KR20180007401A - 진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서 - Google Patents

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KR20180007401A KR1020160088325A KR20160088325A KR20180007401A KR 20180007401 A KR20180007401 A KR 20180007401A KR 1020160088325 A KR1020160088325 A KR 1020160088325A KR 20160088325 A KR20160088325 A KR 20160088325A KR 20180007401 A KR20180007401 A KR 20180007401A
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송진수
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Abstract

본 발명은 진공 토출 구조의 디스펜서에 관한 것이고, 구체적으로 대기압과 진공의 압력 차이에 의하여 노즐을 통하여 오일과 같은 액체가 정량으로 토출되도록 하는 진공 정량 토출 구조의 디스펜서에 관한 것이다. 진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서는 충진 소재의 정해진 양이 토출되는 노즐(111)이 형성된 저장 실린더(11); 상하 이동에 의하여 노즐(111)을 개폐시키는 개폐 피스톤(15); 및 개폐 피스톤(15)의 개폐 시간을 조절하는 피에조 액추에이터(13)를 포함하고, 상기 충진 소재의 토출 과정에서 노즐(111)의 외부는 진공 상태가 되고, 저장 실린더(11)의 내부는 미리 결정된 압력 수준으로 유지되어 상기 진공 상태와 미리 결정된 압력 수준의 차이에 의하여 상기 충진 소재가 토출되는 것을 특징으로 한다.

Description

진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서{A Non-contact Type of Dispenser Having a Structure of Vacuum Discharging In a Predetermined Amount}
본 발명은 진공 토출 구조의 디스펜서에 관한 것이고, 구체적으로 대기압과 진공의 압력 차이에 의하여 노즐을 통하여 오일과 같은 액체가 정량으로 토출되도록 하는 진공 정량 토출 구조의 디스펜서에 관한 것이다.
분말 형태의 고체, 액체 또는 이와 유사한 유체를 정해진 공간 또는 위치에 공급하기 위한 디스펜서가 다양한 산업 분야에서 적용되고 있다. 예를 들어 하드디스크 드라이버(HDD)에 적용되는 유체 동압 베어링은 초정밀 베어링으로 축과 슬리브가 회전축에 의하여 지지될 수 있다. 이와 같은 구조에서 유체 동압에 의한 회전축의 지지를 위하여 내부에 미량의 오일이 주입될 수 있다. 유체 동압 베어링의 슬리브의 내부에 주입되는 오일 양 오차, 주입 과정에서 발생되는 기포 또는 미스트는 HDD의 작동에 영향을 미칠 수 있고, 내구성에 영향을 미치면서 HDD 전체 성능을 저하시킬 수 있다. 그러므로 예를 들어 36 ㎎의 오일을 HDD의 유체 동압 베어링의 내부에 주입시키기 위하여 정밀도가 매우 높으면서 주입에 따른 부작용이 발생되지 않는 디스펜서가 요구된다.
특허등록번호 제10-0994598호는 복수 개의 액제저장용기; 액체 저장 용기를 수용하는 복수 개의 액제공급탱크; 액제공급탱크의 하부를 형성하며 밀폐된 상태로 탈부착이 가능한 저장용기 수용판; 액제공급탱크의 측부에 형성되고, 저장용기 수용판의 높이를 조절하여 액제저장용기를 액제공급탱크의 내부로 로딩 및 언로딩할 수 있는 저장용기 높이조절부; 저장용기 수용판의 상부에 형성되어 액제저장용기의 무게를 측정하여 액제의 소모 여부를 감지하는 저장용기 무게감지부; 액제공급탱크의 외벽을 통과하며 결합되고, 한쪽 끝이 액제저장용기의 내부로 연장되면서 다른 한쪽 끝은 공급 탱크 선택밸브에 연결된 액제공급관; 액제공급탱크에 연결되고, 액제공급탱크 내부에 압력을 조절할 수 있는 압력조절관; 가압조절밸브를 통하여 압력조절관에 연결되고, 액제공급탱크의 내부 압력을 가압상태로 유지할 수 있는 가압탱크; 및 진공조절밸브를 통하여 압력조절관에 연결되고, 액제공급탱크의 내부 압력을 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프를 포함하는 디스펜서용 액제공급장치에 대하여 개시한다.
특허공개번호 제10-2013-0007134호는 실린지 내부로의 공급압을 조절하는 압력조절밸브; 실린지 원료물질의 압력 수두를 감지하는 압력수두 감지센서; 상기 감지된 압력 수두에 대응하는 잔량 압력을 산출하여, 상기 잔량 압력의 음압력이 상기 실린지 내부에 공급되도록 상기 압력조절밸브를 제어하는 압력제어장치를 포함하는 디스펜서의 약맺힘 방지 장치에 대하여 개시한다.
상기 선행기술에서 개시된 디스펜서는 미량의 오일의 정량 공급에 적용되기 어렵고, 예를 들어 기포 발생 방지 기능, 오염 방지 기능 또는 주입량 정밀 조절 기능을 가지지 않는다. 이로 인하여 HDD의 유체 동압 베어링에 정량 오입 주입을 위하여 적합하지 않다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허등록번호 제10-0994598호(주식회사 룩스, 2010년11월09일 등록) 디스펜서용 액제공급장치 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2013-0007134호(에이피시스템 주식회사, 2013년01월18일 공개) 디스펜서의 액맺힘 방지 장치 및 그 동작 방법
본 발명의 목적은 진공과 대기압의 차이 및 정밀 피스톤 개방 속도의 제어에 의하여 유체 또는 분말의 미량 정밀 주입이 가능한 진공 정량 토출 구조의 디스펜서를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서는 충진 소재의 정해진 양이 토출되는 노즐이 형성된 저장 실린더; 상하 이동에 의하여 노즐을 개폐시키는 개폐 피스톤; 및 개폐 피스톤의 개폐 시간을 조절하는 피에조 액추에이터를 포함하고, 상기 충진 소재의 토출 과정에서 노즐의 외부는 진공 상태가 되고, 저장 실린더의 내부는 미리 결정된 압력 수준으로 유지되어 상기 진공 상태와 미리 결정된 압력 수준의 차이에 의하여 상기 충진 소재가 토출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 저장 실린더의 내부에 배치되는 초음파 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 노즐은 텅스텐, 스테인리스 스틸, 세라믹 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 소재가 되고, 개폐 피스톤은 저장 실린더의 내부에 위치하는 노즐 입구를 개폐시키는 막대 구조가 되어, 적어도 50 Hz의 진동수로 피에조 액추에이터에 의하여 작동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디스펜서는 하드디스크 드라이버에 적용되는 유체 동압 베어링의 오일 주입에 적용되어 미리 결정된 양의 오일이 정밀하게 제어되어 주입될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 디스펜서는 내부에 포집되는 버블이 발생되지 않도록 하면서 비접촉 방식으로 작동되어 별도로 세척 공정이 요구되지 않으므로 부품의 손상이 방지되도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 디스펜서는 예를 들어 피에조 액추에이터를 적용하는 것에 의하여 노즐 개폐의 정밀성이 향상되도록 하면서 전체 구조가 간단해지도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 디스펜서는 예를 들어 실리콘, PEEK 또는 우레탄과 같은 비금속 소재 또는 알루미늄과 같은 연질 금속으로 노즐이 제조될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 디스펜서의 구조에 대한 실시 예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 디스펜서에서 노즐에서 토출이 조절되는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스펜서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 디스펜서의 작동 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 디스펜서의 구조에 대한 실시 예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 비접촉식 디스펜서(10)는 충진 소재의 정해진 양이 토출되는 노즐(111)이 형성된 저장 실린더(11); 상하 이동에 의하여 노즐(111)을 개폐시키는 개폐 피스톤(15); 및 개폐 피스톤(15)의 개폐 시간을 조절하는 피에조 액추에이터(13)를 포함하고, 상기 충진 소재의 토출 과정에서 노즐(111)의 외부가 진공 상태가 되고, 저장 실린더(11)의 내부는 미리 결정된 압력 수준으로 유지되어 상기 진공 상태와 미리 결정된 압력 수준의 차이에 의하여 상기 충진 소재가 토출된다.
본 발명에 따른 디스펜서(10)는 하드디스크 드라이버(HDD)의 유체 동압 베어링의 오일 주입에 적용될 수 있지만 이에 제한되지 않고 액체 또는 분말 형태의 충진 소재의 주입이 필요한 다양한 산업용 기기에 적용될 수 있다. 본 발명은 주입 또는 토출되어야 하는 양이 정밀하게 제어될 필요가 있으면서 정밀한 분해능을 가지는 임의의 액체 또는 분말 형태의 물질 주입에 적용될 수 있다. 저장 실린더(11)은 전체적으로 속이 빈 실린더 형상이 될 수 있고, 내부에 충진 소재가 채워질 수 있는 적절한 구조를 가질 수 있다. 저장 실린더(11)는 내부에 충진 소재의 저장이 가능한 속이 빈 실린더 형상이 될 수 있고, 위쪽에 상대적으로 큰 직경을 가지는 작동 몸체(112)가 연결될 수 있으면서, 저장 실린더(11)의 아래쪽에 노즐(111)이 형성될 수 있다.
노즐(111)은 저장 실린더(11)의 아래쪽으로부터 원뿔 형상으로 연장되는 구조로 형성될 수 있고, 노즐(111)의 연장 방향으로 내부에 중심선을 따라 배출 경로가 형성될 수 있다. 그리고 배출 경로의 위쪽은 적절한 방법으로 개폐 가능한 구조로 만들어질 수 있다. 예를 들어 배출 경로는 속이 빈 선형 튜브 형상이 될 수 있고, 위쪽 부분은 예를 들어 니들 형상으로 끝 부분이 튜브의 내부로 삽입 가능한 니들 개폐 수단에 의하여 개폐될 수 있다. 노즐(111)은 내부 경로를 통하여 저장 실린더(11)에 저장된 충진 소재를 정해진 위치로 토출시킬 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다.
저장 실린더(11)의 위쪽에서 작동 몸체(112)가 형성될 수 있고, 작동 몸체(112)는 저장 실린더(11)의 위쪽 끝과 연결되면서 충진 소재의 작동을 조절하는 다양한 부품 또는 소자가 배치될 수 있다. 작동 몸체(112)는 저장 실린더(11)에 비하여 직경이 큰 실린더 형상이 될 수 있고, 작동 몸체(112)의 내부에 피에조 액추에이터(13) 또는 로드 셀(14)과 같은 장치가 배치될 수 있다. 그리고 작동 몸체(112)의 아래쪽은 저장 실린더(11)와 연결되고, 작동 몸체(112)의 위쪽은 측정 유닛(12)에 의하여 밀폐될 수 있다.
측정 유닛(12)은 작동 몸체(112)의 위쪽을 밀폐시키는 구조로 만들어지면서, 측정 유닛(12)의 아래쪽으로 연장 부재가 형성될 수 있다. 그리고 연장 부재에 저장 실린더(11)의 내부 압력, 저장된 충진 소재의 부피, 남은 충진 소재의 중량 또는 저장 실린더(11)의 내부 온도를 측정하는 다양한 탐지 유닛이 배치될 수 있다. 예를 들어 측정 유닛(12)은 마이크로 미터기가 될 수 있고, 연장 부재의 끝 부분에 로드 셀(14)이 배치될 수 있다. 그리고 저장 실린더(11)의 내부에 피에조 액추에이터(13)가 배치될 수 있다.
피에조 액추에이터(13)는 개폐 피스톤(15)을 상하 운동을 유도하여 노즐(111)을 개폐시키는 기능을 한다. 피에조 액추에이터(13)는 빠른 응답으로 인하여 개폐 시간에 대한 분해능(resolution)이 뛰어나고, 정밀한 위치 조절이 가능하면서 작동 구조가 간단하다는 이점을 가진다. 예를 들어 50 Hz 이상 또는 바람직하게 100 Hz 이상 또는 가장 바람직하게 200 Hz 이상의 주파수를 가지는 전압을 인가하여 전기장을 발생시켜 개폐 피스톤(15)의 상하 운동을 유도할 수 있다. 주파수가 커질수록 분해능이 높아지면서 노즐(111)의 선단에서 발생할 수 있는 젖음(wetting) 현상이 감소할 수 있다. 이에 비하여 주파수가 커질수록 저장 실린더(11)의 내부에 저장된 충진 소재의 유동성이 커지면서 온도 변화가 커진다는 단점을 가진다. 그러므로 피에조 액추에이터(13)의 주파수는 젖힘 현상 및 충진 소재의 유동성에 기초하여 적절하게 설정될 수 있다. 가해지는 전압의 크기를 조절하여 정밀하게 개폐 피스톤(15)에 인가되는 힘이 조절될 수 있다. 피에조 액추에이터(13)의 작동 시간을 조절하는 것에 의하여 개폐 피스톤(15)의 개폐 시간이 정확하게 조절될 수 있고, 이에 의하여 충진 소재의 토출량이 정밀하게 제어될 수 있다. 개폐 피스톤(15)은 피에조 액추에이터(13)에 한쪽 끝이 연결된 선형 소재가 될 수 있고, 예를 들어 스테인리스 스틸, 세라믹, PEEK, 이와 유사한 금속 또는 합성수지 소재로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 오일과 같은 충진 소재는 노즐(111)의 외부 압력 또는 충진 소재가 주입되는 공간의 압력과 저장 실린더(11) 내부 압력의 차이에 의하여 정해진 위치로 토출될 수 있다. 예를 들어 오일의 주입 상태에서 유체 동압 베어링의 압력은 진공 상태로 유지되고, 저장 실린더(11)의 내부 압력은 대기압 상태로 유지될 수 있다. 그리고 개폐 피스톤(15)에 의하여 노즐(111)의 입구가 개방되면서 저장 실린더(11)의 내부에 저장된 또는 주입 튜브(16)에 의하여 저장 실린더(11)의 내부와 연결된 주입 탱크로부터 충진 소재가 토출될 수 있다. 진공 상태는 예를 들어 0.1 torr 또는 0.01 torr 이하의 압력을 의미하고, 대기압은 760 torr 또는 이에 근사한 압력을 의미하지만 이에 제한되지 않는다. 저장 실린더(11)의 내부와 노즐(111)의 외부 압력 차이는 노즐(111)의 직경에 따라 적절하게 설정될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 다만, 충진 소재가 토출되는 위치의 주변은 압력이 낮을수록 기포 발생 가능성이 낮아지므로 예를 들어 토출 위치는 0.01 torr 또는 0.1 torr 이하의 압력으로 유지되는 것이 유리하다. 로드 셀(14)의 위치는 측정 유닛(12)에 의하여 측정되는 저장 실린더(11)의 내부 압력에 의하여 자동으로 조절될 수 있다. 구체적으로 로드 셀(14)에 의하여 측정된 압력 값에 의하여 개폐 피스톤(15)의 초기 위치가 결정되고, 측정 유닛(12)에 의하여 개폐 피스톤(15)의 노즐(111)에 대한 주입 각도가 조절될 수 있다. 그리고 저장 실린더(11)의 내부가 예를 들어 대기압 상태로 만들어지고, 피에조 액추에이터(13)가 작동되어 개폐 피스톤(15)이 상하로 이동되면서 충진 소재가 노즐(111)을 통하여 토출될 수 있다. 그리고 피에조 액추에이터(13)의 작동 시간이 제어 유닛에 의하여 제어되는 것에 의하여 충진 소재의 토출량이 조절될 수 있다. 저장 실린더(11)의 내부 압력은 예를 들어 압력 조절 유닛에 의하여 조절될 수 있다. 압력 조절 유닛은 예를 들어 펌프와 같은 수단이 되거나 저장 실린더(11)의 내부를 저장 실린더(11)의 외부와 공기 유동이 가능하도록 제어하는 밸브 유닛과 같은 것이 될 수 있다.
충진 소재는 저장 실린더(11)의 내부에 저장되거나 저장 실린더(11)의 외부에 형성된 저장 탱크에 저장될 수 있다. 그리고 충진 소재는 주입 튜브(16)에 의하여 저장 실린더(11)의 아래쪽에 공급될 수 있다. 저장 실린더(11)의 내부에 초음파 유닛(18)가 같은 기포 제거 수단이 배치될 수 있고, 레벨 센서(171, 172)가 배치될 수 있다. 레벨 센서(171, 172)는 노즐(111)의 위쪽에 위치하는 하부 레벨 센서(171)와 저장 실린더(11)의 위쪽에 위치하는 상부 레벨 센서(172)로 이루어질 수 있다. 하부 레벨 센서(171)의 탐지 정보에 의하여 충진 소재가 주입 튜브(16)를 통하여 저장 실린더(11)의 내부로 충진 소재가 주입되는 시기가 결정될 수 있다. 그리고 상부 레벨 센서(172)에 의하여 주입 튜브(16)를 통하여 주입되는 충진 소재의 양이 제한될 수 있다. 레벨 센서(171, 172)에 의하여 저장 실린더(11)의 내부에 저장되는 충진 소재의 양이 자동으로 조절될 수 있고, 레벨 센서(171, 172)는 저장 실린더(11) 내부의 충진 소재의 양의 측정이 가능한 하나의 탐지 유닛으로 만들어질 수 있다.
저장 실린더(11)의 아래쪽에 형성되는 노즐(111)은 저장 실린더(11)는 일체형으로 만들어질 수 있지만 바람직하게 분리형으로 만들어질 수 있다. 노즐(111)은 저장 실린더(11)의 내부와 외부의 압력 차이에 의하여 충진 소재가 외부로 토출될 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 디스펜서에서 노즐에서 토출이 조절되는 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2의 (가)는 고압 토출 구조의 고압 노즐(111a)을 도시한 것이고, 도 2의 (나)는 진공 토출 구조의 노즐(111) 구조를 도시한 것이다. 고압 토출 구조에서 고압 피스톤(15a)에 의하여 고압 토출 튜브(HP)에 대하여 가해지는 큰 압력에 의하여 고압 저장 실린더(11a)의 내부에 저장된 오일과 같은 저장 액체(RL)가 고압 노즐(111a)에 형성된 토출 경로(CL)를 통하여 충진 액체(FL)가 정해진 위치로 토출될 수 있다. 이와 같은 구조에서 충진 액체(FL)가 토출되는 위치 또는 고압 노즐(111a)의 외부 압력은 대기압 또는 그에 근사한 압력이 될 수 있다. 그리고 토출 경로(CL)를 통하여 저장 액체(RL)를 토출시키기 위하여 고압 피스톤(15a)에 큰 압력 또는 큰 힘이 가해질 필요가 있다.
도 2의 (나)에 도시된 본 발명에 따른 노즐 구조에서 개폐 피스톤(15)은 노즐(111)에 형성된 토출 경로(CL)의 위쪽 입구를 개폐시키는 기능만을 가지고, 저장 액체(RL)에 압력을 가하는 기능을 가지지 않는다. 이를 위하여 저장 실린더(11)의 내부에 저장 액체(RL)를 저장하는 공간은 원통 형상으로 연장되는 압력 작용 부분 및 압력 작용 부분으로부터 연장되면서 원뿔 형상으로 아래쪽으로 연장되는 개폐 부분으로 이루어질 수 있다. 그리고 개폐 부분의 끝 부분으로부터 동일한 직경으로 연장되는 토출 경로(CL)가 형성될 수 있다. 개폐 피스톤(15)은 토출 경로(CL)의 입구로부터 일정 거리만큼 위쪽에 위치하게 되고, 이를 위하여 개폐 피스톤(15)의 직경은 개폐 부분의 길이 방향으로 중간 부분에 비하여 작은 직경을 가지면서 토출 경로(CL)에 비하여 큰 직경을 가질 수 있다.
고압 토출 구조의 경우 고압 피스톤(15a)이 작동을 위하여 큰 압력이 가해질 필요가 있고, 반응 속도가 느리다는 단점을 가진다. 또한, 고압 피스톤(15a)이 위쪽으로 이동하는 과정에서 토출 경로(CL)의 내부에 음압이 발생되어 토출 경로(CL)에 충진 액체(FL)가 남을 수 있다. 이와 동시에 토출 경로(CL)의 끝 부분에 맺힘 현상이 발생될 수 있고, 토출량의 정밀 제어가 어렵다.
이에 비하여, 도 2의 (나)에 도시된 진공 토출 구조의 경우 개폐 피스톤(15)은 토출 경로(CL)를 개폐시키는 기능만을 하므로 작은 이동 거리에 의하여 토출 경로(CL)를 개폐시킬 수 있고, 이로 인하여 개폐 피스톤(15)의 작동을 위하여 작은 압력 또는 작은 힘이 요구된다. 그러므로 반응 속도가 빠르고, 충진 액체(FL)가 채워지는 부분이 진공 상태로 유지되므로 토출 경로(CL)에 용액이 남지 않으면서 끝 부분에 맺힘 현상이 발생되지 않는다. 그리고 개폐 시간의 정밀한 조절에 의하여 토출되는 양이 정밀하게 조절될 수 있다. 이와 동시에 토출 방향을 조절하는 것에 의하여 비접촉 방식으로 충진 액체(FL)의 토출이 가능하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 디스펜서의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면 저장 실린더(11)는 전체적으로 실린더 형상이 될 수 있고, 아래쪽에 노즐(111)이 배치될 수 있다. 저장 실린더(11)의 위쪽에 3개의 방향으로 연장되는 날개(하나의 날개는 뒤쪽으로 연장되어 표시되지 않음)를 가진 부착 플레이트(32b)가 형성될 수 있다. 그리고 부착 플레이트(32b)의 아래쪽에 밀폐 수단(323)이 배치될 수 있다. 저장 실린더(11)는 부착 플레이트(32b)의 중심 부분을 관통하는 형태로 배치될 수 있고, 저장 실린더(11)가 부착 플레이트(32b)를 관통하는 부분에 밀폐 수단(323)이 배치될 수 있다. 밀폐 수단(323)은 예를 들어 실리콘 또는 고무와 같이 신축성 또는 탄성을 가진 소재로 만들어질 수 있고, 밀폐 수단(323)에 의하여 저장 실린더(11)의 아래쪽 부분과 위쪽 부분이 밀폐 상태로 분리될 수 있다. 이에 의하여 노즐(111)의 외부 또는 충진 소재가 채워지는 부분이 진공 상태로 유지될 수 있다. 부착 플레이트(32b)의 위쪽으로 조절 유닛(321, 322)에 의하여 분리 간격이 유지되는 고정 플레이트(32a)가 배치될 수 있다. 조절 유닛(321, 322)에 의하여 고정 플레이트(32a)에 대한 부착 플레이트(32b)의 상대적인 위치가 조절될 수 있다. 부착 플레이트(32b)의 위쪽 평면에 탄성 밀폐 수단(33)이 배치될 수 있고, 고정 플레이트(32a)의 아래쪽에 배치되는 잠금 수단(331)에 의하여 탄성 밀폐 수단(33)이 압축이 되면서 저장 실린더(11)를 정해진 위치에 고정시킬 수 있다. 작동 몸체(112)가 저장 실린더(11)의 위쪽에 연결될 수 있고, 작동 몸체(112)의 내부에 피에조 액추에이터(13) 및 로드 셀(14)이 배치될 수 있다. 작동 몸체(112)의 측면에 압력 조절 유닛(35)이 설치될 수 있고, 압력 조절 유닛(35)은 측정 유닛(12)에 의하여 탐지되는 압력에 기초하여 작동 몸체(112)의 내부 또는 저장 실린더(11)의 내부 압력을 조절하는 기능을 가질 수 있다.
하드디스크 드라이브의 유체 동압 베어링의 내부로 오일을 주입하기 위하여 주입 튜브(16)를 통하여 충진 소재가 되는 오일이 저장 실린더(11)의 내부에 채워질 수 있다. 오일이 채워지는 양은 레벨 탐지 유닛에 의하여 탐지될 수 있고, 적절한 양의 오일이 채워지면 디스펜서가 오일의 충전을 위하여 배치될 수 있다. 압력 조절 유닛(35)에 의하여 저장 실린더(11)의 내부 압력이 예를 들어 1기압이 되도록 만들어질 수 있고, 압력 조절 유닛(35)은 공기 주입을 위한 펌프와 같은 장치를 포함할 수 있다. 유체 동압 베어링으로 주입되어야 하는 오일의 양이 결정되면 그에 따라 피에조 액추에이터(13)에 의한 개폐 피스톤(15)의 작동 시간이 결정될 수 있다. 오일의 주입을 위하여 부착 플레이트(32b)의 아래쪽 부분이 진공 상태로 만들어질 수 있고, 저장 실린더(11)의 내부가 대기압 상태로 만들어질 수 있다. 이후 피에조 액추에이터(13)가 작동되어 개폐 피스톤(15)이 상하로 이동되면서 노즐(11)이 개방되어 압력 차이에 의하여 오일이 유체 동압 베어링의 내부로 주입될 수 있다.
아래에서 이와 같은 디스펜서의 작동 과정에 대하여 설명된다.
도 4는 본 발명에 따른 디스펜서의 작동 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 디스펜서의 작동 과정은 저장 실린더의 내부로 오일이 충전되는 단계(P41); 오일이 채워지는 주입 부위의 충전 양에 따라 피에조 액추에이터의 작동 수준과 같은 작동 모듈의 작동 방법이 설정되는 단계(P42); 진공 펌프가 작동이 되어 주입 부위가 진공으로 만들어지는 단계(P43), 저장 실린더의 내부의 압력, 온도, 오일의 양 또는 노즐 외부의 진공 상태와 같은 노즐 내부 및 외부의 상태가 탐지되는 단계(P44); 미리 결정된 충전 양의 충전을 위한 작동 조건이 저장되는 단계(P45); 저장된 작동 조건에 따라 피에조 액추에이터와 같은 작동 모듈이 작동되는 단계(P46); 작동 모듈의 작동에 따라 개폐 피스톤이 작동되어 노즐이 반복적으로 개폐가 되는 단계(P47); 및 노즐을 통하여 정해진 양의 오일이 주입 부분에 채워지는 되는 단계(P48)를 포함한다.
위에서 설명된 것처럼, 본 발명에 따른 디스펜서는 작동 실린더의 내부의 압력 및 노즐 외부의 압력 사이의 차이에 의하여 오일이 주입 부분에 채워질 수 있다. 저장 실린더의 내부에 오일이 채워질 수 있고, 저장 실린더는 예를 들어 대기압과 같은 수준의 압력이 되도록 유지될 수 있다. 저장 실린더의 내부에 오일이 채워질 수 있고, 저장 실린더의 내부로 주입 튜브를 통하여 정해진 양의 오일이 채워질 수 있다(P41). 저장 실린더 내부의 오일 양은 레벨 탐지 센서에 의하여 탐지될 수 있고, 만약 저장 실린더 내부의 오일 양이 미리 결정된 수준 이하가 되면 오일이 자동으로 저장 실린더의 내부에 주입 튜브를 통하여 주입될 수 있다. 주입 부위에 대한 오일의 주입량은 미리 결정될 수 있고, 예를 들어 25, 30, 35, 50 또는 70 ㎎과 같이 결정될 수 있다. 그리고 주입 부분으로 토출되어야 하는 오일의 양에 따라 작동 모듈의 작동 조건이 설정될 수 있다(P42). 작동 조건은 예를 들어 개폐 피스톤의 상하 이동 거리, 피에조 액추에이터의 작동 주파수, 작동 압력 또는 작동 시간을 포함할 수 있다. 이와 같은 작동 모듈의 작동 조건이 설정되면(P42), 진공 펌프가 작동되어 저장 실린더의 외부가 예를 들어 0.1 torr 이하 또는 0.01 torr 이하의 압력 상태로 만들어질 수 있고, 저장 실린더의 위쪽 부분에 대하여 밀폐될 수 있다(P43). 그리고 저장 실린더의 내부 및 외부가 미리 결정된 조건에 따라 설정되었는지 여부가 탐지될 수 있다(P44). 만약 설정된 작동 조건과 탐지 조건이 일치하면 작동 조건이 저장될 수 있다(P45). 작동 조건이 저장되면 그에 따라 작동 모듈이 작동될 수 있고(P46), 노즐이 개방되면서(P47) 정해진 시간 동안 미리 결정된 양의 오일이 주입 부위에 토출될 수 있다(P48). 그에 따라 정해진 양의 오일이 예를 들어 유체 동압 베어링의 내부로 주입되면, 다른 유체 동압 베어링으로 오일을 주입하기 위하여 준비될 수 있다.
본 발명에 따른 디스펜서는 다양한 방법으로 작동될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 디스펜서 11: 저장 실린더
11a: 고압 저장 실린더 12: 측정 유닛
13: 피에조 액추에이터 14: 로드 셀
15: 개폐 피스톤 15a: 고압 피스톤
16: 주입 튜브 18: 초음파 유닛
32a: 고정 플레이트 32b: 부착 플레이트
33: 탄성 밀폐 수단 35: 압력 조절 유닛
111: 노즐 111a: 고압 노즐
112: 작동 몸체 171: 하부 레벨 센서
172: 상부 레벨 센서 321, 322: 조절 유닛
323: 밀폐 수단 331: 잠금 수단
CL: 토출 경로 FL: 충진 액체
HP: 고압 토출 튜브 RL: 저장 액체

Claims (3)

  1. 충진 소재의 정해진 양이 토출되는 노즐(111)이 형성된 저장 실린더(11);
    상하 이동에 의하여 노즐(111)을 개폐시키는 개폐 피스톤(15); 및
    개폐 피스톤(15)의 개폐 시간을 조절하는 피에조 액추에이터(13)를 포함하고,
    상기 충진 소재의 토출 과정에서 노즐(111)의 외부는 진공 상태가 되고, 저장 실린더(11)의 내부는 미리 결정된 압력 수준으로 유지되어 상기 진공 상태와 미리 결정된 압력 수준의 차이에 의하여 상기 충진 소재가 토출되는 것을 특징으로 하는 진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서.
  2. 청구항 1에 있어서, 저장 실린더(11)의 내부에 배치되는 초음파 유닛(18)을 더 포함하는 진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서.
  3. 청구항 1에 있어서, 노즐(111)은 텅스텐, 스테인리스 스틸, 세라믹 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 소재가 되고, 개폐 피스톤(15)은 저장 실린더(11)의 내부에 위치하는 노즐(111) 입구를 개폐시키는 막대 구조가 되어, 적어도 50 Hz의 진동수로 피에조 액추에이터(13)에 의하여 작동되는 것을 특징으로 하는 진공 정량 토출 구조의 비접촉식 디스펜서.
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