KR101103722B1 - Apparatus for jetting droplet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노즐을 통해 분사되는 유체의 유면에 전계(정전기장)를 인가하여 상기 유체를 액적(Droplet)의 형태로 미세하고, 효율적으로 분사시키기 위한 액적분사장치에 관한 것이다. The present invention relates to a droplet ejection apparatus for applying the electric field (electrostatic field) to the oil surface of the fluid injected through the nozzle to eject the fluid finely and efficiently in the form of droplets.
이를 위한 본 발명의 액적분사장치는, 인쇄물의 일측 표면에 액적을 분사하는 액적분사장치에 있어서, 외부로부터 공급되는 액체 및 입자를 포함하는 유체를 일정량 수용하기 위한 챔버와, 상기 챔버로부터 연통되어 상기 챔버에 수용된 유체의 액적을 상기 인쇄물의 일측 표면에 분사하기 위한 적어도 하나의 노즐 및 상기 챔버와 노즐 중 적어도 어느 한 곳의 내측면에 상기 유체와의 전기적인 접촉을 위해 패터닝처리에 의해 마련된 제1전극부가 구비된 몸체부; 상기 노즐과 상기 인쇄물의 사이에 설치되되, 상기 노즐을 통해 상기 인쇄물의 일측 표면에 분사되는 액적이 관통되는 관통홀이 구비된 제2전극부; 상기 제1전극부와 제2전극부의 사이에 전압을 인가하는 전원부; 및 상기 전원부를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다. In the droplet ejection apparatus of the present invention, a droplet ejection apparatus for injecting droplets onto one surface of a printed matter, a chamber for receiving a certain amount of a fluid including liquid and particles supplied from the outside, and in communication with the chamber At least one nozzle for injecting droplets of fluid contained in the chamber onto one surface of the printed matter, and a first process provided by a patterning process for electrical contact with the fluid on an inner surface of at least one of the chamber and the nozzle A body portion provided with an electrode portion; A second electrode part disposed between the nozzle and the printed material, the second electrode part having a through hole through which droplets sprayed on one surface of the printed material through the nozzle are provided; A power supply unit applying a voltage between the first electrode unit and the second electrode unit; And a control unit controlling the power supply unit.
액적, 분사, 전극, 인쇄, 노즐, 챔버 Droplets, sprays, electrodes, prints, nozzles, chambers
Description
본 발명은 액적분사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 노즐을 통해 분사되는 유체의 유면에 전계(정전기장)를 인가하여 상기 유체를 액적(Droplet)의 형태로 미세하고, 효율적으로 분사시키기 위한 액적분사장치에 관한 것이다.The present invention relates to a droplet ejection apparatus, and more particularly, to apply the electric field (electrostatic field) to the oil surface of the fluid injected through the nozzle to eject the fluid finely and efficiently in the form of droplets (Droplet). A droplet ejection apparatus.
일반적으로 정전기장을 이용하여 유체를 액적의 형태로 분사(토출)시키는 액적분사 장치는, 주로 잉크젯 프린터에 다양하게 적용되어 왔으며, 최근에는 디스플레이 공정장치, 인쇄회로기판 공정장치 및 DNA칩 제조공정과 같은 첨단의 고부가 가치 창출 분야에 적용하기 위해 응용 개발되고 있다. In general, a droplet ejection apparatus that ejects (discharges) a fluid in the form of droplets using an electrostatic field has been mainly applied to inkjet printers. Recently, display processing apparatuses, printed circuit board processing apparatuses, and DNA chip manufacturing processes Applications are being developed for applications in the same high-end, high value-added fields.
상기 잉크젯 프린터(Ink Jet Printer)에 있어서, 잉크를 액적의 형태로 분사시키기 위한 잉크분사장치는, 크게 열구동 방식 및 정전기력 방식으로 나뉜다.In the above ink jet printer, the ink ejection value for ejecting ink in the form of droplets is largely divided into a thermal drive method and an electrostatic force method.
먼저, 상기 열구동 방식의 잉크분사장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 구비된 매니폴드(22)와, 상기 기판(10) 상부에 형성된 격벽(14)에 의해 한정 구속되는 잉크채널(24) 및 잉크챔버(26)와, 상기 잉크챔버(26) 내에 구비되어 있는 히터(12)와, 노즐 플레이트(18)에 구비되어 잉크 액적(29')을 분사시키는 노즐(16)을 포함하고 있으며, 이러한 열구동 방식의 잉크분사장치는 다음과 같은 동작을 통해 액적(29')을 분사시키게 된다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, the ink ejection device of the thermal drive method is formed by the
상기 히터(12)에 전압이 공급되면 열이 발생하고, 이 열에 의해 상기 잉크챔버(26) 내에 채워진 잉크(29)가 가열되어 버블(28)이 생성된다.When a voltage is supplied to the
다음으로, 상기 생성된 버블(28)은 계속 팽창되고, 따라서 상기 잉크챔버(26) 내에 채워진 잉크(29)에 압력이 가해지고, 상기 노즐(16)을 통해 잉크 액적(29')이 노즐(16) 외부로 분사된다.Next, the generated
이후, 상기 매니폴드(22)로부터 잉크채널(24)을 통해 잉크챔버(26)의 내부로 잉크(29)가 흡입되면서 상기 잉크챔버(26)는 잉크(29)로 재충전된다.Thereafter, the
그러나 상술한 바와 같은 종래의 열구동 방식의 잉크분사장치는, 버블을 형성시키기 위한 히터(12)의 열에 의해 상기 잉크(29)의 화학적 변화가 야기될 수 있는바, 상기 잉크(29)의 품질저하와 같은 문제점이 발생할 수 있는 단점이 있다.However, the above-described conventional thermally driven ink jetting device may cause a chemical change of the
또한, 상기 노즐(16)을 통해 분사된 잉크의 액적(29')은, 종이와 같은 대상체를 향해 이동하는 동안 상기 히터(12)의 열로 인해, 급속한 체적 변화가 생길 수 있는바, 해상도와 같은 인쇄품질이 저하되는 문제점도 있다.In addition, the droplet 29 'of the ink ejected through the
또한, 이러한 열구동 방식의 잉크분사장치는, 노즐(16)을 통해 분사되는 액적(29')의 미세한 제어, 예를 들어 액적의 크기 및 형상과 같은 제어에 한계가 있다는 문제점도 있다.In addition, there is a problem in that the thermal injection type ink jetting device has a limitation in fine control of the droplet 29 'injected through the
그리고 상기와 같은 문제점들로 인해, 고집적도 액적분사 장치의 구현이 어렵다는 문제점도 있다.In addition, due to the above problems, there is also a problem that it is difficult to implement a high-density droplet ejection apparatus.
한편, 상기 도 3 및 도 4는 상기 액적분사 장치의 다른 방식, 즉 전계를 이 용한 정전기력 방식의 액적분사 장치를 도시하고 있다.3 and 4 illustrate another method of the droplet ejection apparatus, that is, an electrostatic force droplet ejection apparatus using an electric field.
더욱 상세하게 상기 정전기력 방식의 액적분사 장치는, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 전극(32)과 이에 마주하도록 위치하는 대향 전극(Opposite Electrode)(33)이 구비되어 있고, 상기 두 개의 전극(32, 33) 사이에 잉크(31)가 주입되며, 상기 두 개의 전극(32, 33)에는 직류전원(34)이 연결되어 있다.In more detail, the electrostatic force type droplet ejection apparatus, as shown in FIGS. 3 and 4, is provided with an
상기 직류전원(34)에 의해 상기 전극(32, 33)에 전압이 인가되면, 두 개의 전극(32, 33) 사이에 정전기장이 형성된다.When a voltage is applied to the
이에 따라 상기 잉크(31)에는 대향 전극(33) 방향으로 작용하는 쿨롱의 힘(Coulomb's Force)이 작용하게 된다.Accordingly, Coulomb's Force acting in the direction of the
한편, 상기 잉크(31)에는 그 고유의 표면장력과 점성 등에 의해 상기 쿨롱의 힘에 대한 반발력도 작용하게 되므로, 상기 잉크(31)는 용이하게 대향 전극(33) 방향으로 분사되지 못한다.On the other hand, since the repulsive force with respect to the coulomb force also acts on the
따라서 상기 잉크(31)의 표면으로부터 액적을 분리시키고, 이를 분사시키기 위해서는 상기 전극(32, 33) 사이에 매우 1kV 이상의 높은 전압을 인가해야 한다.Therefore, in order to separate the droplet from the surface of the
그러나 상기 전극(32, 33) 사이에 높은 전압이 인가될 경우, 액적의 분사는 매우 불규칙적으로 일어나게 되므로, 상기 잉크(31)의 소정 부분을 국부적으로 가열하게 된다.However, when a high voltage is applied between the
즉 S1의 영역에 위치하는 잉크(31')의 온도(T1)는 다른 영역에 위치하는 잉크(31)의 온도(T0)보다 높게 상승하게 되며, 이에 따라 상기 S1 영역의 잉크(31') 는 팽창하게 되고, 이 영역에 정전기장이 집중되면서 다수의 전하(Electron)가 모이게 된다.That is, the temperature T1 of the ink 31 'positioned in the region of S1 rises higher than the temperature T0 of the
이에 따라 상기 S1 영역의 잉크(31')에는 전하들 사이에 작용하는 반발력과 정전기장에 의한 쿨롱의 힘이 작용하게 되므로, 상기 도 4에 도시된 바와 같이, S1 영역의 잉크(31')로부터 액적이 분리되면서 상기 대향 전극(33) 쪽으로 이동하게 된다.Accordingly, the repulsive force acting between the charges and the coulomb force due to the electrostatic field act on the ink 31 'of the S1 region, and as shown in FIG. 4, from the ink 31' of the S1 region. As the droplets are separated, they move toward the
그러나 상술한 바와 같은 정전기력 방식의 액적분사 장치는, 전극(32, 33)에 1kV 이상의 매우 높은 전압을 인가해야 하며, 또한 노즐과 마주한 방향에 외부 대향 전극(33)을 구비해야 하는 문제점이 있다.However, the electrostatic force type droplet ejection apparatus as described above has a problem in that a very high voltage of 1 kV or more must be applied to the
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 노즐을 통해 분사되는 유체의 유면에 제어 가능한 정전기장을 인가하여, 상기 유체를 열적인 변화없이 액적(Droplet)의 형태로 분사시킬 수 있으며, 제1전극부, 제2전극부, 및 제3전극부를 통해 상기 분사되는 액적을 미세하게 제어할 수 있는 액적분사장치를 제공함에 있다. An object of the present invention for solving the problems according to the prior art, by applying a controllable electrostatic field to the oil surface of the fluid injected through the nozzle, it is possible to inject the fluid in the form of a drop (Droplet) without a thermal change The present invention provides a droplet spraying device capable of finely controlling the sprayed droplets through the first electrode portion, the second electrode portion, and the third electrode portion.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 액적분사장치는, 인쇄물의 일측 표면에 액적을 분사하는 액적분사장치에 있어서, 외부로부터 공급되는 액체 및 입자를 포함하는 유체를 일정량 수용하기 위한 챔버와, 상기 챔버로부터 연통되어 상기 챔버에 수용된 유체의 액적을 상기 인쇄물의 일측 표면에 분사하기 위한 적어도 하나의 노즐 및 상기 챔버와 노즐 중 적어도 어느 한 곳의 내측면에 상기 유체와의 전기적인 접촉을 위해 패터닝처리에 의해 마련된 제1전극부가 구비된 몸체부; 상기 노즐과 상기 인쇄물의 사이에 설치되되, 상기 노즐을 통해 상기 인쇄물의 일측 표면에 분사되는 액적이 관통되는 관통홀이 구비된 제2전극부; 상기 제1전극부와 제2전극부의 사이에 전압을 인가하는 전원부; 및 상기 전원부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. In the droplet ejection apparatus of the present invention for solving the above technical problem, a droplet ejection apparatus for injecting droplets on one surface of the printed matter, a chamber for accommodating a certain amount of fluid containing liquid and particles supplied from the outside; Patterning treatment for electrical contact with the fluid on at least one nozzle and at least one of the chamber and at least one of the chamber and the nozzle for injecting droplets of fluid communicated from the chamber and contained in the chamber to one surface of the printed matter. A body portion provided with a first electrode portion provided by; A second electrode part disposed between the nozzle and the printed material, the second electrode part having a through hole through which droplets sprayed on one surface of the printed material through the nozzle are provided; A power supply unit applying a voltage between the first electrode unit and the second electrode unit; And a control unit controlling the power supply unit.
여기서, 상기 몸체부는, 상측플레이트와 하측플레이트가 서로 맞닿도록 구성되되, 상기 하측플레이트의 상면에는 상기 챔버를 이루기 위한 장방형의 홈, 상기 장방형의 홈으로부터 하측 플레이트의 전면측으로 이어지도록 형성되어 상기 노즐을 이루기 위한 길이방향의 홈, 및 외부로부터 유체를 공급받을 수 있도록 상기 장방형의 홈에서 하방을 관통하도록 형성된 공급홀이 마련될 수 있다. Here, the body portion, the upper plate and the lower plate is configured to be in contact with each other, the upper surface of the lower plate is formed so as to extend from the rectangular groove to form the chamber to the front side of the lower plate from the rectangular groove to the nozzle Longitudinal grooves to achieve, and a supply hole formed to penetrate downward from the rectangular grooves so that the fluid can be supplied from the outside.
여기서, 상기 인쇄물의 타측 표면에서 이격되어 설치되는 제3전극부;를 더 포함할 수 있다. Here, the third electrode unit is spaced apart from the other surface of the printed matter; may further include.
여기서, 상기 전원부는 상기 제1전극부와 제3전극부의 사이에 전압을 인가할 수 있다. The power supply unit may apply a voltage between the first electrode portion and the third electrode portion.
여기서, 상기 제2전극부는 전극판 및 절연판이 교호적으로 적층되어 형성될 수 있다. The second electrode part may be formed by alternately stacking an electrode plate and an insulating plate.
이때, 상기 제1전극부와 상기 제2전극부의 각 전극판의 사이에 인가되는 전압은 상기 제어부에 의해 각각 개별적으로 제어될 수 있다. In this case, voltages applied between the electrode plates of the first electrode part and the second electrode part may be individually controlled by the controller.
여기서, 상기 제1전극부와 제2전극부의 사이에 인가되는 전압은, 직류펄스전압, 교류전압, 또는, 직류전압을 인가하면서 교류전압을 인가하는 전압 중 어느 하나가 될 수 있다. The voltage applied between the first electrode portion and the second electrode portion may be any one of a DC pulse voltage, an AC voltage, or a voltage for applying an AC voltage while applying a DC voltage.
여기서, 상기 노즐의 단부는 외측으로 돌출되어 형성될 수 있다. Here, the end of the nozzle may be formed to protrude outward.
여기서, 상기 노즐의 단부 표면에는 소수성 막이 도포 또는 코팅될 수 있다. Here, a hydrophobic film may be applied or coated on the end surface of the nozzle.
여기서, 상기 몸체부는 폴리머 재질로 이루어질 수 있다. Here, the body portion may be made of a polymer material.
여기서, 상기 몸체부는 하나의 챔버로부터 다수의 노즐이 연통되어 형성될 수 있다. Here, the body portion may be formed by communicating a plurality of nozzles from one chamber.
한편, 유체와의 전기적인 접촉을 위해 인쇄물의 일측에 마련된 제1전극부 및 상기 제1전극부와 함께 정전기장을 형성하여 상기 인쇄물의 일측 표면으로 액적을 분사하기 위해 상기 인쇄물의 일측 또는 타측에 마련된 제2전극부가 구비된 액적분사장치에 있어서, 상기 제1전극부와 제2전극부의 사이에 인가되는 전압은 직류펄스전압, 교류전압, 또는, 직류전압을 인가하면서 교류전압을 인가하는 전압 중 어느 하나가 될 수 있다. On the other hand, to form an electrostatic field together with the first electrode portion and the first electrode portion provided on one side of the printed material for electrical contact with the fluid and to spray the droplets on one surface of the printed material on one side or the other side In the droplet ejection apparatus provided with the second electrode portion, a voltage applied between the first electrode portion and the second electrode portion is a DC pulse voltage, an AC voltage, or a voltage for applying an AC voltage while applying a DC voltage. It can be either.
상술한 바와 같은 본 발명은, 노즐을 통해 분사되는 유체의 유면에 제어 가능한 정전기장을 인가하여, 상기 유체를 열적인 변화없이 액적(Droplet)의 형태로 분사시킬 수 있으며, 제1전극부, 제2전극부, 및 제3전극부를 통해 상기 분사되는 액적을 미세하게 제어할 수 있다는 이점이 있다. The present invention as described above, by applying a controllable electrostatic field to the surface of the fluid injected through the nozzle, it is possible to inject the fluid in the form of a drop (Droplet) without thermal changes, the first electrode portion, Advantageously, the sprayed droplets can be finely controlled through the second electrode portion and the third electrode portion.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 갖는 다수개의 액적분사장치를 소정 간격으로 배열함에 있어, 종래와 같은 여러 가지 열적인 문제들에 영향을 받지 않는바 고집적의 배열이 가능하다는 이점이 있다. In addition, in arranging a plurality of droplet ejection devices having a configuration according to an embodiment of the present invention at predetermined intervals, there is an advantage that a highly integrated arrangement is possible without being affected by various thermal problems as in the prior art. .
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다. The invention will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through embodiments of the present invention.
본 실시예에 따른 액적분사장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 크게, 제1전극부(130)가 구비된 몸체부(100), 제2전극부(140), 제3전극부(150), 전원부(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 6, the droplet ejection device according to the present embodiment is largely provided with a
상기 본체부는 챔버(110), 노즐(120), 제1전극부(130)를 포함하여 구성되며, 챔버(110)는 외부로부터 공급되는 액체 및 입자를 포함하는 유체를 일정량 수용하기 위한 부분이고, 노즐(120)은 챔버(110)로부터 연통되어 챔버(110)에 수용된 유체의 액적을 인쇄물(A)의 일측 표면에 분사하기 위한 부분이며, 제1전극부(130)는 챔버(110)와 노즐(120) 중 적어도 어느 한 곳의 내측면에 유체와의 전기적인 접촉을 위해 패터닝처리에 의해 마련된 부분이다. The main body part includes a
상기 제2전극부(140)는 노즐(120)과 인쇄물(A)의 사이에 설치되되, 노즐(120)을 통해 인쇄물(A)의 일측 표면에 분사되는 액적이 관통되는 관통홀(140h)이 구비된 부분이고, 상기 전원부(200)는 제1전극부(130)와 제2전극부(140)의 사이에 전압을 인가하는 부분이며, 상기 제어부(300)는 전원부(200)를 제어하는 부분이고, 상기 제3전극부(150)는 인쇄물(A)의 타측 표면에서 이격되어 설치되는 부분이다. The
*먼저, 몸체부(100)에 대하여 설명하도록 한다. First, the
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 몸체부(100)는 외부로부터 공급되는 액체 및 입자를 포함하는 유체를 일정량 수용하기 위한 챔버(110)와, 챔버(110)로부터 연통되어 챔버(110)에 수용된 유체의 액적을 인쇄물(A)의 일측 표면에 분사하기 위한 노즐(120) 및 챔버(110)의 내측면에 유체와의 전기적인 접촉을 위해 패터닝처리에 의해 마련된 제1전극부(130)를 포함하여 구성된다. 5 and 6, the
예컨대, 상기 몸체부(100)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상측 플레이트(100a)의 하면과 하측 플레이트(100b)의 상면이 맞닿아 부착되어 구성될 수 있으며, 상기 하측 플레이트(100b)의 상면에는 상측 플레이트(100a)의 하면과 맞닿음에 따라 챔버(110)를 이루기 위한 장방형의 홈이 형성됨과 동시에 노즐(120)을 이루기 위한 길이방향의 홈이 상기 장방형의 홈으로부터 이어져 하측 플레이트(100b)의 전면측으로 형성되고, 외부로부터 유체를 공급받을 수 있도록 상기 장방형의 홈에서 하측 플레이트(100b)의 하면으로 관통하는 공급홀(110h)이 형성된다. For example, the
한편, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상측 플레이트(100a)의 하면과 하측 플레이트(100b)의 상면이 맞닿아 부착되어 노즐(120)이 형성된 경우에, 노즐(120)의 단부가 외측으로 돌출되어 형성될 수 있도록 구성된다. 이처럼 노즐(120)의 단부가 외측으로 돌출되어 형성되는 것은 유체의 액면이 형성됨에 있어 더 큰 접촉각을 유지하여 액면의 안정성을 증진시킬 수 있도록 하기 위함이다. 6 and 9, when the lower surface of the
도 11은 표면에 단순히 노즐을 뚫은 장치(a)와 돌출되어 있는 노즐이 구비된 장치(b)에 맺힌 액면의 차이점을 보여주고 있으며 액면의 형상에 따른 전기장의 분포를 도시하고 있다. 액면의 곡면 반지름(R)이 작을수록 액면이 반구형에 가깝다는 것을 의미하는데, 액면의 곡면 반지름(R)이 작을수록 전기장의 세기가 크고 중앙에 집중하는 것을 알 수 있다. 따라서 돌출형 구조의 노즐이 제팅 관점에서 많은 이익을 준다고 할 수 있다. FIG. 11 shows the difference between the liquid level formed in the device (a) which simply drills the nozzle on the surface and the device (b) with the protruding nozzle and shows the distribution of the electric field according to the shape of the liquid surface. The smaller the surface radius (R) of the liquid level means that the liquid surface is closer to the hemispherical shape. The smaller the surface radius (R) of the liquid surface, the higher the intensity of the electric field and it can be seen that the concentration in the center. Therefore, it can be said that the nozzle of the protruding structure provides a lot of benefits in terms of jetting.
또한, 노즐(120)의 단부 표면에는 소수성 막이 도포 또는 코팅될 수 있으며, 예컨대, 산소 플라즈마 공정 또는 아르곤 및 산소 이온빔 공정을 통해 소수성 표면 이 형성되도록 할 수 있다. 이는, 노즐(120)의 단부 표면이 소수성 막으로 이루어져 노즐(120)을 통한 액적분사 시 유체의 초기 메니스커스(meniscus)의 형성이 효과적으로 일어나고, 반복적인 분사를 하더라도 분사 현상의 안정성 및 효율성이 증가되도록 하기 위함이다. In addition, a hydrophobic film may be applied or coated on the end surface of the
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 몸체부(100)는 하나의 챔버(110)로부터 다수의 노즐(120)이 연통되어 형성될 수 있으며, 상세하게는, 하측 플레이트(100b)에 챔버(110)를 이루기 위한 한 개의 장방형의 홈이 형성됨과 동시에 3개의 노즐(120)을 이루기 위한 3개의 길이방향의 홈이 상기 장방형의 홈으로부터 이어져 하측 플레이트(100b)의 전면측으로 각각 형성되고, 외부로부터 유체를 공급받을 수 있도록 상기 장방형의 홈에서 하측 플레이트(100b)의 하면으로 관통하는 공급홀(100h)이 형성하는 것이다. On the other hand, as shown in Figure 8 and 9, the
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 내측면에 유체와의 전기적인 접촉을 위해 패터닝처리에 의해 제1전극부(130)가 마련된다고 하였으나, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 노즐(120)의 내측면에 유체와의 전기적인 접촉을 위해 패터닝처리에 의해 제1전극부(130)가 마련될 수도 있음은 물론이다. 이러한 제1전극부(130)는 상측 플레이트(100a)의 하면에도 마련될 수 있다. Here, as shown in FIG. 5, although the
한편, 상기 몸체부(100)는 폴리머 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 이는, 다수의 액적분사장치가 이웃하여 배열되거나 도 8과 같이 하나의 챔버(110)에 다수의 노즐(120)이 형성된 경우에, 전기가 통하지 않는 폴리머 재질로 몸체부(100)를 형성함에 따라 이웃하여 배열된 액적분사장치 또는 다수의 노즐(120) 간 에 전기적인 간섭이 발생하지 않도록 하기 위함이다. On the other hand, the
한편, 상술한 몸체부(100)는 PDMS 몰딩(polydimethylsiloxane moldind) 방법을 이용하여 제작할 수 있다. On the other hand, the
다음으로, 제2전극부(140) 및 제3전극부(150)에 대하여 설명하도록 한다. Next, the
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2전극부(140)는 몸체부(100)의 노즐(120)과 인쇄물(A)의 사이에 설치되되, 노즐(120)을 통해 인쇄물(A)의 일측 표면에 분사되는 액적이 관통되는 관통홀(140h)이 구비된다. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the
상술한 바와 같이 구성된 제2전극부(140)와 몸체부(100)에 구비된 제1전극부(130)의 사이에는 후술하게 될 전원부(200)에 의해 전압이 인가되어, 챔버(110)에 공급된 유체가 노즐(120)로 분사되어 관통홀(140h)을 관통한 후 인쇄물(A)에 인쇄될 수 있게 된다. 상세하게는, 제1전극부(130)와 제2전극부(140)의 사이에 전압이 인가되면, 제1전극부(130)와 제2전극부(140)의 사이에 정전기장이 형성되고, 이에 따라 상기 유체에는 대향 전극인 제2전극부(140) 방향으로 작용하는 쿨롱의 힘(Coulomb's Force)이 작용하게 되어 액적이 노즐(120)을 통해 인쇄물(A)로 분사되는 것이다. A voltage is applied between the
이때, 제2전극부(140)는, 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 전극판(142) 및 절연판(144)이 교호적으로 적층되어 형성되고, 제1전극부(130)와 제2전극부(140)의 각 전극판(142)의 사이에 인가되는 전압은 상기 제어부(300)에 의해 각각 개별적으로 제어될 수 있으며, 이에 대해서는 전원부(200)와 제어부(300)에 대 한 설명시 상세하게 하도록 한다. In this case, as shown in FIGS. 7 and 10, the
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 챔버(110)로부터 다수의 노즐(120)이 연통되어 형성된 몸체부(100)의 경우에는, 각 노즐(120)과 대응하는 위치마다 제2전극부(140)를 마련하여 제1전극부(130)와 각각의 제2전극부(140)의 사이에 인가되는 전압을 각각 개별적으로 제어될 수 있도록 한다. 8 and 9, in the case of the
도 5 및 도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제3전극부(150)는 인쇄물(A)의 타측 표면에서 이격되어 설치되고, 제3전극부(150)와 제1전극부(130)의 사이에도 전압이 인가되며, 이처럼 제3전극부(150)와 제1전극부(130)의 사이에 전압이 인가됨에 따라 쿨롱의 힘(Coulomb's Force)이 더욱 크게 작용하게 되어 노즐(120)을 통해 분사된 액적의 직진성능이 증진될 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, 8, and 9, the
다음으로, 전원부(200)와 제어부(300)에 대하여 설명하도록 한다. Next, the
도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 전원부(200)는 제1전극부(130)와 제2전극부(140)의 사이, 제1전극부(130)와 제3전극부(150)의 사이에 전압을 인가하는 부분이고, 제어부(300)는 상기 전원부(200)를 제어하는 부분이다. As shown in FIG. 6 and FIG. 9, the
한편, 전술한 바와 같이, 상기 제어부(300)는 제1전극부(130)와 각 전극판(142)의 사이에 인가되는 전압을 개별적으로 제어하고, 제1전극부(130)와 각 제2전극부(140)의 사이에 인가되는 전압을 각각 개별적으로 제어함과 동시에 제1전극부(130)와 각 전극판(142)에 인가되는 전압을 각각 개별적으로 제어할 수 있다. On the other hand, as described above, the
예컨대, 제1전극부(130)와 노즐(120)에서 가까운 전극판(142)과의 전압, 제1 전극부(130)와 노즐(120)에서 먼 전극판(142)과의 전압이 서로 다르게 인가되면, 액적의 가속도가 +값 또는 -값을 갖도록 변화할 수 있는 것이다. 이처럼 액적의 가속도가 변함에 따라 인쇄물(A)에 인쇄되는 인쇄품질도 달라진다. 즉, 액적이 인쇄물에 충돌할 때의 충격량에 따라 패턴이 달라질 수 있으며, 단순한 문서 인쇄가 아닌 디스플레이, RFID, 솔라셀 등의 응용 분야에서의 패터닝은 라인의 균일도, 물결침(Waveness) 등에 의하여 많은 성능의 차이가 있을 수 있어 이에 대한 제어가 요구되는바, 액적의 형성 후 이의 속도를 제어한다면 보다 최적의 충돌과 인쇄를 기대할 수 있다. For example, the voltage between the
한편, 상기 제1전극부(130)와 제2전극부(140)의 사이에 인가되는 전압은, 직류펄스전압, 교류전압, 또는, 직류전압을 인가하면서 교류전압을 인가하는 전압 중 어느 하나로 구성될 수 있다. The voltage applied between the
직류전압의 연속적인 신호에 의하여 유체의 계면에 전하가 하전되고 계면의 접선방향으로 전하의 이동이 생기면서 계면 중앙부근에 정전기력의 집중이 생기면서 액적이 형성되어 토출될 수 있다. 다만, 인가되는 전압의 크기와 유체의 전기전도도, 표면장력계수, 점성도 등에 따라서 계면의 변화와 제팅모드가 다르게 되기 때문에 연속적인 신호일 경우에는 단일 액적이 형성되는 매우 제한된 조건에서만 액적을 생성·토출할 수 있다. The charge is charged at the interface of the fluid by the continuous signal of the direct current voltage, the charge is generated in the tangential direction of the interface, the concentration of the electrostatic force occurs near the center of the liquid droplets can be formed and discharged. However, since the change of interface and jetting mode are different according to the applied voltage, the electrical conductivity of the fluid, the surface tension coefficient, and the viscosity, the droplets can be generated and discharged only under very limited conditions where a single droplet is formed in the case of continuous signals. Can be.
이를 극복하기 위하여, 직류전압의 펄스를 가하면 한정된 시간에서만 정전기력을 액적의 계면에 작용하므로 원하는 시점에 원하는 개수의 액적을 생성·토출할 수 있으며, 연속젯(continuous jet) 또는 콘젯(Cone-jet)의 경우에도 연속젯을 절 단함으로써 액적을 형성할 수 있다. 그러나 이 경우에도 인가전압과 유체의 물리적 특성에 따른 최적조건을 인가하여야 효과적으로 액적을 생성할 수 있다. 즉, 원하는 시점에 원하는 개수의 액적을 생성하기 위해서는 유체의 특성에 따라 최적의 전압과 주파수의 펄스를 인가해야 한다. In order to overcome this problem, applying a pulse of DC voltage acts on the interface of the droplets for a limited time, so that the desired number of droplets can be generated and discharged at a desired time, and continuous jet or cone-jet can be used. Also in the case of the droplets can be formed by cutting the continuous jet. However, even in this case, droplets can be effectively generated by applying the optimum conditions according to the applied voltage and the physical characteristics of the fluid. That is, in order to generate a desired number of droplets at a desired time point, a pulse of an optimal voltage and frequency should be applied according to the characteristics of the fluid.
한편, 전기분무(electrospray) 연구에서 교류전압에 의해서도 유체 계면의 변화가 가능함이 보고되고 있다. 따라서 본 실시예에서는 이러한 교류전압을 이용한 액적의 생성, 토출을 제안한다. On the other hand, in the electrospray research, it is reported that the change of the fluid interface is possible even by the AC voltage. Therefore, the present embodiment proposes the generation and discharge of droplets using the AC voltage.
*더불어 전술한 액적 생성·토출의 효율과 효과를 증진시키기 위하여, 유체가 분무 또는 액적 생성이 되지 않는 범위의 직류전압을 인가하면서 특정주파수의 교류전압을 인가하면 해당 주파수에 비례하는 횟수로 액적이 생성·토출될 수 있으며, 보다 안정적인 최적조건을 제공할 수 있다. In addition, in order to enhance the efficiency and effect of the above-described droplet generation and discharging, if an AC voltage of a specific frequency is applied while applying a DC voltage in a range in which the fluid does not spray or generate droplets, It can be produced and discharged and can provide more stable optimum conditions.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many other obvious modifications can be made therein without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be interpreted by the appended claims to cover many such variations.
도 1 및 도 2는 종래의 열구동 방식의 액적분사 장치를 나타내는 예시도.1 and 2 is an exemplary view showing a conventional thermal drive type droplet injection device.
도 3 및 도 4는 종래의 정전기력 방식의 액적분사 장치를 나타내는 예시도.3 and 4 is an exemplary view showing a conventional electrostatic force droplet ejection apparatus.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하나의 노즐을 갖는 액적분사장치의 몸체부를 나타내는 사시도.Figure 5 is a perspective view showing a body portion of a droplet ejection apparatus having one nozzle according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액적분사장치를 나타내는 예시도. 6 is an exemplary view showing a droplet injection value according to an embodiment of the present invention.
도 7은 도 6의 A-A' 단면도. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 6.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 노즐을 갖는 액적분사장치의 몸체부를 나타내는 사시도.8 is a perspective view showing a body portion of a droplet ejection apparatus having a plurality of nozzles according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액적분사장치를 나타내는 예시도. 9 is an exemplary view showing a droplet injection value according to an embodiment of the present invention.
도 10은 도 9의 B-B' 단면도. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 9.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 액적분사장치의 돌출된 노즐의 효과를 설명하기 위한 도면. 11 is a view for explaining the effect of the projecting nozzle of the droplet ejection apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100:몸체부 100a:상측 플레이트100:
100b:하측 플레이트 110:챔버100b: lower plate 110: chamber
120:노즐 130:제1전극부120: nozzle 130: first electrode portion
140:제2전극부 142:전극판140: second electrode portion 142: electrode plate
144:절연판 150:제3전극부144: insulating plate 150: third electrode portion
200:전원부 300:제어부200: power supply unit 300: control unit
A:인쇄물A: Print
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