KR20060098166A

KR20060098166A - Ultrasonic cleaner

Info

Publication number: KR20060098166A
Application number: KR1020050019900A
Authority: KR
Inventors: 정회승
Original assignee: 주성대학산학협력단
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-18

Abstract

본 발명은 초음파 진동자에서 발생되는 초음파를 소정의 전달부를 통하여 세척액이 저장된 수조 내의 피세척물로 인가함으로써 세척작업을 수행하는 초음파 세척기에 관한 것으로, 특히 상기 전달부를 중공형 혼으로 형성하고, 상기 피세척물을 상기 중공형 혼의 내부공간에 위치시켜 세척한다. 또한, 상기 초음파 진동자는 전기적 단락을 방지하기 위하여 방수 케이스 내부에 밀봉되어 상기 중공형 혼의 외부표면에 부착된다. The present invention relates to an ultrasonic cleaner for performing a washing operation by applying ultrasonic waves generated by an ultrasonic vibrator to a wash object in a tank in which a washing liquid is stored through a predetermined delivery unit, and in particular, the delivery unit is formed of a hollow horn, The wash is placed and washed in the interior space of the hollow horn. In addition, the ultrasonic vibrator is sealed inside the waterproof case and attached to the outer surface of the hollow horn to prevent electrical shorts.

따라서, 발생되는 초음파가 최대한 손실없이 집속되어 방사상으로 균일하게 피세척물로 인가되므로, 보다 균일하고 신속한 세척작업이 가능하다. 또한, 상기 중공형 혼이 피세척물의 길이방향으로 이동이 가능하므로, 피세척물의 형상에 관계없이 보다 균일한 세척작업이 가능하다.Therefore, since the generated ultrasonic waves are focused without loss and are radially uniformly applied to the object to be cleaned, a more uniform and rapid washing operation is possible. In addition, since the hollow horn is movable in the longitudinal direction of the object to be cleaned, a more uniform washing operation is possible regardless of the shape of the object to be cleaned.

초음파, 세척기, 중공, 혼, 란쥬반, 진동자 Ultrasonic, Washer, Hollow, Horn, Ranjuban, Oscillator

Description

Ultrasonic Cleaner {ULTRASONIC CLEANER}

도 1은 일반적인 볼트조임형 란쥬반 타입의 초음파 진동자의 구조를 나타내는 개략도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic diagram showing the structure of an ultrasonic vibrator of a general bolted type Ranjuban type.

도 2는 종래의 초음파 세척기의 구조를 나타내는 개략도. 2 is a schematic view showing the structure of a conventional ultrasonic cleaner.

도 3은 본 발명에 의한 중공형 혼이 부착된 초음파세척기의 구조를 나타내는 개략도. Figure 3 is a schematic diagram showing the structure of the ultrasonic horn attached to the hollow horn according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 중공형 혼이 부착된 초음파세척기에 있어서 방사된 초음파의 집속상태를 나타내는 개략도. Figure 4 is a schematic diagram showing the focused state of the emitted ultrasonic wave in the ultrasonic cleaner with a hollow horn according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols for the main parts of the drawings

13: 구동회로 20: 초음파 세척기 21: 중공형 혼 22: 피세척물 23: 방수 케이스 24: 세척액 25: 수조DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Drive circuit 20 Ultrasonic cleaner 21 Hollow horn 22 Cleansing object 23 Waterproof case 24 Cleaning liquid 25 Bath

본 발명은 초음파 진동을 이용하여 각종 부품, 공구, 실험용구 등을 세척하 기 위한 중공(中空)형 혼(Horn)이 부착된 초음파세척기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파를 이용하여 세척하는 초음파 세척기에 있어서 초음파 진동자에 부착되어 발생되는 초음파를 전달하는 평면 진동판을 중공형 혼으로 대체함으로써 상기 초음파를 상기 중공형 혼 내부로 집속하여 방출하는 초음파 세척기에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic cleaner equipped with a hollow horn for cleaning various parts, tools, and labware using ultrasonic vibration, and more specifically, ultrasonic cleaning using ultrasonic waves. It relates to an ultrasonic cleaner for concentrating and discharging the ultrasonic waves into the hollow horn by replacing the flat diaphragm that transmits the ultrasonic waves generated by being attached to the ultrasonic vibrator in the cleaner.

일반적으로 초음파 세척기는 20KHz 이상의 초음파를 이용하는 세척기로서, 보통 초음파 진동자(Ultrasonic Transducer)의 진동을 증폭할 수 있도록 금속블록을 볼트로 체결하여 일체화시키는 볼트조임형 란쥬반 진동자(Bolt-clamped Langevin type Transducer: BLT)를 사용한다.In general, the ultrasonic cleaner is a cleaner using ultrasonic waves of 20KHz or more, and Bolt-clamped Langevin type Transducer: BLT).

도 1은 일반적인 볼트조임형 란쥬반 타입의 초음파 진동자의 구조를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the structure of an ultrasonic vibrator of a general bolted type Ranjuban type.

볼트조임형 란쥬반 타입의 초음파 진동자(BLT; 1)는 초음파 진동을 하게 되는 압전소자(2)를 사이에 두고, 금속재질의 Front Mass(4) 및 Rear Mass(3)를 너트(6) 및 볼트(5)로 체결하여 일체화시키는 구조로 된다. 물론, 상기 압전소자(2)는 진동자로서 전왜소자 또는 자왜소자로도 대체되어 사용할 수 있으며, 이는 소정대역의 초음파 진동을 발생하여 그 진동이 이에 부착된 상기 Front Mass(4) 및 Rear Mass(3) 등에 의하여 증폭되어진다.Bolt-tight type lanjuban type ultrasonic vibrator (BLT) 1 has a piezoelectric element 2 for ultrasonic vibration and sandwiches the front mass 4 and rear mass 3 of the nut 6 and It becomes a structure which is fastened with the bolt 5 and integrated. Of course, the piezoelectric element 2 may be used as a vibrator and replaced with an electrostrictive element or a magnetostrictive element, which generates ultrasonic vibrations of a predetermined band, and thus the front mass 4 and the rear mass 3 attached thereto. Amplified by

초음파 세척기에 있어서 초음파에 의해 세척이 이루어지는 과정은 크게 캐비테이션(Cavitation), 가속도 에너지 및 직진류(Micro streaming)의 3가지로 분류할 수 있다. In the ultrasonic cleaner, the process of washing by ultrasonic can be largely classified into three types: cavitation, acceleration energy, and micro streaming.

캐비테이션은 세척액 중에 가해진 감압력에 의해 공동(空洞; Cavity)이 발생 되고 상기 발생된 공동이 가압력에 의해 파괴되면서 큰 압력이 발생하여 피세척물 표면에 묻어 있는 오염물을 떨구어 내는 과정으로서, 주파수 범위가 20 내지 100KHz인 통상적인 산업용 초음파 세척기에서 중요한 역할을 한다.Cavitation is a process in which a cavity is generated by the depressurization force applied to the washing liquid and a large pressure is generated as the generated cavity is destroyed by the pressing force, thereby dropping contaminants on the surface of the object to be cleaned. It plays an important role in a typical industrial ultrasonic cleaner of 20 to 100 KHz.

가속도 에너지는 초음파로 인하여 진동하는 세척액 입자로부터 발생되고 이는 주파수가 높아짐에 따라 증가한다. 사용 주파수가 MHz 단위로 상승하면 강력한 가속도 에너지가 발생되며 이것이 피세척물 표면의 오염물에 전달되고, 결국 오염물은 가속도의 힘으로 흔들려 떨어지게 된다. 이는 1㎛이하의 미세한 오염물을 제거하는데 적합하여 반도체나 LCD의 세척에 적용된다.Acceleration energy is generated from washing liquid particles that vibrate due to ultrasonic waves, which increase with increasing frequency. As the frequency of use rises in MHz, strong acceleration energy is generated, which is transferred to the contaminants on the surface of the object, which in turn causes the contaminants to shake off with the force of acceleration. It is suitable for removing fine contaminants less than 1㎛ and is applied to cleaning semiconductors and LCDs.

직진류는 방사압의 차이에 따라 초음파의 전달방향으로 발생되는 유체의 흐름을 가리키며, 이에 의해 피세척면 부근에 미세한 교반현상이 발생되어 세척액의 순환 및 오염물의 운반 등의 효과가 부가됨으로써 세척효율을 향상된다. The straight stream refers to the flow of fluid generated in the direction of ultrasonic wave transmission according to the difference in the radial pressure.As a result, minute stirring occurs near the surface to be cleaned, which adds effects such as circulation of the washing liquid and transport of contaminants. Is improved.

그러나, 실제로 직진류의 발생은 매우 미약하여 특별한 교반 효과를 기대하기 어려우므로, 저주파 대역(KHz 대역)의 초음파 세척기에서는 캐비테이션이, 고주파 대역(MHz 대역)의 초음파 세척기에서는 가속도에너지가 주요 세척 메커니즘으로 작용하게 된다. However, in fact, the generation of linear flow is so weak that it is difficult to expect a special agitation effect. Therefore, the cavitation in the low frequency (KHz band) ultrasonic cleaner and the acceleration energy in the high frequency (MHz band) ultrasonic cleaner are the main cleaning mechanisms. It will work.

도 2는 종래의 초음파 세척기의 구조를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic view showing the structure of a conventional ultrasonic cleaner.

종래의 초음파 세척기(14)는 구동회로(13)로부터 전기신호를 입력받아 초음파를 발생하는 초음파 진동자(1)와, 세척액(12)을 저장하는 수조(9) 등으로 구성된다. 이때, 상기 수조(9)의 평면상 바닥면(11)은 진동판의 기능을 수행하여, 이에 부착된 복수개의 초음파 진동자(1)에서 발생되는 초음파 진동이 상기 바닥면(11)을 거쳐 수조(9)의 세척액(12)으로 공급됨으로써 세척작업이 이루어진다. The conventional ultrasonic cleaner 14 includes an ultrasonic vibrator 1 for generating ultrasonic waves by receiving an electric signal from the driving circuit 13, a water tank 9 for storing the washing liquid 12, and the like. At this time, the planar bottom surface 11 of the water tank 9 functions as a diaphragm, so that ultrasonic vibration generated by the plurality of ultrasonic vibrators 1 attached thereto passes through the bottom surface 11 to the water tank 9. The cleaning operation is performed by supplying the washing liquid 12).

그런데, 구조 상 초음파는 상기 평면상 바닥면(11)으로부터 세척액(12)의 상부 수면을 향해 한 방향만으로 전달되므로, 피세척물의 상하부면에 따라 세척효율이 상이하며 세척시간이 길어지는 문제점이 있었다.However, since the ultrasonic wave is transmitted in one direction from the planar bottom surface 11 toward the upper surface of the washing liquid 12, the washing efficiency is different and the washing time is long depending on the upper and lower surfaces of the object to be cleaned. .

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 초음파를 최대한 손실없이 집속하여 피세척물에 균일하게 인가할 수 있는 구조를 가지는 초음파 세척기를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaner having a structure that can be uniformly applied to the object to be cleaned by focusing the ultrasonic waves without loss.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 의한 초음파 세척기는 초음파 진동자에서 발생되는 초음파를 소정의 전달부를 통하여 세척액이 저장된 수조 내의 피세척물로 인가함으로써 세척작업을 수행하는 초음파 세척기에 있어서, 상기 전달부는 중공형 혼으로 이루어지고, 상기 피세척물은 상기 중공형 혼의 내부공간에 위치하여 세척되는 것을 특징으로 한다.As an aspect of the present invention for achieving the above object, the ultrasonic cleaner according to the present invention is the ultrasonic cleaner for performing the cleaning operation by applying the ultrasonic wave generated from the ultrasonic vibrator to the object to be washed in the tank in which the cleaning liquid is stored through a predetermined delivery unit In, the delivery unit is made of a hollow horn, the object to be cleaned is located in the inner space of the hollow horn is washed.

또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 상기 초음파 진동자는 전기적 단락을 방지하기 위하여 방수 케이스 내부에 밀봉되어 상기 중공형 혼의 외부표면에 부착되는 것을 특징으로 한다.In addition, as another feature of the present invention, the ultrasonic vibrator is sealed inside the waterproof case to prevent an electrical short, characterized in that attached to the outer surface of the hollow horn.

또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 상기 중공형 혼의 재질은 금속, 세라믹스, 경질 플라스틱 중 적어도 어느 하나로 되는 것을 특징으로 한다.In addition, as another feature of the present invention, the hollow horn is characterized in that the material is at least one of metal, ceramics, hard plastic.

또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 상기 중공형 혼의 내부 및 외부의 형상은 원형 또는 다각형으로 되는 것을 특징으로 한다.In addition, as another feature of the present invention, the inner and outer shapes of the hollow horn is characterized in that the circular or polygonal.

또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 상기 초음파 진동자는 압전 진동자, 전왜 진동자 또는 자왜 진동자 중의 적어도 어느 하나로 되는 것을 특징으로 한다.In addition, as another feature of the present invention, the ultrasonic vibrator is characterized in that at least one of a piezoelectric vibrator, electroskew vibrator or magnetostrictive vibrator.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the examples described below are provided to help the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited only to the following examples.

도 3은 본 발명에 의한 중공형 혼이 부착된 초음파세척기의 구조를 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 발명에 의한 중공형 혼이 부착된 초음파세척기에 있어서 방사된 초음파의 집속상태를 나타내는 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the structure of the ultrasonic horn attached to the hollow horn according to the present invention, Figure 4 is a schematic diagram showing the focused state of the emitted ultrasonic wave in the ultrasonic cleaner with a hollow horn according to the present invention.

먼저, 본 발명에 의한 초음파 세척기(20)는 피세척물(22)의 균일한 세척을 위하여 초음파 진동자(1)가 부착된 중공(中空)형 혼(Horn; 21)을 포함한다. 이 때, 상기 중공형 혼(21)은 피세척물의 길이방향으로 이동이 가능하도록 하여 피세척물의 길이에 관계없이 모든 부분에 초음파가 인가되도록 하는 것도 바람직하다.First, the ultrasonic cleaner 20 according to the present invention includes a hollow horn 21 to which the ultrasonic vibrator 1 is attached for uniform washing of the object to be cleaned 22. At this time, the hollow horn 21 may be movable in the longitudinal direction of the object to be cleaned so that ultrasonic waves are applied to all parts irrespective of the length of the object to be cleaned.

또한, 상기 초음파 진동자(1)에는 이에 전기신호를 출력하는 구동회로(13)가 연결되며, 상기 구동회로(13)는 전원(미도시)에 접속된다. 또한, 상기 초음파 진동자(1)는 작동 시 수조(25)에 저장된 세척액(24)에 의하여 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위하여 상기 초음파 진동자(1)의 외부는 방수케이스(23)의 내부에 완전 밀봉된다. 따라서, 구동회로(13)를 제외한 나머지 부분 모두는 수조(25)의 세척액(24) 내에 잠긴 상태로 동작하고, 피세척물(22)은 중공형 혼(21)의 내부공간에 위치하도록 장착된다.In addition, the ultrasonic vibrator 1 is connected to a drive circuit 13 for outputting an electric signal, and the drive circuit 13 is connected to a power source (not shown). In addition, in order to prevent the ultrasonic vibrator 1 from being electrically shorted by the cleaning liquid 24 stored in the water tank 25 during operation, the outside of the ultrasonic vibrator 1 is completely sealed in the waterproof case 23. do. Therefore, all parts except the drive circuit 13 operate while being locked in the washing liquid 24 of the water tank 25, and the object to be cleaned 22 is mounted to be located in the inner space of the hollow horn 21. .

그리고, 상기 초음파 진동자(1)는 통상적인 볼트조임형 란쥬반 진동자의 구조를 사용하며, 이에는 압전, 전왜, 자왜 진동자 중 어느 하나를 선택하여 사용한다.In addition, the ultrasonic vibrator 1 uses a structure of a conventional bolted-type lanjuban vibrator, and any one of piezoelectric, electrostrict, and magnetostrictive vibrators is selected and used.

즉, 중공형 혼(21)은 초음파 진동자(1)에서 발생되는 초음파를 피세척물(22)로 증폭하여 전달하며, 그 구조적인 특성으로 인하여 상기 초음파 에너지의 대부분이 중공형 혼(21)의 내부 구심점으로 집속되어진다. 따라서, 중공형 혼(21)의 내부공간에 위치한 피세척물(22)은 모든 방향에서 실질적으로 균일한 초음파 에너지를 방사상으로 인가받게 되므로, 초음파 진동자(1)가 부착되는 특정 위치에 관계없이 항상 피세척물(22)의 모든 표면부위가 짧은 시간에 균일하게 세척되어진다.That is, the hollow horn 21 amplifies and transmits the ultrasonic wave generated from the ultrasonic vibrator 1 to the object to be cleaned 22, and due to its structural characteristics, most of the ultrasonic energy is transferred to the hollow horn 21. Focused on the internal centripet Therefore, since the object to be cleaned 22 located in the inner space of the hollow horn 21 is radially applied with substantially uniform ultrasonic energy in all directions, it is always possible regardless of the specific position to which the ultrasonic vibrator 1 is attached. All surface portions of the object to be cleaned 22 are uniformly washed in a short time.

이때, 물론 중공형 혼(21)의 내부 및 외부 형상은 다양하게 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 중공형 혼(21)에 있어서 원형내부 및 다각형외부, 원형내부 및 원형외부, 다각형내부 및 다각형외부 등으로 그 형상을 다양하게 조합할 수 있으며, 다만 외부가 원형일 경우에는 초음파 진동자(1)의 부착을 고려하여 최소한 그 부착부위만이라도 평면상으로 설계함이 바람직하다.At this time, of course, the inner and outer shapes of the hollow horn 21 can be variously modified. For example, in the hollow horn 21, the shape can be variously combined into a circle inside and a polygon outside, a circle inside and a circle outside, a polygon inside and a polygon outside, but when the outside is circular, an ultrasonic vibrator In consideration of the attachment of (1), it is desirable to design at least the attachment part in plan view.

또한, 중공형 혼(21)의 재질로서는 금속, 세라믹스, 경질 플라스틱 등 탄성이 큰 재료로 하여 이에 전달되는 초음파 에너지를 손실없이 그 내부로 최대한 집속함이 바람직하다.In addition, as the material of the hollow horn 21, it is preferable to use a material having a large elasticity such as metal, ceramics, or hard plastic, and to concentrate the ultrasonic energy transmitted thereto as much as possible without loss.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 발생되는 초음파가 최대한 손실없이 집속되어 방사상으로 균일하게 피세척물로 인가되므로, 보다 균일하고 신속 한 세척작업이 가능해진다.As described above, according to the present invention, since the generated ultrasonic waves are focused without loss as much as possible and applied radially and uniformly to the object to be cleaned, a more uniform and rapid washing operation is possible.

또한, 본 발명에 의하면 중공형 혼이 피세척물의 길이방향으로 이동이 가능하므로, 피세척물의 형상에 관계없이 보다 균일한 세척작업이 가능하다.Further, according to the present invention, since the hollow horn is movable in the longitudinal direction of the object to be cleaned, a more uniform washing operation is possible regardless of the shape of the object to be cleaned.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 누구나 본 발명의 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, the preferred embodiment of the present invention is disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the scope of the present invention, such modifications, changes, etc. should be seen as belonging to the claims.

Claims

In the ultrasonic cleaner for performing the cleaning operation by applying the ultrasonic wave generated from the ultrasonic vibrator to the object to be washed in the tank in which the cleaning liquid is stored through a predetermined delivery unit,

The delivery part is made of a hollow horn,

And the washing object is located in the inner space of the hollow horn to be washed.

The ultrasonic cleaner according to claim 1, wherein the ultrasonic vibrator is sealed inside the waterproof case and attached to an outer surface of the hollow horn to prevent an electrical short.

The ultrasonic cleaner according to claim 1, wherein the hollow horn is made of at least one of metal, ceramics, and hard plastic.

The ultrasonic cleaner according to claim 1, wherein the cross section inside and outside the hollow horn has a circular or polygonal shape.

The ultrasonic cleaner according to claim 1, wherein the ultrasonic vibrator is at least one of a piezoelectric vibrator, a total distortion vibrator, and a magnetostrictive vibrator.