KR20020010717A - 접어서 제조된 다층 구조를 갖는 압전 소자 - Google Patents

접어서 제조된 다층 구조를 갖는 압전 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극(6, 7)들을 사이에 구비한 압접층(2)들의 다층 구조의 압전 소자에 관한 것이다. 상기 압전 소자는 외부 전극(8, 9)에 대하여 측면에서 교대로 접촉하는 전극(6, 7)들을 구비한다. 개별 압전층(2)들은 제조 공정 중에 접어질 수 있는 일반적인 호일로 구성된다. 상기 호일은 전체적으로 또는 부분적으로 도전성 전극(6, 7)을 구비하고, 외측 전극(8, 9)들은 접힌 호일들의 구부러진 영역 내에서 교대로 접촉하도록 금속화된 층 상에 부착된다.

Description

접어서 제조된 다층 구조를 갖는 압전 소자 {Piezo Element with a Multiple-Layer Structure Produced by Folding}
소위 압전 효과를 이용하여 압전 소자가 적절한 결정 구조를 갖는 재료로부터 만들어질 수 있다는 것이 널리 알려져 있다. 외부 전압을 인가하면 압전 소자의 기계적인 반응이 발생하고, 이는 결정 구조 및 전압의 인가 영역에 따라서 미리 주어질 수 있는 방향으로 밀어내거나 끌어당기는 작용을 한다. 여기서, 이러한 압전 액츄에이터의 구조는 여러 층으로 이루어 질 수 있고 (다층 액츄에이터), 전압을 공급하는 전극들이 각각 층들 사이에 배치된다. 각각의 내부 전극들은 각각 외측 전극에 대하여 일정 영역만큼 오프셋되어, 단락이 일어나지 않는다. 개별 압전층들을 적층시키는 데 드는 비용은 매우 높으며, 이는 수백개에 이르는 개별 호일층들이 독립적으로 처리되어야 하기 때문이다.
본 발명은 예를 들어 독립항의 특징에 따라서 밸브 등과 같은 기계 부품을 작동시키기 위한 압전 액츄에이터를 위한 압전층들의 다층 구조를 갖는 압전 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
도1은 접어서 제조되는 압전 소자의 다층 구조의 단면도를 도시한다.
전극들이 사이에 배치되어 있으며 전극들과 측면에서 교대로 접촉하는 압전층들의 다층 구조를 갖는 처음에 설명한 압전 소자는 양호하게는 밸브 등과 같은 기계 부품을 작동시키기 위해 사용될 수 있는 압전 액츄에이터의 구성 부품일 수 있다. 본 발명에 따르면, 개별 압접층들은 제조 중에 접어질 수 있는 보통의 압전 세라믹 호일로부터 형성되고 전체적으로 또는 부분적으로 도전성 전극을 구비한다.
특히 양호한 실시예에서, 호일은 용제를 도포하여 양호한 방식으로 구부러질 수 있고, 전극을 제조하기 위해 양쪽 단부 상에서 길이방향으로 주어진 영역까지 예를 들어 인쇄 또는 스퍼터링에 의하여 금속화된다. 여기서, 주어진 영역들은 외측 전극들을 부착한 후에 압전 소자 내에서 단락이 일어나지 않도록 전극 재료가 없이 구부러진 층들의 단부 상에 제공된다.
접힌 세라믹층의 구부러진 영역의 외부에, 외부 전극들이 각각 금속화된 층에 대해 측면에서 교대로 접촉하도록 간단한 방식으로 부착될 수 있고, 외부 전극들은 도전성 체 또는 망으로부터 또는 주름진 전극으로부터 형성될 수 있다.
전체 압전 소자를 외부에 대해 절연시키기 위하여, 압전층의 다층 구조가 접힌 층들의 단부에서 전기 절연 세라믹판을 각각 구비한다.
위에서 설명된 종류의 압전 소자를 제조하기 위한 양호한 방법에서, 다음과 같은 제조 단계가 수행된다.
- 압전 호일이 용제에 의하여 구부러져서 압전 소자의 폭으로 절단된다.
- 압전 호일이 양쪽 측면 상에서 주어진 단부 영역까지 금속화된다.
- 압전 호일이 주어진 간격으로 구부러져 접힌다.
- 접힌 다발이 라미네이팅된다.
- 접힌 다발이 소결된다.
- 외부 전극이 납땜에 의하여 구부러진 영역 내에서 금속화된 층에 부착된다.
- 또는, 소결되기 전에 압전 세라믹 전기 절연 헤드판 및 밑판이 각각 외부 압전층들 상에 부착된다.
본 발명의 양호한 실시예의 이러한 그리고 다른 특징들은 청구범위 그리고 상세한 설명 및 도면으로부터 알 수 있고, 개별 특징들은 각각 독립적으로 또는 본 발명의 실시예의 하위 조합의 형태로 각각 독립적으로 또는 본 발명의 실시예와 다른 영역의 하위 조합의 여러 형태로 실현될 수 있고, 양호하게는 이를 위해 본원에서 청구하는 보호 대상을 형성하는 실시예를 설명한다.
압전 액츄에이터를 형성하기 위한 본 발명에 따른 압전 소자의 실시예가 도면의 도1에 따라서 설명된다.
도면에서, 압전 액츄에이터를 형성하기 위한 압전 소자(1)가 도시되어 있고, 이는 적절한 결정 구조를 갖는 세라믹 재료의 압전 호일(2)로부터 구성되어, 소위 압전 효과를 이용하여 외부 전압이 인가되면 압전 액츄에이터의 기계적인 반응이 화살표(3)의 방향으로 발생한다.
도면으로부터, 압전층(4)들이 압전 호일(2)을 구부려서 형성된다는 것을 알수 있고, 세라믹층은 먼저 압전 소자(1)의 폭으로 절단되어 용제에 의하여 구부러진다. 압전 호일(2)은 구부러지기 전에 양쪽 측면 상에서 주어진 단부 영역(5)까지 금속화되어, 접힌 후에 내부 전극(6, 7)으로서 작용하는 전극(6, 7)들이 각각 측면에서 교대로 형성된다. 전극(6, 7)들의 서로에 대한 간격은 치수(s)를 갖고, 압전층(4)들의 두께에 대응하며 구부러진 영역 내에서의 내부 전극(6, 7)들의 반경방향 간격에 대응한다.
소결 공정 후에, 압전층(4)들의 접혀진 다발은 도시된 실시예에서 각각 금속화된 주름진 전극으로부터 형성된 외부 전극(8, 9)들과 연결되고, 이들은 각각의 구부러진 영역 내에서, 외부 전극(8, 9)들은 금속화된 층에 의하여 압전층(4)들에 대해 전기적으로 연결되어, 전압이 압전 효과를 달성하기 위하여 내부 전극(6, 7)에 대하여 인가될 수 있다.
또한, 외부 압전층(4)들 상에 각각 전기 절연 헤드판(10)과 밑판(11)이 부착되고, 이에 의해 전체 압전 소자(1)가 외부에 대하여 절연될 수 있다.

Claims (8)

  1. 전극(6, 7)들이 사이에 배치되어 있는 압전층(4)들의 다층 구조를 갖는 압전 소자에 있어서,
    - 전극(6, 7)들이 외부 전극(8, 9)에 대하여 측면에서 교대로 접촉하고,
    - 개별 압전층(4)들은 제조 중에 접어질 수 있는 일반적인 (세라믹) 호일(2)로 구성되고, 전체적으로 또는 부분적으로 도전성 전극(6, 7)을 구비한 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    - 호일(2)은 용제에 의하여 구부러지고, 전극(6, 7)을 제조하기 위해 양쪽 단부에서 길이방향으로 주어진 영역(5)까지 금속화되고,
    - 외부 전극(8, 9)들이 각각 접힌 호일(2)의 구부러진 영역 외부에서 금속화된 층 상으로 측면에서 교대로 접촉하도록 부착되는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  3. 제2항에 있어서, 외부 전극(8, 9)들은 도전성 체 또는 망으로 구성된 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  4. 제2항에 있어서, 외부 전극들은 주름진 전극(8, 9)으로 구성된 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  5. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 압전층(4)들의 다층 구조는 접힌 층들의 단부에서 각각 전기 절연 세라믹판(10, 11)을 구비한 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  6. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 압전 소자(1)는 압전 액츄에이터의 구성 부품이고, 압전 액츄에이터는 밸브 등과 같은 기계 부품을 작동시키는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 압전 소자.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 압전 소자(1)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    - 압전 호일(2)이 압전 소자(1)의 폭으로 절단되어 용제에 의하여 구부러지는 단계와,
    - 압전 호일(2)이 양쪽에서 주어진 단부 영역(5)까지 금속화되는 단계와,
    - 압전 호일(2)이 주어진 간격으로 구부러져 접히는 단계와,
    - 접힌 다발이 라미네이팅된 후에 소결되는 단계와,
    - 외부 전극(8, 9)들이 구부러진 영역 내에서 납땜에 의하여 금속화된 층 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 소결되기 전에 압전 세라믹 전기 절연 헤드판 및 밑판(10, 11)이 외부 압전층(4)들 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 방법.
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