KR101467933B1 - 피에조 파이버 컴포지트 구조체 및 이를 이용한 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피에조 파이버 컴포지트 구조체에 관한 것으로서, 특히 이러한 피에조 파이버 컴포지트 구조체에 플렉서블한 성질을 부가하기 위한 구조에 관한 발명이다. 또한, 본 발명은 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자에 관한 발명이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체는 복수의 압전 세라믹이 길이 방향으로 사이에 금속층을 두고 연결되어 있는 압전 세라믹 로드를 복수개 포함하고, 상기 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 옆으로 나란히 배치되어 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 각각 압전 세라믹 및 금속층이 나란히 배치되어 있으며, 나란히 배치된 상기 복수의 압전 세라믹 로드 사이에는 접착제가 배치되어 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체는 복수의 압전 세라믹이 길이 방향으로 사이에 금속층을 두고 연결되어 있는 압전 세라믹 로드를 복수개 포함하고, 상기 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 옆으로 나란히 배치되어 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 각각 압전 세라믹 및 금속층이 나란히 배치되어 있으며, 나란히 배치된 상기 복수의 압전 세라믹 로드 사이에는 접착제가 배치되어 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 피에조 파이버 컴포지트 구조체에 관한 것으로서, 특히 이러한 피에조 파이버 컴포지트 구조체에 플렉서블한 성질을 부가하기 위한 구조에 관한 발명이다. 또한, 본 발명은 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자에 관한 발명이다.
MFC(Macro Fiber Composite; 매크로 파이버 컴포지트)은 적은 비용으로 고성능, 유연성 및 신뢰성을 확보할 수 있어서 액츄에이터 또는 센서에 많이 이용되고 있다. 이는 미국 나사에 의해 1996년에 개발되었고, 2002년부터 전세계에서 상업적으로 판매되고 있다.
이러한 매크로 파이버 컴포지트는 유연성이 확보되고, 내구성이 있으며, 신뢰도가 높고, 압전 파이버(piezo-fiber) 또는 로드(rod)를 이용한 압전 특성을 갖고 있어 전기적 신호가 인가되면 기계적 변형이 일어나고 또는 그 반대로 외부의 기계적 힘이 인가되면서 MFC의 변형이 발생하면 전기적 신호를 발생하게 되어 센서 또는 에너지 하베스팅 소자에도 활용이 가능하다.
현재 매크로 파이버 컴포지트를 이용한 압전 에너지 장치는 도 1에서 보는 것처럼 전극 패턴(1, 5)을 포함한 두 층(2, 6) 사이에 직사각형 압전 세라믹 로드(9; rod)를 배치하여 이루어진 채로 만들어진다. 전극 패턴은 인터디지티드하게(interdigitedly) 서로 맞물린 패턴으로 층을 형성하는 필름(2, 6)에 부착되어 있고, 이러한 전극 패턴에 의해 인가된 전압을 직접 압전 세라믹 로드(9)에 전달하고, 또한 이러한 세라믹 로드에서 발생된 전압을 수집할 수 있다.
이러한 압전 구조체는 얇아짐에 따라 복합체 구조에 임베디드 되거나 또는 다른 다양한 구조로 이용될 수 있으며, 특히 세라믹 구조체임에도 불구하고 유연성이 확보되어 플렉서블한 성질을 나타내기 때문에, 매우 민감하게 변형 등이 발생할 때 압전 에너지 발전 소자로서 전력을 생산할 수 있기 때문에 에너지 하베스팅 소자로 이용 가능하다. 도 2에서와 같이 팽창, 굽힘, 뒤틀림과 같은 변형이 발생되었을 때 에너지 하베스팅이 가능하다.
이러한 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 소자는 플렉서블한 성질을 나타낼 수 있기 때문에 플렉서블한 성질을 이용하여 다양한 응용 분야에 이용될 수 있으나, 다만 그 플렉서블한 성질을 유지하는데 있어서, 외부의 응력이 인가되었을 때 압전 성질을 나타내는데 있어서 압전 세라믹 로드가 부러지거나 또는 크랙이 발생될 수 있어서 문제가 될 수 있으며, 또한 이와 더불어 추가적인 더욱 유연한 소자를 만드는 경우에 있어서 세라믹 소재 자체의 강성 때문에 추가적인 유연성을 얻는데 문제가 있었다.
본 발명은 위에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 발명으로서, 본 발명에 의해서 압전 세라믹 로드의 부러짐 또는 크랙 발생을 막으면서 동시에 추가적인 유연성을 확보하기 위한 발명에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체는 복수의 압전 세라믹이 길이 방향으로 사이에 금속층을 두고 연결되어 있는 압전 세라믹 로드를 복수개 포함하고, 상기 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 옆으로 나란히 배치되어 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 각각 압전 세라믹 및 금속층이 나란히 배치되어 있으며, 나란히 배치된 상기 복수의 압전 세라믹 로드 사이에는 접착제가 배치되어 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체는, 복수의 압전 세라믹이 길이 방향으로 사이에 금속층/접착제층/금속층을 두고 연결되어 있는 압전 세라믹 로드를 복수개 포함하고, 상기 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 옆으로 나란히 배치되어 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 각각 압전 세라믹 및 금속층이 나란히 배치되어 있으며, 나란히 배치된 상기 복수의 압전 세라믹 로드 사이에는 접착제가 배치되어 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 연결되어 있고, 상기 금속층/접착제층/금속층 배열에서 금속층과 금속층을 연결하기 위해 상기 접착제층의 외부로 금속 브릿지가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자는, 상기 두 가지 실시예의 피에조 파이버 컴포지트 구조체; 및 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위 아래에 각각 부착되는 전극 패턴을 포함한 지지체로서, 고분자 물질층; 상기 고분자 물질층 위에 형성된 전극 패턴들; 및 상기 전극 패턴들을 덮고 있는 접착층을 포함한, 전극 패턴을 포함한 지지체를 포함하고, 상기 지지체의 각각의 전극 패턴은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 전극 패턴들의 각각의 전극은 일정한 간격으로 상기 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성된 비아(via) 전극을 복수개 포함하며, 상기 전극 패턴들을 포함한 지지체는 각각 접착층이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 향하도록 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 상하부에 부착되며, 상기 전극 패턴들의 전극의 비아 전극이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 금속층과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴의 복수의 전극은 각각 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 압전 세라믹 로드의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극의 바이 전극은 상기 압전 세라믹 로드의 길이 방향으로 배치된 금속층과 연결되는 부분에서만 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자는, 상기 두 가지 실시예의 피에조 파이버 컴포지트 구조체가 복수개가 겹쳐져 쌓여있는 구조체; 및 상기 구조체의 위 아래에 각각 부착되는 지지체로서, 고분자 물질층; 상기 고분자 물질층 위에 형성된 전극 패턴들; 및 상기 전극 패턴들을 덮고 있는 접착층을 포함한, 전극 패턴을 포함한 지지체를 포함하고, 상기 지지체의 각각의 전극 패턴은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 전극 패턴들의 각각의 전극은 일정한 간격으로 상기 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성된 비아 전극을 복수개 포함하며, 상기 전극 패턴들을 포함한 지지체는 각각 접착층이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 향하도록 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 상하부에 부착되며, 상기 전극 패턴들의 전극의 비아 전극이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 금속층과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우에도 상기 전극은 상기 전극이 상기 압전 세라믹 로드의 길이 방향으로 배치된 금속층과 연결되는 부분에서만 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구조에 의해 본 발명에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자는 압전 세라믹 로드에서 각각의 압전 세라믹 사이에 직접 전압을 걸어주거나 전기적 신호를 받을 수 있으므로 응답의 신뢰도가 높으며 압전 세라믹에 폴링을 걸어줄 때 그 효과도 매우 뛰어날 뿐만 아니라 각각의 압전 세라믹에서 일부분이 아닌 전체 부분에서 압전 효과를 얻을 수 있어 매우 유리하다. 또한, 압전 세라믹 로드는 복수개의 압전 세라믹이 길이 방향을 따라 연결되어 있으므로, 더욱 플렉서블한 성질을 나타낼 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 압전 에너지 장치의 일 실시예의 모습을 도시한다.
도 2는 피에조 파이버 컴포지트에 팽창, 굽힘, 뒤틀림과 같은 변형이 발생한 경우의 모습을 도시한다.
도 3a 및 3b은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 일부분의 모습을 도시한다.
도 5a-5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패턴을 포함한 지지체의 제조 공정을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자를 제작하기 위해 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위아래에 전극 패턴을 포함한 지지체를 부착하는 과정을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 소자의 평면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 소자의 전극 구조의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체가 복수개가 쌓여있는 모습을 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
도 2는 피에조 파이버 컴포지트에 팽창, 굽힘, 뒤틀림과 같은 변형이 발생한 경우의 모습을 도시한다.
도 3a 및 3b은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 일부분의 모습을 도시한다.
도 5a-5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 패턴을 포함한 지지체의 제조 공정을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자를 제작하기 위해 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위아래에 전극 패턴을 포함한 지지체를 부착하는 과정을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 소자의 평면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 소자의 전극 구조의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체가 복수개가 쌓여있는 모습을 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체는 도 3a 및 도 3b에서 도시되어 있다. 도 3a은 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 사시도를 도시하고도 3b는 이의 평면도를 각각 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체(100)는 복수개의 압전 세라믹 로드(110, 120, 130)를 포함한다. 압전 세라믹 로드의 개수에는 제한이 없다.
복수의 압전 세라믹 로드(110, 120, 130)는 도 3a 및 3b에서와 같이 압전 세라믹 로드들이 서로 옆으로 나란히 배치되어 있다. 이 경우에 서로 나란히 배치됨으로써 압전 세라믹 로드의 길이 방향에 수직한 방향으로 볼 때 압전 세라믹은 압전 세라믹끼리 나란히 배치되고, 금속층은 금속층끼리 나란히 배치된다. 이때 복수의 압전 세라믹 로드(110, 120, 130)는 접착제(90)에 의해 서로 연결이 된다. 접착제(90)는 에폭시가 이용되는 것이 바람직하나, 이에 대한 특별한 제한은 없다.
압전 세라믹 로드(110, 120, 130) 각각은 복수의 압전 세라믹(101, 102, 103, 104, 105)이 길이 방향으로 연결된 형태이며, 이 경우 압전 세라믹들 사이에는 금속층(201, 202, 203, 204)이 배치되어 있다. 이 경우 압전 세라믹의 길이 및 금속층의 두께는 서로 일정하게 하는 것이 바람직하다. 일정한 길이를 가짐으로써 뒤에서 설명하는 소자를 제작할 경우 금속층이 전극 패턴과 위아래로 전기적 연결될 수 있기 때문이다.
이 경우 금속층은 바람직하게는 구리를 이용하는 것이 바람직하며, 금속층의 두께는 특별한 한정은 없으나 얇은 것이 바람직하다. 구리 이외에 은, 알루미늄, 금, CNT, 그래핀 등도 가능하다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 일부분의 모습을 도시한다. 도 4는 도 3과 모든 구조는 동일하나, 압전 세라믹 로드를 제작함에 있어서 복수의 압전 세라믹이 서로 연결됨에 있어서 도 3에서와 같이 금속층에 의해서만 연결이 된 것이 아니고 금속층/접착제층/금속층을 사이에 두고 연결이 되어 있다.
도 4에서와 같이 압전 세라믹 로드에서 압전 세라믹이 서로 길이 방향으로 연결되는 부분을 봤을 때 압전 세라믹(401, 402) 두 개의 연결 부위 사이에는 차례대로 금속층(501) / 접착제층(505) / 금속층(502)이 배치되어 있다. 도 4에서는 압전 세라믹의 연결을 위해 금속 필름(501, 502)을 각각 압전 세라믹에 부착한 이후 접착제층(505)으로 연결함으로써 압전 세라믹 로드가 도 3에서보다 더욱 견고하게 연결될 수 있다.
도 3에서는 압전 세라믹이 금속층에 의해 연결되었으므로 전기적 배선에 문제가 없었으나, 본 발명에서는 접착제층에 의해 전기적으로 절연되므로, 도 4에서와 같이 금속 브릿지(601)를 형성시킨다.
이러한 금속 브릿지(601)의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 도 4에서와 같이 두 금속층(501, 502)을 연결하기 위함이며, 브릿지의 개수에도 특별한 제한은 없다.
도 3 및 도 4에서와 같은 금속층 및 금속 브릿지를 이용해 도 6 내지 도 8에서 도시된 것과 같이 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자가 제작되었을 때 전극을 통해 압전 세라믹에 전압을 걸어주는 것이 가능하고 또한 압전 세라믹에서 발생된 전기적 신호를 전극으로 전달이 가능하게 된다.
본 발명에서는 이와 같이 금속층 및 금속 브릿지를 이용해 압전 세라믹 로드에서 각각의 압전 세라믹 사이에 직접 전압을 걸어주거나 전기적 신호를 받을 수 있으므로 응답의 신뢰도가 높으며 압전 세라믹에 폴링을 걸어줄 때 그 효과도 매우 뛰어날 뿐만 아니라 각각의 압전 세라믹에서 일부분이 아닌 전체 부분에서 압전 효과를 얻을 수 있어 매우 유리하다.
이하에서는 이러한 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자에 관해 설명하도록 하겠다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자를 제작하기 위해 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위아래에 전극 패턴을 포함한 지지체를 부착하는 과정을 도시하고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트를 이용한 소자의 평면도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자(700)는 피에조 파이버 컴포지트 구조체(100); 및 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위 아래로 각각 부착되는 지지체(500)를 포함한다.
피에조 파이버 컴포지트 구조체에 대해서는 위에서 두가지 실시예를 통해 자세히 설명하였고, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위 아래로 각각 부착되는 지지체(500)는 도 5a-5d에서와 같은 과정에 의해 제작된다.
지지체(500)는 도 5에서와 같이 고분자 물질층(510); 그 위에 형성된 전극 패턴들(520); 및 전극 패턴을 덮고 있는 접착층(530)으로 이루어진다.
고분자 물질층(510)은 지지판으로 이용되는 것으로서, 바람직하게는 폴리이미드의 재질로 이루어진다. 고분자 물질층은 폴리미이드가 통상적으로 이용되기는 하나 이에 제한되는 것은 아니다.
전극 패턴들(520)은 지지체의 상에 형성되어 있으며, 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있다. 제 1 및 제 2 전극 패턴은 서로 전기적으로 절연되어 있고 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함한다. 이는 도 7에서 도시된 것처럼 제 1 전극 패턴(610)과 제 2 전극 패턴(620)이 하나의 지지체 상에 서로 절연되면서 맞물리도록 형성되어 있다. 이는 마치 빗(comb)과 같은 형상을 이루고 있다. 빗에서 각각의 살에 해당하는 부분이 복수의 전극을 이루고 있다.
도 7에서 보는 것처럼 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴의 복수의 전극은 각각 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 압전 세라믹 로드의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 연장되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면 전극 패턴의 전극과 이렬로 배치된 압전 세라믹 로드의 금속층을 서로 전기적으로 연결시키기에 전극 패턴이 압전 세라믹 로드의 길이 방향에 수직하게 배치되는 것이 유리하기 때문이다.
제 1 전극 패턴(610)은 예를 들어 (-) 극성을 갖고, 제 2 전극 패턴(620)은 (+) 극성을 가지며 이는 서로 바뀔 수 있다.
도 7은 평면도이고, 하부 지지체에도 상부 지지체와 마찬가지로 (도 1과 같이) 동일한 제 1 및 제 2 전극 패턴이 형성되어 있다. 이러한 상하부 지지체의 전극 패턴은 동일한 극성을 가지고 있으며, 도 6에서와 같이 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위아래에 부착되며, 이 경우 압전 세라믹 로드의 금속층과 각각의 전극 패턴의 전극이 맞닿아 전기적 연결이 이루어지도록 형성된다.
이 경우 전극이 금속층과 맞닿도록 하기 위해 도 5에서 보는 것처럼 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 외부로 노출되도록 전극이 예를 들어 비아(via) 전극(540)을 이루며 노출되어 있다. 더욱 자세하게는, 전극이 압전 세라믹 로드의 길이 방향으로 배치된 금속층과 연결되는 부분에서만 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성되어 있다. 비아 전극이라고 본 발명에서는 명명하였으나, 이는 일 실시예이고, 지지체의 전극 패턴의 전극과 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 금속층을 각각 전기적으로 연결시키는 구조이면 어느것이라도 가능함은 당업자에게 명확하다.
이는 도 8에서 더욱 명확하게 도시되어 있다. 도 8에서 보는 것처럼 피에조 파이버 컴포지트 구조체(100)의 상부에 지지체(500)가 부착된 경우, 압전 세라믹(101, 102) 사이의 금속층(201)과 지지체(500)의 전극(520) 사이에 비아 전극(540)을 통해 서로 연결되어 있음을 볼 수 있다.
따라서, 전극 패턴에서 각각의 전극들의 간격은 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 압전 세라믹 로드의 금속층 사이의 간격과 동일하도록 제작되어 부착되는 것이 바람직하다.
도 4와 같은 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위아래로 지지체가 부착되는 경우에는 금속 브릿지 또는 좌우 어느 한쪽의 금속층과 지지체의 전극이 맞닿도록 제작된다.
이러한 구조에 의해 위에서 설명한 것처럼, 본 발명에서는 압전 세라믹 로드에서 각각의 압전 세라믹 사이에 직접 전압을 걸어주거나 전기적 신호를 받을 수 있으므로 응답의 신뢰도가 높으며 압전 세라믹에 폴링을 걸어줄 때 그 효과도 매우 뛰어날 뿐만 아니라 각각의 압전 세라믹에서 일부분이 아닌 전체 부분에서 압전 효과를 얻을 수 있어 매우 유리하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 파이버 컴포지트 구조체가 복수개가 쌓여있는 모습을 도시한다.
도 9에서와 같이 복수개의 피에조 파이버 컴포지트 구조체(100)가 적층되어 있고, 이 경우 서로 나란히 금속층이 위아래 피에조 파이버 컴포지트 구조체 간에 맞닿아서 전기적으로 연결 가능하도록 배치되며, 이러한 전체 구조체 상부 및 하부에 각각 전극 패턴을 포함한 지지체가 배치된다.
이와 같이 피에조 파이버 컴포지트 구조체가 적층 구조를 이룸으로써 3차원적인 구조를 만들 수도 있는 것이다. 피에조 파이버 컴포지트 구조체, 지지체 및 전극 패턴 등의 각각의 구성에 대한 설명은 위와 동일하므로 생략하기로 한다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
- 복수의 압전 세라믹이 길이 방향으로 사이에 금속층을 두고 연결되어 있는 압전 세라믹 로드를 복수개 포함하고,
상기 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 옆으로 나란히 배치되어 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 각각 압전 세라믹 및 금속층이 나란히 배치되어 있으며,
나란히 배치된 상기 복수의 압전 세라믹 로드 사이에는 접착제가 배치되어 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체.
- 복수의 압전 세라믹이 길이 방향으로 사이에 금속층/접착제층/금속층을 두고 연결되어 있는 압전 세라믹 로드를 복수개 포함하고,
상기 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 옆으로 나란히 배치되어 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 각각 압전 세라믹 및 금속층이 나란히 배치되어 있으며,
나란히 배치된 상기 복수의 압전 세라믹 로드 사이에는 접착제가 배치되어 복수의 압전 세라믹 로드가 서로 연결되어 있고,
상기 금속층/접착제층/금속층 배열에서 금속층과 금속층을 연결하기 위해 상기 접착제층의 외부로 금속 브릿지가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체.
- 제 1 항 또는 제 2 항의 피에조 파이버 컴포지트 구조체; 및
상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 위 아래에 각각 부착되는 전극 패턴을 포함한 지지체로서, 고분자 물질층; 상기 고분자 물질층 위에 형성된 전극 패턴들; 및 상기 전극 패턴들을 덮고 있는 접착층을 포함한, 전극 패턴을 포함한 지지체를 포함하고,
상기 지지체의 각각의 전극 패턴은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하며,
상기 전극 패턴들의 각각의 전극은 일정한 간격으로 상기 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성된 비아(via) 전극을 복수개 포함하며,
상기 전극 패턴들을 포함한 지지체는 각각 접착층이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 향하도록 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 상하부에 부착되며, 상기 전극 패턴들의 전극의 비아 전극이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 금속층과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴의 복수의 전극은 각각 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 압전 세라믹 로드의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자.
- 제 3 항에 있어서,
상기 전극의 바이 전극은 상기 압전 세라믹 로드의 길이 방향으로 배치된 금속층과 연결되는 부분에서만 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항의 피에조 파이버 컴포지트 구조체가 복수개가 겹쳐져 쌓여있는 구조체; 및
상기 구조체의 위 아래에 각각 부착되는 지지체로서, 고분자 물질층; 상기 고분자 물질층 위에 형성된 전극 패턴들; 및 상기 전극 패턴들을 덮고 있는 접착층을 포함한, 전극 패턴을 포함한 지지체를 포함하고,
상기 지지체의 각각의 전극 패턴은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는 복수의 전극을 포함하며,
상기 전극 패턴들의 각각의 전극은 일정한 간격으로 상기 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성된 비아 전극을 복수개 포함하며,
상기 전극 패턴들을 포함한 지지체는 각각 접착층이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체를 향하도록 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 상하부에 부착되며, 상기 전극 패턴들의 전극의 비아 전극이 상기 피에조 파이버 컴포지트 구조체의 금속층과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자.
- 제 6 항에 있어서,
상기 전극은 상기 전극이 상기 압전 세라믹 로드의 길이 방향으로 배치된 금속층과 연결되는 부분에서만 전극을 덮고 있는 접착층을 관통하여 접착층 위로 노출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
피에조 파이버 컴포지트 구조체를 이용한 소자.
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