KR102536991B1 - 슬롯 다이 코터 및 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치 - Google Patents

슬롯 다이 코터 및 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치 Download PDF

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Abstract

슬롯 다이 코터와 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치가 개시된다. 개시된 슬롯 다이 코터는 끊김 없이 진행하는 원단으로 도포제가 흘러 누출되는 슬롯이 형성되도록 서로 마주보고 배치된 제1 블록 및 제2 블록, 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 전동 모터, 및 복수의 전동 모터와 일대일 대응되게 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 댐을 구비한다. 복수의 전동 모터 중 하나의 전동 모터의 동력에 의해 하나의 전동 모터에 대응되는 하나의 댐이 승강하여 슬롯의 모든 구간 중 일 구간의 간격이 변경되며, 하나의 전동 모터의 동력에 의해 슬롯의 일 구간을 제외한 다른 구간의 간격은 변경되지 않는다.

Description

슬롯 다이 코터 및 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치{Slot die coater and apparatus for regulating thickness of coated material automatically}
본 발명은 슬롯 다이 코터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원단의 폭 방향으로 도포제의 밀도 내지 도포제의 두께를 정밀하게 조절 가능한 슬롯 다이 코터와, 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치에 관한 것이다.
롤투롤(roll-to-roll) 방식의 필름 제조 설비에서 원단(web)에 도포제(塗布劑)를 도포하는 장치로서, 예컨대, 그라비아 코터(Gravure coater), 콤마 코터(comma coater), 슬롯 다이 코터(slot die coater) 등이 있다. 이들 코터 중에서 원단에 도포되는 도포제의 두께가 정밀하게 제어되어야 하는 경우에 슬롯 다이 코터가 사용된다.
종래의 슬롯 다이 코터는 도포제가 흐르는 슬롯을 형성하는 한 쌍의 블록(block)과, 상기 도포제가 누출되는 슬롯의 말단부인 립(lip)의 간격(gap)을 좁히거나 넓히는 갭 볼트(gap bolt)를 구비한다. 상기 갭 볼트는 원단의 폭 방향으로 일정 간격으로 서로 이격되게 배치되도록 복수 개가 구비된다. 원단의 폭 방향으로 특정 지점의 도포제의 두께가 주변의 도포제의 두께와 다르면 작업자가 상기 특정 지점에 대응되는 갭 볼트를 일정 각도만큼 회전시켜 상기 특정 지점에 대응되는 립의 간격을 조정하게 된다.
그런데, 종래의 슬롯 다이 코터는 상기 특정 지점에 대응되는 갭 볼트가 일정 각도만큼 회전하면 상기 갭 볼트에 직접 연계되어 간격이 조정되는 립 뿐만 아니라 그 주변의 립의 간격도 영향을 받아 함께 변화된다. 따라서, 상기 특정 지점에 대응되는 갭 볼트의 주변에 배치된 갭 볼트들도 작업자가 적절하게 약간씩 회전시켜 주어야 해서 작업이 번거롭고, 작업자의 숙련도에 따라 도포제의 두께의 제어 품질이 차이가 날 수 있다. 또한, 원단의 폭 방향으로 특정 지점의 도포제의 두께만을 조정하고자 하였으나, 상기 특정 지점의 주변 지점의 도포제의 두께가 의도하지 않게 변경되는 문제가 발생할 수 있다.
공개특허공보 제10-2021-0061578호
본 발명은 원단의 폭 방향으로 특정 구간의 도포제의 두께를 정밀하게 개별적으로 조절할 수 있는 슬롯 다이 코터, 및 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치를 제공한다.
본 발명은, 끊김 없이 진행하는 원단(web)으로 도포제가 흘러 누출되는 슬롯(slot)이 형성되도록 서로 마주보고 배치된 제1 블록(block) 및 제2 블록, 상기 원단의 폭(width) 방향으로 배열된 복수의 전동 모터, 및 상기 복수의 전동 모터와 일대일 대응되게 상기 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 댐(dam)을 구비하고, 상기 복수의 전동 모터 중 하나의 전동 모터의 동력에 의해 상기 하나의 전동 모터에 대응되는 하나의 댐이 승강하여 상기 슬롯의 모든 구간 중 일 구간의 간격(gap)이 변경되며, 상기 하나의 전동 모터의 동력에 의해 상기 슬롯의 일 구간을 제외한 다른 구간의 간격은 변경되지 않는 슬롯 다이 코터를 제공한다.
상기 복수의 전동 모터는 상기 제1 블록에 고정 지지되고, 상기 복수의 댐은 상기 슬롯을 한정하는 제2 블록의 슬롯 한정면을 마주보도록 상기 제1 블록에 설치될 수 있다.
상기 복수의 전동 모터는 모터 샤프트의 회전 각도의 제어가 가능한 스텝 모터(step motor)일 수 있다.
상기 복수의 댐 각각은 이웃한 다른 댐에 슬라이딩(sliding) 가능하게 대면(對面) 접촉할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기한 슬롯 다이 코터, 상기 슬롯에서 누출되는 도포제가 상기 원단에 도포되도록 상기 원단을 지지하는 백업 롤러(back-up roller), 상기 원단에 도포된 도포제의 두께를 측정하는 것으로, 상기 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 코팅 두께 측정 센서, 및 상기 복수의 코팅 두께 측정 센서의 측정 결과에 기초하여 상기 복수의 전동 모터의 동작을 제어하는 콘트롤러(controller)를 구비하는 코팅 두께 자동 조절 장치를 제공한다.
본 발명의 슬롯 다이 코터는 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 댐 중에서 특정한 일부의 댐만 개별적으로 승강시킴으로써 상기 원단의 폭 방향을 따라 슬롯의 모든 구간 중에서 특정 일부 구간의 간격만을 정밀하게 변경할 수 있다. 이에 따라 상기 원단의 폭 방향으로 특정 구간의 도포제의 두께를 정밀하게 개별적으로 조절할 수 있다.
또한, 상기 슬롯 다이 코터를 구비한 본 발명의 코팅 두께 자동 조절 장치는 복수의 코팅 두께 측정 센서가 원단의 폭 방향을 따라 각 구간의 코팅 두께를 실시간으로 자동 측정하고, 상기 측정 결과에 기초하여 특정 구간의 코팅 두께와 연관된 댐만을 개별적으로 자동 승강시킴으로써 원단의 폭 방향으로 도포제의 코팅 두께를 실시간 피드백(feedback) 제어를 통해 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서, 작업자의 숙련도와 무관하게 도포제 코팅 작업의 불량이 감소하고, 양품의 생산성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코팅 두께 자동 조절 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1을 II-II에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 다이 코터 및 이를 구비한 코팅 두께 자동 조절 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 코팅 두께 자동 조절 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1을 II-II에 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개하여 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 코팅 두께 자동 조절 장치(10)는 끊김 없이 진행하는 원단(1)에 도포제(coating agent)(5)를 도포하고, 상기 도포제(5)를 건조 경화하는 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 공정 설비에 구비된 장치로서, 슬롯 다이 코터(slot die coater)(20), 백업 롤러(back-up roller)(11), 복수의 코팅 두께 측정 센서(sensor)(13), 및 콘트롤러(controller)(17)를 구비한다.
예를 들면, 상기 롤투롤 방식의 공정 설비는 이차전지 전극 제조 설비이고, 상기 원단(1)은 이차전지 전극의 전극 집전체의 원단이고, 상기 도포제(5)는 전극 활물질을 포함하는 슬러리(slurry) 형태의 전극재일 수 있다. 상기 이차전지 전극 제조 설비는 상기 원단(1)의 진행 경로를 따라 상기 코팅 두께 자동 조절 장치(10)의 상류에 상기 원단(1)을 풀어 공급하는 언와인딩 롤러(unwinding roller)와, 상기 코팅 두께 자동 조절 장치(10)의 하류에 상기 전극재(5)를 건조 경화하는 건조 장치와, 상기 건조 장치의 하류에 상기 건조된 전극재(5)를 압축하여 전극재(5)의 두께를 줄이는 프레스(press) 장치와, 상기 프레스 장치의 하류에 상기 원단(1)과 건조 압축된 전극재(5)를 구비한 이차전지 전극을 권취 회수하는 리와인딩 롤러(rewinding roller)를 더 구비할 수 있다.
상기 슬롯 다이 코터(20)는 제1 블록(block)(21), 제2 블록(25), 도포제 공급관(35), 복수의 전동 모터(40), 상기 복수의 전동 모터(40)에 일대일로 대응되는 복수의 운동 전환부(42), 및 상기 복수의 전동 모터(40)에 일대일로 대응되는 복수의 댐(dam)(45)을 구비한다. 제1 블록(21)과 제2 블록(25)은 상기 원단(1)으로 도포제(5)가 흘러 누출되는 슬롯(slot)(30)이 형성되도록 서로 마주보고 배치된다. 다시 말해, 제1 블록(21)고 제2 블록(25)에 상기 슬롯(30)을 한정하도록 서로 마주보는 제1 슬롯 한정면(22)과 제2 슬롯 한정면(26)이 형성된다. 상기 슬롯(30)의 말단은 백업 롤러(11)에 지지된 원단(1)의 표면을 마주보며 상기 도포제(5)를 상기 원단(1)으로 누출하는 지점으로서 립(lip)이라고 불리운다.
제1 블록(21)은 연결 힌지(hinge)(34)에 의해 상기 제2 블록(25)에 여닫을 수 있게 연결된다. 상기 제1 블록(21)과 제2 블록(25)의 내부에는 도포제(5)가 채워지도록 원단(1)의 폭 방향으로 연장되는 도포제 탱크(tank)(29)가 형성되고, 도포제 공급관(35)은 제1 블록(21)과 제2 블록(25)의 외부에서 상기 도포제 탱크(29)로 도포제(5)를 공급한다. 상기 도포제 탱크(29)는 상기 슬롯(30)과 도포제(5)의 이동이 가능하게 연결된다.
복수의 전동 모터(40)는 원단(1)의 폭 방향으로, 즉 Y축과 평행한 방향으로 일렬로 일정한 간격으로 서로 이격되게 배열된다. 각각의 전동 모터(40)는 브라켓(37)에 의해 제1 블록(21)에 고정 지지된다. 복수의 전동 모터(40)의 모터 샤프트(motor shaft)의 회전 운동은 상기 복수의 전동 모터(40)와 일대일로 대응되는 복수의 운동 전환부(42)에 의해 직선 운동, 다시 말해 승강 운동으로 전환된다. 각각의 전동 모터(40)의 모터 샤프트와 각각의 운동 전환부(42)는 감속기(41)에 의해 연결될 수 있다. 복수의 운동 전환부(42)는 제1 블록(21)의 내부에 삽입 설치된다. 예컨대, 복수의 운동 전환부(42) 각각은 스크류(screw)와 상기 스크류가 회전함에 따라 승강하도록 상기 스크류에 치합되는 스크류 결합 부재를 구비할 수 있다.
각각의 운동 전환부(42)의 하단은 승강 가능한 댐 연결 핀(pin)(43)일 수 있다. 혹은, 각각의 운동 전환부(42)의 하단에 댐 연결 핀(43)이 결합될 수도 있다. 복수의 댐(45)은 복수의 전동 모터(40)와 일대일 대응되게 상기 원단(1)의 폭 방향으로 일렬로 배열되며, 상기 댐 연결 핀(43)의 하단이 댐(45)과 일대일로 결합된다. 상기 댐 연결 핀(43)이 전동 모터(40)의 동력에 의해 승강하면서 회전할 수도 있으나, 상기 댐(45)은 상기 댐 연결 핀(43)이 승강한만큼 승강할 뿐 상기 댐 연결 핀(43)에 동조하여 회전하지는 않는다.
복수의 댐(45)은 제1 블록(21)의 내부에 승강 가능하게 설치된다. 구체적으로, 각 댐(45)의 하측면은 제2 블록(25)의 제2 슬롯 한정면(26)을 마주보도록 제1 블록(21)에 설치된다. 또한, 각 댐(45)의 측면(47)은 이웃한 다른 댐(45)에 상하 방향으로 슬라이딩(sliding) 가능하게 대면(對面) 접촉되게 서로 이어져 있다.
이러한 구성으로 상기 복수의 전동 모터(40) 중 특정한 적어도 하나의 전동 모터(40)가 작동하여 그 전동 모터(40)의 모터 샤프트가 회전하면, 상기 특정한 적어도 하나의 전동 모터(40)에 일대일로 대응되는 적어도 하나의 댐(45)이 승강하여 상기 슬롯(30)의 모든 구간, 부연하면, 원단(1)의 폭 방향으로 댐(45)의 개수만큼 복수의 구간으로 구분한 슬롯(30)의 모든 구간 중 특정한 일부 구간의 간격(gap)이 변경된다. 이때 상기 특정한 일부 구간을 제외한, 슬롯(30)의 다른 구간의 간격은 변경되지 않는다.
도 2 및 도 3에서 흐린 이점쇄선으로 도시된 것이 특정 댐(45)의 하측면(46)이 아래로 하강하여 슬롯(30)의 특정 구간의 간격(gap)이 좁아진 상태를 나타낸다. 상기 하강된 특정 댐(45)이 좀더 상승하면 상기 슬롯(30)의 특정 구간의 간격이 좀더 넓어질 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 슬롯(30)의 특정 구간의 간격이 변경되더라도 상기 특정 댐(45)에 이웃한 댐(45)이 연계되어 승강하지 않으므로, 상기 슬롯(30)의 특정 구간 이외의 구간의 간격은 변경되지 않는다. 바람직하게는, 복수의 댐(45)의 승강을 정밀하게 제어하기 위하여 상기 복수의 전동 모터(40)는 모터 샤프트의 회전 각도를 정밀하게 제어할 수 있는 스텝 모터(step motor) 또는 서보 모터(servo motor)일 수 있다.
백업 롤러(11)는 슬롯(30)의 립(31)에서 누출되는 도포제(5)가 끊김없이 진행하는 원단(1)에 도포되도록 상기 원단(1)을 지지한다. 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)는 원단(1)에 도포된 도포제(5)의 두께를 측정하는 센서(sensor)로서, 상기 원단(1)의 폭 방향으로 일렬로 일정한 간격으로 서로 이격되게 배열된다. 상기 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)와 복수의 댐(45)은 일대일로 대응될 수도 있고, 상기 복수의 댐(45)의 개수가 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)의 개수보다 많을 수도 있다. 상기 댐(45)의 개수가 코팅 두께 측정 센서(13)의 개수보다 많은 경우에는 복수의 댐(45)과 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)가 2:1 또는 3:1로 대응될 수 있다.
각각의 코팅 두께 측정 센서(13)는 예컨대, 형광 X선을 이용한 방식, 광학적 분석(ellipsometry) 방식, 초음파를 이용한 방식 등을 통해 도포제(5)의 두께를 측정할 수 있다. 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)를 이용하여 원단(1)의 폭 방향을 따라 일정한 폭으로 구분된 구간별로 도포제(5)의 두께가 측정된다. 콘트롤러(controller)(17)는 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)의 측정 결과에 기초하여 복수의 전동 모터(40)의 동작을 제어한다.
상기 원단(1)이 이차전지 전극의 전극 집전체의 원단이고, 상기 도포제(5)가 전극 활물질을 포함하는 슬러리 형태의 전극재인 경우, 상기 원단(1)에 도포되는 도포제(5)의 두께는 무지부 등 특정된 일부 구간을 제외하고는 원단(1)의 폭 방향으로 균일하여야 한다. 복수의 코팅 두께 측정 센서(13) 중에서 특정한 적어도 하나의 코팅 두께 측정 센서(13)가 측정한 도포제(5)의 두께 측정값이 미리 설정된 도포제(5)의 정상 두께값보다 크거나 작으면, 콘트롤러(17)는 상기 정상 두께값에서 벗어난 도포제(5)의 두께값에 대응되는 슬롯(30)의 구간의 간격을 정상 두께값으로 변경하기 위해, 상기 슬롯(30)의 구간의 간격 조정을 담당하는 댐(45)을 승강시키는 특정한 전동 모터(40)에 동작 신호를 송신하여 상기 댐(45)을 상승 또는 하강시킨다. 이와 같은 피드백(feedback) 제어를 통해 원단(1)의 폭 방향으로 도포제(5)의 코팅 두께를 정상 두께값으로 정밀하고 균일하게 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 슬롯 다이 코터(20)는 원단(1)의 폭 방향으로 배열된 복수의 댐(45) 중에서 특정한 일부의 댐(45)만 개별적으로 승강시킴으로써 상기 원단(1)의 폭 방향을 따라 슬롯(30)의 모든 구간 중에서 특정 일부 구간의 간격만을 정밀하게 변경할 수 있다. 이에 따라 상기 원단(1)의 폭 방향으로 특정 구간의 도포제(5)의 두께를 정밀하게 개별적으로 조절할 수 있다.
또한, 상기 슬롯 다이 코터(20)를 구비한 코팅 두께 자동 조절 장치(10)는 복수의 코팅 두께 측정 센서(13)가 원단(1)의 폭 방향을 따라 각 구간의 코팅 두께를 실시간으로 자동 측정하고, 상기 측정 결과에 기초하여 특정 구간의 코팅 두께와 연관된 댐(45)만을 개별적으로 자동 승강시킴으로써 원단(1)의 폭 방향으로 도포제(5)의 코팅 두께를 실시간 피드백(feedback) 제어를 통해 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서, 작업자의 숙련도와 무관하게 도포제(5) 코팅 작업의 불량이 감소하고, 양품의 생산성이 향상된다.
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.
1: 원단 5: 도포제
10: 코팅 두께 자동 조절 장치 11: 백업 롤러
13: 코팅 두께 측정 센서 20: 슬롯 다이 코터
21, 25: 제1, 제2 블록 30: 슬롯
40: 전동 모터 45: 댐

Claims (5)

  1. 끊김 없이 진행하는 원단(web)으로 도포제(coating agent)가 흘러 누출되는 슬롯(slot)이 형성되도록 서로 마주보고 배치된 제1 슬롯 한정면 및 제2 슬롯 한정면이 형성된 제1 블록(block) 및 제2 블록;
    상기 원단의 폭(width) 방향으로 배열된 각각 스텝모터로 이루어진 복수의 전동 모터;
    상기 전동 모터와 일대일로 결합되고, 상기 전동 모터의 회전 구동에 따라 승하강하는 운동 전환부;
    상기 각각의 운동 전환부의 하단에 배치된 복수의 댐 연결 핀; 및,
    상기 복수의 댐 연결 핀과 일대일 대응되게 상기 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 댐(dam);을 구비하고,
    상기 제1 블록의 중앙부에 원단의 폭 방향으로 형성된 홀에, 상기 댐 연결 핀 및 댐이 삽입되고,
    상기 댐은 상기 제1 블록의 중앙부에 원단의 폭 방향으로 형성된 홀 내부에 승강 가능하게 설치되고, 상기 각각의 댐의 하측면은 제2 블록의 제2 슬롯 한정면을 마주보도록 설치되며,
    상기 복수의 전동 모터 중 하나의 전동 모터의 동력에 의해 상기 하나의 전동 모터에 대응되는 하나의 댐이 승강하여 상기 슬롯의 모든 구간 중 일 구간의 간격(gap)이 변경되며,
    상기 하나의 전동 모터의 동력에 의해서는, 간격이 변경되는 상기 슬롯의 일 구간을 제외한 다른 구간의 간격은 변경되지 않고,
    상기 승강하는 댐은 상기 일 구간의 슬롯의 중앙부를 승강하고, 상기 일 구간의 슬롯 전체의 간격을 변경하지 않으며, 상기 일 구간의 슬롯의 중앙부만 간격을 조절하며,
    상기 일 구간의 댐이 승강하더라도, 상기 일구간에 위치하는 슬롯의 말단부에 위치한 립의 간격은 변경하지 않아서, 모든 구간의 립의 간격은 동일한 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 전동 모터는 상기 제1 블록에 고정 지지되고,
    상기 복수의 댐은 상기 슬롯을 한정하는 제2 블록의 슬롯 한정면을 마주보도록 상기 제1 블록에 설치되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 댐 각각은 이웃한 다른 댐에 슬라이딩(sliding) 가능하게 대면(對面) 접촉하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  5. 제1 항, 제2 항, 및 제4 항 어느 한 항의 슬롯 다이 코터;
    상기 슬롯에서 누출되는 도포제가 상기 원단에 도포되도록 상기 원단을 지지하는 백업 롤러(back-up roller);
    상기 원단에 도포된 도포제의 두께를 측정하는 것으로, 상기 원단의 폭 방향으로 배열된 복수의 코팅 두께 측정 센서; 및,
    상기 복수의 코팅 두께 측정 센서의 측정 결과에 기초하여 상기 복수의 전동 모터의 동작을 제어하는 콘트롤러(controller);를 구비하는 것을 특징으로 하는 코팅 두께 자동 조절 장치.
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