초음파용착기 진동자의 구동 원리

초음파용착기用 진동자는 압전현상(전왜효과)를 이용한 Actuator이다. 압전현상이란 강 유전성을 가지는 결정체에 고압의 전계를 가하면 구조에서 미세변위가 발생되는 것을 말한다. 전왜효과를 발생시키는 소자는 수정, 로셀염, 티탄산-바륨 등이 있으나 현재는 PZT라고 하는 물질이 가장 많이 사용된다. 이 물질은 세라믹 캐패시터의 기본 물질이기도 하다. PZT는 납 지르코-네이트 티타-네이트(Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3)의 물질 이름으로 1952년경 도쿄공대에서 처음 개발되어 현재에는세계에서 가장 널리 사용되는 압전(피에조) 세라믹 재료 중 하나입니다.

피에조(Piezo)란 용어는 그리스어의 '누른다'란 뜻의 'Piezein'에서 유래한 말로 피에조-세라믹이라고 하면 압전-세라믹이다.

초음파용착기用 진동자는 피에조-세라믹을 이용하여 안정적인 구조를 갖는 볼트조임형-라쥬반-진동자(Bolt-clamped Langevin Transducer) 가장 많이 사용한다. 라쥬반형 초음파 진동자는 1922년 프랑스의 P.Langevin이 개발한 방법으로 도넛형 또는 링형 압전소자를 금속 블록 사이에 넣어 볼트로 조여 샌드위치 형상으로 만드는 방법이다. 이 방법은 기계적으로 매우 강하고, 고온에서 사용이 가능하다. 이러한 장점 때문에 강력한 초음파 응용 분야에서는 거의 대부분 BLT 타입 진동자를 사용하나 단점은 가격이 비싸며 파워밀도 균질성이 떨어져 에로젼(Erosion) 현상이 심해지는 단점이 있다.

에로젼 현상이란 초음파의 방사면이 침식되는 현상을 말하는 것으로, 사용 시간(기간)이 길어짐에 따라 침식되고 깍여나가 결국은 사용이 불가능한 상태가 된다.