KR200404295Y1 - 다주파 진동방식의 초음파 세척기용 회로장치 - Google Patents

다주파 진동방식의 초음파 세척기용 회로장치 Download PDF

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KR200404295Y1
KR200404295Y1 KR20-2005-0028672U KR20050028672U KR200404295Y1 KR 200404295 Y1 KR200404295 Y1 KR 200404295Y1 KR 20050028672 U KR20050028672 U KR 20050028672U KR 200404295 Y1 KR200404295 Y1 KR 200404295Y1
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Abstract

본 고안은 초음파 세척기에 관한 것으로서, 특히 초음파 진동자가 다주파 방식으로 진동하는 초음파 세척기의 회로장치에 관한 것이다. 본 고안에 의하면, 세척조에 설치되는 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자에 출력신호를 전달하는 초음파 신호 출력부와, 상기 초음파 신호 출력부에 발진신호를 출력하는 발진부와, 상기 초음파 진동자의 부하상태를 감지하는 감지부와, 상기 감지부로부터 부하상태 신호를 입력받고 상기 발진부에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 발진부로 출력하는 발진 주파수 신호를 가변하고, 가변된 각 발진 주파수에 따른 상기 초음파 진동자의 출력을 상기 감지부로부터 입력받아 그 최대치를 저장한 다음 발진 주파수를 그 저장된 값에 대응하는 주파수를 중심으로 일정범위 내에서 변화시키는 초음파 세척기용 회로장치가 제공된다.

Description

다주파 진동방식의 초음파 세척기용 회로장치 {CIRCUIT FOR ULTRASONIC WASHER WITH VIBRATION TYPE OF MULTI-FREQUENCY}
본 고안은 초음파 세척기에 관한 것으로서, 특히 초음파 진동자가 다주파 진동방식으로 작동하는 초음파 세척기의 회로장치에 관한 것이다.
초음파 세척기는 피 세척물이 잠긴 세척액에 초음파를 가하여 피 세척물을 세척하는 장치이다. 초음파 세척기는 액압에 의한 분산작용과 열작용에 의해 피 세척물에 부착된 이물질을 제거한다. 특히 손으로 세척할 수 없는 좁은 틈에 부착된 이물질도 제거할 수 있어 매우 효과적이다.
초음파 세척기는 세척조 내에 설치되는 초음파 진동자와 초음파 진동자를 진동시키기 위한 회로장치를 구비한다. 종래의 회로장치는 세척조 내의 세척액의 양과 피 세척물의 양에 따른 부하에 관계없이 미리 설정된 주파수의 초음파 신호로 초음파 진동자를 구동시킨다. 이러한 구동방식은 정재파(standing wave)현상(방사된 파와 반사된 파가 합성되어 파형이 마치 정지하고 있는 것과 같이 분포되는 현상)을 발생시켜 세척이 잘 되는 부분과 잘 안되는 부분이 존재하여 균일한 세척이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 피 세척물이 손상되는 경우도 있다. 또한, 초음파 진동자는 각기 고유의 공진주파수를 가지고 있으며 발진주파수가 초음파 진동자의 고유주파수와 일치할 때 최상의 효율을 발휘한다. 초음파 진동자의 고유의 공진주파수는 생산 조건에 따라 차이가 있으므로 각각의 진동자에 대하여 일정한 발진 주파수를 사용한다면 효율이 감쇄하게 된다.
본 고안의 목적은 정재파 문제를 해결하기 위해 초음파 진동자가 다주파 진동방식으로 진동하도록 하는 초음파 세척기용 회로장치를 제공하는 것이다. 본 고안의 다른 목적은 초음파 진동자의 효율을 높이기 위해 초음파 진동자가 다주파 진동방식으로 진동하도록 하는 초음파 세척기용 회로장치를 제공하는 것이다.
본 고안의 일측면에 따르면,
세척조에 설치되는 초음파 진동자와,
상기 초음파 진동자에 출력신호를 전달하는 초음파 신호 출력부와,
상기 초음파 신호 출력부에 발진신호를 출력하는 발진부와,
상기 초음파 진동자의 부하상태를 감지하는 감지부와,
상기 감지부로부터 부하상태 신호를 입력받고 상기 발진부에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 발진부로 출력하는 발진 주파수 신호를 가변하고, 가변된 각 발진 주파수에 따른 상기 초음파 진동자의 출력을 상기 감지부로부터 입력받아 그 최대치를 저장한 다음 발진 주파수를 그 저장된 값에 대응하는 주파수를 중심으로 일정범위 내에서 변화시키는 초음파 세척기용 회로장치가 제공된다.
상기 초음파 세척기용 회로장치에 있어서, 상기 초음파 진동자의 공진주파수를 결정하기 위한 가변저항을 더 구비할 수 있다.
상기 초음파 세척기용 회로장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 저장값에 대응하는 주파수에서 발진 주파수를 ±500Hz의 범위 내에서 변화시킬 수 있다.
상기 초음파 세척기용 회로장치에 있어서, 상기 제어부는 발진 주파수를 ±500Hz의 범위 내에서 1Hz/4mSEC로 변화시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 고안의 일실시예에 따른 초음파 세척기의 회로장치(10)의 구성을 도시한 블록도이다. 도1을 참조하면, 회로장치(10)는 외부전원 입력부(20)와, 주전원부(30)와, 보조 전원부(40)와, 부하전류 감지부(50)와, 초음파 신호 출력부(60)와, 초음파 진동자(70)와, 발진부(80)와, 제어부(90)와, 누수 감지부(100)와, 명령 입력부(110)와, 디스플레이부(120)와, 도어열림 감지부(130)를 구비한다. 외부전원 입력부(20)를 통해 교류 220V 60Hz의 외부전원이 주전원부(30)와 보조 전원부(40)로 입력된다. 주전원부(30)는 외부전원 입력부(20)를 통해 입력된 교류 220V를 직류 200V로 전환한다. 보조 전원부(40)는 외부전원 입력부(20)로부터 입력된 교류 220V 60Hz의 전원을 직류 12V 및 직류 5V로 변환하여 각종 제어회로 및 감지회로 또는 표시회로 등의 전원으로 공급한다.
도2에는 부하전류 감지부(50) 및 초음파 신호 출력부(60)의 회로도가 상세히 도시되어 있다. 도4를 참조하면, 부하전류 감지부(50)는 주전원부(30)와 연결된 저항 R1(52)과, 포토커플러(photocoupler)(54)를 구비한다. 포토커플러(54) 소자로 본 실시예에서는 PC817을 사용한다. 주전원부(30)에서 공급된 전원은 R1(52)을 거치면서 초음파 세척기의 부하량에 따른 전압의 형태로 나타나며 이때 R1(52) 양단의 전압크기에 따라 포토커플러(54)의 발광부인 LED의 밝기가 결정된다. 또한 포토커플러(54)의 발광부의 밝기에 따라 수광부 트랜지스터의 턴온(turn on) 전류가 결정되며, 수광부의 턴온 전류량에 따른 전압은 전원측 저항 R3(56) 및 접지측 저항 R2(58)의 분배한 저항값에 의해 결정된다. 부하량에 따라 변환된 전압은 전해콘덴서인 EC4(51)와 세라믹 콘덴서인 C1(53)에 의하여 평활되어 제어부(90)에 전달된다. 과부하 상태(세척액이 없거나 부족한 경우)에서는 기준전압 이상의 전압이 제어부(90)로 전달되고 정상적인 부하 상태에서는 기준전압 이하의 전압이 제어부(90)로 전달된다. 본 실시예에서는 기준전압이 1.75V인 것으로 하나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
계속해서 도4를 참조하면, 저항 R1(52)을 통한 전원은 초음파 신호 출력부(60)의 콘덴서인 MC1(62) 및 MC2(64)와, 전계효과 트랜지스터인 FET1(66) 및 FET2(68)의 양단에 공급된다. 먼저, 공급된 전원은 발진부(80)로부터 신호를 받아 한번은 FET1(66)을 거쳐 MC2(64)로 전류가 흘러 변압기인 TRANS2(61)의 1차 코일인 T1(611)에 공급되며, 이때 FET2(68)는 변압기로서 발진부(80)와 연결된 TRANS3(63)에 의해 강제로 오프(OFF) 상태가 유지된다. 다음, FET2(68)가 턴온(TUNR ON) 상태가 되면 MC1(62)을 거쳐 FET2(68)로 전류가 흐르며 TRANS2(61)의 1차 코일인 T1(611)에 전원이 공급된다. 이와 같은 동작은 발진부(80)로부터의 신호에 의해 반복되며 TRANS2(61)의 1차 코일인 T1(611)에 공급된 전원은 TRANS2(61)의 2차 코일인 T2(612)에 유기되며 코일인 L1(613)을 거쳐 초음파 진동자(70)로 전원이 공급된다. 초음파 진동자(70)로서 본 실시예에서는 주식회사 고도기연(www.kodotr.co.kr)의 40KHz대의 것을 사용하는 것으로 하는데, 본 고안은 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 초음파 진동자(70)는 고유의 공진주파수는 39KHz ~ 41KHz 사이이며 발진주파수가 진동자의 공진주파수와 일치할 때 최대의 출력을 얻게 된다. 초음파 신호 출력부(60)의 주파수는 도3에 도시한 발진부(80)에 사용되는 후술하는 KA3525의 RT단자(83)의 전압을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 공진주파수는 도3에 도시한 가변저항 VR1(84)을 조정하여 설정되어 출력의 최대치가 결정된다. 일단 공진주파수가 결정되면 주파수를 가변하며, 피 세척물의 종류 및 세척액의 양에 따라 출력측 전류에 따른 전압으로 변환된 값을 읽은 값이 출력측 전류가 과부하 상태를 초과하지 않는 범위에서 최대의 전류일 때를 제어부에서 설정 저장한다. 자동으로 튜닝(tuning)된 출력이 최대치인 주파수가 저장된 값에서 ±500Hz에 해당하는 주파수를 연속적으로 가변하여(본 실시예에서는 4mSEC당 1Hz) 각각의 진동자 고유의 공진주파수의 오차를 줄이고 정재파를 줄임으로서 초음파 세척을 균일하게 할 수 있다. 상기와 같은 작용에 의해 초음파 신호 출력부(60)는 발진부(80)로부터 신호를 입력받아 초음파 진동자(70)에 출력신호를 전달한다.
도3을 참조하면, 초음파신호 출력부(60)로 발진신호를 출력하는 발진부(80)의 구성이 상세히 도시되어 있다. 본 실시예에서는 발진부(80)를 KA3525를 이용하여 구성하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. KA3525는 페어차일드사(www.fairchildsemi.com)에서 제조한 PWM 및 PHASE MODULATION CONTROLLER이다. KA3525의 10번 핀(PIN)은 셧다운(SHUTDOWN) 핀으로서 HIGH=PWM 정지이며 LOW=작동이다. 따라서 KA3525의 10번 핀과 연결된 제어부(90)의 포트 C7번 핀(도시되지 않음)이 LOW일 때 트랜지스터인 TR1(82)에 의하여 KA3525의 셧다운 단자는 HIGH(정지)가 되며, 제어부(90)의 포트 C7번 핀이 HIGH일 때 셧다운 단자는 LOW(동작)가 된다.
도1을 참조하면, 제어부(90)는 보조 전원부(40)로부터 전원을 공급받으며, 부하전류 감지부(50)와, 구동명령을 입력하는 명령 입력부(110)로부터 전기신호를 입력받으며, 발진부(80)와 주전원부(30)로 전기신호를 출력한다. 본 실시예에서는 제어부(90)가 마이크로칩 테크놀로지사(www.microchip.com)의 PIC16F72 마이크로 컨트롤러를 이용하여 구성되는 것으로 하나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 마이크로 컨트롤러는 보조 전원부(40)로부터 필요한 전원을 입력받아 동작한다. 제어부(90)는 부하전류 감지부(50)로부터 부하상태에 대한 신호를 전압신호로서 입력받는다. 정상부하인 경우 1.75V 이하의 전압이 입력되고, 과부하(세척액이 없거나 부족한 상태)인 경우 1.75V 이상의 전압이 입력된다. 출력측 부하전류를 전압으로 변환된 값으로 입력받아 과부하 상태를 판단하고 각각의 피 세척물의 종류 및 세척액의 양에 따른 최적의 주파수를 설정 저장한다. 저장된 주파수 값에 따라 ±500Hz로 가변하여 진동자가 다주파 진동함으로써 정재파 및 각각의 진동자에서 오는 오차를 줄여 효율을 높인다.
본 고안의 구성을 따르면 앞에서 기재한 본 고안의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 발진주파수가 일정비율로 연속 가변하여 초음파 진동자가 다주파 진동하므로 진동자의 진동효율을 높으며 정재파 문제를 해결할 수 있다.
이상 본 고안을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 고안은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 고안의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 고안에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 고안의 일실시예에 따른 초음파 세척기용 회로장치의 구성을 도시한 블록도
도2는 도1에 도시한 초음파 신호 출력부의 회로도
도3은 도1에 도시한 발진부의 회로도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 회로장치 30 : 주전원부
40 : 부하전류 감지부 60 : 초음파 신호 출력부
70 : 초음파 진동자 80 : 발진부
90 : 제어부

Claims (4)

  1. 세척조에 설치되는 초음파 진동자와,
    상기 초음파 진동자에 출력신호를 전달하는 초음파 신호 출력부와,
    상기 초음파 신호 출력부에 발진신호를 출력하는 발진부와,
    상기 초음파 진동자의 부하상태를 감지하는 감지부와,
    상기 감지부로부터 부하상태 신호를 입력받고 상기 발진부에 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 발진부로 출력하는 발진 주파수 신호를 가변하고, 가변된 각 발진 주파수에 따른 상기 초음파 진동자의 출력을 상기 감지부로부터 입력받아 그 최대치를 저장한 다음 발진 주파수를 그 저장된 값에 대응하는 주파수를 중심으로 일정범위 내에서 변화시키는 초음파 세척기용 회로장치.
  2. 제1항의 초음파 세척기용 회로장치에 있어서, 상기 발진부는 상기 초음파 진동자의 공진주파수를 결정하기 위한 가변저항을 더 구비하는 초음파 세척기용 회로장치.
  3. 제1항 또는 제2항의 초음파 세척기용 회로장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 저장값에 대응하는 주파수에서 발진 주파수를 ±500Hz의 범위 내에서 변화시키는 초음파 세척기용 회로장치.
  4. 제3항의 초음파 세척기용 회로장치에 있어서, 상기 제어부는 발진 주파수를 ±500Hz의 범위 내에서 1Hz/4mSEC로 변화시키는 초음파 세척기용 회로장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100892045B1 (ko) * 2007-04-10 2009-04-10 이영선 초고속 초음파 수처리기
KR102161656B1 (ko) * 2020-03-12 2020-10-05 주식회사 세이버 주파수 가변을 통한 다주파 식기 세척기

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