KR20070066895A - 다수의 분사 노즐 출구들을 가진 분사 분배기 - Google Patents

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KR20070066895A
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fluid
nozzle
dispenser
outlets
nozzle body
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KR1020060130650A
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마니 아흐마디
알렉 바비아즈
로버트 시아델라
리앙 팡
에릭 피스크
호라티오 퀴노네스
토마스 엘. 래틀릿지
Original Assignee
노드슨 코포레이션
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Abstract

분사 분배기는 유체 채널과 이 유체 채널 내에 유체 채널 출구를 가진 분배기 본체를 구비한다. 밸브 부재는 유체 채널 출구 부근의 밸브 시트와 선택적인 접촉을 위해 유체 채널 내에서 이동할 수 있다. 분사 노즐은 채널 출구에 인접하여 분배기 본체에 연결되도록 사용되고, 노즐 본체를 관통하는 복수의 유체 통로들을 경유하여 채널 출구와 유체 연통하는 복수의 노즐 출구들을 가진 노즐 본체를 구비한다. 밸브 부재는 밸브 시트와 접촉하기 위해 밸브 드라이버에 의해 이동되고, 분배기에 공급된 액체 물질에 추진력을 부여하여, 액체 물질의 복수의 방울들이 복수의 노즐 출구들로부터 동시에 분사되게 된다.
분사 분배기, 액체 물질, 방울들, 노즐, 통로, 출구, 분사

Description

다수의 분사 노즐 출구들을 가진 분사 분배기{Jetting Dispenser With Multiple Jetting Nozzle Outlets}
도 1은 본 발명의 원리에 따른 예시적인 액체 분배 시스템의 단면 평면도.
도 2는 도 1의 액체 분배 시스템의 확대된 상세 도면.
도 3은 도 1의 액체 분배 시스템과 함께 사용하기 위한 예시적인 노즐 본체의 사시도.
도 4는 도 3의 노즐 본체의 단면 평면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체의 실시예들을 도시하는 단면 평면도.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체의 실시예들을 도시하는 저면도.
*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명*
10: 분사 분배기 12: 분배기 하우징
14: 채널 20: 밸브 시트
22: 밸브 부재 32: 유체 챔버
42: 공기 피스톤 44: 피스톤 공동부
50a, 50b, 50c: 포트들 51: 솔레노이드 밸브
80: 노즐 조립체 82: 노즐 본체
90, 92: 노즐 출구들 104, 106: 노즐 입구들
94, 96: 유체 통로들
본 발명은 액체 물질 분배 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 액체 물질의 개별 양을 분배하기 위한 비접촉 분사 분배기(jetting dispenser)에 관한 것이다.
액체 분배 시스템은 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 기판 상에 언더필(underfill), 캡슐제, 납땜 유동(solder fluxes), 표면 장착 접착제, 정각(conformal) 코팅, 그리고 다른 물질들을 증착하기 위한 전자 제조 공정의 필수 부분이다. 전자 제조 공정에서 사용되는 각각의 액체 분배 시스템은 대부분 기판 상에 필요한 액체 분배 패턴, 분배된 물질의 액체 유동율 및/또는 액체 점성, 및 분배 시스템을 통한 필요한 전자 부품 조립체 처리량에 의해 결정되는 특별한 분배 특성을 갖는다.
예를 들어, 볼 그리드 어레이들(ball grid arrays, BGAs)의 조립체 및 세라믹 또는 난연제(flame-retardant), 직조 글래스 에폭시(woven-glass epoxy, FR-4) 기판 상의 다른 전자 부품들에서, 이 부품은 필수적인 전기 상호 접속을 형성하기 위해 기판 상에 납땜되어야 한다. 각각의 부품이 기판 상에 소정 영역을 차지하면, 액체 분배 시스템은 액체 또는 점성 물질을 선택된 부품 영역 내에 제어된 방식으로 분배하는 성능을 갖추어야만 한다. 일반적으로, 액체 분배기는 머신 비젼 시스템(machine vision system)의 도움으로 기판에 대해 3차원적으로 액체 분배기의 정확하고 자동화된 이동을 제공하기 위해 이동 가능한 플랫폼(platform) 상에 장착된다. 선택적으로, 액체 분배기는 적소에 고정되고, 기판이 그 위에 액체 물질의 배치를 지시하기 위해 이동될 수 있다.
전기 상호 접속을 설정하기 위한 부품 납땜 공정에 앞서, 납땜 유동층을 각 부품과 관련된 특정 영역 내의 기판 상에 분배하는 것이 종종 필수적이거나 또는 적어도 바람직하다. 이러한 성능을 제공하기 위해, 액체 물질 분배기는 유동 물질 방울들(droplets)을 대표적인 분배기 플랫폼에 대해 시간당 25,000에서 40,000 도트(dot) 또는 방울의 유체까지 제어된 방식으로 기판 상에 분배하기 위한 납땜 유동 주사기 또는 저장기 및 분배 밸브 용도로 발전되어 왔다. "도트 분사(dot jetting)" 분배기로 공지된 이러한 액체 분배기는 점성 액체 또는 물질 방울의 어레이(array)를 각각의 선택된 영역 내에 분배하도록 프로그램된다. 그 결과 방울들은 부품 영역 내에 일반적으로 얇은 유동층을 형성하기 위해 실질적으로 서로 결합하여 유동하게 될 수 있다.
종래의 분사 분배기의 처리량은 기판에 분사되는 액체 물질의 방울들을 생성하는 작동 기구의 기계적 속도에 의해 제한된다. 따라서 보다 높은 처리량을 제공 하고 전자 제조 공정의 효율과 생산량을 증가시키기 위해 현재의 분사 분배기 공정에 관련된 제한들을 극복한 분사 분배기가 필요하다.
본 발명은 액체 물질의 다수의 방울(droplet)들을 동시에 분사할 수 있는 액체 분배 시스템 또는 분사 분배기(dispenser)를 제공한다. 방울들은 이 방울들이 서로에 대해 분리된 채로 있도록 기판에 분배될 수 있거나 또는 비드(bead) 방울 또는 액체 물질 층을 형성하도록 병합하거나 합체되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 본 발명의 원리에 따라 분사 분배기는 종래 분사 분배기와 비교하여 처리량에서 감소된 사이클 시간과 멀티-폴드(multi-fold) 증가 및/또는 다른 필요한 성과들을 이룰 수 있다.
예를 들어, 분사된 방울의 질과 기판 상에 방울들의 배치 정확도는 분배기가 액체 물질의 방울들을 분사하도록 작동되는 속도와 관련된다. 일반적으로 보다 느린 작동 속도는 보다 높은 방울의 질과 보다 정확한 배치를 만들어 낸다. 다수의 방울들이 본 발명의 원리에 따라 분배기의 단일 노즐 본체로부터 각각의 작동 사이클에서 동시에 분사되기 때문에, 각각의 작동 사이클에서 단일 방울만을 분사하는 종래의 분사 분배기와 비교하여, 전체적인 분배율을 유지하거나 증가시키는 동안 작동 속도는 실제로는 감소될 수 있다. 이러한 보다 느린 작동 속도는 분배기가 보다 정확하고 보다 양질의 방울을 생성하게 할 수 있다.
또한, 액체 물질의 다수 방울들을 동시에 분사하기 위한 본 발명의 원리에 따른 분사 분배기의 성능은 기판으로 다수 방울들의 배치에서 특히, 모든 방울들의 배치가 분배기의 단일 작동에서 이루어질 수 있는 적용들에서 보다 좋은 반복성을 가져온다. 그러한 적용의 일 실시예는 기판에 전자 칩을 장착하는데 필요한 표면 장착 접착제, 또는 다른 액체 물질의 모든 방울들의 동시 배치일 수 있다.
본 발명의 일 양상에서, 분사 분배기는 유체 채널을 갖는 분배기 본체와 유체 채널 내부에 이동 가능하게 배치되는 밸브 부재를 포함한다. 밸브 시트는 유체 채널의 출구 부근에 배치되고, 밸브 부재는 밸브 시트와 선택적인 접촉을 위해 밸브 드라이버에 의해 채널 내에서 이동된다. 분사 노즐은 분배기 본체에 연결되고, 채널 출구와 연통하는 복수의 노즐 출구들을 구비한다. 밸브 부재가 밸브 시트와 접속하기 위해 이동되면, 그것은 유체 채널에 있는 액체 물질에 추진력(momentum)을 부여하고, 그럼으로써 복수의 노즐 출구들로부터 액체 물질의 다수 방울들을 동시에 신속하게 분사시킨다.
본 발명의 다른 양상에서, 복수의 노즐 출구들은 노즐의 노즐 본체에 형성된 대응하는 복수의 유체 통로들을 경유하여 유체 채널 출구와 연통한다. 노즐 본체를 관통하는 복수의 유체 통로들의 기하학적 형상과 노즐 출구의 기하학적 형상은 복수의 노즐 출구들로부터 분사되는 필요한 방울 크기를 얻기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 통로와 출구는 실질적으로 일정한 크기의 방울들을 얻도록 구성될 수 있거나, 다른 크기의 방울들을 얻도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에서, 액체 물질 분배 방법은 복수의 액체 물질 출구를 갖는 분사 분배기에 액체 물질을 공급하는 단계, 분배기 내의 액체 물질에 추진력을 부여하는 단계, 및 액체 물질에 부여된 추진력에 반응하여 액체 물질 출구로부 터 다수의 액체 방울을 동시에 분사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특징, 효과, 및 목적들은 첨부된 도면과 함께 실시예에 대한 하기의 상세한 설명의 검토에 따라 당업자에게 보다 용이하게 자명해질 것이다.
본 명세서의 일부에 통합되어 구성된 첨부 도면들은 본 발명의 실시예를 도시하고, 상기 주어진 발명의 일반적인 설명과 함께 하기의 주어진 상세한 설명은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 원리에 따라 기판(8)에 액체 물질의 방울들(droplets)(6)을 분사하도록 구성된 예시적인 액체 분배(dispensing) 시스템(10)을 도시한다. 도시된 실시예에서, 기판(8)은 기판 상에 방울들(6)의 배치를 제어하기 위해 화살표 방향으로 이동된다. 그러나, 분배 시스템(10)이 기판(8)에 대해 선택적으로 이동될 수도 있다. 그러한 액체 분배 시스템은 일반적으로 "분사 분배기(jetting dispenser)"로서 언급된다. 본 발명을 실행하는데 사용될 수 있는 분사 분배기의 일 실시예는 2004년 6월 25일 출원되어 공동 계류 중인(co-pending) PCT 출원번호 US2004/020247(공보번호 WO2005/009627)에 도시되고 설명되지만, 분사 분배기의 다양한 다른 형태가 사용될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 원리는 본 명세서에 개시된 특정 분사 분배기의 사용에 제한되지는 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. PCT 출원번호 US2004/020247은 일반적으로 본 출원의 양수인에게 귀속되어 있고, 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 분사 분배기(10)는 분사 분배기(10)를 관통하여 형성 되는 긴 보어(bore) 또는 채널(14)을 갖고, 그것을 따라 한정된 중심축선(16)을 갖는 분배기 하우징(12)을 포함한다. 하우징(12)은 하우징(12)의 제 1 단부(19)에 있는 채널 출구(18)와 이 채널 출구(18) 부근에 있는 밸브 시트(20)를 부가로 포함한다. 일반적으로 긴 밸브 스템(stem) 또는 밸브 부재(22)는 채널(14) 내부에 왕복적으로 이동 가능하게 배치되고, 밸브 부재(22)의 제 1 단부(24)는 일반적으로 밸브 시트(20)와 접촉하도록 채널 출구(18)를 향한 방향으로 편향된다. 밸브 부재(22)는 채널(14)을 따라 제공되는 부싱들(bushings)(26, 28)에 의해 채널(14) 내부에서 미끄럼 이동하도록 지지된다. 채널(14) 내에 배치된 시일(seal)(30)은 채널 출구(18) 부근의 유체 챔버(32)를 한정한다.
밸브 부재(22)의 제 2 단부(40)는 분배기 하우징(12) 내에 형성된 피스톤 공동부(cavity)(44) 내부에서 미끄럼 이동할 수 있는 공기 피스톤(42)과 연결된다. 시일(46)은 피스톤 공동부(44)와 채널(14) 사이에 배치되고, 채널(14)로부터 피스톤 공동부(44)를 밀봉하는 동안 그곳을 통해 밸브 부재(22)가 미끄럼 이동하게 한다. 관(48)을 경유하여 공기 소스(도시되지 않음)로부터 공급되는 고압 공기는 (종래 기술에 공지된 바와 같이) 공기 피스톤(42)과 이에 따른 밸브 부재(22)를 신속하게 이동시키기 위해 포트들(50a, 50b, 50c)과 공기 통로(52)를 통과하여 피스톤 공기 공동부(44)에 그리고 피스톤 공동부(44)로부터 솔레노이드 밸브(51)에 의해 선택적으로 정향된다. 부하 버튼(56)을 통하여 작동하는 압축 스프링(54)은 밸브 부재(22)의 제 2 단부(40)와 접촉하고, 채널 출구(18)를 향한 방향으로 밸브 부재(22)를 편향시킨다. 스프링(54)에 인가된 사전부하(preload)의 양은 스프링(54) 를 수반하는 슬리브(sleeve)(60)와 나사 결합된(threadably coupled) 회전 손잡이(knob)(58)에 의해 조정될 수 있다.
분사 분배기(10)는 분배 하우징(12)에 장착된 주사기 홀더(72)에 의해 지지되는 주사기형 공급 장치(70)로부터 압축된 점성 물질이 공급된다. 일반적으로, 점성 물질은 납땜 유동, 납땜 페이스트(paste), 접착제, 납땜 마스크(mask), 열합성물, 오일, 캡슐제, 포팅(potting) 혼합물, 잉크 및 실리콘 등을 포함하나 이에 제한되지는 않는 임의의 고점성 물질일 수 있다. 분사 분배기(10)는 주사기형 액체 공급 장치(70)를 구비하는 것으로 본 명세서에 도시되고 설명되지만, 분사 분배기(10)가 액체 물질의 다양한 다른 소스와 선택적으로 결합될 수 있다는 것이 고려된다. 주사형 공급 장치(70)는 이 공급 장치(70)로부터 분배기 하우징 채널(14) 내에 한정된 유체 챔버(32)까지 비교적 저압 상태에서 액체 물질을 공급하는, 유체 관(74)을 경유하는 분배기 하우징(12)과 유체 연통한다. 주사기형 공급 장치(70)로부터 액체 물질이 유입되어 채널(14)의 유체 챔버(32)를 채우고, 밸브 부재(22)가 정상적으로 밸브 시트(20)에 접촉되면, 액체 물질은 채널 출구(18)을 통해 하우징(12)을 벗어나는 것이 차단된다.
도 1 및 도 2를 계속하여 참조하고 도 3 및 도 4를 부가로 참조하면, 분사 분배기(10)는 채널 출구(18)에 인접한 분배기 하우징(12)의 제 1 단부(19)에 탈착 가능하게 연결된 노즐 조립체(80)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 노즐 조립체(80)는 채널 출구(18)에 인접한 분배기 하우징(12)의 제 1 단부(19)에 밀봉적으로 결합하는데 사용되는 제 1 측면(84)과 분배 표면(88)을 갖는 제 2 단부(86)를 포함한다. 종래의 분사 분배기가 단일 노즐 출구만을 이용할 수 있는 반면에, 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체는 분배 표면 상에 형성된 복수의 노즐 출구를 포함하고, 액체 물질의 다수 방울들(6)은 이를 통해 기판(8)에 동시에 분사된다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 노즐 본체(82)는 분배 표면(88) 상에 제 1 및 제 2 노즐 출구들(90, 92)을 포함한다. 노즐 출구들(90, 92)은 제 1 및 제 2 단부(84, 86) 사이의 노즐 본체(82)를 통해 연장하는 제 1 및 제 2 유체 통로들(94, 96) 각각에 의해 채널 출구(18)와 유체 연통한다. 이러한 실시예에서, 노즐 출구들(90, 92)은 분배 표면(88)으로부터 돌출된 상승 랜드(land)로부터 벗어나 있고, 상승 랜드는 그 랜드를 둘러싸는 상승림(rim)(89)에 의해 보호되며, 하기에 보다 상세하게 설명될 것이다.
노즐 본체(82)는 일 부품의 노즐 조립체(80)를 구성하는 탈착 가능한 칼라(collar)(100)에 의해 분배기 하우징(12)의 제 1 단부(19)에 탈착 가능하게 고정된다. 도시된 실시예에서, 칼라(100)는 일반적으로 분배기 하우징(12)의 제 1 단부(19) 상에 형성된 대응하는 외부 나사산(scree thread)(도시되지 않음)과 나사 결합하기 위해서 내부면 벽들을 따라 형성된 내부면 나사산(도시되지 않음)을 갖는 컵(cup) 형상의 부재이다. 칼라(100)의 하부 내부면(102)은 노즐 본체(82)와 결합하도록 구성되어, 노즐 본체(82)의 제 1 측면(84)는 채널 출구(18)에 인접한 분배기 하우징(12)에 대해 단단하게 조여질 수 있다. 도시된 실시예에서, 노즐 본체(82)는 일반적으로 분배 표면(88)의 방향으로 테이퍼된(tapered) 절두 원뿔(frustoconical) 형상을 갖고, 칼라(100)의 하부 내부면(102)은 노즐 본체(82)의 테이퍼에 대응하는 경사진 측벽들을 갖는다. 노즐 본체(82)는 나사 칼라(100)에 의해 분배기 하우징(12)에 탈착 가능하게 연결되는 것으로 본 명세서에 도시되고 설명되어 있지만, 분배기 하우징(12)에 노즐 본체를 고정하기 위한 다양한 다른 방법이 선택적으로 사용될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
도 1 내지 도 4를 계속하여 참조하면, 노즐 본체(82)를 관통하여 형성된 유체 통로들(94, 96)은 이 유체 통로들(94, 96)에 있는 입구들(104, 106)이 분배기 하우징(12)의 채널 출구(18)에 인접하여 배치되도록 배열된다. 액체 물질을 분사하기를 원할 때, 밸브 부재(22)는 밸브 시트(20)로부터 멀리 끌어당겨지고, 주사기형 공급 장치(70) 내의 액체 물질에 인가된 비교적 낮은 압력은 액체 물질을 관(74)을 통해 유체 챔버(32) 내로 유동시켜 밸브 부재(22)에 의해 미리 차지된 부피를 채우게 된다. 사용시 분사 분배기(10)는 또한 액체 물질이 노즐 본체(82)의 유체 통로들(94, 96)에 머무르도록 준비시킬 것이다. 액체 물질의 점성 특성 때문에 밸브 부재(22)가 끌어당겨질 때 액체 물질은 분배되지 않는다: 주사기형 공급 장치(70)에 인가된 압력은 단지 밸브 부재(22)를 끌어당김에 의해 생성된 공간을 채우는 데만 충분하다.
도시된 실시예에서, 밸브 부재(22)는 스프링(54)의 편향력을 극복하기 위해 상기에서 논의한 바와 같이 피스톤 공동부에 고압 공기를 공급하기 위한 솔레노이드 밸브(51)를 작동시킴으로써 이동된다. 그런 다음, 솔레노이드 밸브(51)는 피스톤 공동부(44)로부터 공기를 배출하기 위해 작동하고, 밸브 부재(22)는 스프링(54)의 편향력에 의해 신속하게 후퇴하여 밸브 시트(20)와 접촉하게 된다. 이러한 신 속한 이동과 밸브 시트(20)에 대한 밸브 부재(22)의 연속된 급작스런(sudden) 정지는 그 후 채널 출구(18)과 유체 통로들(94, 96) 내에 머무르는 유동에 추진력을 부여한다. 밸브 부재(22)가 분사 분배기(10)와 충돌함에 따라 액체 물질에 부여된 추진력은 채널 출구(18)로부터 노즐 본체(82) 내의 복수의 유체 통로들(94, 96)을 통과하는 액체를 통해 전달되어, 액체 물질의 각각의 방울들(6)이 기판을 향한 방향으로 복수의 노즐 출구들(90, 92)로부터 분리되어 분사되게 한다. 이러한 방법으로, 복수의 액체 방울들(6)은 단일 채널 출구(18)로부터 노즐 본체를 통해 동시에 분사된다. 사용시, 솔레노이드 밸브(51)는 신속하게 연속하여 작동됨으로써 각각의 출구들(90, 92)로부터 일련의 분사된 방울들(6)을 분배할 수 있다.
추진력이 액체 물질을 통해 전달되면, 압력차가 액체 물질 내에서 발생된다. 이러한 압력차는 노즐 본체(82) 내의 각각의 유체 통로들(94, 96)에 있는 각각의 입구들(104, 106)에서, 특히 복수의 유체 통로들(94, 96)의 배열이 모든 입구들(104, 106)이 채널 출구(18)로부터 같은 거리에 있지 않은 그러한 경우에는 일정하지 않을 수 있다. 분배기(12)에 의해 분사된 방울들(6)의 작은 크기 때문에, 비록 작은 압력차라도 각각의 출구들(90, 92)로부터 분사된 방울들(6)의 관련 크기에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 필요한 방울 크기를 만들기 위해 각각의 유체 통로 들(104, 106)과 노즐 출구들(90, 92)의 기하학적 형상을 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 원리에 따라 복수의 유체 통로들(94, 96)과 출구들(90, 92)의 각각의 구성들에 다양한 예시적인 변형이 하기에 설명될 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 노즐 본체는 분사 분배기(10)의 중심축선(16)에 실 질적으로 평행하게 연장하고 실질적으로 동일한 단면 치수를 갖는 제 1 및 제 2 유체 통로들(94, 96)을 갖는다. 액체 물질을 통한 압력 분포가 각각의 유체 통로들(94, 96)에 있는 입구들(104, 106)에서 실질적으로 일정할 때, 노즐 본체(82)의 이러한 구성은 본 발명의 원리에 따라 액체 물질의 다수의 방울들(6)을 동시에 분사하는데 이용될 수 있고, 방울들(6)은 실질적으로 동일한 크기가 될 것이다. 만약 각각의 유체 통로들(94, 96)에 있는 입구들(104, 106)에서 압력이 일정하지 않다면 각각의 노즐 출구들로부터 분사된 방울들(6)은 일반적으로 균일하게 크기가 만들어지지 않을 것이다.
도 5a는 노즐 본체(82a)를 관통하는 제 1 유체 통로(94a)가 노즐 본체(82a)를 관통하는 제 2 유체 통로(96a)의 단면 유동 영역보다 더 큰 단면 유동 영역을 갖는 선택적인 실시예를 도시한다. 액체 물질의 압력이 제 1 및 제 2 유체 통로들(94a, 96a)에 있는 입구들(104a, 106a)에서 실질적으로 일정할 때, 액체 물질의 다른 크기의 방울들(6)이 노즐 본체(82a)의 제 1 및 제 2 유체 통로들(94a, 96a)과 결합된 제 1 및 제 2 출구들(90a, 92a)로부터 분사될 것이라는 것이 인정될 것이다. 그러나, 만약 노즐 본체(82a)를 관통하는 제 1 및 제 2 유체 통로들(94a, 96a)에 있는 입구들(104a, 106a) 부근의 액체 물질 내의 압력 분포가 일정하지 못하면, 제 1 및 제 2 유체 통로들(94a, 96a)의 다른 크기의 단면적이 액체 압력의 이러한 변화를 설명하는데 이용되어, 분사된 방울들(6)의 크기는 제어될 수 있다. 예를 들어, 만약 제 1 유체 통로(94a)에 있는 입구(104a)에서의 액체의 압력이 제 2 유체 통로(96a)에 있는 입구(106a)에서의 액체의 압력보다 낮다면, 제 2 유체 통 로(96a)의 단면 유동 영역에 대해 제 1 유동 통로(94a)의 더 큰 단면 유동 영역이 선택되어, 노즐 본체(82a)의 각각의 제 1 및 제 2 출구들(90a, 92a)로부터 분사된 방울들(6)은 실질적으로 동일한 크기일 수 있다.
도 5b는 각각의 부속된 제 1 , 제 2 , 및 제 3 출구들(90b, 92b, 93b)과 연통하는 제 1 , 제 2 , 및 제 3 유체 통로들(94b, 96b, 98b)을 가진, 본 발명에 따른 노즐 본체(82b)의 다른 선택적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 제 2 유체 통로(96b)는 채널(14)(도 1 참조)의 중심축선(16)과 실질적으로 평행한 방향을 따라 연장하고, 반면 제 1 및 제 3 유체 통로들(94b, 98b)는 제 2 유체 통로(96b)와 채널(14)의 중심축선(16)에 비스듬한 방향을 따라 연장한다. 이러한 실시예에서, 제 1 및 제 3 유체 통로들(94b, 98b)의 전체 길이는 그 방향이 비스듬한 결과 제 2 유체 통로(96b)의 전체 길이보다 더 길 것이다.
제 1 , 제 2 , 및 제 3 유체 통로들(94b, 96b, 98b)이 실질적으로 동일한 단면 유동 영역을 갖는 경우, 제 1 및 제 3 유체 통로들(94b, 98b)은 제 2 유체 통로(96b)와 비교하여, 통로 길이가 증가된 결과 약간 증가된 유체 저항을 나타낼 것이다. 따라서 유체 통로들에 있는 각각의 입구들(104b, 106b, 108b)에서 액체 물질 압력이 실질적으로 동일한 경우, 유체 통로들(94b, 96b, 98b)의 길이 사이의 관계는 각각의 노즐 출구들(90b, 92b, 93b)로부터 분사된 액체 물질의 방울들(6)의 관련 크기를 제어하는데 사용될 것이다. 예를 들어, 유체 통로들(94b, 96b)에서 증가된 유체 저항은 그 각각의 노즐 출구들(90b, 93b)로부터 분사된 방울들(6)을 노즐 출구(92b)로부터 분사된 방울들(6)보다 작게 만든다. 선택적으로, 유체 통로 들에 있는 각각의 입구들(104b, 106b, 108b)에서 압력 분포가 동일하지 않을 경우, 각각의 유체 통로들(94b, 96b, 98b)의 관련 길이는 실질적으로 유사한 크기의 액체 방울들(6)을 발달시키는데 이용될 수 있다. 또한 도 5b에 도시된 유체 통로들의 구성은 단일 유체 채널 출구(18)로부터 분배된 액체 물질의 분사된 방울들(6) 사이의 보다 큰 간격을 제공하는데 이용할 수 있다.
도 5c는 제 1 , 제 2 , 및 제 3 유체 통로들(94, 96c, 98c)과 부속된 제 1 , 제 2 , 및 제 3 출구들(90c, 92c, 93c)을 가진 노즐 본체(82c)의 다른 실시예를 도시한다. 노즐 본체(82c)는 노즐 본체(82c)의 제 1 단부(84) 내로 형성된 리세스(110)를 부가로 포함함으로써, 각각의 유체 통로들(94c, 96c, 98c)에 유체 공급을 위한 함몰부(well)를 생성한다. 유체 통로들(94c, 96c, 98c)은 제 2 유체 통로(96c)가 채널(14)(도 1 참조)의 중심축선(16)과 실질적으로 평행한 방향을 따라 연장하게 도시된 반면, 제 1 및 제 3 유체 통로들(94c, 98c)은 도 5b에 대한 상기 설명과 같이, 채널(14)(도 1 참조)의 중심축선(16)에 기울어진 방향을 따라 연장하고, 유체 통로들(94c, 96c, 98c)은 채널(14)의 중심축선(16)과 평행한 방향을 따라 서로 선택적으로 평행하게 실질적으로 연장할 수 있다는 것이 인정될 것이다. 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 3 유체 통로들(94c, 98c)는 제 2 유체 통로(96c)의 길이보다 더 큰 길이를 가짐으로써, 유체 통로들(94c, 96c, 98c)의 단면 유동 영역의 길이와 상대 크기는 도 5a 및 도 5b의 노즐 본체들(82b, 82c)에 대해 상술한 바와 같이, 액체 물질의 분사된 방울들(6)을 분배하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 통로들(94c, 96c, 98c)에 대한 리세스(110)의 기하학적 형상과 크기는 또한 노즐 출구들(90c, 92c, 93c)로부터 필요한 방울들(6)의 크기를 만들기 위해 통로들을 조정하는 것이 용이하도록 선택될 수 있다.
또한 도 5d는 본 발명에 따른 노즐 본체(82d)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 제 1 유체 통로(94d)는 노즐 본체(82d)의 제 1 및 제 2 단부들(84, 86) 사이에서 연장하고, 제 1 노즐 출구(90d)와 연통한다. 또한 제 2 및 제 3 유체 통로들(96d, 98d)은 제 1 유체 통로(94d)로부터 분기하고, 노즐 본체의 제 2 단부(86) 및 각각의 부속된 제 2 , 및 제 3 노즐 출구들(92d, 93d)로 연장한다. 이러한 실시예에서, 액체 물질의 추진력이 제 1 유체 통로(94d)에 있는 단일 입구(104d)에 도입되고, 제 2 및 제 3 유체 통로들(96d, 98d)이 제 1 유체 통로(94d)로부터 분기하는 지점에서 제 1 , 제 2 , 및 제 3 유체 통로들(94d, 96d, 98d) 사이로 실질적으로 갈라진다. 이러한 실시예는 유체의 추진력이 유체 채널 출구(18)(도 1 참조)로부터 그리고 노즐 본체(82d)의 유체 통로들(94d, 96d, 98d) 내로 전달될 때 액체 물질 내의 압력 변화를 최소화하는데 유리할 수 있다. 또한, 각각의 유체 통로들(94d, 96d, 98d)의 관련 길이는 상술된 바와 같이 각각의 유체 통로들(94d, 96d, 98d) 내의 액체 물질 내의 임의의 압력 변화를 설명하기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 5d는 제 2 , 및 제 3 유체 통로들(96d, 98d)이 제 1 유체 통로(94d) 상의 공통 위치로부터 분기하는 구성을 도시한다. 제 2 , 및 제 3 유체 통로들(96d, 98d)이 제 1 유체 통로(94d)로부터 분기하는 지점은 각 통로가 다른 길이를 갖도록 변형될 수 있다. 통로들(94d, 96d, 98d)의 관련 단면 유동 영역은 또한 서로 동일하게 또는 다르게 선택될 수도 있다. 이러한 방식으로, 각각 의 유체 통로들(94d, 96d, 98d)은 각각의 노즐 출구들(90d, 92d, 93d)로부터 분사된 필요한 방울 크기를 얻을 수 있도록 구성될 수 있다.
또한 도 5e는 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체(82e)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 노즐 본체(82e)는 제 1 및 제 2 유체 통로들(94e, 96e)을 포함하고, 각각의 유체 통로(94e, 96e)는 제 1 단면 유동 영역을 갖는 제 1 길이(L1, L2)와 제 1 단면 유동 영역으로부터 제 2 단면 유동 영역을 갖는 제 2 길이(L3, L4)를 구비한다. 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 통로들(94e, 96e)의 제 1 길이들(L1, L2)을 따르는 제 1 단면 유동 영역들은 제 2 길이들(L3, L4)을 따르는 제 2 단면 유동 영역들보다 더 크지만, 제 1 길이들(L1, L2)을 따르는 제 1 단면 유동 영역들은 통로들(94e, 96e)의 제 2 길이들(L3, L4)을 따라는 제 2 단면 유동 영역들보다 선택적으로 더 작은 크기로 만들어질 수 있다는 것이 인정될 것이다. 제 1 및 제 2 유체 통로들(94e, 96e)의 제 1 길이들(L1, L2)을 따르는 제 1 단면 유동 영역들의 관련 크기는 동일하거나 다를 수 있고, 제 1 및 제 2 유체 통로들(94e, 96e)의 제 2 길이들(L3, L4)을 따르는 제 2 단면 유동 영역들도 또한 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 유체 통로들(94e, 96e)의 제 1 및 제 2 길이들(L1, L2, L3, L4) 각각은 동일하거나 다르게 만들어질 수 있다. 유체 통로의 기하학적 형상에서 이러한 각각의 가능한 변화들은 각각의 유체 통로들(94e, 96e)이 각각의 노즐 출구들(90e, 92e)로부터 분사된 필요한 방울 크기를 만들기 위해 조정되도록 한다.
복수의 유체 통로와 부속 노즐 출구를 갖는 분사 분배기(10)를 위한 노즐 본 체들의 다수의 실시예가 상술되었으나, 그것의 다양한 다른 기하학적 형상 변형과 조합이 가능하고, 본 발명은 도시되고 설명된 특정 기하학적 형상 변형에 대해 제한되지는 않는다는 것이 인정될 것이다. 또한, 다양한 예시적인 노즐 본체들이 2개 또는 3개의 유체 통로들 및 부속 노즐 출구들과 함께 도시되고 설명되었지만, 더 많은 수의 유체 통로들 및 부속된 노즐 출구들을 가진 노즐 본체들이 또한 본 발명의 원리에 따라 제공될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
분사 분배기(10)의 노즐로부터 액체의 방울들(6)이 분사되면, 일반적으로 액체 물질의 방울들(6)이 노즐 출구로부터 깨끗하게 분사되도록 할 수 있게 하기 위해 노즐 출구에 있는 출구 평면은 비교적 낮은 표면 면적을 갖는 것이 바람직하다. 특히, 큰 출구 평면 표면 면적은 액체 물질이 출구 표면을 따라나오는 것을 나쁘게 하는 경향이 있다. 출구 표면 상에 머무르는 이러한 액체 물질은 액체 물질의 분사된 방울들(6)에 바람직하지 않은 환경으로부터 오염물을 축적할 수 있다. 또한, 출구 표면 상에 축적된 임의의 액체 물질은 출구로부터 그것의 의도된 방향으로부터 분사된 방울들(6)의 경로를 왜곡할 수 있다.
도 6a 내지 도 6i는 분배 표면(122)에 있는 복수의 노즐 출구를 가진 노즐 본체들(120a~120i)의 다양한 실시예를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 도 3 및 도 4의 노즐 본체(82)의 형상과 유사한 절두 원뿔형 노즐 본체들(120a, 120b)의 단부도를 도시하지만, 노즐 출구들(124)의 출구 평면은 분배 표면(122)의 평면에 있다. 이러한 실시예에서, 분배 표면(122)의 면적은 단지 노즐 본체(120a, 120b)의 테이퍼된 형상에 의해서만 감소된다.
도 6c 내지 도 6i는 본 발명의 원리에 따라 노즐 본체들(120c~ 120i)을 도시하는데, 노즐 출구의 출구 평면 면적은 노즐 출구들을 둘러싸고 분배 표면(122)으로부터 외부로 돌출되는 상승 랜드들에 의해 더욱더 감소된다. 노즐 본체들은 다른 물체와의 부주의한 충격으로부터 상승 랜드들을 보호하기 위해 선택적인 상승림(130)을 포함한다. 도 6c는 도 1 내지 도 4의 노즐 본체와 유사한 실시예를 도시하는데, 노즐 출구들(124c)은 일반적으로 원형의 단면 유동 영역들을 갖고, 일반적으로 원형의 환형 랜드들(126c)이 각각 노즐 출구들(124c)에 대해 형성된다. 이러한 실시예는 상당히 감소된 출구 평면 면적을 제공하는 반면, 일반적으로 원형 랜드(126c)는 제조하기 어렵거나 제조하는데 시간이 소요될 수 있다. 도 6d는 노즐 출구들(124d)이 일반적으로 원형의 단면 유동 영역들을 갖고, 랜드들(126d)이 일반적으로 직사각형 형상을 갖는 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 각각의 노즐 출구들(124d)의 출구 평면의 면적은 노즐 출구들(124c, 124d)이 동일한 크기일 때 도 6c의 실시예의 랜드들(126c)에 의해 제공된 것보다 더 크지만, 도 6d의 구성은 필요한 랜드 형상으로 만들어 그 자체를 조립에 제공한다.
도 6e는 일반적으로 원형 노즐 출구들(124e)은 일반적으로 6각형상 랜드들(126e)에 의해 둘어싸인 노즐 본체(120e)의 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 유사한 크기의 노즐 출구들(124c, 124d, 124e)을 위해 도 6c 및 도 6d의 실시예 간의 절충안을 나타낸다. 특히, 도 6e의 랜드들(126e)의 크기는 도 6d의 랜드들(126d) 범위보다 작지만, 도 6c의 랜드들(126c) 범위보다 약간 크다. 그러한 도 6e의 랜드들(126e)의 구성은 예를 들어, CNC 기계 가공에 의해 제조하는데 도 6c의 구성보다 용이할 수 있는 반면, 도 6d의 구성과 비교하여 제조상 아주 약간 더 어렵다. 또한 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체들은 필요한 구성을 얻기 위해 예를 들어, 다이 주조(die casting) 또는 노즐 본체 내로 압축, 납땜, 또는 아교 접착되는 모세관을 가진 혼합 조립체를 형성하는 것과 같은 다양한 다른 방법에 의해 제조될 수 있다.
도 6f, 도 6g, 및 도 6h는 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체들(120f, 120g, 120h)의 실시예를 도시하는데, 노즐 출구들(124f, 124g, 124h)은 비원형의 단면 유동 영역들을 갖는다. 도 6f는 노즐 출구들(124f)이 일반적으로 정사각형 형상이고 일반적으로 원형 형상을 갖는 상승 랜드들(126f)에 의해 둘러싸인 실시예를 도시한다. 도 6g는 노즐 출구들(124g)이 일반적으로 삼각형 형상이고 일반적으로 직사각형 형상을 갖는 상승 랜드들(126g)에 의해 둘러싸인 실시예를 도시한다. 도 6h는 노즐 출구들(124h) 및 그 각각의 부속 랜드들(126h)이 일반적으로 달걀 모양(oval) 또는 타원 형상(elliptical)을 갖는, 본 발명의 원리에 따른 노즐 본체(120h)의 다른 실시예를 도시한다.
원형, 타원, 직사각형, 및 삼각형 형상들의 노즐 출구들(124g)이 본 명세서에 도시되고 설명되는 동안, 다양한 다른 기하학적 형상들이 또한 가능하다는 것이 인정될 것이다. 또한, 노즐 출구들과 각각의 부속 랜드들의 기하학적 형상에서 많은 변형들이 가능하고, 본 발명은 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 기하학적 형상에 제한되지 않는다.
도 6a 내지 도 6h의 노즐 본체 실시예들은 실질적으로 동일한 크기와 형상인 노즐 출구들과 부속 랜드들을 도시하지만, 노즐 본체는 각각의 복수의 노즐 출구들 및/또는 부속 랜드들이 다른 형상들을 갖도록 선택적으로 형성될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 또한 주어진 노즐 본체 상의 각각의 노즐 출구들과 부속 랜드들은 노즐 본체 상의 다른 노즐들 및/또는 랜드들과 다른 크기로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 6i는 도 6c의 노즐 본체(120c)와 유사한 노즐 본체(120i)의 실시예를 도시하지만, 노즐 출구들(124i) 중 첫 번째 것 및 그 부속 랜드(126i)는 노즐 출구들(124j) 중 두 번째 것 및 그 부속 랜드(126j)보다 더 크다.
본 발명은 그것의 실시예의 설명에 의해 도시되고, 그 실시예는 상당히 상세하게 설명되고 있지만, 어떤 식으로든 첨부된 청구범위를 그러한 상세한 설명에 제한하거나 한정하려는 의도는 아니다. 부가적인 효과와 변형이 당업자에게는 자명할 것이다. 그러므로 보다 넓은 관점에서 본 발명은 도시되고 설명된 특정 상세 설명, 대표 장치 및 방법과, 실시예들에 제한되지 않는다. 따라서, 일반적인 발명 개념의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않는 그러한 상세한 설명으로부터 출발할 수 있다.
본 발명은 액체 물질의 다수의 방울(droplet)들을 동시에 분사할 수 있는 액체 분배 시스템 또는 분사 분배기(dispenser)를 제공한다. 방울들은 방울들이 서로에 대해 분리된 채로 있도록 기판에 분배될 수 있거나 또는 비드(bead) 방울 또는 액체 물질 층을 형성하도록 병합하거나 합체되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 본 발명의 원리에 따라 분사 분배기는 종래 분사 분배기와 비교하여 처리량에서 감소된 사이클 시간과 멀티-폴드(multi-fold) 증가 및/또는 다른 필요한 성과들을 이룰 수 있다.

Claims (17)

  1. 액체 물질의 소스에 연결할 수 있고, 유체 채널, 상기 유체 채널과 연통하는 유체 채널 출구, 및 상기 유체 채널 출구 부근의 밸브 시트를 갖는 분배기 본체와;
    상기 밸브 시트와 선택적인 접촉을 위해 상기 유체 채널 내에 이동 가능하게 배치된 밸브 부재와;
    상기 밸브 부재와 작동 가능하게 연결되고, 상기 밸브 부재가 상기 밸브 시트와 접촉 및 분리되어 선택적으로 이동하도록 작동할 수 있는 밸브 드라이버; 및
    상기 채널 출구와 인접한 상기 분배기 본체와 연결되고, 노즐 본체 및, 상기 유체 채널 출구와 연통하는 상기 노즐 본체 상에 있는 복수의 노즐 출구들을 구비하는 분사 노즐을 포함하고,
    상기 밸브 부재는 상기 복수의 노즐 출구들로부터 복수의 액체 방울들(droplets)이 동시에 신속하게 분사되도록 상기 밸브 시트와 접촉시 상기 유체 채널 출구 내의 액체 물질에 충분한 추진력(momentum)을 부여하는 분사 분배기(jetting dispenser).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 본체를 관통하고, 상기 유체 채널 출구와 상기 노즐 출구들 사이에 유체 연통을 제공하는 복수의 유체 통로들을 부가로 포함하는 분사 분배기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유체 통로들 중 적어도 하나는 상기 유체 통로들의 나머지 중 적어도 하나와 서로 다른 단면적을 갖는 분사 분배기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 유체 통로들 중 적어도 하나는 상기 유체 통로들의 나머지 중 적어도 하나와 서로 다른 길이을 갖는 포함하는 분사 분배기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 유체 통로들은 실질적으로 평행인 분사 분배기.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 유체 통로들 중 적어도 하나는 상기 유체 통로들의 나머지 중 적어도 하나와 비스듬한 방향을 따라 연장하는 분사 분배기.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 유체 통로들은 상기 유체 채널 출구와 연통하는 적어도 하나의 주 통로 및 상기 주 통로로부터 연장하는 적어도 하나의 분기 통로를 포함하는 분사 분배기.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 노즐 본체 내에 형성되고, 상기 분사 노즐이 상기 분배기 본체에 연결될 때 상기 유체 채널 출구와 상기 노즐 본체 내의 상기 복수의 유체 통로들 사이의 유체 연통을 제공하는 리세스(recess)를 부가로 포함하는 분사 분배기.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 유체 통로들의 적어도 하나는 제 1 통로 길이 및 제 2 통로 길이를 갖고, 상기 제 1 통로 길이는 제 2 통로 길이와 다른 단면적을 갖는 분사 분배기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 통로들의 적어도 하나는 제 1 통로 길이 및 제 2 통로 길이를 갖는 상기 유체 통로들의 나머지 중 적어도 하나의 제 1 통로 길이와 다른 제 1 유체 통로 길이를 갖는 분사 분배기.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 통로 길이의 상기 단면적은 상기 제 2 통로 길이의 단면적보다 큰 분사 분배기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 본체 상의 분배 표면; 및
    상기 분배 표면으로부터 돌출하고, 상기 노즐 출구들 중 적어도 하나를 둘러싸는 적어도 하나의 상승 랜드(land)를 부가로 포함하는 분사 분배기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 상승 랜드는 그 부속 노즐 출구의 단면 형상과 다른 기하학적 형상을 갖는 분사 분배기.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 분배 표면으로부터 돌출하고, 상기 노즐 출구들을 둘러싸는 상승림(rim)을 부가로 포함하는 분사 분배기.
  15. 복수의 액체 물질 출구들을 갖는 분사 분배기에 액체 물질을 공급하는 단계와;
    상기 분배기 내에 다량의 액체 물질에 추진력을 부여하는 단계; 및
    상기 액체 물질에 부여된 상기 추진력에 반응하여 상기 액체 물질 출구들로부터 복수의 액체 방울들을 동시에 분사하는 단계를 포함하는 액체 물질 분배 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 실질적으로 일정한 크기의 복수의 액체 방울들(droplets)을 분사하는 단계를 부가로 포함하는 액체 물질 분배 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 액체 방울들의 나머지 중 적어도 하나와 다른 크기의 복수의 액체 방울들 중 적어도 하나를 분사하는 단계를 부가로 포함하는 액체 물질 분배 방법.
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