KR102283820B1 - 미세 정량 토출용 디스펜서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축 기체원으로부터 공급되는 기체를 이용해 시린지(Syringe) 내에 충진된 액체를 토출시키는 미세 정량 토출용 디스펜서에 관한 것으로, 상기 압축 기체원과 제1배관을 통해 연결되는 제1비례제어밸브; 일측이 상기 제1비례제어밸브와 제2배관을 통해 연결되고, 타측이 상기 시린지와 제3배관을 통해 연결되어, 상기 제1비례제어밸브를 통해 조정된 압력을 갖춘 기체의 상기 시린지로의 공급 여부를 결정하는 제1솔레노이드 밸브; 및 상기 제1비례제어밸브 및 제1솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는 소정의 서지(Surge) 용량을 갖추어 상기 제1배관 상에 배치되는 주 에어탱크를 더 포함하여 상기 제1비례제어밸브에 상기 주 에어탱크를 통해 안정화되어 배출되는 기체가 공급되도록 한다.

Description

미세 정량 토출용 디스펜서 {DISPENSER FOR DELIVERING MICRO-FIXED QUANTITY}
본 발명은 액체 토출을 위해 필요한 기체 공급압의 안정화 수준을 고도화시켜 더욱 정밀한 미세 정량 토출이 가능한 디스펜서에 관한 것이다.
반도체를 비롯한 각종 전자기기의 부품 제조 공정에서 사용되는 공압식 디스펜서(Dispenser)는 극소량의 액체를 정량으로 토출하는 초정밀 디스펜싱 장치이다.
이러한 디스펜서를 통한 토출 작업의 대상이 되는 기판의 구조는 기술적 발전에 따라 점점 집적화 및 정밀화가 이루어짐에 따라 토출에 요구되는 액체의 용량 역시 점차 미세해지며, 이와 함께 더욱 미세한 수준의 액체 극소량을 반복적으로 얼마나 정확하게 제공할 수 있는지가 디스펜서의 성능을 좌우하게 되었다.
이에 따라, 최근에는 더욱 극소량으로 줄어든 액체 토출 요구양에 대응되어 미세 정량 토출이 정밀하게 제어 가능하도록 하기 위한 많은 연구 및 기술 개발이 진행되고 있는 실정이다.
여기서, 디스펜서의 미세 정량 토출 성능을 정밀하게 제어하는 것은 시린지 내 액체의 토출을 위해 압력 제공원으로 이용되는 압축성 기체의 안정화를 통한 압력 손실의 최소화를 통해 최소 오차의 맥동 범위 내에서 원하는 압력에 가장 가까운 수준이 액체의 토출에 적용될 수 있도록 하는 것을 의미한다.
따라서 액체 토출 요구양의 수준이 점차 미세화된다는 것은 디스펜서를 통한 정량 토출을 제어함에 상당한 어려움이 존재하고, 더욱 고도한 기술력이 요구되는 것이다.
이와 관련하여, 액체 정량 토출을 정밀 제어하기 위해 마련된 종래기술에 대한 선행문헌에는 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0034394의"액체 재료 토출 장치"(이하, '종래기술'이라고 함)이 있다.
하지만, 종래기술을 비롯한 기존의 정량 토출용 디스펜서들의 경우, 액체의 토출을 위해 압력 제공원으로 이용되는 압축성 기체의 이동 경로가 되는 배관 구조상의 직경 혹은 길이 등을 조절하거나, 맥동 안정화와 관련한 별도의 장치를 배관 상에 추가 설치하거나, 압축성 기체의 이동 공간 상의 부피를 고려한 별도의 버퍼성 부재를 추가 설치하여 극소량으로 줄어든 액체 정량 토출의 정밀 제어가 가능하도록 시도하였으나 해당 정밀 제어 수준이 미미하였다.
또한, 종래기술을 비롯한 기존의 정량 토출용 디스펜서들의 경우, 토출 작업의 초반에 비해 반복적으로 토출 작업이 진행되어 시린지 내 채워진 액체의 양이 점차 줄어들어감에 따라 미세 정량 토출을 위한 정밀 제어 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 디스펜서를 통해 더욱 극소량으로 줄어든 액체 토출 요구양에 대응되어 미세 정량 토출이 더욱 정밀하게 제어 가능하도록 하는 기술을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 디스펜서를 통해 미세 정량 토출이 반복 진행되어 시린지 내 채워진 액체의 양이 점차 줄어 들어가더라도 미세 정량 토출을 정밀하게 제어하는 기능의 수준이 저하되는 문제를 확연히 줄일 수 있는 기술을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 미세 정량 토출용 디스펜서는, 압축 기체원으로부터 공급되는 기체를 이용해 시린지(Syringe) 내에 충진된 액체를 토출시키는 미세 정량 토출용 디스펜서에 있어서, 상기 압축 기체원과 제1배관을 통해 연결되는 제1비례제어밸브; 일측이 상기 제1비례제어밸브와 제2배관을 통해 연결되고, 타측이 상기 시린지와 제3배관을 통해 연결되어, 상기 제1비례제어밸브를 통해 조정된 압력을 갖춘 기체의 상기 시린지로의 공급 여부를 결정하는 제1솔레노이드 밸브; 및 상기 제1비례제어밸브 및 제1솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는 소정의 서지(Surge) 용량을 갖추어 상기 제1배관 상에 배치되는 주 에어탱크를 더 포함하여 상기 제1비례제어밸브에 상기 주 에어탱크를 통해 안정화되어 배출되는 기체가 공급되도록 한다.
여기서, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는, 상기 제1배관 상 상기 주 에어탱크와 상기 압축 기체원 사이 일측에 배치되며, 상기 주 에어탱크에 비해 적은 서지 용량을 갖춘 제1보조 에어탱크; 상기 제1배관 상 상기 주 에어탱크와 상기 제1보조 에어탱크 사이 일측에 연결되어, 상기 압축 기체원을 통해 상기 제1보조 에어탱크 내부에 충진된 기체의 상기 주 에어탱크로의 공급 여부를 결정하는 제4솔레노이드 밸브;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제4솔레노이드 밸브의 동작을 제어할수 있다.
또한, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는, 상기 제1배관 상 상기 주 에어탱크와 상기 제1비례제어밸브 사이 일측과 상기 제3배관 일측을 연결하는 제7배관 일측에 연결되어, 상기 주 에어탱크 내 충진된 기체 양에 따른 압력을 감지하는 압력 센서;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 압력 센서를 통해 감지되는 상기 주 에어탱크 내부 압력 수준이 기 설정된 최저 기준값 아래로 내려갈 경우, 상기 제4솔레노이드 밸브를 개방하여 상기 제1보조 에어탱크 내부에 충진된 기체가 상기 주 에어탱크로의 공급될 수 있도록 제어할 수 있다.
아울러, 상기 제어부는 상기 압력 센서를 통해 감지되는 상기 주 에어탱크 내부 압력 수준이 기 설정된 최고 기준값 위로 올라갈 경우, 상기 제4솔레노이드 밸브를 닫아 상기 제1보조 에어탱크 내부에 충진된 기체가 상기 주 에어탱크로의 공급되는 것을 차단할 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 시린지를 통한 액체 토출 제어 시, 상기 제4솔레노이드 밸브를 닫은 상태로 상기 제1솔레노이드 밸브를 개방시켜 상기 주 에어탱크에 충진된 기체가 안정화되어 토출 후, 상기 제1비례제어밸브를 통해 조정된 압력을 갖춰져 상기 제2배관 및 제3배관을 거침으로서 상기 시린지에 전달되도록 제어할 수 있다.
아울러, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는, 상기 제3배관으로부터 분기되어 급속 배기용을 마련된 제4배관 일측에 연결되어, 상기 제4배관을 통한 배기 여부를 결정하는 제2솔레노이드 밸브;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제2솔레노이드 밸브의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는, 상기 제1배관으로부터 분기되어 진공 이젝터와 연결됨으로써 진공 배기용으로 마련된 제5배관 일측에 연결되는 제2비례제어밸브; 및 상기 제3배관으로부터 분기되어 상기 제5배관 상 상기 제2비례제어밸브와 상기 진공 이젝터 사이 일측을 연결하는 제6배관 일측에 연결되어, 상기 제5배관 및 상기 제6배관을 통한 진공 유지여부를 결정하는 제3솔레노이드 밸브;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제3솔레노이드 밸브의 동작을 제어할 수 있다,
또한, 상기 미세 정량 토출용 디스펜서는, 상기 제5배관 상 상기 제2비례제어밸브의 연결 위치 전 일측에 배치되며, 상기 주 에어탱크에 비해 적은 서지 용량을 갖춘 제2보조 에어탱크;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제1비례제어밸브 전단에 주 에어탱크가 위치하는 배치 구조를 통해 더욱 극소량으로 줄어든 액체 토출 요구양에 대응되어 미세 정량 토출이 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
둘째, 토출 작업 시 필요한 기체는 주 에어탱크 내에서 이용하고, 반복적 토출 작업 진행에 따라 일정 수준 이하로 주 에어탱크 내 저장된 기체의 양이 줄어든 경우에 한해 토출 작업이 이루어지 않는 순간에 제1보조 에어탱크 내 미리 채워진 기체가 주 에어탱크 내부로 이동되어 채워지도록 함으로써, 미세 정량 토출이 반복 진행되어 시린지 내 채워진 액체의 양이 점차 줄어 들어가더라도 미세 정량 토출을 정밀하게 제어하는 기능의 수준이 저하되는 문제를 확연히 줄일 수 있다.
셋째, 진공 배기를 위해 마련된 제2비례제어밸브 전단에 제2보조 에어탱가 위치하는 배치 구조를 통해 진공 배기에 이용되는 기체 역시 더욱 안정화된 상태로 이동하게 되어 진공 유지 상태의 제어 역시 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
도1은 본 발명의 미세 정량 토출용 디스펜서의 배관 및 밸브 연결 구조를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서를 대상으로 수행한 액체 토출 시 압력상승시험의 결과 그래프이다.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서를 대상으로 수행한 액체 토출 시 압력상승시험의 결과 그래프이다.
도4는 종래의 제3실시예에 따른 디스펜서를 대상으로 수행한 액체 토출 시 압력상승시험의 결과 그래프이다.
도5는 종래의 제4실시예에 따른 디스펜서를 대상으로 수행한 액체 토출 시 압력상승시험의 결과 그래프이다.
도6은 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 디스펜서를 대상으로 수행한 액체 토출 시 압력상승시험의 결과를 종합한 그래프이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
1. 미세 정량 토출용 디스펜서의 구성요소 및 구조에 관한 설명
도1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 미세 정량 토출용 디스펜서(100)는 압축 기체원(A)으로부터 공급되는 기체를 이용해 시린지(Syringe, S) 내에 충진된 액체를 토출시키기 위해 다수의 버퍼용 에어탱크(110, 165, 170), 다수의 배관 구조(120a 내지 120g), 다수의 비례제어밸브(130, 160), 다수의 솔레노이드 밸브(140, 145, 150, 180) 및 제어부(190)를 포함한다.
우선, 압축 기체원(A)는 미세 정량 토출용 디스펜서(100)와 연결되는 외부장치로서, 압축성 기체를 생성하여 미세 정량 토출용 디스펜서(100)에 연결된 배관으로 해당 기체를 공급한다.
주 에어탱크(110)는 소정의 서지(Surge) 용량을 갖추어 내부에 압축 기체원(A)에서 생성되었던 기체가 충진될 수 있도록 하는 버퍼용 탱크로서, 압축 기체원(A)과 제1비례제어밸브(130)를 연결하는 제1배관(120a) 상에 배치된다.
여기서, 주 에어탱크(110) 내부의 서지(Surge) 용량은 600ml 내지 900ml(가장 바람직하게는 약750ml정도)로 마련됨이 바람직하나, 이에 한정되지 아니한다.
제1비례제어밸브(130)는 압축 기체원(A)과 제1배관(120a)을 통해 연결되어 주 에어탱크(110)를 통해 안정화되어 배출 이동되어 온 기체를 기 설정된 설정압으로 제어하여 배출시키는 레귤레이터이다.
여기서, 제1비례제어밸브(130)는 압축 기체원(A)과 제1배관(120a)을 통해 연결되어 주 에어탱크(110)를 통해 안정화되어 배출 이동되어 온 기체를 감압 제어하여 설정압을 맞춤이 바람직히다.
이와 같은 제1배관(120a) 기준 주 에어탱크(110)와 제1비례제어밸브(130)의 배치 형태는 종래의 비례제어밸브-버퍼탱크 순의 배치 형태와 달리 버퍼탱크-비례제어밸브의 순서를 갖추고 있으며, 이는 설정압으로 제어된 기체를 버퍼 구성을 통해 안정화시키는 것보다 우선적으로 기체의 안정화를 진행한 뒤 설정압으로 제어하는 것이 더욱 미세 정량 토출을 정밀 제어함에 우수한 성능을 보이기 때문이다.
제1솔레노이드 밸브(140)는 일측이 제1비례제어밸브(130)와 제2배관(120b)을 통해 연결되고, 타측이 시린지(S)와 제3배관(120c)을 통해 연결된다.
다시 말해, 제1솔레노이드 밸브(140)는 제1비례제어밸브(130)와 시린지(S)를 연결하는 제2배관(120b)과 제3배관(120c)을 이루어진 배관 일측에 설치 연결되어 해당 배관을 통한 기체의 유동 상태를 제어하게 된다.
따라서 제1솔레노이드 밸브(140)는 개폐를 통해 제1비례제어밸브(130)를 통해 조정된 압력을 갖춘 기체의 시린지(S)로의 공급 여부를 결정하는 밸브의 구성이다.
그리고 실시에 따라, 제1배관(120a) 상 주 에어탱크(110)와 상기 압축 기체원(A) 사이 일측에는 추가적으로 제1보조 에어탱크(170) 및 제4솔레노이드 밸브(180)가 설치될 수 있다.
여기서, 제1보조 에어탱크(170)는 제1배관(120a) 상 주 에어탱크(110)와 상기 압축 기체원(A) 사이 일측에 배치되어 주 에어탱크(110) 내 충진된 기체의 양이 일정 수준 이하로 떨어질 경우 이를 제공하기 위한 보조용 버퍼로서, 주 에어탱크에 비해 적은 서지 용량을 갖추고 있다.
구체적으로, 제1보조 에어탱크(170) 내부의 서지(Surge) 용량은 80ml 내지 100ml(가장 바람직하게는 약90ml정도)로 마련됨이 바람직하나, 이에 한정되지 아니한다.
다음으로, 제4솔레노이드 밸브((180)는 제1배관(120a) 상 주 에어탱크(110)와 제1보조 에어탱크(170) 사이 일측에 연결되어, 압축 기체원(A)을 통해 제1보조 에어탱크(170) 내부에 충진된 기체의 주 에어탱크(110)로의 공급 여부를 결정하는 밸브의 구성이다.
이와 같은 제1보조 에어탱크(170) 및 제4솔레노이드 밸브(180)를 통해 주 에어탱크(110)는 미세 정량 토출작업의 수행 시에 압축 기체원(A)을 통해 기체로 지속 공급받지 않게 되므로 기존 토출 작업시 토출 작업을 통해 배출 된 기체의 양을 다시 충진시키기 위해 압축 기체원(A)으로부터 지속적으로 기체를 공급받던 방식이 가지고 있던 문제를 사전에 차단하게 된다.
종래의 경우, 토출 작업이 진행되고 있는 와중에도 압축 기체원(A)으로부터 공급되어 비례제어밸브를 거친 기체가 지속하여 에어 탱크와 같은 버퍼 구성의 내부를 채우게 됨으로써, 에어 탱크로부터 배출되는 기체의 안정화에 영향을 주어 오히려 맥동화를 더욱 높이고 결과적으로 불안정상태를 유발해 공급 기체압의 상태를 시간에 따라 분석한 압력상승곡선을 확인해보면 오버슈트(Overshoot)가 심해지는 문제가 있었다.
이와 달리, 본원발명의 미세 정량 토출용 디스펜서(100)는 주 에어탱크(110)와 제1비례제어밸브(130)의 배치 형태가 상이할 뿐만 아니라, 더 나아가 주 에어탱크(110)와 상기 압축 기체원(A) 사이에 제1보조 에어탱크(170) 및 제4솔레노이드 밸브(180)를 추가 설치하여, 미세 정량 토출 작업 수행 시에는 제4솔레노이드 밸브(180)를 닫아 압축 기체원(A)으로부터 공급되는 기체가 제1보조 에어탱크(170)에 충진될 뿐 주 에어탱크(110)에 영향을 주지 않도록 하고 있다.
이에 따라, 제4솔레노이드 밸브(180)는 반복적 토출작업의 수행에 따라 주 에어탱크(110) 내 충진된 기체가 일정 수준 하로 떨어지면 토출작업 및 추후 설명될 진공상태 유지 작업 시를 제외한 나머지 대기 시간 중에 개방되어 미리 충진되어 있던 제1보조 에어탱크(170)로부터 기체가 주 에어탱크(110)에 공급될 수 있도록 한다.
이를 위해, 본원발명의 미세 정량 토출용 디스펜서(100)는 제1배관(120a) 상 주 에어탱크(110)와 제1비례제어밸브(130)사이 일측과 제3배관(120c) 일측(가장 바람직하게는 제3배관(120c) 상 제4배관(120d)과 제6배관(120f)의 분기점 이후)을 연결하는 제7배관(120g) 일측에 연결되어, 주 에어탱크(110) 내 충진된 기체 양에 따른 압력을 감지하는 압력 센서(115)를 더 포함한다.
여기서, 압력 센서(115)를 통해 감지된 기체 압력값은 추후 설명될 제어부(190)에 전달되고, 제어부(190)는 이를 기반으로 주 에어탱크(110) 내 충진된 기체 양을 판단하여 제4솔레노이드 밸브(180)의 토출작업 및 추후 설명될 진공상태 유지 작업 시를 제외한 나머지 대기 시간 중 일정 시간 개방 제어를 통해 미리 충진되어 있던 제1보조 에어탱크(170)로부터 기체가 주 에어탱크(110)에 공급되는 작업의 수행여부를 제어한다.
구체적으로, 제어부(190)는 압력 센서(115)를 통해 감지되는 주 에어탱크(110) 내부 압력 수준(충진된 기체의 양)이 기 설정된 최저 기준값 아래로 내려갈 경우, 제4솔레노이드 밸브(180)를 개방하여 제1보조 에어탱크(170) 내부에 충진된 기체가 주 에어탱크로(110)의 공급될 수 있도록 제어한다.
아울러, 제4솔레노이드 밸브(180)를 개방을 통해 제1보조 에어탱크(170) 내부에 충진된 기체가 주 에어탱크로(110)의 공급작업이 지속 진행되어 압력 센서(115)를 통해 감지되는 주 에어탱크(110) 내부 압력 수준(충진된 기체의 양)이 기 설정된 최고 기준값 위로 올라갈 경우, 제어부(190)는 제4솔레노이드 밸브(180)를 닫아 제1보조 에어탱크(170) 내부에 충진된 기체가 주 에어탱크(110)로의 공급되는 것을 차단할 수 있도록 제어하고, 미세 정량 토출 작업 및 추후 설명될 진공상태 유지 작업의 진행 중에는 제4솔레노이드 밸브(180)를 닫아 주 에어탱크(110)에 유입되는 기체로 인한 기체 안정성에 영향이 가지않도록 한다.
따라서 제어부(190)는 시린지(S)를 통한 액체 토출 제어 시, 제4솔레노이드 밸브(180)를 닫은 상태로 제1솔레노이드 밸브(140)를 개방시켜 주 에어탱크(110)에 충진된 기체가 안정화되어 토출 후, 제1비례제어밸브(130)를 통해 기 설정된 압력으로 조정되어 제2배관(120b) 및 제3배관(120c)을 통해 이동됨으로써, 결과적으로 시린지(S)에 전달되어 액체 토출이 이루어지도록 제어를 수행한다.
제2솔레노이드 밸브(145)는 제3배관(120c)으로부터 분기되어 급속 배기용을 마련된 제4배관(120d) 일측에 연결되어, 제4배관(120d)을 통한 배기 여부를 결정하는 밸브의 구성이다.
여기서, 제4배관(120d)은 앞 서 설명한 주 에어탱크(110) 내 충진된 기체를 이용해 제1비례제어밸브(130)를 거친 뒤 개방된 제1솔레노이드 밸브(140)를 통해 제2배관(120b)과 제3배관(120c)을 이루어진 배관을 이동하는 설정압 조정 및 안정화를 거친 기체가 시린지(S) 내 채워진 액체의 미세 정량 토출에 관한 작업을 수행하고 난 뒤, 제어부(190)가 제2솔레노이드 밸브(145)의 순간 개방을 통해 급속 배기를 순간적으로 수행하기 위한 배관이다.
따라서 시린지(S) 내 채워진 액체의 미세 정량 토출에 관한 작업이 수행되고 나면 바로 제어부(190)는 제2솔레노이드 밸브(145)를 개방하였다가 단시간 내 바로 닫는 방식으로 제4배관(120d)을 통한 급속 배기를 수행한다.
제2비례제어밸브(160)는 제1배관(120a)으로부터 분기되어 진공 이젝터(미도시)와 연결됨으로써 진공 배기용으로 마련된 제5배관(120e) 일측에 연결된 레귤레이터이다.
이를 통해, 제2비례제어밸브(160)는 압축 기체원(A)을 통해 제1배관(120a)으로 공급된 기체가 제1배관(120a)과 제5배관(120e)의 연결이 이루어진 분기점을 통해 제5배관(120e)으로 분기 이동되어 온 기체를 기 설정된 설정압으로 제어하여 배출시킨다.
이를 통해, 제5배관(120e) 상 제2비례제어밸브(160)를 거쳐 진공 이젝터(미도시)로 진공 배기되는 기체는 기 설정된 압력을 갖추게 된다.
더 나아가, 제5배관(120e) 상 제2비례제어밸브(160)의 연결 위치 전 일측(제5배관(120e) 상 제2비례제어밸브(160)와 제1배관(120a)과 제5배관(120e)의 연결이 이루어진 분기점 사이 일측)에는 주 에어탱크(110)에 비해 적은 서지 용량을 갖춘 제2보조 에어탱크(165)가 설치될 수 있다.
이 경우, 압축 기체원(A)을 출처로 하며 제1배관(120a)으로부터 분기되어 제5배관(120e)이동된 기체는 제2보조 에어탱크(165)를 거쳐 기체의 안정화를 우선적으로 거친 뒤, 제2비례제어밸브(160)를 지나게 되어 설정압으로 조정되는 과정을 거치게 된다.
이를 통해, 진공 배기를 위해 제5배관(120e)을 따라 이동하여 진공 이젝터로 진공 배기되는 기체는 더욱 안정화된 상태를 유지하게 된다.
제3솔레노이드 밸브(150)는 제3배관(120c)으로부터 분기되어 제5배관(120e) 상 제2비례제어밸브(160)와 진공 이젝터 사이 일측을 연결하는 제6배관(120f) 일측에 연결되어, 제5배관(120e) 및 제6배관(120f)을 통한 진공 유지여부를 결정하는 밸브의 구성이다.
따라서 제어부(190)는 미세 정량 토출 작업 후 진공상태 유지를 통해 시린지(S) 내부의 액체가 흡입, 흘림, 혹은 누수 등의 문제가 발생되지 않고 다음 미세 정량 토출 작업의 진행까지 상태 유지될 수 있도록 제3솔레노이드 밸브(150)를 개방하여 외부에 연결된 진공 이젝터를 통한 진공배기와 연계될 수 있도록 한다.
아울러, 제어부(190)는 미세 정량 토출 작업의 진행 시에는 제3솔레노이드 밸브(150)를 닫아 진공 배기를 통한 진공상태 유지 작업이 종료되도록 한다.
이와 같이 제어부(190)가 제3솔레노이드 밸브(150)를 개방하여 진공배기를 이용한 진공상태 유지 작업을 수행하는 시기는 바람직하게 미세 정량 토출 작업 후 제2솔레노이드 밸브(145)의 순간 개방을 통한 급속 배기 작업의 수행 직후에 진행된다.
제어부(190)는 미세 정량 토출 작업, 급속배기 작업 또는 진공상태 유지 작업의 수행을 위해 제1비례제어밸브(130), 제2비례제어밸브(160) 제1솔레노이드 밸브(140), 제2솔레노이드 밸브(145), 제3솔레노이드 밸브(150) 및 제4솔레노이드 밸브((180)의 동작을 제어한다.
예를 들어, 제어부(190)는 제1비례제어밸브(130), 제2비례제어밸브(160)을 통해 조정하고자 하는 설정압의 수준을 조절하거나, 제1솔레노이드 밸브(140), 제2솔레노이드 밸브(145), 제3솔레노이드 밸브(150) 및 제4솔레노이드 밸브((180)의 개폐상태 혹은 개폐 정도를 조졸하는 방식의 제어를 수행할 수 있으나 이에 한정되지는 아니한다.
또한, 제어부(190)는 앞 서 설명한 바와 같이 압력 센서(115)와의 신호 통신을 통해 감지된 센서값의 수신에서부터 이를 기반으로 한 주 에어탱크(110) 내부 압력 수준 혹은 기체 충진상태 등을 판단하는 기능에 이르기 까지 다양한 기능을 수행할 수 있다.
2. 미세 정량 토출용 디스펜서의 공급압 안정화 시험에 관한 설명
본 발명에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서(100)는 앞 서 설명한 구성적 특징 및 효과의 제공이 가능하도록 종래와 차별화된 세부 구조를 갖추고 있다.
이와 같은 본 발명의 추가적 구성의 배치 및 구성 간 배치 형태의 차별화에 기인한 기체 공급압의 안정화 및 이를 통한 미세 정량 토출 기능의 정밀 제어 성능의 고도화를 세부 구성의 종류 및 배치 형태가 상호 상이한 다수의 실시예 별 공급 안정화 시험 결과(X 축 : 시간 단위 ms, Y축 : 압력 단위 mPA)를 통해 입증 설명하고자 한다.
우선, 실시예1은 본 발명에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서(100)가 주 에어탱크(110), 제1보조 에어탱크(170), 제2보조 에어탱크(165), 제1배관 내지 제7배관(120a 내지 120g), 제1비례제어밸브(130), 제1솔레노이드 밸브(140), 제2솔레노이드 밸브(145), 제3솔레노이드 밸브(150), 제2비례제어밸브(160), 제4솔레노이드 밸브(180), 제어부(190)를 포함하며, 각 구성별 특징이 앞 서 설명한 바와 같은 상태이다.
따라서 실시예1은 주 에어탱크(110), 제1보조 에어탱크(170) 및 제2보조 에어탱크(165)와 같은 버퍼의 구성이 마련됨은 물론이고, 주 에어탱크(110)의 설치 형태가 제1비례제어밸브(130)의 전단에 위치하며, 주 에어탱크(110)와 압축 기체원(A)사이의 제1배관(120a) 일측에는 제1보조 에어탱크(170) 및 제4솔레노이드 밸브(180)가 설치된 상태이다.
또한, 실시예1은 미세 정량 토출 작업의 수행 시, 제4솔레노이드 밸브(180)를 닫아 주 에어탱크(110) 내부에 충진된 기체만을 이용해 우선적으로 시린지(S) 내 액체의 토출에 이용하고, 일정 수준으로 주 에어탱크(110) 내부에 충진된 기체양이 줄어들면 제4솔레노이드 밸브(180)를 열어 압축 기체원(A)을 통해 미리 충진되어 있던 제1보조 에어탱크(170) 내 기체가 주 에어탱크(110) 내부에 일정 수준까지 충진될 수 있도록 한다.
이와 같은 실시예1에 따른 발명의 미세 정량 토출용 디스펜서(100)의 미세 정량 토출 작업의 수행 시 발생되는 기체 공급압의 시간에 따른 변화를 측정하는 기체 공급압 안정화 시험을 수행한 결과, 도2과 같이 시간 변화에 따른 압력변화를 그래프화한 압력상승곡선이 도출되었다.
다음으로, 실시예2는 본 발명에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서(100)가 주 에어탱크(110), 제1배관 내지 제7배관(120a 내지 120g), 제1비례제어밸브(130), 제1솔레노이드 밸브(140), 제2솔레노이드 밸브(145), 제3솔레노이드 밸브(150), 제2비례제어밸브(160), 제어부(190)를 포함하며, 각 구성별 특징이 앞 서 설명한 바와 같은 상태이다.
따라서 실시예2는 실시예1에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서(100) 내 세부 구성에서 주 에어탱크(110) 전단에 설치되었던 제1보조 에어탱크(170)와 제4솔레노이드 밸브(180)의 구성이 배제되고, 더 나아가 제2비례제어밸브(160) 전단에 설치되었던 제2보조 에어탱크(165)의 구성 또한 배제된 상태이다.
이와 같은 실시예2에 따른 발명의 미세 정량 토출용 디스펜서(100)의 미세 정량 토출 작업의 수행 시 발생되는 기체 공급압의 시간에 따른 변화를 측정하는 기체 공급압 안정화 시험을 수행한 결과, 도3과 같이 시간 변화에 따른 압력변화를 그래프화한 압력상승곡선이 도출되었다.
다음으로, 실시예3은 실시예1에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서(100) 내 세부 구성은 동일하게 마련하되, 주 에어탱크(110)의 설치 위치를 제1비례제어밸브(130)의 전단이 아닌 제1비례제어밸브(130)와 제1솔레노이드 밸브(140) 사이로 변경한 상태이다.
이와 같은 실시예3에 따른 정량 토출용 디스펜서의 미세 정량 토출 작업의 수행 시 발생되는 기체 공급압의 시간에 따른 변화를 측정하는 기체 공급압 안정화 시험을 수행한 결과, 도4과 같이 시간 변화에 따른 압력변화를 그래프화한 압력상승곡선이 도출되었다.
다음으로, 실시예4는 실시예2에 따른 미세 정량 토출용 디스펜서(100) 내 세부 구성은 동일하게 마련하되, 주 에어탱크(110)의 설치 위치를 제1비례제어밸브(130)의 전단이 아닌 제1비례제어밸브(130)와 제1솔레노이드 밸브(140) 사이로 변경한 상태이다.
이와 같은 실시예4에 따른 정량 토출용 디스펜서의 미세 정량 토출 작업의 수행 시 발생되는 기체 공급압의 시간에 따른 변화를 측정하는 기체 공급압 안정화 시험을 수행한 결과, 도4과 같이 시간 변화에 따른 압력변화를 그래프화한 압력상승곡선이 도출되었다.
결과적으로, 실시예1 내지 실시예4에 이르는 각각의 디스펜서 별 기체 공급압의 안정화 시험 결과 도출되는 시간 변화에 따른 압력의 변화를 나타낸 압력상승곡선의 형태를 통합하여 상호 비교하기 위해 도6과 같은 종합 그래프를 생성하였다.
이에 따라, 도2 내지 도5의 각 실시예별 압력상승 곡선을 나타낸 기체 공급압 안정화 시험의 결과 그래프와 도6의 종합된 실시예별 압력상승 곡선을 나타낸 기체 공급압 안정화 시험의 결과 그래프를 살펴보면, 실시예1 및 실시예2의 결과가 실시예3 및 실시예4에 비해 훨씬 안정적이며 개선된 형태를 띠는 것은 물론이고, 그래프 곡선 상 오버슈트(Overshoot)의 정도 역시 훨씬 적음을 알 수 있다.
이를 통해, 제1비례제어밸브(130) 전단에 주 에어탱크(110)가 위치하는 배치 구조의 특성이 더욱 극소량으로 줄어든 액체 토출 요구양에 대응되어 미세 정량 토출이 더욱 정밀하게 제어하기에 적합함을 알 수 있다.
즉, 제1비례제어밸브(130)에 공급되는 압축성 기체가 주 에어탱크(110)를 통해 우선적으로 안정화를 거치게 되면, 이는 제1비례제어밸브(130)를 통해 설정압으로 조절되어 배출되는 기체의 안정화에 매우 큰 역할을 수행하게 됨을 나타낸다.
아울러, 실시예1 및 실시예2의 결과를 비교해보면 실시예1이 실시예2에 비해 좀 더 안정적이며 개선된 형태를 띠는 것은 물론이고, 그래프 곡선 상 오버슈트(Overshoot)의 정도 역시 상대적으로 적음을 알 수 있다.
이는 그래프 상으로 큰 차이가 없어 보이나, 정량 토출이 요구되는 액체의 양이 점차 미세화되고, 이를 제어함에 더욱 정밀한 기술이 요구되는 실정을 고려한다면 미세 정량 토출용 디스펜서(100)를 통한 고정밀 제어의 수준에 큰 영향을 미칠 수 있다.
또한 실시예1 내지 실시예4의 기체 공급압 안정화 시험을 수행함에 있어 사용된 에어 공급원(A)에 비해 조금 더 공급하는 기체압의 변동이 심한 컴프레셔를 이용해 시험을 수행할 경우 더욱 실시예1 및 실시예2 간의 압력상승곡선이 큰 차이를 보이게 됨은 물론이고, 실시예1 및 실시예2와 실시예3 및 실시예4 간의 차이 역시 더욱 크게 나타난다.
따라서 가장 바람직하게는 미세 정량 토출 작업 시 필요한 기체는 주 에어탱크(110) 내에서 이용하고, 반복적 토출 작업 진행에 따라 일정 수준 이하로 주 에어탱크(110) 내 저장된 기체의 양이 줄어든 경우에 한해 토출 작업 또는 진공상태 유지 작업이 이루어지 않는 순간에 제4솔레노이드 밸브(180)를 개방하여 제1보조 에어탱크(170) 내 미리 채워진 기체가 주 에어탱크(110) 내부로 이동되어 채워지도록 함이 주요한 특징이 될 수 있다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 미세 정량 토출용 디스펜서
110 : 주 에어탱크 115 : 압력 센서
120a : 제1배관 120b : 제2배관
120c : 제3배관 120d : 제4배관
120e : 제5배관 120f : 제6배관
120g : 제7배관
130 : 제1비례제어밸브 140 : 제1솔레노이드 밸브
145 : 제2솔레노이드 밸브 150 : 제3솔레노이드 밸브
160 : 제2비례제어밸브 165 : 제2보조 에어탱크
170 : 제1보조 에어탱크 180 : 제4솔레노이드 밸브
190 : 제어부
A : 압축 기체원
S : 시린지

Claims (8)

  1. 압축 기체원으로부터 공급되는 기체를 이용해 시린지(Syringe) 내에 충진된 액체를 토출시키는 미세 정량 토출용 디스펜서에 있어서,
    상기 압축 기체원과 제1배관을 통해 연결되는 제1비례제어밸브;
    일측이 상기 제1비례제어밸브와 제2배관을 통해 연결되고, 타측이 상기 시린지와 제3배관을 통해 연결되어, 상기 제1비례제어밸브를 통해 조정된 압력을 갖춘 기체의 상기 시린지로의 공급 여부를 결정하는 제1솔레노이드 밸브;
    상기 제1배관으로부터 분기되어 진공 이젝터와 연결됨으로써 진공 배기용으로 마련된 제5배관 일측에 연결되는 제2비례제어밸브;
    상기 제3배관으로부터 분기되어 상기 제5배관 상 상기 제2비례제어밸브와 상기 진공 이젝터 사이 일측을 연결하는 제6배관 일측에 연결되어, 상기 제5배관 및 상기 제6배관을 통한 진공 유지여부를 결정하는 제3솔레노이드 밸브; 및
    상기 제1비례제어밸브, 제1솔레노이드 밸브 및 제3솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 미세 정량 토출용 디스펜서는 소정의 서지(Surge) 용량을 갖추어 상기 제1배관 상에 배치되는 주 에어탱크를 더 포함하여 상기 제1비례제어밸브에 상기 주 에어탱크를 통해 안정화되어 배출되는 기체가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세 정량 토출용 디스펜서는,
    상기 제1배관 상 상기 주 에어탱크와 상기 압축 기체원 사이 일측에 배치되며, 상기 주 에어탱크에 비해 적은 서지 용량을 갖춘 제1보조 에어탱크;
    상기 제1배관 상 상기 주 에어탱크와 상기 제1보조 에어탱크 사이 일측에 연결되어, 상기 압축 기체원을 통해 상기 제1보조 에어탱크 내부에 충진된 기체의 상기 주 에어탱크로의 공급 여부를 결정하는 제4솔레노이드 밸브;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제4솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미세 정량 토출용 디스펜서는,
    상기 제1배관 상 상기 주 에어탱크와 상기 제1비례제어밸브 사이 일측과 상기 제3배관 일측을 연결하는 제7배관 일측에 연결되어, 상기 주 에어탱크 내 충진된 기체 양에 따른 압력을 감지하는 압력 센서;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 압력 센서를 통해 감지되는 상기 주 에어탱크 내부 압력 수준이 기 설정된 최저 기준값 아래로 내려갈 경우, 상기 제4솔레노이드 밸브를 개방하여 상기 제1보조 에어탱크 내부에 충진된 기체가 상기 주 에어탱크로 공급될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압력 센서를 통해 감지되는 상기 주 에어탱크 내부 압력 수준이 기 설정된 최고 기준값 위로 올라갈 경우, 상기 제4솔레노이드 밸브를 닫아 상기 제1보조 에어탱크 내부에 충진된 기체가 상기 주 에어탱크로 공급되는 것을 차단할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 시린지를 통한 액체 토출 제어 시, 상기 제4솔레노이드 밸브를 닫은 상태로 상기 제1솔레노이드 밸브를 개방시켜 상기 주 에어탱크에 충진된 기체가 안정화되어 토출 후, 상기 제1비례제어밸브를 통해 조정된 압력을 갖춰져 상기 제2배관 및 제3배관을 거침으로서 상기 시린지에 전달되도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세 정량 토출용 디스펜서는,
    상기 제3배관으로부터 분기되어 급속 배기용을 마련된 제4배관 일측에 연결되어, 상기 제4배관을 통한 배기 여부를 결정하는 제2솔레노이드 밸브;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제2솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미세 정량 토출용 디스펜서는,
    상기 제5배관 상 상기 제2비례제어밸브의 연결 위치 전 일측에 배치되며, 상기 주 에어탱크에 비해 적은 서지 용량을 갖춘 제2보조 에어탱크;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    미세 정량 토출용 디스펜서.
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