KR20240054760A - Ultrasonic cleaning device using thickness change of vibration transmission member and frequency change - Google Patents

Ultrasonic cleaning device using thickness change of vibration transmission member and frequency change Download PDF

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KR20240054760A
KR20240054760A KR1020220135110A KR20220135110A KR20240054760A KR 20240054760 A KR20240054760 A KR 20240054760A KR 1020220135110 A KR1020220135110 A KR 1020220135110A KR 20220135110 A KR20220135110 A KR 20220135110A KR 20240054760 A KR20240054760 A KR 20240054760A
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vibrator
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cleaning device
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KR1020220135110A
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김정인
이희명
조경목
한림
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주식회사 듀라소닉
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치는 피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 피세정물을 세정하도록 이루어지는 초음파 세정 장치에 있어서, 전기에너지를 공급받아 진동하며 제1 초음파를 발생시키는 제1 진동자; 및 제1 진동자가 결합되는 제1 경사면이 상면에 형성되고, 저면을 이루는 진동면이 피세정물을 향하는 진동 전달체를 포함하고, 제1 진동자는 상한 동작 주파수와 하한 동작 주파수 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생할 수 있으므로, 피세정물의 균일한 세정이 이루어질 수 있다.An ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member according to an embodiment of the present invention is an ultrasonic cleaning device that cleans an object to be cleaned using ultrasonic waves with a cleaning liquid interposed between the object to be cleaned, A first vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate first ultrasonic waves; and a vibration transmitter in which a first inclined surface to which the first vibrator is coupled is formed on the upper surface, and a vibration surface forming the lower surface is directed toward the object to be cleaned, wherein the first vibrator continuously sweeps a band between the upper limit operating frequency and the lower limit operating frequency. Since a sweep operation frequency that passes repeatedly can be generated, uniform cleaning of the object to be cleaned can be achieved.

Description

진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치{Ultrasonic cleaning device using thickness change of vibration transmission member and frequency change}Ultrasonic cleaning device using thickness change of vibration transmission member and frequency change}

본 발명은 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 피세정물을 세정하도록 이루어지는 초음파 세정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member, and more specifically, to an ultrasonic cleaning device that cleans an object to be cleaned using ultrasonic waves while a cleaning liquid is interposed between the object to be cleaned. It's about.

초음파 발진 장치로부터 전기적 신호가 진동판의 진동자로 인가되면 이 진동자는 기계적 신호를 발생시키고, 이 변환된 기계적 신호는 수중의 매질을 통하여 진동하여 음압의 변화로 캐비테이션(cavitation) 현상을 발생시켜 이물의 박리 및 제거에 사용되는데, 이러한 원리를 이용한 세정 방법을 초음파 세정이라고 한다.When an electrical signal is applied from the ultrasonic oscillator to the vibrator of the diaphragm, this vibrator generates a mechanical signal, and this converted mechanical signal vibrates through the underwater medium, causing a cavitation phenomenon due to a change in sound pressure, resulting in the separation of foreign substances. and removal, and the cleaning method using this principle is called ultrasonic cleaning.

이러한 초음파 세정 장치는, 전기에너지를 진동으로 전환시키는 진동자(transducer)와 진동자에 의한 진동을 전달하는 진동 전달체(transmitter)를 포함하고, 진동 전달체는 주로 석영(quartz)으로 이루어진다.This ultrasonic cleaning device includes a transducer that converts electrical energy into vibration and a vibration transmitter that transmits the vibration caused by the transducer, and the vibration transmitter is mainly made of quartz.

이와 같은 초음파 세정 장치를 사용할 경우, 진동자에 의하여 발생한 초음파는 진동 전달체를 통해 전달되면서 피세정물을 세정하게 되는데, 초음파의 중심부에서는 상대적으로 강한 음압이 발생하고 주변에서는 비교적 약한 음압이 발생되는 등, 음압의 불균형이 발생할 수 있으며, 이 경우 피세정물의 균일한 세정이 어렵거나 피세정물의 패턴을 손상시키는 문제점이 발생될 수 있으므로, 균일한 세정을 위한 기술개발이 요구되고 있다.When using such an ultrasonic cleaning device, the ultrasonic waves generated by the vibrator are transmitted through a vibration transmitter to clean the object to be cleaned. A relatively strong sound pressure is generated in the center of the ultrasonic wave and a relatively weak sound pressure is generated in the surrounding area, etc. An imbalance in negative pressure may occur, and in this case, it may be difficult to uniformly clean the object to be cleaned or problems such as damaging the pattern of the object to be cleaned may occur, so there is a need for technology development for uniform cleaning.

도 1을 참조하면, 종래의 초음파 세정 장치(1)는 일정한 두께의 진동 전달체(2)에 진동자(3)를 부착하여 구성되며 하나의 공진주파수를 형성하여 초음파를 출력하였고, 초음파의 연속적인 수축팽창에 의해 발생하는 큰 캐비테이션은 마디 부분에 분포하고 작은 캐비테이션은 배 부분에 분포하게 된다.Referring to Figure 1, the conventional ultrasonic cleaning device 1 is constructed by attaching a vibrator 3 to a vibration transmitter 2 of a certain thickness, and outputs ultrasonic waves by forming one resonant frequency, and the continuous contraction of the ultrasonic waves. Large cavitations caused by expansion are distributed in the node area, and small cavitations are distributed in the belly area.

종래의 초음파 세정 장치(1)는 캐비테이션의 크기 분포에 따라 높이별로 제거할 수 있는 오염입자의 크기와 제거력에서 차이가 나타나는 문제점 및 주파수를 변화시킬 경우 동작 주파수의 임피던스에 의해 출력(강도)의 차이가 발생하는 문제점이 있었다.The conventional ultrasonic cleaning device (1) has the problem of differences in the size and removal power of contaminant particles that can be removed by height depending on the size distribution of cavitation, and when changing the frequency, there is a difference in output (strength) due to the impedance of the operating frequency. There was a problem that occurred.

이와 관련하여 한국등록특허 제10-1017104호는 "초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치"를 게시하며, 구체적으로 다중 주파수를 사용하여 세정 효과를 높일 수 있는 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치에 관한 것으로서, 반도체 기판이 안착되는 스핀헤드와, 스핀헤드의 둘레에 구비된 보울과, 반도체 기판 표면에 세정액을 공급하기 위한 세정액 노즐과, 세정액에 다중 주파수의 초음파 진동을 인가하도록 구성된 초음파 노즐을 포함하도록 하고 있으며, 이에 의할 때, 기판의 묻은 크기가 다른 이물질의 효과적인 제거가 가능하게 되고, 균일하고 정밀한 세척이 가능하며, 반도체 기판에 형성된 패턴이 손상되는 것을 방지할 수 있음을 기재하고 있다.In this regard, Korean Patent No. 10-1017104 discloses "Ultrasonic nozzle and substrate cleaning device including the same," and specifically refers to an ultrasonic nozzle that can increase the cleaning effect by using multiple frequencies and a substrate cleaning device including the same. It relates to a spin head on which a semiconductor substrate is mounted, a bowl provided around the spin head, a cleaning liquid nozzle for supplying a cleaning liquid to the surface of the semiconductor substrate, and an ultrasonic nozzle configured to apply multi-frequency ultrasonic vibration to the cleaning liquid. It is stated that by doing this, it is possible to effectively remove foreign substances of different sizes on the substrate, enable uniform and precise cleaning, and prevent damage to the pattern formed on the semiconductor substrate.

그러나 한국등록특허 제10-1017104호에서 게시되는 기판 세정 장치는, 제1 진동자와 제2 진동자가 구비되도록 하면서 제1 진동자 및 제2 진동자의 주파수가 간섭되지 않도록 차단수단을 함께 구비하며, 이에 따라 2개의 서로 다른 주파수의 초음파가 트랜스미터에서 방사되도록 하고 있는데, 이 경우 제1 진동자 및 제2 진동자의 각 주파수가 트랜스미터의 저면 바닥으로 전달됨에 있어서, 각 주파수의 중심부 부분에서 상대적으로 강한 음압이 발생되어 여전히 음압의 불균형이 나타나게 되므로, 이에 대한 개선이 요구된다.However, the substrate cleaning device disclosed in Korean Patent No. 10-1017104 is provided with a first oscillator and a second oscillator and is also equipped with a blocking means to prevent the frequencies of the first oscillator and the second oscillator from interfering. Ultrasonic waves of two different frequencies are radiated from the transmitter. In this case, as each frequency of the first and second vibrators is transmitted to the bottom of the transmitter, a relatively strong sound pressure is generated at the center of each frequency. Since sound pressure imbalance still appears, improvement is required.

대한민국등록특허 제10-1017104호(공고일자: 2011년02월25일)Republic of Korea Patent No. 10-1017104 (announcement date: February 25, 2011)

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 피세정물을 세정함에 있어서, 진동 전달체의 진동면에서 균일한 음압이 형성될 수 있는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치를 제공하는 것이다.The problem that the present invention aims to solve is a vibration transmission member that can generate a uniform sound pressure on the vibration surface of the vibration transmitter when cleaning the object to be cleaned using ultrasonic waves with a cleaning liquid interposed between the object to be cleaned. To provide an ultrasonic cleaning device using thickness and frequency changes.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치는, 피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 피세정물을 세정하도록 이루어지는 초음파 세정 장치에 있어서, 전기에너지를 공급받아 진동하며 제1 초음파를 발생시키는 제1 진동자; 및 제1 진동자가 결합되는 제1 경사면이 상면에 형성되고, 저면을 이루는 진동면이 피세정물을 향하는 진동 전달체를 포함하고, 제1 진동자는 하한 동작 주파수와 상한 동작 주파수 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생할 수 있다.In order to achieve the above problem, an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member according to an embodiment of the present invention cleans the object to be cleaned through ultrasonic waves in a state in which a cleaning liquid is interposed between the object to be cleaned. An ultrasonic cleaning device comprising: a first vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate first ultrasonic waves; and a vibration transmitter in which a first inclined surface to which the first vibrator is coupled is formed on the upper surface, and a vibration surface forming the bottom faces the object to be cleaned, wherein the first vibrator continuously sweeps a band between the lower limit operating frequency and the upper limit operating frequency. A sweep operation frequency that passes repeatedly can be generated.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치는, 피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 피세정물을 세정하도록 이루어지는 초음파 세정 장치에 있어서, 전기에너지를 공급받아 진동하며 제1 초음파를 발생시키는 제1 진동자; 전기에너지를 공급받아 진동하며 제2 초음파를 발생시키는 제2 진동자; 및 제1 진동자가 결합되는 제1 경사면과 제2 진동자가 결합되는 제2 경사면이 중심을 기준으로 서로 대칭되게 상면에 형성되고, 저면을 이루는 진동면이 피세정물을 향하는 진동 전달체를 포함하고, 제1 진동자와 제2 진동자는 하한 동작 주파수와 상한 동작 주파수 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생할 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member according to an embodiment of the present invention is used to An ultrasonic cleaning device for cleaning, comprising: a first vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate first ultrasonic waves; a second vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate second ultrasonic waves; and a vibration transmitter in which a first inclined surface to which the first vibrator is coupled and a second inclined surface to which the second vibrator is coupled are formed on the upper surface symmetrically with respect to the center, and the vibration surface forming the bottom faces the object to be cleaned, The first oscillator and the second oscillator may generate a sweep operating frequency that continuously and repeatedly passes through a sweep band between the lower limit operating frequency and the upper limit operating frequency.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 있어서, 스위프 대역은 직렬 공진 주파수와 병렬 공진 주파수 사이의 범위에서 선택될 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to an embodiment of the present invention, the sweep band can be selected in the range between the series resonance frequency and the parallel resonance frequency. .

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 있어서, 스위프 대역은 중심 주파수를 기준으로 ±２％ 이내의 범위에서 선택될 수 있다.In addition, in order to achieve the above problem, in the ultrasonic cleaning device using the thickness and frequency change of the vibration transmission member according to the embodiment of the present invention, the sweep band can be selected within ±2% of the center frequency. there is.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 있어서, 스위프 동작 주파수는 초당 ２∼10 ㎑의 속도로 변화될 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to an embodiment of the present invention, the sweep operation frequency can be changed at a rate of 2 to 10 kHz per second.

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 있어서, 제1 진동자의 하부에 위치하는 진동 전달체의 하한 두께는 다음의 수학식 1에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정되고, 상한 두께는 다음의 수학식 2에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정될 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, in the ultrasonic cleaning device using the thickness and frequency change of the vibration transmission member according to an embodiment of the present invention, the lower limit thickness of the vibration transmission member located below the first vibrator is expressed by the following equation: It is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to 1, and the upper limit thickness can be determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to Equation 2 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆ1: 상한 동작 주파수)(Here, λ: wavelength, C: inherent sound speed of the vibration transmitter, f 1 : upper limit operating frequency)

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆn: 하한 동작 주파수)(Here, λ: wavelength, C: natural sound velocity of the vibration carrier, f n : lower limit operating frequency)

또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 있어서, 제1 진동자 또는 제2 진동자의 하부에 위치하는 진동 전달체의 하한 두께는 다음의 수학식 1에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정되고, 상한 두께는 다음의 수학식 2에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정될 수 있다.In addition, in order to achieve the above object, in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to an embodiment of the present invention, the lower limit thickness of the vibration transmission member located below the first or second vibrator is It is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to Equation 1 below, and the upper limit thickness may be determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to Equation 2 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆ1: 상한 동작 주파수)(Here, λ: wavelength, C: inherent sound speed of the vibration transmitter, f 1 : upper limit operating frequency)

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆn: 하한 동작 주파수)(Here, λ: wavelength, C: natural sound velocity of the vibration carrier, f n : lower limit operating frequency)

본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에 의하면, 피세정물의 균일한 세정이 이루어질 수 있다.According to an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member according to an embodiment of the present invention, uniform cleaning of the object to be cleaned can be achieved.

도 1은 종래의 초음파 세정 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에서 진동 전달체의 임피던스 특성과 스위프 동작 수파수를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에서 진동 전달체의 좌우 방향의 폭과 경사각도의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에서 스위프 동작 수파수의 변화에 따른 진동 전달체의 임피던스 특성 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에서 스위프 동작 주파수의 변화 속도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치의 사용 상태를 나타낸 것이다.
도 8 내지 9는 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치에서 진동자의 변형 실시예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치를 이용해서 웨이퍼를 세정하는 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1 schematically shows a conventional ultrasonic cleaning device.
Figure 2 schematically shows an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the impedance characteristics of the vibration transmitter and the sweep operation frequency in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmitter according to the present invention.
Figure 4 schematically shows the relationship between the width of the vibration transmitter in the left and right directions and the inclination angle in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmitter according to the present invention.
Figure 5 shows the change in impedance characteristics of the vibration transmitter according to the change in the sweep operation frequency in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmitter according to the present invention.
Figure 6 shows the change rate of the sweep operation frequency in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to the present invention.
Figure 7 shows the state of use of the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to the present invention.
Figures 8 and 9 show modified examples of the vibrator in the ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to the present invention.
Figure 10 schematically shows the state of cleaning a wafer using an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to make the gist of the present invention clear.

도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 전(화살표 쪽), 후(화살표 반대쪽) 방향을 지시하고, Y축은 좌, 우방향을 지시하며, Z축은 상, 하방향을 지시하는 것으로 정의한다. The X, Y, and Z axes shown in the drawing are arbitrarily determined for the convenience of explanation and not for the purpose of limiting rights. The and the Z-axis is defined as indicating the upward and downward directions.

이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.Each direction described below is based on this, except where otherwise specifically limited.

발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정, 앞쪽), 후(배, 뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것이고, 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.In the description and claims of the invention, directions such as up (up), down (bottom), left and right (lateral or lateral), anterior (forward, front), posterior (belly, rear), etc. are not intended to limit rights. For convenience of explanation, the relative positions between drawings and structures are set as a standard, and each direction described below is based on this, except where otherwise specifically limited.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치(100)는, 반도체 기판 등과 같은 피세정물(5)과의 사이에 세정액(6)이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 피세정물(5)을 세정하도록 이루어지는 장치이며, 전기에너지를 공급받아 진동하며 제1 초음파를 발생시키는 제1 진동자(10); 전기에너지를 공급받아 진동하며 제2 초음파를 발생시키는 제2 진동자(30); 및 제1 진동자(10)가 결합되는 제1 경사면(21)과 제2 진동자(30)가 결합되는 제2 경사면(23)이 중심을 기준으로 서로 대칭되게 상면에 형성되고, 저면을 이루는 진동면(22)이 피세정물(5)을 향하는 진동 전달체(20)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the ultrasonic cleaning device 100 using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to an embodiment of the present invention has a cleaning liquid 6 between the object to be cleaned 5 such as a semiconductor substrate. It is a device configured to clean an object to be cleaned (5) through ultrasonic waves in an interposed state, and includes a first vibrator (10) that receives electrical energy and vibrates to generate first ultrasonic waves; a second vibrator 30 that receives electrical energy and vibrates to generate second ultrasonic waves; And a first inclined surface 21 to which the first vibrator 10 is coupled and a second inclined surface 23 to which the second vibrator 30 is coupled are formed on the upper surface symmetrically with respect to the center, and a vibrating surface forming the bottom surface ( 22) may include a vibration transmitter 20 directed toward the object to be cleaned (5).

본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치(100)는, 제1 진동자(10) 또는 제2 진동자(30) 중에서 어느 하나만을 포함할 수도 있다.The ultrasonic cleaning device 100 using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member according to an embodiment of the present invention may include only one of the first vibrator 10 or the second vibrator 30.

도 2를 참조하면, 제1 진동자(10)와 제2 진동자(30)는 상한 동작 주파수(f1)와 하한 동작 주파수(fn) 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생할 수 있다.Referring to FIG. 2, the first oscillator 10 and the second oscillator 30 generate a sweep operating frequency that continuously and repeatedly passes through the sweep band between the upper limit operating frequency (f 1 ) and the lower limit operating frequency (f n ). You can.

도 2를 참조하면, 진동 전달체(20)는 피세정물(5)과 이격되어 대항하면서 저면을 이루는 진동면(22)을 통하여 피세정물(5)을 세정할 수 있도록 이루어지며, 제1 진동자(10) 및 제2 진동자(30)에 의하여 발생되는 초음파가 전달되면서 진동한다.Referring to FIG. 2, the vibration transmitter 20 is configured to clean the object to be cleaned (5) through the vibration surface 22 that forms the bottom while being spaced apart from the object to be cleaned (5), and the first vibrator ( 10) and the second vibrator 30 vibrates while being transmitted.

진동 전달체(20)는 피세정물(5) 상면에 공급되는 세정액(6)에 초음파 진동을 인가할 수 있다.The vibration transmitter 20 can apply ultrasonic vibration to the cleaning liquid 6 supplied to the upper surface of the object to be cleaned 5.

진동 전달체(20)는 금속, 석영(Quartz), 사파이어 또는 플라스틱(PEEK, PVDF 등의 엔지니어링 플라스틱) 등의 소재로 이루어질 수 있다.The vibration transmitter 20 may be made of a material such as metal, quartz, sapphire, or plastic (engineering plastic such as PEEK or PVDF).

진동 전달체(20)는 상면에 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)이 형성되고 저면에 진동면(22)이 형성되는 판 형태로서 전체가 일체로 이루어지거나, 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)을 포함하는 경사 부재(24)와 진동면(22)을 포함하는 기본 플레이트(25)가 결합되는 형태로 이루어질 수 있다.The vibration transmitter 20 is in the form of a plate in which a first inclined surface 21 and a second inclined surface 23 are formed on the upper surface and a vibration surface 22 is formed on the lower surface, and the entire body is formed as one piece, or the first inclined surface 21 and the The inclined member 24 including the second inclined surface 23 and the basic plate 25 including the vibration surface 22 may be combined.

경사 부재(24)의 상면은 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)이 형성되고, 저면은 편평한 면을 이루고 기본 플레이트(25)의 상면에 결합될 수 있다.The upper surface of the inclined member 24 has a first inclined surface 21 and a second inclined surface 23, and the lower surface has a flat surface and can be coupled to the upper surface of the basic plate 25.

기본 플레이트(25)는 상면과 저면이 편평하고 서로 평행하게 형성되는 판 형태로서, 저면에 진동면(22)이 형성될 수 있다.The basic plate 25 is in the form of a plate whose upper and lower surfaces are flat and parallel to each other, and a vibration surface 22 may be formed on the bottom surface.

경사 부재(24)와 기본 플레이트(25)는 같은 소재로 형성되거나, 서로 다른 소재로 형성될 수 있다.The inclined member 24 and the base plate 25 may be formed of the same material or may be formed of different materials.

진동 전달체(20)는 전후 방향의 중심선을 기준으로 좌우가 서로 대칭을 이루게 형성될 수 있다.The vibration transmitter 20 may be formed so that the left and right sides are symmetrical to each other with respect to the center line in the front-back direction.

진동 전달체(20)의 상면에 형성되는 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)은 전후 방향의 중심선을 기준으로 서로 대칭을 이룰 수 있다.The first inclined surface 21 and the second inclined surface 23 formed on the upper surface of the vibration transmitter 20 may be symmetrical to each other with respect to the center line in the front-back direction.

진동 전달체(20)의 상면에 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)을 형성하면, 진동 전달체(20)는 중심선을 기준으로 좌우 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.When the first inclined surface 21 and the second inclined surface 23 are formed on the upper surface of the vibration transmitting body 20, the vibration transmitting body 20 can be formed to be inclined in the left and right directions with respect to the center line.

진동 전달체(20)의 공진주파수는 진동 전달체(20)의 두께에 따라 정해질 수 있다.The resonant frequency of the vibration transmitter 20 may be determined depending on the thickness of the vibration transmitter 20.

진동 전달체(20)는 중심선을 기준으로 좌우 방향으로 경사지게 형성되므로, 진동 전달체(20)의 공진주파수는 진동 전달체(20)의 두께에 따라 변한다.Since the vibration transmitter 20 is inclined in the left and right directions with respect to the center line, the resonance frequency of the vibration transmitter 20 changes depending on the thickness of the vibration transmitter 20.

진동 전달체(20)는 스위프 동작 주파수가 공진주파수에 해당하는 두께로 형성될 수 있다.The vibration transmitter 20 may be formed to have a thickness whose sweep operation frequency corresponds to the resonance frequency.

진동 전달체(20)는 진동 전달체(20)의 두께에 맞는 공진주파수에서 가장 큰 출력을 나타낼 수 있다.The vibration transmitter 20 can exhibit the greatest output at a resonance frequency appropriate for the thickness of the vibration transmitter 20.

진동 전달체(20)는 스위프 대역 전체에서 가장 큰 출력을 나타낼 수 있다.The vibration transmitter 20 may exhibit the greatest output in the entire sweep band.

진동 전달체(20)의 저면에 형성되는 진동면(22)은 편평한 면을 이루고 피세정물(5)의 표면에 평행하게 배치될 수 있다.The vibration surface 22 formed on the bottom of the vibration transmitter 20 may form a flat surface and be arranged parallel to the surface of the object to be cleaned 5.

진동 전달체(20)는 제1 경사면(21)에 제1 진동자(10)가 밀착된 형태로 결합되고 제2 경사면(23)에 제2 진동자(30)가 밀착된 형태로 결합될 수 있다.The vibration transmitter 20 may be coupled to the first inclined surface 21 with the first vibrator 10 in close contact with the second inclined surface 23 and with the second vibrator 30 in close contact with the second inclined surface 23 .

제1 진동자(10)에서 발생되는 제1 초음파와 제2 진동자(30)에서 발생되는 제2 초음파는 진동 전달체(20)의 내부로 전달될 수 있다.The first ultrasonic waves generated by the first vibrator 10 and the second ultrasonic waves generated by the second vibrator 30 may be transmitted to the inside of the vibration transmitter 20.

이하에서 진동 전달체(20)는 고유음속(Ｃ)이 6,300m/s인 알루미늄으로 이루어진 것을 기준으로 설명한다.Hereinafter, the vibration transmitter 20 will be described based on the fact that it is made of aluminum with a natural sound speed (C) of 6,300 m/s.

도 2를 참조하면, 제1 진동자(10) 및 제2 진동자(30)는 전기에너지를 공급받아 진동하며, 제1 초음파 및 제2 초음파를 각각 발생시킨다.Referring to FIG. 2, the first vibrator 10 and the second vibrator 30 are supplied with electrical energy and vibrate, generating first ultrasonic waves and second ultrasonic waves, respectively.

제1 진동자(10) 및 제2 진동자(30)는 전동 전달체의 제1 경사면(21) 침 제2 경사면(23)에 각각 밀착된 형태로 결합될 수 있다.The first vibrator 10 and the second vibrator 30 may be coupled in close contact with the first inclined surface 21 and the second inclined surface 23 of the electric transmission element, respectively.

제1 진동자(10)와 제2 진동자(30)는 서로 동일한 형태의 압전소자로 이루어질 수 있다.The first vibrator 10 and the second vibrator 30 may be made of piezoelectric elements of the same type.

제1 진동자(10)와 제2 진동자(30)는 진동 전달체(20)의 전후 방향의 중심선을 기준으로 대칭되게 결합될 수 있다.The first vibrator 10 and the second vibrator 30 may be symmetrically coupled with respect to the center line in the front-back direction of the vibration transmitter 20.

제1 진동자(10)의 면에서 수직한 방향으로 방사되는 제1 초음파는 진동 전달체(20)를 거쳐 진동면(22)으로 전달될 수 있다.The first ultrasonic waves radiated in a direction perpendicular to the surface of the first vibrator 10 may be transmitted to the vibration surface 22 through the vibration transmitter 20.

제2 진동자(30)의 면에서 수직한 방향으로 방사되는 제2 초음파는 진동 전달체(20)를 거쳐 진동면(22)으로 전달될 수 있다.The second ultrasonic waves radiating in a direction perpendicular to the surface of the second vibrator 30 may be transmitted to the vibration surface 22 through the vibration transmitter 20.

도 3을 참조하면, 제1 진동자(10)와 제2 진동자(30)는 상한 동작 주파수(f1)와 하한 동작 주파수(f2) 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생할 수 있다.Referring to FIG. 3, the first oscillator 10 and the second oscillator 30 generate a sweep operating frequency that continuously and repeatedly passes through the sweep band between the upper limit operating frequency (f 1 ) and the lower limit operating frequency (f 2 ). You can.

스위프 대역에서 스위프 동작 주파수를 이용하면 캐비테이션의 크기 분포에 따라 높이별로 제거할 수 있는 오염입자의 크기와 제거력에서 차이가 나타나는 문제점을 해결할 수 있다.Using the sweep operation frequency in the sweep band can solve the problem of differences in the size and removal power of contaminant particles that can be removed by height depending on the size distribution of cavitation.

진동 전달체(20)는 공진주파수에 해당하는 진동 전달체(20)의 두께에서 가장 큰 출력을 나타내므로, 스위프 동작 주파수에 맞게 진동 전달체(20)의 상면에 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)을 형성하면, 진동 전달체(20)에서 가장 큰 출력을 나타내는 위치는 제1 경사면(21)과 제2 경사면(23)을 따라서 좌우 방향으로 왕복하며 변하게 된다.Since the vibration transmitter 20 exhibits the greatest output at the thickness of the vibration transmitter 20 corresponding to the resonance frequency, a first inclined surface 21 and a second inclined surface ( When 23) is formed, the position showing the greatest output in the vibration transmitter 20 changes by reciprocating in the left and right directions along the first inclined surface 21 and the second inclined surface 23.

스위프 대역은 직렬 공진 주파수와 병렬 공진 주파수 사이의 범위에서 선택될 수 있다.The sweep band can be selected in the range between the series resonant frequency and the parallel resonant frequency.

직렬 공진 주파수에서 임피던스는 최소가 되고, 병렬 공진 주파수에서 임피던스는 최대가 된다.At the series resonance frequency, the impedance becomes minimum, and at the parallel resonance frequency, the impedance becomes maximum.

직렬 공진 주파수와 병렬 공진 주파수 사이에 위치하는 스위프 대역에서 위상은 거의 +90도가 되고, 그 외의 주파수 영역에서 위상은 거의 -90도가 된다.In the sweep band located between the series resonance frequency and the parallel resonance frequency, the phase is approximately +90 degrees, and in other frequency ranges, the phase is approximately -90 degrees.

상한 동작 주파수(ｆ1)는 병렬 공진 주파수보다 작거나 같고, 하한 동작 주파수(ｆn)는 직렬 공진 주파수보다 크거나 같다.The upper limit operating frequency (f 1 ) is less than or equal to the parallel resonance frequency, and the lower limit operating frequency (f n ) is greater than or equal to the series resonance frequency.

스위프 대역은 중심 주파수를 기준으로 ±２％ 이내의 범위에서 선택될 수 있다.The sweep band can be selected within ±2% of the center frequency.

예를 들어, 중심 주파수가 1,000㎑라면, 스위프 대역은 980∼1,020㎑ 이내의 범위에서 선택될 수 있다.For example, if the center frequency is 1,000 kHz, the sweep band can be selected in the range of 980 to 1,020 kHz.

도 3 내지 4를 참조하면, 제1 진동자(10) 또는 제2 진동자(30)의 하부에 위치하는 진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1)는 다음의 수학식 1에 따른 진동 전달체(20)의 반파장(λ／２)의 양의 정수배로 결정되고, 상한 두께(ｈ2)는 다음의 수학식 2에 따른 진동 전달체(20)의 반파장(λ／２)의 양의 정수배로 결정될 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the lower limit thickness (l 1 ) of the vibration transmitter 20 located below the first vibrator 10 or the second vibrator 30 is the vibration transmitter 20 according to the following equation 1: ) is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength (λ/2), and the upper limit thickness (h 2 ) is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength (λ/2) of the vibration transmitter 20 according to the following equation 2: You can.

Figure pat00005
Figure pat00005

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆ1: 상한 동작 주파수)(Here, λ: wavelength, C: inherent sound speed of the vibration transmitter, f 1 : upper limit operating frequency)

Figure pat00006
Figure pat00006

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆn: 하한 동작 주파수)(Here, λ: wavelength, C: natural sound velocity of the vibration carrier, f n : lower limit operating frequency)

진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1)는 제1 진동자(10) 또는 제2 진동자(30)의 하부에 위치하는 진동 전달체(20)에서 가장 낮은 곳의 두께이다.The lower limit thickness (h 1 ) of the vibration transmitter 20 is the lowest thickness of the vibration transmitter 20 located below the first vibrator 10 or the second vibrator 30.

진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1)는 상한 동작 주파수(ｆ1)가 낮을수록 두꺼워진다.The lower limit thickness (f 1 ) of the vibration transmitter 20 becomes thicker as the upper limit operating frequency (f 1 ) decreases.

진동 전달체(20)의 상한 두께(ｈ2)는 제1 진동자(10) 또는 제2 진동자(30)의 하부에 위치하는 진동 전달체(20)에서 가장 높은 곳의 두께이다.The upper limit thickness (h 2 ) of the vibration transmitter 20 is the thickness at the highest point of the vibration transmitter 20 located below the first vibrator 10 or the second vibrator 30.

진동 전달체(20)의 상한 두께(ｈ2)는 하한 동작 주파수(ｆn)가 낮을수록 두꺼워진다.The upper limit thickness (h 2 ) of the vibration transmitter 20 becomes thicker as the lower limit operating frequency (f n ) decreases.

진동 전달체(20)의 두께 차이는 진동 전달체(20)의 상한 두께(ｈ2)와 진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1)의 높이 차이에 해당한다.The thickness difference of the vibration transmitter 20 corresponds to the height difference between the upper limit thickness (l 2 ) of the vibration transmitter 20 and the lower limit thickness (l 1 ) of the vibration transmitter 20.

제1 경사면(21) 또는 제2 경사면(23)이 수평면과 이루는 경사각도(θ)는 스위프 동작 주파수가 낮을수록 커진다.The inclination angle θ formed by the first inclined surface 21 or the second inclined surface 23 with the horizontal plane increases as the sweep operation frequency decreases.

경사각도(θ)는 진동 전달체(20)의 좌우 방향의 폭(ｗ)에 따라 변한다.The inclination angle (θ) changes depending on the width (v) in the left and right directions of the vibration transmitter 20.

진동 전달체(20)의 좌우 방향의 폭(ｗ)은 진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1) 위치부터 진동 전달체(20)의 상한 두께(ｈ2) 위치까지의 거리로서, 초음파 유효영역의 폭에 해당한다.The width (w) in the left and right directions of the vibration transmitter 20 is the distance from the lower limit thickness (h 1 ) position of the vibration transmitter 20 to the upper limit thickness (h 2 ) position of the vibration transmitter 20, and is the distance of the ultrasonic effective area. Corresponds to the width.

좁은 폭(ｗ1)으로 형성되는 진동 전달체(20)의 경사각도(θ1)는 넓은 폭(ｗ2)으로 형성되는 진동 전달체(20)의 경사각도(θ2)보다 크다.The inclination angle (θ 1 ) of the vibration transmitter 20 formed with a narrow width (h 1 ) is greater than the inclination angle (θ 2 ) of the vibration transmitter 20 formed with a wide width (w 2 ).

진동 전달체(20)에서 주파수(200kHz)에 따른 파장과 두께 차이의 관계는 아래 [표 1]과 같다.The relationship between the wavelength and thickness difference according to frequency (200 kHz) in the vibration transmitter 20 is shown in [Table 1] below.

알루미늄 (C=6,300m/s)Aluminum (C=6,300m/s) 구분 division 주파수
(kHz) frequency
(kHz) 파장
(mm)wavelength
(mm) 반파장
(mm)half wavelength
(mm) 반파장 *2
(mm)Half wavelength *2
(mm) 반파장 *3
(mm)Half wavelength *3
(mm) 반파장 *4
(mm)Half wavelength *4
(mm) 하한 동작
주파수 lower limit operation
frequency 196.00196.00 32.1432.14 16.0716.07 32.1432.14 48.2148.21 64.2964.29 중심
주파수 center
frequency 200.00200.00 31.5031.50 15.7515.75 31.5031.50 47.2547.25 63.0063.00 상한 동작
주파수 upper limit operation
frequency 204.00204.00 30.8830.88 15.4415.44 30.8830.88 46.3246.32 61.7661.76 두께 차이 (mm)Thickness difference (mm) 0.630.63 1.261.26 1.891.89 2.522.52

진동 전달체(20)에서 주파수(200kHz)에 따른 진동 전달체(20)의 좌우 방향의 폭(ｗ)과 경사각도(θ)의 관계는 아래 [표 2]와 같다.The relationship between the width (w) and the inclination angle (θ) in the left and right directions of the vibration transmitter 20 according to the frequency (200 kHz) is shown in [Table 2] below.

폭width 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100 두께
차이thickness
difference 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 0.630.63 TanθTanθ 0.0630.063 0.03150.0315 0.0210.021 0.015750.01575 0.01260.0126 0.01050.0105 0.0090.009 0.0078750.007875 0.0070.007 0.00630.0063 θ (°)θ (°) 3.604873.60487 1.8042201.804220 1.2030341.203034 0.9023330.902333 0.7218880.721888 0.6015830.601583 0.5156480.515648 0.451190.45119 0.401060.40106 0.360960.36096

진동 전달체(20)에서 주파수(500kHz)의 반파장에 따른 파장과 두께 차이(Δｈ)의 관계는 아래 [표 3]과 같다.The relationship between the wavelength and the thickness difference (Δl) according to the half-wavelength of the frequency (500 kHz) in the vibration transmitter 20 is shown in [Table 3] below.

알루미늄 (C=6,300m/s)Aluminum (C=6,300m/s) 구분 division 주파수
(kHz) frequency
(kHz) 파장
(mm)wavelength
(mm) 반파장
(mm)half wavelength
(mm) 반파장 *2
(mm)Half wavelength *2
(mm) 반파장 *3
(mm)Half wavelength *3
(mm) 반파장 *4
(mm)Half wavelength *4
(mm) 하한 동작
주파수 lower limit operation
frequency 490.00490.00 12.8612.86 6.436.43 12.8612.86 19.2919.29 25.7125.71 중심
주파수 center
frequency 500.00500.00 12.6012.60 6.306.30 12.6012.60 18.9018.90 25.2025.20 상한 동작
주파수 upper limit operation
frequency 510.00510.00 12.3512.35 6.186.18 12.3512.35 18.5318.53 24.7124.71 두께 차이 (mm)Thickness difference (mm) 0.250.25 0.500.50 0.760.76 1.011.01

진동 전달체(20)에서 주파수(500kHz)에 따른 진동 전달체(20)의 좌우 방향의 폭(ｗ)과 경사각도(θ)의 관계는 아래 [표 3]과 같다.The relationship between the width (w) and the inclination angle (θ) in the left and right directions of the vibration transmitter 20 according to the frequency (500 kHz) is shown in [Table 3] below.

폭width 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100 두께
차이thickness
difference 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 TanθTanθ 0.0250.025 0.01250.0125 0.0083330.008333 0.006250.00625 0.0050.005 0.0041660.004166 0.0035710.003571 0.0031250.003125 0.0027780.002778 0.00250.0025 θ (°)θ (°) 1.43211.4321 0.7161590.716159 0.4774530.477453 0.3580930.358093 0.2864760.286476 0.2387310.238731 0.2046260.204626 0.179050.17905 0.159150.15915 0.143240.14324

진동 전달체(20)에서 주파수(1,000kHz)에 따른 파장과 두께 차이(Δｈ)의 관계는 아래 [표 5]와 같다.The relationship between the wavelength and the thickness difference (Δl) according to the frequency (1,000 kHz) in the vibration transmitter 20 is shown in [Table 5] below.

알루미늄 (C=6,300m/s)Aluminum (C=6,300m/s) 구분 division 주파수
(kHz) frequency
(kHz) 파장
(mm)wavelength
(mm) 반파장
(mm)half wavelength
(mm) 반파장 *2
(mm)Half wavelength *2
(mm) 반파장 *3
(mm)Half wavelength *3
(mm) 반파장 *4
(mm)Half wavelength *4
(mm) 하한 동작
주파수 lower limit operation
frequency 980.00980.00 6.436.43 3.213.21 6.436.43 9.649.64 12.8612.86 중심
주파수 center
frequency 1000.001000.00 6.306.30 3.153.15 6.306.30 9.459.45 12.6012.60 상한 동작
주파수 upper limit operation
frequency 1020.001020.00 6.186.18 3.093.09 6.186.18 9.269.26 12.3512.35 두께 차이 (mm)Thickness difference (mm) 0.130.13 0.250.25 0.380.38 0.500.50

진동 전달체(20)에서 주파수(1,000kHz)에 따른 진동 전달체(20)의 좌우 방향의 폭(ｗ)과 경사각도(θ)의 관계는 아래 [표 6]과 같다.The relationship between the width (w) and the inclination angle (θ) in the left and right directions of the vibration transmitter 20 according to the frequency (1,000 kHz) is shown in [Table 6] below.

폭width 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100 두께
차이thickness
difference 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 TanθTanθ 0.0130.013 0.00650.0065 0.0043330.004333 0.003250.00325 0.00260.0026 0.0021660.002166 0.0018570.001857 0.0016250.001625 0.0014440.001444 0.00130.0013 θ (°)θ (°) 0.74480.7448 0.3724170.372417 0.2482800.248280 0.1862100.186210 0.1489680.148968 0.1241400.124140 0.1064060.106406 0.093110.09311 0.082760.08276 0.074480.07448

도 5 내지 7을 참조하면, 스위프 동작 주파수는 초당 ２∼10 ㎑의 속도로 변화될 수 있다.스위프 동작 주파수의 주기는 스위프 동작 주파수가 상한 동작 주파수(ｆ1)에서 시작되어 하한 동작 주파수(ｆn)를 거쳐 상한 동작 주파수(ｆ1)로 되돌아 오는 동안 걸리는 시간이다.Referring to Figures 5 to 7, the sweep operation frequency can be changed at a rate of 2 to 10 kHz per second. The period of the sweep operation frequency is that the sweep operation frequency starts at the upper limit operating frequency (f 1 ) and goes to the lower limit operating frequency (f). This is the time it takes to return to the upper limit operating frequency (f 1 ) via n ).

스위프 동작 주파수의 주기 동안 진동 전달체(20)에서 최대 출력을 나타내는 위치는 진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1) 위치에서 시작되어 진동 전달체(20)의 상한 두께(ｈ2) 위치를 거쳐 진동 전달체(20)의 하한 두께(ｈ1) 위치로 되돌아 오는 변화과정을 거친다.The position showing the maximum output in the vibration transmitter 20 during the period of the sweep operation frequency starts from the lower limit thickness (h 1 ) position of the vibration transmitter 20 and moves through the upper limit thickness (h 2 ) position of the vibration transmitter 20. It goes through a change process to return to the lower limit thickness (h 1 ) position of the transmitter 20.

스위프 동작 주파수를 초당 ２∼10 ㎑의 속도로 변화시키면, 스위프 동작 주파수의 주기는 1초 동안 2,000∼10,000회 반복될 수 있으므로, 진동 전달체(20)는 최대 출력을 나타내는 위치의 변화과정을 1초 동안 2,000∼10,000회 반복하여 초음파의 균일성을 확보할 수 있다.If the sweep operation frequency is changed at a rate of 2 to 10 kHz per second, the cycle of the sweep operation frequency can be repeated 2,000 to 10,000 times in 1 second, so the vibration transmitter 20 changes the position showing the maximum output in 1 second. Uniformity of ultrasonic waves can be ensured by repeating the process 2,000 to 10,000 times.

도 8 내지 9를 참조하면, 제1 진동자(10) 및 제2 진동자(30)는 좌우 방향으로 이격되는 복수의 압전소자로 구성되거나 슬릿 구조의 압전소자로 구성될 수 있다.Referring to Figures 8 and 9, the first vibrator 10 and the second vibrator 30 may be composed of a plurality of piezoelectric elements spaced apart in the left and right directions or may be composed of piezoelectric elements with a slit structure.

복수의 압전소자 또는 슬릿 구조의 압전소자를 구성하는 각각의 압전소자는 동일한 스위프 동작 주파수를 발생할 수 있다.Each piezoelectric element constituting a plurality of piezoelectric elements or a slit-structured piezoelectric element may generate the same sweep operation frequency.

제1 진동자(10) 및 제2 진동자(30)를 복수의 압전소자 또는 슬릿 구조의 압전소자로 구성하면, 제1 진동자(10) 및 제2 진동자(30)는 압전소자 전체에서 스위프 동작 주파수를 고르게 발생할 수 있으므로, 진동 전달체(20)는 제1 경사면(21) 및 제2 경사면(23) 전체에서 명확하게 최대 출력을 나타낼 수 있다.If the first vibrator 10 and the second vibrator 30 are composed of a plurality of piezoelectric elements or a piezoelectric element with a slit structure, the first vibrator 10 and the second vibrator 30 maintain a sweep operation frequency throughout the piezoelectric element. Since it can be generated evenly, the vibration transmitter 20 can clearly exhibit maximum output throughout the first inclined surface 21 and the second inclined surface 23.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치(100)는, 피세정물(5)의 상부에서 회전하거나 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동할 수 있다.Referring to FIG. 10, the ultrasonic cleaning device 100 using changes in the thickness and frequency of the vibration transmission member according to an embodiment of the present invention can rotate or move in the horizontal or vertical direction on the top of the object to be cleaned 5. there is.

진동 전달체(20) 아래에 이격하여 위치하는 피세정물(5)은 회전하거나 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동할 수 있다.The object to be cleaned (5) positioned spaced apart below the vibration transmitter (20) may rotate or move in the horizontal or vertical direction.

진동 전달체(20) 또는 피세정물(5)이 회전하거나 이동하면, 출력과 제거력의 균일성을 확보하여 피세정물(5)을 균일하게 세정할 수 있다.When the vibration transmitter 20 or the object to be cleaned 5 rotates or moves, the object to be cleaned 5 can be cleaned uniformly by ensuring uniformity in output and removal force.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. Although specific embodiments of the present invention have been described and shown above, it is known in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. This is self-evident to those who have it.

따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.Accordingly, such modifications or variations should not be understood individually from the technical idea or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should be regarded as falling within the scope of the claims of the present invention.

1: 종래의 초음파 세정 장치
2: 진동 전달체
3: 진동자
5: 피세정물
6: 세정액
7: 회전판
10: 제1 진동자
20: 진동 전달체
21: 제1 경사면
22: 진동면
23: 제2 경사면
30: 제2 진동자
100: 초음파 세정 장치
λ: 파장
Ｃ: 진동전달체의 고유음속
ｆ1: 상한 동작 주파수
ｆn: 하한 동작 주파수
θ: 경사각도
ｗ1: 좁은 폭
ｗ2: 넓은 폭
ｈ1: 진동 전달체의 하한 두께
ｈ2: 진동 전달체의 상한 두께1: Conventional ultrasonic cleaning device
2: Vibration transmitter
3: Oscillator
5: object to be cleaned
6: Cleaning liquid
7: Rotating plate
10: first oscillator
20: Vibration transmitter
21: first slope
22: Vibrating surface
23: Second slope
30: second oscillator
100: Ultrasonic cleaning device
λ: wavelength
Ｃ: Inherent sound velocity of the vibration transmitter
f 1 : upper limit operating frequency
f n : lower limit operating frequency
θ: Tilt angle
u 1 : narrow width
u 2 : Wide width
h 1 : Lower limit thickness of the vibration transmitter
h 2 : Upper limit thickness of the vibration transmitter

Claims (7)

피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 상기 피세정물을 세정하도록 이루어지는 초음파 세정 장치에 있어서,
전기에너지를 공급받아 진동하며 제1 초음파를 발생시키는 제1 진동자; 및
상기 제1 진동자가 결합되는 제1 경사면이 상면에 형성되고, 저면을 이루는 진동면이 상기 피세정물을 향하는 진동 전달체를 포함하고,
상기 제1 진동자는 상한 동작 주파수와 하한 동작 주파수 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생하는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.In the ultrasonic cleaning device configured to clean the object to be cleaned using ultrasonic waves with a cleaning liquid interposed between the object to be cleaned,
A first vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate first ultrasonic waves; and
A first inclined surface to which the first vibrator is coupled is formed on the upper surface, and the vibration surface forming the bottom includes a vibration transmitter facing the object to be cleaned,
The first vibrator is an ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member, characterized in that the first vibrator generates a sweep operating frequency that continuously and repeatedly passes through a sweep band between the upper and lower operating frequencies. 피세정물과의 사이에 세정액이 개재된 상태에서 초음파를 통하여 상기 피세정물을 세정하도록 이루어지는 초음파 세정 장치에 있어서,
전기에너지를 공급받아 진동하며 제1 초음파를 발생시키는 제1 진동자;
전기에너지를 공급받아 진동하며 제2 초음파를 발생시키는 제2 진동자; 및
상기 제1 진동자가 결합되는 제1 경사면과 상기 제2 진동자가 결합되는 제2 경사면이 중심을 기준으로 서로 대칭되게 상면에 형성되고, 저면을 이루는 진동면이 상기 피세정물을 향하는 진동 전달체를 포함하고,
상기 제1 진동자와 제2 진동자는 상한 동작 주파수와 하한 동작 주파수 사이의 스위프 대역을 연속적으로 반복 통과하는 스위프 동작 주파수를 발생하는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.In the ultrasonic cleaning device configured to clean the object to be cleaned using ultrasonic waves with a cleaning liquid interposed between the object to be cleaned,
A first vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate first ultrasonic waves;
a second vibrator that receives electrical energy and vibrates to generate second ultrasonic waves; and
A first inclined surface to which the first vibrator is coupled and a second inclined surface to which the second vibrator is coupled are formed on the upper surface symmetrically with respect to the center, and the vibration surface forming the bottom includes a vibration transmitter facing the object to be cleaned, ,
The first vibrator and the second vibrator generate a sweep operation frequency that continuously and repeatedly passes through a sweep band between the upper limit operation frequency and the lower limit operation frequency. An ultrasonic cleaning device using the thickness and frequency changes of the vibration transmission member. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 스위프 대역은 직렬 공진 주파수와 병렬 공진 주파수 사이의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.According to claim 1 or 2,
The sweep band is selected from a range between a series resonance frequency and a parallel resonance frequency. An ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member. 제3 항에 있어서,
상기 스위프 대역은 중심 주파수를 기준으로 ±２％ 이내의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.According to clause 3,
An ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member, characterized in that the sweep band is selected within ±2% of the center frequency. 제3 항에 있어서,
상기 스위프 동작 주파수는 초당 ２∼10 ㎑의 속도로 변화되는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.According to clause 3,
An ultrasonic cleaning device using the thickness and frequency changes of a vibration transmission member, characterized in that the sweep operation frequency changes at a rate of 2 to 10 kHz per second. 제1 항에 있어서,
상기 제1 진동자의 하부에 위치하는 상기 진동 전달체의 하한 두께는 다음의 수학식 1에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정되고, 상한 두께는 다음의 수학식 2에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정되는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.
[수학식 1]
Figure pat00007

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동 전달체의 고유음속, ｆ1: 상한 동작 주파수)
[수학식 2]
Figure pat00008

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆn: 하한 동작 주파수)According to claim 1,
The lower limit thickness of the vibration transmitter located below the first vibrator is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to Equation 1 below, and the upper limit thickness is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to Equation 2 below: An ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member, which is determined as a positive integer multiple.
[Equation 1]
Figure pat00007

(Here, λ: wavelength, C: inherent sound velocity of the vibration transmitter, f 1 : upper limit operating frequency)
[Equation 2]
Figure pat00008

(Here, λ: wavelength, C: natural sound velocity of the vibration carrier, f n : lower limit operating frequency) 제2 항에 있어서,
상기 제1 진동자 또는 제2 진동자의 하부에 위치하는 상기 진동 전달체의 하한 두께는 다음의 수학식 1에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정되고, 상한 두께는 다음의 수학식 2에 따른 진동 전달체의 반파장의 양의 정수배로 결정되는 것을 특징으로 하는 진동 전달 부재의 두께와 주파수 변화를 이용한 초음파 세정 장치.
[수학식 1]
Figure pat00009

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동 전달체의 고유음속, ｆ1: 상한 동작 주파수)
[수학식 2]
Figure pat00010

(여기서, λ: 파장, Ｃ: 진동전달체의 고유음속, ｆn: 하한 동작 주파수)According to clause 2,
The lower limit thickness of the vibration transmitter located below the first or second vibrator is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the vibration transmitter according to the following equation 1, and the upper limit thickness is the vibration according to the following equation 2 An ultrasonic cleaning device using changes in the thickness and frequency of a vibration transmission member, which is determined as a positive integer multiple of the half-wavelength of the transmission member.
[Equation 1]
Figure pat00009

(Here, λ: wavelength, C: inherent sound velocity of the vibration transmitter, f 1 : upper limit operating frequency)
[Equation 2]
Figure pat00010

(Here, λ: wavelength, C: natural sound velocity of the vibration carrier, f n : lower limit operating frequency)
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