KR20230023916A - 전기 스프레이 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 스프레이 코팅 장치 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기를 이용하여 액상 재료를 작업대상물에 코팅하기 위한 전기 스프레이 코팅 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치는, 액상 재료의 액적이 분사 또는 토출되는 적어도 하나의 노즐 유닛과, 상기 노즐 유닛에 전압을 제공하는 전압 공급부와, 상기 액상 재료가 유입되는 유입구와, 상기 노즐 유닛측에서 분사 또는 토출되는 상기 액상 재료를 제외한 나머지 상기 액상 재료가 유출되는 유출구를 포함하는 노즐 어셈블리; 상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구에 상기 액상 재료를 공급하고, 상기 유출구에서 유출되는 상기 액상 재료를 수용하는 재료 공급 어셈블리; 및 상기 노즐 어셈블리의 상기 노즐 유닛의 하측에 배치되며, 상면에 작업 대상물이 안착되며, 기설정된 전압이 인가되는 테이블 어셈블리;를 포함하고, 상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구에서 상기 유출구로 상기 액상 재료는 연속적으로 유동되며, 상기 노즐 유닛에는 4kV 내지 10kV의 DC 전압이 인가되며, 상기 테이블 어셈블리에는 접지 전압 또는 AC 전압이 인가된다.

Description

전기 스프레이 코팅 장치{APPARATUS FOR ELECTROSPRAY COATING}
본 발명은 전기 스프레이 코팅 장치 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기를 이용하여 액상 재료를 작업대상물에 코팅 하기 위한 전기 스프레이 코팅 장치에 관한 것이다.
전기수력학적(EHD; Electro-hydrodynamic) 잉크젯 코팅 장치는 유체가 강력한 국소 전기장에 노출 되었을 때 정전기적 힘이 유체에 작용하여 대전을 일으키고 이러한 전기적인 상호 인력을 사용하여 기판에 패턴을 형성하는 장치로서, 기존의 피에조 잉크젯 코팅 장치의 헤드와는 달리 잉크에 주입된 전하에 의해 유발되는 정전기적 상호 인력을 바탕으로 기판 상에 패턴을 형성하는 장치이다. 이러한 전기수력학적 잉크젯 코팅 방식은 유체에 공기압 또는 일정한 유량을 가해주고 전압을 인가하는 방식으로 잉크의 제팅(jetting)이 일어나는 방식이다.
전기수력학적 잉크젯 코팅 방식에는 전압의 방식, 노즐과 기판 사이의 거리 등에 따라서 드랍 온 디맨드(Drop on Demand) 방식, 전기 스피닝 (Electrospinning) 방식, 전기 스프레이(Electrospray) 방식이 있다.
도 1은 종래의 전기 스프레이 코팅 장치를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전기 스프레이 프린팅 장치(900)은 잉크를 노즐(910, Nozzle)에 공급하는 시린지(920, Syringe) 및 노즐(910)에 직류 전압을 인가하는 제1 전압인가부(931)와, 작업 대상물(942)이 안착되는 작업 테이블(940)과, 작업 테이블(940)에 전압을 인가하는 제2 전압인가부(932)를 포함한다.
시린지(920)는 시린지 펌프(미도시)와 연결되어 잉크를 공급하거나 공압을 받아서 잉크를 노즐(910)에 공급할 수 있다. 공압에 의해서 잉크는 노즐에서 양의 메니스커스를 형성하게 되고 이 상태에서 기설정된 전압을 공급받음으로써 기판으로 부터의 인력을 받음과 동시에 토출하면서 DC전압으로 잉크내에 축적된 전하로 인해 액적끼리의 척력이 발생하여 액적은 아주 작은 크기로 쪼개지면서 노즐(910)의 끝단에서 토출 되는 잉크 액적이 떨어지면서 스프레이 또는 분무된다. 특히 노즐(910)의 상기 끝단에서 스프레이 되는 잉크 액적은 직류 전압에 의해서 전하(Charge)를 가지게 되는데, 토출 중에 쪼개진 미세 액적은 액적끼리 서로 밀어 내게 되고 그 결과 잉크 액적이 보다 넓은 범위까지 퍼져 나가면서 비교적 넓은 면적을 코팅 또는 스프레이 할 수 있게 된다.
한편, 종래의 전기 스프레이 프린팅 장치에 의할 경우, 1개 port에서 잉크를 공급하고, 이를 위하여 상기 시린지 펌프에 잉크를 공급하여 사용하고 있는데 이것은 시린지 배럴의 잉크가 다 사용될 경우, 상기 시린지 배럴을 교체 해야 하는 문제가 있다. 즉, 상기 시린지 배럴의 교체시, 인쇄 공정이 중단되는 문제가 있다.
또한, 시린지 배럴을 교체하여 잉크를 노즐(910)에 다시 주입 할 때, 노즐(910)의 유로 상에 의도하지 않은 공기 트랩(Air Trap)의 문제가 발생될 수 있는 문제가 발생된다.
한국등록특허공보 제10-1545049호(2015.08.17.)
이에, 본 발명은 노즐의 유로 상 공기 트랩의 문제가 억제될 수 있는 전기 스프레이 코팅 장치를 제공하고자 한다.
또한, 재료 공급을 위한 인쇄 공정의 중단이 최소화되어, 작업 효율이 향상되는 전기 스프레이 코팅 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치는, 액상 재료의 액적이 분사 또는 토출되는 적어도 하나의 노즐 유닛과, 상기 노즐 유닛에 전압을 제공하는 전압 공급부와, 상기 액상 재료가 유입되는 유입구와, 상기 노즐 유닛측에서 분사 또는 토출되는 상기 액상 재료를 제외한 나머지 상기 액상 재료가 유출되는 유출구를 포함하는 노즐 어셈블리; 상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구에 상기 액상 재료를 공급하고, 상기 유출구에서 유출되는 상기 액상 재료를 수용하는 재료 공급 어셈블리; 및 상기 노즐 어셈블리의 상기 노즐 유닛의 하측에 배치되며, 상면에 작업 대상물이 안착되며, 기설정된 전압이 인가되는 테이블 어셈블리;를 포함하고, 상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구에서 상기 유출구로 상기 액상 재료는 연속적으로 유동되며, 상기 노즐 유닛에는 4kV 내지 10kV의 DC 전압이 인가되며, 상기 테이블 어셈블리에는 접지 전압 또는 AC 전압이 인가된다.
또한, 상기 재료 공급 어셈블리는, 상기 액상 재료가 수용되는 제1 수용공간을 포함하는 제1 용기부; 입구부는 상기 제1 수용공간에 위치되며 출구부는 상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구와 연결되는 제1 유로; 일단은 상기 노즐 어셈블리의 상기 유출구와 연결되는 제2 유로; 및 상기 액상 재료가 수용되는 제2 수용공간을 포함하고, 상기 제2 수용공간에는 상기 제2 유로의 출구부가 위치되며, 상기 유출구로부터 유동되는 상기 액상 재료가 회수되는 제2 용기부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 용기부의 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료는, 상기 액상 재료의 수면 높이에 대응되는 제1 높이(h1)를 가지며, 상기 제2 용기부의 상기 제2 수용공간에 수용되는 상기 제2 유로의 단부의 높이는 제2 높이(h2)로 형성되며, 상기 제1 수용공간은 노즐 유닛보다 높게 설치되고 상기 제2 용기부는 노즐 유닛보다 낮게 위치하여 수두압에 의해서 제1 수용공간의 잉크가 노즐로 공급되고 사용되지 않은 잉크는 제2 수용공간으로 자동으로 이송되며, 제1수용공간에서 잉크가 줄어드는 경우 수위센서로 자동으로 제2수용공간에서 잉크를 펌핑하여 상기 제1 수용공간으로 잉크를 공급하여 전체적으로 순환이 되게 할 수 있다. 즉, 상기 제1 높이(h1)는 상기 제2 높이(h2)보다 크게 형성되며, 상기 제1 높이(h1) 및 상기 제2 높이(h2)의 차이에 의하여, 상기 제1 용기부로부터 상기 노즐 어셈블리 측 방향으로의 상기 액상 재료의 유동이 수행될 수 있다. 즉, 상기 제1 용기부의 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료는, 상기 액상 재료의 수면 높이에 대응되는 제1 높이(h1)를 가지며, 상기 제2 용기부의 상기 제2 수용공간에 수용되는 상기 제2 유로의 상기 출구부는 제2 높이(h2)에 위치되며, 상기 노즐 유닛은 제3 높이(h3)에 위치되며, 상기 제1 용기부는 상기 노즐 유닛보다 높은 위치에 배치되며. 상기 노즐 유닛은 상기 제2 용기부보다 높은 위치에 배치되고, 상기 제1 높이(h1) 및 상기 제2 높이(h2)의 차이에 의하여, 상기 제1 용기부로부터 상기 노즐 어셈블리 측 방향으로의 상기 액상 재료의 유동이 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1 용기부는, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이를 모니터링 하는 수위측정유닛을 더 포함하고, 상기 수위측정유닛은, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 제1 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급이 이루어지도록 하고, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 상기 제1 기준 높이보다 큰 제2 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급 중단되도록 하고, 상기 제1 높이(h1)는, 상기 제1 기준 높이와 상기 제2 기준 높이 사이에 형성되며, 가변될 수 있다.
또한, 상기 제1 용기부는, 상하 방향으로 이동 가능하게 배치되며, 상기 제1 용기부가 상하 방향으로 이동하여, 상기 제1 높이(h1)와 상기 제2 높이(h2) 간의 높이차를 가변시킬 수 있다.
또한, 상기 재료 공급 어셈블리는, 상기 제1 용기부에 대하여 기설정된 공기압을 제공하는, 공기압 제공 유닛; 및 일측은 상기 공기압 제공 유닛과 연결되며 타측은 상기 제1 용기부의 제1 수용공간에 배치되는 공기압 제공 유로;를 더 포함하고, 상기 노즐 유닛에 대한 메니스커스를 유지하거나 원하는 유량이 되도록 공기압 제공 유로를 통하여 상기 제1 수용 공간에 양압을 선택적으로 제공되도록 할 수 있다.
또한, 상기 재료 공급 어셈블리는, 입구부는 상기 제2 용기부의 상기 제2 수용공간에 위치되며, 출구부는 상기 제1 용기부의 상기 제1 수용공간에 위치되는 제3 유로; 및 상기 제3 유로에 상기 제2 수용공간에서 상기 제1 수용공간 방향으로 압력을 제공하여, 상기 제2 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료가 상기 제1 수용공간 측으로 이송되도록 하는 펌프 유닛;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 용기부는, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이를 모니터링 하는 수위측정유닛을 더 포함하고, 상기 수위측정유닛은, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 제1 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급을 요청하는 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 상기 제1 기준 높이보다 큰 제2 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급 중단을 요청하는 제2 신호를 생성하고, 상기 펌프 유닛은, 상기 제1 신호에 대응하여 펌핑 동작을 개시하며, 상기 제2 신호에 대응하여 펌핑 동작을 종료할 수 있다.
또한, 상기 재료 공급 어셈블리는, 상기 제2 유로 및 상기 제3 유로와 독립적인 보충 유로를 더 포함하고, 상기 보충 유로의 일측은 상기 제2 수용공간 내부에 배치되며, 상기 보충 유로를 통하여, 상기 재료 공급 어셈블리를 순환하는 상기 액상 재료가 외부로부터 보충할 수 있다.
또한, 상기 재료 공급 어셈블리는, 내부에 수평 방향으로 내부 유로가 형성되는 어셈블리 몸체를 더 포함하고, 상기 내부 유로는 상기 노즐 유닛과 연통되며, 상기 내부 유로의 일측 및 타측은 각각 상기 유입구 및 상기 유출구와 연통될 수 있다.
또한, 수평방향으로 형성되는 상기 내부 유로의 하측에는 복수의 노즐 유닛들이 상호 간에 기설정된 간격만큼 이격되어 개별적으로 접속되며, 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 내부 유로의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장 형성될 수 있다.
또한, 수평방향으로 형성되는 상기 내부 유로의 하측에는 복수의 노즐 유닛들이 상호 간에 기설정된 간격만큼 이격되어 개별적으로 접속되며, 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 내부 유로의 연장 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절곡 형성될 수 있다.
제안되는 실시예에 의하면, 노즐의 유로 상 공기 트랩의 문제가 억제될 수 있는 전기 스프레이 코팅 장치가 제공될 수 있다
또한, 인쇄 공정의 중단이 최소화되어, 작업 효율이 향상되는 전기 스프레이 코팅 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 종래의 전기 스프레이 코팅 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 전기 스프레이 코팅 장치의 잉크 순환 모드를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 전기 스프레이 코팅 장치의 노즐 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 전기 스프레이 코팅 장치의 노즐 어셈블리를 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
한편, 본 발명의 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대될 수 있는 잠정적인 효과는 본 명세서에 기재된 것과 같이 취급되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공된 것인바, 도면에 도시된 내용은 실제 발명의 구현모습에 비해 과장되어 표현될 수 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성의 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.
이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치를 보여주는 도면이며, 도 3은 도 1의 전기 스프레이 코팅 장치의 잉크 순환 모드를 보여주는 도면이다. 그리고, 도 4는 도 1의 전기 스프레이 코팅 장치의 노즐 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치는(1), 연속적인 액상 재료(잉크)의 공급을 통하여, 코팅 효율을 향상시킬 수 있으며, 노즐 유로 내부의 공기 트랩 현상을 억제할 수 있다.
전기 스프레이 코팅 장치(1)는, 노즐 어셈블리(100)와, 재료 공급 어셈블리(200)와, 테이블 어셈블리(420)와, 제어부(500)를 포함한다.
노즐 어셈블리(100)는 상기 액상 재료가 연속적으로 공급되며, 공급되는 상기 액상 재료를 인가되는 전압에 기초하여 작업 대상물(420)에 인쇄하도록 상기 액상 재료를 액적의 형태로 분사 또는 토출한다.
재료 공급 어셈블리(200)는 노즐 어셈블리(100)에 상기 액상 재료를 공급하며, 노즐 어셈블리(100)에서 분사 또는 토출되지 않은 상기 액상 재료를 회수하여 다시 노즐 어셈블리(100) 측으로 공급한다.
테이블 어셈블리(400)는, 작업 대상물(420)이 안착되는 테이블 어셈블리 본체(410) 및 전압 공급부(430)를 포함하며, 테이블 어셈블리 본체(410)에는 접지 전압 또는 가변 전압이 공급되어, 노즐 어셈블리(100)에서 대전 처리된 상기 액적이 원활하게 작업 대상물(420)의 표면에 안착되도록 한다.
제어부(500)는, 노즐 어셈블리(100)에 인가되는 전압, 테이블 어셈블리(400)에 인가되는 전압을 제어하며, 재료 공급 어셈블리(200)의 동작을 제어한다. 이때, 노즐 어셈블리(100)에는 4kV~10kV의 직류 전압이 인가될 수 있으며, 테이블 어셈블리(400)에는 접지 전압 또는 평균 0V의 교류 전압이 인가될 수 있다.
이하에서는 노즐 어셈블리(100)의 구성을 상세하게 설명한다.
노즐 어셈블리(100)는, 내부에 수평 방향으로 내부 유로(111)가 형성되는 어셈블리 몸체(110)와, 상기 액상 재료의 액적이 분사 또는 토출되는 적어도 하나의 노즐 유닛(120)과, 노즐 유닛(120)에 전압을 제공하는 전압 공급부(130)와, 상기 액상 재료가 유입되는 유입구(112)와, 노즐 유닛(120)측에서 분사 또는 토출되는 상기 액상 재료를 제외한 나머지 상기 액상 재료가 유출되는 유출구(113)를 포함한다. 노즐 유닛(120)은 노즐 어셈블리 몸체(110)에 착탈식으로 결합될 수 있다.
노즐 어셈블리 몸체(110)는 수평 방향으로 연장 형성되며, 노즐 어셈블리 몸체(110)의 하측에는 노즐 유닛(120)이 접속되며, 노즐 유닛(120)은 내부 유로(111)와 연통된다.
노즐 유닛(120)은, 노즐 어셈블리 몸체(110)에 연결되며 전압 공급부(130)와 전기적으로 연결되는 노즐 유닛 몸체(121)와, 노즐 유닛 몸체(121)의 단부에 배치되며 직경이 감소되는 노즐 팁부(122)를 포함한다. 내부 유로(111)에 상기 액상 재료가 유동되고 있는 상태에서, 노즐 유닛(120)에 기설정된 전압 신호가 인가되면, 상기 액상 재료가 노즐 팁부(122)를 통하여 기설정된 전압으로 대전된 액적 형태로 토출 또는 분사된다. 노즐 팁부(122)에서 토출 또는 분사된 상기 액적 형태의 상기 액상 재료는 작업 대상물(420)의 표면에 안착되어 인쇄가 수행된다.
한편, 종래의 시린지 타입의 전기 스프레이 코팅 장치의 경우, 시린지 배럴 교체를 수행하는 경우, 내부 유로(111) 또는 노즐 유닛(120)의 내부에 공기가 유입되어, 공기 트랩 현상이 발생하게 되어, 인쇄 품질이 저하되며 작업 효율이 저하되는 문제가 발생되었다. 이에, 본 발명의 실시예는, 노즐 어셈블리(100)의 내부 유로(111)가 유입구(112) 및 유출구(113)와 연결되어, 인쇄과정에서 연속적인 상기 액상 재료의 유동이 이루어져 상기 공기 트랩 현상의 발생을 억제하는 전기 스프레이 코팅 장치(1)를 제안한다.
노즐 어셈블리(100)의 내부 유로(111)의 일측 및 타측은 각각 유입구(111) 및 유출구(113)와 연결되며, 내부 유로(111) 내에서 상기 액상 재료의 흐름은 유입구(111)에서 유출구(113) 측으로 생성된다. 즉, 노즐 어셈블리(100)의 노즐 유닛(120)에서 상기 액적이 분사 또는 토출되는 경우, 노즐 어셈블리(100)의 유입구(112)에서 유출구(113)로 상기 액상 재료는 연속적으로 유동된다. 또한, 노즐 어셈블리(100)의 노즐 유닛(120)에서 상기 액적이 분사 또는 토출되지 않는 경우에도, 노즐 어셈블리(100)의 유입구(112)에서 유출구(113)로 상기 액상 재료가 연속적으로 유동될 수 있다.
수평방향으로 형성되는 내부 유로(111)의 하측에는 복수의 노즐 유닛(120)들이 상호 간에 기설정된 간격만큼 이격되어 개별적으로 접속되며, 유입구(112) 및 유출구(113)는 내부 유로(113)의 연장 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절곡 형성된다. 본 실시예에서 유입구(112) 및 유출구(113)는 내부 유로(111)에 대하여 상방으로 절곡되는 형상으로 형성된다.
본 실시예에서 노즐 유닛(120)은, 4개로 마련되며, 각각 독립적으로 내부 유로(111)에 접속된다. 또한, 노즐 유닛(120)은 하나의 전압 공급부(130)와 연결되는 구성으로 도시되어 있으나, 개별적인 전압 공급부(130)와 각각 노즐 유닛(120)들이 연결되는 구성 또한 가능하다. 전압 공급부(130)는, 제어부(500)와 연결될 수 있다.
그 다음, 재료 공급 어셈블리(200)의 구성을 상세하게 설명한다.
재료 공급 어셈블리(200)는 노즐 어셈블리(100)가 상기 액적을 분사 또는 토출하는 경우, 노즐 어셈블리(100)에 연속적으로 상기 액상 재료를 공급한다. 재료 공급 어셈블리(200)는 노즐 어셈블리(100)의 유입구(112)에 상기 액상 재료를 공급하고, 유출구(113)에서 유출되는 상기 액상 재료를 수용한다.
보다 상세히, 재료 공급 어셈블리(200)는, 상기 액상 재료가 수용되는 제1 수용공간(211)을 포함하는 제1 용기부(210)와, 일단(입구부)은 제1 수용공간(211)에 위치되며 타단(출구부)은 노즐 어셈블리(100)의 유입구(112)와 연결되는 제1 유로(310)와, 일단(입구부)은 노즐 어셈블리(100)의 유출구(113)와 연결되는 제2 유로(320)과, 상기 액상 재료가 수용되는 제2 수용공간(221)을 포함하고, 제2 수용공간(221)에는 제2 유로(320)의 타단이 위치되며 유출구(113)로부터 유동되는 상기 액상 재료가 회수되는 제2 용기부(220)와, 일단(입구부)은 제2 용기부(220)의 제2 수용공간(221)에 위치되며 타단(출구부)은 상기 제1 용기부(210)의 제1 수용공간(211)에 위치되는 제3 유로(330)와, 제3 유로(330)에 제2 수용공간(221)에서 제1 수용공간(211) 방향으로 압력을 제공하여 제2 수용공간(221)에 수용되는 상기 액상 재료가 제1 수용공간(211) 측으로 이송되도록 하는 펌프 유닛(230)을 포함한다.
제1 용기부(210)는, 제1 수용공간(211)을 폐쇄하는 제1 용기커버(212)를 포함하고, 제1 유로(310) 및 제3 유로(330)는 제1 용기커버(212)를 관통하여, 그 일단(제1 유로(310)의 입구부) 및 타단(제3 유로(330)의 출구부)이 제1 수용공간(211) 측에 배치된다.
마찬가지로 제2 용기부(220)는, 제2 수용공간(221)을 폐쇄하는 제2 용기커버(222)를 포함하고, 제2 유로(310) 및 제3 유로(330)는 제2 용기커버(222)를 관통하여, 그 타단(제2 유로(310)의 출구부) 및 일단(제3 유로(330)의 입구부)이 제2 수용공간(221) 측에 배치된다.
제1 용기커버(212) 및 제2 용기커버(222)는 제1 용기부(210) 및 제2 용기부(220)에 각각 분리가능하게 결합될 수 있다.
제1 용기부(210)의 제1 수용공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료는, 상기 액상 재료의 수면 높이에 대응되는 제1 높이(h1)를 가지며, 제2 용기부(220)의 제2 수용공간(221)에 수용되는 제2 유로(320)의 단부(출구부)의 높이는 제2 높이(h2)로 형성된다.
이때, 상기 액상 재료의 수면 높이인 제1 높이(h1)는 제2 높이(h2)보다 크게 형성되며, 제1 높이(h1) 및 제2 높이(h2)의 차이에 의하여, 제1 용기부(210)로부터 노즐 어셈블리(100) 측 방향으로의 상기 액상 재료의 유동이 수행된다. 즉, 상기 액상 재료가 모두 채워진, 제1 유로(210), 노즐 어셈블리(100) 및 제2 유로(220)는 하나의 공급 유로를 형성하며, 상기 공급 유로의 상류 측인 제1 용기부(210)의 상기 액상 재료의 수면이 상기 공급 유로의 하류 측인 제2 수용공간(221)에 위치되는 제2 유로(320)의 단부보다 높은 위치에 위치됨으로써, 수두압(head pressure, 水頭壓)에 의하여 상기 액상 재료가 연속적으로 상기 공급유로의 상기 상류 측에서 상기 하류 측으로 유동될 수 있다.
그리고, 제1 유로(210), 노즐 어셈블리(100) 및 제2 유로(220)에 상기 액상재료가 완전하게 채워진 상태에서, 유동되는 상기 액상 재료의 유량에 비하여, 비교적 적은 양의 상기 액상 재료가 분사 또는 토출되는 노즐 유닛(120)의 노즐 팁부(122)의 높이인 제3 높이(h3)는, 제1 높이(h1)보다 작게 형성되며, 제2 높이(h2)와 크게 형성된다. 즉, 노즐 유닛(120)의 노즐 팁부(122)는 제1 수용공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 수면(h1)과, 제2 유로(320)의 상기 단부(출구부)의 사이에 위치된다.
한편, 제1 유로(210), 노즐 어셈블리(100) 및 제2 유로(220)에 상기 액상재료가 완전하게 채워지지 않은 상태, 전기 스프레이 코팅 장치(1)의 초기 동작 수행 또는 상기 공급유로 내부에 공기 트랩이 발생되는 경우, 상기 공급 유로 내부에 상기 액상 재료를 완전하게 채우기 위하여, 노즐 팁부(122)의 제3 높이(h3)는 제1 높이(h1)와 제2 높이(h2) 사이에 형성되도록 노즐 어셈블리(100)가 위치된다.
본 실시예에서, 예시적으로, 노즐 어셈블리(100) 및 제1 용기부(210)는, 상호 독립적으로 상하 방향으로 이동가능하게 배치되며, 제2 용기부(220)는 위치가 고정되는 형태로 배치될 수 있다. 따라서, 제1 용기부(210)가 상하 방향으로 이동하여, 제1 높이(h1)와 제2 높이(h2) 간의 높이차를 가변시켜, 상기 액상 재료의 공급 압력을 조정할 수 있다.
한편, 제1 용기부(210)는, 제1 수용공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이를 모니터링 하는 수위측정유닛(213)을 더 포함한다. 수위측정유닛(213)은, 상기 액상 재료의 수면 높이를 모니터링 할 수 있는 센서를 포함하며, 상기 센서는 광 센서 또는 압력 센서 등 일 수 있다.
수위측정유닛(213)은, 제1 수용공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 제1 기준 높이(a)인 경우, 제1 수용공간(211)에 대한 상기 액상 재료의 공급을 요청하는 제1 신호(S1)를 생성한다. 그리고, 수위측정유닛(213)은, 제1 수용공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 제1 기준 높이(a)보다 큰 제2 기준 높이(b)인 경우, 제1 수용공간(211)에 대한 액상 재료의 공급 중단을 요청하는 제2 신호(S2)를 생성한다.
펌프 유닛(230)은, 제1 신호(S1)에 대응하여 펌핑 동작을 개시하며, 제2 신호(S2)에 대응하여 펌핑 동작을 종료한다. 이때, 제1 높이(h1)는, 제1 기준 높이(a)와 제2 기준 높이(b) 사이에 형성되며, 가변된다. 또한, 상기 제1 높이(h1)가, 상기 제2 기준 높이 보다 높게 형성되고 제1 기준 높이 보다 낮게 가변되는 구성 또한 본 발명의 실시예에 포함된다.
이하에서는 제1 수용 공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이에 기초하여, 제2 수용 공간(212)에 수용되는 상기 액상 재료를 제1 수용 공간(211)으로 순환시키는 제어 구성에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저 도 2를 참조하면, 제1 수용 공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이, 즉 제1 높이(h1)가 제1 기준 높이(a)와 제2 기준 높이(b) 사이에 위치되면, 상기 제1 수용 공간(211)에 수용되는 상기 액상 재료의 양은 충분한 것으로 판단하여, 펌프 유닛(230)은 상기 펌핑 동작을 수행하지 않는다.
이때, 제1 유로(210), 노즐 어셈블리(100) 및 제2 유로(220)에는 제1 수용 공간(211)으로부터 연속적으로 상기 액상 재료가 공급된다. 따라서, 제1 수용 공간(211)의 제1 높이(h1)는 지속적으로 감소하게 되며, 제2 수용 공간(222)에는 상기 액상 재료가 지속적으로 공급된다.
그 다음, 도 3을 참조하면, 제1 수용 공간(211)에 수용된 상기 액상 재료가가 지속적으로 감소되어, 제1 높이(h1)가 제1 기준 높이(a)와 같거나, 제1 기준 높이(a)보다 작아지게 되는 경우, 수위측정유닛(213)은 제1 신호(S1)를 생성하여 제어부(500) 또는 펌프 유닛(230) 측으로 제1 신호(S1)를 전달한다.
제어부(500) 또는 수위측정유닛(213)으로부터 제1 신호(S1)를 수신한 펌프 유닛(230)은 펌핑 동작을 개시하여, 제2 수용 공간(222)에 수용된 상기 액상 재료를 제1 수용 공간(212) 측으로 이송한다.
한편, 상기 펌핑 동작에 의하여, 제1 수용 공간(212)의 상기 액상 재료의 수면 높이가 상승하여, 제1 높이(h1)가 제2 기준 높이(b)와 같아지게 되는 경우, 수위측정유닛(213)은 제2 신호(S2)를 생성하여 제어부(500) 또는 펌프 유닛(230) 측으로 제1 신호(S1)를 전달한다.
제어부(500) 또는 수위측정유닛(213)으로부터 제2 신호(S2)를 수신한 펌프 유닛(230)은 펌핑 동작을 종료하여, 제3 유로(330)를 통한 상기 액상 재료의 공급을 중단한다.
즉, 제1 수용공간은 노즐 유닛보다 높게 설치되고 제2 용기부는 노즐 유닛보다 낮게 위치하여 수두압에 의해서 제1 수용공간의 잉크가 노즐로 공급되고 사용되지 않은 잉크는 제2 수용공간으로 자동으로 이송되며, 제1수용공간에서 잉크가 줄어드는 경우 수위센서로 자동으로 제2수용공간에서 잉크를 펌핑하여 상기 제1 수용공간으로 잉크를 공급하여 전체적으로 순환이 되게 할 수 있다.
이때, 제1 유로(210), 노즐 어셈블리(100) 및 제2 유로(220)를 통한 상기 액상 재료의 공급은 수두압에 의한 패시브 공급이며, 제3 유로(230)를 통한 상기 액상 재료의 공급은 펌핑 유닛(230)의 상기 펌핑 동작에 의한 액티브 공급일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따를 경우, 전력이 소모되는 상기 액티브 공급은, 간헐적으로 수행되며, 전력과 무관하게 이루어지는 상기 패시브 공급은, 지속적으로 수행되도록 함으로써, 상기 액상 재료의 순환에 사용되는 전력의 소모량을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 재료 공급 어셈블리(200)는, 상기 제1 용기부에 대하여 기설정된 공기압을 제공하는 공기압 제공 유닛(240)과, 입구부는 공기압 제공 유닛(240)과 연결되며 타측은 제1 용기부(210)의 제1 수용공간(211)에 배치되는 공기압 제공 유로(340)를 더 포함할 수 있다.
제1 유로(310)로부터 노즐 어셈블리(100)에 공급되는 상기 액상 재료의 공급 압력이 기설정된 설정 공급 압력보다 큰 경우 또는 상기 액상 재료의 점도가 기설정된 점도(예시적으로 10cP)보다 작은 경우, 공기압 제공 유닛(240)은 공기압 제공 유로(340)를 통하여 제1 수용공간(211)에 대기압보다 작은 공기압을 제공한다.
반대로, 제1 유로(310)로부터 노즐 어셈블리(100)에 공급되는 상기 액상 재료의 공급 압력이 기설정된 설정 공급 압력보다 작은 경우 또는 상기 액상 재료의 점도가 기설정된 점도(예시적으로 10cP)보다 큰 경우, 공기압 제공 유닛(240)은 공기압 제공 유로(340)를 통하여 제1 수용공간(211)에 대기압보다 큰 공기압을 제공한다.
즉, 제1 유로(310)를 통하여 상기 액상 재료의 공급이 수행 되면 중력에 의해서, 노즐 어셈블리(100)의 메니스커스가 양으로 바뀌는데 저점도인 경우 공압인가하지 않아도 된다. 본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치(1)는, 노즐 어셈블리(100)의 메니스커스를 유지하거나 원하는 유량이 되도록 양압을 추가로 인가하하며, 양압은 제1 수용 공간(211)에 인가된다.
한편, 재료 공급 어셈블리(200)는, 제2 유로(320) 및 제3 유로(330)와 독립적인 보충 유로(350)를 더 포함할 수 있다. 보충 유로(350)의 입구부는 제2 수용공간 (221)내부에 배치되며, 보충 유로(350)를 통하여, 재료 공급 어셈블리(200)를 순환하는 상기 액상 재료가 외부로부터 보충될 수 있다. 즉, 노즐 어셈블리(100)의 액적 분사 또는 토출 동작이 수행되는 과정 중, 사용자가 보충 유로(350)에 추가적인 액상 재료를 공급함으로써, 노즐 어셈블리(100)의 액적 분사 또는 토출 동작의 정지 없이 상기 액상 재료가 보충될 수 있다.
또한, 재료 공급 어셈블리(200)는 노즐 어셈블리(100)의 노즐 유닛(120)에서 상기 액적이 분사 또는 토출되지 않는 경우, 상기 액상 재료의 연속적인 유동을 억제하는 밸브 유닛(360)을 더 포함할 수 있다. 밸브 유닛(360)은 제2 유로 상에 배치되며, 전기 스프레이 코팅 장치(1)의 동작이 정지된 상태에서, 불필요한 상기 액상 재료의 유동을 억제한다.
제안되는 실시예에 의하면, 노즐의 유로 상 공기 트랩의 문제가 억제될 수 있는 전기 스프레이 코팅 장치가 제공될 수 있다
또한, 인쇄 공정의 중단이 최소화되어, 작업 효율이 향상되는 전기 스프레이 코팅 장치가 제공될 수 있다.
또한, 노즐 유닛의 내부에 공기 트랩이 발생하게 된 경우, 상기 액상 재료의 순환에 의하여, 상기 공기 트랩을 제거할 수 있는 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 전기 스프레이 코팅 장치의 노즐 어셈블리를 보여주는 도면이다.
본 실시예는 노즐 어셈블리의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 2 내지 도 4에서 도시된 전기 스프레이 코팅 장치(1)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 스프레이 코팅 장치(1)의, 노즐 어셈블리(100)는 수평방향으로 형성되는 내부 유로(111)의 하측에는 복수의 노즐 유닛(120)들이 상호 간에 기설정된 간격만큼 이격되어 개별적으로 접속되며, 유입구(112) 및 유출구(113)는 내부 유로(111)의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장 형성된다.
내부 유로(110) 및 유입구(112)과 유출구(113)가 나란하게 배치됨으로써, 내부 유로(110)에 수직하게 접속되는 노즐 유닛(120)에 보다 균일하게 토출 압력이 제공되어, 상기 액정의 분사 또는 토출이 균일하게 수행될 수 있다.
또한, 내부 유로(110) 및 유입구(112)과 유출구(113)가 나란하게 배치됨으로써, 내부 유로(110)에 상기 액상 재료의 에어버블(Airbubble)이 발생되는 문제를 최소화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (12)

  1. 전기 스프레이 코팅 장치에 있어서,
    액상 재료의 액적이 분사 또는 토출되는 적어도 하나의 노즐 유닛과, 상기 노즐 유닛에 전압을 제공하는 전압 공급부와, 상기 액상 재료가 유입되는 유입구와, 상기 노즐 유닛측에서 분사 또는 토출되는 상기 액상 재료를 제외한 나머지 상기 액상 재료가 유출되는 유출구를 포함하는 노즐 어셈블리;
    상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구에 상기 액상 재료를 공급하고, 상기 유출구에서 유출되는 상기 액상 재료를 수용하는 재료 공급 어셈블리; 및
    상기 노즐 어셈블리의 상기 노즐 유닛의 하측에 배치되며, 상면에 작업 대상물이 안착되며, 기설정된 전압이 인가되는 테이블 어셈블리;를 포함하고,
    상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구에서 상기 유출구로 상기 액상 재료는 연속적으로 유동되며,
    상기 노즐 유닛에는 4kV 내지 10kV의 DC 전압이 인가되며, 상기 테이블 어셈블리에는 접지 전압 또는 AC 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 재료 공급 어셈블리는,
    상기 액상 재료가 수용되는 제1 수용공간을 포함하는 제1 용기부;
    입구부는 상기 제1 용기부의 상기 제1 수용공간에 위치되며 출구부는 상기 노즐 어셈블리의 상기 유입구와 연결되는 제1 유로;
    입구부는 상기 노즐 어셈블리의 상기 유출구와 연결되는 제2 유로; 및
    상기 액상 재료가 수용되는 제2 수용공간을 포함하고, 상기 제2 수용공간에는 상기 제2 유로의 출구부가 위치되며, 상기 유출구로부터 유동되는 상기 액상 재료가 회수되는 제2 용기부;를 포함하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 용기부의 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료는, 상기 액상 재료의 수면 높이에 대응되는 제1 높이(h1)를 가지며,
    상기 제2 용기부의 상기 제2 수용공간에 수용되는 상기 제2 유로의 상기 출구부는 제2 높이(h2)에 위치되며,
    상기 노즐 유닛은 제3 높이(h3)에 위치되며,
    상기 제1 용기부는 상기 노즐 유닛보다 높은 위치에 배치되며. 상기 노즐 유닛은 상기 제2 용기부보다 높은 위치에 배치되고,
    상기 제1 높이(h1) 및 상기 제2 높이(h2)의 차이에 의하여, 상기 제1 용기부로부터 상기 노즐 어셈블리 측 방향으로의 상기 액상 재료의 유동이 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 용기부는, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이를 모니터링 하는 수위측정유닛을 더 포함하고,
    상기 수위측정유닛은, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 상기 제1 기준 높이보다 작은 경우 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급이 이루어지도록 하고,
    상기 수위측정유닛은, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 상기 제1 기준 높이보다 큰 제2 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급 중단되도록 하고,
    상기 제1 높이(h1)는, 상기 제2 기준 높이 보다 높게 형성되고 제1 기준 높이 보다 낮게 가변되는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 용기부는, 상하 방향으로 이동 가능하게 배치되며,
    상기 제1 용기부가 상하 방향으로 이동하여, 상기 제1 높이(h1)와 상기 제2 높이(h2) 간의 높이차를 가변시키는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 재료 공급 어셈블리는, 상기 제1 용기부에 대하여 기설정된 공기압을 제공하는, 공기압 제공 유닛; 및 입구부는 상기 공기압 제공 유닛과 연결되며 출구부는 상기 제1 용기부의 제1 수용공간에 배치되는 공기압 제공 유로;를 더 포함하고,
    상기 노즐 유닛에 대한 메니스커스를 유지하거나 원하는 유량이 되도록 공기압 제공 유로를 통하여 상기 제1 수용 공간에 양압을 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 재료 공급 어셈블리는,
    입구부는 상기 제2 용기부의 상기 제2 수용공간에 위치되며, 출구부는 상기 제1 용기부의 상기 제1 수용공간에 위치되는 제3 유로; 및
    상기 제3 유로에 상기 제2 수용공간에서 상기 제1 수용공간 방향으로 압력을 제공하여, 상기 제2 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료가 상기 제1 수용공간 측으로 이송되도록 하는 펌프 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 용기부는, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이를 모니터링 하는 수위측정유닛을 더 포함하고,
    상기 수위측정유닛은, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 제1 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급을 요청하는 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 수용공간에 수용되는 상기 액상 재료의 수면 높이가 상기 제1 기준 높이보다 큰 제2 기준 높이인 경우, 상기 제1 수용공간에 대한 상기 액상 재료의 공급 중단을 요청하는 제2 신호를 생성하고,
    상기 펌프 유닛은, 상기 제1 신호에 대응하여 펌핑 동작을 개시하며, 상기 제2 신호에 대응하여 펌핑 동작을 종료하는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 재료 공급 어셈블리는, 상기 제2 유로 및 상기 제3 유로와 독립적인 보충 유로를 더 포함하고,
    상기 보충 유로의 일측은 상기 제2 수용공간 내부에 배치되며,
    상기 보충 유로를 통하여, 상기 재료 공급 어셈블리를 순환하는 상기 액상 재료가 외부로부터 보충하는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.

  10. 제1 항에 있어서,
    상기 재료 공급 어셈블리는, 내부에 수평 방향으로 내부 유로가 형성되는 어셈블리 몸체를 더 포함하고,
    상기 내부 유로는 상기 노즐 유닛과 연통되며, 상기 내부 유로의 일측 및 타측은 각각 상기 유입구 및 상기 유출구와 연통되는 전기 스프레이 코팅 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    수평방향으로 형성되는 상기 내부 유로의 하측에는 복수의 노즐 유닛들이 상호 간에 기설정된 간격만큼 이격되어 개별적으로 접속되며,
    상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 내부 유로의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    수평방향으로 형성되는 상기 내부 유로의 하측에는 복수의 노즐 유닛들이 상호 간에 기설정된 간격만큼 이격되어 개별적으로 접속되며,
    상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 내부 유로의 연장 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 스프레이 코팅 장치.
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