KR20170111024A

KR20170111024A - 회전식 전기방사 장치

Info

Publication number: KR20170111024A
Application number: KR1020160035710A
Authority: KR
Inventors: 고성원; 김인기; 이준희
Original assignee: 고성원
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2017-10-12

Abstract

본 발명은 회전식 전기방사 장치에 관한 것으로, 본 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치는 회전장치, 회전장치에 연결되는 회전부 및 회전부에 위치되어 회전부의 회전이 정지될 때 복수의 다른 종류의 솔루션이 다른 시간 간격으로 전기방사되는 복수의 방사부재를 포함하는 전기 방사부 및 전기 방사부와 이격되게 위치하는 수집부를 포함한다.

Description

회전식 전기방사 장치{ROTARY TYPE ELECTROSPINNING APPARATUS}

본 발명은 회전식 전기방사 장치에 관한 것이다.

전기방사(Electrospinning)는 전기장을 조성하고 전기적으로 하전된 고분자 용액 및 용융물(이하, 솔루션)을 연신하여 나노섬유(Nano Fiber)를 제작할 수 있는 공정이다. 이러한 나노섬유를 제작하기 위해 전기방사 장치가 사용되며, 오랜 시간을 거쳐 다양한 전기방사 장치가 개발되었다.

나노섬유는 의학, 환경, 의류 및 전자 등 다양한 분야에서 사용되며, 근래에는 다층 구조로 형성되어 각 층이 서로 다른 솔루션으로 구비된 나노섬유 부직포의 활용이 많아지고 있다. 이러한 다층 구조의 나노섬유 부직포는 여러 종류의 솔루션을 순차적으로 전기방사할 수 있어야 한다.

하지만, 지금까지의 전기방사 장치는 대량생산 또는 품질향상을 중점적으로 개발되어 다층 구조의 나노섬유 부직포와 같이 특정한 형태의 나노섬유 부직포를 제작하기에는 어려움이 있다.

따라서, 다층 구조의 나노섬유 부직포를 단일 공정으로 제작할 수 있는 전기방사 장치의 개발이 필요한 시점이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면은 다층 구조의 나노섬유 부직포의 제작이 용이한 전기방사 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치는 회전장치, 회전장치에 연결되는 회전부 및 회전부에 위치되어 회전부의 회전이 정지될 때 복수의 다른 종류의 솔루션이 다른 시간 간격으로 전기방사되는 복수의 방사부재를 포함하는 전기방사부 및 전기방사부와 이격되게 위치하는 수집부를 포함한다.

또한, 회전부 각각은 일정 간격으로 이격되어 복수의 방사부재가 설치되는 복수의 설치홈을 포함할 수 있다.

또한, 회전부와 수집부 사이에 위치하며 회전부의 회전이 정지될 때 복수의 방사부재 중 하나가 수집부와 대응하도록 노출되는 기준홈을 포함하는 기준부를 더 포함할 수 있다.

또한, 회전부는 기준홈을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향의 제1 회전각으로 회전하고, 제1 회전각(R)은,

Y는 상기 복수의 방사부재의 수이고, X는 정수로 1 내지 A 이며,

일 때,

로 정해질 수 있다.

또한, 복수의 설치홈 각각은 복수의 방사부재가 설치되는 한 쌍의 고정을 포함하고, 복수의 방사부재 각각은 한 쌍의 고정홈에 설치되어 회전부가 회전할 때 회전하는 한 쌍의 회전너트를 포함할 수 있다.

또한, 복수의 방사부재 중 전기방사되는 방사부재의 상부에 설치되는 분사노즐 및 분사노즐이 결합되는 지지부재를 포함하는 공기분사부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전식 전기방사 장치는 여러 종류의 솔루션을 순차적으로 전기방사하여 다층 구조의 나노섬유 부직포를 용이하게 제작할 수 있고, 연속적인 전기방사를 통해 다층 구조의 나노섬유 부직포의 제작 시간이 단축되어 생산성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치가 설치된 전기방사 설비의 사시도이다.
도 2는 도 1의 회전식 전기방사 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 전기방사부의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 회전부의 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치의 사시도이다.
도 6은 도 5의 전기방사부의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치의 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(100)가 설치된 전기방사 설비의 사시도이다.

도 1을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(100)의 전기방사부(10)와 수집부(20)는 전기방사 설비의 베이스(1)에 위치하는 이송부재(5)에 설치된다.

여기서, 전기방사부(10)의 회전장치(11)는 제1 이송부재(5a)에 설치되고 제어 장치(4)에 의해 제어되는 모터를 포함할 수 있다.

또한 전기방사부(10)의 회전부(12)는 제어장치(4)에 의해 제어되는 회전 장치(11)의 모터에 연결되어 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되고 정지될 수 있다.

이때, 전기방사부(10)의 복수의 방사부재(13)는 회전부(12)에 설치되어 회전부(12)와 함께 회전될 수 있다. 여기서, 복수의 방사부재(13) 각각은 전원공급 장치(2)와 연결되어 전기방사에 필요한 전원을 공급받을 수 있다.

또한, 복수의 방사부재(13) 각각은 전원공급 장치(2)의 양극 케이블(2a)과 연결되고, 수집부(20)는 전원공급 장치(2)의 음극 케이블(2b)과 연결될 수 있다.

또한, 복수의 방사부재(13) 각각은 실린지 펌프 장치(3)와 연결되어 복수의 다른 종류의 솔루션을 공급받을 수 있다.

본 실시예에 의한 전기방사부(10)에서는 회전 장치(11), 전원공급 장치(2), 실린지 펌프 장치(3)를 제어하는 제어 장치(4)에 의해 회전부(12)의 회전이 정지될 때 복수의 방사부재(13)에 공급된 복수의 다른 종류의 솔루션이 다른 시간 간격으로 수집부(20)에 전기방사될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 회전식 전기 방사 장치에 의하면 복수의 다른 종류의 솔루션을 사용하여 다층 구조의 나노섬유 부직포를 제조 할 수 있다.

이하에서는, 본 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(100)에 관하여 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1의 회전식 전기방사 장치(100)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 전기방사부(10)의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 회전부(20)의 부분 사시도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(100)는 전기방사부(10) G 전기방사부(10)와 이격되게 설치되는 수집부(20)를 포함할 수 있다.

여기서, 회전 장치(11)는 모터(11a), 모터(11a)가 고정되고 제1 이송부재(2a)에 조립되는 몸체(11b), 모터(11a)의 구동축에 결합되어 모터(11a)와 회전부(12)를 연결하는 샤프트(11c)를 포함할 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 회전 장치(11)의 모터(11a)는 정역제어가 가능한 모터를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 회전부(12)는 제1 몸체(12a), 제2 몸체(12b) 및 제1 몸체(12a)와 제2 몸체(12b)를 연결하는 연결부(12c)를 포함할 수 있다.

예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전부(12)는 원기둥 형상일수 있으며, 원기둥 형상의 중심에 축 삽입부(12d)를 가져 회전 장치(11)의 샤프트(11c)에 결합될 수 있다.

여기서, 회전부(12)의 제1 몸체(12a)는 복수의 방사부재(13)들이 설치되는 복수의 설치홈(12e)들을 포함할 수 있다.

상세하게는, 회전부(12)의 복수의 설치홈(12e)들은 일정 간격을 두고 회전부(12)의 제1 몸체(12a)에 형성될 수 있다.

예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 설치홈(12e) 각각은 원기둥 형상의 회전부(12)의 제1 몸체(12a)의 외표면에 일정 간격으로 형성될 수 있다.

다만, 본 실시예에 따르면 회전부(12)의 제1 몸체(12a)는 원기둥 형상으로 한정되지 않으며, 복수의 설치홈(12e)은 외표면에 형성되는 것으로 한정되지 않는다.

그리고 제1 몸체(12a)와 이격되는 제2 몸체(12b)는 복수의 방사부재(13)에 연결된 공급라인이 위치하는 복수의 관통홀(12f)을 포함할 수 있다.

이때, 복수의 관통홀(12f)들은 제1 몸체(12a)의 복수의 설치홈(12e)들과 동일선상에 각각 위치할 수 있다.

이에 따라, 회전부(12)는 제어 장치(4)의 제어에 따른 회전 장치(11)의 구동을 통하여 복수의 방사부재(13)들을 회전시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 복수의 방사부재(13)는 도전성 몸체(13a), 도전성 몸체(13a)의 일단에 결합되는 방사노즐(13b) 및 도전성 몸체(13a)의 일단의 반대쪽에 위치한 타단에 결합되는 솔루션 공급라인(6)이 연결되는 공급 마개(13c)를 포함할 수 있다.

여기서, 도전성 몸체(13a)의 중공부를 통하여 실린지펌프 장치(3)에서 공급되는 솔루션이 방사노즐(132)로 전달될 수 있으며, 도전성 몸체(13a)는 전선(7)에 연결되는 클립 모양의 도전체(13d)를 매개로 전원공급 장치(2)와 연결될 수 있다.

또한, 도전성 몸체(13a)의 외표면에는 나사산이 형성되며 복수의 방사부재(13) 각각은 회전부(12)의 제1 몸체(121)에 설치되도록 마련되는 고정너트(13e)를 더 포함할 수 있다.

이때, 고정너트(13e)는 한 쌍으로 마련되어 제1 몸체(12a)의 양방향으로 결합함에 따라 회전부(12)의 회전에도 복수의 방사부재(13) 각각을 견고히 고정할 수 있다.

그리고 방사노즐(13b)은 도전성 몸체(13a)의 일단에 결합되어 실린지펌프 장치(3)에서 공급받은 솔루션을 수집부(20)로 방사할 수 있다.

여기서, 방사노즐(13b)은 전기방사 분야에서 통상적으로 사용하는 전기방사용 노즐을 사용할 수 있다.

또한, 도전성 몸체(13a)의 타단에 결합된 공급 마개(13c)는 실린지펌프 장치(3)에 연결되며 공급 마개(13c)를 통과하는 솔루션 공급라인(6)을 통하여 솔루션이 도전성 몸체(13a)로 공급될 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 회전부(12)는 제어장치(4)에 의하여 복수의 설치홈(12e) 사이 중 인접하는 설치홈(12e)들 사이의 거리가 환산된 회전각의 배수로 회전될 수 있다.

또한 이렇게 회전부(12)가 회전함에 따라 복수의 방사부재(13)도 함께 회전하며, 회전부(12)의 회전이 정지될 때 마다 복수의 방사부재(13) 중 하나의 방사부재에 복수의 솔루션 중 하나가 공급되고 고압의 전류가 공급되어 수집부(20)를 향하여 솔루션이 전기방사될 수 있다.

결국, 본 실시예에 따르면 회전부(12)가 정해진 각도로 회전한 후 정지할 때마다, 복수의 방사부재(13) 중 하나에서 전기방사가 발생되어 수집부(20)에 서로 다른 솔루션으로 이루어진 다층 구조의 나노 섬유 직물이 수집될 수 있다.

한편, 본 실시예의 변형예에 따르면 도 4에 도시한 바와 같이 회전부(12)의 복수의 설치홈(12e)들은 고정홈(12g)을 포함할 수 있다.

상세하게는, 고정홈(12g)은 원형이며 설치홈(12e)의 양면에 한 쌍으로 형성될 수 있다.

또한, 복수의 방사부재(13) 각각은 도전성 몸체(13a)에 결합되어 고정홈(12g)에 설치되는 너트부(13f1)와, 너트부(13f1)와 고정홈(12g) 사이에 위치하는 슬립부(13f2)를 포함하는 한 쌍의 회전너트(13f)를 포함할 수 있다.

이때, 너트부(13f1)와 슬립부(13f2)는 미끄럼 구조로 결합하여 방사부재(13)가 한 쌍의 회전너트(13f)로 고정홈(12g)에 고정되면 방사부재(13a)는 고정된 위치에서 제자리 회전할 수 있다.

이에 따라, 전원공급 장치(2) 및 실린지펌프 장치(3)와 연결된 복수의 방사부재(13) 각각은 회전부(12)가 회전할 때 제자리 회전하여 솔루션 공급라인(6)이 꼬이거나 엉키는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(200)에 관하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치의 사시도이고, 도 6은 도 5의 전기방사부의 측면도이다.

도 5 및 도 6을 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(200)는 전기방사부(210)와, 전기방사부(210)와 이격되게 설치되는 수집부(220) 및 전기방사부(210)와 수집부(220) 사이에 위치하는 기준부(230)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 전기방사부(210)와 수집부(220)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(100)의 전기방사부(10) 및 수집부(20)와 동일한 구성이므로 이에 대한 설명은 생략한다.

여기서, 기준부(230)는 차단부재(231)와, 차단부재(231)에 위치하여 회전부(212)의 회전이 정지될 때 복수의 방사부재(213) 중 하나가 수집부(220)와 대응하도록 노출되는 기준홈(232)을 포함할 수 있다.

상세하게는, 차단부재(231)는 도 4에 도시한 바와 같이 회전 장치(211)에 설치되거나 베이스(1)에 직접 설치될 수도 있다.

또한, 차단부재(231)는 회전부(212)의 측면을 모두 가리도록 마련하여 기준홈(232)을 통해 수집부(220)와 대응하는 방사부재(213)를 제외한 나머지 방사부재(213)의 전기방사 경로를 차단할 수 있다.

한편, 회전부(212)는 기준홈(232)을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향의 제1 회전각(R)으로 회전할 수 있다.

여기서, 제1 회전각(R)은, Y는 복수의 방사부재의 수이고, X는 정수로 1 내지 A 이며, 수학식 2 일 때, 수학식 1 로 정해질 수 있다.

예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 복수의 방사부재(213)를 6개로 마련한다면 제1 회전각(R)은 60도, 120도 및 180도라 할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 회전부(212)는 복수의 방사부재(213) 중 하나가 기준홈(232)을 통해 수집부(220)와 대응하도록 회전할 수 있다.

또한, 회전부(212)가 제1 회전각(R)으로 회전할 때마다 복수의 방사부재(213) 중 하나는 기준홈(232)에 위치된다. 그리고 기준홈(232)에 위치한 방사부재(213)에 복수의 솔루션 중 하나가 공급되고 고압의 전류가 공급되어 수집부(20)를 향하여 솔루션이 전기방사될 수 있다.

결국, 회전부(212)가 제1 회전각(R)으로 회전할 때마다 기준홈(232)에 위치한 방사부재(213)에서 서로 다른 솔루션이 전기방사되어 다층 구조의 나노 섬유 부직포가 제작될 수 있다.

더불어, 기준부(230)는 기준홈(232)을 통해 수집부(220)와 대응하는 방사부재(213) 이외에 나머지 방사부재(213)들의 전기방사 경로를 차단부재(231)로 차단할 수 있어 전기방사 중인 솔루션 이외에 다른 솔루션이 미량으로 세어 나와 수집부(20)로 전기방사되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(300)에 관하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(300)의 사시도이다.

도 7을 참고하여 설명하면, 본 실시예 따른 회전식 전기방사 장치(300)는 전기방사부(310) 및 전기방사부(310)와 이격되게 설치되는 수집부(320)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 전기방사부(310)와 수집부(320)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(100)의 전기방사부(10) 및 수집부(20)와 동일한 구성이므로 이에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 회전식 전기방사 장치(300)는 전기방사부(310)에 위치하는 공기분사부(340)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 공기분사부(340)는 복수의 방사부재((313) 중 전기방사되는 방사부재 (313)의 상부에 설치되는 분사노즐(341) 및 분사노즐(341)이 결합되는 지지부재(342)를 포함할 수 있다.

분사노즐(341)은 전기방사되는 방사부재(313)의 방사노즐(313b)로 압축공기를 분사하도록 마련할 수 있다. 그리고 지지부재(342)는 컨프레셔(미도시)로부터 공급되는 압축공기가 분사노즐(341)로 전달되도록 통로를 마련할 수 있다.

이에 따라, 공기분사부(340)는 전기방사 전후로 압축공기를 분사하여 방사노즐(313b)이 솔루션으로 막히는 것을 방지하고, 전기방사 중에 발생하는 이물질을 제거할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 회전식 전기방사 장치 10: 전기방사부
11: 회전 장치 11a: 모터
11b: 몸체 11c: 샤프트
12: 회전부 12a: 제1 몸체
12b: 제2 몸체 12c: 연결부
12d: 축 삽입부 12e: 설치홈
12f: 관통홀 12g: 고정홈
13: 방사부재 13a: 도전성 몸체
13b: 방사노즐 13c: 공급 마개
13d: 도전체 13e: 고정너트
13f: 회전너트 13f1: 너트부
13f2: 슬립부 20: 수집부
230: 기준부 231: 차단부재
232: 기준홈 340: 공기분사부
341: 분사노즐 342: 지지부재

Claims

회전장치, 상기 회전장치에 연결되는 회전부 및 상기 회전부에 위치되어 상기 회전부의 회전이 정지될 때 복수의 다른 종류의 솔루션이 다른 시간 간격으로 전기방사되는 복수의 방사부재를 포함하는 전기방사부; 및
상기 전기방사부와 이격되게 위치하는 수집부; 를 포함하는 회전식 전기방사 장치.
제1 항에 있어서,
상기 회전부 각각은 일정 간격으로 이격되어 상기 복수의 방사부재가 설치되는 복수의 설치홈을 포함하는 회전식 전기방사 장치.
제2 항에 있어서,
상기 회전부와 상기 수집부 사이에 위치하며 상기 회전부의 회전이 정지될 때 상기 복수의 방사부재 중 하나가 상기 수집부와 대응하도록 노출되는 기준홈을 포함하는 기준부를 더 포함하는 회전식 전기방사 장치.
제3 항에 있어서,
상기 회전부는,
상기 기준홈을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향의 제1 회전각(R)으로 회전하고,
상기 제1 회전각(R)은,
Y는 상기 복수의 방사부재의 수이고, X는 정수로 1 내지 A 이며,

일 때,

로 정해지는 회전식 전기방사 장치.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 설치홈 각각은 상기 복수의 방사부재가 설치되는 한 쌍의 고정홈을 포함하고,
상기 복수의 방사부재 각각은 상기 한 쌍의 고정홈에 설치되어 상기 회전부가 회전할 때 회전하는 한 쌍의 회전너트를 포함하는 회전식 전기방사 장치.
제2 항에 있어서,
상기 복수의 방사부재 중 전기방사되는 방사부재의 상부에 설치되는 분사노즐 및 상기 분사노즐이 결합되는 지지부재를 포함하는 공기분사부를 더 포함하는 회전식 전기방사 장치.