KR100864379B1 - 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 귀금속 와이어가 본딩된 소모성 카트리지와; 상기 카트리지의 탈부착이 가능하고, 카트리지가 고전압 에너지 전극부와 연결되도록 하는 카트리지 홀더부와; 상기 카트리지를 상하방향으로 이동시키는 카트리지 이동부와; 소모성 카트리지 전극에 부착된 상기 귀금속 와이어의 단선 여부를 감지하는 단선감지부와; 수중 플라즈마의 발생 시 발생하는 서지와 노이즈로부터 회로를 보호하기 위한 2단계 제어방식의 릴레이 스위치와 서지킬러가 포함되어 전기에너지의 충전과 방전을 제어하는 고전압 충방전부 및; 물컵에 일정량의 물이 채워져 있는지를 감지하는 물컵 무게감지부;로 구성되어, 가정에서도 용이하게 귀금속 나노콜로이드 수용액을 제조하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커에 관한 것으로서, 본 발명인 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커에 대해 대략 설명하면, 하부로는 물컵을 받치는 물받이가 형성되고, 그 상부로는 50㎛ 이하의 귀금속 와이어가 본딩된 소모성 카트리지를 탈부착하는 카트리지 홀더부가 물받이 상부로 상하이동할 수 있도록 카트리지 이동부와 연결됨으로써, 일정량의 물이 채워진 물컵을 상기 물받이 상부로 위치시킨 다음 상기 카트리지가 물컵 내부로 이동하면, 충전된 고밀도 에너지가 소모성 카트리지 내의 귀금속 와이어에 인가되어, 수중플라즈마에 의해 1 ∼ 50㎲의 짧은 시간 동안 금속증기 생성과 동시에 관성의 법칙과 핀치효과로 생성된 입계압을 초과하면서 폭발과 동시에 용매에 넓게 분산 및 급랭 되어, 귀금속 나노콜로이드를 용이하게 제조한다.

그리고 상기 물받이 하부로는 무게를 감지하는 압력센서가 구비됨으로써, 물컵에 일정량의 물이 채워져 있는지를 감지하여, 카트리지가 물속에 완전히 삽입되도록 일정량 이상의 물이 채워져야 작동하도록 하는 물컵 무게감지부를 형성하여, 안전성을 향상시킨다.

이와 같이 본 발명은 수중플라즈마방식으로 나노콜로이드의 제조 시 단선감지부와 고전압 충방전부를 통해 전기적 내구성과 안정성을 확보하여, 수중플라즈마 발생 시 생성되는 서지나 노이즈를 흡수 및 소멸시키고, 고밀도 전류의 누설을 막는 동시에 일정한 농도의 귀금속 나노콜로이드가 제조되도록 재현성을 확보하며, 본딩된 귀금속와이어를 사용해 소모품 원가비용을 줄이고, 물컵 상부를 밀폐하는 컵커버를 구비하여, 수중플라즈마 발생 시 생성되는 소음을 최소화하며, 사용자가 용이하고, 안전하게 한다.

나노콜로이드, 은, 금, 백금, 귀금속와이어, 볼본더, 웨지본더

Description

보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커 { noblemetal nano colloid maker }

도1은 본 발명의 실시예에 따른 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커의 전면도.

도2는 카트리지 홀더부가 상승한 도1의 A-A'부분의 단면도.

도3은 카트리지 홀더부가 하강한 도1의 A-A'부분의 단면도.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커의 평면도.

도5는 도4의 B-B'부분의 단면도.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 카트리지의 평면도.

도7은 도6의 C-C'부분의 단면도.

도8은 본 발명의 실시예에 따른 단선감지부와 고전압 충전부의 회로 구성도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1: 귀금속 나노콜로이드 메이커 10: 카트리지 11:카트리지 상부

12: 카트리지 하부 13: 전극 14: 돌기

15: 손잡이 20: 카트리지 홀더부 21: 교환스위치

30: 카트리지 이동부 31: 모터 32: 감속기어

33: 웜기어 34: 무빙가이드 35: 컵커버

36: 패킹 38: 상부센서 39: 하부센서

40: 물컵 무게감지부 41: 물받이 42: 압력센서

50: 단선감지부 51: 조작부 60: 고전압 충방전부

70: 케이스 80: 물컵 81: 용량표시부

본 발명은 귀금속 와이어가 본딩된 소모성 카트리지와; 상기 카트리지의 탈부착이 가능하고, 카트리지가 고전압 에너지 전극부와 연결되도록 하는 카트리지 홀더부와; 상기 카트리지를 상하방향으로 이동시키는 카트리지 이동부와; 소모성 카트리지 전극에 부착된 상기 귀금속 와이어의 단선 여부를 감지하는 단선감지부와; 수중 플라즈마의 발생 시 발생하는 서지와 노이즈로부터 회로를 보호하기 위한 2단계 제어방식의 릴레이 스위치와 서지킬러가 포함되어 전기에너지의 충전과 방전을 제어하는 고전압 충방전부 및; 물컵에 일정량의 물이 채워져 있는지를 감지하는 물컵 무게감지부;로 구성되어, 가정에서도 용이하게 귀금속 나노콜로이드 수용액을 제조하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커에 관한 것이다.

일반적으로 물질이 분자 또는 이온상태로 액체 중에 고르게 분산해 있는 것을 용액이라고 하는데, 이것에 대해서 보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1nm ∼ 100nm 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 응집하거나 침전하지 않고 분산된 상태를 콜로이드 상태라고 하며, 콜로이드 상태로 되어 있는 것 전체를 콜로이드(colloid)라고 한다.

최근 이러한 콜로이드는 각종 산업 및 생활용 소재로서 다양하게 사용되고 있으며, 그 중 은(Ag)이나 금(Au) 또는 백금(Pt) 등의 귀금속을 나노 크기의 콜로이드 수용액으로 제조하여 음용함으로써, 그 성분의 흡수성을 높여 건강을 증진시키는 방법이 사용되고 있다.

그러나 이러한 귀금속 나노콜로이드를 가정에서 제조하기 위해 현재 사용되고 있는 기술은 침지식 전기분해방식과 저항발열에 의한 수중플라즈마 방식이 대표적인데, 먼저, 침지식 전기분해 방식을 적용한 은(Ag) 나노콜로이드 제조장치의 경우, 양극과 음극의 두 개의 은봉을 일정 간격으로 이격시켜 용기에 격납하거나, 두 개의 판형 은전극을 대향 해 이격시켜 용기에 격납하는 간단한 형태로 구성하여, 상기의 전극을 증류수 등의 순수에 침적한 후 전기분해를 행함으로써, 은 나노콜로이드를 제조하지만, 250 ∼ 500CC의 물을 이용하여 은 나노콜로이드를 제조하는데 30 내지 60분 정도의 장시간이 소요되고, 전기분해 시 물에 다른 성분의 물질이 포함되어 있으면 함께 반응하여 불순물이나 침전물이 발생해, 반드시 증류수를 사용 해야하기 때문에, 증류수 제조장치를 따로 구비하거나, 증류수를 매번 구입해 경제성과 효율성이 떨어졌다.

게다가 이러한 전기분해 방식을 금(Au) 또는 백금(Pt) 나노콜로이드 제조장치에 적용할 경우, 각 재료의 소모성 전극이 매우 고가이고, 전기분해 특성상 일정시간을 사용하게 되면, 전극의 일부분이 국부적으로 소모되면서 떨어져 나가는 문제들로 인해, 상품화하지 못하고 있는 실정이다.

그리고 수중플라즈마 방식은 충전된 고밀도 에너지를 물 용매 내부로 삽입한 금속와이어에 인가하여, 1 ∼ 50㎲(micro second)의 짧은 시간에 저항 발열에 따른 수증플라즈마 발생을 유도하여 나노콜로이드를 제조하는 기술로써, 이 방식을 이용한 종래의 나노콜로이드 제조장치의 경우, 고밀도 에너지가 인가되는 각 고압 전극부에 금속와이어를 사용자가 손으로 직접 연결해 사용하는 방식인데, 이는 고압부 전극에 금속와이어를 고정하는 힘이 일정하지 않기 때문에, 접촉저항이 변하면서 저항발열 특성이 달라져, 생성되는 나노콜로이드 농도 재현성이 현저히 떨어지게 되고, 심지어는 접촉특성이 좋지 않아서 고밀도 전류가 물속으로 누설되어 나노콜로이드가 생성되지 않는 문제가 발생하기도 했다.

또한, 금속와이어의 직경이 0.1㎜ 이하를 사용할 경우, 소비자가 다루기 매우 어렵고, 끊어지기 쉬우며, 전극과의 고정이 어려운 등의 문제가 있으며, 직경이 0.1 ∼ 0.15㎜를 사용할 경우, 수중플라즈마에 도달하기 위해 높은 충전전압이 요구되기 때문에, 고압부 및 기타 전자부품의 가격이 매우 높아지고, 수㎄ 이상의 서지(surge: 전기 회로에서 전류나 전압이 순간적으로 크게 증가하는 충격성이 높은 펄스)와 노이즈(noise)의 영향으로 충방전부 회로의 고장과 파손 및 오동작 등의 문제가 발생할 가능성이 크며, 나노콜로이드 제조 시 발생하는 금속증기압의 증가로 높은 소음이 발생해 가정에서 사용하기에는 부적합해 이 역시 상품화되지 못하고 있다.

게다가 천공되어 있는 필름에 금속와이어가 코팅된 카세트 타입 방식의 경우, 필름에 금속와이어 코팅 시 전체 사용량의 30％ 이상이 필름 내부에 몰딩되어 사용할 수 없게 되고, 필름에 고정되어 있는 금속와이어를 고전압 전극에 공급 시 전극과 접촉되는 금속와이어와의 접촉저항이 커서, 고밀도 전류의 일부분만 인가되며, 나노콜로이드 제조 시 발생 되는 압력에 의해 롤이 느슨해지거나 풀릴 경우 고전압 전극과 접촉이 거의 이루어지지 않아, 물 용매로 고밀도 전류가 누설되어, 나노콜로이드가 제조되지 않는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 수중플라즈마방식으로 나노콜로이드의 제조 시 고전압 충방전부에 전기적 내구성과 안정성을 확보하여, 수중플라즈마 발생 시 생성되는 서지나 노이즈를 흡수 및 소멸 시키고, 금속와이어와 고전압 전극 간 접촉저항을 일정하게 유지하여, 고밀도 전류의 누설을 막는 동시에 일정한 농도의 귀금속 나노콜로이드가 제조되도록 재현성을 확보하며, 소모품 원가비용과 발생하는 소음을 최소화하고, 사용자가 용이하고, 안전하게 나노콜로이드를 제조할 수 있는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 귀금속 와이어가 본딩된 소모성 카트리지와; 상기 카트리지의 탈부착이 가능하고, 카트리지가 고전압 에너지 전극부와 연결되도록 하는 카트리지 홀더부와; 상기 카트리지를 상하방향으로 이동시키는 카트리지 이동부와; 소모성 카트리지 전극에 부착된 상기 귀금속 와이어의 단선 여부를 감지하는 단선감지부와; 수중 플라즈마의 발생 시 발생하는 서지와 노이즈로부터 회로를 보호하기 위한 2단계 제어방식의 릴레이 스위치와 서지킬러가 포함되어 전기에너지의 충전과 방전을 제어하는 고전압 충방전부 및; 물컵에 일정량의 물이 채워져 있는지를 감지하는 물컵 무게감지부;로 구성되어, 가정에서도 용이하게 귀금속 나노콜로이드 수용액을 제조하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커에 관한 것이다.

본 발명인 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커에 대해 대략 설명하면, 하부로는 물컵을 받치는 물받이가 형성되고, 그 상부로는 귀금속 와이어가 본딩된 소모성 카트리지를 탈부착하는 카트리지 홀더부가 물받이 상부로 상하이동할 수 있도록 카트리지 이동부와 연결됨으로써, 일정량의 물이 채워진 물컵을 상기 물받이 상부로 위치시킨 다음 상기 카트리지가 물컵 내부로 이동하면, 충전된 고밀도 에너지가 소모성 카트리지 내의 귀금속 와이어에 인가되어, 수중플라즈마에 의해 1 ∼ 50㎲의 짧은 시간 동안 금속증기 생성과 동시에 관성의 법칙과 핀치효과로 생성된 입계압을 초과하면서 폭발과 동시에 용매에 넓게 분산 및 급랭되어, 귀금속 나노콜로이드를 용이하게 제조한다.

이때, 상기 소모성 카트리지는 카트리지 상부와 카트리지 하부 및 대칭된 구조를 가지는 양극과 음극의 전극으로 각각 구성되는데, 먼저, 카트리지 하부에 양극과 음극의 전극을 삽입·고정한 다음 금속와이어를 양극과 음극에 각각 본딩(bonding)하여 카트리지를 구성한다.

그리고 상기 물받이 하부로는 무게를 감지하는 압력센서가 구비됨으로써, 물컵에 일정량의 물이 채워져 있는지를 감지하여, 카트리지가 물속에 완전히 삽입되도록 일정량 이상의 물이 채워져야 작동하도록 하는 물컵 무게감지부를 형성하여, 안전성을 향상시킨다.

이와 같이 구성되어, 가정에서도 용이하고, 안전하게 귀금속 나노콜로이드를 제조할 수 있는 본 발명인 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커를 각 도면에 도시한 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도1 내지 도3에 도시한 바와 같이 본 발명인 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)는 귀금속 와이어가 본딩된 카트리지(10)와, 상부로 상기 카트리지(10)의 탈부착 및 고전압 에너지 전극부가 연결되도록 하는 카트리지 홀더부(20)와, 측면으로 상기 카트리지 홀더부(20)를 상하로 이동시키는 카트리지 이동부(30)와, 하부로 물컵(80)을 얹는 물받이(41) 및 상기 물컵(80)의 무게를 감지하는 압력센서(42)로 이루어진 물컵 무게감지부(40)가 ‘ㄷ’형태의 케이스(70) 내부로 구성된다.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 우선, 도6 내지 도7에 도시한 바와 같이 상기 카트리지(10)는 카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12) 및 한 쌍의 대칭구조를 갖는 ‘E’형태의 전극(13)으로 구성되는데, 이를 이용한 카트리지(10)의 제조공정은, 전면으로 라운드 형상으로 홈이 파인 손잡이(15)가 형성되고, 측면으로 다수개의 돌기(14)가 형성된 카트리지 하부(12) 측면으로 한 쌍의 전극(13)을 마주보도록 고정한 다음, ‘E’형태를 가지는 전극(13)의 가운데로 돌출된 부분으로 각각 금속와이어를 본딩한 후 동일한 형태의 카트리지 상부(11)를 카트리지 하부(12)와 후크방식 또는 초음파 융착방식으로 결합한다.

상기와 같이 전면으로 손잡이(15)를 각각 형성함으로써, 사용이 용이하게 하고, 측면으로 다수의 돌기(14)가 형성되어, 카트리지 홀더부(20)에 삽입된 카트리지(10)가 유동하거나 이탈하는 것을 방지한다.

그리고 카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12)의 표면으로는 다수개의 구멍이 천공됨으로써, 수중플라즈마 생성 시 발생하는 압력에 의해 나노콜로이드가 물에 잘 분산되도록 한다.

이때, 바람직하게는 상기 본딩되는 금속와이어는 10 ∼ 50㎛의 직경에, 20 ∼ 60㎜의 길이를 가지도록 하고, 전극(13)의 재질은 은(Ag)이나 황동에 금(Au) 또는 백금(Pt)을 코팅한 것을 사용하며, 카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12)는 실온에서 무독성인 폴리카보네이트(polycarbonate) 재질을 사용하여, 인체에 무해하도록 한다.

그리고 상기 귀금속 와이어의 본딩 시 반도체 공정장비인 볼본더(ball-bonder) 또는 웨지본더(wedge-bonder)를 사용함으로써, 금속와이어를 빠르고, 손쉽게 핸들링하고, 금속와이어와 전극(13) 간의 본딩 시 온도와 압력 및 초음파 등을 제어함으로써, 두 접촉면에 금속 간의 이동이 이루어져 결합해, 접촉저항이 균일하고, 이물질 및 불순물 등의 유입을 사전에 방지하며, 본딩된 금속와이어 전체가 수중플라즈마에 의해 나노콜로이드로 변하여, 금속와이어의 손실이 없게 한다.

그리고 상기 ‘E’형태를 가지는 전극(13)의 양측면으로 돌출된 부분은 카트리지 홀더부(20)에 상기 카트리지(10)의 장착 시 고압부의 전극과 각각 동시에 접 촉되는 밀착형 구조를 가짐으로써, 접촉저항을 동일하게 유지하여, 항상 일정한 농도의 귀금속 나노콜로이드가 제조되도록 재현성을 확보한다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 이러한 귀금속 와이어의 본딩 시 카트리지 전극과 금속와이어의 접촉면적을 넓히고, 에너지 효율의 극대화를 위해, 10 ∼ 50㎛의 직경에 40㎜의 길이를 가지는 귀금속와이어를 카트리지(10)의 전극(13)인 음극과 양극에 최소 10㎜씩 일정한 간격을 두고 4번에 나누어 본딩할 수도 있다.

다음으로, 도2 내지 도3에 도시한 바와 같이 카트리지 홀더부(20)는 상기 카트리지(10)를 삽입해 고정하고, 상기 삽입된 카트리지(10)의 각 전극(13)에 고밀도 전류를 인가하는 고압부 전극이 접하도록 고전압 전극부(미도시)가 형성되며, 이러한 카트리지 홀더부(20)는 상부에 일체로 형성된 카트리지 이동부(30)에 의해 상하방향으로 이동 가능하도록 형성된다.

그리고 케이스(70) 외측으로는 도4에 도시한 바와 같이 카트리지 홀더부(20)를 하부로 이동시켜, 내부에 삽입되어 고정된 카트리지(10)를 분리 및 교환한 다음 다시 카트리지 홀더부(20)를 다시 상부로 이동시키는 교환스위치(21)가 더 구비된다.

상기 카트리지 이동부(30)는 도2 내지 도3에 도시한 바와 같이 카트리지 홀 더부(20)를 상하이동시키는 동시에 나노콜로이드 생성 시 발생하는 소음을 최소화하는 방음기능을 동시에 가지도록 구성되는데, 상부로 형성된 모터(31)는 감속기어(32)와 연결되어, 모터(31)의 작동에 의해 감속기어(32)가 회전하면서, 이에 연결된 웜기어(33)가 동시에 회전해, 상기 웜기어(33)에 연결된 무빙가이드(34)가 웜기어(33)를 따라 상부 또는 하부로 이동하면서, 상기 무빙가이드(34) 하부에 일체로 형성된 카트리지 홀더부(20)가 함께 이동한다.

그리고 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)의 작동 시 소음을 최소화하여, 가정에서 사용하기에 더욱 적합하도록 하는 본 발명의 또 다른 실시예로써, 상기 감속기어(32)에 의한 구동소음을 최소화하기 위해서는, 감속기어(32) 대신 V벨트(미도시)를 이용함으로써, 웜기어(33)를 작동하도록 구성을 변경할 수도 있다.

이때, 카트리지 홀더부(20)의 편심이나 처짐을 막기 위해서 무빙가이드(34)가 움직이는 지지대(37) 측면에 다수개의 가이드홀(미도시)을 형성하거나, 웜기어(33)와 대칭되는 위치에 리니어 부싱(미도시)을 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 나노콜로이드 생성 시 발생하는 소음을 최소화하기 위해서는 도3에 도시한 바와 같이 무빙가이드(34)가 웜기어(33)를 주축으로 하부로 이동하다가 카트리지 홀더부(20) 측면을 따라 상하로 이동 가능하도록 형성된 컵커버(35)를 누름으로써, 컵커버(35)가 하부로 이동하면서 컵커버(35) 하부를 따라 형성된 패킹(36)이 물컵(80) 상부를 막아 소음이 발생하는 것을 방지한다.

특히, 카트리지 홀더부(20)와 컵커버(35)가 동일하게 상하로 이동하게 되면, 카트리지 홀더부(20)가 항상 컵커버(35) 내측으로 위치하게 되어, 카트리지(10)의 탈부착할 수 없기 때문에, 카트리지 홀더부(20)가 일정거리 이상 하부로 이동한 후에 컵커버(35)가 눌러져 하부로 이동하도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고 도5에 도시한 바와 같이 카트리지 홀더부(20)의 이동거리 및 정지 여부를 확인하기 위해, 무빙가이드(34)의 상부 및 하부로는 각각 상부센서(38)와 하부센서(39)가 구비되어, 상부 또는 하부로 일정거리 이동한 무빙가이드(34)가 정지하도록 한다.

다음으로, 도2 내지 도3에 도시한 바와 같이 상기 물컵 무게감지부(40)는 상부로 물컵(80)이 얹어지는 물받이(41)와 그 하부로 물컵(80) 내에 일정량의 물이 채워져 있는지 감지하는 압력센서(42)로 구성되는데, 귀금속 나노콜로이드를 제조할 경우, 귀금속와이어가 장착된 카트리지(10)가 항상 물속에 있는 상태에서 고전압 전극부를 통해 고밀도 전류가 인가되어야만 수중플라즈마가 발생해, 나노콜로이드가 안전하게 제조되기 때문에, 물컵(80) 내에는 카트리지(10)가 하부로 이동하는 높이 이상으로 물이 채워져 있어야 한다.

만약, 물의 양이 부족하거나, 물이 들어있지 않은 경우, 카트리지(10)에 고밀도 전류가 인가되면, 공기 중에서 플라즈마가 발생하게 되어, 나노증기 상태로 사라져버리게 되고, 소음 또한 크게 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있어, 이를 방지하기 위해, 압력센서(42)에 의해 일정무게 이상이 되어야 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)가 작동하도록 구성한다.

마지막으로, 도8에 도시한 바와 같이 케이스(70) 내부로는 단선감지부(50)와 고전압 충방전부(60)가 형성되는데, 단선감지부(50)는 단선감지 스위치, 마이크로 프로세서가 내장된 MPU, 단선감지용 전원, 회로보호용 서지킬러로 구성되어, 카트리지(10) 내의 전극(13)에 부착된 귀금속와이어의 단선여부를 감지하고, 고전압 충방전부(60)는 수중플라즈마 발생 시 발생하는 서지와 노이즈로부터 회로를 보호하기 위한 각각의 서지킬러가 포함된 충전스위치, 콘덴서, 방전스위치, 고압전극부, AC입력으로 구성되어 전기에너지의 충전과 방전을 제어한다.

이를 통한 작동방법은 상기 카트리지(10)가 장착된 카트리지 홀더부(20)의 동작 시 먼저, 단선감지용 전원을 이용해서 마이크로 프로세서가 내장된 MPU(Micro Processor Unit)가 카트리지(10) 내부의 전극에 본딩되어 있는 금속와이어의 단선여부를 감지한 후 만일, 단선이 되어있으면 MPU에 내장된 스피커나 엘이디(LED) 등을 통해 카트리지(10)의 교환을 음성이나 불빛으로 알려주고, 만일, 단선이 되지 않았으면, AC입력 전원을 통해 정류되어 일정한 전압으로 승압된 전압이 충전스위 치가 턴온(turn-on)되면서 콘덴서에 충전된 후 카트리지(10)가 카트리지 이동부(30)에 의해 물속에 완전히 잠긴 신호를 하부센서(39)를 통해 받게 되면, 충전스위치가 턴오프(turn-off)되고, 방전스위치가 턴온하면서 카트리지 홀더부(20)에 있는 고압부 전극을 통해 전극(13)에 고밀도 전류가 인가되어 나노콜로이드가 제조되도록 한다.

즉, 나노콜로이드 생성 시 발생하는 서지와 노이즈로부터 회로를 보호하기 위하여, 각각의 단선감지스위치, 충전스위치, 방전스위치를 순차적으로 턴온·턴오프시킴과 동시에 서지킬러를 스위치 외부에 각각 병렬로 구성한다.

그리고 카트리지(10)를 원형 중심부에 공통으로 사용할 수 있는 양극 전극을 삽입하고, 원형 바깥부분에 다수의 음극 전극을 일정한 간격으로 삽입하여, 다수의 귀금속와이어가 장착된 원형타입의 카트리지로 형성할 경우, 본딩된 금속와이어의 수만큼 반복적으로 귀금속 나노콜로이드를 제조하는 것도 가능한데, 이때, 금속와이어의 수가 늘어난 만큼 카트리지 단선감지부의 단선감지 스위치와 서지킬러도 수가 늘어나도록 회로를 구성하고, 또한, 방전스위치와 고압전극부의 음극의 수도 동일하게 늘어나도록 회로를 구성하면, 장착된 귀금속와이어의 수만큼 연속적으로 나노콜로이드의 제조하거나, 한번에 귀금속와이어를 다수 번 수중폭발시켜 고농도의 나노콜로이드를 제조할 수 있다.

여기서, 나노콜로이드를 연속으로 제조 시 충전스위치는 처음 턴온한 후 나노콜로이드 제조가 완료되면 턴오프 하도록 회로와 프로그램을 구성함으로써, 하나만 사용해도 무방하다.

이와 같은 구성을 가지는 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)는 일측으로 조작부(51)가 형성되어, 카트리지(10)의 상하이동 및 고밀도 전류의 인가에 의한 나노콜로이드 제조를 제어하도록 하는 동시에 카트리지(10)의 교환 및 물컵(80) 내에 일정량의 물이 들어있는지 여부를 표시하도록 한다.

그리고 물컵(80)은 컵커버(35)의 둘레와 같은 크기로 형성되어, 패킹(36)을 통해 물컵(80)의 상부가 완벽하게 밀폐되어, 나노콜로이드 제조 시 발생하는 소음을 최소화하고, 물컵(80)의 일정높이를 표시하는 용량표시부(81)를 더 표시하여, 물컵(80) 내로 채워질 물의 적정량을 용량표시부(81)를 통해 쉽게 알 수 있도록 한다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명인 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)의 작동방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 케이스(70)의 물컵 무게감지부(40)에서 물컵(80)을 외부로 꺼내고, 교환스위치(21)를 누르면, 카트리지 이동부(30)의 모터(31)에 의해 감속기어(32)와 웜기어(33)가 연쇄적으로 작동하여 무빙가이드(34)와 카트리지 홀더부(20)가 하부로 일정거리 이동하다가 하부센서(39)에 감지되어 정지하게 된다.

그러면, 카트리지 홀더부(20) 내로 카트리지(10)를 삽입·고정한 다음, 다시 교환스위치(21)를 누르면, 카트리지 이동부(30)의 모터(31)가 반대로 작동하고, 감속기어(32)와 웜기어(33)가 다시 연쇄적으로 작동하여 무빙가이드(34)와 카트리지 홀더부(20)가 상부로 일정거리 이동하다 상부센서(38)에 감지되어 정지하게 된다.

다음으로, 물컵(80)에 물을 용량표시부(81)까지 채운 다음 물받이(41) 상부로 물컵(80)을 위치시키면, 압력센서(42)에 의해 감지된 물컵(80) 내의 물이 일정량 이상 차 있는지 여부가 조작부(51)에 표시되어, 작동준비가 완료된다.

이러한 준비상태가 완료되고, 나노콜로이드 제조를 위해 조작부(65)를 작동시키면, 단선감지부(50)가 카트리지(10)의 단선여부를 감지하고, 이상이 없을 시 바로 충전스위치가 턴온되면서, AC입력전원을 통해 정류되어, 일정한 전압으로 승압된 전압이 콘덴서에 충전됨과 동시에 카트리지 이동부(30)에 의해 카트리지 홀더부(20)에 고정된 카트리지(10)가 하부로 이동하고, 하부센서(39)를 통해 일정거리 이동이 완료된 신호를 받으면, 카트리지 이동부(30)가 정지하면서 충전스위치가 턴오프되고, 곧바로 방전스위치가 턴온하면서 카트리지 홀더부(20)에 있는 고압부 전극을 통해 카트리지(10) 내부의 귀금속와이어가 고밀도 전류에 의해서 수중플라즈 마를 거쳐 나노콜로이드를 제조하도록 한다.

이때, 상기 카트리지 홀더부(20)가 하부로 이동 시 컵커버(35)가 동시에 하부로 이동하여, 패킹(36)이 물컵(80) 상부면을 완전히 밀착해 누름으로써, 수중플라즈마 발생 시 생성되는 소음을 완벽하게 차음한다.

이러한 일련의 동작이 완료되면, 카트리지 이동부(30)는 다시 상부로 이동하고, 상부센서(38)를 통해 일정거리 이동이 완료된 신호를 받으면, 스피커 또는 표시등 등을 통해 나노콜로이드 제조가 완료되었음을 사용자에게 알린다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 카트리지(10)에 장착되는 금속와이어는 10 ∼ 50㎛의 직경에, 20 ∼ 60㎜의 길이로 이루어지는 것이 바람직하며, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) 등의 귀금속 종류에 따라 차이는 있지만, 1,000 ∼ 1,300V의 전압에 10 ∼ 100㎌의 콘덴서 충전용량 내에서 정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법을 통해 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)를 구성함으로써, 작은 크기에, 빠르고, 안정적으로 귀금속 나노콜로이드를 제조할 수 있고, 카트리지(10)를 교환하는 용이한 방법으로 귀금속 나노콜로이드를 수회 제조할 수 있어, 가정 등에서도 손쉽게 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 의해 한정되어 있지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이와 같이 본 발명은 수중플라즈마방식으로 나노콜로이드의 제조 시 단선감지부와 고전압 충방전부를 통해 전기적 내구성과 안정성을 확보하여, 수중플라즈마 발생 시 생성되는 서지나 노이즈를 흡수 및 소멸시키고, 고밀도 전류의 누설을 막는 동시에 일정한 농도의 귀금속 나노콜로이드가 제조되도록 재현성을 확보하며, 본딩된 귀금속와이어를 사용해 소모품 원가비용을 줄이고, 물컵 상부를 밀폐하는 컵커버를 구비하여, 수중플라즈마 발생 시 생성되는 소음을 최소화하며, 사용자가 용이하고, 안전한 효과를 가진다.

Claims (18)

1. 귀금속 나노콜로이드 제조장치에 있어서,

   내부로 금속와이어가 본딩된 전극(13)이 고정된 카트리지(10)와;

   상기 카트리지(10)를 삽입·고정하는 동시에, 상기 전극(13)에 고압부 전극이 접하도록 고전압 전극부가 형성된 카트리지 홀더부(20)와;

   상기 카트리지 홀더부(10)를 상하로 이동시키는 카트리지 이동부(30)와;

   상기 카트리지(10) 내의 전극(13)에 부착된 금속와이어의 단선여부를 감지하는 단선감지부(50)와;

   수중플라즈마 발생 시 발생하는 서지와 노이즈로부터 회로를 보호하고, 전기에너지의 충전과 방전을 제어하는 고전압 충방전부(60)와;

   물컵(80)을 얹는 물받이(41)가 형성되고, 그 하부로는 상기 물컵(80)의 무게를 감지하는 압력센서(42)로 이루어진 물컵 무게감지부(40)로 구성되고;

   케이스(70) 상부로 상기 카트리지 홀더부(20)가 구비되고, 그 측면으로는 카트리지 이동부(30)가 구비되며, 케이스(70) 하부로는 물컵 무게감지부(40)가 구비되고, 케이스(70) 내부로 단선감지부(50) 및 고전압 충방전부(60)가 구비된 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)를 형성함으로써,

   용이하게 나노콜로이드의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 카트리지(10)는,

   카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12)로 각각 구성되고;

   상기 카트리지 하부(12)의 양측면으로는 대칭구조를 가지는 ‘E’형상의 전극(13) 한 쌍이 각각 고정되며;

   상기 각 전극(13)의 중앙으로 돌출된 부위로 금속와이어가 본딩된 다음 그 상부로 카트리지 상부(11)가 결합한 형태로 구성되고;

   상기 전극(13)의 양측면으로 돌출된 부위는 카트리지 홀더부(20)의 고전압 전극부에 접하도록 형성함으로써,

   카트리지(10) 내부의 전극(13)에 의해 나노콜로이드의 제조를 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 금속와이어는,

   백금(Pt) 재질에 10 내지 50㎛의 직경에, 20 내지 60㎜의 길이를 가지고;

   상기 전극(13)은,

   재질이 은(Ag), 또는 금(Au)이 코팅된 황동, 또는 백금(Pt)이 코팅된 황동 중 하나가 선택적으로 사용됨으로써,

   백금 나노콜로이드의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 금속와이어는,

   금(Au) 재질에 10 내지 50㎛의 직경에, 20 내지 60㎜의 길이를 가지고;

   상기 전극(13)은,

   재질이 은(Ag), 또는 금(Au)이 코팅된 황동, 또는 백금(Pt)이 코팅된 황동 중 하나가 선택적으로 사용됨으로써,

   금 나노콜로이드의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 금속와이어는,

   은(Ag) 재질에 10 내지 50㎛의 직경에, 20 내지 60㎜의 길이를 가지고;

   상기 전극(13)은,

   재질이 은(Ag), 또는 금(Au)이 코팅된 황동, 또는 백금(Pt)이 코팅된 황동 중 하나가 선택적으로 사용됨으로써,

   은 나노콜로이드의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12)는,

   폴리카보네이트 재질로 형성됨을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 금속와이어는,

   볼본더(ball-bonder) 또는 웨지본더(wedge-bonder)를 선택적으로 이용해 본딩함으로써,

   금속와이어를 균일하게 본딩하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 카트리지 이동부(20)는,

   모터(31)가 감속기어(32)와 연결되고;

   상기 감속기어(32)에 연결된 웜기어(33)가 카트리지 홀더부(20)와 일체로 형성된 무빙가이드(34)와 연결됨으로써;

   모터(31)의 작동으로 카트리지 홀더부(20)를 상하방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 무빙가이드(34) 하부로는,

   카트리지 홀더부(20) 측면을 따라 상하로 이동 가능한 컵커버(35)가 형성되고;

   상기 컵커버(35) 하부로는 패킹(36)이 형성됨으로써,

   수중플라즈마 발생 시 소음이 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 무빙가이드(34)는,

    상부 및 하부로 각각 상부센서(38)와 하부센서(39)를 구비함으로써,

    상부 또는 하부로 일정거리 이동한 무빙가이드(34)가 정지하도록 하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 단선감지부(50)는,

    단선감지 스위치, 마이크로 프로세서가 내장된 MPU, 단선감지용 전원, 회로보호용 서지킬러로 구성됨으로써,

    전극(13)에 부착된 금속와이어의 단선여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 고전압 충방전부(60)는,

    서지킬러가 포함된 충전스위치, 콘덴서, 방전스위치, 고압전극부, AC입력으로 구성됨으로써,

    전기에너지의 충전과 방전을 2단계 릴레이 스위치 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 카트리지(10)는,

    원형의 형태를 가지고;

    중심부에 공통으로 사용할 수 있는 양극 전극을 삽입하며;

    바깥부분에 다수의 음극 전극을 일정한 간격으로 삽입함으로써,

    본딩된 금속와이어의 수만큼 반복적으로 귀금속 나노콜로이드를 제조하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 단선감지부(50)는,

    상기 금속와이어와 동일한 개수의 단선감지 스위치 및 서지킬러를 가지고;

    상기 고전압 충방전부(60)는,

    상기 금속와이어와 동일한 개수의 고압전극부의 음극 및 방전스위치를 가짐으로써,

    하나의 카트리지(10)를 이용해 연속적으로 귀금속 나노콜로이드의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
15. 제 1항에 있어서,

    상기 카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12)는,

    각각 표면으로 다수개의 구멍이 천공됨으로써,

    수중플라즈마 생성 시 발생하는 압력에 의해 나노콜로이드가 물에 잘 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 카트리지 상부(11)와 카트리지 하부(12)는,

    전면으로 라운드 형상으로 홈이 파인 손잡이(15)를 각각 형성하고;

    측면으로 다수의 돌기(14)를 각각 형성함으로써,

    사용이 용이하고, 카트리지 홀더부(20)에 삽입된 카트리지(10)의 유동 및 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
17. 제 1항에 있어서,

    상기 귀금속 나노콜로이드 메이커(1)는,

    일측으로 카트리지(10)의 상하이동 및 고밀도 전류의 인가에 의한 나노콜로이드 제조를 제어하도록 하는 동시에 카트리지(10)의 교환 및 물컵(80) 내에 일정량의 물이 들어있는지 여부를 표시하도록 하는 조작부(51)를 형성함으로써,

    귀금속 나노콜로이드 메이커(1)의 사용을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.
18. 제 1항에 있어서,

    케이스(70) 외측으로는,

    카트리지 홀더부(20)를 상부 및 하부로 이동시키는 교환스위치(21)가 더 구비됨으로써,

    카트리지(10)의 교환을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 보급형 귀금속 나노콜로이드 메이커.

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