KR20170104026A - 시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 대한 시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법은 열가소성 수지의 시트·필름 두께와 수지의 종류에 관계없이 성형롤의 크라운량을 조절하는 것으로 비압축성 유체의 압력을 변경 또는 조절하는 것에 의해 크라운량의 조절이 가능하고, 성형롤의 표면 온도를 균일하게 하여 시트·필름의 두께 편차가 적고 표면 평활성을 향상시키며, 원통형 금속 박막으로 가공하기 위한 가공소재를 가공지지롤러에 삽입하기 위하여 정해진 온도의 열을 가공소재에 가열한 후 내경을 팽창시키고, 가공지지롤러러에 삽입 후 냉각시켜 가공소재를 밀착 지지하고, 가공소재의 가공 후 가공지지롤러러를 가열하여 열팽창계수 최대치 이상으로 원통형 금속 박막을 열팽창시킨 후 냉각 수축시 가공지지롤러러의 외경과 원통형 금속박막의 내경 사이에 미세한 틈을 확보하여 원통형 금속박막을 가공지지롤러러에서 이탈시키는 방법으로 가공소재의 지지 및 원통형 금속박막에 대한 이탈을 간편하고 원활하게 수행하는 효과가 있다.

Description

시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법 { Sheet, film forming roll and metal thin film forming method that is provided on the forming roll }

본 발명은 시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 비압축성 유체의 압력 조절에 의하여 원통형 금속박막의 크라운량이 조절되도록 원통형 금속박막과 내통 사이의 공간에 비압축성 유체가 도입되는 압력실이 형성되고, 비압축성 유체를 냉각하거나 가열하여 시트·필름 성형롤의 표면온도가 균일하게 유지되도록 열교환유체 순환구조가 형성되며, 원통형 금속박막으로 가공하기 위해 가공소재의 지지 및 원통형 금속박막의 이탈이 원활하게 수행되도록 열팽창 및 냉각수축에 의한 가공방법으로 이루어진 시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로 열가소성 수지의 시트·필름 성형 방법은 T다이로부터 압출된 열가소성 수지의 용융수지를 두 개의 성형롤 사이에 끼워 눌러 가압하고 냉각하면서 용융 수지가 시트 형상으로 성형하는 가압성형법이 알려져 있다.

가압성형법에는 금속롤러 가압성형법과 고무롤러 가압성형법이 알려져 있다.

금속롤러 가압성형법에서는 T다이로부터 압출된 열가소성 수지의 용융수지를 강성의 금속으로 형성된 두 개의 성형롤에 끼워넣어 가압하여 성형롤 표면에 밀착시키고 감기면서 정확한 두께로 성형하면서 경면 처리된 성형롤 표면에 의해 전사되어 시트의 표면이 경면으로 처리된다.

그리고, 두 개의 성형롤 내부에는 냉각 유체를 공급 순환 시키면서 성형롤의 표면 온도를 제어하면서 시트·필름을 성형할 때 두 개의 성형롤 사이에서 뱅크가 형성되면서 성형하는 것으로 알려져 있는데, 금속롤러 가압성형법은 두께가 두꺼운 시트를 성형하는 경우에는 뱅크량을 조절하여 성형롤의 폭방향으로 균일하게 하는 것이 비교적 원활하고 또한 뱅크에서 약간의 쿠션성을 가지므로 뱅크량이 약간 불균일하더라도 성형롤 표면 전체에 걸쳐 균일하게 가압하는 것이 가능해지므로 평활성이 균일한 시트를 성형하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 금속롤러 가압 성형법에 있어서 두께가 얇은 시트를 성형하는 경우에는 성형롤 사이의 뱅크에 의해 용융수지와 성형롤과의 접촉이 불균일해지고 이로 인해 뱅크마크라고 불리는 물결무늬 또는 요철등이 시트의 표면에 남게되고 그 결과 외향이 나빠지는 경향이 있다. 특히 두께가 2mm 미만인 시트가 형성될때 이 문제가 현저하게 나타나게 된다.

한편, 고무롤러 가압성형법에는 두 개의 성형롤 중 하나를 고무 등의 탄성체로 하여 그 탄성체의 탄성력에 따라 비교적 얇은 시트·필름 성형시에 뱅크 마크를 발생시키지 않고 성형하는 방법이 적용되고 있다. 특히 고무 등의 탄성체로 이루어진 탄성롤러와 강성체의 금속롤러 사이에서 협압되는 용융 수지는 면상으로 균일하게 가압되는데 왜냐하면 탄성롤러는 용융 수지를 사이에 둔 채 금속롤러의 외주면을 따라 오목하게 탄성 변형하면서 탄성롤러 및 금속롤러의 압력하에서 용융 수지와 면 접촉하며 성형된다.

그렇지만 고무 등의 탄성체로 한 경우에는 시트·필름의 표면을 금속으로 된 성형롤과 같은 경면으로 처리하는 것이 불가능하고, 평활성이 균일한 시트·필름의 성형이 어렵고 양면을 경면으로 할 수 없고, 투명한 시트·필름을 성형하는 것이 불가능하다.

특히, 고무롤러는 용융 수지의 높은 열에 의해 고무 등의 탄성체 표면이 경화되어 고무가 허용할 협압력이 작아지기 때문에 수명이 짧아지고 열전도율이 낮기 때문에 고속으로 성형할 수 없다.

한편, 최근 플라스틱 시트나 필름 등을 성형하기 위한 성형롤로서 등록특허 제10-1512197호에는 가요성을 갖는 박육 금속 외통의 내부에 냉각 매체의 유통 공간을 사이에 두고 상기 박육 금속 외통과 동축상에 고강성의 금속 내통을 배치한 이중 통 구조의 성형롤이 알려져 있다.

또한, 참고로 등록특허 제10-1512197호(발명의 명칭: 압출 수지 시트의 제조 방법)에는 금속제 탄성롤러 즉, 코어 롤러 외주면을 덮을 수 있도록 금속 박막이 배열되어 있고, 유체가 코어 롤러와 금속 박막 사이에 차 있는 성형롤의 구성이 개시되어 있다.

한편, 시트·필름을 성형할 때 성형할 시트·필름의 두께나 수지의 종류에 따라 시트·필름의 성형 조건을 적정화하기 위해서 성형롤에 크라운을 형성하는 방법이 알려져 있다.

시트·필름 성형시 두 개의 성형롤 사이로 용융 수지가 끼워져 롤러표면을 감싸면서 냉각 성형될 때 선압에 의해 롤러의 축방향 중앙 부분에서 휘어져 휨 량이 가장 많아지는 결과가 발생되고 이로 인해 시트·필름의 두께가 달라지기 때문에 성형롤에는 통상적으로 크라운을 형성함으로써 성형롤에 하중이 가해진 상태에서 균일한 선압이 얻어지도록 하고 있다.

참고로 「선압」이란 한 쌍의 롤러를 눌러서 대었을 때의 롤러의 축 방향의 단위 길이당 힘을 의미하고,「크라운」이란 롤러의 축방향 중앙부가 롤러의 축 방향 단부보다 두꺼운 형상을 가리킨다. 그리고 「크라운량」이란 롤러의 축 방향 중앙부의 직경과 롤러의 축 방향 단부의 직경차의 값을 가리키는 것으로 롤러의 축방향 중앙부의 직경을 D1, 롤러의 축 방향 단부의 직경을 D2로 했을 때 크라운량은 D1-D2로 계산된다.

따라서, 종래의 경우 균일한 선압을 얻을 수 있도록 용융 수지 성형시 발생되는 휨량을 계산하여 사전에 성형롤에 크라운을 형성하여 크라운을 제어하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 상기 언급된 성형 방법들에 있어서는 균일한 선압을 얻을 수 있도록 성형할 시트·필름의 두께나 수지의 종류에 따라 성형롤의 크라운량을 변경해야하는 번거로움과 시트·필름 성형시 발생되는 휨량을 계산하는 등 각 조건에 따라 크라운량을 변경하여 미리 성형롤을 제작하여야 하는 비용 부담과 성형롤을 분해 교체하는 번거로움이 발생된다.

일본공개특허 제2009-190367호(발명의 명칭: 박막 성형롤 및 박막 성형 장치)에서는 상기한 크라운 제어를 위한 가압장치와 편심장치를 개시하고 있다.

한편, 종래의 시트·필름 성형롤의 외통을 이루는 원통형 금속박막 즉, 박육 원통을 가공하는 종래기술로서 등록특허 제10-1333400호가 개시되었다.

여기서, 종래의 시트·필름 성형롤의 외통을 이루는 원통형 금속박막 즉, 박육 원통을 가공하는 방법은 보유 지지 지그에 삽입된 원통형상의 작업물을 지지하기 위하여 보유 지지 지그의 외주면에 직경 확장 축소 가능한 원통을 구비하고 보유 지지 지그의 양단부를 압축 또는 인장 방향으로 외력을 작용시키는 로드 또는 볼트로 이루어진 조절수단으로 이루어짐으로써, 상기 보유 지지 지그의 외주면에 가공하려는 원통형상의 작업물을 삽입한 후 조절수단을 압축 방향으로 작용시켜 원통형상의 작업물을 지지한 후 가공하거나 조절수단을 인장 방향으로 작용시켜 가공된 박육 원통을 이탈시키게 된다.

그러나, 종래의 원통형 금속박막을 가공하는 방법은 보유 지지 지그에 삽입된 박육 원통을 지지하기 위하여 기계적 작업이 동반되어 그 작업이 매우 불편함과 더불어 박육 원통이 보유 지지 지그의 외표면 전체에 균일하게 밀착 지지되기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 원통형 금속박막을 가공하는 방법은 보유 지지 지그의 내부구조가 정밀하고 복잡하여 보유 지지 지그의 제작이 매우 까다로운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 열가소성 수지의 시트·필름 두께와 수지의 종류에 관계없이 성형롤의 크라운량을 조절하는 것으로 비압축성 유체의 압력을 변경 또는 조절하는 것에 의해 크라운량의 조절이 가능하고, 성형롤의 표면 온도를 균일하게 하여 시트·필름의 두께 편차가 적고 표면 평활성을 향상시키며, 원통형 금속 박막으로 가공하기 위한 가공소재를 가공지지롤러러에 삽입하기 위하여 정해진 온도의 열을 가공소재에 가열한 후 내경을 팽창시키고, 가공지지롤러러에 삽입 후 냉각시켜 가공소재를 밀착 지지하고, 가공소재의 가공 후 가공지지롤러러를 가열하여 열팽창계수 최대치 이상으로 원통형 금속 박막을 열팽창시킨 후 냉각 수축시 가공지지롤러러의 외경과 원통형 금속박막의 내경 사이에 미세한 틈을 확보하여 원통형 금속박막을 가공지지롤러러에서 이탈시키는 방법으로 가공소재의 지지 및 원통형 금속박막에 대한 이탈을 간편하고 원활하게 수행하는 시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 시트·필름 성형롤은 시트·필름을 가압 성형하기 위하여 탄성 변형되는 시트·필름 성형롤으로서 원통형 금속박막과; 상기 원통형 금속박막의 내부에 배치되는 내통과; 상기 원통형 금속박막과 내통의 양측에는 중심부에 축이 돌출되며 상기 원통형 금속박막의 내측에 삽입된 한 쌍의 플랜지로 이루어지고; 상기 원통형 금속박막과 내통 사이에는 비압축성 유체가 주입되어 상기 비압축성 유체의 압력의 변경 또는 조절에 의해 상기 원통형 금속박막의 크라운량이 조절되는 압력실이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 시트·필름 성형롤의 내부에는 상기 비압축성 유체가 열교환되도록 열교환유체가 순환되는 순환유로가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환유체는 상기 비압축성 유체를 냉각하기 위한 냉각수 또는 상기 비압축성 유체를 가열하기 위한 열매체유 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 순환유로는; 상기 열교환유체가 상기 내통의 중앙 부위까지 공급되는 유입관과; 상기 열교환유체와 비압축성 유체와의 열 교환이 이루어지도록 상기 압력실에 구비된 다수의 히트파이프와; 상기 유입관으로부터 유입된 열교환유체로 인하여 상기 내통이 냉각되거나 가열되고 상기 히트파이프로 각각 공급하기 위하여 상기 유입관과 연통된 분배로와; 상기 히트파이프에 연통되어 상기 비압축성 유체와 열교환이 이루어진 열교환유체를 배출하는 배출로로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 히트파이프는 상기 유입관에서 유입된 열교환유체가 상기 시트·필름 성형롤의 일측과 타측에서 일정하게 순환되도록 상기 유입관으로 유입된 열교환유체가 일측 방향으로 순환되도록 일측 방향으로 연통된 제1히트파이프와, 유입된 열교환유체가 상기 제1히트파이프의 타측 방향으로 순환되도록 타측 방향으로 연통된 제2히트파이프로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 플랜지는 상기 원통형 금속박막의 내측에 구비되며 상기 축이 형성된 제1플랜지와, 상기 제1플랜지의 외측에 지지된 제2플랜지로 이루어지고; 상기 제2플랜지의 외주면에는 상기 제1플랜지와 압착시 체적변화로 직경이 확장되어 상기 원통형 금속박막과 제2플랜지가 밀착되도록 상기 제1플랜지 방향으로 돌출된 탄성체가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 원통형 금속박막은 그 두께가 0.3mm ~ 2mm로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 원통형 금속박막의 표면은 경면 처리되고 표면 조도가 0.5μm 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 원통형 금속박막의 표면은 요철형상의 요철형 전사패턴 또는 세틴 처리된 세틴 전사패턴 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 시트·필름 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법은 내부에서 열이 가해지는 가공지지롤러러의 외경보다 작은 내경을 가지는 원통형상의 가공소재를 열팽창시켜 내경을 확장하는 제1가열단계와; 열팽창된 가공소재를 상기 가공지지롤러러에 삽입하는 삽입단계와; 삽입 후 냉각하여 상기 가공소재를 가공지지롤러러에 밀착 지지시키는 냉각지지단계와; 밀착 지지된 가공소재를 요구하는 두께의 원통형 금속박막으로 가공하는 가공단계와; 상기 원통형 금속박막의 두께보다 두꺼운 가공지지롤러러의 내부를 가열하여 상기 원통형 금속박막의 두께에 대한 최대 열팽창률 이상으로 팽창시키는 제2가열단계와; 상기 제2가열단계 후 상기 원통형 금속박막을 냉각시켜 제2가열단계에서 상기 원통형 금속박막(10)의 본래 내경치수보다 크게 확장하고 상기 가공지지롤러러와 원통형 금속박막 사이에 미세한 틈을 확보하여 상기 원통형 금속박막을 가공지지롤러러에서 이탈시키는 냉각이탈단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다

이와 같이 본 발명에 따른 시트·필름 성형롤 및 그 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법에 대한 효과는 다음과 같다.

첫째, 원통형 금속박막과 내통 사이 공간의 압력실에 수용된 비압축성 유체의 압력을 변경 또는 조절하여 시트·필름 성형롤의 크라운량을 제어하여 원통형 금속박막의 축방향에 있어 선압에 의해 변화되는 곡선을 억제할 수 있고,

둘째, 압력실에 공급된 비압축성 유체를 열교환유체로 냉각 또는 가열하여 시트·필름 성형롤의 표면 온도를 균일하게 유지할 수 있어 종국적으로 시트·필름의 두께 편차가 적고 표면 평활성이 우수한 시트·필름을 성형할 수 있으며,

셋째, 금속 박막으로 가공하기 위한 가공소재를 가공지지롤러러에 삽입하기 위한 정해진 온도로 가공소재를 가열 및 냉각하여 가공지지롤러러에 원활하게 삽입한 후 밀착 지지할 수 있고,

넷째, 원통형 금속박막으로 가공 후 가공지지롤러러를 가열하여 열팽창계수 최대치 이상으로 원통형상의 금속 박막을 열팽창시킨 후 냉각 수축시 가공지지롤러러의 외경과 원통형 금속박막의 내경 사이에 미세한 틈을 확보하여 원통형 금속박막에 대한 이탈을 간편하고 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 시트·필름에 대한 성형공정을 나타내 보인 사용상태도이고,
도 2는 본 발명에 따른 시트·필름 성형롤을 나타내 보인 정단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 "A"에 관한것으로 원통형 금속박막의 크라운이 형성되는 것을 나타내 보인 일단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 열교환유체 및 비압축성 유체의 순환을 나타내 보인 정단면도이며,
도 5는 도 4의 "A-A"에 관한것으로 열교환유체의 순환방향을 나타내 보인 일측단면도이고,
도 6은 도 2에 도시된 "B"에 따른 플랜지 및 탄성체의 작용을 나타내 보인 부분 단면도로서 6a는 제1플랜지와 제2플랜지가 안착되기 전 도면이고, 6b는 제1플랜지와 제2플랜지가 안착된 후 도면이고이며,
도 7은 본 발명에 따른 원통형 금속박막 가공방법을 나타내 보인 공정도이고,
도 8은 본 발명의 제2가열단계와 냉각이탈단계를 나타내 보인 일측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 시트·필름 성형롤은 도 1에 도시된 바와 같이 T다이로부터 압출되는 열가소성 수지의 용융수지가 제 1 및 제 2 성형롤(T₁, T₂) 사이에서 협압 및 냉각되는 것으로 시트·필름 형상으로 형성되는데, 제 1 및 제 2 성형롤(T₁, T₂) 사이를 통과한 용융수지는 제 3 성형롤(T₃)을 거쳐 냉각되면서 통과한다.

이때, 상기 제 1 및 제 3 성형롤(T₁,T₃)은 얇은 금속제의 원통형 금속박막(10)을 가진 본 발명의 시트·필름 성형롤(1)이고, 제 2 성형롤(T₂)은 고강성의 금속롤러(4)이다.

여기서, 상기 제 1 및 제 3 성형롤(T₁,T₃) 즉, 본 발명의 시트·필름 성형롤(1)은 원통형 금속박막(10)과 상기 원통형 금속박막(10) 내측에 내통(20)을 포함하여 이루어지는데 상기 원통형 금속박막(10)의 표면은 경면 또는 요철, 세틴 형상으로 형성되어 있어 시트·필름의 표면이 경면으로 전사되어 투명한 제품을 얻을 수 있고, 요철 또는 세틴형상이 형성된 시트·필름을 얻을 수 있으며, 가요성과 굴곡성을 갖추고 이음매가 없는 심리스 구조로 형성된다.

상기 내통(20)은 휨이 발생되지 않는 강성의 금속제로 이루어져 상기 시트·필름 성형롤(1) 내부 비압축성 유체의 높은 압력에도 상기 내통(20)은 압력 저항을 받지 않는다.

그리고, 상기 시트·필름 성형롤(1)에서 탄성 변형하여 용융수지가 면접촉되는 접촉길이는 2~5mm 범위가 바람직하고, 상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이에 압력실(30)을 갖추어 비압축성 유체(F)가 주입되고, 주입된 비압축성 유체(F)의 압력을 변경 또는 조절하는 것 즉, 시트·필름 성형롤(1) 내부의 압력을 변경 또는 조절하는 것으로 원통형 금속박막(10)의 크라운량을 조절하여 상기 원통형 금속박막(10)의 축방향에 있어 선압에 의해 변화되는 곡선을 억제할 수 있다.

보다 구체적으로는 T다이로부터 압출된 열가소성 수지의 용융수지는 시트·필름 성형롤(1)과 금속롤러 사이에서 가압되고, 오목하게 탄성 변형되는 시트·필름 성형롤(1)과 금속롤러 외주면을 따라 오목하게 접촉하면서 금속롤러(4)의 외주면을 감싸면서 형성되는데, 상기 시트·필름 성형롤(1) 내부의 압력으로 원통형 금속박막(10)의 크라운량이 조절되는 본 발명의 경우 도 2 내지 도 3과 같이 원통형 금속박막(10)의 두께가 일정하기 때문에 상기 시트·필름 성형롤(1)의 축방향에서 일정한 탄성 변형량을 얻을 수 있다.

그리고, 상기 시트·필름 성형롤(1)은 축방향에 있어 탄성 변형량이 일정하기 때문에 상기 시트·필름 성형롤(1)을 상기 금속롤러(4)에 밀착시킬 때 상기 금속롤러(4)의 외주면을 따라 오목하게 탄성 변형되어 용융수지가 접촉되는 면의 면적이 일정하고, 상기 시트·필름 성형롤(1)의 내부 압력이 균일하기 때문에 상기 원통형 금속박막(10)이 축방향의 전폭에서 탄성 변형하여 면접촉하는 면적이 일정하고, 상기 시트·필름 성형롤(1)과 금속롤러(4) 사이에서 협압된 용융수지는 면 접촉하면서 면상으로 균일하게 가압되어 종국적으로는 두께 편차가 적고 표면 평활성이 우수한 외향을 갖춘 시트·필름 성형롤을 얻을 수 있다.

다음으로 냉각수 즉, 열교환유체(F3)로는 물 또는 오일을 사용할 수 있고, 비압축성 유체(F)의 온도를 제어함으로써 시트·필름 성형롤(1) 표면의 온도를 제어할 수 있는 것으로; 본 발명에서는 시트·필름 성형롤(1) 내부 압력실(30)에 수용된 비압축성 유체(F)의 압력을 변경 또는 조절하는 것에 의해 크라운량의 조절이 가능하고, 상기 시트·필름 성형롤(1) 내부 순환유로(40)에서 순환되는 열교환유체(F3)에 의해 냉각 또는 가열된 상기 비압축성 유체(F)가 상기 시트·필름 성형롤(1)의 표면 온도를 균일하게 하여 두께의 편차가 적고 표면 평활성이 우수한 시트·필름을 성형할 수 있게 된다.

여기서, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 시트·필름 성형롤(1)을 살펴보면, 상기 원통형 금속박막(10)은 양단부의 플랜지(50)에 고정되어 있고, 상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이 밀폐된 압력실(30)에 비압축성 유체가 채워져 있다.

한편, 상기 원통형 금속박막(10)은 상기 원통형 금속박막(10) 내부에 배치되는 내통(20)과 상기 원통형 금속박막(10)을 고정 지지할 양단부의 플랜지(50)에 연결되고, 상기 플랜지(50) 외주면에 고무 등의 탄성체(521)가 구비되어 상기 시트·필름 성형롤(1)의 원통형 금속박막(10)을 고정지지한다.

보다 상세하게 설명하면 상기 플랜지(50)는 상기 원통형 금속박막(10)의 양단부 내측에 구비되며 상기 축(50a)이 형성된 제1플랜지(51)와, 상기 제1플랜지(51)의 외측면에 지지된 제2플랜지(52)로 이루어지는데 상기 제2플랜지(52)의 외주면에는 상기 제1플랜지(51)와 압착시 체적변화로 직경이 확장되어 상기 원통형 금속박막(10)과 제2플랜지(52)가 고정지지되도록 상기 제1플랜지(51) 방향으로 돌출된 탄성체(521)가 형성된다.

여기서, 상기 탄성체(521)가 상기 원통형 금속박막(10)을 고정지지하는 작용을 살펴보면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1플렌지(51)와 제2플렌지(52)가 고정지지 즉, 볼트체결시 상기 제1플랜지(51)의 방향으로 돌출된 탄성체(521)가 압착되어 상기 탄성체(521)의 체적변화가 이루어지고, 이에 따라 상기 탄성체(521)의 외주면에 외측으로 확장되려는 가압력이 발생되어 상기 가압력에 의하여 상기 원통형 금속박막(10)과 제2플랜지(52)가 견고하게 고정지지된다.

한편, 상기 제1플랜지(51)의 외주면에는 상기 원통형 금속박막(10)이 외측 또는 내측으로 탄성적으로 작용될 경우 상기 원통형 금속박막(10)의 내주면이 접촉되어 탄성작용에 지장받는 것을 방지할 수 있도록 상기 원통형 금속박막(10)의 내주면과 상기 제1플랜지(51)의 외주면에 정해진 간격만큼 이격된 틈의 탄성여유공간부(511)가 형성된다.

그리고, 상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이 양단부의 플랜지(50)가 축에 고정되고, 상기 플랜지(50)의 양 단부 사이의 밀폐된 압력실(30)을 구비하여 상기 비압축성 유체(F)를 도입하고, 상기 비압축성 유체(F)를 냉각하거나 가열되도록 내부에 열교환유체(F3)가 순환되는 히트파이프(42)가 상기 압력실(30)과 플랜지(50)에 걸쳐 구비된다.

또한, 상기 제1플랜지(51)의 일측에는 상기 비압축성 유체(F)의 도입을 위한 주입로(31)가 형성되어 상기 압력실(30)과 연통되고, 상기 주입로(31)에는 비압축성 유체(F)의 압력제어장치(미도시)가 연결되어 상기 압력실(30)로 주입되는 비압축성 유체(F)의 압력이 조절된다.

보다 구체적으로 상기 시트·필름 성형롤(1) 내부 압력실(30)의 비압축성 유체(F)의 압력 조절은 시트·필름의 목표치 두께와 측정치 두께의 차이를 검출하고 검출한 두께의 차이에 따라 비압축성 유체(F)의 압력을 제어하는 것으로 크라운량을 조절한다.

그리고, 상기 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)의 일정한 압력유지는 상기 압력실(30)의 압력을 측정한 압력센서(미도시)의 신호를 받아 압력제어장치(미도시)에서 제어하는 것으로 제어목표 압력치가 입력되고, 상기 압력실(30)의 압력과 제어목표치의 압력이 동일한 압력으로 된다.

결국 본 발명에서는 T다이로부터 압출되는 용융수지의 폭방향 두께의 편차를 조절하고, 상기 시트·필름 성형롤(1)을 거친 시트·필름의 폭 전체에서 측정한 두께를 연속적으로 측정하여 시트·필름 성형롤(1) 내부 압력실(30)의 압력을 제어하는 과정으로 시트·필름을 성형한다.

다음으로 언급된 바와 같이 본 발명에 있어 원통형 금속박막(10)을 고정 지지하는 제2플랜지(52)의 외주면이 탄성체(521)로 되어 있어 상기 시트·필름 성형롤(1)의 제2플랜지(52)에 선압이 가해져도 시트·필름 성형롤(1) 축방향의 선압은 일정하다.

또한, 상기 원통형 금속박막(10) 내부와 제1플랜지(51) 외주면 사이에 틈새가 형성되어 상기 원통형 금속박막(10)이 탄성되는 양보다 상기 틈새가 커 상기 시트·필름 성형롤(1)에 선압이 가해져도 시트·필름 성형롤(1) 축방향의 선압은 일정하다.

한편, 상기 제1플랜지(51)의 일면에는 상기 제2플랜지(52) 방향으로 상기 비압축성 유체(F)가 누출되는 것이 방지되도록 오링(23)이 구비되는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 비압축성 유체(F)를 열교환시키기 위한 순환유로(40)를 도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 순환유로(40)는 상기 시트·필름 성형롤(1)의 내부 중앙 부위까지 열교환유체(F3)를 공급시킨 후 중앙 부위에서 상기 시트·필름 성형롤(1)의 양 단부로 상기 열교환유체(F3)를 순환시킨 후 상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이의 히트파이프(42)를 순환하면서 상기 압력실(30)에 수용되어 있는 비압축성 유체(F)와 열교환이 이루어지게 된다.

참고로 상기 시트·필름 성형롤(1)은 상기 순환유로(40)에 유입되는 열교환유체(F3)의 온도에 따라 냉각롤러 또는 가열롤러로 사용될 수 있는 것으로 상기 시트·필름 성형롤(1)이 냉각롤러로 사용될 경우에는 상기 열교환유체(F3)가 냉각수로 이루어지고, 상기 시트·필름 성형롤(1)이 가열롤러로 사용될 경우에는 상기 열교환유체(F3)가 열매체유로 이루어지게 된다.

그리고, 가열롤러 또는 냉각롤러에 있어 내부로 유입되는 냉각수 및 열매체유를 상기 열교환유체(F3)로 통칭하여 이하 설명한다. 이때, 상기 냉각수는 100℃ 이하의 냉각을 필요로 하는 냉각 롤러에 사용하는 것이 바람직하고, 상기 열매체유는 100℃ 이상의 고온을 필요로 하는 가열 롤러에 사용되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 순환유로(40)는 상기 열교환유체(F3)를 상기 시트·필름 성형롤(1)의 중앙 부위까지 공급시키는 유입관(41)과, 상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이의 압력실(30)에 위치하여 상기 비압축성 유체(F)의 열 교환을 위한 다수의 히트파이프(42)와, 상기 유입관(41)과 연통되어 유입관(41)으로부터 유입된 열교환유체(F3)를 상기 히트파이프(42) 각각에 공급하기 위한 분배로(43)와, 상기 히트파이프(42)에서 비압축성 유체(F)와 열교환이 이루어진 열교환유체(F3)가 배출되는 배출로(44)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 주입로(31)를 통해 주입된 비압축성 유체(F)가 수용되어 있는 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이의 압력실(30)에는 다수의 히트파이프(42)가 압력실(30)의 원둘레 방향으로 구비되는데, 상기 히트파이프(42) 각각은 상기 분배로(43)와 교번하여 연통되는 구조이다.

그리고, 다수의 히트파이프(42) 중 특정의 제1히트파이프(421)가 좌측 단부에서 상기 분배로(43)와 연결되었다면, 상기 제1히트파이프(421)와 이웃하여 배치된 다른 제2히트파이프(422)는 우측 단부에서 상기 분배로(43)와 연결되는 구조를 취한다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유입관(41)을 통해 시트·필름 성형롤(1) 내부의 중앙 부위까지 유입된 열교환유체(F3)는 상기 분배로(43)를 통해 압력실(30) 내부에 위치한 제1히트파이프(421) 좌측 단부로 공급되고 상기 제1히트파이프(421)를 순환하는 과정에서 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)의 열교환이 이루어지고 배출로(44)를 통해 배출된다.

한편으론, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유입관(41)을 통해 시트·필름 성형롤(1) 내부의 중앙 부위까지 유입된 열교환유체(F3)는 상기 분배로(43)를 통해 압력실(30) 내부에 위치한 또 다른 제2히트파이프(422) 우측 단부로 공급되고 상기 제2히트파이프(422)를 순환하는 과정에서 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)의 열교환이 이루어지고 배출로(44)를 통해 배출됨으로써, 결국 상기 압력실(30) 내부에 구비된 제1히트파이프(421)는 이웃하는 제2히트파이프(422)와는 서로 엇갈린 방향으로 상기 열교환유체(F3)가 순환되는 구조를 형성하게 되고, 이로써 시트·필름 성형롤(1)의 중앙 부위까지 유입된 열교환유체(F3)가 상기 분배로(43)를 통해 상기 히트파이프(42) 내부로 순환될 때 상기 비압축성 유체(F)의 온도는 균일하게 형성된다.

보다 구체적으로 상기 열교환유체(F3)가 상기 분배로(43)를 거쳐 서로 반대 방향으로 상기 히트파이프(42)를 통과할 때 상기 열교환유체(F3)가 교차되는 중앙 부위의 온도가 가장 높게 형성되는 종래의 기술적 문제를 본 발명의 경우 시트·필름 성형롤(1) 내부 중앙 부위까지 열교환유체(F3)가 유입되어 상기 분배로(43)를 통해 상기 히트파이프(42) 양 단부로 상기 열교환유체(F3)를 이송하는 구조를 취함으로써, 상기 분배로(43)의 중앙 부위에서 상기 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)를 1차적으로 열교환시킴과 동시에 상기 분배로(43)에서 히트파이프(42) 각 단부에 도달할 때까지 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)와 열교환이 일어나고, 상기 히트파이프(42) 양 단부에서 주입되어 상기 히트파이프(42) 내부를 순환하는 열교환유체(F3)는 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)와 2차적으로 열교환이 일어나는 과정을 거치므로 시트·필름 성형롤(1) 내부 전 구역에 걸쳐 압력실(30)에 주입된 비압축성 유체(F)의 온도를 균일하게 냉각 또는 가열시킬 수 있다는 장점을 기대할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 시트·필름 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법은 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 내부에서 열이 가해지는 가공지지롤러러(2)의 외경보다 작은 내경을 가지는 원통형상의 가공소재(3)를 열팽창시켜 내경을 확장하는 제1가열단계(S10)와; 열팽창된 가공소재(3)를 상기 가공지지롤러러(2)에 삽입하는 삽입단계(S20)와; 삽입 후 냉각하여 상기 가공소재(3)를 가공지지롤러러(2)에 밀착 지지시키는 냉각지지단계(S30)와; 밀착 지지된 가공소재(3)를 요구하는 두께의 원통형 금속박막(10)으로 가공하는 가공단계(S40)와; 상기 원통형 금속박막(10)의 두께보다 두꺼운 가공지지롤러러(2)의 내부를 가열하여 상기 원통형 금속박막(10)의 두께에 대한 최대 열팽창률 이상으로 팽창시키는 제2가열단계(S50)와; 상기 제2가열단계(S50) 후 상기 원통형 금속박막(10)을 냉각시켜 제2가열단계(S50)에서 본래의 내경치수보다 크게 확장하고 상기 가공지지롤러러(2)와 원통형 금속박막(10) 사이에 미세한 틈을 확보하여 상기 원통형 금속박막(10)을 가공지지롤러러(2)에서 이탈시키는 냉각이탈단계(S60);로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 시트·필름 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법의 작용을 살펴보면 아래와 같다.

본 발명에 따른 시트·필름 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법은 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 원통형상의 가공소재(3)를 열팽창시켜 내경을 확장하는 제1가열단계(S10)와; 열팽창된 가공소재(3)를 상기 가공지지롤러러(2)에 삽입하는 삽입단계(S20)와, 삽입 후 냉각하여 상기 가공소재(3)를 가공지지롤러러(2)에 밀착 지지시키는 냉각지지단계(S30)로 이루어져 상기 가공지지롤러러(2)의 직경보다 작은 내경을 가진 원통형상의 가공소재(3)를 상기 가공지지롤러러(2)에 삽입할 수 있게 된다.

이후, 밀착 지지된 가공소재(3)를 요구하는 두께의 원통형 금속박막(10)으로 가공하는 가공단계(S40)를 거쳐 요구하는 두께의 원통형 금속박막(10)으로 가공하게 된다.

이어서, 상기 원통형 금속박막(10)의 두께보다 두꺼운 가공지지롤러러(2)의 내부를 가열하여 상기 원통형 금속박막(10)의 두께에 대한 최대 열팽창률 이상으로 팽창시키는 제2가열단계(S50)를 거치게 되는데 이때, 상기 원통형 금속박막(10)보다 열팽창률이 높은 가공지지롤러(2)의 열팽창으로 그 외부에 안착된 원통형 금속박막(10)이 본래의 내경치수 보다 커진 치수로 내경이 확장되고, 상기 냉각이탈단계(S60)시 본래의 내경치수 보다 확장되어 본래의 내경치수로 수축되지 못하는 것으로 상기 가공지지롤러(2)와 원통형 금속박막(10)의 내경 사이에 미세한 틈을 확보하여 원통형 금속박막(10)을 상기 가공지지롤러(2)에서 원활하게 이탈할 수 있게 된다.

이로 인하여, 종래의 원통형 금속박막 가공방법에 기재된 바와 같이 내부에 다수의 기계적 변형 즉, 인장 및 압축의 외경변화로 인하여 가공소재를 밀착하는 방법과 비교하여 가열 및 냉각방법만으로 가공소재를 밀착 및 이탈분리함으로써, 원통형 금속박막 가공방법에 있어서 매우 원활한 작업을 수행할 수 있게 된다.

한편, 상기 가공소재를 가공지지롤러(2)에 삽입하기 위하여 가열하는 가열온도와 원통형 금속박막(10)을 가공지지롤러(2)에서 이탈시키기 위한 가열온도는 100℃ ~400℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하다.

이것은 상기 가열온도가 100℃ 이하이면 가공소재 또는 원통형 금속박막을 상기 가공지지롤러(2)에 삽입 또는 이탈시 원하는 팽창량을 얻을 수 없고, 가열온도가 400℃ 이상이면 가공소재 또는 원통형 금속박막(10)의 기계적 성질이 저하되어 고강도, 고연성, 고인성을 유지하기 곤란하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 시트·필름 성형롤 2 : 가공지지롤러
3 : 가공소재 4 : 금속롤러
F : 비압축성 유체 F3 : 열교환유체
10 : 원통형 금속박막 20 : 내통
30 : 압력실 31 : 주입로
40 : 순환유로 41 : 유입관
42 : 히트파이프 421 : 제1히트파이프
422 : 제2히트파이프 43 : 분배로
44 : 배출로 50 : 플랜지
50a: 축 51 : 제1플랜지
511 : 탄성여유공간부 52 : 제2플랜지
521 : 탄성체 S10 : 제1가열단계
S20 : 삽입단계 S30 : 냉각지지단계
S40 : 가공단계 S50 : 제2가열단계
S60 : 냉각이탈단계

Claims (10)

1. 시트·필름을 가압 성형하기 위하여 탄성 변형되는 시트·필름 성형롤(1)에 있어서,
   원통형 금속박막(10)과;
   상기 원통형 금속박막(10)의 내부에 배치되는 내통(20)과;
   상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20)의 양측에는 중심부에 축(50a)이 돌출되며 상기 원통형 금속박막(10)의 내측에 삽입된 한 쌍의 플랜지(50)로 이루어지고;
   상기 원통형 금속박막(10)과 내통(20) 사이에는 비압축성 유체(F)가 주입되어 상기 비압축성 유체(F)의 압력의 변경 또는 조절에 의해 상기 원통형 금속박막(10)의 크라운량이 조절되는 압력실(30)이 형성된 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 시트·필름 성형롤(1)의 내부에는 상기 비압축성 유체(F)가 열교환되도록 열교환유체(F3)가 순환되는 순환유로(40)가 구비된 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열교환유체(F3)는 상기 비압축성 유체(F)를 냉각하기 위한 냉각수 또는 상기 비압축성 유체(F)를 가열하기 위한 열매체유 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 순환유로(40)는;
   상기 열교환유체(F3)가 상기 내통(20)의 중앙 부위까지 공급되는 유입관(41)과;
   상기 열교환유체(F3)와 비압축성 유체(F)의 열 교환이 이루어지도록 상기 압력실(30)에 구비된 다수의 히트파이프(42)와;
   상기 유입관(41)으로부터 유입된 열교환유체(F3)로 인하여 상기 내통(20)이 냉각되거나 가열되고, 상기 히트파이프(42)로 각각 공급하기 위하여 상기 유입관(41)과 연통된 분배로(43)와;
   상기 히트파이프(42)에 연통되어 상기 비압축성 유체(F)와 열교환이 이루어진 열교환유체(F3)를 배출하는 배출로(44)로 이루어진 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 히트파이프(42)는 상기 유입관(41)에서 유입된 열교환유체(F3)가 상기 시트·필름 성형롤(1)의 일측과 타측에서 일정하게 순환되도록 상기 유입관(41)으로 유입된 열교환유체(F3)가 일측 방향으로 순환되도록 일측 방향으로 연통된 제1히트파이프(421)와, 유입된 열교환유체(F3)가 상기 제1히트파이프(421)의 타측 방향으로 순환되도록 타측 방향으로 연통된 제2히트파이프(422)로 이루어진 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 플랜지(50)는 상기 원통형 금속박막(10)의 내측에 구비되며 상기 축(50a)이 형성된 제1플랜지(51)와, 상기 제1플랜지(51)의 외측에 지지된 제2플랜지(52)로 이루어지고;
   상기 제2플랜지(52)의 외주면에는 상기 제1플랜지(51)와 압착시 체적변화로 직경이 확장되어 상기 원통형 금속박막(10)과 제2플랜지(52)가 밀착되도록 상기 제1플랜지(51) 방향으로 돌출된 탄성체(521)가 형성된 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 원통형 금속박막(10)은 그 두께가 0.3mm ~ 2mm로 형성된 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 원통형 금속박막(10)의 표면은 경면 처리되고 표면 조도가 0.5μm 이하인 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 원통형 금속박막(10)의 표면은 요철형상의 요철형 전사패턴 또는 세틴 처리된 세틴 전사패턴 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤.
10. 제 1 항 내지 제 10 항으로 이루어진 시트·필름 성형롤(1)의 원통형 금속박막(10)을 가공하는 가공방법에 있어서,
    내부에서 열이 가해지는 가공지지롤러(2)의 외경보다 작은 내경을 가지는 원통형상의 가공소재(3)를 열팽창시켜 내경을 확장하는 제1가열단계(S10)와;
    열팽창된 가공소재(3)를 상기 가공지지롤러(2)에 삽입하는 삽입단계(S20)와;
    삽입 후 냉각하여 상기 가공소재(3)를 가공지지롤러(2)에 밀착 지지시키는 냉각지지단계(S30)와;
    밀착 지지된 가공소재(3)를 요구하는 두께의 원통형 금속박막(10)으로 가공하는 가공단계(S40)와;
    상기 원통형 금속박막(10)의 두께보다 두꺼운 가공지지롤러(2)의 내부를 가열하여 상기 원통형 금속박막(10)의 두께에 대한 최대 열팽창률 이상으로 팽창시키는 제2가열단계(S50)와;
    상기 제2가열단계(S50) 후 상기 원통형 금속박막(10)을 냉각시켜 제2가열단계(S50)에서 상기 원통형 금속박막(10)의 본래 내경치수보다 크게 확장하고, 상기 가공지지롤러(2)와 원통형 금속박막(10) 사이에 미세한 틈을 확보하여 상기 원통형 금속박막(10)을 가공지지롤러(2)에서 이탈시키는 냉각이탈단계(S60);로 이루어진 것을 특징으로 하는 시트·필름 성형롤에 구비된 원통형 금속박막의 가공방법.
    
    
    

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