KR101190119B1 - 커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서 - Google Patents

커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 디스펜서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이몰프형 압전소자의 변위를 매개 액체의 가압면적 차이를 이용하여 확대함으로서, 디스펜싱 유량을 확대하고, 커팅 분사 방식을 적용하여 노즐부의 충격을 방지하게 되는 커팅 분사 방식의 변위 확대형 디스펜서에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 디스펜서는 압전소자를 이용해 정밀하고 신뢰성 있는 디스펜싱을 가능하게 함과 동시에 바이몰프 구동형 압전소자의 적용 및 다이어프램의 단면적 차를 이용한 변위 확대를 통해 디스펜싱 용량을 증대시켜 생산성이 증가되는 효과가 있다.
또한, 액적 분사를 위한 플런저와 노즐이 비충격식으로 구성되어 디스펜서의 내구성 증대 및 액적의 균일한 분사가 보장된다.

Description

커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서{Cutting jet type Dispenser using Pressurized Area Amplified Displacement}
본 발명은 압전소자를 이용한 디스펜서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이몰프형 압전소자의 변위를 매개 액체의 가압면적 차이를 이용하여 확대함으로서, 디스펜싱 유량을 확대하고, 커팅 분사 방식을 적용하여 노즐부의 충격을 방지하게 되는 커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서에 관한 것이다.
본 발명은 전자제품이나 통신기기 등에 광범위하게 사용되는 반도체 칩의 제조를 위한 디스펜서에 관한 것으로서, 압전소자를 이용하여 정밀하고 신뢰성 있는 디스펜싱 작업을 제공하되, 바이몰프(Bimorph) 형 압전소자의 변위를 매개 액체의 가압면적 차이를 이용하여 확대함으로서, 플런저의 변위를 확대시켜 디스펜싱의 유량도 확대시키는 변위확대 디스펜서에 관한 것이다.
디스펜싱의 적용사례는 국내 주요 수출 분야인 반도체와 통신 분야에서부터 컴퓨터, 자동차, 의료, 바이오분야에 이르기까지 폭넓게 적용되고 있다. 최근의 반도체 산업의 경우 기판과 칩을 일체화시키는 CoB나 국내 주력 수출 산업인 디스플레이 분야 등 접착제의 정량투입은 정확성을 요하는 분야다.
특히 PCB의 경우, 소형화 추세가 가속화되고 있어 반도체 칩이 보다 조밀해지며 정밀한 액적(droplet)토출이 필요하다. 또한 제품 생산업체의 경우, 디스펜서의 정확성과 함께 생산속도 면에서도 보다 빠른 속도를 제공하는 장비를 요구하고 있어 디스펜서 장비 업체들의 기술진보가 필요하다.
상기와 같은 요구조건을 만족시키기 위해 종래에도 압전소자를 이용한 디스펜서 (한국공개특허 : 10-2006-0092440호)가 공개된 바 있지만, 종래의 압전소자를 이용한 디스펜서는 전계 신호에 따라 변위를 발생하는 적층형 압전액추에이터가발생력은 크지만 그 변위의 폭이 수십㎛(micro meter)에 불과하므로, 다이어프램의 변위의 폭을 크게 가져갈 수 없어 유체의 디스펜싱 액적의 크기가 작아지는 문제점이 있었다.
또한 이러한 문제를 해결하기 위해 적층형 압전소자의 변위를 확대하기위한 수단으로 지렛대원리를 이용한다든지, 단면적의 차이를 이용해 변위를 증폭시키는 기존 실시 예(한국등록특허 : 10-0873195호, 한국등록특허 : 10-0704286호, 한국등록특허 : 10-0680601호)가 공지된 바 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 디스펜서(한국등록특허 : 10-0704286호)를 도시한 도면으로 적층형 압전소자(20)의 변위를 제1 피스톤(15)에 전달하고 제1 피스톤(15)과 다이어프램(27)의 면적 차를 이용하여 밸브니들(25)의 변위를 확대하여 디스펜싱하는 구성이 기재되어 있다.
상기와 같은 구성의 디스펜서는 적층형 압전소자의 작은 변위를 이용하기 때문에 변위를 확대해도 큰 변위를 기대하기 어려워 디스펜싱 유량이 작아지는 문제점이 있었다. 또한 밸브니들(25) 승강 시 밸브노즐(12)과의 충격이 발생하기 때문에 밸브니들(25) 및 노즐(12)의 마모로 인해 액적이 불균일하고 심할 경우 교체에 따른 비용과 시간이 낭비되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 적층형 압전소자를 바이몰프 구동형으로 구성하고, 바이몰프 구동형 압전소자의 변위를 증폭시키기 위해 액체를 작동유체로 하는 추가적인 변위 증폭실을 구비하고, 바이몰프 구동형 압전소자의 압력전달면적 보다 작은 가압면적을 갖는 추가적인 다이어프램을 구비하여, 디스펜싱을 위한 플런저의 변위를 증폭하게 되는 디스펜서를 제공함에 있다.
또한, 플런저의 끝단이 노즐에 충격되지 않도록 비충격식 노즐부를 구성하여 플런저 또는 노즐의 마모를 감소시키는 디스펜서를 제공함에 있다.
본 발명의 디스펜서는, 하우징(10); 상기 하우징(10) 내부에 형성되되, 실린지용기로부터 액체가 유입되는 흡입유로(21)와, 상기 흡입유로(21)로부터 액체를 공급받아 타단으로 토출하는 노즐(22)을 포함하는 분사부(20); 상기 하우징(10) 내부에 구비되는 바이몰프형 압전소자(30); 상기 바이몰프형 압전소자(30)에 전계신호를 인가하여 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위를 제어하는 제어부(40); 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 하측에 형성되며, 내부에 액체가 충전되는 증폭실(A1); 상기 증폭실(A1)에 설치되며, 상기 증폭실(A1)을 통해 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위를 하측에 전달하는 다이어프램(50); 및 일단이 상기 다이어프램(50)의 하면에 연결되어 상기 다이어프램(50)의 변위에 의해 상기 노즐(22)을 따라 승강 하는 플런저(60); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 바이몰프형 압전소자(30)는, 상기 하우징(10) 내부에 고정되며, 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하여 형성되는 금속판(31); 상기 금속판(31)의 상면에 설치되되, 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하여 변위하도록 적층되는 제1 압전소자(32); 상기 금속판(31)의 하면에 설치되되, 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하여 변위하도록 적층되는 제2 압전소자(33); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증폭실(A1)은, 일측 단면적(S1)이 타측 단면적(S2)보다 크게 형성되도록 하여 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위에 따라 상기 다이어프램(50)의 변위가 확대되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증폭실(A1)에는 비압축성 액체가 충전되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 흡입유로(21)의 타단은, 상기 플런저(60)의 상승 시 상기 플런저(60)의 끝단보다 하측에 위치하고, 상기 플런저(60)의 하강 시 상기 플런저(60)의 끝단보다 상측에 위치하도록 상기 노즐(22)의 측면에 연통되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플런저(60)는, 타단면 둘레에 블레이드(61)가 형성되도록 타단면이 내측으로 함몰 형성되며, 플런저(60) 하강 시 상기 블레이드(61)를 통해 상기 노즐(22)로 유입되는 액체를 커팅하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 디스펜서는 압전소자를 이용해 정밀하고 신뢰성 있는 디스펜싱을 가능하게 함과 동시에 바이몰프 구동형 압전소자의 적용 및 다이어프램의 단면적 차를 이용한 변위 확대를 통해 디스펜싱 용량을 증대시켜 생산성이 증가되는 효과가 있다.
또한, 액적 분사를 위한 플런저와 노즐이 비충격식으로 구성되어 디스펜서의 내구성 증대 및 액적의 균일한 분사가 보장된다.
도 1은 종래의 디스펜서 단면도
도 2는 종래의 디스펜서 부분단면도
도 3은 본 발명의 디스펜서 단면도
도 4는 본 발명의 바이몰프형 압전소자 평면개략도
도 5는 본 발명의 바이몰프형 압전소자 정면개략도
도 6은 본 발명의 플런저 부분사시도
도 7은 도 6의 단면도
도 8은 본 발명의 디스펜서 작동상태 단면도(액체 충전 시)
도 9는 본 발명의 디스펜서 작동상태 단면도(액적 토출 시)
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 디스펜서는 하우징(10), 분사부(20), 바이몰프형 압전소자(30), 제어부(40), 다이어프램(50), 플런저(60)를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 상기 하우징(10) 상의 분사부(20)로 실린지용기 내부에 충전되어 있는 액체를 공급하여, 하부의 노즐(22)을 통해 토출 공급하는 것에 있어서, 상기 하우징(10)내부에는 제어부(40)에 의해 변위하는 바이몰프형 압전소자(30)와 다이어프램(50), 상기 다이어프램(50)의 변위를 증폭시키는 증폭실(A1), 증폭실(A1)의 증폭된 변위에 의해 상승 또는 하강하는 플런저(60)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(10)은 내부가 중공되는 통상의 디스펜서의 몸체구성이 적용되는 바 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
상기 분사부(20)는 상기 하우징(10)의 하부에 액체가 유동되는 공간으로 형성되며, 상기 분사부(20)는 흡입유로(21)와 노즐(22)로 구성된다. 상기 흡입유로(21)의 일단은 실린지용기에 연결되며, 타단은 상기 노즐(22)에 연결된다. 따라서 상기 흡입유로(21)를 통해 상기 실린지용기에서 공급되는 액체를 노즐(22)로 전달하게 된다. 상기 흡입유로(21)의 타단은 상기 노즐(22)의 측면에 연통되도록 구성된다. 상기 노즐(22)은 상기 흡입유로(21)로부터 유입되는 액체를 타단으로 토출하기 위한 공간이며, 내부에 상기 플런저(60)가 삽입되어 플런저(60)의 승강에 의해 액적을 토출하게 된다. 이때, 상기 흡입유로(21)의 타단은 상기 플런저(60)의 상승 시 상기 플런저(60)의 끝단보다 하측에 위치하고, 상기 플런저(60)의 하강 시 상기 플런저(60)의 끝단보다 상측에 위치하도록 구성된다.
상기와 같은 구성을 통해 상기 플런저(60)와 노즐(22)은 충격 없이 상기 플런저(60)가 개방된 노즐(22)을 따라 상하 슬라이드 하는 승강만으로 상기 흡입유로(21)에서 유입되는 액체를 충전하고 토출하게 된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 바이몰프형 압전소자(30)는 금속판(31), 제1 압전소자(32) 및 제2 압전소자(33)로 구성된다. 상기 금속판(31)은 원형의 판상으로 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하도록 상기 하우징(10)에 설치된다. 상기 금속판(31)은 상기 제1 압전소자(32) 및 제2 압전소자(33)의 변위에 의해 중심이 승강될 수 있도록 유연성 있는 재질로 구성될 수 있다. 일예로 알루미늄이나 스테인리스 등의 금속 재질로 구성된다. 상기 제1 압전소자(32)는 상기 금속판(31)의 상면에 설치된다. 상기 제1 압전소자(32)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 통상의 세라믹 압전소자로 구성된다. 이때 상기 제1 압전소자(32)의 변위 방향은 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하도록 구성된다. 상기 제2 압전소자(33)는 상기 금속판(31)의 하면에 설치된다. 상기 제2 압전소자(33)는 도 5에 도시된 바와 같이 통상의 세라믹 압전소자로 구성된다. 이때 상기 제2 압전소자(33)의 변위 방향은 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하도록 구성된다.
상기 제1 압전소자(32)에는 제어부(40)의 전계신호를 전달하기 위한 신호라인이 연결되며, 상기 금속판(31)에 접지된다. 또한 상기 제1 압전소자(32)와 제2 압전소자(33)는 링크라인(35)을 통해 연결된다. 이때 상기 제1 압전소자(32)가 상기 제어부(40)의 전계신호에 의해 변위가 늘어날 때 상기 제2 압전소자(33)는 변위가 줄어들도록 구성되는 것이 바람직하다.
따라서 제어부(40)의 제어에 의해 상기 제1 압전소자(32)의 변위가 줄어들고, 제2 압전소자(33)의 변위가 늘어나면 상기 금속판(31)은 하방으로 휘어져 중심이 하강하며, 상기 제1 압전소자(32)의 변위가 늘어나고, 제2 압전소자(33)의 변위가 줄어들면 상기 금속판(31)은 상방으로 휘어져 중심이 상승하게 된다.
상기 바이몰프형 압전소자(30)의 타면은 증폭실(A1)에 노출되도록 구성된다. 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위에 의해 상기 증폭실(A1)의 압력을 떨어뜨리거나, 높이도록 구성된다. 즉 상기 바이몰프형 압전소자(30)가 하방으로 휘어지면 상기 증폭실(A1)의 압력을 증가시키고, 상방으로 휘어지면 상기 증폭실(A1)의 압력을 감소시킨다.
상기 증폭실(A1)의 하측에는 다이어프램(50)이 설치될 수 있다. 상기 다이어프램(50)은 상측 즉 증폭실(A1)에서 전달되는 압력에 의해 변위를 일으켜 상기 플런저(60)를 상승 또는 하강 시키도록 구성될 수 있다. 상기 다이어프램(50)은 하면에 상기 플런저(60)가 결합되고, 상면이 상기 증폭실(A1)에 노출되도록 형성될 수 있다. 상기 다이어프램(50)은 상기 증폭실(A1)의 압력이 높아질 때 플런저(60)를 하강시키고, 상기 증폭실(A1)의 압력이 낮아질 때 상기 플런저(60)를 상승시키는 역할을 수행한다. 상기 다이어프램(50)은 도면에는 도시되지 않았지만, 오링을 통해 실링 되어 압력의 유출을 방지하도록 상기 하우징(10)에 결합될 수 있다.
이때, 본 발명의 디스펜서는 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위를 확대시키기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다.
상기 증폭실(A1)에는 액체가 충전될 수 있다. 상기 액체는 비압축성 액체를 적용시키는 것이 바람직하다.
따라서 상기 바이몰프형 압전소자(30)가 하방으로 변위하여 상기 증폭실(A1)의 압력을 높이게 되면, 압력전달매체인 액체를 통해 상기 다이어프램(50)이 하방으로 변위하여 상기 플런저(60)를 하강시키게 된다.
상기 바이몰프형 압전소자(30)가 상방으로 변위하여 상기 증폭실(A1)의 압력을 낮추게 되면, 압력전달매체인 액체를 통해 상기 다이어프램(50)이 상방으로 변위하여 상기 플런저(60)를 상승시키게 된다.
이때, 바이몰프형 압전소자(30)의 변위를 증폭시켜 상기 다이어프램(50)으로 전달하기 위해 다음과 같은 특징적 구성을 갖게 된다. 상기 증폭실(A1)의 일축 단면적(S1)이 상기 증폭실(A1)의 타측 단면적(S2)보다 크게 형성될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의해 동일체적에서 단면적이 넓은 곳 즉 증폭실(A1) 일측의 미세 변위는 단면적이 좁은 곳 즉 증폭실(A1) 타측의 변위를 증폭시키게 되는 것이다.
상기 증폭실(A1)은 기체보다 밀도가 높은 액체를 압력전달 매체로 사용하여 압력전달 효과를 높일 수 있다.
도 6 및 도 7은 참조하면, 본 발명의 플런저(60)는 흡입유로(21)에서 유입되는 액체를 일정량으로 정확하게 커팅하기 위해 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는다.
상기 플런저(60)의 타단면에는 블레이드(61)가 형성된다. 상기 블레이드(61)는 상기 플런저(60)의 타단 둘레에 형성되며, 이를 위해 상기 플런저(60)의 타단면은 내측으로 함몰 형성된다. 이때 함몰 형성되는 형상은 반구상일 수 있다. 따라서 플런저(60) 하강 시 상기 블레이드(61)를 통해 상기 노즐(22)로 유입되는 액체가 정확하게 커팅된다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 8을 참조하여 액체의 충전 과정을 설명하면,
제어부(40)에 의해 제1 압전소자(32)가 늘어나고, 제2 압전소자(33)가 줄어들어 금속판(31)이 상방으로 휘어진다. 상기 금속판(31)의 변위에 의해 상기 증폭실(A1)의 압력이 낮아진다. 이때 증폭실(A1)의 일측과 타측의 단면적 차(S1>S2)에 따라 증폭실(A1)의 일측 변위에 의해 타측은 상방으로 증폭 변위하게 된다. 상기 증폭실(A1)의 타측에 연결된 다이어프램(50)도 상방으로 증폭 변위하게 되고, 상기 플런저(60)의 상승운동에 의해 노즐(22)에 액차가 충전된다.
도 9를 참조하여 액적의 토출 과정을 설명하면,
제어부(40)에 의해 제1 압전소자(32)가 줄어들고, 제2 압전소자(33)가 늘어나면, 금속판(31)이 하방으로 휘어진다. 상기 금속판(31)의 변위에 의해 상기 증폭실(A1)의 압력이 높아진다. 이때 증폭실(A1)의 일측과 타측의 단면적 차(S1>S2)에 따라 증폭실(A1)의 일측 변위에 의해 타측은 하방으로 증폭 변위하게 된다. 상기 증폭실(A1)의 타측에 연결된 다이어프램(50)도 하방으로 증폭 변위하게 되고, 상기 플런저(60)가 하강운동 하게 되면, 상기 플런저(60)의 블레이드(61)를 통해 흡입유로(21)의 액체가 정확하게 커팅되며, 노즐(22) 내부에 충전되었던 액적이 토출된다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10 : 하우징
20 : 분사부 21 : 흡입유로
22 : 노즐
30 : 바이몰프형 압전소자
40 : 제어부
50 : 다이어프램
60 : 플런저

Claims (6)

  1. 하우징(10);
    상기 하우징(10) 내부에 형성되되, 실린지용기로부터 액체가 유입되는 흡입유로(21)와, 상기 흡입유로(21)로부터 액체를 공급받아 타단으로 토출하는 노즐(22)을 포함하는 분사부(20);
    상기 하우징(10) 내부에 구비되는 바이몰프형 압전소자(30);
    상기 바이몰프형 압전소자(30)에 전계신호를 인가하여 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위를 제어하는 제어부(40);
    상기 바이몰프형 압전소자(30)의 하측에 형성되며, 내부에 액체가 충전되는 증폭실(A1);
    상기 증폭실(A1)에 설치되며, 상기 증폭실(A1)을 통해 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위를 하측에 전달하는 다이어프램(50); 및
    일단이 상기 다이어프램(50)의 하면에 연결되어 상기 다이어프램(50)의 변위에 의해 상기 노즐(22)을 따라 승강하는 플런저(60); 를 포함하며,
    상기 흡입유로(21)의 타단은, 상기 플런저(60)의 상승 시 상기 플런저(60)의 끝단보다 하측에 위치하고, 상기 플런저(60)의 하강 시 상기 플런저(60)의 끝단보다 상측에 위치하도록 상기 노즐(22)의 측면에 연통되고,
    상기 플런저(60)는, 타단면 둘레에 블레이드(61)가 형성되도록 타단면이 내측으로 함몰 형성되되, 중심으로 갈수록 함몰 깊이가 깊어지며, 플런저(60) 하강 시 상기 블레이드(61)를 통해 상기 노즐(22)로 유입되는 액체를 커팅하는 것을 특징으로 하는 커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이몰프형 압전소자(30)는,
    상기 하우징(10) 내부에 고정되며, 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하여 형성되는 금속판(31);
    상기 금속판(31)의 상면에 설치되되, 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하여 변위하도록 적층되는 제1 압전소자(32);
    상기 금속판(31)의 하면에 설치되되, 상기 플런저(60)의 승강 방향과 직교하여 변위하도록 적층되는 제2 압전소자(33);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 증폭실(A1)은,
    일측 단면적(S1)이 타측 단면적(S2)보다 크게 형성되도록 하여 상기 바이몰프형 압전소자(30)의 변위에 따라 상기 다이어프램(50)의 변위가 확대되는 것을 특징으로 하는 커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 증폭실(A1)에는 비압축성 액체가 충전되는 것을 특징으로 하는 커팅 분사 방식의 가압 면적 변위 확대형 디스펜서.
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