KR102663958B1 - 분사 디스펜서 위치 제어를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

도포기로부터 재료를 분사하기 위하여 도포기의 이동부의 이동을 제어하는 시스템 및 방법이 개시된다. 방법은 니들이 제1 분배 작동시에 위치 경로를 따라서 병진하도록 전압 파형을 압전 디바이스에 제공하는 것에 의해, 니들에 작동 가능하게 연결된 압전 디바이스를 작동시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 일정 기간에 걸쳐서 이동부의 위치들을 감지하는 단계로서, 위치는 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 한정하는, 상기 단계, 및 제2 분배 작동을 위한 파라미터들을 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 제2 분배 작동을 수행하기 위해 압전 디바이스에 인가될 요구 전압 파형을 결정하는 단계, 및 희망 위치 프로파일과 일치하도록 압전 디바이스에 제공된 전압 파형을 조정하는 단계를 포함한다.

Description

분사 디스펜서 위치 제어를 위한 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 개시 내용이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2018년 6월 25일자 출원된 미국 특허 가출원 제62/689,694호에 대해 우선권을 주장한다.
본 개시 내용은 일반적으로 분사 시스템에 관한 것이며, 특히 분사 시스템에서 니들의 위치를 제어하기 위한 폐쇄 루프 피드백 제어에 관한 것이다.
접착제, 땜납 페이스트, 보호 코팅, 캡슐화제, 언더필 재료, 및 표면 실장 접착제와 같은 유체 재료를 분사하기 위한 공지된 분사 시스템은 일반적으로 니들을 왕복시키는 것에 의해 소량의 유체 재료를 기판에 분사하도록 작동한다. 니들을 작동시키는 한 가지 방법은 압전 디바이스를 통하는 것이며, 이는 높은 레벨의 제어 및 작동시에 변화에 대한 빠른 응답을 제공한다. 분사 작동 동안, 각각의 하향 행정시에, 니들은 분사 시스템의 노즐로부터 소량의 재료를 분사하는 뚜렷한 고압 펄스를 생성하기 위하여 밸브 시트와 접촉한다. 니들의 왕복 운동은 특정 목적에 적합한 특정 크기 및 형상 품질을 가지는 재료의 분사 도트(jetted dot)를 유지하기 위해 정밀하여야만 한다.
시간 경과에 따라서 일관적인 왕복 니들 운동을 유지하는 것은 특정 분사 작동, 분배된 재료, 및 분사 시스템의 각각의 조합이 고유한 니들 운동 패턴을 요구할 수 있음에 따라서 어려울 수 있다. 일부 예에서, 재료의 분사 도트의 크기와 형상은 시간 경과에 따라서 의도된 값으로부터 벗어날 수 있다. 이러한 것은 부분적으로 재료 마모, 환경 변화, 부품 공차, 부품 교체 등에 대한 것일 수 있다. 이러한 변화를 고려함이 없이, 바람직하지 않은 유체 패턴이 적용될 수 있으며, 이는 허용되지 않는 최종 제품을 제공할 수 있다.
그 결과, 분사된 재료의 일관된 도트 크기 및 형상을 제공하기 위해 니들 행정의 동적 보정을 허용하는 시스템이 필요하다.
본 발명의 실시예는 도포기(applicator)로부터 재료를 분사하기 위하여 도포기의 이동부의 이동을 제어하는 방법이다. 방법은 이동부가 제1 분배 작동시에 위치 경로를 따라서 병진하도록 압전 디바이스에 전압 파형을 제공하는 것에 의해, 니들에 작동 가능하게 연결된 압전 디바이스를 작동시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한 일정 기간에 걸쳐서 이동부의 위치들을 감지하는 단계로서, 상기 위치들은 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일(time-dependent positional profile)을 한정하는, 상기 단계, 제2 분배 작동을 위한 파라미터들을 수신하는 단계, 및 제2 분배 작동을 위한 파라미터들 및 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일에 기초한 파라미터들에 기초하여, 제2 분배 작동을 수행하기 위해 압전 디바이스에 인가되는 요구 전압 파형을 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 제2 분배 작동을 수행하기 위해 요구 전압 파형을 압전 디바이스에 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 이동부의 이동을 액튜에이터에 인가되는 전압과 관련시키는 방법이다. 방법은 분배 작동시에 이동부가 위치 경로를 따라서 병진하도록 이동부에 작동 가능하게 연결된 압전 디바이스에 전압 파형을 제공하는 단계, 및 분배 작동 동안 이동부의 위치들을 감지하는 단계를 포함하며, 위치들은 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 한정한다. 방법은 또한 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일과 압전 디바이스에 인가된 전압 파형 사이의 관계를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 재료를 분사하기 위한 도포기이다. 도포기는 밸브 시트, 및 밸브로부터 재료를 분사하기 위한 분배 작동시에 제1 위치와 제2 위치 사이에서 병진하도록 구성되는 니들을 포함하는 상기 밸브를 포함한다. 도포기는 또한 전압을 수신하는 것에 응답하여 니들을 이동시키기 위한 압전 디바이스, 압전 디바이스와 니들 사이에 작동 가능하게 연결된 증폭기, 및 이동부의 위치들을 모니터링하기 위한 위치 센서를 포함하며, 위치들은 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 한정하고, 이동부는 니들, 증폭기, 또는 증폭기에 작동 가능하게 연결된 푸시 로드를 포함한다. 도포기는 압전 디바이스 및 위치 센서와 전기 통신하는 컨트롤러를 추가로 포함하고, 컨트롤러는 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일과 압전 디바이스에 인가된 전압 파형 사이의 관계를 결정하도록 구성된다.
전술한 요약뿐만 아니라 다음의 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더욱 잘 이해될 것이다. 도면은 본 개시 내용의 예시적인 실시예를 도시한다. 그러나, 도시된 정확한 배열 및 도구로 적용 분야가 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도포기의 사시도;
도 2는 도 1의 선 2-2을 따라서 취한 도 1에 도시된 도포기의 단면도;
도 2a는 제1 위치에 있는 니들을 도시하는 도 2에 도시된 도포기의 밸브 조립체의 확대 단면도;
도 2b는 니들이 제2 위치에 있는, 도 2a에 도시된 밸브 조립체의 확대 단면도;
도 3은 도 1에 도시된 도포기의 압전 디바이스의 부분 분해 사시도;
도 4는 특정 요소들이 내부 세부 사항을 더욱 잘 도시하기 위해 점선으로 도시된, 도 3에 도시된 압전 디바이스의 사시도;
도 5는 도 3에 도시된 압전 디바이스의 하부 부분의 측면도;
도 6은 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 도포기의 등각도;
도 7은 도 6의 선 7-7을 따라서 취한 도 6에 도시된 도포기의 일부의 단면도;
도 8은 도 7에 도시된 도포기의 단면도의 확대 부분을 도시한 도면;
도 9a는 니들이 제1 위치에 있는, 도 6에 도시된 도포기의 밸브 조립체의 단면도의 확대 부분을 도시한 도면;
도 9b는 니들이 제2 위치에 있는, 도 9a에 도시된 밸브 조립체의 확대 단면도;
도 10은 도 9a에 도시된 밸브 조립체의 기계식 증폭기의 등각도;
도 11은 도 10에 도시된 기계식 증폭기의 대안적인 등각도;
도 12는 기계식 증폭기가 변형되지 않은 구성으로 있는, 도 10에 도시된 기계식 증폭기의 단면도;
도 13은 기계식 증폭기가 변형된 구성으로 있는, 도 10에 도시된 기계식 증폭기의 단면도;
도 14는 밸브 조립체가 대안적인 구성으로 있는, 도 10에 도시된 기계식 증폭기의 단면도;
도 15는 본 개시 내용의 실시예에 따른, 도포기의 이동부의 이동을 제어하는 방법의 공정 흐름도;
도 16a는 시간 경과에 따른 필요한 이동부 궤적 및 본 개시 내용의 실시예에 따라서 생성된 실제 이동부 궤적을 도시하는 그래프;
도 16b는 도 16a에 도시된 실제 이동부 궤적을 생성하기 위해 본 개시 내용의 실시예에 따라서 생성된 전압 파형을 도시하는 그래프;
도 17a는 종래의 개방 루프 시스템을 사용하여 생성된 실제 이동부 궤적을 도시하는 그래프; 및
도 17b는 도 17a에 도시된 실제 이동부 궤적을 생성하는데 사용되는 전압 파형을 도시하는 그래프.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도포기(10)는 대체로 컨트롤러(14)와 결합된 분사 디스펜서(12)를 포함한다. 분사 디스펜서(12)는 액튜에이터 하우징(18)에 결합된 유체 바디(fluid body)(16)를 포함한다. 보다 구체적으로, 유체 바디(16)는 분사 작동의 필요성에 의존하여 하나 이상의 히터(도시되지 않음)를 포함할 수 있는 유체 바디 하우징(19) 내에 홀딩된다. 유체 바디(16)는 주사기 배럴(도시되지 않음)과 같은 적절한 재료 공급부(20)로부터 압력 하에서 재료를 수용한다. 밸브 조립체(22)는 하우징(18)에 결합되고, 유체 바디(16) 내로 연장된다. 기계식 증폭기(예를 들어, 레버(24))는 후술하는 바와 같이 압전 디바이스(26)와 밸브 조립체(22) 사이에 결합된다.
압전 디바이스(26)를 냉각시키기 위해, 공기는 소스(27)로부터 유입 포트(28) 내로 도입되고, 배출 포트(30)로부터 외부로 배출될 수 있다. 대안적으로, 냉각 요구에 의존하여, 유입 및 배출 포트(28, 30) 모두는 도 2에 도시된 바와 같이 소스(27)로부터 냉각 공기를 수용할 수 있다. 이러한 경우에, 하나 이상의 다른 배기 포트(도시되지 않음)가 하우징(18)에 제공되었을 것이다. 온도 및 사이클 제어부(36)는 분사 작업 동안 압전 디바이스(26)를 순환시키기 위해, 그리고 필요한 온도에서 분배된 재료를 유지하기 위해 분사 디스펜서(12)에 의해 지지된 하나 이상의 히터(도시되지 않음)를 제어하기 위해 제공된다. 다른 옵션으로서, 온도 및 사이클 제어부(36) 또는 다른 제어부는 폐쇄 루프 방식으로 압전 디바이스(26)의 냉각 요구를 제어할 수 있다. 도 4에 또한 도시된 바와 같이, 압전 디바이스(26)는 압전 소자들의 스택(40)을 추가로 포함한다. 이러한 스택(40)은 스택(40)의 양쪽 측면에 결합된 각각의 편평한 압축 스프링 요소(42, 44)들에 의해 압축 상태로 유지된다. 보다 구체적으로, 상부 및 하부 핀(46, 48)들은 편평한 스프링 요소(42, 44)들과 그 사이의 압전 소자들의 스택(40)을 서로 홀딩하기 위해 제공된다. 상부 핀(46)은 압전 디바이스(26)의 상부 액튜에이터 부분(26a) 내에 홀딩되는 반면에, 하부 핀(48)은 스택(40)의 하부 단부와 직접 또는 간접적으로 맞물린다. 상부 액튜에이터 부분(26a)은 압전 소자들의 스택(40)을 단단히 수용하여서, 스택(40)은 임의의 측면 운동에 대해 안정화된다. 이러한 실시예에서, 하부 핀(48)은 하부 액튜에이터 부분(26b), 보다 구체적으로 기계식 전기자(50)(도 2)에 결합된다.
기계식 전기자(50)의 상부 표면(50a)은 압전 스택(40)의 하부 단부에 기댄다. 스프링 요소(42, 44)들이 핀(46, 48)들 사이에서 신장되어서, 스프링 요소(42, 44)들은 도 4에서 화살표(53)로 도시된 바와 같이 스택(40)에 일정한 압축을 인가한다. 편평한 스프링 요소(42, 44)들은 보다 구체적으로 와이어 EDM 공정으로 형성될 수 있다. 압전 소자 스택(40)의 상부 단부는 상부 액튜에이터 부분(26a)의 내부 표면에 기대어 유지된다. 그러므로, 상부 핀(46)은 하부 핀(48)이 후술하는 바와 같이 스프링 요소(42, 44)들 및 기계식 전기자(50)와 함께 부유하거나 또는 이동하는 동안 고정된다. 전압 파형이 압전 스택(40)에 인가될 때, 스택(40)은 확장되거나 신장되고, 이러한 것은 스프링 요소(42, 44)들의 힘에 대항하여 전기자(50)를 아래로 이동시킨다. 스택(40)은 시간 경과에 따라서 인가된 전압 파형의 크기에 비례하여 길이를 변경할 것이다.
도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 기계식 전기자(50)는 이러한 예시적인 실시예에서, 대체로 제1 단부(24a) 근처에서 기계식 전기자(50), 및 제2 단부(24b)에서 푸시 로드(68)에 결합된 레버(24)로서 형성된 기계식 증폭기와 작동 가능하게 결합된다. 레버(24)는 예를 들어 기계식 전기자(50)와 레버(24) 사이에 일련의 슬롯(56)을 형성하는 EDM 공정을 통해 하부 액튜에이터 부분(26b)으로부터 일체로 형성될 수 있다. 다음에 추가로 설명되는 바와 같이, 레버(24) 또는 다른 기계식 증폭기는 거리를 증폭시키며, 이는 스택(40)이 필요한 양만큼 확장 또는 신장되게 한다. 예를 들어, 이 실시예에서, 스택(40) 및 기계식 전기자(50)의 하향 이동은 레버(24)의 제2 단부(24b)에서 약 8배까지 증폭된다.
이제 도 2, 도 2a, 도 2b 및 도 5를 보다 구체적으로 참조하면, 굴곡부(60)는 레버(24)를 기계식 전기자(50)에 결합한다. 도 5에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 레버(24)는 레버(24)의 제2 단부(24b)와 대략 동일한 수평 레벨에 있는 대략적인 선회 지점(62)을 중심으로 선회한다. 선회 지점(62)의 이러한 위치는 레버(24)가 통과하여 회전하는 원호의 효과를 최소화하도록 작용한다. 일련의 슬롯(56)은 하부 액튜에이터 부분(26b)에 형성되어 굴곡부(60)를 형성한다. 압전 스택(40)이 도 5에서 화살표(66)로 도시된 바와 같이 컨트롤러(14)에 의한 전압 파형의 인가에 따라서 신장될 때, 레버(24)는 스택(40)이 기계식 전기자(50) 상에서 아래로 밀려남에 따라서 대체로 선회 지점(62)을 중심으로 시계 방향으로 회전한다. 레버(24)의 약간의 회전은 굴곡부(60)에 의해 인가된 탄성 편향에 대항하여 일어난다. 제2 단부(24b)는 선회 지점(62)을 중심으로 시계 방향으로 약간 회전함에 따라서 아래쪽으로 이동하고, 마찬가지로 도 5에서 화살표(67)로 도시된 바와 같이 부착된 푸시 로드(68)(도 2)를 아래로 이동시킨다.
컨트롤러(14)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 도포기(10)의 다양한 작동을 모니터링하고 제어하기 위한 소프트웨어 애플리케이션을 호스팅하도록 구성된 임의의 적절한 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 컨트롤러(14)가 임의의 적절한 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이며, 그 예로는 프로세서, 데스크탑 컴퓨팅 디바이스, 서버 컴퓨팅 디바이스 또는 랩톱, 태블릿 또는 스마트 폰과 같은 휴대용 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 구체적으로, 컨트롤러(14)는 메모리(15) 및 HMI 디바이스(17)를 포함할 수 있다. 메모리(15)는 휘발성(일부 유형의 RAM 등과 같은), 비휘발성(ROM, 플래시 메모리 등과 같은), 또는 이들의 조합일 수 있다. 컨트롤러(14)는 테이프, 플래시 메모리, 스마트 카드, CD-ROM, 디지털 다용도 디스크(DVD) 또는 다른 광학 저장 장치, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스, 범용 직렬 버스(USB) 호환성 메모리, 또는 정보를 저장하도록 사용되고 컨트롤러(14)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가 저장 장치(예를 들어, 이동식 저장 장치 및/또는 비이동식 저장 장치)를 포함할 수 있다. HMI 디바이스(17)는 예를 들어, 버튼, 소프트 키, 마우스, 음성 작동 제어기, 터치 스크린, 컨트롤러(14)의 이동, 시각적 신호(예를 들어, 컨트롤러(14) 상의 카메라 앞에서 손을 움직이는 것) 등을 통해 컨트롤러(14)를 제어하는 능력을 제공하는 입력을 포함할 수 있다. HMI 디바이스(17)는 니들(76)의 현재 위치 및 속도 값들의 시각적 표시뿐만 아니라 디스플레이를 통한 이들 파라미터들에 대한 허용 가능한 범위와 같은 시각적 정보를 포함하는 출력을 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 제공할 수 있다. 다른 출력은 청각적 정보(예를 들어, 스피커를 통해), 기계적 정보(예를 들어, 진동 메커니즘을 통해), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 구성에서, HMI 디바이스(17)는 디스플레이, 터치 스크린, 키 보드, 마우스, 운동 검출기, 스피커, 마이크, 카메라, 또는 이것들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. HMI 디바이스(17)는 예를 들어 컨트롤러(14)에 액세스하기 위한 특정 생체 정보를 요구하도록 예를 들어 지문 정보, 망막 정보, 음성 정보, 및/또는 얼굴 특징 정보와 같은 생체 정보를 입력하기 위한 임의의 적절한 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.
레버(24)의 제2 단부(24b)는 적절한 나사형 체결구(70, 72)들을 사용하여 푸시 로드(68)에 고정된다. 푸시 로드(68)는, 가이드 부싱(74) 내에서 이동하고 밸브 조립체(22)의 니들(76)의 상부 헤드 부분(76a)에 기대는 하부 헤드 부분(68a)을 가진다. 가이드 부싱(74)은 도 2a 및 도 2b에서 가장 잘 도시된 바와 같이 핀(75)과 압입 끼워맞춤되는 것에 의해 하우징(18)에서 홀딩된다. 푸시 로드(68), 가이드 부싱(74), 및 핀(75)의 조립체는 작동 동안 푸시 로드(68)의 적절한 이동을 보장하기 위해 약간의 "신축성(give)"을 허용한다. 또한, 푸시 로드(68)는 니들(76), 및 레버(24)와의 왕복 운동 동안 탄성 방식으로 측면으로 약간 구부러지는 재료로 만들어진다. 밸브 조립체(22)는 환형 요소(80)를 사용하여 액튜에이터 하우징(18)의 하부 부분 내에 장착된 코일 스프링(78)을 추가로 포함한다. 밸브 조립체(22)는 O-링(84)에 의해 유체 바디(16)에 보유되는 인서트(82)를 추가로 포함한다. 환형 요소(80) 및 인서트(82)는 통합 요소, 즉 이 실시예에서 카트리지 본체를 포함한다. 교차 천공된 물 구멍(weep hole)(85)은 O-링(86)을 지나 누출되는 임의의 액체가 빠져나가는 것을 허용하도록 스프링(78)의 하부 단부와 대략 일직선이다. 추가 O-링(86)은 유체 바디(16)의 유체 보어(88)에 수용된 가압 재료가 누출되지 않도록 태핏 또는 니들(76)을 밀봉한다. 재료는 유체 공급부(20)로부터 유체 바디(16)의 입구(90) 및 통로(92, 94)들을 통해 유체 보어(88)로 공급된다. O-링(84)은 환형 요소(80) 및 인서트(82)에 의해 형성된 카트리지 본체의 외부를 보어(88) 및 통로(94)에 있는 가압 액체로부터 밀봉한다. 유체 통로(92, 94)들은 유체 바디(16) 내로 나사 결합된 마개 부재(95)에 의해 밀봉된다. 마개 부재(95)는 내부 통로(94)를 세척하기 위해 접근을 허용하도록 제거될 수 있다.
도 2 및 도 3 내지 도 5를 참조하면, 도포기(10)는 제2 단부(24b) 근처에서 레버(24)에 부착된 기준 구성 요소(69)뿐만 아니라, 액튜에이터 하우징(18) 내에 배치된 위치 센서(71)를 포함할 수 있다. 위치 센서(71)는 레버(24)가 압전 스택(40)의 신장 및 수축시에 선회됨에 따라서 기준 구성 요소(69)의 위치를 검출하고 모니터링하도록 구성된다. 위치 센서(71)는 컨트롤러(14)와 전자 통신하며, 기준 구성 요소(69)의 위치를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링하고 컨트롤러(14)에 통신할 수 있다. 기준 구성 요소(69)의 위치를 모니터링하는 것에 의해, 위치 센서(71)는 또한 분배 작동 동안 기준 구성 요소(69)가 부착되는 레버(24)의 위치를 모니터링한다. 한 실시예에서, 다른 구성이 또한 고려될지라도, 기준 구성 요소(69)는 자석이고, 위치 센서(71)는 홀 이펙트 센서이다. 또한, 기준 구성 요소(69)가 레버(24)에 부착된 것으로 도시되어 있을지라도, 기준 구성 요소(69)는 레버(24), 푸시 로드(68) 또는 니들(76) 중 임의의 것에 부착될 수 있다. 레버(24), 푸시 로드(68), 및 니들(76)은 총괄적으로 액튜에이터의 "이동부"로서 지칭될 수 있다. 기준 구성 요소(69)가 상이하게 위치될 수 있음에 따라서, 위치 센서(71)는 기준 구성 요소(69)의 위치를 가장 잘 모니터링하기 위해 액튜에이터 하우징(18) 내에 유사하게 재위치될 수 있다. 도포기(10)를 제어하기 위해 위치 센서(71) 및 기준 구성 요소(69)를 사용하기 위한 방법은 다음에 추가로 설명될 것이다.
재료의 액적 또는 소량을 분사하기 위한 도포기(10)의 작동은 도 2 내지 도 4를 검토하는 것에 의해 가장 잘 이해될 것이다. 도 2a는 압전 스택(40)으로의 전압 파형이 충분히 제거되었을 때 수축된 제1 위치로 상승된 니들(76)을 도시한다. 이러한 것은 스택(40)을 수축시킨다. 스택(40)이 수축함에 따라서, 편평한 스프링 요소(42, 44)들은 전기자(50)를 위로 당기고, 이러한 것은 레버(24)의 제2 단부(24b)를 상승시키고, 또한 푸시 로드(68)를 상승시킨다. 그러므로, 밸브 조립체(22)의 코일 스프링(78)은 그런 다음 니들(76)의 상부 헤드 부분(76a)을 위로 밀고, 유체 바디(16)에 부착된 밸브 시트(96)로부터 니들(76)의 원위 단부(76b)를 상승시킨다. 이 위치에서, 유체 보어(88) 및 니들(76)의 원위 단부(76b) 밑에 있는 영역은, 분사 디스펜서(12)를 추가 재료로 "충전"하고, 다음의 분사 사이클을 위해 분사 디스펜서(12)를 준비시킨다.
압전 스택(40)이 활성화될 때, 즉 전압 파형이 컨트롤러(14)(도 1)에 의해 압전 스택(40)에 인가될 때, 스택(40)은 확장되고 기계식 전기자(50)에 기대어 밀어낸다. 이러한 것은 레버(24)를 시계 방향으로 회전시키고, 제2 단부(24b)를 아래로 이동시키며 또한 푸시 로드(68)를 아래로 이동시킨다. 원위 단부(76b)가 제2 위치에서 밸브 시트(96)에 맞물릴 때까지, 푸시 로드(68)의 하부 헤드 부분(68a)은 도 2b에 도시된 바와 같이 니들(76)의 상부 헤드 부분(76a)을 아래로 밀고, 니들(76)은 코일 스프링(78)의 힘에 대항하여 빠르게 아래로 이동한다. 이동 과정에서, 니들(76)의 원위 단부(76b)는 배출 출구(98)로부터 재료의 액적(97)을 강제한다. 전압이 그런 다음 압전 스택(40)으로부터 제거되고, 이러한 것은 다음의 분사 사이클을 위해 니들(76)을 상승시키도록 이들 구성 요소의 각각의 이동을 반전시킨다. 일부 실시예에서, 니들(76)은 배출 출구(98)로부터 액적(97)을 강제하도록 원위 단부(76b)가 제2 위치에서 밸브 시트(96)에 근접하지만 접촉하지 않을 때까지 코일 스프링(78의 힘에 대항하여 빠르게 아래로 이동할 수 있다. 니들(76)의 원위 단부(76b)를 밸브 시트(96)와 접촉시키지 않는 이점은 도포기(10)의 분배 특성을 변경하는 방식으로 이들 구성 요소 중 하나 또는 둘 모두에 대한 마모 또는 손상을 방지하는 것이다.
압전 디바이스(26)가 액적을 분사하는 것과 반대로 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우에, 레버(24)를 포함하는 다양한 기계적 작동 구조는 전압이 압전 스택(40)으로부터 제거될 때 재료의 액적(97)을 배출하기 위하여 스택(40)의 결과적인 수축이 밸브 시트(96) 및 배출 출구(104)를 향한 니들(76)의 이동을 유발하도록 상이하게 설계될 것이다. 그런 다음, 스택(40)으로의 전압 파형의 인가시에, 증폭 시스템 및 다른 작동 구성 요소는 다음의 분사 작동을 위해 추가 재료로 유체 보어(88)를 충전하기 위해 니들(76)을 상승시킬 것이다. 이 실시예에서, 니들(76)은 정상적으로 폐쇄될 것이고, 즉 압전 스택(40)에 인가되는 전압이 없을 때 밸브 시트(96)와 맞물릴 것이다.
도 2에 또한 도시된 바와 같이, 상부 액튜에이터 부분(26a)은 하부 액튜에이터 부분(26b)으로부터 분리되고, 이들 각각의 부분(26a, 26b)은 상이한 재료로 형성된다. 구체적으로, 상부 액튜에이터 부분(26a)은 하부 액튜에이터 부분(26b)을 형성하는 재료보다 낮은 열팽창 계수를 가지는 재료로 형성된다. 상부 및 하부 액튜에이터 부분(26a, 26b)들의 각각은 하부 액튜에이터 부분(26b)으로부터 상부 액튜에이터 부분(26a)으로 연장되는 나사형 체결구(도시되지 않음)를 사용하여 함께 단단히 고정된다. 상부 및 하부 액튜에이터 부분(26a, 26b)들의 조립체는 그런 다음 복수의 볼트(99)에 의해 하우징에 고정된다. 보다 구체적으로, 하부 액튜에이터 부분(26b)은 PH17-4 스테인리스강으로 형성될 수 있는 반면에, 상부 액튜에이터 부분(26a)은 Invar와 같은 니켈-철 합금으로 형성된다. 17-4 PH 스테인리스강은 매우 높은 내구성 한계 또는 피로 강도를 가지며, 이는 굴곡부(60)의 수명을 증가시킨다. 이러한 스테인리스강의 열팽창 계수는 약 10 ㎛/m-C인 반면에, Invar의 열팽창 계수는 약 1 ㎛/m-C이다. 열팽창의 비율은 이러한 재료의 대략적인 10:1의 비율보다 높거나 낮을 수 있다. 상부 및 하부 액튜에이터 부분(26a, 26b)들과 관련된 열팽창 계수는 서로에 대한 오프셋 특성(offsetting characteristics)을 효과적으로 제공한다. 이에 따라, 상부 및 하부 액튜에이터 부분(26a, 26b)의 상이한 열 팽창 계수는 압전 액튜에이터(26)가 더욱 넓은 온도 범위에 걸쳐서 일관되게 작동하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로, 이러한 온도 범위는 압전 액튜에이터(26)가 더욱 높은 주파수에서 더욱 공격적인 파형으로 구동되는 것을 가능하게 한다. 또한 높은 듀티 사이클에서 작동될 때 압전 스택은 상당한 열을 발생시킬 수 있다. Invar의 사용은 압전 액튜에이터(26)의 단부의 보다 절대적인 위치를 제공하고, 그러므로 보다 정확하고 사용 가능한 행정을 제공한다.
도 6 내지 도 14를 참조하면, 기판 상으로 재료를 분사하기 위한 도포기의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도포기(100)는 액튜에이터 하우징(118)에 결합된 유체 바디(116)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 유체 바디(116)는 응용 분야의 필요에 따라 하나 이상의 히터(도시되지 않음)를 포함할 수 있는 유체 바디 하우징(119) 내에서 홀딩된다. 유체 바디(116)는 주사기 배럴과 같은 적절한 유체 공급부(120)로부터 압력 하에서 재료를 수용하도록 구성된다. 밸브 조립체(122)는 액튜에이터 하우징(118)에 결합되고 유체 바디(116) 내로 연장된다. 기계식 증폭기(206)는 후술하는 바와 같이 압전 디바이스(126)와 밸브 조립체(122) 사이에 결합된다. 압전 디바이스(126)는 복수의 볼트(도시되지 않음) 또는 다른 적절한 체결구에 의해 액튜에이터 하우징(118)에 고정될 수 있다. 압전 디바이스(126)는 예를 들어, 스테인리스강 또는 니켈-철 합금과 같지만 이에 제한되지 않는 다양한 재료를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8에 추가로 도시된 바와 같이, 압전 디바이스(126)는 압전 소자들의 스택(140), 근위 단부(218), 및 근위 단부(218) 반대편에 있는 원위 단부(220)를 포함한다. 압전 소자들은 도포시에 및/또는 전압 파형의 제거시에 변형되도록 구성된다. 이러한 스택(140)은 압전 디바이스(126)에 결합된 압축 스프링(144)에 의해 압축 상태로 유지된다.
스택(140)은 원위 단부(220)에서의 압축 스프링(144)과 예를 들어 하우징(18)의 내부 표면에 대해 강성 표면(도시되지 않음) 사이에서 압축 상태로 홀딩될 수 있다. 강성 표면은 근위 단부(218)와 접촉할 수 있다. 일부 양태에서, 스택(140)은 복수의 압축 스프링(144), 예를 들어 근위 단부(218)에 있는 제1 압축 스프링(144) 및 원위 단부(220)에 있는 제2 압축 스프링(144)에 의해 홀딩될 수 있다.
압전 디바이스(126)는 푸시 로드(168)와 작동 가능하게 맞물리고, 푸시 로드(168)를 제1 방향으로 이동시키도록 구성된다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 푸시 로드(168)는, 가이드 부싱(174) 내에서 이동하고 밸브 조립체(122)와 관련된 니들(176)의 근위 단부(176a)에 기대는 하부 헤드 부분(168a)을 가지며, 니들(176)은 가동성 샤프트일 수 있다. 가이드 부싱(174)은 핀(175)과의 압입 끼워맞춤에 의해 액튜에이터 하우징(118)에서 홀딩될 수 있다. 푸시 로드(168), 가이드 부싱(174) 및 핀(175)의 조립체는 작동 동안 푸시 로드(168)의 적절한 이동을 보장하기 위해 약간의 "신축성"를 허용한다.
밸브 조립체(122)는 환형 요소(180)를 사용하여 액튜에이터 하우징(118)의 하부 부분 내에 장착되는 코일 스프링(178)을 추가로 포함할 수 있다. 인서트(182)는 O-링(184)에 의해 유체 바디(116)에서 보유될 수 있다. 환형 요소(180) 및 인서트(182)는 통합 요소, 즉 도시된 양태에서 카트리지 본체를 포함한다.
추가의 O-링(186)은 유체 바디(116)의 유체 보어(188)에 수용된 가압된 재료가 누출되지 않도록 니들(176)을 밀봉한다. 재료는 유체 바디(116)의 입구(190) 및 통로(192, 194)들을 통해 유체 공급부(120)로부터 유체 보어(188)로 공급된다. O-링(184)은 유체 보어(188) 및 통로(194) 내의 가압 액체로부터, 환형 요소(180) 및 인서트(182)에 의해 형성된 카트리지 본체의 외부를 밀봉한다. 교차 천공된 물 구멍(185)은 O-링(186)을 지나 누출되는 임의의 액체가 빠져나가는 것을 허용하도록 코일 스프링(178)의 하부 단부와 대략 일직선이다.
전압 파형이 스택(140)에 인가될 때, 압전 소자들은 변형되고, 스택(140)은 스프링(144)에 가해지는 힘에 대항하여 원위 단부(220)가 근위 단부(218)로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 한다. 스택(140)은 시간 경과에 따라 인가되는 전압 파형의 크기에 비례하여 길이를 변경하도록 구성될 수 있다. 인가된 전압이 제거되거나 충분히 감소될 때, 스택(140)은 전압의 인가 전과 실질적으로 동일한 길이로 수축되거나 단축된다.
스택(140)의 이동은 압전 디바이스(126)에 작동 가능하게 결합된 푸시 로드(168)의 이동을 유발한다. 푸시 로드(168)는 밸브 조립체(122) 상에 배치된 니들(176)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 푸시 로드(168)가 이동됨에 따라서, 니들(176)은 밸브 조립체(122) 상의 배출 출구(204)를 개방하거나 또는 폐쇄하도록 또한 이동한다. 스택(140)의 반복적인 이동은 니들(176)의 왕복 운동을 야기하고, 재료의 액적 또는 소량이 도포기(100)의 배출 출구(204)를 통해 분배되거나 또는 분사되도록 한다. 일부 실시예에서, 니들(176)은 니들(176)이 배출 출구(204)에 근접하지만 접촉하지 않을 때까지 신속하게 아래로 이동할 수 있다.
다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 기계식 증폭기(206)는 스택(140)의 이동을 비례적으로 증폭시키도록 도포기(100) 내에 배치될 수 있다. 증폭기(206)는 스택(140) 및 밸브 조립체(122)에 결합되어서, 스택(140)의 이동은 증폭기(206)의 적어도 일부가 이동하게 하고, 이는 차례로 니들(176)을 이동시킨다. 전압 파형이 스택(140)에 인가될 때, 스택(140)의 이동은 증폭기(206)에 힘을 부여하고, 증폭기(206)가 마찬가지로 이동하게 하여 니들(176)을 이동시킨다. 본래의 이동의 증폭이 필요하면, 증폭기(206)에 의한 니들(176)의 이동의 크기는 스택(140)의 이동의 크기보다 클 것이라는 것을 알 수 있을 것이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 증폭기(206)는 실질적으로 둥근 단면을 가지는 디스크일 수 있다. 그러나, 증폭기(206)는 예를 들어 직사각형, 삼각형 또는 다른 다각형 단면 형상을 가지는 임의의 적절한 형상일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
단일의 통합된 구성 요소의 일부이거나 또는 도포기(100)에 부착된 별도의 구성 요소인 증폭기(206)는 도포기(100)와 통합될 수 있다. 일부 양태에서, 증폭기(206)는 도포기(100)에 제거 가능하게 결합되는 별도의 구성 요소일 수 있으며, 스택(140) 및 밸브 조립체(122)와 선택적으로 맞물리거나 또는 분리되도록 구성된다. 도포기(100)는 맞물린 증폭기 또는 맞물린 증폭기없이 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 도포기(100)는 다양한 정도의 증폭을 초래하도록 선택적으로 맞물리거나 또는 분리될 수 있는 복수의 증폭기(206)를 포함할 수 있다. 도포기(100)는 동시에 맞물린 다수의 증폭기(206)와 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 증폭기(206)는 상이한 정도의 증폭을 초래하기 위해 다른 증폭기(206)와 상호 교환 가능할 수 있다.
여전히 도 10 및 도 11을 참조하면, 증폭기(206)는 주 표면(210) 및 주 표면(210) 반대편에 있는 보조 표면(212)을 가지는 바디(208)를 포함한다. 바디(208)는 힘의 인가시에 변형될 수 있는 변형 가능한 재료를 포함할 수 있다. 변형 가능한 재료는 변형을 유발하는 힘이 감소되거나 제거될 때, 바디(208)가 그 미변형 형상으로 실질적으로 복귀하도록 충분히 탄력적이어야 한다. 바디(208)는 스택(140)으로부터 힘을 수용하고 손상을 입지 않고(예를 들어, 균열 또는 파손없이) 니들(176)에 힘을 부여하도록 충분히 강성이어야 한다. 어떠한 재료도 완벽하게 탄성이고 무한히 내구적인 것은 없으며, 당업자는 필요한 기능을 적절한 정도로 수행할 재료를 인식할 것임을 이해할 것이다.
증폭기(206)는, 바디(208)를 통해 연장되고 주 표면(210)을 보조 표면(212)과 연결하는 개구(214)를 포함할 수 있다. 중심축(A)은 개구(214)의 기하학적 중심을 통해 연장된다. 중심축(A)은 또한 스택(140) 및 푸시 로드(168)의 중심축과 공통일 수 있다. 일부 양태에서, 하나 이상의 로브(216)는 바디(208)의 원주로부터 중심축(A)을 향해 개구(214) 내로 반경 방향 내측으로 연장될 수 있다. 로브(216)들은 증폭기(206)가 변형된 구성에 있지 않을 때 중심축(A)에 실질적으로 직각이다. 증폭기(206)는 2, 3,…, 10개 또는 다른 적절한 수의 로브들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 증폭기(206)는 바디(208)로부터 연장되는 제로 로브(zero lobe)를 포함하고, 도넛 형상일 수 있다.
증폭기(206)는 증폭기(206)가 이동될 때 푸시 로드(168)가 또한 이동하도록 푸시 로드(168)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 푸시 로드(168)는 임의의 적절한 방식, 예를 들어 마찰 끼워맞춤, 접착제 사용, 체결구 사용 등으로 증폭기(206)에 결합될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 푸시 로드(168)는 대안적으로 증폭기(206)와 일체로 형성될 수 있다. 도 11에 도시된 양태를 참조하면, 푸시 로드(168)는 증폭기 바디(208)의 개구(214)를 통해 연장될 수 있다. 이러한 양태에서, 푸시 로드(168)의 적어도 일부는 개구(214)를 자유롭게 통과할 수 있도록 형상화되고 치수화되어야 한다. 푸시 로드(168)의 상부 헤드 부분(168b)은 예를 들어 주 표면(210)에서 증폭기(206)와 접촉할 수 있다. 상부 헤드 부분(168b)은 개구(214)를 통과하는 것이 방지되도록 개구(214)보다 크게 크기화되고 치수화될 수 있다. 증폭기(206)가 변형되는 일부 양태에서, 개구(214)는 증폭기(206)가 변형되지 않을 때보다 더 클 수 있다. 이러한 양태에서, 상부 헤드 부분(168b)은 또한 변형된 증폭기(206)의 개구(214)보다 더 크게 크기화되어야 한다.
상부 헤드 부분(168b)은 개구(214)를 통과하도록 구성된 푸시 로드(168)의 부분에 일체로 부착된다. 증폭기(206)는 상부 헤드 부분(168b)에 힘을 부여할 수 있고, 힘은 차례로 푸시 로드(168)의 나머지에 전달된다.
증폭기(206)는 스택(140)으로부터 힘을 수용하고 푸시 로드(168)에 힘을 부여하도록 레버 메커니즘으로서 작동할 수 있다. 증폭기(206)는 압전 디바이스(126)의 원위 단부(220)와 베이스(230) 사이에 배치될 수 있다. 다시 도 7 및 도 8을 참조하면, 주 표면(210)은 원위 단부(220)에 인접할 수 있는 반면에, 보조 표면(212)은 베이스(230)에 인접할 수 있다.
일부 양태에서, 힘 전달의 정밀도를 증가시키기 위해, 증폭기(206)는 원위 단부(1220) 및 베이스(230) 상에 배치된 특정 접촉 영역에 의해 접촉된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 주 돌출부(222)는 원위 단부(220) 상에 배치되고, 이로부터 증폭기(206)의 주 표면(210)을 향하는 방향으로 연장된다. 유사하게, 베이스(230)는 이로부터 증폭기(206)의 보조 표면(212)을 향하는 방향으로 연장되는 보조 돌출부(232)를 포함할 수 있다. 주 돌출부(222) 및 보조 돌출부(232)가 각각 원위 단부(220) 및 베이스(230)로부터 임의의 허용 가능한 각도로 연장될 수 있지만, 적어도 연장 각도의 성분이 각각 주 및 보조 표면(210, 212)들에 실질적으로 직각이어야 한다는 것이 이해될 것이다.
일부 대안적인 양태에서, 주 돌출부(222)는 증폭기 바디(208)의 주 표면(210)에 통합되고 이로부터 원위 단부(220)를 향해 연장될 수 있다. 유사하게, 보조 돌출부(232)는 증폭기 바디(208)의 보조 표면(212)에 통합되고 이로부터 베이스(230)를 향해 연장될 수 있다. 추가 양태에서, 돌출부는 증폭기(206), 원위 단부(220) 및/또는 베이스(230) 중 하나 이상으로부터 연장될 수 있으며, 본 개시 내용은 전술한 바와 같은 특정 배열로 제한되지 않는다.
작동시에, 도포기(100)는 재료의 액적 또는 소량을 분사하도록 구성된다. 스택(140)이 활성화될 때, 즉 전압 파형이 메인 전자 제어부(도시되지 않음)에 의해 압전 소자들에 인가될 때, 스택(140)은 확장되어 주 표면(210)에서 증폭기(206)에 대해 밀어낸다. 전술한 바와 같이 주 및 보조 돌출부(222, 232)들의 위치에 기초하여, 증폭기(206)는 변형되어, 푸시 로드(168)의 상부 헤드 부분(168b) 상에 힘을 부여한다. 이러한 것은 압전 디바이스(126)를 향해 개방 방향으로 이동하도록 푸시 로드(168)를 강제한다. 상부 헤드 부분(168b)이 증폭기(206)에 의해 이동되는 거리는 바람직하게 스택(140)의 원위 단부(220)에 의해 이동된 거리보다 더 크다. 푸시 로드(168)에 통합된 하부 헤드 부분(168a)은 또한 동일한 개방 방향으로 이동한다. 하부 헤드 부분(168a)이 니들(176)로부터 멀어지게 이동함에 따라서, 니들(176)은 또한 개방 방향으로 제1 위치로 이동하는 것이 허용된다. 니들(176)은 코일 스프링(178)에 의해 개방 방향으로 편향될 수 있으며, 푸시 로드(168)가 니들(176)로부터 멀어지게 이동할 때, 코일 스프링(178)은 마찬가지로 니들(176)을 개방 방향으로 이동시킨다.
전압이 스택(140)으로부터 제거되거나 충분히 감소될 때, 전술한 이동은 역전된다. 스택(140)은 길이가 감소되고, 그러므로 증폭기(206)에 가해지는 힘을 감소시킨다. 증폭기(206)는 그런 다음 실질적으로 변형되지 않은 상태로 복귀될 수 있으며, 이는 차례로 푸시 로드(168)의 상부 헤드 부분(168b)에 가해지는 힘을 감소시킨다. 푸시 로드(168)는 개방 방향과 반대인 폐쇄 방향으로 코일 스프링(169)에 의해 편향될 수 있다. 증폭기(206)에 의해 푸시 로드(168)에 가해지는 힘이 코일 스프링(169)의 편향력 아래로 감소됨에 따라서, 코일 스프링(169)은 푸시 로드(168)를 폐쇄 방향으로 이동시킨다. 근위 단부(176a)의 반대편에 있는 니들(176)에 배치된 원위 단부(176b)가 밸브 시트(200)와 맞물리거나 또는 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 있는 밸브 시트(200)에 근접할 때까지, 하부 헤드 부분(168a)은 니들(176)의 근위 단부(176a)와 접촉하고 코일 스프링(178)에 대항하여 폐쇄 방향으로 니들(176)을 밀어낸다. 코일 스프링(178)은 외력의 부재시에, 코일 스프링(169)에 의해 폐쇄 방향으로 가해지는 힘이 코일 스프링(178)에 의해 개방 방향으로 가해지는 힘보다 크도록 코일 스프링(169)보다 낮은 강성을 가질 수 있다.
니들(176)을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 과정에서, 니들(176)의 원위 단부(176b)는 원위 단부(176b)가 배출 출구(204)의 밸브 시트(200)에 부딪치거나 근접할 때 배출 출구(204)로부터 재료의 액적(202)을 강제할 수 있다. 추가적으로, 이러한 분배 작동 동안, 도포기(100)는 시스템의 이동부들 중 하나의 이동을 모니터링할 수 있다. 이렇게 하도록, 도포기(100)는 상부 헤드 부분(168b)에서 푸시 로드(168)에 부착된 기준 구성 요소(148)뿐만 아니라, 액튜에이터 하우징(118) 내에 배치된 위치 센서(150)를 포함할 수 있다. 위치 센서(150)는 푸시 로드(168)가 압전 스택(140)의 신장 및 수축시에 상하로 이동함에 따라서 기준 구성 요소(148)의 위치를 검출 및 모니터링하도록 구성된다. 위치 센서(150)는 컨트롤러(112)와 전자적으로 통신하며, 기준 구성 요소(148)의 위치를 연속적으로 또는 주기적으로 모니터링하고 컨트롤러(112)에 통신할 수 있다. 기준 구성 요소(148)의 위치를 모니터링하는 것에 의해, 위치 센서(150)는 분배 작동 동안 접촉하는 기계식 증폭기(206)의 위치를 또한 모니터링한다. 한 실시예에서, 다른 구성이 또한 고려될지라도, 기준 구성 요소(148)는 자석이고 위치 센서(150)는 홀 이펙트 센서이다. 또한, 기준 구성 요소(148)가 푸시 로드(168)에 부착된 것으로 도시되어 있을지라도, 기준 구성 요소(148)는 기계식 증폭기(206), 푸시 로드(168) 또는 니들(176) 중 임의의 것에 부착될 수 있다. 기계식 증폭기(206), 푸시 로드(168), 및 니들(176)은 총괄적으로 액튜에이터의 이동부로서 지칭될 수 있다. 기준 구성 요소(148)가 상이하게 위치될 수 있음에 따라서, 위치 센서(150)는 기준 구성 요소(148)의 위치를 가장 잘 모니터링하기 위해 액튜에이터 하우징(118) 내에 유사하게 재위치될 수 있다. 도포기(100)를 제어하도록 위치 센서(148) 및 기준 구성 요소(150)를 사용하는 방법은 다음에 추가로 설명될 것이다.
컨트롤러(112)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 도포기(10)의 다양한 작동을 모니터링 및 제어하기 위한 소프트웨어 애플리케이션을 호스팅하도록 구성된 임의의 적절한 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 컨트롤러(112)는 임의의 적절한 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있으며, 그 예는 프로세서, 데스크탑 컴퓨팅 디바이스, 서버 컴퓨팅 디바이스, 또는 랩톱, 태블릿 또는 스마트 폰과 같은 휴대용 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 구체적으로, 컨트롤러(112)는 메모리(113) 및 HMI 디바이스(114)를 포함할 수 있다. 메모리(113)는 휘발성(일부 유형의 RAM과 같은), 비휘발성(ROM, 플래시 메모리 등과 같은) 또는 이들의 조합일 수 있다. 컨트롤러(112)는 테이프, 플래시 메모리, 스마트 카드, CD-ROM, 디지털 다용도 디스크(DVD) 또는 다른 광학 저장 장치, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 디바이스, 범용 직렬 버스(USB) 호환성 메모리, 또는 정보를 저장하도록 사용되고 컨트롤러(112)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가 저장 장치(예를 들어, 이동식 저장 장치 및/또는 비이동식 저장 장치)를 포함할 수 있다. HMI 디바이스(114)는 예를 들어, 버튼, 소프트 키, 마우스, 음성 작동 제어, 터치 스크린, 컨트롤러(112)의 이동, 시각적 신호(예를 들어, 컨트롤러(112) 상의 카메라 앞에서 손을 움직이는 것) 등을 통해 컨트롤러(112)를 제어하는 능력을 제공한다. HMI 디바이스(114)는 니들(176)의 현재 위치 및 속도 값들의 시각적 표시뿐만 아니라 디스플레이를 통한 이들 파라미터들에 대한 허용 가능한 범위와 같은 시각적 정보를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 출력을 제공할 수 있다. 다른 출력은 청각적 정보(예를 들어, 스피커를 통해), 기계적으로(예를 들어, 진동 메커니즘을 통해), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 구성에서, HMI 디바이스(114)는 디스플레이, 터치 스크린, 키보드, 마우스, 동작 검출기, 스피커, 마이크, 카메라, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. HMI 디바이스(114)는 예를 들어 컨트롤러(112)에 액세스하기 위한 특정 생체 정보를 요구하도록 예를 들어 지문 정보, 망막 정보, 음성 정보, 및/또는 얼굴 특징 정보와 같은 생체 정보를 입력하기 위한 임의의 적절한 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.
압전 디바이스(126)는 액적을 분사하는 것과 반대로 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우에, 다양한 기계적 작동 구조는 전압 파형이 스택(140)에 인가될 때 스택(140)의 결과적인 팽창이 밸브 시트(200)를 향한 니들(176)의 이동을 유발하고 배출 출구(104)가 재료의 액적(102)을 배출하게 하도록 상이하게 설계될 수 있다. 그런 다음, 스택(140)에 대한 전압의 제거시에, 증폭 시스템 및 다른 작동 구성 요소는 다음의 분사 작동을 위해 추가 재료로 유체 보어(188)를 충전하기 위해 니들(176)을 상승시킬 것이다. 이러한 양태에서, 니들(176)은 정상적으로 개방될 것이며, 즉 스택(140)에 인가된 전압이 없을 때 밸브 시트(200)와 맞물리지 않을 것이다.
증폭기(206)의 변형량, 결과적으로 스택(140)의 이동의 증폭 정도는 주 및 보조 표면(210, 212)과 각각 접촉함에 따라서 주 및 보조 돌출부(222, 232)의 상대적 위치 설정에 의해 부분적으로 결정된다. 전압 파형이 스택(140)에 인가될 때, 스택(140)은 원위 단부(220)를 신장시키고, 증폭기(206)에 힘을 인가하기 위해 이동시킨다. 원위 단부(220)에서의 주 돌출부(222)는 증폭기(206)의 기하학적 중심을 통해 연장되는 중심축(A)로부터 떨어진 제1 거리(D1)에서 증폭기(206)의 주 표면(210)과 접촉할 수 있다. 베이스(230)는 증폭기(206)의 다른 측면에 배치되어서 보조 표면(212)과 접촉하도록 구성된다. 보조 돌출부(232)는 중심축(A)으로부터 떨어진 제2 거리(D2)에서 보조 표면(212)과 접촉할 수 있다. 원위 단부(220)에 의해 이동된 거리를 증폭시키기 위한 적절한 레버 작용을 생성하기 위해, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)는 달라야 한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 거리(D1)는 제2 거리(D2)보다 클 수 있다. 힘이 주 돌출부(222)에 의해 주 표면(210)에 가해질 때, 보조 돌출부(232)는 받침점으로서 작용한다. 그러므로, 제2 거리(D2)보다 중심축(A)으로부터 더욱 멀리 있는 증폭기(206)의 일부가 주 돌출부(222)에 의해 한쪽 방향으로(예를 들어, 아래로) 밀림에 따라서, 제2 거리(D2)보다 중심축(A)에 더 가까운 증폭기(206)의 다른 부분은 반대 방향으로(예를 들어, 위로) 지레 작용으로 움직인다. 그러므로, 예를 들어, 주 표면(210) 또는 로브(216)들 및 상부 헤드 부분(168b)의 상호 작용으로 증폭기와 작동 가능하게 결합된 푸시 로드(168)는 동일한 방향으로 이동된다. 도 13은 스택(140)이 신장되고 힘이 증폭기(206)의 주 표면(210)에 가해지는 예시적인 양태를 도시한다. 그러므로, 증폭기(206)는 변형되고, 상부 헤드 부분(168b)은 푸시 로드(168)의 나머지와 함께 중심축(A)을 따라 축 방향으로 이동된다.
푸시 로드(168)가 이동하는 거리는 제1 및 제2 거리(D1, D2)에 의존한다. 제2 거리(D2)가 증가함에 따라서(즉, 받침점이 중심축(A)으로부터 멀어짐에 따라서), 푸시 로드(168)가 이동할 거리가 또한 증가할 것이다. 증폭량은 제2 거리(D2)를 증가시키거나 또는 감소시키는 것에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 14는 중심축(A)으로부터 떨어진 제2 거리(D2')에 배치되는 보조 돌출부(232')를 가지는 베이스(230')를 포함하는 대안적인 실시예를 도시한다. 제2 거리(D2')는 제2 거리(D2)보다 작다. 이와 같이, 베이스(230')를 가지는 실시예에서, 푸시 로드(168)는 베이스(230)를 이용하는 양태에서보다 더 작은 거리를 이동하여, 더 작은 비교 가능한 증폭(다른 모든 인자를 동일하게 취하는)을 초래할 것이다.
제2 거리(D2)를 변경하는 것이 증폭량을 조정하는 적절한 방법이지만, 증폭은 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 일부 양태에서, 증폭기(206)는 더욱 용이하게 변형되도록 구성되는 재료(예를 들어, 재료가 더 연하거나 또는 더욱 탄성적인) 또는 더욱 강성이도록 구성된 재료(예를 들어, 재료가 더욱 강성이거나 덜 탄성적인)를 포함할 수 있다. 바디(208)의 두께는 증가되거나(강성을 증가시키도록) 또는 감소될(유연성을 증가시키도록) 수 있다. 일부 양태에서, 로브(216)들은 두께, 재료 특성 및/또는 길이(즉, 로브(216)들이 바디(208)로부터 중심축(A)까지 연장되는 거리)가 변경될 수 있다.
증폭기(206)의 바디(208)는 이를 통해 다양한 두께(즉, 주 표면(210)과 보조 표면(212) 사이의 거리)를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 예를 들어, 바디(208)는 개구(214)로부터 가장 먼 최대 두께 및 개구(214)에 가장 가까운 최소 두께에 있을 수 있으며, 두께는 최대 두께로부터 최소 두께로 점차적으로 감소한다. 대안적으로, 바디(208)는 하나 이상의 계단부(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 각각의 계단부는 상이한 두께를 가지며, 예를 들어 개구(214)로부터 가장 먼 계단부는 최대 두께이고, 개구(214)에 가장 가까운 계단부는 최소 두께이다.
전술한 바와 같이, 각각의 도포기(10, 100)는 위치 센서(71, 150), 및 각각의 도포기(10, 100)의 이동부에 부착된 대응하는 기준 구성 요소(69, 148)를 포함할 수 있다. 도 15를 참조하면, 도포기(10, 100)들로부터 재료를 분사하기 위하여 도포기(10, 100)들의 이동부의 이동을 제어하기 위한 방법(300)이 도시된다. 이전에 설명된 바와 같이, 이동부는 니들(76, 176), 증폭기(24, 206), 또는 푸시 로드(68, 168)일 수 있다. 처음에, 단계 302에서, 니들(76, 176)에 각각 작동 가능하게 연결된 압전 디바이스(26, 126)는 압전 디바이스(26, 126)에 전압 파형을 제공하는 것에 의해 작동된다. 제공된 이러한 전압 파형의 결과로서, 니들(76, 176)은 분배 작동시에 제1 위치와 제2 위치 사이의 위치 경로를 따라서 병진할 수 있으며, 이는 또한 제1 분배 작동으로서 지칭될 수 있다. 한 실시예에서, 단계 302 동안 인가된 전압 파형은 니들(76, 176)의 빠른 이동을 유도하는 사다리꼴 형태를 가진다. 이러한 분배 작동은 정상적인 분배 작동(즉, 재료가 도포기(10, 100)들로부터 분사되는 작동), 또는 대안적으로 니들(76, 176)의 이동을 모니터링하기 위한 작동일 수 있다. 또한, 단계 302는 레버(24) 또는 기계식 증폭기(206)와 같은 기계식 증폭기의 사용을 통해 압전 디바이스(26, 126)의 이동을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
방법(300)의 다음 단계는 단계 306에서 분배 작동 동안 시간 경과에 따라 도포기(10, 100)들의 이동부의 위치들을 감지하는 단계를 포함한다. 한 실시예에서, 다양한 다른 기간이 고려될지라도, 시간은 500-1000 밀리 초(ms)일 수 있다. 이러한 것들이 발생하는 시간과 함께, 시간 경과에 따른 이동부의 감지된 위치들은 시간 의존형 위치 프로파일로서 총괄적으로 지칭될 수 있다. 단계 310은 기준 구성 요소(69, 148)의 위치를 모니터링할 수 있는 위치 센서(71, 150)에 의해 수행될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 기준 구성 요소(69, 148)는 도포기(10, 100)들 중 임의의 이동부(니들(76, 176), 증폭기(24, 206), 또는 푸시 로드(68, 168)일 수 있는)에 부착될 수 있다. 위치 센서(71, 150)가 시간 경과에 따라서 기준 구성 요소(69, 148)의 위치를 감지할 때, 위치 센서(71, 150)는 각각의 기준 구성 요소(69, 148)의 시간 의존형 위치 프로파일을 컨트롤러(14, 112)로 연속적으로 전송할 수 있다. 대안적으로, 위치 센서(71, 150)는 단일 또는 복수의 분배 사이클에 걸쳐서 개별 간격으로 각각의 기준 구성 요소(69, 148)의 시간 의존형 위치 프로파일을 컨트롤러(14, 112)에 간헐적으로 전송할 수 있다. 그러나 여전히, 시간 의존형 위치 프로파일(들)에 기초하여 결정된 파라미터들은 시간 의존형 위치 프로파일(들) 자체 대신에 컨트롤러(14, 112)에 전송될 수 있다. 전술한 바와 같이, 위치 센서(71, 150)는 홀 이펙트 센서일 수 있고, 기준 구성 요소(69, 148)는 자석일 수 있다.
분배 작동이 시작되고 이동부의 위치가 감지된 후에, 컨트롤러(14, 112)는 단계 310에서 제2 분배 작동으로서 지칭될 수 있는 다른 분배 작동에 대한 파라미터들을 수신할 수 있다. 컨트롤러(14, 112)는 각각 컨트롤러(14, 112)의 HMI 디바이스(17, 114)으로의 사용자 입력을 통해, 분사될 재료의 유형 또는 크기, 특정 유형의 분사 작동, 재료를 분사하기 위한 기판 또는 패턴, 필요한 니들 이동 등의 형태를 할 수 있는 파라미터들을 수신할 수 있다. 단계 302 직후에 수행되는 것으로서 도시되었지만, 단계 306은 방법(300) 동안 임의의 다른 시간에 수행될 수 있다.
계속해서 도 15를 참조하면, 방법(300)에서 다음에, 컨트롤러(14, 112)는 단계 314에서의 분배 작동시에, 일정 기간 동안 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일과 압전 디바이스(26, 126)에 인가된 전압 파형 사이의 관계를 결정할 수 있다. 이러한 관계는 압전 디바이스(26, 126)에 인가된 전압 파형에 대한 이동부의 동적 응답을 모델링하는 파라미터화된 수학 방정식의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 방정식은 시간 영역에서 다항식일 수 있다. 이를 위해, 컨트롤러(14, 112)는 시간 경과에 따른 위치 센서(71, 150)에 의해 감지된 이동부의 이동뿐만 아니라, 압전 디바이스(26, 126)에 제공되는 전압 파형을 최적의 적합 모델로 입력하여 모델 방정식을 만들 수 있다. 한 실시예에서, 최적의 적합 모델은 다른 최적의 적합 모델이 고려될지라도 외인성 입력(ARMAX) 모델을 가지는 자기 회귀 이동 평균(autoregressive moving average)이다. 전압 파형 및 위치 센서(71, 150)에 의해 감지된 이동부의 이동이 모델 방정식을 만들기 위해 이용될 수 있는 기간은 압전 디바이스(26, 126)의 하나의 분배 작동(재료의 하나의 개별 양을 분사하는 이동). 재료), 다수의 분배 작동 등일 수 있다.
단계(314)가 수행되면, 단계 318에서, 컨트롤러(14, 112)는, 희망 분배 작동을 만들 대응하는 압전 스택(40, 140)의 필요한 이동을 한정하기 위해 단계 306에서 수신된 사용자 입력을 사용하고, 마찬가지로 니들(76, 176)의 필요한 이동을 지정할 수 있다. 컨트롤러(14, 112)는 제2 분배 작동을 위한 압전 스택(40, 140)의 필요한 이동을 결정하기 위해, 메모리(15, 113)에 저장된 재료 및/또는 도포기(10, 100)들의 모델 파라미터들 및/또는 사용자 입력에 기초한 시간 경과에 따른 이상적인 위치 프로파일을 결정하는 알고리즘을 사용할 수 있다. 이러한 필요한 이동을 사용하여, 니들(76, 176)이 제2 분배 작동을 수행하기 위해 압전 디바이스(26, 126)에 인가될 요구 전압 파형을 컨트롤러(14, 112)가 결정하는 단계 322가 수행될 수 있다. 이러한 단계는 전압 파형을 만들기 위해 니들(76, 176)의 필요한 이동 프로파일을 컨트롤러(14, 112)에 입력하는 것에 의해 수행된다. 이러한 전압 파형은 그런 다음 니들(76, 176)의 이동을 만들기 위해 단계 314에서 고안된 수학 방정식에 입력된다. 수학 방정식의 이러한 출력은 감산 접합부(subtraction junction)에 입력되고, 이는 니들(76, 176)의 필요한 이동과 수학 방정식에 의해 계산된 니들(76, 176)의 이동 사이의 차이를 구할 수 있다. 그러나, 전압 파형을 생성하는 다른 방법이 고려된다. 수학적 모델에 추가하여, 컨트롤러(14, 112)는 요구 전압을 결정하기 위해 컨트롤러(14, 112)의 메모리(15, 113)에 저장된 분사될 재료의 양태와 같은 모델 파라미터들을 참조할 수 있다. 요구 전압은 사다리꼴 파형 또는 필요한 압전 디바이스 이동을 만드는데 적합한 다른 파형을 포함할 수 있다.
요구 전압이 단계 322에서 결정된 후에, 컨트롤러(14, 112)는 단계 322에서 결정된 요구 전압과 일치시키도록 단계 326에서 압전 디바이스(26, 126)에 제공된 전압 파형을 조정할 수 있다. 한 실시예에서, 전압 파형은 다른 증분이 고려될지라도 5 마이크로초(μs)마다 조정될 수 있다. 그 결과, 단계 322 후에, 도포기(10, 100)들은 단계 306에서 지정된 제2 분배 작동을 시작할 수 있다. 제2 분배 작동이 진행되는 동안, 이동부의 위치는 단계 330에서 시간 경과에 따라서 모니터링될 수 있다. 단계 330은 모니터링되는 이동부의 이동에서의 변화가 검출될 수 있고, 압전 디바이스(26, 126)에 공급되는 전압 파형이 일관된 분배 작동을 달성하기 위해 미세 조정될 수 있는 것을 보장한다. 이동부의 위치는 시간 경과에 따라 연속적으로 또는 간헐적으로 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 이동부의 위치는 100회 분배 상이클마다 한번씩 모니터링될 수 있다. 그러나, 분배 사이클의 이러한 수는 단지 예시일뿐이다.
이제 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 시간 경과에 따른 도포기(10, 100)들의 이동부의 위치, 및 도시된 이동 프로파일을 만드는데 사용되는 방법(300)에 따라서 결정된 전압 파형 입력을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 라인(402)에 의해 도시된 이동부의 필요한 위치는 제1 위치로부터 빠른 이동(230-500 μs), 제2 위치에서의 정지(500-1000 μs), 및 제2 위치로부터 제1 위치로의 빠른 복귀 이동(1000-1275 μs)을 포함하는 뚜렷한 사다리꼴 파형을 가진다. 이러한 이동에서, 제1 위치는 니들(76, 176)의 전술한 제1 위치에 대응할 수 있고, 제2 위치는 니들(76, 176)의 제2 위치에 대응할 수 있다. 희망 위치 프로파일과 대조적으로, 시간 경과에 따른 이동부의 실제 위치는 라인(404)을 사용하여 도시되어 있다. 시간 경과에 따른 실제 위치는 거의 편차없이 필요한 위치를 가깝게 따르는 것으로 보여질 수 있다. 또한, 라인(404)은 라인(402)의 형상으로부터 비교적 적은 요철(bump) 또는 다른 편차를 보인다. 이러한 것은 도 16b에서 라인(406)으로 도시된, 방법(300)에 따라서 결정된 전압 파형의 사용에 기인한다. 방법(300)은 전압 파형이 도포기(10, 100)들의 다양한 이동부의 댐핑, 진동 및 운동량을 설명하는 위치 이동을 유발하는 것을 가능하게 한다.
대조적으로, 도 17a 및 도 17b를 참조하면, 시간 경과에 따른 도포기의 이동부의 위치 및 위치 이동을 생성하는데 사용되는 전압 파형 입력을 나타내는 그래프가 도시되며, 여기에서, 전압 파형은 개방 루프를 사용하는 시스템을 통해 만들어진다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 이동부의 위치는 도 16a에 도시되고 라인(402)에 의해 표현된 이동부의 필요한 위치를 달성하기 위한 시도에서 개방 루프를 사용하여 라인(410)으로 표시된다. 그러나 라인(410)은 원하지 않는 진동을 포함하고 필요한 값을 지속적으로 초과하며, 이는 분사되는 재료의 품질에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 위치 이동을 만드는데 사용되는 전압 파형은 도 17b에 도시되고 라인(414)으로 표현된다. 2개의 개별 위치 이동을 비교할 때, 방법(300)에 따라서 획득된 전압 파형에 의해 만들어진 위치 이동(404)은 개방 피드백 루프로부터 획득된 전압 파형에 의해 만들어진 위치 이동(410)보다 훨씬 근접하여 필요한 이동 궤적을 추적한다.
또한, 전술한 도포기(10, 100)들은 전압이 압전 디바이스에 인가될 수 있는 동적 및 개별화된 특성으로 인해 현재 존재하는 개방 루프 도포기 시스템 이상의 이점을 제공한다. 다양한 도포기들은 니들 변환 동안 진동을 유발하는 미급 감쇠되는(underdamped) 것에 더하여 고유한 허용 오차, 고유 주파수, 감쇠력 등을 가진다. 그 결과, 동일한 분배 작동은 다른 시스템들의 압전 디바이스에 다른 전압이 인가되는 것을 요구할 수 있다. 아울러, 니들 이동은 부품 마모 또는 환경 변화로 인해 시간 경과에 따라 변할 수 있다. 도포기의 이동부를 동적으로 모니터링하고 이러한 부분들의 이동을 모델링하는 것에 의해, 도포기는 희망 분배 작동을 정확하게 수행하기 위해 특정 고유 도포기를 위한 요구 전압을 결정할 수 있다. 또한, 도포기는 도포기 내에서의 또는 도포기가 위치된 환경에서의 변화를 수용하기 위해 시간 경과에 따른 이러한 요구 전압을 변경할 수 있다. 그 결과, 작업자는 압전 디바이스의 여기를 제어하기 보다는 니들 이동에 걸쳐서 직접적인 제어를 실시할 수 있다. 이러한 것은 재료 분배의 더 정확하고 정밀한 공정 제어와 압전 디바이스에 제공할 새로운 전압 파형의 전개로 이어질 수 있다.
본 발명의 다양한 발명 양태, 개념 및 특징이 예시적인 실시예에서 조합하여 구현되는 것으로서 본 명세서에서 설명되고 예시될 수 있지만, 이러한 다양한 양태, 개념 및 특징은 개별적으로 또는 다양한 조합 및 그 하위 조합으로 많은 대안적인 실시예에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 명시적으로 배제되지 않는 한, 이러한 모든 조합 및 하위 조합은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 재료, 구조, 구성, 방법, 회로, 디바이스 및 구성 요소, 소프트웨어, 하드웨어, 제어 로직, 형성, 끼워맞춤 및 기능 등에 대한 대안과 같은 본 발명의 다양한 양태, 개념 및 특징에 관한 다양한 대안적인 실시예가 본 명세서에서 설명될 수 있지만, 이러한 설명은 현재 공지되었거나 추후에 개발되든간에 이용 가능한 대안적인 실시예의 완전하거나 배타적인 목록이 아니다. 당업자는 본 발명의 양태, 개념 또는 특징 중 하나 이상을 추가의 실시예로 쉽게 채택할 수 있고, 이러한 실시예들은 본 명세서에 명시적으로 개시되지 않더라도 본 발명의 범위 내에서 사용할 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 일부 특징, 개념 또는 양태가 본 명세서에서 바람직한 배열 또는 방법으로서 설명될 수 있을지라도, 이러한 상세한 설명은 명시적으로 언급되지 않는 한 이러한 특징이 요구되거나 필요하다는 것을 제시하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 예시적 또는 대표적인 값 및 범위는 본 개시 내용의 이해를 돕기 위해 포함될 수 있으며; 그러나, 이러한 값 및 범위는 제한적인 의미로 해석되어서는 안되며, 명시적으로 언급된 경우에만 임계 값 또는 범위이도록 의도된다. 더욱이, 다양한 양태, 특징 및 개념이 본 명세서에서 발명적이거나 발명의 일부를 형성하는 것으로 명시적으로 식별될 수 있지만, 이러한 식별은 배타적인 것으로 의도된 것이 아니라, 이러한 또는 특정 발명의 일부로서 명시적으로 식별됨이 없이 본 명세서에서 완전히 설명된 발명 양태, 개념 및 특징이 있을 수 있으며, 본 발명의 범위는 대신 첨부된 청구범위 또는 관련되거나 또는 계속 출원의 청구범위에서 설명된다. 예시적인 방법 또는 공정에 대한 설명은 모든 경우에 요구되는 모든 단계를 포함하는 것으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급하지 않는 한 단계들이 요구되거나 필요한 것으로서 해석되도록 제시되는 순서도 아니다.
본 발명은 제한된 수의 실시예를 사용하여 본 명세서에서 설명되었지만, 이들 특정 실시예는 본 명세서에서 달리 설명되고 청구된 바와 같이 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 설명된 다양한 요소의 정확한 배열 및 물품 및 방법의 단계의 순서는 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 예를 들어, 방법의 단계가 도면에서 일련의 참조 부호 및 블록의 진행을 참조하여 설명되었을지라도, 방법은 필요에 따라 특정 순서로 구현될 수 있다.

Claims (24)

  1. 도포기(applicator)로부터 재료를 분사하기 위하여 상기 도포기의 이동부의 이동을 제어하는 방법으로서,
    상기 이동부가 제1 분배 작동시에 위치 경로를 따라서 병진하도록 압전 디바이스에 전압 파형을 제공하는 것에 의해, 니들에 작동 가능하게 연결된 상기 압전 디바이스를 작동시키는 단계;
    일정 기간에 걸쳐서 상기 이동부의 위치들을 감지하는 단계로서, 상기 위치들은 상기 이동부의 동적 응답을 나타내는 상기 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 한정하는, 상기 단계;
    상기 이동부의 감지된 위치들에 기초하여, 상기 압전 디바이스에 인가되는 전압 파형에 대한 상기 이동부의 동적 응답 모델을 생성하는 단계;
    제2 분배 작동을 위한 파라미터들을 수신하는 단계;
    상기 제2 분배 작동을 위한 파라미터들에 기초하여, 상기 제2 분배 작동을 위한 상기 압전 디바이스의 원하는 움직임을 특징짓는 상기 제2 분배 작동을 위한 희망 위치 프로파일을 결정하는 단계;
    상기 제2 분배 작동을 위한 상기 희망 위치 프로파일을 상기 모델에 적용하여 상기 제2 분배 작동을 수행하기 위해 상기 압전 디바이스에 인가되는 요구 전압 파형을 결정하는 단계; 및
    상기 제2 분배 작동을 수행하기 위해 상기 요구 전압 파형을 상기 압전 디바이스에 인가하는 단계를 구비하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 분배 작동을 수행하기 위하여 상기 압전 디바이스에 인가되는 요구 전압 파형을 결정하는 단계는 상기 제2 분배 작동을 위한 파라미터들 및 복수의 분배 사이클 동안 상기 이동부의 감지된 위치들에 기초한 파라미터들에 기초하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 요구 전압 파형을 인가하는 단계는 고유 전압 및 시간 관계를 가지는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이동부는 상기 압전 디바이스에 작동 가능하게 연결된 증폭기, 상기 증폭기에 작동 가능하게 연결된 푸시 로드, 또는 상기 니들인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 니들의 위치들은 홀 이펙트 센서를 사용하여 감지되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 분배 작동을 수행하기 위하여 상기 압전 디바이스에 인가되는 요구 전압 파형을 결정하는 단계는 상기 제2 분배 작동시에 분배되는 재료의 모델 파라미터들을 참조하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 분배 작동의 파라미터들은 상기 제2 분배 작동시에 분배되는 재료의 유형 또는 크기를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 요구 전압 파형은 사다리꼴 형상을 가지는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 압전 디바이스를 작동시키는 단계는 상기 압전 디바이스의 이동을 증폭시키는 단계를 구비하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 모델은 최적 적합 모델인, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 모델은 다수의 분배 작동들을 갖는 일정 기간에 걸쳐서 상기 이동부의 감지된 위치들에 기초하여 생성되는, 방법.
  12. 이동부의 이동을 액튜에이터에 인가되는 전압과 관련시키는 방법으로서,
    분배 작동시에 상기 이동부가 위치 경로를 따라서 병진하도록 상기 이동부에 작동 가능하게 연결된 압전 디바이스에 전압 파형을 제공하는 단계;
    상기 분배 작동 동안 상기 이동부의 위치들을 감지하는 단계로서, 상기 위치들은 상기 이동부의 동적 응답을 나타내는 상기 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 한정하는, 상기 감지하는 단계; 및
    상기 이동부의 감지된 위치들에 기초하여, 상기 압전 디바이스에 인가되는 전압 파형에 대한 상기 이동부의 동적 응답 모델을 생성하는 단계를 구비하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이동부는 상기 압전 디바이스에 작동 가능하게 연결된 증폭기, 상기 증폭기에 작동 가능하게 연결된 푸시 로드, 또는 상기 푸시 로드에 작동 가능하게 연결된 니들인, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 모델은 최적 적합 모델에 따라서 결정되는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 이동부의 위치들을 감지하는 단계는 홀 이펙트 센서를 사용하여 수행되는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 분배 작동 동안 사전 결정된 간격으로 상기 이동부의 위치들을 모니터링하는 단계를 더 구비하는, 방법.
  17. 제12항에 있어서, 희망 분배 작동의 파라미터들을 수신하는 단계; 및
    상기 희망 분배 작동의 파라미터들에 기초하여 상기 이동부의 이동을 특징짓는 제2 분배 작동을 위한 희망 위치 프로파일을 상기 제2 분배 작동을 위한 파라미터들에 기초하여, 결정하는 단계를 더 구비하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 희망 위치 프로파일을 결정하는 단계는 상기 압전 디바이스에 인가된 전압 파형과 상기 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 관련시키는, 분사될 재료의 파라미터들을 참조하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 재료를 분사하기 위한 도포기로서,
    밸브 시트와 니들을 포함하는 밸브로서, 상기 니들은 상기 밸브로부터 재료를 분사하기 위한 분배 작동시에 제1 위치와 제2 위치 사이에서 병진하도록 구성되는, 상기 밸브;
    전압을 수신하는 것에 응답하여 상기 니들을 이동시키기 위한 압전 디바이스;
    상기 압전 디바이스와 상기 니들 사이에 작동 가능하게 연결된 증폭기;
    이동부의 위치들을 모니터링하기 위한 위치 센서로서, 상기 위치들은 상기 이동부의 동적 응답을 나타내는 상기 이동부의 시간 의존형 위치 프로파일을 한정하고, 상기 이동부는 상기 니들, 상기 증폭기, 또는 상기 증폭기에 작동 가능하게 연결된 푸시 로드를 구비하는, 상기 위치 센서; 및
    상기 압전 디바이스 및 상기 위치 센서와 전기 통신하는 컨트롤러로서,
    상기 이동부의 감지된 위치들에 기초하여, 상기 압전 디바이스에 인가되는 전압 파형에 대한 상기 이동부의 동적 응답 모델을 생성하고,
    분배 작동을 위한 희망 위치 프로파일을 상기 모델에 적용하여 상기 분배 작동을 수행하도록 상기 압전 디바이스에 인가되는 요구 전압 파형을 결정하도록 구성되는, 상기 컨트롤러를 구비하는, 도포기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 이동부에 작동 가능하게 연결된 자석을 더 구비하며, 상기 위치 센서는 홀 이펙트 센서인, 도포기.
  21. 제19항에 있어서, 상기 증폭기는 실질적으로 둥근 단면을 가지는 디스크인, 도포기.
  22. 제19항에 있어서, 상기 증폭기는 레버인, 도포기.
  23. 제19항에 있어서, 상기 니들은 상기 제1 위치에서 상기 밸브 시트로부터 이격되고, 상기 니들은 상기 제2 위치에서 상기 밸브 시트와 접촉하는, 도포기.
  24. 제19항에 있어서, 상기 니들은 상기 제1 위치에서 상기 밸브 시트로부터 제1 거리만큼 이격되고, 상기 제2 위치에서 상기 밸브 시트로부터 제2 거리만큼 이격되고, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 작은, 도포기.
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