KR20170089638A - 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프에 관한 것으로서, 특히 내부 상측에 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈과 연통되는 유로가 내부에 수평방향으로 형성되며, 상기 유로와 연통되는 유입홀과 유출홀이 전방과 후방에 각각 형성된 바디와; 상기 바디의 삽입홈에 설치되고, 전자석으로부터 신호를 받아 인력 또는 척력이 발생되는 자석이 내장되어 상하로 움직이는 피스톤과; 상기 바디 내부에 설치되어 상기 피스톤의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로를 개폐하는 제1체크볼과; 상기 바디 내부에 상기 제1체크볼과 이격되게 설치되어 상기 피스톤의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로를 개폐하는 제2체크볼과; 상기 바디의 상면에 설치되어 상기 피스톤의 이탈을 방지하는 이탈방지판;을 포함하여 구성되어, 그 구조가 단순하고 제작비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 유체 이송의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프{Micro Pump using Magnetic Piston}

본 발명은 마이크로 펌프에 관한 것으로서, 특히 자력에 의해 유로 내부에서 상하로 움직이는 피스톤을 이용하여 유체를 이송할 수 있는 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프에 관한 것이다.

미량의 유체를 이송시키는 마이크로펌프는 인슐린 등의 약물 또는 생체활성 물질의 지속적인 체내주입, 미량 분석, 인쇄 장치, 소형 연료전지 등의 많은 신기술 분야에 이용된다.

특히 마이크로펌프를 인체에 적용하여 의료 용도로 사용하고자 하는 연구가 많이 이루어지고 있어서, 작동 원리나 용도 등에 따라 여러 가지 방식이 제안되고 있으나, 대부분 그 구조가 복잡하여 제작이 용이하지 않거나 신뢰할 만한 유체의 이송능력을 보여주지 못하고 있다.

출원번호:10-2008-0089202 (등록번호:10-0950926, 발명의 명칭:전자석에 의해 구동되는 박막을 구비한 마이크로펌프)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유체 이송의 신뢰성이 높고 간단한 구조를 갖기 때문에 제작비용이 저렴한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프는 내부 상측에 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈과 연통되는 유로가 내부에 수평방향으로 형성되며, 상기 유로와 연통되는 유입홀과 유출홀이 전방과 후방에 각각 형성된 바디와; 상기 바디의 삽입홈에 설치되고, 전자석으로부터 신호를 받아 인력 또는 척력이 발생되는 자석이 내장되어 상하로 움직이는 피스톤과; 상기 바디 내부에 설치되어 상기 피스톤의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로를 개폐하는 제1체크볼과; 상기 바디 내부에 상기 제1체크볼과 이격되게 설치되어 상기 피스톤의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로를 개폐하는 제2체크볼과; 상기 바디의 상면에 설치되어 상기 피스톤의 이탈을 방지하는 이탈방지판;을 포함하여 구성되되,

상기 제1체크볼은 상기 피스톤이 상승할 때 우측으로 이동하여 상기 유로를 개방함으로써 상기 유입홀을 통해 유입된 유체가 제2체크볼과의 사이에 유입되도록 하고, 상기 피스톤이 하강할 때 좌측으로 이동하여 상기 유로를 밀폐하며;

상기 제2체크볼은 상기 피스톤이 상승할 때 상기 유로의 밀폐상태를 유지하고, 상기 피스톤이 하강할 때 우측으로 이동하여 상기 유로를 개방함으로써 상기 제1체크볼과의 사이로 유입된 유체가 상기 유출홀로 토출되도록 한다.

여기서, 상기 이탈방지판에는 상기 삽입홈과 연통되는 관통홀이 형성되어 상기 삽입홈 내부가 진공이 되는 것을 방지한다.

그리고, 상기 유로에는 다른 곳보다 직경이 작은 상태로 일정길이 유지되다가 우측으로 갈수록 직경이 점점 커지는 제1병목홀과 제2병목홀이 일정거리 이격되게 형성되고; 상기 제1병목홀과 제2병목홀은 상기 제1체크볼과 제2체크볼에 의해 각각 개폐된다.

또한, 상기 바디의 좌측면에는 상기 유로의 좌단을 밀폐하는 밀폐패널이 설치되고, 상기 바디의 우측면에는 상기 유로의 우단을 밀폐하는 블록이 설치된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프는 전자석의 신호로 피스톤을 상하로 움직이게 하여 유로 내부의 압력변화를 유도하고, 이러한 압력변화로 체크볼을 움직여 유로를 개폐할 수 있으므로, 유체의 이송 원리가 매우 간단하고, 유체 이송의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 그 구조를 단순화시켜 제작비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프를 보인 사시도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프를 보인 분해사시도.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프의 동작 과정을 보인 도.

이하, 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프를 보인 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프를 보인 분해사시도이며, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프의 동작 과정을 보인 도이다.

본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프는 바디(100)와, 상기 바디(100) 내부에 설치되는 피스톤(200)과, 상기 바디(100) 내부에 설치되는 제1체크볼(300)과, 상기 바디(100) 내부에 제1체크볼(300)과 이격되게 설치되는 제2체크볼(400)과, 상기 바디(100) 외측면에 설치되는 이탈방지판(500)과, 상기 바디(100) 외측면에 설치되는 밀폐패널(600)과, 상기 바디(100)에 설치되는 블록(700)을 포함하여 구성된다.

상기 바디(100)는 그 대략적인 형태가 6면체의 블록에 유사한 것으로서, 내부에 삽입홈(110)과, 유로(120)와, 유입홀(130) 및 유출홀(140)이 형성된다.

상기 삽입홈(110)은 바디(100)의 내부 상측에 형성되는 것으로서, 바디(100)의 상단에서 아래로 일정깊이로 형성된다.

상기 유로(120)는 바디(100)의 내부에 수평방향으로 형성되는 것으로서, 상기 바디(100)를 좌우방향으로 관통하여 형성된다. 이러한 유로(120)는 유체가 유동하는 통로로서, 상기 삽입홈(110)과 연통된다. 따라서 삽입홈(110) 내부의 압력변화는 상기 유로(120)에도 영향을 미치게 된다.

그리고, 상기 유로(120)에는 다른 곳보다 직경이 작은 상태로 일정거리 유지되다가 우측으로 갈수록 점점 직경이 커지는 제1병목홀(121)과 제2병목홀(122)이 일정거리 이격되게 형성된다.

좀 더 자세히 설명하면, 상기 제1병목홀(121)은 상기 유입홀(130)에 인접되도록 유로(120) 내부의 좌측 부분에 형성되는 것으로서, 직선홀(121a)과, 상기 직선홀(121a)에 연통되는 확장홀(121b)로 구성된다.

상기 직선홀(121a)은 유로(120)의 다른 부분보다 직경이 작은 상태로 일정거리 유지되는 형상이고, 상기 확장홀(121b)은 상기 직선홀(121a)의 우측 끝단에서 우측으로 갈수록 직경이 점점 커지는 형상이다.

상기 제2병목홀(122)은 상기 제1병목홀(121)의 우측 부분에 일정거리 이격되게 형성된 것으로서, 상기 제1병목홀(121)과 마찬가지로 유로(120)의 다른 부분보다 직경이 작은 상태로 일정거리 유지되는 직선홀(122a)과, 상기 직선홀(122a)의 우측 끝단에서 우측으로 갈수록 직경이 점점 커지는 확장홀(122b)로 구성된다.

그리고, 상기 삽입홈(110)의 하단 부분은 상기 제2병목홀(122)의 직선홀(122a)에 연결된다.

상기와 같은 제1병목홀(121)과 제2병목홀(122)은 상기 제1체크볼(300)과 제2체크볼(400)에 의해 각각 개폐된다.

상기 유입홀(130)은 상기 바디(100)의 전방에서 후방쪽을 향하여 형성되는 것으로서, 상기 유로(120)와 연통된다. 이 유입홀(130)에는 파이프 또는 호스가 결합된 배관연결구(P)가 설치되어 유체가 바디(100) 내부로 유입된다.

상기 유출홀(140)은 상기 바디(100)의 후방에서 전방쪽을 향하여 형성되는 것으로서, 상기 유로(120)와 연통된다. 이 유출홀(140)에는 파이프 또는 호스가 결합된 배관연결구(P)가 설치되어 유체가 바디(100) 외부로 토출된다.

상기 피스톤(200)은 상기 바디(100)의 삽입홈(110) 내부에 설치되는 것으로서, 상하로 움직여 바디(100) 내부의 압력을 조절한다. 즉 피스톤(200)이 상측으로 움직이면 바디(100) 내부의 압력이 낮아지고, 피스톤(200)이 하측으로 움직이면 바디(100) 내부의 압력이 높아진다.

좀 더 부연하면, 상기 피스톤(200)은 자석(210)이 내장되어 있고, 이 자석(210)은 바디(100) 외부의 전자석(E)으로부터 신호를 받아 전자석(E)과의 사이에 인력 또는 척력을 발생시킨다. 따라서, 자석(210)은 전자석(E)과의 인력 또는 척력에 의해 상하로 움직이게 되고 이 자석(210)의 상하 움직임에 의해 피스톤(200)도 함께 상하로 움직이게 된다. 즉 PLC 제어를 통해 (+),(-) 신호를 주면 전자석(E)과 자석(210)의 인력으로 인하여 피스톤(200)이 위로 올라가고, (-),(+) 신호를 주면 전자석(E)과 자석(210)의 척력으로 인하여 피스톤(200)이 아래로 내려가게 되는 것이다.

상기 제1체크볼(300)은 체크밸브 역할을 하는 것으로서, 명칭 그대로 구(球) 형상을 갖고, 상기 바디(100) 내부에 설치되어 상기 피스톤(200)의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로(120)를 개폐한다.

부연하면, 상기 제1체크볼(300)은 상기 피스톤(200)이 상승할 때 우측으로 이동하여 상기 유로(120)를 개방함으로써 상기 유입홀(130)을 통해 유입된 유체가 제2체크볼(400)과의 사이에 유입되도록 하고, 상기 피스톤(200)이 하강할 때 좌측으로 이동하여 상기 유로(120)를 밀폐한다.

상기 제2체크볼(400)은 체크밸브 역할을 하는 것으로서, 제1체크볼(300)과 마찬가지로 구(球) 형상을 갖고, 상기 바디(100) 내부에 상기 제1체크볼(300)과 이격되게 설치되어 상기 피스톤(200)의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로(120)를 개폐한다.

부연하면, 상기 제2체크볼(400)은 상기 피스톤(200)이 상승할 때 상기 유로(120)의 밀폐상태를 유지하고, 상기 피스톤(200)이 하강할 때 우측으로 이동하여 상기 유로(120)를 개방함으로써 상기 제1체크볼(300)과의 사이로 유입된 유체가 상기 유출홀(140)로 토출되도록 한다.

상기 이탈방지판(500)은 상기 바디(100)의 상면에 설치되어 상기 피스톤(200)의 이탈을 방지한다. 즉 바디(100)의 삽입홈(110) 내에서 상하로 운동하는 피스톤(200)은 경우에 따라서는 삽입홈(110) 외부로 이탈할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 이탈방지판(500)을 바디(100)의 상면에 설치한다.

그리고, 상기 이탈방지판(500)에는 상기 삽입홈(110)과 연통되는 관통홀(510)이 형성되어 상기 삽입홈(110)의 내부, 즉 상기 피스톤(200)의 상부공간이 진공이 되는 것을 방지한다. 즉 관통홀(510)을 통하여 삽입홈(110)이 외부와 연통되도록 하는 것이다.

상기 관통홀(510)은 상기 삽입홈(110)과 상기 피스톤(200)의 직경보다 작게 형성되어 삽입홈(110)이 외부와 연결되도록 하면서 동시에 피스톤(200)이 삽입홈(110) 밖으로 이탈되지 않도록 한다.

상기 밀폐패널(600)은 상기 바디(100)의 좌측면에 설치되는 것으로서, 좌우방향으로 가로지르는 유로(120)의 좌단을 밀폐한다.

상기 블록(700)은 상기 바디(100)의 우측면에 설치되는 것으로서, 좌우방향으로 가로지르는 유로(120)의 우단을 밀폐한다. 좀 더 정확히는 상기 블록(700)은 상기 유로(120)의 우측 끝부분 내부에 설치되어 유로(120)의 우측 끝부분을 밀폐한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프의 동작모습을 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 마이크로 펌프가 동작하지 않을 때는 피스톤(200)이 삽입홈(110) 내의 일정한 곳에 위치하고, 제1체크볼(300)은 제1병목홀(121)의 직선홀(121a)과 확장홀(121b)의 연결부분을 밀폐하고 있으며, 제2체크볼(400)은 제2병목홀(122)의 직선홀(122a)과 확장홀(122b)의 연결부분을 밀폐하고 있다.

이 상태에서 전자석(E)의 신호에 의해 인력이 작용하면 자석(210)이 위쪽으로 이동하는 힘을 받게 되어 피스톤(200)이 상승하게 된다.

이렇게 피스톤(200)이 상승하면 바디(100)의 내부 즉, 유로(120) 내부의 압력이 떨어지게 되고, 제2체크볼(400)은 움직이지 않아서 제2체크볼(400)에 의한 제2병목홀(122)의 밀폐상태는 유지한다. 그러나, 제1체크볼(300)은 우측으로 이동하게 되어 제1병목홀(121)이 개방되고, 유입홀(130)을 통해 유체가 상기 제1병목홀(121)을 거쳐 상기 제1체크볼(300)과 상기 제2체크볼(400) 사이의 공간에 유입된다.

이 상태에서 전자석(E)의 신호에 의해 척력이 작용하면 자석(210)이 아래쪽으로 이동하는 힘을 받게 되어 피스톤(200)이 하강하게 된다.

이렇게 피스톤(200)이 하강하면 상기 유로(120) 내부의 압력이 상승하게 되고, 제1체크볼(300)은 좌측으로 이동하게 되고 제2체크볼(400)은 우측으로 이동하게된다. 이렇게 되면 제1체크볼(300)은 제1병목홀(121)을 밀폐하게 되고, 제2체크볼(400)은 밀폐하고 있던 제2병목홀(122)을 개방하여 제2병목홀(122)을 통해 유체가 유출홀(140) 쪽으로 이동한 후 외부로 배출된다.

상기와 같은 동작을 반복하여 특정 지점에 저장되어 있는 유체를 다른 곳으로 유동시킨다.

100: 바디 110: 삽입홈
120: 유로 121: 제1병목홀
121a: 직선홀 121b: 확장홀
122: 제2병목홀 122a: 직선홀
122b: 확장홀 130: 유입홀
140: 유출홀 200: 피스톤
210: 자석 300: 제1체크볼
400: 제2체크볼 500: 이탈방지판
510: 관통홀 600: 밀폐패널
700: 블록
E: 전자석 P: 배관연결구

Claims (4)

1. 내부 상측에 삽입홈(110)이 형성되고, 상기 삽입홈(110)과 연통되는 유로(120)가 내부에 수평방향으로 형성되며, 상기 유로(120)와 연통되는 유입홀(130)과 유출홀(140)이 전방과 후방에 각각 형성된 바디(100)와;
   상기 바디(100)의 삽입홈(110)에 설치되고, 전자석(E)으로부터 신호를 받아 인력 또는 척력이 발생되는 자석(210)이 내장되어 상하로 움직이는 피스톤(200)과;
   상기 바디(100) 내부에 설치되어 상기 피스톤(200)의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로(120)를 개폐하는 제1체크볼(300)과;
   상기 바디(100) 내부에 상기 제1체크볼(300)과 이격되게 설치되어 상기 피스톤(200)의 상하 움직임에 따라 좌우로 움직여 상기 유로(120)를 개폐하는 제2체크볼(400)과;
   상기 바디(100)의 상면에 설치되어 상기 피스톤(200)의 이탈을 방지하는 이탈방지판(500);을 포함하여 구성되되,
   상기 제1체크볼(300)은 상기 피스톤(200)이 상승할 때 우측으로 이동하여 상기 유로(120)를 개방함으로써 상기 유입홀(130)을 통해 유입된 유체가 제2체크볼(400)과의 사이에 유입되도록 하고, 상기 피스톤(200)이 하강할 때 좌측으로 이동하여 상기 유로(120)를 밀폐하며,
   상기 제2체크볼(400)은 상기 피스톤(200)이 상승할 때 상기 유로(120)의 밀폐상태를 유지하고, 상기 피스톤(200)이 하강할 때 우측으로 이동하여 상기 유로(120)를 개방함으로써 상기 제1체크볼(300)과의 사이로 유입된 유체가 상기 유출홀(140)로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 이탈방지판(500)에는 상기 삽입홈(110)과 연통되는 관통홀(510)이 형성되어 상기 삽입홈(110) 내부가 진공이 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 유로(120)에는 다른 곳보다 직경이 작은 상태로 일정길이 유지되다가 우측으로 갈수록 직경이 점점 커지는 제1병목홀(121)과 제2병목홀(122)이 일정거리 이격되게 형성되고,
   상기 제1병목홀(121)과 제2병목홀(122)은 상기 제1체크볼(300)과 제2체크볼(400)에 의해 각각 개폐되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 바디(100)의 좌측면에는 상기 유로(120)의 좌단을 밀폐하는 밀폐패널(600)이 설치되고, 상기 바디(100)의 우측면에는 상기 유로(120)의 우단을 밀폐하는 블록(700)이 설치된 것을 특징으로 하는 마그네틱 피스톤을 사용한 마이크로 펌프.

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