KR20050023522A

KR20050023522A - 예압식 저형상 미세 수동 분사펌프

Info

Publication number: KR20050023522A
Application number: KR1020030059817A
Authority: KR
Inventors: 이정기
Original assignee: 주식회사 종우실업
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-10
Also published as: EP1510259A2; DE60335365D1; EP1510259A3; EP1510259B1; US20050045658A1; CN1589974A; CN100420522C; US6913169B2; KR100995652B1

Abstract

본 발명은, 신규한 구조의 제 2 밸브가 하우징 내부공간에서 포펫 밸브와 밀착된 상태로 상하로 움직이면서 펌핑시 내용물인 유체를 예압하여 분사함으로써, 피스톤의 짧은 왕복운동 거리에도 불구하고 펌핑이 가능하여 버튼 및/또는 캡의 길이를 작게 제작하는 것이 가능하고, 펌핑 과정이 매우 부드러우며, 펌핑시 액적 현상이 없이 고른 분사가 가능하고, 공타수 역시 적으며, 펌프를 구성하는 부품의 수가 작아서 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 수동식 분사펌프를 제공한다.

Description

예압식 저형상 미세 수동 분사펌프 {LOW PROFILE, FINE MIST, FINGER-OPERATED, PRECOMPRESSION-TYPE SPRAY PUMP}

본 발명은 예압식 저형상 미세 수동 분사펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 신규한 구조의 제 2 밸브가 포펫 밸브와 하우징의 유입구 사이에서 상하로 움직이면서 펌핑시 내용물을 예압하여 분사함으로써, 피스톤의 짧은 왕복운동 거리에도 불구하고 펌핑이 가능하여 버튼 및/또는 캡의 길이를 짧게 제작하는 것이 가능하고, 펌핑 과정이 매우 부드러우며, 펌핑시 액적 현상이 없이 고른 분사가 가능하고, 공타수 역시 적으며, 펌프를 구성하는 부품의 수가 작아서 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 수동식 분사펌프에 관한 것이다.

액상의 내용물을 밀폐된 용기에 저장한 상태에서, 펌프의 상단에 장착되어있는 버튼을 간단히 눌러서 내용물인 유체를 버튼의 노즐을 통해 분무 형태로 용기의 외부로 토출하는 분사펌프는, 여러 가지 장점으로 인해 널리 사용되고 있다. 그러한 분사펌프는 내용물의 상태(예를 들어, 유체의 점도 등), 1 회 펌핑량 등 여러 요건들에 의해 다양한 구조로 개발되어왔다.

점도가 낮은 액상 내용물을 분무 형태로 토출하는 분사펌프의 대표적인 구조를 살펴보면, 펌프 본체를 용기의 출구에 밀봉된 상태로 체결하는 캡(cap); 상기 캡에 체결되어 유체의 흐름을 유도하며 다단식의 구조(아래쪽으로 갈수록 순차적으로 작아지는 구조)로 되어있는 하우징(housing); 상기 하우징의 내면을 따라 상하 왕복운동을 하며, 내부에 수직 관통로가 형성되어있는 피스톤(piston); 상기 관통로를 개폐하는 로드(rod)가 상부에 형성되어있는 포펫 밸브(poppet valve); 상기 피스톤 또는 포펫 밸브에 상향 복원력(upward returning force)을 제공하는 스프링(spring); 상기 피스톤의 상단에 장착되며, 피스톤의 관통로와 연결되어있는 노즐이 측면에 설치되어있는 버튼(button) 등으로 구성되어 있다.

따라서, 유체를 분사하기 위하여 버튼을 누르면(하향력을 인가하면), 하우징의 내부에 유입되어있는 유체가 가압되어 피스톤의 관통로를 따라 상승하여 노즐을 통해 분사된다. 반대로, 버튼에 인가된 하향력을 제거하면, 관통로는 포펫 밸브의 로드에 의해 폐쇄되고 피스톤이 상승하면서 하우징의 내부공간의 압력이 저하되며 이를 보충하기 위하여 용기로부터 유체가 유입되게 된다.

펌핑 과정에서 하우징 하단 유입구를 개폐하여 하우징 내부공간의 압력을 변화시킴으로써 유체의 펌핑을 가능하게 위한 다양한 구조들이 개발되어 있다. 펌핑시 상기 유입구를 개폐하는 수단의 대표적인 것으로 볼이 사용되고 있다. 그러나, 볼은 구형의 형상을 가지므로 유입구의 완벽한 차단이 어렵고, 하우징 내부공간의 압력 변화에 대한 반응속도가 느리므로, 펌핑시 액적 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 즉, 볼과 유입구의 접촉 면적이 작으므로 가압시 일부 유체가 용기 쪽으로 새어나와 하우징 내부의 압력 손실을 초래한다. 또한, 개폐 수단으로서의 볼은 가압시 중력에 의해 유입구를 폐쇄하고 압력의 이완시 유입구를 개방하게 되지만, 가압시 하우징 내부공간의 유체의 밀도도 높아지므로 볼의 상대적인 중력값이 적어져 빠른 폐쇄가 어렵다. 따라서, 이러한 압력 손실 및 늦은 반응속도로 인해 분사의 초기 및 종료 단계에서 유체의 액적 현상이 일어나게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 펌핑시 내용물을 예압할 수 있는 구조가 개발되었다. 예압식 분사펌프는, 펌핑을 위한 버튼의 가압시, 피스톤의 하강에 의해 하우징 내부공간의 내용물이 일정한 압력에 도달하였을 때, 포펫 밸브의 로드와 피스톤의 관통로 사이의 밀착 부위가 순간적으로 개방되어 분사가 행해지고 분사가 완료된 상태에서는 상기 부위가 빠르게 폐쇄되도록 하는 구조로 되어 있다.

이러한 예압식 분사펌프의 예로는, 슬라이딩 실(sliding seal)을 포펫 밸브에 장착한 구조의 미국특허 제5,277,559호의 분사펌프, 2 개의 스프링을 사용한 구조의 본 출원인의 한국특허출원 제2002-67623호의 분사펌프, 2 개의 볼을 사용한 구조의 본 출원인의 한국실용신안등록 제204024호의 분사펌프, 제 2 실린더가 하우징의 유입구로부터 위쪽으로 연장되어 있는 구조의 미국특허 제5,096,097호의 분사펌프 등을 들 수 있다. 이들 선행기술들은 각각 나름대로의 기술적 특징을 가지지만, 하기와 같은 문제점을 가지고 있다.

미국특허 제5,277,558호는, 포펫 밸브의 측면에 밀착된 상태에서 상하로 움직이는 슬라이딩 실이 약간의 성형 오차에 의해서도 오작동의 가능성이 높다는 문제점을 가지고 있다. 2 개의 스프링을 사용하는 한국특허출원 제2002-67623호와 2 개의 볼을 사용하는 한국실용신안등록 제204024호는, 우수한 예압 성능을 발휘하지만, 이러한 부품들의 추가적인 사용에 따른 제조 및 조립 비용의 상승과 펌핑시 다소 경직한 느낌을 준다는 문제점을 가지고 있다. 제 2 실린더를 포함하고 있는 미국특허 제5,096,097호는, 내용물의 압축을 위한 하우징 내부공간의 적정한 가변성 체적을 제공하기 위하여 피스톤의 왕복운동 거리가 길어야 하므로 그에 따라 버튼 또는 하우징의 길이가 길어야 하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 내용물의 분사시 액적 현상이 일어나지 않으면서, 피스톤의 왕복운동 거리가 짧고, 펌핑이 부드럽게 행해질 수 있으며, 제조비용이 저렴한 수동식 분사펌프에 대한 필요성이 높은 실정이다.

최근에는, 분사펌프의 성능뿐만 아니라 용기에 장착하였을 때 전체 제품의 심미감을 손상시키지 않는 분사펌프에 대한 수요가 큰 실정이다. 분사펌프가 용기에 장착된 상태에서 외부로 노출되는 부위는 버튼과 캡 정도이다. 요구되는 펌핑량을 얻기 위해서는 하우징 내부공간의 가변적 체적과 피스톤의 왕복운동 거리가 적정한 크기를 가져야 한다. 하우징 내부공간의 가변적 체적은 하우징의 길이와 폭에 의해 결정되는데, 용기에 장착되는 펌프의 크기 등을 고려할 때, 길이와 폭을 크게 함에 있어서 어느 정도 한계가 있다. 하우징의 크기가 일정한 경우에는 피스톤 왕복운동의 거리에 비례하여 펌핑량이 증가하게 된다. 피스톤 왕복운동 거리를 길게 하려면, 필연적으로 버튼 또는 캡의 길이가 길어야 하고, 긴 버튼 또는 캡이 장착된 펌프는 용기에 장착되었을 때 제품의 심미감을 손상시킨다. 따라서, 버튼 또는 캡의 길이, 궁극적으로는 피스톤 왕복운동의 거리가 짧음에도 펌핑이 가능한 분사펌프가 요구된다.

또한, 유체가 하우징 내부에 유입되지 않은 상태에서 최초 분사를 위한 펌핑 횟수, 이른바 "공타수"가 적은 펌프에 대한 필요성도 존재한다. 이는 유체의 점도가 낮아 사용중에 많은 유체가 용기쪽으로 빠져나오는 경우나, 일부 의약품과 같이 장기간 실린더 내부공간에 유체를 보관하는 것이 바람직하지 않은 경우에 특히 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 짧은 피스톤 왕복거리, 궁극적으로는, 버튼 및/또는 캡의 길이가 짧으면서도 펌핑이 가능하고, 액적 현상이 없으며, 펌핑이 부드럽게 행해질 수 있고, 적은 공타수로도 작동되며, 펌프를 구성하는 부품의 수가 적어 제조비용이 낮은 수동식 분사펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 예압식 저형상 미세 수동 분사펌프는,

펌프 본체를 용기의 출구에 밀봉된 상태로 체결하는 캡;

상기 캡에 결합되어 내용물인 유체의 흐름을 유도하며 다단식의 구조로 되어있는 하우징;

상기 하우징의 내면에 밀착된 상태에서 상하로 움직이며 내부에 수직 관통로가 형성되어있는 피스톤;

상기 관통로를 개폐하는 상부의 로드와 상기 로드와 일체로 형성되어 있는 하부의 원통형 연장부로 이루어진 포펫 밸브;

상기 포펫 밸브에 상향 복원력을 제공하는 스프링;

상기 피스톤의 상단에 장착되며 피스톤의 관통로와 연결되어있는 노즐이 측면에 설치되어있는 버튼; 및

상기 포펫 밸브와 하우징 하단의 유입구 사이에 위치되어 있고, 포펫 밸브의 원통형 연장부의 내면에 밀착된 상태에서 상하로 움직이는 원통형의 본체부와 상기 본체부에 일체로서 형성되어 있고 그것보다 큰 직경의 귀두부로 이루어져 있어서, 압축모드에서는 상기 귀두부가 하우징 하단 유입구를 폐쇄하고, 이완모드에서는 상기 귀두부가 하우징 하단 유입구를 개방하는 제 2 밸브를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

본 발명에서의 "압축모드(compression mode)"란, 버튼에 압력을 인가함으로써 하우징 하단 유입구가 폐쇄되면서 피스톤이 하강하는 상태를 의미하며, 구체적으로는, 포펫 밸브의 로드에 의해 피스톤의 관통로가 폐쇄되어 하우징 내부공간의 유체가 가압되는 "예압모드(precompression mode)"와, 하우징 내부공간의 유체 압력이 일정한 수준에 도달하였을 때 상기 관통로가 개방되면서 유체가 노즐을 통해 분사되는 "분사모드(spray mode)"를 포함한다.

또한, 본 발명에서의 "이완모드(release mode)"란, 버튼에 인가된 압력을 제거함으로써 하우징 하단 유입구가 개방되는 상태를 의미하며, 구체적으로는, 스프링의 복원력에 의해 피스톤이 상승하면서 유입구를 통해 감압된 하우징 내부공간으로 유체가 유입되는 "유입모드(inflow mode)"와, 피스톤이 최대로 상승한 상태에서 더 이상 움직이지 않는 "휴식모드(rest mode)"를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 분사펌프의 펌핑은 "휴식모드 → 예압모드 → 분사모드 → 유입모드"를 1 사이클로 하여 실행되게 된다.

본 발명에 따른 분사펌프에서, 제 2 밸브는 펌핑시 하우징 하단 유입구를 개폐하여, 하우징 내부공간으로 유체가 유입되고 유입된 유체가 예압된 뒤 분사될 수 있도록 하는 작용을 한다. 즉, 제 2 밸브의 상부(원통형 본체부)는 그것의 외면이 포펫 밸브의 아래쪽에 형성되어있는 원통형 연장부의 내면을 따라 상하로 움직일 수 있게 체결되고, 하부(귀두부)가 하우징 하단 유입구를 개폐하게 된다.

본 발명의 분사펌프에서 제 2 밸브는 하우징과 마찬가지로 플라스틱 소재로 되어 있으므로, 서로 접하게 될 때 밀착력이 우수하여, 개폐수단으로서 볼이 사용되는 경우보다 펌핑과정에서의 압력손실이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 분사펌프는 예압 능력이 매우 우수하여 액적 발생을 근본적으로 방지할 수 있다. 또한, 압축모드에서는, 포펫 밸브가 하강함에 따라, 상기 포펫 밸브의 연장부에 밀착된 원통형 본체부가 함께 하강하므로 귀두부가 하우징 하단 유입구를 바로 폐쇄할 수 있고, 반대로 이완모드에서는, 스프링의 복원력에 의한 포펫 밸브의 상승에 의해 귀두부가 하우징 하단 유입구를 바로 개방하므로, 펌프의 작동시 그것의 반응속도가 매우 빠르다. 따라서, 본 발명에 따른 분사펌프는, 종래의 분사펌프와 비교하여, 피스톤의 왕복운동 거리가 짧더라도 동일한 펌핑량을 제공할 수 있으므로 버튼과 캡의 길이를 짧게 제작할 수 있고, 1 회 펌핑시 하우징 내부공간의 가변 체적의 크기가 크므로 공타수를 현저히 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예에서, 하우징의 상기 하단 유입구의 상단은 반구형으로 만입되어 있고, 제 2 밸브의 상기 귀두부의 하단은 상기 반구형 만입부에 밀착될 수 있도록 반구형으로 돌출되어 있다. 따라서, 펌핑 과정에서 제 2 밸브가 하강하여 유입구를 폐쇄할 때에는 그것의 반구형 돌출 부위가 유입구의 반구형 만입 부위와 밀착되어 높은 밀폐력을 발휘한다.

또다른 바람직한 실시예에서, 제 2 밸브의 상기 귀두부는 그것의 외면을 따라 방사형 돌기들을 포함하고 있고, 상기 하우징은, 압축모드에서 상기 제 2 밸브의 귀두부가 위치하게 되는 유입구의 위쪽에, 상기 방사형 돌기들이 맞물릴 수 있는 다수의 방사형 톱니들이 형성되어 있으며, 상기 돌기들과 톱니들이 맞물린 상태에서 수직으로 관통하는 다수의 틈들이 만들어지는 구조로 되어있다. 따라서, 제 2 밸브의 상하 운동은 이러한 방사형 돌기들과 톱니들의 조합에 의해 더욱 안정적으로 유도되므로 원활한 펌핑이 이루어질 수 있다.

또다른 바람직한 실시예에서, 제 2 밸브의 원통형 본체부의 외면 및/또는 포펫 밸브의 원통형 연장부의 내면에는 이들이 접하는 위치에 환형 돌기가 형성되어 있다. 따라서, 제 2 밸브의 원통형 본체부와 포펫 밸브의 원통형 연장부의 밀착력이 더욱 높아질 수 있다.

이하, 본 발명의 하나의 실시예가 도시되어 있는 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1a에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분사펌프의 이완모드(구체적으로는 휴식모드)에서의 단면 형상이 도시되어 있고, 도 1b에는 그것의 압축모드(구체적으로는 분사모드)에서의 단면 형상이 도시되어 있다.

도 1a를 참조하면, 분사펌프(100)는, 그것을 용기(도시하지 않음)의 출구에 밀봉된 상태로 체결하는 캡(200); 캡(200)에 결합되어 내용물인 유체의 흐름을 유도하며 다단식의 구조로 되어있는 하우징(300); 하우징(300)의 내면에 밀착된 상태에서 상하로 움직이며 내부에 수직 관통로(410)가 형성되어있는 피스톤(400); 관통로(410)를 개폐하는 로드(510)와 원통형 연장부(520)로 이루어진 포펫 밸브(500); 포펫 밸브(500)에 상향 복원력을 제공하는 스프링(600); 피스톤(400)의 상단에 장착되며 피스톤(400)의 관통로(410)와 연결되어있는 노즐(710)이 측면에 장착되어있는 버튼(700); 및 포펫 밸브(500)와 하우징(300) 하단의 유입구(310) 사이에 위치되어 있고 원통형 본체부(810)와 귀두부(820)로 이루어져 있는 제 2 밸브(800)를 포함하고 있다.

캡(200)의 원통형 슬리브(210)의 내면에는 용기의 출구에 나사식으로 체결되기 위한 나사선(212)이 형성되어 있고, 슬리브(210)로부터 안쪽으로 연장된 측면부(220)는 하우징(300)의 상단에 견고하게 결합되면서 피스톤(400)에 밀착되도록 탄력적으로 구부러져 있다. 측면부(220)의 구조적 특징은 본 출원인의 PCT 국제출원 WO 02/33258호에 자세히 기재되어 있으며, 그 내용은 참조로서 본 발명에 합체된다.

하우징(300)은 아래쪽으로 직경이 작아지는 다단식 원통 구조로 이루어져 있고, 최하단의 유입구(310)에는 바람직하게는 튜브(도시하지 않음)가 결합된다. 하우징(300)의 더욱 자세한 구조를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에는 하우징(300)의 평면도(a)와 수직단면도(b) 및 저면도(c)가 함께 도시되어 있다. 다단식 구조의 하우징(300)에 있어서, 제 1 턱(320)은, 도 1b에서 보는 바와 같이, 압축모드에서 피스톤(400)이 최저의 높이로 하강하였을 때 도달하는 위치에 형성되어 있고, 제 2 턱(330)은, 도 1a 및 1b에서 보는 바와 같이, 스프링(600)이 놓이는 위치에 형성되어 있으며, 제 3 턱(340)은 압축모드에서 제 2 밸브(800)의 귀두부(820)가 유입구(310)를 폐쇄하는 위치에 형성되어 있다.

제 2 턱(330)은 도 4의 평면도(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 다수의 방사형 톱니들(332)로 형성되어 있다. 스프링(600)의 최하단은 이러한 방사형 톱니들(332) 위에 놓이게 된다. 제 2 턱(330)에는 제 2 밸브(800)의 귀두부(820)도 위치하게 되는데, 추후 설명하는 바와 같이, 귀두부(820)의 방사형 돌기들(도 6의 822)이 제 2 턱(330)의 방사형 톱니들(332)과 맞물리게 될 때, 그 사이에 수직으로 관통하는 다수의 틈이 형성되며, 유입모드에서 이러한 틈을 통해 유체가 하우징 내부공간으로 유입되게 된다. 틈의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니며, 내용물인 유체의 점도와 같은 유변학적 특성과 1 회 토출량 등 여러 요인들을 고려하여, 돌기들과 톱니들의 크기, 수, 간격 등을 변화시킴으로써 결정할 수 있다.

다시 도 1a를 참조하면, 피스톤(400)은 하우징(300)의 내면을 따라 밀착된 상태에서 상하로 움직이게 되는데, 포펫 밸브(500)의 로드(510)가 맞물리는 관통로(410)의 하단은 예압모드에서 높은 밀폐력을 부여하기 위하여 상대적으로 좁은 폭을 갖도록 구성되어 있다.

분사모드 경우를 제외한 기타의 모든 작동상태에서 피스톤(400)과 함께 상하로 움직이는 포펫 밸브(500)의 더욱 자세한 구조를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에는 포펫 밸브(500)의 평면도(a)와 수직단면도(b)가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 포펫 밸브(500)는 상단부의 로드(510), 중앙부의 지지대(530) 및 하단부의 원통형 연장부(520)로 이루어져 있다. 로드(510)는 앞서의 설명과 같이 피스톤(400)의 관통로(410) 하단을 개폐하는 작용을 한다. 따라서, 관통로(410)의 용이한 폐쇄를 위하여 로드(510)의 상단은 원추형으로 형성되어 있다. 지지대(530)는 로드(510) 및 원통형 연장부(520)보다 큰 직경을 가지는데, 그것의 하단에 스프링(600)의 상단이 위치하게 된다. 지지대(530)의 측면은, 평면도(a)에서 보는 바와 같이, 그것의 일부가 대칭적으로 잘려 있으므로, 하우징(300) 내면과의 이격 거리를 더욱 크게 하여, 유체의 상승을 더욱 원활하게 하여 준다. 원통형 연장부(520)는 그것의 내면을 따라 제 2 밸브(800)의 원통형 본체부(810)가 상하로 움직이는 부위로서, 원통형 본체부(810)와의 탄력적인 밀착을 위해 그것의 하단에 환형 돌기(522)가 안쪽방향으로 형성되어 있다.

다시 도 1a를 참조하면, 스프링(600)은 하우징(300)의 제 2 턱(330)과 포펫 밸브(500) 사이에 위치되어 있어서, 지지대(530)를 통해 포펫 밸브(500)에 상향 복원력을 제공한다.

포펫 밸브(500)와 하우징 유입구(310) 사이에 위치되어 있는 제 2 밸브(800)의 더욱 자세한 구조를 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에는, 제 2 밸브(800)의 평면도(a)와 수직단면도(b)가 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 제 2 밸브(800)는 원통형의 본체부(810)와 본체부(810)보다 큰 직경의 귀두부(820)로 이루어져 있다. 원통형 본체부(810)는 포펫 밸브(500)의 원통형 연장부(520) 내에서 상하로 움직이게 된다. 본체부(810)가 연장부(520)에 밀착되면서 원활하게 상하로 움직일 수 있도록, 본체부(810)의 외면 직경은 연장부(520)의 내면 직경보다 약간 작지만 환형 돌기(522)의 내면 직경보다는 약간 크다. 따라서, 탄력적인 플라스틱으로 만들어진 포펫 밸브(500)의 연장부(520)는 제 2 밸브(800)의 본체부(810)에 밀착된 상태에서 상하로 용이하게 움직일 수 있다. 귀두부(820)에 인접한 본체부(810)의 외면에는 한 쌍의 미세돌기(812)가 수직으로 형성되어 있다. 분사펌프(100)의 작동과 관련하여, 이후 설명하는 바와 같이, 압축모드에서 포펫 밸브(500)가 하강하면서 내용물인 유체의 예압 및 분사가 행해질 때, 분사가 완료된 시점에서 포펫 밸브(500)의 원통형 연장부(520)는 제 2 밸브(800)의 미세돌기(812)에 도달하게 되고, 계속적인 하강에 의해 미세돌기(812)를 통과하게 되면, 원통형 연장부(520)는 미세돌기(812)로 인해 본체부(810)로부터 약간 이격되고, 그 틈을 통해 약간 가압된 유체가 하우징 내부공간으로부터 용기쪽으로 배출된다. 그에 대한 자세한 내용은 펌프(100)의 작동과 관련하여 이후 설명한다.

한편, 귀두부(820)의 측면에는 방사형 돌기들(822)이 형성되어 있다. 방사형 돌기들(822)은, 앞서 설명한 바와 같이, 하우징 하단 유입구(310) 바로 위쪽 부위, 즉 제 2 턱(330)을 형성하는 방사형 톱니들(332)과 맞물리게 된다. 따라서, 제 2 밸브(800)의 상하운동은 이들 돌기들(822)과 톱니들(332)에 의해 더욱 안정적으로 유도된다. 또한, 귀두부(820)의 하단(824)은 반구형으로 돌출되어 있고, 그것에 대응하는 하우징 하단 유입구(310)의 상단(312)은 도 4에서 보는 바와 같이 반구형으로 만입되어 있다. 따라서, 귀두부(820)가 하우징 유입구(310)를 폐쇄할 때, 그것의 밀폐력을 더욱 향상시킨다.

도 1a, 1b, 2 및 3을 참조하여, 분사펌프(100)의 작동원리를 이하에서 설명한다. 도 1a에는 휴식모드의 분사펌프(100)가, 도 1b에는 분사모드의 분사펌프(100)가 각각 도시되어 있다.

우선, 도 1a의 휴식모드에서, 분사펌프(100)에 어떠한 힘도 가하지 않을 때, 스프링(600)의 힘에 의해 포펫 밸브(500)의 로드(510)는 피스톤(400)의 관통로(410)를 폐쇄하게 된다. 제 2 밸브(800)의 귀두부(820)는 도 1a에서와 같이 하우징 하단 유입구(310)로부터 떨어져 있다. 경우에 따라서는, 하우징 내부공간(S) 내의 유체의 중력에 의해 귀두부(820)가 유입구(310)를 폐쇄하고 있을 수도 있다.

버튼(700)을 눌러 휴식모드의 펌프(100)에 하강력을 인가하면, 로드(510)가 관통로(410)를 폐쇄한 상태에서 피스톤(400)과 포펫 밸브(500)가 하강하기 시작한다. 또한, 포펫 밸브(500)의 원통형 연장부(520)가 제 2 밸브(800)의 본체부(810)에 밀착되어 있기 때문에, 포펫 밸브(500)의 하강과 함께, 제 2 밸브(800)가 하강하여 귀두부(820)가 하우징 하단 유입구(310)를 바로 차단하게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 분사펌프(100)는 압축모드에서 빠른 반응속도를 보인다. 하우징 하단 유입구(310)가 귀두부(820)에 의해 차단됨에 따라, 하우징 내부공간(S)은 밀폐되게 된다. 이러한 상태에서 피스톤(400)이 계속 하강하면, 포펫 밸브(500)의 원통형 연장부(520)는 제 2 밸브(800)의 본체부(810)의 외면을 따라 밀착된 상태에서 하강하게 되고, 그로 인해, 하우징 내부공간(S)에 있는 유체는 가압된다. 이러한 가압에 의해 유체는 분사전에 예압되므로, 액적 현상이 발생하지 않으면서 어느 시점에 순간적인 분사가 가능하게 된다.

계속적인 예압에 의해, 하우징 내부공간(S)의 유체의 압력이 스프링(600)의 압축력보다 커지게 되면, 도 1b에서와 같이 분사가 이루어진다. 분사모드에서의 펌프(100) 구성요소들의 작동 상태가 도 2에 더욱 상세히 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 분사모드에서 로드(510)가 관통로(410)의 하단 입구(412)로부터 떨어지면서, 가압된 유체가 그 틈을 통해 관통로(410)로 올라가게 된다. 이러한 과정은 순간적으로 진행되고, 유체의 배출로 인해 하우징 내부공간(S)의 압력은 급격히 감소하게 되어, 관통로(410)가 로드(510)에 의해 재차 폐쇄되게 된다.

관통로(410)가 밀폐된 상태에서, 피스톤(400)의 최하단부(420)가 하우징(300)의 제 1 턱(320)에 도달할 때까지 계속적으로 하강하게 된다. 따라서, 하우징 내부공간(S)의 잔여 유체는 다시 가압되게 되는데, 분사 이후의 이러한 가압은 재분사를 초래하지는 않는다. 이후 이완모드에서 용기내의 유체가 실린더 내부공간(S)으로 유입될 때 이러한 잔류 압력은 바람직하지 못하다. 그에 대한 더욱 자세한 내용은 이후에서 설명한다.

버튼(200)에 가해진 압력이 제거되면, 스프링(600)의 복원력에 의해, 도 3에서와 같이, 포펫 밸브(500)가 상승하면서, 제 2 밸브(800)도 상승하게 된다. 제 2 밸브(800)의 본체부(810)가 포펫 밸브(500)의 연장부(520)에 밀착되어 있으므로, 제 2 밸브(800)도 포펫 밸브(500)와 함께 상승하게 되고, 그로 인해 하우징 하단 유입구(310)가 개방된다. 상승하던 제 2 밸브(800)의 귀두부(820), 구체적으로는 방사형 돌기(822)가 스프링(600)의 하단에 맞닫게 되면, 제 2 밸브(800)는 더 이상 상승하지 못하고, 포펫 밸브(500)만이 상승하게 된다. 포펫 밸브(500)의 연장부(520)가 제 2 밸브(800)의 본체부(810)에 밀착된 상태에서 상승하므로, 하우징 내부공간(S)의 체적이 증가되고, 그로 인해 감소된 압력을 보충하기 위하여 용기내의 유체가 하우징 제 2 턱(330)과 제 2 밸브 귀두부(820) 사이의 틈(332)을 통해 하우징 내부공간(S)으로 유입된다(화살표 표시).

앞서의 설명과 같이, 압축모드에서 분사 이후에 발생한 하우징 내부공간(S)의 잔류 압력은 이러한 유체 유입의 구동력을 현저히 떨어뜨린다. 한편, 하우징 내부공간(S)의 유체에 잔존하는 기포(공기 방울)들이 계속적인 펌핑에 의해 누적되어 에어 쿠션 현상을 유발할 수 있다. 공기는 일반적으로 유체보다 밀도가 낮아 하우징 내부공간(S)의 위쪽으로 올라가지만, 가압된 상태에서는 기포의 밀도도 상당히 높아져서 상승이 억제될 뿐만 아니라, 유동성이 떨어져서 하우징 내부공간(S)의 아래쪽에 누적될 수 있다. 따라서, 분사 이후에는 하우징 내부공간(S)의 유체를 용기쪽으로 될 수 있는 한 많이 배출시킴으로써, 그것의 압력을 낮추고 기포를 제거하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 6에서와 같이, 분사가 이루어진 직후에 포펫 밸브(500)의 연장부(520)의 환형 돌기(522)가 위치하게 되는 높이에서, 제 2 밸브(800)의 본체부(810)의 외면에 한 쌍의 미세돌기(812)가 형성되어 있으면, 도 2에서와 같이, 분사 이후 포펫 밸브(500)의 연장부(520)의 환형 돌기(522)가 계속적인 하강에 의해 미세돌기(812) 위로 올라가게 되고, 이때 미세돌기(812) 사이의 틈을 통해 하우징 내부공간(S)의 유체가 용기쪽으로 배출되게 된다. 설명의 편의를 위하여, 도 2에서는 분사를 위한 유체의 흐름(위쪽의 큰 화살표)과 배출을 위한 유체의 흐름(중간과 아래쪽의 작은 화살표)이 동시에 이루어지는 것으로 도시되어 있지만, 바람직하게는, 배출이 분사 완료 이후에 진행되도록 미세돌기(812)의 높이를 구성할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 이완모드에서 하우징 내부공간(S)으로의 유체 유입은 피스톤(400)의 상승 직후부터 진행된다. 반면에, 제 2 실린더가 하우징 하단 유입구로부터 위쪽으로 연장되어 있는 미국특허 제5,096,097호의 펌프에서는, 포펫 밸브의 연장부가 피스톤의 계속적인 상승에 의해 제 2 실린더의 상단부로부터 이격될 때 비로소 유체의 유입이 시작된다. 따라서, 완전한 분사가 이루어지지 않은 경우와 같이 실린더 내부공간에 상당한 정도의 압력이 잔류하고 있는 경우에는 유체의 유입이 어렵고, 또한 원활한 유입을 위해서는 상대적으로 큰 실린더 내부공간을 필요로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 펌프(100)는 종래의 분사펌프들와 비교하여 피스톤(400)의 왕복운동 거리가 짧음에도 불구하고 소망하는 량의 펌핑이 가능하다. 피스톤(400)의 왕복운동 거리는, 펌프(100)의 외부에서 보았을 때, 버튼(700)이 움직이는 거리이다. 따라서, 긴 왕복운동 거리는 버튼(700) 및/또는 캡(200)의 높이가 큰 것을 요구한다. 본 발명의 분사펌프(100)는 피스톤 왕복운동 거리가 짧아도 펌핑이 가능하기 때문에 버튼(700)과 캡(200)의 길이가 길 필요가 없다. 또한, 본 발명에 따른 분사펌프(100)는 펌핑시 하우징 내부공간(S)의 가변 체적이 크므로, 적은 공타수로도 최초 분사가 가능할 수 있다.

본 발명에 따른 예압식 소형 분사펌프는, 피스톤의 왕복운동 거리가 짧아도 펌핑이 가능하므로 버튼 및/또는 캡의 길이를 짧게 할 수 있고, 액적 현상이 발생하지 않으면서 펌핑이 부드럽게 행해질 수 있으며, 적은 공타수로도 작동되고, 펌프를 구성하는 부품의 수가 적으므로 제조비용이 낮은 효과를 발휘한다.

이상 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분사펌프의 휴식모드에서의 수직단면도이고;

도 1b는 도 1a의 분사펌프의 분사모드에서의 수직단면도이고;

도 2는 분사모드에서의 펌프 구성요소들의 일부 작동 상태도이고;

도 3은 유입모드에서의 펌프 구성요소들의 일부 작동 상태도이고;

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분사펌프에 사용되는 하우징의 평면도, 수직단면도 및 저면도이고;

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분사펌프에 사용되는 포펫 밸브의 평면도 및 수직단면도이고;

도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분사펌프에 사용되는 제 2 밸브의 평면도 및 수직단면도이다.

도면의 주요 부호에 대한 설명

100: 분사펌프 200: 캡

300: 하우징 400: 피스톤

500: 포펫 밸브 600: 스프링

700: 버튼 800: 제 2 밸브

Claims

펌프 본체를 용기의 출구에 밀봉된 상태로 체결하는 캡;

상기 캡에 결합되어 내용물인 유체의 흐름을 유도하며 다단식의 구조로 되어있는 하우징;

상기 하우징의 내면에 밀착된 상태에서 상하로 움직이며 내부에 수직 관통로가 형성되어있는 피스톤;

상기 관통로를 개폐하는 상부의 로드와 상기 로드와 일체로 형성되어 있는 하부의 원통형 연장부로 이루어진 포펫 밸브;

상기 포펫 밸브에 상향 복원력을 제공하는 스프링;

상기 피스톤의 상단에 장착되며 피스톤의 관통로와 연결되어있는 노즐이 측면에 설치되어있는 버튼; 및

상기 포펫 밸브와 하우징 하단의 유입구 사이에 위치되어 있고, 포펫 밸브의 원통형 연장부의 내면에 밀착된 상태에서 상하로 움직이는 원통형의 본체부와 상기 본체부에 일체로서 형성되어 있고 그것보다 큰 직경의 귀두부로 이루어져 있어서, 압축모드에서는 상기 귀두부가 하우징 하단 유입구를 폐쇄하고, 이완모드에서는 상기 귀두부가 하우징 하단 유입구를 개방하는 제 2 밸브;

를 포함하는 것으로 구성되어 있는 분사펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징 하단 유입구의 상단은 반구형으로 만입되어 있고, 제 2 밸브의 상기 귀두부의 하단은 상기 반구형 만입부에 밀착될 수 있도록 반구형으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 분사펌프.
제 1 항에 있어서, 제 2 밸브의 상기 귀두부는 그것의 외면을 따라 방사형 돌기들을 포함하고 있고, 상기 하우징은, 제 2 밸브의 상기 귀두부가 위치하게 되는 유입구의 위쪽에, 상기 방사형 돌기들과 맞물릴 수 있는 다수의 방사형 톱니들이 형성되어 있으며, 상기 돌기들과 톱니들이 맞물린 상태에서 수직으로 관통하는 다수의 틈들이 만들어지는 구조로 되어있는 것을 특징으로 하는 분사펌프.
제 1 항에 있어서, 제 2 밸브의 상기 원통형 본체부의 외면 및/또는 포펫 밸브의 상기 원통형 연장부의 내면에는 이들이 접하는 위치에 환형 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분사펌프.
제 1 항에 있어서, 압축모드에서 피스톤이 하강하면서 유체가 예압 및 분사가 이루어질 때 포펫 밸브의 상기 원통형 본체부의 하단이 도달하는 높이에서, 상기 귀두부에 인접한 본체부의 외면에 한 쌍의 미세돌기가 수직으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분사펌프.