KR100728510B1 - 압전 액추에이터 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 압전 물질의 적층된 층들 및 그 사이에 놓여, 전극으로 사용되며 서로 교대로 제공되는 금속성 또는 도전성의 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)으로 이루어진, 다층 적층물 형태의 원통형 압전 액추에이터 바디(1)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)은 각각 교대로 제 1 및 제 2 도전성 공통 전극 단자(12,13)를 통해 교대로 접촉되는, 특히 자동차의 내연 기관의 제어 또는 분사 밸브 작동을 위한 압전 액추에이터에 관한 것이다. 상기 액추에이터 바디(1)가 내부 종방향 홀(2)을 가지고, 적어도 상기 제 1 공통 전극 단자(12)가 상기 액추에이터 바디(1)의, 상기 내부 종방향 홀(2)로 형성된 내벽(3)에 제공되고, 거기서 각각 상기 제 1 전극층(10)과 접촉된다. 대안적으로, 상기 액추에이터 바디(1)는 내부 종방향 홀을 포함하지 않으며, 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11) 각각은, 서로 각 오프셋된 위치에서 상기 액추에이터 바디(1)의 상기 원통형 외벽(4)에 노출되고, 거기서 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)와 접촉한다.
압전 액추에이터, 전극층, 단자, 내부 종방향 홀

Description

압전 액추에이터 {Piezoelectric actuator}
본 발명은 특히 자동차 내연 기관의 제어 또는 분사 밸브 작동을 위한 압전 액추에이터에 관한 것이다. 상기 압전 액추에이터는 압전 물질의 적층된 층들 및 그 사이에 놓여, 전극으로 사용되며 서로 교대로 제공되는 금속성 또는 도전성의 제 1 및 제 2 전극층으로 이루어진, 다층 적층물 형태의 원통형 압전 액추에이터 바디를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 전극층은 각각 교대로 제 1 및 제 2 도전성 공통 전극 단자를 통해 교대로 접촉된다.
고정 전극을 가진 개별 세라믹 디스크가 적층되어 원통을 이루는, 원통형의 압전식 고전압 액추에이터는 공지되어 있다(US-Patent 4 460 842 참조). 외부의 전극 단자를 위해, 전극 시트가 원통형 적층물의 외주면까지 안내되고, 상기 부분에서 직각으로 휘어져서, 각각 서로 할당된 전극을 접촉시킬 수 있는, 서로 각 오프셋(angular offset)된 스트립 형상 전극 단자가 생긴다. 자동차의 내연 기관에서, 분사 밸브의 작동을 위한 압전 액추에이터의 사용을 위해 원통형 액추에이터가 바람직한데, 그 이유는 상기 원통형 액추에이터가 상기 내연 기관의 실린더 헤드 내에서 원형의 홀과 인젝터 몸체에 제공되는 구조 공간을 최적으로 이용하기 때문이다. 따라서 상기 인젝터 몸체 또는 인젝터 하우징 내에 상기 액추에이터 외에 고압 홀이 안내될 수 있다.
상기 액추에이터 바디의 원형 윤곽은 할당된 전극 단자와 상기 전극을 전기적, 기계적으로 바람직하게 접촉시키기 위해서 특수한 전극 구조를 필요로 한다.
상기 설명에 따라 본 발명의 목적은, 특히 자동차의 내연 기관의 제어 또는 분사 밸브 작동을 위해 적합하며, 압전 물질의 적층된 층들 및 그 사이에 놓여 전극으로 사용되며 서로 교대로 제공되는 금속성 또는 도전성의 제 1 및 제 2 전극층으로 이루어진, 다층 적층물 형태의 원통형 압전 액추에이터 바디를 포함하는 압전 액추에이터를, 할당된 상기 전극 단자와 상기 전극층이 기계적으로 안정되고 공간을 줄이며, 전기적으로 확실하게 접촉될 수 있도록 하는 데 있다.
상기 목적은 청구항에 따라서 해결된다.
해결책은 본 발명에 따라 두 관점으로 분류된다.
본 발명에 따른 제 1 관점에서, 상기 원통형 액추에이터 바디는 내부 홀을 가지며, 상기 제 1 전극 단자가 상기 내부에 그리고, 상기 제 2 전극 단자는 외부에 장착되거나, 또는 양 전극 단자 모두가 상기 내부 홀 안에 장착된다.
본 발명에 따른 제 2 관점에서, 상기 액추에이터 바디는 마찬가지로 원통형이지만 내부 홀이 없다. 상기 전극 단자는 상기 원통형 액추에이터 바디의 외주면에 위치하고 서로 각 오프셋되며, 또한 상기 제 1 및 제 2 전극층 각각은 상기 전극층과 접촉되지 않는 상기 전극 단자를 절연식으로 에워싸는 리세스를 갖는다.
이런 방식으로, 바람직한 압전 액추에이터가 구현될 수 있고, 상기 압전 액추에이터의 외부 윤곽은 상기 전극 단자에도 불구하고 원통형이거나 또는 거의 원통형을 벗어나지 않기 때문에, 상기 종류의 압전 액추에이터는 인젝터 몸체의 원통형 홀 안에 밀착되게 압입될 수 있고, 상기 인젝터 몸체의 벽에는 고압 홀을 위한 공간이 남게 된다.
본 발명의 상술된 특징과 또 다른 특징은, 하기의 본 발명을 따른 실시예를 기술한 설명부에서 도면을 이용하여 더 자세히 상술된다.
도 1a 및 도 1b 는 각각 본 발명의 제 1 관점에 따라 형성된 압전 액추에이터의 사시도 및 종단면도.
삭제
도 2a 및 도 2b 는 각각 제 1 관점에 따라 형성된 본 발명의 압전 액추에이터의 변형예의 사시도 및 종단면도.
삭제
도 3a 및 도 3b 는 각각 본 발명의 제 2 관점에 따라 형성된 압전 액추에이터의 사시도 및 종단면도.
삭제
도 4 내지 도 8 은 도 3a, 도 3b 에 도시된 압전 액추에이터의 실시예의 변형예의 횡단면도.
도 1a 는 중앙 내부 종방향 홀(2)을 가지는 원통형 액추에이터 바디(1)를 도시한다.
도 1b 에 따라, 압전 액추에이터 바디(1) 내에서 제 2 전극층(11)과 교대되는 제 1 전극층(10)은 상기 액추에이터 바디(1)의 중앙 내부 종방향 홀(2)로 형성된 내벽(3)에 노출되며, 상기 벽에서 제 1 공통 전극 단자(12)와 접촉되는 반면, 제 2 도전 전극층(11)은 상기 액추에이터 바디(1)의 원통형 외벽(4)에 노출되어 상기 벽에서 제 2 공통 전극 단자(13)와 접촉된다. 상기와 같은 방법으로, 상기 제 1 공통 전극 단자(12)는 상기 액추에이터 바디(1)의 내부에, 상기 제 2 공통 전극 단자(13)는 외주면으로 안내된다. 도 1b 에 도시된 상기 액추에이터 바디(1)의 횡단면에서, 상기 제 1 공통 전극 단자(12)와 접촉하는 제 1 전극층(10)은 상기 원통형 외벽(4)까지는 도달하지 않으며, 상기 제 2 공통 전극 단자(13)와 접촉하는 제 2 전극층(11)은 상기 홀(2)로 형성된 상기 액추에이터 바디(1)의 내벽(3)까지는 도달하지 않는다는 것을 알 수 있다.
원칙적으로, 상기 제 1 공통 전극 단자(12)도 상기 내벽(3) 전체를 원형으로 덮으며, 상기 제 2 공통 전극 단자(13)도 상기 액추에이터 바디(1)의 외부 벽(4) 전체를 원형으로 덮는다. 대안적으로, 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)가 스트립 형태로 상기 액추에이터 바디(1)의 종방향 축에 평행하게 안내될 수도 있다.
도 2a, 도 2b 에 도시된, 본 발명의 상기 제 1 관점에 따라서 실시된 압전 액추에이터의 변형예는, 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11) 중 어느 하나도 상기 액추에이터 바디(1)의 상기 원통형 외벽(4)에 노출되지 않고 대신에 상기 내부 종방향 홀(2)로 형성된 내벽(3)에서만 각각 상기 제 1 및 제 2 공통 전극 단자(12, 13)와 접촉된다는 점이, 도 1a, 도 1b 에 도시된 제 1 실시예와 다르다.
상기 제 1 및 제 2 공통 전극 단자(12, 13)는 상기 내벽(3)에 상기 액추에이터(1)의 종방향으로 위치하는 좁은 접촉 스트립을 형성한다.
도 2a, 도 2b 에 도시된, 본 발명에 따른 상기 압전 액추에이터의 실시예의 장점은, 활성 압전면이 넓게 이용된다는 것이다.
이와는 달리, 도 1a, 도 1b 에 도시된, 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 실시예의 장점은, 액추에이터 바디(1)의 양 단부면에 기계적 예비 응력을 제공하기 위한 예비 응력 요소가 예를 들어 금속 핀 형태로 상기 내부 홀(2)을 통해서 안내될 수 있다는 것이다. 이로 인해 상기 액추에이터 바디(1)의 외주면에 안내되는 인장 클램프가 생략된다.
본 발명의 제 2 관점에 따라서 형성된 압전 액추에이터는, 도 3a, 도 3b 에 도시된 바와 같이, 내부 홀을 갖고 있지 않다. 교대되는 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)은 각각 상기 원통형 액추에이터 바디(1)의 서로 마주 놓인 외주면에 노출되고, 거기서 각각 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)와 접촉된다. 도 3a 에 도시된 사시도에서, 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13) 각각에 이용되는 접촉면은 원칙적으로 상기 원통형 외주면에서 거의 180℃ 에 이를 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)는 상기 원통형 외주면에 각각 하나씩 절반 쉘(shell)을 형성한다. 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)가 서로 절연되기 위해, 서로 직경 방향으로 마주 놓인 두 스트립은 상기 전극 단자로부터 떨어져 위치한다.
도 4a, 도 4b 에 도시된 단면도는, 상기 제 1 및 제 2 공통 전극 단자(12, 13)를 위한 넓은 접촉면을 가진 변형예를 도시한다. 도 4b 에 따라, 제 1 전극층(10) 각각이 절반 쉘 형태의 제 2 전극 단자(13) 둘레로 리세스를 가지고, 상기 리세스(17)는 전극 물질없이 세라믹으로 형성된다. 이와 똑같이, 상기 제 2 전극층(11) 각각도 제 1 공통 전극 단자(12) 둘레로 리세스를 가지며, 따라서 상기 단자는 상기 제 2 전극층(11)에 대해 절연된다. 또한, 상기 리세스(18)도 전극 물질 없이 세라믹으로 형성된다. 도 4a, 도 4b 에 따라서, 상기 리세스(17, 18)는 각각 활형태이며, 상기 제 1 및 제 2 리세스의 곡률은 상기 제 1 및 제 2 전극 단자의 절반 쉘 각도보다 좀 더 큰 각 범위를 갖는다.
원칙적으로, 상기 제 1 및 제 2 공통 전극 단자의 접촉면이 작아질수록, 압전 액추에이터의 전극면이 더 효율적으로 이용된다. 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7에 이에 대한 해결책이 도시된다. 따라서 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)는 상기 압전 액추에이터 바디(1)의 외주면(4)에 종방향으로 위치하는, 서로 직경 방향으로 마주하는 좁은 접촉 스트립을 형성한다. 따라서 상기 각각의 리세스(17, 18)는, 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)의 각각의 전극면으로부터 작은 부분만을 취하도록 작게 형성될 수 있다.
도 6 내지 도 8 을 따른 변형예는, 도 4 및 5와는 달리 단지 단면도만 도시하며, 상기 전극층 중 하나인, 예를 들어 제 1 전극층(10) 중의 하나와 상기 제 2 전극 단자(13)의 접촉 스트립 둘레에 위치하는 리세스(17)만이 나타난다. 도 6, 도 7 에 따라, 상기 리세스(17)는 상기 제 1 전극층(10)의 작은 면에 국한된다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 리세스(18)도 마찬가지로 상기 제 1 공통 전극 단자(12)를 형성하는 접촉 스트립 둘레로 형성된다.
도 6 에 따라, 상기 리세스(17, 18)는 원호의 형태를 가진다. 도 7에 따라, 상기 리세스(17, 18)는 각각 제 1 및 제 2 전극층으로 이루어진 활형상의 부분의 형태를 가진다. 도 5 내지 도 7 과는 달리 도 8 에는, 상기 제 1 및 제 2 공동전극 단자(12, 13)는 도 4 에 도시된 바와 같이, 더 넓은 절반 쉘의 형태로 구현되고, 상기 제 1 전극층의 각 리세스(17)는 상기 제 2 전극 단자(13) 둘레로 대략 초승달 형태로 구현된다. 도 8 에 도시되지는 않으나, 상기 제 1 전극 단자(12) 둘레로 형성된 상기 제 2 전극층(11)의 제 2 리세스(18)도 동일한 형태를 가진다.
도 3b 에 따른 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)의 오프셋된 배치는 도 3 내지 도 8 에 도시된 모든 실시예에서 동일하고, 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)은 상기 원통형 외주면의 직경 방향으로 서로 마주 보는 면에 노출되며, 상기 제 1 및 제 2 공통 전극 단자(12, 13)의 좁은 접촉 스트립에 접촉되거나(도 5, 도 6, 도 7 참조) 상기 제 1 및 제 2 공통 전극 단자(12, 13)의 더 넓은 접촉 쉘에 접촉된다(도 4a, 도 8 참조). 도면에 도시된, 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 실시예의 외부 윤곽은, 의도된 사용 목적을 위해 최적인 원통 형태이거나 또는 이것을 거의 벗어나지 않는다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 압전 물질의 적층된 층들 및 그 사이에 놓여, 전극으로 사용되며 상호 교대되는 금속성 또는 도전성의 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)으로 이루어진, 다층 적층물 형태의 원통형 압전 액추에이터 바디(1)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)은 각각 교대로 제 1 및 제 2 도전성 공통 전극 단자(12, 13)를 통해 접촉되는, 자동차 내연 기관의 제어 또는 분사 밸브 작동을 위한 압전 액추에이터에 있어서,
    상기 액추에이터 바디(1)는 내부 종방향 홀(2)을 가지고, 적어도 상기 제 1 공통 전극 단자(12)가 상기 액추에이터 바디(1)의 상기 내부 종방향 홀(2)에 의해 형성된 내벽(3)에 제공되고, 상기 내벽에서 상기 각 제 1 전극층(10)과 접촉되며, 상기 제 2 공통 전극 단자(13)도 상기 액추에이터 바디(1)의 상기 내벽(3)에 제공되고, 상기 내벽에서 상기 각 제 2 전극층(11)과 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 액추에이터 바디의 상기 내벽의 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)는 상기 액추에이터 바디(1)의 종방향에 서로 직경 방향으로 마주 놓인 좁게 연장되는 전극 스트립을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  5. 압전 물질의 적층된 층들 및 그 사이에 놓여, 전극으로 사용되며 서로 교대되는 금속성 또는 도전성의 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)으로 이루어진, 다층 적층물 형태의 원통형 압전 액추에이터 바디(1)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11)은 각각 교대로 제 1 및 제 2 도전성 공통 전극 단자(12, 13)를 통해 접촉되는, 자동차 내연 기관의 제어 또는 분사 밸브 작동을 위한 압전 액추에이터에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극층(10, 11) 각각은, 서로 각 오프셋된 위치에서 상기 액추에이터 바디(1)의 상기 원통형 외벽(4)까지 안내되고, 거기서 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)와 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극층이 상기 액추에이터 바디(1)의 상기 원통형 외벽(4)에 노출되는 지점과 상기 전극층들과 접촉되는 상기 제 1 및 제 2 전극 단자(12, 13)가 서로 직경 방향으로 마주 놓이는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 각 제 1 전극층(10)은 상기 제 2 전극 단자(13) 둘레에 상기 제 2 전극 단자를 절연시키는 리세스(17)를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 각 제 2 전극층(11)은 상기 제 1 전극 단자(12) 둘레에 상기 제 1 전극 단자를 절연시키는 리세스(18)를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극 단자(12, 13)가 상기 액추에이터 바디의 종방향으로 연장된 좁은 스트립을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 전극 단자(12, 13)는 상기 액추에이터 바디(1)의 종방향으로 연장되는 원통형 외주면 형태로 더 넓은 접촉면을 형성하는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
KR1020007012231A 1999-03-04 2000-02-24 압전 액추에이터 KR100728510B1 (ko)

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