KR101123726B1 - Ultrasonic vibtator for humidifier coated glass film and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리기판으로 구성된 무화기용 초음파 진동자 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 압전 진동자의 전극층 상부에 유리기판을 소부 공정으로 코팅시킴으로써, 내식성이 우수한 고경도의 유리 보호층이 전극 상에 얇고 균일하게 형성되도록 하고, 이로 인하여 무화기용 초음파 진동자의 표면 오염 방지 및 수명을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.The present invention relates to an atomizer ultrasonic vibrator composed of a glass substrate and a method of manufacturing the same, by coating the glass substrate on the electrode layer of the piezoelectric vibrator by baking process, a high hardness glass protective layer excellent in corrosion resistance is thin and uniform on the electrode The present invention relates to an invention for improving surface life and preventing surface contamination of the ultrasonic vibrator for atomizer.
Description
본 발명은 유리기판으로 구성된 무화기용 초음파 진동자 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가습을 목적으로 초음파 진동을 이용하여 액체를 무화시키는 초음파 무화기에서, 초음파 진동자에 발생하는 침식작용 및 오염을 방지하기 위한 유리막 보호층을 제조하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic vibrator for atomizing a glass substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly, in an ultrasonic atomizer for atomizing a liquid using ultrasonic vibrations for the purpose of humidification, The present invention relates to a technique for producing a glass film protective layer for preventing contamination.
압전 진동자는 무화기의 본체 중 급수부에 의해 항상 일정한 수위를 유지하고 있는 저수조의 하부에 위치한다. 이때, 저수조에 채워지는 액체가 통상의 물이라 할 경우, 하부에서 초음파를 방사하기 위해 전면이 물에 접촉되는 구조로 설치되어 있고, 후면은 발진 회로부와 연결된 구조로 구성된다.The piezoelectric vibrator is located in the lower part of the reservoir which always maintains a constant water level by the water supply part of the main body of the atomizer. At this time, when the liquid to be filled in the reservoir is the normal water, the front surface is installed in contact with the water in order to radiate ultrasonic waves from the bottom, the rear surface is composed of a structure connected to the oscillation circuit portion.
다음으로 압전 진동자는 발진 회로로부터 초음파 전원이 공급되면 진동하게 되고, 이 진동에 의한 음향 방사압의 영향으로 수면 융기현상이 물 표면에 발생한 다. 따라서, 물의 장력이 파괴되면서 미립자화되는 것에 의해 무화(霧化)상태가 형성되게 된다.Next, the piezoelectric vibrator vibrates when ultrasonic power is supplied from the oscillation circuit, and the surface levitation occurs on the water surface under the influence of the acoustic radiation pressure caused by the vibration. Thus, the atomized state is formed by the finer particles while breaking the tension of the water.
이러한 압전 진동자는 한쪽 면이 물에 노출된 상태에서 초음파 전원의 공급을 용이하게 하기 위해 전면과 외주면 일부 그리고 후면 일부까지 연결된 전극과 이 전극과 전기적 절연을 위해 일정한 간격을 가진 부분전극을 압전 진동자에 형성하는 구조로 이루어지게 된다.The piezoelectric vibrator includes electrodes connected to a part of the front and outer circumferences and a part of the rear part of the piezoelectric vibrator to facilitate the supply of ultrasonic power when one side 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 to form.
도 1은 종래 기술에 따른 무화기용 초음파 진동자 하우징을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the ultrasonic vibrator housing for the atomizer according to the prior art.
도 1을 참조하면, 먼저 초음파 발생을 위한 압전 진동자(10)가 구비된다. 이때, 초음파 진동이 용이해 지도록 하고, 물과 접촉되는 면적이 증가되도록 압전 진동자(10)는 기울어진 형태로 구비되며, 이를 지지해 줄 수 있는 진동자 고정 프레임(20)이 구비된다.Referring to FIG. 1, first, a
다음으로, 진동자 고정 프레임(20)의 양측에는 진동자를 저수조에 고정시키기 위한 하우징(30)이 구비되고, 하우징(30)을 저수조에 결합시키기 위한 고정볼트공(25)이 구비된다.Next, both sides of the vibrator fixing frame 20 is provided with a housing 30 for fixing the vibrator to the reservoir, and a fixing bolt hole 25 for coupling the housing 30 to the reservoir is provided.
그 다음으로, 압전 진동자(10)의 하부에는 전면 전극 연결을 위한 제1전극단자(50) 및 후면 전극 연결을 위한 제2전극단자(60)가 구비되고, 이들과 각각 연결되는 제1전압입력부(55) 및 제2전압입력부(65)가 각각 구비된다.Next, a lower portion of the
여기서, 초음파 발생을 위한 진동자 구조를 살펴보면 다음과 같다.Here, the oscillator structure for generating ultrasonic waves is as follows.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 무화기용 초음파 진동자를 도시한 평면도 및 배면도이다.2 and 3 are a plan view and a rear view showing an ultrasonic vibrator for an atomizer according to the prior art.
도 2의 평면도를 참조하면, 진동자(10)의 상부면에 전면 전극층(90)이 형성되고, 도 3의 배면도를 참조하면, 하부면에 후면 전극층(95)이 형성되고 있음을 알 수 있다. 이때, 전면 전극층(90)과 연결되는 일부 전극층이 후면의 테두리 부에도 연결되어, 상기 도 1의 제1전극 단자와의 접촉이 용이해 질 수 있도록 한다.Referring to the plan view of FIG. 2, the
상기와 같은 무화기용 초음파 진동자의 전극은 통상 스크린 인쇄 등의 방법을 통해 압전 진동자에 도포한 후 열처리하는 방법을 사용하여 형성되게 된다.The electrode of the ultrasonic vibrator for atomizer as described above is usually formed using a method of applying heat treatment to the piezoelectric vibrator through a method such as screen printing.
이때, 액체 내에서 초음파 진동을 하게 되면 진동과정에서 발생하는 공동(cavitation)현상과 침식작용에 의해 전극이 마모되고, 진동자의 무화성능이 현저히 감소하게 된다. At this time, when the ultrasonic vibration in the liquid, the electrode is worn by the cavitation phenomenon and erosion action generated in the vibration process, and the atomization performance of the vibrator is significantly reduced.
이러한 침식작용은 비커스 경도가 높거나 부식도가 작은 보호층을 전극 위에 형성함으로써, 진동자의 수명을 향상시킬 수 있는데, 진동자의 보호층으로 니켈 도금층을 형성하는 방법이 통상 이용되고 있다.This erosion effect can improve the life of the vibrator by forming a protective layer having a high Vickers hardness or a low corrosiveness on the electrode, and a method of forming a nickel plating layer as the protective layer of the vibrator is commonly used.
그러나, 이 방법은 도금공정 중에 산성 또는 알카리성 용액에 압전 진동자를 침지시키게 되므로, 이 과정에서 전극층이 침식되는 문제가 발생할 수 있다.However, in this method, the piezoelectric vibrator is immersed in an acidic or alkaline solution during the plating process, so that the electrode layer may be eroded in this process.
따라서, 전극과 압전 진동자의 접착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 이러한 문제를 방지하기 위해서 전극의 두께를 20㎛이상으로 두껍게 형성하거나 중성에 가까운 수용액을 사용하는 동도금 공정을 추가로 수행하여야 하는 불편함이 있다.Therefore, a problem may occur in that the adhesion between the electrode and the piezoelectric vibrator is lowered, and in order to prevent such a problem, an inconvenience of having to perform a copper plating process using an aqueous solution close to neutral or forming a thicker electrode with a thickness of 20 μm or more. There is a ham.
또한, 별도의 중간층을 형성하는 방법은 도금공정의 특성상 공정조건이 매우 까다로워 실시가 곤란하고, 공정중에 맹독성의 폐용액이 발생하는 등 압전 진동자의 생산 효율, 생산비용, 환경 및 공정관리 등의 측면에서 많은 문제점이 제기되고 있다.In addition, the method of forming a separate intermediate layer is difficult to implement due to the extremely difficult process conditions due to the characteristics of the plating process, and the production efficiency, production cost, environment and process control of the piezoelectric vibrator, such as the generation of deadly toxic waste solution during the process. Many problems are raised in the world.
본 발명은 압전 진동자의 전극의 침식을 방지하고, 진동자를 제조하는 공정의 실시가 용이하며 부작용이 없고 환경규제 측면에서 문제가 없는 새로운 보호층으로서, 유리를 무화기용 초음파 진동자 상부에 형성하는 유리기판이 코팅된 무화기용 초음파 진동자 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is a new protective layer to prevent the erosion of the electrode of the piezoelectric vibrator, to facilitate the process of manufacturing the vibrator, there is no side effect and no problem in terms of environmental regulation, the glass substrate to form the glass on the ultrasonic vibrator for atomizer It is an object of the present invention to provide a method for producing the coated atomizer ultrasonic vibrator.
또한, 본 발명은 상기한 방법에 의하여 제조되어 전극이 손상되지 않을 정도의 저온에서 열처리가 가능하고 내식성이 우수한 유리막 보호층이 형성된 초음파 무화기 진동자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an ultrasonic atomizer vibrator formed by the above-described method, the glass atomizer vibrator capable of heat treatment at a low temperature such that the electrode is not damaged and excellent in corrosion resistance.
본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자 제조 방법은 (a) 디스크형 초음파 진동자를 형성하는 단계와, (b) 상기 초음파 진동자의 상부면에 전면 전극층을 형성하는 단계와, (c) 상기 초음파 진동자의 하부면 일부분에 상기 전면 전극층과 연결되는 제1후면 전극층을 형성하고, 상기 초음파 진동자의 하부면 나머지 부분에 제2후면 전극층을 형성하는 단계 및 (d) 상기 전면 전극층의 상부에 유리기판을 부착시킨 후, 소부 공정을 수행하여 상기 유리기판을 상기 초음파 진동자 상부에 코팅시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing an atomizer ultrasonic vibrator according to the present invention includes the steps of (a) forming a disk-shaped ultrasonic vibrator, (b) forming a front electrode layer on an upper surface of the ultrasonic vibrator, and (c) a lower portion of the ultrasonic vibrator. Forming a first rear electrode layer connected to the front electrode layer on a portion of the surface, and forming a second rear electrode layer on the remaining portion of the lower surface of the ultrasonic vibrator; and (d) attaching a glass substrate to the upper portion of the front electrode layer. , Performing a baking process to coat the glass substrate on the ultrasonic vibrator.
여기서, 상기 (a) 단계의 디스크형 초음파 진동자는 PSN(Pb(Sb, Nb)O3)-PZT (Pb(Zr,Ti)O3)계 압전세라믹 소재를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하되, Here, the disk-shaped ultrasonic vibrator of step (a) is characterized in that it is formed using a PSN (Pb (Sb, Nb) O 3 ) -PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) -based piezoceramic material,
상기 (a) 단계는 (a1) PbO, ZrO2 , Nb2O5 sb2O3및 TiO2 산화물을 혼합하여 원료물질로 형성하는 단계와, (a2) 상기 원료물질의 전체 고형분 100중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 함량비로 Nb2O5 또는 MnO2를 첨가하는 단계와, (a3) 고상합성법을 이용하여 상기 (a2) 단계의 결과물을 압전분말로 형성하는 단계와, (a4) 상기 압전분말을 건식성형법으로 성형하는 단계 및 (a5) 상기 (a4) 단계의 결과물을 1100 ~ 1300℃에서 1 ~ 3시간 동안 소성하여 진동자 소결체를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 (a1) 단계는 x Pb(Sb1/2 Nb1/2)O3 + (1-x)Pb(Zr1-y Tiy)O3 (x= 0~0.1, y= 0.47~0.53)의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.The step (a) is (a1) mixing PbO, ZrO 2, Nb 2 O 5 sb 2 O 3 and TiO 2 oxide to form a raw material, and (a2) 100 parts by weight of the total solids of the raw material Adding Nb 2 O 5 or MnO 2 in an amount ratio of 0.1 to 3.0 parts by weight, and (a3) forming the product of step (a2) using a solid phase synthesis method into piezoelectric powders, and (a4) the piezoelectric particles. Forming the powder by a dry molding method and (a5) is characterized in that it comprises the step of firing the resultant of the step (a4) for 1 to 3 hours at 1100 ~ 1300 ℃ to complete the vibrator sintered body. At this time, the step (a1) is x Pb (Sb 1/2 Nb 1/2 ) O 3 + (1-x) Pb (Zr 1-y Ti y ) O 3 (x = 0 ~ 0.1, y = 0.47 ~ It is characterized by mixing in the ratio of 0.53).
또한, 상기 전면 전극층은 Ag(은) 페이스트 또는 질화티타늄(TiN; Titanium Nitride)를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1후면 전극층 및 제2후면 전극층은 Ag(은) 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 전면 전극층과 연결되는 제1후면 전극층 및 제2후면 전극층을 100 ~ 140℃의 실리콘오일에 침지시킨 후 1.5 ~ 4.5KV의 전압을 5 ~ 30분간 인가하여 분극처리 하는 것을 특징으로 하고, 상기 유리기판은 슬라이드 글라스, 강화 유리, 실리카 유리 및 내산성 재질을 포함하는 기판 중 선택된 것을 사용하며, 유기 접착제를 이용하여 상기 전면 전극층의 상부에 부착하는 것을 특징으로 하고, 상기 소부 공정은 500 ~ 900℃온도 범위에서 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the front electrode layer is formed using Ag (silver) paste or titanium nitride (TiN; TiN), and the first rear electrode layer and the second rear electrode layer are screen printed using Ag (silver) paste. Characterized in that the method is formed, and the first rear electrode layer and the second rear electrode layer connected to the front electrode layer are immersed in silicon oil at 100 to 140 ° C., and then a voltage of 1.5 to 4.5 KV is applied for 5 to 30 minutes to polarize them. Characterized in that the treatment, the glass substrate is selected from among a substrate comprising a slide glass, tempered glass, silica glass and acid-resistant materials, characterized in that attached to the upper portion of the front electrode layer using an organic adhesive, The baking process is characterized in that it is carried out in the temperature range of 500 ~ 900 ℃.
아울러, 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자는 상술한 방법으로 제조되어 1.0 ~ 6.0 MHz 의 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the atomizer ultrasonic vibrator according to the present invention is characterized by having a resonant frequency of 1.0 ~ 6.0 MHz by the above-described method.
본 발명에 따른 유리기판이 코팅된 무화기용 초음파 진동자 제조하는 방법은 초음파 진동자에 형성된 전극의 침식을 방지하고, 진동자를 제조하는 공정의 실시가 용이하며 부작용이 없고, 환경규제 측면에서 문제가 발생하지 않도록 한다. 즉, 본 발명은 생산 효율을 향상시키고, 생산비용을 감소시키며, 환경 보호 및 공정관리를 용이하게 수행할 수 있는 효과를 제공한다.The method for manufacturing the atomizer ultrasonic vibrator coated with a glass substrate according to the present invention prevents the erosion of the electrode formed on the ultrasonic vibrator, and is easy to carry out the process of manufacturing the vibrator, there are no side effects, and there is no problem in terms of environmental regulation. Do not. That is, the present invention provides an effect of improving production efficiency, reducing production costs, and easily performing environmental protection and process control.
또한, 본 발명은 전극의 손상되지 않을 정도의 저온에서 열처리가 가능하고 내식성이 우수한 유리막 보호층을 형성함으로써, 무화기용 초음파 진동자의 수명을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the present invention provides an effect that can increase the life of the ultrasonic vibrator for atomizer by forming a glass film protective layer capable of heat treatment at a low temperature not to damage the electrode and excellent corrosion resistance.
본 발명은 초음파를 방사하여 액체 표면에서 캐필러리 효과로 무화(Mist)가 발생하도록 하는 가정용 또는 공업용 무화기 전체에 적용된다. 이때, 본 발명은 초음파 발생을 위한 초음파 진동자 보호를 위하여, 전면 전극층 상부에 유리 보호층을 형성한다. 이하에서는, 전극층의 손상 없이 유리기판을 안정적으로 코팅하고, 이로 인하여 무화기용 초음파 진동자의 오염을 방지하고, 그 수명을 증가시킬 수 있는 방법에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.The present invention applies to whole household or industrial atomizers that emit ultrasonic waves to cause mist to occur with a capillary effect on the liquid surface. In this case, the present invention forms a glass protective layer on the front electrode layer in order to protect the ultrasonic vibrator for the generation of ultrasonic waves. Hereinafter, a method of stably coating the glass substrate without damaging the electrode layer, thereby preventing contamination of the ultrasonic vibrator for atomizing and increasing the life thereof will be described in detail.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 첨부된 도면을 참조하여 유리기판이 코팅된 무화기용 초음파 진동자 및 이를 제조하는 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이때, 상기에서 압전 진동자에 대응되는 본 발명의 구성으로서 무화기용 초음파 진동자라 표시하였으며, 그 표기 방식에 의해서 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, an ultrasonic vibrator coated with a glass substrate and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, the configuration of the present invention corresponding to the piezoelectric vibrator is indicated as an atomizer ultrasonic vibrator, the present invention is not limited by the notation method.
도 4는 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자 및 이를 제조하는 방법을 도시한 사시도이고, 도 5 는 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자를 도시한 배면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자의 표면을 코팅하는 슬라이드 글라스를 도시한 평면도이다.Figure 4 is a perspective view of the atomizer ultrasonic vibrator and a method for manufacturing the same according to the present invention, Figure 5 is a rear view showing the ultrasonic vibrator for atomization according to the present invention, Figure 6 is an ultrasonic atomizer for the atomizer according to the present invention It is a top view which shows the slide glass which coats the surface of a vibrator.
도 4를 참조하면, 먼저, 디스크형 초음파 진동자(100)를 형성한다.Referring to FIG. 4, first, a disk type
여기서, 초음파 진동자는 PSN(Pb(Sb, Nb)O3)-PZT (Pb(Zr,Ti)O3)계 압전세라 믹 소재를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때, PSN(Pb(Sb, Nb)O3)-PZT (Pb(Zr,Ti)O3)계 압전세라믹 소재를 제조하는 방법은 다음과 같다.Here, the ultrasonic vibrator is preferably formed using a PSN (Pb (Sb, Nb) O 3 ) -PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) -based piezoceramic material. At this time, a method of manufacturing a PSN (Pb (Sb, Nb) O 3 ) -PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) -based piezoceramic material is as follows.
먼저, PbO, ZrO2 , Nb2O5 sb2O3및 TiO2 산화물을 x Pb(Sb1/2 Nb1/2)O3 + (1-x)Pb(Zr1-y Tiy)O3 (x= 0~0.1, y= 0.47~0.53)의 비율로 혼합하여 원료물질로 형성한다. First, PbO, ZrO 2, Nb 2 O 5 sb 2 O 3 and TiO 2 oxides were added to Pb (Sb1 / 2 Nb1 / 2) O3 + (1-x) Pb (Zr1-y Tiy) O3 (x = 0 ~ 0.1, y = 0.47 ~ 0.53) to form a raw material by mixing.
다음으로, 원료물질의 전체 고형분 100중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 함량비로 Nb2O5 또는 MnO2를 첨가한다. Next, Nb 2 O 5 or MnO 2 is added in an amount ratio of 0.1 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total solids of the raw material.
그 다음으로, 고상합성법을 이용하여 상기 상기 결과물을 압전분말로 형성한다.Next, the resultant is formed into a piezoelectric powder using a solid phase synthesis method.
상기와 같은 방법으로 압전세라믹 소재의 분말을 제조한 후에는 압전분말을 건식성형법으로 성형하여 디스크형 초음파 진동자(100) 형상으로 만들고, 이와 같은 성형 결과물을 1100 ~ 1300℃에서 1 ~ 3시간 동안 소성하여 진동자 소결체를 완성한다. 이때, 진동자 소결체의 공진주파수는 1.0 ~ 6.0 MHz 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 공진주파수 대역이 1.0MHz 미만일 경우 무화 성능이 떨어질 수 있고, 6.0MHz를 초과하는 경우에는 무화 성능 향상 비율 대비 전력 소모가 더 커서 효율성이 떨어질 수 있다. After the piezoceramic powder is manufactured in the same manner as described above, the piezoelectric powder is molded by dry molding to form a disk-shaped
그 다음에는, 초음파 진동자(100)형상의 진동자 소결체 상부면에 전면 전극층(110)을 형성하고, 진동자 소결체의 하부면 일부분에 전면 전극층(110)과 연결되는 제1후면 전극층(130)을 형성하여 초음파 진동자(100)를 완성한다(도 5 참조). 이때, 전면 전극층(110)과 제1후면 전극층(130)을 연결하기 위한 일 실시예로서, 초음파 진동자(100)의 측면에 보조 전극층(115)을 형성하는 방법이 수행될 수 있다. 여기서, 전면 전극층(110)과 제1후면 전극층(130)을 연결하기 위한 일 실시예 단순 측면 연결 이외에 전선 등을 이용한 별도 연결이 가능하며, 관통공에 의한 연결도 가능할 수 있다. 따라서 연결 방식에 의해서 본 발명이 제한되는 것은 아니다. Next, the
그 다음에는, 초음파 진동자(100)의 하부면 나머지 부분에 제2후면 전극층(140)을 형성한다(도 5 참조).Next, the second
이때, 제2후면 전극층(140)은 Ag(은) 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다. In this case, the second
그 다음에는, 전면 전극층(110)과 연결되는 제1후면 전극층(130) 및 제2후면 전극층(140)을 100 ~ 140℃의 실리콘오일에 침지시킨 후 1.5 ~ 4.5KV의 전압을 5 ~ 30분간 인가하여 분극처리를 수행한다. 처리 시간이 5분 미만일 경우 분극처리 효과가 미흡할 수 있고, 30분을 초과하는 경우 이미 분극 처리가 완료되므로, 불필요하게 전력만 낭비할 우려가 있다. 이와 같은 분극처리에 의해서 본 발명에 따른 초음파 진동자(100)의 내구성이 향상될 수 있으나, 내식성 및 기타 표면 특성이 개선되기 위해서는 다음과 같은 공정을 수행하여야 한다.Thereafter, the first
여기서, 제1후면 전극층(130)의 최대 두께가 되는 선폭(c)은 초음파 진동자(100) 전체 지름(a)의 5 ~ 15% 이내가 되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 10mm의 지름을 갖는 초음파 진동자(100)의 경우 제1후면 전극층(130)의 선폭(c) 범위는 0.5 ~ 1.5mm가 되어야 한다. 제1후면 전극층(130)의 선폭(c)이 0.5mm 미만(전체 지름(a)의 5% 미만)일 경우에는 전극 단자 연결이 용이하지 못하게 되고, 제1후면 전극층(130)의 선폭(c)이 1.5mm 를 초과(전체 지름(a)의 15% 초과)할 경우에는 제2후면 전극층(140) 형성 면적이 감소되어, 인가 전압의 분배가 적절하게 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 아울러, 제2후면 전극층(140)의 선폭(d) 범위는 초음파 진동자(100) 전체 지름(a)의 60 ~ 80% 범위 내에서 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 제2후면 전극층(140)의 선폭(d)이 전체 지름(a)의 60% 미만일 경우에는 전극 단자 연결이 용이하지 못하게 되고, 제2후면 전극층(140)의 선폭(d)이 전체 지름(a)의 80%를 초과할 경우에는 제1후면 전극층(130) 형성 면적이 감소되어, 인가 전압의 분배가 적절하게 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다.Here, the line width c, which is the maximum thickness of the first
그 다음으로, 도 6에서와 같은 유리기판(120)을 전면 전극층(110)의 상부에 위치시킨 후, 소부 공정을 수행하여 유리기판(120)을 초음파 진동자(100) 상부에 코팅시킨다. 이때, 유리기판(120)의 지름(b)은 초음파 진동자(100) 전체 지름(a)의 80 ~ 95%가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 유리기판(120)의 지름(b)이 초음파 진동자(100) 전체 지름(a)의 80% 미만인 경우에는 전면 전극층(110) 모두를 충분하게 보호할 수 없으며, 전체 지름(a)의 95%를 초과하는 경우, 하우징에 결합시 초음파 진동자(100)가 공정되는 부분에 의해서 코팅된 유리기판(120)에 손상이 발생 하 수 있다.Next, the
아울러, 유리기판(120)은 침식과 내식성이 강하고, 강산, 알칼리, 아로마, 살균수, 환경 약품 등에 강한 슬라이드 글라스(Slide Glass)급 이상의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 슬라이드 글라스용 유리기판(120)의 조성은 SiO2 50 ~ 55중량%, Al2O3 16 ~ 20중량%, K2O 1 ~ 4%, Na2O 15 내지 20중량%, CaO 5 내지 10중량% 및 B2O5 10 내지 15중량%를 포함하고, 10 ~ 100㎛ 두께 범위 내에서 형성되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the
그 다음으로, 유리 기판(120)을 직접 소부시키기 위한 소부 공정은 500 ~ 900℃온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. Next, the baking process for baking the
종래의 스테인레스, Ni 도금 또는 유리질 전극을 코팅할 경우 900℃이하의 온도에서는 그 반응성이 떨어져 코팅이 정상적으로 수행되지 못하는 문제가 있었다. 따라서, 페이스트의 유기 용제 증발 공정과 같은 과정을 위해서 온도를 900℃가 넘는 범위에서 코팅 공정을 형성할 수 밖에 없었는데, 이러한 경우 전극층 등 다른 소자들이 손상될 위험이 있었다. When coating a conventional stainless steel, Ni plating or glassy electrode, there was a problem that the coating is not normally performed at a temperature of 900 ° C. or less. Therefore, for the same process as the organic solvent evaporation process of the paste was forced to form a coating process in the range of more than 900 ℃ temperature, in this case there was a risk of damaging other devices such as the electrode layer.
그러나 본 발명에서는 유리기판(120)을 코팅 매개체로 사용함으로써, 500 ~ 900℃온도 범위 소부 공정이 가능하다. 500℃ 미만의 온도 범위에서는 소부 공정이 정상적으로 수행되지 않을 수 있으므로, 최소 500℃의 온도는 필요하다. 그러나, 500℃는 전극을 손상시킬 만한 온도가 아니므로 초음파 진동자 제조 공정에 있어서 전혀 무해한 온도 범위이다. 이와 관련하여 본 발명에서는 위험요소로 작용할 만한 900℃를 초과하는 고온 공정을 거치지 않아도 되므로, 초음파 진동자의 특성을 더 향상시킬 수 있다.However, in the present invention, by using the
한편, 유리기판은 접착제로 부착할 수도 있고, 별도의 접착제가 없이 전극에 함유된 글라스 성분을 이용하여 부착할 수도 있다. 특히 이러한 공정으로 접착한 경우에는 500 ~ 700℃의 낮은 온도 범위에서도 내식성 확보를 위한 접착이 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 글라스의 성분과 접착력이 크게 관련되지 않으므로, 글라스 조성이나, 물성의 선택이 자유로운 장점이 있다. On the other hand, the glass substrate may be attached with an adhesive, or may be attached using a glass component contained in the electrode without a separate adhesive. In particular, when bonded in such a process can be easily performed to ensure corrosion resistance even in a low temperature range of 500 ~ 700 ℃. In addition, since the components of the glass and the adhesive force are not significantly related, there is an advantage in that the glass composition and the physical properties are freely selected.
특히 유리기판을 부착한 경우에는 스테인레스 등 다른 재질과 달리 투명하므로, 접착형태의 완전성을 육안으로 선별할 수가 있어서, 품질의 안정성을 보장할 수가 있다.In particular, when a glass substrate is attached, unlike other materials such as stainless, it is transparent, and thus the integrity of the adhesive form can be visually selected, thereby ensuring the stability of the quality.
아울러, 유리기판은 유리 기판은 내식성이 강한 글라스, 기계적 충격에 강한 강화형 유리, 순수 실리카로 된 유리도 사용할 수 있을 뿐 아니라, 알루미나 등 다른 재질의 내산성 기판도 사용할 수 있다. In addition, the glass substrate may be used as a glass substrate is not only resistant to corrosion resistant glass, mechanically resistant tempered glass, glass of pure silica, but also acid resistant substrates of other materials such as alumina.
상술한 바와 같이, 유리 기판을 사용하게 되면, 표면이 매끈하여 별도의 가공 공정이 필요가 없고, 접착제가 부착된 형태를 육안으로 확인할 수 있어서, 접착불량을 선별할 수 있고, 유리의 조성도 다양하게 선택할 수 있으며, 유리의 색깔도 조절할 수 있는 다양한 장점이 있다. As described above, when the glass substrate is used, the surface is smooth and there is no need for a separate processing step, and the form with the adhesive can be confirmed with the naked eye, so that the poor adhesion can be selected and the composition of the glass also varies. There are various advantages to control the color of the glass.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유리기판의 코팅 방법은 내식성이 우수한 고경도의 유리기판을 전극층에 얇고 균일하게 형성하여, 전극에 아무런 부작용을 가하지 않고 진동자에 우수한 보호층을 형성할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명은 무화기용 초음파 진동자의 수명을 향상시킬 수 있다. 아울러, 보호층 형성을 위해서 도금공정을 사용하지 않음으로써, 환경규제 측면 문제도 해결이 가능하며, 제조 공정관리 측면에서도 실시가 용이하도록 한다.As described above, the coating method of the glass substrate according to the present invention forms a high hardness glass substrate having excellent corrosion resistance on the electrode layer thinly and uniformly, thereby forming an excellent protective layer on the vibrator without any adverse effect on the electrode. . Therefore, this invention can improve the lifetime of the ultrasonic vibrator for atomizers. In addition, by not using a plating process to form a protective layer, it is possible to solve the environmental regulation side problems, and to facilitate the implementation in the manufacturing process management aspects.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예 및 비교예를 들어서 본 발명에 따른 초음파 진동자의 특성에 대하여 상세히 설명하는 것으로 한다.Hereinafter, the characteristics of the ultrasonic vibrator according to the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments and comparative examples.
실시예 1Example 1
PbO 1몰에 대하여 ZrO2 0.5몰, TiO2 0.5몰의 비율로 혼합하고, 전체 고형분 100중량부에 대하여 0.5 ~ 1.5중량부 만큼의 함량비로 Nb2O5 또는 MnO2를 첨가한 원료를 이용하여, 고상합성법으로 압전분말로 형성한다. 다음에는, 압전분말을 건식성형법으로 성형하여 직경 20㎜, 두께 1.25㎜를 가지는 디스크형 초음파 진동자 형상을 만들고, 1200℃에서 2시간 동안 소성하여 진동자 소결체를 완성한다.1 mol of PbO, 0.5 mol of ZrO 2 and 0.5 mol of TiO 2 were mixed, and 0.5 to 1.5 parts by weight of Nb 2 O 5 or MnO 2 was added at a content ratio of 100 parts by weight of the total solids. The piezoelectric powder is formed by the solid phase synthesis method. Next, the piezoelectric powder is molded by dry molding to form a disk-shaped ultrasonic vibrator having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.25 mm, and then fired at 1200 ° C. for 2 hours to complete the vibrator sintered body.
다음에는, 은 페이스트를 이용한 스크린 인쇄 방법으로 진동자 소결체의 전면 및 후면에 전면 10㎛두께의 전면 전극층, 제1후면 전극층 및 제2후면 전극층을 형성한다. Next, a front electrode layer, a first rear electrode layer and a second rear electrode layer having a front surface of 10 mu m thickness are formed on the front and rear surfaces of the vibrator sintered body by a screen printing method using silver paste.
그 다음에는, 100㎛ 두께의 슬라이드 글라스를 상기 진동자 소결체의 형상과 동일하게 가공한 후 전면 전극층 상부에 위치시킨다. 이때, 슬라이드 글라스의 지름은 18mm로 형성하였다.Next, the slide glass having a thickness of 100 μm is processed in the same manner as the shape of the vibrator sintered body and then placed on the front electrode layer. At this time, the diameter of the slide glass was formed to 18mm.
그 다음에는, 800℃의 전기로에서 30분 동안 열처리하여 전면 전극층 표면에 양질의 고내식성을 가지는 유리막 보호층을 형성하였다. Then, heat treatment was carried out for 30 minutes in an electric furnace at 800 ℃ to form a glass film protective layer having a high corrosion resistance of the front electrode layer surface.
그 다음에는, 상기와 같이 제조된 초음파 진동자를 150℃의 실리콘오일에 침지시킨 후 4kV의 고전압을 10분간 인가하여 분극을 행하였다.Thereafter, the ultrasonic vibrator manufactured as described above was immersed in 150 ° C. silicon oil and polarized by applying a high voltage of 4 kV for 10 minutes.
그 다음에는, 상기한 바와 같이 제조된 초음파 진동자를 20와트(Watt)급 무화기에 적용시킨 후 시간당 무화량(㎖)을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.Next, the ultrasonic vibrator prepared as described above was applied to a 20-watt atomizer and the amount of atomization per ml was measured, and the results are shown in Table 1 below.
실시예2Example 2
상기 실시예1과 모든 공정을 동일하게 수행하되, 슬라이드 글라스의 두께는 10㎛인 것을 사용하였다.All the same process as in Example 1, but the thickness of the slide glass was used 10㎛.
비교예1Comparative Example 1
상기 실시예1과 모든 공정을 동일하게 수행하되, 슬라이드 글라스의 두께는 8㎛인 것을 사용하였다.All the same process as in Example 1, but the thickness of the slide glass was used 8㎛.
비교예2Comparative Example 2
상기 실시예1과 모든 공정을 동일하게 수행하되, 슬라이드 글라스의 두께는 105㎛인 것을 사용하였다.All the same process as in Example 1, but the thickness of the slide glass was used 105㎛.
비교예3Comparative Example 3
상기 실시예2와 모든 공정을 동일하게 수행하되, 보호층으로서 슬라이드 글라스 대신 10㎛ 두께의 니켈 도금층을 형성하였으며, 이때의 도금층 형성온도는 1200℃로 하였다.All processes were performed in the same manner as in Example 2, but a nickel plated layer having a thickness of 10 μm was formed instead of the slide glass as a protective layer, and the plated layer formation temperature was set at 1200 ° C.
[표 1] [Table 1]
상기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 진동자인 실시예1 및 실시예2의 경우 모두 우수한 무화량을 나타내었다. 이때, 보호 코팅층이 되는 슬라이드 글라스의 두께가 증가할수록 무화량이 다소 감소하는 경향을 보였으나, 전체적인 기능에는 전혀 문제가 없었다.As shown in Table 1, in the case of Examples 1 and 2, which are ultrasonic vibrators according to the present invention, both showed excellent atomization amount. At this time, the amount of atomization showed a tendency to decrease slightly as the thickness of the slide glass to be a protective coating layer, but there was no problem in the overall function.
여기서, 실시예1과 비교예1을 비교하여 보면 비교예1의 무화량을 비교하면 비교예1의 특성이 더 좋은 것으로 나타나고 있으나, 실제 내식성 및 가동 시간에 따른 무화량을 비교하여 보면 이와 반대 되는 결과를 얻을 수 있었다.Here, when comparing the amount of atomization of Comparative Example 1 when comparing the Example 1 and Comparative Example 1, the characteristics of Comparative Example 1 was shown to be better, but when comparing the amount of atomization according to the actual corrosion resistance and operating time The result was obtained.
하기 표 2는 무화기의 작동 중 발생하는 부식 현상 및 내구성을 평가한 실험 결과로, 부식현상을 가속화하기 위하여 pH 5의 초산을 사용하였으며, 가동시간은 1 ~ 500시간 까지 조절하였다.Table 2 shows the results of evaluating corrosion phenomenon and durability occurring during operation of the atomizer, using acetic acid of pH 5 to accelerate the corrosion phenomenon, the operating time was adjusted to 1 to 500 hours.
[표 2]TABLE 2
상기 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 실시예1의 경우 가동 시간이 증가하여도, 초음파 진동자의 부식이나 오염이 많이 발생하지 않아서 초기 성능을 유지함을 알 수 있다. 반면에, 비교예1의 경우 초기 성능이 실시예1의 경우보다 우수하게 나타났으나, 보호층의 두께가 얇으므로 가동 시간이 증가할수록 보호층의 기능이 미약해 짐을 알 수 있었다. 또한, 비교예3의 경우에는 니켈 도금층 형성 시 도금 공정에서 전극층이 손상되어 초기 성능이 떨어지게 나타났고, 가동시간 증가에 따른 니켈 도금층의 부식 가속화로 인하여 무화성능 또한 급격하게 감소됨을 알 수 있었다.As shown in Table 2, in the case of Example 1 according to the present invention, even if the operating time increases, it can be seen that the corrosion or contamination of the ultrasonic vibrator does not occur much to maintain initial performance. On the other hand, in the case of Comparative Example 1, the initial performance was better than that of Example 1, but because the thickness of the protective layer is thin, it can be seen that the function of the protective layer becomes weaker as the operating time increases. In addition, in the case of Comparative Example 3, when the nickel plating layer was formed, the electrode layer was damaged during the plating process, and the initial performance was decreased, and the atomization performance was also drastically decreased due to the acceleration of corrosion of the nickel plating layer with the increase of the operating time.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자는 10 ~ 100㎛ 두께의 유리 기판을 이용한 코팅 공정을 사용함으로써, 전극층의 손상 없이 내식성 및 내구성이 우수한 보호층을 형성할 수 있고, 초음파 진동자의 성능 향상 및 수명을 급격하게 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자는 1.0 ~ 6.0 MHz 의 공진주파수를 갖고, 20와트 급의 전원 공급 장치에 의해서 작동 하는 가정용 및 공업용 무화 장치에 다양하게 응용 가능한 장점이 있다.As described above, the ultrasonic vibrator for atomizer according to the present invention can form a protective layer excellent in corrosion resistance and durability without damaging the electrode layer by using a coating process using a glass substrate of 10 ~ 100㎛ thickness, It can dramatically increase performance and increase lifetime. Therefore, the atomizer ultrasonic oscillator has a resonant frequency of 1.0 ~ 6.0 MHz, there is an advantage that can be applied to a variety of domestic and industrial atomizing device operated by a 20-watt power supply.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다. Although the above has been described with reference to one embodiment of the present invention, various changes and modifications can be made at the level of those skilled in the art. Such changes and modifications may belong to the present invention without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention will be determined by the claims described below.
도 1은 종래 기술에 따른 무화기용 초음파 진동자 하우징을 도시한 단면도. 1 is a cross-sectional view showing the ultrasonic vibrator housing for the atomizer according to the prior art.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 무화기용 초음파 진동자를 도시한 평면도 및 배면도.2 and 3 are a plan view and a rear view of the atomizer ultrasonic vibrator according to the prior art.
도 4는 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자 및 이를 제조하는 방법을 도시한 사시도.Figure 4 is a perspective view of the atomizer ultrasonic vibrator and a method for manufacturing the same according to the present invention.
도 5 는 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자를 도시한 배면도.5 is a rear view showing the ultrasonic vibrator for an atomizer according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 무화기용 초음파 진동자의 표면을 코팅하는 슬라이드 글라스를 도시한 평면도.Figure 6 is a plan view showing a slide glass coating the surface of the ultrasonic vibrator for atomizer according to the present invention.
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