WO2017204455A1 - 힌지 레버 타입 변위 확대를 이용한 젯 디스펜서 - Google Patents

힌지 레버 타입 변위 확대를 이용한 젯 디스펜서 Download PDF

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WO2017204455A1
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lever
housing
dispenser
hinge
piezoelectric actuator
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PCT/KR2017/003246
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함영복
박중호
윤소남
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한국기계연구원
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    • B05C5/027—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/6715—Apparatus for applying a liquid, a resin, an ink or the like

Definitions

  • the present invention relates to a jet dispenser employing a mechanism for enlarging the displacement of a piezoelectric actuator using a hinge-lever method, and more particularly, to analyze various displacement expanding mechanisms to compensate for the low displacement of the piezoelectric actuator. It relates to a hinge-lever type jet dispensing device of relatively simple operation.
  • dispensers for supplying a solution in a constant amount on a semiconductor substrate.
  • the application of the dispenser is widely applied in the fields of semiconductor, computer, automobile, medical and communication.
  • the dispenser In the semiconductor manufacturing process such as PCB, the dispenser should be set up to accurately dispense the target solution under specific conditions, precisely discharge the droplets, and at the same time produce a large quantity of products, thereby increasing the productivity. It is important to provide.
  • Solenoid valves have been mainly used as valves to shut off liquid dispensing, but they can be replaced by piezoelectric actuator valves in applications requiring faster drive and response speeds.
  • Piezoelectric actuators generally have small displacements and are therefore used with displacement magnification mechanisms. Larger displacements are important because they have the advantage of increasing the range of flow rates that can be dispensed. Accordingly, there is a need for a displacement expanding mechanism capable of increasing the displacement while minimizing the force required for driving the piezoelectric actuator.
  • a displacement amplification mechanism As a displacement amplification mechanism, an example of amplifying a displacement using a difference of a conventional cross-sectional area or amplifying a displacement using a principle of a lever has been known. Specifically, an embodiment using a bimorph piezoelectric element (Korean Patent Publication No. 10-2012-0109092), an embodiment using a ring-type and uni-morph type piezoelectric actuator (Korean Patent 10-0680601) And the like are disclosed.
  • the dispensing apparatus of the conventionally disclosed configuration is approached mainly in the functional aspect of the device to enlarge the displacement, there is some limitation in terms of securing a large displacement in terms of dispensing flow rate adjustment.
  • the jet dispenser mechanism using the conventional displacement enlargement mechanism which can be identified through the above-described embodiments, has a problem in that the structure is complicated and the overall volume is large and the space efficiency is not good.
  • the structure of the dispenser needs to be improved in order to secure a larger displacement while having a simple structure.
  • an object of the present invention devised to solve the problems of the prior art is to find an optimized model by comparing the displacement expansion ratio of the hinge-lever method, and to optimize the space efficiency by compactizing the size of the dispenser. Relates to a jet dispenser.
  • the jet dispenser includes a housing, an injection portion, a dispenser head portion, a lever portion and a piezoelectric actuator.
  • the injection unit is formed inside the housing, and receives the droplet from the suction passage provided on one side to discharge the droplet to the other side.
  • the dispenser head portion reciprocates in the longitudinal direction to press the droplet discharge port in the injection portion.
  • the lever part is supported from the inner wall of the housing and is rotated in accordance with the reciprocating drive of the dispenser head part.
  • the piezoelectric actuator is a rod-shaped piezoelectric body having a predetermined length, one end of which is connected to the lever portion, and the other end of the piezoelectric actuator is connected to a protrusion formed at a predetermined height from an inner wall or a housing inner wall opposite to the inner wall of the housing on which the lever is supported. The displacement is increased or decreased in the direction.
  • the lever portion is a rod-shaped member having a predetermined length, one end is orthogonally connected to the dispenser head portion and the opposite end portion is a first rod connected through a first hinge from the inner wall of the housing, and the first rod It may include a second rod orthogonal to one rod.
  • the lever portion is a rod-shaped member having a predetermined length, one end of which is orthogonally connected to the dispenser head portion, and the opposite end portion is a first rod connected through a first hinge from the inner wall of the housing, the first rod And a second rod orthogonal to the rod, and a third rod orthogonal to the second rod and extending in parallel with the first rod.
  • a second hinge is formed at the other end of the piezoelectric actuator may be connected to the protrusion formed at a predetermined height from the inner wall of the housing or the inner wall of the housing.
  • a third hinge is formed at the other end of the piezoelectric actuator may be connected to the lever portion.
  • the dispenser head portion may be supported by the first elastic means for applying a restoring force.
  • it may further include a second elastic means disposed on the opposite side of the first elastic means with respect to the lever portion for applying a pre-load to the dispenser head portion.
  • the injection unit is formed inside the housing, and receives a droplet from a suction passage provided on one side to discharge the droplet to the other side.
  • the dispenser head portion reciprocates in the longitudinal direction to press the droplet discharge port in the injection portion.
  • the lever part is supported from the inner wall of the housing and is rotated in accordance with the reciprocating drive of the dispenser head part.
  • the piezoelectric actuator is a rod-shaped piezoelectric body having a predetermined length, one end of which is connected to the lever part, and the other end of the piezoelectric actuator is increased or decreased in the longitudinal direction supported by the inner wall of the housing.
  • the first hinge supporting the lever part to be rotatable may be formed on an inner wall side of the housing in which the injection part is installed.
  • the piezoelectric actuator may be disposed in parallel with an inner wall of the housing in which the first hinge protrudes, and may be connected to the lever part at a position eccentric from the center of the first hinge.
  • the lever portion has a shape of "b", is rotatably supported by the first hinge, one end thereof is connected to the first elastic means disposed in parallel with the piezoelectric actuator, the other end is It may be orthogonally connected to the dispenser head portion.
  • it may further comprise a second elastic means provided to support the dispenser head portion for applying a pre-load.
  • the lever portion end is orthogonally connected to the dispenser head portion, the dispenser head portion may be supported by the first elastic means for applying a restoring force.
  • it may further include a second elastic means disposed on the opposite side of the first elastic means with respect to the lever portion for applying a pre-load to the dispenser head portion.
  • the lever portion may have a wedge shape in which the cross section decreases as it extends from the piezoelectric actuator to the dispenser head portion.
  • one end of the lever portion may be connected to the first elastic means, the other end may be connected to the piezoelectric actuator.
  • the first elastic means is one end is fixed to the housing, the other end may be a bender spring (bender spring) in contact with the lever portion.
  • the bender spring may be inserted and fixed through one end of the lever portion.
  • the first elastic means may be a washer spring connected to the lever portion and the dispenser head portion.
  • the lever portion is formed with a recess, the end of the piezoelectric actuator may be connected to the recessed portion.
  • one end of the lever portion is connected to the dispenser head portion, the other end may be fixed to extend into the housing.
  • the lever part may have a concave hinge portion formed between the other end fixed to the housing and a portion connected to the piezoelectric actuator.
  • the size of the dispenser can be reduced to ensure space efficiency.
  • FIG. 1A and 1B are conceptual views schematically illustrating a configuration and an operation of a jet dispenser according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of the jet dispenser of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating an injection part of the jet dispenser of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • FIG. 7A to 7D are cross-sectional views illustrating examples of a coupling method of a hinge unit in the jet dispenser of FIG. 1A.
  • 8A and 8B are schematic diagrams for explaining the principle of the lever in the jet dispenser according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are conceptual views schematically showing the construction and operation of the jet dispenser having the lever principle of FIGS. 8A and 8B.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • 16A and 16B are schematic diagrams for explaining the principle of the lever in the jet dispenser according to another embodiment of the present invention.
  • 17A and 17B are conceptual views schematically showing the construction and operation of the jet dispenser having the lever principle of FIGS. 16A and 16B.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 17A.
  • the dispenser of the present invention may include both contact and non-contact dispensers.
  • FIG. 1A and 1B are conceptual views schematically illustrating a configuration and an operation of a jet dispenser according to an embodiment of the present invention.
  • the jet dispenser 1000 includes a housing 100, a dispenser head 110, a lever unit 130, and a piezoelectric actuator 140.
  • the protrusion 150 is formed to protrude from one side of the inner wall of the housing 100.
  • the lever portion 130 of the present embodiment is a "b" shaped lever portion.
  • the force point (A), the support point (B), the working point (C) is formed in order, not in a straight line, each point according to the shape of the lever portion 130 When connected by a virtual line is formed to form a triangle.
  • the jet dispenser 1000 in this embodiment uses the principle of the “b” shaped lever.
  • the output force considering torque balance around the hinge point h1 is as follows.
  • Equation 2 the ratio of the input displacement and the output displacement by the piezoelectric actuator 140 is shown in Equation 2 below.
  • the size of the distance a between the force point A and the support point B is increased while the distance b between the support point B and the working point C is increased. It is easy to reduce the size of) so that the output force can be adjusted to be large enough. In addition, there is an advantage of excellent variability in terms of displacement expansion.
  • the jet dispenser 1000 according to the present embodiment may be more compactly implemented, and a plurality of droplet ejection operations may be performed by arranging a plurality of dispenser devices side by side in a limited space and according to a preset algorithm. It can be performed, it is possible to meet the promptness required in the manufacturing industry, such as semiconductor.
  • examples of the jet dispenser to which the concept illustrated in FIGS. 1A and 1B are applied will be described in more detail.
  • examples of the jet dispenser described below correspond to specific examples of the jet dispenser 1000 with reference to FIGS. 1A and 1B, and thus, the same reference numerals used for the description of the jet dispenser 1000 are used.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of the jet dispenser of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating an injection part of the jet dispenser of FIG. 2.
  • the jet dispenser 1001 in the present example is a jet dispenser using a displacement expansion of a hinge lever method, and includes a housing 100 and the housing. It is formed inside (100), receiving the droplet (droplet) from the suction flow path provided on one side 101 for ejecting the droplet to the other side, while reciprocating in the longitudinal direction to pressurize the droplet discharge port in the injection portion 101
  • a dispenser head portion 110 formed so as to be supported, a lever portion 130 supported from an inner wall of the housing 100 so as to be rotatable according to a reciprocating drive of the dispenser head portion 110, and a membrane having a predetermined length
  • the displacement increases or decreases are possible including a piezoelectric actuator (140).
  • the housing 100 may be a conventional dispenser body configuration in which the inside is hollow.
  • the housing 100 has an overall rectangular shape, but a discharge port for injecting droplets may be formed on one side of the housing 100, and the other side of the housing 100 may use the jet dispenser 1001, for example, a conveyor of a semiconductor processing line.
  • Fixing means 160 for installation on the floor may be formed.
  • the injection unit 101 is formed to have a space in which droplets flow on one side of the housing 100 and a droplet discharge port is formed at an end thereof. That is, as illustrated in FIGS. 1A and 1B, a suction passage 201 is formed at one side of the injection unit 101, and the suction passage passes the droplets supplied from the droplet storage unit provided outside the dispenser device of the present invention. It is delivered to the droplet outlet.
  • the jetting unit 101 discharges droplets in an operation in which the dispenser head unit 110 is close to the droplet discharge port in relation to the reciprocation of the dispenser head unit 110 which will be described later, and the dispenser head unit 110 is discharged from the droplet discharge port.
  • the droplet may be formed to be supplied from the droplet storage unit 200.
  • the dispenser head unit 110 may be supported by the first elastic means 120 as shown, and may be linearly guided by an internal structure (nozzle portion) of the sealed housing 100.
  • the second elastic means 121 is disposed on the opposite side of the first elastic means 120 based on the lever part 130 to apply a pre-load to the dispenser head 110. It may further include. This will be described later in detail with reference to FIGS. 10 and 11.
  • the preload means a preliminary load applied to the object in advance for the purpose of fine movement, abrasion prevention, and the like during transportation of the jet dispenser of the present invention. As the preload is applied in advance, when the dispenser head 110 is stroked, the dispenser head 110 operates more smoothly and stably.
  • the dispenser head unit 110 is a pressurizing means of a so-called thin pin, chisel, needle or plunger shape.
  • the dispenser head 110 presses the droplets introduced into the injection unit 101 to discharge the droplets out of the liquid discharge port. In this process, the nozzle portion and the shortest portion of the dispenser head 110 continue to move. Since the semi-permanent contact, the material of the dispenser head 110 is preferably a metal material resistant to fatigue and breakage.
  • the droplet storage unit 200 absorbs a shock from the liquid discharge port generated during the stroke of the dispenser head unit 110 as the droplets are filled in the injection unit 101, and wears the nozzle portion. It may also serve to reduce.
  • the lever unit 130 is basically supported from the inner wall of the housing 100 and is formed to be rotatable in accordance with the reciprocating drive of the dispenser head unit 110. That is, when the dispenser head 110 linearly or horizontally moves, the lever 130 connected to the dispenser head 110 is axially rotated about the contact with the inner wall of the housing 100.
  • the contact with the inner wall of the housing 100 may correspond to a hinge.
  • the lever unit 130 may be formed as a “b” shaped bar structure as a whole.
  • the lever portion 130 may have a rod-like shape as a rigid member having a predetermined length.
  • one end of the lever unit 130 is orthogonally connected to the dispenser head unit 110, and an opposite end thereof is connected to an inner wall of the housing 100 and a first hinge h1, and the first rod L1 and the first end thereof. It may be formed including a second rod (L2) orthogonal to one rod (L1).
  • the end of the lever unit 130 may be connected to the dispenser head unit 110, and may be connected such that the axial direction of the entire lever unit 130 and the axial direction of the dispenser head unit 110 are substantially orthogonal to each other.
  • the lever unit 130 may be composed of a first rod (L1) and a second rod (L2), the first rod (L1) and the second rod (L2) is a configuration separated from each other
  • the first rod L1 and the second rod L2 may be integrally formed as a rigid member formed of the same material. That is, one long rod member can be bent at a predetermined position and shaped as an approximately "b" shaped lever.
  • a through hole 131 is formed at one end of the lever unit 130, and the dispenser head unit 110 may be inserted and driven therein.
  • the clearance between the through-hole 131 of the lever unit 130 and the dispenser head portion 110, the shaft of the dispenser head portion 110 and the lever portion ( The shaft 130 is formed to be temporarily shifted in the orthogonal state, and at the same time, the lever unit 130 can rotate about the hinge h1.
  • the piezoelectric actuator 140 is a piezoelectric body having a predetermined length. One end of the piezoelectric actuator 140 may be connected to the lever part 130, and the other end may be formed to be supported from an inner side wall opposite to an inner wall of the housing 100 in which the lever part 130 is supported.
  • the inner wall of the housing 100 on which the lever part 130 is supported and the inner wall of the housing on which the piezoelectric actuator 140 is supported are opposed to each other in opposite directions.
  • the piezoelectric actuator 140 is a rod-shaped piezoelectric body which can be increased or decreased in the longitudinal direction.
  • the advantages of piezoelectric actuators are low electrical noise and precise control.
  • the piezoelectric actuator 140 may be formed by stacking a plurality of piezoelectric elements having a small thickness to form a rod-shaped piezoelectric body that is long in the longitudinal direction. In the case of a stacked piezoelectric actuator, a large displacement amount may be obtained with a small driving energy. There is an advantage.
  • the piezoelectric element herein may be electrically connected to a controller (not shown) provided outside, and may be controlled through this to vary the displacement in the longitudinal direction.
  • the piezoelectric actuator 140 may be formed to be parallel to the first rod L1 of the lever unit 130 in the longitudinal direction.
  • a second hinge h2 may be formed at one end of the piezoelectric actuator 140 to be connected to an inner wall of the housing 100
  • a third hinge h3 may be formed at the other end of the piezoelectric actuator 140. It may be connected to the lever unit 130. That is, the piezoelectric actuator 140 may also be formed to be rotatable about the second hinge h2 and / or the third hinge h3 as the lever unit 130 is rotatable about the first hinge h1. Can be.
  • the lever 130 is rotated and the piezoelectric actuator 140 is also rotated finely, and the displacement of the piezoelectric actuator 140 can be increased or decreased.
  • the lever unit 130 is based on FIG. 3.
  • one side of the piezoelectric actuator 140 is pressed to press the piezoelectric element of the piezoelectric actuator 140.
  • the lever unit 130 rotates counterclockwise with reference to FIG. 3, the pressure applied to the piezoelectric actuator 140 is released. In this manner, the displacement of the piezoelectric actuator 140 is increased or decreased.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating another example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • jet dispenser 1002 in this example is substantially the same except for the shape of the jet dispenser 1001 and the lever portion described with reference to FIGS. 2 to 4, the same reference numerals are used for the same configuration and overlapped. The description is omitted.
  • the lever part 130 may be formed as a “c” shaped bar structure as a whole.
  • the lever unit 130 may have a rod-like shape as a rigid member having a predetermined length.
  • the lever 130 has one end connected to the dispenser head 110 at right angles, and the opposite end thereof has a first rod L1 connected to the first hinge h1 from an inner wall of the housing 100 by the first rod L1 and the first rod.
  • a second rod L2 orthogonal to the first rod L2 and a third rod L3 orthogonal to the second rod L2 and extending in parallel to the first rod L1 may be included.
  • the lever unit 130 may be composed of a first rod (L1), a second rod (L2) and a third rod (L3), the first rod (L1), the second rod (L2) and the first rod
  • the three rods L3 may be physically rigidly fastened as separate components from each other.
  • the first rod L1, the second rod L2, and the third rod L3 may be rigid members formed of the same material. It may be formed integrally. That is, one long rod member can be bent twice at a predetermined position and shaped as an approximately "c" shaped lever.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another example of the jet dispenser of FIG. 1A.
  • jet dispenser 1003 in this example is substantially the same except for the shape of the inner wall of the housing and the jet dispenser 1001 described with reference to FIGS. 2 to 4, the same reference numerals are used for the same configuration. And duplicate descriptions are omitted.
  • the protrusion 150 may protrude to a predetermined height from the inner wall of the housing 100.
  • the other end of the piezoelectric actuator 140 is connected to the protrusion 150. That is, in this example, the piezoelectric actuator 140 is configured to have the same principle as described above, but the length of the piezoelectric actuator 140 itself can be reduced, thereby reducing the weight of the dispenser and reducing the material cost in the dispenser manufacturing process. Can be tried.
  • FIG. 7A to 7D are cross-sectional views illustrating examples of a coupling method of a hinge unit in the jet dispenser of FIG. 1A.
  • the hinges h1, h2, and h3 are not limited in shape or structure, and the lever 130 and the piezoelectric actuator 140 may be connected to each other. It is sufficient to design it to be stable and free to rotate, and some examples are given.
  • FIG. 7A illustrates a structure in which a groove (or groove) 102 is formed in the housing 100, and a hinge h1 protruding from the lever portion 130 is inserted into and supported in the groove.
  • FIG. 7B illustrates a structure in which a groove (or groove 132) is formed in the lever part 130, and a hinge h1 protruding from the housing 100 is inserted into and supported in the groove.
  • the hinge coupling method described above represents the housing 100 or the lever unit 130 and the hinge (H1) integral coupling method.
  • Figure 7c is a groove (102, 132) is formed on the surface of the housing 100 and the lever portion 130 facing each other, respectively, and has a separate configuration from the housing 100 and the lever portion 130 The hinge h1 is inserted into and supported in the groove.
  • the protruding hinge 133 protrudes from the lever unit 130, and the housing 100 is protruded from the protruding hinge 133. It shows how it is coupled to be rotatable.
  • the housing 100 and the lever unit 130 may be connected to each other through a separate coupling member.
  • the hinge coupling method of the present invention may be implemented in various embodiments, and the displacement expansion may be optimized by applying the lever principle between the hinge and the lever unit or the hinge and the piezoelectric actuator.
  • FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams for explaining the principle of the lever in the jet dispenser according to another embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B are conceptual views schematically showing the construction and operation of the jet dispenser having the lever principle of FIGS. 8A and 8B.
  • FIG. 8A is a diagram showing a free object diagram FBD
  • FIG. 8B is a diagram showing an output displacement with respect to an input displacement.
  • the jet dispenser 2000 has the positions except that the jet dispenser 1000 described above with reference to FIGS. 1A and 1B and positions of the force point A, the support point B, and the action point C are different from each other. Since they are substantially the same, the same reference numerals are used for the same configuration, and redundant descriptions thereof will be omitted.
  • the jet dispenser 2000 includes a housing 100, a dispenser head 110, a lever unit 130, and a piezoelectric actuator 140.
  • the lever portion 130 is simply a straight rod-shaped member, and in the connection structure of the inner wall of the housing 100 and the piezoelectric actuator 140 as shown in the drawing, A), the supporting point B, and the working point C are comprised so that it may be formed in order.
  • the jet dispenser 2000 in the present embodiment uses a so-called seesaw type lever principle, and the output force considering torque balance around the hinge point h1 is expressed by the following [Equation 3].
  • Equation 4 the ratio of the input displacement and the output displacement by the piezoelectric actuator 140 is shown in Equation 4 below.
  • the distance a between the force point A and the support point B is increased while the distance b between the support point B and the working point C is increased.
  • examples of the jet dispenser to which the concept illustrated in FIGS. 8A to 9B are applied will be described in more detail.
  • examples of the jet dispenser described below correspond to specific examples of the jet dispenser 2000 with reference to FIGS. 8A to 9B, and thus, the same reference numerals used for the description of the jet dispenser 2000 are used.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • the jet dispenser 2001 using the displacement expansion of the hinge lever in the present example is formed inside the housing 100 and the housing 100, and has a droplet (from a suction passage provided on one side).
  • the injection unit 101 receives the droplets and discharges the droplets to the other side, the dispenser head unit 110 formed to press the droplet discharge port in the injection unit 101 while reciprocating in the longitudinal direction, the housing 100
  • a lever portion 130 supported from an inner wall of the dispenser head 110 so as to be rotatable according to a reciprocating drive of the dispenser head 110, and a rod-shaped piezoelectric body having a predetermined length, one end of which is connected to the lever portion 130;
  • the end portion includes a piezoelectric actuator 140 capable of increasing and decreasing displacement in the longitudinal direction supported from the inner wall of the housing 100.
  • a first hinge h1 for rotatably supporting the lever unit 130 is formed at an inner wall side of the housing 100 in which the injection unit is installed.
  • the piezoelectric actuator 140 is connected to the lever unit 130 at a position eccentric from the center of the first hinge h1 to perform an operation of expanding the displacement.
  • the piezoelectric actuator 140 may be connected to an edge of the lever unit 130 while being disposed in parallel with the inner wall of the housing in which the first hinge h1 protrudes, and is connected to the lever unit 130.
  • the point is located where the first hinge h1 is somewhat eccentric from the center point of the shaft supporting the lever 130.
  • the displacement in the piezoelectric actuator 140 at the time of rotation of the lever unit 130 by being connected at an eccentric place with the center of the hinge h1 is such that the piezoelectric actuator 140 simply faces the center of the hinge h1 while the lever unit is facing the center of the hinge h1. It is possible to obtain a larger displacement amount than when connected to 130.
  • lever portion 130 is formed to have a shape of "b", is rotatably supported by the first hinge, one end thereof is orthogonally connected to the dispenser head portion 110, the other end is
  • the piezoelectric actuator 140 may be connected to the first elastic means 120 disposed in parallel.
  • the second elastic means 121 separately provided may support the dispenser head 110 to apply a pre-load.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • the jet dispenser 2002 in this example is substantially the same as the jet dispenser 2001 described with reference to FIG. 10 except that the shape of the lever portion 130 and the position of the first elastic means 120 are changed. Therefore, redundant description is omitted.
  • one end of the lever portion 130 is orthogonally connected to the dispenser head portion 110, and supports the dispenser head portion 110 and has a restoring force.
  • the first elastic means 120 for applying the extension is formed from the dispenser head portion 110 as it is.
  • the second elastic means 121 may be arranged on the opposite side of the first elastic means 120 based on the lever part 130 to apply a pre-load to the dispenser head unit 110. .
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • the jet dispenser 2003 in this example is substantially the same as the jet dispenser 2000 described with reference to FIG. 9A except for the shape of the lever portion 130 and the position of the hinge portion, so that the same reference numerals are used for the same configuration. And duplicate descriptions are omitted.
  • the lever part 130 extends from the piezoelectric actuator 140 to the first elastic means 120 and is formed to have an inclined surface.
  • the portion connected to the piezoelectric actuator 140 is formed thicker than the portion connected to the first elastic means 120.
  • the lever unit 130 may have, for example, a wedge shape and extend in a straight line.
  • the third hinge h3 is formed between the piezoelectric actuator 140 and the lever part 130 to be a force point A
  • the first hinge h1 is the lever part 130. It is formed between the lower surface and the inner surface of the housing 100 is a support point (B), the connection portion of the lever portion 130 and the first elastic means 120 is the working point (C).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • the jet dispenser 2004 in this example is substantially the same as the jet dispenser 2003 described with reference to FIG. 12 except that a bender spring 220 is applied as the first elastic means.
  • the same reference numerals are used for the configuration, and duplicate descriptions are omitted.
  • a bender spring 220 is applied as the first elastic means.
  • bender spring 220 One end of the bender spring 220 is fixed to penetrate the inner surface of the housing 100, and the other end thereof is positioned on the end of the lever part 230.
  • the bender spring 220 provides an elastic force, thereby driving the operation of the dispenser head 110 connected to the lever 230.
  • the driving mechanism of the jet dispenser 2004 is substantially the same as the jet dispenser 2003 described with reference to FIG. 12.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • the jet dispenser 2005 in this example is substantially the same as the jet dispenser 2003 described with reference to FIG. 12 except that a bender spring 320 is applied as the first elastic means.
  • the same reference numerals are used for the configuration, and duplicate descriptions are omitted.
  • a bender spring 320 is applied as the first elastic means.
  • one end of the bender spring 320 is fixed through the inner surface of the housing 100, the other end 331 is fixed through the end of the lever portion 330.
  • the bender spring 320 provides an elastic force, thereby driving the operation of the dispenser head portion 110 connected to the lever portion 330.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating still another example of the jet dispenser of FIG. 9A.
  • the jet dispenser 2003 of the present example has the jet dispenser 2003 described with reference to FIG. 12 except that a washer spring 420 is applied as the first elastic means and the structure of the third hinge is different. Since it is substantially the same as, the same reference numerals are used for the same configuration and overlapping description thereof will be omitted.
  • the washer spring 420 is first applied as the first elastic means. That is, the washer spring 420 is fixed to one end of the lever portion 430, the dispenser head 110 is connected to the lower side of the washer spring 420, the upper surface of the washer spring 420 Is fixed to the housing 100.
  • the washer spring 420 provides the elastic force, the operation of the dispenser head portion 110 is driven through the operation of the lever unit 430.
  • the lever portion 430 is one end of the washer spring 420 is fixed, the other end is formed with the recessed portion 435 as shown. In this case, an end of the piezoelectric actuator 140 is positioned in the recess 435.
  • the third hinge h3 is not a separate pivotable hinge structure, but the depression 435 is pressed by the end of the piezoelectric actuator 140 so that the lever part 430 is rotated.
  • first hinge h1 may be connected to the hinge structure described with reference to FIG. 7D.
  • the structure in which the third hinge h3 is rotatable to operate the lever unit 430 in which the recess 435 is formed in addition to the jet dispenser 2006 in this example, in the various examples described above The same may be applied to the jet dispenser.
  • FIGS. 16A and 16B are schematic diagrams for explaining the principle of the lever in the jet dispenser according to another embodiment of the present invention.
  • 17A and 17B are conceptual views schematically showing the construction and operation of the jet dispenser having the lever principle of FIGS. 16A and 16B.
  • FIG. 16A is a diagram showing a free object diagram FBD
  • FIG. 16B is a diagram showing an output displacement with respect to an input displacement.
  • the jet dispenser 3000 has the positions except that the jet dispenser 1000 described above with reference to FIGS. 1A and 1B and positions of the force point A, the support point B, and the action point C are different from each other. Since they are substantially the same, the same reference numerals are used for the same configuration, and redundant descriptions thereof will be omitted.
  • the jet dispenser 3000 includes a housing 100, a dispenser head 110, a lever unit 130, and a piezoelectric actuator 140.
  • the lever part 130 is also simply a straight line member, but is illustrated in the connection structure between the inner wall of the housing 100 and the piezoelectric actuator 140. Similarly, the supporting point B, the force point A, and the working point C are formed in this order.
  • the jet dispenser 3000 in the present embodiment uses the principle of an arm type lever as an application of a seesaw lever.
  • the output force in consideration of torque balance around the hinge point h1 is expressed by the following [Equation 5].
  • the displacement enlargement ratio in this embodiment is also Is derived. This is substantially the same as the displacement enlargement ratio in the previous embodiment.
  • FIGS. 16A to 17B an example of a jet dispenser to which the concept illustrated in FIGS. 16A to 17B is applied will be described in more detail.
  • the following example of the jet dispenser corresponds to a specific example of the jet dispenser 3000 with reference to FIGS. 16A to 17B, and therefore, the same reference numerals used for the description of the jet dispenser 3000 are used.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of the jet dispenser of FIG. 17A.
  • jet dispenser 3001 in this example is substantially the same as the jet dispenser 3000 described with reference to FIG. 17A except that the structure of the first hinge is different, the same reference numerals are used for the same configuration. Duplicate explanations are omitted here.
  • one end of the lever part 530 is connected to the dispenser head part 110, and the other end thereof is fixed to an inner surface of the housing 100.
  • a concave hinge part 535 is formed between the housing 100 and the piezoelectric actuator 140.
  • the concave hinge portion 535 may simultaneously serve as a hinge capable of rotating driving and an elastic body to which an elastic force can be applied.
  • the third hinge h3 is formed between the piezoelectric actuator 140 and the lever portion 130 to be a force point A, and the concave hinge portion 535 Is a supporting point (B) as the first hinge (h1), the connecting portion of the lever 130 and the dispenser head portion 110 is the working point (C).

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Abstract

힌지 레버 타입 변위 확대를 이용한 젯 디스펜서에서, 상기 젯 디스펜서는 하우징, 분사부, 디스펜서헤드부, 레버부 및 압전 엑츄에이터를 포함한다. 상기 분사부는 상기 하우징 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적을 공급받아 타측으로 액적을 토출한다. 상기 디스펜서헤드부는 길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부 내의 액적토출구를 가압한다. 상기 레버부는 상기 하우징의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부의 왕복구동에 따라 회동된다. 상기 압전 엑츄에이터는 소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서, 일단부는 상기 레버부와 연결되고, 타단부는 상기 레버부가 지지되는 하우징 내벽의 반대측 내벽 또는 하우징 내벽으로부터 소정의 높이로 형성된 돌출부와 연결되어 길이방향으로 변위가 증감된다.

Description

힌지 레버 타입 변위 확대를 이용한 젯 디스펜서
본 발명은 힌지-레버 방식을 이용하여 압전 액추에이터의 변위를 확대하는 기구를 적용한 젯디스펜서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전 액추에이터의 낮은 변위를 보완해주기 위해 다양한 변위확대기구를 분석하고 그 중 구조와 작동원리가 비교적 간단한 힌지-레버 방식의 젯 디스펜싱 장치에 관한 것이다.
용액을 반도체 기판 상에 일정한 양으로 공급하기 위한 다양한 방식의 디스펜서가 개시되어 있다. 디스펜서의 적용은 반도체와 컴퓨터, 자동차, 의료, 통신 분야에 이르기까지 폭넓게 적용되고 있다.
PCB와 같은 반도체 제조 공정에 있어서 디스펜서는 정량의 대상용액을 특정한 조건에서 정확히 분사하도록 설정되어야 하고, 정밀하게 액적(droplet)을 토출시켜야 하며, 동시에 다량의 제품을 양산하여야 하기 때문에 생산성 측면에서도 빠른 속도를 제공하는 것이 중요하다.
액체 디스펜싱을 차단하는 밸브로서 주로 솔레노이드 밸브가 사용되어 왔지만 더 빠른 구동속도와 응답속도를 요구하는 분야에서는 압전 액추에이터 밸브로 대체할 수 있다. 압전 액추에이터는 일반적으로 작은 변위를 가지기 때문에 변위확대기구와 함께 사용한다. 변위를 크게 하면 디스펜싱할 수 있는 유량 범위가 커질 수 있는 이점이 있으므로 중요하다. 따라서, 압전 액추에이터의 구동에 있어서 요구되는 힘을 최소화 시키면서 동시에 변위는 늘릴 수 있는 변위확대기구가 필요하다.
변위확대기구로서 종래 단면적의 차이를 이용해 변위를 증폭시키거나 지렛대의 원리를 이용해 변위를 증폭시키는 실시예 등이 공지된 바 있다. 구체적으로, 바이모프 압전소자(bimorph piezoelectric element)를 이용한 실시예(대한민국 공개특허 10-2012-0109092), 링형 및 유니모프(uni-morph)형 압전작동기를 이용한 실시예(대한민국 특허 10-0680601) 등이 개시되어 있다.
상기와 같은 종래 개시된 구성의 디스펜싱 장치는 변위를 확대하기 위해 주로 소자의 기능적인 측면에서 접근하였기 때문에, 디스펜싱 유량 조절측면에서 큰 변위를 확보하고자 하는 측면에서는 어느 정도 한계가 있다. 아울러, 상기한 실시예 등을 통해 확인할 수 있는 종래의 변위확대기구를 이용한 젯 디스펜서 기구는 구조가 복잡하고 전체적으로 부피가 커 공간효율성이 좋지 못한 문제점이 있다.
비용절감 측면에서 가급적 간단한 구조를 가지면서도, 보다 큰 변위를 확보할 수 있도록 디스펜서의 구조적인 측면에서의 개선이 필요하다.
이에, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 힌지-레버방식의 변위확대 비율을 비교하여 최적화된 모델을 찾고, 디스펜서의 크기를 콤팩트화시킴으로써 공간효율성을 향상시킬 수 있는 최적의 젯 디스펜서에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 젯 디스펜서는 젯 디스펜서는 하우징, 분사부, 디스펜서헤드부, 레버부 및 압전 엑츄에이터를 포함한다. 상기 분사부는 상기 하우징 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적을 공급받아 타측으로 액적을 토출한다. 상기 디스펜서헤드부는 길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부 내의 액적토출구를 가압한다. 상기 레버부는 상기 하우징의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부의 왕복구동에 따라 회동된다. 상기 압전 엑츄에이터는 소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서, 일단부는 상기 레버부와 연결되고, 타단부는 상기 레버부가 지지되는 하우징 내벽의 반대측 내벽 또는 하우징 내벽으로부터 소정의 높이로 형성된 돌출부와 연결되어 길이방향으로 변위가 증감된다.
일 실시예에서, 상기 레버부는, 소정의 길이를 갖는 막대형 부재로서 일단부가 상기 디스펜서헤드부와 직교연결되고 반대측단부는 상기 하우징 내벽으로부터 제1힌지를 매개로 연결되는 제1로드, 및 상기 제1로드와 직교하는 제2로드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부는, 소정의 길이를 갖는 막대형 부재로서 일단부가 상기 디스펜서헤드부와 직교연결되고 반대측단부는 상기 하우징 내벽으로부터 제1힌지를 매개로 연결되는 제1로드, 상기 제1로드와 직교하는 제2로드, 및 상기 제2로드와 직교하고 상기 제1로드와 평행하게 연장 형성되는 제3로드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 엑츄에이터의 타단부에 제2힌지가 형성되어 상기 하우징의 내벽 또는 상기 하우징의 내벽으로부터 소정의 높이로 형성된 돌출부와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 엑츄에이터의 타단부에는 제3힌지가 형성되어 상기 레버부와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 디스펜서헤드부는 복원력을 가하는 제1탄성수단에 의해 지지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부를 기준으로 상기 제1탄성수단의 반대편에 배치되어 상기 디스펜서헤드부에 예압(pre-load)을 인가하는 제2탄성수단을 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 실시예에 따른 젯 디스펜서는 하우징, 디스펜서헤드부, 레버부 및 압전 엑츄에이터를 포함한다. 상기 분사부는 상기 하우징 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적(droplet)을 공급받아 타측으로 액적을 토출한다. 상기 디스펜서헤드부는 길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부 내의 액적토출구를 가압한다. 상기 레버부는 상기 하우징의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부의 왕복구동에 따라 회동된다. 상기 압전 엑츄에이터는 소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서 일단부는 상기 레버부와 연결되고, 타단부는 하우징의 내벽으로부터 지지되는 길이방향으로 변위가 증감된다. 상기 레버부를 회동가능하도록 지지하는 제1힌지는 상기 분사부가 설치되는 상기 하우징의 내벽측에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압전 엑츄에이터는 상기 제1힌지가 돌출형성되는 상기 하우징의 내측벽과 나란하게 배치되며, 상기 제1힌지의 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 레버부와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부는 “ㄴ”자의 형상을 가지며, 상기 제1힌지에 의해 회동 가능하게 지지되며, 그 일단은 상기 압전 엑츄에이터와 평행하도록 배치되는 제1탄성수단과 연결되고, 타단은 상기 디스펜서헤드부에 직교연결될 수 있다.
일 실시예에서, 예압(pre-load)을 인가하기 위하여 상기 디스펜서헤드부를 지지하도록 마련된 제2탄성수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부는 단부가 상기 디스펜서헤드부와 직교연결되며, 상기 디스펜서헤드부는 복원력을 가하는 제1탄성수단에 의해 지지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부를 기준으로 상기 제1탄성수단의 반대편에 배치되어 상기 디스펜서헤드부에 예압(pre-load)을 인가하는 제2탄성수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부는 상기 압전 엑츄에이터로부터 상기 디스펜서헤드부로 연장됨에 따라 단면이 감소하는 쐐기 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부는 일단은 제1 탄성수단과 연결되고, 타단은 상기 압전 엑츄에이터와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 탄성수단은 일단은 상기 하우징에 고정되고, 타단은 상기 레버부에 접촉되는 벤더 스프링(bender spring)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 벤더 스프링은 상기 레버부의 일단을 관통하여 삽입 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 탄성수단은 상기 레버부 및 상기 디스펜서헤드부에 연결되는 와셔 스프링(washer spring)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부에는 함입부가 형성되며, 상기 압전 엑츄에이터의 끝단이 상기 함입부에 함입되며 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 레버부는 일단은 상기 디스펜서헤드부와 연결되고, 타단은 상기 하우징의 내부로 연장되어 고정될 수 있다. 상기 레버부는, 상기 하우징에 고정된 타단과 상기 압전 엑츄에이터에 연결된 부분과의 사이에 오목 힌지부가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 힌지 레버 방식의 변위확대 비율을 비교했을 때, 최적화된 변위확대기구를 가지는 디스펜서 모델을 제공할 수 있다.
또한, 디스펜서의 크기를 작게 만들어 공간효율성을 확보할 수도 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 젯 디스펜서의 구성 및 동작을 개략적으로 도시한 개념도들이다.
도 2는 도 1a의 젯 디스펜서의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 젯 디스펜서의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 2의 젯 디스펜서의 분사부를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 5는 도 1a의 젯 디스펜서의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1a의 젯 디스펜서에서 힌지부의 결합방식의 예를 도시한 단면도들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 젯 디스펜서에서, 지렛대 원리를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 지렛대 원리를 가진 상기 젯 디스펜서의 구성 및 동작을 개략적으로 도시한 개념도들이다.
도 10은 도 9a의 젯 디스펜서의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 11은 도 9a의 젯 디스펜서의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 12는 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 13은 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 14는 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 15는 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 젯 디스펜서에서, 지렛대 원리를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 17a 및 도 17b는 도 16a 및 도 16b의 지렛대 원리를 가진 상기 젯 디스펜서의 구성 및 동작을 개략적으로 도시한 개념도들이다.
도 18은 도 17a의 젯 디스펜서의 일 예를 도시한 단면도이다.
* 부호의 설명
100 : 하우징 110 : 디스펜서헤드부
120 : 제1탄성수단 121 : 제2탄성수단
130 : 레버부 131 : 관통공
140 : 압전 엑츄에이터 150 : 돌출부
200 : 액적저장부 h1 : 제1힌지
h2 : 제2힌지 h3 : 제3힌지
L1 : 제1로드 L2 : 제2로드
L3 : 제3로드 D : 액적
A : 힘점 B : 받침점
C : 작용점
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
설명에 앞서 본 발명의 디스펜서는 접촉식, 비접촉식 디스펜서를 모두 포함할 수 있음을 유의하여야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 의한 젯 디스펜서의 구성 및 동작에 대한 개념을 우선 설명하고, 해당 개념이 구현된 구체적인 젯 디스펜서의 예에 대하여 추가로 설명한다. 이에 따라, 구성 및 동작에 대한 개념에서는 지렛대 원리를 중심으로 설명하고, 구체적인 구성에 대하여는 후속되는 구체적인 젯 디스펜서의 예를 통해 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 젯 디스펜서의 구성 및 동작을 개략적으로 도시한 개념도들이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예에 의한 젯 디스펜서(1000)는 하우징(100), 디스펜서헤드(110), 레버부(130) 및 압전 엑츄에이터(140)를 포함한다.
이 경우, 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100) 내벽의 일 측으로부터는 돌출부(150)가 돌출되어 형성된다. 또한, 본 실시예의 상기 레버부(130)는 “ㄴ”자형 레버부인 것으로 가정한다.
그리하여, 본 실시예에서는 도 1a에 도시된 바와 같이 힘점(A), 받침점(B), 작용점(C)이 순서대로 형성되되, 일직선 상에 있지 아니하고, 레버부(130)의 형상에 따라 각 점을 가상의 선으로 잇는 경우 삼각형을 이루도록 형성된다.
즉, 본 실시예에서의 상기 젯 디스펜서(1000)는 “ㄴ”자형 지렛대의 원리를 이용한다.
보다 구체적으로, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 힌지점(h1)을 중심으로 토크평형을 고려한 출력 힘은 다음 [수식 1]과 같다.
[수식 1]
Figure PCTKR2017003246-appb-I000001
이를 통해 압전 엑츄에이터(140)에 의한 입력변위와 출력변위의 비율은 다음 [수식 2]과 같다.
[수식 2]
Figure PCTKR2017003246-appb-I000002
즉, 본 실시예에 의한 젯 디스펜서(1000)에서는, 힘점(A)과 받침점(B) 사이의 거리(a)의 크기를 크게 함과 동시에 받침점(B)과 작용점(C) 사이의 거리(b)의 크기를 작게 하기에 용이하므로 출력 힘을 충분히 크도록 조절할 수 있다. 뿐만 아니라, 변위확대 측면에서도 가변성이 우수한 장점이 있다.
이로 인해, 구조적인 측면에서 본 실시예에 의한 젯 디스펜서(1000)는 보다 콤팩트(Compact)하게 구현될 수 있으며, 한정된 공간안에 디스펜서 장치를 복수 개 나란히 정렬하고 기 설정된 알고리즘에 따라 복수의 액적 토출 동작을 수행할 수 있어, 반도체 등 제조산업에서 요구하는 신속성을 만족할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 개념이 적용된 젯 디스펜서의 예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이 경우, 하기 젯 디스펜서의 예들은 도 1a 및 도 1b를 참조한 젯 디스펜서(1000)의 구체적인 예에 해당되므로, 상기 젯 디스펜서(1000)의 설명을 위해 사용된 참조번호가 동일하게 사용된다.
도 2는 도 1a의 젯 디스펜서의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 젯 디스펜서의 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 도 2의 젯 디스펜서의 분사부를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 예에서의 젯 디스펜서(1001)는 힌지(hinge) 레버(lever) 방식의 변위 확대를 이용한 젯(Jet) 디스펜서(Dispenser)로서, 하우징(100), 상기 하우징(100) 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적(droplet)을 공급받아 타측으로 액적을 토출하는 분사부(101), 길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부(101) 내의 액적토출구를 가압할 수 있도록 형성된 디스펜서헤드부(110), 상기 하우징(100)의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부(110)의 왕복구동에 따라 회동 가능하도록 형성된 레버부(130), 및 소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서, 일단부는 상기 레버부(130)와 연결되고, 타단부는 상기 레버부(130)가 지지되는 하우징(100) 내벽의 반대측 내벽 또는 하우징(100) 내벽으로부터 소정의 높이로 형성된 돌출부와 연결되어 길이방향으로 변위 증감이 가능한 압전 엑츄에이터(140)를 포함한다.
이 경우, 상기 젯 디스펜서(1001)에서, 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100)은 내부가 중공되는 통상의 디스펜서 몸체구성이 적용될 수 있다. 일 례로 전체적으로 장방형의 형상을 가지되 하우징(100)의 일 측에는 액적을 분사하기 위한 토출구가 형성될 수 있고 하우징(100)의 타측은 상기 젯 디스펜서(1001)를 예컨대 반도체 공정라인의 컨베이어(conveyer) 상에 설치하기 위한 고정수단(160)이 형성될 수 있다.
상기 분사부(101)는 하우징(100)의 일 측에 액적이 유동되는 공간을 갖도록 형성되고 단부에는 액적토출구가 형성된다. 즉, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 분사부(101)의 일 측에는 흡입유로(201)가 형성되고, 흡입유로는 본 발명 디스펜서 장치의 외부에 마련되는 액적저장부로부터 공급되는 액적을 상기 액적토출구로 전달하게 된다.
상기 분사부(101)에서는 후술하는 디스펜서헤드부(110)의 왕복구동과 관련하여 디스펜서헤드부(110)가 액적토출구에 가까워지는 동작에서 액적을 토출하고, 디스펜서헤드부(110)가 액적토출구로부터 멀어지는 동작에서는 액적을 액적저장부(200)로부터 공급받도록 형성될 수 있다. 디스펜서헤드부(110)는 도시된 바와 같이 제1탄성수단(120)에 의해 지지될 수 있고, 밀폐된 하우징(100) 내부 구조물(노즐부분)에 의해 직선적으로 가이드 될 수 있다.
아울러, 도면에 도시하지는 않았으나 레버부(130)를 기준으로 제1탄성수단(120)의 반대편에 배치되어 디스펜서헤드부(110)에 예압(pre-load)을 인가하는 제2탄성수단(121)을 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는 도 10과 도 11을 참조하면서 상세히 후술하기로 한다. 여기서 예압이란 본 발명 젯 디스펜서의 운반시의 미동, 마모 방지 등의 목적으로 대상에 미리 인가하는 예비 하중을 의미한다. 예압을 미리 인가함에 따라 디스펜서헤드부(110)가 stroke 될 때, 더욱 부드럽고 안정적으로 동작하게 된다.
도 3에서 도시된 바와 같이 상기 디스펜서헤드부(110)는 소위 가느다란 핀(pin), 정(chisel), 니들(needle) 또는 플런저(plunger) 형상의 가압수단이다. 상기 디스펜서헤드부(110)는 분사부(101)에 유입된 액적을 압박하여 액체토출구 밖으로 액적을 토출시키게 되는데, 이 과정에서 액체가 이동하는 노즐부분과 디스펜서헤드부(110)의 최단부가 계속적, 반영구적으로 접촉하게 되므로 디스펜서헤드부(110)의 소재는 피로 및 파손에 강한 금속소재임이 바람직하다. 도 2를 참조하면 액적저장부(200)가 분사부(101)에 액적을 충전함에 따라 디스펜서헤드부(110)의 스트로크(storke) 과정에서 발생하는 액체토출구와의 충격을 흡수하여 노즐부분의 마모를 감소시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 레버부(130)는 기본적으로 하우징(100)의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부(110)의 왕복구동에 따라 회동 가능하도록 형성된다. 즉, 디스펜서헤드부(110)가 수평 또는 수직으로 직선 운동하면 디스펜서헤드부(110)와 연결되어 있는 레버부(130)는 하우징(100) 내벽과의 접점을 중심으로 축 회전하여 움직이게 된다. 여기서 하우징(100) 내벽과의 접점은 힌지(hinge)가 해당될 수 있다.
여기서 상기 레버부(130)는 전체적으로 “ㄴ”자형 막대 구조로서 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 레버부(130)는 소정의 길이를 갖는 강성부재로서 막대와 같은 형상을 가질 수 있다. 그리고 레버부(130)는 일단부가 상기 디스펜서헤드부(110)와 직교 연결되고 반대측 단부는 상기 하우징 (100) 내벽과 제1힌지(h1)를 매개로 연결되는 제1로드(L1) 및 상기 제1로드(L1)와 직교하는 제2로드(L2)를 포함하여 형성될 수 있다.
즉, 레버부(130)의 단부는 디스펜서헤드부(110)와 연결되되, 레버부(130) 전체의 축방향과 디스펜서헤드부(110)의 축방향이 대략 직교하도록 연결될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 레버부(130)는 제1로드(L1)와 제2로드(L2)로 구성될 수 있는데, 제1로드(L1)와 제2로드(L2)는 서로 분리된 구성으로서 물리적으로 단단하게 체결될 수도 있고, 이와 달리 제1로드(L1)와 제2로드(L2)는 동일한 재료로 형성된 강성부재로서 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 하나의 긴 막대부재가 소정의 위치에서 절곡되어 대략 “ㄴ”자형 레버로서 성형될 수 있다.
또한, 상기 레버부(130)의 일단부에는 관통공(131)이 형성되고 이곳에 디스펜서헤드부(110)가 삽입되어 구동할 수 있다. 이때, 레버부(130)의 관통공(131)과 디스펜서헤드부(110)의 사이에는 유격이 존재하여 디스펜서헤드부(110)의 왕복구동 과정에서 디스펜서헤드부(110)의 축과 레버부(130)의 축이 직교상태에서 일시적으로 어긋날 수 있도록 형성되며, 동시에 레버부(130)는 힌지(h1)를 중심으로 회동할 수 있게 된다.
상기 압전 엑츄에이터(140)는 소정의 길이를 갖는 압전체이다. 상기 압전 엑츄에이터(140)의 일단부는 상기 레버부(130)와 연결되고, 타단부는 상기 레버부(130)가 지지되는 하우징(100)의 내벽과 대향하는 반대측 내벽으로부터 지지되도록 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 레버부(130)가 지지되는 하우징(100)의 내벽과 압전 엑츄에이터(140)가 지지되는 하우징의 내벽이 상호 반대방향에서 대향하는 것을 주요 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 압전 엑츄에이터(140)는 막대형 압전체로서 길이방향으로 변위 증감이 가능하다. 압전 엑츄에이터의 장점은 전기적인 잡음이 적고, 정밀제어가 가능하다는 것이다.
상기 압전 엑츄에이터(140)는 미소 두께를 가진 압전소자(a Piezoelectric Element)가 다수 적층되어 길이방향으로 긴 막대형 압전체를 형성하는 것일 수 있는데, 적층형 압전엑츄에이터의 경우 적은 구동에너지로 큰 변위량을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 여기서의 압전소자는 외부에 마련되는 제어부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이를 통해 제어되어 길이방향으로 변위를 가변할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 압전 엑츄에이터(140)는 레버부(130)의 제1로드(L1)와 길이방향으로 평행하도록 형성될 수 있다.
나아가, 압전 엑츄에이터(140)의 일단부에는 제2힌지(h2)가 형성되어 상기 하우징(100) 내벽과 연결될 수 있으며, 상기 압전 엑츄에이터(140)의 타단부에는 제3힌지(h3)가 형성되어 상기 레버부(130)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 레버부(130)가 제1힌지(h1)를 중심으로 회동가능한 것처럼 압전 엑츄에이터(140) 또한 제2힌지(h2) 및/또는 제3힌지(h3)를 중심으로 회동가능하도록 형성될 수 있다.
이로 인해, 디스펜서헤드부(110)가 왕복구동할 때 레버부(130)가 회동함과 동시에 압전 엑츄에이터(140)도 미세하게 회동함과 동시에 압전 엑츄에이터(140)의 변위가 증감할 수 있게 된다.
보다 구체적으로 압전 엑츄에이터(140)의 일 측면은 레버부(130)에 의해 지지되고 압전 엑츄에이터(140)의 타 측면은 하우징(100) 내벽으로부터 지지되어 있으므로 레버부(130)가 도 3을 기준으로 시계방향으로 회동하면, 압전 엑츄에이터(140)의 일 측면이 가압되어 압전 엑츄에이터(140)의 압전소자가 가압된다. 이와 반대로 레버부(130)가 도 3을 기준으로 반시계방향으로 회동하면, 압전 엑츄에이터(140)에 가해졌던 압력이 해제된다. 이와 같은 방식에 따라 압전 엑츄에이터(140)의 변위는 증감하게 된다.
도 5는 도 1a의 젯 디스펜서의 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(1002)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(1001)와 레버부의 형상을 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
즉, 도 5를 참조하면, 본 예에서의 상기 젯 디스펜서(1002)에서, 상기 레버부(130)는 전체적으로 “ㄷ”자형 막대 구조로서 형성될 수 있다.
여기서 상기 레버부(130)는 소정의 길이를 갖는 강성부재로서 막대와 같은 형상을 가질 수 있다. 그리고 레버부(130)는 일단부가 상기 디스펜서헤드부(110)와 직교연결되고 반대측 단부는 상기 하우징(100) 내벽으로부터 제1힌지(h1)를 매개로 연결되는 제1로드(L1), 상기 제1로드(L2)와 직교하는 제2로드(L2) 및 상기 제2로드(L2)와 직교하고 상기 제1로드(L1)와 평행하게 연장 형성되는 제3로드(L3)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 레버부(130)는 제1로드(L1)와 제2로드(L2) 및 제3로드(L3)로 구성될 수 있는데, 제1로드(L1), 제2로드(L2) 및 제3로드(L3)는 서로 분리된 구성으로서 물리적으로 단단하게 체결될 수도 있고, 이와 달리 제1로드(L1), 제2로드(L2) 및 제3로드(L3)는 동일한 재료로 형성된 강성부재로서 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 하나의 긴 막대부재가 소정의 위치에서 2회 절곡되어 대략 “ㄷ”자형 레버로서 성형될 수 있다.
도 6은 도 1a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(1003)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(1001)와 하우징의 내벽의 형상을 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 6을 참조하면 본 예에서의 상기 젯 디스펜서(1003)에서, 돌출부(150)가 하우징(100) 내벽으로부터 소정의 높이로 돌출될 수 있다.
그리하여, 압전 엑츄에이터(140)는 레버부(130)의 타단부가 상기 돌출부(150)에 연결된다. 즉, 본 예에서는, 앞선 예를 통해 설명한 것과 동일한 원리를 가지도록 압전 엑츄에이터(140)를 구성하되 압전 엑츄에이터(140) 자체의 길이를 줄일 수 있게 됨으로써 디스펜서의 경량화 및 디스펜서 제작 공정에 있어서 재료비의 감소를 꾀할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1a의 젯 디스펜서에서 힌지부의 결합방식의 예를 도시한 단면도들이다.
본 실시예에 따른 젯 디스펜서(1000, 1001, 1002, 1003)에서는, 상기 힌지(hinge, h1, h2, h3)는 형상이나 구조가 한정되지 않고, 레버부(130)와 압전 엑츄에이터(140)를 안정적으로 지지하면서 회동이 자유롭도록 설계되면 충분하며, 그 몇 가지 예에 대하여 설명한다.
도 7a는 하우징(100)에 홈(또는 그루브, 102)이 형성되고, 레버부(130)로부터 돌출된 힌지(h1)가 상기 홈에 삽입되어 지지되는 구조를 나타낸다.
도 7b는 레버부(130)에 홈(또는 그루브, 132)이 형성되고 하우징(100)에 돌출된 힌지(h1)가 상기 홈에 삽입되어 지지되는 구조를 나타낸다.
상기에서 설명한 힌지 결합방식은 하우징(100) 또는 레버부(130)와 힌지(H1) 일체형 결합방식을 나타낸다.
한편, 도 7c는 하우징(100)과 레버부(130)의 일 측 상호 대향하는 면에 각각 홈(102, 132)이 형성되고, 하우징(100) 및 레버부(130)와 별개의 구성으로 된 힌지(h1)가 상기 홈에 삽입되어 지지하는 방식을 나타낸다.
또한, 도 7d는 하우징(100)과 레버부(130)의 결합에 있어, 상기 레버부(130)로부터 돌출 힌지부(133)가 돌출되며 상기 돌출 힌지부(133)에 상기 하우징(100)이 회전 가능하도록 결합되는 방식을 나타낸다.
이상과 같이, 상기 힌지 결합방식에 있어서, 하우징(100)과 레버부(130)는 별도의 결합 부재를 통해 서로 연결되며 결합될 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명의 힌지 결합방식은 다양한 실시례로 구현될 수 있으며, 힌지와 레버부, 또는 힌지와 압전 엑츄에이터 간에 지렛대 원리가 적용됨으로써 변위확대가 최적화될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 젯 디스펜서에서, 지렛대 원리를 설명하기 위한 모식도들이다. 도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 지렛대 원리를 가진 상기 젯 디스펜서의 구성 및 동작을 개략적으로 도시한 개념도들이다. 이 경우, 도 8a는 자유물체도(FBD)를 도시한 도면이며, 도 8b는 입력변위에 대한 출력변위를 도시한 도면이다.
본 실시예에 의한 젯 디스펜서(2000)는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 젯 디스펜서(1000)와 힘점(A), 받침점(B) 및 작용점(C)의 위치가 서로 다르게 구성된 것을 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 8a 내지 도 9b를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 젯 디스펜서(2000)는 하우징(100), 디스펜서헤드(110), 레버부(130) 및 압전 엑츄에이터(140)를 포함한다.
다만, 상기 젯 디스펜서(2000)에서, 상기 레버부(130)는 단순히 일직선으로 형성된 막대형 부재이고, 하우징(100) 내벽과 압전 엑츄에이터(140)의 연결구조에 있어서 도면에 도시된 바와 같이 힘점(A), 받침점(B) 및 작용점(C)이 순서대로 형성되도록 구성되어 있다.
그리하여, 본 실시예에서의 상기 젯 디스펜서(2000)는 이른바, 시소형 지렛대 원리를 이용한 것으로, 힌지점(h1)을 중심으로 토크평형을 고려한 출력 힘은 다음 [수식 3]과 같다.
[수식 3]
Figure PCTKR2017003246-appb-I000003
이를 통해 압전 엑츄에이터(140)에 의한 입력 변위와 출력변위의 비율은 다음 [수식 4]와 같다.
[수식 4]
Figure PCTKR2017003246-appb-I000004
즉, 본 실시예에 의한 젯 디스펜서(2000)에서도, 힘점(A)과 받침점(B) 사이의 거리(a)의 크기를 크게 함고 동시에 받침점(B)과 작용점(C) 사이의 거리(b)의 크기를 작게함으로써 출력 힘을 크도록 조절할 수 있다.
이하에서는, 도 8a 내지 도 9b에 도시된 개념이 적용된 젯 디스펜서의 예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이 경우, 하기 젯 디스펜서의 예들은 도 8a 내지 도 9b를 참조한 젯 디스펜서(2000)의 구체적인 예에 해당되므로, 상기 젯 디스펜서(2000)의 설명을 위해 사용된 참조번호가 동일하게 사용된다.
도 10은 도 9a의 젯 디스펜서의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 예에서의 힌지 레버(lever) 방식의 변위 확대를 이용한 젯 디스펜서(2001)는 하우징(100), 상기 하우징(100) 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적(droplet)을 공급받아 타측으로 액적을 토출하는 분사부(101), 길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부(101) 내의 액적토출구를 가압할 수 있도록 형성된 디스펜서헤드부(110), 상기 하우징(100)의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부(110)의 왕복구동에 따라 회동 가능하도록 형성된 레버부(130), 및 소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서 일단부는 상기 레버부(130)와 연결되고, 타단부는 하우징(100)의 내벽으로부터 지지되는 길이방향으로 변위 증감이 가능한 압전 엑츄에이터(140)를 포함한다.
또한, 상기 레버부(130)를 회동가능하도록 지지하는 제1힌지(h1)는 상기 분사부가 설치되는 상기 하우징(100)의 내벽측에 형성된다.
상기 압전 엑츄에이터(140)가 상기 제1힌지(h1)의 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 레버부(130)와 연결되어 변위가 확대되는 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로 압전 엑츄에이터(140)는 상기 제1힌지(h1)가 돌출 형성되는 상기 하우징의 내측벽과 나란하게 배치되면서, 레버부(130)의 가장자리와 연결될 수 있는데, 레버부(130)와 연결되는 지점이 상기 제1힌지(h1)가 레버부(130)를 회동 지지하는 축의 중심점으로부터 다소 편심된 곳에 위치하게 된다. 힌지(h1)의 중심과 편심된 곳에서 연결됨으로써 레버부(130)의 회전 시에 압전 엑츄에이터(140)에서의 변위는, 압전 엑츄에이터(140)가 단순히 힌지(h1)의 중심을 대향하면서 레버부(130)에 연결되는 경우보다 더 큰 변위량을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 레버부(130)는 “ㄴ”자의 형상을 갖도록 형성되되, 상기 제1힌지에 의해 회동 가능하게 지지되며, 그 일단부는 상기 디스펜서헤드부(110)에 직교연결되고, 타단부는 상기 압전 엑츄에이터(140)와 평행하게 배치되는 제1탄성수단(120)과 연결되는 구성일 수 있다.
여기서 별도로 마련된 제2탄성수단(121)이 디스펜서헤드부(110)를 지지하여 예압(pre-load)을 인가할 수 있다.
도 11은 도 9a의 젯 디스펜서의 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2002)는 레버부(130)의 형상 및 제1 탄성수단(120)의 위치가 변경된 것을 제외하고는 도 10을 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(2001)와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2002)에서, 상기 레버부(130)의 일단부는 상기 디스펜서헤드부(110)에 직교 연결되되, 상기 디스펜서헤드부(110)를 지지하며 복원력을 가하는 제1탄성수단(120)이 상기 디스펜서헤드부(110)로부터 그대로 연장 형성된다.
여기서 제2탄성수단(121)은 레버부(130)를 기준으로 상기 제1탄성수단(120)의 반대편에 배치되어 디스펜서헤드부(110)에 예압(pre-load)을 인가하도록 마련될 수 있다.
그리하여, 레버부(130) 특유의 형상에 따른 구조적인 장점과 압전 엑츄에이터(140)와 레버부(130)의 연결 메커니즘에 따른 구조적인 장점에 의해 변위 확대 효율은 높되 공간효율성 측면에서 보다 유리한 디스펜서를 제공할 수 있다.
도 12는 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2003)는 레버부(130)의 형상 및 힌지부의 위치를 제외하고는 도 9a를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(2000)와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 12를 참조하면, 상기 젯 디스펜서(2003)에서, 상기 레버부(130)는 상기 압전 엑츄에이터(140)로부터 상기 제1 탄성수단(120)으로 연장되면서 상부면이 경사면을 가지도록 형성되어, 상기 압전 엑츄에이터(140)에 연결되는 부분이 상기 제1 탄성수단(120)에 연결되는 부분보다 두께가 두껍게 형성된다.
즉, 상기 레버부(130)는, 예를 들어, 쐐기 형상을 가지며 직선으로 연장될 수 있다.
이 경우, 상기 제3 힌지(h3)는 상기 압전 엑츄에이터(140)와 상기 레버부(130)의 사이에 형성되어 힘점(A)이 되고, 상기 제1 힌지(h1)는 상기 레버부(130)의 하부면과 상기 하우징(100)의 내측면 사이에 형성되어 받침점(B)이 되며, 상기 레버부(130)와 상기 제1 탄성수단(120)의 연결부가 작용점(C)이 된다.
그리하여, 상기 제3 힌지(h3)와 상기 제1 힌지(h1) 사이가 입력변위(a)가 되고, 상기 제1 힌지(h1)와 상기 작용점(C) 사이가 출력변위(b)가 되어, 상기 젯 디스펜서(2003)의 동작이 수행된다.
도 13은 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2004)는 제1 탄성수단으로서 벤더 스프링(bender spring, 220)이 적용되는 것을 제외하고는 도 12를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(2003)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 13을 참조하면, 상기 젯 디스펜서(2004)에서, 상기 제1 탄성수단으로서 벤더 스프링(220)이 적용된다.
상기 벤더 스프링(220)은 일 끝단은 상기 하우징(100)의 내측면을 관통하여 고정되고, 타 끝단은 레버부(230)의 끝단 상에 위치하게 된다. 그리하여, 상기 벤더 스프링(220)이 탄성력을 제공하여, 상기 레버부(230)에 연결된 상기 디스펜서 헤드부(110)의 동작이 구동된다.
이 경우, 상기 젯 디스펜서(2004)의 구동 메커니즘은 도 12에서 설명한 상기 젯 디스펜서(2003)와 실질적으로 동일하다.
도 14는 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2005)는 제1 탄성수단으로서 벤더 스프링(bender spring, 320)이 적용되는 것을 제외하고는 도 12를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(2003)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 14를 참조하면, 상기 젯 디스펜서(2005)에서, 상기 제1 탄성수단으로서 벤더 스프링(320)이 적용된다.
이 경우, 상기 벤더 스프링(320)은 일 끝단은 상기 하우징(100)의 내측면을 관통하여 고정되고, 타 끝단(331)은 레버부(330)의 끝단을 관통하여 고정된다. 그리하여, 상기 벤더 스프링(320)이 탄성력을 제공하여, 상기 레버부(330)에 연결된 상기 디스펜서 헤드부(110)의 동작이 구동된다.
도 15는 도 9a의 젯 디스펜서의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2006)는 제1 탄성수단으로서 와셔 스프링(washer spring, 420)이 적용되고 제3 힌지의 구조가 다른 것을 제외하고는 도 12를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(2003)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 15를 참조하면, 상기 젯 디스펜서(2006)에서는, 우선 제1 탄성수단으로서 상기 와셔 스프링(420)이 적용된다. 즉, 상기 와셔 스프링(420)은 레버부(430)의 일 끝단에 고정되며, 상기 와셔 스프링(420)의 하측으로는 상기 디스펜서 헤드부(110)이 연결되고, 상기 와셔 스프링(420)의 상면은 상기 하우징(100)에 고정된다.
그리하여, 상기 와셔 스프링(420)이 탄성력을 제공하여, 상기 레버부(430)의 동작을 통해 상기 디스펜서 헤드부(110)의 동작이 구동된다.
한편, 상기 레버부(430)는 일 끝단은 상기 와셔 스프링(420)이 고정되며, 타 끝단은 도시된 바와 같이 함입부(435)가 형성된다. 이 때, 상기 함입부(435)에는 상기 압전 엑츄에이터(140)의 끝단이 위치하게 된다.
그리하여, 제3 힌지(h3)가 별도의 회동가능한 힌지 구조가 아닌, 상기 압전 엑츄에이터(140)의 끝단에 의해 상기 함입부(435)가 눌려 상기 레버부(430)가 회동되는 구조를 가진다.
또한, 제1 힌지(h1)는 도 7d를 참조하여 설명한 힌지 구조로 연결될 수 있다.
한편, 상기 제3 힌지(h3)가 함입부(435)가 형성된 상기 레버부(430)를 회동가능하도록 동작시키는 구조는, 본 예에서의 상기 젯 디스펜서(2006) 외에, 앞서 설명한 다양한 예에서의 젯 디스펜서에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 젯 디스펜서에서, 지렛대 원리를 설명하기 위한 모식도들이다. 도 17a 및 도 17b는 도 16a 및 도 16b의 지렛대 원리를 가진 상기 젯 디스펜서의 구성 및 동작을 개략적으로 도시한 개념도들이다. 이 경우, 도 16a는 자유물체도(FBD)를 도시한 도면이며, 도 16b는 입력변위에 대한 출력변위를 도시한 도면이다.
본 실시예에 의한 젯 디스펜서(3000)는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 젯 디스펜서(1000)와 힘점(A), 받침점(B) 및 작용점(C)의 위치가 서로 다르게 구성된 것을 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 16a 내지 도 17b를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 젯 디스펜서(3000)는 하우징(100), 디스펜서헤드(110), 레버부(130) 및 압전 엑츄에이터(140)를 포함한다.
다만, 본 실시예에서의 상기 젯 디스펜서(300)에서, 상기 레버부(130) 역시 단순히 일직선으로 형성된 막대형 부재이지만, 하우징(100) 내벽과 압전 엑츄에이터(140)의 연결구조에 있어서 도시된 바와 같이 받침점(B), 힘점(A), 작용점(C)이 순서대로 형성되도록 구성되어 있다.
즉, 본 실시예에서의 상기 젯 디스펜서(3000)는 시소형 지렛대를 응용한 것으로서 아암형 지렛대의 원리를 이용한 것이다. 그리하여, 힌지점(h1)을 중심으로 토크평형을 고려한 출력 힘은 다음 [수식 5]와 같다.
[수식 5]
Figure PCTKR2017003246-appb-I000005
이 [수식 5]와 앞서 설명한 [수식 3]을 비교하면, 동일한 식인 것처럼 도출되지만, 실제로는 도 9a를 참조하여 설명한 젯 디스펜서(2000)에서의 가로방향 총길이가 a+b인데 반하여 본 실시예에서의 젯 디스펜서(3000)에서의 가로방향 총길이는 b이므로, 동일한 크기의 출력힘(Fo)을 내려면 [수식 3]에서 나타나는 입력힘(Fi)의 크기가 [수식 5]에서의 그것보다 더 크게 작용하여야 한다. 따라서, 젯 디스펜서의 액적 토출을 위해 필요한 토크 측면에서는 본 실시예에서의 젯 디스펜서(3000)가 도 9a에서의 젯 디스펜서(2000)의 지렛대보다 더 유리하다고 할 수 있다.
한편, 압전 엑츄에이터(140)에 의한 입력 변위와 출력변위의 비율은 다음 [수식 6]과 같다.
[수식 6]
Figure PCTKR2017003246-appb-I000006
여기서,
Figure PCTKR2017003246-appb-I000007
이며, 따라서
Figure PCTKR2017003246-appb-I000008
이므로, 결국 본 실시예에서의 변위확대 비율도
Figure PCTKR2017003246-appb-I000009
로서 도출된다. 이는 앞선 실시예에서의 변위확대 비율과 실질적으로 동일하다.
이하에서는, 도 16a 내지 도 17b에 도시된 개념이 적용된 젯 디스펜서의 예에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이 경우, 하기 젯 디스펜서의 예는 도 16a 내지 도 17b를 참조한 젯 디스펜서(3000)의 구체적인 예에 해당되므로, 상기 젯 디스펜서(3000)의 설명을 위해 사용된 참조번호가 동일하게 사용된다.
도 18은 도 17a의 젯 디스펜서의 일 예를 도시한 단면도이다.
본 예에서의 상기 젯 디스펜서(3001)는 제1 힌지의 구조가 다른 것을 제외하고는 도 17a를 참조하여 설명한 상기 젯 디스펜서(3000)와 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성에 대하여 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 18을 참조하면, 상기 젯 디스펜서(3001)에서, 레버부(530)는 일 끝단은 상기 디스펜서 헤드부(110)에 연결되며, 다른 끝단은 상기 하우징(100)의 내측면으로 고정된다.
다만, 상기 레버부(530)에는, 상기 하우징(100)과 상기 압전 엑츄에이터(140)의 사이에 오목 힌지부(535)가 형성된다. 그리하여, 상기 오목 힌지부(535)는 회동구동이 가능한 힌지로서의 역할과, 탄성력을 인가할 수 있는 탄성체로서의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
그리하여, 상기 젯 디스펜서(3001)에서, 상기 제3 힌지(h3)는 상기 압전 엑츄에이터(140)와 상기 레버부(130)의 사이에 형성되어 힘점(A)이 되고, 상기 오목 힌지부(535)가 제1 힌지(h1)로서 받침점(B)이 되며, 상기 레버부(130)와 상기 디스펜서 헤드부(110)의 연결부가 작용점(C)이 된다.
그리하여, 상기 제3 힌지(h3)와 상기 제1 힌지(h1) 사이가 입력변위(a)가 되고, 상기 제3 힌지(h3)와 상기 작용점(C) 사이가 출력변위(b)가 되어, 상기 젯 디스펜서(3001)의 동작이 수행된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적을 공급받아 타측으로 액적을 토출하는 분사부;
    길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부 내의 액적토출구를 가압하는 디스펜서헤드부;
    상기 하우징의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부의 왕복구동에 따라 회동되는 레버부; 및
    소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서, 일단부는 상기 레버부와 연결되고, 타단부는 상기 레버부가 지지되는 하우징 내벽의 반대측 내벽 또는 하우징 내벽으로부터 소정의 높이로 형성된 돌출부와 연결되어 길이방향으로 변위가 증감되는 압전 엑츄에이터를 포함하는 젯 디스펜서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레버부는,
    소정의 길이를 갖는 막대형 부재로서 일단부가 상기 디스펜서헤드부와 직교연결되고 반대측단부는 상기 하우징 내벽으로부터 제1힌지를 매개로 연결되는 제1로드; 및
    상기 제1로드와 직교하는 제2로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레버부는,
    소정의 길이를 갖는 막대형 부재로서 일단부가 상기 디스펜서헤드부와 직교연결되고 반대측단부는 상기 하우징 내벽으로부터 제1힌지를 매개로 연결되는 제1로드;
    상기 제1로드와 직교하는 제2로드; 및
    상기 제2로드와 직교하고 상기 제1로드와 평행하게 연장 형성되는 제3로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전 엑츄에이터의 타단부에 제2힌지가 형성되어 상기 하우징의 내벽 또는 상기 하우징의 내벽으로부터 소정의 높이로 형성된 돌출부와 연결되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전 엑츄에이터의 타단부에는 제3힌지가 형성되어 상기 레버부와 연결되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디스펜서헤드부는 복원력을 가하는 제1탄성수단에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레버부를 기준으로 상기 제1탄성수단의 반대편에 배치되어 상기 디스펜서헤드부에 예압(pre-load)을 인가하는 제2탄성수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  8. 하우징;
    상기 하우징 내부에 형성되되, 일측에 마련된 흡입유로로부터 액적(droplet)을 공급받아 타측으로 액적을 토출하는 분사부;
    길이방향으로 왕복구동되면서 상기 분사부 내의 액적토출구를 가압하는 디스펜서헤드부;
    상기 하우징의 내벽으로부터 지지되어 상기 디스펜서헤드부의 왕복구동에 따라 회동되는 레버부; 및
    소정의 길이를 갖는 막대형 압전체로서 일단부는 상기 레버부와 연결되고, 타단부는 하우징의 내벽으로부터 지지되는 길이방향으로 변위가 증감되는 압전 엑츄에이터를 포함하되,
    상기 레버부를 회동가능하도록 지지하는 제1힌지는 상기 분사부가 설치되는 상기 하우징의 내벽측에 형성되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압전 엑츄에이터는 상기 제1힌지가 돌출형성되는 상기 하우징의 내측벽과 나란하게 배치되며, 상기 제1힌지의 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 레버부와 연결되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 레버부는 “ㄴ”자의 형상을 가지며, 상기 제1힌지에 의해 회동 가능하게 지지되며, 그 일단은 상기 압전 엑츄에이터와 평행하도록 배치되는 제1탄성수단과 연결되고, 타단은 상기 디스펜서헤드부에 직교연결되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  11. 제10항에 있어서,
    예압(pre-load)을 인가하기 위하여 상기 디스펜서헤드부를 지지하도록 마련된 제2탄성수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 레버부는 단부가 상기 디스펜서헤드부와 직교연결되며,
    상기 디스펜서헤드부는 복원력을 가하는 제1탄성수단에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레버부를 기준으로 상기 제1탄성수단의 반대편에 배치되어 상기 디스펜서헤드부에 예압(pre-load)을 인가하는 제2탄성수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 레버부는 상기 압전 엑츄에이터로부터 상기 디스펜서헤드부로 연장됨에 따라 단면이 감소하는 쐐기 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 레버부는 일단은 제1 탄성수단과 연결되고, 타단은 상기 압전 엑츄에이터와 연결되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 탄성수단은 일단은 상기 하우징에 고정되고, 타단은 상기 레버부에 접촉되는 벤더 스프링(bender spring)인 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 벤더 스프링은 상기 레버부의 일단을 관통하여 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 탄성수단은 상기 레버부 및 상기 디스펜서헤드부에 연결되는 와셔 스프링(washer spring)인 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 레버부에는 함입부가 형성되며, 상기 압전 엑츄에이터의 끝단이 상기 함입부에 함입되며 연결되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 레버부는 일단은 상기 디스펜서헤드부와 연결되고, 타단은 상기 하우징의 내부로 연장되어 고정되며,
    상기 레버부는, 상기 하우징에 고정된 타단과 상기 압전 엑츄에이터에 연결된 부분과의 사이에 오목 힌지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 젯 디스펜서.
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