KR102500430B1 - 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체 - Google Patents

튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기수력학적 펌프 헤드 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 점성 용액에 전위차를 인가하여 노즐을 통해 점성 용액을 디스펜싱하는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기-수력학(EHD; Electro Hydro Dynamic) 펌프 헤드 조립체에 관한 것이다.
본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는, EHD 펌프가 점성 용액을 디스펜싱하는 조건을 용이하게 조절하여 디스펜싱 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는, 점성 용액을 디스펜싱하는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 디스펜싱 품질을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체 {Electro Hydro Dynamic Pump Head Assembly Having Tube Type External Electrode}
본 발명은 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 점성 용액에 전위차를 인가하여 노즐을 통해 점성 용액을 디스펜싱하는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기-수력학(EHD; Electro Hydro Dynamic) 펌프 헤드 조립체에 관한 것이다.
점성 용액을 고속 정량으로 디스펜싱하는 펌프는 반도체 공정 등을 포함한 다양한 기술 분야에 널리 사용된다.
이와 같이 점성 용액을 디스펜싱하는 펌프는 오거(Auger) 펌프, 공압 펌프, 압전(piezo) 펌프, 잉크젯 펌프 등 다양한 형태와 구조의 펌프가 사용된다.
점성 용액의 디스펜싱 용량을 더욱 정교하게 조절하고 미세 선폭의 패턴을 자재에 디스펜싱하기 위하여 전기수력학적(EHD; Electro-hydrodynamic) 펌프를 사용하는 경우도 있다.
전기수력학적 펌프는 저장부에 저장된 점성 용액에 고전압을 인가하여 발생하는 전기장에 의한 에너지를 이용하여 점성 용액을 노즐을 통해 토출시키는 펌프이다.
이와 같은 전기수력학적 펌프는 점성 용액을 미세 용량으로 토출시키는 것이 가능한 반면에 용액의 점성이나 주변 환경, 전극의 형상 등의 요인에 의해 디스펜싱 특성이 크게 영향을 받는 단점이 있다.
따라서, 반도체 공정 등 다양한 분야에 효과적으로 사용하기 위해서는 비교적 고점도의 점성 용액도 용이하게 디스펜싱할 수 있고, 점성 용액의 토출 형상, 패턴, 유량 등을 비교적 용이하게 제어할 수 있으면서 안정적인 디스펜싱 특성을 유지할 수 있는 구조의 전기수력학적 펌프 헤드 조립체가 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 점성 용액을 디스펜싱하는 성능이 우수하면서도 안정적으로 디스펜싱 특성을 유지할 수 있고 디스펜싱 특성의 조절이 용이한 구조를 가지는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는, 점성 용액이 저장되는 저장부; 상기 저장부에 연결되어 상기 점성 용액을 토출하도록 길이 방향으로 연장되도록 형성되는 절연 재질의 절연 노즐; 상기 저장부에 저장된 상기 점성 용액이 상기 절연 노즐로 전달되는 경로 상에 배치되는 내부 전극; 및 상기 절연 노즐의 적어도 일부분을 감싸도록 형성되어 상하로 연장되도록 형성되는 외부 전극;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는, EHD 펌프가 점성 용액을 디스펜싱하는 조건을 용이하게 조절하여 디스펜싱 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는, 점성 용액을 디스펜싱하는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 디스펜싱 품질을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 정면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도와 부분 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 일부분에 대한 정면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 일부분을 확대한 단면도이다.
도 8는 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 디스펜서에 장착하여 사용하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 전기수력학적 험프 헤드 조립체의 외부 전극에 대한 다른 구조를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체에 대해 설명한다.
본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 베이스 위에 배치된 자재에 점성 용액을 도포하기 위한 것이다. 접지된 베이스 위에 자재가 배치된 상태에서 점성 용액에 전압을 인가하면, 베이스와 점성 용액 사이의 전위차에 의해 점성 용액이 노즐을 통해 자재 위로 토출된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 정면도이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 1에 도시된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도와 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 저장부(110)와 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)과 외부 전극(350)을 포함하여 이루어진다.
저장부(110)는 절연 노즐(330)을 통해서 토출하기 위한 점성 용액이 저장되는 구성이다. 저장부(110)는 점성 용액이 저장될 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 별도의 용기에 저장된 점성 용액을 튜브와 같은 관을 통해서 전달하는 형태의 저장부를 사용할 수도 있다. 본 실시에서는 도 1 내지 도 5에 도시한 것과 같이 원통형 카트리지 형태의 용기 구조로 형성된 저장부(110)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이와 같은 저장부(110)에는 내부에 저장된 점성 용액에 압력을 가할 수 있는 공압 레귤레이터(regulator)가 연결되어 사용될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 저장부(110)의 하단에는 내부 전극(310)이 설치된다. 내부 전극(310)은 저장부(110)에 저장된 점성 용액에 전압을 인가할 수 있도록 도전성 재질로 형성된다. 본 실시예의 내부 전극(310)은 길이 방향을 따라 내경과 두께가 일정하게 형성된 금속 관 형태로 형성된다. 이와 같은 구조에 의해 내부 전극(310)은 저장부(110)에 저장된 점성 용액에 전압을 인가하면서 동시에 점성 용액을 절연 노즐(330)로 전달할 수 있다.
절연 노즐(330)은 도 4, 도 5 및 도 7에 도시한 것과 같이 길이 방향으로 연장되도록 형성된다. 절연 노즐(330)은 적어도 일부분이 하측으로 갈수록 내경이 감소하도록 형성되는 것이 좋다. 본 실시예의 경우 도 7에 도시한 것과 같이 절연 노즐(330)의 상부는 길이 방향을 따라 내경이 일정하게 형성되고 하부는 하측으로 갈수록 내경이 감소하는 관 형태로 형성된다.
절연 노즐(330)은 글라스와 같은 절연성 재질로 형성된다. 본 실시예의 경우 절연 노즐(330)은 글라스 재질의 관을 인발 가공하는 방법으로 제작된다. 이와 같은 절연 노즐(330)은 내부 전극(310)과 마찬가지로 저장부(110)의 하단에 조립된다.
본 실시예의 경우 절연 노즐(330)은 도 7에 도시한 것과 같이 내부에 내부 전극(310)이 삽입된 상태로 저장부(110)에 조립된다. 바람직하게는 절연 노즐(330)은 너트 형태의 합성수지 재질 구조물에 결합된 상태로 저장부(110)에 나사결합 방식에 의해 조립된다. 이때, 저장부(110)의 하단으로 돌출되도록 설치된 내부 전극(310)이 절연 노즐(330)에 삽입된 상태로 절연 노즐(330)이 저장부(110)에 연결된다. 이와 같은 구조에 의해 내부 전극(310)은 점성 용액에 전압을 인가하면서 동시에 직접적으로 점성 용액을 절연 노즐(330)에 대해 공급할 수 있다. 본 실시예의 경우, 도 7에 도시한 것과 같이 내부 전극(310)은 절연 노즐(330)의 내경이 일정하게 형성된 상부까지만 삽입되도록 형성된다. 이와 같은 구조에 의해 내부 전극(310)은 절연 노즐(330)의 출구(outlet)와 매우 가까운 위치까지 점성 용액을 전달하면서 그 점성 용액에 대해 전압을 인가할 수 있다.
절연 노즐(330)의 내경과 내부 전극(310)의 외경 사이의 간격은 되도록 좁은 것이 좋다. 절연 노즐(330)의 내경과 내부 전극(310)의 외경 사이의 간격을 좁게 하면, 절연 노즐(330)에 전달되는 압력 손실과 전자기력의 손실을 줄이면서 효과적으로 점성 용액을 절연 노즐(330)을 통해 토출시킬 수 있다.
바람직하게는 절연 노즐(330)의 내경과 내부 전극(310)의 외경 사이의 간격은 0.05㎜ 내지 0.1㎜ 인 것이 좋다. 절연 노즐(330)의 내경과 내부 전극(310)의 외경 사이의 간격이 0.05㎜보다 작으면 절연 노즐(330)과 내부 전극(310)을 조립하는 것이 어렵고, 절연 노즐(330)의 내경과 내부 전극(310)의 외경 사이의 간격이 0.1㎜보다 큰 경우에는 절연 노즐(330)과 내부 전극(310) 사이로 점성 용액이 흐르거나, 절연 노즐(330)의 내벽과 내부 전극(310)의 외벽 사이에 기포가 형성되거나 그 기포가 점성 용액과 함께 절연 노즐(330)을 통해 배출될 수 있다.
절연 노즐(330)과 내부 전극(310)과 저장부(110)는 상부 몸체(210)에 조립된다. 상부 몸체(210)는 저장부(110)와 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)의 조립체가 결합되어 지지되는 구성이다. 이와 같은 상부 몸체(210)는 하부 몸체(230)와 조립되어 사용된다.
도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 하부 몸체(230)는 상하로 연장되도록 형성되는 조립 홈(231)을 구비한다. 상부 몸체(210)는 조립 홈(231)에 대응하는 형상으로 형성된 조립 연장부(211)를 구비한다. 상부 몸체(210)의 조립 연장부(211)가 하부 몸체(230)의 조립 홈(231)에 삽입되는 방법으로 상부 몸체(210)와 하부 몸체(230)가 서로 조립된다.
하부 몸체(230)에는 외부 전극(350)이 고정된다. 즉, 외부 전극(350)은 하부 몸체(230)에 설치되어 지지된다. 본 실시예의 외부 전극(350)은 상하로 연장되는 관 형태로 형성된다. 본 실시예의 경우 상하 방향을 따라 내경과 두께가 일정하게 형성되는 구조로 형성되는 외부 전극(350)을 예로 들어 설명하지만, 외부 전극(350)의 구조와 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어 외부 전극의 내경이 상하 방향을 따라 증가하거나 감소하는 관 형태의 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 도 9에 도시한 것과 같이 원주 방향을 따라 일정 각도 간격으로 배열되고 길이 방향으로 연장되는 구조의 복수의 외부 전극 엘리먼트(361)들로 구성된 외부 전극(360)을 사용하는 것도 가능하다.
조립 연장부(211)가 조립 홈(231)에 삽입되어 상부 몸체(210)와 하부 몸체(230)가 서로 조립되면, 외부 전극(350)은 절연 노즐(330)의 적어도 일부분의 외주를 비접촉 상태로 감싸게 된다. 본 실시예의 경우 도 5에 도시한 것과 같이 절연 노즐(330)의 끝부분이 외부 전극(350)에 삽입된 상태가 된다. 이때, 절연 노즐(330)의 내부에 삽입된 상태의 내부 전극(310)도 외부 전극(350)의 내부에 삽입된 상태가 된다.
이와 같은 상태에서 상부 몸체(210)는 하부 몸체(230)에 대해 승강 가능하게 설치된다. 본 실시예의 경우 상부 몸체(210)는 하부 몸체(230)에 설치된 가이드 레일을 따라서 하부 몸체(230)에 대해 상하로 승강 가능하게 설치된다. 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 수동으로 상부 몸체(210)의 높이를 조절한 후 별도의 고정 부재(250)를 사용하여 상부 몸체(210)의 높이를 고정하도록 구성되어 있다. 경우에 따라서는 제어 신호에 의해 상부 몸체(210)의 높이를 조절할 수 있는 리니어 모터와 같은 형태의 승강 부재를 설치하여 자동으로 상부 몸체(210)를 하부 몸체(230)에 대해 승강하도록 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같은 승강 부재에 의해 상부 몸체(210)의 높이를 조절하면, 결과적으로 외부 전극(350)에 대한 절연 노즐(330)의 높이가 조절된다.
본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 절연 노즐(330)과 외부 전극(350)의 사이로 연결되는 기체 유로(410)를 구비한다. 이와 같은 기체 유로(410)는 절연 노즐(330)과 외부 전극(350)의 사이로 정압 또는 부압의 기체를 전달하도록 절연 노즐(330)과 외부 전극(350)의 사이로 연결된다.
이와 같은 기체 유로(410)는 절연 노즐(330)과 외부 전극(350)의 사이에서 하부 몸체(230)의 내부를 경유하여 외부 공압 장치로 연결된다. 본 실시예의 경우 기체 유로(410)는 상부 몸체(210)의 조립 연장부(211)와 하부 몸체(230)의 조립 홈(231)의 사이의 경로를 경유하게 된다.
조립 홈(231)은 원통형으로 형성되고 조립 연장부(211)는 조립 홈(231)에 꼭 맞는 외경의 원기둥 형태로 형성된다. 조립 연장부(211)의 외면에는 원주 방향을 따라 동일 간격(90도 간격)으로 상하로 연장되는 홈 형태의 부분 유로(213)가 형성된다. 부분 유로(213)의 상단부에는 조립 연장부(211)의 외경을 따라 링 형태로 형성되는 링 홈(215)이 형성되어 연결된다. 기체 유로(410)는 이와 같은 부분 유로(213)와 링 홈(215)에 의해 형성되는 경로를 따라서 조립 연장부(211)와 조립 홈(231)의 사이로 연결된다. 기체 유로(410)는 링 홈(215)에서 하부 몸체(230)의 측방향으로 이어지도록 연장된다. 기체 유로(410)는 이와 같은 경로를 통해 외부 공압 장치에 연결된다.
외부 공압 장치가 정압을 발생시키면 외부 전극(350)과 절연 노즐(330) 사이로 압축 기체를 분사한다. 반대로 외부 공압 장치가 부압을 발생시키면 외부 전극(350)과 절연 노즐(330) 사이의 압력을 낮추어 기체 유로(410)를 통해 절연 노즐(330) 주위의 공기를 흡입하게 된다.
한편, 외부 전극(350)에 대한 상기 절연 노즐(330)의 상대 위치는 상부 몸체(210)의 조립 연장부(211)가 하부 몸체(230)의 조립 홈(231)에 삽입됨으로써 자동으로 정렬된다. 조립 연장부(211)와 조립 홈(231) 사이의 공차를 매우 작게 가공하면, 조립 홈(231)에 조립 연장부(211)가 삽입된 후에는 절연 노즐(330)의 수평 방향 변위는 고정된다. 따라서, 조립 홈(231)에 조립 연장부(211)가 삽입되어 조립 홈(231)에 의해 가이드되면서 슬라이딩하면, 절연 노즐(330)은 외부 전극(350)의 내부로 쉽게 진입하게 된다. 이와 같은 방법으로 절연 노즐(330)의 파손을 방지할 수 있다. 절연 노즐(330)은 취성이 강한 글라스 재질로 매우 가늘고 길게 형성되므로 작은 충격에도 파손되기 쉽다. 상술한 바와 같이 조립 홈(231)과 조립 연장부(211)의 형상과 구조로 인해, 절연 노즐(330)은 외부 전극(350)의 내부로 쉽게 진입하게 된다. 외부 전극(350)에 대한 절연 노즐(330)의 수평 방향 위치를 정렬한 상태에서 상부 몸체(210)와 하부 몸체(230)를 조립하면, 절연 노즐(330)의 파손이 방지되면서 절연 노즐(330)이 용이하게 외부 전극(350)의 내부로 진입하게 된다.
이를 위해 상부 몸체(210)의 하측으로 돌출되는 절연 노즐(330)의 길이는 조립 홈(231)의 깊이보다 짧은 것이 좋다. 이와 같이 구성하면, 절연 노즐(330)이 조립 홈(231)의 바닥에 접촉하기 전에 조립 연장부(211)가 조립 홈(231)에 삽입되기 시작한다. 조립 연장부(211)가 조립 홈(231)에 의해 위치 정렬되면서, 절연 노즐(330)의 위치도 자동 정렬된다.
앞서 설명한 것과 같이 조립 홈(231)과 조립 연장부(211) 사이는 공차가 매우 작게 형성되므로, 기체 유로(410)를 제외한 나머지 부분의 조립 홈(231)과 조립 연장부(211) 사이는 기밀된다. 필요에 따라서는 조립 연장부(211) 또는 조립 홈(231)에 오링과 같은 실링 부재를 설치하여 조립 홈(231)과 조립 연장부(211) 사이를 더욱 확실하게 기밀할 수도 있다.
한편, 하부 몸체(230)에는 절연 재질의 절연 캡(233)이 설치된다. 절연 캡(233)은 상하로 관통하도록 형성되는 전극 홀이 형성된다. 절연 캡(233)은 전극 홀의 내부에 외부 전극(350)이 배치될 수 있는 상태로 하부 몸체(230)에 결합된다. 절연 캡(233)은 외부 전극(350)을 하부 몸체(230)에 고정하는 역할과 외부 전극(350)에 인가되는 고전압으로부터 작업자를 보호하는 역할을 한다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 본 실시예에 따른 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체의 조립 순서에 대해 설명한다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 외부 전극(350)을 하부 몸체(230)에 조립한다. 앞서 설명한 바와 같이 절연 캡(233)을 이용하여 외부 전극(350)을 하부 몸체(230)의 하부에 고정하게 된다. 이때, 외부 전극(350)은 절연 캡(233)의 전극 홀을 경유하여 하측으로 노출된다.
외부 전극(350)은 하부 몸체(230)를 통해서 전원 공급 장치에 전기적으로 연결된다. 전원 공급 장치는 제어부에서 설정한 전압으로 외부 전극(350)에 직류 전압을 인가한다.
다음으로, 도 1, 도 2 및 도 7을 참조하여, 저장부(110)에 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)을 조립한다. 저장부(110)에 저장된 점성 용액은 내부 전극(310)을 통해 외부로 배출될 수 있는 상태가 된다. 또한, 도 7에 도시한 것과 같이 내부 전극(310)은 절연 노즐(330)의 내경이 일정하게 형성된 부분까지 삽입된 상태가 되도록, 절연 노즐(330)을 저장부(110)에 대해 조립한다. 이와 같은 상태가 되면 저장부(110)에 저장된 점성 용액은 내부 전극(310)을 통해서 절연 노즐(330)에 직접적으로 전달될 수 있다. 저장부(110)에는 공압 레귤레이터가 연결된다. 공압 레귤레이터는 제어부에서 설정한 압력으로 저장부(110)에 저장된 점성 용액에 압력을 가할 수 있다.
이와 같은 상태에서 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 저장부(110)와 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)의 조립체를 상부 몸체(210)에 장착한다. 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 상부 몸체(210)를 하부 몸체(230)에 대해 상승시킨 상태에서, 저장부(110) 및 그 주변 구성을 상부 몸체(210)에 장착한다. 이와 같이 상부 몸체(210)가 상승된 상태에서는 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)이 하부 몸체(230)에 걸리지 않고 상부 몸체(210)에 쉽게 장착될 수 있다.
내부 전극(310)은 상부 몸체(210)를 통해서 전원 공급 장치에 연결된다. 전원 공급 장치는 제어부에서 설정한 직류 전압을 내부 전극(310)에 인가한다.
상부 몸체(210)를 하측으로 슬라이딩시키면 도 3 및 도 5에 도시한 것과 같이 조립 연장부(211)가 조립 홈(231)에 삽입되면서, 상부 몸체(210)와 하부 몸체(230)가 서로 조립된다. 이때, 절연 노즐(330)도 외부 전극(350)의 내부에 삽입된다. 이와 같은 과정은 수작업으로 수행할 수도 있고, 제어부의 신호에 의해 작동하는 승강 부재에 의해 수행할 수도 있다. 상부 몸체(210)와 하부 몸체(230) 사이의 상대 위치는 작업 조건이나 점성 용액의 특성 등 다양한 파라미터에 따라 조절할 수 있다.
앞에서 설명한 것과 같이, 상부 몸체(210)의 하측으로 돌출되는 절연 노즐(330)의 길이가 조립 홈(231)의 깊이보다 짧게 형성되면, 조립 홈(231)의 파손 위험을 낮출 수 있는 장점이 있다. 절연 노즐(330)이 조립 홈(231)의 바닥에 접촉하거나 외부 전극(350)의 내부로 진입하기 전에 조립 연장부(211)가 조립 홈(231)에 삽입되기 시작하므로, 조립 연장부(211)의 위치가 조립 홈(231)에 의해 정렬되면서 절연 노즐(330)의 위치도 자동 정렬된다. 따라서, 절연 노즐(330)은 정확한 위치에서 외부 전극(350)의 내부로 진입하게 된다. 또한, 절연 노즐(330)의 진입 과정에서 절연 노즐(330)은 외부 전극(350)과 접촉하지 않게 된다.
상부 몸체(210)와 하부 몸체(230)의 조립이 완료되면, 도 6에 도시한 것과 같이 절연 노즐(330)의 끝부분은 외부 전극(350)의 하부로 노출된다. 경우에 따라서 상부 몸체(210)의 높이를 조절함으로써, 절연 노즐(330)의 끝부분이 외부 전극(350)의 하부로 노출되지 않은 상태에서 디스펜싱 작업을 실시하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같은 순서로 조립되어 사용되는 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 도 8에 도시한 것과 같은 상태로 사용될 수 있다. 도 8에 도시한 것과 같이 본 실시예의 전기수력학적 펌프는 카메라, 센서 등의 다른 구성과 함께 지지 패널에 설치된 상태에서 별도의 이송 장치에 설치되어 사용된다. 이송 장치에 의해 수직방향과 수평방향으로 이송되면서 바닥에 배치된 자재에 대해 다양한 방법으로 점성 용액을 디스펜싱하게 된다.
상술한 바와 같이 접지된 베이스(바닥)에 자재를 배치하고, 전원 공급 장치에 의해 내부 전극(310)과 외부 전극(350)에 직류 전압을 인가하면, 내부 전극(310) 및 외부 전극(350)에 의해 발생하는 베이스에 대한 전위차에 의해 절연 노즐(330) 내부의 점성 용액이 하측을 향해서 토출된다. 본 실시예의 경우 내부 전극(310)에는 일정한 직류 전압을 인가하고, 외부 전극(350)에는 다양한 패턴과 주파수의 펄스 전압을 인가하여 점성 용액을 절연 노즐(330)을 통해서 토출시킨다. 경우에 따라서는 반대로 외부 전극(350)에 일정한 직류 전압을 인가하고 내부 전극(310)에 특정 주파수의 펄스 전압을 인가하는 방법으로 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다.
도 7에 도시한 것과 같이 내부 전극(310)은 절연 노즐(330)의 내부까지 진입해 있으므로, 점성 용액의 토출을 위해 더욱 효과적으로 직류 전압을 인가할 수 있다. 이와 같은 구조에 의해 점성 용액의 디스펜싱 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 내부 전극(310)은 관 형태로 형성되어 있으므로, 전위차를 형성하는 것과 동시에 점성 용액을 절연 노즐(330)로 공급하는 기능까지 수행하게 되어 디스펜싱 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같은 내부 전극(310)과 절연 노즐(330) 사이의 구조로 인해 저장부(110)에 저장된 점성 용액을 절연 노즐(330)로 공급하는 부분과 절연 노즐(330)에서 점성 용액이 토출되는 부분 사이의 거리를 매우 가깝게 할 수 있다. 이러한 구조에 의해 디스펜싱 과정에서 기포가 발생하는 가능성을 비약적으로 낮출 수 있다. 또한 이와 같은 구조로 인해 절연 노즐(330)의 토출구와 매우 가까운 위치에서 내부 전극(310)에 의해 점성용액에 대해 전압을 인가하므로, 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 우수한 디스펜싱 성능을 갖게 된다. 또한, 이와 같은 구조는 디스펜싱 특성을 직접적으로 제어하기 매우 용이한 장점이 있다.
또한, 외부 전극(350)도 내부 전극(310) 및 절연 노즐(330)과 매우 가까운 위치에서 직류 전압을 인가할 수 있으므로, 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 더욱 우수한 디스펜싱 성능을 가지게 된다. 특히, 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 외부 전극(350)이 관 형태로 형성되어서 절연 노즐(330)의 외주를 감싸면서 상하로 연장되는 공간을 형성한다. 이와 같은 상태에서 외부 전극(350)에 직류 전압이 인가되므로, 본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 외부 환경이나 노이즈의 간섭에 의한 영향을 저감시킬 수 있다. 결과적으로 본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 더욱 안정적으로 점성 용액을 디스펜싱하는 성능을 가지게 된다.
또한, 내부 전극(310)과 외부 전극(350)이 모두 원통형으로 형성되는 경우에는 내부 전극(310)과 외부 전극(350) 사이에 전위차가 발생하는 면적과 공간을 더욱 넓힘으로써 본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 점성 용액에 대해 더욱 효과적으로 전자기력을 전달할 수 있는 구조를 가진다.
다음으로, 기체 유로(410)의 작용에 대해 설명한다. 외부 공압 펌프에 연결된 기체 유로(410)는 조립 연장부(211)에 형성된 링 홈(215)과 부분 유로(213)에 의해 상부 몸체(210) 및 하부 몸체(230)의 하부로 이어 진다. 부분 유로(213)의 하단부에서 기체 유로(410)는 다시 방사상으로 반경 방향을 따라 연장되어 외부 전극(350)의 내측 공간까지 이어진다. 결과적으로 외부 전극(350)과 절연 노즐(330)의 사이의 공간에 기체 유로(410)의 끝부분이 연결된다. 외부 공압 펌프의 작동에 따라 기체 유로(410)는 외부 전극(350)과 절연 노즐(330)의 사이에 정압 또는 부압의 기체를 공급하게 된다.
통상적으로 점성 용액을 디스펜싱하는 펌프는 작업을 시작하는 단계에서 내부 기포를 제거하거나 캘리브레이션(calibration)을 수행하는 과정에서 퍼지(purge) 작업을 수행하는 것이 일반적이다. 이와 같은 퍼지 작업을 수행할 때 기체 유로(410)를 통해서 정압을 발생시키면 절연 노즐(330)을 통해 점성 용액이 토출되는 것을 돕는 작용을 한다. 또한, 퍼지 작업뿐만 아니라 제품에 대한 디스펜싱 작업을 시작하는 경우에도 기체 유로(410)를 통해 일정한 압력의 기체 흐름이 절연 노즐(330)의 주위에 발생하면, 토출을 위한 안정적인 메니스커스(meniscus)를 형성하는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 발생하게 된다.
기체 유로(410)를 통해서 전달되는 기체 압력의 크기나 기체의 유량을 조절하면, 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체가 액적(droplet) 단위로 점성용액을 토출하는 것이 아니라 스프레이 형태로 점성 용액을 디스펜싱하도록 작동시키는 것도 가능하다.
한편, 기체 유로(410)를 통해서 부압을 전달하여 절연 노즐(330)의 주위에 진공이 형성되도록 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 작동시키는 것도 가능하다. 상술한 바와 같은 퍼지 작업을 수행하는 동안에 기체 유로(410)에 부압을 발생시키면 절연 노즐(330)을 통해 퍼지된 점성 용액이 석션(suction)되어 기체 유로(410)를 통해 외부로 배출된다. 즉, 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 캘리브레이션하거나 작업 준비를 하는 단계에서는 점성 용액이 절연 노즐(330)의 하측으로 떨어지지 않고 기체 유로(410)를 통해 외부로 배출되도록 함으로써, 점성 용액에 의한 작업 공간의 오염을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 스프레이 형태로 점성 용액을 디스펜싱하는 경우에도 자재에 대해 점성 용액을 디스펜싱하지 않는 동안에는 기체 유로(410)를 통해 점성 용액의 미세 입자가 석션되어 외부로 배출되도록 기체 유로(410)에 부압을 인가할 수 있다.
본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 외부 전극(350)이 절연 노즐(330)을 비접촉 상태로 감싸도록 배치되어 있으므로, 기체 유로(410)를 절연 노즐(330)과 외부 전극(350)의 사이로 연결하는 것이 쉬운 구조적 장점이 있다. 이와 같은 구조에 의해 기체 유로(410)를 절연 노즐(330)에 매우 가까운 위치로 근접시킬 수 있으므로, 기체 유로(410)에 전달되는 정압 또는 부압의 기체 압력에 의한 작용 효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체와 같은 디스펜싱 펌프는 노즐의 높이를 설정된 값으로 유지하는 것이 매우 중요하다. 본 발명의 경우 다음과 같은 방법을 사용하여 외부 전극(350) 및 절연 노즐(330)의 높이를 보정(calibration)하고 제어할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 것과 같이, 하부 몸체(230)에 대해 상부 몸체(210)는 상승시킨 상태에서 도 7과 같은 전체 구조물을 하강시켜 외부 전극(350)의 높이를 측정한다. LVDT (Linear Variable Displacement Transducer) 센서를 사용하는 경우에는 외부 전극(350)이 LVDT 센서에 접촉할 때까지 외부 전극(350)을 하강시켜 외부 전극(350)의 기준 높이를 파악한다. 내부 전극(310)이나 절연 노즐(330)의 외부 전극(350)에 대한 상대 변위는 상부 몸체(210)와 하부 몸체(230) 사이의 상대 변위를 통해서 쉽게 측정하거나 조절할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 방법으로 외부 전극(350)의 높이는 직접적으로 측정하고, 내부 전극(310) 또는 절연 노즐(330)의 높이는 간접적인 방법으로 측정하면, 내부 전극(310)이나 절연 노즐(330)의 파손을 방지하면서도 주요 구성들의 높이를 정학하게 파악하고 조절하는 것이 가능하다. 이와 같은 방법으로 주요 구성들의 높이와 관련된 인자들을 용이하게 조절하여 점성 용액의 디스펜싱 특성을 제어하는 것이 가능하다.
한편, 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 상술한 바와 같이 용기 형태의 저장부(110)와 내부 전극(310) 및 절연 노즐(330) 한 세트로 상부 몸체(210)에 장착할 수 있는 구조로 되어 있어서, 사용상의 편리함과 성능상의 우수성을 가지게 된다. 종래에서는 바이알(vial)과 같은 용기에 점성 용액을 저장하고 튜브를 통해서 점성 용액을 노즐로 전달하는 구조가 흔히 사용되었으나, 본 발명의 경우 용기 형태의 저장부(110)와 내부 전극(310) 및 절연 노즐(330)이 직접적으로 근거리에 연결되는 구조를 사용한다. 이로 인해 저장부(110)에 연결된 레귤레이터 압력의 손실을 최소화하면서 내부 전극(310)에 전달할 수 있다. 또한, 중간 연결 튜브를 사용하지 않으므로, 본 실시예의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체는 구조를 단순화할 수 있으며 크기도 작게 구성할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 본 발명의 구조는 상술한 바와 같은 장점을 유지하면서 다양하게 변형될 수 있다. 앞에서, 저장부(110)와 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)이 한 세트로 조립된 상태로 상부 몸체(210)에 장착되는 것으로 설명하였으나, 이와 같은 구조는 필요에 따라 변형될 수 있다. 예를 들어, 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)이 상부 몸체(210)에 조립된 상태에서 저장부(110)를 상부 몸체(210)에 착탈 가능하게 결합함으로써, 내부 전극(310) 및 절연 노즐(330)과 결합되도록 구성하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 내부 전극(310), 절연 노즐(330) 및 외부 전극(350)의 구조는 원통형의 구조 이외에 각각 다른 다양한 구조로 변형될 수 있으며, 외경 및 내경의 크기도 필요에 따라 다양하게 변형 가능하다. 또한, 외부 전극(360)은 도 9에 도시한 것과 같이 원주 방향으로 배열된 복수의 외부 전극 엘리먼트(361)들에 의해 원통형과 유사한 구조를 가지는 외부 전극(360)을 구성하도록 변형되는 것도 가능하다. 내부 전극(310)의 구조 역시 이와 같은 구조로 변형하여 사용할 수 있다.
또한, 앞에서 도면을 참조하여 설명한 구조와 다르게 내부 전극과 절연 노즐 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 높이 조절 가능하게 본 발명의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이 내부 전극과 절연 노즐 사이의 높이를 조절함으로써 점성 용액의 디스펜싱 특성을 조절할 수 있다.
또한, 앞에서 내부 전극(310)은 절연 노즐(330)의 내부에 삽입되는 것으로 설명하였으나, 경우에 따라서는 내부 전극이 절연 노즐에 삽입되지 않는 형태로 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다. 경우에 따라서는 관 형태가 아닌 내부 전극을 사용할 수도 있다.
또한, 내부 전극(310)과 절연 노즐(330)은 용기 형태의 저장부(110)에 직접 연결되는 것으로 설명하고 도시하였으나, 용기 형태의 저장부가 튜브와 같은 중간 구조물을 통해서 내부 전극 및 절연 노즐과 연결되는 구조의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 앞에서 하부 몸체(230)에 대해 상부 몸체(210)가 승강 가능하게 설치된 구조를 예로 들어 설명하였으나, 상부 몸체에 대해 하부 몸체가 승강 가능하게 설치된 구조로 변경하는 것도 가능하다. 이 경우 승강 부재는 상부 몸체에 대해 하부 몸체를 승강시키게 된다.
또한, 상부 몸체와 하부 몸체의 조립 구조 역시 상호 슬라이딩 방식이 아니라 상호 나사 결합하는 구조, 스냅 결합하는 구조 등 다양하게 변형할 수 있다. 상부 몸체와 하부 몸체로 서로 분리되는 구조가 아니라 일체로 형성되는 몸체부를 구비하는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 앞에서 기체 유로(410)를 구비하는 구조의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 예로 들어 설명하였으나 기체 유로의 구조는 다양하게 변형 가능하며, 기체 유로를 구비하지 않는 구조의 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체를 구성하는 것도 가능하다. 기체 유로의 구조 역시 앞에서 설명한 링 홈(215)과 부분 유로(213)의 구조 이외에 다른 다양한 형태로 변형하는 것이 가능하다.
110: 저장부 310: 내부 전극
330: 절연 노즐 350: 외부 전극
210: 상부 몸체 230: 하부 몸체
211: 조립 연장부 231: 조립 홈
213: 부분 유로 215: 링 홈
250: 고정 부재 233: 절연 캡
410: 기체 유로 360: 외부 전극
361: 외부 전극 엘리먼트

Claims (14)

  1. 점성 용액이 저장되는 저장부;
    상기 저장부에 연결되어 상기 점성 용액을 토출하도록 길이 방향으로 연장되도록 형성되며 상부는 길이 방향을 따라 내경이 일정하게 형성되고 하부는 하측으로 갈수록 내경이 감소하도록 형성되는 절연 재질의 절연 노즐;
    상기 저장부에 설치되어 상기 저장부에 저장된 상기 점성 용액이 상기 절연 노즐로 전달되는 경로 상에 배치되고 상기 저장부에 저장된 점성 용액을 내부 경로를 통해 상기 절연 노즐로 전달할 수 있도록 관 형태로 형성되어 상기 절연 노즐의 내부에 배치되는 내부 전극; 및
    상기 절연 노즐의 적어도 일부분을 감싸도록 관 형태로 형성되어 상하로 연장되도록 형성되는 외부 전극;를 포함하고,
    상기 절연 노즐의 내경과 내부 전극의 외경 사이의 간격은 0.05㎜ 내지 0.1㎜인 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 노즐과 외부 전극의 사이로 정압 또는 부압의 기체를 전달하도록 상기 절연 노즐과 외부 전극의 사이로 연결되는 기체 유로;를 더 포함하는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은, 길이 방향을 따라 일정한 내경을 가지도록 형성되는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전극은, 길이 방향을 따라 점차적으로 내경이 감소하도록 형성되는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 노즐은, 적어도 일부분이 하측으로 갈수록 내경이 점차적으로 감소하는 관형태로 형성되는 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
KR1020210037186A 2021-03-23 2021-03-23 튜브형 외부 전극을 구비하는 전기수력학적 펌프 헤드 조립체 KR102500430B1 (ko)

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