KR101805358B1

KR101805358B1 - 진동자 조립 장치

Info

Publication number: KR101805358B1
Application number: KR1020170061627A
Authority: KR
Inventors: 임준수
Original assignee: 임준수
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-18

Abstract

본 발명에 따른 진동자 조립 장치는, 외주면 둘레를 따라 돌출 형성된 날개부를 구비한 메인혼과, 진동을 발생하는 압전소자와, 상기 압전소자에 전원을 제공하는 전극이 교대로 적층된 상태에서 중앙부위가 관통된 중공을 구비한 진동체와, 상기 중공을 관통하여 상기 메인혼에 고정되는 볼트 및 상기 볼트에 결합되는 너트를 포함하는 진동자; 상기 날개부가 안착 고정되는 바이스와, 상기 너트가 끼움 결합되는 너트홀을 단부에 포함하여 회전을 통해 상기 너트를 상기 볼트에 체결하는 구동파트와, 외부전원을 상기 전극에 인가하는 인가부와, 상기 인가부에서 인가되는 전원의 주파수를 측정하는 측정부 및 상기 주파수와 기 설정된 기준주파수를 비교한 비교값의 고저에 따라 상기 구동파트의 회전을 제어하는 회전제어부를 포함하는 컨트롤러로 구성되는 조립부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진동자 조립 장치{A Device For Fabrication Of Oscillator}

본 발명은 진동자 조립 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 진동자 조립을 위한 너트 체결에 사용되는 장치이되, 복수개의 진동자를 균일하게 체결 및 조립되도록 너트와 볼트 사이의 체결 회전수를 조절하여 진동자에서 발생하는 진동 주파수 및 강도를 균일화한 진동자 조립 장치에 관한 것이다.

압전진동자(압전소자)란 전계를 인가하였을 때 기계적 변위 또는 진동을 발생시키고, 기계적 변위 또는 진동을 인가하였을 때 전가를 발생시키는 소자로서, 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 기계적 에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 소자이다.

현재 압전진동자의 가역적인 전기적 특성 및 기계적 변위 특성을 응용하여 전자기기, 정밀기기, 의료기기 및 센서 등의 분야에 압전진동자를 널리 이용하고 있으며, 이러한 압전진동자는 고리형 압전체나 원판형으로 주로 제작되는 것이 일반적이다.

이러한 진동자에 있어, 볼트조임 란쥬반형 압전진동자는 양쪽의 금속 블록 사이에 압전소자를 삽입하여 금속 블록과 압전소자를 볼트로 죈 구조를 이루며, 저주파를 갖는 압전진동자로 란쥬반에 의해 고안되었다. 특히, 볼트조임 란쥬반형 압전진동자는 볼트와 너트를 사용하여 예압을 가하고 기존의 진동계보다 전계방향에 따른 분극 작용을 진동으로 변환하는 역계수가 상당히 크고, 변환 손실이 적으며, 금속 블록으로 진동이 충분히 전달되는 것이 특징으로 현재, 초음파 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 진동계이다.

이와 같은 란쥬반형 압전진동자에 대한 선행기술로서, 한국 등록실용 제 20-0417166호에 ‘초음파 세정기용 진동자’가 개시되어 있다. 상기 고안은 BLT 진동자에 설치되는 전극판의 구조를 개선하여, 납땜 시 플럭스가 압전소자의 표면으로 침투되는 것을 방지하고, 또한 이를 통해 진동자의 수명을 연장시키는 동시에 세척력과 품질을 크게 향상시킬 수 있도록 한 초음파 세정기용 진동자에 관한 것이다.

상기 고안은 그 중앙 상부에 볼트(10)가 체결되는 원형블록(20); 상기 볼트(10)에 끼워지는 절연부싱(30); 상기 절연부싱(30)에 끼워져 순차적으로 적층고정되는 제1전극판(40),제1압전소자(50),제2전극판(60),제2압전소자(70),매스(80); 상기 제1,2전극판(40)(60)에 각각 구비되어 전선과 납땜으로 연결되는 전원연결부(41)(61); 상기 제1,2전극판(40)(60)과 전원연결부(41)(61)의 경계선에서 하부로 경사지게 형성되어 플럭스의 침투를 방지하는 절곡부(42)(62)를 포함하여 구성된다.

이 때 상기와 같은 세정기나 세척기, 마사지기 등에는 복수개의 진동자가 설치되어 이용되는데, 이 때 진동자를 구성하는 볼트나 너트의 조립 정도에 따라 진동 발생 주파수 또는 발생 강도가 달라질 수 있어, 복수개의 진동자에서 동일한 진동이 발생하지 않아 위치에 따른 진동 발생력 차이가 일어나는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 진동자 조립 장치로서, 진동자 조립을 위한 너트 체결에 사용되는 장치이되, 복수개의 진동자를 균일하게 체결 및 조립되도록 너트와 볼트 사이의 체결 회전수를 조절하여 진동자에서 발생하는 진동 주파수 및 강도를 균일화하도록 한, 진동자 조립 장치를 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 복수개의 진동자를 균일하게 체결 및 조립되도록 너트와 볼트 사이의 체결 회전수를 조절하여 진동자에서 발생하는 진동 주파수 및 강도를 균일화하도록 한, 진동자 조립 장치를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 구동부를 통해 진동자를 조립할 수 있도록 진동자를 고정 제어하는 바이스의 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바이스를 통한 진동자 고정 효율을 높일 수 있도록 하는 추가적인 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 진동자의 조립 정도를 미세하게 제어할 수 있도록 하는 조립 컨트롤 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 샤프트 회전 시에도 압력 측정 효율이 떨어지지 않도록 한 구성을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진동자 조립 장치는, 외주면 둘레를 따라 돌출 형성된 날개부를 구비한 메인혼과, 진동을 발생하는 압전소자와, 상기 압전소자에 전원을 제공하는 전극이 교대로 적층된 상태에서 중앙부위가 관통된 중공을 구비한 진동체와, 상기 중공을 관통하여 상기 메인혼에 고정되는 볼트 및 상기 볼트에 결합되는 너트를 포함하는 진동자; 상기 날개부가 안착 고정되는 바이스와, 상기 너트가 끼움 결합되는 너트홀을 단부에 포함하여 회전을 통해 상기 너트를 상기 볼트에 체결하는 구동파트와, 외부전원을 상기 전극에 인가하는 인가부와, 상기 인가부에서 인가되는 전원의 주파수를 측정하는 측정부 및 상기 주파수의 고저에 따라 상기 구동파트의 회전을 제어하는 회전제어부를 포함하는 컨트롤러로 구성되는 조립부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 바이스는, 상기 날개부의 하면이 안착 고정되도록 함입 형성된 날개고정홈을 포함하는 지지체와, 상기 날개부의 두께와 대응되도록 상기 날개고정홈으로부터 일정 간격 이격되어 상기 지지체와의 사이에 진동자거치공간을 형성하는 보조체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

덧붙여, 상기 보조체는, 상기 날개부의 좌측 및 우측 상면과 일정 간격을 두고 상호 이격되어 장착된 한 쌍의 보조체편과, 상기 보조체편을 좌우로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 지지체는, 일 측면으로부터 상기 날개고정홈의 중앙부위까지 함입된 삽입슬롯을 더 포함하여, 상기 진동자가 상기 삽입슬롯을 따라 슬라이딩 삽출이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진동자 조립 장치는,

1) 복수개의 진동자를 균일하게 체결 및 조립되도록 너트와 볼트 사이의 체결 회전수를 조절하여 진동자에서 발생하는 진동 주파수 및 강도를 균일화하도록 한, 진동자 조립 장치를 제공하고,

2) 구동부를 통해 진동자를 조립할 수 있도록 진동자를 고정 제어하는 바이스의 구조를 제공하며,

3) 바이스를 통한 진동자 고정 효율을 높일 수 있도록 하는 추가적인 구조를 제공하고,

4) 진동자의 조립 정도를 미세하게 제어할 수 있도록 하는 조립 컨트롤 구조를 제공하며,

5) 샤프트 회전 시에도 압력 측정 효율이 떨어지지 않도록 하는 압력 측정 모듈의 구성을 제공한다.

도 1은 본 발명의 진동자 조립 장치에 대한 상세 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 진동자의 상세 구성을 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명의 진동자 조립 장치를 전면에서 도시한 전면도.
도 4는 본 발명의 진동자 조립 장치의 상세구성을 도시한 분해사시도.
도 5는 본 발명의 바이스의 구조 및 일 실시예를 도시한 단면도 및 확대도.
도 6은 본 발명의 구동파트에서 너트홀에 구비된 평행감지센서의 개략적인 구성을 나타낸 분해사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 진동자 조립 장치에 대한 상세 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 진동자의 상세 구성을 나타낸 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 진동자 조립 장치를 전면에서 도시한 전면도이고, 도 4는 본 발명의 진동자 조립 장치의 상세구성을 도시한 분해사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 진동자(100) 조립 장치는, 외주면 둘레를 따라 돌출 형성된 날개부(113)를 구비한 메인혼(110)과, 진동을 발생하는 압전소자(120) 및, 상기 압전소자(120)에 전원을 제공하는 전극(130)이 교대로 적층된 상태에서 중앙부위가 관통된 중공이 형성된 진동체(160)와, 상기 중공을 관통하여 상기 메인혼(110)에 고정되는 볼트(140) 및 상기 볼트(140)에 결합되는 너트(150)를 포함하는 진동자(100); 상기 날개부(113)가 안착 고정되는 바이스(200)와, 상기 너트(150)가 끼움 결합되는 너트홀(310)을 단부에 포함하여 회전을 통해 상기 너트(150)를 상기 볼트(140)에 체결하는 것으로서, 진동자(100)에 가해지는 압력을 측정하고 압력정보를 생성하는 압력측정부(미도시)가 더 구비될 수 있는 구동파트(300)와, 외부전원을 상기 전극(130)에 인가하는 인가부(410)와, 상기 인가부(410)에서 인가되는 전원의 주파수를 측정하는 측정부(420) 및 상기 주파수의 고저에 따라 상기 구동파트(300)의 회전을 제어하는 회전제어부(430)를 포함하는 컨트롤러(400)로 구성되는 조립부(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 진동자(100)에 대하여 설명하면, 본 발명의 진동자(100) 조립 장치를 통해 조립되는 진동자(100)는 전기를 인가할 시 초음파 주파수대(약 20,000kHz 이상)의 진동을 일으키는 소자로서, 세척기, 피부 안마기, 칫솔 등 진동에 의한 세척 효과 등을 기대할 수 있는 제품 분야에서 활용되는 것이다.

이와 같은 진동자(100)는 전기를 인가할 시 전기적 신호를 기계적인 초음파 진동으로 변환하여 내부에 전달하는 역할을 수행하는 것으로서, 그 내부에 여러 가지 부품을 기본적으로 포함하나, 필수적으로는 압전소자(120)(Piezo electric element)를 포함하여 압전소자(120)에서 발생한 진동이 전달되는 구조로 형성된다.

이러한 압전소자(120)가 적용된 진동자(100) 중 란쥬반형 진동자(100)가 널리 이용되고 있는데, 란쥬반형 진동자(100)는 압전소자(120)에 금속재를 부착하여 진동을 확대하는 구조를 지닌 것으로서, 원판형 압전소자(120)에서 발생하는 경방향(radial)의 진동을 압전소자(120)의 양면에 부착한 금속을 통해 종방향(longitudinal)의 진동으로 변환하고 확대하여 내부에 진동을 전달하게 된다. 본 발명의 진동자(100) 조립 장치를 통해 조립되는 진동자(100) 역시 란쥬반형 진동자(100)이다.

이와 같은 본 발명의 진동자(100)는 기본적으로 외부로부터 교류전압을 입력받아 압전소자(120)에 제공하는 전극(130)과 교류전압에 의해 진동하는 압전소자(120)가 교대로 적층되어 구성되되, 압전소자(120)에서 발생한 진동을 외부로 전달하는 제1 혼(111)과, 진동 전달 방향을 조절하여 원판형 압전소자(120)에서 발생하는 경방향(radial)의 진동을 종방향(longitudinal)의 진동으로 변환하고 확대하여 내부에 진동을 전달하는 제2 혼(112)으로 구성되는 메인혼(110)을 기본적으로 포함한다. 여기에 추가적으로 절연체나 탄성체 등을 더 포함하여 진동체(160)를 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 진동자(100)의 특징으로서, 메인혼(110)의 표면 둘레를 따라 돌출 형성된 날개부(113)가 더 포함되는데, 이 날개부(113)는 상술한 세척기, 피부 안마기, 칫솔 등에 진동자(100)를 장착할 때에 일종의 걸림턱 역할을 하여 장착이 용이하도록 하는 역할을 하는 것이다.

더불어 이와 같은 압전소자(120)와 메인혼(110), 절연체, 탄성체 등을 포함하는 진동체(160)는 중앙에서 관통 형성된 중공을 포함하되, 중공에 끼워져 진동체(160)를 관통하는 볼트(140)를 더 포함하며, 이러한 볼트(140)에는 조립 고정을 위한 너트(150)를 끼워 볼트(140)와 너트(150) 사이의 조임에 의해 최종적으로 진동자(100)가 조립된다.

이 때 너트(150)의 조임을 조절함에 따라 조립된 진동자(100)에서 발생하는 진동의 세기 등이 달라질 수 있어, 복수의 진동자(100)를 이용하는 식기세척기나 마사지기 등에서는 진동자(100)별 진동 발생량 또는 주파수에 차이가 나타날 수 있게 되는 것이다.

더불어 이와 같은 진동자(100)의 조립 시, 초음파를 발생하는 진동자(100)의 특성상 진동체(160)를 구성하는 다양한 부품들의 미세한 금형 차이 뿐 아니라, 너트(150)와 볼트(140) 사이의 체결을 위한 미세한 회전의 차이, 예를 들어 너트(150) 회전 1바퀴 정도 뿐 아니라 1/2 바퀴, 심지어 1/10 바퀴 정도로도 주파수 또는 진동 발생 정도가 달라질 수 있음은 이루 말할 것도 없다.

따라서 본 발명의 진동자(100) 조립 장치는, 복수개의 부품을 볼트(140)로 임시 체결한 뒤, 너트(150)를 통해 볼트(140)를 조립하는 정도를 조절하여 여러개의 진동자(100)에서 동일한 진동이 발생할 수 있도록 조절하게 된다.

그러므로 본 발명의 진동자(100) 조립 장치를 통해 조립되는 진동자(100)는 복수개의 부품이 볼트(140)에 의해 임시 체결된 상태에서, 조립부(600)에 포함된 구동파트(300)를 통해 너트(150)를 회전시켜 볼트(140)에 끼움결합되도록 컨트롤러(400)의 제어를 통해 자동 조립 가능한 구성을 제공하는 것이다.

이를 위해 조립부(600)는, 상기 날개부(113)가 안착 고정되는 바이스(200)와, 상기 너트(150)가 끼움 결합되는 너트홀(310)을 단부에 포함하여 회전을 통해 상기 너트(150)를 상기 볼트(140)에 체결하는 구동파트(300)와, 외부전원을 상기 전극(130)에 인가하는 인가부(410)와, 상기 인가부(410)에서 인가되는 전원의 주파수를 측정하는 측정부(420) 및 상기 주파수의 고저에 따라 상기 구동파트(300)의 회전을 제어하는 회전제어부(430)를 포함하는 컨트롤러(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 구동파트(300)를 설명하면 구동파트(300)는 상기 너트(150)가 끼움 결합되는 너트홀(310)을 단부에 포함하여 회동을 통해 상기 너트(150)를 상기 볼트(140)에 체결하는 샤프트(301) 및, 상기 샤프트(301)를 회동시키는 모터(302)를 포함한다. 이 때, 모터(302)의 경우 회전력이 강하고 에너지 효율이 좋은 브러쉬리스DC모터(302)가 활용되는 것이 가장 좋으나, 필요에 따라 샤프트(301)를 회전시켜 너트(150)를 볼트(140)에 끼울 수 있는 모터(302)라면 어떠한 모터(302)든지 대체가 가능하다. 이 때 너트홀(310)은 너트(150)를 임시적으로 끼움 결합한 상태에 불과하며, 샤프트(301)의 회동에 의해 너트홀(310)에서 너트(150)가 빠져나가 진동자(100)에 포함된 볼트(140)와 체결되면서 진동자(100)를 결합하도록 구성된다. 나아가 구동파트(300)에는 바이스(200)에 구비되어 상기 진동자(100)에 가해지는 압력을 측정하고 압력정보를 생성하는 압력측정부(미도시)의 구성이 더 포함될 수 있다. 진동자(100)의 경우 구동파트(300)의 회전에 의해 너트(150)와 볼트(140)가 결합되면서 수직 및 수평방향으로 일정수준의 압력이 가해진다. 이러한 압력은 주파수에 영향을 미칠 수밖에 없으며, 따라서 주파수에 큰 영향을 미칠 정도의 압력이 발생하는 경우에는 구동파트(300)의 회전을 일시적으로 멈추었다가 다시 회전토록 하는 편이 바람직하다. 따라서, 바이스(200)의 일 측이자 진동자(100)가 위치한 주변에 구비되는 압력측정부(미도시)를 통해 진동자(100)가 받는 압력을 측정하게 된다. 압력의 측정을 위해 압력측정부(미도시)는 진동자(100)와 맞닿은 부위의 주변(바람직하게는 너트홀(310)의 주변이나 너트홀(310)의 입구 대향측 면)에 위치하여 진동자(100)가 압력을 받는 것을 측정할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 이 때, 압력측정부(미도시)는 일반적으로 사용되는 누름식 압력센서나 진동식 압력센서 등이 활용될 수 있다.

더불어, 본 발명의 진동자(100) 조립 장치는 상기 진동자(100)의 볼트(140)와 너트(150)를 체결하기 위해 상기 샤프트(301)와 마주보는 위치에 고정되도록 상기 진동자(100)를 지지하는 바이스(200)를 더 포함할 수 있다. 이러한 바이스(200)를 통해 진동자(100)가 구동파트(300)의 샤프트(301)에 위치한 너트홀(310)과 정확히 대응되도록 진동자(100)를 지지 고정할 수 있다.

이러한 바이스(200)가 형성되는 위치 및 방법에는 제한을 두지 않으므로, 별도의 바이스(200)를 구비하여 진동자(100)를 고정하는 것 역시 가능하나, 바람직하게는 진동자(100) 조립 장치의 구성 일 측에 바이스(200)를 고정 처리하여 위치 조절을 보다 쉽게 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

나아가 컨트롤러(400)는 진동자(100)에 전력을 제공하여 진동이 발생되는 주파수를 측정하면서 일정한 진동수를 갖는 진동자(100)가 조립될 수 있도록 구동파트(300)의 회전을 제어하는 것으로서, 외부전원을 전극(130)으로 인가하는 인가부(410)와, 인가부(410)에서 인가되는 전원의 주파수를 측정하는 일종의 오실로스코프 역할을 하는 측정부(420)와, 이 측정부(420)에서 측정된 주파수의 고저에 따라 구동파트(300)의 회전을 제어하는 회전제어부(430)를 포함하여 구성되는 것이다.

인가부(410)의 경우 별도의 외부전원과 연결되어 제공받은 전력을 전극(130)에 인가함으로써 압전소자(120)가 진동할 수 있도록 하는 것이며, 압전소자(120)가 진동할 때, 입력되는 전원의 주파수를 측정하게 되면 부하(압전소자(120))에 의해 전류의 주파수가 변동되고, 이 주파수를 측정하게 되면 압전소자(120)의 진동수를 판단할 수 있게 되는 것이다. 따라서, 도출된 주파수의 고저에 따라 회전제어부(430)를 통해 구동파트(300)를 회전시켜 볼트(140)와 너트(150)를 결합시키도록 구성한다.

삭제

앞선 설명에 따라, 상기 구동파트(300)와 바이스(200)는 그 위치가 중요한 바, 별도의 프레임체(500)를 형성하고 이 프레임체(500)에 구동파트(300) 및 바이스(200)를 설치 처리하여 위치를 고정시켜 이용하는 것이 보다 바람직할 것이다.

이 프레임체(500)는, 높이 방향으로 연장되어 상기 바이스(200)의 양 측단을 고정하는 한 쌍의 수직프레임(510)과, 상기 바이스(200)의 상부에서 상기 수직프레임(510)을 연결하는 것으로서 상기 구동파트(300)가 고정되는 복수의 수평프레임(520)을 포함하여 구성되는 것이 일반적인데, 이 경우 상기 바이스(200)는 상기 한 쌍의 수직프레임(510) 사이에 구비될 수 있으며, 구동파트(300) 또한 상기 한 쌍의 수직프레임(510) 사이이자, 바이스(200)의 상부에 구비되도록 구성하는 것이 가장 바람직하다 하겠다. 이에 따라, 구동파트(300)의 중앙, 즉 너트홀(310) 위치에 진동자(100)의 볼트(140)가 정확히 대응되도록 고정 처리될 수 있는 구성을 구비할 수 있게 된다. 더 나아가, 프레임체(500)가 지면에 용이하게 세워질 수 있도록 바닥판(501)을 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

이 때, 바이스(200)는 수평프레임(520)의 하부에 장착되는 것으로서, 날개부(113)의 하면이 안착 고정되도록 함입 형성된 날개고정홈(211)을 포함하는 지지체(210)와, 수평프레임(520)과 지지체(210)의 사이에 장착되는 것으로서, 날개부(113)의 상면과 대응되는 형태로 날개고정홈(211)으로부터 일정 간격 이격되어 장착된 것으로서, 지지체(210)와의 사이에 진동자거치공간을 형성하는 보조체(220)로 구성될 수 있다.

이에 따라 진동자(100)는 이 진동자거치공간에 날개부(113)가 끼워진 상태로 거치되어 고정될 수 있는 것이다.

다만, 앞서 설명한 바와 같이 동일한 금형으로 제조한 진동자(100)도 각각의 형태가 조금씩 상이할 수 있기 때문에, 각 진동자(100)마다 미세한 형태적 차이를 가지고 있다고 할 수 있으며, 이러한 차이는 동일한 주파수의 진동을 발생시켜야 하는 진동자(100)에 있어서 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에, 보다 고정에 신경을 써야 할 것이다.

따라서, 보조체(220)의 구성을 다음과 같이 형성할 수도 있다.

먼저, 날개부(113)의 좌측 및 우측 상면과 일정 간격을 두고 상호 이격되어 장착된 한 쌍의 보조체편(221)으로 나뉠 수 있으며, 더 나아가 각각의 보조체편(221)이 좌우로 슬라이딩 이동될 수 있도록 슬라이딩구동부(222)의 구성을 더 갖출 수 있다. 이 슬라이딩구동부(222)의 경우 보조체편(221)이 장착된 수직프레임(510)의 측면에서 연장된 레일형태로 구성될 수도 있겠으나, 가장 바람직하게는 수직프레임(510)을 관통하는 봉 등의 지지대로 구성되는 것이 좋으며, 이렇게 두 개의 좌우 슬라이딩 이동이 가능한 바이스(200)편으로 나뉘는 경우 기존의 구성에서는 기 형성된 진동자거치공간에 단순히 진동자(100)를 끼워 활용했기 때문에 진동자(100)를 끼웠다가 다시 빼내는 데에도 불편함이 있었지만, 이제는 보조체편(221)을 수평이동시켜 진동자거치공간을 넓게 벌려 진동자(100)를 날개고정홈(211)에 안착시킨 후 다시 보조체편(221)을 수평 이동시켜 날개부(113)의 상부를 덮도록 하여 고정시킴으로써 보다 편리한 장착이 가능해지는 것이다.

여기서 더 나아가 지지체(210)에도 일 측면으로부터 날개고정홈(211)의 중앙부위까지 함입된 삽입슬롯(212)을 더 포함할 수 있으며, 진동자(100)가 이 삽입슬롯(212)을 따라 슬라이딩 삽입하는 경우 자연스럽게 날개고정홈(211)에 안착되고, 볼트(140)와 너트(150)의 조립이 끝난 이후에도 다시 삽입슬롯(212)을 따라 슬라이딩 인출될 수 있도록 구성이 가능하다.

나아가, 보조체(220)를 더욱 활용하는 방법으로서, 다음의 구성도 고려될 수 있다.

먼저, 메인혼(110)에는 날개부(113)의 상부와 압전소자(120)의 사이에서 일정 높이로 연장된 단턱(114)을 더 구비할 수 있으며, 보조체편(221)의 측면에도 이 단턱(114)을 향해 돌출 연장된 보조턱(223)을 더 포함시킬 수 있다. 따라서, 보조체편(221)을 슬라이딩 이동시킬 때, 보조턱(223)이 단턱(114)에 밀착됨으로써 진동자(100)를 고정시킬 수 있게 되며, 이 단턱(114)의 경우 압전소자(120)나 전극(130)과 전기적으로나 위치적으로 볼 때 이격된 것으로서 단턱(114)을 통해 고정되는 경우, 진동발생에 큰 영향을 미치지 아니함은 물론이다. 또한, 혹시 모를 누전을 방지하기 위해 이 단턱(114)에 전기가 통하지 않는 재질로 구성된 캡을 씌우거나 코팅을 수행할 수도 있음은 물론이다.

여기에서, 보조턱(223)에는 단턱(114)과 밀착되는 것을 감지하여 밀착정보를 생성하는 밀착센서가 더 포함될 수 있다. 이 밀착센서 또한 일종의 압력센서로서, 앞서 설명한 압력측정부(미도시)와 유사한 구성을 갖출 수 있으며, 컨트롤러(400)에도 이 밀착센서와 대응되어 동작하는 것으로서, 밀착정보의 생성에 따라 구동파트(300)가 회전하도록 제어하는 구동제어부를 더 포함하여 구성할 수 있다.

이에 따라 보조턱(223)이 단턱(114)과 밀착되지 않은 경우에 구동파트(300)의 회전을 방지할 뿐만 아니라, 보조턱(223)과 단턱(114)이 밀착되어 고정되었을 때에만 구동파트(300)가 회전하여 볼트(140)와 너트(150)를 조립하므로 확실한 진동자(100)의 결합이 이루어질 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 바이스(200)의 구조 및 일 실시예를 도시한 단면도 및 확대도이다.

여기서, 진동자(100)의 전극(130)은 외부전원을 쉽게 인가받기 위해 진동자(100)의 측면으로부터 돌출된 전극돌부(131)가 더 포함될 수 있다. 다만, 진동자(100)에는 일반적으로 두 개 이상의 전극(130)이 포함되되, 각각의 전극(130)에는 역할이 나누어져 있으며, 크게는 접지역할을 하는 전극(130)과 전력을 제공받는 전원투입부 역할을 하는 전극(130)으로 나뉠 수 있다. 이 두 전극(130)은 서로 맞닿게 되는 경우 진동자(100)의 오작동을 야기하는 원인이 될 수 있으므로, 전극(130)이 항상 이격될 수 있도록 관리하여야 한다.

이에 따라, 보조턱(223)에는 비전도성 재질로 형성되어 보조턱(223)에 끼움결합되는 것으로서, 단턱(114)의 외주면을 감쌀 수 있도록 양 측단이 돌출 연장된 그립돌기(224)를 더 포함할 수 있다. 즉, 앞서 언급한 바와 같이 단턱(114)의 외주면을 감싸 단턱(114)과 보조턱(223)간의 밀착을 더욱 긴밀하게 함으로써 진동자(100)를 고정할 수 있는 캡의 구성을 갖는 것이되, 추가적으로 이 그립돌기(224)의 단부에 높이방향으로 기립 연장된 고정바(225)의 구성을 더 갖추도록 한 것이다. 고정바(225)는 일종의 디바이더 역할을 하는 것으로서, 보조턱(223)이 진동자(100)의 좌우에 각각 위치하므로, 이 고정바(225)는 네 개가 서로 이격되어 위치하게 된다. 따라서, 전극(130)에 위치한 전극돌부(131)를 이 고정바(225)가 형성하는 각 공간에 위치시키게 되면 전극돌부(131)는 돌출된 길이 때문에 다른 공간으로 쉽게 이동할 수 없어 자연스럽게 각각의 전극돌부(131)가 이격되어 서로 맞닿는 현상을 방지할 수 있게 된다. 특히 일반적으로 진동자(100)에는 두 개의 전극(130)을 갖는 타입으로 제조되며, 도면에서 확인할 수 있듯이 각각의 전극(130)이 서로 반대쪽에 위치한 공간에 구비되기 때문에 전력을 공급하는 경우에도 두 전극(130)이 서로 맞닿는 것을 완전히 예방할 수 있는 구성이라 하겠다.

또한, 보조체(220)에는 보조체편(221)을 좌우로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩구동부(222) 이외에 추가적으로 보조체편(221)을 상하로 승강이동시킬 수 있는 승강구동부(226)의 구성도 더 포함할 수 있다. 이 승강구동부(226)는 수직프레임(510)의 측면에 레일형태로 구비되거나 혹은 슬라이딩구동부(222)나 보조체편(221) 내부에 내장될 수 있으며, 승강구동부(226)의 구성을 통해 날개부(113)의 상면에 보조체편(221)을 밀착시킬 수 있어 더욱 튼튼한 고정구조를 갖출 수 있게 된다.

이러한 구성을 갖추더라도, 볼트(140)와 너트(150)의 조립에 있어서 너트(150)가 볼트(140)에 정상적으로 평행하게 조립되지 않고 비스듬하게 끼워질 수 있는 경우를 고려할 수 있다. 볼트(140)와 너트(150)가 비스듬하게 끼워지는 경우, 일반적으로 원하는 진동수를 갖출 수 없을뿐더러, 예외적으로 원하는 진동수가 나오도록 진동자(100)가 제조되더라도, 외부 충격이나 진동자(100) 자체에서 발생되는 진동에 의해 볼트(140)와 너트(150)의 결합이 해제되어 진동수가 변경되어버리는 위험성을 갖는다. 따라서, 볼트(140)와 너트(150)의 조립 시 수평으로 정상 조립되어야만 할 것이며, 이렇게 정상 조립된 것을 확인할 수 있는 구성이 필요하다 하겠다.

도 6은 본 발명의 구동파트(300)에서 너트홀(310)에 구비된 평행감지센서(320)의 개략적인 구성을 나타낸 분해사시도이다.

이에 따라 너트홀(310)에는 볼트(140)에 체결된 너트(150)의 평행여부를 감지하여 기울기정보를 생성하는 평행감지센서(320)를 더 포함할 수 있으며, 컨트롤러(400)에도 이 평행감지센서(320)와 대응되어 기울기정보의 고저에 따라 구동파트(300)의 추가 회전을 제어하는 보정제어부(440)의 구성이 더 포함될 수 있다.

이 때, 평행감지센서(320)는 적외선센서나 포토센서와 같이 표면 높이를 확인할 수 있는 센서가 구비될 수도 있겠으나, 볼트(140)와 너트(150)의 체결을 위해서 너트홀(310) 내부에 너트(150)에 압력을 가하는 구성이 기본적으로 포함되기 때문에, 이 압력을 가하는 구성을 활용하여 누름식 또는 진동식의 압력센서를 적용하는 것이 가장 바람직하다. 이는 앞서 언급했던 압력측정부(미도시)와 유사한 구성이며, 필요에 따라 압력측정부(미도시)를 개조하여 압력측정부(미도시)에서 이 평행감지센서(320)의 역할을 함께 수행할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

즉, 이 평행감지센서(320)는, 너트(150)와 접촉하는 너트홀(310)의 내측면에 구비되는 것으로서, 다시 말해 입구의 대향측면에서 입구를 향해 구비되는 것이 가장 바람직하다.

가장 먼저 복수의 스프링으로 구성되는 스프링어셈블리(323)의 구성을 갖출 수 있는데, 이 스프링어셈블리(323)를 더욱 상세하게 설명하면, 중앙부위에 장착되는 것으로서, 너트(150)와 접촉하여 가해지는 압력에 따라 탄성력에 의해 인장 및 압축되며 길이가 변화되는 탄성스프링(321) 및 탄성스프링(321)을 중심으로 방사형으로 배치된 복수의 서브스프링(322)으로 구성될 수 있다.

너트홀(310)에는 너트(150)를 볼트(140)에 체결하기 위해 수직방향으로 힘을 제공하게 되는데, 이를 위해 스프링어셈블리(323)를 매개로 탄성 지지되는 누름판(324)을 기본적으로 포함할 수 있다. 다만, 이 누름판(324)은 단순히 하나의 탄성스프링(321)만으로 지지되지 않고 탄성스프링(321)의 주변에 탄성스프링(321)을 중심으로 방사형으로 배치된 적어도 두 개(바람직하게는 많으면 많을수록 좋다.) 서브스프링(322)을 더 구비토록 한 것이다. 이러한 서브스프링(322)은 볼트(140)가 너트(150)에 체결될 때에 평행을 유지하지 않으면 각각의 서브스프링(322)이 받는 수직압력이 다르게 나타나게 된다. 따라서 이러한 서브스프링(322)의 수직압력을 부위별로 측정할 수 있도록 누름판(324)에도 표면 일 측에 적어도 두 개의 평행압력센서(325)를 구비토록 한다. 이 평행압력센서(325)는 가장 바람직하게는 서브스프링(322)과 대응되는 위치에 서브스프링(322)과 동일한 개수로 구비되는 것이 좋으며, 누름판(324)의 표면에서 어느 방향에 위치되더라도 상관은 없다. 다만, 최초상태의 누름판(324)은 평행을 유지해야하며, 이러한 평행상태로부터 너트(150)에 의해 눌리면서 기울기가 변화되는 것을 측정할 수 있게 되는 것이다.

이러한 구성을 통해 누름판(324)에 부착된 평행압력센서(325)에서 서브스프링(322) 각각의 수직압력을 감지한 수직압력을 제공받을 수 있는데, 보정제어부(440)에서는 이 수직압력을 기울기정보로서 활용하기 위해 기울기판단파트(441)의 구성이 더 포함될 수 있다. 이 기울기판단파트(441)는 각각의 평행압력센서(325)에서 제공된 수직압력이 서로 다른 값을 나타내는 경우 최대 수직압력과 최소 수직압력의 차를 기울기정보로서 제공하는 것이다.

따라서, 기울기판단파트(441)에서 각각의 서브스프링(322)이 받는 수직압력을 통해 최대 수직압력과 최소 수직압력을 판단하고 그 차이를 기울기정보로서 제공하므로 기울기가 클수록 기울기정보의 값도 크고, 기울기가 작을수록 기울기정보의 값도 작아져 이를 통해 너트(150)가 얼마나 기울어져 있는지를 판단할 수 있게 되는 것이다.

이러한 구성을 통해 너트(150)와 볼트(140)의 정상적인 체결이 이루어질 수 있도록 제어 가능한 것이되, 이와 별도로 회전제어부(430)에서 너트(150)와 볼트(140)의 체결을 보다 세밀하게 제어하여 진동자(100)의 진동수를 조절할 수 있는 구성이 더 포함될 수 있다.

회전제어부(430)에는 측정부(420)에서 측정된 주파수가 기준주파수의 기 지정된 오차범위 이내에 포함되는 것을 판단하는 비교파트(미도시)와, 회전제어부(430)에서 구동파트(300)를 기 지정된 초과회전각도로 추가 회전시킨 이후 측정부(420)로부터 측정된 주파수를 비교주파수로 저장하는 측정파트(미도시)와, 비교주파수와 주파수를 비교하여 회전각도에 따른 주파수변화폭을 판단하고 주파수와 기준주파수와의 차이에 비례하는 보정회전각도를 연산하는 보정연산파트(미도시)와, 회전제어부(430)에서 보정회전각도에 따라 구동파트(300)를 역방향으로 회전되도록 제어하는 회전보정파트(미도시)의 구성을 더 포함하는 것이다.

즉, 진동자(100)의 주파수가 기준주파수와 동일하게 조정된 진동자(100)를 생산하는 것이 가장 바람직하겠지만, 완벽하게 동일한 주파수를 갖는 것은 거의 불가능하므로, 기준주파수로부터 일정한 오차범위를 두어 이 오차범위 안에 속한 주파수를 기준주파수를 갖는 진동자(100)라고 할 수 있다. 참고로, 주파수는 도면의 하단에 나타나있듯이 부하의 변동에 따라(너트(150)의 회전에 따라) 전류파형의 변동을 통해 주파수의 변화를 측정 가능하다. 다만, 이 오차범위 안에 속하더라도 기준주파수와 거의 차이가 없도록 보다 세밀한 보정을 통해 주파수를 기준주파수에 가깝게 제어할 방법이 존재한다. 즉, 기준주파수의 오차범위 이내에 도달한 경우에, 기 지정된 초과회전각도로 너트(150)를 추가 회전시킨다. 이 초과회전각도는 상당히 미세하지만 기준주파수의 오차범위로 본다면 상당히 큰 값으로서, 예를 들어 기준주파수가 100이라 가정하고, 오차범위가 +-0.1이라 가정하며, 현재 주파수가 99.9라 할 때, 초과회전각도로 너트(150)를 추가 회전시키면 약 100.1정도의 주파수값을 갖도록 하는 회전각도라고 할 수 있다. 또한, 이 초과회전각도를 적용시키게 되면, 무조건 기준주파수에서 초과된 오차범위에 도달할 수 있는 값을 갖도록 구성되는 것이 바람직한데, 이는 이후 적용될 보정연산파트(미도시)에서 연산되는 보정회전각도에 따라 회전보정파트(미도시)에서 구동파트(300)를 역방향으로 회전 제어함으로써 보다 미세한 보정을 통해 주파수를 최대한 기준주파수와 일치하도록 제어하는 과정을 진행하는 것이다. 이러한 정/역방향의 교차 회전을 통해 단순 정방향으로만 회전시키는 기존의 회전작업과 대비하였을 때보다 적어도 1회 이상 더 세밀한 제어가 가능하므로 보다 기준주파수와 가까운 값을 갖는 진동자(100)의 생산이 가능해지는 것은 물론이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진동자 조립 장치의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

100: 진동자 110: 메인혼
111: 제1 혼 112: 제2 혼
113: 날개부 114: 단턱
120: 압전소자 130: 전극
131: 전극돌부 140: 볼트
150: 너트 160: 진동체
200: 바이스 210: 지지체
211: 날개고정홈 212: 삽입슬
220: 보조체 221: 보조체편
222: 슬라이딩구동부 223: 보조턱
224: 그립돌기 225: 고정바
226: 승강구동부 300: 구동파트
301: 샤프트 302: 모터
310: 너트홀 320: 평행감지센서
321: 탄성스프링 322: 서브스프링
323: 스프링어셈블리 324: 누름판
325: 평행압력센서 400: 컨트롤러
410: 인가부 420: 측정부
430: 회전제어부 440: 보정제어부
441: 기울기판단파트 500: 프레임체
501: 바닥판 510: 수직프레임
520: 수평프레임 600: 조립부

Claims

진동자 조립 장치로서,
외주면 둘레를 따라 돌출 형성된 날개부를 구비한 메인혼과, 진동을 발생하는 압전소자와, 상기 압전소자에 전원을 제공하는 전극이 교대로 적층된 상태에서 중앙부위가 관통된 중공을 구비한 진동체와, 상기 중공을 관통하여 상기 메인혼에 고정되는 볼트 및 상기 볼트에 결합되는 너트를 포함하는 진동자;
상기 날개부가 안착 고정되는 바이스와,
상기 너트가 끼움 결합되는 너트홀을 단부에 포함하여 회전을 통해 상기 너트를 상기 볼트에 체결하는 구동파트와,
외부전원을 상기 전극에 인가하는 인가부와, 상기 인가부에서 인가되는 전원의 주파수를 측정하는 측정부 및 상기 주파수의 고저에 따라 상기 구동파트의 회전을 제어하는 회전제어부를 포함하는 컨트롤러로 구성되는 조립부;를 포함하되,
상기 너트홀에는,
상기 볼트에 체결된 상기 너트의 평행여부를 감지하여 기울기정보를 생성하는 평행감지센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 기울기정보의 고저에 따라 상기 구동파트의 추가 회전을 제어하는 보정제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.
제 1항에 있어서,
상기 바이스는,
상기 날개부의 하면이 안착 고정되도록 함입 형성된 날개고정홈을 포함하는 지지체와,
상기 날개부의 두께와 대응되도록 상기 날개고정홈으로부터 일정 간격 이격되어 상기 지지체와의 사이에 진동자거치공간을 형성하는 보조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.
제 2항에 있어서,
상기 보조체는,
상기 날개부의 좌측 및 우측 상면과 일정 간격을 두고 상호 이격되어 장착된 한 쌍의 보조체편과,
상기 보조체편을 좌우로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.
제 3항에 있어서,
상기 지지체는,
일 측면으로부터 상기 날개고정홈의 중앙부위까지 함입된 삽입슬롯을 더 포함하여, 상기 진동자가 상기 삽입슬롯을 따라 슬라이딩 삽출이 가능한 것을 특징으로 하는, 진동자 조립장치.
제 3항에 있어서,
상기 메인혼은,
상기 날개부의 상부와 상기 압전소자 사이에서 일정 높이 연장된 단턱을 더 포함하고,
상기 보조체편의 측면에는,
상기 단턱을 향해 돌출 연장된 보조턱을 더 포함하여,
상기 보조체편이 슬라이딩 이동되어 상기 보조턱을 상기 단턱에 밀착시켜 상기 진동자를 고정시키는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.
제 5항에 있어서,
상기 전극은,
상기 진동자의 측면으로부터 돌출된 전극돌부를 더 포함하고,
상기 보조턱은,
비전도성 재질로 형성되어 상기 보조턱에 끼움결합되는 것으로서, 상기 단턱의 외주면을 감쌀 수 있도록 양 측단이 돌출 연장된 그립돌기를 더 포함하되,
상기 그립돌기의 단부에는,
높이방향으로 기립 연장된 고정바를 더 포함하여,
상기 고정바를 통해 상기 전극돌부의 돌출위치를 제한하는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.
제 3항에 있어서,
상기 보조체는,
상기 보조체편을 승강 이동시키는 승강구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 평행감지센서는,
상기 너트홀에서 입구의 대향측면에서 입구방향을 향해 연장된 것으로서,
복수의 스프링을 구비한 스프링어셈블리와,
표면 일 측에 적어도 두 개의 평행압력센서를 구비한 상태에서 상기 스프링어셈블리에 의해 탄성 지지되는 누름판을 더 포함하고,
상기 보정제어부는,
복수의 상기 평행압력센서로부터 감지된 수직압력 중 최대 수직압력과 최소 수직압력의 차를 상기 기울기정보로서 제공하는 기울기판단파트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 진동자 조립 장치.