KR102089010B1 - 필름 제조용 압출성형 다이 - Google Patents

필름 제조용 압출성형 다이 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 두 개의 블록(100, 200) 사이에 유동 덕트(110)를 획정하는 두 개의 블록을 포함하여, 압출로 필름을 제조하기 위한 다이로, 상기 두 개의 블록들 중 적어도 하나의 블록(200)은, 다이의 배출 개구 정도를 조절하기 위해, 덕트의 배출 마우스피스(112)의 근방에서 연장하며 탄성 변형 가능하게 구성되는 부분(220)을 구비하는 바디(210)를 포함하며, 다이의 블록(200)과 다른 블록(100) 사이의 거리를 선택적으로 조절할 수 있도록 변형가능 부분(210)을 변형시키기 위해 바디(210)의 변경가능 부분(220)의 조절가능 편향 수단(300)을 포함하며, 상기 편향 수단(300)은 적어도 하나의 베어링부(310)로, 해당 베어링부는 다이 배출구에서 유동 평면(101)과 직교하는 기본 방향 V를 따라 연장하는 변형가능 부분(220) 위에 지지되어 위치하며, 각 베어링부(310)는 상기 변형가능 부분(220) 위에 지지되는 제1 단부(312)를 포함한다.

Description

필름 제조용 압출성형 다이{DIE FOR MANUFACTURING A FILM BY EXTRUSION}
본 발명은 압출성형으로 필름을 제조하는 데에 사용되는 다이 분야에 관한 것이다.
본 발명은 특히 배터리 같은 전력 저장 어셈블리용 필름의 압출성형 제조 분야에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들면 특히 고체 전해질과 조립되는 폴리머 리튬 배터리에 사용되는 캐소드 혹은 전해질 필름을 제조하는 데에 적용된다.
편평한 필름을 압출하는 데에 사용되는 다이는 종래 기술로 이미 알려져 있다. 이들 다이들은 일반적으로 압출 스크류 혹은 용융 원재료로 만들어진 공급 펌프의 배출구에 위치하여 점성 소재의 유동 프로파일을 일반적으로 원통형 유동에서 편평한 유동으로 변화시킨다.
배터리 필름 제조를 목적으로 하는 경우, 압출 단계에 바로 후속하는 라미네이팅 단계를 거치는 중에, 다이 배출구에서 필름이 손상되지 않으면서 압축 폭의 어느 지점에서도 필름이 두께와 배출 속도 측면에서 가능하면 일정해야 하는 것이 중요하다. 필름이 균일하지 않으면, 라미네이팅 공정에서 기계적으로 약한 부위가 형성되거나 두께가 얇은 부분이 형성되어, 전기적 특성에 변화를 일으켜서 이러한 필름으로 제작되는 배터리의 성능을 손상시키게 된다.
다이를 통과하는 중에, 하중이 손실되어 필름이 불균질하게 될 수 있다. 이로 인해, 필름은 다이 배출구에서 필름의 중심부보다는 횡단 방향 단부에서 특히 더 얇아지는 경향을 보인다. 또한, 다이의 기계적 성능(특히 압력에 의한 다이의 중심부의 구부러짐)이 배출구에서 필름 내에 불균질성을 낳기도 한다.
이러한 유형의 문제를 해결하기 위해, 다이들이 2개의 부분을 포함하며, 상기 2개의 부분 사이에는 유동 덕트(혹은 유동 압입부)가 형성되어 있는 것이 이미 알려져 있다. 이들 부분들 중 적어도 하나는, 덕트를 따라서 탄성 변형할 수 있도록 구성된 립 형태의 부분을 포함하며, 이 부분은 덕트의 배출 마우스피스 근방에서 연장하고 있으며, 이 부분의 횡단 부분을 따라 립의 서로 다른 부분 위에 지탱되어 있는 조절 나사로 다이의 다른 부분에 대한 거리를 조절하게 된다.
그러나, 이러한 유형의 다이의 다이 배출구에서 조절 나사의 크기(bulk)로 인해, 다이가 상기 배출구에 근접하는 라미네이팅 수단을 다이의 배출구에 즉시 위치시킬 수 없다. 다이 마우스피스의 라미네이팅 실린더의 인접부는 필름 횡단 방향으로의 스웨이징을 제한함으로써 최종 필름의 품질을 개선한다. 스웨이징은 필름이 서포트 상에 위치하지 않을 때에 발생할 수 있는 현상이다. 전술한 바와 같은 공기 갭 조절 나사는 너무 커서 라미네이팅 실린더 근방에 설치하고, 라미네이팅 실린더의 수렴 지점과 다이 배출구 사이에 짧은 거리를 유지하기가 곤란하다.
본 발명에 따른 다이의 목적은 이러한 문제점들을 해결하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 두 개의 블록 사이에 유동 덕트를 획정하는 두 개의 블록을 포함하여, 압출로 필름을 제조하기 위한 다이로, 상기 두 개의 블록들 중 적어도 하나의 블록은,
- 덕트의 배출 마우스피스의 근방에서 연장하며 탄성 변형 가능하게 구성되는 부분을 구비하는 바디와,
- 다이의 블록과 다른 블록 사이의 거리를 선택적으로 조절할 수 있도록 변형가능 부분을 변형시키기 위해 바디의 변경가능 부분의 조절가능 편향 수단을 포함하며,
상기 편향 수단은;
- 적어도 하나의 베어링부로, 해당 베어링부는 다이 배출구에서 유동 평면과 직교하는 기본 방향 V를 따라 연장하는 변형가능 부분 위에 지지되어 위치하며, 각 베어링부는 상기 변형가능 부분 위에 지지되는 제1 단부를 포함하는, 적어도 하나의 베어링부와,
- 상기 바디에 대해 상대 이동하며, 다이 배출구로부터 먼쪽으로 상기 제1 단부의 반대편에 있는 각 베어링부의 제2 단부에 작용하여 제2 단부의 위치를 조절할 수 있는 조절 수단을 포함하는, 필름 제조용 다이에 있어서,
상기 편향 수단이 적어도 하나의 중간 레버를 포함하고, 상기 레버들 혹은 각 레버가 제2 단부에 대해 지탱되도록 하기 위해 베어링부들 혹은 베어링부 중 어느 하나와 조절 수단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이를 제안한다.
본 발명의 다른 유리한 특징에 따르면, 편향 수단이 상기 유동 평면과 대체로 직교하는 횡단 방향을 따라 연장하는 복수의 베어링부를 포함하고, 베어링부는 덕트의 마우스피스를 따라서 다이의 횡단 방향을 따라 분포되어 있는 변형가능 부분의 다른 부분 위에서 단부들 중 제1 단부에 의해 지탱되도록 구성 및 위치하고 있으며, 다이 배출구로부터 먼 쪽에 있는 베어링부의 제2 단부는 적어도 하나의 다른 베어링부와는 독립되어 베어링부의 위치를 조절하도록 조절 수단에 연결되어 있다.
이에 따라, 종래 기술에 있어서와 같이, 변형가능 부분이 적어도 다이의 블록들 중 어느 한 블록의 단부에 위치하고 있기 때문에, 두 블록 사이의 공기 갭이 가장 잘 조절될 수 있게 된다. 베어링부는 다이의 횡단 방향을 따라 변형가능 부분의 위치를 조절하도록 변하여, 아래에서 자세하게 기술되어 있는 본 발명에 따른 양상에 의해, 종래 기술에 의한 경우보다 더 정밀하게 조절할 수 있다.
또한, 조절 수단이 더 이상 다이의 마우스피스에 있지 않도록 자리를 옮기고, 베어링부가 변형가능 부분과 조절 수단 사이에 개재되도록 함으로써, 다이 단부에서의 조절 시스템의 크기를 줄이는 데에 도움이 되며, 다이 다자인의 자유도를 타의 추종을 불허할 정도로 부여하게 된다. 이에 따라, 다이가 최대한 실린더에 근접되도록 구성될 수 있게 된다.
바람직하기로는, 블록들 바디 혹은 블록들 중 적어도 한 블록의 바디가 유동 평면을 횡단하는 기본 방향으로 연장하며 덕트의 배출 마우스피스에 인접하는 단부 면을 구비하고, 편향 수단은 조절 수단이 유동 방향에 대해 단부 면의 상류로 연장하도록 구성된다. 블록들 바디 혹은 블록들 중 적어도 한 블록의 바디는 다이와 라미네이팅 실린더의 단부 면 사이에 위치하지 않는다.
베어링부는 근본적으로 다이의 횡방향 크기 전체에 걸쳐서 배치되는 것이 바람직하다. 그렇지만, 베어링부가 다이의 일부분의 크기에 걸쳐서 배치될 수도 있다. 베어링부는 서로 나란하게 그리고 바람직하기로는 서로 접촉하며 나란하게 배치되어 있다. 이렇게 하면 조절 정밀도를 더 높일 수 있다.
바람직하기로는, 각 베어링부는 각 조절 수단에 연결되어 있다.
각 레버는 특별히 조절가능 부분을 포함하는 블록의 바디 위에 2개의 가지(branch)가 관절식으로 회전하는 L형으로 형성되어 있으며, 그 중 짧은 가지는 대응 베어링부의 제2 단부 위에 지지되는 단부를 포함하여 베어링부를 변형가능 부분을 향해 밀고, 긴 가지는 조절 수단과 함께 연동한다.
한편으로 대응 블록의 바디에 대한 레버의 회전축과 레버 상의 각 조절 수단의 지지점 사이의 거리와, 다른 한편으로, 회전축과 각 베어링부 상의 레버의 지지점 사이의 거리 사이의 비가 2보다 크고, 바람직하기로는 4 내지 6 사이이며, 유리하기로는 5이다. 그렇지만 이러한 비가 1보다 큰 레버도 당연히 본 발명의 범위에 속한다.
선택되는 조절 수단의 피치가 제한 인자로 작용하지 않으면서, 변형가능 부분의 위치가 매우 세밀하게 조절될 수 있기 때문에, 실제로, 레버는 두 블록들 사이의 공기 갭을 보다 정밀하게 조절한다.
레버와 대응 베어링부가 블록 위에서 올바른 위치에 유지되도록 하기 위해, 변형가능 부분과 조립되어 있는 블록이 레버 위, 특히 베어링부 상의 레버의 지지점 근방에 형성되어 있는 돌출부와 상보적인 함몰부를 구비한다.
다이는, 적어도 한 세트의 복수의 레버를 다단으로 포함하여, 상기 세트들 혹은 각 세트는 베어링부들 혹은 베어링부들 중 하나와 각 조절 수단 사이에 위치하며, 상기 조절 수단에 연결되어 있는 각 베어링부의 변위와 각 조절 수단의 변위 사이이 비를 나눈다(demultiply). 이에 의해 필요에 따라서 조절 미세도가 증가된다.
마우스피스가 다이의 나머지 부분에 대해 돌출부를 형성하도록, 블록들은 유동 평면에 대해 기본적으로 대칭으로 되어 있다. 이에 따라, 라미네이팅 실린더의 다이와 실린더의 수렴 영역의 다이의 마우스피스가 실린더 레벨에서 더 근접하게 되며, 라미네이팅 영역에 대응하는 실린더들 사이의 공기 갭이 작아진다. 다이의 마우스피스는 특히 실린더들과 수렴 영역들 중 적어도 한 부분 사이에서 유동 방향을 따라 위치할 수 있다.
덕트의 배출 마우스피스에 인접하여 유동 평면을 횡단하는 기본 방향으로 연장하는 블록의 단부 면들이 오목하며, 바람직하기로는 전반적으로 하류에 위치하는 라미네이팅 실린더의 엔빌로프와 상보적인 원통형 회전형이다. 이에 따라, 다이가 라미네이팅 실린더의 형상과 정합(match)되게 된다.
변형가능 부분을 포함하는 블록(들)의 바디도 전반적으로 오목한 단부 면을 포함하고, 베어링부는 실질적으로 일정한 두께로 바디의 오목한 윤곽을 따른다. 이에 따라, 베어링부도 오목하게 된다.
다이의 상류에서 조절 수단의 위치를 옮길 수 있도록 허용되어 있는 이러한 구성은, 실린더의 수렴 영역과 다이의 마우스피스를 일체로 하고, 마우스피스 근방에서 다이의 바디의 가장 견고한(solid) 구조를 유지하도록 하며, 마우스피스 근방에서 다이 바디에 강직함(rigidity)을 부여하여, 마우스피스의 탄형 변형을 줄여서 이에 따라 배출구에서 필름의 규칙성(regularity)을 증가시킨다.
유동 평면과 직교하는 방향에 따르는 것으로 간주되는 변형가능 부분의 두께는 2 내지 5mm이며, 바람직하기로는 4mm 단위이다. 유동 방향으로의 길이는 그 두께보다 적어도 2.5배 크게 하여 변형이 용이하게 되도록 하는 것이 바람직하다. 실제로, 변형가능 부분은 유동 방향에 따른 블록 바디로부터 돌출하여 유동 평면 내에서 연장하는 립(lip)을 형성하는 것이 바람직하다.
변형가능 부분의 두께는 전장 전체에 걸쳐 실질적으로 일정하되, 다이의 배출구에 인접하는 자유 단부 레벨에서 편향 수단, 특히 베어링부(들)를 구속하는 기능을 수행하는 잉여 두께부를 형성하는 돌출 리브를 구비한다.
각 베어링부의 폭은, 횡단 방향을 따라 50mm 미만이며, 바람직하기로는 20mm 보다 크고, 유리하기로는 20 내지 30mm이다. 이러한 폭이, 제조비용을 절감하면서도 다이의 폭 전체에 걸쳐 공기 갭을 미세하게 조절하기 위한 최적의 폭이다. 실제로, 각 베어링부의 폭을 줄임으로써 베어링부의 수량을 증대시킬 수 있지만(이는 제조비용을 증가시킬 것임), 변형가능 부분이 단일품(single piece)의 일부이고, 베어링부의 변형가능 부분의 단편에 대한 작용이 이웃하는 단편의 위치에도 영향을 주기 때문에, 이 방향을 따라서는 조절 효과를 개선시키지는 못할 것이다.
각 베어링부의 두께는 2 내지 5mm일 수 있으며, 전형적으로는 4mm 단위이다. 두께를 줄이면 다이 바디의 솔리드 특성을 증가시키고, 길이는 두께보다 10배 크며, 유리하기로는 15배 크다. 베어링부는 특히 금속으로 제작된다.
조절 수단은 적어도 하나의 조절 나사를 포함할 수 있다. 조절 나사들 혹은 각 조절 나사는 베어링부(들)의 제2 단부 상에 (하나 혹은 그 이상의 레버에 의해) 작용을 가할 수 있다.
조절 수단은 적어도 하나의 열팽창부를 포함할 수 있다. 상기 열팽창부들 혹은 각 열팽창부는 (선택적으로 하나 혹은 그 이상의 레버에 의해) 상기 베어링부들 혹은 베어링부들 중 하나에 작용할 수 있으며, 적어도 하나의 가열 수단이 상기 열팽창부들 혹은 각 열팽창부에 연결되어 온도의 함수로 제어가능한 방식으로 열팽창부의 치수를 변화시킬 수 있다. 이에 의해 조절 수단의 위치를 더욱 미세하게 조절할 수 있게 된다.
열팽창 수단은 예컨대 나사 및 너트를 덥히는 가열 수단일 수 있다.
가열 수단은 표준 조절 나사를 보완하는 형태로 베어링부의 위치를 조절할 수 있다. 첫 번째 접근-조절 단계는 표준 나사에 의해 이루어질 수 있으며, 바람직한 위치 근방에서, 가열 수단에 의해 미세한 조절이 이루어질 수 있다.
조절 수단은 수작업으로 혹은 예를 들면 다이 혹은 라미네이팅 배출구에 위치하는 설비를 사용하여 필름의 국소 두께(혹은 선택적으로는 필름의 속도) 측정치의 함수로 하여 자동 방식으로 기동할 수 있다. 그러한 측정 설비가 가열 수단 혹은 각각의 조절 나사를 기동하는 모터를 제어하여, 제조 과정 중에 어느 때에도 고품질의 필름을 생산할 수 있도록 다이를 규제할 수 있다.
다이의 변형가능 부분은, 다이의 횡방향 크기 전체에 걸쳐 단일체로 되어서 다이 배출구에서의 두께 레벨에서 소재의 누출과 불균질성을 예방하는 것이 바람직하다.
두 개의 블록 각각이 전술한 바와 같은 편향 수단에 연결되어 있는 변형가능 부분을 구비할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
첨부된 도면들을 참고하는 아래의 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들이 분명하게 드러날 것이다. 다만, 본 발명이 다음의 실시예들로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 다이의 횡단 영역의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 편향 수단의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 다이의 사시도로서, 특히 복수의 베어링부 형태의 편향 수단의 제조를 설명하는 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 다이의 절개부를 참고로 하여, 본 발명에 따른 다이의 일 실시형태를 설명한다.
도 1에 도시되어 있는 본 발명에 따른 다이는 2개의 메인 블록을 포함하여 구성된다. 메인 블록은 제1 고정 블록(100)과 제2 조절가능 블록(200)이다.
첨부된 도 1에서 개략적으로 도면부호 50 내지 53으로 도시되어 있는 수단들에 의해, 2개의 블록(100, 200)들이 서로에 대해 고정되어 있다. 이들 수단(50 내지 53)들은 이미 공지되어 있으며, 많은 변형 실시형태들의 주제가 될 수 있으므로, 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.
도 1에 도시된 사항에 따르면, 제1 고정 블록(100)이 다이의 하부를 구성하고, 제2 조절가능 블록(200)이 다이의 상부를 구성한다. 그렇지만, 이와 반대로 구성될 수도 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 조절가능 블록(200)이 다이의 하부를 형성하고, 고정 블록(100)이 다이의 상부를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 다른 변형예에 따르면, 2개의 블록(100, 200)들이 모두 조절 가능한 블록일 수 있다. 다이가 수직형 필름을 형성하도록 배치될 수도 있다.
이들 2개의 블록(100, 200)들 사이에는, 압출기로부터 재료들이 유동할 수 있도록 하고, 다이 입구에서 원통형인 재료 유동을 다이 출구에서 필름 형태 혹은 실질적으로 평면 형태의 재료 유동으로 변환시킬 수 있는 덕트 혹은 압입부를 형성하는 공간(110)이 존재한다. 이에 따라, 2개의 블록(100, 200)들 사이에 존재하는 공간(110)은 다이의 인입 단부에서 원통형으로 다이의 중앙부에만 배치되어 있다. 공간은 두께가 얇고, 실질적으로 다이의 횡단부 전체에 걸쳐서 다이의 반대편 단부(112)까지 연장하고 있으며, 마우스피스(mouthpiece)로 불리며, 공간에 의해 다이 내에서 필름이 형성된다. 전술한 횡단부 크기는 도 1 및 도 2의 평면과 직교하는 방향으로 연장한다.
고정 블록(100)과 조절가능 블록(200)은 많은 변형 실시형태들의 주제가 될 수 있다. 바람직하기로는, 이들 블록들은 한쪽 면 위에 2개의 블록(100, 200)들이 서로 결합될 때 유동 평면으로도 불리는 조인트 평면(101)을 형성하는 상보적 형태의 지탱면(102, 202)을 포함한다. 지탱면(102, 202)은, 유동 공간(110)을 만들기 위해 형성되어 있는 리세스를 제외하면, 전반적으로 편평하다. 조인트 평면(101)은 도 1의 평면과 나란한 방향으로 다이에서 재료의 유동 방향 L과, 도면의 평면과 직교하는 횡단 방향을 포함한다.
다이의 하류에 위치하는 라미네이팅 장치를 향하는 두 블록(100, 200)들의 말단면들은 도면부호 104 및 204로 지시되어 있다. 설명을 명료하게 하기 위해, 도면에 라미네이팅 장치는 도시하지 않았다. 라미네이팅 장치는, 일반적으로 조인트 평면(101)에 위치하는 모면(generatrix) 수준에서 수렴하는 적어도 한 쌍의 라미네이팅 실린더를 포함한다. 실린더들 각각은 하나가 블록(100)의 면(104)을 향하고, 다른 하나가 블록(200)의 면(204)을 향하게 위치하고 있다. 조인트 평면(101)을 일반적으로 횡단하는 방향으로 연장하는 이들 면(104, 204)은 오목하며, 전반적으로 회전형 원통형으로, 아래에서 설명하는 바와 같이, 마우스피스(112)가 실린더의 수렴 영역 근방에 위치하도록 하류 측에 위치하는 라미네이팅 실린더의 엔빌로프와 상보적인 것이 바람직하다.
다이의 고정 블록(100)과 조절가능 블록(200)은 금속으로 제작되는 것이 바람직하다. 고정 블록(100)은, 강직하고 가공 중에 변형되지 않도록 전체적으로 단일품(single piece)으로 제작되는 바디를 포함한다.
조절가능 블록(200)도 바디를 포함하지만, 조절가능 블록의 바디는, 마우스피스(112) 근처에 위치되는 단부에, 다이의 횡단 방향(도 1 및 도 2의 평면과 직교하는 방향) 전 부분을 따라, 유동 방향(종방향(L)으로도 호칭됨)으로 바깥쪽을 향해 연장하는 립을 형성하는 변형가능 부분(220)을 포함하고 있다.
유동 평면에 직교하는 방향 V (여기서는 수직 방향에 해당됨)를 따라 측정되는 립(220)의 두께(ℓ1)는, 바디(210)에 부착되어 있는 베이스(221)와 자유 단부(222) 사이에서는 적어도 실질적으로 일정한 것이 바람직하다. 이 두께(ℓ1)는 통상적으로 수 밀리미터이며, 특히 2 내지 5mm, 보다 특정하게는 4mm이다. 유동 방향 L으로의 길이(ℓ2)는 적어도 그 두께보다 2.5배 크며, 바람직하기로는 20 내지 30mm 수준이다. 특히 이러한 치수로 인해, 립(220)은 유동 평면에 직교하는 방향 V를 따라 구부러지며 변형될 수 있다.
립(220)은 바디(210) 내에서 해당 립(220)과 바디의 나머지 부분과의 사이에 리세스(226)를 만듦에 따라 형성되는 것이 바람직하다. 보다 정확하게는 라미네이팅 실린더 근방에 위치되는 바디(210)의 면(205) 내에서 해당 립(220)과 바디의 나머지 부분과의 사이에 리세스(226)를 만듦에 따라 형성되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 실시형태에 따르면, 리세스(226)는 베이스 레벨에서 45°수준의 각 α를 구비하고, 면(205) 상에서 종료되는 마우스피스를 구비하는 이면각(dihedron) 형태의 그루브로 형성된다.
보다 정확하게는, 도 1 및 도 2에 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 리세스(226)의 기하학적 형상은, 리세스(226)의 베이스와 다이의 배출 마우스피스 사이에서 전장에 걸쳐 립(220)의 두께가 실질적으로 일정하지만, 립(220)이 다이의 배출부에 인접하는 자유 단부(222) 레벨에서 두께가 조금 더 두꺼운 리브(223)를 구비하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 립(220)을 획정하는 리세스(226)의 면(227)은, 리세스(226)가 수렴하는 에지를 구비하도록, 자유 단부 근방에 클리어런스(228)를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 잉여의 두께부(223)는 편향 수단(300)을 유지하는 기능을 한다. 편향 수단에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
첨부된 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바람직한 실시형태에 따르면, 편향 수단(300)은 적어도 하나의 베어링부(310), 레버(350) 및 레버(350)의 기동 및 조절 수단(380)이 조합된 구성을 포함한다. 기동 및 조절 수단(380)은, 본 명세서에서, 조절 수단 혹은 기동 수단으로도 지칭된다.
조절가능 블록(200)은 립(220)을 압박하기 위한 적어도 하나의 베어링부(310)를 포함한다. 보다 정확하게는, 조절가능 블록(200)은 복수의 베어링부(310)를 포함하는 것이 바람직하다. 이들은 거의 수직 방향 V를 따라 실질적으로 바디의 면(205)과 붙어 연장하며, 수직 방향으로 변형가능 부분(220) 위에 힘을 가한다.
좀 더 상세하게는, 각 베어링부(310)는 조절가능 블록(200) 바디(210)의 면(205)의 오목한 윤곽을 따르며, 마우스피스(112)가 위치하고 있는 윤곽의 말단부까지 따른다. 이러한 이유로, 본 명세서에 기재되어 있는 실시형태에서 편향 수단과 특히 베어링부(310)에 의해 획정되는 조절가능 블록의 말단면(204)은 면(205)의 오목한 윤곽과 동일한 윤곽을 구비하게 된다. 금속재의 베어링부(310)의 두께는 베어링부의 규모가 최소로 되도록, 예컨대 2 내지 5mm 그리고 통상적으로는 4mm 단위로 일정하되, 그 두께가 작다. 이러한 이유로, 동일한 규모에서, 다이의 바디(210)는 상당히 단단할 수 있으며, 압력에 의해 쉽게 변형되지 않는다. 기본 방향 V를 따르는 각 베어링부(310)의 길이(ℓ3)는 통상적으로 베어링부 두께보다 10배 크며, 유리하기로는 15배 크다.
도 3으로부터 명백하게 알 수 있듯이, 복수의 베어링부(310)가, 마우스피스(112) 근방에서 조절가능 블록(200) 바디(210)의 면(205)의 횡단방향 크기 전체에 걸쳐 나란하게 배치되는 것이 바람직하다.
폭(width)으로 호칭되는 베어링부의 크기는 다이의 횡방향 치수를 따라 50mm 미만이며, 20mm 보다는 큰 것이 바람직하다.
이들 베어링부(310) 각각의 횡방향 치수인 폭은 약 20 내지 30mm인 것이 바람직하다.
변형가능 부분이 단일품으로 제작되어 있고 각 베어링부(310)가 변형가능 부분(220)에 작용하여 베어링부가 지지되는 부분에 영향을 줄 뿐만 아니라, 상기 지지되는 부분 근방에 위치하는 변형가능 립(220)의 일부에도 영향을 주기 때문에, 베어링부(310)의 횡방향 치수를 상당히 줄이는 것은 실제로 바람직하지 않다. 이에 따라, 베어링부(310)의 수를 무한정 늘린 경우, 반드시 조절을 미세하게 할 필요는 없다.
변형가능 부분(220)이 단일품으로 되어 있어서, 변형가능 부분의 국소적 변형이 인접 부분의 변형에 영향을 주지 않는다면, 본 발명자들은, 조절을 개선하지 않으면서 베어링부(310)의 수를 늘릴 때, 이러한 폭이 변형가능 부분(220)의 위치를 국소적으로 조절하는 가능성과 다이의 비용 사이에서 상당히 양립할 수 있음을 알게 되었다.
레버(350)로도 불리는 중간부는 각 베어링부(310)에 연결되어 있다. 각 레버(350)는 조절가능 블록(200)에 의해 부담되며, 베어링부(310)에서 마우스피스(112)에서 먼 쪽의 단부 위에 지지되어 있다. 레버는 조절가능 블록(200)의 횡방향 전체 크기에 걸쳐 나란하게 배치되어 있다.
이러한 방식으로, 베어링부(310)는 변형가능 립(220)과 레버(350) 사이에 배치되어 있다. 각 베어링부(310)는 립(220) 위에서 제1 단부(312)에 의해 받쳐져 있고, 반대편 단부(314)를 통해 레버(350)들 중 하나와 접촉하고 있다.
각 레버(350)는 두 개의 가지(branch)(360, 370)를 구비하는 L부를 형성한다.
두 가지 중 짧은 가지(360)는 대응 베어링부(310)의 상단부(314) 위에 지지되어 있는 단부(364)를 포함하여, 이 단부가 베어링부(310)를 아래쪽으로 밀어서, 조절가능 부분(220)의 위치에 영향을 주게 된다.
좀 더 정확하게는, 각 베어링부(310)의 두 단부(312, 314)의 트랜치(tranch)는 전반적으로 볼록하게 라운드져 있다. 변형가능 립(220)의 자유 단부 위에 마련되어 있는 과잉 두께부(223)는, 리세스(226)의 안쪽을 향하는 면 위에 압입부 혹은 오목한 그루브(229)를 구비하여, 그 안에서 각 베어링부(310)의 인접 단부(312)가 끼워져서 베어링부(310)가 립(220)과 접촉하고 있으며, 수단(350)에 의해 응력을 받아도 베어링부(들)가 미끄러지지(slip off) 않도록 하는 것이 바람직하다. 또는, 레버(350)의 단부(364)는 대응 베어링부(310)에 인접하는 면 위에 압입부 혹은 오목한 그루브(365)를 구비하여, 그 안에서 베어링부(310)의 인접 단부(314)가 끼워져서 베어링부(310)가 레버와 접촉하고 있어서, 베어링부가 레버(350)로부터 미끄러지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
블록(200) 바디의 면(205)과 맞닿아 위치하는 짧은 가지(360)는, 조절가능 블록(200)의 바디(210)의 상보적 형태로, 베어링부(310)에 대한 지지부로 기능하는 자유 단부(364)를 통해 조립되어 있다.
긴 가지(370)는 조인트 플레인(101)과 전반적으로 평행한 블록(200)의 상부 면(206)과 맞닿아 위치하고 있다.
L-형 레버(350)의 긴 가지(370) 말단부에 적어도 하나의 나사(380)가 위치하고 있다. 나사는 레버(350) 위치의 작동 수단을 형성하며, 이에 의해 대응 베어링부(310)의 위치와 변형가능 립(220)의 위치의 작동 수단을 형성한다.
이를 위해, 나사(380)는 긴 가지(370)의 말단부 근부에서 레버(350) 내에 형성되어 있는 상보적 형태의 태핑부와 접촉하며, 자유 단부를 통해 바디(210)의 상부 면(206) 위에 안착되어 있는 것이 바람직하다.
레버(350)는, L-형 레버의 짧은 가지(360)의 단부 근방에 위치하는 지점(332)에서, 그 단부에 만들어져 있는 돌출부(362) 높이에서, L-형 레버의 오목부 안쪽을 향해 블록(200) 바디(210)에 대해 지지되어 있으며, 바디(210)의 대응 리세스(230)와 맞물려 있다.
레버(350)는 해당 레버(350)가 블록(210) 위에 지지되어 있는 영역(332)에 실질적으로 대응하는 축 주위로 회전 이동할 수 있다. 이 접촉점은 축 주위의 관절부로 대체될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 실시형태에 따르면, 좀 더 정확하게는, 돌출부(362)는 전반적으로 직선형 사각형 단면이며, 리세스(230)도 상기 돌출부(362)의 직선형 사각형 단면과 상보적인 직선형 사각형 단면이다. "상보적(complementary)"이란 용어는 리세스(230)의 직선형 단면이 전반적으로 돌출부(362)의 직선형 단면과 모양이 비슷하지만(相似), 리세스 단면의 크기가 약간 더 커서 돌출부(362)가 리세스(230) 내에서 약간 선회할 수 있는 클리어런스가 있다는 것을 의미한다. 좀 더 정확하게는, 도 1 및 도 2의 도시에 따르면, 기동 수단(380)의 영향을 받을 때, 블록(200)에 대한 레버(350)의 회전축이 영역(332)의 레벨에서 리세스(230)의 더 큰 각으로 형성된다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 사항에 따르면, 베어링부(310) 위에서 레버(350)의 지지점(365)과 축(232) 사이의 거리 D1이, 바디(210) 위에서 기동 나사(380)의 지지점과 축(332) 사이의 거리 D2보다 상당히 작다는 것, 특히 약 5배 정도 작다는 것을 명확하게 알 수 있다. 보다 일반적으로는 본 발명에 따르면, 중간편(350)의 지렛대 비(lever ratio), 즉 D2/D1가 2보다 크고, 바람직하기로는 4 내지 6 사이이다. 제품 크기가 허용하는 경우라면, 이 지렛대 비는 10을 초과할 수도 있다.
레버(350)와 대응 베어링부(310)가 블록(200) 위에서 올바른 위치에 유지되도록 하기 위해, 블록(200)은 중간편 혹은 레버(350) 위에 형성되어 있는 돌출부(367)와 상보적인 함몰부(240)를 구비하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 변형가능 블록(200)의 바디(210)는 채널(240)을 포함하고, 채널 내에는 대응 베어링부(310)와 접촉하는 지점 근방에서 각 레버(350)의 돌출부(367)가 맞물려 있다. 채널(240)은 조인트 평면(101)과 마주하는 블록(210)의 면 위에서 종결된다. 이와 같이 형상적으로 협동함으로써, 기동 수단을 형성하는 나사(380)가 빠지는 경우에, 레버(350)와 선택적으로 대응 베어링부(310)가 다이의 배출구에 위치하는 압연 밀 안쪽으로 분리되는 것이 방지된다.
이러한 목적을 달성하기 위한 변형례로, 바디(210) 위에 형성되어 있는 채널(230)이 적어도 약간 수렴하는 형태의 개구 가장자리를 구비할 수 있으며, 반면 레버(350) 위에 형성되어 있는 상보적인 돌출부(들)(362)는 자유 단부를 향하는 방향으로 약간 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 각 돌출부(362)는 횡단 방향으로 미끄러져서 채널(230) 내에 맞물리며, 바디(210)의 외부 표면과 직교하는 방향으로 상대 병진 이동함으로써 취출될 수 있어서, 레버(350)가 바디(210) 위에 견고하게 유지될 수 있게 된다. 한편으로, 립(220)의 잉여 두께부(223) 위에 접촉하고 있으며, 다른 한편으로는, 레버(350)의 상보적 형상부(365)가 블록(210) 위에 매우 견고하게 유지되어 있다.
나사(380)를 조이거나 풀러서, 각 중간편 혹은 레버(350)가 대응 베어링부(310)의 위치를 변화시키며, 이에 따라 변형가능 립(220)의 영역 혹은 분율을 변화시킨다. 실제로, 바디에 대해 단부가 고정되어 있는 나사(380)의 변위가 축(332) 주위로 레버(350)를 선회시키며, 그 결과로 바디(210)에 대한 레버의 단부(364)를 이동시키게 된다. 레버가 조인트 평면(101)과 가까워지거나 멀어지게 움직임으로써, 레버가 베어링부(310)를 편향하게 한다. 레버가 베어링부를 편향시킴으로써, 베어링부(310)의 위치를 조정한다는 관점에서 상당히 디자인적으로 자유를 가지게 된다.
각 베어링부(310)는 변형가능 립(220)을 편향하는 제1 단부(312) 반대편의 단부(314)에서 별개의 중간편(350)에 대해 지지되는 것이 바람직하다. 다른 측면에서, 베어링부(310)의 수량과 동일한 수량의 복수의 레버(350)가 제공되는 것이 바람직하며, 각 레버(350)가 각 베어링부(310)를 편향하고 각 레버(350)가 각 조절가능 나사(380)에 연결되어 있는 것이 바람직하다.
레버 시스템(350)에 의해, 변형가능 부분(220)에 작용하는 각 베어링부(310)의 위치가 기동 수단(380)을 작동하여 매우 미세하게 조절될 수 있다. 이는 기동 수단(380)의 변위 거리와 각 베어링부(310)의 변위 거리 사이의 비(ratio)가 약 5이기 때문이다. 또한, 이는 각 베어링부(310) 및 이에 따라 변형가능 부분(220)에 가해지는 힘보다 더 적은 힘으로 기동 수단(380)을 조절할 수 있게 한다.
다이가 그 단부에 마우스피스(112)가 배치되어 위쪽 면(104)과 면(204)에 의해 획정되는 특정 형태를 형성하는 것을 명확하게 알 수 있다. 각 블록(100)과 블록(200)은 그 높이에서 외부 오목면(104, 204)을 구비하는데, 좀 더 정확하게는 하류 측에 위치하는 라미네이팅 실린더에 대응하는 실린더 부분의 상보적 프로파일을 구비한다. 면(104)은 고정 블록(100)의 바디에 의해 구획되는 반면, 면(204)은 조절가능 블록(200)의 바디의 면(205)의 윤곽을 추종하며 그 면(205)을 지탱하는 베어링부(310)에 의해 구획된다. 다이의 프로파일은 마우스피스(112)가 팁을 형성하는 볼록부(V)와 유사하다. 이러한 대칭성으로 인해, 조절가능 블록 바디의 면(205)이 고정 블록 바디의 면(104)에 대해 상대적으로 후퇴되어 있다는 점은 명확하다.
이러한 방식으로, 그리고 특히 블록(100, 200)에 대해 선택된 특정 오목 형태 및 실린더 형태로 인해, 필름을 라미네이트하고 다이 배출구에서 필름의 두께를 감소시키는 라미네이팅 실린더 수렴 영역에 근접되게 다이의 배출구가 위치될 수 있다. 이는 필름의 압출 및 라미네이팅 단계 사이에서 필름을 안정화시키고, 규제 현상(phenomenon of restraint)을 제안하여 최종 필름의 품질을 개선하게 된다.
조절 수단(380)이 다이의 마우스피스(112)로부터 멀어지도록 움직이고 베어링부(310)의 디자인이 단순한 본원발명에 의해 이러한 구성이 가능하다. 이들 베어링부는 블록(200) 바디의 외부 면(205)에 대해 스트립을 압박하게 형성될 수 있다.
베어링부(310)가 다이의 단부에 위치하고, 다이의 바디(210)의 단부 면(205)의 윤곽을 추종함에 따라, 베어링부는 전술한 바와 같이 실린더부에 상보적인 오목한 형태를 가진다. 베어링부가, 베어링부의 전장 대부분에 걸쳐 블록(200)의 바디(210)를 지탱하기 때문에, 베어링부가 소손(burning)되는 것이 방지된다.
본 발명에 따른 다이가 전술한 실시형태들에 비해 변형될 수 있다는 점은 명확하다. 예를 들면,
- 블록(100, 200)의 각 바디는 단일품(single piece)으로 구성되거나, 복수의 부품으로 구성될 수 있으며, 복수의 부품으로 구성되는 경우, 제1 부품은 예컨대 압입부(110)를 포함하고, 제2 부품은 변형가능 립(220)을 형성한다.
- 두 개의 블록(100, 200)은 변형가능 부분(220)과 베어링부(310)를 포함할 수 있다.
- 베어링부(310)는 다이의 횡방향 크기의 일부분에 걸쳐서만 연장할 수 있는데, 특히 베어링부의 중심부에서만 연장하여 다이의 중심부에서 구부러짐을 방지할 수 있다.
- 베어링부(310)는 엄밀하게 나란히 배치되지 않을 수 있다. 즉 베어링부는 엄밀하게 이웃하지 않을 수 있다.
- 조절가능 블록(200)은, 베어링부(310)와 기동 수단(380) 사이에, 각 베어링부(310)부와 기동 수단(380)의 변위 사이의 비율을 나누어가면서(demultiply), 복수의 레버를 다단(in cascade)으로 포함할 수 있다.
- 기동 수단(380)은, 온도의 함수로 그 크기를 제어하는 방식으로 변화시키기 위해 상기 부분의 근방에 위치하는 열팽창부와 가열 수단을 포함할 수 있다.
- 마우스피스 근방의 다이의 프로파일은 평면 혹은 볼록형일 수 있다.
- D1/D2의 거리 비는 전술한 수치로 한정되지 않는다.
- 각 베어링부(310)의 레버(350) 혹은 변형가능 부분(220)의 형상은 전술한 형상만으로 한정되지 않는다.
변형가능 부분 혹은 변형가능 립(220)은 다이의 횡단 방향 크기 전체에 걸쳐 모노블록(monobloc)이어서 마우스피스 레벨에서 재료 누출이 방지되는 것이 바람직하다.
도 1에서, 블록(100)의 오목 및 실린더형 면(104)의 반경은 R1으로 지시되어 있고, 블록(200)의 오목 및 실린더형 면(205)의 반경은 R2로 지시되어 있으며, 베어링부(310)의 오목 및 외부 원통형 면(204)은 R3으로 지시되어 있다. 반경(R1)과 반경(R3)은 실질적으로 동일하고, 하류에 위치하는 라미네이팅 실린더의 반경에 상보적인 것이 바람직하다. 반경(R2)은 베어링부(310)의 두께만큼 반경(R3)보다 크다. 레버(350)의 짧은 가지(360)의 외부 면(361)은 베어링부(310)의 외부 면의 오목 곡률과 연속되어서 이웃하여 하류 측 라미네이팅 실린더를 설치하는 데에 방해가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

Claims (16)

  1. 두 개의 블록(100, 200) 사이에 유동 덕트(110)를 획정하는 두 개의 블록을 포함하여, 압출로 필름을 제조하기 위한 다이로, 상기 두 개의 블록들 중 적어도 하나의 블록(200)은,
    - 덕트의 배출 마우스피스(112)의 근방에서 연장하며 탄성 변형 가능하게 구성되는 부분(220)을 구비하는 바디(210)와,
    - 다이의 블록(200)과 다른 블록(100) 사이의 거리를 선택적으로 조절할 수 있도록 변형가능 부분(220)을 변형시키기 위해 바디(210)의 변형가능 부분(220)의 조절가능한 편향 수단(300)을 포함하며,
    상기 편향 수단(300)은;
    - 적어도 하나의 베어링부(310)로, 해당 베어링부는 다이 배출구에서 유동 평면(101)과 직교하는 기본 방향 V를 따라 연장하는 것에 의해 변형가능 부분(220) 위에 지지되어 위치하며, 각 베어링부(310)는 상기 변형가능 부분(220) 위에 지지되는 제1 단부(312)를 포함하는, 적어도 하나의 베어링부(310)와,
    - 상기 바디(210)에 대해 상대 이동하며, 다이 배출구로부터 먼쪽으로 상기 제1 단부(312)의 반대편에 있는 각 베어링부(310)의 제2 단부(314)에 작용하여 제2 단부의 위치를 조절할 수 있는 조절 수단(350, 380)을 포함하는, 필름 제조용 다이에 있어서,
    상기 편향 수단이 적어도 하나의 중간 레버(350)를 포함하고, 상기 레버들 혹은 각 레버가 제2 단부에 대해 지탱되도록 하기 위해 베어링부(310)들 혹은 베어링부 중 어느 하나와 조절 수단(380) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편향 수단은 상기 유동 평면과 직교하는 횡단 방향을 따라 연장하는 복수의 베어링부(310)를 포함하고, 베어링부는 덕트의 마우스피스를 따라서 다이의 횡단 방향을 따라 분포되어 있는 변형가능 부분(220)의 다른 부분 위에서 단부들 중 제1 단부(312)에 의해 지탱되도록 구성 및 위치하고 있으며, 다이 배출구로부터 먼 쪽에 있는 베어링부(310)의 제2 단부(314)는 적어도 하나의 다른 베어링부와는 독립되어 베어링부(310)의 위치를 조절하도록 조절 수단(350, 380)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    블록들(200) 혹은 블록들 중 적어도 한 블록의 바디(210)가 유동 평면(101)과 직교하는 기본 방향 V로 연장하며 덕트의 배출 마우스피스(112)에 인접하는 단부 면(204)을 구비하고, 상기 편향 수단은 조절 수단(380)이 유동 방향 L에 대해 단부 면(204)의 상류에서 연장하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  4. 제1항에 있어서,
    각 레버는 조절가능 부분(220)을 포함하는 블록의 바디(210) 위에 2개의 가지(360, 370)가 관절식으로 회전하는 L형으로 형성되어 있으며, 짧은 가지(360)는 대응 베어링부(310)의 제2 단부(314) 위에 지지되는 단부(364)를 포함하여 베어링부(310)를 변형가능 부분(220)을 향해 밀고, 긴 가지(370)는 조절 수단(380)와 함께 연동하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  5. 제1항에 있어서,
    한편으로 대응 블록의 바디에 대한 레버의 회전축(332)과 레버(350) 상의 각 조절 수단(380)의 지지점 사이의 거리(D2)와, 다른 한편으로, 회전축(332)과 각 베어링부(310) 상의 레버(350)의 지지점(365) 사이의 거리(D1) 사이의 비가 2보다 큰 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  6. 제1항에 있어서,
    변형가능 부분(220)과 조립되어 있는 블록(200)이 레버(350) 위에 형성되어 있는 돌출부(367)와 상보적인 함몰부(240)를 구비하여, 레버(350)와 대응 베어링부(310)가 블록(200) 위에서 올바른 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 한 세트의 복수의 레버(350)를 다단으로 포함하여, 상기 세트들 혹은 각 세트는 베어링부(310)들 혹은 베어링부(350)들 중 하나와 각 조절 수단(380) 사이에 위치하며, 상기 조절 수단에 연결되어 있는 각 베어링부(350)의 변위와 각 조절 수단(380)의 변위 사이이 비를 나누는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  8. 제1항에 있어서,
    덕트의 배출 마우스피스(112)에 인접하여 유동 평면(101)과 직교하는 기본 방향 V로 연장하는 블록(100, 200)의 단부 면(104, 204)들이 오목한 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  9. 제8항에 있어서,
    변형가능 부분을 포함하는 블록(200)(들)의 바디(210)도 전반적으로 오목한 단부 면(205)을 포함하고, 베어링부(310)는 일정한 두께로 바디(210)의 오목한 윤곽을 따르는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  10. 제1항에 있어서,
    변형가능 부분(220)의 두께는 전장 전체에 걸쳐 일정하되, 다이의 배출구에 인접하는 자유 단부(222) 레벨에서 편향 수단(300)을 구속하는 기능을 수행하는 잉여 두께부를 형성하는 돌출 리브(223)를 구비하는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  11. 제1항에 있어서,
    마우스피스(112)가 다이의 다른 부분에 비해 돌출부를 형성하도록, 블록(100, 200)들이 유동 평면(101)에 대해 대칭인 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  12. 제1항에 있어서,
    조절 수단(380)은 적어도 하나의 열팽창부를 포함하고, 상기 열팽창부들 혹은 각 열팽창부는 상기 열팽창부들 혹은 각 열팽창부에 연결되어 온도의 함수로 제어가능한 방식으로 열팽창부의 치수를 변화시킬 수 있는 적어도 하나의 가열 수단에 의해 상기 베어링부들 혹은 베어링부들 중 하나에 작용할 수 있는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  13. 제1항에 있어서,
    조절 수단은 적어도 하나의 조절 나사(380)를 포함하고, 상기 나사들 혹은 각 나사는 상기 베어링부(310)들 혹은 베어링부(310)들 중 하나에 작용할 수 있는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  14. 제1항에 있어서,
    변형가능 부분(220)이 다이의 횡방향 크기 전체에 걸쳐 단일체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  15. 제2항에 있어서,
    각 베어링부(310)가 각 조절 수단(350, 380)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
  16. 제8항에 있어서,
    덕트의 배출 마우스피스(112)에 인접하여 유동 평면(101)과 직교하는 기본 방향 V로 연장하는 블록(100, 200)의 단부 면(104, 204)들이 하류에 위치하는 라미네이팅 실린더의 엔빌로프와 상보적인 원통형 회전형인 것을 특징으로 하는 필름 제조용 다이.
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