KR20200055699A - Manufacturing method of micro nozzle array using mold - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 MEMS 기술을 활용한 물의 정전분무가 가능한 마이크로 노즐 어레이를 금형 기반으로 제조하는 방법과 이를 이용한 공기 청정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a micro-nozzle array capable of electrostatic spraying of water using MEMS technology based on a mold and an air cleaning device using the same.
본 발명은 실내 공기 청정 및 가습 분야의 기술로 세부적으로는 정전분무를 이용해 물 나노 액적을 분무 및 제어하는 기술을 다루고 있다. 산업적으로 많이 사용되고 있는 필터 방식 공기청정 시스템과 달리 본 발명은 하전된 물 액적 특성을 이용해 미세먼지 집진과 공기 중 부유 세균을 살균할 수 있는 정전분무 공기청정 가습 시스템을 적용 대상으로 하고 있다. 정전분무 공기청정 가습 시스템은 필터를 사용하지 않기 때문에 주기적 교체, 소음, 에너지 손실, 2차 유해물질 발생과 같은 문제없이 효율적인 공기 청정이 가능한 장점이 있지만, 물 정전분무의 어려움, 노즐 어레이의 안정적 정전분무 어려움, 물 액적 제어 어려움으로 인해 상용적인 공기청정 시스템으로 효과적으로 구현하기 어려웠다. The present invention deals with the technology of spraying and controlling water nano droplets using electrostatic spraying in detail as a technology in the field of indoor air cleaning and humidification. Unlike the filter type air cleaning system that is widely used in industry, the present invention is applied to an electrostatic spray air cleaning humidification system capable of sterilizing fine dust dust and airborne bacteria in the air by using charged water droplet characteristics. Since the electrostatic spray air cleaning humidification system does not use a filter, it has the advantage of efficient air cleaning without problems such as periodic replacement, noise, energy loss, and generation of secondary harmful substances, but it is difficult to spray water electrostatically and stable power failure of the nozzle array Due to the difficulty in spraying and control of water droplets, it was difficult to effectively implement it with a commercial air cleaning system.
물(Deionized water 기준)은 다른 유체에 비해 높은 전기전도도(120 μS/m)와 표면장력(0.072 N/m)을 갖고 있기 때문에 일반적인 분무 노즐로는 안정적인 정전분무가 제한적이며 분무가 이루어져도 방전을 수반할 가능성이 크다. 안정적인 정전분무가 이루어지려면 직경이 수십 마이크로미터 수준으로 소형화된 비전도성/소수성 재질의 노즐이 필요한 것이 알려져 있지만 제작 공정이 까다롭고 노즐이 작아져 액적을 분무할 수 있는 양이 그만큼 줄어드는 문제가 있다. 노즐을 여러 개 배치하여 분무량 문제를 극복하는 연구들이 시도되었지만 균일한 전기장 분포를 위해 각 노즐 형상과 배치 형태에 대해 매우 높은 정밀도가 요구되기 때문에 실질적으로 성공한 사례가 매우 드물다. Since water (based on deionized water) has higher electrical conductivity (120 μS / m) and surface tension (0.072 N / m) than other fluids, stable electrostatic spraying is limited with general spray nozzles, and discharge is not possible even after spraying. It is likely to be accompanied. In order to achieve stable electrostatic spraying, it is known that a nozzle made of a non-conductive / hydrophobic material with a diameter of several tens of micrometers is required, but there is a problem in that the manufacturing process is difficult and the amount of spraying droplets is reduced due to the small nozzle. Although studies have been attempted to overcome the problem of spray amount by arranging multiple nozzles, practically few successful cases are required because a very high precision is required for each nozzle shape and arrangement type for uniform electric field distribution.
정전분무를 통해 생성된 물 액적은 이온화 과정을 통해 전하를 갖는다는 점에서 공기 청정 분야에서 큰 이점을 갖게 된다. 같은 극성의 액적이 분무되기 때문에 확산 효과가 뛰어날 뿐만 아니라, 세균, 바이러스, 곰팡이와 같은 미생물들과 접촉할 때 전하이동(Charge transfer)으로 인해 살균하는 것으로 알려져 있다. Water droplets generated through electrostatic spraying have a great advantage in the field of air cleaning in that they have electric charge through an ionization process. It is known to have excellent diffusion effect because droplets of the same polarity are sprayed, as well as sterilization due to charge transfer when contacted with microorganisms such as bacteria, viruses, and fungi.
실내 공간에는 공기 중 떠 있는 부유 세균과 가구, 사물 등에 달라 붙어있는 부착 세균이 존재하는데, 해당 세균들 모두 정전분무를 통해 효과적으로 살균하기 위해서는 액적을 공기 중으로 방출하거나 다수의 액적을 특정 공간 내 저장하여 살균 효과를 극대화 시키는 시스템이 필요하다.In the indoor space, there are floating bacteria floating in the air and attached bacteria attached to furniture, objects, etc. In order to effectively sterilize all of these bacteria through electrostatic spraying, the droplets are released into the air or a number of droplets are stored in a specific space. A system that maximizes the sterilization effect is needed.
한편, 정전분무 노즐 및 이의 제조방법과 관련하여 한국공개특허 제10-2015-0111533호(이하 '선행기술'이라 약칭함)는 종이로 제조된 다중채널 노즐을 이용하여 물을 포함하는 수용액을 정전분무 방식으로 액적을 생성하고, 이러한 액적을 통해 나노입자를 제조하는 정전분무 노즐 및 이의 제조방법, 이를 이용한 나노입자 합성 장치가 개시되었다.On the other hand, in relation to the electrostatic spray nozzle and its manufacturing method, Korean Patent Publication No. 10-2015-0111533 (hereinafter abbreviated as 'prior art') uses an multichannel nozzle made of paper to electrostatically discharge an aqueous solution containing water. Disclosed is an electrostatic spray nozzle for generating droplets by a spraying method and manufacturing nanoparticles through such droplets, and a manufacturing method thereof, and a nanoparticle synthesis apparatus using the same.
본 발명의 일 목적은 마이크로 노즐 어레이를 높은 수율로 양산하기 위한 제조방법을 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide a manufacturing method for mass-producing a micro-nozzle array with high yield.
또한, 본 발명의 다른 목적은 마이크로 노즐 어레이를 포함한 공기 청정 장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an air cleaning device including a micro nozzle array.
본 발명의 일 실시 예를 따르는 베이스 상에 복수의 마이크로 노즐이 배열된 고분자 재질의 마이크로 노즐 어레이 제조용 금형의 제조 방법은, a) 기판 상에 상기 마이크로 노즐 어레이에 대응하는 감광제 패터닝을 형성하는 단계; b) 감광제 패터닝의 요부에 금속을 충진하는 단계; c) 충진된 금속 사이의 잔여 감광제를 제거하는 단계; d) 기판 상에 감광제를 증착한 후, 충진된 금속 사이에 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는 단계; e) 상기 충진된 금속 사이의 홀에 금속을 충진하는 단계; 및 f) 잔여 감광제를 제거하는 단계;를 포함한다. A method of manufacturing a mold for manufacturing a micro-nozzle array made of a polymer material in which a plurality of micro-nozzles are arranged on a base according to an embodiment of the present invention includes: a) forming a photoresist patterning corresponding to the micro-nozzle array on a substrate; b) filling a metal portion of the photoresist patterning; c) removing residual photoresist between the filled metals; d) after depositing the photoresist on the substrate, patterning the photoresist so that holes are formed between the filled metal; e) filling a metal hole between the filled metals; And f) removing the residual photosensitizer.
본 발명의 일 실시 예를 따르는 베이스 상에 복수의 마이크로 노즐이 배열된 고분자 재질의 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법은, a) 기판 상에 상기 마이크로 노즐 어레이에 대응하는 감광제 패터닝을 형성하는 단계; b) 감광제 패터닝의 요부에 금속을 충진하는 단계; c) 충진된 금속 사이의 잔여 감광제를 제거하는 단계; d) 기판 상에 감광제를 증착한 후, 충진된 금속 사이에 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는 단계; e) 상기 충진된 금속 사이의 홀에 금속을 충진하는 단계; f) 잔여 감광제를 제거하여 금형을 제조하는 단계; 및 g) 상기 금형에 고분자를 충진한 후 분리하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a micronozzle array of a polymer material in which a plurality of micronozzles are arranged on a base according to an embodiment of the present invention includes: a) forming a photoresist patterning corresponding to the micronozzle array on a substrate; b) filling a metal portion of the photoresist patterning; c) removing residual photoresist between the filled metals; d) after depositing the photoresist on the substrate, patterning the photoresist so that holes are formed between the filled metal; e) filling a metal hole between the filled metals; f) removing the remaining photoresist to produce a mold; And g) separating the polymer after filling the mold.
또한, 상기 a) 단계는 75 내지 85 μm의 외경을 가진 원기둥 형상의 돌출부를 패터닝할 수 있다.In addition, step a) may pattern a cylindrical protrusion having an outer diameter of 75 to 85 μm.
또한, 상기 b) 단계는 니켈 도금 공정 및 표면 연마 단계를 포함할 수 있다.In addition, step b) may include a nickel plating process and a surface polishing step.
또한, 상기 d) 단계는 35 내지 45 μm의 외경을 가진 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝할 수 있다.In addition, in step d), the photoresist may be patterned to form a hole having an outer diameter of 35 to 45 μm.
또한, 상기 고분자는 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자를 포함할 수 있다. In addition, the polymer may include a thermosetting polymer or a thermoplastic polymer.
본 발명에 따른 마이크로 노즐 어레이 제조 방법은 금속 금형을 기반으로 하여, 동일한 구조의 마이크로 노즐 어레이를 높은 수율로 양산할 수 있는 장점이 있다. The method of manufacturing a micro-nozzle array according to the present invention has an advantage of mass-producing a micro-nozzle array of the same structure with a high yield based on a metal mold.
또한, 본 발명에 따른 공기 청정 장치는 물 나노 액적의 방출과 저장이 변환 가능한 메커니즘을 제안함으로서 공기청정 및 가습 시스템의 향상된 효율을 제공할 수 있다.In addition, the air cleaning device according to the present invention can provide improved efficiency of the air cleaning and humidifying system by proposing a mechanism capable of converting and storing water nano droplets.
도 1은 정전분무 원리를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 노즐 어레이의 금속 금형 기반 제조방법의 흐름 및 제조된 마이크로 노즐 어레이를 나타낸 개략도이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 청정 장치의 정전분무를 통한 미세 물 액적 방출 메커니즘을 나타낸다.
도 4은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 청정 장치의 정전분무를 통한 미세 물 액적 저장 메커니즘을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 청정 장치의 정전분무된 물 나노 액적의 집진/살균 효과를 나타낸다.1 shows the principle of electrostatic spraying.
Figure 2 is a schematic diagram showing the flow of the metal mold-based manufacturing method of the micro-nozzle array and the manufactured micro-nozzle array according to an embodiment of the present invention.
3 shows a mechanism for discharging fine water droplets through electrostatic spraying of an air cleaning device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a fine water droplet storage mechanism through electrostatic spraying of the air cleaning device according to another embodiment of the present invention.
5 shows the dust collection / sterilization effect of electrostatic sprayed water nanodroplets in an air cleaning device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the exemplary embodiments. The same reference numerals in each drawing denote members that perform substantially the same function.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. The objects and effects of the present invention may be naturally understood or more apparent by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명은, 마이크로 노즐 어레이를 제조하기 위해 금형을 이용하며, 이를 위한 금형 제조 방법을 기술하도록 한다.The present invention uses a mold to manufacture a micro-nozzle array, and describes a mold manufacturing method therefor.
본 발명의 일 실시 예를 따르는 베이스 상에 복수의 마이크로 노즐이 배열된 고분자 재질의 마이크로 노즐 어레이 제조용 금형의 제조 방법은, a) 기판 상에 상기 마이크로 노즐 어레이에 대응하는 감광제 패터닝을 형성하는 단계; b) 감광제 패터닝의 요부에 금속을 충진하는 단계; c) 충진된 금속 사이의 잔여 감광제를 제거하는 단계; d) 기판 상에 감광제를 증착한 후, 충진된 금속 사이에 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는 단계; e) 상기 충진된 금속 사이의 홀에 금속을 충진하는 단계; 및 f) 잔여 감광제를 제거하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a mold for manufacturing a micro-nozzle array made of a polymer material in which a plurality of micro-nozzles are arranged on a base according to an embodiment of the present invention includes: a) forming a photoresist patterning corresponding to the micro-nozzle array on a substrate; b) filling a metal portion of the photoresist patterning; c) removing residual photoresist between the filled metals; d) after depositing the photoresist on the substrate, patterning the photoresist so that holes are formed between the filled metal; e) filling a metal hole between the filled metals; And f) removing the residual photosensitizer.
한편, 도 1은 정전분무 원리를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 정전분무는 미세 노즐로 공급되는 액체에 높은 전기장을 인가하여 액체의 표면변화 특성을 이용해 액체를 미립화(Atomization)시키는 기술임을 알 수 있다. 정전분무는 인가되는 전압, 유량, 액체의 표변장력, 전기전도도, 공급 유량 등에 의해 다양한 분무 특성이 존재하는데, 그 중 안정적으로 미세 액적을 분무 할 수 있는 콘젯(Cone jet) 모드 정전분무가 가장 많이 활용된다. Cone jet 모드 정전분무는 액체의 표면장력과 외부 전기력의 상호작용을 만들어진 Taylor cone 끝단 jet에 의한 1차 미립화, Rayleigh 분열 현상으로 인한 2차 미립화를 통해 분무 노즐 크기의 수십 내지 수백 배 작은 크기의 미세 액적을 생성할 수 있다. 이에 따라, 수십 마이크로미터 크기의 노즐을 사용하게 되면 수백 나노미터 크기의 액적을 얻을 수 있게 되며, 정전분무 특성 상 노즐의 직경이 감소할수록 Cone jet 모드 정전분무 개시 전압이 감소하기 때문에 마이크로 노즐 어레이를 사용할 경우 보다 더 안정적으로 분무할 수 있다.On the other hand, Figure 1 shows the principle of electrostatic spraying. Referring to FIG. 1, it can be seen that electrostatic spraying is a technique for atomizing a liquid using a surface change characteristic of a liquid by applying a high electric field to a liquid supplied to a fine nozzle. The electrostatic spray has various spraying characteristics depending on the applied voltage, flow rate, surface tension of the liquid, electrical conductivity, and supply flow rate, among which the most common is the jet jet mode electrostatic spray that can stably spray fine droplets. Is utilized. Cone jet mode electrostatic spraying is fine particles of tens to hundreds of times smaller than the size of spray nozzles through primary atomization by Taylor cone end jet and secondary atomization due to Rayleigh splitting phenomenon, which creates an interaction between the surface tension of liquid and external electric force. Droplets can be created. Accordingly, when a nozzle with a size of several tens of micrometers is used, droplets having a size of hundreds of nanometers can be obtained. Due to the characteristics of electrostatic spraying, as the diameter of the nozzle decreases, the start voltage of the electro-ejection electrostatic spray decreases. It can spray more stably than when used.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 노즐 어레이의 금속 금형 기반 제조방법의 흐름을 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 베이스 상에 복수의 마이크로 노즐이 배열된 고분자 재질의 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법은, a) 기판 상에 상기 마이크로 노즐 어레이에 대응하는 감광제 패터닝을 형성하는 단계; b) 감광제 패터닝의 요부에 금속을 충진하는 단계; c) 충진된 금속 사이의 잔여 감광제를 제거하는 단계; d) 기판 상에 감광제를 증착한 후, 충진된 금속 사이에 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는 단계; e) 상기 충진된 금속 사이의 홀에 금속을 충진하는 단계; f) 잔 잔여 감광제를 제거하여 금형을 제조하는 단계; 및 g) 상기 금형에 고분자를 충진한 후 분리하는 단계;를 포함한다.2 is a schematic diagram showing a flow of a metal mold-based manufacturing method of a micro-nozzle array according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a method of manufacturing a micro-nozzle array of a polymer material in which a plurality of micro-nozzles are arranged on a base according to another embodiment of the present invention comprises: a) patterning a photoresist corresponding to the micro-nozzle array on a substrate Forming; b) filling a metal portion of the photoresist patterning; c) removing residual photoresist between the filled metals; d) after depositing the photoresist on the substrate, patterning the photoresist so that holes are formed between the filled metal; e) filling a metal hole between the filled metals; f) removing the residual photosensitive agent to prepare a mold; And g) separating the polymer after filling the mold.
한편, 상기 a) 단계는 75 내지 85 μm의 외경을 가진 원기둥 형상의 돌출부를 패터닝할 수 있다. 또한, 상기 b) 단계는 니켈 도금 공정 및 표면 연마 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 d) 단계는 35 내지 45 μm의 외경을 가진 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝할 수 있다. 또한, 상기 고분자는 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 고분자는 PDMS(Poly dimethyl siloxane)를 사용할 수 있다. On the other hand, the step a) may pattern a cylindrical projection having an outer diameter of 75 to 85 μm. In addition, step b) may include a nickel plating process and a surface polishing step. In addition, in step d), the photoresist may be patterned to form a hole having an outer diameter of 35 to 45 μm. In addition, the polymer may include a thermosetting polymer or a thermoplastic polymer. Preferably, the polymer may use polydimethyl siloxane (PDMS).
상세하게는, 본 발명에 따른 마이크로 노즐 어레이의 제조방법은 비전도성 재질의 마이크로 노즐 어레이를 제조하기 위해 금속 금형을 기반으로 PDMS를 복제하는 공정을 수행할 수 있다. 금속 금형은 니켈 도금을 통해 제작될 수 있다. 기판은 구리를 포함할 수 있다. 이러한 구리 기판 위 약 110 μm 높이로 음성 감광제 도포하고 UV로 100 μm 크기의 구멍을 형성할 수 있다. 이후, 니켈 도금으로 구멍을 채운 뒤 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용해 기판 바닥으로부터 100 μm 높이로 표면을 평탄화할 수 있다. 이후, 노즐 어레이의 구멍을 형성하기 위한 음성 감광제 패터닝과 니켈 도금 및 CMP 공정을 마치면 마이크로 노즐 어레이를 제작할 수 있는 금형을 획득할 수 있다. 제작된 금속 금형에 PDMS를 부어 경화시키고 금형과 분리시키면 비전도성 재질의 마이크로 노즐 어레이를 얻을 수 있다. 이를 통해 획득된 마이크로 노즐 어레이는 베이스와 노즐로 구분되는 2단 구조를 가질 수 있다. In detail, the manufacturing method of the micro-nozzle array according to the present invention may perform a process of replicating PDMS based on a metal mold to manufacture a micro-nozzle array of non-conductive material. Metal molds can be produced through nickel plating. The substrate may include copper. A negative photosensitive agent may be applied to the copper substrate at a height of about 110 μm, and a hole having a size of 100 μm may be formed by UV. Then, after filling the hole with nickel plating, the surface may be flattened to a height of 100 μm from the bottom of the substrate using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process. Thereafter, after completing the patterning of the negative photosensitive agent for forming the holes of the nozzle array and the nickel plating and CMP process, a mold capable of manufacturing the micronozzle array can be obtained. PDMS is poured into the fabricated metal mold to cure and separate from the mold to obtain a micro-nozzle array of non-conductive material. The micro-nozzle array obtained through this may have a two-stage structure divided into a base and a nozzle.
본 발명의 일 실시 예를 따르는 정전분무 시스템은, 유체 액적이 분사되는 노즐부, 상기 노즐부로부터 이격되어 배치되는 전극부, 상기 노즐부를 통해 분무되는 유체와 상기 전극부 사이에 전압을 형성시키는 전원부, 및 상기 유체와 상기 전극부 사이에 형성되는 전압의 방향을 변경시키는 전원 제어부를 포함한다. 분사되는 유체는 물일 수 있다. The electrostatic spray system according to an embodiment of the present invention includes a nozzle unit through which fluid droplets are injected, an electrode unit spaced apart from the nozzle unit, and a power unit configured to form a voltage between the fluid sprayed through the nozzle unit and the electrode unit And a power control unit that changes a direction of a voltage formed between the fluid and the electrode unit. The injected fluid may be water.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 청정 장치의 정전분무를 통한 미세 물 액적 방출 메커니즘을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 미세 물 액적 방출을 위해 마이크로 노즐 어레이를 적용해 물에 음극 고전압을 걸어주고 반대편 그물 구조의 전극을 접지로 구성한다. 전극 구성 상 노즐에서 분무된 물 나노 액적들은 음전하를 갖게 되므로 접지되어 있는 그물 구조 전극으로 이동할 수 있다. 다만, 주변 공간도 일반적으로 접지로 간주할 수 있기 때문에 액적은 분무 시스템 통과하여 밖으로 방출되게 된다. 방출된 물 나노 액적은 주변 공간을 가습하거나 공기 중 부유 세균을 살균하는 기능을 수행한다.3 shows a mechanism for discharging fine water droplets through electrostatic spraying of an air cleaning device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a micro-nozzle array is applied to discharge fine water droplets to apply a high-voltage cathode to water, and an electrode having an opposite net structure is configured as a ground. Due to the electrode configuration, water nanodroplets sprayed from the nozzle have a negative charge and can be moved to a grounded net structure electrode. However, since the surrounding space can also be generally regarded as ground, droplets are discharged through the spray system. The released water nano droplets function to humidify the surrounding space or sterilize suspended bacteria in the air.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 청정 장치의 정전분무를 통한 미세 물 액적 저장 메커니즘을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 도 3과 반대로 물에 접지를 걸고 그물 구조 전극에 음극 고전압을 가하면 양전하를 가진 물 나노 액적이 생성될 수 있다. 그물 구조 전극을 향해 물 나노 액적이 분무되어 그물 구조 전극을 통과하지만 그물 구조 전극의 강한 전기장을 극복하지 못해 다시 돌아오게 되고 최종적으로는 전극 근처의 영역에서 액적들이 머물게 된다(물 나노 액적이 방출되지 않고 특정 영역 내 저장). 분무되는 액적이 많아질수록 그물 구조 전극 영역은 액적이 많아져 과포화 상태를 만들 수 있으며 이때 전극 구성을 도 3과 같이 변환시키면 일시적으로 고농도의 액적들을 주위로 분무할 수 있다.Figure 4 shows a fine water droplet storage mechanism through electrostatic spraying of the air cleaning device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, as opposed to FIG. 3, when water is grounded and a negative electrode high voltage is applied to the net structure electrode, water nanodroplets having positive charge may be generated. Water nano-droplets are sprayed toward the net-structured electrode to pass through the net-structured electrode, but do not overcome the strong electric field of the net-structured electrode and return again. Finally, droplets stay in the area near the electrode (water nano-droplets are not released) Without storage within a specific area). As the number of droplets to be sprayed increases, the net structure electrode region has more droplets to create a supersaturated state. At this time, if the electrode configuration is converted as shown in FIG. 3, droplets of high concentration may be temporarily sprayed around.
특히, 양의 전하를 갖는 상기 유체 액적이 상기 시스템 내부로 유입된 외부 공기를 살균하고, 상기 유출입부는 살균된 외부 공기를 상기 시스템 외부로 유출시키며, 상기 정전분무 시스템은 상기 시스템 외부를 가습하지 않고 외부 공기를 살균 및 순환시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 정전분무 시스템은, 정전분무 시스템으로 정의되는 계를 닫힌계로 설정함에 따라, 닫힌계 외부로 유체 액적이 유출되는 것을 예방한 상태로, 닫힌계 내부에서 외부 공기의 살균을 수행할 수 있다. In particular, the fluid droplet having a positive charge sterilizes external air introduced into the system, and the outlet portion discharges sterilized external air outside the system, and the electrostatic spray system does not humidify the outside of the system. External air can be sterilized and circulated. That is, the electrostatic spraying system according to the present invention, as the system defined as the electrostatic spraying system is set as a closed system, prevents fluid droplets from flowing out of the closed system, and can sterilize external air inside the closed system. have.
한편, 상기 분무 노즐은 마이크로 노즐 어레이일 수 있다. 분무 노즐이 마이크로 노즐 어레이로 구비됨에 따라, 분무 노즐에 분사되는 액적의 양이 향상될 수 있으며, 이에 따라 정전분무 시스템의 공지 청정 효과가 향상될 수 있다. Meanwhile, the spray nozzle may be a micro nozzle array. As the spray nozzle is provided as a micro-nozzle array, the amount of droplets injected to the spray nozzle can be improved, and accordingly, a known clean effect of the electrostatic spray system can be improved.
또한, 상기 전극 구조물은 다수의 공극을 포함하고, 상기 공극을 통해 상기 분무 노즐로부터 분사된 액적이 통과 가능하다. 상세하게는, 전극 구조물은 그물 전극, 메쉬(mesh) 구조 와 같은 구조를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 특히 전극에 포함된 공극을 통해 액적의 통과가 이루어짐에 따라, 정전분무 시스템을 포함하는 계(system) 내부에 액적이 저장되거나, 시스템 외부로 액적이 방출될 수 있다. In addition, the electrode structure includes a plurality of pores, and droplets ejected from the spray nozzle through the pores are passable. In detail, the electrode structure may include a structure such as a mesh electrode and a mesh structure, but is not limited thereto. In particular, as the passage of the droplets through the pores included in the electrode, the droplets may be stored inside the system including the electrostatic spraying system, or the droplets may be discharged outside the system.
더욱 상세하게는, 상기 유체에 음극 전압이 걸리고 상기 전극부는 접지되도록 전압의 방향이 설정되는 경우 음의 전하를 갖는 유체 액적이 상기 시스템으로부터 방출되고, 상기 전극부에 음극 전압이 걸리고 상기 유체가 접지되도록 전압의 방향이 설정되는 경우 양의 전하를 갖는 유체 액적이 상기 시스템 내부에 저장될 수 있다. More specifically, when the voltage is set so that the cathode voltage is applied to the fluid and the electrode part is grounded, fluid droplets having a negative charge are released from the system, the cathode voltage is applied to the electrode part, and the fluid is grounded. If the direction of the voltage is set as much as possible, fluid droplets with a positive charge can be stored inside the system.
특히, 시스템 내부에 액적이 저장되는 경우 외부 공기를 시스템 내부로 유입 및 유출하여 외부 공기를 살균할 수 있다. 이를 위해, 정전분무 시스템은 외부공기를 유출/입 시키기 위한 유출입부를 더 포함할 수 있다. 또한, 유출입부는 외부 공기의 유입 및 유출을 위한 수단을 포함할 수 있으며, 이는 공기펌프, 휀(fan) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.In particular, when droplets are stored inside the system, external air may be sterilized by flowing in and out of the air. To this end, the electrostatic spray system may further include an outflow inlet for outflow / intake of external air. In addition, the outlet portion may include means for inflow and outflow of external air, which may include, but are not limited to, an air pump, fan, and the like.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 청정 장치는 전극 구성 변환을 통해 물 나노 액적을 주위로 방출시키거나 전극 근처 영역 내로 저장할 수 있다. 상세하게는, 도 3과 같이 물 나노 액적의 방출을 위해 노즐이 있는 물 저장 탱크에 음극이 연결되고, 반대편 그물 구조의 전극이 접지될 수 있다. As described above, the air cleaning device according to the exemplary embodiment of the present invention may discharge water nano-droplets to the surroundings or store them in an area near the electrode through electrode configuration conversion. In detail, as shown in FIG. 3, a cathode is connected to a water storage tank with a nozzle for the discharge of water nano-droplets, and an electrode having the opposite net structure can be grounded.
한편, 도 4와 같이 물 나노 액적을 과포화 상태로 저장하기 위해서는, 노즐이 있는 물 저장 탱크를 접지시키고, 반대편 그물 구조 전극에 음극이 연결될 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 4, in order to store the water nano-droplets in a supersaturated state, the water storage tank with the nozzle is grounded, and a cathode may be connected to the opposite net structure electrode.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 청정 장치의 정전분무된 물 나노 액적의 집진/살균 효과를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 정전분무를 통해 생성된 물 나노 액적은 미세먼지 집진 기능과 미생물 살균 기능을 수행할 수 있다. 이는 액적이 전하를 가지고 있는 특성 때문에 비롯된 것으로, 이에 따라 공기 중 미세먼지를 하전시켜 집진판으로 끌어 들이는 기능 및 전하이동을 통한 살균 기능이 수행될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 정전분무 시스템이 포함된 가습살균기를 제공할 수 있다.5 shows the dust collection / sterilization effect of electrostatic sprayed water nanodroplets in an air cleaning device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, water nanodroplets generated through electrostatic spraying may perform fine dust collection and microbial sterilization functions. This is due to the property that the droplets have a charge, and accordingly, the function of charging the fine dust in the air and drawing it to the dust collecting plate and sterilizing function through charge transfer can be performed. Through this, it is possible to provide a humidifying sterilizer including the electrostatic spray system of the present invention.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains understand that various modifications are possible within the limits of the embodiments described above without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be determined not only by the claims to be described later, but also by all modified or modified forms derived from the claims and equivalent concepts.
Claims (9)
a) 기판 상에 상기 마이크로 노즐 어레이에 대응하는 감광제 패터닝을 형성하는 단계;
b) 감광제 패터닝의 요부에 금속을 충진하는 단계;
c) 충진된 금속 사이의 잔여 감광제를 제거하는 단계;
d) 기판 상에 감광제를 증착한 후, 충진된 금속 사이에 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는 단계;
e) 상기 충진된 금속 사이의 홀에 금속을 충진하는 단계; 및
f) 잔여 감광제를 제거하는 단계;를 포함하는, 마이크로 노즐 어레이 제조용 금형의 제조 방법.
In the manufacturing method of the mold for manufacturing a micro-nozzle array of a polymer material having a plurality of micro-nozzles arranged on the base,
a) forming a photoresist patterning corresponding to the micro nozzle array on a substrate;
b) filling a metal portion of the photoresist patterning;
c) removing residual photoresist between the filled metals;
d) after depositing the photoresist on the substrate, patterning the photoresist so that holes are formed between the filled metal;
e) filling a metal hole between the filled metals; And
f) removing the residual photoresist; comprising a method of manufacturing a mold for manufacturing a micro-nozzle array.
상기 a) 단계는 75 내지 85 μm의 외경을 가진 원기둥 형상의 돌출부를 패터닝하는, 마이크로 노즐 어레이 제조용 금형의 제조 방법.
According to claim 1,
The a) step is a method of manufacturing a mold for manufacturing a micro-nozzle array, patterning a cylindrical protrusion having an outer diameter of 75 to 85 μm.
상기 b) 단계는 니켈 도금 공정 및 표면 연마 단계를 포함하는, 마이크로 노즐 어레이 제조용 금형의 제조 방법.
According to claim 1,
The step b) includes a nickel plating process and a surface polishing step, a method for manufacturing a mold for manufacturing a micro nozzle array.
상기 d) 단계는 35 내지 45 μm의 외경을 가진 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는, 마이크로 노즐 어레이 제조용 금형의 제조 방법.
According to claim 1,
The d) step is a method of manufacturing a mold for manufacturing a micro-nozzle array, patterning a photoresist so that a hole having an outer diameter of 35 to 45 μm is formed.
a) 기판 상에 상기 마이크로 노즐 어레이에 대응하는 감광제 패터닝을 형성하는 단계;
b) 감광제 패터닝의 요부에 금속을 충진하는 단계;
c) 충진된 금속 사이의 잔여 감광제를 제거하는 단계;
d) 기판 상에 감광제를 증착한 후, 충진된 금속 사이에 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는 단계;
e) 상기 충진된 금속 사이의 홀에 금속을 충진하는 단계;
f) 잔여 감광제를 제거하여 금형을 제조하는 단계; 및
g) 상기 금형에 고분자를 충진한 후 분리하는 단계;를 포함하는, 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법.
In the manufacturing method of the micro-nozzle array of a polymer material having a plurality of micro-nozzles arranged on the base,
a) forming a photoresist patterning corresponding to the micro nozzle array on a substrate;
b) filling a metal portion of the photoresist patterning;
c) removing residual photoresist between the filled metals;
d) after depositing the photoresist on the substrate, patterning the photoresist so that holes are formed between the filled metal;
e) filling a metal hole between the filled metals;
f) removing the remaining photoresist to produce a mold; And
g) filling and then separating the polymer into the mold; comprising a method of manufacturing a micronozzle array.
상기 a) 단계는 75 내지 85 μm의 외경을 가진 원기둥 형상의 돌출부를 패터닝하는, 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법.
The method of claim 5,
The a) step is a method of manufacturing a micro-nozzle array, patterning a cylindrical projection having an outer diameter of 75 to 85 μm.
상기 b) 단계는 니켈 도금 공정 및 표면 연마 단계를 포함하는, 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법.
The method of claim 5,
The step b) comprises a nickel plating process and a surface polishing step, the manufacturing method of the micro-nozzle array.
상기 d) 단계는 35 내지 45 μm의 외경을 가진 홀이 형성되도록 감광제를 패터닝하는, 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법.
The method of claim 5,
The step d) is a method of manufacturing a micro-nozzle array, patterning a photoresist so that a hole having an outer diameter of 35 to 45 μm is formed.
상기 고분자는 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자를 포함하는, 마이크로 노즐 어레이의 제조 방법.The method of claim 5,
The polymer comprises a thermosetting polymer or a thermoplastic polymer, a method of manufacturing a micro-nozzle array.
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|---|---|---|---|---|
| KR20030035089A (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-09 | 전자부품연구원 | Method for manufacturing micro device and method of manufacturing mold for molding the same |
| KR20070036355A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-03 | 한국전자통신연구원 | Method of manufacturing nano-gap electrode device |
| US7335463B2 (en) * | 2004-12-16 | 2008-02-26 | Palo Alto Research Center, Inc. | Electroplated three dimensional ink jet manifold and nozzle structures using successive lithography and electroplated sacrificial layers |
| KR20150111533A (en) | 2014-03-25 | 2015-10-06 | 한국과학기술원 | Electrospraying nozzle and a preparation method thereof, the nanoparticles synthesized apparatus and method using thereof |
| KR20160078048A (en) * | 2014-12-24 | 2016-07-04 | 한밭대학교 산학협력단 | Liquid metal based printer nozzle and method for manufacturing the same |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030035089A (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-09 | 전자부품연구원 | Method for manufacturing micro device and method of manufacturing mold for molding the same |
| US7335463B2 (en) * | 2004-12-16 | 2008-02-26 | Palo Alto Research Center, Inc. | Electroplated three dimensional ink jet manifold and nozzle structures using successive lithography and electroplated sacrificial layers |
| KR20070036355A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-03 | 한국전자통신연구원 | Method of manufacturing nano-gap electrode device |
| KR20150111533A (en) | 2014-03-25 | 2015-10-06 | 한국과학기술원 | Electrospraying nozzle and a preparation method thereof, the nanoparticles synthesized apparatus and method using thereof |
| KR20160078048A (en) * | 2014-12-24 | 2016-07-04 | 한밭대학교 산학협력단 | Liquid metal based printer nozzle and method for manufacturing the same |
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