KR20140034899A - 도장 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도장 플랜트(painting plant), 도장 플랜트의 상이한 공정 단계들에 필요한 개별 기구들에 관한 것으로, 상기 개별 기구들은 각각 분리가능한 모듈로 수용되므로, 이에 따라 도장 플랜트의 설치뿐만 아니라 유지보수 및 서비스를 크게 간소화한다.

Description

도장 플랜트 {PAINTING PLANT}

본 발명은 기판을 적어도 하나의 유기 코팅막(organic coating layer)으로 코팅하기 위한 설비에 관한 것이다. 본 발명에 따른 설비는 특히, 용사(spraying, 熔射)에 의한 코팅막 적용을 가능하게 한다.

이러한 코팅 막을 기판에 적용하기 위해서는, 일반적으로 많은 공정 단계들이 필요하다.

첫번째 단계에서, 기판 표면은 통상적으로 세정된다. 이 단계는 예컨대, 에어 프레셔(air pressure)에 의해 및/또는 표면을 이온화하기 위한 수단에 의해 달성되거나, 물 또는 수성 또는 알콜 또는 용매계(solvent-based) 용액과 같은 액체 매질로 표면을 조사하거나 또는 블라스팅이나 C02와 같은 고체로 표면을 조사함으로써(irradiating), 또는 가능한 한 초음파 또는 마이크로파 등의 전파의 영향하에, 기판을 수성 또는 알콜 또는 용매계 용액에 디핑(dipping)함으로써 달성가능하다.

두번째 단계에서, 예컨대 코팅 분산액(coating dispersion)을 용사하여 실 코팅막을 증착한다. 그런 다음 이미 코팅된 기판을 소성하는(baked) 단계를 거친다. 이 단계는 공기순환에 의한 가열에 의해 및/또는 예컨대, 50℃ 내지 80℃에서 적외선에 노출시킴으로써 달성 가능하다. 이와 관련하여, 코탕 분산액에 통상 존재하는 용매는 반드시 증발된다. 오늘날 매우 광범위하게 퍼져있는 UV 경화 코팅재료의 경우, 즉 자외선에 의해 경화되는 코팅에서, 경화는 용매 증발 다음 단계 중 하나에서 일어난다.

사용되는 대부분의 코팅은 용매에 분산된 유기 물질을 기반으로 한다. 용매로는 수용액, 유기 용매 또는 무기 용매가 고려될 수 있다. 상기 코팅은 또한 물을 기반으로 할 수도 있다. 경화는 열에 의해 또는 방사선 경화에 의해 달성 가능하다.

상기 모든 단계들은, 실질적으로 고정된 기판을 갖는 단일 챔버 내에서 완성 가능하다. 그러나 이러한 다기능 챔버에서는, 세정 및 코팅 경화에 사용되는 장비의 배치 조작시에(batch operation), 코팅 분산액으로 오염되거나 또는 증발된 용매에 의해 침범당하는 위험이 발생하는 문제가 있다.

이러한 이유로, 상이한 장소에서 및 인라인(inline) 동작 중에 있는 별도의 분리된 섹션에서 상기 단계들을 수행하는 것이 오늘날 일반적이다. 도 1은 코팅될 기판들(31, 33, 35, 37, 39, 41)을 가진 해당 설비를 도시한다. 이 경우, 길쭉한 챔버(1)는 도어들(3, 5, 7, 9)에 의해 분리된 다수의 섹션들(11, 13, 15, 17, 19)로 분할되며, 상기 각 섹션에서 해당 단계를 수행하는 데 필요한 기구가 제공된다. 챔버의 시작부분에 입구(21)가 있고, 챔버의 끝부분에는 출구(23)가 있다. 이송장치(25)는 코팅될 기판들을 챔버 내로 및 다양한 스테이션으로 이송할 뿐만 아니라 챔버 밖으로도 이송한다. 이송장치(25)는 일반적으로 연속적으로 작동되거나 또는 간헐적으로 작동되며, 기판들(31, 33, 35, 37, 39, 41)은 모두 동시에 움직인다. 일부 기판들이 분할 섹션(11, 13, 15, 17, 19) 중 하나에서 이동 없이 처리되는 반면, 다른 기판들은 계속 이송되는 경우에, 상기 이동 없이 남아 있는 기판들은 이송장치(25)로부터 적절한 메카니즘에 의해 분리되는데, 이에 따라 이송장치(25)는 대체적으로 상당히 복잡하고 많은 비용이 들게 된다. 이 이송장치(25)는 전체 도장 설비에 걸쳐 통합 유닛(integral unit)을 구성하는데, 분할된 섹션들(11, 13, 15, 17, 19)이 서로 불충분하게 분리되는 추가의 단점을 가지므로 따라서 상기 개별 섹션들(11, 13, 15, 17, 19)이 증가하여, 전체 시스템을 훨씬 크게 해야 하는 단점이 있다.

일반적으로, 각 섹션(11, 13, 15, 17, 19)의 상단부에는 신선한 공기공급장치가 제공되며, 하단부에는 챔버 영역으로부터 공기 및 가스를 제거하고 이들을 세정시스템(도시되지 않음)으로 공급하는 추출장치가 제공된다. 종래기술에 따른 상이한 공정단계들에 대한 섹션들을 분리함으로써, 서로 다른 공정이 역으로 서로 영향을 미치지 않도록 하는 것이 실제로 구현 가능하다. 그러나 이러한 코팅설비는 그 크기로 인해 이송이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 또한 이 시스템의 조립 및 설치에 큰 노력을 들여야 하며, 이러한 이유로 이러한 시스템들이 장비 제작업체에서 완전히 제작되지 못하고, 모든 시스템의 기능 및 관련 공정단계들에 대한 완성, 그리고 최종적인 미세조정이 고객의 사이트에서만 행해질 수 있다는 단점을 가진다는 점을 특히 주목할 필요가 있다.

도 3과 같이, 종래기술에 따른 상기 언급된 일부 단점들을 극복 시도하려는 코팅설비(301)에 대한 추가의 실시예를 다음과 같이 설명한다:

본질적으로 분리할 수 없는 부분인 세정 작업, 도장 작업 및 경화 작업은 인라인으로 배치되지 않으나, 이송장치(303)에 바로 인접하며, 예컨대 작업스테이션을 가진 분할 공정 챔버들(305, 307, 309, 311)과 같다. 이를 위해, 적절한 처리장치(313, 315, 317, 319)가 요구되며, 이들은 기판 및 기판이 로딩된 캐리어를 이송장치(303)에서 제거하고, 각 분할된 작업 챔버 내의 각 작업 스테이션에 그들을 위치시킨다. 이송장치(303)는 이 경우에 간헐적으로 작동되는데, 즉, 기판 및 캐리어의 이송은 연속적이지 않다.

이 경우, 개별 공정 챔버들(305, 307, 309, 311)은 서로 매우 잘 분리될 수 있기는 하나, 전체 코팅설비의 크기라든가, 이송장치가 분리 불가능한 유닛을 지속 형성한다든가 하는 심각한 단점들이 남는다. 여기에는 처리장치들에 요구되는 추가의 부담, 이러한 처리장치들의 배치를 위한 증가된 설비 크기에 요구되는 추가의 부담 및 특히, 먼지 및 공기의 순도 측면에서 특별한 공간 품질을 가진 완전한 이송장치로 구성된 보다 큰 룸(321)을 구축할 필요성 등과 같은 추가의 단점들이 있다. 해당 공기의 처리에는, 장비의 구입을 위한 투자비뿐만 아니라 증가된 유지비용, 주로 에너지 및 필터 기술분야의 측면에서 매우 고비용이 들어간다.

따라서, 상기 언급된 종래기술의 단점들을 극복하는 코팅 설비에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명은 상기 단점들이 극복된 코팅 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 본 발명의 청구항 1에 따른 모듈형(modular) 코팅설비에 의해 구현된다. 길쭉한 개별 공정 챔버들 및 종래기술에서 알려진 병렬 공정 챔버들의 배열과는 대조적으로, 본 발명에 따른 챔버는, 공정 단계의 수에 따라, 개별의 완전히 분리된 작업 모듈들로 분할된다. 이러한 각각의 모듈들은 바람직하게는, 상단에 신선한 공기 공급장치를 포함하고, 바닥에 공기 및 가스 추출장치를 포함하며, 또한 하단에는 이송장치를 포함한다. 이러한 각각의 모듈들은 입구 도어뿐 아니라 출구 도어를 포함한다. 본 설명의 맥락에서, 용어 "도어"는, 기판이 안으로 또는 각 모듈 밖으로 이송될 수 있는 개구에 대한 개폐 메카니즘 또는 임의의 형태의 셔터를 의미한다.

개별 모듈들은, 한 모듈의 출구 도어가 후속 모듈의 입구 도어와 연결되도록 하는 방식으로 서로 관계를 가지고 배치된다. 여기서 연결은, 기판이 로딩된 캐리어가 한 모듈의 출구 도어에서 후속 모듈의 입구 도어로 이송될 수 있음을 의미한다. 바람직하게는, 한 모듈의 출구 도어는 후속 모듈의 입구 도어의 바로 근처에 배치되며, 상기 출구 도어와 입구 도어는 공통의 구동 메카니즘을 가진 하나의 유닛을 형성한다. 시스템의 첫 모듈의 입구 도어와 시스템의 마지막 모듈의 출구 도어만은 격리되어 있으며, 즉, 다른 모듈의 도어와 연관되어 있지 않다. 본 발명에서는, 각각의 공정 단계가 허용하고 및/또는 공기 흐름 조건이 선택되는 경우, 개별 모듈들에서 입구 및/또는 출구 도어들을 생략하는 것이 가능하여, 교차 오염, 개별 오염 또는 개별 모듈들 간 오염균의 전파를 회피할 수 있다.

상기 모듈들은 중앙 제어장치에 의해 각각 개별적으로 제어된다. 바람직하게는, 각 모듈은 자신의 제어 구성요소를 수신하고, 제어될 모든 시스템 구성요소들이 접속되면, 이후 분산 방식으로 배치된 상기 제어 구성요소들은 간단한 케이블을 통해 또는 무선통신을 통해 중앙 제어기에 접속되거나 또는 마스터-슬레이브 구성으로 관리될 수 있다.

본 발명의 디자인은 각 모듈에 속하는 구성요소들만이 서로 전기적으로 연결되어 있어 따라서 훨씬 적은 케이블 재료 및 설치비용이 드는 중요한 장점을 가지며, 또 다른 장점은 중앙 제어 캐비넷의 제공이 필요 없다는 것이다.

완전히 독립된 모듈들을 가진 코팅 설비 디자인에 의거하여, 한 모듈에서 최종 목적지까지 매우 적은 노력으로 이송 가능하다. 또한 이로 인해 조립, 설치 및 시운전이 상당히 단순화된다. 본 발명은, 코팅 시스템을 제조업체의 사이트에서 기 조립 및 테스트를 거치기 때문에 고객의 사이트에서 최단시간에 셋업 가능하므로, 비용 및 시간이 절감될 뿐만 아니라, 작업 신뢰도가 향상되는 장점이 있다.

본 발명은 다음의 도면과 함께 실시예로써 설명된다.
도 1은 종래기술에 따른 인라인(in-line) 디자인으로 구성된 코팅 설비를 보여준다.
도 2는 모듈형(modular) 디자인으로 구성된 본 발명의 코팅 설비를 보여준다.
도 3은 불연속 조작을 갖는 모듈형 디자인으로 구성된 코팅 설비를 보여준다.

종래기술(도 1 및 도 3)에 따른 코팅설비는 이미 상기에 설명되었다. 도 2는 본 발명에 따른 모듈형 디자인으로 구성된 코팅설비(201)를 도시한다. 도 2는 그중에서도 이온화 방사선(ionizing radiation)(211)에 의한 입구 세정 모듈(203), 로봇암(213)의 스프레이 노즐에 의한 코팅 모듈(205), IR 이미터(IR emitter)(215)에 의한 가열을 거치는 용매제거 모듈(207)(베이킹, baking) 및 UV 램프(217)에 의한 코팅재 경화 모듈(209)을 도시한다. 이러한 각 모듈들은 자체 제어기(221, 223, 225, 227)를 각각 포함하며, 이들은 최종적으로 중앙 제어기(229)에 의해 제어된다. 상기 모듈 제어기들은 이송장치들(231, 233, 235, 237) 뿐만 아니라 입구도어들(241, 243, 245, 247) 및 출구도어들(251, 253, 255, 257)까지 제어 가능하다. 두개의 인접한 모듈들의 공정 단계가 서로 부정적인 영향을 주지 않는 경우, 대응하는 도어들을 생략할 수 있다. 한 모듈이 다른 모듈을 따르는 경우, 한 모듈의 출구도어들뿐만 아니라 다른 모듈의 입구도어들까지 두 군데 모두 구현하는 것은 절대적으로 필요하지 않다. 게다가, 상기 모듈 제어기들은 각 모듈별로 제공되는 스프레이 노즐 및 로봇암(213), IR 이미터(215), UV 램프(217) 및 배출장치(261, 263, 265, 267)와 같은 기능 유닛들을 또한 제어한다. 따라서, 각 모듈은 기본적으로 개별 제어 가능한 모듈이며, 상기 모듈들의 상호작용은 중앙제어기(229)에 의해 제어된다. 코팅될 기판들은 도 1과 같이 참조번호로 표기되지 않았지만 빗살 사선으로 표현되었다. 207 모듈과 209 모듈 사이에 놓인 기판을 보면, 한 모듈에서 다음 모듈로 어떻게 이송이 구현되는 가를 알 수 있다: 즉, 이송수단(235)의 드라이빙 메카니즘에 의거, 기판은 207 모듈에서 슬라이드 되어 빠져나가는 동시에, 209 모듈의 이송수단(237) 위에 걸치게 된다. 이로써 255 도어에서 247 도어로 자연스럽게 개방이 이루어진다.

첫번째 모듈로의 삽입을 위해, 도시된 이송장치가 또한 사용될 수 있으며, 코팅설비 밖으로의 배출에 대해서도 같은 이송장치의 적용이 가능하다. 구체적으로, 삽입 및 배출기구를 포함한 전체 시스템은 하나의 사이클 공정으로 설계되어, 코팅될 기판의 장착 및 코팅된 기판의 제거를, 가능한 경우 로봇 및/또는 자동장치에 의해 한 장소에서 할 수 있도록 되어 있다. 이러한 순수한 이송 섹션(section)은 크린룸 환경에서 구현될 필요가 없다.

상기 코팅설비는 모듈형 디자인에 의거, 조립 및 해체가 매우 간단하다. 만약 코팅 시스템의 한 모듈에 결함이 생긴 경우, 전체 코팅설비를 해체하지 않고 다른 동등 모듈로 쉽게 교체 가능하다. 또한, 예컨대 PVD 코팅과 같은 추가의 모듈 및 추가의 공정 단계를 첨가하여 용이하게 코팅설비를 완성할 수 있다. 한편, 고객에 의한 대응 공정이 요구되지 않으며, 모듈들은 생략 가능하다. 따라서 코팅설비의 제조자는 코팅설비에 대한 표준화된 모듈, 고객 만족의 전체 개념에 기초하여 다자인할 수 있는 선택권을 갖는다.

Claims (7)

1. a) 코팅될 기판의 세정 수단, b) 기판의 코팅 수단, c) 코팅된 기판의 경화 수단을 적어도 포함하는 코팅설비에 있어서,
   상기 코팅설비는 모듈형(modular) 공법으로 디자인되어 있으며, 상기 a) 내지 c)의 각 수단들은 자체 모듈을 각각 포함하고, 각 모듈은 자체 이송 설비를 각각 포함함으로써,
   상기 모듈들이 동시 작업시, 상기 모듈들을 통해 이동방향으로 연속 인라인 이송이 구현 가능한 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 모듈 중 적어도 하나에 도어들이 제공됨으로써, 상기 환경에 대한 모듈 내부 공간의 확실한 밀봉이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 설비에는, 코팅된 기판들의 경화를 위해 적어도 두 개의 단계, 즉 i) 코팅에서 용매의 제거 단계; 및 ii) 코팅의 경화 단계; 가 제공되고,
   상기 코팅설비는 상기 i) 단계를 위해, 그의 수행을 위한 수단들, 바람직하게는 환기장치, 더 바람직하게는 백열 필라멘트, 고온공기 또는 적외선 램프와 같은 가열수단들을 가진 모듈을 포함하며,
   상기 코팅설비는 상기 ii) 단계를 위해, 그의 수행을 위한 수단들, 바람직하게는 적어도 하나의 방사선 소스 및 더 바람직하게는 UV 램프를 가진 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   
4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 모듈은 하나의 제어 유닛과 그에 관련되는 전기장치를 포함하고, 상기 모듈의 배기 시스템 및 처리수단 및 이송수단이 제어 유닛에 의해 제어될 수 있으며,
   상기 모듈들의 제어 유닛들을 조정하기 위해 중앙 제어기가 제공되는 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   
5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모듈들의 이송수단들은, 상기 기판들이 한 모듈의 한 이송수단에서 다른 모듈의 다른 이송수단 위로 이송 가능하도록 하는 방식으로 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 이송수단들은 컨베이어 벨트로 디자인되고, 상기 기판들을 상기 이송장치의 가장자리에 걸치도록 밀어서 상기 기판들의 이송이 구현되는 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   
7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 코팅설비의 로딩 및 언로딩을 위해 자동장치가 제공되며,
   상기 자동장치로부터 첫번째 모듈의 입구 도어로 이송수단이 제공되고, 최종 모듈의 출구 도어로부터 상기 자동장치로 이송수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 코팅설비.
   

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