KR101861556B1

KR101861556B1 - 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치

Info

Publication number: KR101861556B1
Application number: KR1020170034895A
Authority: KR
Inventors: 송양섭; 최윤기
Original assignee: 최윤기
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-05-28

Abstract

본 발명은, 이차전지의 전극 극판이나 LCD, PDP, OLED 등의 글라스에 초미세한 두께의 코팅액을 정밀 도포하기 위한 다이 코터에 다단(多段)실린더를 장착함으로써 장치를 소형화하더라도 큰 힘으로 코팅액이 분출되는 슬롯의 갭(gap)을 미세하게 조정할 수 있게 하여, 필름이나 글라스 상면에 형성되는 코팅층 두께의 초정밀제어는 물론 고품질·고효율의 제품을 구현할 수 있는, 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치{Die coater gap adjustment device using multi-stage cylinder}

본 발명의 다이 코터의 갭 조정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이차전지의 전극 극판이나 LCD, PDP, OLED 등의 글라스에 코팅액을 정밀 도포하기 위한 다이 코터에 다단(多段)실린더와 변위센서를 장착하여 코팅액이 분출되는 슬롯의 간격(틈)을 미세하게 조정하여 항상 균일한 두께의 코팅을 할 수 있는, 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치에 관한 것이다.

일반적으로 두께가 얇은 필름(이하에서는 코팅하고자 하는 기재라는 의미로 '필름'이라는 용어를 사용하며, 기재는 알루미늄 박판(薄板), 동(銅) 박판, 폴리에스테르 등으로 된 필름, 글라스 등이다)의 일측면 또는 양측면에 용액이나 슬러리 형태의 코팅액(이하에서는 용액과 슬러리를 모두 포함하는 의미로 '코팅액'이라는 용어를 사용한다)을 일정한 두께로 코팅하는 경우, 코팅 방식은 크게 다이 코팅 (die coating) 방식과 롤 코팅(roll coating) 방식으로 구분되는데, 롤 코팅 방식은 롤을 코팅액과 접하도록 설치하고, 코팅하고자 하는 필름이 롤과 접촉하면서 통과하게 하여 롤과의 접촉면에 코팅액을 일정 두께로 도포시키는 방식이다.

또 다이 코팅 방식은, 코팅액을 넓은 면적에 비교적 얇게 도포하는 장치로 다이 코터(Die coater)를 사용하는데, 다이 코터는 일방으로 길게 형성되는 슬롯 다이가 형성되어 있다. 슬롯 다이는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 틈(슬롯)으로 코팅액이 배출되도록 하여 슬롯 다이 또는 필름이 움직이도록 하면서 필름에 코팅액을 도포하게 된다. 이러한 슬롯 다이를 사용한 코팅방법은 유지 보수 및 생산성이 우수하기 때문에 평판 디스플레이장치의 패널 제조나 이차전지 전극의 극판에 코팅액을 도포하기 위해 많이 사용되고 있다.

리튬 이차전지를 예로 들면, 전지가 최대의 충전용량을 갖기 위해서는 코팅액이 좁은 공간에 많이 도포되어야 하고, 동일한 양의 코팅액으로 충·방전 효율을 높이기 위해서는 코팅액이 두 전극의 대향 면에 고른 두께로 형성되어야 한다. 하지만, 고품질·고효율의 제품을 구현하고, 생산 효율을 높이기 위해 슬롯 다이의 대형화 및 도포 공정의 고속화가 이루어짐에 따라 슬롯 다이에서 토출되는 코팅액의 양이 다이의 폭방향 전체에 걸쳐 항상 일정해야 한다는 문제가 더욱 중요한 기술문제로 대두하게 되었다. 그런데 도포 공정의 생산성 증대를 위하여 슬롯 다이의 길이가 길수록 다이의 중앙부와 양단부(兩端部)에서 토출되는 코팅액의 양이 다르게 되어―부연하여 설명하면, 슬롯 다이의 측면으로 갈수록 압력이 약해져서 랜드부에서 코팅액의 유속의 차이를 가져오게 되어, 결국 분출되는 코팅액의 양이 달라지게 됨―코팅 두께의 불균일이 심해지고, 필름에 코팅액이 도포되는 부위를 단속적(斷續的)으로 형성하는 경우 코팅액 공급도 단속적으로 이루어져야 하는데 생산성 향상을 위해 필름의 이송속도를 증가시킴에 따라 정확한 패턴의 형성이 더욱 어렵게 된다는 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 특허등록 제1229278호 "서보모터에 의한 다이 코터의 갭 조정장치" 등과 같은 기술이 출현하였고, 본 발명의 출원인은 특허등록 제1000874호 "다이 코터의 유압식 갭 조정장치"를 개발하여 양산하고 있는데, 본 발명의 갭 조정장치는 단일의 장비가 아니라 다른 제조장치(설비)에 부수적으로 부착되어 설치되는 장비이기 때문에 장치를 소형화해야 한다. 그런데 기존의 갭 조정장치들은 서보모터 또는 유압이나 공압을 사용하는 단일 실린더이므로, 크기가 크고 구조가 복잡하기 때문에 장치를 소형화시킬 경우 큰 힘을 발현하기가 어려워서 ㎛ 단위의 초미세한 두께를 단시간에 자유자재로 조절한다는 것이 매우 어렵고, 다이 코터의 상부에 서보모터 또는 다른 구성이 배치되어 있어서 유지 관리에 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 이차전지의 전극 극판이나 LCD, PDP, OLED 등의 글라스에 초미세한 두께의 코팅액을 정밀 도포하기 위한 다이 코터에 다단(多段)실린더를 장착함으로써 장치를 소형화하더라도 큰 힘으로 코팅액이 분출되는 슬롯의 갭(gap)을 미세하게 조정할 수 있게 하고, 구동부가 소형화되어 필름이나 글라스 상면에 형성되는 코팅층 두께의 초정밀제어는 물론 고품질·고효율의 제품을 구현할 수 있는, 다단(多段)실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치는, 상부바디의 상부 전방에 위치하는 경사면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치된 다단실린더에 의해 상부바디의 선단부(先端部)가 가압(加壓)되어 상부바디와 하부바디 사이에 형성된 슬롯의 갭(gap)이 조정되게 되며, 상기 다단실린더는, 원통 형상이고 내주면에 등간격으로 격벽이 형성된 실린더바디와, 실린더바디의 후방을 폐쇄시키는 실린더블록 및 실린더바디의 전방에 결합되는 부시(bush)를 구비하여 구성되고, 상기 실린더블록과 격벽 및 부시에 의해 실린더바디의 내부에 2∼4개의 챔버가 형성된 실린더; 공압유닛으로부터 에어를 공급받아 각 챔버에 에어를 공급하도록 실린더바디에 형성된 에어라인; 헤드부와 로드부가 일체로 형성되어 단면(斷面) 형상이 '┳'이고, 헤드부가 상기 각 챔버 내에 위치하고 로드부는 격벽을 관통하여 인접하는 헤드부와 일체로 연결되도록 조립되며, 상기 에어라인을 통해 공급된 에어에 의해 각 챔버 내에서 헤드부가 전진 또는 후진운동을 하게 되는 2∼4개의 피스톤; 상기 실린더바디를 관통하여 설치되어 선단이 상부바디의 선단부분에 설치된 요홈부의 벽에 접촉되는 변위센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 피스톤 중에서 가장 선단(先端)에 위치하는 1단피스톤의 로드부와 일체로 연결된 샤프트의 선단부분에 요부(凹部) 형상의 걸림홈이 형성되고, 상부바디 상부의 전방에 위치하는 경사면의 선단부분에 상부바디의 길이방향을 따라 요홈부가 형성되고, 요홈부 전방벽에 철부(凸部) 형상의 걸림턱이 형성되며, 걸림턱의 길이방향을 따라 등간격으로 U자홈이 형성되며, 샤프트의 걸림홈이 형성된 부분이 U자홈에 끼워져서 걸림턱을 밀거나 당기면서 슬롯의 갭을 조정하도록 구성된다.

바람직하게는, 변위센서는 샤프트를 중심으로 양측에 각각 위치하도록 설치되어 변형량을 측정하여 갭을 조정하게 된다.

바람직하게는, 각 챔버에서 피스톤 헤드부가 움직이는 방향의 상단부분과 하단부분에 전진용과 후진용 포트(port)가 각각 형성되어, 피스톤 헤드부가 전진할 때는 후진용 포트가 폐쇄되고, 피스톤 헤드부가 후진할 때는 전진용 포트가 폐쇄되도록 작동된다.

바람직하게는, 피스톤과 피스톤을 일체로 연결할 때는, 일측 피스톤의 로드부와 인접하는 헤드부 사이에 무두(無頭)볼트를 체결하여 일체로 연결한다.

본 발명에 따른 다이 코터의 갭 조정장치는, 다단(多段)실린더를 사용하기 때문에 동일한 크기의 다른 실린더에 비해 큰 힘을 발휘하게 되므로 갭 조정장치를 구성이 심플하고 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 작은 크기로도 큰 힘을 발현시킬 수 있으므로 실시간으로 갭의 크기를 극미세하게 조정할 수 있어서 슬롯의 전체 길이에 걸쳐 어느 위치에서나 일정량의 코팅액이 분출되게 된다. 또, 다수의 센서에 의해 코팅층의 두께 등에 대한 제어 및 측정이 실시간으로 피드백되기 때문에 코팅층의 균일한 두께와 고정밀도 및 형상 공차가 없게 코팅액을 도포할 수 있어서, 이차전지 전극으로 사용되는 알루미늄이나 동판 또는 LCD, PDP, OLED 등에 사용되는 글라스의 고품질·고효율 제품을 구현할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 다이 코터의 갭 조정장치는, 다단(多段)실린더를 사용하기 때문에 서보모터나 유압식에 비해 가격이 저렴하고, 특히 서보모터를 이용한 갭 조정장치에 비해 크기가 훨씬 작고 구성이 간단할 뿐만 아니라 실린더 구동을 위한 유로(air line) 등을 바디(body) 내부에 삽입 배치하여 외부로 노출되지 않기 때문에 장치의 유지 관리가 매우 편리하다.

도 1은 상부바디와 하부바디를 도시한 사시도이다.
도 2는 다단실린더가 장착된 다이 코터의 단면도이다.
도 3은 다단실린더가 장착된 상부바디를 도시한 단면도이다.
도 4는 변위센서가 장착된 상태를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 다이 코터의 갭 조정장치의 가장 큰 기술적 특징은, 슬롯의 갭을 조정하기 위해 다단(多段)실린더를 사용함으로써 동일한 크기로 훨씬 더 큰 힘을 발휘할 수 있어서 장치를 소형화하더라도 실시간으로 코팅액 두께의 초미세한 조정을 가능하게 했다는 점과, 실린더 구동을 위한 유로(air line) 등을 바디(body) 내부에 삽입 배치하여 외부로 노출되지 않게 함으로써 유지 관리를 매우 편리하게 했다는 점이다.

다이 코터(10)는 상부바디(11)와 하부바디(12)를 체결볼트(도면부호 미지정)로 체결하여 상부바디(11)와 하부바디(12) 사이에 형성된 슬롯(slot)(13)을 통해 코팅액을 분출시켜 필름이나 글라스 표면에 코팅층을 형성하게 되며, 코팅액이 분출되는 선단부가 뾰쪽하도록 상부바디(11)와 하부바디(12)의 전방 부분에 경사면을 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다이 코터 갭 조정장치는 상부바디(11)의 상부 전방에 위치하는 경사면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치된 다단(多段)실린더(20)에 의해 상부바디(11)의 선단부(先端部)가 가압(加壓)되어 슬롯(13)의 크기, 즉 갭(gap)이 조정되게 된다.

다단실린더(20)는 내부가 다수개의 챔버로 구획된 실린더와, 각 챔버 내에서 전진 또는 후진 이동하게 되며 서로 일체로 연결된 다수개의 피스톤과, 각 챔버에 에어(air)를 공급하기 위한 에어라인과, 실시간으로 갭의 간격을 조정하기 위하여 변형량을 측정하는 변위센서 및 장치 전체를 제어하는 제어부(미도시)를 구비하게 된다.

실린더는 실린더바디(24)와 실린더블록(25) 및 부시(26)를 구비하여 구성되어 2∼4개의 챔버가 형성된 다단(多段)실린더인데, 단(段)수는 통상의 지식을 가진 기술자라면 아무런 기술적 어려움 없이 변경할 수 있는 정도의 기술이고, 본 명세서에서는 3단으로 된 실린더를 도시했으므로, 이하에서는 3단실린더를 예로 들어 설명한다.

실린더바디(24)는 양끝이 개방된 원통 형상이고, 원통 형상의 내주면에는 길이방향을 따라 등간격으로 격벽(24a, 24b)이 형성되어 구성된다. 실린더블록(25)은 실린더바디(24)의 후방을 폐쇄시키는 구성이고, 부시(bush)(26)는 실린더바디(24)의 전방에 결합되는 구성이며, 상기 실린더블록(25)과 격벽(24a, 24b) 및 부시(26)에 의해 실린더바디(24)의 내부에 제1 내지 제3챔버(241, 242, 243)가 형성된다.

에어라인(air line)(244)은 공압유닛(미도시)으로부터 에어를 공급받아 제1 내지 제3챔버(241, 242, 243)에 에어를 공급하도록 실린더바디(24) 내부에 형성된다. 에어라인(244)은 전진에어홀(244a)과 후진에어홀(244b)을 통해 각각 전진용과 후진용 에어를 공급하는 2개의 라인으로 구성되며, 제1 내지 제3챔버(241, 242, 243)에서 피스톤 헤드부가 움직이는 방향의 상단부분과 하단부분에 전진용과 후진용 포트(port)가 각각 형성되어, 피스톤 헤드부가 전진할 때는 후진용 포트가 폐쇄되고, 피스톤 헤드부가 후진할 때는 전진용 포트가 폐쇄되도록 작동된다.

피스톤은 단면(斷面)이 원형인 헤드부와 직선상의 로드부가 일체로 형성되어 전체적인 단면(斷面) 형상이 '┳' 형상이다. 헤드부는 각 챔버 내에 위치하면서 챔버 내에서 전진 또는 후진하게 되고, 로드부는 격벽을 관통하여 인접하는 헤드부와 일체로 연결되어 조립되며, 에어라인(244)을 통해 공급된 에어(air)에 의해 제1 내지 제3챔버(241, 242, 243) 내에서 1단 내지 3단피스톤(21, 22, 23)의 헤드부가 전진 또는 후진운동을 하게 된다. 1단 내지 3단피스톤(21, 22, 23)을 일체로 연결할 때는, 일측 피스톤의 로드부와 인접하는 헤드부 사이에 무두(無頭)볼트(미도시)를 체결하여 1단 내지 3단피스톤(21, 22, 23)이 일체로 연결된다. 물론 기밀을 위하여 각 피스톤의 헤드부와 실린더바디(24)의 내주면 사이에는 실링(sealing)이 되어야 한다.

피스톤 중에서 가장 선단(先端)에 위치하는 피스톤이 1단피스톤(21)인데, 1단피스톤(21)은 상부바디(11)의 선단부에 힘을 가해야 하므로, 1단피스톤(21)의 로드부에는 길이가 긴 샤프트(211)가 일체로 연결되어 구성되고, 샤프트(211)의 선단부분 외주면에 요부(凹部) 형상의 걸림홈(211a)이 형성되어 있다.

상부바디(11)의 경사부는, 다단실린더(20)가 장착되는 장착부(111)와, 다단실린더(20) 중에서 1단실린더(21)의 샤프트(211)의 선단부가 결합되며 경사부의 선단(先端)측에 위치하는 걸림턱(113)으로 구분되고, 장착부(111)와 걸림턱(113) 사이에는 빈 공간 형상의 요홈부(112)가 형성되어 있는데, 요홈부(112) 부분은 상부바디(11)의 선단부분에 공간을 형성한 부분으로, 공간을 형성했기 때문에 상부바디(11)의 두께가 얇아져 있으므로 걸림턱(113)에 다단실린더(20)에 의한 힘이 가해졌을 때 텐션이 작용하여 슬롯(13)의 간격을 조정하기가 수월해진다. 미설명 부호 27은 다단실린더(20)의 실린더바디(24)와 상부바디(11)의 선단부에 형성된 걸림턱(113) 사이를 덮어서 구성요소들이 외부로 노출되지 않고 외관이 깔끔하게 하도록 하기 위한 커버이다.

이와 같이 상부바디(11) 상부의 전방에 위치하는 경사면의 선단부분에 상부바디(11)의 길이방향을 따라 요홈부(112)가 형성되고, 요홈부(112) 전방벽에 철부(凸部) 형상의 걸림턱(113)이 형성되며, 걸림턱(113)의 길이방향을 따라 등간격으로 U자홈(114)이 형성되어 있으며, 1단실린더(21)의 로드부와 일체로 연결된 샤프트(211)의 걸림홈(211a)이 형성된 부분이 U자홈(114)에 끼워져서 안정된 자세로 걸림턱(113)을 밀거나 당기면서 슬롯(13)의 갭을 조정하게 된다.

갭 조정장치는, 필름 표면에 형성된 코팅층의 두께나 밀도를 측정하여 불균일할 경우에는, 곧바로 그 결과가 제어부(미도시)로 피드백되어 다단실린더(20)를 작동하여 슬롯(13)의 간격을 조정해 주게 된다. 이때 상부바디(11)의 경사부에 요홈부(112)가 형성되어 있어서, 다단실린더(20)가 작동하여 샤프트(211)가 걸림턱(113)을 밀어주면 요홈부(112) 부분의 상부바디(11) 두께가 얇으므로 힘이 가해졌을 때 텐션이 작용하여 슬롯(13)의 간격을 조정하기가 수월해진다. 다단실린더(20)는 크기를 작게 하더라도 큰 힘을 발휘할 수 있어서 슬롯(13)의 간격을 용이하고 미세하게 조정할 수 있다.

변위센서(28)는 실린더바디(24)를 관통하여 설치되어 선단이 상부바디(11)의 선단부분에 설치된 요홈부(112)의 전방에 위치하는 벽에 접촉되어 실시간으로 변형량을 측정하여 슬롯(13)의 갭 간격을 조정하는데 반영하게 된다. 이와 같은 변위센서(28)는 샤프트(211)를 중심으로 양측에 각각 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 에어라인(244)이나 변위센서(28)와 같은 부품이 모두 실린더바디(24)의 내부에 배치되어 있기 때문에 외부에서 보면 본 발명의 다이 코터(10) 자체가 매우 간단하고 콤팩트하며, 노출된 부분이 거의 없으므로 유지 관리가 매우 수월하다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 다이 코터 11 : 상부바디
111 : 장착부 112 : 요홈부
113 : 걸림턱 114 : U자홈
12 : 하부바디 13 : 슬롯(slot)
20 : 다단(多段)실린더 21 : 1단피스톤
211 : 샤프트 22 : 2단피스톤
23 : 3단피스톤 24 : 실린더바디
241 : 제1챔버 242 : 제2챔버
243 : 제3챔버 244 : 에어라인(air line)
25 : 실린더블록 26 : 부시(bush)
27 : 커버 28 : 변위센서

Claims

상부바디와 하부바디 사이에 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯을 통해 코팅액을 분출하여 필름이나 글라스 표면에 코팅층을 형성하는 다이 코터의 갭 조정장치에 있어서,
상기 갭 조정장치는, 상부바디의 상부 전방에 위치하는 경사면에 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치된 다단실린더에 의해 상부바디의 선단부(先端部)가 가압(加壓)되어 상기 슬롯의 갭(gap)이 조정되게 되며,
상기 다단실린더는,
원통 형상이고 내주면에 등간격으로 격벽이 형성된 실린더바디와, 실린더바디의 후방을 폐쇄시키는 실린더블록 및 실린더바디의 전방에 결합되는 부시(bush)를 구비하여 구성되고, 상기 실린더블록과 격벽 및 부시에 의해 실린더바디의 내부에 2∼4개의 챔버가 형성된 실린더;
공압유닛으로부터 에어를 공급받아 각 챔버에 에어를 공급하도록 실린더바디에 형성된 에어라인(air line);
헤드부와 로드부가 일체로 형성되어 단면(斷面) 형상이 '┳'이고, 헤드부가 상기 각 챔버 내에 위치하고 로드부는 격벽을 관통하여 인접하는 헤드부와 일체로 연결되도록 조립되며, 상기 에어라인을 통해 공급된 에어(air)에 의해 각 챔버 내에서 헤드부가 전진 또는 후진운동을 하게 되는 2∼4개의 피스톤;
상기 실린더바디를 관통하여 설치되어 선단이 상부바디의 선단부분에 설치된 요홈부의 벽에 접촉되는 변위센서;
를 포함하여 구성되고,
상기 각 챔버에서 피스톤 헤드부가 움직이는 방향의 상단부분과 하단부분에 전진용과 후진용 포트(port)가 각각 형성되어, 피스톤 헤드부가 전진할 때는 후진용 포트가 폐쇄되고, 피스톤 헤드부가 후진할 때는 전진용 포트가 폐쇄되도록 작동되는 것을 특징으로 하는 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치.
제1항에 있어서,
상기 피스톤 중에서 가장 선단(先端)에 위치하는 1단피스톤의 로드부와 일체로 연결된 샤프트의 선단부분에 요부(凹部) 형상의 걸림홈이 형성되고,
상기 상부바디 상부의 전방에 위치하는 경사면의 선단부분에 상부바디의 길이방향을 따라 요홈부가 형성되고, 요홈부 전방벽에 철부(凸部) 형상의 걸림턱이 형성되며, 걸림턱의 길이방향을 따라 등간격으로 U자홈이 형성되며,
상기 샤프트의 걸림홈이 형성된 부분이 U자홈에 끼워져서 걸림턱을 밀거나 당기면서 슬롯의 갭을 조정하도록 된 것을 특징으로 하는 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치.
제1항에 있어서,
상기 변위센서는 샤프트를 중심으로 양측에 각각 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 피스톤과 피스톤을 일체로 연결할 때는, 일측 피스톤의 로드부와 인접하는 헤드부 사이에 무두(無頭)볼트를 체결하여 일체로 연결한 것을 특징으로 하는 다단실린더를 이용한 다이 코터의 갭 조정장치.