KR20150058975A

KR20150058975A - 필름가공장치

Info

Publication number: KR20150058975A
Application number: KR1020130142381A
Authority: KR
Inventors: 김호현
Original assignee: 주식회사 솔바인
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-05-29

Abstract

본 발명은 포장용 필름에 통기성 홈을 용이하게 형성하기 위한 필름가공장치에 관한 것으로, 레이저빔을 출력하는 레이저; 상기 레이저에서 출력된 레이저빔을 1차 반사하는 제1미러; 상기 제1미러에서 반사된 레이저빔을 2차 반사하는 제2미러; 및 상기 제2미러에서 반사된 광을 집광하여 필름에 조사하는 집광렌즈로 구성되며, 상기 제1미러는 편각방향으로 회전하고 제2미러는 방위각방향으로 회전하여, 반사되는 레이저빔의 반사각도를 조절하여 필름에 x,y-방향으로 레이저빔을 조사하여 필름에 복수의 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

필름가공장치{APPARATUS FOR ABLATING FILM}

본 발명은 필름가공장치에 관한 것으로, 특히 통기성 미세홈을 용이하게 가공함으로써 포장용 통기성 필름을 신속하게 저렴하게 제작할 수 있는 필름가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 공산품, 야채와 곡물 등과 같은 농산품, 발효식품과 같은 다양한 식품들은 판매 및 이송을 위해 포장되어야만 한다. 이러한 포장은 단순히 제품의 외관을 치장하고 제품이 오염되는 것을 방지하기 위한 것이 아니라, 제품의 품질을 일정하게 유지하도록 한다. 특히, 농산품이나 발효식품은 일정한 신선도를 유지해야만 한다.

그러나, 종래 포장지는 외부로부터의 습기 등이 침투하는 것을 방지하기 위해 일정 두께 이상으로 제작하기 때문에, 습기에 의한 농산품 등의 부패는 방지할 수 있지만, 공기의 흐름도 차단되므로, 농산품이나 발효식품을 일정한 신선도로 유지하는데에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 미러의 회전에 의해 필름상에 레이저빔을 스캔하여 복수의 홈을 형성할 수 있는 필름가공장치를 제공하는 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 필름가공장치는 레이저빔을 출력하는 레이저; 상기 레이저에서 출력된 레이저빔을 1차 반사하는 제1미러; 상기 제1미러에서 반사된 레이저빔을 2차 반사하는 제2미러; 및 상기 제2미러에서 반사된 광을 집광하여 필름에 조사하는 집광렌즈로 구성되며, 상기 제1미러는 편각방향으로 회전하고 제2미러는 방위각방향으로 회전하여, 반사되는 레이저빔의 반사각도를 조절하여 필름에 x,y-방향으로 레이저빔을 조사하여 필름에 복수의 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

제1항에 있어서, 상기 제1미러 및 제2미러는 단속적으로 회전하며, 상기 제1미러 및 제2미러의 회전각도에 따라 필름상에 형성되는 홈의 x,y-방향의 피치가 결정된다.

또한, 본 발명에서는 레이저빔에 포함되는 잡음을 제거하는 광필터를 추가로 포함할 수 있는데, 상기 광필터는 레이저와 제1미러 사이, 제1미러와 제2미러 사이, 제2미러와 집광렌즈 사이, 집광렌즈의 출력단 중 적어도 한곳에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 필름가공장치는 레이저빔을 출력하는 레이저; 상기 레이저에서 출력되는 레이저빔을 복수의 빔으로 분배하는 분배기; 상기 분배기에 의해 분배된 복수의 레이저빔 각각을 1차 반사하는 복수의 제1미러; 북수의 제1미러에서 반사된 복수의 레이저빔 각각을 2차 반사하는 복수의 제2미러; 및 상기 복수의 제2미러에서 반사된 복수의 레이저빔 각각을 집광하여 필름에 조사하는 복수의 집광렌즈로 구성되며, 상기 제1미러는 편각방향으로 회전하고 제2미러는 방위각방향으로 회전하여, 반사되는 레이저빔의 반사각도를 조절하여 필름에 x,y-방향으로 레이저빔을 조사하여 필름에 복수의 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 분배기는 레이저로부터 출력된 빔이 입사되는 입력부; 상기 입력부를 통해 입사된 레이저빔이 전파되는 도파관; 및 상기 도파관의 단부에 형성되어 도과판을 통해 전파되는 레이저빔을 복수의 빔으로 분기하는 복수의 광섬유로 이루어진다.

본 발명에서는 2개의 미러를 회전하면서 레이저빔을 조사함으로써 필름상에 복수의 홈을 매트릭스 형상으로 형성할 수 있게 된다. 따라서, 레이저빔에 의해 필름을 스캔하기 위해 별도의 필름가공장치를 이동시키는 별도의 이송장치나 필름을 이송하기 위한 별도의 이송장치가 필요없게 되어 제조장치를 단순화할 수 있게 되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 미러의 회전각도를 조절함으로써 필름상에 형성되는 홈의 밀도를 용이하게 조절할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 필름가공장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 필름가공장치에서 집광렌즈를 통해 레이저빔이 집속되는 것을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 필름가공장치의 광필터를 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 필름가공장치를 이용하여 필름을 가공하는 것을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 필름가공장치의 이송장치를 나타내는 도면.
도 6a는 본 발명에 따른 광분배기를 나타내는 도면.
도 6b는 광분배기가 구비된 필름가공장치를 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 포장지를 형성하는 필름이 수분의 침투를 방지하지만 공기를 유통되도록하여, 제품을 포장했을 때 일정 기간 제품의 신선도를 유지할 수 있도록 한다.

포장필름이 수분의 침투를 방지하고 공기를 유통되도록 하는 가장 용이한 방법은 포장필름의 두께를 최대한 얇게 형성하여, 물분자는 필름을 투과되지 못하게 함과 동시에 공기는 필름을 투과되도록 하는 것이다. 그러나, 이 정도의 얇은 두께의 포장지는 고가의 필름을 사용해야만 하기 때문에, 포장비용이 증가하는 문제가 있었다.

본 발명에서는 저가의 필름을 포장지로 사용하되, 물분자는 포장지를 투과하지 못하고 공기만이 투과하도록 함으로써 제품의 신선도를 유지하도록 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 필름을 가공하여 필름에 설정된 면적의 홈을 복수개 형성한다. 이 홈은 직경이 물분자 보다 작아서 물분자의 투과는 차단되는 반면에, 공기는 투과된다. 또한, 본 발명에서는 필름에 관통홀을 형성하는 것이 아니라 필름의 두께 보다 작은 깊이의 홈을 형성하여 해당 영역의 필름 두께를 최소화하여 이 영역에서 물분자의 투과는 차단하는 반면에, 공기는 투과하도록 할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 극초단파 펄스레이저를 이용하여 대면적의 포장지에 복수의 홈을 신속하게 형성할 수 있는 필름가공장치 및 방법을 제공하는데, 본 발명의 가공방법이 포장지로 사용되는 필름을 가공하는데에만 사용되는 것이 아니라 아웃도어용의 기능성 점퍼 등에 사용되는 옷감의 원단 등과 같은 다양한 용도로 사용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 필름가공장치를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 필름가공장치(1)는 레이저빔이 발생하는 레이저(3)와, 상기 레이저(3)에서 출력되어 레이저빔을 1차 반사하는 제1미러(11)와, 상기 제1미러(11)에서 반사된 레이저빔을 2차 반사하는 제2미러(15)와, 상기 제2미러(15)에서 반사된 레이저빔을 집광하여 필름(30)에 조사하는 집광렌즈(23)로 구성된다.

상기 레이저(3)는 펨토초 레이저이다. 펨토초는 1000조분의 1초를 의미하며, 펨토초 레이저는 하나의 레이저빔 펄스의 펄스폭이 수백 펨토초인 레이저이다. 본 발명에서는 이러한 펨토초 레이저를 이용함으로써 포장필름을 가공한다.

펨토초 레이저로 필름을 가공하는 경우, 필름은 레이저빔에 의해 용융되는 것이 아니라 레이저빔에 의해 삭마(ablation)된다. 필름의 가공에 사용되는 레이저는 파장이 충분히 짧기 때문에(약 400nm 이하), 레이저 광자 하나가 물질을 구성하고 있는 분자들의 결합을 끊어버릴 수 있게 되어 물질의 얇은 층을 기계적으로 깍아 낼 수 있고, 파장이 긴 경우(가시광선~1um)는 하나의 광자가 아니고 여러 개의 광자가 분자의 결합을 끊어 가공물질의 열적 손상을 최소화하면서 기계적으로 물질을 가공할 수 있게 된다. 이러한 가공을 레이저삭마라고 하며, 본 발명에서는 이러한 레이저삭마를 이용하여 포장필름에 수백 마이크로미터에서 수㎛까지의 직경을 갖는 홈을 형성할 수 있게 된다.

본 발명에서 사용되는 펨토초 레이저는 파장이 약 1030nm의 근적외선이 사용될 수 있다. 도면에서는 도시하지 않았지만, 본 발명에서는 2차 또는 3차 조화파를 발생시키는 결정을 사용하여 근적외선을 파장을 단파장(515nm, 257nm)으로 변경하여 출력한다. 상기 레이저(3)에서 발진된 레이저빔은 400펨토초 이하의 펄스폭을 가지고 반복률은 단일 펄스(1 헤르츠)부터 1 메가헤르츠(MHz)이며, 그 평균 최대출력이 약 4와트인 펨초토 레이저(3)를 사용할 수 있다.

펨토초레이저(3)의 출력, 펄스반복률, 펄스폭 등을 조절하여 필름에 형성되는 홈의 크기 및 깊이를 조절할 수 있게 된다. 레이저(3)의 펄스폭을 펨토초 펄스폭 이상으로 길게 하는 경우, 파장에 따른 물질의 열적 손상이 심해질 수 있게 되므로, 본 발명에서는 펨토초의 펄스폭을 갖는 레이저를 사용하는 것이 바람직하지만, 다른 파장 및 펄스폭을 갖는 레이저를 사용할 수도 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 레이저(3)와 제1미러(11) 사이에는 빔확대기(5)가 배치될 수 있다. 상기 빔확대기(5)는 오목렌즈(5a)와 볼록렌즈(5b)로 이루어져 레이저빔(3)에서 출력된 레이저빔의 스팟 크기를 설정된 크기로 확대한 후 제1미러(11)로 입사시킨다.

제1미러(11)는 레이저(3)로부터 출력되는 펨토초의 펄스폭을 갖는 레이저빔을 1차로 반사한다. 상기 제1미러(11)에는 제1모터(13)가 연결된다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1모터(13)의 축이 제1미러(11)의 상면과 연결되어 제1모터(13)가 회전함에 따라 제1미러(11)가 θ의 편각을 따라 회전한다. 이때, 상기 제1미러(11)로는 갈바나미러 또는 폴리곤미러를 사용할 수 있다.

제1모터(13)가 구동함에 따라 제1모터(13)의 구동축이 회전하고, 사기 구동축에 연결된 제1미러(11) 역시 편각(θ)방향으로 회전하게 된다. 제1미러(11)가 회전함에 따라 레이저(3)로부터 입사되어 반사되는 레이저빔의 반사각도를 변경할 수 있게 된다. 제1미러(11)가 편각(θ)을 따라 회전함에 따라 필름(30)에 조사되는 레이저빔 조사영역이 x-방향을 따라 이동하게 된다. 이때, 제1미러(11)가 편각(θ)을 따라 연속적으로 회전하는 중에 레이저빔이 조사되는 것이 아니라 일정 각도(△θ)로 단속적으로 회전한 상태에서 레이저빔이 조사되므로, 레이저빔이 필름(30)의 x-방향을 따라 일정 피치로 필름(30)상에 조사된다.

이때, 필름(30)에 조사되는 레이저빔의 x-방향의 조사범위(a)는 제1미러(11)의 회전각도(θ)에 따라 결정된다.

상기 제1모터(11)로는 다양한 모터가 사용될 수 있지만, 설정된 각도로 단속적으로 회전하는 스텝모터 등이 사용될 수 있다.

제2미러(15)는 제1미러(11)에서 반사된 레이저빔을 다시 반사시킨다. 이때, 제2미러(15)에는 제2모터(17)가 연결되어, 제2모터(17)가 구동함에 따라 방위각(φ) 방향으로 회전하므로, 레이저빔의 반사각도가 변하게 된다. 이때, 상기 제2미러(15)로는 갈바나미러 또는 폴리곤미러를 사용할 수 있다.

제2미러(15)가 방위각(φ) 방향으로 단속적으로 회전함에 따라 레이저빔d의 반사각도가 단속적으로 변하게 되며, 그 결과 필름(30)상에는 레이저빔이 y-방향을 따라 조사된다. 이때, 필름(30)에 조사되는 레이저빔의 y-방향의 조사범위(b)는 제2미러(15)의 회전각도(φ)에 따라 결정된다.

다시 말해서, 본 발명에서는 상기 제1미러(11)와 제2미러(15)를 일정 각도(θ,φ)로 회전하면서 레이저빔을 조사함으로써 레이저빔을 필름(30)의 x,y-방향을 따라 설정된 피치로 조사할 수 있게 되어, 필름(30) 상에 원하는 크기 및 밀도의 홈을 형성할 수 있게 된다.

이때, 필름(30)으로의 레이저빔은 1회 또는 복수회 조사될 수 있다. 필름(30)의 재질이나 두께, 가공하자고 하는 홈의 깊이 등에 따라 레이저빔을 1회 또는 수회 조사하여 필름(30)을 가공할 수 있다.

집광렌즈(23)는 제1미러(11) 및 제2미러(15)에서 반사된 레이저빔을 집광하여 필름(30)에 조사한다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 집광렌즈(23)는 원통형상의 F-θ 평시야주사렌즈(flat field scaning lens) 또는 텔레센트릭(telecentric) F-θ 평시야주사렌즈로서, 제1미러(11) 및 제2미러(15)에서 반사되어 입사되는 광을 필름(30)상에 집광된 광으로 조사한다.

F-θ 평시야주사렌즈(flat field scaning lens)를 사용하는 경우, 집광되는 레이저빔이 물질표면에 수직하게 집광이 되지 않고 일정 각도를 가지고 집광되고, 텔레센트릭 F-θ 평시야주사렌즈를 사용하는 경우 레이저 빔이 렌즈의 광축과 각도를 가지고 들어와도 물질표면에 수직한 방향으로 집속이 일어나게 된다. 따라서, 본 발명과 일정한 간격으로 집속을 시켜 필름(30)상에 일정 간격의 홈을 형성하는 경우 텔레센트릭 F-θ 평시야주사렌즈를 집광렌즈(23)로 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 가공되는 필름(30)이 충분히 얇은 경우는F-θ 평시야주사렌즈도 사용 가능하며, 이 경우 일정 간격으로 물질을 가공하기 위해서는 회전 거울의 회전속도를 조정하여 주어야 한다.

상기 집광렌즈(23)의 아래에는 필름(30)의 가공중 이물질 등이 달라붙는 등의 문제로부터 렌즈를 보호하기 위한 보호유리(21)가 구비될 수 있다.

도 2는 집광렌즈(23)를 통해 레이저빔이 집속되는 것을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1미러(11)에서 반사된 광은 제2미러(15)에서 다시 반사된 후, 집광렌즈(23)로 입사되어 집광된 상태로 필름(30)에 조사된다.

이때, 필름(30) 상에 조사되는 집광된 레이저빔의 x-방향으로의 스캔범위(x1) 및 y-방향으로의 스캔범위(y1)는 제1미러(11)와 제2미러(15) 사이의 거리(ℓ1), 제2미러(15)와 집광렌즈(23) 사이의 거리(ℓ2), 집광렌즈(23)의 구경(r), 집광렌즈(23)로 입사되는 레이저빔의 스팟 구경(s) 등에 따라 결정된다.

본 발명에서는 집광렌즈(23)는 구경(r)이 106mm 이하이고 레이저빔은 집광렌즈(23)로 x,y-방향으로 약 25-28° 의 각도(Ψ)로 입사되며, 이때 필름(30) 위에서의 스캔 범위는 x,y방향으로 최대 390mm이다.

한편, 상기 집광렌즈(23)의 출력측에는 광필터(36)가 구비될 수 있다. 상기 광필터(36)는 펨토초 레이저빔을 필터링하여 레이저빔에 포함되는 공간적인 잡음을 제거하여 깨끗한 광밀도 분포를 가지게 하는 장치이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 집광렌즈(23)에 의해 집광된 레이저빔은 레이저(3)와 집광렌즈(23) 사이의 경로에서 산란 입자 등에 의해 레이저빔의 파면이 찌그러지는 현상이 발생하게 되는데, 이러한 찌그러짐 현상은 광축상에서 멀어질수록 심해진다. 이러한 찌그러진 파면을 갖는 레이저빔이 그대로 필름(30)상에 조사되면, 가공되는 필름(30)에 설정된 크기의 펄스가 입사되는 것이 아니라 오차가 발생한 크기의 펄스가 입사되므로, 필름(30)상에 형성되는 홈의 크기 및 깊이 오차가 발생하게 된다.

본 발명에서는 집광렌즈(23)의 후단에 광필터(36)를 배치함으로써 필름(30)으로 조사되는 레이저빔을 필터링하여 레이저빔의 찌그러짐 현상을 방지함으로써 항상 원하는 크기 및 깊이의 홈을 필름(30)에 형성할 수 있게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 광필터(36)는 작은 홀이 형성되어 집광렌즈(23)로부터 출력되는 레이저빔을 작은 홀을 통과시켜 광축상에서 먼 곳의 레이저 파면의 찌그러짐(즉, 잡음)을 걸러내고 레이저빔의 광축상에 가까운 부분만을 통과시키는 핀홀투과부(36a)과, 홀을 투과한 광을 다시 평행광으로 변경하여 필름(30) 상에 조사하는 볼록렌즈(36b)로 구성된다.

상기한 설명에서는 상기 광필터(36)가 집광렌즈(23)의 출력측에 배치되어 필름(30)에 직접 조사되는 레이저빔의 잡음을 필터링하지만, 본 발명이 이러한 구조에만 한정되는 것은 아니다. 상기 광필터(36)는 레이저(3)의 출력측에 설치되어 제1미러(11) 및 제2미러(15)로 입사되는 레이저빔의 잡음을 제거할 수도 있고 제1미러(15)와 집광렌즈(23) 사이에 배치되어 집광렌즈(23)로 입사되는 레이저빔의 잡음을 제거할 수도 있으며, 제1미러(11) 및 제2미러(15) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 상기 광필터(36)는 필요에 따라 2곳 이상의 복수의 위치에 설치될 수도 있을 것이다.

이하에서는 상기와 같은 구조의 필름가공장치에 의해 포장용 필름(30)에 복수의 홈을 형성하는 방법을 구체적으로 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 필공가공장치에 의한 필름가공방법을 개념적으로 나타내는 도면이다. 이때, 설명의 편의를 위해 집광렌즈 등의 구성은 제외하고 제1미러(11) 및 제2미러(15)에 의한 스캔방법만을 도시하였다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 레이저(3)에서 출력된 레이저빔은 제1미러(11)에서 반사된 후 다시 제2미러(15)에 반사되어 필름(30)으로 입사된다. 이때, 상기 제1미러(11)는 편각(θ)방향으로 회전하면서 레이저빔을 반사하며, 제2미러(15)는 일정한 방위각(φ1)을 유지한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 레이저(3)에서 제1미러(11)에서 반사된 레이저빔은 제2미러(15)에서 반사된 후 집광렌즈에서 집광된 후 필름(30)으로 입사된다. 그러나, 집광렌즈는 레이저빔을 단순히 집광하므로, 제1미러(11)가 회전하면서 레이저빔을 반사할 때 집광렌즈에 의해 광의 경로가 변경되지는 않는다.

도면에 도시된 바와 같이, 제1미러(11)가 θ1의 편각으로 배치되고 제2미러(15)가 φ1의 방위각으로 배치된 상태에서 레이저(3)에서 레이저빔이 출사되면, 출사된 레이저빔이 제1미러(11)와 제2미러(15)에 의해 반사된 후 필름(30)상에 조사되어 조사된 영역의 필름(30)을 삭마하여 필름(30)에 첫번째 홈(P11)을 형성한다.

이어서, 제1미러(11)를 θ2의 각도로 회전한 상태에서 다시 레이저(3)에서 레이저빔이 출사되면(이때 제2미러(15)는 φ1의 방위각으로 배치된 상태를 그대로 유지한다), 상기 제1미러(11) 및 제2미러(15)에 의해 반사된 레이저빔이 필름(30)에서 첫번째 홈(P11)으로부터 x-방향을 따라 일정 거리 이격된 위치에 조사되어 필름(30) 상에 두번째 홈(P12)을 형성하게 된다.

상기와 같은 동작, 즉 제1미러(11)를 편각(θ)을 따라 각도로 θ1, θ2, θ3...θn의 각도 회전하고 제2미러(15)를 φ1의 방위각으로 유지한 상태에서 레이저빔을 조사하여, 필름(30)상에 제1행에 n개의 홈(P11, P12...P1n)을 형성한다. 이때, 제1미러(11)의 1회 회전량(△θ)은 일정하게 유지되어(즉, 즉 첫번째 레이저빔의 조사후의 제1미러(11)의 회전각도와 n-1번째 조사후의 제1미러(11)의 회전각도는 일정하게 되어), 필름(30)상에 형성되는 n개의 홈(P11, P12...P1n)은 x-방향을 따라 일정 피치를 유지하게 된다.

이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2미러(15)를 φ2의 방위각으로 회전한 상태에서 제1미러(11)를 다시 θ1에서 θn의 편각으로 회전하면서 레이저빔을 필름(30)에 조사하면, 필름(30)상에는 제2행에 n개의 홈(P21,P22...P2n)이 형성된다.

상기와 같은 동작, 즉 제2미러(15)를 φ1에서 φm의 방위각으로 회전하고 각각의 방위각에서 제1미러(11)를 다시 θ1에서 θn의 편각으로 회전하면서 레이저빔을 필름(30)에 조사하면, 결국 필름(30) 상에는 (m,n)개의 홈(P11,P12...Pm1,Pm2,...Pmn)이 형성된다. 이때에는 제2미러(15)의 회전량(△φ)은 일정하게 유지되어, 필름(30)상에 형성되는 m개의 홈(Pm1, Pm2...Pmn)은 y-방향을 따라 일정 피치를 유지하게 된다.

따라서, 제1미러(11)와 제2미러(15)을 회전하면서 레이저빔을 조사함에 따라 필름(30) 상에는 x,y-방향으로 매트릭스형상으로 규칙적으로 배열되는 복수의 홈을 형성할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 우선 제1미러(11)를 θ1의 편각으로 고정하고 제1미러(15)를 φ1에서 φm의 방위각으로 단계적으로 회전시키면서 레이저빔을 조사하여 필름(30) 상에 제1열을 따라 m개의 홈을 형성하고, 제1미러(11)를 θ2의 편각으로 고정하고 제1미러(15)를 φ1에서 φm의 방위각으로 단계적으로 회전시키면서 레이저빔을 조사하여 필름(30) 상에 제2열을 따라 m개의 홈을 형성할 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 제1미러(11)를 특정 편각으로 고정하고 제2미러(15)의 방위각을 변경하면서 레이저빔을 조사한 후, 이를 반복하여 필름(30)상에 (m,n)개의 홈(P11,P12...Pm1,Pm2,...Pmn)을 형성할 수도 있다.

필름(30)이 포장지로 사용되는 경우, 필름(30)에 형성되는 홈은 규칙적으로 형성될 필요는 없다. 예를 들어, 배추와 같은 농산물을 포장하는 경우, 농산물의 위치에 따라 신선도가 떨어지는 속도가 달라질 수 있다. 따라서, 포장되는 제품에 따라 필름(30)에 형성되는 홈의 갯수나 크기가 달라질 뿐만 아니라 하나의 포장지에도 필요에 따라 홈의 밀도와 크기를 다르게 배치할 수도 있다.

하나의 포장지에 서로 다른 밀도 및 크기의 홈을 형성하는 경우, 제1미러(11) 및 제2미러(15)의 회전범위를 조절함으로써(즉,조사위치에 따라 다른 각도로 제1미러(11) 및 제2미러(15)를 회전시키면서 레이저빔을 조사함) 홈을 원하는 밀도로 형성하고 레이저빔의 파워나 조사횟수를 조절하여 원하는 크기의 홈을 형성할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 2개의 미러(11,15)를 회전하면서 레이저빔을 조사함으로써 필름(30)상에 복수의 홈을 매트릭스 형상으로 형성할 수 있게 된다. 따라서, 레이저빔에 의해 필름(30)을 스캔하기 위해 별도의 필름가공장치를 이동시키는 별도의 이송장치나 필름(30)을 이송하기 위한 별도의 이송장치가 필요없게 되어 제조장치를 단순화할 수 있게 되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 도 4a 및 도 4b에 도시된 구조의 필름가공방법에서는 홈(P11,P12...Pm1,Pm2,...Pmn)이 형성되는 영역이 제1미러(11) 및 제2미러(15)의 회전각도에 따라 결정된다. 즉, 제1미러(11)의 회전가능 각도에 의해 x-방향으로 홈형성영역이 결정되고 제2미러(15)의 회전가능 각도에 의해 y-방향으로의 홈형성영역이 결정된다.

그런데, 상기 제1미러(11) 및 제2미러(15)의 회전각도에는 한계가 있으며, 본 발명에서는 상기 제1미러(11) 및 제2미러(15)의 회전각도는 약 25-28로이고 이 각도에 의해 홈형성영역이 약 390mm로 형성된다.

따라서, 필름(30)의 면적이 390mm×390mm 이상 또는 x,y-방향의 적어도 한변이 390mm 이상이 되면, 제1미러(11) 및 제2미러(15)를 회전하여도 필름(30) 전체에 걸쳐 홈을 형성할 수 없게 된다.

이와 같이 대면적의 필름(30)을 가공하는 경우, 본 발명에서는 이송수단에 의해 필름가공장치의 일부 또는 전부를 이송하여 레이저빔을 필름(30)에 조사함으로써 필름(30) 전체에 홈을 형성할 수 있게 된다.

도 5는 가공장치의 이동장치를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이동장치(50)는 가공되는 필름(30)의 양측면에 서로 평행하게 배치되는 한쌍의 제1가이드바(51)와, 상기 제1가이드바(51) 상면에 상기 제1가이드바(51)의 길이방향을 따라 설치된 제1가이드레일(52)과, 서로 평행하게 배치되는 한쌍의 제1가이드바(51)와 수직방향으로 배치되어 양단부가 한쌍의 제1가이드바(51) 위에 놓여 상기 제1가이드레일(52)을 따라 x-방향으로 이동하는 제2가이드바(54)와, 상기 제2가이드바(54) 위에 형성된 제2가이드레일(55)로 구성된다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 제2가이드바(54) 위에는 제1미러(11)와 제2미러(15) 및 집광렌즈(23)가 실장되어, 상기 제2가이드레일(55)을 따라 y-방향으로 이동한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1미러(11)와 제2미러(15) 및 집광렌즈(23)는 제2가이드레일(55)와 맞물리는 이송대차 위에 배치되어 상기 제2가이드레일(55)을 따라 이동할 수 있게 된다.

이때, 이동장치(50)의 외부에는 레이저(3)와 경로변경미러(4a,4b)가 구비되어, 레이저(3)에서 출력된 레이저빔이 상기 경로변경미러(4a,4b)에 의해 광경로가 변경되어 제1미러(11)로 입사된다.

한편, 도면에서는 제2가이드바(54)에 제1미러(11)와 제2미러(15) 및 집광렌즈(23)만이 실장되지만, 상기 제2가이드바(54)에 레이저(3)와 경로변경미러(4a,4b)도 실장되어, 가공장치 전체가 제2가이드바(54)를 따라 y-방향으로 이동할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 필름가공장치에서는 가공장치가 이동하면서 필름을 가공하게 된다.

예를 들면, 필름(30)의 면적이 390mm×390mm 이상인 경우, 필름(30)을 4개의 영역과 같이 복수의 영역으로 분할한 후, 제2가이드바(54)을 x-방향으로 이동하고 가공장치(또는 제1미러(11)와 제2미러(15) 및 집광렌즈(23))를 y-방향으로 이동하여 가공장치를 I영역 위에 위치시킨다. 이 상태에서 도 4a 및 도 4b에 도시된 가공과정을 진행하여 필름(30)의 I영역에 매트릭스형상으로 배열된 복수의 홈을 형성한다.

이어서, 제2가이드바(54)을 x-방향으로 이동하여 가공장치(또는 제1미러(11)와 제2미러(15) 및 집광렌즈(23))를 II영역 위에 위치시킨 상태에서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 가공과정을 진행하여 필름(30)의 II영역에 매트릭스형상으로 배열된 복수의 홈을 형성한다.

그 후, 상기 동작을 반복하여, 필름(30)의 III영역 및 Ⅳ영역 위에 가공장치를 위치시킨 후 가공공정을 진행하여 필름(30) 전체에 걸쳐서 복수의 홈을 형성할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 이송장치를 구비함으로써 대면적 필름(30)에 홈을 형성할 수 있게 된다. 이 경우에도 정지된 이송장치가 일정 면적의 필름(30)을 가공하고 일정 거리 이동한 후, 다시 일정 면적의 필름(30)을 가공하므로, 이동시간 및 이동거리를 최소화할 수 있게 되어 효율적인 필름의 가공이 가능하게 된다.

또한, 대면적의 필름(30)을 가공하는 또 다른 방법으로서, 도 6a에 도시된 레이저빔 분배기(60)에 의해 레이저빔을 여러개로 분기하여 복수의 가공장치에 레이저빔을 조사하여 필름(30)을 가공할 수 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 분배기(60)는 레이저로부터 출력된 빔이 입사되는 입력부(62)와, 입력부(62)를 통해 입사된 레이저빔이 전파되는 도파관(64)과, 도파관(64)의 단부에 형성되어 도과판(64)을 통해 전파되는 레이저빔을 복수의 빔으로 분기하는 복수의 광섬유(65)로 구성된다.

이러한 분배기(60)가 사용되는 경우, 도 6b에 도시된 바와 같이, 분배기(60)는 레이저(3)의 출력단에 배치되고 하나의 분배기(60)에는 도 1에 도시된 구조의 가공장치(1)가 배치된다. 이 구조에서, 레이저(3)로부터 출력된 레이저빔은 분배기(60)에 의해 복수의 빔으로 분기된 후, 대응하는 가공장치(1)로 입력된다. 각각의 가공장치(1)로 입력된 레이저빔은 도 4a 및 도 4b의 과정을 거쳐 일정 면적(예를 들면, 390mm×390mm 이하의 면적)의 필름(30)을 가공하게 되어, 전체적으로 대면적의 필름을 가공할 수 있게 된다. 이때, 레이저빔의 분기는 가공되는 필름(30)의 면적 등에 따라 결정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 2개의 미러를 회전하면서 레이저빔을 조사함으로써 필름상에 복수의 홈을 매트릭스 형상으로 형성할 수 있게 된다. 따라서, 레이저빔에 의해 필름을 스캔하기 위해 별도의 필름가공장치를 이동시키는 별도의 이송장치나 필름을 이송하기 위한 별도의 이송장치가 필요없게 되어 제조장치를 단순화할 수 있게 되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.

한편, 상술한 상세한 설명에서는 본 발명의 일실시예가 구체적으로 개시되어 있지만, 이는 본 발명의 일례를 설명하는 것이다. 본 발명은 상술한 상세한 설명을 기초로 통상의 기술자가 변경할 수 있는 모든 구성을 포함하며, 따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명의 의해 결정되는 것이 아니라, 첨부한 특허청구범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

1 : 필름가공장치 3 : 레이저
11,15 : 미러 13,17 : 모터
23 : 집광렌즈 36 : 광필터
60 : 광분배기

Claims

레이저빔을 출력하는 레이저;
상기 레이저에서 출력된 레이저빔을 1차 반사하는 제1미러;
상기 제1미러에서 반사된 레이저빔을 2차 반사하는 제2미러; 및
상기 제2미러에서 반사된 광을 집광하여 필름에 조사하는 집광렌즈로 구성되며,
상기 제1미러는 편각방향으로 회전하고 제2미러는 방위각방향으로 회전하여, 반사되는 레이저빔의 반사각도를 조절하여 필름에 x,y-방향으로 레이저빔을 조사하여 필름에 복수의 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저는 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제1항에 있어서, 상기 제1미러 및 제2미러는 갈바나미러 또는 폴리곤미러인 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제1항에 있어서, 상기 제1미러 및 제2미러는 단속적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제4항에 있어서, 상기 제1미러 및 제2미러의 회전각도에 따라 필름상에 형성되는 홈의 x,y-방향의 피치가 결정되는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제4항에 있어서, 상기 제1미러 및 제2미러의 1회 회전량은 일정한 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제4항에 있어서, 제1미러 및 제2미러의 1회 회전량은 전체 회전에 걸쳐 일정한 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제4항에 있어서, 제1미러 및 제2미러의 1회 회전량을 조절하여 필름상에 형성되는 홈의 밀도를 조절하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제1항에 있어서, 상기 집광렌즈는 F-θ 평시야주사렌즈(flat field scaning lens) 또는 텔레센트릭(telecentric) F-θ 평시야주사렌즈인 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제1항에 있어서, 레이저빔에 포함되는 잡음을 제거하는 적어도 하나의 광필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제10항에 있어서, 상기 광필터는 레이저와 제1미러 사이, 제1미러와 제2미러 사이, 제2미러와 집광렌즈 사이, 집광렌즈의 출력단 중 적어도 한곳에 배치되는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제1항에 있어서, 상기 제1미러 및 제2미러와 집광렌즈가 실장되어 이동하는 이동장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제12항에 있어서, 대면적 필름을 복수의 영역으로 구분하고 제1미러 및 제2미러와 집광렌즈가 이동장치에 의해 각각의 영역으로 이동하여 해당 영역의 필름을 가공하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
레이저빔을 출력하는 레이저;
상기 레이저에서 출력되는 레이저빔을 복수의 빔으로 분배하는 분배기;
상기 분배기에 의해 분배된 복수의 레이저빔 각각을 1차 반사하는 복수의 제1미러;
북수의 제1미러에서 반사된 복수의 레이저빔 각각을 2차 반사하는 복수의 제2미러; 및
상기 복수의 제2미러에서 반사된 복수의 레이저빔 각각을 집광하여 필름에 조사하는 복수의 집광렌즈로 구성되며,
상기 제1미러는 편각방향으로 회전하고 제2미러는 방위각방향으로 회전하여, 반사되는 레이저빔의 반사각도를 조절하여 필름에 x,y-방향으로 레이저빔을 조사하여 필름에 복수의 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 필름가공장치.
제14항에 있어서, 상기 분배기는,
레이저로부터 출력된 빔이 입사되는 입력부;
상기 입력부를 통해 입사된 레이저빔이 전파되는 도파관; 및
상기 도파관의 단부에 형성되어 도과판을 통해 전파되는 레이저빔을 복수의 빔으로 분기하는 복수의 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 필름가공장치.