KR20130047603A - 포지티브 변위 디스펜서 및 개별 액체량을 분배하기 위한 방법 - Google Patents

포지티브 변위 디스펜서 및 개별 액체량을 분배하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 디스펜서이다. 디스펜서는 디스펜서 본체, 디스펜서 본체 내의 액추에이터 및 디스펜서 본체에 제거 가능하게 커플링된 분배 요소 본체를 포함하는 분배 요소를 포함한다. 밸브 스템은 분배 요소 본체 내에서 왕복 운동하도록 장착된다. 추가적인 양태는 변형 가능한 밸브 시트, 변형 가능하고 탄성의 밸브 스템 및 기판에 개별량의 액체를 도포하는 방법을 포함한다.

Description

포지티브 변위 디스펜서 및 개별 액체량을 분배하기 위한 방법{POSITIVE DISPLACEMENT DISPENSER AND METHOD FOR DISPENSING DISCRETE AMOUNTS OF LIQUID}
본 발명은 개별 액체량을 정확하게 분배하도록 설계된 포지티브 변위 펌프와 제트 디스펜서와 같은 액체 디스펜서에 관한 것이다.
다양한 종류의 산업용 액체 분배 응용예는 연속적이고 종종 빠른 분배 사이클 동안 높은 정확성, 균일성 및/또는 반복성을 달성하면서 작은 개별 액체량을 분배하는 것과 관련된 요구사항을 갖는다. 포지티브 변위 펌프는 이들 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위해 사용된다. 그러나, 다양한 응용예는 분배량, 사이클 시간 및 통상의 포지티브 변위 펌프에서는 충족할 수 없는 다른 처리 파라미터를 요구한다. 한편, 이들 다른 처리 파라미터들을 충족할 수 있는 장치는 요구되는 정확성, 반복성 및/또는 균일성을 갖고 분배할 수 없다. 예를 들어, 디스펜서는 도포 지점으로부터 원격의 위치에서 스테퍼 구동기와 같은 공기압 또는 기계적 디바이스에 의해 작동되는 요소들을 활용할 수 있다. 이러한 상황 하에서, 분배된 액체의 증착량 또는 체적은 다수의 요인에 따라 변화할 수 있다. 이는 균일한 도포율을 유지하기 위해 사용자가 시스템 설정을 계속적으로 조절할 것을 요구할 수 있다. 그렇더라도, 원하는 또는 필요한 정도의 정확성 및 균일성은 달성될 수 없다. 또한, 원하는 액체 증착의 크기는 종종 10-7in3 이하와 같이 매우 작고, 이는 처리 제어의 문제점을 생성할 수 있다. 또한, 산업계에서 사용되는 많은 재료들은 에폭시와 같은 경화 가능 또는 굳혀질 수 있는 재료이고, 이는 유지보수와 관련하여 추가적인 도전을 생성할 수 있다.
다양한 형태의 제트 디스펜서가 공지되어 있고, 높은 정도의 정확성, 균일성 및 반복성을 갖고 소량의 점성 액체를 분배하는데 성공적으로 이용되어 왔다. 제트 기술과 관련하여 남아있는 도전은, 분배 동작 사이에 잔여 액체 재료가 없도록 내부 컴포넌트 및 통로를 유지하여, 디바이스 내에 경화되거나 굳어진 재료의 임의의 악영향없이 제트 디스펜서의 반복된 사용이 행해질 수 있도록 하는 것이다. 또한, 액체 위성 형성이 문제가 될 때가 있다. 이는 분배량 부근에 소량의 추가의 액체가 형성되는 것을 수반한다. 위성 형성 및/또는 바람직하지 않은 미립자화는 의도된 기판 상의 원하는 증착 패턴에 악영향을 미친다. 최종적으로, 분배 사이클 사이에서 제트 디스펜서의 출구로부터의 액체의 누출이 문제가 될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 우려를 해결하고, 다양한 컴포넌트 및 통로를 깨끗하게 할 필요성을 저감할 수 있고, 위성 형성 및 미립자화를 감소시키고 분배 사이클 사이에 분배 출구로부터 액체의 누출을 방지하는 액체 디스펜서를 제공하는 것이 바람직하다.
하나의 도식적인 실시예에서, 기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 디스펜서가 제공되고, 일반적으로, 디스펜서 본체, 디스펜서 본체 내의 액추에이터 및 분배 요소를 포함한다. 분배 요소는 디스펜서 본체에 제거 가능하게 커플링되는 분배 요소 본체와, 분배 요소 본체 내에 왕복 운동 가능하게 장착된 밸브 스템을 포함한다. 분배 요소 본체는 또한 액체 챔버를 포함한다. 밸브 스템은 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 액체 챔버 내의 왕복 운동을 위해 장착된 팁을 포함한다. 분배 요소는 또한 폐쇄 위치에서 밸브 스템 팁과 결합하는 밸브 시트뿐만 아니라, 액체 분배 출구 및 액체 공급 통로를 포함한다. 밸브 시트는 액체 챔버와 액체 분배 출구 사이에 위치된다. 액체 공급 통로는 액체 챔버와 연통한다. 밸브 스템은 또한 팁에 대해 대향 단부를 포함한다. 밸브 스템의 대향 단부는 분배 요소가 디스펜서 본체에 커플링될 때 액추에이터에 작동식으로 커플링되도록 한다. 분배 요소가 디스펜서 본체로부터 제거 가능하고 액체용의 다양한 통로를 포함하고, 또한 밸브 스템을 포함하기 때문에, 유지보수 및/또는 잔류 액체와 관련된 오염의 우려를 방지하기 위해 필요하다면 분배 요소는 폐기되고 새로운 분배 요소로 교체될 수 있다.
다양한 실시예의 분배 요소 본체는 추가적인 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 분배 요소 본체는 공기 공급 통로와 공기 공급 통로에 연통하는 공기 배출 통로를 포함한다. 공기 배출 통로는 액체 분배 출구에 인접하여 위치되고, 액체 분배 출구로부터 액체가 분배됨에 따라 액체를 둘러싸는 가압 공기 커튼을 배출하도록 한다. 이러한 특징은 액체 미립자화의 발생 및/또는 출구로부터 액체 토출 둘레에 위성 액적 형성의 영향을 감소시킬 수 있다. 분배 요소 본체는 또한 통상적으로 주사기형 디스펜서에 사용되는 제거 가능한 용기와 같은 액체의 용기 또는 저장소와 커플링되는 커넥터 요소를 포함한다. 디스펜서 본체는 또한 용기의 다른 부분을 수용하기 위한 개구를 포함하고, 커넥터 요소는 분배 요소 본체가 디스펜서 본체에 커플링될 때 개구에 위치된다. 분배 요소 본체는 1회용 및/또는 다른 용도를 위해 플라스틱 재료를 포함할 수 있다.
추가 또는 대안적인 실시예에서 밸브 시트는 분배 요소 본체에 의해 운반되는 개별 요소를 더 포함할 수 있다. 일 실시에에서, 밸브 시트는 가단성이고, 폐쇄 위치에서 밸브 스템 팁에 의해 변형된다. 분배 요소 본체의 플라스틱 재료는 또한 밸브 스템 팁이 그 위의 가단성 밸브 시트와 결합함에 따라 변형될 수 있다. 밸브 시트와 그 아래의 분배 요소 본체의 재료의 결합된 변형은 적어도 두 개의 목적을 달성한다. 밸브 시트에 대한 밸브 스템 팁의 충격을 감쇠할 수 있고, 그리고 밸브 스템 팁과 밸브 시트 사이의 접촉량을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 밀봉 접촉부의 오목 영역은 밸브 스템 팁과 밸브 시트 사이에 형성된다. 이는 밸브 스템 팁의 밀봉 효과를 증가시킨다. 감쇠 작용은 액체 위성 형성 또는 분배된 액체의 미립자화의 형성 및/또는 그의 양을 감소시킬 수 있다. 밸브 시트는 또한 밸브 스템 팁과 결합하는 원뿔형 부분과 액체 분배 출구와 연통하는 액체 분배 통로를 포함하는 연장 분배 팁을 포함한다. 고정 캡은 디스펜서 본체에 제거 가능하게 커플링되고, 분배 요소를 디스펜서 본체에 고정시킨다. 고정 캡은 밸브 시트의 연장 분배 팁 부분을 수용하는 개구를 포함한다. 개구는 또한 공기 배출 통로와 연통하고, 액체가 액체 분배 출구로부터 분배됨에 따라 액체에 대해 둘러싸는 관계로 가압 공기 커튼을 지시하도록 구성된다.
분배 요소는 또한 밸브 스템과 결합된 동적 시일을 포함한다. 동적 시일은 디스펜서의 동작 동안 액체 챔버로부터 액체가 탈출하는 것을 방지한다. 밸브 스템은 동적 시일을 통해 연장하여, 밸브 스템의 대향 단부는 액체 챔버의 외향에 위치되고, 액추에이터와 작동식으로 결합된다. 스프링 요소가 밸브 스템의 대향 단부를 액추에이터의 결합과 같은 적절한 위치로 바이어스하기 위해 분배 요소 본체와 밸브 스템에 커플링된다.
본 발명의 대안적인 다른 또는 추가적인 양태에서, 기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 디스펜서가 제공되고, 일반적으로 분배부, 액추에이터부 및 분배부 내에서 왕복 운동하도록 장착된 밸브 스템을 포함한다. 분배부는 또한 액체 챔버를 포함하고, 밸브 스템은 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 액체 챔버 내에서 왕복 운동하도록 장착된 팁을 포함한다. 디스펜서는 또한 분배부 내에 밸브 시트를 포함한다. 밸브 스템 팁은 폐쇄 위치에서 밸브 시트와 결합한다. 분배부는 또한 액체 분배 출구와 액체 공급 통로를 포함한다. 밸브 시트는 액체 챔버와 액체 분배 출구 사이에 위치된다. 액체 공급 통로는 액체 챔버와 연통한다. 밸브 스템은 액추에이터에 작동식으로 커플링되어, 액추에이터는 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 밸브 스템을 이동시킬 수 있다. 밸브 시트는 제2 변형 가능 재료와 접촉하는 제1 가단성 재료로 형성된다. 제1 및 제2 재료는 밸브 스템이 폐쇄 위치로 이동될 때 변형된다. 이는 밸브 시트에 대한 밸브 스템 팁의 충격을 감쇠하고 밸브 스템 팁과 밸브 시트 사이의 밀봉 접촉 영역을 형성한다.
제1 가단성 재료는 금속을 더 포함할 수 있고, 제2 변형 가능 재료는 플라스틱 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 금속 재료는 박형의 연성 스테인리스 스틸 시트 재료일 수 있고, 플라스틱은 폴리프로필렌일 수 있다. 밸브 스템 팁은 페쇄 위치에 도달할 때의 충격으로 밸브 스템 팁이 금속과 그 아래의 플라스틱을 소성 변형시키고 밸브 시트에 환형의 오목 링을 생성하도록 굴곡될 수 있다. 이러한 환형 오목 링은 효율적인 밀봉 영역을 형성하면서, 또한 감쇠 효과를 제공한다.
다른 대안적인 또는 추가적인 양태에서, 디스펜서는 일반적으로 전술한 바와 같이 구성될 수 있다. 이러한 실시예는 변형 가능한 탄성 재료로 형성된 밸브 스템 팁을 채용한다. 이러한 실시예에서, 밸브 스템 팁은 밸브 스템이 폐쇄 위치로 이동할 때 밸브 시트에 대해 변형된다. 이는 밸브 시트에 대한 밸브 스템 팁의 충격에 대한 감쇠 효과를 제공하고, 강성 밸브 스템 팁과 강성 밸브 시트로 형성될 수 있는 것보다 밸브 스템 팁과 밸브 시트 사이의 보다 큰 밀봉 접촉 영역을 형성한다. 본 실시예에서, 밸브 시트는 밸브 스템 팁에 의해 충격될 때 변형되지 않는 강성 재료로 형성될 수 있다. 밸브 스템은 또한 팁과 커플링되고 강성 금속으로 형성된 주요부를 포함할 수 있고, 팁은 탄성적으로 변형되는 엘라스토머 재료로 형성될 수 있다.
분배 사이클동안 기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 방법이 또한 제공된다. 액체는 팁을 갖는 밸브 스템, 액체 챔버, 액체 분배 출구와 연통하는 액체 분배 통로 및 액체 챔버와 액체 분배 통로 사이에 위치된 밸브 시트를 포함하는 디스펜서로부터 분배된다. 이러한 방법은, 밸브 스템 팁을, 밸브 시트와 결합된 폐쇄 위치로부터 밸브 시트로부터 분리되어 이격되는 개방 위치로 이동시키는 단계를 포함한다. 가압 액체는 액체 챔버로부터 밸브 스템 팁을 통해 액체 분배 통로로 이동하도록 허용된다. 밸브 스템 팁은 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동되어, 기판 상의 개별 액체량에 힘을 가한다. 밸브 스템 팁은 이후의 분배 사이클의 개시까지 폐쇄 위치에서 유지된다. 이러한 방식으로, 액체 분배 출구로부터의 액체가 분배 사이클 사이에서 출구로부터 누출되는 것을 방지한다.
본 발명의 다양한 추가적인 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 취한 도식적인 실시예의 이하의 상세한 설명을 검토함으로써 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 도식적인 실시예에 따라 구성된 디스펜서의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 디스펜서의, 선 2-2를 따라 취한 단면도.
도 3은 도 1의 디스펜서와 관련된 분배 요소 본체의 저부 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 분배 요소 본체의 상부 사시도.
도 5는 도 2와 유사하지만, 소량의 액체를 토출하는 동안의 디스펜서의 분배부의 확대도를 도시하는 단면도.
도 6은 도 5와 유사하지만, 분배 프로세스의 그 다음 지점을 도시하는 단면도.
도 7은 도 5 및 6과 유사하지만, 폐쇄 위치의 밸브 스템 팁과 밸브 시트의 상세를 도시하는 확대 단면도.
도 7a는 도 7과 유사하지만 대안적인 실시예를 도시하는 단면도.
도 8은 도 5와 유사하지만 개방 위치의 밸브 스템의 대안적인 실시예를 도시하는 단면도.
도 9는 도 8과 유사하지만 폐쇄 위치의 도 8의 밸브 스템을 도시하는 단면도.
도 10은 도 8 및 9와 유사하지만 개방 및 폐쇄 위치 사이의 천이 위치의 밸브 스템을 도시하는 단면도.
도 1 및 2는 하나의 도식적인 실시예에 따라 구성된 디스펜서(10)를 도시한다. 수평, 수직, 상부, 하부 등의 다양한 공간 및 방향 참조가 도면의 설명과 관련하여 사용되고, 이는 설명의 편의 및 명료성을 위해서만 사용된다는 점에 유의한다. 디스펜서(10)는 다양한 배향으로 사용될 수 있고, 물보다 낮은 점성을 갖는 알코올과 물보다 매우 높은 점성을 갖는 에폭시 수지와 같은 넓은 범위의 점성을 갖는 다양한 액체를 분배할 수 있다. 디스펜서(10)는 일반적으로 분배부(10a)와 액추에이터부(10b)를 포함하고, 이들 부분은 도식적인 실시예의 디스펜서 본체(12)와 연관된다. 디스펜서(10)는 또한 분배될 액체의 용기 또는 저장소(14)를 포함한다. 용기(14)는 디스펜서 본체(12)에 제거 가능하게 커플링된다. 용기(14)는 제1 단부(16) 및 제2 단부(18)를 포함한다. 제1 단부(16)는 개구(20)에 수용되고 후술하는 바와 같이 커넥터(22)와 커플링된다. 제2 단부(18)는 배관(도시 안함)에 커플링하기 위한 유체 피팅(26)을 갖는 추가 커넥터(24)를 포함한다. 용기(14)는 분배될 액체(15)뿐만 아니라 피스톤(도시 안함)을 유지한다. 피스톤은 피팅(26)을 통해 피스톤의 상측에 가압 공기를 도입함으로써 액체(15)를 가압하도록 이동된다. 용기(14) 내의 액체(15)는 예를 들어 10psi의 비교적 낮은 압력 하에 있을 수 있다. 이러한 예시적인 주사기형 용기(14)는 본원에 참조로서 전체가 포함된 미국 특허 공개 제2007/0287965호에 보다 상세히 도시 및 개시된다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(30) 및 관련 배선(30a)이 디스펜서 본체(12) 내에서 커플링되고 연장되며, 후술하는 바와 같이 가압 작동 공기를 제어한다. 작동 공기는 피팅(32)을 통해 수용되고 디스펜서 본체(12)에 포함된 솔레노이드 밸브(30)의 부분으로 안내하는 하나 이상의 통로(도시 안함)를 통해 지시된다. 추가적인 피팅(34)(도 2)은 또한 후술하는 바와 같이 가압 처리 공기를 디스펜서 본체(12) 내에 수용한다. 가열된 액체 및 처리 공기를 요구하는 응용예에서, 디스펜서 본체(12)는 카트리지식 히터와 저항 온도 검출기 또는 RTD(도시 안함)를 포함한다. 이들은 패스너(38)로 고정된 캡(36)을 제거함으로써 액세스될 수 있다. 히터 및 RTD용 배선(40)은 도 1 및 2에 도시된다. 디스펜서 본체(12)가 그 대신에 다른 적절한 방법에 의해 요구되는 적용 온도로 가열되어 제어될 수 있다는 점은 명백하다. 디스펜서 본체(12)는 알루미늄과 같은 열전도성 재료로 형성된다.
보다 구체적으로 도 2를 참조하면, 분배 요소 본체(52)를 포함하는 분배 요소(50)는 디스펜서 본체(12)의 나사식 연장부(56)에 수용되는 나사식 캡(54)에 의해 제거 가능하게 디스펜서 본체(12)에 커플링된다. 분배 요소 본체(52)는 액체 챔버(58)와, 팁(60a)을 갖고 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 액체 챔버(58) 내에서 왕복 운동하도록 장착되는 밸브 스템(60)을 포함한다. 팁(60a)은 밸브 스템(60)의 잔여부와 일체로 형성될 수 있거나, 밸브 스템(60)의 잔여부에 고정된 개별 부품일 수 있다. 이러한 실시예에서, 팁(60a)은 50의 쇼어 A(Shore A) 경도를 갖는 Viton으로 형성된다. 폐쇄 위치는 도 2에 도시된다. 분배 요소(50)는 또한 폐쇄 위치에서 밸브 스템 팁(60a)과 결합하는 밸브 시트(62)를 포함한다. 본 도식적인 실시예에서 밸브 시트(62)는 원뿔 또는 깔대기 형상부(62a)와, 원뿔 형상부로부터 연장하고 그와 일체인 관형 분배 팁 부분(62b)을 갖는 연장 요소를 포함한다. 액체 분배 출구(64)는 관형 분배 팁(62b)의 단부에 위치된다. 액체 공급 통로(66)는 액체 챔버(58)와 유체 연통하고, 또한 용기(14)와 유체 연통하도록 커플링된 커넥터(22)와 유체 연통한다. 따라서 가압 액체(15)는 용기(14)로부터 커넥터와 액체 공급 통로(66)를 통해 액체 챔버(58)로 유동한다. 도 2에 도시된 바와 같이 밸브 스템(60)이 폐쇄 위치에 있을 때, 액체(15)가 출구(64)를 통해 배출되는 것이 방지된다. 커넥터(22)는 용기(14)의 일부일 수 있거나 또는 분배 요소(50)의 일부일 수 있다는 점은 명백하다. 각각의 나사(70, 72)는 유체 기밀 접속을 유지하기 위해 커넥터(22)와 분배 요소 본체(52) 사이에 사용된다.
분배 요소(50)는 또한 밸브 스템 안내 요소(76)와 동적 시일(78)뿐만 아니라 스프링 요소(80)와 밸브 스템 팁(60a)에 대향된 밸브 스템(60)의 단부(60b) 부근의 홈(84) 내에 스냅 끼워맞춤된 스프링 리테이너(82)를 포함한다. 디스펜서(10)의 액추에이터부(10b)는 액추에이터(90)를 포함한다. 밸브 스템(60)의 단부(60b)는 액추에이터(90)에 의해 이동되도록 된다. 액추에이터(90)는 디스펜서 본체(12)의 개구(100)의 나사(98)와 결합하는 캡(94)의 외측의 나사(96)로 캡(94)에 의해 보유된다. 캡(94)은 또한 조절 스크류(102)와 코일 스프링(104)을 포함한다. 코일 스프링(104)은 정상 폐쇄 위치에 밸브 스템(60)을 유지한다. 스프링(104)은 작동 요소(112)의 단부에 고정식으로 장착된 피스톤(110)에 대해 지지한다. 작동 요소(112)는 밸브 스템(60)의 단부(60b)에 인접한 원통형 단부(114)를 포함한다. 단부(114)는 피스톤(110)을 수용하는 피스톤 챔버(120)를 밀봉하도록 디스펜서 본체(12)에 장착된 동적 시일(116) 내에서 활주한다. 가압 공기는 솔레노이드 밸브(30)(도 1)를 스위칭함으로써 공기 피팅(32)으로부터 공기 공급 통로(122) 내로 도입된다. 이러한 공기는 피스톤 챔버(120) 내의 피스톤(110)의 하측으로 지시된다. 피스톤(110)의 하측으로의 공기의 도입은 코일 스프링 또는 복귀 스프링(104)의 스프링 바이어스에 대해 피스톤(110)과 부착된 작동 요소(122)를 상승시켜서 스프링(104)을 가압시킨다. 이는 분배 요소(50)와 연관된 스프링 요소 또는 코일 스프링(80)에 의해 제공된 바이어스에 의해 밸브 스템(60)이 개방 위치로 이동하도록 하고, 본 실시예에서는 작동 요소(112)의 하단부(114a)와 밸브 스템(60)의 상단부(60b)의 결합을 유지한다. 보다 점성이 높은 액체를 분배하기 위해 추가의 폐쇄력이 필요한 경우와 같은 다른 실시예에서, 작동 요소(112)의 하단부(114a)는 밸브 스템(60)이 개방 위치일 때 밸브 스템의 상단부(60b)로부터 이격될 수 있다. 솔레노이드 밸브(30)(도 1)를 다시 스위칭함으로써 작동 공기가 공기 공급 통로(122) 및 피스톤(110)의 하측의 피스톤 챔버(120)로부터 배기되면, 복귀 스프링(104)은 피스톤(110)에 힘을 가하여, 부착된 작동 요소(112) 및 작동 요소(112)의 단부에 결합된 밸브 스템(60)을 하향으로 힘을 가하여 밸브 스템 팁(60a)이 밸브 시트(62)와 결합하도록 한다. 가압 공기에 의해 양방향으로 작동하는 피스톤과 같은 다른 액추에이터 또는 전자 액추에이터가 그 대신에 사용될 수 있다.
조절 스크류(102)가 밸브 스템(60)의 스트로크 길이를 설정하는데 사용되고, 이는 예를 들어 0.010" 내지 0.020"이다. 구체적으로, 조절 스크류(102)는 밸브 스템 팁(60a)이 밸브 시트(62)에 대해 정지할 때까지 회전되어 하향 구동된다. 이어서, 스크류(102)는 대향 방향으로 회전되어 원하는 스트로크 길이를 달성하도록 캡(94)을 외측으로 후퇴시킨다. 가압 작동 공기가 공급 통로(122)와 피스톤 챔버(120) 내로 도입되면, 피스톤(110)과 부착된 작동 요소(112)는 작동 요소(112)의 단부(112b)가 조절 스크류(102)의 저부(102a)와 결합할때까지 상향으로 이동할 것이다. 따라서, 동일한 거리만큼 밸브 시트(62)를 승강시킬 수 있는 밸브 스템(60)의 최대 스트로크를 설정할 수 있다.
피스톤(110)은 동적 밀봉 방식으로 원통형 피스톤 챔버(120)의 내부벽(120a)과 결합하는 와이퍼(110a)를 포함하여, 가압 작동 공기가 디스펜서 본체(12) 내에 장착되고 밸브 스템(60) 및 작동 요소(112)와 축방향으로 정렬된 동적 시일(116)과 와이퍼(110a) 사이에서 밀봉되도록 보장한다. 도 2에서 추가적으로 도시된 바와 같이, 가압 처리 공기를 공급하기 위한 공기 공급 통로(140)는 또한 디스펜서 본체(12) 내에 제공되고 피팅(34)을 통해 공기를 수용한다. 통로(140)는 분배 요소 본체(52)의 상부측에 홈(142) 형태의 통로와 연통한다. 이러한 홈(142)은 다른 공기 통로(144)와 유체 연통하고, 극단적으로는 후술하는 바와 같이 분배 팁(62b)과 관련하여 둘러싸는 가압 공기의 커튼을 생성하도록 캡(54)의 개구(146)와 유체 연통한다. 개구(146)는, 원하는 공기의 환형으로 배출되는 공기 커튼을 생성하도록 분배 팁(62b)의 외경보다 충분히 큰 직경을 갖는다. 예를 들어, 공기의 환형은 대략 0.005"일 수 있다.
도 3 및 4는 다양한 처리 공기 통로를 포함하는 분배 요소 본체(52)를 보다 상세히 도시한다. 이제 도 2 내지 4를 참조하면, 공기 공급 홈(142)은 안내 요소(76)를 둘러싸는 분배 요소 본체(52)의 환형 홈(150)과 연통하여 접속된다. 이러한 환형 홈(150)은, 수직 공기 공급 통로(144)와 연통하고, 차례로, 접착식으로 고정되는 것과 같이 밀봉식으로 밸브 시트(62)의 분배 팁(62b)을 수용하는 개구(153)와 관련하여 둘러싸는 분배 요소 본체(52)의 하부측의 환형 홈(152)과 연통한다. 환형 또는 링형 홈(152)은 3개의 연결 홈(154a, 154b, 154c)을 통해 중앙 개구(146)(도 2)와 연통한다. 도 2에 도시된 바와 같이 캡(54)이 디스펜서 본체(12)에 단단히 고정될 때, 분배 요소 본체(52)의 하측의 홈(152, 154a, 154b, 154c)뿐만 아니라 분배 요소 본체(52)의 상부의 홈(142, 150)은 통로를 형성한다. 이에 관하여, 디스펜서 본체(12)의 저부 표면(12a)은 홈(142, 150)의 개방 상부측에 접하고, 캡(54)의 내부 표면(54a)은 홈(152, 154a, 154b, 154c)의 개방 하부측에 접한다. 가압 처리 공기는 환형 홈(152)과 연결 홈(154a, 154b, 154c)으로부터 분배 팁(62b)을 수용하는 캡(54)의 개구(146)로 지시된다(도 2).
도 5 및 6은 점성이 높거나 낮은 에폭시 또는 다른 액체와 같은 소량의 액체(15)의 분배하면서, 밸브 스템(60)의 동작과 처리 공기를 사용하는 것을 도시한다. 도 5는 분배 사이클 동안 밸브 스템 팁(60a)의 초기 및 종료 위치 모두를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브 스템(60)은 초기에는 도시된 바와 같이 밸브 스템 팁(60a)을 분리하고 밸브 시트(62)로부터 밸브 스템 팁(60a)을 이동시킨다. 이는 압력 하의 점성 액체(15)가 출구(64)와 연통하는 액체 통로(160) 내의 임의의 보이드를 충진하도록 한다. 전술한 바와 같이, 밸브 스템(60)은 피스톤 챔버(120) 내로 가압 작동 공기를 도입함으로써 밸브 시트(62)로부터 상승되거나 분리된다(도 2). 액적(162)과 같은 소량의 액체(15)를 분배하기 위해, 작동 공기는 피스톤 챔버(120)로부터 배기되고, 복귀 스프링(104) 및 부착된 작동 요소(112)는 밸브 스템(60)을 하향으로 힘을 가하여, 팁(60a)은 밸브 시트(62)와 결합하고 기판(164) 상에서 개별적이고 정확한 양의 액체(15)에 힘을 가한다. 분배 사이클 동안 가압 공기가 공기 커튼을 생성하기 위해 분배 팁(62b)을 둘러싸는 캡(54)의 개구(146)를 통해 배출되고, 액적(162)과 연관된 임의의 소량의 위성 액체의 형성을 포함 및/또는 감소시킨다. 분배 사이클의 종료시에, 밸브 스템 팁(60a)은 도 5에 도시된 폐쇄 위치로 유지되어, 분배 사이클 사이에, 출구(64)와 연통하는 통로(160) 내의 액체(15)는, 분배 사이클 사이에서 출구(64)로부터 잠재적으로 누출을 일으킬 수 있는 가압 하에 있지 않다. 디스펜서(10)는 100Hz 이하의 비율로 약 0.02㎕ 내지 약 0.1㎕의 오더의 소량의 액체(15)를 신속히 분배하도록 동작할 수 있지만, 이들 파라미터는 실시되는 본 발명의 응용예 및 특정 실시예에 따라 조정될 수 있다.
도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 스템 팁(60a)은 폐쇄 위치에서 밸브 시트(62)와 결합하여, 밸브 시트(62)의 원뿔 형상부(62a)와 분배 요소 본체(52)의 기재 재료에서 소성 변형부(170, 172)를 형성한다. 밸브 시트(62)는 예를 들어 약 0.0015" 내지 약 0.0025" 사이의 두께를 갖는 연성 스테인리스 스틸과 같은 얇은 가단성 금속으로부터 디프 드로잉(deep drawing) 처리에 의해 형성된다. 분배 요소 본체의 하부 기재는 일반적으로 강성이지만 충격하에서 약간의 정도로 소성 변형할 수 있는 폴리프로필렌과 같은 임의의 적절한 플라스틱일 수 있다. 따라서 두 개의 재료는 상이한 강성을 갖지만, 각각 소성 변형 가능하다. 밸브 스템 팁(60a)과 직접 접촉하는 재료(예를 들어 스테인리스 스틸)는 하부 재료(예를 들어 플라스틱)보다 더 강성이다. 이는 밸브 스템 팁(60a)과 밸브 시트(62)의 직접적인 인터페이스에서의 마모 저항성과, 하부의 보다 연질의 재료에서 감쇠 효과의 결합된 이점을 제공한다. 분배 요소 본체(52)는 사출 성형과 같은 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다. 밸브 스템 팁(60a)이 도시된 바와 같이 볼록하게 굴곡될 때, 도 7에 도시된 바와 같은 변형은 오목이고 환형일 수 있다. 이는 밸브 스템 팁(60a)과 금속의 원뿔형 부분(62a) 사이의 밀봉 접촉 영역을 생성하는 변형의 환형 오목 링을 형성할 것이고, 출구(64)로부터 토출됨에 따라 액체(15)의 미립자화를 감소시키도록 금속의 원뿔형 부분(62a)에 대한 팁(60a)의 충격을 감쇠시킨다.
도 7a는 대안적인 실시예를 도시하며, 도 7과 비교하여 도 7a의 모든 유사한 도면부호는 유사한 구조를 지칭하고 따라서 추가의 설명을 필요로 하진 않는다. 본 실시예에서, 플라스틱 재료로 형성된 층과 같은 외부의 소성 변형 가능한 층(63)은 밸브 시트(62)의 적어도 원뿔형 부분(62a)에서 이루어진다. 이러한 층(63)은 또한 분배 팁(62b)을 따라 연장될 수 있다. 따라서 이러한 2층 구조는 분배 요소 본체(52a)가 바람직하다면 금속과 같은 강성 재료로 형성되도록 한다. 2층 구조(62, 63)는 전술한 바와 같이 스테인리스 스틸과 같은 얇고 가단성 있는 금속으로 밸브 시트(62)를 형성하기 위해 전술한 디프 드로잉 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 외부층(63)은 폴리프로필렌과 같은 비교적 강성의 플라스틱으로 형성될 수 있어서, 이는 밸브 스템 팁(60a)에 의해 충격된 후에 도 7a에 도시된 바와 같이 약간 정도로 소성 변형할 수 있다. 플라스틱층(63)은 밸브 시트(62) 상에 오버몰드될 수 있거나, 임의의 다른 적절한 방식으로 밸브 시트(62) 상에 접착될 수 있다. 따라서, 그 결과는 도 7의 실시예와 관련하여 도시되고 설명된 것과 동일하다. 즉, 변형부(170, 173)의 환형 오목 링이 밸브 시트(62)의 원뿔형 부분(62a)뿐만 아니라 하부 플라스틱 재료(63)에도 각각 형성될 수 있다. 이는 출구(64)로부터 토출됨에 따라 액체(15)의 미립자화를 감소시키기 위해 금속의 원뿔형 부분(62a)에 대한 팁(60a)의 충격을 감쇠시킬 수 있다.
도 8, 9 및 10은 밸브 시트(62)가 변형될 필요가 없는 분배 요소의 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 전술한 실시예와 동일한 모든 요소 및 관련된 기능은 유사한 도면부호로 지시되고, 따라서 동일한 설명이 적용되고 반복할 필요가 없다. 프라임 마크(')가 붙은 도면부호는 동일한 도면부호를 갖는 이전 실시예의 유사한 요소에 대응되지만, 설명되는 바와 같이 변경된다. 본 실시예와 이전 실시예 간의 차이점은 분배부(10a')가 탄성인 밸브 스템 팁(60a')을 갖는 밸브 스템(60')을 포함한다는 점이다. 밸브 시트(62)는 제1 실시예와 동일한 구조를 갖는 것으로 도시되지만, 변형될 필요가 없고, 바람직하게는 본 실시예에서는 변형되지 않으므로 밸브 시트가 단순화될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 밸브 스템 팁(60a')은 고무 또는 다른 중합체와 같은 엘라스토머 재료로 형성될 수 있다. 밸브 스템(60')의 주요부(61)는 금속으로 형성될 수 있다. 밸브 스템 팁(60a')은 접착제 또는 오버몰드 공정을 이용하는 것과 같이 주요부(61)의 단부에 적절하게 고정될 수 있다. 밸브 스템(60')과 엘라스토머 팁(60a')을 이용하는 하나의 방법은 도 8 내지 10의 공정에 도시된다. 밸브 스템(60')은 초기에는 밸브 시트(62)로부터 이격되어 있을 수 있고, 전술한 방식으로 하향 이동하여, 소량의 액체(15)가 통로(160)와 출구(64)를 통해 힘이 가해짐에 따라 밸브 스템 팁(60a')은 도 9에 도시된 것과 같은 형상으로 변형된다. 도 10은 분배 사이클 동안 팁(60a')이 천이되고 밸브 스템(60')이 상향 이동되는 밸브 스템(60')의 위치를 도시한다. 밸브 스템 팁(60 또는 60')은 누출을 방지하기 위해 전술한 바와 같이 분배 사이클 동안 폐쇄 위치에서 유지되는 것이 바람직하지만, 액체(15)의 압력과 액체(15)의 점성과 같은 파라미터에 따라, 밸브 스템(60 또는 60')을 개방 위치로 하여 분배 사이클을 시작하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명은 다양한 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의해 도시되고, 이들 실시예는 일부 상세히 설명되었지만, 이러한 상세사항으로 출원인의 의도를 제한하거나 첨부된 청구범위의 범주를 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다. 추가적인 장점 및 변경은 해당 기술 분야의 종사자들에 의해 용이하게 나타날 수 있다. 본 발명의 다양한 특징은 사용자의 필요와 선호에 따라 단독 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 이는 현재 공지되어 있는 바와 같이 본 발명을 실시하는 바람직한 방법과 함께 본 발명에서 상세히 설명되었다. 그러나, 본 발명 자체는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (24)

  1. 기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 디스펜서로서,
    디스펜서 본체와;
    상기 디스펜서 본체의 액추에이터; 및
    상기 디스펜서 본체에 제거 가능하게 커플링된 분배 요소 본체와, 상기 분배 요소 본체 내에 왕복 운동하도록 장착된 밸브 스템을 포함하는 분배 요소로서, 상기 분배 요소는 액체 챔버를 추가로 포함하고, 상기 밸브 스템은 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 상기 액체 챔버 내에서 왕복 운동하도록 장착된 팁, 폐쇄 위치에서 상기 밸브 스템 팁과 결합하는 밸브 시트, 액체 분배 출구 및 액체 공급 통로를 포함하고, 상기 밸브 시트는 상기 액체 챔버와 상기 액체 분배 출구 사이에 위치되고, 상기 액체 공급 통로는 상기 액체 챔버와 연통하고, 상기 밸브 스템은 상기 팁에 대한 대향 단부를 추가로 포함하고, 상기 분배 요소가 상기 디스펜서 본체에 커플링될 때 상기 대향 단부는 상기 액추에이터가 작동식으로 커플링되도록 구성되는, 상기 분배 요소를 포함하는, 디스펜서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분배 요소 본체는:
    공기 공급 통로와 상기 공기 공급 통로와 연통하는 공기 배출 통로를 추가로 포함하고,
    상기 공기 배출 통로는 상기 액체 분배 출구에 인접하여 위치되고 상기 액체가 상기 액체 분배 출구로부터 분배됨에 따라 상기 액체를 둘러싸는 가압 공기 커튼을 배출하도록 구성되는, 디스펜서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분배 요소 본체는:
    상기 액체의 용기와 커플링되도록 구성된 커넥터 요소를 추가로 포함하는, 디스펜서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디스펜서 본체는 상기 용기의 출구부를 수용하도록 구성된 개구를 추가로 포함하고,
    상기 분배 요소 본체가 상기 디스펜서 본체에 커플링될 때 상기 커넥터 요소는 상기 개구 내에 위치되는, 디스펜서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분배 요소는 1회용이고 상기 분배 요소 본체는 플라스틱 재료를 포함하는, 디스펜서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 밸브 시트는 가단성인 부분을 포함하고, 상기 밸브 시트의 상기 부분은 상기 플라스틱 재료 위에 있고, 상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 스템 팁에 의해 변형되고, 상기 분배 요소 본체의 플라스틱 재료는 상기 밸브 시트 부분의 변형을 허용하도록 추가적으로 변형 가능하여, 상기 밸브 시트에 대한 밸브 스템 팁의 충격을 감쇠하고, 상기 밸브 스템 팁과 상기 밸브 시트 사이의 밀봉 접촉 영역을 형성하는, 디스펜서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밸브 시트는 상기 밸브 스템 팁과 결합하는 원뿔형 부분과, 상기 액체 분배 출구와 연통하는 액체 분배 통로를 포함하는 연장 팁 부분을 추가로 포함하는, 디스펜서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분배 요소 본체는:
    공기 공급 통로와, 상기 공기 공급 통로와 연통하는 공기 배출 통로, 및
    상기 디스펜서 본체에 제거 가능하게 커플링되고, 상기 디스펜서 본체에 상기 분배 요소를 고정하는 고정 캡으로서, 상기 고정 캡은 상기 밸브 시트의 연장 팁 부분을 수용하는 개구를 포함하고, 상기 개구는 상기 공기 배출 통로와 연통하고 상기 액체 분배 출구로부터 분배되는 액체를 둘러싸는 가압 공기 커튼을 지시하도록 구성되는, 상기 고정 캡을 추가로 포함하는, 디스펜서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 분배 요소는 상기 밸브 스템과 결합하여 상기 액체 챔버로부터의 액체의 탈출을 방지하는 동적 시일을 추가로 포함하고,
    상기 밸브 스템은 상기 동적 시일을 통해 연장하여, 상기 밸브 스템의 대향 단부가 상기 액체 챔버의 외향으로 위치되어 상기 액추에이터와 결합하는, 디스펜서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액추에이터와의 결합으로 상기 대향 단부를 바이어스시키도록 상기 분배 요소 본체 및 상기 밸브 스템과 커플링되는 스프링 요소를 추가로 포함하는, 디스펜서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 밸브 시트는 가단성의 제1 부분과 플라스틱 재료로 형성된 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 및 제2 부분은 폐쇄 위치에서 상기 밸브 스템 팁에 의해 변형되어, 상기 밸브 시트에 대한 밸브 스템 팁의 충격을 감쇠하고, 상기 밸브 스템 팁과 상기 밸브 시트 사이의 밀봉 접촉 영역을 형성하는, 디스펜서.
  12. 기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 디스펜서로서,
    디스펜서 본체와;
    상기 디스펜서 본체 내에서 왕복 운동하도록 장착되는 밸브 스템으로서, 상기 디스펜서 본체는 액체 챔버를 추가로 포함하고, 상기 밸브 스템은 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 상기 액체 챔버 내에서 왕복 운동하도록 장착되는 팁을 포함하는, 상기 밸브 스템; 및
    상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 스템 팁과 결합하는 상기 디스펜서 본체의 밸브 시트로서, 상기 밸브 시트는 제2 재료와 접촉하는 제1 재료로 형성되고, 상기 제1 재료는 상기 밸브 스템 팁과 접촉하여 위치되고, 상기 제2 재료보다 큰 강성을 갖고, 상기 밸브 스템이 폐쇄 위치로 이동할 때 상기 제1 및 제2 재료는 각각 소성 변형되어, 상기 밸브 시트에 대한 상기 밸브 스템 팁의 충격을 감쇠하고 상기 밸브 스템 팁과 상기 밸브 시트 사이의 밀봉 접촉 영역을 형성하는, 상기 밸브 시트를 포함하는, 디스펜서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 재료는 금속을 포함하고, 상기 제2 재료는 플라스틱을 포함하는, 디스펜서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 밸브 시트는 1회용 분배 요소 본체의 일부이고, 상기 분배 요소 본체는 플라스틱 재료를 포함하는, 디스펜서.
  15. 제13항에 있어서, 상기 밸브 시트는 상기 밸브 스템 팁과 결합하기 위한 원뿔형 부분과, 상기 액체 분배 출구와 연통하는 액체 분배 통로를 포함하는 연장 팁 부분을 추가로 포함하는, 디스펜서.
  16. 제12항에 있어서, 상기 분배부는:
    공기 공급 통로와 상기 공기 공급 통로와 연통하는 공기 배출 통로를 추가로 포함하고,
    상기 공기 배출 통로는 상기 액체 분배 출구에 인접하여 위치되고 상기 액체 분배 출구로부터 액체가 분배됨에 따라 상기 액체를 둘러싸는 가압 공기 커튼을 배출하도록 구성되는, 디스펜서.
  17. 제12항에 있어서, 상기 밸브 시트의 제1 재료 및 제2 재료는 통합 구조를 형성하기 위해 서로 접착되는, 디스펜서.
  18. 기판에 소량의 액체를 도포하기 위한 디스펜서로서,
    디스펜서 본체와;
    상기 디스펜서 본체 내에서 왕복 운동하도록 장착되는 밸브 스템으로서, 상기 디스펜서 본체는 액체 챔버를 추가로 포함하고, 상기 밸브 스템은 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 상기 액체 챔버 내에서 왕복 운동하도록 장착되는 팁을 포함하는, 상기 밸브 스템; 및
    상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 스템 팁과 결합하는 상기 디스펜서 본체의 밸브 시트를 포함하고,
    상기 밸브 스템 팁은 변형 가능한 탄성 재료로 형성되고, 상기 밸브 스템 팁은 상기 밸브 스템이 상기 폐쇄 위치로 이동할 때 상기 밸브 시트에 대해 변형되어, 상기 밸브 시트에 대한 상기 밸브 스템 팁의 충격을 감쇠하고 상기 밸브 스템 팁과 상기 밸브 시트 사이의 밀봉 접촉 영역을 형성하는, 디스펜서.
  19. 제18항에 있어서, 상기 밸브 스템은 상기 팁에 커플링된 주요부를 추가로 포함하고, 상기 주요부는 강성 재료로 형성되고 상기 팁은 엘라스토머 재료로 형성되는, 디스펜서.
  20. 팁을 갖는 밸브 스템, 액체 챔버, 액체 분배 출구와 연통하는 액체 분배 통로 및 액체 챔버와 액체 분배 통로 사이에 위치된 밸브 시트를 포함하는 디스펜서로부터 액체가 분배되는, 분배 사이클 동안 기판에 소량의 상기 액체를 도포하는 방법으로서,
    상기 밸브 시트와 결합하는 폐쇄 위치로부터 상기 밸브 시트와 분리되어 이격되는 개방 위치로 밸브 스템 팁을 이동시키는 단계와;
    상기 액체 챔버로부터 상기 밸브 스템 팁을 통과하여 상기 액체 분배 통로로 가압 액체가 유동하도록 하는 단계와;
    상기 기판 상에 소량의 액체를 분배하면서 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 상기 밸브 스템 팁을 이동시키는 단계; 및
    이후의 분배 사이클의 개시까지 상기 폐쇄 위치에 상기 밸브 스템 팁을 유지시키는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 밸브 시트는 상기 밸브 시트가 상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 스템 팁에 의해 결합함에 따라 상기 밸브 스템 팁에 의해 변형되는, 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 밸브 스템 팁은 상기 밸브 스템 팁이 상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 시트와 결합함에 따라 상기 밸브 시트에 의해 변형되는, 방법.
  23. 팁을 갖는 밸브 스템, 액체 챔버, 액체 분배 출구와 연통하는 액체 분배 통로 및 상기 액체 챔버와 상기 액체 분배 통로 사이에 위치된 밸브 시트를 포함하고, 상기 밸브 시트는 상이한 강성을 갖는 제1 및 제2 소성 변형 가능한 재료들을 포함하는 디스펜서로부터 액체가 분배되는, 기판에 소량의 상기 액체를 도포하는 방법으로서,
    상기 밸브 시트로부터 분리된 개방 위치로부터 상기 밸브 시트와 결합하는 폐쇄 위치로 상기 밸브 스템 팁을 이동시키는 단계; 및
    상기 폐쇄 위치에서의 밸브 시트와 상기 밸브 스템 팁의 충격에 의해 상기 제1 및 제2 재료들을 소성 변형시키는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 재료는 금속을 포함하고, 상기 제2 재료는 연성 재료를 포함하고,
    상기 폐쇄 위치에서 상기 금속과 상기 밸브 스템 팁을 직접 접촉시키고 상기 연성 재료 내로 상기 금속을 변형시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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