KR102358682B1

KR102358682B1 - 금속박 형성 장치

Info

Publication number: KR102358682B1
Application number: KR1020200069274A
Authority: KR
Inventors: 김준섭; 여성근; 박창국
Original assignee: (주)피엔티
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2022-02-04
Also published as: KR20210152324A

Abstract

개시된 금속박 형성 장치는, 전해액의 전기분해에 의해 외주면에 금속박이 전착 형성되는 원통형의 드럼 롤, 및 드럼 롤을 회전 가능하게 지지하는 전해조를 구비한 제박 유닛, 드럼 롤에서 박리되어 배출되는 금속박을 권취하는 리와인딩 롤러를 구비한 권취 유닛, 및 제박 유닛에서 권취 유닛으로 진행하는 금속박의 진행 경로 상에 배치되어, 금속박의 장력을 조절하는 장력 조절 유닛을 구비한다. 장력 조절 유닛은, 금속박의 진행 방향이 전환되도록 금속박을 접촉 지지하는 진자 롤러, 진자 롤러를 회전 가능하게 지지하는 롤러 지지대, 및 롤러 지지대를 진자 롤러의 회전 중심과 다른 일 지점을 중심으로 회전 가능하게 지지하며, 롤러 지지대의 회전 중심이 미리 설정된 기준 위치에서 벗어난 위치로 이동하면 기준 위치로 귀환하도록 롤러 지지대를 가압하는 액츄에이터를 구비한다.

Description

금속박 형성 장치{Apparatus for fabricating metal foil}

본 발명은, 전기분해 방법에 의해 금속박(金屬箔)을 형성하고, 상기 금속박을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 이송하여 권취하는 금속박 형성 장치에 관한 것이다.

예컨대, 2차 전지 등 많은 전기 및 화학 제품에 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 두께의 금속박이 사용된다. 통상적으로, 금속박은 전기 분해 방법에 의해 제조되며, 드럼 롤(drum roll)의 외주면으로부터 박리 배출되는 금속박이 리와인딩 롤러(rewinding roller)에 권취되도록 구성된다. 상기 드럼 롤에서 배출된 금속박은 리와인딩 롤러까지 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 이송되는데, 이송 도중에 금속박의 장력이 정밀하게 조절되지 않으면 얇은 금속박에 소위 헌팅(hunting)이라고 불리우는 진동이 발생하면서 파단되거나 금속박에 주름이 형성될 수 있다.

공개특허공보 제10-2018-0080130호

본 발명은, 드럼 롤에서 박리 배출되어 리와인딩 롤러까지 롤투롤 방식으로 이송되는 금속박에 진동이 발생하지 않도록 장력(tension)이 정밀하게 조정되는 금속박 형성 장치를 제공한다.

본 발명은, 전해액의 전기분해에 의해 외주면에 금속박이 전착 형성되는 원통형의 드럼 롤(drum roll), 및 상기 드럼 롤을 회전 가능하게 지지하는 전해조를 구비한 제박(製薄) 유닛, 상기 드럼 롤에서 박리되어 배출되는 금속박을 권취하는 리와인딩 롤러(rewinding roller)를 구비한 권취 유닛, 및 상기 제박 유닛에서 상기 권취 유닛으로 진행하는 금속박의 진행 경로 상에 배치되어, 상기 금속박의 장력(tension)을 조절하는 장력 조절 유닛을 구비하고, 상기 장력 조절 유닛은, 상기 금속박의 진행 방향이 전환되도록 상기 금속박을 접촉 지지하는 진자 롤러(pendulum roller), 상기 진자 롤러를 회전 가능하게 지지하는 롤러 지지대, 및 상기 롤러 지지대를 상기 진자 롤러의 회전 중심과 다른 일 지점을 중심으로 회전 가능하게 지지하며, 상기 롤러 지지대의 회전 중심이 미리 설정된 기준 위치에서 벗어난 위치로 이동하면 상기 기준 위치로 귀환하도록 상기 롤러 지지대를 가압하는 액츄에이터(actuator)를 구비하는 금속박 형성 장치를 제공한다.

상기 액츄에이터는, 실린더 보디(body)와, 상기 실린더 보디에 삽입되는 방향 및 상기 실린더 보디에서 돌출되는 방향으로 이동 가능하며, 상기 롤러 지지대의 회전 중심에 결합된 실린더 로드(rod)를 구비한 공압 구동 실린더(cylinder)를 구비하고, 상기 장력 조절 유닛은, 상기 실린더 로드의 이동 방향 및 이동 거리를 측정하는 리니어 게이지(linear gauge)를 더 구비하고, 상기 리니어 게이지에 의해 측정된 실린더 로드의 이동 방향 및 이동 거리에 기초하여 상기 롤러 지지대의 회전 중심이 상기 기준 위치에서 벗어난 것으로 판명되면 상기 롤러 지지대의 회전 중심이 상기 기준 위치로 귀환하도록 상기 실린더 보디에 공기압(air pressure)이 작용할 수 있다.

상기 권취 유닛은, 상기 장력 조절 유닛을 통과하여 상기 리와인딩 롤러로 진행하는 금속박의 장력(tension)을 측정하는 장력 측정 롤러를 더 구비하고, 상기 장력 측정 롤러에 의해 측정된 금속박의 장력의 크기에 기초하여 상기 리와인딩 롤러의 회전 속도가 조절될 수 있다.

본 발명의 금속박 형성 장치는 장력 조절 유닛에 의해 금속박의 장력이 정밀하게 조정되어서, 금속박에 소위 헌팅이라고 불리우는 과도한 진동이 발생하지 않는다. 결과적으로, 금속박이 롤투롤 방식으로 이송되는 도중에 파단되거나 금속박에 주름이 형성되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속박 형성 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 II 부분의 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 금속박 형성 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속박 형성 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 II 부분의 확대도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속박 형성 장치(10)는 전해액의 전기분해에 의해 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 두께의 금속박(1)을 형성하고, 상기 금속박(1)을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 이송하여 권취하는 장치로서, 제박(製薄) 유닛(11), 장력 조절 유닛(20), 표면 도금 유닛(40), 권취 유닛(50), 및 콘트롤러(controller)(60)를 구비한다. 상기 콘트롤러(60)는 제박 유닛(11), 장력 조절 유닛(20), 표면 도금 유닛(40), 및 권취 유닛(50)의 동작을 제어한다.

상기 제박 유닛(11)은 전해액의 전기분해에 의해 외주면에 금속박(1)이 전착 형성되는 원통형의 드럼 롤(drum roll)(12)과, 상기 드럼 롤(12)을 회전 가능하게 지지하는 전해조(14)와, 상기 금속박(1)을 회전하는 드럼 롤(12)에서 분리하는 박리 롤러(16)를 구비한다. 상기 전해조는 상기 드럼 롤(12)의 외주면과 일정한 간극을 두고 이격된 애노드 전극판과, 상기 애노드 전극판을 고정 지지하는 애노드 베이스와, 상기 애노드 전극판에 전류를 공급하기 위한 통전 버스(bus)와, 상기 드럼 롤(12)의 외주면과 상기 애노드 전극판 사이의 간극에 전해액을 투입하는 전해액 공급 노즐(nozzle)을 구비한다.

권취 유닛(50)은 제박 유닛(11)으로부터 배출되는 금속박(1)을 권취하는 유닛으로, 리와인딩 롤러(rewinding roller)(58), 장력 측정 롤러(51), 엣지 나이프(edge knife)(55), 및 엣지 나이프 롤러(56)를 구비한다. 리와인딩 롤러(58)는 상기 금속박(1)을 롤(roll) 형태로 권취한다. 장력 측정 롤러(51)는 장력 조절 유닛(20)을 통과하여 리와인딩 롤러(58)로 진행하는 금속박(1)의 장력(tension)을 측정한다. 부연하면, 장력 측정 롤러(51)는 회전 중심이 되는 롤러 샤프트에 장력(tension)을 측정하는 장력 측정기(tension meter)를 구비한다.

상기 장력 측정 롤러(51)에 의해 측정된 금속박(1)의 장력의 크기에 기초하여 리와인딩 롤러(58)의 회전 속도가 조절된다. 다시 말해서, 콘트롤러(60)가 상기 장력 측정기의 측정값에 기초하여 리와인딩 롤러(58)를 회전 구동하는 전동 모터(미도시)의 모터 샤프트의 회전 속도를 제어한다. 부연하면, 상기 장력 측정기에 의해 측정된 금속박(1)의 장력이 정상 크기인 장력의 기준값보다 크면, 금속박(1)의 장력이 정상 크기가 되도록 콘트롤러(60)는 상기 전동 모터의 모터 샤프트의 회전 속도가 느려지게 상기 전동 모터를 제어하고, 반대로 상기 장력 측정기에 의해 측정된 금속박(1)의 장력이 정상 크기인 장력의 기준값보다 작으면, 콘트롤러(60)는 상기 전동 모터의 모터 샤프트의 회전 속도가 빨라지게 상기 전동 모터를 제어한다.

엣지 나이프 롤러(56)는 장력 측정 롤러(51)를 통과하여 리와인딩 롤러(58)로 향하는 금속박(1)을 지지하는 엣지 나이프(55)는 엣지 나이프 롤러(56)와 마주보게 배치되어 상기 엣지 나이프 롤러(56)에 지지된 금속박(1)의 폭 방향 양 측 단부를 상기 금속박(1)의 진행 방향에 평행하게 절개한다. 표면 도금 유닛(40)은 제박 유닛(11)에서 형성 배출된 얇은 금속박(1)의 양 측 표면에 금속 성분을 도금하는 장치로서, 금속박(1)의 진행 경로 상에서 제박 유닛(11)과 권취 유닛(50) 사이에 배치된다. 예를 들어, 금속박(1)의 양 측 표면에 방청(防??)과 내열성 향상을 위하여 크롬(Cr)이 도금될 수 있다. 그러나, 크롬(Cr)은 금속박(1)에 도금되는 금속 성분의 일 예에 불과하고, 다른 종류의 중금속이 금속박(1) 표면에 도금될 수도 있다. 표면 도금 유닛(40)을 통과한 금속박(1)은 가이드 롤러(guide roller)(49)를 통과하며 진행 방향이 전환되어서 장력 측정 롤러(51)로 진행한다.

박리 롤러(16)에 의해 드럼 롤(12)에서 박리되어 진행하는 금속박(1)은 진자 롤러 앞 가이드 롤러(18)를 통과하며 진행 방향이 전환되어서 장력 조절 유닛(20)으로 진행한다. 장력 조절 유닛(20)은 제박 유닛(11)에서 권취 유닛(50)으로 진행하는 금속박(1)의 진행 경로 상에 배치되어 상기 금속박(1)의 장력을 조절한다. 장력 조절 유닛(20)은 진자 롤러(pendulum roller)(29), 롤러 지지대(26), 액츄에이터(actuator), 및 리니어 게이지(linear gauge)(30)를 구비한다.

진자 롤러(29)는 상기 진자 롤러 앞 가이드 롤러(18)를 통과한 금속박(1)을 접촉 지지하는 롤러이다. 진자 롤러(29)를 통과한 금속박(1)은 진자 롤러 뒤 가이드 롤러(38)를 통과한 다음에 상기 표면 도금 유닛(40)으로 진행한다. 금속박(1)은 상기 진자 롤러 앞 가이드 롤러(18)에서 상기 진자 롤러(29)까지는 상기 리와인딩 롤러(58)로부터 멀어지는 방향으로 진행하고, 상기 진자 롤러(29)에서 상기 진자 롤러 뒤 가이드 롤러(38)까지는 상기 리와인딩 롤러(58)에 가까워지는 방향으로 진행한다. 즉, 금속박(1)은 상기 진자 롤러(29)를 기준으로 그 진행 방향이 전환된다.

롤러 지지대(26)는 일정한 폭으로 위아래로 연장된 부재로서, 진자 롤러(29)를 회전 가능하게 지지한다. 다시 말해, 롤러 지지대(26)는 자신의 회전 중심(HC)을 중심으로 피봇(pivot) 가능하다. 예를 들면, 롤러 지지대(26)의 하단부에서 Y축과 평행하게 돌출된 샤프트(shaft)(미도시)에 진자 롤러(29)가 베어링(bearing)(미도시)을 매개로 하여 지지될 수 있다. 상기 진자 롤러(29)의 회전 중심(RC)은 상기 롤러 지지대(26)의 샤프트를 따라 Y축과 평행하게 연장된 가상의 직선 상에 있다.

액츄에이터는 롤러 지지대(26)를 진자 롤러(29)의 회전 중심(RC)과 다른 일 지점(HC)을 중심으로 회전 가능하게 지지하며, 상기 롤러 지지대(26)의 회전 중심(HC)이 미리 설정된 기준 위치에서 벗어난 위치로 이동하면 상기 기준 위치로 귀환하도록 롤러 지지대(26)를 가압한다. 구체적으로, 상기 액츄에이터는 실린더 보디(body)(22)와, 상기 실린더 보디(22)에 삽입되는 방향 및 상기 실린더 보디(22)에서 돌출되는 방향으로 이동 가능하며, 상기 롤러 지지대(26)의 회전 중심(HC)에 결합된 실린더 로드(rod)(23)를 구비한 공압 구동 실린더(cylinder)(21)를 구비한다. 예를 들면, 상기 실린더 로드(23)의 우측 단부에서 Y축과 평행하게 돌출된 샤프트(미도시)에 롤러 지지대(26)가 베어링(미도시)를 매개로 하여 지지될 수 있다.

리니어 게이지(30)는 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리를 측정한다. 리니어 게이지(30)는 게이지 보디(body)(31)와, 상기 게이지 보디(31)에 삽입되는 방향 및 상기 게이지 보디(31)에서 돌출되는 방향으로 이동 가능한 게이지 로드(rod)(32)를 구비한다. 상기 게이지 로드(32)는 말단과 실린더 로드(23)는 연결 바(bar)(35)에 의해 서로 결합된다. 따라서, 상기 실린더 로드(23)가 실린더 보디(22)에 대해 삽입되는 방향, 즉 좌측으로 이동하면, 상기 게이지 로드(32)도 게이지 보디(31)에 대해 삽입되는 방향, 즉 좌측으로 이동하여, 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리를 측정하게 된다. 반대로, 상기 실린더 로드(23)가 실린더 보디(22)에 대해 돌출되는 방향, 즉 우측으로 이동하면, 상기 게이지 로드(32)도 게이지 보디(31)에 대해 돌출되는 방향, 즉 우측으로 이동하여, 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리를 측정하게 된다.

리니어 게이지(30)에 의해 측정된 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리에 기초하여 상기 롤러 지지대(26)의 회전 중심(HC)이 상기 미리 설정된 기준 위치에서 벗어난 것으로 판명되면 상기 롤러 지지대(26)의 회전 중심(HC)이 상기 기준 위치로 귀환하도록 상기 실린더 보디(22)에 공기압(air pressure)이 작용한다. 다시 말해서, 콘트롤러(60)가 상기 리니어 게이지(30)에 의해 측정된 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리에 기초하여 공압 구동 실린더(21)에 고압의 공기를 제공하는 에어 펌프(air pump)(미도시)의 동작을 제어한다.

부연하면, 롤러 지지대(26)는 진자 롤러(29)의 무게에 의해 진자 롤러(29)가 아래로 향하도록 바이어스(bias)된다. 금속박(1)이 진자 롤러(29)를 통과할 때 장력이 미세하게 증가하면, 롤러 지지대(26)가 자신의 회전 중심(HC)을 중심으로 시계 방향으로 미세하게 회전하여 장력의 증가가 상쇄된다. 또한, 금속박(1)이 진자 롤러(29)를 통과할 때 장력이 미세하게 감소하면, 롤러 지지대(26)가 자신의 회전 중심(HC)을 중심으로 반시계 방향으로 미세하게 회전하여 장력의 감소가 상쇄된다.

한편, 실린더 보디(22)에 작용하는 공기압이 불규칙하여 실린더 로드(23)가 미리 정한 기준 위치에서 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 의도하지 않게 실린더 로드(23)가 미리 정한 기준 위치로부터 실린더 보디(22)에 삽입되는 방향 또는 실린더 보디(22)에서 돌출되는 방향으로 이동하여, 금속박(1)의 장력이 교란되고 금속박(1)에 진동이 발생할 수 있다. 이 경우에 연결 바(35)에 의해 연결된 리니어 게이지(30)에 의해 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리가 측정되어 이 측정값에 기초하여 에어 펌프의 작동이 제어되고 상기 실린더 로드(23)가 기준 위치로 빠르게 복귀한다. 따라서, 금속박(1)의 장력이 빠르게 정상 상태로 회복된다.

한편, 금속박(1)의 장력 변화가 롤러 지지대(26)가 회전 중심(HC)을 중심으로 약간 회전하는 것으로 상쇄되지 않으면, 실린더 로드(23)가 미리 정한 기준 위치에서 좌측 또는 우측으로 이동할 수 있다. 이 경우에 상기 장력 측정 롤러(51)에 의해 금속박(1)의 장력이 정상 상태일 때의 기준값에 비해 크게 증가하거나 크게 감소한 것으로 측정되고, 리와인딩 롤러(58)의 회전 속도가 감속되거나 가속된다. 따라서, 금속박(1)의 장력이 상기 기준값으로 수렴한다. 동시에 상기 실린더 로드(23)의 이동 방향 및 이동 거리가 리니어 게이지(30)에 의해 측정되어서, 이 측정값에 기초하여 상기 에어 펌프의 작동이 제어되고 상기 실린더 로드(23)가 기준 위치로 빠르게 복귀한다. 따라서, 상기 리와인딩 롤러(58)의 회전 속도가 변경되는 순간의 충격으로 인한 금속박(1)의 진동(hunting)도 생성되지 않거나 생성되더라도 빠르게 사라진다.

이상에서 설명한 금속박 형성 장치(10)는 장력 조절 유닛(20)에 의해 금속박(1)의 장력이 정밀하게 조정되어서, 금속박(1)에 소위 헌팅이라고 불리우는 과도한 진동이 발생하지 않는다. 결과적으로, 금속박(1)이 롤투롤 방식으로 이송되는 도중에 파단되거나 금속박(1)에 주름이 형성되지 않는다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 금속박 형성 장치 11: 제박 유닛
20: 장력 조절 유닛 21: 공압 실린더
26: 롤러 지지대 29: 진자 롤러
30: 리니어 게이지 40: 표면 도금 유닛
50: 권취 유닛 58: 리와인딩 롤러

Claims

전해액의 전기분해에 의해 외주면에 금속박이 전착 형성되는 원통형의 드럼 롤(drum roll), 및 상기 드럼 롤을 회전 가능하게 지지하는 전해조를 구비한 제박(製薄) 유닛; 상기 드럼 롤에서 박리되어 배출되는 금속박을 권취하는 리와인딩 롤러(rewinding roller), 및 상기 리와인딩 롤러로 진행하는 금속박의 장력을 측정하는 장력 측정 롤러를 구비한 권취 유닛; 및, 상기 제박 유닛에서 상기 권취 유닛으로 진행하는 금속박의 진행 경로 상에 배치되어, 상기 금속박의 장력(tension)을 조절하는 장력 조절 유닛;을 구비하고,
상기 장력 조절 유닛은, 상기 금속박의 진행 방향이 전환되도록 상기 금속박을 접촉 지지하는 진자 롤러(pendulum roller), 상기 진자 롤러를 회전 가능하게 지지하며 상기 진자 롤러의 무게에 의해 상기 진자 롤러가 아래로 향하도록 바이어스(bias)되는 롤러 지지대, 상기 롤러 지지대를 상기 진자 롤러의 회전 중심과 다른 일 지점을 중심으로 회전 가능하게 지지하는 것으로, 실린더 보디(body)와, 상기 실린더 보디에 삽입되는 방향 및 상기 실린더 보디에서 돌출되는 방향으로 이동 가능하고 상기 롤러 지지대의 회전 중심에 결합된 실린더 로드(rod)를 구비한 공압 구동 실린더(cylinder), 상기 공압 구동 실린더에 고압 공기를 제공하는 에어 펌프(air pump), 및 상기 실린더 로드의 이동 방향 및 이동 거리를 측정하는 리니어 게이지(linear gauge)를 구비하고,
상기 금속박의 장력 변화로 상기 실린더 로드가 상기 실린더 보디에 대해 이동하여 미리 정한 기준 위치에서 벗어나면, 상기 장력 측정 롤러에 의해 상기 금속박의 장력이 미리 정한 기준값에서 벗어난 것으로 측정되고, 상기 금속박의 장력이 상기 기준값으로 수렴하도록 상기 리와인딩 롤러의 회전 속도가 변경되고,
이와 동시에 상기 리니어 게이지에 의해 측정된 상기 실린더 로드의 이동 방향 및 이동 거리에 기초하여 상기 에어 펌프의 작동이 제어되어 상기 실린더 로드가 상기 기준 위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 금속박 형성 장치.
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