KR20150102229A - 압전 디스펜서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전 소자를 액추에이터로 사용하여 용액을 디스펜싱하는 압전 펌프를 구비하는 압전 디스펜서에 관한 것이다. 본 발명에 의한 압전 디스펜스는, 펌프 몸체와, 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버와, 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 레버에 연결되는 밸브 로드를 갖는 용액 토출기구와, 전압이 인가되면 길이가 길어지면서 레버를 가압하여 레버를 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액추에이터와, 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부와 용액의 유입을 위한 유입구와 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체와, 펌프 몸체에 설치되고 용액 토출기구의 작동 변위를 검출하기 위한 변위 검출 센서와, 압전 액추에이터가 작동하도록 전압을 인가하고 변위 검출 센서로부터 용액 토출기구의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는 제어장치를 포함한다.
Description
본 발명은 압전 디스펜서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 소자를 액추에이터로 사용하여 용액을 디스펜싱하는 압전 펌프를 구비하는 압전 디스펜서에 관한 것이다.
물, 기름, 레진 등의 액체 상태의 용액을 일정한 양으로 공급하는 디스펜서는 반도체 공정, 의료 분야 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
특히 반도체 공정에는 언더필(underfill) 공정에 디스펜서가 많이 사용되며, 반도체 소자의 패키지 내부를 레진으로 채우는 용도로도 디스펜서가 많이 사용된다. LED 소자를 제조하는 공정에는 LED 소자에 형광물질과 레진이 혼합된 형광액을 LED 칩에 도포하는 공정에 디스펜서가 사용된다.
이와 같은 디스펜서에는 용액을 공급받아 정확한 위치에 정량을 디스펜싱하는 펌프가 핵심 장치로 사용된다.
펌프의 구조에는 스크류 펌프, 리니어 펌프 등 다양한 종류가 존재한다. 최근에는 고속으로 디스펜싱 작업을 수행하기 위해서 반도체 공정 등에 압전 소자를 액추에이터로 사용하는 압전 펌프가 개발되어 사용되고 있다.
한국 등록특허공보 제1301107호(2013. 08. 14 등록)에는 상호 분리 가능하게 결합되는 펌프 몸체와 밸브 몸체를 포함하는 압전 펌프가 개시되어 있다. 펌프 몸체에는 힌지축이 설치되고, 가로 방향으로 연장되는 레버가 힌지축에 대해 회전 가능하게 설치된다. 밸브 몸체에는 수직 방향으로 연장되도록 형성된 밸브 로드가 끼워져 설치된다. 레버와 밸브 로드는 서로 연결되어, 레버가 힌지축에 대해 회전하면 밸브 로드는 상하로 승강하게 된다. 펌프 몸체에는 한 쌍의 압전 액추에이터가 설치되어 레버를 힌지축에 대해 회전시킨다. 한 쌍의 압전 액추에이터는 전압을 인가하면 그 인가 전압의 전위에 따라 길이가 늘어나거나 줄어드는 구조의 압전 소자로 구성된다.
상술한 것과 같은 종래 압전 펌프는 부품의 유지, 보수, 세척 등을 위해 펌프 몸체에서 밸브 몸체를 분리하였다가 다시 조립하여 사용하는 경우, 용액 토출량이 초기 토출량과 다르게 나오는 경우가 발생하게 된다. 즉, 밸브 몸체를 재조립하고 작동시키는 경우, 조립 공차 등의 이유로 펌프의 작동 변위(free stroke)가 변하여 용액 토출량이 초기 토출량과 차이가 생길 수 있다. 이러한 실제 용액 토출량과 미리 설정된 초기 용액 토출량 간의 차이는, 압전 액추에이터, 레버, 밸브 로드 등 부품의 마모 등에 의해서도 유발될 수 있다.
또한 상술한 종래 압전 펌프는, 제조 시, 펌프 몸체와 밸브 몸체를 결합하고 레버와 밸브 로드를 결합하여 조립한 후, 압전 액추에이터 인가 전압 등 각종 동작 파라미터의 초기 설정을 위해 펌프의 작동 변위를 검출할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 저장된 용액을 일정량씩 토출시키는 압전 펌프의 용액 토출기구의 작동 변위를 정확하게 검출함으로써 조립 공차나 부품의 마모에 따른 용액 토출기구의 작동 변위 변화를 알 수 있는 압전 디스펜서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압전 디스펜스는, 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버와, 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드를 갖는 용액 토출기구; 전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액추에이터; 상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에서의 진퇴 운동에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체; 상기 펌프 몸체에 설치되고, 상기 용액 토출기구의 작동 변위를 검출하기 위한 변위 검출 센서; 및 상기 압전 액추에이터 및 상기 변위 검출 센서에 전기적으로 연결되어 상기 압전 액추에이터가 작동하도록 전압을 인가하고, 상기 변위 검출 센서로부터 상기 용액 토출기구의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는 제어장치;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 의한 압전 디스펜서는, 용액을 토출시키는 용액 토출기구가 작동하여 용액이 토출될 때, 용액 토출기구의 작동 변위를 변위 검출 센서를 이용하여 검출할 수 있다. 따라서 조립 공차나 부품의 마모에 따른 용액 토출기구의 작동 변위 변화를 알 수 있다. 그리고 제어장치가 변위 검출 센서로부터 용액 토출기구의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받고 그에 대한 정보를 표시장치에 바로 표시함으로써, 사용자가 표시장치에 표시되는 정보를 보고 용액 토출기구가 기준 설정값에 맞게 용액을 토출하는지 손쉽게 파악할 수 있다. 이를 이용하여 노즐을 교체하거나 노즐을 세척 후 재조립하는 경우에 노즐을 펌프 본체에 결합하는 변위 설정을 효과적으로 쉽고 정확하게 할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의한 압전 디스펜서는, 용액을 토출시키는 용액 토출기구의 작동 변위를 검출함으로써, 실제 용액 토출량이 초기 용액 토출량과 다르게 나타날 때 사용자가 이에 신속하게 대응할 수 있어, 공정의 손실과 불량품의 발생을 방지하고 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 디스펜서의 압전 펌프를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 압전 디스펜서의 압전 펌프를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 압전 디스펜서에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 압전 디스펜서의 압전 펌프를 나타낸 사시도이며, 도 3는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 취한 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서(10)는, 압전 펌프(12)와, 변위 검출 센서(40)와, 제어장치(44)를 포함한다. 압전 펌프(12)는, 펌프 몸체(15)와, 밸브 몸체(20)와, 용액 토출기구(25)와, 압전 액추에이터(30)(31)와, 펌프 제어기(33)를 갖는다. 도면에 자세히 나타내지는 않았으나, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)는 볼트 등의 고정부재를 통해 상호 분리 가능하게 결합된다. 용액 토출기구(25)는 펌프 몸체(15)에 결합되는 레버(26)와, 레버(26)와 연결되도록 밸브 몸체(20)에 결합되는 밸브 로드(28)를 포함한다.
밸브 몸체(20)는, 저장부(21)와, 유입구(22)와, 노즐(23)을 구비한다. 저장부(21)는 상측으로 개방되는 용기 형태로 형성되고, 밸브 로드(28)가 그 저장부(21)에 끼워져서 저장부(21)의 상측을 밀폐한다. 유입구(22)는 저장부(21)와 연결된다. 유입구(22)를 통해 외부로부터 공급되는 용액이 저장부(21)로 전달된다.
펌프 몸체(15)에는 힌지축(16)이 설치되고, 가로 방향으로 연장되는 레버(26)가 힌지축(16)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 밸브 몸체(20)에는 수직 방향으로 연장되도록 형성된 밸브 로드(28)가 끼워져 설치된다. 레버(26)와 밸브 로드(28)는 서로 연결되어, 레버(26)가 힌지축(16)에 대해 회전하면 밸브 로드(28)는 상하로 승강하게 된다.
레버(26)에 연결된 밸브 로드(28)는 레버(26)의 회전에 따라 저장부(21)에 대해 승강 운동하게 된다. 밸브 로드(28)가 상승하였다가 하강하면서 그 하부에 위치하는 노즐(23)에 근접하는 방향으로 움직이면, 저장부(21) 내부의 용액을 가압하게 되어 노즐(23)을 통해 용액이 외부로 디스펜싱된다.
레버(26)와 밸브 로드(28)는 다양한 방법에 의해 연결될 수 있다. 본 실시예에서 레버(26)와 밸브 로드(28)는 단순히 끼움 결합되는 구조로 연결된다. 레버(26)의 끝부분에는 수평 방향으로 개방되는 걸림홈(27)이 형성된다. 즉, 레버(26)의 걸림홈(27)은 C자 형태로 형성된다. 밸브 로드(28)의 상단부에는 걸림 로드(29)가 구비된다. 걸림 로드(29)는 레버(26)의 걸림홈(27)에 끼워져서 그 레버(26)에 대해 회전 가능하도록 연결된다. 즉, 레버(26)의 회전 운동이 밸브 로드(28)의 승강 운동으로 변환되도록 구성된다.
걸림홈(27)은 수평 방향으로 개방되도록 형성되어 있으므로, 걸림 로드(29)를 수평 방향으로 걸림홈(27)에 대해 움직여서 걸림홈(27)과 걸림 로드(29)를 착탈시킬 수 있다. 또한 걸림홈(27)은 수평방향으로 형성되어 있으므로, 레버(26)의 회전에 의해 걸림홈(27)이 승강하더라도 걸림 로드(29)는 걸림홈(27)에서 빠지지 않고 밸브 몸체(20)에 대해 상승 또는 하강하게 된다. 레버(26)와 밸브 로드(28)를 분리할 필요가 있을 때에는 걸림 로드(29)를 걸림홈(27)에 대해 수평방향으로 이동시킴으로써 쉽게 분리할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 압전 액추에이터(30)(31)는 펌프 몸체(15)에 설치된다. 압전 액추에이터(30)(31)는 2개(제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31))가 마련되어 레버(26)를 힌지축(16)에 대해 회전시킨다. 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)는 압전 소자로 구성된다. 즉, 전압을 인가하면 그 인가 전압의 전위에 따라 길이가 늘어나거나 줄어드는 구조의 압전 소자를 사용하여 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)를 구성한다. 본 실시예에서는 다수의 압전 소자를 적층하여 구성되는 멀티 스택(Multi Stack) 타입의 압전 액추에이터를 사용하여 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)를 구성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)는 수직방향으로 서로 나란하게 배치되어 펌프 몸체(15)에 설치된다. 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)는 힌지축(16)을 사이에 두고 각각 하단부가 레버(26)의 상면에 접촉하도록 배치된다. 제 1 압전 액추에이터(30)에 전압이 인가되어 길이가 늘어나면 레버(26)는 도 3을 기준으로 반시계 방향으로 회전하고, 제 2 압전 액추에이터(31)에 전압이 인가되어 길이가 늘어나면 레버(26)는 도 3을 기준으로 시계방향으로 회전하게 된다.
제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 상단에는 각각 제 1 위치 조절기(35) 및 제 2 위치 조절기(36)가 배치된다. 이들 제 1 위치 조절기(35) 및 제 2 위치 조절기(36)는 각각의 끝부분이 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 끝부분에 접촉한 상태로 펌프 몸체(15)에 나사 결합된다. 제 1 위치 조절기(35)는 레버(26) 및 펌프 몸체(15)에 대한 제 1 압전 액추에이터(30)의 위치를 조절하고, 제 2 위치 조절기(36)는 레버(26) 및 펌프 몸체(15)에 대한 제 2 압전 액추에이터(31)의 위치를 조절한다. 즉, 제 1 위치 조절기(35)를 조여서 제 1 압전 액추에이터(30)를 가압하면 제 1 압전 액추에이터(30)는 하강하여 레버(26)에 근접하거나 밀착하게 된다. 제 2 위치 조절기(36)도 제 1 위치 조절기(35)과 동일한 방법으로 작동한다.
제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31) 각각의 하부에는 제 1 복귀기구(38) 및 제 2 복귀기구(39)가 설치된다. 제 1 복귀기구(38)는 펌프 몸체(15) 내부에 배치되어 제 1 압전 액추에이터(30)를 수축시키는 방향으로 제 1 압전 액추에이터(30)에 힘을 가한다. 마찬가지로, 제 2 복귀기구(39)는 펌프 몸체(15) 내부에 배치되어 제 2 압전 액추에이터(31)를 수축시키는 방향으로 제 2 압전 액추에이터(31)에 힘을 가한다. 제 1 복귀기구(38) 및 제 2 복귀기구(39)는 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 하부에서 각각 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)를 수축시키는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링일 수도 있고, 유체 덕트일 수도 있다.
본 실시예에서는 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)에 각각 대응되는 위치의 하부에서 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)에 탄성력을 전달하는 스프링 형태의 제 1 복귀기구(38) 및 제 2 복귀기구(39)인 경우를 예로 들어 설명한다. 본 실시예와 달리 공압이나 유압을 이용하는 경우에는 유체 덕트를 통해 공압 또는 유압이 압전 액추에이터(30)(31)에 전달되도록 하여 압전 액추에이터(30)(31)를 원위치로 복귀시키는 방향으로 힘을 전달하는 제 1 복귀기구(38) 및 제 2 복귀기구(39)를 사용하는 것도 가능하다.
도 3을 참조하면, 변위 검출 센서(40)는 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출하고 그 검출 신호를 제어장치(44)에 제공할 수 있도록 펌프 몸체(15)에 설치된다. 변위 검출 센서(40)는 프로브(41)와 프로브(41)가 이동 가능하게 결합되는 센서 몸체(42)를 포함한다. 프로브(41)는 레버(26)의 회전에 연동하여 승강할 수 있도록 한쪽 끝부분이 레버(26)의 중간에 결합된다. 센서 몸체(42)는 프로브(41)가 승강 운동할 때 프로브(41)의 이동 변위를 검출함으로써 레버(26)의 작동 변위를 검출한다. 즉, 센서 몸체(42)는 프로브(41)를 통해 레버(26)의 작동 변위를 검출하고 그 검출 신호를 제어장치(44)에 제공한다.
레버(26)가 힌지축(16)에 대해 회전 운동하므로, 레버(26)에 결합된 프로브(41)도 상하 직선으로 운동하지 않고, 좌우 방향으로 다소 요동치면서 상하 운동하게 된다. 그러나 레버(26)의 회전 변위각은 매우 미소하며, 이에 따라 프로브(41)의 좌우 요동 폭도 미소한 수준이다. 따라서 센서 몸체(42) 내부의 구성 부품과 프로브(41)의 배치 구조를 적절히 설계함으로써, 프로브(41)가 센서 몸체(42) 내부의 구성 부품과 간섭되지 않고 상하 이동하게 할 수 있으며, 센서 몸체(42)가 프로브(41)의 작동 변위를 검출하는데 문제가 발생하지 않도록 할 수 있다.
제어장치(44)는 압전 펌프(12)에서 압전 액추에이터(30)(31)를 제어하는 펌프 제어기(33)를 통해 압전 액추에이터(30)(31)가 작동하도록 전압을 인가한다. 또한 제어장치(44)는 변위 검출 센서(40)로부터 레버(26)의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는다. 제어장치(44)는 레버(26)의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받고 그에 대한 정보를 표시장치(45)에 표시할 수 있다. 예컨대, 제어장치(44)는 레버(26)의 작동 변위를 수치화하여 표시장치(45)에 표시할 수도 있고, 용액 토출기구(25)의 작동 변위와 미리 설정된 기준 설정값을 비교하여 용액 토출기구(25)의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 같은지, 또는 벗어나 있는지에 대한 메시지를 표시장치(45)에 표시할 수도 있다.
사용자는 표시장치(45)에 표시되는 정보를 보고 용액 토출기구(25)가 기준 설정값에 맞게 용액을 토출하는지 파악할 수 있다. 그리고 용액 토출기구(25)에 의한 용액 토출량이 기준 설정값을 벗어나 있으면, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20) 사이의 결합부에 대한 조임량을 조정하거나, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)를 분리한 후 재조립하거나, 레버(26)와 밸브 로드(28)를 분리한 후 재조립하거나, 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 공급 전압을 조정하는 등의 방법을 통해 용액 토출기구(25)에 의한 용액 토출량을 기준 설정값에 맞출 수 있다.
압전 액추에이터(30)(31)에 대한 공급 전압 조정은 제어장치(44)에 의해 자동으로 수행될 수도 있다. 즉, 제어장치(44)는 용액 토출기구(25)의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 차이가 있으면, 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 공급 전압을 변화시켜 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 미리 설정된 기준 설정값에 맞게 조정할 수 있다.
이 밖에 펌프 몸체(15)에는 냉각 라인(47)(48)이 마련된다. 냉각 유체가 냉각 라인(47)(48)을 통해 압전 액추에이터(30)(31) 주위의 공간으로 흐름으로써, 압전 액추에이터(30)(31)가 냉각 유체에 의해 냉각될 수 있다.
이하에서는, 상술한 것과 같은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서(10)의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 제어장치(44)는 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20) 및 기타 구성 부품이 조립된 상태에서 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)에 설정된 전압을 인가한다. 밸브 로드(28)를 하강시켜 용액을 노즐(23)을 통해 디스펜싱하기 위해 제 2 압전 액추에이터(31)에 인가할 전압을 기준으로 50%의 전압을 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)에 각각 인가한다. 이때, 도 3에 도시한 것과 같이 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)는 동일한 길이로 늘어나면서 각각의 하단부가 레버(26)에 접촉하게 된다.
이와 같은 상태에서 제 1 위치 조절기(35) 및 제 2 위치 조절기(36)를 이용하여 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 위치를 조정할 수 있다. 즉, 제 1 위치 조절기(35)나 제 2 위치 조절기(36)를 회전시켜 제 1 압전 액추에이터(30)나 제 2 압전 액추에이터(31)를 각각 전후진시킴으로써 레버(26)를 수평 상태로 맞출 수 있다. 제 1 위치 조절기(35)나 제 2 위치 조절기(36) 이용하여 제 1 압전 액추에이터(30) 또는 제 2 압전 액추에이터(31)를 후진시키는 경우, 제 1 복귀기구(38) 또는 제 2 복귀기구(39)가 제 1 압전 액추에이터(30) 또는 제 2 압전 액추에이터(31)를 가압하여 수축시키게 된다.
위와 같은 과정을 거쳐서 디스펜싱을 하기 위한 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 초기 위치를 설정한 후, 유입구(22)를 통해 저장부(21)로 용액을 일정한 압력으로 공급한다. 그리고 저장부(21)에 공급된 용액을 디스펜싱하는 공정을 시작한다.
제 1 압전 액추에이터(30)에는 100%, 제 2 압전 액추에이터(31)에는 0%의 전압을 인가하면, 제 1 압전 액추에이터(30)는 팽창하고 제 2 압전 액추에이터(31)는 수축하게 된다. 이때, 도 3을 기준으로 레버(26)는 반시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(28)는 상승하게 되는데, 제 2 복귀기구(39)의 작용으로 레버(26)의 회전이 더욱 신속하게 이루어진다.
이와 같은 상태에서 제 1 압전 액추에이터(30)에는 0%, 제 2 압전 액추에이터(31)에는 100%의 전압을 인가하면, 제 1 압전 액추에이터(30)는 수축하고 제 2 압전 액추에이터(31)는 팽창하게 된다. 이때, 레버(26)는 시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(28)는 하강하게 된다. 저장부(21)에서 하강하는 밸브 로드(28)가 저장부(21) 내부의 용액을 가압하여 용액을 노즐(23)을 통해 외부로 배출시킴으로써, 용액의 디스펜싱이 이루어진다. 제 2 압전 액추에이터(31)가 레버(26)를 가압할 때 제 1 복귀기구(38)가 제 1 압전 액추에이터(30)를 수축시킴으로써 레버(26)가 시계방향으로 신속하게 회전하는 것을 돕게 된다.
이와 같이 제 1 압전 액추에이터(30)와 제 2 압전 액추에이터(31)에 교대로 전압을 인가하면 밸브 로드(28)가 반복적으로 승강하면서 연속적으로 노즐(23)을 통해 용액을 디스펜싱하게 된다. 힌지축(16)과 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31) 사이의 거리보다 힌지축(16)과 밸브 로드(28) 사이의 거리가 훨씬 크기 때문에, 압전 액추에이터(30)(31)의 변형량을 레버(26)에 의해 충분히 확대하여 밸브 로드(28)를 충분한 높이 범위 내에서 작동시킬 수 있다.
제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 작동을 제어하는 제어장치(44)에서는 시간의 흐름에 따라 다양한 형태의 펄스 파형을 가진 전압을 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)에 인가함으로써 밸브 로드(28)의 동적 특성을 제어할 수 있다. 특히, 2개의 압전 액추에이터(30)(31)를 힌지축(16)을 사이에 두고 각각 레버(26)를 작동시키도록 구성함으로써, 밸브 로드(28)의 하강 운동뿐만 아니라 상승 운동까지 제어할 수 있고, 더욱 빠르게 용액을 디스펜싱할 수 있으며, 디스펜싱되는 용액의 양도 정확하게 제어하는 것이 가능하다.
특히, 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 기계적인 작동 특성을 인가 전압의 크기, 전압의 교대 주파수, 전압의 시간에 따른 변화량 등의 제어 파라미터를 이용하여 제어장치(44)에서 전기적인 방법으로 정확하게 제어할 수 있다. 이와 같은 밸브 로드(28)의 동작에 대한 제어 성능 향상은 결과적으로 디스펜싱되는 용액의 디스펜싱 특성을 쉽고 정확하게 제어할 수 있도록 한다.
압전 액추에이터(30)(31)는 그 특성상 사용 중에 열이 비교적 많이 발생한다. 압전 액추에이터(30)(31)에서 발생하는 열에 의해 압전 액추에이터(30)(31)의 온도가 상승하면 그 동작 특성이 저하될 수 있다. 이러한 문제 발생을 막기 위해, 냉각 라인(47)(48)을 통해 압전 액추에이터(30)(31)의 설치 공간을 경유하여 펌프 몸체(15)를 냉각시킴으로써, 압전 액추에이터(30)(31)의 온도 상승을 방지할 수 있다. 이렇게 압전 액추에이터(30)(31)의 온도가 상승하는 것을 방지함으로써, 밸브 로드(28)의 동적 특성도 일정하게 유지하고 용액의 디스펜싱 품질도 유지할 수 있다.
압전 액추에이터(30)(31)는 일반적으로 세라믹 재질로 형성된다. 그 재료적 특성상 장기간 사용하면 인가 전압에 따른 팽창 변위가 초기와는 달라질 수도 있다. 이와 같은 경우, 제 1 위치 조절기(35) 및 제 2 위치 조절기(36)을 이용하여 제 1 압전 액추에이터(30) 및 제 2 압전 액추에이터(31)의 위치를 조정함으로써, 레버(26) 및 밸브 로드(28)의 동적 특성을 유지할 수 있다.
디스펜싱할 용액의 종류가 달라지는 경우에는 그 용액의 점도나 기타 특성을 고려하여 설계된 다른 밸브 몸체(20) 및 밸브 로드(28)로 교체하여 압전 펌프(12)를 구성함으로써, 용액에 맞춰 신속하고 효과적으로 대응할 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 의한 압전 디스펜서(10)는, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)를 착탈 가능하게 구성하고 레버(26)와 밸브 로드(28)도 연결과 분리가 용이하게 구성함으로써, 유지, 보수, 세척이 쉽고 용액의 다양한 특성에 맞추어 압전 펌프(12)를 구성하는 것이 쉽다. 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)를 결합하는 나사를 풀고 밸브 로드(28)의 걸림 로드(29)를 레버(26)의 걸림홈(27)에서 이탈시킴으로써, 밸브 몸체(20)와 밸브 로드(28)를 펌프 몸체(15)에서 쉽게 분리할 수 있다. 그리고 밸브 몸체(20)를 분리하면 다음 사용을 위해 세척하는 것이 용이하다. 밸브 몸체(20)나 밸브 로드(28)가 파손된 경우에도 위와 같은 방법으로 분리하고, 어렵지 않게 새로운 밸브 몸체(20)나 밸브 로드(28)로 교체할 수 있다.
이렇게 부품의 유지, 보수, 세척 등을 위해 펌프 몸체(15)나 밸브 몸체(20)를 분리하였다가 재조립하거나, 레버(26)와 밸브 로드(28)를 분리하였다가 재조립하는 경우, 조립 공차 등의 이유로 펌프의 작동 변위가 변하여 실제 용액 토출량이 미리 설정된 기준 설정값에 의한 초기 용액 토출량과 차이가 생길 수 있다. 이러한 실제 용액 토출량과 미리 설정된 초기 용액 토출량 간의 차이는, 압전 액추에이터(10), 레버(26), 밸브 로드(28) 등 부품의 마모 등에 의해서도 유발될 수 있다. 그리고 용액 토출기구(25)에 의한 실제 용액 토출량이 초기 용액 토출량과 차이가 있으면, 용액이 디스펜싱되는 제품의 불량으로 이어지거나, 용액이 과도하게 토출되어 용액이 낭비되는 문제가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명에 의한 압전 디스펜서(10)는 용액 토출기구(25)가 작동하여 용액이 토출될 때, 용액 토출기구(25)의 레버(26)에 결합되어 연동하는 프로브(41)를 갖는 변위 검출 센서(40)를 통해 레버(26)의 작동 변위를 검출함으로써, 그러한 문제를 방지할 수 있다. 즉, 제어장치(44)가 레버(26)의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받고 그에 대한 정보를 표시장치(45)에 바로 표시하면, 사용자가 표시장치(45)에 표시되는 정보를 보고 용액 토출기구(25)가 기준 설정값에 맞게 용액을 토출하는지 파악할 수 있다. 그리고 용액 토출기구(25)에 의한 용액 토출량이 기준 설정값을 벗어나 있으면, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20) 사이의 결합부에 대한 조임량을 조정하거나, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)를 분리한 후 재조립하거나, 레버(26)와 밸브 로드(28)를 분리한 후 재조립하거나, 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 공급 전압을 조정하는 등의 작업을 통해 용액 토출기구(25)에 의한 용액 토출량을 기준 설정값에 맞출 수 있다.
조립 공차나, 부품의 마모나 파손에 의해 용액이 디스펜싱되지 않거나 용액의 디스펜싱 양이 정확하지 않으면, 용액을 디스펜싱한 제품이 모두 불량이 되어 파기해야 할 수도 있다. 이 경우 압전 디스펜서(10)의 부품 가격보다 높은 금전적 손실이 발생할 수도 있다. 그러나 본 발명과 같이, 용액을 토출시키는 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출하면, 실제 용액 토출량이 초기 용액 토출량과 다르게 나타날 때 사용자가 이에 신속하게 대응할 수 있어, 공정의 손실과 불량품의 발생을 방지하고 생산성을 향상시킬 수 있다.
경우에 따라, 용액 토출기구(25)의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 차이가 있으면, 제어장치(44)가 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 공급 전압을 변화시킴으로써 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 미리 설정된 기준 설정값에 맞게 조정할 수도 있다. 이러한 제어장치(44)의 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 공급 전압을 변화를 통한 용액 토출기구(25)의 작동 변위 조정 동작은 용액이 새롭게 디스펜싱되는 시점에 한번 수행될 수도 있고, 용액이 일정시간 디스펜싱된 후 별도의 작동 변위 조정 시간을 두어 용액 토출을 정지한 상태에서 수행될 수도 있다.
마찬가지로, 변위 검출 센서(40)에 의한 용액 토출기구(25)의 작동 범위 검출은 압전 펌프(12)의 조립이나 재조립 후, 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 인가 전압 등 각종 동작 파라미터의 설정을 위해 한번 수행될 수도 있고, 용액이 일정시간 디스펜싱된 후 별도의 검출 시간을 두어 용액 토출을 정지한 상태에서 수행될 수도 있다.
상술한 것과 같이 부품의 유지, 보수, 세척 등의 작업 시뿐만 아니라, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)를 결합하고 레버(26)와 밸브 로드(28)를 결합하여 압전 펌프(12)를 제조할 때에도, 압전 액추에이터(30)(31)에 대한 인가 전압 등 각종 동작 파라미터의 초기 설정을 위해 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출할 필요가 있다. 이 경우, 본 발명에 의한 압전 디스펜서(10)는 변위 검출 센서(40)를 이용하여 각종 동작 파라미터의 초기 설정을 위한 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 편리하게 검출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출하기 위한 변위 검출 센서의 구체적인 구조나, 용액 토출기구(25)와의 연결 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 도 4 내지 도 6은 변위 검출 센서의 구체적인 구조나, 용액 토출기구(25)와의 연결 구조가 변경된 다른 실시예를 나타낸 것이다.
먼저, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 4에 나타낸 본 발명의 제 2 실시예에 의한 압전 디스펜서(50)는, 압전 펌프(12)와, 변위 검출 센서(52)와, 제어장치(44)와, 표시장치(45)를 포함한다. 압전 펌프(12)는, 펌프 몸체(15)와, 밸브 몸체(20)와, 용액 토출기구(25)와, 압전 액추에이터(30)(31)와, 펌프 제어기(33)를 갖는다. 용액 토출기구(25)는 펌프 몸체(15)에 결합되는 레버(26)와, 레버(26)와 연결되도록 밸브 몸체(20)에 결합되는 밸브 로드(28)를 포함한다. 이러한 본 발명의 제 2 실시예에 의한 압전 디스펜서(50)는 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서(10)와 비교하여 변위 검출 센서(52)의 구체적인 구조와, 변위 검출 센서(52)와 용액 토출기구(25)의 연결 구조만 변경된 것으로, 나머지 구성의 구체적인 구조나 작용은 상술한 것과 같다.
변위 검출 센서(52)는 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출하고 그 검출 신호를 제어장치(44)에 제공할 수 있도록 펌프 몸체(15)에 설치된다. 변위 검출 센서(52)는 프로브(53)와 프로브(53)가 이동 가능하게 결합되는 센서 몸체(55)를 포함한다. 프로브(53)는 레버(26)의 회전에 연동하여 승강할 수 있도록 한쪽 끝부분이 레버(26)의 중간에 마련된 피봇 핀(57)에 회전 가능하게 결합된다. 프로브(53)의 끝부분에는 피봇 핀(57)과의 결합을 위한 결합홈(54)이 마련되어 피봇 핀(57)이 결합홈(54)에 끼움 결합된다.
압전 액추에이터(30)(31)의 작용으로 레버(26)가 힌지축(16)에 대해 회전 운동할 때, 프로브(53)는 레버(26)에 연동하여 피봇 핀(57)에 대해 회전함과 동시에 상하 이동하게 된다. 센서 몸체(55)의 내부에는 프로브(53)를 좌우로 요동치지 않고 상하 방향으로 직선 이동할 수 있도록 가이드하는 가이드 기구가 구비된다.
이러한 변위 검출 센서(52)는 용액 토출기구(25)의 레버(26)의 작동 변위를 프로브(53)를 통해 검출하고, 검출된 레버(26)의 작동 변위를 제어장치(44)에 제공한다.
한편, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 5에 나타낸 본 발명의 제 3 실시예에 의한 압전 디스펜서(60)는, 압전 펌프(12)와, 변위 검출 센서(62)와, 제어장치(44)와, 표시장치(45)를 포함한다. 압전 펌프(12)는, 펌프 몸체(15)와, 밸브 몸체(20)와, 용액 토출기구(25)와, 압전 액추에이터(30)(31)와, 펌프 제어기(33)를 갖는다. 용액 토출기구(25)는 펌프 몸체(15)에 결합되는 레버(26)와, 레버(26)와 연결되도록 밸브 몸체(20)에 결합되는 밸브 로드(28)를 포함한다. 이러한 본 발명의 제 3 실시예에 의한 압전 디스펜서(60)는 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서(10)와 비교하여 변위 검출 센서(62)의 구체적인 구조와, 변위 검출 센서(62)와 용액 토출기구(25)의 연결 구조만 변경된 것으로, 나머지 구성의 구체적인 구조나 작용은 상술한 것과 같다.
변위 검출 센서(62)는 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출하고 그 검출 신호를 제어장치(44)에 제공할 수 있도록 펌프 몸체(15)의 외면에 결합된다. 변위 검출 센서(62)는 프로브(63)와 프로브(63)가 이동 가능하게 결합되는 센서 몸체(65)를 포함한다. 프로브(63)는 레버(26)의 회전에 연동하여 승강할 수 있도록 한쪽 끝부분이 레버(26)의 한쪽 끝부분의 외면에 접촉된다. 프로브(63)의 한쪽 끝부분에는 레버(26)의 표면에 미끄럼 접촉하는 곡면형의 접촉 곡면(64)이 마련된다.
이러한 변위 검출 센서(62)는 용액 토출기구(25)의 레버(26)의 작동 변위를 프로브(63)를 통해 검출하고, 검출된 레버(26)의 작동 변위를 제어장치(44)에 제공한다.
한편, 도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 압전 디스펜서를 나타낸 것이다.
도 6에 나타낸 본 발명의 제 4 실시예에 의한 압전 디스펜서(70)는, 압전 펌프(12)와, 변위 검출 센서(72)와, 제어장치(44)와, 표시장치(45)를 포함한다. 압전 펌프(12)는, 펌프 몸체(15)와, 밸브 몸체(20)와, 용액 토출기구(25)와, 압전 액추에이터(30)(31)와, 펌프 제어기(33)를 갖는다. 용액 토출기구(25)는 펌프 몸체(15)에 결합되는 레버(26)와, 레버(26)와 연결되도록 밸브 몸체(20)에 결합되는 밸브 로드(28)를 포함한다. 이러한 본 발명의 제 4 실시예에 의한 압전 디스펜서(70)는 앞서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압전 디스펜서(10)와 비교하여 변위 검출 센서(72)의 구체적인 구조와, 변위 검출 센서(72)와 용액 토출기구(25)의 연결 구조만 변경된 것으로, 나머지 구성의 구체적인 구조나 작용은 상술한 것과 같다.
변위 검출 센서(72)는 용액 토출기구(25)의 작동 변위를 검출하고 그 검출 신호를 제어장치(44)에 제공할 수 있도록 펌프 몸체(15)의 외면에 결합된다. 변위 검출 센서(72)는 프로브(73)와 프로브(73)가 이동 가능하게 결합되는 센서 몸체(75)를 포함한다. 프로브(73)는 밸브 로드(28)의 운동에 연동하여 승강할 수 있도록 한쪽 끝부분이 밸브 로드(28)에 마련된 돌출부(77)의 외면에 접촉된다. 프로브(73)의 한쪽 끝부분에는 레버(26)의 표면에 미끄럼 접촉하는 곡면형의 접촉 곡면(74)이 마련된다. 밸브 로드(28)가 상하 이동할 때 프로브(73) 역시 밸브 로드(28)에 연동하여 승강하게 되며, 이때 센서 몸체(75)가 프로브(73)의 운동 변위를 검출함으로써 밸브 로드(28)의 작동 변위를 검출할 수 있다.
이상, 본 발명에 의한 압전 디스펜서의 다양한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 설명한 제 1 복귀기구(38) 및 제 2 복귀기구(39)로 스프링 또는 공압을 이용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 경우에 따라서는 액체의 압력을 이용하여 제 1 복귀기구 및 제 2 복귀기구를 구성하는 것도 가능하다. 또한, 제 1 복귀기구(38) 및 제 2 복귀기구(39)나, 냉각 라인(47)(48)을 구비하지 않는 펌프를 구성하는 것도 가능하다.
또한 제어장치(44)는 변위 검출 센서(72)로부터 용액 토출기구의 작동 변위에 대한 정보를 제공받고, 실제 용액 토출기구에 의한 용액 토출량이 미리 설정된 기준값과 차이가 있으면, 표시장치(45) 이외에 알람장치나 경고 램프 등을 통해 사용자에게 이를 알릴 수도 있다.
또한 레버(26)와 밸브 로드(28)는 레버(26)의 걸림홈(27)과 밸브 로드(28)의 걸림 로드(29)를 이용한 방법 이외에 다양한 다른 방법을 통해 연결될 수도 있다. 그리고 용액 토출기구(25)는 레버(26)와 밸브 로드(28)를 포함하는 구조 이외의 다른 구조로 변경될 수 있고, 펌프 몸체(15)와 밸브 몸체(20)는 착탈 가능하게 결합하지 않고 서로 일체가 되도록 형성될 수도 있다.
또한 용액 토출기구의 작동 변위를 검출하기 위한 변위 검출 센서로는 도시된 것과 같은 소위 프로브 센서 이외에, 접촉식 또는 비접촉식으로 용액 토출기구의 작동 변위를 검출하고, 그 검출 신호를 제어장치(44)에 제공할 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다.
10, 50, 60, 70 : 압전 디스펜서 12 : 압전 펌프
15 : 펌프 몸체 16 : 힌지축
20 : 밸브 몸체 21 : 저장부
22 : 유입구 23 : 노즐
25 : 용액 토출기구 26 : 레버
28 : 밸브 로드 30, 31 : 제 1, 2 압전 액추에이터
33 : 펌프 제어기 35, 36 : 제 1, 2 위치 조절기
38, 39 : 제 1, 2 복귀기구 40, 52, 62, 72 : 변위 검출 센서
41, 53, 63, 73 : 프로브 42, 55, 65, 75 : 센서 몸체
54 : 피봇 핀 64, 74 : 접촉 곡면
15 : 펌프 몸체 16 : 힌지축
20 : 밸브 몸체 21 : 저장부
22 : 유입구 23 : 노즐
25 : 용액 토출기구 26 : 레버
28 : 밸브 로드 30, 31 : 제 1, 2 압전 액추에이터
33 : 펌프 제어기 35, 36 : 제 1, 2 위치 조절기
38, 39 : 제 1, 2 복귀기구 40, 52, 62, 72 : 변위 검출 센서
41, 53, 63, 73 : 프로브 42, 55, 65, 75 : 센서 몸체
54 : 피봇 핀 64, 74 : 접촉 곡면
Claims (9)
- 펌프 몸체;
상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버와, 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드를 갖는 용액 토출기구;
전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액추에이터;
상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에서의 진퇴 운동에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체;
상기 펌프 몸체에 설치되고, 상기 용액 토출기구의 작동 변위를 검출하기 위한 변위 검출 센서; 및
상기 압전 액추에이터 및 상기 변위 검출 센서에 전기적으로 연결되어 상기 압전 액추에이터가 작동하도록 전압을 인가하고, 상기 변위 검출 센서로부터 상기 용액 토출기구의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어장치와 전기적으로 연결되는 표시장치;를 더 포함하고,
상기 제어장치는, 상기 표시장치에 상기 용액 토출기구의 작동 변위에 대한 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 2 항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 용액 토출기구의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 차이가 있으면 상기 용액 토출기구의 작동에 이상이 있음을 알리는 메시지를 상기 표시장치에 표시하는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 용액 토출기구의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 차이가 있으면 상기 압전 액추에이터에 대한 공급 전압을 변화시켜 상기 용액 토출기구의 작동 변위를 미리 설정된 기준 설정값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 1 항에 있어서,
상기 변위 검출 센서는,
상기 레버의 회전에 연동하여 승강할 수 있도록 한쪽 끝부분이 상기 레버와 접하는 프로브와,
상기 프로브가 승강 가능하게 결합되고 상기 프로브를 통해 상기 레버의 작동 변위를 검출하여 그 검출 신호를 상기 제어장치에 제공하는 센서 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 5 항에 있어서,
상기 프로브는 한쪽 끝부분이 상기 레버에 결합되는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 5 항에 있어서,
상기 프로브는 한쪽 끝부분이 상기 레버에 구비되는 피봇 핀에 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 5 항에 있어서,
상기 프로브의 한쪽 끝부분에는 상기 레버의 표면에 미끄럼 접촉하는 곡면형의 접촉 곡면이 마련되는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서. - 제 1 항에 있어서,
상기 변위 검출 센서는,
상기 밸브 로드의 승강 운동에 연동하여 승강할 수 있도록 한쪽 끝부분이 상기 밸브 로드와 접하는 프로브와,
상기 프로브가 승강 가능하게 결합되고 상기 프로브를 통해 상기 밸브 로드의 작동 변위를 검출하여 그 검출 신호를 상기 제어장치에 제공하는 센서 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 디스펜서.
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2014
- 2014-02-28 KR KR1020140023840A patent/KR101581420B1/ko active IP Right Grant
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2015
- 2015-02-26 TW TW104106328A patent/TWI568932B/zh active
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