KR102045193B1 - 모듈식 분사 장치 - Google Patents

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스탠리 크루즈 아귈라
매니 아흐마디
자르댕 스테반 러셀 데스
에릭 피스크
마크 마이어
호레이쇼 퀴논즈
토마스 래틀지
로버트 제임스 라이트
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노드슨 코포레이션
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Abstract

유체 재료를 분사하기 위한 모듈식 장치 및 모듈식 분사 장치용 구성 요소들이 제공된다. 상기 장치는 압축 공기 또는 유체 모듈 입구를 제공하기 위한 용적식 펌프 유체 공급 모듈을 포함할 수 있다. 주사기는 재료를 체크 밸브를 통해 용적식 펌프로 공급할 수 있으며, 또한 재료를 다른 체크 밸브를 통해 유체 모듈로 공급한다. 상기 유체 모듈 내측에는 밸브 시트를 접촉시키기 위해 그리고 상기 유체 모듈의 이동 요소와 외부 구동 핀 사이의 접촉에 의해 재료의 액적을 분사하기 위해 이동되는 밸브 요소가 제공된다. 각각의 압전기 액추에이터, 공압식 액추에이터, 또는 다른 액추에이터가 구동 핀을 이동시킬 수 있다. 제어기는 재료가 분사되는 속도로 상기 용적식 펌프로부터 유체의 공급을 조정할 수 있다. 상기 유체 모듈과 용적식 펌프는 상기 분사 장치로부터 용이하게 제거될 수 있다.

Description

모듈식 분사 장치{MODULAR JETTING DEVICES}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 "가변 분배 속도를 갖는 공기-구동식 분배 밸브"라는 명칭으로(대리인 도면 부호 제NOR-1447US) 동일자로 출원된 미국 출원번호 제___________호에 관한 것이며, 이는 참고를 위해 전체로서 본원에 합체된다.
본 발명은 일반적으로 유체 재료들의 용례에 관한 것이며, 특히 분사 유체 재료들에 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.
분사 장치들은, 미세량의 유체 재료가 기판 위에 제공되는 전자 산업 용례에 있어서 상이한 타입의 분배 용례들에 기여하는, 상이한 타입의 분배 밸브들, 또는 분배 밸브 요소들을 필요로 한다. "분사 장치"란 분배기로부터 기판 상의 랜드(land)로 재료의 액적을 분출 또는 "분사"하는 장치이며, 상기 액적은 상기 기판과 접촉하기 전에 분배기 노즐로부터 분리된다. 따라서, 분사 타입의 분배기에 있어서, 분배된 액적은 상기 분배기와 상기 기판 사이에서 "비행(in-flight)"하며, 상기 분배기와 상기 기판 사이의 거리의 적어도 일부에 대해 상기 분배기 또는 상기 기판과 접촉하지 않는다. 언더필 재료, 캡슐화 재료, 표면 마운트 접착제, 납땜 페이스트, 전도성 접착제, 및 납땜 마스크 재료, 플럭스, 및 열적 화합물을 분배하는 분사 장치들에 대한 다양한 용례들이 존재한다. 상기 분사 장치에 대한 용례의 타입이 변화함에 따라, 분사 장치의 타입도 상기 용례의 변화에 필적하도록 적응되어야만 한다.
한가지 타입의 분사 장치는 밸브 시트를 선택적으로 결합하도록 구성되는 팁을 구비한 니들을 포함한다. 분사 작업 동안, 분사 장치의 니들은 구동 기구에 의해 상기 밸브 시트에 대해 이동된다. 상기 니들의 팁과 상기 밸브 시트 사이의 접촉은 압력하에 유체 재료가 공급되는 유체 챔버로부터의 방출 통로를 밀봉한다. 따라서, 상기 유체 재료의 액적들을 분배하기 위해, 상기 밸브 요소는 한정된 양의 유체 재료를 새로이 형성된 갭을 통해 그리고 방출 통로 내로 유동시키기 위해 상기 밸브 시트와의 접촉으로부터 철회된다. 이때 니들의 팁은 상기 갭을 폐쇄시키기 위해 상기 밸브 시트를 행해 신속하게 이동되며, 상기 방출 통로를 통해 한정된 양의 유체 재료를 가속시키는 압력을 발생시키고, 상기 재료의 액적들이 상기 방출 통로의 출구로부터 분출 또는 분사되도록 한다.
분사 장치는 상기 기판 위로의 운동을 제어하도록 구성되며 또한 상기 유체 재료는 상기 기판의 의도된 적용 영역 상의 랜드로 분사된다. "비행 중에(on the fly)" (즉, 상기 분사 장치가 운전 중인 동안) 상기 재료를 신속하게 분사함으로써, 분배된 액적들은 연속 라인을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 따라서, 분사 장치는 소망의 패턴의 유체 재료를 분배하기 위해 용이하게 프로그램될 수 있다. 이와 같은 다양성은 전자 산업에서의 폭넓게 다양한 용례들에 적합한 분사 장치를 형성한다. 예를 들어, 모세관 작용에 의해 칩 아래로 유동하는 재료와 함께, 칩의 하나 이상의 에지들에 근접한 유체 재료를 분배하기 위해 분사 장치를 사용하는 경우 언더필 재료가 제공될 수 있다.
종래의 분사 장치들에 있어서, 밸브 시트와 접촉하는 니들 팁은 상기 분사 유체 재료에 노출된다. 결론적으로, 상기 니들은 니들 팁이 위치되는 유체 챔버로부터 니들용 구동 기구를 유체 격리시키기 위한 다양한 시일부들을 포함해야만 하며, 반면 유체 재료 분사를 발생시키기 위해 상기 니들의 팁이 상기 밸브 시트에 접촉되도록 해야 한다. 시일부들은 마모와 마찰을 촉진시키고, 니들은 분사될 유체 재료의 액적에 필요한 에너지를 발생시키는 밸브 시트와 충돌하기에 충분한 속도를 발생시킬 수 있는 매우 큰 이동을 요구하게 된다.
때때로, 분사될 유체 재료로 젖게 되는 분사 장치의 내부면을 세정할 필요가 있다. 이와 같은 내부면들에는 세척 공구들이 접근하기가 어렵기 때문에, 종래 분사 장치들은 또한 세정을 위해 많은 양의 시간을 필요로 하게 된다. 종래 분사 장치들의 구성 요소들에 대한 분해 및 재조립은 다양한 공구들을 포함하는 어려운 공정이다. 분사 장치들의 복잡성으로 인해, 분해 및 재조립은 장시간에 걸친 절차들을 요하게 되며 또한 매우 숙련된 기술을 필요로 하게 된다.
종래의 분사 장치들이 그들이 의도하던 목적들에 대해서는 충분히 입증하는 반면, 분사 장치를 지속시키는 동안의 고장 시간을 줄이기 위한 필요성을 해결하고, 다양한 분사 용례들을 위해 상대적으로 용이하게 구성될 분사 장치를 제공하기 위해 추가의 유연성(degree of flexibility)을 도입하는 개량된 분사 장치가 요구된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 일부를 통해 독자들을 안내하기 위해 이하의 요약을 통해 부제들이 제공된다.
유체 공급 모듈
한 실시예에 있어서, 모듈식 분사 장치는 유체 챔버를 갖는 유체 모듈, 상기 유체 챔버로 들어가는 유체 입구, 상기 유체 입구를 액체 재료의 외부 공급부에 연결하기 위한 유체 연결용 인터페이스, 상기 유체 챔버로부터 나오는 유체 출구, 및 상기 유체 입구와 유체 출구 사이에 위치하는 밸브 시트를 포함한다. 상기 모듈식 분사 장치는 상기 밸브 시트와 관련하여 밸브 요소의 적어도 일부를 왕복 이동시키도록 구성되는 구동 모듈을 추가로 포함한다. 상기 유체 인터페이스는 다른 유체 공급 모듈들이 유체를 상기 유체 모듈에 공급하도록 허용한다. 상기 유체 연결용 인터페이스에 연결될 수 있는 제 1 유체 공급 모듈은 상기 유체 재료를 상기 유체 모듈의 유체 입구로 지향시키기 위해 압축 공기를 사용하도록 구성될 수 있다. 상기 유체 연결용 인터페이스에 교번적으로 연결될 수 있는 제 2 유체 공급 모듈은 상기 유체 재료를 상기 유체 모듈의 유체 입구로 펌프질하도록 구성되는 용적식 펌프(positive displacement pump)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 유체 공급 모듈 또는 상기 제 2 유체 공급 모듈, 또는 다른 타입의 유체 공급 모듈은 상기 유체 연결용 인터페이스에 연결된다.
용적식 펌프
용적식 펌프는 본 발명의 특정 실시예에서 사용될 수 있다. 상기 용적식 펌프는 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 유체 입구로 시한 순차적으로(in a timed sequence) 공급하도록 구성되는 제 1 피스톤 펌프 및 제 2 피스톤 펌프를 포함할 수 있다. 제 1 체크 밸브가 상기 유체 챔버로 들어가는 유체 입구와 상기 제 1 피스톤 펌프 사이의 제 1 유동로에 위치될 수 있다. 상기 제 1 체크 밸브는 상기 유체 챔버로부터 상기 제 1 피스톤 펌프로 역류하는 것을 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함할 수 있다. 제 2 체크 밸브가 상기 유체 챔버로 들어가는 유체 입구와 상기 제 2 피스톤 펌프 사이의 제 2 유동로에 위치될 수 있다. 상기 제 2 체크 밸브는 상기 유체 챔버로부터 상기 제 2 피스톤 펌프로 역류하는 것을 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 체크 밸브들과 유사한 제 2 세트의 체크 밸브들이, 유체-충전 주사기와 같은, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 펌프들과 유체 공급부 사이의 역류를 제어하기 위한 용적식 펌프에 포함될 수 있다. 특히, 제 3 체크 밸브는 유체 공급부와 상기 제 1 피스톤 펌프 사이의 제 1 유동로에 위치될 수 있다. 상기 제 3 체크 밸브는 상기 유체 재료가 상기 제 1 피스톤 펌프로부터 상기 유체 공급부로 역류하는 것을 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함할 수 있다. 상기 제 4 체크 밸브는 상기 제 2 피스톤 펌프와 상기 유체 공급부 사이의 제 2 유동로에 위치될 수 있다. 상기 제 4 체크 밸브는 상기 유체 재료가 상기 제 2 피스톤 펌프로부터 상기 유체 공급부로 역류하는 것을 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함할 수 있다. 이와 같은 제 2 세트에서 제 3 체크 밸브는 상기 제 1 체크 밸브와 함께 개방 및 폐쇄되며, 이와 같은 제 2 세트에서 제 4 체크 밸브는 상기 제 2 체크 밸브와 함께 개방 및 폐쇄되어, 상기 제 1 및 제 2 피스톤 펌프들에 의해 상기 유체 공급부로부터 상기 유체 모듈로 유체 재료의 양이 교번적으로 펌프질되도록 허용한다.
상기 모듈식 분사 장치의 피스톤 펌프들 각각은 피스톤 실린더, 상기 피스톤 실린더의 내측에 위치한 피스톤, 상기 유체 재료를 상기 피스톤 실린더로 유입하고 또한 상기 유체 재료를 상기 피스톤 실린더로부터 방출하기 위해 상기 피스톤을 상기 피스톤 실린더에 대해 이동시키도록 구성된 전동 캐리지(motorized carriage), 및 상기 캐리지를 각 펌프의 피스톤과 해제 가능하게 연결시키기 위해 상기 캐리지에 연결되는 그리퍼(gripper)를 포함할 수 있다. 상기 그리퍼들은 펌프들을 용이하게 제거할 수 있도록 상기 피스톤들로부터 해제될 수 있다.
상기 모듈식 분사 장치의 유체 모듈은 상기 유체 입구를 상기 유체 챔버와 연결시키는 유체 통로를 포함할 수 있다. 상기 모듈식 분사 장치는 상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램 및 상기 다이아프램과 결속되는 하중 센서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 다이아프램은 상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버에 이르는 상기 유체 통로에서 유동하는 상기 유체 재료로부터의 압력을 수용 및 감지하도록 구성된다. 상기 다이아프램에 의해 수신된 압력은 상기 하중 센서에 힘으로서 전달된다.
상기 용적식 펌프가 사용되는 하나의 적합한 실시예에 있어서, 유체를 공급하는 주사기는 제 2 체크 밸브에 의해 상기 유체 챔버에 연결되는 상기 용적식 펌프에 대해 제 1 체크 밸브에 연결된다.
외부 구동 핀에 의해 작동되는 유체 모듈
다른 실시예에 있어서, 액추에이터에 의해 왕복 운동되는 유체 모듈 외부에 구동 핀을 갖는 분사 장치를 위한 유체 모듈이 제공된다. 상기 유체 모듈은 유체 출구를 갖는 노즐, 모듈 본체, 밸브 시트, 이동 요소, 및 밸브 요소를 포함한다. 상기 모듈 몸체는 유체 입구를 갖는 제 1 부분, 상기 노즐을 지지하도록 구성되는 제 2 부분, 및 유체 챔버를 포함한다. 상기 밸브 시트의 개구부는 상기 유체 출구와 연통하고, 상기 이동 요소의 적어도 일부는 상기 유체 챔버의 경계를 규정한다. 상기 밸브 요소는 상기 유체 챔버 내에 둘러싸일 수 있고 또한 상기 이동 요소에 부착된다. 교번적으로, 상기 밸브 요소와 이동 요소는 단일 요소를 포함할 수 있다. 상기 밸브 요소는 상기 이동 요소와 상기 구동 핀 사이의 접촉에 의해 상기 밸브 시트를 향해 이동된다.
상기 유체 모듈은 상기 이동 요소와 접촉하고 또한 상기 이동 요소에 축상 스프링력을 인가하도록 구성되는 편향 요소(biasing element)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 밸브 요소와 이동 요소는 상기 구동 핀에 의한 접촉 후 상기 축상 스프링력의 작용 하에 상기 밸브 시트로부터 떨어져 이동할 수 있다.
상기 모듈 몸체의 제 1 위치는 상기 유체 입구와 상기 유체 챔버를 결속시키는 유체 통로를 포함할 수 있다. 상기 유체 모듈은 상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램을 추가로 포함할 수 있다. 상기 다아아프램은 상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버에 이르는 상기 유체 통로에서 유동하는 유체 재료로부터의 압력을 수용하도록 구성되고 또한 힘으로서의 압력을 상기 하중 센서로 전달하도록 구성된다.
대안적 실시예에 있어서, 상기 이동 요소를 위한 상부 정지부의 위치와 상기 밸브 아래의 노즐 시트의 간격은 조절될 수 있다.
유체 모듈용 결속 기구
또 다른 실시예에 있어서, 모듈식 분사 장치는 액추에이터 몸체, 상기 액추에이터 몸체로부터 연장하는 구동 모듈, 유체 모듈, 및 상기 유체 모듈 주변에 적어도 부분적으로 배치되는 열전달 부재를 포함한다. 상기 유체 모듈은 유체 챔버, 상기 유체 챔버로 들어가는 유체 입구, 밸브 요소, 상기 유체 챔버로부터 나오는 유체 출구를 구비하는 노즐, 및 상기 밸브 요소와 상기 노즐 사이에 위치하는 밸브 시트를 구비한다. 상기 유체 모듈은 상기 액추에이터 몸체에 의해 지지된다. 상기 밸브 요소는 상기 구동 모듈로부터 분리되며 또한 상기 밸브 시트에 대한 상기 구동 모듈에 의해 왕복으로 이동하도록 구성된다. 상기 모듈식 분사 장치는 상기 열전달 부재와 상기 유체 모듈을 상기 액추에이터 몸체에 결속시키는 적어도 하나의 아암을 갖는 결속 기구를 추가로 포함한다. 상기 적어도 하나의 아암은 제 1 및 제 2 위치 사이에서 수직으로 이동되도록 구성된다. 상기 제 1 위치에서, 상기 적어도 하나의 아암은 상기 열전달 부재와 상기 유체 모듈을 상기 액추에이터 몸체에 결속시킨다. 상기 제 2 위치에서, 상기 적어도 하나의 아암은 상기 열전달 부재와 상기 유체 모듈 및 상기 액추에이터 몸체 사이에 비접촉 관계로 제공되며, 따라서, 상기 열 전달 부재 및 유체 모듈은 상기 적어도 하나의 아암 및 상기 액추에이터 몸체로부터 분리될 수 있다.
상기 모듈식 분사 장치의 상기 결속 기구는 예를 들면, 적어도 하나의 아암에 연결되는 수동 작동 가능한 레버를 추가로 포함할 수 있다. 상기 레버는 상기 제 1 및 제 2 위치들 사이로 적어도 하나의 아암을 이동시키도록 이동될 수 있다. 다른 대안으로서, 상기 적어도 하나의 아암에 나사식으로 연결되는 나사식 부재에 고정되는 나사식 노브가 상기 제 1 및 제 2 위치들 사이에서 상기 적어도 하나의 아암을 이동시키기 위해 회전될 수 있다.
상기 모듈식 분사 장치의 유체 챔버는 상기 구동 모듈에 의해 왕복으로 이동되도록 구성되는 벽을 가질 수 있다. 상기 벽의 왕복 이동은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 시트에 대해 왕복으로 이동시키게 한다.
다른 구동 모듈이 사용될 수 있는 유체 모듈
또 다른 실시예에 있어서, 상기 모듈식 분사 장치는 유체 챔버를 포함하는 유체 모듈, 상기 유체 챔버로 들어가는 유체 입구, 유체 출구, 및 상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 위치되는 밸브 시트와, 또한 상기 밸브 시트에 대해 왕복으로 이동될 수 있는 밸브 요소를 포함한다. 상기 모듈식 분사 장치는 상기 밸브 요소의 이동을 발생시키도록 사용될 수 있는 제 1 구동 모듈 및 상기 밸브 요소의 이동을 발생시키도록 대안적으로 사용될 수 있는 제 2 구동 모듈을 추가로 포함한다. 상기 제 2 구동 모듈은 상기 제 1 구동 모듈과는 다른 원동력(motive force)에 의해 작동되도록 구성되며, 상기 모듈식 분사 장치는 상기 제 1 구동 모듈 또는 상기 제 2 구동 모듈을 사용하여 구성될 수 있다.
상기 모듈식 분사 장치의 제 1 구동 모듈은 압전기 구동 모듈이며, 상기 모듈식 분사 장치의 제 2 구동 모듈은 전기-공압식 구동 모듈일 수 있다.
제어기
다른 실시예에 있어서, 모듈식 분사 장치는 유체 재료를 포함하도록 구성된 유체 챔버, 상기 유체 챔버로 들어가는 유체 입구, 상기 유체 챔버로부터 나오는 유체 출구, 및 상기 유체 입구와 유체 출구 사이에 위치하는 밸브 시트를 구비하는 유체 모듈을 포함한다. 상기 모듈식 분사 장치는 유체 재료가 상기 유체 출구로부터 방출되도록 상기 밸브 요소의 일부가 상기 밸브 시트로부터 철회되는 개방 위치와 상기 유체 출구로부터 상기 유체 재료의 유동을 중단시키도록 상기 밸브 요소가 상기 밸브 시트와 결합되는 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 시트와 관련하여 상기 밸브 요소의 적어도 일부를 왕복 이동시키도록 구성되는 구동 모듈을 추가로 포함한다. 상기 모듈식 분사 장치는 유체 연결용 인터페이스에 연결되는 유체 공급 모듈을 추가로 포함한다. 상기 유체 공급 모듈은 유체 재료를 상기 유체 챔버의 입구로 펌프질하도록 구성되는 용적식 펌프를 포함한다. 제어기는 상기 유체 챔버의 입구로 유체 재료를 펌프질하도록 상기 용적식 펌프를 위한 개시 시간을 나타내는 개시 시간 신호를 상기 용적식 펌프로 전달하고 또한 실제 유속을 소망의 유속과 비교하여 유속을 보정하도록 사용되는 유속 신호를 펌프질 한다. 상기 제어기는 분배 작업을 개시하기 위한 상기 개시 시간 신호 후의 미리 결정된 제 1 지연 기간에 상기 밸브 요소를 개방 위치로 이동시키도록 동시에 개시 시간 신호를 상기 구동 모듈로 전달한 다음에 상기 분배 작업 동안 및 상기 유속과 관련이 있는 미리 결정된 순환 속도 하에 상기 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 상기 밸브 요소를 반복적으로 이동시킨다. 상기 제어기는 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 입구로 펌프질하는 것을 정지시키도록 상기 최종 시간 신호를 상기 용적식 펌프로 전달한다. 상기 제어기는 또한 상기 분배 작업을 정지시키기 위한 상기 종결 시간 후의 미리 결정된 제 2 지연 기간에 상기 밸브 요소를 상기 폐쇄 위치에 유지시키도록 동시에 최종 시간 신호를 상기 구동 모듈로 전달한다.
상기 모듈식 분사 장치는 압력을 측정하고 또한 신호들로서의 압력을 상기 제어기와 연통시키도록 구성된 하중 센서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 하중 센서는 상기 유체 입구를 상기 유체 챔버와 결속시키는 상기 유체 모듈의 상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램에 결속된다. 상기 다이아프램은 상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버에 이르는 상기 유체 통로에서 유동하는 유체 재료로부터의 힘을 수용하도록 구성되고 또한 힘을 상기 하중 센서로 전달하도록 구성된다.
상기 용적식 펌프는 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 유체 입구로 시한 순차적으로 공급하도록 구성되는 제 1 피스톤 펌프 및 제 2 피스톤 펌프를 포함할 수 있다. 상기 제어기는 상기 제 1 피스톤 펌프 및 상기 제 2 피스톤 펌프 사이의 전이를 제어하기 위해 상기 하중 센서로부터의 신호들에 반응하도록 구성될 수 있다.
모듈 방식의 일부 장점들
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 분사 장치의 설계 구성은 보수 유지 비작동 시간을 감소시키고, 분사 장치의 유연성 및 유용성을 개선시킨다. 특히, 다른 구성 요소 모듈들은 적용 요건에 기초하여 조립될 수 있다. 상기 모듈식 설계는 상기 기계적 구동으로부터 분리된 습식 통로를 포함하며, 압전기 구동 모듈과 같은 다른 기계적 드라이버들, 공압식 구동 모듈, 또는 전자기식 구동 모듈이 다른 선택으로서 사용되게 한다. 따라서, 사용자에 대한 특정 분사 장치 제품의 적용 및 타겟 판매 가격에 적합한 구동 모듈이 선택될 수 있다. 상기 모듈식 설계는 또한, 사용자에 대한 적용 및 타겟 판매 가격을 위해 상기 분사 장치를 최적화 하도록, 재차 다른 유체 공급 모듈들을 수용할 수 있다.
상기 분사 장치의 조립된 구성 요소들이 제공된 모듈성으로 인해, 상기 분사 장치용 기계적 구동 모듈은 어떠한 습식 부품들도 포함하지 않는다. 다시 말해서, 상기 분사 장치에 의해 분배된 유체 재료는 상기 분사 장치용 구동 모듈로부터 분리 및 격리된다. 상기 유체 모듈은 상기 분배된 유체 재료를 위한 습식 통로를 포함하며, 유체 재료를 기계적 구동 모듈로부터 분리시키도록 구성된다. 결론적으로, 상기 분사 장치는 조립, 분리, 세정, 및 유지 보수가 용이해진다. 상기 분사 장치의 구성 요소들은 용이하게 상호 교환될 수 있으며, 또한 조립, 세정, 및 유지 보수를 단순화 하며, 상기 분사 장치의 고장 시간을 감소시킨다.
종래의 분사 장치들에 대한 이와 같은 개선책들은 상기 습식 통로에서의 유체 재료의 양을 제한시키고 또한 유체 시일부의 슬라이딩 시일/마찰/마모를 제거하며, 타격 기구가 상기 유체로의 외부에 있기 때문에 상기 타격 기구를 더욱 빠르게 가속시킬 수 있으며, 따라서 운동에 대한 유체 저항 또는 유체 시일부의 저항에 의해 영향을 받지 않는다. 본 발명은 하나의 유체 모듈이 다른 특성들을 갖는 유체 모듈과 용이하게 상호 교환되게 하며, 여기서 상기 다른 특성들이란 다른 사이즈의 밸브 요소 및 밸브 시트 및/또는 분사 작업 동안 노즐로부터 분리 및 최적의 액적 사이즈를 촉진하기 위한 다른 사이즈의 노즐용 방출 오리피스 등을 의미한다.
상술된 바와 같이, 펌프가 용이하게 제거된다는 점에서, 본 발명은, 유체 모듈에 추가하여, 세정 또는 유지 보수를 위해 용이하게 제거될 수 있거나, 또는 동일한 또는 다른 유체 모듈로 대체될 수 있는 제 2 습식 구성 요소를 포함한다.
본 명세서의 일부에 합체되고 또한 그와 같은 일부를 구성하는 첨부 도면들은, 본 발명의 실시예들의 원리를 설명하도록 작용하는, 상술된 본 발명의 실시예들의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 예시적 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모듈식 분사 장치의 사시도.
도 1a는 모듈식 분사 장치의 외부 하우징이 설명을 목적으로 제거된 도 1과 유사한 사시도.
도 2는 일반적으로 도 1a의 2-2 라인을 따라 절취한 횡단면도.
도 2a는 압전기 구동 모듈의 일부를 나타내는 도면.
도 2b는 모듈식 분사 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 2c는 모듈식 분사 장치의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 3은 도 2의 일부에 대한 확대 횡단면도.
도 3a는 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈식 분사 장치의 사시도.
도 4a는 모듈식 분사 장치의 외부 하우징이 설명을 목적으로 제거된 도 4와 유사한 사시도.
도 5는 일반적으로 도 4의 5-5 라인을 따라 절취하고, 흡입 사이클 동안 용적식 펌프의 제 1 피스톤 펌프를 나타내는 횡단면도.
도 5a는 용적식 펌프의 제 1 피스톤 펌프와 관련된 체크 밸브들이 방출 사이클 동안 재위치되는 도 5와 유사한 횡단면도.
도 5b는 일반적으로 도 4의 5B-5B 라인을 따라 절취하고, 흡입 사이클 동안 용적식 펌프의 제 2 피스톤 펌프를 나타내는 횡단면도.
도 5c는 용적식 펌프의 제 2 피스톤 펌프와 관련된 체크 밸브들이 방출 사이클 동안 재위치되는 도 5b와 유사한 횡단면도.
도 6은 일반적으로 도 4a의 6-6 라인을 따라 절취한 횡단면도.
도 7은 도 4a와 유사하나, 설명을 위해 구성 요소들이 제거되고, 유체 모듈을 위한 해제 기구를 설명하는 사시도.
도 8a는 일반적으로 도 7의 8A-8A 라인을 따라 절취한 부분 횡단면도.
도 8b는 해제 기구의 레버가 유체 모듈이 액추에이터 몸체에 대해 낮아지는 위치로 작동되는 도 8a와 유사한 도면.
도 8c는 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 9a는 일반적으로 도 7의 9A-9A 라인을 따라 절취한 도 8a와 유사한 단면도.
도 9b는 해제 기구의 레버가 유체 모듈들이 액추에이터 몸체에 대해 낮아지는 위치로 작동되는 도 9a와 유사한 도면.
도 10a는 일반적으로 도 8a의 10A-10A 라인을 따라 절취한 부분 횡단면도.
도 10b는 일반적으로 도 8b의 10B-10B 라인을 따라 절취한 도 10a와 유사한 도면.
도 11a는 일반적으로 도 8a의 11A-11A 라인을 따라 절취한 횡단면도.
도 11b는 일반적으로 도 8b의 11B-11B 라인을 따라 절취한 도 11a와 유사한 도면.
도 12a는 일반적으로 도 8a의 12A-12A 라인을 따라 절취한 횡단면도.
도 12b는 일반적으로 도 8b의 12B-12B 라인을 따라 절취한 도 12a와 유사한 도면.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈식 분사 장치의 사시도.
도 13a는 모듈식 분사 장치의 외부 하우징이 설명을 목적으로 제거된 도 13과 유사한 사시도.
도 14는 오직 유체 모듈, 히터 및 구동 모듈만을 나타내는, 일반적으로 도 13a의 14-14 라인을 따라 절취한 개략 횡단면도.
본 발명의 다양한 실시예들, 특징들 및 구성 요소들의 일부를 통해 독자들을 안내하기 위해 이하의 일부 단락들을 통해 부제들이 제공된다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 일차적으로 다수의 측면에서 모듈식인 모듈식 분사 장치 형태의 분배 밸브를 지향한다. 하나의 양태에 있어서, 상기 모듈식 분사 장치의 유체 모듈 내부의 밸브는 공압식 구동 모듈, 전자기식 구동 모듈, 또는 압전기식 구동 모듈에 의해 작동될 수 있다. 다른 양태에 있어서, 유체 재료가 압축 주사기 또는 용적식 펌프를 포함하는 유체 공급 모듈로부터 모듈식 분사 장치의 유체 모듈의 유체 챔버로 공급될 수 있다. 또 다른 양태에 있어서, 상기 모듈식 분사 장치는 밸브 구동 모듈로부터 모든 습식 부품들을 밀봉하는 유체 모듈을 포함한다. 이와 같은 디자인의 사용에 의해, 상기 밸브 구동 모듈은 상기 유체 모듈을 관통하지 않으며, 오히려 상기 유체 모듈 내에 배치된 밸브 요소를 왕복 운동시키기 위해 상기 유체 챔버 모듈의 벽, 또는 그의 일부를 결합한다. 이는 유체 모듈들이 세척 또는 서비스를 위해 용이하게 제거될 수 있게 하거나, 또는 다른 용례들을 위한 다른 유체 모듈들로 상호 교체될 수 있게 한다. 예를 들어, 납땜 플럭스(solder flux) 분사의 분배 용례에 가장 적합한 유체 모듈은 그와 같은 용례를 위해 사용될 수 있으며, 언더필 용례에 있어서 접착제를 분배하기 위한 용례에 가장 적합한 다른 유체 모듈은 상기 용례의 다른 요건들을 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 유체 모듈이 세정 또는 서비스를 위해 상기 모듈식 분사 장치로부터 신속하게 해제되도록 또는 다른 유체 모듈과 상호 교환되도록 하기 위한 신속 해제 결속 기구가 제공된다. 또한, 스프링 바이어스 그리퍼는 상기 펌프가 용이하게 제거되도록 하며, 이에 대하여는 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1, 도 1a, 도 2 및 도 3과 관련하여, 본 발명의 실시예에 따라, 모듈식 분사 장치(10)의 대표적인 실시예에서의 분배 밸브는 유체 연결용 인터페이스(20)를 갖는 유체 모듈(12), 밸브 요소(14), 압전기 구동 모듈(16), 상기 압전기 구동 모듈(16)과 결속되는 이동 니들 또는 구동 핀(36), 및 상기 압전기 구동 모듈(16)을 하우징하는 외부 커버(18)를 포함한다. 상기 외부 커버(18)는 얇은 시트 금속으로 구성되며, 종래의 패스너에 의해 상기 모듈식 분사 장치(10)의 액추에이터 몸체에 고정된다. 상기 모듈식 분사 장치(10)의 일차 지지면에는 하부 부재(115), 상부 부재(113) 및 상기 상부 및 하부 부재들(113, 115)을 체결하는 지지벽(111)이 제공된다.
상기 모듈식 분사 장치(10)에는 주사기(22)로부터 압축된 유체 재료가 제공되며, 상기 외부 커버(18)에 부속물로서 장착되는 주사기 홀더(26)에 의해 지지된다. 일반적으로, 상기 주사기(22)에 있는 유체 재료는 일반적으로 당업자라면 알 수 있는 분사 처리될 어떠한 재료나 물질일 수 있으며, 제한적이지는 않지만, 납땜 플럭스, 납땜 페이스트, 접착제, 납땜 마스크, 열적 화합물, 오일, 캡슐화 재료(encapsulants), 포팅(potting) 화합물, 잉크 및 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 주사기(22)는 상기 모듈식 분사 장치(10)를 위한 유체 공급 모듈로서 작동한다.
상기 모듈식 분사 장치(10)는 유체 재료의 양을 간헐적으로 기판 위로 분사하기 위한 기계 또는 시스템(도시하지 않음)에 설치될 수 있으며, 유체 재료의 양이 분사됨에 따라 상기 기판에 대해 이동될 수 있다. 상기 모듈식 분사 장치(10)는 상기 유체 재료의 연속 분사량이 공간-이격된 재료 도트들의 라인으로서 상기 기판 상에 적층되도록 작동될 수 있다. 상기 모듈식 분사 장치(10)에 의해 겨냥된 기판은 전자 구성 요소들이 장착된 다양한 면을 지지할 수 있으며, 극미량의 유체 재료의 신속한 비접촉 분사를 필요로 하며, 유체 재료를 상기 기판 상의 겨냥된 위치들에 적층시키기 위한 정확한 배치를 갖는다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 유체 모듈(12)은 공구들 없이 상기 모듈식 분사 장치(10)의 저부로부터 용이하게 제거될 수 있도록 접근 가능하다.
유체 모듈
도 3에서 잘 볼 수 있는 바와 같이, 상기 유체 모듈(12)은 노즐(28), 모듈 몸체(30), 및 유체 연결용 인터페이스(20)와 연통하는 유체 챔버(38)를 포함한다. 상기 모듈 몸체(30)의 제 1 섹션 또는 부분(40)은 유체 입구(42) 및 상기 유체 챔버(38)와 유체 연통하는 유체 입구(42)를 결속하는 통로(47, 47a)를 포함한다. 유체 도관(44)(도 1 및 도 1a)이, 상기 유체 모듈(12)을 상기 주사기(22) 내측에 포함된 유체 재료와 유체 연통하도록 위치시키고 또한 압력하의 유체 재료를 상기 주사기(22)로부터 상기 유체 연결용 인터페이스(20)로 공급하기 위해, 상기 주사기(22)로부터 상기 유체 입구(42)로 연장한다. 본 실시예에 있어서, 상기 유체 도관(44)은 일반적으로 어떠한 매개 구조체 없이도 상기 주사기(22)의 출구를 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 직접 연결하는 배관의 길이이다. 한 실시예에 있어서, 상기 유체 연결용 인터페이스(20)는 루어 피팅(Luer fitting)을 포함한다.
상기 주사기(22)는 상기 유체 재료가 상기 유체 입구(42)를 향해 그리고 긍극적으로는 상기 유체 모듈(12)의 유체 챔버(38)로 유동하도록 지향시키기 위해 압축 공기를 사용하도록 구성될 수 있다. 상기 주사기(22)에 포함된 유체 재료 위의 헤드 공간으로 공급되는 압축 공기의 압력은 5 psig 내지 60 psig 범위로 될 수 있다. 대표적으로, 와이퍼 또는 플런저(도시되지 않음)가 상기 헤드 공간의 공기 압력과 상기 주사기(22) 내측의 유체 재료 레벨 사이에 배치되며, 밀봉 캡(도시되지 않음)이 공기 압력을 제공하기 위해 주사기 베럴의 개방 단부에 부착된다.
상기 모듈 몸체(30)의 제 2 부분(45)은 상기 노즐(28)을 지지하도록 구성된다. 센터링 피스(46)가 상기 노즐(28)의 유체 출구(48)를 상기 모듈 몸체(30)의 제 2 부분(45)을 통해 연장하는 통로(50)와 정렬시킨다. 밸브 시트(52)가 상기 유체 입구(42)와 유체 출구(48) 사이에 배치된다. 상기 밸브 시트(52)는 상기 유체 출구(48)와 유체 연통하는 개구부(56)를 갖는다. 상기 센터링 피스(46)는 노즐(28) 내의 유체 출구(48), 모듈 몸체(30)의 제 2 부분(45)의 통로(50), 및 밸브 시트(52) 내의 개구부(56)를 동심원적 정렬로 유지시킨다. 이들 피스들(45, 46, 52 및 28)은 상기 구성 요소들 사이의 접착 본드에 의해 정위치에 보유될 수 있다. 선택적으로, 상기 구성 요소들(45, 46, 52 및 28) 중 일부 또는 모두는 단일의 통합 피스로서 제조될 수 있다. 도 2b는 상기 구성 요소들(45, 46 및 52) 모두가 단일의 통합 피스(400)로서 제조되고, 노즐(402)이 예를 들면, 접착제 또는 나사식 연결에 의해 상기 통합 피스(400)에 부착되는 실시예를 도시한다.
상기 유체 모듈(12)은 이동 요소(60)의 벽(62) 형태를 갖는 스트라이크 플레이트(strike plate)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 이동 요소(60)의 주변과 접촉하는 바이어싱 요소(68)는 상기 이동 요소(60)에 축상 스프링력을 인가하도록 구성된다.
밀봉 링(64)은 삽입부(63)와 상기 이동 요소(60)의 외부 사이에 밀봉 결합을 제공한다. 밀봉 링 또는 O-링(64) 아래에 위치한 이동 요소(60)의 일부는 상기 유체 챔버(38)의 경계의 일부를 규정한다. 상기 밸브 요소(14)는 이동 요소(60)에 부착되고, 상기 이동 요소(60)의 벽(62)과 상기 밸브 시트(52) 사이의 위치에서 상기 유체 챔버(38) 내측에 위치된다. 선택적으로, 스트라이크 플레이트(62)를 포함하는, 상기 요소(14) 및 이동 요소(16)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 단일의 통합 피스로서 제조될 수 있다.
상기 모듈 몸체의 제 3 부분(32)은 마찰 끼워 맞춤(friction fit)에 의해 삽입부(63)의 상부에 부착될 수 있다. 상기 모듈 몸체의 제 2 부분(45)은 상기 유체 모듈의 모든 다른 구성 요소들을 둘러싸기 위해 상기 모듈 몸체의 제 1 부분(40)에 마찰 끼워 맞춤에 의해 부착된다. 즉, 일단 상기 제 1 부분(40)과 제 2 부분(45)이 함께 압축되면, 그들은 상기 유체 모듈의 다음 부품들을 둘러싼다: 노즐(28), 밸브 시트(52), 센터링 피스(46), 밸브 요소(14), 이동 요소(60), 밀봉 링(64), 바이어싱 요소(68), 삽입부(63) 및 상기 모듈 몸체의 제 3 부분(32). 따라서, 적합한 실시예에 있어서, 상기 유체 모듈은 요소들(45, 40, 28, 52, 46, 14, 60, 64, 68, 63 및 32)로 구성된다.
상기 유체 모듈의 특정 구성 요소들이 마찰 끼워 맞춤에 의해 연결되는 것으로서 설명되었으나, 이들 구성 요소들 사이의 마찰 끼워 맞춤은 상기 구성 요소들이 분리 및 재조립될 수 있도록 스레드들로 대체될 수 있다.
도 3에 도시되고 또한 상술된 조립 위치에서, 유체 챔버(38)와 유체 연통하는 유체 입구(42)를 결속하는 통로들(47 및 47a)은 다음과 같이 제공된다. 환상 통로(47a)가 모듈 몸체(30)의 제 3 부분(32) 및 제 1 부분(40) 사이에 제공된 공간에 의해 형성된다. 통로(47)는 삽입부(63)의 외측 상에 형성된 홈들 또는 채널들에 의해 제공된다. 삽입부(63)가 상기 모듈 몸체(30)의 제 2 부분(45) 내로 압축 끼워 맞춤될 때, 상기 삽입부(63) 외부 상의 홈들과 제 2 부분의 내부면이 통로들(47)을 형성한다. 삽입부(33)가 상기 부분(45)에 나사식으로 연결되는 실시예들에 있어서, 유체 입구(42)와 유체 챔버(38) 사이에 유동로를 제공하기 위해 삽입부(33)를 통해 구멍이 천공될 수 있다.
도 3a에 도시된 유체 모듈의 다른 실시예에 있어서, 제 3 부분(32)은 스레드들(32a)에 의해 삽입부(63) 내로 나사 결합된다. 이와 같은 나사식 결합은 이동 요소(60)를 위한 상부 정지부인 제 3 부분(32)의 하부면(32b)의 위치가 조절되게 한다. 상기 바이어싱 요소(68) 위에 위치되는 표면(32b)의 거리가 크면 클수록, 상기 밸브(14)의 행정이 커진다. 또한, 이와 같은 실시예는 밸브 시트(350)의 위치가 조절되게 한다. 밸브 시트(350)와 노즐(352)은 상기 제 2 부분(45) 내의 스레드들(356)에 나사 결합되는 리테이너 컵(354)에 보유된다. 상기 리테이너 컵(354)이 제 2 부분(45) 내로 깊이 나사 결합되면 될수록, 상기 밸브 시트(350)는 상기 밸브 요소(14)에 대해 더욱 근접 위치된다. 일단 상기 리테이너 컵(354)이 제 2 부분(45) 내로 소망의 거리만큼 나사 결합되면, 상기 밸브 요소(14)에 대한 밸브 시트(350)의 위치를 고정시키기 위해 체결 너트(358)가 제공된다.
외부 구동 핀에 의한 유체 모듈의 작동
구동 핀(36)은 상기 유체 모듈 몸체(30)의 제 3 부분(32)에 형성된 구멍(66)을 통해 돌출한다. 상기 구동 핀(36)의 팁(34)은 상기 이동 요소(60)의 벽(62)에 인접하여 그리고 상기 밸브 요소(14)로부터 상기 벽(62)의 대향 측면 상에 위치된다.
상기 밸브 요소(14)가 상기 유체 챔버(38) 내측에 포함된 유체 재료에 노출되는 동안, 상기 구동 핀(36)을 포함하는 구멍(66)은 유체 챔버(38) 내의 유체 재료로부터 격리되어, 상기 구동 핀(36)은 상기 유체 재료에 의해 습윤되지 않는다. 결과적으로, 상기 모듈식 분사 장치(10)의 구성은, 상기 유체 챔버(38) 내의 유체 재료로부터 상기 구동 핀(36)을 위한 구동 또는 작동 기구[예를 들면, 압전기 구동 모듈(16)]를 격리시키는 동안, 상기 구동 핀(36)의 동력 운동을 허용하는 종래의 유체 밀봉을 생략할 수 있다.
상기 구동 핀(36)은 상기 밸브 요소(14)와 간접적으로 결속되며, 상기 압전기 구동 모듈(16) 또는 다른 구동 모듈의 성분으로서 작동한다. 상기 구동 핀(36)과 상기 밸브 요소(14)는 상기 모듈식 분사 장치(10)로부터 분사에 의해 유체 재료를 분배하도록 결합적으로 협력한다. 상기 구동 핀(36)이 상기 밸브 요소(14)를 상기 밸브 시트(52)와 접촉시키기 위해 이동할 때, 상기 구동 핀(36)의 팁(34)은 상기 이동 요소(60)의 벽(62)을 타격함으로써 대체로 해머의 작동과 유사하게 작동하여, 그의 힘과 모멘트를 상기 벽(62)으로 전달하고, 순차적으로 상기 밸브 요소(14)가 상기 밸브 시트(52)를 신속하게 타격하고 분사 장치로부터 재료의 액적을 분사시키도록 한다. 특히, 상기 구동 핀(36)과 직접 연결되지 않는 밸브 요소(14)는 작동된 구동 핀(36)의 팁(34)에 의해 상기 이동 요소(60)의 벽(62)에 제공된 충격에 의해 상기 밸브 시트(52)와 접촉 이동되도록 구성된다. 결과적으로, 상기 구동 핀(36)이 작동되고, 소정량의 유체 재료가, 상기 팁(34)을 포함하나 그로 제한되지 않으며, 상기 분사된 유체 재료에 의해 습윤되는, 상기 구동 핀(36)의 어떠한 부분 없이도 상기 유체 챔버(38)로부터 분사된다. 상기 구동 핀(36)과 벽(62) 사이의 접촉이 제거될 때, 상기 바이어싱 요소(68)에 의해 제공되는 축상 스프링력은 상기 밸브 요소(14)와 이동 요소(60)를 상기 밸브 시트(52)로부터 상기 구동 핀(36)의 길이 방향 축과 정렬되는 방향으로 떨어져 이동시키도록 작용한다. 상기 구동 핀(36)과 밸브 요소(14)의 각각의 왕복 사이클은 상기 유체 재료의 액적을 분사시킨다. 상기 사이클은 요구되는 유체 재료의 액적을 연속 분사시키도록 반복된다.
상기 밸브 시트(52)와 마주하는 밸브 요소(14)의 표면은 개구부(54)를 둘러싸는 밸브 시트(52)의 표면 형태와 일치시키기 위한 곡선을 가질 수 있다. 형태 맞춤의 결과로서, 분사되는 동안 상기 밸브 요소(14)가 밸브 시트(52)와 접촉 관계를 가질 때, 일시적으로 유체 밀봉이 형성된다. 상기 밸브 요소(14)의 운동 동안 유체 밀봉의 시설은 유체 재료가 유체 챔버(38)로부터 밸브 시트(52)를 지나 유동하는 것을 중단시킨다.
도 2c에 도시된 통합 이동 요소(300)가 사용되는 실시예들에 있어서, 상기 구동 핀(34)이 요소(300)의 상부(302)를 접촉하여, 상기 하부 단부(304)가 상기 밸브 시트와 접촉하고 재료의 액적을 분사시키도록 한다. 도 2c에서 지시하고 있는 바와 같이, 이전에 설명된 실시예와 동일한 방식으로, 상기 요소(300)의 외부면은 O-링(64)에 대항하여 밀봉되고, 스프링(68)은 상기 요소(300) 상에 상향 바이어스력을 제공한다
히터
열전달 부재로서 작동하는 몸체(80)를 갖는 히터(76)는 적어도 부분적으로 상기 유체 모듈(12)을 둘러싼다. 상기 히터(76)는, 몸체(80)에 형성된 구멍에 존재하는 카트리지-방식 저항 가열 요소와 같은, 종래의 가열 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 히터(76)는 또한 저항성 발열 장치(RTD), 서미스터, 또는 서모커플과 같은 종래의 온도 센서(도시되지 않음)를 구비할 수 있으며, 상기 히터(76)에 제공되는 동력을 조절하는 온도 제어기에 의해 사용을 위한 피드백 신호를 제공한다. 상기 히터(76)는 온도 센서를 위한 신호 경로를 제공하고 또한 가열 요소 및 온도 센서에 전력을 전달하기 위한 전류 경로를 제공하기 위해 가이드 블록(74b)(나중에 설명됨)과 관련된 각각의 소프트한 전기 전도성 접점(59)을 접속하는 핀들(79)을 포함한다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 유체 모듈(12)은 상기 히터(76) 내에 위치하며, 상기 히터(76)가 리테이너 아암들(나중에 설명됨)에 의해 액추에이터 몸체(74)에 대항하여 당겨질 때, 상기 유체 모듈은 상기 히터(76)와 액추에이터 몸체(74) 사이에 압축 보유된다.
압전기 구동 모듈
도 1a, 도 2 및 도 2a를 참고로 한 하나의 실시예에서, 상기 압전기 구동 모듈(16)은 유체 모듈(12)의 밸브(14)를 작동시키기 위해 사용된다. 밸브들을 분배하기 위한 압전기 드라이버들이 공지되어 있다. 예를 들면, 미국특허 제5,720,417호는 유체 분배기의 밸브를 작동시키기 위해 사용되는 압전기 드라이버를 도시하고 있으며, 다목적을 위한 참고로서 전부가 본원에 포함되었다. 본 실시예에 있어서, 상기 압전기 구동 모듈(16)은 압전기 스택들(92a 및 92b), 플런저(93), 비대칭 만곡부(94)를 포함한다. 만곡부(94)는 액추에이터 몸체(74)의 통합부이며, 또한 상기 만곡부(94)를 상기 플런저(93)에 연결하는 결속 요소(97)를 포함한다. 스프링(96)은 상기 플런저(93)와 상기 압전기 스택들(92a 및 92b)에 스프링력을 제공하여, 그들 사이의 압축을 유지시킨다. 도 1a 및 도 4a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터 몸체(74)는 가이드 블록들(74a 및 74b) 사이에 샌드위치되며, 이에 대하여는 나중에 더욱 상세하게 설명될 것이다. 상기 가이드 블록들(74a 및 74b)은 종래의 패스너들에 의해 액추에이터 몸체(74)에 부착된다. 상기 압전기 스택들(92a 및 92b), 상기 플런저(93), 및 상기 스프링(96)은 상부 및 하부 신장부들(56, 58)을 갖는 C-형 브래킷(55)에 의해 제공되는 기계적 제약들 사이의 조립체로서 국한된다. 도 1a에 가상으로 도시된 브래킷(55)은 하부 부재(115)에 부착되는 하중 셀 패드(115a)와 상부 부재(113)에 부착되는 지지 부재(111a) 사이에 지지된다.
상기 플런저(93)는 압전기 스택(92)을 비대칭 만곡부(94)에 연결하는 기계적 인터페이스로서 기능한다. 상기 스프링(96)은, 스프링(96)에 의해 발생된 스프링력이 압전기 스택(92) 상에 일정한 하중을 제공하도록, 상기 조립체에서 압축되어, 상기 압전기 스택(92)에 미리 하중을 가한다. 금속으로 제조될 수 있는 비대칭 만곡부(94)는 구동 핀(36)의 팁(34)에 대향하는 구동 핀(36)의 단부와 물리적으로 부착되는 아암(95)을 갖는다. 상기 비대칭 만곡부(94)는 상기 압전기 스택(92)의 상대적으로 작은 변위를 상기 압전기 스택(92)의 변위보다 현저하게 큰 상기 구동 핀(36)에 유용한 변위로 전환시키는 기계적 증폭기로서 기능한다.
압전기 구동 모듈(16)의 압전기 스택(92)은 종래 기술에서와 같이 전도체 층들로 교번하는 압전기 세라믹 층들을 포함하는 박판(laminate)이다. 스프링(96)으로부터의 스프링력은 안정된 압축 상태에서 상기 압전기 스택(92)의 박층들을 지속시킨다. 상기 압전기 스택(92)에서의 전도체들은 구동 회로(98)와 전기적으로 접속되고, 널리 알려진 종래 기술 방식으로, 펄스폭 변조, 주파수 변조, 또는 그들의 조합을 갖는 한계 전류 출력 신호들을 제공한다. 전력이 상기 구동 회로(98)로부터 주기적으로 공급될 때, 상기 압전기 스택(92)의 압전기 세라믹 층들의 치수를 변경시키는 전기장이 형성된다.
상기 비대칭 만곡부(94)에 의해 기계적으로 증폭되는, 상기 압전기 스택(92)에 의해 경험되는 치수 변화는 상기 구동 핀(36)을 그의 길이 방향 축과 평행한 방향으로 선형 이동시킨다. 상기 압전기 스택(92)의 압전기 세라믹 층들이 팽창할 때, 상기 스프링(96)은 상기 팽창력에 의해 압축되고, 상기 비대칭 만곡부(94)는 고정 피벗 축에 대해 선회하여, 구동 핀(36)의 팁(34)을 이동 요소(60)의 벽(62)으로부터 떨어진 도 2의 상향으로 이동시킨다. 이는 바이어싱 요소(68)가 밸브 요소(14)를 밸브 시트(52)로 떨어져 이동시키게 한다. 작동력이 제거되고 또한 상기 압전기 스택(92)의 압전기 세라믹 층들의 접촉이 허용될 때, 상기 스프링(96)은 팽창하고, 상기 비대칭 만곡부(94)는 상기 구동 핀(36)을 도 2의 하향으로 이동시키도록 선회되어, 상기 팁(34)은 벽(62)과 접촉 이동되고, 상기 밸브 요소(14)가 밸브 시트(52)를 접촉시키고 또한 재료의 액적이 분사되게 한다. 따라서, 에너지 차단 상태에서, 압전 스택 조립체는 정상적으로 폐쇄된 위치에 밸브를 유지시킨다. 정상 작동에서, 상기 스택(92a, 92b)이 재료의 액적들을 신속한 속도로 분사시키기 위해 구동 핀(36)의 팁(34)을 상기 이동 요소(60)의 벽(62)과 접촉 및 접촉 해제 상태로 이동시키도록 동력화 및 동력 차단됨에 따라, 상기 비대칭 만곡부(94)는 고정된 피벗 축에 대해 반대 방향으로 간헐적으로 흔들린다.
압전기 구동 모듈(16)용 구동 회로(98)는 제어기(99)에 의해 제어된다. 상기 제어기(99)는 하나 이상의 입력에 기초하여 하나 이상의 변수들을 제어하도록 구성된 어떠한 전기 제어 장치를 포함할 수 있다. 상기 제어기(99)는, 마이크로프로세서, 마이크로-콘트롤러, 마이크로컴퓨터, 디지털 신호 프로세서, 중앙 처리 유닛, 필드 프로그램 게이트 어레이, 프로그램 로직 디바이스, 스테이트 머신(state machine), 로직 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 메모리(172)에 저장된 작동 지시에 기초한 신호들(아날로그 및/또는 디지털)을 조작하는 임의의 다른 디바이스들로부터 선택된 적어도 하나의 프로세서(170)를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 메모리(172)는 단일 메모리 디바이스일 수 있고, 또는 비제한적으로 랜덤 액세스 메모리(RAM), 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 플래시 메모리, 캐시 메모리, 및/또는 디지털 정보를 저장할 수 있는 임의의 다른 디바이스를 포함하는 복수의 메모리 디바이스일 수 있다. 상기 제어기(99)는, 무엇보다도, 하나 이상의 하드 디스크 드라이브, 플로피 또는 다른 제거 가능한 디스크 드라이브, 직접 액세스 저장 디바이스(DASD), 광학적 드라이브(예를 들면, CD 드라이브, DVD 드라이브 등), 및/또는 테이프 드라이브를 포함할 수 있는 대용량 기억장치(174)를 갖는다.
상기 제어기(99)의 프로세서(170)는 작동 시스템(175)의 제어하에 작동 및 실행하거나, 또는 다양한 컴퓨터 소프트웨어 어플리케이션, 구성 요소, 프로그램, 오브젝트, 모듈, 데이터 구조 등에 포함된 컴퓨터 프로그램 코드에 의존한다. 메모리(172)에 포함되고 상기 대용량 기억장치(174)에 저장된 프로그램 코드(176)는 또한, 프로세서(170) 상에서 실행될 때, 압전기 구동 모듈(16)의 작동을 제어하고 특히 상기 압전기 구동 모듈(16)을 구동하기 위한 구동 회로(98)에 제어 신호를 제공하는 제어 알고리즘을 포함한다. 상기 컴퓨터 프로그램 코드는 대표적으로 여러 경우 메모리(172)에 존재하는 하나 이상의 지시를 포함하며, 프로세서(170)에 의해 판독 및 실행될 때, 상기 제어기(99)가 본 발명의 다양한 실시예들 및 양태들을 구체화하는 단계들 및 요소들을 실행하기 위해 필요한 단계들을 수행하게 한다.
여기서 설명된 다양한 프로그램 코드는 본 발명의 특정 실시예에서 실행된 용례에 기초하여 확인될 수 있다. 그러나, 이어지는 어떠한 특정 프로그램 명명법(nomenclature)도 단순히 편의를 위해 사용될 수 있으며, 따라서 본 발명은 그와 같은 명명법에 의해 확인 및/또는 암시되는 어떠한 특정 용례에서 단독으로 사용하기 위해 제한되지 않는다는 사실을 인식해야 한다. 또한, 대표적으로 컴퓨터 프로그램이 루틴, 절차, 방법, 모듈, 오브젝트 등으로 조직화될 수 있는 무한 회수 방식, 뿐만 아니라, 프로그램 기능이 대표적인 컴퓨터(예를 들면, 작동 시스템, 라이브러리, API's, 어플리케이션, 애플릿 등) 내에 존재하는 다양한 소프트웨어 층들 사이에 할당될 수 있는 다양한 방식으로 주어지며, 본 발명은 여기서 설명하는 프로그램 기능의 할당 및 특정 조직화에 한정되지 않는다는 사실을 인식해야 한다.
상기 제어기(99)는 종래 방식으로 상기 프로세서(170)에 작동적으로 연결된 휴먼 머신 인터페이스(HMI, Human Machine Interface)를 포함할 수 있다. 상기 HMI(도시되지 않음)는 영숫자 디스플레이, 터치 스크린, 및 오퍼레이터로부터 명령 또는 입력을 수용하고 또한 기입된 입력을 상기 프로세서(170)에 통신시키고 또한 정보를 상기 오퍼레이터에 디스플레이할 수 있는, 다른 시각적 표시자들과 같은 출력 디바이스, 및 영숫자 키보드, 포인팅 디바이스, 키패드, 푸시버튼, 콘트롤 노브 등과 같은 입력 디바이스 및 콘트롤을 포함할 수 있다.
상기 제어기(99)는 선택적으로 본 발명의 실시예들의 모듈식 분사 장치(10)를 구체화하는 제조 공구의 작업을 지지하는 디바이스들의 작업을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(99)는 로드(164)에 의한 다이아프램(162)과의 연결을 통해 압력 측정 판독을 발생시키는 하중 셀(166)과 결속되며, 이에 대하여는 다음에 설명된다. 이와 같은 압력 측정 판독은 용적식 펌프(102)가 배치될 때 상기 모듈식 분사 장치(10)의 작동을 제어하기 위해 사용되는 피드백으로서 상기 제어기(99)와 통신된다.
용적식 펌프( positive displacement pump )
본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 1 내지 도 3의 동일한 특징부들에 대하여는 동일한 참고 부호로 제공되는, 도 4, 도 4a, 도 5, 도 5a 내지 도 5c, 도 6과 관련하여, 상기 모듈식 분사 장치(10)는 주사기(22)와 유체 연결용 인터페이스(20) 사이의 위치에서 상기 유체 연결용 인터페이스(20)에 연결될 수 있는 공급 모듈(100)을 포함할 수 있다. 상기 공급 모듈(100)은 용적식 펌프(102), 매니폴드 블록(103), 및 상기 매니폴드 블록(103) 내측의 유체로의 복수의 체크 밸브들(104, 106, 108, 110)을 포함한다. 왕복식 용적식 펌프로서 설명되는 상기 용적식 펌프(102)는 종래의 패스너에 의해 하부 부재(115)에 장착될 수 있다.
상기 용적식 펌프(102)는 유체 재료를 유체 모듈(12)의 유체 챔버(38)의 입구로 펌프질하도록 구성된다. 이를 위해서, 상기 용적식 펌프(102)는 유체 재료를 상기 유체 모듈(12)의 유체 연결용 인터페이스(20)에 시한 순차적으로 공급하기 위해 조정 방식으로 제어되도록 구성되는 제 1 피스톤 펌프(112)와 제 2 피스톤 펌프(114)를 포함한다. 상기 제어기(99)는 순차 시한을 제공하고 또한 상기 제 1 및 제 2 피스톤 펌프들(112, 114)의 작동을 조정하는 프로그램 코드를 실행한다.
상기 제 1 피스톤 펌프(112)는 피스톤 실린더(116), 상기 피스톤 실린더(116) 내측에 배치된 피스톤(118), 및 캐리지(120)를 갖는다. 상기 피스톤(118)의 한 단부는 헤드(119) 및 한 세트의 그리퍼들 또는 조(jaw)들(122)을 포함한다. 조들(122)은 상기 캐리지(120)에 선회 가능하게 부착되고 또한 해제 가능한 클램프 작용으로 상기 헤드(119)를 파지한다. 상기 조들(122) 각각은 상기 조들(122)이 상기 헤드(119)를 클램프하기 위해 밀폐될 때 상기 헤드(119)의 측면 에지를 결합하는 개별 후크(121)를 갖는다. 예를 들면, 비틀림 스프링들에 의해 밀폐된 위치에 스프링 바이어스되는 상기 조들(122)은 상기 스프링 바이어스를 극복하고 상기 조들(122)을 분리하는 수동력(manual force)의 적용에 의해 개방될 수 있다. 상기 수동력이 제거되면, 상기 조들(122)은 상기 피스톤(118)의 헤드(119)를 클램프하기 위해 근접된다. 선택적으로, 지지 요소(115c)에 고정 정지부(도시되지 않음)가 장착될 수 있다. 지지 요소(115c)는 펌프(102)의 상부에 접촉하며, 지지 벽(111)에 견고히 부착된다. 상기 고정 정지부는 상기 조들(122)이 접촉 이동함에 따라 상기 피스톤 헤드(119)를 분리시키기 위해 상기 조들(122)을 개방시킬 수 있다.
선형 운동이 제한되고 리드 스크류(128)에 의해 상기 선형 베어링(126)에 대해 선형으로 이동됨에 따라, 상기 피스톤(118)과 관련된 상기 캐리지(120)는 선형 베어링(126) 위에 위치된다. 선형 베어링(126)은 그의 저부 단부에서 지지 요소(115c)에 그리고 그의 상부 단부에서 상부 부재(113)에 부착된다. 리드 스크류(128)의 회전 운동은 모터(130)에 의해 구동되며, 캐리지(120)의 운동에 의해 피스톤 실린더(116) 내측의 피스톤(118)의 선형 운동으로 전환된다. 상기 모터(130)는 제어기(99)로부터의 지시에 의해 양 방향으로 구동될 수 있으며, 따라서 상기 리드 스크류(128)는 양쪽 회전 방식으로 회전되며, 상기 피스톤(118)은 상기 리드 스크류(128)의 회전에 의해 피스톤 실린더(116)에 대해 반대쪽 선형 방향으로 이동될 수 있다
회전 엔코더(131)의 대표적 형태의 검출기는 상기 모터(130)의 운동을 추적하고, 그로 인해 상기 제어기(99)가 상기 리드 스크류(128)의 길이를 따르는 상기 캐리지(120)의 위치를 추적하도록 허용한다. 상기 회전 엔코더(131)에 의해 검출되고 또한 상기 회전 엔코더(131)로부터 상기 제어기(99)로 공급되는(예를 들면, 광학 또는 전기 신호들) 모터 엔코더 카운트의 수는 상기 피스톤(118)의 변위를 효과적으로 추적할 수 있고, 교체되는 유체 재료의 양과 관련을 가질 수 있다. 상기 제어기(99)는 상기 용적식 펌프(102)의 작동을 폐쇄-루프 피드백 제어하기 위해, 특히 상기 제 1 피스톤 펌프(112)의 작동을 제어하기 위해 상기 회전 엔코더(131)로부터의 신호를 사용할 수 있다.
상기 제 1 피스톤 펌프(112)와 동일하게 구성될 수 있는 제 2 피스톤 펌프(114)는 피스톤 실린더(132), 피스톤(134), 및 캐리지(136)를 포함한다. 상기 피스톤(134)의 한 단부는 헤드(141) 및, 상기 캐리지(136)에 선회 가능하게 부착되고 또한 해제 가능한 클램프 작용으로 상기 헤드(119)를 파지하는, 한 세트의 그리퍼들 또는 조(jaw)들(138)을 포함한다. 상기 조들(138) 각각은 상기 조들(138)이 상기 헤드(141)를 클램프하기 위해 밀폐될 때 상기 헤드(141)의 측면 에지를 결합하는 개별 후크(143)를 갖는다. 예를 들면, 비틀림 스프링들에 의해 밀폐된 위치에 스프링 바이어스되는 상기 조들(138)은 상기 스프링 바이어스를 극복하고 상기 조들(138)을 분리하는 수동력의 적용에 의해 개방될 수 있다. 상기 수동력이 제거되면, 상기 조들(138)은 상기 피스톤(134)의 헤드(141)를 클램프하기 위해 근접된다. 또한, 고정 정지부가 접촉하에 상기 조(138)를 개방시키기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
선형 운동이 제한되고 리드 스크류(142)에 의해 상기 선형 베어링(140)에 대해 선형으로 이동됨에 따라, 상기 피스톤(134)과 관련된 상기 캐리지(136)는 선형 베어링(140) 위에 위치된다. 선형 베어링(140)은 그의 저부 단부에서 지지 요소(115c)에 그리고 그의 상부 단부에서 상부 부재(113)에 부착된다. 리드 스크류(142)의 회전 운동은 모터(144)에 의해 구동되며, 캐리지(136)의 운동에 의해 피스톤 실린더(132) 내측의 피스톤(134)의 선형 운동으로 전환된다. 상기 모터(144)는 제어기(99)로부터의 지시에 의해 양 방향으로 구동될 수 있으며, 따라서 상기 리드 스크류(142)는 양쪽 회전 방식으로 회전되며, 상기 피스톤(134)은 상기 리드 스크류(142)의 회전에 의해 상기 피스톤 실린더(132)에 대해 반대쪽 선형 방향으로 이동될 수 있다
회전 엔코더(145)는 상기 제 2 피스톤 펌프(114)의 모터(144)의 운동을 추적하고, 그로 인해 상기 제어기(99)가 상기 리드 스크류(142)의 길이를 따르는 상기 캐리지(136)의 위치를 추적하도록 허용한다. 상기 회전 엔코더(145)에 의해 검출되고 또한 상기 제어기(99)로 공급되는(예를 들면, 광학 또는 전기 신호들) 모터 엔코더 카운트의 수는 상기 피스톤(134)의 변위를 효과적으로 추적하고, 교체되는 유체 재료의 양과 관련을 가질 수 있다. 상기 제어기(99)는 상기 용적식 펌프(102)의 작동을 폐쇄-루프 피드백 제어하기 위해, 특히 상기 제 2 피스톤 펌프(114)의 작동을 제어하기 위해 상기 회전 엔코더(145)로부터의 신호를 사용할 수 있다.
매니폴드 블록
상기 피스톤 펌프들(112, 114)은 알루미늄으로 구성될 수 있는 매니폴드 블록(103)과 함께 작동한다. 펌프들(112, 114)은 종래의 패스너(도시되지 않음)에 의해 매니폴드 블록(103)에 부착된다. 도 5, 도 5a 내지 도 5c, 및 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 공급 통로(150), 방출 통로(152), 제 1 분기 통로(154), 및 제 2 분기 통로(156)가 상기 매니폴드 블록(103) 내측에 배치된다. 상기 방출 통로(152)는 유체 연결용 인터페이스(20)와 유체 연통으로 결속된다. 상기 제 1 분기 통로(154)는 상기 방출 통로(152)와 유체 연통으로 상기 공급 통로(150)를 결속한다. 상기 제 2 분기 통로(156)는 상기 방출 통로(152)와 유체 연통으로 상기 공급 통로(150)를 결속한다. 통로들(150, 152, 154)은 상기 제 1 피스톤 펌프(112)와 결속되는 제 1 유체로를 구성한다. 통로들(150, 152, 156)은 상기 제 2 피스톤 펌프(114)와 결속되는 제 2 유체로를 구성한다.
상기 제 1 피스톤 펌프(112)의 피스톤 실린더(116)의 내부 용적은 상기 제 1 분기 통로(154)와 유체적으로 연통한다. 체크 밸브들(104, 106)(도 5 및 도 5a)은 상기 피스톤 실린더(116)와 상기 제 1 분기 통로(154) 사이의 중심 위치된 유체 연결부의 대향 측면들 상에 위치된다.
도 5, 도 5a, 및 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 체크 밸브(104)는 주사기(22) 및 상기 제 1 피스톤 펌프(112)의 피스톤 실린더(116)와의 유체 연결부 사이의 유체로에 배치된다. 상기 체크 밸브(104)는 특히 공급 통로(150)의 출구들 중 하나로부터 상기 제 1 분기 통로(154)의 입구로의 전이하에 위치된다. 상기 체크 밸브(104)는 전방 유동에 의해 시트(183)로부터 교체될 수 있는 스프링 장착 이동 몸체(182)를 포함하며, 따라서, 유체 재료는 주사기(22)로부터 제 1 피스톤 펌프(112)로 전달될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 피스톤 펌프(112)의 흡입 사이클 동안 상기 피스톤 실린더(116)를 유체 재료로 충전시킨다. 도 5a에 도시된 바와 같이 제 1 피스톤 펌프(112)의 방출 사이클 동안, 상기 체크 밸브(104)의 배향은 유체 재료가 상기 제 1 피스톤 펌프(112)로부터 상기 주사기(22)로 역류하는 것을 방지한다. 특히, 상기 체크 밸브(104)의 스프링 장착 이동 몸체(182)는 상기 제 1 분기 통로(154)의 유체 압력에 의해 시트(183)에 대항하여 위치되며, 상기 유체 압력은 방출 사이클 동안 상기 피스톤 실린더(116) 내측에서의 피스톤(118) 운동에 의해 발생된다.
체크 밸브(106)는 상기 유체 챔버(38)에 대한 유체 입구(42) 및 상기 제 1 피스톤 펌프(112)의 피스톤 실린더(116)와의 유체 연결부 사이의 유체로에 배치되며, 따라서 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 상기 제 1 피스톤 펌프(112) 사이의 유체로에 또한 배치된다. 상기 체크 밸브(106)는 특히 상기 입구들 중 하나로부터 상기 방출 통로(152)로의 전이하에 그리고 상기 제 1 분기 통로(154)로부터 출구에 위치된다. 상기 체크 밸브(106)는 전방 유동에 의해 시트(185)로부터 교체될 수 있는 스프링 장착 이동 몸체(184)를 포함하며, 따라서, 유체 재료는 도 5a에 도시된 바와 같이 방출 사이클 동안 상기 제 1 피스톤 펌프(112)에 의해 상기 유체 챔버(38)로 펌프질될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 피스톤 펌프(112)의 흡입 사이클 동안, 상기 체크 밸브(106)의 배향은 유체 재료가 상기 유체 챔버(38)로부터 상기 제 1 피스톤 펌프(112)로 역류하는 것을 방지한다. 특히, 상기 체크 밸브(106)의 스프링 장착 이동 몸체(184)는 상기 제 1 분기 통로(154)의 유체 압력에 의해 시트(185)에 대항하여 위치되며, 상기 유체 압력은 흡입 사이클 동안 상기 피스톤 실린더(116) 내측에서의 피스톤(118) 운동에 의해 발생된다.
상기 피스톤(118)은 모터(130)에 의해 동력화되는 캐리지(120)의 운동에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 공급 통로(150)로부터 유체 재료를 흡입하기 위한 방향(190)으로 상기 피스톤 실린더(116) 내로 이동된다. 피스톤(118) 운동에 반응하여, 상기 체크 밸브(104)는 개방되고, 유체 재료는, 도식적으로 도면 부호 192로 도시된 바와 같이, 상기 개방된 체크 밸브(104)를 지나 상기 제 1 분기 통로(154)를 통해 상기 공급 통로(150)로부터 상기 피스톤 실린더(116)의 내부로 유동한다. 상기 유체 재료는 피스톤(118)에 의해 비워진 피스톤 실린더(116)의 공간을 채운다. 상기 체크 밸브(106)에 의해 방지되는, 유체 재료가 유체 챔버(38)로부터 역류되는 잠재적 요인은 상기 피스톤 실린더(116)가 유체 재료에 의해 채워지고 흡입이 상기 제 1 피스톤 펌프(112)의 출구 측면 상에 제공될 때 발생한다.
상기 피스톤 실린더(116)가 적절한 양의 유체 재료를 포함할 때, 행정의 말기에, 상기 모터(130)는 상기 캐리지(120)의 운동을 반전시킨다. 상기 캐리지(120)의 반전 운동은 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(118)을 도면 부호 191이 지시하는 방향으로 이동시킨다. 상기 피스톤 실린더(116)에 대한 피스톤(118)의 운동은 유체 연결용 인터페이스(20)를 향하는 압력하에 피스톤 실린더(116) 내의 유체 재료를 도면 부호 193으로 도시된 바와 같이 축출한다. 체크 밸브(106)는 유체 재료가 제 1 분기 통로(154)를 통해 방출 통로(152)로 유동하도록 개방된다. 체크 밸브(104)는 유체가 상기 피스톤 실린더(116)로부터 주사기(22)로 역류되는 것을 방지하기 위해 폐쇄된다.
상기 제 2 피스톤 펌프(114)의 피스톤 실린더(132)의 내부 용적은 상기 공급 통로(150)로부터의 출구 및 상기 방출 통로(152)로의 입구 사이의 위치에서 상기 제 2 분기 통로(156)와 연통한다. 체크 밸브들(108, 110)(도 5b 및 도 5c)은 상기 제 2 분기 통로(156)에 위치된다.
도 5b, 도 5c, 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 체크 밸브(108)는 상기 주사기(22) 및 상기 제 2 피스톤 펌프(114)의 피스톤 실린더(132)와의 유체 연결부 사이의 유체로에 배치된다. 상기 체크 밸브(108)는 특히 상기 공급 통로(150)의 출구들 중 하나로부터 상기 제 2 분기 통로(156)의 입구로의 전이하에 위치된다. 상기 체크 밸브(108)는 전방 유동에 의해 시트(187)로부터 교체될 수 있는 스프링 장착 이동 몸체(186)를 포함하며, 따라서, 유체 재료는 주사기(22)로부터 제 2 피스톤 펌프(114)로 전달될 수 있고, 도 5b에 도시된 바와 같이 제 2 피스톤 펌프(114)의 흡입 사이클 동안 상기 피스톤 실린더(132)를 유체 재료로 충전시킨다. 도 5c에 도시된 바와 같이 제 2 피스톤 펌프(114)의 방출 사이클 동안, 상기 체크 밸브(108)의 배향은 유체 재료가 상기 제 2 피스톤 펌프(114)로부터 상기 주사기(22)로 역류하는 것을 방지한다. 특히, 상기 체크 밸브(108)의 스프링 장착 이동 몸체(186)는 상기 제 2 분기 통로(156)의 유체 압력에 의해 시트(187)에 대항하여 위치되며, 상기 유체 압력은 방출 사이클 동안 상기 피스톤 실린더(132) 내측에서의 피스톤(134) 운동에 의해 발생된다.
체크 밸브(110)는 상기 유체 챔버(38)에 대한 유체 입구(42) 및 상기 제 2 피스톤 펌프(114)의 피스톤 실린더(132)와의 유체 연결부 사이의 유체로에 배치되며, 따라서 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 상기 제 2 피스톤 펌프(114) 사이의 유체로에 또한 배치된다. 상기 체크 밸브(110)는 특히 상기 입구들 중 하나로부터 상기 방출 통로(152)로의 전이하에 그리고 상기 제 2 분기 통로(154)로부터 출구에 위치되며, 따라서 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 상기 제 2 피스톤 펌프(114) 사이의 유체로에 또한 배치된다. 상기 체크 밸브(110)는 전방 유동에 의해 시트(189)로부터 교체될 수 있는 스프링 장착 이동 몸체(188)를 포함하며, 따라서, 유체 재료는 도 5c에 도시된 바와 같이 방출 사이클 동안 상기 제 2 피스톤 펌프(114)에 의해 상기 유체 챔버(38)로 펌프질될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이 제 2 피스톤 펌프(114)의 흡입 사이클 동안, 상기 체크 밸브(110)의 배향은 유체 재료가 상기 유체 챔버(38)로부터 상기 제 2 피스톤 펌프(114)로 역류하는 것을 방지한다. 특히, 상기 체크 밸브(110)의 스프링 장착 이동 몸체(188)는 상기 제 2 분기 통로(156)의 유체 압력에 의해 시트(189)에 대항하여 위치되며, 상기 유체 압력은 흡입 사이클 동안 상기 피스톤 실린더(132) 내측에서의 피스톤(134) 운동에 의해 발생된다.
상기 피스톤(134)은 모터(144)에 의해 동력화되는 캐리지(136)의 운동에 의해 도 5b에 도시된 바와 같이 공급 통로(150)로부터 유체 재료를 흡입하기 위한 방향(194)으로 상기 피스톤 실린더(132) 내로 이동된다. 피스톤(134)의 운동에 반응하여, 상기 체크 밸브(108)는 개방되고, 유체 재료는, 도식적으로 도면 부호 196으로 도시된 바와 같이, 상기 개방된 체크 밸브(108)를 지나 상기 제 2 분기 통로(156)를 통해 상기 공급 통로(150)로부터 상기 피스톤 실린더(132)의 내부로 유동한다. 상기 유체 재료는 피스톤(134)에 의해 비워진 피스톤 실린더(132)의 공간을 채운다. 상기 체크 밸브(110)에 의해 방지되는, 유체 재료가 유체 챔버(38)로부터 역류되는 잠재적 요인은 상기 피스톤 실린더(132)가 유체 재료로 채워지고 흡입이 상기 제 2 피스톤 펌프(114)의 출구 측면 상에 제공될 때 발생한다.
상기 피스톤 실린더(132)가 적절한 양의 유체 재료를 포함할 때, 행정의 말기에, 상기 모터(144)는 상기 캐리지(136)의 운동을 반전시킨다. 상기 캐리지(136)의 반전 운동은 도 5c에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(134)을 도면 부호 195가 지시하는 방향으로 이동시킨다. 상기 피스톤 실린더(132)에 대한 피스톤(134)의 운동은 유체 연결용 인터페이스(20)를 향하는 압력하에 피스톤 실린더(132) 내의 유체 재료를 도식적으로 도면 부호 197로 도시된 바와 같이 축출한다. 체크 밸브(110)는 유체 재료가 제 2 분기 통로(156)를 통해 방출 통로(152)로 유동하도록 개방된다. 체크 밸브(108)는 유체 재료가 상기 피스톤 실린더(132)로부터 주사기(22)로 역류되는 것을 방지하기 위해 폐쇄된다.
펌프 윙크( pump wink )의 제어
용적식 펌프(102)의 제 1 피스톤 펌프(112)와 용적식 펌프(102)의 제 2 피스톤 펌프(114) 사이의 교번은 상기 방출 통로(152)와 유체 입구(42)로 공급되는 유체 재료의 소스를 전환한다. 다시 말해서, 상기 피스톤 펌프들(112, 114)은 흡입 및 방출 사이클들 사이에서 작동적으로 교번된다. 예방 조치가 취하여지지 않는 한, 상기 용적식 펌프(102)가 피스톤 펌프(112)로부터 피스톤 펌프(114)로 전환할 때와 상기 용적식 펌프(102)가 피스톤 펌프(114)로부터 피스톤 펌프(112)로 전환할 때, 흡입 및 방출 사이클들 사이의 전환시에 유체 압력 및 유체 유동의 "윙크(wink)" 또는 감소가 발생할 수 있다. 상기 흡입 및 방출 사이클들은 제어기(99)에 의해 수행되는 양쪽 서보(servo) 작업이며, 서로 효과적으로 독립된다. 제어기(99)는 오직 흡입 및 방출 사이클들 사이의 전이 동안 상기 피스톤 펌프들(112, 114)의 작업을 조정하기 위해서만 사용된다. 다이아프램(162), 로드(164) 및 로드 셀(166)로 구성되는 압력 센서는 상기 용적식 펌프(102)로부터의 하류 및 상기 유체 챔버(38)의 상류에 위치하는 유동로의 위치에서의 유체 압력을 평가한다.
상기 피스톤 펌프들(112, 114) 중 하나가 흡입 사이클의 말기 근방의 실린더 완충 지점(cylinder-is-full point)에서 유체 재료와 함께 장착되고 또한 상기 피스톤 펌프들(112, 114) 중 다른 하나는 방출 사이클의 말기 근방의 재충전 시점(time-to-refill point)에서 유체 재료가 거의 빈 상태로 될 때, 윙크를 나타내는 상태가 막 발생하기 시작한다. 상기 재충전 시점은 피스톤(118)이 상기 피스톤 실린더(116)로부터 목표량의 유체 재료를 방출하는 것을 나타내는 회전 엔코더(131)로부터 또는 선택적으로 상기 피스톤(134)이 상기 피스톤 실린더(132)로부터 목표량의 유체 재료를 방출하는 것을 나타내는 회전 엔코더(145)로부터의 엔코더 카운트 기준 어드레스에 의해 표시된다. 반대로, 실린더 완충 지점은, 회전 엔코더(131)로부터의 엔코더 카운트 기준 어드레스에 의해 나타내는 바와 같이, 최대량의 유체 재료가 상기 피스톤 실린더(116)에 포함되는 것을 나타내는 피스톤(118)을 위한 위치, 또는, 회전 엔코더(145)로부터의 엔코더 카운트 기준 어드레스에 의해 나타내는 바와 같이, 최대량의 유체 재료가 상기 피스톤 실린더(132)에 포함되는 것을 나타내는 피스톤(134)을 위한 위치이다. 상기 피스톤 펌프들(112, 114) 각각은 재충전 시간 또는 실린더 완충 표시를 나타내기 위해 선택적으로 사용될 수 있는 상ㆍ하 광학 리밋 스위치들을 포함한다.
일단 상기 제어기(99)가 상기 피스톤 펌프들(112, 114) 사이의 전이의 진입을 포착하면, 압력 센서의 출력을 모니터링하는 동안, 상기 제어기(99)는 상기 피스톤 펌프들(112, 114) 중 충전된 것이 유체를 실린더 밖의 상기 유체 모듈(12)로 구동 개시하도록 하고, 동시에 상기 피스톤 펌프들(112, 114) 중 다른 것을 반대로 함으로써, 실린더로부터 유체 모듈(12)로의 유체 구동이 정지되고 대신에 실린더의 재충전이 개시된다. 상기 압력 센서는 전이 동안 유체 압력의 감소 또는 유체 압력의 증가를 인지 또는 측정할 수 있으며, 상기 제어기(99)는 상기 압력 센서에 의해 소통되는 신호들로부터 감지될 수 있다. 전이 동안 유체의 압력 증가 또는 감소에 반응하여, 상기 제어기(99)는 일정한 압력 및 일정한 유동을 유지하기 위해 상기 모터들(130, 144)에 대해 속도 보정을 제공할 수 있다. 상기 제어기(99) 상에 실행되는 프로그램 코드는 필요한 속도 보정을 산출하며, 또한 속도 보정을 제공하기 위해 상기 모터들(130, 144)의 작동을 조절할 수 있다.
압력 센서
상술된 기능을 갖는 압력 센서의 상세한 내용을 이하에서 설명될 것이다. 도 1a, 도 2, 도 5 및 도 6과 관련하여, 유체 입구(42) 및 유체 연결용 인터페이스(20)와 유체 챔버(38)를 연결하는 통로(47)는 다양한 길이들과 배향들을 갖는 복수의 상호연결 세그먼트들을 포함한다. 유체 재료가 상기 유체 연결용 인터페이스(20)를 관통한 바로 직후에, 유체 입구(42)에서 유동하는 유체 재료는 다이아프램(162)과 상호작용한다. 상기 다이아프램(162)은 단단히 고정된 주변 링 및 상기 주변 링에 의해 둘레 주위를 둘러싸는 박형의 반-고형 막을 포함한다. 상기 다이아프램(162)의 막의 전방 측면은 유체 입구(42)에서 다음의 유체 재료에 의해 습윤되며, 상기 다이아프램(162)의 막의 이면은 습윤되지 않는다. 다이아프램(162)의 막의 대향 측면들을 가로지르는 차등 유체 압력은 상기 막이 유체 재료에 의해 상기 다이아프램(162)에 제공되는 유체 압력의 양에 비례하여 편향되게 한다. 유체 입구(42)의 유체 압력이 증가하면 할수록, 편향의 양을 더 커진다.
로드(164)가 로드 셀(166)을 접촉하기 위해 다이아프램(162)의 막의 이면으로부터 연장한다. 상기 다이아프램(162)의 막의 변형은 유체 압력에 비례하여 변한다. 유체 압력이 변함에 따라, 상기 다이아프램(162)은 상기 유체 압력에 비례하는 매개 로드(164)를 통해 상기 로드 셀(166)에 힘을 전달한다. 상기 로드 셀(166)은 모듈식 분사 장치(10)용 제어기(99)로 압력 측정 판독을 전달한다. 이와 같은 방식에 있어서, 상기 다이아프램(162)과 상기 로드 셀(166)은 상기 모듈식 분사 장치(10)의 작동 제어용으로 사용하기 위해 상기 유체 입구(42)에서의 유체 압력을 측정 및 평가하는 압력 센서로서 작동하도록 협력한다.
공급 모듈의 제거
상기 조들(122, 138)은 펌프(102)와 매니폴드 블록(103)으로 구성된 공급 모듈(100)이 상기 주사기(22)와 상기 유체 연결용 인터페이스(20) 사이의 유체 연결용 인터페이스(20)로부터 및 세정과 유지 보수를 위해 상기 분사 장치(10)로부터 용이하게 분리되게 한다. 공급 모듈(100)을 제거하기 위해, 상기 캐리지들(120, 136)이 상기 실린더들(116, 132)에 있는 어떠한 유체도 밀어내기 위해 도 4a 상의 최하위 지점으로 하향 구동된다. 그와 같은 최하위 지점에서, 상기 조들은 피스톤 헤드들(119, 141)을 분리시키기 위해 상술된 바와 같이 고정 정지부들에 의해 자동적으로 개방되거나, 또는 수동으로 개방될 수 있다. 다음에, 내부 나사식 유체 커플링들(26a, 20a)(도 5b 참조)이 각각 상기 주사기(22) 및 유체 연결용 인터페이스(20)로부터 분리된다. 마지막으로, 펌프(102)를 하부 부재(115)에 연결하는, 볼트와 같은 종래의 패스너(도시되지 않음)가 제거되어, 펌프(102)와 매니폴드 블록(103)으로 구성되는 상기 공급 모듈(100)은 유사 공급 모듈(100)로 교체하기 위한 또는 습식 표면의 유지 보수 및 세정을 위한 유닛으로서 제거될 수 있다. 따라서, 상기 유체 모듈(12)은 유지 보수, 세정 및 교체를 위해 상기 분사 장치(10)로부터 용이하게 분리될 뿐만 아니라, 상기 공급 모듈(100)도 또한 유지 보수, 세정 및 교체를 위해 상기 분사 장치(10)로부터 용이하게 분리된다. 상기 유체 모듈 및 상기 공급 모듈이 모두 상기 분사 장치(10)의 습식 표면을 포함하고 있으므로, 이들 구성 요소들 모두를 신속하게 제거 및 교체할 수 있다는 큰 장점을 갖는다.
또한, 상기 공급 모듈(100)이 분리될 때, 상기 주사기(22)는 유체 도관(44)을 사용하는 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 유체 연통으로 직접 연결될 수 있으며, 그 결과, 2개의 유체 공급 모듈들 중 어느 하나가 유체 재료를 상기 유체 모듈(12)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 상기 주사기(22)는 상기 모듈식 분사 장치(10)의 하나의 유체 공급 모듈(도 1 내지 도 3 참조)을 규정하기 위해 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 직접 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 주사기(22)를 포함하는 상기 모듈식 분사 장치(10)의 공급 모듈(100)(도 4 내지 도 7 참조)은 다른 유체 공급 모듈을 규정하기 위해 상기 유체 연결용 인터페이스(20)와 연결될 수 있다.
구동 모듈들로 피스톤 펌프 조정
피스톤 펌프들(112, 114)의 작동은 각각의 피스톤 실린더들(116, 132) 내의 피스톤들(118, 134)을 이동시키기 위해 조정될 수 있으며, 그 결과, 상기 유체 연결용 인터페이스(20)를 통해 상기 유체 모듈(12)로 공급되는 유체 재료의 스트림은, 유체 재료가 상기 유체 모듈(12)로부터 분사되는 속도와 대체로 동일한 유속으로, 대체로 연속적이고 계속적으로 수행된다. 상기 제어기(99)는 상기 용적식 펌프(102)가 재료를 상기 유체 입구(42) 내로 그리고 궁극적으로는 상기 유체 챔버(38) 내로 펌프질하는 유속을 나타내는 엔코더들(131, 145)로부터 펌핑 유속 신호를 수신할 수 있다.
사용시에, 상기 제어기(99)는, 유체 재료를 상기 유체 챔버(38)의 유체 입구(42)로 펌프질하기 위해, 상기 용적식 펌프(102)를 위한 개시 시간을 나타내는 개시 시간 신호 및 재료가 유체 모듈(12)로부터 분사될 속도를 나타내는 소정의 펌핑 유속 신호를 상기 용적식 펌프(102)로 전송한다. 상기 엔코더들을 사용하여, 실제 펌핑 속도는 유속 보정을 위해 상기 소정의 펌핑 속도와 비교될 수 있다. 상기 제어기(99)가 상기 용적식 펌프(102)로 개시 시간 신호를 전송할 때, 상기 용적식 펌프(102)를 개시시키기 위한 개시 시간 신호 이후의 미리 결정된 제 1 지연 기간에 상기 밸브 요소(14)를 상기 개방 위치로 이동시키기 위해, 상기 제어기(99)는 동시에 상기 압전기 구동 모듈(16) 또는 도 14의 실시예(나중에 설명됨)에 도시된 공압식 구동 모듈(202)로 개시 시간 신호를 전달한다. 다음에, 제어기(99)는 상기 밸브 요소(14)를 유속이 보정된 미리 결정된 순환 속도로 분사 작업을 하는 동안 개방 및 폐쇄 위치 사이로 반복적으로 이동시킨다. 상기 제어기(99)는 또한 현재의 분사 작업 동안 상기 유체 모듈(12)을 통해 분사될 재료의 양을 나타내는 테이터를 사용할 수 있으며, 일단 소정량의 재료가 분사되면, 상기 엔코더들(131, 145)로부터 결정된 바와 같이, 상기 제어기(99)는 유체 재료가 상기 유체 챔버(38)의 유체 입구(42)로 펌프질되는 것을 정지시키기 위해 종결 시간 신호를 상기 용적식 펌프(102)로 전송한다. 상기 제어기(99)는 동시에 종결 시간 신호를 상기 압전기 구동 모듈(16) 또는 공압식 구동 모듈(202)로 전달하여, 분사 작업을 정지시키기 위한 종결 시간 이후의 미리 결정된 제 2 지연 기간에 상기 밸브 요소(14)가 폐쇄 위치에 잔류하도록 한다.
용적식 펌프로부터 유체를 갖는 분사 밸브를 공급하는 경우의 하나의 장점은 더욱 양호한 주사-대-주사(shot to shot) 정확도를 얻을 수 있다는 점에 있다. 이것은, 예를 들어, (온도 변화에 의해 야기되는) 분사될 재료의 속도, 또는 분사될 재료의 유체 압력과 같은 매개변수들의 변화에도 불구하고, 시종일관 동일한 크기의 도트가 분사될 수 있다는 사실을 의미한다. 그 이유는 용적식 펌핑으로 인해 상기 유체 모듈로 공급되는 모든 재료가 상기 유체 모듈 밖으로 확실히 분사되기 때문이다. 따라서, 상기 유체 모듈 내로 진입하는 재료의 일정한 유속 및 분당 도트로 표시되는 일정한 분사 빈도를 가정하면, 상기 유체 모듈 밖으로 분사되는 재료의 각각의 액적 또는 도트의 크기는 동일하게 될 수 있다. 대조적으로, 주사기로부터 공급되는 분사 밸브의 경우, 예를 들면, 만약 주사기의 압력이 증가되면, 분사될 도트들은 더 커질 것이고, 만약 주사기의 압력이 낮아지면, 분사될 도트들은 더욱 작아질 것이다. 마찬가지로, 만약 주사기에서의 재료의 온도가 떨어져 재료의 점도를 증가시킬 경우, 분사될 도트들은 더욱 작아질 것이고, 만약 주사기에서의 재료의 온도가 상승하여 재료의 점도를 감소시킬 경우, 분사될 도트들은 더욱 커질 것이다. 이와 같은 분사된 도트,또는 액적, 크기의 변화는 본 발명의 용적식 펌프 실시예로 인해 감소된다.
유체 모듈 및 히터용 해제 기구
해제 기구를 포함하는 분사 장치(10)의 구성 요소들만을 도시하는, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b와 관련하여, 상기 모듈식 분사 장치(10)의 유체 모듈(12)과 히터(76)는, 상기 모듈식 분사 장치(10)의 다른 구성 요소들을 교란시키거나 또는 종래 패스너를 조이거나 이완시키기 위한 공구들을 사용할 필요없이, 상기 히터(76)와 유체 모듈(12)의 신속한 부착 및 제거를 용이하게 하는 해제 기구(72)와 함께 구성된다. 상기 히터(76) 및 유체 모듈(12)은 상기 유체 모듈(12)이 상기 모듈식 분사 장치(10)와 작동적으로 결속되는 상승된 제 1 위치(도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a, 도 12a)와 상기 유체 모듈(12)이 상기 모듈식 분사 장치(10)로부터 제거될 수 있는 하강된 제 2 위치(도 8b, 도 9b, 도 10b, 도 11b, 도 12b) 사이에서 이동될 수 있다.
최초, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b와 관련하여, 상기 해제 기구는 캠(84)을 드로우 바 (draw bar; 81)와 결속시키는 캠(84)과 로드(87)를 구비하는 레버(86)를 포함할 수 있다. 상기 레버(86)는 상기 모듈식 분사 장치(10)의 액추에이터 몸체의 상부 부재(113) 상에 피벗식으로 지지된다. 상기 캠(84)은 만곡 시트(85)와 접촉하고 또한 상기 레버(86)가 제 1 및 제 2 위치 사이에서 피벗 핀(248)에 대해 수동으로 선회함에 따라 만곡 시트(85) 상에 위치하는 평탄하게 만곡된 표면이다. 상기 로드(87)는 상기 피벗 핀(248)과 중심적으로 결속되는 나사식 단부 및 상기 드로우 바(81)와 결속되는 다른 나사식 단부를 갖는다. 상기 캠(84)과 만곡 시트(85)는 상기 레버(86)의 회전 운동을 상기 로드(87)의 선형 운동으로 전환시키기 위해 협력한다. 상기 피벗 핀(248)은 상기 캠(84)의 기하학적 중심에 대해 측방으로 오프셋된다. 도 7 및 도 8a 상에 가시화된 단일 방향 화살표(53)로 지시하고 있는 바와 같이, 상기 레버(86)가 피벗 핀(248)에 대해 제 1 위치(도 7, 도 8a, 도 9a, 도 10a)로부터 제 2 위치(도 7, 도 8b, 도 9b, 도 10b)를 향해 수동으로 선회되고, 또한 상기 캠(84)이 상기 만곡 시트(85)를 가로질러 진행됨에 따라, 상기 로드(87)는 도 7, 도 8a, 도 9a, 도 10a 상에 가시화된 단일 방향 화살표가 지시하는 바와 같이 하향으로 이동한다.
상기 레버(86)가 피벗 핀(248)에 대해, 상기 단일 방향 화살표(53)와 반대 회전 방향인, 제 2 위치로부터 제 1 위치로 수동으로 선회될 때, 상기 로드(87)는 화살표(51)와 반대인 선형 방향으로 상향 이동한다. 상기 로드(87)는 상기 하부 부재(115)의 여유 개구부(65)를 관통한다. 상기 드로우 바(81)와 상기 하부 부재(115) 사이에서 압축되는 스프링(69)에는, 레버(86)가 상기 피벗 핀(248)에 대해 제 2 위치를 향해 회전됨에 따라, 상기 드로우 바(81)를 하향으로 강제 이동시키는 스프링 바이어스가 제공된다.
L-형 아암들(88, 90)이 각각의 피벗 핀들(73)에 의해 상기 하부 부재(115)에 피벗식으로 연결되며, 상기 하부 부재(115)의 대향 측면들을 따라 배치된다. 상기 L-형 아암들(88, 90)은 구조에 있어서 유사하다. 상기 L-형 아암들(88, 90) 각각은 하부 부재(115)를 갖는 각각의 피벗 지점으로부터 멀어지게 돌출하는 개별 아암 세그먼트(89a, 89b)를 갖는다. 상기 드로우 바(81)는 상기 드로우 바(81)의 대향 측면들에 인접하여 평행하게 연장하는 상기 아암 세그먼트들(89a, 89b) 사이에 배치된다. 상기 아암 세그먼트들(89a, 89b) 각각은 상기 드로우 바(81)의 일부와 부착되는 C-형 핑거(101)를 포함한다. 상기 드로우 바(81)가 상기 하부 부재(115)에 대해 이동함에 따라, 상기 드로우 바(81)의 이동은 각각의 피벗 핀(73)을 규정하는 피벗 축들에 대해 동일한 회전 방식으로 상기 아암들(88, 90)을 선회시킨다.
상기 L-형 아암(88)은 아암 세그먼트(89a)와 결합되는 아암 세그먼트(91a)를 가지며, 상기 L-형 아암(90)은 아암 세그먼트(89b)와 결합되는 아암 세그먼트(91b)를 갖는다. 상기 아암 세그먼트들(91a, 91b)은 아암 세그먼트들(89a, 89b)과 가로로 평행하게 돌출되며, 상기 히터(76)와 상기 유체 모듈(12)의 조립체가 일반적으로 상기 아암들(88, 90) 사이에 끼어 맞춤될 수 있도록 이격된다. 도 11a 및 도 11b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 아암 세그먼트(91a)는 가이드 부재(74a)의 슬롯(74c)을 관통하고, 아암 세그먼트(91b)는 가이드 부재(74b)의 슬롯(74d)을 관통한다. 상기 레버(86)가 상기 제 2 피스톤을 향해 선회될 때, 상기 드로우 바(81)는 상기 하부 부재(115)로부터 멀어지게 이동하며, 상기 아암들(88, 90) 각각은 상기 아암 세그먼트들(91a, 91b)이 단일 방향 화살표(61)(도 7 참조)에 의해 지시되는 바와 같이 하향으로 이동하도록 각각의 피벗 핀(73)에 대해 선회한다. 상기 아암 세그먼트들(91a, 91b)이 이하에서 설명되는 바와 같이 상기 히터(76)에 부착되므로, 그리고 상기 유체 모듈(12)이 상술된 바와 같이 상기 히터(76)의 상부 상에 위치하므로, 상기 아암들(88, 90)의 하향 변위는 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)를 상기 액추에이터 몸체(74)로부터 멀어지게 하강시킨다. 특히, 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)로 구성되는 조립체 및 상기 액추에이터 몸체(74) 사이에는 갭(G)이 형성된다.
도 11a, 도 11b, 도 12a, 및 도 12b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 아암(88)의 단부는 아암 세그먼트(91a)의 팁으로부터 약간 이격된 노치(70)로 노치형성된다. 마찬가지로, 아암(90)의 단부는 아암 세그먼트(91b)의 팁으로부터 약간 이격된 노치(71)로 노치형성된다. 상기 히터(76)는 상기 몸체(80) 내에 형성된 슬롯들(82, 83) 및 상기 슬롯들(82, 83) 내측의 스프링 장착 래치들(77, 78)을 포함한다. 상기 래치들(77, 78)은 피벗 축을 규정하는 각각의 피벗 핀들(178, 180)에 의해 상기 몸체(80)에 부착된다. 상기 래치들(77, 78)은 히터(76)를 아암들(88, 90)에 부착시키기 위해 아암들(88, 90)의 아암 세그먼트들(91a, 91b)에서 노치들(70, 71)과 협력한다. 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)가 상기 갭(G)을 형성하기 위해 상기 액추에이터 몸체(74)로부터 멀어져서 하강한 후에, 상기 노치들(70, 71)과 협력하는 상기 래치들(77, 78)은 상기 히터(76), 및 상기 히터(76)의 상부 상에 위치하는 유체 모듈(12)을 상기 모듈식 분사 장치(10)의 잔류부에 연속 부착시킨다. 상기 조립체의 하강은 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)를 제거하기 위한 개시 단계이다.
압축 스프링(148)은 상기 슬롯(82)으로부터 외향으로 그리고 아암(88)의 아암 세그먼트(91)에 있는 노치(70)와 결합하여 상기 래치(77)를 스프링 편향시킨다. 래치(77)는 압축 스프링(148)에 의해 제공된 스프링 편향 및 상기 래치(77)를 상기 노치(70)로부터 분리시키기 위해 수동으로 제공되야만 하는 스프링 편향보다 큰 규모의 대향력에 의해 아암(88)의 노치(70)와 강제 결합된다. 압축 스프링(146)은 상기 슬롯(83)으로부터 외향으로 그리고 아암들(88, 90)과 결합하여 상기 래치(78)를 스프링 편향시킨다. 래치(78)는 압축 스프링(146)에 의해 제공된 스프링 편향 및 상기 래치(78)를 상기 노치(71)로부터 분리시키기 위해 수동으로 제공되야만 하는 스프링 편향보다 큰 규모의 대향력에 의해 아암(90)의 아암 세그먼트(91b)에 있는 노치(71)와 강제 결합된다. 상기 래치(77)와 아암(88) 사이의 물리적 접촉 및 상기 래치(78)와 아암(90) 사이의 물리적 접촉은, 상기 L-형 아암들(88, 90)의 피벗 운동에 의해 초기 강하된 후에, 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)의 조립체의 해제를 총체적으로 차단한다.
일단 상기 조립체가 상기 액추에이터 몸체(74)로부터 멀어져서 강하되면, 상기 유체 모듈(12) 및 히터(76)는 추가의 수동 작업을 수행함으로써 상기 모듈식 분사 장치(10)로부터 제거된다. 상기 대표적인 실시예에 있어서, 도식적으로 단일 방향 화살표(67)(도 12a)로 지시되는, 내향 수동력은 상기 노치들(70, 71)로부터 상기 래치들(77, 78)을 해제하기 위해 작업자 손의 손가락들에 의한 핀칭 및 스퀴징 작업으로 상기 래치들(77, 78)에 제공될 수 있다. 상기 래치들(77, 78) 각각은, 상기 내향 수동력이 제공될 때 상기 래치들(77, 78)이 원호에서 이동하도록, 슬롯과 상기 슬롯에 의해 안내되는 핀을 포함한다. 상기 압축 스프링들(146, 148)의 각각에 의해 제공되는 힘은, 상기 내향 수동력이 상기 압축 스프링들(146, 148)에 의해 상기 래치들(77, 78)의 스프링 편향을 초과하지 않는 한 하강된 조립체가 유지되도록, 상기 내향 수동력과 대향한다. 상기 래치들(77, 78)이 도 11b, 도 12b에 도시된 바와 같이 핀칭 운동에 의해 수동으로 해제될 때, 장애물들이 제거되고, 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)는 상기 아암들(88, 90)에 대해 추가의 하향 수동 운동을 위해 자유롭게 되며, 상기 아암들(88, 90)로부터 조립체로서 수동으로 제거될 수 있다. 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)가 제거된 후, 상기 히터 몸체(80)의 중앙 보어 내에 슬립 끼워맞춤(slip-fit) 또는 약간의 억지 끼워맞춤(interference fit)을 갖는 유체 모듈(12)은 동일한 유체 모듈 또는 다른 분사 용례를 위한 다른 유체 모듈로 세정 또는 대체되도록 히터(76)의 몸체(80)로부터 가압될 수 있다.
세정 후 상기 유체 모듈(12)을 설치하기 위해, 상기 제거 공정은 역전된다. 특히, 세정된 유체 모듈(12)은 히터(76)의 몸체(80) 내로 가압된다. 상기 히터(76)와 상기 유체 모듈(12)의 조립체는 압전기 구동 모듈(16)을 향해 상향으로 그리고 상기 아암들(88, 90) 위로 이동된다. 상기 래치들(77, 78)이 상기 아암들(88, 90)에 대해 조립체의 수직 이동을 방해하지 않도록, 상기 래치들(77, 78)을 압축하는 동안, 상기 히터(76)와 상기 유체 모듈(12)의 조립체는 상기 히터(76)가 상기 액추에이터 몸체(74)와 접촉할 때까지 상승된다. 상기 래치들(77, 78)은 해제되고, 상기 래치들(77, 78) 사이의 결합 및 상기 노치들(70, 71)은 상기 히터(76) 상의 보통의 하향력을 적용시킴으로서 확인된다. 상기 레버(86)는 상기 액추에이터 몸체(74)와의 압축 접촉으로 상기 유체 모듈을 클램프시키기 위해 폐쇄 위치로 회전된다. 특히, 상기 제 2 위치로부터 상기 제 1 위치로의 상기 레버(86)의 역 운동은 드로우 바(81)를 상승시켜, 상기 히터(76)와 유체 모듈(12)을 상승시키기 위해 그리고 상기 아암들을 상기 액추에이터 몸체(74)와 접촉으로 클램프시키기 위해 대향 회전 방식으로 상기 아암들(88, 90)을 선회시킨다. 이와 같은 클램프 위치에서, 핀들(73)을 선회시키기 위해 대향하는 아암들(89a, 89b)의 단부들은 상기 히터(76)를 보유하고 유체 모듈(12)을 상기 액추에이터 몸체(74)와 꼭 맞게 접촉시키기 위해 스프링과 같이 하향으로 편향한다는 사실에 주목한다. 상기 클램프 위치에서, 상기 히터(76) 상의 스프링 장착 핀들(79)은 도 9a에 가장 잘 도시된 바와 같이 가이드 블록(74b)의 각각의 소프트한 전기 전도성 접점(59)과 접촉한다.
선택적 실시예에 있어서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 일단 상기 레버(86)가 상기 유체 모듈(12)을 상기 액추에이터 몸체와의 접촉으로 클램프시키기 위해 상기 제 1 위치로 회전되면, 형상결합 로크 기구(positive lock feature)가 상기 레버(86)를 상기 제 1 위치에 보유하기 위해 작동될 수 있다. 예를 들어, 스프링 편향 캐치 부재(400)가 상기 레버(86)의 챔버(402) 내에 활주 가능하게 수용될 수 있다. 상기 부재(400)는 하부 측면 상에 캐치(catch; 404)를 포함하며, 스프링(406)에 의해 도 8c에서 좌측으로 편향된다. 상기 레버(86)가 상기 제 1 위치 내로 회전됨에 따라, 캐치(404)의 라운드된 하부면은 캐치를 도 8c의 우측으로 이동시키며, 또한 캐치가 상부 부재(113)의 상부면에 제공된 개구부(41)를 관통할 때까지 상기 스프링(406)을 압축시킨다. 상기 캐치(404)가 개구부(410)를 관통한 후, 상기 스프링은 상기 상부 부재(113)로부터 돌출하는 탭(408)을 결합하기 위해 캐치(404)를 도 8c의 좌측으로 이동시킨다. 이와 같은 구조체는 상기 레버(86)를 상기 제 1 위치에 자동으로 체결시킨다. 상기 레버를 상기 제 1 위치로부터 해제시키기 위해, 상기 부재(400)는 스프링(406)을 압축시키기 위해 그리고 캐치(404)를 우측으로 이동시키기 위해 도 8c의 우측으로 수동으로 가압될 수 있으며, 따라서 상부 부재(113)의 상기 개구부(410)를 관통할 수 있다. 다음에, 상기 레버(86)는 유체 모듈(12)을 해제시키기 위해 도 8c의 가상선으로 도시된 제 2 위치로 이동될 수 있다.
전기- 공압식 구동 모듈
유사 도면 부호가 도 1 내지 도 12의 유사 특징부들을 언급하고, 다른 실시예에 따르는, 도 13, 도 13a, 및 도 14를 참고로 하여, 모듈식 분사 장치(200)는 압전기 구동 모듈(16)과는 다른 타입의 원동력에 의해 작동되도록 구성되는 전기-공압식 구동 모듈(202)을 포함한다. 원동력은 특정 방향으로 이동을 야기시키고 생성하는 힘이다. 본 예에서, 상기 원동력에 의해 생성 또는 야기되는 운동은 왕복 운동이고, 이동되는 물체는 구동 핀(36), 밸브 요소(14), 및/또는 이동 요소(60)이다. 전기-공압식 구동 모듈(202)의 원동력은 공압식 피스톤(204) 상에 작용하는 공기압이고, 압전기 구동 모듈(16)의 원동력은 압전기 스택(92)에 발생하는 차원적 변화이다. 분사 장치(10)의 모델에 기초하여, 상기 압전기 구동 모듈(16) 또는 전기-공압식 구동 모듈(202)은 상기 유체 모듈(12)과 함께 상기 분사 장치(10)에 포함된다. 양쪽의 경우, 상기 유체 모듈(12)의 설계는 동일하다. 따라서, 상기 유체 모듈(12)은 또한 구동 모듈과 용이하게 사용될 수 있다.
전기-공압식 구동 모듈(202)은 공압식 피스톤(204), 상기 공압식 피스톤(204)에 의해 서로 분리되는 한쌍의 공기 챔버들(216, 218), 제 1 솔레노이드 밸브(206), 및 제 2 솔레노이드 밸브(210)를 포함한다. 상기 공압식 피스톤(204)은 상기 구동 핀(236)의 한 단부와 물리적으로 연결된다. 공압식 피스톤(204)은 상기 공기 챔버들(216, 218)의 압축 기능으로서 이동될 수 있고, 결과적으로, 상기 공기 챔버들(216, 218)의 용적들은 상기 공압식 피스톤(204)의 위치에 의존한다. 상기 솔레노이드 밸브들(206, 210)은 상기 공기 챔버들(216, 218)의 압축을 조절한다. 상기 솔레노이드 밸브들(206, 210)은 각각, 당업자들이라면 이해할 수 있는 바와 같이, 유동로들 사이로의 압축 공기의 유동을 전환시키도록 작동하는 어떠한 3-방 또는 4-방 밸브일 수 있다.
상기 제 1 솔레노이드 밸브(206)의 기계적 밸브는 상기 공압식 피스톤(204)의 한 측면 상에서 공기 챔버(216)를 갖는 구동 모듈(202)의 몸체(201)를 관통하는 제 1 통로(208)에 의해 결속된다. 상기 제 1 솔레노이드 밸브(206)의 기계적 밸브는 공기 압력이 공기 공급부(222)로부터 상기 제 1 통로(208)를 통해 상기 공기 챔버(216)로 이동하고 또한 공기 압력을 상기 공기 챔버(216)로부터 배기시키도록 구성된다. 상기 제 2 솔레노이드 밸브(210)의 기계적 밸브는 상기 공압식 피스톤(204)의 대향 측면 상에서 공기 챔버(218)를 갖는 구동 모듈(202)의 몸체를 관통하는 제 2 통로(212)에 의해 결속된다. 상기 제 2 솔레노이드 밸브(210)의 기계적 밸브는 공기 압력이 공기 공급부(222)로부터 상기 제 2 통로(212)를 통해 상기 공기 챔버(218)로 이동하고 또한 공기 압력을 상기 공기 챔버(218)로부터 배기시키도록 구성된다.
상기 솔레노이드 밸브들(206, 210)의 코일은 제어기(99)의 감시하에 작동되는 개별 구동 회로들(224, 226)에 의해 전기적으로 작동된다. 상기 구동 회로들(224, 226)은 각각 솔레노이드 밸브들(206, 210)로 전기 신호를 제공하는 동력 스위칭 회로로서 공지된 디자인을 갖는다. 상기 구동 회로들(224, 226)은 솔레노이드 밸브들(206, 210)의 구성 내에 통합될 수 있다. 상기 구동 회로(224)로부터 솔레노이드 밸브(206)의 코일로 제공되는 전기 신호에 반응하여, 상기 솔레노이드 밸브(206)는, 상기 제 1 통로(208)가 상기 공기 공급부(222)와 결속되고 또한 압축 공기가 상기 공기 공급부(222)로부터 상기 공기 챔버(216) 내로 유동하도록, 상기 기계적 밸브에서 유동로를 전환한다. 상기 솔레노이드 밸브(206)의 코일로의 전기적 신호가 중단될 때, 상기 솔레노이드 밸브(206)는, 솔레노이드 밸브(206)의 배기부가 상기 제 1 통로(208)와 결속되고 또한 압축 공기가 공기 챔버(216)로부터 배기되도록, 상기 기계적 밸브에서 유동로를 전환한다. 따라서, 솔레노이드 밸브(206)와 관련된 기계적 밸브는 솔레노이드 무동력 상태에서 챔버(216)를 대기 중으로 통풍시키도록 정상적으로 설정된다. 마찬가지로, 상기 구동 회로(226)로부터 솔레노이드 밸브(210)의 코일로 공급된 전기 신호에 반응하여, 상기 솔레노이드 밸브(210)는, 상기 제 2 통로(212)가 상기 공기 공급부(222)와 결속되고 또한 압축 공기가 상기 공기 공급부(222)로부터 상기 공기 챔버(218)로 유동하도록, 상기 기계적 밸브에서 유동로를 전환한다. 상기 솔레노이드 밸브(210)의 코일로의 전기적 신호가 중단될 때, 상기 솔레노이드 밸브(210)는, 솔레노이드 밸브(210)의 배기부가 상기 제 2 통로(212)와 결속되고 또한 압축 공기가 공기 챔버(218)로부터 배기되도록, 상기 기계적 밸브에서 유동로를 전환한다. 따라서, 솔레노이드 밸브(210)와 관련된 기계적 밸브는 솔레노이드 무동력 상태에서 챔버(218)를 대기 중으로 통풍시키도록 정상적으로 설정된다.
상기 솔레노이드 밸브들(206, 210)의 작동은 유체 재료를 유체 모듈(12)로부터 분사시키기 위한 모듈식 분사 장치(200)를 개방 및 폐쇄시키기 위해 협력할 수 있다. 상기 제어기(99)는 공기 챔버(216)가 압축되게 하는 솔레노이드 밸브(206)용 구동 회로(224)로 하나의 제어 신호를 보낼 수 있으며 또한 공기 챔버(218)가 압축되게 하는 솔레노이드 밸브(210)용 구동 회로(226)로 다른 독립적인 제어 신호를 보낼 수 있다. 상기 공기 챔버(218)의 압축은 공압식 피스톤(204)에 힘을 인가하여, 상기 구동 핀(236)을 상기 이동 요소(60)의 벽(62)으로부터 떨어져 이동시킨다. 공기 챔버(216)의 압축은 상기 공압식 피스톤(204)에 힘을 인가하여, 상기 구동 핀(236)을 상기 이동 요소(60)의 벽(62)을 향하여 이동시킨다. 제어 신호들 중 하나가 부재할 때, 상기 공기 챔버들(216, 218) 중 대응하는 것은 상술된 바와 같이 주위 압력과 결합된다.
압축 스프링(228)은 스프링 리테이너(229)와 공압식 피스톤(204) 사이에 위치된다. 압축 스프링(228)에 의해 상기 스프링 리테이너(229)에 인가된 힘은, 공기 챔버(216)의 공기 압력으로부터의 힘이 상기 공압식 피스톤(204) 상에 작용함에 따라, 동일한 방향으로 상기 공압식 피스톤(204)과 구동 핀(236) 상에 작용한다. 결과적으로, 공압식 피스톤(204) 상에 작용하는 압축 스프링(228)의 힘과 공압식 피스톤(204) 상에 작용하는 공기 챔버(216)의 압축으로부터의 힘은 거의 동일 선상 및 동일 방향에 있게 된다. 반대로, 공압식 피스톤(204) 상에 작용하는 압축 스프링(228)의 힘과 공압식 피스톤(204) 상에 작용하는 공기 챔버(218)의 압축으로부터의 힘은 거의 동일 선상 및 반대 방향에 있게 된다. 정상적으로는, 솔레노이드들(206, 210) 모두가 탈동력화되므로, 각각의 챔버들(216, 218)을 배기 포트들에 연결하는 상태에서, 일반적으로 스프링(228)이 피스톤(204) 상에 작용하는 유일한 힘이며, 상기 스프링은 피스톤(204) 상에서 2개의 강제 구동 핀(236)을 하향으로 가압하고, 순차적으로 상기 밸브 요소(14)를 상기 밸브 시트(52)에 대항하여 폐쇄 위치로 강제 추진시킨다.
밸브를 개방시키기 위해, 공기 압력이 상기 피스톤을 상승시키는 피스톤(204) 아래의 챔버(218)에 제공되며, 따라서 상기 구동 핀(236)은 벽(62)과의 접촉으로부터 상승된다. 그로 인해, 상기 유체 모듈의 내부 스프링(68)은 상기 밸브 요소(14)가 상기 밸브 시트(52)와 접촉하는 것으로부터 철회시킨다. 상기 밸브를 폐쇄시키기 위해, 공기 압력은 피스톤을 하향으로 가압시키고 또한 유체 재료의 액적을 분사시기 위해 상기 스프링(228)과 함께 작용하는 상기 피스톤(204) 위의 챔버(216)에 제공되어, 상기 구동핀(236)이 상기 밸브 시트에 대항하여 밸브 요소(14)를 폐쇄시키도록 상기 벽(62)과 접촉되게 한다. 이와 같은 방식으로 밸브를 반복적으로 연속 개방 및 폐쇄시킴으로써, 재료의 액적들이 분사될 수 있다. 만약, 공기 압력이 챔버(216)에 제공된 후에, 챔버(218)에서의 공기 압력이 상대적으로 신속하게 통풍되는 경우, 상기 피스톤(204)과 구동 핀(236)은 상대적으로 고속으로 이동할 것이다. 만약, 공기 압력이 챔버(216)에 제공된 후에, 챔버(218)에서의 공기 압력이 상대적으로 신속하게 통풍되지 않을 경우, 상기 피스톤(204)과 구동 핀(236)은 느린 속도로 이동할 것이다. 일반적으로, 재료를 액적으로 분사시키기에 충분한 에너지를 공급하기 위해 재료들을 더욱 점성적으로 또는 더욱 두껍게 분사시킬 때, 상기 구동 핀(236)을 상대적으로 빠른 속도로 이동시키는 것이 최상의 방법이며, 또한, 기판 상에 분사된 액적들의 얼룩을 회피하기 위해 재료들을 덜 점성적으로 얇게 분사시킬 때, 상기 구동 핀(236)을 상대적으로 느린 속도로 이동시키는 것이 최상의 방법이다.
상기 제어기(99) 상에서 실행되는, 메모리(172) 내의 컴퓨터 프로그램 코드는 상기 솔레노이드 밸브들(206, 210)을 작동시키기 위한 지시서를 포함할 수 있다. 상기 전기-공압식 구동 모듈(202)은 분사 장치(10)로부터 액적들을 300 Hz 이상에서 분사시키기 위해 300 Hz 이상의 속도로 작동시킬 수 있다.
대체 가능한 해제 기구
상기 모듈식 분사 장치(200)와 결합되어 사용되는 유체 모듈(12)은 상기 모듈식 분사 장치(10)와 결합되어 사용되는 유체 모듈(12)과 동일하며, 따라서 상술된 바와 같은 상호 교환성을 갖는다. 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)는 대체 가능한 해제 기구를 사용하여 전기-공압식 구동 모듈(202)로부터 해제 가능하다. 상기 해제 기구의 다른 실시예에 있어서, 노브(250)는 상기 아암들(288, 290)을 수직으로 이동시키기 위해 레버(86)를 대신하여, 상기 전기-공압식 구동 모듈(202)로부터 제거하기 위해 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)를 해제시킨다.
아암들(288 및 290)은 상술된 해제 기구 실시예의 아암들(89a 및 89b)과 같은 하부 단부들에 동일한 슬롯들을 포함한다. 상기 유체 모듈(12)이 동일하므로, 상기 슬롯들은 상술된 것과 동일한 방식으로 래치들(77, 78)과 협력한다.
이와 같은 다른 실시예에 있어서 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)를 낮추기 위하여, 상기 노브(250)는 상기 노브(250)에 고정된 나사식 스크류(260)를 회전시키기 위해 제 1 방향으로 회전된다. 아암들(288 및 290)에 부착된 내부 나사식 부재(270) 내의 제 1 방향으로의 상기 나사식 스크류(260)의 회전으로 인해, 상기 아암들(288 및 290)은 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)를 상기 몸체(201)로부터 하향으로 수직 이격시키기 위해 이동하여, 그들 사이에 예를 들면, 도 9b에 도시된 갭(G)과 유사한 갭을 형성한다. 다음에, 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)는 아암들(89a 및 89b)과 관련하여 상술된 바와 동일한 방식으로 상기 아암들(288, 290)로부터 제거될 수 있다.
마찬가지로, 상기 유체 모듈(12)과 히터(76)는 아암들(89a 및 89b)과 관련하여 상술된 바와 동일한 방식으로 상기 아암들(288, 290)에 재부착될 수 있다. 일단 부착되면, 상기 노브(250)는 상기 스크류(262)가 내부 나사식 부재(270) 내의 반대 방향으로 회전되도록 반대 방향으로 회전되며, 순차적으로 상기 아암들(288 및 290)을 상승시킨다. 일단 상기 유체 모듈(12)이 상기 몸체(201)와 견고히 접촉되면, 상기 노브(250)의 회전은 정지된다.
"수직으로", "수평으로", "상부", "하부", "상승", "하강" 등과 같은 용어들에 대한 언급은 상기 언급의 틀을 세우기 위해 예로서 기재된 것일 뿐 제한을 목적으로 기술된 것이 아니다. 일반적으로 당업자라면 다양한 다른 기준 골격들도 본 발명의 실시예들을 설명할 목적으로 등가적으로 채용될 수 있다는 사실을 이해할 수 있을 것이다.
요소가 다른 요소에 또는 다른 요소와 "부착되는", "연결되는", 또는 "결속되는"이라고 설명될 때, 그것은 상기 다른 요소에 직접 연결 또는 결속될 수 있거나, 또는 대신에 하나 이상의 개입 소자들이 존재할 수 있다는 사실로 이해되어야 할 것이다. 대조적으로, 상기 요소가 다른 요소에 "직접 부착되는", "직접 연결되는", 또는 "직접 결속되는"이라고 설명될 때, 거기에는 어떠한 개입 요소들도 존재하지 않는다. 요소가 다른 요소에 "간접적으로 부착되는", "간접적으로 연결되는", 또는 "간접적으로 결속되는"이라고 설명될 때, 거기에는 적어도 하나의 개입 소자가 존재한다.
본원에 사용된 기술은 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적을 가질 뿐, 본 발명을 제한하려고 의도되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 단일 형태의 부정관사("a", "an") 및 정관사("the")는 또한 그 문맥이 명확하게 다른 내용을 지시하지 않는 한 복수를 포함하는 것으로 의도된다. "포함한다" 및/또는 "포함하는"이란 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 상술된 특징들, 정수들, 단계들, 작업들, 요소들, 및/또는 구성 성분들의 존재를 명시하는 것으로 또한 이해되어야 할 것이나, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작업들, 요소들, 구성 성분들, 및/또는 그들의 그룹들의 추가나 존재가 배제하지 않는다는 사실 또한 이해되어야 한다. 또한, "구비한다", "갖는다" "가지는", "함께", "..로 구성되는", 또는 그들의 변형된 용어들이 상세한 설명 또는 청구범위에서 사용된다는 관점에서, 그와 같은 용어들은 개방형 용어인 "포함한다"와 유사한 방식으로 포함되는 것을 의미한다.
본 발명은 다양한 실시예들의 서술에 의해 설명되고 또한 이들 실시예들은 현저히 상세하게 서술되었지만, 본 출원인은 첨부된 청구항들의 범위를 그와 같이 상세하게 한정시키거나 또는 제한하도록 의도하지는 않는다. 추가의 장점들과 변경들이 당업자들에게는 용이하게 파악될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예에 있어서, 상기 모듈식 분사 장치(10, 200)와 결합되어 사용되는 구동 모듈은 공압적 피스톤 상에 작용하는 공기 압력이나 또는 구동 핀(36)을 작동시키기 위한 원동력으로서 압전기 스택에 유도되는 차원적 변화들에 의존하지 않는 전기기계식 액추에이터일 수 있다. 대신에, 상기 전기기계적 액추에이터는 상기 구동 핀(36)과 결속되는 아마츄어 및 상기 아마츄어의 운동을 유발시키도록 구동되는 전자석을 포함한다. 따라서, 본 발명은 넓은 견지에서 상세한 설명, 대표적인 장치 및 방법, 및 도시 및 설명된 예시적 실예에 제한되지 않는다. 따라서, 본 출원인의 일반적 진보적 개념의 정신과 범위로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 그와 같은 상세한 설명으로부터의 일탈이 허용된다.

Claims (28)

  1. 모듈식 분사 장치로서,
    유체 챔버, 상기 유체 챔버로의 유체 입구, 상기 유체 챔버로부터의 유체 출구, 및 상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 위치하는 밸브 시트를 구비하는 유체 모듈;
    밸브 요소;
    상기 밸브 시트에 대하여 상기 밸브 요소의 적어도 일부를 왕복 이동시키도록 구성되는 구동 모듈;
    유체 연결용 인터페이스;
    상기 유체 연결용 인터페이스에 연결될 수 있고, 유체 재료를 상기 유체 모듈의 유체 입구로 지향시키기 위해 압축 공기를 사용하도록 구성되는 제 1 유체 공급 모듈; 및
    상기 유체 연결용 인터페이스에 연결될 수 있고, 상기 유체 재료를 상기 유체 모듈의 유체 입구로 펌핑하도록 구성되는 용적식 펌프(positive displacement pump)를 구비하는 제 2 유체 공급 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 유체 공급 모듈 또는 상기 제 2 유체 공급 모듈은 상기 유체 연결용 인터페이스에 연결되는 모듈식 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용적식 펌프는 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 유체 입구로 시간 순서로(in a timed sequence) 공급하도록 구성되는 제 1 피스톤 펌프 및 제 2 피스톤 펌프를 포함하는 모듈식 분사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유체 챔버로의 유체 입구와 상기 제 1 피스톤 펌프 사이의 제 1 유동로에 위치하는 제 1 체크 밸브로서, 상기 유체 챔버로부터 상기 제 1 피스톤 펌프로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 1 체크 밸브; 및
    상기 유체 챔버로의 유체 입구와 상기 제 2 피스톤 펌프 사이의 제 2 유동로에 위치하는 제 2 체크 밸브로서, 상기 유체 챔버로부터 상기 제 2 피스톤 펌프로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 2 체크 밸브를 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    유체 공급부와 상기 제 1 피스톤 펌프 사이의 제 1 유동로에 위치하는 제 3 체크 밸브로서, 상기 제 1 피스톤 펌프로부터 상기 유체 공급부로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 3 체크 밸브; 및
    상기 제 2 피스톤 펌프와 상기 유체 공급부 사이의 제 2 유동로에 위치하는 제 4 체크 밸브로서, 상기 제 2 피스톤 펌프로부터 상기 유체 공급부로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 4 체크 밸브를 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 피스톤 펌프는 피스톤 실린더, 상기 피스톤 실린더의 내측에 위치한 피스톤, 상기 유체 재료를 상기 피스톤 실린더로 유입하고 상기 유체 재료를 상기 피스톤 실린더로부터 방출하기 위해 상기 피스톤을 상기 피스톤 실린더에 대해 이동시키도록 구성된 전동 캐리지(motorized carriage), 및 상기 캐리지에 연결되고 상기 캐리지를 상기 피스톤에 해제 가능하게 연결시키도록 구성되는 그리퍼(gripper)를 포함하는 모듈식 분사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 모듈은 상기 유체 입구를 상기 유체 챔버와 연결시키는 유체 통로를 포함하며,
    상기 모듈식 분사 장치는,
    상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버까지 상기 유체 통로에서 유동하는 상기 유체 재료로부터의 압력을 수용하도록 구성되는, 상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램; 및
    상기 다이아프램으로부터 전달된 압력에 기초하여 힘을 측정하도록 구성된, 상기 다이아프램과 결합되는 하중 센서를 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  7. 분사 장치와 함께 사용하기 위한 유체 모듈로서, 상기 분사 장치는 액추에이터에 의해 왕복 운동되는, 상기 유체 모듈 외부의 구동 핀을 가지고, 상기 유체 모듈은,
    유체 출구를 갖는 노즐;
    유체 입구를 갖는 제 1 부분, 상기 노즐을 지지하도록 구성되는 제 2 부분, 및 유체 챔버를 포함하는 모듈 몸체;
    상기 유체 출구와 연통하는 개구부를 갖는 밸브 시트;
    상기 유체 챔버 내에 부분적으로 둘러싸이는 밸브 요소로서, 상기 구동 핀으로부터의 접촉에 의해 상기 밸브 시트를 향해 이동되는 상기 밸브 요소; 및
    상기 밸브 요소와 접촉하고 상기 밸브 요소에 축상 스프링력을 인가하도록 구성되어 접촉 후 상기 축상 스프링력의 작용 하에 상기 밸브 요소를 상기 밸브 시트로부터 멀어지게 이동하게 하는 편향 요소(biasing element)를 포함하는 유체 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 밸브 시트의 위치는 상기 밸브 요소를 향해 그리고 상기 밸브 요소로부터 멀어지도록 조절될 수 있는 유체 모듈.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    정지부를 추가로 포함하며,
    상기 구동 핀과 상기 밸브 요소 사이의 접촉이 제거된 후에, 상기 편향 요소는 상기 정지부에 대항하여 상기 밸브 요소를 이동시키는 유체 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 정지부의 위치는 조절 가능한 유체 모듈.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 모듈 몸체의 제 1 위치는 상기 유체 입구와 상기 유체 챔버를 결합시키는 유체 통로를 포함하며,
    상기 유체 모듈은,
    하중 센서; 및
    상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램으로서, 상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버까지 상기 유체 통로에서 유동하는 유체 재료로부터의 압력을 수용하고 상기 압력을 힘으로서 상기 하중 센서로 전달하도록 구성되는 상기 다이아프램을 추가로 포함하는 유체 모듈.
  13. 모듈식 분사 장치로서,
    액추에이터 몸체;
    상기 액추에이터 몸체로부터 연장하는 구동 모듈;
    유체 챔버, 상기 유체 챔버로의 유체 입구, 밸브 요소, 상기 유체 챔버로부터의 유체 출구를 구비하는 노즐, 및 상기 밸브 요소와 상기 노즐 사이에 위치하는 밸브 시트를 구비하는 유체 모듈로서, 상기 밸브 요소는 상기 구동 모듈로부터 분리되며 상기 밸브 시트와 접촉하기 위해 상기 구동 모듈에 의해 왕복으로 이동하도록 구성되는, 상기 유체 모듈; 및
    상기 유체 모듈을 상기 액추에이터 몸체에 결합시키는 적어도 하나의 아암 및 레버를 갖는 결합 기구로서, 상기 적어도 하나의 아암은 상기 레버에 의해 수직으로 이동될 수 있어, 상기 유체 모듈을 상기 분사 장치의 다른 구성 요소들로부터 이격된 위치로 이동시켜 상기 유체 모듈이 상기 분사 장치로부터 제거될 수 있게 하고 또한 상기 유체 모듈을 클램프 위치로 이동시켜 상기 유체 모듈을 상기 분사 장치의 다른 구성 요소에 대하여 클램프시킬 수 있는, 상기 결합 기구를 포함하는 모듈식 분사 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레버는 상기 적어도 하나의 아암에 의해 열전달 부재 및 상기 유체 모듈과 결합되며, 상기 레버는 상기 열전달 부재와 상기 유체 모듈을 상기 액추에이터 몸체로부터 분리된 위치로 낮추도록 상기 적어도 하나의 아암을 피벗시키도록 구성되는 모듈식 분사 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 유체 챔버는 상기 구동 모듈에 의해 왕복으로 이동되도록 구성되는 벽을 가지며, 상기 벽의 왕복 이동은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 시트에 대해 왕복으로 이동시키게 하는 모듈식 분사 장치.
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 클램프 위치에서, 상기 레버의 일부는 상기 클램프 위치에 상기 레버를 고정하기 위해 상기 분사 장치의 다른 요소와 접촉 상태로 위치되는 모듈식 분사 장치.
  18. 모듈식 분사 장치로서,
    유체 챔버, 상기 유체 챔버로의 유체 입구, 유체 출구, 상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 위치되는 밸브 시트, 및 상기 밸브 시트에 대해 왕복으로 이동될 수 있는 밸브 요소를 포함하는 유체 모듈;
    제 1 원동력(motive force)에 의한 제 1 구동 모듈에 의해 왕복 운동하는 구동 핀을 구비하는 제 1 구동 모듈로서, 상기 구동 핀은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 시트에 접촉시키도록 상기 밸브 요소와 접촉하기 위해 이동될 수 있는, 상기 제 1 구동 모듈; 및
    상기 제 1 원동력과는 다른 제 2 원동력에 의한 제 2 구동 모듈에 의해 왕복 운동하는 구동 핀을 구비하는 제 2 구동 모듈로서, 상기 구동 핀은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 시트에 접촉시키도록 상기 밸브 요소와 접촉하기 위해 이동될 수 있으며, 상기 분사 장치는 상기 제 1 구동 모듈 또는 상기 제 2 구동 모듈을 포함하도록 조립될 수 있는, 상기 제 2 구동 모듈을 포함하는 모듈식 분사 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 구동 모듈은 압전기 구동 모듈이며, 상기 제 2 구동 모듈은 전기-공압식 구동 모듈인 모듈식 분사 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 유체 재료를 상기 유체 챔버의 유체 입구로 시간 순서로 공급하도록 구성되는 제 1 피스톤 펌프 및 제 2 피스톤 펌프를 포함하는 용적식 펌프를 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 유체 챔버로의 유체 입구와 상기 제 1 피스톤 펌프 사이의 제 1 유동로에 위치하는 제 1 체크 밸브로서, 상기 유체 챔버로부터 상기 제 1 피스톤 펌프로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 1 체크 밸브; 및
    상기 유체 챔버로의 유체 입구와 상기 제 2 피스톤 펌프 사이의 제 2 유동로에 위치하는 제 2 체크 밸브로서, 상기 유체 챔버로부터 상기 제 2 피스톤 펌프로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 2 체크 밸브를 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    유체 공급부와 상기 제 1 피스톤 펌프 사이의 제 1 유동로에 위치하는 제 3 체크 밸브로서, 상기 제 1 피스톤 펌프로부터 상기 유체 공급부로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 3 체크 밸브; 및
    상기 제 2 피스톤 펌프와 상기 유체 공급부 사이의 제 2 유동로에 위치하는 제 4 체크 밸브로서, 상기 제 2 피스톤 펌프로부터 상기 유체 공급부로 상기 유체 재료의 역류를 제어하는 스프링 장착 이동 몸체를 포함하는 상기 제 4 체크 밸브를 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 유체 모듈은 상기 유체 입구를 상기 유체 챔버와 결합시키는 유체 통로를 포함하며,
    상기 모듈식 분사 장치는,
    하중 센서; 및
    상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램으로서, 상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버까지 상기 유체 통로에서 유동하는 유체 재료로부터의 압력을 수용하고 상기 압력을 힘으로서 상기 하중 센서로 전달하도록 구성되는 상기 다이아프램을 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  24. 모듈식 분사 장치로서,
    유체 재료를 포함하도록 구성된 유체 챔버, 상기 유체 챔버로의 유체 입구, 상기 유체 챔버로부터의 유체 출구, 및 상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 위치하는 밸브 시트를 구비하는 유체 모듈;
    밸브 요소;
    유체 재료가 상기 유체 출구로부터 방출되도록 상기 밸브 요소의 일부가 상기 밸브 시트로부터 철회되는 개방 상태와 상기 유체 출구로부터 상기 유체 재료의 유동을 중단시키도록 상기 밸브 요소가 상기 밸브 시트와 결합되는 폐쇄 상태 사이에서 상기 밸브 시트에 대하여 상기 밸브 요소의 적어도 일부를 왕복 이동시키도록 구성되는 구동 모듈;
    유체 연결용 인터페이스;
    상기 유체 연결용 인터페이스에 연결되는 유체 공급 모듈로서, 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 유체 입구로 펌핑하도록 구성되는 용적식 펌프를 구비하는 상기 유체 공급 모듈; 및
    제어기를 구비하고,
    상기 제어기는 상기 유체 재료를 미리 결정된 유속으로 상기 유체 챔버의 입구로 펌핑하도록 상기 용적식 펌프를 위한 개시 시간을 나타내는 개시 시간 신호를 상기 용적식 펌프로 전달하고, 상기 제어기는, 분배 작업을 개시하기 위해 상기 개시 시간 신호 후 미리 결정된 제 1 지연 기간에 상기 밸브 요소를 상기 개방 상태로 이동시키도록 동시에 개시 시간 신호를 상기 구동 모듈로 전달한 다음에 상기 분배 작업 동안 및 상기 유속과 관련이 있는 미리 결정된 순환 속도로 상기 개방 상태 및 폐쇄 상태 사이에서 상기 밸브 요소를 반복적으로 이동시키고, 상기 제어기는 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 입구로 펌핑하는 것을 정지시키도록 제 1 종결 시간 신호를 상기 용적식 펌프로 전달하고, 상기 제어기는 동시에 제 2 종결 시간 신호를 상기 구동 모듈로 전달하여 상기 분배 작업을 정지시키기 위해 상기 종결 시간 후 미리 결정된 제 2 지연 기간에 상기 밸브 요소를 상기 폐쇄 상태에 유지시키는, 모듈식 분사 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 유체 모듈은 상기 유체 입구를 상기 유체 챔버와 결합시키는 유체 통로를 포함하며,
    상기 모듈식 분사 장치는,
    압력을 측정하고 상기 압력을 신호로서 상기 제어기에 전달하도록 구성된 하중 센서; 및
    상기 유체 입구로부터 상기 유체 챔버까지 상기 유체 통로에서 유동하는 상기 유체 재료로부터의 힘을 수용하고 상기 힘을 상기 하중 센서로 전달하도록 구성되는, 상기 유체 통로와 연통하는 다이아프램을 추가로 포함하는 모듈식 분사 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 용적식 펌프는 상기 유체 재료를 상기 유체 챔버의 유체 입구로 시간 순서로 공급하도록 구성되는 제 1 피스톤 펌프 및 제 2 피스톤 펌프를 포함하고, 상기 제어기는 상기 제 1 피스톤 펌프와 제 2 피스톤 펌프 사이의 전이들을 제어하기 위해 상기 하중 센서로부터의 신호들에 반응하도록 구성되는 모듈식 분사 장치.
  27. 모듈식 분사 장치로서,
    유체 입구 및 유체 출구를 구비하는 유체 챔버;
    상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 위치되는 밸브 시트;
    밸브 요소;
    유체가 상기 유체 출구로부터 분사되도록 상기 밸브 요소의 적어도 일부를 왕복 이동시켜 상기 밸브 시트와 접촉하도록 구성되는 구동 모듈;
    유체 연결용 인터페이스; 및
    상기 유체 연결용 인터페이스에 연결될 수 있고, 실린더 내에 피스톤을 갖는 용적식 펌프를 구비하는 유체 공급 모듈을 포함하고,
    상기 피스톤은 유체 재료를 상기 유체 공급 모듈의 유체 입구로 펌핑하기 위해 이동 캐리지에 의해 이동될 수 있으며, 상기 피스톤은 상기 모듈식 분사 장치로부터 상기 펌프를 제거할 수 있도록 상기 캐리지로부터 분리될 수 있는 모듈식 분사 장치.
  28. 분사 장치로서,
    유체 입구 및 유체 출구를 구비하는 유체 챔버;
    상기 유체 입구와 상기 유체 출구 사이에 위치되는 밸브 시트;
    밸브 요소;
    재료의 액적을 분사시키도록 상기 밸브 시트를 접촉시키기 위해 상기 밸브 요소의 적어도 일부를 왕복 이동시키도록 구성되는 구동 모듈;
    유체 재료를 주사기의 출구로 지향시키기 위해 압축 공기를 사용하는 주사기;
    상기 주사기의 출구에 연결되는 제 1 체크 밸브;
    상기 제 1 체크 밸브에 연결되고 상기 유체 재료를 펌프 출구로 펌핑하도록 구성되는 용적식 펌프; 및
    상기 펌프 출구에 연결되는 제 2 체크 밸브로서, 상기 유체 챔버의 유체 입구가 상기 제 2 체크 밸브에 연결되는, 상기 제 2 체크 밸브를 포함하는 분사 장치.
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