KR100388422B1 - 압전액추에이터또는모터,여기에사용되는방법및그제조방법 - Google Patents

압전액추에이터또는모터,여기에사용되는방법및그제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100388422B1
KR100388422B1 KR10-1998-0707656A KR19980707656A KR100388422B1 KR 100388422 B1 KR100388422 B1 KR 100388422B1 KR 19980707656 A KR19980707656 A KR 19980707656A KR 100388422 B1 KR100388422 B1 KR 100388422B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
actuator
motor
monolithic
module
modules
Prior art date
Application number
KR10-1998-0707656A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000005033A (ko
Inventor
맷스 벡셀
스테판 조한손
Original Assignee
피조모터스 업살라 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피조모터스 업살라 에이비 filed Critical 피조모터스 업살라 에이비
Publication of KR20000005033A publication Critical patent/KR20000005033A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100388422B1 publication Critical patent/KR100388422B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0095—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing combined linear and rotary motion, e.g. multi-direction positioners
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/202—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/501—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane parallel to the stacking direction, e.g. polygonal or trapezoidal in side view
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
    • H10N30/505—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view the cross-section being annular

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계 재료를 포함하여, 본체에 대한 운동이 소 단계의 비공진 반복에 의해 생성되는 액추에이터 또는 모터를 개시하고 있다. 상기 액추에이터 또는 모터는 상기 전기 기계 재료에 집적된 전극을 지닌 하나 이상의 모놀리식 모듈을 포함한다. 상기 모놀리식 모듈은 하나 이상의 수동부(1) 및 2 개 이상의 능동 소자(2)를 가짐으로써, 능동 소자(2)에 있는 2개 이상의 독립된 접점은 이동하는 본체에 제공된다. 상기 접점은 상기 모놀리식 모듈의 상기 수동부(1)에 대하여 2 개 이상의 독립된 방향으로 서로 독립적으로 위치 설정이 가능하다. 상기 모놀리식 모듈은 단독으로 또는 다른 모듈과 조합하여 상기 본체에 대한 운동을 생성하기 위해 이용된다. 액추에이터 또는 모터의 제조 방법은 기하학적 형상을 상기 전기 기계 재료의 그린 본체에 복제하는 단계를 포함한다.

Description

압전 액추에이터 또는 모터, 여기에 사용되는 방법 및 그 제조방법{PIEZOELETRIC ACTUATOR OR MOTOR, METHOD THEREFOR AND METHOD FOR FABRICATION THEREOF}
크기 범위가 수 mm 미만인 고성능 모터에 대한 많은 수요가 존재하지만, 이런 종류의 모터는 선형(線形) 및/또는 회전 운동을 생성시킬 수 있다. 이러한 종류의 모터는 고정밀도를 가지면서 대출력(large forces)을 발생시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 모터에서 신뢰성이 있고 염가인 모터는, 예컨대, 카메라, 하드 디스크, CD 플레이어 등을 구동하는 데에 필요하기 때문에, 잠재적인 시장 규모는 매우 크다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 펌프 등의 의료 기구의 분야에서도, 이러한 모터에는 큰 관심을 갖고 있다.
현행 기술에서는, 전기 기계 재료에 의한 여러 가지의 장치가 존재한다. 전기 기계 재료는, 전기장에 의하여 영향을 받을 때 그의 형상을 변화시키는 흥미 있는 특성을 갖고 있다. 그러므로, 베이스 플레이트(base plate)에 고정된 전기 기계 재료편(材料片)은, 그 재료에 전기장이 인가할 시에 그 재료의 고정되지 않은 표면을 이동시킨다. 이러한 운동, 수축 또는 신장은 상이한 형태의 모터 또는 액추에이터를 구성하는 데에 이용될 수 있다.
1 센티미터 이상의 범위의 크기의 모터에 대해 때때로 이용되는 기술은 초음파 모터 기술로서 지칭된다. 동일한 종류의 장치에 대해 때때로 이용되는 기타의 용어는 공진, 진동, 진행파(進行派) 또는 충격식(impact) 모터 장치이다. 일반적으로, 이러한 모터에서는, 전기 기계 재료는 그 자체, 및 보통 금속 블록인 고체편 재료에 공진 진동을 인가한다. 예컨대, 진행파 모터에서는, 금속 블록의 돌출부는 타원형의 운동을 하게 하고, 이 돌출부와 접촉해 있는 다른 물체는 이 운동에 따라서 움직이게 된다. 이것이 소형 모터로 진행하면, 이런 운동이 너무 작게 되어, 제어할 수 없는 표면 토포그래피(topography) 등에 의하여 제한되기 때문에, 이러한 기술은 불리하다.
전기 기계 재료에 의한 소형 모터에 대한 보다 적절한 접근 방법은, 고유 공진의 동작을 차단하는 장치를 이용하는 것이다. 이러한 모터에 대한 요구를 만족시키는 고 전의를 갖는 하나의 특정 작동 원리는 인치웜(Inchwormⓡ) 형태의 모터(M. Bexell, A.-L. Tiensuu, J-A. Schweitz, J. Sderkvist, and S. Johansson, Sensors and Actuators A, 43 (1994) 322∼329)가 있다. 그 운동은, 곤충의자벌레(insect inchworm)와 유사한 방식으로 소 단계를 반복함으로써 발생되므로 인치웜이라는 이름이 있다(The micromachining book. Fishers, NY: Burleigh Instruments, Inc.(1990)). 이 운동의 원리는, 본 출원의 이하 부분에서, 상술한 초음파 기술과 구별되는 "비 공진 단계(non-resonance step)" 기술로서 지칭한다. 전기 기계 재료의 부분도 또한 PZT(piezoelectric transducer; 압전 변환기)로서 지칭될 수 있다.
이러한 운동의 원리는 단순하다. 이동하는 본체는 두 개의 갈고리(claw) 사이에 지지되고, 이동하는 본체의 각 측에는 상기 갈고리의 각각이 존재한다. 각 갈고리는 이동하는 본체에 실질적으로 평행한 세로 방향의 PZT 편으로 이루어져 있고, 각 단부에는 가로 방향의 PZT가 존재한다. PZT는 금속의 본체 상에 조립된다. 모든 가로 방향의 PZT는 개시 위치에서 에너지가 공급되어 신장되면, 이동하는 본체를 파지(grip)하고, 대향하는 2 개의 전면 가로 방향의 PZT가 재수축되면, 이동하는 본체의 파지를 느슨하게 한다. 전기장이 세로 방향의 PZT에 인가되면, 그의 길이를 신장하고, 그 후에 전면의 가로 방향의 PZT가 다시 신장하게 되면, 이동하는 본체를 새로운 위치에서 파지한다. 후방의 가로 방향의 PZT는 이동하는 본체의 파지를 느슨하게 하고, 세로 방향의 PZT는 다시 수축하도록 하며, 이후에 후방의 PZT는 다시 상기 본체를 파지한다. 이러한 사이클의 결과, 이동하는 본체는 두 개의 갈고리에 대하여 이동한다는 것이다.
상기 액추에이터의 동작을 제어하기 위해서는 전자 제어 장치가 필요하다. 전자 장치는 상이한 PZT에 적절한 전압을 적절한 순서로 공급해야 한다. 이러한 전압의 시퀀스(sequence)는 매우 고속으로 반복될 수 있으므로, 단계의 크기가 작음에도 불구하고 비교적 고속의 운동을 획득할 수 있다.
비 공진 단계의 원리에 의한 기존 제품의 개발을 제한하는 어느 정도의 중대한 요인이 있다. 이러한 제한 중에는, 개별 작동 소자를 충분히 스트로크(stroke)시키기가 곤란하고, 시스템에서 상기 소자 및 기타 부품을 고 정밀도로 조립하기 위한 경비가 고가이라는 점이다. 이러한 문제에 대한 몇 가지 해결책이 요한슨(Johansson)에 의한 스웨덴 특허 출원 제9300305-1호에 제시되어 있다. 적어도 두 개의 축의 운동 능력을 갖는 작동 소자를 이용함으로써, 소자의 수가 감소되었다. 동시에, 상기 소자 내의 내부 레버(lever)(예컨대, 바이모르프(bimorph))에 의한 운동이 확대되어, 이것에 의해 설계 시의 자유도가 증대한다. 이러한 착상에 따라, 소형 모터가 구축되었고, 예측한대로 원하는 고 토오크 및 운동 능력을 지닌 것이 판명되었다(M. Bexell and S. Johansson, Transducers, Stockholm, Sweden (1995) 528 - News).
상술한 해결책에 의하면, 다른 본체에 대한 운동은 하기의 방식으로 달성된다. 전기 기계 재료로 된 4 개의 능동 소자는 통상 실리콘으로 제조된 수동 베이스 플레이트 상에 장착되고, 이동하는 본체는 돌출하는 능동 소자에 대하여 지지된다. 모든 소자는, 수직 방향으로 분할된 PZT의 2 개의 피제어부로 구성되고, 상기 2 개의 피제어부는 양자 모두 베이스 플레이트와 이동하는 본체 사이에서 신장한다. 전압을 인가하여, 상기 PZT의 제 1 부분에 대해서 수평 방향이지만, 다른 부분에 대해서는 수평 방향이 아닌 방향으로 전기장을 발생시키며, 한 부분은 수직 방향으로수축하는 경향이 있지만, 다른 부분은 변하지 않는다. 이런 2개의 부분이 기계적으로 하나의 편(piece)으로 통합되어 있기 때문에, 능동 소자는 이 후에 활동적인 부분의 측으로 구부러진다. 상기 부분의 모두가 에너지의 공급을 받으면, 소자 전체는 수축하며, 제 2 PZT에만 전압이 인가되면, 소자는 다른 방향으로 구부러진다. 상이한 부분에서 전압을 변경시킴으로써, 능동 소자의 상부의 접점은 사방형(斜方形)의 영역(rhombic area) 내에서 임의의 경로를 따라 진행한다. "접점"은 물론 수학적 의미에서의 점이 아니고, 실제적인 기하학 및 수직력(normal force)에 의존하는 작은 "접촉 영역"이며, 이러한 표현은 본 명세서에서 동의(同義)어의 형태로 사용된다.
서로 잇따라 배열된 4 개의 능동 소자를 측방향으로의 운동 방향으로 이용함으로써, 본체 상의 운동 작용이 달성될 수 있다. 제 1 및 제 3 소자를 동상(同相)으로 이동시키고, 제 2 및 제 4 소자를 위상을 다르게 이동시킴으로써, 상기와 유사한 비공진 단계 운동이 달성된다.
현재에, 이러한 모터는, 현재 공진된 모든 소형 모터(miniature motor) 중에서, 체적당 토오크가 가장 크다. 본 발명의 근원인 이러한 구성으로도 결점이 있다. 종래의 특허 출원에서, 모터는, 예컨대, 기판 상에 탑재된 능동 소자로 구성되어 있고, 통상적으로 조립 방법으로서 납땜을 사용하였다. 이것은 상당히 시간이 걸리는 작업으로서 값이 비싸다. 그러나, 대부분의 응용 분야에서는 각 모터의 가격이 매우 낮은 것을 요구한다.
상기의 특허 출원에서는, 바이모르프(bimorph) 또는 멀티바이모르프의 소자를 이용하여 2-축 운동 및, 그와 동시에 스트로크 확대 가능성을 획득하였다. 단일 클램프된(clamped) 바이모르프의 결점은, 힘의 용량이 이상적인 레버와 비교해서 크게 감소되는 것이고, 이는, 상당한 힘을 필요로 하지 않을 시에 이러한 형태의 소자가 통상적으로 위치 지정에 사용되는 이유이다. 이중(二重) 클램프된 바이모르프, 곡선형의 막(膜) 또는 아치형의 구조물은, 미국 특허 제5,589,725호에 개시되어 있는 바와 같이, 주어진 스트로크 확대를 위한 더욱 양호한 힘 용량을 갖는다. 그러나, 이러한 레버리지(leverage) 구조에 대해 완전히 만족시키는 어떠한 설계도 아직 제시되지 않았다. 그것들은 제조(예컨대, 조립 작업) 경비가 너무 비싸거나, 성능이 불충분하다.
소형 모터에 대한 하나의 중요한 응용 분야는, 카테테르(catheter)형의 기구 (의료용)이다. 문제는 길고 좁은 관(tube)의 형상을 어떻게 해서 제어하는 가에 있다. 관 자체를 기구로 하거나, 또는 기타의 카테테르형의 기구의 보조 기구로 하는 가에 있다. 직경 5mm 미만의 크기의 관형 구조물의 운동을 제어하는 방법에 대한 몇 가지 제안 또는 예만이 존재한다. 모든 제안은 명백한 결점을 갖고 있다. 운동이 너무 늦고, 관이 너무 약하거나, 또는 과도한 열을 발생시킨다.
종래에는, 압전 재료의 다층 구조물은 하기의 방식으로 제조된다. 압전 분말 및 폴리머 결합제의 혼합물을 테이프 주조(tape casting)하여 그린 테이프(green tape; 미처리된 테이프)를 제작한다. 금속 페이스트(paste)를 그린 테이프 상에 스크린 인쇄하여 전극 패턴을 형성한다. 이런 테이프를 적층하여 다층 구조물을 형상한 후에, 이 구조물을 2 개의 단계, 즉, 폴리머를 번-아웃(burn-out)하는 제 1 단계 및, 소결(燒結)시키는 제 2 단계로 열 처리하여, 모놀리식 유닛(monolithic unit)을 생성시킨다. 그의 외부 형상은, 가장 일반적으로, 그린 상태(green state)에서 날카로운 쐐기(sharp wedge)로 절단되지만, 드릴링, 절단 및 펀칭 등의 기타 성형 기술도 함께 이용될 수 있다. 소결 후에, 상이한 전극층에 대한 접점(contacts)을, 이런 전극층에 직교하는 측면 상에 금속 페이스트를 인쇄하거나 페인팅하여 형성하고, 그 후에 페이스트를 열처리하여 금속을 형성한다.
소형 모터에 대한 장래의 응용 분야의 주요 부분에서는, 제조 비용이 염가이어야 한다. 현재의 미세 제조 기술은 오히려 비싸고, 염가의 능동 부품을 제조하기에는 적절하지 않다. 주 필요성은, 전기 활성 재료의 층간 전기 접속 및 전극의 패턴 형성이다.
본 발명은 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계(electro-mechanical) 재료를 포함하는 소형 모터 및 액추에이터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다른 본체에 대한 운동이 소 단계(small step)의 반복에 의해 생성되는 모터 및 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 모터의 구동방법 및 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 육각형의 모놀리식 구조물의 양호한 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 제어 가능한 형상을 지닌 관 형태의 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 연동(; peristaltic)의 내부 운동을 하는 동심(同心)의 내부관을 포함하는 도 2의 실시예의 변형예를 도시한 것이다.
도 4는 회전 운동 및 선형 운동을 조합하도록 하는 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 주어진 스트로크 확대를 위한 힘 용량을 개선하는 아치형 구조물을 도시한 것이다.
도 6은 전기 활성 테이프의 형상을 형성하기 위한 압연 공정을 도시한 것이다.
도 7은 전극층을 코팅한 전기 활성 재료의 가소적(可塑的) 변형된 테이프의 최종적인 형상의 일부를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따라 액추에이터를 제조하는 추가적인 방법을 도시한 것이다.
도 9는 개시 재료로서 이용되는 박막 내의 정렬(alignment) 형상을 도시한 것이다.
본 발명의 하나의 목적은, 비 공진 단계의 원리를 이용하여, 가능한 한 소수의 개별 소자를 포함하는 모터 또는 액추에이터를 제공하여, 장치의 운동의 정밀도를 유지하거나 개선하기 위한 것이다. 또한 본 발명의 목적은 이러한 모터 또는 액추에이터의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 더욱 소형화될 수 있는 모터 또는 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광범위의 합성 운동을 달성할 수 있는 모터 또는 액추에이터를 제공하는 것이다.
상기의 목적들은 청구항 1에 의한 모터 또는 액추에이터에 의하여 달성된다.액추에이터 또는 모터는, 소 단계를 반복적으로 실행함으로써 운동이 생성되는 운동 작용을 부여하는 전기 기계 재료를 포함한다. 액추에이터는, 전기 기계 재료에 집적된 전극을 갖는 하나 이상의 모놀리식 모듈을 포함한다. 본 명세서에서, "모놀리식" 이라는 용어는, 열처리에 의하여 최종적으로 집적되는 하나의 단일의 일체적인 본체, 예컨대, 상이한 재료의 소결된 블록을 의미한다. 액추에이터는, 이동하는 본체와 함께 2 개 이상의 접점을 갖고 있으며, 이런 접점은, 2 개 이상의 독립된 방향으로 상기 모놀리식 모듈 내의 수동부에 대하여 서로 독립적으로 위치될 수 있다. 상기 모듈은, 단독으로 또는 기타의 모듈과 조합하여, 다른 본체를 이동시키는 데에 이용될 수 있다.
본 발명에 의한 제조방법은, 전기 기계 재료 등의 세라믹 본체 내의 복잡한 전극을 배치시키는 방법으로서, 상기 방법은, 기하학적 형상을 전기 기계 재료의 입자를 지닌 폴리머 테이프에 복제하는 단계를 포함한다. 이러한 복제 단계에 의해, 상기 모듈의 3차원 패턴화가 달성된다.
본 발명의 양호한 실시예는 도 1에 예시되고, 도 1에는 모든 능동 소자를 집적하는 모놀리식 모듈이 개시되어 있다. 모놀리식 모듈은, 보다 큰 육각형의 기계적 수동부(1) 및 능동 소자(2)에 관해서 설명될 수 있으며, 이것들은 모두 모듈의 일체 부분이다. 그러므로, 이들 부분이 모두 모놀리식 모듈을 형성하기 때문에, 도 1에 도시된 어떤 부품도 해체할 수 없다. 능동 소자(2)는, 상기 모듈에 대하여 이동하기로 되어 있는 본체의 표면과 접촉하거나 또는 적어도 표면의 부근에 있도록 배치된다(도면에 도시되지 않음).
각 소자(2)는, 통상 다층 구조물인, 양호하게는 압전성의 전기 기계 재료로 구성된다. 전기 기계 재료는, 그것에 인가되는 어떤 전기장에 반응한다. 전압을 인가할 시에 큰 형상을 변화시키기 위하여, 전기장은 재료의 각 부분에서 높은 값이어야 한다. 다층화되지 않은(nonlayered) 재료의 경우, 단일 전압을 구조물 전체에 인가하여야 하는데, 그 이유는 요구되는 전압이 높아야 하기 때문이다. 다층화(layered) 구조물의 이점 중 하나는 특정의 전기장을 달성하는 데 필요한 전압이 낮아진다는 것이며, 이것은, 예컨대, 구동 전자 장치를 지닌 구조물의 정합을 바란다. 이것은, 전극층 및 접지층을 재료 내부에 도입합으로써 달성된다. 각 전극에 비교적 저전압을 인가할 시에, 국부적인 전기장은 큰 형상 변화에 충분한 정도로 높을 수 있다.
이러한 다층화 구조물의 가능한 구성은 도 1의 상부에 도시되어 있고, 여기에, 소자 중 하나의 확대된 스케치가 도시된다. 전기적 접점(17Ⅰ 내지 17Ⅵ)은 전극(16Ⅰ 내지 16Ⅵ)에 접속되고, 접지 접점(17 0)은, 도면에서 전기 기계층 간의 접지층(16 0)에 접속되어 있다. 도면에서, 전기 기계 재료는 실제로 투명하지는 않지만, 전기 기계층은 명확하게 나타내기 위하여 투명한 체적으로 나타내었다. 전극, 접점 등을 포함하는, 확대도에 도시된 전체의 부분은 전체의 모놀리식 모듈의 일체화된 부분이다.
상기의 능동 소자(2)의 구성에서는, 각 능동 소자(2)를 3 개의 독립된 방향으로 이동시킬 수 있다. 동일한 전압을 모든 전극(17Ⅰ 내지 17Ⅵ)에 인가함으로써, 능동 소자(2) 전체가 그 높이를 연장하며, 즉, 이동되는 본체에 대한 접점이 상향으로 이동된다. 예컨대, 전압을 전극(17Ⅰ 및 17Ⅱ)에 인가함으로써, 전기 기계의 대응하는 부분의 높이가 연장하도록 하는 반면에, 기타 부분은 변화되지 않는다. 도면에서, 이러한 상황은, 능동 소자(2)를 내향(內向)으로 기울게 하여, 접점을 내향에서 약간 상향으로 이동시킨다. 마찬가지로, 전압을 전극(17Ⅱ 내지 17Ⅳ)에 인가함으로써, 능동 소자(2)는 도 1에서 좌측으로 구부러지게 된다. 이러한 운동을 조합함으로써, 능동 소자(2)의 접점을 어떠한 제한치 내에서 임의의 방향으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 도 1에 예시한 전극 구성을 이용함으로써, 소자의 상부 표면이 기판에 대해 공간 내에서 임의의 방향으로 이동되도록 한다. 예컨대, 도 1의 A 및 B와 같이 배치된 2 개 이상의 독립된 세트의 능동 소자가 있다면, 모듈은 비 공진 단계의 기술 타입의 모터에 용이하게 이용될 수 있다.
이러한 운동의 한 예는 회전 운동이다. 이동되는 본체가, 활동적이지 않을 때, 각 소자(2)에 대하여 하나의 접점을 갖도록 능동 소자(2)의 상부에 배치된다고 추정한다. 스테핑(stepping) 사이클은, A 세트의 능동 소자를 연장시킴으로써 개시하여, A 세트의 소자에 대한 3 개의 접점만이 남는다. 그 후, A 세트의 소자는, 그들 모두가 육각형의 수동부(1)의 가장 가까운 에지(edge)와 평행으로 구부려지도록 활성화된다. 그 후, 이동하는 본체는, 모듈의 중심을 통과하는 축의 주위에 작은 각도만큼 회전한다. B 세트의 소자는 이동하는 본체와 접촉되고, A 세트는 수축되어 똑바로 된다. 그 다음, 사이클은 B 세트를 구부리는 등을 계속한다.
또한, 선형 운동은, 상기와 같이 하는 대신에 상기 소자의 세트를 어떤 방향으로 구부림으로써 달성될 수 있다. 능동 소자의 평면 내에서 어떠한 임의의 운동이 이러한 방식으로 달성될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.
상기의 예에서, 소자는, 정 전압 펄스에 의해 구동되는 것으로 추정되지만, 실제에 있어서는 일반적으로 모든 소자는 정현파 전압에 의해 구동되어, 기판에 대한 소자 접점의 타원 운동을 달성하도록 한다. 그 후, 2 개의 세트 A 및 B는 통상적으로 약 180°위상을 상이하게 해서 회전한다. 각각의 소자에 대하여, 적어도 2 개의 위상이 있고, 도 1에서의 간단한 구성은 하나의 정현파로 전극(Ⅰ 및 Ⅵ)을 구동시키고, 다른 정현파로 전극(Ⅲ 및 Ⅳ)을 구동시킨다. 이들은 접점의 적절한 타원 운동을 실행시키기 위해 위상을 약 90° 변이(shift)시켜야 한다. 물론, 비 공진 단계 기술에 의한 운동을 실행시키기 위하여 능동 소자에 전극을 배치하고, 전압을 접점에 인가하는 방법이 많이 있다.
실제의 전자 장치는 종래의 방법에 따라 구성될 수 있으므로, 본 출원서에서는 더 이상 논의하지 않는다.
또한, 위상 변이된 전압을 발생시키는 제어 전자 장치 뿐만 아니라 다수의 센서(예컨대, 힘 센서 및 위치 센서)의 피드백 및 통신 전자 장치를 집적된 모듈에 집적시키거나, 거기에 부착되는 것이 바람직하다. 이와 같은 방식으로, 테일러된(taylored) 전기 기계 액추에이터 모듈을 하나의 모놀리식 부분으로서 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 액추에이터는 이점으로 카테테르형의 의료 기구에 이용된다. 제어 및 통신 전자 장치가 모듈 내에 집적(또는 탑재)된다고 하면, 예컨대, 도 2에 나타낸 배열은 선행 기술의 문제를 해결한다. 이런 구성은, 본 발명에 의한 다수의 모듈을 포함하며, 전체 모듈(1)은 통상적으로 배면(背面)측이 기울어진 쐐기(wedge) 형상을 갖는다. 쐐기 형상은 모듈 자체, 또는 모듈에 고정되어 있지 않거나 탑재된 별개의 유닛일 수 있다. 또한, 탄성 재료 또는 탄성 구조물(예컨대, 스프링 타입의 기하학적 형상)을 쐐기형 유닛 사이 또는 쐐기형 유닛으로서 이용하는 것도 편리하다.
이러한 구성에 의해 다수의 상이한 운동 모드가 용이하게 획득할 수 있다. 모듈이 서로에 대하여 회전된다면, 구성 전체가 기울어진다. 이것은, 모듈 중 하나가 회전 운동을 하면, 상기와 같이 배치된 모듈이 원형 경로를 따라 운반되고, 회전하는 모듈까지의 거리에 대한 원형 경로의 반경이 쐐기의 각도에 대응한다는 것을 의미한다. 명확한 예로서는 회전하는 모듈 상의 구성이 선형인 경우이다. 이러한 경우, 이 구성의 상부 부분은 원추형의 표면에 뒤따른다.
2 개의 모듈이 모두 동작함으로써, 기울어짐이 없는 회전을 발생시킬 수 있다. 이것은, 2 개의 쐐기를 반대 방향으로 배치하여, 쐐기 각도가 서로 보상하도록 함으로써 획득된다. 이러한 방식으로, 회전 운동은 도 2의 구성에서 더욱 더 전달될 수 있다.
이러한 시스템의 조립을 위한 한 가지 해결책은 쐐기를 포함하는 모듈을 벨로우(bellow) 형상의 관(4)내에 봉입하는 것이다. 이런 관은 많은 모듈간에 수직력을 생성시킨다. 동시에, 상기 관은 보호용 엔벨로프(envelope) 및 전기적 접속부로서 역할을 한다.
모든 모듈은 직렬 통신 버스(bus)(예컨대, 2 내지 4 전선)에 접속되어, 모듈 간의 전기적 접속부의 수를 감축시킬 수 있다.
다른 양호한 카테테르 설계는, 도 3에 예시한 바와 같이, 구형(球形)의 접촉면을 지닌 모듈을 이용하는 것이다. 구형의 접촉면(5)에 의해, 어떠한 기울어짐도 없이 각 모듈을 다음 모듈에 대하여 회전시키는 것이 가능해진다. 또한, 3 축의 능동 소자를 사용하면, 각 개별 모듈을 어느 방향으로도 기울일 수 있다. 이것은, 도 1에 관련하여 설명된 선형 운동에 해당한다. 상기 카테테르는 도 2의 종전의 설계와 비교하면 더욱 유연하다. 그러나, 쐐기형의 설계는 제조하기가 훨씬 쉽고, 이것은 어떤 응용 분야에서 유리할 수 있다. 또한, 예컨대, 액체를 상기 카테테르의 작업단(working end)을 통하여 출입시킬 필요가 있다. 이것은, 도 3에 도시한 바와 같이, 모듈의 중심에 관(6)을 배치함으로써 달성된다. 어떤 거리 만큼 떨어져 있는 2 개의 관 압축부(constriction)(7)가 모두 이동한다면, 액체가 연동적으로 이송될 수 있다. 압축부는 관을 회전시키거나, 모듈을 이용하여 신장시킴으로써 형성될 수 있다. 어떤 방식에 따라 개별 모듈을 이동시킴으로써, 이러한 압축부를 구성에 따라 이동시킬 수 있고, 압축부 양자 모두를 일제히 이동시키면, 그 사이에 봉입된 체적은 상기 구성의 중심을 통하여 이동될 수 있다.
고성능의 응용 중에는, 예컨대, 고속의 고정밀도 장치에서 선형 운동이 있다. 이러한 설계 중의 하나는 도 4에 도시되어 있다. 이런 설계는 고정자(stator) 구조물(8)에 조립된 3 개의 모듈로 구성된다. 고정자 구조물은, 스프링 타입의 소자(9)로써 회전자(rotor)(10)에 대하여 방사상의 힘을 생성하는 형상을 갖는다. 모듈의 능동 소자가, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 3 축 운동을 하도록 형성되어 있다면, 회전자의 축 방향 운동 및 회전 운동의 양자 모두를 달성할 수 있다. 모듈의 확대도에서 알 수 있는 바와 같이, 4 개의 능동 소자가 2 개의 세트로 분할된다. 이것은 모터의 2 개의 기타의 모듈에 대해서도 행해진다. 이러한 능동 소자 중 2 개의 세트는, 도 1에서의 설명과 유사하게, 비 공진 단계 원리의 운동과 유사한 파지용 갈고리를 형성한다. 각각의 세트의 능동 소자가 작동 중에 접선 방향으로 구부려진다면, 결과적인 회전자의 운동은 회전이 된다. 각각의 세트의 능동 소자가 동작 중에 축 방향으로 구부려진다면, 결과적인 회전자의 운동은 축 방향의 이동이 된다. 물론, 이러한 2 개의 운동 모드는, 모듈의 능동 소자를 2 개의 순수한 운동의 경우의 사이의 방향으로 구부려지게 함으로써, 동시에 조합될 수도 있다.
단순한 회전 모터는, 도 1의 구조물과 유사한 2 개의 스프링을 탑재한 구조물의 중심에 회전자를 배치하여 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 가장 단순한 경우, 2 개의 모놀리식 모듈의 접점은, 클램핑 스프링 구조물에 의해 평면형 회전자 디스크의 양 측에 프레스(press)된다. 예컨대, 모놀리식 모듈을 통하여 구멍이 뚫리면, 회전자 디스크에 접속된 회전자 샤프트(shaft)는 중심에서 모듈에 직교한다.
모듈에 의하여 이동되는 본체는 실제로 마찰 타입의 힘에 의해 이동된다. 이러한 힘을 발생시키기 위해서는, 모듈에 대한 어떤 종류의 수직력이 필요하다. 고정자와 회전자 사이에, 즉, 모듈, 및 모듈에 대하여 이동되는 본체 사이에 운동을 발생시키는 데에 필요한 수직력을 달성시키는 방법이 다수 존재할 수 있다. 중력, 자력, 정전기력, 분자력, 원자력, 점성력 등의 모드 타입의 힘이 이용될 수 있다. 스프링의 탄성력은 물론 많은 응용 분야에 매력적이지만, 영구 자석을 이용하는 것이 비용적으로 가장 효율적인 방법 중의 하나이다. 탄성 스프링에 의한다는 것은모든 기계 장치가 이동하는 본체를 모듈에 대해서 프레스한다는 것으로 이해된다. 이러한 "스프링"은 통상적으로 주위를 둘러싸는 재료를 포함한다. 그러나, 스프링은 어느 정도의 탑재 노력을 필요로 하고, 이것은 이러한 해결책을 비용적으로 덜 효율적이게 할 수 있다.
모듈에서 각각의 능동 소자의 운동 범위는 매우 중요한 파라미터(parameter)이다. 제조의 정밀도 및 정확도에 관하여는 충분히 큰 운동 범위를 필요로 한다. 도 1에 도시된 소자의 구성은 어떤 모터 크기에 대해서는 충분할 수 있으나, 모터가 더욱 소형화될 때는 어떤 스트로크 확대 메커니즘을 이용하여야 한다.
현재의 기술 수준에 따른 장치에서는, 어떤 스트로크 확대 노력이 있었으나, 매우 불충분하다. 도 5에 개략적으로 나타낸 레버리지 구조물(11)은, 이러한 문제를 모두 해결한다. 이런 구조물(11)은, 반대 방향으로 지향된 2 개의 아치(12)가 베이스 유닛으로 배치된 아치형 구조물로 구성되는 모놀리식 본체이다. 아치는, 통상적으로 전극층을 지닌 전기적 활성 재료로 구성되며, 임의의 전압이 인가되면, 하나의 아치의 곡률(曲率)은 증가하고, 다른 아치의 곡률은 감소하는 식으로 접속된다. 이와 같이, 본체 전체가 수직 방향으로 확장하고, 수평력(14)은 보상된다. 수평력은, 예컨대, 곡률을 변화시키는 수평 형상의 변화로 발생한다. 하나의 아치의 곡률이 감소하고, 다른 아치의 곡률이 증가하므로, 그 결과로 생기는 힘은 수평 방향으로 반대의 부호를 가져, 각 베이스 유닛 내에서 보상된다. 모듈에서 전극을 적절히 분배함으로써, 3축 운동이 달성된다. 예를 들면, 각각의 아치 내의 전극 영역은, 모놀리식 모듈(1)의 능동 소자(2)와 유사하게 분할되어, 힘의 전달 및 변위를 위해 이용되는 중심부는 또한 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 아치 사이의 용적은 비어 있거나 적적한 탄성 재료로 채워진다. 고무 등의 탄성 재료는, 예컨대, 액추에이터의 성능을 실질적으로 손실시키지 않고 과부하에 대한 보호 역할을 한다.
본 발명에 따르면, 모놀리식 모듈의 제조방법이 개시된다. 상기 방법에서, 물론, 모놀리식 모듈을, 내부의 공극(void) 또는 유사물을 포함하는 최종의 형상으로 직접적으로 형성하고자 하는 욕구가 있다. 도 6 내지 도 9에서, 이러한 문제를 해결하기 위한 몇 가지 가능한 처리 기술이 기술되어 있다. 도 6에서는, 기하학적 형상(19)을 지닌 롤러(18)를 이용하여, 이러한 형상을 전기 기계 재료(15)로 된 테이프에 복제한다. 롤러에 대한 또 다른 방법으로는, 다소 저속의 스탬핑(stamping) 공정을 이용하는 것이며, 이런 방법은 공구(tool) 제작비가 더욱 염가인 이점이 있다. 복제 공정에 의하여 제조된 형상은, 주로 그린(green) 상태, 즉, 열처리 전에 전극층의 형성 및 층 간의 접속을 위해 이용된다. 복제 기술의 다른 용도는, 정렬(alignment)의 보조 수단으로서, 공극 체적을 규정하는 것이고, 이에 대해서는 이하에서 설명된다. 실제의 적용에 따르면, 상술한 복제 이전에, 도 7에 도시된 바와 같이, 테이프는 전극층(16)으로 피복될 수 있다. 테이프가 한 측면 또는 양 측면상에 전극층(16)으로 피복되면, 도 7에 도시된 압연 공정에 의해 전극을 직접 패턴화할 수 있다. 전극층은 테이프의 가소성(可塑性) 변형에 의하여 분할되어, 도 1에 도시된 바와 같이, 별개의 전극 영역이 된다. 예컨대, 폴리머 테이프의 상부에 압전 입자로 전극을 패턴화하는 것은, 보통 현재의 기술 수준에 의한 표준 리소그래픽(lithographic) 기술로서는 곤란하여, 본 발명에 의한 방법은 이러한 문제를 양호한 방식으로 해결한다.
또한, 층 간의 전기적 접속은 테이프의 가소성 변형에 의해 구멍(20)을 형성함으로써 행해질 수 있다. 도 7에서, 구멍(20)의 벽은 계속 전극 재료로 피복되고, 두 층 간에는 전기적 접속이 형성된다. 선택적으로, 상술한 방식으로 형성된 구멍은 전기 도전성 페이스트(paste)로 채워질 수 있다. 이와 같이, 전기적 접속부는 모듈을 통해 수평 방향으로 뿐만이 아니라, 수직 방향으로도 형성될 수 있다. 전기적 접속부를 형성하는 다른 방법은, 가소성 변형과 공동하여, 도 8에 도시된 바와 같은 압연, 폴딩(folding), 트위스팅(twisting) 등을 이용하여, 원하는 전기적 접속부를 형성하는 것이다. 전기 기계 재료에 의한 액추에이터의 제조에 있어서, 시간이 걸리고 총체적으로 제한적인 처리 단계의 하나는 층 간의 전기적 접속이다. 상이한 2 개의 평행한 층이 폴드(fold) 자체로 접속되는 단순한 폴딩 방식은 어떤 응용에서는 이런 문제를 해결하는데, 그 이유는 상기 층 간에 접속이 필요하지 않기 때문이다. 전기 활성 재료로 된 폴리머 테이프를 압연하여 트위스팅하는 방식은, 구멍을 형성하지 않고 상이한 층 간에 전기적 접속을 형성하는 기타의 방법이다.
이후의 처리 단계는, 본래 공지된 방법에 의해, 이들 층을 적층하여 열처리에 의하여 모놀리식 유닛 또는 모듈을 제조하는 것이다. 그러므로, 이러한 단계는 본 명세서에서 추가로 설명하지 않는다.
내부 공극의 체적(또는 적절한 재료)은 전기 불활성 재료의 층을 포함함으로써 형성될 수 있다. 이러한 층은 복제 단계 전후 뿐만 아니라 적층 단계 동안에도 도입될 수 있다. 이런 복제에 의하여, 상이한 기하학적 형상의 폴리머 체적이 생성된다. 열 처리, 특히, 종래의 도입 번-아웃 열처리 동안에, 예컨대, 폴리머 재료가 소멸한다. 따라서, 공극의 체적은, 패턴화된 폴리머 층을 복제 기술을 이용하여 도입함으로써 생성할 수 있다.
모듈 등의 능동 소자의 상부에 적당한 외부의 마찰 층은 동일한 방식으로 포함될 수 있다. 능동 소자의 외측 부분은 이동하는 본체와 기계적으로 접속하는 모듈의 부분이기 때문에, 이것들은 마찰 효과로 노출되는 모듈의 유일한 부분이다. 그러나, 이동 동작이 어떤 마찰에 의존하기 때문에, 어느 정도의 접촉이 있어야 한다. 그 후, 내마모성 등을 개선하는 한 가지 방법은 능동 소자의 최외측 부분을 외부 마찰층으로 피복하는 것이다. 이러한 층은, 또한 하나 이상의 내마모성 재료층을 최종적인 전기 기계 층의 상부에 추가함으로써, 본 발명에 의한 제조 방법에 용이하게 도입된다. 이 후에, 마찰층은 소결 공정 동안에 모듈 내에 집적된다.
제조 공정에서 한 가지 곤란한 단계는 열처리 전에 상이한 적층을 정렬시키는 것이다. 전체적인 정밀도는 ㎛의 범위 내에 있어야 하기 때문에, 그에 상응하는 정밀도는 정렬 공정 중에 획득될 필요가 있다. 적층 중의 정렬은, 특정의 정렬 형상(21), 예컨대, 구멍 내의 페그(peg)도 박막에 복제된다면, 매우 단순화될 수 있다. 도 9로부터, 기하학적 구조물은 정렬 과정에 도움을 주는 것을 알 수 있다. 도 9에서, 연속적인 3 개의 층에 존재하는 어떤 기하학적 에지(edge)는 21A 내지 21F로 표시되어 있다. 돌출 에지(21A, 21B 및 21E)는 하부 층의 오목부(凹部)에지(21C, 21D 및 21F)에 제각기 대응한다. 이러한 층을 소로의 상부에 위치 설정할 때, 이러한 에지는 모두 맞추어져, 층이 정확하게 정렬되도록 안내한다.

Claims (34)

  1. 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계 재료를 포함하여, 본체(body)에 대한 운동이 생성되는 액추에이터 또는 모터에 있어서,
    상기 액추에이터 또는 모터는 상기 전기 기계 재료에 집적된 전극을 지닌 하나 이상의 모놀리식 모듈을 포함하며,
    상기 모놀리식 모듈은 하나 이상의 수동부(1) 및 2 개 이상의 능동 소자(2)를 가진 소결형 블록(sintered block)이며,
    상기 능동 소자(2)는 상기 집적된 전극에 의해 전기장에 반응하는 전기 기계 재료를 포함하며,
    상기 수동부(1)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 임의의 전기장에 영향을 받지 않는 재료를 포함함으로써,
    각 능동 소자(2)에 있는 하나의 독립된 접점은 상기 본체에 제공되고, 상기 접점은 상기 모놀리식 모듈의 상기 수동부(1)에 대하여 2 개 이상의 독립된 방향으로 서로 독립적으로 위치 설정이 가능하며,
    상기 모놀리식 모듈은 단독으로 또는 다른 모듈과 조합하여 소 단계(small step)의 비공진 반복에 의해 상기 본체에 대한 운동을 생성하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접점은, 3 개의 독립된 방향으로, 상기 모놀리식 모듈의 상기 수동부(1)에 대하여 서로 독립적으로 위치 설정이 가능한 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈의 상기 접점은 상기 모놀리식 모듈 또는 부착된 유닛의 베이스 평면에 대하여 경사진 평면에 위치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈은 구형 접점의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈간의 수직력을 생성시키기 위해 벨로우 형상(bellow-shaped)의 관을 이용하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈은 상기 본체에 대해 프레스(press)되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈은, 중력, 정전기력, 분자력, 원자력 또는 점성력에 의하여 상기 본체에 프레스 되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈은 자력에 의하여 상기 본체에 프레스되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈은 탄성 스프링력에 의하여 상기 본체에 프레스되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    3차원의 공동(cavity)은 상기 모놀리식 모듈에 집적되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 능동 소자의 적어도 한 부분은 2차원 또는 3차원으로 구부려져 있는 구조물(12)로 구성되는 베이스 유닛에 의해 구축(built-up)되는 것을 특징으로 하는액추에이터 또는 모터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 능동 소자의 적어도 한 부분은 2 개 이상의 단부에서 서로 고정되는 아치형의 구조물(12)에 의해 구축되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 유닛은 구부려진 막(膜) 또는 판(板) 구조물인 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 공동은 고무 등의 재료로 채워지는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 6 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈은 또한 위상 변이된 전압을 발생시키는 제어 전자 장치 및, 센서의 여러 가지 피드백 및 통신 전자 장치를 포함하며, 상기 센서는 예컨대 힘 및 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터.
  16. 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계 재료 및 본체를 포함하여, 상기 본체에 대한 운동이 생성되는 액추에이터 또는 모터를 포함하는 액추에이터 또는 모터 장치에 있어서,
    상기 액추에이터 또는 모터는 상기 전기 기계 재료에 집적된 전극을 지닌 하나 이상의 모놀리식 모듈을 포함하며,
    상기 모놀리식 모듈은 하나 이상의 수동부(1) 및 2 개 이상의 능동 소자(2)를 가진 소결형 블록이며,
    상기 능동 소자(2)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 전기장에 반응하는 전기 기계 재료를 포함하며,
    상기 수동부(1)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 임의의 전기장에 영향을 받지 않는 재료를 포함함으로써,
    각 능동 소자(2)에 있는 하나의 독립된 접점은 상기 본체에 제공되고, 상기 접점은 상기 모놀리식 모듈의 상기 수동부(1)에 대하여 2 개 이상의 독립된 방향으로 서로 독립적으로 위치 설정이 가능하며,
    상기 모놀리식 모듈은 단독으로 또는 다른 모듈과 조합하여 소 단계(small step)의 비공진 반복에 의해 상기 본체에 대한 운동을 생성하기 위해 이용되며,
    상기 본체는 쐐기 형상(wedge shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 본체는 탄성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 본체는 탄성 구조물인 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터 장치.
  19. 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계 재료를 포함하여, 본체에 대한 운동이 생성되는 다수의 모듈을 포함하는 액추에이터 시스템에 있어서,
    상기 모듈은 상기 전기 기계 재료에 집적된 전극을 지닌 모놀리식 모듈이고,
    상기 모놀리식 모듈의 각각은 하나 이상의 수동부(1) 및 2 개 이상의 능동 소자(2)를 가진 소결형 블록이며,
    상기 능동 소자(2)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 전기장에 반응하는 전기 기계 재료를 포함하며,
    상기 수동부(1)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 임의의 전기장에 영향을 받지 않는 재료를 포함함으로써,
    각 능동 소자(2)에 있는 하나의 독립된 접점은 상기 본체에 제공되고, 상기 접점은 상기 모놀리식 모듈의 상기 수동부(1)에 대하여 2 개 이상의 독립된 방향으로 서로 독립적으로 위치 설정이 가능하며,
    상기 모놀리식 모듈은 소 단계의 비공진 반복에 의해 상기 본체에 대한 운동을 생성하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 다수의 모듈은 다른 모듈의 상부에 적층되어 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈간의 수직력을 생성시키기 위해 벨로우 형상의 관(4)을 배치하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 적층된 모놀리식 모듈의 중심에 중심 관(6)을 배치하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈의 능동 소자는 상기 본체(10)의 2 개 이상의 축 운동을 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 시스템.
  24. 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계 재료를 포함하는 액추에이터 또는 모터를 구동시키는 방법으로서, 소 단계를 반복하여 상기 액추에이터 또는 모터를 이동시키는 단계를 포함하는 액추에이터 또는 모터의 구동 방법에 있어서,
    상기 이동 단계는 하나 이상의 모놀리식 모듈을 단독으로 또는 다른 모놀리식 모듈과 조합하여 구동시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 모놀리식 모듈은 상기 전기 기계 재료에 집적된 전극을 가진 소결형 블록이며,
    상기 구동 단계는 상기 모놀리식 모듈의 상기 수동부에 대하여 2 개 이상의 독립된 방향으로 2 개 이상의 접점을 서로 독립적으로 상기 모놀리식 모듈의 각각에 위치를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 구동 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 모놀리식 모듈 중의 적어도 하나를, 쐐기 형상을 갖는 다른 모듈에 대해, 또는 쐐기 형상을 갖는 별개의 유닛에 대해 회전시켜, 회전 운동을 경사 운동으로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 구동 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 회전 단계는 중심 관의 압축부(7)를 생성 및 이동시켜, 상기 중심 관 내의 액체의 연동 운동을 일으키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 구동 방법.
  27. 전기장의 영향에 의해 형상이 변화되는 전기 기계 재료를 포함하여, 본체에 대한 운동이 소단계의 비공진 반복에 의해 생성되는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법으로서, 상기 액추에이터 또는 모터는 상기 전기 기계 재료에 집적된 전극을 지닌 하나 이상의 모놀리식 모듈을 포함하고, 상기 모놀리식 모듈은 하나 이상의 수동부(1) 및 2 개 이상의 능동 소자(2)를 가진 소결형 블록이며, 상기 능동 소자(2)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 전기장에 반응하는 전기 기계 재료를 포함하며, 상기 수동부(1)는 상기 집적된 전극에 의해 인가된 임의의 전기장에 영향을 받지 않는 재료를 포함하며, 상기 방법은 상기 전기 기계 재료에 복잡한 전극 배치를 생성하는 단계를 포함하는 엑추에이터 또는 모터의 제조 방법에 있어서,
    기하학적 형상을 상기 전기 기계 재료의 그린 본체(green body)에 복제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 복제 단계 전에 상기 전기 기계 재료를 전극 층으로 피복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    기하학적 형상을 상기 그린 본체에 복제하는 상기 단계에 의해 생성된 상기 기하학적 형상을 이용하여 하나의 그린 본체를 다른 그린 본체와 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 복제 단계는 층 간의 전극 접속을 위해 상기 그린 본체에 구멍을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  31. 제 27 항에 있어서,
    전극층을 가소성 변형 공정에 의해 접속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 복제 단계는 전기 불활성 재료로 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  33. 제 27 항에 있어서,
    외부 마찰층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 복제 단계는 공극 체적을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 또는 모터의 제조 방법.
KR10-1998-0707656A 1996-03-26 1997-03-26 압전액추에이터또는모터,여기에사용되는방법및그제조방법 KR100388422B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SEPCT/SE96/00391 1996-03-26
PCT/SE1996/000391 WO1997036365A1 (en) 1996-03-26 1996-03-26 An actuator motor and a method for fabrication of such an actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000005033A KR20000005033A (ko) 2000-01-25
KR100388422B1 true KR100388422B1 (ko) 2003-10-30

Family

ID=20401251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1998-0707656A KR100388422B1 (ko) 1996-03-26 1997-03-26 압전액추에이터또는모터,여기에사용되는방법및그제조방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6184609B1 (ko)
EP (1) EP0890216B1 (ko)
JP (1) JP3980646B2 (ko)
KR (1) KR100388422B1 (ko)
CN (1) CN1244977C (ko)
AT (1) ATE252288T1 (ko)
AU (2) AU5707796A (ko)
DE (1) DE69725564T2 (ko)
RU (1) RU2179363C2 (ko)
WO (2) WO1997036365A1 (ko)

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6545384B1 (en) 1997-02-07 2003-04-08 Sri International Electroactive polymer devices
US6781284B1 (en) 1997-02-07 2004-08-24 Sri International Electroactive polymer transducers and actuators
US7320457B2 (en) * 1997-02-07 2008-01-22 Sri International Electroactive polymer devices for controlling fluid flow
US6543110B1 (en) 1997-02-07 2003-04-08 Sri International Electroactive polymer fabrication
US6628040B2 (en) * 2000-02-23 2003-09-30 Sri International Electroactive polymer thermal electric generators
US6812624B1 (en) * 1999-07-20 2004-11-02 Sri International Electroactive polymers
US6586859B2 (en) 2000-04-05 2003-07-01 Sri International Electroactive polymer animated devices
US6404104B1 (en) * 1997-11-27 2002-06-11 Canon Kabushiki Kaisha Vibration type actuator and vibration type driving apparatus
DE19834461C2 (de) * 1998-07-30 2000-09-28 Siemens Ag Vielschicht-Piezoaktor
US6238401B1 (en) * 1998-07-31 2001-05-29 Zuli Holdings Ltd. Apparatus and method for selectively positioning a device and manipulating it
US6664718B2 (en) 2000-02-09 2003-12-16 Sri International Monolithic electroactive polymers
US7537197B2 (en) * 1999-07-20 2009-05-26 Sri International Electroactive polymer devices for controlling fluid flow
US6806621B2 (en) * 2001-03-02 2004-10-19 Sri International Electroactive polymer rotary motors
WO2001006575A1 (en) * 1999-07-20 2001-01-25 Sri International Improved electroactive polymers
DE19941044A1 (de) * 1999-08-28 2001-03-22 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Keramikkörper
DE19946837A1 (de) * 1999-09-30 2001-05-03 Bosch Gmbh Robert Piezoaktor
FI108204B (fi) * 1999-11-25 2001-11-30 Kari Johannes Kirjavainen Kalvo energioiden muuntamiseksi
US6911764B2 (en) 2000-02-09 2005-06-28 Sri International Energy efficient electroactive polymers and electroactive polymer devices
WO2001065615A2 (en) 2000-02-23 2001-09-07 Sri International Biologically powered electroactive polymer generators
US6646364B1 (en) * 2000-07-11 2003-11-11 Honeywell International Inc. MEMS actuator with lower power consumption and lower cost simplified fabrication
SE0002885D0 (sv) 2000-08-11 2000-08-11 Piezomotor Uppsala Ab Fine walking actuator
US6337532B1 (en) * 2000-08-11 2002-01-08 Piezomotor Uppsala Ab Fine walking actuator
US7166953B2 (en) * 2001-03-02 2007-01-23 Jon Heim Electroactive polymer rotary clutch motors
EP1311007A1 (en) * 2001-11-07 2003-05-14 ASML Netherlands B.V. Piezoelectric actuator, lithographic apparatus and device manufacturing method
AUPR907101A0 (en) * 2001-11-23 2001-12-20 University Of Wollongong, The An electromechanical actuator and methods of providing same
US6703761B2 (en) 2001-12-21 2004-03-09 Caterpillar Inc Method and apparatus for restraining temperature induced deformation of a piezoelectric device
WO2003081762A1 (en) * 2002-03-18 2003-10-02 Sri International Electroactive polymer devices for moving fluid
US6747394B2 (en) * 2002-06-19 2004-06-08 Piezomotor Uppsala Ab Near-resonance electromechanical motor
WO2004001941A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-31 Korea Electronics Technology Institute Spherical motor device
US6798117B2 (en) * 2002-07-10 2004-09-28 Piezomotor Uppsala Ab Fine control of electromechanical motors
AU2003271463A1 (en) * 2002-09-27 2004-04-19 University Of Waterloo Micro-positioning device
US7067958B2 (en) * 2004-02-17 2006-06-27 Piezomotor Uppsala Ab Wide frequency range electromechanical actuator
JP4756916B2 (ja) * 2005-05-31 2011-08-24 キヤノン株式会社 振動波モータ
US7420321B2 (en) * 2006-03-03 2008-09-02 Piezomotor Uppsala Ab Heat efficient micromotor
US7952261B2 (en) 2007-06-29 2011-05-31 Bayer Materialscience Ag Electroactive polymer transducers for sensory feedback applications
WO2009072304A1 (ja) * 2007-12-07 2009-06-11 Nikon Corporation 振動アクチュエータおよび撮像装置
JP5407155B2 (ja) * 2008-03-12 2014-02-05 株式会社ニコン 振動アクチュエータ、レンズユニット、及び撮像装置
WO2010015093A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Optotune Ag Electroactive optical device
US8022596B2 (en) 2008-12-12 2011-09-20 Piezomotor Uppsala Ab Guided electromechanical motor
EP2239793A1 (de) 2009-04-11 2010-10-13 Bayer MaterialScience AG Elektrisch schaltbarer Polymerfilmaufbau und dessen Verwendung
US8712559B2 (en) * 2010-02-10 2014-04-29 The Board Of Trustees Of The University Of Illionois Adaptive control for uncertain nonlinear multi-input multi-output systems
WO2011147467A1 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Piezomotor Uppsala Ab Rotating load bearer
TWI542269B (zh) 2011-03-01 2016-07-11 拜耳材料科學股份有限公司 用於生產可變形聚合物裝置和薄膜的自動化生產方法
ITMI20110375A1 (it) * 2011-03-10 2012-09-11 Wilic Sarl Turbina eolica
TW201250288A (en) 2011-03-22 2012-12-16 Bayer Materialscience Ag Electroactive polymer actuator lenticular system
WO2013142552A1 (en) 2012-03-21 2013-09-26 Bayer Materialscience Ag Roll-to-roll manufacturing processes for producing self-healing electroactive polymer devices
WO2013192143A1 (en) 2012-06-18 2013-12-27 Bayer Intellectual Property Gmbh Stretch frame for stretching process
EP2870690B1 (en) * 2012-07-05 2016-04-20 Noliac A/S A wobble motor with a solid state actuator
US9590193B2 (en) 2012-10-24 2017-03-07 Parker-Hannifin Corporation Polymer diode
RU2537971C1 (ru) * 2013-11-05 2015-01-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Встроенный пьезоэлектрический источник переменного тока для свободновращающихся инерционных осесимметричных тел
JP6302263B2 (ja) * 2014-01-23 2018-03-28 太陽誘電株式会社 圧電薄膜共振器、フィルタおよびデュプレクサ
RU2577923C2 (ru) * 2014-05-12 2016-03-20 Игорь Трофимович Пронькинов Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров
JP6310360B2 (ja) 2014-08-13 2018-04-11 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス
CN104811158B (zh) * 2015-04-27 2017-05-24 电子科技大学 一种压电体声波谐振式传感器驱动电路的设计方法
US10310481B2 (en) 2015-10-07 2019-06-04 International Business Machines Corporation Dynamic position control for electronic components
FR3055758B1 (fr) * 2016-09-08 2020-11-27 Safran Helicopter Engines Dispositif de pilotage des volets d'entree d'air via un actionneur piezoelectrique multicouche
DE102017223266A1 (de) * 2017-07-18 2019-01-24 BSH Hausgeräte GmbH Geschirrspülmaschine mit zumindest einer Lufttrocknungseinrichtung
RU2690732C1 (ru) * 2018-08-07 2019-06-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Пьезоактюатор (варианты)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0449048A1 (en) * 1990-03-23 1991-10-02 Rockwell International Corporation Piezoelectric motor

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3412014C1 (de) 1984-03-31 1985-10-17 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln Piezokeramischer Stellantrieb zur Erzeugung von Translationsbewegungen
JPS6162370A (ja) * 1984-08-31 1986-03-31 Tokyo Juki Ind Co Ltd ピエゾモ−タ
DE3530383A1 (de) * 1985-08-24 1987-03-05 Reifenhaeuser Masch Formgebendes werkzeugaggregat fuer eine strangpressvorrichtung fuer thermoplastifizierten kunststoff
US4727278A (en) * 1985-10-04 1988-02-23 Micro Pulse Systems, Inc. Piezoelectric multiaxis micropositioner
DE3844821C2 (en) * 1988-07-03 1993-07-22 Kfa Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De Micromanipulator for raster tunnel microscope
US4928030A (en) 1988-09-30 1990-05-22 Rockwell International Corporation Piezoelectric actuator
US5323082A (en) * 1989-05-03 1994-06-21 Spectra Physics Lasers, Inc. Piezoelectric actuator for planar alignment
US5027028A (en) * 1989-08-29 1991-06-25 Skipper John D Piezoelectric motor
JPH03243358A (ja) * 1990-02-20 1991-10-30 Sharp Corp インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ
ES2071146T3 (es) * 1990-04-27 1995-06-16 Rockwell International Corp Articulacion robotica.
US5068566A (en) * 1990-06-04 1991-11-26 Rockwell International Corporation Electric traction motor
JPH05175567A (ja) * 1991-12-20 1993-07-13 Olympus Optical Co Ltd 積層型アクチュエータ
US5345137A (en) * 1991-04-08 1994-09-06 Olympus Optical Co., Ltd. Two-dimensionally driving ultrasonic motor
US5262696A (en) * 1991-07-05 1993-11-16 Rockwell International Corporation Biaxial transducer
US5283497A (en) * 1992-02-10 1994-02-01 Rockwell International Corporation Electrotiltable material (tilter)
DE69315767T2 (de) * 1992-08-25 1998-05-07 Canon Kk Verfahren zur Herstellung einer laminierten piezoelektrischen Anordnung und Polarisationsverfahren und vibrationswellengetriebener Motor
US5485437A (en) * 1993-02-05 1996-01-16 Discovision Associates Shock-resistant, electrostatically actuated pick-up for optical recording and playback
US5471721A (en) 1993-02-23 1995-12-05 Research Corporation Technologies, Inc. Method for making monolithic prestressed ceramic devices
JPH07335951A (ja) * 1994-06-14 1995-12-22 Philips Japan Ltd 圧電アクチュエータ
US5798600A (en) * 1994-08-29 1998-08-25 Oceaneering International, Inc. Piezoelectric pumps
US5598050A (en) * 1995-02-17 1997-01-28 Materials Systems Inc. Acoustic actuator and flextensional cover plate there for
DE19605214A1 (de) * 1995-02-23 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Ultraschallantriebselement
US5668432A (en) * 1995-03-24 1997-09-16 Nippondenso Co., Ltd. Articulation device
US5747915A (en) * 1996-08-19 1998-05-05 Sandia Corporation Bent shaft motor
US5745278A (en) * 1997-02-05 1998-04-28 Raytheon Optical Systems, Inc. Innovative deformable mirror actuator configuration

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0449048A1 (en) * 1990-03-23 1991-10-02 Rockwell International Corporation Piezoelectric motor

Also Published As

Publication number Publication date
AU2315497A (en) 1997-10-17
EP0890216B1 (en) 2003-10-15
KR20000005033A (ko) 2000-01-25
AU5707796A (en) 1997-10-17
RU2179363C2 (ru) 2002-02-10
JP3980646B2 (ja) 2007-09-26
DE69725564T2 (de) 2004-08-05
EP0890216A1 (en) 1999-01-13
DE69725564D1 (de) 2003-11-20
CN1244977C (zh) 2006-03-08
JP2000507439A (ja) 2000-06-13
WO1997036365A1 (en) 1997-10-02
ATE252288T1 (de) 2003-11-15
WO1997036366A1 (en) 1997-10-02
US6184609B1 (en) 2001-02-06
CN1220054A (zh) 1999-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100388422B1 (ko) 압전액추에이터또는모터,여기에사용되는방법및그제조방법
JP5512063B2 (ja) 電気活性ポリマ
US7911115B2 (en) Monolithic electroactive polymers
Dong Review on piezoelectric, ultrasonic, and magnetoelectric actuators
RU98119708A (ru) Пьезоэлектрический привод или двигатель, способ приведения его в действие и способ его изготовления
US20020008445A1 (en) Energy efficient electroactive polymers and electroactive polymer devices
US20010026165A1 (en) Monolithic electroactive polymers
JP2003505865A (ja) 改良電気活性ポリマ
US6461337B1 (en) Electrostatic microactuators, active three-dimensional microcatheters using same and method for making same
Flynn Piezoelectric ultrasonic micromotors
US7183699B2 (en) Stacked type electro-mechanical energy conversion element and vibration wave driving apparatus
JP2006527581A (ja) 圧電電気機械式駆動装置
JPWO2002015378A1 (ja) 折り重なり式圧電ステータ、折り重なり式圧電アクチュエータ及びそれらの応用
WO2002050923A1 (en) Double electromechanical element
US7695389B2 (en) Conductive polymer drive for actuating eccentric members of a motor
JP2006509490A (ja) 電気活性アクチュエータ
CN116232113A (zh) 一种基于逆压电效应的三自由度超声电机及其工作方法
WO2011059369A1 (en) Provision of a normal force to electromechanical motor
CN110661445A (zh) 一种并联式三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法
WO2004077584A1 (en) Piezoelectric actuator with passive gap for push-pull motion
EP4174969A1 (en) Mounting arrangement for piezo motor element
CN100384078C (zh) 一种弯曲振动模态的旋转型柱状超声微电机
Tomikawa et al. Some reformative trials of piezo-motors using longitudinal and flexural vibrations
CN116404901A (zh) 具有对称运动输出和对称产生力功能的压电驱动器及压电马达
Kanda et al. An in-wheel type micro ultrasonic motor utilizing sector shaped piezoelectric vibrators

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130520

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140521

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee