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KR102630779B1 - 에어 나이프 - Google Patents

에어 나이프 Download PDF

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KR102630779B1
KR102630779B1 KR1020220114749A KR20220114749A KR102630779B1 KR 102630779 B1 KR102630779 B1 KR 102630779B1 KR 1020220114749 A KR1020220114749 A KR 1020220114749A KR 20220114749 A KR20220114749 A KR 20220114749A KR 102630779 B1 KR102630779 B1 KR 102630779B1
Authority
KR
South Korea
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guide vane
substrate
nozzle
air knife
main nozzle
Prior art date
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KR1020220114749A
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English (en)
Inventor
김희동
이재형
이동인
홍성원
Original Assignee
(주)대주기계
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1020220114749A priority Critical patent/KR102630779B1/ko
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    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/005—Nozzles or other outlets specially adapted for discharging one or more gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명의 에어 나이프는 주노즐과 상기 주노즐의 좌우에 보조노즐을 각각 구성하고, 주노즐주노즐노즐은 폭 방향으로 기판의 폭과 동일한 크기를 가지지만, 노즐 내부 형상을 축소 노즐의 형태로 하고 유량 조절부를 설치하여 주노즐과 보조노즐에서 분사되는 에어제트를 적절히 제어하여, 기판의 물의 제거성능 또는 건조성능에 영향을 주는 기판에 수평으로 작용하는 힘(Fx)인 전단력을 주노즐과 보조노즐 전체의 슬릿간격(h)에 걸쳐 넓고 평탄화시키도록 에어제트를 분사하여 물 제거 성능을 향상시키는 반면, 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력의 피크값을 낮추어 기판의 변형을 최소화하며, 압력손실을 최소화하여 기체 소모량을 절감할 수 있는 것을 요지로 한다.

Description

에어 나이프{an air knife}
본 발명은 기판의 물 세정후 잔류하는 물의 제거시 에어 나이프 내부에서 발생하는 압력손실을 최소화하여 기체 소모량을 절감할 수 있는 에어 나이프에 관한 것이다.
반도체 제조공정에 사용되는 유리기판은 물 세정하여 제조공정에서 발생한 기판표면의 오염을 제거하고 있으며, 그 후 유리기판에 남아 있는 물(water layer)을 제거하기 위하여 공기나 기타 가스 제트를 기판에 충돌시켜 물을 제거하는 건조공정을 거치게 된다.
이와 같이 기판표면의 물을 제거하는 공정에 사용되는 에어 나이프 형상에 대하여는 다수의 기술자료가 제안되어 있으며, 에어 나이프의 운전조건에 대하여도 다수의 문헌이 제안되어 있다.
기존의 에어 나이프에서는 에어 나이프 노즐 형상, 제트 충돌각도, 에어제트와 기판과의 거리 등에 대한 다양한 제안을 기술하고 있다.
지금까지 제안되어 사용되는 대부분의 에어 나이프는 도 3과 같이 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력은 중앙에서 높고 집중되어 있어 기판에 충격을 주고 있고, 기판에 수평으로 작용하는 에어제트의 힘(Fx)인 전단력 또한 일부구간에서 높고 힘이 분산되어 물제거에 효과적이지 않았다.
이는 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력과 기판에 수평으로 작용하는 에어제트의 힘(Fx)인 전단력에 대한 구체적인 역학적 검토없이 제안되었기 때문으로 이와 같은 에어 나이프로부터 분사된 에어제트의 분사력으로 인하여, 기판에 수직으로 분사되는 압력에 의해 발생하는 기판의 변형이나 왜곡 등 기판의 품질을 크게 저하시키는 원인으로 작용하고 있다.
에어제트가 기판에 분사되는 경우, 기판에 수평으로 작용하는 힘(Fx)에 의해 기판의 물의 제거성능 또는 건조성능이 결정되는데, 이에 대한 구체적인 검토가 전혀 이루어지지 않은 채 에어 나이프가 현장에서 운용되고 있는 실정이다.
현재 유리기판 건조용 에어 나이프의 경우 도 4와 같은 단순형의 에어 나이프가 광범위하게 사용되고 있으나, 노즐 평행부가 500 ~ 1,000㎜ 범위의 길이(L)로 지나치게 길어, 큰 압력손실이 발생하게 되므로, 에어 나이프 운전과정에서 대량의 기체를 소모하게 된다.
또한 대부분의 에어 나이프 형상은 도 4에 도시한 바와 같이 500 ~ 1,000㎜ 범위로 매우 큰 노즐 폭(W)을 가지고 있으며, 노즐 슬릿의 간격(h)은 0. 5 ~ 2㎜ 로 매우 작다, 이러한 형상의 노즐을 정밀하게 가공하는 것이 현실적으로 매우 어려울 뿐만 아니라 에어 나이프의 운전과정에서 노즐 내부에서 유동박리, 와류 등으로 인하여 노즐 폭(W)방향으로 불균일(non-uniformity) 유동이 발행하여, 노즐의 변형 또는 왜곡이 발생하거나 노즐 내부에 이물질 축적 등으로 이상적인 에어 제트가 발생하지 않게 된다. 이로 인하여 불균일 또는 불완전 건조가 발생하게 되어, 기판의 품질 저하의 또 하나의 원인이 된다.
한편, 유리기판의 변형이나 왜곡을 최소화하기 위하여, 에어 나이프 운전조건으로 에어 나이프 입구의 압력과 온도를 적정값(대략 3 bar 이하, 온도 25℃ 내외)으로 정하여 운전하고 있으나, 이러한 운전 조건이 효과적으로 기판을 건조시킬 수 있는지에 대한 검토는 전혀 이루어지지 않고 있고, 하절기에 비하여 동절기에 운용되고 있는 에어 나이프의 경우 공급부에서 기체의 온도가 낮아지게 되고, 또 기판 주변의 온도도 낮으므로, 기판 상에서 분사된 에어제트의 온도강하 효과로 인하여 결빙현상이 발생하고 있어, 에어 나이프 형상에 대한 개선이나 운전조건에 대한 체계적인 연구가 절실한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0020507호 (2011.03.03. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0069965호 (2011.07.14. 공개)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에어 나이프 내부에서 발행하는 압력손실을 최소화하여 기체 소모량을 절감할 수 있는 에어 나이프를 제공하고자 함이다.
구체적으로 주노즐과 상기 주노즐의 좌우에 보조노즐을 구성하고, 주노즐과 보조노즐은 폭 방향으로 기판의 폭과 동일한 크기를 가지지만, 노즐 내부 형상을 축소형태로 구성하여 압력손실을 최소화하는데 있다.
또한 유량 조절부를 설치하여 주노즐과 보조노즐에서 분사되는 에어제트를 적절히 제어하여, 기판의 물의 제거성능 또는 건조성능에 영향을 주는 기판에 수평으로 작용하는 힘(Fx)인 전단력을 주노즐과 보조노즐 전체의 슬릿간격(h)에 걸쳐 넓고 평탄화시키도록 에어제트를 분사하여 물 제거 성능을 향상시키는 반면, 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력의 피크값을 낮추어 기판의 변형을 최소화하는데 있다.
본 발명의 에어 나이프는 힌지축, 하우징, 좌측 가이드베인, 우측 가이드베인, 간격조절구를 포함하고 하우징은 내부에 중공부가 형성된 장방형 함체의 형상을 하고 있으며, 하면의 중앙에는 주노즐이 구비되어 있고, 주노즐의 양측면에는 보조노즐이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프는 유량 조절하기 위한 유량조절부가 있고, 유량조절부는 하우징내에 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인을 설치하고, 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인 사이의 간격을 조절하는 간격조절구인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프는 유량 조절하기 위하여 하우징내에 설치된 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인은 판재의 형상으로 하우징의 내부에 구비되고, 마주보는 외면에는 만곡면이 형성되어 분사되는 공기를 가이드하고, 간격조절구와 연동하여, 마주보는 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인 사이의 간격을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프의 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인은 토출측 방향으로 축소되는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프의 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인은 벽체의 상면에 힌지축에 의하여 회전이 가능하도록 결합되며, 마주보는 외면에는 만곡면이 형성되어 분사되는 공기를 가이드하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프의 간격조절구는 원기둥 형상이며, 오른나사부와 왼나사부 사이의 중앙에 연결부, 양측단부에 우측고정부, 좌측고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프의 간격조절구는, 기판의 폭방향(W)으로 복수 개 이상 설치되고 우측고정부와 좌측고정부는 하우징과 결합되어 위치되되, 좌측 가이드베인과 우측 가이드베인의 간격을 조절하기 위해 회전시 하우징과 결합된 상태에서 자전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에어 나이프는 상기 주노즐과, 주노즐의 양측면의 보조노즐 전체의 슬릿간격(h)에 걸쳐 분사되어 기판에 수평으로 작용하는 에어제트의 힘(Fx)인 전단력은 노즐 슬릿의 간격(h)에서 평탄화 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어 나이프의 구조에 의하면, 노즐 내부 형상을 축소형태로 하여 압력손실을 최소화하는 효과가 있다,
또한 기판의 물의 제거성능 또는 건조성능에 영향을 주는 기판에 수평으로 작용하는 힘(Fx)인 전단력을 주노즐과 보조노즐의 전체에 걸쳐 넓게 형성함으로써 물 제거 성능을 향상시키고, 기판에 수직으로 작용하는 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력의 피크값을 낮추어 기판의 변형을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 에어나이프 노즐구조도.
도 2는 다른 종래의 기판 이물질 제거장치도.
도 3은 종래의 에어나이프에서 분사되는 에어제트의 수직작용 힘과 수평작용 힘의 상태를 나타내는 상태도.
도 4는 일반적인 에어 나이프 노즐
도 5는 본 발명의 에어 나이프 노즐
도 6은 도 5의 A-A 단면도
도 7은 간격조절구의 단면도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.
그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명은 에어 나이프 내부에서 발행하는 압력손실을 최소화하여 기체 소모량을 절감할 수 있도록 하기 위하여 주노즐과 상기 주노즐의 좌우에 보조노즐을 구성하고, 주노즐과 보조노즐은 폭 방향으로 기판의 폭과 동일한 크기를 가지지만, 노즐 내부 형상을 축소형태로 구성하여 압력손실을 최소화하는 것이다.
이를 구현하기 위하여 주노즐과 보조노즐에서 분사되는 에어제트를 적절히 제어하여, 기판의 물의 제거성능 또는 건조성능에 영향을 주는 기판에 수평으로 작용하는 힘(Fx)인 전단력을 주노즐과 보조노즐 전체의 슬릿간격(h)에 걸쳐 넓고 평탄화시키도록 에어제트를 분사하여 물 제거 성능을 향상시킨다.
또한 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력의 피크값을 낮추어 기판의 변형을 최소화하고, 압력변화값 즉 압력강하값을 작게하여 동절기 결빙을 방지한다.
본 발명의 에어 나이프는 상기 목적과 효과를 구현하기 위한 유량조절부가 있다. 유량조절부는 하우징내에 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인을 설치하고, 좌측 가이드베인 및 우측 가이드베인 사이의 간격을 조절하는 간격조절구를 포함한다.
이하에서 본 발명의 유량조절부를 중심으로 도면을 참고하여 설명한다.
도 5는 본 발명 에어나이프 노즐의 외관도, 도 6은 도 5의 A-A선 단면도, 도 7은 간격조절구의 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명 에어나이프(200)는 힌지축(210), 하우징(230), 좌측 가이드베인(240a), 우측 가이드베인(240b), 간격조절구(300)를 포함하고 있다.
상기 하우징(230)은, 내부에 중공부가 형성된 장방형 함체의 형상을 하고 있으며, 하면의 중앙에는 주노즐(231)이 구비되어 있고, 주노즐(231)의 양측면에는 보조노즐(232)이 형성되어 있다.
상기 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b)은, 하우징(230)의 내부에 구비되며, 일정한 길이를 가지는 판재의 형상을 가지고 있고, 분사공(231, 232)을 형성하는 벽체(233)의 상면에 힌지축(210)에 의하여 회전이 가능하도록 결합되어 있으며, 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b)의 마주보는 외면에는 만곡면(241)이 형성되어 있어, 분사되는 공기를 가이드하는 기능을 가진다..
또한 좌측 가이드베인(240a)과 마주보는 하우징(230)의 내면에는 좌측 보조노즐 분사공으로 에어제트를 안내하도록 만곡된 형상을 갖고, 우측 가이드베인(240b)과 마주보는 하우징(230)의 내면에는 우측 보조노즐 분사공으로 에어제트를 안내하도록 만곡된 형상을 갖고 있어, 전체적으로 토출측 방향으로 축소되는 형상을 가져 압력손실을 최소화한다.
상기 유량조절부의 구성중 하나인 도 7의 간격조절구(300)의 구체적 구성에 관하여 설명한다.
간격조절구(300)의 일측에 오른나사부(310)와 타측에 왼나사부(320), 오른나사부(310)와 왼나사부(320) 사이의 중앙에 연결부(330), 양측단부에 우측고정부(340a), 죄측고정부(340b)를 포함하고 있다.
상기 간격조절구(300)는, 기판의 폭방향(W)으로 복수 개 이상 설치되고 우측고정부(340a)와 좌측고정부(340b)는 하우징과 결합되어 위치되되, 좌측 가이드베인과 우측 가이드베인의 간격을 조절하기 위해 회전시 하우징과 결합된 상태에서 자전된다.
상기 간격조절구(300)에는 동일축상에 오른나사부(310)과 왼나사부(320)가 형성되어 있어, 오른나사부(310)가 진행방향으로 회전하고 왼나사부(320)는 후행방향으로 회전하여 오른나사부(310)와 왼나사부(320)에 각각 결합된 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b)의 간격이 조절될 수 있다.
상기 오른나사부(310)와 우측 가이드베인(240b)이 나사결합되어 있고, 왼나사부(320)와 좌측 가이드베인(240a)이 나사결합되어 있고, 양측단부에 우측고정부(340a), 죄측고정부(340b)는 각각 하우징(230)과 결합되어 있다.
작업자가 우측고정부(340a)의 외측에 육각홈이 있어, 육각렌치에 의해 회전시키면 왼나사부(320)와 오른나사부(310)의 회전에 의해 좌측 가이드베인(240a)과 우측 가이드베인(240b)이 서로 가까워지거나 멀어지도록 이동되면서 간격을 조절할 수 있다.
따라서 작업자가 우측고정부(340a)를 노브(220)를 정,역 방향으로 회전시키는 것에 의하여 좌측 가이드베인(240a)과 우측 가이드베인(240b) 사이의 간격을 조절할 수 있는 것이다.
이와 같이 유량 조절부를 조절하여 주노즐과 보조노즐에서 분사되는 에어제트를 적절히 제어하여, 기판의 물의 제거성능 또는 건조성능에 영향을 주는 기판에 수평으로 작용하는 힘(Fx)인 전단력을 주노즐과 보조노즐 전체의 슬릿간격(h)에 걸쳐 넓고 평탄화시키도록 에어제트를 분사하여 물 제거 성능을 향상시키는 반면, 기판에 수직으로 작용하는 에어제트의 힘(Fy)인 압력의 피크값을 낮추어 기판의 변형을 최소화한다.
200:에어나이프 210:힌지축
230:하우징 231:주노즐
232:보조노즐 233:벽체
240a:좌측 가이드베인 240b:우측 가이드베인
241:만곡면
300:간격조절구 310:오른나사부
320:왼나사부 330:연결부
340a:우측고정부 340b:좌측고정부
H:힌지

Claims (7)

  1. 하면의 중앙에는 주노즐(231)이 구비되고, 주노즐(231)의 양측면에는 보조노즐(232)이 형성된 하우징(230),
    판재의 형상으로 하우징(230)의 내부에 구비되고, 마주보는 외면에는 만곡면(241)이 형성되어 분사되는 공기를 가이드하는 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b),
    간격조절구(300)와 연동하여, 마주보는 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b) 사이의 간격을 조절하고,
    간격조절구(300)는,
    원기둥 형상이며, 오른나사부(310)와 왼나사부(320) 사이의 중앙에 연결부(330), 양측단부에 우측고정부(340a), 죄측고정부(340b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 나이프.
  2. 하면의 중앙에는 주노즐(231)이 구비되고, 주노즐(231)의 양측면에는 보조노즐(232)이 형성된 하우징(230),
    판재의 형상으로 하우징(230)의 내부에 구비되고, 마주보는 외면에는 만곡면(241)이 형성되어 분사되는 공기를 가이드하는 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b),
    간격조절구(300)와 연동하여, 마주보는 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b) 사이의 간격을 조절하고,
    우측고정부(340a)와 좌측고정부(340b)는 하우징(230)과 결합되어 위치되되, 좌측 가이드베인(240a)과 우측 가이드베인(240b)의 간격을 조절하기 위해 회전시 하우징(230)과 결합된 상태에서 자전되는 것을 특징으로 하는 에어 나이프.
  3. 하면의 중앙에는 주노즐(231)이 구비되고, 주노즐(231)의 양측면에는 보조노즐(232)이 형성된 하우징(230),
    판재의 형상으로 하우징(230)의 내부에 구비되고, 마주보는 외면에는 만곡면(241)이 형성되어 분사되는 공기를 가이드하는 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b),
    간격조절구(300)와 연동하여, 마주보는 좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b) 사이의 간격을 조절하고,
    상기 주노즐(231)과, 주노즐(231)의 양측면의 보조노즐(232)에서 분사되어 기판에 수평으로 작용하는 에어제트의 힘(Fx)인 전단력은 노즐 슬릿의 간격(h)에서 평탄화 형태인 것을 특징으로 하는 에어 나이프.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b)은 토출측 방향으로 축소되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 에어 나이프.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    좌측 가이드베인(240a) 및 우측 가이드베인(240b)은 벽체(233)의 상면에 힌지축(210)에 의하여 회전이 가능하도록 결합되며, 마주보는 외면에는 만곡면(241)이 형성되어 분사되는 공기를 가이드하는 것을 특징으로 하는 에어 나이프.
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