KR200414983Y1 - 초음파 발진기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 진동부로부터 발생하는 초음파를 세정용액에 조사하여 피세척물에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 초음파 세정기에서 진동부의 부하변동에 의한 주파수의 변화에 관계없이 초음파 진동자의 진폭을 일정하게 유지시켜 최적의 상태로 세척을 할 수 있도록 한 초음파 발진기에 관한 것으로서, 이러한 본 고안은, 외부에서 입력되는 구동 제어신호에 대응하여 동작이 제어되고, 전원 입력부에 입력된 전압을 진동 레벨에 대응하게 제어하는 구동 제어부, 전원 입력부에서 공급되는 교류 전원을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 변환하는 브릿지 정류부, 발진 주파수를 발생하고, 외부에서 입력되는 발진 주파수 제어 신호에 대응하여 발생하는 발진 주파수의 레벨을 제어하는 펄스 구동부, 브릿지 정류부에서 출력되는 직류 전압을 전력 증폭하는 전력 증폭부, 임피던스 정합부에서 출력되는 전압으로 기계적인 진동을 수행하여 세정용 초음파를 발생하는 진동부, 초음파 발진기의 전체 동작을 제어하되, 검출되는 전류의 레벨에 따라 과부하시 구동 제어부를 제어하여 발진기의 구동을 자동으로 정지시키고, 검출되는 주파수의 레벨에 따라 펄스 구동부를 제어하여 초음파 출력을 일정하게 유지시키며, 발진기의 상태 표시 제어신호를 발생하는 마이컴부, 진동부의 연결 여부와 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부를 구비한다.

초음파, 세정기, 진동부, 발진기

Description

초음파 발진기{supersonic waves oscillator}

도 1은 본 고안에 따른 초음파 발진기의 구성을 보인 블록도.

도 2는 도 1의 마이컴부 및 표시부의 일 실시 예 구성을 보인 회로도.

도 3은 도 1의 구동 제어부 및 펄스 구동부의 일 실시 예 구성을 보인 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20… 구동 제어부

40… 펄스 구동부

70… 진동부

80… 전류 검출부

90… 주파수 검출부

110… 표시부

본 고안은 초음파 발진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동부로부터 발 생하는 초음파를 세정용액에 조사하여 피세척물에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 초음파 세정기에서 진동부의 부하변동에 의한 주파수의 변화에 관계없이 초음파 진동자의 진폭을 일정하게 유지시켜 최적의 상태로 세척을 할 수 있도록 한 초음파 발진기에 관한 것이다.

초음파는 볼트 체결 란쥬반형 진동자(BLT: Bolted Langevin type Transducers)에 교류전압을 가하여 기계적으로 진동시킴으로써 발생된다. BLT는 기계적인 공진자로 그 공진 주파수는 부하상태, 주위온도, 구동전압 레벨 등에 따라 변동한다. BLT가 기계적으로 공진 했을 때에 전압, 전류의 위상 차가 거의 제로가 되는 것을 이용하여 주파수를 자동 제어한다. 이른바 PLL회로이다.

초음파를 동력에 사용한 응용으로, 가장 널리 알려져 있는 것으로 초음파 세정기와 초음파 가공기가 있다.

그 중 초음파 세정기의 진동자 구동회로(초음파 발진기)는 자려식과 타려식으로 구분되는데, 자려식은 전원부, 발진부, 증폭부, 진동자인 출력부로 구성되어 발진부와 증폭부를 한 회로 안에 구성한 형태이며, 타려식은 주지한 바와 같은 자려식의 구성에 출력부의 진동주파수를 발진부에 궤환(feedback)시키는 궤환부를 포함하도록 이루어져 궤환시킨 진동 주파수를 제어하고 발진부와 증폭부를 개별적으로 설계하여 서로 간에 영향을 미치지 않도록 구현한 형태이다.

각 경우에 대해서 장단점은 있으나 타려 식이 자려 식보다 안정한 발진기이기 때문에 주로 초음파 세정에 사용되는 구동회로는 타려식을 사용한다.

초음파 세정기의 구동회로(초음파 발진기)는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.

1. 부하 및 온도, 전압 등의 주위 조건의 변화에 대해 진동자의 공진 주파수 부근에서 안정하게 동작해야 할 것.

2. 진동자에 충분한 전력이 공급될 것.

3. 발진주파수의 제어가 가능할 것.

4. 다른 회로에 영향을 주지 않을 것.

상기와 같은 구동회로의 조건을 만족시키기 위해서 구현된 종래의 초음파 세정기는, 외부의 환경변화 즉 수위변화, 온도 변화 등의 요인에 의해 진동자가 최적의 출력을 내지못하여 세정성능이 저조하게 나타났으며, 지금까지 사용되어온 타려식은 변화하는 환경에 대응한 초음파 출력의 강인성과 즉각적인 대응력을 갖지 못하는 단점이 있었다.

다시 말해, 초음파 세정기의 경우 물과 같은 수용성 세제 또는 유기용제 등에 따라 동작주파수 편차가 발생하며, 액의 높이에 따라 부하가 변동하며, 피세척물이 액 중에 있는 진동부 주위를 지나감에 따라 주파수의 편차는 물론 부하량이 변하게 된다.

그러나 종래의 초음파 세정기에 적용된 초음파 발진기는 순간적인 주위 여건 변화에 대응하여 최적의 초음파 출력을 발생시켜주는 것이 불가능하였다.

이에 본 고안은 상기와 같은 종래 초음파 세정기에 적용된 초음파 발진기에 서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 고안의 목적은, 초음파를 발생하는 진동부의 부하변동에 의한 주파수의 변화에 관계없이 초음파 진동자의 진폭을 일정하게 유지시켜 최적의 상태로 세척을 할 수 있도록 한 초음파 발진기를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은, 순간적인 주의 여건 변화에 대응하여 최적의 초음파 출력을 발생시켜주도록 한 초음파 발진기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 "초음파 발진기"는,

교류 전원을 공급해주는 전원 입력부와;

외부에서 입력되는 구동 제어신호에 대응하여 동작이 제어되고, 상기 전원 입력부에 입력된 전압을 진동 레벨에 대응하게 제어하는 구동 제어부와;

상기 구동 제어부에서 발생한 제어신호에 의해 상기 전원 입력부에서 공급되는 교류 전원을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 변환하는 브릿지 정류부와;

상기 구동 제어부에서 공급된 전압으로 발진 주파수를 발생하고, 외부에서 입력되는 발진 주파수 제어 신호에 대응하여 상기 발생하는 발진 주파수의 레벨을 제어하는 펄스 구동부와;

상기 펄스 구동부에서 발생한 펄스에 따라 상기 브릿지 정류부에서 출력되는 직류 전압을 전력 증폭하는 전력 증폭부와;

상기 전력 증폭부에서 출력되는 전압의 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부와;

상기 임피던스 정합부에서 출력되는 전압으로 기계적인 진동을 수행하여 세정용 초음파를 발생하는 진동부와;

상기 구동 제어부의 전류를 검출하는 전류 검출부와;

상기 펄스 구동부에서 발생하는 주파수를 검출하는 주파수 검출부와;

초음파 발진기의 전체 동작을 제어하되, 상기 검출되는 전류의 레벨에 따라 과부하시 상기 구동 제어부를 제어하여 발진기의 구동을 자동으로 정지시키고, 상기 검출되는 주파수의 레벨에 따라 상기 펄스 구동부를 제어하여 초음파 출력을 일정하게 유지시키며, 상기 진동부의 접속 여부에 따라 발진기의 구동을 제어하며, 발진기의 상태 표시 제어신호를 발생하는 마이컴부와;

상기 마이컴부에서 출력되는 표시 제어신호에 대응하여 진동부의 연결 여부와 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부와;

상기 마이컴부에 동작시간 등을 설정해주기 위한 타이머부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 고안을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 고안에 따른 고주파 발진기의 구성을 보인 블록도이다.

여기서 참조부호 10은 교류 전원을 공급해주는 전원 입력부로서, 통상 220V의 상용 교류 전원을 공급해주는 것이 바람직하다.

참조부호 20은 외부에서 입력되는 구동 제어신호에 대응하여 동작이 제어되고, 전원 입력부(10)에 입력된 전압(교류전압)을 진동 레벨에 대응하게 제어하는 구동 제어부로서, 후술되는 마이컴부(100)의 제어에 따라 구동이 제어된다.

참조부호 30은 구동 제어부(20)에서 발생한 제어신호에 의해 전원 입력부(10)에서 공급되는 교류 전원을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 변환하는 브릿지 정류부로서, 교류 전압을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 변환하는 브릿지 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.

참조부호 40은 구동 제어부(20)에서 공급된 전압으로 발진 주파수를 발생하고, 마이컴부(100)에서 제공되는 발진 주파수 제어 신호에 대응하여 상기 발생하는 발진 주파수의 레벨을 제어하는 펄스 구동부를 나타내며, 참조부호 50은 펄스 구동부(40)에서 발생한 펄스에 따라 상기 브릿지 정류부(30)에서 출력되는 직류 전압을 전력 증폭하는 전력 증폭부로서, 전력 증폭용 트랜지스터를 구비하는 것이 바람직하다.

참조부호 60은 상기 전력 증폭부(50)에서 출력되는 전압의 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부를 나타내고, 참조부호 70은 상기 임피던스 정합부(60)에서 출력되는 전압으로 기계적인 진동을 수행하여 세정용 초음파를 발생하는 진동부를 나타낸다.

참조부호 80은 상기 구동 제어부(20)의 전류를 검출하는 전류 검출부로서, 상기 구동 제어부(20)의 전류를 검출하여 그 결과를 마이컴부(100)에 제공하는 역할을 수행하며, 참조부호 90은 상기 펄스 구동부(40)에서 발생하는 주파수 레벨을 검출하는 주파수 검출부로서, 그 결과를 마이컴부(100)에 제공한다.

또한, 참조부호 100은 초음파 발진기의 전체 동작을 제어하되, 상기 검출되는 전류의 레벨에 따라 과부하시 상기 구동 제어부(20)를 제어하여 발진기의 구동을 자동으로 정지시키고, 상기 검출되는 주파수의 레벨에 따라 상기 펄스 구동부(40)를 제어하여 초음파 출력을 일정하게 유지시키며, 상기 진동부(70)의 접속 여부에 따라 발진기의 구동을 제어하며, 발진기의 상태 표시 제어신호를 발생하는 마이컴부를 나타낸다.

또한, 참조부호 110은 상기 마이컴부(100)에서 출력되는 표시 제어신호에 대응하여 진동부의 연결 여부와 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부를 나타내며, 참조부호 120은 상기 마이컴부(100)에 동작시간 등을 설정해주기 위한 타이머부를 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 초음파 발진기는, 전원 입력부(10)에서 110V ~ 220V의 상용 교류 전원을 브릿지 정류부(30) 및 구동 제어부(20)에 각각 공급해주어 시스템이 활성화되면, 사용자는 타이머부(120)를 통해 원하는 세정 시간을 설정하게 된다.

구동 제어부(20)는 마이컴부(100)에서 출력되는 구동 제어신호에 대응하여 동작이 제어되고, 구동시 전원 입력부(10)에 입력된 전압(교류전압)을 진동 레벨에 대응하게 제어하여 펄스 구동부(40)에 입력함과 동시에 브릿지 정류부(30)를 동작 시키게 된다.

도 3에 구동 제어부(20)의 일 실시 예 구성이 도시된다. 여기서 스위칭소자(Q1 ~ Q5)는 마이컴부(100)로부터 초음파 출력의 증.감 제어신호가 발생한 경우 초음파 출력 증감을 위한 제어 동작을 수행하는 역할을 담당한다. 이 신호는 광아이솔레이터(OPTOISOLATOR)(21 ~ 25)로 절연되고, 후단의 펄스 구동부(40)내의 펄스 제어기(41)로 공급된다.

다음으로, 브릿지 다이오드(30)는 브릿지 다이오드를 이용하여 구동 제어부(20)에서 발생한 제어신호에 따라 전원 입력부(10)에서 공급되는 교류 전원을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 변환하는 전력 증폭부(50)에 제공한다.

그리고 펄스 구동부(40)는 상기 구동 제어부(20)에서 공급된 전압으로 펄스 제어기(41)가 동작하여 서로 상반된 발진 주파수를 발생하고, 상기 마이컴부(100)에서 제공되는 발진 주파수 제어 신호에 대응하여 상기 발생하는 발진 주파수의 레벨을 제어하게 된다.

이러한 주파수 제어에 대응하여 전력 증폭부(50)는 상기 브릿지 정류부(30)에서 출력되는 직류 전압을 전력 증폭하게 되고, 이렇게 증폭된 전압은 임피던스 정합부(60)를 통해 진동부(70)에 제공된다.

진동부(70)는 상기 임피던스 정합부(60)에서 출력되는 전압으로 기계적인 진동을 수행하여 세정용 초음파를 발생하게 되고, 이렇게 발생되는 초음파에 의해 세정 동작이 이루어진다.

한편, 전류 검출부(80)는 상기 구동 제어부(20)의 전류를 검출하여 상기 마 이컴부(100)에 제공하게 되고, 주파수 검출부(90)는 상기 펄스 구동부(40)에서 발생하는 주파수 레벨을 검출하여 그 결과를 마이컴부(100)에 제공한다.

마이컴부(100)는 초음파 발진기의 전체 동작을 제어하되, 도 2에 도시된 바와 같이, 마이컴(101)에서 상기 전류 검출부(80)에서 검출되는 전류의 레벨과 과부하 여부를 판별하기 위해서 미리 설정된 기준 전류 레벨을 비교하여 과부하로 판단이 되면 상기 구동 제어부(20)를 제어하여 발진기의 구동이 자동으로 오프되도록 한다. 아울러 상기 주파수 검출부(90)에서 검출되는 주파수의 레벨과 요구되는 주파수 레벨을 비교하여 서로 상이할 경우에는 상기 펄스 구동부(40)를 제어하여 초음파 출력을 일정하게 유지되도록 제어를 하게 된다.

또한, 마이컴부(100)는 상기 진동부(70)의 접속 여부를 검출하여 상기 진동부(70)가 연결이 되지 않았을 경우 전력 증폭부(50)를 구현하는 반도체 소자에 열이 가해져 반도체 소자가 파손되는 것을 방지하기 위해서 자동으로 구동 제어부(20)를 오프시켜 발진기의 동작을 자동으로 정지시키게 된다.

그리고 마이컴부(100)는 현재 발진기의 동작 상태, 검출 전류 상태, 주파수 상태, 동작 시간 등을 표시를 위해 표시부(110)를 제어한다.

표시부(110)는 마이컴부(110)의 제어에 따라 7-세그먼트(111)를 이용하여 초음파의 출력 증·감에 따라 변화하는 실제의 전류 값, 동작 주파수 등을 시각적으로 디스플레이해주게 되고, 5단의 발광다이오드(LED)(112 ~ 116)를 이용하여 현재 초음파 출력 레벨을 시각적으로 표시해주게 된다. 물론, 표시부(110)는 사용자가 설정한 세정 시간 및 남아 있는 세정 시간 등의 표시도 가능하다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 상술한 본 고안에 따르면, 초음파를 발생하는 진동부의 부하변동에 의한 주파수의 변화에 관계없이 초음파 진동자의 진폭을 일정하게 유지시켜 최적의 상태로 세척을 할 수 있도록 한 초음파 발진기를 제공해주는 효과가 있다.

또한, 순간적인 주위 여건 변화에 대응하여 최적의 초음파 출력을 발생시켜줄 수 있는 초음파 발진기의 제공도 가능하다.

Claims (3)

1. 초음파를 발생하는 초음파 발진기에 있어서,

   외부에서 입력되는 구동 제어신호에 대응하여 동작이 제어되고, 전원 입력부에 입력된 전압을 진동 레벨에 대응하게 제어하는 구동 제어부와;

   상기 구동 제어부에서 발생한 제어신호에 의해 상기 전원 입력부에서 공급되는 교류 전원을 전파정류하여 소정의 직류 전압으로 변환하는 브릿지 정류부와;

   상기 구동 제어부에서 공급된 전압으로 발진 주파수를 발생하고, 외부에서 입력되는 발진 주파수 제어 신호에 대응하여 상기 발생하는 발진 주파수의 레벨을 제어하는 펄스 구동부와;

   상기 펄스 구동부에서 발생한 펄스에 따라 상기 브릿지 정류부에서 출력되는 직류 전압을 전력 증폭하는 전력 증폭부와;

   상기 전력 증폭부에서 출력되는 전압의 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부와;

   상기 임피던스 정합부에서 출력되는 전압으로 기계적인 진동을 수행하여 세정용 초음파를 발생하는 진동부와;

   상기 구동 제어부의 전류를 검출하는 전류 검출부와;

   상기 펄스 구동부에서 발생하는 주파수를 검출하는 주파수 검출부와;

   초음파 발진기의 전체 동작을 제어하되, 상기 검출되는 전류의 레벨에 따라 과부하시 상기 구동 제어부를 제어하여 발진기의 구동을 자동으로 정지시키고, 상 기 검출되는 주파수의 레벨에 따라 상기 펄스 구동부를 제어하여 초음파 출력을 일정하게 유지시키며, 발진기의 상태 표시 제어신호를 발생하는 마이컴부와;

   상기 마이컴부에서 출력되는 표시 제어신호에 대응하여 진동부의 연결 여부와 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 발진기.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이컴부는 상기 진동부의 접속 여부를 검출하고, 그 진동부의 접속 여부에 따라 자동으로 발진기의 구동을 제어하는 기능을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 초음파 발진기.
3. 제1항에 있어서, 상기 표시부는, 상기 마이컴부의 제어에 따라 초음파의 출력 증·감에 따라 변화하는 실제의 전류 값, 동작 주파수 등을 시각적으로 디스플레이해주는 7-세그먼트와, 현재 초음파 출력 레벨을 시각적으로 표시해주고, 사용자가 설정한 세정 시간 및 남아 있는 세정 시간, 진동부의 연결 상태를 시각적으로 표시해주는 5단의 다수의 발광다이오드(LED)를 구비한 것을 특징으로 하는 초음파 발진기.

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