KR102113479B1 - 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 코터부를 통과한 필름의 코팅면 측의 온도를 낮추기 위해 마련된 냉각 표면을 가지고, 상기 냉각 표면이 필름의 코팅면과 소정 간격으로 떨어져 위치하고, 냉각 표면이 필름의 주행방향을 따라 이동하도록 마련된 냉각부, 및 필름의 주행속도에 기초하여 냉각부의 냉각 표면의 이동 속도를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 필름 건조 장치가 제공된다.

Description

필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템{Apparatus for drying film and system for manufacturing film comprising the same}
본 발명은 필름 건조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광학용 투명 필름은 용매, 고분자, 미립자들로 구성되며 있으며, 필름의 특성은 미립자의 구조 및 표면 형상 변화에 따라 좌우된다. 특히 건조 조건 및 건조율의 변화에 따라 필름의 특성이 변할 수 있기 때문에, 필름을 건조시키는 공정은 필름 제조에 있어서 필수적인 공정이라고 할 수 있다.
또한, 필름에 코팅액을 도포하는 코터부 및 오븐에서 열풍 또는 적외선 히터를 이용하여 필름을 건조시키는 건조부 사이 공간의 공조 환경에 의해 건조 초기 영향을 많이 받을 수 있다.
한편, 이송 중 필름에 코팅액이 도포된 후, 필름이 일방향으로 이송되는 과정에서 필름의 용매 건조가 이루어지며, 필름에 전단응력(shear stress)이 가해지게 된다. 이와 같이 필름에 전단응력이 가해지면, 필름에 미세한 손상이 가해져 필름의 품질에 영향을 미치게 된다. 특히, 광학용 필름의 경우는 이러한 손상에 더욱 민감하다.
전단응력의 발생원인은 필름의 진행속도와 외기와 관련이 있다. 건조초기 외기가 필름에 미칠 수 있는 영향 및 필름 진행으로 인해 발생하는 전단 응력을 최소화시킬 수 있는 방안 및 이를 구현하기 위한 설비가 필요한 실정이다.
본 발명은 필름 주행 시, 필름 표면에 발생하는 전단 응력을 최소화시킬 수 있는 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 코팅액 도포 후, 건조 초기에 외기의 영향을 최소화하고, 필름 결함 발생을 방지할 수 있는 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 코터부를 통과한 필름의 코팅면 측의 온도를 낮추기 위해 마련된 냉각 표면을 가지고, 상기 냉각 표면이 필름의 코팅면과 소정 간격으로 떨어져 위치하고, 냉각 표면이 필름의 주행방향을 따라 이동하도록 마련된 냉각부, 및 필름의 주행속도에 기초하여 냉각부의 냉각 표면의 이동 속도를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 필름 건조 장치가 제공된다.
또한, 냉각부는 냉각 표면을 갖는 벨트 컨베이어일 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각부는 냉각 표면을 형성하는 벨트 및 상기 벨트를 이동시키기 위한 복수 개의 구동 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 각각의 구동 롤러에는 내부로 냉각수가 공급되도록 마련될 수 있다. 상기 냉각수에 의해, 구동 롤러와 접촉하고 있는 벨트의 온도를 낮춤으로써, 냉각 표면의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 제어부는 벨트의 이동속도를 이송 롤에 의한 필름의 주행 속도와 동일하게 조절할 수 있다.
또한, 필름 건조 장치는, 코터부를 통과한 필름의 코팅면의 반대방향 측에 위치한 가열부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 필름 건조 장치는, 냉각부의 냉각 표면의 응축물을 회수하기 위한 회수부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 필름 건조 장치는, 냉각부의 냉각 표면을 세척하기 위한 세척부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 필름을 이송시키기 위한 이송 롤과, 이송 롤을 통과하는 필름에 코팅액을 공급하기 위한 코터부와, 코터부를 통과한 필름의 코팅면 측의 온도를 낮추기 위해 마련된 냉각 표면을 가지고, 상기 냉각 표면이 필름의 코팅면과 소정 간격으로 떨어져 위치하고, 냉각 표면이 필름의 주행방향을 따라 이동하도록 마련된 냉각부, 및 필름의 주행속도에 기초하여 냉각부의 냉각 표면의 이동 속도를 조절하기 위한 제어부를 포함하는 필름 생산 시스템이 제공된다.
또한, 냉각부는, 냉각 표면을 형성하는 벨트 및 상기 벨트를 이송시키기 위한 복수 개의 구동 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 각각의 구동 롤러에는 내부로 냉각수가 공급되도록 마련될 수 있다.
또한, 제어부는 벨트의 이동속도를 이송 롤에 의한 필름의 주행 속도와 동일하게 조절할 수 있다.
또한, 필름 생산 시스템은 코터부를 통과한 필름의 코팅면의 반대방향 측에 위치한 가열부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 필름 생산 시스템은 냉각부의 냉각 표면의 응축물을 회수하기 위한 회수부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 필름 생산 시스템은 냉각부의 냉각 표면을 세척하기 위한 세척부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 필름 생산 시스템은 이송 롤의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 이송 롤의 온도 변화에 따라 냉각부의 냉각 표면의 이동 속도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 이송 롤의 온도가 증가하면 냉각 표면의 이동 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 제어부는 이송 롤의 온도가 낮아지면 냉각 표면의 이동 속도를 낮출 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.
코팅액 도포 후, 건조 초기에, 외기의 영향을 최소화하도록, 필름의 코팅면 측에 냉각부가 마련된다. 상기 냉각부는 필름의 주행방향을 따라 필름의 코팅면과 소정 간격으로 떨어져 배치되며, 필름의 코팅면 측으로 유입되는 외기의 영향을 최소화하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 냉각부는 예를 들어, 벨트 컨베이어 방식과 같이, 냉각 표면을 이동시킬 수 있도록 마련된다. 구체적으로, 냉각 표면이 필름의 주행방향과 동일한 방향으로 이동하게 마련되고, 냉각 표면이 필름의 주행 속도와 동일한 속도로 이동함에 따라, 필름 코팅면에 작용하는 전단 응력(shear stress)를 최소화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 생산 시스템을 나타내는 도면들이다.
도 3은 필름과 냉각부 사이 간격에 따른 유동 해석 결과를 나타낸다.
도 4는 필름과 냉각부 사이 간격에 따른 전단 응력 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 건조 장치 및 이를 포함하는 필름 생산 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 생산 시스템(100)을 나타내는 도면들이다. 또한, 도 3은 필름과 냉각부 사이 간격에 따른 유동 해석 결과를 나타내고, 도 4는 필름과 냉각부 사이 간격에 따른 전단 응력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 필름 생산 시스템(100)은, 이송 롤(120)과 코터부(110) 및 필름(10) 이송 중에 코터부(110)로부터 필름(10)의 일면에 도포된 코팅액으로부터 용매를 증발시키기 위한 필름 건조 장치를 포함한다.
상기 이송 롤(120)은 회전함으로써 필름(10)을 이송시키도록 마련된다.
또한, 상기 코터부(110)는 이송 롤(120)을 통과하는 필름(10)에 코팅액을 공급하도록 마려뇐다. 상기 코터부(110)는 코팅액을 도포할 수 있는 통상의 코팅장치일 수 있으며, 예를 들어, 슬롯 다이 코터(slot die coater)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 필름 건조 장치는 냉각부(130) 및 제어부를 포함한다.
상기 냉각부(130)는 코터부(110)를 통과한 필름(10)의 코팅면 측의 온도를 낮추기 위해 마련된 냉각 표면을 갖는다. 또한, 상기 냉각부(130)는 상기 냉각 표면이 필름(10)의 코팅면과 소정 간격(d)으로 떨어져 위치하고, 냉각 표면이 필름(10)의 주행방향을 따라 이동하도록 마련된다.
또한, 냉각부(130)는 냉각 표면을 갖는 벨트 컨베이어(belt conveyor)일 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각부(130)는 냉각 표면을 형성하는 벨트(132) 및 상기 벨트(132)를 이동시키기 위한 복수 개의 구동 롤러(131)를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 구동 롤러(131)에는 내부로 냉각수가 공급되도록 마련될 수 있다. 상기 구동 롤러(131)는 재킷(jacket) 롤러일 수 있다. 상기 냉각수에 의해, 구동 롤러(131)와 접촉하고 있는 벨트(132)의 온도를 낮춤으로써, 냉각 표면의 온도를 소정 온도로 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 냉각부(130)는 벨트의 이동 시, 직선 이동 구간과 곡선 이동 구간을 포함할 수 있다. 구체적으로, 이송 롤(120) 및 코터부(110)와 인접한 영역에서는, 이송 롤(120)의 곡률 및 필름(10)의 곡선 주행에 대응하도록, 곡선 이동 구간을 포함할 수 있다. 또한, 필름(10)이 직선 주행하는 영역에서는, 상기 냉각부(130)는 직선 이동 구간을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 필름(10)의 주행속도에 기초하여 냉각부(130)의 냉각 표면(벨트 표면)의 이동 속도를 조절하도록 마련된다. 일 실시예로, 제어부는 벨트(132)의 이동속도를 이송 롤(120)에 의한 필름(10)의 주행 속도와 동일하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 이송 롤(120)의 회전 속도가 증가하여 필름(10)의 주행 속도가 빨라지게 되면, 구동 롤러(131)의 회전 속도를 증가시킴으로써 벨트(132)의 이동속도를 증가시킬 수 있다.
또한, 필름 건조 장치는, 코터부(110)를 통과한 필름(10)의 코팅면의 반대방향 측에 위치한 가열부(160)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가열부(160)는 복사와 대류를 통해 필름(10) 측에 열원을 공급하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열부(160)는 히터일 수 있고, 플레이트 형상을 가질 수 있다. 코팅액이 도포된 후, 필름(10) 주행 시, 필름의 코팅면 측에는 냉각부(130)가 위치하고, 코팅면의 반대방향 측에는 가열부(160)가 위치한다.
또한, 필름 건조 장치는, 냉각부(130)의 냉각 표면의 응축물(예를 들어, 응축된 용매)을 회수하기 위한 회수부(140)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 회수부(140)는 스폰지와 같이, 응축물을 흡수함으로써 회수하도록 마련될 수도 있고, 스크레이퍼(scraper)방식으로 응축물을 긁어냄으로써 회수하도록 마련될 수도 있다.
한편, 냉각부(130) 표면의 응축물이 필름(10) 측으로 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 코팅된 필름(10)은 냉각부(130)를 통과할 때, 수직 방향으로 주행되도록 마련될 수 있다(도 1 및 도 2 참조).
또한, 필름 건조 장치는, 냉각부(130)의 냉각 표면을 세척하기 위한 세척부(150)를 추가로 포함할 수 있다. 냉각 표면에 응축물이 쌓이게 되면, 냉각 표면의 온도를 조절하기가 어려워지고, 필름의 코팅면 측과의 열전달 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 예를 들어, 세척부(150)는 벨트(132) 표면을 가열하여 세척하거나, 벨트(132) 표면을 긁어냄으로써 세척하도록 마련될 수 있다.
한편, 필름 생산 시스템(100)은 이송 롤(120)의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이송 롤(120)은 가열 롤일 수 있다. 또한, 상기 냉각부(130)가 마련됨에 따라, 필름(10)의 건조 속도가 떨어지는 현상을 보완하기 위해, 이송 롤(120)은 가열 가능하도록 구성될 수 있고, 추가 열원으로 작동할 수 있다.
또한, 제어부는 이송 롤(120)의 온도 변화에 따라 냉각부(130)의 냉각 표면의 이동 속도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 이송 롤(120)의 온도가 증가하면 냉각부(130)의 냉각 표면의 이동 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 제어부는 이송 롤(120)의 온도가 낮아지면 냉각부(130)의 냉각 표면의 이동 속도를 낮출 수 있다
또한, 상기 냉각부(130)와 회수부(140) 및 세척부(150)는 하나의 유니트(unit)로 구성될 수 있고, 제어부를 통해 일체 또는 개별 제어될 수 있다.
도 3을 참조하면, 냉각부(130)와 필름(10) 사이의 간격(d)은 예를 들어, 약 10mm일 수 있다. 상기 간격(d)은 전단 응력과 건조 속도를 고려하여 실험 또는 해석 등을 통해 조절될 수 있다. 상기 간격(d)를 조절하기 위하여, 냉각부(130)는 필름(10)과 가까워지거나 멀어질 수 있도록 구성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 간격(d)이 줄어들수록 외기의 영향을 적게 받아 전단 응력(shear stess)가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 그러나 간격(d)이 너무 좁아지면 다시 전단 응력이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 간격(d)이 너무 좁아지면 건조가 느리게 진행되기 때문에, 간격(d)을 조절함에 있어서 건조 속도 또한 고려되어야 한다. 또한, 냉각부(130)를 통과하는 과정에서 건조가 잘 이루어지지 않으면, 필름(10)이 냉각부(130)를 통과한 후, 다시 외기의 영향을 받을 수 있기 때문에, 건조 속도를 일정 부분 확보하는 것이 중요하다. 따라서, 도 4의 A영역에서와 같이, 용매의 종류, 건조 속도, 전단 응력 등을 종합적으로 고려하여 간격(d) 범위를 설정하는 것이 바람직하다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 필름
100: 필름 생산 시스템
110: 코터부
120: 이송 롤
130: 냉각부
140: 회수부
150: 세척부
160: 가열부

Claims (15)

  1. 코터부를 통과한 필름의 코팅면 측의 온도를 낮추기 위해 마련된 냉각 표면을 가지고, 상기 냉각 표면이 필름의 코팅면과 소정 간격으로 떨어져 위치하고, 냉각 표면이 필름의 주행방향을 따라 이동하도록 마련된 냉각부; 및
    필름의 코팅면에 작용하는 전단 응력을 최소화하도록 필름의 주행속도에 기초하여 냉각부의 냉각 표면의 이동 속도를 조절하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 냉각부는 필름과 가까워지거나 멀어질 수 있도록 구성되며, 상기 전단 응력에 따라 냉각부와 필름 사이의 간격이 조절되는, 필름 건조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    냉각부는, 냉각 표면을 형성하는 벨트 및 상기 벨트를 이동시키기 위한 복수 개의 구동 롤러를 포함하는 필름 건조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 구동 롤러에는 내부로 냉각수가 공급되도록 마련된 필름 건조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제어부는 벨트의 이동속도를 이송 롤에 의한 필름의 주행 속도와 동일하게 조절하는 필름 건조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    코터부를 통과한 필름의 코팅면의 반대방향 측에 위치한 가열부를 추가로 포함하는 필름 건조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    냉각부의 냉각 표면의 응축물을 회수하기 위한 회수부를 추가로 포함하는 필름 건조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    냉각부의 냉각 표면을 세척하기 위한 세척부를 추가로 포함하는 필름 건조 장치.
  8. 필름을 이송시키기 위한 이송 롤;
    이송 롤을 통과하는 필름에 코팅액을 공급하기 위한 코터부;
    코터부를 통과한 필름의 코팅면 측의 온도를 낮추기 위해 마련된 냉각 표면을 가지고, 상기 냉각 표면이 필름의 코팅면과 소정 간격으로 떨어져 위치하고, 냉각 표면이 필름의 주행방향을 따라 이동하도록 마련된 냉각부; 및
    필름의 코팅면에 작용하는 전단 응력을 최소화하도록 필름의 주행속도에 기초하여 냉각부의 냉각 표면의 이동 속도를 조절하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 냉각부는 필름과 가까워지거나 멀어질 수 있도록 구성되며, 상기 전단 응력에 따라 냉각부와 필름 사이의 간격이 조절되는, 필름 생산 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    냉각부는, 냉각 표면을 형성하는 벨트 및 상기 벨트를 이송시키기 위한 복수 개의 구동 롤러를 포함하는 필름 생산 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    각각의 구동 롤러에는 내부로 냉각수가 공급되도록 마련된 필름 생산 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    제어부는 벨트의 이동속도를 이송 롤에 의한 필름의 주행 속도와 동일하게 조절하는 필름 생산 시스템
  12. 제 8 항에 있어서,
    코터부를 통과한 필름의 코팅면의 반대방향 측에 위치한 가열부를 추가로 포함하는 필름 생산 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    냉각부의 냉각 표면의 응축물을 회수하기 위한 회수부를 추가로 포함하는 필름 생산 시스템.
  14. 제 8 항에 있어서,
    냉각부의 냉각 표면을 세척하기 위한 세척부를 추가로 포함하는 필름 생산 시스템.
  15. 제 8 항에 있어서,
    이송 롤의 온도를 조절하기 위한 온도 조절부를 추가로 포함하는 필름 생산 시스템.
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