KR20160080599A - 상온 분말 분사 노즐 - Google Patents

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KR20160080599A
KR20160080599A KR1020140193076A KR20140193076A KR20160080599A KR 20160080599 A KR20160080599 A KR 20160080599A KR 1020140193076 A KR1020140193076 A KR 1020140193076A KR 20140193076 A KR20140193076 A KR 20140193076A KR 20160080599 A KR20160080599 A KR 20160080599A
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유병화
표대승
이지희
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주식회사 지디
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Abstract

본 발명은 상온 분말 분사 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 투입부로 투입된 분말을 복수의 투입부와 각각 연결된 복수의 몸체부에서 1차 분산시키고, 연결부를 통해 복수의 몸체부와 토출부를 연결하여 토출부로 분말을 유입시키며, 토출부에서 1차 분산된 분말을 2차 분산 및 대면적 기판 상에 분사시키는 상온 분말 분사 노즐에 관한 것이다.
본 발명은 금속, 아크릴 및 폴리머 등의 기판을 보다 효과적으로 코팅할 수 있고 환경, 의료 및 금속 부식 방지 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 상온 분말 분사 노즐에 관한 것이다.

Description

상온 분말 분사 노즐{Nozzle for injecting powder in room temperature}
본 발명은 상온 분말 분사 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 투입부로 투입된 분말을 복수의 투입부와 각각 연결된 복수의 몸체부에서 1차 분산시키고, 연결부를 통해 복수의 몸체부와 토출부를 연결하여 토출부로 분말을 유입시키며, 토출부에서 1차 분산된 분말을 2차 분산 및 대면적 기판 상에 분사시키는 상온 분말 분사 노즐에 관한 것이다.
본 발명은 금속, 아크릴 및 폴리머 등의 기판을 보다 효과적으로 코팅할 수 있고 환경, 의료 및 금속 부식 방지 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 상온 분말 분사 노즐에 관한 것이다.
금속, 아크릴 및 폴리머 등의 기판을 세라믹을 이용하여 코팅하는데 있어서 중요한 기술적 이슈 중 하나는 기판에 반드시 열을 가하거나, 혹은 1,000℃ 이상의 고온에서 소성이 필요하다는 점이다. 또한 코팅 시간도 30분 이상 소요된다는 점이다.
이때, 높은 온도에 의해 기판의 변형이 있을 수 있고, 세라믹 층과 기판 층의 계면에서 화학 반응이 있을 수 있어 제품의 품질이 저하될 가능성이 높다. 또한 고온의 열처리한 제품을 냉각할 때 열 충격에 의하여 제품의 손상이나 파손이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서 금속, 아크릴 및 폴리머 등의 기판과 세라믹 코팅층의 열팽창 계수를 고려하고, 발생될 수 있는 화학 반응 고려하는 등 코팅 재료 선정에 제약이 크다는 문제점이 있었다.
따라서, 열을 가하는 대신에 노즐로 세라믹 분말을 세게 뿜어내 가속시켜 기판과의 충돌을 이용하여 코팅을 수행함으로써, 다양한 종류의 기판에 세라믹을 코팅할 수 있는 상온 분말 분사법을 이용한 세라믹 코팅이 매우 유리하다.
이러한 상온 분말 분사법은 결정성이 우수한 분말을 상온에서 기판 상에 분사하여 막을 형성하는 방법으로, 기판의 종류에 관계없이 상온에서 막을 형성할 수 있으며, 생성된 기판과의 밀착력이 매우 높은 장점을 가진다. 또한 세라믹 물질 이외 금속 등 다양한 물질을 코팅할 수 있어 산업 전반의 분야에 걸쳐 활용이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 대량 생산을 하기 위해서는 대면적의 상온 분말 분사 노즐이 필요한 실정이다. 그러나 하나의 분말 투입구와 하나의 토출구로 구성된 노즐의 경우 내부 용적이 너무 커 유량의 손실이 많고 분말의 분산이 잘 이루어지지 않아 코팅 막의 두께 편차가 커진다는 문제점이 있다. 따라서 어레이(array) 형태의 노즐을 구현 해야만 한다. 하지만 종래의 다른 증착이나 코팅 공정에서 이용 되는 어레이 포인트 소스 형태의 노즐은 상온 분말 분사 공정 적용에는 하기의 사유로 적합하지 않다.
도 1은 종래의 어레이 포인트 소스 구조(1)를 개략적으로 도시한 도면이다. 종래의 어레이 포인트 소스 구조(1)를 상온 분말 분사 노즐에 적용하는 경우에는 복수의 토출부(2)를 이용하여 대면적 기판(S) 상에 분말을 분사함으로써 막을 형성하게 된다(도 1 참고).
이때, 종래의 어레이 포인트 소스 구조(1)를 가지는 상온 분말 분사 노즐에서 분말들이 대면적 기판(S) 상에 증착되기 전 균일하게 분산시키는 공정 없이 대면적 기판(S)에 분말을 분사시킴에 따라, 분말이 밀집된 중첩 구간(T)이 발생하여 대면적 기판(S)에 불균일한 막이 형성되는 문제점을 가질 수 있다.
이에, 본 발명자는 상술된 문제점을 해결하기 위하여, 복수의 투입부로 투입된 분말을 복수의 투입부와 각각 연결된 복수의 몸체부에서 1차 분산시키고, 연결부를 통해 복수의 몸체부와 토출부를 연결하여 토출부로 분말을 유입시키며, 토출부에서 1차 분산된 분말을 2차 분산 및 대면적 기판 상에 분사시키는 상온 분말 분사 노즐을 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2004-0014871호
본 발명의 목적은, 분말이 투입되는 복수의 투입부와 각각 연결된 복수의 몸체부에서 복수의 투입부로 투입된 분말을 1차 분산시키고, 하나의 토출부에서 1차 분산된 분말을 다시 2차 분산시킨 후 기판 상에 분사시키는 상온 분말 분사 노즐을 제공하고자 하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 복수의 몸체부에 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 타단면으로 갈수록 감소하는 몸체부 유로를 구비하여 내부 용적이 감소된 상온 분말 분사 노즐을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 상온 분말 분사 노즐은, 분말이 투입되는 복수의 투입부; 상기 복수의 투입부와 각각 연결되어 상기 분말을 분산시키는 복수의 몸체부; 및 상기 몸체부로부터 유입된 분말을 대면적 기판 상에 분사하는 토출부;를 포함하되, 상기 토출부는 상기 분말을 가속시키는 노즐목;을 포함하여 구성된다.
상기 복수의 몸체부는, 상기 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 타단면으로 갈수록 감소하는 몸체부 유로;를 포함하고, 상기 분말은 상기 몸체부 유로 내에서 1차 분산될 수 있다.
상기 몸체부 유로는, 상단면과 하단면 간에 거리가 상기 일단면에서 상기 타단면으로 갈수록 감소하도록 구성될 수 있다.
상기 토출부는, 상기 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 상기 노즐목으로 갈수록 감소하고, 상기 노즐목에서 상기 타단면으로 갈수록 증가하는 토출부 유로;를 더 포함할 수 있다.
상기 토출부 유로는, 상기 단면이 가로 방향의 길이가 일정하고, 세로 방향의 길이가 감소하거나 증가하도록 구성될 수 있다.
상기 분말은 상기 토출부 유로 내에서 상기 노즐목을 전후로 2차 분산 및 상기 대면적 기판 상에 분사될 수 있다.
상기 상온 분말 분사 노즐은 상기 복수의 몸체부와 상기 토출부를 연결하는 연결부;를 더 포함할 수 있다.
상기 연결부는, 상기 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 타단면으로 갈수록 감소하는 연결부 유로;를 포함할 수 있다.
상기 단면이 가로 방향의 길이가 일정하고, 세로 방향의 길이가 감소하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상온 분말 분사 노즐에 따르면, 복수의 몸체부로 투입된 분말을 1차 분산시키고, 1차 분산된 분말을 하나의 토출부로 유입시킨 뒤 2차 분산시켜 대면적 기판 상에 분사시킴으로써, 분말의 중첩으로 인한 대면적 기판의 증착 불량을 감소시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 타단면으로 갈수록 감소하는 몸체부 유로 및 토출부 유로를 몸체부와 토출부 각각에 구비함으로써, 각 몸체부의 분말의 분산 거리를 감소시킬 수 있고 이에 따라 상온 분말 분사 노즐의 내부 용적이 감소되어 상온 분말 분사 공정에 사용되는 유량 및 분말을 감소시키는 효과가 발생한다.
도 1은 종래의 어레이 포인트 소스 구조(1)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 장치를 A-A' 라인에서 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐의 내부에서 분말의 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 장치를 A-A' 라인에서 절단한 단면을 도시한 도면이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐의 내부에서 분말의 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(100)은 상온에서 캐리어 가스 공급부(10) 및 분말 공급부(20)로부터 각각 캐리어 가스 및 분말을 공급받아 분말을 대면적 기판에 분사함으로써, 대면적 기판을 증착할 수 있다.
보다 구체적으로, 캐리어 가스 공급부(10)는 분말을 이송하기 위한 캐리어 가스를 분말 공급부(20)와 연결된 유로로 공급할 수 있다.
이때, 제어부(30)는 상온 분말 분사 노즐로(100)로 공급되는 캐리어 가스의 유량을 제어하기 위하여, 캐리어 가스 공급부(10)의 캐리어 가스 공급을 차단 또는 개방하는 밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
여기서, 캐리어 가스는 대기(Air), 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스 및 헬륨(He) 가스 중 어느 이상이 사용될 수 있으나, 분말과 화학적 반응을 일으키지 않는 한, 그 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
분말 공급부(20)는 분말을 상온 분말 분사 노즐(100)로 일정하게 혹은 정량 공급할 수 있으며, 이를 위해, 분말 공급부(20)는 유로를 통해 캐리어 가스 공급부(10)와 연결될 수 있다.
이때, 제어부(30)는 상온 분말 분사 노즐로(100)로 공급되는 분말의 양을 제어하기 위하여, 분말 공급부(20)의 분말 공급을 차단 또는 개방하는 밸브의 개폐를 조절할 수 있다.
도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(100)은 복수의 투입부(110), 복수의 몸체부(120), 연결부(130) 및 토출부(140)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(100)의 복수의 몸체부(120)는 몸체부 유로(121)를 포함할 수 있고, 연결부(130)는 연결부 유로(131)를 포함할 수 있으며, 토출부(140)는 노즐목(141) 및 토출부 유로(142)를 포함할 수 있다.
복수의 투입부(110)는 각각 캐리어 가스 공급부(10) 및 분말 공급부(20)와 연결되어 분말이 부유 상태로 존재하는 캐리어 가스를 공급받는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 복수의 투입부(110)는 각각 캐리어 가스 공급부(10) 및 분말 공급부(20)와 유로를 통해 연결될 수 있다. 이때, 복수의 투입부(110) 간에 간격은 동일하게 배치되는 것이 바람직하다.
복수의 몸체부(120)는 복수의 투입부(110)와 각각 연결되어 복수의 투입부(110)로 공급된 분말을 1차 분산시키는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위해, 복수의 몸체부(120)는 분말이 이동하는 몸체부 유로(121)를 포함할 수 있다.
이때, 몸체부 유로(121)는 분말의 이동 방향(B)에 수직하는 단면의 면적이 일단면(100a)에서 타단면(100b)으로 갈수록 감소하는 형상일 수 있다.
보다 구체적으로, 몸체부 유로(121)는 상단면(120a)과 하단면(120b) 간에 거리가 상기 일단면(100a)에서 타단면(100b)으로 갈수록 감소하도록 기울어져 구성될 수 있다.
이를 통해, 복수의 몸체부(120)는 분말이 유동하는 몸체부 유로(121)의 용적을 감소시켜 상온 분말 분사 공정에 사용되는 캐리어 가스의 유량을 감소시킬 수 있다.
한편, 복수의 몸체부(120)는 상호 분리 및 독립하여 구성됨으로써, 복수의 몸체부(120)로 유입된 분말이 각 몸체부 유로(121) 내에서만 분산될 수 있다.
연결부(130)는 복수의 몸체부(120)와 후술되는 토출부(140)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
연결부(130)의 연결부 유로(131)는 복수의 몸체부(120)에 구성된 각 몸체부 유로(121)와 연결되어 각 몸체부 유로(121) 내에서만 독립적으로 분산된 분말을 혼합하여 2차 분산시킬 수 있다. 또한, 연결부(130)의 연결부 유로(131) 내에서 2차 분산된 분말을 후술되는 토출부(140)의 토출부 유로(141)로 유입될 수 있다.
이때, 연결부 유로(131)는 분말의 이동 방향(B)에 수직하는 단면의 면적이 일단면(100a)에서 타단면(100b)으로 갈수록 감소하는 형상일 수 있으며, 보다 구체적으로, 연결부 유로(131)의 단면은 가로 방향의 길이가 일정하고, 세로방향의 길이가 감소하도록 구성될 수 있다.
토출부(140)는 분말을 대면적 기판(S) 상에 분사하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 토출부(140)의 노즐목(141)은 몸체부(120)의 몸체부 유로(121) 및 연결부(130)의 연결부 유로(131)를 순차적으로 거쳐 토출부(140)으로 유입된 분말을 가속시키는 역할을 수행할 수 있다.
이에 따라, 토출부(140)의 토출부 유로(142)는 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면(100a)에서 노즐목(141)으로 갈수록 감소하고, 반대로 노즐목(141)에서 타단면(100b)으로 갈수록 상술된 단면이 증가하는 형상일 수 있다. 보다 구체적으로, 토출부 유로(142)의 단면은 가로 방향의 길이가 일정하고, 세로방향의 길이가 감소하도록 구성될 수 있다.
즉, 토출부 유로(142)의 용적은 노즐목(141)을 전후로 감소 후 증가하고, 분말이 분산된 캐리어 가스의 압력 또한 용적의 변화에 대응하여 고압에서 저압으로 변화할 수 있다.
이와 같은, 토출부 유로(142)의 용적 변화에 따른 캐리어 가스의 압력 변화로 노즐목(141)을 통과하는 분말은 속도가 가속되어 대면적 기판(S) 상에 분사될 수 있다.
도 3 a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(100)의 몸체부 유로(121), 연결부 유로(131) 및 토출부 유로(142)는 매끄러운 면을 갖는 하나의 유로로 형성될 수 있으며, 일단면(100a)부터 노즐목(141)까지는 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 노즐목(141)에 가까울수록 감소하고 노즐목(141)부터 타단면(100b)까지는 상술된 면적이 타단면(100b) 가까울수록 증가하도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(100)은 캐리어 가스 내 혼재된 분말을 몸체부 유로(121), 연결부 유로(131) 및 토출부 유로(142) 내에서 1차 및 2차 분산을 통해 균일하게 분산되어 대면적 기판(S) 상에 분사됨으로써, 분말이 분사되는 과정에서 분말 간에 중첩 구간이 발생하지 않아 대면적 기판(S) 상이 분말을 균일하게 증착할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(200)을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(200)의 몸체부(220)의 형태만이 상이하고, 그외 구성의 형태와 역할은 동일하므로, 반복되는 설명을 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(200)은 복수의 투입부(210), 복수의 몸체부(220), 연결부(230) 및 토출부(240)를 포함할 수 있다.
이때, 도 2, 도 3a 및 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(100)과 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(200)를 비교하면, 복수의 몸체부(도 1의 120 및 도 2의 220)에 형태만이 상이하고, 그외 구성의 형태와 역할은 동일하므로, 반복되는 설명을 생략하도록 한다.
복수의 몸체부(220)는 복수의 투입부(210)와 접촉하는 하단이 연결부(230)과 접촉하는 상단보다 짧도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 복수의 몸체부(220)는 복수의 투입부(210)로부터 유입된 분말의 밀집도가 낮은 영역을 제거하는 형태로 구성됨으로써, 내부의 용적을 감소시킬 수 있으며 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상온 분말 분사 노즐(200)의 내부 용적이 감소되어 분말 분사 공정에 사용되는 유량 및 분말을 감소시킬 수 있다.
100 : 상온 분말 분사 노즐
110 : 투입부
120 : 몸체부
121 : 몸체부 유로
130 : 연결부
131 : 연결부 유로
140 : 토출부
141 : 노즐목 142 : 토출부 유로

Claims (9)

  1. 상온 분말 분사 장치에 사용되는 노즐에 있어서,
    분말이 투입되는 복수의 투입부;
    상기 복수의 투입부와 각각 연결되어 상기 분말을 분산시키는 복수의 몸체부; 및
    상기 몸체부로부터 유입된 분말을 대면적 기판 상에 분사하는 토출부;를 포함하되,
    상기 토출부는 상기 분말을 가속시키는 노즐목;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 몸체부는,
    상기 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 타단면으로 갈수록 감소하는 몸체부 유로;를 포함하고,
    상기 분말은 상기 몸체부 유로 내에서 1차 분산되는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체부 유로는,
    상단면과 하단면 간에 거리가 상기 일단면에서 상기 타단면으로 갈수록 감소하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 토출부는,
    상기 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 상기 노즐목으로 갈수록 감소하고, 상기 노즐목에서 상기 타단면으로 갈수록 증가하는 토출부 유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 토출부 유로는,
    상기 단면이 가로 방향의 길이가 일정하고, 세로 방향의 길이가 감소하거나 증가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분말은 상기 토출부 유로 내에서 상기 노즐목을 전후로 2차 분산 및 상기 대면적 기판 상에 분사되는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 몸체부와 상기 토출부를 연결하는 연결부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 분말의 이동 방향에 수직하는 단면의 면적이 일단면에서 타단면으로 갈수록 감소하는 연결부 유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단면이 가로 방향의 길이가 일정하고, 세로 방향의 길이가 감소하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    상온 분말 분사 노즐.
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