초음파청소

Ultrasonic cleaning
1970년대 또는 1980년대 소노렉스 초음파청소기
휴대 전화의 초음파

초음파 세척은 초음파(보통 20~40kHz)를 이용해 액체를 자극하는 공정이다. 초음파는 물만으로 사용할 수 있지만 세척할 물체와 오염물질의 종류에 적합한 용제를 사용하면 효과가 향상된다. 청소는 보통 3~6분 정도 지속되지만 청소해야 하는 물체에 따라 20분을 초과할 수도 있다.[1]

초음파 세척기는 보석, 과학 샘플, 렌즈 및 기타 광학 부품, 시계, 치과 및 수술 기구, 공구, 동전, 만년필, 골프채, 낚시 릴, 창문 블라인드, 화기 부품, 자동차 연료 인젝터, 악기, 축음기, 산업용 맥 등 다양한 종류의 물체를 청소하는데 사용된다.하이네 부품과 전자 장비. 그것들은 많은 보석공방, 시계 제조소, 전자 수리공방,[2] 그리고 과학 실험실에서 사용된다.

역사

초음파 세척의 표면 메커니즘은 잘 이해되고 있는데, 1950년대에 상업용 초음파 세척 장비가 처음 등장한 이래 이 과학에 전념한 많은 작품들이 1970년경에 비교적 저렴한 가전제품으로 사용되기 시작했다.[3] 초음파 세척은 특히 작고 복잡한 부품을 세척하고 표면 처리 과정을 가속화하기 위해 수십 년 동안 산업적으로 사용되어 왔다.[4]

공정특성

초음파 세척은 고주파(음파)에 의해 유도된 캐비테이션 거품을 이용해 액체를 자극한다. 그 동요는 금속, 플라스틱, 유리, 고무, 도자기와 같은 기판에 달라붙는 오염물질에 높은 힘을 준다. 이 작용은 또한 블라인드 구멍, 균열, 그리고 휴식처를 관통한다. 단단하게 달라붙거나 단단한 표면에 박혀 있는 모든 오염 흔적을 철저히 제거하겠다는 취지다. 오염의 종류와 공작물에 따라 물이나 용제를 사용할 수 있다. 오염물질은 먼지, 먼지, 기름, 색소, 녹, 그리스, 녹조, 곰팡이, 균류, 박테리아, 라임 스케일, 광택화 화합물, 플럭스제, 지문, 그을음 왁스 및 곰팡이 방출제, 피와 같은 생물학적 토양 등을 포함할 수 있다. 초음파 세척은 광범위한 공작물 형태, 크기 및 재료에 사용할 수 있으며, 세척 전에 부품을 분해할 필요가 없을 수 있다.[5]

용제에 닿지 않는 물체 부분에 공동화가 발생하지 않도록 하기 때문에 세척 과정에서 물체가 기기 바닥에 놓여 있으면 안 된다.[2]

설계 및 운영 원리

초음파 세척기에서 세척할 물체를 적절한 용액(용도에 따라 수용액 또는 유기 용매)이 들어 있는 챔버에 넣는다. 수성 세척제에서는 계면활성제(예: 세탁 세제)를 첨가하여 기름이나 기름기와 같은 비극성 화합물을 용해할 수 있도록 하는 경우가 많다. 초음파를 생성하는 변환기는 챔버에 내장되거나 유체 내에 낮아지면 초음파 주파수로 진동하는 전기 신호와 함께 크기를 변경하여 유체 내에 초음파를 생성한다. 이것은 탱크 액체에 압축파를 생성하여 액체를 '접어서' 분리하여 수백만 개의 미세한 '보이드'/'부분적인 진공 버블'(캐비테이션)을 남긴다. 이 거품들은 엄청난 에너지로 붕괴된다; 5천 K와 135 MPa의 온도와 압력은 달성된다;[6][7] 그러나 그것들은 너무 작아서 청소만 하지 않고 표면 먼지와 오염물질을 제거한다. 빈도가 높을수록 캐비테이션 지점 사이의 노드가 작아져 복잡한 디테일을 청소할 수 있다.

최대 20kHz 및 최대 40kHz 스택을 보여주는 초음파 변환기 활성 요소(상단 부근)는 알루미늄 커플링 경음기에 볼트로 고정된 두 개의 납 지르코네이트 타이탄산 링이다.

변환기는 보통 압전(예: 납 지르콘산 티탄산염(PZT), 바륨 티탄산염 등으로 만들어짐)이지만 때로는 자기 자극적이다. 많은 산업에서 세척제로 사용되는 가혹한 화학물질은 초음파 동요와 함께 필요 없거나 훨씬 낮은 농도로 사용된다. 초음파는 산업용 세척에 사용되며, 많은 의료 및 치과 기법과 산업 공정에도 사용된다.

세정액

초음파 활동(캐비테이션)은 해결책이 제 역할을 하는데 도움을 준다; 보통은 보통은 일반 물이 효과적이지 않을 것이다. 세척액에는 초음파 세척의 효과를 높일 수 있도록 설계된 성분이 함유되어 있다. 예를 들어, 표면 장력의 감소는 공동화 수준을 증가시키므로 용액에는 좋은 습윤제(계면활성제)가 포함되어 있다. 수용성 세척 용액에는 세제, 습윤제 및 기타 구성품이 함유되어 있으며 세척 과정에 큰 영향을 미친다. 올바른 용액 구성은 세척 품목에 따라 매우 달라진다. 용액은 대부분 약 50–65 °C(122–149 °F)에서 따뜻하게 사용되지만, 의료 애플리케이션에서는 단백질 응고를 방지하기 위해 청소가 45 °C(113 °F) 미만의 온도여야 한다는 것이 일반적으로 인정된다.

수성 용액은 용제 용액보다 화학 작용만으로 오염물질을 제거할 수 있는 능력이 더 제한된다. 예를 들어 두꺼운 그리스로 덮인 섬세한 부품의 경우. 특정 목적을 위한 효과적인 수용성 세척 시스템을 설계하는 데 필요한 노력은 용제 시스템보다 훨씬 더 크다.

일부 기계(너무 크지 않음)는 탄화수소 세정액을 사용하는 증기 배출 기계와 통합된다. 세 개의 탱크가 폭포처럼 펼쳐져 있다. 더러운 액체가 들어 있는 하부 탱크는 가열되어 액체가 증발한다. 그 기계의 꼭대기에는 냉장 코일이 있다. 유체가 코일에 응결되어 상부 탱크로 떨어진다. 상부 탱크는 결국 넘치고 깨끗한 액체는 세척이 이루어지는 작업 탱크로 흘러 들어간다. 구매 가격은 단순한 기계보다 높지만, 그러한 기계는 장기적으로 경제적이다. 같은 액체를 여러 번 재사용할 수 있어 폐기물과 오염을 최소화할 수 있다.

사용하다

세척액에 의해 화학적으로 공격받지 않는 대부분의 단단하고 비흡수성 재료(금속, 플라스틱 등)는 초음파 세척에 적합하다. 초음파 세척에 이상적인 재료로는 작은 전자 부품, 케이블, 로드, 와이어 및 세부 품목뿐만 아니라 유리, 플라스틱, 알루미늄 또는 세라믹으로 만들어진 물체가 포함된다.[8]

초음파 세척은 세척 후에도 포자와 바이러스가 물체에 남아 있기 때문에 세척 중인 물체를 소독하지 않는다. 의료 애플리케이션에서 멸균은 보통 별도의 단계로 초음파 세척을 따른다.[9]

산업용 초음파 세척기는 자동차, 스포츠, 인쇄, 해양, 의료, 제약, 전기 도금, 디스크 드라이브 부품, 엔지니어링 및 무기 산업에 사용된다.

초음파 세척은 배관, 열교환기 등 산업 공정 장비의 오염을 제거하기 위해 사용된다.

제한 사항

초음파 세척은 납땜 회로 기판의 플럭스 잔류물을 제거하기 위해 널리 사용된다. 그러나 일부 전자부품, 특히 자이로스코프, 가속도계, 마이크와 같은 MEMS 장치는 세척 중에 받는 높은 강도의 진동으로 손상되거나 파괴될 수 있다. 압전 부저는 역방향으로 작동하여 전압을 발생시킬 수 있으며, 이는 구동 회로에 위험을 초래할 수 있다.

안전

초음파 세척기는 히터가 장착되지 않은 상태에서도 온도를 높이기 때문에 가연성 세척액 사용은 피하는 것이 좋다. 장치가 작동 중일 때 용액에 손을 넣으면 온도로 인해 화상을 입을 수 있으며, 불편함과 피부 자극도 발생할 수 있다.[10]

참고 항목

참조

  1. ^ Dietz, Ellen Roberta and Raula Badavinac (2002). Safety standards and infection control for dental hygienists. Albany, NY: Delmar Thomson Learning. p. 129. ISBN 0766826600.
  2. ^ a b Ensminger, Dale (2009). Ultrasonics: data, equations, and their practical uses, Volume 10. Boca Raton, Florida: CRC Press (Taylor & Francis Group). p. 328. ISBN 978-0-8247-5830-1.
  3. ^ Wahl, Paul (March 1970). "Put Sound Waves to Work in Your Shop". Popular Science. Retrieved 20 December 2011.
  4. ^ Phillion, R. (June 2011). "The Application of Industrial Scale Ultrasonic Cleaning to Heat Exchangers" (PDF). Heat Exchanger Fouling and Cleaning.
  5. ^ 로버트 H. 토드, 델 K. Allen, 및 Leo Alting; 제조 프로세스 참조 가이드
  6. ^ Henglein, A.; Gutierrez, M. (1993). "Sonochemistry and sonoluminescence: Effects of external pressure". J. Phys. Chem. 97: 158–162. doi:10.1021/j100103a027.
  7. ^ Azar, Lawrence (February 2009). "Cavitation in ultrasonic cleaning and cell disruption" (PDF). Controlled Environments.
  8. ^ Williams, Douglas (1994). Guide to Cleaner Technologies: Cleaning and Degreasing Process Changes. Washington DC: United States Environmental Protection Agency. p. 19. ISBN 9780788114519.
  9. ^ Simmers, Louise, and Karen Simmers-Nartker, Sharon Simmers-Kobelak (2009). Diversified Health Occupations: Seventh Edition. Clifton Park, NY: Delmar Cengage Learning Academic Resource Center. p. 381. ISBN 978-1-4180-3021-6.
  10. ^ "Ultrasonic Cleaner Operator's Manual" (PDF). Branson. Retrieved November 2, 2018.