초음파 세척의 원리

초음파 세척은 이름 그대로, 초음파를 사용한 세정 방법입니다. 잘 지워지지 않는 얼룩이나 아주 좁은 곳에 낀 먼지까지 제거할 수 있기 때문에 다양한 분야에서 사용되고 있지요. 그럼, 초음파 세척은 어떤 원리로 오염을 제거하는 것일까요?

원래 초음파란 20kHz를 초과한 "인간의 귀에는 들리지 않는 소리" 입니다. 소리로는 들리지 않지만, 공기 (또는 액체나 고체)를 진동시키며 퍼져나가지요. 이 진동을 이용한 세정 방법을 초음파 세척이라고 하는 것이에요. 초음파 세척은 기본적으로 세제를 넣은 액체를 매개로 합니다.

그럼 왜 초음파가 오염 물질을 제거할 수 있는 걸까요? 그 원리로는 크게 캐비테이션과 액체 분자의 가속도라고 하는 두 가지를 꼽을 수 있어요.

캐비테이션
액체 안에는 많은 기체 분자가 존재하고 있습니다. 초음파 (20 ~ 100kHz)를 액체 안으로 조사하게 되면, 「正정」「負부」 두 종류의 압력을 교대로 그 분자에 걸 수가 있는데요, 이렇게 하면 正의 압력으로는 분자가 꾹꾹 압축되고, 負의 압력으로는 격렬하게 팽창하게 돼요.

이것을 반복하면 기체 분자는 터져서 파괴되는데, 이 작용이 바로 "캐비테이션"입니다. 분자가 파괴될 때의 충격파가 대상물에 묻은 얼룩을 벗겨내는 것이지요. 캐비테이션 작용을 발생시키는 것은 주로 중, 저주파수 세척이에요. 초음파의 발진 주파수가 낮을수록 캐비테이션이 발생하기 쉬워져요.

액체 분자의 가속도
물 분자는 초음파를 발생시키면 가속하는데요, 이 가속한 분자가 대상물에 부딪히면서 표면에 부착된 미세한 오염을 박리시키는 세척 원리가 "액체 분자의 가속도"에요. 가속도는 초음파의 발진 주파수가 커질수록 같이 커지기 때문에 중, 고주파 세척에서 적용되는 원리예요.

초음파의 발진 주파수가 바뀌면 파장도 변화해요. 주파수가 낮으면 파장은 길어지고, 주파수가 높으면 파장이 짧아지는 것이죠. 주파수에 따라 캐비테이션이나 가속도에 차이가 생기기 때문에 실제로 세척을 할 때에는 얻고자 하는 세정 효과와 대상물의 종류 등에 따라 주파수나 세정제를 구별하여 사용할 수 있으면 좋습니다.

초음파 세척의 특징

초음파를 이용한 세정 방법은 다른 세척 방법과 어떤 차이가 있을까요?
또한 초음파 세척 중에서도 저주파와 고주파는 각각 어떤 특징이 있을까요?

초음파 세척은 세척 수조의 바닥과 측면에 진동판을 설치하고, 세척 수조 외부에 있는 초음파 발진기를 조작하여, 세척 수조 내에 초음파를 발생시켜서 세척 효과를 얻어요. 이번에는 초음파 세척의 기본적인 특징을 알아보도록 합시다.

1. 매우 세정력이 높아서, 사람의 손으로는 청소하기 힘든 대상물의 작은 틈새의 미세한 오염까지 제거할 수가 있다.
2. 서로 다른 주파수를 여러 공정에 이용할 수 있기 때문에, 종류와 크기가 다른 입자를 제거할 수가 있다.
3. 사용할 수 있는 대상물의 종류가 다양하다. (하지만 대상물에 따라서는 상처가 생길 수도 있기 때문에 주의가 필요!)
4. 초음파가 닿는 부분과 닿지 않는 부분에서 세척 효과에 차이가 발생하기 때문에, 균일하게 초음파를 닿게 하기 위한 연구가 필요하다.


!!저주파와 고주파의 세척효과와 대상물에 미치는 영향의 차이!!

저주파 세척
저주파의 경우, 주요 대상물은 정밀 금속 부품 세척, 플라스틱 부품의 탈지 세정 등이에요. 캐비테이션의 강력한 세정 효과로 찌든 때까지 꼼꼼하게 제거할 수 있어요. 가공유나 절삭유, 절분이나 연마 가루, 플럭스 제거 등에 최적이지요.
하지만 충격파에 의해 대상물에 손상을 입힐 가능성도 있을 거예요. 특히 26kHz 정도의 강력한 초음파는 알루미늄 호일에 구멍을 낼 정도의 힘이 있어요. 그래서 캐비테이션이 균일하게 이루어지도록 조정이 필요합니다.

고주파 세척
반도체 웨이퍼, 액정 유리, 하드 디스크 등은 고주파 세척이 사용돼요. 분자의 가속도에 의해 세척을 하기 때문에 캐비테이션에 의한 손상이 거의 없어서, 데미지에 약한 정밀 부품의 세정에 적합해요. 전체를 균일하게 세척할 수 있고, 파장이 짧기 때문에 미세한 오염까지 제거할 수 있지만, 대신 찌든 얼룩이나 큰 오염은 세척하기가 어려워요.

캐스터란??

물건의 하단에 설치해 이동을 용이하게 해주는 것이 "바퀴"인데요. 캐스터는 그 주요 부분인 바퀴뿐만 아니라 몇 개의 부분으로 나누어져 구성되어 있어요.

1. 센터핀
캐스터와 대상물을 고정할 때 사용하는 중앙핀

2. 설치판
캐스터와 대상물이 직접 접하는 면

3. 몸체
설치면에서 바퀴로 이어지는 부분을 몸체라고 합니다. 몸체와 바퀴 사이에 먼지 등이 끼게 되면 바퀴가 잘 안 움직이게 되니까 주의해주세요.

4. 연결부 (샤프트)
포크와 바퀴의 접합 부분

5. 바퀴
캐스터의 타이어 부분을 칭하며, 바퀴의 내부 부분을 바퀴 심이라고 합니다.

6. 스토퍼
캐스터를 고정하여 움직이지 않는 상태를 유지하기 위한 것

바퀴의 종류와 특징

캐스터의 바퀴 부분에는 다양한 소재가 사용되고 있는데 각각의 특성이 다릅니다.

1. 고무
바퀴에 사용되는 재질 중에서도 가장 일반적인 것이 고무인데요. 고무바퀴는 탄성이 뛰어나며 소음이 적다는 특징이 있어요. 단점은 고무이기 때문에 마찰이 강해서 시동성이 낮은 것과, 내유성 및 내후성은 약한 점입니다.

2. 나일론
나일론 바퀴는 뭐니 뭐니 해도 그 강도가 특징이에요. 또한 고무에 비해 마찰이 적기 때문에 시동성이 우수하죠. 내유성, 내후성도 좋기 때문에, 고무와는 대조적인 특징이 있다고 말할 수 있어요.

3. 우레탄
고무와 나일론의 각각의 장점을 가지고 있는 재질이에요. 결점이 적다는 점이 가장 큰 장점입니다.

4. 페놀
표면 경도가 매우 높고, 딱딱하며 내열성이 뛰어나다는 특징이 있어요. 단점으로는 경도가 높기 때문에 그만큼 탄성은 낮다는 점입니다.

5. 엘라스토머
탄성이 있으며 바퀴를 움직였을 때 바닥에 오염이 적다는 특징이 있어요.

캐스터의 형상과 축 받침의 종류, 특성

1. 플레이트 타입
플레이트 타입은 그 모양에 따라 플랫형과 코너형의 2 종류가 있어요. 둘 다 설치면이 받침대 형태로 되어있기 때문에 어느 정도는 무거운 하중까지 견딜 수 있어서 다양한 용도로 이용되고 있어요. 또한 설치 부분에 베어링이 있으면 회전할 때 매우 스무스하게 움직여요. 플레이트 타입의 캐스터를 설치할 나사는 설치 구멍의 직경보다 한 사이즈 작은 것을, 그리고 설치 방법이나 장소에 적합한 나사를 선택해 주세요.
(예) 목재 두께 : 25mm, 캐스터 플레이트 구멍 : 9mm의 경우 ⇒ 태핑 나사 M8 × 20mm

2. 스크류 타입
설치하는 본체에 바퀴의 돌기 부분을 나사처럼 조여 넣는 형태로 사용하는 타입이에요. 플레이트보다 설치면이 작아도 설치가 가능하고, 나사 구멍 직경의 종류도 다양해요.

3. 삽입 타입
형상은 스크류와 비슷하지만 설치하는 본체에도 별도의 소켓을 설치할 필요가 있어요. 또한 파이프에 꽂아 렌치 육각 부분을 돌려 설치하는 유형을 플러그 형이라고 해요.

캐스터의 적재 하중에 대해

캐스터 자체의 적재 하중은, 바퀴를 4개 사용하는 경우에 바퀴 1개당 허용 하중은 다음과 같이 계산할 수 있어요.
1 개당 허용 하중 (daN) × 4 개 × 0.8

캐스터의 사용 속도에 대해

캐스터의 사용 속도는 바퀴 직경의 크기에 따라 다음과 같습니다.
바퀴 직경 75mm 이하 - 사용 속도 2km/h 이하
바퀴 직경 100mm 이상 - 사용 속도 4km/h 이하
※하지만 이러한 사용 속도는 어디까지나 참고치이므로 사용 환경에 따라 실제 속도는 달라집니다.

바퀴의 교환에 대해

캐스터 바퀴는 성능이 저하되기 쉬우므로 일정 주기로 교체해 주세요. 바퀴를 교체할 때는 아무거나 설치해도 되지는 않기 때문에 최소한 다음 사항을 확인합시다.

1. 바퀴 외경 치수
2. 바퀴 축 지름과 샤프트 지름이 일치하는지 여부
3. 캐스터의 경우는 금구의 설치 폭과 바퀴 보스 폭이 일치하는지 여부
4. 바퀴의 경우는 바퀴의 설치 폭과 바퀴 보스 폭이 일치하는지 여부

※캐스터에 따라서는 바퀴를 교환할 수 없는 타입이 있기 때문에 잘 확인해 주세요

사용 시 주의할 점

캐스터를 사용할 때 가장 주의해야 할 점은 사용하는 장소의 "경사"입니다. 기본적으로 캐스터는 평탄한 장소에서의 사용을 전제로 하고 있기 때문에, 비록 스토퍼가 딸린 캐스터라고 해도 언덕길 등 경사가 있는 장소에서의 사용은 가능한 피해 주세요.

또한 스토퍼는 주행 중에 조작하면 급제동이 걸릴 수 있으므로 매우 위험해요. 정지 상태에서 스토퍼를 걸었을 경우에도 안전을 위해 가능한 한 그 자리에서 떨어지지 않도록 해주세요. 덧붙여서, 캐스터는 측면에서의 외부 힘에 약하기 때문에 측면 충격에도 충분히 주의합시다.

프라이팬의 소재별 특징

알루미늄

[특징] 매우 가볍고 열전도가 좋아서 효율적으로 요리를 할 수 있어요. 팬에 올린 요리의 색을 알기 쉽기 때문에 파스타나 소스 만들기 등에 사용됩니다.
[단점] 재료가 들러붙기 쉽고, 고온 · 강산 · 강알칼리에 약해요. 기름이 팬 표면에 잘 코팅되지 않아서 볶음이나, 구이 요리에는 적합하지 않아요.
[관리법] 부드럽고 상처가 잘 나기 때문에 가급적 부드러운 스펀지를 이용하고, 음식이 눌어붙은 경우는 물에 한동안 담가 불린 다음에 제거해주세요.

스테인리스

[특징] 튼튼하고 잘 녹슬지 않는 금속이어서 냄비에 많이 사용되고 있어요. 또한 내구성이 높고 보온성이 우수하며, 관리도 용이합니다. 오븐 요리와 찜 · 조림까지도 할 수 있는 만능 소재이지요.
[단점] 열전도율이 비교적 낮아서 골고루 구워지지 않거나 한 군데만 탈 수도 있기 때문에 주의해 주세요.
[관리법] 어느 정도 열이 남아있는 상태에서 세제를 사용하지 않고 스펀지 등으로 씻어주세요.

철

[특징] 센 불에 사용할 수 있는 것이 가장 큰 장점이에요. 열전도가 좋고, 팬만 뜨겁게 달구는 것도 가능해요. 중화요리나 볶음, 굽기 등에 자주 사용됩니다. 튼튼해서 오래 사용할 수 있고, 기름 코팅도 잘 됩니다.
[단점] 열전도가 좋아서 타기 쉽고, 무거워서 다루기 힘들고, 녹슬기도 쉬워요. 처음 사용할 때는 사전 작업 (시즈닝)이 필요해요.
[관리법] 사용 전에 한번 달구고, 사용 후에는 얼룩을 세제를 사용하지 않고 씻어낸 후 물기를 잘 닦고 다시 불에 올려 완전히 건조해 주세요.

무쇠 (주철)

[특징] 두껍고, 철제의 특성에 더해서 축열성 (보온성)이 뛰어나요. 불을 끄고 팬에 남은 열로도 요리가 가능해서 그릴 요리 등에 적합해요.
[단점] 매우 무거워서 손에 들고 팬을 움직여야 하는 볶음 요리 등에는 그다지 적합하지 않아요.
[관리법] 사용 후에 세제를 사용하지 않고 씻은 다음 불에 달궈서 수분을 날리고 표면에 기름을 발라줍니다.

티타늄

[특징] 가볍고 튼튼하고 잘 녹슬지 않아요. 철의 절반 정도의 무게인데 내식성이 있어서 오래 사용할 수 있어요. 보온성, 범용성이 높고, 볶음 요리 등에 두루 사용돼요.
[단점] 열전도율이 나빠서 팬을 전체적으로 데우기가 어렵고, 불이 바로 닿는 부분은 급격하게 뜨거워져요.
[관리법] 스펀지로 충분히 닦고, 눌어붙은 경우는 금속 수세미로 문질러서 닦아주세요.

불소 (불소수지 가공 등)

[특징] 코팅이 되어 있어서 잘 눌어붙지 않고 잘 타지 않아요. 취급하기 쉽고, 조리 시에 기름이 그렇게 많이 필요하지 않아요.
[단점] 내구성이 낮아서 고온에서는 조리할 수가 없어요. 코팅은 사용하다 보면 벗겨져 나가기 때문에 정기적으로 팬을 교체해주어야 한답니다.
[관리법] 팬이 따뜻할 때 한번 닦아내고, 세척을 할 때는 사용한 직후에 팬이 뜨거운 상태에서 바로 물을 뿌리지 않는 것이 좋습니다. 조금 기다린 후에 씻고, 물기를 잘 말려주세요.