KR101115425B1 - 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음향 트랜스듀서용 수동소자를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 에폭시 레진에 메탈 옥사이드 필러가 혼합된 상태에서 초음파를 발생시킨 이후에, 경화제를 첨가하여 주조함으로써 수동소자를 제조하는 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법을 제공한다. 초음파를 이용해 재료를 혼합하여 제조된 수동소자는 종래에 비하여 메탈 옥사이드 필러의 분산이 잘 이루어지기 때문에 표면이 균일(Uniformity)해지는 효과가 있으며, 이렇게 제조된 수동소자가 이용된 음향 트랜스듀서의 음속과 감쇠(Attenuation)의 특성이 향상되는 효과가 있다.
에폭시 레진, 메탈 옥사이드 필러, 수동소자, 초음파

Description

음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법 {PASSIVE COMPONENT MANUFACTURING METHOD FOR ACOUSTIC TRANSDUCER}
본 발명은 음향 트랜스듀서용 수동소자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
음향 트랜스듀서에서 이용되는 수동소자(Passive Component)를 제조하기 위해서는 가공되지 않은 에폭시(Epoxy)에 메탈 옥사이드 필러(Metal Oxide Filler)를 첨가하여 제조한다.
이때, 수동소자의 제조방법은 도1에 도시된 흐름도와 같이, 에폭시 레진(Resin), 경화제(Hardener) 및 필러를 계량(計量, Weighing)하여 혼합하는데, 혼합이 잘 이루어지도록 일정 정도 핸드 믹싱(Hand Mixing)이 이루어진 다음, 기계를 이용하여 머신 믹싱(Machine Mixing)을 한다.
그리고 에폭시 레진, 경화제 및 필러가 혼합되는 과정에서 발생된 가스를 1차로 제거하여 주조한 다음, 다시 2차로 가스를 제거하고, 주조된 수동소자를 커팅하고 다듬는 과정을 거쳐 최종 수동소자를 제조한다.
이렇게 수동소자를 제조하는 과정에서 중요한 점은 가공되지 않은 에폭시 레진에 첨가되는 메탈 옥사이드 필러가 적절히 분산되는 것이 중요한데, 메탈 옥사이드 필러가 적절히 분산되지 않고, 불완전하면 메탈 옥사이드 필러가 첨가된 에폭시 레진의 분말(Powder)에 응집이 일어나기 때문에 완성된 수동소자가 균일(Uniformity)해지지 못한다는 문제가 발생한다.
이렇게 분말에 응집이 일어나는 원인으로는 재료가 분말상태이기 때문에 분말의 입자 표면에 비교적 높은 표면 에너지로 인하여 이를 낮추기 위해 상호 응집을 통해 안정적인 상태로 도달하기 위해 발생되거나, 입자간 반데르발스력이 입자 자신의 중력보다 크기 때문에 발생되기도 하며, 또한, 입자 표면에 수소결합, 습기 흡착 및 기타 화학결합 작용으로 인해 입자간 점착 응집현상이 발생한다.
그로 인해 건식상태에서의 재료의 응집을 완전히 방지하는 것은 어렵기 때문에 습도조절이 가능한 데시케이터(Desiccator)에 보관하면 습기에 의한 흡착은 어느 정도 예방할 수 있다.
그렇지만, 상기와 같이 재료를 데시케이터에 보관을 하더라도 분말의 입자간 응집을 완전히 방지하는 것은 어려울 뿐만 아니라, 분말을 데시케이터에 보관해야 하는 등의 번거로움이 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분말상태의 재료에서 입자간 응집을 최소화할 수 있는 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법은 에폭시 레진(Epoxy Resin)에 메탈 옥사이드 필러(Metal Oxide Filler)를 혼합하여 제1혼합재료가 제조되는 A단계; 상기 A단계에서 혼합된 상기 제1혼합재료에 포함된 상기 메탈 옥사이드 필러를 분산시키기 위해 상기 제1혼합재료에 초음파를 발생시키는 B단계; 상기 B단계에서 발생된 초음파에 의해 처리된 상기 제1혼합재료에 경화제를 첨가하여 제2혼합재료가 제조되는 C단계; 및 상기 C단계에서 제조된 제2혼합재료가 전 영역에서 균일하게 분포하는 상기 메탈 옥사이드 필러를 갖도록 주조된 주물(鑄物)이 제조되는 D단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 C단계에서 경화제가 첨가된 상기 제2혼합재료에서 가스(Gas)를 제거하는 E단계를 더 포함하고, 상기 D단계는 상기 E단계에서 가스가 제거된 제2혼합재료가 주조된 주물이 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 D단계에서 주조된 상기 주물에서 가스를 제거하는 E단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초음파를 이용해 재료를 혼합하여 제조된 수동소자는 종래에 비하여 메탈 옥사이드 필러의 분산이 잘 이루어지기 때문에 표면이 균일해지는 효과가 있으며, 이렇게 제조된 수동소자가 이용된 음향 트랜스듀서의 음속과 감쇠(Attenuation)의 특성이 향상되는 효과가 있다.
그리고 초음파 처리를 함으로써, 메탈 옥사이드 필러의 분산이 잘 이루어질 뿐만 아니라, 에폭시 레진의 점도가 낮아지는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
<구성에 대한 설명>
본 발명의 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조장치(100)는 도2에 도시된 바와 같이, 믹싱 컨테이너(Mixing Container, 110), 액체용기(120), 초음파 챔버(Chamber, 130) 및 머신 믹서(Machine Mixer, 140) 등을 포함하여 구성된다.
믹싱 컨테이너(110)는 수동소자의 제조를 위한 재료가 혼합되는 컨테이너로, 본 발명에서는 에폭시 레진, 메탈 옥사이드 필러 및 경화제가 각각 계량되어 믹싱되는 컨테이너이다.
액체용기(120)는 초음파 챔버(130)에서 발생되는 초음파를 믹싱 컨테이너(110)로 전달하기 위한 매질의 역할을 하는 액체가 담기는 것으로, 믹싱 컨테이너(110)와 초음파 챔버(130)의 사이에 위치하여, 믹싱 컨테이너(110)를 감싸도록 형성된다.
초음파 챔버(130)는 초음파를 발생시키는 용도로, 액체용기(120)의 외측에 위치하여, 액체용기(120) 측으로 초음파를 발생시킨다.
이렇게 믹싱 컨테이너(110), 액체용기(120) 및 초음파 챔버(130)가 결합되어 일체형으로 형성된다.
머신 믹서(140)는 믹싱 컨테이너(110)에 담긴 재료를 머신을 이용하여 믹싱 하기 위한 것으로 믹싱 컨테이너(110)의 외부에 설치되어, 믹싱 컨테이너(110)의 내부로 연결되도록 형성된다.
<방법에 대한 설명>
본 발명의 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조장치(100)를 이용하여 수동소자를 제조하는 방법에 대해서는 도3에 도시된 흐름도를 이용하여 설명하되, 도4 및 도5를 참조하고, 편의상 순서를 붙여 설명한다.
1. 에폭시 레진 계량<S301>
본 단계에서는 음향 트랜스듀서용 수동소자의 주재료가 되는 분말상태의 에폭시 레진의 무게 등을 이용하여 양을 계량하여 믹싱 컨테이너(110)에 넣는다.
2. 메탈 옥사이드 필러 계량<S302>
본 단계에서는 단계 S301에서 에폭시 레진을 넣은 믹싱 컨테이너(110)에 메탈 옥사이드 필러를 첨가하기 위해 메탈 옥사이드 필러를 계량한다. 그리하여 믹싱 컨테이너(110)에는 에폭시 레진에 메탈 옥사이드 필러가 첨가된 제1혼합재료가 제조된다.
3. 핸드 믹싱<S303>
단계 S302를 통해 에폭시 레진에 메탈 옥사이드 필러가 첨가된 제1혼합재료를 믹싱하는데, 본 단계에서는 제1혼합재료를 손으로 믹싱하여 메탈 옥사이드 필러 가 에폭시 레진에 골고루 분산이 되도록 한다.
4. 제1머신 믹싱<S304>
단계 S303에서 핸드 믹싱이 이루어진 제1혼합재료를 다시 기계를 이용하여 믹싱이 이루어지도록 한다. 그리하여, 단계 S303에서 1차적으로 믹싱된 상태에서 기계를 이용하여 2차적으로 믹싱이 이루어지기 때문에 메탈 옥사이드 필러가 에폭시 레진에 분산이 잘 이루어지도록 한다.
5. 초음파 발생<S305>
단계 S304에서 머신 믹싱이 이루어진 다음, 초음파 챔버(130)에서 초음파를 발생시켜 믹싱 컨테이너(110)에 담겨 있는 제1혼합재료를 다시 믹싱하는데, 이때 초음파에 의해서 분말상태의 에폭시 레진과 메탈 옥사이드 필러가 응집이 되어 있더라도 초음파의 진동에 의해서 고르게 분산된다.
즉, 메탈 옥사이드 필러나 에폭시 레진의 입자가 일부 응집이 이루어져 있다면, 단계 S303 및 단계 S304의 단계를 통해서는 응집된 입자의 분산은 잘 이루어지지 않지만, 본 단계를 통해 초음파의 진동으로 응집된 입자까지도 분산이 이루어지는 것이 가능하다.
6. 경화제 계량<S306>
단계 S305를 통해 에폭시 레진 및 메탈 옥사이드 필러가 혼합된 제1혼합재료를 경화시키기 위해 경화제를 첨가하는 단계로, 믹싱 컨테이너(110)에 경화제를 계량하여 첨가한다. 이렇게 하여 에폭시 레진, 메탈 옥사이드 필러 및 경화제가 포함된 제2혼합재료가 제조된다.
7. 제2머신 믹싱<S307>
단계 S306을 통해 제1혼합재료에 경화제가 포함된 제2혼합재료를 믹싱하기 위해 머신을 이용하여 믹싱이 이루어진다.
8. 제1차 가스제거<S308>
단계 S307을 통해 제2혼합재료가 제조되어 믹싱되면, 제2혼합재료 내에는 머신 믹싱으로 인하여 내부에 작은 공기방울 등의 가스가 발생되는데, 이때 발생된 가스를 제거한다. 이렇게 가스를 제거하여야 최후에 제조되는 수동소자가 균일하게 제조되는 것이 가능하다.
9. 주조<S309>
단계 S308을 통해 1차적으로 가스가 제거된 제2혼합재료의 형상을 형성하기 위해 제2혼합재료를 거푸집 등에 부어 주물을 제조한다.
10. 제2차 가스제거<S310>
단계 S309에서 제조된 주물에서 다시 가스를 제거한다.
11. 양생<S311>
단계 S310에서 가스가 제거된 주물을 굳히는 단계이다.
12. 연삭<S312>
단계 S311에서 양생된 주물을 연삭하여 음향 트랜스듀서에서 이용될 수 있도록 형상을 형성한다.
도4에 도시된 사진에서와 같이 제작된 수동소자는 가공되지 않은 에폭시 레진에 평균밀도 100um 의
Figure 112011101318145-pat00001
의 메탈 옥사이드 필러를 첨가하여 제조되었다. 이때, 도4의 (a)는 종래의 방법에 의해 제조되었으며, 도4의 (b)는 본 발명의 방법으로 초음파 처리되어 제조된 것이다. 이를 살펴보면, 도4의 (b)에서 확인할 수 있는 것과 같이, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 수동소자의 표면 검사를 통해 확인한 결과, 종래보다 메탈 옥사이드 필러가 균등해진 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 에폭시 레진에
Figure 112009064266535-pat00002
가 첨가된 수동소자를 이용하여 실험한 결과는 다음 표1과 같다.
수동소자 Acoustic properties
Longitudinal
Velocity
(
Figure 112009064266535-pat00003
)		 Shear
Velocity
(
Figure 112009064266535-pat00004
)		 Longitudinal
Attenuation
(
Figure 112009064266535-pat00005
)		 Shear
Attenuation
(
Figure 112009064266535-pat00006
)		 Impedance
(
Figure 112009064266535-pat00007
)
종래 2,473.33 1,125.00 0.96 5.92 3.58
본 발명 2,505.33 1,134.00 0.79 5.36 3.63
위의 결과를 살펴보면, 본 발명의 방법에 의해 제조된 수동소자의 음속인 Longitudinal Velocity 및 Shear Velocity가 종래에 비하여 향상되는 것을 확인할 수 있으며, 감쇠현상도 감소하여 그 특성이 향상된 것을 알 수 있다. 그리고 임피던스(Impedance) 또한 종래에 비하여 그 특성이 향상된 것을 알 수 있다.
그리고 도5에 도시된 사진에서와 같이 제작된 수동소자는 가공되지 않은 에폭시 레진에 평균밀도 5um의
Figure 112009064266535-pat00008
의 메탈 옥사이드 필러를 첨가하여 제조되었다. 이때, 도5의 (a)는 종래의 방법에 의해 제조되었으며, 도5(b)는 본 발명의 방법으로 초음파가 처리되어 제조된 것이다. 이를 살펴보면, 도5의 (b)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 초음파 처리를 함으로써, 메탈 옥사이드 필러의 분산이 잘 이루어지도록 하는 것뿐만 아니라, 에폭시 레진의 점도도 낮추는 효과가 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 에폭시 레진에
Figure 112009064266535-pat00009
가 첨가된 수동소자를 이용하여 실험한 결과는 다음 표2와 같다.
수동소자 Sample No. Density
(
Figure 112009064266535-pat00010
)		 Longitudinal
Velocity
(
Figure 112009064266535-pat00011
)		 Shear
Velocity
(
Figure 112009064266535-pat00012
)
종래 1 2.164 2907.00 1598.00
2 2.174 2915.00 1601.00
3 2.171 2945.00 1600.00
4 2.169 2902.00 1596.00
5 2.165 2950.00 1599.00
평균 2.169 2923.80 1598.80
본 발명 1 2.186 2944.00 1606.00
2 2.188 2945.00 1600.00
3 2.185 2934.00 1598.00
4 2.188 2943.00 1600.00
5 2.185 2946.00 1600.00
평균 2.186 2942.40 1600.80
수동소자 Sample No. Longitudinal
Attenuation
(
Figure 112009064266535-pat00013
)		 Shear
Attenuation
(
Figure 112009064266535-pat00014
)		 Longitudinal
Impedance (
Figure 112009064266535-pat00015
)		 Shear
Impedance
(
Figure 112009064266535-pat00016
)
종래 1 1.11 2.58 6.29 3.46
2 1.16 2.60 6.34 3.48
3 1.05 2.52 6.39 3.47
4 0.97 2.42 6.29 3.46
5 1.12 2.40 6.39 3.46
평균 1.08 2.50 6.34 3.47
본 발명 1 0.74 2.23 6.44 3.51
2 0.73 2.19 6.44 3.50
3 0.75 2.21 6.41 3.49
4 0.74 2.18 6.44 3.50
5 0.74 2.19 6.44 3.50
평균 0.01 2.20 6.43 3.50
위의 결과를 살펴보면, 본 발명의 방법에 의해 제조된 수동소자의 밀도가 에폭시 레진과
Figure 112011101318145-pat00017
의 이론적인 밀도인 2.192
Figure 112011101318145-pat00018
에 더 가깝게 나타나고 있음을 알 수 있다. 이때, 에폭시 레진과
Figure 112011101318145-pat00019
의 이론적인 밀도는 아래의 식에 의해 계산된다.
[식1]
Figure 112009064266535-pat00020
, ∴
Figure 112009064266535-pat00021
이때, 에폭시 레진의 밀도는 3.86이고,
Figure 112009064266535-pat00022
의 밀도는 1.18이며,
Figure 112009064266535-pat00023
의 중량비(wt%)는 66.5이다.
그리고 에폭시 레진과
Figure 112011101318145-pat00024
의 음속 및 감쇠현상 또한 그 특성이 종래에 비하여 향상된 것을 알 수 있다.
더욱이, 본 발명의 초음파 처리를 통해 음향 트랜스듀서용 수동소자를 제조함으로써, 분말상태의 에폭시 레진과 메탈 옥사이드 필러가 응집되는 것을 방지하기 위해 데시케이터 등에 보관할 필요도 없어진다는 장점이 있다. 이는 재료를 보관하는 과정에서 입자가 응집되더라도 초음파 처리를 통해 응집된 입자들을 다시 분산시키는 것이 가능하기 때문이다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가 개념으로 이해되어야 할 것이다.
도1은 종래의 음향 트랜스듀서용 수동소자를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도2는 본 발명의 음향 트랜스듀서용 수동소자를 제조하는 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 음향 트랜스듀서용 수동소자를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도4의 (a)는 종래의 방법에 의해서 제조된 수동소자의 표면 검사를 위해 촬영된 사진이다.
도4의 (b)는 본 발명의 방법에 의해서 제조된 수동소자의 표면 검사를 위해 촬영된 사진이다.
도5의 (a)는 종래의 방법에 의해서 제조된 수동소자를 촬영한 사진이다.
도5의 (b)는 본 발명의 방법에 의해서 제조된 수동소자를 촬영한 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 수동소자 제조장치
110: 믹싱 컨테이너 120: 액체용기
130: 초음파 챔버 140: 머신 믹서

Claims (6)

  1. 에폭시 레진(Epoxy Resin)에 메탈 옥사이드 필러(Metal Oxide Filler)를 혼합하여 제1혼합재료가 제조되는 A단계;
    상기 A단계에서 혼합된 상기 제1혼합재료에 포함된 상기 메탈 옥사이드 필러를 분산시키기 위해 상기 제1혼합재료에 초음파를 발생시키는 B단계;
    상기 B단계에서 발생된 초음파에 의해 처리된 상기 제1혼합재료에 경화제를 첨가하여 제2혼합재료가 제조되는 C단계; 및
    상기 C단계에서 제조된 제2혼합재료가 전 영역에서 균일하게 분포하는 상기 메탈 옥사이드 필러를 갖도록 주조된 주물(鑄物)이 제조되는 D단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 C단계에서 경화제가 첨가된 상기 제2혼합재료에서 가스를 제거하는 E단계를 더 포함하고,
    상기 D단계는 상기 E단계에서 가스가 제거된 제2혼합재료가 주조된 주물이 제조되는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 D단계에서 주조된 상기 주물에서 가스를 제거하는 E단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 트랜스듀서용 수동소자 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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