KR101784205B1 - 마이크로 펌프 - Google Patents

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이석용
이승범
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충북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 마이크로 펌프에 관한 것으로서, 특히 삽입홈이 상측에 형성되고, 유입유로가 하측에 형성됨과 아울러 상기 삽입홈과 유입유로를 연결하는 유입측 안내홀이 형성되며, 유출유로가 하측에 형성됨과 아울러 상기 삽입홈과 유출유로을 연결하는 유출측 안내홀이 형성되는 바디와; 상기 바디의 삽입홈에 설치되고, 전자석으로부터 신호를 받아 인력 또는 척력이 발생되는 자석이 내장되어 상하로 움직이는 피스톤과; 상측 부분이 상기 바디의 유입유로에 삽입되고, 상기 유입유로와 연통되는 흡입홀이 형성된 유입블록과; 상측 부분이 상기 바디의 유출유로에 삽입되고, 상기 유출유로와 연통되는 배출홀이 형성된 유출블록과; 상기 바디의 유입유로에 설치되어 피스톤이 상승할 때 함께 상승하여 상기 흡입홀을 개방함으로써 유체가 상기 삽입홈 내부로 유입되도록 하는 유입측 체크볼과; 상기 바디의 유출유로에 설치되어 상기 피스톤이 하강할 때 함께 하강하여 상기 유출측 안내홀을 개방함으로써 상기 삽입홈 내부의 유체가 상기 배출홀로 배출되도록 하는 유출측 체크볼;을 포함하여 구성되어, 그 구조가 단순하고 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 유체 이송의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

마이크로 펌프{Micro Pump}
본 발명은 마이크로 펌프에 관한 것으로서, 특히 자력에 의해 유로 내부에서 상하로 움직이는 피스톤을 이용하여 유체를 이송할 수 있는 마이크로 펌프에 관한 것이다.
미량의 유체를 이송시키는 마이크로펌프는 인슐린 등의 약물 또는 생체활성 물질의 지속적인 체내주입, 미량 분석, 인쇄 장치, 소형 연료전지 등의 많은 신기술 분야에 이용된다.
특히 마이크로펌프를 인체에 적용하여 의료 용도로 사용하고자 하는 연구가 많이 이루어지고 있어서, 작동 원리나 용도 등에 따라 여러 가지 방식이 제안되고 있으나, 대부분 그 구조가 복잡하여 제작이 용이하지 않거나 신뢰할 만한 유체의 이송능력을 보여주지 못하고 있다.
출원번호:10-2008-0089202 (등록번호:10-0950926, 발명의 명칭:전자석에 의해 구동되는 박막을 구비한 마이크로펌프)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유체 이송의 신뢰성이 높고 간단한 구조를 갖기 때문에 제작비용이 저렴하고 유지관리가 용이한 마이크로 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 마이크로 펌프는 삽입홈이 상측에 형성되고, 유입유로가 하측에 형성됨과 아울러 상기 삽입홈과 유입유로를 연결하는 유입측 안내홀이 형성되며, 유출유로가 하측에 형성됨과 아울러 상기 삽입홈과 유출유로을 연결하는 유출측 안내홀이 형성되는 바디와; 상기 바디의 삽입홈에 설치되고, 전자석으로부터 신호를 받아 인력 또는 척력이 발생되는 자석이 내장되어 상하로 움직이는 피스톤과; 상측 부분이 상기 바디의 유입유로에 삽입되고, 상기 유입유로와 연통되는 흡입홀이 형성된 유입블록과; 상측 부분이 상기 바디의 유출유로에 삽입되고, 상기 유출유로와 연통되는 배출홀이 형성된 유출블록과; 상기 바디의 유입유로에 설치되어 피스톤이 상승할 때 함께 상승하여 상기 흡입홀을 개방함으로써 유체가 상기 삽입홈 내부로 유입되도록 하는 유입측 체크볼과; 상기 바디의 유출유로에 설치되어 상기 피스톤이 하강할 때 함께 하강하여 상기 유출측 안내홀을 개방함으로써 상기 삽입홈 내부의 유체가 상기 배출홀로 배출되도록 하는 유출측 체크볼;을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 바디의 삽입홈 상측에는 마감블록이 설치되고, 상기 마감블록에는 상기 삽입홈과 연통되는 관통홀이 형성된다.
그리고, 상기 바디의 유입측 안내홀은 120도 간격으로 형성되는 3개의 유체통과홀과, 3개의 유체통과홀 중심에 위치되어 상기 유입측 체크볼이 상승할 때 밀폐되는 센터홀로 구성된다.
또한, 상기 유출블록의 배출홀은 120도 간격으로 형성되는 3개의 유체통과홀과, 3개의 유체통과홀 중심에 위치되어 상기 유출측 체크볼이 하강할 때 밀폐되는 센터홀;로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 마이크로 펌프는 전자석의 신호로 피스톤을 상하로 움직이게 하여 바디 내주의 압력변화를 유도하고, 이러한 압력변화로 체크볼을 움직여 유체를 흐르게 하거나 유체의 흐름을 차단할 수 있으므로, 유체의 이송 원리가 매우 간단하고, 유체 이송의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 그 구조를 단순화시켜 제작비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 마이크로 펌프를 보인 사시도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 마이크로 펌프를 보인 분해사시도.
도 3은 본 발명에 의한 마이크로 펌프의 부분절개도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 마이크로 펌프의 동작 과정을 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 마이크로 펌프의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 마이크로 펌프를 보인 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 마이크로 펌프를 보인 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 마이크로 펌프의 부분절개도이다.
본 발명에 의한 마이크로 펌프는 바디(100)와, 상기 바디(100) 내부에 설치되는 피스톤(200)과, 상측 부분이 상기 바디(100) 내부에 삽입되는 유입블록(300)과, 상측 부분이 상기 바디(100) 내부에 삽입되는 유출블록(400)과, 상기 바디(100) 내부에 설치되는 유입측 체크볼(500)과, 상기 바디(100) 내부에 설치되는 유출측 체크볼(600)과, 상기 바디(100)에 설치되는 마감블록(700)을 포함하여 구성된다.
상기 바디(100)는 그 대략적인 형태가 6면체의 블록에 유사한 것으로서, 내부에 삽입홈(110)과, 유입유로(120)와, 유입측 안내홀(130)과, 유출유로(140) 및 유출측 안내홀(150)이 형성된다.
상기 삽입홈(110)은 상기 바디(100)의 내부 상측에 형성되는 것으로서, 바디(100)의 상단에서 아래로 일정깊이로 형성된다.
상기 유입유로(120)는 상기 바디(100)의 내부 하측에 형성되는 것으로서, 바디(100)의 하단에서 위쪽으로 일정깊이로 형성된다. 이러한 유입유로(120)의 상측 부분은 상단으로 갈수록 직경이 작아지는 원추 형상과 유사한 형태를 취한다.
상기 유입측 안내홀(130)은 상기 유입유로(120) 상단의 원추 형상 부분에 연결되는 것으로서, 상기 삽입홈(110)과 상기 유입유로(120)를 연결하기 때문에 유입유로(120) 내부로 유입된 유체는 유입측 안내홀(130)을 거쳐 삽입홈(110) 내부로 유입된다.
이러한 유입측 안내홀(130)은 3개의 유체통과홀(131)과, 1개의 센터홀(132)로 구성된다.
상기 3개의 유체통과홀(131)은 120도 간격으로 형성된다. 즉 유체통과홀(131)은 상기 바디(100) 내부에 삼각형 형상을 이루며 형성된다. 이러한 유체통과홀(131)은 유입유로(120) 내부로 유입된 유체가 삽입홈(110)으로 갈 때 지나가는 통로이다.
상기 센터홀(132)은 삼각 형상으로 배치된 3개의 유체통과홀(131) 중심에 위치되는 것으로서, 상기 유입측 체크볼(500)이 상승할 때 유입측 체크볼(500)에 의하여 밀폐된다. 이러한 센터홀(132)은 유입유로(120)에 진입한 유체가 삽입홈(110) 내부로 진입할 때 지나가는 통로는 아니다. 다만, 피스톤(200)이 상승할 때 바디(100) 내부의 압력이 하락되는데 이때 발생되는 압력의 하락으로부터 유입측 체크볼(500)이 영향을 받아서 좀 더 쉽게 상승되도록 하는데 상기 센터홀(132)이 도움을 줄 수 있다.
상기 유출유로(140)는 상기 바디(100)의 내부 하측에 상기 유입유로(120)와 평행하게 형성되는 것으로서, 바디(100)의 하단에서 위쪽으로 일정깊이로 형성된다. 이러한 유출유로(140)의 상측 부분은 상단으로 갈수록 직경이 작아지는 원추 형상과 유사한 형태를 취한다.
상기 유출측 안내홀(150)은 상기 유출유로(140)의 상단 중앙에 연결되는 것으로서, 상기 삽입홈(110)과 상기 유출유로(140)를 연결하기 때문에 삽입홈(110) 내부로 유입된 유체는 유출측 안내홀(150)을 거쳐 유출유로(140) 내부로 유입된다.
상기 피스톤(200)은 상기 바디(100)의 삽입홈(110) 내부에 설치되는 것으로서, 상하로 움직여 바디(100) 내부의 압력을 조절한다. 즉 피스톤(200)이 상측으로 움직이면 바디(100) 내부의 압력이 낮아지고, 피스톤(200)이 하측으로 움직이면 바디(100) 내부의 압력이 높아진다.
좀 더 부연하면, 상기 피스톤(200)은 자석(210)이 내장되어 있고, 이 자석(210)은 바디(100) 외부의 전자석(E)으로부터 신호를 받아 전자석(E)과의 사이에 인력 또는 척력을 발생시킨다. 따라서, 자석(210)은 전자석(E)과의 인력 또는 척력에 의해 상하로 움직이게 되고 이 자석(210)의 상하 움직임에 의해 피스톤(200)도 함께 상하로 움직이게 된다. 즉 PLC 제어를 통해 (+),(-) 신호를 주면 전자석(E)과 자석(210)의 인력으로 인하여 피스톤(200)이 위로 올라가고, (-),(+) 신호를 주면 전자석(E)과 자석(210)의 척력으로 인하여 피스톤(200)이 아래로 내려가게 되는 것이다.
상기 유입블록(300)은 상측 부분이 상기 바디(100)의 유입유로(120)에 삽입되는 것으로서, 상기 유입유로(120)와 연통되는 흡입홀(330)이 형성된다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 유입블록(300)은 상면이 하측으로 움푹하게 형성된 원통형 삽입부(310)와, 상기 원통형 삽입부(310)의 하단에 일체로 형성된 지지블록(320)으로 구성된다.
상기 원통형 삽입부(310)는 상기 유입유로(120)에 삽입되는 부분이고, 상기 지지블록(320)은 상기 바디(100)의 외부에 위치되는 부분으로서, 이 원통형 삽입부(310)와 지지블록(320)을 상하방향으로 관통하여 흡입홀(330)이 형성된다.
상기 유출블록(400)은 상측 부분이 상기 바디(100)의 유출유로(140)에 삽입되어 상기 유입블록(300)과 나란히 위치되는 것으로서, 상기 유출유로(140)와 연통되는 배출홀(430)이 형성된다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 유출블록(400)은 상면이 하측으로 움푹하게 형성된 원통형 삽입부(410)와, 상기 원통형 삽입부(410)의 하단에 일체로 형성된 지지블록(420)으로 구성된다.
상기 원통형 삽입부(410)는 상기 유출유로(140)에 삽입되는 부분이고, 상기 지지블록(420)은 상기 바디(100)의 외부에 위치되는 부분으로서, 이 원통형 삽입부(410)와 지지블록(420)에 상하방향으로 배출홀(430)이 형성된다.
상기 배출홀(430)은 상단이 상기 유출유로(140)의 하단에 연결되는 것으로서, 3개의 유체통과홀(431)과, 1개의 센터홀(432)로 구성된다.
상기 3개의 유체통과홀(431)은 상기 유출블록(400) 내부에 삼각형 형상을 이루며 형성된다. 이러한 유체통과홀(431)은 유출유로(140) 내부로 유입된 유체가 외부로 배출될 때 지나가는 통로이다.
상기 센터홀(432)은 삼각 형상으로 배치된 3개의 유체통과홀(431) 중심에 위치되는 것으로서, 상기 유출측 체크볼(600)이 하강할 때 유출측 체크볼(600)에 의하여 밀폐된다.
한편, 상기 유체통과홀(431)을 통해 배출되는 유체의 원활한 배출을 위해서 상기 지지블록(420)에는 센터홀(432)과 3개의 유체통과홀(431)이 합류되는 큰 직경의 대구경홀(421)을 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 유입측 체크볼(500)은 체크밸브 역할을 하는 것으로서, 명칭 그대로 구(球) 형상을 갖고, 상기 바디(100)의 유입유로(120) 내부에 설치되어 상기 피스톤(200)이 상승할 때 함께 상승하여 상기 흡입홀(330)을 개방함으로써 유체가 상기 삽입홈(110) 내부로 유입되도록 한다.
즉, 상기 유입측 체크볼(500)은 피스톤(200)이 상승하지 않고 제자리에 있을 때는 상기 흡입홀(330)을 밀폐하고 있고, 피스톤(200)이 상승할 때는 위쪽으로 움직여 막고 있던 흡입홀(330)을 개방시킨다.
상기 유출측 체크볼(600)은 체크밸브 역할을 하는 것으로서, 명칭 그대로 구(球) 형상을 갖고, 상기 바디(100)의 유출유로(140) 내부에 설치되어 상기 피스톤(200)이 하강할 때 함께 하강하여 상기 유출측 안내홀(150)을 개방함으로써 상기 삽입홈(110) 내부의 유체가 상기 배출홀(430)로 배출되도록 한다.
즉, 상기 유출측 체크볼(600)은 피스톤(200)이 상승하지 않고 제자리에 있을 때는 상기 유출측 안내홀(150)을 개방시키고 있고, 피스톤(200)이 상승할 때는 위쪽으로 움직여 개방시키고 있던 유출측 안내홀(150)을 밀폐한다.
상기 마감블록(700)은 상기 바디(100)의 삽입홈(110) 내부 상측에 설치되어, 상기 피스톤(200)의 이탈을 방지한다. 즉 바디(100)의 삽입홈(110) 내에서 상하로 운동하는 피스톤(200)은 경우에 따라서는 삽입홈(110) 외부로 이탈할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 마감블록(700)을 설치한다.
그리고, 상기 마감블록(700)에는 상기 삽입홈(110)과 연통되는 관통홀(710)이 형성되어 상기 삽입홈(110)의 내부, 즉 상기 피스톤(200)의 상부공간이 진공이 되는 것을 방지한다. 즉 관통홀(710)을 통하여 삽입홈(110)이 외부와 연통되는 것이다.
상기 관통홀(710)은 상기 삽입홈(110)과 상기 피스톤(200)의 직경보다 작게 형성되어 삽입홈(110)이 외부와 연결되도록 하면서 동시에 피스톤(200)이 삽입홈(110) 밖으로 이탈되지 않도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 마이크로 펌프의 동작모습을 도 4a 내지 도 4c를 참조로 하여 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 마이크로 펌프의 동작 과정을 보인 도이다.
먼저, 본 발명에 의한 마이크로 펌프가 동작하지 않을 때는 피스톤(200)이 삽입홈(110) 내의 일정한 곳에 위치되고, 유입측 체크볼(500)은 흡입홀(330)을 밀폐하고 있고, 유출측 체크볼(600)은 배출홀(430)의 센터홀(432)을 밀폐하고 있다.
이 상태에서 전자석(E)의 신호에 의해 인력이 작용하면 자석(210)이 위쪽으로 이동하는 힘을 받게 되어 피스톤(200)이 상승하게 된다.
이렇게 피스톤(200)이 상승하면 바디(100) 내부의 압력이 떨어지게 되고, 유입측 체크볼(500)은 상측으로 이동하여 유입측 안내홀(130)의 유체통과홀(131)은 개방시킨 상태에서 센터홀(132)을 막게 되며, 외부의 유체는 흡입홀(330)과 유입유로(120) 및 유입측 안내홀(130)의 유체통과홀(131)을 거쳐 삽입홈(110) 내부로 유입된다.
이와 동시에 유출측 체크볼(600)도 상승하여 유출측 안내홀(150)을 막게 된다.
이 상태에서 전자석(E)의 신호에 의해 척력이 작용하면 자석(210)이 아래쪽으로 이동하는 힘을 받게 되어 피스톤(200)이 하강하게 된다.
이렇게 피스톤(200)이 하강하면 바디(100) 내부의 압력이 상승하게 되고, 유출측 체크볼(600)은 하측으로 이동하여 배출홀(430)의 유체통과홀(431)은 개방시킨 상태에서 센터홀(432)을 막게 되며, 삽입홈(110) 내부의 유체는 유출측 안내홀(150)과 유출유로(140) 및 배출홀(430)의 유체통과홀(431)을 거쳐 외부로 배출된다.
이와 동시에 유입측 체크볼(500)도 하측으로 이동하여 흡입홀(330)을 막게 된다.
상기와 같은 동작을 반복하여 유체를 이송한다.
100: 바디 110: 삽입홈
120: 유입유로 130: 유입측 안내홀
131: 유체통과홀 132: 센터홀
140: 유출유로 150: 유출측 안내홀
200: 피스톤 210: 자석
300: 유입블록 310: 원통형 삽입부
320: 지지블록 330: 흡입홀
400: 유출블록 410: 원통형 삽입부
420: 지지블록 421: 대구경홀
430: 배출홀 431: 유체통과홀
432: 센터홀 500: 유입측 체크볼
600: 유출측 체크볼 700: 마감블록
E: 전자석

Claims (6)

  1. 삽입홈(110)이 상측에 형성되고, 유입유로(120)가 하측에 형성됨과 아울러 상기 삽입홈(110)과 유입유로(120)를 연결하는 유입측 안내홀(130)이 형성되며, 유출유로(140)가 하측에 형성됨과 아울러 상기 삽입홈(110)과 유출유로(140)을 연결하는 유출측 안내홀(150)이 형성되는 바디(100)와;
    상기 바디(100)의 삽입홈(110)에 설치되고, 전자석(E)으로부터 신호를 받아 인력 또는 척력이 발생되는 자석(210)이 내장되어 상하로 움직이는 피스톤(200)과;
    상면이 하측으로 움푹하게 형성된 원통형 삽입부(310)와, 상기 원통형 삽입부(310)의 하단에 일체로 형성된 지지블록(320)으로 구성됨과 아울러, 상기 원통형 삽입부(310)와 지지블록(320)을 상하방향으로 관통하여 상기 유입유로(120)와 연통되는 흡입홀(330)이 형성된 유입블록(300)과;
    상면이 하측으로 움푹하게 형성된 원통형 삽입부(410)와, 상기 원통형 삽입부(410)의 하단에 일체로 형성된 지지블록(420)으로 구성됨과 아울러, 상기 원통형 삽입부(410)와 지지블록(420)을 상하방향으로 관통하여 상기 유출유로(140)와 연통되는 배출홀(430)이 형성된 유출블록(400)과;
    상기 바디(100)의 유입유로(120)에 설치되어 피스톤(200)이 상승할 때 함께 상승하여 상기 흡입홀(330)을 개방함으로써 유체가 상기 삽입홈(110) 내부로 유입되도록 하는 유입측 체크볼(500)과;
    상기 바디(100)의 유출유로(140)에 설치되어 상기 피스톤(200)이 하강할 때 함께 하강하여 상기 유출측 안내홀(150)을 개방함으로써 상기 삽입홈(110) 내부의 유체가 상기 배출홀(430)로 배출되도록 하는 유출측 체크볼(600);을 포함하여 구성되되,
    상기 바디(100)의 유입측 안내홀(130)은 120도 간격으로 형성되어 상기 유입측 체크볼(500)이 상승할 때 개방된 상태가 유지되는 3개의 유체통과홀(131)과; 상기 3개의 유체통과홀(131) 중심에 위치되어 상기 유입측 체크볼(500)이 상승할 때 밀폐되는 센터홀(132);로 구성되고,
    상기 유출블록(400)의 배출홀(430)은 120도 간격으로 형성되어 상기 유출측 체크볼(600)이 하강할 때 개방된 상태가 유지되는 3개의 유체통과홀(431)과; 상기 3개의 유체통과홀(431) 중심에 위치되어 상기 유출측 체크볼(600)이 하강할 때 밀폐되는 센터홀(432);로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디(100)의 삽입홈(110) 상측에는 마감블록(700)이 설치되고, 상기 마감블록(700)에는 상기 삽입홈(110)과 연통되는 관통홀(710)이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
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