KR101952854B1 - 압전 소자 및 그 제조 방법, 그리고 상기 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전 소자에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자는 서로 결합된 압전체부와 압전체부를 포함하되, 압전체부는 다결정 압전체로 이루어진 다결정부, 단결정 압전체로 이루어지며 연결부에 결합된 단결정부, 그리고 다결정부와 단결정부 사이에서 다결정 압전체와 단결정 압전체의 중간적 성질을 갖는 텍스쳐부(textured member)를 포함한다.
Description
본 발명은 압전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 물리적 또는 기계적 충격에 강한 구조를 갖는 압전 소자 및 그 제조 방법, 그리고 상기 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리에 관한 것이다.
압전 소자는 외부에서 전압을 인가하면, 두 전극 사이에 전계가 형성되면서 세라믹 내부에서 발생되는 쌍극자(dipole)로 인하여 발생되는 구조 변형에 따라, 기계적 변위를 발생시킬 수 있다. 이러한 압전 소자는 주로 변위를 이용해야 하는 다양한 종류의 액추에이터 어플리케이션에 사용되고 있다. 예컨대, 액추에이터 어플리케이션으로는 연료 주입기(fuel injector), 나노 포지셔닝 시스템(nano-positioning system), 그리고 잉크젯 헤드(inkjet head) 등이 있다.
압전 소자의 변위는 전계에 비례하여 증가하므로, 더 큰 변위를 얻기 위해서는 전극 사이에 더 높은 전압을 인가해야 한다. 그러나, 이러한 큰 전압을 동작 전압으로 발생시키는 것은, 회로적으로 큰 문제를 발생시키는 원인이 될 수 있어, 보통은 압전체를 전극 간의 두께를 감소시킨 다층 구조의 형태로 구현하여, 작은 전압에서도 더 큰 전계를 통해 큰 변위를 발생시킬 수 있도록 한다. 예컨대, 9층의 다층 압전체와 단층 압전체에 동일한 전압을 인가하는 경우, 다층 압전체에 인가되는 전계가 상기 단층 압전체에 비해 9배의 큰 변위를 발생시킬 수 있다.
한편, 연료 주입기 및 나노 포지셔닝 시스템과 같은 초고 다층형 압전 액추에이터는 모두 물리적 또는 기계적 충격에 노출되어 있으며, 이러한 물리적 또는 기계적 충격으로 인한 손상은 대부분 다결정 압전체와 이에 연결되는 외부 연결부 간의 결합 부분에 집중적으로 발생하고 있다. 그러나, 다결정 압전체의 경우, 그 자체가 외부 충격에 약하므로, 이러한 외부 충격에 강한 압전 소자를 구현하는 것은 매우 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 물리적 또는 기계적 충격에 강한 압전 소자 및 그 제조 방법, 그리고 상기 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리를 제공하는 것에 있으며, 특히 압전체와 연결부 간의 결합 부분이 외부 충격으로부터 강한 구조를 갖는 압전 소자 및 그 제조 방법, 그리고 상기 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단가 상승을 최소화하면서도 물리적 또는 기계적 충격에 강한 압전 소자 및 그 제조 방법, 그리고 상기 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 압전 소자는 압전체부 및 상기 압전체부에 결합된 연결부를 포함하되, 상기 압전체부는 다결정 압전체로 이루어진 다결정부, 단결정 압전체로 이루어지며, 상기 연결부에 결합된 단결정부, 그리고 상기 다결정부와 상기 단결정부 사이에서 상기 다결정 압전체와 상기 단결정 압전체의 중간적 성질을 갖는 텍스쳐부(textured member)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다결정부는 상기 단결정부 및 상기 텍스쳐부에 비해 많은 층수를 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단결정부는 단층 구조를 가지고, 상기 다결정부는 다층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다결정부는 상기 압전체부의 전체 구간에서 90% 이상을 차지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 텍스쳐부는 상기 다결정 압전체에 비해 상기 단결정부의 결정 방향성에 가까운 결정 방향성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단결정부는 d33의 결정 방향성을 가지고, 상기 텍스쳐부는 상기 다결정부에 비해 상기 d33의 결정 방향성에 가까운 결정 방향성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 텍스쳐부는 상기 단결정부에 인접하게 다결정 압전체를 배치시킨 후, 상기 다결정 압전체를 소성함으로써, 상기 단결정부에 인접하는 다결정 압전체의 결정 방향성을 변화시켜 형성된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 압전 소자의 제조 방법은 다결정 압전체를 이용하여 다결정 압전체층을 준비하는 단계, 단결정 압전체를 이용하여 단결정 압전체층을 준비하는 단계, 상기 단결정 압전체층 상에 상기 다결정 압전체층을 적층하여, 다층 압전체 구조물을 제조하는 단계, 그리고 상기 다층 압전체 구조물을 소성하여 단결정부, 다결정부, 그리고 상기 단결정부와 상기 다결정부 사이에서 상기 다결정 압전체와 상기 단결정 압전체의 중간적 성질을 갖는 텍스쳐부로 이루어진 복합 압전체 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단결정 압전체층을 준비하는 단계는 소결이 완료된 상태의 단결정 압전체층을 형성하여 이루어지고, 상기 다결정 압전체층을 준비하는 단계는 미소결 상태의 다결정 압전체층들의 적층물을 형성하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다결정 압전체층을 준비하는 단계는 상기 단결정 압전체층에 비해 많은 층수를 갖는 다층 압전체 구조물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 텍스쳐부는 상기 다결정 압전체에 비해 상기 단결정부의 결정 방향에 가까운 결정 방향성을 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 압전체부의 텍스쳐부를 연결부에 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구동 어셈블리는 연료를 토출시키는 노즐부, 상기 노즐부로의 상기 연료 공급을 조절하는 밸브, 그리고 상기 밸브의 구동을 조절하는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는 압전체부와 연결부를 갖는 압전 소자를 구비하고, 상기 압전체부는 다결정 압전체로 이루어진 다결정부, 단결정 압전체로 이루어지며, 상기 연결부에 결합된 단결정부, 그리고 상기 다결정부와 상기 단결정부 사이에서 상기 다결정 압전체와 상기 단결정 압전체의 중간적 성질을 갖는 텍스쳐부를 포함한다.
본 발명에 따른 구동 어셈블리는 워크피스(workpiece), 상기 워크피스의 위치를 감지하는 센싱부, 그리고 상기 워크피스의 위치를 변화시키는 구동부를 포함하되, 상기 구동부는 압전체부와 연결부를 갖는 압전 소자를 구비하고, 상기 압전체부는 다결정 압전체로 이루어진 다결정부, 단결정 압전체로 이루어지며 상기 연결부에 결합된 단결정부, 그리고 상기 다결정부와 상기 단결정부 사이에서 상기 다결정 압전체와 상기 단결정 압전체의 중간적 성질을 갖는 텍스쳐부를 포함한다.
본 발명에 따른 압전 소자 및 이를 구비하는 구동 어셈블리는 압전 소자의 압전체부를 다결정 압전체와 단결정 압전체의 복합 구조로 구성하되, 압전체부의 대부분을 상대적으로 저렴한 다결정 압전체로 구현하고, 외부 충격이 집중되는 연결부와의 접합 부분만을 높은 강도를 갖는 단결정부로 구현하여, 외부 충격에 강하면서도 제작 단가의 상승을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 소자의 제조 방법은 다결정 압전체와 단결정 압전체의 복합 구조를 갖도록 압전체부를 제조하되, 압전체부의 대부분은 상대적으로 저렴한 다결정 압전체로 제조하고, 외부 충격이 집중되는 연결부와의 접합 부분만을 높은 강도의 단결정부로 제조하여, 외부 충격에 강하면서도 제작 단가의 상승을 최소화한 구조를 갖는 압전 소자를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자를 보여주는 도면이다.
도 2a는 도 1의 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2b는 도 1의 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a는 도 1의 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2b는 도 1의 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 단계는 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압전소자 및 이를 구비하는 구동 어셈블리에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자(100)는 압전체부(110) 및 연결부(120)를 포함할 수 있으며, 상기 압전체부(110)는 다결정부(112), 단결정부(114), 그리고 텍스쳐부(textured member:116)를 포함할 수 있다.
상기 압전체부(110)는 대체로 일 방향으로 긴 기둥 형상을 가지는 압전체 구조물일 수 있다. 일 예로서, 상기 압전체부(110)는 티탄산지르콘산납(PZT), 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산바륨스트론튬((Ba,Sr)(TiO3)), 마그네슘산니오브산납(PMN), 티탄산납(PT), 그리고 이들의 고용체 및 완화형 강유전체(relaxor ferroelectric) 등으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 박막들로 구성된 다층 압전체 구조물일 수 있다. 상기 박막들은 단결정 강유전체 박막 또는 면내 무배향으로 기판 법선 방향으로 배향된 다결정 강유전체 박막 등일 수 있다.
상기 다결정부(112)는 다결정 압전체로 이루어진 상기 압전체부(110)의 일측 구간일 수 있고, 상기 단결정부(114)는 단결정 압전체로 이루어진 상기 압전체부(110)의 타측 구간일 수 있으며, 상기 텍스쳐부(116)는 다결정과 단결정의 중간적 성질의 압전체로 이루어져 상기 다결정부(112)와 상기 단결정부(114) 사이에 제공되는 중간 구간일 수 있다.
상기 다결정부(112)는 상기 단결정부(114)에 비해, 상대적으로 많은 층수를 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 다결정부(112)는 다결정 압전체로 이루어진 시트들을 적층시켜 제작된 다층 압전체 구조를 가질 수 있다. 이에 반해, 상기 단결정부(114)는 상기 다결정부(112)에 비해, 작은 층수를 갖는 다층 구조이거나, 단층 구조를 가질 수 있다. 상기 텍스쳐부(116) 또한 상기 다결정부(112)에 비해, 작은 층수를 갖는 다층 구조이거나, 단층 구조를 가질 수 있다.
일 예로서, 상기 단결정부(114)는 단층 구조로 제공되어, 상기 압전체부(110)의 타측 단부로 제공되고, 상기 텍스쳐부(116)는 다층 구조로 제공되어 상기 타측 단부에 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 다결정부(112)는 상기 압전체부(110)의 전체 구간에서 대부분을 차지하며, 상기 단결정부(114)와 상기 텍스쳐부(116)는 상기 압전체부(110)의 일측 단부로서 상대적으로 작은 구간을 차지할 수 있다. 예컨대, 상기 다결정부(112)는 상기 압전체부(110)의 전체 구간에서 대략 90% 이상을 차지할 수 있으며, 더 바람직하게는 95% 이상을 차지할 수 있다.
상기 연결부(120)는 상기 압전체부(110)의 단결정부(114)와 접합되는 부분으로서, 상기 압전체부(110)를 다른 대상물(미도시됨)과 결합시키기 위한 부분일 수 있다. 일 예로서, 상기 연결부(120)는 다양한 종류의 전기적 소자(device)일 수 있다. 다른 예로서, 상기 연결부(120)는 비전기적인 구조물일 수도 있다.
한편, 보통 상기 단결정부(114)를 이루는 단결정 압전체는 다결정 압전체에 비해, 기계적 강도가 매우 높아, 외부 충격으로부터 강한 특성을 갖는다. 다만, 이러한 단결정 압전체는 다결정 압전체에 비해 상대적으로 매우 고가이다. 이에 따라, 상기 단결정 압전체로 압전체부 전체를 제작하는 경우, 상기 압전 소자(100)의 제작 단가가 매우 높아지므로, 상기 단결정부(114)는 상기 압전체부(110)의 전체 구간에서 최소화하여 제공되는 것이 제작 단가 측면에서 바람직할 수 있다. 이에 반해, 보통 상기 다결정 압전체는 단결정 압전체에 비해 기계적 강도가 낮아 외부 충격으로부터 쉽게 손상되므로, 물리적 또는 기계적 충격에 약하다. 따라서, 상술한 특성들을 종합적으로 고려하면, 상기 압전체부(110)는 외부 물리적 또는 기계적 충격이 집중되는 구간은 상기 단결정부(114)로 제작하고, 그 밖의 나머지 구간의 경우에는 상기 다결정부(112)로 제작한다면, 가격적인 측면과 외부 충격에 대한 신뢰성 측면을 모두 만족할 수 있는 압전 소자(100)를 구현할 수 있다.
상기와 같은 특성들을 만족시키기 위해, 외부 충격이 집중되는 상기 압전체부(110)와 상기 연결부(120)의 접합 부분에 인접한 구간을 상기 단결정 압전체(114)로 제작할 수 있다. 상기 단결정부(114)는 단층 구조로 제공하여, 상기 단결정부(114)의 사용으로 인한 가격 상승을 최소화할 수 있다. 그리고, 상기 단결정부(114) 이외의 구간을 다결정부(112)의 적층 구조로서 제공할 수 있다. 여기서, 상기 텍스쳐부(116)는 상기 압전체부(110)의 제작 과정에서 다결정부(112)와 단결정부(114)로 이루어진 적층 압전체를 소성하는 경우, 상기 단결정부(114)에 인접하는 상기 다결정부(112)의 압전체가 보통의 다결정 압전체에 비해 미리 정해된 결정 방향성의 변위 방향으로 훨씬 큰 결정성을 갖게 됨으로써 만들어지는 구간일 수 있다. 만약, 상기 압전 소자(100)의 원하는 변위 방향이 d33인 경우, 상기 단결정부(114)는 결정 방향성이 d33이 되도록 상기 단결정부(114)를 배치시킨 후, 상기 다결정 및 단결정의 적층 압전체부에 대해 소성 공정을 수행하면, 상기 텍스쳐부(116)는 d33의 결정 방향성을 갖는 고성능의 압전체 구간이 될 수 있다.
계속해서, 상술한 압전 소자(100)를 구비하는 구동 어셈블리의 다양한 실시예에 대해 설명한다. 여기서, 앞서 살펴본 압전 소자(100)에 중복되는 내용은 생략하거나 간소화될 수 있다.
도 2a는 도 1의 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자(100)는 구동 어셈블리의 일 예로서, 연료 주입기(fuel injector:10)에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연료 주입기(10)는 노즐부(12), 커플링부(14), 그리고 구동부(16)로 이루어질 수 있다. 상기 노즐부(12)는 연료를 외부로 토출시키고, 상기 커플링부(14)는 상기 구동부(16)의 구동력을 상기 노즐부(12)를 제어하는 조절 밸브(18)로 전달할 수 있다. 여기서, 상기 구동부(16)는 커플링부(14)에 결합되며, 상기 조절 밸브(18)의 구동을 제어하도록 하는 도 1의 압전 소자(100)를 구비할 수 있다. 상기 압전 소자(100)의 압전체부(110)는 상기 노즐부(12)의 연료 토출 방향과 상응하도록, 그 압전체의 결정 방향성이 조절될 수 있다.
도 2b는 도 1의 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자(100)는 구동 어셈블리의 다른 예로서 나노 포지셔닝 장치(nano-positioning apparatus:20)에 구비될 수 있다. 상기 나노 포지셔닝 장치(20)는 극미세 위치를 변화시키기 위한 장치로서, 미세 현미경 등에 사용될 수 있다. 상기 나노 포지셔닝 장치(20)는 도 1의 압전 소자(100)가 적용된 구동부(22)를 구비하여, 센서부(24)에 의해 이동 대상물에 대한 위치를 감지하면서, 상기 압전 소자(100)에 의해 워크피스(workpiece:26)를 미세 이동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자(100)는 서로 결합된 압전체부(110)와 연결부(120)로 이루어지되, 상기 압전체부(110)는 상대적으로 저렴한 다결정 압전체로 이루어진 다결정부(112)를 상기 압전체부(110)의 대부분을 차지하도록 하고, 상대적으로 외부 충격에 강한 단결정 압전체로 이루어진 단결정부(114)를 상기 연결부(120)와 결합되는 부분만을 차지하도록 제공된 복합 압전체 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 압전체부(110)는 외부 충격이 집중되는 상기 압전체부(110)와 상기 연결부(120)의 결합 부분을 상기 단결정부(114)로 하여 외부 충격에 강하면서도, 나머지 부분을 다결정부(112)로 구현하여, 단결정 압전체 사용으로 인한 비용은 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 압전 소자 및 이를 구비하는 구동 어셈블리는 압전 소자의 압전체부를 다결정 압전체와 단결정 압전체의 복합 구조로 구성하되, 압전체부의 대부분을 상대적으로 저렴한 다결정 압전체로 구현하고, 외부 충격이 집중되는 연결부와의 접합 부분만을 높은 강도를 갖는 단결정부로 구현하여, 외부 충격에 강하면서도 제작 단가의 상승을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시에에 따른 압전 소자의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 살펴본 압전 소자(100)에 대해 중복되는 내용들은 생략하거나 간소화될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법을 보여주는 순서도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 적층형 다결정 압전체(111)를 단결정 압전체층(113) 상에 적층하여, 다층 압전체 구조물(101)을 형성할 수 있다(S110). 보다 구체적으로, 적층형 다결정 압전체(111)를 준비할 수 있다. 상기 적층형 다결정 압전체(111)는 다결정 압전체를 이용하여 복수의 그린 시트(green sheet)들을 제작한 후, 이들을 적층시켜 준비될 수 있다. 단결정 압전체층(113)은 단일 압전체 결정상을 갖는 단층 압전체 층을 제조하여 준비될 수 있다.
여기서, 상기 적층형 다결정 압전체(111)는 소결이 완료되지 않은 미소결 상태로서 준비되고, 상기 단결정 압전체층(113)은 소결이 완료된 소결 완료 상태로서 준비될 수 있다. 상기 단결정 압전체층(113)의 결정상은 미리 정해져 있으므로, 상기 단결정 압전체층(113)은 그 압전체의 결정 방향성이 d33이 되도록 정렬될 수 있다. 그리고, 상기 단결정 압전체층(113) 상에 상기 적층형 다결정 압전체(111)를 적층시킬 수 있다. 이에 따라, 도 4a에 도시된 바와 같이, 미소결 상태의 적층형 다결정 압전체(111)와 소결 완료 상태의 단결정 압전체층(113)으로 이루어진 다층 압전체 구조물(101)이 제조될 수 있다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 다층 압전체 구조물(101)을 소성하여, 복합 압전체 구조물(103)을 형성할 수 있다(S120). 상기 소성 공정을 수행하는 단계는 상기 다층 압전체 구조물(101)을 소정의 가열 온도로서 열처리하여, 앞서 도 4a를 참조하여 설명한 다층 압전체 구조물(101)이 다결정부(112), 단결정부(114), 그리고 텍스쳐부(116)로 이루어진 상기 복합 압전체부(103)로 구현되도록 할 수 있다. 이러한 소성 공정을 통해, 상기 단결정 압전체층(113)에 인접하는 상기 다결정 압전체(111)의 일부 영역이 단결정 압전체의 결정 방향성에 가깝게 변화함으로써, 다결정 압전체와 단결정 압전체의 중간적 성질의 상기 텍스쳐부(116)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 다결정부(112), 단결정부(114), 그리고 텍스쳐부(116)로 구성된 상기 복합 압전체 구조물(103)이 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, 복합 압전체 구조물(103)을 연결부(120)에 결합시킬 수 있다(S130). 상기 연결부(120)로는 다양한 종류의 전기 소자 또는 비전기적 구성 등이 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 복합 압전체 구조물(103)과 상기 연결부(120)이 상기 단결정부(114)에 의해 연결되어, 압전체부(110)와 연결부(120)의 결합 구조를 갖는 도 1의 압전 소자(100)가 제조될 수 있다. 한편, 이러한 압전 소자(100)는 도 2에 도시된 연료 주입기(10) 및 나노 포지셔닝 장치(20) 등과 같은 다양한 종류의 구동 어셈블리로 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자의 제조 방법은 다층 구조의 다결정 압전체층과 단층 구조의 단결정 압전체층을 적층시킨 적층체를 소성하여, 다결정 압전체와 단결정 압전체의 복합 구조를 갖는 압전체부를 형성하되, 상대적으로 저렴한 다결정 압전체를 상기 압전체부의 대부분을 차지하도록 하고, 상대적으로 외부 충격에 강한 단결정 압전체는 외부 충격이 집중되는 상기 압전체부와 연결부의 결합 부분을 이루도록 하여 압전 소자를 제조할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 압전 소자의 제조 방법은 다결정 압전체와 단결정 압전체의 복합 구조를 갖도록 압전체부를 제조하되, 압전체부의 대부분은 상대적으로 저렴한 다결정 압전체로 제조하고, 외부 충격이 집중되는 연결부와의 접합 부분만을 높은 강도의 단결정부로 제조하여, 외부 충격에 강하면서도 제작 단가의 상승을 최소화한 구조를 갖는 압전 소자를 제조할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 연료 주입기
20 : 나노 포지셔닝 장치
100 : 압전 소자
110 : 압전체부
112 : 다결정부
114 : 단결정부
116 : 텍스쳐부
120 : 연결부
20 : 나노 포지셔닝 장치
100 : 압전 소자
110 : 압전체부
112 : 다결정부
114 : 단결정부
116 : 텍스쳐부
120 : 연결부
Claims (14)
- 압전체부; 및
상기 압전체부에 결합된 연결부를 포함하되,
상기 압전체부는:
다결정 압전체로 이루어진 다결정부;
단결정 압전체로 이루어지며, 상기 연결부에 결합된 단결정부; 및
상기 다결정부와 상기 단결정부 사이에서 상기 다결정 압전체보다 결정성이 높고 상기 단결정 압전체보다 결정성이 낮은 텍스쳐부(textured member)를 포함하는 압전 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 다결정부는 상기 단결정부 및 상기 텍스쳐부에 비해 많은 층수를 갖는 다층 구조를 갖는 압전 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 단결정부는 단층 구조를 가지고,
상기 다결정부는 다층 구조를 갖는 압전 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 다결정부는 상기 압전체부의 전체 구간에서 90% 이상을 차지하는 압전 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 텍스쳐부는 상기 다결정 압전체에 비해 상기 단결정부의 결정 방향성에 가까운 결정 방향성을 갖는 압전 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 단결정부는 d33의 결정 방향성을 가지고,
상기 텍스쳐부는 상기 다결정부에 비해 상기 d33의 결정 방향성에 가까운 결정 방향성을 갖는 압전 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 텍스쳐부는 상기 단결정부에 인접하게 다결정 압전체를 배치시킨 후, 상기 다결정 압전체를 소성함으로써, 상기 단결정부에 인접하는 다결정 압전체의 결정 방향성을 변화시켜 형성된 것인 압전 소자. - 다결정 압전체를 이용하여 다결정 압전체층을 준비하는 단계;
단결정 압전체를 이용하여 단결정 압전체층을 준비하는 단계;
상기 단결정 압전체층 상에 상기 다결정 압전체층을 적층하여, 다층 압전체 구조물을 제조하는 단계; 및
상기 다층 압전체 구조물을 소성하여 단결정부, 다결정부, 그리고 상기 단결정부와 상기 다결정부 사이에서 상기 다결정 압전체보다 결정성이 높고 상기 단결정 압전체보다 결정성이 낮은 텍스쳐부로 이루어진 복합 압전체 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 압전 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 단결정 압전체층을 준비하는 단계는 소결이 완료된 상태의 단결정 압전체층을 형성하여 이루어지고,
상기 다결정 압전체층을 준비하는 단계는 미소결 상태의 다결정 압전체층들의 적층물을 형성하여 이루어지는 압전 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 다결정 압전체층을 준비하는 단계는 상기 단결정 압전체층에 비해 많은 층수를 갖는 다층 압전체 구조물을 제조하는 단계를 포함하는 압전 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 텍스쳐부는 상기 다결정 압전체에 비해 상기 단결정부의 결정 방향에 가까운 결정 방향성을 갖도록 제공되는 압전 소자의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 텍스쳐부를 연결부에 연결시키는 단계를 더 포함하는 압전 소자의 제조 방법. - 연료를 토출시키는 노즐부; 및
상기 노즐부로의 연료 공급을 조절하는 밸브; 및
상기 밸브의 구동을 조절하는 구동부를 포함하되,
상기 구동부는 압전체부와 연결부를 갖는 압전 소자를 구비하고,
상기 압전체부는:
다결정 압전체로 이루어진 다결정부;
단결정 압전체로 이루어지며, 상기 연결부에 결합된 단결정부; 및
상기 다결정부와 상기 단결정부 사이에서 상기 다결정 압전체보다 결정성이 높고 상기 단결정 압전체보다 결정성이 낮은 텍스쳐부를 포함하는 구동 어셈블리. - 워크피스(workpiece);
상기 워크피스의 위치를 감지하는 센싱부; 및
상기 워크피스의 위치를 변화시키는 구동부를 포함하되,
상기 구동부는 압전체부와 연결부를 갖는 압전 소자를 구비하고,
상기 압전체부는:
다결정 압전체로 이루어진 다결정부;
단결정 압전체로 이루어지며, 상기 연결부에 결합된 단결정부; 및
상기 다결정부와 상기 단결정부 사이에서 상기 다결정 압전체보다 결정성이 높고 상기 단결정 압전체보다 결정성이 낮은 텍스쳐부를 포함하는 구동 어셈블리.
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- 2013-07-16 KR KR1020130083564A patent/KR101952854B1/ko active IP Right Grant
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |