KR20150056893A - 초음파 분무 장치 - Google Patents

초음파 분무 장치 Download PDF

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KR20150056893A
KR20150056893A KR1020130139489A KR20130139489A KR20150056893A KR 20150056893 A KR20150056893 A KR 20150056893A KR 1020130139489 A KR1020130139489 A KR 1020130139489A KR 20130139489 A KR20130139489 A KR 20130139489A KR 20150056893 A KR20150056893 A KR 20150056893A
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윤종갑
황인호
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주식회사 선익시스템
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Abstract

초음파 분무 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 중공부가 구비되는 하우징과; 상기 하우징을 일단을 관통하는 유입구와, 상기 유입구에 연결되며 상기 하우징 내부의 중공부에 위치하는 노즐바디와, 상기 노즐바디에서 연장되며 상기 하우징을 타단을 관통하는 노즐팁을 포함하며, 상기 유입구와 연결되며 상기 노즐바디와 상기 노즐팁을 관통하는 유로가 형성되는 분무노즐과; 상기 중공부 내부에 위치하고, 상기 노즐바디의 외주에 배치되며 전압인가에 따라 진동하는 압전 소자와; 상기 노즐팁의 외주에 배치되어 상기 노즐팁을 가열하는 가열부와; 상기 유로에 삽입되며 액체를 공급하는 공급튜브를 포함하는 초음파 분무 장치가 제공된다.

Description

초음파 분무 장치{Ultrasonic atomizer}
본 발명은 초음파 분무 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 액적의 토출 전에 액적을 가열하여 액적을 분무할 때 열변형의 영향을 최소화하여 액적의 분무를 원활히 할 수 있는 초음파 분무 장치에 관한 것이다.
초음파 분무 장치는 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 인쇄회로기판의 제조 공정 등에 있어 화학물질을 도포하거나, 코팅층을 형성하는데 사용되고 있다.
초음파 분무 장치는 압전 소자를 이용하여 액체에 초음파를 발진시켜 액체를 미세한 액적 형태로 변환하여 이를 원하는 부분에 분사하거나 분무하게 된다.
초음파 분무 장치는, 노즐바디와 노즐바디에서 연장되는 노즐팁을 구비하는 분무노즐과, 노즐바디의 외주에 배치되어 전압 인가에 따라 초음파를 발생하는 압전 소자를 포함하게 되는데, 액체가 노즐바디와 노즐팁을 통과하는 과정에서 압전 소자에 의한 진동으로 미세한 액적 형태로 변환되어 분무된다.
그런데, 화학물질 등의 액체를 도포할 때 필요에 따라 액적의 토출 전에 액적을 가열하여 액적을 분무할 필요가 있다. 이러한 경우, 가열에 따른 분무노즐 등의 열변형으로 액적의 분무가 원활히 이루어지지 못하는 경우가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0091430호 (2013.08.19 공개)
본 발명은 액적의 토출 전에 액적을 가열하여 액적을 분무할 때 열변형의 영향을 최소화하여 액적의 분무를 원활히 할 수 있는 초음파 분무 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 중공부가 구비되는 하우징과; 상기 하우징을 일단을 관통하는 유입구와, 상기 유입구에 연결되며 상기 하우징 내부의 중공부에 위치하는 노즐바디와, 상기 노즐바디에서 연장되며 상기 하우징을 타단을 관통하는 노즐팁을 포함하며, 상기 유입구와 연결되며 상기 노즐바디와 상기 노즐팁을 관통하는 유로가 형성되는 분무노즐과; 상기 중공부 내부에 위치하고, 상기 노즐바디의 외주에 배치되며 전압인가에 따라 진동하는 압전 소자와; 상기 노즐팁의 외주에 배치되어 상기 노즐팁을 가열하는 가열부와; 상기 유로에 삽입되며 액체를 공급하는 공급튜브를 포함하는 초음파 분무 장치가 제공된다.
상기 노즐팁의 선단에는 오리피스(orifice)가 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 공급튜브의 선단은 상기 오리피스의 전단까지 삽입될 수 있다.
상기 가열부는, 상기 노즐팁 관통하는 튜브 형상의 히터블록을 포함할 수 있고, 상기 공급튜브는, 상기 공급튜브의 선단과 상기 노즐팁의 선단이 동일 선상에 위치하도록 상기 유로에 삽입될 수 있다.
상기 유로는, 제1 유로와; 상기 제1 유로와 연결되며, 하단으로 갈수록 내경이 작아지는 원뿔 형상의 변환유로와; 상기 변환유로의 하단과 연결되며 상기 노즐팁의 선단으로 갈수록 내경이 좁아지는 제2 유로를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 공급튜브는 상기 변환유로의 하단까지 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액적의 토출 전에 액적을 가열하여 액적을 분무할 때 열변형의 영향을 최소화하여 액적의 분무를 원활히 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 하우징을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 분무노즐을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 초음파 분무 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 하우징을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 분무노즐을 도시한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3에는, 하우징(12), 중공부(14), 유입구(16), 노즐바디(18), 노즐팁(20), 유로(22), 분무노즐(24), 압전 소자(26), 가열부(28), 히터블록(29), 공급튜브(30)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 초음파 분무 장치는, 내부에 중공부(14)가 구비되는 하우징(12)과; 상기 하우징(12)을 일단을 관통하는 유입구(16)와, 상기 유입구(16)에 연결되며 상기 하우징(12) 내부의 중공부(14)에 위치하는 노즐바디(18)와, 상기 노즐바디(18)에서 연장되며 상기 하우징(12)을 타단을 관통하는 노즐팁(20)을 포함하며, 상기 유입구(16)와 연결되며 상기 노즐바디(18)와 상기 노즐팁(20)을 관통하는 유로(22)가 형성되는 분무노즐(24)과; 상기 중공부(14) 내부에 위치하고, 상기 노즐바디(18)의 외주에 배치되며 전압인가에 따라 진동하는 압전 소자(26)와; 상기 노즐팁(20)의 외주에 배치되어 상기 노즐팁(20)을 가열하는 가열부(28)와; 상기 유로(22)에 삽입되며 액체를 공급하는 공급튜브(30)를 포함한다.
본 실시예에 따른 하는 초음파 분무 장치는, 액적(atomozied drops)의 토출 전에 액적을 가열하여 액적을 분무할 때 열변형의 영향을 최소화하여 액적의 분무를 원활히 할 수 있다.
하우징(12)은, 내부에 중공부(14)가 구비되어 있다. 하우징(12)의 중공부(14)에는 후술한 분무노즐(24)의 노즐바디(18)가 위치하고, 노즐바디(18)의 주위를 따라 압전 소자(26)가 배치되어 중공부(14)에 내장된다. 하우징(12)은 압전 소자(26)를 외부의 충격으로부터 보호한다.
하우징(12)은, 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 상부가 개방된 용기 형상의 하우징 몸체와, 하우징 몸체의 상부에 나사결합되는 덮개로 구성될 수 있다.
분무노즐(24)은, 하우징(12)을 일단을 관통하는 유입구(16)와, 유입구(16)에 연결되며 하우징(12) 내부의 중공부(14)에 위치하는 노즐바디(18)와, 노즐바디(18)에서 연장되며 하우징(12)을 타단을 관통하는 노즐팁(20)을 포함할 수 있으며, 분무노즐(24)에는 유입구(16)와 연결되며 노즐바디(18)와 노즐팁(20)을 관통하는 유로(22)가 형성되어 있다.
유입구(16)는 튜브 형태로 유입구(16)의 일단으로 후술할 공급튜브(30)가 삽입된다. 유입구(16)의 타단에는 노즐바디(18)가 연결되며, 노즐바디(18)에는 다시 노즐팁(20)이 연결된다. 유입구(16), 노즐바디(18), 노즐팁(20)은 일체로 형성될 수 있다. 노즐바디(18)는 압전 소자(26)의 진동이 용이하게 전달되도록 티타늄 등의 금속 재료로 이루어지거나 세라믹 등으로 이루어질 수 있다.
분무노즐(24)에는 유입구(16)에서 연장되어 노즐바디(18)를 거쳐 노즐팁(20)까지 관통하는 유로(22)가 형성된다. 이러한 유로(22)는 직접 액체가 이동하거나 후술할 공급튜브(30)가 삽입된다.
압전 소자(26)는, 하우징(12)의 중공부(14) 내부에 위치하는데, 복수의 압전 소자(26)가 노즐바디(18)의 외주에 방사상으로 배치되거나, 내부를 노즐바디(18)가 관통할 수 있도록 링 형태로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 링 형태의 압전 소자(26)를 사용하여 노즐바디(18)가 내부를 관통할 수 있도록 하였다. 이러한 압전 소자(26)에는 전압을 인가할 수 있도록 입력 전극이 형성되며 이러한 입력 전극에 전원을 연결하여 전압을 인가하면 압전 소자(26)가 진동을 일으키게 된다.
압전 소자(26)의 진동에 의해 노즐바디(18)를 통과하는 액체는 미세한 액적 형태로 변환되어 노즐팁(20)의 선단에서 분무된다.
가열부(28)는, 노즐팁(20)의 외주에 배치되어 노즐팁(20)을 통과하는 액적을 가열하고, 가열된 액적은 노즐팁(20)의 선단에서 분무된다. 액체를 도포하거나 코팅층을 형성할 때 필요에 따라 액체를 가열할 필요가 있는데, 액적 형태로 변환된 액체가 노즐팁(20)을 통과할 때 가열부(28)가 액적을 가열하여 가열된 액적이 노즐팁(20)의 선단에서 분사되도록 하는 것이다.
가열부(28)는, 노즐팁(20) 관통하도록 튜브 형상의 히터블록(29)을 포함할 수 있다. 튜브 형상의 히터블록(29) 내부를 노즐팁(20)이 관통함으로써 노즐팁(20)을 통과하는 액적을 방사상에서 가열할 수 있다.
공급튜브(30)는, 유로(22)에 삽입되며 액체를 공급한다. 공급튜브(30)의 후단에는 액체를 공급하기 위한 호스 등의 관로가 연결되고 공급튜브(30)를 통과한 액체는 선단에서 토출되는데, 공급튜브(30)는 분무노즐(24)의 유로(22)에 액체를 공급하거나 공급튜브(30)가 유로(22)에 삽입되어 액체를 직접 공급할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 노즐팁(20)이 히터블록(29)을 관통하여 노즐팁(20)의 선단이 노출된 경우, 공급튜브(30)의 선단 또한 히터블록(29)을 관통하도록 유로(22)에 삽입할 수 있다.
공급튜브(30)의 선단은 액체 또는 액적이 토출되는 부분으로 가열부(28)의 가열에 의해 선단에 열변형이 생기면서 선단의 일부가 막히거나 전부가 막히면서 액체 또는 액적의 토출이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 공급튜브(30)의 선단을 가열부(28)와 이격시킴으로써 열의 전달을 방지하여 열변형을 최소화하는 것이다.
공급튜브(30)는 폴리에텔에텔 케톤 [polyetherether ketone] 등 합성수지로 이루어질 수 있는데 이 경우 공급튜브(30)의 선단이 열변형에 취약할 수 있으므로 공급튜브(30)의 선단을 가열부(28)에서 이격시키는 것이 더욱 중요하다.
도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 작동 과정을 살펴 보면, 공급튜브(30)의 후단에서 액체가 공급되면 액체가 공급튜브(30)를 통과하는 과정에서 노즐바디(18)에 위치한 압전 소자(26)에 전압을 걸어 압전 소자(26)에 진동을 발생시킨다. 압전 소자(26)의 진동에 의해 노즐바디(18)를 통과하는 액체는 미세한 액적 형태로 변환된다. 액적은 노즐팁(20)을 통과하는 과정에서 가열부(28)에 의해 가열되고 가열된 액적은 노즐팁(20)의 선단에서 분무된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면이다. 도 4에는, 하우징(12), 중공부(14), 유입구(16), 노즐바디(18), 노즐팁(20), 유로(22), 분무노즐(24), 압전 소자(26), 가열부(28), 히터블록(29), 공급튜브(30), 오리피스(32)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 초음파 분무 장치는 노즐팁(20)의 선단에 오리피스(32)(orifice)가 형성된 형태로서, 노즐팁(20)의 선단에 오리피스(32)를 형성함으로써 액적의 분무가 넓게 이루어질 수 있다. 분무노즐(24)은 티타늄 등의 금속재료나 세라믹 재질로 이루어지기 때문에 내부의 유로(22)를 정밀하게 형성하는 것이 어렵다. 오리피스(32)의 전단까지 공급튜브(30)의 선단이 위치하도록 유로(22)에 공급튜브(30)를 삽입하고 공급튜브(30)의 선단에서 액적이 토출됨과 동시에 오리피스(32)에 의해 액적이 분무되도록 구성한 형태이다.
이외의 구성요소는 상기의 제1 실시예와 동일하거나 유사하므로 그 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면이다. 도 5에는, 하우징(12), 중공부(14), 유입구(16), 노즐바디(18), 노즐팁(20), 유로(22), 분무노즐(24), 압전 소자(26), 가열부(28), 히터블록(29), 공급튜브(30)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 초음파 분무 장치는, 노즐팁(20)의 선단에 오리피스(32)(orifice)를 형성하지 않은 형태이다. 구체적으로, 노즐팁(20)이 히터블록(29)을 관통하여 노즐팁(20)의 선단이 노출되도록 구성하고, 공급튜브(30)의 선단과 노즐팁(20)의 선단이 동일 선상에 위치하도록 공급튜브(30)를 유로(22)에 삽입한 형태이다. 이 경우, 공급튜브(30)의 선단에서 액적이 토출됨과 동시에 액적이 분무된다.
이외의 구성요소는 상기의 제1 실시예와 동일하거나 유사하므로 그 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파 분무 장치의 도시한 도면이다. 도 6에는, 하우징(12), 중공부(14), 유입구(16), 노즐바디(18), 노즐팁(20), 유로(22), 분무노즐(24), 압전 소자(26), 가열부(28), 히터블록(29), 공급튜브(30), 오리피스(32), 제1 유로(34), 변환유로(36), 제2 유로(38)가 도시되어 있다.
상기 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 공급튜브(30)의 선단은 액체 또는 액적이 토출되는 부분으로 가열에 의해 선단에 열변형이 생기면서 선단의 일부가 막히거나 전부가 막히면서 액체 또는 액적의 토출이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
본 실시예에서는 열변형이 취약한 공급튜브(30)의 선단을 가열부(28)와 이격시키기 위하여 분무노즐(24)의 유로(22)의 형태를 변경하였다. 즉, 분무노즐(24)에 형성되는 유로(22)는, 제1 유로(34)와, 제1 유로(34)와 연결되며, 하단으로 갈수록 내경이 작아지는 원뿔 형상의 변환유로(36)와, 변환유로(36)의 하단과 연결되며 노즐팁(20)의 선단으로 갈수록 내경이 좁아지는 제2 유로(38)로 구성된다.
제1 유로(34)는 내경이 다소 크게 구성되며, 제1 유로(34)의 하단에는 하단으로 갈수록 내경이 작아지는 원뿔 형상의 변환유로(36)가 형성된다. 변환유로(36)의 하단에는 노즐팁(20)의 선단으로 갈수록 내경이 좁아지는 제2 유로(38)가 형성된다. 제2 유로(38)의 내경은 제1 유로(34)의 내경 보다 작게 형성되어 액적을 분무하기 위한 노즐 역할을 수행한다. 변환유로(36)는 내경이 큰 제1 유로(34)와 내경이 작은 제2 유로(38)를 연결하기 위한 곳으로서 공급튜브(30)의 선단이 변환유로(36)의 하단까지 삽입되도록 구성된다.
본 실시예에서는 제1 유로(34)의 하단 주변에 압전 소자(26)가 배치되어 제1 유로(34)에 삽입되는 공급튜브(30) 내부의 액체에 진동을 가하여 액적으로 변환시키는 형태를 제시한다. 공급튜브(30)의 선단에서 토출되는 액적은 제2 유로(38)의 주변에 배치된 가열부(28)에 의해 가열되면서 노즐팁(20)의 선단에서 분무된다.
다른 변형예로서 변환유로(36)의 주변에 압전 소자(26)가 배치되도록 하여 변환유로(36)에 삽입되는 공급튜브(30)의 액체에 진동을 가하여 액적으로의 변환과 동시에 제2 유로(38)로 액적이 유입되도록 구성하는 것도 가능하다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
12: 하우징 14: 중공부
16: 유입구 18: 노즐바디
20: 노즐팁 22: 유로
24: 분무노즐 26: 압전 소자
28: 가열부 29: 히터블록
30: 공급튜브 32: 오리피스
34: 제1 유로 36: 변환유로
38: 제2 유로

Claims (4)

  1. 내부에 중공부가 구비되는 하우징과;
    상기 하우징을 일단을 관통하는 유입구와, 상기 유입구에 연결되며 상기 하우징 내부의 중공부에 위치하는 노즐바디와, 상기 노즐바디에서 연장되며 상기 하우징을 타단을 관통하는 노즐팁을 포함하며, 상기 유입구와 연결되며 상기 노즐바디와 상기 노즐팁을 관통하는 유로가 형성되는 분무노즐과;
    상기 중공부 내부에 위치하고, 상기 노즐바디의 외주에 배치되며 전압인가에 따라 진동하는 압전 소자와;
    상기 노즐팁의 외주에 배치되어 상기 노즐팁을 가열하는 가열부와;
    상기 유로에 삽입되며 액체를 공급하는 공급튜브를 포함하는, 초음파 분무 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐팁의 선단에는 오리피스(orifice)가 형성되며,
    상기 공급튜브의 선단은 상기 오리피스의 전단까지 삽입되는 것을 특징으로 하는, 초음파 분무 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 노즐팁 관통하는 튜브 형상의 히터블록을 포함하고,
    상기 공급튜브는,
    상기 공급튜브의 선단과 상기 노즐팁의 선단이 동일 선상에 위치하도록 상기 유로에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 초음파 분무 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유로는,
    제1 유로와;
    상기 제1 유로와 연결되며, 하단으로 갈수록 내경이 작아지는 원뿔 형상의 변환유로와;
    상기 변환유로의 하단과 연결되며 상기 노즐팁의 선단으로 갈수록 내경이 좁아지는 제2 유로를 포함하며,
    상기 공급튜브는 상기 변환유로의 하단까지 삽입되는 것을 특징으로 하는, 초음파 분무 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170133183A (ko) * 2016-05-25 2017-12-05 주식회사 제우스 기판처리장치
WO2021054539A1 (ko) * 2019-09-18 2021-03-25 이성호 공기 접촉을 차단하여 이온수의 물성변화를 방지하는 초음파 분무장치
CN112844933A (zh) * 2019-11-26 2021-05-28 苏州微知电子科技有限公司 一种雾化强化的超声波雾化喷嘴

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