KR20120093802A - 유체 분사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최종 출구단 방향으로의 유체 유동에 있어서 균일성을 확보하고 이를 통해 세정 효과를 극대화시킬 수 있는 유체 분사 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 유체 공급장치로부터 유입된 유체를 세정 대상물에 분사하는 유체 분사 장치에 있어서, 상기 세정 대상물에 유체를 분사시키는 최종 출구단의 틈새를 조정하는 틈새 결합공은 그 단면이 익형 형태인 유체 분사 장치를 제공한다.

Description

유체 분사 장치{APPARATUS FOR INJECTING FLUID}

본 발명은 유체 분사 장치에 관한 것으로, 상세하게는 최종 출구단 방향으로의 유체 유동에 있어서 균일성을 확보하고 이를 통해 세정 효과를 극대화시킬 수 있는 유체 분사 장치에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display) 등의 FPD(Flat Panel Display) 제조 공정에서 기판이나 막 표면의 오염, 파티클을 사전에 제거하여 불량이 발생하지 않도록 하 거나, 증착될 박막의 접착력 강화, FPD 특성 향상 등을 위해 세정(cleaning)이 행해진다.

이러한 세정에 사용되는 세정기의 구성은, 증착 공정, 에칭 공정, 현상 공정, 스트립 공정 등과 같은 각 주요 공정에 적용됨에 따라 다소 차이가 있으나, 포토 전 세정 공정을 예로 들어 설명한다.

도 1은 일반적인 포토 전 세정 공정을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 포토 전 세정기(100)의 구성을 살펴보면, 인 컨베어(10), 엑시머 UV(20), 롤 브러쉬(Roll brush)(30), 버블 제트(Bubble jet)(40), 파이널 린스(Final rinse)(50), 에어 나이프(Air knife)(60), 아웃 컨베어(70)로 구성되어 있다.

여기서, 포토 전 세정기(100)의 각 구성 요소에 따른 포토 전 세정 공정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 인 컨베어(10)는 기판(1)을 세정 공정으로 이송시켜 주기 위하여 기판(1)이 안착되는 영역이며, 인 라인(in-line) 공정을 따라 포토 전 세정이 이루어지게 한다.

이후, 기판(1)의 표면에 존재하는 유기물을 제거하기 위해 엑시머(Excimer) UV(Ultra Violet) 공정(20)이 행해진다.

여기서는, 엑시머 UV 램프를 이용하여 소정 nm의 자외선 광을 기판(1)의 표면에 조사하여 공기중의 산소 및 오존의 여기 산소를 분리시킴으로써, 이 여기 산소가 기판상의 유기물과 화학 결합을 하여 대기중으로 휘발되므로, 기판(1) 표면상에 존재하는 유기물을 제거한다.

이후, 기판(1) 표면에 묻어 있는 파티클을 브러쉬(Brush)를 이용하여 물리적 힘을 가해 제거하는 롤 브러쉬(30) 공정이 행해진다.

또한, 롤 브러쉬(30) 공정은 비교적 크기가 큰 파티클 및 유기물 제거에 효과가 있다.

또한, 대형 기판(1)의 휨을 고려하여 롤 브러쉬는 상하 서로 마주보게 설치되어 있다.

또한, 롤 브러쉬 공정이 항상 사용되는 것은 아니고 공정에 따라 사용 유무가 결정된다.

예를 들면, 평탄화 패턴이 이루어진 곳에서는 롤 브러쉬 공정을 통한 세정이 이루어지나, 패턴 형태가 이루어지는 곳에서는 패턴에 손상을 줄 수 있으므로 롤 브러쉬 공정이 사용되지 않는다.

이후, 고압 펌프에 의한 압력을 가진 액체와 기체를 노즐내에서 혼합함으로써 물방울을 발생시키고, 그 물방울을 고속의 기체 흐름에 의해 가속 분사시켜, 기판(1) 상의 유체의 탄력으로 표면의 이물을 제거하는 버블 제트(40) 공정이 행해진다.

이후, 기판(1) 상에 마지막으로 노즐 샤워(Nozzle shower)를 행하여 린스를 실시하고, 같은 영역 안에서 아쿠아나이프를 통해 유체를 기판(1) 전면에 고르게 분사하는 아쿠아 샤워(Aqua shower)를 실시하여, 마지막으로 이물을 제거하는 파이널 린스(50) 공정이 행해진다.

여기서, 파이널 린스(50) 공정은 세정 공정의 가장 후단에 배치되는데, 아쿠아 샤워시 일정 각도로 분사하여 기판(1) 상에 유체의 흐름을 발생시킴으로써, 기판(1) 상의 체류 파티클을 제거하는 효과가 있다.

이후, 기판(1) 상에 남아 있는 물(Wet)을 완전히 제거 및 건조하는 에어 나이프(60) 공정이 행해진다.

이후, 포토 전 세정 공정이 모두 끝나고, 아웃 컨베어(70)에서 기판(1)을 다음 공정 설비로 반출시켜 줌으로써 종료된다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 파이널 린스 공정에서 설명된 종래 아쿠아나이프의 사시도 및 내부 형태를 나타낸 단면도이다.

도 2a는 아쿠아나이프(200)를 이용하여 기판(1)을 세정하는 과정을 나타낸 것으로, 아쿠아나이프(200)는 하부의 최종 출구단(출구홈)을 통하여 기판(1) 전면에 일정하게 유체를 분사하여 기판(1) 상의 파티클을 제거한다.

도 2b는 아쿠아나이프(200)의 측단면도이고, 도 2c는 아쿠아나이프(200)의 내부 형태를 나타낸 단면도로서, 도 2b에 도시된 아쿠아나이프(200)를 Y-Y'방향으로 절단한 경우의 일측면을 나타낸 것이다.

도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 아쿠아나이프(200)는 유체 공급 장치(미도시)로부터 기판에 분사되는 유체가 유입되도록 일측면에 형성되는 유입구(210)와, 유입구(210)의 일측과 연결되어 유입구(210)로부터 유입된 유체가 1차 저장되는 챔버(Chamber)(220)를 포함한다.

여기서, 유체는 통상적으로 세정에 사용되는 물(순수)이나 세정액이 해당될수 있다.

또한, 챔버(220)의 하부에 형성되어 챔버(220)에 일시 저장된 유체가 이동하는 내부 통로인 틈새 유입부(230)와, 틈새 유입부(230)를 통해 수직 하강된 유체가 최종 출구단을 통해 유출되기 전에 2차 저장되는 버퍼(240)를 포함한다.

또한, 틈새 유입부(230)는 최종 출구단의 틈새를 조정하며 전체 유체 분사 장치를 중간 지지하는 역할을 수행한다.

또한, 아쿠아나이프(200)는 본체(200a)가 지지부(200b)에 결합되어 지지되는 형태로 구성되는데, Y-Y'방향으로 절단할 때, 절단된 우측면을 본체(200a)라 하고, 좌측면을 지지부(200b)라 한다(도 2b 참조).

여기서, 본체(200a)는 유입구(210)와 연결되어 유입된 유체가 1차 저장되는 공간인 챔버 본체(220a)와, 챔버 본체(220a)에 저장된 유체가 이동하는 틈새 유입부 본체(230a)와, 틈새 유입부(230a) 본체 상을 이동한 유체가 2차 저장되는 버퍼 본체(240a)를 구비한다.

또한, 상기 본체(200a)에는 소정 간격을 두고 복수의 챔버 본체(220a)를 형성하는데, 상기 복수의 챔버 본체(220a)와 챔버 본체(220a)의 사이 공간에는 소정 두께 만큼 돌출된 격막(250)을 형성한다.

또한, 본체(200a)와 지지부(200b)를 결합시키기 위해, 틈새 유입부 본체(230a) 상에 소정 간격을 두고 복수의 틈새 결합공(231)을 형성하는데, 상기 복수의 틈새 결합공(231)은 틈새 유입부(230) 상에 소정 두께 만큼 돌출된 형태로 형성한다.

여기서, 틈새 결합공(231)은 그 단면이 타원 형태로, 타원의 장직경(지름)을 a라 하고 타원의 단직경을 b라 할때, 그 구성비는 b/a=3/5로 구성되어 있다.

이와 같이 틈새 결합공(231) 및 격막(250)이 본체(200a) 상에 소정 두께만큼 돌출되어 있으므로, 본체(200a)와 지지부(200b)의 결합시 돌출된 소정 두께가 최종 출구단의 틈새에 해당되게 되고, 생성된 틈새 공간 사이로 챔버(220)에 유입된 유체가 흐르게 된다.

또한, 본체(200a)에는 지지부(200b)와의 견고한 결합을 위해 사각 테두리(260) 부분에 복수의 테두리공(261)을 형성할 뿐만아니라, 격막(250) 및 틈새 유입부 본체(230a) 상에도 복수의 격막공(251), 틈새 결합공(231)을 형성한다.

또한, 지지부(200b)상에 본체(200a)와 대칭적으로 복수의 결합공(미도시)을 형성하고, 이를 통해 복수의 테두리공(261), 격막공(251), 틈새 결합공(231)과 각각 대칭되는 지지부(200b)상의 결합공을 스크류 또는 나사 결합시킴으로써, 유체 분사 장치(200)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 본체(200a)가 지지부(200b)에 결합되어 지지되는 형태로 구성될 수 있다.

도 3은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 종래 아쿠아나이프를 사용할 경우 틈새 유입부에서의 유체 유동의 불균일성을 나타낸 그래프이다.

아쿠아나이프의 유입구를 통해 유입된 유체는 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 챔버에 일단 저장되었다가 Z축 방향의 틈새 유입부로 분산 공급되게 된다.

즉, 챔버에 저장된 유체는 유입구에서 지속적으로 유입되는 공급 유량 및 공급압으로 아쿠아나이프에 유체를 공급하게 된다.

이때, 유입구로부터 챔버로 유입되는 유체는 물(순수)이나 세정액 등의 비압축성 유체이며 공급압 또한 내부 챔버내에 미치는 영향이 균일하지 않다.

이와 같이, 먼저 유입구에 유입된 유체의 압력에 따라 유입구 쪽의 압력이 높아 상대적으로 유입구 쪽의 유동이 더 활발하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입구 쪽의 유동 성분이 유입구 주위 쪽의 유동 성분에 비해 큰 경향을 보여준다.

또한, Z축 방향으로 단위 길이 만큼 각 챔버 사이에 격막이 이루어져 있어 유입구들 간의 상호 작용도 틈새 유입부 각 부분에서의 유체 유동의 불균일성에 큰 영향을 미친다.

도 3은 틈새 유입부에서 소정 간격을 따라 각 부분에서의 유체의 이동 속도를 나타낸 그래프로서, 틈새 유입부에서 유입구 쪽의 유체 이동 속도(0.8m/s)와 격막 등의 그 주위 부분 간의 유체 이동 속도(0.2m/s)에서 최대 0.6m/s 정도의 속도 편차를 가지게 된다.

도 4a 내지 도 4c는 종래 아쿠아나이프를 사용할 경우 버퍼 부분에서의 유체 유동의 불균일성을 나타낸 도면이다.

도 4a는 틈새 유입부(230)를 통과한 유체가 버퍼(240)에 저장될 때 와류가 발생하는 것을 나타낸 도면이고, 도 4b는 틈새 유입부(230)를 통과한 유체가 버퍼(240)에 저장되어 최종 출구단(270)으로 유동할 때 Y축 방향으로만 하강하는 것이 아니고 Z축 방향으로의 유동도 있음을 보여주는 도면이다.

도 4c는 종래 아쿠아나이프의 버퍼에서 Z축 방향으로 소정 간격을 따라 이동한 거리에 따른 Y축 방향에서의 유체의 유동 성분(이동 속도)을 나타낸 그래프로서 표준 편차가 0.12(m/s) 정도를 가진다.

도 5a 및 도 5b는 종래 아쿠아나이프에서 틈새 유입공의 타원 형상에 따른 후류 및 유동 정체점 발생을 나타낸 도면이다.

종래의 아쿠아나이프에서는 틈새 유입부 본체(230a)상에 소정 두께를 가지고 형성된 타원 형상의 틈새 결합공(231) 및 격막을 이용하여 최종 출구단의 틈새 조정이 이루어져 왔다.

여기서, 틈새 결합공(231)의 단면이 임의의 타원 형상을 가질 경우, 유체가 고속으로 틈새 유입부 본체(230a) 상을 이동할 때 내부 유동에 크나큰 영향을 미친다.

즉, 유체가 틈새 결합공(231)의 타원 형상을 비켜 흐를 경우, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 타원 형상 틈새 결합공(231)의 후면으로 후류 및 유동 정체점이 발생한다.

이것은 레이놀즈수가 커짐에 따라 후류는 불안정해져서 뒤쪽에 규칙적인 소용돌이(카르만 소용돌이)가 발생하게 되고, 레이놀즈수가 더욱 커지면 소용돌이 발생이 격렬해져서 난류가 되며, 이렇게 발생한 난류는 최종 출구단의 균일한 토출 유량에 큰 영향을 미치게 되고, 전체적으로 아쿠아나이프의 균일성(Uniformity)에 큰 악영향을 미치게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 아쿠아나이프를 사용할 경우에는 틈새 유입부, 버퍼, 최종 출구단 등에서 균일한 유체의 토출이 이루어지지 않아, 전체적으로 아쿠아나이프가 기판상에 유체 분사시 유체 유동에 있어 불균일성을 가져오게 된다.

이는 궁극적으로 기판의 세정 불량으로 나타나게 되고, FPD 성능에 문제점을 불러 일으키게 된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유체의 내부 이동 통로로서 ㄱ자형 틈새 유입부를 형성하고, 이를 통해 최종 출구단으로의 유체 유동에 있어 기존의 챔버 형태에서 틈새를 이용한 분산 형태로 전환시킴으로써, 유체 유동의 불균일성을 개선할 수 있는 유체 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 최종 출구단의 유출각이 직각에 가까운 예각을 갖는 측면 집중형 유동 유도 구조로 구성하여, 유체의 이동선을 보장하고 유체의 주유동 성분을 안정화시키는 유체 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 최종 출구단의 틈새 조정 및 중간지지를 하는 틈새 유입부 상에 익형 형태의 틈새 결합공을 형성하여 틈새 결합공 후면에서의 후류 및 유동 정체점 발생을 방지할 수 있는 유체 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은, 상부의 일측면에 형성되는 유입구와, 상기 유입구와 연결되고, 상기 유입구를 통해 유입된 유체가 유입후 1차적으로 수평 유체 흐름을 갖고, 상기 수평 유체 흐름 후 2차적으로 최종 출구단의 방향으로 수직 유체 흐름을 갖는 틈새 유입부를 포함하는 유체 분사 장치를 제공한다.

또한, 상기 틈새 유입부는 상기 유입구로부터 유입된 유체의 수평 이동 통로인 수평 틈새 유입부와, 상기 수평 틈새 유입부의 일측면에 연결되어 최종 출구단으로 유체를 이동시키는 유체의 수직 이동 통로인 수직 틈새 유입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평 틈새 유입부는 상부면이 상기 유입구와 연결되고, 내부는 공동으로, 상기 최종 출구단 방향 측면은 개방시키고 상기 최종 출구단 반대방향 측면은 폐쇄시켜, 상기 유입구를 통해 유입된 유체의 이동 방향이 상기 최종 출구단 쪽으로 이루어지게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직 틈새 유입부상에 형성된 틈새 결합공의 소정 두께가 최종 출구단의 틈새에 해당하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 틈새 결합공은 그 단면이 익형 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 익형의 머리 부분의 장반경을 d라 하고, 단직경을 e라 하며, 익형의 꼬리 부분의 장반경은 c라 할때, 상기 틈새 결합공의 구성 형태는 (e/2)/d=3/5 이하이고, c/(e/2)/d = 30 이상인 익형 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 최종 출구단의 유출각이 70~90°인 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시예는,

상부의 일측면이 유입구와 연결되고, 상기 유입구를 통해 유입된 유체가 유입후 1차적으로 수평 유체 흐름을 갖고, 상기 수평 유체 흐름 후 2차적으로 최종 출구단의 방향으로 수직 유체 흐름을 갖는 본체와, 상기 본체와 결합하여 상기 본체를 지지하는 지지부를 포함하는 유체 분사 장치를 제공한다.

또한, 상기 본체는 상부면은 상기 유입구와 연결되고, 내부는 공동으로, 최종 출구단 방향 측면은 개방시키고 상기 최종 출구단 반대방향 측면은 폐쇄시켜 유입된 유체의 이동 방향이 최종 출구단 쪽으로 이루어지게 하는 유체의 수평 이동 통로인 수평 틈새 유입부 본체와, 상기 수평 틈새 유입부 본체의 상기 최종 출구단 방향 측면에 연결되어 상기 수평 틈새 유입부 본체를 지지하면서, 수평 상태로 이동한 유체를 수직 하강시겨 하부에 연결된 최종 출구단으로 이동시키는 유체의 수직 이동 통로인 수직 틈새 유입부 본체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입구 원형관에서 최종 출구단 반대 방향으로 최외각점과, 상기 수평 틈새 유입부 본체에서 최종 출구단 반대 방향으로 최외각점을 일치시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직 틈새 유입부 본체 상에 소정 간격을 두고 복수의 본체 결합공을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 본체 결합공에 대칭되는 복수의 지지부 결합공을 지지부 상에 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체 결합공 또는 지지부 결합공은 그 중앙에 결합부분으로서 홀이 형성되어 있고 상기 홀을 둘러싸는 부분이 본체 또는 지지부상에 소정 두께만큼 돌출되어 있으며, 상기 돌출된 소정 두께가 최종 출구단의 틈새에 해당되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체 결합공 또는 지지부 결합공은 그 단면이 익형 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 익형의 머리 부분의 장반경을 d라 하고, 단직경을 e라 하며, 익형의 꼬리 부분의 장반경은 c라 할때, 상기 틈새 결합공의 구성 형태는 (e/2)/d=3/5 이하이고, c/(e/2)/d = 30 이상인 익형 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체 분사 장치의 최종 출구단의 유출각이 70~90°인 것을 특징으로 한다.

또 다른 바람직한 실시예는,

유체 공급장치로부터 유입된 유체를 세정 대상물에 분사하는 유체 분사 장치에 있어서, 상기 세정 대상물에 유체를 분사시키는 최종 출구단의 틈새를 조정하는 틈새 결합공은 그 단면이 익형 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 익형의 머리 부분의 장반경을 d라 하고, 단직경을 e라 하며, 익형의 꼬리 부분의 장반경은 c라 할때, 상기 틈새 결합공의 구성 형태는 (e/2)/d=3/5 이하이고, c/(e/2)/d = 30 이상인 익형 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유체 분사 장치는 유체의 내부 이동 통로로서 ㄱ자형 틈새 유입부를 형성하고, 이를 통해 최종 출구단으로의 유체 유동에 있어 기존의 챔버 형태에서 틈새를 이용한 분산 형태로 전환시킴으로써, 종래의 유체 분사 장치에서 발생하는 유체 유동의 불균일성을 개선할 수 있게 한다.

또한, 최종 출구단의 유출각이 직각에 가까운 예각을 갖는 측면 집중형 유동 유도 구조로 구성하여, 유체의 이동선(Streamline)이 파괴되지 않도록 하며, 유체의 주유동 성분의 안정화를 가져다 준다.

또한, 최종 출구단의 틈새 조정 및 중간지지를 하는 틈새 유입부 상에 익형 형태의 틈새 결합공을 형성하여 익형 형태의 후면에서 후류 및 유동 정체점이 발생하지 않도록 하며, 또한 최종 출구단에서의 유체 유동의 균일성을 확보할 수 있게 한다.

이와 같이, 유체 분사 장치의 최종 출구단에서의 유체 유동의 균일성을 확보하여 유체 분사 장치의 세정 효과를 극대화시킬 수 있게 한다.

도 1은 일반적인 포토 전 세정 공정을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 파이널 린스 공정에서 설명된 종래 아쿠아나이프의 사시도 및 내부 형태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 종래 아쿠아나이프를 사용할 경우 틈새 유입부에서의 유체 유동의 불균일성을 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 종래 아쿠아나이프를 사용할 경우 버퍼 부분에서의 유체 유동의 불균일성을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 종래 아쿠아나이프에서 틈새 유입공의 타원 형상에 따른 후류 및 유동 정체점 발생을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 아쿠아나이프를 나타낸 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프(600)를 나타낸 도면이다.

도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프(600)를 나타낸 사시도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프(600)는, 유체 공급 장치(미도시)로부터 유체가 유입되는 통로인 유입구(610)와, 상기 유입구(610)와 연결되어 상기 유입구(610)를 통해 유입된 유체가 외부로 토출되는 최종 출구단의 틈새를 조정하고 상기 유체가 이동하는 ㄱ자 형태의 내부 이동 통로로서 아쿠아나이프를 지지하는 틈새 유입부(630)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프(600)는 유입구가 일측면에 설치된 챔버와 연결되어 측면에서 유체를 공급하는 종래와 달리, 아쿠아나이프(600)의 상부에 설치되어 유체 공급 장치(펌프)를 통해 공급되는 유체의 관내 유동이 상부 압력에 따라 ㄱ자 형태의 틈새 유입부(630) 상에 유입될 때 Z축 방향으로 균일하게 분사될 수 있게 한다.

또한, ㄱ자 형태의 틈새 유입부(630)는 유입구(610)로부터 유입된 유체의 수평 이동 통로인 수평 틈새 유입부(631)와, 수평 틈새 유입부(631)의 일측면에 연결되어 최종 출구단으로 유체를 이동시키는 유체의 수직 이동 통로인 수직 틈새 유입부(632)로 구성된다.

또한, 수평 틈새 유입부(631)는 상부면이 유입구(610)와 연결되어 유입구(610)를 통해 유체가 유입되게 하고, 좌측면(최종 출구단 방향)은 개방시키고 우측면(최종 출구단 반대방향)은 폐쇄시켜 유입된 유체의 이동 방향이 최종 출구단 쪽으로 이루어지게 하며, 내부는 직경이 최대 5mm 이내를 갖는 공동으로 유체의 수평 이동 통로이다.

또한, 수직 틈새 유입부(632)는 수평 틈새 유입부(631)의 좌측면(최종 출구단 방향)에 연결되어 수평 틈새 유입부(631)를 지지하며, 수평 틈새 유입부(631)를 수평 상태로 이동한 유체가 수직 하강하여 하부에 연결된 최종 출구단으로 이동하는 유체의 수직 이동 통로이다.

또한, 수직 틈새 유입부(632)는 유체를 세정 대상물(기판 등)에 분사시키는 최종 출구단의 틈새를 조정하며 전체적으로 아쿠아나이프를 지지한다.

또한, 최종 출구단의 틈새는 수직 틈새 유입부(632) 상에 소정 두께 만큼 돌출된 틈새 결합공에 의해 생성된 틈새 공간으로서, 소정 두께에 따라 최종 출구단의 틈새가 조정된다.

도 6b 및 도 6c는 도 6a의 분해 사시도이다.

도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프(600)는, 본체(600a)가 지지부(600b)에 결합되어 지지되는 형태로 구성되는데, Y-Y'방향으로 절단할 때, 절단된 우측면을 본체(600a)라 하고, 좌측면을 지지부(600b)라 한다.

여기서, 본체(600a)는 상부면이 유입구(610)와 연결되고 상기 유입구(610)를를 통해 유입된 유체가 이동하는 내부 이동 통로로서 ㄱ자 형태를 가진다.

또한, 상기 ㄱ자형 본체(600a)는 수평 틈새 유입부 본체(631a)와 수직 틈새 유입부 본체(632a)로 구성되는데, 수평 틈새 유입부 본체(631a)는 내부가 비어 있는 형태이며, 좌측면(최종 출구단 방향)은 개방시키고 우측면(최종 출구단 반대방향)은 폐쇄시켜 유입된 유체의 이동 방향이 최종 출구단 쪽으로 이루어지게 한다.

또한, 수평 틈새 유입부 본체(631a)는 그 내부가 직경이 최대 5mm 이내를 갖는 공동으로, 유입구(610)를 통해 유체 유입 즉시, 유체가 통과하는 내부 수평 이동 통로이다.

또한, 수평 틈새 유입부 본체(631a)의 상부면에는 유체 공급 장치(펌프)로부터 공급되는 유체의 유입통로로서 유입구(610)가 형성되는데, 유입구(610)를 수평 틈새 유입부 본체(631a)의 우측면(최종 출구단 반대방향)의 최외각에 형성하고, 유입구(610) 원형관에서 들어오는 유체의 유동에 대해 우측 방면을 외벽으로 차단하여 최종 출구단 반대 방향으로의 손실을 제거하였으며, 최종 출구단 방향으로의 유체 이동을 극대화한다.

즉, 유입구(610) 원형관의 우측 최외각점을 수평 틈새 유입부 본체(631a)의 우측 최외각점과 일치시켜, 최종 출구단 진행 반대 방향으로의 유체 유동을 최소화시킨다.

또한, 수직 틈새 유입부 본체(632a)는 수평 틈새 유입부 본체(631a)의 좌측면(최종 출구단 방향)에 연결되어 수직 틈새 유입부 본체(632a)를 지지하며, 수평 틈새 유입부 본체(631a)를 수평 상태로 이동한 유체가 수직 하강하여 하부에 연결된 최종 출구단으로 이동하는 유체의 수직 이동 통로이다.

또한, 본체(600a)와 지지부(600b)를 결합시키기 위해, 수직 틈새 유입부 본체(632a) 상에 소정 간격을 두고 복수의 본체 결합공(633a)을 형성한다.

또한, 수직 틈새 유입부 본체(632a)에는 지지부(600b)와의 견고한 결합을 위해 사각 테두리 부분에 복수의 본체 테두리공(634a)을 형성한다.

또한, 지지부(600b)상에 본체(200a)와 대칭적으로 복수의 지지부 결합공(634b) 및 지지부 테두리공(634b)을 형성하고, 이를 통해 각각 대칭되는 복수의 본체 결합공(633a)과 지지부 결합공(634b), 복수의 본체 테두리공(634a)과 지지부 테두리공(634b)을 스크류 또는 나사 결합시킴으로써, 유체 분사 장치(600)는 도 6a에 도시된 바와 같이 본체(600a)가 지지부(600b)에 결합되어 지지되는 형태로 구성될 수 있다.

여기서, 지지부 결합공(633b)은 그 중앙에 결합부분으로서 홀(Hole)이 형성되어 있고 홀을 둘러싸는 부분이 지지부(600b)상에 소정 두께만큼 돌출되어 있으므로, 본체(600a)와 지지부(600b)의 결합시 돌출된 소정 두께가 최종 출구단의 틈새 에 해당되게 되고, 생성된 틈새 공간 사이로 유입된 유체가 흐르게 된다.

또한, 지지부 결합공(633b)의 단면은 다양하게 구성될 수 있으며, 타원 형태일 경우 타원의 장직경(지름)을 a라 하고 타원의 단직경을 b라 할때, 그 구성비는 b/a=3/5로 구성될 수 있다.

또한, 지지부(600b)에는 수평 틈새 유입부 본체(631a)와 결합시 대칭되는 부분에 지지부 홈(631b)을 형성하여 유입된 유체가 수직 틈새 유입부의 틈새 공간으로 수직 하강하기 전에 일시 저장되는 역할을 수행하게 한다.

이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프는, 유입구(610)에서 유입되는 유체가 챔버에 일단 저장된 다음 분산되는 것이 아니라, 유입구(610)를 통해 유입된 유체가 유입 즉시 틈새(최대 5mm 이내)를 통과하게 되는 형태로 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프는 종래와 달리 유체 공급 장치로부터 공급되는 유체의 1차 저장통로인 챔버, 격막, 2차 저장통로인 버퍼가 존재하지 않게 되며, 이렇게 구성함으로써 유체 공급 장치(펌프)에서 전달되는 유체의 최종 출구단으로의 이동에 있어, 챔버층 및 버퍼층에서의 맥동 등 유체 유동의 국지적인 불균일성을 감쇠시킬 수 있다.

이를 통해 Z축 방향으로의 균일한 유량 공급이 이루어지게 한다.

즉, 종래에는 유입구를 통한 유체 유입시 챔버 공급형으로 구성하여, 공급압 이 내부 챔버내에 미치는 영향이 균일하지 않았으므로, 최종출구단에서의 균일 유동에 큰 악영향을 미치게 되나, 본 발명은 챔버로 직접 유입되는 공급 유동을 수치해석적인 내부 구조변경을 통하여 챔버 형태에서 틈새를 이용한 분산형태로 바꾸었으며, 이와 같이 유입된 공급유동은 틈새에 균일하게 분산되며, 분산된 유동은 아쿠아나이프에 균일하게 공급되게 한다.

도 6d는 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프의 틈새유입부에서의 유체 이동 속도를 나타낸 그래프이다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 틈새 유입부에 유입되는 유체의 공급 압력이 Z축 방향으로 잘 분산되어 있어 유체의 Z축 방향의 유동이 균일함을 보여준다.

즉, 종래의 경우 틈새 유입부 상에서의 Z축방향으로의 이동속도 표준편차가 0.6m/s 정도이나, 본 발명의 경우에는 그 표준 편차가 0.2m/s 정도로 Z축 방향에서의 유체 유동의 불균일성이 개선되었다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)를 나타낸 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)의 측단면도이다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프(600)와 유사한 구성 방식이므로, 그 차이점을 중심으로 설명한다.

즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)는 유체가 외부로 토출되게 하는 최종 출구단(770)의 틈새를 조정하고 상기 유체가 이동하는 ㄱ자 형태의 내부 이동 통로로서 유체 분사 장치를 지지하는 틈새 유입부(730)와, 상기 틈새 유입부(730)의 상부면에 형성되어 유체 공급 장치(미도시)로부터 유체가 상기 틈새 유입부(730)로 유입되게 하는 통로인 유입구(710)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)는 최종 출구단(770)과 연결되는 틈새 유입부의 하부면(735)을 소정 각도에서 경사를 주는 형태이다.

즉, 틈새 유입부(730)의 우측면(738)을 회전 중심축으로 하여, 틈새 유입부(730)의 좌측면(737)의 최하부점과 우측면(738)의 최하부점을 연결하는 틈새 유입부의 하부면(735)에 반시계 방향으로 이루어지는 각도(이하, 최종 출구단의 유출각이라 한다)가 직각에 가까운 예각(α°)을 가지게 한다.

또한, 최종 출구단의 유출각은 직각에 가까운 예각이므로 70~90°가 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)는 최종 출구단의 유출각이 직각에 가까운 예각을 갖도록 틈새 유입부의 하부면(735)을 형성하여 틈새 유입부(730)를 통과한 유체가 최종 출구단으로 이동시 우측면(최종 출구단 방향) 집중형으로 유동하는 구조이다(측면 집중형 유동 유도 구조, 도 7a 및 도 7b 참조).

이는 종래의 경우 관내유동에서 밀도가 높은 비압축성 유동에서 맥동 현상은 최종 출구단으로 바로 이어지기 때문에 임의의 버퍼 공간의 확장은 오히려 수치해석 결과 주유동 성분을 방해할 뿐만 아니라, 스트림라인을 파괴하는 요인으로 작용하게 된다.

따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)는 버퍼를 제거하고 유체의 주유동 성분을 방향성을 고려한 중앙집중 형태로 유도하여 유체의 이동선(Streamline)이 파괴되지 않도록 하며, 최종 출구단 직각에 가까운 예각을 이용하여 종래의 버퍼 역할을 수행할 뿐만아니라 유체의 주유동 성분의 안정화를 가져다 준다.

도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)의 측면 집중형 유동 유도 구조를 나타낸 것이며, 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)의 최종 출구단 입구에서의 유체 이동속도 컨튜어(Contour)를 나타낸 것이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에서는 틈새 유입부에서 버퍼를 제거하고, 이에 따라 최종 출구단의 유출각을 수직에 가까운 예각으로 설계함으로써 유체공급장치(펌프)로부터 오는 맥동 현상이 최종 출구단에 영향을 미치지 아니하고 펌프 쪽으로 반동하도록 한다.

이를 통해 종래의 경우 발생하는 맥동 챔버내에 와류와 주유동을 방해하는 유동 조건을 제거하게 된다.

도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 아쿠아나이프(700)에서 최종 출구단 입구에서 Z축 방향에 대한 Y축 유동 성분을 나타내기 위해 Z축 방향으로 소정 거리에 따른 유체 이동 속도를 나타낸 그래프이다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 최종 출구단 갭(Gap)으로 유입되는 Z축 방향에 대한 Y축 성분의 불균일성은 종래(표준 편차 0.12)에서 본 발명(표준 편차 0.028)로 4배이상 개선되어 유체 유동의 불균일성이 개선되었다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3실시예에 따른 아쿠아나이프(800)를 나타낸 도면이다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 아쿠아나이프와 유사한 구성 방식이므로, 그 차이점을 중심으로 설명한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 아쿠아나이프는 본체가 지지부에 결합되어 지지되는 형태로 구성될 수 있는데, 도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 아쿠아나이프의 지지부 결합공(834b)은 그 중앙에 본체와 지지부의 결합부분으로서 홀(Hole)이 형성되어 있고 홀을 둘러싸는 부분이 지지부(800b)상에 소정 두께 만큼 돌출되어 있는 익형 형태(날개 형태)이다.

또한, 본체와 지지부(800b)의 결합시 돌출된 소정 두께가 최종 출구단의 틈새에 해당되게 되고, 생성된 틈새 공간 사이로 유입된 유체가 흐르게 된다.

또한, 지지부 결합공(834b)은 그 단면이 익형 형태로서, 익형의 머리 부분의 장반경을 d라 하고 단직경(지름)을 e라 하며, 익형의 꼬리 부분의 장반경은 c라 할때, 본 발명의 제3실시예에 따른 지지부 결합공(834)의 구성 형태는 (e/2)/d=3/5 이하이고, c/(e/2)/d = 30 이상인 익형 형태로 구성될 수 있다.

이와 같이, 지지부 결합공(834b)의 익형 형태는 지지부 결합공(834b) 상에서의 유체 유동시 후류의 영향을 최대한 배제할 수 있는 중간지지 형상으로서, 유체 유동시 스트림라인이 파괴되지 않는 형태이다.

또한, 도 8a에서는 지지부(800b) 상에 익형 형태로 결합공을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 본체 상에 익형 형태로 결합공이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 ㄱ자형의 아쿠아나이프에 결합공의 형태를 익형으로 한 것에 대해 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 챔버, 격막, 버퍼의 형태를 갖춘 기존의 아쿠아나이프에서도 틈새 결합공의 형태를 타원형이 아닌 익형 형태로 한 경우에도 적용할 수 있다.

즉, 최종 출구단의 틈새를 결정하는 결합공의 단면을 기존의 타원 형태가 아니라 익형 형태로 형성하는 경우에 모두 적용가능하다 할 것이다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 익형 형태의 결합공을 아쿠아나이프에 적용할 경우, 유체의 내부유동에 관해 수치해석을 통해 유동 특성을 파악해 보면, 익형 형태의 중간지지는 내부유동에 큰 영향을 미치지 않았으며, 후류에 대한 영향과 유동 정체점 또한 발생하지 않았다.

종래의 경우에는 아쿠아나이프에서 최종 출구단의 틈새를 조정하는 중간지지 형상을 유동의 원활을 가져오기 위해 임의적인 타원형을 사용하고 있었으나, 이는 타원 형상의 중간지지 후면으로 후류 발생 및 유동 정체점의 발생을 가져왔고, 이러한 현상들은 아쿠아나이프의 균일성(Uniformity)에 큰 악영향을 미쳤왔다.

이에 본 발명에서는 최종 출구단의 틈새 조정 및 중간지지를 하는 틈새 유입부에서 익형 형상의 중간지지를 사용하여 익형 형상의 후면에서 후류 및 유동 정체점이 발생하지 않도록 하였으며 또한 최종 출구단에서의 유체 유동의 균일성을 확보할 수 있게 하였다.

이상에서, 본 발명에 따른 LCD 기판 세정용 아쿠아나이프에 대해 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태의 유체 분사 장치 및 이를 이용한 다양한 형태의 FPD(Flat Panel Display) 세정 장치에 적용될 수 있다 할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.

200, 600, 700: 아쿠아나이프(aqua knife) 210, 610, 710: 유입구
200a, 600a: 본체 200b, 600b, 800b: 지지부
230, 630, 730: 틈새 유입부 630a: 틈새 유입부 본체
631: 수평 틈새 유입부 631a: 수평 틈새 유입부 본체
632: 수직 틈새 유입부 632a: 수직 틈새 유입부 본체

Claims (2)

1. 유체 공급장치로부터 유입된 유체를 세정 대상물에 분사하는 유체 분사 장치에 있어서,
   상기 세정 대상물에 유체를 분사시키는 최종 출구단의 틈새를 조정하는 틈새 결합공은 그 단면이 익형 형태인 것을 특징으로 하는 유체 분사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 익형의 머리 부분의 장반경을 d라 하고, 단직경을 e라 하며, 익형의 꼬리 부분의 장반경은 c라 할때, 상기 틈새 결합공의 구성 형태는 (e/2)/d=3/5 이하이고, c/(e/2)/d = 30 이상인 익형 형태인 것을 특징으로 하는 유체 분사 장치.

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