KR20220007325A - 응력제거용 초음파 진동자 블레이드 - Google Patents

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Abstract

응력제거용 초음파 진동자 블레이드가 개시된다. 일실시례에 따른 응력해제용 초음파 진동자 블레이드는, 가공 대상물의 형상과 대응되는 형상으로 마련된 공구와 체결되는 원기둥 형상의 볼스터드 체결부; 및 진동에너지를 기설정된 가공비율에 기초하여 증감시키는 부스터와 연결되는 원기둥 형상의 부스터 연결부;를 포함하며, 상기 볼스터드 체결부 및 상기 부스터 연결부는 동일한 높이의 원기둥 형상이며 상하로 결합되되, 상기 볼스터드 체결부의 직경은 상기 부스터 연결부의 직경의 50% 내지 60%의 직경을 갖도록 형성되고, 상기 볼스터드 체결부의 일단에서 상기 부스터 연결부의 일단으로 호 형상을 그리며 연결된다.

Description

응력제거용 초음파 진동자 블레이드{ULTRASONIC TRANSDUCER}
본 발명은 응력제거용 초음파 진동자 블레이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 초음파 진동자의 형상을 개선하여 진동손실을 최소화하고 정밀한 융착 가공을 제공하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 초음파 진동자는 20kHz 이상의 교류 에너지를 동일 주파수의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과 또는 자기 변환효과를 이용한다. 이러한 초음파 진동자는 주로 초음파 세척, 플라스틱 융착 또는 융착 기계가공 등에 널리 사용되고 있다.
이러한 일반적인 진동자 구조를 살펴보면 중앙에 관통공이 형성된 하부탄성체와, 하부탄성체에 장착되며, 관통공이 중앙에 형성된 상부 압전세라믹 및 하부 압전세라믹과, 상부 압전세라믹의 상면과 상부 압전세라믹과 하부 압전세라믹 사이에 개재되어 초음파 발진기와 전기적으로 접지되는 상부 전극 및 하부 전극과, 상부 전극의 상부에 형성되며 저면에는 나사공이 형성된 상부탄성체로 구성되며, 상부탄성체와, 상, 하부 압전세라믹과, 상, 하부 전극과, 하부탄성체는 결합볼트를 통해 상부탄성체의 나사공에 체결 및 하부탄성체의 저면에서 너트 체결되어 결합된다.
이와 관련하여 종래기술인 한국등록특허공보 제10-1653826호는 압전 물질로 이루어지는 활성 적층부와 활성 적층부 아래 배치되고, 접촉부 형상을 갖는 비활성부로 구성되는 초음파 모터 및 그 제조 방법에 대하여 개시하고 있고, 한국등록특허공보 제10-0697101호는 전기적 주파수를 기계적 진동으로 변환하는 진동자, 진동자의 진동을 증폭시키는 메인혼, 메인혼에 장착되어 초음파 진동을 가하여 물체를 융착시키는 공구혼을 포함하는 초음파 융착장치에 대하여 개시하고 있다.
그러나, 종래와 같은 초음파 진동자는 초음파 발진기로부터 상, 하부 전극을 통해 전기적 신호를 전달받게 되면 압전세라믹에 진동이 발생하게 되며, 이러한 진동은 상, 하부탄성체를 통해 혼 등에 진동을 부여 및 초음파를 발생하게 되지만, 진동을 전달하는 혼의 길이, 면적비 등에 기초하여 응력 분포가 변화할 수 있고, 이로 인해 융착 부위에 크랙이 발생하는 등 문제점이 있다.
따라서, 초음파 진동자의 형상을 개선하여 진동손실을 최소화시키고 응력을 제거하여 정밀한 작업이 가능한 초음파 진동자 블레이드에 관한 연구가 필요하다.
본 발명은 초음파 진동자 블레이드의 부스터 연결부와 볼스터드 체결부의 직경이 기설정된 비율로 설계됨으로써, 진동 에너지의 손실을 최소화하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 볼스터드 체결부의 삽입부는 테이퍼드 형상의 제1 영역과, 내주면을 따라 나사산이 형성된 제2 영역을 포함함으로써, 삽입되는 물체와 견고하게 결합되는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 볼스터드 체결부의 삽입부의 최대 깊이가 제한됨으로써, 전체 구조물의 내구성을 확보하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드는 가공 대상물의 형상과 대응되는 형상으로 마련된 공구와 체결되는 원기둥 형상의 볼스터드 체결부 및 진동에너지를 기설정된 가공비율에 기초하여 증감시키는 부스터와 연결되는 원기둥 형상의 부스터 연결부를 포함하며, 볼스터드 체결부 및 부스터 연결부는 동일한 높이의 원기둥 형상이며 상하로 결합되되, 볼스터드 체결부의 직경은 부스터 연결부의 직경의 50% 내지 60%의 직경을 갖도록 형성되고, 볼스터드 체결부의 일단에서 부스터 연결부의 일단으로 호 형상을 그리며 연결된다.
또한, 볼스터드 체결부는, 내부에 삽입부가 형성되되, 삽입부는 하측의 제1 영역과 상측의 제2 영역으로 구분되며, 제1 영역은 상측 방향으로 갈수록 내경이 좁아지는 테이퍼드 형상으로 마련되고, 제2 영역은 내벽에 나사산이 마련되며, 제1 영역의 길이와 제2 영역의 길이를 합한 삽입부의 깊이는 기설정된 최대 깊이를 초과하지 않되, 삽입부의 최대 깊이는 부스터 연결부의 중심부를 초과하지 않는 것을 특징으로 한다.
부스터 연결부는, 내부에 원기둥 형상의 관통공이 마련되고, 외면 일측에 제1 체결홈이 마련되며, 제1 체결홈과 마주보는 외면 타측에 제2 체결홈이 마련되는 것을 특징으로 한다.
볼스터드 체결부는, 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 세로방향 슬릿을 포함하는 콜릿 형상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 응력제거용 초음파 진동자 블레이드는 부스터 연결부와 볼스터드 체결부의 직경이 기설정된 비율로 설계됨으로써, 진동 에너지의 손실을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 볼스터드 체결부의 삽입부는 테이퍼드 형상의 제1 영역과, 내주면을 따라 나사산이 형성된 제2 영역을 포함함으로써, 삽입되는 물체와 견고하게 결합되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 삽입부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 부스터 연결부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 콜릿 형상을 가지는 볼스터드 체결부를 설명하기 위한 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시례 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시례들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 삽입부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 부스터 연결부를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시례에 따른 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 콜릿 형상을 가지는 볼스터드 체결부를 설명하기 위한 도면이다.
<실시례 1>
도 1을 참고하면, 응력제거용 초음파 진동자 블레이드(100)는 볼스터드 체결부(110) 및 부스터 연결부(120)를 포함한다.
보다 상게하게는, 상기 볼스터드 체결부(110)는 열융착 가공 대상물의 형상에 대응되는 형상으로 마련된 공구와 체결되는 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 부스터 연결부(120)는 초음파 진동에너지를 가공비율에 기초하여 증감시키는 부스터와 연결되는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 볼스터드 체결부(110) 및 상기 부스터 연결부(120)는 동일한 높이의 원기둥 형상이며 상하로 결합되되, 상기 볼스터드 체결부(110)의 직경은 장기 부스터 연결부(120)의 직경의 50% 내지 60%의 직경을 갖도록 형성되고, 상기 볼스터드 체결부(110)의 일단에서 상기 부스터 연결부(120)의 일단으로 호 형상을 그리며 연결될 수 있다.
상기 호의 길이는 상기 볼스터드 체결부(110)와 상기 부스터 연결부(120)의 형상인 원기둥 높이에 기초하되, 상기 원기둥 높이의 60%를 넘지 않으며, 상기 원기둥 높이의 50%를 최대 반지름으로 설정하여 상기 호의 길이가 산출될 수 있다.
상기 볼스터드 체결부(110)의 직경 및 상기 볼스터드 체결부(110)와 상기 부스터 연결부(120)를 연결하는 호의 길이가 기설정된 비율에 기초하여 설계됨으로써, 상기 초음파 진동자 블레이드(100)로 전달되는 진동 에너지의 손실을 최적화하고 정밀한 융착 가공이 제공될 수 있다.
또한, 상기 초음파 진동자 블레이드(100)는 기설정된 공진주파수에 기초하여 상기 볼스터드 체결부(110) 및 상기 부스터 연결부(120)의 상기 원기둥의 높이가 설정되되, 상기 공진주파수의 조절이 필요한 경우, 상기 원기둥의 높이가 20% 이내로 조절되어야만 상기 초음파 진동자 블레이드(100)의 변위확장특성을 확보할 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 볼스터드 체결부(110)의 내부에 삽입부가 마련되되, 상기 삽입부는 하측의 제1 영역(111)과 상측의 제2 영역(112)으로 구분되며, 상기 제1 영역(111)은 상측 방향으로 갈수록 내경이 좁아지는 테이퍼드 형상으로 마련되고, 상기 제2 영역(112)은 내벽에 나사산이 마련될 수 있다.
일례로, 도 3을 참고하면, 상기 제1 영역(111)과 상기 제2 영역(112)을 합한 상기 삽입부의 깊이는 기설정된 최대 깊이(Dmax)를 초과하지 않되, 상기 삽입부의 최대 깊이(Dmax)는 상기 부스터 연결부(120)의 높이를 동일한 길이로 이등분하는 중심부(A)를 넘지 않도록 제한될 수 있다.
이에 따라, 상기 삽입부의 최대 깊이(Dmax)가 제한됨으로써, 상기 응력제거용 초음파 진동자 블레이드(100)의 내구성이 확보될 수 있다.
한편, 도2 및 도 4를 참고하면, 상기 부스터 연결부(120)는 내부에 원기둥 형상의 관통공(121)이 마련되고, 외면 일측에 제1 체결홈(122)이 마련되며, 상기 제1 체결홈(122)과 마주보는 외면 타측에 제2 체결홈(123)이 마련될 수 있다.
<실시례 2>
상기 볼스터드 체결부(110)는 외주면을 따라 적어도 하나 이상의 세로방향 슬릿(113)을 포함하는 콜릿 형상으로 마련될 수 있다.
보다 상세하게는, 도 5를 참고하면, 상기 세로방향 슬릿(113)은 등간격으로 이격되어 배치되고, 상기 볼스터드 체결부(110)의 일측 단면에서부터 외주면을 따라 직선으로 연장될 수 있다.
예를 들어, 상기 볼스터드 체결부(110)의 내부로 삽입되는 물체가 상기 삽입부의 지름보다 크거나 같은 경우, 상기 볼스터드 체결부(110)의 외면에 마련된 적어도 하나 이상의 슬릿(113)에 의해 상기 삽입부의 입구가 확장되어, 상기 물체의 삽입이 용이하게 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 효과에 따르면, 초음파 진동자 블레이드의 부스터 연결부와 볼스터드 체결부의 직경이 기설정된 비율로 설계됨으로써, 진동 에너지의 손실을 최소화하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드가 제공될 수 있다.
또한, 볼스터드 체결부의 삽입부는 테이퍼드 형상의 제1 영역과, 내주면을 따라 나사산이 형성된 제2 영역을 포함함으로써, 삽입되는 물체와 견고하게 결합되는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드가 제공될 수 있다.
또한, 볼스터드 체결부의 삽입부의 최대 깊이가 제한됨으로써, 전체 구조물의 내구성을 확보하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시례에 따른, 응력제거용 초음파 진동자 블레이드의 제어방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 볼스터드 체결부 111 : 제1 영역
112 : 제2 영역
113 : 슬릿
120 : 부스터 연결부 121 : 관통공
122 : 제1 체결홈
123 : 제2 체결홈

Claims (4)

  1. 가공 대상물의 형상과 대응되는 형상으로 마련된 공구와 체결되는 원기둥 형상의 볼스터드 체결부; 및
    진동에너지를 가공비율에 기초하여 증감시키는 부스터와 연결되는 원기둥 형상의 부스터 연결부;를 포함하며,
    상기 볼스터드 체결부 및 상기 부스터 연결부는 동일한 높이의 원기둥 형상이며 상하로 결합되되, 상기 볼스터드 체결부의 직경은 상기 부스터 연결부의 직경의 50% 내지 60%의 직경을 갖도록 형성되고, 상기 볼스터드 체결부의 일단에서 상기 부스터 연결부의 일단으로 호 형상을 그리며 연결되는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 볼스터드 체결부는,
    내부에 삽입부가 마련되되, 상기 삽입부는 하측의 제1 영역과 상측의 제2 영역으로 구분되며, 상기 제1 영역은 상측 방향으로 갈수록 내경이 좁아지는 테이퍼드 형상으로 마련되고, 상기 제2 영역은 내벽에 나사산이 마련되며,
    상기 제1 영역의 길이와 상기 제2 영역의 길이를 합한 상기 삽입부의 깊이는 기설정된 최대 깊이를 초과하지 않되,
    상기 삽입부의 최대 깊이는 상기 부스터 연결부의 중심부를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부스터 연결부는,
    내부에 원기둥 형상의 관통공이 마련되고, 외면 일측에 제1 체결홈이 마련되며, 상기 제1 체결홈과 마주보는 외면 타측에 제2 체결홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼스터드 체결부는,
    외주면을 따라 적어도 하나 이상의 세로방향 슬릿을 포함하는 콜릿 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 응력제거용 초음파 진동자 블레이드.
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