KR101756465B1 - 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치 - Google Patents

유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체가 내부에 수용되며 유체가 내외부로 출입되는 통로를 제공하는 배출노즐이 구비되는 주사기본체; 상기 주사기본체의 내부에 삽입되며 외력에 의한 직선 왕복운동으로 유체를 상기 주사기본체의 내외부로 출입시키는 피스톤; 상기 주사기본체 내의 유체에 함유된 입자의 응집으로 인한 침전을 방지하기 위해 유체에 초음파를 발산하여 진동시키는 진동자; 상기 피스톤에 형성되며 상기 진동자의 일부분이 상기 주사기본체 내의 유체에 노출된 상태로 상기 피스톤과 분리가능하게 결합되는 진동자홀더; 및 상기 진동자에 연결되며 상기 진동자에 전원을 공급하고 상기 진동자의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하여 구성되어,
주사기본체 내에 진동자를 설치하여 주사기본체 내의 유체에 초음파를 통한 진동을 일으켜서 균일한 믹싱 및 진동자를 피스톤에 형성되는 진동자홀더에 삽입하여 사용하므로 취급이 간단하고 편리하며 안전한 사용이 가능하고, 진도자의 혼을 티타늄으로 제작하여 내구성이 뛰어나며, 컨트롤러를 통해서 진동자에 발생하는 초음파의 주파수를 제어하여 유체의 원활한 믹싱을 유도할 수 있다.

Description

유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치{ULTRASONIC INJECTION DEVICE HAVING UNIFORM DISPERSION OF THE FLUID}
본 발명은 인체삽입용 의료기기 표면 코팅을 위한 주사기 내부의 침전을 방지하기 위하여 syringe내 물질의 효과적인 용해를 돕는 초음파의 주파수와 강도를 가변 가능한 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스 또는 평판 디스플레이(FPD; flat panel display)의 제조공정에서는 피처리기판(실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판)상의 특정 기능을 수행하는 박막, 예를 들면, 산화 박막, 금속 박막, 반도체 박막 등이 원하는 형상으로 패터닝(patterning)되도록 광원과 반응하는 감광액(sensitive material)을 상기 박막상에 도포하는 공정이 수행된다.
이처럼, 피처리기판의 박막에 소정의 회로패턴이 구현되도록 감광액을 도포하여 감광막 코팅하고, 회로패턴에 대응하여 상기 감광막을 노광하며, 노광된 부위 또는 노광되지 않은 부위를 현상처리하여 제거하는 일련의 과정을 사진공정 또는 포토리소그래피(Photolithography)공정이라 한다.
상기 사진공정에서는 감광막이 소정 두께로 균일하게 생성되어야 제조공정 중 불량이 발생되지 않는다. 예를 들어, 감광막이 기준치보다 두껍게 생성될 경우 박막 중 원하는 부분이 식각되지 않을 수 있고, 감광막이 기준치 보다 얇게 생성될 경우 박막이 원하는 식각량보다 더 많이 식각될 수 있다. 이처럼 피처리기판에 균일한 두께의 감광막을 생성하려면, 우선 피처리기판에 감광액을 균일한 두께로 도포하는 것이 중요하다.
이에 유리 기판의 경우, 기판을 정반(surface plate)에 지지한 상태에서 감광액을 배출을 위한 슬릿(slit)이 형성된 노즐을 기판을 따라 주행시키고, 상기 슬릿을 통해서는 기판 표면에 일정두께로 감광액을 도포하는 방식인 스핀리스 코팅(spinless coating)법 또는 슬릿 코팅(slit coating)법이 주로 사용된다.
일반적인 종래의 시린지 펌프는 약액을 흡입하고 토출시키는 과정에서 그 체적변화에 따른 외압 또는 내압이 씰링부재(320)에 직접적으로 가해져 씰링부재의 터짐 또는 들뜸이 발생되는 문제가 있고, 이 경우 실린더 내부로 에어가 유입되어 이를 통해 배출되는 감광액에 다량의 기포가 포함될 수 밖에 없었다.
더욱이, 플런져의 왕복에 따라 플런져와 긴밀히 접한 씰링부재 마모가 발생했을 경우에, 그 마모로 인해 발생한 미세한 파티클(particle)들이 상기 실린더 내부 공간으로 유입될 수 밖에 없는 구조이어서, 유입된 미세한 파티클들이 실린더 내부에 퇴적되면 실린더 토출구가 막히거나 감광액과 함께 슬릿 노즐로 제공되어 도포 불량의 원인이 된다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위한 예가 선행기술 대한민국 실용신안출원 제20-2010-0013555호 `시린지 펌프`에서 개시 되었다.
종래기술의 시린지 펌프는 플런져의 이동과 연동하여 수축/팽창되는 탄성격막을 실린더 내부에 배치하여 감광액이 유입/정체되는 실린더 내부공간과 씰링부재 사이를 단절시킨 것을 구성의 요지로 하며, 이러한 본 고안에 의하면, 탄성격막을 통한 실린더 내부공간과 씰링부재의 단절로 인하여, 감광액을 흡입하고 토출시키는 과정에서 실린더 내부의 체적변화 시 씰링부재에 압이 가해지지 않으며, 탄성격막 배치로 인하여 플런져와 긴밀히 접하는 씰링부재 마모에 의한 미세한 파티클(particle)들이 상기 실린더 내부공간으로 유입되는 것을 원천 차단할 수 있는 장점을 가진다.
한편, 최적화 조건에서 최적의 기능성을 가진 의료용 코팅을 위한 초음파주사기를 규명하는 기초기술연구와 이를 응용하는 부분에 있어 가장 중요한 요건으로 기존의 초음파가 없는 syringe pump의 경우 관에서의 mixing이 없어 침전의 가능성이 농후하고, 일정치가 않다.
또한, 용액의 성질, 생체재료의 다양성 등 여러 외부적인 요건 및 환경에 따라 최적의 코팅공정을 구현하는데 어려움이 있고, 의료용 생체재료 표면에 코팅을 위한 기존의 syringe pump의 경우 코팅 분사의 균일함이나 유량의 정확성, pump control, 기계 및 외부적인 관점에서 해결해야 할 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 syringe pump에 초음파기능이 구비된 ultrasonic syringe pump(초음파주사기)의 연구개발을 통하여 시스템을 구축해 기존의 syringe pump의 단점을 보완하고자 한다.
대한민국 공개실용신안번호 제 20-2009-0005431호(발명의 명칭: 시린지 펌프)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 초음파로 인한 mixing이 이루어져 용액의 침전가능성이 없으며, 분사되는 코팅이 균일하고 유량이 정확한 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 유체의 균일한 믹싱이 가능하도록 설정된 범위의 주파수를 설정하여 제공하는 기능이 구비된 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치는, 유체가 내부에 수용되며 유체가 내외부로 출입되는 통로를 제공하는 배출노즐이 구비되는 주사기본체; 상기 주사기본체의 내부에 삽입되며 외력에 의한 직선 왕복운동으로 유체를 상기 주사기본체의 내외부로 출입시키는 피스톤; 상기 주사기본체 내의 유체에 함유된 입자의 응집으로 인한 침전을 방지하기 위해 유체에 초음파를 발산하여 진동시키는 진동자; 상기 피스톤에 형성되며 상기 진동자의 일부분이 상기 주사기본체 내의 유체에 노출된 상태로 상기 피스톤과 분리가능하게 결합되는 진동자홀더; 및 상기 진동자에 연결되며 상기 진동자에 전원을 공급하고 상기 진동자의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진동자는, 상기 진동자홀더의 전면부에 형성된 홀을 관통하도록 일단에 돌출 형성되어 상기 홀을 통해서 상기 주사기본체의 내부를 향하여 노출되고 상기 주사기본체 내의 유체에 초음파를 전파하여 진동시키는 혼; 상기 혼에 연결되며 초음파의 진동을 유도하여 상기 혼으로 전달하는 압전체; 및 상기 컨트롤러에 연결되고 상기 압전체에 부착되어 상기 압전체에 외부의 초음파를 전달하는 전극판;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 진동자홀더는, 상기 피스톤의 앞부분에 형성되며 전면부에 형성된 홀을 통해서 상기 진동자의 일부분이 상기 주사기본체의 내부를 향하여 노출된 상태로 상기 진동자가 수용되는 수용부; 및 상기 수용부에 개폐가능하게 결합되어 상기 진동자가 수용된 수용부를 마감하고 상기 진동자를 상기 피스톤에 고정시키는 홀더덮개;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용부는, 일부분에 형성되어 상기 진동자의 전극판과 상기 컨트롤러를 연결하는 전선이 통과하는 관통홀; 및 상기 진동자의 길이에 대응하여 상기 진동자의 고정이 가능하도록 내주면을 따라 돌출 형성되어 상기 진동자의 이동을 방지하는 안착턱;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 혼은, 티타늄으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 진동자는 상기 컨트롤러의 제어에 의해 설정된 주파수 대역으로 초음파를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치는, 주사기본체 내에 진동자를 설치하여 주사기본체 내의 유체에 초음파를 통한 진동을 일으켜서 균일한 믹싱이 가능하다.
또한, 진동자를 피스톤에 형성되는 진동자홀더에 삽입하여 사용하므로 취급이 간단하고 편리하며 안전한 사용이 가능하다.
또한, 진도자의 혼을 티타늄으로 제작하여 내구성이 뛰어나다.
또한, 컨트롤러를 통해서 진동자에 발생하는 초음파의 주파수를 제어하여 유체의 원활한 믹싱을 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치의 개념도.
도 2는 상기 주사기본체와 상기 피스톤이 분리된 모습을 나탄낸 도면.
도 3은 상기 피스톤의 진동자홀더를 모습을 나타낸 도면.
도 4는 상기 진동자와 상기 진동자홀더가 분리된 모습을 나타낸 도면.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치의 개념도이고, 도 2는 상기 주사기본체와 상기 피스톤이 분리된 모습을 나탄낸 도면이며, 도 3은 상기 피스톤의 진동자홀더를 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 진동자와 상기 진동자홀더가 분리된 모습을 나타낸 도면이다..
도 1내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 주사기본체(100), 피스톤(200), 진동자(300), 진동자홀더(400) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
상기 주사기본체(100)는 유체가 내부에 수용되며 유체가 내외부로 출입되는 통로를 제공하는 배출노즐(30)이 구비된 구조일 수 있다.
상기 피스톤(200)은 주사기본체(100)의 내부에 삽입되며 외력에 의한 직선 왕복운동으로 유체를 주사기본체(100)의 내외부로 출입시킬 수 있다.
상기 진동자(300)는 주사기본체(100) 내의 유체에 함유된 입자의 응집으로 인한 침전을 방지하기 위해 유체에 초음파를 발산하여 진동시킬 수 있다.
진동자(300)는 혼(310), 압전체(320) 및 전극판(330)을 포함할 수 있다.
상기 혼(310)은 진동자홀더(400)의 전면부에 형성된 홀(50)을 관통하도록 일단에 돌출 형성되어 홀(50)을 통해서 주사기본체(100)의 내부를 향하여 노출되고 주사기본체(100) 내의 유체에 초음파를 전파하여 진동시킬 수 있다.
혼(310)은 내구성과 전도성이 탁월한 티타늄으로 제작될 수 있다.
상기 압전체(320)은 혼(50)에 연결되며 초음파의 진동을 유도하여 혼(50)으로 전달할 수 있다.
상기 전극판(330)은 컨트롤러(500)에 연결되고 압전체(320)에 부착되어 압전체(320)에 외부의 초음파를 전달할 수 있다.
여기서, 압전체(320)에 발생하는 압전기(Piezoelectricity, Piezoelectric, 壓電氣)란, 어떤 종류의 결정체 또는 강(强)에 응력을 가하면 정해진 방향으로 전압(유전분극)을 발생하는 현상으로, 수정 등의 천연결정 외에 로셀 염, 등의 인공 결정 및 들에 생기며, 전압을 가했을 때 응력을 발생하는 것을 압전(직접) 효과라 한다.
압전체로서 세라믹스를 많이 이용하는데, 그 이유로 세라믹스는 금속이나 고분자재료에 비하여 여러가지 우수한 성질을 가지고 있는데, 좋은 기계적 특성(강도, 경도, 인성 등), 높은 내열특성(내화도, 절연성 등), 특이한 전자적 특성(유전성, 절연성, 반도성, 압전성 등), 자기적성질(강자성, 반강자성, 상자성 등), 광학적특성(투광성, 흡광성 등), 화학적특성(내식성, 성분다양성 등), 내방사성 및 안정성 등을 들수 있다.
세라믹스의 응용분야는 여러분야가 있으나 크게 구조재료(Engineering Ceramics), 전자재료(Electro Ceramics) 및 생체재료(Bio Ceramics)의 3종류로 구분된다.
특히, 전자재료는 세라믹스가 갖는 특이한 전자기적 성질을 이용한 것으로서, 케페시터용 유전체, 압전체, 더어미스터(thermistor), 바리스터(varistor), 이온전도성 고체전지, 태양전지 및 페라이트 등이 있다.
또한, 진동자(300)(trembler, Transducer, 振動子)란, 전기 진동과 기계 진동()를 번갈아 변환하는 것으로서, 주로 (ceramics)와 수정 등이 사용된다.
기계진동자(mechanicalresonator, mechanicalvibrator, 機械振動子)는 미세한 기계적 진동을 하는 소자로서, 진동자의 특성은 주로 그 고유 진동수로 표시되며, 진동의 상태는 진폭과 위상에 의하여 표시된다.
금속, 수정, 세라믹스 등으로 만들어지며, 필터나 시간표준 소자, 초음파 진동자 등에 쓰이며, 시계에 쓰이고 있는 수정진동자나 악기의 조율에 쓰이는 금속 음차진동자 등은 일상적으로 많이 쓰이고 있다.
상기 진동자홀더(400)는 피스톤(200)에 형성되며 진동자(300)의 일부분이 주사기본체(100) 내의 유체에 노출된 상태로 피스톤(200)과 분리가능하게 결합될 수 있다.
진동자홀더(400)는 수용부(410) 및 홀더덮개(420)를 포함할 수 있다.
상기 수용부(410)는 피스톤(200)의 앞부분에 형성되며 전면부에 형성된 홀(50)을 통해서 진동자(300)의 일부분 즉, 혼(310)이 주사기본체(100)의 내부를 향하여 노출된 상태로 진동자(300)가 수용될 수 있다.
수용부(410)는 관통홀(412) 및 안착턱(414)을 포함할 수 있다.
상기 관통홀(412)은 일부분에 형성되어 진동자(300)의 전극판(330)과 컨트롤러(500)를 연결하는 전선이 통과할 수 있다.
상기 안착턱(414)은 진동자(300)의 길이에 대응하여 진동자(300)의 고정이 가능하도록 내주면을 따라 돌출 형성되어 진동자(300)의 이동을 방지할 수 있다.
상기 홀더덮개(420)는 수용부(410)에 개폐가능하게 결합되어 진동자(300)가 수용된 수용부(410)를 마감하고 진동자(300)를 피스톤(200)에 고정시킬 수 있다.
홀더덮개(420)와 수용부(410)는 각각의 서로 대응하는 위치에 마련되어 착탈이 가능하도록 암수 한 쌍의 결합홈과 결합돌기의 구조를 형성하거나 또는, 볼트를 이용하여 서로 결합시키는 방식 등을 채택하여 사용이 가능하다.
상기 컨트롤러(500)는 진동자(300)에 연결되며 진동자(300)에 전원을 공급하고 진동자(300)의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 진동자(300)는 컨트롤러(500)의 제어에 의해 설정된 주파수 대역으로 초음파를 발생시켜서 주사기본체(100) 내의 유체의 믹싱에 유리한 주파수를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치의 작동방법은, 작동자가 피스톤(200)에 형성된 진동자홀더(400)에 진동자(300)를 결합시키고 전선 등을 이용하여 컨트롤러(500)와 연결시킨 후 피스톤(200)을 주사기본체(100)의 내부에 삽입하고 초음파를 발생시켜서 주사기본체(100) 내의 유체를 진동시키고 입자가 균일하게 섞이도록 믹싱한다.
또한, 균일한 믹싱에 가장 적합한 주파수를 설정하여 유체의 믹싱 상태를 최적화 시킬 수 있다.
핵심 원천기술 획득 보유 및 해외시장으로의 수출 확장 기존의 syringe pump의 단점을 보완한 초음파주사기의 개발은 의료용 코팅뿐만 아니라 향후 생체재료에 약물코팅을 통하여 의학적으로 응용이 가능할 것으로 기대된다.
또한, 생체재료분야 뿐만 아니라 이러한 코팅기술의 개발 및 기술은 자동차/항공/국방/금속/재료/고분자/의료 분야에서의 다양한 기술이 복합되어 있는 융합기술로 다른 분야의 기술 및 개발에 큰 영향을 미칠것으로 기대된다.
또한, 원천 기술을 보유하여 최적화된 초음파주사기의 제품을 공인된 시험기관의 시험성적표를 획득하여 국내 및 해외시장으로 마케팅 및 수출을 확장하여 세계시장으로의 확대가 기대된다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
10 : 주사장치
30 : 배출노즐
50 : 홀
100 : 주사기본체
200 : 피스톤
300 : 진동자
310 : 혼
320 : 압전체
330 : 전극판
400 : 진동자홀더
410 : 수용부
412 : 관통홀
414 : 안착턱
420 : 홀더덮개
500 : 컨트롤러

Claims (6)

  1. 유체가 내부에 수용되며 유체가 내외부로 출입되는 통로를 제공하는 배출노즐이 구비되는 주사기본체;
    상기 주사기본체의 내부에 삽입되며 외력에 의한 직선 왕복운동으로 유체를 상기 주사기본체의 내외부로 출입시키는 피스톤;
    상기 주사기본체 내의 유체에 함유된 입자의 응집으로 인한 침전을 방지하기 위해 유체에 초음파를 발산하여 진동시키는 진동자;
    상기 피스톤에 형성되며 상기 진동자의 일부분이 상기 주사기본체 내의 유체에 노출된 상태로 상기 피스톤과 분리가능하게 결합되는 진동자홀더; 및
    상기 진동자에 연결되며 상기 진동자에 전원을 공급하고 상기 진동자의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 진동자는,
    상기 진동자홀더의 전면부에 형성된 홀을 관통하도록 일단에 돌출 형성되어 상기 홀을 통해서 상기 주사기본체의 내부를 향하여 노출되고 상기 주사기본체 내의 유체에 초음파를 전파하여 진동시키는 혼;
    상기 혼에 연결되며 초음파의 진동을 유도하여 상기 혼으로 전달하는 압전체; 및
    상기 컨트롤러에 연결되고 상기 압전체에 부착되어 상기 압전체에 외부의 초음파를 전달하는 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동자홀더는,
    상기 피스톤의 앞부분에 형성되며 전면부에 형성된 홀을 통해서 상기 진동자의 일부분이 상기 주사기본체의 내부를 향하여 노출된 상태로 상기 진동자가 수용되는 수용부; 및
    상기 수용부에 개폐가능하게 결합되어 상기 진동자가 수용된 수용부를 마감하고 상기 진동자를 상기 피스톤에 고정시키는 홀더덮개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수용부는
    일부분에 형성되어 상기 진동자의 전극판과 상기 컨트롤러를 연결하는 전선이 통과하는 관통홀; 및
    상기 진동자의 길이에 대응하여 상기 진동자의 고정이 가능하도록 내주면을 따라 돌출 형성되어 상기 진동자의 이동을 방지하는 안착턱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼은,
    티타늄으로 제작되는 것을 특징으로 하는 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동자는 상기 컨트롤러의 제어에 의해 설정된 주파수 대역으로 초음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 유체의 균일한 분사가 가능한 초음파 주사장치.
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