KR20060122009A - 중공사막 실링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 성분을 선택적으로 통과시켜 분리하는 중공사막의 제조과정에서 중공사막을 실링하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단한 후 절단된 한쪽 단부를 용융점 부근까지 열을 가함과 동시에 압력을 가하여 실링하는 열융착에 의한 실링 방법과, 이 방법의 실링을 위하여 중공사막의 절단, 홀딩, 이동 및 열융착하는 실링과정을 연속적으로 수행할 수 있게 구성된 자동화 실링 장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 열융착 실링에 의하여 내압성 및 내구성이 향상된 중공사막을 생산할 수 있고, 대용량화된 중공사막의 생산과 모듈의 제작이 가능해진다. 또한, 자동화 실링 장치의 개발로 수동방식의 불편함이 해소될 수 있고, 대량 생산이 가능해지는 장점이 있게 된다.

중공사막, 절단, 실링, 열융착, 실러헤드, 커터, 히터, 1축 구동시스템

Description

중공사막 실링 장치 및 방법{Apparatus and method for sealing hollow fiber membrane}

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 실링 장치의 전체적인 구성을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 실링 장치의 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 실링 장치에서 실러헤드를 확대하여 나타낸 사시도,

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 실링 장치에서 실러헤드를 구동시키는 1축 구동시스템의 구성예를 도시한 정면도 및 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 실링 장치에서 센서 및 컨트롤러, 이 컨트롤러에 의해 제어되는 작동부의 연결상태를 도시한 블럭도,

도 6a ~ 도 6g는 본 발명에 따른 실링 장치의 작동상태 및 실링 장치에 의해 중공사막의 절단 및 실링이 이루어지는 상태를 단계적으로 도시한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 실링 장치에서 두 실러헤드가 교차 이동되는 상태를 도시한 사시도,

도 8a와 도 8b는 본 발명에 따른 실링 장치에서 실러헤드 동작에 따른 중공사막 절단 및 실링상태를 도시한 사시도 및 정면도,

도 9a와 도 9b는 본 발명에 따라 열융착 실링된 중공사막을 도시한 도면,

도 10a는 본 발명의 장치 및 방법에 따라 열융착 실링된 중공사막의 SEM 사진,

도 10b는 실링온도 130℃에서 열융착 실링된 중공사막의 SEM 사진,

도 11은 실링용액을 이용한 종래의 중공사막 실링 방법과 그에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 중공사막 100 : 실링 장치

110 : 중공사막 가이드 120a, 120b : 실러헤드

121 : 베이스부 125 : 헤드본체

126a : 상부 커터 조립체 126b : 하부 커터 조립체

127a : 상부 커터 127b : 하부 커터

131 : 솔레노이드 밸브 137a, 137b : 커팅날

138a, 138b : 압착부 139a, 139b : 히터

141 : 온도센서 142 : 보조압착부

143a, 143b : 고정브라켓 144a, 144b : 압착부재

146a : 하부 근접센서 146b : 상부 근접센서

150 : 이송장치 151a, 151b : 1축 구동시스템

152 : 서보모터 153 : 선형 가이드

154 : 슬라이더 155 : 구동벨트

156a ~ 156d : 근접센서 160 : 컨트롤러

170 : 트레이

본 발명은 중공사막의 제조과정에서 중공사막을 실링하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단한 후 절단된 한쪽 단부를 용융점 부근까지 열을 가함과 동시에 압력을 가하여 실링하는 열융착에 의한 실링 방법과, 이 방법의 실링을 위하여 중공사막의 절단, 홀딩, 이동 및 열융착하는 실링과정을 연속적으로 수행할 수 있게 구성된 자동화 실링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 분리막 기술은 고분자 재료의 물질 선택투과 성질을 이용한 분리기술의 하나로서, 정수 처리 및 하수/오폐수의 처리에 있어서 분리막의 사용은 1960년대 시작된 이래 지금까지 그 사용이 비약적으로 증가되어 왔다.

분리막은 고체와 액체, 액체와 액체, 기체와 기체 및 액체와 기체를 분리하는데 매우 유용한 장치로, 특별한 경우를 제외하고는 상의 변화를 수반하지 않으므로 에너지를 절약할 수 있고, 공정이 간단하므로 장치가 차지하는 공간이 적은 장점이 있다.

이러한 분리막은 폐수 처리, 용수 제조를 포함한 수처리, 식품과 제약부문에 서의 농축, 그리고 공기 중에서의 산소와 질소의 분리, 암모니아의 회수 등 산업전반에 널리 사용되고 있다.

분리막은 형태와 분리성능에 따라 여러 가지로 분류될 수 있는데, 우선 형태면에 따라 평막, 관형막, 중공사막으로 분류되고, 분리성능에 따라 정밀여과막, 한외여과막, 역삼투막 등으로 분류될 수 있다.

이와 같이 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리시키는 분리막의 용도는 매우 광범위하여 각종 형태로 제조되어 이용되고 있다.

이중에서 중공사막은 중앙이 비어있는 실관 형태이므로 다른 형태의 막보다 표면적이 커서 작은 용적으로도 많은 수율을 얻을 수 있어 매우 유용한 분리막으로 각광을 받고 있다.

중공사막을 채용한 분리막 모듈은 일반적으로 운전하는 방식에 따라 외압형, 내압형, 침지형으로 나눌 수 있는데, 외압형은 중공사막 외부에서 압력을 가하여 정제된 물이 중공사막 내부로 나오게 하는 방식이고, 내압형은 외압형의 반대 방향으로 압력을 가하는 방식이며, 침지형은 중공사막 내부를 진공상태로 만듦으로 인해 중공사막 내/외부의 압력차가 발생하도록 하는 방식이다.

그런데, 중공사막 모듈에서는 오염물질이 막 표면에 부착되거나 모듈 내 특정 부위에 쌓이게 되면 정상적인 기능을 수행하기가 어려워지므로 오염물질이 막 표면에 부착되는 것을 방지하여야 하고, 이를 위해 다량의 공기방울을 불어주거나 여과 반대 방향으로 물을 통과시키는 백워싱(back washing) 세정, 약품을 사용하는 화학 세정(chemical cleaning) 등의 조작을 행한다.

예컨대, 침지형이나 외압식에서 중공사막 모듈이 감압 운전될 때 막 표면이나 막 공경이 오염되어 막 투과 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 물리적으로 플러싱(flushing), 산기장치, 진동, 초음파 등을 이용하거나, 화학적으로 차아염소산나트륨, 수산화나트륨, 염산, 황산, 옥살산, 구연산 등을 이용하여 막 오염을 제거한다.

그러나, 상기와 같은 중공사막 모듈의 가장 큰 문제점으로는 형태의 취약성을 갖고 있는 중공사막의 끊어짐이 쉽게 발생할 수 있다는 점이며, 이와 같이 중공사막이 절사되는 경우 막의 절단면으로부터 여과되지 않은 원수가 혼입되어 여과수 전체의 오염을 야기하게 된다.

특히, 산기장치를 이용한 모듈에서 공기의 과부하는 막 절단현상의 원인이 되며, 보다 근본적인 원인으로는 중공사막 다발의 상, 하부 모두가 고정되어 있기 때문에 중공사막에 전달되는 부하를 이기지 못하여 쉽게 절단현상이 일어난다.

따라서, 오염물질을 보다 용이하게 제거하고 중공사막의 취약한 구조를 보완하기 위하여 여러 가지 방법들이 제시되었는데, 일 예로 모듈 내에 상하로 길게 연장 설치된 중공사막의 한쪽 단부를 고정제(접착제)를 사용하여 콜렉터 부분에 고정하고 반대쪽 단부를 자유단으로 구성하는 구조를 들 수 있다.

이러한 모듈 구조에서는 콜렉터에 고정되는 중공사막 다발의 한쪽 단부를 내경이 개방된 상태에서 콜렉터 내부공간과 연통시켜 중공사막 외부로부터 내부로 여과된 물이 콜렉터를 거쳐 배출되도록 하고 있으며, 진동 세정시에는 에어관을 통해 공급되는 공기가 기포형태로 배출되어 반대쪽 단부가 자유로운 중공사막을 흔들게 되면서 중공사막에 부착될 수 있는 오염물질 입자를 떨어뜨리게 되어 있다.

한편, 중공사막 모듈에서 여과된 물이 배출되는 중공사막 한쪽 단부는 내경이 개방된 상태에서 여과수가 수집되는 콜렉터 내부공간과 연통되게 하고 있으나, 반대쪽 단부는 실링을 통해 막아주게 된다.

종래에 중공사막의 한쪽 끝단을 실링하는 대표적인 방법으로는 개별 중공사막의 한쪽 단부 내부로 실링용액(실리콘, 핫멜트, 폴리우레탄, 에폭시 등)을 채워 실링하는 방법과 초음파, 프레스와 같은 방식으로 실링하는 방법을 들 수 있다.

도 11은 실링용액을 이용한 종래 중공사막 실링 방법과 그에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, 도시한 바와 같이 실링용액을 이용한 방법에서는 우선 실링을 요하는 중공사막(1)의 한쪽 끝단을 실링용액에 딥핑(dipping)하여 끝단면을 통해 실링용액이 유입되도록 하고, 모세관 현상에 의해 실링용액이 내부에서 어느 정도 높이 이상 올라간 후 경화되면 실링용액이 채워진 일부를 남겨두고 절단하는 과정을 거치게 된다.

그러나, 이러한 실링 방법을 통하여 실링을 하게 되면, 중공사막(1)의 실링된 부위, 즉 실링제가 채워진 부위의 밀도가 높아지므로 낮은 공기압 부하에서도 상호간 부딪힘이 반복되면서 중공사막이 쉽게 절단되는 문제점이 있게 되고, 이로 인해 모듈의 내구성 저하, 운전시간 단축 등의 문제점이 있게 된다.

또한, 상기한 실링 방법은 모두 수작업으로 이루어지기 때문에 작업의 불편함이 있었고, 수작업에 의한 생산성 저하, 전체적인 모듈 제작성 저하 등의 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단한 후 절단된 한쪽 단부를 용융점 부근까지 열을 가함과 동시에 압력을 가하여 실링하는 열융착에 의한 실링 방법과, 이 방법의 실링을 위하여 중공사막의 절단, 홀딩, 이동, 열융착하는 실링과정을 연속적으로 수행할 수 있게 구성된 실링 장치를 제공함으로써, 열융착 실링에 의하여 내압성 및 내구성이 향상된 중공사막을 생산할 수 있도록 하고, 수동방식의 불편함이 해소될 수 있도록 하며, 자동화로 중공사막의 대량 생산이 가능해지도록 하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 중공사막 실링 장치는, 상부 지지대를 갖는 본체 프레임과; 상기 본체 프레임에서 중공사막이 유입되는 쪽의 상부 일측에 설치되어 본체 프레임의 작업공간으로 중공사막이 들어올 수 있도록 안내하는 중공사막 가이드와; 상기 본체 프레임에서 선형 왕복 이송되고, 상기 중공사막 가이드를 거쳐 들어온 중공사막을 절단 및 절단된 단부를 홀딩한 상태에서 중공사막을 이동시키는 동시에 홀딩된 단부에 열 및 압력을 가하여 열융착 실링하는 2개의 실러헤드와; 상기 상부 지지대 위 1축 방향 선형 가이드를 따라 개별로 이동하는 두 슬라이더를 가지 며, 각 슬라이더에 각 실러헤드가 장착되어 상기 두 실러헤드를 개별로 이송시키는 이송장치와; 조작부를 가지면서 장치의 전체적인 제어를 수행하는 컨트롤러와; 상기 본체 프레임에서 실러헤드 하측으로 설치되어 절단 및 실링이 완료된 중공사막을 수집하는 트레이를 포함하는 것에 특징이 있는 것이다.

여기서, 상기 두 실러헤드 중에서 중공사막 진행방향을 기준으로 전방의 실러헤드가 앞쪽 중공사막 전단부를 홀딩한 상태에서 전진 이동하는 동시에 홀딩된 단부를 열융착 실링하고, 후방의 실러헤드가 상기 앞쪽 중공사막 후단부를 뒷쪽 중공사막으로부터 절단 분리하는 동시에 절단된 뒷쪽 중공사막 전단부를 홀딩하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 실러헤드는, 상기 이송장치의 해당 슬라이더에 결합되어 슬라이더와 일체로 이동하는 베이스부와; 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 공압 실린더가 내장되고, 상기 베이스부에 일체로 결합된 헤드본체와; 상기 공압 실린더에 의해 상하로 움직이면서 닫힘/열림동작되는 상, 하부 커터를 가지며, 이 두 커터의 닫힘/열림동작에 의해 중공사막 절단 및 절단된 단부를 압착/해제하고, 압착시 상기 두 커터를 통해 열융착 실링을 위한 열과 압력을 가해주는 한편 실링 후 두 커터의 열림동작이 이루어지는 상부 및 하부 커터 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상부 커터 및 하부 커터에는 닫힘동작시 서로 대응하는 부위 앞쪽 위치에 커팅날이, 뒷쪽 위치에 압착부가 형성된 구조로 되어 있고, 닫힘동작시 상기 커팅날에서는 날끝이 어긋나면서 중공사막이 절단되어 앞쪽과 뒷쪽의 중공 사막으로 분리되고, 상기 압착부가 절단된 뒷쪽 중공사막의 전단부를 홀딩하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 커터 및 하부 커터는 복수 가닥의 중공사막들을 대상으로 동시에 절단, 홀딩, 이동 및 열융착을 수행할 수 있도록 한쪽으로 길게 형성되어 그 길이방향이 이송방향에 대하여 횡방향이 되도록 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 커터에는 열융착 실링을 위한 열을 제공하는 히터가 삽입 설치되고, 상기 컨트롤러가 커터에 설치된 온도센서의 출력신호를 기초로 상기 각 히터의 작동을 제어하도록 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 히터는 각 커터의 온도가 150 ~ 200℃의 온도 범위 내에서 일정하게 유지될 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 및 하부 커터 조립체에는 커터 후방에서 중공사막을 위, 아래에서 동시에 눌러주어 잡아주는 보조압착부가 설치되고, 이 보조압착부는 상기 각 커터와 나란하게 설치되면서 일체로 움직이는 상, 하 두 고정브라켓과, 이 두 고정브라켓의 마주보는 면에 각각 설치되어 중공사막을 눌러주는 압착부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헤드본체에는 커터 조립체가 열림위치에 도달함을 감지하는 상부 근접센서와 닫힘위치에 도달함을 감지하는 하부 근접센서가 설치되고, 상기 컨트롤러가 상, 하부 근접센서의 출력신호를 기초로 상기 공압 실린더를 제어하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송장치는 각 실러헤드에 대하여 하나씩 설치된 나란한 2개의 1 축 구동시스템으로 구성되고, 상기 각 1축 구동시스템은, 상기 본체 프레임의 상부 지지대 위 일측에 설치되어 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 서보모터와; 상기 상부 지지대 위 1축 방향을 따라 설치되는 선형 가이드와; 상기 선형 가이드에 왕복 이동 가능하게 설치되고, 해당 실러헤드가 장착되는 슬라이더와; 상기 서보모터의 회전력을 전달받는 구동풀리와 반대쪽의 피동풀리 사이에 설치되고, 일측에 상기 슬라이더가 고정되어 서보모터 구동시 상기 선형 가이드를 따라 이동하면서 슬라이더를 이동시키는 구동벨트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체 프레임에서 실러헤드의 이송구간 시작위치와 종료위치에 각 실러헤드가 시작위치 및 종료위치에 도달함을 감지하는 근접센서가 설치되고, 상기 컨트롤러가 이 근접센서들의 출력신호를 기초로 두 1축 구동시스템의 서보모터 회전방향을 제어하도록 된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 중공사막의 일단부를 실링하는 방법에 있어서, 중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단하고, 이 절단된 중공사막의 일단부에 열과 압력을 동시에 가하여 상기 일단부를 열융착 실링하는 것에 특징이 있는 것이다.

여기서, 상기 일단부를 150 ~ 200℃의 온도 범위에서 가열하여 용융시키는 동시에 열융착에 필요한 압력을 가하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 특정 성분을 선택적으로 통과시켜 분리하는 중공사막의 제조과정에서 중공사막을 실링하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단한 후 절단된 한쪽 단부를 용융점 부근까지 열을 가함과 동시에 압력을 가하여 실링하는 열융착에 의한 실링 방법과, 이 방법의 실링을 위하여 중공사막의 절단, 홀딩, 이동, 열융착하는 실링과정을 연속적으로 수행할 수 있게 구성된 실링 장치에 주안점이 있는 것이다.

특히, 본 발명의 실링 장치는 여러 가닥의 중공사막에 대하여 절단 및 실링과정을 반복적으로 수행하는 자동화된 장치로 구성되어 중공사막의 대량 생산을 가능하게 한다.

이하, 다음의 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실링 장치에 대하여 상술하기로 한다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 실링 장치의 전체적인 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실링 장치의 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 실링 장치에서 실러헤드를 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 1a와 도 1b에서 도면부호 164는 컨트롤러(160)와 실러헤드(120a,120b) 사이의 케이블 연결 및 이동을 위한 케이블 캐리어(cable carrier)를 나타내고, 도 3에서 도면부호 142는 실러헤드(120a,120b)에서 베이스부(121) 및 헤드본체(125)를 덮는 실러헤드 커버를 나타낸다.

또한, 도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 실링 장치에서 실러헤드를 구동시키는 1축 구동시스템의 구성예를 도시한 정면도 및 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 실링 장치에서 센서 및 컨트롤러, 이 컨트롤러에 의해 제어되는 작동부의 연결상태를 도시한 블럭도이다.

또한, 도 6a ~ 도 6g는 본 발명에 따른 실링 장치의 작동상태 및 실링 장치에 의해 중공사막의 절단 및 실링이 이루어지는 상태를 단계적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 실링 장치에서 두 실러헤드가 교차 이동되는 상태를 도시한 사시도이며, 도 8a와 도 8b는 본 발명에 따른 실링 장치에서 실러헤드 동작에 따른 중공사막 절단 및 실링상태를 도시한 사시도 및 정면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 중공사막 실링 장치(100)는, 본체 프레임(101), 상기 본체 프레임(101)의 작업공간으로 중공사막(1)이 들어올 수 있도록 안내하는 중공사막 가이드(110), 상기 본체 프레임(101)에서 선형 왕복 이송되고 상기 중공사막 가이드(110)를 거쳐 들어온 중공사막을 절단 및 절단된 단부를 홀딩한 상태에서 중공사막을 이동시키는 동시에 홀딩된 단부에 열 및 압력을 가하여 열융착 실링하는 2개의 실러헤드(120a,120b), 상기 각 실러헤드(120a,120b)를 본체 프레임(101) 1축 방향을 따라 개별로 선형 왕복 이송시키는 이송장치(150), 조작부를 가지면서 장치의 전체적인 제어를 수행하는 컨트롤러(160), 그리고 절단 및 실링이 완료된 중공사막을 수집하는 트레이(170)를 포함하여 이루어진다.

상기 본체 프레임(101)은 각 구성요소들이 장착되는 지지대 역할을 하는 부분으로서, 본체 프레임(101) 상부에서 1축방향, 즉 도면상의 좌우방향으로 길게 마련된 상부 지지대(102) 위에 상기 이송장치(150)가 설치 구성되고, 이 이송장치(150)를 매개로 상기 두 실러헤드(120a,120b)가 장착되어 이송장치(150) 구동시 두 실러헤드(120a,120b)가 좌우 왕복 이송되도록 되어 있다.

상기 본체 프레임(101)에서 중공사막이 유입되는 쪽의 상부 일측에는 이전 공정을 거치고 난 복수 가닥의 중공사막(1)들을 작업공간으로 안내하는 중공사막 가이드(110)가 설치된다.

예컨대, 중공사막의 제조과정에서 중공사막의 코팅공정 후 실링공정이 이루어지는 것이라면 상기 중공사막 가이드(110)는 코팅 장치로부터 나온 중공사막들을 통과시켜 본 발명의 실링 장치(100)로 안내하게 된다.

상기 중공사막 가이드(110)는 복수개의 로울러(111)로 구성되는데, 각 로울러(111)는 본체 프레임(101) 상부 각 위치에 설치된 해당 브라켓(112)상의 축을 중심으로 회전하도록 설치된다.

상기 각 로울러(111)의 외주면상에는 원주 둘레를 따라 일정 간격으로 가이드 홈(111a)들이 형성되어 있고, 본 발명의 실링 장치(100)가 나란한 복수 가닥(4가닥, 12가닥 등)의 중공사막(1)들을 대상으로 하여 동시에 작업을 수행하므로, 중공사막(1)들이 로울러(111)상의 해당 가이드 홈(111a)에 끼워진 상태에서 일정 간격을 유지하면서 나란히 안내되어 들어올 수 있게 되어 있다.

예컨대, 상기 각 로울러(111)의 외주면상에 4개의 가이드 홈(111a)을 형성하여 4가닥의 중공사막들이 동시에 안내되도록 하면, 이후 4가닥의 중공사막들이 동시에 절단, 홀딩, 이동 및 열융착되어서, 결국 한꺼번에 4가닥의 중공사막들을 절단 및 실링 작업할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 실러헤드(120a,120b)는 이송장치(150)의 슬라이더(154)에 결합된 상태로 슬라이더의 왕복 이동에 따라 일체로 움직이게 설치되는 것으로, 중공사막의 절단 및 실링 작업 수행을 위하여 두 개의 실러헤드가 구비된다.

상기 두 실러헤드(120a,120b)는 본체 프레임(101) 내에서 정해진 이송구간(P1↔P4)을 따라 왕복 이동하게 되며, 이송장치(150)에 의해 독립적으로 이동될 뿐 아니라 이동 및 작업 중의 위치가 다르지만 두 실러헤드(120a,120b)의 구성 및 동작형태는 서로 동일하다.

상기 두 실러헤드(120a,120b) 중에서 중공사막 진행방향을 기준으로 전방의 실러헤드(120a)는 앞쪽 중공사막(1a) 전단부를 홀딩한 상태에서 전진 이동하는 동시에 홀딩된 단부를 열융착 실링하고, 후방의 실러헤드(120b)는 상기 앞쪽 중공사막(1a) 후단부를 뒷쪽 중공사막(1b)으로부터 절단 분리하는 동시에 절단된 뒷쪽 중공사막(1b) 전단부를 홀딩하도록 되어 있다(도 6a ~ 도 6g 참조).

상기 각 실러헤드(120a,120b)의 구성에 대해 설명하면, 크게 이송장치(150)의 슬라이더(154)에 결합되어 슬라이더와 일체로 이동하는 베이스부(121), 공압 실린더(미도시됨)가 내장되고 상기 베이스부(121)에 일체로 결합된 헤드본체(125), 그리고 상기 공압 실린더에 의해 상하로 움직이면서 닫힘/열림동작되는 상, 하부 커터(127a,127b)를 가지며 이 두 커터의 닫힘/열림동작에 의해 중공사막(1) 절단 및 절단된 단부를 압착/해제하고 압착시 상기 두 커터를 통해 열융착 실링을 위한 열과 압력을 가해주는 한편 실링 후 두 커터의 열림동작이 이루어지는 상부 및 하부 커터 조립체(126a,126b)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 베이스부(121)는 실제 슬라이더(154)와 결합되는 부분인 베이스(122)와, 이 베이스(122)에 체결된 체결블럭(123)과, 이 체결블럭(123)에 일체로 구성되어 상기 헤드본체(125)가 결합 및 지지되는 연결블럭(124)을 포함하여 이루 어진다.

상기 베이스(122)는 슬라이더(154)의 상부면에 결합되며, 이 베이스(122)가 슬라이더(154)에 일체로 결합됨으로써 실러헤드(120a,120b) 전체가 슬라이더(154)와 함께 이동하는 구조가 된다.

상기 헤드본체(125)에는 전술한 바와 같이 상부 및 하부 커터(127a,127b)를 구동시키기 위한 공압 실린더가 내장되는데, 이 공압 실린더는 컨트롤러(160)가 출력하는 제어신호에 의해 구동이 제어되도록 되어 있다.

상기 공압 실린더로는 외부로부터 제공되는 공기의 압력을 받아 두 피스톤(미도시됨)이 서로 반대 방향으로 동시 동작하도록 된 공압 실린더가 사용된다.

이와 같이 피스톤이 양방향 작동하는 공압 실린더에 대해서는 이미 널리 상용화되어 산업적으로 다양하게 사용되고 있는 장치이므로, 그 구조나 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 공압 실린더가 주지된 바와 같이 외부로부터 제공되는 공기의 압력을 받아 동작하게 되므로, 이를 본 발명에 적용하기 위해서는 미도시된 압축공기 공급부가 필요하며, 이 압축공기 공급부로부터 공기공급튜브(132)를 통해 제공되는 공기는 실러헤드(120a,120b) 일측에 장착된 솔레노이드 밸브(131)를 통해 공압 실린더로 제공되게 된다.

즉, 상기 솔레노이드 밸브(131)가 외부의 압축공기 공급부로부터 공급되는 공기를 선택된 경로를 통해서만 제공함으로써 공압 실린더의 두 피스톤이 선택적으로 전진(양방향 확장) 또는 후진(수축)되는 것이며, 솔레노이드 밸브(131)의 구동 이 컨트롤러(160)에 의해 제어되므로 결국 공압 실린더의 작동은 컨트롤러(160)에 의해 제어될 수 있게 된다.

도 3에서 헤드본체(125)에 내장된 공압 실린더는 솔레노이드 밸브(131)로부터 연결블럭(124) 내부를 통하여 연결된 두 공기공급튜브(133a,133b)로 공기를 공급받도록 되어 있으며, 특히 헤드본체(125) 내에서 피스톤의 전후진 방향이 상하 방향이 되도록 설치된다.

또한, 헤드본체(125)의 측면에 형성 구비된 가이드 레일(128)을 따라 상하로 움직이도록 된 상부 및 하부 슬라이더(129a,129b)가 상기 공압 실린더의 해당 피스톤에 일체로 결합되어 양방향 두 피스톤의 동작시 해당 슬라이더가 함께 움직이도록 되어 있다.

또한, 상기 상부 및 하부 슬라이더(129a,129b)에는 접합 플레이트(134)가 고정되고, 이 접합 플레이트(134)에는 방열패드(135)가 개재된 상태로 지지브라켓(136)이 고정되며, 이 지지브라켓(136)에는 커터(127a,127b)가 장착된다.

상기 지지브라켓(136)은 상기 방열패드(135)를 사이에 두고 접합 플레이트(134)와 결합되는 플레이트부(136a)와 상기 커터(127a,127b)가 장착되는 지지대(136b)가 일체 형성된 구조로 되어 있으며, 여기서 지지대(136b)는 커터가 동일 길이방향으로 결합될 수 있도록 길게 형성된 구조로 되어 있다.

상기한 구성에서, 솔레노이드 밸브(131)가 컨트롤러(160)의 제어신호에 의해 동작하여 하나의 공기공급튜브(133a)로 공기를 공급하게 되면 헤드본체(125) 내 공압 실린더의 두 피스톤이 모두 전진(양방향 확장)하여 상부 슬라이더(129a)는 상측 으로, 하부 슬라이더(129b)는 하측으로 이동하게 되며, 반대로 다른 하나의 공기공급튜브(133b)로 공기를 공급하게 되면 두 피스톤이 동시에 후진(수축)하여 상부 슬라이더(129a)는 하측으로, 하부 슬라이더(129b)는 상측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 두 피스톤이 반대 방향으로 동시 동작하도록 되어 있고, 또한 상기 상부 커터(127a) 및 하부 커터(127b)가 해당 슬라이더와 함께 움직이도록 되어 있으므로, 결국 상부 커터(127a) 및 하부 커터(127b)의 동작은 상하 대칭된 동작형태로 이루어지며, 동작 중에 상기 두 커터가 동시에 반대 방향으로 움직이면서 서로 벌어지거나 모아지는 동작을 하게 된다.

상부 커터(127a)가 위로, 하부 커터(127b)가 아래로 이동하게 되면 두 커터가 서로 벌어지는 열림동작이 이루어지고, 상부 및 하부 커터(127b)가 모두 중앙으로 이동하게 되면 두 커터가 모아지는 닫힘동작이 이루어진다.

한편, 상부 커터(127a) 및 하부 커터(127b)는 복수 가닥의 중공사막들을 대상으로 동시에 절단, 홀딩, 이동 및 열융착을 수행할 수 있도록 한쪽으로 길게 형성된 구조로 되어 있으며, 상기 지지브라켓(136)의 지지대(136b)와 함께 그 길이방향이 이송방향에 대하여 횡방향이 되도록 장착된다.

상기 두 커터(127a,127b)는 닫힘동작시에 중공사막(1)을 절단 및 절단된 단부를 홀딩, 즉 압착하여 물어주고, 이 상태에서 실러헤드(120a,120b) 이송시에 중공사막을 진행방향으로 끌고 나가 이동시키는 바, 이동시에는 열과 압력을 동시에 가하여 중공사막의 단부를 열융착 실링하게 된다.

이와 같이 본 발명의 실링 장치(100)에서 상부 및 하부 커터(127a,127b)가 닫힘동작을 하게 되면, 중공사막(1)이 커터에 의해 절단되면서 절단부위를 기준으로 커터 앞쪽의 중공사막(1a)은 절단되어 커터로부터 완전히 분리되나, 뒷쪽 중공사막(1b)의 전단부는 두 커터가 압착하여 물게 된다(도 8a 및 도 8b 참조).

이 동작을 위하여, 상부 커터(127a)와 하부 커터(127b)에는 닫힘동작시 서로 대응하는 부위 앞쪽 위치에 커팅날(137a,137b)이, 뒷쪽 위치에 압착부(138a,138b)가 형성된 구조로 되어 있으며, 닫힘동작시 상기 커팅날(137a,137b)에서는 날끝이 어긋나면서 중공사막이 절단되어 앞쪽과 뒷쪽의 중공사막으로 분리되고, 상기 압착부(138a,138b)가 절단된 뒷쪽 중공사막(1b)의 전단부를 홀딩하도록 되어 있다(도 8b 참조).

또한, 열융착에 의한 실링 작업이 이루어질 수 있도록 상부 커터(127a) 및 하부 커터(127b)가 상기 압착부(138a,138b)를 통해 압력과 함께 열을 가하는 바, 상부 커터(127a) 및 하부 커터(127b)에는 커터를 중공사막의 용융점 부근 온도까지 가열하기 위한 히터(139a,139b)가 삽입 설치되고, 두 커터의 온도 제어를 위하여 온도센서(141)가 설치된다.

상기 히터(139a,139b)는 열융착에 필요한 열을 제공하기 위한 것이며, 상기 온도센서(141)는 커터의 온도를 검출하기 위한 것으로 커터 온도를 나타내는 출력신호가 컨트롤러(160)에 입력될 수 있게 되어 있다.

상기 히터(139a,139b)의 제어는 컨트롤러(160)가 하게 되는데, 열융착에 의한 실링작업이 이루어지는 동안 컨트롤러(160)는 온도센서(141)의 출력신호를 기초로 히터(139a,139b)의 작동을 제어하여 상, 하부 커터(127a,127b)의 온도가 중공사 막 재질(copolymer, polymer)에 따라 미리 설정된 온도 범위 내에서 일정하게 유지될 수 있게 한다.

상기 히터(139a,139b)에 의해 상, 하부 커터(127b)가 가열 및 유지되는 온도는 중공사막이 용융될 수 있는 온도 범위로 설정하고, 이 온도 범위로 중공사막의 단부를 용융시키는 동시에 압력을 가해주어 중공사막의 단부를 실링하게 된다.

폴리술폰계 중공사막의 경우 150 ~ 200℃의 온도 범위로 가열하여 용융시키는 것이 바람직하며, 이때 150℃ 미만의 온도로 가열하는 경우에는 실링 수준의 용융이 어려운 문제가 있고, 200℃를 초과하여 가열하는 경우에는 용융되는 부위의 점도가 과도하게 낮아지면서 그 형상 유지가 어려워져 실링이 곤란해지는 문제가 있다.

상, 하부 커터(127a,127b)의 정확한 온도 제어를 위해서는 상기 온도센서(141)가 각 커터에 하나씩 설치됨이 마땅하나, 두 커터가 특정 부위를 제외한 대부분의 형상이 동일하므로 두 커터에 동일 사양의 히터(139a,139b)가 설치된다고 할 때 두 커터의 온도가 동일하다고 가정하여 두 커터 중 하나에만 설치될 수 있다.

도시한 실시예에서는 하부 커터(127b)에만 온도센서(141)가 설치되고 있다.

또한, 상부 및 하부 두 커터 조립체(126a,126b)의 지지브라켓(136)에는 커터 후방에서 중공사막을 위, 아래에서 동시에 눌러주어 잡아주는 별도의 보조압착부(142)가 설치되는데, 이 보조압착부(142)는 상, 하 각 지지브라켓(136)에 커터 및 지지대(136b)와 나란하게 설치되는 상, 하 두 고정브라켓(143a,143b)과, 이 두 고정브라켓(143a,143b)의 마주보는 면에 각각 설치되어 중공사막을 눌러주는 압착부 재(144a,144b)로 구성된다.

상기 압착부재(144a,144b)는 중공사막 재질에 대하여 미끄럼 발생이 적은 재질로 제작하여 설치하며, 바람직하게는 원형단면의 로울러 모양으로 제작하여 설치한다.

도시한 실시예에서는 상부 커터 조립체(126a)의 고정브라켓(143a)에 1개의 압착부재(144a)가, 하부 커터 조립체(126b)의 고정브라켓(143b)에 2개의 압착부재(144b)가 설치되어 있으나, 갯수 및 위치는 적절히 변경 가능하며, 커터의 닫힘동작시에 고정브라켓(143a,143b)이 일체로 움직이면서 상, 하 압착부재(144a,144b)가 그 사이에 위치되는 중공사막을 압착하여 잡아주게 되어 있다.

또한, 상부 및 하부 커터(127b)의 동작 제어를 위하여 위치 고정된 상기 헤드본체(125)의 측면 브라켓(145)에는 커터 및 지지브라켓(136), 접합 플레이트(134) 등으로 이루어진 커터 조립체가 열림위치 및 닫힘위치에 도달함을 감지하는 위치감지수단이 설치된다.

바람직한 실시예에서, 상기 두 커터 조립체(126a,126b)가 반대방향으로 이동하는 대칭된 동작형태를 취하므로, 즉 두 커터 조립체가 공압 실린더 작동에 의해 동시에 정해진 열림위치에 도달하거나 닫힘위치에 도달하므로, 상기 위치감지수단은 하나의 커터 조립체에 대해서만 설치될 수 있으며, 첨부한 도면은 하부 커터 조립체(126b)에 대해서만 위치감지수단이 설치된 예를 도시한 것이다.

상기 위치감지수단으로서 하부 커터 조립체(126b)의 열림위치를 감지하기 위한 하부 근접센서(146a)와 닫힘위치를 감지하기 위한 상부 근접센서(146b)가 설치 되는데, 상기 하부 근접센서(146a)는 하부 커터 조립체(126b)의 지지브라켓(136)에 측방으로 돌출 설치된 돌출판(147)의 하강을 감지하고, 상기 상부 근접센서(146b)는 상기 돌출판(147)의 상승을 감지하게 된다.

상기 두 근접센서(146a,146b)로부터 출력되는 신호는 컨트롤러(160)에 입력되도록 되어 있으며, 컨트롤러(160)가 두 근접센서(146a,146b)의 신호를 기초로 커터 조립체(126a,126b)가 열림위치 또는 닫힘위치에 도달함을 판단하게 된다.

다음으로, 실러헤드를 선형 왕복 이송시키는 이송장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 이송장치(150)는 본체 프레임(101)의 상부 지지대(102) 위에 1축 방향, 즉 좌우방향으로 길게 나란히 설치 구성되는 2개의 1축 구동시스템(151a,151b)으로 구성되며, 각 1축 구동시스템(151a,151b)이 하나의 실러헤드를 구동시키므로 두 실러헤드(120a,120b)가 해당 1축 구동시스템(151a,151b)에 의해 독립적으로 구동되게 된다.

바람직한 실시예에서, 상기 각 1축 구동시스템(151a,151b)은 본체 프레임(101)의 상부 지지대(102) 위 일측에 설치되어 컨트롤러(160)에 의해 구동 제어되는 서보모터(152)와, 상기 상부 지지대(102) 위 1축 방향을 따라 길게 설치되는 선형 가이드(153)와, 상기 선형 가이드(153)에 왕복 이동 가능하게 설치되고 해당 실러헤드(120a,120b)가 장착되는 슬라이더(154)와, 일측에 상기 슬라이더(154)가 고정되고 상기 서보모터(152)의 회전력을 전달받아 선형 가이드(153)를 따라 이동하면서 슬라이더(154)를 이동시키는 구동벨트(155)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 서보모터(152)는 컨트롤러(160)가 출력하는 제어신호에 의해 회전속도 및 회전방향이 제어되도록 되어 있으며, 특히 서보모터(152)의 구동 제어를 위하여 컨트롤러(160)가 실러헤드(120a,120b)의 접근을 감지하는 근접센서(156a~156d)의 신호를 입력받게 된다.

상기 돌출판(147)는 본체 프레임(101)에서 이송구간의 시작위치(P1)와 종료위치(P2)에 각각 설치되어 실러헤드(120a,120b)가 각 위치에 도달함을 감지하게 되는데, 컨트롤러(160)는 근접센서(156a~156d)들의 출력신호를 기초로 각 1축 구동시스템(151a,151b)의 서보모터(152) 회전방향을 제어하게 된다.

즉, 컨트롤러(160)가 근접센서(156a~156d)의 출력신호로부터 실러헤드(120a,120b)가 이송구간 시작위치(P1) 또는 종료위치(P4)에 도달함을 판단한 경우 실러헤드(120a,120b)의 이동방향을 전환시키기 위하여 서보모터(152)의 회전방향을 반대로 제어하게 된다.

본 발명의 실링 장치(100)에서 2개의 실러헤드(120a,120b)가 동시에 동작하여 작업을 수행하므로, 시작위치의 근접센서(156a,156b)가 각 실러헤드(120a,120b)에 대하여 하나씩 총 2개가 설치되고, 종료위치의 근접센서(156c,156d) 역시 각 실러헤드(120a,120b)에 대하여 하나씩 총 2개가 설치된다.

도 1b에는 시작위치 및 종료위치 감지용 근접센서(156a~156d)의 위치를 명확히 보여주기 위하여 캐리어 커버(도 1a에서 도면부호 165임)를 해체한 상태의 실링 장치를 도시하였다.

상기 근접센서(156a~156d)들은 나란한 양측의 선형 가이드(153) 측방 위치에 각각 설치되며, 각 위치에서 본체 프레임(101)의 상부 지지대(102) 위에 고정된 별도 브라켓에 장착되어 설치된다.

결국, 이송구간을 왕복하는 실러헤드(120a,120b)가 후진, 즉 리턴하여 이송구간 시작위치(P1)에 도달함을 시작위치의 근접센서(156a,156b)가 감지하고, 이를 감지한 근접센서의 신호가 컨트롤러(160)에 입력되면, 컨트롤러가 출력하는 제어신호에 의해 서보모터(152)가 역으로 회전하여 실러헤드(120a,120b)는 전진, 즉 이송구간 종료위치(P4)를 향하여 이동되게 된다.

또한, 실러헤드(120a,120b)가 이송구간 종료위치(P4)에 도달함을 종료위치의 근접센서(156c,156d)가 감지하고, 이를 감지한 근접센서의 신호가 컨트롤러(160)에 입력되면, 컨트롤러가 출력하는 제어신호에 의해 서보모터(152)가 다시 역으로 회전하여 실러헤드(120a,120b)는 후진, 즉 이송구간 시작위치(P1)를 향하여 리턴되게 된다.

상기 구동벨트(155)는 선형 가이드(153)의 내측공간을 따라 길게 설치되는데, 선형 가이드(153) 일단 및 타단에 설치된 구동풀리(161)와 피동풀리(162) 사이에 연결 설치되고, 그 일측에는 벨트 스테이(163)를 매개로 슬라이더(154)가 고정된다.

따라서, 구동풀리(161)가 서보모터(152)의 회전력을 전달받아 구동되면 벨트(155)는 구동풀리(161)와 피동풀리(162) 사이에서 이동하게 되고, 동시에 슬라이더(154)가 선형 가이드(153)를 따라 이동하게 된다.

상기 슬라이더(154)에는 실러헤드(120a,120b)의 베이스부(121)가 결합되며, 슬라이더(154)가 이동함에 따라 실러헤드(120a,120b)가 함께 이동될 수 있게 되어 있다.

상기 구동풀리(161)는 서보모터(152)의 회전축에 직접 연결할 수도 있으나, 별도 동력전달수단을 통해 회전축의 구동력을 전달받도록 구성하는 것이 바람직하다.

구현 가능한 하나의 예로서, 상기 동력전달수단은 서보모터(152)의 회전축에 설치된 모터풀리(157), 상기 구동풀리(161)와 동축상에 설치되어 일체로 회전하는 중간풀리(158), 그리고 상기 모터풀리(157)와 중간풀리(158) 사이에 연결 설치되어 회전력을 전달하는 연결벨트(159)를 포함한 구성이 될 수 있다.

한편, 본 발명의 실링 장치(100)에서 컨트롤러(160)는 각 실러헤드(120a,120b)의 하부 커터(127b)에 설치된 온도센서(141)의 신호를 입력받아 이 신호를 기초로 각 커터에 설치된 히터(139a,139b)를 제어하고, 또한 각 헤드본체(125)에 설치된 두 근접센서(146a,146b)의 신호를 입력받아 이 신호를 기초로 상, 하부 두 커터 조립체(126a,126b)의 동작을 제어한다.

상기 상, 하부 커터 조립체(126a,126b)의 동작을 제어하기 위하여 컨트롤러(160)는 전술한 바와 같이 솔레노이드 밸브(131)를 제어하게 되는데, 솔레노이드 밸브(131)가 제어됨에 의해 선택된 경로를 통해 공기가 공급되면서 공압 실린더의 동작이 제어되고, 공압 실린더의 선택적인 동작에 의해 상, 하부 커터 조립체(126a,126b)의 닫힘 또는 열림동작이 이루어지게 된다.

또한, 상기 컨트롤러(160)는 이송구간 시작위치(P1)의 두 근접센서 (156a,156b)와 이송구간 종료위치(P4)의 두 근접센서(156c,156d)를 통해 두 실러헤드(120a,120b)가 각각 이송구간 시작위치 또는 종료위치에 도달함을 판단하게 되면, 그 시점에서 실러헤드(120a,120b)를 이전과 반대로 이동시키기 위한 서보모터(152)의 제어신호를 출력하게 되고, 이에 서보모터(152)의 회전방향이 반대가 되면서 실러헤드(120a,120b)의 이동방향이 전환되게 된다.

다음으로, 상기 트레이(170)는 실러헤드(120a,120b)에 의해 절단 및 실링이 완료된 중공사막들이 수집되는 부분으로, 본체 프레임(101) 내측에서 양측의 두 1축 구동시스템(151a,151b) 사이에 좌우방향(실러헤드 이송방향)으로 길게 설치되는데, 본체 프레임(101) 내측 각 위치에 횡으로 설치된 복수개의 로울러(171) 위에 놓여지게 된다.

상기 트레이(170)는 실러헤드(120a,120b) 및 선형 가이드(153) 하측으로 위치하며, 절단 및 실링이 완료되어 실러헤드(120a,120b)로부터 떨어진 중공사막들이 내부에 쌓여지도록 되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 실링 장치의 작동상태 및 실링 장치에 의해 중공사막의 실링 작업이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 중공사막의 실링은 이전 공정을 거치고 난 중공사막을 모듈 제작에 필요한 소정 길이로 절단하고, 이 절단된 중공사막의 일단부에 열과 압력을 동시에 가하여 상기 절단된 일단부를 열융착 실링하는 것에 주된 특징이 있는 것이다.

이와 같이 중공사막에 열을 가함에 있어서 중공사막 소재가 용융될 수 있는 온도 범위로 열을 가하여야 하며, 폴리술폰계 중공사막의 경우 150 ~ 200℃의 온도 범위로 가열하여 열융착 실링한다.

이러한 실링 작업은 중공사막 제조과정 중 막기공 형성과 연신공정 또는 코팅공정 후단에서 본 발명의 실링 장치(100)를 이용하여 실시하는데, 이전 공정을 거친 복수 가닥의 중공사막(1)들이 중공사막 가이드(110)를 통해 본체 프레임(101) 내부로 안내되어 실러헤드(120a,120b)로 연결된다.

작업전 준비작업으로 각 실러헤드(120a,120b)의 상, 하부 커터(127b)가 미리 설정된 실링 온도, 예를 들어 150 ~ 200℃의 온도 범위로 제어된다.

상기 상, 하부 커터(127a,127b)의 온도 제어는 하부 커터(127b)에 설치된 온도센서(141)의 출력신호를 기초로 하여 컨트롤러(160)가 각 커터에 설치된 히터(139a,139b)의 작동을 제어하면서 이루어진다.

두 실러헤드(120a,120b)는 작업이 이루어지는 동안 하측의 해당 1축 구동시스템(151a,151b)에 의해 좌우방향 이송구간을 계속해서 왕복 이동하게 되며, 각 실러헤드(120a,120b)가 도면상의 좌측에서 우측으로 이동되는 동안 상, 하부 커터(127a,127b)에 의해 절단 및 실링 작업이 수행되도록 되어 있다.

즉, 각 실러헤드(120a,120b)가 좌측에서 우측으로 이동(전진)하면서 절단 및 실링 작업을 수행하고, 이어 다시 좌측으로 이동(후진)한 후 또 다시 우측으로 이동하면서 절단 및 실링 작업을 반복하는 바, 이와 같이 전진 및 후진을 반복하면서 연속적인 작업을 수행하게 된다.

도 2에서 P1과 P4는 이송구간의 시작위치와 종료위치를 각각 나타내는 것으 로 두 실러헤드(120a,120b)는 P1 위치와 P4 위치 사이의 이송구간을 왕복하게 되며, P2와 P3는 실링이 개시되는 위치와 실링이 종료되는 위치를 각각 나타내는 것으로 실러헤드(120a,120b)가 P2 위치에서 커터 닫힘동작으로 절단 및 실링을 개시하고 P3 위치에서 커터 열림동작과 동시에 실링을 종료하게 된다.

본 발명의 실링장치에서 두 실러헤드(120a,120b)는 도면상 표시된 각 위치를 연속적으로 위치 이동하게 되는데(P1→P2→P3→P4→P1 반복), 이때 상부 커터(127a)와 하부 커터(127b)는 실러헤드(120a,120b)가 P2 위치에서 P3 위치로 전진 이동하는 동안에만 닫힘상태를 유지하고, 이를 제외한 나머지 구간에서는 열림상태를 유지한다.

두 실러헤드(120a,120b)에서 상, 하부 커터(127a,127b)의 열림 및 닫힘동작은 전술한 바와 같이 컨트롤러(160)가 각 실러헤드(120a,120b)의 측면 브라켓(145)에 설치된 상, 하부 근접센서(146a,146b)의 출력신호를 입력받아서 이 입력된 신호를 기초로 솔레노이드 밸브(131)를 제어하고, 이 솔레노이드 밸브(131)의 제어에 의해 공압 실린더가 동작하면서 이루어진다.

또한, 두 실러헤드(120a,120b)의 전후진 동작은 기본적으로 해당 1축 구동시스템(151a,151b)의 서보모터(152)가 구동되면서 이루어지는데, 이송구간 시작위치(P1) 및 종료위치(P4)에서의 이동방향 전환은 컨트롤러(160)가 근접센서(156a~156d)의 출력신호를 입력받아서 이 입력된 신호를 기초로 서보모터(152)의 회전방향을 제어함에 의해 이루어진다.

이하, 본 명세서에서는 작동상태의 명확한 설명을 위하여 두 실러헤드 중 하 나를 제1실러헤드(120a), 나머지 다른 하나를 제2실러헤드(120b)라 칭하기로 한다.

먼저, 도 6a는 전방의 제1실러헤드(120a)가 P2 위치에서 P3 위치로 이동하는 동안 후방의 제2실러헤드(120b)가 P1 위치에 도달한 상태를 나타내며, 도 6b에서와 같이 제1실러헤드(120a)가 P3 위치에 도달하기 전에 제2실러헤드(120b)가 P2 위치에 먼저 도달하게 된다.

이와 같이 제2실러헤드(120b)가 P2 위치에 도달 완료한 상태에서 컨트롤러(160)는 그 실러헤드(120a,120b)의 솔레노이드 밸브(131)를 제어하여 커터 닫힘동작이 이루어지도록 공압 실린더를 작동시키고, 이에 제2실러헤드(120b)는 상, 하부 커터(127a,127b)가 닫혀지면서 제1실러헤드(120a)가 끌고 나가는 중공사막(1)을 P2 위치에서 절단하게 된다.

이때, P2 위치의 절단부위를 기준으로 하여 앞쪽의 중공사막은 그 전단부를 제1실러헤드(120a)가 물고 있는 상태에서 후단부가 제2실러헤드(120b)에 의해 절단되어서 제2실러헤드(120b)가 새롭게 물고 이끌게 되는 뒷쪽의 중공사막과는 완전 분리가 된다.

상기와 같이 제2실러헤드(120b)의 커터 닫힘동작에 의해 뒷쪽 중공사막이 앞쪽 중공사막과 절단 분리되는 동시에 뒷쪽 중공사막의 전단부가 제2실러헤드(120b)의 상, 하부 커터(126a,127b)에 의해 물리게 되는데, 이후 제2실러헤드(120b)가 P3 위치로 이동하면서 뒷쪽 중공사막을 전방으로 끌고 나가게 된다.

제2실러헤드(120b)의 커터 닫힘동작에 의해 중공사막이 절단되고 절단된 뒷쪽 중공사막의 전단부가 물리는 과정에서, 상, 하부 커터(126a,127b)의 앞쪽 커팅 날(137a,137b)에서는 날끝이 서로 어긋나면서 중공사막이 절단되어 분리되어지며, 동시에 뒷쪽 압착부(138a,138b) 및 보조압착부(142)가 절단된 뒷쪽 중공사막의 전단부를 물어주게 된다.

그리고, 상기와 같이 제2실러헤드(120b)가 P1 위치에서 P2 위치를 지나면서 중공사막이 절단되고 절단된 뒷쪽 중공사막(1b)을 제2실러헤드(120b)가 물게 되는 동안, 제1실러헤드(120a)는 P3 위치로 향하면서 물고 있는 앞쪽 중공사막의 전단부를 열융착 실링하게 된다.

이때, 제1실러헤드(120a)에서 상, 하부 커터의 압착부가 앞쪽 중공사막의 전단부에 열을 가하는 동시에 압력을 가하면서 열융착 실링을 하게 된다.

한편, 도 6c에 나타낸 바와 같이 제2실러헤드(120b)가 P2 위치를 지나게 되면 제1실러헤드(120a)는 P3 위치에 도달하게 되고, 이에 제1실러헤드(120a)가 물고 있던 앞쪽 중공사막의 전단부에 대한 실링은 모두 완료되며, 제1실러헤드(120a)가 P3 위치에 도달 완료한 상태에서 컨트롤러(160)는 그 실러헤드(120a,120b)의 솔레노이드 밸브(131)를 제어하여 커터 열림동작이 이루어지도록 공압 실린더를 작동시킨다.

이에 제1실러헤드(120a)는 상, 하부 커터(127a,127b)가 열리면서 실링이 완료된 앞쪽 중공사막의 전단부를 완전히 놓아주게 되며, 결국 절단 및 실링이 모두 완료된 앞쪽 중공사막은 중력에 의해 하측의 트레이(170)로 떨어져 모아지게 된다(앞쪽 중공사막의 후단부는 제2실러헤드에 의해 절단됨과 동시에 하측의 트레이로 떨어짐),

이후 제1실러헤드(120a)는 커터 열림상태에서 계속해서 이동하여 P4 위치로 이동되며, 도 6d에 나타낸 바와 같이 제1실러헤드(120a)가 P4 위치에 도달되면 종료위치 감지용 근접센서(156c)의 출력신호를 입력받은 컨트롤러(160)가 해당 1축 구동시스템의 서보모터 회전방향을 반대로 제어하게 된다.

이때부터 제1실러헤드(120a)는 도 6e에 나타낸 바와 같이 역으로 후진하여 P1 위치를 향해 리턴 이동하게 되며, 도 6f에 나타낸 바와 같이 P1 위치로 리턴된 상태에서 다시 커팅 및 실링 작업을 준비하게 된다.

상기 제1실러헤드(120a)가 P1 위치에 도달되면 시작위치 감지용 근접센서(156a)의 출력신호를 입력받은 컨트롤러(160)가 다시 서보모터의 회전방향을 반대로 제어하여 제1실러헤드(120a)가 다시 P2 위치로 이동되도록 한다.

이와 같이 제1실러헤드(120a)가 P3 위치로 이동하면서 커터 닫힘상태로 앞쪽 중공사막의 전단부에 대해 열융착 실링을 하고, 이어 P3 위치를 지나 커터 열림상태에서 P4 위치 도달 후 다시 후진하여 P1 위치, 다시 전진하여 도 6g에 나타낸 바와 같이 P2 위치로 이동되는 동안, 후방에 있던 제2실러헤드(120b)는 P2 위치를 지나 뒷쪽 중공사막을 앞으로 끌고 가면서 P3 위치로 이동하는 상태가 된다.

상기와 같이 제2실러헤드(120b)가 P3 위치로 이동하는 동안에는 뒷쪽 중공사막의 전단부를 물고 있는 상태에서 커터를 통해 열과 압력을 가하게 되며, 이에 뒷쪽 중공사막에 대하여 앞쪽 중공사막과 동일하게 열융착 실링이 이루어지게 된다.

그리고, 제2실러헤드(120b)가 P3 위치에 도달하기 전에, 즉 뒷쪽 중공사막의 실링이 완료되기 전에, 제1실러헤드(120a)는 도 6g에 나타낸 바와 같이 P2 위치에 먼저 도달하여, 전술한 제2실러헤드(120b)의 절단동작과 동일하게 중공사막을 절단 및 홀딩하게 된다.

이와 같이 절단 및 홀딩 후 제1실러헤드(120a)는 다시 중공사막을 이동 및 실링시키게 된다.

상기 제2실러헤드(120b)가 P3 위치에 도달 후 커터 열림동작되어 중공사막을 놓아주고 P4 위치로 이동한 후 P1 위치로 리턴 및 P2 위치로 전진하는 과정은 앞서 설명한 제1실러헤드(120a)의 과정과 동일하다.

제1실러헤드(120a)와 제2실러헤드(120b)가 수행하는 중공사막의 절단, 홀딩, 이동, 열융착 과정은 실러헤드(120a,120b)가 이동하면서 연속적으로, 그리고 반복적으로 수행되며, 이와 같은 일련의 작업을 거쳐 절단 및 커팅된 중공사막들이 계속해서 하측의 트레이(170)에 수집되게 된다.

도 9a와 도 9b는 본 발명에 따라 열융착 실링된 중공사막을 보여주고 있으며, 도 9a는 정면도이고, 도 9b는 측면도이다.

이에 나타낸 바와 같이 중공사막은 단부 양쪽으로 부드럽게 실링이 된다.

그리고, 도 10a는 본 발명의 장치 및 방법에 따라 열융착 실링된 중공사막의 SEM 사진을, 도 10b는 본 발명에서 제시한 온도보다 낮은 130℃에서 열융착 실링된 중공사막의 SEM 사진을 나타낸다.

도 10a는 열융착 온도를 190℃로 하여 실링한 중공사막을 보여주고 있으며, 단면의 사진과 같이 아래 위에서 서로 융착된 부위가 경계선 없이 하나의 부위처럼 완전 일체화됨을 볼 수 있다.

도 10b는 열융착 온도를 130℃로 하여 실링한 중공사막을 보여주고 있으며, 단면의 사진과 같이 아래 위에서 서로 융착된 부위간에 경계선이 존재하여 완전 일체화되지 못함을 볼 수 있다.

본 발명의 실링 장치(100)에서 제1실러헤드(120a)가 P1 위치로 후진하고 이와 동시에 제2실러헤드(120b)가 P3 위치로 전진하는 동안에는 두 실러헤드(120a,120b)가 서로 교차하는 순간이 발생하는데, 도 7에 도시한 바와 같이 후진하는 제1실러헤드(120a)는 커터 열림상태, 제2실러헤드(120b)는 커터 닫힘상태에서 중공사막(미도시)을 물고 진행하므로, 두 실러헤드(120a,120b)간 커터의 충돌은 발생하지 않게 된다.

또한, 상기 각 실러헤드(120a,120b)의 커터 온도 및 이동속도(각 1축 구동시스템의 서보모터 회전속도)는 컨트롤러(160)의 프로그램상에 설정 입력된 바대로 제어되며, 원활한 동작 수행을 위해서 실러헤드(120a,120b)의 후진속도는 전진속도에 비해 상대적으로 빠르게 설정된다(급속 귀환).

또한, 상기 컨트롤러(160)는 실러헤드(120a,120b)가 P1 위치 및 P4 위치에 도달함은 근접센서(156a~156d)에 의해 감지하나, 실러헤드(120a,120b)의 전진 이동 동안 P2 위치 및 P3 위치에서 이루어지는 커터 닫힘동작 및 열림동작은 별도 센서 없이 P1 위치의 전진 개시시점부터 시간을 카운트하여 제어할 수가 있다.

따라서, 두 실러헤드(120a,120b)의 이동속도, 전진 이동동안 커터 닫힘시점 및 커터 열림시점을 적절히 설정하여 컨트롤러의 프로그램상에 입력하는 경우, 중공사막의 길이를 다양하게 조정할 수 있고, 0.5 ~ 3m 등 다양한 길이로 중공사막을 생산할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실링 장치로 들어오는 중공사막의 수를 다양하게 설정하여 한번에 4 ~ 12 가닥의 중공사막을 동시에 생산할 수 있고, 필요에 따라 다양하게 생산량을 조절할 수 있다.

이와 같이 컨트롤러에서는 PLC+MMI 프로그래밍하여 디스플레이를 겸한 조작부, 예컨대 메인 터치 스크린을 통해 모든 운전속도와 생산되는 중공사막 길이, 실링온도, 생산수량을 확인 및 조정할 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이 모든 작업과정이 자동화되어 이루어지므로 작업자는 트레이에 일정량 이상의 실링된 중공막들이 쌓이면 빈 트레이로 교체하는 간단한 작업만 하면 되고, 대량 생산이 가능해지는 장점이 있게 된다.

상기와 같이 본 발명의 실링 장치에 의해 생산된 중공사막의 실링성능을 알아보기 위하여, 본 발명의 발명자는 폴리술폰계 중공사막을 150 ~ 200℃의 온도로 열융착 실링을 한 후 내압 테스트를 실시하여 보았다.

그 결과 종래 방법에 따라 실링된 중공사막의 경우 모두 에어압 5kgf/㎠를 넘기지 못하였으나, 본 발명의 열융착으로 실링한 중공사막은 13 ~ 15kgf/㎠ 이상에서도 견딜 수 있는 내압성 및 내구성을 가짐을 확인하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중공사막 실링 장치 및 방법에 의하면, 중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단한 후 절단된 한쪽 단부를 용 융점 부근까지 열을 가함과 동시에 압력을 가하여 실링하는 열융착에 의한 실링 방법과, 이 방법의 실링을 위하여 중공사막의 절단, 홀딩, 이동, 열융착하는 실링과정을 연속적으로 수행할 수 있게 구성된 실링 장치를 구성함으로써, 다음과 같은 효과가 있게 된다.

1)중공사막 개별적 실링과 열융착 실링에 의하여 내압성 및 내구성이 향상된 중공사막을 생산할 수 있고, 중공사막의 절단현상이 개선된다.

2)자동화 실링 작업을 통해 누설(leak) 발생률을 줄일 수 있고, 대용량화된 중공사막의 생산과 모듈의 제작이 가능해진다.

3)자동화 실링 장치의 개발로 수동방식의 불편함이 해소될 수 있고, 중공사막의 원하는 가닥수 만큼 동시 생산할 수 있는 장점과 함께 중공사막 길이별 생산이 가능하고, 또한 대량 생산이 가능해지는 장점이 있게 된다.

Claims (13)

1. 상부 지지대를 갖는 본체 프레임과;

   상기 본체 프레임에서 중공사막이 유입되는 쪽의 상부 일측에 설치되어 본체 프레임의 작업공간으로 중공사막이 들어올 수 있도록 안내하는 중공사막 가이드와;

   상기 본체 프레임에서 선형 왕복 이송되고, 상기 중공사막 가이드를 거쳐 들어온 중공사막을 절단 및 절단된 단부를 홀딩한 상태에서 중공사막을 이동시키는 동시에 홀딩된 단부에 열 및 압력을 가하여 열융착 실링하는 2개의 실러헤드와;

   상기 상부 지지대 위 1축 방향 선형 가이드를 따라 개별로 이동하는 두 슬라이더를 가지며, 각 슬라이더에 각 실러헤드가 장착되어 상기 두 실러헤드를 개별로 이송시키는 이송장치와;

   조작부를 가지면서 장치의 전체적인 제어를 수행하는 컨트롤러와;

   상기 본체 프레임에서 실러헤드 하측으로 설치되어 절단 및 실링이 완료된 중공사막을 수집하는 트레이;

   를 포함하는 중공사막 실링 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 실러헤드 중에서 중공사막 진행방향을 기준으로 전방의 실러헤드가 앞쪽 중공사막 전단부를 홀딩한 상태에서 전진 이동하는 동시에 홀딩된 단부를 열 융착 실링하고, 후방의 실러헤드가 상기 앞쪽 중공사막 후단부를 뒷쪽 중공사막으로부터 절단 분리하는 동시에 절단된 뒷쪽 중공사막 전단부를 홀딩하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 각 실러헤드는,

   상기 이송장치의 해당 슬라이더에 결합되어 슬라이더와 일체로 이동하는 베이스부와;

   상기 컨트롤러에 의해 제어되는 공압 실린더가 내장되고, 상기 베이스부에 일체로 결합된 헤드본체와;

   상기 공압 실린더에 의해 상하로 움직이면서 닫힘/열림동작되는 상, 하부 커터를 가지며, 이 두 커터의 닫힘/열림동작에 의해 중공사막 절단 및 절단된 단부를 압착/해제하고, 압착시 상기 두 커터를 통해 열융착 실링을 위한 열과 압력을 가해주는 한편 실링 후 두 커터의 열림동작이 이루어지는 상부 및 하부 커터 조립체;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 상부 커터 및 하부 커터에는 닫힘동작시 서로 대응하는 부위 앞쪽 위치 에 커팅날이, 뒷쪽 위치에 압착부가 형성된 구조로 되어 있고, 닫힘동작시 상기 커팅날에서는 날끝이 어긋나면서 중공사막이 절단되어 앞쪽과 뒷쪽의 중공사막으로 분리되고, 상기 압착부가 절단된 뒷쪽 중공사막의 전단부를 홀딩하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 상부 커터 및 하부 커터는 복수 가닥의 중공사막들을 대상으로 동시에 절단, 홀딩, 이동 및 열융착을 수행할 수 있도록 한쪽으로 길게 형성되어 그 길이방향이 이송방향에 대하여 횡방향이 되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
6. 청구항 3에 있어서,

   상기 각 커터에는 열융착 실링을 위한 열을 제공하는 히터가 삽입 설치되고, 상기 컨트롤러가 커터에 설치된 온도센서의 출력신호를 기초로 상기 각 히터의 작동을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 히터는 각 커터의 온도가 150 ~ 200℃의 온도 범위 내에서 일정하게 유지될 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
8. 청구항 3에 있어서,

   상기 상부 및 하부 커터 조립체에는 커터 후방에서 중공사막을 위, 아래에서 동시에 눌러주어 잡아주는 보조압착부가 설치되고, 이 보조압착부는 상기 각 커터와 나란하게 설치되면서 일체로 움직이는 상, 하 두 고정브라켓과, 이 두 고정브라켓의 마주보는 면에 각각 설치되어 중공사막을 눌러주는 압착부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
9. 청구항 3에 있어서,

   상기 헤드본체에는 커터 조립체가 열림위치에 도달함을 감지하는 상부 근접센서와 닫힘위치에 도달함을 감지하는 하부 근접센서가 설치되고, 상기 컨트롤러가 상, 하부 근접센서의 출력신호를 기초로 상기 공압 실린더를 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 이송장치는 각 실러헤드에 대하여 하나씩 설치된 나란한 2개의 1축 구동시스템으로 구성되고, 상기 각 1축 구동시스템은,

    상기 본체 프레임의 상부 지지대 위 일측에 설치되어 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 서보모터와;

    상기 상부 지지대 위 1축 방향을 따라 설치되는 선형 가이드와;

    상기 선형 가이드에 왕복 이동 가능하게 설치되고, 해당 실러헤드가 장착되는 슬라이더와;

    상기 서보모터의 회전력을 전달받는 구동풀리와 반대쪽의 피동풀리 사이에 설치되고, 일측에 상기 슬라이더가 고정되어 서보모터 구동시 상기 선형 가이드를 따라 이동하면서 슬라이더를 이동시키는 구동벨트;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 본체 프레임에서 실러헤드의 이송구간 시작위치와 종료위치에 각 실러헤드가 시작위치 및 종료위치에 도달함을 감지하는 근접센서가 설치되고, 상기 컨트롤러가 이 근접센서들의 출력신호를 기초로 두 1축 구동시스템의 서보모터 회전방향을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 장치.
12. 중공사막의 일단부를 실링하는 방법에 있어서,

    중공사막을 모듈 제작에 필요한 길이로 절단하고, 이 절단된 중공사막의 일단부에 열과 압력을 동시에 가하여 상기 일단부를 열융착 실링하는 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 일단부를 150 ~ 200℃의 온도 범위에서 가열하여 용융시키는 동시에 열융착에 필요한 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 중공사막 실링 방법.

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