KR100329284B1 - 날개형 초음파 트랜스듀서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 날개형 초음파 트랜스듀서에 관한 것으로, 그 목적은 초음파의 출력을 높이고 수중에서도 직접 사용할 수 있으며, 두 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)의 공진주파수와 임피던스 등의 특성을 일치시킨 날개형 초음파 트랜스듀서를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 초음파 트랜스듀서에 있어서, 2쌍으로 이루어진 압전 세라믹 소자(2)의 양단에 부착되어 결합된 카운터매스(countermass, 3)로 구성된 초음파 발생기(ultrasonic generator, 1)와, 카운터매스의 양단 동일축상에서 결합되어 반경(radial) 방향 매질에 방사되는 로드(rod, 4)로 구성하되, 수밀 유지를 위해 초음파 발생기(ultrasonic generator, 1)의 외부를 하우징(housing, 5)으로 밀봉하여 구성한 것을 발명의 요지로 한다.

Description

날개형 초음파 트랜스듀서{Wing type ultrasonic transducer}
본 발명은 날개형 초음파 트랜스듀서에 관한 것으로, 특히 초음파 세척, 환경처리 등에 사용되는 강력한 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
본 발명의 분야에 많이 이용되는 트랜스듀서로는 기존의 Langevin 타입으로서 2개의 금속 가운데 압전소자를 끼우고 전체를 볼트로 조인 형태를 하고 있다.
하지만 이와 같은 Langevin 타입은 수중에서는 직접 사용할 수 없기 때문에 대개 세척조의 벽면에 부착하여 사용하며, 종진동(longitudinal vibration)을 이용함으로써 한 개의 트랜스듀서의 출력에는 제한이 있게 된다.
따라서 고출력을 내기 위해서는 여러 개의 트랜스듀서를 사용해야 하는 불편이 있으며, 이때 트랜스듀서들의 동작 시기가 일치되지 않으면 특정한 트랜스듀서의 진동에 의해 발생된 변형력이 주위 트랜스듀서를 파괴하는 경우가 있어 본래의 수명을 다하지 못하는 등의 문제가 있다.
또한 기하학적 형상에 의해 Langevin 트랜스듀서 사용 개수가 제한되어 필요한 초음파 출력의 생성을 저해하는 문제도 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 타입에 비해서 출력이 높지만, 로드(rod)에서의 부식(erosion)이 심하여 수명이 짧기 때문에 계속 교체 사용해야 된다. 그리고 처리조에 부착하는 형식이기 때문에 설치에 제약이 따른다.
U.S pat. 4537511(1985)의 반경(redial) 방향으로 초음파 방사를 증대시키기 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 동기시켜 사용한다.
따라서 보다 큰 반경(radial) 방향의 초음파 출력을 얻을 수 있다. 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 공진주파수와 임피던스 등의 특성이 정확하게 일치하지 않으면 두 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)로부터 발생하는 종진동(longitudinal vibration)의 진폭에 차이가 생기기 때문에 트랜스듀서의 효율이 저하되는 문제가 있으며 두 개의 특성을 정확하게 일치하도록 제작하는 것도 매우 어려운 문제이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 초음파의 출력을 높이고 수중에서도 직접 사용할 수 있으며, 두 개의 초음파 발생기(ultrasonic generator)의 공진주파수와 임피던스 등의 특성을 하나의 초음파 발생기로 일치시킨 날개형 초음파 트랜스듀서를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명 날개형 초음파 트랜스듀서의 실시예도이고,
도 2는 본 발명 날개형 초음파 트랜스듀서의 다른 실시예도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 초음파 발생기(Ultrasonic Generator)
(2) : 압전 세라믹 소자(Piezo ceramic Element)
(3) : 카운터매스(Countermass)
(4) : 로드(rod)
(5) : 하우징(Housing)
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 날개형 초음파 트랜스듀서의 실시예도로서 양단에 가운데 초음파 발생기를 중심으로 양단에 로드가 있는 날개형상의 초음파 트랜스듀서로서, 본 발명의 구성은 인접하고 있는 2개의 압전소자가 한쌍을 이루고 있고 전체적으로 2쌍으로 이루어진 압전 세라믹 소자(2)의 양단에 부착되어 결합된 카운터매스(countermass, 3)로 구성된 초음파 발생기(ultrasonic generator, 1)와, 카운터매스의 양단 동일축상에서 결합되어 반경(radial) 방향 매질에 방사되는 로드(rod, 4)로 구성하되, 수밀 유지를 위해 초음파 발생기(ultrasonic generator, 1)의 외부를 하우징(housing, 5)으로 밀봉하여 구성하였다.
이때 상기 각 로드(rod, 4)는 사용 공진주파수에서 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 속이 찬 형태이다.
그리고 도 2는 본 발명 날개형 초음파 트랜스듀서의 다른 실시예도인데, 로드(4) 부분만 속이 빈 관의(tubular) 형태를 갖고 다른 부분은 도 1 과 동일하게 구성된다.
이와 같이 내부를 관 형태로 한 이유는 반경(radial) 모드를 이용시 속이 찬 로드 형태보다 속이 빈 로드를 이용하면 유연성(flexibility)이 개선되어 디스로케이션(displacement)이 증가되기 때문이다.
또한 본 발명은 U.S pat. 5200666(1993)가 양쪽 끝단에 위치하는 2개의 초음파 발생기의 공진주파수와 임피던스 등의 특성이 일치하지 않으면 그 구조의 특성상 로드(rod)를 통한 반경(radial) 모드 출력 특성이 저하되나, 본 발명은 한 개의 초음파 발생기만 이용하기 때문에 초음파 발생기의 공진주파수와 임피던스 등의 특성 불일치에 의한 문제가 없다.
이와 같은 본 발명과 종래 기술의 차이를 비교 설명하면 다음과 같다.
표 1 종래 선행 기술과 본 발명의 차이
기술구분 구성의 차이 효과
관련종래선행기술 U.S pat.4537511(1985) 초음파 발생기의 한쪽 방향에 로드(rod)를 위치 - 반경(radial) 방향으로 초음파 방사- 로드(rod)에서의 부식(erosion)이 심하여 수명이 짧기 때문에 계속 교체 사용해야함- 수중 설치가 어려움(처리조 설치 타입)
U.S pat.5200666(1993) 로드(rod)를 가운데 두고 초음파 발생기가 양쪽 끝단에 위치 - 반경(radial) 방향으로 초음파 방사- 2개의 초음파발생기의 특성 일치가 어려움- 2개의 초음파 발생기의 공진주파수와 임피던스 특성이 일치하지 않으면 출력이 저하
본 발명 초음파 발생기를 가운데 두고 양쪽에 로드(rod)를 위치 - 반경(radial) 방향으로 초음파 방사- 1개의 초음파발생기만 이용함으로써 초음파발생기들 사이의 특성 불일치에 의한 출력저하가 없음- 트랜스듀서 안정성이 우수
상기와 같은 본 발명은 초음파 발생기(ultrasonic generator)의 카운터매스 설계 및 가공이 용이하므로 트랜스듀서의 안정성이 우수하고, 또한 완전히 수밀(immersible)로 동작이 가능하므로 설치가 용이하다는 특징이 있다.

Claims (4)

  1. 초음파 트랜스듀서에 있어서,
    2쌍으로 이루어진 압전 세라믹 소자(2)의 양단에 부착되어 결합된 카운터매스(3)로 구성된 초음파 발생기(1)와, 카운터매스의 양단 동일축상에서 결합되어 반경 방향 매질에 방사되는 로드(4)로 구성하되, 수밀 유지를 위해 초음파 발생기(1)의 외부를 하우징(5)으로 밀봉하여 구성한 것을 특징으로 하는 날개형 초음파 트랜스듀서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 로드(4)는 속이 차 있는 것을 특징으로 하는 날개형 초음파 트랜스듀서.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 로드(4)는 속이 빈 관 형태인 것을 특징으로 하는 날개형 초음파 트랜스듀서.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 로드(4)는 사용 공진주파수에서 반파장(λ/2)의 정수(n)배 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 날개형 초음파 트랜스듀서.
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