KR101626652B1 - 토출 장치 및 토출 방법 - Google Patents

Abstract

공급부(10)로부터 노즐(50)에 이르는 피토출물의 유로 상에 설치되며, 유로 내의 피토출물을 공급부(10)측으로부터 노즐(50)측을 향해 소정 유량으로 송출하는 송출 수단(41)과, 공급부(10)와 송출 수단(41) 사이의 유로 상에 서로 병렬로 설치되며, 공급부(10)로부터 유로를 통하여 공급되는 피토출물을 일시적으로 저류 공간에 저류하는 기능, 및, 저류 공간에 저류된 피토출물을 가압하여 유로를 통하여 송출 수단을 향해 압송하는 기능을 각각이 가지는, 복수의 가압 수단(31, 32)을 구비하는 토출 장치이다. 복수의 가압 수단(31, 32)이 상보적으로 작동함으로써, 송출 수단(41)에 보내지는 피토출물에 일정한 압력이 계속적으로 부여된다.

Description

토출 장치 및 토출 방법{DISCHARGE APPARATUS AND DISCHARGE METHOD}

이 발명은, 페이스트상의 피토출물을 노즐로부터 토출시키는 토출 장치 및 토출 방법에 관한 것이며, 특히 고점도의 페이스트를 안정적으로 토출하기 위한 기술에 관한 것이다.

유리 기판이나 태양 전지 기판 등의 기판 표면에 배선 패턴을 형성하거나, 집전체 표면에 활물질층을 형성하기 위한 기술로서, 배선 재료나 활물질 재료를 포함하는 페이스트상의 도포액을 기판 등에 도포하는 것이 있다. 예를 들면 일본국 특허공개 2013-004400호 공보에 기재된 도공 장치는, 활물질 재료 및 도전 재료를 포함하는 페이스트를 다이코팅 방식으로 지지체에 도포함으로써, 전지용 전극을 제조하는 것이다. 또 이 기술에 있어서는, 페이스트를 저류하는 탱크와 노즐 사이에서 페이스트를 환류시킴으로서, 페이스트를 상시 유동시켜, 페이스트에 첨가한 분산제의 응집을 방지하고 있다.

상기 종래 기술은 일정한 도포막을 도포에 의해 형성하는 것이며, 상기 문헌에는 전단 속도에 대한 명시가 없기는 하지만, 페이스트의 대표적인 점도로서 3500cp(3.5Pa·s)와 같은 수치예가 기재되어 있다. 한편, 이러한 도포 기술에 의해 미세한 패턴이나 두께가 있는 패턴을 형성하기 위해서는, 보다 고점도의(보다 구체적으로는, 예를 들면 상기 수치의 10~100배 정도의 점도의) 페이스트를 이용할 필요가 있다.

이 때, 이러한 고점도의 페이스트를 노즐로부터 일정 유량으로 안정적으로 토출시키는 것이 필요해 지지만, 유로 내에서 고점도의 페이스트를 확실히 또한 제어성 좋게 유동시켜 노즐로부터 토출시키는 것은 용이하지 않으며, 특히 미세한 패턴을 형성할 때에 필요한 작은 유량으로 안정된 토출이 가능한 기술은, 지금까지 확립되기에 이르지 않았다.

이 발명은 상기 과제를 감안한 것이며, 고점도 페이스트상의 피토출물이어도 확실히, 또한 안정적으로 토출할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 관련된 토출 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해, 공급부로부터 공급되는 페이스트상의 피토출물을 토출하는 노즐과, 상기 공급부로부터 상기 노즐에 이르는 상기 피토출물의 유로 상에 설치되며, 상기 유로 내의 상기 피토출물을 상기 공급부측으로부터 상기 노즐측을 향해 소정 유량으로 송출하는 송출 수단과, 상기 공급부와 상기 송출 수단 사이의 상기 유로 상에 서로 병렬로 설치되며, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을 일시적으로 저류 공간에 저류하는 기능과, 상기 저류 공간에 저류된 상기 피토출물을 가압하여 상기 송출 수단을 향해 압송하는 기능을 각각이 가지는, 복수의 가압 수단과, 적어도 1개의 상기 가압 수단에 상기 피토출물을 가압시킴으로서, 상기 송출 수단에 연통하는 상기 유로 내의 상기 피토출물에 소정의 정압을 부여하면서, 상기 피토출물의 가압을 행하지 않은 적어도 1개의 상기 가압 수단에 대해 상기 공급부로부터 상기 피토출물을 공급시키는 제어 수단을 구비하고 있다.

또, 이 발명에 관련된 토출 방법은, 노즐로부터 페이스트상의 피토출물을 토출시키는 토출 방법으로서, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 피토출물을 공급하는 공급부로부터 상기 노즐에 이르는 상기 피토출물의 유로 상에, 상기 피토출물의 유통 방향을 따라 가압 수단 및 송출 수단을 순서대로 배치하는 제1 공정과, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을, 상기 가압 수단에 의해 가압하여 상기 송출 수단으로 압송하는 제2 공정과, 상기 제2 공정을 실행하면서, 상기 가압 수단으로부터 압송되는 상기 피토출물을 상기 송출 수단에 의해 상기 노즐에 소정 유량으로 송출하는 제3 공정을 구비하고, 상기 제1 공정에서는, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을 일시적으로 저류 공간에 저류하는 기능, 및, 상기 저류 공간에 저류된 상기 피토출물을 가압하여 상기 송출 수단을 향해 압송하는 기능을 각각이 가지는 복수의 상기 가압 수단을, 서로 병렬로 접속한 상태로 상기 유로에 삽입하고, 상기 제2 공정에서는, 적어도 1개의 상기 가압 수단이 상기 피토출물을 가압함으로써, 상기 송출 수단에 연통하는 상기 유로 내의 상기 피토출물에 소정의 정압을 부여하면서, 상기 피토출물의 가압을 행하지 않은 적어도 1개의 상기 가압 수단에 대해 상기 공급부로부터 상기 피토출물을 공급한다.

피토출물을 송출하는 송출 수단으로서 각종 펌프 등의 공지 기술을 적용하는 것을 생각할 수 있지만, 고점도의 피토출물을 소정 유량으로 안정적으로 송출하기 위해서는, 단지 고점도 유체를 송출 가능한 토출 능력을 가질 뿐만 아니라, 송출량의 맥동이 적고, 게다가 고점도 유체에 대한 흡입 능력이 높은 것이 더 요구된다. 그러나, 이러한 능력을 모두 겸비하는 송출 수단은 현재 실현되어 있지 않다. 특히, 고점도 유체를 안정적으로 흡입하는 것이 어려워, 흡입량의 부족이 송출량의 변동을 초래하기 쉽다.

그래서, 본 발명에서는, 피토출물의 유동 방향에 있어서 송출 수단의 상류측의 유로에 가압 수단을 설치하고, 송출 수단의 상류측에서 유로 내의 피토출물에 정압을 부여하고 있다. 이 때문에, 피토출물이 압송되어 송출 수단에 대해 말하자면 강제적으로 보내어지게 된다. 따라서, 고점도의 피토출물을 정량이며 또한 맥동 없이 송출하는 것이 가능하면, 흡입 능력이 부족한 송출 수단이어도 문제 없이 적용하는 것이 가능해진다. 즉, 가압 수단과 송출 수단을 조합함으로써, 고점도의 피토출물을 소정 유량으로 안정적으로 송출하는 것이 가능해진다.

또, 유로에 대해 복수의 가압 수단을 서로 병렬로 접속함으로써 그들을 상보적으로 작동시키는 것이 가능해져, 이것에 의해 피토출물에 대한 가압을 계속적으로 행할 수 있다. 보다 상세하게는, 일부의 가압 수단으로부터 피토출물을 가압하고 있는 동안에 다른 가압 수단이 공급부로부터 피토출물의 공급을 받아 피토출물을 보충한다는 동작을 가압 수단을 순차적으로 전환하면서 행할 수 있다. 이것에 의해, 상시 적어도 1개의 가압 수단으로부터 피토출물에 대한 가압을 행하여, 피토출물에 대한 가압을 끊임 없이 계속적으로 행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 피토출물을 노즐로 송출하는 송출 수단에 대해, 가압 수단에 의해 가압된 피토출물이 공급된다. 그리고, 병렬 배치된 복수의 가압 수단이 상보적으로 피토출물의 가압 및 공급부로부터의 피토출물의 보충을 행한다. 그 때문에 고점도 페이스트상의 피토출물이어도 확실히, 또한 안정적으로 토출하는 것이 가능하다.

도 1은 이 발명에 관련된 토출 장치의 일실시 형태를 나타내는 도이다.
도 2는 도포 장치에 있어서의 페이스트 도포의 예를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 3은 도포 장치의 제어 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4a 및 도 4b는 도포 장치의 기본 동작을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5a 내지 도 5d는 피스톤의 움직임에 주목한 2개의 시린지 상태 천이를 나타내는 도이다.
도 6은 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은 호퍼 탱크의 내부 구조의 제1예를 나타내는 도이다.
도 8은 호퍼 탱크의 내부 구조의 제2예를 나타내는 도이다.
도 9는 호퍼 탱크의 내부 구조의 제3 예를 나타내는 도이다.
도 10은 호퍼 탱크의 내부 구조의 제4예를 나타내는 도이다.

도 1은 이 발명에 관련된 토출 장치의 일실시 형태를 나타내는 도이다. 보다 상세하게는, 도 1은 이 발명에 관련된 토출 장치의 일실시 형태를 구비한 도포 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 도이다. 이 도포 장치(1)는, 롤·투·롤 방식으로 반송되는 시트형상의 기재 S에 대해 페이스트상 도포액을 도포하는 장치이며, 예를 들면 리튬 이온 이차 전지와 같은 전지용 전극의 제조에 이용할 수 있는 것이다.

이 도포 장치(1)는, 도포해야 할 도포액을 내부에 저류하는 호퍼 탱크(10)와, 그 호퍼 탱크(10)로부터 공급되는 도포액을 토출하는 노즐(50)을 구비하고 있으며, 호퍼 탱크(10)와 노즐(50) 사이에 설치된 송액계(후술)에 의해, 호퍼 탱크(10) 내의 도포액이 노즐(50)을 향해 송출되고, 노즐(50)의 선단에 설치된 토출구로부터 토출된다.

노즐(50)과의 대향 위치에는, 도포액이 도포되는 기재 S가 반송 유닛(70)에 의해 배치된다. 구체적으로는, 롤형상으로 감겨진 장척 시트형상의 기재 S가 반송 유닛(70)의 공급 롤러(71)에 세트됨과 함께, 기재 S의 일단부가 권취 롤러(72)에 감겨져 있다. 권취 롤러(72)가 도면의 화살표 Dr 방향으로 회전함으로써, 기재 S가 공급 롤러(71)로부터 풀어 내어져 화살표 Ds 방향으로 반송되어, 권취 롤러(72)에 의해 감긴다. 이와 같이 공급 롤러(71) 및 권취 롤러(72)에 걸쳐진 기재 S의 표면에 대향하도록, 노즐(50)이 배치되어 있다. 그 때문에, 노즐(50)로부터 토출되는 도포액이 기재 S의 표면에 도포된다. 기재 S가 화살표 Ds 방향으로 반송됨으로써, 노즐(50)을 기재 S에 대해 상대적으로 주사 이동시키면서 도포액을 기재 S에 도포할 수 있다.

여기서 예를 들면, 집전체로서 기능하는 금속 등의 도전체 시트를 기재 S로서 이용하고, 도포액으로서 활물질 재료를 포함하는 페이스트를 이용함으로써, 집전체층의 표면에 활물질층을 적층하여 이루어지는 전지용 전극을 제조하는 것이 가능하다.

도 2는 이 도포 장치에 있어서의 페이스트 도포의 예를 모식적으로 나타내는 도이다. 화살표 Ds 방향으로 반송되는 기재 S에 대향 배치된 노즐(50)의 하면(51)에는, 각각이 도포액을 연속적으로 토출하는 복수의 토출구(52)가 반송 방향 Ds에 직교하는 기재 S의 폭방향으로 등간격으로 늘어놓아 설치되어 있다. 각 토출구로부터 연속적으로 토출되는 고점도의 페이스트상 도포액은 기재 S의 표면에 착액한 후, 기재 S의 이동에 수반하여 화살표 Ds 방향으로 반송된다. 이것에 의해, 기재 S 상에는 그 반송 방향 Ds를 따라 연속적으로 연장되는 도포액의 라인형 패턴 P가 형성된다. 후술하는 바와 같이, 이 도포 장치(1)는, 기재 S의 반송 방향 Ds를 따라 끊김 없이 연속된 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 또 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 토출구(52)로부터의 도포액의 토출을 일시적으로 정지시킴으로써 반송 방향 Ds에 있어서 단속된 패턴 P를 형성하는 것도 가능하다.

패턴의 단면 형상은 각 토출구(52)의 개구 형상에 의존한다. 특히 고점도의 도포액을 이용한 경우, 토출구(52)의 개구 형상을 거의 그대로 유지한 단면 형상을 가지는 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 폭에 대한 높이의 비, 즉, 종횡비가 높은 패턴을 형성하는 것도 가능해진다. 기재 S가 집전체로서 기능하는 것이며, 도포액에 의해 형성되는 라인형 패턴이 활물질을 포함하는 것인 경우, 집전체 표면에 활물질에 의한 고종횡비의 라인형 패턴이 형성된 구조를 가지는 전지용 전극을 제조할 수 있다. 이러한 구조의 전극은 활물질 재료의 사용량에 대해 표면적이 큰 활물질층을 가지기 때문에, 고속 충방전 특성의 양호한 전지를 구성할 수 있다.

각 토출구를 폭이 넓은 개구 형상으로 하거나, 배경 기술로서, 기재한 기술과 같이 슬릿형상의 것으로 함으로써, 기재 S의 표면에 비교적 폭이 넓은 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에 있어서도, 도포액을 고점도의 것으로 함으로써, 고밀도로 두꺼운 활물질층을 가지는 전극을 제조할 수 있다. 이것에 의해, 용량의 큰 전지를 구성할 수 있다.

이러한 패턴을 우수한 치수 정밀도로 형성하기 위해서는, 고점도의 도포액을 작은 유량으로, 또한 안정적으로 노즐(50)로부터 토출시킬 필요가 있다. 이것을 가능하게 하기 위한 도포 장치(1)에 있어서의 송액계의 구성에 대해서, 다시 도 1을 참조하면서 설명한다. 또한, 이 도포 장치(1)에 적용되는 도포액에 있어서 상정되는 점도는, 전단 속도 10s^-1에 있어서 100Pa·s 내지 300Pa·s 정도이다.

이 도포 장치(1)에 있어서의 송액계는, 호퍼 탱크(10) 내의 도포액을 그 유로에 안내하여 유통 개시시키기 위한 안내 유닛(20)과, 안내 유닛(20)을 거쳐 공급되는 도포액에 일정한 정압을 부여하면서 송출하는 가압 유닛(30)과, 가압 유닛(30)으로부터 송출되는 도포액을 일정한 유량으로 제어하면서 노즐(50)에 보내기 위한 송출 유닛(40)을 구비하고 있으며, 이들이 호퍼 탱크(10)로부터 노즐(50)에 이르는 도포액의 유로 상에 이 순서로 배치되어 있다.

안내 유닛(20)에서는, 호퍼 탱크(10)의 저부에 접속되어 호퍼 탱크(10)의 내부 공간과 연통하는 배관(21)의 도중에 공급 펌프(22)가 설치되어 있다. 공급 펌프(22)는, 호퍼 탱크(10) 내의 도포액을 배관(21)에 유통시키기 위한 것이며, 고점도의 도포액을 안정된 유량으로 송출할 수 있는 것인 것이 바람직하다. 이러한 펌프로서는 예를 들면 나사 펌프를 이용할 수 있으며, 예를 들면 1축 나사 펌프의 일종인 모노 펌프를 적합하게 적용할 수 있다.

도포액의 유통 방향에 있어서 공급 펌프(22)의 하류측에서, 배관(21)은 삼방 밸브(23)에 접속되어 있다. 이 삼방 밸브(23)는, 가압 유닛(30)으로의 도포액의 공급 및 그 정지를 담당하는 기능을 가진다. 즉, 삼방 밸브(23)는 공급 펌프(22)로부터 송출되는 도포액의 유통처를, 후단의 가압 유닛(30)에 접속된 배관(24)과, 호퍼 탱크(10)로 되돌아오는 환류 배관(25) 사이에서 선택적으로 전환하는 것이며, 그 때문에, 이 삼방 밸브(23)를 이하에서는 「액공급 밸브」라고 칭한다.

액공급 밸브(23)에 의해 배관(21)으로부터 환류 배관(25)에 연결되는 유로가 열려 있을 때, 도포액은, 공급 펌프(22)의 작용에 의해, 호퍼 탱크(10)로부터 배관(21)을 유통하여, 액공급 밸브(23) 및 환류 배관(25)을 경유하여 호퍼 탱크(10)로 되돌아오는 순환 유로를 유통한다. 고점도의 도포액이 칙소성을 가지는 경우, 도포액의 유동성을 유지하기 위해서는 도포액에 상시 전단력을 부여해 둘 필요가 있다. 도포액을 후방으로 공급할 때 이외에는 순환 유로를 경유하여 도포액을 순환시켜 둠으로써, 도포액에 전단력을 부여하여 유동성이 높은 저점도 상태를 유지할 수 있다. 또, 탱크 내의 도포액, 특히 외부로부터 투입된 직후의 도포액에 포함되는 기포를 제거하는 탈기 작용도 가진다. 한편, 액공급 밸브(23)에 의해 배관(21)으로부터 배관(24)에 연결되는 유로가 열리면, 도포액이 가압 유닛(30)에 공급된다. 배관(24)에는 그 배관 내부의 압력을 계측하기 위한 압력 센서(PS)(26)가 접속되어 있다.

가압 유닛(30)은 2개의 시린지 펌프(31, 32)를 구비한 듀얼 시린지 유닛으로 되어 있다. 보다 상세하게는, 가압 유닛(30)은, 안내 유닛(20)으로부터 노즐(50)에 이르는 유로 상에서 서로 병렬로 접속된 2개의 시린지 펌프(31, 32)를 구비하고 있다. 한쪽의 시린지 펌프(이하, 필요에 따라 「제1 시린지」라고 칭한다)(31)는, 내부에 도포액을 저류 가능한 실린더(311)와, 그 실린더(311)에 대해 끼우고 빼기 가능하게 부착된 피스톤(312)과, 그 피스톤(312)을 구동하여 실린더(311)에 대해 끼우고 빼는 모터(313)를 구비하고 있다. 또 다른 한쪽의 시린지 펌프(이하, 필요에 따라 「제2 시린지」라고 칭한다)(32)도 동일한 구조를 가지고 있다. 즉, 제2 시린지(32)는, 내부에 도포액을 저류 가능한 실린더(321)와, 그 실린더(321)에 대해 끼우고 빼기 가능하게 부착된 피스톤(322)과, 그 피스톤(322)을 구동하여 실린더(321)에 대해 끼우고 빼는 모터(323)를 구비하고 있다.

안내 유닛(20)으로부터 도포액을 공급하는 배관(24)은 삼방 밸브(33)에 입력되어 있으며, 삼방 밸브(33)에 의해, 도포액의 유로는 제1 시린지(31)에 접속된 배관(341)과 제2 시린지(32)에 접속된 배관(342)으로 분기한다. 이 삼방 밸브(33)의 작동에 의해, 배관(24)을 유통하는 도포액은, 배관(341)을 통하여 제1 시린지(31)에 공급되거나, 혹은 배관(342)을 통하여 제2 시린지(32)에 공급된다. 이와 같이, 삼방 밸브(33)는 안내 유닛(20)으로부터 공급되는 도포액의 공급처를 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)의 사이에서 전환하는 기능을 가진다. 그 때문에 이하에서는 삼방 밸브(33)를 「시린지 전환 밸브」라고 칭한다. 또 피스톤(312, 322)을 각각 구동하는 모터(313, 323)를 「제1 시린지 구동 모터」, 「제2 시린지 구동 모터」로 각각 칭한다.

배관(341, 342)은 각각 실린더(311, 321)의 내부 공간에 연통되어 있다. 따라서, 예를 들면 시린지 전환 밸브(33)가 배관(24)과 배관(341)을 연통시키고, 또한 제1 시린지 구동 모터(313)가 피스톤(312)을 인상(引上)시켜 제1 시린지(31)의 내부 공간의 용적을 증대시키고 있는 국면에서는, 안내 유닛(20)으로부터 배관(341)을 통하여 공급되는 도포액이 제1 시린지(31)의 내부 공간에 충전된다. 한편, 예를 들면 시린지 전환 밸브(33)가 배관(24)과 배관(342)을 연통시키고, 또한 제2 시린지 구동 모터(323)가 피스톤(322)을 인상시켜 제2 시린지(32)의 내부 공간의 용적을 증대시키고 있는 국면에서는, 안내 유닛(20)으로부터 배관(342)을 통하여 공급되는 도포액이 제2 시린지(32)의 내부 공간에 충전된다. 이와 같이, 시린지 전환 밸브(33)와 제1 시린지 구동 모터(313), 제2 시린지 구동 모터(323)를 연동시킴으로서, 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32) 각각의 내부 공간으로 도포액을 충전할 수 있다.

제1 시린지(31)의 출력부에는 배관(351)이 접속되며, 그 배관(351)의 도중에는 제1 시린지(31)로부터의 도포액의 토출 및 그 정지를 담당하는 제1 시린지 액토출 밸브(361)가 삽입되어 있다. 마찬가지로, 제2 시린지(32)의 출력부에는 배관(352)이 접속되며, 그 배관(352)의 도중에는 제2 시린지(32)로부터의 도포액의 토출 및 그 정지를 담당하는 제2 시린지 액토출 밸브(362)가 삽입되어 있다. 도포액의 유통 방향에 있어서의 제1 시린지 액토출 밸브(361) 및 제2 시린지 액토출 밸브(362)의 하류측에서, 2개의 배관(351, 352)은 합류한다. 합류 후의 공통 배관(37)은 후단의 송출 유닛(40)에 접속되어 있다. 또 공통 배관(37)에는 그 배관 내부의 압력을 계측하기 위한 압력 센서(PS)(38)가 접속되어 있다.

예를 들면 제1 시린지 구동 모터(313)가 피스톤(312)을 눌러 제1 시린지(31)의 내부 공간의 용적을 감소시키고 있는 국면에서는, 제1 시린지(31) 내에 저류된 도포액이 가압된다. 이 상태에서 제1 시린지 액토출 밸브(361)가 열리면, 도포액은 가압을 받으면서 배관(351) 및 공통 배관(37)을 통하여 송출 유닛(40)에 송출된다. 한편, 예를 들면 제2 시린지 구동 모터(323)가 피스톤(322)을 눌러 제2 시린지(32)의 내부 공간의 용적을 감소시키고 있는 국면에서는, 제2 시린지(32) 내에 저류된 도포액이 가압되어, 제2 시린지 액토출 밸브(362)가 열리면, 도포액은 가압을 받으면서 배관(352) 및 공통 배관(37)을 통하여 송출 유닛(40)에 송출된다. 2개의 액토출 밸브(361, 362)는 독립적으로 개폐 가능하게 되어 있으며, 그 양쪽이 닫힌 상태, 한쪽 만이 닫힌 상태 및 양쪽이 열린 상태 중 어느 하나를 취할 수 있다.

이와 같이 구성된 가압 유닛(30)으로부터 공급되는 도포액은 송출 유닛(40)에 보내진다. 송출 유닛(40)은, 가압 유닛(30)으로부터 압송되어 오는 도포액을 일정한 유량으로 하류측에 송출하는 토출 펌프(41)를 구비하고 있다. 토출 펌프(41)는 고점도의 도포액을 안정된 유량으로 송출할 수 있는 것인 것이 바람직하고, 예를 들면 나사 펌프를 이용할 수 있다. 예를 들면 1축 나사 펌프의 일종인 모노 펌프는, 고점도의 유체를 작은 유량으로 맥동 없이 송출하는 것이 가능하여, 이러한 목적에 대해 적합하게 적용할 수 있다.

이 도포 장치(1)에서는, 노즐(50)에 공급되는 도포액의 양을 결정하는 것은 토출 펌프(41)이며, 가압 유닛(30) 등의 구성은 토출 펌프(41)에 의한 송출량 제어를 어시스트하기 위한 것이다. 따라서, 토출 펌프(41)로서는 작은 유량으로의 고정밀의 유량 제어가 가능한 것인 것이 바람직하다. 시장에 유통되고 있는 모노 펌프를 이 목적으로 이용하는 경우, 특히 스테이터와 롤러 사이의 클리어런스가 작은 정밀 타입의 제품이 이용되는 것이 바람직하다.

도포액의 유통 방향에 있어서의 토출 펌프(41)의 하류측에는, 토출 펌프(41)로부터 송출되는 도포액의 유량을 검출하는 유량계(42)가 설치되어 있다. 유량계(42)에 의해 검출되는 유량 검출값에 의거하여 토출 펌프(41)가 제어됨으로써, 노즐(50)로 송출되는 도포액의 유량이 소정값으로 조정된다. 또한, 토출 펌프(41)와 유량계(42) 사이에, 도포액 내에 포함되는 이물이나 도포액의 응고체를 제거하는 필터가 더 설치되어도 된다.

유량계(42)의 하류측에서, 배관은 노즐(50)로 향하는 출력 배관(43)과 호퍼 탱크(10)에 환류하는 순환 배관(44)으로 분기한다. 출력 배관(43)에는 노즐 유로 열림 밸브(45)가 삽입되는 한편, 순환 배관(44)에는 환류 유로 열림 밸브(46)가 삽입되어 있다. 노즐 유로 열림 밸브(45)가 열리면, 토출 펌프(41)로부터 송출되는 도포액이 출력 배관(43)을 통하여 노즐(50)에 공급되어, 노즐(50)의 토출구로부터 도포액이 토출된다. 한편, 환류 유로 열림 밸브(46)가 열리면, 토출 펌프(41)로부터 송출되는 도포액이 순환 배관(44)을 통하여 호퍼 탱크(10)로 되돌려진다. 이 때, 송액계 전체를 포함하는 도포액의 순환 유로가 형성되므로, 노즐(50)로부터 도포액을 토출하지 않을 때에도 송액계 전체에서 도포액을 순환시켜 점도의 증대를 억제할 수 있다.

도 3은 이 도포 장치의 제어 구성을 나타내는 블럭도이다. 이 도포 장치(1)는, 장치 전체의 동작을 제어하는 CPU(Central Processing Unit)(91)와, CPU(91)로부터의 제어 지령에 따라 각 부에 설치된 모터류를 구동하는 모터 구동부(92)와, CPU(91)로부터의 제어 지령에 따라 각 부에 설치된 밸브류를 구동하는 밸브 구동부(93)를 구비하고 있다.

모터 구동부(92)는, 제1 시린지 구동 모터(313), 제2 시린지 구동 모터(323), 공급 펌프(22)에 연결되어 공급 펌프(22)를 구동하는 공급 펌프 구동 모터(221), 토출 펌프(41)에 연결되어 토출 펌프(41)를 구동하는 토출 펌프 구동 모터(411), 후술하는 바와 같이 호퍼 탱크(10) 내에 설치되어 도포액을 교반하는 교반 날개(도 7 등)를 구동하기 위한 교반 날개 구동 모터(161) 및 기재 S를 감은 권취 롤러(72)를 회전 구동하는 권취 롤러 구동 모터(721) 등에 구동 신호를 부여하여, 이들을 CPU(91)로부터의 제어 지령에 따라 작동시킨다.

또, 밸브 구동부(93)는, 장치에 설치된 각종 밸브, 구체적으로는 액공급 밸브(23), 시린지 전환 밸브(33), 제1 시린지 액토출 밸브(361), 제2 시린지 액토출 밸브(362), 노즐 유로 열림 밸브(45) 및 환류 유로 열림 밸브(46) 등에 구동 신호를 부여하여, 이들 CPU(91)로부터의 제어 지령에 따라 개폐시킨다. 또한, 도포액의 유로를 단시간에 제어성 좋게 전환할 필요가 있기 때문에, 이들 각 밸브, 그 중에서도 특히 제1 시린지 액토출 밸브(361), 제2 시린지 액토출 밸브(362), 노즐 유로 열림 밸브(45) 및 환류 유로 열림 밸브(46)에 대해서는, 밸브가 모터 구동에 의해 직선적으로 진퇴하는 타입의 것이 적합하다. 이 경우, 밸브 구동부(93)는 이들 밸브를 진퇴시키는 모터를 구동하는 기능을 가진다.

CPU(91)에는, 사용자로부터의 조작 입력을 받아들이는 입력 인터페이스(1/F)(94)가 접속되어 있다. 입력 인터페이스 1/F를 통하여 사용자로부터 부여되는 지시에 따른 처리를 CPU(91)가 실행한다. 또한, CPU(91)에는 배관(24, 37)에 각각 접속된 압력 센서(26, 38)로부터의 압력 검출 신호와, 유량계(42)로부터의 유량 검출 신호가 입력되어 있으며, 이들 입력 신호에 의거하여 CPU(91)는 각 부의 동작을 제어한다.

다음에, 상기와 같이 구성된 도포 장치(1)의 동작 원리에 대해서 설명한다. 이 도포 장치(1)에서는, 토출 펌프(41)로서 1축 편심 나사 펌프인 모노 펌프를 이용하고 있다. 모노 펌프는 유체를 작은 유량이어도 맥동 없이 안정되게 송출하는 점에 있어서 우수한 특성을 가지고 있다. 단, 이와 같이 고점도의 유체를 취급할 수 있는 펌프여도, 고점도의 유체에 대한 흡입 능력은 반드시 높지 않은 것이 일반적이다. 즉, 이런 종류의 펌프는 내부에 흡입한 유체를 안정되게 송출하는 기능은 가지지만, 고점도의 유체를 외부(상류측)로부터 펌프 내에 흡입하는 능력이 부족한 경우가 있다.

모노 펌프의 경우, 스테이터와 로터 사이에 형성되는 캐비티에 로터의 회전에 의해 한쪽으로부터 유체가 흡입되고 다른쪽으로부터 밀려 나옴으로써 펌프로서 기능한다. 그러나, 유체의 점도가 높아지면 충분한 양의 유체를 흡입하지 못하여, 캐비티의 용적으로부터 구해지는 이론 상의 송출량에 대한 실제의 송출량의 비율(용적 효율)이 저하되는 것이 알려져 있다. 즉, 고점도의 유체에서는 이론값 대로의 안정된 송출량을 얻을 수 없다.

그래서, 이 도포 장치(1)에서는, 도포액의 유통 방향에 있어서의 토출 펌프(41)의 상류측에 가압 유닛(30)을 설치하고, 도포액을 가압하여 토출 펌프(41)에 대해 강제적으로 도포액을 압송하는 구성으로 하고 있다. 특히 토출 펌프(41)의 상류측의 도포액에 항상 일정한 정압을 부여해 둠으로써, 흡입 능력의 부족을 보충하여, 토출 펌프(41)로부터 안정된 양의 도포액을 송출하는 것을 가능하게 하고 있다.

도포액을 가압하는 방법으로서는 다양한 것을 생각할 수 있다. 이 도포 장치(1)에서는, 실린더 내에 저류한 도포액을 피스톤의 압입에 의해 가압하는 시린지 펌프에 의한 방법을 채용하고 있다. 시린지 펌프를 이용한 경우, 도포액을 안정적으로 가압할 수 있으며, 또 가압력의 제어도 비교적 용이하다. 그러나, 단체의 시린지 펌프에 의한 가압에서는, 실린더 내에 저류된 도포액이 모두 밀려 나와 버리면 가압을 계속할 수 없기 때문에, 계속적인 가압이라는 점에서 문제가 남는다. 그래서, 이 도포 장치(1)에서는, 이하에 상세히 서술하는 바와 같이, 2대의 시린지 펌프를 도포액의 유로에 병렬로 삽입하고 그들에 의한 도포액의 압송과 보충을 교호로 행하게 함으로써, 도포액에 대해 계속적으로 일정한 압력을 부여하는 것을 가능하게 하고 있다.

도 4a 및 도 4b는 이 도포 장치(1)의 기본 동작을 모식적으로 나타내는 도이다. 또한 이들 도에서는, 밸브의 개폐에 의해 열려 있는 도포액의 유로에 대해서는 실선에 의해, 또 폐색되어 있는 유로에 대해서는 파선에 의해 나타내고 있다. 또 도면을 보기 쉽게 하기 위해 밸브류의 기재를 생략하고 있다. 도 4a 및 도 4b는 장치 상태 천이에 있어서의 서로 상이한 2개의 국면을 나타내고 있다.

도 4a에 나타내는 국면에서는, 공급 펌프(22)로부터 배관(341)을 통하여 제1 시린지(31)에 연결되는 유로가 열리는 한편, 제1 시린지(31)로부터 배관(351)을 통하여 토출 펌프(41)에 연결되는 유로는 폐색되어 있다. 이 때 화살표로 나타내는 바와 같이 제1 시린지(31)의 피스톤(312)이 인상되면, 공급 펌프(22)를 통하여 호퍼 탱크(10)로부터 공급되는 도포액이 제1 시린지(31)에 충전된다.

이에 반해, 제2 시린지(32)측에서는, 공급 펌프(22)로부터 배관(342)을 통하여 제2 시린지(32)에 연결되는 유로가 폐색되는 한편, 제2 시린지(32)로부터 배관(352)을 통하여 토출 펌프(41)에 연결되는 유로가 열려 있다. 이 때 화살표로 나타내는 바와 같이 제2 시린지(32)의 피스톤(322)이 눌러지면, 제2 시린지(32) 내의 도포액이 가압되어 배관(352)으로 밀려 나오고, 이렇게 하여 가압된 도포액이 토출 펌프(41)에 공급된다.

토출 펌프(41)의 상류측에 있어서 도포액이 가압되어 있기 때문에, 토출 펌프(41)의 로터의 회전에 수반하여 발생하는 캐비티에 외부로부터 도포액이 압입되는 상태가 되어, 흡입량의 부족은 발생하지 않는다. 따라서, 로터의 회전에 의해 이론값 대로의 유량으로 도포액을 송출할 수 있다. 토출 펌프(41)로부터 출력 배관(43)을 통하여 노즐(50)에 이르는 유로가 열림으로써, 노즐(50)로부터는 설계값 대로의 토출량으로 도포액이 토출된다.

공급 펌프(22)로부터 제2 시린지(32)에 이르는 유로가 폐색됨과 함께, 제1 시린지(31)로부터 토출 펌프(41)에 이르는 유로가 폐색되어 있음으로써, 제1 시린지(31)로의 도포액의 충전 동작이 제2 시린지(32)에 의한 도포액의 가압 동작에 영향을 주는 것이 회피된다. 이것과 동시에, 제2 시린지(32)에 의한 도포액의 가압 동작이 제1 시린지(31)로의 도포액의 충전 동작에 영향을 주는 것도 회피되어 있다.

한편, 도 4b에 나타내는 국면에서는, 상기와는 반대로, 공급 펌프(22)를 통한 호퍼 탱크(10)로부터 제2 시린지(32)에 이르는 유로가 열리는 한편, 제1 시린지(31)로부터 토출 펌프(41)에 이르는 유로가 열려 있다. 이 상태에서는, 제1 시린지(31)에 의한 도포액의 가압을 행하면서, 이것과는 독립적으로 제2 시린지(32)로의 도포액의 충전을 행할 수 있다.

이들 2개 상태를 교호로 출현시킴으로서, 토출 펌프(41)의 상류측의 도포액을 상시 압력을 부여하여, 토출 펌프(41)로부터 도포액을 안정적으로 송출할 수 있다. CPU(91)는, 토출 펌프(41)의 상류측의 공통 배관(37)에 접속된 압력 센서(38)에 의해 관 내의 압력을 검출하고, 그 출력에 의거하여 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)(보다 구체적으로는 제1 시린지 구동 모터(313) 및 제2 시린지 구동 모터(323))을 제어한다. 이렇게 함으로써, 도포액에 부여되는 정압을 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 토출 펌프(41)의 용적 효율을 일정하게 유지하여 맥동이 없는 일정 유량으로의 도포액의 송출이 가능해진다.

또, 배관(24)에 접속된 압력계(26)의 검출 결과에 의거하여 CPU(91)가 공급 펌프(22)를 제어하여, 배관(341, 342) 내에 있어서의 도포액의 압력을 소정 범위로 유지한다. 이것에 의해, 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)로의 도포액의 충전을 효율적으로 확실히 행할 수 있다. 즉, 공급 펌프(22)는 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)의 흡입 능력의 저하를 보충하는 기능을 가진다. 시린지로의 도포액의 충전량은 주로 피스톤의 인상량에 의해 정해지기 때문에, 압력계(26)에 의해 검출되는 압력은 소정의 정압 범위 내에 있으면 되며, 반드시 일정할 필요는 없다.

도 5a 내지 도 5d는 피스톤의 움직임에 주목한 2개의 시린지 상태 천이를 나타내는 도이다. 도 5a는, 제1 시린지(31)의 피스톤(312)이 소정의 「상측 위치」까지 인상되어 충분한 양의 도포액이 내부에 충전되는 한편, 제2 시린지(32)의 피스톤(322)이 「하측 위치」까지 눌러져 내부의 도포액이 거의 모두 송출된 상태를 나타내고 있다. 이 상태로부터, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 제1 시린지(31)의 피스톤(312)이 눌러져 내부의 도포액이 밀려 나와져 간다. 한편, 제2 시린지(32)의 피스톤(322)이 점차 인상되어 도포액이 충전된다.

도 5c에 나타내는 바와 같이 제1 시린지(31)의 피스톤(312)이 하측 위치에 도달하기 전에, 제2 시린지(32)의 피스톤(322)이 상측 위치까지 인상되어 도포액의 충전이 완료되어 있다. 다음에 도 5d에 나타내는 바와 같이, 제2 시린지(32)가 피스톤(322)의 누름에 의해 도포액의 압송을 행하고 있는 동안에, 제1 시린지(31)로의 도포액의 충전이 행해진다. 제2 시린지(32)의 피스톤(322)이 하측 위치에 도달하면, 도 5a 상태로 되돌아와, 제1 시린지(31)에 의한 도포액의 압송 및 제2 시린지(32)로의 도포액의 충전이 행해진다.

토출 펌프(41)에 공급되는 도포액에 끊임 없이 일정한 압력을 부여하기 위해서는, 2개의 시린지 펌프의 동작의 전환을 매끄럽게 행할 필요가 있다. 구체적으로는, 도 5a에 나타내는 상태로부터 도 5b에 나타내는 상태로의 천이, 및, 도 5c에 나타내는 상태로부터 도 5d에 나타내는 상태로의 천이에 있어서, 도포액에 대한 가압이 중단되지 않고 또 가압력이 변동되지 않게 할 필요가 있다. 이하, 이것을 가능하게 하기 위한 각 부의 보다 구체적인 동작에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다.

도 6은 각 부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 이 타이밍 차트는, 호퍼 탱크(10)로부터 노즐(50)로의 도포액의 송출이 개시되고 노즐(50)로부터 일정량의 도포액이 연속적으로 토출된다는 일련의 동작에 대응하는 것이다. 우선 각 부의 초기 상태는 이하와 같다.

공급 펌프(22)는 상시 작동하고 있으며, 호퍼 탱크(10)로부터 배관(21)으로의 도포액의 유통이 행해지고 있다. 액공급 밸브(23)는, 도 6에 나타내는 바와 같이 가압 유닛(30)에 이르는 배관(24)으로의 유로를 폐색한다. 한편, 순환 배관(25)을 경유하는 환류 유로가 열려 있다. 이것에 의해, 호퍼 탱크(10)의 저부로부터 송출되는 도포액은 배관(21, 25)을 통하여 호퍼 탱크(10)로 되돌려지고 있다. 이렇게 하여 도포액을 순환시켜 둠으로써, 체류에 의한 점도의 증대를 억제할 수 있다.

시린지 전환 밸브(33)는 상태 「2」, 즉 제2 시린지(32)에 이르는 배관(342)측의 유로가 열리고, 제1 시린지(31)에 이르는 배관(341)측의 유로가 폐색된 상태가 되어 있다. 또 제1 시린지 액토출 밸브(361), 제2 시린지 액토출 밸브(362)는 모두 닫혀져 있으며, 제1 및 제2 시린지로부터 토출 펌프(41)로 향하는 유로는 폐색되어 있다. 또 도 6에서 도시를 생략하고 있지만, 토출 펌프(41)는 정지되어 있으며, 노즐 유로 열림 밸브(45) 및 환류 유로 열림 밸브(46)는 모두 닫혀져 있다.

또한, 실제의 동작에 있어서는, 송액계에서의 도포액의 체류를 방지하기 위해, 토출 펌프(41)는 상시 작동하고 있으며, 노즐 유로 열림 밸브(45) 및 환류 유로 열림 밸브(46) 중 어느 한쪽이 선택적으로 열려 있다. 도포액은 토출 펌프(41)에 의해 송출되고 있으며, 출력 배관(43)을 통하여 노즐(50)로부터 토출되거나, 순환 배관(44)을 경유하여 호퍼 탱크(10)로 되돌지거나 중 어느 상태가 되어 있으며, 도포액은 항상 유동하고 있다. 여기에서는 각 부의 동작 개시 시점으로부터의 천이를 알기 쉽게 하기 위해, 가압 유닛(30) 이후에 있어서 도포액의 흐름이 정지된 가상적인 상태를 나타내고 있다.

제1 시린지(31)에는 충분한 양의 도포액이 충전되고, 피스톤(312)는 상측 위치에 있다. 한편, 제2 시린지(32)의 피스톤(322)은 하측 위치에 있으며, 제2 시린지(32)에는 거의 도포액이 충전되어 있지 않은 상태가 되어 있다. 즉, 도 5a에 나타내는 상태이다.

상기한 초기 상태로부터, 시각 T1에 있어서 제1 시린지 액토출 밸브(361)가 열리고, 제1 시린지(31)로부터 토출 펌프(41)로의 유로가 열린다. 도시하고 있지 않지만, 이 때 토출 펌프(41)의 동작이 개시됨과 함께, 환류 유로 열림 밸브(45)가 열린다. 따라서, 제1 시린지(31)로부터 토출 펌프(41) 및 순환 배관(44)을 통하여 호퍼 탱크(10)에 이르는 도포액의 유로가 열린다.

제1 시린지 액토출 밸브(361)가 완전하게 열린 상태가 되는 시각 T2를 거쳐, 제1 시린지 구동 모터(313)가 작동하고, 피스톤(312)의 누름을 개시한다. 이 때 피스톤(312)을 단계적으로 가속하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 실린더(311) 내에 저류된 도포액이 가압되어, 제1 시린지(31)로부터 토출 펌프(41)로의 도포액의 압송이 개시된다. 토출 펌프(41)를 일정 속도로 작동시키면서, 가압된 도포액을 보냄으로써, 토출 펌프(41)로부터 일정 유량의 도포액이 송출된다. 송출 개시 직후의 도포액은 유량이 안정되어 있지 않을 가능성이 있으므로, 당초에는 순환 배관(44)을 통하여 호퍼 탱크(10)로 환류시켜 두고, 유량이 안정된 후의 적절한 타이밍에 노즐 유로 열림 밸브(45)를 열어(환류 유로 열림 밸브(46)를 닫아), 도포액을 노즐(50)에 보내는 것이 바람직하다.

CPU(91)는, 압력 센서(38)에 의한 압력 검출 결과에 의거하여 제1 시린지 구동 모터(313)를 제어함으로써 피스톤(312)의 누름 속도를 조정한다. 이것에 의해, 토출 펌프(41)의 상류측에 있어서의 도포액의 압력을 일정한 정압으로 유지한다.

제1 시린지(31)로부터의 도포액의 압송을 행하고 있는 동안에, 제2 시린지(32)로의 도포액의 충전을 행한다. 구체적으로는, 시각 T3에 있어서 액공급 밸브(23)가 열리고 배관(21)과 배관(24)을 접속하는 유로가 열린다(순환 배관(25)을 통한 환류 유로는 폐색된다). 이 때, 시린지 전환 밸브(33)에 의해, 배관(24)과 배관(342)을 접속하는 유로가 형성되어 있다. 그 때문에, 호퍼 탱크(10)로부터 배관(21)을 통하여 공급되는 도포액은, 배관(24) 및 배관(342)을 경유하여 제2 시린지(32)에 공급된다. 따라서, 제2 시린지 구동 모터(323)를 작동시켜 피스톤(322)을 인상시킴으로써, 제2 시린지(32) 내에 도포액이 충전된다.

이 때 CPU(91)는, 압력 센서(26)에 의한 압력 검출 결과에 의거하여 제2 시린지 구동 모터(323)를 제어한다. 구체적으로는, 검출되는 압력이 소정 범위의 정압이 되도록, 피스톤(322)의 인상 속도를 조정한다. 피스톤(322)의 인상 속도가 너무 빠르면, 공급 펌프(22)를 통한 호퍼 탱크(10)로부터의 도포액 공급이 제때에 되지 않아, 유로 내에 기포가 발생하거나 유로 내의 도포액의 압력이 저하되어 역류를 일으킬 우려가 있다. 그러나, 유로의 압력을 감시하면서 피스톤(322)을 인상시킴으로써, 이러한 문제를 회피할 수 있다. 또 제1 시린지(31) 내의 도포액이 모두 밀려 나오는 것보다도 먼저 제2 시린지(32)로의 충전이 완료되도록, 피스톤(322)의 인상 속도가 조정된다. 피스톤(322)이 상측 위치까지 도달하면, 제2 시린지 구동 모터(323)는 정지되고, 액공급 밸브(23)가 닫힌다. 공급 펌프(22)로부터 송출되는 도포액은 다시 순환 배관(25)을 통하여 호퍼 탱크(10)에 환류한다.

제2 시린지(32)로의 도포액의 충전이 완료된 후, 제1 시린지(31) 내의 도포액의 잔량이 소정값까지 감소하는 시각 T4에 있어서, 제2 시린지 액토출 밸브(362)가 열린다. 그리고, 제2 시린지 액토출 밸브(362)가 완전하게 열린 상태가 되는 시각 T5에 있어서, 제2 시린지(32)의 피스톤(322)의 누름이 개시됨과 함께, 제1 시린지(31)의 피스톤(313)의 누름 속도가 저감된다. 이것에 의해, 시각 T5부터 제1 시린지(31)의 피스톤(312)이 하측 위치에 도달하여 압송이 정지되는 시각 T6까지의 동안, 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)의 쌍방으로부터 도포액이 밀려 나와 토출 펌프(41)에 압송된다.

제1 시린지(31)로부터의 도포액의 송출이 정지하기 직전에 있어서는, 액의 송출량이 점차 감소하는 것에 기인하여 가압력이 약해져 버리는 것을 피할 수 없다. 그래서, 제1 시린지(31)로부터의 송출량의 저하에 맞추어, 이것을 보충하도록 제2 시린지(32)로부터의 도포액의 압송을 개시시킴으로서, 가압력의 저하를 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 시린지(31)로부터의 출력이 저하되어 가는 과정에 있어서도 압력 센서(38)에 의한 검출 압력이 일정해지도록, CPU(91)가 제2 시린지 구동 모터(323)를 작동시킨다. 이것에 의해, 토출 펌프(41)에 공급되는 도포액의 압력의 안정도를 높이고, 토출 펌프(41)로부터의 도포액의 유량의 변동을 방지할 수 있다.

제1 시린지(31)의 피스톤(312)이 하측 위치에 도달하는 시각 T6에서는, 제1 시린지 구동 모터(313)는 정지하고, 이후는 제2 시린지(32) 만으로부터의 도포액의 압송이 행해진다. 이 동안에서도, 압력 센서(38)에 의한 검출 압력이 일정해지도록 제2 시린지 구동 모터(323)가 제어됨으로써, 도포액의 유량의 변동이 방지된다.

이렇게 하여 제2 시린지(32)로부터 도포액을 압송하고 있는 동안에, 제1 시린지(31)로의 도포액의 충전이 행해지고 있다. 구체적으로는, 시각 T6에 있어서 제1 시린지 액토출 밸브(361)가 닫히고, 완전하게 닫힌 상태가 된 시각 T7 이후에, 액공급 밸브(23)가 다시 열린다. 이에 앞서, 시린지 전환 밸브(33)가 상태 「1」, 즉 제1 시린지(31)에 이르는 배관(341)측의 유로가 열리는 한편 제2 시린지(32)에 이르는 배관(342)측의 유로가 폐색되는 상태로 전환된다. 그리고, 제2 시린지(32)로의 충전 시와 마찬가지로, 압력 센서(26)에 의한 검출 압력을 감시하면서 제1 시린지 구동 모터(313)를 인상시킴으로써 제1 시린지(31) 내에 도포액이 충전된다. 충전이 완료되면 액공급 밸브(23)는 닫힌다.

제1 시린지(31)로의 충전이 완료된 후의 시각 T8에 있어서, 제1 시린지 액토출 밸브(361)가 다시 열린다. 제1 시린지 액토출 밸브(361)가 완전하게 열린 상태가 되는 시각 T9에 있어서, 제1 시린지(31)의 피스톤(312)의 누름이 개시됨과 함께, 제2 시린지(32)의 피스톤(323)의 누름 속도가 저감된다. 이것에 의해, 제2 시린지(32)로부터의 도포액의 송출량이 점차 감소하는 한편, 제1 시린지(31)로부터의 송출량이 증대하여, 전체적으로 토출 펌프(41)에 압송되는 도포액의 총량이 유지된다.

이와 같이 하여 도포액의 압송의 주체가 제2 시린지(32)로부터 제1 시린지(31)로 전환되면, 이후는 상기 동작을 주기적으로 반복함으로써, 토출 펌프(41)로부터 상시 일정량의 도포액을 연속적으로 송출할 수 있다. 그리고, 적절한 타이밍에 노즐 유로 열림 밸브(45) 및 환류 유로 열림 밸브(46)를 선택적으로 엶으로써, 도포액의 유로가 노즐(50)측 및 순환 배관(44)측으로 전환된다. 노즐(50)에 이르는 유로가 열렸을 때, 도포액은 노즐(50)로부터 토출되어 기재 S에 도포된다. 한편, 순환 배관(45)측의 유로가 열렸을 때, 노즐(50)로부터의 도포액의 토출은 정지되고, 도포액은 호퍼 탱크(10)에 환류한다. 이 동안, 토출 펌프(41)로부터의 도포액의 송출량은 일정하다.

다음에, 호퍼 탱크(10)의 내부 구조에 대해서 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 호퍼 탱크(10)는 내부 공간에 고점도 페이스트상의 도포액을 저류하고, 그 도포액을 배관(21)을 통하여 공급 펌프(22)에 공급한다. 호퍼 탱크(10)의 내부 공간에는 교반 날개가 설치됨으로써 도포액의 유동성이 유지되어 있다. 도포기는 고점도이기 때문에, 호퍼 탱크(10)로부터 공급 펌프(22)에 이르는 배관(21)에 있어서 공급 펌프(22)의 흡입 능력이 부족할 우려가 있다. 공급 펌프(22)는 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)로의 도포액의 충전을 어시스트하는 목적으로 설치되는 것이다. 이 의미에서는, 용적 효율이 저하된 경우에서도 필요한 송출량이 확보되도록 토출 능력에 충분한 여유가 있는 것이 적용되면 충분하며, 송출량에 엄밀한 정량성이 요구되는 것은 아니다. 그러나, 안정된 도포액의 송출을 위해서는, 호퍼 탱크(10)로부터 적극적으로 도포액이 송출되는 구성으로 되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이하, 이러한 도포액의 흐름을 형성하기 위한 호퍼 탱크(10)의 구조에 대해서, 몇가지의 예를 들어 설명한다.

도 7 내지 도 10은 호퍼 탱크의 내부 구조의 4개의 예를 각각 나타내는 도이다. 또한, 도 7 내지 도 10 및 이하의 기술에 있어서는, 이미 나온 구성과 동일 구조를 가지는 것에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 7에 나타내는 제1예의 호퍼 탱크(10a)에서는, 한 쌍의 교반 날개(112, 113)와, 그 교반 날개(112, 113)의 한쪽단(하단)을 지지하면서 탱크 본체(110) 내에서 회전하는 회전축(114)이 설치되어 있다. 교반 날개(112, 113)는 탱크 본체(110)의 저부의 테이퍼 부분에서 상부의 직동(直胴) 부분을 향해 탱크 본체(110)의 내벽(111)을 따르도록 연장된 대략 L자형의 판형상 부재이며, 테이퍼 부분을 따르는 부분과 직동 부분을 따르는 부분 사이에서 평판 재료에 약 45도 비틀림을 가한 형상으로 되어 있다.

이러한 구조의 교반 날개가 호퍼 탱크(10a) 내에서 회전함으로써, 탱크 내(특히 내벽(111)의 근방)의 도포액에 전단력이 상시 가해짐과 함께, 탱크의 상부로부터 저부로 향하는 도포액의 흐름이 발생한다. 이것에 의해, 탱크 저부로부터의 도포액의 유출이 촉진되어, 탱크 저부에 설치된 공급구(119)에 접속된 배관(21)(도1)을 통한 공급 펌프(22)에 의한 도포액의 송출이 매끄럽게 행해진다.

또, 도 8에 나타내는 제2예의 호퍼 탱크(10b)에서는, 제1예와 비교하면, 회전축(124)에 고정된 교반 날개(122, 123)에 더 만곡이 가해져 있다. 이것에 의해, 탱크 내에서의 도포액의 유동 및 저부로 향하는 흐름이 보다 촉진된다.

도 9에 나타내는 제3예의 호퍼 탱크(10c)에서는, 각각 나선형상을 가지는 리본형상의 한 쌍의 교반 날개(132, 133)가, 회전축(134)으로부터 연장되는 한 쌍의 서포트 아암(135, 136)에 의해 지지되어 있다. 이러한 구조에 의하면, 회전축(134)의 회전에 의해 탱크 내에서 도포액의 과류가 발생하고, 이것에 의해 탱크 내에서 저부로 향하는 도포액의 강한 흐름이 생성된다.

도 10에 나타내는 제4예의 호퍼 탱크(10d)는, 제3예의 호퍼 탱크(10c)에 있어서의 회전축(134) 및 서포트 아암(135, 136)을 탱크 저부까지 연장한 구조의 회전축(144) 및 서포트 아암(145, 146)을 가지며, 이들에 나선형상의 스크류 날개(147)를 더 장착한 것이다. 이러한 구조에 의해, 더 강한 과류를 발생시킬 수 있다.

이들 어느 하나의 구조에 의해서도, 단지 도포액을 탱크 내에서 교반하여 유동시킬 뿐만 아니라, 탱크 저부로 향하는 도포액의 흐름을 발생시키는 것이 가능하다. 이것에 의해 탱크 저부로부터 배관(21)으로의 도포액의 유출이 촉진되어, 도포액을 능동적으로 공급 펌프(22)에 보내는 것이 가능해진다. 그 결과, 공급 펌프(22)의 용적 효율을 향상시킬 수 있어, 안정된 도포액의 송출이 가능해진다. 또, 고용량의 펌프가 불필요해져, 공급 펌프(22)의 용량의 적정화를 도모함으로써 장치의 소형화 및 저비용화가 가능해진다.

이상과 같이, 이 도포 장치(1)에서는, 호퍼 탱크(10)로부터 노즐(50)에 이르는 도포액의 유로 상에 설치한 토출 펌프(41)에 의해 일정량의 도포액을 송출함으로써, 노즐(50)로부터의 도포액의 토출량을 제어하고 있다. 그리고, 토출 펌프(41)에 보내지는 도포액을 가압 유닛(30)에 의해 가압해 둠으로써, 고점도의 도포액에 대한 토출 펌프(41)의 흡입 능력의 부족에 기인하는 용적 효율의 저하를 억제한다. 이것에 의해, 토출 펌프(41)로부터 안정된 유량으로의 도포액의 송출이 가능해지고 있다. 즉, 토출 펌프(41)가 고점도의 도포액에 대해 단독으로는 충분한 흡입 능력을 가지지 않아도, 가압 유닛(30)으로부터의 어시스트에 의해, 도포액을 일정 유량으로 송출하는 것이 가능해진다.

가압 유닛(30)은, 내부에 도포액을 일시적으로 저류함과 함께 저류된 도포액을 가압하는 기능을 가지는 한 쌍의 시린지 펌프(제1 시린지(31), 제2 시린지(32))를 구비하고, 이들 시린지 펌프가 서로 병렬로 유로에 접속되는 것이다. 병렬 접속된 복수의 시린지 펌프를 상보적으로 작동시켜, 송출되는 도포액에 대한 가압 및 내부로의 도포액의 충전을 교호로 실행함으로써, 토출 펌프(41)에 대해 계속적이며 또한 안정적으로 도포액을 압송하는 것이 가능해지고 있다.

보다 구체적으로는, 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32) 중 적어도 한쪽으로부터 도포액을 압송함으로써 토출 펌프(41)에 공급되는 도포액에 일정한 정압을 부여한다. 그 동안에, 가압을 행하지 않는 쪽의 시린지 펌프에 도포액을 충전한다. 한쪽의 시린지 펌프로부터의 압송이 종료되기 직전에는, 당해 시린지 펌프로부터의 압송을 계속하면서 다른쪽의 시린지로부터의 도포액의 압송을 행한다. 이렇게 함으로써, 압송의 주체가 되는 시린지 펌프가 전환될 때의 압력의 변동을 억제할 수 있다.

또, 제1 및 제2 시린지(31, 32)로부터 토출 펌프(41)에 이르는 유로 상에 압력 센서(38)를 설치하고, 검출되는 압력에 의거하여 제1 및 제2 시린지(31, 32)를 제어한다. 이렇게 함으로써, 토출 펌프(41)에 공급되는 도포액의 압력을 안정시킬 수 있다. 특히, 도포액에 상시 일정한 정압을 부여해 둠으로써, 토출 펌프(41)로부터는 유량 일정하게 맥동이 없는 도포액의 송출을 행할 수 있다. 간단한 구조로 내부의 유체에 대한 가압력의 제어가 용이하다는 점에 있어서, 시린지 펌프는 이 목적에 적합한 것이다.

또, 도포액을 저류하는 호퍼 탱크(10)로부터 가압 유닛(30)에 이르는 도포액의 유로에 공급 펌프(22)가 설치되어 있다. 그 때문에, 고점도의 도포액을 호퍼 탱크(10)로부터 가압 유닛(30)의 각 시린지 펌프로 보다 확실히 공급할 수 있다.

또, 토출 펌프(41)로서는 나사 펌프, 보다 구체적으로는 1축 편심 나사 펌프인 모노 펌프가 이용된다. 모노 펌프는 고점도의 유체를 작은 유량으로 송출하는 용도에 적합하며, 유량의 안정성에 있어서도 양호하다. 특히 고점도의 유체에 있어서는 흡입 능력의 저하가 염려된다. 그러나, 이 도포 장치(1)에서는 도포액의 유통 방향에 있어서 토출 펌프(41)의 상류측에 가압 유닛(30)을 설치하고 있다. 그 때문에, 흡입 능력의 부족에 기인하는 송출량의 변동의 문제는 해소되고 있다.

또, 도포액의 유통 방향에 있어서 토출 펌프(41)의 하류측의 유로로부터 호퍼 탱크(10)에 도포액을 환류시키기 위한 순환 배관(44)이 설치된다. 이렇게 함으로써, 호퍼 탱크(10)로부터 토출 펌프(41)에 이르는 송액계에 있어서 도포액을 상시 유통시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 도포액의 칙소성에 기인하는 유동성의 저하가 방지되며, 안정된 토출 제어(노즐로부터의 토출의 온·오프 및 토출량의 제어)가 가능해진다.

또, 내부에 도포액이 저류된 호퍼 탱크(10) 내에 교반 날개(112, 113) 등을 설치하여 도포액을 교반함으로써, 도포액에 상시 전단력을 부여해 둘 수 있다. 이것에 의해, 칙소성에 기인하는 탱크 내에서의 도포액의 유동성의 저하를 방지할 수 있다. 이 때, 탱크 내에 있어서, 외부의 배관(21)과 접속된 탱크 저부로 향하는 도포액의 흐름이 발생하도록 교반 날개의 형상을 설정함으로써, 탱크로부터 하류측으로의 도포액의 흐름을 촉진시킬 수 있다. 이것에 의해, 보다 안정된 도포액의 송출이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 고점도 페이스트상의 도포액이 본 발명의 「피토출물」에 상당하고 있으며, 호퍼 탱크(10)이 본 발명의 「공급부」로서 기능하고 있다. 그리고, 탱크 본체(110)가 본 발명의 「저류부」에 상당하는 한편, 교반 날개(112, 113) 등이 본 발명의 「교반부」에 상당하고 있다. 또, 이 실시 형태에서는, 토출 펌프(41)가 본 발명의 「송출 수단」으로서 기능하는 한편, 공급 펌프(22)가 본 발명의 「안내 수단」으로서 기능하고 있다. 또, 제1 시린지(31) 및 제2 시린지(32)가 각각 본 발명의 「가압 수단」으로서 기능하고 있으며, 실린더(311, 312)의 내부 공간이 본 발명의 「저류 공간」에 상당하고 있다.

또, 상기 실시 형태에서는, CPU(91), 모터 구동부(92) 및 밸브 구동부(93)가 일체로 본 발명의 「제어 수단」으로서 기능하는 한편, 압력 센서(38)가 본 발명의 「압력 검출 수단」으로서 기능하고 있다. 그리고, 이 도포 장치(1)로부터 반송 유닛(70)을 제외한 구성이, 본 발명의 「토출 장치」에 상당하고 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면 상기 실시 형태에서는, 공급 펌프(22) 및 토출 펌프(41)로서 각각 모노 펌프를 이용하고 있지만, 고점도의 유체를 송출 가능한 다른 방식의 펌프를 이용해도 상관없다. 적용 가능한 펌프로서는, 유압 실린더식 펌프, 드럼 펌프, 플런저식 펌프 등이 있다. 또, 모노 펌프 이외의 1축 펌프나 2축 펌프, 스크류 펌프 등, 다른 형식의 나사 펌프를 이용하는 것도 가능하다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 본 발명의 「가압 수단」으로서 2세트의 시린지 펌프를 이용하고 있다. 그러나, 액체에 대해 제어된 압력을 부여하면서 송출할 수 있는 것이면, 시린지 펌프 이외의 구성을 가압 수단으로서 이용하는 것이 가능하다. 또, 가압 수단은 2세트에 한정되지 않고, 3세트 이상의 가압 수단을 순서대로 사용하여 도포액(피토출물)을 가압하도록 해도 된다. 또, 모터에 의해 구동되는 시린지 펌프 이외에, 예를 들면 에어 구동, 캠 구동에 의해 동작하는 시린지 펌프여도 된다. 또, 가압 수단에 의해 피토출물에 부여되는 압력은, 본 실시 형태와 같이 상시 일정값이 유지되는 양태에 한정되지 않으며, 송출 수단으로부터의 송출량에 변동을 발생시키지 않는 정도이면 약간의 변동이 있어도 허용되는 경우도 있을 수 있다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 토출 펌프(41)와 노즐(50) 사이에 설치된 유량계(42)의 검출 결과에 의거하여 토출 펌프(41)가 제어됨으로써 노즐(50)로부터의 토출량이 조정되어 있다. 그러나, 이러한 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 토출 펌프(41)와 노즐(50) 사이에 설치한 압력 센서에 의한 압력 검출 결과에 의거하여 토출 펌프(41)를 제어함으로써, 노즐(50)로부터의 토출량을 조정하도록 해도 된다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 호퍼 탱크(10)와 가압 유닛(30) 사이에 공급 펌프(22)를 설치하여 도포액이 확실히 시린지 펌프에 충전되도록 하고 있다. 그러나, 「가압 수단」에 대한 액공급에 문제가 없으면 공급 펌프(22)(안내 수단)를 생략해도 상관없다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 토출 펌프(41)로부터 노즐(50)에 이르는 유로로부터 분기하는 환류 유로를 설치하여, 노즐(50)로부터 도포액을 토출하지 않을 때에 도포액을 호퍼 탱크(10)에 환류시키도록 하고 있다. 그러나, 이러한 환류 유로를 설치하지 않은 도포 장치 또는 토출 장치에 있어서도, 본 발명은 유효하게 기능하는 것이다. 또, 노즐을 경유하여 호퍼 탱크로 되돌아오는 환류 유로여도 된다.

또, 이 실시 형태의 도포 장치(1)는, 활물질 재료를 포함하는 도포액을 피토출물로서, 그 도포액을 집전체에 도포함으로써 전지용 전극을 제조하는 장치이다. 그러나, 본 발명은 이것과는 상이한 목적의 도포 장치에도 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도전 재료를 포함하는 도포액을 도포함으로써 광전 전환층에 집전 전극을 형성하여 태양 전지를 제조하는 장치나, 예를 들면 각종의 표시 장치용의 유리 기판 등에 임의의 기능층을 도포에 의해 형성하는 장치에도 본 발명을 적용 가능하다.

또한, 이 실시 형태는, 노즐(50)로부터 토출되는 도포액을 기재 S에 도포하는 도포 장치이지만, 이와 같이 도포 대상물에 대한 도포를 목적으로 하여 피토출물이 토출되는 것에 한정되지 않고, 다양한 목적으로 피토출물을 토출하는 각종의 토출 장치에 대해, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

1: 도포 장치(토출 장치) 10: 호퍼 탱크(공급부)
22: 공급 펌프(안내 수단) 31: 제1 시린지(가압 수단)
32: 제2 시린지(가압 수단) 38: 압력 센서(압력 검출 수단)
41: 토출 펌프(송출 수단) 91: CPU(제어 수단)
92: 모터 구동부(제어 수단) 93: 밸브 구동부(제어 수단)
110: 탱크 본체(저류부) 112, 113: 교반 날개(교반부)

Claims (12)

1. 공급부로부터 공급되는 페이스트상의 피토출물을 토출하는 노즐과,
   상기 공급부로부터 상기 노즐에 이르는 상기 피토출물의 유로 상에 설치되며, 상기 유로 내의 상기 피토출물을 상기 공급부측으로부터 상기 노즐측을 향해 소정 유량으로 송출하는 송출 수단과,
   상기 공급부와 상기 송출 수단 사이의 상기 유로 상에 서로 병렬로 설치되며, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을 일시적으로 저류 공간에 저류하는 기능과, 상기 저류 공간에 저류된 상기 피토출물을 가압하여 상기 송출 수단을 향해 압송하는 기능을 각각이 가지는, 복수의 가압 수단과,
   적어도 1개의 상기 가압 수단에 상기 피토출물을 가압시킴으로서, 상기 송출 수단에 연통하는 상기 유로 내의 상기 피토출물에 소정의 정압을 부여하면서, 상기 피토출물의 가압을 행하지 않은 적어도 1개의 상기 가압 수단에 대해 상기 공급부로부터 상기 피토출물을 공급시키는 제어 수단을 구비하고,
   상기 제어 수단은, 1개의 상기 가압 수단이 상기 송출 수단으로의 상기 피토출물의 압송을 정지하기 전에, 다른 적어도 1개의 상기 가압 수단으로부터 상기 송출 수단으로의 상기 피토출물의 압송을 개시하도록 하는 것을 특징으로 하는 토출 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 가압 수단으로부터 상기 송출 수단에 이르는 상기 유로 내의 압력을 검출하는 압력 검출 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 수단은, 상기 압력 검출 수단의 검출 결과에 의거하여 상기 가압 수단을 제어하는, 토출 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가압 수단의 각각이 시린지 펌프를 가지는, 토출 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 공급부로부터 상기 복수의 가압 수단에 이르는 상기 유로 상에 설치되며, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을 상기 복수의 가압 수단에 안내하는 안내 수단을 구비하는, 토출 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 송출 수단이 나사 펌프인, 토출 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 유로를 따른 상기 피토출물의 유통 방향에 있어서 상기 송출 수단보다 하류로부터 상기 공급부로 상기 피토출물을 환류시키는 환류 유로를 가지는, 토출 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 공급부로서, 상기 피토출물을 내부 공간에 저류하는 저류부와, 상기 저류부의 내부 공간에 설치되어 상기 피토출물을 교반하면서 상기 내부 공간으로부터 상기 유로로 향하는 상기 피토출물의 흐름을 발생시키는 교반부를 가지는, 토출 장치.
8. 노즐로부터 페이스트상의 피토출물을 토출시키는 토출 방법에 있어서,
   상기 피토출물을 공급하는 공급부로부터 상기 노즐에 이르는 상기 피토출물의 유로 상에, 상기 피토출물의 유통 방향을 따라 가압 수단 및 송출 수단을 순서대로 배치하는 제1 공정과,
   상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을, 상기 가압 수단에 의해 가압하여 상기 송출 수단으로 압송하는 제2 공정과,
   상기 제 2 공정을 실행하면서, 상기 가압 수단으로부터 압송되는 상기 피토출물을 상기 송출 수단에 의해 상기 노즐에 소정 유량으로 송출하는 제3 공정을 구비하고,
   상기 제 1 공정에서는, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 피토출물을 일시적으로 저류 공간에 저류하는 기능, 및, 상기 저류 공간에 저류된 상기 피토출물을 가압하여 상기 송출 수단을 향해 압송하는 기능을 각각이 가지는 복수의 상기 가압 수단을, 서로 병렬로 접속한 상태로 상기 유로에 삽입하고,
   상기 제 2 공정에서는, 적어도 1개의 상기 가압 수단이 상기 피토출물을 가압함으로써, 상기 송출 수단에 연통하는 상기 유로 내의 상기 피토출물에 소정의 정압을 부여하면서, 상기 피토출물의 가압을 행하지 않은 적어도 1개의 상기 가압 수단에 대해 상기 공급부로부터 상기 피토출물을 공급하고,
   상기 1개의 상기 가압 수단이 상기 송출 수단으로의 상기 피토출물의 압송을 정지하기 전에, 다른 적어도 1개의 상기 가압 수단으로부터 상기 송출 수단으로의 상기 피토출물의 압송을 개시하도록 하는 것을 특징으로 하는 토출 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제 2 공정에서는, 상기 가압 수단과 상기 송출 수단 사이의 상기 유로 내의 압력이 일정해지도록 상기 복수의 가압 수단 각각을 동작시키는, 토출 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 가압 수단으로서 한 쌍의 시린지 펌프를 이용하여, 일방의 시린지 펌프에 의해 상기 피토출물을 가압하면서, 타방의 시린지 펌프에 상기 공급부로부터 상기 피토출물을 공급하는, 토출 방법.
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 송출 수단으로서 나사 펌프를 이용하는, 토출 방법.
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 송출 수단으로부터 송출되는 상기 피토출물을 상기 공급부에 환류시키는 환류 유로를 설치하고, 상기 노즐로부터의 상기 피토출물의 토출과, 상기 환류 유로에 대한 상기 피토출물의 환류를 선택적으로 행하는, 토출 방법.

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