KR102719298B1 - 슬러리 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬롯다이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치에 관한 것으로, 슬러리 공급 장치를 구성하는 다양한 장치들을 하나의 장치로 집약시킴으로써 구조를 간소화한 슬러리 공급 장치이다. 슬러리 공급 장치는 유입관 및 토출관이 구비된 본체부와, 본체부의 내측 상부에 설치되고, 유입관을 통해 유입되는 슬러리가 저장되는 슬러리 탱크와, 본체부의 토출관과 슬롯다이 사이를 연결하며, 길이 가변이 가능한 가변 길이 파이프와, 본체부의 내측 하부에 설치되고, 슬러리가 유동되어 슬러리 공급 장치의 외부로 배출되도록 압력을 발생시키는 공급펌프와, 공급펌프를 제어하여 슬러리의 유동 압력을 조절하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

슬러리 공급 장치{Slurry Supply Device}
본 발명은 슬러리 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬롯다이의 코팅 품질 향상을 위한 슬러리 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이차전지의 슬러리 도포 방식에는 슬롯다이(Slot-die) 코팅 방식이 사용될 수 있다. 슬롯다이 코팅 방식은 액상의 슬러리(코팅액)를 롤투롤 방식으로 코팅하는 기법 중 가장 대중적으로 쓰이는 방식이다.
슬롯다이 코팅 공정에서 요구되는 가장 중요한 항목은 코팅막 두께의 균일성 및 반복의 재현성이다.
또한, 종래에는 슬러리의 변동성 특성에 맞게 현장의 작업자가 코팅 공정 조건을 셋팅 하는 현장 맞춤형 방식으로 진행하고 있다. 이러한 방식은 코팅 품질에 영향을 주는 공정 조건을 현장 작업자의 노하우에 의존하기 때문에 코팅 품질의 균일성이 저하되는 문제점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 공개된 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
공개특허공보 제10-2022-0076438호(2022.06.08 공개)
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 슬롯다이 코팅 시 공정 조건 변동에 따른 피드백 제어를 통해 슬러리의 유동 압력을 자동으로 제어하여 코팅 품질의 균일성을 향상시킬 수 있는 슬러리 공급 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 슬롯다이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치로서, 유입관 및 토출관이 구비된 본체부와, 본체부의 내측 상부에 설치되고, 유입관을 통해 유입되는 슬러리가 저장되는 슬러리 탱크와, 본체부의 토출관과 슬롯다이 사이를 연결하며, 길이 가변이 가능한 가변 길이 파이프와, 본체부의 내측 하부에 설치되고, 슬러리가 유동되어 슬러리 공급 장치의 외부로 배출되도록 압력을 발생시키는 공급펌프와, 공급펌프를 제어하여 슬러리의 유동 압력을 조절하는 제어부를 포함하고, 제어부는 가변 길이 파이프의 길이 및 기울어진 각도를 결정하고, 길이 및 기울어진 각도에 따라 공급펌프를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 센서부를 더 포함하고, 센서부는 가변 길이 파이프에서 슬러리 탱크측 단부에 배치된 제1 센서와, 슬롯다이측 단부에 배치된 제2 센서를 포함하며, 제어부는 제1 센서와 제2 센서 각각의 위치값을 전달받아 가변 길이 파이프의 길이와 기울어진 각도를 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 가변 길이 파이프에 연결되고, 가변 길이 파이프의 길이를 조절하는 구동부와, 본체부의 내측에서 슬러리 탱크의 후단과 토출관의 전단 사이에 배치되는 필터부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 필터부는 슬러리 탱크의 후단에 연결되고, 내부에 전자석이 구비되며, 전자석에 전류가 공급되면 슬러리 내에 잔존하는 이물질을 흡착하는 자석 필터를 포함할 수 있다.
필터부는 자석 필터에 연결된 바이패스관을 더 포함하고, 제어부는 자석 필터의 세정 시 전자석의 전류 공급을 해제하여 흡착된 이물질이 부유하게 하고, 바이패스관의 밸브를 개방시켜 부유하는 이물질이 슬러리 또는 액체를 통해 외부로 배출되게 할 수 있다.
필터부는 자석 필터의 후단에 연결되고, 슬러리의 진행성 대립자 및 침전으로 인한 대립자를 제거하는 메쉬 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 메쉬 필터의 전단에 연결되어 메쉬 필터로 유입되는 슬러리의 유동 압력을 측정하는 제1 압력계와, 메쉬 필터의 후단에 연결되어 메쉬 필터로부터 토출되는 슬러리의 유동 압력을 측정하는 제2 압력계와, 메쉬 필터 표면의 이물질을 제거하는 자가 세정부를 더 포함하고, 제어부는 제1 압력계 및 제2 압력계를 통해 메쉬 필터의 전후단 압력차를 감지하고, 감지 결과에 따라 자가 세정부를 구동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 토출관에 설치되어 시간당 단면적을 통과하는 슬러리의 체적과 질량을 측정하고, 측정값을 제어부로 전달하는 유량계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제어부는 공급펌프의 RPM과 유량계의 측정값에 근거하여 공급펌프의 공급 효율을 감지하고, 감지 결과에 따라 공급펌프 교체 필요 여부를 알람 또는 표시할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치는 슬러리 탱크에 연결되고, 슬러리 탱크에 저장된 슬러리의 점도 변화를 측정하여 제어부로 전달하는 점도계를 더 포함하고, 제어부는 점도계의 측정값에 따라 본체부의 공급 라인을 통해 슬러리 탱크에 솔벤트(solvent)를 공급할 수 있다.
본 발명의 슬러리 공급 장치에 따르면, 다양한 구성품들과 배관들이 함체 구조인 본체부에 내재화되어 하나의 장치로 통합되기 때문에 장치의 간소화가 가능하고, 공간 활용성이 우수하면서도 성능이 저하되지 않는다.
또한, 본 발명의 슬러리 공급 장치에 따르면, 다양한 계측 장치, 필터 등이 본체부에 내재화되어 있기 때문에 외부에 배치된 구성품들이 다수의 배관으로 연결된 기존 장치에 비해 코팅 장치와의 상대적인 위치/거리의 조절이 용이하고, 신축 가능하도록 구성된 가변 길이 파이프가 구비되어 파이프의 길이 조절이 용이하다.
또한, 본 발명의 슬러리 공급 장치에 따르면, 슬러리 공급 장치와 슬롯다이 사이의 거리에 따라 가변 길이 파이프의 길이를 조절하는 구동부가 구비되므로 가변 길이 파이프가 아래로 처지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 슬러리 공급 장치에 따르면, 제어부는 제1 센서 및 제2 센서 각각의 위치값을 전달받아 가변 길이 파이프의 길이와 기울어진 각도의 변경값을 검출하고, 상기 변경값에 맞게 슬러리의 유량, 압력, 공급펌프의 RPM 등과 같은 공정 조건을 자동으로 조절할 수 있기 때문에 코팅 균일성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 슬러리 공급 장치에 따르면, 자석 필터 및 메쉬 필터가 본체부 내부에 일체화되어 있으면서도 바이패스관, 자가 세정부를 통해 자가 세정이 가능하기 때문에 필터 내부화로 인한 오염 문제가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 슬러리 공급 장치에 따르면, 각각의 부품들, 부속품들의 탈부착이 자유롭고, 탈착 후 배관 연결이 용이하므로, 유지 보수가 매우 편리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치에서 가변 길이 파이프의 길이가 짧게 조절된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치에서 가변 길이 파이프의 길이가 길게 조절된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 센서 및 제2 센서 각각의 위치값과 지면 사이의 거리로부터 가변 길이 파이프의 길이와 기울어진 각도를 산출하는 법을 설명하기 위한 도형이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치에서 필터부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치의 동작을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 하는 것을 원칙으로 한다.
도면은 본 발명의 사상을 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 도면에 의해서 본 발명의 범위가 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한 도면에서 상대적인 두께, 길이나 상대적인 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 슬롯다이(10)에 슬러리를 공급하는 장치로서, 리튬 이차전지의 슬롯다이 코팅 공정에서의 슬러리 공급에 사용될 수 있다. 슬러리 공급 장치(1)는 본체부(100), 슬러리 탱크(200), 가변 길이 파이프(300), 공급펌프(400) 및 제어부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
본체부(100)는 유입관(110) 및 토출관(120)이 구비될 수 있다. 여기서, 토출관(120)은 가변 길이 파이프(300)와 연결되어 기재에 코팅될 양만큼의 슬러리가 토출될 수 있고, 유입관(110)은 순환 파이프(800)와 연결되어 코팅 후 남은 슬러리가 유입될 수 있다. 후술하겠지만, 순환 파이프(800)를 통해 유입된 슬러리는 후술할 필터부(710,720)를 통해 이물질이 제거된 상태로 가변 길이 파이프(300)를 통해 토출될 수 있기 때문에 재사용이 가능하다. 본체부(100)는 함체 구조로서, 기존에 장치 외부에 배치되었던 구성품들이 함체 구조 내부에 내재화될 수 있다. 후술하겠지만, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 다양한 구성품들과 배관들이 함체 구조인 본체부(100)에 내재화되어 하나의 장치로 통합되기 때문에 장치의 간소화가 가능하고, 공간 활용성이 우수하면서도 성능이 저하되지 않는다는 장점이 있다.
슬러리 탱크(200)는 본체부(100)의 내측 상부에 설치되고, 본체부(100)의 유입관(110)과 연결되어 유입관(110)을 통해 유입되는 슬러리가 내부에 저장될 수 있다. 또한, 슬러리 탱크(200)는 본체부(100)의 공급 라인(130)과 연결되고, 전단의 슬러리 믹싱 공정에서 생성된 슬러리(코팅액)가 공급 라인(130)을 통해 공급되어 내부에 저장될 수 있다. 슬러리 탱크(200)는 교반기(210)가 구비되고, 일측에 수위계(미도시)가 구비되어 슬러리의 수위 측정이 가능하도록 구성될 수 있다. 슬러리 탱크(200)의 저장 용량(Full Capa)은 일반적으로 75ℓ 내지 100ℓ일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 저장 용량을 가질 수 있다. Work Capa는 Full Capa의 60% 내지 70%일 수 있다.
가변 길이 파이프(300)는 본체부(100)의 토출관(120)과 슬롯다이(10) 사이를 연결하고, 내부에 슬러리가 유동하는 공간이 형성될 수 있다. 가변 길이 파이프(300)는 길이 가변이 가능한 것을 특징으로 한다. 자세히 후술하겠지만, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 다양한 계측 장치, 필터 등이 본체부(100)에 내재화되어 있기 때문에 외부에 배치된 구성품들이 다수의 배관으로 연결된 기존 장치에 비해 코팅 장치와의 상대적인 위치/거리의 조절이 용이하고, 이에 따라 가변 길이 파이프(300)의 길이도 용이하게 제어될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치에서 가변 길이 파이프의 길이가 짧게 조절된 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치에서 가변 길이 파이프의 길이가 길게 조절된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)에서 가변 길이 파이프(300)는 길이 방향으로 신축 가능하도록 구성되며, 도 2와 같이 슬러리 공급 장치(1)와 슬롯다이(10) 사이의 거리가 짧아지면, 가변 길이 파이프(300)의 양단 사이의 거리도 짧아질 수 있다. 이때, 가변 길이 파이프(300)의 길이 조절이 이루어지지 않은 상태로 슬러리 공급 장치(1)와 슬롯다이(10) 사이의 거리가 좁혀지면, 가변 길이 파이프(300)가 아래로 처질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 가변 길이 파이프(300)의 길이를 조절하는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 구동부는 가변 길이 파이프(300)의 단부에 연결되어 가변 길이 파이프(300)의 일부를 본체부(100) 측으로 당겨 감을 수 있고, 이를 통해 가변 길이 파이프(300)의 길이가 슬러리 공급 장치(1)와 슬롯다이(10) 사이의 거리에 맞게 짧게 조절되므로 아래로 처지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬러리 공급 장치(1)와 슬롯다이(10) 사이의 거리가 길어지면, 이에 대응하여 가변 길이 파이프(300)는 양단 사이의 거리가 길어져 늘어날 수 있다. 이때, 구동부는 가변 길이 파이프(300)의 길이가 연장되도록 구동력을 제공할 수 있다. 일예로, 구동부는 감겨져 있던 가변 길이 파이프(300)의 일부를 풀어 파이프의 길이를 늘릴 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 슬롯다이(10)와의 상대적인 위치/거리에 따라 가변 길이 파이프(300)의 길이가 용이하게 조절될 수 있다. 여기서, 가변 길이 파이프(300)의 길이를 조절하는 구동부는 모터, 실린더 등의 다양한 액츄에이터(Actuator)를 직접 연결하여 구현하거나, 랙/피니언, 볼스크류, 풀리, 벨트, 캠 등의 동력 전달 부재를 이용하여 구현할 수 있다. 다양한 액츄에이터를 이용하여 원하는 구동 메커니즘을 구현하는 방법은 잘 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
공급펌프(400)는 본체부(100)의 내측 하부에 설치되고, 가변 길이 파이프(300)를 통해 슬러리가 유동되어 슬러리 공급 장치(1)의 외부로 배출되도록 압력을 발생시킬 수 있다. 이때, 공급펌프(400)는 압력을 발생시켜 슬러리 탱크(200)에 저장된 슬러리를 슬롯다이(10) 측으로 공급할 수 있다. 공급펌프(400)는 무맥동 펌프가 사용될 수 있다. 무맥동 펌프는 일반적인 펌프에 비해 맥동을 제거하여 유량편차(1~3%)를 최소화한 펌프이다. 일예로, 공급펌프(400)는 모노정량 펌프 또는 Tacmina 펌프가 사용될 수 있다.
제어부(500)는 공급펌프(400)를 제어하여 슬러리의 유동 압력을 조절할 수 있다. 여기서, 제어부(500)는 가변 길이 파이프(300)의 길이 및 기울어진 각도를 결정하고, 가변 길이 파이프(300)의 길이 및 기울어진 각도에 따라 공급펌프(400)를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 가변 길이 파이프(300)의 길이 및 기울어진 각도를 결정하기 위해 센서부(600)의 위치값을 이용할 수 있다.
센서부(600)는 가변 길이 파이프(300)의 길이와 기울어진 각도를 검출하기 위해 구비된 것으로, 제1 센서(610)와 제2 센서(620)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 센서(610)는 가변 길이 파이프(300)에서 슬러리 탱크(200)측 단부에 배치될 수 있고, 제2 센서(620)는 가변 길이 파이프(300)에서 슬롯다이(10)측 단부에 배치될 수 있다. 제1 센서(610)의 위치값 및 제2 센서(620)의 위치값은 제어부(500)에 전달될 수 있고, 제어부(500)는 전달된 제1 및 제2 센서(620)의 위치값을 이용하여 가변 길이 파이프(300)의 길이와 기울어진 각도를 결정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제어부(500)는 제1 센서(610)의 위치값으로부터 제1 센서(610)와 지면(g)을 연결한 수직선(X)의 길이를 알 수 있고, 제2 센서(620)의 위치값으로부터 제2 센서(620)와 지면(g)을 연결한 수직선(Y)의 길이를 알 수 있으며, 제1 센서(610) 및 제2 센서(620) 사이를 연결한 연결선(L)의 길이를 알 수 있다. 본 실시예에서는 센서부(600)가 가변 길이 파이프(300)의 양단에 각각 한 개씩 구비되고, 지면(g)이 평탄하다고 가정하여 도시하였으나, 실제로 지면(g)은 평탄하지 않을 수 있으며, 적재물 등이 있을 수 있다. 따라서, 제1 센서(610)와 지면(g) 사이의 길이 및 제2 센서(620)와 지면(g) 사이의 길이를 정확하게 측정하기 위하여 제1 센서(610)와 제2 센서(620) 사이의 지면(g) 양측 각각에도 별도의 센서가 구비될 수도 있으나, 이에 대한 설명은 편의상 생략하기로 한다.
제1 센서(610)와 제2 센서(620)는 가변 길이 파이프(300)의 양단에 배치되기 때문에 이들 사이의 거리를 측정함에 따라 가변 길이 파이프(300)의 길이 측정이 가능하다. 연결선(L)의 길이는 가변 길이 파이프(300)의 형상에 따라 실제 길이와 동일하지 않을 수 있으나 대략적인 가변 길이 파이프(300)의 길이를 파악할 수 있다. 만약, 가변 길이 파이프(300)의 길이가 길면, 슬러리가 유동하는 경로가 더 길기 때문에 공급 펌프에 의한 공급 압력을 높이는 것이 바람직하다. 반면, 가변 길이 파이프(300)의 길이가 짧으면, 슬러리가 유동하는 경로가 짧기 때문에 공급 펌프에 의한 공급 압력을 일정 범위 이상으로 높일 필요가 없다.
한편, 제1 센서(610) 및 제2 센서(620) 사이를 연결하는 연결선(L)은 제1 센서(610)로부터 지면에 수평하게 연장된 가상의 연장선(D)에 대하여 소정의 각도(β)로 기울어진 형태일 수 있으며, 이때 도 4에 도시된 바와 같이 기울어진 각도(β)는 제1 센서(610)의 위치를 시점으로 하고, 제2 센서(620)의 위치를 종점으로 하는 선분과 제1 센서(610)로부터 지면에 수평하게 연장된 가상의 연장선(D) 사이의 각도로 정의될 수 있다. 이 기울어진 각도(β)가 클 경우, 가변 길이 파이프(300)의 유입구 측과 유출구 측의 높이차가 크기 때문에 공급펌프(400)에 의한 공급 압력을 높이는 것이 바람직하다. 반면, 기울어진 각도(β)가 작을 경우 가변 길이 파이프(300)의 유입구 측과 유출구 측의 높이차가 크지 않기 때문에 공급펌프(400)에 의한 공급 압력을 일정 범위 이상으로 높일 필요가 없다.
제1 센서(610) 및 제2 센서(620) 사이를 연결하는 연결선(L)과, 제2 센서(620) 및 지면(g)을 연결한 수직선(Y) 사이의 각도(α)는 cos-1(Y-X/L)이므로, 연결선(L)이 가상의 연장선(D)에 대하여 기울어진 각도(β)는 π/2-α이다. 이와 같이, 제1 센서(610) 및 제2 센서(620)를 통해 수직선(X)의 길이, 수직선(Y)의 길이, 연결선(L)의 길이를 알면, 가변 길이 파이프(300)가 기울어진 각도(β)를 도출할 수 있다. 또한, 가상의 연장선(D)의 길이도 tan(α)·(Y-X)를 통해 도출할 수 있다.
이와 같이, 제어부(500)는 제1 센서(610) 및 제2 센서(620) 각각의 위치값을 전달받아 가변 길이 파이프(300)의 길이와 기울어진 각도(β), 가상의 연장선(D)의 길이를 도출할 수 있고, 이를 통해 실시간으로 파이프의 길이와 기울어진 각도의 변경값을 검출할 수 있으며, 변경값에 맞게 슬러리의 유량, 압력, 공급펌프(400)의 RPM 등과 같은 공정 조건을 자동으로 조절할 수 있다. 가변 길이 파이프(300)의 길이, 기울어진 각도의 변화는 슬러리의 압력, 유량과 같은 슬러리 공급 조건에 영향을 주기 때문에, 변동이 발생한 상태에서도 동일한 공정 조건으로 슬러리를 공급할 경우 코팅 로딩량의 편차 혹은 불량을 유발하는 원인이 될 수 있다. 따라서, 슬러리 공급 장치(1)에서는 슬러리를 일정하게 공급하는 것이 코팅 품질에 있어서 무엇보다 중요하다. 따라서, 제어부(500)는 실시간으로 변화된 가변 길이 파이프(300)의 길이, 기울어진 각도에 맞게 슬러리의 유량, 압력을 조정할 수 있다.
필터부(710,720)는 본체부(100)의 내측에서 슬러리 탱크(200)의 후단과 토출관(120)의 전단 사이에 배치될 수 있다. 필터부(710,720)는 자석 필터(710) 및 메쉬 필터(720)를 포함할 수 있다. 도 1에서 자석 필터(710) 및 메쉬 필터(720)는 슬러리 탱크(200)의 하단에 나란히 배치된 것으로 도시되어 있으나, 자석 필터(710) 및 메쉬 필터(720)의 배치 형태는 이에 한정된 것은 아니다. 즉, 본 실시예에서 자석 필터(710) 및 메쉬 필터(720)가 배치된 형태는 슬러리의 유동이 자석 필터(710)에서 메쉬 필터(720) 방향으로 향한다는 것을 의미할 뿐, 자석 필터(710) 및 메쉬 필터(720)의 위치 관계를 한정하는 것은 아니다.
자석 필터(710)는 본체부(100)의 내측에서 슬러리 탱크(200)의 후단에 연결되고, 슬러리 내에 잔존하는 금속 이물질을 제거할 수 있다. 도 5를 참조하면, 자석 필터(710)는 내부에 전자석(711)이 구비될 수 있다. 제어부(500)가 자석 필터(710)의 전자석(711)에 전류를 공급하면, 자석 필터(710)로 유입되는 슬러리 내에 잔존하는 이물질이 전자석(711)에 흡착될 수 있다.
필터부(710,720)는 자석 필터(710)에 연결된 바이패스관(712)을 더 포함할 수 있다. 바이패스관(712)은 슬러리 공급 장치(1)의 외부로 향하는 별도의 관으로, 자석 필터(710)의 세정 시 바이패스 밸브(712a)가 오픈되면 금속 이물질을 포함한 슬러리 또는 액체가 바이패스관(712)을 통과하여 외부로 배출될 수 있다. 구체적으로, 제어부(500)는 자석 필터(710)의 세정 시 전자석(711)에 대한 전류 공급을 해제하여 전자석(711)에 흡착된 이물질이 부유하게 하고, 바이패스 밸브(712a)를 개방시켜 부유하는 금속 이물질이 자석 필터(710) 및 바이패스관(712)을 통과하는 슬러리 또는 액상의 외부 액체에 섞여 외부로 배출되게 할 수 있다.
자석 필터(710)는 연결관(713)을 통해 메쉬 필터(720)와 연결될 수 있다. 연결관(713)은 연결밸브(713a)가 구비되고, 연결밸브(713a)가 개방되면 자석 필터(710)를 통과한 슬러리는 메쉬 필터(720)로 유입될 수 있다. 메쉬 필터(720)는 자석 필터(710)의 후단에 연결되고, 슬러리 내에 잔존하는 진행성 대립자 및 침전으로 인한 대립자를 걸러줄 수 있다. 이와 같이, 슬러리는 필터부(710,720)를 통해 이물질이 제거된 상태로 토출관(120)으로 토출될 수 있고, 균일한 품질의 슬러리가 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 자가 세정부(미도시)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 비록 도시되지는 않았으나, 자가 세정부는 메쉬 필터(720) 표면의 이물질을 제거하도록 구성된 스크래퍼와, 상기 스크래퍼에 구동력을 제공하는 스크래퍼 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 자가 세정부는 메쉬 필터(720)의 전후단 압력차가 일정 범위 내에 들어올 때까지 메쉬 필터(720) 표면의 이물질을 제거할 수 있다. 즉, 메쉬 필터(720)의 전단에 배치된 제1 압력계(721)와 메쉬 필터(720)의 후단에 배치된 제2 압력계(722)를 통해 메쉬 필터(720)의 전후단 압력차가 측정되면, 측정값은 제어부(500)로 전달되고, 제어부(500)는 메쉬 필터(720)의 전후단 압력차에 따라 메쉬 필터(720)의 막힘 여부를 감지할 수 있다. 제어부(500)는 메쉬 필터(720)의 막힘이 감지되면, 메쉬 필터(720)의 전후단 압력차가 일정 범위 내로 들어올 때까지 스크래퍼 구동부를 작동시켜 스크래퍼를 통해 메쉬 필터(720) 표면의 이물질을 제거할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 표시 모듈(미도시)을 통해 세정 또는 교체 주기에 따른 교체 필요 여부를 표시하거나 알람으로 알릴 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 슬러리 공급 장치(1)는 자가진단을 통해 필터부(710,720)의 세정 또는 교체 필요 여부를 파악하여 대비할 수 있기 때문에 공정 중에 발생할 수 있는 돌발 상황이 줄어들어 생산 시간이 연장될 수 있고, 유지보수 시간을 단축시킬 수 있으며, 안정적으로 정량의 슬러리를 공급하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 자석 필터(710) 및 메쉬 필터(720)가 본체부(100) 내부에 일체화되어 있으면서도 바이패스관(712), 자가 세정부를 통해 자가 세정이 가능하기 때문에 필터 내부화로 인한 오염 문제가 발생하지 않는다.
유량계(미도시)는 본체부(100)의 토출관(120)에 설치되어 시간당 단면적을 통과하는 슬러리의 체적과 질량을 측정하고, 측정값을 제어부(500)로 전달할 수 있다. 제어부(500)는 공급펌프(400)의 RPM과 상기 유량계에 의해 측정된 슬러리의 유량에 근거하여 공급펌프(400)의 공급 효율을 감지하고, 감지 결과에 따라 공급펌프(400) 교체 필요 여부를 알람 또는 표시할 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았으나, 유량계(미도시)의 전단에 유량조절밸브(미도시)가 설치될 수 있고, 토출관(120)을 통해 토출되는 슬러리의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다. 이때, 유량조절밸브는 유량계에서 측정된 슬러리의 체적과 질량에 기초하여 제어부(500)에서 인가된 신호에 따라 슬러리의 유속을 조절하도록 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 점도계를 더 포함하여 구성될 수 있다. 점도계는 슬러리 탱크(200)에 연결되고, 슬러리 탱크(200)에 저장된 슬러리의 점도 변화를 측정하여 제어부(500)로 전달할 수 있다. 여기서, 점도계는 슬러리의 점도를 파장을 통해 측정할 수 있다. 슬러리가 슬러리 탱크(200)에 공급된 후 슬러리의 솔벤트, 예를 들어 NMP, Acetone 등은 증발하기 때문에 슬러리의 점도는 시간이 경과할수록 변화하게 된다. 따라서, 제어부(500)는 점도계를 통해 슬러리의 점도 변화 값을 감지하고, 이에 따라 슬러리 탱크(200)에 연결된 공급라인을 통해 공급되는 솔벤트의 공급량을 제어하여 슬러리의 점도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 슬러리의 점도가 기준값 이상으로 높으면 코팅 품질이 저하되기 때문에, 제어부(500)는 공급 라인(130)을 통해 슬러리를 추가적으로 공급하여 슬러리의 점도를 낮출 수 있다. 또한, 제어부(500)는 점도계에서 측정된 슬러리의 점도에 따라 유량조절밸브의 동작을 제어하여 공급 유량을 조절할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 공급펌프(400), 점도계, 압력계, 자석 필터(710), 메쉬 필터(720), 유랑계 등의 다양한 계측 장치, 필터가 내부에 일원화된 것을 특징으로 한다. 기존의 슬러리 공급 장치(1)의 경우, 슬러리 공급 장치(1)의 다양한 강체(rigid) 구성들이 장치 외부에 배치되고, 다수의 배관으로 연결되어 노출된 상태로 설치되기 때문에 공간이 비좁고 설치 위치에 제약이 있었다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 하나로 일체화되고, 다양한 구성품들과 배관들이 내부에 배치되어 하나의 장치로 통합되기 때문에 장치의 간소화가 가능하고, 공간 활용성이 우수하면서도 성능이 저하되지 않는다는 장점이 있다. 아울러, 배관 연결을 일부 생략할 수 있기 때문에 비용 상승을 최소화하고, 원가 절감이 가능하며, 연결부의 이물질 발생을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 설치 위치에 제약을 받지 않으며, 협소한 공간에서도 슬러리 공급이 가능하고, 이동이 편리하다. 또한, 기존에 다수의 구성품들이 배관으로 연결된 장치의 경우, 일부분만 탈착시켜 유지 보수하기가 어렵기 때문에 생산 효율성이 떨어지는 문제점이 있다. 반면, 본 발명의 슬러리 공급 장치(1)는 각각의 부품들, 부속품들의 탈부착이 자유롭고, 탈착 후 배관 연결이 용이하므로, 유지 보수가 매우 편리하다는 장점이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(500)는 공급펌프(400), 3웨이밸브(20) 및 솔레노이드밸브(50)에 연결되어 슬러리 공급 장치(1)가 순환모드, 공급모드, 차단모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 여기서, 3웨이밸브(20)는 입력단이 가변 길이 파이프(300)와 연결되고, 제1 출력단이 슬롯다이(10) 측의 공급 배관(30)과 연결되며, 제2 출력단이 순환 파이프(800) 측의 순환 배관(40)과 연결된 분기 구조를 갖는다. 3웨이밸브(20)는 인가되는 제어신호에 따라 온/오프(ON/OFF)되어 슬러리의 유동 방향을 공급 배관(30) 혹은 순환 파이프(800) 측으로 전환할 수 있다. 여기서, 순환 파이프(800)는 가변 길이 파이프(300)와 마찬가지로 길이 가변이 가능하도록 구성될 수 있다.
솔레노이드밸브(50)는 입력단이 순환 배관(40)에 연결되고, 출력단이 순환 파이프(800)에 연결될 수 있다. 솔레노이드밸브(50)는 제어 신호에 따라 개패(ON/OFF)되며, 코팅 작업 대기 시 개방(ON)되어 슬러리를 슬러리 탱크(200) 측으로 순환시키거나, 코팅 작업 시 코팅압 형성을 위해 차단(OFF)될 수도 있다.
제어부(500)는 코팅 작업 대기 중 혹은 잠시 작업 중단 시 슬러리의 유동 방향을 슬러리 탱크(200) 측으로 전환하여 순환모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 제어부(500)는 순환모드 시 3웨이밸브(20)를 오프(OFF)로 작동(즉, 순환 배관(40) 측 제2 출력단 개방)시키며, 솔레노이드밸브(50)를 개방(ON) 상태로 제어할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 코팅 작업 시 슬러리가 슬롯다이(10) 측으로 공급되도록 제어할 수 있다. 제어부(500)는 공급모드 시 3웨이밸브(20)를 온(ON)으로 전환(즉, 공급 배관(30) 측 제1 출력단 개방)하며, 솔레노이드밸브(50)를 차단(OFF) 상태로 제어할 수 있다. 이러한 공급모드에서 제어부(500)는 유량조절밸브 및 공급펌프(400)를 통해 슬러리의 유량 및 압력을 조절하여 슬롯다이(10)의 토출압을 형성할 수 있다. 차단모드에서 제어부(500)는 3웨이밸브(20)를 오프(OFF)로 작동시키며, 솔레노이드밸브(50)를 차단(OFF) 상태로 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)의 동작을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 6은 참조하면, 제어부(500)는 인터페이스 모듈(510), 모니터링 모듈(520), 공정 조건 설정 모듈(530) 및 제어 모듈(540)을 포함하여 구성될 수 있다. 인터페이스 모듈(510)은 슬러리 공급 장치(1)에 구성된 각종 센서 및 장치와 연결되어 측정된 상태 데이터를 수집하고, 그에 따른 제어신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 데이터는 제1 센서(610) 및 제2 센서(620) 각각의 위치값, 공급펌프(400)의 작동상태, 슬러리 유량, 유량조절밸브 작동 상태, 3웨이밸브(20) 작동 상태, 솔레노이드밸브(50) 작동 상태 등을 포함할 수 있다.
모니터링 모듈(520)은 수집된 상태 데이터를 토대로 슬러리 공급 장치(1)의 전반적인 운용을 모니터링하여 공정 조건의 변동 이벤트를 검출할 수 있다. 예를 들어, 모니터링 모듈(520)은 상기 상태 데이터를 분석하여 가변 길이 파이프(300)의 길이 및 기울어진 각도, 슬러리의 점도 상태, 슬러리의 공급 유량 및 압력 등의 공정 조건 변화를 실시간으로 검출할 수 있다.
공정 조건 설정 모듈(530)은 모니터링 모듈(520)에 의해 검출된 공정 조건 변화값에 따라 슬러리의 정상 코팅 형성을 위한 기준 데이터를 생성할 수 있다. 예컨대, 공정 조건 설정 모듈(530)은 가변 길이 파이프(300)의 길이, 기울어진 각도의 변화값에 대응하여 슬러리의 유동 압력을 조절하는 기준 데이터를 구축할 수 있다.
제어 모듈(540)은 공정 조건 설정 모듈(530)에서 설정된 기준 데이터를 참조하여 적절한 슬러리 유량 및 압력으로 슬러리를 공급하도록 슬러리 공급 장치(1)의 전반적인 동작을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(500)로부터 전달된 제어 신호에 따라, 공급펌프(400)는 가변 길이 파이프(300)를 통과하여 슬롯다이(10)를 통해 토출되는 슬러리의 유동 압력을 조절할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 공급 장치(1)는 가변 길이 파이프(300)의 길이, 높이 변화에 맞게 슬러리의 유동 압력을 자동으로 제어하여 코팅 균일성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 슬러리 공급 장치 10: 슬롯다이
20: 3웨이밸브 30: 공급 배관
40: 순환 배관 50: 솔레노이드밸브
100: 본체부 110: 유입관
120: 토출관 130: 공급 라인
200: 슬러리 탱크 210: 교반기
300: 가변 길이 파이프 400: 공급펌프
500: 제어부 510: 인터페이스 모듈
520: 모니터링 모듈 530: 공정 조건 설정 모듈
540: 제어 모듈 600: 센서부
610: 제1 센서 620: 제2 센서
710: 자석 필터 711: 전자석
712: 바이패스관 712a: 바이패스 밸브
713: 연결관 713a: 연결밸브
720: 메쉬 필터 721: 제1 압력계
722: 제2 압력계 800: 순환 파이프

Claims (10)

  1. 슬롯다이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 장치로서,
    유입관 및 토출관이 구비된 본체부;
    상기 본체부의 내측 상부에 설치되고, 상기 유입관을 통해 유입되는 슬러리가 저장되는 슬러리 탱크;
    상기 본체부의 토출관과 상기 슬롯다이 사이를 연결하며, 길이 가변이 가능한 가변 길이 파이프;
    상기 본체부의 내측 하부에 설치되고, 슬러리가 유동되어 상기 슬러리 공급 장치의 외부로 배출되도록 압력을 발생시키는 공급펌프; 및
    상기 공급펌프를 제어하여 슬러리의 유동 압력을 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 가변 길이 파이프의 길이 및 기울어진 각도를 결정하고, 상기 길이 및 기울어진 각도에 따라 상기 공급펌프를 제어하는 슬러리 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 장치는 센서부를 더 포함하고,
    상기 센서부는 상기 가변 길이 파이프에서 상기 슬러리 탱크측 단부에 배치된 제1 센서와, 상기 슬롯다이측 단부에 배치된 제2 센서를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 각각의 위치값을 전달받아 상기 가변 길이 파이프의 길이와 기울어진 각도를 결정하는 슬러리 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 길이 파이프에 연결되고, 상기 가변 길이 파이프의 길이를 조절하는 구동부를 더 포함하는 슬러리 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 내측에서 상기 슬러리 탱크의 후단과 상기 토출관의 전단 사이에 배치되는 필터부를 더 포함하고,
    상기 필터부는,
    상기 슬러리 탱크의 후단에 연결되고, 내부에 전자석이 구비되며, 상기 전자석에 전류가 공급되면 슬러리 내에 잔존하는 이물질을 흡착하는 자석 필터를 포함하는 슬러리 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 필터부는 상기 자석 필터에 연결된 바이패스관을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 자석 필터의 세정 시 상기 전자석의 전류 공급을 해제하여 흡착된 이물질이 부유하게 하고, 상기 바이패스관의 밸브를 개방시켜 부유하는 이물질이 슬러리 또는 액체를 통해 외부로 배출되게 하는 슬러리 공급 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 필터부는,
    상기 자석 필터의 후단에 연결되고, 슬러리의 진행성 대립자 및 침전으로 인한 대립자를 제거하는 메쉬 필터를 더 포함하는 슬러리 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메쉬 필터의 전단에 연결되어 상기 메쉬 필터로 유입되는 슬러리의 유동 압력을 측정하는 제1 압력계;
    상기 메쉬 필터의 후단에 연결되어 상기 메쉬 필터로부터 토출되는 슬러리의 유동 압력을 측정하는 제2 압력계; 및
    상기 메쉬 필터 표면의 이물질을 제거하는 자가 세정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 압력계 및 상기 제2 압력계를 통해 상기 메쉬 필터의 전후단 압력차를 감지하고, 감지 결과에 따라 상기 자가 세정부를 구동시키는 슬러리 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 토출관에 설치되어 시간당 단면적을 통과하는 슬러리의 체적과 질량을 측정하고, 측정값을 상기 제어부로 전달하는 유량계를 더 포함하는 슬러리 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공급펌프의 RPM과 상기 유량계의 측정값에 근거하여 상기 공급펌프의 공급 효율을 감지하고, 감지 결과에 따라 공급펌프 교체 필요 여부를 알람 또는 표시하는 슬러리 공급 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 탱크에 연결되고, 상기 슬러리 탱크에 저장된 슬러리의 점도 변화를 측정하여 상기 제어부로 전달하는 점도계를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 점도계의 측정값에 따라 상기 본체부의 공급 라인을 통해 상기 슬러리 탱크에 솔벤트(solvent)를 공급하는 슬러리 공급 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002045752A (ja) 2000-07-31 2002-02-12 Kyocera Mita Corp 塗布装置
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