KR100753789B1 - 개선된 열 방출을 갖는 압전 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 예를 들어 기계 부품을 작동시키기 위한 압전 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 인장력이나 압축을 작동 부품에 가하는 압전 소자에는 압전층들과 이 압전층들 사이에 배치되는 내부 전극들(2, 3)로 구성된 다층 구조가 제공된다. 상기 전극들(2, 3)은 외부 전극(10, 11)에 의해서 측면 접촉한다. 측면 접촉을 위한 외부 전기 접점들(12)은 층 구조 내에서 비활성 단부 영역(4, 5, 6, 7; 13, 14)에 위치하며, 상기 단부 영역(4, 5, 6, 7; 13, 14)은 우수한 열전도성을 갖는 코어(5; 14)를 포함한다.
압전 액추에이터, 작동 부품, 압전 소자, 압전층, 다층 구조, 비활성 단부 영역

Description

개선된 열 방출을 갖는 압전 액추에이터{Piezoelectric actuator with improved heat dissipation}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른, 예를 들어 밸브와 같은 기계 부품을 작동시키기 위한 압전 액추에이터에 관한 것이다.
소위 압전 효과를 이용하여 적절한 결정 구조를 가진 재료로 압전 소자를 구성할 수 있다는 것은 일반적으로 공지되어 있다. 외부 전압이 인가되면 결정 구조 및 전압의 인가 범위에 의존하여 사전 설정될 수 있는 방향으로 압축 또는 인장을 나타내는, 압전 소자의 기계적 반응이 일어난다.
밸브의 위치 설정시, 전술한 압전 액추에이터가 종종 사용된다. 이 경우 예를 들면 밸브 태핏(valve tappet)을 작동시키기 위한 압전 액추에이터의 행정력이 비교적 작으며, 압전 소자의 세라믹의 열팽창은 압전 소자를 제어하지 않으면, 밸브 태핏의 위치를 이동시킬 수 있다. 또한, 압전 액추에이터의 활성 부품들과의 접촉이 어렵다.
예를 들어 기계 부품의 작동을 위해 사용될 수 있는 전술한 압전 액추에이터는, 바람직하게 인장력이나 압축력을 작동 부품에 가하는 압전 소자를 가지며, 상기 압전 소자는 압전층들과 이 압전층들 사이에 배치된 전극들로 구성되는 다층 구조물과, 상기 전극들의 측면이 교대로 접촉되는 외부 전극을 포함한다.
이때 특히 바람직하게 측면 접촉을 위한 외부 전기 접속부가 층 구조의 비활성 단부 영역에 설치되며, 상기 단부 영역은 양호한 열전도성을 갖는 코어를 포함한다. 이로써 인장 또는 압축력이 가해지지 않는 비활성 단부 영역에서 압전 액추에이터의 확실한 외부 접촉은 간단한 방식으로 언급된 단점을 방지할 수 있도록 우수한 열 방출을 수반할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 비활성 단부 영역은 층 구조상에 비교적 얇은, 전기 절연 덮개층을 갖는다. 이 덮개층에는 열전도성 코어가 제공되고, 이 코어의 측면에는 다시 전기 절연 세라믹층이 설치된다. 세라믹층에 외부 전극과 외부 전기 접속부 사이의 접속이 형성될 수 있다. 바람직하게 이것은 납땜층에 의해 이루어지고, 상기 납땜층은 외부 전극의 영역에서 각각의 세라믹층 위에 제공된다.
다른 바람직한 실시예에서, 비활성 단부 영역은 전기 절연 세라믹 부분으로 형성되고, 상기 부분의 측면에서 외부 전극과 외부 전기 접속부 사이의 접속이 형성될 수 있다. 상기 실시예에서 세라믹층 내로 열전도성 코어가 삽입된다. 특히 바람직하게는 코어는 층들의 평면 내에서 둥근, 전체적으로는 디스크 형태의 윤곽을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예의 상기 특징 및 다른 특징들을 청구범위 이외에 상세한 설명과 도면에 제시되며, 개별 특징들은 단독으로 또는 다수의 조합된 형태로 본 발명의 실시예와 다른 분야에서 구현될 수 있으며, 보호가 청구되는 실시예를 형성할 수 있다.
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예를 들어 밸브의 위치 설정을 위한 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 실시예가 도면에 도시된다.
도 1은 얇은 덮개층과 상기 덮개층 위에 배치되는 열전도성 코어로 구성된 접촉 가능한 비활성 단부 영역을 갖는 압전 액추에이터의 단면도.
도 2는 도 1의 선 A-A을 따른 단부 영역의 횡단면도.
도 3은 디스크 형태의 열전도성 코어가 삽입된, 세라믹으로 구성된 접촉 가능한 비활성 단부 영역을 포함하는 제 2 실시예에 따른 압전 액추에이터의 단면도.
도 4는 도 3의 선 A-A을 따른 단부 영역의 횡단면도.
도 1에는 압전 액추에이터(1)가 도시되고, 상기 압전 액추에이터는 공지된 바와 같이 적합한 결정 구조를 갖는 세라믹 재료의 압전 박막들로 구성되어 있으므로, 소위 압전 효과를 이용하여, 외부 전압을 내부 전극(2, 3)에 인가하면 압전 액추에이터(1)의 기계적 반응이 이루어진다. 도 1에 따른 실시예에서, 압전 액추에이터(1)의 층 구조의 단부에는 얇은 비활성 덮개층(4)이 장착되는데, 이 덮개층은 비활성 단부 영역에 포함되며 층 구조에 대하여 단부 영역을 전기 절연시킨다. 덮개층(4) 위에는 양호한 열전도성 코어(5)가 배치되며, 상기 코어를 통해 압전 액추에이터(1)로부터 외부로 열이 방출될 수 있다.
코어(5)의 측면에도, 비활성의 전기 절연 세라믹 덮개층(6, 7)이 장착되며, 상기 덮개층에는 땜납층(8, 9)이 제공될 수 있다. 이러한 배치는, 특히 도 1의 선 A-A를 따른 도 2의 단면도에서 볼 수 있다. 내부 전극(2, 3)들은 플랫 외부 전극들(10, 11)과 접촉하며, 상기 외부 전극들은 각각 땜납층들(8, 9)과 결합된다. 땜납층들(8, 9)에는 다시 외부 접속부(여기서는 접속선(12)으로 도시함)가 설치될 수 있고, 상기 외부 접속부를 통해 압전 액추에이터(1)에 전압이 제공될 수 있다.
도 3에 따른 제 2 실시예에서, 압전 액추에이터(1)의 층 구조의 단부에는, 비활성 단부 영역에 포함되며 층 구조에 대해 단부 영역을 전기 절연하는 일체형의 세라믹 부분(13)이 설치된다. 일체형의 세라믹 부분(13) 내로 양호한 열전도성을 갖는 디스크 형태의 코어(14)가 삽입되며, 상기 코어에 의해 도 1과 도 2에 따른 실시예에서처럼 압전 액추에이터(1)로부터 외부로 열이 방출될 수 있다.
코어(14)의 측면에는 도 1과 도 2에 따른 실시예에서와 유사한 방식으로 납땜층들(8, 9)이 제공된다. 이러한 배치는, 특히 선 A-A를 따른 도 4의 단면도에서 볼 수 있으며, 여기서는 코어(14)가 둥근 윤곽임을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 압전 액추에이터(piezoelectric actuator)에 있어서,
    압전층들과 상기 압전층들 사이에 배치된 내부 전극들(2, 3)로 구성된 다층 구조물 및 상기 전극(2, 3)의 측면이 교대로 접촉하는 외부 전극들(10, 11)을 포함하며, 인장력 또는 압축력을 작동 소자에 가하는 압전 소자가 설치되고,
    상기 다층 구조물에서 비활성 단부 영역(4, 5, 6, 7; 13, 14)에는 측면 접촉을 위한 외부 전기 접속부(12)가 설치되며, 상기 단부 영역(4, 5, 6, 7; 13, 14)은 양호한 열전도성을 갖는 코어(5; 14)를 포함하는, 압전 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비활성 단부 영역(4, 5, 6, 7)은 다층 구조물상의 전기 절연 덮개층(4), 상기 덮개층 위에 제공된 상기 열전도성 코어(5), 및 상기 코어의 측면에 제공된 전기 절연 세라믹층(6, 7)으로 구성되며,
    상기 세라믹층(6, 7)에서 상기 외부 전극(10, 11)과 상기 외부 전기 접속부(12) 사이의 접속이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 압전 액추에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비활성 단부 영역(13, 14)은 전기 절연 세라믹 부분(13)으로 구성되고, 상기 부분의 측면에서 상기 외부 전극과 상기 외부 전기 접속부 사이의 접속이 형성될 수 있고, 세라믹층(13) 내에 삽입되는 열전도성 코어(14)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 압전 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코어(14)는 상기 층들의 평면 내에서 둥근 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는, 압전 액추에이터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 전극(10, 11)과 상기 외부 전기 접속부(12) 사이의 접속이 세라믹층(6, 7; 13)상에서 땜납층(8, 9)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 압전 액추에이터.
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