KR101097525B1 - 패턴 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 패턴 코팅 장치는, 코팅액을 압출하는 슬롯 다이; 상기 슬롯 다이와 기판이 대면되는 립 영역에 균일한 코팅 비드의 형성을 위한 음압을 형성하는 음압 유니트; 를 포함하고, 패턴 코팅시 상기 음압 유니트의 동작이 조정된다.
본 발명의 패턴 코팅 장치의 제어 방법은, 기판에 코팅층을 연속으로 형성하는 연속 코팅시 코팅액을 압출하는 슬롯 다이와 상기 기판이 대면되는 립 영역에 음압을 계속 형성하고, 상기 기판에 코팅층을 간헐적으로 형성하는 패턴 코팅시 상기 슬롯 다이에서 상기 코팅액이 압출될 때 상기 음압 형성을 온(on)시키며, 상기 슬롯 다이에서 상기 코팅액이 압출되지 않을 때 상기 음압 형성을 오프(off)시킨다.

Description

패턴 코팅 장치{PATTERN COATING DEVICE}
본 발명은 패턴 코팅 장치에 관한 것으로서, 롤러에 감겨 주행되는 가요성의 기판에 연속 코팅 및 간헐적으로 패턴 코팅이 가능한 패턴 코팅 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
얇은 슬롯이 형성된 슬롯 다이를 이용한 패턴 코팅 장치에서, 코팅액이 슬롯 다이를 통해 압출되어 기판(web)에 닿으면 자유 계면(free surface)이 형성된다. 슬롯 다이에서 압출된 상기 코팅액의 자유 계면은 슬롯 다이와 롤러가 대면되는 립 영역에 채워진다. 이와 같이 립 영역을 채우는 코팅액의 자유 계면을 코팅 비드(coating bead)라고 부른다.
이러한 코팅 비드가 안정적으로 형성되면 기판에 코팅층이 균일한 두께로 일정하게 코팅된다.
그러나, 코팅층을 박막으로 형성하거나 기판의 주행 속도를 증가시켜 코팅층 을 고속으로 형성할 경우, 립 영역에 코팅 비드가 안정적으로 형성되지 못하게 되어 코팅층에 불량이 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 코팅층을 박막으로 형성하는 경우나 코팅 속도를 고속으로 할 경우에 코팅 비드의 균일성이 깨어지지 않도록 함으로써 안정적으로 코팅층을 형성할 수 있으며, 연속 코팅 및 간헐적으로 패턴 코팅이 가능하고, 패턴 코팅시 코팅층의 불량을 방지할 수 있는 패턴 코팅 장치 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 패턴 코팅 장치는, 코팅액을 압출하는 슬롯 다이; 상기 슬롯 다이와 기판이 대면되는 립 영역에 균일한 코팅 비드의 형성을 위한 음압을 형성하는 음압 유니트; 를 포함하고, 패턴 코팅시 상기 음압 유니트의 동작이 조정된다.
본 발명에 따르면, 박막 코팅시 또는 고속 코팅시와 같은 극한 운전 조건에 불구하고 코팅 비드를 안정화시킬 수 있어 초박막의 코팅층을 형성할 수 있고, 코팅층을 균일하게 안정적으로 형성할 수 있으며, 고속의 코팅 속도를 얻을 수 있고, 코팅 작업의 생산성이 향상되며, 연속 코팅은 물론 패턴 코팅이 가능하므로 다양한 코팅층을 형성할 수 있고, 패턴 코팅시 음압 형성 여부를 조정함으로써 코팅층의 불량을 억제할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 연속 코팅과 패턴 코팅을 비교한 사시도이다. 이를 참조하면, 코팅액이 연속적으로 기판(110)에 압출되어 연속적인 코팅층(10a)이 형성되는 연속 코팅 방법과, 코팅액이 간헐적으로 기판에 압출되어 패턴 코팅층(10b)이 형성되는 패턴 코팅 방법이 도시된다. 본 발명의 패턴 코팅 장치는 연속 코팅 및 패턴 코팅을 모두 수행할 수 있는 다목적 패턴 코팅 장치이다.
코팅층을 박막으로 형성하는 경우나 코팅 속도를 고속으로 할 경우에 코팅 비드의 균일성이 깨어질 염려가 있으므로, 이를 방지하기 위하여 립 영역에 음압을 형성하여 기판의 주행 방향의 역방향인 립 영역의 상류측으로 코팅 비드가 일부 연장되게 한다. 이러한 음압을 형성하면 연속 코팅시 특히 박막 코팅이나 고속 코팅시 코팅 비드의 안정성이 저하되는 일은 방지할 수 있다.
그러나, 립 영역에 계속 음압을 형성하는 경우, 코팅층을 간헐적으로 형성하는 패턴 코팅시 문제점이 예상된다. 도 2 내지 도 4는 이러한 문제점을 잘 표현한다.
도 2는 패턴 코팅시 예상되는 문제점을 도시한 측면도이다. 도 3은 패턴 코팅시 슬롯 다이의 건조 상태를 도시한 사시도이다. 도 4는 패턴 코팅시 코팅층의 불량을 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면 코팅액이 압출되지 않을 때 립 영역(122)은 코팅 비드(130)에 의하여 밀폐된 상태가 아니므로, 립 영역(122)의 음압 기류 관통으로 인하여 슬롯 다이(120)의 선단부가 쉽게 건조되거나, 슬롯 다이(120)의 일부에 건조된 코팅액으로 인하여 코팅 비드(130)의 불량부(130c)가 발생하거나, 음압 기류 관통에 의하여 코팅 비드(130)의 일부가 유실되거나, 외부의 이물질이 코팅 비드(130) 또는 챔버(235,202,203) 내부로 혼입되거나, 그 모든 결과 패턴 코팅층(10b)의 불량부(10c)가 발생할 염려가 있다.
도 5는 본 발명의 패턴 코팅 장치를 도시한 사시도이다. 도 6 및 도 7은 패턴 코팅시 본 발명의 패턴 코팅 장치의 동작을 도시한 측단면도이다. 도 5 및 도 7을 함께 참조하며 본 발명의 패턴 코팅 장치 및 그 제어 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 패턴 코팅 장치는 롤러(100)에 감겨 주행되는 플렉시블(flexible)한 기판(110)에 코팅층(112)을 형성한다. 코팅층(112)을 형성하는 코팅액은 슬롯 다이(120)의 선단부에서 압출된다. 이를 위하여 슬롯 다이(120)의 내부에는 얇은 틈새에 해당하는 슬롯이 형성되며 상기 슬롯은 코팅액 펌프(150)에 연결되어 코팅액을 공급받고 이를 립 영역(122)으로 압출한다.
박막의 코팅층(112)을 형성하고자 립 영역(122)의 두께를 줄이거나, 고속 코팅을 위하여 롤러(100)의 회전 속도 및 기판(110)의 주행 속도를 증가시키는 경우, 립 영역(122)에 형성되는 코팅 비드(130)의 형상 균일성이 깨어지는 문제점은 이미 상술하였다.
이를 개선하기 위하여 본 발명은 음압 유니트(200)를 포함한다. 음압 유니트(200)는 기판(110)과 슬롯 다이(120)가 대면되는 립 영역(122)의 코팅 비드(130)를 균일하게 형성하기 위한 수단이다.
이러한 음압 유니트(200)는 기판(110)의 주행 방향의 역방향인 립 영역(122)의 상류측에 음압을 형성하며, 상기 음압은 립 영역(122)으로부터 립 영역(122)의 상류측을 향하는 공기의 기류를 유도하고, 이러한 음압 기류는 기판(110)의 주행 방향의 역방향이자 코팅층(112)이 형성되는 방향의 역방향인 립 영역(122)의 상류측으로 코팅 비드(130)의 일부분을 연장시키는 물리적 힘을 작용한다.
이러한 작용력은, 박막 코팅시 또는 고속 코팅시 코팅 비드(130)의 균일 형상을 유지하는데 결정적인 도움이 되며, 기판(110)의 폭 방향(이는 롤러(100)의 길이 방향과 동일)은 물론 기판(110)의 주행 방향에 걸쳐 코팅 비드(130)가 안정적으로 형성되게 한다.
구체적으로 음압 유니트(200)는 음압 형성을 위한 챔버(201,202,203)를 구비하며, 상기 챔버(201,202,203)는 다수의 구역으로 구획된다. 예를 들어 상기 챔버(201,202,203)는 제3챔버(201), 제1챔버(202), 제2챔버(203)로 구획된다.
제3챔버(201)는 립 영역(122)에 인접한 공간이다. 제3챔버(201)는 제3플레이트(235)에 의하여 구획된다.
제3플레이트(235)는 립 영역(122)으로부터 흡입되는 기류를 상류측으로 안내함은 물론, 립 영역(122) 주변의 공간을 밀폐하여 립 영역(122) 주변에 음압이 효과적으로 형성되게 한다. 제3플레이트(235)는 립 영역(122)의 폭 방향(이는 롤러(100)의 원주 방향이다)을 따라 균일한 공기의 흐름을 유도하는 것은 물론, 챔버(201,202,203)의 길이 방향으로 기류가 균일하게 형성되게 한다.
제1챔버(202)는 제3챔버(201)와 제2챔버(203)를 연결하는 부분으로서 립 영역(122)에서 흘러내린 코팅액이 석션 포트(240)쪽으로 혼입되지 않도록 함과 동시에, 상기 코팅액의 잔류분을 수용하는 공간이 되고, 상기 코팅액의 잔류분을 외부로 배출하는 드레인 포트(250)가 바닥면에 형성되는 공간이다.
제2챔버(203)는 석션 포트(240)가 바닥면에 형성되며 음압 공급원(246)에 연결되는 공간이다.
제1챔버(202) 및 제2챔버(203)는 제1플레이트(220)에 의하여 구획된다. 제1플레이트(220)는 립 영역(122)에서 제2챔버(203)를 향하여 흡입되는 기류에 상기 코팅액의 잔류분이 혼입되는 것을 방지한다. 즉, 제1플레이트(220)는 립 영역(122)에서 흡입되는 기류로부터 립 영역(122)에서 흘러내린 코팅액을 격리시킨다.
제1플레이트(220)는 제1챔버(202)로부터 유입된 기류를 제2챔버(203)로 유입하는 에어 구멍(222)을 구비한다. 에어 구멍(222)은 제1챔버(202)의 바닥면 또는 드레인 포트(250)가 위치한 부분으로부터 소정 높이 이격된 위치에 형성되며, 이는 제1챔버(202)에 수용된 코팅액의 상측에 에어 구멍(222)이 위치하도록 함으로써 제1챔버(202)에 수용된 코팅액의 잔류분이 제2챔버(203)로 혼입되는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 유실된 코팅액에 의하여 음압 라인(244) 또는 음압 공급원(246)이 오염되지 않게 한다.
제2플레이트(230)는 롤러(100) 및 제1플레이트(220)의 전방에 개구된 부분인 상류측을 덮어주며 음압 공급원(246)으로부터 공급된 음압이 립 영역(122)에 효율적으로 작용할 수 있도록 밀폐 공간을 형성하기 위한 것이다. 즉, 제2플레이트(230)는 챔버(201,202,203)와 롤러(100) 사이를 실링시키는 것이며, 실링 상태의 조절이 필요한 경우 롤러(100)와 이격 간격을 조절할 수 있도록 이동 가능한 것이 바람직하다.
이와 함께 제3챔버(201), 제1챔버(202), 제2챔버(203)의 음압 형성을 위하여 제3플레이트(235), 제1플레이트(220), 제2플레이트(230)의 양단부는 사이드 플레이트(205)로 폐쇄된다. 사이드 플레이트(205)는 챔버(201,202,203) 및 플레이트의 실 링을 위한 것이다. 사이드 플레이트(205)는 롤러(100)의 형상에 대응되는 곡률 반경을 갖는 것이 실링을 위하여 바람직하다.
일 실시예로서, 제2플레이트(230)를 이동 가능하게 설치함으로써 제2플레이트(230)와 롤러(100) 사이의 이격 거리를 조절할 수 있게 하면, 챔버(201,202,203) 내부의 음압을 가감할 수 있다.
여기서, 제2플레이트(230)와 롤러(100)와의 접촉 간섭에 대비하여 제2플레이트(230)는 가요성 재질로 마련될 수 있으며, 내화학성 수지를 사용함으로써 롤러(100)의 손상을 방지하는 것이 바람직하다.
립 영역(122)의 음압 형성을 위하여 제2챔버(203), 석션 포트(240), 음압 라인(244), 조절 밸브(242), 음압 공급원(246)이 차례로 배치되며, 코팅액 잔류분의 외부 배출을 위하여 제1챔버(202)의 바닥면에 드레인 포트(250)가 형성된다.
다음으로 간헐적으로 코팅층을 형성하는 패턴 코팅에 대하여 설명한다. 본 발명의 음압 유니트(200)는 패턴 코팅시 음압 형성 여부가 조정된다. 패턴 코팅시, 코팅액이 압출될 때 음압 유니트(200)에 대한 음압 공급이 온(on)되고, 코팅액이 압출되지 않을 때 음압 유니트(200)에 대한 음압 공급이 오프(off)된다.
이에 대한 실시예로서, 음압 공급원(246)의 구동이 온/오프 되는 실시예와, 조절 밸브(242)가 오픈/클로즈되는 실시예로 구분할 수 있다.
일 실시예로서, 패턴 코팅시 코팅액을 압출하는 동안 음압 공급원(246)이 석션 포트(240)에 음압을 공급하고, 코팅액을 압출하지 않는 동안 음압 공급원(246) 은 석션 포트(240)에 음압 공급을 중단한다.
일 실시예로서, 패턴 코팅시 코팅액을 압출하는 제1시구간(時區間)에서 조절 밸브(242)가 오픈되고, 코팅액을 압출하지 않는 제2시구간(時區間)에서 조절 밸브(242)가 클로즈된다.
도 6을 참조하면 코팅액이 압출되는 제1시구간(時區間)에서 음압 공급원(246)이 온되거나 조절 밸브(242)가 개방되어 음압 유니트(200)에 음압이 공급되는 상태가 도시되고, 도 7을 참조하면 코팅액이 압출되지 않는 제2시구간(時區間)에서 음압 공급원(246)이 오프되거나 조절 밸브(242)가 클로즈되어 음압 유니트(200)에 음압 공급이 차단되는 상태가 되시된다.
따라서, 제2시구간에서 립 영역(122)이 코팅액으로 채워지지 않고 외부로 노출되어 있다고 하더라도 이 틈새를 통한 음압 기류의 관통이 전혀 없으므로 슬롯 다이(120)의 선단부 또는 코팅 비드(130)가 건조될 염려가 없다.
한편, 일 실시예로서, 사이드 플레이트(205)에는 압력계(270)가 설치된다. 석션 포트(240)가 제2챔버(203)의 길이 방향으로 복수개 형성되고 조절 밸브(242)가 석션 포트(240)마다 연결되는 경우, 제2챔버(203)의 일단부 및 타단부에 각각 마련된 압력계(270)의 측정값에 따라 각각의 조절 밸브(242)를 조절함으로써 기판(110)의 폭 방향이자 롤러(100)의 길이 방향을 따라 균일한 음압이 형성되게 한다. 압력계(270)는 챔버(201,202,203) 내부의 길이 방향으로 음압 차이를 측정하여 결과적으로 코팅 비드(130)를 균일하게 형성할 수 있도록 한다. 이는 연속 코팅은 물론 패턴 코팅시에도 적용되는 실시예이다.
상기 실시예에서 조절 밸브(242)는 챔버(201,202,203)의 길이 방향을 따라 음압의 크기를 조절한다. 이러한 조절 밸브(242)는 챔버(201,202,203)의 길이 및 음압 라인(244)의 연결 형태에 따라 다수 설치된다. 복수의 압력계(270)를 입력 센서로 하고, 조절 밸브(242)를 액츄에이터로 하여 피드백 제어 루프를 가동하면 챔버(201,202,203)의 길이 방향을 따라 실시간으로 음압의 분포를 조절할 수 있다.
도 8은 조절 밸브의 또 다른 실시예를 도시한다. 이에 따르면, 제2챔버(203)의 길이 방향 음압을 조절하도록 대기압을 개폐하는 조절 밸브(243)가 제2챔버(203)의 길이 방향으로 일측 및 타측에 마련된다.
이러한 실시예에 따르면, 패턴 코팅시 슬롯 다이(120)가 코팅액을 압출하는 제1시구간(時區間)에서 조절 밸브(243)가 클로즈되고, 슬롯 다이(120)가 코팅액을 압출하지 않는 제2시구간(時區間)에서 조절 밸브(243)가 오픈됨으로써 제2챔버(203)의 음압을 감소시킨다.
즉, 도 5 내지 도 7에서 도시된 실시예의 조절 밸브(242)는 음압 라인(244)을 개폐함으로써 챔버(202, 203, 204)의 길이 방향 음압 분포를 조절하는 것이고, 도 8에 도시된 실시예의 조절 밸브(243)는 대기압 공급을 온/오프시킴으로써 챔버(202, 203, 204)의 길이 방향 음압 분포를 조절하는 것이다. 도시되지 않은 실시예로서, 이들을 조합한 실시예도 가능하다.
조절 밸브(242,243)로서 3방향의 유체 유동을 동시에 제어할 수 있는 3웨이 밸브가 사용될 수 있으며, 스풀 방식이나 다이아프램 방식 등 어떠한 형태의 밸브도 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 연속 코팅과 패턴 코팅을 비교한 사시도이다.
도 2는 패턴 코팅시 예상되는 문제점을 도시한 측면도이다.
도 3은 패턴 코팅시 슬롯 다이의 건조 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 패턴 코팅시 코팅층의 불량을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 패턴 코팅 장치를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 패턴 코팅시 본 발명의 패턴 코팅 장치의 동작을 도시한 측단면도이다.
도 8은 조절 밸브의 또 다른 실시예를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10a...연속 코팅층 10b...패턴 코팅층
10c...코팅층의 불량부 100...롤러
110...기판 120...슬롯 다이(slot die)
122...립(lip) 영역 130...코팅 비드(coating bead)
130c...코팅 비드의 불량부
150...코팅액 펌프 200...음압 유니트
202...제1챔버 203...제2챔버
204...제3챔버 205...사이드 플레이트
220...제1플레이트 222...에어 구멍
230...제2플레이트 235...제3플레이트
240...석션 포트 242,243...조절 밸브
244...음압 라인 246...음압 공급원
250...드레인 포트 270...압력계

Claims (9)

  1. 코팅액을 압출하는 슬롯 다이;
    상기 슬롯 다이와 기판이 대면되는 립 영역에 균일한 코팅 비드의 형성을 위한 음압을 형성하는 음압 유니트; 를 포함하고,
    상기 음압 유니트는,
    상기 슬롯 다이 및 상기 립 영역과 대면되는 제3플레이트로 구획되는 제3챔버와,
    상기 립 영역에서 흘러내린 코팅액을 수용하며 상기 코팅액을 외부로 배출하는 드레인 포트가 마련되는 제1챔버와,
    상기 제1챔버와 제1플레이트로 격리되며 상기 음압을 공급하는 음압 공급원에 연결되는 석션 포트가 형성되는 제2챔버를 구비하여, 패턴 코팅시 상기 음압 유니트의 동작이 조정되는 패턴 코팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 코팅시 상기 슬롯 다이에서 상기 코팅액이 압출될 때 상기 음압 유니트에 대한 음압 공급이 온(on)되고, 상기 슬롯 다이에서 상기 코팅액이 압출되지 않을 때 상기 음압 유니트에 대한 음압 공급이 오프(off)되는 패턴 코팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음압 유니트는 음압 공급원과 연결되는 석션 포트가 형성된 제2챔버를 구비하고,
    상기 패턴 코팅시 상기 슬롯 다이가 상기 코팅액을 압출하는 동안 상기 음압 공급원이 상기 석션 포트에 음압을 공급하고, 상기 슬롯 다이가 상기 코팅액을 압출하지 않는 동안 상기 음압 공급원은 상기 석션 포트에 음압 공급을 중단하는 패 턴 코팅 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음압 유니트는 음압 공급원과 연결되는 석션 포트가 형성된 제2챔버를 구비하고,
    상기 석션 포트 및 상기 음압 공급원 사이에 조절 밸브가 배치되며,
    상기 패턴 코팅시 상기 슬롯 다이가 상기 코팅액을 압출하는 제1시구간(時區間)에서 상기 조절 밸브가 오픈되고, 상기 슬롯 다이가 상기 코팅액을 압출하지 않는 제2시구간(時區間)에서 상기 조절 밸브가 클로즈되는 패턴 코팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 석션 포트는 상기 제2챔버의 길이 방향으로 복수개 형성되고,
    상기 조절 밸브는 상기 각각의 석션 포트마다 연결되며,
    상기 제2챔버의 일단부 및 타단부에 각각 마련된 압력계의 측정값에 따라 상기 각각의 조절 밸브가 개별 조절되는 패턴 코팅 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트는 상기 제1챔버로부터 유입된 기류의 통로가 되는 에어 구멍을 구비하며,
    상기 제1챔버에 수용된 코팅액의 상측에 상기 에어 구멍이 위치하도록 상기 에어 구멍은 상기 제1챔버의 바닥면으로부터 소정 높이에 형성되는 패턴 코팅 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 음압 유니트는 음압 공급원과 연결되는 제2챔버를 구비하고,
    상기 제2챔버의 길이 방향 음압을 조절하도록 대기압을 개폐하는 조절 밸브 가 상기 제2챔버의 길이 방향을 따라 일측 및 타측에 마련되며,
    상기 패턴 코팅시 상기 슬롯 다이가 상기 코팅액을 압출하는 제1시구간(時區間)에서 상기 조절 밸브가 클로즈되고, 상기 슬롯 다이가 상기 코팅액을 압출하지 않는 제2시구간(時區間)에서 상기 조절 밸브가 오픈됨으로써 상기 제2챔버의 음압을 감소시키는 패턴 코팅 장치.
  9. 삭제
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