KR0168214B1 - Ultrasonic humidifier vibrator production method with glass plate protect lamina - Google Patents
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Abstract
본 발명은 은 소부법으로 형성된 압전 진동자의 은 전극 위에 스크린 인쇄법에 의해 도포된 유리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 가습기 진동자에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic humidifier vibrator comprising a glass layer applied by screen printing on a silver electrode of a piezoelectric vibrator formed by the silver baking method.
본 발명은 내식성이 우수한 고경도의 유리층을 은 전극 위에 얇고 균일하게 형성하여 은 전극에 아무런 부작용을 가하지 않고 진동자에 우수한 보호층을 형성함으로서 초음파 가습기용 진동자의 수명을 향상시키는 방법으로, 도금공정을 사용하지 않으므로서 환경규제 측면에서 전혀 문제발생이 없으며 공정관리 측면에서도 실시가 용이하다.The present invention is a method of improving the life of the ultrasonic humidifier vibrator by forming a high hardness glass layer having excellent corrosion resistance thinly and uniformly on the silver electrode to form an excellent protective layer on the vibrator without any adverse effects on the silver electrode. There is no problem in terms of environmental regulation because it is not used, and it is easy to implement in process control.
Description
본 발명은 유리막 보호층을 포함하는 초음파 가습기 진동자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가습을 목적으로 초음파 진동을 이용하여 물을 무화시키는 초음파 가습기에서 물중에서 초음파 진동시 발생하는 침식작용으로부터 초음파를 발생시키는 압전 진동자에 소부된 은 전극 보호를 위해 형성된 유리막 보호층과 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic humidifier vibrator including a glass film protective layer, and more particularly, to generate ultrasonic waves from erosion generated during ultrasonic vibration in water in an ultrasonic humidifier for atomizing water using ultrasonic vibration for humidification purposes. The present invention relates to a glass film protective layer formed for protecting silver electrodes encased in a piezoelectric vibrator and a method of manufacturing the same.
압전 진동자는 가습기의 본체중 급수부에 의해 항상 일정한 수위를 유지하고 있는 저수조의 하부에 초음파를 방사하기 위해 한쪽면이 물에 노출된 구조로 설치되어 있고, 반대면은 발진 회로부와 연결된 구조로 구성된다. 압전 진동자는 발진 회로로부터 초음파 전원이 공급되면 진동하게 되고 이 진동에 의한 음향 방사압의 영향으로 수면 융기현상이 물 표면에 발생하여 이것이 파괴되면서 미립자화되는 것에 의해 무화(霧化)상태가 형성되게 된다.The piezoelectric vibrator has a structure in which one side is exposed to water in order to radiate ultrasonic waves in the lower part of the reservoir where water level is always maintained by the water supply part of the main body of the humidifier, and the opposite side is connected to the oscillation circuit part. do. The piezoelectric vibrator vibrates when ultrasonic power is supplied from the oscillation circuit, and the surface of the water rises under the influence of the acoustic radiation pressure caused by the vibration, causing the atomization state to be formed by breaking down the surface. do.
이러한 압전 진동자는 한쪽 면이 물에 노출된 상태에서 초음파 전원의 공급을 용이하게 하기 위해 한쪽 전면과 외주면 그리고 반대면 일부까지 연결된 전극과 이 전극과 전기적 절연을 위해 일정한 간격을 가진 부분전극을 압전 진동자에 형성하는 구조로 이루어지게 된다.The piezoelectric vibrator includes an electrode connected to one front surface, an outer circumferential surface, and a portion of the opposite surface to facilitate the supply of ultrasonic power when one surface is exposed to water, and a partial electrode having a predetermined interval for electrical insulation with the piezoelectric vibrator. It is made of a structure formed in.
초음파 가습기의 전극은 통상 스크린 인쇄 등의 방법을 통해 은(Ag) 페이스트를 일정한 두께로 압전 진동자에 도포한 후 열처리하여 부착하는 은 소부법을 사용하여 형성되게 된다.The electrode of the ultrasonic humidifier is generally formed by using a silver baking method in which silver (Ag) paste is applied to a piezoelectric vibrator to a certain thickness through a method such as screen printing and then heat-treated and attached.
은 전극은 물중에서 진동자가 초음파 진동을 하게 되면 진동과정에서 발생하는 공동(cavitation)현상과 침식작용에 의해 은 전극이 마모되어 진동자의 무화성능이 현저히 감소하게 된다. 이러한 침식작용은 다음 일반식으로 주어지게 되므로 비커스 경도가 높거나 부식도가 작은 보호층을 은 전극 위에 형성하므로서 진동자의 수명을 향상시킬수 있는데, 진동자의 보호층으로 니켈 도금층을 형성하는 방법(일본 특허공고 소61-2429호)등이 통상 이용되고 있다.When the silver electrode vibrates ultrasonically in water, the silver electrode is worn by the cavitation phenomenon and erosion which occurs during the vibration process, and the atomization performance of the vibrator is significantly reduced. Since the erosion is given by the following general formula, the lifespan of the vibrator can be improved by forming a protective layer having a high Vickers hardness or a low corrosiveness on the silver electrode, and a method of forming a nickel plating layer as the protective layer of the vibrator (Japanese Patent Publication) S61-2429) etc. are normally used.
상기 식에서, E는 침식성, H는 비커스 경도, C는 부식도, α와 β는 상수이며, (α/H2) >βC이다.Wherein E is erosive, H is Vickers hardness, C is corrosion, α and β are constants, and (α / H 2 )> βC.
그러나, 이 방법은 도금공정 중에 산성 또는 알카리성 용액을 거치게 되므로 이 과정에서 은 전극층이 침식을 당하여 은 전극과 압전 진동자 세라믹과의 접착력을 저하시키는 악영향을 주게 되며, 이러한 악영향을 방지하기 위해서 은 전극의 두께를 20㎛이상으로 두껍게 형성하거나 중성에 가까운 수용액을 사용하는 동도금을 별도로 행하여 중간층을 형성하는 방법을 사용하고 있으나 도금공정의 특성상 공정조건이 매우 까다로워 실시가 곤란하고, 공정중에 맹독성의 폐용액이 발생하는 등 생산성, 생산비용, 환경, 공정관리 등의 측면에서 많은 문제점이 있어 왔다.However, since this method undergoes an acidic or alkaline solution during the plating process, the silver electrode layer is eroded in this process, which adversely affects the adhesion between the silver electrode and the piezoelectric vibrator ceramic, and in order to prevent such adverse effects, Although the intermediate layer is formed by forming a thickness of 20 ㎛ or more or copper plating using an aqueous solution close to neutral, the process is very difficult due to the characteristics of the plating process. There have been many problems in terms of productivity, production cost, environment, and process control.
본 발명의 목적은 은 전극의 침식을 방지하고, 공정의 실시가 용이하며 부작용이 없고 환경규제 측면에서 문제가 없는 새로운 유리 보호층을 초음파 가습기 은 전극 위에 형성하는 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of forming a new glass protective layer on an ultrasonic humidifier silver electrode which prevents erosion of the silver electrode, facilitates the process, has no side effects, and has no problems in terms of environmental regulations.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 방법에 의하여 제조된 비교적 저온에서 열처리가 가능하고 내식성이 우수한 유리막 보호층이 형성된 초음파 가습기 진동자를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide an ultrasonic humidifier vibrator having a glass film protective layer capable of heat treatment at a relatively low temperature produced by the above method and excellent in corrosion resistance.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 은 소부법으로 형성된 압전 진동자의 은 전극 위에 스크린 인쇄법에 의해 도포된 유리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 가습기 진동자인 것이다.The present invention is an ultrasonic humidifier vibrator comprising a glass layer applied by screen printing on a silver electrode of a piezoelectric vibrator formed by the silver baking method.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 방법은 은 소부법에 의해 형성된 은 전극 위에 중금속이 함유되지 않고 비교적 저온에서 열처리가 가능한 유리분말을 스크린 인쇄를 이용하여 균일하게 도포한 후 열처리하는 것으로 이루어진다.The method of the present invention consists of uniformly applying a glass powder which does not contain heavy metal on the silver electrode formed by the silver baking method and which can be heat treated at a relatively low temperature using screen printing and then heat treatment.
본 발명에 있어서, 은 전극 위에 형성되는 유리층의 조성은 바람직하게는 SiO258 내지 65중량%, Al2O39 내지 15중량%, K2O5 내지 8중량%, Na2O 6 내지 12중량%, CaO 1 내지 3중량%, B2O54 내지 8중량%이다.In the present invention, the composition of the glass layer formed on the silver electrode is preferably 58 to 65% by weight of SiO 2 , 9 to 15% by weight of Al 2 O 3 , K 2 O5 to 8% by weight, Na 2 O 6 to 12 Wt%, CaO 1-3 wt%, B 2 O 5 4-8 wt%.
일반적으로 사용되는 압전 진동자 세라믹은 주성분중에 납(Pb)을 다량 함유하는데, 납은 증기압이 높아서 900℃이하의 온도에서는 휘발 현상이 현저히 발생한다. 따라서, 압전 세라믹을 소결하여 제조한 이후의 공정에서는 공정온도를 900℃이하로 유지하여야만 한다.Generally used piezoelectric vibrator ceramic contains a large amount of lead (Pb) in the main component, the lead is a high vapor pressure, the volatilization phenomenon occurs significantly at a temperature below 900 ℃. Therefore, in the process after sintering the piezoelectric ceramic, the process temperature must be maintained at 900 ° C or less.
본 발명에 따른 보호층 형성에 사용되는 유리는 저온에서 열처리하여도 충분히 치밀하면서 얇고 균일한 막을 형성하므로 상기한 조건에도 잘 부합되는 것이다.The glass used for forming the protective layer according to the present invention satisfies the above conditions because it forms a thin and uniform film while being sufficiently dense even when heat treated at a low temperature.
본 발명에 따른 유리층의 조성이 상기한 바와 같은 범위를 벗어날 경우, 유리전이 온도가 높거나 850℃ 정도에서 충분한 유동성을 가지지 못하여 보호층 형성에 부적합하게 된다.If the composition of the glass layer according to the present invention is out of the range as described above, the glass transition temperature is high or does not have sufficient fluidity at about 850 ℃ to be unsuitable for forming a protective layer.
본 발명에 따른 초음파 가습기 진동자의 유리층은, 상기한 바와 같은 조성의 혼합분말을 알루미나 도가니에서 유리화 반응 및 균질화하여 유리 용융물을 제조하고; 상온의 물로 급냉하여 파유리를 제조하고; 분쇄한후; 다시 알루미나 볼을 이용하여 미분쇄하여 유리 분말을 제조하고; 얻어진 유리분말을 증류수, 알루미나 볼, 해교제와 함께 혼합기에서 볼밀 분쇄 및 혼합하여 슬러리를 제조하여; 이 슬러리를 스크린 인쇄기로 은 전극이 형성된 압전 진동자의 전극면에 도포하고; 건조기에서 건조시킨후; 전기로에서 열처리하여 형성된다.The glass layer of the ultrasonic humidifier vibrator according to the present invention, by vitrification reaction and homogenization of the mixed powder of the composition as described above in the alumina crucible to produce a glass melt; Quenching with water at room temperature to prepare a cullet; After grinding; It was pulverized again using an alumina ball to prepare a glass powder; The obtained glass powder is milled and mixed in a mixer with distilled water, alumina balls and a peptizing agent to prepare a slurry; This slurry is applied to an electrode surface of a piezoelectric vibrator on which silver electrodes are formed by a screen printing machine; After drying in a dryer; It is formed by heat treatment in an electric furnace.
세라믹 소자 위에 형성되는 층의 두께가 소자 공진주파수에 의해 결정되는 파장의 λ/4 이상의 값이 되면 음파의 간섭이 현저해져서 무화량이 급격히 저하되는 현상이 발생한다. 따라서, 은 전극 위에 형성되는 유리층의 두께를 제어해야 하는데, 본 발명의 유리 보호층의 두께는 10㎛이하, 바람직하기로는 3㎛이다.When the thickness of the layer formed on the ceramic element becomes a value of λ / 4 or more of the wavelength determined by the element resonance frequency, the interference of sound waves becomes remarkable, and the amount of atomization rapidly decreases. Therefore, the thickness of the glass layer formed on the silver electrode should be controlled, but the thickness of the glass protective layer of the present invention is 10 μm or less, preferably 3 μm.
본 발명은 내식성이 우수한 고경도의 유리층을 은 전극 위에 얇고 균일하게 형성하여 은 전극에 아무런 부작용을 가하지 않고 진동자에 우수한 보호층을 형성함으로서 초음파 가습기용 진동자의 수명을 향상시키는 방법으로, 도금공정을 사용하지 않으므로서 환경규제 측면에서 전혀 문제발생이 없으며 공정관리 측면에서도 실시가 용이하다.The present invention is a method of improving the life of the ultrasonic humidifier vibrator by forming a high hardness glass layer having excellent corrosion resistance thinly and uniformly on the silver electrode to form an excellent protective layer on the vibrator without any adverse effects on the silver electrode. There is no problem in terms of environmental regulation because it is not used, and it is easy to implement in process control.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
[실시예 1]Example 1
SiO2, Al2O3, K2O, Na2O, CaO, B2O5분말을 61, 12, 6, 12, 3, 6 중량%가 되도록 칭량한 후, Y자관에서 12시간 이상 충분히 혼합하고 이 혼합분말을 알루미나 도가니에 옮겨 전기로에서 1200℃에서 6시간 정도 충분히 유지하여 유리화 반응과 균질화가 충분히 이루어지도록 한 후 이 유리 용융물을 상온의 물에 부어 급냉시켜 파유리를 제조하였다.SiO 2 , Al 2 O 3 , K 2 O, Na 2 O, CaO, B 2 O 5 powders were weighed to 61, 12, 6, 12, 3, 6% by weight, and then sufficient for at least 12 hours in a Y tube. After mixing, the mixed powder was transferred to an alumina crucible, which was sufficiently maintained at 1200 ° C. in an electric furnace for about 6 hours to allow sufficient vitrification reaction and homogenization, and then the glass melt was poured into water at room temperature and rapidly cooled to prepare a cullet.
이 파유리를 평균입경이 5㎛가 되도록 유발에서 분쇄하고, 다시 알루미나 용기에 유리분말과 직경 10㎜알루미나 볼이 중량비로 1:2가 되게 넣고 평균입경이 1㎛이하가 되도록 24시간 이상 미분쇄하여 유리분말을 제조하였다. 제조된 유리분말 100g과 증류수 40㎖, 직경 5㎜의 알루미나 볼 150g, 해교제(D-305) 1㎖를 테프론 혼합용기에 넣고 40시간 볼밀 분쇄, 혼합하여 유리분말 슬러리를 제조하였다.The cullet is pulverized in a mortar to have an average particle diameter of 5 μm, and the glass powder and 10 mm diameter alumina balls are added 1: 2 in weight ratio to the alumina container, and finely pulverized for at least 24 hours so that the average particle diameter is 1 μm or less. To prepare a glass powder. 100 g of the prepared glass powder, 40 ml of distilled water, 150 g of alumina balls having a diameter of 5 mm, and 1 ml of a peptizing agent (D-305) were placed in a Teflon mixing vessel and ball mill pulverized and mixed for 40 hours to prepare a glass powder slurry.
이 슬러리를 스크린 인쇄기를 이용하여, 두께 10㎛의 은 전극이 형성된 직경 20㎜, 두께 1.25㎜의 압전 진동자의 전극면에 도포하고 120℃의 건조기에서 충분히 건조시킨후 850℃의 전기로에서 0.5시간동안 열처리하여 은 전극 위에 얇은 보호층 유리막을 형성하였다. 이렇게 제조된 압전 진동자를 150℃의 실리콘 오일중에서 4kV의 고전압을 0.5시간동안 인가하여 분극을 행하였다.The slurry was applied to a electrode surface of a piezoelectric vibrator having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.25 mm, on which a silver electrode having a thickness of 10 μm was formed using a screen printing machine, and sufficiently dried in a dryer at 120 ° C. for 0.5 hour in an electric furnace at 850 ° C. The heat treatment was performed to form a thin protective layer glass film on the silver electrode. The piezoelectric vibrator thus prepared was polarized by applying a high voltage of 4 kV for 0.5 hour in a 150 ° C silicone oil.
상기한 바와 같이 제조된 압전 진동자의 보호층 두께에 따른 무화특성을 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the atomization characteristics according to the protective layer thickness of the piezoelectric vibrator manufactured as described above.
표에 나타낸 바와 같이 압전 진동자는 보호층의 형성 이후에도 충분한 무화성능을 나타내었다.As shown in the table, the piezoelectric vibrator showed sufficient atomization performance even after formation of the protective layer.
[실시예 2]Example 2
실시예 1의 방법에 따라, 유리막 보호층의 두께가 3㎛인 시편을 제조하여 종래의 방법에 따라 니켈 도금 보호층이 형성된 시편과 가동시간에 따른 무화량 변화를 기록하였다.According to the method of Example 1, a specimen having a thickness of 3 μm of the glass film protective layer was prepared, and a change in the amount of atomization according to the operating time and the specimen on which the nickel plated protective layer was formed according to the conventional method.
진동자의 부식현상을 가속화하기 위해 초산을 이용하여 물의 pH를 약5로 조절하였다. 그 결과를 다음 표 2에 기재하였다.In order to accelerate the corrosion of the vibrator, the pH of the water was adjusted to about 5 using acetic acid. The results are shown in Table 2 below.
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