미용기기용 공진소자 개발: 고객 맞춤형 소자와 SUS HEAD 모듈화
미용기기용 공진소자 개발
고객 맞춤형 소자와 SUS HEAD 모듈화
GPN은 압전소자 전문업체와 함께 뷰티 디바이스용 초음파공진(압전)소자를 고객 맞춤형으로 개발하고, SUS HEAD와의 모듈화를 추진합니다. 피부에 접촉하는 헤드에서는 접촉 상태가 달라져도 필요한 진동과 전달 출력을 확보하고, 반복 사용 중 접촉면의 온도를 관리하는 것이 중요합니다. 이를 위해 공진 응답과 구동 회로, 장착 구조를 함께 검토해야 합니다.
개발 단계에서는 기존 압전소자의 사양을 비교 기준으로 삼고, 새 공진소자의 성능은 조립 및 실구동 시험으로 확인합니다. 아래의 수치 규격은 비교 대상인 기존 압전소자와 조립 공진기의 참고 사양입니다. 개발품의 목표값과 합격 기준은 적용 기기의 요구 성능에 맞춰 별도로 정합니다.

압전소자 개발 범위와 기기 호환성
기존 보드를 유지하는 개발과 구동부를 함께 변경하는 개발은 평가 범위가 다릅니다. 보드를 유지한다면 새 공진소자가 기존 전압·주파수·파형에서 동작해야 하며, 구동 소자와 매칭 회로에 허용 범위를 넘는 전류나 전압이 발생하지 않아야 합니다. 구동부까지 변경할 수 있다면 설계 자유도는 커지지만 전원 용량, 제어 방식, 보호 기능과 기구 배치를 함께 검토해야 합니다.
피부 접촉형 미용기기는 사용 중 헤드의 기울기, 접촉력과 접촉 면적이 변할 수 있습니다. 기기를 일정하게 고정한 시험에서 좋은 결과를 얻더라도 실제 사용 동작을 대표하는 조건에서 출력이 유지되는지 확인해야 합니다. 헤드 이동형과 고정형, 연속 구동과 간헐 구동 등 적용 방식에 따라 시험 조건도 달라집니다.
기존 보드 유지
기존 회로의 구동 대역, 출력 파형, 부하 허용 범위와 보호 동작을 기준으로 전기적 호환성을 평가합니다.
기존 헤드 적용
장착 공간, 체결 위치, 접촉면 형상과 하중 전달 경로를 기준으로 조립 호환성을 평가합니다.
구동부 포함 개발
공진소자와 구동부를 하나의 시스템으로 비교하며, 전달 출력과 소비전력·발열을 함께 평가합니다.
여기서 공진과 에너지 변환은 구분해야 합니다. 공진은 구조의 질량·강성·감쇠와 구속 조건에 따라 특정 주파수에서 응답이 커지는 현상입니다. 전기 에너지를 기계적 운동으로 바꾸는 방식과는 별도의 개념입니다. 따라서 공진 주파수가 존재한다는 사실만으로 기기의 전기적 요구 조건을 충족한다고 판단할 수는 없습니다.
적용 성능은 기기에 연결되는 입력 조건과 실제 사용 부하에 전달되는 출력으로 정의합니다. 전기 단자가 있는 조립체는 해당 단자에서 입력을 측정하고, 구조 부품 단위의 공진 응답은 그 부품이 포함된 구동 조립체에서 평가합니다. 구동 구조를 공개하지 않더라도 이러한 시험 경계가 명확하면 고객과 성능 요구를 협의할 수 있습니다.
기존 압전소자 단품과 조립 공진기의 규격 구분
압전 원판의 검사값과 금속 헤드에 조립된 상태의 검사값은 같은 의미로 사용할 수 없습니다. 조립 상태에서는 접합부와 지지 구조, 헤드의 기계적 응답이 전기적 응답에도 영향을 줄 수 있습니다. 비교 자료 역시 단품 규격과 조립 공진기 규격을 분리해 제시하고 있습니다.
압전 원판의 참고 규격
| 항목 | 참고 규격 | 측정 조건과 해석 |
|---|---|---|
| 두께 모드 공진 주파수 | 3,000 kHz ±5% | 2.85–3.15 MHz에 해당합니다. 시험 입력은 1 Vrms입니다. |
| 공진 임피던스 | 30 Ω 이하 | 두께 모드, 1 Vrms 시험 조건에 해당합니다. |
| 정전용량 | 0.65 nF ±20% | 1 kHz, 1 Vrms, 25°C에서 측정합니다. 범위는 520–780 pF입니다. |
| 외경 / 두께 | Ø8.10 ±0.15 mm 0.70 ±0.05 mm |
두께는 외부 전극을 포함합니다. |
| 표면 평탄도·평행도 | 30 μm 이하 | 원문에서 함께 기재된 항목입니다. 적용 면과 측정 방법은 도면·검사 기준으로 구체화해야 합니다. |
| 반경 모드의 주파수 간격 | (fa − fr) / fr ≥ 0.130 | fa는 반공진, fr은 공진 주파수입니다. 반경 모드, 1 Vrms 조건이며 위의 3 MHz 두께 모드와 구분합니다. |
1 Vrms는 규격 검사에 사용한 시험 입력입니다. 실제 기기의 정격 구동 전압이나 최대 허용 전압을 의미하지 않습니다. 또한 반경 모드의 주파수 간격 비율을 전기기계 결합계수 또는 에너지 변환 효율로 읽어서는 안 됩니다.
조립 공진기의 참고 규격
| 항목 | 참고 규격 | 비교 시 확인 사항 |
|---|---|---|
| 공진 주파수 fr1 | 1.0–1.4 MHz | 규정된 대역을 임피던스 분석기로 스캔합니다. 세 대역만으로 각각의 진동 모드나 고조파 관계를 확정하지 않습니다. |
| 공진 주파수 fr2 | 2.7–3.3 MHz | |
| 공진 주파수 fr3 | 9.5–11.0 MHz | |
| 공진 저항2 / Zr2 | 25 Ω 이하 | 단품의 공진 임피던스 30 Ω 이하와 별도 규격입니다. |
| 정전용량 | 550 pF ±20% | 1 kHz, 1 Vrms, 25°C에서 측정합니다. |
| 동작 / 보존 온도 | 5–55°C / −20–85°C | 기존 조립체의 참고 범위입니다. 보존 조건에는 85% RH 이하가 함께 기재되어 있습니다. |
조립체 검사에는 초음파 방사면 중앙 Ø9 부위의 보호필름을 제거하는 조건이 포함되어 있습니다. 이는 압전 원판의 외경 Ø8.10 mm와 다른 대상입니다. 필름, 접촉 매질과 장착 상태를 달리하면 비교 조건도 달라지므로 시험 전 상태를 동일하게 맞춰야 합니다.
단품의 650 pF와 조립체의 550 pF, 임피던스 상한 30 Ω와 Zr2 상한 25 Ω를 조립 전후의 개선 수치로 해석할 근거는 없습니다. 개발품 비교에는 적용 대상에 맞는 기준품을 선정하고, 같은 조건에서 확보한 실제 측정 결과를 사용합니다.
공진 주파수와 접촉면 진동 분포의 동시 설계
공진소자의 형상은 외관과 장착 공간을 결정하는 동시에 진동 응답을 형성합니다. 바닥부 두께, 측벽, 보강부, 체결 위치와 접촉면의 곡률을 변경하면 질량과 강성의 분포가 함께 바뀝니다. 같은 외형 치수에서도 고정 위치나 체결 상태가 달라지면 공진 주파수와 접촉면의 운동 양상이 변할 수 있습니다.

질량·강성과 실제 조립 경계
단일 진동 모드를 선형화하면 비감쇠 고유주파수는 다음 관계로 이해할 수 있습니다. 여기서 유효 질량과 유효 강성은 해당 모드에 대한 값이며, 제품 전체의 무게와 정적 강성을 그대로 대입하는 값은 아닙니다.
이 관계는 설계 변화의 영향을 이해하기 위한 근사식입니다. 실제 구동에서 관찰되는 응답의 최대점은 감쇠, 가진 위치와 측정 위치, 부하 조건의 영향을 받습니다. 여러 모드가 인접한 곡면 구조에서는 형상 해석과 실제 주파수 응답 측정을 연결해야 합니다.
중앙 진폭과 면 전체의 응답
중앙 한 지점의 진폭이 충분해도 접촉면 가장자리의 운동이 작거나 위상이 달라질 수 있습니다. 일부 영역에 진동이 집중되면 같은 최대 진폭을 가진 다른 시편과도 전달 분포가 달라집니다. 목표는 단순히 높은 진폭이 아니라, 요구하는 방향과 영역에서 재현되는 진동입니다.
레이저 진동계와 같은 비접촉 계측을 활용하면 여러 위치의 진폭과 위상을 비교할 수 있습니다. 필요한 경우 면에 수직한 운동 성분을 따로 평가하고, 해석에서 예상한 모드와 실제 응답이 일치하는지 확인합니다. 측정 장비의 대역, 공간 분해능과 장착 조건은 대상 주파수에 맞춰 선정합니다.
공진 응답이 매우 좁은 대역에 집중되면 온도나 접촉 조건으로 공진점이 이동할 때 고정 주파수 구동의 출력 변화가 커질 수 있습니다. 높은 품질계수만을 우수성의 기준으로 삼기보다, 필요한 출력·유효 대역·제어 방식 사이의 관계를 평가해야 합니다.
기존 구동 회로와 공진소자의 전기적 호환성
같은 3 MHz 대역에서 공진하더라도 입력 임피던스와 위상이 다르면 회로가 부담하는 전류, 매칭 조건과 소자 양단 전압이 달라집니다. 기존 보드의 재사용 가능성은 공진 주파수 표 하나로 판정할 수 없습니다. 실제 케이블, 커넥터와 매칭 회로를 포함한 응답을 확인해야 합니다.
저신호 임피던스와 실제 구동의 연결
기존 압전소자의 단일 공진 모드 부근은 정전용량 성분과 기계적 운동을 나타내는 등가 회로로 분석할 수 있습니다. 이때 공진 근처의 전체 응답은 단순한 커패시터 하나와 다릅니다. 1 kHz에서 측정한 정전용량을 MHz 대역에 그대로 적용해 구동 전류나 출력을 산출하면 기계적 공진과 손실의 영향을 놓치게 됩니다.
주파수 스캔에서는 임피던스 크기뿐 아니라 위상 또는 실수부·허수부를 함께 기록합니다. 손실이 있는 소자에서는 최소 임피던스, 위상 영점과 최대 컨덕턴스의 주파수가 완전히 같지 않을 수 있으므로, 공진 주파수를 어떤 기준으로 읽었는지도 통일해야 합니다.
단자와 측정 지그의 기생 성분을 줄이려면 계측기 절차에 따른 보정과 기준면 설정이 필요합니다. 반대로 실제 케이블을 포함한 기기 호환성 시험에서는 케이블의 영향을 임의로 제거하지 않고, 소자 단품 측정과 시스템 측정을 나눠 관리합니다.
소비전력과 전달 출력의 분리
입력 유효전력은 정해진 전기 입력 지점에서 전압과 전류의 순간 곱을 평균해 구합니다. 정현파 정상 상태에서는 VrmsIrmscosφ로 표현할 수 있으나, 버스트나 펄스 구동은 반복 주기와 듀티를 포함한 평균 구간을 명시해야 합니다. 전압·전류 계측의 시간 정렬과 위상 오차도 확인합니다.
VrmsIrms만으로 소비전력을 확정하거나, 공진 임피던스 상한으로 음향출력을 계산하지 않습니다. 입력 유효전력과 부하에 전달된 출력을 각각 측정해야 동일 출력에서의 전력 부담을 비교할 수 있습니다. 구동 소자와 매칭 부품의 발열까지 포함하면 보드를 유지할 수 있는지에 대한 판단도 구체화됩니다.
미용기기 헤드의 피부 접촉 조건과 전달 출력
공기 중에서 측정한 공진 응답은 기기 사용 상태와 다를 수 있습니다. 접촉 매질, 접촉력, 유효 접촉 면적과 지지 상태가 달라지면 부하와 감쇠가 변하고, 공진점과 진폭도 변할 수 있습니다. 공기 중 평가와 실제 사용을 대표하는 부하 시험을 연결해야 하는 이유입니다.

곡면 접촉과 젤·커플링 매질
접촉면과 매질 사이의 공극, 매질층의 두께 차이와 접촉력 편차는 전달 조건을 달라지게 합니다. 표면 마감은 외관 요구와 함께 실제 접촉 상태를 고려해 정해야 합니다. 높은 광택만으로 전달 성능을 보증할 수 없으며, 곡률과 형상 유지, 사용 매질에서의 접촉 재현성이 함께 확인되어야 합니다.
젤 등 커플링 매질을 사용하는 기기라면 제품에서 지정한 매질로 평가합니다. 매질 종류와 양, 층 두께, 온도 및 반복 접촉에 따른 상태 변화를 일정하게 관리해야 시편 간 비교가 가능합니다. 움직이는 헤드의 적용성을 확인할 때는 대표 곡면과 접촉력 범위를 갖춘 시험 조건을 마련하고, 접촉 변화에 따른 출력 편차를 확인합니다.
보호필름이 부착된 상태의 외관 검사와 필름 제거 후의 성능 시험도 구분합니다. 기준품과 개발품에 서로 다른 필름·매질 조건을 적용하면 부품 차이와 시험 조건 차이가 섞입니다. 시험용 부하는 실제 사용 조건을 대표하도록 정하되 온도, 접촉력, 매질과 장착 방법을 기록합니다.
표면 진동
어느 위치가 어떤 방향으로 움직이는지 진폭·위상 분포를 확인합니다.
음압 분포
초음파 전달을 목표로 할 때 교정된 하이드로폰 등으로 매질 내 음장을 평가합니다.
전체 음향출력
방사력저울 등 해당 출력과 대역에 적합한 방법으로 시험 매질에 방사되는 전체 음향출력을 평가합니다.
표면 변위, 한 지점의 음압과 전체 음향출력은 서로 다른 물리량입니다. 단일 지점의 최대 음압이 같더라도 공간 분포와 총 출력은 다를 수 있습니다. 출력 비교에는 측정 거리, 방향, 매질, 반사 제어와 계측기의 교정 조건이 필요합니다.
수조에서 측정한 음향출력과 실제 접촉 상태의 전달 성능은 부하 경계가 다르므로 별도로 비교합니다. 이러한 물리적 출력 평가는 기기 개발의 근거가 됩니다. 미용 효과나 인체 적용 성능은 별도의 평가 대상이며, 공진 주파수 또는 표면 진폭만으로 확정하지 않습니다.
미용기기 접촉면의 온도와 반복 운전 안정성
저신호 검사에서 목표 대역을 만족해도 실제 진폭과 연속 운전 조건에서는 응답이 달라질 수 있습니다. 공진 조립체와 구동 회로의 손실은 열로 나타나며, 온도 상승은 재료 특성·접합 상태·전기적 응답에 다시 영향을 줍니다. 이 변화가 고정 주파수 구동의 출력 변동이나 주파수 추적 범위의 부족으로 이어지는지 확인해야 합니다.
발열 개선을 비교하려면 동일한 전달 출력과 동일한 부하를 기준으로 삼아야 합니다. 인가 전압을 낮춰 온도만 감소한 결과는 출력이 함께 감소했는지 확인하기 전까지 효율 개선으로 볼 수 없습니다. 기동 직후부터 예정 운전 시간까지 입력 전력, 전달 출력, 공진점과 각 부위 온도를 함께 기록합니다.
온도 측정 위치와 운전 이력
접촉면, 내부 공진 구조, 접합부와 구동 회로의 온도는 서로 다를 수 있습니다. 센서 부착이 진동을 방해하는지, 광택면의 비접촉 온도 측정에 방사율 오차가 있는지도 검토해야 합니다. 연속 운전뿐 아니라 실제 사용 방식에 해당하는 가동·정지 반복과 재기동 후 응답을 비교합니다.
피부에 접촉하는 헤드는 평균 온도와 함께 국부적인 온도 분포를 확인합니다. 한 지점의 온도가 낮다고 접촉면 전체의 열적 상태를 대표하지는 않습니다. 접촉이 유지되는 조건과 일시적으로 해제되는 조건의 차이를 평가하고, 기기에 필요한 출력 제어·보호 동작과 연결합니다. 배터리 구동 제품이라면 같은 전달 출력에서의 입력 전력과 예정 사용 시간도 함께 검토합니다.
기존 조립 공진기의 동작 범위 5–55°C와 보존 범위 −20–85°C는 개발품의 정격 온도가 아닙니다. 보존 상한 85°C를 정상 운전 온도나 피부 접촉면 허용 온도로 사용할 수 없습니다. 개발품의 온도 한계와 보호 조건은 적용 기기의 요구 사항 및 별도 시험 결과로 설정합니다.
조립 편차가 공진 응답과 반복 생산에 미치는 영향
한 개의 시편에서 목표 응답을 얻는 것과 같은 조건의 시편을 반복 생산하는 것은 별도의 과제입니다. 접촉면 두께, 형상 편차, 체결부 위치와 지지 조건이 달라지면 같은 회로에서도 응답 분포가 달라질 수 있습니다. 공차는 가공 가능 여부뿐 아니라 공진 및 출력에 대한 민감도를 기준으로 배분해야 합니다.

접합부와 체결부의 동적 특성
접착 결합을 사용하는 압전 조립체에서는 접착층이 고정 기능과 함께 진동 전달 경로를 형성합니다. 접착층의 두께, 강성, 손실과 경화 상태가 공진 응답에 관여하므로 정적 접착 강도만으로 동적 성능을 판단할 수 없습니다. 실제 개발 구조에 접합부가 있다면 해당 방식에 맞는 전달 특성과 내구성을 평가합니다.
체결 구조는 조립 순서와 조임 조건, 접촉 상태의 재현성을 확인합니다. 시편을 분리했다가 다시 장착하는 반복 시험은 제조 편차와 장착 편차를 구분하는 데 도움이 됩니다. 동일한 부품이 재장착 후 다른 응답을 보인다면 형상 변경에 앞서 지지와 접촉 조건부터 검토할 필요가 있습니다.
외관 마감과 기능 치수의 분리 관리
연마로 곡면과 모서리의 형상이 달라지면 외관뿐 아니라 국부 두께와 접촉 조건도 바뀔 수 있습니다. 외관 승인 기준과 기능 치수를 따로 정하고, 최종 마감 상태에서 응답을 확인합니다. 내부의 체결·접합 면과 외부 접촉면은 각각의 기능에 맞는 관리 기준이 필요합니다.
접촉 매질과 세정에 대한 내구성
미용기기는 적용 방식에 따라 젤·화장품의 잔류와 반복 세정에 노출될 수 있습니다. 지정 매질과 세정 방법을 기준으로 표면, 접합부와 밀봉부의 변화를 평가하고 시험 전후의 공진·출력 응답을 비교합니다. 외관상 변화가 작더라도 전달 성능과 절연 상태 등 해당 구조의 기능 요구를 따로 확인해야 합니다. 방수·내약품 성능은 별도의 합격 기준과 시험 결과로 판단합니다.
개발 초기에는 응답에 민감한 치수와 조립 변수를 먼저 찾고, 그 결과를 도면 공차와 공정 조건에 반영하는 방식이 효율적입니다. 모든 치수를 일괄적으로 엄격하게 지정하면 비용은 증가하면서도 실제 출력 편차의 원인은 남을 수 있습니다.
적용 성능을 입증하는 단계별 비교 시험
비교 시험은 기존 기준품과 개발품에 같은 입력·장착·부하 조건을 적용하는 것에서 시작합니다. 기존 회로를 유지하는 비교와 각 소자에 맞춰 구동 조건을 조정한 비교는 별도로 표시합니다. 두 조건을 섞으면 직접 호환성과 최적화 후의 성능을 구분하기 어렵습니다.
| 비교 단계 | 통일할 조건 | 판단에 사용하는 결과 |
|---|---|---|
| 1. 조립 호환성 | 장착 기준, 공간, 체결과 접촉 상태 | 간섭, 장착 재현성과 접촉면 형상을 확인합니다. |
| 2. 저신호 응답 | 입력 레벨, 온도, 지그, 측정 기준면 | 주파수 응답과 모드, 전기 단자가 있는 경우 임피던스·위상을 비교합니다. |
| 3. 기존 보드 구동 | 전원, 파형, 주파수, 듀티, 케이블 | 전압·전류·유효전력, 구동부 부담과 보호 동작을 확인합니다. |
| 4. 사용 부하 출력 | 매질, 접촉력, 온도, 측정 위치 | 진동 분포와 적용 목적에 맞는 전달 출력·음장 분포를 비교합니다. |
| 5. 연속·반복 운전 | 목표 출력, 운전 시간, 가동·정지 주기 | 온도 상승, 공진 이동, 출력 유지와 재기동 응답을 확인합니다. |
| 6. 시편·제조 편차 | 제조 이력, 조립 조건, 시험 절차 | 시편 간 편차, 재장착 편차와 내구 시험 전후 변화를 구분합니다. |
합격 범위는 측정 결과를 본 뒤 유리하게 정하는 대신 적용 기기의 요구 성능으로 먼저 설정합니다. 측정값뿐 아니라 시험 장비의 교정 상태, 반복성, 측정 불확도와 시편 수를 함께 검토해야 작은 차이를 실제 개선으로 판단할 수 있습니다.
시편 식별번호, 도면 개정, 조립 조건, 회로 버전과 시험 이력을 연결하면 출력 변화의 원인을 추적할 수 있습니다. 개발 승인에는 대표 시편의 최상 결과보다 합의된 조건에서 반복적으로 충족하는 성능 범위가 중요합니다.
미용기기용 공진소자 개발 협의와 제작 조건
개발 협의에서는 소자의 품번만 전달하기보다 고객의 적용 요구를 구체화하는 편이 효과적입니다. 기존 보드 유지, 장착 공간 변경, 전달 출력 확보, 온도 상승 관리와 조립 공정 개선 중 무엇을 우선하는지에 따라 설계 범위가 달라집니다.
원가도 소자 단가만으로 비교하지 않습니다. 보드 변경, 매칭 부품, 조립 및 검사 시간, 기능 치수의 후가공과 최종 수율까지 같은 범위에서 검토해야 합니다. 구동 조건에 맞춘 설계 여유와 반복 생산성이 확보되어야 개발 단계의 성능이 양산 단계에서도 유지될 수 있습니다.
개발 검토에 필요한 입력 자료
- 적용 대상과 목표: 기준품 사양·시편, 개발 목적, 유지할 부품과 변경 가능한 범위를 정리합니다.
- 기존 구동 조건: 주파수 대역, 전압·전류 파형, 연속·버스트 운전, 듀티와 보호 조건을 정리합니다.
- 기구·접촉 조건: 3D 도면, 장착 공간, 체결 위치, 접촉면 형상과 사용 매질을 정리합니다.
- 출력·열 요구: 평가할 물리량, 부하 조건, 목표 출력, 운전 시간과 온도 관리 지점을 정리합니다.
- 양산 조건: 예정 수량, 승인 절차, 추적 관리와 반복 시험 요구를 정리합니다.
공개 가능한 인터페이스와 성능 요구를 먼저 협의한 뒤 상세 자료의 범위를 정할 수 있습니다. 기준품과 개발품을 같은 시험 조건으로 비교하면 기기 적용에 필요한 변경점과 검증 범위를 구체적으로 판단할 수 있습니다.
Resonator Development for Beauty Devices: Customer-Specific Piezoelectric Elements and SUS HEAD Modularization
GPN is working with specialist piezoelectric partners to develop customer-specific ultrasonic piezoelectric resonators for beauty devices and advance modularization with SUS HEAD. Skin-contact heads must maintain the required vibration and transmitted output as contact changes, while controlling temperature during repeated use. Electrical, mechanical and thermal behavior must therefore be evaluated together. The specifications below describe existing reference components, not verified ratings or demonstrated performance of the new design.
1. Development Scope and System Boundaries
Retaining the existing board requires compatible frequency, waveform, voltage, current and protection limits. Retaining the head requires compatible mounting, contact geometry and load paths. Driver redesign extends development to power supply, control and packaging. During use, head inclination, contact force and area can change. Tests must represent moving or stationary heads and continuous or intermittent operation, rather than only a rigidly fixed condition.
Resonance describes structural response, not the method of electrical-to-mechanical conversion. Measure electrical input at the assembly’s defined terminals; evaluate a structural resonant component within its excitation assembly. These boundaries support performance agreements without disclosing the internal operating structure.
2. Reference Disc and Assembled Resonator Specifications
The reference piezoelectric disc specifies thickness-mode resonance at 3,000 kHz ±5% (2.85–3.15 MHz) and resonance impedance of 30 Ω maximum, tested at 1 Vrms. Capacitance is 0.65 nF ±20% (520–780 pF), measured at 1 kHz, 1 Vrms and 25°C. Diameter is Ø8.10 ±0.15 mm; thickness is 0.70 ±0.05 mm, including the external electrodes. The combined flatness/parallelism entry is 30 μm maximum; applicable surfaces and measurement procedures require drawing-level definition.
A separate radial-mode requirement is (fa − fr)/fr ≥ 0.130 at 1 Vrms, where fa and fr denote antiresonance and resonance frequencies. This ratio is not an electromechanical coupling coefficient or conversion efficiency and belongs to a different mode from the 3 MHz thickness resonance. The 1 Vrms test level is neither a rated operating voltage nor a maximum permissible drive voltage.
The reference assembled resonator specifies fr1 = 1.0–1.4 MHz, fr2 = 2.7–3.3 MHz and fr3 = 9.5–11.0 MHz; the entry designated “resonance resistance 2 / Zr2” is 25 Ω maximum. Capacitance is 550 pF ±20% at 1 kHz, 1 Vrms and 25°C. These bands do not establish particular vibration modes or harmonic relationships.
Assembly inspection includes removing the protective film from the central Ø9 area of the radiating face, which is distinct from the disc diameter. The 650/550 pF and 30/25 Ω limits are separate specifications, not evidence of improvement through assembly. Operating and storage ranges of 5–55°C and −20–85°C, with storage humidity ≤85% RH, apply to the reference assembly. They are not new-product ratings or permissible skin-contact temperatures.
3. Resonance and Contact-Surface Motion
Base thickness, sidewalls, reinforcement, fastening and curvature influence mass and stiffness distribution. Mounting can change frequency and motion without changing overall dimensions. For a linearized single mode, the undamped natural frequency follows fn ≈ (1/2π)√(keff/meff). These modal quantities differ from total component mass and static stiffness. Damping, excitation, observation position and loading affect the measured response peak.
A large central displacement does not establish adequate motion across the working surface. Assess spatial amplitude, phase and motion direction. Noncontact vibrometry with suitable bandwidth and resolution supports mode identification and simulation validation. Narrow resonance can increase sensitivity to temperature or contact changes; evaluate quality factor alongside useful bandwidth, output and frequency control.
4. Compatibility with the Existing Drive Circuit
Similar resonance frequencies can coexist with different impedance and phase, changing current demand and terminal voltage. Include actual cables, connectors and matching networks. Near piezoelectric resonance, mechanical motion contributes to electrical response; capacitance measured at 1 kHz cannot alone predict MHz current or output.
Record impedance magnitude and phase, or resistance and reactance, across frequency. In lossy devices, minimum impedance, zero phase and maximum conductance need not coincide; use a consistent resonance definition. Apply instrument-specific fixture compensation and define the measurement plane. Distinguish component characterization from system tests including cables and matching circuits.
Real input power is the average of v(t)i(t). For sinusoidal steady-state operation, it is VrmsIrmscosφ. Pulsed or burst operation requires a defined averaging interval and duty cycle; voltage/current timing and phase errors also matter. Apparent power or an impedance limit cannot establish acoustic output. Measure transmitted output independently and assess driver and matching-component heating.
5. Skin Contact, Coupling Media and Output Distribution
Coupling medium, contact force, area and support conditions change load and damping. Air-test results require comparison with representative use conditions. Air gaps, coupling-layer variation and contact geometry affect transmission; polish alone does not establish good coupling. For gel-coupled devices, use the specified medium and control quantity, layer thickness, temperature and changes through repeated contact. Moving-head tests should represent surface curvature and contact-force variation.
Use equivalent film, medium, mounting and temperature conditions for reference and prototype. Surface displacement, local pressure and total acoustic power are distinct quantities. Calibrated hydrophones can characterize the ultrasonic field; a suitable radiation-force balance measures total acoustic power radiated into the test medium. Define position, direction, medium, reflection control and calibration. Water-tank output and transmission under skin-contact conditions have different load boundaries and require separate evaluation. Neither establishes cosmetic efficacy or human-use performance.
6. Contact Temperature and Repeated Operation
Low-signal compliance does not establish behavior at working amplitude or during continuous operation. Losses in the assembly and electronics generate heat, which can alter response and challenge fixed-frequency operation or tracking. Compare temperature rise at the same transmitted output and load: reducing voltage and output together is not evidence of improved efficiency.
Track input power, output, resonance and temperature from startup through operating cycles and restart. Contact-face, internal, joint and circuit temperatures can differ. Check local temperature distribution as well as averages, including maintained and interrupted contact, and relate findings to output control and protection. Sensor attachment must not disturb vibration; infrared measurements of polished surfaces require emissivity correction. For battery-powered devices, compare input power and intended runtime at equal transmitted output. Prototype temperature limits require separate verification.
7. Assembly Variation and Production Repeatability
A successful specimen does not establish production consistency. Thickness, shape, fastening and support tolerances should reflect resonance and output sensitivity. Where adhesive bonding is used, thickness, stiffness, loss and cure condition affect transmission; static strength alone is insufficient. This does not imply that a customer-specific design uses an adhesive joint.
Control fastening sequence, tightening conditions and contact repeatability. Removal and remounting tests help separate fixture variation from manufacturing variation. Final polishing can change local thickness, edges and contact geometry, so appearance acceptance and functional dimensions require separate controls. Verify response after final finishing rather than imposing uniformly tight tolerances without identifying sensitive features.
Where applicable, assess exposure to specified gels, cosmetic residues and repeated cleaning. Compare surfaces, joints, seals, resonance and output before and after testing, including electrical insulation where relevant. Small visual changes do not establish functional durability; waterproofing and chemical resistance require their own criteria and verification.
8. Comparative Validation and Acceptance
Compare reference and prototype under common input, mounting and load conditions. Report unchanged-board tests separately from tests optimized for each design. The sequence should cover assembly fit, low-signal response, existing-board operation, loaded output, sustained and cyclic operation, and variation between specimens and manufacturing histories. Include remounting repeatability and pre-/post-endurance measurements.
Define acceptance ranges from device requirements before examining results. Instrument calibration, repeatability, uncertainty and sample count determine whether a small difference supports an improvement claim. Link specimen identity, drawing revision, assembly conditions, circuit version and test history. Approval should reflect repeatedly achieved performance rather than the best result from a selected specimen.
9. Development Inputs and Manufacturing Scope
Development discussions require the reference specification and samples, application requirements, retained hardware and permitted changes. Supply drive waveforms, frequency range, duty cycle and protection conditions; mounting drawings and coupling conditions; output metrics, operating duration and temperature-monitoring locations; and production volume, approval and traceability requirements.
Cost comparison should include board changes, matching components, assembly and inspection time, functional finishing and final yield. Agreed interfaces and reproducible performance tests make the required changes and remaining validation work concrete without revealing confidential construction details.
추가 정보
주제 요약
미용기기용 공진소자의 적용 성능은 공진 주파수, 기존 회로와의 호환성, 접촉 부하의 전달 출력, 발열과 반복 생산성을 함께 평가합니다. 기존 압전소자 및 조립 공진기의 규격은 비교 기준이며 개발품의 시험 결과와 구분합니다.
핵심 포인트
- 단품의 3 MHz ±5%와 조립체의 2.7–3.3 MHz는 서로 다른 규격입니다.
- 1 Vrms는 참고 규격의 시험 입력이며 실제 기기의 정격 구동 전압이 아닙니다.
- 저신호 임피던스와 실제 구동의 전력·출력·온도를 연결해 평가합니다.
- 표면 진동, 음압 분포와 전체 음향출력은 각각 적합한 방법으로 측정합니다.
- 동일한 전달 출력에서 소비전력과 온도를 비교해야 발열 개선을 판단할 수 있습니다.
- 구동 구조를 공개하지 않아도 인터페이스, 시험 경계와 성능 요구를 기준으로 협의할 수 있습니다.
참고 규격의 세부 시험 조건
기존 압전 원판의 (+) 극성은 점 또는 십자 표시로 구분하며, 두께 0.70 ±0.05 mm에는 외부 전극이 포함됩니다. 반경 모드의 (fa−fr)/fr ≥ 0.130 조건에는 해당 모드의 주파수를 사용해야 합니다. 두께 모드의 3 MHz를 대입해 반공진 주파수를 산출하지 않습니다.
전극 접착 강도 항목은 2 kgf 초과 또는 공진자 표면이 뜯기는 파괴 형태를 판정 조건으로 제시합니다. 시험 준비 조건은 리드선 Ø0.5 mm, 납땜 영역 Ø2.0–3.0 mm, 납땜 온도 320°C 이하, 납땜 시간 3초 미만입니다. 이는 기존 소자의 전극 시험 조건이며 금속 헤드의 접착 강도, 새 공진소자의 허용 하중 또는 양산 납땜 조건으로 전용하지 않습니다. 시험을 재현하려면 인장 방향·속도와 지그 등 세부 조건을 추가로 확정해야 합니다.
조립 공진기 규격에는 임피던스 분석기 4194A 또는 4294A와 세 주파수 스캔 대역이 기재되어 있습니다. 다른 장비를 사용할 때는 시험 레벨, 주파수 분해능, 보정, 측정 기준면과 공진점 판독 기준의 동등성을 확인합니다. 정전용량은 단품과 조립체 모두 1 kHz, 1 Vrms, 25°C 조건이지만 명목값은 각각 650 pF와 550 pF로 다릅니다.
FAQ
기존 구동 보드를 그대로 사용할 수 있습니까?
기존 보드의 주파수·전압·파형에서 공진소자가 요구 출력을 내는지, 전류와 매칭 부품의 부담이 허용 범위에 있는지 확인해야 합니다. 주파수가 같다는 이유만으로 호환성을 보증할 수 없습니다.
자료에 있는 3 MHz 규격이 개발품의 확정 사양입니까?
기존 압전 원판의 참고 사양입니다. 개발품의 목표 대역과 합격 기준은 적용 기기의 요구 성능으로 정하고 시험으로 확인합니다.
기존 압전소자보다 발열이 낮다고 판단하는 기준은 무엇입니까?
동일한 전달 출력, 부하, 주변 온도와 운전 시간에서 입력 유효전력 및 각 측정 위치의 온도를 비교합니다. 출력이 함께 감소한 결과와 구분해야 합니다.
공진 주파수와 임피던스만으로 출력을 확인할 수 있습니까?
확인할 수 없습니다. 전기 입력과 기계적 응답을 확인한 뒤 적용 목적에 맞는 전달 출력·음장 분포를 별도로 측정해야 합니다.
형상이나 마감 변경도 공진 평가에 포함해야 합니까?
두께, 곡률, 체결과 접촉 상태가 변하면 응답과 전달 조건에 영향을 줄 수 있습니다. 최종 마감·조립 상태에서 재평가합니다.
개발 검토를 위해 어떤 자료부터 준비해야 합니까?
기준품 사양과 시편, 기존 구동 조건, 장착 도면, 목표 출력과 사용 부하를 우선 정리합니다. 공개 가능한 인터페이스부터 검토 범위를 협의할 수 있습니다.
관련 주제
공진 구조의 질량·강성 설계 · 임피던스와 위상 측정 · 진동 모드 분석 · 부하 조건의 음향출력 · 연속 운전 발열 · 접합부 전달 손실 · 장착 재현성 · 기능 치수의 공차 배분
관련 기술·서비스
관련 키워드
미용기기 공진소자, 고객 맞춤형 압전소자, SUS HEAD 모듈화, 공진소자 개발, 압전세라믹 규격, 공진 주파수, 임피던스, 진동 모드, 구동 회로 호환성, 초음파 출력, 접촉 부하, 발열 평가, 반복 생산성