KR100382881B1 - 필름 또는 쉬트의 두께 조절장치 및 그에 의한 두께조절방법 - Google Patents

필름 또는 쉬트의 두께 조절장치 및 그에 의한 두께조절방법 Download PDF

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Abstract

두께 조절장치 및 그에 의한 두께 조절방법에 대해 개시되어 있다. 그 장치는, 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구로부터 토출된 필름 또는 쉬트의 두께 측정기와, 토출구의 간격 측정기와, 토출구의 간격을 조절하는 조절기와, 조절기에 외부 응력을 가하는 외부 응력 인가부 및 측정된 두께 및 토출구 간격 사이의 편차에 대응하여 토출구의 간격이 변화되도록 하기 수학식을 이용하여 조절기에 가해질 외부 응력 변화값을 연산하는 외부 응력 제어기를 구비한다.
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여기서, y(x)는 임의의 지점 x에서의 두께와 간격 사이의 편차에 대응되는 조절기의 길이 변화, Pj는 j번째 조절기의 위치, Aj, α, ΔTj는 각각 j번째 조절기 자체의 길이변화, 비례상수, 외부응력변화이고. Wj는 j번째 조절기의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, ω0와 ω1은 각각 비례상수이다.

Description

필름 또는 쉬트의 두께 조절장치 및 그에 의한 두께 조절방법{Apparatus of controlling thickness and method using the same}
본 발명의 필름(flim)이나 쉬트(sheet)를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 필름이나 쉬트의 두께를 조절하는 장치 및 그에 의한 두께 조절방법에 관한 것이다.
일반적으로 고분자, 세라믹 및 금속 등으로 이루어진 필름이나 쉬트는, 원료물질을 용용한 후 이를 토출구를 통하여 배출한 후 필요에 따라 적정한 후공정을 가함으로써 제조된다. 예컨대, 고분자 필름의 경우는 토출구에서 배출된 쉬트형태의 레진을 횡방향과 종방향으로 연신하여 제조한다. 여기서, 필름이나 쉬트의 최종제품의 두께는 일차적으로 토출구에서 결정된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 필름이나 쉬트의 두께를 조절하는 장치 및 그에 의한 두께 조절방법을 설명하고자 한다.
도1은 필름이나 쉬트의 두께를 조절하는 장치 및 그에 의한 두께 조절방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도1을 참조하면, 공정이 완료되거나 또는 공정이 진행중인 필름이나 쉬트(124)의 두께를 두께 측정기(122)로 측정하여 외부 응력 제어기(118)에 보낸다. 또한, 토출구 간격 측정기(120)를 이용하여 토출구 간격(116)을 측정하여 외부응력 제어기(118)로 전달한다. 이어서, 미리 정하여진 공정이 완료되거나 또는 공정이 진행중인 필름이나 쉬트(124)의 두께, 측정된 필름이나 쉬트(124)의 두께 및측정된 토출구 간격(116)을 비교한다. 다음에, 외부 응력 제어기(118)에서 외부응력 인가부(112)에 인가될 외부 응력치를 결정한다. 인가될 외부 응력치가 결정되면 이를 외부 응력 인가부(112)에 인가하여 지지대(110)내에 설치된 조절기(114)의 길이를 조절한다. 응력을 인가하는 방법은 토출구 상부(108)에 압력을 가하거나 감하여서, 토출구 간격(116)을 변화시킨다. 여기서, 외부 응력은 열, 탄성력, 기계적 이동 등이 모두 가능하다. 한편, 조절기(114)의 길이변화를 안정되게 하기 위해서, 필요한 경우에 외부 응력 조절부(102)를 설치하여 외부 응력이 균일하게 전달되도록 할 수 있다. 이때, 위치조절부(104)는 토출구 하부(106)의 상태가 안정하게 할 수 있고, 또한 앞에서 언급한 조절기(114)와 같은 역할을 할 수도 있다. 이러한 과정을 거쳐서 토출구 간격(116)이 조절된다.
도2는 토출구의 간격 변화를 설명하기 위한 개략도이다.
도2를 참조하면, 외부 응력 인가부(112)에 의해 가해진 응력은 조절기(114)에 작용하여 토출구 상부(108)에 압력을 가감한다. 따라서, 토출구 상부(108)에는 압력의 변화가 생기게 된다. 만일 압력이 가해진다면, 토출구 상부(108)은 토출구 하부(106)쪽으로 변형되어 결국은 토출구 간격(116)이 작아진다.
그런데, 필름이나 쉬트(124)의 두께편차를 최소화하기 위해서는 토출구 간격(116)을 정밀하게 조절하여야 한다. 이를 위해서는 외부 응력 제어기(118)에서 필름 또는 쉬트(124)의 두께와 토출구의 간격과의 관계를 정확하게 유추할 수 있는 제어방법이 필요하나, 현재까지 개발된 제어방법은 실제로 두께조절에 필요한 값과 유추된 제어값과의 상당한 오차가 존재한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 필름이나 쉬트의 두께편차를 최소화하고 또한, 두께가 안정된 수준에 도달하는 시간을 극소화하는 두께 조절장치를제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 필름이나 쉬트의 두께편차를 최소화하고 두께가 안정된 수준에 도달하는 시간을 최소화하는 두께 조절방법을 제공하는 데 있다
도1은 필름이나 쉬트의 두께를 조절하는 장치 및 그에 의한 두께 조절방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도2는 토출구의 간격 변화를 설명하기 위한 개략도이다.
도3은 본 발명에 따른 두께 조절장치 및 그에 의한 두께 조절방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도4는 본 발명에 따른 두께 조절장치 및 그에 의한 두께 조절방법을 설명하기 위한 정면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
102 ; 외부 응력 조절부 104 : 위치조절부
106 ; 토출구 하부 108 ; 토출구 상부
110 ; 지지대 112 ; 외부 응력 인가부
114 ; 조절기 116 ; 토출구 간격
118 ; 외부 응력 제어기 120 ; 토출구 간격측정기
122 ; 두께측정기 124 ; 필름 또는 쉬트
302 ; 용융원료 투입구
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 두께 조절장치는, 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구와, 상기 토출구로부터 토출된 필름 또는 쉬트의 두께를 측정하는 두께 측정기와, 상기 토출구의 간격을 측정하는 토출구 간격 측정기와, 상기 토출구에 외부 응력을 가하여 상기 토출구의 간격을 조절하는 조절기와, 상기 조절기에 상기 외부 응력을 가하는 외부 응력 인가부 및 상기 두께 측정기로부터 측정된 두께 및 상기 토출구 간격 측정기로부터 측정된 상기 토출구 간격 사이의 편차에 대응하여 상기 토출구의 간격이 변화되도록 하기 수학식을 이용하여 상기 조절기에 가해질 외부 응력 변화값을 연산하는 외부 응력 제어기를 구비한다.
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상기 y(x)는 임의의 지점 x에서의 상기 두께와 간격 사이의 편차에 대응되는 상기 조절기의 길이 변화, Pj는 j번째 조절기의 위치, Aj, α, ΔTj는 각각 j번째 조절기 자체의 길이변화, 비례상수, 외부응력변화이고. Wj는 j번째 조절기의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, ω0와 ω1은 각각 비례상수이다.
여기서, 상기 조절기는 금속 볼트 또는 탄성체인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 필름이나 쉬트는 고분자, 세라믹, 금속 또는 각각의 혼합물 중에서 어느 하나 이상으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 두께 조절방법은, 조절기에 의해 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구의 간격 조절이 가능한 두께 조절 장치를 이용한 두께 조절 방법에 있어서, 상기 토출구로부터 토출된 필름 또는 쉬트의 두께를 측정하는 단계와, 상기 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구의 간격을 측정하는 단계와, 상기 필름 또는 쉬트의 두께와 상기 토출구의 간격 사이의 편차에 대응하여 상기 토출구의 간격이 변화되도록 하기 수학식을 이용하여 상기 토출구 간격 변화량에 대응되는 외부 응력 변화값을 연산하는 단계; 및
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상기 y(x)는 임의의 지점 x에서의 상기 두께와 간격 사이의 편차에 대응되는상기 조절기의 길이 변화, Pj는 j번째 조절기의 위치, Aj, α, ΔTj는 각각 j번째 조절기 자체의 길이변화, 비례상수, 외부 응력변화이고. Wj는 j번째 조절기의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, ω0와 ω1은 각각 비례상수임.
상기 연산된 외부 응력 변화값에 따라 상기 조절기의 길이를 변화시킴으로써 상기 토출구의 간격을 변화시키는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 조절기는 금속 볼트로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 조절기의 길이를 변화시키는 방법은 상기 금속 볼트를 가열 또는 냉각함으로써 수행하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 조절기는 탄성체로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 조절기의 길이를 변화시키는 방법은 상기 탄성체에 힘을 가하거나 제거함으로써 수행하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 필름이나 쉬트는 고분자, 세라믹, 금속 또는 각각의 혼합물 중에서 어느 하나 이상으로 이루어진 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 투출구의 간격이나 조절기 등은 명료성을 위해서 강조되었다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 고분자 필름의 두께 조절장치 및 그에 의한두께 조절방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도3을 참조하면, 용용원료투입구(302)를 거쳐서 인입된 고분자 레진(Resin)은 토출구를 거쳐서 후공정인 연신공정에서 필름이나 쉬트형태로 제조된다. 여기서, 연신공정은 토출구를 거친 쉬트형태의 레진을 길이방향으로 연신하는 종연신과 폭방향으로 연신하는 횡연신이 있다. 이때, 종연신 및 횡연신 공정 중 하나 이상의 위치에서 필름 또는 쉬트(124)의 두께를 두께 측정기(122)를 이용하여 측정한다. 측정된 결과는 외부 응력 제어기(118)에 보내어진다. 또한, 두께를 측정함과 동시에 토출구 간격(116)도 측정하여 외부 응력 제어기(118)에 보낸다. 외부 응력 제어기(118)은 송달받은 정보를 토대로 아래와 같이 서술되어지는 수학식 1을 통하여 토출구 간격(116)을 변화시키기 위한 외부 응력(ΔT)을 결정하게 된다.
다음은, 본 발명에 적용되는 수학식에 대한 모델을 설명하고자 한다. 아래의 도4의 (a)는 본 발명에 적용되는 조절기(114)가 단독으로 존재하는 경우에 외부응력에 대하여 조절기(114)의 길이가 변화하는 모습을 나타낸 것이다.
여기서, ΔT는 조절기(114)에 가해지는 외부 응력변화이고 Δℓ은 자유상태에서의 조절기(114)가 팽창한 거리이다.
도4의 (a)를 참조하면, Δℓ은 ΔT에 비례한다.
도4의 (b)는 도(a)의 조절기(114)를 두께 조절장치에 적용했을 때 외부 응력변화에 의한 조절기(114)의 길이변화가 토출구 상부(108)의 변형이 미치는 영향을 도식적으로 나타낸 것이다.
여기서, Δy는 외부응력이 가해진 상황에서 조절기가 두께 조절장치에서 팽창한 거리, ΔT는 두께 조절장치에서 조절기(114)에 가해진 외부응력의 변화이다.
도4의 (b)를 참조하면, 조절기(114)의 길이변화에 영향을 주는 것은 조절기 (114)에 가해진 외부응력의 변화(ΔT)이다. 따라서, ΔT와 Δy는 상호 선형적인 비례관계를 만족한다.
도4의 (b)에서는 조절기(114)가 하나인 경우를 살펴보았으나, 이를 복수개의 조절기(114)가 설치된 본 발명에 의한 두께 조절장치에 적용하여 Δy를 구체적으로 살펴보기로 한다. 여기서, Δy에 대한 관례는 다음 수학식과 같다. 여기서, 복수개의 조절기(114)가 구비된 토출구에서 j번째 조절기(114)를 기준으로 설정하기로 한다.
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상기 y(x)는 임의의 지점 x에서의 상기 두께와 간격 사이의 편차에 대응되는 상기 조절기의 길이 변화, Pj는 j번째 조절기의 위치, Aj, α, ΔTj는 각각 j번째 조절기 자체의 길이변화, 비례상수, 외부 응력변화이고. Wj는 j번째 조절기의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, ω0와 ω1은 각각 비례상수이다.
상기 수학식을 참조하면, Pj에서의 조절기(114)의 변화는 그 주변의조절기(114)의 길이변화에도 영향을 미친다, Pj에서의 영향이 가장 크고, Pj에서 멀어질수록 그 영향은 줄어든다. 이러한 토출구의 간격변화에 대한 영향을 정성적으로 트라이얼(Trial) 함수인 e-(x의 제곱)으로 표현된다. 즉, 조절기(114)의 길이변화는 e(비례상수 × j번째 조절기에서 떨어진 거리의 제곱)으로 표현된다.
또한, Pj조절기(114)의 영향이 주변의 어느 영역까지 미치는가는 Pj조절기(114)에 가해진 외부응력에 따른다. 즉, Wj는 j번째 조절기(114)의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, w0와 w1은 각각 비례상수이다.
따라서, j번째 조절기(114)가 임의의 지점인 x에 주는 영향을 고려한 Pj조절기(114)에 의한 길이인 y(x)는
이며, 복수개의 조절기(114)가 있으면 이를 선형적으로 합해주어야 한다. 따라서, 조절기(114)의 길이변화는 상기 수학식과 같이 된다.
한편, 상기 수학식에서 결정된 외부응력(ΔT)는 외부응력 인가부(112)에 의해서 조절기(114)에 공급된다. 본 실시예에서는 조절기(114)로서 열볼트(heat bolt)를 사용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 스프링과 같은 탄성체를 이용할 수도 있고 래크와 피니언과 같은 기계적인 방법으로 조절기(114)의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 조절기(114)가 열볼트이므로 가해진 외부응력이 열이었으나, 탄성체의 경우는 탄성력의 변화를 주어 응력변화를 야기시킬 수 있고, 래크와 피니언은 조절기(114)의 길이변화를 기계적 에너지를 가함으로써 만족시킬 수 있다.
조절기(114)의 길이가 외부응력에 의해 길어지면, 조절기(114)는 토출구 상부(108)에 압력을 가하게 되고 이로 인하여 토출구 상부(108)의 탄성변형이 일어난다. 결과적으로, 토출구 간격(116)이 작아지게 된다. 또한, 토출구 상부(108)에 형성된 조절기(114)와 외부응력 인가부(112)와 동일한 방법으로 토출구 하부(106)에도 조절기(114)와 외부응력 인가부(112)를 설치할 수 있다. 그러나, 통상적으로 토출구의 하부(106)에는 토출구 하부(106)의 위치를 안정되게 할 수 있도록 하는 위치조절부(104)와 외부응력 조절부(102)를 둔다. 위치조절부(104)는 고정된 스프링과 같이 일정한 범위에서 완충역할을 할 수 있으며, 외부응력 조절부(102)는 토출구 하부(106)을 지지하는 역할을 한다. 경우에 따라서는, 상기 위치조절부(104)와 외부응력 조절부(102)를 생략할 수도 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 토출구의 간격을 조절하는 방법을 상세하게 설명하기 위한 정면도이다.
도5를 참조하면, 상기 외부응력 제어기(118)에서 결정된 외부응력이 외부응력 인가부(112)에 가해진다. 외부응력 인가부(112)는 조절기(114)에 적절한 응력이 가해질 수 있는 형상이어야 한다. 예컨대, 본 발명의 실시예와 같이 복수의 조절기(114) 전체에 응력이 가해져야 한다면, 조절기(114) 전체를 수용할 수 있어야 한다. 통상, 조절기(114)는 복수개의 조절기(114)로 이루어진다. 왜냐하면, 복수개의 조절기(114)는 외부응력을 수용하여 토출구 상부(108)을 변형시키기 때문에, 토출구 상부(108)가 균일하게 변형되도록 적절한 간격으로 배치된 복수개의 조절기(114)를 설정한다. 그러나, 경우에 따라서는 하나의 조절기(114)도 가능하다. 또한, 토출구 상부(108)에 형성된 조절기(114)와 외부응력 인가부(112)와 동일한 방법으로 토출구 하부(106)에도 조절기(114)와 외부응력 인가부(112)를 설치할 수 있다. 그러나, 통상적으로 토출구의 하부에는 토출구 하부(106)의 위치를 안정되게 할 수 있도록 위치조절부(104)와 외부응력 조절부(102)를 둔다. 외부응력에 의해 토출구 간격(116)이 조절된 토출구를 통하여 용융된 레진은 다음 공정으로 보내어진다.
이상 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 당업자에 의해 많은 변형 및 개량이 가능하다.
상술한 본 발명에 의한 두께 조절방법에 따르면, 조절기에 가해지는 외부응력과 조절기의 변형량을 적절하게 제어함으로써, 필름이나 쉬트의 두께편차를 최소화하고 두께가 안정된 수준에 도달하는 시간을 극소화할 수 있다.

Claims (10)

  1. a) 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구;
    b) 상기 토출구로부터 토출된 필름 또는 쉬트의 두께를 측정하는 두께 측정기;
    c) 상기 토출구의 간격을 측정하는 토출구 간격 측정기;
    d) 상기 토출구에 외부 응력을 가하여 상기 토출구의 간격을 조절하는 조절기;
    e) 상기 조절기에 상기 외부 응력을 가하는 외부 응력 인가부; 및
    f) 상기 두께 측정기로부터 측정된 두께 및 상기 토출구 간격 측정기로부터 측정된 상기 토출구 간격 사이의 편차에 대응하여 상기 토출구의 간격이 변화되도록 하기 수학식을 이용하여 상기 조절기에 가해질 외부 응력 변화값을 연산하는 외부 응력 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 두께 조절 장치.
    ,
    ,
    상기 y(x)는 임의의 지점 x에서의 상기 두께와 간격 사이의 편차에 대응되는 상기 조절기의 길이 변화, Pj는 j번째 조절기의 위치, Aj, α, ΔTj는 각각 j번째 조절기 자체의 길이변화, 비례상수, 외부응력변화이고. Wj는 j번째 조절기의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, ω0와 ω1은 각각 비례상수임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조절기는 금속 볼트인 것을 특징으로 하는 두께 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조절기는 탄성체인 것을 특징으로 하는 두께 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필름이나 쉬트는 고분자, 세라믹, 금속 또는 각각의 혼합물 중에서 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 두께 조절 장치.
  5. 조절기에 의해 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구의 간격 조절이 가능한 두께 조절 장치를 이용한 두께 조절 방법에 있어서,
    a) 상기 토출구로부터 토출된 필름 또는 쉬트의 두께를 측정하는 단계;
    b) 상기 필름 또는 쉬트를 토출하는 토출구의 간격을 측정하는 단계;
    c) 상기 필름 또는 쉬트의 두께와 상기 토출구의 간격 사이의 편차에 대응하여 상기 토출구의 간격이 변화되도록 하기 수학식을 이용하여 상기 토출구 간격 변화량에 대응되는 외부 응력 변화값을 연산하는 단계; 및
    ,
    ,
    상기 y(x)는 임의의 지점 x에서의 상기 두께와 간격 사이의 편차에 대응되는상기 조절기의 길이 변화, Pj는 j번째 조절기의 위치, Aj, α, ΔTj는 각각 j번째 조절기 자체의 길이변화, 비례상수, 외부응력변화이고. Wj는 j번째 조절기의 길이변화에 의한 영향을 받는 영역이며, ω0와 ω1은 각각 비례상수임.
    c) 상기 연산된 외부 응력 변화값에 따라 상기 조절기의 길이를 변화시킴으로써 상기 토출구의 간격을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 조절 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조절기는 금속 볼트로 이루어진 것을 특징으로 하는 두께 조절 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조절기의 길이를 변화시키는 방법은 상기 금속 볼트를 가열 또는 냉각함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 두께 조절 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 조절기는 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 두께 조절 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조절기의 길이를 변화시키는 방법은 상기 탄성체에 힘을 가하거나 제거함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 두께 조절 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 필름이나 쉬트는 고분자, 세라믹, 금속 또는 각각의 혼합물 중에서 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 두께 조절 방법.
KR10-2000-0086276A 2000-12-29 2000-12-29 필름 또는 쉬트의 두께 조절장치 및 그에 의한 두께조절방법 KR100382881B1 (ko)

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