KR20010012038A - Manufacturing method of multilayered piezoelectric/electrostrictive ceramic actuator by sintering process at low temperature and the actuator manufactured by the method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a multilayer piezoelectricity/electric distortion ceramic actuator and the multilayer piezoelectricity/electric distortion ceramic actuator manufactured by the method are to fabricate a multilayer piezoelectricity/electric distortion ceramic actuator by using a ceramic paste capable of forming a piezoelectricity/electric distortion film at a low temperature. CONSTITUTION: A method for manufacturing a multilayer piezoelectricity/electric distortion ceramic actuator comprises the steps of: providing a metal vibration plate(22); forming a single piezoelectricity/electric distortion film(26a) by using a ceramic paste fabricated by mixing an ultra fine ceramic oxide powder manufactured by a non-explosive oxidation-reduction combustion reaction, having a particle size of less than 5 micrometer, and using a Pb and a Ti as a primary element with a ceramic sol solution identical or similar to the ultra fine ceramic oxide powder manufactured using a water or an organic solvent as a base, on the vibration plate; thermal processing the single piezoelectricity/electric distortion ceramic film at the temperature of 100 to 800 deg.C; forming an upper electrode(28a) on the upper part of the single piezoelectricity/electric distortion ceramic film; and repeating the step of forming and thermal processing a single piezoelectricity/electric distortion ceramic film(26b) on the upper part of the upper electrode and the steps of forming an upper electrode(28b) on the upper part of the single piezoelectricity/electric distortion ceramic film.

Description

저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터{Manufacturing method of multilayered piezoelectric/electrostrictive ceramic actuator by sintering process at low temperature and the actuator manufactured by the method}Manufacturing method of multilayered piezoelectric / electrostrictive ceramic actuator by sintering process at low temperature and the actuator manufactured by the method }

본 발명은 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전/전왜막과 상부구조를 다층으로 적층한 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric / electric warp ceramic actuator and a piezoelectric / electric warp ceramic actuator manufactured by the method, and more particularly, to a piezoelectric / electric warp ceramic actuator in which a piezoelectric / electric warp film and a superstructure are laminated in multiple layers. The present invention relates to a piezoelectric / electric distortion ceramic actuator manufactured by the method.

잉크젯 프린터 헤드에서 잉크액적을 특정크기, 특정스피드로 토출하기 위해서는 액츄에이터가 충분한 변위를 가지고 빠른 속도로 움직여주는 것이 필요하다.In order to discharge the ink droplets to a specific size and specific speed from the inkjet printer head, the actuator needs to be moved at high speed with sufficient displacement.

잉크젯 프린터 헤드에서의 액츄에이터는 하부구조와 결합된 진동판과, 진동판의 상부에 형성된 하부전극과, 하부전극의 상부에 형성된 압전/전왜막과, 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극으로 구성되는 것이 일반적이다.The actuator in the inkjet printer head is generally composed of a diaphragm coupled to a lower structure, a lower electrode formed on the upper part of the diaphragm, a piezoelectric / distortion film formed on the upper part of the lower electrode, and an upper electrode formed on the upper part of the piezoelectric / distortion film. to be.

상기와 같은 구성을 가진 액츄에이터는 상부전극과 하부전극에 전원이 인가되면 그에 따라 전극사이에 놓인 압전/전왜막이 변형과 복원을 반복하면서 진동을 하게 된다.In the actuator having the above configuration, when power is applied to the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric / electric distortion film placed between the electrodes is vibrated while repeating deformation and restoration.

일반적으로 사용되는 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 구조를 도 1에 도시하였다.The structure of a commonly used piezoelectric / distortion ceramic actuator is shown in FIG. 1.

도 1에 도시한 바와 같은 액츄에이터에서는, 지르코니아 등으로 형성한 챔버판(10)과 진동판(12)의 상부에 백금 등으로 하부전극(14)을 형성하고, 하부전극(14)의 상부에는 일반적으로 사용되는 고상법에 의하여 제조되어 고온에서의 열처리가 필요한 세라믹산화물분말로 압전/전왜막(16)을 형성하고, 압전/전왜막(16)의 상부에는 은 등으로 상부전극(18)을 형성하는 것이 일반적이다.In the actuator as shown in FIG. 1, the lower electrode 14 is formed on the upper side of the chamber plate 10 and the diaphragm 12 formed of zirconia or the like, and the upper surface of the lower electrode 14 is generally formed. The piezoelectric / distortion film 16 is formed of a ceramic oxide powder which is manufactured by a solid phase method, which requires heat treatment at a high temperature, and the upper electrode 18 is formed on the upper part of the piezoelectric / distortion film 16 with silver or the like. Is common.

이러한 액츄에이터에서는 1000℃ 이상의 열처리가 필요한 세라믹산화물분말로 압전/전왜막을 형성하기 때문에 1000℃ 이상의 열처리에 견딜 수 있는 지르코니아 등 몇가지 재료들만을 진동판이나 챔버판의 재질로 사용할 수 있다. 따라서 진동판이나 챔버판으로 사용할 수 있는 소재의 종류가 제한되는 단점이 있다.In such actuators, piezoelectric / electrodistor films are formed of ceramic oxide powder requiring heat treatment of 1000 ° C. or higher, and therefore, only a few materials such as zirconia, which can withstand heat treatment of 1000 ° C. or higher, can be used as the vibration plate or chamber plate material. Therefore, there is a disadvantage that the type of material that can be used as the diaphragm or chamber plate is limited.

또한 하나의 층으로 형성되어 있기 때문에 적정한 변위를 발현하기 위해서는 일정전압 이상을 가해야만 하며, 고상법에 의하여 제조되는 세라믹산화물분말의 입자크기가 0.2-2㎛로 비교적 커서 형성되는 압전/전왜막이 20-30㎛의 두께를 가지는 박막이어서 액츄에이터가 변위를 발현하기 위하여 공급되어야 하는 전압이 높아질 수 밖에 없다.In addition, since it is formed as a single layer, in order to express an appropriate displacement, a certain voltage or more must be applied, and the piezoelectric / electric distortion film formed by the solid phase method has a relatively large particle size of 0.2-2 μm. Since it is a thin film having a thickness of −30 μm, the voltage that must be supplied for the actuator to express the displacement is high.

잉크젯 헤드용 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 구동전압은 충분한 변위 및 속도를 얻을 수 있는 범위에서 정해지는데 액츄에이터의 두께, 압전/전왜물질의 성질, 진동판의 특성 등 액츄에이터를 구성하는 구조체의 성질에 따라 달라진다. 이러한 잉크젯 헤드용 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 구동전압은 대개 20-30V 내외에서 결정된다.The driving voltage of the piezoelectric / electric distortion ceramic actuator for an inkjet head is determined in a range where sufficient displacement and speed can be obtained, and depends on the characteristics of the structure constituting the actuator, such as the thickness of the actuator, the characteristics of the piezoelectric / electric distortion material, and the characteristics of the diaphragm. The driving voltage of such piezoelectric / electric distortion ceramic actuators for inkjet heads is usually determined around 20-30V.

잉크젯 프린터 헤드가 고성능 프린터 헤드로서 기능하기 위해서는 더 빠른 구동속도 및 더 많은 변위가 요구된다. 그러나 더 빠른 구동속도 및 더 많은 변위를 얻기 위해 사용되는 통상적인 방법은 구동전압을 증가시키는 방법인데, 이 경우 구동회로의 제조단가가 오르고 공정상으로도 높은 전압을 견디는 조건을 가져야 하므로 불량이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.Faster drive speeds and more displacement are required for the inkjet print head to function as a high performance printer head. However, the conventional method used to obtain a faster driving speed and more displacement is to increase the driving voltage. In this case, the manufacturing cost of the driving circuit must be increased and the process must withstand high voltages in the process. There is a problem that can be.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 저온에서 압전/전왜막을 형성할 수 있는 세라믹 페이스트를 사용하여 다층의 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조함으로써 고속, 고변위의 진동이 가능한 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving the above problems is to produce a piezoelectric / electrodistortion ceramic actuator capable of high-speed, high displacement vibration by manufacturing a multilayer piezoelectric / electrodistortion ceramic actuator using a ceramic paste capable of forming a piezoelectric / electrodistortion film at low temperature It is an object of the present invention to provide a piezoelectric / electric distortion ceramic actuator manufactured by the method.

도 1은 종래의 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 구성을 개략적으로 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional piezoelectric / electric distortion ceramic actuator;

도 2는 본 발명의 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 일실시예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of one embodiment of the multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator of the present invention.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10, 20 : 챔버판 12, 22 : 진동판10, 20: chamber plate 12, 22: vibration plate

14, 24 : 하부전극 16 : 압전/전왜막14, 24: lower electrode 16: piezoelectric / electric distortion film

18 : 상부전극18: upper electrode

26a, 26b, 26c, 26d, 26e : 압전/전왜막26a, 26b, 26c, 26d, 26e: piezoelectric / electric distortion film

28a, 28b, 28c, 28d, 28e : 상부전극28a, 28b, 28c, 28d, 28e: upper electrode

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 진동판을 제공하는 단계와; 상기 진동판의 상부에 (하부전극을 형성하는 단계와; 상기 하부전극의 상부에) 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 단일 압전/전왜막을 성형하는 단계와; 상기 단일 압전/전왜막을 100-800℃에서 열처리하는 단계와; 상기 단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성하는 단계와; 상기 상부전극의 상부에 단일 압전/전왜막을 성형하여 열처리하는 단계와 단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성하는 단계를 반복함으로써 다층의 압전/전왜막과 상부전극을 형성하는 것을 포함하는 저온소성법에 의한 다층/압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법에 그 특징이 있다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of providing a diaphragm; Forming a lower electrode on the diaphragm (the lower electrode; on the lower electrode) by a non-explosive redox combustion reaction at a low temperature of 100-500 ℃, the particle size is 5㎛ or less, lead (Pb ), Ceramic paste prepared by mixing an ultrafine ceramic oxide powder containing titanium (Ti) as a basic element and a ceramic sol solution of the same or similar component as the ultrafine ceramic oxide powder prepared based on water or an organic solvent. Forming a single piezoelectric / distortion film using; Heat-treating the single piezoelectric / distortion film at 100-800 ° C .; Forming an upper electrode on the single piezoelectric / distortion film; Forming a plurality of piezoelectric / distortion layers and upper electrodes by repeating the steps of forming a single piezoelectric / distortion layer on the upper electrode and performing heat treatment and forming an upper electrode on the single piezoelectric / distortion layer. The manufacturing method of the multilayer / piezoelectric / electric distortion ceramic actuator by the method has its characteristics.

또한 본 발명은 금속진동판과; 상기 진동판의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 형성된 압전/전왜막과; 상기 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되며, 상기 압전/전왜막과 상기 상부전극이 교대로 반복적으로 적층되어 다층의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터에 그 특징이 있다.In addition, the present invention is a metal vibration plate; Ultrafine ceramic oxide powder prepared by non-explosive oxidation-reduction combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the upper part of the diaphragm and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. And a piezoelectric / electric warp film formed using a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; And an upper electrode formed on the piezoelectric / distortion film, wherein the piezoelectric / electric distortion film and the upper electrode are alternately repeatedly stacked to form a multilayer structure. The whole distortion is characterized by ceramic actuators.

또한 본 발명은 진동판과; 상기 진동판의 상부에 형성된 하부전극과; 상기 하부전극의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 형성된 압전/전왜막과; 상기 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되며, 상기 압전/전왜막과 상기 상부전극이 교대로 반복적으로 적층되어 다층의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터에 그 특징이 있다.In addition, the present invention and the diaphragm; A lower electrode formed on the diaphragm; An ultrafine ceramic oxide prepared by non-explosive redox combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the lower electrode and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. A piezoelectric / electric distortion film formed by using a powder and a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; And an upper electrode formed on the piezoelectric / distortion film, wherein the piezoelectric / electric distortion film and the upper electrode are alternately repeatedly stacked to form a multilayer structure. The whole distortion is characterized by ceramic actuators.

이하 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

액츄에이터의 진동판으로는 금속, 세라믹 또는 수지류의 고분자성 유기화합물을 사용할 수 있다.As the diaphragm of the actuator, a polymer organic compound of metal, ceramic or resin can be used.

금속으로는 종래에 사용되던 여러 가지 합금들을 사용할 수 있으며, 그 중에서 특히 스테인레스 스틸(SUS)이나 니켈(Ni)을 사용하는 것이 바람직하다.As the metal, various conventional alloys may be used, and among them, stainless steel (SUS) or nickel (Ni) is particularly preferable.

세라믹판으로는 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 규소(Si), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2) 또는 유리계를 사용하는 것이 바람직하다.As the ceramic plate, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon (Si), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon dioxide (SiO 2 ) or glass-based It is desirable to.

수지류의 고분자성 유기화합물로는 폴리에스테르(Polyester)계, 폴리이미드(Polyimide)계, 폴리에틸렌이미드(polyethyleneimide)계 또는 테플론(Teflon)계 수지진동판을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a polyester-based, polyimide-based, polyethyleneimide-based, or Teflon-based resin vibrating plate as the polymeric organic compound of the resins.

금속을 진동판으로 사용하는 경우에는 금속자체가 전도성을 가지므로 별도의 하부전극을 형성할 필요가 없으나, 세라믹이나 수지류의 고분자성 유기화합물을 진동판으로 사용하는 경우에는 별도의 하부전극을 형성하여야 한다.If the metal is used as a diaphragm, the metal itself is conductive, so it is not necessary to form a separate lower electrode. However, when using a ceramic or resin-based high molecular organic compound as the diaphragm, a separate lower electrode should be formed. .

이때 하부전극은 금, 은, 알루미늄, 니켈, 백금 등을 재료로 사용하여 이베포레이션, 스퍼터링 또는 스크린 프린팅 등의 방법으로 형성한다.At this time, the lower electrode is formed by a method such as evaporation, sputtering or screen printing using gold, silver, aluminum, nickel, platinum, or the like as a material.

하부전극은 진동판에 전체적으로 형성할 수도 있고 마스크를 사용하여 필요한 부분에만 형성할 수도 있다.The lower electrode may be formed on the diaphragm as a whole or may be formed only on a necessary portion using a mask.

금속진동판의 상부 또는 하부전극이 형성된 세라믹이나 수지진동판의 상부에 압전/전왜막을 형성한다.A piezoelectric / electric distortion film is formed on the ceramic or resin vibration plate on which the upper or lower electrode of the metal vibration plate is formed.

이때 압전/전왜막의 재료로는 저온에서의 열처리가 가능한 저온열처리가 가능한 압전/전왜 세라믹 페이스트를 사용한다.At this time, a piezoelectric / electric distortion distortion ceramic paste capable of low temperature heat treatment capable of heat treatment at low temperature is used as the material of the piezoelectric / electric distortion film.

압전/전왜 세라믹 페이스트는 세라믹산화물분말 및 세라믹산화물분말과 친화성을 가지는 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한다.Piezoelectric / electric distortion ceramic pastes are prepared by mixing ceramic oxide powders and ceramic sol solutions of the same or similar components having affinity with ceramic oxide powders.

세라믹산화물분말 자체의 반응성을 고려하고 저온성형이 가능한 시스템을 확보하기 위해서는 세라믹산화물분말은 미세한 분말을 사용하는 것이 효과적이므로, 세라믹구성성분원료를 용매 또는 분산매에 충분히 용해 또는 균일하게 분산시켜 세라믹구성원소를 포함하는 용액 또는 분산혼합물을 제조하는 단계, 상기 세라믹구성성분이 용해 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상의 구연산을 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계 및 상기 혼합액을 100-500℃에서 열처리하는 단계를 포함하여 제조된 세라믹산화물분말을 사용한다.In order to consider the reactivity of the ceramic oxide powder itself and to secure a system capable of low-temperature molding, it is effective to use a fine powder for the ceramic oxide powder. Therefore, the ceramic component material is sufficiently dissolved or uniformly dispersed in a solvent or a dispersion medium to disperse the ceramic component. Preparing a solution or dispersion mixture comprising a mixture, adding an amount or more citric acid necessary to cause an oxidation-reduction combustion reaction with an anion of the ceramic component to a solution or dispersion mixture in which the ceramic component is dissolved or dispersed; To prepare a ceramic oxide powder comprising the step and the step of heat-treating the mixture at 100-500 ℃.

세라믹구성성분을 포함하는 원료로는 세라믹구성원소의 산화물, 탄산화물 또는 질산화물 등의 세라믹구성원소와 유기물 또는 무기물과의 염, 또는 세라믹구성원소의 착체 중 선택하여 사용한다.As a raw material containing a ceramic component, a ceramic component such as an oxide, a carbonate or a nitrate of a ceramic component, a salt of an organic or inorganic substance, or a complex of ceramic components is used.

상기 세라믹구성원소로는 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본구성원소로 하는 압전/전왜 세라믹원소를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 상기 세라믹구성원소는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti) 또는 납(Pb), 마그네슘(Mg), 니오브(Nb)를 포함하는 성분으로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다.As the ceramic component, it is preferable to use a piezoelectric / electrically distorted ceramic element having lead (Pb) and titanium (Ti) as a basic component, and in particular, the ceramic component may include lead (Pb), zirconium (Zr), or titanium (Ti). ) Or a component composed of lead (Pb), magnesium (Mg) and niobium (Nb).

세라믹구성성분원료를 용해 또는 분산시키기 위한 용매 또는 분산매로는 물 또는 유기용매 중 세라믹구성성분을 포함하는 원료를 녹이거나 분산할 수 있는 것중 하나 또는 그 이상을 선택하여 사용한다. 유기용매중에서는 디메틸포름아미드(dimethyl formamide), 메톡시에탄올(methoxyethanol), 아세트산, 알콜류, 글리콜류 등을 주로 사용한다.As a solvent or dispersion medium for dissolving or dispersing the ceramic component material, one or more of water or organic solvents capable of dissolving or dispersing the raw material containing the ceramic component may be used. Among the organic solvents, dimethyl formamide, methoxyethanol, acetic acid, alcohols and glycols are mainly used.

연소조제로는 연소반응을 일으킬 수 있는 유기화합물인 구연산(Citric acid)을 사용한다. 종래의 방법에서 구연산은 연소조제가 아닌 착물형성제(complexing agent)로 반응의 균질성을 부여하기 위하여 사용되어 왔고 페치니방법(Pechini process)과 같은 공정에서 응용되어 왔으며, 구연산의 가연성과 착물형성효과를 이용함으로써 속도가 조절된 연소반응을 유발할 수 있다.As a combustion aid, citric acid, an organic compound that can cause a combustion reaction, is used. In the conventional method, citric acid has been used to impart homogeneity of the reaction as a complexing agent, not as a combustion aid, and has been applied in processes such as the Pechini process. By using can cause a controlled combustion reaction rate.

세라믹구성성분이 용해 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 구연산을 가하여 혼합하여 혼합액을 제조한다. 첨가하는 구연산의 양은 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상을 첨가한다. 첨가하는 구연산의 양에 따라 반응의 진행속도를 조절할 수 있다.Citric acid is added to a solution or dispersion mixture in which ceramic components are dissolved or dispersed to prepare a mixed solution. The amount of citric acid to be added is added to the amount or more necessary to cause an oxidation-reduction combustion reaction with the anion of the ceramic element. The rate of progress of the reaction can be controlled depending on the amount of citric acid added.

구연산을 가하여 혼합한 혼합액을 100-500℃에서 열처리한다. 열처리의 온도가 높아질수록 세라믹상의 결정성은 증가되지만, 열처리온도가 100℃이상만 되면 구연산의 연소반응은 충분히 개시될 수 있고, 500℃이상에서 열처리하여도 반응이 일어날 수 있지만, 그 이상의 온도에서 열처리하는 것은 종래의 방법과 비교할 때 의미가 없다.The mixed solution mixed with citric acid is heat-treated at 100-500 ° C. As the temperature of the heat treatment increases, the crystallinity of the ceramic phase increases, but when the heat treatment temperature is 100 ° C. or higher, the combustion reaction of citric acid can be sufficiently initiated. The reaction may occur even when the heat treatment is performed above 500 ° C., but the heat treatment is performed at a higher temperature. Is meaningless compared to conventional methods.

보다 바람직하게는 150-300℃에서 열처리하는데, 이 온도범위는 상당히 저온에서의 열처리이면서도 세라믹상의 결정성을 적절하게 확보할 수 있다.More preferably, the heat treatment is carried out at 150-300 ° C., and the temperature range can adequately secure the crystallinity of the ceramic phase even at a very low temperature.

상기 연소반응과정에서 구연산은 제거되고, 이때 발생되는 구연산의 반응열에 의해 세라믹산화물이 비산없이 형성된다.Citric acid is removed during the combustion reaction, and ceramic oxide is formed without scattering by the heat of reaction of citric acid generated at this time.

이러한 반응에서 세라믹구성원소외의 성분들은 충분한 시간동안의 연소반응에 의하여 제거되므로 불순물이 잔류하지 않는 순수한 형태의 세라믹산화물분말이 만들어진다.In this reaction, components other than the ceramic component are removed by a combustion reaction for a sufficient time, thereby forming a ceramic oxide powder in a pure form in which impurities do not remain.

상기의 방법으로 제조된 세라믹산화물분말은 입자의 크기가 5㎛ 이하, 특히 0.5㎛ 이하인 극히 미세하며 입경분포가 균일한 분말로서 기본입자(primary particle)가 독립체 또는 약한 응집체(soft aggregate)의 형태로 존재하며, 완전히 연소된 세라믹상이어서 추가열처리에 의해서도 중량이 감소하지 않는다.The ceramic oxide powder prepared by the above method is an extremely fine and uniform particle size distribution having a particle size of 5 μm or less, especially 0.5 μm or less, and the primary particles are in the form of an individual or a soft aggregate. It is a fully burned ceramic phase, so the weight is not reduced by further heat treatment.

또한 표면의 반응성이 우수하여 저온에서의 열처리만으로 성형이 가능하므로 진동판의 자유도가 높고 진동판에 인쇄하거나 코팅하는 방법들을 다양하게 적용할 수 있다.In addition, since the surface is excellent in reactivity and can be formed only by heat treatment at low temperature, the degree of freedom of the diaphragm is high, and various methods of printing or coating the diaphragm can be applied.

제조된 세라믹산화물분말의 결정성을 증가시키기 위해서는 제조된 세라믹산화물분말을 700-900℃에서 추가로 열처리하는 단계를 포함할 수도 있다.In order to increase the crystallinity of the ceramic oxide powder prepared, the ceramic oxide powder prepared may be further heat treated at 700-900 ° C.

상기의 방법에 의하여 제조된 세라믹산화물분말에 세라믹산화물분말과 친화성을 가지는 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 세라믹페이스트를 제조한다.A ceramic paste is prepared by mixing ceramic oxide powder prepared by the above method with a ceramic sol solution having the same or similar affinity with the ceramic oxide powder.

이때 세라믹산화물로는 PZT, PMN 또는 그들의 고용체(PZT-PMN) 복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to use PZT, PMN or their solid solution (PZT-PMN) composite oxide as the ceramic oxide.

또한 상기 세라믹산화물은 니켈(Ni), 란타늄(La), 바륨(Ba), 아연(Zn), 리튬(Li), 코발트(Co), 카드뮴(Cd), 세륨(Ce), 크롬(Cr), 안티몬(Sb), 철(Fe), 이트륨(Y), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 비스무스(Bi), 주석(Sn), 망간(Mn) 중 하나 또는 그 이상의 원소를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the ceramic oxide is nickel (Ni), lanthanum (La), barium (Ba), zinc (Zn), lithium (Li), cobalt (Co), cadmium (Cd), cerium (Ce), chromium (Cr), Antimony (Sb), iron (Fe), yttrium (Y), tantalum (Ta), tungsten (W), strontium (Sr), calcium (Ca), bismuth (Bi), tin (Sn), manganese (Mn) It may further comprise one or more elements.

세라믹졸용액은 물 또는 유기용매를 베이스로 하고 세라믹구성원소를 용해시켜 제조한다. 베이스가 되는 유기용매는 여러 가지를 사용할 수 있으나, 주로 아세트산, 디메틸포름아미드, 메톡시에탄올, 알콜류, 글리콜류 중 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.Ceramic sol solutions are prepared by dissolving ceramic components based on water or organic solvents. Various organic solvents can be used as the base, but it is preferable to use mainly selected from acetic acid, dimethylformamide, methoxyethanol, alcohols, and glycols.

세라믹졸용액의 제조시 사용하는 세라믹구성원소는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)을 포함하는 성분을 사용하는 것이 바람직하며, 사용하는 세라믹졸용액의 농도는 0.1-5M로 하는 것이 바람직하다.The ceramic component used in the manufacture of the ceramic sol solution is preferably a component containing lead (Pb), zirconium (Zr), titanium (Ti), the concentration of the ceramic sol solution to be used is 0.1-5M It is preferable.

세라믹산화물분말과 세라믹졸용액을 혼합할 때 세라믹졸용액의 함량은 세라믹산화물분말에 대해 1-200중량부로 하는 것이 바람직하다. 세라믹졸용액의 함량이 200중량부 이상인 경우에는 세라믹산화물분말이 지나치게 희석되어 혼합체의 점도가 낮고, 1중량부 미만인 경우에는 세라믹산화물분말의 양이 많아 점도가 지나치게 높아지기 때문이다.When the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution are mixed, the content of the ceramic sol solution is preferably 1-200 parts by weight based on the ceramic oxide powder. This is because when the content of the ceramic sol solution is 200 parts by weight or more, the ceramic oxide powder is diluted too much, so that the viscosity of the mixture is low, and when the content of the ceramic sol solution is less than 1 part by weight, the amount of the ceramic oxide powder is too large and the viscosity becomes too high.

세라믹산화물분말과 세라믹졸용액 두 시스템을 혼합하면 액상의 세라믹졸용액이 고상인 세라믹산화물분말의 표면을 균일하게 코팅하면서 세라믹산화물분말입자를 연결하여 분말사이의 공극을 효과적으로 채우게 된다.When the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution are mixed, the liquid ceramic sol solution uniformly coats the surface of the solid ceramic oxide powder and connects the ceramic oxide powder particles to effectively fill the pores between the powders.

이렇게 형성된 분말-졸 혼합체에서 세라믹고유의 특성을 가지는 세라믹산화물분말은 이와 동일 또는 유사한 성분의 세라믹졸용액에 둘러싸여 적당한 유동성을 가지게 되며, 세라믹졸이 세라믹산화물분말의 표면에서 반응매체로 작용하여 분말표면의 반응성이 향상된다.In the powder-sol mixture thus formed, the ceramic oxide powder having the characteristics of ceramics is surrounded by the ceramic sol solution of the same or similar component and has a proper fluidity. The ceramic sol acts as a reaction medium on the surface of the ceramic oxide powder and thus the powder surface. The reactivity of is improved.

또한 졸에 포함되어 있는 유기물성분은 향후 이 혼합체가 별도의 유기물과 접촉하게 될 때, 접촉계면의 안정성을 확보할 수 있게 해주어 분산성과 균질성을 부여하게 된다.In addition, the organic component contained in the sol, in the future when the mixture is in contact with a separate organic material, it is possible to secure the stability of the contact interface to impart dispersibility and homogeneity.

이러한 시스템은 낮은 온도에서 졸이 열분해되어 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사한 조성으로 변환되기 때문에 저온에서도 입자간의 연결성이 향상된 세라믹시스템을 얻을 수 있게 된다.In such a system, since the sol is thermally decomposed at a low temperature and converted into the same or similar composition as the ceramic oxide powder, a ceramic system with improved inter-particle connectivity can be obtained even at low temperatures.

세라믹산화물분말과 세라믹졸용액을 혼합한 혼합체의 안정성과 성형에 필요한 유동성을 확보하기 위하여 물성조절용 유기용매를 첨가할 수도 있다. 물성조절용 유기용매로는 여러 가지를 사용할 수 있으나, 특히 에탄올, 폴리비닐알콜, 글리세롤, 터피네올, 폴리에틸렌글리콜 등의 글리콜류나 알콜류를 기본으로 사용하는 것이 바람직하다.In order to ensure the stability of the mixture of the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution and the fluidity required for molding, an organic solvent for controlling properties may be added. Various kinds of organic solvents for controlling physical properties may be used, but it is preferable to use glycols or alcohols such as ethanol, polyvinyl alcohol, glycerol, terpineol, polyethylene glycol or the like as a basis.

세라믹산화물분말과 세라믹졸용액의 혼합체에 물성조절용 유기용매를 첨가하는 경우 물성조절용 유기용매의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 1-100중량부로 하는 것이 바람직하다. 이는 물성조절용 유기용매의 첨가량이 1중량부 미만이면 물성조절용 유기용매를 첨가한 효과가 없고 첨가량이 100중량부를 넘으면 혼합체가 점도를 유지하지 못하고 지나치게 희석되어 성형시 성형성이 나빠지기 때문이다.When adding an organic solvent for controlling physical properties to the mixture of ceramic oxide powder and ceramic sol solution, the amount of the organic solvent for controlling physical properties is preferably 1-100 parts by weight based on the ceramic oxide powder. This is because if the amount of the organic solvent for controlling physical properties is less than 1 part by weight, the effect of adding the organic solvent for controlling physical properties is not effective, and if the amount is more than 100 parts by weight, the mixture does not maintain viscosity and is too diluted to deteriorate moldability during molding.

물성조절용 유기용매의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 10-40중량부로 하는 것이 특히 바람직한데, 이 첨가량의 범위에서는 혼합체의 점도를 적절하게 유지하면서 물성조절용 유기용매를 첨가한 효과를 낼 수 있다.The addition amount of the organic solvent for controlling the physical properties is particularly preferably 10 to 40 parts by weight based on the ceramic oxide powder. In this range, the organic solvent for controlling the physical properties can be added while maintaining the viscosity of the mixture as appropriate.

또한 세라믹산화물분말과 세라믹졸용액의 혼합체에 물성조절용 용매를 첨가한 혼합체의 분산성과 균질성을 개선시키기 위하여 소량의 유기물을 첨가할 수도 있다. 이때 첨가하는 유기물은 긴사슬 알콜류 또는 극성유기용매를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, a small amount of organic matter may be added to the mixture of the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution in order to improve the dispersibility and homogeneity of the mixture in which the solvent for controlling physical properties is added. At this time, it is preferable to use long-chain alcohols or polar organic solvents to add.

긴사슬 알콜류중에서는 펜타놀(Pentanol)이나 헥사놀(Hexanol)을 사용하는 것이 바람직하며, 극성유기용매로는 아세틸아세톤 또는 메톡시에탄올을 사용하는 것이 바람직하다.Among the long chain alcohols, it is preferable to use pentanol or hexanol, and it is preferable to use acetylacetone or methoxyethanol as the polar organic solvent.

유기물의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 1-100중량부로 하는 것이 바람직하다. 이는 유기물의 첨가량이 1중량부 미만이면 유기물을 첨가한 효과가 없고 첨가량이 100중량부를 넘으면 혼합체가 점도를 유지하지 못하고 지나치게 희석되어 성형성이 나빠지기 때문이다.It is preferable that the addition amount of an organic substance shall be 1-100 weight part with respect to a ceramic oxide powder. This is because if the added amount of the organic substance is less than 1 part by weight, there is no effect of adding the organic substance. If the added amount is more than 100 parts by weight, the mixture does not maintain the viscosity and is too diluted, resulting in poor moldability.

유기물의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 10-40중량부로 하는 것이 특히 바람직한데, 이 첨가량의 범위에서는 혼합체의 점도를 적절하게 유지하면서 유기물첨가의 효과를 낼 수 있다.The addition amount of the organic material is particularly preferably 10 to 40 parts by weight based on the ceramic oxide powder. In this range, the addition of the organic material can be effected while maintaining the viscosity of the mixture as appropriate.

상기의 방법에 의하여 제조된 압전/전왜 세라믹 페이스트를 사용하여 졸-겔법, 스크린 프린팅법, 몰딩법, 코팅법 등 다양한 후막 및 박막형성방법으로 단일 압전/전왜막을 성형하고, 기판의 물성 및 첨가제의 종류에 따라 100-800℃에서 열처리를 한다.A single piezoelectric / electric distortion film is formed by various thick and thin film formation methods such as the sol-gel method, screen printing method, molding method, and coating method using the piezoelectric / electrical distortion ceramic paste prepared by the above method. Heat treatment at 100-800 ℃ depending on the type.

이때 단일 압전/전왜막의 두께는 열처리조건 또는 필요에 따라 조절할 수 있으나, 0.1-10㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하며 1-6㎛의 두께로 형성하는 것이 특히 바람직하다.In this case, the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film may be adjusted according to heat treatment conditions or needs, but is preferably formed in a thickness of 0.1-10 μm, and particularly preferably in a thickness of 1-6 μm.

종래의 세라믹산화물분말을 사용하는 경우에는 세라믹산화물분말의 입자크기가 크기 때문에 압전/전왜막의 두께를 얇게 형성할 수 없었으나, 본 발명에서 사용하는 세라믹산화물분말은 입자크기가 미세하기 때문에 얇은 두께의 단일 압전/전왜막을 형성할 수 있다.In the case of using a conventional ceramic oxide powder, the thickness of the piezoelectric / electric strain film could not be made thin because of the large particle size of the ceramic oxide powder, but the ceramic oxide powder used in the present invention has a thin thickness because of the fine particle size. A single piezoelectric / distortion film can be formed.

단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성한다. 상부전극으로는 금, 은, 알루미늄, 니켈, 백금 등을 이베포레이션, 스퍼터링 또는 스크린 프린팅 등 다양한 후막 및 박막형성방법으로 성형한 후 열처리한다.An upper electrode is formed on the single piezoelectric / distortion film. As the upper electrode, gold, silver, aluminum, nickel, platinum, and the like are formed by various thick films and thin film formation methods such as evaporation, sputtering, or screen printing, followed by heat treatment.

상기의 방법에 의하여 압전/전왜막과 상부전극을 형성하는 공정을 반복하여 원하는 층수를 가진 다층의 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조한다.By repeating the process of forming the piezoelectric / electric strained film and the upper electrode by the above-described method, a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator having a desired number of layers is produced.

n층의 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터와 단층의 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 비교해 보면, 동일한 전압을 가할 때 n층의 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터는 n배 정도의 작동변위 및 속도를 얻을 수 있으며, 1/n 정도의 전압만을 가해도 동일한 작동변위 및 속도를 얻을 수 있다.Comparing n-layered multilayer piezoelectric / optical warp ceramic actuators to single-layer piezoelectric / optical warp ceramic actuators, n-layer multilayer piezoelectric / optical warp ceramic actuators can achieve n times the operating displacement and speed when the same voltage is applied. The same operating displacement and speed can be achieved by applying only a voltage of about / n.

또한 다층에서의 단일 압전/전왜막의 두께를 다르게 형성하여 각각의 압전/전왜막에 걸리는 전계를 달리함으로써 여러 가지 진동형태를 얻을 수 있으며, 이러한 형태는 액적의 크기를 조절하거나 매니스커스를 안정화시키는데 유용하게 사용된다.In addition, by varying the thickness of a single piezoelectric / distortion film in a multilayer, different vibration forms can be obtained, and this type of vibration can be used to control droplet size or stabilize the meniscus. It is useful.

또한 다층의 압전/전왜막을 분극시킴으로써 액츄에이터의 특성을 향상시킬 수 있다. 압전/전왜막의 분극방향을 여러 가지로 제어하면 단층의 압전/전왜막 또는 분극되지 않은 압전/전왜막에 비해 큰 변위를 얻을 수 있다.In addition, the polarization of the multilayer piezoelectric / distortion film can improve the characteristics of the actuator. By controlling the polarization direction of the piezoelectric / electric strainer in various ways, a large displacement can be obtained compared to the piezoelectric / electric strainer of a single layer or an unpolarized piezoelectric / electric strainer.

상기의 방법에 의하여 제조된 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터는 금속을 진동판으로 사용하는 경우에는 금속진동판과; 상기 진동판의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 형성된 압전/전왜막과; 상기 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되되, 상기 압전/전왜막과 상기 상부전극이 교대로 반복적으로 적층되어 다층의 구조를 형성한다.The multilayer piezoelectric / electric warp ceramic actuator manufactured by the above method includes a metal vibrating plate when the metal is used as the diaphragm; Ultrafine ceramic oxide powder prepared by non-explosive oxidation-reduction combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the upper part of the diaphragm and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. And a piezoelectric / electric warp film formed using a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; And an upper electrode formed on the piezoelectric / distortion layer, wherein the piezoelectric / distortion layer and the upper electrode are alternately repeatedly stacked to form a multilayer structure.

또한 세라믹 또는 수지류의 유기화합물을 진동판으로 사용하는 경우에는 진동판과; 상기 진동판의 상부에 형성된 하부전극과; 상기 하부전극의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 형성된 압전/전왜막과; 상기 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되되, 상기 압전/전왜막과 상기 상부전극이 교대로 반복적으로 적층되어 다층의 구조를 형성한다.In addition, when using an organic compound of ceramics or resins as the diaphragm and the diaphragm; A lower electrode formed on the diaphragm; An ultrafine ceramic oxide prepared by non-explosive redox combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the lower electrode and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. A piezoelectric / electric distortion film formed by using a powder and a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; And an upper electrode formed on the piezoelectric / distortion layer, wherein the piezoelectric / distortion layer and the upper electrode are alternately repeatedly stacked to form a multilayer structure.

도 2는 본 발명의 방법에 의하여 5층으로 적층된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 도시한 것이다.Fig. 2 shows a piezoelectric / electric distortion ceramic actuator laminated in five layers by the method of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같은 액츄에이터는 챔버판(20)과 결합된 진동판(22)의 상부에 하부전극(24)을 형성하고, 하부전극(24)의 상부에 압전/전왜막(26a)(26b)(26c)(26d)(26e)과 상부전극(28a)(28b)(28c)(28d)(28e)을 반복하여 적층함으로써 5층으로 적층된 구조로 형성되어 있다.As shown in FIG. 2, the actuator forms a lower electrode 24 on the upper part of the diaphragm 22 coupled with the chamber plate 20, and piezoelectric / electrodistor layers 26a and 26b on the lower electrode 24. (C) 26c, 26d, 26e and the upper electrodes 28a, 28b, 28c, 28d, and 28e are repeatedly stacked to form a stacked structure of five layers.

도 2에서와 같이 5층으로 적층한 경우에는 동일한 구동전압을 가할 때 5배정도의 작동변위 및 속도를 얻을 수 있으며, 1/5정도의 구동전압으로 동일한 작동변위 및 속도를 얻을 수 있다.In the case of stacking five layers as shown in FIG. 2, when the same driving voltage is applied, an operating displacement and speed of about 5 times can be obtained, and the same operating displacement and speed can be obtained with a driving voltage of about 1/5.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples. The following examples, however, illustrate the invention and do not limit the scope of the invention.

(실시예 1)(Example 1)

비폭발성 산화/환원 연소반응에 의하여 제조한 입경 0.5㎛ 이하의 PZT-PMN계 압전/전왜 미세분말과 0.5M 농도의 PZT-메톡시에탄올졸 용액을 1:1의 중량비로 혼합하고, 초음파세척기에서 30분동안 분산시켰다.PZT-PMN-based piezoelectric / electric distortion micropowder with a particle size of 0.5 μm or less prepared by non-explosive oxidation / reduction combustion reaction and PZT-methoxyethanol sol solution having a concentration of 0.5 M in a weight ratio of 1: 1 were mixed in an ultrasonic cleaner. Disperse for 30 minutes.

얻어진 분산액을 백금이 하부전극으로 증착된 실리콘기판 위에 스핀코팅하여 상온에서 부분건조하고, 부분건조된 압전/전왜막을 120℃에서 완전건조하였다.The obtained dispersion was spin-coated on a silicon substrate on which platinum was deposited as a lower electrode, and partially dried at room temperature, and the partially dried piezoelectric / electrodistor film was completely dried at 120 ° C.

완전건조된 압전/전왜막을 300℃에서 열처리하고, 열처리된 압전/전왜막 위에 상부전극을 증착하였다.The fully dried piezoelectric / distortion film was heat-treated at 300 ° C., and an upper electrode was deposited on the heat-treated piezoelectric / distortion film.

압전/전왜막을 코팅, 건조 및 열처리하고 압전/전왜막 위에 상부전극을 증착하는 단계를 3회 반복하여 3층으로 적층된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조하였다.The piezoelectric / electric strainer ceramic actuators were laminated in three layers by coating, drying, and heat-treating the piezoelectric / electric strainer layer, and depositing the upper electrode on the piezoelectric / electric strainer layer.

(실시예 2)(Example 2)

비폭발성 산화/환원 연소반응에 의하여 제조한 입경 0.1㎛ 이하의 PZT계 압전/전왜 미세분말과 트리메틸렌글리콜을 6:4의 중량비로 혼합하여 자동유발에서 6시간 동안 교반하였다.A PZT-based piezoelectric / electric distortion micropowder having a particle size of 0.1 μm or less and trimethylene glycol prepared by a non-explosive oxidation / reduction combustion reaction was mixed at a weight ratio of 6: 4, and stirred for 6 hours in an automatic induction.

2.0M 농도의 PZT-아세트산졸 용액을 분말과 트리메틸렌글리콜의 혼합액과 5:1의 중량비로 혼합하고, 자동유발에서 30분간 더 교반한 후 초음파세척기에서 30분동안 분산시켰다.PZT-acetic acid sol solution of 2.0 M concentration was mixed with a mixture of powder and trimethylene glycol in a weight ratio of 5: 1, further stirred for 30 minutes in an auto-induction, and then dispersed in an ultrasonic cleaner for 30 minutes.

얻어진 분산액을 스테인레스 스틸 기판 위에 딥코팅하고 상온에서 부분건조하고, 부분건조된 압전/전왜막을 100℃에서 완전건조하였다.The resulting dispersion was dip-coated on a stainless steel substrate, partially dried at room temperature, and the partially dried piezoelectric / distortion film was completely dried at 100 ° C.

완전건조된 압전/전왜막을 300℃에서 열처리하고, 열처리된 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 증착하였다.The fully dried piezoelectric / distortion film was heat treated at 300 ° C., and an upper electrode was deposited on the heat-treated piezoelectric / distortion film.

압전/전왜층을 코팅, 건조 및 열처리하고 압전/전왜층의 상부에 상부전극을 증착하는 단계를 5회 반복하여 5층으로 적층된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조하였다.Coating, drying and heat-treating the piezoelectric / distortion layer, and depositing the upper electrode on top of the piezoelectric / distortion layer were repeated five times to prepare a piezoelectric / electric distortion ceramic actuator stacked in five layers.

(실시예 3)(Example 3)

비폭발성 산화/환원 연소반응에 의하여 제조한 입경 0.1㎛ 이하의 PZT계 압전/전왜 미세분말과 2M PZT초산졸을 7:3의 중량비로 혼합하였다. 여기에 별도의 2M PZT 초산졸에 소량의 물을 가함으로써 가수분해시켜 얻은 PZT 콜로이드 현탁액을 미세분말 중량의 25%만큼 가하여 자동유발에서 혼합하였다. 초산을 적당량 가하여 스핀코팅에 적당한 점도를 확보하고 백금 하부전극이 형성된 실리콘기판 위에 코팅하였다.A PZT-based piezoelectric / electric distortion micropowder having a particle diameter of 0.1 μm or less and 2M PZT acetate sol prepared by non-explosive oxidation / reduction combustion reaction were mixed in a weight ratio of 7: 3. PZT colloidal suspension obtained by hydrolysis by adding a small amount of water to a separate 2M PZT acetate sol was added by 25% of the fine powder weight and mixed by autoinduction. Acetic acid was added in an appropriate amount to ensure proper viscosity for spin coating, and then coated on a silicon substrate on which a platinum lower electrode was formed.

코팅된 압전/전왜막을 건조한 후 300℃에서 열처리하였으며, 열처리된 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 증착하였다.The coated piezoelectric / distortion film was dried and then heat-treated at 300 ° C., and an upper electrode was deposited on the heat-treated piezoelectric / distortion film.

압전/전왜막을 코팅, 건조 및 열처리하고 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 증착하는 단계를 10회 반복하여 10층으로 적층된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조하였다.The piezoelectric / distortion ceramic actuators were laminated in ten layers by coating, drying, and heat-treating the piezoelectric / electric distortion film, and depositing the upper electrode on the piezoelectric / electric distortion film.

(실시예 4)(Example 4)

비폭발성 산화/환원 연소반응에 의하여 제조한 입경 0.5㎛ 이하의 PZT-PMN계 압전/전왜 미세분말과 2M PZT초산졸을 7:3의 중량비로 혼합하였다. 여기에 폴리비닐알콜을 미세분말 중량의 10%만큼 가하고 자동유발에서 혼합하였다. 메톡시에탄올을 적당량 가하여 스핀코팅에 적당한 점도를 확보하고 백금 하부전극이 형성된 실리콘기판 위에 코팅하였다.A PZT-PMN piezoelectric / electric distortion micropowder having a particle size of 0.5 µm or less and 2M PZT acetate sol prepared by non-explosive oxidation / reduction combustion reaction were mixed in a weight ratio of 7: 3. To this was added polyvinyl alcohol by 10% of the fine powder weight and mixed in an autoinduction. An appropriate amount of methoxyethanol was added to ensure proper viscosity for spin coating, and then coated on a silicon substrate on which a platinum lower electrode was formed.

코팅된 압전/전왜막을 300℃에서 건조한 후 700℃에서 열처리하고, 열처리된 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 증착하였다.The coated piezoelectric / distortion film was dried at 300 ° C. and then heat-treated at 700 ° C., and an upper electrode was deposited on the heat-treated piezoelectric / distortion film.

압전/전왜막을 코팅, 건조 및 열처리하고 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 증착하는 단계를 10회 반복하여 10층으로 적층된 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 제조하였다.The piezoelectric / distortion ceramic actuators were laminated in ten layers by coating, drying, and heat-treating the piezoelectric / electric distortion film, and depositing the upper electrode on the piezoelectric / electric distortion film.

상기와 같은 본 발명은 압전/전왜막과 상부전극을 다층으로 적층함으로써 작은 구동전압변화로도 큰 변위와 구동속도를 얻을 수 있으므로 고변위, 고속의 액츄에이팅이 가능하여 고화질, 고속의 프린팅이 가능한 효과가 있다.In the present invention as described above, the piezoelectric / electrodistor film and the upper electrode are laminated in a multi-layer, so that a large displacement and a driving speed can be obtained even with a small change in driving voltage, so that high displacement, high speed actuating is possible, and high quality and high speed printing is possible. There is a possible effect.

또한 압전/전왜 세라믹 액츄에이터를 액츄에이팅시키는데 필요한 구동전압을 획기적으로 낮출 수 있어 회로를 구성, 제작하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다.In addition, the driving voltage required for actuating piezoelectric / electric distortion ceramic actuators can be drastically reduced, thereby reducing the cost of constructing and manufacturing a circuit.

또한 단일 압전/전왜막의 두께를 서로 다르게 형성함으로써 얇은 막과 두꺼운 막의 전계차이에 의해 여러 가지 변형형태를 얻는 것이 가능하고, 이는 액적크기를 조절하거나 매니스커스를 안정화시키는데 유용하게 사용될 수 있다.In addition, it is possible to obtain a variety of deformation forms by the electric field difference between the thin film and the thick film by forming a different thickness of the single piezoelectric / electrostrictive film, which can be usefully used to control the droplet size or stabilize the meniscus.

또한 다층으로 형성된 압전/전왜막을 분극시킴으로써 단층의 압전/전왜막 또는 분극되지 않은 압전/전왜막에 비해 보다 향상된 액츄에이터의 특성을 얻을 수 있다.In addition, by polarizing the piezoelectric / distortion film formed in a multi-layer, it is possible to obtain improved characteristics of the actuator as compared with the piezoelectric / distortion film or the unpolarized piezoelectric / distortion film of a single layer.

Claims (28)

금속진동판을 제공하는 단계와;Providing a metal vibrating plate; 상기 진동판의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 단일 압전/전왜막을 성형하는 단계와;Ultrafine ceramic oxide powder prepared by non-explosive oxidation-reduction combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the upper part of the diaphragm and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. And forming a single piezoelectric / electric distortion film using a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared based on water or an organic solvent; 상기 단일 압전/전왜막을 100-800℃에서 열처리하는 단계와;Heat-treating the single piezoelectric / distortion film at 100-800 ° C .; 상기 단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성하는 단계와;Forming an upper electrode on the single piezoelectric / distortion film; 상기 상부전극의 상부에 단일 압전/전왜막을 성형하여 열처리는 단계와 단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성하는 단계를 반복하는 것을 포함하여, 다층의 압전/전왜막과 상부전극을 형성하는 저온소성법에 의한 다층/압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.Forming a single piezoelectric / distortion film on top of the upper electrode and subjecting the heat treatment to repeating the step and forming the upper electrode on the top of the single piezoelectric / distortion film; Method for manufacturing a multilayer / piezoelectric / electric distortion ceramic actuator by a firing method. 제 1 항에 있어서, 단일 압전/전왜막을 0.1-10㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.2. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 1, wherein a single piezoelectric / electric distortion film is formed to a thickness of 0.1-10 mu m. 제 2 항에 있어서, 단일 압전/전왜막을 1-6㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.3. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 2, wherein a single piezoelectric / electric distortion film is formed to a thickness of 1-6 mu m. 제 1 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께를 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.2. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 1, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is formed differently. 제 1 항에 있어서, 다층의 압전/전왜막을 분극시키는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.2. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 1, wherein the multilayer piezoelectric / electric distortion film is polarized. 진동판을 제공하는 단계와;Providing a diaphragm; 상기 진동판의 상부에 하부전극을 형성하는 단계와;Forming a lower electrode on the diaphragm; 상기 하부전극의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 단일 압전/전왜막을 성형하는 단계와;An ultrafine ceramic oxide prepared by non-explosive redox combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the lower electrode and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. Forming a single piezoelectric / electric warp film using a ceramic paste prepared by mixing a powder, a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; 상기 단일 압전/전왜막을 100-800℃에서 열처리하는 단계와;Heat-treating the single piezoelectric / distortion film at 100-800 ° C .; 상기 단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성하는 단계와;Forming an upper electrode on the single piezoelectric / distortion film; 상기 상부전극의 상부에 단일 압전/전왜막을 성형하여 열처리하는 단계와 단일 압전/전왜막의 상부에 상부전극을 형성하는 단계를 반복하는 것을 포함하여, 다층의 압전/전왜막과 상부전극을 형성하는 저온소성법에 의한 다층/압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.Forming a multi-layered piezoelectric / distortion layer and an upper electrode by repeating the step of forming a single piezoelectric / distortion layer on the upper electrode and performing heat treatment and forming the upper electrode on the single piezoelectric / distortion layer. Method for manufacturing a multilayer / piezoelectric / electric distortion ceramic actuator by a firing method. 제 6 항에 있어서, 진동판으로는 세라믹판을 사용하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.7. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 6, wherein a ceramic plate is used as the diaphragm. 제 7 항에 있어서, 세라믹으로는 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 규소(Si), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2) 또는 유리계를 사용하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.The method of claim 7, wherein the ceramic is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon (Si), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon dioxide (SiO 2 ) Or a glass system. A method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric warp ceramic actuator by a low temperature baking method. 제 6 항에 있어서, 진동판으로는 수지류의 고분자성 유기화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.7. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 6, wherein a high molecular weight organic compound of resins is used as the diaphragm. 제 9 항에 있어서, 수지류의 고분자성 유기화합물로는 폴리에스테르(Polyester)계, 폴리이미드(Polyimide)계, 폴리에틸렌이미드 (polyethyleneimide)계 또는 테플론(Teflon)계 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the polymeric organic compound of the resins is characterized in that a polyester, polyimide, polyethyleneimide or Teflon resin is used. A method for producing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator by low temperature baking method. 제 6 항에 있어서, 단일 압전/전왜막을 0.1-10㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.7. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 6, wherein a single piezoelectric / electric distortion film is formed to a thickness of 0.1-10 mu m. 제 11 항에 있어서, 단일 압전/전왜막을 1-6㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.12. The method for producing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 11, wherein a single piezoelectric / electric distortion film is formed to a thickness of 1-6 mu m. 제 6 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께를 다르게 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.7. The method of manufacturing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 6, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is differently formed. 제 6 항에 있어서, 다층의 압전/전왜막을 분극시키는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터의 제조방법.7. A method for producing a multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 6, wherein the multilayer piezoelectric / electric distortion film is polarized. 금속진동판과;A metal vibrating plate; 상기 진동판의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 형성된 단일 압전/전왜막과;Ultrafine ceramic oxide powder prepared by non-explosive oxidation-reduction combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the upper part of the diaphragm and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. And a single piezoelectric / electric warp film formed using a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; 상기 단일 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되며,It is configured to include an upper electrode formed on top of the single piezoelectric / distortion film, 상기 단일 압전/전왜막과 상기 상부전극이 교대로 반복적으로 적층되어 다층의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.And the single piezoelectric / distortion film and the upper electrode are alternately repeatedly stacked to form a multi-layered structure. 제 15 항에 있어서, 단일 압전/전왜막은 두께가 0.1-10㎛인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.16. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 15, wherein the single piezoelectric / electric distortion film has a thickness of 0.1-10 mu m. 제 16 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께가 1-6㎛인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.17. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 16, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is 1-6 mu m. 제 15 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께가 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.16. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 15, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is formed differently. 제 15 항에 있어서, 다층의 압전/전왜막이 분극된 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.16. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 15, wherein the multilayer piezoelectric / electric distortion film is polarized. 진동판과;A diaphragm; 상기 진동판의 상부에 형성된 하부전극과;A lower electrode formed on the diaphragm; 상기 하부전극의 상부에 100-500℃의 저온에서 비폭발성 산화-환원 연소반응에 의하여 제조되며 입자크기가 5㎛ 이하이고, 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본 구성원소로 하는 초미세 세라믹산화물분말과, 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 제조한 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹졸용액을 혼합하여 제조한 세라믹페이스트를 사용하여 형성된 단일 압전/전왜막과;An ultrafine ceramic oxide prepared by non-explosive redox combustion reaction at a low temperature of 100-500 ° C. on the lower electrode and having a particle size of 5 μm or less and having lead (Pb) and titanium (Ti) as basic elements. A single piezoelectric / electric distortion film formed by using a powder and a ceramic paste prepared by mixing a ceramic sol solution of the same or similar component with the ultrafine ceramic oxide powder prepared on the basis of water or an organic solvent; 상기 단일 압전/전왜막의 상부에 형성된 상부전극을 포함하여 구성되며,It is configured to include an upper electrode formed on top of the single piezoelectric / distortion film, 상기 단일 압전/전왜막과 상기 상부전극이 교대로 반복적으로 적층되어 다층의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.And the single piezoelectric / distortion film and the upper electrode are alternately repeatedly stacked to form a multi-layered structure. 제 20 항에 있어서, 진동판은 세라믹판인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.21. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 20, wherein the diaphragm is a ceramic plate. 제 21 항에 있어서, 세라믹은 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 규소(Si), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2) 또는 유리계인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.The method of claim 21 wherein the ceramic is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon (Si), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon dioxide (SiO 2 ) or A multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator by a low temperature firing method, characterized in that it is glass-based. 제 20 항에 있어서, 진동판은 수지류의 고분자성 유기화합물인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.21. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 20, wherein the diaphragm is a high molecular organic compound of resin. 제 23 항에 있어서, 수지류의 고분자성 유기화합물은 폴리에스테르(Polyester)계, 폴리이미드(Polyimide)계, 폴리에틸렌이미드 (polyethyleneimide)계 또는 테플론(Teflon)계 수지인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.24. The low temperature firing method according to claim 23, wherein the polymeric organic compound of the resin is a polyester, polyimide, polyethyleneimide, or Teflon resin. Multi-layer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator 제 20 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께가 0.1-10㎛인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.21. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 20, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is 0.1-10 탆. 제 25 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께가 1-6㎛인 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.27. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 25, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is 1-6 mu m. 제 20 항에 있어서, 단일 압전/전왜막의 두께가 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.21. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 20, wherein the thickness of the single piezoelectric / electric distortion film is different. 제 20 항에 있어서, 다층의 압전/전왜막이 분극된 것을 특징으로 하는 저온소성법에 의한 다층 압전/전왜 세라믹 액츄에이터.21. The multilayer piezoelectric / electric distortion ceramic actuator according to claim 20, wherein the multilayer piezoelectric / electric distortion film is polarized.
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