KR101470312B1 - 온도 감지형 압전 디스펜서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 온도 감지형 압전 디스펜서는, 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 라인이 형성되어 있는 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버; 전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액튜에이터; 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드; 상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에 대한 진퇴에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체; 상기 압전 액튜에이터와 펌프 몸체 중 어느 하나에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 펌프 몸체의 냉각 라인에 냉각 유체를 공급하는 냉각 펌프; 및 상기 압전 액튜에이터를 작동시키고 상기 온도 센서가 감지한 온도를 전달받아 상기 냉각 펌프를 작동시키는 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

온도 감지형 압전 디스펜서{Temperature Control Type Piezoelectric Dispenser}
본 발명은 온도 감지형 압전 디스펜서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 소자를 액튜에이터로 사용하여 용액을 디스펜싱하는 압전 펌프를 구비하는 디스펜서에 관한 것이다.
물, 기름, 레진 등의 액체 상태의 용액을 일정한 양으로 공급하는 디스펜서는 반도체 공정, 의료 분야 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
특히 반도체 공정에는 언더필(underfill) 공정에 디스펜서가 많이 사용되며, 반도체 소자의 패키지 내부를 레진으로 채우는 용도로도 디스펜서가 많이 사용된다. LED 소자를 제조하는 공정에는 LED 소자에 형광물질과 레진이 혼합된 형광액을 LED 칩에 도포하는 공정에 디스펜서가 사용된다.
이와 같은 디스펜서에는 용액을 공급받아 정확한 위치에 정량을 디스펜싱하는 펌프가 핵심 장치로 사용된다.
펌프의 구조에는 스크류 펌프, 리니어 펌프 등 다양한 종류가 존재한다. 최근에는 고속으로 디스펜싱 작업을 수행하기 위해서 반도체 공정 등에 압전 소자를 액튜에이터로 사용하는 압전 펌프가 개발되어 사용되고 있다.
한국공개특허공보 제2005-0079557호(2005.08.10)에는 압전 소자가 부착되는다수의 압전 액튜에이터가 서로 다른 변위 차를 이루며 순차적으로 연동하여 유체를 펌핑시키는 압전 펌프의 구조가 개시된 바 있다.
압전 펌프에 사용되는 압전 액튜에이터는 주로 세라믹 소재로 제작된다. 이와 같은 세라믹 재질의 압전 액튜에이터를 비롯한 대부분의 압전 액튜에이터는 인가된 전압에 의해 작동하면서 열을 발생시킨다. 압전 액튜에이터에서 발생하는 열로 인해 압전 액튜에이터의 온도가 상승하면 압전 액튜에이터의 동특성이 변화하게 되고 압전 액튜에이터의 사용 수명도 단축되는 문제점이 있다.
따라서 압전 액튜에이터의 온도 상승을 방지할 수 있는 구성을 가진 압전 펌프 또는 압전 디스펜서가 필요하게 되었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 압전 액튜에이터에서 발생하는 온도를 감지하고 감지된 온도를 이용하여 압전 액튜에이터를 냉각시킬 수 있는 기능을 가진 온도 감지형 압전 디스펜서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 온도 감지형 압전 디스펜서는, 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 라인이 형성되어 있는 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버; 전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액튜에이터; 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드; 상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에 대한 진퇴에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체; 상기 압전 액튜에이터와 펌프 몸체 중 어느 하나에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 펌프 몸체의 냉각 라인에 냉각 유체를 공급하는 냉각 펌프; 및 상기 압전 액튜에이터를 작동시키고 상기 온도 센서가 감지한 온도를 전달받아 상기 냉각 펌프를 작동시키는 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 온도 감지형 압전 디스펜서는, 압전 액튜에이터의 온도를 측정하고 측정된 온도값을 이용하여 압전 액튜에이터를 냉각함으로써, 압전 액튜에이터의 작동에 의해 배출되는 용액의 정확하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 감지형 압전 디스펜서의 압전 펌프의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 펌프의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 압전 펌프의 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 압전 펌프의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 압전 펌프의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 온도 감지형 압전 디스펜서의 주요 구성에 대한 블록도이다.
도 7 내지 도 9는 도 1에 도시된 온도 감지형 압전 디스펜서의 압전 펌프의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 감지형 압전 디스펜서의 압전 펌프의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 본 발명에 따른 온도 감지형 압전 디스펜서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 감지형 압전 디스펜서의 압전 펌프의 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 압전 펌프의 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 압전 펌프의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 온도 감지형 압전 디스펜서는 압전 펌프(100)와 제어부(200)와 냉각 펌프(70)를 포함한다. 압전 펌프(100)는 펌프 몸체(10)와 밸브 몸체(20)를 구비한다.
펌프 몸체(10)와 밸브 몸체(20)는 도 1에 도시된 것과 같이 볼트를 이용하여 착탈 가능하게 결합된다.
펌프 몸체(10)에는 힌지축(11)이 설치되고, 가로 방향으로 연장되는 레버(30)가 힌지축(11)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 밸브 몸체(20)에는 수직 방향으로 연장되도록 형성된 밸브 로드(40)가 끼워져 설치된다. 레버(30)와 밸브 로드(40)는 서로 연결되어, 레버(30)가 힌지축(11)에 대해 회전하면 밸브 로드(40)는 상하로 승강하게 된다.
펌프 몸체(10)에는 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)가 설치되어 레버(30)를 힌지축(11)에 대해 회전시킨다. 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)는 압전소자를 이용하여 구성된다. 즉 전압을 인가하면 그 인가 전압의 전위에 따라 길이가 늘어나거나 줄어드는 구조의 압전 소자를 사용하여 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)를 구성한다. 본 실시예에서는 다수의 압전소자를 적층하여 구성되는 멀티 스택(Multi Stack) 압전 액튜에이터를 사용하여 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)를 구성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 4에 도시한 것과 같이 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)는 수직방향으로 서로 나란하게 배치되어 펌프 몸체(10)에 설치된다. 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)는 힌지축(11)을 사이에 두고 각각 하단부가 레버(30)의 상면에 접촉하도록 배치된다. 제1압전 액튜에이터(51)에 전압이 인가되어 길이가 늘어나면 레버(30)는 도 4를 기준으로 반시계 방향으로 회전하고, 제2압전 액튜에이터(52)에 전압이 인가되어 길이가 늘어나면 레버(30)는 도 4를 기준으로 시계방향으로 회전한다.
제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 상단에는 각각 제1조절 수단(61) 및 제2조절 수단(62)이 배치되어 펌프 몸체(10)에 설치된다. 본 실시예에서는 무두(無頭) 볼트 형태의 제1조절 수단(61) 및 제2조절 수단(62)이 각각 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 끝부분에 접촉한 상태로 펌프 몸체(10)에 나사 결합되어 설치된다. 제1조절 수단(61)은 레버(30) 및 펌프 몸체(10)에 대한 제1압전 액튜에이터(51)의 위치를 조절하고, 제2조절 수단(62)은 레버(30) 및 펌프 몸체(10)에 대한 제2압전 액튜에이터(52)의 위치를 조절한다. 제1조절 수단(61)을 조여서 펌프 몸체(10)에 대해 전진시키면 제1압전 액튜에이터(51)는 하강하여 레버(30)에 근접하거나 밀착하게 된다. 제2조절 수단(62)도 제1조절 수단(61)과 동일한 방법으로 작동한다.
제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 하부에는 각각 제1복귀 수단(63) 및 제2복귀 수단(64)이 배치되어 펌프 몸체(10)에 설치된다. 제1복귀 수단(63)은 제1압전 액튜에이터(51)가 레버(30)를 가압하는 방향의 반대 방향으로 제1압전 액튜에이터(51)에 힘을 가한다. 마찬가지로 제2복귀 수단(64)은 제2압전 액튜에이터(52)가 의해 레버(30)를 가압하는 방향의 반대 방향으로 제2압전 액튜에이터(52)에 힘을 가한다. 제1복귀 수단(63) 및 제2복귀 수단(64)은 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 하부에서 각각 펌프 몸체(10)에 대해 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)를 수축시키는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링일 수도 있고, 유체 덕트일 수도 있다. 본 실시예에서는 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 각각 대응되는 위치의 하부에서 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 탄성력을 전달할 수 있도록 펌프 몸체(10)에는 판 스프링 형태의 스프링(63, 64)이 설치된다. 본 실시예와 달리 공압이나 유압을 이용하는 경우에는 유체 덕트를 통해 공압 또는 유압이 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 전달되도록 하여 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)를 원위치로 복귀시키는 방향으로 힘을 전달한다.
도 4를 참조하면, 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에는 온도 센서(210)가 설치된다. 온도 센서(210)는 압전 액튜에이터(51, 52)에 설치될 수도 있고 펌프 몸체(10)에 설치될 수도 있으나, 본 실시예에서는 압전 액튜에이터(51, 52)에 설치된 경우를 예로 들어 설명한다. 온도 센서(210)는 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도를 측정하여 제어부(200)로 전달한다. 펌프 몸체(10)에는 펌프 PCB(220)가 설치되고 펌프 PCB(220)는 제어부(200)로부터 제어신호를 전달받아 압전 액튜에이터(51, 52)로 전달한다. 온도 센서(210)에서 측정된 온도는 펌프 PCB(220)를 통해 제어부(200)로 전달된다.
제어부(200)는 압전 펌프(100)의 외부에 배치되고 압전 펌프(100)와 전기적으로 연결되어 압전 펌프(100)의 작동을 제어한다. 즉, 제어부(200)는 압전 펌프(100)의 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 전기적으로 연결되어 전력을 공급함으로써 압전 액튜에이터(51, 52)의 작동을 제어한다. 압전 펌프(100)를 전후 방향과 좌우 방향으로 이송하는 수평 이송부에 설치하여 사용하는 경우에는 제어부(200)가 수평 이송부의 작동을 제어한다. 즉, 본 발명의 온도 감지형 압전 디스펜서에 있어서 제어부(200)는 수평 이송부를 이용하여 압전 펌프(100)를 전후좌우로 움직이면서 압전 펌프(100)의 하부에 배치된 제품에 대하여 용액을 디스펜싱할 수 있다. 제어부(200)가 수평 이송부를 제어하여 압전 펌프(100)의 이동 속도를 조절하는 것도 가능하다.
펌프 몸체(10)에는 도 5에 도시한 것과 같이 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 라인(71, 72, 73, 74)이 형성된다. 본 실시예에서는 공기가 냉각 라인(71, 72, 73, 74)을 통해 펌프 몸체(10) 내부로 공급된다. 펌프 몸체(10)에 형성된 냉각 라인(71, 72, 73, 74)은 냉각 펌프(70)에 공급된 공기를 압전 액튜에이터(51, 52)가 설치된 공간을 거쳐서 펌프 몸체(10)의 외부로 배출할 수 있도록 형성된다.
펌프 몸체(10)의 냉각 라인(71, 72, 73, 74)에는 냉각 펌프(70)가 연결되어 공기를 공급한다. 냉각 펌프(70)는 제어부(200)에 연결되어 작동이 제어된다. 온도 센서(210)에서 감지한 온도가 상승하는 경우 제어부(200)는 냉각 펌프(70)를 작동시켜 냉각 라인(71, 72, 73, 74)을 통해 공급되는 공기의 유량을 증가시켜 압전 액튜에이터(51, 52)를 냉각시킨다. 반대로 온도 센서(210)에서 감지한 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 하강하면 제어부(200)는 냉각 라인(71, 72, 73, 74)을 통해 공급되는 공기의 유량이 감소하도록 압전 액튜에이터(51, 52)를 제어한다. 냉각 펌프(70)에 의해 냉각 라인(71, 72, 73, 74)으로 공급된 공기는 압전 액튜에이터(51, 52)와 접촉하여 열을 흡수한 후 펌프 몸체(10)에 형성된 배출구를 통해 외부로 배출된다.
밸브 몸체(20)는 저장부(22)와 유입구(21)과 노즐(23)을 구비한다. 저장부(22)는 상측으로 개방되는 용기 형태로 형성되고, 밸브 로드(40)가 그 저장부(22)에 끼워져서 저장부(22)의 상측을 밀폐한다. 유입구(21)는 저장부(22)와 연결된다. 유입구(21)를 통해 외부로부터 공급되는 용액이 저장부(22)로 전달된다.
레버(30)에 연결된 밸브 로드(40)는 레버(30)의 회전에 따라 저장부(22)에 대해 승강운동하게 된다. 밸브 로드(40)가 상승하였다가 하강하면서 그 하부에 위치하는 노즐(23)에 근접하는 방향으로 움직이면 저장부(22) 내부의 용액을 가압하게 되어 노즐(23)을 통해 용액이 외부로 디스펜싱된다.
레버(30)와 밸브 로드(40)는 다양한 방법에 의해 연결될 수 있다. 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 구조로 레버(30)와 밸브 로드(40)가 연결된다. 레버(30)의 끝부분에는 수평 방향으로 개방되는 걸림홈(31)이 형성된다. 즉, 레버(30)의 걸림홈(31)은 C자 형태로 형성된다. 밸브 로드(40)의 상단부에는 걸림 로드(41)가 형성된다. 걸림 로드(41)는 레버(30)의 걸림홈(31)에 끼워져서 그 레버(30)에 대해 회전 가능하도록 연결된다. 즉, 레버(30)의 회전 운동이 밸브 로드(40)의 승강 운동으로 변환되도록 구성된다. 걸림홈(31)은 수평 방향으로 개방되도록 형성되어 있으므로 걸림 로드(41)를 수평 방향으로 걸림홈(31)에 대해 움직여서 걸림홈(31)과 걸림 로드(41)를 착탈시킬 수 있다. 걸림홈(31)은 수평방향으로 형성되어 있으므로, 레버(30)의 회전에 의해 걸림홈(31)이 승강하더라도 걸림 로드(41)는 걸림홈(31)에서 빠지지 않고 밸브 몸체(20)에 대해 상승 또는 하강하게 된다. 레버(30)와 밸브 로드(40)를 분리할 필요가 있을 때에는 걸림 로드(41)를 걸림홈(31)에 대해 수평방향으로 이동시킴으로써 쉽게 분리할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 2 및 도 5를 참조하면 펌프 몸체(10)에는 냉각 라인(71, 72, 73, 74)이 형성된다. 즉 펌프 몸체(10)를 경유하여 냉각 유체가 흐를 수 있는 유로가 펌프 몸체(10)에 형성된다. 이와 같은 냉각 유로를 통해 비교적 저온의 기체 또는 액체가 흐르도록 함으로써, 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에서 발생하는 열을 외부로 배출하게 된다.
이하, 상술한바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 온도 감지형 압전 디스펜서의 작동에 대해 설명한다.
먼저 도 1과 같이 펌프 몸체(10)와 밸브 몸체(20) 및 기타 구성이 조립된 상태에서 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 전압을 인가한다. 밸브 로드(40)를 하강시켜 용액을 노즐(23)을 통해 디스펜싱하기 위해 제2압전 액튜에이터(52)에 인가할 전압을 기준으로 50%의 전압을 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 각각 인가한다. 도 7에 도시한 것과 같이 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)가 동일한 길이로 늘어나면서 그 하단부가 레버(30)에 각각 접촉하게 된다. 이와 같은 상태에서 각각 제1조절 수단(61) 및 제2조절 수단(62)을 이용하여 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 위치를 조정한다. 볼트(61, 62)를 회전시켜 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)를 각각 전후진시켜서 레버(30)가 수평한 상태가 되도록 한다. 이때, 볼트(61, 62)를 회전시켜 제1압전 액튜에이터(51) 또는 제2압전 액튜에이터(52)를 후진시키면 제1복귀 수단(63) 또는 제2복귀 수단(64)의 작용에 의해 제1압전 액튜에이터(51) 또는 제2압전 액튜에이터(52)를 밀어 올려 상승시킨다.
위와 같은 과정을 거쳐서 디스펜싱을 하기 위한 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 초기 위치를 설정한다.
이와 같은 상태에서 유입구(21)를 통해 저장부(22)로 용액을 일정한 압력으로 공급한다.
이와 같은 상태에서 용액을 디스펜싱하는 공정을 시작한다.
제1압전 액튜에이터(51)에는 100%, 제2압전 액튜에이터(52)에는 0%의 전압을 인가하면 제1압전 액튜에이터(51)는 팽창하고 제2압전 액튜에이터(52)는 수축하게 된다. 도 8에 도시한 것과 같이 레버(30)는 반시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(40)는 상승하게 된다. 이때, 제2복귀 수단(64)의 작용에 의해 레버(30)의 회전이 더욱 신속하게 이루어진다. 참고로 도 8은 효과적인 설명을 위해 레버(30)의 기울어진 각도를 실제보다 과장하여 도시한 것이다.
이와 같은 상태에서 제1압전 액튜에이터(51)에는 0%, 제2압전 액튜에이터(52)에는 100%의 전압을 인가하면 제1압전 액튜에이터(51)는 수축하고 제2압전 액튜에이터(52)는 팽창하게 된다. 도 9에 도시한 것과 같이 레버(30)는 시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(40)는 하강하게 된다. 저장부(22)에 삽입된 밸브 로드(40)가 하강하면서 저장부(22) 내부의 용액을 가압하여 용액이 노즐(23)을 통해 외부로 배출되면서 디스펜싱이 이뤄진다. 이때에도 제1복귀 수단(63)이 인접하는 제1압전 액튜에이터(51)를 수칙시키면서 레버(30)가 시계방향으로 신속하게 회전하는 것을 돕게 된다. 도 9는 도 8과 마찬가지로 효과적인 설명을 위해 레버(30)의 기울어진 정도를 실제보다 과장하여 도시하였다.
이와 같이 제1압전 액튜에이터(51)와 제2압전 액튜에이터(52)에 교대로 전압을 인가하면 도 8 및 도 9와 같이 밸브 로드(40)가 반복적으로 승강하면서 연속적으로 노즐(23)을 통해 용액을 디스펜싱하게 된다.
도 4에 도시한 것과 같이, 회전축과 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52) 사이의 거리보다 회전축과 밸브 로드(40) 사이의 거리가 훨씬 크기 때문에, 압전 액튜에이터(51, 52)의 변형량을 레버(30)에 의해 충분히 확대하여 밸브 로드(40)를 충분한 높이 범위 내에서 작동시킬 수 있는 장점이 있다.
제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 작동을 제어하는 제어부(200)에서는 시간의 흐름에 따라 다양한 형태의 펄스 파형을 가진 전압을 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)에 인가함으로써 밸브 로드(40)의 동특성을 제어할 수 있다. 특히, 2개의 압전 액튜에이터(51, 52)를 힌지축(11)을 사이에 두고 각각 레버(30)를 작동시키도록 구성함으로써, 밸브 로드(40)의 하강 운동뿐만 아니라 상승 운동까지 제어할 수 있으므로 더욱 빠르게 용액을 디스펜싱할 수 있으며 디스펜싱되는 용액의 양도 정확하게 제어하는 것이 가능하다.
특히, 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 기계적인 작동 특성을 인가 전압의 크기, 전압의 교대 주파수, 전압의 시간에 따른 변화량 등의 인자를 이용하여 제어부(200)에서 전기적인 방법으로 정확하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 밸브 로드(40)의 동작에 대한 제어 성능 향상은 결과적으로 디스펜싱되는 용액의 디스펜싱 특성을 쉽고 정확하게 제어할 수 있도록 한다.
압전 액튜에이터(51, 52)는 그 특성상 사용중에 열이 비교적 많이 발생한다. 압전 액튜에이터(51, 52)에서 발생하는 열에 의해 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 상승하면 그 동작 특성이 저하될 수 있다. 본 실시예의 압전 펌프(100)에는 도 5에 도시한 것과 같이 펌프 몸체(10)에 냉각 라인(71, 72, 73, 74)이 형성되어 있다. 냉각 라인(71, 72, 73, 74)을 통해 펌프 몸체(10)를 냉각시킴으로써 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도 상승을 방지할 수 있다. 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 상승하면 압전 특성이 변화하면서 압전 액튜에이터(51, 52)에 인가된 전압에 대한 압전 액튜에이터(51, 52)의 작동 변위가 변화하게 된다. 이는 결과적으로 레버의 작동에 의해 배출되는 용액의 토출량의 변화를 초래한다. 이와 같이 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 상승하면 압전 펌프(100)는 정확한 용량의 용액을 디스펜싱할 수 없는 문제점이 있다.
본 실시예의 온도 감지형 압전 디스펜서는 도 4 및 도 6에 도시한 것과 같이 온도 센서(210)에 의해 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도를 측정하여 이를 제어부(200)로 전달한다. 제어부(200)는 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 정해진 범위 이상으로 상승하면 냉각 펌프(70)를 작동시켜 냉각 라인(71, 72, 73, 74)으로 공급되는 공기의 유량을 증가시킨다. 제어부(200)는 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 미리 설정된 온도에 근접하도록 냉각 펌프(70)를 제어할 수도 있고, 온도 범위를 설정하여(예컨대, 27~30 ℃) 해당 온도 범위 내에서 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 유지되도록 냉각 펌프(70)를 제어할 수도 있다.
또한, 이와 같이 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 상승하는 것을 방지함으로써 밸브 로드(40)의 동특성도 일정하게 유지하고 용액의 디스펜싱 품질도 유지할 수 있는 장점이 있다. 동시에 압전 액튜에이터(51, 52)의 사용 수명을 연장할 수 있는 장점도 있다.
한편, 제어부(200)는 미리 저장된 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도에 따른 동특성을 이용하여 압전 펌프(100)를 제어하는 것도 가능하다. 압전 액튜에이터(51, 52)는 동일한 전압을 인가하더라도 온도에 따라 작동 변위가 달라질 수 있다. 제어부(200)는 이와 같은 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도에 따른 작동 변위의 변화를 고려하여 압전 펌프(100)를 제어할 수 있다. 온도 센서(210)에서 감지된 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도에 따라 제어부(200)에서 압전 액튜에이터(51, 52)에 인가하는 전류의 전압, 파형, 주파수 등을 조절함으로써 압전 액튜에이터(51, 52)의 온도가 변하더라도 압전 액튜에이터(51, 52)의 작동 변위은 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 결과적으로 노즐을 통해 배출되는 용액의 토출량도 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예의 압전 펌프(100)는 상술한 바와 같이 펌프 몸체(10)와 밸브 몸체(20)를 착탈 가능하게 구성하고 레버(30)와 밸브 로드(40)도 연결과 분리가 용이하게 구성함으로써, 유지, 보수, 세척이 쉽고 용액의 다양한 특성에 맞추어 압전 펌프(100)를 구성하는 것이 쉬운 장점이 있다. 펌프 몸체(10)와 밸브 몸체(20)를 결합하는 나사를 풀고 밸브 로드(40)의 걸림 로드(41)를 레버(30)의 걸림홈(31)에서 이탈시킴으로써, 밸브 몸체(20)와 밸브 로드(40)를 펌프 몸체(10)에서 쉽게 분리할 수 있다.
이와 같이 밸브 몸체(20)를 분리하면 다음 사용을 위해 세척하는 것이 용이한 장점이 있다. 밸브 몸체(20)나 밸브 로드(40)가 파손된 경우에도 위와 같은 방법으로 분리하고 새로운 밸브 몸체(20)나 밸브 로드(40)로 교체할 수 있다.
디스펜싱할 용액의 종류가 달라지는 경우에는 그 용액의 점도나 기타 특성을 고려하여 설계된 다른 밸브 몸체(20) 및 밸브 로드(40)로 교체하여 압전 펌프(100)를 구성함으로써 효과적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.
압전 액튜에이터(51, 52)는 일반적으로 세라믹 재질로 형성된다. 그 재료적 특성상 장기간 사용하면 인가 전압에 따른 팽창 변위가 초기와는 달라질 수도 있다. 이와 같은 경우에도 본 실시예의 압전 펌프(100)는 제1조절 수단(61) 및 제2조절 수단(62)을 이용하여 제1압전 액튜에이터(51) 및 제2압전 액튜에이터(52)의 위치를 조정함으로써 레버(30) 및 밸브 로드(40)의 동특성을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명에 따른 압전 펌프(100)의 일실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 설명한 제1복귀 수단(63) 및 제2복귀 수단(64)으로 스프링 또는 공압을 이용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나 경우에 따라서는 액체의 압력을 이용하여 제1복귀 수단 및 제2복귀 수단을 구성하는 것도 가능하다. 또한, 제1복귀 수단 및 제2복귀 수단을 구비하지 않는 압전 펌프를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 펌프 몸체(10)의 냉각 라인(71, 72, 73, 74)을 통해 흐르는 냉각 유체는 공기인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 냉각수, 냉각유 등의 액체를 사용하는 경우도 가능하다. 이 경우 앞에서 설명한 실시예와 달리 냉각 라인(71, 72, 73, 74)을 통해 공급되는 냉각 유체는 외부로 배출되는 것이 아니라 냉각 펌프로 복귀하도록 하여 전체적으로 순환하도록 온도 감지형 압전 디스펜서를 구성하게 된다.
또한, 앞에서 온도 센서(210)는 압전 액튜에이터(51, 52)에 설치되는 것으로 설명하였으나 경우에 따라서는 압전 액튜에이터와 근접한 위치의 펌프 몸체 내부에 설치하는 것도 가능하다. 이 경우 압전 액튜에이터에서 발생한 열이 펌프 몸체에 전도되어 펌프 몸체가 상승한 온도를 감지함으로써, 압전 액튜에이터의 온도를 간접적으로 측정하게 된다.
또한, 레버(30)와 밸브 로드(40)는 레버(30)의 걸림홈(31)과 밸브 로드(40)의 걸림 로드(41)에 의해 연결되는 것으로 설명하였으나 다른 방법에 의해 레버와 밸브 로드를 연결하는 것도 가능하다. 펌프 몸체와 밸브 몸체도 착탈 가능하게 결합하지 않고 서로 일체가 되도록 형성하는 것도 가능하다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 온도 감지형 압전 디스펜서에 사용되는 압전 펌프의 다른 실시예에 대해 설명한다.
본 실시예의 온도 감지형 압전 디스펜서에 있어서 압전 펌프는 앞서 도 1 내지 도 9를을 참조하여 설명한 온도 감지형 압전 디스펜서의 압전 펌프와 달리, 제1압전 액튜에이터(81)와 제2압전 액튜에이터(82)가 레버(30)를 사이에 두고 서로 마주하도록 일직선 상에 배치된다. 제1압전 액튜에이터(81)에 전압을 인가하고 제2압전 액튜에이터(82)의 전압을 0으로 하면, 레버(30)가 반시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(40)가 상승한다. 제1압전 액튜에이터(81)의 전압을 0으로 하고 제2압전 액튜에이터(82)에 전압을 인가하면, 레버(30)가 시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(40)가 하강하고 노즐(23)을 통해 용액이 디스펜싱된다. 제1복귀 수단(67)과 제2복귀 수단(68)도 레버(30)를 사이에 두고 서로 마주하도록 일직선 상에 배치된다. 제1복귀 수단(67)은 제1압전 액튜에이터(81)를 수축시키는 방향으로 탄성력을 제공하고 제2복귀 수단(68)은 제2압전 액튜에이터(82)를 수축시키는 방향으로 탄성력을 제공한다.
제1압전 액튜에이터(81) 및 제2압전 액튜에이터(82)의 배치 구조를 제외한 다른 구성들은 앞서 도 1 내지 도 9을 참조하여 설명한 실시예의 다른 구성들을 적절히 변형하여 온도 감지형 압전 디스펜서를 구성할 수 있다. 다만, 본 실시예의 압전 펌프에서는 제1복귀 수단(67) 및 제2복귀 수단(68)은 불필요할 수도 있다.
100: 압전 펌프 200: 제어부
70: 냉각 펌프 210: 온도 센서
10: 펌프 몸체 11: 힌지축
20: 밸브 몸체 21: 유입구
22: 저장부 23: 노즐
30: 레버 31: 걸림홈
40: 밸브 로드 41: 걸림 로드
51: 제1압전 액튜에이터 52: 제2압전 액튜에이터
61: 제1조절 수단 62: 제2조절 수단
63: 제1복귀 수단 64: 제2복귀 수단
81: 제1압전 액튜에이터 82: 제2압전 액튜에이터
220: 펌프 PCB

Claims (6)

  1. 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 라인이 형성되어 있는 펌프 몸체;
    상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버;
    전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액튜에이터;
    상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드;
    상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에 대한 진퇴에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체;
    상기 압전 액튜에이터와 펌프 몸체 중 어느 하나에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 펌프 몸체의 냉각 라인에 냉각 유체를 공급하는 냉각 펌프; 및
    상기 압전 액튜에이터를 작동시키고 상기 온도 센서가 감지한 온도를 전달받아 상기 냉각 펌프를 작동시키는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 감지된 온도에 따라 변하는 상기 압전 액튜에이터의 작동 변위를 고려하여 상기 압전 액튜에이터에 인가되는 전류의 전압과 주파수 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 온도 감지형 압전 디스펜서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서에서 감지한 온도가 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 상기 냉각 펌프의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 온도 감지형 압전 디스펜서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 유체는, 공기와 물과 냉각유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 온도 감지형 압전 디스펜서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 액튜에이터는 2개(제1압전 액튜에이터 및 제2압전 액튜에이터)가 마련되며,
    상기 제1압전 액튜에이터와 제2압전 액튜에이터는, 상기 제어부에 의해 전압이 인가되면 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전시키도록 상기 펌프 몸체에 설치되는 것을 특징으로 하는 온도 감지형 압전 디스펜서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1압전 액튜에이터와 제2압전 액튜에이터는 상기 펌프 몸체의 힌지축을 사이에 두고 서로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 감지형 압전 디스펜서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1압전 액튜에이터와 제2압전 액튜에이터는 상기 레버를 사이에 두고 서로 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 온도 감지형 압전 디스펜서.
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