KR20190098684A

KR20190098684A - 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치

Info

Publication number: KR20190098684A
Application number: KR1020180161791A
Authority: KR
Inventors: 까가와 세이지; 까가와 요이치로
Original assignee: 까가와 세이지; 가가와 아쓰코
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2019-08-22
Also published as: JP2019136839A; EP3527343A1; KR102123799B1; TW201934291A; TWI672208B; CN110154371B; JP6386201B1; US20190248035A1; CN110154371A; US10744665B2

Abstract

본 출원은 한 쌍의 수직 컬럼; 각 수직 컬럼에 고정되며, 수직 컬럼 내에 위치하는 한 쌍의 고정형 프레임; 고정형 프레임 아래에서 회전 가능한 한 쌍의 이동형 프레임; 고정된 위치에서 고정형 프레임에 회전가능하게 지지된 패턴 롤; 고정형 프레임의 제 1 수직 가이드 레일을 따라 상하로 이동가능한 앤빌 롤; 및 이동형 프레임의 제 2 수직 가이드 레일을 따라 상하로 이동가능한 하부 백업 롤을 포함하며, 패턴 롤은 앤빌 롤과 평행하고, 제 1 수직 가이드 레일과 제 2 수직 가이드 레일은 일 측면으로 상기 수직 컬럼으로부터 이격되어, 회전하는 이동형 프레임과 하부 백업 롤은 수직 컬럼과 접촉되지 않으며, 하부 백업 롤을 수평면 내에서 앤빌 롤에 대해 경사시킨 상태에서, 패턴 롤의 고경도 미세 입자에 의해 다수의 미세 공극이 플라스틱 필름 상에 형성되는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치이다.

Description

미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치{APPARATUS FOR PRODUCING MICROPOROUS PLASTIC FILM}

본 발명은 미세 공극의 폭-방향 분산을 신속히 균일하게 형성함으로써, 미세다공성 플라스틱 필름을 효과적으로 제조하기 위한 소형 장치에 관한 것이다.

일반적으로 빵, 쿠키, 채소, 발효된 콩 및 김치와 같은 발효 식품 등은 종이 또는 비닐 봉지로 포장된 상태로 판매되고 있다. 종이 봉지는 높은 통기성과 투습성을 가지지만, 내용물이 보이지 않는 점에서 단점이 있다. 반면에, 비닐 봉지는 내용물을 볼 수 있지만, 충분한 통기성과 투습성을 가지지 못하고, 식품의 풍미 및 질감을 심하게 악화시키는 단점이 있다.

내용물을 잘 볼 수 있는 플라스틱 필름을 얻기 위하여, 높은 통기성과 투습성을 가지면서, 플라스틱 필름에 다수의 미세 공극을 형성하는 장치가 공지되어 있다. 예를 들면, 일본 공개 특허 6-71598호는 긴 플라스틱 필름을 공급하는 수단, 롤링 표면에 고정된 날카로운 모서리를 구비하고 다수의 모스 경도 5 이상의 고경도 미세 입자가 구비된 패턴 롤, 평탄 롤링 면을 구비하고, 패턴 롤의 방향과 반대 방향으로 회전가능한 앤빌 롤(금속 롤), 긴 플라스틱 필름에 대한 가압력을 조절하기 위한 하나의 롤의 양 단부 근처에 배치된 압력 조절 수단 및 패턴 롤에 고전압을 인가하는 수단을 포함하며, 패턴 롤과 앤빌 롤 중 하나 또는 모두가 그 배열 방향으로 이동 가능한 미세다공성 필름의 제조 장치를 개시한다. 패턴 롤과 앤빌 롤은 평행하게 배열되고, 그들 사이의 간극을 통과하는 긴 플라스틱 필름은 패턴 롤 상의 다수의 고경도 미세 입자로 인하여 다수의 미세 공극이 구비된다.

그러나, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극을 통과하는 약 8 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 두께의 플라스틱 필름(미도시)에 다수의 미세 공극이 형성되면, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)에 큰 하중이 걸려서, 패턴 롤과 앤빌 롤(10, 20)이 휘어지는 경향이 생겨, 도 13에 도시한 바와 같이, 양 사이드의 모서리 부위 보다 폭방향의 중심 부위가 더 넓어진 간극이 형성된다. 불균일한 간극(G)에 의해 형성된 미세 공극은 필름의 폭방향의 중심 부위와 양 사이드의 모서리 부위 사이에서 상이한 특성(개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등)을 갖게 되며, 가로방향으로 균일한 통기성을 갖는 미세다공성 플라스틱 필름을 얻지 못한다.

패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)이 휘어지는 것을 방지하기 위해, 패턴 롤(10)의 상방 및/또는 앤빌 롤(20)의 하방에 백업 롤을 배치하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 그러한 백업 롤은 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)이 휘어지는 것을 충분히 방지할 수 없다고 알려져 있다. 또한, 패턴 롤(10)의 롤링 면에 다수의 고경도 미세 입자가 부착되어 있기 때문에, 패턴 롤(10)의 상방에 배치된 백업 롤은 연질 표면을 갖는 고무 롤 등이어야 해서, 패턴 롤(10)이 휘어지는 것을 충분히 방지할 수 없다.

일본 공개 특허 6-328483호는 실질적으로 평행하게 배열된 6 개의 롤에 의해 열가소성 중합체 또는 고무 필름을 캘린더링하기 위한 장치를 개시하고, 제 6 롤이 제 1 롤 내지 제 5 롤 바로 아래에 배치되고; 제 5 롤을 작은 각도로 기울어지도록 만드는 교차 수단을 포함한다. 그러나, 교차 수단에 의해 기울어진 제 5 롤의 각도는 일정하고, 상기 캘린더링 장치는 소정의 경사각을 얻기 위한 구동 수단을 구비하지 않는다. 따라서, 이 캘린더링 장치를 사용하여 플라스틱 필름에 미세 공극을 형성하더라도, 다양한 크기 및 분포를 갖는 미세 공극을 폭 방향으로 균일하게 형성할 수는 없다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자는 일본 특허 6125707호에 따른, 측방향으로 배열된 한 쌍의 고정형 프레임에 의해 회전가능하도록 지지되는 패턴 롤; 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임을 따라 상하로 이동가능하여, 플라스틱 필름을 통해 패턴 롤에 접촉되는 앤빌 롤; 패턴 롤과 앤빌 롤 사이의 간극을 통해 플라스틱 필름을 통과하는 이송 수단; 한 쌍의 이동형 프레임을 회전시키는 제 1 구동 수단; 앤빌 롤을 상하로 이동시키며, 이동형 프레임 각각에 장착된 제 2 구동 수단; 패턴 롤을 회전시키는 제 3 구동 수단; 및 앤빌 롤을 회전시키는 제 4 구동 수단을 포함하며, 제 1 구동 수단을 작동하여, 앤빌 롤이 수평면에서 패턴 롤에 대해 기울어진 상태에서, 플라스틱 필름을 패턴 롤과 앤빌 롤 사이의 간극을 통과시켜, 고경도 미세 입자가 플라스틱 필름에 다수의 미세 공극을 형성하는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치를 이미 제안하였다.

전술한 장치는 폭 방향으로 다양한 크기 및 분포를 갖는 미세 공극을 균일하게 형성할 수 있지만, 실제 생산 공정에서 후술하는 문제점을 갖는다고 알려져 있다: 패턴 롤에 대한 앤빌 롤의 최적 경사각에 도달될 때까지, 미세 공극의 폭방향 균일성이 불충분한 긴 미세다공성 플라스틱 필름이 필연적으로 형성되는데, 이는 패턴 롤에 대한 앤빌 롤의 최적 경사각을 약간 변경하고, 미세 공극의 폭방향 분포를 측정하는 것을 반복하기 때문이다. 따라서, 미세 공극의 폭방향 분포를 균일하도록 신속하게 작업할 수 있는 장치가 요구된다.

도 14에 도시한 바와 같은 강판(S)의 롤링에 있어서, 한 쌍의 작업 롤(210, 220)이 경사지고, 양쪽 작업 롤(210, 220)을 위해 배치된 백업 롤(211, 221)이 구비되나, 각 작업 롤(210, 220)과 백업 롤(211, 221) 사이에는 경사각이 존재하지 않는다. 따라서, 도 14에 도시한 바와 같은 구조에서는, 강판(S)에 경사력(slanted force)이 인가된다. 충분한 강도를 갖는 강판(S)은 경사력을 견딜 수 있지만, 강도가 낮은 플라스틱 필름은 주름이 생기거나 파열되어, 작업 롤(210, 220)이 신속히 기울어지지 못한다. 경사진 패턴 롤과 앤빌 롤의 양측에 백업 롤을 간단히 배치하는 것으로는 하나의 작업 롤의 경사각을 신속하게 최적화할 수 없기 때문에, 미세다공성 플라스틱 필름을 효율적으로 생산하지 못한다.

인스턴트 커피, 분유, 차 등과 같은 건조 식품은 산소 및 수분으로부터 이들을 보호하는 밀폐성이 양호한 알루미늄-기상-증착 플라스틱 필름 등의 봉지에 넣는다. 알루미늄-기상-증착 플라스틱 필름은 예를 들어, 고강도 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 필름, 인쇄층, 기상-증착층 및 열봉합층으로 구성된다. 대부분의 알루미늄-기상-증착 플라스틱 필름 백에는 절취용 노치(notch)가 구비된다.

그러나, PET 필름에 적층된 기상-증착 알루미늄층, 열봉합층 및 인쇄층으로 인해, 노치가 있더라도 알루미늄-증착-플라스틱 필름을 절취하는 것은 때때로 어려운 경우가 있다. 특히, 알루미늄-기상-증착 플라스틱 필름 백의 열봉합부는 2 배 정도로 두꺼워서, 노치로부터 절취하는 것이 열봉합부에 의해 자주 중단된다.

전술한 바와 같은 상황을 고려하여, 본 발명자는 일본 특허 공개 7-165256호에 따른, 노치 없이 어느 부분에서도 절취가 쉬운 필름으로서, 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛의 평균 개구 직경을 갖는 관통 공극(penetrating pore) 또는 미관통 공극(unpenetrating pore)이 1000/cm² 이상의 밀도로 전체 표면에 구비된 폴리에스터, 나일론 또는 배향성 폴리프로필렌의 다공성 필름과 상기 다공성 필름의 일 표면에 적층된 열-융착성 중합체 필름을 포함한 절취가 쉬운 플라스틱 적층 필름을 이미 제안하였다. 그러나, 이러한 관통 공극을 갖는 절취가 쉬운 플라스틱 필름은 산소와 습기의 투과를 완전히 차단해야하는 용도에는 사용할 수 없다.

일본 공개 특허 10-193454호는 미관통 미세 공극만이 형성된 플라스틱 필름으로서, 무기 필러를 함유하는 폴리올레핀 수지 조성물로 이루어지고, 내면과 외면 중 한쪽 또는 양쪽이 코로나-방전처리가 되어, 적어도 일부가 엠보싱처리된 5 ㎛ 내지 150 ㎛ 두께의 튜브형 필름을 개시한다. 엠보싱은 필름 두께의 1/2에서 1/10 정도의 두께이며(JIS B 0601에 따라 측정됨), 일반적으로 0.5 mm 내지 300 mm 정도의 너비를 갖는다. 그러나, 이러한 엠보싱은 너무 커서, 튜브형 필름을 쉽게 파열시키지 못하고, 튜브형 필름의 외관을 악화시킨다. 절취가 용이하도록 미세한 엠보싱이 형성되려면, 다수의 미세 돌기가 구비된 극히 비싼 엠보싱 롤을 사용해야하기 때문에, 필연적으로 엠보싱이 형성된 필름이 고가일 수 밖에 없다.

또한, 미관통 미세 공극만이 플라스틱 필름에 형성되더라도, 미관통 공극이 불균일하게 분포된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 패턴 롤과 앤빌 롤에 의해 플라스틱 필름에 인가되는 가압력은 횡방향으로 일정해야한다. 그러나, 일본 특허 제 6125707호에 기재된 구조는 가압력을 신속하게 횡방향으로 균일화하는 것이 반드시 최적일 필요는 없다.

미국 특허 5,839,313호는 도 15에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 작업 롤(301, 302), 각 작업 롤(301, 302)을 각각 밀어주는 백업 롤(303, 304) 및 상부 작업 롤 301) 및 상부 백업 롤(303) 사이에 위치된 중간 롤(305)을 포함하고, 한 쌍의 작업 롤(301, 302)과 한 쌍의 백업 롤(303, 304)이 모두 평행하며, 중간 롤(305)은 통과선에 대해 경사져 있다. 미국 특허 5,839,313 호의 압연기는 금속 박편의 횡방향 편향(strip walking)을 방지할 수 있지만, 모든 롤이 측방향으로 배열된 프레임에 의해 지지되는 구조를 갖기 때문에, 이러한 압연기를 소형화하는 것은 쉽지 않다.

이에, 본 발명의 목적은 다수의 미세 공극의 폭-방향 분산을 신속히 균일하게 형성함으로써, 미세다공성 플라스틱 필름을 효과적으로 제조할 수 있는 소형 장치를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 고려하여 예의 연구한 결과, 본 발명자는 도 1에 도시한 바와 같이, 플라스틱 필름에 미세 공극을 형성하기 위한 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)에 하부 백업 롤(30)을 조합하고, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)을 평행하게 유지하면서 하부 백업 롤(30)을 앤빌 롤(20)에 대하여 수평면 내에서 작은 각도(θ)로 경사시켜, 플라스틱 필름에서 주름, 파열 등과 같은 문제를 야기하지 않으면서, 미세 공극을 형성하는 동안 응력에 의해 약간 휘어진 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)의 굴곡을 신속하게 제거할 수 있으며, 이로써, 넓은 플라스틱 필름에 다수(복수)의 미세 공극의 폭방향 분포를 신속하고 균일하게 형성할 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치는

측방향으로 배열된 한 쌍의 수직 컬럼;

각 수직 컬럼에 고정되며, 수직 컬럼 내에 위치하는 측방향으로 배열된 한 쌍의 고정형 프레임;

고정형 프레임 각각의 일-측 표면에 부착된 제 1 수직 가이드 레일;

고정형 프레임 아래에 회전가능하게 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임;

롤링면 상에 다수(복수)의 고경도 미세 입자를 랜덤으로 구비하며, 고정된 위치에서 고정형 프레임에 회전가능하게 지지된 패턴 롤;

패턴 롤 아래에서 제 1 수직 가이드 레일을 따라 상하로 이동가능한 앤빌 롤;

이동형 프레임 각각의 일-측 표면에 부착된 제 2 수직 가이드 레일;

제 2 수직 가이드 레일을 따라 상하로 이동가능하며, 앤빌 롤을 아래에서 가압하는 하부 백업 롤;

패턴 롤과 앤빌 롤 사이의 간극을 통해 플라스틱 필름을 통과시키는 이송 수단;

한 쌍의 이동형 프레임을 회전시키기는 제 1 구동 수단; 및

이동형 프레임 각각에 장착되어, 하부 백업 롤을 상하로 이동시키는 제 2 구동 수단을 포함하며,

패턴 롤과 앤빌 롤은 서로 평행하고,

제 1 수직 가이드 레일과 제 2 수직 가이드 레일은 수직 컬럼으로부터 일 측면으로 이격되어, 이동형 프레임과 하부 백업 롤이 회전시, 수직 컬럼과 접촉되지 않으며, 및

앤빌 롤을 하부 백업 롤의 가압에 의해 상승시키고, 하부 백업 롤을 제 1 구동 수단의 작동에 의해 수평면 내에서 앤빌 롤에 대해 기울인 상태에서, 패턴 롤과 앤빌 롤 사이의 간극을 통해 플라스틱 필름이 통과하여, 고경도 미세 입자에 의해 다수(복수)의 미세 공극이 플라스틱 필름 상에 형성된다.

한 쌍의 이동형 프레임은 바람직하게는 제 1 구동 수단에 의해 측방향으로 배열된 한 쌍의 수평의 원호형 커브 가이드 레일을 따라 회전된다.

이동형 프레임이 고정된 이동판은 상기 제 1 구동 수단에 연결된 수평판의 양 단부에 고정되는 것이 바람직하고; 및 원호형 커브 가이드 레일 각각은 이동판 각각의 하부면의 가이드 그루브에 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치는 바람직하게는

패턴 롤과 앤빌 롤을 동시에 회전시키는 제 3 구동 수단; 및

하부 백업 롤을 회전시키는 제 4 구동 수단을 추가로 포함한다.

패턴 롤과 앤빌 롤 사이 간극의 하류(downstream)에 배치되고, 형성된 미세다공성 플라스틱 필름의 미세 공극의 특성(개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등)을 관측하는 센서; 및

센서의 출력 신호를 수신하고, 하부 백업 롤의 앤빌 롤에 대한 수평 경사각을 조정하기 위한 신호를 생성하여, 미세 공극의 소정의 특성을 얻는 수단을 추가로 포함한다.

플라스틱 필름 내의 미세 공극의 형성은 하부 백업 롤의 앤빌 롤에 대한 수평 경사각이 0°인 상태에서 시작되고, 이어서 센서의 출력 신호에 따라 제 1 구동 수단이 작동되는 것이 바람직하다.

패턴 롤의 고경도 미세 입자는 날카로운 모서리를 구비하고, 모스 경도가 5 이상인 것이 바람직하며, 패턴 롤의 롤링면 내의 고경도 미세 입자의 면적 분율은 10 % 내지 70 %인 것이 바람직하다.

본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치는 바람직하게는 패턴 롤을 하방으로 가압하는 상부 백업 롤을 추가로 포함한다.

본 발명의 장치는, 고정형 프레임에 회전가능하게 지지된 패턴 롤 및 앤빌 롤과, 이동형 프레임을 따라 상하로 이동 가능한 하부 백업 롤을 포함하고, 하부 백업 롤에 의해 앤빌 롤이 상방으로 가압되어, 패턴 롤과 앤빌 롤 사이의 간극을 통과하는 플라스틱 필름에 다수(복수)의 미세 공극을 형성한 상태에서, 이동형 프레임의 회전에 의해 앤빌 롤에 대한 하부 백업 롤의 수평 경사각은 신속하게 변화될 수 있다. 결과적으로, 미세 공극의 특성(개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등)에 따라 하부 백업 롤의 최적 수평 경사각을 신속하게 설정할 수 있다. 하부 백업 롤이 수평으로 회전하면서 패턴 롤과 앤빌 롤이 평행하게 유지되기 때문에, 플라스틱 필름에 경사력이 인가되지 않으며, 하부 백업 롤이 빠르게 수평 회전하더라도 플라스틱 필름이 변형되거나 파열될 가능성이 낮다.

본 발명의 장치는 관통 공극 뿐만 아니라 미관통 공극을 플라스틱 필름에 형성하는데 사용될 수 있다. 관통 공극을 갖는 미세다공성 플라스틱 필름은 적절한 통기성 및 투습성을 필요로하는 빵, 쿠키, 채소, 발효된 콩 및 김치와 같은 발효 식품을 포장하기 위한 필름으로서 적합하다. 또한, 미관통 공극만을 갖는 미세다공성 플라스틱 필름은 산소, 수분 등의 침투를 완전히 차단하면서, 어느 지점에서도 쉽게 절취할 수 있는 인스턴트 커피, 분유, 차 등의 건조 식품 포장하기 위한 절취가 쉬운 플라스틱 필름으로서 적합하다.

도 1은 패턴 롤 및 앤빌 롤에 대해 경사진 하부 백업 롤을 도시하는 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치(롤이 개방된 상태)를 도시하는 정면도이다.
도 2b는 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름의 제조 장치(롤이 폐쇄된 상태)를 도시하는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치의 프레임 구조를 도시하는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치의 프레임 구조를 도시하는 배면도이다.
도 5a는 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치의 프레임 구조를 도시하는 부분 생략 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치의 프레임 구조를 도시하는 부분적 생략 분해 평면도이다.
도 5c는 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치의 앤빌 롤의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름의 제조 장치를 도시하는 우측면도이다.
도 7은 베이스에 고정된 원호형 커브 가이드 레일을 도시하는 평면도이다.
도 8은 원호형 커브 가이드 레일과 측방향으로 배치된 한 쌍의 이동형 프레임 사이의 관계를 도시하는 부분 생략 평면도이다.
도 9는 원호형 커브 가이드 레일을 따라 이동 가능한 이동형 프레임의 구조를 도시하는 분해 측면도이다.
도 10은 패턴 롤과 앤빌 롤에 의한 플라스틱 필름의 미세 공극의 형성을 도시한 단면도이다.
도 11a는 제 3 구동 수단의 기어를 도시하는 확대 정면도이다.
도 11b는 제 3 구동 수단의 기어를 도시하는 확대 측면도이다.
도 12a는 하부 백업 롤이 앤빌 롤과 평행할 때, 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임과 한 쌍의 원호형 커브 가이드 레일 사이의 관계를 도시하는 평면도이다.
도 12b는 하부 백업 롤이 수평면에서 앤빌 롤에 대해 반시계 방향으로 경사질 때 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임과 한 쌍의 원형 곡선 가이드 레일 사이의 관계를 도시하는 평면도이다.
도 12c는 하부 백업 롤이 수평면에서 앤빌 롤에 대해 시계 방향으로 경사질 때 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임과 한 쌍의 원형 곡선 가이드 레일 사이의 관계를 도시하는 평면도이다.
도 13은 플라스틱 필름에 미세 공극이 형성될 때 평행하게 배열된 패턴 롤과 앤빌 롤이 휘어지는 모습을 과장하여 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 14는 강판을 권취하기 위해 상호 간에 서로 경사진 패턴 롤 및 앤빌 롤에 부가된 백업 롤을 도시하는 사시도이다.
도 15는 미국 특허 5,839,313호에 기재된 롤링 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 실시 예의 설명은 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예에 적용 가능하다. 이하의 설명은 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

[1] 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치의 구조

도 2a, 도 2b 및 도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치는

베이스(60)에 고정된 측방향으로 배열된 한 쌍의 수직 컬럼(111, 111);

각 수직 컬럼(111, 111)의 상부에 고정되며, 수직 컬럼(111, 111) 내에 위치하는 측방향으로 배열된 한 쌍의 고정형 프레임(40, 40);

고정형 프레임(40, 40) 각각의 일-측 표면에 부착된 제 1 수직 가이드 레일(45, 45);

고정형 프레임(40, 40) 아래에 회전가능하게 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임(50, 50);

롤링면 상에 다수(복수)의 고경도 미세 입자를 랜덤으로 구비하여 플라스틱 필름(F)에 미세 공극을 형성하고, 고정된 위치에서 고정형 프레임(40, 40)에 회전가능하게 지지된 패턴 롤(10);

패턴 롤(10) 아래에서 제 1 수직 가이드 레일(45, 45)을 따라 상하로 이동가능한 앤빌 롤(20);

이동형 프레임(50, 50) 각각의 일-측 표면에 부착된 제 2 수직 가이드 레일(54, 54);

제 2 수직 가이드 레일(54, 54)을 따라 상하로 이동가능하며, 앤빌 롤(20)을 아래에서 가압하는 하부 백업 롤(30);

패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극을 통해 플라스틱 필름(F)을 통과시키는 이송 수단(가이드 롤)(140a, 140b);

베이스(60)의 상부면에 고정되어, 이동형 프레임(50, 50)을 회전시키기는 제 1 구동 수단(70);

이동형 프레임(50, 50) 각각에 장착되어, 하부 백업 롤(30)을 상하로 이동시키는 제 2 구동 수단(80, 80);

패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)을 동시에 회전시키는 제 3 구동 수단(90); 및

하부 백업 롤(30)을 회전시키는 제 4 구동 수단(100);을 포함하고,

패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)은 서로 평행하고,

제 1 수직 가이드 레일(45, 45)과 제 2 수직 가이드 레일(54, 54)은 수직 컬럼(111, 111)으로부터 일 측면으로 이격되어, 이동형 프레임(50, 50), 하부 백업 롤(30) 및 제 4 구동 수단(100)이 회전시, 수직 컬럼과 접촉되지 않으며, 및

앤빌 롤(10)을 하부 백업 롤(30)의 가압에 의해 상승시키고, 하부 백업 롤(30)을 제 1 구동 수단(70)의 작동에 의해 수평면 내에서 앤빌 롤(20)에 대해 기울인 상태에서, 플라스틱 필름(F)이 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극을 통과하여, 패턴 롤(10)의 고경도 미세 입자에 의해 다수(복수)의 미세 공극이 플라스틱 필름(F) 상에 형성된다.

본 발명의 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치는 플라스틱 필름(F)이 권취된 제 1 릴(151); 형성된 미세다공성 플라스틱 필름(Fa)을 권취하는 제 2 릴(152); 및 플라스틱 필름(F)과 미세다공성 플라스틱 필름(Fa)를 가이드 하는 복수의 가이드 롤과 닙 롤을 추가로 포함한다.

(1) 수직 컬럼

도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 수직 컬럼(111, 111)은 베이스(60)에 고정되고, 각 수직 컬럼(111)은 일-측 표면(도시한 예에서 전방 표면(플라스틱 필름(F)의 이동경로의 상위 측면)에 적어도 하나의 판상 돌기(112)가 구비된다. 판상 브라켓(113, 113)은 수직 컬럼(111, 111)과 판상 돌기(112, 112)의 내부 표면(대향 표면)에 고정된다. 이하의 설명에서, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극을 통과하는 플라스틱 필름(F)의 방향에 관하여, "일-측(one-side)"을 간략히 "상류 측(upstream side)"으로 예시하며, "상류-측 표면(upstream-side surface)"을 전면(front surface)" and "하류-측 표면(downstream-side surface)"을 후면(rear surface)"으로 예시하지만, 이는 한정적인 것은 아니다. 따라서, 판상 브라켓(113)은 각 수직 컬럼(111)의 상류-측 표면으로부터 전방을 향하여 돌출되어 있다.

(2) 고정형 프레임

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 수직 컬럼(111, 111) 각각의 내부 표면(111a)에 고정된 판상 브라켓(113)은 볼트 등에 의해 각 고정형 프레임(40)의 고정판(41)에 고정된다. 판상 브라켓(113, 113)이 수직 컬럼(111, 111)의 상류-측 표면으로부터 전방을 향하여 돌출되어 있기 때문에, 판상 브라켓(113, 113)에 고정된 고정형 프레임(40, 40)의 상류-측 표면(전면)은 충분한 거리를 두고 수직 컬럼(111, 111)의 상류-측 표면(전면)으로부터 전방을 향하여 위치한다.

수평 빔(120)은 한 쌍의 고정형 프레임(40, 40)의 상부에 고정되어, 고정형 프레임(40, 40)을 보강하여, 그들의 거리를 일정하게 유지한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 패턴 롤(10)의 각 베어링(11)을 각 고정형 프레임(40)이 고정된 위치에서 지지한 채, 패턴 롤(10)은 고정형 프레임(40, 40)에 대해, 상하 이동 없이, 기설정된 위치에서 회전한다.

상부 수직 가이드 레일(44)과 하부 수직 가이드 레일(제 1 수직 가이드 레일)(45)은 패턴 롤(10)의 상하로 수직 정렬하도록 각 고정형 프레임(40)의 전면에 고정된다. 각 고정형 프레임(40)의 전면은 각 수직 컬럼(111)의 전면으로부터 전방을 향하여 위치하기 때문에, 양쪽 수직 가이드 레일(44, 45) 또한 각 수직 컬럼(111, 111)의 전면으로부터 전방을 향하여 위치한다.

(3) 이동형 프레임

도 3에 도시한 바와 같이, 각 이동판(55)의 상부 표면에 고정된 각 이동형 프레임(50)은 각 고정형 프레임(40) 아래에 위치한다. 제 1 수직 가이드 레일(45)에 수직으로 정렬된 제 2 수직 가이드 레일(44)은 각 이동형 프레임(50)의 전면에 고정된다.

도 2 내지 도 4 및 도 9에 도시한 바와 같이, 각 원호형 커브 가이드 레일(62)과 슬라이딩 가능하게 결합된 가이드 그루브(57a)를 구비한 가이드 블록(57)은 볼트에 의해 각 이동판(55)의 하부 표면에 고정된다. 도시한 예시에서, 각 이동판(55)은 한 쌍의 가이드 블록(57, 57)이 구비되나, 가이드 블록(57)의 갯수는 한정되는 것은 아니다. 각 이동형 프레임(50)은 각 이동판(57)에 고정되고, 양쪽 이동판(55, 55)은 제 1 구동 수단(70)에 연결된 수평판(56)의 양쪽 단부에 고정된다.

도 2a, 도 5a 및 도 8에 도시한 바와 같이, 측방향으로 배열된 한 쌍의 평판(61, 61)은 베이스(60)의 상부 표면에 고정되고, 원호형 커브 가이드 레일(62)은 각 평판(61)에 고정된다. 한 쌍의 이동판(55, 55)의 가이드 블록(57, 57)이 원호형 커브 가이드 레일(62, 62)을 따라 이동할 때, 이동판(55, 55)은 제 1 구동 수단(70)의 중심(O)를 중심으로 측방향으로 회전한다.

(4) 패턴 롤

도 10에 도시한 바와 같이, 패턴 롤(10)은 바람직하게는 니켈 도금 등과 같은 도금층(10c)에 의해, 금속 롤 바디(10a)의 롤링 표면에 랜덤하게 고정된 다수(복수)의 고경도 미세 입자(10b)를 포함한다. 그러한 패턴 롤(10)의 구체적인 예시는, 예를 들면, 일본 특허 공개 5-131557호, 9-57860호 및 2002-59487호 기술되어 있다.

고경도 미세 입자(10b)는 바람직하게는 날카로운 모서리(코너)를 구비하고, 모스 경도 5 이상이다. 고경도 미세 입자(10b)는 바람직하게는 미세 다이아몬드 입자, 특히 분쇄된 미세 다이아몬드 입자이다.

고경도 미세 입자(10b)는 바람직하게는 형성된 미세 공극의 특성(개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등)에 따라, 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위의 입자 크기 분포를 갖는다. 고경도 미세 입자(10b)의 입자 크기가 10 ㎛ 미만이면, 플라스틱 필름(F)에 미세 공극이 충분히 형성되지 않는다. 반면에, 고경도 미세 입자(10b)의 입자 크기가 500 ㎛를 초과하면, 플라스틱 필름(F)에 지나치게 많은 미세 공극이 형성된다. 고경도 미세 입자(10b)의 입자 크기의 하한은 보다 바람직하게는 20 ㎛이고, 가장 바람직하게는 30 ㎛이다. 고경도 미세 입자(10b)의 입자 크기의 상한은 보다 바람직하게는 400 ㎛이고, 가장 바람직하게는 300 ㎛이다.

패턴 롤(10)의 롤링 면에 부착된 고경도 미세 입자(10b)는 i) 사용된 플라스틱 필름(F)의 소재 및 두께와 ii) 형성된 미세 공극의 개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등에 따라 다른 입자 크기 분포를 갖기 때문에, 고경도 미세 입자(10b)의 입자 크기 분포는 전술한 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다.

고경도 미세 입자(10b)는 바람직하게는 3 이하의 종횡비(aspect ratio)를 갖는다. 종횡비가 3 이하이면, 고경도 미세 입자(10b)는 구에 가까운 다각형 형상을 갖는다. 고경도 미세 입자(10b)의 종횡비는 보다 바람직하게는 2 이하이고, 가장 바람직하게는 1.5 이하이다.

고경도 미세 입자(10b)의 약 1/2 내지 약 2/3은 도금층(10c)에 매설되어 있으며, 도금층(10c)의 표면으로부터 돌출된 고경도 미세 입자(10b)의 높이 분포는 바람직하게는 10 ㎛ 내지 400 ㎛의 범위이다. 고경도 미세 입자(10b)의 돌출 높이가 10 ㎛ 미만이면, 충분한 미세 공극이 형성되지 않는다. 반면에, 고경도 미세 입자(10b)의 돌출 높이가 400 ㎛을 초과하면, 플라스틱 필름(F)에 지나치게 많은 미세 공극이 형성된다. 고경도 미세 입자(10b)의 돌출 높이 분포의 하한은 보다 바람직하게는 20 ㎛이고, 가장 바람직하게는 30 ㎛이다. 고경도 미세 입자(10b)의 돌출 높이 분포의 상한은 보다 바람직하게는 300 ㎛이고, 가장 바람직하게는 200 ㎛이다.

패턴 롤(10)의 롤링면에서 고경도 미세 입자(10b)의 면적비(고경도 미세 입자(10b)가 차지하는 패턴 롤의 표면 비율)는 바람직하게는 10 % 내지 70 %이다. 고경도 미세 입자(10b)의 면적비가 10 % 미만이면, 플라스틱 필름(F)에 미세 공극이 충분한 밀도로 형성될 수 없다. 반면에, 패턴 롤(10)의 롤링면에 고경도 미세 입자(10b)를 70 %를 초과하는 면적비로 고정하는 것은 사실상 어려운 일이다. 고경도 미세 입자(10b)의 면적비는 보다 바람직하게는 하한이 20 %이고, 상한이 60 %이다.

플라스틱 필름(F)에 미세 공극을 형성하는 동안 패턴 롤(10)이 휘어지는 것을 방지하기 위해, 패턴 롤(10)의 롤 바디(10a)는 경질 금속(hard metal)으로 형성하는 것이 바람직하다. 경질 금속은 SKD11과 같은 다이 강(die steel)일 수 있다.

플라스틱 필름(F)은 관통 미세 공극 및/또는 미관통 미세 공극을 구비할 수 있다. 플라스틱 필름(F)에 미관통 미세 공극만이 형성되면, 도금층(10c)의 표면(롤링 면)으로부터 돌출된 고경도 미세 입자(10b)는 플라스틱 필름(F) 두께의 30 % 내지 80 %에 해당하는 평균 깊이(Dav)와 플라스틱 필름(F)의 90 % 이하에 해당하는 최대 깊이(Dmax)를 갖는 미관통 미세 공극을 형성하도록 평균 깊이 및 최대 깊이를 가져야 한다. 롤링 면으로부터 돌출된 고경도 미세 입자(10b)의 평균 높이는 바람직하게는 플라스틱 필름(F) 두께의 30 % 내지 80 %이며, 보다 바람직하게는 35 % 내지 70 %이며, 가장 바람직하게는 40 % 내지 60 %이다. 롤링 면으로부터 돌출된 고경도 미세 입자(10b)의 최대 높이는 바람직하게는 플라스틱 필름(F) 두께의 90 % 이하이며, 보다 바람직하게는 85 % 이하이며, 가장 바람직하게는 80 % 이하이다. 패턴 롤(10)의 롤링 면에서 고경도 미세 입자(10b)의 평균 입자 크기는 바람직하게는 20 ㎛ 내지 100 ㎛이며, 보다 바람직하게는 25 ㎛ 내지 80 ㎛이고, 가장 바람직하게는 30 ㎛ 내지 60 ㎛이다.

(5) 앤빌 롤

패턴 롤(10)과 조합되는 앤빌 롤(20)은 패턴 롤(10)의 고경도 미세 입자(10b)가 플라스틱 필름(F)에 충분히 진입하도록 하면서, 관통 하중에 대해 충분한 변형 저항성을 나타내도록, 앤빌 롤(20)은 고강도 경질 금속, 특히 고강도 내식성 스테인레스 스틸(SUS440C, SUS304 등)으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 앤빌 롤(20)은 다이 강과 같은 경질 금속의 내부층과 SUS304과 같은 고강도 내식성 스테인레스 스틸의 외부층을 포함하는 2층 구조를 가질 수 있다. 외부층의 두께는 실제로 약 20 mm 내지 약 60 mm일 수 있다.

도 5c 및 도 6에 도시한 바와 같이, 각 고정형 프레임(40)의 제 1(하부) 수직 가이드 레일(45)와 결합된 가이드 부재(22)는 앤빌 롤(20)의 각 베어링(21)의 후면에 고정된다. 후술하는 바와 같이, 앤빌 롤(20)은 하부 백업 롤(30)의 수직 이동에 의해 제 1 수직 가이드 레일(45, 45)을 따라 상하로 이동할 수 있다.

(6) 하부 백업 롤

도 2a, 도 3 및 도 5c에 도시한 바와 같이, 하부 백업 롤(30)의 한 쌍의 베어링(31, 31)의 후면에 고정된 가이드 부재(32, 32)는 이동형 프레임(50, 50)의 전면에 고정된 제 2 수직 가이드 레일(54, 54)과 결합하기 때문에, 하부 백업 롤(30)은 이동형 프레임(50, 50)의 제 2 수직 가이드 레일(54, 54)을 따라 상하로 이동가능하다. 하부 백업 롤(30)이 앤빌 롤(20)의 바로 아래에 위치하기 때문에, 하부 백업 롤(30)이 상승하면, 앤빌 롤(20)은 아래에서 패턴 롤(10)을 가압한다.

(7) 제 1 구동 수단

수평판(56)에 연결된 제 1 구동 수단(70)은 모터(71), 모터(71)의 축(72)에 연결된 감속 기어(73), 감속 기어(73)를 지지하는 프레임(74) 및 축(72)에 고정된 연결판(75)을 포함한다. 프레임(74)은 베이스(60) 상의 평판(77)에 고정된다. 연결판(75)은 볼트(76)에 의해 수평판(56)에 고정된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 구동 수단(70)을 지지하는 프레임(74)은 베이스(60)의 중심부 내의 평판(77)에 고정된다.

(8) 제 2 구동 수단

제 2 구동 수단(80) 각각은 각각의 이동 프레임(50)의 브래킷(51)에 고정된다. 제 2 구동 수단(80) 각각은 이동형 프레임(50)에 고정된 브래킷(51)에 의해 지지된 기어 박스(81), 감속 기어(82)를 통해 기어 박스(81)에 연결된 모터(83), 기어 박스(81)에 부착된 나사 잭(84) 및 나사 잭(84)로부터 돌출된 수나사 부재(85)를 포함한다. 하부 백업 롤(30)의 베어링(31) 각각은 버퍼(86)를 통해 나사 잭(84)의 수나사 부재(85)에 의해 지지된다. 버퍼(86)는 코일 스프링과 같은 탄성 부재와 하중 센서를 포함하여, 하부 백업 롤(30)의 베어링(31)이 과도한 충격을 받는 것을 방지한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 가이드 부재(32, 32)가 이동형 프레임(50, 50)의 제 2 수직 가이드 레일(44, 44)와 슬라이딩 가능하게 결합하여, 제 2 구동 수단(80)의 작동에 의해 하부 백업 롤(30)의 베어링(31, 31)이 이동형 프레임(50, 50)의 제 2 수직 가이드 레일(54, 54)을 따라 상하로 이동한다.

(9) 제 3 구동 수단

도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)을 동시에 회전시키는 제 3 구동 수단(90)은 모터(91), 모터(91)에 연결된 감속 기어(92) 및 감속 기어(92)의 제 1 회전축(93a)에 연결된 결합 장치(94)를 포함한다. 제 1 회전축(93a)은 패턴 롤(10)의 하나의 베어링(11)에 연결된다.

도 11a에 도시한 바와 같이, 제 1 회전축(93a)에 고정된 제 1 기어(95a)는 체인(96)을 통해 제 2 회전축(93b)에 고정된 제 2 기어(95b)와 결합하고, 제 2 회전축(93b)에 고정된 제 3 기어(95c)는 앤빌 롤(20)의 하나의 베어링(21)에 연결된 제 3 회전축(93c)에 결합된 제 4 기어(95d)와 결합한다. 따라서, 제 1 기어(95a)와 제 4 기어(95d)는 반대 방향으로 회전한다. 도 11b에 도시한 바와 같이, 체인(96)은 스프링(미도시)에 의해 항상 가압되는 제 5 기어 (95e)와 결합하여, 체인(96)을 당기기 때문에, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극에 따라 제 1 회전축(93a)과 제 2 회전축(93b) 사이의 거리가 변동하더라도, 체인(96)은 이완되지 않으며, 모터(91)의 동력을 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 모두에게 전달할 수 있다.

제 1 기어(95a)와 제 4 기어(95d)의 잇수가 같고, 제 2 기어(95b)와 제 3 기어(95c)의 잇수가 같기 때문에, 제 1 기어(95a)에 연결된 패턴 롤(10)과 제 4 기어 (95d)에 연결된 앤빌 롤(20)은 반대 방향으로 동일한 회전 속도로 회전한다.

(10) 제 4 구동 수단

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 하부 백업 롤(30)을 회전시키는 제 4 구동 수단(100)은 모터(101) 및 감속 기어(102)를 포함하며, 감속 기어의 회전축은 하부 백업 롤(30)의 하나의 베어링(31)에 고정된다. 하부 백업 롤(30)이 패턴 롤(10) 및 앤빌 롤(30)과는 별개로 구동하기 때문에, 하부 백업 롤(30)을 상하로 이동가능하게 지지하는 이동형 프레임(50, 50)을 수평으로 용이하게 회전시킨다.

(11) 센서

센서(145)는 바람직하게는 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극(G)의 하류에 배치되어, 간극(G)으로부터 배출되는 미세다공성 플라스틱 필름(Fa)의 미세 공극의 특성(개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등)을 관측한다. 본 발명의 장치는 또한 센서(145)의 출력 신호가 입력되는 제어 장치(미도시)를 포함한다. 센서(145)의 출력 신호에 따라, 제어 장치는 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극(G)을 조정하는 신호와 앤빌 롤(20)에 대한 하부 백업 롤(30)의 수평 경사각(θ)을 조정하는 신호를 생성하여, 미세 공극의 소정의 특징을 얻는다.

(12) 상부 백업 롤

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치는 패턴 롤(10) 위에 상부 백업 롤(160)을 포함하여, 미세 공극이 형성될 때, 패턴 롤(10)이 휘어지는 것을 감소시킬 수 있다. 패턴 롤(10)에 접촉하는 백업 롤(160)은 바람직하게는 고무 롤 등과 같은 비교적 유연한 롤링 면을 구비한 롤이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 가이드 부재(162)는 백업 롤(160)의 각 베어링(161)의 후면에 고정되고, 각 가이드 부재(162)는 각 고정형 프레임(40)의 상부 수직 가이드 레일(44)과 결합되어, 백업 롤(160)은 상부 수직 가이드 레일(44, 44)을 따라 상하로 이동가능하다.

백업 롤(160)의 베어링(161, 161) 모두는 한 쌍의 고정형 프레임(40, 40)의 브라켓(46, 46)에 고정된 한 쌍의 제 5 구동 수단(170, 170)에 의해 구동된다. 제 5 구동 수단(170) 각각은 모터(171), 모터(171)에 연결된 감속 기어(172), 고정형 프레임(40)의 브라켓(46)에 장착되고 감속 기어(172)에 연결된 나사 잭(173), 나사 잭(173)으로부터 돌출된 수나사 부재(174) 및 수나사 부재(174)의 하단부에 장착된 버퍼(175)를 포함한다. 버퍼(175)는 코일 스프링과 같은 탄성 부재와 하중 센서를 포함하여, 과도한 충격이 백업 롤(160)의 베어링(161)에 인가되는 것을 방지한다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 모터(171, 171)의 작동에 의해 나사 잭(173, 173)의 수나사 부재(174, 174)가 하강하면, 백업 롤(160)의 베어링(161, 161)은 버퍼(175, 175)를 통해 하방으로 가압된다. 결과적으로, 백업 롤(160)이 패턴 롤(10)을 하방으로 가압하여, 공극을 형성하는 동안 패턴 롤(10)이 휘어지는 것을 감소시킨다. 패턴 롤(10)이 휘어지는 것을 감소시키면, 앤빌 롤(20)과 하부 백업 롤(30) 사이의 상대적인 경사각(θ)을 작게 만들 수 있어서, 경사각(θ)을 조정하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.

[2] 미세다공성 플라스틱 필름 제조

(1) 플라스틱 필름

본 발명의 장치에 의해 미세 공극이 형성된 플라스틱 필름(F)은 유연성(softness)을 구비하여, 패턴 롤(10)의 고경도 미세 입자(10b)에 의해 미세 공극을 형성할 수 있어야 하며, 고강도 및 고경도를 구비하여, 미세 공극을 형성할 때, 파열 등의 문제가 발생되지 않아야 한다. 이러한 플라스틱으로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등의 폴리에스테르; 방향성 폴리프로필렌(OPP) 등의 폴리올레핀; 나일론(Ny) 등의 폴리아미드; 폴리비닐 클로라이드; 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리스티렌; 등을 포함하는 가요성 열가소성 중합체가 바람직하다.

관통 미세 공극 또는 미관통 미세 공극이 형성된 플라스틱 필름(F)은 바람직하게는 8 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 플라스틱 필름(F)의 두께가 8 ㎛ 미만이면, 미세 공극이 형성될 때 충분한 강도를 가질 수 없다. 반면에, 플라스틱 필름(F)의 두께가 100 ㎛를 초과하면, 포장 필름으로서는 지나치게 강하게 된다. 플라스틱 필름(F)의 두께는 보다 바람직하게는 10 ㎛ 내지 80 ㎛이며, 가장 바람직하게는 12 ㎛ 내지 60 ㎛이다.

플라스틱 필름(F)은 단층 필름이거나 적층 필름일 수 있다. 특히, 열 봉합이 수행될 경우에는, 플라스틱 필름(F)은 내부 층으로서 LLDPE 및 EVAc와 같은 저-융점 수지의 봉합층을 구비한 적층 필름인 것이 바람직하다. 봉합층은 약 20 ㎛ 내지 약 60 ㎛ 정도의 두께일 수 있다. 미관통 공극만이 형성되는 경우에는 미관통 공극이 플라스틱 필름(F)에 형성된 후에 봉합층이 적층될 수 있다.

(2) 플라스틱 필름내 기공 형성

하부 백업 롤(30)이 하류 위치에서 앤빌 롤(20)과 평행(앤빌 롤(20)에 대한 하부 백업 롤(30)의 수평 경사각(θ)이 0°임)할 때, 제 3 구동 수단(90)을 작동하여, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)을 회전시키면, 플라스틱 필름(F)은 제 1 릴(151)에서 풀려, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 큰 간극(G)을 통과하여, 가이드 롤(140) 및 복수의 가이드 롤과 닙 롤을 거쳐서 제 2 릴(152)에 감긴다.

제 2 구동 수단(80, 80)이 작동되면, 하부 백업 롤(30)은 상방으로 이동하여 앤빌 롤(20)을 상방으로 가압한다. 플라스틱 필름(F)은 간극(G)에서 점차적으로 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)에 접촉하여, 이들에 의해 가압된다.

중심축(O)을 중심으로 제 1 구동 수단(70)을 작동(회전)시키면, 수평판(56)에 연결된 한 쌍의 이동판(55, 55)은 원호형 커브 가이드 레일(62, 62)을 따라 측방향으로 회전하여, 이동판(55, 55)에 지지된 이동형 프레임(50, 50)에 의해 베어링(31, 31)이 상하로 이동가능하도록 지지된 하부 백업 롤(30)은 앤빌 롤(20)과 평행인 상태(도 12a), 반시계방향인 상태(도 12b) 또는 시계방향인 상태(도 12c)에서 수평면에서 경사진다. 앤빌 롤(20)에 대한 하부 백업 롤(30)의 시계방향 또는 반시계방향의 수평 경사각(θ)이 증가함에 따라, 앤빌 롤(20)의 중심부에 대한 하부 백업 롤(30)의 가압력은 증가한다. 결과적으로, 앤빌 롤(20)의 휨이 감소되어, 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극을 통과하는 플라스틱 필름(F)에 인가되는 응력이 측방향으로 균일하게 된다.

이동형 프레임(50, 50)이 수평으로 회전하면, 하부 백업 롤(30)과 하부 백업 롤(30)에 연결된 제 4 구동 수단(100)이 또한 수평으로 회전한다. 그러나, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 수직 가이드 레일(45, 45, 54, 54)이 수직 컬럼(111, 111)의 전면보다 상류 측(전방)으로 이격되어 있기 때문에, 하부 백업 롤(30)과 제 4 구동 수단(100)은 수직 컬럼(111, 111)에 의해 방해되지 않는다. 즉, 수평으로 회전하는 이동형 프레임(50, 50), 하부 백업 롤(30) 및 제 4 구동 수단(100)은 수직 컬럼(111, 111)에 전혀 접촉하지 않는다. 그래서, 본 발명의 장치는 측방향으로 배열된 한 쌍의 수직 컬럼(111, 111)만으로 고정형 프레임(40, 40)을 지지하는 소형 구조를 가질 수 있다. 이는 앤빌 롤(20)과 하부 백업 롤(30)을 고정형 프레임(40, 40) 전면의 제 1 수직 가이드 레일(45, 45)과 이동형 프레임(50, 50) 전면의 제 2 수직 가이드 레일(54, 54)로 지지하는, 소위 "캔틸레버식(cantilevered)" 지지 구조체를 채용하여 달성되며, 이는 플라스틱 필름(F)에 다수(복수)의 미세 공극을 형성하도록 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)에 인가된 힘이 미국 특허 5,839,313호에서와 같이 금속 박편을 롤링하는데 필요한 힘보다 훨씬 작은 특성을 이용한다.

도 6 및 도 10에 도시한 바와 같이, 간극(G)으로부터 배출되는 미세다공성 플라스틱 필름(Fa)의 미세 공극(F₁)의 특성(개구 직경, 깊이, 면적 밀도 등)은 센서(145)에 의하여 측정되며, 센서의 신호는 제어 장치(미도시)로 출력되고, 제어 장치는 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20) 사이의 간극을 조정(최적화)하는 제 1 신호와 앤빌 롤(20)에 대한 하부 백업 롤(30)의 수평 경사각(θ)을 조정(최적화)하는 제 2 신호를 형성하여, 미세 공극의 소정의 특성을 얻는다. 이 상태에서, 플라스틱 필름(F)은 천공되어, 소정의 미세다공성 플라스틱 필름(Fa)을 형성하고, 미세다공성 플라스틱 필름은 최종적으로 제 2 릴(152)에 권취된다.

[3] 미세다공성 플라스틱 필름

(1) 관통 공극을 구비한 미세다공성 플라스틱 필름

본 발명의 장치에 의해 제조된 관통 공극을 구비한 미세다공성 플라스틱 필름은 패턴 롤(10)과 앤빌 롤(20)의 가압력과 그들의 상대적 경사각(θ)을 조정하여, 40 ℃ 및 90 %RH에서 100-7000 g/m²·24hr의 투습도를 가질 수 있다. 투습도는 JIS Z 0208의 "방습 포장재의 투습도 측정 시험 법(Testing Methods for Determination of Water Vapor Transmission Rate of Moisture-Proof Packaging Materials)"에 의해 측정한다. 투습도가 40 ℃ 및 90 %RH에서 100 g/m²·24hr 미만이면, 미세다공성 플라스틱 필름이 빵, 채소 등과 같은 식품을 위한 필요한 투습도를 갖지 못한다. 반면에, 투습도가 40 ℃ 및 90 %RH에서 7000 g/m²·24hr를 초과하면, 미세다공성 플라스틱 필름이 너무 높은 투습도를 갖는다. 미세다공성 플라스틱 필름의 투습도는 바람직하게는 40 ℃ 및 90 %RH에서 200-6000 g/m²·24hr이고, 보다 바람직하게는 40 ℃ 및 90 %RH에서 300-6000 g/m²·24hr이다. 미세다공성 플라스틱 필름의 투습도는 포장될 내용물에 따라 전술한 범위내에서 적절히 선택될 수 있다.

(2) 미관통 공극만을 구비한 미세다공성 플라스틱 필름

본 발명의 장치에 의해 제조된 미관통 공극만을 구비한 미세다공성 플라스틱 필름에서, 미관통 공극은 바람직하게는 플라스틱 필름(F) 두께의 30 % 내지 80 %에 해당하는 평균 깊이(Dav)와 플라스틱 필름(F) 두께의 90 % 이하에 해당하는 최대 깊이(Dmax)를 갖는다. 미관통 미세 공극은 바람직하게는 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 평균 공극 직경(Pav)와 500/cm²내지 40,000/cm²의 분포 밀도(Ds)를 갖는다.

후술하는 바와 같이, 패턴 롤 표면에 랜덤으로 부착된 다양한 크기와 높이를 갖는 다수(복수)의 고경도 미세 입자에 의해 미관통 미세 공극이 형성되므로, 미관통 미세 공극은 다양한 크기와 깊이를 갖는다. 그러나, 임의의 위치에서 용이하게 절취하기 위하여, 산소, 수분 등의 투과를 완전히 차단하면서, 미관통 미세 공극은 플라스틱 필름(F) 두께의 30 % 내지 80 %에 해당하는 평균 깊이(Dav)와 플라스틱 필름(F) 두께의 90 % 이하에 해당하는 최대 깊이(Dmax)를 가져야 한다.

미관통 미세 공극의 평균 깊이(Dav)가 플라스틱 필름(F) 두께의 30 % 미만이면, 미세다공성 플라스틱 필름은 충분히 용이하게 절취되지 못한다. 반면에, 미관통 미세 공극의 평균 깊이(Dav)가 80 %를 초과하면, 형성된 모든 미세 공극이 미관통 공극일 수 없다. 미관통 미세 공극의 평균 깊이(Dav)는 바람직하게는 플라스틱 필름(F) 두께의 35 % 내지 70 %이며, 보다 바람직하게는 40 % 내지 60 %이다.

미관통 미세 공극의 최대 깊이(Dmax)가 90 %를 초과하면, 형성된 모든 미세 공극이 미관통 공극일 수 없다. 미관통 미세 공극의 최대 깊이(Dmax)는 바람직하게는 플라스틱 필름(F) 두께의 85 % 이상이며, 보다 바람직하게는 80 % 이상이다.

미관통 미세 공극의 평균 공극 직경(Pav)가 20 ㎛ 미만이면, 미세다공성 플라스틱 필름은 충분히 용이하게 절취되지 못한다. 반면에, 미관통 미세 공극의 평균 공극 직경(Pav)가 100 ㎛를 초과하면, 미세다공성 플라스틱 필름은 충분한 강도를 갖지 못하고 불량한 표면 외관을 갖는다. 미관통 미세 공극의 평균 공극 직경(Pav)은 바람직하게는 25 ㎛ 내지 80 ㎛이며, 보다 바람직하게는 30 ㎛ 내지 60 ㎛이다.

전술한 바와 같이, 평균 깊이(Dav), 최대 깊이(Dmax) 및 평균 공극 직경(Pav)를 구비한 미관통 미세 공극은 바람직하게는 가능한 좁은 깊이 분포 및 공극 직경 분포를 갖는다. 이를 위해서, 패턴 롤(10)의 고경도 미세 입자(10b)는 바람직하게는 가능한한 좁은 입자 크기 분포를 갖는다.

미관통 미세 공극의 분포 밀도(Ds)가 500/cm² 미만이면, 미세다공성 플라스틱 필름이 충분히 용이하게 절취되지 못한다. 반면에, 미관통 미세 공극의 분포 밀도(Ds)가 40,000/cm²를 초과하면 미세다공성 플라스틱 필름은 충분한 강도를 갖지 못한다. 미관통 미세 공극의 분포 밀도(Ds)는 바람직하게는 1000/cm² 내지 20,000/cm²이고, 보다 바람직하게는 2000/cm² 내지 10,000/cm²이다.

미관통 공극만 구비한 미세다공성 플라스틱 필름이 건조 식품 등의 포장용 절취가 쉬운 플라스틱 필름으로 사용되면, 인쇄층, 가스 배리어층 및 열-봉합층은 미세다공성 플라스틱 필름의 후면(미관통 공극이 형성되지 않음)에 형성되는 것이 바람직하다. 가스 배리어층은 알루미늄 호일, 기상-증착 알루미늄층 또는 기상-증착 투명 무기산화물층일 수 있다. 기상-증착 투명 무기산화물층은 산화 규소 또는 알루미나의 기상-증착층일 수 있다. 높이 가스 배리어가 요구되지 않으면, 가스 배리어 층은 생략될 수 있다. 미세다공성 플라스틱 필름 백을 밀봉하기 위해 필요한 열-봉착층은 절밀도 폴리에틸렌(LDPE), 무방향성 폴리프로필렌(CPP), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA) 등으로 형성될 수 있다. 열-봉착 층은 약 20 ㎛ 내지 약 60 ㎛ 정도의 두께일 수 있다.

10: 패턴 롤(Pattern roll)
10a: 롤 바디(Roll body)
10b: 고경도 미세 입자(High-hardness, fine particle)
10c: 도금층(Plating layer)
11: 베어링(Bearing)
20: 앤빌 롤(Anvil roll)
20a: 롤 바디(Roll body)
21: 베어링(Bearing)
22: 가이드 부재(Guide member)
30: 하부 백업 롤(Lower backup roll)
31: 베어링(Bearing)
32: 가이드 부재(Guide member)
40: 고정형 프레임(Stationary frame)
41: 고정판(Fixing plate)
46: 브라켓(Bracket)
44: 상부 수직 가이드 레일(Upper vertical guide rail)
45: 하부 수직 가이드 레일(제 1 수직 가이드 레일)(Lower vertical guide rail (first vertical guide rail))
50: 이동형 프레임(Movable frame)
51: 브라켓(Bracket)
54: 제 2 수직 가이드 레일(Second vertical guide rail)
55: 이동판(Movable plate)
56: 수평판(Horizontal plate)
57: 가이드 블록(Guide block)
57a: 가이드 그루브(Guide groove)
60: 베이스(Base)
61: 평판(Flat plate)
62: 원호형 커브 가이드 레일(Circularly curved guide rail)
70: 제 1 구동 수단(First driving means)
71: 모터(Motor)
72: 모터 축(Shaft of motor)
73: 감속 기어(Reduction gear)
74: 프레임(Frame)
75: 연결판(Connector plate)
76: 볼트(Bolt)
77: 평판(Flat plate)
80: 제 2 구동 수단(Second driving means)
81: 기어 박스(Gear box)
82: 감속 기어(Reduction gear)
83: 모터(Motor)
84: 나사 잭(Screw jack)
85: 수나사 부재(Male screw member)
86: 버퍼(Buffer)
90: 제 3 구동 수단(Third driving means)
91: 모터(Motor)
92: 감속 기어(Reduction gear)
93a: 제 1 회전축(감속 기어의 축)(First rotation shaft (shaft of reduction gear))
93b: 제 2 회전축(Second rotation shaft)
93c: 제 3 회전축(Third rotation shaft)
94: 결합 기기(Coupling device)
95a: 제 1 기어(First gear)
95b: 제 2 기어(Second gear)
95c: 제 3 기어(Third gear)
95d: 제 4 기어(Fourth gear)
95e: 제 5 기어(Fifth gear)
96: 체인(Chain)
100: 제 4 구동 수단(Fourth driving means)
101: 모터(Motor)
102: 감속 기어(Reduction gear)
111: 수직 컬럼(Vertical column)
111a: 수직 컬럼의 내측 표면(Inner-side surface of vertical column)
113: 수직 컬럼의 내측 표면에 고정된 판상 브라켓(Planar bracket fixed to inside surface of vertical column)
120: 수평빔(Horizontal beam)
140: 가이드 롤(Guide roll)
145: 센서(Sensor)
151: 플라스틱 필름이 권취된 릴(Reel around which plastic film is wound)
152: 미세다공성 플라스틱 필름이 권취될 릴(Reel around which microporous plastic film is to be wound)
160: 상부 백업 롤(Upper backup roll)
161: 베어링(Bearing)
162: 가이드 부재(Guide member)
170: 제 5 구동 수단(Fifth driving means)
171: 모터(Motor)
172: 감속 기어(Reduction gear)
173: 나사 잭(Screw jack)
174: 수나사 부재(Male screw member)
175: 버퍼(Buffer)
F: 플라스틱 필름(Plastic film)
Fa: 미세기공 플라스틱 필름(Microporous plastic film)
F₁: 미세기공(Fine pore)
G: 패턴 롤과 앤빌 롤 사이의 간극(Gap between pattern roll and anvil roll)
θ: 앤빌 롤에 대한 하부 백업 롤의 수평 경사각(Horizontal inclination angle of lower backup roll to anvil roll)

Claims

미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치로서,
측방향으로 배열된 한 쌍의 수직 컬럼;
각 수직 컬럼에 고정되며, 상기 수직 컬럼 내에 위치하는 측방향으로 배열된 한 쌍의 고정형 프레임;
상기 고정형 프레임 각각의 일-측 표면에 부착된 제 1 수직 가이드 레일;
상기 고정형 프레임 아래에 회전가능하게 측방향으로 배열된 한 쌍의 이동형 프레임;
롤링면 상에 다수의 고경도 미세 입자를 랜덤으로 구비하며, 고정된 위치에서 상기 고정형 프레임에 회전가능하게 지지된 패턴 롤;
상기 패턴 롤 아래에서 상기 제 1 수직 가이드 레일을 따라 상하로 이동가능한 앤빌 롤;
상기 이동형 프레임 각각의 일-측 표면에 부착된 제 2 수직 가이드 레일;
상기 제 2 수직 가이드 레일을 따라 상하로 이동가능하며, 상기 앤빌 롤을 아래에서 가압하는 하부 백업 롤;
상기 패턴 롤과 상기 앤빌 롤 사이의 간극을 통해 상기 플라스틱 필름을 통과시키는 이송 수단;
상기 이동형 프레임을 회전시키기는 제 1 구동 수단; 및
상기 이동형 프레임 각각에 장착되어, 상기 하부 백업 롤을 상하로 이동시키는 제 2 구동 수단을 포함하며,
상기 패턴 롤은 상기 앤빌 롤과 평행하고,
상기 제 1 수직 가이드 레일과 상기 제 2 수직 가이드 레일은 상기 수직 컬럼으로부터 일 측면으로 이격되어, 상기 이동형 프레임과 상기 하부 백업 롤이 회전시, 상기 수직 컬럼과 접촉되지 않으며, 및
상기 앤빌 롤을 상기 하부 백업 롤의 가압에 의해 상승시키고, 상기 하부 백업 롤을 상기 제 1 구동 수단의 작동에 의해 수평면 내에서 상기 앤빌 롤에 대해 기울인 상태에서, 상기 패턴 롤과 상기 앤빌 롤 사이의 간극을 통해 상기 플라스틱 필름이 통과하여, 상기 고경도 미세 입자에 의해 다수의 미세 공극이 상기 플라스틱 필름 상에 형성되는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 이동형 프레임은 상기 제 1 구동 수단에 의해 측방향으로 배열된 한 쌍의 수평의 원호형 커브 가이드 레일을 따라 회전되는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이동형 프레임이 고정된 이동판은 상기 제 1 구동 수단에 연결된 수평판의 양쪽 단부에 고정되며; 및
상기 원호형 커브 가이드 레일 각각은 상기 이동판 각각의 하부면의 가이드 그루브에 결합되는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치는 상기 패턴 롤과 상기 앤빌 롤을 동시에 회전시키는 제 3 구동 수단; 및
상기 하부 백업 롤을 회전시키는 제 4 구동 수단을 추가로 포함하는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치는 상기 패턴 롤과 상기 앤빌 롤 사이 간극의 하류(downstream)에 배치되고, 형성된 미세다공성 플라스틱 필름의 미세 공극의 특성을 관측하는 센서; 및
상기 센서의 출력 신호를 수신하고, 상기 하부 백업 롤의 상기 앤빌 롤에 대한 수평 경사각을 조정하기 위한 신호를 생성하여. 미세 공극의 소정의 특성을 얻는 수단을 추가로 포함하는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 플라스틱 필름 내의 미세 공극의 형성은 상기 하부 백업 롤의 상기 앤빌 롤에 대한 수평 경사각이 0°인 상태에서 시작되고, 이어서 상기 센서의 출력 신호에 따라 상기 제 1 구동 수단이 작동되는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 패턴 롤의 고경도 미세 입자는 날카로운 모서리(sharp edge)를 구비하고, 모스 경도가 5 이상이며, 상기 패턴 롤의 롤링면 내의 상기 고경도 미세 입자의 면적 분율은 10 % 내지 70 %인 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 패턴 롤을 하방으로 가압하는 상부 백업 롤을 추가로 포함하는 미세다공성 플라스틱 필름 제조 장치.