KR20110001955A - 냉각 시스템을 구비한 전도성 금속 잉크 건조 장치 - Google Patents

냉각 시스템을 구비한 전도성 금속 잉크 건조 장치 Download PDF

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Abstract

전도성 금속 잉크가 프린트된 모재를 운반하는 컨베이어 벨트 상에 설치되어 전도성 금속 잉크를 건조 및 큐어링하는 건조 장치에 관한 것으로서, 특히 모재의 손상을 방지하기 위한 냉각 장치를 구비하는 건조 장치에 관한 것이다.
건조 장치는 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 모재에 열풍을 토출하는 충돌 슬롯 노즐 유닛, 충돌 슬롯 노즐과 교번적으로 배치되는 적외선 가열기, 및 컨베이어 벨트의 하부에 설치되는 냉각 장치를 포함한다.
건조 장치는 컨베이어 상에서 이송되는 모재가 과열에 의해 손상되는 것을 방지함으로써 도전성 금속 잉크의 건조 및 큐어링 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

냉각 시스템을 구비한 전도성 금속 잉크 건조 장치{Apparatus for drying conducive metal ink with cooling system}
본 발명은 전도성 금속 잉크가 프린트된 모재를 운반하는 컨베이어 벨트 상에 설치되어 전도성 금속 잉크를 건조 및 큐어링하는 건조 장치에 관한 것으로서, 특히 모재의 손상을 방지하기 위한 냉각 장치를 구비하는 건조 장치에 관한 것이다.
최근 RFID 방식의 전자회로 패턴을 인쇄하는 기술이 정보화 시대를 실현시키는 핵심 기술로서 그 중요성이 날로 증가하고 있다. 이러한 기술을 위한 핵심 소재인 전도성 금속 잉크는 대부분 실버 나노 잉크가 사용되고 있다.
한편, 이러한 전자회로 패턴을 값싸게 대량생산 하기 위해서 연구되는 것은 전도성 금속 잉크의 건조 및 큐어링(curing) 공정이다. 전도성 금속 잉크는 도전성 금속 나노 입자 이외에도 유기 용매, 분산제 등을 포함한다. 도전성 금속 나노 입자로서는 비저항이 적은, 구리, 은, 금, 백금, 니켈 또는 이들의 혼합물이 사용된다.
모재에 인쇄된 도전성 금속 잉크 조성물은 열처리 단계를 통하여 건조 및 큐어링(curing)된다. 건조 단계는 금속성 잉크에 함유된 유기 용매, 분산제, 중점제 또는 첨가제 등을 제거하기 위한 것이고, 큐어링 단계는 금속 나노 입자들 간의 결합을 유도하기 위한 것이다. 큐어링은 분산된 금속 나노 입자들을 소정의 온도 및 시간동안 가열함에 의해 용융 및 결합시켜서 전도성을 증대시키는 것으로서, 금속 잉크에 따라 다르지만 대략 5분~ 30분 정도의 시간이 소요된다. 이 때문에 건조 및 큐어링을 위해 소요되는 시간은 RFID 태그의 제조 단가 절감을 가로막는 중요한 장애 요인이 되고 있다.
모재에 인쇄된 도전성 금속 잉크를 건조 및 큐어링하기 위한 건조 장치로서 열풍 및 적외선을 혼합하여 사용하는 혼합형 건조 장치가 제시되었다.
도 1은 종래의 혼합형 건조 장치의 구성을 도시한다. 도 1을 참조하면, 종래의 혼합형 건조 장치(100)는 복수의 충돌 슬릿 노즐 유닛(22) 및 충돌 슬릿 노즐 유닛(22)에 대하여 컨베이어 벨트가 진행하는 방향으로 교번적으로 배치되는 복수의 적외선 가열기(32)를 구비한다. 충돌 슬릿 노즐 유닛(22)은 모재가 운반되는 컨베이어 벨트(12)의 상부에 나란히 배치된다. 충돌 슬릿 노즐 유닛(22)들 각각에 열풍을 공급하는 열풍 공급관(26)이 충돌 슬릿 노즐 유닛(22)의 상부에 배치된다. 컨베이어 벨트(12)는 제1 및 제2로울러(10a, 10b)에 의해 도면에서 화살표 방향으로 이동되며, 컨베이어 벨트(12)의 측면에 흡입부(30)가 배치된다. 적외선 가열기(32)는 충돌 슬릿 노즐 유닛(22)들의 사이사이에 교번적으로 배치된다.
적외선 건조방식의 경우 빛의 복사에너지를 이용한 복사열전달로 인해 열 손실 없이 85% 이상의 에너지를 전달할 수 있다.
도 1에 도시된 혼합형 건조 장치(100)는 적외선 가열기(232)를 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)들의 사이사이에 배치하여, 적외선 가열기(232)를 이용하여 예열 및 온도 강화의 효과를 얻는다.
건조 및 큐어링에 사용되는 근적외선(Near Infrared Radiation)의 파장 영역은 0.8∼1.5 이다. 근적외선은 다른 영역의 적외선보다 파장이 짧기 때문에 열 침투력이 높아 건조 효과를 극대화할 수 있다. 또한 30분 정도의 예열시간을 필요로 하는 열풍건조방식과 달리 적외선의 예열 시간은 1분 이내이므로 예열에 필요한 에너지 소비와 건조 속도 면에서 장점을 보인다.
특히 적외선의 경우 열풍 건조방식보다 낮은 온도에서 건조 작업을 할 수 있으므로 에너지 소비 측면에서 경제적이며 장치의 크기를 줄이고 소음을 적게 하며 조작이 간편하여 에너지 효율을 높일 수 있다.
그렇지만, 도 1에 도시된 장치에 있어서 고온 건조 작업시 모재가 부풀어올라 생산수율이 저하되는 문제점이 있다.
이는 장시간의 건조 작업에 의해 컨베이어 벨트(12)가 가열되고, 이로 인하여 모재가 부풀어올라 손상되기 때문인 것으로 파악된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전도성 금속 잉크가 인쇄된 모재의 손상을 방지하는 건조 장치를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건조 장치는 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 모재에 열풍을 토출하는 충돌 슬롯 노즐 유닛, 충돌 슬롯 노즐과 교번적으로 배치되는 적외선 가열기, 및 컨베이어 벨트의 하부에 설치되는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 냉각 장치는 적외선 가열기의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 냉각 장치는 공랭식 강제 냉각 장치인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 건조 장치는 컨베이어 상에서 이송되는 모재가 과열에 의해 손상되는 것을 방지함으로써 도전성 금속 잉크의 건조 및 큐어링 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 혼합형 건조 장치의 구성을 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 건조 장치를 도시하며 그리고
도 3은 도 2에 도시된 장치에 있어서의 열풍 순환 구조를 도시한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 혼합형 건조 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 건조 장치(200)의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 혼합형 건조 장치(200)는 복수의 충돌 슬릿 노즐 유닛(222), 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)에 대하여 컨베이어 벨트(212)가 진행하는 방향으로 교번적으로 배치되는 복수의 적외선 가열기(232) 그리고 컨베이어 벨트(212)의 하부에 배치되는 냉각 장치(242)를 구비한다.
여기서, 냉각 장치(242)는 공랭식 강제 냉각 장치이다.
충돌 슬릿 노즐 유닛(222)은 모재가 운반되는 컨베이어 벨트(212)의 상부에 나란히 배치된다. 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)들 각각에 열풍을 공급하는 열풍 공급관(226)이 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)의 상부에 배치된다. 컨베이어 벨트(212)는 제1 및 제2로울러(210a, 210b)에 의해 도면에서 화살표 방향으로 이동되며, 컨베이어 벨트(212)의 측면에 흡입부(230)가 배치된다. 적외선 가열기(232)는 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)들의 사이사이에 교번적으로 배치된다.
냉각 장치(242)는 적외선 가열기(232)의 하부에 설치된다. 적외선 가열기(232)에서 발생된 적외선의 70~80%가량은 모재를 투과한다. 이 투과한 열에 의해 건조기의 컨베이어 벨트(212)를 가열시킨다. 장시간 및 고온의 작업조건에 의해 컨베이어 벨트(212)의 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 컨베이어 벨트(212) 상에 올려져 이송되는 모재가 영향을 받아 부풀어 오른다. 이와 같이 모재가 비대해지면 건조 및 큐어링 성능이 저해되고 수율도 저하되게 된다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 적외선 가열기(232)의 하부에 공랭식 강제 냉각 장치(242)를 설치하고, 모재를 투과한 적외선에 의해 발생되는 열을 강제적으로 냉각시켜 컨베이어 벨트(212)의 온도가 상승하는 것을 방지한다.
이에 따라, 모재가 견딜 수 있는 시간이 늘어나고 건조 및 큐어링 성능이 향상되게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 장치에 있어서의 열풍 순환 구조를 도시한다.
흡입부(230)에 의해 흡입된 열풍은 배기부(232) 및 열풍 취출구(228)를 통하여 열풍 공급관(226)으로 공급된다. 이에 따라, 흡입부(230), 배기부(232), 열풍 취출구(228) 그리고 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)으로 이루어지는 폐회로를 통하여 열풍이 순환된다. 도 2에 도시된 건조장치(200)에 있어서 배기부(232)가 컨베이어 벨트(212)의 상부 측면에 위치함으로써 열풍순환을 위한 폐회로의 길이가 짧아지고 이에 따라 열효율이 개선된다.
한편, 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)은 직하방으로 열풍을 토출할 뿐만 아니라 슬릿의 측면을 통하여 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)의 직상방으로 열풍을 흡입하는 것이 도시된다. 이는 독립적인 슬릿들을 소정 간격으로 이격시키고 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)의 상측에 흡기 구멍을 형성함에 의해 이루어진다. 이와 같이 충돌 슬릿 노즐 유닛(222)의 직상방으로 유입된 열풍은 도 3에 도시된 바와 같이 열풍건조장치(200)의 내부에서 다시 하부로 즉, 컨베이어 벨트(212)쪽으로 내려왔다가 컨베이어 벨트(212)의 상부 측면에 설치된 흡입부(230)에 의해 흡수된다. 이와 같은 직상방으로의 흡기 및 컨베이어 벨트(212) 측면으로의 배기 작용에 의해 열풍건조장치(200) 내부에서 열풍의 순환이 이루어지고 이에 따라 열풍건조장치(200) 내부의 온도 분포가 고르게 된다.
한편, 컨베이어 벨트(212)의 하부에는 냉각 장치(242)에 의해 냉풍이 인가된다. 이에 따라 컨베이어 벨트(212)는 상부에서 인가되는 열풍에 의해 가열되는 한편 하부에서 인가되는 냉풍에 의해 냉각된다. 가열과 냉각의 비율 즉, 컨베이어 벨트(212)의 하부에 인가되는 냉풍의 강도를 조절함에 의해 적절한 수준의 냉각 상태를 유지할 수 있다. 여기서, 적절한 수준의 냉각 상태란 여러 가지 공정 변수에 의해 다를 수는 있지만 기본적으로 컨베이어 벨트(212) 상에서 운반되는 모재가 상부에서 인가되는 열풍에 의해 과열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있는 수준 정도면 족하다.
컨베이어 벨트(212)의 하부에서 인가되는 냉풍은 컨베이어 벨트(212)의 상부에 위치하는 적외선 가열기(232)의 위치에 집중되어 인가된다. 이는 적외선 가열기(232)에서 발생되고 모재를 투과하여 컨베이어 벨트(212)에 인가되는 자외선에 의해 컨베이어 벨트(212)가 가열되게 되는 것을 실질적으로 억제시키기 위한 것이다. 이러한 억제 작용과 전도성 금속 잉크의 비투과성으로 인하여 적외선 가열기(232)에서 발생된 열이 전도성 금속 잉크에 집중되고 이에 따라 전도성 금속 잉크만이 선택적으로 큐어링되는 효과가 얻어진다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

  1. 전도성 금속 잉크가 인쇄된 모재를 이송하는 컨베이어 벨트 상에 설치되어 전도성 금속 잉크를 건조 및 큐어링하는 건조 장치에 있어서,
    컨베이어 벨트 상에서 이송되는 모재에 열풍을 토출하는 충돌 슬롯 노즐 유닛;
    충돌 슬롯 노즐과 교번적으로 배치되는 적외선 가열기; 및
    상기 컨베이어 벨트의 하부에 설치되는 냉각 장치; 를 포함하는 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 사이 적외선 가열기의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 장치는 공랭식 강제 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 건조 장치.
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