KR20010072694A - 개선된 열 방출을 갖는 압전식 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 예를 들어 기계 부품을 작동시키기 위한 압전식 액츄에이터에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 인장력이나 압축력에 의해 작동 부품과 부딪치도록 설계된 압전 부품에는 압전층들과 이 압전층들 사이에 배치되는 내부 전극(2, 3)들로 구성된 다층 구조가 제공된다. 상기 전극(2, 3)들은 외부 전극(10, 11)에 의해서 횡으로 접촉한다. 횡접촉을 위한 외부 전기 접점(12)들은 층 구조 내에서 불활성 단부 구역(4, 5, 6, 7; 13, 14)에 위치하며, 상기 단부 구역(4, 5, 6, 7; 13, 14)은 우수한 열전도성을 갖는 코어(5; 14)를 포함한다.

Description

개선된 열 방출을 갖는 압전식 액츄에이터{Piezoelectric actuator with improved heat dissipation}

일반적으로, 압전식 액츄에이터는, 소위 압전 효과(piezo effect)를 이용함으로써 하나의 재료로 구성된 압전 부품이 적절한 결정 구조를 갖는 것으로 알려져 있다. 압전 부품에 외부 전압을 가하는 경우에, 이 압전 부품은 전압이 가하여진 영역과 결정 구조에 따라서 소정의 방향으로 압축이나 인장을 나타내는 기계적 반응을 형성한다.

밸브를 위치시킬 때에는, 흔히 상술한 압전식 액츄에이터가 사용된다. 이때에는 무엇보다도, 예를 들면 밸브 태핏을 작동시키는 압전식 액츄에이터의 리프팅 능력(lifting capacity)이 비교적 작으며, 압전 부품의 제어 대신에 압전 부품을 구성하는 세라믹의 열팽창으로 밸브 태핏의 위치를 이동시킬 수 있고, 이외에도 압전식 액츄에이터의 활성 부품과의 접촉이 곤란하다는 점을 주의하여야 한다.

본 발명은, 예를 들어 밸브와 같은 기계 부품을 작동시키기 위한 장치로서 독립항의 특징에 따른 압전식 액츄에이터에 관한 것이다.

도 1은 박막 덮개층과 이 덮개층에 배치되는 열전도성 코어로 구성된 접촉 가능한 불활성 단부 구역을 갖는 압전식 액츄에이터를 도시한 단면도.

도 2는 도 1의 단부 구역을 절취선 A-A를 따라 절취하여 도시한 단면도.

도 3은 세라믹으로 구성된 접촉 가능한 불활성 단부 구역을 갖는 압전식 액츄에이터의 제 2 실시예로서, 디스크 형태의 열전도성 코어가 삽입된 모습을 도시한 단면도.

도 4는 도 3의 단부 구역을 절취선 A-A를 따라 절취하여 도시한 단면도.

예를 들어, 기계 부품을 작동시키기 위하여 사용될 수 있는 상술한 압전식액츄에이터는, 바람직한 방식으로서 인장력이나 압축력으로 작동 부품과 부딪치도록 설계된 압전 부품을 가지며, 이 압전 부품은 압전층들과 이 압전층들 사이에 배치된 전극들로 구성되는 다층 구조를 포함하고, 또한 압전 부품에는 상기 전극과 외부 전극이 상호 횡접촉하도록 제공된다.

특히 바람직하게는, 다층 구조에서 불활성 단부 구역에는 횡접촉을 위한 외부 접점이 설치되며, 상기 단부 구역은 우수한 열전도성을 갖는 코어를 포함한다. 이로 인하여, 상술한 바와 같은 단점을 방지할 수 있도록 우수한 열전도성과 관련하여, 불활성 단부 구역에서 압전식 액츄에이터는 압축력이나 인장력없이 간편하게 외부와 접속할 수 있다.

바람직한 실시예로서, 불활성 단부 구역은 다층 구조상에서 비교적 얇은 절연 덮개층을 갖는다. 이 덮개층에는 열전도성 코어가 제공되고, 이 코어의 측면에는 다시 절연 세라믹층이 배치된다. 이때, 세라믹층에서는 외부 전극과 외부 접점이 접속될 수 있다. 접속은, 주로 외부 전극의 영역에서 각각의 세라믹층에 적용되는 납땜층에 의해서 이루어진다.

또한, 다른 바람직한 실시예에서, 불활성 단부 구역은 외부 전극과 외부 접점이 횡으로 접속될 수 있고 세라믹층에 삽입되는 열전도성 코어가 제공된 절연 세라믹 부품으로 구성된다. 특히, 바람직하게는, 코어는 층들의 평면 내에서 둥근 윤곽을, 그리고 전체적으로는 디스크 형태의 윤곽을 갖는다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 구조에 있어서 상술한 바와 같은 특징뿐만 아니라 추가의 특징들을 청구범위 이외에 상세한 설명과 도면을 통하여 설명하며, 이때 각 특징들은 단독으로 실현되거나 본 발명의 실시예와 가타 다른 범위에서 복수의 조합 형태로 실현될 수 있으며, 바람직하게는 청구범위를 통하여 법적으로 보호할 만한 실시예들에 대하여 보호권을 청구할 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 압전식 액츄에이터의 실시예들을 도면을 참조하여 설명한다.

이하에서, 예를 들어 밸브를 위치시키기 위한 본 발명에 따른 압전식 액츄에이터의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에서는 공지된 방식에 따라서 적절한 결정 구조를 갖춘 세라믹 재료의 압전 박막으로 구성되는 압전식 액츄에이터(1)를 도시한다. 상기 압전식 액츄에이터(1)에서는, 소위 압전 효과를 이용함으로써 내부 전극(2, 3)에 외부 전압이 가하여지면 기계적 반응이 발생한다. 도 1에 따른 실시예에서, 압전식 액츄에이터(1)의 층 구조의 단부에는 불활성 단부 구역에 속하며 층 구조와 단부 구역을 절연시키는 박막의 불활성 덮개층(4)이 배치된다. 덮개층(4) 위에는 우수한 열전도성을 가지며 압전식 액츄에이터(1)로부터 외부로 열을 배출하는 코어(5)가 배치된다.

코어(5)의 측면에서도, 또한 불활성의 절연 세라믹 덮개층(6, 7)이 배치되며, 이 덮개층에는 납땜층(8, 9)이 제공될 수 있다. 상기 배치는, 특히 선 A-A를 따른 도 2의 단면도에서 볼 수 있다. 내부 전극(2, 3)들은 얇은 외부 전극(10, 11)과 접촉하며, 이 외부 전극들은 각각 납땜층(8, 9)들과 결합된다. 납땜층(8, 9)에는 다시 압전식 액츄에이터(1)에 전압을 제공할 수 있는 외부 접점(여기서는 접속선(12)으로 도시함)이 설치될 수 있다.

도 3에 따른 제 2 실시예에서, 압전식 액츄에이터(1)의 층 구조의 단부에는 불활성 단부 구역에 속하며 단부 구역과 층 구조를 절연하는 일체의 세라믹 부품(13)이 설치된다. 일체의 세라믹 부품(13)에는 우수한 열전도성을 갖는 디스크 형태의 코어(14)가 삽입되며, 이 코어에 의해서 도 1과 도 2에 따른 실시예에서처럼 압전식 액츄에이터(1)로부터 외부로 열이 배출될 수 있다.

코어(14)의 측면에는 도 1과 도 2에 따른 실시예에서처럼 납땜층(8, 9)들이 배치된다. 상기 배치는, 특히 선 A-A를 따른 도 4의 단면도에서 볼 수 있으며, 여기서는 코어(14)가 둥근 외곽임을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 압전식 액츄에이터에 있어서,

   인장력이나 압축력에 의해 작동 부품과 부딪치도록 설계되고, 압전층들과 이 압전층들 사이에 배치된 내부 전극(2, 3)으로 구성되는 다층 구조가 형성되어 있으며, 상기 내부 전극(2, 3)과 외부 전극(10, 11)이 서로 횡접촉하는 압전 부품을 가지며,

   상기 다층 구조에서 불활성 단부 구역(4, 5, 6, 7; 13, 14)에는 횡접촉을 위한 외부 접점(12)이 설치되며, 상기 단부 구역(4, 5, 6, 7; 13, 14)은 우수한 열전도성을 갖는 코어(5; 14)를 포함하는 압전식 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 단부 구역(4, 5, 6, 7)은 다층 구조상의 절연 덮개층(4)과, 이 덮개층 위에 설치된 열전도성 코어(5)와, 이 코어의 측면에 설치된 절연 세라믹층(6, 7)으로 구성되며,

   상기 세라믹층(6, 7)에서 외부 전극(10, 11)과 외부 접점(12)이 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 압전식 액츄에이터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 단부 구역(13, 14)은 외부 전극과 외부 접점이 횡으로 접속될 수 있고 세라믹층(13)에 삽입되는 열전도성 코어(14)가 제공된 절연 세라믹 부품(13)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전식 액츄에이터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 코어(14)는 층들의 평면에서 둥근 외곽을 갖는 것을 특징으로 하는 압전식 액츄에이터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전극(10, 11)과 외부 접점(12)은 세라믹층(6, 7; 13)상의 납땜층(8, 9)에 의해서 접속되는 것을 특징으로 하는 압전식 액츄에이터.