WO2023075572A1 - 슬롯 다이의 단차 측정 장치 및 방법 - Google Patents

슬롯 다이의 단차 측정 장치 및 방법 Download PDF

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WO2023075572A1
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lip
shim
laser sensor
rib
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장지웅
유상수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present specification relates to an apparatus and method for measuring a step difference between a lip and a shim of a slot die.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries, which have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • a secondary battery has a structure including an electrode assembly having a stacked structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive and negative electrodes are prepared by coating a slurry containing an active material on a current collector.
  • the slurry should be coated with a uniform thickness on the current collector to make the characteristics of the secondary battery uniform.
  • a slurry coating device such as a die coater is used.
  • the slurry coating apparatus includes a slot die that applies the slurry relatively thinly over a large area.
  • the coating method using such a slot die is superior to other coating methods in terms of maintenance and productivity, it has been widely used so far not only for applying slurry to the current collector of a secondary battery electrode but also for manufacturing a panel for a flat panel display device.
  • the slot die applies the slurry to the current collector while the slot die itself moves or the current collector moves by allowing the slurry to be discharged through the ink ejection tip of the slot die, just as ink comes out of the nib end of a fountain pen.
  • the present specification provides an apparatus and method for measuring a step difference between a lip and a shim of a slot die.
  • One embodiment of the present specification measures the step difference between the lip and the shim of a slot die including two or more bodies having a lip at one end and a shim provided to discharge ink between the two or more ribs, and a laser sensor facing the lip and the seam; and a jig contacting at least a portion of the body where the ink ejection portion of the slot die is located.
  • Another embodiment of the present specification is a step measurement method of a slot die including two or more bodies having a lip at one end and a shim provided to discharge ink between the two or more ribs, wherein the ink of the slot die is ejected contacting a jig of a step measuring device equipped with a laser sensor to at least a part of an upper end of the body where the part to be is located; and measuring a step difference between the rib and the shim of the slot die through the laser sensor.
  • An apparatus for measuring a step difference of a slot die may measure a step difference between a lip and a shim.
  • An apparatus for measuring a step difference of a slot die is highly portable and can frequently check a change in step difference according to the progress of the process by measuring a step difference between a lip and a seam after ink coating is performed.
  • An apparatus for measuring a step difference of a slot die may check a step change according to an ink coating process, and adjust a step difference between a lip and a shim when the change in step difference is severe.
  • FIG. 1 illustrates a non-uniform coating interface problem that occurs when a step difference between a lip and a shim of a slot die increases.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a step measurement device according to an exemplary embodiment.
  • FIG 3 is a combined perspective view of a step measurement device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a coupled cross-sectional view of a step measurement device according to another embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing contact between a step measurement device and a slot die according to another embodiment.
  • Figure 6 (a) is a plan view of a step measurement device according to another embodiment
  • Figure 6 (b) is a front view of the step measurement device according to another embodiment
  • Figure 6 (c) is a step according to another embodiment It is a side view of the measuring device.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an ink ejection tip of a single die.
  • FIG. 8(a) is a side view of a step measuring device of a slot die according to an exemplary embodiment of the present specification in contact with a single die
  • FIG. 8(b) is a step measuring device of a slot die according to another exemplary embodiment of the present specification. It is a side view in contact with a single die.
  • 9 is a cross-sectional view of an ink ejection tip in a double die.
  • FIG. 10(a) is a side view of a step measuring device of a slot die according to an exemplary embodiment of the present specification in contact with a double die
  • FIG. 10(b) is a side view of a step measuring device of a slot die according to another exemplary embodiment of the present specification. It is a side view in contact with the double die.
  • FIG. 11(a) is a cross-sectional view of a slot die for an experiment manufactured in an embodiment
  • FIG. 11(b) is an image of a slot die shown by sensing a laser of a step measuring device.
  • first body 213 first lip
  • first shim 350 second shim
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a step measurement device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 is a coupled perspective view of the step difference measurement device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a coupled cross-sectional view of a step measurement device according to another embodiment
  • FIG. 6 (a) is a plan view of the step measurement device according to another embodiment
  • FIG. 6 (b) is a step measurement device according to another embodiment
  • 6(c) is a side view of a step measurement device according to another embodiment.
  • the slot die height measuring device 100 includes a laser sensor 120 and a jig 130 .
  • the laser sensor 120 and the jig 130 are provided to be spaced apart from each other, and a body 110 accommodating the laser sensor 120 and the jig 130 may be further provided.
  • the laser sensor 120 and the jig 130 are coupled to and fixed to the body 110, and the coupling method is not particularly limited, but may be fitted.
  • the body 110 is not particularly limited as long as it can fix the laser sensor 120 and the jig 130, and may be two or more plates, and may have a 'c' shape or a ' ⁇ ' shape in cross section. .
  • FIG. 5 is a perspective view showing contact between a step measurement device and a slot die according to another embodiment.
  • the laser sensor 120 is provided to face the lip of the ink ejection tip side of the slot die to be measured and the end of the shim, and specifically, two or more bodies 211 and 221 having ribs 213 and 223 at one end and the two It is provided to face the lip of the slot die including the shim 230 provided to discharge ink between the above ribs and the end of the shim.
  • the laser sensor 120 may radiate a laser to the lip of the slot die and the end of the shim, and detect the laser reflected from the surface of the lip and shim of the slot die to derive the shape of the end.
  • the laser sensor 120 may include an irradiation unit (not shown) for irradiating a laser beam to the end of the lip and shim of the slot die, and a detection unit 123 for detecting laser reflected from the surface of the lip and shim of the slot die.
  • an irradiation unit (not shown) for irradiating a laser beam to the end of the lip and shim of the slot die
  • a detection unit 123 for detecting laser reflected from the surface of the lip and shim of the slot die.
  • An irradiation unit (not shown) of the laser sensor 120 is provided so that the laser emitted from the light source can reach the measurement target. At this time, since the laser is light with strong linearity, the measurement target is positioned on an extension line in the irradiation direction.
  • the laser irradiated from the laser sensor 120 is not particularly limited as long as it does not affect the material or shape of the ink ejection tip of the slot die and is easily reflected from the irradiated surface.
  • the laser may be a visible ray laser of 380 nm to 800 nm, specifically a blue laser, and more specifically a 405 nm laser.
  • the detection unit 123 of the laser sensor 120 may be a plate-shaped sensor provided to detect the laser reflected from the lip of the slot die and the surface of the core. It can be determined by adjusting the angle at which the plate-shaped sensor of the sensing unit 123 is provided so that the reflected laser can reach the irradiation angle of the laser and the shape of the lip and seam.
  • the laser sensor 120 may include an output unit (not shown) that shows the shape of the lip and shim of the ink ejection tip of the slot die through the information sensed by the detection unit 123 .
  • the shape shown by the output unit is a vertical section in the longitudinal direction of the end of the ink ejection tip. For example, it is derived in a form similar to FIGS. 7 and 9, and based on this form, the height difference between points designated through the coordinates of the step measurement point, that is, the step difference can be derived.
  • the jig 130 is provided to contact at least a part of the body where the ink ejection portion of the slot die is located.
  • the jig 130 contacts at least a part of the body and supports the laser sensor 120 to maintain a measurement position and a distance between the laser sensor 120 and the measurement target so that the laser sensor 120 can measure the step difference between the rib and the seam.
  • the distance between the lip and the laser sensor may be 17 mm or more and 23 mm or less, or 17.8 mm or more and 22.2 mm or less, that is, 20 ⁇ 2.2 mm, and sensing is performed while maintaining a constant distance between the measurement sensor and the target, and sensing when the distance is out of a certain distance. This is impossible
  • the contact area of the jig 130 with the body is not particularly limited as long as the step measuring device 100 can be stably positioned, but the wider the contact area, the higher the stability. Therefore, it is preferable to design the contact area to be as wide as possible in consideration of the overall size of the step measurement device.
  • the jig 130 may have a shape cut along the slope of the inclined plane of the body in an 'L'-shaped cross section. If the step measurement target is a single die, the jig 130 may contact the upper surface of the first body 211 or the second body 221 of the single die. If the step measurement target is a double die, the jig 130 may contact the upper surface of the first body 311 or the third body 331 of the double die.
  • the jig 130 may have a 'c'-shaped cross section cut along the inclined plane of the body. If the step measurement target is a single die, the jig 130 may contact the upper surfaces of the first body 211 and the second body 221 of the single die. If the step measurement target is a double die, the jig 130 may contact the upper surfaces of the first body 311 and the third body 331 of the double die.
  • the surface of the body where the ink ejection portion is located is at a certain angle with the side surface of the lip, looking at the surface indicated by the arrows indicating the contact portion of the jig in FIGS. 7 and 9 It is an inclined surface formed with a slope while forming . Therefore, in order to increase the contact area with the jig, it is preferable that the contact portion 133 of the jig has the same or similar inclination angle considering the inclination angle of the inclination surface.
  • the jig 130 is a part in contact with the body and lip of the slot die, a material that does not scratch the body and lip of the slot die is selected.
  • the jig may include acetal, but is not limited thereto.
  • the jig 130 is disposed closer to the slot die than the laser sensor 120 in order to contact the body of the slot die. Accordingly, at least one through hole 131 is provided in the jig 130 so that the laser irradiated from the laser sensor 120 can reach the ink ejection tip of the slot die and the reflected laser can reach the sensing unit.
  • the through hole 131 is a single hole through which the laser can reach the ink ejection tip of the slot die and the reflected laser can reach the sensing unit.
  • the through hole 131 may include a first hole for the laser to reach the ink ejection tip of the slot die and a second hole for the reflected laser to reach the sensing unit.
  • An apparatus for measuring a step difference of a slot die further includes a determination unit (not shown).
  • the determination unit compares the height difference between the rib and the seam measured by the laser sensor with a reference value. When the step difference between the rib and the shim measured by the laser sensor exceeds the reference value, it is determined to reassemble the slot die.
  • the reference value is an important factor in determining the coating amount and coating pattern. It is checked whether the designed level difference is maintained, and if the level difference increases beyond the allowable value, the slot die is reassembled to maintain the level difference within the standard value.
  • the reference value may be 300 ⁇ m.
  • the level difference between the lip and the seam is 300 ⁇ m or less, the smearing of the ink due to the level difference is constant, so that the width of the applied slurry is maintained at a certain level of deviation.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an ink ejection tip of a single die.
  • the slot die may be a single die 200, and the slot die that is the single die 200 includes a first body 211 with a first lip 213 and a second body with a second lip 223 221, and a shim 230 provided between the first body 211 and the second body 221.
  • the laser sensor 120 may measure a step difference between an end of the first lip 213 and an end of the shim 230 .
  • the determination unit may compare the step difference between the end of the first lip 213 and the end of the shim 230 measured by the laser sensor with a reference value.
  • the reference value may be a level difference targeted when assembling the single die 200, and may be, for example, 300 ⁇ m.
  • the laser sensor 120 may further measure a step difference between an end of the first lip 213 and an end of the second lip 223 .
  • FIG. 8(a) is a side view of a step measuring device of a slot die according to an exemplary embodiment of the present specification in contact with a single die
  • FIG. 8(b) is a step measuring device of a slot die according to another exemplary embodiment of the present specification. It is a side view in contact with a single die. 8(a) and 8(b), depending on the shape of the jig 130, the shape of contact with the single die may vary.
  • 9 is a cross-sectional view of an ink ejection tip in a double die.
  • the slot die may be a double die 300, and the slot die that is the double die 300 includes a first body 311 with a first lip 313 and a second body with a second lip 323 321, a third body 331 provided with a third lip 333, a first shim 340 provided between the first lip 313 and the second lip 323, and the second lip 323 and a second shim 350 provided between the third lip 333.
  • the laser sensor 120 measures the difference between the end of the first lip 313 and the end of the first shim 340 and the difference between the end of the second lip 323 and the end of the second shim 350.
  • the determination unit measures the step difference between the end of the first rib 313 and the end of the first shim 340 and the difference between the end of the second rib 323 and the second shim 350 measured by the laser sensor. At least one of the steps of the end portion may be compared with each reference value.
  • the reference value may be a level difference targeted when assembling the double die 300 .
  • the reference value for the step difference between the end of the first rib 313 and the end of the first shim 340 may be 300 ⁇ m.
  • the laser sensor 120 measures the step difference between the end of the first lip 313 and the end of the second lip 323 and the end of the second lip 323 and the end of the third lip 333.
  • the step difference of can be further measured.
  • FIG. 10(a) is a side view of a step measuring device of a slot die according to an exemplary embodiment of the present specification in contact with a double die
  • FIG. 10(b) is a side view of a step measuring device of a slot die according to another exemplary embodiment of the present specification. It is a side view in contact with the double die. 10(a) and 10(b), depending on the shape of the jig 130, the shape of contact with the single die may vary.
  • the apparatus 100 for measuring the difference in height of a slot die may further include a handle 140 .
  • the step measurement device 100 is a portable device, which is easily carried and stored by a measurer, and it is difficult to remove and reinstall the slot die once each body and shim are laminated and installed in the coating device. , it is advantageous that the device for measuring the level difference of the slot die is highly portable.
  • the handle may be designed to be easily carried by the measurer and held by the measurer's hand while bringing the jig into contact with the slot die when measuring the step.
  • the step measurement device 100 may further include a controller (not shown) that controls the laser sensor 120 . As needed within the step measurement device 100, components required for power supply, control, and output of data are connected to each other with wires. In addition, the step measurement device 100 is easy to disassemble and connect/install for portability, and after disassembly, each component can be stored in a carrying case.
  • Another embodiment of the present specification is a step measurement method of a slot die including two or more bodies having a lip at one end and a shim provided to discharge ink between the two or more ribs, wherein the ink of the slot die is ejected contacting a jig of a step measuring device equipped with a laser sensor to at least a part of an upper end of the body where the part to be is located; and measuring a step difference between the rib and the shim of the slot die through the laser sensor.
  • the description of the step measurement device may be cited as the step measurement method of the slot die.
  • the step measurement method of the slot die may further include comparing the step difference between the rib and the seam measured by the laser sensor with a reference value.
  • the step measurement method of the slot die may further include reassembling the slot die when the step difference between the rib and the shim measured by the laser sensor exceeds the reference value.
  • the reference value may be 300 ⁇ m.
  • measuring reproducibility of measuring instrument readjustment refers to the reproducibility of data when the measuring instrument is removed from the slot die after measurement and the measuring position is readjusted and then measured. It refers to the repeatability of measurement data when measured continuously.
  • the master (certified) specimen is a Mitutoyo master certified specimen with a level difference arbitrarily set, and it was attempted to confirm how accurate the data value measured by the level difference measurement device of the present specification is.
  • Master (certified) specimens with step differences of 50 ⁇ m, 100 ⁇ m, and 300 ⁇ m were used, respectively, and the step difference at this time was selected to a level that should be controlled by the step difference between the lip of the die and the core.
  • the step measurement device used a laser under the following conditions.
  • Blue LED Blue Semiconductor Laser
  • the bottom shim offset is a step of 1-2
  • the bottom die offset is a step of 1-3
  • the top shim offset is a step of 3-4
  • the top die offset is a step of 3-5 It is a single difference.
  • 1 to 5 mean positions respectively corresponding to the points indicated in red as step measurement points in FIG. 11 (a).
  • FIG. 11(b) The image of the slot die shown by sensing the laser of the step measurement device is shown in FIG. 11(b), and each offset value was derived by specifying the step measurement point in this image.
  • Table 5 summarizes the results of measuring the step difference of the experimental die according to the plan in Table 1
  • Table 6 summarizes the results of measuring the target thickness and actual thickness of the certified specimen.
  • the step measurement device can measure the offset between the rib and the shim of the slot die, and the reproducibility and reliability of the measured value are high.

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Abstract

본 명세서는 슬롯 다이의 립과 심의 단차를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

슬롯 다이의 단차 측정 장치 및 방법
본 출원은 2021년 11월 1일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0147971호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 슬롯 다이의 립과 심의 단차를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되어 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치에 관심도 크다.
특히 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 수요에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께를 가지며 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높다. 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체를 포함하는 구조이다. 상기 양극 및 음극은 집전체 상에 활물질을 포함하는 슬러리를 코팅함으로써 제조된다.
슬러리는 이차전지의 특성을 균일하게 하기 위해 집전체에 균일한 두께로 코팅되어야 한다. 이를 위해 다이 코터(die coater)와 같은 슬러리 코팅 장치가 사용된다. 슬러리 코팅 장치는 슬러리를 넓은 면적에 비교적 얇게 도포하는 슬롯 다이(slot die)를 포함한다.
이러한 슬롯 다이를 사용한 코팅 방법은 유지 보수 및 생산성 측면에서 여타의 코팅 방법에 비해 우수하기 때문에 현재까지 이차전지 전극의 집전체에 슬러리를 도포하는 것 외에 평판 디스플레이장치의 패널 제조 등에도 널리 사용되고 있다.
슬롯 다이는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 슬롯 다이의 잉크토출을 위한 팁으로 슬러리가 배출되도록 하여 슬롯 다이 자체가 움직이거나 집전체가 움직이도록 하면서 집전체에 슬러리를 도포한다.
집전체의 폭 방향으로 슬롯 다이의 양단부는 립과 심의 단차(shim offset 또는 gap)가 있으며, 슬롯 다이를 사용한 코팅 시 상기 단차로 인한 틈으로 표면장력에 의한 잉크의 번짐이 발생한다.
이때, 립과 심의 단차가 일정 수준 이내라면 번짐이 균일하게 일어나 도포된 슬러리의 폭의 편차가 적으나, 도 1에 도시된 바와 같이 립과 심의 단차가 일정 수준을 벗어나는 경우 도포된 슬러리의 폭의 편차가 커진다.
그러므로, 립과 심의 단차가 일정 수준을 벗어나지 않도록 관리해야 하며, 이를 위해 립과 심의 단차를 측정할 수 있는 방법이 고안되어야 한다.
본 명세서는 슬롯 다이의 립과 심의 단차를 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 일단부에 립이 구비된 2 이상의 바디와 상기 2 이상의 립 사이에 잉크가 토출되도록 구비된 심을 포함하는 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심의 단차를 측정하고, 상기 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심에 대향하는 레이저 센서; 및 상기 슬롯 다이의 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 적어도 일부와 접촉하는 지그를 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 장치를 제공한다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 일단부에 립이 구비된 2 이상의 바디와 상기 2 이상의 립 사이에 잉크가 토출되도록 구비된 심을 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법에 있어서, 상기 슬롯 다이의 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 상단부의 적어도 일부에 레이저 센서가 구비된 단차 측정 장치의 지그를 접촉시키는 단계; 및 상기 레이저 센서를 통해 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심의 단차를 측정하는 단계를 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치는 립과 심의 단차를 측정할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치를 통해 측정된 립과 심의 단차를 판단하여 적정수준의 단차 관리가 가능하다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치는 휴대성이 높아 잉크의 코팅이 진행한 후 립과 심의 단차를 측정하여 공정진행에 따른 단차의 변화를 수시로 체크할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치는 잉크의 코팅 공정진행에 따른 단차의 변화를 체크하고, 단차의 변화가 심할 경우 립과 심의 단차를 조정할 수 있다.
도 1은 슬롯 다이의 립과 심의 단차가 커질 때 발생하는 코팅 경계면의 불균일 문제점을 도시한 것이다.
도 2는 일 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 분해사시도이다.
도 3은 일 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 결합사시도이다.
도 4는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 결합단면도이다.
도 5는 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치와 슬롯 다이가 접촉된 사시도이다.
도 6(a)는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 평면도, 도 6(b)는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 정면도, 도 6(c)는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 측면도이다.
도 7은 싱글다이 중 잉크토출팁의 단면도이다.
도 8(a)는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 싱글다이와 접촉하는 측면도이고, 도 8(b)는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 싱글다이와 접촉하는 측면도이다.
도 9는 더블다이 중 잉크토출팁의 단면도이다.
도 10(a)는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 더블다이와 접촉하는 측면도이고, 도 10(b)는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 더블다이와 접촉하는 측면도이다.
도 11(a)는 실시예에서 제작된 실험용 슬롯 다이의 단면도이며, 도 11(b)는단차 측정 장치의 레이저를 센싱하여 도시된 슬롯 다이의 이미지다.
<부호의 설명>
100: 단차 측정 장치
110: 몸체
120: 레이저 센서
123: 감지부
130: 지그
131: 관통홀
133: 접촉부
140: 손잡이
200: 싱글다이
211: 제1 바디 213: 제1 립
221: 제2 바디 223: 제2 립
230: 심
300: 더블다이
311: 제1 바디 313: 제1 립
321: 제2 바디 323: 제2 립
331: 제3 바디 333: 제3 립
340: 제1 심 350: 제2 심
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 2는 일 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 분해사시도이고, 도 3은 일 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 결합사시도이다.
도 4는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 결합단면도이고, 도 6(a)는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 평면도, 도 6(b)는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 정면도, 도 6(c)는 또 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치의 측면도이다.
슬롯 다이의 단차 측정 장치(100)는 레이저 센서(120)와 지그(130)를 포함한다. 이때, 레이저 센서(120)와 지그(130)는 서로 이격하여 구비되고, 레이저 센서(120)와 지그(130)를 수용하는 몸체(110)를 더 구비할 수 있다. 레이저 센서(120)와 지그(130)는 상기 몸체(110)에 결합되어 고정되며, 결합방법은 특별히 한정하지 않으나 끼움결합될 수 있다. 상기 몸체(110)는 레이저 센서(120)와 지그(130)를 고정할 수 있는 형태이면 특별히 한정하지 않으며, 2 이상의 판일 수 있고, 단면이 'ㄷ'자 형태 또는 'ㅁ'자 형태일 수 있다.
도 5는 다른 실시상태에 따른 단차 측정 장치와 슬롯 다이가 접촉된 사시도이다.
레이저 센서(120)는 측정대상인 슬롯다이의 잉크토출팁 측 립과 심의 단부에 대향하도록 구비되고, 구체적으로 일단부에 립(213, 223)이 구비된 2 이상의 바디(211, 221)와 상기 2 이상의 립 사이에 잉크가 토출되도록 구비된 심(230)을 포함하는 슬롯다이의 상기 립과 상기 심의 단부에 대향하도록 구비된다.
레이저 센서(120)는 상기 슬롯다이의 립과 심의 단부에 레이저를 조사하고, 슬롯다이의 립과 심의 표면으로부터 반사되는 레이저를 감지하여 단부의 형태를 도출할 수 있다.
레이저 센서(120)는 상기 슬롯다이의 립과 심의 단부에 레이저를 조사하는 조사부(미도시)와 슬롯다이의 립과 심의 표면으로부터 반사되는 레이저를 감지하는 감지부(123)를 포함할 수 있다.
레이저 센서(120)의 조사부(미도시)는 광원으로부터 나온 레이저가 측정대상에 도달할 수 있도록 구비된다. 이때, 레이저는 직진성이 강한 빛이므로 조사방향으로 연장선상에 측정대상이 위치하게 된다.
레이저 센서(120)로부터 조사되는 레이저는 슬롯다이의 잉크토출팁의 재질이나 형태에 영향을 미치지 않고 조사된 표면으로부터 반사가 잘 일어난다면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 상기 레이저는 380nm 내지 800nm의 가시광선 레이저가 조사될 수 있으며, 구체적으로는 청색 레이저, 더 구체적으로 405nm 레이저일 수 있다.
레이저 센서(120)의 감지부(123)는 슬롯다이의 립과 심의 표면으로부터 반사되는 레이저를 감지할 수 있도록 구비된 판형의 센서일 수 있다. 레이저의 조사각과 립과 심의 형태를 고려하여 반사되는 레이저가 도달할 수 있도록 상기 감지부(123)의 판형의 센서가 구비되는 각도를 조절하여 결정할 수 있다.
레이저 센서(120)는 상기 감지부(123)에서 감지된 정보를 통해 슬롯다이의 잉크토출팁 측 립과 심의 형태를 도시하는 출력부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 출력부에 의해 도시되는 형태는 잉크토출팁 단부의 길이방향의 수직단면이다. 예를 들면, 도 7과 도 9와 유사한 형태로 도출되며, 이와 같은 형태를 바탕으로 단차 측정 지점의 좌표를 통해 지정된 지점 간의 높이 차이, 즉 단차를 도출할 수 있다.
상기 지그(130)는 상기 슬롯다이의 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 적어도 일부와 접촉하도록 구비된다. 상기 지그(130)는 상기 바디의 적어도 일부와 접촉하여 상기 레이저 센서(120)가 립과 심의 단차를 측정할 수 있도록 측정위치와 레이저 센서(120)와 측정대상과의 거리를 유지하도록 지지한다.
상기 립과 상기 레이저 센서 사이의 거리는 17mm 이상 23mm 이하, 또는 17.8mm 이상 22.2mm 이하, 즉 20±2.2mm일 수 있으며, 측정 센서와 대상 간 일정한 간격을 유지하여 센싱하며, 일정 거리를 벗어날 시 센싱이 불가능하다.
상기 지그(130)가 상기 바디와 접촉하는 면적은 단차 측정 장치(100)가 안정적으로 위치를 잡을 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 접촉하는 면적은 넓을수록 안정도는 높아질 수 있다. 이에, 접촉하는 면적은 단차 측정 장치의 전체 크기를 고려하여 최대한 접촉면적이 넓도록 설계하는 것이 바람직하다.
도 8(a) 및 도 10(a)와 같이, 상기 지그(130)는 'ㄱ'자 모양의 단면에서 바디의 경사면 기울기를 따라 깎여진 형태일 수 있다. 단차 측정 대상이 싱글 다이라면, 상기 지그(130)는 싱글 다이의 제1 바디(211) 또는 제2 바디(221)의 상면과 접촉할 수 있다. 단차 측정 대상이 더블 다이라면, 상기 지그(130)는 더블 다이의 제1 바디(311) 또는 제3 바디(331)의 상면과 접촉할 수 있다.
도 8(b) 및 도 10(b)와 같이, 상기 지그(130)는 'ㄷ'자 모양의 단면에서 바디의 경사면 기울기를 따라 깎여진 형태일 수 있다. 단차 측정 대상이 싱글 다이라면, 상기 지그(130)는 싱글 다이의 제1 바디(211) 및 제2 바디(221)의 상면과 접촉할 수 있다. 단차 측정 대상이 더블 다이라면, 상기 지그(130)는 더블 다이의 제1 바디(311) 및 제3 바디(331)의 상면과 접촉할 수 있다.
상기 도 7 및 도 9에 따르면, 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 표면은, 도 7 및 도 9에서 지그가 접촉하는 부분을 표시한 화살표가 가리키는 표면을 살펴보면, 립의 측면과 일정 각도를 이루면서 경사가 형성된 경사면이다. 따라서, 지그와 접촉면적을 높이기 위해, 상기 경사면의 경사각을 고려하여 지그의 접촉부(133)도 동일 또는 유사한 경사각을 이루는 것이 바람직하다.
상기 지그(130)는 상기 슬롯다이의 바디 및 립과 접촉하는 부분이므로, 접촉되는 슬롯다이의 바디 및 립에 스크래치를 주지 않는 재질로 선택된다. 예를 들면, 상기 지그는 아세탈을 포함할 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
단차 측정 장치(100)에서, 상기 지그(130)는 슬롯다이의 바디와 접촉하기 위해, 레이저 센서(120)보다 슬롯다이와 가깝도록 배치된다. 이에, 레이저 센서(120)로부터 조사되는 레이저가 슬롯다이의 잉크토출팁에 도달하고, 반사된 레이저가 감지부에 도달할 수 있도록 적어도 하나의 관통홀(131)이 지그(130)에 구비된다.
상기 관통홀(131)은 하나의 홀로 레이저가 슬롯다이의 잉크토출팁에 도달하고, 반사된 레이저가 감지부에 도달할 수 있다.
상기 관통홀(131)은 레이저가 슬롯다이의 잉크토출팁에 도달하기 위한 제1 홀과, 반사된 레이저가 감지부에 도달하기 위한 제2 홀을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태의 슬롯 다이의 단차 측정 장치는 판단부(미도시)를 더 포함한다.
상기 판단부는 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 립과 상기 심의 단차를 기준값과 비교한다. 상기 레이저 센서에 의한 측정된 상기 립과 상기 심의 단차가 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 슬롯다이의 재조립을 결정한다. 기준값은 코팅량, 코팅패턴 등을 결정하는 중요한 인자로, 설계된 단차가 유지되고 있는지를 확인하고, 허용치 이상으로 단차가 커지는 경우 슬롯다이를 재조립하여 기준값 이내의 단차를 유지하도록 한다.
상기 기준값은 300㎛일 수 있다. 립과 심의 단차가 300㎛ 이하인 경우 상기 단차로 인한 잉크의 번짐이 일정하여 도포된 슬러리의 폭이 일정 수준의 편차로 유지된다.
도 7은 싱글다이 중 잉크토출팁의 단면도이다.
상기 슬롯다이는 싱글 다이(200)일 수 있고, 싱글 다이(200)인 슬롯 다이는 제1 립(213)이 구비된 제1 바디(211), 제2 립(223)이 구비된 제2 바디(221), 및 상기 제1 바디(211)과 상기 제2 바디(221) 사이에 구비된 심(230)을 포함한다.
상기 레이저 센서(120)는 상기 제1 립(213)의 단부와 상기 심(230)의 단부의 단차를 측정할 수 있다. 상기 판단부는 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 제1 립(213)의 단부와 상기 심(230)의 단부의 단차를 기준값과 비교할 수 있다. 이때, 상기 기준값은 싱글다이(200) 조립시 타겟된 단차일 수 있으며, 예를 들면 300㎛일 수 있다.
또한, 상기 레이저 센서(120)는 상기 제1 립(213)의 단부와 상기 제2 립(223)의 단부의 단차를 더 측정할 수 있다.
도 8(a)는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 싱글다이와 접촉하는 측면도이고, 도 8(b)는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 싱글다이와 접촉하는 측면도이다. 도 8(a) 및 도 8(b)와 같이, 상기 지그(130)의 형태에 따라 싱글다이와 접촉하는 형태가 달라질 수 있다.
도 9는 더블다이 중 잉크토출팁의 단면도이다.
상기 슬롯다이는 더블 다이(300)일 수 있고, 더블 다이(300)인 슬롯 다이는 제1 립(313)이 구비된 제1 바디(311), 제2 립(323)이 구비된 제2 바디(321), 제3 립(333)이 구비된 제3 바디(331), 상기 제1 립(313)과 상기 제2 립(323) 사이에 구비된 제1 심(340) 및 상기 제2 립(323)과 상기 제3 립(333) 사이에 구비된 제2 심(350)을 포함한다.
상기 레이저 센서(120)는 상기 제1 립(313)의 단부와 상기 제1 심(340)의 단부의 단차 및 상기 제2 립(323)의 단부와 상기 제2 심(350)의 단부의 단차를 측정할 수 있다. 상기 판단부는 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 제1 립(313)의 단부와 상기 제1 심(340)의 단부의 단차 및 상기 제2 립(323)의 단부와 상기 제2 심(350)의 단부의 단차 중 적어도 하나를 각각의 기준값과 비교할 수 있다. 이때, 상기 기준값은 더블다이(300) 조립시 타겟된 단차일 수 있다. 예를 들면 상기 제1 립(313)의 단부와 상기 제1 심(340)의 단부의 단차에 대한 기준값은 300㎛일 수 있다.
또한, 상기 레이저 센서(120)는 상기 제1 립(313)의 단부와 상기 제2 립(323)의 단부의 단차 및 상기 제2 립(323)의 단부와 상기 제3 립(333)의 단부의 단차를 더 측정할 수 있다.
도 10(a)는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 더블다이와 접촉하는 측면도이고, 도 10(b)는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 슬롯 다이의 단차 측정 장치가 더블다이와 접촉하는 측면도이다. 도 10(a) 및 도 10(b)와 같이, 상기 지그(130)의 형태에 따라 싱글다이와 접촉하는 형태가 달라질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태의 슬롯 다이의 단차 측정 장치(100)는 손잡이(140)를 더 포함할 수 있다.
단차 측정 장치(100)는 휴대용 장치이며, 측정자가 휴대하고 이동 및 보관이 용이한 장치로서, 슬롯 다이는 한번 각 바디와 심을 적층하여 코팅 장치에 설치하면 다시 설치를 해제하고 다시 재설치하는 것이 어려우므로, 상기 슬롯 다이의 단차를 측정하는 장치가 휴대성이 높은 것이 유리하다.
상기 손잡이는 측정자가 휴대하기 쉽고, 단차 측정시 지그를 슬롯 다이에 접촉시키면서 측정자의 손으로 잡고 있도록 설계될 수 있다.
단차 측정 장치(100)는 레이저 센서(120)를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 단차 측정 장치(100) 내 필요에 따라 각 구성들은 전원공급, 제어, 데이터의 출력을 위해, 필요한 구성은 서로 전선으로 연결되어 있다. 또한, 단차 측정 장치(100)는 휴대성이 있도록 분해와 연결/설치가 간단하고, 분해 후 각 구성을 이동용 케이스에 보관할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 일단부에 립이 구비된 2 이상의 바디와 상기 2 이상의 립 사이에 잉크가 토출되도록 구비된 심을 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법에 있어서, 상기 슬롯 다이의 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 상단부의 적어도 일부에 레이저 센서가 구비된 단차 측정 장치의 지그를 접촉시키는 단계; 및 상기 레이저 센서를 통해 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심의 단차를 측정하는 단계를 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법을 제공한다.
이때, 중복된 설명을 피하기 위해, 슬롯 다이의 단차 측정 방법은 단차 측정 장치의 설명을 인용할 수 있다.
상기 슬롯 다이의 단차 측정 방법은 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 립과 상기 심의 단차를 기준값과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 슬롯 다이의 단차 측정 방법은 상기 레이저 센서에 의한 측정된 상기 립과 상기 심의 단차가 상기 기준값을 초과하면, 상기 슬롯 다이를 재조립하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 기준값은 300㎛일 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[실시예]
도 11(a)과 같은 규격의 실험용 슬롯 다이를 제작하여 단차 측정 장치로 오프셋의 단차를 측정했으며, 하기 표 1로 설정한 조건을 각 10회 측정하여 측정 데이터의 오차를 평가를 계획했다. 이때, “측정기 재조정 측정 재현성”은 측정 후 측정기를 슬롯 다이에서 떼고, 측정위치를 재조정 후 측정했을 때 데이터의 재현성을 의미하며, “센서 연속 측정 반복성”은 측정 후 측정기를 슬롯다이에서 떼지 않고, 연속적으로 측정했을 때 측정데이터의 반복성을 의미한다.
마스터(인증) 시편은 임의로 단차 수준이 설정된 Mitutoyo사 마스터 인증 시편으로, 본 명세서의 단차 측정 장치로 측정되는 데이터 값이 얼마나 정확한 수준인지 확인하고자 했다. 단차가 50㎛, 100㎛ 및 300㎛인 마스터(인증) 시편을 각각 사용했으며, 이때의 단차는 다이의 립과 심 간의 단차로 조절되어야 하는 수준으로 선택했다.
Figure PCTKR2022016937-appb-img-000001
이때, 상기 단차 측정 장치는 하기와 같은 조건의 레이저를 사용했다.
- 기준거리(Z축): 20±2.2mm (반복정도 0.3㎛)
- 측정범위(X축): 7.5mm (반복정도 0.3㎛)
- 데이터 간격: 2.5㎛
- 광원: 청색 LED (블루반도체 레이저)
- 파장: 405 nm 가시광선
- 출력: 10mV
표 1의 계획에 따라, 측정기, 즉 단차 측정 장치의 측정위치의 재조정을 반복할 때, 그때마다 실험용 다이의 단차를 측정한 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
Figure PCTKR2022016937-appb-img-000002
도 11(a)를 바탕으로, bottom shim offset은 ①-②의 단차이고, bottom die offset은 ①-③의 단차이며, Top shim offset은 ③-④의 단차이고, Top die offset은 ③-⑤의 단차이다. 이때, ① 내지 ⑤는 도 11(a)에서 단차 측정 point로 붉게 표시한 점에 각각 대응되는 위치를 의미한다.
단차 측정 장치의 레이저를 센싱하여 도시된 슬롯 다이의 이미지는 도 11(b)와 같으며, 이와 같은 이미지에서 단차 측정 point를 지정하여 각각의 offset값을 도출했다.
표 1의 계획에 따라, 측정기, 즉 단차 측정 장치와 인증시편의 측정위치의 재조정을 반복할 때, 그때마다 인증시편의 두께를 측정한 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
Figure PCTKR2022016937-appb-img-000003
표 1의 계획에 따라, 측정기를 고정하고 연속적으로 실험용 다이의 단차를 센싱한 결과는 하기 표 4에 나타냈다.
Figure PCTKR2022016937-appb-img-000004
표 1의 계획에 따라 실험용 다이의 단차를 측정한 결과를 표 5에 정리하고, 인증 시편의 타겟 두께와 실측 두께를 측정한 결과를 표 6에 정리했다.
Figure PCTKR2022016937-appb-img-000005
Figure PCTKR2022016937-appb-img-000006
표 2 내지 표 6을 통해, 본 명세서에 따른 단차 측정 장치는 슬롯 다이의 립과 심의 단차(offset)를 측정할 수 있고, 측정된 수치의 재현성 및 신뢰도가 높은 것을 확인할 수 있다.

Claims (14)

  1. 일단부에 립이 구비된 2 이상의 바디와 상기 2 이상의 립 사이에 잉크가 토출되도록 구비된 심을 포함하는 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심의 단차를 측정하고, 상기 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심에 대향하는 레이저 센서; 및
    상기 슬롯 다이의 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 적어도 일부와 접촉하는 지그를 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 립과 상기 심의 단차를 기준값과 비교하는 판단부를 더 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 판단부는 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 립과 상기 심의 단차가 상기 기준값을 초과하면, 상기 슬롯다이의 재조립을 결정하는 슬롯다이의 단차 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 기준값은 300㎛인 것인 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 슬롯 다이는 제1 립이 구비된 제1 바디, 제2 립이 구비된 제2 바디, 및 상기 제1 바디와 상기 제2 바디 사이에 구비된 심을 포함하고,
    상기 레이저 센서는 상기 제1 립의 단부와 상기 심의 단부의 단차를 측정하는 것인 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 레이저 센서는 상기 제1 립의 단부와 상기 제2 립의 단부의 단차를 측정하는 것인 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 슬롯 다이는 제1 립이 구비된 제1 바디, 제2 립이 구비된 제2 바디, 제3 립이 구비된 제3 바디, 상기 제1 바디와 상기 제2 바디 사이에 구비된 제1 심 및 상기 제2 바디와 상기 제3 바디 사이에 구비된 제2 심을 포함하고,
    상기 레이저 센서는 상기 제1 립의 단부와 상기 제1 심의 단부의 단차 및 상기 제2 립의 단부와 상기 제2 심의 단부의 단차를 측정하는 것인 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 레이저 센서는 상기 제1 립의 단부와 상기 제2 립의 단부의 단차 및 상기 제2 립의 단부와 상기 제3 립의 단부의 단차를 측정하는 것인 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 립과 상기 레이저 센서 사이의 거리는 17mm 이상 23mm 이하인 것인 단차 측정 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 휴대용 장치인 슬롯 다이의 단차 측정 장치.
  11. 일단부에 립이 구비된 2 이상의 바디와 상기 2 이상의 립 사이에 잉크가 토출되도록 구비된 심을 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법에 있어서,
    상기 슬롯 다이의 잉크가 토출되는 부분이 위치하는 상기 바디의 상단부의 적어도 일부에 레이저 센서가 구비된 단차 측정 장치의 지그를 접촉시키는 단계; 및
    상기 레이저 센서를 통해 슬롯 다이의 상기 립과 상기 심의 단차를 측정하는 단계를 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 립과 상기 심의 단차를 기준값과 비교하는 단계를 더 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 레이저 센서에 의해 측정된 상기 립과 상기 심의 단차가 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 슬롯 다이의 재조립을 결정하는 단계를 더 포함하는 슬롯 다이의 단차 측정 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 기준값은 300㎛인 것인 슬롯 다이의 단차 측정 방법.
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