KR101551273B1 - 초음파 진동자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동이 발생되는 BLT 진동자; 및 상기 BLT 진동자에 결합되며 길이방향으로 길게 형성되며 상기 BLT 진동자에서 전달된 진동에 의해 발생되는 초음파를 방출하는 웨이브가이드;를 포함하며, 상기 웨이브가이드는 상기 초음파의 방출량이 균일하게 증가하도록 외면에 다수의 돌기와 홈이 길이방향으로 교번 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자에 관한 것이다.

Description

초음파 진동자{Ultrasonic transmitter}
본 발명은 피세정물에 초음파를 방출하여 세정하기 위한 초음파 진동자에 관한 것이다.
화학적인 세정 방법은 표면의 오염을 수세 및 에칭, 그리고 산화 환원 반응 등에 의해서 제거하는 것으로, 여러 가지 화학 약품이나 가스를 사용하여 산업용 일반 세정, sonochemistry(음향화학 반응) 및 폐수처리에 이용한다.
물리적 세정 방법은, 초음파 에너지에 의해서 부착물을 박리하거나, 브러시로 불식하거나, 고압수를 사용하여 부착물을 제거하는 것이다.
일반적으로 효율적인 세정 방법을 위해서 물리적 방법과 화학적 방법을 병행하는 방법을 적절하게 조합하는 초음파 세정 방법 등이 적용되고 있다.
즉, 초음파 세정이란 피세정물에 부착된 오염물질을 물리적(초음파), 화학적수단(화학세정액)을 이용해서 제거하고, 제거된 오염물질이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다.
초음파에 의한 물리적 현상이란 초음파의 공동현상(Cavitation)에 의해 이루어지는 것을 의미하며, 공동현상이란, 초음파의 에너지가 액중에 전달될 때 초음파의 압력에 의해 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력(수십 기압에서 수백 기압)과 고온(수 백도에서 수 천도)을 동반한다. 이 공동 현상은 극히 짧은 시간(수 만분의 일초에서 수십만 분의 일초)내에 생성과 소멸을 반복하여 충격파를 발생하고, 이 충격파에 의해서 액속에 담겨있는 피세척물의 내부 깊숙이 보이지 않는 곳까지 짧은 시간 내에 세정이 이루어진다.
실제의 경우에는 케비테이션에 의한 충격 에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반효과 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세정효과를 이루어낸다.
도 1은 종래의 초음파 진동자에서 방출되는 초음파의 변위를 나타낸 개략도, 도 2는 종래의 초음파 진동자의 수중 음압 분포를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 초음파 진동자(1)는 진동이 발생되는 BLT 진동자(10), 및 상기 BLT 진동자에 결합되며 상기 BLT 진동자에서 전달된 진동에 의해 발생하는 초음파를 방출하는 전달체(20)를 포함하여 구성된다.
그러나 종래 기술은 상기 전달체(20)에서 상기 초음파의 변위(초음파의 파장)가 최대인 지점에서만 초음파가 방출됨으로써, 상기 초음파의 방출량이 감소하게 되는 문제점이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 초음파 진동자는 수중 음압 분포가 불균일한 문제점이 있다.
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 초음파 진동자의 개발이 필요한 실정이다.
이와 관련된 기술로서, 본 출원인은 한국등록특허 제1002706호의 초음파 세정 장치를 제시한 바 있다.
한국등록특허 제1002706호 (2010.12.14)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 초음파의 방출량을 극대화 할 수 있고 수중 음압 분포를 균일화 할 수 있는 초음파 진동자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 초음파 진동자는 진동이 발생되는 BLT 진동자; 및 상기 BLT 진동자에 결합되어 길이방향으로 길게 형성되며 상기 BLT 진동자에서 전달된 진동에 의해 발생되는 초음파를 방출하는 웨이브가이드;를 포함하며, 상기 웨이브가이드는 상기 초음파의 방출량이 균일하게 증가하도록 외면에 다수의 돌기와 홈이 길이방향으로 교번 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨이브가이드는 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점에 상기 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨이브가이드는 원통형상으로 형성되며, 상기 돌기가 사각링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨이브가이드는 원통형상으로 형성되며, 상기 돌기가 사다리꼴링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 초음파 진동자는 BLT 진동자; 및 상기 BLT 진동자에 결합되어 길이방향으로 길게 형성되며 상기 BLT 진동자에서 전달된 진동에 의해 발생되는 초음파를 방출하는 웨이브가이드;를 포함하며, 상기 웨이브가이드는 상기 초음파의 방출량이 균일하게 증가하도록 외면에 다수의 돌기와 홈이 길이방향으로 교번 형성됨으로써, 상기 돌기의 둘레에서 초음파가 방출되어 초음파의 방출량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이브가이드는 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점에 상기 홈이 형성됨으로써, 상기 초음파의 변위가 최대인 지점 및 0 인 지점과 상기 돌기가 형성되는 지점이 중첩되지 않아서 초음파의 방출량을 좀 더 극대화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 초음파 진동자에서 방출되는 초음파의 변위를 나타낸 개략도
도 2는 종래의 초음파 진동자의 수중 음압 분포를 나타낸 개략도
도 3은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 나타낸 개략도
도 4는 본 발명에 따른 초음파 진동자의 부분 확대도
도 5는 본 발명에 따른 초음파 진동자의 실시예의 부분 확대도
도 6은 본 발명에 따른 초음파 진동자에서 방출되는 초음파의 변위를 나타낸 개략도
도 7은 본 발명에 따른 초음파 진동자의 수중 음압 분포를 나타낸 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 피세정물에 초음파를 방출하여 세정하기 위한 초음파 진동자에 관한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 진동자를 나타낸 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진동자(1000)는 BLT 진동자(100), 및 웨이브가이드(200)를 포함하여 구성된다.
상기 BLT 진동자(100)는 다수의 진동소자(미도시)를 사이에 두고 양측에서 압착 체결되는 다수의 볼트(미도시)를 포함하는 볼트조임형 란쥬반진동자로서, 상기 진동소자들에 의해 진동이 발생된다.
상기 웨이브가이드(200)는 일단이 상기 BLT 진동자(100)에 결합되어 길이방향으로 길게 형성되며 상기 BLT 진동자(100)에서 전달된 진동에 의해 발생되는 초음파가 방출된다.
또한, 상기 웨이브가이드(200)는 상기 초음파의 방출량이 균일하게 증가하도록 외면에 다수의 돌기(210)와 홈(220)이 길이방향으로 교번 형성된다.
이 때, 상기 웨이브가이드(200)는 상기 돌기(210)의 둘레에서 초음파가 방출하게 된다.
종래의 초음파 진동자는 초음파의 변위가 최대인 지점에서만 초음파가 방출되었다. 따라서 진동자의 수중 음압 분포가 불균일해졌다.
그러나 본 발명에 따른 초음파 진동자(1000)는 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점을 포함하여 상기 돌기(210)의 둘레에서도 초음파가 방출하게 되어 초음파의 방출량이 증가하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 초음파 진동자(1000)는 진동이 발생되는 BLT 진동자(100), 및 상기 BLT 진동자(100)에 결합되어 길이방향으로 길게 형성되며 상기 BLT 진동자(100)에서 전달된 진동에 의해 발생되는 초음파가 균일하게 방출되는 웨이브가이드(200)를 포함하며, 상기 웨이브가이드(200)는 상기 초음파의 방출량이 증가하도록 외면에 다수의 돌기(210)와 홈(220)이 길이방향으로 교번 형성됨으로써, 상기 돌기(210)의 둘레에서 초음파가 방출되어 초음파의 방출량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 진동자의 부분 확대도, 도 5는 본 발명에 따른 초음파 진동자의 실시예의 부분 확대도이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 웨이브가이드(200)는 원통형상으로 형성되며, 상기 돌기(210)가 사각링 또는 사다리꼴링 형상으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 웨이브가이드(200)는 상기 돌기(210)들이 각각 사각링 형상 또는 사다리꼴링 형상으로 형성되어 상기 웨이브가이드(200)의 외주면에 배열 결합될 수 있다.
또한, 상기 웨이브가이드(200)는 상기 돌기(210)와 홈(220)이 서로 연결된 부위가 곡면(215) 형태로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 웨이브가이드(200)는 상기 곡면(215)에서도 상기 초음파가 방출되어 상기 초음파의 방출량이 좀 더 극대화될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 초음파 진동자에서 방출되는 초음파 변위를 나타낸 개략도, 도 7은 본 발명에 따른 초음파 진동자의 수중 음압 분포를 나타낸 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 웨이브가이드(200)에서 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점은 외면의 형상과 관계없이 초음파가 방출된다.
그러므로 상기 웨이브가이드(200)에서 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점에 상기 홈(220)이 형성되어도 초음파가 방출될 수 있다.
또한, 상기 웨이브가이드(200)에서 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점에서 인접하는 상기 돌기(210)가 좀 더 연장되어 초음파의 방출폭을 넓힐 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 웨이브가이드(200)는 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점에 상기 홈(220)이 형성됨으로써, 상기 초음파의 변위가 최대인 지점, 0 인 지점, 및 상기 돌기(210)가 형성되는 지점이 중첩되지 않아서 초음파의 방출량을 좀 더 균일하게 극대화할 수 있는 장점이 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진동자(1000)는 하기 수학식 1을 만족할 경우, 수중 음압 분포가 균일해질 수 있다.
<수학식 1>
H =
Figure 112013093180223-pat00001
/2의 정수배
Figure 112013093180223-pat00002
= V / G
단, H는 상기 웨이브가이드(200)의 길이방향 길이, V = 상기 초음파의 상기 웨이브가이드(200) 이동음속, G는 상기 BLT 진동자(100)의 구동주파수.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 본 발명에 따른 초음파 진동자
100 : BLT 진동자
200 : 웨이브가이드
210 : 돌기
215 : 곡면
220 : 홈

Claims (4)

  1. 진동이 발생되는 BLT 진동자; 및
    상기 BLT 진동자에 결합되어 길이방향으로 길게 형성되며 상기 BLT 진동자에서 전달된 진동에 의해 발생되는 초음파를 방출하는 웨이브가이드;를 포함하며,
    상기 웨이브가이드는 상기 초음파의 방출량이 균일하게 증가하도록 외면에 다수의 돌기와 홈이 길이방향으로 교번 형성되며,
    상기 웨이브가이드는 상기 초음파의 변위가 최대인 지점과 0 인 지점에 상기 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이브가이드는
    원통형상으로 형성되며, 상기 돌기가 사각링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 웨이브가이드는
    원통형상으로 형성되며, 상기 돌기가 사다리꼴링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자.
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