KR20060107918A - 액체 계량 분배용 공압 장치의 작동 방법 및 공압 장치 - Google Patents

액체 계량 분배용 공압 장치의 작동 방법 및 공압 장치 Download PDF

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언액시스 인터내셔널 트레이딩 엘티디
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Abstract

본 발명은 액체 계량 분배용 공압 장치(1)의 작동 방법과 그 작동 방법에 특히 적합한 공압 장치에 관한 것이다. 공압 장치는, 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결될 수 있고 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통될 수 있는 압력 탱크(8)를 구비한다. 액체의 분배를 위해서, 압력 탱크(8)가 절환 밸브(17)를 통해 액체 용기(4)에 일시적으로 연결되어, 액체를 담은 액체 용기(4)에 압력 펄스가 인가된다. 압력 펄스 종료시에, 압력 탱크(8)의 압력은 압력 펄스 인가 중에 형성되는 설정치보다 높은 압력치로 상승된다.
액체 계량 분배, 공압 장치, 작동 방법

Description

액체 계량 분배용 공압 장치의 작동 방법 및 공압 장치{METHOD FOR OPERATING A PNEUMATIC DEVICE FOR THE METERED DELIVERY OF A LIQUID AND PNEUMATIC DEVICE}
도 1은 본 발명에 따른 공압 장치의 개략도이다.
도 2는 각기 다른 압력들의 시간 곡선이다.
도 3은 압력 조절기가 구비되어 있는 도 1의 공압 장치를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 공압 장치 2: 유입구
3: 유출구 4: 액체 용기
8: 압력 탱크 9: 제1 압력 센서
10, 14: 입구 밸브 11, 15: 출구 밸브
12: 벤츄리 노즐 13: 진공 탱크
16: 제2 압력 센서 17: 제1 절환 밸브
18: 제2 절환 밸브 19: 제3 압력 센서
20: 조절 장치 21: 인터페이스
본 발명은, 액체 계량 분배용 공압 장치의 작동 방법과, 특히 소정량의 접착제를 기판에 도포하기 위해서 반도체 칩을 기판에 장착시킬 때 사용되는 공압 장치에 관한 것이다.
이러한 공압 장치는 점성 액체, 고점도 액체 또는 화학적 침습성 액체의 계량 분배에 적합하다. 기계식 펌프와 대비하여 보면, 이러한 공압 장치에는 마모가 거의 없고 보다 쉽게 세척할 수 있는 이점이 있다. 하지만, 이러한 공압 장치는, 일례로 대한민국 특허 출원 번호 제2000-0017068호에 개시된 기계식 펌프에서와 같이 분배 액체량의 체적이 결정되지 못하는 단점을 갖고 있다. "계량 분배"라는 용어는, 매번 소정량의 액체 또는 액체 일부가 분배된다는 의미이다.
반도체 칩의 장착시에는, 흔히 은 박편을 함유한 에폭시계 접착제가 사용된다. 이러한 접착제는, 공압 장치로부터 압력 펄스를 인가받아 접착제를 배출시키는 주입기 내에 위치된다. 접착제를 배출시켜 기판상에 침착시키는 다수의 개구들을 구비한 분배기 노즐에 의해서, 또는 접착제를 배출시키는 단일 개구를 구비한 라이팅 노즐(writing nozzle)에 의해서, 접착제가 도포된다. 라이팅 노즐은 두 수평 방향으로 이동될 수 있는 구동 시스템에 의해 소정의 경로를 따라 안내되어, 침착된 접착제는 기판상에 소정의 접착제 패턴을 형성시키게 된다. 라이팅 노즐이 두 수평 방향으로 이동될 수 있는 반도체 장착 장치가 일례로 유럽 특허 공보 제1432013호에 개시되어 있다. 라이팅 노즐의 라이팅 운동 중에 지속되는 압력 펄스가 공압 장치에 의해 생성됨으로써, 접착제의 분배가 이루어진다. 이러한 적용 분야에 사용될 수 있는 공압 장치가 미국 특허 공보 제5199607호와 제5277333호에 개시되어 있다. 이러한 공압 장치는 압력을 압력 조절기에 의해 조절하는 압력 탱크를 포함한다. 이러한 공압 장치는 다음과 같은 2가지 단점을 갖는다.
- 분배 액체량은 주입기의 비움(emptying) 정도에 따라 결정된다. 분배 액체량을 일정하게 유지시키기 위해서, 압력 펄스의 길이가 변화된다. 이는 라이팅 노즐의 라이팅 운동과의 조화를 방해하게 된다.
- 압력 펄스 시작시에 압력 탱크에서 발생되는 압력 손실이 압력 조절기에 의해 보상되기 때문에, 액체의 분배 중에 압력 펄스의 압력 레벨이 변화된다.
본 발명의 목적은, 분배되는 액체량이 액체 용기의 비움 정도에 따라 결정되지 않도록 하는 액체 계량 분배용 공압 장치 및/또는 그 공압 장치의 작동 방법을 제공하는 데 있다.
액체 계량 분배용 공압 장치는, 제1 밸브를 통해 압축 공기 공급원에 연결될 수 있고 제2 밸브를 통해 주위와 연통될 수 있는 압력 탱크와, 압력 탱크의 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하며, 이러한 압력 센서의 출력 신호는 두 밸브에 의해 압력 탱크의 압력을 조절하는 데 사용된다. 또한, 공압 장치는, 적어도 압력 펄스들 사이의 장시간의 중단 시간 동안에 액체를 담은 용기에 연결되어 액체가 누출되거나 적하(dripping)되지 못하도록 하는 진공 탱크를 포함한다. 액체를 분배시키기 위해서, 액체 용기는 일시적으로 압력 탱크에 연결된다. 즉, 압력 펄스가 액체 용 기에 인가된다. 이때, 중요한 사항은, 액체 용기의 압력 레벨 pB가 압력 펄스 인가 중에 가능한 한 일정해야 한다는 점이다. 한편, 본 발명은 이러한 공압 장치의 작동에 관한 것이다. 본 발명의 작동 방법은, 압력 펄스 종료시에 압력 탱크의 압력이 압력 펄스 인가 중에 유지되는 압력 레벨 pB1보다 높은 압력 레벨 pT로 상승되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 액체의 일부를 분배할 수 있게 압력 펄스를 액체 용기에 인가시키기 위해서, 액체 용기가 압력 탱크에 일시적으로 연결된다. 액체 용기가 압력 탱크로부터 분리된 후에, 압력 탱크의 압력은 압력 레벨 pB1보다 높은 압력 레벨 pT로 상승된다. 이렇게 하면 다음의 결과들이 얻어진다. 압력 펄스 시작시에, 압력 탱크의 압력과 액체 용기의 압력이 동일해져서 실질적으로 일정한 압력 레벨을 형성시킬 때까지, 압력 탱크의 압력이 저하되면서 액체 용기의 압력이 상승된다. 압력 레벨 pT2는 통계 평균으로 볼 때 액체 용기의 압력이 소정의 설정치 pB1으로 형성되도록 선정된다. 본 발명에 따른 작동 방법은, 압력 탱크의 압력이 일정하게 조절되는 공압 장치와, 압력 탱크의 압력이 액체의 분배 중에는, 즉 압력 펄스 인가 중에는 조절되지 않는 공압 장치를 사용하여 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 압력 탱크의 압력이 일정하게 조절되는 공압 장치에 있어서, 압력 펄스 인가 중에는 압력이 압력치 pB1으로 조절되고, 압력 펄스들 사이의 중단 시간 중에는 압력이 압력치 pT2로 조절된다. 하지만, 본 발명은, 압력 펄스 종료시에는 압력 탱크의 압력이 압력치 pT2로 상승되고 액체 분배 중에는, 즉 압력 펄스 인가 중에는 압력 탱크의 압력이 조절되지 않는 공압 장치에 의해서도 양호하게 실시될 수 있다. 따라서, 후속 압력 펄스가 액체 용기에 인가되기 전에 매번 압력 탱크의 압력이 압력치 pT2로 형성된다.
본 발명에 따른 작동은 추가의 선택적인 수단들에 의해서 더욱 향상될 수 있다. 그 첫번째 수단을 보면, 압력 센서가 압력 형성 후에 달성되는 압력 레벨 pB1,ist를 측정하고, 후속 압력 펄스 시작 전에 압력 탱크의 압력 pT2가 그 다음번에(또는 통계 평균으로 볼 때) 압력 레벨 pB가 소정의 설정치 pB1으로 형성되도록 조절된다. 따라서, 액체 용기를 비움으로써 유발되는 압력 레벨 pB1 , ist의 변화가 방지된다. 이러한 첫번째 수단에 선택적으로 활용되는 두번째 수단을 보면, 압력 펄스 인가 중에 액체 용기(또는 공압 장치의 유출구)의 압력 경과를 측정하여, 압력의 시간 적분치를 연산한 다음에, 통계 평균으로 볼 때 압력의 시간 적분치가 일정하게 유지될 수 있도록 압력 탱크에 형성되는 압력 pT2를 후속 압력 펄스의 시작 전에 조절한다. 압력 탱크의 압력이 조절되지 않고 설정되어 있는 공압 장치에 대한 세번째 수단에 따르면, 압력 펄스의 종료 후에 매번, 소망하는 압력보다 높은 압력이 압력 탱크에 형성된 다음에, 그 압력이 소망하는 압력치로 저하된다. 이러한 방식에 의해서, 압력 탱크에 설정되는 압력 레벨의 정확도가 특히 비교적 저압 레벨을 가지고서 향상될 수 있다.
본 발명은 액체 계량 분배용 공압 장치의 작동에 관한 것으로, 이러한 공압 장치는, 입구 밸브에 의해 압축 공기 공급원에 연결될 수 있고 출구 밸브에 의해 주위와 연통될 수 있는 압력 탱크를 구비하며, 액체의 분배를 위해서 압력 탱크는 액체를 담은 액체 용기에 절환 밸브를 통해 일시적으로 연결되고, 액체의 분배 전에 압력 탱크의 압력은 액체 분배 중에 유지되는 설정치보다 높은 압력치로 상승된다.
또한, 액체 분배 종료시에 압력 탱크, 압력 탱크와 액체 용기 사이의 연결 라인 또는 액체 용기에 형성되는 압력 레벨 pB1을 측정하고, 연속 작동 중에 통계 평균으로 볼 때 압력 레벨 pB1이 동일치로 형성되도록, 그 측정된 압력 레벨 pB1을 기초로 후속 액체 분배 전에 압력 탱크에 형성될 압력의 설정치를 결정하여 조절하는 것이 바람직하다.
특히, 액체 용기의 압력 레벨 pB(t)는 바람직하게는 시간 t의 함수로서 측정되고, 적분치
Figure 112006024452131-PAT00001
가 연산되며, 압력 레벨 pB(t)는 시점 t1에서 소정의 제1 한계치를 초과하고 시점 t2에서 소정의 제2 한계치 이하로 저하되며, 함수 g(pB)는 소정의 가중 함수이고, 연속 작동 중에 통계 평균으로 볼 때 적분치가 동일치로 형성되도록, 위의 적분치를 기초로 후속 액체 분배 전에 압력 탱크에 형성될 압력 pT의 설정치가 결정되어 조절된다.
한편, 본 발명은, 압력 탱크와, 압력 탱크와 압축 공기 공급원 사이에 배치 되는 제1 입구 밸브와, 압력 탱크와 주위 사이에 배치되는 제1 출구 밸브와, 진공 탱크와 주위 사이에 배치되는 제2 입구 밸브와, 진공 탱크와 진공원 사이에 배치되는 제2 출구 밸브와, 압력 탱크와 공압 장치의 유출구 사이에 배치되는 제1 절환 밸브와, 압력 탱크가 제1 절환 밸브에 의해 액체 용기에 연결되어 있는 동안에 제1 입구 밸브가 압력 탱크와 압축 공기 공급원 사이의 연결을 차단시키고 제1 출구 밸브가 압력 탱크와 주위 사이의 연결을 차단시키도록 프로그램되는 조절 장치를 포함하는 공압 장치에 관한 것이다.
이러한 공압 장치에 따르면, 액체 분배 종료시에 압력 탱크의 압력 레벨은, 압력 탱크가 우선 입구 밸브에 의해 압축 공기 공급원에 연결된 다음에 출구 밸브에 의해 주위와 연통되어, 압력이 우선 설정치 이상으로 상승한 다음에 그 설정치로 저하되게 설정된다.
공압 장치는 바람직하게는 제1 절환 밸브와 진공 탱크 사이에 배치되는 제2 절환 밸브를 포함한다.
압력 반사를 방지하기 위해서, 바람직하게는 압력 탱크와 제1 절환 밸브 사이에 스로틀(throttle)이 배치된다.
이하에서는 도면들을 참고로 하여 공압 장치의 실시예들을 상세히 설명한다.
본 명세서에 포함되는 첨부 도면들에는 본 발명의 실시예들이 도시되어 있으며, 이하에서는 이러한 도면들을 참고로 하여 본 발명의 원리와 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은, 위에서 설명한 본 발명에 따른 공압 장치의 작동 방법을 수행하는 데 특히 적합한 액체 계량 분배용 공압 장치(1)의 개략도를 도시하고 있다. 공압 장치(1)는, 외부 압축 공기 공급원에 의해 생성되는 압축 공기를 공급하는 유입구(2)와, 관을 통해 액체 용기(4)에 연결되는 유출구(3)를 포함한다. 공압 장치(1)는 3가지 부기능(sub-function)을 충족시키는 3개의 공압 부그룹(sub-group)(5-7)으로 구성된다. 제1 부그룹(5)은 액체의 분배에 필요한 고압 레벨을 생성시킨다. 제2 부그룹(6)은 액체의 적하(dripping)를 방지하는 진공을 생성시킨다. 제3 부그룹(7)은 액체의 분배를 조절한다.
제1 부그룹(5)은, 압력 탱크(8)와, 압력 탱크(8)의 압력 pT를 측정하는 제1 압력 센서(9)와, 압력 탱크(8)의 압력을 상승시키는 입구 밸브(10)와, 압력 탱크(8)의 압력을 저하시키는 출구 밸브(11)를 포함한다. 입구 밸브(10)는 압력 탱크(8)를 유입구(2)에 연결시킨다. 출구 밸브(11)는 압력 탱크(8)를 주위 공기와 연통시킨다. 또한, 제1 부그룹(5)은, 밸브(10, 11)를 조절하는 구동기와, 제1 압력 센서(9)에 의해 전송된 출력 신호를 평가하는 평가 회로를 추가로 포함한다.
제2 부그룹(6)은, 유입구(2)에 연결되어 압축 공기를 공급받아 진공을 형성시키는 벤츄리(venturi) 노즐(12)과, 진공 탱크(13)와, 진공 탱크(13)의 진공압을 저하시키는 입구 밸브(14)와, 진공 탱크(13)의 진공압을 상승시키는 출구 밸브(15)와, 진공 탱크(13)의 진공압 혹은 부압을 측정하는 제2 압력 센서(16)를 포함한다. 입구 밸브(14)는 진공 탱크(13)를 주위 공기와 연통시킨다. 출구 밸브(15)는 진공 탱크(13)를 벤츄리 노즐(12)에 연결시킨다. 또한, 제2 부그룹(6)은, 밸브(14, 15) 를 조절하는 구동기와, 제2 압력 센서(16)에 의해 전송된 출력 신호를 평가하는 평가 회로를 추가로 포함한다.
제3 부그룹(7)은, 압력 탱크(8)나 진공 탱크(13)를 공압 장치(1)의 유출구(3)와 연결시키는 제1 절환 밸브(17)와, 주위 공기를 통해서 액체 용기(4)의 압력을 저하시키는 진공 탱크(13)와 제1 절환 밸브(17) 사이에 배치되는 제2 절환 밸브(18)와, 유출구(3)나 액체 용기(4)에 배치되는 제3 압력 센서(19)를 포함한다. 또한, 제3 부그룹(7)은, 두 절환 밸브(17, 18)를 조절하는 구동기와, 제3 압력 센서(19)에 의해 전송된 출력 신호를 평가하는 평가 회로를 추가로 포함한다.
밸브(10, 11, 14, 15, 17, 18)는 다음의 특징들을 갖는다.
- 밸브들은 단지 2가지 밸브 위치 A, B로만 위치되는 밸브들이다. 이러한 밸브들은 전원 공급 장치의 고장시에 소정의 밸브 위치, 즉 도 1에 위치 A로 표기된 밸브 위치로 위치된다.
- 밸브들은 속동(quick-acting) 밸브들 혹은 고속 밸브들이다. 이러한 밸브들은 2 밀리초 내지 최대 약 4 밀리초의 절환 시간을 갖는다.
조절 장치(20)는 공압 장치(1)를 조절한다. 조절 장치(20)에는 인터페이스(21)가 포함되어, 중요 경우에 공압 장치(1)의 작동을 조절할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 공압 장치(1)는, 기판에 접착제를 도포하기 위해서 반도체 칩을 장착하는 자동 조립기에 사용되도록 개발되었다. 자동 조립기는, 접착제를 기판에 도포하는 분배 스테이션과, 반도체 칩을 기판에 위치시키는 접합 스테이션을 포함한다. 분배 스테이션은 분배 노즐 혹은 이동가능 라이팅 노즐(writing nozzle)을 포함한 다. 접착제를 도포하는 중에, 분배 노즐은 고정되어 유지되며, 라이팅 노즐은 라이팅 운동을 행한다. 접착제를 구비한 액체 용기(4)는, 분배 스테이션에 고정되어 배치되거나, 기판에 걸쳐 라이팅 노즐을 이동시키는 라이팅 헤드(writing head)에 장착된다. 액체 용기(4)의 유출구는 분배 노즐 혹은 라이팅 노즐에 직접 연결되거나 관을 통해서 연결된다. 공압 장치(1)의 유출구(3)는 관을 통해서 액체 용기(4)에 연결된다. 자동 조립기는, 공압 장치(1)의 작동에 필요한 데이터를 인터페이스(21)를 통해 조절 장치(20)로 전송하는 컴퓨터에 의해서 조절된다.
공압 장치(1)는 위에서 설명한 3개의 부그룹(5-7)으로 구성된다. 두 절환 밸브(17, 18)는 가능한 한 액체 용기(4)에 근접하게 위치된다. 공간상의 이유로, 압력 탱크(8)를 구비한 제1 부그룹(5)과 진공 탱크(13)를 구비한 제2 부그룹(6)은 두 절환 밸브(17, 18)로부터 일정 거리를 두고서 설치된다. 이러한 공압 장치(1)의 분산된 구성에 의해서, 압력 탱크(8)와 제1 절환 밸브(17) 사이의 연결 라인에서 발생되는 반사에 의해 소망하지 않는 압력파가 형성될 수 있다. 이러한 이유로, 압력 탱크(8)에서의 반사를 방지하기 위해서 스로틀(throttle)(22)을 압력 탱크(8)에 근접하게 연결 라인에 연결시키는 것이 바람직하다. 스로틀(22)은 연결 라인의 테이퍼(taper)이며, 필요로 하는 스로틀은 실험에 의해서 최적으로 결정될 수 있다.
공압 장치(1)는, 전원 공급 장치의 고장시에, 제2 절환 밸브(18)를 제외한 모든 밸브들이 위치 A로 위치되고, 제2 절환 밸브(18)는 초기에 위치 B로 위치되었다가 액체 용기(4)를 진공 탱크(13)에 연결시키기 전에 우선 액체 용기(4)의 과압을 주위 압력으로 저하시키기 위한 소정의 시간이 경과된 후에만 위치 A로 위치되 도록 형성된다.
또한, 조절 장치(20)는, 압력 탱크(8)의 압력이나 진공 탱크(13)의 진공압이 형성되지 못하는 현상(이는 전원 공급 장치의 고장을 나타냄)을 검출하도록 프로그램될 수 있으며, 또한 전원 공급 장치의 고장시에는 모든 밸브들을 위치 A로 위치시키되 제2 절환 밸브(18)는 우선 위치 B로 위치시킨 다음에 소정의 시간이 경과된 후에만 위치 A로 위치시키도록 프로그램될 수 있다.
공압 장치(1)는 2가지 상태, 즉 상태 V와 상태 P로 형성될 수 있다. 상태 V에서는 공압 장치는 유출구(3)에 진공을 형성시키며, 상태 P에서는 공압 장치는 유출구(3)에 압축 공기를 공급한다. 이하에는 상태 V로부터 상태 P로 절환되면서 시작되는 사이클, 즉 압력 펄스를 인가하면서 시작되는 사이클이 개시되어 있다. 상태 V에서는, 모든 밸브들(10,11,14,15,17 및 18)이 도 1에 밸브 위치 A로 표기된 위치에 있다. 적절한 시점에 절환 신호가 자동 조립기의 컴퓨터로부터 조절 장치(20)로 전송되며, 이때 다음의 단계들이 행해진다.
1. 절환 밸브(17)가 위치 A로부터 위치 B로 절환된다. 이때, 액체 용기(4)가 압력 탱크(8)에 연결되어, 액체 용기(4)의 압력 pB가 상승되면서 거의 일정한 압력 레벨 pB1으로 형성된다.
이때, 진공 탱크(13)가 액체 용기(4)로부터 분리되어 후속 작용을 위해 준비될 수 있다. 압력 펄스의 종료시에 진공 탱크(13)의 압력은 매번 조금씩 상승되는데, 왜냐하면 액체 용기(4)로부터 배출되는 공기가 단지 진공 탱크(13) 내로만 유 입되고 벤츄리 노즐(12)을 통해서는 배출되지 않기 때문이다. 따라서, 진공 탱크(13)는 다음과 같이 배기된다.
2A. 출구 밸브(15)가 위치 A로부터 위치 B로 절환된다. 이때, 진공 탱크(13)가 벤츄리 노즐(12)에 연결되어, 진공 탱크(13)의 진공압이 다시 상승된다.
2B. 제2 압력 센서(16)의 출력 신호가 진공압이 소정치 pV1에 도달하였음을 나타내면, 출구 밸브(15)가 위치 B로부터 다시 위치 A로 절환된다. 이어서, 입구 밸브(14)가 위치 A로부터 위치 B로 절환된다. 이때, 진공 탱크(13)가 주위와 연통되어, 진공 탱크(13)의 진공압이 다시 저하된다.
2C. 제2 압력 센서(16)의 출력 신호가 진공 탱크(13)의 진공압이 소정치 pV2에 도달하였음을 나타내면, 입구 밸브(14)가 위치 B로부터 위치 A로 절환된다.
이제, 진공 탱크(13)에는 압력 레벨 pV2를 갖는 진공압이 형성되어 있다.
압력 펄스에 대한 소정의 시간이 경과되면, 공압 장치(1)가 상태 P로부터 상태 V로 절환된다.
3. 절환 이전에, 압력 탱크(8)의 압력 레벨이 제1 압력 센서(9)에 의해 측정되어 압력치 pB1으로서 저장된다.
4. 제2 절환 밸브(18)가 위치 A로부터 위치 B로 절환된다. 이러한 단계는 그 이전에, 즉 단계 1 바로 후에 행해질 수도 있는 예비 단계이다.
5. 제1 절환 밸브(17)가 위치 B로부터 위치 A로 절환된다. 액체 용기(4)와 압력 탱크(8) 사이의 연결이 차단된다. 제2 절환 밸브(18)가 위치 B에 있기 때문 에, 액체 용기(4)가 주위와 연통되게 된다. 따라서, 진공 탱크(13)에 부하를 가하지 않고서도 액체 용기(4)의 과압이 저하된다.
단계 4와 단계 5에 의하면, 허용 오차로 인한 두 절환 밸브(17, 18)의 절환 지연과는 무관하게, 액체 용기가 과압이 저하되기 전에는 잠시 동안이라도 진공 탱크(13)와 연결되지 않게 된다.
이제, 상태 P가 종료되고, 이어서 액체 용기(4)의 압력이 주위 압력으로 저하될 때까지 전이상(transition phase) T가 지속된다.
액체 용기(4)에서는 진공압의 상승이 일어나고, 이와 동시에 압력 탱크(8)는 후속 압력 펄스 인가를 위해 준비된다.
유출구(3)의 압력 pB는 제3 압력 센서(19)에 의해 모니터된다.
6A. 제3 압력 센서(19)의 출력 신호가 압력 pB가 거의 주위 압력 레벨로 저하되었음을 나타내면, 제2 절환 밸브(18)가 위치 B로부터 위치 A로 절환된다. 이때, 액체 용기(4)가 진공 탱크(13)에 연결된다. 따라서, 액체 용기(4)의 압력은 거의 진공 탱크(13)의 압력으로 저하된다.
6B1. 입구 밸브(10)가 위치 A로부터 위치 B로 절환된다. 이때, 압축 공기가 압력 탱크(8)로 공급된다. 압력 탱크의 압력 pT는 제1 압력 센서(9)에 의해 연속하여 측정된다. 제1 압력 센서(9)의 출력 신호가 압력 pT가 소정치 pT1에 도달하였음을 나타내면, 입구 밸브(10)가 위치 B로부터 다시 위치 A로 절환된다.
6B2. 출구 밸브(11)가 위치 A로부터 위치 B로 절환된다. 이때, 압력 탱크(8) 가 주위와 연통되어, 압력 pT가 다시 저하된다.
6B3. 제1 압력 센서(9)의 출력 신호가 압력이 소정치 pT2에 도달하였음을 나타내면, 출구 밸브(11)가 위치 B로부터 다시 위치 A로 절환된다. 이제, 압력 탱크(8)에는 압력 pT2가 형성되어 있다. 단계 3에서 측정된 압력치 pB1에 따라서, 압력치 pT2가 바람직하게는 pT2 = pB1 + Δp로 설정되며, 이때 Δp는 압력 레벨 pB1이 소정의 설정치에 도달되도록 조절 장치(20)에 의해 결정된다.
이제, 공압 장치(1)는 상태 V에 있으며 후속 압력 펄스 인가를 위해 준비된다.
위에서 설명한 단계 1 내지 단계 6B3은 공압 장치(1)가 최적으로 작동될 수 있도록 한다. 본 발명에 있어서 작동 상의 가장 중요한 사항은, 공압 장치(1)가 상태 P에 있을 때 두 밸브(10, 11)가 위치 A로 위치되어 유지됨으로써, 압력 탱크(8)의 압력이 압력 펄스 중에 재조절되지 않게 된다는 점이다. 단계 2B, 단계 2C, 단계 3, 단계 6B2 및 단계 6B3는 생략될 수 있다. 서두에 언급한 미국 특허 공보 제5199607호 또는 제5277333호에 따른 공압 장치는, 압력 탱크에 대한 압력 조절이 압력 펄스 중에 행해지지 않는 경우에 본 발명의 작동 방법에 따라 작동될 수 있다. 하지만, 이와는 별도로, 이러한 공압 장치의 작동을 더욱 향상시킬 수 있다. 이에 대해서 이하에서 상세히 설명한다.
진공 탱크(13)의 진공압 설정은 여러 가지 방식으로 행해질 수 있으며, 특히 진공 탱크(13)의 진공압은 일정하게 조절될 수 있다. 압력 펄스의 종료시에 액체 용기(4)의 압력 저하도 여러 가지 방식으로 행해질 수 있다.
도 2는, 위에서 설명한 단계들에 따른 작동 중에 형성되는 진공 탱크(13)의 압력 pV, 압력 탱크(8)의 압력 pT 및 액체 용기(4)의 압력에 대한 시간 곡선을 도시하고 있다. 이러한 곡선들은 명확한 도시를 위해서 축척대로 도시되지 않았다. 위에서 설명한 작동 방법의 단계 1 내지 단계 6B3가 시간축 t에 도시되어 있다. 압력 pA는 주위의 대기압을 나타낸다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 액체 용기(4)와 연결 라인의 무용 체적(dead volume)에 의해 체적이 증가되기 때문에, 압력 탱크(8)의 압력은 압력 펄스의 시작시에 저하된다. 따라서, 압력 펄스의 종료시에, 압력 탱크(8)의 압력이 다시 상승되어야 한다.
본 발명에 따른 공압 장치는 다음의 이점들을 갖는다.
- 압력 펄스의 인가 중에 압력 탱크(8)의 압력이 재조절되지 않기 때문에, 액체 용기(4)의 압력 레벨 pB1이 일정하게 유지된다.
- 후속 압력 펄스 인가 전에 압력 탱크(8)에 형성되는 압력 레벨 pT2는 압축 공기 공급원의 압력 변동과 무관하다.
- 단계 6B1과 단계 6B2에서 설명한 압력 탱크(8)의 압력을 형성하는 2단계 방법에 의해서, 압력 레벨 pT2를 특히 저압 레벨 pT2로 정확하게 설정할 수 있게 되며, 이렇게 저압 레벨 pT2가 설정되면, 단계 6B1에서의 압력은 압력차가 크기 때문에 비교적 신속하게 상승되고, 단계 6B2에서의 압력은 압력차가 작기 때문에 비교 적 느리게 저하된다.
- 밸브 각각은 사이클당 2회씩만, 즉 위치 A로부터 위치 B로 그리고 다시 위치 A로 절환된다.
- 전원 공급 장치의 고장시에, 모든 밸브가 위치 A로 위치된다. 진공 탱크(13)는 벤츄리 노즐(12)과 주위로부터 분리되지만 액체 용기(4)에는 연결된다. 이에 의해서, 액체의 누출이 방지된다. 압력 탱크(8)도 압축 공기 공급원과 주위로부터 분리된다.
액체 용기(4)를 비우는 중에 압력 펄스의 형상이 변화될 수 있다. 이렇게 되면, 압력 펄스당 분배되는 액체의 양도 변화된다. 이러한 이유로, 공압 장치(1)의 유출구(3)에서 압력 pB의 경과를 제3 압력 센서(19)로 측정하여 각각의 압력 펄스에 대한 적분치
Figure 112006024452131-PAT00002
를 연산하는 것이 바람직하며, 여기서 시점 t1은 압력 pB(t)가 소정의 한계치를 초과하는 시점을 나타내고, 시점 t2는 압력 pB(t)가 동일한 한계치 혹은 다른 소정의 한계치 이하로 떨어지는 시점을 나타내며, 지수 n은 압력 펄스의 번호를 나타낸다. 소정의 한계치는 적분치 In이 액체의 분배량에 가능한 한 비례하도록 형성된다. 선택적으로, 적분치는 가중 함수 g(pB)로 가중되어
Figure 112006024452131-PAT00003
로 산출될 수도 있으며, 여기서 가중 함수 g(pB)는 현재 압력 pB에 대한 액체 유속의 종속성을 나타낸다. 가중 함수 g(pB)는 일례로
Figure 112006024452131-PAT00004
의 형태를 가지며, 여기서 g0와 g1은 상수이다. 연산된 적분치 In은, 압력 탱크(8)의 압력 레벨 pT2를 재조절하여 후속 압력 펄스의 적분치 In +1이 동일한 크기를 갖도록, 즉 In +1 = In이 되도록 사용된다. 단계 6B3에서, 압력 레벨은 일례로
Figure 112006024452131-PAT00005
로 설정된다. 선택적으로, 펄스 지속 시간도 인자
Figure 112006024452131-PAT00006
만큼 연장될 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에는 단지 원리만이 개시되어 있지만 실제로는 일반적으로 통용되는 통계 방법에 따라 행해져서 통계 평균으로 볼 때 적분치가 동일치로 형성되는 조절 방식에 의하면, 압력 펄스당 분배되는 액체의 양이 액체 용기(4)의 비움 정도에 무관하게 된다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 단계 1에서 절환 밸브(17)가 위치 A로부터 위치 B로 이동되면, 액체 용기(4)의 압력 pB가 압력치 pB1으로 상승된다. 이와 동시에, 압력 탱크(8)의 압력 pT가 시작치 pT2로부터 압력치 pB1으로 저하된다. 액체 용기(4)의 압력이 압력치 pB1에 도달되면, 액체 분배시에는 무용 공간이 단지 무시할 수 있을 정도로만 증가되기 때문에 그 압력치 pB1은 거의 일정하게 유지된다. 압력 레벨 pB1은 액체 분배 중에 유지되는 설정 압력 레벨에 해당된다. 원리적으로, 단계 1로부터 단계 5까지의 위상 중에 설정 압력 레벨의 재조절 여부는 중요하지 않다. 따라서, 본 발명은, 압력 탱크(8)의 압력 pT를 일정하게 조절할 수 있는 공압 장치, 일례로 미국 특허 공보 제5199607호 혹은 제5277333호에 따른 공압 장치나, 압력 조절기(23)가 구비된 도 3의 공압 장치로 실시될 수 있다. 조절할 압력에 대한 설정치가 조절 장치(20)에 의해서 압력 조절기(23)에 제공되며, 압력 조절기(23)는 입구 밸브(10)와 출구 밸브(11)를 조절한다.
압력 pT의 영속적인 압력 조절 작동은 다음과 같이 행해진다.
1. 공압 장치는 상태 V에 있다. 즉, 액체 용기(4)에 진공이 형성된다. 이때, 본 발명에 따르면, 압력 탱크(8)의 압력 pT는, 액체의 분배 중에 유지될 설정 압력 레벨 pB1보다 높은 압력 레벨 pT2로 조절된다.
2. 액체의 분배를 위해서, 도 3의 공압 장치에서 절환 밸브(17)를 위치 A로부터 위치 B로 절환시킴으로써, 액체 용기(4)를 압력 탱크(8)에 연결시킨다. 이제 공압 장치는 상태 P에 있게 된다.
3. 압력 탱크(8)의 압력을 조절하는 압력 조절기(23)의 설정치가 압력치 pT2로부터 압력치 pB1으로 저하된다.
4. 액체 분배를 종료시키기 위해서, 도 3의 공압 장치에서 절환 밸브(17)를 위치 B로부터 위치 A로 절환시킴으로써, 액체 용기(4)를 압력 탱크(8)로부터 분리시킨다.
5. 압력 탱크(8)의 압력을 조절하는 압력 조절기(23)의 설정치가 압력치 pB1으로부터 압력치 pT2로 다시 상승된다.
이러한 작동 모드에 따르면, 액체 용기(4)가 압력 탱크(8)로부터 분리되어 있는 경우에는 압력 탱크(8)의 압력 pT가 압력치 pT2로 조절되고, 액체 용기(4)가 압력 탱크(8)에 연결되어 있는 경우에는 압력 탱크(8)의 압력 pT가 압력치 pB1으로 조절된다. 하지만, 압력 조절기(23)의 설정치가 압력치 pT2로부터 압력치 pB1으로 저하되는 시점은 액체 용기(4)가 압력 탱크(8)에 연결되는 시점의 어느 정도 전이나 후일 수도 있어, 액체 분배 시작시에 설정치 pB1이 최적 방식으로, 즉 최대한 신속하면서도 오버슈팅(overshooting) 없이(소망하지 않는 진동 없이) 형성될 수 있게 된다.
액체 용기(4)가 비워질수록, 압력 레벨 pT2와 압력차 Δp = pT2 - pB1가 상승된다. 따라서, 보정 단계에서, 액체 용기(4)가 비워졌을 때 형성되어야 하는 압력 레벨 pT2e를 우선 결정하고, 이로부터 압력차 Δpe = pT2e - pB1을 산출한 다음에, 제조시 압력차 Δp를 모니터하여, 압력차 Δp가 소정의 레벨 kΔpe 혹은 k(Δpe-Δpf)에 도달하면 알람 신호를 생성시키고, 늦어도 압력차 Δp가 압력치 Δpe에 도달하면 정지 신호를 생성시키는 것이 바람직하며, 여기서 매개 변수 k는 일례로 0.8로서 1보다 작고, Δpf는 액체 용기(4)가 충만되었을 때 형성되어야 하는 압력차를 나타낸 다.
지금까지 본 발명의 실시예들과 적용예들을 도시하여 설명하였지만, 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 본 발명에 여러 가지 변형과 수정을 가할 수 있음을 명확하게 파악할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위와 그의 동등물에 의해서만 한정된다.
본 발명에 의하면, 분배되는 액체량이 액체 용기의 비움 정도에 따라 결정되지 않도록 하는 액체 계량 분배용 공압 장치 및/또는 그 공압 장치의 작동 방법이 제공된다.

Claims (12)

  1. 액체를 담은 액체 용기(4)로부터 액체를 계량하여 분배하는 공압 장치의 작동 방법으로서,
    상기 액체 용기(4)를 압력 탱크(8)에 일시적으로 연결시켜 액체 용기(4)에 압력 레벨 pB1으로 형성되는 압력 펄스를 인가시킴으로써 액체의 일부를 분배시키는 단계와,
    상기 액체 용기(4)를 압력 탱크(8)로부터 분리시킨 후에 압력 탱크(8)의 압력을 압력 레벨 pB1보다 높은 압력 레벨 pT2로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 레벨 pB1은 액체 용기(4)가 압력 탱크(8)로부터 분리되기 전에 측정되고, 상기 압력 레벨 pT2는 통계 평균으로 볼 때 압력 레벨 pB1이 동일치를 형성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 용기(4)에서 또는 액체 용기(4)에 근접해서 압력 레벨 pB(t)가 시 간 t의 함수로서 측정되고, 적분치
    Figure 112006024452131-PAT00007
    가 연산되며, 상기 압력 레벨 pB(t)는 시점 t1에서 소정의 제1 한계치를 초과하고 시점 t2에서 소정의 제2 한계치 이하로 저하되며, 상기 함수 g(pB)는 소정의 가중 함수이고, 상기 압력 레벨 pT2는 통계 평균으로 볼 때 적분치가 동일치를 형성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)는 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결가능하고 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통가능하며, 상기 압력 탱크(8)가 액체 용기(4)에 연결되어 있는 동안에, 상기 입구 밸브(10)는 압력 탱크(8)와 압축 공기 공급원 사이의 연결을 차단시켜 유지시키고, 상기 출구 밸브(11)는 압력 탱크(8)와 주위 사이의 연결을 차단시켜 유지시키는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)는 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결가능하고 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통가능하며, 상기 압력 탱크(8)가 액체 용기(4)에 연결되어 있는 동안에, 상기 입구 밸브(10)는 압력 탱크(8)와 압축 공기 공급원 사이의 연결을 차단시켜 유지시키고, 상기 출구 밸브(11)는 압력 탱크(8)와 주위 사이의 연결을 차단시켜 유지시키는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)는 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결가능하고 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통가능하며, 상기 압력 탱크(8)가 액체 용기(4)에 연결되어 있는 동안에, 상기 입구 밸브(10)는 압력 탱크(8)와 압축 공기 공급원 사이의 연결을 차단시켜 유지시키고, 상기 출구 밸브(11)는 압력 탱크(8)와 주위 사이의 연결을 차단시켜 유지시키는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)의 압력 레벨은,
    상기 압력 탱크(8)를 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결시켜 압력 탱크(8)의 압력을 압력 레벨 pT2 이상으로 상승시키는 단계와,
    상기 압력 탱크(8)를 압축 공기 공급원으로부터 분리시키는 단계와,
    상기 압력 탱크(8)를 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통시키는 단계와,
    압력 레벨이 설정치 pT2에 도달하였을 때 상기 압력 탱크(8)를 주위로부터 차단시키는 단계에 의해서, 압력 레벨 pT2로 설정되는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)의 압력 레벨은,
    상기 압력 탱크(8)를 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결시켜 압력 탱크(8)의 압력을 압력 레벨 pT2 이상으로 상승시키는 단계와,
    상기 압력 탱크(8)를 압축 공기 공급원으로부터 분리시키는 단계와,
    상기 압력 탱크(8)를 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통시키는 단계와,
    압력 레벨이 설정치 pT2에 도달하였을 때 상기 압력 탱크(8)를 주위로부터 차단시키는 단계에 의해서, 압력 레벨 pT2로 설정되는 것을 특징으로 하는 공압 장치 작동 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)의 압력 레벨은,
    상기 압력 탱크(8)를 입구 밸브(10)에 의해 압축 공기 공급원에 연결시켜 압력 탱크(8)의 압력을 압력 레벨 pT2 이상으로 상승시키는 단계와,
    상기 압력 탱크(8)를 압축 공기 공급원으로부터 분리시키는 단계와,
    상기 압력 탱크(8)를 출구 밸브(11)에 의해 주위와 연통시키는 단계와,
    압력 레벨이 설정치 pT2에 도달하였을 때 상기 압력 탱크(8)를 주위로부터 차단시키는 단계에 의해서, 압력 레벨 pT2로 설정되는 것을 특징으로 하는 공압 장 치 작동 방법.
  10. 유출구(3)를 구비한 공압 장치로서,
    압력 탱크(8)와;
    상기 압력 탱크(8)와 압축 공기 공급원 사이에 배치되는 입구 밸브(10)와;
    상기 압력 탱크(8)와 주위 사이에 배치되는 출구 밸브(11)와;
    상기 압력 탱크(8)와 유출구(3) 사이에 배치되는 제1 절환 밸브(17)와;
    상기 입구 밸브(10), 출구 밸브(11) 및 제1 절환 밸브(17)를 조절하고, 상기 압력 탱크(8)가 제1 절환 밸브(17)에 의해 액체 용기(4)에 연결되어 있는 동안에 입구 밸브(10)가 압력 탱크(8)와 압축 공기 공급원 사이의 연결을 차단시켜 유지시키고 출구 밸브(11)가 압력 탱크(8)와 주위 사이의 연결을 차단시켜 유지시키도록 프로그램되는, 조절 장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    진공 탱크(13)와;
    상기 진공 탱크(13)와 제1 절환 밸브(17) 사이에 배치되고, 상기 제1 절환 밸브(17)를 진공 탱크(13) 또는 주위 공기와 연통시키는, 제2 절환 밸브(18)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 압력 탱크(8)와 제1 절환 밸브(17) 사이에 배치되는 스로틀(22)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 장치.
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