KR101818069B1 - 초음파 노즐 편향기 - Google Patents

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KR101818069B1
KR101818069B1 KR1020160096003A KR20160096003A KR101818069B1 KR 101818069 B1 KR101818069 B1 KR 101818069B1 KR 1020160096003 A KR1020160096003 A KR 1020160096003A KR 20160096003 A KR20160096003 A KR 20160096003A KR 101818069 B1 KR101818069 B1 KR 101818069B1
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김병곤
장수관
이형섭
추희소
박창옥
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(주)세라토크
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Abstract

본 발명은 음파 노즐 편향기에 관한 것으로서, 일단에 원료가 주입되는 주입노즐과 타단에 주입된 원료가 분무되어 대상 물체를 코팅하는 분사노즐을 구비하는 초음파 노즐부; 초음파 노즐부의 일영역을 수용하는 수용홈이 형성되고, 하부에 분사노즐이 관통하는 관통홀이 형성되며, 수용홈의 내부로 공기를 유입시키는 에어 유입홀을 구비하는 바텀 하우징; 및 바텀 하우징의 수용홈과 초음파 노즐부 사이에 배치되고, 분사 노즐이 삽입되어 분사 노즐의 외주면으로부터 유로를 형성하도록 이격되어 형성되는 공기유로 홀을 구비하는 편향기;를 포함하고, 편향기는 초음파 노즐부의 하면과 이웃하는 상면에 복수의 슬릿 홈이 형성되고, 에어 유입홀로부터 유입된 에어가 슬릿 홈을 따라 공기유로 홀로 토출되면서 분사노즐로부터 토출되는 원료를 균일한 액적으로 분무되도록 한다.
본 발명에 의하면, 초음파노즐에서 분사되는 원료를 저압으로 분사하여 원료의 비산을 최소화할 수 있으며, 공기를 소용돌이(vortex) 형태로 분사시킴으로써 분사되는 원료와 함께 도포 영역 내에 미세하고 정확하게 도포할 수 있다.

Description

초음파 노즐 편향기{Ultrasonic nozzle deflector}
본 발명은 초음파 노즐 편향기에 관한 것으로서, 코팅 대상물체를 균일하고 효과적으로 코팅할 수 있는 초음파 노즐 편향기에 관한 것이다.
표면 코팅을 위한 방법으로 스프레이 방식이 일반적으로 사용되고 있다. 스프레이 방식은 가압식 노즐을 이용하는 방법 또는 이류체 분무방식을 적용하여 표면 코팅을 수행할 수 있다.
가압식 노즐을 이용한 스프레이 분사 방식은 압력탱크나 펌프에서 액체를 고압으로 주입하고, 노즐부에서 액체를 입자형태로 미립화시킨 액적 형태의 구조를 가진다. 다른 방법으로 이류체 분무방식은 액체를 미립화하기 위해 압축공기를 사용하며, 그로 인해 원료에 비산 손실량이 많고, 작업환경이 쾌적하지 못하다. 또 얇고 균일한 도포가 어려운 한계를 가지고 있다.
그에 반해 초음파 노즐은 초당 2만번 이상의 초음파진동을 노즐부에 증폭하고 이 진동에너지를 이용하여 주입된 액체를 균일한 액적형태로 무화하는 방식이다. 이러한 초음파 노즐은 가압식 스프레이 노즐 보다 균일한 액적을 만들 수 있고, 스프레이 작업 시 원료손실을 최소화 할 수 있다.
그러한 초음파 노즐에서 직접 분사된 분무형태는 불안정한 상태를 가지며, 가압식노즐에 비해 액적의 입자속도가 낮아 외부기류에 영향을 쉽게 받기 때문에 대상물체에 표면을 균일하게 형성하기에 어려운 문제점이 있다.
(한국등록특허 제10-0853863, 2008년 08월 18일)
본 발명의 목적은 원료의 비산을 최소화하면서 도포 영역 내에 미세하고 정확한 박막 도포를 제공하면서 과량의 원료가 도포되는 현상을 방지할 수 있는 초음파 노즐 편향기를 제공하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기는 일단에 원료가 주입되는 주입노즐과 타단에 주입된 원료가 분무되어 대상 물체를 코팅하는 분사노즐을 구비하는 초음파 노즐부; 초음파 노즐부의 일영역을 수용하는 수용홈이 형성되고, 하부에 분사노즐이 관통하는 관통홀이 형성되며, 수용홈의 내부로 공기를 유입시키는 에어 유입홀을 구비하는 바텀 하우징; 및 바텀 하우징의 수용홈과 초음파 노즐부 사이에 배치되고, 분사 노즐이 삽입되어 분사 노즐의 외주면으로부터 유로를 형성하도록 이격되어 형성되는 공기유로 홀을 구비하는 편향기;를 포함하고, 편향기는, 초음파 노즐부의 하면과 이웃하는 상면에 복수의 슬릿 홈이 형성되고, 에어 유입홀로부터 유입된 에어가 슬릿 홈을 따라 공기유로 홀로 토출되면서 분사노즐로부터 분무되는 원료를 균일한 액적으로 분무되도록 한다.
여기서, 편향기는 외주면이 원통형상으로 형성되고, 외주면에 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되며, 돌출부의 외주직경은 수용홈의 내주직경보다 0.2 ~ 1.0mm 작게 형성되어 돌출부의 외주면과 수용홈 사이에 간극을 형성하고, 에어 유입홀로부터 유입되는 공기는 간극을 통하여 슬릿 홈을 따라 분사 노즐의 외주면과 공기유로 홀 사이에 형성된 유로를 따라 이동할 수 있다.
여기서, 슬릿 홈은 공기유로 홀의 외주면에서 반경방향을 향하여 시계방향 또는 반시계방향의 곡률형상으로 형성되거나, 공기유로 홀의 외주면에서 반경방향을 향하여 일방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
여기서, 공기유로 홀은 분사노즐의 삽입방향을 따라 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 수용홈은 초음파 노즐부의 하방향 이동을 제한하는 걸림부가 형성되고, 걸림부의 둘레면과 초음파 노즐부의 하단에 맞닿는 면에 바텀 하우징 외부로 공기가 누출되는 것을 방지하는 제1 오링이 구비되며, 편향기의 하면과 바텀 하우징의 하면에 맞닿는 면은 공기의 누출을 방지하는 제2 오링을 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 초음파 노즐 편향기는 초음파노즐에서 분사되는 원료를 저압으로 분사하여 원료의 비산을 최소화할 수 있으며, 공기를 소용돌이(vortex) 형태로 분사시킴으로써 분사되는 원료와 함께 도포 영역 내에 미세하고 정확하게 도포할 수 있다.
또한, 이를 통하여 균일하고 정밀한 박막(후막) 코팅을 가능하게 하기 때문에 원료 절감 효과를 증대시킬 수 있으며, 피착률이 매우 높기 때문에 원료 절감을 통한 환경 오염을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A" 부분 확대도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편향기의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 전산해석결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 단면도이고, 도 3은 도 2의 "A" 부분 확대도이다.
도 1 내지 도3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기는 초음파 노즐부(100), 바텀 하우징(200) 및 편향기(300)를 포함하여 구성되는 것으로서, 연료셀 코팅공정, 박막필름과 실리콘 태양전지 생산공정, 태양열 에너지 코팅 응용기기, 연료셀 응용 다기능 기기, 의료 부품, 유리제조, 스프레이 건조, 음식코팅 등 정밀한 코팅, 도포, 증착이 필요한 전자부품, 의료부품, 나노부품의 표면 코팅 등에 다양하게 적용될 수 있다.
초음파 노즐부(100)는 원통형상으로 형성되어 일단에 원료가 주입되는 주입노즐(110)과 타단에 주입된 원료가 분무되어 대상 물체를 코팅하는 분사노즐(120)을 구비한다. 주입노즐(110)과 분사노즐(120)이 일방향을 따라 동일 축선에 배열됨으로써 원활한 주입 및 분무를 유도할 수 있다.
초음파 노즐부(100)는 초당 2만번 이상의 초음파 진동을 통해 분사노즐(120)에서 분사되는 원료의 표면장력파(capillary wave)로 인해 균일한 분무액적을 만든다.
한편, 초음파 노즐부(100)의 하단에는 둘레방향을 따라 고정홈(130)이 형성된다. 고정홈(130)의 위치는 바텀 하우징(200)의 상측 둘레방향을 따라 형성된 고정홀(213)에 대응되는 위치에 형성되어, 볼트와 같은 체결용 부재를 이용하여 초음파 노즐부(100)를 바텀 하우징(200)에 견고하게 고정시킬 수 있다.
또한, 초음파 노즐부(100)의 종단은 모따기가 형성될 수 있다. 모따기는 제1 오링(230)의 밀착강도를 증대시키는 역할을 할 수 있다.
바텀 하우징(200)은 초음파 노즐부(100)의 일영역을 수용하는 수용홈(a)이 형성되고, 하부에 분사노즐(120)이 관통하는 관통홀(220)이 형성되며, 수용홈(a)의 내부로 공기를 유입시키는 에어 유입홀(211)을 구비한다.
바텀 하우징(200)은 초음파 노즐부(100)의 일영역을 수용할 수 있도록 원통형상으로 형성되어 원통형상의 수용홈(a)이 형성된다. 에어 유입홀(211)은 수용홈(a)의 형성하는 측벽(210)에서 내부와 연통되도록 형성되어 에어 피팅(212)과 연결되어 외부로부터 에어를 공급하게 된다. 이때, 에어 유입홀(211)은 두 개 이상이 구비될 수 있는 것으로서, 배치되는 개수가 이에 제한되는 것은 아니다.
관통홀(220)은 바텀 하우징(200)의 하면에 형성되며, 분사노즐(120)의 직경보다 크게 형성된다. 이와 같이 관통홀(220)과 분사노즐(120) 사이에 형성되는 공간에는 편향기(300)의 종단이 삽입되어 배치됨으로써 견고한 체결을 유지함과 동시에 바텀하우징(200), 편향기(300), 분사노즐(120)의 동심축을 중심으로 정렬 구조를 유지하도록 할 수 있다.
한편, 바텀 하우징(200)의 상측면에는 고정홀(213)이 형성될 수 있다. 고정홀(213)은 측벽(210)의 둘레방향을 따라 복수로 형성되고, 고정홀(213)에 삽입되는 체결용 부재가 초음파 노즐부(100)에 형성된 고정홈(130)가 고정되어 견고한 체결강도를 제공할 수 있다.
한편, 수용홈(a)은 초음파 노즐부(100)의 하방향 이동을 제한하는 걸림부(214)가 형성된다. 걸림부(214)는 초음파 노즐부(100)의 하방향 이동을 제한하여 초음파 노즐부(100)를 통하여 원료가 주입되고 분무될 때에 흔들리지 않도록 고정시키는 역할을 제공하게 된다.
한편, 걸림부(214)의 둘레면과 초음파 노즐부(100)의 종단에 맞닿는 면에 바텀 하우징(200)의 외부로 공기가 누출되는 것을 방지하는 제1 오링(230)이 구비된다. 제1 오링(230)은 바람직하게는 걸림부(214)의 모서리 끝단에 배치됨으로써 걸림부(214)의 둘레면과 초음파 노즐부(100)의 밀착성을 증대시켜 공기 누출을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
바텀 하우징(200)의 바닥면과 편향기(300)의 하면이 맞닿는 면은 공기의 누출을 방지하는 제2 오링(240)을 구비할 수 있다.
바텀 하우징(200) 및 편향기(300)는 테프론(PTFE) 또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 등의 재질로 형성될 수 있다.
편향기(300)는 수용홈(a)에 삽입될 수 있도록 원통형상으로 형성되며, 바텀 하우징(200)의 수용홈(a)과 초음파 노즐부(100) 사이에 배치된다. 편향기(300)는 공기유로 홀(310)이 형성되고, 분사 노즐(120)이 공기유로 홀(310)에 삽입되어 분사 노즐(120)의 외주면과 공기유로 홀(310) 사이에 유로를 형성한다.
한편, 편향기(300)는 초음파 노즐부(100)의 하면과 이웃하는 상면에 복수의 슬릿 홈(320)이 형성되어 에어 유입홀(211)로부터 유입된 공기가 슬릿 홈(320)을 따라 공기유로 홀(310)로 토출되면서 분사노즐(120)로부터 토출되는 원료를 균일한 액적으로 분무되도록 할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편향기의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 전산해석결과이다.
이하에서 편향기(300)에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하며, 필요한 구성에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
공기유로 홀(310)은 분사노즐(120)의 삽입방향을 따라 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성된다. 이때 공기유로 홀(310)의 내주직경은 분사노즐(120)의 외주직경보다 크게 형성되어, 공기유로 홀(310)과 분사노즐(120) 사이에는 유로를 형성한다.
슬릿 홈(320)은 편향기(300)의 상면에 형성되는 것으로서 공기유로 홀(310)의 외주면에서 반경방향을 향하여 복수로 형성된다. 이때, 슬릿 홈(320)의 형상은 공기유로 홀(310)의 외주면에서 반경방향을 향하여 시계방향 또는 반시계방향의 곡률형상으로 형성되거나, 공기유로 홀(310)의 외주면에서 반경방향을 향하여 일방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 슬릿 홈(320)은 초음파 노즐(100)의 종단과 맞닿는 면에 공기가 통과할 수 있도록 유로를 형성하며. 공급되는 공기가 공기유로 홀(310)로 이송되도록 안내함으로써 공기의 유속을 증가시킬 수 있으며, 공기의 흐름을 소용돌이(vortex) 형태로 변경시키면서 분무되도록 하여 초음파 노즐부(100)에서 분사되는 원료의 비산을 최소화하면서 도포 영역 내에 미세하고 정확한 박막 도포를 제공할 수 있게 되어 과량의 원료가 도포되는 현상을 방지하여 원료를 저감함과 동시에 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 슬릿 홈(320)의 형상이 도 4a와 같은 형상으로 형성되면, 분사노즐(120)에서 토출방향을 향하여 소용돌이(vortex)와 같은 분사형태를 얻어 코팅 대상물체의 넓은 면적으로 균일한 코팅을 제공할 수 있다.
또한, 슬릿 홈(320)의 형상이 도 5a와 같은 형상으로 형성되면, 분사노즐(120)에서 분무방향을 일방향을 따라 직사형태를 얻을 수 있어 코팅 대상에 먼거리까지 분무되도록 할 수 있다.
한편, 편향기(300)는 외주면의 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상의 돌출부(330)가 형성된다. 이때, 돌출부(330)는 외주직경이 수용홈(a)의 내주직경보다 0.2 ~ 1.0mm 작게 형성되어 돌출부(330)의 외주면과 수용홈(a) 사이에 0.1 ~ 0.5mm의 간극(G)을 형성한다.
이와 같이 돌출부(330)의 외주면과 수용홈(a) 사이에 간극(G)이 형성되면, 에어 유입홀(211)로부터 유입되는 공기는 간극(G)을 통하여 슬릿 홈(320)을 따라 공기유로 홀(310) 사이에 형성된 유로를 따라 토출되면서 초음파 노즐부(100)의 원료와 섞이면서 적절한 토출압력을 유지하면서 대상 부품을 적절하게 코팅할 수 있게 된다.
이때, 형성되는 간극(G)이 0.1mm 미만으로 형성되면 가공공차와 조립과정에서 간극(G)을 일정하게 유지되기 어렵고, 간극(G)이 0.5mm를 초과하여 형성되면, 측면에 위치한 에어 유입홀(211)로 부터 유입되는 공기의 양을 균등하게 분배할 수 없어 소용돌이 형상의 공기가 치우침이 발생할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기는 초음파 노즐부(100)를 통과하여 분사되는 원료를 편향기(300)에 형성된 슬릿 홈(320)을 따라 토출되는 소용돌이(vrotex) 형상의 에어 또는 일방향을 향하여 토출되는 공기와 함께 대상물체에 전달되도록 할 수 있다.
초음파 노즐부(100)에서 분사되는 원료를 편향기(300)에서 형성된 공기의 흐름을 통하여 토출 분사되도록 함으로써 원료의 비산을 최소화하면서 도포 영역 내에 미세하고 정확한 박막 도포를 제공할 수 있게 되어 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 노즐 편향기의 전산해석결과이다.
도 6a는 유체의 유속결과를 나타내는 것으로서, 유입되는 공기의 흐름이 슬릿 홀을 따라 이동하여 공기유로 홀로 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 도 6b는 유체의 압력결과를 나타내는 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 초음파 노즐부 110 : 주입노즐
120 : 분사노즐 130 : 고정홈
200 : 바텀 하우징 210 : 측벽
211 : 에어 유입홀 212 : 에어 피팅
213 : 고정홀 214 : 걸림부
220 : 관통홀 230 : 제1 오링
300 : 편향기 310 : 공기유로 홀
320 : 슬릿 홈 330 : 돌출부
240 : 제2 오링

Claims (5)

  1. 일단에 원료가 주입되는 주입노즐과 타단에 주입된 원료가 분무되어 대상 물체를 코팅하는 분사노즐을 구비하는 초음파 노즐부;
    상기 초음파 노즐부의 하단 일부영역을 수용하는 수용홈이 형성되고, 하부에 상기 분사노즐이 관통하는 관통홀이 형성되며, 상기 수용홈의 내부로 공기를 유입시키는적어도 하나 이상의 에어 유입홀을 구비하는 바텀 하우징; 및
    상기 바텀 하우징의 수용홈과 상기 초음파 노즐부 사이에 배치되고, 상기 분사 노즐이 삽입되어 상기 분사 노즐의 외주면으로부터 유로를 형성하도록 이격되는 공기유로 홀을 구비하는 편향기;를 포함하고,
    상기 편향기는,
    상기 초음파 노즐부의 하면과 이웃하는 상면에 복수의 슬릿 홈이 형성되고, 상기 에어 유입홀로부터 유입된 에어가 상기 슬릿 홈을 따라 상기 공기유로 홀로 토출되면서 상기 분사노즐로부터 분무되는 원료를 균일한 액적으로 분무되도록 하고,
    상기 공기유로 홀은,
    상기 분사노즐의 삽입방향을 따라 내경이 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 노즐 편향기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편향기는,
    원통형상으로 형성되고, 상기 외주면의 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성되며,
    상기 돌출부의 외주직경은 상기 수용홈의 내주직경보다 0.2~1.0mm 작게 형성되어 상기 돌출부의 외주면과 상기 수용홈 사이에 간극을 형성하고,
    상기 에어 유입홀로부터 유입되는 공기는,
    상기 간극을 통하여 상기 슬릿 홈을 따라 상기 분사 노즐의 외주면과 상기 공기유로 홀 사이에 형성된 유로를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 초음파 노즐 편향기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿 홈은,
    상기 공기유로 홀의 상측 외주면에서 반경방향을 향하여 시계방향 또는 반시계방향의 곡률형상으로 형성되거나, 상기 공기유로 홀의 외주면에서 반경방향을 향하여 일방향을 따라 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 노즐 편향기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈은 상기 초음파 노즐부의 하방향 이동을 제한하는 걸림부가 형성되고, 상기 걸림부의 둘레면과 상기 초음파 노즐부의 종단에 맞닿는 면에 상기 바텀 하우징 외부로 공기가 누출되는 것을 방지하는 제1 오링이 구비되며,
    상기 편향기의 하면과 상기 바텀 하우징의 바닥면에 맞닿는 면은 공기의 누출을 방지하는 제2 오링을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 노즐 편향기.
KR1020160096003A 2016-07-28 2016-07-28 초음파 노즐 편향기 KR101818069B1 (ko)

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