压电气动阀驱动型分配泵及用所述泵分配粘性液体的方法

摘要

本发明涉及一种压电气动阀驱动型分配泵及用所述泵分配粘性液体的方法。压电气动阀驱动型分配泵包含：阀体，包含接收粘性液体的入口、存储粘性液体的贮存器以及排出粘性液体的排出出口；阀杆，插入到贮存器中，以便使存储贮存器中的粘性液体加压以排出；耦合到阀体的泵体，包含被紧密地密封的气室，以及连接到气室以向气室传输气压的第一流道和第二流道；活塞，至少具有容纳在泵体的气室中的部分，根据穿过第一流道和/或第二流道的气压而相对于泵体可移动地安装在气室中；第一以及第二压电阀，分别包含长度根据外加电压而变化的第一压电致动器或第二压电致动器，并且根据第一或第二压电致动器的操作而打开或关闭第一或第二流道。

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请案主张2014年11月18日在韩国特许厅申请的韩国专利申请 案第10-2014-0160690号的权益，所述专利申请案的揭示内容的全文以 引用方式并入本文中。

技术领域

一或多个示范性实施例涉及一种分配泵以及一种方法，尤其涉及一 种用于电子产品的生产过程中以在高速下分配确切量的粘性液体(诸如 液态合成树脂)的压电气动阀驱动型分配泵，以及一种通过使用所述分 配泵来分配粘性液体的方法。

背景技术

分配器供应诸如预定量的水、油或树脂的液体溶液，并且用于多种 多样的领域中，例如，用于半导体工艺中或用于医学领域中。

特别地，分配器经常用于半导体工艺的底部填充过程中，即，用树 脂来填充半导体装置的封装。在制造发光二极管(LED)装置的过程中， 分配器用于将磷光材料与树脂的混合物的磷光溶液涂布于LED芯片的 过程中。

在如上文所描述的分配器中，收纳粘性液体并且将固定量的粘性液 体分配在确切位置处的泵用作核心装置。

当前，开发了使用各种驱动方法的分配泵。举例来说，KR10-1041067 (2011年6月13日公布)揭示了一种通过经由旋转凸轮与凸轮随动件 之间的交互来提升或降低阀而分配树脂的泵。KR10-1100828(2012年1 月2日公布)揭示了一种通过使用包含电动机、线性运动(LM)导引件 和导块的提升单元来提升或降低活塞而分配溶液的泵。另外，KR 10-1301107(2013年8月27日公布)揭示了一种使用压电元件作为致 动器的压电泵。

发明内容

如上文所描述，尽管已开发了具有各种结构的分配泵，但不断地 进行用于改进分配泵的结构的各种研究和开发，以弥补根据现有技术 的分配泵的缺点并且改进所述分配泵的操作效率。

一或多个示范性实施例包含一种具有增加的分配速度和简化结构 的压电气动阀驱动型分配泵，以及一种通过使用所述分配泵来分配粘性 液体的方法。

额外方面将在以下描述中予以部分地阐述并且将通过所述描述变 得显而易见，或可通过所呈现实施例的实践予以获悉。

根据一或多个示范性实施例，一种压电气动阀驱动型分配泵包含： 阀体，阀体包含从外部供应粘性液体所穿过的入口、存储穿过入口而接 收的粘性液体的贮存器，以及排出存储在贮存器中的粘性液体而让粘性 液体穿过的排出出口；阀杆，阀杆插入到贮存器中，以便使存储在阀体 的贮存器中的粘性液体加压以穿过排出出口排出粘性液体；泵体，泵体 包含被紧密地密封的气室，以及连接到气室以向气室传输气压的第一流 道和第二流道，其中泵体耦合到阀体；活塞，活塞至少具有容纳在泵体 的气室中的部分，活塞根据穿过第一流道和第二流道的至少其中一个所 传输的气压而相对于泵体可移动地安装在气室中；第一压电阀，第一压 电阀包含长度根据外加电压而变化的第一压电致动器，并且根据第一压 电致动器的操作而打开或关闭第一流道；以及第二压电阀，第二压电阀 包含长度根据外加电压而变化的第二压电致动器，并且根据第二压电致 动器的操作而打开或关闭第二流道。

根据一或多个示范性实施例，一种方法，适于通过移动连接到安装 在泵体的气室中的活塞的阀杆而穿过形成于阀体中的排出出口分配存 储在阀体的贮存器中的粘性液体，所述方法包含：步骤(a)向阀体的贮 存器供应粘性液体，阀杆插入到贮存器中；步骤(b)控制包含长度根 据外加电压而变化的第一压电致动器并且经由第一压电致动器的操作 而打开或关闭连接到气室的第一流道的第一压电阀，以便打开第一流 道，并且控制包含长度根据外加电压而变化的第二压电致动器并且经由 第二压电致动器的操作而打开或关闭连接到气室的第二流道的第二压 电阀，以便阻塞第二流道；步骤(c)穿过第一流道向气室传输气压以便 在第一方向上移动活塞和阀杆；步骤(d)控制第一压电阀以阻塞第一 流道，并且控制第二压电阀以打开第二流道；以及步骤(e)通过穿过第 二流道从气室排出空气来缩减气室的气压而在第一方向相反的第二方 向上移动活塞和阀杆。

附图说明

从结合附图而对实施例进行的以下描述，这些和/或其它方面将变得 显而易见并且更容易地被了解，在所述附图中：

图1是说明根据本发明概念的示范性实施例的压电气动阀驱动型分 配泵的主要元件的透视图。

图2是根据本发明概念的示范性实施例的压电气动阀驱动型分配泵 的部分的横截面图。

图3是沿着图1的线I-I所切割的压电气动阀驱动型分配泵的横截 面图。

图4是沿着图1的线II-II所切割的压电气动阀驱动型分配泵的横截 面图。

图5和图6是用于描述根据本发明概念的示范性实施例的压电气动 阀驱动型分配泵的操作的图解。

图7是根据本发明概念的示范性实施例的通过使用压电气动阀驱动 型分配泵来分配粘性液体的方法的流程图。

图8说明根据另一示范性实施例的泵体。

具体实施方式

现在将参考附图来更充分地描述本发明概念，在所述附图中展示了 本发明概念的示范性实施例。

图1是说明根据本发明概念的示范性实施例的压电气动阀驱动型分 配泵100的主要组件的透视图。图2是根据本发明概念的示范性实施例 的压电气动阀驱动型分配泵100的部分的横截面图。图3是沿着图1的 线I-I所切割的压电气动阀驱动型分配泵100的横截面图。图4是沿着 图1的线II-II所切割的压电气动阀驱动型分配泵100的横截面图。

参考图1到图4，根据本发明概念的示范性实施例的压电气动阀驱 动型分配泵100包含阀体110、阀杆116、泵体120、活塞134、第一压 电阀140和第二压电阀142，以及控制器147。阀体110与泵体120经由 连接部件149而彼此连接。

阀体110包含贮存器111、入口112以及喷嘴113。贮存器111是以 向上打开的容器的形式而形成，并且阀杆116插入到贮存器111中以紧 密地密封贮存器111的上部部分。入口112连接到贮存器111。穿过入 口112从外部供应的粘性液体被传输到贮存器111。贮存器111的粘性 液体穿过喷嘴113的排出出114被排出到外部。

泵体120包含被安装有活塞134的活塞外壳121，以及被安装有第 一压电阀140和第二压电阀142的压电阀外壳128。活塞外壳121包含 气室122、第一流道123以及第二流道124。顶盖125和底盖126分别 耦合到活塞外壳121的上部部分和下部部分以便紧密地密封气室122的 上部部分和下部部分。第一流道123连接到气室122以便允许空气流动 到气室122中。第二流道124连接到气室122以便从气室122排放空 气。

压电阀外壳128耦合到活塞外壳121以便覆盖活塞外壳121的第一 流道123和第二流道124。压电阀外壳128包含连接到活塞外壳121的 第一流道123的第一连接室129、连接到活塞外壳121的第二流道124 的第二连接室130、连接到第一连接室129的第一通道131，以及连接 到第二连接室130的第二通道132。

参考图3和图4，活塞134根据穿过第一流道123和/或第二流道124 所传输的气压而相对于泵体120可移动地安装在气室122中。活塞134 包含头部部分135以及从头部部分135向下延伸的杆部分136。活塞134 的头部部分135的外圆周表面紧密地粘附到活塞外壳121的内圆周表 面，使得头部部分135将气室122分割成两个空间：上部空间以及下部 空间。没有空气在由活塞134的头部部分135分割的两个空间之间流 动。如图4所说明，第一流道123和第二流道124以流体方式连接到由 活塞134的头部部分135分割的两个空间当中的下部空间。穿过第一流 道123所注入的空气填充在头部部分135下方的下部空间中。活塞134 的杆部分136插入到底盖126中间的通孔中以紧密地密封通孔并且从气 室122突出到外部。活塞134的杆部分136经由耦合部件137而耦合到 阀杆116。因此，阀杆116与活塞134一起移动。

弹性部件138安装在活塞外壳121的气室122中。弹性部件138安 装在气室122内部由活塞134的头部部分135分割的两个空间当中的上 部空间中。弹性部件138在阀杆116朝向阀体110的排出出口114被加 压的方向上提供相对于活塞134的弹性力。因此，活塞134归因于气室 122的气压和弹性部件138的弹性力而在气室122中垂直地往复运动。 气室122中由头部部分135分割的两个空间的大小根据如上文所描述的 活塞134的移动而改变。当空气穿过第一流道123注入到气室122中以 提升活塞134时，活塞134下方的下部空间延伸，并且当活塞134由弹 性部件138降低时，活塞134下方的下部空间缩减。

参考图5和图6，第一压电阀140安装在压电阀外壳128的第一连 接室129中以打开或关闭活塞外壳121的第一流道123。第二压电阀142 安装在第二连接室130中以打开或关闭活塞外壳121的第二流道124。 第一压电阀140包含长度根据外加电压而变化的第一压电致动器141， 并且第二压电阀142包含长度根据外加电压而变化的第二压电致动器 143。即，第一压电阀140和第二压电阀142各自是由压电元件形成， 压电元件的长度根据施加到压电元件上的电压的电势差而增加或缩 减。第一压电致动器141和第二压电致动器143可具有多堆叠结构，其 中多个压电元件堆叠以便增加其总变形量。

第一压电阀140和第二压电阀142的操作由控制器147控制。控制 器147根据时间而将具有各种脉冲波形的电压施加到第一压电致动器 141和第二压电致动器143，由此控制第一压电致动器141和第二压电 致动器143中的每一个的变形。

参考图1和图2，第一位置调整器144和第二位置调整器145分别 布置在第一压电阀140和第二压电阀142的相应上端处。第一位置调整 器144和第二位置调整器145螺旋耦合到压电阀外壳128，而第一位置 调整器144和第二位置调整器145的相应端与第一压电致动器141和第 二压电致动器143的相应端接触。通过使用第一位置调整器144和第二 位置调整器145，可调整第一位置调整器144和第二位置调整器145的 相应位置。当通过拉紧第一位置调整器144而使第一压电致动器141加 压时，第一压电致动器141降低。第二位置调整器145也以与第一位置 调整器144相同的方式调整第二压电致动器143的位置。

第一压电致动器141和第二压电致动器143通常是由陶瓷材料形 成。归因于材料在长时间段使用之后的特性，第一压电致动器141和第 二压电致动器143根据外加电压的膨胀位移可从其初始膨胀位移改变。 在这种情况下，可通过使用第一位置调整器144和第二位置调整器145 来调整第一压电致动器141和第二压电致动器143的位置而维持第一压 电致动器141和第二压电致动器143相对于泵体120的第一流道123和 第二流道124的打开和关闭特性。

如图2所说明，位移传感器150连接到第一压电致动器141和第二 压电致动器143。位移传感器150检测第一压电致动器141和第二压电 致动器143中的每一个的变形量以向控制器147提供对应于第一压电致 动器141和第二压电致动器143中的每一个的变形量的检测信号。控制 器147从位移传感器150接收检测信号以控制待施加到第一压电致动器 141和第二压电致动器143的电压，由此根据第一压电致动器141和第 二压电致动器143的操作而调整泵体120的第一流道123和第二流道124 的打开和关闭特性。第一压电阀140可包含耦合到第一压电致动器141 以便稳定紧密地密封第一流道123的密封部件。同样地，第二压电阀 142可包含耦合到第二压电致动器143以便稳定紧密地密封第二通道 124的密封部件。

参考图1和图2，压电阀外壳128的第一通道131经由压电阀外壳 128中的第一连接室129而连接到泵体120的第一流道123。如图2所 说明，压电阀外壳128的第二通道132经由第二连接室130而连接到泵 体120的第二流道124。第一泵152连接到压电阀外壳128的第一通道 131，并且第二泵154连接到压电阀外壳128的第二通道132。第一泵 152穿过第一通道131、第一连接室129和第一流道123向泵体120的 气室122供应经压缩空气以由此向气室122传输正气压。第二泵154穿 过第二通道132、第二连接室130和第二流道124向泵体120的气室122 传输负气压。虽然气室122的气压随着经压缩空气注入到泵体120的气 室122中而升高，但当打开泵体120的第二流道124时，气室122的空 气自发地排出到外部。当在打开泵体120的第二流道124时使用第二泵 154来吸收气室122的空气时，空气可从气室122快速地排出。

在下文中，将参考图1到图7来描述根据本示范性实施例的通过使 用压电气动阀驱动型分配泵100来分配粘性液体的方法。

首先，将待分配的粘性液体穿过阀体110的入口112供应到贮存器 111(S10，步骤(a))。

在粘性液体填充在贮存器111中时，控制器147控制待施加到第一 压电阀140和第二压电阀142的电压以调整第一压电致动器141和第二 压电致动器143的变形量，以由此打开泵体120的第一流道123并且阻 塞泵体120的第二流道124(S20，步骤(b))。即，如图5所说明，控 制器147控制待施加到第一压电阀140的电压以收缩第一压电致动器 141的长度，由此打开泵体120的第一流道123。同时，控制器147控 制待施加到第二压电阀142的电压以增加第二压电致动器143的长度， 由此阻塞泵体120的第二流道124。

如图5所说明，当打开泵体120的第一流道123时，第一泵152穿 过第一流道123向气室122传输正压以便在第一方向上操作活塞134和 阀杆116(S30，步骤(c))。即，通过将经压缩空气注入到气室122中 而将气室122的气压增加到预定水平或高于预定水平，克服了弹性部件 138的弹性力并且在第一方向上提升了活塞134和阀杆116。第一方向代 表阀杆116远离阀体110的排出出口114的方向(即，图5的向上方向)。

紧接着，控制器147控制待分别施加到第一压电阀140和第二压电 阀142的电压以便阻塞泵体120的第一流道123并且打开泵体120的第 二流道124(S40，步骤(d))。即，如图6所说明，控制器147控制待 施加到第一压电阀140的电压以增加第一压电致动器141的长度，由此 阻塞泵体120的第一流道123。同时，控制器147控制待施加到第二压 电阀142的电压以收缩第二压电致动器143的长度，由此打开泵体120 的第二流道124。

在如上文所描述而打开泵体120的第二流道124之后，第二泵154 从气室122强制地排放空气以缩减气室122的压力，由此在第二方向上 操作活塞134和阀杆116(S50，步骤(e))。当第二泵154排出气室122 的空气以缩减气室122的气压时，已被压缩的弹性部件138弹性地复原 以帮助活塞134和阀杆116的移动。第二方向与上文所描述的第一方向 相反，并且代表阀杆116朝向阀体110的排出出口114被加压的方向(图 6的向下方向)。关于气室122的空气穿过泵体120的第二流道124的 排放，当第二泵154向气室122传输负压时，空气可从气室122快速地 排出。结果，活塞134在第二方向上的移动被加速。

如上文所描述，通过使活塞134和阀杆116在阀体110的贮存器111 中往复运动而排出粘性液体。上文所描述的相应操作由控制器147控 制。控制器147控制(例如)每次待注入到气室122中的空气量、空气 注入速度、第一流道123经由第一压电阀140的阀打开程度，以及第二 流道124经由第二压电阀142的阀打开程度。随着控制器147调整活塞 134和阀杆116的移动位移或移动速度，可不同地修改粘性液体的分配 特性，诸如粘性液体的排出量或排出速度等等。

同时，在分配粘性液体期间，控制器147实时地接收第一压电致动 器141和第二压电致动器143的变形量，以由此控制待施加到第一压电 致动器141和第二压电致动器143的电压。当长时间段使用时，归因于 第一压电致动器141和第二压电致动器143的组件损坏或性能降级，第 一压电致动器141和第二压电致动器143的变形量可根据外加电压而从 其初始变形量改变。控制器147可接收对应于第一压电致动器141和第 二压电致动器143的变形量的检测信号，并且如果第一压电致动器141 和第二压电致动器143的变形量不同于其初始变形量，那么控制器147 可通过(例如)调整外加电压而维持第一压电致动器141和第二压电致 动器143的初始变形量。此外，控制器147可从位移传感器150接收对 应于第一压电致动器141和第二压电致动器143的变形量的检测信号， 并且如果第一压电致动器141和第二压电致动器143的性能过度地降级 或第一压电致动器141和第二压电致动器143不再操作，那么控制器 147可停止粘性液体的分配操作以由此防止操作对象归因于粘性液体的 不正确分配而被废弃。

如上文所描述，根据本示范性实施例的压电气动阀驱动型分配泵 100，可通过使用气压来使插入到存储粘性液体的贮存器111中的阀杆 116往复运动(提升或降低)而容易地分配粘性液体。特别地，可通过 使用压电元件类的第一压电阀140和第二压电阀142来打开或关闭第一 流道123和第二流道124而精确地控制气压。根据示范性实施例，可在 高速下精确地操作阀杆116，使得在高速下分配粘性液体，并且可精确 地调整粘性液体的排出量。

虽然上文已描述本发明概念的示范性实施例，但本发明概念的范 围不限于所描述和所说明的示范性实施例。

举例来说，尽管将弹性部件138说明为安放在泵体120上以便在与 活塞134已被移动的方向相反的方向上移动已通过传输到泵体120的气 室122的气压而移动的活塞134，但可省略弹性部件138。在这种情况 下，正气压可经由第一泵而传输到气室以便提升活塞，并且负气压可 经由第二泵而传输到气室以便降低活塞。

此外，尽管在图式中将第一流道123和第二流道124说明为都以流 体方式连接到活塞外壳121的由活塞134分割的两个内部空间当中的在 活塞134下方的空间，但第一流道和第二流道也可分别连接到由活塞分 割的不同空间。在这种情况下，第一泵可穿过第一流道向气室传输气 压以便在一个方向上移动活塞，并且第二泵可穿过第二流道向气室传 输气压以便在与上述一个方向相反的方向上移动活塞。在此经修改示 范性实施例中，可省略弹性部件。

此外，虽然在图式中将活塞134说明为通过使用气室122的气压远 离排出出口114而移动阀杆116，并且将活塞134说明为在阀杆116朝 向排出出口114被加压的方向上经由弹性部件138而移动阀杆116，但 可交换活塞134归因于气室122的气压的移动方向与活塞134归因于弹 性部件138的弹性力的移动方向。即，气室的气压可使阀杆朝向排出出 口移动，并且弹性部件可使阀杆在远离排出出口的方向上移动。

此外，虽然在图式中将泵120说明为具有两个壳体121和128，但 泵体还可具有包含被安装有活塞和压电阀两者的单个外壳的结构。

另外，虽然在图式中将第一流道123和第二流道124说明为随着第 一压电阀140和第二压电阀142的长度增加而被阻塞，并且将第一流道 123和第二流道124说明为随着第一压电阀140和第二压电阀142的长 度缩减而被打开，但相反配置也是可能的。即，通过适当地修改第一 压电阀和第二压电阀的结构和布置，每当压电阀的长度增加时就可分 别打开第一流道和第二流道，并且每当压电阀的长度缩减时就可分别 阻塞第一流道和第二流道。

此外，虽然上文将空气描述为通过使用第二泵154而从泵体120的 气室122被强制地排放，但也可在不使用第二泵的情况下通过打开或关 闭第二流道而自发地排放气室122的空气。

另外，连接到泵体120的气室122的空气通道的结构不限于图式中 所说明的结构，而可被修改成各种结构。举例来说，泵体160可具有如 图8所展示的流道结构。在图8所说明的泵体160中，连接到气室122 (参见图2)的一个通孔162形成于被安装有活塞134(参见图2)的活 塞外壳161中，并且经形成使得第一流道164和第二流道165延伸直到 压电阀外壳163中的通孔162。第一压电阀140和第二压电阀142安装 在压电阀外壳163中以分别打开或关闭第一流道164和第二流道165。 泵体160可穿过形成于活塞外壳161中的通孔162向气室122供应经压 缩空气或从气室122排放空气。

根据示范性实施例的压电气动阀驱动型分配泵，通过使用气压来 使插入到存储粘性液体的贮存器中的阀杆往复运动，可容易地分配粘 性液体。特别地，可通过使用基于压电元件的压电阀来打开或关闭允 许空气进入或离开的流道而精确地控制气压。因此，随着在高速下精 确地操作阀杆，可在高速下分配确切量的粘性液体。

此外，示范性实施例的压电气动阀驱动型分配泵具有简单结构，并 且因此缩减了泵的故障可能性，并且耐用性高。

应理解，本文中所描述的示范性实施例应被认为仅具有描述性意 义，而非出于限制目的。每个示范性实施例内的特征或方面的描述通常 应被视为可用于其它示范性实施例中的其它相似特征或方面。

虽然已参考诸图而描述一或多个示范性实施例，但所属领域的技术 人员应理解，可在不脱离如由所附权利要求书界定的本发明概念的精神 和范围的情况下对实施例作出各种形式和细节改变。