TW201532936A - 張力調節裝置及使用其之連續卷材處理方法 - Google Patents

Abstract

張力調節裝置包括能夠藉由施加力至卷材而調節卷材張力的張力調節輥。張力調節輥包括產生超音波振動之第一超音波振動器，並且藉由施加由超音坡振動所致使的排斥力至卷材而以非接觸方式施加力給卷材。連續卷材處理方法包括使用上述的張力調節裝置的卷材的調節張力之操作、以及處理經張力調節的卷材之操作。

Description

張力調節裝置及使用其之連續卷材處理方法

本發明係關於一種張力調節裝置以及使用其之連續卷材處理方法，且更特定地，是關於一種能夠藉由施加從超音波振動所致使的排斥力至卷材來調整卷材的張力之張力調節裝置、以及使用其之連續卷材處理方法。

卷材指在長度上連續的軟材料。用於連續地處理像是卷材的卷材處理系統包括捲取機、開捲機、複數個驅動滾輪、複數個惰輪等。連續處理一般是使用卷對卷製程或卷對片製程(roll-to-sheet processes)來執行。張力調節輥裝置被使用作為在卷對卷以及卷對片材製程中控制卷材張力的方法。張力調節輥裝置可不論卷材位置的變化藉由使用加壓裝置，像是彈簧、氣動壓力裝置或重量而在一個方向上施加力的特定量到卷材，而配置以施加張力的預定量至卷材。

第1圖圖示地說明在先前技術中普遍使用的張力調節裝置。

如第1圖所說明的，張力調節輥311透過與卷材W機械接觸(摩擦)來調節卷材W之張力。支持滾輪312與313支持卷材W在固定位置上。

卷材，更具體地，薄玻璃卷材或從薄玻璃卷材所生產的薄玻璃片材可被使用在多種領域中，像是顯示器、電子材料(例如，光伏打電池、觸控感測器、或晶圓)、構築和家電。這樣的薄玻璃卷材在以保護膜塗佈之前對於機械接觸是脆弱的。如此，還未以保護膜塗佈的未塗佈玻璃卷材係需要避免機械接觸。再加上，因為薄玻璃卷材通常是高硬度玻璃材料，故薄玻璃卷材可能損害滾輪的表面。先前技術的張力調節裝置為了保護滾輪免於損害而使用鉻(Cr)塗佈。然而，相對貴的Cr塗佈是增加的設備成本的一個因素。

在先前技術中，提供一種使用接觸(摩擦)張力調節輥來支持卷材的方法、以及一種透過非接觸技術藉由從液體排孔排液到拱形張力調節輥的外部表面來支持卷材的方法。然而，這些方法具有下列缺點。前者方法傾向於透過機械接觸損害薄玻璃卷材的表面。根據後者方法，僅使用壓縮空氣的流速係嚴重難以均勻地調節卷材的高度，且在與卷材非接觸的狀態下維持該張力調節輥的力 (排斥力)是非常弱的。如此，當卷材在不穩定狀態下時(例如，震顫時) ，卷材傾向於接觸張力調節輥(韓國專利申請公開號，10-2011-0095191，標題為「非接觸張力調節輥機制(NON-CONTACT DANCER MECHANISM )」)。

此外，由於薄玻璃卷材具有易脆材料的特性，當經受基於延展性控制卷材張力的任何先前技術方法時，其傾向於破裂。更甚者，在先前技術中，當卷材被運送時，卷材的張力是基於卷材的延展性所控制的。更具體地，卷材的張力是以上下移動張力調節輥來延伸卷材而控制。然而，由於以易脆材料所形成的薄玻璃卷材具有小的延展性，這可能增加薄玻璃卷材可能受到機械接觸或可能遭受損壞的可能性。

提供揭露在本發明的先前技術段落的資訊僅為了對本發明的背景作更好的了解，且不應被視為此資訊形成所屬技術領域具有通常知識者所習知的先前技術的承認或任何形式之建議。

本發明的多種態樣提供在運送期間用於維持卷材對抗張力干擾於均勻張力下的張力調節輥機制，其藉由施加力(壓力)的均勻量至卷材而無機械接觸。

在本發明的一個態樣中，所提供的是一種包括能夠藉由施加力至卷材來調節卷材的張力的張力調節輥之張力調節裝置。張力調節輥包括第一超音波振動器，第一超音波振動器產生超音波振動且藉由施加由超音波振動所致使的排斥力至卷材而以非接觸方式施加力至卷材。

在本發明的另一個態樣中，所提供的是連續卷材處理方法，其包括下列操作：使用上述的張力調節裝置來調節卷材的張力；以及處理經受張力調節的卷材。

根據以上闡述的本發明，為了可靠地運送卷材，張力調節裝置包括非接觸張力調節輥機制(例如，藉由控制在運送期間出現的張力或超音波振動)，且連續卷材處理方法使用張力調節裝置連續地處理卷材。

因此，可防止易脆材料，像是薄玻璃卷材，透過與例如張力調節輥的機械接觸而遭受損壞。另外，在張力調節輥上的額外處理，諸如機械塗佈，是不需要的。更甚者，其可能在均勻高度上運送卷材時調節卷材的張力。

本發明的方法和設備具有其他特點和優勢，其將由一起作為解釋本發明的特定原理之併入本文的附圖以及下列之實施方式中為顯而易見的，或更詳細地被闡明。

現在將詳細參考本發明，其實施例係於附圖中繪示並描述如下，使得本發明所屬技術領域具有通常知識者可輕易地將本發明付諸實踐。

此說明書通篇應參照圖式，其中相同的參考符號及符碼係在不同的圖式中用於指代相同或相似的組件。在本發明的下列描述中，併入於本文的已知功能與組件的詳細描述將在本發明的申請標的呈現不明確之情況下省略。

用於連續卷材處理的卷對卷製程或卷對片製程係使用張力調節輥控制在卷材運送期間所發生的張力干擾。

本發明相關於以易脆材料形成的卷材的處理，諸如薄玻璃卷材，以及更具體地，關於用於運送以易脆材料形成的卷材包括非接觸張力調節輥的張力調節裝置、以及使用其之連續卷材處理方法。

第2圖圖示地說明根據本發明的張力調節的基本原則。

根據本發明的張力調節裝置包括張力調節輥320。顯示在第2圖中的張力調節輥320包括第一超音波振動器321、超音波產生器322、振動吸收器324以及固定框架325。張力調節輥320藉由施加力至卷材W來調節卷材W的張力。張力調節輥320的第一超音波振動器321產生超音波振動。第一超音波振動器321以非接觸方式(或無接觸)藉由施加從超音波振動所致使的高壓空氣層之排斥力至卷材W來施加力至卷材W。

張力調節輥320的超音波產生器322藉由產生超音波來振動第一超音波振動器321。另外，張力調節輥320的振動吸收器324防止第一超音波振動器321的振動被運送到張力調節裝置的其他組件。

為了分隔卷材W與張力調節輥320的外部表面而應用超音波震盪技術(韓國專利申請公開號10-2010-0057530)。由於超音波之定期空氣壓縮產生用於排斥卷材W與張力調節輥320的外部表面的力，因而防止張力調節輥320與以易脆材料形成的卷材W之間的機械接觸及損害。

不像使用先前技術的液體排孔的非接觸張力調節裝置，當卷材W是在不穩定狀態時(振動或震顫)，排斥力的量係自動地調整。因此，排斥力可被均勻地應用於整個表面，因而均勻地維持該張力調節輥於與薄玻璃卷材W為非接觸的狀態中。

針對張力控制的目的，一定量的力從外側被連續地施加至卷材W，以使得卷材W維持在恆定張力下。為了速度控制的目的，當退繞(unwinding)側和捲繞(winding)側之一是主導(master)且另一個為從屬(slave)時，藉由即時測量及回饋張力調節輥320的高度以增加及減少從屬的捲繞速度，可即時控制且同步化退繞速度和捲繞速度之間的差異。

這裡，卷材W可典型地為薄玻璃，但是本發明不限於此。根據本發明的卷材W可以各種其他材料來形成。

第3圖圖示地說明根據本發明之張力調節裝置的第一例示性實施例。

參考第3圖，張力調節裝置包括支持張力調節輥320的連桿331。連桿331的一個端點係鉸鏈連接至張力調節輥320，且連桿331的另一端點係鉸鏈連接至固定點。如此，張力調節輥320可自由地繞著固定點作為轉動中心轉動，且可相應於其重量施加均勻量的力至卷材W。因此，張力調節裝置可有效地調節卷材W的張力。

第4圖和第5圖圖示地說明根據本發明之張力調節裝置的第二及第三例示性實施例。

面對卷材W的第一超音波振動器321的外部表面的部分可沿著卷材W的縱向方向形成開放曲線，如在第4圖中所示，或是第一超音波振動器321的外部表面可形成一圓，如於第5圖中所示。雖然先前技術的張力調節輥由於其與卷材W的摩擦而轉動，因為其係使用壓縮空氣以非接觸方式在無磨擦下推動卷材W，故根據本發明的張力調節輥320不會與卷材W一起轉動。因此，不像先前技術的圓形張力調節輥，第一超音波振動器321的外部表面非必要為圓形。

在第4圖及第5圖中所說明的張力調節裝置的每個包括支持卷材W在固定位置中的支持單元。支持單元包括產生超音波振動的第二超音波振動器341和342。當第一超音波振動器321施加排斥力到卷材W的第一表面時，第二超音波振動器341以及342施加由其超音波振動所致使的排斥力到第二表面，即，第一表面的後部表面，因而以非接觸方式支持卷材W。

張力調節輥320以及拱形支持單元被配置以沿著平滑曲線撐住薄玻璃卷材W，如在第4圖和第5圖中所示。因此，在以易脆材料形成的薄玻璃卷材W上的壓力被最小化，使得薄玻璃卷材W不會破裂。

如果需要的話，也可使用張力調節輥320代替固定位置的支持單元。

第6圖、第7圖、第8圖和第9圖圖示地說明根據本發明之張力調節裝置的第四至第七例示性實施例。

在第6圖至第9圖中所示的張力調節裝置的每個包括連桿332、其中每一個端點與張力調節輥320耦合，且其另一個端點與缸筒333的活塞耦合(例如，液壓缸或氣壓缸)。缸筒的內部壓力維持恆定，且內部壓力與外部壓力之間的差異透過連桿332被施加至張力調節輥320。亦即，張力調節輥320係機械地連接至缸筒333，使得其施加恆定壓力至卷材W。

各種其他加壓裝置可被使用。舉例來說，可提供彈簧，其中一個端點與張力調節輥320耦合，另一個端點連接至固定點。亦即，張力調節輥320機械地連接至彈簧，使得其均勻地施加恆定彈力至卷材W。

第10圖和第11圖圖示地說明根據本發明之張力調節裝置的第八及第九例示性實施例。

如第10圖和第11圖所示，根據這些實施例的張力調節裝置的每個提供包括張力調節輥320和缸筒333的非接觸張力調節輥機制。非接觸張力調節輥機制執行向上或向下移動卷材W的操作，而保持卷材W在水平狀態。

第12圖至第13圖圖示地說明根據本發明之張力調節裝置的第十至第十一例示性實施例。

如在第12圖和第13圖中所示，根據這些實施例的張力調節裝置的每個提供包括張力調節輥320以及垂直配置的頂部缸筒333T與底部缸筒333B的非接觸張力調節輥機制。此機制可藉由沿著平滑曲線撐住卷材W而最小化易脆材料的彎曲壓力，且可細微地於上下方向調節張力。

在第12圖和第13圖中所示的張力調節裝置的每個進一步包括以朝向卷材W的兩個表面的相反方向與張力調節輥320耦合的頂部連桿332T與底部連桿332B。頂部連桿332T的一個端點係與張力調節輥320耦合，且頂部連桿332T的另一個端點係與頂部缸筒333T的活塞耦合。底部連桿332B的一個端點係與張力調節輥320耦合，且底部連桿332B的另一個端點係與底部缸筒333B的活塞耦合。

第14圖和第15圖圖示地說明根據本發明之張力調節裝置的第十二例示性實施例。

如第14圖及第15圖中所示，當薄玻璃卷材W被運送時，非接觸張力調節輥320的橫向端點可獨立地相應於卷材W的橫向端點的張力之間的差異而上下移動。因此其有可能相應於張力橫向差異而無須延伸薄玻璃卷材W。

第14圖及第15圖中所示的張力調節裝置包括左連桿332L與傾斜連桿334沿著卷材W的寬度分別地與張力調節輥320的兩端耦合、以及右連桿332R與傾斜連桿334耦合，以使張力調節輥320的橫向端點位置可被分別地調節。左連桿332L的一個端點係與張力調節輥320鉸鏈耦合，且左連桿332L的另一個端點係與左缸筒333L的活塞耦合。傾斜連桿334的一個端點係與張力調節輥320鉸鏈耦合。右連桿332R的一個端點係與傾斜連桿334的另一個端點鉸鏈耦合，且右連桿332R的另一個端點係與右缸筒333R的活塞耦合。

舉例來說，支持左缸筒333L及右缸筒333R係對卷材W施加朝下的力，卷材W的張力以相應的方式施加朝上的力至左缸筒333L和右缸筒333R，因而平衡力。假設在卷材W的右邊緣上的張力維持恆定，而在卷材W的左邊緣上的張力減少。在此情況下，張力調節輥320的右邊緣的位置將不改變。然而，這將會使從左缸筒333L施加至張力調節輥320的左邊緣的朝下力，與從卷材W的張力施加至張力調節輥320的朝上力，兩者之間的平衡崩潰，如此一來張力調節輥320將下移，直到力再度平衡。因此，張力調節輥320的左端點將配置低於張力調節輥320的右端點，如於第15圖所示。

第16圖、第17圖和第18圖說明根據本發明的張力調節裝置的第十三例示性實施例。

如在第16圖至第18圖所示，左頂部缸筒333LT和左底部缸筒333LB以及右頂部缸筒333RT和右底部缸筒333RB係從上面和下面與張力調節輥320的兩個端點耦合，因而使其可能更細微地調節張力，即使在卷材W的張力有橫向差異的情況下。

在第16圖至第18圖中所示的張力調節裝置包括左頂部連桿332LT、左底部連桿332LB、傾斜連桿334、右頂部連桿332RT及右底部連桿332RB。

左頂部連桿332LT與左底部連桿332LB係沿著卷材W的寬度與張力調節輥320的一個橫向端點(左端點)鉸鏈耦合，且以相反方向配置朝向卷材W的兩個表面。左頂部連桿332LT的一個端點係與張力調節輥320的一個橫向端點鉸鏈耦合，且左頂部連桿332LT的另一個端點係與左頂部缸筒333LT的活塞耦合。左底部連桿332LB的一個端點係與張力調節輥320的一個橫向端點鉸鏈耦合，且左底部連桿332LB的另一個端點係與左底部缸筒333LB的活塞耦合。

傾斜連桿334係沿著卷材W的寬度與張力調節輥320的另一個橫向端點鉸鏈耦合。詳細地說，傾斜連桿334的一個端點係與張力調節輥320的另一個橫向端點鉸鏈耦合。

右頂部連桿332RT與右底部連桿332RB係與傾斜連桿334耦合。右頂部連桿332RT的一個端點係與傾斜連桿334的另一個端點鉸鏈耦合，且右頂部連桿332RT的另一個端點係與右頂部缸筒333RT之活塞耦合。右底部連桿332RB的一個端點係與傾斜連桿334的另一個端點鉸鏈耦合，且右底部連桿332RB的另一個端點係與右底部缸筒333RB的活塞耦合。

第19圖圖示地說明根據本發明之連續卷材處理方法的一例示性實施例。

本發明提供藉由使用上述張力調節裝置300而調節卷材W的張力而用於處理卷材W的連續卷材處理方法。連續卷材處理方法包括使用張力調節裝置300調節卷材W的張力的操作、以及處理經張力調節之卷材W的操作。處理操作包括選自由成型、切割、拋光、印刷、塗佈、清理及檢查卷材W的操作中的至少一個，但不限於此。連續卷材處理方法係使用卷對卷製程或卷對片製程來執行。第19圖說明連續清理及檢查方法。在這裡，處理卷材W的操作意指清理和檢查卷材W的操作。

卷材W與保護膜一起從開捲滾輪715退繞。保護膜捲繞在保護膜捲繞滾輪716上。卷材W的張力係受到張力調節裝置300調節，且卷材W係藉由運送單元100來運送。卷材W接著在清理單元800內清理，並且在檢查單元900中檢查。之後，卷材W係捲繞在捲繞滾輪717上。在此時，從保護膜開捲滾輪718退繞的保護膜與卷材W捲繞在一起。

本發明具體例示性實施例的上述描述已經相對於圖式表示。其並非旨在窮盡或限制本發明於所揭露的精確形式，且明顯地許多修飾和變化鑑於上述教示下對所屬技術領域具有通常知識者而言是可行的。

因此其旨在本發明的範疇不被限制於上述實施例中，而是藉由本文附加之專利申請範圍及其等價物來定義。

W‧‧‧卷材
100‧‧‧運送單元
300‧‧‧張力調節裝置
311、320‧‧‧張力調節輥
312、313‧‧‧支持滾輪
321‧‧‧第一超音波振動器
322‧‧‧超音波產生器
324‧‧‧振動吸收器
325‧‧‧固定框架
331、332‧‧‧連桿
332T‧‧‧頂部連桿
332B‧‧‧底部連桿
332L‧‧‧左連桿
332R‧‧‧右連桿
332LT‧‧‧左頂部連桿
332LB‧‧‧左底部連桿
332RT‧‧‧右頂部連桿
332RB‧‧‧右底部連桿
333‧‧‧缸筒
333T‧‧‧頂部缸筒
333B‧‧‧底部缸筒
333L‧‧‧左缸筒
333R‧‧‧右缸筒
333LT‧‧‧左頂部缸筒
333LB‧‧‧左底部缸筒
333RT‧‧‧右頂部缸筒
333RB‧‧‧右底部缸筒
334‧‧‧傾斜連桿
341、342‧‧‧第二超音波振動器
715、718‧‧‧開捲滾輪
716、717‧‧‧捲繞滾輪
800‧‧‧清理單元
900‧‧‧檢查單元

第1圖圖示地說明在先前技術中普遍使用的張力調節裝置之示意圖；

第2圖圖示地說明根據本發明之張力調節的基本原理之示意圖；

第3圖至第13圖圖示地說明根據本發明的張力調節裝置的第一至第十一例示性實施例之示意圖；

第14圖及第15圖圖示地說明根據本發明的張力調節裝置的第十二例示性實施例之示意圖；

第16圖至第18圖圖示地說明根據本發明的張力調節裝置的第十三例示性實施例之示意圖；以及

第19圖圖示地說明根據本發明之連續卷材處理方法的一例示性實施例之示意圖。

W‧‧‧卷材

320‧‧‧張力調節輥

321‧‧‧第一超音波振動器

322‧‧‧超音波產生器

324‧‧‧振動吸收器

325‧‧‧固定框架

Claims (13)

1. 一種張力調節裝置，其包含： 一張力調節輥，其藉由施加一力至一卷材而調節該卷材的張力； 該張力調節輥包含產生一超音波振動之一第一超音波振動器，並且藉由施加由該超音波振動所致使之一排斥力至該卷材而以一非接觸方式施加該力至該卷材。
2. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其中該卷材包含一薄玻璃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其中該第一超音波振動器的一外部表面形成一圓、或是面對該卷材的該第一超音波振動器之該外部表面的一部分係沿著該卷材的一縱向方向定義一開放曲線。
4. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含支持該卷材在一固定位置的一支持單元，該支持單元包含一第二超音波振動器，其中 該第一超音波振動器施加該排斥力至該卷材的一第一表面，且該第二超音波振動器產生一超音波振動且施加由該超音波振動所致使的一排斥力至為該第一表面的一後部表面的一第二表面，因而以一非接觸方式支持該卷材。
5. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含一彈簧，該彈簧的一個端點與該張力調節輥耦合，且該彈簧的另一個端點連結至一固定點。
6. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含一連桿，該連桿的一個端點與該張力調節輥鉸鏈耦合，且該連桿的另一個端點鉸鏈連接至一固定點。
7. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含一連桿，該連桿的一個端點與該張力調節輥耦合，且該連桿的另一個端點與一缸筒的一活塞耦合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含於朝向該卷材的兩個表面之相反方向上與該張力調節輥耦合的一頂部連桿及一底部連桿，其中 該頂部連桿的一個端點係與該張力調節輥耦合，且該頂部連桿的另一個端點係與一頂部缸筒的一活塞耦合；以及 該底部連桿的一個端點係與該張力調節輥耦合，且該底部連桿的另一個端點係與一底部缸筒的一活塞耦合。
9. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含：一第一連桿、一傾斜連桿以及一第二連桿，且該第一連桿和該傾斜連桿分別沿著該卷材的一寬度與該張力調節輥的兩橫向端點鉸鏈耦合，且該第二連桿與該傾斜連桿鉸鏈耦合，其中 該第一連桿的一個端點係與該張力調節輥鉸鏈耦合，且該第一連桿的另一個端點係與一第一缸筒的一活塞耦合； 該傾斜連桿的一個端點係與該張力調節輥鉸鏈耦合；以及 該第二連桿的一個端點係與該傾斜連桿的另一個端點鉸鏈耦合，且該第二連桿的另一個端點係與一第二缸筒的一活賽耦合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置，其進一步包含： 一第一頂部連桿和一第一底部連桿，沿著該卷材的一寬度與該張力調節輥的一個橫向端點鉸鏈耦合，該第一頂部連桿和該第一底部連桿以相反方向被配置朝向該卷材的兩個表面； 一傾斜連桿，與該張力調節輥的另一個橫向端點鉸鏈耦合； 一第二頂部連桿和一第二底部連桿，與該傾斜連桿鉸鏈耦合，其中 該第一頂部連桿的一個端點係與該張力調節輥的一個橫向端點鉸鏈耦合，且該第一頂部連桿的另一個端點係與一第一頂部缸筒的一活塞耦合； 該第一底部連桿的一個端點係與該張力調節輥的一個橫向端點鉸鏈耦合，且該第一底部連桿的另一個端點係與一第一底部缸筒的一活塞耦合； 該傾斜連桿的一個端點係與該張力調節輥的另一個橫向端點鉸鏈耦合； 該第二頂部連桿的一個端點係與該傾斜連桿的另一個端點鉸鏈耦合，且該第二頂部連桿的另一個端點係與一第二頂部缸筒的一活塞耦合；以及 該第二底部連桿的一個端點係與該傾斜連桿的另一個端點鉸鏈耦合，且該第二底部連桿的另一個端點係與一第二底部缸筒的一活塞耦合。
11. 一種連續卷材處理方法，其包含： 使用如申請專利範圍第1項所述之張力調節裝置來調節該卷材的張力；以及 處理經調節張力的該卷材。
12. 如申請專利範圍第11項所述之連續卷材處理方法，其中處理經調節張力的該卷材包含選自由成型、切割、拋光、印刷、塗佈、清理和檢查該卷材所組成的群組中的至少一個。
13. 如申請專利範圍第11項所述之連續卷材處理方法，其中該連續卷材處理方法係使用一卷對卷製程或一卷對片製程來執行。