KR101672761B1

KR101672761B1 - 정밀 주입 펌프

Info

Publication number: KR101672761B1
Application number: KR1020160086579A
Authority: KR
Inventors: 김성완; 전창원
Original assignee: (주) 아람시스템
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2016-11-04
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: WO2018008877A1

Abstract

본 발명은 제품 생산 공정에서 주입되는 대상액체의 양을 매우 정밀하게 제어하기 위한 펌프에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
정밀 주입 펌프의 실린더와 플런져를 기밀하는 운동링이 이중(씰링 및 오링)으로 구성됨으로써 오링 운동에 의한 토출량 편차를 최소화하여 정밀도를 높일 수 있다. 또한 플런져과 씰링의 마찰을 줄이고, 플런져과 실린더 사이 편심을 없애 운동링의 내구성이 좋은 장점이 있다. 마지막으로, 대상액체를 흡입 및 토출하는 과정에서 발생하는 미세기포를 즉각 배출하여 거대기포로 성장하지 못하게 함으로써 이로 인한 토출량 편차가 발생하지 않아 더욱 정밀한 제어를 가능하게 한다.

Description

정밀 주입 펌프 {omitted}

본 발명은 제품 생산 공정에서 주입되는 대상액체의 양을 매우 정밀하게 제어하기 위한 펌프에 관한 것이다.

정밀 주입 펌프는 1회 토출량 20ml 기준, 반복 정밀도 ±0.1ml(±0.5%)의 토출량 제어를 목표로 하는 정밀기기로서, 노트북, 휴대폰, 전동공구 등에 쓰이는 2차 전지를 제조하는 공정에서 밧데리 내부에 주입되는 전해질용액의 양을 매우 정밀하게 제어하는데 사용되기도 하고, 화장품·제약·식품 등의 제조 공정에도 폭넓게 사용되는 펌프이다. 이와 같은 생산공정에서 용액의 양을 정밀하게 주입하기 위하여 현재 사용되는 제품은 정밀 서보모터로 제어되는 주사기 방식의 펌프로서, 각 부품의 가공정밀도 및 조립정밀도가 매우 높고 따라서 가격 또한 매우 고가이다.

한편 주사기 방식의 펌프에서 실린더 내부 기밀을 유지하기 위해 통상적으로 탄성력이 좋은 오링(O-ring)이 사용되는데, 이러한 기존의 오링은 플런져 사이의 마찰이 심하다. 그 결과 플런져가 후퇴할 때 오링도 플런져가 움직이는 방향으로 약간 후퇴하고 플런져가 전진할 때는 O-ring도 함께 전진한다. 플런져의 운동방향이 바뀔 때마다 오링의 위치변화가 생기의 때문에 오링이 움직인 부피에 비례하여 토출량의 편차가 발생하는데 그 양이 무시할 수 없는 수준이므로 이 문제를 해결하지 않고서는 토출량의 목표 정밀도를 만족시킬 수 없다.

또한 플런져 사이 심한 마찰은 오링의 수명을 단축시키는데, 종래의 펌프는 오링의 마모로 인해 1 개월마다 오링을 교체해야하기 때문에 양산장비의 down time 이 길고 빈번하며 마모된 오링 입자가 전해액 속으로 혼입되어 들어가는 치명적인 문제가 있다.

주사기 방식의 펌프 특성상 플런져과 실린더 사이-정확하게는 플런져와 오링 사이-의 위치관계가 동심을 유지하면서 직선운동의 직진성 또한 높아야만 플런져의 위치에 따른 토출량 편차가 발생하지 않는다. 플런져과 실린더 사이에 편심이 발생하게 되면 이는 또한 오링에 불균형적인 압력을 가하여 마모를 촉진시키게 되고, 이 때 마모된 부분에서 조기에 누설이 발생하는 문제점이 있다.

마지막으로, 전해액과 같은 대상액체에는 언제나 미량의 공기가 녹아 있는데 펌프가 대상액체를 흡입하는 단계에서 불가피하게 실린더 내부의 압력이 낮아지고 압력이 낮은 공간에 대상액체가 유입되면 유체에 녹아있던 미량의 공기가 석출된다. 이것을 다시 가압하여 토출시킨다 하더라도 짧은 순간에 다시 공기가 대상액체 속으로 완전히 녹아들어가지 않기 때문에 장시간 반복적으로 펌프를 작동시키면 실린더 내부에 발생한 미세기포들이 서로 결합하여 비교적 부피가 큰 기포로 성장하게 됨으로써 토출량의 반복정밀도를 심각하게 저하시키는 문제가 있다.

대한민국등록특허공보 제10-0763591호 (2007.10.04)

본 발명에서 해결하려는 과제는 다음과 같다.

정밀 주입 펌프의 실린더와 플런져를 기밀하는 운동링이 이중(씰링 및 오링)으로 구성됨으로써 오링 운동에 의한 토출량 편차를 최소화하여 정밀도를 높이고자 한다. 또한 플런져과 씰링의 마찰을 줄이고, 플런져과 실린더 사이 편심을 없애 운동링의 내구성을 높이고자 한다. 마지막으로, 대상액체를 흡입 및 토출하는 과정에서 발생하는 미세기포를 즉각 배출하여 거대기포로 성장하지 못하게 함으로써 이로 인한 토출량 편차 발생 현상을 없애고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,

주입구(110)와 토출구(120)를 구비한 실린더헤드(100); 내부에 플런져(320)가 왕복운동하는 실린더바디(200); 플런져(320)를 왕복운동시키는 플런져부(300)를 포함하여 구성되고, 상기 실린더헤드(100)는 토출구(120)가 상부에 형성되며, 상기 플런져부(300)는 실린더바디(200)에 결합되어 플런져(320)의 왕복운동을 지지함과 동시에 실린더바디(200)와 플런져(320)를 밀봉하는 씰플랜지(310), 서보모터(334)로 회전되는 스크류봉(331)에 의해 플런져(320)를 왕복운동시키는 볼스크류(330), LM레일(342)에 의해 플런져(320)의 직선운동을 유도하는 LM모듈(340)을 포함하여 형성되며, 상기 실린더바디(200)는 상부내벽(211)이 실린더헤드(100)로 갈수록 위로 경사지게 형성되고, 상기 실린더헤드(100)는 실린더바디의 상부내벽(211)에서 토출구(120)로 이어지는 토출부내벽(121)이 콘형태로 경사지게 형성되어 토출구(120)가 위로 솟은 것을 특징으로 하는 정밀 주입 펌프를 제시한다.

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본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.

정밀 주입 펌프의 실린더와 플런져를 기밀하는 운동링이 이중(씰링 및 오링)으로 구성됨으로써 오링 운동에 의한 토출량 편차를 최소화하여 정밀도를 높일 수 있다. 또한 플런져과 씰링의 마찰을 줄이고, 플런져과 실린더 사이 편심을 없애 운동링의 내구성이 좋은 장점이 있다. 마지막으로, 대상액체를 흡입 및 토출하는 과정에서 발생하는 미세기포를 즉각 배출하여 거대기포로 성장하지 못하게 함으로써 이로 인한 토출량 편차가 발생하지 않아 더욱 정밀한 제어를 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정밀 주입 펌프의 입체도(a), 평면도(b) 및 단면도(c,d).
도 2는 본 발명의 조립도(a) 및 분해도(b).
도 3은 도 2(a)에서 실린더바디를 분해한 도면.
도 4는 실린더헤드 및 실린더바디의 단면 확대도.
도 5는 종래 펌프(a)와 본 발명의 펌프(b)에서 주입 및 토출과정 중 실린더 내 기포가 유입 및 배출되는 상태를 비교한 도면.
도 6은 씰플랜지, 오링, 씰링의 분해도와 결합도 및 결합단면도.
도 7은 플런져 움직임에 따라 토출량의 편차가 발생하는 기존의 방식(a,b) 및 이를 씰링을 이용하여 개선한 방식(c,d)을 나타낸 도면.
도 8은 종래 도 7(c,d)의 방식을 이용한 펌프에서 씰링을 교체하는 과정을 나타낸 도면.
도 9는 플런져부를 조정볼트홀이 형성된 편심조정블록을 중심으로 다각도에서 나타낸 도면.
도 10은 플런져과 편심조정블록의 자유도 방향을 나타낸 도면.
도 11는 조정볼트홀이 형성된 씰플랜지에 대한 도면.
도 12은 편심조정블록의 분해도.

이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.

도 1,2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정밀 주입 펌프는 실린더헤드(100), 실린더바디(200), 플런져부(300)를 포함하여 구성된다.

실린더헤드(100)는 주입구(110)와 토출구(120)를 구비한 실린더 전단부이고, 실린더바디(200)는 내부에 플런져(320)가 왕복운동하는 실린더 후단부이다. 상세하게는 실린더헤드(100)와 실린더바디(200)가 결합됨으로써 내부공간(201)을 형성하게 되고, 이 내부공간(201)에서 플런져(320)가 왕복운동하게 된다. 실린더헤드(100)와 실린더바디(200)는 조립편의성을 위해 구조적으로 분리될 수도 있으나, 경우에 따라서는 실린더헤드(100)와 실린더바디(200)가 일체로 된 실린더로 설계할 수도 있을 것이다. 전자의 경우에는 실린더헤드(100)와 실린더바디(200)가 결합되는 부분에 오링(10)을 구비함이 바람직하다.

토출구(120)는 실린더헤드(100)의 상부에, 주입구(110)는 실린더헤드(100)의 하부에 형성됨이 바람직하다. 이는 주입구(110)로 유입되는 미세기포(5)를 즉각 제거함으로써 거대기포(6)가 생성되는 것을 방지하기 위한 구조이다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5(a)는 종래 펌프의 주입 및 토출과정 중 실린더 내 미세기포(5)가 유입되고 배출되는 상태를 비교한 도면이다. 즉, 종래 펌프의 실린더 내부 형상은 도 5(a)와 같이 플런져(320)보다 약간 큰 직경을 가진 일반적인 원통 형상인데, 이 경우 주입구(110)에서 유입되는 미세기포(5)가 떠오르다가 토출부내벽(121)에 걸리거나 실린더의 상부내벽(211)에 도달하면 토출구(120)로 즉시 배출되지 못하고 머무르게 된다. 이러한 미세기포(5)가 플런져(320)의 왕복운동과정에서 점차 모여 커다란 거대기포(6)를 형성하게 되고, 이것이 토출구(120)로 배출되면 토출량에 큰 오차를 초래하게 된다.

그러나 도 5(b)와 같이 본 발명의 펌프에서는 주입 및 토출과정 중 실린더 내 미세기포(5)가 유입되는 즉시 토출구(120)로 배출되어 거대기포(6)가 발생하지 않게 된다. 이는 다음과 같은 구조에서 기인한다.

즉, 도 4를 참고하면, 실린더바디(200)의 상부내벽(211)은 실린더헤드(100)로 갈수록 위로 경사지게 형성된다. 또한 실린더바디(200)의 상부내벽(211)에서 토출구(120)로 이어지는 실린더헤드(100)의 토출부내벽(121)은 바로 세운 콘(cone)형태로 경사지게 형성된다. 이로 인해 토출구(120)가 상대적으로 위로 솟은 구조를 갖게 된다. 이러한 구조가 부력에 의해 떠오르는 미세기포(5)가 실린더 내부공간(201)에 머무르지 않고 토출구(120)로 즉시 토출되도록 하여 커다란 공기주머니(6)가 생성되는 것을 방지하는 것이다.

더욱 바람직하게는 실린더바디(200)의 하부내벽(212) 또한 실린더헤드(100)로 갈수록 아래로 경사지게 형성되며, 실린더바디(200)의 하부내벽(212)에서 주입구(110)로 이어지는 실린더헤드(100)의 주입부내벽(111)은 뒤집은 콘(cone)형태로 경사지게 형성되어 주입구(110)가 상대적으로 아래로 함몰된 구조로서, 전체적으로 볼 때 내부공간(201)이 다이아몬드 형상을 지니도록 할 수 있다.

다만, 상기 실시예는 플런져가 수평운동하도록 설치된 것에 대한 것이며, 다른 실시예로서 플런져가 수직운동(주입시에는 아래에서 위로 운동)하도록 설치된 경우에는 실린더헤드가 상부에, 실린더바디가 하부에 위치하며 그 축이 지면에 수직이 되도록 형성될 것이므로, 이 때에는 토출구가 중력방향으로 볼 때 실린더 내부공간의 최상단에 위치함이 바람직하다. 따라서 실린더와 플런저가 수직으로 설치된 경우에도 내부의 미세기포가 부력에 의해 떠올라 최상단의 토출구로 배출되는 것이다.

한편, 실린더바디(200)의 바닥면에는 LM레일(342)에 대응되는 LM레일홈(220)이 형성될 수 있다. 즉, LM레일(342)에 대응되도록 플런져(320)의 축방향으로 세로로 긴 레일홈이 실린더바디(200)의 바닥면에 형성되는 것이다. 이는 실린더의 중심축과 플런져의 운동방향이 서로 평행하도록 안내하는 기준을 마련하기 위한 구조이며, 자세한 내용은 후술한다.

플런져부(300)는 플런져(320)를 왕복운동시키는 부분으로서, 씰플랜지(310), 플런져(320), 볼스크류(330), LM모듈(340)을 포함하여 구성된다.

씰플랜지(seal flange, 310)는 실린더바디(200)에 결합되어 플런져(320)의 왕복운동을 지지함과 동시에 실린더바디(200)와 플런져(320)를 밀봉하는 역할을 한다. 도 6을 참고하면, 씰플랜지(310)의 내주면에는 운동링을 수용하는 운동링수용부(312)가 형성되는데, 상기 운동링(312a)은 씰플랜지(310)와 플런져(320)의 결합부를 밀봉하기 위한 것으로써, 씰링(seal ring, 11)과 오링(10)이 결합된 이중링 형태가 바람직하다. 상세하게는, 플런져(320)의 직경에 대응되는 씰링(11)이 형성되고, 씰링(11)보다 직경이 큰 오링(10)이 씰링(11)의 외주면에 결합된 것으로서, 결합된 형태와 단면도는 도 6,7에서 확인할 수 있다.

이와 같이 운동링이 이중링으로 형성되면, 오링(10)은 상하압축력에 의해 유연하게 변형되는 탄성있는 재질로서 EPDM 등이 적합하고, 씰링(11)은 이보다 단단하고 마찰력이 적으며 질긴 재질로서 테프론 등이 적합하다. 씰링(11)을 더 경도 높은 재질을 사용하는 이유는 플런져(320)의 왕복운동시 마모현상을 줄여 내구성을 높이기 위함이다.

한편, 운동링을 이중링으로 구성하는 다른 이유는 토출량의 오차범위를 좁히기 위해서이다. 이는 도 7을 기준으로 설명한다.

즉, 도 7(a),7(b)는 플런져 움직임에 따라 토출량의 편차가 발생하는 기존의 방식으로써, 도 7(a)와 같이 플런져(320)가 후진하여 대상액체(4)를 실린더 내부로 흡입할 경우 실린더 내부공간(201)은 저압상태가 되고, 오링은 유체의 압력에 밀려 오링수용부의 전단에 밀착된다. 그 후 도 7(b)와 같이 플런져(320)가 전진하여 대상액체(4)를 실린더 외부로 토출할 경우 실린더 내부공간(201)은 고압상태가 되고, 오링은 유체의 압력에 밀려 오링수용부의 후단에 밀착된다. 이렇게 단일링으로 된 밀폐방식일 경우 오링은 탄성력이 좋은 재질인 반면 마찰력이 매우 크므로, 플런져(320)가 왕복운동시 오링의 형태가 변형되어 운동함(굴러감)으로써 밀폐하는 것을 전제로 하는 바, 오링수용부는 오링의 운동공간을 확보하기 위해 오링의 직경보다 가로간격을 다소 넓게 형성하도록 설계사양(오링 직경의 1.5배)을 제시한다. 즉 가로간격이 오링의 직경에 대응되도록하여 오링이 운동공간 여유 없이 수용부에 밀착될 경우 오링의 형태 변형이 자유롭지 않아 플런져(320)와 오링이 미끌리게 되며 그 사이로 내부 대상액체가 유출될 수도 있는 것이다. 그러나 이러한 설계사양은 도 7(b)의 'A'에 유입된 대상액체(4)가 플런져(320) 후진시 도 7(a)의 상태로 돌아가면서 의도치않게 토출되어, 그만큼의 오차를 발생시키게 되는데, 이는 정량을 주입하기 위해 고도의 정밀도를 요구하는 펌프에서는 매우 큰 오차를 발생시킬 수 있다.

반면 도 7(c),7(d)에서는 씰링을 포함한 이중링을 이용하여 개선한 방식으로써, 이와 같이 구성하면 단단하고 마찰력이 적은 재질의 씰링(11)의 접촉면이 플런져(320)와 맞닿아 밀폐하게 되는데, 씰링(11)의 형태변형 없이도 플런져(320)의 좌우(도 7 기준)운동시 실린더의 내부공간(201)과 외부를 밀폐할 수 있게 된다. 또한 씰링(11) 외주의 오링(10)이 상하(도 7 기준)로 압축되어 상하로 탄성력을 제공함으로써 씰링(11)이 플런져(320)에 잘 밀착되도록 하는 역할을 한다. 이러한 구조는 운동링수용부(312)를 내부 여유공간 없이 운동링에 밀착되도록 설계하더라도, 다시말해 기존 설계사양인 오링 직경의 1.5배에 달하던 오링수용부 공간을 오링 직경의 1.05~1.2배까지 축소하여 설계하더라도 플런져(320)가 안정적으로 왕복운동을 할 수 있게 한다. 따라서 도 7(b)의 'A' 부분과 같은 오차를 방지할 수 있는 것이다.

한편, 씰플랜지(310)와 실린더바디(200)는 구조적으로 분리된 객체로써, 결합부에는 밀봉을 위해 오링(10)을 구비함이 바람직하다. 따라서 씰플랜지(310)에는 고정링수용부(311)가 추가로 형성되어 고정링 역할을 하는 오링(10)이 수용될 수 있다. 이렇게 씰플랜지(310)와 실린더바디(200)를 분리하게 되면, 플런져와 오링 사이의 편심발생이 없도록 재조립하는 것이 용이하게 된다. 이는 씰플랜지가 없는(실린더바디에 일체화된) 기존의 방식은 실린더와 플런져의 기계적 조립정밀도가 실린더에 구속된 오링과 플런져 사이의 편심을 결정하기 때문에 실린더의 분해/조립을 현장 사용자가 하게 되면 편심발생이 불가피한 데서 착안한 것이다.

종래 도 7(c,d)의 방식을 이용한 펌프는 실린더바디(200) 내부에 운동링을 구비하여, 씰링(11)이 마모되어 교체해야 할 경우 도 8과 같은 과정을 거쳐야 했다. 즉, 씰링(11)의 한쪽을 구부려 실린더바디(200) 내부로 삽입한 다음, 오링(10)이 수용된 부분에 구부린 씰링(11)을 위치한채 다시 원형으로 폄으로써 장착하게 되는데, 정량 펌프 특성상 실린더바디(200)의 직경이 20mm 정도로 매우 작아 얇은 씰링(11)의 접촉면이 중심부를 향하도록 유지한 채 구부려 장착하는 것은 고도의 집중력과 섬세함을 요하는 작업인 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 씰플랜지(310)를 실린더바디(200)에 별도로 장착하는 방식을 제시하는 것이다. 즉, 플런져(320)의 운동에 의해 마모된 씰링(11)을 교체하기 위해서는 도 3과 같이 플런져부(300)에서 실린더바디(200)를 분리하여, 실린더바디(200) 후단부에 결합된 씰플랜지(310)의 스크류를 해체하여 씰플랜지(310)만 분리하게 된다. 그러면 도 6과 같이 씰플랜지(310)의 운동링수용부(312)에 수용된 씰링(11)을 분리하여 새로운 씰링(11)으로 장착(이 때 역시 접촉면은 중심부를 향하도록 한다)한 후, 씰플랜지(310)를 실린더바디(200)에 재조립함으로써 씰링(11)의 교체작업이 끝나는 것이다. 이러한 방법을 제시할 수 있는 것은 씰플랜지(310)의 볼트홀을 조정볼트홀(21)로 설계함으로써 가능해지는 것인데, 이에 대한 자세한 내용은 후술한다.

볼스크류(330)는 서보모터(334)로 회전되는 스크류봉(331)에 의해 플런져(320)를 왕복운동시키는 것이며, 이는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

LM모듈(340)은 LM레일(342)에 의해 플런져(320)의 직선운동을 유도하는 것이며, 전단부가 플런져(320)와 결합되며 스크류봉(331)이 관통하는 편심조정블록(341)을 포함하는 것으로서, 이 역시 공지된 후술하는 몇가지 특징적인 구성 외에는 공지된 LM(Linear Motion) 모듈을 차용하면 되는 바, 자세한 설명은 생략한다.

편심조정블록(341)의 특징적인 구성은 도 12와 같이, LM블록(341a), 좌우편심조정부(341b), 상하편심조정부(341c), 스크류봉결합부(341d), 플런져결합부(341e)를 포함한다.

도 9,10,12에 3차원 축의 방향을 도시한 것을 기준으로, LM레일(342) 방향을 x축, 연직 방향을 z축, x축 및 z축에 대해 직각인 방향을 y축이라한다.

LM블록(341a)은 LM레일(342)에 대응되는 홈이 형성되어 LM레일(342)을 따라 x축 방향으로 이동하는 구성이다. 도 9와 같이 LM레일(342)이 두 개의 레일로 구성될 경우 LM블록(341a) 역시 두 개로 구성됨이 바람직하다.

좌우편심조정부(341b)는 XY평면과 평행하는 좌우유격발생판(b-xy)과 XZ평면과 평행하는 상하지지판(b-xz)으로 형성된다. 좌우유격발생판(b-xy)은 LM블록(341a)의 상면에 결합되고, 상하지지판(b-xz)은 좌우유격발생판(b-xy)의 상면에 결합된다. 바람직하게는 두 개의 상하지지판(b-xz)이 좌우유격발생판(b-xy)의 상면 양측에 형성될 수 있다.

상하편심조정부(341c)는 YZ평면과 평행하는 축지지판(c-yz)과 XZ평면과 평행하는 상하유격발생판(c-xz)으로 형성된다. 상하유격발생판(c-xz)은 상하지지판(b-xz)에 대응되는 크기로 상하지지판(b-xz)에 결합되는데, 도 12와 같이 두 개의 상하지지판(b-xz)이 형성될 경우 두 개의 상하유격발생판(c-xz)이 상하지지판(b-xz)의 외측에 각각 결합됨이 바람직하다. 축지지판(c-yz)은 상하유격발생판(c-xz)와 결합되고 중앙에 스크류봉결합부(341d)가 관통한다. 도 12와 같이 두 개의 상하유격발생판(c-xz)이 형성될 경우, 축지지판(c-yz)의 양측면이 각각 상하유격발생판(c-xz)의 전단면과 결합될 수 있다. 축지지판(c-yz)의 중앙에는 스크류봉(331)과 나사결합되는 스크류봉결합부(341d)가 관통하도록 형성된다.

스크류봉결합부(341d)는 스크류봉(331)과 나사결합되는 부분으로, 서보모터(334)에 의해 스크류봉(331)이 회전할 때의 회전력이 스크류봉결합부(341d)를 통해 전달되어 편심조정블록(341)이 직선운동하게 된다.

플런져결합부(341e)는 축지지판(c-yz)의 전면에 플런져(320)를 고정하는 부분이다. 따라서 편심조정블록(341)이 직선운동할 때 플런져(320)도 일체가 되어 직선운동하게 된다.

통상적인 LM모듈의 LM레일(342)은 편심조정블록(341)이 스크류봉(331)을 따라 운동하는 구간에만 형성되나, 본 발명의 LM레일(342)은 편심조정블록(341)이 운동하는 구간인 플런져부(300) 뿐만 아니라, LM레일홈(220)에 결합되도록 플런져부(300)에서 실린더바디(200)까지 연장됨을 특징으로 한다. LM레일(342)이 연장됨에 따라, 이를 지지하는 베이스(343)도 같이 연장된다. 이는 실린더와 플런져의 편심을 없애 플런져 운동의 직진성을 보장하기 위한 구조로서, 정밀 주입 펌프의 조립과정에서 조정볼트홀(21)에 의해 스크류를 체결하는 것과 연관되는 바, 조정볼트홀(21)을 먼저 설명하고, 이로 인해 정밀 주입 펌프의 조립과정에서 편심을 없애는 원리를 설명하겠다.

이하에서 언급되는 볼트홀(20)은 스크류바디 직경에 대응되도록 형성되어 스크류가 결합되는 일반적인 볼트홀을 의미하고 조정볼트홀(21)은 볼트홀(20)의 직경보다 1.1~1.5배 정도로 크고 스크류헤드보다는 작은 구멍으로써, 스크류바디와는 결합되지 않되, 스크류헤드는 관통할 수 없는 구멍을 의미한다.

먼저, 실린더바디(200)에 씰플랜지(310)가 결합되는 부분에는 도 12와 같이 다수의 볼트홀(20)이 형성되고, 씰플랜지(310)에는 이와 대응되는 다수의 조정볼트홀(21)이 형성된다. 플런져(320)가 관통하는 구멍 주위로 최소 3개소 이상 원을 그리며 형성됨이 바람직하다.

또한, LM블록(341a)의 상면에는 다수의 볼트홀(20)이 형성되고, 좌우유격발생판(b-xy)은 LM블록의 볼트홀(20)과 대응되는 위치에 조정볼트홀(21)이 다수 형성된다. 상기 볼트홀(20) 및 조정볼트홀(21)에 의해 LM블록(341a)의 상면과 좌우유격발생판(b-xy)의 하면이 접하면서 결합된다. 도 12와 같이, 두 개의 LM레일(342)이 구비됨에 따라 두 개의 LM블록(341a)이 형성될 때, 각각의 LM블록(341a)의 상면에는 x축 방향으로 나란히 두 개의 볼트홀(20)이 형성되고, 이에 대응하여 LM블록(341a)을 관통하는 조정볼트홀(21) 네 개가 사각형 형상을 이루도록 형성될 수 있다. 도 9(b) 및 도 10(b)를 참고하면, 조정볼트홀(21)을 관통하여 볼트홀(20)에 스크류를 각각 조립하게 되는데, 조정볼트홀(21)의 직경이 스크류바디보다 크게 형성되므로, 네 개의 스크류를 느슨하게 결합한 상태에서 좌우편심조정부(341b)는 유격이 발생하게 된다. 즉 도 10(b)와 같이 y축으로 직선운동하는 Ly방향으로 직선유격이 발생할 수 있고, xz평면에서 회전운동하는 Ry방향으로 회전유격이 발생할 수도 있다.

상하지지판(b-xz)에는 다수의 볼트홀(20)이 형성되고, 상하유격발생판(c-xz)은 상하지지판의 볼트홀(20)과 대응되는 위치에 조정볼트홀(21)이 다수 형성된다. 상기 볼트홀(20) 및 조정볼트홀(21)에 의해 상하지지판(b-xz)의 외면과 상하유격발생판(c-xz)의 내면이 접하면서 결합된다.(내면과 외면의 기준은 구동축인 볼스크류(330)를 향하는 면을 내면, 그 반대쪽을 외면이라 한다.) 도 12와 같이, 두 개의 상하지지판(b-xz)이 좌우유격발생판(b-xy)의 상면 양측에 각각 형성될 경우, 두 개의 상하유격발생판(c-xz)의 내면이 각각의 상하지지판(b-xz)의 외면과 접하면서 결합될 것이다. 각각의 상하지지판(b-xz)의 외면에 도 12와 같이 네 개의 볼트홀(20)이 사각형을 이루며 형성될 경우, 이에 대응하여 상하유격발생판(c-xz)을 관통하는 조정볼트홀(21) 네 개가 형성될 수 있다. 도 9(c) 및 도 10(a)를 참고하면, 조정볼트홀(21)을 관통하여 볼트홀(20)에 스크류를 각각 조립하게 되는데, 조정볼트홀(21)의 직경이 스크류바디보다 크게 형성되므로, 네 개의 스크류를 느슨하게 결합한 상태에서 상하편심조정부(341c)는 유격이 발생하게 된다. 즉, 도 10(a)와 같이 z축으로 직선운동하는 Lz방향으로 직선유격이 발생할 수 있고, xy평면에서 회전운동하는 Rz방향으로 회전유격이 발생할 수도 있다.

정리하면, 조정볼트홀(21)에 의해 yz평면상에서 변위되는 Ly,Lz방향 및 x축을 중심으로 회전하는 Ry,Rz방향으로 편심조정블록(341)과 플런져(320)의 자유도를 확보할 수 있게 된다. 씰플랜지(310) 또한 조정볼트홀(21)에 의해 yz평면상에서 자유도를 확보할 수 있다.

상술한 구조를 토대로 정밀 주입 펌프의 조립과정에서 편심을 없애는 방법은 다음과 같다.

s1 - LM레일(342)에 결합된 LM블록(341a) 위에 좌우편심조정부(341b)를 결합한다. 이 때 조정볼트홀(21)을 관통하여 볼트홀(20)에 체결되는 스크류는 느슨하게 체결한다.

s2 - LM블록(341a)와 결합된 좌우편심조정부(341b)에 상하편심조정부(341c)를 결합한다. 이 때 조정볼트홀(21)을 관통하여 볼트홀(20)에 체결되는 스크류는 느슨하게 체결한다. 이 후, 플런져(320), 플런져결합부(341e), 스크류봉결합부(341d)를 각각 결합하는데, 이는 본 단계 이전에 미리 결합되어 있을 수도 있다.

상기 s1 및 s2 단계에서 조정볼트홀(21)에 의해 Lz,Lx,Rz,Ry 방향으로 플런져(320)와 편심조정블록(341)의 자유도가 확보된다.

s3 - 편심이 발생하지 않도록 플런져(320)의 중심을 맞춘 상태에서 조정볼트홀(21)에 체결된 스크류를 꽉 조인 후, 경화제를 투입하여 완전히 고정시킨다. 이로써 플런져(320)가 일직선을 유지한 상태에서 편심조정블록(341)의 자유도를 제거하는 것이다.

s4 - 도 11(a)와 같이 고정된 플런져(320)에 씰플랜지(310)와 실린더바디(200)를 순차로 조립한 뒤, 씰플랜지(310)의 조정볼트홀(21)을 관통하여 볼트홀(20)에 스크류를 느슨하게 체결한다. 이로써 Ly,Lz방향으로 씰플랜지(310)의 자유도가 확보된다.

s5 - 실린더바디(200), 씰플랜지(310) 및 플런져(320)가 일직선을 유지하며 안정적으로 안착된 상태에서 조정볼트홀(21)에 체결된 스크류를 꽉 조인 후, 경화제를 투입하여 완전히 고정시킨다. 이로써 씰플랜지(310)도 실린더바디(200) 및 플런져(320)와 함께 일직선을 유지한 상태에서 자유도가 제거되는 것이다.

상기 과정은 마모된 씰링(11)을 교체할 때 씰플랜지(310)를 재조립하는 과정에서도 동일하게 적용된다. 즉, 실린더와 플런져(320), 씰플랜지(310)의 씰링(11)이 동심 상태를 유지하도록 조립하여야 씰링(11)의 불균형 결합에 따른 마모를 방지하고 펌프의 정밀도를 확보할 수 있다.

한편, 씰플랜지(310)를 재조립할 때는 플런져(320)를 최대한 후퇴(도 9 기준, -x 방향)시켜 플런져(320)가 씰플랜지(310)로부터 완전히 빠진 상태가 되어야 하는데, 이를 위해서 플런져(320)를 완전후퇴시 플런져(320)의 끝단부가 씰플랜지(310)보다 더 후퇴(-x 방향)되도록 설계할 수 있다. 그러나 이 경우 씰플랜지(310)를 교체하는 경우가 아닌 상시(펌핑작업시)에는 플런져(320)가 씰플랜지(310)보다 더 후퇴되어서는 안되고, 플런져(320)를 완전후퇴시킨 경우에도 플런져(320)의 끝단부가 씰플랜지(310)보다 앞쪽(+x 방향)에 위치하여, 씰플랜지(310)에 걸쳐있어야 한다. 따라서 상시에는 후퇴방지스토퍼(341f, 미도시)를 추가로 구비하여 플런져(320)의 후퇴구간을 조정할 수 있다.

후퇴방지스토퍼(341f)는 일정 두께(D)를 가진 'ㄷ'자 형상의 부재로 형성될 수 있다. 즉, 상시(펌핑작업시)에는 'ㄷ'자 중 개방된 부분을 통해 볼스크류(330)에 장착하여 플런져(320)가 원래 후퇴구간(L)보다 줄어든 구간(L-D)만큼만 후퇴하게 되어 플런져(320)의 끝단부가 씰플랜지(310)에 걸치게 된다. 반면, 씰플랜지(310) 교체시에는 후퇴방지스토퍼(341f)를 없애 플런져(320)가 원래 후퇴구간(L)만큼 후퇴하게 되어 플런져(320)의 끝단부가 씰플랜지(310)에서 완전히 분리되도록 하는 것이다.

후퇴방지스토퍼(341f)의 위치는 스크류봉결합부(341d)와 상하편심조정부(341c) 사이일 수도 있고, 스크류봉결합부(341d)와 서보모터(334) 사이일 수도 있다. 다만, 스크류봉결합부(341d)와 상하편심조정부(341c)의 사이에 위치할 경우, 상시에 후퇴방지스토퍼(341f)가 결합된 경우에는 스크류봉결합부(341d)와 스크류봉결합부(341d)를 결합하는 볼트는 후퇴방지스토퍼(341f)의 두께(D)보다 더 길게 형성되어 스크류봉결합부(341d)에 볼트헤드가 결합되고, 후퇴방지스토퍼(341f)를 사이에 낀 채 상하편심조정부(341c)에 볼트끝단부가 결합될 것이다. 또한 씰플랜지(310) 교체시에는 후퇴방지스토퍼(341f)를 제거한 상태에서 스크류봉결합부(341d)와 상하편심조정부(341c)를 결합하는 볼트를 최대한 조임으로써 원래 후퇴구간(L)을 확보할 수 있게 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

10 : 오링
11 : 씰링
20 : 볼트홀
21 : 조정볼트홀
100 : 실린더헤드
101 : 내부공간
110 : 주입구
111 : 주입부내벽
120 : 토출구
121 : 토출부내벽
200 : 실린더바디
201 : 내부공간
211 : 상부내벽
212 : 하부내벽
220 : LM레일홈
300 : 플런져부
310 : 씰플랜지
311 : 고정링수용부
312 : 운동링수용부
320 : 플런져
330 : 볼스크류
331 : 스크류봉
332 : 서포트유닛
333 : 커플링
334 : 서보모터
340 : LM모듈
341 : 편심조정블록
341a : LM블록
341b : 좌우편심조정부
b-xy : 좌우유격발생판
b-xz : 상하지지판
341c : 상하편심조정부
c-xz : 상하유격발생판
c-yz : 축지지판
341d : 스크류봉결합부
341e : 플런져결합부
341f : 후퇴방지스토퍼
342 : LM레일
343 : 베이스
4 : 대상액체
5 : 미세기포
6 : 공기주머니

Claims

주입구(110)와 토출구(120)를 구비한 실린더헤드(100);
내부에 플런져(320)가 왕복운동하는 실린더바디(200);
플런져(320)를 왕복운동시키는 플런져부(300)를 포함하여 구성되고,

상기 실린더헤드(100)는
토출구(120)가 상부에 형성되며,

상기 플런져부(300)는
실린더바디(200)에 결합되어 플런져(320)의 왕복운동을 지지함과 동시에 실린더바디(200)와 플런져(320)를 밀봉하는 씰플랜지(310),
서보모터(334)로 회전되는 스크류봉(331)에 의해 플런져(320)를 왕복운동시키는 볼스크류(330),
LM레일(342)에 의해 플런져(320)의 직선운동을 유도하는 LM모듈(340)을 포함하여 형성되며,

상기 실린더바디(200)는
상부내벽(211)이 실린더헤드(100)로 갈수록 위로 경사지게 형성되고,
상기 실린더헤드(100)는
실린더바디의 상부내벽(211)에서 토출구(120)로 이어지는 토출부내벽(121)이 콘형태로 경사지게 형성되어 토출구(120)가 위로 솟은 것을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 씰플랜지(310)는
내주면에 씰플랜지(310)와 플런져(320)의 결합부를 밀봉하기 위해 운동링을 수용하는 운동링수용부(312)를 포함하고,
상기 운동링은 플런져(320)의 직경에 대응되는 씰링(11)과 씰링(11)보다 직경이 큰 오링(10)이 결합도록 형성됨을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 LM모듈(340)은
전단부가 플런져(320)와 결합되며 스크류봉(331)이 관통하는 편심조정블록(341)이 형성되며,

LM레일(342) 방향을 x축, 연직 방향을 z축, x축 및 z축에 대해 직각인 방향을 y축이라 할 때,
상기 편심조정블록(341)은
y축으로 직선운동하는 방향(Ly)으로 직선유격이 발생하거나,
xz평면에서 회전운동하는 방향(Ry)으로 회전유격이 발생하거나,
z축으로 직선운동하는 방향(Lz)으로 직선유격이 발생하거나,
xy평면에서 회전운동하는 방향(Rz)으로 회전유격이 발생하는 것을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 4 항에 있어서,
상기 편심조정블록(341)은
LM레일(342)에 대응되는 홈이 형성되어 LM레일(342)을 따라 x축 방향으로 이동하는 LM블록(341a),
XY평면과 평행하는 좌우유격발생판(b-xy)과 XZ평면과 평행하는 상하지지판(b-xz)으로 형성되는 좌우편심조정부(341b),
YZ평면과 평행하는 축지지판(c-yz)과 XZ평면과 평행하는 상하유격발생판(c-xz)으로 형성되는 상하편심조정부(341c)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 5 항에 있어서,
LM블록(341a)의 상면에는 다수의 볼트홀(20)이 형성되고,
좌우유격발생판(b-xy)은 LM블록의 볼트홀(20)과 대응되는 위치에 조정볼트홀(21)이 다수 형성되고,
상하지지판(b-xz)은 좌우유격발생판(b-xy)의 상면에 결합되며 다수의 볼트홀(20)이 형성되고,
상하유격발생판(c-xz)은 상하지지판의 볼트홀(20)과 대응되는 위치에 조정볼트홀(21)이 다수 형성되고,
축지지판(c-yz)은 상하유격발생판(c-xz)과 결합되며 중앙에는 스크류봉(331)과 나사결합되는 스크류봉결합부(341d)가 관통하도록 형성되며,

조정볼트홀(21)은 볼트홀(20)의 직경보다 크고 스크류헤드보다는 작은 구멍으로써,
스크류바디와는 결합되지 않되, 스크류헤드는 관통할 수 없는 구멍으로 형성된 것임을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 씰플랜지(310)는 다수의 조정볼트홀(21)을 포함하여 형성되고,
상기 실린더바디(200)는 씰플랜지의 조정볼트홀에 대응되는 볼트홀(20)이 다수 형성되되,
조정볼트홀(21)은 볼트홀(20)의 직경보다 크고 스크류헤드보다는 작은 구멍으로써,
스크류바디와는 결합되지 않되, 스크류헤드는 관통할 수 없는 구멍으로 형성된 것임을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 7 항에 있어서,
상기 실린더바디(200)의 바닥면에는 LM레일(342)에 대응되는 LM레일홈(220)이 형성되고,
상기 LM레일(342)이 LM레일홈(220)에 결합되도록 플런져부(300)에서 실린더바디(200)까지 연장됨을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 LM모듈(340)은
전단부가 플런져(320)와 결합되며 스크류봉(331)이 관통하는 편심조정블록(341)이 형성되며,

LM레일(342) 방향을 x축, 연직 방향을 z축, x축 및 z축에 대해 직각인 방향을 y축이라 할 때,
상기 편심조정블록(341)은
y축으로 직선운동하는 방향(Ly)으로 직선유격이 발생하거나,
xz평면에서 회전운동하는 방향(Ry)으로 회전유격이 발생하는 것을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 9 항에 있어서,
상기 편심조정블록(341)은
LM레일(342)에 대응되는 홈이 형성되어 LM레일(342)을 따라 x축 방향으로 이동하는 LM블록(341a),
XY평면과 평행하는 좌우유격발생판(b-xy)과 XZ평면과 평행하는 상하지지판(b-xz)으로 형성되는 좌우편심조정부(341b)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 10 항에 있어서,
LM블록(341a)의 상면에는 다수의 볼트홀(20)이 형성되고,
좌우유격발생판(b-xy)은 LM블록의 볼트홀(20)과 대응되는 위치에 조정볼트홀(21)이 다수 형성되고,
상하지지판(b-xz)은 좌우유격발생판(b-xy)의 상면에 결합되며 다수의 볼트홀(20)이 형성되며,

조정볼트홀(21)은 볼트홀(20)의 직경보다 크고 스크류헤드보다는 작은 구멍으로써,
스크류바디와는 결합되지 않되, 스크류헤드는 관통할 수 없는 구멍으로 형성된 것임을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 LM모듈(340)은
전단부가 플런져(320)와 결합되며 스크류봉(331)이 관통하는 편심조정블록(341)이 형성되며,

LM레일(342) 방향을 x축, 연직 방향을 z축, x축 및 z축에 대해 직각인 방향을 y축이라 할 때,
상기 편심조정블록(341)은
z축으로 직선운동하는 방향(Lz)으로 직선유격이 발생하거나,
xy평면에서 회전운동하는 방향(Rz)으로 회전유격이 발생하는 것을 특징으로 하는
정밀 주입 펌프.