KR100299928B1 - 파우어초음파트랜스듀서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic Transducer)에 관한 것으로, 특히 초음파 세척, 화학반응의 촉진 등에 사용되는 초음파 트랜스듀서에 관한 것인데, 그 목적은 한 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)를 이용하여 두 개의 초음파 발생기를 이용한 경우에 발생되는 특성의 불일치 문제를 해결하고 효율을 높일 수가 있는 초음파 트랜스듀서를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 초음파 트랜스듀서에 있어서, 동일축상에서 연속되게 접하는 압전세라믹소자(4) 2쌍과 이 압전세라믹소자(4) 양단에 위치한 카운터메스(5)로 구성된 초음파 발생기(3)를 내부가 비어 있는 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 바디(2) 속에 위치시키고, 이 초음파 발생기(3)의 양쪽에 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 원통형구조의 트랜스미팅 로드(6)를 사용하여 바디(body, 2)의 한쪽 면과 초음파 발생기(3)의 한쪽 면에 연결하여 고정시키고, 상기 바디(2) 내부에 위치한 압전세라믹소자(4), 카운터메스(5), 트랜스미팅 로드(6)의 내부를 관통한 전윈공급기용 전기배선(8)을 바디(2)의 외부 일측단에서 쓰레디드 스터드(7)로 고정시켜 배선시킨다.
Description
본 발명은 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic Transducer)에 관한 것으로, 특히 초음파 세척, 화학반응의 촉진 등에 사용되는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
이 분야에 많이 이용되는 트랜스듀서는 기존의 Langevin 타입(type)으로서 2 개의 금속 가운데 압전소자를 끼우고 전체를 볼트로 조인 형태를 하고 있다.
하지만 이러한 트랜스듀서는 수중에서는 직접 사용할 수 없기 때문에 대개 세척조의 벽면에 부착하여 사용하며, 종진동(1ongitudinal vibration)을 이용함으로써 한 개의 트랜스듀서의 출력에는 제한이 있게 된다.
따라서 고출력을 내기 위해서는 여러 개의 트랜스듀서를 사용해야 하는 불편이 있으며, 이때 트랜스듀서들의 동작시기가 일치되지 않으면 특정한 트랜스듀서의 진동에 의해 발생된 변형력이 주위 트랜스듀서를 파괴하는 경우가 있어 본래의 수명을 다하지 못하는 등의 문제가 있다.
한편, 초음파의 출력을 높이고 수중에서 직접 사용할 수 있는 새로운 개념의 트랜스듀서로서 U.S Pat.4537511(1985)에서는 압전소자를 이용한 종진동 모드(mode)의 초음파 발생기(ultrasonic generator)의 한쪽 끝에 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 속이 빈 로드(rod)를 연결함으로써 반경(radial) 방향으로 초음파가 방사되는 트랜스듀서를 고안하였다.
그러나 이 타입(type)은 종래의 Langevin 타입(type)에 비해서는 출력이 높지만, 로드(rod)의 한쪽 끝이 매질 속에 자유단으로 노출되어 있기 때문에 원하지 않는 종방향의 초음파가 방사되어 에너지가 손실되는 문제가 있다.
이 점을 개선하기 위해 U.S Pat.5200666(1993) 및 EP 455837(1991)에서는 속이 빈 로드(rod)의 양쪽에 압전 타입 초음파 발생기(piezo type ultrasonic generator)를 부착하여 동기시킴으로써 보다 큰 반경(radial)방향의 초음파 출력을 얻도록 하였으며 여기에 사용되는 로드(rod)도 앞에서와 같이 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는다.
그러나 이 방법에서는 두 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)의 공진 주파수와 임피던스 등의 특성이 정확하게 일치하지 않으면 두 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)로부터 발생하는 종진동(1ongitudinal vibration)의 위상(phase)과 진폭에 차이가 생기기 때문에 트랜스듀서의 효율이 저하되는 문제가 있으며 두 개의 특성을 정확하게 일치하도록 제작하는 것도 매우 어려운 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 한 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)를 이용하여 두 개의 초음파 발생기를 이용한 경우에 발생되는 특성의 불일치 문제를 해결하고, 대용량 세척 및 화학반응 촉진을 위한 rod 모양의 수중용 트랜스듀서로서, 초음파 발생기는 압전세라믹(piezoceramic)과 카운터메스(counterlnass)로 구성하여 압전세라믹(piezoceramic)의 두께 모우드를 이용하며, 압전세라믹(piezoceramic)의 이용 갯수를 증가시킴으로써 트랜스듀서의 초음파 출력을 증강시킬 수 있고 또한 트랜스미팅 로드 길이를 반파장의 정수배로 확장함으로써 트랜스듀서 전체길이(body 길이)를 최소 500 mm 정도부터 반파장의 정수배로 계속 확대가 가능함에 따라 트랜스듀서의 초음파 출력을 얼마든지 증강시킬 수 있는 장점이 있는 초음파 트랜스듀서를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 초음파 트랜스듀서에 있어서, 초음파 트랜스듀서 구동시 낮은 구동전압을 사용하기 위해 동일축상에서 연속되게 접하는 압전세라믹소자 2쌍과 이 압전세라믹소자 양단에 위치한 카운터메스로 구성된 초음파 발생기를 내부가 비어 있는 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 바디 속에 위치시키고, 이 초음파 발생기의 양쪽에 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 원통형 구조의 트랜스미팅 로드를 사용하여 바디의 한쪽 면과 초음파 발생기의 한쪽 면에 연결하여 고정시키고, 상기 바디 내부에 위치한 압전세라믹소자, 카운터메스, 트랜스미팅 로드의 내부를 관통한 전원공급기용 전기배선을 바디의 외부 일측단에서 쓰레디드 스터드로 고정시켜 배선시킨 파우어 초음파 트랜스듀서를 제공함으로써 달성된다.
도1 은 본 발명의 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic TransdLlcer)의 한 형태(typel)를 나타낸 개략도이고,
도2 는 본 발명의 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic TransdLlcer )의 또 다른 형태(type2)를 나타낸 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic Transducer)
2 : 바디(Body)
3 : 초음파 발생기(Ultrasonic Generator)
4 : 압전세라믹소자(Piezoceramic Element)
5 : 카운터메스(Countermass)
6 : 내부가 빈 트랜스미팅 로드(Hol1ow Type Transmitting Rod)
7 : 쓰레디드 스터드(Threaded Stud)
8 : 전원공급기용 전기배선(Electric Wire for Power Supply)
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic Transducer)의 한 형태(type 1)를 나타낸 개략도로서 내부의 구조를 보여주고 있는데, 본 발명은 압전세라믹소자(Piezoceramic Element,4) 2쌍과 이 압전세라믹소자(4) 양단의 카운터메스(counter11lass,5)로 구성된 초음파 발생기(ultrasonic generator,3)를 내부가 비어 있는 바디(body,2)의 속에 넣고, 양쪽에 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 원통형구조의 트랜스미팅 로드(transmitting rod,6)를 내부가 비어있는 바디(body,2)의 한쪽 면과 초음파 발생기(ultrasonic generator,3)의 한쪽면에 연결하는 구조를 갖는다.
이때 바디(body)도 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는다.
상기와 같이 초음파 트랜스듀서 구동시 낮은 구동전압을 사용하기 위하여 압전소자의 개수를 늘려 사용하고 있다 즉 압전소자면의 전극접촉이나 제조 및 동작의 편의성을 제공하기 위하여 2쌍의 압전소자를 사용하는 것이다.
이 방법의 특징은 한 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator,3)를 이용하기 때문에 두 개를 이용한 경우에 있어서의 특성의 불일치 문제가 해결됨으로써 효율을 높일 수가 있다.
또한 도1에서와 같이 바디(body)의 가운데 부분의 내외경을 양 끝단보다 더 크게 한 하이 디스플레이스먼트 바디(high displacemend body)구조를 가짐으로써 가운데 편평한 부분에서 보다 진폭을 크게 할 수 있기 때문에 수중음압도 2배 정도가 증가된 반경(radial)방향의 초음파 출력을 얻을 수가 있다.
도2는 본 발명의 파우어 초음파 트랜스듀서(Power Ultrasonic Transducer)의 또 다른 헝태(type 2)를 나타낸 개략도로서, 도1과 같은 장치를 사용시 진폭이크게 되면 바디(body)표면의 부식(erosion)이 문제가 될 수도 있기 때문에 경우에 따라서는 도 2와 같은 트랜스듀서도 유용할 것이다.
즉, 본 발명의 구성을 다시 설명하자면 초음파 트랜스듀서에 있어서, 동일축상에서 연속되게 접하는 압전세라믹소자(4) 2쌍과 이 압전세라믹소자(4) 양단에 위치한 카운터메스(5)로 구성된 초음파 발생기(3)를 내부가 비어 있는 반파장(λ/ 2)의 정수(n)배 길이를 갖는 바디(2)속에 위치시키고, 이 초음파 발생기(3)의 양쪽에 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 원통형구조의 트랜스미팅로드(6)를 사용하여 바디(body, 2)의 한쪽 면과 초음파 발생기(3)의 한쪽 면에 연결하여 고정시키고, 상기 바디(2) 내부에 위치한 압전세라믹소자(4), 카운터메스(5), 트랜스미팅 로드(6)의 내부를 관통한 전원공급기용 전기배선(8)을 바디(2)의 외부 일측단에서 쓰레디드 스터드(7)로 고정시켜 배선시키는데, 상기 바디(2)의 구조를 가운데가 양 끝단보다 내·외경이 큰 편평한 부분을 갖는 구조와, 상기 바디(2)의 가운데 및 양 끝단의 내·외경이 차이가 없는 일정한 구조로 이루어진 두 가지로 달리 구성할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 한 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator,3)를 이용하기 때문에 두 개를 이용한 경우에 있어서의 특성의 불일치 문제가 해결됨으로써 효율을 높일 수가 있다.
또한 도1에서와 같이 바디(body)의 가운데 부분의 내외경을 양 끝단보다 더 크게 함으로써 가운데 편평한 부분에서 진폭을 U.S Pat.5200666보다 2배정도 크게 할 수 있기 때문에 수중음압도 2배 정도가 증가된 고출력의 초음파를 얻을 수가 있다는 장점이 있다.
Claims (3)
- 초음파 트랜스듀서에 있어서, 동일축상에서 연속되게 접하는 압전세라믹소자(4) 2쌍과 이 압전세라믹소자(4) 양단에 위치한 카운터메스(5)로 구성된 초음파 발생기(3)를 내부가 비어 있는 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 바디(2) 속에 위치시키고, 이 초음파 발생기(3)의 양쪽에 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 원통형구조의 트랜스미팅로드(6)를 사용하여 바디(body,2)의 한쪽 면과 초음파 발생기(3)의 한쪽 면에 연결하여 고정시키고, 상기 바디(2) 내부에 위치한 압전세라믹소자(4), 카운터메스(5), 트랜스미팅 로드(6)의 내부를 관통한 전원공급기용 전기배선(8)을 바디(2)의 외부 일측단에서 쓰레디드 스터드(7)로 고정시켜 배선시킨 것을 특징으로 하는 파우어 초음파 트랜스듀서
- 제1항에 있어서, 상기 바디(2)의 가운데가 양 끝단보다 내·외경이 큰 편평한 부분을 갖는 구조로 이루어진 특징으로 하는 파우어 초음파 트랜스듀서.
- 제1항에 있어서, 상기 바디(2)의 가운데 및 양 끝단의 내·외경이 차이가 없는 일정한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우어 초음파 트랜스듀서.
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