈 스테인리스 스틸(300 series stainless steel)로 형성된다.

사용시에, 자석에 의해 발생된 자기장은 웹(1)을 슬리브(2) 쪽으로 끌어당긴다. 자력(magnetuc attraction)에 의해 발생한 웹(1)과 슬리브(2) 사이의 임의의 추가적인 마찰력은, 다양한 웹 처리 상황에서 로드 셀 롤러 또는 드라이버(driver)로서 이용되는 작은 래핑 각 롤러를 허용하기에 충분할 수 있고, 그렇지 않으면 이와 같이 기능하지 않을 수도 있다. 일부 낮은 래핑 각 웹 처리 상황에서, 포일이 롤러를 회전시키지 않은 채 롤러 위를 미끄러지도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 일부 위치에서 웹(4) 내의 더 많은 텐션을 부가하는데 도움될 수 있다. 자석 롤러는, 필요한 경우, 자기장에 의해 추가적인 마찰 항력(frictional drag)이 공급되는 채로, 정적 모드(static mode)에서 또한 사용될 수 있다.

자석(18)은 롤러의 사프트(4)로부터 반지름 방향 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 자석(18)은 극이 번갈아 위치한 채로(alternating fashion) 배치된다. 제 1 자석은 S극이 샤프트(4)에 근접하고 N극이 슬리브(2)에 근접하도록 배치되고, 제 1 자석에 근접한 제 2 자석은 N극이 샤프트(4)에 근접하고 S극이 슬리브(2)에 근접하도록 배치된다. 제 2 자석에 근접한 제 3 자석은 N극이 슬리브(2)에 근접하고 S극이 샤프트(4)에 근접하도록 배치된다. 다른 방안으로, 일부 자석의 극은 나란히 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 자석은 N극이 샤프트(4)에 근접하고 S극이 슬리브(2)에 근접하도록 할 수 있고, 또는 S극이 샤프트(4)에 근접하고 N극이 슬리브(2)에 근접하도록 할 수 있다. 제 3 자석은 N극 및 S극이 제 1 및 제 2 자석에 대해 반대 배열로 배치되도록 할 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 자석이 N극을 슬리브(2)에 근접하도록 하는 경우, 제 3 자석은 N극이 샤프트(4)에 근접하고 S극이 슬리브(2) 근방에 배치되도록 할 수 있다.

일부 실시예에서, 롤러는 n개의 자석을 가질 수 있고, n은 2 이상이다. 예를 들어, n은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 또는 1000 이상일 수 있다. 만약 n이 2와 같다면, 인접한 자석은 역평행 배열로(예컨대, N극이 S극에 인접하도록) 극이 배치될 수 있다. 만약 n이 2보다 크다면, 최대 n-1개의 자석은 평행 배열로(예컨대, N극이 N극에 인접하고, S극이 S극에 인접하도록) 극이 배치될 수 있는 반면, n개중 최소 1개의 자석은 n-1개의 자석에 대하여 역평행 배열로 극이 배치될 수 있다.

일부 실시예에서, 자석(18)은 슬리브(2)에 접촉하지 않는다. 롤러는 슬리브(2)와 각각의 자석(18) 사이에 간극을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 간격은 약 6인치, 5인치, 4인치, 3인치, 2인치, 1인치, 0.5인치, 0.1인치, 0.01인치, 0.001인치, 0.0001인치 또는 0.00001인치 이하의 폭을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 롤러는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 그 이상의 자석을 가질 수 있다. 자석은 소망하는 대로 자기장 선(19)의 미리 설정된 분포에 영향을 미치도록 분포될(distributed) 수 있다. 롤러가 세 줄의 자석(18)을 포함하는 동안에, 롤러는 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 100, 200, 300, 400, 500 또는 100개의 자석을 포함할 수 있다. 인접한 자석은 서로에 대해 반대로 배치된 극을 가지도록 방향 설정될 수 있다.

네오디뮴-철-붕소(Neodymiun Iron Boron) 및 사마륨 코발트(Samarium Cobalt)와 같은 고 에너지 밀도 자성 물질로부터 제조되는 현대의 자석은, 자화된 방향의 두께가 폭과 실질적으로 동일한 것과 같은 형태 인자(form factor)를 가질 수 있다. 경우에 따라서, 반원형 자극편에 부착되는 자석의 어레이를 제작하는 것이, 중앙 사프트(4)에 직접 부착하는 것보다 실용적일(practical) 수 있다. 이로써, 샤프트를 제거하지 않고 자석의 어레이를 롤러로부터 제거하는 것이 가능해질 수 있다. 이는 본 발명에서 요구되어질 수 있는 바와 같이, 다양한 래핑 각을 제공하기 위해 자석의 어레이가 맞추어지도록 할 수 있다. 자극편은 자성 물질로 형성될 수 있다(예컨대, 저탄소강과 같은 강철). 자극편은 다른 점에서는 불균일(non-uniform)한 자기장을 평탄화할(smoothing) 수 있다. 도 7은 반원형 자극편(20)이 고 에너지 밀도 자석(21)의 몇몇 줄로 배열되는, 자성적으로 증강된 롤러의 단면도를 보여준다. 자극편(20)은 도면의 평면에 직교하는 방향을 따르는 실린더 형상일 수 있다. 도시된 예에서, 자성 센스(magnetic sense)는 각 줄마다 번갈아 있으며, 이하에 설명하는 바와 같이, 모든 자석의 도치(inversion)는 동일한 기능을 산출할 수 있다. 어레이는 샤프트(4)에 견고하게(또는 고정되어) 부착될 수 있고 롤러 슬리브(2)는 웹(1)이 이송됨에 따라 고정된 어레이 주위를 회전한다. 이러한 반원형 자석의 어레이는, 그 전체 내용이 여기에 참조로서 포함된 미국 특허 공개 제 2010/0266810("Magnetic Hold-Down for Foil Substrate Processing")호에 제시된 자석의 플랫 어레이(flat array of magnets)에 의해 수정되거나 이와 결합될 수 있다.

도 7을 계속 참조하면, 한 실시예에서, 자성 어레이(magnetic array)는 롤러 둘레의 약 절반에 걸쳐 연장되는 것으로 보이는 반면, 웹의 래핑 각은 상당히 작다. 자속(magnetic flux)(19)은 웹이 롤러에 닿지 않는 일부 지역에 걸쳐 자성 웹 기판에 결합할 수 있다. 그러나, 어레이로부터의 거리가 증가함에 따라 자석의 어레이로부터의 자속의 강도가 감소할 수 있기 때문에, 웹과의 결합이 급속히 감소할 수 있다. 따라서, 래핑 각도와 관련해 다양한 어레이 크기가 사용될 수 있다. 경우에 따라서 어레이는 래핑 각보다 크다. 어떤 상황에서는, 어레이 크기는 롤러 둘레의 절반보다 작거나 같다.

경우에 따라서, 자석의 어레이의 각각의 자석은 단일 유닛(single unit)으로서 회전하는 롤러(샤프트, 어레이 및 슬리브) 및 슬리브와 접촉한다. 이러한 경우에, 자석의 어레이는 롤러의 상당 부분(예컨대, 360°) 주위에 방사상으로 배치된다.

롤러 시스템은 복수의 롤러를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5a 또는 도 5b 중 어느 도면에 도시된 바와 같은 롤러 시스템은 도 6 또는 도 7의 맥락에서 설명된 바와 같은 롤러를 포함한다. 롤러 시스템은 하나의 롤러(예컨대, 도 6 또는 도 7의 롤러) 또는 복수의 롤러를 포함할 수 있으며, 복수의 롤러 각각은 도 6 또는 도 7의 맥락에서 설명된 바와 같은 롤러일 수 있다.

본 발명의 롤러와 롤러 시스템은, 예컨대, 그 전체 내용이 여기에 참조로서 포함된 미국 특허 제 4047609, 4982691, 7106011, 7352983 및 7459820호에 제시된 것과 같이 다른 장치 또는 시스템에 의해 수정되거나 이와 결합 될 수 있다.

이상 비록 특정한 구현예를 설명하고 도시했지만, 이에 대한 수정이 있을 수 있으며, 이러한 수정도 여기에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 발명은 명세서에 설명된 특정한 예로 한정되는 것이 아니다. 상술한 상세한 설명을 참조로 본 발명을 설명했지만, 바람직한 실시예의 설명 및 도시는 한정의 의미로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 발명의 모든 측면은, 다양한 조건 및 변수에 따라 달라지는, 여기 설명한 특정한 설명, 구성 혹은 상대적인 비율로 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 당업자에게는, 본 발명의 실시예의 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 수정이 자명할 것이다. 따라서, 본 발명이 임의의 변경, 수정 및 등가물까지도 커버한다는 것을 이해할 것이다. 이하의 청구항은 본 발명의 범주를 한정하는 것이며, 이들 청구항 및 그 등가물의 범주 내에 들어가는 방법 및 구조도 커버될 이다.

Claims

기판 웹을 처리하는 롤러에 있어서,
(a) 회전 가능하게 고정된 샤프트;
(b) 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸고, 상기 샤프트에 대해 회전하도록 설정되는 슬리브; 및
(c) 상기 샤프트에 근접하고, 자석의 어레이의 각각의 자석이 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 방향 설정되는 상기 자석의 어레이를 포함하고,
자기장 선은 슬리브의 근처로 안내되는 상기 기판에 결합하도록 설정되는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 슬리브는 하나 이상의 베어링의 도움으로 상기 샤프트 주위를 회전하도록 설정되는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 자극편을 더 포함하고,
상기 자석의 어레이의 각각의 자석은 상기 자극편에 부착되는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 적어도 두 개의 자석을 포함하는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 강자성 물질로 형성된 자석을 포함하는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 철, 니켈, 코발트 또는 이들의 조합으로 형성된 자석을 포함하는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 하나 이상의 희토류 금속으로 형성된 자석을 포함하는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 전자석을 포함하는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 롤러는 상기 자기장 선이 인가될 때 상기 기판 웹을 상기 슬리브의 근처로 안내하도록 설정되고, 상기 기판 웹은 래핑 각을 이루며 안내되는
롤러
제 9 항에 있어서,
상기 어레이는 상기 래핑 각보다 큰 반지름 방향 크기를 갖는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 어레이는 상기 슬리브 둘레의 약 1/2 이하의 반지름 방향 크기를 갖는
롤러.
제 11 항에 있어서,
상기 어레이는 상기 슬리브 둘레의 약 1/3 이하의 반지름 방향 크기를 갖는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 N극과 상기 슬리브에 근접한 S극을 갖는 제 1 자석과, 상기 슬리브에 근접한 N극과 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 S극을 갖는 제 2 자석을 포함하는
롤러.
제 13 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 N극과 상기 슬리브에 근접한 S극을 갖는 제 3 자석을 더 포함하는
롤러.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 자석은 상기 제 1 및 제 3 자석 사이에 방사상으로 배치되는
롤러.
제 14 항에 있어서,
상기 제 3 자석은 상기 제 1 및 제 2 자석 사이에 방사상으로 배치되는
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 슬리브 및/또는 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트는 실린더 형상인
롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 자석의 어레이의 각각의 자석은 간극에 의해 상기 슬리브로부터 분리되어 있는
롤러.
기판 웹을 이동시키는 방법에 있어서,
(a) 롤러를 제공하는 단계;
(b) 슬리브 근처에 상기 기판 웹을 제공하는 단계; 및
(c) 상기 기판 웹이 자기장 선에 결합될 때 상기 기판 웹을 이동시키는 단계를 포함하고,
상기 롤러는,
(i) 회전 가능하게 고정된 샤프트;
(ii) 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸고, 상기 샤프트에 대해 회전하도록 설정되는 상기 슬리브; 및
(ii) 상기 샤프트에 근접하고, 자석의 어레이의 각각의 자석이 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 상기 자기장 선을 제공하도록 방향 설정되는 상기 자석의 어레이를 포함하는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 기판 웹은 자석으로 부착 가능한 물질을 포함하는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 기판 웹은 스테인리스 스틸로 형성되는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 상기 자기장 선의 도움으로 상기 기판 웹을 상기 롤러에 부착시키는 단계를 포함하는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 기판 웹에 전송 동작을 제공하는 단계를 더 포함하는
방법.
제 23 항에 있어서,
상기 전송 동작은 상기 슬리브의 접선 방향을 따라 제공되는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 기판 웹을 래핑 각을 이루며 상기 슬리브의 근처로 안내하는 단계를 포함하는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 N극과 상기 슬리브에 근접한 S극을 갖는 제 1 자석과, 상기 슬리브에 근접한 N극과 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 S극을 갖는 제 2 자석을 포함하는
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 자석의 어레이는 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 근접한 N극과 상기 슬리브에 근접한 S극을 갖는 제 3 자석을 더 포함하는
방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제 2 자석은 상기 제 1 및 제 3 자석 사이에 방사상으로 배치되는
방법.
제 27 항에 있어서,
상기 제 3 자석은 상기 제 1 및 제 2 자석 사이에 방사상으로 배치되는
방법.
기판을 이동시키는 롤러에 있어서,
(a) 회전 가능하게 고정된 샤프트를 둘러싸고, 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트에 대해 회전하도록 설정되는 슬리브; 및
(b) 상기 슬리브와 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트 사이에 배치되고, 상기 회전 가능하게 고정된 샤프트와 직교하는 방향을 따라 뻗어나가는 자기장 선을 제공하도록 역평행 배열로 방향 설정된 극을 갖는 둘 이상의 자석을 포함하는 자석의 어레이를 포함하고,
상기 자기장 선은 상기 슬리브의 근처에 위치한 상기 기판에 결합하도록 설정되는
롤러.
롤러 시스템에 있어서,
(a) 청구항 1 또는 30에 기재된 롤러;
(b) 페이아웃 롤과 업테이크 롤; 및
(c) 상기 페이아웃 롤로부터 상기 업테이크 롤까지 롤러에 대해 또는 롤러를 따라서 안내되는 기판 웹을 포함하는
롤러 시스템.