KR101994038B1

KR101994038B1 - 피에조 펌프 및 피에조 펌프 동작 제어 방법

Info

Publication number: KR101994038B1
Application number: KR1020180023713A
Authority: KR
Inventors: 조명우; 송기혁; 김기범; 김병찬
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-06-27

Abstract

본 발명은, 본 발명은, 외부에서 인가되는 신호에 의해 길이가 변화되는 피에조 소자, 중간부에는 회전축이 연결되고, 상기 피에조 소자의 길이 변화에 대응하여 단부가 왕복 동작하는 동작 로드, 상기 동작 로드의 일단에 배치되어 상기 동작 로드의 동작에 따라 상기 용액 공급부를 통한 용액 공급을 단속하는 태핏 및 상기 동작 로드의 타단으로 배치되어 상기 동작 로드에 탄성력을 인가하며 상기 동작 로드의 변위를 조정하는 변위 조정 스프링을 포함하는 피에조 펌프로서, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동을 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 가속도 센서; 상기 가속도 센서에서 출력되는 신호가 나타내는 진동값과 기준값을 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 변위 조정 스프링의 단부에 배치되고, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 길이가 변화되며 상기 변위 조정 스프링의 압축 정도를 조정하는 액츄에이터; 를 포함하는 피에조 펌프를 제공한다.

Description

피에조 펌프 및 피에조 펌프 동작 제어 방법{Piezo pump and control method for piezo pump}

본 발명은 피에조 펌프 및 피에조 펌프 동작 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용액 공급을 단속하는 태핏이 배치되는 동작 로드의 변위 조절이 가능한 피에조 펌프 및 피에조 펌프 동작 제어 방법에 관한 것이다.

피에조 펌프는 압전 성질, 즉 전기를 공급하면 수축 혹은 팽창하는 성질을 갖는 피에조 소자를 펌프에 적용한 것으로, 초소형 경량화, 저가격화, 신뢰성 향상에 매우 유리하며 그 응용분야도 다양하다.

피에조 소자는 초소형 펌프에 적용되는 것이 매우 효과적이다. 여기서, 피에조 소자를 사용하는 피에조 펌프는 환자의 정맥이나 동맥에 일정한 량의 약액이나 수액을 투여하기 위한 용도로 사용될 수 있고, 또는 접착제, 페인트, 인쇄용 니스, 전도성 물질 등과 같은 점성 물질의 액체를 타겟이 되는 표면에 토출하여 도포하기 위한 용도로 사용될 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 피에조 소자를 사용한 피에조 펌프의 구성의 일예를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 피에조 펌프(1)는 소정의 펌프 본체(2) 내부에 외부에서 인가되는 전기 신호에 따라 상하로 동작하는 피에조 소자(3)와 소정의 회전축을 기준으로 힌지 고정되고, 일단으로는 하부로 이동한 피에조 소자(3)의 단부가 접하며 태핏(5)을 구동시키는 동작 로드(4)가 배치된다.

본체(2) 일측으로는 소정의 용액을 공급하는 용액 공급부(7)가 배치된다. 용액 공급부(7)는 입력되는 소정의 용액을 출력측으로 공급한다. 여기서, 용액 공급부(7)에서의 용액의 출력 정도는 태핏(5)에 의한 출력 유로(7a)의 개폐 정도 조절에 의해 단속될 수 있다.

여기서, 피에조 소자(3)에는 스트레인 게이지(3a)가 배치되어 있다. 스트레인 게이지(3a)는 피에조 소자(3)의 동작을 측정하여 이에 해당하는 신호를 출력한다.

도 1에 도시된 피에조 펌프의 동작을 설명하면 다음과 같다.

피에조 소자(3)에 소정의 신호가 인가되어 피에조 소자(3)의 길이가 신장되면, 피에조 소자(3)의 단부는 동작 로드(4)의 일단부에 접하여, 동작 로드(4)의 일단은 하향 동작한다.

여기서, 동작 로드(4)의 단부에는 피에조 소자(3)의 동작 방향과 평행하게 태핏(5)이 배치되어 있어, 동작 로드(4)의 하향 동작에 의해 태핏(5)은 용액 공급부(7)의 출력 유로(7a)의 개방 정도가 작아지며 용액의 공급량이 감소될 수 있다. 또한, 동작 로드(4)의 하향 동작이 계속되면 출력 유로(7a)가 태핏(5)에 의해 폐쇄되며 용액의 공급이 정지될 수 있다.

이후, 피에조 소자(3)의 길이가 원상태로 복귀하면, 복원 스프링(6)의 탄성력에 의해 동작 로드(4)도 원위치로 복귀하고, 이에 따라 태핏(5)에 의해 폐쇄되어 있던 용액 공급부(7)의 출력 유로(7a)가 개방된다.

상기와 같이 구성된 피에조 펌프(1)는 태핏(5)의 동작 속도 및 변위의 크기에 따라 복원 스프링(6)에 의한 복원 속도가 달라질 수 있다.

여기서, 태핏(5)이 저속으로 동작하는 경우에는 이상이 없으나, 태핏(5)의 동작 속도가 일정 이상의 고속인 경우, 동작 로드(4)의 원상 복귀가 늦어져 용액 공급부(7)를 통한 용액 공급량이 균일하지 못하게 되는 문제점이 있다.

본 발명에 대한 선행기술로는 대한민국 공개특허 2013-0102238호와 공개특허 2016-0023444호를 예시할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 피에조 소자에 의한 태핏의 동작에 의해 용액 공급부를 개폐할 때, 개폐 시 발생되는 진동을 측정하고, 측정된 진동에 대응하여 동작 로드의 변위를 가변시켜, 동작 로드가 고속으로 동작하는 경우에도 용액 공급부를 통한 용액의 공급이 균일하게 이루어지도록 하는 피에조 펌프 및 피에조 펌프 동작 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 외부에서 인가되는 신호에 의해 길이가 변화되는 피에조 소자, 중간부에는 회전축이 연결되고, 상기 피에조 소자의 길이 변화에 대응하여 단부가 왕복 동작하는 동작 로드, 상기 동작 로드의 일단에 배치되어 상기 동작 로드의 동작에 따라 용액 공급부를 통한 용액 공급을 단속하는 태핏 및 상기 동작 로드의 타단으로 배치되어 상기 동작 로드에 탄성력을 인가하며 상기 동작 로드의 변위를 조정하는 변위 조정 스프링을 포함하는 피에조 펌프로서, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동을 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 가속도 센서; 상기 가속도 센서에서 출력되는 신호가 나타내는 진동값과 기준값을 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 변위 조정 스프링의 단부에 배치되고, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 길이가 변화되며 상기 변위 조정 스프링의 압축 정도를 조정하는 액츄에이터; 를 포함하는 피에조 펌프를 제공한다.

상기 제어부에서 출력되는 신호에 의해 경고 신호를 출력하는 경고부를 더 포함할 수 있다.

상기 피에조 소자의 길이 축소 시, 탄성력을 인가하여 상기 동작 로드가 원위치로 복귀되도록 하는 복원 스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 가속도 센서에서 측정된 진동값을 표시하여 사용자에게 알려주는 표시부를 더 포함할 수 있다.

상기 기준값은, 상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최소값인 제1 기준값과, 상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최대값인 제2 기준값과, 상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급 시, 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급량이 부족한 경우 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 진동값인 제3 기준값을 포함할 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상하로 동작하는 피에조 소자에 의해 회전 동작하는 동작 로드의 일단으로는 용액을 공급하는 용액 공급부를 개폐하는 태핏이 배치되고, 상기 동작 로드의 타단으로는 액츄에이터에 의해 변위가 조정되는 변위 조정 스프링이 배치되는 피에조 펌프를 제어하는 방법으로서, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동을 측정하는 측정 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 진동과 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 제1 기준값과 비교하는 제1 비교 단계; 상기 제1 비교 단계에서, 상기 진동이 상기 제1 기준값보다 작으면, 상기 변위 조정 스프링의 탄성이 커지도록 상기 액츄에이터의 길이를 연장하는 제1 조정 단계; 상기 제1 비교 단계에서 상기 진동이 상기 제1 기준값보다 크거나 같으면, 상기 측정 단계에서 측정된 진동과 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 제2 기준값과 비교하는 제2 비교 단계; 상기 제2 비교 단계에서, 상기 측정 단계에서 측정된 진동이 제2 기준값보다 크면 상기 측정 단계에서 측정된 진동과 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 제3 기준값과 비교하는 제3 비교 단계; 및 상기 제3 비교 단계에서, 상기 진동이 상기 제3 기준값보다 작거나 같으면 상기 변위 조정 스프링의 탄성이 작아지도록 상기 액츄에이터의 길이를 축소하는 제2 조정 단계; 를 포함하는 피에조 펌프 동작 제어 방법을 제공한다.

측정되는 상기 진동의 정도를 사용자에게 알려주는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 측정 단계에서 상기 용액 공급부 상의 진동이 측정되면, 상기 피에조 소자가 동작 중임을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 피에조 소자가 동작 중임을 판단하는 단계는, 상기 피에조 소자에 대한 전원 인가 후, 상기 제어부에서 상기 피에조 소자의 길이 변화에 대한 제어 신호 출력 여부에 의해 이루어질 수 있다.

상기 피에조 소자가 동작 중임을 판단하는 단계에서, 상기 피에조 소자의 동작이 감지되지 않으면 상기 피에조 펌프의 동작이 종료될 수 있다.

상기 제2 비교 단계는, 측정된 상기 진동이 상기 제2 기준값보다 작거나 같으면, 상기 측정 단계를 다시 수행할 수 있다.

측정된 상기 진동이 상기 제3 기준값보다 크면, 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급량이 정량보다 적은 것으로 판단하여 사용자에게 경고하고, 상기 용액 공급부를 통한 용액의 공급을 정지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 기준값은, 상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최소값일 수 있다.

상기 제2 기준값은, 상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최대값일 수 있다.

상기 제3 기준값은, 상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급 시, 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급량이 부족한 경우 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 진동값일 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 피에조 소자에 의한 태핏의 동작에 의해 용액 공급부를 개폐할 때, 개폐 시 발생되는 진동을 측정하고, 측정된 진동에 대응하여 동작 로드의 변위를 가변시켜, 동작 로드가 고속으로 동작하는 경우에도 용액 공급부를 통한 용액의 공급이 균일하게 이루어질 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 피에조 소자를 사용한 피에조 펌프의 구성의 일예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프 동작 제어 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 용액 공급부 상의 용액 부족 상태를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프(100)는 본체(110), 피에조 소자(112), 동작 로드(114), 태핏(116), 변위 조정 스프링(118), 가속도 센서(120), 제어부(140), 액츄에이터(150) 및 경고부(160)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프(100)는 복원 스프링(117) 및 표시부(170)를 더 포함한다.

우선, 소정 크기와 형상을 갖는 본체(110)가 배치된다.

본체(110)는 소정의 크기와 형상으로 이루어지고, 내부에는 후술하는 구성요소들이 배치되는 소정의 공간을 제공한다.

또한, 본체(110)의 내측 또는 외부 일측으로는 필요로 하는 소정의 용액을 공급하는 용액 공급부(102)가 배치된다.

도면에는 용액 공급부(102)는 소정의 형태를 갖는 노즐만이 도시되어 있으나, 용액 공급부(102)의 일단으로는 공급 예정인 용액이 저장되는 용액 저장부와 용액 공급을 위해 소정의 압력을 인가하는 펌프가 연결되는 것으로 이해되어야 한다. 여기서, 용액 저장부에 저장되는 용액은 환자에게 투여되는 약액이나 수액일 수 있고, 접착제, 페인트, 인쇄용 니스, 전도성 물질 등과 같은 물질일 수 있다. 이외에도 용액 저장부에 저장되고, 용액 공급부(102)를 통해 공급되는 용액은 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

용액 공급부(102)를 통한 용액 공급의 단속은 후술하는 태핏(116)에 의해 설정될 수 있다.

피에조 소자(112)는 소정의 길이를 갖는 로드 형태로 제작되어, 본체(110)의 내부 일측에 배치된다. 피에조 소자(112)는 외부에서의 신호 인가에 의해 길이가 연장 또는 축소될 수 있다. 피에조 소자(112)는 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

동작 로드(114)는 소정의 길이를 갖는 로드 형태로서, 중간부에는 회전축에 의해 본체(110) 내부의 소정 위치에 배치된다. 또한, 동작 로드(114)의 일단으로는 피에조 소자(112)의 단부가 접하여, 피에조 소자(112)의 동작에 대응하여 회전축을 기준으로 동작 로드(114)의 단부가 상부로 왕복 이동한다.

동작 로드(114)의 일단으로는 후술하는 태핏(116)이 배치된다.

태핏(116)은 동작 로드(114)의 일단부에 동작 로드(114)와 직교하는 방향으로 배치되고, 동작 로드(114)의 동작에 의해 용액 공급부(102)의 개폐를 단속한다.

한편, 태핏(116)이 배치되는 동작 로드(114)의 일단에는 탄성력을 인가하여 동작 로드(114)가 원위치로 복귀되도록 하는 복원 스프링(117)이 배치된다. 복원 스프링(117)은 소정의 길이와 직경을 갖는 코일 스프링을 포함한다.

변위 조정 스프링(118)은 소정의 길이와 직경을 갖는 코일 스프링으로서, 동작 로드(114)의 타단부에 배치되어, 동작 로드(114)에 대하여 소정의 탄성력을 인가하고, 이에 따라 태핏의 변위를 변화시킬 수 있다.

변위 조정 스프링(118)은 후술하는 액츄에이터(150)에 의해 탄성 정도가 변화될 수 있다.

여기서, 변위 조정 스프링(118)의 배치를 위해, 변위 조정 스프링(118)이 배치되는 동작 로드(114)의 타단은 직각으로 절곡되어 있지만, 사용자의 필요에 따라 동작 로드(114)는 직선 형태로 형성될 수도 있다.

가속도 센서(120)는 용액 공급부(102) 상에 배치되어, 태핏(116) 동작 시 용액 공급부(102) 상의 진동을 측정하고, 해당하는 신호를 출력한다.

제어부(140)는 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호를 입력받고, 입력된 신호가 나타내는 진동값과 기준값을 비교한 후, 비교 결과에 따른 제어 신호를 후술하는 액츄에이터(150)로 출력한다. 또한, 제어부(140)는 피에조 소자(112)의 동작 여부를 측정하여, 피에조 소자(112)가 동작하지 않는 경우에는 장치 전체의 동작을 오프(OFF) 시킬 수도 있다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제어부(140)는 구성 요소들로의 전원 공급을 단속하여 장치 전체를 오프시킬 수 있다.

여기서, 제어부(140)에서 입력된 신호와 비교되는 기준값에 대해서는 후술하기로 한다.

액츄에이터(150)는 본체(110) 내부 일측으로 배치된다. 액츄에이터(150)의 단부는 변위 조정 스프링(118)의 단부와 연결된다. 액츄에이터(150)는 제어부(140)에서 출력되는 제어 신호에 따라 길이가 변화될 수 있다.

액츄에이터(150)의 길이가 신장되거나 축소되면, 변위 조정 스프링(118)의 압축 정도가 변경되면서 변위 조정 스프링(118)의 탄성 정도가 변화된다. 따라서, 액츄에이터(150)의 길이 제어에 의해, 피에조 펌프(100)의 동작 시 동작 로드(114)의 변위가 변경될 수 있다.

경고부(160)는 제어부(140)의 제어 신호에 의해 소정의 신호를 통해, 용액 공급부(102)를 통한 용액 공급량이 정량 이하임을 사용자에게 경고한다.

경고부(160)에서의 경고 신호는 음향 신호, 발광 신호 등 사용자의 필요에 따라 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

표시부(170)는 가속도 센서(120)에서 측정된 진동값을 사용자에 알려준다. 표시부(170)는 소정의 디스플레이를 포함할 수 있다. 여기서, 진동값의 단위는 mm/s 또는 G 등 일 수 있으나, 본 실시예에서는 가속도 센서에 의해 진동값을 측정하므로, 진동값의 단위는 G 또는 gal 로 표시할 수 있다.

이외에도, 표시부(170)는 제어부(140)에서의 판단 결과와 액츄에이터(150)의 동작 상태를 표시할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프 동작 제어 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 펌프 동작 제어 방법은 진동을 측정하는 단계(ST110), 제1 비교 단계(ST120), 제1 조정 단계(ST130), 제2 비교 단계(ST140), 제3 비교 단계(ST150) 및 제2 조정 단계(ST160)을 포함한다.

도 3에 도시된 피에조 펌프 동작 제어 방법을 참조하여, 본 발명에 따른 피에조 펌프의 동작을 설명하기로 한다.

진동을 측정하는 단계(ST110)는 태핏(116)에 의해 개폐되는 용액 공급부(102)에서 발생되는 진동을 측정하는 단계이다.

용액 공급부(102)에서 발생되는 진동은 가속도 센서(120)에 의해 측정될 수 있다.

가속도 센서(120)에 의해 측정된 진동값은 표시부(170)로 표시되어 사용자에게 알려줄 수 있다(ST112).

가속도 센서(120)에서 출력되는 신호는 제어부(140)로 입력된다.

진동을 측정하는 단계(ST110)에서 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호에 용액 공급부(102)에서 발생된 진동 발생을 나타내는 신호가 포함되어 있는 지 판단하고(ST114), 진동 발생을 나타내는 신호가 포함되어 있지 않은 경우에는 다음의 동작 중임을 판단하는 단계(ST116)를 수행한다.

그리고, 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호에 진동 발생을 나타내는 신호가 포함되어 있는 경우에는 후술하는 제1 비교 단계(ST120)를 수행한다.

동작 중임을 판단하는 단계(ST116)는 진동 발생을 나타내는 신호가 포함되어 있지 않은 경우, 용액 공급부(102)를 통한 용액 공급 동작이 수행 중인지 판단하는 단계이다.

이를 보다 상세히 설명하기로 한다.

피에조 펌프(100)의 동작을 위해 사용자가 동작 스위치(미도시)를 온(ON) 조작하면, 피에조 펌프(100)가 포함하는 구성 요소로는 전원이 공급이 개시되며 소정의 동작을 위한 준비 상태가 된다.

피에조 펌프(100)가 포함하는 구성 요소들은 전원이 공급된 상태에서 소정의 동작 신호를 입력받으면 입력받은 신호에 따른 동작을 수행하지만, 동작 신호를 입력받지 못하는 경우 대기 상태를 유지한다.

동작 스위치(미도시)가 온(ON) 조작된 상태로서, 구성 요소들로 전원이 공급되지만, 동작 신호가 인가되지 않은 상태 특히, 피에조 소자의 길이 변화에 대한 제어 신호가 출력되지 않은 상태에서, 제어부(140)는 피에조 펌프(100)가 동작 중이 아닌 것으로 판단할 수 있다.

따라서, 제어부(140)는 피에조 소자 등의 구성 요소에 대한 동작 제어 신호가 출력되지 않은 상태에서 가속도 센서(120)의 신호가 입력되면 본 발명에 따른 피에조 펌프(100)는 동작중이 아닌 것으로 판단하여, 후술하는 종료 단계(ST180)를 수행한다.

이외에도, 피에조 펌프(100)의 동작 상태의 판단은 피에조 소자에 스트레인 게이지를 배치하고, 스트레인 게이지에서의 신호 출력 여부에 의해 이루어지는 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 피에조 펌프(100)가 포함하는 구성 요소들에 대하여 제어 신호가 입력되어, 피에조 펌프(100)가 동작 중인 것으로 판단되면, 다음의 제1 비교 단계(ST120)를 수행한다.

제1 비교 단계(ST120)는 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호에 포함된 진동 신호가 나타내는 진동값(S)을 제1 기준값(S1)과 비교하는 단계이다.

우선, 용액 공급부(102) 상에서의 진동 발생에 대해 살펴보기로 한다.

태핏(116)의 상하 이동에 의해 용액 공급부(102)가 개폐되며, 용액 공급부(102)를 통해 소정의 용액이 정량으로 공급될 때, 용액 공급부(102) 상에는 소정의 진동이 발생될 수 있고, 용액 공급부(102) 상에서 발생되는 진동의 진동값은 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)의 이격 거리에 따라 가변될 수 있다.

여기서, 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)가 일정 거리 이격된 상태에서 용액 공급부(102)를 통해 소정의 용액이 정량 공급될 때, 용액 공급부(102) 상에서 발생될 수 있는 진동의 최소값(Min)을 제1 기준값(S1)으로 하기로 한다.

제1 비교 단계(ST120)에서 진동 신호가 나타내는 진동값(S)이 제1 기준값(S1)보다 크면, 다음의 제2 비교 단계(ST140)를 수행한다. 진동 신호가 나타내는 진동값(S)이 제1 기준값(S1)보다 작으면, 다음의 제1 조정 단계(ST130)를 수행한다.

제1 조정 단계(ST130)는 변위 조정 스프링(118)의 탄성력이 커지도록 하기 의해 제어부(140)에서 액츄에이터(150)로 제어 신호를 출력하여 액츄에이터(150)의 길이가 증가되도록 하는 단계이다.

즉, 용액 공급부(102) 상의 진동값이 제1 기준값(S1) 보다 작으면, 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)의 출력 유로(102a)의 이격 거리가 정상적인 거리보다 작은 것으로 판단할 수 있다. 제어부(140)는 제어 신호 출력에 의해 액츄에이터(150)의 길이가 증가되도록 한다.

액츄에이터(150)의 길이 증가에 따라, 변위 조정 스프링(118)의 길이가 소정 정도로 압축되고, 이에 따라 변위 조정 스프링(118)의 탄성력이 증가된다.

변위 조정 스프링(118)의 탄성력 증가에 따라 동작 로드(114)에 배치된 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)의 이격 거리가 증가되고, 이에 따라 진동값(S)은 증가될 수 있다.

제1 조정 단계(ST130)의 동작이 완료되면, 이전의 단계인 진동을 측정하는 단계(ST110)부터 다시 수행한다.

제2 비교 단계(ST140)는 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호에 포함된 진동 신호가 나타내는 진동값(S)을 제2 기준값(S2)과 비교하는 단계이다. 여기서, 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)가 일정 거리 이격된 상태에서 용액 공급부(102)를 통해 소정의 용액이 정량 공급될 때, 용액 공급부(102) 상에서 발생될 수 있는 진동의 최대값(Max)을 제2 기준값(S2)으로 하기로 한다.

제2 비교 단계(ST140)에서 진동 신호가 나타내는 진동값(S)이 제2 기준값(S2) 보다 작거나 같으면, 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)의 출력 유로의 이격 거리는 정상인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 진동값(S)이 제1 기준값(S1)보다 크고, 제2 기준값(S2) 보다 작으면 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)의 출력 유로의 이격 거리는 정상 범위 내에 있는 것으로 판단할 수 있다.

이후, 용액 공급을 계속적으로 수행하며, 이전의 진동을 측정하는 단계(ST110)부터 다시 수행한다.

제2 비교 단계(ST140)에서 진동 신호가 나타내는 진동값(S)이 제2 기준값(S2) 보다 크면 다음의 제3 비교 단계(ST150)를 수행한다.

제3 비교 단계(ST150)는 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호에 포함된 진동 신호가 나타내는 진동값(S)을 제3 기준값(S3)과 비교하는 단계이다.

제3 비교 단계(ST150)에서 진동값(S)이 제3 기준값(S3)보다 작거나 같으면 다음의 제2 조정 단계(ST160)를 수행하고, 진동값이 제3 기준값(S3)보다 크면 다음의 경고하는 단계(ST170)를 수행한다.

제3 기준값(S3)에 대해 살펴보기로 한다.

제3 기준값(S3)은 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)가 소정 거리 이격된 상태에서, 용액 공급부(102)를 통한 용액의 공급량이 부족한 경우 도 4에 도시된 바와 같이 용액 공급부(102) 상의 용액의 액면이 태핏(116)의 단부보다 낮을 수 있다.

상기와 같이, 용액 공급부(102) 상의 용액 양이 부족한 경우, 태핏(116)이 이동하여도 용액 공급부(102)에서의 용액 토출량은 정량보다 적고, 용액 공급부(102) 상에서는 제2 기준값(S2) 보다 큰 진동이 발생될 수 있다.

상기와 같이, 제3 기준값(S3)은 용액 공급부(102) 상의 용액 양이 부족하여, 용액 토출이 정량보다 적은 경우, 용액 공급부(102)에서 발생되는 진동의 진동값을제3 기준값(S3)이라 하기로 한다.

진동값(S)이 제2 기준값(S2) 보다 크고, 제3 기준값(S3) 보다 작다는 것은, 태핏(116)의 단부와 용액 공급부(102)의 이격 거리가 정상적인 거리보다 크지만 조정 가능한 범위인 것으로 판단할 수 있다.

제2 조정 단계(ST160)는 가속도 센서(120)에서 출력되는 신호에 포함된 진동 신호가 나타내는 진동값(S)이 제3 기준값(S3) 보다 작은 경우, 제어부(140)에서 액츄에이터(150)의 길이가 감소되도록 하는 제어 신호를 출력하는 단계이다.

액츄에이터(150)의 길이 감소에 따라, 변위 조정 스프링(118)이 소정의 길이만큼 연장되고, 이에 따라 변위 조정 스프링(118)의 탄성력이 감소된다.

변위 조정 스프링(118)의 탄성력 감소에 따라 동작 로드(114)에 배치된 태핏(116)의 단부는 출력 유로(112a)와의 이격 거리가 감소되고, 이에 따라 용액 공급부(102)를 통한 용액 공급 시 용액 공급부(102) 상에서의 진동이 감소될 수 있다.

한편, 진동 신호가 나타내는 진동값(S)이 제3 기준값(S3) 보다 큰 것으로 판단되면, 용액 공급부(102)를 통해 공급되는 용액의 양이 부족하여, 태핏(116)의 단부가 용액의 액면보다 높게 위치한 것으로 판단할 수 있다.

용액 공급이 부족한 것으로 판단되면, 다음의 경고하는 단계(ST170)를 수행한다.

경고하는 단계(ST170)는 용액 공급부(102)를 통한 용액의 공급량이 부족함을 사용자에게 경고하고, 용액 공급부(102)를 통한 용액의 공급을 정지하는 단계이다. 여기서, 용액의 공급을 정지시킨 후, 용액의 공급량 부족의 원인 등을 파악하기 위하여 피에조 펌프(100)의 동작을 종료할 수 있다.

종료 단계(ST180)는 동작 중임을 판단하는 단계(ST116)에서 피에조 펌프(100)가 동작중이 아닌 것으로 판단되었을 때, 본 발명에 따른 피에조 펌프(100)의 동작을 종료하는 단계이다.

본 발명은, 피에조 펌프에 의한 태핏의 동작에 의해 용액 공급부를 개폐할 때, 개폐 시 발생되는 진동을 측정하고, 측정된 진동에 대응하여 동작 로드의 변위를 가변시켜, 동작 로드가 고속으로 동작하는 경우에도 용액 공급부를 통한 용액의 공급이 균일하게 이루어질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 피에조 펌프 110: 본체
112: 피에조 소자 114: 동작 로드
116: 태핏 117: 복원 스프링
118: 변위 조정 스프링 120: 가속도 센서
130: 동작 센서 140: 제어부
150: 액츄에이터 160: 경고부
170: 표시부

Claims

외부에서 인가되는 신호에 의해 길이가 변화되는 피에조 소자, 중간부에는 회전축이 연결되고, 상기 피에조 소자의 길이 변화에 대응하여 단부가 왕복 동작하는 동작 로드, 상기 동작 로드의 일단에 배치되어 상기 동작 로드의 동작에 따라 용액 공급부를 통한 용액 공급을 단속하는 태핏 및 상기 동작 로드의 타단으로 배치되어 상기 동작 로드에 탄성력을 인가하며 상기 동작 로드의 변위를 조정하는 변위 조정 스프링을 포함하는 피에조 펌프로서,
상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동을 측정하여 해당하는 신호를 출력하는 가속도 센서;
상기 가속도 센서에서 출력되는 신호가 나타내는 진동값과 기준값을 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부; 및
상기 변위 조정 스프링의 단부에 배치되고, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 길이가 변화되며 상기 변위 조정 스프링의 압축 정도를 조정하는 액츄에이터;
를 포함하는 피에조 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제어부에서 출력되는 신호에 의해 경고 신호를 출력하는 경고부를 더 포함하는 피에조 펌프.
제1항에 있어서,
상기 피에조 소자의 길이 축소 시, 탄성력을 인가하여 상기 동작 로드가 원위치로 복귀되도록 하는 복원 스프링을 더 포함하는 피에조 펌프.
제1항에 있어서,
상기 가속도 센서에서 측정된 진동값을 표시하여 사용자에게 알려주는 표시부를 더 포함하는 피에조 펌프.
제1항에 있어서,
상기 기준값은,
상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최소값인 제1 기준값과,
상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최대값인 제2 기준값과,
상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급 시, 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급량이 부족한 경우 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 진동값인 제3 기준값을 포함하는 피에조 펌프.
상하로 동작하는 피에조 소자에 의해 회전 동작하는 동작 로드의 일단으로는 용액을 공급하는 용액 공급부를 개폐하는 태핏이 배치되고, 상기 동작 로드의 타단으로는 액츄에이터에 의해 변위가 조정되는 변위 조정 스프링이 배치되는 피에조 펌프를 제어하는 방법으로서,
상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동을 측정하는 측정 단계;
상기 측정 단계에서 측정된 진동과 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 제1 기준값과 비교하는 제1 비교 단계;
상기 제1 비교 단계에서, 상기 진동이 상기 제1 기준값보다 작으면, 상기 변위 조정 스프링의 탄성이 커지도록 상기 액츄에이터의 길이를 연장하는 제1 조정 단계;
상기 제1 비교 단계에서 상기 진동이 상기 제1 기준값보다 크거나 같으면, 상기 측정 단계에서 측정된 진동과 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 제2 기준값과 비교하는 제2 비교 단계;
상기 제2 비교 단계에서, 상기 측정 단계에서 측정된 진동이 제2 기준값보다 크면 상기 측정 단계에서 측정된 진동과 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 제3 기준값과 비교하는 제3 비교 단계; 및
상기 제3 비교 단계에서, 상기 진동이 상기 제3 기준값보다 작거나 같으면 상기 변위 조정 스프링의 탄성이 작아지도록 상기 액츄에이터의 길이를 축소하는 제2 조정 단계;
를 포함하는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제6항에 있어서,
측정되는 상기 진동의 정도를 사용자에게 알려주는 단계를 더 포함하는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 측정 단계에서 상기 용액 공급부 상의 진동이 측정되면,
상기 피에조 소자가 동작 중임을 판단하는 단계를 더 포함하는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 피에조 소자가 동작 중임을 판단하는 단계는,
상기 피에조 소자에 대한 전원 인가 후, 가속도 센서에서 출력되는 신호가 나타내는 진동값과 기준값을 비교하고 비교 결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부에서 상기 피에조 소자의 길이 변화에 대한 제어 신호 출력 여부에 의해 이루어지는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 피에조 소자가 동작 중임을 판단하는 단계에서,
상기 피에조 소자의 동작이 감지되지 않으면 상기 피에조 펌프의 동작이 종료되는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 제2 비교 단계는,
측정된 상기 진동이 상기 제2 기준값보다 작거나 같으면, 상기 측정 단계를 다시 수행하는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제6항에 있어서,
측정된 상기 진동이 상기 제3 기준값보다 크면,
상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급량이 정량보다 적은 것으로 판단하여 사용자에게 경고하고, 상기 용액 공급부를 통한 용액의 공급을 정지하는 단계를 더 포함하는 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기준값은,
상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최소값인 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 제2 기준값은,
상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 정량 공급 시, 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 최대값인 피에조 펌프 동작 제어 방법.
제14항에 있어서,
상기 제3 기준값은,
상기 태핏의 단부와 일정 거리 이격된 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급 시, 상기 용액 공급부를 통한 상기 용액의 공급량이 부족한 경우 상기 용액 공급부 상에서 발생되는 진동의 진동값인 피에조 펌프 동작 제어 방법.