KR102428094B1 - 초음파 헤드를 갖는 코팅 시스템 - Google Patents

초음파 헤드를 갖는 코팅 시스템 Download PDF

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Abstract

액체 코팅 제품으로 워크피스(W1)를 코팅하기 위한 본 코팅 시스템(2)은, 코팅 제품의 액적을 생성하기 위한 초음파 스프레이 헤드(14), 전극과 초음파 스프레이 헤드(14) 사이에 정전기장(E)을 생성하기 위한 전극(32A), 및 전극에 고 전압을 공급하기 위해 전극에 연결된 고 전압 생성기(52)를 포함한다. 전극(32A)의 형상은 유리하게, 워크피스(W1)의 기하형상에 기초하여 구성가능하다.

Description

초음파 헤드를 갖는 코팅 시스템{COATING SYSTEM WITH AN ULTRASONIC HEAD}
본 발명은 액체 코팅 제품으로 워크피스(workpiece)를 코팅하기 위한 코팅 시스템에 관한 것이다.
초음파 액체 미립화(ultrasonic liquid atomization)는 코팅될 워크피스 상에 액체 코팅 제품을 스프레잉하기 위해 현재까지 사용되어 왔다. "초음파 액체 미립화 이론 및 적용(Ultrasonic Liquid Atomization Theory and Application)"(파트리지 힐 퍼블리셔(Partridge Hill Publishers) - 1998 및 2006)에서, 하비 L. 베르거는 초음파 액체 미립화에 대한 정전기학(electrostatics)의 적용을 고려하고, 초음파 미립화 상에 정전기학을 구현하는 것이 이론적으로, 종래의 정전 스프레잉에서 사용되는 전압보다 훨씬 더 낮은 전압으로도, 스프레이 애플리케이션의 제어에 매우 높은 효율을 발생시킬 것임을 설명한다.
그 이래로, 정전기학을 이용한 초음파 미립화의 몇몇 애플리케이션이 고려되어 왔다. 예컨대, 이동엽 및 김준호의 "정전기장 보조 초음파 스프레이 열분해에 의한 CuInS2 막의 증착(Deposition of CuInS2 films by electrostatic field assisted ultrasonic spray pyrolysis)"(솔라 에너지 머티어리얼스 및 솔라 셀 95(Solar Energy Materials and Solar Cells 95) (2011) 245-249)은 스프레잉될 액체가 스프레이 열분해 증착을 위해 사용되기 위하여 튜브의 배출구를 향하여 운반 가스에 의해 전달되는 에어로졸로 변환되도록 초음파 프로브에 의해 여기되는 경우를 개시한다. 그러한 시스템은 에어로졸의 밀도 또는 유량을 정밀하게 제어하는 것을 허용하지 않고, 에어로졸이 형성되는 배스와 튜브의 배출구 사이의 에어로졸의 경로에서, 에어로졸이 응집될 수 있고, 그에 따라, 오브젝트를 코팅하기 위해 사용되는 액적(droplet)의 사이즈가 정확하게 제어될 수 없게 되고, 이는 일반적으로 액적 사이에서 관찰되는 합체(coalescence)로 인한 것이다. 코팅은 거칠 수 있거나 또는 불균일할 수 있고, 코팅된 표면 상에 몇몇 결함이 생성될 수 있다.
징-치앙 첸 등의 "정전 보조 초음파 스프레이 열분해 방법에 의한 Ni-CGO 합성물 애노드의 증착(Deposition of Ni-CGO composite anodes by electrostatic assisted ultrasonic spray pyrolysis method)"(머티어리얼스 리서치 불리튼 42(Materials Research Bulletin 42) (2007) 1674-1682)은 에어로졸을 생성하고 코팅될 기판을 지지하는 구리 플레이트를 향하는 노즐을 향하여 유리 튜브에서 그러한 에어로졸을 전달하는 것을 고려한다. 여기에서 다시, 에어로졸의 액적의 응집의 리스크가 존재한다.
이러한 학문적 작업은 산업 환경에서 사용하기 쉽지 않을 것이고, 이는 코팅 증착이 에어로졸을 전달하는 튜브의 길이 및 기하형상과 같은 다수의 인자에 매우 종속적이기 때문이다.
다른 한편으로, 알려진 시스템에서, 정전기장은 일반적으로, 코팅될 오브젝트와 전극 사이에 생성되고, 이러한 정전기장은 코팅될 워크피스에 대해 최적화되지 않은 필드 라인 분포를 갖는다. 그러한 상황 하에서, 미립화된 제품의 상당한 부분은 코팅될 표면 외부에 있게 되고, 이는 오염에 있어서 그리고 경제적인 관점에서 유해하다.
본 발명은 초음파 헤드의 다목적성(versatility)을 사용하고 정전기장 라인의 분포를 최적화하고 그에 따라 코팅 효율을 최적화하는 것을 허용하는 새로운 코팅 시스템으로 그러한 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 액체 코팅 제품으로 워크피스를 코팅하기 위한 코팅 시스템에 관한 것이고, 그러한 코팅 시스템은,
- 코팅 제품의 액적을 생성하기 위한 초음파 스프레이 헤드,
- 전극과 초음파 스프레이 헤드 사이에 정전기장을 생성하기 위한 전극, 및
- 전극에 고 전압을 공급하기 위해 전극에 연결된 고 전압 생성기
를 포함한다.
본 발명으로 인해, 전극은 워크피스를 향하는 정전기장 라인 분포, 그에 따라, 워크피스를 향하는 코팅 제품 액적의 경로를 정밀하게 제어하는 것을 허용한다. 더 정확하게, 전극은 코팅될 워크피스를 향하여 액적을 가이딩하는 전기장에 대한 컨포메이터(conformator)로서 작용한다.
유리하지만 필수적이지 않은 본 발명의 추가적인 양태에 따르면, 코팅 시스템은, 임의의 기술적으로 용인가능한 조합으로 취하여, 다음의 특징 중 하나 또는 수개를 포함할 수 있다.
- 전극의 형상은 워크피스의 기하형상에 기초하여 구성된다. 본 발명의 이러한 양태로 인해, 전극의 형상은 코팅될 워크피스의 실제 기하형상에 따라 커스터마이징될 수 있고, 이는 워크피스의 주위를 에워싸는 정전기장 라인을 형성하는 것을 허용하고, 그에 따라, 과도 스프레이 현상을 대부분 제한하거나 또는 막는다.
- 전극의 에지는 초음파 헤드로부터 보이는 워크피스의 윤곽의 이미지, 바람직하게는 그러한 윤곽의 정확한 이미지이다.
- 코팅 시스템은, 특히 이동가능한 피스톤을 갖는 펌프의 형태로, 제어되는 양으로 액체 코팅 제품을 초음파 헤드에 공급하기 위한 계량 디바이스를 포함한다. 대안적으로, 다른 타입의 펌프가 계량 디바이스로서 사용될 수 있다.
- 전극은 워크피스를 지지하고, 워크피스와 접촉한다.
- 전극은 워크피스 기하형상에 따라 성형되고, 고 전압 생성기를 포함하는 베이스부에 의해 지지된다.
- 베이스부는 접지 전위로부터 워크피스를 절연시켜서, 전극으로부터의 임의의 전기 누설을 방지한다.
- 베이스부는 상이한 형상의 전극을 수용하도록 구성된 영역을 정의한다.
- 영역에 수용된 전극에 고 전압 생성기를 연결시키기 위해, 전기 접촉 부재가 영역에 위치된다.
- 전기 접촉 부재는 영역에 수용된 전극에 대해 평행하지 않은 축을 따라 이동가능하고, 그러한 전극을 향하여 편향된다.
- 고 전압 생성기는 방전 저항기 및 연결 수단을 또한 포함하는 서브-모듈에 통합되고, 상기 서브-모듈은 고 전압 생성기 및 방전 저항이 각각 수용된 2개의 하우징, 및 방전 저항기와 고 전압 생성기를 연결시키기 위해 커넥터가 수용된 연결 하우징을 정의한다.
- 전기 접촉부가 연결 하우징에 수용된 커넥터에 의해 지지되고, 그러한 커넥터에 전기적으로 연결된다.
- 전극은 워크피스에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이도록 성형된다.
- 전극은 전극의 길이방향 축을 중심으로 회전가능하다.
- 전극은 초음파 헤드에 고착되고, 이온화에 의해 액적을 대전시키도록 구성된다.
- 워크피스의 기하형상에 기초한 분포로 초음파 헤드의 방출 노즐 주위에 확산된 스파이크가 전극에 제공된다.
- 초음파 스프레이 헤드의 중심축에 대한 스파이크의 배향 각도는 워크피스의 기하형상, 및/또는 전극과 워크피스 사이의 거리에 기초하여 조정가능하다.
- 전극은 워크피스에 의해 형성된다.
- 초음파 헤드에서 떠나는 액적 주위에 성형 공기의 분사를 전달하도록 구성된 공기 분출 유닛이 초음파 헤드에 제공된다.
본 발명은 본 발명의 목적을 제한하지 않으면서 예시적인 예로서 그리고 부속 도면에 대응하여 주어진 다음의 설명에 기초하여 더 잘 이해될 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따른 코팅 시스템의 사시도이다.
- 도 2는 사용의 제1 구성에서의 도 1의 시스템의 몇몇 컴포넌트의 더 큰 규모의 사시도이다.
- 도 3은 시스템이 사용의 제2 구성에 있는 경우의 도 2와 유사한 사시도이다.
- 도 4는 도 1 내지 도 3의 시스템의 전극 모듈을 제어하기 위해 사용되는 배선의 개략적인 표현이다.
- 도 5는 도 2 상의 시스템의 구성에 대응하는 사용의 제1 구성에서의 전극 모듈의 사시도이다.
- 도 6은 도 5의 구성에서의 전극 모듈의 컷-어웨이 도면이다.
- 도 7은 도 6 상의 라인(VII-VII)을 따르는 확대된 부분적인 컷 도면이다.
- 도 8은 전극 모듈의 분해도이다.
- 도 9는 전극 모듈이 사용의 제2 구성에 있는 경우의 도 6과 유사한 컷-어웨이 도면이다.
- 도 10은 전극 모듈이 도 3 상의 시스템의 구성에 대응하는 사용의 제3 구성에 있는 경우의 도 6과 유사한 컷 어웨이 도면이다.
- 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 코팅 시스템의 개략적인 표현이다.
- 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 코팅 시스템의 정면도이다.
- 도 13은 도 12 상의 화살표(A13)의 방향의 도면이다.
- 도 14는 그러한 제3 실시예의 코팅 시스템이 다른 작업 구성에 있는 경우의 도 13과 유사한 도면이다.
- 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 코팅 시스템의 부분적인 사시도이다.
도 1 내지 도 7에서 표현된 코팅 시스템(2)은 도어(6)를 통해 볼륨(V4)을 체크하는 것을 허용하는 미네랄 또는 유기 유리로 제조된 투명한 창(8)이 제공된 도어(6)에 의해 폐쇄된 내부 볼륨(V4)을 정의하는 인클로저(enclosure)(4)를 포함한다.
대안적으로, 도어(6)는 투명하지 않다.
인클로저(4)는 코팅 시스템(2)을 이용하여 구현될 코팅 프로세스를 위한 캐빈(cabin)을 형성한다.
코팅 시스템(2)은 또한, 특히 프로그래머블 로직 제어기 또는 PLC(12)를 포함하는 제어 캐비닛(10)을 포함한다. 도 1 상에서, 제어 캐비닛(10)의 전방 패널은 PLC(12)를 도시하기 위해 제거되었다.
코팅 시스템(2)은 초음파 스프레이 헤드(14)를 포함하고, 그러한 초음파 스프레이 헤드(14)는 3축 데크르트 로봇에 의해 지지되고, 수직으로 배향된 그 길이방향 축(X14)을 갖는다. 초음파 헤드는 초음파 헤드(14) 아래에 놓인 코팅될 워크피스(W1)를 향하여 하방으로 지향된다.
다른 실시예에서, 스프레이 헤드는, 특히 체적/3D 워크피스에 대해, 코팅될 워크피스 표면 전방의 스프레이 헤드의 최적의 위치를 위해 축(X14)이 수직선에 대해 각도를 나타내는 것을 허용하는 6축 로봇에 의해 핸들링될 수 있다.
초음파 헤드 주파수는 20 kHz 내지 10 MHz의 전체 초음파 주파수 범위에서, 그리고 예컨대, 다음의 주파수: 25 kHz, 35 kHz, 48 kHz, 60 kHz, 120 kHz, 180 kHz, 250 kHz에서 선택될 수 있다. 직경 중간값(Number Median Diameter)(NMD 또는 DN0.5)으로 표현된 초음파 스프레이 헤드에 의해 생성되는 액적의 사이즈는 전형적으로 다음과 같이 주어진다: 69 μm(25 khz), 50 μm(35 kHZ), 38 μm(48 kHZ), 32 μm(60 kHZ), 18 μm(120 kHZ), 12 μm(180 kHZ), 8 μm(250 kHZ).
초음파 스프레이 헤드(14)는 임의의 상업적으로 입수가능한 타입일 수 있다.
파이프(18)가 미립화될 액체를 초음파 헤드(14)에 공급하고, 헤드(14) 내에 통합된 표현되지 않은 진동 부재는, 워크피스(W1)가 헤드(14) 아래에 실제로 위치되는 경우에, 그러한 코팅 제품을 미립화하도록 가동된다. 도 2 상에서, 화살표(F2)는 초음파 헤드(14)로부터 나오고 워크피스(W1)를 향하여 지향되는 미립화된 코팅 제품의 액적의 유동을 표현한다.
도 1 상에만 보이고 주사기로서 표현된 계량 펌프(19)로부터 코팅 제품이 파이프(18)에 공급된다. 바람직하게, 계량 펌프(19)는 이동가능한 피스톤을 갖는다. 대안적으로, 기어 펌프와 같은 다른 타입의 계량 디바이스가 파이프(18)를 통해 초음파 헤드(14)에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 초음파 헤드(14)에 공급하기 위해 계량 디바이스를 사용하는 것은 코팅 제품의 양의 정밀한 제어, 그에 따라, 액적의 유동(F2)의 정밀한 제어를 허용한다.
헤드(14)에서 빠져나가는 액적의 스프레이의 형상을 더 우수하게 제어하기 위해, 가스 성형 유닛(20)이 초음파 헤드(14)의 하측 말단 주위에 탑재된다. 이러한 유닛(20)에 파이프(22)를 통해 공기가 공급되고, 이러한 유닛(20)은 액적의 유동(F2) 주위에서, 도 2 상에서 화살표(F4)에 의해 표현된 공기의 유동을 배출한다. 이는 그러한 유동이 축(X14)에 대하여 방사상으로 발산하는 것을 막는다. 대안적으로, 공기와 상이한 가스가 성형 유닛(20)에서 사용될 수 있다.
헤드(14)는 가이드 레일(16)에 의해 표현된 3축 데카르트 로봇에 의하여 공간의 3개의 방향으로 이동가능하다.
워크피스(W1)의 코팅의 유효성을 향상시키기 위해, 스프레이 헤드(14)와 전극 사이에 정전기장(E)이 생성된다.
이를 위하여, 초음파 헤드(14) 및 3축 데크르트 로봇과 함께, 전극 모듈(30)이 볼륨(V4) 내에 위치된다. 전극 모듈(30)은 워크피스(W1)를 지지한다. 즉, 워크피스(W1)가 전극 모듈(30) 상에 놓인다. 워크피스(W1)는 전극(32A)과의 접촉에 의해 정전기적으로 대전된다.
이러한 전극 모듈(30)은 전기 전도성 재료, 특히 금속, 예컨대 철 금속(스틸, 스테인리스 스틸...) 또는 비-철 금속(알루미늄, 구리...) 및 이들의 합금의 시트로 제조된 전극(32A)에 의해 구성된 평탄한 상측 표면을 갖는다.
이러한 전극(32A)은 전기 절연성 재료, 예컨대 합성 재료, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 이플루오르화물(PVDF), 폴리비닐 염화물(PVC)로 제조된, 전극 모듈(30)의 베이스 부(34) 상에 놓인다. 베이스부(34)는 접지 전위로부터 워크피스(W1) 및 전극(32A)을 절연시켜서, 전극으로부터의 임의의 전기 누설을 방지한다.
도 4 상에서 도시된 바와 같이, 전극 모듈(30)은 제어 캐비닛(10)에 위치된 고 전압 제어기(36)에 의해 제어된다. 더 정확하게, 고 전압 제어기(36)는 제1 케이블(38)을 통해 전력망(power grid)에 연결되고, 제2 케이블(40)을 통해 전극 모듈(30)에 연결된다. 제3 케이블(42)은 접지된 인클로저(4)에 전극 모듈(32)을 연결시킨다.
다른 한편으로, 제어 케이블(44)은 PLC(12)가 미리-설정된 제어 시퀀스에 따라 그리고 적용가능한 안전 규칙과 일치하는 방식으로 고 전압 제어기(36)를 제어하게 허용한다.
초음파 스프레이 헤드(14)는 표현되지 않은 접지 케이블 및 표현되지 않은 초음파 커넥터를 통해 접지되고, 이는 "이중 접지"로서 고려될 수 있다. 실제로, 이는 초음파 헤드(14)의 진동 부재가 고 전압을 받는 경우에 동작이 방해될 수 있는 전기 디바이스인 한에 있어서는 중요하다. 따라서, 초음파 헤드(14)의 레벨에서가 아니라 전극 모듈(30)의 레벨에서 고 전압이 인가되는 코팅 시스템(2)의 일반적인 배치가 유리하다.
전극 모듈(30)에 케이블(40)을 통해 전류가 공급되는 경우에, 초음파 헤드(14)와 전극(32) 사이에 정전기장(E)이 생성된다. 정전기장 라인(L)은 일 측 상의 초음파 헤드(14)와 다른 측 상의 전극(32) 및 워크피스(W1) 사이에서 연장된다.
전극(32A)은 0.1 kV 내지 100 kV, 그리고 바람직하게는 5 kV 내지 30 kV의 범위에서의 고 전압으로 대전된다. 고 전압이 음인 것으로 가정하면, 초음파 스프레이 헤드(14)에서 빠져나가는 미립화된 코팅 제품의 액적은 정전 유도(influence)에 의해 양으로 대전되고, 그에 따라, 그러한 액적은 전극(32)을 향하여, 따라서 전극(32A)의 상단 상에 놓인 워크피스(W1)를 향하여 필드 라인(L)을 따르게 된다.
도 2의 예에서, 워크피스(W1)는 평탄한 피스, 예컨대 태양 전지 유리 커버이다. 도 5 상에서, 워크피스(W1)는 전극(32A)을 완전히 나타내기 위해 일점 점선으로 표현된다.
그러한 경우에, 도 5 상에서 도시된 바와 같이, 전극(32A)의 형상은 평탄하고 직사각형이고, 에지는 워크피스(W1)의 에지와 실질적으로 동일한 형상을 갖는다.
예컨대, 전극(32A)은 워크피스(W1)에 의해 정의된 직사각형과 동일한 비율을 갖고, 워크피스(W1)의 표면 영역(SW)의 80 % 내지 5000 %, 바람직하게는 100 % 내지 125 %로 구성된 표면 영역(S32)을 갖는 직사각형일 수 있다.
더 정확하게는, 표면 영역(S32)은 0.8 내지 1의 범위의 비율(S32/SW)로 표면 영역(SW) 이하일 수 있다. 대안적으로, 표면 영역(S32 및 SW)은 0.95 내지 1.05의 범위의 비율(S32/SW)로 동등할 수 있거나 또는 실질적으로 동등할 수 있다. 다른 접근법에 따르면, 표면 영역(S32)은 1 내지 50의 범위의 비율(S32/SW)로 표면 영역(SW) 이상일 수 있다.
그러한 상황 하에서, 워크피스(W1) 주위에서 스프레이 헤드(14)로부터 "보이는" 전극(32A)의 부분이 도 2의 구성에서와 같이 감소될 수 있고, 그에 따라, 모든 필드 라인(L)이 워크피스(W1) 주위에서 끝나고 워크피스(W1)의 주위를 에워싼다. 따라서, 초음파 헤드(14)로부터 나오는 액적이 정전기장(E)에 의해 워크피스(W1)를 향하여 효율적으로 지향된다.
도 5 내지 도 10으로부터 도출될 수 있는 바와 같이, 베이스부(34)는 전극(32A) 및 전극 모듈(30)에서 사용될 임의의 다른 전극의 최대 치수에 대응하는 길이(L46) 및 폭(W46)을 갖는 영역을 형성하는 상단 공동(top cavity)(46)을 정의한다.
도 2, 도 5, 도 6, 및 도 8의 구성에서, 전극(32A)은 전극(32A)이 공동(46)을 완전히 채우도록 최대 가능한 치수를 갖는다. 노치(47)는, 예컨대, 스크루드라이버의 팁 또는 심지어 핑거 팁과 같은 툴을 이용하여, 베이스부(34)로부터 전극(32A)이 분리되어야만 하는 경우에, 전극(32A) 상에 리프팅 노력을 가하기 위해 측면에서 공동(46)에 접근하는 것을 허용한다.
베이스부(34)는 또한, 케이블(40)을 통해 고 전압 제어기(36)로부터 수용된 전류를 전극(32)에 인가될 고 전압으로 변환하도록 적응된 서브-모듈(50)을 수용하는 리세스(48)를 정의한다.
서브-모듈(50)은 정전 스프레잉의 분야에서, 특히 핸드 건에서 알려진 기법에 따른 다이오드의 캐스케이드에 의해 이루어진 고 전압 생성기(52)를 포함한다. 서브-모듈(50)은 제1 축(X56)을 따라 연장되는 제1 세장형 하우징(56)을 정의하는 절연성 바디(54)를 포함한다. 바디(54)는 또한, 축(X56)에 대해 평행한 제2 축(X58)을 따라 연장되는 제2 세장형 하우징(58)을 정의한다. 실제로, 축(X56 및 X58)은 임의의 배향으로 평행하지 않을 수 있다. 바람직한 구성에서, 축(X56 및 X58)은 이들이 바디(54)의 동일한 측 상에서 개방되도록, 실질적으로 평행하고, 즉, 집중되거나 또는 30° 미만의 이들 사이의 각도로 발산된다. 이러한 구성은 공급 케이블(40)이 고 전압 전력 및 접지된 레퍼런스를 함께 제공할 수 있기 때문에 매우 정돈된 연결을 만든다. 연결 하우징(60)은 축(X56 및 X58)에 대해 수직으로 하우징(56 및 58)을 연결시킨다. 따라서, 하우징(56, 58, 및 60)은 함께, 서브-모듈(50)의 고 전압 공급 수단을 수용하기 위한 U 형상의 볼륨을 정의한다.
방전 저항기(62)가 연결 막대(64)와 함께 하우징(58) 내에 위치된다. 다른 한편으로, 커넥터(66)가 하우징(60) 내에 수용된다.
스프링(68)이 고 전압 생성기(52)와 커넥터(66) 사이에 개재된다. 다른 스프링(70)이 커넥터(66)와 저항기(62) 사이에 개재된다. 따라서, 커넥터(66)는 스프링(68 및 70)의 도움으로 고 전압 생성기(52)와 방전 저항기(62)를 연결시킨다.
접지 플레이트(72)가 하우징(60)의 반대편에 있는 하우징(56 및 58)이 개방된 바디(54)의 일 단부에 위치된다. 이는 접지 케이블(42)을 통해 접지에 고 전압 생성기(52) 및 연결 막대(64)를 연결시키는 것을 허용하고, 그러나, 고 전압 생성기(52)는 또한, 개별적인 전도체(40A, 40B, 및 40C)를 통해 케이블(40)에 연결된다. 명료성을 위해, 커넥터(40A, 40B, 및 40C)는 도 8 상에서만 표현된다.
커넥터(66)는 레시스(48)로부터 공동(46)을 분리시키는 베이스부(34)의 벽(78)의 개구(76)를 통과하는 접촉 부재(74)를 지탱한다. 따라서, 서브-모듈(50)이 리세스(48) 내에 탑재되는 경우에, 접촉 부재(74)는 벽(78)과 동일 평면 상에 있거나 또는 공동 또는 영역(46) 내로 돌출되고, 그에 따라, 접촉 부재(74)는 고 전압 생성기(52)로부터 발생된 고 전압을 공동 또는 영역(46) 내에 설치된 임의의 전극에 인가할 수 있다.
도 7 상에서 도시된 바와 같이, 접촉 부재(74)는 커넥터(66)의 수직 보어(67)에 하우징된 전기 전도성 스터드에 의해 형성된다. 커넥터(66)는 O-링(79)에 의해 벽(78) 내에 고정된다. 보어(67) 내의 스터드(74)의 수직 위치는 보어(67)의 중심축(X67)을 따라 조정될 수 있다. 전극(32A)에 대하여 스터드를 편향시키는 스프링(69)이 보어(67)의 폐쇄된 단부에 유리하게 제공된다.
도 5, 도 6, 도 9, 및 도 10으로부터 도출될 수 있는 바와 같이, 상이한 기하형상을 갖는 전극이 베이스부(34) 및 서브-모듈(50)과 함께 사용될 수 있다.
예컨대, 직사각형 형상의 대형 워크피스(W1)를 위해 도 2의 구성에서 사용되는 직사각형 전극(32A)은, 도 9 상에서 도시된 바와 같은, 휴대폰의 스크린과 같은 더 작은 치수를 갖는 워크피스(W2)에 대해 적응된 평탄하고 직사각형인 형상을 갖는 전극(32B)으로 대체될 수 있다. 전극(32B)이 부재(74)와 접촉하도록 전극(32B)이 공동(46)의 중심 부분에 위치되면, 그러한 전극은 또한, 초음파 헤드(14)와 정전기장을 생성하는데 적합하고, 그에 따라, 도 2에 대하여 설명된 동작이 획득될 수 있고, 정전기장 라인이 전극(32B) 상에서 워크피스(W2)의 주위를 에워싼다.
도 3 및 도 10 상에서 도시된 바와 같이, 디스크 또는 구의 일부의 형태인 워크피스(W3)가 사용되는 경우에 전극(32C)이 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 워크피스(W3)는 소수성 층, 상단 코트 보호층, 하드 코팅 또는 심지어 반사-방지 코팅 층과 같은 상이한 코팅 층으로 코팅될 광학 렌즈일 수 있다. 워크피스(W3)가 디스크인 경우에, 전극(32C)은 평탄하다. 워크피스(W3)가 구의 일부의 형태인 경우에, 전극(32C)은 바람직하게, 워크피스(W3)의 형상에 따르도록 휘어지거나 또는 구부러진다. 이러한 두번째 경우에서, 전극(32C)은 전극(32C)을 수용하기 위한 영역을 여전히 형성하는 공동(46)에 대하여 상방으로 돌출될 수 있다.
도 9 및 도 10 상에서, 더 용이한 이해를 위해, 워크피스(W2 및 W3)의 전역적인 형상 및 전극(32B 및 32C)의 전역적인 형상이 점선으로 부분적으로 도시된다.
도 3 상에서 도시된 바와 같이, 접지된 초음파 헤드(14)와 전극(32C) 사이에 설정된 정전기장(E)은 아이템(14 및 32C) 사이에서 연장되는 필드 라인(L)을 발생시키고, 그에 따라, 유동(F2)의 형태로 초음파 헤드(14)에서 떠나는 액적이 그러한 필드 라인에 의해 워크피스(W3)를 향하여 가이딩된다.
이러한 예에서, 워크피스(W3) 및 전극(32C)의 각각의 직경의 비율은 0.8 내지 2로 선택될 수 있다.
처리될 워크피스의 실제 기하형상에 따라, 영역(46) 상에 배치되는 전극을 위해 다른 형상이 선택될 수 있다. 예컨대, 삼각형 전극 또는 4개 이상의 면을 갖는 다각형 전극이 다각형일 수 있거나 또는 둥글 수 있는, 특히 타원형 형상을 갖는 처리될 워크피스의 윤곽을 따르기 위해 제조될 수 있다. 또한, 전극의 삼차원 또는 휘어진 형상 설계가 선택될 수 있다. 예컨대, 반구형 또는 포물면 전극이 반구형 또는 포물면 광학 렌즈를 지지하기 위해 설계될 수 있다. 더 나아가, 임의의 체적 규칙적 또는 불규칙적 형상의 전극이 처리될 워크피스의 기하형상에 따라 선택될 수 있다.
실제로, 전극(32A, 32B, 32C) 또는 등가물의 에지는 유리하게, 초음파 헤드(14)에서 보이는 워크피스의 윤곽의 이미지이다. 즉, 전극의 에지는 워크피스의 윤곽 주위에 액적을 균일하게 분배하고, 워크피스로의 제품의 전달 효율을 증가시키도록 정의될 수 있다.
유리하게, 전극(32A, 32B, 또는 32C)의 에지는 워크피스의 윤곽의 정확한 이미지이고, 여기에서, "정확한 이미지"는 전극의 에지에 의해 경계가 이루어지는 표면의 영역과 워크피스의 윤곽에 의해 경계가 이루어지는 영역 사이의 차이가 윤곽에 의해 경계가 이루어지는 영역의 10 % 미만인 것을 의미한다.
다른 한편으로, 전극(32A, 32B, 또는 32C)의 기하형상은 워크피스의 에지 상의 코팅 프로파일을 정밀하게 제어하기 위해, 그러한 구역에서 전극의 노출된 표면을 증가시킴으로써 적응될 수 있고, 전극의 노출된 표면은 초음파 헤드(14)로부터 워크피스 주위에서 보이는 표면이다.
도 11 내지 도 15 상에서 표현된 본 발명의 제2, 제3, 및 제4 실시예에서, 제1 실시예의 부분과 유사한 부분은 동일한 부재번호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 이하에서, 제1 실시예와의 차이가 주로 설명된다.
도 11의 제2 실시예에서, 코팅될 워크피스(W4)는 혈관 스텐트이다. 그러한 경우에, 전극(32D)은 길이방향 축(X32)을 따라 연장되고 절연 부분(34)에 의해 홀딩되는 맨드렐(mandrel)로서 성형되고, 베이스부(35)에 포함된 메커니즘에 의해 그러한 축을 중심으로 하는 회전으로 구동된다. 전극(32D)은 원통형이고, 스텐트(W4)에 의해 완전히 또는 부분적으로 둘러싸이도록 성형된다.
고 전압 생성기(52)를 포함하는 서브-모듈(50)은 베이스부(34) 외부에 위치되고, 전극(32D)의 외주면과 슬라이딩 접촉하는 전도성 브러시(82)로 끝나는 케이블(80)에 의해 전극(32D)에 연결된다.
도 11의 우측 상에서 볼 수 있는 바와 같이, 코팅될 스텐트(W4)의 기하형상에 따라, 몇몇 다른 맨드렐(32E, 32F)이 전극 모듈(30)의 부분(34, 35, 및 50)과 함께 사용될 수 있다.
대안적으로, 전극(32D 내지 32E)은 코팅될 워크피스(W4)의 형상에 따라 원통형이 아닐 수 있다.
도 12 내지 도 14 상에서 표현된 본 발명의 제3 실시예에서, 전극(32G)이 초음파 헤드(14) 주위에 탑재되고, 고 전압 생성기(52)를 포함하는 전극 모듈(30)의 서브-모듈(50)을 통해 고 전압이 그러한 전극(32G)에 공급된다. 그러한 경우에, 초음파 헤드(14)의 방출 노즐(15)로부터 나오는 액적의 유동(F2)은 접지된 플레이트(84) 상에 놓인 코팅될 워크피스(W5)를 향하여 연장되는 전극(32)의 스파이크(32G1)로 인한 코로나 효과에 의해, 즉, 노즐(15) 주위의 공기의 이온화에 의해 정전기적으로 로딩된다.
도 12 상에서 실선으로 도시된 바와 같이, 워크피스(W5)가 원형인 경우에, 도 13 상에서 도시된 바와 같이, 전극(32G)이 또한 원형이고, 그러한 전극(32G)의 스파이크(32G1)는 초음파 헤드(14)의 길이방향 축(X14) 주위에 규칙적으로 분포된다.
도 12 상에서 참조부호(W5')로 도시된 바와 같이, 워크피스(W5)가 타원형 형상을 갖는 경우에, 도 14 상에서 전극(32H)으로 도시된 바와 같이, 전극이 또한 타원형으로 성형될 수 있다. 그러한 전극의 스파이크(32H1)는 코팅될 워크피스(W5')의 표면 상에 액적을 균일하게 또는 불균일하게 분배하기 위해, 초음파 헤드(14)의 방출 노즐(15) 및 중심축(X14) 주위에 규칙적으로 또는 불-규칙적으로 분포될 수 있다.
도 15 상에서 도시된 바와 같이, 전극(32I)의 스파이크(32I1)는 액적의 유동(F2)의 방향으로 초음파 헤드(14)의 노즐(15) 및 중심축(X14)을 향하여 집중될 수 있다.
α32는 초음파 스프레이 헤드(14)의 중심축(X14)과 스파이크(32I1)의 길이방향 축(X32) 사이의 각도를 표시한다. 이러한 각도는 코팅될 워크피스의 기하형상, 및/또는 전극(32I)과 워크피스 사이의 축(X14)을 따라 측정된 거리에 따라 조정가능하다. 각도(α32)는 축(X14)에 대한 스파이크(32I1)의 배향 축이다.
표현되지 않은 대안적인 실시예에 따르면, 전극은 워크피스 그 자체에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 실시예에서, 워크피스(W1 내지 W4)는 접촉 부재(74) 또는 브러시(82)와 직접적으로 전기 접촉할 수 있다.
위에서 고려된 본 실시예 및 변형물의 특징은 본 발명의 새로운 실시예를 생성하기 위해 조합될 수 있다.
특히, 유닛(20)과 유사한 공기 분출 유닛이 제2 내지 제4 실시예에서 사용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 액체 코팅 제품으로 워크피스(workpiece)(W1 내지 W5, W5')를 코팅하기 위한 코팅 시스템(2)으로서,
    코팅 제품의 액적들을 생성하기 위한 초음파 헤드(14)를 포함하며,
    상기 코팅 시스템은,
    - 전극과 초음파 스프레이 헤드 사이에 정전기장(E)을 생성하기 위한 전극(32A 내지 32I); 및
    - 상기 전극에 고 전압을 공급하기 위해 상기 전극에 연결된 고 전압 생성기(52);
    를 더 포함하며,
    상기 고 전압 생성기(52)는,
    방전 저항기(62) 및 연결 수단들(66, 68, 70)도 포함하는 서브-모듈(50)에 통합되고,
    상기 서브 모듈은 2개의 하우징(56, 58)과 연결 하우징(60)을 정의하고, 상기 2개의 하우징(56, 58)에 상기 고 전압 생성기와 상기 방전 저항기가 각각 수용되고, 상기 고 전압 생성기와 상기 방전 저항기를 연결하기 위해 상기 연결 하우징(60)에 커낵터(66)가 수용되며,
    상기 전극(32A 내지 32C)은,
    상기 워크피스의 기하형상에 따라 성형되고, 상기 고 전압 생성기(52)를 포함하는 베이스부(34)에 의해 지지되는,
    코팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극(32A 내지 32I)의 형상은 상기 워크피스(W1 내지 W5, W5')의 기하형상에 기초하여 구성가능한,
    코팅 시스템.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극(32A 내지 32C)의 에지는 상기 초음파 헤드(14)로부터 보이는 상기 워크피스(W1 내지 W3)의 윤곽의 이미지인,
    코팅 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극(32A 내지 32F)은 상기 워크피스(W1 내지 W4)를 지지하고, 상기 워크피스와 접촉하는,
    코팅 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스부(34)는 접지 전위로부터 상기 워크피스(W1 내지 W3)를 절연시켜서, 상기 전극(32A 내지 32C)으로부터의 임의의 전기 누설을 방지하는,
    코팅 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스부(34)는 상이한 형상들의 전극들(32A 내지 32C)을 수용하도록 구성된 영역(46)을 정의하는,
    코팅 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영역에 수용된 전극(32A 내지 32C)에 상기 고 전압 생성기(52)를 연결시키기 위해, 전기 접촉 부재(74)가 상기 영역(46)에 위치되는,
    코팅 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전기 접촉 부재(74)는 상기 영역(46)에 수용된 전극(32A 내지 32C)에 대해 평행하지 않은 축(X67)을 따라 이동가능하고, 상기 전극을 향하여 편향되는,
    코팅 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극(32D 내지 32F)은 상기 워크피스(W4)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이도록 성형되는,
    코팅 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극(32D 내지 32F)은 상기 전극(32D 내지 32F)의 길이방향 축(X32)을 중심으로 회전가능한,
    코팅 시스템.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극(32G 내지 32I)은 상기 초음파 헤드(14)에 고정되고, 이온화에 의해 상기 액적들(F2)을 대전시키도록 구성되는,
    코팅 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 워크피스의 기하형상에 기초한 분포로 상기 초음파 헤드(14)의 방출 노즐(15) 주위에 확산된 스파이크들(32G1 내지 32I1)이 상기 전극(32G-32I)에 제공되는,
    코팅 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 초음파 스프레이 헤드(14)의 중심축(X14)에 대한 상기 스파이크들(32I1)의 배향 각도(α321)는 상기 워크피스의 기하형상 및/또는 상기 전극(32I)과 상기 워크피스 사이의 거리에 기초하여 조정가능한,
    코팅 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 워크피스인,
    코팅 시스템.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초음파 헤드에서 떠나는 액적들(F2) 주위에 성형 공기의 분사(F4)를 전달하도록 구성된 공기 분출 유닛(20)이 상기 초음파 헤드(14)에 제공되는,
    코팅 시스템.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코팅 시스템은,
    제어되는 양으로 액체 코팅 제품을 상기 초음파 헤드(14)에 공급하는 계량 디바이스(19)를 포함하는,
    코팅 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 계량 디바이스(19)는,
    이동가능한 피스톤을 갖는 펌프의 형태인,
    코팅 시스템.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 전기 접촉 부재(74)는,
    상기 연결 하우징(60)에 수용된 상기 커낵터(66)에 의해 지지되며 상기 연결 하우징(60)에 수용된 상기 커낵터(66)에 전기적으로 연결되는,
    코팅 시스템.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 전기 접촉 부재(74)는,
    상기 커낵터(66)의 수직 보어(67)에 하우징된 전기 전도성 스터드(74)인,
    코팅 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전기 접촉 부재(74)는,
    상기 영역(46)에 수용된 전극(32A 내지 32C)에 대해 평행하지 않은 축(X67)을 따라 이동가능하고, 상기 전극을 향하여 편향되고,
    스프링(69)이 상기 보어(67)의 폐쇄된 단부에 제공되어 상기 전기 접촉 부재(74)를 전극(32A)에 대하여 편향시키는,
    코팅 시스템.
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