KR20100014011A - 초음파 진동기와 이를 이용한 초음파 세정장치 및 그세정방법 - Google Patents
초음파 진동기와 이를 이용한 초음파 세정장치 및 그세정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세정기의 단부에서 발생하는 초음파가 균일할 수 있도록 하는 초음파 세정장치 및 이를 이용한 세정방법를 개시한다. 본 발명은 초음파 세정장치에 관한 것으로, 피세정물의 표면을 세정할 수 있도록 상기 피세정물의 표면과 소정간격 이격 배치되는 진동전달면을 구비하고 상기 진동전달면과 대향측 외면에 경사면을 구비한 진동전달체와; 상기 진동전달체의 경사면과 대향하는 진동전달체의 외면에 구비되어 초음파를 발생시켜 상기 진동전달면으로 초음파를 전달하는 초음파 진동자와; 상기 초음파 진동자에서 초음파를 발생시키도록 상기 초음파 진동자로 발진 출력을 전달하는 발진기와; 상기 피세정물의 표면을 세정하는 세정액을 공급하도록 구비되는 세정액 공급기를 포함하여 구성됨으로써, 진동전달체의 표면에서 초음파가 반사되는 성질을 이용하여 진동전달체의 내부에서 초음파를 산란시킴으로써 피세정물을 세정하는 진동전달체의 일단면에 음압이 고르게 분포되도록 하여 피세정물에 형성된 패턴에 손상을 주지않고 피세정물의 표면을 고르게 세정할 수 있다.
초음파, 진동자, 세정
Description
본 발명은 초음파 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 진동전달체의 표면에서 초음파가 반사되는 성질을 이용하여 진동전달체의 내부에서 초음파를 산란시킴으로써 피세정물을 세정하는 진동전달체의 일단면에 음압이 고르게 분포되도록 하여 피세정물에 형성된 패턴에 손상을 주지않고 피세정물의 표면을 고르게 세정할 수 있는 초음파 세정장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고, 도 2는 종래의 초음파 세정장치에서 발생되는 초음파의 음압분포를 도시한 분포도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 초음파 세정장치는, 피세정물(10)의 표면을 세정할 수 있도록 피세정물(10)의 상면과 소정간격 이격 배치되는 진동전달체(20)와, 피세정물(10)의 상면과 대향하는 진동전달체(20)의 일측면을 제외한 타측면 일측에 구비되어 초음파를 발생시키는 초음파 진동자(30)와, 초음파 진동자(30)에서 초음파를 발생시키도록 동력을 전달하는 발진기(40)와, 피세정물(10)의 표면을 세정하는 세정액을 공급하도록 구비되는 세정액 공급기(50)를 포함하여 구 성되어 있다.
진동전달체(20)는 쿼츠나 금속 혹은 불소수지 등의 재질로 형성되고, 그 종단면은 삼각 형상을 갖도록 구비되어 피세정물(10)을 세정시에 가장 넓은 면적을 갖는 일측면이 피세정물(10)의 상면과 소정거리 이격되도록 배치되며, 피세정물(10)의 상면과 근접한 면을 제외한 타측면에는 초음파 진동자(30)가 구비되어 있다.
진동전달체(20)와 초음파 진동자(30) 사이에는 초음파 진동자(30)에서 발생된 초음파를 더 넓은 면적에 걸쳐 진동전달체(20) 측으로 방사할 수 있도록 초음파 진동자(30)보다 더 넓은 횡단면을 갖는 확산부재(25)가 설치되어 있다.
초음파 진동자(30)가 결합되어 있는 확산부재(25)의 외면에는 초음파 진동자(30)를 외부로부터 차폐시켜 외력에 의한 손상을 방지할 수 있도록 하는 차폐커버(35)가 구비되어 있다.
초음파 진동자(30)는 다수의 가닥을 갖는 케이블(31)을 통하여 초음파 진동자(30)를 발진시키는 동력을 제공하는 발진기(40)와 연결되어 있으며, 진동전달체(20)의 일측에는 피세정물(10)을 세정하는 세정액을 공급하는 세정액 공급노즐(51)을 구비한 세정액 공급기(50)가 마련되어 있다.
이러한 구성에 의하여 종래의 초음파 세정장치는, 진동전달체(20) 또는 피세정물 중 어느 한 쪽이 이동가능 하도록 설치되어 세정시에 이동하게 된다. 그리고, 진동전달체(20)의 평행면과 피세정물(10)의 표면의 사이에 세정액 공급기(50)로부터 세정액 공급노즐(51)을 통하여 세정액이 공급됨과 동시에 진동전달체(20)의 일 측면에 접착된 초음파 진동자(30)에 발진 출력이 인가되면, 초음파 진동자(30)에서 발생한 초음파는 진동전달체(20)의 일면으로부터 피세정물(10)과 평행하게 배치되는 진동전달체(20)의 평행면을 통과하여 피세정기물(10) 표면의 세정액에 전달되어 세정액을 진동시킴으로서 피세정기판의 표면이 세정되는 것이다.
그런데, 이러한 종래의 초음파 세정장치에 있어서, 일반적으로 초음파 진동자(30)로부터 발진된 초음파의 수속위치가 피세정물(10)과 소정거리 이격되며 평행하게 배치되는 진동전달체(20)의 평행면과 대향되게 맞춰지는 구조 즉, 초음파 진동자가 진동전달체 끝단과 상대하여 직접적으로 초음파를 조사하는 구조를 가지므로 도 2에 도시한 바와 같이, 초음파의 형상과 발진주파수에 따른 초점현상(출력의 집중)이 발생하여 피세정물의 패턴을 손상시킴과 동시에 피세정물의 세정이 균일하게 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
또한, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 진동전달체의 형상을 직각으로 꺾는 방식이 제안되고 있지만 이는 초음파의 정반사에 의하여 초음파 진동자(30)가 과열되어 손상이 발생할 뿐만 아니라 이러한 초음파 진동자(30)의 과열에 의하여 진동자의 특성변화로 초음파의 전달이 불균일해 진다는 문제점이 있다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 진동전달체의 표면에서 초음파가 반사되는 성질을 이용하여 진동전달체의 내부에서 초음파를 산란시킴으로써 피세정물을 세정하는 진동전달체의 일단면에 음압이 고르게 분포되도록 하 여 피세정물에 형성된 패턴에 손상을 주지않고 피세정물의 표면을 고르게 세정할 수 있는 초음파 세정장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 초음파 세정장치는, 피세정물의 표면을 세정할 수 있도록 상기 피세정물의 표면과 소정간격 이격 배치되는 진동전달면을 구비하고 상기 진동전달면과 대향측 외면에 경사면을 구비한 진동전달체와; 상기 진동전달체의 경사면과 대향하는 진동전달체의 외면에 구비되어 초음파를 발생시켜 상기 진동전달면으로 초음파를 전달하는 초음파 진동자와; 상기 초음파 진동자에서 초음파를 발생시키도록 상기 초음파 진동자로 발진 출력을 전달하는 발진기와; 상기 피세정물의 표면을 세정하는 세정액을 공급하도록 구비되는 세정액 공급기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 초음파 세정장치를 이용한 세정방법은, 상기 발진기에서 발진 출력을 상기 초음파 진동자로 전달하는 단계와; 상기 초음파 진동자가 초음파를 발진하는 단계와; 상기 초음파 진동자에서 발진된 초음파가 상기 진동전달체의 경사면에서 반사되어 산란되는 단계와; 상기 세정액 공급기에서 세정액이 공급되어 상기 피세정물의 표면을 세정하는 단계를 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 초음파 세정장치는 진동전달체의 표면에서 초음파가 반사되는 성질을 이용하여 진동전달체의 내부에서 초음파를 산 란시킴으로써 피세정물을 세정하는 진동전달체의 일단면에 음압이 고르게 분포되도록 하여 피세정물에 형성된 패턴에 손상을 주지않고 피세정물의 표면을 고르게 세정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고, 도 4는 도 3의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고, 도 8은 도 3의 초음파 세정장치에서 발생되는 초음파의 음압분포를 도시한 분포도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치는, 피세정물(100)의 표면을 세정할 수 있도록 피세정물(100)의 표면과 소정간격 이격 배치되는 진동전달면(230)을 구비하고 진동전달면(230)과 대향측 외면에 경사면(210)을 구비한 진동전달체(200)와, 진동전달체(200)의 경사면(210)과 대향하는 진동전달체(200)의 외면에 구비되어 초음파를 발생시켜 진동전달면(230)으로 초음파를 전달하는 초음파 진동자(300)와, 초음파 진동자(300)에서 초음파를 발생시키도록 초음파 진동자(300)로 발진 출력을 전달하는 발진기(400)와, 피세정물(100)의 표면을 세정하는 세정액을 공급하도록 구비되는 세정액 공급기(500)를 포함하여 구성되어 있다.
진동전달체(200)는 쿼츠나 금속 혹은 알루미나 세라믹과 같은 재질로 형성되고, 직사각기둥 형상을 갖으며 그 외면 일측에는 상기 직사각기둥의 일면 일부가 경사지게 절삭되어 경사면(210)이 형성되어 있고, 경사면(210)의 대향측면에는 초음파에 의한 진동을 전달하는 진동전달면(230)이 구비되어 있다.
경사면(210)은 진동전달체(200)의 외면에 대하여 2도 이상 20도 이하의 각을 갖도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하며, 7도의 각도를 갖도록 절삭되어 형성되는 것이 가장 효과적이다.
초음파 진동자(300)는 경사면(210)이 형성된 일면의 대향 측면에 결합되어 있으며, 다수의 가닥(311)을 갖는 케이블(310)을 통하여 초음파 진동자(300)를 발진시키는 출력을 제공하는 발진기(400)와 연결되어 있다.
초음파 진동자(300)의 외측에는 초음파 진동자(300)를 외부와 차폐시켜 외력으로부터 보호하기 위한 차폐커버(350)가 구비되어 있으며, 진동전달체(200)의 일측에는 피세정물(100)을 세정하는 세정액을 공급하는 세정액 공급노즐(510)을 구비한 세정액 공급기(500)가 마련되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 진동전달체(200)는 사다리꼴 기둥 형상으로 형성되고 초음파 진동자(300)는 경사지게 형성된 사다리꼴 기둥의 외면 양측에 복수개가 결합되어 구성할 수도 있으며, 진동전달체(200)를 제외한 다른 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치와 동일하다.
아울러, 도 7에 도시한 바와 같이, 진동전달체(200)의 경사지게 형성된 사디리꼴 기둥의 외면 사이에는 복수의 초음파 진동자(300)에서 발진되는 초음파가 대 향측에 위치하는 초음파 진동자(300)에 전달되어 초음파 진동자(300)가 과열됨을 방지할 수 있도록 각각의 초음파 진동자(300)에서 발진되는 초음파를 이격시키는 소정 길이를 갖는 슬릿(220)이 함몰 형성되도록 구성할 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 이용하여 피세정물을 세정하는 방법은 다음과 같다.
우선, 발진기(400)에서 발진 출력을 초음파 진동자(300)로 전달하게 되면, 초음파 진동자(300)가 초음파를 발진하게 된다. 발진된 초음파는 진동전달체(200)를 통과하여 진동전달체(200)의 외면 일측에 도달하게 되고, 외면 일측에 도달한 초음파는 외면에서 반사된다.
외면을 통하여 진동전달체(200)의 외부로 투과되는 초음파는 전동전달체(200)의 재질에 따라 다소 차이는 있으나 미약하므로 에너지의 손실은 거의 없다. 예를 들어, 진동전달체(200)가 석영유리로 형성되었을 경우 초음파가 진동전달체(200)의 외부로 투과되는 비율은 0.01 % 이하이다.
경사면에서 반사된 초음파는 경사각만큼의 위상 이동하게 되고 반사된 초음파와 입사된 초음파 서로 간에 간섭 현상이 발생하여 산란되므로 결국 진동전달체(200)의 끝단면에서는 다주파를 갖는 초음파가 발생하게 된다.
다주파를 갖는 초음파의 음압 분포는 도 8에 도시한 바와 같이, 특정 위치에서 최고치를 갖지 않고 전 구간에 걸쳐 고르게 분포되므로 초음파의 초점현상(출력의 집중)을 해소할 수 있으며 그에 따라 고르게 세정이 이루어질 수 있다.
초음파 진동기(300)에서 발진된 초음파가 상호 산란되는 과정을 거치 후에는 세정액 공급기(500)에서 세정액이 공급되어 피세정물(100)의 표면을 전 구간에 걸쳐 고르게 세정하는 단계를 거침으로써 초음파 세정장치를 이용한 피세정물의 세정 작업이 완료된다.
도 6에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 세정장치의 경우에는 진동전달체(200)에 별도의 경사면(210)을 형성하는 것이 아니라 진동전달체(200) 자체를 사다리꼴 기둥 형상으로 형성하고 초음파 진동자(300)을 그 경사진 외면에 각각 복수로 구비함으로써 출력을 더 향상시킬 수 있는 추가적인 효과가 있으며 작동되는 과정은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 이용하여 피세정물을 세정하는 과정과 동일하다.
도 7에 도시한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 세정장치의 경우에는 진동전달체(200)의 중심에 즉, 경사진 외면 사이에 별도의 슬릿(220)을 구비하여 복수의 초음파 진동자(300)에서 각각 발진된 초음파가 반대편에 위치한 초음파 진동자(300)로 전달되어 초음파 진동자(300)가 과열됨을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 이를 이용하여 피세정물을 세정하는 과정은 상술한 바와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 이용하여 피세정물을 세정하는 과정과 동일하다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
도 1은 종래의 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고,
도 2는 종래의 초음파 세정장치에서 발생되는 초음파의 음압분포를 도시한 분포도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고,
도 4는 도 3의 평면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고,
도 6은 도 5의 평면도이며,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 세정장치의 구조를 도시한 측면도이고,
도 8은 도 3의 초음파 세정장치에서 발생되는 초음파의 음압분포를 도시한 분포도이다.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 피세정물 200 : 진동전달체
210 : 경사면 220 : 슬릿
230 : 진동전달면 300 : 초음파 진동자
310 : 케이블 311 : 케이블 가닥
350 : 차폐커버 400 : 발진기
500 : 세정액 공급기 510 : 세정액 공급노즐
Claims (8)
- 피세정물의 표면을 세정할 수 있도록 상기 피세정물의 표면과 소정간격 이격 배치되는 진동전달면을 구비하고 상기 진동전달면과 대향측 외면에 경사면을 구비한 진동전달체와;상기 진동전달체의 경사면과 대향하는 진동전달체의 외면에 구비되어 초음파를 발생시켜 상기 진동전달면으로 초음파를 전달하는 초음파 진동자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동기.
- 제1항에 있어서,상기 진동전달체는 직사각기둥 형상을 갖도록 형성되고 상기 직사각기둥의 일면 일부가 경사지게 절삭되어 경사면을 형성하며, 초음파 진동자는 상기 경사면이 형성된 일면의 대향 측면에 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동기.
- 제1항에 있어서,상기 진동전달체는 사다리꼴 기둥 형상으로 형성되고 상기 초음파 진동자는 경사지게 형성된 사다리꼴 기둥의 외면에 결합되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동기.
- 제3항에 있어서,상기 진동전달체의 경사지게 형성된 사다리꼴 기둥의 외면 사이에는 소정 길이를 갖는 슬릿이 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동기.
- 제1항에 있어서,상기 경사면은 상기 진동전달체의 외면과 2도 이상 20도 이하의 각도를 갖도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동기.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 진동자의 외측에는 상기 초음파 진동자를 외부와 차폐시킬 수 있는 차폐커버가 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동기.
- 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 초음파 진동기를 포함하고,상기 초음파 진동자에서 초음파를 발생시키도록 상기 초음파 진동자로 발진 출력을 전달하는 발진기와;상기 피세정물의 표면을 세정하는 세정액을 공급하도록 구비되는 세정액 공급기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
- 청구항 제7항에 따른 초음파 세정기를 이용하여 피세정물을 세정하는 방법은,상기 발진기에서 발진 출력을 상기 초음파 진동자로 전달하는 단계와;상기 초음파 진동자가 초음파를 발진하는 단계와;상기 초음파 진동자에서 발진된 초음파가 상기 진동전달체의 경사면에서 반사되어 산란되는 단계와;상기 세정액 공급기에서 세정액이 공급되어 상기 피세정물의 표면을 세정하는 단계를 순차적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치를 이용한 세정 방법.
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