KR102675361B1 - 피가공품용 초음파 세척기 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 세척조에 채워진 탈이온수(Deionized Water)의 세척액에 초음파를 발생시켜 피가공품을 세척함으로써 피가공품으로부터 이물질을 박리 및 부유시켜 제거하기 위한, 금속제 피가공품용 초음파 세척기에 관한 것이다.
본 명세서의 바람직한 일 실시예에 의하면, 피가공품 표면에 잔류되는 이물질을 분리시켜 제거하기 위한 금속제 피가공품용 초음파 세척기에 적용되고,
세척액이 복수개의 제1,2,3세척조에 채워지고, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 자루에 수용되어 상기 세척액에 침수되는 피가공품에 잔류된 유분을 박리시키기 위한 1차 초음파세척조;
상기 세척액이 채워지는 복수개로 이루어진 제4,5세척조에 상기 피가공품이 침수될 경우, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 상기 피가공품으로부터 이물질을 분리시켜 세척액의 수면 위로 유도하는 2차 초음파세척조;
상기 제5세척조 일측에 형성되고, 상기 수면 위로 부유되는 이물질을 배출시키기 위한 배출부;
상기 2차 초음파세척조에 투입되는 상기 피가공품 간의 겹침을 방지하도록 격자구조 형태의 셀에 낱개로 수용되고, 상기 피가공품의 세척면에 세척액이 균일하게 전달되도록 한 트레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속제 피가공품용 초음파 세척기를 제공한다.

Description

피가공품용 초음파 세척기{ULTRASONIC CLEANER}

개시된 내용은 초음파 세척기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 탈이온수(Deionized Water)의 세척액에 초음파를 발생시켜 피가공품을 세척함으로써 피가공품의 표면에 잔류된 이물질을 용이하게 분리시켜 제거하기 위한, 피가공품용 초음파 세척기에 관한 것이다.

일 예로서, 전술한 피가공품은 프레스 가공 등으로 형성되는 2차전지용 배터리 전극터미널 등의 소형 부품을 말하고, 이로 한정하는 것을 의미하지는 않는다.

본 명세서에서 달리 표시하지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로, 2차전지용 배터리 전극터미널과 같은 소형 부품은 표면에 미세한 입자(particle)(이물질)가 잔류된 상태의 전극터미널을 탑재시킨 전기 배터리를 자동차 등에 장착시켜 주행할 경우, 전기 배터리의 과열시 이물질로 인해 화재 발생시 열폭주로 인해 차량 전소됨은 물론 귀중한 운전자 인명피해를 초래할 수 있다.

따라서 바렐에 연마석, 콤파운드와 함께 넣고 마찰운동으로 소형 부품의 버(burr)를 제거하고, 소형 부품 표면에 잔류된 미세한 이물질을 제거하기 위해 초음파세척을 하게 된다.

전술한 배터리 전극터미널은 조금의 건조 얼룩이 발생하여도 녹(부식)으로 진행될 수 있고, 저항 특성에 영향을 주게 되므로 일반적인 소형 부품의 바렐연마와 세척 작업은 물론 건조 작업에 이르기까지 주의를 요한다.

인간이 들을 수 있는 소리가 가지는 주파수, 곧 가청 주파수(20 ~ 20,000 Hz)보다 높은 진동수를 갖는 소리를 초음파(Ultrasonic wave)라고 한다.

세척액으로 전달되는 초음파에 의한 진동에너지는 세척액 내에 캐비테이션(cavitation)효과를 일으킨다.

캐비테이션이란, 세척액에 초음파가 전달되는 때에 세척액 내에 소밀파가 형성되며, 이렇게 형성된 소밀파 방식의 진동으로 부터 형성된 마이크로 버블이 파괴되면서 피세척물의 외면에 충격력을 작용하게 되는 것을 의미한다.

이와 같은 캐비테이션 효과에 의한 충격력에 의해 피세척물 표면의 고형이나 기름 성분의 이물질은 분쇄되고 유화되어 세척액 내로 유리될 수 있다

보다 구체적으로, 캐비테이션은 액체 중에 가해진 감압력에 의해 공동(空洞, Cavity)이 발생되고, 발생된 공동이 가압력에 의해 파괴되면서 대단히 커다란 압력이 발생하여 피세척물 표면에 묻어 있는 오염물을 떨구어 내는 과정으로, 주파수 범위가 20 내지 100KHz인 통상적인 산업용 초음파 세척기에서 중요한 역할을 담당하게 된다.

따라서, 세척액 중에 초음파를 발생시키면 세척액 입자는 진동하게 되고, 이 때 발생하는 가속도는 주파수가 높아짐에 따라 증가하게 되며, 사용 주파수가 상승하면 강력한 가속도 에너지가 발생되고, 이것이 피세척물 표면의 오염물에 전달되어 오염물이 가속도의 힘으로 흔들려 떨어지게 된다.

즉, 초음파 세척은 초음파공동현상(ultrasonic cavitation)으로 공기방울의 생성, 폭발에 의한 강력한 충격파 에너지를 방출하여 분산 작용 및 유화 작용으로 피세척물의 표면에 오염물을 제거하는 세척 기술이다.

그러나, 전술한 세척 기술을 이용한 종래의 초음파 세척기의 경우에는 세척물을 층층이 쌓아 세척하도록 구성됨으로써, 피세척물의 세척면에 초음파의 전달이 원활하지 않을 뿐 아니라 세척액이 정체되어 있어 유체의 마찰효과가 없고 세척효과도 떨어지는 문제점이 발생한다.

또한, 종래의 초음파 세척기는 세척액의 와류가 미진하여 피세척물의 구석진 부분에 부착된 이물질이 완전히 제거되지 않을 뿐 아니라 세척액 교환이 어려워 반복 세척이 일어나 피세척물이 오염되는 문제점이 있다.

이러한 초음파 세척기의 일 예로, 대한민국 특허등록 제10-2111219호(2020.05.08. 등록)는 하나 또는 복수 개의 단위 진동자와 대면적의 진동판을 가지는 케이스의 조합으로 이루어진 진동모듈을 채택하여 진동소자로부터 발생되는 진동파가 다양한 경로로 전달될 수 있도록 함과 더불어 진동의 세기와 강도를 높일 수 있도록 한 새로운 형태의 진동방식을 구현함으로써, 적은 수의 진동자만으로도 세척 능력을 크게 높일 수 있는 동시에 제작 비용 절감에 따라 경제적으로도 유리하고, 소음 발생 문제를 대폭 개선할 수 있으며, 제작 및 조립이 쉬울 뿐만 아니라 A/S는 물론 유지보수 및 관리 측면이나 전체적인 운용 측면에서 유리한 점이 있는 초음파 세척기가 개시된다.

또한, 대한민국 특허등록 제10-0864632호(2008.10.15. 등록)는 용해관(100) 내부에 초음파세척기(110)가 형성되어, 용제에 초음파를 인가하여 폐변압기 구성재로부터 피시비함유 절연유를 분리시키며, 회수탱크(500)에서 회수된 용제는 다시 상기 용해관(100)으로 재투입되도록 구성된 초음파세척기가 구비된 폐변압기 내 피시비함유 절연유 분리 장치가 개시된다.

그러나, 전술한 바와 같은 초음파 세척기의 경우에는 피세척물에서 분리되어 세척액에 부유하는 부유 이물질을 제거하는 구성이 포함되지 않아, 세척수 교환이 어려워 반복 세척을 수행하는 종래의 초음파세척기에서 피세척물이 이물질로 재오염되는 문제점이 동일하게 나타나게 된다.

따라서, 세척조 저면으로부터 차오르도록 구성된 탈 이온수(Deionized Water)로 구성된 세척액에 초음파를 발생시켜 피세척물을 세척함으로써, 피세척물에서 탈거된 부유 이물질을 부상시키고, 세척액에 부유된 이물질이 오버플로우면을 타고 유동하여 세척액으로 부터 용이하게 분리될 수 있도록 구성됨으로써, 세척액의 교환이 어려워 반복 세척이 수행되어야 하는 초음파 세척기에서 부유 이물질의 용이한 분리를 통해 피세척물이 이물질로 재오염되지 않도록 구성된 초음파 세척기의 개발이 요구되고 있다.

1. 대한민국 특허등록 제10-2111219호(2020.05.08. 등록) 2. 대한민국 특허등록 제10-0864632호(2008.10.15. 등록)

본 명세서의 실시예는, 피가공품에서 이물질(타발유, 미세한 먼지 등)을 분리시키기 위해 사용되는 세척액으로 탈 이온수(초 순수물, Deionized Water)를 사용하여, 세척액의 교환이 어려워 반복 세척이 수행되어야 하는 초음파 세척기에서 피가공품으로부터 이물질(부유물)을 용이하게 분리 및 제거시켜 피가공품이 이물질로 인해 재오염되지 않도록 하고, 피가공품인 금속제의 내부식성이 향상되도록 한, 피가공품용 초음파 세척기를 제공하고자 한다.

또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

상기 및 기타 본 명세서의 목적을 달성하기 위하여 본 명세서의 일 실시예에 따르면,

피가공품 표면에 잔류되는 이물질을 분리시켜 제거하기 위한 금속제 피가공품용 초음파 세척기에 적용되고,

세척액이 복수개의 제1,2,3세척조에 채워지고, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 자루에 수용되어 상기 세척액에 침수되는 피가공품에 잔류된 유분을 박리시키기 위한 1차 초음파세척조;

상기 세척액이 채워지는 복수개로 이루어진 제4,5세척조에 상기 피가공품이 침수될 경우, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 상기 피가공품으로부터 이물질을 분리시켜 세척액의 수면 위로 유도하는 2차 초음파세척조;

상기 제5세척조 일측에 형성되고, 상기 수면 위로 부유되는 이물질을 배출시키기 위한 배출부;

상기 2차 초음파세척조에 투입되는 상기 피가공품 간의 겹침을 방지하도록 격자구조 형태의 셀에 피가공품이 낱개로 수용되고, 상기 피가공품의 세척면에 세척액이 균일하게 전달되도록 한 트레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속제 피가공품용 초음파 세척기를 제공한다.

더욱 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제4,5세척조의 경계부에 형성되고, 상단에 상기 제4세척조에서 제5세척조로 낮아지도록 오버플로우면이 경사지게 형성되어, 상기 수면 위로 부유되는 이물질이 세척액을 따라 상기 제5세척조로 이동되도록 하는 분리벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배출부는,

상기 제5세척조 일측에 형성되어, 상기 제4,5세척조에서 이동되는 이물질을 배출하는 배출조;

상기 배출조 일면 상측에 수평 방향으로 형성된 장공형태의 배출구;

상기 배출조 하측과 연통되어 상기 배출구를 통과하는 이물질을 외부로 배출시키는 배출관;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제5세척조에 인접하게 형성되고, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 상기 피가공품을 추가로 세척하기 위한 추가 세척조;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 세척액으로 탈 이온수(Deionized Water)가 사용되는 것을 특징으로 한다.

개시된 일 실시예에 따른 초음파 세척기에 의하면, 초음파조에 채워지는 탈이온수가 사용되는 세척액의 교환이 어려워 반복 세척이 수행되어야 하는 초음파 조에서 피가공품으로부터 이물질을 용이하게 분리시켜 제거함에 따라 피가공품이 이물질로 인해 재오염되지 않는 효과가 있다.

또한, 초음파조에 채워지는 탈 이온수(초 순수물, Deionized Water)의 세척액에 초음파를 발생시켜 피가공품을 세척하도록 하여 금속제인 피가공품의 내부식성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 피가공품을 겹치지 않도록 배열시켜 수용하는 격자구조 형태의 트레이의 셀에 피가공품을 낱개로 담아 세척함으로써, 피가공품의 세척면에 초음파의 전달이 원활하게 이루질 뿐 아니라 세척액이 정체되지 않아 유체의 마찰효과 및 세척효과가 증대되는 효과가 있다.

또한, 세척액에 발생되는 와류로 인해 피가공품의 구석진 부분에 잔류된 이물질을 완전히 제거시키는 효과가 있다.

본 명세서의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 개시된 내용의 실시예에 따른 금속제 피가공품용 초음파 세척기가 적용되는 표면처리장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 표면처리장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 3은 개시된 내용의 실시예에 따른 금속제 피가공품용 초음파 세척기의 1차 초음파세척조의 구성을 나타내는 사시도,
도 4는 개시된 내용의 실시예에 따른 금속제 피가공품용 초음파 세척기의 2차 초음파세척조의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 2차 초음파세척조의 공정을 나타내는 흐름도,
도 6은 개시된 내용의 실시예에 따른 금속제 피가공품용 초음파 세척기의 세척조에 공급되는 탈 이온수 생성하는 것을 나타내는 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 탈 이온수 생성과정을 나타내는 블럭도,
도 8 내지 도 13은 본 명세서의 실시예에 따른 바렐 및 초음파를 이용한 피가공품 표면처리장치에서, 프레스 가공으로 형성되는 Al단자에 잔류되는 이물질을 제거하기 위해 초순수(ultrapure water)로 세척한 경우 평가 테스트 리포트를 나타내는 도면대용 사진(영문성적서:TAK-2023-64564),
도 14 내지 도 19는 본 명세서의 실시예에 따른 바렐 및 초음파를 이용한 피가공품 표면처리장치에서, 프레스 가공으로 형성되는 Al단자에 잔류되는 이물질을 제거하기 위해 초순수(ultrapure water)로 세척한 경우 평가 테스트 리포트를 나타내는 도면대용 사진(국문성적서:TAK-2023-64564),
도 20 내지 도 25는 본 명세서의 실시예에 따른 바렐 및 초음파를 이용한 피가공품 표면처리장치에서, 프레스 가공으로 형성되는 Al단자에 잔류되는 이물질을 제거하기 위해 공업용수(industrial water)로 세척한 경우 평가 테스트 리포트를 나타내는 도면대용 사진(영문성적서:TAK-2023-64565),
도 26 내지 도 31은 본 명세서의 실시예에 따른 바렐 및 초음파를 이용한 피가공품 표면처리장치에서, 프레스 가공으로 형성되는 Al단자에 잔류되는 이물질을 제거하기 위해 공업용수(industrial water)로 세척한 경우 평가 테스트 리포트를 나타내는 도면대용 사진(국문성적서:TAK-2023-64565)이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 본 명세서의 실시예에 의한 금속제 피가공품용 초음파 세척기는

프레스 가공(타발)에 의해 형성되는 피가공품(15)(일 예로서, Al단자를 말하고 이로 제한하는 것을 의미하지는 않는다) 표면에 잔류된 유분을 1차 초음파 세척조(16)의 제1,2,3세척조(11,12,13)에 탈 이온수가 사용되는 세척액(10)이 채워지고, 바닥면에 형성된 통상의 초음파발생부(14)에 의해 생성되는 초음파 발진에 의해 제거할 수 있다(도 1의 S100 참조).

프레스 가공에 의해 형성되는 피가공품(15)에 형성되는 버(burr)를 제거하기 위해 통상의 바렐연마기(40)의 바렐(30)에 피가공품(15)과 세라믹이 사용되는 연마제(미 도시)를 투입시켜 회전시킴에 따라 연마제의 마찰접촉으로 인해 피가공품(15)으로부터 버를 제거할 수 있다(도 1의 S200 참조).

통상의 진동수단(구동모터 및 방진댐퍼를 포함)이 설치된 프레임(51)에 출구측으로 경사지게 장착되고, 연마제는 선별기(50)의 진동시 선별판(55)의 관통공을 통해 낙하시키고, 관통공을 통과하지 못하는 피가공품(15)은 선별기(50)의 출구측으로 이동시킴에 따라 연마제로부터 피가공품(15)을 선별하게 된다(도 1의 S300 참조).

선별된 피가공품(15)을 세척액(10)이 채워진 용기에 소정시간동안 침수시켜 피가공품(15)에 잔류된 미세입자의 이물질을 분리시켜 제거할 수 있다.

피가공품(15)을 격자구조 형태의 트레이(22)의 셀에 낱개로 담아 수용함에 따라(도 1의 S400 참조), 2차 초음파세척조(19)에서 세척 및 건조기(60)에서 건조시킬 경우 피가공품(15)의 겹침을 방지할 수 있다.

격자구조의 셀에 피가공품(15)이 낱개로 수용된 트레이(22)를 2차 초음파세척조(19)의 제4,5세척조(17,18)에 채워진 세척액(10)에 침수시키되, 바닥면에 형성된 초음파발생부(14)에 의해 발생되는 초음파에 의해 트레이(22)에 수용된 피가공품(15)에 잔류된 이물질(20)을 박리시켜 세척액(10) 수면 위로 부상시킬 수 있다(도 1의 S500 참조).

2차 초음파세척조(19)에서 세척된 피가공품(15)에 잔류된 수분을 건조기(60)에서 제거할 수 있다. 즉 외통(63)에 회전가능하게 수용되고, 트레이(22)가 배치된 내통(62)을 구동모터(61)에 의해 회전시키되, 구동모터(65)에 연결된 송풍기로부터 토출되는 공기를 내통(62)에 토출시킴에 따라, 피가공품 표면에 잔류된 수분을 제거할 수 있다(도 1의 S600 참조).

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 개시된 내용의 바람직한 일 실시예에 따른 금속제 피가공품용 초음파 세척기는

피가공품 표면에 잔류되는 이물질을 분리시켜 제거하기 위한 금속제 피가공품용 초음파 세척기에 적용되고,

통상의 탈 이온수(Deionized Water)가 사용되는 세척액(10)이 세척액공급부( 미 도시)에 의해 복수개의 제1,2,3세척조(11,12,13)에 채워지고, 바닥면에 형성되는 통상의 초음파발생부(14)에 의해 세척액에 초음파를 발생시켜 메쉬(mesh)형태의 통상의 자루(미 도시)에 수용되어 세척액(10)에 침수되는 피가공품(15)에 잔류된 유분(피가공품(15)의 프레스 가공시 분사된 타발유를 말함)을 박리(剝離)시키기 위한 통상의 1차 초음파세척조(16);

세척액공급부(미 도시)에 의해 세척액(10)이 채워지는 복수개로 이루어진 제4,5세척조(17,18)에 피가공품(15)이 침수될 경우, 바닥면에 형성되는 통상의 초음파발생부(14)에 의해 세척액(10)에 초음파를 발생시켜 피가공품(15)으로부터 미세입자의 이물질(20)을 분리시켜 세척액(10)의 수면 위로 부유되도록 하는 2차 초음파세척조(19);

2차 초음파세척조(19) 일측에 형성되고, 수면 위로 부유되는 이물질(20)을 배출시키기 위한 배출부(21);

2차 초음파세척조(19)에 투입되는 피가공품(15) 간의 겹침을 방지하도록 격자구조 형태의 셀에 낱개로 수용되고, 피가공품(15)의 세척면에 세척액(10)이 균일하게 전달되도록 한 통상의 트레이(tray)(22);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 도 6 및 도 7에서와 같이, 전술한 1차 및 2차 초음파세척조(16,19)에 채워지는 탈 이온수의 세척액(10)은 수돗물 등의 원수를 원수이송펌프(100)에 의해 A/C필터(항균필터를 말함)(200)측으로 이송시켜 원수 중에 포함되는 세균을 항균처리하게 된다. A/C필터(200)를 통과한 원수는 마이크로필터(300)에 공급되어 원수 중의 초미세입자의 이물질을 여과처리한 후 멤브레인(400)에 이송되어 원수 중의 박테리아 등의 불순물을 여과시키게 된다. 원수 중에 용존하는 이온을 대부분 제거시킨 정제한 물, 즉 초순수를 탈 이온수 저장탱크(500)에 저장하되, 탈 이온수 토출펌프(600)에 의해 탈 이온수를 배출시키되, 탈 이온수 중에 용존된 부유물질을 서브 마이크로필터(700)에 의해 여과처리한 후, 탈 이온수의 세척액(10)을 1차,2차 초음파세척조(16,19)에 공급하게 된다.

전술한 수돗물 등의 원수를 탈 이온수의 세척액(10)으로 생성하는 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이므로 이들의 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.

즉, 전술한 세척액(10)으로 사용되는 탈 이온수는 수중에 용존하는 이온을 대부분 제거한 물을 의미하는 것으로, 이온교환 수지로 정제한 물, 즉 초순수 또는 이온교환수라고도 하고, 증류로 정제한 증류수와 구별하여 사용된다.

즉, 탈 이온수는 물 분자를 이루고 있는 수소와 산소 이외에는 아무것도 포함하지 않은 물로, 물속 무기질, 미립자, 박테리아, 미생물 등 모든 물질을 제거하는 고도의 정제 과정을 통해 만들어지게 된다.

더욱 바람직한 실시예에 의하면, 도 3에서와 같이, 전술한 제1,2,3세척조(11,12,13)의 경계부에 형성되고, 제1세척조(11)에서 제2세척조(12)로 낮아지도록 상단에 오버플로우면(23)이 경사지게 형성되고, 제2세척조(12)에서 제3세척조(13)로 낮아지도록 상단에 오버플로우면(23)이 경사지게 형성되고, 제1세척조(1) 및 제2세척조(12)의 수면 위로 부유되는 이물질(20)이 세척액(10)을 따라 제2세척조(12) 및 제3세척조(13)로 각각 이동되도록 하는 분리벽(24);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 4에서와 같이, 전술한 제4,5세척조(17,18)의 경계부에 형성되고, 상단에 제4세척조(17)에서 제5세척조(18)로 낮아지도록 오버플로우면(23)이 경사지게 형성되어, 제4세척조(17)의 수면 위로 부유되는 이물질(20)이 세척액(10)을 따라 제5세척조(18)로 이동되도록 하는 분리벽(24);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 4에서와 같이, 전술한 배출부(21)는,

제5세척조(18) 일측에 형성되어, 제4,5세척조(17,18)에서 이동되는 이물질(20)을 배출하는 배출통(25);

분리벽(24)의 오버플로우면(23)보다 낮은 높이로 배출통(25) 일면 상측에 수평 방향으로 형성된 장공형태의 배출구(26);

배출통(25) 하측과 연통되어 배출구(26)를 통과하는 이물질(20)을 외부로 배출시키는 배출관(27);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2 및 도 4에서와 같이, 전술한 제5세척조(18)에 인접하게 형성되고, 바닥면에 형성되는 통상의 초음파발생부(14)에 의해 세척액(10)에 초음파를 발생시켜 피가공품(15)을 추가로 세척하기 위한 추가 세척조(28);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 3에서와 같이, 전술한 바와 같은 1차 초음파세척조(16)에 의하면, 제1,2,3세척조(11,12,13)에 채워지는 탈 이온수(초 순수물, Deionized Water)가 사용되는 세척액(10)에 통상의 초음파 발생부(14)에 의해 초음파를 발생시킴에 따라 통상의 자루(미 도시)에 수용되어 제1,2,3세척조(11,12,13)에 침수되는 피가공물(15)을 세척함으로써, 초음파 발진으로 인한 세척액(10)에 생성되는 에어버블로 인해 피가공물(15)에서 이탈되는 이물질(20)(피가공품(15) 프레스 가공(타발)시 분사되는 타발유를 말함)을 부상시키고, 세척액(10) 수면에 부유된 이물질(20)이 제1,2,3세척조(11,12,13) 경계부위에 형성된 분리벽(24) 상단에 형성된 오버플로우면(23)을 타고 제2,3세척조(12,13)로 이동하게 되므로 세척액(10)으로부터 용이하게 제거될 수 있도록 구성된 것이다.

이때, 전술한 초음파 발생부(14)에 의해 제1,2,3세척조(11,12,13)의 세척액(10)에 초음파를 발생시킴에 따라 생성되는 에어버블에 의해 세척액(10)에 침수된 피가공품(15) 표면에 잔류된 타발유 등의 이물질(20)을 박리(剝離)시키는 기술내용은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것과 실질적으로 동일하게 적용되므로 이들의 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4에서와 같이, 프레스 가공(타발)공정으로 인해 피가공품(15) 표면에 잔류된 타발유 등의 이물질(20)을 1차 초음파세척조(16)에서 박리시켜 제거한 피가공품(15)은 격자구조의 트레이(22)의 셀에 낱개로 각각 수용한다.

이로 인해, 1차 초음파세척조(16)의 세척단계를 거쳐 표면에 잔류된 이물질(20)을 제거시킨 피가공품(15)을 트레이(22)의 셀에 낱개로 담아 2차 초음파세척조(19)의 세척액(20)에 침수시켜 표면에 잔류된 이물질(20)을 초음파 발진으로 인한 에어버블에 의해 제거할 경우, 피가공품(15) 간의 마찰접촉으로 인해 표면에 스크래치 발생되는 것을 방지하고, 또한 초음파 발진으로 인한 에어버블 형태의 세척액(20)이 피가공품(15)의 세척면에 균일하게 전달시킬 수 있게 된다.

즉, 통상의 초음파 발생부(14)에 의해 세척액(10)에 초음파를 발생시킴에 따라, 초음파 공동현상으로 공기방울의 생성, 폭발에 의한 강력한 충격파 에너지를 방출하여 분산 작용 및 유화 작용으로 피가공품(15)의 표면에 잔류된 이물질(20)을 박리시켜 제거하는 세척 기술이 적용될 수 있도록 한다.

이를 상세하게 설명하면, 1차 초음파세척조(16)의 세척액(10)에 초음파를 발생시켜 침수되는 피가공품(15) 표면에 잔류된 타발유를 박리시켜 제거한 후, 1차 초음파세척조(16)에 채워지는 세척액(10)과 동일한 탈 이온수가 사용되는 세척액(10)이 채워진 2차 초음파세척조(19)의 제4세척조(17)에 격자구조 형태의 셀에 피가공품(15)이 낱개로 수용된 트레이(22)를 통채로 침수시킨다(도 5의 S510 참조).

제4세척조(17)에 통상의 세척액 공급부(미 도시)에 의해 탈 이온수로 이루어진 세척액(10)을 채워넣는다(도 5의 S520 참조).

제4세척조(17)의 바닥면에 형성된 초음파발생부(14)에 의해 세척액(10)에 초음파를 발생시킴에 따라(도 5의 S530 참조), 세척액(10)에 생성되는 에어버블로 인해 트레이(22)의 셀에 낱개로 수용된 피가공품(15) 표면에 잔류된 이물질(20)을 분리시켜 세척액(10)의 수면으로 부상시키게 된다(즉, 제4세척조(17)에서 피가공품(15)의 첫번째 초음파세척이 이루어진다)(도 5의 S540 참조).

제4세척조(17)의 세척액(10)에 생성되는 에어버블로 인해 피가공품(15)에서 분리된 후 세척액(10) 수면에 부상된 이물질(20)은 경계부에 형성된 분리벽(24) 상단의 오버플로우면(23)을 타고 제5세척조(18)로 이동하게 된다.

전술한 피가공품(15)이 격자구조 형태의 셀에 낱개로 수용된 트레이(22)를 제5세척조(18)에 침수시키되, 바닥면에 형성된 초음파발생부(14)에 의해 발생되는 초음파로 인해 생성되는 에어버블로 인해 트레이(22)에 낱개로 수용된 피가공품(15) 표면에 잔류된 이물질(20)을 제거하는 두번째 초음파세척이 이루어진다(도 5의 S550 참조).

이때, 제5세척조(18)에 침수된 트레이(22)에 수용된 피가공품(15)에서 분리되는 이물질(20)은 제5세척조(18)에 채워진 세척액(10) 수면에 부상하게 된다(도 5의 S560 참조).

따라서, 제4세척조(17)의 세척액(10)에 침수된 트레이(22)에 수용되어 1차 세척됨에 따라 피가공품(15) 표면으로부터 분리된 후 분리벽(14)의 오버플로우면(23)을 통과하는 세척액(10)을 따라 제5세척조(18)로 이동되는 이물질(20)과, 제5세척조(18)에 침수된 트레이(22)에 수용되어 2차 세척됨에 따라 피가공품(15) 표면으로부터 분리된 이물질(20)은 제5세척조(18) 일측에 형성된 배출부(21)를 통과하여 외부로 배출된다.

이를 상세하게 설명하면, 전술한 제4세척조(17)의 세척액(10)에 발생된 초음파 발진으로 인해 피가공품(15)의 표면에서 분리된 이물질(20)이 부상되어 세척액(10) 수면을 따라 제5세척조(18)로 이동될 경우, 제5세척조(18) 일측에 형성된 분리벽(24)보다 낮은 높이로 배출통(25) 일면 상측에 수평방향으로 형성된 장공형태의 배출구(26)를 통과하여 배출통(25)으로 이동된 후, 하측의 배출관(27)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

도 2 및 도 4에서와 같이, 전술한 추가 세척조(28)는 제5세척조(18) 일측에 이웃하게 형성되고, 제5세척조(18)에서 이물질(20)을 재 세척시킨 피가공품(15)의 세척을 추가로 수행하기 위한 수조이다.

즉, 추가 세척조(140)는 제5세척조(18)에서 세척된 피가공품(15)의 세척액(10)(제4,5세척조(17,18)에 채워진 세척액(10)과 동일한 탈 이온수가 사용됨)에 의해 추가 세척 또는 헹굼이 이루어지는 수조이다.

전술한 세척액(10)은 탈 이온수를 사용함으로써, 피가공품(15)에 잔류되는 슬러지 등의 찌꺼기와 연마 공정시 피가공품(15)에 잔류된 이물질을 세척할 경우, 전자 저항도가 높아 전류가 거의 흐르지 않는 물(초순수)로 피가공품(15)을 세척하도록 구성되어, 연마 공정 중 표면에 잔류된 슬러지 입자가 피가공품(15) 표면에 잔류되어 피가공품(15)의 산화 또는 부식을 방지하여 내부식성을 향상시킬 수 있게된다.

전술한 트레이(22)는 소형 금속재로 형성된 피가공품(15)이 겹쳐지지 않도록 배열시켜 수용하는 격자구조 형태로 구성된 것으로, 다수개가 쌓아져 묶음 수용될 수 있도록 구성된다.

따라서, 트레이(22)는 다수개의 피가공품(15)을 내부의 셀에 낱개로 담아 제4,5세척조(17,18)에 담겨진 상태로 세척될 수 있도록 구성됨으로써, 피가공품(15)의 겹침(포개짐)이 방지되어 피가공품(15)의 세척면에 초음파 발진으로 인해 세척액(20) 전달이 원활하게 이루질 뿐 아니라 세척액(20)이 정체되지 않아 유체의 마찰 효과 및 세척 효과가 증대되도록 한다.

도 8 내지 도 19에 도시된 국문성적서 및 영문성적서에서와 같이, 초순수와 초음파를 이용하여 Al단자(피가공품(10))를 세척한 후 Al단자 표면에 노출되는 성분을 분석한 결과, Al단자 이외에 탄소(C), 산소(O), 망간(Mn), 철(Fe)을 포함하는 불순물이 잔류되어 검출됨을 아래 표 1과 같이 확인할 수 있다.

	C	O	Al	Mn	Fe	합계(%)
시료 1	8.18	3.77	86.43	1.09	0.53	100
시료 2	9.10	3.52	85.63	1.11	0.65	100
시료 3	7.96	3.52	86.95	1.14	0.43	100
시료 4	8.16	3.48	86.47	1.05	0.48	100
시료 5	8.43	3.82	86.03	1.06	0.65	100

도 20 내지 도 31에 도시된 국문성적서 및 영문성적서에서와 같이, 공업용수와 초음파를 이용하여 Al단자(피가공품(10))를 세척한 후 Al단자 표면에 노출되는 성분을 분석한 결과, Al단자 이외에 탄소(C), 산소(O), 규소(Si), 망간(Mn), 철(Fe)을 포함하는 불순물이 잔류되어 검출됨을 아래 표 2와 같이 확인할 수 있다.

	C	O	Al	Si	Mn	Fe	합계(%)
시료 1	9.54	3.71	84.56	0.48	1.18	0.53	100
시료 2	9.64	3.44	85.06	0.40	0.92	0.55	100
시료 3	8.54	3.63	85.63	0.54	1.09	0.57	100
시료 4	8.29	3.19	86.65	0.29	1.02	0.56	100
시료 5	9.52	3.64	84.96	0.35	1.02	0.50	100

전술한 바와 같이 Al단자(피가공품(10))를 초순수와 초음파, 또는 공업용수와 초음파를 이용하여 세척한 Al단자 표면에 잔류되는 성분을 분석한 시험성적서에 의하면,

공업용수 및 초음파를 이용하여 Al단자를 세척할 경우 Al단자 표면에 Si성분이 잔류됨을 검출 및 확인할 수 있다(이와 반면에, 초순수 및 초음파를 이용하여 Al단자를 세척할 경우 Si성분이 제거되어 Al단자 표면에 잔류되는 Si성분을 검출할 수 없게 된다).

한편, Al단자(피가공품(10))를 초순수와 초음파, 또는 공업용수와 초음파를 이용하여 세척한 Al단자 표면에 잔류되는 성분을 분석한 시험성적서에 의하면,

Al단자 표면에 잔류되어 검출된 탄소(C), 산소(O), 망간(Mn), 철(Fe)을 포함하는 불순물의 차이는 미미함을 확인할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 명세서이 일 실시예에 따른 금속제 피가공품용 초음파 세척기에 의하면, 복수개의 세척조에 채워지는 세척액의 교환이 어려워 반복 세척이 수행되어야 하는 초음파 세척기에서 부유되는 이물질의 용이한 분리를 통해 피가공품이 이물질로 인해 재오염되지 않는 효과가 있다.

또한, 초음파세척조에 채워지는 탈이온수(초 순수물, Deionized Water)가 사용되는 세척액에 초음파를 발생시켜 피가공품을 세척하도록 구성됨으로써, 금속제의 피가공품의 내부식성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 소형 금속재로 형성된 피가공품을 겹치지 않도록 배열시켜 수용하는 격자구조 형태의 트레이에 피가공품을 담아 세척함으로써, 피가공품의 겹침(포개짐)이 방지되어 피가공품의 세척면에 초음파 전달이 원활하게 이루질 뿐 아니라 세척액이 정체되지 않아 유체의 마찰효과 및 세척효과가 증대되는 효과가 있다.

또한, 세척액에 초음파를 발생시켜 세척액의 와류로 인해 피가공품의 구석진 세척면에 잔류된 이물질이 완전히 제거되는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 명세서의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 명세서의 권리범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 세척액
11; 제1세척조
12; 제2세척조
13; 제3세척조
14; 초음파발생부
15; 피가공품
16; 1차 초음파세척조
17; 제4세척조
18; 제5세척조
19; 2차 초음파세척조
20; 이물질
21; 배출부
22; 트레이
23; 오버플로우면
24; 분리벽
25; 배출통
26; 배출구
27; 배출관
28; 추가 세척조

Claims (5)

1. 피가공품 표면에 잔류되는 이물질을 분리시켜 제거하기 위한 금속제 피가공품용 초음파 세척기에 있어서:
   세척액이 복수개의 제1,2,3세척조에 채워지고, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 자루에 수용되어 상기 세척액에 침수되는 피가공품에 잔류된 유분을 박리시키기 위한 1차 초음파세척조;
   상기 세척액이 채워지는 복수개로 이루어진 제4,5세척조에 상기 피가공품이 침수될 경우, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 상기 피가공품으로부터 이물질을 분리시켜 세척액의 수면 위로 유도하는 2차 초음파세척조;
   상기 2차 초음파세척조에 투입되는 상기 피가공품 간의 겹침을 방지하도록 격자구조 형태의 셀에 낱개로 수용되고, 상기 피가공품의 세척면에 세척액이 균일하게 전달되도록 한 트레이;
   상기 제4,5세척조의 경계부에 형성되고, 상단에 상기 제4세척조에서 제5세척조로 낮아지도록 오버플로우면이 경사지게 형성되어, 상기 수면 위로 부유되는 이물질이 세척액을 따라 상기 제5세척조로 이동되도록 하는 분리벽;
   상기 제5세척조에 인접하게 형성되고, 바닥면에 형성되는 초음파발생부에 의해 상기 세척액에 초음파를 발생시켜 상기 피가공품을 추가로 세척하기 위한 추가 세척조;를 포함하되,
   상기 제5세척조와 추가 세척조 사이에 형성되고, 상기 제4,5세척조에서 이동되는 이물질을 배출하는 배출통과, 상기 분리벽의 오버플로우면보다 낮은 높이로 상기 배출통 일면 상측에 수평 방향으로 형성된 장공형태의 배출구와, 상기 배출통 하측과 연통되어 상기 배출구를 통과하는 이물질을 외부로 배출시키는 배출관을 포함하는 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피가공품용 초음파 세척기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 세척액으로 탈 이온수(Deionized Water)가 사용되는 것을 특징으로 하는 피가공품용 초음파 세척기.

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