KR102706824B1 - 저이력 구동이 가능한 압전 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저이력 구동이 가능한 압전 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 소자를 액츄에이터로 사용하여 용액을 디스펜싱하는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프에 관한 것이다.
본 발명의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프는 온도 변화 등의 원인에 따른 압전 액츄에이터의 거동 특성의 변화하더라도 그에 대응하여 인가 전압을 조정할 수 있도록 함으로써 정확한 점성 용액 토출 특성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

저이력 구동이 가능한 압전 펌프{Low Hysteresis Piezo-electric Pump}

본 발명은 저이력 구동이 가능한 압전 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 소자를 액츄에이터로 사용하여 용액을 디스펜싱하는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프에 관한 것이다.

물, 기름, 레진 등의 액체 상태의 용액을 일정한 양으로 공급하는 디스펜서는 반도체 공정, 의료 분야 등 다양한 분야에 사용되고 있다.

특히 반도체 공정에는 언더필(underfill) 공정에 디스펜서가 많이 사용되며, 반도체 소자의 패키지 내부를 레진으로 채우는 용도로도 디스펜서가 많이 사용된다. LED 소자를 제조하는 공정에는 LED 소자에 형광물질과 레진이 혼합된 형광액을 LED 칩에 도포하는 공정에 디스펜서가 사용된다.

이와 같은 디스펜서에는 용액을 공급받아 정확한 위치에 정량을 디스펜싱하는 펌프가 핵심 장치로 사용된다.

펌프의 구조에는 스크류 펌프, 리니어 펌프 등 다양한 종류가 존재한다. 최근에는 고속으로 디스펜싱 작업을 수행하기 위해서 반도체 공정 등에 압전 소자를 액츄에이터로 사용하는 압전 펌프가 개발되어 사용되고 있다.

한국 등록특허공보 제1301107호(2013. 08. 14 등록)에는 상호 분리 가능하게 결합되는 펌프 몸체와 밸브 몸체를 포함하는 압전 펌프가 개시되어 있다. 펌프 몸체에는 힌지축이 설치되고, 가로 방향으로 연장되는 레버가 힌지축에 대해 회전 가능하게 설치된다. 밸브 몸체에는 수직 방향으로 연장되도록 형성된 밸브 로드가 끼워져 설치된다. 레버와 밸브 로드는 서로 연결되어, 레버가 힌지축에 대해 회전하면 밸브 로드는 상하로 승강하게 된다. 펌프 몸체에는 한 쌍의 압전 액츄에이터가 설치되어 레버를 힌지축에 대해 회전시킨다. 한 쌍의 압전 액츄에이터는 전압을 인가하면 그 인가 전압의 전위에 따라 길이가 늘어나거나 줄어드는 구조의 압전 소자로 구성된다.

이와 같은 압전 펌프에 사용하는 압전 액츄에이터는 PZT 소재의 세라믹에 의해 제조되는 것이 일반적이다. 이와 같은 압전 액츄에이터는 사용중에 열이 발생하여 온도가 상승하게 된다. 그런데 이와 같이 압전 액츄에이터의 온도가 상승하면 압전 액츄에이터의 거동 특성이 달라지게 된다. 따라서, 작업 조건에 따라 압전 액츄에이터를 구동하는 인가 전압을 설정하였음에도 불구하고, 작업 진행중에 압전 액츄에이터의 온도가 상승하면 압전 펌프의 성능이 변하게 된다. 또한, 압전 액츄에이터의 온도가 상승하면 히스테리시스 현상이 증가하여 인가 전합과 압전 액츄에이터의 변형량의 대응 관계가 달라지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 압전 액츄에이터를 냉각하는 장치를 추가로 구비하는 압전 펌프가 개발되어 사용되기도 하였다. 그러나, 냉각 장치를 사용하는 경우 압전 펌프의 부피가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 냉각 장치의 종류에 따라 압전 펌프의 온도를 일정하게 유지하는 데에 한계가 있어서 펌프의 성능을 유지하기 어려운 경우도 있다. 수냉식과 같이 액체를 사용하는 냉각을 하는 경우에는 냉각 유체의 누수에 의한 공정 불량의 위험이 존재하는 문제점이 있다.

따라서, 압전 액츄에이터의 온도 변화에 따른 압전 특성의 변화에도 불구하고 압전 펌프의 디스펜싱 성능을 유지할 수 있는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프가 필요하다. 또한, 냉각 장치를 사용하더라도 필연적으로 발생할 수밖에 없는 소정 온도 범위 내에서 압전 액츄에이터의 성능 변화를 고려하여 디스펜싱 성능을 유지할 수 있는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프가 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제1301107호(2013.08.27 공고)

본 발명은 압전 액츄에이터의 특성이 변화하더라도 점성 용액의 토출 성능을 유지할 수 있는 기능을 가진 저이력 구동이 가능한 압전 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프는, 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버와, 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드를 갖는 밸브 작동 부재; 전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 그 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 압전 액츄에이터; 상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에서의 진퇴 운동에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체; 상기 압전 액츄에이터의 작동 변위를 검출하기 위해 상기 압전 액츄에이터에 설치되는 변위 검출 센서; 및 상기 압전 액츄에이터 및 상기 변위 검출 센서에 전기적으로 연결되어 상기 압전 액츄에이터가 작동하도록 전압을 인가하고, 상기 변위 검출 센서로부터 상기 압전 액츄에이터의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 저이력 구동이 가능한 압전 펌프는, 펌프 몸체; 상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버와, 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드를 갖는 밸브 작동 부재; 전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 상기 힌지축을 사이에 두고 서로 나란하게 배치되어 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 한 쌍의 압전 액츄에이터; 상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에서의 진퇴 운동에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체; 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터의 작동 변위를 검출하기 위해 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터에 각각 설치되는 한 쌍의 변위 검출 센서; 및 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터 및 상기 한 쌍의 변위 검출 센서에 전기적으로 연결되어 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터가 작동하도록 전압을 인가하고, 상기 한 쌍의 변위 검출 센서로부터 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는 제어부;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프는 온도 변화 등의 원인에 따른 압전 액츄에이터의 거동 특성의 변화하더라도 그에 대응하여 인가 전압을 조정할 수 있도록 함으로써 정확한 점성 용액 토출 특성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 저이력 구동이 가능한 압전 펌프에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프는 펌프 몸체(100), 한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300), 밸브 작동 부재(400), 밸브 몸체(500), 한 쌍의 변위 검출 센서(600, 700), 레버 변위 센서(810) 및 제어부(800)를 포함하여 이루어진다.

펌프 몸체(100)는 한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300), 밸브 작동 부재(400), 한 쌍의 변위 검출 센서(600, 700), 레버 변위 센서(810)를 내부에 수용한다. 펌프 몸체(100)는 밸브 몸체(500)와 볼트 등의 고정 부재(미도시)를 통해 상호 분리 가능하게 결합된다. 또한, 펌프 몸체(100)는 제어부(800)와 전기적으로 연결된다.

한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300)는 펌프 몸체(100)에 설치된다. 압전 액츄에이터(200, 300)는 한 쌍으로 구비되며 압전 소자로 구성된다. 압전 소자들에 전압이 인가되면 인가 전압의 전위에 따라 그 길이가 늘어나거나 줄어들어 레버(420)를 힌지축(410)에 대해 회전시킨다. 본 실시예에서는 복수의 압전 소자를 적층하여 구성되는 멀티 스택(multi stack) 타입의 압전 액츄에이터(200, 300)를 사용하는 것을 예로 들어 설명한다.

본 실시예의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프에 있어서 한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300)는 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)로 구성된다.

제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)는 수직방향으로 서로 나란하게 배치되어 펌프 몸체(100)에 의해 지지된다. 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)는 힌지축(410)을 사이에 두고 각각 하단부가 레버(420)의 상면에 접촉하도록 배치된다. 펌프 몸체(100)에는 각각 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)의 상단부와 대응하는 위치에 위치 조절기(210, 310)가 설치된다.

제1위치 조절기(210)와 제2위치 조절기(310)는 각각의 끝부분이 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)의 끝부분에 접촉한 상태로 펌프 몸체(100)에 나사 결합된다. 제1위치 조절기(210)는 레버(420) 및 펌프 몸체(100)에 대한 제1압전 액츄에이터(200)의 위치를 조절하고, 제2위치 조절기(310)는 레버(420) 및 펌프 몸체(100)에 대한 제2압전 액츄에이터(300)의 위치를 조절한다. 즉, 제1위치 조절기(210)를 조여서 제1압전 액츄에이터(200)를 가압하면 제1압전 액츄에이터(200)는 하강하여 레버(420)에 근접하거나 밀착하게 된다. 제2위치 조절기(310)도 제1위치 조절기(210)와 동일한 방법으로 작동한다.

밸브 작동 부재(400)는 힌지축(410), 레버(420) 및 밸브 로드(430)를 구비한다. 힌지축(410)은 펌프 몸체(100)에 설치된다. 레버(420)는 수평 방향으로 연장되어 힌지축(410)에 회전 가능하게 설치된다. 밸브 로드(430)는 수직 방향으로 연장되어 레버(420)의 일단과 연결된다. 레버(420)가 힌지축(410)에 대해 회전하면 밸브 로드(430)는 상하로 승강하게 된다. 레버(420)에 연결된 밸브 로드(430)는 레버(420)의 회전에 따라 저장부(510)에 대해 승강 운동하게 된다.

레버(420)와 밸브 로드(430)는 다양한 방법에 의해 연결될 수 있다. 본 실시예에서 레버(420)에 걸려서 승강할 수 있도록 레버(420)에 연결된다. 레버(420)의 끝부분에는 수평 방향으로 개방되는 걸림 홈(421)이 형성된다. 즉, 레버(420)의 걸림 홈(421)은 “C”자 형태로 형성된다. 밸브 로드(430)의 상단부에는 걸림 돌기(431)가 구비된다. 걸림 돌기(431)는 레버(420)의 걸림 홈(421)에 끼워져서 그 레버(420)에 대해 회전 가능하도록 연결된다. 걸림 홈(421)은 수평 방향으로 개방되어 있으므로, 걸림 돌기(431)를 수평 방향으로 걸림 홈(421)에 대해 움직여서 걸림 홈(421)과 걸림 돌기(431)를 착탈시킬 수 있다. 또한, 걸림 홈(421)은 수평방향으로 형성되어 있으므로, 레버(420)의 회전에 의해 걸림 홈(421)이 승강하더라도 걸림 돌기(431)는 걸림 홈(421)에서 빠지지 않고 밸브 몸체(500)에 대해 상승 또는 하강하게 된다. 레버(420)와 밸브 로드(430)를 분리할 필요가 있을 때에는 걸림 돌기(431)를 걸림 홈(421)에 대해 수평방향으로 이동시킴으로써 쉽게 분리할 수 있다.

밸브 몸체(500)는 저장부(510), 유입구(520) 및 노즐(530)을 구비한다. 저장부(510)는 상측으로 개방되는 용기 형태로 형성된다. 유입구(520)는 저장부(510)에 연결되어 외부로부터 공급되는 용액을 저장부(510)로 전달한다. 저장부(510)에는 밸브 로드(430)가 삽입된다. 상술한 바와 같은 밸브 작동 부재(400)에 의해 밸브 로드(430)가 승강되면, 밸브 로드(430)에 의해 발생하는 압력에 의해 저장부(510)의 용액은 노즐(530)을 통해 배출된다.

제1변위 검출 센서(600)와 제2변위 검출 센서(700)는 각각 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)에 설치된다. 제1변위 검출 센서(600)와 제2변위 검출 센서(700)는 각각 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 작동 변위를 검출할 수 있도록 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 연장 방향을 따라 배치된다. 본 실시예의 경우 제1변위 검출 센서(600)와 제2변위 검출 센서(700)는 각각 스트레인 게이지(strain gage)가 사용된다. 스트레인 게이지는 부착된 대상의 변형률을 측정한다. 제1변위 검출 센서(600)와 제2변위 검출 센서(700)에 의해 측정된 변형률은 제어부(800)로 전달되고, 제어부(800)는 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 길이를 고려하여 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 변형량을 계산한다.

레버 변위 센서(810)는 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위를 측정한다. 이를 위해 레버 변위 센서(810)는 펌프 몸체(100)에 설치되어 밸브 작동 부재(400)의 레버(420)에 연결된다. 레버 변위 센서(810)에서 측정된 값은 제어부(800)로 전달된다. 본 실시예에서 레버 변위 센서(810)는 선형 가변 변위 변환기(Linear Variable Displacement Transducer, LVDT)가 사용된다. 선형 가변 변위 변환기는 기계 운동 또는 진동, 특히 직선 운동을 가변 전류, 전압 또는 전기 신호로 그리고 그 반대로도 변환하는 기계 운동 센서이다.

제어부(800)는 압전 액츄에이터(200, 300)가 작동하도록 전압을 인가한다. 이를 위해 제어부(800)는 전력 공급 장치(power supply)를 구비한다. 한편, 제어부(800)는 제1변위 검출 센서(600)와 제2변위 검출 센서(700)로부터 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 변형률에 대한 검출 신호를 제공받는다. 제어부(800)는 제공된 압전 액츄에이터(200, 300)들의 변형률을 토대로 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 작동 변위를 환산하여 산출한다. 제어부(800)는 산출된 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300) 작동 변위들을 미리 설정된 기준 설정값과 각각 비교하여 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 같은지 여부를 확인한다. 제어부(800)는 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 작동 변위가 기준 설정값을 벗어나는 경우, 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 공급 전압을 조정하여 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 작동 변위를 미리 설정된 기준 설정값에 맞게 조정한다.

또한, 제어부(800)는 레버 변위 센서(810)로부터 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는다. 제어부(800)는 제공된 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위들을 미리 설정된 기준 설정값과 각각 비교하여 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 같은지, 또는 벗어나는지에 대해 판별한다. 제어부(800)는 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위가 기준 설정값을 벗어나는 경우, 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 공급 전압을 조정하여 변화시킴으로써, 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위를 미리 설정된 기준 설정값에 맞게 조정할 수 있다.

한편, 한 쌍의 변위 검출 센서(600, 700)로부터 산출된 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 작동 변위와 레버 변위 센서(810)로부터 검출된 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위가 서로 다른 경우, 제어부(800)는 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위를 우선하여 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 공급 전압을 조정한다. 이와 같이 밸브 작동 과정의 출력단의 작동 변위에 따라 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 공급 전압을 조정함으로써, 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 지속적인 정량 토출이 가능하게 할 수 있다.

아울러, 제어부(800)는 한 쌍의 변위 검출 센서(600, 700)로부터 산출된 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 작동 변위와 레버 변위 센서(810)로부터 검출된 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위를 비교하여 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 성능 변화 또는 두 압전 액츄에이터(200, 300)와 밸브 작동 부재(400) 사이에 연계되어 배치되는 요소들의 성능 변화를 판별한다. 구체적으로, 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 성능 변화가 없는 경우, 상술한 연계되어 배치되는 요소들의 성능이 저하된 것으로 판별한다. 이때, 변위 검출 센서(600, 700)로부터 산출된 작동 변위는 레버 변위 센서(810)로부터 검출된 작동 변위에 대응하도록, 레버(420)에 의해 확대된 행정의 크기로 환산되어 산출된다. 또한, 상술한 바와 같이 산출된 변위 검출 센서(600, 700)의 작동 변위는 레버 변위 센서(810)의 작동 변위와 일치하거나 비례한다.

사용자는 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 성능이 저하되어 공급 전압의 조정만으로 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위를 조정하기 어려울 때, 두 압전 액츄에이터(200, 300)를 교체하여 지속적인 정량 토출이 가능하게 할 수 있다. 두 압전 액츄에이터(200, 300)의 성능 저하가 없거나 허용치 이하일 경우, 연계된 구성을 점검하여 교체함으로써, 지속적인 정량 토출이 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 펌프 몸체(100)와 밸브 몸체(500) 사이의 결합부(위치 조절기(210, 310))에 대한 조임량을 조정하거나, 펌프 몸체(100)와 밸브 몸체(500)를 분리한 후 재조립하거나, 레버(420)와 밸브 로드(430)를 분리한 후 재조립하는 등의 방법을 통해 밸브 작동 부재(400)에 의한 용액 토출량을 기준 설정값에 맞출 수 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 일 실시예에 따른 저이력 구동이 가능한 압전 펌프의 작동에 대해 설명한다.

먼저, 제어부(800)가 펌프 몸체(100)와 밸브 몸체(500) 및 기타 구성 부품이 조립된 상태에서 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)에 설정된 전압을 인가한다. 이때, 도 3에 도시한 것과 같이 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)는 동일한 길이로 서로 교대로 늘어나면서 각각의 하단부가 레버(420)에 접촉하게 된다.

이와 같은 상태에서 제1위치 조절기(210) 및 제2위치 조절기(310)를 이용하여 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)의 위치를 조정할 수 있다. 즉, 제1위치 조절기(210)나 제2위치 조절기(310)를 회전시켜 제1압전 액츄에이터(200)나 제2압전 액츄에이터(300)를 각각 전후진시킴으로써 레버(420)를 수평 상태로 맞출 수 있다.

위와 같은 과정을 거쳐서 디스펜싱을 하기 위한 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)의 초기 위치를 설정한 후, 유입구(520)를 통해 저장부(510)로 용액을 일정한 압력으로 공급한다. 그리고, 저장부(510)에 공급된 용액을 디스펜싱하는 공정을 시작한다.

제1압전 액츄에이터(200)에 전압을 인가하면, 제1압전 액츄에이터(200)는 길이가 늘어나게 된다. 제2압전 액츄에이터(300)에 반대 극성의 전압을 인가하면 제2압전 액츄에이터(300)는 수축하게 된다. 이때, 도 3을 기준으로 레버(420)는 시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(430)는 상승하게 된다.

다시 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)에 반대 전압을 인가하면 제1압전 액츄에이터(200)는 수축하고 제2압전 액츄에이터(300)는 길이가 늘어나게 된다. 이때, 레버(420)는 반시계 방향으로 회전하면서 밸브 로드(430)는 하강하게 된다. 저장부(510)에서 하강하는 밸브 로드(430)가 저장부(510) 내부의 용액을 가압하여 용액을 노즐(530)을 통해 외부로 배출시킴으로써 용액의 디스펜싱이 이루어진다.

이와 같이 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)에 교대로 전압을 인가하면 밸브 로드(430)가 반복적으로 승강하면서 연속적으로 노즐(530)을 통해 용액을 디스펜싱하게 된다. 힌지축(410)과 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300) 사이의 거리보다 힌지축(410)과 밸브 로드(430) 사이의 거리가 훨씬 크기 때문에 압전 액츄에이터(200, 300)의 변형량을 레버(420)에 의해 충분히 확대하여 밸브 로드(430)를 충분한 높이 내에서 작동시킬 수 있다.

제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)의 작동을 제어하는 제어부(800)는 시간의 흐름에 따라 다양한 형태의 펄스 파형을 가진 전압을 제1압전 액츄에이터(200)와 제2압전 액츄에이터(300)에 인가함으로써 밸브 로드(430)의 동적 특성을 제어할 수 있다. 특히, 2개의 압전 액츄에이터(200, 300)를 힌지축(410)을 사이에 두고 각각 레버(420)를 작동시키도록 구성함으로써, 밸브 로드(430)의 하강 운동뿐만 아니라 상승 운동까지 제어할 수 있다. 이와 더불어, 더욱 빠르게 용액을 디스펜싱할 수 있으며 디스펜싱되는 용액의 양도 정확하게 제어하는 것이 가능하다.

특히, 제1압전 액츄에이터(200) 및 제2압전 액츄에이터(300)의 기계적인 작동 특성을 인가 전압의 크기, 전압의 교대 주파수, 전압의 시간에 따른 변화량 등의 제어 파라미터를 이용하여 제어부(800)에서 전기적인 방법으로 정확하게 제어할 수 있다. 이와 같은 밸브 로드(430)의 동작에 대한 제어 성능 향상은 결과적으로 디스펜싱되는 용액의 디스펜싱 특성을 쉽고 정확하게 제어할 수 있도록 한다.

압전 액츄에이터(200, 300)는 그 특성상 사용 중에 열이 비교적 많이 발생한다. 압전 액츄에이터(200, 300)에서 발생하는 열에 의해 압전 액츄에이터(200, 300)의 온도가 상승하면 그 동작 특성이 저하될 수 있다.

이와 같은 온도 상승에 따른 압전 액츄에이터(200, 300)의 특성 변화에도 불구하고, 본 발명에 의한 저이력 구동이 가능한 압전 펌프는 밸브 작동 부재(400)의 작동 변위를 일정하게 유지할 수 있다, 압전 액츄에이터(200, 300)에 설치된 스트레인 게이지의 변위 검출 센서(600, 700)를 통해 압전 액츄에이터(200, 300)의 변형량을 검출하여 제어부(800)는 공급 전압을 조절하는 방식으로 압전 액츄에이터(200, 300)의 변형량을 보정한다. 제어부(800)는 실시간으로 변위 검출 센서(600, 700)의 측정값을 피드백 받아 압전 액츄에이터(200, 300)의 구동 전압을 조절할 수 있다. 또한 제어부(800)는 레버 변위 센서(810)의 측정값도 모니터링하여 변위 검출 센서(600, 700)의 측정값과 레버 변위 센서(810)의 측정값을 비교하여 대응시키면서 압전 액츄에이터(200, 300)에 대한 인가 전압을 조절할 수 있다. 이와 같은 방법에 의해 본 발명은 압전 액츄에이터(200, 300)의 온도 변화 등의 원인에 따른 특성 변화에도 불구하고 점성 용액의 디스펜싱 성능을 일정하게 유지할 수 있다. 특히, 본 발명은 압전 액츄에이터(200, 300)의 작동 변위와 인가 전압의 대응 관계가 선형적이지 않거나 압전 액츄에이터(200, 300)의 인가 전압에 따른 변형량의 변화가 히스테리시스 곡선으로 나타나는 경우에도 밸브 로드(430)의 승강 변위는 일정하게 유지할 수 있다. 이는 압전 액츄에이터(200, 300)를 냉각시키는 것보다 더 직접적인 방법이면서 동시에 더 즉각적으로 빠르게 밸브 로드(430)의 작동 변위를 보정할 수 있는 방법이기 때문에 점성 용액 디스펜싱 공정의 품질을 유지하는 데에 있어서 더욱 효과적이다.

이와 같이 한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300)의 변형량을 각각 측정하여 개별적인 작동 변위를 조절하는 하는 것이 아니라, 제어부(800)가 한 쌍의 변위 검출 센서(600, 700)에서 각각 검출한 변위 측정값의 합이 기준 설정값으로 유지하도록 한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300)에 대한 공급 전압을 조절하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1압전 액츄에이터(200)가 늘어나서 밸브 로드(430)가 상승한 거리와 제2압전 액츄에이터(300)가 늘어나서 밸브 로드(430)가 하강한 거리의 합이 전체적인 밸브 로드(430)의 승강 변위가 되고 이와 같은 밸브 로드(430)의 승강 변위가 점성 용액 토출 용량의 직접적인 인자이므로 제어부(800)는 이와 같은 값을 일정하게 유지하도록 압전 액츄에이터(200, 300)를 동작시킬 수 있다. 즉, 제1압전 액츄이터가 늘어난 길이와 제2압전 액츄에이터(300)가 늘어난 길이의 합을 이용하여 제어부(800)가 인가 전압을 조절하는 것이다. 경우에 따라서는 제1압전 액츄에이터(200)가 늘어난 길이와 제2압전 액츄에이터(300)가 수축한 길이의 합을 이용하는 방식으로 제어부(800)를 동작시키는 것도 가능하다.

이상, 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 앞에서 한 쌍의 압전 액츄에이터(200, 300)와 한 쌍의 변위 검출 센서(600, 700)를 구비하는 구조의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프를 예로 들어 설명하였으나, 압전 액츄에이터(200, 300)의 수와 변위 검출 센서의 수는 다양하게 달라질 수 있다. 예컨대 하나의 압전 액츄에이터와 하나의 변위 검출 센서를 포함하여 이루어지는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프를 실시하는 것도 가능하다. 이 경우 하나의 압전 액츄에이터의 신장과 수축에 연동하여 레버와 밸브 로드가 동작하게 된다.

또한, 앞에서 레버 변위 센서(810)를 구비하는 구조의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프를 예로 들어 설명하였으나, 경우에 따라서 레버 변위 센서(810)를 구비하지 않는 구조의 저이력 구동이 가능한 압전 펌프를 실시하는 것도 가능하다. 이 경우 제어부는 변위 검출 센서의 측정값만을 참고하여 압전 액츄에이터를 작동시키게 된다.

또한, 펌프 몸체(100)와 밸브 작동 부재(400)의 구조 역시 앞에서 설명하고 도시한 구조 이외에 다른 다양한 구조로 설계 변경하는 것이 가능하다.

100: 펌프 몸체 200: 제1압전 액츄에이터
210: 제1위치 조절기 300: 제2압전 액츄에이터
310: 제2위치 조절기 400: 밸브 작동 부재
410: 힌지축 420: 레버
421: 걸림 홈 430: 밸브 로드
431: 걸림 돌기 500: 밸브 몸체
510: 저장부 520: 유입구
530: 노즐 600: 제1변위 검출 센서
700: 제2변위 검출 센서 800: 제어부
810: 레버 변위 센서

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 펌프 몸체;
   상기 펌프 몸체에 설치된 힌지축에 대해 회전 가능하도록 설치되는 레버와, 상기 레버의 회전에 따라 승강 운동하도록 상기 레버에 연결되는 밸브 로드를 갖는 밸브 작동 부재;
   전압이 인가되면 길이가 길어지면서 상기 레버를 가압하여 상기 레버를 상기 힌지축을 중심으로 회전시키도록 상기 힌지축을 사이에 두고 서로 나란하게 배치되어 끝부분이 상기 레버에 접촉 가능하게 상기 펌프 몸체에 설치되는 한 쌍의 압전 액츄에이터;
   상기 밸브 로드의 끝부분이 삽입되고 용액이 저장되는 저장부, 상기 저장부로 상기 용액이 유입되는 유입구, 상기 밸브 로드의 상기 저장부에서의 진퇴 운동에 따라 상기 저장부의 용액이 배출되는 노즐을 구비하는 밸브 몸체;
   상기 한 쌍의 압전 액츄에이터의 작동 변위를 검출하기 위해 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터에 각각 설치되는 한 쌍의 변위 검출 센서; 및
   상기 한 쌍의 압전 액츄에이터 및 상기 한 쌍의 변위 검출 센서에 전기적으로 연결되어 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터가 작동하도록 전압을 인가하고, 상기 한 쌍의 변위 검출 센서로부터 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터의 작동 변위에 대한 검출 신호를 제공받는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 한 쌍의 변위 검출 센서에서 각각 검출된 변위 측정값의 합이 기준 설정값으로 유지되도록 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터에 대한 공급 전압을 변화시키는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 한 쌍의 변위 검출 센서로부터 수신한 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터의 작동 변위가 미리 설정된 기준 설정값과 차이가 있으면 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터에 대한 공급 전압을 변화시켜 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터의 작동 변위를 미리 설정된 기준 설정값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 한 쌍의 변위 검출 센서의 측정값을 수신하여 실시간으로 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터에 대한 인가 전압을 제어하는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터가 서로 교대로 신축 작동하도록 상기 한 쌍의 압전 액츄에이터에 각각 전압을 인가하는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프.
10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브 작동 부재의 작동 변위를 검출하기 위해, 상기 펌프 몸체에 설치되는 레버 변위 센서;를 더 포함하는 저이력 구동이 가능한 압전 펌프.
11. 삭제
12. 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 변위 검출 센서는, 스트레인 게이지인 저이력 구동이 가능한 압전 펌프.

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