KR101689956B1 - 디스펜싱 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자제품 생산 공정 등에 사용되어 액상의 합성수지와 같은 용액을 고속으로 디스펜싱할 수 있는 디스펜싱 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 의한 디스펜싱 펌프는, 용액이 저장되는 저장부와 저장부로 용액이 유입되는 유입부 및 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체와, 밸브 몸체를 지지하는 펌프 몸체와, 밸브 몸체의 저장부에 일부분이 수용된 상태로 밸브 몸체의 저장부에 대해 진퇴 운동 가능하도록 설치되는 밸브 로드와, 리니어 구동기를 포함한다. 리니어 구동기는, 밸브 로드와 나란하게 배치되어 펌프 몸체에 고정되는 가이드 로드와, 밸브 로드와 결합되고 가이드 로드를 따라 이동하도록 설치되는 이동부재와, 이동부재에 고정되고 가이드 로드에 대해 이동부재를 밀어내는 힘에 의해 이동부재를 가이드 로드를 따라 이동시키는 작동부재를 구비한다.

Description

디스펜싱 펌프 {Dispensing Pump}
본 발명은 디스펜싱 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자제품 생산 공정 등에 사용되어 액상의 합성수지와 같은 용액을 고속으로 디스펜싱할 수 있는 디스펜싱 펌프에 관한 것이다.
물, 기름, 레진 등의 용액 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.
현재 디스펜싱 펌프는 다양한 구동 방식을 이용하는 것이 개발된 바 있다. 예컨대, 등록특허공보 제1041067호(2011. 06. 13.)에는 회전캠과 캠팔로우의 상호작용에 의해 밸브를 승강시킴으로써 레진을 디스펜싱하는 펌프가 개시되어 있다. 그리고 등록특허공보 제1100828호(2012. 01. 02.)에는 모터와 LM 가이드 및 가이드 블록을 포함하는 승강 수단으로 피스톤을 승강시켜 용액을 디스펜싱하는 펌프가 개시되어 있다. 또한 등록특허공보 제1301107호(2013. 08. 27.)에는 압전 소자를 작동부재로 사용하는 압전 펌프가 개시되어 있다.
상술한 것과 같이, 현재 다양한 구조의 디스펜싱 펌프가 개발되었지만, 종래 기술의 단점을 보완하고 작동 효율을 향상시키는 등 구조 개선을 위한 다양한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 종래에 비해 구조가 단순하고 콤팩트하며 작동 효율이 향상된 새로운 구조의 디스펜싱 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 디스펜싱 펌프는, 용액이 저장되는 저장부와, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입부와, 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체를 지지하는 펌프 몸체; 상기 밸브 몸체의 저장부에 일부분이 수용된 상태로 상기 밸브 몸체의 저장부에 대해 진퇴 운동 가능하도록 설치되는 밸브 로드; 및 상기 밸브 로드와 나란하게 배치되어 상기 펌프 몸체에 고정되는 가이드 로드와, 상기 밸브 로드와 결합되고 상기 가이드 로드를 따라 이동하도록 설치되는 이동부재와, 상기 이동부재에 고정되고 상기 가이드 로드에 대해 상기 이동부재를 밀어내는 힘에 의해 상기 이동부재를 상기 가이드 로드를 따라 이동시키는 작동부재를 구비하는 리니어 구동기;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 의한 디스펜싱 펌프는 밸브 로드를 움직이는 리니어 구동기가 밸브 로드가 결합된 이동부재를 직선형의 가이드 로드를 따라 움직여 밸브 로드를 진퇴시키는 구조를 취한다. 따라서 콤팩트하고 단순한 구조로 제조될 수 있으며, 밸브 로드와 위치 검출기의 설치가 용이하다. 그리고 밸브 로드의 변위를 더욱 정확하게 검출할 수 있고, 검출된 밸브 로드의 변위로 리니어 구동기를 동작을 정밀하게 피드백 제어하여 용액을 정확하고 일정한 양으로 디스펜싱할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 주요 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 주요 구성을 커버를 제거하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 리니어 구동기에 구비되는 작동부재의 압전부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 일부 구성을 분해하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 용액 공급 과정을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 용액 디스펜싱 과정을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스펜싱 펌프를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 일부 구성을 나타낸 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 디스펜싱 펌프에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 주요 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프의 주요 구성을 커버를 제거하여 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 디스펜싱 펌프(100)는 펌프 몸체(101)와, 밸브 몸체(110)와, 밸브 로드(118)와, 리니어 구동기(120)와, 위치 검출기(145)와, 유로전환 밸브(150)와, 밸브 구동기(156)와, 제어기(165)를 포함한다. 이러한 본 실시예에 따른 디스펜싱 펌프(100)는 언더필(underfill) 공정, 반도체 패키지 내부를 레진으로 채우는 공정, LED 칩에 형광액을 도포하는 공정 등 다양한 용액 디스펜싱 공정에 사용될 수 있다.
펌프 몸체(101)는 하우징(102)과 커버(103)를 포함한다. 하우징(102)의 내부에는 각종 구성 요소가 설치되는 공간이 마련된다. 커버(103)는 하우징(102)에 탈착식으로 결합되어 하우징(102)의 내부 공간을 밀폐한다. 펌프 몸체(101)의 하부 일측에는 한 쌍의 지지벽(104)이 마주하도록 구비되고, 이들 한 쌍의 지지벽(104) 사이에 밸브 몸체(110)가 삽입되는 삽입홈(105)이 마련된다. 밸브 몸체(110)는 이 삽입홈(105)에 삽입되어 펌프 몸체(101)에 분리 가능하게 결합된다.
밸브 몸체(110)는 저장부(111)와, 유입부(112)와, 노즐(113)과, 밸브 챔버(114)를 구비한다. 저장부(111)와 유입부(112)는 밸브 몸체(110) 내부에 좌우 방향으로 이격되도록 배치된다. 저장부(111)와 노즐(113)은 밸브 몸체(110) 내부에 상하 방향으로 이격되도록 배치된다. 밸브 챔버(114)는 저장부(111)와 노즐(113) 사이에 좌우 방향으로 연장되도록 마련된다. 저장부(111)와 노즐(113) 사이에는 저장부(111)와 노즐(113)을 연결하기 위한 노즐 연결로(115)가 마련된다. 저장부(111)와 유입부(112)는 밸브 챔버(114)를 통해 서로 연결된다. 밸브 챔버(114)는 외부로부터 유로전환 밸브(150)가 삽입될 수 있도록 밸브 몸체(110)의 일측으로 개방된다. 밸브 몸체(110)의 유입부(112)에는 용액(S)을 저장한 시린지(10)가 분리 가능하게 결합된다. 시린지(10)가 유입부(112)에 결합되면 시린지(10)에 저장된 용액(S)이 유입부(112)로 공급될 수 있다.
밸브 몸체(110)는 펌프 몸체(101)에 탈착식으로 결합된다. 밸브 몸체(110)의 상측부에는 한 쌍의 걸림턱(116)이 서로 반대 방향으로 돌출되도록 구비된다. 밸브 몸체(110)가 펌프 몸체(101)의 삽입홈(105)에 삽입될 때 걸림턱들(116)이 펌프 몸체(101)에 구비된 지지벽들(104) 각각에 상단에 걸쳐진다. 이렇게 펌프 몸체(101)의 삽입홈(105)에 삽입되는 밸브 몸체(110)는 이에 결합되는 밸브 로드(118)가 리니어 구동기(120)에 결합되고, 이에 결합되는 유로전환 밸브(150)가 밸브 구동기(156)에 결합됨으로써 펌프 몸체(101)에 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있다. 도면에 나타내지는 않았으나, 밸브 몸체(110)는 볼트와 같은 고정기구를 통해 펌프 몸체(101)에 단단히 고정될 수 있다.
밸브 로드(118)는 밸브 몸체(110)의 저장부(111)에 일부분이 수용된 상태로 진퇴 운동 가능하도록 설치된다. 밸브 로드(118)는 리니어 구동기(120)의 이동부재(126)에 결합되어 이동부재(126)가 움직임에 따라 밸브 몸체(110)의 저장부(111)에서 상하 진퇴 운동한다. 밸브 로드(118)가 상승하였다가 노즐(113) 쪽으로 하강할 때 저장부(111) 내부의 용액(S)이 노즐(113) 쪽으로 가압되어 노즐(113)을 통해 외부로 디스펜싱된다. 밸브 로드(118)는 그 상단부가 이동부재(126)에 마련된 결합구멍(140)에 삽입된 후, 나사(141)에 의해 이동부재(126)에 고정될 수 있다. 물론, 밸브 로드(118)는 다양한 다른 방법을 통해 이동부재(126)에 결합될 수 있다.
리니어 구동기(120)는 가이드 로드(121)와, 이동부재(126)과, 한 쌍의 작동부재(128)(129)를 포함한다. 가이드 로드(121)는 밸브 로드(118)의 진퇴 운동 방향과 나란하게 배치되어 펌프 몸체(101)에 고정된다. 가이드 로드(121)는 로드 몸체(122)와 로드 몸체(122)의 양쪽 외측면에 각각 배치되는 마찰부재(123)를 포함한다. 마찰부재(123)는 가이드 로드(121)에 접하는 리니어 구동기(120)의 마찰돌기(131)와 가이드 로드(121) 사이의 마찰력을 증가시키기 위한 것이다. 마찰부재(123)는 세라믹 등 마찰돌기(131)와 접할 때 이들 사이의 마찰력을 증가시킬 수 있는 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 로드 몸체(122)의 양쪽 끝단에는 길이 방향으로 연장된 연장부(124)가 각각 구비된다. 이들 연장부(124)는 펌프 몸체(101)에 고정 설치된 한 쌍의 로드 고정부재(125)에 각각 고정된다.
이동부재(126)는 가이드 로드(121)에 슬라이딩되도록 결합되어 가이드 로드(121)를 따라 이동한다. 펌프 몸체(101)에는 이동부재(126)의 움직임을 가이드하는 가이드 레일(127)이 설치된다. 가이드 레일(127)은 가이드 로드(121)와 나란하게 배치된다. 이동부재(126)는 가이드 레일(127)에 의해 가이드되어 가이드 로드(121)를 따라 안정적으로 이동할 수 있다.
한 쌍의 작동부재(128)(129)는 이동부재(126)에 고정 설치된다. 작동부재들(128)(129)은 가이드 로드(121)에 대해 이동부재(126)를 밀어내는 힘에 의해 이동부재(126)를 가이드 로드(121)를 따라 이동시킨다. 이들 한 쌍의 작동부재(128)(129)는 이동부재(126)의 내측에 가이드 로드(121)를 사이에 두고 마주하도록 배치된다. 작동부재들(128)(129)은 압전체를 이용하는 것으로 이들의 구조는 동일하다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 작동부재들(128)(129)은 각각 인가 전압에 의해 공진하면서 변형되는 압전부(130)와, 압전부(130)의 일측면에 가이드 로드(121)를 향해 돌출되는 쐐기형의 마찰돌기(131)를 포함한다. 마찰돌기(131)는 가이드 로드(121)의 마찰부재(123)에 접하여 가이드 로드(121) 미는 방향으로 가압한다. 압전부(130)는 복수의 압전층(132)과, 복수의 기준 전극(133)과, 복수의 인가 전극(134)을 구비한다. 복수의 압전층(132)은 압전 재질로 형성되고 두께 방향으로 분극되어 적층된다. 복수의 기준 전극(133)과 복수의 인가 전극(134)은 압전층들(132)의 사이에 서로 교번하여 배치된다.
즉, 도 4에 나타낸 것과 같이, 압전부(130)는 압전층(132)-기준 전극(133)-압전층(132)-인가 전극(134)-압전층(132)과 같은 순서로 적층된 구조를 갖는다. 인가 전극(134)은 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136)을 구비한다. 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136)은 압전층(132)의 동일한 면에 각각 형성된다. 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136)은 압전층(132)의 면적을 양분하여 양측에 서로 절연되도록 설치된다. 즉, 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136)은 압전층(132) 중앙의 분할선(137) 좌우측에 각각 상호 이격되어 배치된다. 압전층들(132) 사이에 배치되는 복수의 제 1 전극(135)과 복수의 제 2 전극(136)은 도전성 라인(138)(139)을 통해 동일 극성 전극들끼리 전기적으로 연결된다. 기준 전극(133)은 접지되고 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136)에는 각각 다른 전위를 갖는 고주파 전압이 인가된다.
이러한 작동부재들(128)(129)은 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136)에 인가되는 고주파 전압의 전위차의 변화에 따라 압전 특성에 의해 변형된다. 이때, 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136) 사이의 전위차의 변화에 따른 작동부재들(128)(129)의 변형은 비선형적으로 이루어진다. 즉, 제 1 전극(135)과 제 2 전극(136) 사이의 전위차가 양의 값에서 음의 값으로 변하는 동안의 작동부재들(128)(129)의 변형 거동은 비대칭적이다. 작동부재들(128)(129)에 각각 전압이 인가되면 압전부(130)가 비대칭적인 물결(wave) 모양으로 변형되면서 압전부(130) 중간의 마찰돌기(131)가 가이드 로드(121)를 경사 방향(예컨대, 가이드 로드의 표면에 대해 약 135도)으로 밀게 된다. 이때, 이동부재(126)는 마찰돌기(131)가 가이드 로드(121)에 대해 이동부재(126)를 밀어내는 힘에 의해 가이드 로드(121)를 따라 이동하게 된다. 압전부(130)의 동적 특성은 인가되는 펄스 전압의 조절을 통해 다양하게 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 도 1에 나타낸 것과 같이, 하나의 작동부재(128)의 마찰돌기(131)가 가이드 로드(121)를 A방향으로 밀 때 이동부재(126)는 마찰돌기(131)가 가이드 로드(121)에 대해 이동부재(126)를 밀어내는 힘에 의해 밸브 로드(118)를 하강시키는 방향으로 움직인다. 반면, 다른 작동부재(129)의 마찰돌기(131)가 가이드 로드(121)를 B방향으로 밀면 이동부재(126)는 밸브 로드(118)를 상승시키는 방향으로 움직인다. 한 쌍의 작동부재(128)(129)가 이동부재(126)를 동일한 방향으로 움직이도록 동시에 작동할 수도 있다. 이와 달리, 하나의 작동부재(128)는 이동부재(126)를 한쪽 방향(예컨대, 상승 방향)으로만 움직이게 작동하고, 다른 하나의 작동부재(129)는 이동부재(126)를 다른 방향(예컨대, 하강 방향)으로만 움직이게 작동할 수도 있다.
이러한 리니어 구동기(120)의 동작은 제어기(165)에 의해 제어된다. 제어기(165)는 시간의 흐름에 따라 변하는 다양한 형태의 펄스 파형을 가진 전압을 리니어 구동기(120)의 작동부재들(128)(129)에 인가함으로써 밸브 로드(118)의 동적 특성을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기(165)는 밸브 로드(118)가 저장부(111)에 저장된 용액(S)을 리니어 방식으로 디스펜싱하도록 작동부재들(128)(129)을 제어할 수 있다. 이때, 작동부재들(128)(129)은 이동부재(126)를 일정 간격으로 피치 이송시킨다. 리니어 방식의 용액(S) 디스펜싱은 밸브 로드(118)가 1회 피치 이송되어 용액(S)의 1회 디스펜싱량을 노즐(113)을 통해 디스펜싱하는 방식이다. 이동부재(126)의 1회 피치 이송 거리는 용액(S)의 종류나 점도 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그리고 이동부재(126)의 1회 피치 이송 거리당 작동부재들(128)(129)이 가이드 로드(121)를 미는 회수도 다양하게 설정될 수 있다.
또한 제어기(165)는 밸브 로드(118)가 저장부(111)에 대해 빠른 속도로 승강하면서 노즐(113)을 통해 용액(S)의 액적(droplet)을 토출하는 방식(이른바 젯팅(jetting) 방식)으로 디스펜싱하도록 작동부재들(128)(129)을 제어할 수 있다. 이때, 작동부재들(128)(129)은 이동부재(126)를 고속 왕복 이동시킨다. 이동부재(126)의 왕복 거리는 용액(S)의 종류나 점도 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그리고 이동부재(126)를 1회 왕복 이동시킬 때 작동부재들(128)(129)이 가이드 로드(121)를 미는 회수도 다양하게 설정될 수 있다.
본 실시예에 따른 리니어 구동기(120)는 고속의 정밀한 제어가 가능한 압전형 작동부재들(128)(129)로 밸브 로드(118)를 작동시킨다. 특히, 작동부재들(128)(129)의 기계적인 작동 특성을 인가 전압의 크기, 전압의 교대 주파수, 전압의 시간에 따른 변화량 등의 제어 파라미터를 이용하여 전기적인 방법으로 정확하게 제어할 수 있다. 따라서 용액(S)을 더욱 빠르게 디스펜싱할 수 있고, 용액(S)의 디스펜싱량도 정확하게 제어할 수 있다. 이와 같이 밸브 로드(118) 동작에 대한 향상된 제어 성능은 결과적으로 디스펜싱되는 용액(S)의 디스펜싱 특성을 쉽고 정확하게 제어할 수 있게 한다.
본 발명의 리니어 구동기는 다양한 다른 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 리니어 구동기는 밸브 로드와 나란하게 배치되는 가이드 로드에 밸브 로드가 결합된 이동부재가 이동 가능하게 결합되고, 이동부재에 설치되는 작동부재가 가이드 로드에 대해 이동부재를 밀어내는 힘에 의해 이동부재를 가이드 로드를 따라 이동시키는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 위치 검출기(145)는 밸브 로드(118)의 이동 변위를 검출하기 위해 펌프 몸체(101) 내측에 설치된다. 위치 검출기(145)는 영구자석(146)과 자기 센서(147)를 포함한다. 영구자석(146)은 리니어 구동기(120)의 이동부재(126) 외측면에 구비된 브라켓(142)에 결합되어 이동부재(126)과 함께 움직인다. 자기 센서(147)는 영구자석(146)과 마주하도록 펌프 몸체(101)의 일측에 고정 설치된다. 자기 센서(147)는 영구자석(146)에서 발생하는 자기의 변화를 감지한다. 영구자석(146)의 이동 변위와 밸브 로드(118)의 이동 변위는 동일하므로, 영구자석(146)의 자기 변화를 통해 밸브 로드(118)의 이동 변위를 검출할 수 있다.
위치 검출기(145)는 그 검출 신호를 제어기(165)에 전송한다. 제어기(165)는 위치 검출기(145)의 검출 신호를 이용하여 작동부재들(128)(129)을 피드백 제어함으로써 밸브 로드(118)의 움직임을 정밀하게 조절할 수 있다. 따라서 용액(S)을 설정된 초기값으로 정확하게 디스펜싱하는 것이 가능하다.
밸브 몸체(110)를 펌프 몸체(101)에서 분리한 후 재조립하거나, 밸브 몸체(110)를 다른 것으로 교체하거나, 밸브 로드(118)를 다른 것으로 교체하는 경우에 밸브 로드(118)의 동작 특성이 초기 설정값과 달라져 용액(S) 디스펜싱량이 변하는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 작동부재들(128)(129)의 동작에 의한 밸브 로드(118)의 이동 변위를 위치 검출기(145)로 바로 검출하면 작동부재들(128)(129)에 대한 공급 전압을 조정하는 등의 방법을 통해 용액(S) 디스펜싱량을 초기 설정값으로 신속하고 쉽게 맞추는 것이 가능하다.
도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면, 유로전환 밸브(150)는 밸브 몸체(110) 내부의 용액(S)이 유동하는 유로를 전환할 수 있도록 밸브 몸체(110)에 설치된다. 유로전환 밸브(150)는 밸브 몸체(110) 내측에 좌우 방향으로 형성된 밸브 챔버(114)에서 수평 이동하도록 밸브 몸체(110)에 결합된다. 유로전환 밸브(150)는 유입 유로(151)와 유출 유로(152)를 갖는다. 유입 유로(151)는 저장부(111)와 유입부(112)를 연결할 수 있도록 유로전환 밸브(150)에 좌우 방향으로 형성된다. 유출 유로(152)는 저장부(111)와 노즐 연결로(115)를 연결할 수 있도록 유로전환 밸브(150)에 상하 방향으로 형성된다. 밸브 몸체(110)가 일측 방향으로 움직여 유입 유로(151)가 저장부(111)와 유입부(112)를 연결할 때 유입부(112)의 용액(S)이 저장부(111)로 유입될 수 있다. 이때, 저장부(111)와 노즐(113) 사이의 용액(S)이 유동하는 경로는 유로전환 밸브(150)에 의해 차단된다. 반면, 밸브 몸체(110)가 다른 방향으로 움직여 유출 유로(152)가 저장부(111)와 노즐(113)을 연결할 때 저장부(111)의 용액(S)이 노즐(113)을 통해 디스펜싱될 수 있다. 이때, 저장부(111)와 유입부(112) 사이의 용액(S)이 유동하는 경로는 유로전환 밸브(150)에 의해 차단된다.
유로전환 밸브(150)의 밸브 몸체(110) 외부에 놓이는 끝단에는 제 1 결합부(153)가 구비된다. 제 1 결합부(153)에는 결합홈(154)이 마련된다. 유로전환 밸브(150)는 제 1 결합부(153)를 통해 밸브 구동기(156)에 분리 가능하게 결합된다.
밸브 구동기(156)는 유로전환 밸브(150)를 밸브 챔버(114)에서 수평 이동시킨다. 밸브 구동기(156)는 펌프 몸체(101) 내측에 고정 설치되는 구동기 몸체(157)와, 구동기 몸체(157)에 대해 진퇴하는 진퇴부재(158)를 포함한다. 진퇴부재(158)는 제 2 결합부(159)를 갖는다. 제 2 결합부(159)에는 결합돌기(160)가 구비된다. 유로전환 밸브(150)의 제 1 결합부(153)에 마련된 결합홈(154)에 제 2 결합부(159)의 결합돌기(160)가 삽입되는 방법으로 유로전환 밸브(150)와 밸브 구동기(156)의 진퇴부재(158)가 분리 가능하게 결합된다. 유로전환 밸브(150)의 제 1 결합부(153)는 펌프 몸체(101)에 마련된 연결구멍(106)을 통해 진퇴부재(158)의 제 2 결합부(159)에 결합된다.
물론, 유로전환 밸브(150)와 진퇴부재(158)의 분리 가능한 결합 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 또한 밸브 구동기(156)는 유로전환 밸브(150)를 밸브 몸체(110)의 밸브 챔버(114)에서 움직일 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 디스펜싱 펌프(100)의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 6은 용액(S)을 밸브 몸체(110) 내측의 저장부(111)에 공급하는 과정을 나타낸 것이다. 밸브 몸체(110)에 시린지(10)가 결합된 후, 밸브 구동기(156)가 유로전환 밸브(150)를 움직여 유로전환 밸브(150)의 유입 유로(151)를 밸브 몸체(110)의 유입부(112)와 저장부(111)에 연결한다. 유입부(112)와 저장부(111)가 유로전환 밸브(150)의 유입 유로(151)로 연결된 상태에서, 리니어 구동기(120)의 작동부재들(128)(129)이 작동하여 이동부재(126)를 상승시키면 저장부(111)에 삽입된 밸브 로드(118)가 상승한다. 이때, 저장부(111)의 압력이 낮아져 시린지(10)의 용액(S)이 유입부(112)와 유입 유로(151)를 통해 저장부(111)로 유입된다.
리니어 구동기(120)의 작동부재들(128)(129)이 밸브 로드(118)를 상승시킬 때, 위치 검출기(145)가 밸브 로드(118)의 변위를 검출하여 그 검출 신호를 제어기(165)에 송신한다. 제어기(165)는 위치 검출기(145)로부터 검출 신호를 수신하여 작동부재들(128)(129)을 피드백 제어함으로써 밸브 로드(118)를 설정된 높이까지 정확하게 상승시킬 수 있다. 밸브 로드(118)가 상승함으로써 저장부(111)에는 설정 높이까지 용액(S)이 채워진다.
저장부(111)에 용액(S)이 채워진 후, 도 7에 나타낸 것과 같이, 밸브 구동기(156)가 유로전환 밸브(150)를 움직여 유로전환 밸브(150)의 유출 유로(152)를 저장부(111) 및 노즐 연결로(115)와 일직선 상에 배치시킨다. 이때, 저장부(111)와 노즐(113)이 유로전환 밸브(150)의 유출 유로(152) 및 노즐 연결로(115)를 통해 연결되고, 유입부(112)와 저장부(111) 사이의 유로는 차단된다. 저장부(111)와 노즐(113)이 연결된 상태에서 리니어 구동기(120)의 작동부재들(128)(129)이 작동하여 이동부재(126)를 하측으로 피치 이송시킨다. 이때, 밸브 로드(118)는 저장부(111)의 용액(S)을 하측으로 가압하여 노즐(113)을 통해 용액(S)을 리니어 방식으로 디스펜싱한다.
리니어 구동기(120)의 작동부재들(128)(129)이 밸브 로드(118)를 피치 이송시킬 때 위치 검출기(145)가 밸브 로드(118)의 변위를 검출하여 그 검출 신호를 제어기(165)에 송신한다. 그리고 제어기(165)가 작동부재들(128)(129)을 정밀하게 피드백 제어함으로써 밸브 로드(118)는 용액(S)을 설정된 디스펜싱량 만큼씩 노즐(113)을 통해 정확하게 디스펜싱할 수 있다. 제어기(165)는 용액(S)의 종류나 점도 등에 따라 작동부재들(128)(129)을 제어함으로써 용액(S)의 1회 디스펜싱량을 다양하게 조절할 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 실시예에 따른 디스펜싱 펌프(100)는 밸브 로드(118)를 움직이는 압전형 리니어 구동기(120)의 기계적인 작동 특성을 전기적인 방법으로 정확하게 제어할 수 있다. 따라서 용액(S)을 더욱 빠르게 디스펜싱할 수 있고, 용액(S)의 디스펜싱량도 정확하게 제어할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 디스펜싱 펌프(100)는 밸브 로드(118)를 움직이는 리니어 구동기(120)가 밸브 로드(118)가 결합된 이동부재(126)가 직선형의 가이드 로드(121)를 따라 직선 이동하는 콤팩트한 구조를 취함으로써 콤팩트하고 단순한 구조로 제조될 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 디스펜싱 펌프(100)는 작동부재가 고정되고 작동부재에 대해 진퇴 운동하는 진퇴부에 밸브 로드가 결합되는 오거 타입 등 종래의 디스펜싱 펌프와 달리, 작동부재들(128)(129)이 설치된 이동부재(126)에 밸브 로드(118)가 결합되고 이동부재(126)가 가이드 로드(121)를 따라 움직인다. 따라서 밸브 로드(118)와 위치 검출기(145)를 설치하기 용이하고, 밸브 로드(118)의 변위를 더욱 정확하게 검출할 수 있다. 그리고 밸브 로드(118)의 변위를 정확하게 검출함으로써 밸브 로드(118)의 동작을 정밀하게 피드백 제어할 수 있고, 용액을 정확한 양으로 디스펜싱할 수 있다.
또한 밸브 몸체(110)나 밸브 로드(118)를 교체하는 등의 이유로 밸브 로드(118)의 작동 변위가 초기 설정값과 달라지는 경우, 위치 검출기(145)로 밸브 로드(118)의 변위를 신속하고 손쉽게 검출하여 작동부재들(128)(129)의 동적 특성을 적절하게 재조정함으로써 용액 디스펜싱량을 일정하게 유지할 수 있다.
또한 용액의 종류나 점도가 달라지는 경우, 그에 맞게 작동부재들(128)(129)의 동적 특성을 신속하게 재조정할 수 있어 다양한 용액의 디스펜싱 공정에 사용될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스펜싱 펌프(200)를 나타낸 단면도이다.
도 8에 나타낸 디스펜싱 펌프(200)는 상술한 디스펜싱 펌프(100)와 비교하여 밸브 몸체(210)와 밸브 로드(218)가 다른 것으로 교체된 것이다. 이들 구성 요소 이외에 펌프 몸체(101)와, 리니어 구동기(120)와, 위치 검출기(145) 등 나머지 구성 요소는 상술한 것과 같다.
밸브 몸체(210)는 저장부(211)와, 유입부(212)와, 노즐(213)을 구비하고 펌프 몸체(101)에 탈착식으로 결합된다. 유입부(212)에 시린지(10)가 결합되고, 시린지(10)에 저장된 용액(S)은 유입부(212)를 통해 저장부(211)로 공급된다.
밸브 로드(218)는 리니어 구동기(120)의 이동부재(126)에 결합되어 이동부재(126)에 의해 밸브 몸체(210)의 저장부(211)에서 상하 진퇴 운동한다. 밸브 로드(218)가 상승하였다가 노즐(213) 쪽으로 하강할 때 저장부(211) 내부의 용액(S)이 노즐(213) 쪽으로 가압되어 노즐(213)을 통해 외부로 디스펜싱된다.
밸브 로드(218)는 리니어 구동기(120)에 의해 움직인다. 리니어 구동기(120)의 작동부재들(128)(129)은 가이드 로드(121)에 대해 이동부재(126)를 밀어내는 힘에 의해 이동부재(126)를 가이드 로드(121)를 따라 슬라이딩시킴으로써 밸브 로드(218)를 승강시킨다. 밸브 로드(218)는 하강할 때 저장부(211)의 용액(S)을 하측으로 가압하여 노즐(213)을 통해 디스펜싱한다.
이러한 디스펜싱 펌프(200)는 저장부(211)에 저장된 용액(S)을 젯팅 방식으로 디스펜싱한다. 즉, 작동부재들(128)(129)이 이동부재(126)를 고속 왕복 이동시키도록 제어기(165)가 작동부재들(128)(129)을 제어한다. 이에 의해, 밸브 로드(218)가 저장부(211)의 용액(S)을 액적 형태로 수회 토출시킴으로써 정해진 디스펜싱량만큼씩 대상체에 디스펜싱할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도면에는 밸브 몸체(210)가 펌프 몸체(101)에 탈착식으로 결합되는 것으로 나타냈으나, 밸브 몸체는 펌프 몸체에 고정형으로 설치될 수 있다.
또한 도면에는 리니어 구동기(120)가 가이드 로드(121)를 사이에 두고 마주하도록 설치되는 한 쌍의 작동부재(128)(129)를 포함하는 것으로 나타냈으나, 리니어 구동기는 작동부재를 적어도 하나 구비하는 다른 구조로 변경될 수 있다.
또한 도면에는 유로전환 밸브(150)를 움직이는 밸브 구동기(156)가 펌프 몸체(101)에 설치되는 것으로 나타냈으나, 밸브 구동기는 밸브 몸체에 설치될 수 있다.
또한 도면에는 유로전환 밸브(150)가 밸브 몸체(210)에 좌우 방향으로 형성된 밸브 챔버(114)에서 수평 이송하는 것으로 나타냈으나, 유로전환 밸브의 구조나 설치 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 유로전환 밸브에 마련되는 유입 유로와 유출 유로는 다양한 다른 구조를 가질 수 있고, 유로전환 밸브는 밸브 몸체 내측에서 수평 이송 이외에 회전 등 다른 움직임을 통해 밸브 몸체 내측의 유로를 전환시킬 수 있다. 그리고 유로전환 밸브의 움직임 형태에 따라 밸브 구동기도 적절한 구조의 것이 이용될 수 있다.
또한 도면에는 위치 검출기(145)의 영구자석(146)이 이동부재(126)에 결합되고 자기 센서(147)가 펌프 몸체(101)에 고정된 것으로 나타냈으나, 이들의 설치 위치는 서로 바뀔 수 있다. 즉, 영구자석이 펌프 몸체(101)에 고정 설치되고, 자기 센서가 이동부재(126)에 결합될 수도 있다. 또한 위치 검출기는 자기 센서 구조 이외에, 접촉식 또는 비접촉식의 다양한 다른 구조의 것이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 나타낸 실시예와 같이, 광센서형 위치 검출기(245)가 이용될 수도 있다.
도 9에 나타낸 위치 검출기(245)는 반사부재(246)와 광센서(247)를 포함한다. 반사부재(246)는 펌프 몸체(101)에 고정 설치되고, 광센서(247)는 리니어 구동기(120)의 이동부재(126)에 결합된다. 반사부재(246)는 높이에 따라 반사율이 다르게 구성된다. 광센서(247)는 반사부재(246)를 향해 빛을 조사하고 반사부재(246)에서 반사되는 빛을 수광한다. 광센서(247)는 이동부재(126)와 함께 이동하면서 반사부재(246)에 빛을 조사하고 반사되는 빛의 세기를 검출한다. 반사부재(246)는 높이에 따라 반사율이 다르므로, 광센서(247)의 위치에 따라 광센서(247)가 수광하는 빛의 세기가 다르게 나타난다. 따라서 광센서(247)는 반사부재(246)에서 반사되는 빛의 세기 변화로부터 이동부재(126)에 결합된 밸브 로드(118)의 변위를 검출할 수 있다.
10 : 시린지 100, 200 : 디스펜싱 펌프
101 : 펌프 몸체 104 : 지지벽
105 : 삽입홈 106 : 연결구멍
110, 210 : 밸브 몸체 111, 211 : 저장부
112, 212 : 유입부 113, 213 : 노즐
114 : 밸브 챔버 115 : 노즐 연결로
116 : 걸림턱 118, 218: 밸브 로드
120 : 리니어 구동기 121 : 가이드 로드
122 : 로드 몸체 123 : 마찰부재
126 : 이동부재 127 : 가이드 레일
128, 129 : 작동부재 130 : 압전부
131 : 마찰돌기 132 : 압전층
133 : 기준 전극 134 : 인가 전극
135, 136 ; 제 1, 2 전극 145, 245 : 위치 검출기
146 : 영구자석 147 : 자기 센서
150 : 유로전환 밸브 151 : 유입 유로
152 : 유출유로 153, 159 : 제 1, 2 결합부
156 : 밸브 구동기 157 : 구동기 몸체
158 : 진퇴부재 165 : 제어기
246 : 반사부재 247 : 광센서

Claims (12)

  1. 용액이 저장되는 저장부와, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입부와, 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체;
    상기 밸브 몸체를 지지하는 펌프 몸체;
    상기 밸브 몸체의 저장부에 일부분이 수용된 상태로 상기 밸브 몸체의 저장부에 대해 진퇴 운동 가능하도록 설치되는 밸브 로드; 및
    상기 밸브 로드와 나란하게 배치되어 상기 펌프 몸체에 고정되는 가이드 로드와, 상기 밸브 로드와 결합되고 상기 가이드 로드를 따라 이동하도록 설치되는 이동부재와, 상기 이동부재에 고정되고 상기 가이드 로드에 대해 상기 이동부재를 밀어내는 힘에 의해 상기 이동부재를 상기 가이드 로드를 따라 이동시키는 작동부재를 구비하는 리니어 구동기;를 포함하고,
    상기 작동부재는, 인가 전압에 의해 공진하면서 변형되는 압전부와, 상기 압전부에 형성되고 상기 압전부의 진동에 의해 상기 가이드 로드에 접촉하여 상기 가이드 로드에 대해 상기 압전부를 밀어내어 상기 이동부재를 움직이는 마찰돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 구동기의 가이드 로드는, 상기 작동부재의 마찰돌기와 상기 가이드 로드 사이의 마찰력을 증가시키기 위하여 상기 마찰돌기와 접하는 위치에 형성되는 세라믹 재질의 마찰부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동부재의 압전부는, 압전 재질로 형성되고 두께 방향으로 분극되어 적층된 복수의 압전층과, 상기 복수의 압전층 사이에 서로 교번하여 형성되는 기준 전극 및 인가 전극을 포함하고,
    상기 인가 전극은, 상기 압전층의 면적을 양분하여 양측에 서로 절연되도록 형성되고 인접하는 상기 압전층의 동일 극성 전극들끼리 전기적으로 연결되도록 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리니어 구동기의 이동부재와 상기 펌프 몸체의 사이에 설치되어 상기 펌프 몸체에 대한 상기 이동부재의 움직임을 가이드하는 가이드 레일;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  6. 제 1 항, 제3항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 몸체는, 상기 저장부와 상기 유입부 및 상기 노즐 사이에 배치되는 밸브 챔버를 더 구비하고,
    상기 밸브 챔버에 움직일 수 있게 설치되며, 상기 밸브 챔버에서 움직임에 따라 상기 저장부와 상기 유입부 사이의 용액이 유동하는 경로와 상기 저장부와 상기 노즐 사이의 용액이 유동하는 경로를 각각 개폐할 수 있도록 상기 저장부와 상기 유입부를 연결하는 유입 유로와 상기 저장부와 상기 노즐을 연결하는 유출 유로를 구비하는 유로전환 밸브; 및
    상기 유로전환 밸브와 연결되어 상기 유로전환 밸브를 움직이는 밸브 구동기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유로전환 밸브는 상기 밸브 챔버에 슬라이드 이동하도록 설치되고, 상기 밸브 구동기는 상기 유로전환 밸브를 상기 밸브 챔버에서 직선 이동시키는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 저장부와 상기 유입부는 상기 밸브 몸체에 좌우 방향으로 이격되도록 배치되고, 상기 저장부와 상기 노즐은 상기 밸브 몸체에 상하 방향으로 이격되도록 배치되고, 상기 유로전환 밸브는 상기 밸브 챔버에서 좌우 방향으로 수평 이동하도록 설치되며, 상기 유입 유로는 상기 유로전환 밸브에 좌우 방향으로 형성되고, 상기 유출 유로는 상기 유로전환 밸브에 상하 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밸브 몸체는 상기 펌프 몸체에 분리 가능하게 결합되고, 상기 밸브 구동기는 상기 펌프 몸체에 설치되며, 상기 유로전환 밸브는 상기 밸브 구동기에 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 로드의 이동 변위를 검출할 수 있도록 상기 펌프 몸체에 대한 상기 이동부재의 변위를 측정하는 위치 검출기; 및
    상기 위치 검출기로부터 검출 신호를 수신하여 상기 리니어 구동기의 작동부재를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치 검출기는, 상기 리니어 구동기의 이동부재와 상기 펌프 몸체 중 어느 하나에 상기 이동부재의 이동 방향을 따라 배열되어 설치되는 영구자석과, 상기 리니어 구동기의 이동부재와 상기 펌프 몸체 중 다른 하나에 설치되어 상기 영구자석에서 발생하는 자기의 변화를 감지하는 자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치 검출기는, 상기 리니어 구동기의 이동부재와 상기 펌프 몸체 중 어느 하나에 상기 이동부재의 이동 방향을 따라 배열되어 설치되는 반사부재와, 상기 리니어 구동기의 이동부재와 상기 펌프 몸체 중 다른 하나에 설치되어 상기 반사부재를 향해 빛을 조사하고 상기 반사부재에서 반사되는 빛의 세기 변화를 감지하는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스펜싱 펌프.
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