KR20190054786A - 원통형 금속 박막 가공 지그, 상기 가공 지그에 의한 원통형 금속 박막 가공 방법 및 시트/필름 성형롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 형성된 밀폐된 공간 압력실에 비압축성 유체를 주입하여 외주에 구비된 지그 외통의 직경을 탄성적으로 팽창/수축 복원시킴으로써 가공 지그에 삽입된 가공 소재를 간단한 방법으로 안정적으로 밀착 지지할 수 있고 가공 소재를 가공 후 간단한 방법으로 이탈시킬 수 있는 가공 지그와, 상기 가공 지그에 의한 원통형 금속 박막 가공 방법과, 그리고 원통형 금속 박막이 탄성 외통으로 구비되는 시트/필름 성형롤에 관한 것이다.

Description

원통형 금속 박막 가공 지그, 상기 가공 지그에 의한 원통형 금속 박막 가공 방법 및 시트/필름 성형롤{JIG FOR PROCESSING INTO THIN METAL SLEEVE, METHOD FOR PROCESSING INTO THIN METAL SLEEVE BY THE JIG, AND SHEET/FILM FORMING ROLL}

본 발명은 시트/필름을 성형하기 위한 성형롤과, 상기 성형롤의 탄성 외통 즉, 가공 소재를 원통형 금속 박막으로 가공하기 위해 사용되는 가공 지그, 그리고 상기 가공 지그를 사용하여 가공 소재를 원통형 금속 박막으로 가공하기 위한 가공 방법에 관한 것으로,

보다 구체적으로 가공 지그 내부에 형성된 밀폐된 공간 압력실에 주입되는 비압축성 유체의 압력에 의해 지그 외통의 직경을 탄성적으로 팽창시킴으로써 가공 지그 외주면으로 삽입된 가공 소재를 간단한 방법에 의해 안정적으로 밀착 지지할 수 있는 가공 지그와, 상기 가공 지그에 의한 원통형 금속 박막 가공 방법과, 그리고 원통형 금속 박막이 성형롤의 탄성 외통으로 형성되는 시트/필름 성형롤에 관한 것이다.

일반적으로 열가소성 수지의 시트/필름 성형 방법으로 T다이로부터 압출된 용융 수지가 한 쌍의 성형롤을 구성하는 터치롤과 냉각롤 사이를 통과하면서 압연되고, 터치롤과 냉각롤 사이를 통과하면서 압연된 용융시트는 냉각롤 표면을 감싸면서 이후 배열된 냉각롤을 거치는 냉각과정을 거쳐 시트/필름으로 성형되는 가압성형법이 알려져 있다,

가압성형법에는 금속롤 가압성형법과 고무롤 가압성형법이 있는데, 고무롤 가압성형법으로는 상기 터치롤을 고무와 같은 탄성체인 탄성롤로 하여 그 탄성체의 탄성력에 의해 비교적 얇은 시트/필름 성형시 뱅크 마크를 발생시키지 않고 성형하는 방법이 적용되고 있다.

탄성롤로서 고무롤을 사용하는 경우 선압을 균일하게 유지하는 것이 용이하고 수지 고임이 없이 성형을 할 수 있다. 고무롤은 용융 수지를 사이에 둔 채 냉각롤의 외주면을 따라 오목하게 탄성 변형하면서 고무롤과 냉각롤의 압력하에서 용융 수지와 면 접촉하며 성형되기 때문에 고무롤과 냉각롤 사이에서 협압되는 용융 수지는 면상으로 접촉하며 균일하게 성형된다.

그러나 고무롤의 경우 시트/필름의 표면을 금속으로 된 성형롤과 같은 경면처리 및 조각 패턴 처리의 전사가 불가능하고, 투명한 시트/필름을 얻을 수 없으며, 냉각이 불충분하여 고무롤에 부착되어 감기는 등의 단점이 있다.

또한 고무롤은 용융 수지의 높은 열에 의해 고무 등의 탄성체 표면이 경화되어 고무가 허용할 협압력이 작아지기 때문에 수명이 짧으며, 열전도율이 낮기 때문에 고속 성형이 어렵다는 단점이 있다.

이러한 고무롤의 단점을 보완하기 위하여 금속롤의 외통을 원통형 금속 박막의 탄성체로 하는 금속제 탄성롤이 요구되고 있는데, 금속제 탄성롤에 의해 냉각효과를 향상시키는 등 고무롤의 상기 단점들을 보완하고 고무롤과 같은 탄성효과를 얻을 수 있는 금속제 탄성롤이 알려져 있다.

그리고 탄성롤의 경우에는 작업 조건에 따른 탄성도의 조절이 요구되는데, 업계에서는 금속제 탄성롤의 탄성도 조절 방식에 대한 연구가 이전부터 지속되고 있다. 탄성도 조절을 통해 용융 수지가 탄성롤 표면에 접촉되는 접촉길이가 조절되고, 균일한 두께의 시트/필름을 얻을 수 있기 때문이다.

참고로, 일본공개특허 특개2010-144753호에서는 탄성롤로서 금속제 탄성롤을 제안하고 있는데, 금속제 탄성롤 내부에는 물이나 오일 등의 냉각유체가 공급되어 탄성롤 표면을 적절한 온도로 유지해 탄성롤과 냉각롤 사이를 통과하는 용융 수지를 적절한 온도를 유지하여 냉각하도록 한다.

그리고 특개2010-144753호에서의 냉각 유체는 탄성롤 일측에서 주입된 후 탄성롤 내부를 통과한 후 타측으로 배출되면서 순환되는 구조를 취하는데, 상기 냉각 유체는 탄성롤 표면을 적절한 온도로 냉각시키는 역할 이상의 역할을 기대하기는 힘들다.

그리고 시트/필름을 성형할 때 시트/필름의 두께나 수지의 종류에 따라 시트/필름의 성형 조건에 따라서 성형롤에 크라운을 형성하고 있다.

시트/필름 성형시 한 쌍의 성형롤 사이로 용융 수지가 끼워져 성형롤 표면을 감싸면서 냉각 성형될 때 선압에 의해 성형롤의 축방향 중앙 부분에서 휨이 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 성형롤을 눌러서 대었을 때 성형롤의 축방향의 단위 길이당 힘을 의미하고, 「크라운」이란 성형롤의 축방향 중앙부가 축방향 단부보다 두꺼운 형상을 가리킨다.

한편 금속제 탄성롤의 경우 탄성 외통으로 사용되는 원통형 금속 박막의 제조방법들에 대한 연구도 이루어지고 있다. 특히 최근 고품질의 플라스틱 시트나 필름의 성형을 실현하기 위해 원통형 금속 박막의 박육화와 고정밀도의 가공이 더욱 요구되고 있어 탄성 외통을 형성하는 원통형 금속 박막의 제조방법에 대한 연구가 필요하다. 특히 탄성 외통의 두께가 두꺼울수록 금속제 탄성롤의 탄성도는 떨어지는 것으로 원통형 금속 박막의 박육화에 대한 업계 요구는 더욱 높아지고 있다.

이와 관련하여 등록특허 제10-1333400호에서는 탄성 외통을 형성하는 박육 원통 형상 제조방법을 개시하고 있다. 즉, 등록특허 제10-1333400호에서는 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 조절수단을 구비하여, 보유 지지 지그의 외주면에 가공하려는 원통 형상의 작업물을 삽입한 후 조절수단을 압축 방향으로 작용시켜 원통형상의 작업물을 지지한 후 가공하고 조절수단의 인장 방향으로 작용시켜 가공된 박육 원통을 이탈시키는 보유 지지 지그 및 가공 방법을 개시하고 있다.

그러나 등록특허 제10-1333400호는 보유 지지 지그에 삽입되는 원통 형상의 작업물을 지지하기 위하여 기계적 작업이 동반되어 그 작업이 매우 불편함과 더불어 작업물이 보유 지지 지그 외표면 전체에 균일하게 밀착 지지되기 어려운 문제점이 있다. 또한 보유 지지 지그 내부 구조가 정밀하고 복잡하여 보유 지지 지그의 제작이 매우 까다롭다는 문제점이 있다.

본 발명은 가공 소재를 원통형 금속 박막으로 가공하기 위해 가공 소재를 지지하기 위한 가공 지그 및 가공 소재를 원통형 금속 박막으로 가공하는 가공 방법에 관한 것으로, 기계 가공하기 위해 지그 외통에 삽입되는 가공 소재 내주면 전체를 강고하게 밀착 지지하여 기계 가공시 발생되는 강한 절삭력 이상의 지지력으로 하여 가공 소개 외주면 가공시 고정밀도의 기계가공이 가능하도록 하는 원통형 금속 박막 가공 지그 및 상기 가공 지그를 이용한 원통형 금속 박막 가공 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 원통형 금속 박막을 탄성 외통으로 형성하는 성형롤에 있어, 상기 탄성 외통 두께의 변경 없이도, 그리고 성형롤 사이에서 용융 수지가 협압될 때 가해지는 선압의 변경 없이도 탄성외통의 탄성도가 조절되고 또한 크라운을 형성하여 균일한 선압을 얻을 수 있도록 하고, 기존의 고무롤에 비해 냉각 성능과 내구성이 향상된 금속제 탄성롤을 제공하고자 함을 목적으로 한다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 원통형 금속 박막 가공 지그는,

외주에 지그 외통이 배치되고, 내부에 밀폐된 공간 압력실이 형성되어,

상기 압력실에 주입되는 비압축성 유체의 압력 조절에 의해 상기 지그 외통의 직경이 팽창/수축 복원되고,

상기 지그 외통에 삽입된 가공 소재를 지그 외통의 직경이 팽창되면서 밀착 지지하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 가공 지그는 상기 지그 외통과 상기 지그 외통이 장착되는 플랜지와 지그 축을 포함하여 이루어지고, 상기 압력실은 지그 외통 내주면과 지그 축 외주면 사이 공간에 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 지그 외통의 양 단부에는 지그 외통 내측 또는 외측으로 두께가 두꺼운 후부가 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 플랜지는 일측의 플랜지 직경과 타측의 플랜지 직경이 서로 다르게 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

다음으로 상기 언급된 가공 지그에 의한 원통형 금속 박막 가공 방법은, 가공 소재를 가공 지그에 장착 후 가공 소재의 외주면을 원통형 금속 박막으로 기계 가공하는 가공방법에 관한 것으로,

상기 가공 지그는 외주에 배치되는 지그 외통과 내부에 형성된 밀폐된 공간 압력실을 포함하고,

상기 밀폐된 공간 압력실에 비압축성 유체가 주입되고, 비압축성 유체의 압력을 조절함으로써 지그 외통의 직경을 탄성적으로 팽창시켜서 지그 외통의 외주면을 가공 소재 내주면에 밀착지지시켜 가공하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 가공방법은, 상기 가공 소재 외주면을 기계가공 후 압력실의 압력을 제거하여 지그 외통의 직경을 수축 복원시켜 원통형 금속 박막으로 가공된 가공 소재를 가공 지그로부터 이탈하는 단계가 더 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 시트/필름의 성형롤에 있어,

상기 성형롤은 시트/필름을 가압 성형하기 위하여 탄성 변형되는 원통형 금속 박막의 탄성외통과, 상기 탄성외통 내측에 배치되는 내통과, 플랜지 중심부에 축이 돌출되며 상기 탄성외통 내측에 삽입되는 한 쌍의 플랜지를 포함하여 이루어지고,

상기 탄성외통과 내통 사이에 밀폐된 공간 압력실이 형성되고,

상기 압력실에 비압축성 유체가 주입되고, 비압축성 유체의 압력을 조절함으로써 탄성외통의 탄성도가 조절되는 것을 기술적 특징으로 한다.

,

또한 상기 성형롤은 압력실의 압력을 조절함으로써 용융 수지가 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉 길이가 변경되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 내통의 외경이 축방향 기준으로 양 단부로부터 중앙부까지 작아지면서 크라운 곡선을 형성하고, 이로 인하여 압력실 내부 양단부의 단면적보다 중앙부의 단면적이 크게 형성되어 상기 비압축성 유체의 압력은 동일하지만 힘이 증가되어 크라운이 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 내통 내측으로 내통의 내경보다 외경이 작은 제2 내통이 더 구비되고, 상기 내통과 제2 내통 사이에 형성된 공간으로 열교환 유체가 순환되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 상기 비압축성 유체에는 열전도부재가 함유되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 비압축성 유체에 대한 열전달 표면적을 넓히기 위해 상기 내통의 외주면에 돌기가 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 원통형 금속 박막 가공 지그 및 가공 방법은,

지그 외통의 내부에는 비압축성 유체가 주입되는 밀폐된 공간 압력실이 구비되고, 지그 외통의 직경은 상기 비압축성 유체의 압력 조절에 의해 팽창/수축 복원되는 것으로,

압력실에 주입되는 비압축성 유체의 압력 조절에 의해 지그 외통의 직경이 팽창/수축 복원됨으로써 가공 소재의 삽입과 이탈이 용이하고, 가공 지그 외주면으로 삽입된 가공 소재 내주면을 지그 외통이 팽창되면서 강고하게 밀착 지지하기에 간단한 방법에 의해 가공 소재를 지그에 고정시킬 수 있고, 특히 가공 소재를 기계 가공할 때 발생되는 강한 절삭력 이상의 지지력으로 가공 소재가 지그 외통에 밀착 지지됨으로써 고정밀도의 기계가공을 안정적으로 진행할 수 있다.

또한 가공 소재를 강고하게 밀착 지지하는 가공 지그를 간단한 구조로 제작할 수 있게 된다.

한편으로 본 발명에 따른 시트/필름 성형롤 즉, 탄성롤은 기존 고무롤에 비해 내구성과 냉각 성능이 향상된 금속제 탄성롤로서 다음과 같은 효과가 있다.

탄성롤은 원통형 금속 박막의 탄성외통과 내통 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실에 비압축성 유체가 주입되고, 상기 비압축성 유체의 압력을 조절함으로써 고무롤의 탄성체와 유사한 탄성이 유지되고 탄성외통의 탄성도를 효율적으로 조절할 수 있다.

특히 용융 수지가 탄성롤과 냉각롤 사이에서 협압되어질 때 가해지는 선압의 변경 없이도, 탄성롤 내부 압력실의 압력을 조절함으로써 용융 수지가 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉 길이를 조절하는 것이 용이하여 종국적으로 균일한 두께의 시트/필름을 얻을 수 있고, 탄성도 조절로 인해 용융 수지의 종류와 두께에 따라 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉 길이를 조절할 수 있다.

또한 원통형 금속 박막의 탄성외통과 내통 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실에 비압축성 유체가 주입되고, 내통 외경이 축 방향 기준으로 양 단부로부터 중앙부까지 외경이 작아지면서 크라운 곡선을 형성하고, 이로 인하여 압력실 내부 양단부의 단면적보다 중앙부의 단면적이 크게 형성되어 상기 비압축성 유체의 압력은 동일하지만 힘이 증가되어 크라운이 형성되도록 하여 시트/필름 성형시 원통형 금속 박막의 축 방향에 있어 선압에 의해 변화되는 곡선을 억제할 수 있다.

또한 상기 비압축성 유체에 열전도도가 우수한 열전도 부재를 함유하여 열전도성을 높이고, 상기 내통의 내경보다 외경이 작은 제2 내통을 더 구비하여 상기 내통과 제2 내통 사이에 형성되는 공간으로 냉각수를 순환시켜 탄성외통의 표면 온도를 신속하고 효율적으로 열교환시킬 수 있어, 기존 고무롤에 비해 냉각 성능이 향상되어 용융 수지가 롤에 부착되어 감기는 문제가 발생되지 않고 고속 성형이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 성형롤이 적용된 상태를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 원통형 금속 박막 가공 지그를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 원통형 금속 박막 가공 지그의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 원통형 금속 박막 가공 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 원통형 금속 박막의 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 성형롤을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 성형롤의 크라운 형성 설명을 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 성형롤의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 9은 종래 사용되는 성형방법에서 고무롤을 대체한 본 발명에 따른 성형롤을 적용한 실시예를 도시한 도면.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1을 참고하여, 가압성형법에 의해 T다이(T)로부터 압출된 용융 수지는 제1 성형롤(F1)과 제2 성형롤(F2)인 한 쌍의 성형롤 사이에서 압연되고 냉각 고화되면서 용융 수지가 시트/필름 형상으로 형성되는데, 제1 성형롤(F1)이 본 발명에 의한 금속제 탄성롤이고, 제2 성형롤(F2)이 냉각롤로서 고강성의 금속롤이다.

그리고 상기 금속제 탄성롤은 탄성 변형되는 원통형 금속 박막의 탄성외통(F10)과 상기 탄성외통 내측에 구비되는 내통(F20)을 포함하여 이루어지는데,

본 발명은 원통형 가공 소재를 상기 언급된 금속제 탄성롤의 탄성외통으로 사용되는 원통형 금속 박막으로 가공하기 위한 가공 지그 및 상기 원통형 금속 박막의 가공 방법, 그리고 원통형 금속 박막으로 탄성 외통이 형성되는 금속제 탄성롤 즉, 성형롤에 대한 것이다.

먼저, 가공 소재를 상기 언급된 금속제 탄성롤의 탄성외통으로 사용되는 원통형 금속 박막으로 가공하기 위한 가공 지그 및 원통형 금속 박막 가공 방법에 대해서 설명한다.

도 2 및 도 4을 참조하여 본 발명에 따른 원통형 금속 박막 가공 지그(J)는,

외주에 배치되는 지그 외통(J10)과, 상기 지그 외통이 장착되는 지그 축(J20)과, 그리고 상기 지그 외통과 지그축 사이에 형성되는 밀폐된 공간 압력실(J30)을 포함한다.

상기 지그 외통(J10)은 탄소강 또는 크롬 몰리브덴강 등으로 이루어지고, 압력실(J30)에 주입되는 비압축성 유체의 압력 조절에 의해 지그 외통(J10)의 직경이 탄성적으로 팽창되거나 수축 복원되는 것으로 두께는 3 내지 30mm 가 바람직하다.

그리고 지그 축(J20)은 휨이 발생되지 않는 강성의 금속제로 이루어져 가공 지그 내부 압력실의 높은 압력에도 지그 축(J20)은 압력 저항을 받지 않으며, 상기 지그 외통과 지그 축은 동축선상으로 배열된다.

상기 밀폐된 공간 압력실(J30)에 주입되는 비압축성 유체의 압력에 의해 지그 외통(J10)의 직경이 탄성적으로 팽창되는데, 이러한 과정에서 지그 외통 외주면으로 삽입된 원통형 가공 소재(W)의 내주면은 지그 외통의 외주면에 밀착 지지되어 고정된다.

참고로 지그 외통 외주면으로 삽입을 위해 상기 가공 소재(W)의 내경은 지그 외통의 직경보다 미세하게 크다.

그리고 비압축성 유체로는 오일이 사용될 수 있는 것으로, 이하에서는 비압축성 유체를 오일로 대체하여 설명한다.

보다 구체적으로,

상기 지그 축(J20)은 지그 외통(J10)과 동축선상으로 배치되는 것으로,

지그 외통의 양 단부가 고정되는 플랜지(J22)를 포함하며,

지그 외통과 지그 축 사이에 형성되는 밀폐된 공간에 압력실(J30)이 형성된다.

상기 플랜지(J22) 일측으로는 오일의 주입을 위한 주입로(J40)가 형성되어 압력실(J30)과 연통되고, 상기 주입로가 형성된 반대편으로는 오일 주입 시 압력실 내의 에어를 빼주기 위한 에어벤트구(J50)가 형성되는데, 상기 주입로와 에어벤트구의 형성 위치는 다양하게 변경될 수 있다.

상기 주입로(J40)에는 오일의 공급 및 압력 제어 장치(미도시)가 연결되고, 압력실의 오일은 압력제어 밸브에 의해 제어되어 공급된다. 또한 압력실의 압력 유지는 체크 밸브에 의해 유지되어 본 발명에서는 가공 지그(J) 즉, 지그 외통(J10)의 외주면과 가공 소재(W) 내주면 간의 강고한 밀착 지지력이 발휘된다.

지그 외통(J10)은 지그 축(J20)에 삽입되어 그 양단부가 플랜지(J22)에 고정되는 것으로, 지그 외통의 양 단부에는 지그 외통 내측 또는 외측으로 두께가 두꺼운 후부(厚部)(J15)(이하, '후부'로 칭함)가 형성되는 것이 바람직하다.

지그 외통(J10)의 후부(J15)를 지그 축(J20)의 플랜지(J22)에 감합하여 용접 고정시키는 것으로, 용접시 발생되는 지그 외통(J10)의 변형을 최소화하기 위하여 상기 후부(J15)를 둔다. 그리고 상기 후부(J15)에는 홈부(J15a)을 더 형성하여, 후부(J15)와 플랜지(J22) 용접시 발생되는 후부(J15)의 용접 변형을 억제할 수 있도록 한다.

지그 외통 양 단부에 형성되는 상기 후부(J15)는 일측은 지그 외통 외측으로 타측은 지그 외통 내측으로 형성되어 지그 외통(J10)을 지그 축(J20)에 원활하게 삽입할 수 있다. 즉 이 경우 지그 축 플랜지(J22)의 직경이 서로 다르게 형성되어 지그 외통(J10)을 지그 축(J20)에 원활하게 삽입할 수 있다.

또는 도 3에서와 같이 후부(J15)는 지그 외통의 양 단부 내측으로 형성될 수 있다.

통상적으로 금속제 탄성롤에서 탄성외통의 탄성도를 얻기 위해서는 가능한 보다 얇은 두께의 탄성외통이 요구되는데, 전술한 것처럼 종래 알려져 있는 가공 방법으로는 얇은 두께의 원통형 금속 박막 가공에 한계가 있고, 두께가 얇으면서 길이가 긴 원통형 금속 박막 제작에는 더욱 어려움이 있다.

그리고 종래의 기술적 한계는, 원통형 금속 박막으로 가공하기 위해 원통형 가공 소재의 외주면을 절삭하는 기계가공을 진행함에 있어 가공 소재를 강고하게 안정적으로 밀착 지지할 수 있는 가공 지그에 대한 기술이 뒷받침 되지 못한 데서 기인하는 바, 본 발명에서는 상기 언급된 원통형 금속 박막 가공 지그를 사용하여 이러한 기술적 한계를 극복하고자 하는 것이다.

다음으로 상기와 같은 구성으로 이루어진 가공 지그를 사용하여 원통형 가공 소재를 가공하여 원통형 금속 박막으로 형성하는 가공 방법을 도 4를 참고하여 설명한다.

우선 원통형 가공 소재(W)를 준비한다. 상기 가공 소재(W)는 탄소강 또는 스테인레스강 등으로 이루어지고, 가공 소재의 두께는 대략 30mm 정도이나 해당 두께에 한정되는 것은 아니다.

지그 외통 외경보다 약간 크게 내경이 가공된 원통형 가공 소재(W)를 본 발명의 가공 지그(J)에 삽입하는데, 삽입된 가공 소재는 지그 외통(J10)의 외주면에 배치된다. 삽입된 가공 소재(W)의 내경과 지그 외통(J10)의 외경 간에는 미세한 간극이 있으나 이후 밀폐된 공간 압력실(J30)에 주입되는 오일의 압력 조절에 의해 지그 외통(J10)이 팽창되면서 지그 외통(J10) 외주면은 가공 소재(W) 내주면에 밀착 지지되어 고정된다.

즉, 가공 소재(W)가 가공 지그에 삽입된 후 밀폐된 공간 압력실(J30)에 주입되는 오일의 압력 조절에 의해 지그 외통(J10)의 직경을 탄성적으로 팽창시켜 지그 외통(J10)의 외주면을 가공 소재(W)의 내주면에 밀착 지지시킴으로서, 가공 소재는 가공 지그에 밀착 지지되고 고정된다.

그리고 압력실의 압력이 유지된 상태에서 가공 소재(W)의 외주면을 절삭하는 기계가공이 진행되고, 가공 소재(W)는 소정의 두께로 원통형 금속 박막으로 가공된다. 상기 기계가공을 통해 얻어지는 원통형 금속 박막의 두께는 대략 0.3 내지 5mm 이다. 물론 상기 두께에 한정되는 것은 아니며, 사양에 따라 다양한 두께로 가공할 수 있다.

이후 기계가공이 완료되면 가공 지그 압력실(J30)의 압력을 제거하고, 압력이 제거되면 팽창되었던 지그 외통(J10)의 직경이 수축되어 원래 상태로 복원되고, 지그 외통(J10) 외주면과 원통형 금속 박막간에는 원래 상태의 미세한 간극이 형성되어, 원통형 금속 박막을 가공 지그로부터 이탈할 수 있다.

도 5는 상기 가공 방법을 통해 얻을 수 있는 원통형 금속 박막의 다양한 형태를 도시한 것이다.

이와 같이 가공된 원통형 금속 박막은 시트/필름 성형롤인 탄성롤의 탄성외통으로 사용되는데, 이하에서는 본 발명에 따른 시트/필름의 성형롤인 탄성롤을 도 1 및 도 6을 참고하여 설명한다. 물론, 원통형 금속 박막의 적용이 탄성외통으로 한정되는 것은 아니고 스틸벨트 등 다양하게 적용될 수 있다.

참고로, 본 발명에 따른 시트/필름의 성형롤은 인쇄용 롤, 라미네이트용 롤, 제지용 롤, 이송용 롤, 산업용 롤 등의 롤로서 적용이 가능하고, 이하에서는 '냉각'이라는 용어를 사용하지만 탄성롤 내부로 유입되는 열교환 유체의 온도에 따라 냉각 또는 가열의 의미로 해석될 수 있음을 밝힌다.

본 발명에 따른 시트/필름 성형롤인 탄성롤(F)(이하, '탄성롤'이라 함)은, 탄성 변형되는 원통형 금속 박막의 탄성외통(F10)과 상기 탄성외통 내측에 구비되는 내통(F20)을 포함하여 이루어지고, 탄성외통과 내통 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실(F30)에 비압축성 유체가 주입되고, 상기 비압축성 유체의 압력을 조절하여 탄성롤 내부 압력실의 압력을 조절함으로써 탄성외통의 탄성도를 조절한다.

그리고 탄성외통의 탄성도가 조절되어 탄성롤을 냉각롤에 밀착시킬 때 가해지는 축방향의 선압에 의해 변화되는 곡선을 억제할 수 있고, 상기 탄성롤의 축방향에 있어 탄성롤 내부 압력실의 압력이 일정하고 균일하여 탄성롤의 축방향에서 일정하고 균일한 탄성 변형량을 얻을 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 탄성롤은 축방향에 있어 탄성롤 내부 압력실의 압력이 일정하고 균일하여 탄성롤을 냉각롤에 밀착시킬 때 냉각롤의 외주면을 따라 오목하게 탄성 변형되어 용융수지가 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉길이가 일정하고, 상기 탄성롤과 냉각롤 사이에서 협압된 용융수지는 면접촉하면서 면상으로 균일하게 가압되어 종국적으로는 두께 편차가 적고 표면 평활성이 우수한 외향을 갖춘 시트/필름을 얻을 수 있다.

또한 기존 고무롤에서는 고무의 경도 변경이 불가능한 것을 본 발명의 탄성롤에서는 용융수지가 탄성롤과 냉각롤 사이에서 협압될 때 가해지는 선압의 변경 없이도, 탄성롤 내부 압력실의 압력을 조절함으로써 탄성외통의 탄성도 조절이 가능하여 용융수지가 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉길이를 조절할 수 있게 된다.

이로 인해 본 발명의 탄성롤은 용융 수지의 종류 및 두께에 따라 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉길이를 조절할 수 있고, 통상적으로 탄성롤이 냉각롤의 외주면을 따라 오목하게 탄성 변형되어 용융수지가 면접촉되는 접촉길이는 2 내지 10mm 의 범위로 조절할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 탄성롤은 원통형 금속 박막의 탄성외통(F10)과 내통(F20) 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실(F30)에 비압축성 유체가 주입되고, 내통의 외경이 축 방향 기준으로 양 단부로부터 중앙부까지 외경이 작아지면서 크라운 곡선을 형성하고, 이로 인하여 압력실 내부 양 단부의 단면적보다 중앙부의 단면적이 크게 형성되어, 소정의 크라운을 형성할 수 있다.

즉 도 7을 참조하여 설명하면, 원통형 금속 박막의 탄성외통(F10)과 내통(F20) 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실(F30)의 단면적은 탄성외통(F10) 내경과 내통(F20) 외경과의 간격으로, 도 7(A)의 경우 상기 압력실(F30)의 단면적이 일정하게 형성된다.

이 경우 상기 압력실(F30)에 주입되는 비압축성 유체의 압력이 일정하게 유지되고, 압력실(F30)의 전구간에서는 동일한 힘이 주어져 탄성외통(F10)의 직경은 동일하게 팽창된다.

한편 도 7(B)의 경우 내통(F20)의 외경이 축방향 기준으로 양 단부로부터 중앙부까지 작아지면서 크라운 곡선을 형성하고, 이로 인하여 압력실(F30) 내부 양 단부의 단면적보다 중앙부의 단면적이 크게 형성된다.

이 경우 압력실(F30)에 주입되는 비압축성 유체의 압력이 일정하게 유지되고, 단면적이 적은 구간에서는 적은 힘이 작용되고, 단면적인 큰 구간에서는 큰 힘이 작용되어 탄성외통(F10)은 양 단부로부터 중앙부로 갈수록 팽창량이 커져 크라운을 형성하게 된다. 즉 비압축성 유체의 압력은 동일하지만 단면적이 커지면서 힘이 증가되어 크라운이 형성되어, 이로 인해 시트/필름 성형시 원통형 금속 박막의 축 방향에 있어 선압에 의해 변화되는 곡선을 억제할 수 있다.

다음으로 원통형 금속 박막의 탄성외통(F10)은 탄소강 또는 스테인레스강 등으로 이루어지고, 그 두께로는 0.3 내지 5mm 정도가 바람직하다. 원통형 금속 박막 의 탄성외통(F10) 표면은 경면 또는 요철, 세틴 형상으로 형성되어 있어 시트/필름의 표면이 경면으로 전사되어 투명한 제품을 얻을 수 있고, 요철 또는 세틴 형상이 형성된 시트/필름을 얻을 수 있으며, 그리고 가요성과 굴곡성을 갖추고 이음매가 없는 심리스 구조로 형성된다.

상기 탄성롤의 내통(F20)은 휨이 발생되지 않는 강성의 금속제로 이루어져 탄성롤 내부 압력실의 높은 압력에도 내통은 압력 저항을 받지 않으며, 상기 탄성외통과 내통은 동축선상으로 배열된다.

도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면,

본 발명에 따른 탄성롤은 중심부에 롤 축(F61)이 돌출되며, 상기 탄성외통(F10)의 내측에 삽입되는 한 쌍의 플랜지(F62)를 포함하여 형성되는데, 탄성외통의 양 단부는 양 측의 플랜지(F62)에 고정되고, 탄성외통과 내통 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실(F30)에 비압축성 유체가 채워져 있다.

상기 플랜지(F62)는 탄성외통(F10) 내측에 구비되는 것으로, 탄성외통은 탄성외통의 내측 플랜지의 양측에 감합되어 용접 고정된다. 또는 오링 등으로 탄성외통(F10)을 플랜지(F62)에 밀폐 감합하여 고정시켜 탄성외통의 교체를 용이하게 할 수도 있다.

그리고 플랜지(F62)의 중심부에는 롤 축(F61)이 플랜지와 동심축상으로 형성된다.

그리고 내통(F20)은 양 측의 플랜지(F62)와 연결되고 탄성외통(F10)과 내통(F20) 사이에 밀폐된 공간 압력실(F30)이 형성되면서 탄성외통과 동심축상으로 탄성외통 내측으로 구비된다.

플랜지(F62)의 일측과 이와 연결된 축으로는 비압축성 유체의 주입을 위한 주입로(F40)가 형성되어 압력실과 연통되고 비압축성 유체가 공급된다.

상기 주입로(F40)에는 비압축성 유체의 공급 및 압력 제어 장치(미도시)가 연결되고, 압력실의 비압축성 유체는 압력제어밸브에 의해 제어되어 공급된다. 또한 압력실의 압력 유지는 체크 밸브에 의해 유지되어 이로 인해 성형조건에 따라 탄성외통의 탄성도를 조절할 수 있다.

그리고 비압축성 유체의 주입을 위한 주입로(F40)가 형성된 반대편의 플랜지에는 비압축성 유체 주입시 압력실 내부의 에어를 빼기 위한 에어벤트구(F50)가 형성되나, 주입로 및 에어벤트구의 형성 위치는 한정될 것은 아니다.

다음으로 본 발명의 경우 상기 압력실에 주입된 비압축성 유체에는 열전도도가 높은 열전도 부재를 함유하여 열전도성을 높혀 탄성롤의 표면 온도 조절을 위한 열전달 성능을 향상시킨다.

즉, 탄성롤의 표면 온도 조절은 열전도도가 높은 유체에 의해 탄성롤의 표면 온도를 신속하고 균일하게 조절하여 두께 편차가 적고 표면 평활성이 우수한 시트/필름을 성형할 수 있으며, 더욱이 기존 고무롤에서 냉각 성능이 떨어져 시트/필름 성형시 용융 수지가 롤에 부착되어 고속 성형이 불가능했던 문제점을 비압축성 유체에 열전도도가 높은 열전도 부재를 함유하여 탄성롤 표면의 온도조절을 위한 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.

비압축성 유체로는 물 또는 오일, 에틸렌글리콜(EG)이 사용될 수 있으며, 열전도 부재로는 열전도도가 높은 분산 처리된 탄소나노튜브가 사용된다.

탄소나노튜브는 열전도율이 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 유사한 나노 소재로, 단일벽 구조를 갖는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 구조를 갖는 이중벽 탄소나노튜브, 또는 다중벽 구조를 갖는 다중벽 탄소나노튜브 및 다발형 탄소나노튜브, 및 이들의 조합으로부터 다양한 종류의 탄소나노튜브가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

그 외 열전도 부재로서 탄소섬유(피치계 탄소섬유), 카본 나노혼, 플레렌 등의 탄소 재료를 비롯하여, 금, 은, 동, 알루미늄, 금속 실리콘, 놋쇠, 철, 백금, 스테인레스강, 세륨 등의 금속(합금 포함)과, 산화티타늄, 산화마그네슘, 산화아연, 산화철, 산화세륨, 산화규소 등의 금속 산화물과, 수산화세륨 등의 금속 수산화물과, 유리, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 에폭시 등의 합성수지 등이 고려될 수 있고 높은 열전도율을 갖는 것이라면 특별히 제한되지는 않는다.

상기 탄소나노튜브는 바람직하게는 외경이 1 내지 100nm이고, 길이가 0.5 내지 30㎛인 것을 사용할 수 있다. 이 경우 탄소나노튜브의 경우 열전도도 뿐만이 아니라 분산 안정성이 우수하다. 탄소나노튜브의 외경이 100nm를 초과하거나 길이가 30㎛를 초과하는 경우 탄소나노튜브를 분산하는데 어려움이 있을 수 있으며, 탄소나노튜브의 길이가 0.5㎛ 미만인 경우 탄소나노튜브 사이의 접촉점이 많아 열교환 성능에 효과적이지 못할 수 있다.

탄소나노튜브는 체적을 기준으로 하여 비압축성 유체의 0.1 내지 20%이내 로 하는 것이 바람직하고. 비압축성 유체의 점도 및 열전도율에 따라서 적절히 조절하면 된다.

그리고 비압축성 유체에는 금속의 부식을 억제 하기위하여 금속 부식 억제제를 함유할 수 있다.

그리고 본 발명의 비압축성 유체에 함유된 열전도 부재는 비압축성 유체 내에서 침전되지 않고 지속적으로 대류가 이루어지는데,

가열된 용융 수지가 탄성롤의 탄성외통 표면에 접촉할 때 압력실 내의 비압축성 유체와의 열 교환으로 상기 비압축성 유체는 유동되고 탄소나노튜브는 침적되지 않고, 우수한 열전도 성능을 보이게 된다.

다음으로 본 발명의 탄성롤은 압력실에 주입된 비압축성 유체의 온도를 제어하여 탄성롤의 표면 온도를 제어하기 위한 냉각수, 즉 열교환 유체를 탄성롤 내부에 순환시킨다.

즉, 상기 내통(F20)의 내경보다 외경이 작은 제2 내통(F80)을 내통(F20) 내측으로 배치하여 내통(F20)과 제2 내통(F80) 사이에 형성된 공간(F73)을 통과하도록 냉각수를 순환시키는 순환유로(F70)를 형성한다.

상기 냉각수는 비압축성 유체의 주입로(F40)가 형성된 롤 축(F61)의 반대편에 형성된 주입로(F71)을 따라 주입되어 롤 축을 통과한 후 내통(F20)과 제2 내통(F80)사이에 형성된 공간(F73)을 통과하고 배출로(F72)를 통해 배?된다.

내통(F20)과 제2 내통(F80) 사이에 형성된 공간(F73)을 통과하면서 순환하는 냉각수는 내통(F20)을 냉각시키고, 냉각된 내통에 의하여 압력실(F30)에 주입된 비압축성 유체가 냉각된다.

즉 본 발명에 따른 탄성롤은, 탄성외통(F10)과 내통(F20) 사이에 형성된 밀폐된 공간 압력실(F30)에 주입된 비압축성 유체에 열전도도가 높은 열전도부재를 함유하고, 냉각수가 내통(F20)과 제2 내통(F80) 사이에 형성된 냉각수 순환유로(F70)를 통과하면서 순환하도록 하여 내통(F20)을 냉각시키고 냉각된 내통에 의하여 열전도성을 높힌 비압축성 유체가 냉각되어 탄성외통(F10)의 표면 온도를 신속하고 효율적으로 열교환시켜 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

냉각수의 순환유로는 위 언급된 구조만이 아니라 다양한 구조가 고려될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 탄성롤(F)의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 압력실(F30)을 형성하는 내통(F20) 외주면 형상을 열전달 표면적을 높이는 형상으로 하여 비압축성 유체와 열전달이 잘 이루어질 수 있도록 하여 열교환 능력을 향상시킬 수 있다. 즉 내통 외주면의 열전달 표면적을 높이기 위해 내통 외주면에 돌기(F25)를 형성한다.

해당 돌기(F25)의 형상으로는 사다리꼴형, 직사각형, 반원형, 삼각형 등의 형상을 고려할 수 있고, 내통 외주면에 형성되는 돌기(F25)의 형상은 위 언급된 형상에 한정될 것은 아니다. 그리고 상기 돌기(F25)는 압력실의 온도가 탄성외통에 균일하게 열전달 될 수 있도록 탄성외통 내주면과의 간격을 적절하게 유지하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명에 따른 탄성롤(F)은 도 9에서와 같이 배치되어 사용될 수도 있다. 즉 도 9는 종래 사용되는 성형방법에서 고무롤을 대체한 본 발명에 따른 탄성롤(F)과 냉각롤, 스틸벨트를 적용한 예이다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *
J: 가공 지그
J10: 지그 외통 J15: 후부
J20: 지그 축 J22: 플랜지
J30: 압력실
J40: 주입로 J50: 에어벤트구
F: 성형롤
F10: 탄성외통 F20: 내통
F30; 압력실
F40: 주입로 F50: 에어벤트구
F71: 열교환유체의 주입로 F72: 열교환유체의 배출로
F80: 제2 내통

Claims (12)

1. 외주에 지그 외통이 배치되고, 내부에 밀폐된 공간 압력실이 형성되어,
   상기 압력실에 주입되는 비압축성 유체의 압력 조절에 의해 상기 지그 외통의 직경이 팽창/수축 복원되고,
   상기 지그 외통에 삽입된 가공 소재를 지그 외통의 직경이 팽창되면서 밀착 지지하는 것을 특징으로 하는 원통형 금속 박막 가공 지그.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가공 지그는 상기 지그 외통과 상기 지그 외통이 장착되는 플랜지와 지그 축을 포함하여 이루어지고
   상기 압력실은 지그 외통 내주면과 지그 축 외주면 사이 공간에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 금속 박막 가공 지그.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 지그 외통의 양 단부에는 지그 외통 내측 또는 외측으로 두께가 두꺼운 후부가 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 금속 박막 가공 지그.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 플랜지는 일측의 플랜지 직경과 타측의 플랜지 직경이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 금속 박막 가공 지그.
5. 가공 소재를 가공 지그에 장착 후 가공 소재의 외주면을 원통형 금속 박막으로 기계 가공하는 가공방법에 있어서,
   상기 가공 지그는 외주에 배치되는 지그 외통과 내부에 형성된 밀폐된 공간 압력실을 포함하고,
   상기 밀폐된 공간 압력실에 비압축성 유체가 주입되고, 비압축성 유체의 압력을 조절함으로써 지그 외통의 직경을 탄성적으로 팽창시켜서 지그 외통의 외주면을 가공 소재 내주면에 밀착지지시켜 가공하는 것을 특징으로 하는 원통형 금속 박막 가공 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 가공 소재 외주면을 기계가공 후 압력실의 압력을 제거하여 지그 외통의 직경을 수축 복원시켜 원통형 금속 박막으로 가공된 가공 소재를 가공 지그로부터 이탈하는 단계가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 금속 박막 가공 방법.
7. 시트/필름의 성형롤에 있어,
   상기 성형롤은 시트/필름을 가압 성형하기 위하여 탄성 변형되는 원통형 금속 박막의 탄성외통과, 상기 탄성외통 내측에 배치되는 내통과, 플랜지 중심부에 축이 돌출되며 상기 탄성외통 내측에 삽입되는 한 쌍의 플랜지를 포함하여 이루어지고,
   상기 탄성외통과 내통 사이에 밀폐된 공간 압력실이 형성되고,
   상기 압력실에 비압축성 유체가 주입되고, 비압축성 유체의 압력을 조절함으로써 탄성외통의 탄성도가 조절되는 것을 특징으로 하는 시트/필름 성형롤.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 성형롤은 압력실의 압력을 조절함으로써 용융 수지가 탄성롤 표면에 면접촉되는 접촉 길이가 변경되는 것을 특징으로 하는 시트/필름 성형롤.
9. 제 7 항에 있어서.
   상기 내통의 외경이 축방향 기준으로 양 단부로부터 중앙부까지 작아지면서 크라운 곡선을 형성하고, 이로 인하여 압력실 내부 양단부의 단면적보다 중앙부의 단면적이 크게 형성되어 상기 비압축성 유체의 압력은 동일하지만 힘이 증가되어 크라운이 형성되는 것을 특징으로 하는 시트/필름 성형롤.
10. 제 7 항에 있어서.
    상기 내통 내측으로 내통의 내경보다 외경이 작은 제2 내통이 더 구비되고,
    상기 내통과 제2 내통 사이에 형성된 공간으로 열교환 유체가 순환되는 것을 특징으로 하는 시트/필름 성형롤.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 비압축성 유체에는 열전도부재가 함유되는 것을 특징으로 하는 시트/필름 성형롤.
12. 제 11 항에 있어서,
    비압축성 유체에 대한 열전달 표면적을 넓히기 위해 상기 내통의 외주면에 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 시트/필름 성형롤.

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