KR102583837B1 - 롤투롤 멀티 코팅장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 롤투롤 멀티 코팅장비에 관한 것으로, 롤 상태로 권취된 필름(F)을 공급하는 제1 필름 공급부(110); 상기 제1 필름 공급부(110)에서 공급된 필름(F) 표면에 1차 코팅을 실시하는 제1 코팅부(120), 1차 코팅이 이루어진 필름(F)을 와인딩하는 제2 필름 공급부(130); 상기 제1,2필름 공급부(110,130) 사이에 설치되는 건조부(140); 상기 제2 필름 공급부(130)와 건조부(140) 사이에 설치되는 제2 코팅부(150); 상기 제1 필름 공급부(110)와 건조부(140) 사이에 설치되는 제3 코팅부(160);를 포함하며, 롤 상태로 권취된 필름을 언와인딩 하면서 1차 코팅과 건조공정을 실시하고, 반대 방향으로 리와인딩 하면서 2차 코팅과 건조공정을 실시하며, 다시 원래의 방향으로 언와인딩 하면서 3차 코팅과 건조공정을 실시한다.

Description

롤투롤 멀티 코팅장비{Roll to Roll multi coating equipment}
본 발명은 롤 상태로 권취된 필름을 언와인딩 하면서 1차 코팅과 건조공정을 실시하고, 반대 방향으로 리와인딩 하면서 2차 코팅과 건조공정을 실시하며, 다시 원래의 방향으로 언와인딩 하면서 3차 코팅과 건조공정을 실시할 수 있도록 구성된 롤투롤 멀티 코팅장비에 관한 것이다.
이른바, 탄소 중립 시대가 도래하여 화석에너지 비중을 줄이고 재생에너지 인프라가 증가함에 따라 태양광 발전 설비의 관심도가 어느 때보다도 높아지고 있다. 한편, 유연성, 경량성, 안정성 등의 특성이 있는 유기/페로브스카이트 태양전지의 고효율화로 인해 실험실 규모에서는 이미 실리콘 태양전지의 효율을 뛰어 넘었으며, 차세대 태양전지의 양산성 확보가 요구되고 있다. 특히, 차세대 태양전지는 기판의 유연 특성을 활용하여 생산성을 확보할 수 있는 롤투롤(Roll to Roll) 장비를 적용할 수 있으며, 롤투롤 장비의 적용 시 대량의 생산량 확보가 가능할 것으로 기대된다.
본 발명과 관련된 종래기술로 특허문헌 1의 '멀티 코팅 장치'는 플렉서블한 필름에 그라비아 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 콤마 코팅 등의 멀티 코팅이 가능하고, 건조와 라미네이팅 후 리와인딩하여 하나의 장치로 여러 가지 멀티 코팅이 이루어질 수 있는 멀티 코팅 장치에 관한 것인데, 이는 일 방향으로만 언와인딩하면서 필름 위에 코팅을 하는 구조로 이루어져 있어 다층 코팅을 위해서는 라인 상에 별도로 분리된 건조기(메인 건조기와 보조 건조기)가 2대 이상 구비되어 있어야 하므로 장치의 스케일이 커지고 복잡해지게 되는 문제점이 있었으며, 열풍에 의한 단일 건조방식으로 이루어져 있어 건조효율이 낮은 단점이 있었다.
또, 특허문헌 2의 '롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기태양전지 제조방법'은 로터리 스크린에 의한 단일 코팅방식이고, 건조기 1대를 사용 시 언와인딩과 리와인딩을 거치면서 2중의 코팅작업을 실시할 수 있었을 뿐이었다.
특허문헌 3의 '인라인형 멀티 코팅장치'는 롤투롤 형태로 공급되는 필름의 일면에 반복하여 코팅층을 적층 시킬 때, 제조 단가를 낮추고, 품질을 향상시키기 위한 것으로, 롤에 권취된 제1 필름을 공급하는 공급부와 상기 공급부로부터 공급되는 제1 필름에 1차 코팅을 실시하는 제1 코팅부와 상기 제1 코팅부를 통해 코팅된 제1 필름을 건조하는 제1 건조부와 상기 제1 건조부를 통해 건조된 1차 코팅 필름에 2차 코팅을 실시하는 제2 코팅부와 상기 제2 코팅부를 통해 다단으로 코팅된 제1 필름을 건조하는 제2 건조부를 포함하여 인라인 형태로 연속 공급되는 필름에 다단으로 코팅을 하도록 되어 있는바, 언와인딩에 의한 일방향으로만 코팅이 가능한 방식이고, 다층 코팅을 위해서는 분리된 건조기가 코팅부의 수만큼 필요했으므로 장치의 스케일이 커지고 구조가 복잡해지게 되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-2118033호(2020.05.27. 등록) 한국공개특허 제10-2016-0116826호(2016.10.10. 공개) 한국등록특허 제10-2236577호(2021.03.31. 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 롤투롤 방식으로 필름을 정,역방향으로 언와인딩 및 리와인딩을 반복하면서 3중 코팅을 실시할 수 있도록 하되 복합 열원으로 이루어진 건조기 1대만으로 각각의 코팅공정 후 건조공정을 실시할 수 있도록 하여 장치의 스케일을 최소화하면서도 효과적인 다중 코팅이 가능하도록 하는 롤투롤 멀티 코팅장비를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 롤 상태로 권취된 필름을 공급하는 제1 필름 공급부; 상기 제1 필름 공급부에서 공급된 필름 표면에 1차 코팅을 실시하는 제1 코팅부, 1차 코팅이 이루어진 필름을 와인딩하는 제2 필름 공급부; 상기 제1,2필름 공급부 사이에 설치되는 건조부; 상기 제2 필름 공급부와 건조부 사이에 설치되는 제2 코팅부; 상기 제1 필름 공급부와 건조부 사이에 설치되는 제3 코팅부;를 포함하며,
제1 필름 공급부에서 필름이 제2 필름 공급부로 공급되면서 제1 코팅부에서 1차 코팅 후 건조부에서 건조가 이루어져 제2 필름 공급부에 권취되고, 제2 필름 공급부에서 필름이 제1 필름 공급부로 상기와는 반대 방향으로 공급되면서 제2 코팅부에서 2차 코팅 후 건조부에서 건조가 이루어져 제1 필름 공급부에 권취되며, 제1 필름 공급부에서 필름이 다시 제2 필름 공급부로 공급되면서 제3 코팅부에서 3차 코팅 후 건조부에서 건조가 이루어져 제2 필름 공급부에 권취되도록 함으로써 3중 코팅공정이 수행될 수 있도록 한 롤투롤 멀티 코팅장비를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 의한 롤투롤 멀티 코팅장비는 예를 들면 유기/페로브스카이트 태양전지의 코팅공정은 물론, 반도체나, 이차전지, 디스플레이 등의 분야에 효과적으로 사용될 수 있고, 다중 코팅공정을 컴팩트화 된 하나의 장비에서 수행할 수 있으므로 대량 생산 시 효율성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 롤투롤 멀티 코팅장비의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 롤투롤 멀티 코팅장비에서의 다중 코팅공정을 도시한 블록 다이어그램,
도 3은 도 1의 좌측부 확대도,
도 4는 도 1의 우측부 확대도,
도 5는 도 1의 중간부 확대도,
도 6은 본 발명의 멀티 코팅장비에서 필름 위에 3중 코팅이 이루어진 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 롤투롤 멀티 코팅장비(100)가 도시되어 있는데, 이는 롤 상태로 권취된 필름(F)을 공급하는 제1 필름 공급부(110); 상기 제1 필름 공급부(110)에서 공급된 필름(F) 표면에 1차 코팅을 실시하는 제1 코팅부(120), 1차 코팅이 이루어진 필름(F)을 와인딩하는 제2 필름 공급부(130); 상기 제1,2필름 공급부(110,130) 사이에 설치되는 건조부(140); 상기 제2 필름 공급부(130)와 건조부(140) 사이에 설치되는 제2 코팅부(150); 상기 제1 필름 공급부(110)와 건조부(140) 사이에 설치되는 제3 코팅부(160);를 포함하여 이루어져 있다.
이에 의해 제1 필름 공급부(110)에서 필름(F)이 제2 필름 공급부(130)로 정방향으로 공급되면서 1차 코팅부(120)에서 1차 코팅 후 건조부(140)에서 건조가 이루어져 제2 필름 공급부(130)에 권취되고, 제2 필름 공급부(130)에서 필름(F)이 제1 필름 공급부(110)로 상기와는 반대 방향으로 공급되면서 제2 코팅부(150)에서 2차 코팅 후 건조부(140)에서 건조가 이루어져 제1 필름 공급부(110)에 권취되며, 제1 필름 공급부(110)에서 필름(F)이 다시 제2 필름 공급부(130)로 정방향으로 공급되면서 제3 코팅부(160)에서 3차 코팅 후 건조부(140)에서 건조가 이루어져 제2 필름 공급부(130)에 권취되도록 함으로써 하나의 장비에서 3중 코팅공정이 일관적으로 수행될 수 있도록 되어 있다.
상기 제1 필름 공급부(110)는 도 3의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이 롤 상태로 권취된 필름(F)의 중앙 원통부를 외팔보 형태의 에어 척(111 : Air Chuck) 또는 드럼 척(Drum Chuck)으로 잡고, 서보 전동 모터 및 자동 장력 제어장치(112 : Auto-Tension Controller)를 사용하여 일정한 장력을 유지하면서 필름(F)을 원활하게 언와인딩 및 리와인딩하는 장치이다.
한편, 상기 제1 필름 공급부(110)의 선단에는 얼라인 유지 장치(114)를 설치하여 언와인딩 시에는 필름(F)이 얼라인을 유지하면서 일정하게 공급 가능하도록 되어 있으며, 리와인딩 시에는 필름(F)이 얼라인을 유지하면서 일정하게 권취가 가능하도록 되어 있다.
상기 제1 필름 공급부(110)는 1차 코팅 시에는 언와인딩, 2차 코팅 시에는 리와인딩, 3차 코팅 시에는 언와인딩 기능을 수행한다.
상기 제1 코팅부(120)는 도 3의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이 마이크로 그라비아 코팅장치로 이루어져 있는데, 이는 2개의 상부 롤(121,122)에 의하여 필름(F)이 이송되고 1개의 하부 롤(123)은 코팅 용액통(124)에 일부가 침전된 상태로 회전함으로써 롤(123) 표면에 얇은 코팅층을 형성하고 그 코팅층을 필름(F) 하부에 전이시켜 코팅하는 장치이다.
상기 제1 코팅부(120)는 표준형 마이크로-그라비아 롤(micro-gravure roll)을 적용하여 다양한 코팅 두께의 구현이 가능하고 정밀 마이크로 기어펌프 및 모터로 토출량 제어가 가능하여 일정한 품질로 연속 코팅이 가능하다.
도면 중 부호 126은 코팅 용액 탱크이다.
본 실시 예에서, 상기 제2 필름 공급부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 필름 공급부(110)와 동일한 구조로 이루어져 있으며, 1차 코팅 시에는 와인딩, 2차 코팅 시에는 언와인딩, 3차 코팅 시에는 리와인딩 기능을 수행한다.
상기 제2 필름 공급부(130)도 롤 상태로 권취된 필름(F)의 중앙 원통부를 외팔보 형태의 에어 척(131 : Air Chuck) 또는 드럼 척(Drum Chuck)으로 잡고, 서보 전동 모터 및 자동 장력 제어장치(132 : Auto-Tension Controller)를 사용하여 일정한 장력을 유지하면서 필름(F)을 원활하게 언와인딩 및 리와인딩하는 장치이다.
한편, 상기 제2 필름 공급부(130)의 선단에는 얼라인 유지 장치(134)를 설치하여 언와인딩 시에는 필름(F)이 얼라인을 유지하면서 일정하게 공급 가능하도록 되어 있으며, 리와인딩 시에는 필름(F)이 얼라인을 유지하면서 일정하게 권취가 가능하도록 되어 있다.
본 실시 예에서, 상기 건조부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 필름 공급부(110)에서 제2 필름 공급부(130) 까지 연속으로 이어진 터널형으로 이루어져 있는데, 상기 건조부(140)의 앞단 및 뒤단 측 비교적 짧은 구간에 설치되는 마이크로웨이브 건조장치(142,144)는 1차 건조 역할을 수행하고, 중앙 측 비교적 긴 구간에 설치되는 터널형 건조장치(146)는 2차 건조 역할을 수행하여 필름(F) 표면에 코팅된 코팅 용액을 효율적으로 건조할 수 있도록 적외선 또는 열풍 방식이 혼합된 복합 건조장치로 이루어져 있다.
본 실시 예에서 마이크로웨이브 건조장치(142,144)는 건조 대상물인 코팅액의 내부로부터의 가열(Volumetric heating) 원리를 이용하는 방법으로, 건조 대상물 내부에 기공을 형성하여 수분을 빠르게 외부로 밀어내는 작용을 함으로써 건조 속도가 빨라 에너지 효율이 좋다.
적외선 건조방식은 코팅 소재 상부 및 하부와 일정한 거리를 유지하여 열을 가할 수 있는 IR 램프 등을 이용한 히팅 플레이트(146a)를 설치하여 코팅 표면층에 열을 전달함으로써 수분을 증발시켜 건조하는 방식으로 건조구간에 여러 개의 히팅 플레이트를 설치하여 히팅 플레이트별로 온도제어가 가능하도록 함으로써 급격한 온도 변화로 인한 건조 불량이나 필름의 물리적인 변형을 방지할 수 있도록 되어 있다.
한편, 열풍 건조방식은 도면상에는 구체적으로 도시되어 있지 않으나 코팅층 표면에 고온의 공기를 통해 코팅 표면층에 열을 가하여 수분을 증발시키는 방식으로 균일한 건조를 위하여 가열된 공기의 공급 및 순환, 배출이 원활한 구조로 이루어져야 한다.
도면 중 부호 148은 배기구이다.
본 실시 예에서, 상기 제2 코팅부(150)는 도 4에 도시된 바와 같이, 슬롯 코팅장치로 이루어져 있는바, 이는 슬롯(152)을 통하여 공급된 코팅액이 다이 립(154; Die lip)과 필름(F) 사이에서 코팅 비드(Bead;코팅액이 소재와 다이(Die) 사이에 채워진 부분)를 형성한 후 필름(F)에 코팅되는 구조의 장치이다.
도면 중 부호 166은 코팅 용액 탱크이다.
상기 제2 코팅부(150)에서는 도시 생략된 코팅 용액 정밀 공급 펌프가 코팅 용액의 유량 변화를 최소화하고 용량을 조절하여 필름 표면에 안정적으로 코팅막을 형성할 수 있도록 해준다.
본 실시 예에서, 상기 제3 코팅부(160)는 도 3에 도시된 바와 같이, 스프레이식으로 이루어져 있는데, 정량·정밀 마이크로 기어펌프를 통하여 공급된 코팅액이 노즐 중앙부에서 분사되고, 노즐 중앙부 주변으로는 에어가 분사되는 저압 분사 방식의 2유체(Two-fluid)형 스프레이 노즐(162)을 통과하여 필름(F) 표면에 안정적으로 코팅막을 형성시키는 장치이다.
상기 제3 코팅부(160)는 스프레이 노즐(162)의 이송속도와, 코팅액의 분사 유량, 분사 압력 및 필름(F)과의 이격 높이 등을 조절하여 필름(F) 표면에 일정한 코팅막을 형성할 수 있다.
상술한 제1,2,3 코팅부(120,150,160)는 본 발명이 속한 기술분야에서 주지하는 바이므로 이에 대한 구체적인 구조에 대한 설명이나 도시는 생략하기로 한다.
한편, 제1,2 필름 공급부(110,130) 측에는 각각 필름(F) 이송 시 장력을 안정적으로 유지하기 위한 웹가이딩 모듈(170,180)이 구비되어 있는데, 이는 제1 필름 공급부(110)에서 제2 필름 공급부(130)로의 필름 이송 시('정방향'으로 칭함)에는 에어 실린더의 수축에 의해 제1 필름 공급부(110) 측에 위치한 웹가이딩 모듈(170)은 필름(F)과 이격되고, 제2 필름 공급부(130) 측에 위치한 웹가이딩 모듈(180)은 필름(F)과 밀착되며, 역방향 동작 시에는 제2 필름 공급부(130) 측에 위치한 웹가이딩 모듈(180)은 필름(F)과 이격되고, 제1 필름 공급부(110) 측에 위치한 웹가이딩 모듈(170)은 필름(F)과 밀착되게 하여 권취되는 롤이 일정한 장력을 유지하면서 작동되도록 함으로써 필름이 편심되게 권취되지 않고 일정하게 권취되도록 해준다.
이와 같이 구성된 본 실시 예에 의한 롤투롤 멀티 코팅장비는 도 2의 블록 다이어그램으로 도시된 바와 같이 제1 필름 공급부(110)에서 제2 필름 공급부(130)로 필름(F)이 정방향으로 공급되면서 필름(F) 위에 제1 코팅부(120)를 지나면서 마이크로 그라비아 코팅에 의한 1차 코팅층(C1)이 형성된 후 건조부(140)를 거쳐 제2 필름 공급부(130)에 권취되게 된다.
다음으로는 제2 필름 공급부(130)에서 제1 필름 공급부(110)로 필름(F)이 역방향으로 공급되면서 1차 코팅층(C1)이 형성된 필름(F)이 제2 코팅부(150)를 지나면서 슬롯 코팅에 의한 2차 코팅층(C2)이 형성된 후 건조부(140)를 거쳐 제1 필름 공급부(110)에 권취되게 된다.
마지막으로, 제1 필름 공급부(110)에서 제2 필름 공급부(130)로 필름(F)이 다시 정방향으로 공급되면서 1,2차 코팅층(C1,C2)이 형성된 필름(F)이 제3 코팅부(160)를 지나면서 스프레이 코팅에 의한 3차 코팅층(C3)이 형성된 후 건조부(140)를 거쳐 제2 필름 공급부(130)에 권취되면서 3중 코팅작업이 완료된다.
상술한 설명에서는 1차 코팅층(C1)이 제1 코팅부(120)에서의 마이크로 그라비아 코팅으로 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 1차 코팅층(C1)이 제3 코팅부(160)에서의 스프레이 코팅으로 실시된 후, 3차 코팅층(C3)이 마이크로 그라비아 코팅으로 변경될 수도 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 의하면 제1,2,3 코팅부와 하나의 복합 열원 건조부로 이루어진 콤팩트화된 하나의 장비에서 정방향 권취와 역방향 권취를 반복하면서 1차 코팅 후 건조, 2차 코팅 후 건조 및 3차 코팅 후 건조과정을 거쳐 3중 코팅이 이루어지게 되므로 장비의 스케일을 최소화하면서도 효과적인 다중 코팅이 가능하게 되는 이점이 있다.
100 : 롤투롤 멀티 코팅장비
110 : 제1 필름 공급부
111 : 에어 척
112 : 서보 전동 모터 및 자동 장력 제어장치
114 : 얼라인 유지 장치
120 : 제1 코팅부
121,122 : 상부 롤
123 : 하부 롤
124 : 코팅 용액통
126 : 코팅 용액 탱크
130 : 제2 필름 공급부
131 : 에어 척
132 : 서보 전동 모터 및 자동 장력 제어장치
134 : 얼라인 유지 장치
140 : 건조부
142,144 : 마이크로웨이브 건조장치
146 : 터널형 건조장치
146a : 히팅 플레이트
148 : 배기구
150 : 제2 코팅부
152 : 슬롯
154 : 다이 립
160 : 제3 코팅부
162 : 스프레이 노즐
166 : 코팅 용액 탱크
170,180 : 웹가이딩 모듈
F : 필름
C1 : 제1 코팅층
C2 : 제2 코팅층
C3 : 제3 코팅층

Claims (4)

  1. 롤 상태로 권취된 필름을 공급하는 제1 필름 공급부; 상기 제1 필름 공급부에 1차 코팅을 실시하는 제1 코팅부, 1차 코팅이 이루어진 필름을 와인딩하는 제2 필름 공급부; 상기 제1,2필름 공급부 사이에 설치되는 건조부; 상기 제2 필름 공급부와 건조부 사이에 설치되는 제2 코팅부; 상기 제1 필름 공급부와 건조부 사이에 설치되는 제3 코팅부;를 포함하며,
    상기 제1,2 필름 공급부 측에는 각각 필름 이송 시 장력을 안정적으로 유지하기 위한 웹가이딩 모듈이 구비되어 제1 필름 공급부에서 제2 필름 공급부로의 정방향 필름 이송 시에는 제1 필름 공급부 측에 위치한 웹가이딩 모듈은 필름과 이격되고, 제2 필름 공급부 측에 위치한 웹가이딩 모듈은 필름과 밀착되며, 역방향 동작 시에는 제2 필름 공급부 측에 위치한 웹가이딩 모듈은 필름과 이격되고, 제1 필름 공급부 측에 위치한 웹가이딩 모듈은 필름과 밀착되도록 동작하며,
    상기 건조부는 마이크로웨이브 건조와 열 건조방식이 조합된 복합형으로 이루어지되 제1 필름 공급부에서 제2 필름 공급부까지 연속으로 터널형으로 이루어지고, 상기 건조부의 앞단 및 뒤단 측에는 각각 마이크로 웨이브 건조장치가 설치되어 정,역방향 코팅시 1차 건조 역할을 수행하고, 앞단 및 뒤단 사이의 열 건조방식 터널형 건조장치는 2차 건조역할을 수행하며,
    제1 필름 공급부에서 필름이 제2 필름 공급부로 공급되면서 1차 코팅부에서 1차 코팅 후 건조부에서 건조가 이루어져 제2 필름 공급부에 권취되고, 제2 필름 공급부에서 필름이 제1 필름 공급부로 상기와는 반대 방향으로 공급되면서 제2 코팅부에서 2차 코팅 후 건조부에서 건조가 이루어져 제1 필름 공급부에 권취되며, 제1 필름 공급부에서 필름이 다시 제2 필름 공급부로 공급되면서 제3 코팅부에서 3차 코팅 후 건조부에서 건조가 이루어져 제2 필름 공급부에 권취되도록 함으로써 하나의 장치에서 3중 코팅공정이 수행될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 롤투롤 멀티 코팅장비.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서.
    상기 제1,3 코팅부는 마이크로 그라비아 코팅이나 스프레이 코팅을 실시하고, 제2 코팅부는 슬롯 코팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 멀티 코팅장비.
  4. 삭제
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