KR20140101836A

KR20140101836A - 모세관이 제공된 매니폴드의 사용에 의한 접촉 코팅

Info

Publication number: KR20140101836A
Application number: KR1020147018568A
Authority: KR
Inventors: 크리스 제이 탄리; 티모시 제이 에드맨; 게리 더블유 마이어; 데이비드 에스 그린넬
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-08-20
Also published as: CN104220177B; US9192960B2; CN104220177A; US20140329019A1; TW201332664A; WO2013090575A1; TWI576162B; JP2015507525A

Abstract

적어도 하나의 모세관이 코팅 동안에 이동 기재와 접촉하는, 코팅 장치 및 사용 방법.

Description

모세관이 제공된 매니폴드의 사용에 의한 접촉 코팅{CONTACT COATING BY USE OF A MANIFOLD PROVIDED WITH CAPILLARY TUBES}

본 발명은 이동 기재(moving substrate)의 연속 코팅을 위한 모세관 코팅 장치, 및 그의 사용 방법에 관한 것이다.

우수한 다운웨브(downweb) 및 크로스웨브(crossweb) 균일성과 제어가능한 코팅 폭을 갖고서 점성 유체를 넓은 웨브 상에 연속적으로 그리고 제어가능하게 코팅하는 데 사용될 수 있는, 값싸고 신뢰할 수 있는 코팅 장치에 대한 계속되는 필요성이 존재한다. 코팅 다이(coating die) 방법은 우수한 크로스웨브 두께 균일성을 갖는 넓은 다이를 제조하는 것이 어렵고, 폭이 증가됨에 따라 다이의 중량 및 비용이 과도하게 높아진다는 결점을 갖는다. 롤링 뱅크(rolling bank) 방법은 코팅 중량 및 코팅 폭 둘 모두의 관점에서 제어하는 것이 어렵고, 코팅 두께 가변성의 경향을 갖는다는 결점을 갖는다. 넓은 웨브 상의 코팅 폭을 정밀하게 제어할 수 없음은, 예컨대 비코팅된 웨브, 재료, 유출된 코팅 유체 등의 형태의 폐기물을 야기한다. 또한, 일단 그러한 코팅 공정이 제어 하에 있게 되면, 코팅 유체의 점도, 또는 코팅의 원하는 완성된 두께, 또는 라인 속도와 같은 임의의 변수를 변화시키는 것은 코팅 공정의 제어를 회복하기 위해 다른 변수들 중 많은 변수에 대한 힘든 시행 착오 변화를 필요로 한다.

코팅 기구에 모세관을 사용하는 것은 공지되어 있다. 많은 모세관 코팅 방법은 코팅되는 기재 상에 코팅 유체의 저장소(reservoir) 또는 롤링 뱅크를 제공하는 단계를 수반한다. 이러한 저장소는 닙 롤(nip roll)과 같은 추가의 기구를 사용하여 계량되어야 한다. 그러한 시스템의 제어는 어렵다. 미국 특허 제8,257,794호(왕(Wang) 등)는 롤링 뱅크를 사용하지 않는 다른 공지의 모세관 코팅 방법을 개시하고 있으며, 여기서 모세관은 처음에 코팅 유체의 유동을 개시하기 위해 코팅될 기재와 접촉하게 되고, 이어서 코팅 동안에 유동을 유지시키기 위해 표면으로부터 정확한 거리로 후퇴된다. 그러한 시스템도 또한 제어하기 어렵다. 공지의 모세관 코팅 방법들에 공통된 다른 결점은, 그러한 방법들이 제어된 유동의 연속적인 분배를 허용하기보다는, 코팅 유체의 소적식(droplet-wise) 분배 또는 고속 다량 제트 유동 사이에서의 선택을 강요한다는 것이다.

우수한 다운웨브 및 크로스웨브 균일성과 제어가능한 코팅 폭을 갖고서 점성 유체를 넓은 웨브 상에 연속적으로 그리고 제어가능하게 코팅하는 데 사용될 수 있는, 값싸고 신뢰할 수 있는 코팅 장치에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 우수한 다운웨브 및 크로스웨브 균일성과 제어가능한 코팅 폭을 갖고서 점성 유체를, 원하는 경우 넓은 웨브를 비롯한, 웨브 상에 연속적으로 그리고 제어가능하게 코팅하는 데 사용될 수 있는, 값싸고 신뢰할 수 있는 코팅 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 그러한 장치를 사용하여 코팅하는 방법을 제공한다.

간단히 요약하면, 본 발명의 코팅 장치는 토출 단부(discharge end)를 갖는 적어도 하나의, 전형적으로는 복수의, 모세관, 적어도 하나의 모세관과 연통하는 적어도 하나의 모세관 매니폴드, 적어도 하나의 모세관 매니폴드에 유체를 공급하는 적어도 하나의 연속 펌핑 기구, 및 적어도 하나의 변위 기구를 포함하며, 여기서 장치는 유체를 기재 상에 침착시키기 위해 적어도 하나의 모세관의 토출 단부를 이동 기재와 물리적으로 접촉하도록 위치시킨 다음에 유지하도록 구성된다.

간단히 요약하면, 본 발명의 방법은,

적어도 하나의 이동 기재를 제공하는 단계;

기재에 근접하게 코팅 장치를 위치시키는 단계 - 코팅 장치는 토출 단부를 갖는 적어도 하나의 모세관, 모세관과 연통하는 적어도 하나의 모세관 매니폴드, 모세관 매니폴드에 유체를 공급하는 적어도 하나의 연속 펌핑 기구, 및 적어도 하나의 변위 기구를 포함하고, 장치는 롤링 뱅크를 갖지 않는 기재 상에 유체를 침착시키기 위해 적어도 하나의 모세관의 토출 단부를 이동 기재와 물리적으로 접촉하도록 위치시킨 다음에 유지하도록 구성됨 -;

모세관이 그의 토출 단부에서 이동 기재와 물리적으로 접촉하게 하는 방식으로 변위 기구를 활성화시키는 단계;

코팅될 유체를 모세관 매니폴드로 전달하도록 연속 펌핑 기구를 작동시키는 단계; 및

코팅될 유체가 기재 상에 침착되는 지속 기간 전체에 걸쳐, 모세관의 토출 단부와 이동 기재 사이의 물리적 접촉을 유지시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 도면을 참조하여 추가로 설명된다.
<도 1>
도 1은 복수의 모세관을 갖는 모세관 매니폴드의 개략도.
<도 2>
도 2는 모세관 매니폴드에 연결된 하나의 모세관의 개략도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 하나의 예시적인 코팅 장치의 개략 측면도.
이들 도면은 일정한 축척으로 작성된 것은 아니며, 단지 예시적이고 비제한적인 것으로 의도된다. 동일 도면 부호가 각각의 도면에서 동등한 구성요소를 지시하는 데 사용된다.

모세관 효과는 액체가 중력 또는 다른 부과된 힘에 대항하여 유동하여, 정적인 경우에(다른 부과된 힘 없이, 중력만), 액체가 가느다란 관과 같은 좁은 공간 내에서, 또는 종이와 같은 다공성 재료 내에서, 또는 액화 탄소 섬유와 같은 일부 비다공성 재료 내에서 자발적으로 상승하게 하는 능력이다. 이 효과는 표면을 둘러싸는 고체와 액체 사이의 분자간 인력 때문에 발생한다. 관의 직경이 충분히 작다면, 표면 장력(액체 내에서의 응집력에 의해 유발됨)과, 액체와 용기 사이의 응착력의 조합이 액체를 관 위로 약간의 길이만큼 상승시키도록 작용한다.

충분히 좁은 원형 단면(반경 a)에서, 두 유체(예를 들어, 물과 공기) 사이의 계면은 반경 R을 갖는 구의 표면의 일부분인 메니스커스(meniscus)를 형성한다. 이 표면에 걸친 압력차는 다음과 같다:

이는 영-라플라스 방정식(Young-Laplace equation)을, 접촉각 경계 조건 및 또한 이를테면 메니스커스의 기저부에서의 규정된 높이 경계 조건을 갖는 구 형태로 기술함으로써 나타내어질 수 있다.

해는 구의 일부분이고, 해는 상기에 나타내어진 압력차에 대해서만 존재할 것이다. 구의 반경은, 결국 유체 및 유체가 접촉하는 고체의 정확한 특성에 좌우되는 접촉각 θ만의 함수일 것이어서:

압력차는 다음과 같이 기술될 수 있다:

유체정역학적 평형을 유지하기 위해, 유발된 모세관 압력은 습윤각(wetting angle)이 90° 미만인지 또는 초과인지에 따라 양 또는 음일 수 있는 높이 h의 변화에 의해 상쇄된다. 밀도 ρ의 유체의 경우:

이며, 여기서

는 액체-공기 표면 장력(힘/단위 길이)이고, θ는 접촉각이고, ρ는 액체의 밀도(질량/부피)이고, g는 국소 중력장 세기(힘/단위 질량)이고, r은 관의 반경(길이)이다.

표준 실험실 조건에서 공기 중의 물-충전된 유리관의 경우, γ는 20℃에서 0.0728 N/m이고, θ는 20°(0.35 라디안)이고, ρ는 1000 ㎏/㎥이고, g는 9.8 m/s²이다. 이들 값에 대해, 수주(water column)의 높이는 다음과 같다:

따라서, 실험실 조건 하에서 4 m(13 ft) 직경 유리관(반경은 2 m(6.6 ft)임)의 경우, 물은 눈에 띄지 않는 0.007 mm(0.00028 in)만큼 상승할 것이다. 그러나, 4 cm(1.6 in) 직경 관(반경은 2 cm(0.79 in)임)의 경우, 물은 0.7 mm(0.028 in)만큼 상승할 것이고, 0.4 mm(0.016 in) 직경 관(반경은 0.2 mm(0.0079 in)임)의 경우, 물은 70 mm(2.8 in)만큼 상승할 것이다. 그러한 관은 모세관으로 여겨지기에 충분히 좁다.

모세관들의 어레이를 코팅 다이에 대한 효과적인 대체물로서 사용하기 위해, 모세관력이 극복되어야 한다. 그렇지 않으면, 모세관이 코팅 유동의 의도된 방향과 동일한 방향의, 중력의 잡아당김을 갖도록 배향될지라도, 유체는 모세관을 빠져나가지 않을 것이다. 모세관력은, 예를 들어 펌프로부터 압력의 인가에 의해 극복될 수 있다. 그러나, 펌프로부터의 부과된 압력 하에서의, 모세관으로부터의 유동에 대해 2가지 양태가 있음에 주목하였다. 낮은 부과 압력에서, 유체는 개별 액적들의 형태로 모세관을 빠져나갈 것이다. 이는 코팅 목적으로는 비효율적이다. 제2 양태는 훨씬 더 높은 압력을 필요로 하며, 그 결과는 모세관을 빠져나가는 유체의 고속 제트이다. 이 양태도 또한 코팅 작업에 적절하지 않은데, 그 이유는 그것이 일반적으로 필요한 것보다 더 큰 유동의 결과를 가져오기 때문이다. 이들 거동은 점안기(eye-dropper)의 잘 알려진 거동과 유사하다.

본 발명에서, 모세관 내의 유체 압력, 즉 모세관 매니폴드에 공급하는 연속 펌프에 의해 부여되는 압력, 또는 모세관 매니폴드 내에서의 유체 공급의 구성에 의해 부여되는 정수두 압력(static head pressure)은 충분히 낮아, 모세관의 토출 단부가 기재와 물리적으로 접촉하지 않을 때, 즉 토출 단부가 자유 공간 내에 배치될 때, 그로부터 유체가 토출되지 않는다.

놀랍게도, 간단히 모세관의 토출 단부를 코팅될 이동 기재와 물리적으로 접촉하게 함으로써 중간 정도의 압력 부과에서 모세관력이 극복될 수 있음을 알아냈다. 그러한 조건 하에서, 모세관으로부터의 유동은 기재의 평면 내에서 포물선형 프로파일을 갖고, 안정되며, 유량이 중간 정도일 수 있다. 소적 또는 고속 제트가 형성되지 않는다. 또한, 간단히 펌프의 처리율(throughput rate)을 조정함으로써 유량 및 그에 따라 최종 코팅 두께의 효과적인 제어가 용이하게 달성된다. 이러한 작동 양태의 결과로서, 본 발명은 놀랄만큼 넓은 범위의 점도에 걸친 유체들을 코팅하는 것뿐만 아니라 놀랄만큼 낮은 코팅 중량을 갖는 균일한 유체 코팅을 달성하는 것을 가능하게 한다.

이동 기재의 표면을 코팅 장치의 임의의 부분과 접촉시키는 것은 반직관적인데, 그 이유는 이것이 기재의 스크래칭을 초래할 것으로 매우 합리적으로 예상될 것이기 때문이다. 그러나, 놀랍게도, 두 인자가 각각 독립적으로 그러한 스크래칭을 크게 감소시킬 수 있음을 또한 알아냈다. 첫째, 날카로운 에지 또는 거친 에지를 갖지 않도록 모세관의 토출 단부를 테이퍼 형성(tapering), 기계가공 또는 달리 처리하는 것이 스크래칭을 감소시키는 데 매우 도움이 된다. 모세관의 토출 단부와 이동 기재 사이의 물리적 접촉이 접선 접촉(tangential contact)에 적어도 가깝다면(즉, 접선 접촉의 5° 이내, 바람직하게는 2° 이내), 중간 정도의 부과된 펌핑 압력에서 매끄러운 유동이 유지되는 동시에 스크래칭이 사실상 없어진다는 발견이 또한 중요하고 매우 놀랍다. 날카로운 또는 거친 에지를 갖지 않는 모세관 토출 단부 및 이동 기재에 대한 접선 접촉 둘 모두를 채용함으로써 최상의 결과가 얻어진다. 이들 고려사항 둘 모두가 적절히 충족되는 경우에, 모세관의 토출 단부가 코팅 공정의 지속 기간 전체에 걸쳐 이동 기재와 물리적으로 접촉하여 유지될지라도, 임의의 스크래칭을 완전히 없애는 것이 가능하다는 것을 알게 되었다.

이제 본 발명의 특징을 제한이 아닌 예시하는 것으로 의도되는 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 코팅 장치의 일부인 모세관 매니폴드 유닛(100)의 개략도를 도시하고 있다. 매니폴드 입구 파이프(110)는 연속 펌핑 기구(도시되지 않음)로부터 코팅 유체를 직접 또는 간접적으로 수용하고, 유체를 모세관 매니폴드(120) 내로 전달한다. 모세관 매니폴드는 그의 반대편 단부에서 매니폴드 플러그(130)에 의해 막힌다. 모세관 매니폴드 유닛(100)은 선택적으로 모세관(170)의 토출 단부(180)가 이동 기재(도시되지 않음)와 직접 접촉하도록 그리고 이동 기재와의 직접 접촉으로부터 벗어나도록 원하는 바에 따라 이동되게 하도록 구성되는 변위 기구의 모든 또는 일부 부품을 구비할 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 종동자 캠 마운트(follower cam mount)(140) 및 평평한 트랙 롤러(150)가 도시된다. 예시적인 변위 기구의 작동에서의 그들의 역할을 도 3을 참조하여 볼 수 있다. 복수의 하우징(160)이 도시된다. 이들은 유체가 모세관 매니폴드(120)로부터 토출 단부(180)로 유동할 수 있도록 복수의 모세관(170)을 모세관 매니폴드(120)에 연통식으로 부착시키기 위한 임의의 고정 수단일 수 있다. 그러한 하우징의 예는 루어 로크 대 나사 어댑터(luer lock-to- thread adapter)일 것이다. 각각의 모세관(170)은 토출 단부(180)를 갖는다. 이들 토출 단부는 모두 이들이 공학 허용오차 내에서 가능한 한 동일 선상에 가깝도록 배열되어야 한다.

도 2는 하나의 모세관(170), 그의 하우징(160), 모세관 매니폴드(120), 및 모세관 매니폴드를 코팅 장치 내의 제위치에 유지하기 위한 지지 구조물(210)의 단면도를 개략적으로, 그러나 보다 상세히 도시하고 있다.

도 3은 적어도 하나의 연속 펌핑 기구(도시되지 않음 - 이 시점으로부터 보이는 부품 뒤에 가려짐)를 제외하고, 코팅 장치(300)의 하나의 특정한 예시적인 실시예의 개략도를 도시하고 있다. 본 발명의 코팅 장치(300)가 하나의 코팅을 하나의 이동 기재에 적용하도록, 또는 동일하거나 상이할 수 있는 2개 이상의 코팅을 동일하거나 상이할 수 있는 하나 이상의 이동 기재(310)에 적용하도록 구성될 수 있음이 고려된다. 그러한 다수의 이동 기재(310) 상의 다수의 코팅에 대한 상이한 궁극적 목적들이 고려되며, 코팅 또는 웨브-처리 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 고려되는 설계 특징들 중 일부를 예시할 목적으로, 도 3은 2개의 이동 기재를 닙-롤 라미네이터(320) 내에서 접착식으로 단일화하기 위하여 2개의 이동 기재(310) 상에 2개의 코팅을 적용하도록 의도되는 코팅 장치(300)를 개략적으로 도시하고 있다. 닙 롤 라미네이터(320)는 니핑 접촉(nipping contact)하는 2개의 롤(330)을 갖는다. 2개의 이동 기재(310)는 우선 코팅되고 이어서 닙-롤 라미네이터(320) 내에서 합쳐져 라미네이팅된 제품(340)을 형성한다. 모세관(170)은 이동 기재(310)와의 접선 물리적 접촉 직전의 위치에 도시된다. 도 3의 시점 때문에, 각 세트의 모세관(170)들 중에서 하나만이 각각의 이동 기재(310)에 근접한 것을 볼 수 있으며 - 존재하는 경우, 다른 것들은 이 도면에 도시된 2개 바로 뒤에 있고, 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같은 동일 선상의 방식으로 배열될 것이다. 매니폴드 플러그(130)의 단부를 볼 수 있다. 모세관 매니폴드(120)는 이 시점에서 그들 바로 뒤에 있을 것이다. 2개의 평평한 트랙 롤러(150)가 도시된다. 지지 구조물(210)이 도시된다. 각각은 병진 슬라이드(350) 상에 장착된다. 모세관(170)은 이들이 병진 슬라이드(350)의, 이 도면에서 좌측으로부터 우측으로의, 단지 작은 병진에 의해 이동 기재(310)와 접선 물리적 접촉을 하게 되는 방식으로 장착된다.

기계가공 허용오차 및 다른 요인으로 인해, 특히 모세관(170)들의 큰 어레이의 경우, 토출 단부(180)들 각각이 정확하게 동일 선상에 있을 것 같지 않다. 따라서, 변위 기구가 활성화됨에 따라 모세관(170)들의 모든 토출 단부(180)가 이동 기재(310)와 동시에 물리적으로 접촉하지는 않는 일이 일어날 수 있다. 이 문제는, 모세관(170)이 가요성 재료로 제조되어, 모든 모세관(170)이 이동 기재(310)와 물리적으로 접촉할 때까지 병진 슬라이드(350)가 계속해서 좌측으로부터 우측으로 병진됨에 따라, 이동 기재(310)와 최초로 물리적으로 접촉하는 모세관이 이동 기재(310) 내로 박히기보다는 약간 휘어지는 것을 보장함으로써 해결될 수 있다. 모든 모세관(170)이 이동 기재(310)와 물리적으로 접촉하고 있을 때, 접촉점들이 모두 토출 단부(180)에 있어야 하도록, 허용오차가 매우 엄격하게 유지되는 것이 여전히 중요하다. 하나 이상의 모세관(170)이 토출 단부(180)로부터 너무 멀리 떨어진 지점에서 이동 기재(310)와 접촉하고 있다면, 코팅 유체가 그 모세관을 빠져나가지 못할 가능성이 있고, 그의 토출 단부(180)를 다른 것들과 동일 선상에 있게 하기 위해 그것이 단축되거나 재배향될 필요가 있을 수 있다.

예시된 실시예에서, 2개의 평평한 트랙 롤러(150) 중 가장 위의 것은 병진 슬라이드(350)들 중 가장 위의 것이 병진됨에 따라 곡선형 블록(360)을 따라 주행한다. 이는, 후퇴 이벤트(우측으로부터 좌측으로의 병진) 동안에, 일단 가장 위의 평평한 트랙 롤러(150)가 곡선형 블록(360)의 좌측 단부에 있는 곡선형 부분에 도달하면, 모세관(170)이 세정 또는 다른 목적을 위해 상향으로 그리고 경로 밖으로 스윙하는 것을 허용한다. 2개의 평평한 트랙 롤러(150) 중 가장 아래의 것은 예시적인 도면에서 긴 직선형 블록(370)을 따라 주행한다. 어느 하나 또는 둘 모두의 평평한 트랙 롤러(150)가 원하는 바에 따라 곡선형 블록(360) 또는 긴 직선형 블록(370) 상에서 주행할 수 있음이 이해될 것이다. 많은 상이한 유형의 변위 기구가 가능하다는 것이 또한 고려된다. 예를 들어, 모세관(170)은 선형 병진 운동보다는 회전 운동을 통해 이동 기재(310)와 접촉하게 될 수 있다. 또한, 2개의 코팅이 2개의 이동 기재(310)에 적용되는 도 3에 도시된 경우에, 2개의 변위 기구가 일제히 또는 독립적으로 이동할 수 있다. 상이한 변위 기구들의 사용이 또한 고려되며, 당업자에 의해 용이하게 선택될 것이다. 예를 들어, 하나는 도 3에 도시된 바와 같은 병진 슬라이드(350)일 수 있는 한편, 다른 것은 회전 유형의 것이다.

어레이 내의 모세관(170)의 개수는 제한되지 않는다. 기재 폭, 라인 속도, 원하는 코팅 두께, 및 코팅 유체 점도를 비롯한 인자들이 모세관(170)의 개수 및 간격에 영향을 미칠 것이다. 적용된 코팅이 인라인(in-line)의 처리 장비의 다음의 부품(여기서, 닙 롤)과 만나기 전에 단일형이고 크로스-웨브 두께가 균일할 것이 요망된다면, 모세관들은 코팅 유체의 점도에서 "레벨링(leveling)"에 부응하도록 서로 충분히 밀접하게 배치될 필요가 있을 것이다. 반면에, 도 3에 도시된 바와 같은 니핑 장치가 레벨링을 돕는 데 사용될 수 있다. 그러나, 이는 닙 롤이 계량 역할을 하고 코팅 중량뿐만 아니라 크로스-웨브 두께 균일성을 결정하는 데 도움을 주는 롤링 뱅크 시스템과는 대조를 이룬다.

변위 기구의 특성 및 위치는 특별히 제한되지 않는다. 그의 기능은 모세관의 토출 단부를 이동 기재와 접촉하도록, 바람직하게는 접선 접촉하도록, 이동시키는 것이다. 그렇기 때문에, 그것은 모세관 그 자체, 또는 모세관을 포함하는 코팅 장치의 임의의 보다 포괄적인 하위-조립체를 이동시킬 수 있다. 이 이동은 구성 및 다른 세부사항에 따라 선형 또는 회전형일 수 있다.

코팅 유체 점도가 또한 특별히 제한되지 않는다. 약 200 내지 약 325 센티푸아즈(cP)의 점도 범위 내의 접착제가 성공적으로 코팅되었다. 훨씬 더 높은 - 아마도, 자릿수가 더 높은 - 점도를 갖는 코팅 유체가 본 발명에 따라 코팅될 수 있는 것으로 여겨진다. 점도에 대한 하한을 찾기 위한 노력으로, 순수 아세톤을 코팅하였다(대략 0.3 cP의 점도). 도 3에 도시된 것과 유사한 2-코팅 시스템에서, 하부 기재를 코팅하는 것은 200 내지 325 cP 점도 범위에 대해 했던 것과 유사하였다. 상부 기재를 코팅하는 것은 더 힘들었다. 그러한 저 점도 코팅을 그러한 뒤집힌 배향(중력에 대해)으로 적용하는 것은 더 어렵다. 모세관은 접선 접촉을 위해 훨씬 더 정밀하게 조정될 필요가 있고, 모든 관을 이동 기재와 물리적으로 접촉하게 하는 데 필요한 가요성 모세관의 편향은 저 점도 유체의 경우에 더 어려워, 약간의 제품 스크래칭을 초래하였다. 그러나, 연속 코팅이 얻어졌으며, 저 점도 코팅 유체의 효과는 단지 정확한 허용오차를 보다 중요하게 만드는 것인 듯하다. 2개 이상의 모세관 매니폴드가 사용된다면, 이들은 동일하거나 상이한 연속 펌핑 기구들에 의해 공급받을 수 있다. 원하는 경우, 이들은 동일하거나 상이한 코팅 유체들을 공급받을 수 있다.

본 발명의 장치를 사용하여 연속 코팅하기 위한 공정은 도 3을 참조하여 다음과 같이 진행된다. 이러한 절차의 설명은 소정의 세부사항에 있어서 도 3에 도시된 실시예와는 상이한 본 발명의 실시예의 사용을 위해 적절히 조정될 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다.

절차는 모세관(170)이 병진 슬라이드(350) 또는 다른 변위 기구(들)의 이동을 통해 경로 밖으로 후퇴되는 것으로 시작된다. 이어서, 코팅 스테이션이 "도입"된다 - 이동 기재(310)가 장치를 통해 도중에 출발된다. 이동 기재(310)가 도입되고 이미 움직이고 있는 상태에서, 병진 슬라이드(350)는 모세관(170)의 토출 단부(180)가 이동 기재(310)와 (거의 접선) 물리적 접촉을 할 때까지 도 3의 좌측으로부터 우측으로 이동된다. 이어서, 연속 펌핑 기구(도시되지 않음)가 시동되고 원하는 코팅 중량에 적합한 사전결정된 속도로 조정된다. 작업자가 모세관(170)들 각각이 접촉하고 있는지, 및 코팅 유체의 안정된 스트림을 이동 기재(310)로 전달하고 있는지 여부를 관찰한다. 허용가능하게 수행되고 있지 않는 임의의 것이 있다면, 병진 슬라이드(350) 또는 장치 내에 또한 설치되었을 수 있는 미세 조정 변위 기구(도시되지 않음)를 사용하여, 경미한 조정이 행해진다. 작업자는 또한 코팅이 적용되고 있는 지점 너머의 지점에서 이동 기재(310) 상의 스크래치를 조사한다. 많은 기술이 가능하다. 하나의 그러한 기술은, 하나가 필름 위에 배치되고 하나가 필름 아래에 배치되는, 교차 편광기들 사이의 필름을 관찰하는 것이다. 임의의 스크래치가 존재한다면(그리고 모든 모세관(170)이 그들의 토출 단부(180)에서 날카로운 또는 거친 에지를 갖지 않도록 적절히 제조되었다고 가정하면), 모든 물리적 접촉을 가능한 한 접선에 가깝게 하기 위해, 미세 조정이 다시 한번 행해진다. 라미네이팅된 제품(340)은 코팅 중량에 대해 온라인 또는 오프라인으로 분석될 수 있으며, 코팅 중량을 조정하기 위해 연속 펌핑 기구에 대해 조정이 행해질 수 있다.

본 발명의 장치 및 공정은 다양한 스프레딩(spreading) 기술을 수반하는 몇몇 유형의 코팅 적용에 대해 폭넓은 응용을 갖는다. 하나의 그러한 코팅 응용은, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같은, 닙 롤 이중 라미네이션이다. 필름 라인 상에 사전-텐터(pre-tenter) 코팅하는 것(필름이 아직 횡방향으로 연신되지 않은 필름-제조 라인 상의 지점에서 그의 제조 동안에 인라인의 필름을 코팅하는 것)에 응용이 있을 것 같다. 다른 응용은 필름을 다른 기술에 의해 코팅하기 어렵게 만드는 표면 특성을 갖는 필름을 포함할 것이다. 필름은 롤로부터, 또는 본 발명의 장치와 함께 연속 작동하는 필름-제조 라인으로부터 직접 공급될 수 있다.

본 발명의 장치 및 사용 방법은 코팅될 입력 필름이 웨브 스플라이스(web splice)를 포함하는 경우 코팅 라인의 개선된 연속 작업을 가능하게 하여야 하는데, 그 이유는 그것이 롤링 뱅크 코팅 공정에 있을 때 닙 롤 압력이 코팅 중량(코팅 두께)을 계량하는 데 사용되고 있지 않기 때문이다.

예

본 발명이 하기의 예시적인 예로 추가로 설명될 것이다.

도 3의 코팅 장치와 유사한 코팅 장치에, 매니폴드 내로 설치된 47개 16-게이지(gauge) 스테인레스강 모세관들의 두 시리즈를 장착하였다. 코팅 장치의 두 측은 각자의 닙 롤에 대한 접선 각도로 정밀 완전 정지 위치로 회전 및 활주하는 능력을 각각 가졌다. 코팅 장치의 두 측에 각각 바이킹(VIKING)™ CMD E02 기어 펌프(바이킹 펌프, 미국 아이오와주 시더 폴스 소재의 아이덱스 코포레이션(IDEX Corp.))에 의해 공급하였고, 기어 펌프와 매니폴드 사이의 연결부는 1.27 cm(½ 인치) 중합체 배관이었다. 이동 기재와 접촉하는 모세관 토출 단부가 스크래치를 유발하는 경우 물리적 접촉각이 접선에 더 가깝게 조정될 수 있도록 정밀 완전 정지부를 구성하였다. 도 3과의 하나의 차이는 제3 필름을 그것이 2개의 접착제-코팅된 필름 사이에 개재되도록 닙 롤 라미네이터에 공급하였다는 것이다. 라미네이팅 접착제의 코팅을 수용한 2개의 외측 필름은 필름 폭이 670 mm인 연속 PET 필름이었다. 중심 필름은 필름 폭이 648 mm인 다층 광학 필름(비퀴티(VIKUITI)™ 이중 휘도 향상 필름, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠(3M))이었다. 코팅 유체는 점도가 약 325 cP인 아크릴레이트 공중합체 광학 접착제였다. 12.7 마이크로미터(0.5 밀(mil)) 두께의 접착제의 연속 코팅을 PET 이동 기재들 각각 상에 코팅하였다. 완성된 제품을 검사하였다. 입력 필름의 두께에 코팅 두께를 더한 것은, 전체 평균 두께가 340 마이크로미터인 완성된 제품을 생성하였다. 분산(variance)은 단지 1.42 마이크로미터였고, 표준 편차는 단지 1.19 마이크로미터였으며, 둘 모두의 결과는 종래의 코팅 기술을 사용한 동일한 제품 구성에 대해 얻어진 결과보다 상당히 우수하였다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 그의 바람직한 실시예와 관련하여 충분히 기술되었지만, 다양한 변경 및 변형이 당업자에게 명백하다는 것에 유의하여야 한다. 그러한 변경 및 변형은, 그들이 첨부된 특허청구범위로부터 벗어나지 않는 한, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

적어도 하나의 이동 기재(moving substrate) 상에 연속 코팅하기 위한 코팅 장치로서, 토출 단부(discharge end)를 갖는 적어도 하나의 모세관, 적어도 하나의 모세관과 연통하는 적어도 하나의 모세관 매니폴드, 적어도 하나의 모세관 매니폴드에 유체를 공급하는 적어도 하나의 연속 펌핑 기구, 및 적어도 하나의 변위 기구를 포함하며, 유체를 기재 상에 침착시키기 위해 적어도 하나의 모세관의 토출 단부를 이동 기재와 물리적으로 접촉하도록 위치시킨 다음에 유지하도록 구성되는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 복수의 모세관을 포함하며, 각각의 모세관은 토출 단부를 갖는, 코팅 장치.
제2항에 있어서, 복수의 토출 단부는 사실상 동일 선상에 있는, 코팅 장치.
제3항에 있어서, 복수의 모세관은 가요성 재료로 제조되는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 2개의 모세관 매니폴드를 포함하는, 코팅 장치.
제5항에 있어서, 적어도 2개의 모세관 매니폴드는 동일하거나 상이한 조성의 적어도 2개의 별개의 유체가 하나의 이동 기재 상에 침착될 수 있도록 구성되는, 코팅 장치.
제5항에 있어서, 적어도 2개의 모세관 매니폴드는 동일하거나 상이한 조성의 적어도 2개의 별개의 유체가 적어도 2개의 이동 기재 상에 침착될 수 있도록 구성되는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 변위 기구는 코팅 장치 전체를 이동시키는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 변위 기구는 코팅 장치의 질량 중심에 대해 적어도 하나의 모세관 매니폴드를 이동시키는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 변위 기구는 적어도 하나의 모세관 매니폴드의 질량 중심에 대해 적어도 하나의 모세관을 이동시키는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 변위 기구는 적어도 하나의 모세관의 토출 단부(들)가 장치 상의 어떤 기준점에 대해 선형 병진 방향으로, 또는 적어도 하나의 모세관 매니폴드에 대해 회전 방향으로, 또는 둘 모두의 방향으로, 동시에 또는 순차적으로 이동하게 할 수 있는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 이동 기재를 추가로 포함하며, 적어도 하나의 모세관의 토출 단부(들)는 적어도 하나의 이동 기재와 물리적으로 접촉하는, 코팅 장치.
제12항에 있어서, 물리적 접촉은 접선 접촉(tangential contact)인, 코팅 장치.
제12항에 있어서, 스프레딩 기구(spreading device)를 추가로 포함하여, 적어도 하나의 이동 기재 상의 위치는 적어도 하나의 모세관과의 물리적 접촉 후에 스프레딩 기구와 만나는, 코팅 장치.
제14항에 있어서, 스프레딩 기구는 닙 롤(nip roll)인, 코팅 장치.
제15항에 있어서, 물리적 접촉은 적어도 하나의 이동 기재와의 접선 접촉이며, 적어도 하나의 이동 기재는 적어도 하나의 모세관과의 접선 접촉점에서 닙 롤과 접촉하는, 코팅 장치.
제14항에 있어서, 스프레딩 기구는 또한 코팅 중량 계량 기구로서의 역할을 하지 않는, 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 모세관의 토출 단부(들)는 테이퍼 형성되는(tapered), 코팅 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 모세관의 토출 단부(들)는 날카로운 또는 거친 에지를 배제하도록 표면 조절되는, 코팅 장치.
적어도 하나의 이동 기재 상에 연속 코팅하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 이동 기재를 제공하는 단계,
적어도 하나의 이동 기재에 근접하게 코팅 장치를 위치시키는 단계 - 코팅 장치는 토출 단부를 갖는 적어도 하나의 모세관, 적어도 하나의 모세관과 연통하는 적어도 하나의 모세관 매니폴드, 적어도 하나의 모세관 매니폴드에 공급하는 적어도 하나의 연속 펌핑 기구, 및 적어도 하나의 변위 기구를 포함함 -,
적어도 하나의 모세관이 적어도 하나의 모세관의 토출 단부에서 적어도 하나의 이동 기재와 물리적으로 접촉하게 하는 방식으로 적어도 하나의 변위 기구를 활성화시키는 단계,
코팅될 유체를 적어도 하나의 모세관 매니폴드로 전달하도록 적어도 하나의 연속 펌핑 기구를 작동시키는 단계, 및
코팅될 유체가 적어도 하나의 이동 기재 상에 침착되는 지속 기간 전체에 걸쳐, 적어도 하나의 모세관 - 적어도 하나의 모세관의 토출 단부에서 - 과 적어도 하나의 이동 기재 사이의 물리적 접촉을 유지시키는 단계를 포함하는, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 모세관은 복수의 모세관을 포함하고, 각각의 모세관은 토출 단부를 가져, 복수의 모세관은 복수의 토출 단부를 갖는, 방법.
제21항에 있어서, 복수의 토출 단부는 이동 기재와 물리적으로 접촉하는 동안 사실상 동일 선상에 있는, 방법.
제22항에 있어서, 모세관은 가요성이며, 복수의 토출 단부는 변위 기구에 의해 모세관을 이동 기재와 접촉하도록 가압하는 것에 의해서 이동 기재와 물리적으로 접촉하는 동안 동일 선상에 있도록 되는, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 2개의 모세관 매니폴드, 적어도 2개의 이동 기재, 적어도 2개의 변위 기구, 및 각각의 모세관 매니폴드 내에 수용된 적어도 하나의 모세관이 있으며, 제1 모세관 매니폴드 내에 수용된 적어도 하나의 모세관은 적어도 하나의 모세관이 적어도 하나의 모세관의 토출 단부에서 제1 이동 기재와 물리적으로 접촉하게 하는 방식으로 제1 변위 기구에 의해 이동되고, 제2 모세관 매니폴드 내에 수용된 적어도 하나의 모세관은 적어도 하나의 모세관이 적어도 하나의 모세관의 토출 단부에서 제2 이동 기재와 물리적으로 접촉하게 하는 방식으로 제2 변위 기구에 의해 이동되는, 방법.
제24항에 있어서, 적어도 2개의 모세관 매니폴드에 공급하는 하나의 연속 펌핑 기구가 있는, 방법.
제24항에 있어서, 적어도 2개의 모세관 매니폴드에 공급하는 적어도 2개의 연속 펌핑 기구가 있는, 방법.
제26항에 있어서, 적어도 2개의 연속 펌핑 기구는 적어도 2개의 모세관 매니폴드에 동일한 코팅 유체를 공급하는, 방법.
제26항에 있어서, 적어도 2개의 연속 펌핑 기구는 적어도 2개의 모세관 매니폴드에 적어도 2개의 상이한 코팅 유체를 공급하는, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 모세관의 토출 단부(들)가 장치 상의 어떤 기준점에 대해 선형 병진 방향으로, 또는 적어도 하나의 모세관 매니폴드에 대해 회전 방향으로, 또는 둘 모두의 방향으로, 동시에 또는 순차적으로 이동하게 하는 방식으로 적어도 하나의 변위 기구를 활성화시키는, 방법.
제20항에 있어서, 물리적 접촉은 접선 접촉인, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 이동 기재를 스프레딩 기구로 이송하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제31항에 있어서, 스프레딩 기구는 닙 롤인, 방법.
제31항에 있어서, 적어도 하나의 이동 기재는 스프레딩 기구의 작용 후에 균일한 연속 코팅을 갖는, 방법.
제31항에 있어서, 물리적 접촉은 적어도 하나의 이동 기재와의 접선 접촉이며, 적어도 하나의 이동 기재는 적어도 하나의 모세관과의 접선 접촉점에서 닙 롤과 접촉하는, 방법.
제20항에 있어서, 코팅 유체의 롤링 뱅크(rolling bank)가 적어도 하나의 이동 기재 상에 형성되지 않는, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 이동 기재는 롤로부터 공급되는 필름인, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 이동 기재는 필름 제조 라인으로부터 연속적으로 공급되는 필름인, 방법.
제20항에 있어서, 이동 기재는 필름 제조 라인 상의 필름이며, 코팅 후에 라인 상의 필름을 후속적으로 연신시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제20항에 있어서, 적어도 하나의 이동 기재는 웨브 스플라이스(web splice)를 포함하는, 방법.