KR20240033928A - 필름 이송용 가이드 롤러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가이드 롤러의 파이프 두께를 감소시켜 질량을 줄임과 아울러 가이드 롤러의 처짐을 개선할 수 있는 필름 이송용 가이드 롤러에 관한 것이다.

Description

필름 이송용 가이드 롤러{GUIDE ROLLER FOR FILM TRANSFER}
본 발명은 가이드 롤러의 질량을 감소시킴과 아울러 처짐을 개선할 수 있는 필름 이송용 가이드 롤러에 관한 것이다.
일반적으로, 롤투롤(Roll to Roll) 장치에 적용된 가이드 롤러는 필름을 의도한 방향으로 연속적으로 이송시키고, 중력에 의한 처짐이나 변형을 방지하는 역할을 한다. 가이드 롤러는 장력 제어 구간에서 필름이 일정한 장력을 유지할 수 있도록 지지할 수 있다. 따라서 구간마다 최적의 가이드 롤러를 적용해야 필름의 품질을 확보할 수 있다.
이러한 가이드 롤러는 제작방법에 따라 데드 샤프트 롤러(Dead Shaft Roller)와 라이브 샤프트 롤러(Live Shaft Roller)로 구분된다. 롤투롤 장치에서는 유지보수가 용이하도록 베어링이 외부에 존재하는 라이브 샤프트 롤러가 주로 사용된다.
구체적으로, 상기 라이브 샤프트 롤러는 롤러파이프를 플랜지와 샤프트로 연결하고 베어링을 장착한다. 베어링 연결 부위는 높은 정밀도와 강성을 요구하기 때문에 주로 스틸이 사용된다. 그리고 롤러파이프는 낮은 질량 관성 모멘트를 갖기 위해 밀도가 낮은 알루미늄이 주로 사용된다. 최근에는 밀도가 낮고 강성이 높은 고가의 카본 파이프가 사용되기도 한다.
상기와 같은 구조의 가이드 롤러는 필름과 마찰력으로 회전하게 된다. 이 경우 가이드 롤러의 질량이 크면 높은 관성 모멘트로 인해 가이드 롤러의 회전속도가 필름의 이송속도보다 느려질 수 있다. 이로 인해 필름 표면에 스크래치가 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지할 수 있도록 종래에 대한민국 등록특허 제10-1462822호 등으로 가이드 롤러가 제안된 바 있다. 구체적으로, 종래의 가이드 롤러는 표면 거칠기를 조정하여 마찰력을 높임으로써 필름의 미끄러짐을 방지하여 스크래치를 개선할 수 있다.
그러나 종래의 가이드 롤러는 표면 거칠기가 클 경우 거친 표면으로 인해 스크래치가 발생할 수 있다. 또한 이러한 가이드 롤러는 표면 오염에 취약해 필름 품질이 저하될 수 있는 우려가 있다.
반대로, 상기 가이드 롤러의 표면이 일정한 경우 질량을 작게 하여 낮은 관성 모멘트를 갖는 가이드 롤러를 제작함으로써 가이드 롤러의 표면 스크래치를 개선할 수 있다. 이 경우 가이드 롤러의 대부분을 차지하는 파이프의 질량을 작게 하기 위해서는 파이프의 두께를 감소시켜야 한다.
그러나 상기 파이프의 두께 감소는 필름 장력에 의해 가이드 롤러의 처짐을 크게 발생시킬 수 있다. 이에 따라 파이프의 두께 감소에도 필름 장력에 의한 가이드 롤러의 처짐을 개선할 수 있는 제작 방법이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1462822호(등록일: 2014.11.11.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 한 것으로, 가이드 롤러의 파이프 두께를 감소시켜 질량을 줄임과 아울러 가이드 롤러의 처짐을 개선할 수 있는 필름 이송용 가이드 롤러를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러는, 속 빈 원통 형상으로 형성되는 소정 길이의 롤러본체; 및 상기 롤러본체의 내부 길이방향 중간부에 구비되며, 상기 롤러본체의 중심축선을 기준으로 복수 개가 방사상으로 소정각도 이격 배치되어 상기 롤러본체의 내주면을 지지하는 지지부재;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 지지부재는, 상기 롤러본체의 중심축선과 교차하는 방향을 따라 직선으로 배치될 수 있다.
또한 상기 지지부재를 상기 롤러본체의 중심축선 방향으로 보았을 때의 단면적은, 상기 롤러본체 내부 단면적의 3% 이상 40% 이하로 형성될 수 있다.
또한 상기 지지부재의 두께는, 상기 롤러본체 전체 길이의 0.5% 이상 10% 이하로 형성될 수 있다.
또한 상기 지지부재는, 상기 롤러본체의 중심축선 방향을 따라 복수 개가 소정 간격 이격 배치될 수 있다.
또한 상기 복수의 지지부재 사이사이에는, 구조보강용 리브;가 일체로 형성된 것을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 구조보강용 리브는, 허니콤 구조가 적용된 것을 포함할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러는, 가이드 롤러를 구성하는 파이프 형태의 롤러본체 두께를 감소시켜 질량을 줄임과 아울러 롤러본체 내부 중간부에 지지부재를 적용함으로써 가이드 롤러의 처짐을 개선할 수 있다. 이에 따라 가이드 롤러의 회전속도를 향상시켜 필름 표면의 스크래치를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러의 측단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 지지부재의 일 실시예,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 지지부재의 다른 실시예,
도 7은 본 발명에 따른 지지부재가 복수 개 이격 배치된 또 다른 실시예,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 지지부재 사이 공간에 구조보강용 리브가 적용된 또 다른 실시예,
도 10은 본 발명에 따른 지지부재가 적용된 가이드 롤러와 기존 가이드 롤러의 처짐 정도를 비교한 실험 결과이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 필름 이송용 가이드 롤러(100)는, 롤러본체(110), 지지부재(120)를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 롤러본체(110)는 가이드 롤러(100)의 주된 몸체를 이루는 것으로, 소정 길이의 속 빈 원통 형상의 파이프로 형성될 수 있다. 이러한 롤러본체(110)의 양끝단에는 동력을 전달받아 회전되는 샤프트(111)가 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 롤러본체(110)는 질량을 줄일 수 있도록 밀도가 낮은 알루미늄이나 카본 재질로 형성될 수 있다. 이처럼 상기 롤러본체(110)의 질량을 줄여줌으로써 가이드 롤러(100)의 회전속도를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 가이드 롤러(100)의 회전속도에 의한 필름 표면 스크래치를 방지할 수 있다.
이 경우 상기 롤러본체(110)의 질량을 줄이기 위해서는 기존보다 롤러본체(110)의 두께를 감소시켜야 한다. 그러나 롤러본체(110)의 두께가 감소할수록 필름 장력에 의한 가이드 롤러(100)의 처짐이 발생할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 가이드 롤러(100)는 롤러본체(110)의 두께를 감소시켜 질량은 줄이면서도 처짐이 덜 발생할 수 있도록 내부에 지지부재(120)를 적용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 지지부재(120)는 롤러본체(110)의 내부 길이방향 중간부에 구비되어 롤러본체(110)의 내주면을 지지하는 것으로, 가이드 롤러(100)의 처짐이나 변형을 방지할 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(120)는 롤러본체(110)의 중심축선을 기준으로 복수 개가 방사상으로 소정각도 이격되게 배치될 수 있다.
이 경우 상기 복수 개의 지지부재(120)는 기둥형상의 빔(Beam)이 롤러본체(110)의 중심축선과 교차하는 방향을 따라 직선으로 배치될 수 있다.
일례로, 상기 복수의 지지부재(120)는 '+' 자, 또는 '*'자(도 6 및 도 7 참조)와 같은 형상으로 조합 배치될 수 있다. 본 발명에서는 지지부재(120)의 배치 갯수에 대하여 특별히 한정하지는 않으며, 롤러본체(110)를 견고하게 지지할 수 있는 구성이라면 다양하게 변경 적용될 수 있다.
이러한 구조의 상기 지지부재(120)는 롤러본체(110)의 중심축선 방향으로 보았을 때의 단면적(도 4, 도 6 참조)이 롤러본체(110) 내부 단면적의 3% 이상 40% 이하로 형성될 수 있다.
즉 상기 지지부재(120)의 단면적이 3% 이하로 형성되는 경우 가이드 롤러(100)의 처짐 감소 효과가 없다. 반대로 지지부재(120)의 단면적이 40% 이상으로 형성되는 경우 가이드 롤러(100)의 질량 증가로 회전속도가 저하될 수 있다.
또한 상기 지지부재(120)의 두께(t)(도 2 참조)는 롤러본체(110) 전체 길이의 0.5% 이상 10% 이하로 형성될 수 있다.
즉 상기 지지부재(120)의 두께(t)가 0.5% 이하로 형성되는 경우 가이드 롤러(100)의 처짐 감소 효과가 없다. 반대로 지지부재(120)의 두께(t)가 10% 이상으로 형성되는 경우 가이드 롤러(100)의 질량 증가로 회전속도가 저하될 수 있다.
도 7을 참조하면, 다른 실시예로, 상기 지지부재(120)는 롤러본체(110)의 중심축선 방향을 따라 복수 개가 소정 간격 이격 배치될 수 있다.
즉 상기 지지부재(120)의 질량이 허용되는 한도에서 복수 개 적용할 수 있도록 상기 지지부재(120) 각각의 두께(t)를 줄일 수 있으며, 이러한 구조를 통해 지지력을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 또 다른 실시예로, 상기 복수 개가 방사상으로 소정각도 이격 배치되는 지지부재(120)의 사이사이에는 구조보강용 리브(121)가 일체로 형성될 수 있다.
즉 상기 지지부재(120)의 질량이 허용되는 한도에서 복수의 지지부재(120) 사이사이에 구조보강용 리브(121)를 일체로 형성할 수 있으며, 이에 따라 지지부재(120)의 지지력을 향상시킬 수 있다.
이 경우 상기 구조보강용 리브(121)는 직선이나, 곡선 형태로 형성할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 9에서와 같이 상기 복수의 지지부재(120) 사이 공간에 적용되는 구조보강용 리브(121')를 허니콤 구조로 변경 적용할 수 있으며, 이에 따라 지지부재(120)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
< 실험예 >
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 지지부재(120)의 허용된 범위 내 단면적과 길이가 적용된 가이드 롤러(실시예 1, 2)를 준비하였다.
그리고 가이드 롤러 내부에 지지부재(120)가 적용되지 않거나(비교예 1, 2), 허용된 범위를 벗어난 단면적과 길이를 가진 지지부재가 적용된 가이드 롤러(비교예 3 내지 6)를 준비하였다.
그런 후, 준비된 상기 실시예 1, 2와 비교예 1 내지 6 각각에 대하여 동일한 상황에서 해당 실험을 실시하였였다.
구체적으로, 본 실험에서 롤투롤 공정 시 필름의 이송속도는 40m/min 이며, 기준 가이드 롤러의 속도가 필름의 이송속도와 동일하게 나타나야 필름에 스크래치가 발생하지 않는다(조건 1).
그리고 가이드 롤러 처짐에 의한 변형율(δ/L) < 0.15% 이하가 되어야 원하는 방향으로의 정밀한 주행이 가능하다(조건 2).
그 실험 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 1, 2는 상기 조건 1, 2를 모두를 만족하였다.
이에 반해, 비교예 1 내지 6은 상기 조건 1, 2 중에서 어느 하나만을 만족함에 따라 부적합 것으로 나타났다.
이상의 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 지지부재(120)를 롤러본체(110) 내 중간부에 적용하는 경우 가이드 롤러(100)의 처짐을 개선할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 필름 이송용 가이드 롤러(100)는, 가이드 롤러(100)를 구성하는 파이프 형태의 롤러본체(110) 두께(t)를 감소시켜 질량을 줄임과 아울러, 롤러본체(110) 내부 중간부에 지지부재(120)를 적용함으로써 가이드 롤러(100)의 처짐을 개선할 수 있다. 이에 따라 가이드 롤러(100)의 회전속도를 향상시켜 필름 표면의 스크래치를 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
100 : 가이드 롤러 110 : 롤러본체
111 : 샤프트 120 : 지지부재
121, 121' : 구조보강용 리브

Claims (7)

  1. 속 빈 원통 형상으로 형성되는 소정 길이의 롤러본체; 및
    상기 롤러본체의 내부 길이방향 중간부에 구비되며, 상기 롤러본체의 중심축선을 기준으로 복수 개가 방사상으로 소정각도 이격 배치되어 상기 롤러본체의 내주면을 지지하는 지지부재;를 포함하는 필름 이송용 가이드 롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 롤러본체의 중심축선과 교차하는 방향을 따라 직선으로 배치되는 것인 필름 이송용 가이드 롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재를 상기 롤러본체의 중심축선 방향으로 보았을 때의 단면적은, 상기 롤러본체 내부 단면적의 3% 이상 40% 이하로 형성되는 것인 필름 이송용 가이드 롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재의 두께는,
    상기 롤러본체 전체 길이의 0.5% 이상 10% 이하로 형성되는 것인 필름 이송용 가이드 롤러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    상기 롤러본체의 중심축선 방향을 따라 복수 개가 소정 간격 이격 배치되는 것인 필름 이송용 가이드 롤러.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지지부재 사이사이에는,
    구조보강용 리브;가 일체로 형성된 것을 더 포함하는 필름 이송용 가이드 롤러.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구조보강용 리브는,
    허니콤 구조가 적용된 것을 포함하는 필름 이송용 가이드 롤러.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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