KR-20260060991-A - CONTINUOUS BAROMETRIC ROLL-TO-ROLL EQUIPMENT

KR20260060991AKR 20260060991 AKR20260060991 AKR 20260060991AKR-20260060991-A

Abstract

본 실시예는 원단을 열처리 및 냉각처리하는 롤투롤 설비에 있어서, 대기압 상태로부터 원단을 공급받아 제1차동배기부가 넓은 공간에서 좁은 공간으로 상기 원단을 이동시켜 설비 내부를 감압하는, 제1챔버, 상기 제1챔버와 연통되고, 상기 원단을 열처리하는 히터부 및 상기 히터부와 연통되고 열처리된 상기 원단을 냉각처리하는 냉각부를 포함하는, 제2챔버 및 상기 냉각부와 연통되고, 제2차동배기부를 통해 설비 내부를 추가감압하고 냉각처리된 상기 원단을 회수하여 상기 설비 외부로 배출하는, 제3챔버를 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비를 제공할 수 있다.

Inventors

김용진
김문연
임영진

Assignees

주식회사 저스템

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20250611
Priority Date: 20241025

Claims (11)

원단을 열처리 및 냉각처리하는 롤투롤 설비에 있어서, 대기압 상태로부터 원단을 공급받아 제1차동배기부가 넓은 공간에서 좁은 공간으로 상기 원단을 이동시켜 설비 내부를 감압하는, 제1챔버; 상기 제1챔버와 연통되고, 상기 원단을 열처리하는 히터부 및 상기 히터부와 연통되고 열처리된 상기 원단을 냉각처리하는 냉각부를 포함하는, 제2챔버; 및 상기 냉각부와 연통되고, 제2차동배기부를 통해 설비 내부를 추가감압하고 냉각처리된 상기 원단을 회수하여 상기 설비 외부로 배출하는, 제3챔버;를 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제1항에 있어서, 상기 제1차동배기부 및 상기 제2차동배기부는, 상기 원단이 삽입되는 입구부, 삽입된 상기 원단이 안착되어 이동할 수 있도록 회전가능한 원통형 구조를 포함하는 롤러부, 상기 롤러부의 표면과 일정한 간격을 유지하도록 상기 롤러부와 대응되는 형상으로 이격되어 배치되는, 상단하우징부 및 하단하우징부 및 상기 롤러부에 의해 이동된 상기 원단이 배출되는 출구부를 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제2항에 있어서, 상기 제1챔버는 복수개의 상기 제1차동배기부를 포함하고, 복수개의 상기 제1차동배기부는 서로 연통되어 직렬로 연결되는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제2항에 있어서, 상기 제3챔버는 복수개의 상기 제2차동배기부를 포함하고, 복수개의 상기 제2차동배기부는 서로 연통되어 직렬로 연결되는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제2항에 있어서, 상기 롤러부의 회전을 제어하는 구동부를 더 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제1항에 있어서, 상기 히터부의 일면 및 상기 냉각부의 일면과 연결되어 상기 히터부의 내부 및 상기 냉각부의 내부를 감압시키는 제2진공펌프부를 더 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제1항에 있어서, 상기 제1챔버의 일면 및 상기 제3챔버의 일면과 연결되어 상기 제1챔버의 내부 및 상기 제3챔버의 내부의 기체를 흡입하여 외부로 배출함으로써 상기 제1챔버의 내부 및 상기 제3챔버의 내부를 감압시키는 제1진공펌프부를 더 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제1항에 있어서, 상기 제1챔버의 일면 및 상기 제3챔버의 일면과 연결되어 상기 제1챔버의 내부 및 상기 제3챔버의 내부의 기체가 외부로 배출되는 통로를 제공하는 제1배기포트를 더 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제5항에 있어서, 상기 히터부 및 상기 냉각부의 일면과 연결되어 상기 히터부의 내부 및 상기 냉각부의 내부의 기체가 외부로 배출되는 통로를 제공하는 제2배기포트를 더 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제2항에 있어서, 상기 롤러부는 베어링을 포함하고, 상기 원단이 상기 입구부에 삽입되어 안착되는 경우 상기 원단과 상기 롤러부의 마찰력에 의해 회전하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.
제2항에 있어서, 상기 롤러부와 상기 상단하우징부 사이의 간격 또는 상기 롤러부와 상기 하단하우징부 사이의 간격을 조절하는 간격조절부를 더 포함하는, 연속식 기압조절 롤투롤 설비.

Description

연속식 기압조절 롤투롤 설비 {CONTINUOUS BAROMETRIC ROLL-TO-ROLL EQUIPMENT} 본 실시예는 연속식 기압조절 롤투롤 설비에 관한 것이다. 최근 디스플레이, 2차전지, 반도체 등의 산업에서 고정밀의 박막 형성 및 표면처리 기술이 요구됨에 따라, 필름 또는 금속 호일과 같은 연속적인 원단을 고기능성 재료로 가공하기 위한 롤투롤(Roll-to-Roll) 기반 공정 설비의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 롤투롤 설비는 원단을 연속적으로 이송하면서 열처리, 증착, 인쇄, 패터닝 등의 공정을 연계하여 처리할 수 있어 생산성이 높고 대면적 제조에 적합하다는 장점이 있다. 특히, 고진공 환경이 요구되는 증착공정, 열소결공정, 플라즈마 공정 등에서는 원단이 통과하는 히터부 또는 냉각부 내부의 진공 환경을 안정적으로 유지하는 것이 핵심 기술로 간주된다. 진공 공정을 안정적으로 유지하기 위해, 기존의 롤투롤 장비에서는 히터부와 그 전후단의 챔버 사이에 게이트밸브(gate valve)나 기계식 셔터 장치를 설치하여 공정 간 기압 차를 차단하는 구조가 일반적이었다. 그러나 이와 같은 방식은 원단이 게이트밸브 위치에 정지되거나 끼이게 되면 물리적으로 손상이 발생하며, 해당 구간의 원단은 폐기될 수밖에 없다. 또한, 각 공정 구간 사이에서 밸브 개폐와 펌핑/벤트(vent) 동작이 반복되기 때문에 공정이 단속적으로 운영되어 설비 가동율이 낮아지고, 진공 회복 시간도 증가한다. 더불어, 이러한 방식의 경우 고속 연속공정 구현이 곤란하며, 공정 중단 및 원단 위치 재정렬 등에 따른 생산성 저하와 공정 안정성 악화 문제가 존재한다. 이에 따라, 게이트밸브 없이도 진공 상태를 유지하면서 필름을 정지 없이 연속적으로 이송할 수 있는 기술이 필요한 실정이다. 도 1은 일 실시예에 따른 롤투롤 설비를 나타낸 모식도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 롤투롤 설비를 나타낸 모식도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 롤투롤 설비를 나타낸 모식도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 차동배기부를 나타낸 사시도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 차동배기부의 분해 도면 일부를 나타낸 사시도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 차동배기부의 내부 단면을 나타낸 도면이다. 도 7은 일 실시예에 따른 복수의 차동배기부가 연결된 내부 단면을 나타낸 도면이다. 도 8은 일 실시예에 따른 원단이 차동배기부를 통과하는 모습을 나타낸 투시도이다. 이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 기압조절 롤투롤 설비는, 대기압 상태에서 공급된 원단이 공정 구간을 연속적으로 통과하며 열처리 및 냉각처리를 거치는 과정에서, 각 챔버 내부의 기압을 정밀하게 제어하고, 원단이 정지 없이 이송되도록 구성된 기압조절 시스템을 포함할 수 있다. 롤투롤 설비는, 대기압 상태에서 원단을 공급받아 제1차동배기부를 통해 감압이 시작되는 제1챔버를 포함할 수 있다. 제1차동배기부는, 넓은 공간에서 좁은 공간으로 이어지는 구조를 기반으로 하며, 외부 대기압의 공기가 급격히 진공 영역으로 유입되는 것을 방지하면서 원단만을 선택적으로 이송할 수 있도록 기압 경사(pressure gradient)를 형성한다. 제1챔버는 복수의 제1차동배기부를 직렬로 포함하여 다단 감압 구조로 확장될 수 있으며, 이에 따라 원단의 안정적인 이송과 진공 유지 효과가 향상될 수 있다. 제1챔버는 제2챔버와 연통될 수 있으며, 제2챔버는 내부에 원단을 열처리하는 히터부 및 열처리된 원단을 냉각하는 냉각부를 포함할 수 있다. 히터부는 고진공 조건에서 작동 가능한 열원 또는 가열장치(예: 저항가열, 적외선가열, 플라즈마 가열 등)를 포함할 수 있고, 냉각부는 수냉, 공냉, 펠티어 냉각 모듈 등이 적용될 수 있다. 제2챔버는 공정 조건에 따라 내부 압력을 독립적으로 감압할 수 있도록 제2진공펌프부와 연결될 수 있으며, 이를 통해 히터부 및 냉각부 각각에 최적화된 압력 제어가 가능해질 수 있다. 냉각부와 연통되는 제3챔버는, 냉각된 원단을 외부로 배출하기 위한 구간으로서, 제2차동배기부를 통해 다시 한번 감압 처리를 수행할 수 있다. 제3챔버 역시 복수의 제2차동배기부를 포함할 수 있으며, 다단 감압 구간을 통해 진공도 손실을 방지하고, 외부와의 기압 차를 안정적으로 조절할 수 있다. 제3챔버는 필름 회수 또는 후공정 설비와 연계될 수 있도록 배치될 수 있다. 제1차동배기부 및 제2차동배기부는, 각각 입구부, 롤러부, 상단하우징부, 하단하우징부 및 출구부를 포함할 수 있다. 롤러부는 원통형 회전 구조로 형성되며, 원단의 이송 경로를 안내하면서도 기체의 직접 유입은 억제하도록 설계된다. 롤러부는 동력 구동 또는 무동력 회전 방식 중 선택적으로 구성될 수 있다. 무동력 회전 방식의 경우, 원단과 롤러 간의 마찰력을 이용하여 필름 이송 시 롤러가 수동 회전하며, 이를 위해 베어링 구조를 포함할 수 있다. 롤러부와 상단하우징부 또는 하단하우징부 사이에는 일정한 간극이 형성되며, 이 간극은 간격조절부를 통해 조절 가능하게 구성될 수 있다. 간격조절부는 나사식, 캠식, 유압식, 공압식, 또는 전자기식 방식으로 구현될 수 있으며, 기계적 오차 또는 필름 종류에 따른 간극 세팅 변경이 허용될 수 있다. 각 챔버(제1챔버, 제2챔버, 제3챔버)는 각각 진공펌프와 유체적으로 연결되는 배기포트를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1배기포트 및 제2배기포트는 각각 제1진공펌프부 및 제2진공펌프부와 연결되어, 챔버 내부의 기체를 외부로 배출하는 통로로 작동하며, 챔버의 기밀성과 진공도 유지에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명은 다양한 공정 조건에 대응하기 위해, 기압감지센서, 질량유량제어기(MFC), 개폐밸브, 자동밸브, 이송챔버제어장치, PLC 또는 PC 기반 제어기를 포함하는 구성으로 확장될 수 있으며, 이를 통해 전체 시스템의 기압 변화에 대해 자동으로 피드백 제어가 이루어질 수 있다. 이러한 자동화된 제어는 진공펌프의 과도한 동작을 억제하고, 에너지 효율을 개선하며, 필름 손상 및 오염 위험을 최소화하는 효과를 제공할 수 있다. 또한, 본 실시예는 이하와 같은 다양한 변형 또는 추가 구성들을 더 포함하거나 대체하여 구현될 수 있으며, 이러한 구성들은 롤투롤 설비의 진공 안정성, 이송 효율성, 시스템 확장성 및 유지 보수 용이성 측면에서 향상된 효과를 제공할 수 있다. 예를 들어, 롤러부는 단일 원통형 구조 외에도, 내부가 중공인 경량 구조, 또는 외면이 플루오르계 또는 세라믹 코팅 처리된 재질로 형성되어, 진공 환경에서의 가스 방출률(outgassing)을 낮추고, 고온 공정 시에도 구조 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 롤러부에는 미세 홈 또는 텍스처링 처리가 추가되어 필름의 주름 발생이나 이탈 현상을 억제할 수 있으며, 고속 이송 시 안정적인 접촉 상태를 유지하도록 설계될 수 있다. 간격조절부는 수동조작 방식 외에도, 전기구동형 액추에이터, 유압 또는 공압 실린더, 스마트 머티리얼(예: 형상기억합금) 기반 구조로 구현되어 자동 제어와 연계될 수 있다. 이 경우, 외부의 제어장치 또는 기압센서의 감지 값에 따라 롤러와 하우징 간의 간격이 자동으로 조정되어 공정 조건에 따른 최적화가 가능하다. 또한, 제1차동배기부 및 제2차동배기부는 원단의 흐름을 단순히 안내하는 것을 넘어서, 공기 유입 저항을 더욱 정밀하게 조절하기 위한 슬릿형 다단 구조 또는 미세 유로 유입 통로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징부 내측에 스파이럴형 가스 차단 루프, 또는 미세 통기 유로가 포함된 셀 구조를 형성함으로써, 대기압 유입의 속도와 양을 정밀하게 제어할 수 있으며, 다단 구조를 통해 진공 붕괴를 방지하는 효과가 증대될 수 있다. 기압조절시스템은, 각 챔버 사이의 압력 차를 정밀하게 제어하기 위해, 기압센서, 온도센서, 필름 텐션센서 등의 센서들과 연동되는 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 이때, 제어 알고리즘은 머신러닝 기반의 공정 예측 모델 또는 퍼지 제어 기반 기압 예측 알고리즘으로 구성될 수 있으며, 기계 학습된 데이터에 따라 펌프 구동 속도, 간극 조절값 등을 실시간 조절함으로써, 자동화 공정 품질을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 진공펌프부 또는 배기포트는, 필요에 따라 배기 경로를 분산시키기 위한 멀티포트 구조, 체크밸브 내장형 포트, 배기량을 정량 제어하기 위한 유량제한 밸브 또는 솔레노이드 밸브와 연계될 수 있다. 이를 통해, 진공펌프의 과부하를 방지하고, 전체 시스템의 에너지 효율을 개선할 수 있다. 한편, 본 발명의 구조는 전술한 롤투롤 공정 외에도, 진공 식각, 드라이 현상 제거, 열증착(Thermal Evaporation), 저압 플라즈마 처리, 유기물 건조 공정 등 다양한 감압 기반의 연속 처리 장비에 동일하게 적용될 수 있으며, 원단 형태의 기재 외에도 웨이퍼, 메탈 호일, 유연성 기판, 복합소재 시트 등 다양한 대상물에 대응할 수 있도록 유닛화된 모듈 구조로도 구현 가능할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 설비(1000)의 개략적 구성을 도시한 모식도이다. 롤투롤 설비(1000)는 대기압 상태에서 공급된 원단을 감