KR20190005812A - 스프링 - Google Patents

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KR20190005812A
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KR1020180166908A
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마르틴 로이터
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마르코 시스템애널라이즈 운트 엔트비크룽 게엠베하
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Abstract

액체 미디어를 도포하기 위한 도포 장치는 회전 축을 중심으로 회전 가능하며 밸브 시트와 회전 축에 대해 각도를 이루며 연장되는 밸브 아웃렛 채널을 가지는 회전 디스크를 포함한다.

Description

스프링{Spring}
본 출원은 2016년 8월 4일에 출원되고 "APPLIKATIONSVORRICHTUNG"라는 명칭의 독일 특허출원 제102016114502.5호의 우선권을 청구하며, 이로써 이 출원의 모든 내용은 모든 목적을 위하여 그 전체가 본 출원의 참조로 통합된다.
본 발명은 예를 들어 접착제, 코팅제 등과 같은 액체 미디어(liquid media)를 도포하기 위한 도포 장치(application device)에 관한 것이다.
전자 부품 및 장치의 제조에서, 접착(gluing) 공정이 많은 제조 단계에서 필요하다. 작업물 또는 작업물 상의 구조적 요소에의 손상을 방지하기 위해, 접착제는 소위 제트 밸브에 의해 접촉 없이 도포된다. 그러한 밸브는 요소가 기계적으로 안정화시키기 위해 회로 기판 상에 채워지는 소위 언더필링(underfilling)을 위해 또한 사용된다. 통상적으로, 미디어는 각 작업물에 수직으로 작업물에 도포되며, 그에 의해 밸브 및 작업물은 다축 로봇의 도움에 의해 서로에 대해 배열된다. 전형적으로 그러한 로봇은 세 개의 축, 즉 작업물의 평면에서의 이동을 위한 두 개의 축 및 작업물에 대해 수직으로의 이동을 위한 하나의 축을 가진다. 작업물 및 밸브 상의 축의 분할은 다를 수 있으며, 다시 말해 작업물 및/또는 로봇은 작업물에 대해 이동될 수 있다.
그러나, 많은 도싱 장치의 경우에 미디어를 수직으로 도포하는 것이 아니라 정해진 각도로 도포하는 것이 유리하며, 예를 들어 이는 물질이 모서리에 도싱되고 미디어가 평면의 양 면 및 수직인 면을 덮어야 한다면 그러하다. 또한 경사 도포는 언더필 공정에 유리하다. 그러나 밸브와 작업물 사이의 거리가 안정적이고 정확한 도싱을 위해 작아야 하기 때문에(도포되는 미디어의 정확한 위치가 매우 정밀하게 유지되어야 한다), 알려진 제트 밸브의 디자인은 로봇에서 경사 설치를 허용하지 않는다. 더욱이, 미디어의 도포는 전형적으로 작업물의 하나의 모서리 또는 작업물의 하나의 요소를 따라 이루어지지 않을 뿐만 아니라 일반적으로 두 개 또는 심지어 몇 개의 모서리를 따라 이루어진다. 밸브가 로봇 상에 경사지게 장착되면, 밸브를 회전시키기 위한 추가적인 로봇 축이 요구된다. 밸브에 요구되는 미디어의 공급으로 인해 또한 요구되는 전기적 및/또는 공압적 공급으로 인해, 360° 또는 그보다 큰 회전은 큰 노력에 의해서만 달성될 수 있다.
본 발명의 목적은 비용 효율적인 방식으로 미디어의 경사 도포를 가능하게 하는 액체 미디어의 도포를 위한 도포 장치에 사용될 수 있는 스프링을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항의 특징에 의해 달성되며 특히 회전 축을 중심으로 회전 가능하도록 베이스 바디에 장착되는 회전 디스크를 포함하며 회전 디스크는 밸브 시트 및 회전 축에 대해 경사지게 연장되는 아웃렛 채널을 가지는 도포 장치에 의해 달성된다. 나아가, 도포 장치는 밸브 시트에 지지될 수 있도록 조절될 수 있는 밸브 니들을 가진다.
본 발명에 따른 도포 장치에 의해, 미디어의 경사 도포가 추가적인 로봇 축의 필요 없이 간단한 방식으로 달성될 수 있다. 회전 디스크의 회전에 의해 임의의 각도 위치를 향할 수 있는 회전 축에 대해 경사진 방향으로 향하는 출구 채널로 인해, 아웃렛 채널은 미디어의 횡방향 또는 경사 도포가 가능하도록 하는 아웃렛 개구를 갖도록 간단한 방식으로 위치될 수 있다. 예를 들어 회전 디스크의 아웃렛 채널은 회전 축에 대해 45°의 각도로 배열될 수 있으며, 또한 도포 요건에 따라 0°보다 큰 다른 각도가 또한 가능하다.
본 발명의 유리한 실시예는 상세한 설명, 도면 및 종속항에 기술되어 있다.
제1 실시예에 따르면, 밸브 니들이 회전 축을 중심으로 회전 가능하게 장착될 수 있다. 결과적으로, 밸브 니들은 밸브가 폐쇄될 때 회전 디스크와 함께 베이스 바디에 대해 회전될 수 있으며, 이는 이 상태에서 밸브 니들은 밸브 시트에 가압되며 회전 디스크의 회전 동안 이와 함께 회전하기 때문이다.
다른 실시예에 따르면, 밸브 니들을 위한 회전 베어링 및/또는 회전 디스크를 위한 회전 베어링이 베이스 바디에 구비될 수 있다. 결과적으로, 회전 디스크와 밸브 니들이 베이스 바디에 대해 작은 마찰력으로 회전될 수 있으며, 회전 축을 중심으로 회전 디스크와 밸브 니들의 독립적인 회전이 구현될 수 있다.
회전 디스크가 임의의 방향으로 각도 제한 없이 베이스 바디에 대해 회전 가능한 것에 의해 특히 유연한 위치 설정이 달성될 수 있다.
회전 디스크가 원형 디스크의 형태를 가지고 특히 그 외주면에 치를 가지면, 구동기가 이를 회전시킬 수 있도록 특히 간단한 방식으로 회전 디스크의 외주면에 장착될 수 있다. 이 경우, 회전 디스크의 특히 정확한 거동이 치에 의해 달성될 수 있다. 그러나 벨트 또는 체인 구동기와 같은 다른 힘 전달 메커니즘이 또한 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 밸브 니들은 스프링 하중이 가해질 수 있으며 특히 일측 단에 밸브 볼을 구비할 수 있다. 이에 따라, 밸브 니들은 스프링에 의해 폐쇄 위치 또는 개방 위치로 바이어싱될 수 있다. 밸브 니들이 스프링에 의해 그 개방 위치로 바이어싱되면, 밸브가 개방될 때 회전 디스크가 특히 작은 마찰력으로 회전될 수 있다는 유리한 효과가 달성된다.
마모 발생 시에 밸브 시트의 교환이 가능하게 하기 위해, 이것이 회전 디스크의 인서트에 구비되면 유리하다. 아웃렛 채널이 회전 디스크의 인서트에 구비되면 유리할 수 있는데, 이는 이 경우 인서트를 교환하는 것에 의해 다르게 경사지거나 다른 치수의 아웃렛 채널이 선택될 수 있기 때문이다.
다른 실시예에 따르면, 아웃렛 채널의 아웃렛 개구의 단면은 아웃렛 채널의 길이방향 축에 수직이 되도록 형성될 수 있다. 아웃렛 채널의 길이방향 축에 경사지게 형성되는 아웃렛 개구의 단면과 비교할 때, 이것은 방울 형성 영역에서 정해진 분리 에지의 결과로서 향상된 방울 형성으로 이어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도포 장치는 회전 디스크의 위치를 검출하는 회전 인코더를 가질 수 있다. 이 목적을 위해, 회전 디스크의 정확한 위치를 검출하고 그에 의해 회전 디스크의 구동 또는 회전 디스크의 회전을 공간에서의 도포 장치의 거동과 동기화시키기 위해, 하나 또는 둘 이상의 자석 요소가 회전 디스크에 일체화될 수 있다. 이 경우 회전 인코더 및 회전 디스크의 구동기는 도싱 장치의 전자 제어기에 연결될 수 있으며, 그 결과로서 도싱과 회전 거동 사이의 정확한 동기화가 가능해진다.
다른 실시예에서, 다른 도싱 장치를 위해 도포 장치의 신속한 교환이 가능하도록, 도포 장치는 도싱 장치에의 교환 모듈로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 위에서 설명된 도포 장치의 밸브 니들을 위한 스프링이 구비되며, 이 스프링은 중심에 중심 개구가 배열되고 중심 개구로부터 외측으로 나선형 암 형태의 슬롯이 형성되는 디스크 형상의 바디로 구성된다. 따라서 스프링은 두 개의 이웃하는 나선형 암 사이에서 휘어지고 디스크에 일체로 연결되는 스프링 암이 형성되는 디스크에 의해 형성된다. 중심 개구의 외주 영역에서 디스크 형상의 바디에 힘이 가해질 때, 모든 스프링 암이 균일하게 스프링 변형되며, 이 결과로 정확히 조절 가능한 복원력이 가해진다. 이러한 스프링은 예를 들어 위에서 설명된 밸브 니들과 같은 미리 텐션이 가해지는 회전 요소에 특히 적합하다. 그러한 요소는 중심 개구 내에 위치하는 영역에 중심 개구의 직경보다 작은 외경을 가질 수 있으며 그에 의해 그 요소는 낮은 마찰력 하에 중심 개구에서 회전할 수 있다.
바디 및/또는 중심 개구가 위에서 볼 때 둥글 때 특히 원형일 때 스프링의 특히 간단한 제조가 가능해진다.
마지막으로, 적어도 4개, 특히 적어도 6개, 그리고 바람직하게는 적어도 8개, 특히 정확히 8개의 슬롯이 구비되면 유리하며, 그 이유는 이것이 달성되어야 할 특히 양호하고 잘 조절 가능한 스프링 거동을 가능하게 하기 때문이다.
아래에서, 본 발명이 유리한 실시예 및 첨부된 도면을 참조로 예시적으로 설명될 것이다.
도 1은 도포 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 도포 장치의 상부에서 비스듬하게 본 사시도이다.
도 3은 구동기에 연결되는 도 1 및 도 2의 도포 장치의 하면을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 도포 장치의 스프링의 측면도 및 평면도이다.
도 5는 도 1의 일부 확대도이다.
도 1은 서로 나사 결합되는 대략 직육면체 형상의 두 개의 요소(12, 14)로 이루어지는 베이스 바디(10)를 포함하는 액체 미디어의 도포를 위한 도포 장치(application device)를 보여준다. 회전 축(A)에 대해 회전 가능한 회전 디스크(16)는 베이스 바디(10)에 회전 가능하게 장착된다.
도 5에 도시된 도 1의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 제1 인서트(18) 및 제2 인서트(20)가 회전 축(A)과 동축으로 회전 디스크(16)에 구비되며, 제2 인서트(20)는 회전 디스크(16)에 정렬된다.
밸브 시트(22)가 제1 인서트(18)에 형성되며, 회전 축(A)과 동축으로 베이스 바디(10)에 장착되는 밸브 니들(24)이 이에 지지되게 적용된다. 이에 따라, 밸브 시트(22)는 밸브 니들(24)에 의해, 더 구체적으로 밸브 니들(24)에 힘이 가해질 때 밸브 니들(24)의 하측 단에 가압되는 밸브 볼(26)에 의해, 폐쇄될 수 있다. 이러한 방식에 의해, 회전 축(A)과 동축으로 연장되어 제1 인서트(18)에 형성되며 제2 인서트(20)에 회전 축(A)과 동축으로 형성되는 통로 채널(25)에 연결되는 관통공 채널(23)이 폐쇄된다. 동축 통로 채널(25)의 하측 단은 제2 인서트(20)에 형성되며 직선으로 이어지며 그 축이 회전 축(A)과 대략 45°의 각도로 연장되는 아웃렛 채널(28)에 연결된다. 결과적으로, 아웃렛 채널(28)은 제2 인서트(20)의 하부 측에 형성되는 자유 공간(30)에 연결되고, 아웃렛 채널(28)의 아웃렛 개구의 단면, 즉 자유 공간(30)으로 연결되는 오리피스는 아웃렛 채널(28)의 길이방향 축에 대해 수직이 된다.
제2 인서트(20)는 회전 디스크(16)에 나사 결합되고 제1 인서트(18)를 지지하며, 씰(seal)(27)이 통로 채널(23, 25)의 영역에서 인서트(18, 20) 사이에 구비된다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 한편으로 회전 디스크(16)를 위한 볼 베어링(32)이 베이스 바디(10)에 구비된다. 다른 한편으로, 밸브 니들(24)이 요소(12)의 상부 측으로부터 대응하는 수용 보어에 삽입되는 회전 베어링 인서트(34)에 회전 가능하게 장착된다.
도 1에 더 도시된 바와 같이, 밸브 니들(24)은 그 상측 단 부분에 직경 감소부(24A)를 가지며, 이 부분(24A)은 도 4에 상세히 도시되어 있는 스프링(40)에 의해 삽입된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스프링(40)은 디스크 형태의 바디(42)로 형성되며, 디스크의 중심을 통해 연장되고 바디(42)를 통해 연장되는 중심 개구(44)가 이에 형성된다. 평면에서 볼 때, 중심 개구(44)는 둥글고 특히 원형이며, 다시 말해 둥근 구멍이 바디(42)의 중심에 있다.
나아가, 중심 개구(44)로부터 바디(42)의 외주의 방향으로 연장되는 나선형 암(arms)의 형태를 가지며 바디(42)를 관통하는 복수의 슬롯(46)이 베이스 바디(42) 또는 디스크(42)에 형성된다.
예시적인 실시예에서, 디스크(42) 상에 균등하게 분포되고 서로 이격되는 총 8개의 슬롯이 구비되며 그 반경 방향 외측 단에는 원형으로 확대된 끝 영역(48)이 구비된다. 결과적으로, 바디(42)와 일체로 연결되는 스프링 암(50)이 각각 두 개의 슬롯(46) 사이에 형성된다.
도 4 및 도 1을 살펴보면, 밸브 니들(24)은 그 상측 단이 스프링(42)의 중심 개구(44)를 관통하도록 삽입되며, 이는 개별 스프링 암(50)이 탄성적으로 외측으로 변형될 수 있기 때문에 가능하다. 밸브 니들(24)은 스프링(40)의 중심 개구(44)에서 그 테이퍼된 부분(24a)에 의해 지지되며 저 마찰력 방식에 의해 중심 개구(44) 내에서 회전 가능하다. 베어링 인서트(34), 밸브 니들(24) 및 스프링(40)을 요소(12) 내에 유지하기 위해, 회전 베어링 인서트(34)를 요소(12) 내에 유지하는 스냅 링(52)이 구비된다.
예를 들어 접착제와 같은 액체 미디어의 공급을 위해, 경사지게 연장되는 보어(54)가 요소(12)의 상부 측에 구비되며, 이 보어는 종단 플러그에 의해 폐쇄되는 수평 보어(56)에 연결된다. 그리고 수평 보어(56)는 미디어 채널(58)에 연결되며, 이 미디어 채널은 밸브 니들(24)을 둘러싸고 회전 축(A)과 동축이며 밸브 시트(22)까지 연장된다. 그리고 미디어 채널(58)은 제1 인서트(18)와 제2 인서트(20) 내에서 두 개의 통로 채널(23, 25)로 연결되며, 그에 의해 미디어는 회전 축(A)에 대해 경사지게 연장되는 아웃렛 채널(28)을 통해 나올 수 있다. 액체 미디어의 밀봉을 위해, 오링(60)이 요소(12)와 회전 베어링 인서트(34) 사이에 구비되며, 밸브 니들(24)의 밀봉된 수직 이동 및 회전 거동을 허용하는 워크 링(62)이 회전 베어링 인서트(34)와 밸브 니들(24) 사이에 구비된다. 볼 베어링(32)에 대한 밀봉은 추가적인 오링(64)에 의해 제공된다.
위에서 설명된 도포 장치가 도싱 장치(dosing device)의 교환 모듈로 디자인되었기 때문에, 피드 채널(54)이 그 입구 단에 추가적인 씰링 링(66)을 구비하며 그에 의해 도포 장치는 존재하는 도싱 시스템(dosing system) 상에 간단한 방식으로 도킹될 수 있다. 도싱은 예를 들어 알려진 피에조(piezo) 구동 수단에 의해 밸브 니들(24)의 상측에 아래 방향으로의 수직 힘을 인가함에 의해 일어날 수 있다. 결과적으로, 밸브 볼(26)이 밸브 시트(22) 상에 가압되어 미디어가 유출될 수 없다. 만약 밸브 니들(24)에 힘이 가해지지 않으면, 밸브 니들(24)은 스프링(40)의 힘에 의해 수직 상방향으로 가압되어 미디어가 경사지게 연장되는 아웃렛 채널(28)을 통해 유출될 수 있다.
회전 디스크(16)는 각도 제한 없이 양 회전 방향으로 베이스 바디(10)에 대해 회전 가능하기 때문에, 아웃렛 채널(28)은 구동기에 의해 임의의 원하는 각도 위치를 향할 수 있다. 회전 디스크(16)의 구동을 위해, 베이스 바디(10)에 연결되는 구동기(70)의 구동 기어(72)가 치합되는 치(toothing)(17)가 외주면에 구비될 수 있다. 나아가, 회전 디스크(16)는 복수의 자석(19)(도 2에는 단지 하나의 자석(19)이 도시됨)의 형태의 회전 인코더(encoder)를 가질 수 있으며, 그에 의해 회전 디스크(16)의 임의의 각도 위치가 제어기(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.
위에서 설명된 도포 장치는 밸브 니들(24)의 상측 단에서 작동하는 도싱 구동기를 구비하는 도싱 장치에 교체 모듈로 설치될 수 있다. 도싱 구동기가 밸브 니들(24)을 아래 방향으로 누를 때, 아웃렛 채널(28)이 폐쇄되어 채널(54, 56, 58)을 통해 공급된 미디어가 이탈될 수 없다. 구동기(70)를 작동시킴으로써, 회전 디스크(16)가 원하는 방향으로 회전될 수 있으며, 그 경우 밸브 니들(24)이 마찰에 의해 회전 디스크(16)와 함께 회전한다. 아웃렛 채널(28)이 원하는 위치와 방향에 도달할 때, 도싱 밸브가 개방되어 스프링(40)이 밸브 니들(24)을 도 1에 도시된 위치로 되돌려 이동시킴으로써 미디어가 아웃렛 채널(28)을 통해 배출될 수 있다. 이 위치에서, 회전 디스크와 밸브 니들(24)은 서로에 대해 독립적으로 회전할 수 있다.
설명된 도포 장치에 의해, 알려진 제트 밸브를 이용하여 아웃렛 개구와 작업물 사이의 작은 거리로 경사 도싱이 가능하다. 동시에, 아웃렛 채널은 요구되는 대로 회전될 수 있으며, 그에 의해 제4 축이 도싱 장치에 대해 구현될 수 있으며, 그렇지 않으면 필요한 제4 로봇 축의 불리함이 회피될 수 있다. 설명된 회전 인코더뿐만 아니라 구동기(70)는 도싱과 회전 거동 사이의 정확한 동기화가 가능하도록 도싱 시스템의 제어 전자 시스템에 연결될 수 있다.

Claims (3)

  1. 디스크 형태의 바디(42)로 이루어지고, 상기 바디(42)의 중심에 배열되는 중심 개구(44) 및 상기 중심 개구(44)로부터 외측으로 연장되는 나선형 암 형태의 슬롯(46)이 상기 바디(42)를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스프링(40).
  2. 제1항에서,
    상기 바디(42) 및/또는 상기 중심 개구(44)는 상부에서 볼 때 둥글게 형성되는 것을 특징으로 하는 스프링(40).
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 슬롯(46)은 4개, 6개, 또는 적어도 8개로 구비되는 것을 특징으로 하는 스프링(40).
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