KR102818845B1 - A Ultrasonic Transducer Assembly - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체는, 상·하면에 압전세라믹이 각각 부착되는 평판상의 압전진동자, 상기 압전진동자에 마련되어, 진동에 의해 초음파를 발생시키는 혼부, 상기 압전세라믹의 사이에 마련되어, 상기 압전진동자의 양단을 지지하여 공진모드로 진동하면서 상기 압전진동자의 진동 변위 방해를 최소화하고 전기적인 신호를 전달하는 진동판프레임, 상기 진동판프레임의 상단에 마련되어, 상기 진동판프레임의 일면을 고정하는 고정판을 포함한다. A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to one embodiment of the present invention comprises: a flat piezoelectric vibrator having piezoelectric ceramics attached to its upper and lower surfaces respectively; a horn provided on the piezoelectric vibrator to generate ultrasonic waves by vibration; a vibration plate frame provided between the piezoelectric ceramics to support both ends of the piezoelectric vibrator and to vibrate in a resonance mode while minimizing vibration displacement interference of the piezoelectric vibrator and transmitting an electrical signal; and a fixed plate provided on an upper end of the vibration plate frame to fix one surface of the vibration plate frame.
Description
본 발명은 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 관한 것으로, 압전세라믹이 부착된 평판상의 바이몰프형 압전진동자를 어레이함에 있어서, 압전진동자의 양단에 상기 압전진동자와 유사한 공진주파수로 진동하는 진동판프레임을 부가하여 진동을 구속하지 않고 발향부의 음향 품질을 향상시킬 수 있는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves. The present invention relates to a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves, which comprises a bimorph-type piezoelectric vibrator having a flat plate to which piezoelectric ceramics are attached, and a vibration plate frame that vibrates at a resonant frequency similar to that of the piezoelectric vibrator is added to both ends of the piezoelectric vibrator so as to improve the sound quality of the emitting portion without restricting the vibration.
종래의 초음파 트랜스듀서는 크게 압전소자 방식 및 정전 용량형 방식으로 나뉜다. 두 방식 모두 전기적 펄스를 가하게 되면, 공진 주파수에 해당하는 초음파를 발산하게 된다. 초음파 수신 시에는 외부 초음파에 의한 소자의 진동을 전기적인 신호로 변환시키고 이를 증폭한 신호를 이용한다. Conventional ultrasonic transducers are largely divided into piezoelectric element type and electrostatic capacitance type. When an electrical pulse is applied to both types, ultrasonic waves corresponding to the resonant frequency are emitted. When receiving ultrasonic waves, the vibration of the element caused by external ultrasonic waves is converted into an electrical signal and the amplified signal is used.
일반적인 초음파 트랜스듀서의 경우 진동자가 자유진동을 할 때 진동자의 변위가 최소가 되는 부위를 접착제로 다른 고정체에 고정시켜 진동자의 진동폭이 너무 작아 중심부에 혼을 부착하여 혼의 움직임에 의해 발생되는 진동으로 음향진동효과를 얻어 냈다.In the case of a typical ultrasonic transducer, when the vibrator vibrates freely, the part where the displacement of the vibrator is minimal is fixed to another fixed body with an adhesive, and since the vibration amplitude of the vibrator is too small, a horn is attached to the center to obtain an acoustic vibration effect through the vibration generated by the movement of the horn.
그러나, 종래기술에 의한 초음파 트랜스듀서에서는 다음과 같은 문제점이 있었다. 종래의 트랜스듀서는 전원인가부가 연결되는 +전원과 -전원의 부위가 공기 중에 노출 되어있어 수분과 습기에 취약한 점이 있었다. However, ultrasonic transducers using conventional technology had the following problems. In conventional transducers, the + and - power supply parts to which the power supply is connected were exposed to the air, making them vulnerable to moisture and humidity.
또한, 초음파 트랜스듀서의 주파수를 높이기 위해서는 세라믹의 사이즈를 줄여야 하는데, 사이즈가 작아질수록 읍압은 낮아지게 되어 주파수와 음압을 동시에 올리가가 어려운 문제점이 있었다.In addition, in order to increase the frequency of the ultrasonic transducer, the size of the ceramic must be reduced, but as the size decreases, the sound pressure decreases, making it difficult to increase both the frequency and sound pressure at the same time.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 공지된 선행특허 제 10-2023-0060677호에서는 전기적신호가 인가되어 진동을 발생하는 압전진 동부(20)와, 진동에 의하여 초음파를 발생하는 혼부(30)와, 바 형상으로 형성되어 일단에는 상기 압전진동부(20)와 연결되고, 타단에는 상기 혼부(30)와 연결되는 탄성체(10)와, 상기 탄성체(10)를 고정하는 고정판(50)을 개시하고 있으나, 압전진동부(20)가 진동하면서 탄성체(10)가 종방향 공진주파수를 발생하게 되는데, 예를 들면, 8mm 정도의 원판형의 압전진동부(20)에 약 40kHz 세기의 진동이 발생하게 된다. 따라서, 탄성체(10)에 40kHz로 공진주파수를 발생시키기 위해서는 바 형태의 탄성체(10)의 길이가 불필요하게 커지는 문제점이 발생하게 된다.Therefore, in order to solve the above problem, the known prior art patent No. 10-2023-0060677 discloses a piezoelectric vibration unit (20) that generates vibration when an electric signal is applied, a horn (30) that generates ultrasonic waves by vibration, an elastic body (10) formed in a bar shape and connected to the piezoelectric vibration unit (20) at one end and the horn (30) at the other end, and a fixing plate (50) that fixes the elastic body (10). However, when the piezoelectric vibration unit (20) vibrates, the elastic body (10) generates a longitudinal resonance frequency. For example, a vibration with an intensity of about 40 kHz is generated in a piezoelectric vibration unit (20) having a disk shape of about 8 mm. Therefore, in order to generate a resonance frequency of 40 kHz in the elastic body (10), there arises a problem that the length of the bar-shaped elastic body (10) becomes unnecessarily large.
또한, 다수개의 원판형 압전진동부(20)를 하나씩 전기적 연결을 하여 어레이하는데 드는 제조 비용과 제조 공정이 복잡한 문제점이 있으며, 다수개의 원판형 압전진동부(20) 중 어느 하나가 오작동하게 되면 압전진동부(20) 전체를 다 교체해야하는 번거로움이 있었다.In addition, there is a problem of manufacturing cost and complicated manufacturing process required to array multiple disc-shaped piezoelectric vibratory units (20) by electrically connecting them one by one, and there is the inconvenience of having to replace the entire piezoelectric vibrator unit (20) if one of the multiple disc-shaped piezoelectric vibratory units (20) malfunctions.
따라서, 하나의 평판상의 압전진동자에 여러 개의 탄성봉과 혼을 부착하여 하나의 전기적 신호로 여러 개의 혼에서 동일한 신호의 초음파가 동시에 발생할 수 있도록 하여 제조 공정이 간단하고, 탄성봉의 길이에 상관없이 음압의 크기를 향상시킬 수 있는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체 기술이 필요하게 되었다.Accordingly, a technology for assembling a piezoelectric transducer for generating ultrasonic waves that is simple in manufacturing process and can improve the size of sound pressure regardless of the length of the elastic rods by attaching multiple elastic rods and horns to a single flat piezoelectric vibrator so that the same signal of ultrasonic waves can be generated simultaneously from multiple horns with a single electrical signal has become necessary.
도 2의 (a) 및 도 3의 (a)를 참고하면, 기존 개발 단계에서의 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체는 압전진동자의 양단이 하나의 프레임에 고정되어 고정된 압전진동자의 부분에 진동 구속이 발생하게 되어, 스피커 음향의 품질이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. Referring to Fig. 2 (a) and Fig. 3 (a), the piezoelectric transducer assembly for ultrasonic generation in the existing development stage has both ends of the piezoelectric vibrator fixed to one frame, so vibration constraint occurs in the fixed piezoelectric vibrator portion, resulting in a problem of reduced speaker sound quality.
따라서, 진동 특성을 개선하여 스피커 음향의 품질을 향상시킬 수 있는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체 기술이 필요하게 되었다.Therefore, a piezoelectric transducer assembly technology for ultrasonic generation that can improve vibration characteristics and enhance speaker sound quality has become necessary.
본 발명은 하나의 평판상의 압전진동자에 여러 개의 탄성봉과 혼을 부착하여 하나의 전기적 신호로 여러 개의 혼에서 동일한 신호의 초음파가 동시에 발생할 수 있도록 어레이함에 있어서, 압전진동자의 양단에 상기 압전동자와 유사한 공진주파수로 진동하는 진동판프레임을 부가하여 진동 구속 없이 음향의 품질을 향상시킬 수 있는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves, which can improve the quality of sound without vibration constraints by attaching a plurality of elastic rods and horns to a single flat piezoelectric vibrator and arranging them so that the same signal of ultrasonic waves can be simultaneously generated from a plurality of horns with a single electrical signal, and by adding a vibration plate frame that vibrates at a resonant frequency similar to that of the piezoelectric motor to both ends of the piezoelectric vibrator.
또한, 음압이 발생되는 발향부와 전원이 인가되는 전원부를 분리하여 방수가 가능하고, 압전진동자를 복수개 모듈형으로 구성하여 선택적으로 각각 분리하여 유지 보수가 용이한 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, the purpose is to provide a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves that is waterproof by separating the emitting part where negative pressure is generated and the power supply part where power is supplied, and that is configured with multiple modular piezoelectric vibrators so that they can be selectively separated for easy maintenance.
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.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems to be solved by the present invention that are not mentioned herein will be clearly understood by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below.
본 발명의 일실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체는, 상·하면에 압전세라믹이 각각 부착되는 평판상의 압전진동자, 상기 압전진동자의 일단에 마련되어, 진동에 의해 초음파를 발생시키는 혼부, 상기 압전세라믹의 사이에 마련되어, 상기 압전진동자의 양단을 지지하여 공진모드로 진동하면서 상기 압전진동자의 진동 변위 방해를 최소화하고 전기적인 신호를 전달하는 진동판프레임, 상기 진동판프레임의 상단에 마련되어, 상기 진동판프레임의 일면을 고정하는 고정판을 포함할 수 있다.A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to one embodiment of the present invention may include a flat piezoelectric vibrator having piezoelectric ceramics attached to its upper and lower surfaces respectively, a horn provided at one end of the piezoelectric vibrator and generating ultrasonic waves by vibration, a vibration plate frame provided between the piezoelectric ceramics and supporting both ends of the piezoelectric vibrator to minimize vibration displacement interference of the piezoelectric vibrator and transmit electrical signals while vibrating in a resonance mode, and a fixed plate provided at an upper end of the vibration plate frame and fixing one surface of the vibration plate frame.
본 발명의 일실시례에 따른 상기 진동판프레임은, 길이방향으로 긴 하나의 평판상으로 형성되어, 상기 고정판과 고정 지지되는 고정영역부와 상기 압전진동자와 접촉되어 탄성 지지되는 탄성영역부가 기설정된 간격으로 반복 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the vibration plate frame may be formed in the shape of a single long flat plate in the longitudinal direction, and may be characterized in that a fixed area portion fixedly supported by the fixed plate and an elastic area portion elastically supported by coming into contact with the piezoelectric vibrator are repeatedly formed at preset intervals.
본 발명의 일실시례에 따른 상기 탄성영역부의 길이는, 상기 압전진동자의 최대 길이 이하로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the length of the elastic region may be configured to be less than or equal to the maximum length of the piezoelectric vibrator.
본 발명의 일실시례에 따른 상기 진동판프레임의 형상은, ㄷ자 형태, I자 형태, H자 형태 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The shape of the vibration plate frame according to one embodiment of the present invention may be characterized by being configured as one of a T-shape, an I-shape, and an H-shape.
본 발명의 일실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체는, 상기 압전진동자의 상단에 마련되어, 상기 압전진동자에 진동을 전달하는 탄성봉이 더 구비되고, 상기 압전진동자의 일면에 전원공급부가 마련되어, 복수개의 상기 혼부와 상기 탄성봉을 하나의 평판상으로 전기적 연결이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to one embodiment of the present invention may further include an elastic rod provided on the upper end of the piezoelectric vibrator to transmit vibration to the piezoelectric vibrator, and a power supply unit provided on one surface of the piezoelectric vibrator, so that a plurality of the horns and the elastic rods can be electrically connected in the form of a single plate.
본 발명은 하나의 평본 발명은 하나의 평판상의 압전진동자에 여러 개의 탄성봉과 혼을 부착하여 하나의 전기적 신호로 여러 개의 혼에서 동일한 신호의 초음파가 동시에 발생할 수 있도록 하여 제조공정을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.The present invention has the effect of minimizing the manufacturing process by attaching multiple elastic rods and horns to a single flat piezoelectric vibrator so that the same ultrasonic signal can be generated simultaneously from multiple horns with a single electrical signal.
또한, 압전진동자의 양단에 상기 압전진동자와 유사한 공진주파수로 진동하는 진동판프레임을 부가하여 진동 구속 없이 음향의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.In addition, by adding a vibration plate frame that vibrates at a resonant frequency similar to that of the piezoelectric vibrator to both ends of the piezoelectric vibrator, it has the effect of improving the sound quality without vibration constraint.
또한, 음압이 발생되는 발향부와 전원이 인가되는 전원부를 분리하여 방수가 가능하고, 압전진동자를 복수개 모듈형으로 구성하여 선택적으로 각각 분리하여 유지 보수가 용이한 효과를 가진다.In addition, the emitting part where the negative pressure is generated and the power supply part where the power is supplied are separated to enable waterproofing, and the piezoelectric vibrators are configured in multiple modular units so that they can be selectively separated for easy maintenance.
도 1은 본 발명의 제 1실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시례에 따른 진동판프레임의 고정 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시례에 따른 진동판프레임의 설치 여부에 따른 공진주파수 진동 변위 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1실시례에 따른 진동판프레임의 길이 가변에 따른 공진주파수 진동 변위 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 전원공급부가 부가된 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 고정판이 부가된 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 9은 본 발명의 제 4실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 모듈화 구조를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing for explaining the fixing form of a vibration plate frame according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing for explaining the resonant frequency vibration displacement state depending on whether or not a vibration plate frame according to the first embodiment of the present invention is installed.
FIG. 4 is a drawing for explaining a resonant frequency vibration displacement state according to a change in the length of a vibration plate frame according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention with a power supply unit added.
FIG. 8 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention with a fixed plate added.
FIG. 9 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a drawing for explaining the modular structure of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention.
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. The specific details of the present invention, including the problems to be solved, the means for solving the problems, and the effects of the invention, are included in the embodiments and drawings described below. The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clearer with reference to the embodiments described below in detail together with the attached drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 제 1실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제 1실시례에 따른 진동판프레임의 고정 형태를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a drawing for explaining the fixing form of a vibration plate frame according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 1실시례에 따른 진동판프레임의 설치 여부에 따른 공진주파수 진동 변위 상태를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a drawing for explaining the resonant frequency vibration displacement state depending on whether or not a vibration plate frame according to the first embodiment of the present invention is installed.
도 4는 본 발명의 제 1실시례에 따른 진동판프레임의 길이 가변에 따른 공진주파수 진동 변위 상태를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a drawing for explaining a resonant frequency vibration displacement state according to a change in the length of a vibration plate frame according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.FIG. 6 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 전원공급부가 부가된 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.FIG. 7 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention with a power supply unit added.
도 8은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 고정판이 부가된 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.FIG. 8 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention with a fixed plate added.
도 9은 본 발명의 제 4실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 전체적인 형상을 도시한 사시도이다.FIG. 9 is a perspective view showing the overall shape of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to the fourth embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체의 모듈화 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a drawing for explaining the modular structure of a piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves according to a third embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체(100)는 압전진동자(110), 탄성봉(120), 혼부(130), 진동판프레임(140), 고정판(150)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a piezoelectric transducer assembly (100) for generating ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention may include a piezoelectric vibrator (110), an elastic rod (120), a horn (130), a vibrating plate frame (140), and a fixed plate (150).
압전진동자(110)는 평판상으로 형성되는 진동판과 상기 진동판의 상면과 하면에 압전세라믹이 각각 부착되는 바이몰프형으로 구성될 수 있다. 상기 압전진동자(110)는 원형, 다각형 등 다양한 형태로 설계 변경이 가능하다.The piezoelectric vibrator (110) can be configured as a bimorph type in which a vibrating plate formed in a flat shape and piezoelectric ceramics are attached to the upper and lower surfaces of the vibrating plate, respectively. The piezoelectric vibrator (110) can be designed in various shapes such as circular and polygonal.
상기 압전진동자(110)는 전기적 신호가 인가되면 진동을 발생시키는 역할을 한다.The above piezoelectric vibrator (110) generates vibration when an electrical signal is applied.
탄성봉(120)은 바 형상으로 형성되어, 일단은 상기 압전진동자(110)와 연결되고, 타단은 아래에서 설명할 혼부(130)와 연결될 수 있다. The elastic bar (120) is formed in a bar shape, one end of which is connected to the piezoelectric vibrator (110), and the other end of which can be connected to the horn (130) described below.
즉, 상기 탄성봉(120)은 상기 압전진동자(110)의 진동을 전달받아 상기 압전진동자(110)의 진동을 음압방향으로 증폭시키게 된다. 상기 탄성봉(120)은 금속 또는 탄소봉으로 구성될 수 있으며, 이는 다양하게 설계변경이 가능하다.That is, the elastic rod (120) receives the vibration of the piezoelectric vibrator (110) and amplifies the vibration of the piezoelectric vibrator (110) in the negative pressure direction. The elastic rod (120) may be composed of a metal or carbon rod, and its design can be changed in various ways.
그리고, 상기 탄성봉(120)은 일실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체(100)가 방수형일 경우는 필요한 구성이며, 방수가 필요하지 않는 구조에서는 원가절감과 성능향상을 위해서 상기 탄성봉(120)의 구성을 생략할 수도 있다.In addition, the elastic rod (120) is a necessary component when the piezoelectric transducer assembly (100) for ultrasonic generation according to an exemplary embodiment is waterproof, and in a structure that does not require waterproofing, the elastic rod (120) may be omitted to reduce cost and improve performance.
혼부(130)는 상기 탄성봉(120)의 단부에 마련될 수 있다. 전기적 신호에 의해 압전진동자(110)의 진동을 전달받아 초음파를 생성하여 음압을 발생시키는 역할을 한다. 초음파에 음향을 실어 보냄으로 음향의 직진성이 뛰어나다. 음향이 발향되는 상기 혼부(130)를 외부로 노출하고, 외부로 노출되는 상기 혼부(130)의 형상은 목표하는 방향쪽으로 음향을 유도하고 다른방향으로는 분산되지 못하도록 원뿔형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 혼부(130)는 금속재질로 구성될 수 있다.The horn (130) may be provided at the end of the elastic rod (120). It receives vibrations of the piezoelectric vibrator (110) by an electric signal to generate ultrasonic waves and generate sound pressure. By sending sound along with ultrasonic waves, the sound has excellent straightness. The horn (130) through which sound is emitted may be exposed to the outside, and the shape of the horn (130) exposed to the outside may be configured in a cone shape to guide sound toward a target direction and prevent it from being dispersed in other directions. In addition, the horn (130) may be configured of a metal material.
진동판프레임(140)은 상기 압전세라믹의 사이에 마련될 수 있다. 상기 진동판프레임(140)은 길이방향으로 긴 하나의 평판상으로 형성되어, 상기 압전진동자(110)의 양단을 지지하여 상기 압전진동자(110)가 초음파 진동에 의해 유연하게 상하방향으로 유동할 수 있도록 가이드하는 역할을 한다. A vibration plate frame (140) may be provided between the piezoelectric ceramics. The vibration plate frame (140) is formed in the shape of a long flat plate in the longitudinal direction, supports both ends of the piezoelectric vibrator (110), and serves to guide the piezoelectric vibrator (110) so that it can flexibly move up and down by ultrasonic vibration.
보다 구체적으로, 상기 진동판프레임(140)은 상기 압전진동자(110)와 유사한 공진주파수로 진동하여 상기 압전진동자(110) 진동 방해를 최소화하면서 진동시킬 수 있다.More specifically, the vibration plate frame (140) can vibrate at a resonant frequency similar to that of the piezoelectric vibrator (110) to minimize vibration interference of the piezoelectric vibrator (110).
상기 진동판프레임(140)의 재질은 금속체로서 다양하게 설계변경이 가능하고, 상기 진동판프레임(140)의 형상은 ㄷ자 형태, I자 형태, H자 형태 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The material of the above vibration plate frame (140) is a metal body and can be designed in various ways, and the shape of the above vibration plate frame (140) can be configured as any one of a T-shape, an I-shape, and an H-shape.
고정판(150)은 상기 진동판프레임(140)의 상단에 마련될 수 있다. 상기 고정판(150)은 판상의 몸체 길이방향으로 기설정된 간격으로 복수개의 홈이 형성될 수 있다. 상기 홈에 상기 압전진동자(110)가 안착될 수 있다. 상기 상기 고정판(150)은 상기 진동판프레임(140)의 일면을 고정하는 역할을 함과 동시에, 상기 혼부(130)의 음압(초음파)이 발생되는 발향부와 전원이 인가되는 전원부를 분리하는 역할을 한다. A fixed plate (150) may be provided on the upper end of the vibration plate frame (140). The fixed plate (150) may have a plurality of grooves formed at preset intervals in the longitudinal direction of the plate-shaped body. The piezoelectric vibrator (110) may be installed in the grooves. The fixed plate (150) serves to fix one side of the vibration plate frame (140) and, at the same time, to separate the emitting part where the sound pressure (ultrasonic wave) of the horn (130) is generated and the power supply part where power is applied.
보다 구체적으로, 도 1의 (a)를 참고하면, 제 1실시례에 따른 상기 진동판프레임(140)은 ㄷ자 형태로 구성될 수 있다.More specifically, referring to (a) of Fig. 1, the vibration plate frame (140) according to the first embodiment may be configured in a T-shape.
상기 고정판(150)과 고정 지지되는 고정영역부(141)와 상기 고정판(150)과 고정되지 않고, 상기 압전진동자(110)와 연결되어 탄성 지지되는 탄성영역부(142)로 구성될 수 있다.It can be composed of a fixed area portion (141) that is fixedly supported by the fixed plate (150) and an elastic area portion (142) that is not fixed to the fixed plate (150) and is elastically supported by being connected to the piezoelectric vibrator (110).
그리고, 도 1의 (b)를 참고하면, 상기 고정영역부(141)와 상기 탄성영역부(142)가 길이방향을 따라 기설정된 간격으로 반복 형성되어 하나의 프레임으로 형성될 수 있다. 도 1의 (c)를 참고하면, 다수의 상기 진동판프레임(140)을 하나의 조립체로 어레이할 수 있다.And, referring to (b) of Fig. 1, the fixed area portion (141) and the elastic area portion (142) can be formed repeatedly at preset intervals along the longitudinal direction to form one frame. Referring to (c) of Fig. 1, a plurality of the vibration plate frames (140) can be arrayed into one assembly.
제 1실시례에 따른 진동판프레임(140)의 고정 형태를 설명하면 다음과 같다. The fixing form of the vibration plate frame (140) according to the first embodiment is described as follows.
도 2의 (a)는 상기 압전진동자(110)의 양단이 고정되어 있는 상태이며, 도 2의 (b)는 상기 진동판프레임(140)의 탄성영영부가 상기 압전진동자(110)의 양단을 지지하여 상기 압전진동자(110)의 양단이 상하방향으로 유동할 수 있는 상태이다. 도 2의 (c)는 음향 출력 상태를 실험하여 그래프로 나타낸 것이다. 상기 압전진동자(110)가 고정된 상태보다 상기 압전진동자(110)의 양단이 자유롭게 유동할 수 있는 상태의 음향 출력 효율이 높은 것으로 나타났다.Fig. 2 (a) shows a state in which both ends of the piezoelectric vibrator (110) are fixed, and Fig. 2 (b) shows a state in which the elastic oscillator of the vibration plate frame (140) supports both ends of the piezoelectric vibrator (110) so that both ends of the piezoelectric vibrator (110) can move up and down. Fig. 2 (c) shows a graph of the experimental results of the sound output state. It was found that the sound output efficiency was higher in a state in which both ends of the piezoelectric vibrator (110) could move freely than in a state in which the piezoelectric vibrator (110) was fixed.
도 3을 참고하면, 상기 압전진동자(110)가 자유상태에 있을 때 진동하면서 상기 혼부(130)에서 음파가 발생하게 되는데 상기 압전진동자(110)의 양단이 고정되어 있는 상태인 경우, 고정된 부분은 진동이 발생하지 않아 음향 출력 효율이 떨어지게 된다.Referring to Fig. 3, when the piezoelectric vibrator (110) is in a free state, it vibrates and generates sound waves in the horn (130). However, when both ends of the piezoelectric vibrator (110) are fixed, the fixed portion does not vibrate, resulting in a decrease in sound output efficiency.
따라서, 상기 압전진동자(110)의 양단에 상기 진동판프레임(140)을 부가하여 상기 압전진동자(110)가 자유상태에 있을 때와 같은 형태로 자유 진동하도록 지지하여 음향 출력 효율을 개선할 수 있다. Therefore, by adding the vibration plate frame (140) to both ends of the piezoelectric vibrator (110), the piezoelectric vibrator (110) can be supported to freely vibrate in the same manner as when it is in a free state, thereby improving the sound output efficiency.
도 4를 참고하면, 상기 탄성영역부(142)는 상기 압전진동자(110)의 최대 길이 이하로 구성될 수 있다. 초음파 진동에 의해 상기 압전진동자(110)와 상기 탄성영역부(142)는 공진하게 되는데, 상기 탄성영역부(142)가 상기 압전진동자(110)의 길이보다 길이지게 되면, 공진모드를 벗어나게 되면서 음향 특성이 떨어지게 된다. 따라서, 상기 압전진동자(110)의 최대 길이와 동일한 길이 이하로 구성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, the elastic region (142) may be configured to be less than or equal to the maximum length of the piezoelectric vibrator (110). The piezoelectric vibrator (110) and the elastic region (142) resonate due to ultrasonic vibration. However, if the elastic region (142) becomes longer than the length of the piezoelectric vibrator (110), the resonance mode is deviated, resulting in deterioration of acoustic characteristics. Therefore, it is preferable to be configured to be less than or equal to the maximum length of the piezoelectric vibrator (110).
예를 들면, 상기 압전진동자(110)의 형상이 사각형인 경우, 상기 압전진동자(110)의 대각선의 길이(최대 길이) 이하로 구성되는 것이 바람직하고, 상기 압전진동자(110)의 형상이 원형인 경우, 상기 압전진동자(110)의 지름(최대 직경) 이하로 구성되는 것이 바람직하다.For example, if the shape of the piezoelectric vibrator (110) is square, it is preferable that the length of the diagonal of the piezoelectric vibrator (110) be less than or equal to the length (maximum length), and if the shape of the piezoelectric vibrator (110) is circular, it is preferable that the length of the diagonal of the piezoelectric vibrator (110) be less than or equal to the diameter (maximum diameter) of the piezoelectric vibrator (110).
본 발명의 제 2실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체(200)의 전체적인 형상을 설명하면 다음과 같다.The overall shape of the piezoelectric transducer assembly (200) for generating ultrasonic waves according to the second embodiment of the present invention is described as follows.
보다 구체적으로, 도 5의 (a)를 참고하면, 제 2실시례에 따른 상기 진동판프레임(140)은 I자 형태로 구성될 수 있다.More specifically, referring to (a) of FIG. 5, the vibration plate frame (140) according to the second embodiment may be configured in an I shape.
상기 고정판(150)과 고정 지지되는 고정영역부(141)와 상기 고정판(150)과 고정되지 않고, 상기 압전진동자(110)와 연결되어 탄성 지지되는 탄성영역부(142)로 구성될 수 있다.It can be composed of a fixed area portion (141) that is fixedly supported by the fixed plate (150) and an elastic area portion (142) that is not fixed to the fixed plate (150) and is elastically supported by being connected to the piezoelectric vibrator (110).
그리고, 도 5의 (b)를 참고하면, 상기 고정영역부(141)와 상기 탄성영역부(142)가 길이방향을 따라 기설정된 간격으로 반복 형성되어 하나의 프레임으로 형성될 수 있다. 도 5의 (c)를 참고하면, 다수의 상기 진동판프레임(140)을 하나의 조립체로 어레이할 수 있다.And, referring to (b) of Fig. 5, the fixed area portion (141) and the elastic area portion (142) can be repeatedly formed at preset intervals along the longitudinal direction to form one frame. Referring to (c) of Fig. 5, a plurality of the vibration plate frames (140) can be arrayed as one assembly.
본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체(300)의 전체적인 형상을 설명하면 다음과 같다.The overall shape of the piezoelectric transducer assembly (300) for generating ultrasonic waves according to the third embodiment of the present invention is described as follows.
보다 구체적으로, 도 6의 (a)를 참고하면, 제 3실시례에 따른 상기 진동판프레임(140)은 H자 형태로 구성될 수 있다.More specifically, referring to (a) of Fig. 6, the vibration plate frame (140) according to the third embodiment can be configured in an H shape.
상기 고정판(150)과 고정 지지되는 고정영역부(141)와 상기 고정판(150)과 고정되지 않고, 상기 압전진동자(110)와 연결되어 탄성 지지되는 탄성영역부(142)로 구성될 수 있다.It can be composed of a fixed area portion (141) that is fixedly supported by the fixed plate (150) and an elastic area portion (142) that is not fixed to the fixed plate (150) and is elastically supported by being connected to the piezoelectric vibrator (110).
그리고, 도 6의 (b)를 참고하면, 상기 고정영역부(141)와 상기 탄성영역부(142)가 길이방향을 따라 기설정된 간격으로 반복 형성되어 하나의 프레임으로 형성될 수 있다. 도 6의 (c)를 참고하면, 다수의 상기 진동판프레임(140)을 하나의 조립체로 어레이할 수 있다.And, referring to (b) of Fig. 6, the fixed area portion (141) and the elastic area portion (142) can be repeatedly formed at preset intervals along the longitudinal direction to form one frame. Referring to (c) of Fig. 6, a plurality of the vibration plate frames (140) can be arrayed as one assembly.
본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 전원공급부(160)가 부가된 전체적인 형상을 설명하면 다음과 같다.The overall shape of the piezoelectric transducer assembly for ultrasonic generation according to the third embodiment of the present invention with a power supply unit (160) added is described as follows.
도 7을 참고하면, 상기 압전진동자(110)의 일면에 전원공급부(160)가 더 마련될 수 있다. 상기 전원공급부(160)는 PCB 기판으로 구성될 수 있으며, 상기 압전진동자(110)의 상면과 하면에 각각 구비되어, 상기 진동판프레임(140)과 전기적으로 연결하게 되면 복수개의 상기 혼부(130)와 상기 탄상봉을 하나로 연결이 가능하다.Referring to Fig. 7, a power supply unit (160) may be further provided on one surface of the piezoelectric vibrator (110). The power supply unit (160) may be formed of a PCB board and is provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric vibrator (110), respectively, so that when electrically connected to the vibration plate frame (140), a plurality of the horn units (130) and the carbon rod can be connected as one.
본 발명의 제 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체에 고정판(150)이 부가된 전체적인 형상을 설명하면 다음과 같다.The overall shape of the piezoelectric transducer assembly for ultrasonic generation according to the third embodiment of the present invention with a fixed plate (150) added is described as follows.
보다 구체적으로, 도 8의 (a)와 같이, 상기 진동판프레임(140)의 상단에 상기 고정판(150)이 마련될 수 있다. 도 8의 (c)와 같이, 상기 고정판(150)에 고정되는 상기 고정영역부(141)와 상기 고정판(150)에 고정되지 않는 상기 탄성영역부(142)가 마련될 수 있다. 따라서, 상기 탄성영역부(142)가 상하방향으로 자유 진동하면서 상기 압전진동자(110), 상기 탄성봉(120) 및 상기 혼부(130)에 진동을 전달할 수 있게 된다.More specifically, as shown in (a) of Fig. 8, the fixed plate (150) may be provided on the upper end of the vibration plate frame (140). As shown in (c) of Fig. 8, the fixed area portion (141) fixed to the fixed plate (150) and the elastic area portion (142) not fixed to the fixed plate (150) may be provided. Accordingly, the elastic area portion (142) may freely vibrate in the up-and-down direction to transmit vibration to the piezoelectric vibrator (110), the elastic rod (120), and the horn portion (130).
도 9를 참고하면, 본 발명의 제 4실시례에 따른 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체(400)의 전체적인 형상을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 9, the overall shape of the piezoelectric transducer assembly (400) for generating ultrasonic waves according to the fourth embodiment of the present invention is described as follows.
상기 제 1 내지 3실시례에 따른 초음파 발생용 압전트랜스듀서 조립체(100,200,300)는 상기 진동판프레임(140)의 상단에 상기 고정판(150)과 방수부재가 별도로 구비되어, 상기 혼부(130)의 음압(초음파)이 발생되는 발향부와 전원이 인가되는 전원공급부(160)를 분리하는 방수형으로 구성될 수 있다. The piezoelectric transducer assembly (100, 200, 300) for ultrasonic generation according to the first to third embodiments may be configured as a waterproof type in which the fixing plate (150) and the waterproof member are separately provided on the upper end of the vibration plate frame (140) to separate the emitting unit where the negative pressure (ultrasonic wave) of the horn (130) is generated and the power supply unit (160) where power is supplied.
반면, 제 4실시례에 따른 초음파 발생용 압전트랜스듀서 조립체(400)는 상기 진동판프레임(140)의 하단에 상기 고정판(150)이 마련되고, 상단에 바로 혼부(130)가 마련되어 방수형 조립체보다 조립이 간단하고 제조 비용을 저렴하게 구성할 수 있다.On the other hand, the piezoelectric transducer assembly (400) for ultrasonic generation according to the fourth embodiment has the fixed plate (150) provided at the bottom of the vibration plate frame (140) and the horn (130) provided directly at the top, so that assembly is simpler and manufacturing costs can be lower than for a waterproof assembly.
도 10을 참고하면, 상기 압전진동자(110)는 복수개가 교번하게 설치될 수 있는 모듈형으로 구성될 수 있다. Referring to Fig. 10, the piezoelectric vibrator (110) may be configured in a modular manner in which multiple units can be installed alternately.
상기 압전진동자(110)를 어레이(배열)함에 있어서, 개수가 많아질수록 음압(초음파) 출력 세기가 커질 수 있다. 이때, 종래 기술에서 원판형의 압전진동자(110) 중 어느 하나가 오작동 할 경우, 압전진동자(110) 전체를 교체해야 하는 문제점이 발생하게 된다.When arranging the above piezoelectric vibrators (110), the greater the number, the greater the sound pressure (ultrasonic wave) output intensity. At this time, if one of the disk-shaped piezoelectric vibrators (110) in the prior art malfunctions, a problem occurs in which the entire piezoelectric vibrator (110) must be replaced.
따라서, 상기 압전진동자(110)를 복수개 집합하여 하나의 모듈(M)로 구성하고, 하나의 모듈(M)을 다시 그룹화하여 선택적으로 분리 가능하도록 구성하여 유지 보수가 가능하게 된다.Accordingly, a plurality of the above piezoelectric vibrators (110) are assembled to form one module (M), and one module (M) is grouped again to be selectively separable, thereby enabling maintenance.
보다 구체적으로, 상기 고정판(150) 상에 복수개의 상기 압전진동자(110)를 나란히 배열하고 상기 고정판(150)을 모듈(M)의 내부에 안착하여 볼트로 체결하도록 구성될 수 있다. More specifically, a plurality of piezoelectric vibrators (110) may be arranged in a row on the fixed plate (150) and the fixed plate (150) may be mounted inside the module (M) and fastened with bolts.
복수개의 모듈(M1, M2, M3??)은 서로 끼움 결합 또는 볼트 결합 등 다양한 형태로 그룹화할 수 있다. Multiple modules (M1, M2, M3??) can be grouped in various ways, such as by insertion or bolt connection.
이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 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.As described above, although one embodiment of the present invention has been described by limited embodiments and drawings, one embodiment of the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications and variations are possible from this description by those with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains. Therefore, one embodiment of the present invention should be understood only by the scope of the patent claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be considered to fall within the scope of the present invention.
100, 200, 300, 400: 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체
110: 압전진동자
120: 탄성봉
130: 혼부
140: 진동판프레임 141: 고정영역부
142: 탄성영역부
150: 고정판
160: 전원공급부
M: 모듈100, 200, 300, 400: Piezoelectric transducer assembly for ultrasonic generation
110: Piezoelectric vibrator
120: Elastic bar
130: Mixed
140: Vibration plate frame 141: Fixed area
142: Elastic region
150: Fixed plate
160: Power supply
M: Module
Claims (5)
상기 압전진동자의 일단에 마련되어, 진동에 의해 초음파를 발생시키는 혼부;
상기 압전세라믹의 사이에 마련되어, 상기 압전진동자의 양단을 지지하여 공진모드로 진동하면서 상기 압전진동자의 진동 변위 방해를 최소화하고 전기적인 신호를 전달하는 진동판프레임;
상기 진동판프레임의 상단에 마련되어, 상기 진동판프레임의 일면을 고정하는 고정판;을 포함하되,
상기 진동판프레임은,
길이방향으로 긴 하나의 평판상으로 형성되어, 상기 고정판과 고정 지지되는 고정영역부;와
상기 압전진동자와 접촉되어 탄성 지지되는 탄성영역부;가 기설정된 간격으로 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체.A flat piezoelectric vibrator with piezoelectric ceramics attached to the upper and lower surfaces;
A horn provided at one end of the above piezoelectric vibrator, which generates ultrasonic waves by vibration;
A vibration plate frame provided between the piezoelectric ceramics to support both ends of the piezoelectric vibrator and vibrate in a resonant mode while minimizing vibration displacement interference of the piezoelectric vibrator and transmitting an electrical signal;
A fixing plate provided on the upper part of the above vibration plate frame and fixing one side of the above vibration plate frame; including,
The above vibration plate frame is,
A fixed area formed as a single flat plate in the longitudinal direction and fixedly supported by the fixed plate; and
A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves, characterized in that an elastic region portion that is elastically supported by contacting the piezoelectric vibrator is repeatedly formed at preset intervals.
상기 탄성영역부의 길이는,
상기 압전진동자의 최대 길이 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체.In the first paragraph,
The length of the above elastic region is,
A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves, characterized in that it is configured to be less than the maximum length of the piezoelectric vibrator.
상기 진동판프레임의 형상은,
ㄷ자 형태, I자 형태, H자 형태 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체. In the first paragraph,
The shape of the above vibration plate frame is:
A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves, characterized in that it is configured in one of a T-shape, an I-shape, and an H-shape.
상기 압전진동자의 상단에 마련되어, 상기 압전진동자에 진동을 전달하는 탄성봉이 더 구비되고,
상기 압전진동자의 일면에 전원공급부가 마련되어, 복수개의 상기 혼부와 상기 탄성봉을 하나의 평판상으로 전기적 연결이 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 발생용 압전 트랜스듀서 조립체.In the first paragraph,
An elastic rod is further provided on the upper end of the piezoelectric vibrator to transmit vibration to the piezoelectric vibrator.
A piezoelectric transducer assembly for generating ultrasonic waves, characterized in that a power supply unit is provided on one side of the piezoelectric vibrator, and a plurality of the horns and the elastic rods can be electrically connected as a single flat plate.
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Legal Events
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