KR20190129585A - 세정용 초음파 진동자 및 이를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 세정용 초음파 진동자의 바람직한 실시예는 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판(110)과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판(130)을 구비한 진동블럭과, 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 고정되는 압전 세라믹(200) 및 압전 세라믹(200)의 상하면에 도포되어 양극판(110)과 음극판(130)에 접착시키는 전도성 접착제를 포함하는 세정용 초음파 진동자를 제공할 수 있다.

Description

세정용 초음파 진동자 및 이를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치{ULTRASONIC RESONATOR FOR CLEANING AND CLEANING APPARATUS WITH MULTI FREQUENCY MODE USING THE SAME}

본 발명은 세정용 초음파 진동자 및 이를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 초음파 진동자(ultrasonic resonator)는 전기 에너지를 기계적 진동으로 변환시켜 초음파를 발생시킨다. 이러한 초음파 진동자는 초음파 가습기, 초음파 자극기, 초음파 피부마사지기와 같은 생활용품으로부터 초음파 세척기, 초음파 융착기, 정밀계측을 위한 초음파센서 등과 같은 산업분야 등에 적용되며, 군사용으로 잠수함의 음향탐지기, 어업용으로 어군탐지기 및 의료용으로 초음파 진단기, 초음파 수치료기 등에까지 활용된다.

이중 초음파 세척기는 전계를 인가하였을 때 기계적 변위 또는 진동을 발생시키고, 기계적 변위 또는 진동을 인가하였을 때 발생된 전계를 이용하여 기계적 에너지로 변환시켜 세정을 진행하는 장치다.

이와 같은 종래의 초음파 진동자를 이용한 세정장치는 대부분 하나의 재질로 형성된 압전소자를 다수개 사용하여 진동 장치를 제작함으로써, 압전소자의 최대 검출전압에 해당하는 최적의 단일 구동 주파수를 갖도록 진동 장치의 구동을 제어하고 있다. 따라서, 최적 구동 주파수를 갖는 구동 신호를 미세하게 조정하기 어려웠으며, 이에 따라, 효율적인 진동을 얻기도 힘들었다.

또한, 종래의 초음파 진동자는 500KHz 이상의 고주파를 발생시켜 피세정 목적물(예를 들면, 반도체 웨이퍼)의 하단에 진동블럭 없이 세라믹(진동소자)를 직접 부착하여 적용함에 따라 고도로 훈련된 전문 인력만이 작업이 가능함에 따라 생산원가 및 설치비가 고가인 문제점이 있었다.

또한, 종래의 초음파 진동자는 초음파 진동자를 구성하는 세라믹의 두께만으로 주파수를 높이는 방식으로 적용하였으나, 이 경우 세라믹의 두께가 증가 될 수 록 발진기에서 입력받는 복수의 전류 모두에 대응이 어렵기에 다조식 세정기에 적용될 경우에 피세정 목적물에 따라 진동자를 교체해야되는 불편한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 초음파 진동자는 원형으로 세정기 내에 고정되는 진동부(20)의 바닥면에 고정된다. 그리고 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파는 진동부(20)의 바닥면

한국 공개특허공보 제10-2006-0062138호(2006.06.12. 공개)

그러므로 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 초음파 진동자를 압전 세라믹(200)과 진동블럭의 두께와, 구성들간의 결합형태 및/또는 진동블럭 재질을 통하여 주파수를 조절할 수 있는 세정용 초음파 진동자를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 발진기에서 입력받는 복수의 전류에 대응 가능하고, 다조식 세정기에서 진동자 구성을 달리할 필요가 없고 설치 및 교환이 간단하게 이루어질 수 있는 세정용 초음파 진동자를 제공함에 있다.

그러므로 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 세정용 초음파 진동자의 바람직한 실시예는 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판을 구비한 진동블럭과, 양극판과 음극판 사이에서 고정되는 압전 세라믹 및 압전 세라믹의 상하면에 도포되어 양극판과 음극판에 접착시키는 전도성 접착제를 포함하는 세정용 초음파 진동자를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 다른 실시예로서, 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판을 구비한 진동블럭과, 양극판과 음극판 사이에서 고정되는 압전 세라믹과, 양극판과 음극판중 어느 하나에서 압전 세라믹을 연통하도록 삽입되어 진동블럭 사이에 압전 세라믹을 고정시키는 고정수단(500) 및 양극판과 음극판 중 어느 하나의 일면에서 고정수단의 외면에 체결 및 절연시키는 절연 와셔를 포함하는 세정용 초음파 진동자를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 또 다른 실시예로서, 세정액을 수용하고, 세정 대상물이 인입되는 세정액 수용부와, 위 실시예들의 초음파 진동자들이 수납되어 세정액 수용부에 고정되는 진동부와, 복 수개의 주파수 모드 선택 명령중 어느 하나를 출력하는 스위치부와, 서로 다른 주파수의 발진신호를 진동부로 출력하는 복 수개의 발진기를 구비한 발진부와, 스위치부에서 선택된 주파수 모드 선택 명령에 따라 복 수개의 발진기중 설정된 어느 하나의 발진기에 발진 명령을 출력하도록 제어하는 제어부를 포함하는 세정용 초음파 진동자를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치를 포함할 수 있다.

본 발명은 초음파 진동자의 주파수를 압전 세라믹과 진동블럭의 두께와, 구성들간의 결합형태 및/또는 진동블럭 재질중 어느 하나로 선택적 조절 가능하도록 구성을 단순화함에 따라 제조 공수, 구성 부품 및 사이즈를 절감시킬 수 있고, 설치 및 교환이 간단하게 이루어질 수 있어 제조 원가 및 설치 비용을 절감시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 압전 세라믹에 별도의 전원 단자를 구성하지 않고, 양극판과 음극판에서 복 수개의 발진기로부터 발진 신호를 직접 입력받을 수 있기에 다조식 세정기에서 선택된 주파수 모드에 따라 초음파 진동자를 교체할 필요가 없어 관리가 용이한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에서 접착력 강화를 위한 접착홈을 도시한 단면도이다.
도 3은 제1실시예의 전극탭이 구현된 단면도이다.
도 4는 전극탭을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 제2실시예의 분해 단면도이다.
도 7는 제2실시예에서 전극탭이 구현된 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 세정용 초음파 진동자를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치를 간략 도시한 블럭도이다.
도 11은 진동부를 도시한 평면도이다.
도 12는 종래와 본 발명간의 데드존(Dead Zone) 비교 도면이다.

이하에서는 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않으며, 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 세정용 초음파 진동자 및 이를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제1실시예는 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판(110)과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판(130)을 구비한 진동블럭(100)과, 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 고정되는 압전 세라믹(200) 및 압전 세라믹(200)의 상하면에 도포되어 양극판(110)과 음극판(130)에 접착시키는 전도성 접착제(300)를 포함할 수 있다.

진동블럭(100)은 소정의 두께를 갖고 일방향으로 연장된 판 형상(예를 들면, 사각형)으로 제작될 수 있다. 이중 양극판(110)과 음극판(130)은 압전 세라믹(200)을 사이에 두고 접착 고정된다.

여기서 양극판(110)과 음극판(130)은 전도성 금속(예를 들면, 알루미늄)소재로서 각각 양(+)과 음(-)의 전기적 신호의 통전이 가능하다. 즉, 양극판(110)과 음극판(130)은 압전 세라믹(200)에서 발진된 초음파 반사 및 방열을 위한 프론트 매스(Front Mass) 및 백 매스(Back Mass)의 역할과 함께 전극으로서의 역할을 동시 수행할 수 있도록 전기 전도성 금속 블럭(예를 들면, 알루미늄)으로 형성된다.

이중 양극판(110)은 발진기로부터 연장된 전선(51, 도 11 참조)이 직접 연결되고, 음극판(130)은 전도성 금속 함체로 이루어진 진동부(20, 도 10 참조)의 바닥판에 접착된다. 즉, 본 발명의 초음파 진동자(10)는 진동부(20)의 함체 바닥면을 음(-)의 전원 및 접지단자로 형성될 수 있다.

전도성 접착제(300)는 압전 세라믹(200)의 상하면에 도포되어 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 압전 세라믹(200)을 고정시킨다. 바람직하게로 전도성 접착제(300)는 카본, 은, 구리중 적어도 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.

압전 세라믹(200)은 전도성 접착제(300)에 의해 양극판(110)과 음극판(130)의 상호 대향된 면에 각각 접착된다. 따라서 압전 세라믹(200)은 양극판(110)과 음극판(130)을 통하여 입력된 전기적 신호에 의하여 고주파(예를 들면, 200~500 KHz)로서 진동을 개시한다.

여기서 본 발명은 압전 세라믹(200)으로부터 인출되는 별도의 전원 단자가 포함되지 않고, 양극판(110)과 음극판(130)의 양면 중 어느 하나의 접촉을 통하여 인가된 전기적 신호에 의해 고주파로서 진동 가능하다.

또한, 본 발명은 제1실시예의 양극판(110)과 음극판(130)에서 전도성 접착제(300)가 밀착되는 일면에서 각각 접착력을 높일 수 있도록 내향된 홈으로 이루어진 복 수개의 접착홈(110a, 130a)과, 다중 주파수 모드의 구현을 위하여 서로 다른 발진기로부터 연장된 전선(51, 도 10 또는 도 11 참조)이 연결될 수 있도록 하나의 초음파 진동자(10)에 복 수개의 전극탭(150)을 더 포함할 수 있다.

이는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에서 접착력 강화를 위한 접착홈(110a, 130a)을 도시한 단면도, 도 3은 전극탭(150)이 구현된 단면도, 도 4는 전극탭(150)을 상세 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 양극판(110)의 접착면(도 2의 하면)과, 음극판(130)의 접착면(도 2의 상면)에서 각각 내향된 복 수개의 접착홈(110a, 130a)과, 양극판(110)의 상면에서 복 수개의 전극탭(150)중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

접착홈(110a, 130a)은 전도성 접착제(300)가 도포되면서 내측으로 유입 및 경화됨에 따라 압전 세라믹(200)과 양극판(110) 및 음극판(130)의 접착력을 높일 수 있다.

전극탭(150)은 전도성 금속 재질로서 양극판(110)의 상면에 내향된 바디홀(110b)에 체결된다. 바람직하게로는 전극탭(150)은 발진기의 숫자에 따라 선택적으로 탈부착시킬 수 있도록 나사방식의 결합구조로 이루어짐이 바람직하다.

그러므로 전극탭(150)은 양극판(110)에 삽입 및 체결되는 탭바디(151)와, 탭바디(151)의 상면에서 직립되어 복 수개의 발진기중 어느 하나에 연결되는 전선(51, 도 11 참조)이 연결되는 연결판(152)으로 구비될 수 있다.

탭바디(151)는 양극판(110)의 상면에서 내향되고, 외면에 나사산이 형성되는 바디홀(110b)에 일치되는 형상으로 제작됨이 바람직하다. 즉, 탭바디(151)는 외면에서 바디홀(110b)의 벽면에 형성된 나사산과 일치되는 나사산이 구비되어 양극판(110)의 상면에 체결된다.

연결판(152)은 탭바디(151)의 상면에서 직립된 판으로서 중심부에 전선이 통과되는 개구(153)가 더 포함될 수 있다.

따라서 발진기에서 연장된 전선(51, 도 11 참조)은 개구를 통하여 연장되되, 납땝 또는 기타 접착 방식에 의하여 통전 가능하도록 연결된다.

그러므로 본 발명의 제1실시예는 상술한 전도성 접착제(300)에 의해 압전 세라믹(200)을 고정시키되, 상기의 접착홈(110a, 130a)과 전극탭(150)중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 제1실시예외에 고정수단(500)을 통하여 양극판(110) 내지 음극판(130)을 고정시키는 제2실시예를 포함할 수 있다. 제2실시예는 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예를 도시한 단면도, 도 6은 제2실시예의 분해 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예는 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판(110)과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판(130)을 구비한 진동블럭(100)과, 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 고정되는 압전 세라믹(200)과, 양극판(110)과 음극판(130)중 어느 하나에서 압전 세라믹(200)을 연통하도록 삽입되어 진동블럭(100) 사이에 압전 세라믹(200)을 고정시키는 고정수단(500)과, 양극판(110)과 음극판(130)중 어느 하나의 일면에서 고정수단(500)의 외면에 체결 및 절연시키는 절연 와셔(400)를 포함할 수 있다.

진동블럭(100)은 소정의 두께를 갖고 일방향으로 연장된 판 형상(예를 들면, 사각형)으로 제작되어 압전 세라믹(200)에서 발생된 초음파를 반사 및 열을 방열시킨다. 아울러 진동블럭은, 예를 들면, 알루미늄과 같은 전도성 금속으로 제작됨에 따라 양극판(110)(Back Mass)과 음극판(130)(Front Mass)의 역할을 수행하게 된다.

이중 양극판(110)과 음극판(130)은 압전 세라믹(200)을 사이에 두고 고정수단(500)에 의해 고정된다.

양극판(110)은 고정수단(500)을 안내할 수 있도록 적어도 관통 형성된 극판 안내공(112)과, 극판 안내공(112)의 벽면 상측에서 절연 와셔(400)를 지지하는 지지단턱(111)을 포함한다.

음극판(130)은 고정수단(500)의 끝단이 체결 및 수용될 수 있도록 내향된 체결홈(131)을 포함한다. 여기서 체결홈(131)은 압전 세라믹(200)에 대향된 일면에서 내향 형성됨에 따라 음극판(130)의 반대면으로 고정수단(500)의 끝단을 돌출시키지 않는다.

극판 안내공(112)은 도면에 도시된 바와 같이 양극판(110)의 일면에서 반대면으로 관통 형성되어 고정수단(500)과 체결 및 안내한다. 여기서 극판 안내공(112)은 고정수단(500)의 외면과 체결가능한 형상(예를 들면, 나사산)이 형성될 수 있다.

지지단턱(111)은 극판 안내공(112)을 이루는 양극판(110)의 벽면 상측에서 단턱을 이루어 후술되는 절연 와셔(400)의 삽입돌기(430)가 설치되는 공간을 형성한다.

아울러, 극판 안내공(112)은 고정수단(500)과 양극판(110)간의 절연을 위하여 벽면에 절연 코팅 처리되거나 고정수단(500)과 이격되도록 고정수단(500)보다 확장된 직경으로 형성될 수 있다.

압전 세라믹(200)은 일방향으로 연장된 판 형상으로서 고정수단(500)을 안내할 수 있도록 관통 형성된 적어도 하나 이상의 압전 안내공(210)을 포함한다. 여기서 압전 세라믹(200)은 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 고정수단(500)에 의해 고정된다.

이때, 압전 세라믹(200)은 양극판(110)을 통하여 양(+)의 전기적 신호와 통전되고, 음극판(130) 및 고정수단(500)을 통하여 음(-)의 전기적 신호와 통전된다.

고정수단(500)은 전도성 금속 재질로서 외부의 발진기와 음극판(130) 및 압전 세라믹(200)과 통전 가능하다.

이를 위하여 고정수단(500)은 극판 안내공(112), 세라믹 안내공을 연통하여 그 끝단이 음극판(130)의 체결홈(131)으로 수용 및 체결될 수 있도록 연장되는 봉체(도면부호가 부여되지 않음)와, 봉체(도면부호가 부여되지 않음)의 선단에서 절연 와셔(400)의 상면에 걸림될 수 있도록 헤드(도면부호가 부여되지 않음)가 포함될 수 있다.

여기서 봉체(도면부호가 부여되지 않음)의 직경은 극판 안내공(112)에 비하여 작고, 와셔공(420) 및 체결홈(131)과 접촉될 수 있는 사이즈로서 성형될 수 있다.

절연 와셔(400)는 양극판(110)과 고정수단(500)간의 전기적 통전을 차단한다. 이를 위하여 절연 와셔(400)는 테프론과 같은 절연성 플라스틱 수지로서 제작될 수 있다.

아울러 절연 와셔(400)는 극판 안내공(112) 및 고정수단(500)의 외면에 비하여 확장된 직경을 갖는 절연 본체(410)와, 절연 본체(410)에서 하향 되어 지지단턱(111)에 설치되는 삽입돌기(430)와, 고정수단(500)을 안내하도록 관통 형성된 와셔공(420)을 포함한다.

절연 본체(410)는 양극판(110)의 극판 안내공(112) 및 고정수단(500) 보다 확장된 직경으로 형성되어 고정수단(500)의 헤드(도면부호가 부여되지 않음)가 걸림되도록 한다.

삽입돌기(430)는 절연 본체(410)에서 하향 연장되어 극판 안내공(112)의 내측으로 삽입되어 지지단턱(111)에 설치된다. 즉, 삽입돌기(430)는 양극판(110)의 극판 안내공(112)의 상부로 삽입된다. 여기서 절연 본체(410) 및 삽입돌기(430)는 일체형으로 사출 성형됨이 바람직하다.

와셔공(420)은 절연 본체(410)의 상면에서 삽입돌기(430)의 중심부로 연통되도록 형성되어 고정수단(500)을 안내한다.

즉, 본 발명의 제2실시예는 제1실시예와 달리 전도성 접착제(300)에 의해 양극판(110)과 음극판(130) 사이에 압전 세라믹(200)을 고정시키는 것이 아닌 연통 삽입되는 고정수단(500)에 의해 고정된다.

이와 같은 제2실시예의 구조는 압전 세라믹(200)과 양극판(110) 및 음극판(130)이 직접 접촉되고, 고정수단(500)을 음(-)의 전기적 신호가 통전되는 전원 라인으로 구성함에 따라 별도의 전원단자가 필요하지 않고, 직접 발진기등에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2실시예는 상술한 다중 주파수 모드에 적용 가능하도록 복 수개의 전극탭(150)을 더 포함할 수 있다. 이는 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 전극탭(150)을 포함한 제2실시예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 제2실시예는 상술한 바와 같이 양극판(110)과 음극판(130) 사이에 적층된 압전 세라믹(200)과, 양극판(110) 내지 음극판(130)을 연통하여 고정시키는 고정수단(500)과, 양극판(110)의 상면에 복 수개가 고정되어 양(+)의 전원이 입력되는 복 수개의 전극탭(150)을 포함한다.

양극판(110)은 전극탭(150)을 고정하도록 상면에서 내향된 바디홀(110b)을 구비할 수 있다.

전극탭(150)은 복 수개로서 각각 서로 다른 발진기에 연결되며, 양극판(110)의 바디홀(110b)에 체결되는 탭바디(151)와, 발진기에서 연장된 전선(51, 도 10 참조)이 연장 및 통전 가능하게 연결되는 개구(153)를 구비한 연결판(152)을 포함할 수 있다.

따라서 제2실시예의 초음파 진동자(10)는 복 수개의 발진기중 어느 하나에서 발진된 양의 전원에 의하여 초음파를 발진시킨다. 이와 같은 복 수개의 발진기에 연결되는 다중 주파수 모드의 초음파 진동자(10)는 도 10 및 도 12를 참조하여 후술한다.

또한, 본 발명은 상술한 제1실시예와 제2실시예가 조합될 수 있고, 또는 제1실시예와 제2실시예에서 하나의 압전 세라믹(200)을 이용한 것과 달리 복 수개로 분할된 압전 세라믹(200)을 구비하여 하나의 초음파 진동자(10)를 제작할 수 있다.

본 발명에 따른 초음파 진동자(10)는 상기와 같은 구성을 모두 또는 선택적으로 포함할 수 있고, 이하에서는 상기와 같은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예의 초음파 진동자(10)를 제조하는 방법을 설명한다.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 진동자의 제조방법을 도시한 순서도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 제조 방법은 압전 세라믹(200)과 진동블럭(100)을 성형 제작하는 S110 단계와, 압전 세라믹(200)의 양면에 전도성 접착제(300)를 도포하는 S120 단계와, S120 단계 이후 압전 세라믹(200)의 양면에 양극판(110)과 음극판(130)을 각각 접착 및 경화시는 S130 단계와, 전극탭(150)을 연결하고 세정기의 진동부(20)에 수납시키는 S140 단계를 포함한다.

S110 단계는 압전 세라믹(200)과 양극판(110) 및 음극판(130)을 소정의 형상으로 성형하는 단계이다. 여기서 압전 세라믹(200)은 양극판(110)과 음극판(130)의 접촉 면적이 확장될 수 있도록 양극판(110)과 음극판(130)과 동일한 형상으로 제작됨이 바람직하다.

아울러, 양극판(110) 및 음극판(130)은 전도성 금속 재질의 판재로서 목적된 주파수에 따라 두께가 조절됨이 가능하다.

또한, 양극판(110) 및 음극판(130)은 전도성 접착제가 접착되는 일면에서 내향된 접착홈(110a, 130a)과, 양극판(110)의 상면에서 전극탭(150)이 체결될 수 있도록 복 수개의 바디홀(110b)이 더 형성될 수 있다.

S120 단계는 전도성 접착제(300)를 도포하는 단계이다. 여기서 전도성 접착제(300)는 카본을 포함할 수 있다. 즉, 전도성 접착제(300)는 압전 세라믹(200)의 양면 및/또는 양극판(110)과 음극판(130)의 양면 중 상호 대향된 각각의 일면에 도포됨도 가능하다.

S130 단계는 압전 세라믹(200)을 사이에 두고 양극판(110)과 음극판(130)을 접착시킨 후 소정이 시간동안 전도성 접착제(300)를 경화시키는 단계이다. 압전 세라믹(200)은 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 전도성 접착제(300)에 의해 고정된다.

S140 단계는 전도성 접착제(300)에 의해 고정된 초음파 진동자(10)의 상면에서 하나 이상의 전극탭(150)을 설치한 뒤에 진동부(20)에 수납하여 전선을 연결하는 단계이다. 전극탭(150)은 탭바디(151)를 양극판(110)의 바디홀(110b)에 나사 결합방식으로 체결된다. 이후 작업자는 복 수개의 발진기중 어느 하나에서 연결되는 양(+)의 전선(51)을 전극탭(150)의 개구(153)으로 연통시킨 뒤 납땝하여 양(+)의 전선과 전극탭(150)을 통전 가능하게 연결한다.

이와 같은 방식으로 복 수개의 초음파 진동자(10)는 전기적으로 병렬 연결되는 구조로서 진동부(20)에 수납된다. 여기서 진동부(20)는 전도성 금속 재질(예를 들면, 스테인레스)로 이루어진 함체로 외부의 세정액(60)이 침투하지 못하도록 밀폐된 공간을 이루게 된다. 따라서 상호 병렬 연결된 복 수개의 초음파 진동자(10)들은 진동부(20)의 바닥면에 전도성 접착제(예를 들면, 카본 또는 은나노 접착제)로 고정된다.

그러므로 진동부(20)는 함체 바닥면이 음(-)의 전원라인 및 접지단자로서 역할을 수행한다. 따라서 본 발명의 제1실시예는 음(-)의 전원 라인을 추가할 필요가 없다.

즉, 본 발명의 제1실시예는 양극판(110)과 음극판(130), 전도성 접착제(300) 및 압전 세라믹(200)만으로 구성을 단순화시킬 수 있고, 복 수개의 전극탭(150)을 구비하였기에 범용성 및 확장성을 갖는다.

도 9는 본 발명에 따른 제2실시예의 제조방법을 도시한 순서도이다.

도 9는 본 발명에 따른 제2실시예의 제조방법은 세라믹과 양극판(110) 및 음극판(130)을 성형하는 S210 단계와, 양극판(110) 내지 음극판(130)에서 안내공들을 가공하는 S220 단계와, 양극판(110) 내지 절연재를 순차적으로 조립하는 S230 단계와, 고정수단(500)이 연통되어 고정시키는 S240 단계와, 전극탭(150) 및 전선을 연결하여 진동부(20)에 수납하는 S250 단계를 포함한다.

S210 단계는 압전 세라믹(200)과 양극판(110) 및 음극판(130)을 소정의 형상으로 성형하는 단계이다. 여기서 압전 세라믹(200)은 양극판(110)과 음극판(130)의 접촉 면적이 확장될 수 있도록 양극판(110)과 음극판(130)과 동일한 형상으로 제작됨이 바람직하다.

아울러, 양극판(110) 및 음극판(130)은 전도성 금속 재질의 판재로서 목적된 주파수에 따라 두께가 조절될 수 있다.

S220 단계는 양극판(110)과 음극판(130) 및 압전 세라믹(200)에 고정수단(500)을 안내할 수 있는 안내공들을 각각 형성하는 단계이다. 즉, 양극판(110)은 고정수단(500)을 안내할 수 있는 극판 안내공(112), 압전 세라믹(200)에는 압전 안내공(210) 각각 가공되고, 음극판(130)은 고정수단(500)의 끝단이 수용되는 체결홈(131)이 가공된다.

아울러 절연 와셔(400)는 테프론과 같은 절연성 소재로 제작되어 절연 본체(410)와 삽입돌기(430)를 연통하는 와셔공(420)이 성형 가공될 수 있다.

또한, 양극판(110)은 극판 안내공(112)의 상측에서 단차 성형된 지지단턱(111)이 형성된다. 여기서 지지단턱(111)은 절연 와셔(400)의 삽입돌기(430)의 직경을 수용할 수 있는 사이즈를 갖도록 성형된다.

S230 단계는 양극판(110)과 음극판(130)과 압전 세라믹(200) 및 절연 와셔(400)를 조립하는 단계이다. 압전 세라믹(200)은 양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 적층된다. 여기서 압전 세라믹(200)이 압전 안내공(210)과, 양극판(110)의 극판 안내공(112)과, 음극판(130)의 체결홈(131)은 상호 일치된 위치에 놓여지도록 적층된다.

여기서 극판 안내공(112)과 체결홈(131)은 서로 다른 직경을 갖도록 성형됨이 바람직하다. 예를 들면, 극판 안내공(112)은 벽면과 고정수단(500)의 외면 사이가 이격되어 상호 절연될 수 있도록 고정수단(500)의 봉체(도면부호가 부여되지 않음) 직경보다 확장된 직경으로 형성될 수 있다.

다만, 와셔공(420)과 체결홈(131)은 고정수단(500)과 직접적으로 접촉될 수 있는 사이즈로 성형된다. 즉, 체결홈(131)은 고정수단(500)이 음극판(130)과 전기적으로 통전 가능한 사이즈를 갖되, 극판 안내공(112)은 고정수단(500)이 양극판(110)과 접촉되지 않도록 이격 된 공간을 형성할 수 있다.

또는, 본 발명에서 극판 안내공(112)은 고정수단(500)과의 절연을 위한 절연 코팅 처리됨도 가능하다.

절연 와셔(400)는 양극판(110)의 상면에서 극판 안내공(112)의 상단으로 삽입된다. 이때 삽입돌기(430)는 극판 안내공(112)의 상측에 형성된 지지단턱(111)으로 설치된다. 따라서 절연 와셔(400)는 삽입돌기(430)가 극판 안내공(112)의 상측에 삽입되어 지지단턱(111)에 의해 지지되도록 조립된다.

S240 단계는 고정수단(500)이 체결되어 초음파 진동자(10)의 조립을 완성하는 단계이다. 고정수단(500)은 확장된 직경을 갖는 헤드(도면부호가 부여되지 않음)와 길이방향으로 연장된 봉체(도면부호가 부여되지 않음)를 포함할 수 있다. 따라서 고정수단(500)의 봉체(도면부호가 부여되지 않음)는 절연 와셔(400)의 와셔공(420)을 통하여 음극판(130)의 체결홈(131)까지 연통 삽입된다. 이때 체결홈(131)은 음극판(130)의 일면에서 내향된 홈으로서 음극판(130)에 관통 성형되지 않았다. 따라서 고정수단(500)의 끝단은 음극판(130)의 외측으로 돌출되지 않는다.

여기서 고정수단(500)은 절연 와셔(400)에 의해 양극판(110)과 절연된 상태에서 압전 세라믹(200)을 연통하여 음극판(130)과 전기적으로 통전된다. 그러므로 압전 세라믹(200)은 양극판(110)을 통하여 양의 전기적 신호, 음극판(130) 및 고정수단(500)을 통하여 음의 전기적 신호를 입력받을 수 있다.

그러므로 초음파 진동자(10)는 절연 와셔(400)부터 음극판(130)까지 고정수단(500)에 의하여 고정된다.

S250 단계는 전극탭(150)을 양극판(110)의 상면에 설치하고, 전극탭(150)에 양(+)의 전선, 고정수단(500)중 어느 하나에 음(-)의 전선을 연결 및 접착하여 진동부(20)에 수납하는 단계이다.

전극탭(150)은 양극판(110)의 상면에 형성된 바디홀(110b)에 나사 결합방식으로 체결되고, 복 수개의 발진기중 어느 하나에 연결되는 양(+)의 전선이 접착 및 연결된다.

또한, 고정수단(500)은 상술한 바와 같이 음(-)의 전원 단자로서 역할을 수행할 수 있다. 따라서 고정수단(500)은 외면에서 음(-)의 전원을 전달하는 전선이 연결된다. 각각의 초음파 진동자(10)들은 이와 같은 과정을 통하여 병렬 연결되어 진동부(20)에 수납된다.

이와 같은 본 발명의 제2실시예는 그 구성이 종래에 비하여 단순화됨에 따라 조립 공수가 절감될 수 있었고, 특히 구성이 단순화됨에 따라 비숙련자라도 쉽게 조립과 교환 가능하다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 초음파 진동자(10)를 이용한 다중 주파수 모드로 구동되는 세정장치를 제공할 수 있다. 이는 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명에 따른 다중 주파수 모드의 초음파 진동자(10)를 이용한 세정장치를 간략 도시한 블럭도, 도 11은 진동부(20)를 도시한 평면도, 도 12는 종래와 본 발명의 데드존(Dead Zone)(a, A)을 비교한 도면이다.

여기서 도 10은 고정수단(500)이 구비된 초음파 진동자(10)가 포함된 제2실시예를 도시하였고, 도 11은 고정수단(500)이 구비되지 않은 제1실시예의 초음파 진동자(10)가 설치된 예를 도시하였다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 세정장치는 복 수개의 초음파 진동자(10)가 수납된 진동부(20)와, 진동부(20) 및 세정액(60)을 수용하는 세정액 수용부(30)와, 초음파 진동자(10)를 제어하는 제어부재(40)를 포함할 수 있다.

진동부(20)는, 예를 들면, 벽면과 바닥면으로 복 수개의 초음파 진동자(10)가 정렬 및 고정되는 내부 공간을 형성하고, 커버(도면번호 부여되지 않음)를 통하여 외부의 세정액(60)이 침투되지 못하도록 밀폐된다. 즉, 진동부(20)는 내부 공간이 밀폐 가능한 함체로서 형성된다.

여기서, 본 발명에 따른 초음파 진동자(10)는 상술한 설명 및 도면에 도시된 바와 같이 사각형으로 제작되어 데드존(Dead Zone)(A)을 감소시킬 수 있다.

즉, 본 발명은 도 12의 (a)와 같이 원형의 형상으로 제작된 종래의 초음파 진동자(1)들과 진동부(20)의 바닥면이 상호 접촉되지 않은 데드존(Dead Zone)(a) 면적을 줄일 수 있는 효과가 있다.

예를 들면, 초음파는 초음파 진동자(10)에서 출력된 초음파는 접촉된 진동부(20)를 매질로 하여 외측으로 출력된다. 따라서 초음파 진동자(10)와 진동부(20) 바닥면 간에 접착된 영역이 많아질수록 초음파 전달율이 높다.

하지만 종래의 초음파 진동자(1)는 원형 또는 타원형으로 제작됨에 따라 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 사각형으로 제작된 경우에 비하여 데드존(Dead Zone)(a)의 면적이 더 크다.

즉, 본 발명은 초음파 진동자(10)를 사각형으로 제작함에 따라 데드존(Dead Zone)(A)을 감소시킬 수 있어 초음파 전달율을 높일 수 있다.

또한, 복 수개의 초음파 진동자(10)는 제어부재(40)로부터 연장되는 케이블(50)이 진동부(20)의 내측으로 인입되어 연결된다.

여기서, 복 수개의 초음파 진동자(10)는 고정수단(500)을 음(-)의 전원단자로서 연결하거나, 전도성 금속 재질의 진동부(20) 바닥면에 전도성 접착제(예를 들면, 카본 성분의 접착제)로 초음파 진동자(10)를 고정시켜 별도의 음(-)의 전원라인을 생략할 수 있다.

세정액 수용부(30)는, 예를 들면, 세정액(60) 및 진동부(20)가 수용되는 탱크로서 바닥면에 진동부(20)가 고정되고, 세정액(60)이 충진된다. 즉, 세정액 수용부(30)는 진동부(20)로부터 출력된 초음파가 세정액(60)을 매질로 하여 세정 대상물에 전달할 수 있는 공간을 형성한다.

제어부재(40)는 주파수 모드의 선택 명령을 출력하는 스위치부(41)와, 스위치부(41)의 명령에 따라 제어명령을 출력하는 제어부(42)와, 제어부(42)에 따라 선택적으로 발진 신호를 출력하는 발진부(43)를 포함한다.

스위치부(41)는 전원의 온/오프, 복 수개의 주파수 모드 선택(예를 들면, A KHz, B KHz, C KHz, A>B>C) 스위치를 포함할 수 있다.

발진부(43)는 복 수개의 발진기를 구비하며, 제어부(42)의 선택명령에 따라서 구동된다. 예를 들면, 발진부(43)는 A 주파수 발진 명령을 출력하는 제1발진기, B 주파수 발진 신호를 출력하는 제2발진기, C 주파수 발진 신호를 출력하는 제3발진기를 포함할 수 있다.

즉, 제어부(42)는 스위치부(41)에서 A 주파수 모드 선택 명령이 입력되면, 제1발진기에 발진명령을 출력하고, B 주파수 모드 선택 명령이 입력되면 제2발진기, C 주파수 모드 선택 명령이 입력되면 제3발진기에 각각 발진 명령을 출력한다.

바람직하게로는 제어부(42)는 스위치부(41)의 수동 입력 명령 또는 설정된 시간을 카운팅하여 발진기를 오프시킴도 가능하다.

따라서 제1발진기 내지 제3발진기는 제어부(42)에서 선택적으로 입력된 발진 명령에 따라 발진신호를 진동부(20)로 출력한다. 이때 출력된 발진신호는 진동부(20)에 병렬 연결되는 초음파 진동자(10)를 병렬 연결시키는 양(+)의 전선(51)을 통하여 출력된다.

그러므로 본 발명은 복 수개의 전극탭(150)을 구비한 초음파 진동자(10)를 구비함에 따라 다중 주파수 모드가 가능한 세정기를 제공할 수 있고, 종래와 같이 주파수 모드에 따라 초음파 진동자(10)를 교체하거나 배선 라인을 교체할 필요가 없다.

이상에서 설명된 본 발명의 세정용 초음파 진동자 및 이를 이용한 다중 주파수 모드의 세정기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능한 것을 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것 은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 초음파 진동자 20 : 진동부
30 : 세정액 수용부 40 : 제어부재
41 : 스위치부 42 : 제어부
43 : 발진부 50 : 케이블
60 : 세정액 100 : 진동블럭
110 : 양극판 110a, 130a : 접착홈
110b : 바디홀 111 : 지지단턱
112 : 극판 안내공 130 : 음극판
131 : 체결홈 150 : 전극탭
151 : 삽입몸체 152 : 연결판
153 : 개구 200 : 압전 세라믹
210 : 압전 안내공 300 : 전도성 접착제
400 : 절연 와셔 410 : 절연 본체
420 : 와셔공 430 : 삽입돌기
500 : 고정수단

Claims (8)

1. 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판(110)과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판(130)을 구비한 진동블럭(100);
   양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 고정되는 압전 세라믹(200); 및
   압전 세라믹(200)의 상하면에 도포되어 양극판(110)과 음극판(130)에 접착시키는 전도성 접착제(300);를 포함하는 세정용 초음파 진동자.
   
2. 청구항 1항에 있어서, 전도성 접착제(300)는
   카본을 포함한 것을 특징으로 하는 세정용 초음파 진동자.
   
3. 양(+)의 전기적 신호를 통전시키는 양극판(110)과, 음(-)의 전기적 신호를 통전시키는 음극판(130)을 구비한 진동블럭(100);
   양극판(110)과 음극판(130) 사이에서 고정되는 압전 세라믹(200);
   양극판(110)과 음극판(130)중 어느 하나에서 압전 세라믹(200)을 연통하도록 삽입되어 진동블럭(100) 사이에 압전 세라믹(200)을 고정시키는 고정수단(500); 및
   양극판(110)과 음극판(130)중 어느 하나의 일면에서 고정수단(500)의 외면에 체결 및 절연시키는 절연 와셔(400);를 포함하는 세정용 초음파 진동자.
   
4. 청구항 3항에 있어서, 양극판(110)과 음극판(130)중 어느 하나는 고정수단(500)과 이격된 직경으로 형성된 극판 안내공(112)을 더 포함하고,
   압전 세라믹(200)은 고정수단(500)이 연통 삽입되는 압전 안내공(210)을 포함하는 세정용 초음파 진동자.
   
5. 청구항 3항에 있어서, 절연 와셔(400)는
   테프론 소재로 제작된 것을 특징으로 하는 세정용 초음파 진동자.
   
6. 청구항 제3항에 있어서, 양극판(110)과 음극판(130)중 어느 하나는
   압전 세라믹(200)을 연통한 고정수단(500)의 끝단이 체결 및 수용되도록 내향된 체결홈(131)을 포함하는 세정용 초음파 진동자.
   
7. 청구항 1항 또는 청구항 3항에 있어서, 양극판(110)은
   상면에 복 수개의 전극탭(150)이 체결되는 것을 특징으로 하는 세정용 초음파 진동자.
   
8. 세정액(60)을 수용하고, 세정 대상물이 인입되는 세정액 수용부(30);
   청구항 1항 또는 청구항 3항의 초음파 진동자(10)들이 수납되어 세정액 수용부(30)에 고정되는 진동부(20);
   복 수개의 주파수 모드 선택 명령중 어느 하나를 출력하는 스위치부(41);
   서로 다른 주파수의 발진신호를 진동부(20)로 출력하는 복 수개의 발진기를 구비한 발진부(43);
   스위치부(41)에서 선택된 주파수 모드 선택 명령에 따라 복 수개의 발진기중 설정된 어느 하나의 발진기에 발진 명령을 출력하도록 제어하는 제어부(42);를 포함하는 세정용 초음파 진동자를 이용한 다중 주파수 모드의 세정장치.
   
   
   
   

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