KR101147167B1 - 개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치 - Google Patents

개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 개선된 약액 펌핑 장치는 내부 공간이 형성되며, 하우징 베이스 부재를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부 일측에 제공되며, 약액을 수용하는 약액 탱크에 연결되는 약액 공급 유입구; 상기 하우징의 상부에 제공되며, 약액을 토출하여 도포하는 노즐 장치에 연결되는 약액 토출구; 상기 하우징의 내부에 제공되며, 상기 내부 공간 사이에서 이동가능한 피스톤; 및 상기 피스톤과 일체로 연결되는 상부 벨로우즈부, 및 상기 상부 벨로우즈부와 일체로 연결되는 하부 벨로우즈부로 구성되는 벨로우즈를 포함하고, 상기 벨로우즈 내에는 간접액이 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치{An Improved Pumping Device and Method of Chemical Liquids and A Feeding Device of Chemical Liquids Having the Same}
본 발명은 개선된 개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 약액 펌핑 장치에 사용되는 벨로우즈로 상부 벨로우즈부 및 하부 벨로우즈부로 구성된 2단 벨로우즈와 2단 벨로우즈 내부에 간접액을 사용함으로써, 글래스와 같은 기재(基材) 상에 약액의 정량 토출이 가능하고, 기포 발생이 최소화되며, 리플 발생 가능성이 제거되어 최종 제품의 품질이 향상되고, 대면적화 및 고정세화 기판의 제조 시 정밀한 약액 도포량의 제어가 가능한 개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼, 자기 디스크, 다층 배선기판, PDP, LCD 또는 OLED를 제조하기 위해서는 글래스와 같은 기재 상에 포토 레지스트액, 스피니언 글라스액(Spinion glass solution), 폴리이미드 수지액(Polyimide solution), 순수(pure water), 현상액, 에칭액, 유기 용제, 및 도액(coating liquids) 등과 같은 화학 약액(이하 "약액"이라 함)을 공급하여야 한다. 이러한 약액을 공급하기 위해서는 탄성변형이 가능한 튜브와 아코디언 형상의 벨로우즈를 구비한 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치가 사용된다.
상술한 종래 기술의 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치는 2001년 12월 12일자로 "약액공급 장치"라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원번호 제 10-2001-0078429호 출원되어, 2003년 6월 25일자로 공개된 대한민국 공개특허 제 2003-0048515호(이하 “공개특허 제515호”라 함)에 구체적으로 예시되어 있다.
도 1은 상술한 공개특허 제515호에 개시된 종래 기술의 약액 공급 장치의 일부 정단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 약액 공급 장치(100)는 펌프부(11)와 펌프 구동부(12)를 구비한다. 펌프부(11)는 탄성부재에 의해 형성되어 직경 방향으로 탄성팽창 수축이 가능한 가요성 튜브(13), 및 가요성 튜브(13) 외측에 배치되며, 탄성부재에 의해 형성되고, 축방향으로 탄성변형이 가능한 벨로우즈(14)를 구비하고 있다. 가요성 튜브(13)의 양쪽 단부에는 어댑터부(15,16)가 부착되고, 일측 어댑터부(15)에는 공급 유로(17)가 접속되고, 이 공급 유로(17)는 약액을 수용하는 약액 탱크(18)에 접속되어 있다. 타측 어댑터부(16)에는 토출 유로(19)가 접속되고, 이 토출 유로(19)는 약액을 토출 및 도포하는 노즐 장치(20)에 접속되어 있다. 공급 유로(17)에는 공급 유로(17)를 개폐하기 위한 공급측 개폐밸브(21)가 설치되며, 토출 유로(19)에는 토출 유로(19)를 개폐하기 위한 토출측 개폐밸브(22)가 설치되어 있다. 각각의 개폐밸브(21, 22)로서 전기신호에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브, 공기압에 의해 작동하는 에어 동작 밸브(air operate valve) 또는 체크 밸브(check valves)가 사용될 수 있다.
한편, 벨로우즈(14)는 축방향 중앙부의 작동 디스크부(23), 작동 디스크부(23)에 일체로 형성되며 제 1 유효직경(d)을 갖는 소형 벨로우즈부(24), 상기 작동 디스크부(23)를 통하여 상기 소형 벨로우즈부(24)와 일체로 형성되고, 소형 벨로우즈부(24)의 유효직경(d) 보다도 큰 내경의 제 2 유효직경(D)을 갖는 대형 벨로우즈부(25)를 구비한다. 즉, 대형 벨로우즈부(25)는 소형 벨로우즈부(24) 보다 큰 단면적을 갖는다. 여기서, 제 1 및 제 2 유효직경(d,D)은 소형 벨로우즈부(24)와 대형 벨로우즈부(25)의 팽창 및 수축 시에 각각의 벨로우즈(24, 25)의 평균 내경을 의미한다. 가요성 튜브(13)와 벨로우즈(14) 사이의 공간이 펌프실(42)을 구성하며, 이 펌프실(42) 내에는 액체 등의 비압축성매체인 간접액(43)이 충전되어 있다. 따라서, 벨로우즈(14)를 중앙 부분의 작동 디스크부(23)에서 축방향으로 탄성 변형하면, 벨로우즈(14)의 전체 길이는 변하지 않으며, 소형 벨로우즈부(24)와 대형 벨로우즈부(25)의 내측 체적이 변화하게 된다. 이러한 방식으로 간접액(43)을 통해 가요성 튜브(13)가 직경방향으로 팽창 또는 수축함으로써 가요성 튜브(13)는 펌프 동작을 하게 된다.
그러나, 상술한 종래 기술의 약액 공급 장치(100)는 1) 압력 변화에 따른 가요성 튜브(13)의 체적 변화량을 정밀하게 제어하는 것이 어려워 약액의 정밀한 정량 도포가 어렵다; 2) 수지 재질의 벨로우즈(14)는 좌우 평탄도를 매우 정밀하게 조정하기 위해 장시간의 설치 시간이 요구된다; 3) 구조가 복잡하다; 4) 약액의 공급시 약액의 가요성 튜브(13) 내에서의 이동 속도가 일정하지 않아 바람직하지 않은 리플(ripples) 및 그에 따른 기포가 발생할 가능성이 높다; 5) 약액 공급 장치(100)의 유지 보수가 복잡하고, 시간이 많이 걸린다; 및 6) 수명으로 짧다는 등의 문제점을 갖는다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 방안의 하나가 본 출원인의 의해 2009년 8월 4일자에 "개선된 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치"라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제 10-2009-0071724호로 출원되어, 2010년 3월 12일자로 대한민국 특허 제 0948629호(이하 "629 특허"라 합니다)에 상세히 개시되어 있다.
좀 더 구체적으로, 도 2는 629 특허에 개시된 종래 기술에 따른 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치의 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 약액 공급 장치(200)는 약액 펌핑 장치(211), 및 상기 약액 펌핑 장치(211)에 연결되며, 상기 약액 펌핑 장치(211)를 구동하는 구동부재(212)를 포함한다.
상술한 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 약액 펌핑 장치(211) 및 이를 포함한 약액 공급 장치(200)에서는, 벨로우즈(214)의 상부에 피스톤(217b)이 일체로 형성되고, 구동 모터(228)에 의해 피스톤 로드(217a)를 통해 피스톤(217b)과 벨로우즈(214)가 왕복 이동하면, 벨로우즈(214)는 축방향을 따라 신장 및 수축되지만 약액과는 직접 접촉되지 않는 비접촉 방식으로 약액의 펌핑 동작이 이루어진다. 이 경우, 벨로우즈(214)는 예를 들어 테플론 계열 수지와 같은 수지 재질로 형성된다.
상술한 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 약액 펌핑 장치(211) 및 이를 포함한 약액 공급 장치(200)는 도 1에 도시된 종래 기술의 약액 펌핑 장치(111) 및 이를 구비한 약액 공급 장치(100)의 문제점을 해결할 수 있지만, 다음과 같은 문제점이 발생한다.
1. 벨로우즈(214)가 테플론 계열 수지와 같은 수지 재질로 형성되므로, 벨로우즈(214)가 왕복 운동을 위한 전진 및 후진 동작시 튀는 현상이 발생한다. 이러한 벨로우즈(214)의 튐 현상이 발생하면 토출되는 약액의 토출량의 정확성을 잃게 된다. 그 결과, 약액의 정량 토출이 어렵거나 불가능해진다.
2. 벨로우즈(214)의 튐 현상이 발생하면 약액에 기포를 발생시킬 수 있다. 이러한 기포 발생은 벨로우즈(214)의 주름 내에 잔류하여 약액의 펌핑 압력에 영향을 미치게 되어 약액의 정밀 도포가 어려워진다.
3. 벨로우즈(214)의 튐 현상이 발생하면, 약액의 유입 및 토출시 리플(ripple)이 발생할 가능성이 높아진다. 이러한 리플은 예를 들어 최종 제조된 PDP, LCD, 또는 OLED의 표면 상에 얼룩(즉, 불균일한 약액 도포 두께)을 형성하여 불량 또는 고장의 원인이 된다.
4. 상술한 1 내지 3의 문제점은 예를 들어 대면적화 및 고정세화 기판의 제조에 요구되는 정밀한 약액 도포량의 제어를 어렵게 한다.
대한민국 공개특허 제 2003-0048515호 대한민국 특허 제 0948629호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 약액 펌핑 장치에 사용되는 벨로우즈로 상부 벨로우즈부 및 하부 벨로우즈부로 구성된 2단 벨로우즈와 2단 벨로우즈 내부에 간접액을 사용함으로써, 글래스와 같은 기재(基材) 상에 약액의 정량 토출이 가능하고, 기포 발생이 최소화되며, 리플 발생 가능성이 제거되어 최종 제품의 품질이 향상되고, 대면적화 및 고정세화 기판의 제조 시 정밀한 약액 도포량의 제어가 가능한 개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 약액 펌핑 장치는 내부 공간이 형성되며, 하우징 베이스 부재를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부 일측에 제공되며, 약액을 수용하는 약액 탱크에 연결되는 약액 공급 유입구; 상기 하우징의 상부에 제공되며, 약액을 토출하여 도포하는 노즐 장치에 연결되는 약액 토출구; 상기 하우징의 내부에 제공되며, 상기 내부 공간 사이에서 이동가능한 피스톤; 및 상기 피스톤과 일체로 연결되는 상부 벨로우즈부, 및 상기 상부 벨로우즈부와 일체로 연결되는 하부 벨로우즈부로 구성되는 벨로우즈를 포함하고, 상기 벨로우즈 내에는 간접액이 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 약액 공급 장치는 내부 공간이 형성되며, 하우징 베이스 부재를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부 일측에 제공되며, 약액을 수용하는 약액 탱크에 연결되는 약액 공급 유입구; 상기 하우징의 상부에 제공되며, 약액을 토출하여 도포하는 노즐 장치에 연결되는 약액 토출구; 상기 하우징의 내부에 제공되며, 상기 내부 공간 사이에서 이동가능한 피스톤; 및 상기 피스톤과 일체로 연결되는 상부 벨로우즈부, 및 상기 상부 벨로우즈부와 일체로 연결되는 하부 벨로우즈부로 구성되는 벨로우즈를 포함하는 약액 펌핑 장치; 및 상기 약액 펌핑 장치에 연결되며, 상기 약액 펌핑 장치를 구동하는 구동부재를 포함하되, 상기 벨로우즈 내에는 간접액이 충전되어 있고, 상기 구동부재가 상기 하부 벨로우즈부의 부피를 변화시켜 상기 간접액을 상기 상부 벨로우즈부 및 상기 하부 벨로우즈부 사이에서 이동시켜 상기 약액을 토출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 약액 펌핑 방법은 a) 상부 벨로우즈부와 일체로 연결된 피스톤이 하우징의 하사점에 위치된 상태에서 약액을 상기 하우징 내로 유입시키는 단계; b) 피스톤 로드에 연결된 하부 벨로우즈부를 압축하여 상기 상부 벨로우즈부와 상기 하부 벨로우즈부 내에 충전된 간접액을 상기 하부 벨로우즈부에서 상기 상부 벨로우즈부 내로 이동시켜 상기 피스톤을 상기 하우징의 상사점으로 이동시키는 단계; 및 c) 상기 하부 벨로우즈부를 팽창시켜 상기 간접액을 상기 상부 벨로우즈부에서 상기 하부 벨로우즈부 내로 이동시켜 상기 피스톤을 상기 하사점으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명에 따른 개선된 약액 펌핑 장치 및 방법, 및 이를 구비한 약액 공급 장치를 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.
1. 벨로우즈가 왕복 운동시 튀는 현상이 방지된다. 따라서, 약액의 정량 토출이 용이해진다.
2. 벨로우즈의 튐 현상이 방지되므로 약액에 기포가 발생할 가능성이 최소화된다. 따라서, 약액의 펌핑 압력이 일정하게 유지되어 추가로 약액의 정밀 도포가 용이해진다.
3. 벨로우즈의 튐 현상이 방지되므로, 약액의 유입 및 토출시 리플(ripple)이 발생할 가능성이 최소화된다. 따라서, 최종 제품의 불량 또는 고장 가능성이 최소화되어 품질이 현저하게 향상된다.
4. 상술한 1 내지 3의 효과로 인하여 대면적화 및 고정세화 기판의 제조에 요구되는 정밀한 약액 도포량의 제어가 용이해진다.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 약액 공급 장치의 일부 정단면도이다.
도 2는 또 다른 종래 기술에 따른 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치를 도시한 단면도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 하부 벨로우즈부의 압축 및 상부 벨로우즈부의 팽창 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3c는 본 발명에 따른 상부 벨로우즈부의 압축 및 하부 벨로우즈부의 팽창 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 2단 벨로우즈를 사용하는 경우의 유량 및 압력을 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 압력에 따른 유량의 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 약액 펌핑 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.
도 3a는 본 발명에 따른 개선된 약액 펌핑 장치 및 이를 구비한 약액 공급 장치를 도시한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 약액 공급 장치(300)는 약액 펌핑 장치(311), 및 상기 약액 펌핑 장치(311)에 연결되며, 상기 약액 펌핑 장치(311)를 구동하는 구동부재(312)를 포함한다. 이하에서는 약액 펌핑 장치(311) 및 약액 펌핑 장치(311)를 구동하는 구동부재(312)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.
다시 도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 약액 펌핑 장치(311)는 하우징(302/304)을 포함한다. 하우징(302/304)은 일체형 하우징으로 구현되거나 또는 제 1 하우징 부재(상부 하우징 부재)(302), 제 2 하우징 부재(하부 하우징 부재)(304), 및 상기 제 1 하우징 부재(302) 및 상기 제 2 하우징 부재(304)는 기밀 상태로 결합하는 클램프(306)로 구현되는 분리형 하우징으로 구현될 수 있다.
제 2 하우징 부재(304)의 하부 일측에는 약액이 공급되는 공급 유입구(310)가 제공되고, 공급 유입구(310)는 약액을 수용하는 약액 탱크(318)에 연결된다. 제 1 하우징 부재(302)의 상부에는 약액이 토출되는 토출구(319)가 제공되고, 토출구(319)는 약액을 토출하여 도포하는 노즐 장치(320)에 연결된다. 공급 유입구(310)와 약액 탱크(318) 사이에는 공급 유입구(310)를 개폐하기 위한 공급 개폐밸브(321)가 제공되며, 토출구(319)와 노즐 장치(320) 사이에는 토출구(319)를 개폐하기 위한 토출 개폐밸브(322)가 제공된다. 공급 개폐밸브(321) 및 토출 개폐밸브(322)는 선택 사양으로 반드시 사용되어야 하는 것은 아니다. 또한, 공급 개폐밸브(321) 및 토출 개폐밸브(322)는 각각 전기신호에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브, 공기압에 의해 작동하는 에어 동작 밸브(air operate valve) 또는 체크 밸브(check valves)가 사용될 수 있다.
또한, 제 1 하우징 부재(302)의 상부 일측에는 선택 사양으로 환기 부재(ventilation element)(330)가 제공될 수 있다. 환기 부재(330)는 약액 교체시 또는 약액 펌핑 장치(311)의 세정 시에 주입될 수 있는 기체(예를 들어 공기 등)와 같은 가스(gas)를 배출시키도록 설계된 것이다. 그러나, 환기 부재(330)는 제 1 하우징 부재(302)의 상부에 형성되는 대신 예를 들어 토출구(319)와 노즐 장치(320) 사이의 소정 위치에 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 약액 펌핑 장치(311)는 상기 하우징(302/304) 내에서 이동 가능한 피스톤(317b); 및 상기 피스톤(317b)과 일체로 연결되는 상부 벨로우즈부(314u), 및 상기 상부 벨로우즈부(314u)와 일체로 연결되는 하부 벨로우즈부(314d)로 구성되는 벨로우즈(314)를 포함하되, 상기 벨로우즈(314) 내에는 간접액(370)이 충전되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 약액 펌핑 장치(311)에 따른 벨로우즈(314)는 상부 벨로우즈부(314u)와 하부 벨로우즈부(314d)로 구성된 2단 벨로우즈가 사용된다. 또한, 상부 벨로우즈부(314u)와 하부 벨로우즈부(314d)는 벨로우즈 고정 부재(314a)에 의해 일체로 연결된다. 벨로우즈 고정 부재(314a)에는 복수의 체결 구멍(315)이 제공된다. 제 2 하우징 부재(304)의 하우징 베이스 부재(304a)와 벨로우즈 고정 부재(314a)는 복수의 체결 구멍(315)을 통해 복수의 제 1 체결 부재(예를 들어 보울트와 너트 등)(미도시)에 의해 후술하는 프레임(350)의 상부(350a)에 착탈 가능하게 고정된다. 이러한 방식으로 하우징 베이스 부재(304a)와 벨로우즈 고정 부재(314a)는 하우징(302/304)의 내부 공간(303)을 기밀 상태로 유지한다. 여기서, 피스톤(317b), 상부 벨로우즈부(314u), 하부 벨로우즈부(314d), 및 벨로우즈 고정 부재(314a)는 예를 들어 수지 재질로 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 수지 재질은 구체적으로 폴리에스테르 수지, 테플론 계열 수지, 및 테플론 계열 수지를 함유한 폴리에스테르 수지 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 구동부재(312)는 프레임(350), 상기 프레임(350) 내에서 이동 가능한 피스톤 로드(317a), 및 상기 프레임(350)에 착탈 가능하게 고정 장착되며, 상기 피스톤 로드(317a)를 구동시키는 구동 모터(328)로 구성된다. 피스톤 로드(317a)는 하부 벨로우즈부(314d)와 기밀 방식으로 고정 결합된다.
또한, 구동부재(312)는 프레임(350)의 일측에 제공되는 선형 이동 부재(360)를 추가로 포함할 수 있다. 선형 이동 부재(360)는 프레임(350)의 일측에 고정 장착되는 리니어 가이드 부재(352); 상기 리니어 가이드 부재(352) 상에 제공되는 선형 이송 부재(354); 및 상기 선형 이송 부재(354)와 상기 피스톤 로드(317a)를 고정 방식으로 연결하는 연결부재(356)로 이루어진다. 이러한 선형 이동 부재(360)는 구동 모터(328)에 의해 피스톤 로드(317a)와 결합된 하부 벨로우즈부(314d)를 왕복 이동시켜 후술하는 바와 같이 간접액(370)을 통해 피스톤(317b)을 하우징(302/304) 내에서 상하로 이동시킨다.
도 3b는 본 발명에 따른 하부 벨로우즈부의 압축 및 상부 벨로우즈부의 팽창 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3c는 본 발명에 따른 상부 벨로우즈부의 압축 및 하부 벨로우즈부의 팽창 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b를 도 3a와 함께 참조하면, 본 발명에 따른 약액 공급 장치(300)의 실시예에서는, 약액이 공급되는 공급 유입구(310)가 제 2 하우징 부재(304)의 하부 일측에 제공되므로 약액이 선입선출(FIFO: first-in and first-out)된다. 따라서, 약액이 하우징(302/304) 내에서 잔류될 가능성이 실질적으로 없으므로 잔류 약액의 침전 또는 응고 및 그에 따른 이물질 생성 등의 문제가 발생할 가능성이 현저하게 줄어든다는 장점이 달성된다.
다시 도 3b를 도 3a와 함께 참조하면, 피스톤(317b)과 벨로우즈(314)가 축방향으로 변위되어 약액의 펌핑 동작이 행해진다. 좀 더 구체적으로, 피스톤(317b)이 하우징(302/304)의 하사점에 위치된 상태에서 공급 개폐밸브(321)가 개방되어, 약액이 약액 탱크(318)로부터 공급 유입구(310)를 통해 제 2 하우징(304) 또는 하우징(302/304)의 내부 공간(303) 내로 유입된다. 그 후, 그 후, 공급 개폐밸브(221)가 폐쇄된다. 그 후, 구동 모터(328)에 의해 피스톤 로드(317a)가 선형 이송 부재(354)와 함께 우측 방향(상방향)으로 전진 이동하면, 토출 개폐밸브(322)가 개방되어 약액이 토출구(319)를 통해 노즐 장치(320)로 토출된다. 이 경우, 하부 벨로우즈부(314d)가 압축되면서 하부 벨로우즈부(314d) 내의 간접액(370)의 부피(Vd)는 -V만큼 감소되어 간접액(370)이 상부 벨로우즈부(314u) 내로 이동한다. 그에 따라, 상부 벨로우즈부(314u) 내의 간접액(370)의 부피(Vu)는 +V만큼 증가하여 상부 벨로우즈부(314u)에 일체로 연결된 피스톤(317b)이 제 1 하우징(302) 또는 하우징(302/304)의 상사점으로 이동한다. 피스톤(317b)이 상사점에 도달하면, 토출 개폐밸브(322)가 폐쇄되고, 구동 모터(328)에 의해 피스톤 로드(317)에 연결된 하부 벨로우즈부(314d)가 좌측 방향(하방향)으로 후진 이동하다. 이 경우, 하부 벨로우즈부(314d)가 팽창하면서 상부 벨로우즈부(314u) 내의 간접액(370)의 부피(Vu)는 -V만큼 감소되어 간접액(370)이 하부 벨로우즈부(314d) 내로 이동한다. 그에 따라, 상부 벨로우즈부(314u) 내의 간접액(370)의 부피(Vu)는 -V만큼 감소하여 상부 벨로우즈부(314u)에 일체로 연결된 피스톤(317b)이 제 2 하우징(304) 또는 하우징(302/304)의 하사점으로 이동한다. 이러한 방식으로, 약액의 공급 및 토출 동작(약액의 펌핑 동작)이 이루어진다.
도 4a는 본 발명의 2단 벨로우즈를 사용하는 경우의 유량 및 압력을 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 압력에 따른 유량의 변화를 나타낸 도면이다.
좀 더 구체적으로, 도 4a는 본 발명의 2단 벨로우즈를 사용하는 경우의 펌핑 압력의 변화 및 간접액의 유량의 변화를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 펌핑 압력 변화에 따른 간접액의 유량 변화를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에서는 벨로우즈(314)를 상부 벨로우즈부(314u) 및 하부 벨로우즈부(314d)의 2단 벨로우즈로 구성하고, 벨로우즈(314) 내부에 간접액(370)을 사용함으로써 시간 경과에 따라 펌핑 압력(P)의 변화 및 간접액의 유량(F)의 변화가 실질적으로 동일한 패턴을 갖는다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4b를 참조하면, 본 발명에서는 펌핑 압력(P)의 가속 구간(A), 등속 구간(B), 및 감속 구간(C)의 패턴이 동일하게 나타나고, 그에 따라 가속 구간(A), 등속 구간(B), 및 감속 구간(C)에서의 간접액의 유량(F)의 변화도 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 벨로우즈(314)는 하부 벨로우즈부(314d) 내의 간접액(370)의 감소량/증가량 및 상부 벨로우즈부(314u) 내의 간접액(370)의 증가량/감소량이 동일하므로 약액을 정량 토출하는 것이 가능하다.
또한, 하부 벨로우즈부(314d)와 상부 벨로우즈부(314u)는 내부의 간접액(370)을 통해 수축 또는 팽창하므로, 전진 또는 후진 동작시 벨로우즈(314)(구체적으로는, 상부 벨로우즈부(314u))가 튀는 형상이 방지된다.
도 5는 본 발명에 따른 약액 펌핑 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 5를 도 3a 내지 도 3c와 함께 참조하면, 본 발명에 따른 약액 펌핑 방법(500)은 a) 상부 벨로우즈부(314u)와 일체로 연결된 피스톤(317b)이 하우징(302/304)의 하사점에 위치된 상태에서 약액을 상기 하우징(302/304) 내로 유입시키는 단계(510); b) 피스톤 로드(317a)에 연결된 하부 벨로우즈부(314d)를 압축하여 상기 상부 벨로우즈부(314u)와 상기 하부 벨로우즈부(314d) 내에 충전된 간접액(370)을 상기 하부 벨로우즈부(314d)에서 상기 상부 벨로우즈부(314u) 내로 이동시켜 상기 피스톤(317b)을 상기 하우징(302/304)의 상사점으로 이동시키는 단계(520); 및 c) 상기 하부 벨로우즈부(314d)를 팽창시켜 상기 간접액(370)을 상기 상부 벨로우즈부(314u)에서 상기 하부 벨로우즈부(314d) 내로 이동시켜 상기 피스톤(317b)을 상기 하사점으로 이동시키는 단계(530)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 약액 펌핑 방법(500)은 d) 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계를 반복하는 단계(540)를 추가로 포함한다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
11: 펌프부 12: 펌프 구동부 13: 가요성 튜브
14,214,314: 벨로우즈 15,16: 어댑터부 17: 공급 유로
18,318: 약액 탱크 19: 토출 유로 20,320: 노즐 장치
21,22,321,322: 개폐밸브 23: 작동 디스크부 24: 소형 벨로우즈부
25: 대형 벨로우즈부 42: 펌프실 43,370: 간접액
100,200,300: 약액 공급 장치 211,311: 약액 펌핑 장치 212,312: 구동부재
217a,317a: 피스톤 로드 217b,317b: 피스톤 302,304: 하우징 부재
304a; 하우징 베이스 부재 306; 클램프 302/304: 하우징
310: 공급 유입구 314a; 벨로우즈 고정 부재 314d: 하부 벨로우즈부
314u: 상부 벨로우즈부 315; 체결 구멍 319: 토출구
328: 구동 모터 330: 환기 부재 350: 프레임
352: 리니어 가이드 부재 354: 선형 이송 부재 356: 연결부재
360: 선형 이동 부재

Claims (16)

  1. 약액 펌핑 장치에 있어서,
    내부 공간이 형성되며, 하우징 베이스 부재를 구비하는 하우징;
    상기 하우징의 하부 일측에 제공되며, 약액을 수용하는 약액 탱크에 연결되는 약액 공급 유입구;
    상기 하우징의 상부에 제공되며, 약액을 토출하여 도포하는 노즐 장치에 연결되는 약액 토출구;
    상기 하우징의 내부에 제공되며, 상기 내부 공간 사이에서 이동가능한 피스톤; 및
    상기 피스톤과 일체로 연결되는 상부 벨로우즈부, 및 상기 상부 벨로우즈부와 일체로 연결되는 하부 벨로우즈부로 구성되는 벨로우즈
    를 포함하고,
    상기 벨로우즈 내에는 간접액이 충전되어 있고,
    상기 벨로우즈의 펌핑 압력의 변화 및 상기 간접액의 유량의 변화가 동일한 패턴을 갖는
    약액 펌핑 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 약액 공급 유입구는 공급 개폐밸브를 구비하고,
    상기 약액 토출구는 토출 개폐밸브를 구비하는
    약액 펌핑 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 벨로우즈부와 상기 하부 벨로우즈부는 벨로우즈 고정 부재에 의해 일체로 연결되는 약액 펌핑 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 피스톤, 상부 벨로우즈부, 상기 하부 벨로우즈부, 및 상기 벨로우즈 고정 부재는 수지 재질로 형성되는 약액 펌핑 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 일체형 하우징으로 구현되거나 또는 제 1 하우징 부재, 제 2 하우징 부재, 및 상기 제 1 하우징 부재 및 상기 제 2 하우징 부재를 기밀 상태로 결합하는 클램프로 구성되는 분리형 하우징으로 구현되는 약액 펌핑 장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 약액 펌핑 장치는 상기 하우징의 상부 또는 상기 약액 토출구와 상기 노즐 장치 사이에 제공되며, 가스(gas)를 배출시키기 위한 환기 부재(ventilation element)를 추가로 포함하는 약액 펌핑 장치.
  7. 약액 공급 장치에 있어서,
    내부 공간이 형성되며, 하우징 베이스 부재를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 하부 일측에 제공되며, 약액을 수용하는 약액 탱크에 연결되는 약액 공급 유입구; 상기 하우징의 상부에 제공되며, 약액을 토출하여 도포하는 노즐 장치에 연결되는 약액 토출구; 상기 하우징의 내부에 제공되며, 상기 내부 공간 사이에서 이동가능한 피스톤; 및 상기 피스톤과 일체로 연결되는 상부 벨로우즈부, 및 상기 상부 벨로우즈부와 일체로 연결되는 하부 벨로우즈부로 구성되는 벨로우즈를 포함하는 약액 펌핑 장치; 및
    상기 약액 펌핑 장치에 연결되며, 상기 약액 펌핑 장치를 구동하는 구동부재
    를 포함하되,
    상기 벨로우즈 내에는 간접액이 충전되어 있고,
    상기 구동부재가 상기 하부 벨로우즈부의 부피를 변화시켜 상기 간접액을 상기 상부 벨로우즈부 및 상기 하부 벨로우즈부 사이에서 이동시켜 상기 약액을 토출하며,
    상기 벨로우즈의 펌핑 압력의 변화 및 상기 간접액의 유량의 변화가 동일한 패턴을 갖는
    약액 공급 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 약액 공급 유입구는 공급 개폐밸브를 구비하고,
    상기 약액 토출구는 토출 개폐밸브를 구비하는
    약액 공급 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 상부 벨로우즈부와 상기 하부 벨로우즈부는 벨로우즈 고정 부재에 의해 일체로 연결되는 약액 펌핑 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 구동부재는
    프레임;
    상기 프레임 내에서 이동 가능한 피스톤 로드; 및
    상기 프레임에 착탈 가능하게 고정 장착되며, 상기 피스톤 로드를 구동시키는 구동 모터
    로 구성되고,
    상기 하우징 베이스 부재와 상기 벨로우즈 고정 부재는 복수의 제 1 체결 부재에 의해 상기 프레임의 상부에 체결되며,
    상기 피스톤 로드는 상기 하부 벨로우즈부와 기밀 방식으로 고정 결합되는
    약액 공급 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 구동부재는 상기 프레임의 일측에 제공되는 선형 이동 부재를 추가로 포함하는 약액 공급 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 선형 이동 부재는
    상기 프레임의 일측에 고정 장착되는 리니어 가이드 부재;
    상기 리니어 가이드 부재 상에 제공되는 선형 이송 부재; 및
    상기 선형 이송 부재와 상기 피스톤 로드를 고정 방식으로 연결하는 연결부재
    로 이루어지는
    약액 공급 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 피스톤, 상기 상부 벨로우즈부, 상기 하부 벨로우즈부, 및 상기 벨로우즈 고정 부재는 수지 재질로 형성되는 약액 공급 장치.
  14. 제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 약액 공급 장치는 상기 하우징의 상부 또는 상기 약액 토출구와 상기 노즐 장치 사이에 제공되며, 가스(gas)를 배출시키기 위한 환기 부재(ventilation element)를 추가로 포함하는 약액 공급 장치.
  15. 약액 펌핑 방법에 있어서,
    a) 상부 벨로우즈부와 일체로 연결된 피스톤이 하우징의 하사점에 위치된 상태에서 약액을 상기 하우징 내로 유입시키는 단계;
    b) 피스톤 로드에 연결된 하부 벨로우즈부를 압축하여 상기 상부 벨로우즈부와 상기 하부 벨로우즈부 내에 충전된 간접액을 상기 하부 벨로우즈부에서 상기 상부 벨로우즈부 내로 이동시켜 상기 피스톤을 상기 하우징의 상사점으로 이동시키는 단계; 및
    c) 상기 하부 벨로우즈부를 팽창시켜 상기 간접액을 상기 상부 벨로우즈부에서 상기 하부 벨로우즈부 내로 이동시켜 상기 피스톤을 상기 하사점으로 이동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 상부 벨로우즈부 및 상기 하부 벨로우즈부가 일체로 연결되는 벨로우즈의 펌핑 압력의 변화 및 상기 간접액의 유량의 변화가 동일한 패턴을 갖는
    약액 펌핑 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 약액 펌핑 방법이 d) 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함하는 약액 펌핑 방법.
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