KR20010024355A - 압전 소자 - Google Patents

압전 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20010024355A
KR20010024355A KR1020007003453A KR20007003453A KR20010024355A KR 20010024355 A KR20010024355 A KR 20010024355A KR 1020007003453 A KR1020007003453 A KR 1020007003453A KR 20007003453 A KR20007003453 A KR 20007003453A KR 20010024355 A KR20010024355 A KR 20010024355A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stack
electrodes
piezoelectric element
support body
group
Prior art date
Application number
KR1020007003453A
Other languages
English (en)
Inventor
미하엘 리델
Original Assignee
칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칼 하인쯔 호르닝어, 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 칼 하인쯔 호르닝어
Publication of KR20010024355A publication Critical patent/KR20010024355A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 압전 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 다수의 압전 세라믹층(6)으로 이루어진 제 1 스택 및 제 2 스택(3, 4) 및 상기 제 1 스택(3)과 제 2 스택(4)의 사이에 배치된 중간층을 갖는 압전 소자(1)에 관한 것이다. 지지 바디(9)로서의 중간층은 섬유 강화 재료 또는 유리로 형성된다. 상기와 같은 다중 압전 소자(1)는 높은 효율 및 높은 기계적 안정성을 나타내며, 저전압에 의해 작동될 수 있다.

Description

압전 소자 {PIEZO-ELECTRIC ELEMENT}
상기 방식의 압전 소자는 독일 특허 공개 제 DE 35 18 055 A1호 및 독일 특허 DE 34 34 726 C2호 에 공지되어 있다. 상기 압전 소자의 작동을 위해, 제 1 스택의 압전 세라믹층이 각각 팽창하는 한편, 제 2 스택의 압전 세라믹층은 각각 수축하거나 그 반대로 되도록 전극에 전압이 공급된다. 이는, 기계 또는 전기 스위치의 작동을 위해 이용될 수 있는 압전 소자의 휨을 발생시킨다. 두 스택 사이에 배치된 중간층은 어떠한 액티브 운동도 실행하지 않는 세라믹층이다. 이를 위해, 중간층의 세라믹은 분극되지 않음으로써, 그 결과 압전적으로 액티브하지 않게 되거나, 압전 소자의 제어시 어떠한 전계에도 노출되지 않는다. 상기 중간층은 두 스택의 반대 운동을 보상하는 역할을 함으로써, 압전 소자의 수명을 높인다.
또한, 다수의 중첩된 세라믹층으로 이루어진 압전 소자는 소위 다중 압전 소자라 한다. 이와는 달리, 스택이 유일하게 하나로 결합된 세라믹층으로 대체되는 압전 소자는, 두 세라믹층 사이에 중간층이 배치되는지 아닌지에 따라, 2중 또는 3중 압전 소자라 한다. 다중 압전 소자는 2중 또는 3중 압전 소자에 비해, 저전압이 인가될때도 동일한 역학 에너지가 사용될 수 있는 장점을 갖는다. 이는, 다중 압전 소자의 개별 세라믹층이 필적할 만한 2중 또는 3중 압전 소자 보다 훨씬 더 적은 두께를 가지기 때문에, E는 전계, U는 인가된 전압, 그리고 d는 세라믹층의 두께를 나타낼 때, E = U/d 에 따른 동일한 전압에서 더 높은 전계가 나타난다는데 근거를 두고 있다.
또한 일본 특허 JP 60-178677 A2 호에는 다중 압전 소자가 공지되어 있으며, 여기서 중간층의 재료는 세라믹층의 재료와 다르다.
그러나, 다중 압전 소자는 얇게 중첩된 다수의 개별 세라믹층에 의해 높은 파괴 감도 및 비교적 적은 기계적 안정성을 갖는 단점이 있다. 따라서, 부하를 받을때 종종 개별층의 드리프트가 나타난다. 또한, 다중 압전 소자는 2중 또는 3중 압전 소자에 비해 더 적은 효율을 나타낸다. 또한 그 제조 비용이 너무 높다.
이러한 이유로, 다중 압전 소자가 더 낮은 전압으로 작동될 수 있음에도 불구하고, 지금까지 기술적 응용에서 2중 또는 3중 압전 소자가 우위를 차지했다. 압전 소자에 대한 기술적 응용은 예컨대, 잉크 제트식 프린터용 압전 프린트 헤드, 마이크로폰 및 스피커용 음향 픽업 또는 음향 제너레이터, 가속 측정 또는 압력 측정용 센서, 가스 계량기용 트랜스듀서, 특히 휨 변환기(bening transducer), 예컨대 점자(braille)열, 시각 장애인용 판독 장치, 방적 기계, 뉴매틱 밸브, 기록 측정기 또는 무접촉 표면 측정기등의 조종 엘리먼트이다. 여기서, 낮은 동작 전압은 예컨대 화학 공업 또는 광업과 같은 폭발 위험이 있는 장소에서 압전 소자의 사용을 가능하게 한다.
본 발명은 다수의 압전 세라믹층으로 이루어진 제 1 스택 및 제 2 스택 및 상기 제 1 스택과 상기 제 2 스택 사이에 배치된 중간층을 갖는 압전 소자에 관한 것이며, 각각의 스택에서 개별 세라믹층 사이 및 상기 스택을 제한하는 세라믹층의 각각의 외부면에 전극이 배치된다.
도 1은 휨 변환기로 형성된, 지지 바디를 갖는 다중 압전 소자의 횡단면도이고,
도 2는 전도성 층을 갖는 지지 바디가 제공되는, 도 1에 따른 단면도를 확대한 것이다.
본 발명의 목적은 2중 또는 3중 압전 소자에 비해 더 낮은 동작 전압의 장점을 가지며, 특히 전술한 선행 기술의 단점을 극복하는 다중 압전 소자를 제공하는데 있다.
상기 목적은, 다수의 압전 세라믹층으로 이루어진 제 1 스택 및 제 2 스택, 그리고 상기 제 1 스택 및 제 2 스택 사이에 배치된 중간층을 포함하며, 각각의 스택에서 각각의 세라믹층 사이 및 상기 스택을 제한하는 세라믹층의 각각의 외부면에 전극이 배치되며, 중간층의 재료는 세라믹층의 재료와 다른, 압전 소자에 있어서, 상기 중간층이 섬유 강화 재료 또는 유리로 이루어진 지지 바디의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 소자에 의해 달성된다.
중간층이 섬유 강화 재료 또는 유리로 이루어진 지지 바디로서 형성됨으로써, 복합 재료로서 구성된 다중 압전 소자가 제공되며, 상기 다중 압전 소자는 전극을 제외한, 순수 세라믹 다중 압전 소자에 비해 현저히 더 높은 기계적 안정성을 갖는다. 상기 방식의 중간층은 전압의 보상에 사용될 뿐 아니라, 부가로 전체 압전 소자를 지지하는 기능도 갖는다.
다중 압전 소자용 섬유 강화 재료 또는 유리로 이루어진 지지 바디를 사용함으로써, 전기 에너지로부터 역학 에너지로의 변환에 대한 효율이 부가로 개선된다. 상기와 같은 지지 바디로, 다중 압전 소자의 세라믹 재료의 일부를 대체함으로써, 압전 소자의 파괴 감도가 현저히 줄어들며, 이는 특히 조립 또는 작동시 매우 큰 장점을 제공한다. 또한 압전 세라믹 재료, 특히 다중 압전 소자의 다층 재료는 비교적 비싸기 때문에, 이로 인해 제조 비용이 절감된다.
본 발명에 따라, 저전압에 의해 제어될 수 있고, 높은 효율을 가지며, 적은 파괴 감도와 동시에 높은 기계적 안정성을 가지고, 개선된 효율에 의해 비교적 순수한 세라믹 다중 압전 소자 보다 더 싼 세라믹 다층 재료를 사용할 수 있는 다중 압전 소자가 제공된다. 여기서, 세라믹 다층 재료는 중첩된 세라믹층(분극화되거나 분극화되지 않은) 및 그 사이에 배치된 예컨대 금속층 형태의 전극으로 이루어진 재료를 말한다.
압전 소자의 효율 및 기계적 안정성의 증가와 동시에 세라믹 다층 재료의 절약은, 바람직하게는 지지 바디의 두께가 스택 또는 세라믹 다층 재료의 개별 세라믹층의 두께 보다 더 크게 선택됨으로써 달성된다. 지지 바디의 두께가 스택의 개별 두께와 동일하면, 압전 소자가 탁월한 특성을 갖는다. 따라서, 순수한 세라믹 다중 압전 소자에 비해, 세라믹 다층 재료의 3분의 1의 비용으로까지 절약할 수 있다.
제조시, 소위 프리 프레그(prepreg)(아직 경화되지 않은, 미리 함침된 연질의 블랭크) 형태의 섬유 강화 재료가 사용된다. 제조를 위해, 간단하게 제 1 스택, 프리 프레그 형태의 지지 바디, 그리고 제 2 스택이 느슨하게 중첩된 다음, 압력하에 프레스되고, 열처리를 통해 프리 프레그를 경화함으로써 서로 접착된다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 섬유 강화 재료는 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 강화된 에폭시 수지이다. 이는 기계적 안정성 및 파괴 강도를 높인다.
지지 바디가 유리로 이루어질 경우, 압전 세라믹층 또는 세라믹 다층 재료로 이루어진 두 스택은 적합한 접착제에 의해 지지 바디와 결합된다.
낮은 동작 전압 및 높은 효율로 압전 소자를 작동시키기 위해, 세라믹층의 두께는 각각 20 ㎛ 내지 40 ㎛이고, 지지 바디의 두께는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛ 인 것이 바람직하다. 개별 세라믹층의 상기와 같은 두께에서, 1 kV/㎜ 보다 큰 전계 강도를 얻기 위해서는, 20 V 내지 80 V의 동작 전압이면 충분하다. 상기와 같은 전계 강도는 조정 엘리먼트 또는 휨 엘리먼트로서의 압전 소자의 사용시, 충분히 큰 조정력 및 횡력(lateral power)을 가지기 위해 필수적이다.
다중 압전 소자는 기본적으로 두 개의 변이형으로 제어될 수 있다. 제 1 변이형에서, 스택의 모든 세라믹층은 서로 평행하고, 스택 방향을 따라 분극화된다. 이는 예컨대 정렬된, 동일한 kV/㎜의 동일한 전계를 인가함으로써 일어난다. 상기와 같은 압전 소자는, 전극에서 전극으로의 스택 내에서 인가될 전압이 각각 동일한 값 만큼 감소되거나 증가됨으로써 제어된다. 이러한 방식으로, 스택 각각의 개별 압전 세라믹층은 동일한 전계를 가지지만, 상이한 레벨에 있다. 이에 따라, 스택의 제어된 모든 압전 세라믹층은 동일한 운동을 실행한다. 다시 말해, 상기 세라믹층은 수축하거나 팽창한다. 압전 소자를 휘게 하기 위해, 한 스택의 세라믹층은 수축하는 동안, 다른 스택의 세라믹층은 팽창하고, 또는 다른 스택의 세라믹층이 작동하지 않는 동안, 단지 한 스택만이 제어되도록 제공된다.
또한, 압전 세라믹층에 그 분극 방향에 맞게 전계가 공급되는 장점을 갖는다. 분극 방향에 대치되는 전압 공급에 있어서, 전압은 단지 항전계의 최대 반까지 인가될 수 있다. 왜냐하면, 그렇지 않을 경우엔 압전 효과의 감소와 연관된 압전 세라믹의 복극을 발생시키기 때문이다. 그러나, 상기와 같은 제어에 있어서, 개별 세라믹층에 인가된 전압은 한 스택의 세라믹층의 수에 상응하여, 전체 전압에 가산된다. 또한 스택 각각의 개별 전극은 별도로 접속되어야만 한다. 왜냐하면, 전극 각각은 다른 전위에 놓여있기 때문이다.
따라서, 제어보다 오히려 두 개의 변이형이 더 선호되며, 이로써 한 스택의 인접 세라믹층은 스택 방향에 대해 각각 반대 방향이지만, 평행하게 분극화된다. 상기와 같은 다중 압전 소자를 제어하기 위해, 인접 세라믹층의 전극에, 동일한 높이이지만, 상이한 연산 부호를 갖는 전위차가 인가된다. 이러한 방식으로, 동일한 크기의 전계를 가지지만, 상이한 방향을 갖는 인접 세라믹층이 제공된다. 따라서, 스택 방향으로 볼 때 각각의 두 전극은 동일한 전위에 놓인다. 따라서, 각 스택의 전극은, 인접 전극이 각각 다른 그룹에 배치되는 방식으로 전기 접속된 전극의 제 1 및 제 2 그룹으로 구분된다. 제어를 위해, 전기 접속된 전극의 제 1 그룹은 하나의 극에, 그리고 전기 접속된 제 2 그룹은 전압원의 다른 극에 접속된다. 여기서, 상기 전압원은 비교적 저전압을 제공하는데 사용되며, 상기 저전압은, 개별 세라믹층의 적은 두께에 상응하여 제어에 필요한 전계를 생성하기 위해 조절된다. 상기 전압은 이미 언급했던 바와 같이, 20 ㎛ 내지 40 ㎛의 세라믹층의 층두께에서 20 V 내지 80 V에 놓여있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 한 스택의 제 1 및 제 2 그룹의 전극은 각각 제 1 경계 전극 및 각각 제 2 경계 전극에 의해 서로 전도 접속되며, 상기 제 1 경계 전극 및 제 2 경계 전극은 각 스택의 마주놓인 측면에 배치되고, 제 1 및 제 2 그룹의 전극은 각각 제 2 및 제 1 경계 전극으로부터 절연된다. 상기와 같은 스택의 전극은 횡단면으로 볼 때, 서로 맞물려있는 바디처럼 스택 방향으로 볼 때 가로로 나타난다. 특히 한 스택의 압전 세라믹층이 홀수로 있을 경우에 장점이 된다. 이러한 방식으로, 스택의 두 개의 외부면에 놓여있는 전극은 두 개의 상이한 그룹에 속하기 때문에, 압전 세라믹층으로 이루어진 상기와 같은 스택은 외부 전극에 전압을 인가함으로써, 외부 전극에 접속된, 동일한 두께의 일체형 압전 세라믹과 같은 방식으로 활성화될 수 있다. 물론, 상기 일체형 압전 세라믹을 활성화하기 위해 필요한 동작 전압은 스택의 활성화에 필요한 동작 전압에 비해 수배 더 크다.
각각 홀수의 압전 세라믹층으로 이루어진 스택이 형성되고 상기 전극이 언급된 방식으로 결합되는, 상기와 같은 압전 소자의 접촉을 위해, 세 개의 접속이 바람직하게 제공된다. 여기서, 제 1 스택의 외부 전극은 제 1 콘택을, 제 2 스택의 외부 전극은 제 2 콘택을, 그리고 지지 바디에 직접 놓인 제 1 스택 및 제 2 스택의 두 내부 전극은 공동의 제 3 콘택을 갖는다. 이러한 공동의 제 3 콘택은 전도될 경우에, 예컨대 지지 바디 자체에 배치된다. 그 밖에, 상기 지지 바디에 전도성 층이 제공될 수 있다. 공급원에 접속하기 위해, 상응하는 접속 케이블이 콘택을 통해 간단히 압전 소자에 접속된다. 여기서, 상기 콘택은 예컨대 납땜 가능 재료로 이루어질 수 있다.
제 1 콘택 및 제 2 콘택은 제어를 위해 정전압 공급원의 서로 대치된 극에 접속된다. 내부 전극의 공동 콘택은 제어할 수 있는 전극을 통해, 한번은 두 극 중 하나의 전극에, 한번은 두 극 중 다른 전극에 교체되면서 공급된다. 여기서, 제 1 콘택 및 제 2 콘택의 접속시, 형성될 전계가 각각의 개별 압전 세라믹층의 내부에서 분극 방향으로 나타난다. 상기와 같은 제어에서, 단지 각각 하나의 스택에만 전압이 공급되고, 이를 통해 활성화된다. 각각의 다른 스택은 비활성적으로 존재한다. 제 3 콘택에 인가된 전압에 상응하여, 압전 소자의 휨이 한번은 한 방향으로, 한번은 다른 방향으로 나타난다. 여기서, 각각의 개별 압전 세라믹층은 활성시 항상 개별 분극화의 방향으로 전계를 나타낸다. 이러한 방식으로, 압전 소자의 불활성화를 피할 수 있다.
특히 전기 에너지로부터 메카닉 에너지로의 올바른 변환을 위해서는, 지지 바디의 면이 스택의 면보다 더 크기 때문에, 지지 바디의 자유 부분이 스택 밖으로 뻗는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 지지 바디의 지렛대 작용에 의해 압전 소자의 조정 거리 또는 조종 거리가 증대될 수 있다.
제 1 스택 및 제 2 스택의 내부 전극의 공동 접촉을 위한 제 3의 콘택트는 적어도 부분적으로 지지 바디의 자유 부분에 제공된 금속 박막, 특히 구리 박막을 통해 바람직하게 이루어지며, 상기 구리 박막은 납땜 콘택을 제공하는데 적합한다. 여기서, 상기 금속 박막은 전도성 지지 바디일 경우나, 전도성 층을 갖는 절연 지지 바디의 경우에는 단지 지지 바디의 자유 부분에 제공될 수 있다. 또는 전도 지지 바디일 경우에는 부분적으로 지지 바디와 스택 각각의 내부 전극 사이에 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면에 의해 더 자세히 설명된다.
도 1은 휨 변환기로 형성된, 제 1 스택(3) 및 제 2 스택(4)을 갖는 압 전 소자(1)의 단면도를 나타낸 것이며, 상기 제 1 스택(3) 및 제 2 스택(4)은 각각 그 사이 및 그것을 제한하는 외부면에 배치된 전극(7)을 갖는, 서로 중첩된 세라믹층(6)으로 이루어진다. 상기 두 스택(3, 4)은 두 면에 하나의 지지 바디(9)를 가지며, 상기 지지 바디(9)는 탄소 섬유에 의해 강화된 에폭시 수지로 이루어지고, 따라서 전도된다. 상기 지지 바디(9)는 두 스택(3, 4)의 지지면보다 더 큰 면을 가지기 때문에, 자유 부분(10)은 스택(3, 4) 밖으로 뻗는다. 상기 지지 바디(9)의 자유 부분(10)은 여기서는 단지 개략적으로 나타난 고정부에 고정된다. 마찬가지로, 지지 바디(9)의 스택에 접속된 부분을 고정부(11)에 지지할 수 있다.
압전 소자(1)의 전기 접속을 위해, 지지 바디(9)의 자유 단부(10)의 양측에 구리 박막(12, 13)이 제공된다. 여기서, 구리 박막(12, 13)은 지지 바디(9)에 부착되거나, 지지 바디(9)의 에폭시 수지의 경화 과정에서 지지 바디(9)에 접속된다. 상기 두 구리 박막(12, 13)을 통해, 지지 바디(9)는 접속 와이어(17)를 통한 두 개의 납땜 콘택(14, 15)에 의해 정전압 공급원의 양전위 및 음전위에 스위칭될 수 있는 단자(18)에 접속된다. 추가로, 제 1 스택(3)의 외부 전극은 납땜 콘택(20)을 통해 정전압 공급원의 플러스극(23)에 접속된다. 제 2 스택(4)의 외부 전극은 납땜 콘택(22)을 통해 정전압 공급원의 마이너스극(24)에 접속된다.
도 2에 자세히 도시된, 스택(3, 4) 내부의 전극(7) 장치에 따라, 상기와 같은 와이어링에서 전극(7)은 스택 방향에 따라 교체하면서 각각의 외부 전극을 통해 한번은 플러스극(23) 및 마이너스극(24)에 접속되며, 한번은 지지 바디(9)를 통해 정전압 공급원의 스위칭될 수 있는 단자(18)에 접속된다. 상기 스위칭 될 수 있는 단자(18)가 플러스극(23)의 전위에 인가될 경우, 제 2 스택(4)의 세라믹층(6)에서 전계가 생성되며, 이와 반대로 제 1 스택(3)의 세라믹층(6)에서는 어떠한 전계도 형성되지 않는다. 이에 따라, 도 2에 자세히 도시된 연속 세라믹층의 역방향 분극화에 의해, 전체 세라믹층(6)은 제 2 스택(4)으로 수축된다. 다시 말해, 휨 변환기의 자유 단부(25)는 도시된 화살표 방향을 따라 아래로 움직인다. 이에 상응하여, 압전 소자(1)의 자유 단부(25)는, 도시된 화살표에 따라 정전압 공급원의 스위칭될 수 있는 단자(18)가 마이너스극(24)의 전위에 인가될 경우에는, 위로 진행한다.
도 2는 도 1에 따른 압전 소자(1)의 구조를 단면도를 확대하여 자세히 나타낸 것이다. 그러나, 여기서는 도 1에서와 같이 지지 바디(9)는 탄소 섬유로 강화된 에폭시 수지가 아니라, 유리 섬유로 강화된 에폭시 수지이며, 따라서 전도되지 않는다. 이러한 이유로, 제 2 스택(4)은 도 2에 도시되지 않는다. 그러나, 상기 제 2 스택은 도시된 제 3 스택과 같은 방식으로 형성된다.
도 2에 따른 압전 소자(1)에 있어서, 스택(3)의 전극 및 스택(4)의 전극은 동일한 방식으로 제 1 그룹(28) 및 제 2 그룹(30)으로 분할된다. 여기서, 상기 제 1 그룹(28)의 전극은 스택(3)의 단부에 배치된 제 1 경계 전극(31)에 의해, 제 2 그룹(30)의 전극은 스택(3)의 서로 대치된 단부에 배치된 제 2 경계 전극(32)을 통해 각각 서로 전도 접속된다. 여기서, 두 개의 경계 전극(31, 32)은 금속층의 형태로 스택(3) 및 도시되지 않은 스택(4)의 단부에 제공된다. 제 1 그룹(28)의 전극은 제 2 경계 전극(32)에 의해, 스택(3)의 길이에 비해 그것의 길이가 더 짧아지기 때문에, 제 2 경계 전극(32) 및 제 1 그룹(28)의 전극 사이에 각각 갭(33)이 생김으로써 절연된다. 동일한 것이 제 2 그룹(30)의 전극에 적용되며, 제 1 경계 전극(31)과 제 2 그룹의 전극(30) 사이에 각각 갭(34)이 생긴다. 전극(7) 사이에 각각 세라믹층(6)이 배치되며, 각각의 인접 세라믹층(6)은 도 2에 도시된 화살표에 따라 역방향 분극화를 갖는다. 스택(3, 4) 각각은 홀수의 세라믹층(6)을 갖는다. 도시된 경우에서, 각각의 스택은 7개의 세라믹층을 포함한다.
도시된 방식으로 제공된, 연속 압전 세라믹층으로 이루어진 스택(3, 4)은 외부 전극을 갖는 개별적으로 연결된 압전 세라믹층과 동일한 방식으로 제어될 수 있다. 즉, 스택의 두 개의 외부 전극(3, 4)이 전압을 공급하면, 각각의 개별 세라믹층(6)에서 전계가 생성되며, 인접 세라믹층의 전계는 각각 역방향으로 나타난다. 또한 인접 세라믹층의 분극 방향이 역방향으로 나타나기 때문에, 스택 각각의 개별 세라믹층(6)은 동일한 방식으로 제어된다. 여기서, 각각의 전계는 분극화와 동일한 방향으로 나타난다.
도 2에 도시된 압전 소자(1)를 위해, 지지 바디(9)를 향한 제 1 스택(3)(도시되지 않은 제 2 전극(4)에서도 마찬가지이다)의 내부 전극의 접촉이 상기 지지 바디(9)에 놓인 추가의 전도성 층을 통해 보장된다. 상기 전도성 층(36)위에, 지지 바디(9) 자유 부분(10)에 구리 박막(12)이 놓여있고, 상기 구리 박막(12)은 납땜 콘택(14)을 통해 정전압 공급원의 스위칭될 수 있는 단자(18)에 접속된다.
정전압 공급원의 스위칭될 수 있는 단자(18)에 마이너스극의 전위가 공급되면, 제 1 그룹(28)의 전체 전극은 마이너스극에 접속된다. 이에 반해, 제 2 그룹(30)의 전극은 납땜 콘택(20)에 의한 외부 전극을 통해 정전압 공급원의 플러스극(23)에 접속된다. 이러한 방식으로, 각각의 세라믹층(6)에서 각각의 분극화(도시된 화살표 참조)와 동일한 방향으로 전계가 생성된다. 이에 상응하여, 제 1 스택의 모든 세라믹층(6)은 전계 방향에 대해 수직으로 수축되며, 다시 말해 제 1 스택(3)이 지지 바디(9)의 방향에 따라 단축된다. 따라서, 상기 지지 바디(9)는 위로 휘어진다.

Claims (10)

  1. 다수의 압전 세라믹층(6)으로 이루어진 제 1 스택(3) 및 제 2 스택(4), 그리고 상기 제 1 스택(3)과 상기 제 2 스택(4) 사이에 배치된 중간층을 포함하고, 각각의 스택(3, 4)에서 개별 세라믹층의 사이 및 상기 스택(3, 4)을 제한하는 세라믹층(6)의 각각의 외부면에 전극(7)이 배치되며, 중간층의 재료가 세라믹층(6)의 재료와 다른 압전 소자(1)에 있어서,
    상기 중간층이 섬유 강화 재료 또는 유리로 이루어진 지지 바디(9)로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 바디(9)의 두께가 개별 세라믹층(6)의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 섬유 강화 재료가 탄소 섬유 또는 유리 섬유로 강화된 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  4. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹층(6)의 두께는 각각 20 ㎛ 내지 40 ㎛ 이며, 상기 지지 바디(9)의 두께는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  5. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 스택(3, 4)의 전극(7)이, 인접 전극(7)이 각각 다른 그룹에 할당되고 인접 세라믹층(6)이 스택 방향에 대해 평행하게 반대 분극 방향(38)을 갖도록, 전기 접속되는 전극(7)의 제 1 그룹(28) 및 제 2 그룹(30)으로 나눠지는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스택(3, 4)의 제 1 그룹(28) 및 제 2 그룹(30)의 전극이 각각 제 1 경계 전극(31) 및 각각 제 2 경계 전극(32)를 통해 서로 전기 접촉되며, 상기 제 1 경계 전극(31) 및 제 2 경계 전극(32)이 개별 스택(3, 4)의 마주 놓인 측면에 배치되고, 상기 제 1 그룹(28) 및 제 2 그룹(30)의 전극(7)이 각각 상기 제 2 경계 전극(32) 및 제 1 경계 전극(31)으로부터 전기 절연되는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스택(3, 4)의 제 1 그룹(28) 및 제 2 그룹(30)의 전극(7)이 전기 절연을 위해 상기 제 2 경계 전극(32) 및 상기 제 1 경계 전극(31)에 대한 방향으로 단축되는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  8. 제 5항에 있어서,
    각각의 스택(3, 4)이 홀수의 세라믹층(6)을 포함하고, 제 1 스택(3)의 외부면에 배치된 전극에는 제 1 콘택(20)이, 제 2 스택(4)의 외부면에 배치된 전극에는 제 2 콘택(22)이, 지지 바디(9)에 직접 놓인 전극에는 공동의 제 3 콘택(14, 15)이 배치되며, 상기 제 1 콘택(20) 및 제 2 콘택(22)은 각각 전극의 제 2 그룹(28)의 전기 접촉을 위해, 제 3 콘택(14, 15)은 전극의 제 1 그룹(28)의 전기 접촉을 위해 전극으로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  9. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 바디(9)의 표면이 스택(3, 4)의 지지면 보다 더 크기 때문에, 상기 지지 바디(9)의 자유 부분(10)이 스택(3, 4) 위로 뻗는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 지지 바디(9)와 스택(3, 4) 사이에 배치된 전극의 접촉이, 상기 지지 바디(9)의 자유 부분(10)에 적어도 부분적으로 제공된 금속 박막, 특히 구리 박막(12, 13)에 의해 이루어지며, 상기 구리 박막(12, 13)이 납땜 콘택(14, 15)을 제공하기에 적합한 것을 특징으로 하는 압전 소자.
KR1020007003453A 1997-09-30 1998-09-22 압전 소자 KR20010024355A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19743332 1997-09-30
DE19743332.4 1997-09-30
PCT/DE1998/002810 WO1999017383A1 (de) 1997-09-30 1998-09-22 Piezoelektrisches element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010024355A true KR20010024355A (ko) 2001-03-26

Family

ID=7844239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020007003453A KR20010024355A (ko) 1997-09-30 1998-09-22 압전 소자

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6316865B1 (ko)
EP (1) EP1019972B1 (ko)
JP (1) JP2001518721A (ko)
KR (1) KR20010024355A (ko)
CN (1) CN1270705A (ko)
AT (1) ATE345583T1 (ko)
DE (1) DE59813810D1 (ko)
DK (1) DK1019972T3 (ko)
WO (1) WO1999017383A1 (ko)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6915547B2 (en) 1999-10-01 2005-07-12 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same
US7164221B1 (en) * 1999-10-01 2007-01-16 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same
DE10017760C1 (de) * 2000-04-10 2001-08-16 Festo Ag & Co Piezokeramischer Biegewandler sowie Verwendung des piezokeramischen Biegewandlers
DE10023556A1 (de) * 2000-05-15 2001-11-29 Festo Ag & Co Piezo-Biegewandler sowie Verwendung desselben
DE10023310A1 (de) * 2000-05-15 2001-11-29 Festo Ag & Co Piezo-Biegewandler und Verwendung desselben
JP3465675B2 (ja) * 2000-09-11 2003-11-10 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子
EP1835552A1 (de) * 2006-03-17 2007-09-19 Festo Ag & Co. Piezoelektrische Vorrichtung
DE102006015980A1 (de) * 2006-04-05 2007-10-18 Epcos Ag Elektrisches Bauelement
US20080218972A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-11 Ioan Sauciuc Cooling device, system containing same, and cooling method
CN103182354A (zh) * 2011-12-30 2013-07-03 广州市番禺奥迪威电子有限公司 一种低压驱动超声波雾化片
CN103321881A (zh) * 2013-06-19 2013-09-25 重庆中镭科技有限公司 一种采用多轴向纤维增强树脂垫片的压电泵振子
EP3076056B1 (de) 2015-03-30 2017-11-29 Asco Numatics GmbH Mehrwegeventil
CN106505145A (zh) * 2016-11-16 2017-03-15 林永群 一种基于环氧玻纤布基板的振动源晶片及微型泵
CN110870194B (zh) * 2017-07-07 2023-09-22 有限会社机械变压器 位移放大机构、研磨装置、促动器、分配器及气阀
CN108471257B (zh) * 2018-04-24 2019-07-16 哈尔滨工业大学 一种压电振动能量收集结构
CN110858029A (zh) * 2018-08-24 2020-03-03 成都理想境界科技有限公司 一种扫描驱动器及光纤扫描器
CN109283683B (zh) * 2018-10-15 2023-01-03 成都理想境界科技有限公司 一种大振动幅度的光纤扫描器
CN109728744B (zh) * 2019-01-23 2020-02-21 南京工程学院 一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置及其工作方法
DE102019112842A1 (de) * 2019-05-16 2020-11-19 Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg Aktuator
CN114442303B (zh) * 2022-01-27 2024-03-08 南京邮电大学 一种基于压电陶瓷堆栈的微位移促动器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6048112B2 (ja) * 1979-05-02 1985-10-25 ソニー株式会社 電気・機械変換素子
JPS5683983A (en) * 1979-12-12 1981-07-08 Sony Corp Electricity-machinery conversion element
CA1165860A (en) * 1979-12-12 1984-04-17 Susumu Nishigaki Piezoelectric electro-mechanical bimorph transducer
JPS6066882A (ja) 1983-09-22 1985-04-17 Murata Mfg Co Ltd 圧電変位素子およびその分極方法
JPS60178677A (ja) * 1984-02-24 1985-09-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 屈曲形圧電アクチユエ−タ
JPH0658978B2 (ja) 1984-05-21 1994-08-03 株式会社村田製作所 圧電変位素子
DE3425290A1 (de) * 1984-07-10 1986-01-16 Atlas Fahrzeugtechnik GmbH, 5980 Werdohl Piezokeramische ventilplatte und verfahren zu deren herstellung
US5404067A (en) * 1990-08-10 1995-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Bonded piezoelectric bending transducer and process for producing the same
DE4025436A1 (de) * 1990-08-10 1992-02-13 Siemens Ag Kontaktierung eines piezoelektrischen biegewandlers
JP3185226B2 (ja) * 1991-01-30 2001-07-09 株式会社村田製作所 圧電バイモルフ素子の駆動方法及び圧電バイモルフ素子
JP3340206B2 (ja) * 1992-10-06 2002-11-05 松下電器産業株式会社 圧電アクチュエータおよびヘッドアクチュエータ
EP0591885B1 (en) * 1992-10-06 1998-01-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric head actuator
JP3405618B2 (ja) * 1995-04-11 2003-05-12 松下電器産業株式会社 バイモルフ圧電アクチュエータ
DE19520796A1 (de) * 1995-06-07 1996-12-12 Siemens Ag Piezoelektrischer Biegewandler

Also Published As

Publication number Publication date
DK1019972T3 (da) 2007-03-12
ATE345583T1 (de) 2006-12-15
CN1270705A (zh) 2000-10-18
EP1019972B1 (de) 2006-11-15
WO1999017383A1 (de) 1999-04-08
JP2001518721A (ja) 2001-10-16
US6316865B1 (en) 2001-11-13
DE59813810D1 (de) 2006-12-28
EP1019972A1 (de) 2000-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20010024355A (ko) 압전 소자
US5083056A (en) Displacement generating apparatus
US4780639A (en) Electrostriction effect element
KR100664395B1 (ko) 수축 변위를 정밀 제어하기 위한 폴리머 액추에이터 및 그제어 방법
JP5954792B2 (ja) 曲げ変換器
US6570300B1 (en) Piezoelectric bending transducer and method for producing the transducer
JP2557611B2 (ja) 少なくとも１枚のガイドバーを有する経編機
US6930435B2 (en) Piezoelectric element
CN1422445A (zh) 压电陶瓷弯曲变换器及其应用
US7276837B2 (en) Piezoelectric actuator
KR20050032117A (ko) 압전 액추에이터
WO2010024276A1 (ja) 積層型圧電素子
KR20060097722A (ko) 압전 액추에이터
US20040012308A1 (en) Piezo-electric bending transducer
US7042142B2 (en) Multilayer piezoelectric element
US6175182B1 (en) Pseudo-shear mode actuator
JP2019057563A (ja) 積層型圧電素子及び振動デバイス
JPS6366980A (ja) 積層型圧電体
US20190267535A1 (en) Vibration generating device and electronic equipment
KR20030028733A (ko) 압전세라믹 휨 변환기
WO2021157522A1 (ja) 圧電素子
KR100599550B1 (ko) 전왜 폴리머의 팽창력을 수축력으로 변환하는 다층 폴리머액추에이터
JP2676393B2 (ja) 積層型圧電素子
KR20020027612A (ko) 압전 벤딩 변환기
JP2000166260A (ja) 圧電アクチュエータ及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application