KR100254396B1 - Conveyor type device poling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 강유전성 압전 세라믹스 소자의 분극을 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소자의 양산화를 위해 공기중에서 연속적으로 소자를 분극시킬 수 있는 연속 공정식 소자 분극 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for polarization of a ferroelectric piezoelectric ceramic device, and more particularly to a continuous process device polarization device capable of polarizing the device continuously in the air for mass production of the device.
일반적으로 평행판 콘덴서의 전극간에 균일한 전계가 가해진 경우 전극간에 유전체를 넣으면 정전 용량, 즉 축적 전하가 진공의 경우보다 증가한다. 이는 유전체를 구성하는 원자 또는 분자가 전계에 의해 그의 정전하(+e〔C〕)의 전기적 중심과 부전하(-e〔C〕)의 전기적 중심이 일치하지 않게 되기 때문이다. 이와 같은 상태가 되는 것을 유전 분극이라 한다.In general, when a uniform electric field is applied between the electrodes of a parallel plate capacitor, the insertion of a dielectric between the electrodes increases the capacitance, that is, the accumulated charge, than the vacuum. This is because the atoms or molecules constituting the dielectric do not coincide with the electrical center of their electrostatic charge (+ e [C]) and the electrical center of the negative charge (-e [C]) by the electric field. This state is called dielectric polarization.
한편, 일반적인 유전체에서 분극은 외부에서 가한 전계에 비례하나, 강유전체에서는 분극과 전계가 비례하지 않고 비직선성이며, 히스테리스 곡선으로 나타난다. 즉, 강유전체는 자발적으로 분극되어 방향성을 가진 각 입자들의 집단으로 이루어진 다수의 미소한 분역(domain)으로 형성되어 있다. 각 분역에서는 전계를 가하지 않은 상태에서 각 분자가 갖는 쌍극자가 전부 같은 방향으로 배열되어 서로 무질서한 방향으로 배열되어 있어 분극이 나타나지 않는다. 그러나 외부에서 전계를 가하면 이들 분역중 전계방향으로 향하고 있는 분역의 이웃 분역이 회전하여 전계와 같은 방향이 되고, 이와 같은 분역이 차츰 성장하여 강전계에서는 결국 전부가 단일 분역을 형성하게 된다. 분역의 이동에는 에너지를 요구하며 항전력을 능가하는 고전계가 가해지면 분역들은 외부전계를 제거하여도 원래의 상태로 돌아가지 않고 다수의 분역들이 동일한 방향을 유지하는 잔류분극이 남는다.On the other hand, in general dielectrics, polarization is proportional to an externally applied electric field, but in ferroelectrics, polarization and electric field are not proportional to each other and are nonlinear, and are represented by hysteresis curves. In other words, the ferroelectric is spontaneously polarized and is formed of a plurality of minute domains composed of groups of particles having directivity. In each domain, the dipoles of each molecule are arranged in the same direction without any electric field, and are arranged in a disordered direction. However, when an electric field is applied from the outside, neighboring divisions of the divisions facing the electric field direction among them are rotated in the same direction as the electric fields, and these divisions gradually grow to form a single division in the strong electric field. When the movement of a region requires energy and a high electric field surpassing the electric power is applied, the divisions do not return to their original state even if the external electric field is removed, but a residual polarization remains in which the multiple regions remain in the same direction.
이처럼 강유전체에 방향성을 부여하기 위해 외부에서 고전계를 걸어주는 공정을 분극(poling)공정이라 하며, 일반적으로 분극공정은 잔류분극을 가질 수 있도록 하기 위해 항전력 이상의 고전압을 가하고, 분역 이동으로 인한 기계적 응력을 줄이기 위해 열처리 공정을 병행한다. 또한, 분역 이동이 단번에 이루어지는 것이 아니라 일정시간에 걸쳐 이루어지므로 외부에서 고전압, 열을 가하면서 일정시간 유지해야 한다.As such, the process of applying a high electric field from the outside to give direction to the ferroelectric is called a polarization process. In general, the polarization process applies a high voltage more than a constant power to have residual polarization, The heat treatment process is performed in parallel to reduce the stress. In addition, because the divisional movement is not performed at once but is made over a certain time, it must be maintained for a certain time while applying high voltage and heat from the outside.
일반적으로 분극 장치는 항전력 이상의 고전계를 발생시키는 고전압원, 승온 및 누설전류를 막기 위한 챔버(chamber), 소자를 고정할 수 있는 지그(zig)로 구성되어 있다.In general, the polarization device is composed of a high voltage source that generates a high electric field of constant power or more, a chamber for preventing the temperature rise and leakage current, and a jig for fixing the device.
도 1은 종래의 소자 분극 장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도로서, 승온 및 누설전류를 막기 위해 설치되는 챔버(5) 내부에 미도시된 고전압원의 고전계를 인가하는 전극부(2), 지그 프레임(3), 소자(1)의 지지 및 소자(1)의 전면에 고전계를 인가하기 위한 리이드부(4)로 구성된다. 상기 리이드부(4)는 소자(1)의 지지와 전기적 접촉을 용이하게 하기 위해 상하방향으로 신축성을 갖도록 구성된다.1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional device polarization apparatus, including an
이와같은 종래의 소자 분극 장치는 챔버(5)에 절연유를 충진시키고 그속에 지그를 담근 상태에서 분극공정을 진행한다. 보통 1 회에 수십개 미만의 소자(1)를 고정시킨 상태에서 전계를 가하여 분극공정을 수행하고 있다.The conventional device polarization device performs the polarization process while filling the
이처럼, 지그를 챔버(5) 내의 절연유 속에 담가서 분극하는 방법은 분극후 절연유 세척 공정을 실시해야하므로 이를 단순화하는 방안으로 대기 중에서 분극공정을 실시하는 기술이 개발되었다.As such, a method of polarizing the jig in the insulating oil in the
한편, 공기중에서 분극하는 경우 일반 대기압하에서는 누설전류가 발생하게 되며, 이를 해결하기 위해서는 챔버(5)를 가압하여 소정압력 이상으로 유지해야한다.On the other hand, in the case of polarization in air, a leakage current is generated under normal atmospheric pressure. To solve this problem, the
그런데 종래의 소자 분극 장치는 1 회의 분극공정을 수행하기 위해서 분극 장치를 정지시키고 각각의 리이드부(4)에 소자(1)를 삽입하여 진행해야 하며, 소자(1)의 분극이 완료된 다음에도 분극 장치를 정지시키고 분극된 소자(1)를 수거해야 하므로 대량의 소자(1)를 필요로 하는 양산화 공정에서는 매우 불편한 공정이며, 생산속도가 매우 떨어지는 단점이 있었다.However, in the conventional device polarization device, in order to perform one time polarization process, the polarization device must be stopped and the
특히, 1 회 분극때마다 챔버(5)에 새로운 승온 및 가압공정을 수행해야하므로 양산성이 떨어지는 단점이 있다.In particular, since a new temperature raising and pressing process must be performed in the
따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 단점을 극복하기 위한 것으로, 대량의 소자를 생산하는 양산화 공정에 적합하게 소자 분극 공정을 공기중에서 연속적으로 진행할 수 있는 이송식 분극 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transfer polarization apparatus capable of continuously proceeding the device polarization process in air, which is suitable for mass production process for producing a large amount of devices.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 지그를 지지하는 프레임과; 상기 프레임의 일단에 설치되는 다수의 리이드부와; 상기 각 리이드부의 단부에 설치되는 전도성 롤러와; 소자가 상기 전도성 롤러의 하방에 연속적으로 이송할 수 있도록 설치되는 이송부와, 상기 이송부 위에 소자를 내장하며 가압할 수 있는 공간이 마련되어 설치되는 캡과, 상기 리이드부 및 상기 이송부에 고전계의 외부전압을 인가할 수 있도록 전기적으로 연결되는 전극부로 이루어진 이송식 소자 분극 장치를 제공한다.The present invention for realizing the above object is a frame for supporting the jig; A plurality of lead portions installed at one end of the frame; A conductive roller installed at an end of each lead portion; A transfer unit installed so that the element can be continuously transported below the conductive roller, a cap provided with a space in which the element is embedded and pressurized, and an external voltage of a high electric field in the lead unit and the transfer unit. It provides a transfer element polarization device consisting of an electrode portion electrically connected to apply.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
도 1은 종래의 소자 분극 장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도,1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional device polarization apparatus;
도 2는 본 발명에 따른 이송식 소자 분극 장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the structure of the transfer element polarization device according to the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 ; 프레임 12 ; 리이드10;
14 ; 롤러 16 ; 이송부14;
18 ; 전극부 20 ; 캡(cab)18; Electrode
22 ; 전극면(하부) 24 ; 전극면(상부)22; Electrode surface (lower) 24; Electrode side (upper)
26 ; 탄성체26; Elastomer
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 소자 분극 장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a device polarization apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 소자 분극 장치의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the structure of the device polarization device according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명은 프레임(10), 리이드부(12), 전도성 롤러(14), 이송부(16), 캡(cab;20) 및 전극부(18)를 포함하여 이루어진다.As shown, the present invention comprises a
지그를 지지하는 프레임(10)이 가로방향으로 고정되어 설치되고, 상기 프레임(10)의 일단에 다수의 리이드부(12)가 일정한 간격으로 배열되어 설치된다.The
상기 각각의 리이드부(12)의 단부에는 회전가능한 전도성 롤러(14)가 설치된다. 또한, 전도성 롤러(14)에 상하방향으로 신축성을 부여할 수 있도록 리이드부(12)는 상하방향으로 일정길이의 탄력성을 갖도록 설치된다.At the end of each
상기 이송부(16)는 다수의 전도성 롤러(14)의 하방과 소정 거리 이격되어 다수의 롤러(14)를 순차적으로 지나칠 수 있도록 설치된다.The
한편, 상기 이송부(16) 위에는 일정간격으로 분극공정을 거쳐야 하는 소자(1)를 내장한 캡(20)이 안착된다. 상기 캡(20)은 밀폐된 공간을 이루어 가압에 의해 대기압보다도 높은 압력을 유지할 수 있다. 특히 캡(20) 상하부에는 각각 전극면(22,24)이 형성되어 리이드선과 연결되어 캡(20) 내부에 존재하는 소자(1)에 전압을 인가할 수 있도록 되어있다.On the other hand, a
한편, 캡(20)속에 내장되어 이송되는 소자(1)가 전도성 롤러(14)와 이송부(16) 사이에 안정적으로 접촉할 수 있도록 전극면(22)과 소자(1) 상부를 전도성 금속제로 연결하되, 상기 전도성 금속제가 탄성력을 갖는 탄성체(26)로 이루어는 것이 바람직하다.Meanwhile, the
한편, 상기 리이드부(12) 및 상기 이송부(16)에 고전계의 외부전압을 인가할 수 있도록 전기적으로 연결되는 전극부(18)가 설치되며, 전극부(18)는 도면상 미도시되어 있으나 고전계를 발생시키는 고전압원과 전기적으로 연결된다.On the other hand, the
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the present invention will be described.
전극부(18)를 통해 고전압이 인가되면 리이드부(12)에 연결된 롤러(14)와 이송부(16) 사이에 고전계가 형성된다.When a high voltage is applied through the
이송부(16)는 연속적으로 롤러(14)와 일정 간격을 유지하면서 리이드부(12)가 배열된 방향을 향해 이송된다.The
한편, 캡(20)에 소자(1)를 넣고 대기중에서 분극 공정시 누설전류가 발생되는 것을 억제하기 위해 가압하여 대기압보다 높은 압력을 유지할 수 있도록 한다. 또한, 소자(1)는 전극면(24)과 그 하부가 접촉되며, 상부는 전도성 금속제로 이루어진 탄성체(26)를 매개로 전극면(22)과 연결된다.On the other hand, the element (1) in the
이와같이 가압한 캡(20)을 이송부(16) 상면에 올려 놓으면 소자(1)를 내장한 캡(20)은 하부에 설치된 전극면(24)이 이송부(16)에 전기적으로 연결된 상태로 이송부(16)와 함께 이송되면서 첫 번째 위치한 롤러(14)의 저면을 통과한다.When the
이때, 캡(20) 상부에 설치된 전극면(22)이 롤러(14)와 접촉되면서 소자(1)에 고전계가 발생된다. 한편, 리이드부(12)는 롤러(14)의 외주면이 안정적으로 소자(1)에 접촉될 수 있도록 신축적으로 움직여 적당한 압력으로 접촉상태를 유지하도록 한다.At this time, a high electric field is generated in the
이와같은 상태에서 소자(1)는 내부의 분역(domain)중 전계방향으로 향하고 있는 분역의 이웃 분역이 회전하여 전계와 같은 방향이 되고, 이와 같은 분역이 차츰 성장하여 결국 전부가 단일 분역을 형성하게 된다.In this state, the
한편, 첫 번째 소자(1)를 내장한 캡(20)이 두 번째 리이드부(12)를 통과할 때 두 번째 소자(1)를 내장한 캡(22)이 첫 번째 리이드부(12)를 통과하게 되며, 동작 및 소자(1)의 분극 과정은 전술한 바와 같이 동일하게 이루어진다. 이와같이, 하나의 소자(1)가 다수의 리이드부(12)를 완전히 통과하고 나면 소자(1)의 분역들은 외부전계를 제거하여도 원래의 상태로 돌아가지 않고 다수의 분역들이 동일한 방향을 유지하는 잔류분극이 남게 되어 분극 공정이 완료된다.On the other hand, when the
이처럼 본 발명에 따른 소자 분극 장치는 연속적으로 소자를 공급하면서 분극 공정이 이루어지므로 분극공정 중에 소자를 공급하기 위해 분극 장치를 정지시킬 필요가 없으며, 분극 공정이 완료된 다음에도 분극된 소자를 수거하기 위해 분극 장치를 정지시킬 필요가 없어 양산화에 유리하다.As described above, the device polarization device according to the present invention does not need to stop the polarization device to supply devices during the polarization process while continuously supplying devices, and to collect the polarized devices even after the polarization process is completed. There is no need to stop the polarizer, which is advantageous for mass production.
특히, 종래의 지그 자체를 내장하는 챔버 대신에 소자(1)만을 내장할 수 있는 캡(20)을 채용함으로써 승온 및 가압공정이 단순화된다.In particular, the temperature increase and pressurization process is simplified by employing a
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.In the above description, it should be understood that those skilled in the art can make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as it merely illustrates a preferred embodiment of the present invention.
이와같이 본 발명의 이송식 소자 분극 장치에 따르면 공기중에서 분극 공정이 단절됨이 없이 연속적으로 진행될 수 있어 작업 공수 및 생산에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 소자를 대량으로 생산하는 양산화 공정에 적용할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.As described above, according to the transfer device polarization device of the present invention, the polarization process can be continuously performed in the air without interruption, thereby reducing the time required for labor and production, and can be applied to the mass production process for mass production of devices. It can bring an effect.
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