KR20030028071A - 다층의 바이몰프형 압전세라믹을 이용한 액츄에이터제조방법 - Google Patents

다층의 바이몰프형 압전세라믹을 이용한 액츄에이터제조방법 Download PDF

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KR20030028071A
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최성대
권현규
신승호
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Abstract

본 발명은 여러 개의 바이몰프형 압전세라믹스 액츄에이터를 여러층으로 구성하여 초소형 액츄에이터를 제작하는 방법에 관한것이다.
즉, 금속탄성판을 중심전극으로 2장의 압전세라믹스의 얇은 판을 접합시킨 바이몰프(Bimorph)형 액츄에이터를 여러층으로 배열하여 작동봉과 결합시켜 초소형 액츄에이터를 구성한 것이다. 2장의 세라믹은 인가전압에 의해 한면은 늘어나고 다른 한면은 수축하도록 만들어 금속탄성판이 굴곡변위를 가지게 되며 여러층으로 접합시킨 바이몰프형 액츄에이터의 탄성금속판이 굴곡변위를 가지게 되고 작동봉이 구동하게 된다.

Description

다층의 바이몰프형 압전세라믹을 이용한 액츄에이터 제조방법 {The manufacturing method of Piezo Ceramics Actuator which is used Multi layer _Bimorph type}
압전효과는 반도체나 유전체 결정에 압력을 가하면 기전력이 발생하는 현상으로 플러스·마이너스의 전하가 결정체 양단에 나누어지는 분극때문에 생기는 것이다. 이러한 역과정으로 전압을 가하면 결정의 삐뚤어짐현상이 발생한다.
액츄에이터는 기계장치 가동부의 움직임을 정확히 구동시키는 총칭으로서 전자의 삐뚤어짐현상을 액츄에이터로 이용하게 된다. 최근 각종 전기, 전자기기들의 동향이 소형화 및 경량화에 됨에 따라 제어를 위한 액츄에이터의 개발이 많은 분야에서 연구되고 있다. 또한 압전세라믹스는 착화소자, 압전부저, 세마믹스 필터, 각종 초음파장치 및 센서 등 민생용으로 부터 산업용 분야까지 폭 넓게 사용되고 있다.
본 발명은 여러 개의 바이몰프형 압전세라믹스 소자를 이용하여 액츄에이터를 제조하는 방법으로 기존의 적층형 압전소자와 바이몰프형 압전소자의 취약점을 개선하여 액츄에이터를 구성하고자 한다. 적층형 압전소자는 인가된 전압에 대하여 힘은 크나 변위가 작은 특성을 가진 반면 바이몰프형은 변위는 크지만 힘이 작은 특성이 있다.
압전세라믹스 소자는 용도에 따라 그 크기가 아주 작게 만드는 것이 가능하므로 소형 및 초경량 액츄에이터로 사용하기에 적합하며 소형 경량인 반면 비교적 큰힘을 요구하는 기기에도 사용가능하다. 각종 전자·전기기기에 사용될 수 있다.
도1은 다층의 바이몰프형으로 구성한 액츄에이터의 모습
[구성도1]
본 발명을 위한 제조방법은 먼저 [구성도1]과 같이 금속탄성판을 중심전극으로 2장의 압전세라믹스의 얇은 판을 접합시킨 바이몰프(Bimorph)형 액츄에이터를개발하고자 하는 액츄에이터 개수 만큼 제작해 둔다.
[구성도2]
[구성도2]에서 보는 바와 같이 개별 액츄에이터를 다층의 구조로 접목시키고 그 관계를 정의하면 다음식과 같다.
Ptotal= P1+ P2+ …+ PN
여기서 Ptotal= 다층 바이몰프형 액츄에이터의 힘
Pi= i번째 바이몰프형 액츄에이터의 힘(단 i=1∼N)
N : 준비한 바이몰프형 액츄에이터의 개수
즉, 다층형 바이몰프형 압전 액츄에이터의 힘은 개별 액츄에이터의 조립된 층수에 비례하게 된다.
[구성도3]
[구성도 3]은 작동봉의 구조를 나타내는 것으로 작동봉을 엇갈리게 접목시킨 금속판 구멍으로 조립한다. 작동봉은 직사각형 구조를 하고 있고 탄성금속판의 직사각형 구멍으로 조립한 후 작동봉을 90도 회전하면 금속판과 작동봉은 조립이 된다.
액츄에이터 고정봉을 연결하고 너트를 끼워 조립한다. 전원은 각각의 탄성금속판에는 마이너스극을 압전세라믹소자에는 플러스극을 인가해 주면 액츄에이터가 작동한다. 전압제어를 통해서 액츄에이터의 힘을 제어할 수 있다.
전자에 기술한 바와 같이 적층형 및 바이몰프형 압전소자의 문제점을 개선하여 액츄에이터를 제조함으로 인해 초정밀 하중제어 및 위치제어에 활용하여 소형 전자, 전기 기기에 활용할 수 있다.

Claims (1)

  1. 다층형 압전 액츄에이터의 구성에 있어서 적층형과 바이몰프형의 장점을 살린 형태인 바이몰프형 압전소자를 여러층으로 접합하여 다층의 바이몰프형 압전소자로 구성하는 방법과 개별 바이몰프형 압전소자를 구성하는 방법을 포함한다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104808486A (zh) * 2015-02-13 2015-07-29 中国科学院自动化研究所 基于模糊ts模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法和装置

Cited By (2)

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CN104808486A (zh) * 2015-02-13 2015-07-29 中国科学院自动化研究所 基于模糊ts模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法和装置
CN104808486B (zh) * 2015-02-13 2017-09-12 中国科学院自动化研究所 基于模糊ts模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法和装置

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