KR20190047470A - 미세 유동 장치 및 미세 유동 장치의 제어설비 - Google Patents

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Abstract

유체 제어를 위한 밸브의 구조를 보다 단순하고 효율적으로 개선하여, 밸브를 보다 간편하고 효과적으로 조작할 수 있도록, 적어도 하나 이상의 챔버가 구비된 플랫폼과, 상기 챔버에 연결되어 유체가 이송되는 적어도 하나 이상의 유로, 상기 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 플랫폼에 설치되는 바디, 상기 바디에 설치되고 유로에 면하여 유로를 선택적으로 차단하는 차단판, 상기 바디 내부에 이동가능하게 설치되어 차단판을 가압하는 가압봉, 상기 바디에 설치되어 가압봉을 차단판 가압 위치에 고정하는 고정부를 포함하는 미세 유동 장치를 제공한다.

Description

미세 유동 장치 및 미세 유동 장치의 제어설비{MICROFLUIDIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM FOR THE SAME}
유체 흐름을 제어하기 위한 미세 유동장치와 미세 유동 장치의 제어설비를 개시한다.
일반적으로, 미세 유동 장치는 유체를 수용하는 챔버 사이의 유로에 설치된 밸브를 통해 유체 흐름을 제어하여 여러 지정된 기능을 수행한다.
밸브는 미세유체를 활용하는 관련 연구에서 유체 제어를 위한 가장 중요한 요소 중 하나이다. 밸브 조작을 통해 유체의 흐름을 제어할 수 있다. 이를 통해서 여러 가지 기능들을 단일 칩에 일체화 할 수 있게 된다.
최근 들어, 탄성을 갖는 물질을 활용하여 디스크 상에서 유체의 흐름을 조절 할 수 있는 밸브가 개발되고 있다. 이러한 밸브는 개방과 폐쇄 작업을 반복적으로 수행할 수 있어, 유체 흐름 제어에 보다 효과적이다.
이에, 보다 더 효과적으로 유체 흐름을 제어할 수 있도록 밸브에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 밸브 조작과 제어가 비효율적으로 설계된 경우, 샘플 주입으로부터 결과 검출까지 전 과정의 자동화가 필요한 현장진단 디바이스 개발 등에서 큰 문제로 작용할 수 있다. 따라서 미세유동장치에서 밸브의 보다 개선된 구조가 요구된다.
유체 제어를 위한 밸브의 구조를 보다 단순하고 효율적으로 개선한 미세 유동 장치 및 미세 유동 장치의 제어 설비를 제공한다.
밸브를 보다 간편하고 효과적으로 조작할 수 있도록 된 미세 유동 장치 및 미세 유동 장치의 제어 설비를 제공한다.
본 구현예에 따른 미세 유동 장치는, 적어도 하나 이상의 챔버가 구비된 플랫폼과, 상기 챔버에 연결되어 유체가 이송되는 적어도 하나 이상의 유로, 상기 유로를 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.
상기 밸브는 플랫폼에 설치되는 바디, 상기 바디에 설치되고 유로에 면하여 유로를 선택적으로 차단하는 차단판, 상기 바디 내부에 이동가능하게 설치되어 차단판을 가압하는 가압봉, 상기 바디에 설치되어 가압봉을 차단판 가압 위치에 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 바디 하단에 돌출 형성되어 차단판을 플랫품에 가압하여 밀착시키는 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 고정부는 바디 측면에 탄력적으로 설치되고 선단은 바디 내측으로 돌출되어 가압봉의 선단을 걸어 고정하는 탄성 래치를 포함할 수 있다.
상기 가압봉은 선단에 상기 탄성 래치에 걸리는 걸림턱이 형성되고, 상기 걸림턱은 직경은 상기 바디의 내경보다 작고 상기 탄성 래치의 내경보다 큰 구조일 수 있다.
상기 가압봉은 측면에 형성되어 상기 탄성래치에 걸려 가압봉의 이탈을 방지하는 단턱을 더 포함할 수 있다.
상기 가압봉을 이동시켜 유로를 개폐하는 밸브작동부를 더 포함하고, 상기 밸브작동부는 상기 밸브의 가압봉에 외력을 인가하여 상기 가압봉을 탄성 래치에 걸어 고정하기 위한 가압부, 및 상기 가압봉의 고정 상태를 해제시키기 위한 해제부를 포함할 수 있다.
상기 가압부는 상기 바디 상에 위치하고 하단이 개방된 하우징, 상기 하우징 내에 설치되는 전자석, 상기 전자석에 전류를 인가하는 전류공급부, 상기 하우징 내에 이동 가능하게 설치되고 전자석의 자력에 의해 밀려나 가압봉을 눌러 이동시키는 자성체를 포함할 수 있다.
상기 자성체의 하단 직경은 상기 가압봉의 걸림턱 직경보다 작은 구조일 수 있다.
상기 해제부는 하우징에 연결되어 하우징을 바디 내부를 따라 이동시키는 구동부를 포함하고, 상기 하우징은 바디를 향하는 하단 직경이 상기 바디의 내경 이하이고, 상기 가압봉의 걸림턱 직경 이상으로 형성되어, 상기 바디 내부로 이동하여 상기 탄성 래치를 외측으로 벌리는 구조일 수 있다.
상기 바디는 원통형 단면 구조일 수 있다.
상기 차단부재는 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 가압봉에 의해 눌러져 변형되어 유로를 개폐하는 구조일 수 있다.
상기 차단부재는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌, 탄성합성수지, 고무, 실리콘에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 구현예의 제어 설비는, 적어도 하나 이상의 챔버가 구비된 플랫폼과, 상기 챔버에 연결되어 유체가 이송되는 적어도 하나 이상의 유로, 상기 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 플랫폼에 설치되는 바디, 상기 바디에 설치되고 유로에 면하여 유로를 선택적으로 차단하는 차단판, 상기 바디 내부에 이동가능하게 설치되어 차단판을 가압하는 가압봉, 상기 바디 측면에 탄력적으로 설치되고 선단은 바디 내측으로 돌출되어 가압봉의 선단을 걸어 고정하는 탄성 래치를 포함하는 미세 유동 장치의 제어설비일 수 있다.
상기 제어 설비는 상기 미세 유동 장치에 구비된 밸브를 개폐 작동하기 위한 밸브작동부, 상기 밸브작동부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고, 상기 밸브작동부는 상기 밸브의 가압봉에 외력을 인가하여 상기 가압봉을 탄성 래치에 걸어 고정하기 위한 가압부, 상기 가압봉의 고정 상태를 해제시키기 위한 해제부를 포함할 수 있다.
상기 가압부는 상기 바디 상에 위치하고 하단이 개방된 하우징, 상기 하우징 내에 설치되는 전자석, 상기 전자석에 전류를 인가하는 전류공급부, 상기 하우징 내에 이동 가능하게 설치되고 전자석의 자력에 의해 밀려나 가압봉을 눌러 이동시키는 자성체를 포함할 수 있다.
상기 자성체의 하단 직경은 상기 가압봉의 걸림턱 직경보다 작은 구조일 수 있다.
상기 해제부는 하우징에 연결되어 하우징을 바디 내부를 따라 이동시키는 구동부를 포함하고, 상기 하우징은 바디를 향하는 하단 직경이 상기 바디의 내경 이하이고, 상기 가압봉의 걸림턱 직경 이상으로 형성되어, 상기 바디 내부로 이동하여 상기 탄성 래치를 외측으로 벌리는 구조일 수 있다.
본 구현예에 의하면, 유체의 흐름을 제어하는 밸브의 조작성이 개선되어 밸브를 보다 효과적으로 조작할 수 있게 된다.
밸브의 구조가 단순하여 제조가 용이하며, 보다 간편하게 사용할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 제어설비를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 밸브를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 밸브 작동 구조를 나타낸 개략적인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 제어설비를 나타내고 있다.
본 실시예의 미세 유동 장치(100)는 복수의 챔버(114,116)들이 구비된 플랫폼(110)과, 챔버(114,116)들 사이를 연결하는 복수의 유로(118), 각 유로(118)를 개폐하여 챔버(114,116)들 사이를 선택적으로 연통하는 밸브(120)를 포함할 수 있다.
미세 유동 장치(100)는 예를 들어, 분석 시스템에 장착되어 시료를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 분석 시스템은 미세 유동 장치의 플랫폼을 회전시키는 회전구동부(200)를 구비하며, 분석을 위해 미세 유동 장치에 빛을 조사하는 광원 및 미세 유동 장치를 통과한 빛을 분석하는 분광기를 구비할 수 있다. 분석 시스템은 광원과 분광기를 이용하여 시약에 의하여 변한 시료의 색상에 따른 성분을 검출한다. 분석 대상 물질의 색상에 따라 분광기에는 각기 다른 파장이 나타나며 검출된 파장에 의하여 분석 대상 물질을 검출할 수 있다. 또한, 분석 대상 물질의 농도가 높으면 흡광도도 이에 비례하여 증가하므로, 분광기에서 측정된 흡광도를 바탕으로 분석 물질의 농도를 검출할 수 있다. 분석 시스템은 감시를 위한 카메라와 스트로브 라이트를 더 포함할 수 있다. 분석 시스템은 미세 유동 장치의 구조나 분석 대상에 따라 다양한 구조로 변형가능하며, 특별히 한정되지 않는다.
플랫폼(110)은 회전 중심을 가지며, 예를 들어 회전 가능한 원판 형상으로 이루어질 수 있다. 플랫폼(110)은 챔버(114,116)와 유로(118)를 형성하기 위해, 두 개의 기판을 부착하여 구성할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, y축 방향을 따라 상대적으로 위쪽에 배치된 기판을 제1 기판(111)이라 하고, 아래쪽에 배치된 기판을 제2 기판(113)이라 한다. 본 실시예에서, 제2 기판(113)의 내면에는 유체를 수용하는 챔버(114,116)와, 챔버를 연결하는 유로(118)가 형성될 수 있다. 제1 기판(111)은 제2 기판(113)에 접합되어 챔버(114,116)와 유로(118)의 개방된 상부를 막게 된다. 물론, 상기 구조와 반대로 제1 기판에 챔버와 유로가 형성될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 제1 기판(111)과 제2 기판(113)은 접착제를 이용한 접착, 초음파 융착, 레이저 융착 등 다양한 방법으로 접합되어 플랫폼(110)을 형성할 수 있다. 플랫폼(110)은 화학적 및 생물학적 안정성과 광학적 투명성을 가지는 소재로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 제1 기판(111) 상에는 유로와 대응되는 위치에 유로 차단을 위한 차단판(도 2의 122 참조)가 설치될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세하게 설명한다. 또는, 제1 기판 자체가 탄성적으로 변형가능한 재질로 이루어져 유로를 차단하는 차단판으로써 작용할 수 있다.
플랫폼(110)이 회전하면 원심력에 의하여 챔버(114)에 저장된 시료가 유로를 통해 다른 챔버(116)로 이동할 수 있다. 챔버(114)와 챔버(116) 사이에 설치된 밸브(120)가 시료의 이동을 통제한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 미세 유동 장치(100)를 제어 구동하기 위한 제어설비는 미세 유동 장치(100) 외측에 배치되어 플랫폼(110)에 구비된 복수의 밸브(120) 중 적어도 어느 하나를 개폐 작동하기 위한 밸브작동부(300)를 포함한다.
본 실시예의 제어 설비는, 밸브작동부(300)가 미세유동장치(100)와 별도로 구비되어 미세유동장치의 밸브(120)를 구동하는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 경우 밸브작동부(300)는 제어 설비에 하나만 구비될 수 있다. 밸브 또는 밸브작동부의 위치를 이동시켜 하나의 밸브작동부로 미세유동장치 내 설치된 각 밸브를 구동할 수 있다.
상기한 구조 외에, 제어 설비는 미세유동장치에 구비된 각 밸브에 각각 밸브작동부가 구비되어, 밸브가 각각의 밸브작동부에 의해 개별적으로 구동되는 구조일 수 있다. 즉, 밸브는 밸브 구동을 위한 밸브작동부가 같이 결합된 구조일 수 있다.
이하 설명에서는 미세유동장치의 밸브와 별도로 제어 설비 내에 밸브작동부가 구비되어 선택된 밸브를 제어 구동하는 구조를 예로서 설명하다. 이를 위해, 본 실시예의 제어 설비는 밸브작동부(300)를 선택된 밸브(120) 위치로 이동시키기 위한 이동부(400)를 더 포함할 수 있다.
이동부(400)는 플랫폼(110) 상에 중심을 향해 수평방향으로 배치되어 밸브작동부(300)를 수평이동시키는 수평이동부(410)를 포함할 수 있다. 또한, 플랫폼(110)에 수직방향으로 배치되어 밸브작동부(300)를 플랫폼(110)에 대해 상하로 이동시키는 수직이동부(420)를 더 포함할 수 있다. 밸브작동부(300)는 수직이동부(420)에 연결되어 상하 이동되며, 수직이동부(420)는 수평이동부(410)에 연결되어 수평방향으로 이동될 수 있다. 이에 수평이동부(410)와 수직이동부(420)의 구동을 통해 밸브작동부(300)를 필요한 위치로 이동시킬 수 있게 된다. 수직이동부(320)와 수평이동부(330)는 컨트롤러(430)에 연결되어, 컨트롤러(430)의 제어신호에 따라 구동되어 밸브작동부를 선택된 밸브 상부로 이동시키게 된다.
또한, 제어 설비의 컨트롤러(430)는 회전구동부(200)를 제어하여 플랫폼(110)의 회전량을 제어한다. 이에, 플랫폼(110)에 구비된 복수의 밸브(120) 중 선택된 밸브(120)를 밸브작동부(300) 위치로 이동시킬 수 있다.
수직이동부(420)는 도 1에서 플랫폼(110)에 대해 y축 방향을 따라 밸브작동부(300)을 이동시키게 된다. 수평이동부(330)는 도 1에서 x축 방향을 따라 밸브작동부(300)를 이동시키게 된다. 수직이동부(420)와 수평이동부(410)는 예를 들어, 이동레일과 리니어모터를 이용한 레일 이동 구조일 수 있다. 수직이동부(420)와 수평이동부(410)는 직교 좌표계를 따라 밸브작동부(300)을 이동시킬 수 있는 구조면 모두 적용가능하다.
회전구동부(200)는 플랫폼(110)을 회전시킴으로써, 도 1의 xz평면 상에서 밸브(120)의 위치를 이동시키게 된다. 이에, x축과 y축에 대해서는 밸브(120)에 대해 밸브작동부(300)을 이동시키고 z축에 대해서는 밸브작동부(300)에 대해 밸브(120)를 이동시킬 수 있게 된다. 이는 마치 밸브작동부(300)를 3축 이동시키는 것과 같아, 밸브작동부(300)를 제어하고자 하는 밸브(120) 상에 정확히 위치시킬 수 있게 된다. 따라서, 컨트롤러(430)의 제어 구동에 따라 밸브작동부(300)을 원하는 위치로 이동시켜 밸브(120)를 기계적으로 조작할 수 있게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 밸브와 밸브작동부의 구성에 대해 설명한다. 이하 설명에서, 상 또는 상부라 함은 y축 방향을 따라 위쪽을 의미하고, 하 또는 하부라 함은 y축 방향을 따라 아래쪽을 의미한다.
밸브(120)는 플랫폼(110)에 설치되는 바디(121), 바디(121)에 설치되고 유로(118)에 면하여 유로를 선택적으로 차단하는 차단판(122), 바디(121) 내부에 이동가능하게 설치되어 차단판(122)을 가압하는 가압봉(123), 바디(121)에 설치되어 가압봉(123)을 차단판(122) 가압 위치에 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
바디(121)는 상단이 개방된 원통형태로 이루어질 수 있다. 바디(121)의 내측 하단에는 차단판(122)이 설치될 수 있다.
바디(121)는 플랫폼(110)에 부착 설치될 수 있다. 또는, 도 2에 도시된 바와 같이, 바디(121)는 하단에 걸쇠(125)가 연장 형성되어 플랫폼(110)과의 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 플랫폼(110)의 제1 기판(111)에는 걸쇠가 끼워져 결합되는 걸림홈(126)이 형성될 수 있다. 이에, 바디의 걸쇠(125)를 제1 기판의 걸림홈(126)에 끼워주게 되면, 바디(121)가 플랫폼(110)에 고정 설치된다.
바디(121)는 차단판(122)을 제1 기판(111)에 가압 밀착시킬 수 있도록, 하단에 돌기(127)가 돌출 형성될 수 있다. 돌기(127)는 원통형 바디(121)의 하단을 따라 연속적으로 형성된다. 이에, 바디(121)가 플랫폼(110)에 결합되면, 바디 하단에 돌출 형성된 돌기(127)가 차단판(122)을 플랫폼의 제1 기판(111)에 가압하여 밀착시키게 된다. 따라서, 차단판(122)과 제1 기판(111) 사이가 긴밀하게 밀착되어 완전히 실링된다. 이에, 유로를 지나는 유체가 차단판(122)과 제1 기판(111) 사이 틈새를 통해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
차단판(122)은 가압봉(123)에 의해 눌러져 탄성 변형되거나 원 상태로 복귀되어 유로(118)를 개폐하는 구조로 되어 있다. 이하, 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 가압봉(123)에 의해 눌려져 차단판(122)이 탄성변형되었을 때, 유로(118)를 차단하고, 원상태로 복귀되어 유로(118)를 개방하는 구조를 예로서 설명한다.
차단판(122)은 탄성 변형가능하도록 자체적으로 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 차단판(122)는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌 등의 탄성합성수지, 또는 고무, 실리콘에서 선택되는 적어도 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 차단판(122)은 바디(121) 하단에 설치되어 제1 기판(111)의 유로(118) 부분에 연결될 수 있다. 이에, 차단판(122)은 일면은 바디 내부와 면하고, 반대쪽면은 유로와 면한다. 이러한 구조 외에, 차단판은 제1 기판에 일체로 형성될 수 있다.
차단판(122)은 가압봉(123)의 외력에 의해 눌려져 탄성 변형되어 유로(118)를 차단하게 된다. 그리고, 가압봉(123)에 대한 고정이 해제되면 차단판(122)은 자체 탄성 복귀력에 의해 가아봉을 밀어내면서 원상태를 회복하여 차단되어 있던 유로(118)를 개방시킨다.
이하, 유로(118)가 차단되도록 가압봉(123)이 차단판(122)를 눌러 탄성변형시키는 위치를 고정위치라 하고, 가압봉의 고정 상태가 해제되어 유로(118)가 개방되고 가압봉(123)이 복귀된 원위치를 해제위치라 한다. 차단판(122)은 가압봉(123)이 고정위치로 이동시 탄성 변형되어 유로(118)를 차단하게 된다.
가압봉(123)은 소정의 길이를 갖는 바 형태의 구조물이다. 가압봉(123)은 바디(121) 내부에서 바디를 따라 상하방향(도 2에서 y축 방향)을 따라 이동가능하게 설치되어 차단판(122)를 가압 변형시킨다. 가압봉(123)은 바디(121)와 대응되는 단면 형태로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 가압봉(123)은 바디와 같은 원형 단면 구조로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 가압봉(123)는 외력의 방향과 같은 방향으로 직선 왕복 운동하여 차단판(122)를 눌러 이동시키는 구조로 되어 있다. 이에, 가압봉(123)는 유로(118) 차단을 위한 고정위치 또는 유로(118) 개방을 위한 해제위치 중에서 어느 하나로 위치 전환된다.
가압봉(123)의 상단은 고정부에 걸리도록 된 걸림턱(128)을 이룬다. 가압봉(123)은 상단의 걸림턱(128)이 고정부에 걸려 고정 위치를 계속 유지하게 된다.
고정부는 가압봉(123)을 고정 위치에 고정시킨다. 고정부는 탄성적으로 휘어지는 탄성 래치(124)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 탄성 래치(124)는 바디(121) 측면에 일체로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 탄성 래치(124)는 상단이 바디(121) 측면에 연결되고 하단은 자유단을 이루어 탄력적으로 휘어지는 구조로 되어 있다. 탄성 래치(124)는 바디(121) 내측을 향해 경사지게 연장되고 자유단인 하단은 바디(121) 내측으로 돌출되어 가압봉(123)의 걸림턱(128)을 걸어 고정하는 구조로 되어 있다. 탄성 래치(124)의 내측면은 소정 각도로 기울어져 경사면을 이룬다. 이에, 가압봉의 걸림턱이 탄성 래치를 따라 부드럽게 이동될 수 있다. 탄성 래치(124)는 원통형 바디(121)의 내주면을 따라 적어도 한 곳 이상에서 형성될 수 있다. 탄성 래치(124)는 바디(121)의 측면을 절단하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 탄성 래치(124)는 바디(121)의 측면을 3면에서 절단하여 상단이 바디(121)에 연결된 상태에서 바디(121) 내부로 굽혀 형성할 수 있다.
가압봉(123)이 가압되면 탄성 래치(124) 하단을 지나 고정위치로 이동되고, 가압봉(123)에 의해 차단판(122)이 가압되어 유로(118)가 폐쇄된다. 가압봉(123)이 탄성래치(124)를 지나면서 탄성 래치(124)는 탄성적으로 휘어진다. 가압봉(123)이 탄성래치(124)를 지나면 휘어져 있던 탄성래치(124)는 자체 탄성복원력에 의해 원상태로 복귀하게 된다. 이에, 바디 내측으로 돌출된 탄성래치(124)의 하단이 가압봉(123)의 상단 걸림턱(128)에 걸릴 수 있게 된다. 따라서, 가압봉(123)은 탄성 래치(124) 아래에서 탄성 래치(124) 하단에 걸려 위로 이동되지 못하고 고정 위치에 계속 위치하여 유로 폐쇄 상태를 계속 유지하게 된다.
여기서, 가압봉(123)의 상단인 걸림턱(128)의 직경(A)은 바디(121)의 내경(B)보다 작고, 탄성 래치(124)의 내경(C)보다 큰 구조일 수 있다. 탄성 래치(124)의 내경(C)이라 함은 탄성래치(124)에 외력이 가해지지 않은 상태에서 탄성래치(124) 돌출된 하단이 이루는 직경 크기를 의미한다. 가압봉(123)의 걸림턱(128) 직경(A)이 바디(121)의 내경(B)보다 큰 경우에는 가압봉(123)이 바디(121) 내부에서 상하로 이동되기 어렵다. 걸림턱(128)의 직경(A)이 바디(121) 내경과 같은 경우에는 탄성 래치(124)를 벌려 가압봉 고정상태를 해제하였을 때, 가압봉(123)이 바디(121)의 개방된 상부를 통해 외부로 이탈될 수 있다. 가압봉(123)의 걸림턱 직경(A)이 탄성 래치(124)의 내경(C) 이하인 경우에는 탄성 래치(124) 하단에 가압봉(123)이 걸리지 않는다. 이에, 가압봉(123)이 탄성 래치(124)에 걸려 고정되지 못하고, 유로 차단 상태를 계속 유지하지 못한다.
탄성 래치(124)가 외측으로 벌어지게 되면 가압봉(123)의 걸림턱(128)에 대한 구속이 해제되어 가압봉(123)은 바디(121)를 따라 위쪽으로 상승할 수 있게 된다. 이에, 가압봉(123)은 해제 위치로 이동되고, 유로는 개방된다.
본 실시예의 밸브(120)는 가압봉(123)이 탄성 래치(124) 하단을 지나 해제 위치로 상승할 때, 개방된 바디(121)의 상단을 통해 외부로 이탈되는 것을 방지하는 구조로 되어 있다. 이를 위해, 가압봉(123)의 측면에는 탄성래치(124)에 걸려 가압봉(123)의 이탈을 방지하는 단턱(129)이 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단턱(129)은 가압봉(123)의 상단으로부터 소정 거리 이격되어 측면에서 돌출 형성된다. 단턱(129)은 원형 가압봉(123)의 외주면을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 단턱(129)은 가압봉(123)의 측면을 내측으로 함몰하여 형성할 수 있다. 이에, 밸브 개방 구동에 따라 탄성 래치(124)가 외측으로 벌려지게 되면 탄성래치에서 걸림턱(128)이 빠지면서 가압봉(123)이 위로 상승된다. 위로 상승되는 가압봉(123)은 측면에 형성된 단턱(129)이 탄성래치(124)걸리면서 이동이 제한된다. 따라서, 탄성 래치(124)에 단턱(129)이 걸려 구속되면서 가압봉(123)이 더 이상 위로 이동되지 못하고 바디에서 이탈되지 않는다.
걸림턱(128)과 단턱(129) 사이의 가압봉(123) 측면은 하방향으로 갈수록 점차적으로 직경이 줄어드는 경사면을 이룰 수 있다. 이러한 구조의 경우 가압봉(123)이 하강하여 걸럼턱(128)이 탄성 래치(124) 측면을 지날 때, 걸림턱(128)이 보다 원활하게 탄성 래치(124)를 따라 이동할 수 있게 된다.
단턱(129)의 외경(D)은 바디(121)의 내경(B) 이하이고, 가압봉의 걸림턱(128) 직경(A)보다 큰 구조일 수 있다. 단턱(129)의 외경(D)이 바디(121) 내경(B)보다 큰 경우에는 단턱이 형성된 가압봉(123)이 바디(121) 내부에서 상하로 이동되기 어렵다. 단턱(129)의 외경(D)이 걸림턱(128)의 직경(A) 이하인 경우에는 가압봉의 고정 해제를 위해 탄성 래치(124)를 가압봉의 걸림턱(128) 직경 이상으로 벌렸을 때, 단턱(129) 역시 탄성 래치(124)에 걸리지 못해 가압봉(123)이 바디(121) 외부로 이탈될 수 있다.
밸브작동부(300)는 바디(121) 내에서 가압봉(123)을 고정위치로 이동하여 고정하거나, 해제 위치로 복귀시켜 차단판(122)에 의한 유로(118)의 개폐를 제어하게 된다. 밸브작동부(300)에 의해 가압봉(123)은 고정위치 또는 해제위치 중 하나에 선택적으로 위치하게 된다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 밸브작동부(300)는 밸브의 가압봉(123)에 외력을 인가하여 상기 가압봉(123)을 탄성 래치(124)에 걸어 고정하기 위한 가압부, 및 가압봉(123)의 고정 상태를 해제시키기 위한 해제부를 포함할 수 있다.
밸브작동부는 밸브의 바디에 결합되거나, 제어 설비의 구동에 따라 밸브의 바디 상부로 이동되어 바디에 구비된 가압봉에 외력을 인가할 수 있다.
가압부는 바디(121) 상부에 위치하고 하단이 개방된 하우징(312), 하우징(312) 내에 설치되는 전자석(312), 전자석(312)에 전류를 인가하는 전류공급부(316), 하우징(312) 내에 이동가능하게 설치되고 전자석(312)의 자력에 의해 밀려나 가압봉(123)을 눌러 이동시키는 자성체(314)를 포함할 수 있다.
해제부는 하우징(312)에 연결되어 하우징(312)을 바디(121) 내부를 따라 이동시키는 구동부(318)를 포함하여, 탄성 래치(124)를 외측으로 벌리는 구조로 되어 있다.
이에, 가압봉(123) 가압시에는, 하우징(312)이 고정된 상태에서 자성체(314)가 전자석(312)의 자력에 의해 밀려 이동되어 가압봉(123)을 이동시키게 되고, 해제시에는 하우징(312) 자체가 이동되어 탄성 래치(124)를 외측으로 벌려 가압봉(123) 고정 상태를 해제시키게 된다.
하우징(312)은 예를 들어, 바디(121)와 같이 원통 형태로 이루어질 수 있다. 하우징(312)은 바디(121) 내부로 삽입될 수 있는 정도의 크기로 형성된다. 본 실시예에서, 바디(121)를 향하는 하우징(312)의 하단 직경(E)은 바디(121)의 내경(B) 이하이고, 가압봉(123) 상단의 걸림턱(128) 직경(A) 이상인 구조로 되어 있다.
이에, 하우징(312)은 탄성 래치(124)를 가압봉(123)의 걸림턱(128) 직경(A) 이상으로 벌려 탄성 래치(124)에 대한 가압봉(123)의 걸림 상태를 해제시킬 수 있게 된다.
하우징(312)의 하단 직경(E)이 바디(121) 내경(B)보다 큰 경우에는 하우징(312)이 바디(121) 내부로 이동되기 어렵다. 하우징(312)의 하단 직경(E)이 걸림턱(128)의 직경(A)보다 작은 경우에는 탄성 래치(124)를 걸림턱(128)의 직경(A) 이상으로 벌리지 못해 고정 래치(124)에 대한 가압봉(123)의 고정 상태를 해제시키지 못한다.
전자석(312)은 하우징(312) 내부에 고정 설치된다. 전자석(312)은 인가되는 전류 방향에 따라 극성이 바뀐다. 전류공급부(316)는 전자석(312)에 전기적으로 연결되어 구동 조건에 따라 전자석(312)으로 필요한 전류를 인가한다.
자성체(314)는 봉 형태로 이루어져 하우징(312) 내부에 이동가능하게 설치된다. 자성체는 자기장 안에 놓여 자성을 띠게 되는 물질로, 예를 들어, 일반적인 철봉으로 이루어질 수 있다. 자성체는 철봉 외에 영구자석으로 이루어질 수 있다. 자성체(314)는 전자석(312)의 자력에 의해 자화되어 극성을 띄며, 전자석에 붙거나 밀려나 하우징 내에서 이동된다. 자성체(314)는 전자석(312)의 극성에 따라 전자석에 붙거나 밀려나는 물질이면 모두 적용 가능하다.
자성체(314)는 대면하는 전자석(312)의 극성 변화에 따른 인력과 척력에 의해 이동된다. 자성체(314)는 하우징(312)의 개방된 하단을 통해 바디(121)쪽으로 돌출되어 바디(121)에 구비된 가압봉(123)을 밀어 이동시킨다.
본 실시예에서, 자성체(314)의 하단 직경은 탄성 래치(124)가 가압봉의 걸림턱(128)에 충분히 걸릴 수 있는 정도의 직경으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 자성체(314) 하단 직경은 가압봉(123) 상단의 걸림턱(128) 직경보다 작은 구조일 수 있다. 이에, 자성체(314)가 걸림턱(128)에 접한 상태에서 걸림턱(128)이 자성체(314) 외측으로 돌출되어, 탄성 래치(124) 하단에 걸려 고정될 수 있다.
구동부(318)는 하우징(312)을 바디(121)를 향해 상하로 이동시키는 구성부이다. 구동부(318)는 예를 들어, 구동모터와 구동모터의 회전력을 하우징(312)에 전달하여 하우징(312)을 직선 왕복 이동시키는 동력전달부가 결합된 구조일 수 있다. 또는 구동부(318)는 하우징(312)에 연결되어 신축 구동되는 구동 실린더를 포함할 수 있다. 구동부(318)는 바디(121)에 대해 하우징(312)을 직선 왕복 이동시킬 수 있는 구조면 모두 적용가능하다.
이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 밸브 작동 과정을 설명한다.
도 3은 밸브의 폐쇄 과정을 나타내고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 밸브(120)가 개방된 상태에서는 가압봉(123)은 위로 이동되어 차단판(122)은 가압되지 않는다. 탄성 래치(124)는 자체 탄성력에 의해 모아진 상태로, 가압봉(123)의 측면에 형성된 단턱(129)에 걸려져 가압봉(123)을 하우징(312) 내에 고정하고 있다. 제어작동부(300)의 하우징(312) 내에 구비된 전자석(312)은 자성체(314)에 인력을 가하는 극성으로 전환되어 있어, 자성체(314)는 전자석(312)에 붙어 있게 된다.
밸브(120)에 대한 폐쇄 구동이 개시되면, 제어작동부(300)가 해당 밸브(120)의 바디(121) 상부에 위치한 상태에서 자성체(314)를 바디(121) 내부로 이동시켜 가압봉(123)을 차단판(122)쪽으로 밀어 이동시키게 된다. 전자석(312)에 인가되는 전류의 극성을 전환하게 되면 전자석(312)은 자성체(314)에 척력을 가하게 된다. 이에, 자성체(314)가 전자석(312)에 대해 밀려나가 바디(121) 쪽으로 이동된다. 따라서, 자성체(314)에 의해 가압봉(123)이 밀려 이동된다. 가압봉(123)이 이동됨에 따라 가압봉(123)의 하부에 위치한 차단판(122)이 가압봉(123)에 의해 눌려진게 된다. 이에, 차단판(122)이 탄성적으로 변형되면서 유로(118)를 차단하게 된다. 차단판(122)에 의해 유로가 막혀 차단되는 상태가지 가압봉(123)이 충분히 하강하게 되면, 가압봉(123)은 탄성 래치(124)에 의해 고정된다.
즉, 가압봉(123)이 이동되면서 상단 걸림턱(128)은 탄성 래치(124)를 지나고 이 과정에서 탄성 래치(124)가 탄력적으로 휘어져 벌어지게 된다. 자성체(314)에 의해 가압봉(123)이 계속 밀려나, 걸림턱(128)이 탄성 래치(124)의 하단을 완전히 지나게 되면 탄성 래치(124)는 자체의 탄성 복귀력에 의해 하단이 원상태로 모아져 오므려진다. 이에, 탄성 래치(124)의 하단이 가압봉(123)의 걸림턱(128) 위로 이동되어 걸림턱(128)이 탄성 래치(124)에 걸리게 된다. 따라서, 가압봉(123)은 차단판(122)을 눌러 유로(118)를 차단한 상태에서 위로 이동되지 못하고 유로 차단 상태를 계속 유지할 수 있게 된다.
밸브(120)가 폐쇄되어 유로(118)가 차단되면, 하우징(312) 내에 설치된 전자석(312)에 인가되는 전류의 극성을 다시 전환하여 자성체(314)에 인력을 가한다. 이에, 가압봉(123)을 누르고 있던 자성체(314)가 전자석(312)쪽으로 끌어당겨져 다시 하우징(312) 내부로 이동된다.
이와 같이, 전자석(312)에 인가되는 전류를 제어하는 것으로 간단히 밸브(120)를 폐쇄 구동할 수 있게 된다.
도 4는 밸브의 개방 과정을 나타내고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 밸브(120)가 폐쇄된 상태에서는 가압봉(123)은 아래로 이동되어 차단판(122)을 가압하고, 탄성 래치(124)는 가압봉(123)의 걸림턱(128)에 걸려 있어 가압봉(123)을 고정하고 있다. 제어작동부의 하우징(312) 내에 구비된 전자석(312)은 자성체(314)에 인력을 가하는 극성으로 전환되어 있어, 자성체(314)는 전자석(312)에 붙어 있게 된다.
밸브에 대한 개방 구동이 개시되면, 제어작동부(300)가 해당 밸브의 바디(121) 상부에 위치한 상태에서 하우징(312)을 바디(121) 내부로 이동시켜 탄성 래치(124)를 외측으로 벌려주게 된다. 구동부(318)가 작동되면 하우징(312)이 바디(121) 내부로 이동된다.
이에, 하우징(312)의 하단이 탄성 래치(124)를 밀어 외측으로 벌리게 된다. 하우징(312)이 계속 바디(121) 내부로 이동함에 따라 탄성 래치(124)는 점점 더 벌어지게 된다. 하우징(312)의 하단 직경은 탄성 래치(124)의 내경보다 크기 때문에 하우징(312)의 하단이 바디(121) 내부로 어느 정도 이동되면, 탄성 래치(124)의 내경이 가압봉(123)의 걸림턱(128) 직경 이상으로 벌어지게 된다. 가압봉(123)의 걸림턱(128)에서 탄성 래치(124) 하단이 벗어나면서 가압봉(123)에 대한 구속이 해제된다. 따라서, 가압봉(123)은 눌려져 있던 차단판(122)의 탄성력에 의해 위로 밀려 이동되고 차단판(122)은 원상태로 복귀되면서 유로(118)를 개방하게 된다.
바디(121) 위로 이동되는 가압봉(123)은 측면에 형성된 단턱이 탄성 래치(124)의 하단에 걸려 고정된다. 유로(118)가 개방되면 구동부(318)를 구동하여 하우징(312)을 원 위치로 복귀시킨다. 이에, 하우징(312)은 바디(121) 내부에서 상부로 이동된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면 밸브 구조를 단순화시켜 간단한 구동 방식을 통해 유로의 개폐를 용이하게 수행할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100 : 미세유동장치 110 : 플랫폼
111 : 제1 기판 113 : 제2 기판
114 : 챔버 116 : 챔버
118 : 유로 120 : 밸브
121 : 바디 122 : 차단판
123 : 가압봉 124 : 탄성 래치
125 : 걸쇠 126 : 걸림홈
127 : 돌기 128 : 걸림턱
129 : 단턱 200 : 회전구동부
300 : 밸브작동부 310 : 하우징
312 : 전자석 314 : 자성체
316 : 전류공그부 318 : 구동부
400 : 이동부 410 : 수직이동부
420 : 수평이동부 430 : 컨트롤러

Claims (14)

  1. 적어도 하나 이상의 챔버가 구비된 플랫폼과, 상기 챔버에 연결되어 유체가 이송되는 적어도 하나 이상의 유로, 및 상기 유로를 개폐하는 밸브를 포함하는 미세 유동 장치에 있어서,
    상기 밸브는 플랫폼에 설치되는 바디, 상기 바디에 설치되고 유로에 면하여 유로를 선택적으로 차단하는 차단판, 상기 바디 내부에 이동가능하게 설치되어 차단판을 가압하는 가압봉, 및 상기 바디에 설치되어 가압봉을 차단판 가압 위치에 고정하는 고정부를 포함하는 미세 유동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부는 바디 측면에 탄력적으로 설치되고 선단은 바디 내측으로 돌출되어 가압봉의 선단을 걸어 고정하는 탄성 래치를 포함하는 미세 유동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가압봉은 선단에 상기 탄성 래치에 걸리는 걸림턱이 형성되고,
    상기 걸림턱은 직경은 상기 바디의 내경보다 작고 상기 탄성 래치의 내경보다 큰 미세 유동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가압봉은 측면에 형성되어 상기 탄성래치에 걸려 가압봉의 이탈을 방지하는 단턱을 더 포함하는 미세 유동 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단부재는 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 가압봉에 의해 눌러져 변형되어 유로를 개폐하는 미세 유동 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 바디 하단에 돌출 형성되어 차단판을 플랫품에 가압하여 밀착시키는 돌기를 더 포함하는 미세 유동 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압봉을 이동시켜 유로를 개폐하는 밸브작동부를 더 포함하고,
    상기 밸브작동부는 상기 밸브의 가압봉에 외력을 인가하여 상기 가압봉을 탄성 래치에 걸어 고정하기 위한 가압부, 및 상기 가압봉의 고정 상태를 해제시키기 위한 해제부를 포함하는 미세 유동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 바디 상에 위치하고 하단이 개방된 하우징, 상기 하우징 내에 설치되는 전자석, 상기 전자석에 전류를 인가하는 전류공급부, 및 상기 하우징 내에 이동 가능하게 설치되고 전자석의 자력에 의해 밀려나 가압봉을 눌러 이동시키는 자성체를 포함하는 미세 유동 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자성체의 하단 직경은 상기 가압봉의 걸림턱 직경보다 작은 미세 유동 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 해제부는 하우징에 연결되어 하우징을 바디 내부를 따라 이동시키는 구동부를 포함하고, 상기 하우징은 바디를 향하는 하단 직경이 상기 바디의 내경 이하이고, 상기 가압봉의 걸림턱 직경 이상으로 형성되어, 상기 바디 내부로 이동하여 상기 탄성 래치를 외측으로 벌리는 미세 유동 장치.
  11. 적어도 하나 이상의 챔버가 구비된 플랫폼과, 상기 챔버에 연결되어 유체가 이송되는 적어도 하나 이상의 유로, 및 상기 유로를 개폐하는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 플랫폼에 설치되는 바디, 상기 바디에 설치되고 유로에 면하여 유로를 선택적으로 차단하는 차단판, 상기 바디 내부에 이동가능하게 설치되어 차단판을 가압하는 가압봉, 상기 바디 측면에 탄력적으로 설치되고 선단은 바디 내측으로 돌출되어 가압봉의 선단을 걸어 고정하는 탄성 래치를 포함하는 미세 유동 장치의 제어설비이고,
    상기 제어 설비는 상기 미세 유동 장치에 구비된 밸브를 개폐 작동하기 위한 밸브작동부, 상기 밸브작동부를 이동시키기 위한 이동부를 포함하고,
    상기 밸브작동부는 상기 밸브의 가압봉에 외력을 인가하여 상기 가압봉을 탄성 래치에 걸어 고정하기 위한 가압부, 상기 가압봉의 고정 상태를 해제시키기 위한 해제부를 포함하는 미세 유동 장치의 제어설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 바디 상에 위치하고 하단이 개방된 하우징, 상기 하우징 내에 설치되는 전자석, 상기 전자석에 전류를 인가하는 전류공급부, 및 상기 하우징 내에 이동 가능하게 설치되고 전자석의 자력에 의해 밀려나 가압봉을 눌러 이동시키는 자성체를 포함하는 미세 유동 장치의 제어설비.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자성체의 하단 직경은 상기 가압봉의 걸림턱 직경보다 작은 미세 유동 장치의 제어설비.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 해제부는 하우징에 연결되어 하우징을 바디 내부를 따라 이동시키는 구동부를 포함하고, 상기 하우징은 바디를 향하는 하단 직경이 상기 바디의 내경 이하이고, 상기 가압봉의 걸림턱 직경 이상으로 형성되어, 상기 바디 내부로 이동하여 상기 탄성 래치를 외측으로 벌리는 미세 유동 장치의 제어설비.
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