JP2024501775A - スロットダイの段差測定装置及び方法 - Google Patents

スロットダイの段差測定装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本明細書は、スロットダイのリップとシムとの段差を測定する装置及び方法に関する。

Description

本出願は、2021年11月1日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2021-0147971号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては、本明細書に組み込まれる。
本明細書は、スロットダイのリップとシムとの段差を測定する装置及び方法に関する。
近年、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染への関心が高まっており、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が増加しつつある。そこで、原子力、太陽光、風力、潮力など多様な電力生産技術に関する研究が続けられており、このように生産されたエネルギーをより効率的に使用するための電力貯蔵装置に関する関心も高い。
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれてエネルギー源としての電池の需要が急激に増加している。かかる需要に応えられる電池に関する多くの研究が行われている。
代表的に、電池の形状面では、薄肉で、携帯電話などのような製品に適用されることができる角形二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高い。材料面では、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
一般的に、二次電池は、正極、負極、及び正極と負極との間に位置するセパレータが積層された構造の電極組立体を含む構造である。上記正極及び負極は、集電体上に活物質を含む電極スラリーをコーティングすることで製造される。
スラリーは、二次電池の特性を均一にするために、集電体に均一な厚さでコーティングされなければならない。このために、ダイコーター(die coater)のようなスラリーコーティング装置が使用される。スラリーコーティング装置は、スラリーを広い面積に比較的薄く塗布するスロットダイ(slot die)を含む。
このようなスロットダイを使用したコーティング方法は、メンテナンス及び生産性の面で他のコーティング方法に比べて優れるので、現在まで二次電池の電極の集電体にスラリーを塗布すること以外に、フラットパネルディスプレイ装置のパネルの製造などにも広く使用されている。
スロットダイは、万年筆でインクがペン先から出るように、スロットダイのインク吐出のためのチップからスラリーが排出されるようにして、スロットダイ自体が動くか集電体が動くようにしながら集電体にスラリーを塗布する。
集電体の幅方向にスロットダイの両端部は、リップとシムとの段差(shim offset又はgap)があり、スロットダイを使用したコーティング時に上記段差による隙間に表面張力によるインクのにじみが発生する。
このとき、リップとシムとの段差が一定度水準以内であれば、にじみが均一に生じて、塗布されたスラリーの幅のばらつきが少ないが、図1に示すように、リップとシムとの段差が一定水準から外れる場合、塗布されたスラリーの幅のばらつきが大きくなる。
したがって、リップとシムとの段差が一定水準から外れないように管理しなければならず、このためにリップとシムとの段差を測定できる方法が工夫されなければならない。
本明細書は、スロットダイのリップとシムとの段差を測定する装置及び方法を提供する。
本明細書の一実施態様は、一端部にリップが備えられた2以上のボディーと上記2以上のリップの間にインクが吐出されるように備えられたシムとを含むスロットダイの上記リップと上記シムとの段差を測定し、上記スロットダイの上記リップと上記シムに対向するレーザーセンサ;及び、上記スロットダイのインクが吐出される部分が位置する上記ボディーの少なくとも一部と接触する治具を含む、スロットダイの段差測定装置を提供する。
本明細書のまた別の実施態様は、一端部にリップが備えられた2以上のボディーと上記2以上のリップの間にインクが吐出されるように備えられたシムとを含むスロットダイの段差測定方法において、上記スロットダイのインクが吐出される部分が位置する上記ボディーの上端部の少なくとも一部にレーザーセンサが備えられた段差測定装置の治具を接触させるステップ;及び、上記レーザーセンサを通じてスロットダイの上記リップと上記シムとの段差を測定するステップを含む、スロットダイの段差測定方法を提供する。
本明細書の一実施態様に係るスロットダイの段差測定装置は、リップとシムとの段差を測定することができる。
本明細書の別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置を通じて測定されたリップとシムとの段差を判断して、適正水準の段差管理が可能である。
本明細書のまた別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置は、携帯性が高くて、インクのコーティングが進行した後、リップとシムとの段差を測定して、工程の進行による段差の変化を随時チェックすることができる。
本明細書のまた別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置は、インクのコーティング工程の進行による段差の変化をチェックして、段差の変化が激しい場合、リップとシムとの段差を調整することができる。
スロットダイのリップとシムとの段差が大きくなるときに発生するコーティング境界面の不均一の問題点を示すものである。 一実施態様に係る段差測定装置の分解斜視図である。 一実施態様に係る段差測定装置の結合斜視図である。 また別の実施態様に係る段差測定装置の結合断面図である。 別の実施態様に係る段差測定装置とスロットダイとが接触した斜視図である。 [図6(a)]また別の実施態様に係る段差測定装置の平面図、[図6(b)]また別の実施態様に係る段差測定装置の正面図、[図6(c)]また別の実施態様に係る段差測定装置の側面図である。 シングルダイ中のインク吐出チップの断面図である。 [図8(a)]本明細書の一実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がシングルダイと接触する側面図、[図8(b)]本明細書のまた別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がシングルダイと接触する側面図である。 ダブルダイ中のインク吐出チップの断面図である。 [図10(a)]本明細書の一実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がダブルダイと接触する側面図、[図10(b)]本明細書のまた別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がダブルダイと接触する側面図である。 [図11(a)]実施例で作製された実験用スロットダイの断面図、[図11(b)]段差測定装置のレーザーをセンシングして示したスロットダイのイメージである。
<符号の説明>
100:段差測定装置
110:本体
120:レーザーセンサ
123:感知部
130:治具
131:貫通孔
133:接触部
140:つかみ部
200:シングルダイ
211:第1のボディー 213:第1のリップ
221:第2のボディー 223:第2のリップ
230:シム
300:ダブルダイ
311:第1のボディー 313:第1のリップ
321:第2のボディー 323:第2のリップ
331:第3のボディー 333:第3のリップ
340:第1のシム 350:第2のシム
以下では、図面を参考にして本発明を詳細に説明する。ところが、図面は、本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲が図面によって限定されるものではない。
図2は、一実施態様に係る段差測定装置の分解斜視図であり、図3は、一実施態様に係る段差測定装置の結合斜視図である。
図4は、また別の実施態様に係る段差測定装置の結合断面図であり、図6(a)は、また別の実施態様に係る段差測定装置の平面図、図6(b)は、また別の実施態様に係る段差測定装置の正面図、図6(c)は、また別の実施態様に係る段差測定装置の側面図である。
スロットダイの段差測定装置100は、レーザーセンサ120と治具130とを含む。このとき、レーザーセンサ120と治具130とは、互いに離隔して備えられ、レーザーセンサ120と治具130とを収容する本体110をさらに備えることができる。レーザーセンサ120と治具130は、上記本体110に結合されて固定され、結合方法は特に限定しないが、嵌合されることができる。上記本体110は、レーザーセンサ120と治具130を固定できる形態であれば、特に限定せず、2以上の板であってよく、断面が「
」字状又は「ロ」字状であってよい。
図5は、別の実施態様に係る段差測定装置とスロットダイとが接触した斜視図である。
レーザーセンサ120は、測定対象であるスロットダイのインク吐出チップ側のリップとシムの端部に対向するように備えられ、具体的に、一端部にリップ213、223が備えられた2以上のボディー211、221と、上記2以上のリップの間にインクが吐出されるように備えられたシム230とを含むスロットダイの上記リップと上記シムの端部に対向するように備えられる。
レーザーセンサ120は、上記スロットダイのリップとシムの端部にレーザーを照射し、スロットダイのリップとシムの表面から反射されるレーザーを感知して端部の形態を導出することができる。
レーザーセンサ120は、上記スロットダイのリップとシムの端部にレーザーを照射する照射部(図示せず)とスロットダイのリップとシムの表面から反射されるレーザーを感知する感知部123とを含むことができる。
レーザーセンサ120の照射部(図示せず)は、光源から出たレーザーが測定対象に到達できるように備えられる。このとき、レーザーは、直進性の強い光であるので、照射方向で延長線上に測定対象が位置するようになる。
レーザーセンサ120から照射されるレーザーは、スロットダイのインク吐出チップの材質や形態に影響を及ぼさず、照射された表面から反射がよく起こるものであれば、特に限定しない。例えば、上記レーザーは、380nmないし800nmの可視光線レーザーが照射されることができ、具体的には、青色レーザー、より具体的には405nmレーザーであってよい。
レーザーセンサ120の感知部123は、スロットダイのリップとシムの表面から反射されるレーザーを感知できるように備えられた板状のセンサであってよい。レーザーの照射角とリップとシムの形態を考慮して、反射されるレーザーが到達できるように、上記感知部123の板状のセンサが備えられる角度を調節して決定することができる。
レーザーセンサ120は、上記感知部123で感知された情報を通じて、スロットダイのインク吐出チップ側のリップとシムの形態を図示する出力部(図示せず)を含むことができる。上記出力部によって図示される形態は、インク吐出チップの端部の長手方向の垂直断面である。例えば、図7及び図9と類似する形態で導出され、このような形態に基づいて、段差測定地点の座標を通じて指定された地点間の高さの差、すなわち段差を導出することができる。
上記治具130は、上記スロットダイのインクが吐出される部分が位置する上記ボディーの少なくとも一部と接触するように備えられる。上記治具130は、上記ボディーの少なくとも一部と接触して上記レーザーセンサ120がリップとシムとの段差を測定できるように、測定位置とレーザーセンサ120と測定対象との距離を維持するように支持する。
上記リップと上記レーザーセンサとの間の距離は、17mm以上23mm以下、又は、17.8mm以上22.2mm以下、すなわち20±2.2mmであってよく、測定センサと対象間で一定の間隔を維持しながらセンシングし、一定距離から外れるとき、センシングが不可能である。
上記治具130が上記ボディーと接触する面積は、段差測定装置100が安定的に位置を取ることができるのであれば特に限定しないが、接触する面積は広いほど安定度は高くなることができる。そこで、接触する面積は、段差測定装置の全体の大きさを考慮して、最大限接触面積が広いように設計することが好ましい。
図8(a)及び図10(a)のように、上記治具130は、「
」字状の断面でボディーの傾斜面の傾きに沿って削られた形態であってよい。段差測定対象がシングルダイであれば、上記治具130は、シングルダイの第1のボディー211又は第2のボディー221の上面と接触することができる。段差測定対象がダブルダイであれば、上記治具130は、ダブルダイの第1のボディー311又は第3のボディー331の上面と接触することができる。
図8(b)及び図10(b)のように、上記治具130は、「
」字状の断面でボディーの傾斜面の傾きに沿って削られた形態であってよい。段差測定対象がシングルダイであれば、上記治具130は、シングルダイの第1のボディー211及び第2のボディー221の上面と接触することができる。段差測定対象がダブルダイであれば、上記治具130は、ダブルダイの第1のボディー311及び第3のボディー331の上面と接触することができる。
上記図7及び図9によれば、インクが吐出される部分が位置する上記ボディーの表面は、図7及び図9で治具が接触する部分を表示した矢印が示す表面をみると、リップの側面と一定角度をなしながら傾斜が形成された傾斜面である。よって、治具との接触面積を高めるために、上記傾斜面の傾斜角を考慮して治具の接触部133も同一又は類似の傾斜角をなすのが好ましい。
上記治具130は、上記スロットダイのボディー及びリップと接触する部分であるので、接触されるスロットダイのボディー及びリップにスクラッチを与えない材質に選択される。例えば、上記治具は、アセタールを含むことができ、これに限定されるものではない。
段差測定装置100において、上記治具130は、スロットダイのボディーと接触するために、レーザーセンサ120よりもスロットダイに近いように配置される。そこで、レーザーセンサ120から照射されるレーザーがスロットダイのインク吐出チップに到達し、反射されたレーザーが感知部に到達できるように、少なくとも一つの貫通孔131が治具130に備えられる。
上記貫通孔131は、一つの孔で、レーザーがスロットダイのインク吐出チップに到達し、反射されたレーザーが感知部に到達することができる。
上記貫通孔131は、レーザーがスロットダイのインク吐出チップに到達するための第1の孔と、反射されたレーザーが感知部に到達するための第2の孔とを含むことができる。
本明細書の一実施態様のスロットダイの段差測定装置は、判断部(図示せず)をさらに含む。
上記判断部は、上記レーザーセンサによって測定された上記リップと上記シムとの段差を基準値と比較する。上記レーザーセンサによって測定された上記リップと上記シムとの段差が上記基準値を超過する場合、上記スロットダイの再組み立てを決定する。基準値は、コーティング量、コーティングパターンなどを決定する重要な因子であり、設計された段差が維持されているかを確認して、許容値以上に段差が大きくなる場合、スロットダイを再組み立てして基準値以内の段差を維持するようにする。
上記基準値は、300μmであってよい。リップとシムとの段差が300μm以下の場合、上記段差によるインクのにじみが一定であって、塗布されたスラリーの幅が一定水準のばらつきに維持される。
図7は、シングルダイ中のインク吐出チップの断面図である。
上記スロットダイは、シングルダイ200であってよく、シングルダイ200であるスロットダイは、第1のリップ213が備えられた第1のボディー211、第2のリップ223が備えられた第2のボディー221、及び上記第1のボディー211と上記第2のボディー221との間に備えられたシム230を含む。
上記レーザーセンサ120は、上記第1のリップ213の端部と上記シム230の端部との段差を測定することができる。上記判断部は、上記レーザーセンサによって測定された上記第1のリップ213の端部と上記シム230の端部との段差を基準値と比較することができる。このとき、上記基準値は、シングルダイ200組み立て時に目標とされた段差であってよく、例えば300μmであってよい。
また、上記レーザーセンサ120は、上記第1のリップ213の端部と上記第2のリップ223の端部との段差をさらに測定することができる。
図8(a)は、本明細書の一実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がシングルダイと接触する側面図、図8(b)は、本明細書のまた別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がシングルダイと接触する側面図である。図8(a)及び図8(b)のように、上記治具130の形態によってシングルダイと接触する形態が変わることができる。
図9は、ダブルダイ中のインク吐出チップの断面図である。
上記スロットダイは、ダブルダイ300であってよく、ダブルダイ300であるスロットダイは、第1のリップ313が備えられた第1のボディー311、第2のリップ323が備えられた第2のボディー321、第3のリップ333が備えられた第3のボディー331、上記第1のリップ313と上記第2のリップ323との間に備えられた第1のシム340及び上記第2のリップ323と上記第3のリップ333との間に備えられた第2のシム350を含む。
上記レーザーセンサ120は、上記第1のリップ313の端部と上記第1のシム340の端部との段差及び上記第2のリップ323の端部と上記第2のシム350の端部との段差を測定することができる。上記判断部は、上記レーザーセンサによって測定された上記第1のリップ313の端部と上記第1のシム340の端部との段差及び上記第2のリップ323の端部と上記第2のシム350の端部との段差のうち少なくとも一つをそれぞれの基準値と比較することができる。このとき、上記基準値は、ダブルダイ300組み立て時に目標とされた段差であってよい。例えば、上記第1のリップ313の端部と上記第1のシム340の端部との段差に対する基準値は、300μmであってよい。
また、上記レーザーセンサ120は、上記第1のリップ313の端部と上記第2のリップ323の端部との段差及び上記第2のリップ323の端部と上記第3のリップ333の端部との段差をさらに測定することができる。
図10(a)は、本明細書の一実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がダブルダイと接触する側面図、図10(b)は、本明細書のまた別の実施態様に係るスロットダイの段差測定装置がダブルダイと接触する側面図である。図10(a)及び図10(b)のように、上記治具130の形態によってシングルダイと接触する形態が変わることができる。
本明細書の一実施態様のスロットダイの段差測定装置100は、つかみ部140をさらに含むことができる。
段差測定装置100は携帯用装置であり、測定者が携帯して移動及び保管が容易な装置であって、スロットダイは、一度各ボディーとシムとを積層してコーティング装置に設置すれば、再び設置を解除してさらに再設置することが難しいので、上記スロットダイの段差を測定する装置が携帯性の高いことが有利である。
上記つかみ部は、測定者が携帯しやすく、段差測定時に治具をスロットダイに接触させながら測定者の手で握るように設計されることができる。
段差測定装置100は、レーザーセンサ120を制御する制御部(図示せず)をさらに含むことができる。段差測定装置100内の必要によって、各構成は、電源供給、制御、データの出力のために、必要な構成は互いに電線で接続されている。また、段差測定装置100は、携帯性があるように分解と接続/設置が簡単であり、分解後に各構成を移動用ケースに保管することができる。
本明細書のまた別の実施態様は、一端部にリップが備えられた2以上のボディーと上記2以上のリップの間にインクが吐出されるように備えられたシムとを含むスロットダイの段差測定方法において、上記スロットダイのインクが吐出される部分が位置する上記ボディーの上端部の少なくとも一部にレーザーセンサが備えられた段差測定装置の治具を接触させるステップ;及び、上記レーザーセンサを通じてスロットダイの上記リップと上記シムとの段差を測定するステップを含むスロットダイの段差測定方法を提供する。
このとき、重複する説明を避けるために、スロットダイの段差測定方法は、段差測定装置の説明を引用することができる。
上記スロットダイの段差測定方法は、上記レーザーセンサによって測定された上記リップと上記シムとの段差を基準値と比較するステップをさらに含むことができる。
上記スロットダイの段差測定方法は、上記レーザーセンサによって測定された上記リップと上記シムとの段差が上記基準値を超過すれば、上記スロットダイを再組み立てするステップをさらに含むことができる。このとき、上記基準値は、300μmであってよい。
以下で、実施例を通じて本明細書をより詳しく説明する。ところが、以下の実施例は、本明細書を例示するためのものに過ぎず、本明細書を限定するためのものではない。
[実施例]
図11(a)のような規格の実験用スロットダイを作製して段差測定装置でオフセットの段差を測定し、下記表1で設定した条件を各10回測定して、測定データの誤差の評価を計画した。このとき、「測定器再調整測定再現性」とは、測定後、測定器をスロットダイから取り外し、測定位置を再調整後に測定したときのデータの再現性を意味し、「センサ連続測定繰り返し性」とは、測定後、測定器をスロットダイから取り外さずに、連続的に測定したときの測定データの繰り返し性を意味する。
マスター(認証)試験片は、任意に段差水準が設定されたMitutoyo社製のマスター認証試験片であり、本明細書の段差測定装置で測定されるデータ値がどれくらい正確な水準であるかを確認しようとした。段差が、50μm、100μm及び300μmであるマスター(認証)試験片をそれぞれ使用し、このときの段差は、ダイのリップとシムとの間の段差に調節されなければならない水準で選択した。
このとき、上記段差測定装置は、下記のような条件のレーザーを使用した。
- 基準距離(Z軸):20±2.2mm(繰り返し程度0.3μm)
- 測定範囲(X軸):7.5mm(繰り返し程度0.3μm)
- データ間隔:2.5μm
- 光源:青色LED(青色半導体レーザー)
- 波長:405nm可視光線
- 出力:10mV
表1の計画にしたがって、測定器、すなわち段差測定装置の測定位置の再調整を繰り返すとき、その度に実験用ダイの段差を測定した結果を、下記表2に示す。
図11(a)に基づいて、bottom shim offsetは、丸1-丸2の段差であり、bottom die offsetは、丸1-丸3の段差であり、Top shim offsetは、丸3-丸4の段差であり、Top die offsetは、丸3-丸5の段差である。このとき、丸1ないし丸5は、図11(a)で段差測定Pointとして赤く表示した点にそれぞれ対応する位置を意味する。
段差測定装置のレーザーをセンシングして図示されたスロットダイのイメージは、図11(b)の通りであり、このようなイメージで段差測定Pointを指定して、それぞれのoffset値を導出した。
表1の計画にしたがって、測定器、すなわち段差測定装置と認証試験片の測定位置の再調整を繰り返すとき、その度に認証試験片の厚さを測定した結果を、下記表3に示す。
表1の計画にしたがって、測定器を固定し、連続的に実験用ダイの段差をセンシングした結果は、下記表4に示す。
表1の計画にしたがって、実験用ダイの段差を測定した結果を表5にまとめ、認証試験片の目標厚さと実測厚さを測定した結果を、表6にまとめた。
表2ないし表6を通じて、本明細書に係る段差測定装置は、スロットダイのリップとシムとの段差(offset)を測定することができ、測定された数値の再現性及び信頼度が高いことを確認することができる。

Claims (14)

  1. 一端部にリップが備えられた2以上のボディーと前記2以上のリップの間にインクが吐出されるように備えられたシムとを含むスロットダイの前記リップと前記シムとの段差を測定し、前記スロットダイの前記リップと前記シムに対向するレーザーセンサ;及び
    前記スロットダイのインクが吐出される部分が位置する前記ボディーの少なくとも一部と接触する治具を含む、スロットダイの段差測定装置。
  2. 前記レーザーセンサによって測定された前記リップと前記シムとの段差を基準値と比較する判断部をさらに含む、請求項1に記載のスロットダイの段差測定装置。
  3. 前記判断部は、前記レーザーセンサによって測定された前記リップと前記シムとの段差が前記基準値を超過すれば、前記スロットダイの再組み立てを決定する、請求項2に記載のスロットダイの段差測定装置。
  4. 前記基準値は、300μmである、請求項2に記載のスロットダイの段差測定装置。
  5. 前記スロットダイは、第1のリップが備えられた第1のボディー、第2のリップが備えられた第2のボディー、及び前記第1のボディーと前記第2のボディーとの間に備えられた第1のシムを含み、
    前記レーザーセンサは、前記第1のリップの端部と前記シムの端部との段差を測定するものである、請求項1に記載のスロットダイの段差測定装置。
  6. 前記レーザーセンサは、前記第1のリップの端部と前記第2のリップの端部との段差を測定するものである、請求項5に記載のスロットダイの段差測定装置。
  7. 前記スロットダイは、第1のリップが備えられた第1のボディー、第2のリップが備えられた第2のボディー、第3のリップが備えられた第3のボディー、前記第1のボディーと前記第2のボディーとの間に備えられた第1のシム及び前記第2のボディーと前記第3のボディーとの間に備えられた第2のシムを含み、
    前記レーザーセンサは、前記第1のリップの端部と前記第1のシムの端部との段差及び前記第2のリップの端部と前記第2のシムの端部との段差を測定するものである、請求項1に記載のスロットダイの段差測定装置。
  8. 前記レーザーセンサは、前記第1のリップの端部と前記第2のリップの端部との段差及び前記第2のリップの端部と前記第3のリップの端部との段差を測定するものである、請求項7に記載のスロットダイの段差測定装置。
  9. 前記リップと前記レーザーセンサとの間の距離は、17mm以上23mm以下である、請求項1に記載のスロットダイの段差測定装置。
  10. 携帯用装置である、請求項1に記載のスロットダイの段差測定装置。
  11. 一端部にリップが備えられた2以上のボディーと前記2以上のリップの間にインクが吐出されるように備えられたシムとを含むスロットダイの段差測定方法において、
    前記スロットダイのインクが吐出される部分が位置する前記ボディーの上端部の少なくとも一部にレーザーセンサが備えられた段差測定装置の治具を接触させるステップ;及び
    前記レーザーセンサを通じてスロットダイの前記リップと前記シムとの段差を測定するステップを含む、スロットダイの段差測定方法。
  12. 前記レーザーセンサによって測定された前記リップと前記シムとの段差を基準値と比較するステップをさらに含む、請求項11に記載のスロットダイの段差測定方法。
  13. 前記レーザーセンサによって測定された前記リップと前記シムとの段差が前記基準値を超過する場合、前記スロットダイの再組み立てを決定するステップをさらに含む、請求項12に記載のスロットダイの段差測定方法。
  14. 前記基準値は、300μmである、請求項12に記載のスロットダイの段差測定方法。
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