KR101290744B1 - 밸브 충격형 디스펜싱 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밸브 충격형 디스펜싱 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자제품 생산 공정 등에 사용되어 액상의 합성수지와 같은 용액을 정확한 용량으로 고속으로 디스펜싱할 수 있는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프에 관한 것이다.
본 발명은, 밸브 로드를 고속으로 하강시킬 수 있는 구조를 가지고 있어서 고점도의 용액도 고속으로 디스펜싱할 수 있는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는, 용액을 고속으로 정량을 디스펜싱할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는 강력한 밸브 하강 속도에 의해 강한 점성을 가지는 용액도 고속으로 디스펜싱할 수 있는 효과가 있다.

Description

밸브 충격형 디스펜싱 펌프{Valve Impact Type Dispensing Pump}
본 발명은 디스펜싱 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자제품 생산 공정 등에 사용되어 액상의 합성수지와 같은 용액을 정확한 용량으로 고속으로 디스펜싱할 수 있는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프에 관한 것이다.
반도체 칩을 사용하여 전자제품을 사용하는 공정 등 다양한 기술분야에 용액을 디스펜싱하는 펌프가 사용된다.
특히, 반도체 공정에 있어서는 언더필(Underfill) 공정에 디스펜싱 펌프가 많이 사용된다. 기판과 마주하는 면에 다수의 금속볼이 형성되고 그 금속볼에 의해 기판과 반도체 칩을 전기적으로 연결하는 플립 칩(flip chip) 등의 표면실장 기술에 있어서, 언더필 공정이 흔히 사용된다. 반도체 칩의 둘레에 액상의 합성수지인 레진(Resin)을 도포하면 모세관 현상에 의해 레진이 반도체 칩과 기판 사이의 공간으로 스며들어 금속볼들 사이의 공간을 채우게 된다. 반도체 칩과 기판 사이의 공간을 채우는 레진은 경화되면서 반도체 칩과 기판 사이의 결합력을 향상시킨다. 또한 경화된 레진은 완충작용을 하며 반도체칩에서 발생하는 열을 방출하는 기능도 수행한다.
이와 같은 디스펜싱 펌프에 있어서 용액을 고속으로 디스펜싱하는 역할이 중요하게 되었다. 한국 공개특허공보 제10-2005-0093935호와 한국 공개특허공보 제10-2010-0045678호에는 캠과 캠팔로우의 상호작용에 의해 밸브를 승강시킴으로써 레진을 디스펜싱하는 펌프의 구조가 개시되어 있다. 이와 같은 종래의 디스펜싱 펌프는 우수한 성능을 가지지만 캠부재의 캠돌기의 구조와 롤러의 구조로 인해 밸브 로드가 하강하는 속도에 한계가 있다. 이와 같은 문제점으로 인해 용액을 고속으로 디스펜싱하는 데 있어서 일부 어려움이 있고, 특히 점성이 강한 용액을 고속으로 디스펜싱하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 밸브 로드를 고속으로 하강시킬 수 있는 구조를 가지고 있어서 고점도의 용액도 고속으로 디스펜싱할 수 있는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는, 펌프 몸체; 외부로부터 용액을 공급 받는 유입경로와, 상기 유입경로를 통해 공급받은 용액이 저장되는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 용액이 배출되는 배출경로를 구비하며 상기 펌프 몸체에 설치되는 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 저장부에 저장된 용액을 가압하여 상기 배출경로를 통해 배출할 수 있도록 상기 밸브 몸체의 저장부에 삽입되는 밸브 로드; 상기 밸브 로드의 길이 방향으로 일정한 거리(갭 거리) 내에서 상대 이동이 허용되도록 상기 밸브 로드에 연결되어 상기 밸브 로드를 상기 밸브 몸체에 대해 진퇴시키는 작동 로드; 상기 작동 로드가 경유하는 관통 구멍과, 상기 관통 구멍을 중심으로 원주방향을 따라 높이가 증가하도록 형성된 경사면을 구비하는 캠돌기가 형성되며, 상기 관통 구멍을 중심으로 회전가능하도록 상기 펌프 몸체에 설치되는 캠부재; 상기 캠부재를 회전시키는 회전수단; 상기 캠부재가 회전할 때 상기 캠돌기의 경사면에 대해 구르는 롤러를 구비하고, 상기 작동 로드와 결합되어 상기 밸브 로드를 상기 밸브 몸체에 대해 진퇴시키는 캠팔로우; 및 상기 펌프 몸체와 캠팔로우의 사이에 설치되어 상기 캠팔로우가 상기 캠부재에 근접하는 방향으로 상기 캠팔로우에 대해 탄성력을 제공하는 탄성부재;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는, 용액을 고속으로 디스펜싱할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는 강력한 밸브 하강 속도에 의해 강한 점성을 가지는 용액도 고속으로 디스펜싱할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 주요 부분에 대한 분리사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 5 내지 도 11은 도 1에 도시된 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 일부분을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 밸브 충격형 디스펜싱 펌프를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 주요 부분에 대한 분리사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는 펌프 몸체(100)와 밸브 몸체(110)와 밸브 로드(210)와 작동 로드(220)와 캠부재(300)와 캠팔로우(400)를 포함하여 이루어진다.
펌프 몸체(100)는 전체 구성을 지지하는 하우징 역할을 한다. 펌프 몸체(100)는 이송장치에 설치되어 그 이송장치에 의해 움직이면서 용액을 디스펜싱하는 것이 가능하게 한다.
밸브 몸체(110)는 펌프 몸체(100)에 설치된다. 밸브 몸체(110)는 유입경로(111)와 저장부(112)와 배출경로(113)를 구비한다. 외부 시린지(미도시)에 저장된 용액은 유입경로(111)를 통해 저장부(112)로 유입된다. 저장부(112)에 저장된 용액은 그 저장부(112)에 대해 승강하는 밸브 로드(210)의 작동에 의해 배출경로(113)를 통해 배출된다. 배출경로(113)에는 노즐(120)이 연결되어 용액의 디스펜싱 특성을 조절한다.
밸브 로드(210)는 저장부(112)에 삽입되어 저장부(112)에 저장된 용액을 가압함으로써, 용액을 배출경로(113)를 통해 배출한다.
밸브 몸체(110) 및 밸브 로드(210)의 상측에는 캠부재(300)가 배치되어 펌프 몸체(100)에 설치된다. 캠부재(300)는 밸브 로드(210)의 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심축을 중심으로 회전가능하도록 펌프 몸체(100)에 설치된다. 캠부재(300)와 펌프 몸체(100)의 사이에는 베어링(130)이 설치되어, 캠부재(300)가 펌프 몸체(100)에 대해 회전 가능하게 한다.
캠부재(300)는 회전수단(900)에 의해 회전하게 된다. 회전수단(900)은 모터(910)와 구동풀리(920)와 타이밍 밸트와 종동풀리(940)를 구비한다. 모터(910)는 펌프 몸체(100)에 설치되고, 종동풀리(940)는 캠부재(300)에 설치된다. 타이밍 벨트(930)는 구동풀리(920)와 종동풀리(940)를 연결한다. 모터(910)가 구동풀리(920)를 회전시키면, 타이밍 벨트(930)에 의해 종동풀리(940)가 회전한다. 결과적으로 캠부재(300)가 회전하게 된다.
캠부재(300)는 관통 구멍(320)과 복수의 캠돌기(310)를 구비한다. 관통 구멍(320)은 원반 형태의 캠부재(300)의 중심을 상하로 관통하도록 형성된다. 캠돌기(310)는 캠부재(300)의 원주방향을 따라 8개가 동일 각도 간격(즉, 45도 간격으로) 배열된다. 캠돌기(310)는 캠부재(300)의 원주 방향을 따라 동일 회전방향으로 경사지도록 형성된다. 즉, 도 2에 도시된 것과 같이 캠돌기(310)는 시계방향을 따라 캠돌기(310)의 높이(h)가 점차적으로 증가하도록 경사지게 형성된 경사면(311)을 구비한다. 캠돌기(310)는 경사면(311)의 최상부에서 급격하게 아래쪽으로 경사가 꺾이도록 단면이 형성되는 것이 좋다. 본 실시예에서는 캠돌기(310)의 경사면(311)이 최상부에서 수직방향으로 꺾이도록 형성된다.
캠부재(300)의 관통 구멍(320)에는 작동 로드(220)가 배치되어 밸브 로드(210)와 연결된다. 작동 로드(220)는 캠팔로우(400)에 결합되어 승강운동을 함으로써, 밸브 로드(210)를 밸브 몸체(110)에 대해 진퇴시킨다.
캠팔로우(400)는 캠부재(300)의 캠돌기(310)가 형성된 면과 마주하도록 배치되어 캠돌기(310)와의 상호 작용에 의해 캠부재(300)에 대해 상승/하강하게 된다. 캠팔로우(400)는 캠돌기(310)의 경사면(311)에 대해 구르는 2개의 롤러(420)를 구비한다. 캠팔로우(400)의 2개의 롤러(420)는 180도 간격으로 배치된다.
캠팔로우(400)는 스플라인 축(440)을 통해 펌프 몸체(100)에 스플라인 결합되어 승강운동은 가능하고 상대회전은 방지되도록 설치된다. 캠팔로우(400)에는 스플라인 보스(430)가 형성되고 스플라인 축(440)을 통해 펌프 몸체(100)에 설치됨으로써, 캠부재(300)에 근접하는 방향으로 직선운동(본 실시예에서는 승강운동)은 가능하고 상대회전은 불가능하도록 캠팔로우(400)는 펌프 몸체(100)에 결합된다. 캠팔로우(400)와 펌프 몸체(100)의 사이에는 탄성부재(600)가 배치되어 캠팔로우(400)가 캠부재(300)에 근접하는 방향으로 움직이도록 탄성력을 제공한다. 본 실시예에서는 스프링(600) 형태의 탄성부재(600)가 사용된다. 캠팔로우(400)는 탄성부재(600)의 탄성력을 전달받아 캠부재(300)와 밀착상태를 유지하게 된다.
밸브 로드(210)와 작동 로드(220)는 갭부재(500)에 의해 서로 연결된다. 작동 로드(220)는 갭부재(500)와 나사결합되어 고정되고 밸브 로드(210)는 밸브 로드(210)의 길이 방향으로 일정한 거리 내에서 갭부재(500)에 대한 상대 이동이 허용되도록 갭부재(500)에 대해 연결된다. 갭부재(500)와 밸브 로드(210) 사이의 상대 이동 가능한 거리를 이하에서 ‘갭 거리’(g)라고 칭하기로 한다.
본 실시예에서 갭부재(500)는 도 2 내지 도 4에 도시한 형태의 구조를 가진다. 갭부재(500)의 상측에는 너트홈(501)이 형성되어 작동 로드(220)와 나사결합된다. 갭부재(500)에는 너트홈(501)을 경유하도록 형성되는 조임홈(502)이 형성된다. 조임홈(502)을 관통하도록 조임구멍(503)이 형성되고 조임볼트(504)가 조임구멍(503)의 반대쪽 부분에 나사결합되어 조임홈(502)을 좁히는 방향으로 힘을 가함으로써, 작동 로드(220)와 갭부재(500)의 나사결합이 풀리지 않도록 한다.
갭부재(500)의 하측에는 측방향으로 개방되도록 T자형의 걸림홈(505)이 형성된다. 밸브 로드(210)의 상단에는 걸림돌기(211)가 형성된다. 밸브 로드(210)의 걸림돌기(211)가 갭부재(500)의 걸림홈(505)에 측방향에서 슬라이딩하여 끼워짐으로써 갭부재(500)와 밸브 로드(210)가 연결된다. 이와 같은 구조에 의해 갭부재(500)와 밸브 로드(210)를 편리하게 결합하고 분리할 수 있다. 또한, 밸브 로드(210)는 작동 로드(220)의 및 갭부재(500)에 의해 상하로만 움직이게 되므로, 밸브 로드(210)의 작동중에는 밸브 로드(210)가 갭부재(500)로부터 분리되지 않는다. 밸브 로드(210)를 교체하기 위해서 작동 로드(220)를 상승시키거나 밸브 몸체(110)를 펌프 몸체(100)로부터 분리하는 경우에만 밸브 로드(210)를 갭부재(500)에 대해 걸림홈(505)과 나란한 방향으로 움직임으로써 밸브 로드(210)를 갭부재(500)로부터 쉽게 분리할 수 있다.
갭부재(500)의 걸림홈(505)과 밸브 로드(210)의 걸림돌기(211) 사이에는 상술한 바와 같이 갭 거리(g)만큼의 여유 공간이 있기 때문에, 작동 로드(220)의 움직임과 밸브 로드(210)의 움직임에는 시간차가 발생한다. 즉, 갭부재(500)와 밸브 로드(210)의 끝부분이 서로 접촉한 상태에서 작동 로드(220)가 상승할 때에는 밸브 로드(210)는 정지된 상태에서 작동 로드(220)만 갭 거리(g)만큼 상승하다가 걸림홈(505)이 걸림돌기(211)에 걸리면 작동 로드(220)와 밸브 로드(210)가 함께 상승하게 된다. 이와 같은 상태에서 반대로 작동 로드(220)가 하강하면 밸브 로드(210)는 정지된 상태에서 작동 로드(220)만 갭 거리(g)만큼 하강하다가 걸림홈(505)이 걸림돌기(211)에 걸리면 작동 로드(220)와 밸브 로드(210)가 함께 하강하게 된다. 이와 같은 걸림돌기(211) 및 걸림홈(505)의 구조에 의해 갭부재(500)는 밸브 로드(210)에 갭 거리(g)를 허용한 채로 서로 간섭되도록 연결되는 것이다.
이하 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 밸브 충격형 디스펜싱 펌프의 작동에 대해 설명한다.
도 4을 참조하면, 외부 시린지에 저장된 용액은 일정한 압력으로 유입경로(111)를 통해 밸브 몸체(110)의 저장부(112)로 유입된다.
이와 같은 상태에서 모터(910)를 작동시키면 구동풀리(920)과 회전하게 되고 타이밍 벨트(930)에 의해 구동풀리(920)와 연결된 종동풀리(940)도 함께 회전하게 된다. 종동풀리(940)와 결합된 캠부재(300)도 종동풀리(940)와 함께 회전한다.
캠부재(300)가 회전하면 캠돌기(310)의 경사면(311)을 따라 캠팔로우(400)의 롤러(420)가 구르면서 캠팔로우(400)가 상승한다. 캠팔로우(400)는 펌프 몸체(100)에 대해 스플라인 결합되어 있으므로, 캠팔로우(400)는 회전하지 않고 롤러(420)가 캠돌기(310)의 경사면(311)을 따라 구르면서 캠팔로우(400)가 상승하게 된다. 캠팔로우(400)가 상승할 때 탄성부재(600)는 캠팔로우(400)에 대해 아래쪽으로 탄성력을 가하면서 압축된다. 탄성부재(600)의 탄성력에 의해 캠팔로우(400)의 롤러(420)는 캠부재(300)의 상면에 대해 접촉하는 상태를 유지한다. 캠팔로우(400)에 결합된 작동 로드(220)도 갭부재(500)와 함께 상승한다. 밸브 로드(210)는 정지한 상태에서 작동 로드(220) 및 갭부재(500)가 갭 거리(g)만큼 상승한 후, 걸림돌기(211)가 걸림돌기(211)에 걸리면서 밸브 로드(210)는 작동 로드(220)와 함께 상승하여 도 3 및 도 4에 도시한 것과 같은 상태가 된다. 밸브 로드(210)가 상승하면서 저장부(112)에 마련된 공간은 용액이 유입되어 채우게 된다.
롤러(420)가 캠돌기(310)의 경사면(311)을 따라 굴러서 경사면(311)의 최상단을 지나면 롤러(420)는 탄성부재(600)의 탄성력에 의해 아래쪽으로 굴러 떨어지게 된다. 캠팔로우(400), 작동 로드(220) 및 밸브 로드(210)도 롤러(420)와 함께 하강한다. 밸브 로드(210)는 정지된 상태에서 작동 로드(220)와 갭부재(500)는 갭 거리(g)만큼 하강하다가 걸림홈(505)이 걸림돌기(211)에 걸리는 순간부터 작동 로드(220)와 밸브 로드(210)가 함께 하강하게 된다. 밸브 로드(210)는 하강하면서 저장부(112)의 내부에 채워진 용액을 가압하여 배출경로(113)를 통해 배출시킨다.
캠부재(300)가 연속적으로 회전하면서 롤러(420)가 캠돌기(310)를 따라 상승과 하강을 반복하면, 밸브 로드(210)가 앞에서 설명한 것과 과정을 거치면서 연속적으로 상승 및 하강하게 되어 용액을 배출경로(113)를 통해 배출하게 된다.
이와 같은 용액 펌핑 메카니즘에 있어서, 밸브 로드(210)의 하강속도는 용액의 배출량 및 배출속도에 중요한 영향을 미친다. 정확한 배출량 조절을 위해서 배출경로(113)의 내경은 비교적 작은 것이 일반적이다. 밸브 로드(210)의 하강 속도가 빠를수록 이와 같이 작은 내경의 배출경로(113)를 통해서 고점도의 용액을 빠르게 디스펜싱할 수 있다. 특히 용액의 점성이 높은 경우에는 밸브 로드(210)의 하강 속도가 충분히 높지 않으면 점성에 의한 저항력과 배출경로(113)의 저항으로 인해 용액을 배출할 수 없게 된다. 그런데 본 발명과 같이 갭부재(500)를 사용함으로써, 고점도의 용액도 디스펜싱할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프를 사용하면 디스펜싱할 수 있는 용액의 범위가 대폭 확대되는 장점이 있다.
앞에서 설명한 바와 같은 갭부재(500)와 밸브 로드(210)가 갭 거리(g)만큼 상대 이동한 후에 연동하여 움직이는 구조를 이용하여 밸브 로드(210)의 하강속도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.
먼저, 캠부재(300)의 회전 속도와 작동 로드(220)의 하강속도의 관계를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5에 도시된 것과 같이 롤러(420)가 캠돌기(310)의 최상단에 위치한 상태에서부터 작동 로드(220)의 하강이 시작된다. 캠부재(300)의 회전에 의해 캠돌기(310)가 좌측으로 이동하면 롤러(420)가 캠돌기(310)의 최상단에 대해 구르면서 작동 로드(220)가 하강하게 된다. 도 6에 도시한 것과 같이 롤러(420)가 캠부재(300) 상면의 최저면에 접촉할 때까지 작동 로드(220)는 하강하게 된다.
롤러(420)의 반지름을 r, 롤러(420)의 회전각도를 α, 롤러(420)에 대한 캠부재(300)의 실질적인 회전반경을 R, 캠부재(300)의 회전각도를 θ라고 하면, 캠부재(300)의 원주를 따라 롤러(420)가 이동한 수평거리 xh 는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.
Figure 112012041515441-pat00001
롤러(420)가 캠돌기(310)의 최상단에서 수직으로 하강하는 거리 xv는 다음 식으로 표현된다.
Figure 112012041515441-pat00002
롤러(420)의 수평이동 속도를 계산하기 위해 수학식 1의 롤러(420)의 수평 이동 거리 xh 를 시간에 대해 미분하면 다음과 같다.
Figure 112012041515441-pat00003
수학식 3을 정리하면 다음과 같다.
Figure 112012041515441-pat00004
롤러(420)가 캠돌기(310)의 최상단에서 수직으로 하강하는 속도를 계산하기 위하여 수학식 2를 시간에 따라 미분하고 수학식 4를 대입하면 다음과 같다.
Figure 112012041515441-pat00005
위 식에 의하면 롤러(420) 및 작동 로드(220)의 하강속도는 tanα 값에 비례하게 된다. 모터에 의해 캠부재(300)의 회전속도(
Figure 112012041515441-pat00006
)를 일정하게 유지하면 작동 로드(220)의 하강속도는 실질적으로 tanα 값에 의해 결정된다. 롤러(420)의 회전각도에 해당하는 α값이 0일 때 tanα값은 0의 값으로 시작하여 α값이 증가함에 따라 비약적으로 상승하게 된다. 결과적으로 롤러(420)가 캠돌기(310)의 근처에서 움직일 때보다 롤러(420)가 캠부재(300) 상면의 가장 낮은면에 근접할 때에 작동 로드(220)는 훨씬 빠른 속력으로 하강하게 된다. 본 발명은 이와 같은 작동 로드(220)의 하강속도 변화를 이용하여 밸브 로드(210)의 하강속력을 비약적으로 향상시킨 점에 특징이 있다. 그 구체적인 작동 과정을 설명하면 다음 같다.
먼저, 도 7에 도시한 것과 같이 작동 로드(220) 및 밸브 로드(210)가 모두 하강하고 롤러(420)는 캠부재(300) 상면중 가장 낮은 면에 접촉하고 있는 상태를 기준으로 설명한다. 도 7의 (b)와 같이 밸브 로드(210)의 상면과 갭부재(500)의 하면은 서로 접촉하고 있는 상태이다.
이와 같은 상태에서 캠부재(300)가 회전하면 도 8 (a)에 도시된 바와 같이 롤러(420)가 상승하게 된다. 롤러(420)에 연결된 작동 로드(220)도 함께 상승한다. 작동 로드(220)가 갭 거리(g)만큼 상승하는 동안 밸브 로드(210)는 도 8(b)에 도시한 것과 같이 정지상태이다.
작동 로드(220)가 갭 거리(g) 이상 상승하면 갭부재(500)의 걸림홈(505)과 밸브 로드(210)의 걸림돌기(211)가 서로 걸리면서, 도 9에 도시한 것과 같이 작동 로드(220)와 밸브 로드(210)가 함께 상승하게 된다.
롤러(420)가 캠돌기(310)의 최상단에서 도 10에 도시한 것과 같이 하강하기 시작하면, 작동 로드(220)가 처음 갭 거리(g)만큼 이동하는 동안에는 도 10(b)에 도시한 것과 같이 밸브 로드(210)는 정지한 상태에서 작동 로드(220)만 하강하게 된다. 이와 같이 작동 로드(220)가 갭 거리(g)의 범위 내에서 비교적 저속으로 움직이는 동안에는 작동 로드(220)만 하강하고 밸브 로드(210)는 하강하지 않는다.
롤러(420) 및 작동 로드(220)가 갭 거리(g)만큼 이동하여 어느 정도 속도가 상승하면 도 11에 도시한 것과 같이 갭부재(500)가 밸브 로드(210)에 대해 하측으로 충격을 가하면서 밸브 로드(210)를 하측으로 가압한다. 롤러(420), 작동 로드(220), 갭부재(500) 및 밸브 로드(210)가 갭 거리(g) 영역보다 빠른 속도로 하강하게 된다.
앞에서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 것과 같이, 롤러(420)의 하강속도는 초기보다 캠돌기(310)의 최상단에 대한 롤러(420)의 회전각도(α)가 증가할수록 tanα값에 비례하여 증가하게 된다. 즉, 롤러(420)가 캠돌기(310)의 최상단에서 하강할수록 롤러(420)의 하강속도는 급격하게 상승하게 된다. 본 발명의 밸브 충격형 디스펜싱 펌프는 갭부재(500)에 의해 갭 거리(g)의 영역에서는 롤러(420)와 작동 로드(220)만 하강하면서 작동 로드(220)의 하강속도를 증가시킨 상태에서, 갭부재(500)가 밸브 로드(210)에 충격을 가하면서 고속으로 밸브 로드(210)를 하강시키도록 구성된 것이다.
갭부재(500)가 없고 작동 로드와 밸브 로드가 서로 고정되어 있다면, 밸브 로드는 작동 로드와 함께 하강속도 0에서 시작하여 최종속력에 이르게 된다. 그러나 본 발명과 같이 갭부재(500)를 이용하면, 밸브 로드(210)는 정지된 상태에서 작동 로드(220)만 움직이면서 하강 속력이 증가된 후에 갭부재(500)가 밸브 로드(210)에 고속으로 출동하면서 밸브 로드(210)를 하강시키게 된다. 이와 같은 원리에 의해 고점도의 용액도 쉽고 빠르게 디스펜싱하는 것이 가능하다.
다음은 갭부재(500)를 사용하여 몇가지 갭 거리(g)에 대한 밸브 로드(210)의 하강속력을 계산하여 비교한 표이다. 캠부재(300)가 1000rpm(
Figure 112012041515441-pat00007
)으로 회전하고, 롤러(420)의 반지름(r)은 5mm이며, 캠부재(300)의 롤러(420) 중앙부에 대한 실질적인 회전반경(R)은 13mm, 캠돌기(310)의 높이(h)는 2mm인 경우에 갭 거리(g)에 따른 밸브 로드(210)의 하강속력을 정리하면 아래 표와 같다. 아래 표에 의하면 캠돌기(310) 높이(h) 2mm에 대해 0.3mm의 갭 거리(g)만 설정하여도 갭 거리(g)가 0인 경우에 비해 밸브 로드(210) 하강 평속을 40%이상 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
갭 거리
(g)
(mm)		 밸브 로드(210)
하강 거리
(mm)		 갭 거리(g) 동안의 롤러(420)가 구르는 수평방향 원주거리
(mm)		 밸브 로드(210)가 하강하는 구간에서 롤러(420)가 구르는 원주거리
(mm)		 밸브 로드(210)
하강 총시간
(usec)		 밸브 로드(210)
하강평속
(mm/sec)
0.0 2.0 0.00 4.00 2938 680.7
0.3 1.7 1.71 2.29 1685 1008.8
0.6 1.4 2.37 1.63 1191 1172.8
0.9 1.1 2.86 1.14 836 1315.7
1.2 0.8 3.25 0.75 551 1451.4
아래 표는 위와 동일한 조건에서 롤러(420)의 반지름만 8mm로 변경한 경우의 밸브 로드(210)의 하강 속력을 계산한 표이다.
갭 거리
(g)
(mm)		 밸브 로드(210)
하강 거리
(mm)		 갭 거리(g) 동안의 롤러(420)가 구르는 수평방향 원주거리
(mm)		 밸브 로드(210)가 하강하는 구간에서 롤러(420)가 구르는 원주거리
(mm)		 밸브 로드(210)
하강 총시간
(usec)		 밸브 로드(210)
하강평속
(mm/sec)
0.0 2.0 0.00 5.29 3887 514.5
0.3 1.7 2.17 3.12 2293 741.5
0.6 1.4 3.04 2.25 1654 846.4
0.9 1.1 3.69 1.61 1179 933.0
1.2 0.8 4.21 1.08 791 1011.0
위와 같은 경우에도 0.3mm 의 갭 거리(g)만으로 갭 거리(g)가 없는 경우에 비해 밸브 로드(210)의 하강속력을 40%이상 증가시키는 것을 알 수 있다. 갭 거리(g)를 1.2mm로 한 경우에는 밸브 로드(210)의 하강속력이 약 100% 상승하는 것을 알 수 있다.
밸브 로드(210)의 운동량 및 운동에너지는 각각 밸브 로드(210)의 하강속도 및 그 하강 속도의 제곱에 각각 비례하므로 종래에 비해 월등하게 빠른 속도로 용액을 디스펜싱할 수 있는 효과가 있다. 특히, 작은 내경의 배출경로(113)를 통해서도 고점도의 용액을 충분한 힘으로 디스펜싱할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같은 갭 거리(g)는 0보다 크고 캠돌기(310)의 높이(h)보다 작은 것이 좋다. 갭 거리(g)가 0이 되면 종래와 차이가 없다. 갭 거리(g)가 캠돌기(310)의 높이(h)보다 크면 작동 로드(220)가 밸브 로드(210)를 가압할 수 없게 된다.
캠돌기(310)의 높이(h)는 갭 거리(g)와 저장부(112)의 길이를 합한 값보다 작은 것이 좋다. 그렇지 않은 경우 밸브 로드(210)가 밸브 몸체(110)의 저장부(112)에서 빠질 수 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 갭부재(500)는 작동 로드(220)에 결합되고 밸브 로드(210)는 갭부재(500)에 대해 갭 거리(g)만큼 상대 이동하는 것으로 구성하였으나, 반대의 경우로 구성하는 것도 가능하다. 갭부재를 밸브 로드에 결합시키고 작동 로드는 갭부재에 대해 간섭된 상태로 갭 거리만큼 상대이동 가능하도록 구성할 수도 있다. 이 경우 작동 로드에 걸림돌기가 형성되어 갭부재의 걸림홈에 걸리게 된다.
이와 같은 구조 외에도 밸브 로드(210)와 작동 로드(220)가 갭 거리(g)의 범위 내에서 연장 방향으로 상대 이동할 수 있는 구성이면 갭부재는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어 도 12에 도시된 형태의 갭부재(550)를 사용하는 것도 가능하다. 밸브 로드(250)와 작동 로드(260)에 각각 걸림돌기(251, 261)를 마련하고 갭부재(550)는 밸브 로드(250)와 작동 로드(260)의 걸림돌기(251, 261)가 각각 걸리도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 갭부재(550)는 상측부재(551)와 하측부재(552)가 서로 나사결합되도록 하고, 작동 로드(260)의 걸림돌기(261)은 상측부재(261)에 걸리고 밸브 로드(250)의 걸림돌기(251)은 하측부재(552)에 걸리도록 구성한다. 서로 나사결합된 상측부재(551)와 하측부재(552)를 상대회전시킴으로서 갭 거리(g)를 조절할 수 있다. 갭 거리(g)의 설정이 완료된 후에는 조임볼트(553)에 의해 상측부재(551)와 하측부재(552)의 상대 회전을 방지함으로써 갭 거리(g)를 고정할 수 있다. 또한 갭부재(550)의 상측부재(551)를 작동 로드(260)과 나사결합시키거나, 갭부재(550)의 하측부재(552)를 밸브 로드(250)와 나사결합시키는 구성도 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서는 8개의 캠돌기(310)와 2개의 롤러(420)를 구비하는 경우를 예로 들어 설명하였으나 캠돌기와 롤러의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 캠돌기의 형상도 경사각도와 경사면의 곡률 등이 다양하게 변형될 수 있다.
100: 펌프 몸체 110: 밸브 몸체
111: 유입경로 112: 저장부
113: 배출경로 120: 노즐
130: 베어링 210: 밸브 로드
211: 걸림돌기 220: 작동 로드
300: 캠부재 310: 캠돌기
311: 경사면 320: 관통 구멍
400, 450: 캠팔로우 420, 451: 롤러
440: 스플라인 축 430: 스플라인 보스
500: 갭부재 501: 너트홈
502: 조임홈 503: 조임구멍
504: 조임볼트 505: 걸림홈
g: 갭 거리 600: 탄성부재
900: 회전수단 910: 모터
920: 구동풀리 930: 타이밍 벨트
940: 종동풀리

Claims (13)

  1. 펌프 몸체;
    외부로부터 용액을 공급 받는 유입경로와, 상기 유입경로를 통해 공급받은 용액이 저장되는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 용액이 배출되는 배출경로를 구비하며 상기 펌프 몸체에 설치되는 밸브 몸체;
    상기 밸브 몸체의 저장부에 저장된 용액을 가압하여 상기 배출경로를 통해 배출할 수 있도록 상기 밸브 몸체의 저장부에 삽입되는 밸브 로드;
    상기 밸브 로드의 길이 방향으로 일정한 거리(갭 거리) 내에서 상대 이동이 허용되도록 상기 밸브 로드에 연결되어 상기 밸브 로드를 상기 밸브 몸체에 대해 진퇴시키는 작동 로드;
    상기 작동 로드가 경유하는 관통 구멍과, 상기 관통 구멍을 중심으로 원주방향을 따라 높이가 증가하도록 형성된 경사면을 구비하는 캠돌기가 형성되며, 상기 관통 구멍을 중심으로 회전가능하도록 상기 펌프 몸체에 설치되는 캠부재;
    상기 캠부재를 회전시키는 회전수단;
    상기 캠부재가 회전할 때 상기 캠돌기의 경사면에 대해 구르는 롤러를 구비하고, 상기 작동 로드와 결합되어 상기 밸브 로드를 상기 밸브 몸체에 대해 진퇴시키는 캠팔로우; 및
    상기 펌프 몸체와 캠팔로우의 사이에 설치되어 상기 캠팔로우가 상기 캠부재에 근접하는 방향으로 상기 캠팔로우에 대해 탄성력을 제공하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프
  2. 제1항에 있어서,
    상기 갭 거리는 상기 캠부재의 캠돌기의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캠부재의 캠돌기의 높이는, 상기 갭 거리와 상기 저장부의 길이를 합한 값보다 작은 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 로드와 작동 로드는, 상기 밸브 로드와 작동 로드를 연결하는 갭부재에 의해 상기 갭 거리 내에서만 상대 이동을 허용하도록 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 갭부재는 상기 밸브 로드와 작동 로드 중 어느 하나에 결합되고, 다른 하나에 대해 상기 밸브 로드의 길이 방향으로 상기 갭 거리를 허용한 채 서로 간섭되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 작동 로드와 마주하는 방향의 밸브 로드에는 걸림돌기가 형성되고,
    상기 갭부재에는 상기 작동 로드의 걸림돌기가 걸리는 걸림홈이 형성되며,
    상기 걸림돌기와 걸림홈 사이에는 상기 갭 거리에 대응하는 간격이 마련되는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 작동 로드의 걸림돌기를 측면에서 슬라이딩시켜 상기 갭부재의 걸림홈에 끼울 수 있도록 상기 갭부재의 걸림홈은 상기 갭부재의 측면으로 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 갭부재는 상기 작동 로드에 결합되는 상측부재와, 상기 갭 거리를 조절할 수 있도록 상기 상측부재에 나사결합되며 상기 밸브 로드가 그 밸브 로드의 길이 방향으로 상대이동 가능하도록 결합되는 하측부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 밸브 로드에 결합되는 하측부재와, 상기 갭 거리를 조절할 수 있도록 상기 하측부재에 나사결합되며 상기 작동 로드가 그 작동 로드의 길이 방향으로 상대이동 가능하도록 결합되는 상측부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캠부재의 캠돌기는 복수개 마련되어 동일 각도 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캠부재는, 짝수의 캠돌기를 구비하고,
    상기 캠팔로우는 180도 간격으로 2개의 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 캠부재의 캠돌기는, 캠부재의 원주방향을 따라 일정한 경사로 상승한 후 상기 캠부재의 회전 중심축과 나란하게 꺾여 하강하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전수단은, 상기 캠부재에 연결되어 그 캠부재와 함께 회전하는 종동풀리, 상기 펌프 몸체에 설치되는 구동 풀리, 상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트, 및 상기 구동풀리를 회전시키는 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 충격형 디스펜싱 펌프.
KR1020120055123A 2012-05-24 2012-05-24 밸브 충격형 디스펜싱 펌프 KR101290744B1 (ko)

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