KR102302365B1 - 큰 전단 운동을 제공하는 평면형 압전 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 제공하는 액추에이터에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 선택된 방향에 대한 섬유(2)의 경사각은 2°초과 및 40°미만이고; 액티브 층의 압전 섬유 사이의 공간은 비압축성 탄성 재료(10)로 채워져 있고; 액티브 층(1)은 선택된 방향과 평행한 적어도 2개의 치수적으로 안정한 기다란 엘리먼트(8)를 포함하고, 각각의 섬유(2)의 단부는 강성 접착제(9)를 이용하여 상기 치수적으로 안정한 엘리먼트(8)에 접착 본딩되어 있고; 상기 치수적으로 안정한 엘리먼트(8)는 상기 전극을 가진 층(4)에 강성 접착제(12)에 의해 접착 본딩되어 있다.

Description

큰 전단 운동을 제공하는 평면형 압전 액추에이터{PLANAR PIEZOELECTRIC ACTUATOR PROVIDING A LARGE SHEAR MOVEMENT}
본 발명은 평면의 전단 운동(shear movement)을 제공할 수 있는 액티브 액추에이터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 압전 섬유(piezoelectric fibre)를 이용한 액추에이터에 관한 것이다.
2개의 구조 엘리먼트를 서로 미끄러지게 하기 위해, 한 방향으로 평행하고 압전 섬유들을 활성화시키기 위해 압전 섬유와 수직인 방향의 전극들을 수반하는 층들 사이에 끼워 넣어진, 압전 섬유들의 층으로 이루어진 플랫 액추에이터(flat actuator)는 이미 개발되어 있다. 항공학에서 볼 수 있는 애플리케이션은, 예컨대, 공기 역학적 엘리먼트의 제어된 변형에 의해 그것의 입사 변화에 따라 그것을 조절하는 것이다.
이러한 타입의 애플리케이션에서, 전단 방향으로의 액추에이터의 성능은 대응하는 각 변형(angular distortion) 값으로 표현된다.
본 출원인은 이미, 문헌 FR 2 893 783에서, 메쉬를 형성하는 두 방향으로 향하는 강성의(rigid) 날실 및 씨실을 가진 직물(fabric) 층으로 각각 덮여 있는, 평행한 전극들을 수반하는 두 층 사이에 끼워 넣어진 압전 섬유의 액티브 층으로 이루어진, 그것의 장변(long edge) 방향으로 전단(shear)을 만들어내는 직방형 플랫 액추에이터를 제안하였다. 씨실과 날실은 나란하게 놓인 변형 가능한 평행사변형의 메쉬를 형성한다. 압전 섬유는 장변과 45° 및 전극과 90°의 각도를 이룬다. 각각의 층들은 압전 섬유의 평평한 층의 전단 운동을 가장 잘 전달하기 위해 서로 접착 본딩(adhesively bonding)된다. 강성의 날실 및 씨실을 가진 직물 층은 액추에이터가 설치되어 있는 부재로의 전단 운동의 전달, 및 다른 방향으로의 그 장치의 강성(rigidity)을 모두 제공한다.
이 장치의 단점은 이러한 타입의 액추에이터의 기본적인 모듈에 의해 허용되는 각 변형의 제한된 진폭이다. 섬유에 사용된 압전 재료가 무엇이든, 본 출원인에 의해 수행된 테스트는 800μdef 의 섬유 변형에 대하여 45°에서 1256μdef 의 평균 각 변형을 야기한다.
본 발명의 목적은 압전 섬유 층을 이용한 액추에이터를 통해 훨씬 더 큰 각 변형 값을 얻는 것이다. 이것은 첫째 압전 섬유의 움직임에 의해 만들어지는 각 변형 값을 증가시키고, 둘째로 전단 방향으로 액추에이터에 의해 만들어진 힘의 레벨을 보장하는 것을 필요로 한다.
이를 위해, 본 발명은 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가지는 압전 액추에이터로서, 상기 선택된 방향에 대하여 기울어져 있고 서로 평행한 압전 섬유를 포함하는 적어도 하나의 액티브 층을 포함하고, 상기 액티브 층이 상기 섬유 길이의 변화를 명령에 따라 일으킬 수 있도록 배치된 전극을 수반하는 적어도 2개의 층 사이에 배치되어 있는 샌드위치 구조를 가지는 압전 액추에이터에 관한 것이다. 이 액추에이터는:
- 상기 선택된 방향에 대한 상기 섬유의 경사각은 2°초과 및 40°미만이고;
- 액티브 층 내의 압전 섬유 사이의 공간은 상기 섬유의 유전 강도보다 큰 유전 강도를 가지는 비압축성(incompressible) 탄성 재료로 채워지고;
- 상기 액티브 층은 변형 불가능한 엘리먼트라 불리는 적어도 2개의 엘리먼트를 포함하고, 이러한 엘리먼트들은 길고 상기 선택된 방향과 평행하며 적어도 200GPa의 인장 탄성률(tensile modulus)을 가지고;
- 상기 섬유 각각의 단부는 강성 접착제(rigid glue)에 의해 상기 변형 불가능한 엘리먼트에 접착 본딩되어 있고; 그리고
- 상기 변형 불가능한 엘리먼트는 상기 전극 수반 층에 강성 접착제에 의해 접착 본딩되어 있는 것을 특징으로 한다.
변형 불가능한 엘리먼트 및 섬유간 공간의 비압축성 탄성 재료로 이루어진 매트릭스의 조합에 의해, 액티브 층이 그 평면에 가해진 인장력에 반응하는 것을 보장할 수 있게 되는데, 이는 2개의 변형 불가능한 엘리먼트 사이에 강성 에지를 가지는 변형 가능한 평행사변형의 연쇄(succession)와 실질적으로 유사하다.
이러한 구성에서, 변형 불가능한 엘리먼트의 방향에 대하여 40°미만의 방향으로 압전 섬유를 기울임으로써, 45°의 대각선 기울기보다 적어도 2배 더 큰 각 변형을 얻는 것이 가능해짐을 알 수 있다.
마지막으로, 전극 수반 층을 통과하여 액추에이터가 적용되어 있는 부재로 힘을 전달하는 것은 전적으로 강성 접착제를 통해 강성 엘리먼트를 통해 발생한다. 이러한 엘리먼트들은 그러므로 섬유에 의해 유발된 힘을 변형 없이 견디기 위해 높은 인장 탄성률을 가져야 한다. 한편, 이러한 전달 방식은 종래의 실시예에 존재하는, 액티브 층과 샌드위치의 다른 엘리먼트 간의 힘의 전달을 책임지는 접착제 층 내의 전단 강도에 의해 발생되는 손실을 제거한다.
선택된 방향에 대한 상기 압전 섬유의 경사각은 10° 미만인 것이 바람직하다. 이것은 섬유의 기울기가 감소할 때 각 변형이 크게 증가하고, 이러한 경사에서 시작하는 것이 45°에 대하여 획득된 값보다 이론적으로 4배 더 크기 때문이다.
바람직하게는, 압전 섬유는 10MPa 미만의 전단 탄성률(shear modulus)을 가지는 탄성 재료에 의해 전극 수반 층에 연결된다. 이러한 엘라스토머 층은 압전 섬유와 전극 간의 거리를 실질적으로 일정하게 유지함으로써 절연 파괴(electrical breakdown)를 피하는 것을 가능하게 만든다. 한편, 엘라스토머 층의 낮은 전단 탄성률은 엘라스토머 층이 섬유의 움직임에 대한 낮은 전단 강도에 대항하고 그러므로 그것이 액추에이터에 의해 가해지는 힘을 단지 약간만 감소시킨다는 것을 의미한다.
바람직하게는, 전극 수반 층은 폴리아미드로 제조된 비도전성 재료로 만들어진다. 이러한 타입의 재료는 작동 중인 액추에이터에 의해 가해지는 기울어진 전단(angular shearing)에도 잘 견딘다.
유리하게도, 상기 액티브 층의 선택된 방향과 평행한 액추에이터의 두 변은 각각 상기 변형 불가능한 엘리먼트 중 하나에 의해 형성된다. 이러한 구성은 여러 가지 중에서도, 움직임이 2개의 변형 불가능한 엘리먼트에 의해서만 작동되는 부재로 전달될 수 있다는 장점을 가진다.
본 발명은 또한 선택된 방향으로의 큰 전단 운동을 가지는 압전 액추에이터를 제조하는 방법으로서, 압전 액추에이터는 상기 방향에 대하여 기울어져 있고 서로 평행한 압전 섬유를 포함하는 적어도 하나의 액티브 층을 포함하고, 상기 액티브 층이 상기 섬유의 길이의 변화를 명령에 따라 일으킬 수 있도록 배치된 적어도 2개의 전극 수반 층 사이에 배치되어 있는 샌드위치 구조를 가지는, 상기 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은:
- ■ 상기 선택된 방향에 대하여 2°초과 및 40°미만의 경사각으로 상기 압전 섬유를 배치하는 단계;
■ 압전 섬유 사이의 공간을 상기 섬유의 유전 강도보다 큰 유전 강도를 가진 비압축성 탄성 재료로 채우는 단계;
■ 변형 불가능한 엘리먼트 중 적어도 2개의 엘리먼트를 상기 선택된 방향과 평행하게 놓는 단계로서, 이 엘리먼트들은 길고 적어도 200GPa의 인장 탄성률을 가지는, 상기 단계;
■ 상기 변형 불가능한 엘리먼트에 상기 섬유 각각의 단부를 강성 접착제에 의해 접착 본딩하는 단계에 의한 상기 액티브 층을 제조하는 오퍼레이션, 및
- 상기 전극 수반 층에 상기 변형 불가능한 엘리먼트를 강성 접착제를 통해 접착 본딩하는 오퍼레이션을 포함하는 것을 특징으로 한다.
유리하게도, 압전 섬유를 배치하는 단계는 대체로 액티브 층의 크기로 제조된 상기 압전 섬유를 구성하는 재료의 시트를 톱으로 절단함으로써 수행된다.
바람직하게는, 변형 불가능한 엘리먼트는 탄성 재료의 밴드에 의해 분리된 압전 섬유로, 그 전체 길이에 걸쳐, 이루어진 액티브 층의 치수와 대체로 동일한 시트에 전단 방향으로 형성된 홈 내에 놓여진다.
이러한 마지막 두 특징에 따라, 블록을 제조함으로써, 시간을 절약함과 동시에 엘리먼트의 일정한 배치 및 그 표면상의 액추에이터의 균등성(evenness)을 보장하는 것을 가능해진다.
본 발명은 또한 상술한 압전 액추에이터를 포함하는 적어도 부분적으로 변형 가능한 공기역학적 엘리먼트에 관한 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 아래의 설명을 읽음으로써 본 발명이 더 잘 이해될 것이고, 본 발명의 다른 세부사항, 피처 또는 장점들이 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 직방형 평면형 액추에이터의 중첩된 층의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 2는 액추에이터를 구성하는 다양한 층의 분해도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 압전 섬유를 포함하는 액티브 층의 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 4는 액티브 층과 전극 수반 층 사이에 연결을 제공하는 중간층의 세부사항을 개략적으로 도시한다.
도 5는 그 대각선 방향으로 신장(elongation)되고 있는 연접식 강성 프레임의 이론적 변형을 개략적으로 도시한다.
도 6은 다양한 대각선의 경사 값에 대하여 획득된, 강성 프레임의 각 변형(C1)과 엘라스토머에 연결된 2개의 강성 바(bar)에 의해 형성된 샌드위치의 각 변형(C2)의 개략적인 비교를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 액추에이터를 제조하는 단계를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 평면 액추에이터의 한 예는 Z 방향으로 두께 t, X 방향으로 길이 l, 및 Y 방향으로 폭 w의 직방형 형태를 가진다(t, l, y는 그것의 가장 큰 치수를 나타낸다). 이러한 액추에이터는 아래의 엘리먼트로 이루어진 샌드위치 구조를 가진다:
- 중앙 평면 XY에서, 압전 섬유(2)를 포함하는 층(1),
- Z 방향으로 양 사이드에 배치된, 압전 섬유(2)를 활성화시키는 전극(5)을 수반하는 평평한 층(3 및 4), 및
- 중앙층과 전극 수반 층 간의 연결을 제공하는 접착제의 개재층(6 및 7).
중앙층(1)(도 2)은 Y 방향으로 교대하는 압전 섬유(2)를 포함하는 밴드와 섬유형(filiform) 바(8)로 이루어진다. 중앙층(1)의, X 방향의, 각각의 장변은 섬유형 바에 의해 형성된다. 이 층은 바람직하게는 대략 180μm 두께이다.
섬유형 바(8)는 대략 350μm의 폭을 가진 직방형 단면을 가지고, X 방향으로 장변과 평행하고, 예컨대, 1 내지 2mm 정도 떨어져 있다. 이러한 섬유형 바(8)는 적어도 200GPa의 높은 인장 탄성률을 가진 고 절연성 재료로 만들어지는데, 이는 그들을 변형 불가능한 엘리먼트로 만든다. 실리콘 카바이드(silicon carbide) 및 붕소와 같은 높은 유전 강도 및 높은 인장 탄성률을 가진 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 섬유형 바(8) 사이에, 직방형 단면을 가진 압전 섬유(2)가 배치되고, X 방향과 각도 θ를 형성한다. 이 각도는 2 ° 내지 40° 범위 이내로 선택된다. 선택된 값에 따른 액추에이터의 특성은 추후에 그 기능을 설명할 때 제공된다. 예를 들어, 이러한 섬유의 폭은 대략 150μm이다. 압전 섬유(2)의 재료는 바람직하게는 다음의 목록: PZT-SA, PZT-5H 또는 PMN-32% PT 단일 결정으로부터 획득되는 MFC(macro-fibre composite) 타입일 수 있다.
압전 섬유(2)는 그 양 단부에서 섬유형 바(8)에 에폭시 강성 접착제(9)에 의해 접착 본딩된다.
두 섬유(2) 간의 갭은 바람직하게는 비압축성이며 낮은 전단 탄성률을 가지는, 바람직하게는, 20MPa 미만의 전단 탄성률을 가지는 엘라스토머(10)로 채워진다. 엘라스토머(10)의 유전 강도는 또한 압전 섬유(2)의 유전 강도보다 큰 것이 바람직하다. 두 섬유(2) 사이의 엘라스토머(10) 밴드의 폭은 대략 55μm인 것이 바람직하다. 이러한 갭의 최소 폭은 압전 섬유(2) 상에서 반대 극성을 가지는 영역 간의 절연 파괴가 존재하지 않도록, 첫째로 엘라스토머가 액추에이터의 변형을 견뎌야 한다는 필요성에 의해 제한되고, 둘째로 그 엘라스토머(10)의 유전 강도에 의해 제한된다.
전극(5)을 수반하는 평평한 면층(3, 4)은 캡톤(등록 상표) 타입의 폴리아미드 재료의 얇은 막에 의해 형성된다. 바람직하게는, 이 필름의 두께는 대략 0.3mm이다. 전극은 이 평면층의 필름 내에 내장되고, 두 시리즈의 기다란 상호 맞물린(interdigitated) 전극(상층(3)에 대하여 51 및 52, 및 하층(4)에 대하여 53 및 54)에 의해 형성된다. 이러한 전극(5)은 압전 섬유(2)와 수직인 방향을 향한다.
압전 섬유 층(1) 및 전극 수반 층(3 및 4) 간에 연결을 제공하는 개재층(6 및 7)은:
- 압전 섬유(2)가 차지하는 공간에서는, 전형적으로 10MPa 미만의 낮은 전단 탄성률을 가지는 엘라스토머(11)에 의해,
- 섬유형 바(8)에서는, 에폭시 타입의 강성 접착제에 의해,
도 3에 도시된 바와 같이, X 방향의 평행한 밴드로 이루어진다.
예컨대, 대략 20μm인 이 층들의 두께는 섬유형 바(8)와 전극 수반 층(4 및 5) 간의 강성 연결을 보장하기 위해 필수적인 것으로 제한된다.
본 발명에 따른 액추에이터의 기능은 압전 섬유(2)가 캡톤으로 만들어진, 전극 수반 층(4 및 5)에 고정된 서로 맞물린 전극(51, 52, 53, 및 54)에 의해 전력을 공급받은 때, 양방향으로 이동하는 섬유형 바(8)를 각각의 섬유 단부에서 지탱하며 압전 섬유(2)가 신장되게 하는 것이다.
예상과 달리, 압전 섬유(2) 사이에 놓인 섬유형 바(8) 및 엘라스토머(10)로 이루어진 어셈블리는, 강성 에지를 가지며 그 대각선이 섬유형 바(8)로 이루어진 장변에 대하여 각도 θ만큼 기울어져 있는 변형 가능한 프레임과 실질적으로 동일하게 행동한다. 도 5에 도시된 이러한 프레임이 그 대각선 방향으로 부과된 세로방향의 변형εL을 겪고 있을 때, 획득되는 각 변형 γ은 그 대각선의 기울기가 감소하는 경우에 매우 빠르게 증가한다. 도 6은 분석적 계산(C1)에 의해 강성 프레임의 경우, 및 수치 계산(C2)에 의해 압전 섬유(2) 사이에서 사용되는 것과 유사한 엘라스토머에 의해 연결된 2개의 강성 엘리먼트로 이루어진 프레임의 경우의, 800μdef와 동등한 변형 εL에 대하여 획득된 각 변형 γ의 값의 비교를 도시한다. 이러한 각 변형의 매우 유사한 결과는 액티브 층(1)이 압전 섬유(2) 사이에 놓인 엘라스토머(10)에 의해 연접식(articulated) 강성 프레임과 실질적으로 동일하게 행동할 수 있음을 보여준다.
또한, 이러한 결과는 압전 섬유(2)의 주어진 신장(elongation)에 대하여, 섬유의 기울기가 작을 때 현저하게 더 큰 각 변형을 얻는 것이 가능하다는 점을 보여준다. 게다가, 이러한 전단은 전극 수반 캡톤 층이 높은 전단 탄성률(rigidity modulus)을 가진 에폭시 접착제(12)에 의해 섬유형 바(8)에 접착 본딩되어 있으므로, 전극 수반 캡톤 층으로 전달된다.
더욱이, 섬유의 신장에 대항하는 힘이 작을수록 그러한 신장은 더 커진다. 그러므로, 그 중심에서 액추에이터에 의해 생성되는 전단은:
- 압전 섬유(2) 사이의 엘라스토머(9)의 전단 탄성률이 작아 섬유형 바(8)로 형성된 프레임의 강성이 감소한 때; 및
- 압전 섬유(2)를 전극 수반 층(3 및 4)에 연결하는 엘라스토머(11)의 전단 탄성률이 작아 압전 섬유의 변형에 대한 전극 수반 층의 강성의 영향이 감소한 때 더 크다.
압전 섬유(2)의 동작과 반대되는 어셈블리의 강성의 평가로 인해, 및 작은 각도 θ에 대한 각 변형 값 γ으로 인해, 본 발명에 따른 액추에이터는 10°미만의 섬유 기울기를 가지도록 만들어지는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 각도가 더 작을수록, 주어진 액추에이터 표면적에 대한 압전 섬유(2)의 개수가 더 작아진다. 그러므로, 섬유에 의해 가해지는 힘이 섬유형 바(8) 사이의 엘라스토머(9)의 전단을 극복할 만큼 충분하지는 않을 정도로 낮은 값이 존재할 것이 명백하다. 이러한 경사에 대한 2°미만으로의 제한이 실제 실시예에 대하여 여기서 고정된 것도 이 이유 때문이다.
본 발명에 따른 센서의 기대될 수 있는 성능을 보여주기 위해, 10°로 기울어진 압전 섬유에 의해 연결된 2개의 섬유형 바(8)로 이루어진 기초적인 모듈의 응답을 모델링하기 위한 계산이 수행되었다. 두 모듈은 그 길이 및 폭이 상이한데, 첫 번째 것은 5.1×1.2mm이고, 두 번째 것은 10.5×2.2mm이다. 그 외, 다른 특성들은 동일하며 아래의 표에 요약되어 있다.
액티브 층(1)의 두께 18μm
전극 수반 층(3 및 4)의 두께 20μm
연결 층(6 및 7)의 두께 30μm
인접한 섬유 사이의 엘라스토머(폴리올)(10) 및 섬유와 전극 수반 층 사이의 엘라스토머(11)의 전단 탄성률 0.1MPa
섬유형 바와 섬유 사이의 에폭시 접착제(9) 및 섬유형 바와 캡톤 층 사이의 에폭시 접착제(12)의 전단 탄성률 1200MPa
섬유형 바(8)의 재료(강철)의 인장 탄성률 210GPa
다른 치수 특성은 실시예의 설명에서 하나의 예로서 이미 언급된 것들이다. 압전 섬유(2)는 대략 800μdef의 섬유 신장 εL을 얻기 위해 1000 볼트 PZT5A로 만들어진다. 전극 수반 층(3 및 4)은 캡톤으로 만들어진다.
각 변형은 전극 수반 층(3)을 형성하는 캡톤 필름의 중심에서 평가된다. 이 값은 그것의 섬유가 45°로 기울어지고 1000V의 전압을 받고 있는 종래기술에 따른 센서를 통해 얻어진 값과 비교된다. 이 센서는 85mm의 길이 및 28mm의 폭을 가진다. 그 결과는 아래의 표에 정리되어 있다.
액추에이터 타입 섬유 방향 섬유의 신장 εL 캡톤의 각 변형 γ 이득
종래기술 45° 800μdef 1200μdef 1
제1 모듈 10° ～800μdef 2360μdef 2
제2 모듈 10° ～800μdef 2450μdef 2
게다가, 앞서 서술한 예시적인 액추에이터를 제조하는 방법이 도 7에 도시되어 있다. 그것은 처음에, 공지된 제조 방법에 의해 획득될 수 있는 바와 같이, 폴리머 필름(14)에 접착 본딩된 PZT 시트(13)를 이용한다. 이 시트는 최종적으로 만들어진 액추에이터의 액티브 층(1)의 치수이다.
첫 번째 A 단계는 시트의 장변에 대하여 각도 θ만큼 기울어진 압전 섬유의 평행한 스트림(2)을 형성하기 위해 시트를 톱으로 절단하는 단계를 포함한다. 압전 섬유(2)의 간격은 액추에이터 내에서의 그들의 간격에 대응한다. 더욱이, 어셈블리를 지지하는 폴리머 필름(14)의 완전 절단은 회피된다.
B 단계에서, 압전 섬유(2) 간의 간극들은 액티브 층(1)의 엘라스토머(10)로 채워진다.
C 단계에서, 섬유형 바(8)가 놓여질 수 있는 다수의 위치에 세로 방향의 홈을 형성하기 위해 폴리머 필름(14)을 손상시키지 않으면서 어셈블리, 섬유(2) 및 엘라스토머(10)의 길이 방향으로 톱에 의한 절단이 수행된다.
D 단계는 섬유(2)를 포함하는 세로 방향의 밴드 상에 보호 커버(15)를 배치하는 단계로 이루어진다.
E 단계는 그 세로 위치 내에 섬유형 바(8)를 놓는 단계 및 그들을 압전 섬유(2)에 에폭시 접착제(9)를 통해 접착 본딩하는 단계로 이루어진다.
F 단계는 보호 커버(15)를 제거하는 단계로 이루어진다.
G 단계는 액티브 층(1)의 상면에 에폭시 접착제(12)의 필름을 놓아서, 섬유형 바(8) 맞은편에 에폭시 접착제(12)의 필름이 생성되게 하는 단계, 및 압전 섬유(2)를 포함하는 밴드 맞은편에 탄성 필름(11)을 놓는 단계로 이루어진다.
H 단계는 전극(5)을 가진 전극 수반 층(3)을 놓는 단계, 및 그 후 그것을 필름(12 및 11)의 폴리머화에 의해 액티브 층(1)에 연결하는 단계로 이루어진다.
I 단계 동안, 폴리머 필름이 제거되고, 그 다음 J 단계에서 획득된 2개의 층이 뒤집힌다.
그 다음, 제2 전극 수반 층(4)을 놓기 위해 액티브 층(1)의 타측에서 G 및 H 단계가 수행된다.
이러한 타입의 액추에이터는 유리하게도 항공 애플리케이션에서, 특히 공기역학적 엘리먼트의 형상을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 특허 출원 FR 2 924 681은 실질적으로 날개 폭(span)의 방향으로 향하는 슬롯 주위에 놓인 파트의 상대적 슬라이딩에 의해 그것을 비틀림 변형시키기 위해 회전식 날개의 블레이드의 구조 내에 삽입되는 평면 액추에이터의 사용을 설명한다. 게다가, 이러한 슬라이딩의 진폭은 블레이드의 회전 동안 제어되어야 한다. 본 발명의 액추에이터는 이러한 애플리케이션에서 이미 구상했던 압전 타입의 평면 액추에이터를 쉽게 대체할 수 있다. 일반적으로 말하자면, 본 발명은 공기역학적 엘리먼트의 일부분이 주어진 위치를 중심으로 슬라이딩 또는 회전 운동을 수행해야 하고, 액추에이터에게 할당된 공간이 좁을 때 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 선택된 방향으로 큰 전단 운동(shear movement)을 가진 압전 액추에이터로서,
    서로 평행하고 상기 선택된 방향에 대하여 기울어져 있는 압전 섬유(2)를 포함하는 적어도 하나의 액티브 층(1)을 포함하고, 상기 액티브 층은 상기 압전 섬유(2)의 길이 변화를 명령에 따라 일으킬 수 있도록 배치된 전극(5)을 수반하는 적어도 두 층(3, 4) 사이에 배치되어 있고, 상기 압전 액추에이터는:
    - 상기 선택된 방향에 대한 상기 압전 섬유의 경사각은 2°초과이고 40°미만이고;
    - 액티브 층 내의 압전 섬유 사이의 공간은 상기 압전 섬유의 유전 강도보다 큰 유전 강도를 가진 비압축성 탄성 재료(10)로 채워져 있고;
    - 상기 액티브 층은 변형 불가능한 재료로 불리는 적어도 2개의 엘리먼트(8)를 포함하고, 이러한 엘리먼트들은 길고 상기 선택된 방향과 평행하고 적어도 200GPa의 인장 탄성률을 가지고;
    - 상기 압전 섬유(2) 각각의 단부는 강성 접착제에 의해 상기 변형 불가능한 엘리먼트(8)에 접착 본딩되어 있고;
    - 상기 변형 불가능한 엘리먼트(8)는 강성 접착제에 의해 상기 전극을 수반하는 층(4)에 접착 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선택된 방향에 대한 상기 압전 섬유(2)의 상기 경사각은 10°미만인 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터.
  3. 제 1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 압전 섬유(2)는 10MPa 미만의 전단 탄성률을 가지는 탄성 재료(11)에 의해 상기 전극을 수반하는 층(4)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극을 수반하는 층(4)은 폴리아미드로 제조된 비도전성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액티브 층의 상기 선택된 방향과 평행한 두 변은 각각 상기 적어도 2개의 변형 불가능한 엘리먼트(8) 중 하나에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터.
  6. 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터를 제조하는 방법으로서, 상기 압전 액추에이터는 서로 평행하고 상기 선택된 방향으로 기울어져 있는 압전 섬유(2)를 포함하는 적어도 하나의 액티브 층(1)을 포함하고, 상기 액티브 층(1)이 상기 압전 섬유의 길이 변화를 명령에 따라 일으킬 수 있도록 배치된 전극(5)을 수반하는 적어도 2개의 층(4) 사이에 놓여져 있는 샌드위치 구조를 가지고, 상기 방법은:
    - ■ 상기 선택된 방향에 대하여 2°초과 및 40°미만의 경사각으로 상기 압전 섬유(2)를 배치하는 단계;
    ■ 상기 압전 섬유의 유전 강도 보다 큰 유전 강도를 가진 비압축성 탄성 재료(10)로 압전 섬유 사이 공간을 채우는 단계;
    ■ 길고 적어도 200GPa의 인장 탄성률을 가지는 변형 불가능한 엘리먼트 중 적어도 2개의 엘리먼트를 상기 선택된 방향과 평행하게 놓는 단계; 및
    ■ 상기 변형 불가능한 엘리먼트(8)에 상기 압전 섬유(2) 각각의 단부를 강성 접착제로 접착 본딩하는 단계에 의해 하나의 상기 액티브 층(1)을 만드는 오퍼레이션;
    - 상기 전극(5)을 수반하는 층(4)에 상기 변형 불가능한 엘리먼트(8)를 강성 접착제로 접착 본딩하는 오퍼레이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터를 제조하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 압전 섬유(2)를 배치하는 단계는 실질적으로 상기 액티브 층(1)의 크기로 제조된 상기 압전 섬유를 구성하는 재료의 시트(13)를 톱으로 절단함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터를 제조하는 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 변형 불가능한 엘리먼트(8)는 탄성 재료(10)의 밴드에 의해 분리된 압전 섬유(2)로, 그 전체 길이에 걸쳐, 이루어진 액티브 층(1)과 실질적으로 동일한 크기의 시트에 전단 방향으로 형성된 홈 내에 놓여져 있는 것을 특징으로 하는 선택된 방향으로 큰 전단 운동을 가진 압전 액추에이터를 제조하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 압전 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 부분적으로 변형 가능한 공기역학적 엘리먼트.
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