KR200350306Y1 - 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기는 초음파 진동자(1), 액체 보관용기(5)에 저장된 액체를 흡수하는 심지(3), 및 한 쪽 단부는 상기 심지의 윗면에 접촉되고, 다른 쪽 단부는 상기 초음파 진동자에 부착되어 상기 초음파 진동자와 함께 진동하는 진동판(2)을 포함하고, 상기 심지로 흡수된 액체는 상기 진동판의 진동에 의하여 상기 심지의 윗면과 진동판이 접촉하는 부분에서 휘산되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 진동판은 수평면과 1∼60°의 각도를 이루도록 설치되고, 그 두께가 0.001 내지 2 ㎜이고, 그 재료가 스테인리스나 구리를 포함하는 내화학성이 강하고 진동이 가능한 재료인 것이 바람직하다. 본 고안에 따른 휘산기는 휘산 속도가 균일하면서도 휘산기의 효율이 우수하고 제조비용이 저렴하고, 쉽게 부식되지 않아 내구성이 강화되고, 액체의 점성이 큰 경우에도 휘산이 잘 된다.

Description

초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기{Liquid Dispenser of Using Ultrasonic Actuator}

고안의 분야

본 고안은 초음파 진동자(piezoelectric actuator)를 이용하여 액체를 휘산시키는 휘산기(dispenser)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 고안은 휘산 속도가 균일하면서도 휘산기의 효율이 우수하고 제조비용이 저렴한 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기에 관한 것이다.

고안의 배경

액체 휘산기는 보통 물, 향료, 공기 청정제, 가정용 세정제, 살균제, 소독제, 방충제, 살충제, 방향요법제재, 의약제, 치료액 등의 액체를 휘산시키는 장치(본 고안의 휘산기는 '분배기', '분무기' 등을 포함한다)에 관한 것이다. 예를 들어, 가습기는 물을 휘산시키고, 방향제 휘산기는 향료(aroma)를 휘산시킨다.

액체를 휘산시키는 방법은 다양한데, 그 중 진동자에서 발생하는 진동을 이용하는 방법이 많이 이용되고 있다. 이때 발생하는 진동은 20 kHz 이상으로서 초음파에 해당하기 때문에 보통 '초음파 휘산기'라고도 하며, 예를 들어 초음파 가습기, 초음파 세척기, 초음파 용착기, SONAR 등이 있다. 진동자가 진동하면, 진동자에 접촉되어 있는 액체가 진동하게 되고, 이 진동 에너지가 대기와 접하고 있는 액체의 표면으로 전달된다. 이때 전달된 진동에너지가 액체의 표면장력보다 더 크게 되면, 액체가 미립화되어 대기 중으로 휘산된다.

종래의 초음파 휘산기는 발열소자를 이용한 휘산기가 전열되는 시간이 긴 것과는 달리, 진동에너지의 전달 속도가 빠르기 때문에 휘산 속도가 매우 빠른 장점이 있다. 그러나, 내화학성이 낮은 초음파 진동자의 전극부분이 액체와 직접 접촉하기 때문에 상기 전극부분이 쉽게 부식된다는 단점이 있다. 또한, 초음파 진동자에 의해 발생한 진동에너지가 액체의 표면으로 전달되기까지의 과정이 길고, 이때 손실되는 에너지가 많기 때문에, 휘산기의 효율이 낮고 휘산 속도가 균일하지 못하다는 단점도 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여, 미국특허 제6,378,780호와 제6,446,880호, 한국공개특허 제2002-3201호, 제2003-39366호, 제2003-39365호, 제1988-4845호 등에서는 휘산기의 압전 진동자(piezoelectirc actuator)에 지름이 약 1∼25 ㎛로 매우 미세한 구멍(orifice)이 여러개 뚫려 있는 오리피스판(orifice plate)을 부착시키고, 이 오리피스판과 액체를 접촉시킴으로써, 구멍으로 흡입된 액체를 휘산시키는 휘산기를 개시하고 있다. 따라서, 내화학성이 약한 진동자의 전극부분은 액체와 직접 접촉하지 않는다. 또한, 심지(wick)를 타고 올라 온 액체가 압전 진동자에 의하여 진동하는 오리피스판의 여러 개의 미세한 구멍들과 접촉하기 때문에, 휘산기의 효율이 우수하고 휘산 속도도 균일하다. 그러나, 상기 휘산기는 그 오리피스판의 구멍이 매우 미세하기 때문에, 액체에 Na, Mg, Ca, Fe 등의 염, 엣센셜 오일이나 유지 성분 등이 함유되어 있다면, 그 성분들이 구멍을 통과할 때 건조되고 굳어서 구멍을 막게 되므로 휘산기의 효율이 감소되는 문제점이 있다. 또한, 여러 개의 미세한 구멍을 갖도록 오리피스판을 제조하는 비용이 많이 든다는 문제점도 있다. 나아가, 진동자의 표면에 놓이는 액체의 양에 따라 휘산효율과 휘산량이 불균일하게 되고 극소량의 액체를 휘산시키는 데에는 한계가 있다.

따라서, 본 고안자들은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위하여, 새로운 구조를 갖는 휘산기를 제조함으로써, 휘산 속도가 균일하면서도 구멍이 막히지 않아 휘산기의 효율이 우수하고 제조비용이 저렴한 액체 휘산기를 개발하기에 이르렀다.

본 고안의 목적은 새로운 구조를 갖는 휘산기를 제조함으로써, 휘산 속도가 균일하면서도 휘산기의 효율이 우수하고 제조비용이 저렴한 액체 휘산기를 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 다른 목적은 쉽게 부식되지 않아 내구성이 강화되는 액체 휘산기를 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 고안에 의하여 모두 달성될 수 있다.

제1도는 본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기에 대한 하나의 실시예를 나타내는 단면도이다.

제2도는 제1도에 나타난 실시예의 사시도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *

1: 초음파 진동자 2: 진동판

3 : 심지(wick) 4: 심지 홀더

5: 액체 보관용기 6: 케이스

7: 전자회로부

고안의 요약

본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기는 전자 회로부(7)를 통하여 공급된 전력으로 진동하는 초음파 진동자(1), 액체 보관용기(5)에 저장된 액체를 흡수하는 심지(3), 및 한 쪽 단부는 상기 심지의 윗면에 접촉되고, 다른 쪽단부는 상기 초음파 진동자에 부착되어 상기 초음파 진동자와 함께 진동하는 진동판(2)을 포함하고, 상기 심지로 흡수된 액체는 상기 진동판의 진동에 의하여 상기 심지의 윗면과 진동판이 접촉하는 부분에서 휘산되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 진동판은 수평면과 1∼60°의 각도를 이루도록 설치되는 것이 바람직하고, 그 두께가 0.001 내지 2 ㎜인 것이 바람직하고, 그 재료가 스테인리스나 구리를 포함하는 내화학성이 강하고 진동이 가능한 재료인 것이 바람직하다.

본 고안에 따른 휘산기는 구멍이 없기 때문에, 구멍이 막힐 염려가 전혀 없어 휘산기의 효율이 우수하고 제조비용이 저렴하다. 또한, 초음파 진동자에 의하여 발생한 진동에너지가 진동판의 단부를 통하여 액체로 전달되는 과정이 짧고, 그 과정 중에 손실되는 에너지가 거의 없기 때문에, 액체의 휘산 속도가 균일하게 유지된다. 또한, 내화학성이 강한 재료를 진동판으로 사용하기 때문에 쉽게 부식되지 않고 내구성이 강하다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 고안의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

고안의 구체예에 대한 상세한 설명

본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기는 직경이 1∼25 ㎛로 매우 미세한 구멍을 갖는 오리피스판 대신, 구멍이 없는 진동판을 사용하여 한 쪽 단부를 심지의 윗면과 접촉시키는 것이 특징이다. 이때, 진동판의 한 쪽 단부가 심지의 윗면과 접촉하고 있기 때문에, 초음파 진동자로부터 진동에너지를 전달받은 단부의 진동에너지가 심지 윗면으로 올라 온 액체의 표면장력보다 커지는 경우에,액체가 미립화되어 휘산되는 것이다.

제1도는 본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기에 대한 하나의 실시예를 나타내는 단면도이고, 제2도는 상기 실시예의 사시도이다.

본 고안에 따른 초음파 진동자는 판(plate)형으로서 초음파 진동자의 한 측면에 진동판이 부착된다. 이때, 판의 모양은 용도에 맞게 적절하게 제작될 수 있으며, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 또한, 그 재료로는 PZT(lead zirconate titanate)나 PN(lead metaniobate) 등의 압전 세라믹을 포함하는 것이 바람직하지만, 압전 특성이 있는 재료이면 특별히 제한되지 않는다.

본 고안에 따른 초음파 진동자는 휘산기의 케이스(6) 내부에서 돌출된 홀더에 의하여 지지되는데, 제1도에 도시된 진동자의 홀더는 통상적인 방법 중 한가지를 예시한 것뿐이다. 본 고안의 초음파 진동자가 지지되는 방식, 적절한 홀더의 모양이나 위치를 설계하는 것은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 고안에 따른 진동판은 상술한 것처럼 초음파 진동자의 한 측면에 부착되고, 초음파 진동자의 진동에 의하여 진동한다. 진동판을 부착시키는 방법은 접착제, 납땜 등을 사용하는 방법이 있으며, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 고안에 따른 진동판은 수평면과 1∼60°의 각도를 이루도록 설치되는 것이 바람직하다. 각도가 90°에 가까울수록 액체가 양쪽 방향으로 모두 휘산되기 때문에 적절한 각도를 유지하는 것이 필요하다. 또한 본 고안의 진동판의 한 쪽 단부가 심지의 윗면과 접촉될 때, 그 접촉 면적이 증가하면 액체의 휘산량이 증가하는 장점이 있다. 다만, 진동판의 진동이 감소되는 것을 방지하기 위하여, 진동판의 한 쪽 단부가 심지 속으로 너무 깊이 들어가지 않도록 주의해야 한다.

본 고안의 진동판은 종래 오리피스판에 직경이 1∼25 ㎛인 미세구멍이 있는 것과는 달리, 구멍이 아예 없기 때문에 액체 속에 함유된 염, 유지 등의 성분에 의해 구멍이 막힐 염려가 없으므로, 본 고안의 휘산기는 종래 오리피스판을 사용한 휘산기보다 휘산기의 효율이 매우 우수하다. 뿐만 아니라, ㎛단위의 구멍이 있는 오리피스판을 제조하는 것보다 제조비용이 훨씬 저렴해 진다.

본 고안에 따른 진동판은 그 두께가 0.001 내지 2 ㎜이다. 진동판의 재료는 스테인리스나 구리를 포함하며, 내화학성이 강하고 진동이 가능한 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 따라서 본 고안의 진동판이 액체와 직접 접촉하더라도 쉽게 부식되지 않으므로, 본 고안의 휘산기의 내구성은 강하다.

본 고안에 따른 심지는 액체 보관용기(5)에 저장된 액체를 흡수하고, 그 윗면이 진동판의 한 쪽 단부와 접촉한다. 본 고안의 심지는 종이, 나일론, 면 등으로 제작될 수 있으며, 유연성을 가지는 재료이면 특별하게 제한되지 않는다. 본 고안의 심지는 심지 홀더(5)에 의하여 지지되는데, 이러한 홀더는 제1도에 도시한 것 외에도 다양한 방식으로 설계될 수 있으며, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 고안에 따른 심지로 흡수된 액체는 상기 진동판의 진동에 의하여 상기 심지의 윗면과 진동판이 접촉하는 부분에서 휘산된다. 본 고안의 진동판은 심지의 윗면과 접촉됨으로써 진동에너지를 흡수된 액체로 더 쉽게 전달하는 역할을 한다. 심지와 접촉하는 진동판의 단부는 초음파 진동자의 수축/팽창 운동에 의하여 진동하고, 그 단부와 접촉된 부분의 액체에 진동에너지를 전달한다. 이때 그 접촉부분의 액체의 표면장력보다 단부의 수축/팽창력(방사력)이 더 크게 되면, 액체는 진동판의 단부와 접하는 부분에서 미립자의 상태로 휘산하게 된다. 또한, 초음파 진동자(1)에 의하여 발생한 진동에너지가 진동판(2)의 단부를 통하여 심지(3)의 윗면으로 올라 온 액체로 전달되는 과정이 짧고, 그 과정 중에 손실되는 에너지가 거의 없기 때문에, 액체의 휘산 속도가 균일하게 유지된다.

본 고안에서 사용되는 액체는 물, 향료, 공기 청정제, 가정용 세정제, 살균제, 소독제, 방충제, 살충제, 방향요법제재, 의약제, 치료액 등을 포함할 수 있으며, 염, 유지 등 구멍을 막히게 하는 성분이 포함되어 있는 것도 된다는 장점이 있다. 왜냐하면, 본 고안에 따른 휘산기는 구멍이 없기 때문이다.

본 고안에서 사용되는 케이스는 액체의 분무되는 방향에 따라 상부가 적절하게 개구될 수 있으며, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.

본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기는 휘산되는 시간을 조절하는 타이머, 휘산되는 액체의 양을 조절하는 분무량 조절기가 더 설치될 수 있다. 이 타이머와 분무량 조절기는 본 고안의 전자 회로부에 연결되는데, 이는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수있다.

본 고안에 따른 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기는 어댑터나 전지가 전자 회로부에 연결됨으로써 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 리필이 가능한 용기를 액체 보관용기로 사용할 수 있다.

본 고안은 휘산 속도가 균일하면서도 휘산기의 효율이 우수하고 제조비용이 저렴하고, 쉽게 부식되지 않아 내구성이 강화되고, 액체의 점성이 큰 경우에도 휘산이 잘 되는 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기를 제공하는 효과가 있다.

본 고안의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 고안의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

1. 전자 회로부(7)를 통하여 공급된 전력으로 진동하는 초음파 진동자(1);

   액체 보관용기(5)에 저장된 액체를 흡수하는 심지(3); 및

   한 쪽 단부는 상기 심지의 윗면에 접촉되고, 다른 쪽 단부는 상기 초음파 진동자에 부착되어 상기 초음파 진동자와 함께 진동하는 진동판(2);

   을 포함하고, 상기 심지로 흡수된 액체는 상기 진동판의 진동에 의하여 상기 심지의 윗면과 진동판이 접촉하는 부분에서 휘산되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기.
2. 제1항에 있어서, 상기 진동판은 수평면과 1∼60°의 각도를 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기.
3. 제1항에 있어서, 상기 진동판은 그 두께가 0.001 내지 2 ㎜이고, 그 재료가 스테인리스나 구리를 포함하는 내화학성이 강하고 진동이 가능한 재료인 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기.
4. 제1항에 있어서, 상기 액체는 물, 향료, 공기 청정제, 가정용 세정제, 살균제, 소독제, 방충제, 살충제, 방향요법제재, 의약제, 또는 치료액을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기.
5. 제1항에 있어서, 상기 휘산기는 휘산되는 시간을 조절하는 타이머와 휘산되는 액체의 양을 조절하는 분무량 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 액체 휘산기.