KR20120090747A - 분리막 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리막(separator) 제조 장치에 관한 것으로서, 기재층의 한쪽 면에는 제 1 나노 섬유층이 형성되고, 다른쪽 면에는 제 2 나노 섬유층이 형성된 분리막(separator)를 제조하는 분리막(separator) 제조 장치에 있어서, 기재층이 되는 장척 시트(W)를 반송하는 반송 기구(11, 12, 13, 14, 17, 18)와, 장척 시트(W)가 반송되어 가는 도중에 상기 장척 시트(W)를 반전시키는 장척 시트 반전 기구(15a)를 구비하는 반송 장치(10)와, 상부 방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 한쪽 면에 제 1 나노 섬유를 퇴적시켜 제 1 나노 섬유층을 형성하는 제 1 전계 방사 장치(20)와, 상부 방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유를 퇴적시켜 제 2 나노 섬유층을 형성하는 제 2 전계 방사 장치(22)를 구비하며, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 분리막(separator) 제조 장치에 관한 것이다.
나노 섬유층을 가진 분리막(separator)은 일반적인 섬유층을 가진 분리막(separator)와 비교하여 섬유가 가늘고 공극(空隙)이 미세하고 균일하므로, 절연성 및 덴드라이트(dendrite) 내성이 높다. 이 때문에, 높은 절연성 및 높은 덴드라이트 내성을 유지한 채 분리막(separator)의 두께를 얇게 하여 이온 전도성을 높게 하는 것이 가능해진다. 또한, 나노 섬유층을 가진 분리막(separator)은 일반적인 섬유층을 가진 분리막(separator)과 비교하여 공극률이 크므로 높은 전해액 유지성을 갖고, 이것에 의해서도 이온 전도성을 높게 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 나노 섬유층을 가진 분리막(separator)은 높은 절연성, 높은 덴드라이트 내성 및 높은 이온 전도성을 가진 분리막(separator)이 된다. 이와 같은 분리막(separator)은 전지(일차전지 및 이차전지를 포함함)나 콘덴서(커패시터라고도 함) 등에 매우 적합하게 이용할 수 있다.
종래, 장척(長尺) 시트를 반송하는 반송 기구를 구비한 반송 장치와, 상부 방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 장척 시트의 한쪽 면에 나노 섬유를 퇴적시켜 나노 섬유층을 형성하는 전계 방사(紡絲) 장치를 구비한 나노 섬유 제조 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이와 같은 나노 섬유 제조 장치를 분리막(separator)의 제조 장치로서 이용하여 나노 섬유층을 가진 분리막(separator)을 제조하는 것을 생각할 수 있다.
도 10은 종래의 나노 섬유 제조 장치(900)를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 10의 (a)는 나노 섬유 제조 장치(900)의 정면도이고, 도 10의 (b)는 상부 방향 노즐(920) 주변의 사시도이다. 종래의 나노 섬유 제조 장치(900)는 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 폴리머 용액(폴리머 재료 등을 용매에 용해시킨 것)을 토출구로부터 상부 방향으로 토출하는 복수의 상부 방향 노즐(920)을 구비한 노즐 유닛(910)과, 노즐 유닛(910)보다 상방에 배치된 컬렉터(950)와, 복수의 상부 방향 노즐(920)과 컬렉터(950) 사이에 고전압을 인가하는 전원 장치(960)를 구비한다.
종래의 나노 섬유 제조 장치(900)에 의하면, 복수의 상부 방향 노즐(920)의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계 방사 하므로, 하부 방향 노즐을 이용한 분리막(separator) 제조 장치의 경우에 보여지는 드롭렛 현상(하부 방향 노즐로부터 방사되지 않은 폴리머 용액의 덩어리가 그대로 장척 시트 또는 기재층에 부착되는 현상)을 발생시키지 않고 나노 섬유층을 가진 분리막(separator)을 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에서의 「분리막(separator)」은 비도전성 분리막(separator)을 말한다. 또한, 본 발명에서, 「나노 섬유」란, 폴리머 재료로 이루어지고, 평균 직경이 수nm~수천nm인 섬유를 말한다.
그러나, 전지나 콘덴서 업계에서는 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)(예를 들면, 높은 기계적 강도를 가진 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)이 요구되는 경우가 있다. 이와 같은 분리막(separator)은 높은 절연성, 높은 덴드라이트 내성 및 높은 이온 전도성을 가질 뿐만 아니라 높은 기계적 강도를 가지게 된다.
그러나, 종래의 나노 섬유 제조 장치는 노즐로서 상부 방향 노즐을 이용하므로 나노 섬유층을 형성할 수 있는 방향이 제한되어 있고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)을 제조하기 위해서는 1대의 나노 섬유 제조 장치(900)에 의해 기재층이 되는 장척 시트의 한쪽 면에 나노 섬유층을 형성한 후에, 또 1대의 나노 섬유 제조 장치(900)에 장척 시트를 다시 설치하고 나서 상기 장척 시트의 다른쪽 면에 나노 섬유층을 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 종래의 나노 섬유 제조 장치에 의해서는 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)을 높은 생산성으로 대량 생산할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)을 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
［1］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치는 기재층의 한쪽 면에는 제 1 나노 섬유층이 형성되고, 다른쪽 면에는 제 2 나노 섬유층이 형성된 분리막(separator)을 제조하는 장치로서, 상기 기재층이 되는 장척 시트를 반송하는 반송 기구와, 상기 장척 시트가 반송되어 가는 도중에 상기 장척 시트의 한쪽 면의 방향과 다른쪽 면의 방향이 반대가 되도록 상기 장척 시트를 반전시키는 장척 시트 반전 기구를 구비한 반송 장치와, 상기 장척 시트 반전 기구보다 전단에 배치되고, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 상기 한쪽 면에 제 1 나노 섬유를 퇴적시켜 상기 제 1 나노 섬유층을 형성하는 제 1 전계 방사 장치와, 상기 장척 시트 반전 기구보다 후단에 배치되고, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 상기 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유를 퇴적시켜 상기 제 2 나노 섬유층을 형성하는 제 2 전계 방사 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 때문에 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에 의하면, 상기 장척 시트 반전 기구를 구비하므로 전계 방사 장치(제 1 전계 방사 장치)에 의해 장척 시트의 한쪽 면에 나노 섬유층을 형성한 후, 다른 전계 방사 장치(제 2 전계 방사 장치)에 장척 시트를 다시 설치하지 않고 장척 시트의 다른쪽 면에 나노 섬유층을 형성하는 것이 가능해짐으로써, 기재층의 양면(한쪽 면 및 다른쪽 면)에 나노 섬유층이 형성된 분리막(separator)를 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에 의하면, 상기 장척 시트 반전 기구를 구비하므로, 제 1 전계 방사 장치 및 제 2 전계 방사 장치 어느 경우에도 종래의 나노 섬유 제조 장치의 경우와 마찬가지로 복수의 상부방향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계 방사하는 것이 가능해지므로, 하부 방향 노즐을 이용한 분리막(separator) 제조 장치의 경우에 보이는 드롭렛 현상을 발생시키지 않는다.
따라서, 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치는 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치가 된다.
또한, 제 1 나노 섬유 방사 장치 및 제 2 나노 섬유 방사 장치는 동일한 구성을 가진 것이라도 좋고, 다른 구성을 가진 것이라도 좋다. 또한, 제 1 나노 섬유층 및 제 2 나노 섬유층도 동일한 구성(재질, 섬유의 평균 직경, 두께, 밀도 등 )을 가진 것이라도 좋고, 다른 구성을 가진 것이라도 좋다. 제조하는 분리막(separator)에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
［2］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서 상기 제 2 전계 방사 장치는 상기 제 1 전계 방사 장치의 상방에 배치되고, 상기 장척 시트 반전 기구는 상기 제 2 전계 방사 장치의 높이 위치에 맞춰 상기 제 1 전계 방사 장치로부터의 상기 장척 시트를 반전시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 분리막(separator) 제조 장치의 설치 면적을 그다지 크게 하지 않고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 제조하는 것이 가능해진다.
［3］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서는 상기 제 2 전계 방사 장치는 상기 제 1 전계 방사 장치의 하방에 배치되고, 상기 장척 시트 반전 기구는 상기 제 2 전계 방사 장치의 높이 위치에 맞춰 상기 제 1 전계 방사 장치로부터의 상기 장척 시트를 반전시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서도 분리막(separator) 제조 장치의 설치 면적을 그다지 크게 하지 않고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 제조하는 것이 가능해진다.
［4］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서 상기 제 2 전계 방사 장치는 상기 제 1 전계 방사 장치와 동일한 높이 위치에 배치되고, 상기 장척 시트 반전 기구는 높이 위치를 변경하지 않고 상기 장척 시트를 반전시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 분리막(separator) 제조 장치의 높이를 그다지 높게 하지 않고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 상기［4］의 경우에는 장척 시트 반전 기구로서 장척 시트의 반송 방향을 변경하지 않고 장척 시트를 비트는 것(후술하는 변형예 1 및 도 8 참조)이나 장척 시트의 반송 방향을 90도 굴곡하도록 장척 시트를 비트는 것(후술하는 변형예 2및 도 9 참조) 등을 이용할 수 있다.
또한, 「동일한 높이 위치」란, 엄밀하게 동일한 높이 위치만을 가리키는 것이 아니라 실질적으로 동일한 높이 위치로서로 취급할 수 있는 것도 포함한다. 또한, 「높이 위치를 변경하지 않는다」는 것도 엄밀하게 높이 위치를 변경하지 않는 것만을 가리키는 것이 아니라 실질적으로 높이 위치를 변경하지 않는다고 취급할 수 있는 것도 포함한다.
［5］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서 상기 제 1 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 통기도를 계측하는 제 1 통기도 계측 장치와, 상기 제 2 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층 및 상기 제 2 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 통기도를 계측하는 제 2 통기도 계측 장치와, 상기 제 1 통기도 계측 장치에 의해 계측된 통기도에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 1 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 1 반송 속도」를 제어하고, 상기 제 2 통기도 계측 장치에 의해 계측된 통기도에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 2 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 2 반송 속도」를 제어하는 반송 속도 제어장치를 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 제 1 통기도 계측 장치 및 제 2 통기도 계측 장치에 의해 계측된 통기도에 기초하여 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도를 제어하는 것이 가능해지므로, 장시간의 전계 방사 과정에 있어서 방사 조건이 변동하여 통기도가 변동되었다고 해도 반송 속도를 적절히 제어하여 통기도의 변동량을 소정의 범위에 두는 것이 가능해지고, 그 결과, 제 1 나노 섬유층 및 제 2 나노 섬유층이 각각 균일한 통기도를 가진 분리막(separator)를 대량 생산하는 것이 가능해진다.
반송 속도 제어장치에 의한 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도의 제어는 예를 들면, 제 1 반송 속도 계측 장치 및 제 2 반송 속도 계측 장치에 의해 계측된 통기도와 소정의 목표 통기도의 편차량에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 상기의 경우에는 반송 속도 제어장치에 의한 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도의 제어를 편차량의 시간 변화율을 고려하여 실시할 수도 있다.
또한, 분리막(separator) 제조 장치를 장시간 연속해서 운전하는 관점에서 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 속도차는 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
［6］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서는 상기 제 1 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 두께를 계측하는 제 1 두께 계측 장치와, 상기 제 2 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층 및 상기 제 2 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 두께를 계측하는 제 2 두께 계측 장치와, 상기 제 1 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 1 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 1 반송 속도」를 제어하고, 상기 제 2 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 2 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 2 반송 속도」를 제어하는 반송 속도 제어장치를 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 제 1 두께 계측 장치 및 제 2 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도를 제어하는 것이 가능해지므로, 장시간의 전계 방사 과정에 있어서 방사 조건이 변동하여 두께가 변동했다고 해도 반송 속도를 적절히 제어하여 두께의 변동량을 소정의 범위에 두는 것이 가능해지고, 그 결과, 제 1 나노 섬유층 및 제 2 나노 섬유층이 각각 균일한 두께를 가진 분리막(separator)를 대량 생산하는 것이 가능해진다.
반송 속도 제어장치에 의한 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도의 제어는 예를 들면, 제 1 반송 속도 계측장치 및 제 2 반송 속도 계측장치에 의해 계측된 두께와 소정의 목표 두께의 편차량에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 상기의 경우에는 반송 속도 제어장치에 의한 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도의 제어를 편차량의 시간 변화율을 고려하여 실시할 수도 있다.
［7］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서는 상기 제 1 전계 방사 장치와 상기 제 2 전계 방사 장치의 사이에 배치되고, 상기 제 1 반송 속도와 상기 제 2 반송 속도의 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 장치를 더 구비하고, 상기 반송 장치는 상기 제 1 반송 속도로 상기 장척 시트를 반송하는 제 1 구동장치와, 상기 제 2 반송 속도로 상기 장척 시트를 반송하는 제 2 구동장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도가 다른 경우에도 장척 시트의 끊어짐이나 느슨함을 방지하는 것이 가능해지고, 그 결과, 분리막(separator) 제조 장치를 장시간 연속해서 계속 운전하는 것이 가능해진다.
［8］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서는, 상기 속도차 흡수 장치는 서로의 간격을 변경할 수 있는 복수의 속도차 흡수 롤러를 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 속도차 흡수 롤러의 간격을 변경함으로써 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 차를 흡수하는 것이 가능해진다.
［9］본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서는, 상기 제 1 전계 방사 장치의 방사 조건과 상기 제 2 전계 방사 장치의 방사 조건을 각각 독립적으로 변경 가능한 방사 조건 변경 장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 방사 조건을 독립적으로 변경함으로써 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 차가 커지도록 않도록 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 분리막(separator) 제조 장치를 더 장시간 연속해서 계속 운전하는 것이 가능해진다.
「방사 조건」이란, 예를 들면 전압, 상부방향 노즐과 장척 시트의 거리, 폴리머 용액의 조성, 방사 구역의 온도 및 습도 등을 들 수 있다.
본 발명은 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치를 제공한다.
도 1은 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 정면도이다.
도 2는 실시형태 1의 제 1 전계 방사 장치(20)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시형태 1의 속도차 흡수 장치(40)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시형태 1의 분리막(separator)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)의 정면도이다.
도 6은 실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)의 정면도이다.
도 7은 변형예 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(4)의 정면도이다.
도 8은 변형예 2의 장척 시트 반전 기구(15c)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 변형예 3의 장척 시트 반전 기구(15d)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래의 분리막(separator) 제조 장치(900)의 정면도이다.
도 2는 실시형태 1의 제 1 전계 방사 장치(20)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시형태 1의 속도차 흡수 장치(40)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시형태 1의 분리막(separator)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)의 정면도이다.
도 6은 실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)의 정면도이다.
도 7은 변형예 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(4)의 정면도이다.
도 8은 변형예 2의 장척 시트 반전 기구(15c)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 변형예 3의 장척 시트 반전 기구(15d)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래의 분리막(separator) 제조 장치(900)의 정면도이다.
이하, 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에 대해, 도면에 도시한 실시형태에 기초하여 설명한다.
1.실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 구성
우선, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 구성을 설명한다.
도 1은 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 정면도이다. 또한, 도 1에서는 일부의 부재는 단면도로서 도시하고 있다. 이것은 후술하는 도 2, 도 5 내지 도 7에 대해서도 동일하다.
도 2는 실시형태 1의 제 1 전계 방사 장치(20)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 제 1 전계 방사 장치(20)의 정면도이고, 도 2의 (b)는 노즐 블록(110)을 컬렉터(150)측에서 본 도면이다. 또한, 도 2의 (b)에서는 장척 시트(W)아래에 배치되어 있는 구성요소(상부방향 노즐(120) 등 )도 도시하고 있다. 또한, 보조 벨트(172)에 대해서는 도시를 생략하고 있다.
도 3은 실시형태 1의 속도차 흡수 장치(40)을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)는 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도가 동일한 속도일 때의 도면이고, 도 3의 (b)는 제 1 반송 속도가 제 2 반송 속도보다 빠를 때의 도면이며, 도 3의 (c)는 제 1 반송 속도가 제 2 반송 속도보다 느릴 때의 도면이다.
실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 반송 장치(10), 제 1 전계 방사 장치(20), 제 1 통기도 측정 장치(30), 속도차 흡수 장치(40), 제 2 전계 방사 장치(22), 제 2 통기도 계측 장치(32), 반송 속도 제어장치(50)(도시하지 않음), 방사 조건 변경 장치(60)(도시하지 않음) 및 주 제어장치(70)(도시하지 않음)를 구비한다. 분리막(separator) 제조 장치(1)는 기재층의 한쪽 면에는 제 1 나노 섬유층(NL1)이 형성되고, 다른쪽 면에는 제 2 나노 섬유층(NL2)이 형성된 분리막(separator)(후술하는 도 4의 (d) 참조)를 제조하기 위한 분리막(separator) 제조 장치이다.
실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에서는 제 1 전계 방사 장치로서 1대의 전계 방사 장치(20)를 구비한다. 또한, 제 2 전계 방사 장치로서 1대의 전계 방사 장치(22)를 구비한다.
반송 장치(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 전계 방사 장치(20)로부터 제 2 전계 방사 장치(22)를 향해 기재층이 되는 장척 시트(W)를 반송하도록 구성되어 있다. 반송 장치(10)는 제 1 전계 방사 장치(20)가 제 1 나노 섬유층(NL1)을 형성할 때(후술하는 도 4의 (b) 참조)는 장척 시트를 제 1 방향(도 1의 A1의 방향)으로 반송하고, 제 1 전계 방사 장치(20)의 높이 위치로부터 제 2 전계 방사 장치(22)의 높이 위치까지 장척 시트(W)를 제 1 방향과 대략 수직인 제 2 방향(A2의 방향)으로 반송하며, 제 2 전계 방사 장치(22)가 제 2 나노 섬유층(NL2)을 형성할 때(후술하는 도 4의 (d) 참조)는 장척 시트(W)를 제 1 방향과 반대가 되는 제3 방향(A3의 방향)으로 반송한다.
반송 장치(10)는 장척 시트(W)를 투입하는 투입 롤러(11), 장척 시트(W)를 감는 감기 롤러(12), 장척 시트(W)의 당김을 조정하는 텐션 롤러(13), 장척 시트(W)를 제 1 반송 속도로 반송하는 제 1 구동 롤러(14), 제 1 전계 방사 장치(20)로부터의 장척 시트(W)의 반송 방향을 상방으로 향하게 하는 제 1 반전 롤러(16a), 제 1 반전 롤러(16a)로부터의 장척 시트(W)의 반송 방향을 제 2 전계 방사 장치(22)쪽으로 향하게 하는 제 2 반전 롤러(16b), 장척 시트(W)를 제 2 반송 속도로 반송하는 제 2 구동 롤러(17), 및 반송을 보조하는 보조 롤러(18)를 구비한다.
이 중, 투입 롤러(11), 감기 롤러(12), 텐션 롤러(13), 제 1 구동 롤러(14), 제 2 구동 롤러(17) 및 보조 롤러(18)는 장척 시트(W)를 반송하는 반송 기구(부호를 도시하지 않음)를 구성한다. 제 1 구동 롤러(14)는 제 1 반송 속도로 장척 시트(W)를 반송하는 제 1 구동장치이다. 또한, 제 2 구동 롤러(17)는 제 2 반송 속도로 장척 시트(W)를 반송하는 제 2 구동장치이다.
제 1 반전 롤러(16a) 및 제 2 반전 롤러(16b)는 장척 시트(W)가 반송되어 가는 도중에 장척 시트(W)의 한쪽 면의 방향과 다른쪽 면의 방향이 반대로 되도록 장척 시트(W)를 반전시키는 장척 시트 반전 기구(15a)를 구성한다. 장척 시트 반전 기구(15a)는 제 2 전계 방사 장치(22)의 높이 위치에 맞춰 제 1 전계 방사 장치(20)로부터의 장척 시트(W)를 반전시킨다.
투입 롤러(11), 감기 롤러(12), 제 1 구동 롤러(14) 및 제 2 구동 롤러(17)는 도시하지 않는 구동 모터에 의해 각각 회전 구동되는 구조로 되어 있다. 또한, 상기한 것 이외의 롤러도 구동 모터 등에 의해 회전 구동되는 구조로 해도 좋다.
또한, 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도란, 이상적으로는 동일한 속도이지만, 후술 하는 바와 같이, 측정된 통기도에 기초하여 반송 속도 제어장치(50)에 의해 독립적으로 제어되므로, 제 1 반송 속도가 제 2 반송 속도보다 약간 빨라지거나 제 1 반송 속도가 제 2 반송 속도보다 약간 느려질 수 있다.
제 1 전계 방사 장치(20)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 장척 시트 반전 기구(15a)보다 전단에 배치되고, 상부방향 노즐(120)(후술)을 이용하여 하방으로부터 장척 시트(W)의 한쪽 면에 제 1 나노 섬유를 퇴적시켜 제 1 나노 섬유층(NL1)를 형성한다. 제 2 전계 방사 장치(22)는 장척 시트 반전 기구(15a)보다 후단에 배치되고, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 장척 시트(W)의 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유를 퇴적시켜 제 2 나노 섬유층(NL2)을 형성한다.
제 2 전계 방사 장치(22)는 전단에 위치하는 제 1 전계 방사 장치(20)의 상방에 배치되어 있다.
이하, 제 1 전계 방사 장치(20)의 구성에 대해 상세히 설명한다.
제 1 전계 방사 장치(20)는 도 2에 도시한 바와 같이, 하우징체(100), 노즐 유닛(110), 폴리머 용액 공급부(130)(도시하지 않음), 컬렉터(150), 전원 장치(160) 및 보조 벨트 장치(170)를 구비한다. 제 1 전계 방사 장치(20)는 후술하는 복수의 상부방향 노즐(120)의 토출구로부터 제 1 폴리머 용액을 오버플로우시키면서 토출하고, 제 1 나노 섬유를 전계 방사한다.
하우징체(100)는 도전체로 이루어진다.
노즐 유닛(110)은 복수의 상부방향 노즐(120)을 구비한다.
본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에는 여러 가지 크기 및 여러 가지 형상을 가진 노즐 유닛을 이용할 수 있지만, 노즐 유닛(110)은 상면에서 보았을 때 한 변이 0.5m~3m의 장방형(정방형을 포함함)으로 보이는 크기로 블록 형상을 가진다.
상부방향 노즐(120)은 도시하지 않는 폴리머 용액 공급부(130)로부터 공급되는 「 제 1 나노 섬유의 원료인 제 1 폴리머 용액」을 토출구로부터 토출하는 노즐이다. 상부방향 노즐(120)은 제 1 폴리머 용액을 토출구로부터 상부 방향으로 토출한다. 상부방향 노즐(120)을 구성하는 재료로서는 도전체를 이용할 수 있고, 예를 들면, 구리, 스텐레스강, 알루미늄 등을 이용할 수 있다.
상부방향 노즐(120)은 예를 들면, 1.5cm~6.0cm의 피치로 배열되어 있다. 상부방향 노즐(120)의 수는, 예를 들면 36개(종횡 동수로 배열한 경우, 6개×6개)~ 21904개(종횡 동수로 배열한 경우, 148개×148개)로 할 수 있다.
컬렉터(150)는 노즐 유닛(110)보다 상방에 배치되어 있다. 컬렉터(150)는 도전체로 이루어지고, 도 2에 도시한 바와 같이 절연부재(152)를 통해 하우징체(100)에 장착되어 있다.
전원 장치(160)는 상부방향 노즐(120)과 컬렉터(150)의 사이에 고전압을 인가한다. 전원 장치(160)의 양극은 컬렉터(150)에 접속되고, 전원 장치(160)의 음극은 하우징체(100)을 통해 노즐 유닛(110)에 접속되어 있다.
보조 벨트 장치(170)는 장척 시트(W)의 반송 속도에 동기하여 회전하는 보조 벨트(172)와, 보조 벨트(172)의 회전을 돕는 5개의 보조 벨트용 롤러(174)를 구비한다. 5개의 보조 벨트용 롤러(174) 중 1개 또는 2개 이상의 보조 벨트용 롤러는 구동 롤러이고, 나머지 보조 벨트용 롤러는 종동 롤러이다. 컬렉터(150)와 장척 시트(W) 사이에 보조 벨트(172)가 설치되어 있으므로, 장척 시트(W)는 양의 고전압이 인가되어 있는 컬렉터(150)에 끌어당기지 않고 원활하게 반송되게 된다.
제 2 전계 방사 장치(22)는, 「 제 2 나노 섬유의 원료인 제 2 폴리머 용액」을 취급하고, 「 제 2 나노 섬유를 전해 방사하는」 것 이외는 제 1 전계 방사 장치(20)와 기본적으로 동일한 구성을 가지므로, 제 1 전계 방사 장치(20)의 구성의 설명으로 제 2 전계 방사 장치(22)의 설명을 대신한다. 단, 이것은 제 1 전계 방사 장치와 제 2 전계 방사 장치가 동일한 구성을 가질 필요가 있는 것을 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 범위 내에서 제 1 전계 방사 장치와 제 2 전계 방사 장치가 다른 구성을 가져도 좋다.
제 1 통기도 계측 장치(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 전계 방사 장치(20)의 후단에 배치되고, 제 1 나노 섬유층(NL1)가 형성된 장척 시트(W)의 통기도를 계측한다.
제 2 통기도 계측 장치(32)는 제 2 전계 방사 장치(22)의 후단에 배치되고, 제 1 나노 섬유층(NL1) 및 제 2 나노 섬유층(NL2)이 형성된 장척 시트(W)의 통기도를 계측한다.
제 1 통기도 계측 장치(30) 및 제 2 통기도 계측 장치(32)로서는 일반적인 통기도 계측 장치를 이용할 수 있다. 제 1 통기도 계측 장치(30) 및 제 2 통기도 계측 장치(32)는 각각 계측 결과를 반송 속도 제어장치(50)에 송신한다.
속도차 흡수 장치(40)는 제 1 전계 방사 장치(20)와 제 2 전계 방사 장치(22)의 사이에 배치되고, 제 1 반송 속도와 상기 제 2 반송 속도의 속도차를 흡수한다. 속도차 흡수 장치(30)는 도 3에 도시한 바와 같이, 서로의 간격을 변경할 수 있는 복수의 속도차 흡수 롤러(42)를 구비한다.
여기서, 도 3을 이용하여 속도차 흡수 장치(40)의 동작을 설명한다.
우선, 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도가 동일한 속도일 때는 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 속도차 흡수 롤러(42)의 간격은 일정한 상태이다.
한편, 제 1 반송 속도보다 제 2 반송 속도가 빠를 때는 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 하방에 위치하는 속도차 흡수 롤러(42)가 상방으로 움직이고, 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 속도차를 흡수한다.
또한, 제 1 반송 속도보다 제 2 반송 속도가 느릴 때는 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 하방에 위치하는 속도차 흡수 롤러(42)가 하방으로 움직이고, 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 속도차를 흡수한다.
반송 속도 제어장치(50)는 제 1 통기도 계측 장치(30)에 의해 계측된 통기도에 기초하여 「장척 시트(W)가 제 1 전계 방사 장치(20)를 통과할 때의 상기 장척 시트(W)의 반송 속도인 제 1 반송 속도」를 제어하고, 제 2 통기도 계측 장치(32)에 의해 계측된 통기도에 기초하여 「장척 시트(W)가 제 2 전계 방사 장치(22)를 통과할 때의 상기 장척 시트(W)의 반송 속도인 제 2 반송 속도」를 제어한다. 예를 들면, 장시간의 전계 방사 과정에 있어서 통기도가 커지는 방향으로 방사 조건이 변동한 경우에는, 반송 속도를 느리게 하여 단위 면적당 나노 섬유의 퇴적량을 증대시킴으로써 통기도를 작게 한다. 한편, 장시간의 전계 방사 과정에 있어서 통기도가 작아지는 방향으로 방사 조건이 변동한 경우에는, 반송 속도를 빠르게 하여 단위 면적당 나노 섬유의 퇴적량을 저감시킴으로써 통기도를 크게 한다. 이것을 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도로 독립적으로 실시한다.
방사 조건 변경 장치(60)는 제 1 전계 방사 장치(20)의 방사 조건과, 제 2 전계 방사 장치(22)의 방사 조건을 각각 독립적으로 변경 가능하다. 방사 조건 변경 장치(60)는 제 1 통기도 계측 장치(30)에 의해 계측된 「제 1 나노 섬유층(NL1)이 형성된 장척 시트(W)의 통기도」에 기초하여 제 1 전계 방사 장치(20)의 방사 조건(전압, 상부방향 노즐과 장척 시트의 거리, 폴리머 용액의 조성, 방사 구역의 온도 및 습도 등)을 제 1 반송 속도의 변동이 작아지도록 변경한다. 또한, 방사 조건 변경 장치(60)는 제 2 통기도 계측 장치(32)에 의해 계측된 「제 1 나노 섬유층(NL1) 및 제 2 나노 섬유층(NL2)이 형성된 장척 시트(W)의 통기도」에 기초하여 제 2 전계 방사 장치(22)의 방사 조건을 제 2 반송 속도의 변동이 작아지도록 변경한다.
주 제어장치(70)는 「반송 장치(10), 제 1 전계 방사 장치(20), 제 1 통기도 계측 장치(30), 속도차 흡수 장치(40), 제 2 전계 방사 장치(22), 제 2 통기도 측정 장치(32), 반송 속도 제어장치(50) 및 방사 조건 변경 장치(60)」를 제어한다.
2.실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)를 이용한 분리막(separator)
의
제조 방법
이하, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)를 이용하여 분리막(separator)를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 4는 실시형태 1의 분리막(separator)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a) 내지 도 4의 (d)는 각 공정도이다.
a) 방사 준비·장척 시트(W)의 반송
제 1 폴리머 용액 및 제 2 폴리머 용액을 준비하고, 이것들을 제 1 전계 방사 장치(20) 및 제 2 전계 방사 장치(22)의 노즐 블록(110)에 공급한다. 계속해서 장척 시트(W)를 반송 장치(10)에 설정하고, 장척 시트(W)(도 4의 (a) 참조)를 투입 롤러(11)로부터 감기 롤러(12)를 향해 반송한다.
b) 전계 방사(1)
계속해서, 제 1 반송 속도로 장척 시트(W)를 반송하면서 제 1 전계 방사 장치(20)에 의해 장척 시트(W)의 한쪽 면에 제 1 나노 섬유층(NL1)을 형성한다(도 4의 (b) 참조).
제 1 나노 섬유층(NL1)이 형성된 장척 시트(W)의 통기도는 제 1 통기도 계측 장치(30)에 의해 계측되고, 반송 속도 제어장치(50)는 그것에 기초하여 제 1 반송 속도를 제어한다. 또한, 방사 조건 변경 장치(60)는 제 1 반송 속도의 변동이 작아지도록 제 1 전계 방사 장치(20)의 방사 조건을 변경한다.
c) 장척 시트(W)의 반전
계속해서, 장척 시트 반전 기구(15a)(제 1 반전 롤러(16a) 및 제 2 반전 롤러(16b))에 의해 다른쪽 면이 하측이 되도록 장척 시트(W)의 한쪽 면의 방향과 다른쪽 면의 방향을 반전시킨다(도 4의 (c) 참조).
d) 전계 방사(2)
마지막으로, 제 1 나노 섬유층(NL1)을 적층한 장척 시트(W)를 제 2 반송 속도로 반송하면서 제 2 전계 방사 장치(22)에 의해 장척 시트(W)의 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유층(NL2)을 형성한다(도 4의 (d) 참조).
제 1 나노 섬유층(NL1) 및 제 2 나노 섬유층(NL2)이 형성된 장척 시트(W)의 통기도는 제 2 통기도 계측 장치(32)에 의해 계측되고, 반송 속도 제어장치(50)는 그것에 기초하여 제 2 반송 속도를 제어한다. 또한, 방사 조건 변경 장치(60)는 제 2 반송 속도의 변동이 작아지도록 제 2 전계 방사 장치(22)의 방사 조건을 변경한다.
이상의 방법에 의해, 분리막(separator)를 제조할 수 있다.
이하, 실시형태 1의 방사 조건을 예시적으로 나타낸다.
제 1 나노 섬유 및 제 2 나노 섬유의 원료가 되는 폴리머로서는, 예를 들면 폴리락트산(PLA), 폴리프로필렌(PP), 폴리아세트산비닐(PVAc), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PUR), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산글리콜산(PLGA), 실크, 셀룰로스, 키토산 등을 이용할 수 있다.
제 1 폴리머 용액 및 제 2 폴리머 용액에 이용하는 용매로서는, 예를 들면 디클로로메탄, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 메틸에틸케톤, 클로로포름, 아세톤, 물, 포름산, 아세트산, 시클로헥산, THF 등을 이용할 수 있다. 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용해도 좋다. 폴리머 용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유시켜도 좋다.
장척 시트(W)로서는 분리막(separator)로서 이용하는 것이 가능한 부직포, 직물, 편물, 종이 등을 이용할 수 있다. 장척 시트(W)의 두께는, 예를 들면 3㎛∼50㎛의 것을 이용할 수 있다. 장척 시트(W)의 길이는, 예를 들면 10m∼10km의 것을 이용할 수 있다.
제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도는, 예를 들면 0.2m/분∼100m/분으로 설정할 수 있다. 컬렉터(150)와 노즐 블록(110) 사이에 인가하는 전압은 10kV∼80kV로 설정할 수 있고, 50kV부근으로 설정하는 것이 바람직하다.
방사 구역의 온도는, 예를 들면 10℃∼40℃로 설정할 수 있다. 방사 구역의 습도는, 예를 들면 20%∼60%로 설정할 수 있다.
3.실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 효과
실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 상기 장척 시트 반전 기구(15a)를 구비하므로, 전계 방사 장치(제 1 전계 방사 장치(20))에 의해 장척 시트의 한쪽 면에 나노 섬유층을 형성한 후, 다른 전계 방사 장치(제 2 전계 방사 장치(22))에 장척 시트를 다시 설치하지 않고 장척 시트의 다른쪽 면에 나노 섬유층을 형성하는 것이 가능해지고, 기재층의 양면(한쪽 면 및 다른쪽 면)에 나노 섬유층이 형성된 분리막(separator)를 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능해진다.
또한, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 상기 장척 시트 반전 기구(15a)를 구비하므로, 제 1 전계 방사 장치(20) 및 제 2 전계 방사 장치(22)의 어느 경우에도, 종래의 나노 섬유 제조 장치(900)의 경우와 마찬가지로 복수의 상부방향 노즐의 토출구로부터 폴리머 용액을 토출하여 나노 섬유를 전계 방사 하는 것이 가능해지므로, 하부 방향 노즐을 이용한 분리막(separator) 제조 장치의 경우에 보이는 드롭렛 현상을 발생시키지 않는다.
따라서, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)는 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치가 된다.
또한, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 제 2 전계 방사 장치(22)는 제 1 전계 방사 장치(20)의 상방에 배치되고, 장척 시트 반전 기구(15a)는 제 2 전계 방사 장치(22)의 높이 위치에 맞춰 제 1 전계 방사 장치(20)로부터의 장척 시트(W)를 반전시키기 위해 분리막(separator) 제조 장치의 설치 면적을 그다지 크게 하지 않고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 제 1 통기도 계측 장치(30), 제 2 통기도 계측 장치(32) 및 반송 속도 제어장치(50)를 구비하므로, 제 1 통기도 계측 장치 및 제 2 통기도 계측 장치에 의해 계측된 통기도에 기초하여 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도를 제어하는 것이 가능해지므로, 장시간의 전계 방사 과정에 있어서 방사 조건이 변동하여 통기도가 변동했다고 해도 반송 속도를 적절히 제어하여 통기도의 변동량을 소정의 범위에 두는 것이 가능해지고, 그 결과, 제 1 나노 섬유층 및 제 2 나노 섬유층이 각각 균일한 통기도를 가진 분리막(separator)를 대량 생산하는 것이 가능해진다.
또한, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 제 1 전계 방사 장치(20)와 제 2 전계 방사 장치(22)의 사이에 배치되고, 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 장치(40)를 구비하므로, 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도가 다른 경우에도 장척 시트의 끊어짐이나 느슨함을 막는 것이 가능해지고, 그 결과, 분리막(separator) 제조 장치를 장시간 연속해서 계속 운전하는 것이 가능해진다.
또한, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 속도차 흡수 장치(40)는 간격을 변경할 수 있는 속도차 흡수 롤러(42)를 구비하므로, 속도차 흡수 장치의 간격을 변경함으로써 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 차를 흡수하는 것이 가능해진다.
또한, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)에 의하면, 제 1 전계 방사 장치(20)의 방사 조건과 제 2 전계 방사 장치(22)의 방사 조건을 각각 독립적으로 변경 가능한 방사 조건 변경 장치(60)를 구비하므로, 방사 조건을 독립적으로 변경함으로써 제 1 반송 속도와 제 2 반송 속도의 차가 커지지 않도록 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 분리막(separator) 제조 장치를 더 장시간 연속해서 계속 운전하는 것이 가능해진다.
［실시형태 2]
도 5는 실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)의 정면도이다.
실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)는 기본적으로는 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)와 동일한 구성을 가지지만, 전계 방사 장치의 배치 위치가 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 경우와는 다르다. 또한, 이것에 수반하여 반송 장치의 구성 및 제 1 통기도 계측 장치 및 제 2 통기도 계측 장치의 배치도 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)와는 다르다.
분리막(separator) 제조 장치(2)에서는 도 5에 도시한 바와 같이, 제 2 전계 방사 장치(22)는 후단에 위치하는 제 1 전계 방사 장치(20)의 하방에 배치되어 있다. 또한, 반송 장치(19)의 장척 반전 기구(15b)는 제 1 반전 롤러(16c) 및 제 2 반전 롤러(16d)를 구비하고, 제 2 전계 방사 장치(22)의 높이 위치에 맞춰 제 1 전계 방사 장치(20)로부터의 장척 시트(W)를 반전시킨다.
상기와 같이, 실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)는 전계 방사 장치의 배치 위치가 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 경우와는 다르지만, 장척 시트(W)를 반전시키는 장척 시트 반전 기구(15b)를 구비하는 반송 장치(19)와, 상부 방향 노즐(120)을 이용하여 하방으로터 한쪽 면에 제 1 나노 섬유를 퇴적시켜 제 1 나노 섬유층(NL1)을 형성하는 제 1 전계 방사 장치(20)와, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유를 퇴적시켜 제 2 나노 섬유층(NL2)을 형성하는 제 2 전계 방사 장치(22)를 구비하므로, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 경우와 마찬가지로 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치가 된다.
또한, 실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)에 의하면, 제 2 전계 방사 장치(22)가 제 1 전계 방사 장치(20)의 하방에 배치되고, 장척 시트 반전 기구(15b)는 제 2 전계 방사 장치(22)의 높이 위치에 맞춰 제 1 전계 방사 장치(20)로부터의 장척 시트(W)를 반전시키므로, 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서도 분리막(separator) 제조 장치의 설치 면적을 그다지 크게 하지 않고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 제조하는 것이 가능해진다.
또한, 실시형태 2에 따른 분리막(separator) 제조 장치(2)는 전계 방사 장치의 배치 위치 이외의 점에서는 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)와 기본적으로 같은 구성을 가지므로 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)가 가진 효과 중에 해당하는 효과를 그대로 가진다.
［실시형태 3］
도 6은 실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)의 정면도이다.
실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)는 기본적으로는 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)와 동일한 구성을 갖지만, 전계 방사 장치의 수가 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 경우와는 다르다. 즉, 실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)는 도 6에 도시한 바와 같이, 2대의 제 1 전계 방사 장치(20, 21)와 2대의 제 2 전계 방사 장치(22, 23)를 구비한다. 또한, 제 1 전계 방사 장치(20)와 제 1 전계 방사 장치(21)는 동일한 구성을 갖고, 제 2 전계 방사 장치(22)와 제 2 전계 방사 장치(23)는 동일한 구성을 갖는다.
이와 같이, 실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)는 전계 방사 장치의 수가 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 경우와는 다르지만, 장척 시트(W)를 반전시키는 장척 시트 반전 기구(15b)를 구비한 반송 장치(10)와, 상부방향 노즐(120)을 이용하여 하방으로부터 한쪽 면에 제 1 나노 섬유를 퇴적시켜 제 1 나노 섬유층(NL1)을 형성하는 제 1 전계 방사 장치(20, 21)와, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유를 퇴적시켜 제 2 나노 섬유층 (NL2)를 형성하는 제 2 전계 방사 장치(22, 23)를 구비하므로, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)의 경우와 마찬가지로 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 드롭렛 현상을 발생시키지 않고 높은 생산성으로 대량 생산하는 것이 가능한 분리막(separator) 제조 장치가 된다.
또한, 실시형태 3에 따른 분리막(separator) 제조 장치(3)는 전계 방사 장치의 수 이외의 점에서는, 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)와 기본적으로 동일한 구성을 가지므로 실시형태 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(1)가 가진 효과 중에 해당하는 효과를 그대로 갖는다.
이상, 본 발명을 상기 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 형태로 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면, 다음과 같은 변형도 가능하다.
(1) 상기 각 실시형태에서의 각 구성요소의 수, 위치 관계, 크기는 예시이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
(2) 상기 각 실시형태에 따른 분리막(separator) 제조 장치에서는, 통기도 계측 장치(제 1 통기도 계측 장치 및 제 2 통기도 계측 장치)를 구비하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 두께 계측 장치(제 1 두께 계측 장치 및 제 2 두께 계측 장치)를 구비한 것이라도 좋다. 이 경우, 반송 속도 제어장치는 제 1 두께 계측 장치 및 제 2 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도를 제어한다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 제 1 두께 계측 장치 및 제 2 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 제 1 반송 속도 및 제 2 반송 속도를 제어하는 것이 가능해지므로, 장시간의 전계 방사 과정에서 방사 조건이 변동하여 두께가 변동했다고 해도, 그것에 따라서 반송 속도를 적절히 제어하여 두께의 변동량을 소정의 범위에 두는 것이 가능해지고, 그 결과, 제 1 나노 섬유층 및 제 2 나노 섬유층이 각각 균일한 두께를 가진 분리막(separator)를 대량 생산하는 것이 가능해진다.
(3) 상기 실시형태 3에서는 전계 방사 장치(20, 21) 및 전계 방사 장치(22, 23)의 구성이 동일한 분리막(separator) 제조 장치(3)를 예를 들어 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 전계 방사 장치의 구성이 각각 다른 분리막(separator) 제조 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
(4) 상기 실시형태 3에서는 제 1 전계 방사 장치의 대수와 제 2 전계 방사 장치의 대수가 동수(2대)의 분리막(separator) 제조 장치(3)를 예를 들어 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 도 7은 변형예 1에 따른 분리막(separator) 제조 장치(4)의 정면도이다. 예를 들면, 도 7에 도시한 분리막(separator) 제조 장치(4)와 같이, 제 1 전계 방사 장치의 대수와 제 2 전계 방사 장치의 대수가 동수가 아닌 분리막(separator) 제조 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치는 도 7에 기재한 것에 한정되지 않고, 제 1 전계 방사 장치를 1대 또는 3대 이상 구비해도 좋고, 제 2 전계 방사 장치를 2대 이상 구비해도 좋다.
(5) 상기 각 실시형태에서는 제 2 전계 방사 장치(22)의 높이 위치에 맞추고, 제 1 전계 방사 장치(20)로부터의 장척 시트(W)를 반전시키는 장척 시트 반전 기구를 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 높이 위치를 변경하지 않고 장척 시트를 반전시키는 장척 시트 반전 기구를 이용해도 좋다. 이 경우, 제 2 전계 방사 장치는 제 1 전계 방사 장치와 동일한 높이 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 분리막(separator) 제조 장치의 높이를 그다지 높게 하지 않고, 기재층의 양면에 나노 섬유층이 형성된 구조를 가진 분리막(separator)를 제조하는 것이 가능해진다.
도 8은 변형예 2의 장척 시트 반전 기구(15c)를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 변형예 3의 장척 시트 반전 기구(15d)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8 및 도 9는 장척 시트 반전 기구의 부분을 상면에서 본 모식도이다.
장척 시트 반전 기구(15c)는 도 8에 도시한 바와 같이, 3개의 비틀림 롤러(16e, 16f, 16g)를 구비하고, 장척 시트의 반송 방향을 변경하지 않고 장척 시트를 비틀도록 반전시키는 것이다. 또한, 장척 시트 반전 기구(15d)는 도 9에 도시한 바와 같이, 1개의 비틀림 롤러(16h)를 구비하고, 장척 시트의 반송 방향을 90도 굴곡하도록 장척 시트를 비틀도록 반전시키는 것이다. 이상과 같은 장척시트 반전 기구를 이용해도 좋다.
(6) 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치에서는 노즐 유닛으로서 블록 형상을 가진 노즐 블록을 이용했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 노즐 유닛으로서 복수의 상부방향 노즐이 각각 설치된 복수의 관으로 이루어진 노즐 유닛을 이용해도 좋다.
(7) 상기 각 실시형태에서는 전원 장치(160)의 양극이 컬렉터(150)에 접속되고, 전원 장치(160)의 음극이 노즐 유닛(110)에 접속된 전계 방사 장치를 이용하여 본 발명의 분리막(separator) 제조 장치를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전원 장치의 양극이 노즐 유닛에 접속되고, 전원 장치의 음극이 컬렉터에 접속된 전계 방사 장치를 구비한 분리막(separator) 제조 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
(8) 상기 각 실시형태에서는 1개의 전계 방사 장치에 1개의 노즐 유닛이 설치된 분리막(separator) 제조 장치(1)를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 1개의 전계 방사 장치에 2개 이상의 노즐 유닛이 설치된 분리막(separator) 제조 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
이 경우, 모든 노즐 유닛으로 노즐 배열 피치를 동일하게 할 수도 있고, 각 노즐 유닛으로 노즐 배열 피치를 다르게 할 수도 있다. 또한, 모든 노즐 유닛으로 노즐 유닛의 높이 위치를 동일하게 할 수도 있고, 각 노즐 유닛으로 노즐 유닛의 높이 위치를 다르게 할 수도 있다.
1, 2, 3, 4: 분리막(separator) 제조 장치
10, 19: 반송 장치
11: 투입 롤러
12: 감기 롤러
13: 텐션 롤러
14: 제 1 구동 롤러
15a, 15b, 15c, 15d: 장척 시트 반전 기구
16, 16b, 16c: 제 1 반전 롤러
16b, 16d: 제 2 반전 롤러
16e, 16f, 16g, 16h: 비틀림 롤러
17: 제 2 구동 롤러
18: 보조 롤러
20, 21: 제 1 전계 방사 장치
22, 23: 제 2 전계 방상 장치
30, 32: 통기도 계측 장치
40: 속도차 조정 장치
42: 속도차 흡수 롤러
100: 하우징체
110: 노즐 유닛
120: 상부 방향 노즐
150: 컬렉터
152: 절연체
160: 전원 장치
170: 보조 벨트 장치
172: 보조 벨트
174: 보조 벨트용 롤러
NL1: 제 1 나노 섬유층
NL2: 제 2 나노 섬유층
W: 장척 시트
10, 19: 반송 장치
11: 투입 롤러
12: 감기 롤러
13: 텐션 롤러
14: 제 1 구동 롤러
15a, 15b, 15c, 15d: 장척 시트 반전 기구
16, 16b, 16c: 제 1 반전 롤러
16b, 16d: 제 2 반전 롤러
16e, 16f, 16g, 16h: 비틀림 롤러
17: 제 2 구동 롤러
18: 보조 롤러
20, 21: 제 1 전계 방사 장치
22, 23: 제 2 전계 방상 장치
30, 32: 통기도 계측 장치
40: 속도차 조정 장치
42: 속도차 흡수 롤러
100: 하우징체
110: 노즐 유닛
120: 상부 방향 노즐
150: 컬렉터
152: 절연체
160: 전원 장치
170: 보조 벨트 장치
172: 보조 벨트
174: 보조 벨트용 롤러
NL1: 제 1 나노 섬유층
NL2: 제 2 나노 섬유층
W: 장척 시트
Claims (9)
- 기재층의 한쪽 면에는 제 1 나노 섬유층이 형성되고, 다른쪽 면에는 제 2 나노 섬유층이 형성된 분리막(separator)를 제조하는 분리막(separator) 제조 장치에 있어서,
상기 기재층이 되는 장척 시트를 반송하는 반송 기구와, 상기 장척 시트가 반송되어 가는 도중에 상기 장척 시트의 한쪽 면의 방향과 다른쪽 면의 방향이 반대가 되도록 상기 장척 시트를 반전시키는 장척 시트 반전 기구를 구비한 반송 장치,
상기 장척 시트 반전 기구보다 전단에 배치되고, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 상기 한쪽 면에 제 1 나노 섬유를 퇴적시켜 상기 제 1 나노 섬유층을 형성하는 제 1 전계 방사 장치, 및
상기 장척 시트 반전 기구보다 후단에 배치되고, 상부방향 노즐을 이용하여 하방으로부터 상기 다른쪽 면에 제 2 나노 섬유를 퇴적시켜 상기 제 2 나노 섬유층을 형성하는 제 2 전계 방사 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전계 방사 장치는 상기 제 1 전계 방사 장치의 상방에 배치되고,
상기 장척 시트 반전 기구는 상기 제 2 전계 방사 장치의 높이 위치에 맞춰 상기 제 1 전계 방사 장치로부터의 상기 장척 시트를 반전시키는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전계 방사 장치는 상기 제 1 전계 방사 장치의 하방에 배치되고,
상기 장척 시트 반전 기구는 상기 제 2 전계 방사 장치의 높이 위치에 맞춰 상기 제 1 전계 방사 장치로부터의 상기 장척 시트를 반전시키는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전계 방사 장치는 상기 제 1 전계 방사 장치와 동일한 높이 위치에 배치되고,
상기 장척 시트 반전 기구는 높이 위치를 변경하지 않고 상기 장척 시트를 반전시키는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 통기도를 계측하는 제 1 통기도 계측 장치,
상기 제 2 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층 및 상기 제 2 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 통기도를 계측하는 제 2 통기도 계측 장치,
상기 제 1 통기도 계측 장치에 의해 계측된 통기도에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 1 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 1 반송 속도」를 제어하고, 상기 제 2 통기도 계측 장치에 의해 계측된 통기도에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 2 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 2 반송 속도」를 제어하는 반송 속도 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 두께를 계측하는 제 1 두께 계측 장치,
상기 제 2 전계 방사 장치의 후단에 배치되고, 상기 제 1 나노 섬유층 및 상기 제 2 나노 섬유층이 형성된 상기 장척 시트의 두께를 계측하는 제 2 두께 계측 장치,
상기 제 1 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 1 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 1 반송 속도」를 제어하고, 상기 제 2 두께 계측 장치에 의해 계측된 두께에 기초하여 「상기 장척 시트가 상기 제 2 전계 방사 장치를 통과할 때의 상기 장척 시트의 반송 속도인 제 2 반송 속도」를 제어하는 반송 속도 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 전계 방사 장치와 상기 제 2 전계 방사 장치의 사이에 배치되고, 상기 제 1 반송 속도와 상기 제 2 반송 속도의 속도차를 흡수하는 속도차 흡수 장치를 더 구비하고,
상기 반송 장치는 상기 제 1 반송 속도로 상기 장척 시트를 반송하는 제 1 구동장치와, 상기 제 2 반송 속도로 상기 장척 시트를 반송하는 제 2 구동장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 속도차 흡수 장치는 서로의 간격을 변경할 수 있는 복수의 속도차 흡수 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치. - 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전계 방사 장치의 방사 조건과 상기 제 2 전계 방사 장치의 방사 조건을 각각 독립적으로 변경 가능한 방사 조건 변경 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막(separator) 제조 장치.
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