KR102629117B1 - 유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지는 유체 물질을 수용하는데 적합한 본체, 및 본체 내에 배치되고 그 길이방향 축을 따라서 연장하는 유체 통로를 포함한다. 유체 통로의 적어도 일부는 길이방향 축에 대해 비스듬하게 연장한다. 본체는 가열 소자로부터 열을 수용하여 유체 통로를 통해 유동하는 유체 물질에 열을 전달하는데 적합하다. 분사 카트리지를 포함하는 분사 분배기로 유체 물질을 분사하는 방법은 분사 카트리지 내로 유체 물질을 수용하는 단계, 분사 카트리지의 길이방향 축을 따라서 분사 카트리지를 통해, 노즐을 향하는 방향으로 길이방향 축에 대해 비스듬하게 유체 물질을 안내하는 단계, 분사 카트리지를 통해 안내된 유체 물질을 목표 온도로 가열하는 단계, 유체 물질이 노즐에 들어갈 때 목표 온도를 유지하는 단계, 및 노즐을 통해 가열된 유체 물질을 분사하는 단계를 포함한다.

Description

유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지 및 관련 방법{JET CARTRIDGES FOR JETTING FLUID MATERIAL, AND RELATED METHODS}
본 발명은 대체로 유체 분배에 관한 것이고, 특히 유체 물질을 분배하기 위한 유체 분배기에 관한 것이다.
에폭시, 실리콘, 및 다른 접착제와 같은 유체 물질을 분배하기 위한 액체 분배기는 종래에 공지되어 있다. 분사 분배기들은 대체로 분배기의 노즐로부터 유체 물질의 작은 용적 또는 액적을 축출하는 독특한 고압 펄스를 생성하도록 밸브 부재와 밸브 시트(valve seat)를 빠르게 충돌시키는 것에 의해 기판으로 작은 용적의 유체 물질을 분배하도록 동작하고, 유체 물질의 작은 용적 또는 액적은 유체 물질이 도포되는 표면 또는 기판에 충돌하도록 노즐로부터 공기를 통해 비산한다. 분사 분배기와 함께 사용되는 공지된 분사 카트리지들은 밸브 부재와 노즐을 수용하는 카트리지 본체를 포함하며, 카트리지 본체는 분사 분배기의 액튜에이터에 결합하는데 적합하다.
가열된 유체 물질을 분사하기 위한 적용에서, 가열 소자는 카트리지 본체에 결합되고, 카트리지 본체는 그런 다음 유체 물질이 분사 카트리지의 내부 압력을 통해 유동하는 동안 유체 물질에 열을 전달한다. 유체 물질의 점도는 온도 의존성일 수 있다. 따라서, 유체 물질의 점도는 특히 유체 물질의 저점도가 필요한 적용에서 유체 물질이 분사 카트리지를 통해 유동하는 동안 유체 물질에 열을 전달하는 것에 의해 제어될 수 있다.
균일한 유체 유동 특징 및 분배 중량 반복성을 달성하기 위하여, 유체 물질이 분사 카트리지를 통해 분사하기 위한 노즐 내로 유동하는 동안 유체 물질의 균일하고 일관적인 온도를 유지하는 것이 필요하다. 그러나, 공지된 가열 분사 카트리지들은 유체 물질이 분사 카트리지를 통해 노즐 내로 유동하는 동안 유체 물질의 균일한 온도를 유지하는데 실패한다. 특히, 유체 물질이 때때로 분사 카트리지 내에서 불충분한 시간 동안 열에 노출되어서, 유체 물질은 노즐에 도달하는 시간까지 온도 강하를 겪는다(즉, 부분적으로 냉각된다). 그 결과, 노즐을 향하여 유동하는 유체 물질은 일관성이 없는 온도 및 점도를 겪고, 이에 의해, 부정확한 분배 성능을 유발한다.
공지된 가열 분사 카트리지들은 많은 것들이 사용 사이에 검사 및 청소를 위하여 내부 유체 통로들을 완전히 노출시키도록 분해되고 추후에 재조립되도록 디자인되지 않은 추가의 결점이 있다. 대안적으로, 분해 가능한 공지된 가열 분사 카트리지들은 하나 이상의 조여진 기계적인 체결구들을 분리하기 위하여 때때로 렌치 또는 스크루 드라이버와 같은 외부 공구의 지원을 요구한다. 따라서, 적절한 검사 및 청소를 위하여 공지된 분사 카트리지들의 내부 유체 통로들의 노출이 불가능하지 않으면 어렵게 된다. 이에 관하여, 사용동안 불필요하게 유체를 포획하고 유체 유동을 방해하는 분사 카트리지들 내의 막힌 유체 경로들과 "데드존(dead zones)들"은 적절한 검사 및 청소를 위하여 충분히 접근할 수 없다.
그러므로, 분사 분배기들을 위한 공지된 분사 카트리지들에 대한 개선의 필요성이 있다.
한 실시예에 따라서, 유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지는 유체 물질을 수용하는데 적합한 본체, 및 본체 내에서 한정되고 분사 카트리지의 길이방향 축을 따라서 연장하는 유체 통로를 포함한다. 유체 통로의 적어도 일부는 길이방향 축에 대해 비스듬하게 연장한다. 추가적으로, 본체는 가열 소자로부터 열을 수용하여 유체 통로를 통해 유동하는 유체 물질에 열을 전달하는데 적합하다.
또 다른 실시예에 따라서, 액튜에이터 및 액튜에이터에 작동적으로 결합되고 노즐을 가지는 분사 카트리지를 포함하는 분사 분배기로 유체 물질을 분사하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 분사 카트리지 내로 유체 물질을 수용하는 단계, 및 분사 카트리지의 길이방향 축을 따라서 분사 카트리지를 통해, 노즐을 향하는 방향으로 길이방향 축에 대해 비스듬하게 유체 물질을 안내하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 분사 카트리지를 통해 안내된 유체 물질을 목표 온도로 가열하는 단계, 및 유체 물질이 노즐에 들어갈 때 동안 목표 온도를 유지하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 노즐을 통해 가열된 유체 물질을 분사하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 실시예에 따라서, 유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지는 외부체, 외부체 내에 수용된 유동 인서트, 외부체와 유동 인서트 사이에 한정된 유체 통로, 및 외부체와 유동 인서트 사이의 마찰 연결부를 포함한다. 마찰 연결부는 외부체와 유동 인서트 사이에 배치된 해제 가능 밀봉 요소에 의해 가능하게 되고, 별개의 공구의 사용없이 유체 통로를 노출시키기 위해 분리되도록 구성된다. 추가적으로, 외부체는 가열 소자로부터 열을 수용하여 유체 통로를 통해 유동하는 유체 물질에 열을 전달하는데 적합하다.
본 발명의 다양한 추가의 특징 및 이점들은 첨부 도면과 관련하여 취해진 예시적인 실시예들의 다음의 상세한 설명의 검토시에 당업자에게 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분사 카트리지를 포함하는 분사 분배기의 사시도.
도 2는 카트리지 본체와 유동 인서트를 포함하는 도 1의 분사 카트리지의 정면 사시도.
도 3은 카트리지 본체로부터 제거된 유동 인서트를 도시하는, 도 2와 유사한 정면 사시도.
도 4는 카트리지 본체로부터 제거된 유동 인서트 및 유동 인서트의 연장부의 단면을 도시하는, 도 1의 분사 카트리지의 배면 사시도.
도 5는 분사 카트리지를 통한 유체 물질의 유동을 도시하는, 분사 분배기의 액튜에이터에 결합된 도 1의 분사 카트리지의 선 5-5를 따라서 취한 측단면도.
도 6은 노즐을 통해 분사되는 유체 물질을 도시하는, 도 5와 유사한 측단면도.
도 7은 도 1의 분사 카트리지를 통하여 안내된 유체 물질의, 주 유체 통로를 포함하는 유체 유동 경로의 개략도.
도 8은 분사 분배기에 분사 카트리지를 결합하는 클램프의 상세를 도시하는, 도 1의 분사 카트리지의 선 8-8을 따라서 취한 정단면도.
도 1을 참조하여, 본 발명에 실시예에 따른 분사 분배기(10)가 도시된다. 분사 분배기(10)는 액튜에이터(12), 액튜에이터(12)에 작동적으로 결합된 분사 카트리지(14), 및 유체 급송 튜브(16)를 통하여 분사 카트리지(14)에 유체 물질을 공급하는데 적합한 유체 저장소(15)를 포함한다. 유체 물질은 에폭시, 실리콘, 또는 온도 의존성 점도를 가지는 다른 접착제와 같은 다양한 열민감성 유체 물질들을 포함할 수 있다. 분사 분배기(10)는 분배 동안 유체 물질의 최적의 온도 및 점도를 유지하도록 분사 카트리지(14)를 통해 유동하는 유체 물질과 분사 카트리지(14)를 가열하기 위하여 제어 가능한 전력 공급부(19)에 의해 전기 공급되는, 쇄선으로 도시된 가열 소자(18)를 추가로 포함한다. 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 액튜에이터(12)는 분사 카트리지(14)로부터 기판 상으로 유체 물질을 "분사" 또는 "축출"하도록 분사 카트리지(14) 내에 있는 밸브 부재를 작동시키도록 동작 가능하다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 분사 카트리지(14)의 상세한 구조적 특징이 도시된다. 일반적으로, 분사 카트리지(14)는 외부 카트리지 본체(20), 및 외부 카트리지 본체(20) 내에서 제거 가능하게 수용된 유동 인서트(22)를 포함하여서, 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20)는 도 5 내지 도 7과 관련하여 다음에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 그 사이에 유체 통로를 한정한다. 외부 카트리지 본체(20)와 유동 인서트(22)는 예를 들어 303 스테인리스강과 같은 임의의 적절한 내열성 재료로 형성될 수 있다.
유동 인서트(22)는 인서트 헤드(24)와, 인서트 헤드(24)로부터 축방향으로 연장하는 인서트 축(26)을 포함한다. 인서트 헤드(24)는 평면 상부면(28)과, 상부면(28)을 통해 연장하는 액튜에이터 소켓(30)을 포함한다. 액튜에이터 소켓(30)은 도 5 및 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이 구동 핀(34)을 가지는 액튜에이터(12)의 구동부(32)를 수용하는 크기 및 형상이다. 액튜에이터 소켓(30)은 조립 동안 액튜에이터(12)와 분사 카트리지(14)를 정렬하는데 도움이 되도록 그 상부 가장자리에 있는 도입 모따기면(36)을 포함할 수 있다. 인서트 헤드(24)는, 한 쌍의 대각으로 마주한 평탄면(40)들을 가지며 인서트 헤드(24)의 연장부(44)를 한정하도록 방사상으로 외향하여 연장하는 외형화된(contoured) 측면(38)을 추가로 포함한다. 연장부(44)는, 한쪽 단부에서 액튜에이터 소켓(30)으로, 반대편 단부에서 연장부(44)의 외부면(48)으로 개방하는 하나 이상의 방사상 연장 유체 누설 통로(46)들을 포함할 수 있다.
인서트 축(26)은 인서트 헤드(24)의 하부면(50)으로부터 축방향으로 연장하고, 도 5 및 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이 원통형 축 부분(52)과 테이퍼형 단부(54)를 포함한다. 원통형 축 부분(52)은 주 유체 통로(58)를 적어도 부분적으로 한정하도록 원통형 축 부분(52)의 주변 주위에서 원주방향으로 연장하는 유체 통로 그루브(56)를 포함한다. 다음에 설명되는 바와 같이, 유체 통로 그루브(56)와 결과적인 주 유체 통로(58)는 예를 들어 나사선(helical) 형상일 수 있다. O-링과 같은 상부 밀봉 요소(60)는 인서트 헤드(24)의 하부면(50)과 유체 통로 그루브(56) 사이에 위치된 밀봉 그루브 내에 수용될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유체 통로 그루브(56)는 둥글고 모따기될 수 있는 입구 단부(62)를 포함하고, 인서트 축(26)의 테이퍼형 단부(54)에 근접한 출구 단부(63)를 향하여 유동 인서트(22)의 길이방향 축을 따라서 나사선으로 연장할 수 있다. 도시된 바와 같이, 유동 인서트(22)의 길이방향 축은 외부 카트리지 본체(20)의 길이방향 축과 동축으로 정렬되고, 이에 의해, 분사 카트리지(14)를 위한 단일의 공통 길이방향 축을 한정한다. 유체 통로 그루브(56)는 유동 인서트(22)의 길이방향 축 주위에서 적어도 한번의 완전 회전(예를 들어, 360°)을 위해 연장할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 유체 통로 그루브(56)는 한번보다 많은 완전 회전(예를 들어, 360°보다 많은), 예를 들어 길이방향 축 주위에서 다수의 회전을 위해, 또는 한번보다 적은 회전(예를 들어, 360°보다 적은)을 위해 연장할 수 있다. 추가적으로, 유체 통로 그루브(56)는 대안적으로 유동 인서트(22)보다는 오히려 외부 카트리지 본체(20)의 내부면(76, 78)들에, 또는 유동 인서트(22) 상에 형성된 것과 조합하여 형성될 수 있다.
나사선 형상의 유체 통로 그루브(56)는, 나사선형 그루브(56)의 상부 부분을 따라서 실질적으로 일정하고 그런 다음 유체 통로 그루브(56)가 출구 단부(63)에 접근함에 따라서 테이퍼진 축방향 폭이 형성될 수 있다. 추가적으로, 유체 통로 그루브(56)는 유체 통로 그루브(56)의 전체 길이를 따라서 실질적으로 일정한 방사상 폭이 형성될 수 있다. 나사선 형성 유체 통로 그루브(56)가 임의의 필요한 적용에서 최적의 유동 특징을 달성하도록 임의의 적절한 축방향 폭, 방사상 깊이, 피치, 및 나사선 회전량이 형성될 수 있다는 것이 예측될 것이다. 한 실시예에서, 유체 통로 그루브(56)는 대략 3.5 mm의 피치가 형성될 수 있다.
유체 통로 그루브(56)가 예시된 예시적인 실시예와 관련하여 나사선 형상인 것으로 도시되고 설명되었지만, 유체 통로 그루브(56)의 다양한 대안적인 형상들이 또한 제공될 수 있다는 것이 예측될 것이다. 예를 들어, 유체 통로 그루브(56)는 유동 인서트(22)의 길이방향 축을 따르고(예를 들어 평행하게) 그 주위에서 원주 방향으로 연장하는 임의의 적절한 나선(spiral) 형상이 형성될 수 있다. 이러한 나선 형상들의 하나 이상의 회전이 유동 인서트(22)의 길이방향 축에 대하여 하나 이상의 각도를 한정하여서, 나선은 비나사선일 수 있으며, 길이방향 축 주위에서 나선의 하나 이상의 지름을 한정할 수 있다. 이에 관하여, 본 명세서에서 사용되는 용어 "나선"은 유동 인서트(22)의 길이방향 축에 평행하게 그 주위에서 원주 방향으로 연장하는 임의의 3차원 경로를 포용한다는 것이 예측될 것이다. 또한, "나선" 경로가 길이방향 축에 대하여 일정한 각도를 한정하는 경로로 그 형상이 제한되지 않으며 길이방향 축 주위에서 일정하거나 균일하게 변하는 지름을 한정하는 경로로 한정되지 않는다는 것이 예측될 것이다.
보다 일반적으로, 유체 통로 그루브(56)는 나사선으로 형상화된 유체 통로 그루브(56)에 의해 설명된 바와 같이 유동 인서트(22)의 길이방향 축을 따라서(예를 들어, 이에 평행하게) 연장하고 길이방향 축에 대해 비스듬하게 연장하는 적어도 일부를 가지는 임의의 경로를 한정하도록 형상화될 수 있다. 다시 말하면, 길이방향 축에 대해 비스듬하게 연장하는 적어도 일부를 갖고 방향성 경로(directional path)를 한정하는 유체 통로 그루브(56)의 적어도 일부를 가지며, 방향성 경로는 길이방향 축을 가로질러 횡단하고 길이방향 축으로부터 이격된 평면(예를 들어, 원통형 축 부분(52)의 외부면에 접선인 평면)에서 길이방향 축에 직접 평행하지도, 직접 직각이지도 않다. 예를 들어, 나사선 형상의 유체 통로 그루브(56)의 각 회전은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같은 측면도로부터 정면으로 보았을 때 유동 인서트(22)의 길이방향 축에 대해 비스듬하게 각이 져서, 유체 통로 그루브(56)는 길이방향 축을 따라서 계속 전진하는 한편 동시에 길이방향 축을 가로질러 횡단한다. 그리하여, 비스듬한 회전은 유동 인서트(22)의 길이방향 축에 대해 순수하게 평행 및/또는 직각인 방향으로 국한되지 않는다.
유체 통로 그루브(56)는 나사선 및 나선과 다른, 상기된 설명의 관점에서 이해되는 바와 같이 유동 인서트(22)의 길이방향 축을 따라서 연장하고 길이방향 축에 대하여 비스듬하게 연장하는 다양한 대안적인 형상이 형성될 수 있다는 것이 예측될 것이다. 예를 들어, 도시되지 않았음에도 불구하고, 유체 통로 그루브(56)는 서로 축방향으로 이격된 하나 이상의 비스듬히 연장하는 세그먼트들을 한정하도록 길이방향 축을 가로질러 전후로 직조된 지그재그형 패턴을 한정할 수 있다. 추가적으로, 유체 통로 그루브(56)는 전체적으로 또는 부분적으로 유동 인서트(22)의 길이방향 축 주위에서 원주 방향으로 완전히(즉, 적어도 360°) 또는 유동 인서트(22)의 길이방향 축 주위에서 원주 방향으로 단지 부분적으로(즉, 적어도 360°미만) 연장할 수 있다.
외부 카트리지 본체(20)는 평탄 상부면(64)과, 상부면(64)으로부터 연장하고 유동 인서트(22)의 인서트 축(26)을 수용하는 크기 및 형상인 인서트 소켓(66)을 가지는 열전달 외피의 형태를 한다. 외부 카트리지 본체(20)는, 한 쌍의 대각으로 마주한 평탄면(70)들을 가지며 외부 카트리지 본체(20)의 연장부(72)를 한정하도록 방사상으로 외향하여 연장하는 외형화된 측면(68)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유동 인서트(22)의 측면(38)과 연장부(44)는 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20)가 서로 결합될 때 외부 카트리지 본체(20)의 측면(68)과 연장부(72)와 실질적으로 정렬한다. 유체 피팅(74)은 다음에 설명되는 바와 같이 유체 저장소(15)로부터 유체 물질의 유동을 수용하기 위하여 연장부(72)에 결합될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하여, 분사 카트리지(14)의 추가의 구조적 특징이 지금 설명될 것이다. 외부 카트리지 본체(20)의 인서트 소켓(66)은 상부 원통면(76)과, 상부 원통면(76)의 지름보다 약간 작은 지름을 가지는 하부 원통면(78)에 의해 한정되는 원통부를 포함한다. 각이진 환형 어깨부(80)는 상부 및 하부 원통면(76, 78)들 사이에 한정된다. 인서트 소켓(66)은 하부 원통면(78)으로부터 연장하는 하부 테이퍼면(82)에 의해 한정된 테이퍼부를 추가로 포함한다. 카트리지 본체(20)는 예를 들어 나사 결합을 통하여 노즐 허브(86)를 수용하는 하부 칼라(84)를 추가로 포함한다. 노즐 허브(86)는 노즐(88)의 외부 원주와 노즐 허브(86)의 내부 원주 사이에 위치된 노즐 리테이너(90)에 의해 적소에서 고정된 노즐(88)을 수용한다. 리테이너(90)는 예를 들어 에폭시로 구성될 수 있으며, 노즐 허브(86)에 대해 노즐(88)을 결합하고 밀봉한다.
도 5 및 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 외부 카트리지 본체(20)의 연장부(72)는, 그 외부면(94)을 통하여 방사상으로 연장하고 인서트 소켓(66)으로 개방하는 유체 입구 통로(92)를 포함한다. 유체 입구 통로(92)는 나사 결합으로 유체 피팅(74)를 수용하기 위한 나사 보어를 포함한다. 유체 피팅(74)은 유체 입구 통로(92)와 소통하는 유체 입구(98)를 한정하고, 다음에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 분사를 위하여 유체 저장소(15)로부터 분사 카트리지(14) 내로 유체 물질을 안내하기 위하여 유체 급송 튜브(16)에 결합하기 위한 외부 나사(100)를 포함한다.
유동 인서트(22)의 액튜에이터 소켓(30)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 인서트 헤드(24)와 인서트 축(26)의 원통형 축 부분(52)을 통하여 연장한다. 액튜에이터 소켓(30)은 원통면(102)에 의해 한정된 원통부와, 테이퍼면(104)에 의해 한정되는 테이퍼부를 포함한다. 원통부는 액튜에이터(12)의 구동부(32)를 수용하는 크기 및 형상이다. 유동 인서트(22)는, 인서트 축(26)의 테이퍼형 단부(54)를 통해 연장하고 인서트 소켓(66)으로 개방하는 하부 구멍(106)을 추가로 포함한다.
밸브 헤드(110)와 스템 팁(114)을 갖는 밸브 스템(112)을 포함하는 밸브 부재(108)는 스프링 와셔(116)와 함께 유동 인서트(22)에 의해 지지된다. 스프링 와셔(116)는 테이퍼면(104)의 상단부에서 지지될 수 있고, 중앙 구멍을 포함하며, 밸브 스템(112)은 밸브 헤드(110)가 스프링 와셔(116)를 접합하도록 중앙 구멍을 통해 수용된다. 밸브 스템(112)은 유동 인서트(22)의 유동 인서트(22)을 통하여 연장하고, 환형 밸브 밀봉부(118)에 의해 밀봉적으로 결합된다. 다음에 상세하게 설명되는 바와 같이, 밸브 부재(108)는 노즐(88)을 통해 물질을 축출하도록 상향 위치와 하향 위치 사이에서 신속하게 작동될 수 있다.
조립 동안, 유동 인서트(22)는 대체로 도 3 및 도 4에 도시된 방식으로 외부 카트리지 본체(20)와 정렬된다. 특히, 인서트 축(26)은 인서트 소켓(66)과 동축으로 정렬되고, 유동 인서트(22)의 측면(38)은 카트리지 본체(20)의 측면(68)과 정렬된다. 인서트 축(26)은 그럼 다음 도 1, 도 5 및 도 6에 도시된 방식으로 인서트 소켓(66) 내에 제거 가능하게 수용된다. 특히, 유동 인서트(22)의 하부면(50)은 외부 카트리지 본체(20)의 상부면(64)에 의해 지지된다. 추가적으로, 유동 인서트(22)의 상부 밀봉 요소(60)는 외부 카트리지 본체(20)의 상부 원통면(76)을 밀봉적이고 해제 가능하게 결합하고, 이에 의해, 외부 카트리지 본체(20)와 유동 인서트(22) 사이에 마찰 연결부를 확립한다. 예시된 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 유동 인서트(22)는 그렇지 않으면 나사 체결구와 같은 임의의 기계적인 체결구들에 의해 외부 카트리지 본체(20)에 결합되지 않는다. 그러므로, 유동 인서트(22)는 손으로 마찰 연결부를 간단하게 분리하는 것에 의해 외부 카트리지 본체(20)로부터 용이하게 분해될 수 있다. 그러므로, 카트리지 본체(20)로부터 유동 인서트(22)를 분리하는데 별개의 공구(예를 들어, 렌치 또는 스크루드라이버)가 요구되지 않는다. 결과적으로, 그리고 유익하게, 유동 인서트(22)는 카트리지 본체(20)에 해제 가능하게, 또는 제거 가능하게 결합되어서, 이러한 구성요소들은 손으로 빠르고 용이하게 분해될 수 있으며, 이에 의해, 검사 및 청소 목적을 위하여 유동 인서트(22)와 카트리지 본체(22)의 마주치는 표면들을 노출시킨다.
유동 인서트(22)가 도시된 바와 같이 외부 카트리지 본체(20)에 의해 수용될 때, 유체 통로 그루브(56)를 포함하는 인서트 축(26)의 원통형 축 부분(52)은 인서트 소켓(66)의 상부 및 하부 원통면(78, 78)들을 마주한다. 이러한 방식으로, 유체 통로 그루브(56)와 상부 및 하부 원통면(78, 78)들은 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20) 사이에서 주 유체 통로(58)를 총체적으로 한정한다. 본 명세서에서 예시된 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 유체 통로 그루브(56)와 주 유체 통로(58)는 나사선 형상일 수 있다. 그러나, 상기된 바와 같이, 유체 통로 그루브(56)와 주 유체 통로(58)는 다양한 대안적인 형상으로 형성될 수 있고, 이에 의해 예를 들어 비나사선 나선 유체 통로와 같은 다양한 대응하는 대안적으로 형상화된 주 유체 통로(58)들을 한정한다. 유체 통로 그루브(56)의 입구 단부(62)는 유체 입구 통로(92)와 직접 정렬되어서, 유체 입구 통로(92)는 주 유체 통로(58)와 소통한다.
인서트 축(26)의 테이퍼형 단부(54)는 인서트 소켓(66)의 하부 테이퍼면(82) 위에 현수되고, 이에 의해 상단부에서 주 유체 통로(58)와, 하단부에서 노즐 허브(86)에 의해 한정된 하부 유체 챔버(122)와 소통하는 환형 테이퍼 유체 챔버(120)를 한정한다. 도시된 바와 같이, 밸브 스템(112)은 환형 테이퍼 유체 챔버(120) 내로 연장하고, 노즐(88) 위에서 현수된다.
도 5에서 방향 화살표에 의해 지시된 바와 같이, 유체 입구(98), 유체 입구 통로(92), 주 유체 통로(58), 테이퍼 유체 챔버(120), 및 하부 유체 챔버(122)는 총체적으로 분사 카트리지(14)를 통하는 유체 유동 경로(124)를 한정하고, 유체 물질은 이를 통해 안내된다. 따라서, 작업 동안, 유동 인서트(22)는 분사를 위해 노즐(88)을 향하여 유체 입구 통로(92)를 통해 수용된 유체 물질을 안내하기 위한 배플로서 기능한다.
조립된 분사 카트리지(14)는 구동부(32)가 액튜에이터 소켓(30) 내에 수용되고 구동 핀(34)이 밸브 헤드(110)를 접합하도록 분사 분배기(10)의 액튜에이터(12)에 결합된다. 다음에 설명되는 바와 같이, 액튜에이터(12)는 노즐(88)을 통해 유체 물질을 축출하기 위하여 밸브 부재(108)를 작동시키도록 하향하여(도 6 참조) 및 상향하여(도 5 참조) 구동 핀(34)을 신속히 작동시키도록 동작할 수 있다.
쇄선으로 도시된 가열 소자(18)는 외부 카트리지 본체(20)의 주변에 해제 가능하게 결합되고 이를 둘러싸서, 가열 소자(18)는 적어도 외부 카트리지 본체(20)의 하부 환형 어깨부(126)를 직접 접촉한다. 대안적인 실시예에서, 가열 소자(18)는 마찬가지로 외부 카트리지 본체(20)의 다른 부분들을 직접 접촉할 수 있다. 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 조립된 분사 카트리지(14)는 가열 소자(18)와 클램프(128)를 통해 액튜에이터(12)에 해제 가능하게 결합될 수 있으며, 클램프는, 가열 소자(18)의 상부 부분과 액튜에이터(12)의 하부 부분 주위에서 연장하고 이것들을 해제 가능하게 결합하는 아암들을 가진다. 이러한 방식으로, 클램프(128)는 액튜에이터(12)에 대하여 축방향 압축으로 가열 소자(18), 외부 카트리지 본체(20), 및 유동 인서트(22)를 홀딩할 수 있으며, 별개의 공구(예를 들어, 렌치 또는 스크루드라이버)의 사용없이 손으로 분사 카트리지(14)로부터 용이하게 분리될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 임의의 다른 적절한 기계적인 체결 디바이스가 사용될 수 있다.
가열 소자(18)는 다음에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 외부 카트리지 본체(20)를 가열하도록 전력 공급부(19)에 의해 전기 공급되며, 그런 다음 유체 유동 경로(124)를 따라서 유동하는 유체 물질에 열을 전달한다. 전력 공급부(19)는 카트리지 본체(20)와 유동 경로(124)를 따라서 유동하는 유체 물질의 임의의 필요한 가열 효과를 달성하기 위하여 적절한 정도의 전력을 가열 소자(18)에 제공하도록 제어 가능하다. 예를 들어, 전력 공급부(19)는 분사되는 유체 물질의 온도, 그러므로 결과적인 점도를 조절하도록 분사 분배기(10)의 동작 동안 역학적으로 제어될 수 있다. 가열 소자(18) 및/또는 분사 카트리지(14)는 외부 카트리지 본체(20)의 온도 및/또는 유체 유동 경로(124)를 따라서 유동하는 유체 물질의 온도를 감지하게 위한 하나 이사상의 열 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 전력 공급부(19)는 그런 다음 외부 카트리지(20) 및/또는 유체 유동 경로(124)를 따라서 유동하는 유체 물질의 목표 온도를 달성하거나 또는 그렇지 않으면 유지하기 위하여 열 센서들에 의해 감지된 온도에 응답하여 선택적으로 제어될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하여, 분사 카트리지(14)를 포함하는 분사 분배기(10)의 동작이 지금 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도 5는 상향 위치에 있는 구동 핀(34)과 밸브 부재(108)를 도시한다. 유체 물질은 유체 저장소(15)로부터 유체 급송 튜브(16)를 통해 유체 피팅(74)의 유체 입구(98) 내로 안내된다. 유체 물질은 그런 다음 유체 입구 통로(92)를 통해 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20) 사이에 한정된 주 유체 통로(58) 내로 보내진다. 상부 밀봉 요소(60)에 의해 유동 인서트(22)와 카트리지 본체(20) 사이에 확립된 해제 가능한 밀봉은 주 유체 통로(58) 내에서 유체 물질을 수용하는 것을 돕는다. 유체 물질은 주 유체 통로(58)로부터 테이퍼 유체 챔버(120)를 통해 하부 유체 챔버(122) 내로 유동하고, 하부 유체 챔버에서, 유체 물질은 대체로 밸브 스템 팁(114)과 노즐(88) 사이의 영역을 채운다. 도 6과 관련하여 다음에 설명되는 바와 같이, 유체 물질은 그런 다음 유체 축출 화살표(125)에 의해 지시된 바와 같이 밸브 스템 팁(114)에 의해 노즐(88)을 통해 밖으로 분사된다.
도 7은 나사선 형상의 주 유체 통로(58)를 포함하는 유체 유동 경로(124)의 개략적인 표현을 도시한다. 도 7에 도시된 쇄선은 유체 통로 그루브(56)를 포함하는, 임의의 적절한 길이를 위해 축방향으로 연장하고 유동 인서트(22)의 길이방향 축 주위에서 임의의 적절한 수의 운행(revolution)을 가지는 주 유체 통로(58)를 한정하도록 외부 카트리지 본체(20) 및 유동 인서트(22)가 임의의 적절한 축방향 치수로 형성될 수 있다는 것을 설명한다.
유체 물질이 주 유체 통로(58)를 통해 노즐(88)을 향해 테이퍼 유체 챔버(120) 내로 유동하는 동안, 유체 물질은 외부 카트리지 본체(20)의 내부면들과의 접촉으로 강제된다. 가열 소자(18)에 의해 발생된 열은 환형 어깨부(126)를 통하여 외부 카트리지 본체(20)로, 외부 카트리지 본체(20)로부터 유체 유동 경로(124)를 따라서 유동하는 유체 물질로 전달된다. 따라서, 외부 카트리지 본체(20)는 열교환기로서 기능한다. 특히, 열은 외부 카트리지 본체(20)의 상부 및 하부 원통면(76, 78)들을 통하여 주 유체 통로(58)를 통해 유동하는 유체 물질로, 하부 테이퍼면(82)을 통하여 테이퍼 유체 챔버(120)를 통해 유동하는 유체 물질로 전달된다. 가열 소자(18)로부터의 열은 또한 하부 칼라(84) 및 노즐 허브(86)를 통하여 하부 유체 챔버(122) 내의 유체 물질로 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 분사 카트리지(14)를 통해 유동하는 유체 물질은 적어도 주 유체 통로(58)와 테이퍼 유체 챔버(120)를 포함하는 유체 유동 경로(124)의 실질적으로 전체 부분을 따라서 가열될 수 있다. 상기된 바와 같이, 유체 물질이 가열되는 온도는 가열 소자(18)에 전기 공급하는 전력 공급부(19)의 제어를 통해 분배 작업 동안 선택적으로 조절될 수 있다.
도 6을 참조하여, 액튜에이터(12)는, 밸브 스템 팁(114)이 노즐(88) 상에 한정된 밸브 시트를 강제적으로 접촉하는 하향 위치로 구동 핀(34)과 밸브 부재(108)를 신속하게 작동시키도록 동작할 수 있으며, 이에 의해 유체 축출 화살표(125)에 의해 지시된 바와 같이 가열된 유체 물질을 노즐(88)을 통해 밖으로 강제한다(즉, 분사한다). 구동 핀(34)은 그런 다음 상승되고, 밸브 부재(108)는 스프링 와셔(116)에 의해 제공되는 스프링력에 의해 그 상향 위치로 복귀된다. 유체 물질은 대체로 상기된 방식으로, 노즐(88)을 향해 가열된 유체 유동 경로(124)를 따라서 계속 유동하고, 밸브 부재(108)는 추가의 분사를 위해 그 상향 및 하향 위치들 사이에서 구동 핀(34)에 의해 신속하게 조절될 수 있다. 분사 동안, 밸브 밀봉부(118)를 지나서 액튜에이터 소켓(30) 내로 상향하여 스며드는 어떠한 유체 물질도 유체가 액튜에이터(12) 내로 진입하는 것을 방지하기 위하여 유체 누설 통로(46)를 통해 밖으로 안내될 수 있다.
유익하게, 주 유체 통로(58)는 나사선, 나선, 또는 다른 형상이든지간에 노즐(88)을 포함하는 유체 카트리지(14) 내에서 균일한 목표 유체 온도를 확립하고 실질적으로 유지하도록 충분한 시간 기간 동안 유체 물질을 열에 노출시키는데 충분한 길이를 가지는 가열 유체 경로를 한정하는데 기여한다. 결과적으로, 유체 물질이 분사를 위해 노즐(88)을 향하여, 그리고 노즐 내로 유동하는 동안, 유체 물질의 실질적으로 일정하고 균일한 목표 점도는 분사 카트리지(14) 전체에 걸쳐서 유지될 수 있다. 그 결과, 분사 전에, 그리고 분사 동안 노즐(88)에서 유체 물질의 온도에서의 불필요한 저하가 실질적으로 방지되고, 이에 의해 분배 중량 반복성(dispense weight repeatability)을 개선하고 고처리량 적용을 위해 높은 유체 유량으로 분사하는 것을 가능하게 한다.
추가의 이점은 또한 본 명세서에 도시되고 설명된 분사 카트리지(14)의 구성에 의해 제공된다. 예를 들어, 상부 밀봉 요소(60)에 의해 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20) 사이에 확립된 유체 기밀성 밀봉의 해제성은 별개의 공구의 사용없이 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20)의 용이한 분해 및 조립을 가능하게 한다. 따라서, 외부 카트리지 본체(20)와 유동 인서트(22)의 모든 유체 접촉 부분은 사용 사이의 포괄적인 검사, 청소 및 유지보수를 위해 신속하고 용이하게 노출될 수 있다. 특히, 유동 인서트(22)와 외부 카트리지 본체(20)의 내부면(76, 78, 82)들 상에 형성된 유체 통로 그루브(56)는 분해시에 용이하게 접근 가능하고, 그러므로 용이하게 검사, 청소 및 유지보수될 수 있다. 또한, 유체 통로 그루브(56)의 형상은 단일의 연속적인 유체 통로(58)를 제공하고, 유체 통로는 유체 유동이 방해되거나 폐색을 형성하는 "데드 유동 구역(dead flow zone)들"을 발생시키지 않고 유체 유동 경로(124)를 따라서 공기 함정(air entrapment)을 유발함이 없이 노즐(88)을 향한 유체 물질의 실질적으로 일정하고 꾸준한 유동을 가능하게 한다.
본 발명이 특정 실시예의 설명을 통해 예시되고 실시예가 상당히 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 그러한 세부 사항으로 제한할 의도는 전혀 없다. 본원에 기재된 다양한 특징들은 단독으로 또는 어떠한 조합으로 사용될 수 있다. 추가의 장점 및 수정이 당업자에게 용이하게 나타날 것이다. 따라서 본 발명은 넓은 관점에서 도시되고 설명된, 특정한 세부 사항, 대표적인 장치 및 방법과 예시적 실례로 제한하지 않는다. 이에 따라 변화의 시작은 일반적인 발명 개념의 범위 또는 사상을 벗어남이 없이 이러한 세부사항에서부터 이루어질 수 있다.

Claims (23)

  1. 유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지로서, 상기 분사 카트리지는:
    유체 물질을 수용하도록 구성된 외부체로서, 상기 외부체는 소켓을 한정하는 내부면, 상부면 및 상기 외부체의 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장하는 외부면을 포함하는, 상기 외부체;
    상기 외부체 내에 제거 가능하게 수용되도록 구성된 유동 인서트로서, 상기 유동 인서트는 축 부분 및 상기 길이방향 축을 따라 상기 축 부분으로부터 이격된 헤드 부분을 갖고, 상기 헤드 부분은 상기 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장하는 외부면, 및 하부면을 한정하고, 상기 축 부분은 상기 외부체의 소켓 내에 수용되도록 구성되어, 상기 헤드 부분의 하부면이 상기 외부체의 상부면과 접촉하는, 상기 유동 인서트; 및
    상기 유동 인서트가 상기 외부체에 수용될 때 상기 외부체와 상기 유동 인서트 사이에 한정된 유체 통로로서, 상기 유체 통로는 상기 외부체의 길이방향 축을 따라 그리고 상기 길이방향 축 주위에서 원주방향을 따라 연장하는, 상기 유체 통로;를 포함하며,
    상기 외부체는 가열 소자로부터의 열을 수용하고 상기 유체 통로를 통해 유동하는 상기 유체 물질에 열을 전달하기 위해 구성된, 분사 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외부체 또는 상기 유동 인서트 중 적어도 하나는 상기 유체 통로를 적어도 부분적으로 한정하는 그루브를 포함하는, 분사 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유동 인서트는 원통부를 포함하고, 상기 유체 통로는 오직 상기 원통부와 상기 외부체 사이에 한정되는 유체 통로인, 분사 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소켓은 상기 축 부분을 해제 가능하게 수용하고, 상기 유체 통로는 상기 외부체와 상기 축 부분 사이에 한정되는, 분사 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유동 인서트와 상기 외부체 사이에 확립되는 해제 가능 밀봉부를 추가로 포함하고, 상기 해제 가능 밀봉부는 상기 유동 인서트 및 상기 외부체를 마찰 결합하고 상기 유체 통로 내에서 유체 물질을 수용하도록 구성되는, 분사 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열 소자는 상기 외부체를 주변적으로 둘러싸고, 상기 외부체는 상기 가열 소자로부터의 열을 수용하기 위해 상기 가열 소자와 직접 접촉하고, 상기 가열 소자는 상기 유체 통로를 통해 유동하는 상기 유체 물질의 목표 온도를 달성하도록 제어 가능한 전력 공급부에 의해 전기 공급되도록 구성되는, 분사 카트리지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 외부체는 상기 가열 소자로부터의 열을 수용하기 위해 상기 가열 소자와 직접 접촉하는 환형 어깨부를 포함하는, 분사 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 외부체와 상기 유동 인서트는 상기 가열 소자에 의해 축방향 결합으로 유지되도록 구성되고, 상기 분사 카트리지는 상기 가열 소자를 통해 분사 분배기 액튜에이터에 해제 가능하게 결합 가능한, 분사 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 노즐을 통해 가열된 유체 물질을 분사하기 위해 밸브 시트와 접촉하도록 구성되는 밸브 스템 팁을 갖는 밸브 부재를 추가로 포함하고, 상기 밸브 스템 팁은 상기 유동 인서트 내에 배치되는, 분사 카트리지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가열 소자는 상기 외부체와 직접 접촉하고 클램프에 의해 분사 분배기 액튜에이터에 해제 가능하게 결합 가능한 전기 가열 소자이고, 상기 클램프는 상기 분사 분배기 액튜에이터에 대해 축방향 압축으로 상기 전기 가열 소자, 상기 외부체, 및 상기 유동 인서트를 유지하도록 구성되는, 분사 카트리지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 외부체와 상기 유동 인서트 사이에 마찰 연결부가 형성되고, 상기 마찰 연결부는 상기 외부체와 상기 유동 인서트 사이에 배치된 해제 가능 밀봉 요소에 의해 가능하게 되고, 상기 마찰 연결부는 별개의 공구 사용 없이 상기 유체 통로를 노출시키기 위해 분리되도록 구성되는, 분사 카트리지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 외부체는 상기 외부체 및 상기 유동 인서트의 축 부분 사이의 공간 내로 상기 유체 물질을 수용하도록 구성되고, 상기 유체 물질은 상기 외부체 상에 한정되는 인서트 소켓을 통해 수용되는, 분사 카트리지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 외부체의 외부면은 상기 유동 인서트의 헤드 부분의 외부면과 상기 길이방향 축을 따라 정렬되도록 구성되는, 분사 카트리지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 유동 인서트는 상기 외부체에 대해 회전 고정되는, 분사 카트리지.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유동 인서트는 상기 외부체에 대해 마찰 고정되는, 분사 카트리지.
  16. 액튜에이터 및 상기 액튜에이터에 작동적으로 결합되고 노즐을 가지는 분사 카트리지를 포함하는 분사 분배기로 유체 물질을 분사하는 방법으로서, 상기 분사 카트리지는:
    소켓을 한정하는 내부면, 상부면 및 외부체의 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장하는 외부면을 포함하는, 상기 외부체; 및
    상기 외부체 내에 수용되도록 구성된 유동 인서트로서, 상기 유동 인서트는 축 부분 및 상기 길이방향 축을 따라 상기 축 부분으로부터 이격된 헤드 부분을 갖고, 상기 헤드 부분은 상기 길이방향 축 주위에서 원주방향으로 연장하는 외부면, 및 하부면을 한정하고, 상기 축 부분은 상기 외부체의 소켓 내에 수용되도록 구성되어, 상기 헤드 부분의 하부면이 상기 외부체의 상부면과 접촉하는, 상기 유동 인서트;를 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 분사 카트리지의 외부체 내로 상기 유체 물질을 수용하는 단계;
    상기 유체 물질이 상기 분사 카트리지의 길이방향 축을 따라 그리고 상기 길이방향 축 주위에서 원주 방향을 따라 안내되도록, 상기 외부체 및 상기 유동 인서트 사이에 한정된 유체 통로를 통해 상기 유체 물질을 안내하는 단계;
    상기 분사 카트리지를 통해 안내된 상기 유체 물질을 목표 온도로 가열하는 단계;
    상기 유체 물질이 상기 노즐에 들어갈 때 상기 목표 온도를 유지하는 단계; 및
    상기 노즐을 통해 가열된 상기 유체 물질을 분사하는 단계;를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유체 통로를 통해 상기 유체 물질을 안내하는 단계는 상기 유동 인서트의 적어도 일부 주위에서 주변적으로 상기 유체 물질을 안내하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 분사 카트리지를 통해 안내된 상기 유체 물질을 가열하는 단계는 가열 소자와 상기 외부체를 직접 접촉시키는 단계 및 전력 공급부에 의해 상기 가열 소자에 전기를 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 유체 물질이 상기 노즐에 들어갈 때 상기 목표 온도를 유지하는 단계는 상기 전력 공급부를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유체 물질이 상기 노즐에 들어갈 때 상기 목표 온도를 유지하는 단계는 감지된 온도에 응답하여 상기 전력 공급부를 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 유체 물질을 분사하기 위한 분사 카트리지로서, 상기 분사 카트리지는:
    상부면 및 그 내부에 한정된 소켓을 갖는 외부체;
    헤드 및 상기 헤드로부터 이격된 축을 갖는 유동 인서트로서, 상기 축은 상기 외부체 내에 수용되고, 상기 헤드는 상기 축이 상기 외부체의 소켓 내에 있을 때 상기 외부체의 상부면과 접촉하도록 구성되는 하부면을 한정하여, 상기 헤드의 하부면이 상기 외부체의 상부면과 접촉하는, 상기 유동 인서트;
    상기 외부체와 상기 유동 인서트의 축 사이에 한정되고 상기 외부체의 길이방향 축을 따라 그리고 상기 길이방향 축 주위에서 원주방향을 따라 연장하는 유체 통로; 및
    상기 외부체와 상기 유동 인서트 사이에 있는 마찰 연결부;를 포함하고,
    상기 마찰 연결부는 상기 외부체와 상기 유동 인서트 사이에 배치된 해제 가능 밀봉 요소에 의해 가능하게 되고, 상기 마찰 연결부는 별개의 공구 사용 없이 상기 유체 통로를 노출시키기 위해 분리되도록 구성되며,
    상기 외부체는 가열 소자로부터의 열을 수용하고 상기 유체 통로를 통해 유동하는 상기 유체 물질에 열을 전달하도록 구성되는, 분사 카트리지.
  21. 제20항에 있어서, 상기 유체 통로는 상기 분사 카트리지의 길이방향 축을 따라 연장하는, 분사 카트리지.
  22. 제20항에 있어서, 상기 가열 소자는 상기 외부체와 직접 접촉하고 상기 유동 인서트와의 축방향 결합으로 상기 외부체를 유지하며, 상기 가열 소자는 클램프에 의해 분사 분배기 액튜에이터에 해제 가능하게 결합 가능한, 분사 카트리지.
  23. 삭제
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