KR20040060960A - 압전기 디바이스 - Google Patents

Abstract

압전기 디바이스는 직선부위(14)에 대해 교대로 전후방향으로 연장되는 연속 압전기 요소(10)를 포함하여, 직선부위(14)의 교차단부에서 중간 연결부위(15)를 가진 적층으로 배열된 복수의 평행한 직선부위(14)를 형성한다. 각각의 직선부위(14)는 전극(12,13)을 가진 구조로 배열되어, 직선부위(14)가 적층을 통하여 일렬로 더해지는 적층방향으로의 직선 부위(14)의 단부 사이에 변위를 생성하도록 직선부위(14)의 2개 하프(16,17)에서 반대 굴곡으로 적층되는 적층방향으로 활성 시에 굽어지는 것이다. 압전기 요소(10)의 연속성질은 제조를 용이하게 한다. 2개 타입의 구조를 가진 디바이스가 개재된다. 먼저, 연속 압전기 요소(10)는 바이모르프 벤더 구조로서 벤더 구조를 가지는 것이다. 다음은, 연속 압전기 요소(101)가 교차측으로부터 연장되는 겹침 슬릿(102)을 가진 압전기 물질의 시트이어서, 직선부위(103)를 횡단하여 분리되고 그를 따라서 연장되는 쌍으로 이루어진 시트의 각 주 표면에 배열된 반대 전극(105)을 가지고, 슬릿(102) 사이에 직선 부위(103)를 형성한다.

Description

압전기 디바이스{PIEZOELECTRIC DEVICES}

압전기 물질은 적용된 전계에 의해 전기적 활성을 변형하거나 또는 그 역으로 적용된 변형에 반응하는 전계를 발생하는 것이다. 전극에 배열된 압전기 물질을 사용하여 전계를 적용하거나 검출하는 각종 압전기 디바이스가 알려져 있다.

가장 단순한 타입의 압전기 디바이스로는 극작용 방향(the direction of poling)으로 활성 전압을 적용하여 팽창-수축 모드로 활성화 되는 압전기 물질로 이루어진 블록이 있다. 그런데, 압전효과가 10^-10m/V정도로 작아서, 일반적인 디바이스용의 미크론 보다도 덜하게 치수의 변화가 상당히 작다. 따라서, 보다 복잡한 구조를 가진 압전기 디바이스가 대형 변위를 달성하도록 개발되어져 왔다.

예를 들면, 압전기 디바이스용으로 공지된 구조로는 2개 층의 압전기 물질로 구성된 바이모르프 벤더 구조 또는 2개 층보다 많은 압전기 물질로 구성된 멀티모르프 벤더 구조의 벤더 구조가 있다. 벤더 구조에서는, 상기 층이 일반적으로 팽창되는 일 층과 수축되는 타 층을 가진, 층간 길이에서의 다른 변화로 팽창-수축모드로 활성으로 할 수 있는 것이다. 서로 결합되어 구속되는 층으로 인하여, 이러한 길이에서의 다른 변화는 층을 횡단하여 축선을 중심으로 두께 방향으로 굽어지는 작용과 동시에 발생한다. 따라서, 디바이스 단부의 상대적 변위가 있다.

도1은 바이모르프 벤더 구조를 가진 압전기 디바이스(1)를 설명하는 도면으로서, 도1은 디바이스(1)의 길이를 따라서 취해진 단면도이다. 압전기 디바이스(1)는 1998년 12월 3권 4번의 메카트로닉스에 IEEE/ASME회보에서 Ervin & Brei의 명칭 "재굽힘 압전기-변형-증폭동작 작동기 구조"에 기재된 타입의 공지된 것이다. 디바이스(1)는 압전기 물질로 이루어진 2개 평행한 층(2)을 포함한다. 구조는 디바이스(1)의 전체 길이를 따라서 층(2)에 대해 평행하게 연장하며, 2개 층(2) 사이에 중앙 전극(3)과 층(2)의 외측부에 외부 전극(4)이 있다. 상기 층(2)은 화살표(P)로 나타낸 바와 같이 각각의 하프(5,6) 내에서 반대측 방향으로 각각의 층(2)이 극작용하며, 디바이스(1)의 길이를 따라서 2개 하프(5,6)에서 반대측 방향으로 극성을 나타낸다.

디바이스(1)는 지면에 중앙 전극(3)을 유지하면서 외부 전극(4)에 반대 극성의 활성 전압을 가하여 전기적으로 활성으로 되며, 화살표(E)로 나타낸 바와 같이 양쪽 층(2)을 횡단하는 동일 방향으로 전기장을 생성한다. 상대적인 극(P)작용 방향과 전기장(E)의 방향의 결과로서, 각각의 하프(5,6)내에는 디바이스(1)가 층(2)에 대하여 수직적이면서 2개 하프(5,6)에서는 반대 절곡으로 굽어진다. 따라서, 도2에 설명된 바와 같이, 이러한 굽힘작용은 디바이스(1)의 단부(7,8) 사이에서 임의 량(d)의 상대적 변위를 일으킨다. 더우기, 그 길이를 따라서 균일하게 있는 디바이스(1)의 구조와 동일 길이로 있는 2개 하프(5,6)의 결과로서, 단부(7,8) 사이에 상대적인 회전이 없다.

그런데, 공지된 구조에서는, 변위(d)의 크기가 실질적인 배려로 자체 제한되는 디바이스(1)의 길이에 제한을 가하게 된다. 보다 큰 변위를 이루기 위한 상술된 Ervin & Brei에 의한 물품은 일렬로 평행하게 기구적으로 결합된 도1에 도시된 바와 같은 타입의 분리 디바이스(1)의 배열(array)을 기재한 것으로서, 일렬로 접속된 디바이스의 변위의 합과 총 변위를 동일하게 한다. 상기 배열은 기본적으로 유익한 것이지만, 실질적으론 제조하기가 곤란한 것이다. 특히, 상기 배열의 디바이스의 수의 증가는 상기 배열의 디바이스 모두를 적절하게 정렬하고, 물리적으로 결합하고 그리고 전기적으로 접속하는 것을 곤란하게 하는 것이다. 예를 들면, Ervin & Brei에 의한 물품은 다양한 층이 에폭시로 디바이스 사이를 접합하는 실질적인 실시예로, 상기 배열의 조성으로 각각의 디바이스를 적절하게 정렬하도록 고정밀도를 요구하는 곤란한 공정으로 제조하여 만들어지는 것을 보고한 것이다. 다른 문제는 단부(7,8) 사이에서 발생하는 지레 작용(leverage)이 있다. 이러한 사실은 디바이스 사이에 결합작용이 소망방향으로의 변위를 감소하는 전체 디바이스(1)의 비틀림동작으로부터의 엄격한 지레작용을 막기에 부족한 경성이 되어야 함을 의미한다.

현재, 제조가 상대적으로 용이하면서 대형 변위의 달성을 허용하는 구조를 가진 디바이스가 제공되어지기를 희망하고 있다.

본 발명은 압전기 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디바이스의 활성시에, 상관 변위가 발생하는 디바이스에 관한 것이다. 부가적으로, 본 발명은 그러한 압전기 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.

도1은 단면을 디바이스의 길이를 따라서 취한 바이모르프 벤더 구조를 가진 공지된 압전기 디바이스의 단면도이다.

도2는 활성 시에 도1의 압전기 디바이스의 단면도이다.

도3은 바이모르프 벤더 구조를 가진 압전기 요소를 포함하는 압전기 디바이스의 사시도이다.

도4는 활성 시에 도3의 압전기 디바이스의 사시도이다.

도5 및 도6은 바이모르프 벤더의 연속 적층부의 섹션을 단면과 분해하여 나타낸 도면이다.

도7은 복수의 압전기 디바이스를 제조하는데 사용되는 시트의 형태의 변형요소의 사시도이다.

도8은 변형요소를 굽으리는 제1장치의 측면도이다.

도9는 변형요소를 굽으리는 제2장치의 측면도이다.

도10과 도11은 시트의 형태의 부가적인 변형요소의 사시도이다.

도12와 도13은 굽힘동작 후에 도10과 도11의 시트에서 수행되는 증발 증착 공정의 측면도이다.

도14는 제2타입의 구조를 가진 압전기 요소를 포함하는 압전기 디바이스의 사시도이다.

도15는 제2타입의 구조를 가진 압전기 요소를 포함하는 압전기 디바이스의 측면도이다.

도16은 변경 전극구조를 가진 중간 연결부위(intermediate linkage portion)의 부분 측면도이다.

본 발명에 따라서, 직선부위의 교차 단부에서 중간 연결부위와 적층 상태로 배열되는 복수의 평행한 직선부위을 형성하도록 교대로 전후방향으로 연장형성된 연속 압전기 요소를 포함하는 압전기 디바이스가 제공되며, 각각의 직선부위는 활성 시에, 적층 방향으로 직선부위의 단부 사이에 변위를 창출하도록 직선부위의 2개 하프에 반대 절곡으로 적층되는 적층방향으로 굽어지게 전극이 구조 배열되는 것이다.

활성 시에 압전기 디바이스에서, 각각의 직선부위는 그 2개 하프에 반대 절곡으로 굽어져서, 각각의 직선부위의 단부 사이에 상대적인 변위를 생성하는 것이다. 따라서, 각각의 직선부위는 상술한 바와 같은 공지된 디바이스(1)에 대해 유사한 방식으로 자체 동작되는 것이다. 그런데, 활성 시에 적층 배열된 가변성의 평행한 직선부위를 가진 압전기 디바이스로서, 변위가 적층부를 통해서 일렬로 더해진다. 따라서, 각각의 직선부위의 변위의 합과 동일한 전체 변위가 이루어진다. 이러한 사실은 압전기 디바이스가 대형 변위를 발생하도록 배열될 수 있음을 의미한다. 일반적으로, 임의적인 소망 변위는 적절한 수의 직선 부위를 선택하여 달성할 수 있다. 더우기, 상기 대형 변위는 저수준으로 개별적인 직선부위의 길이를 유지하면서 달성될 수 있기 때문에, 상술된 타입의 문제를 피할 수 있는 것이다.

또한, 교대로 전후방향으로 연장하는 연속 압전기 요소로서의 압전기 디바이스를 형성하여, 압전기 디바이스의 제조를 간단하게 이룰 수 있는 것이다. 예를 들면, 압전기 요소의 구조에 따라서, 압전기 요소의 시트를 절단하거나 연속 압전기 요소를 변형하여 형성되어, 시트의 교차측으로부터 연장형성된 겹침 슬립을 형성한다. 일렬로 기구적으로 결합된 분리 압전기 디바이스의 배열과 대비하여, 분리 디바이스를 함께 적절히 정렬하여 물리적으로 결합하고, 그리고 전기적으로 접속하는 행위에 곤란함이 없다.

압전기 요소가 굽힘을 일으키도록 하는 구조의 다른 타입의 것을 고찰할 수도 있다.

제1타입의 구조에서, 압전기 요소는 벤더 구조를 가지며, 양호하게 바이모르프 벤더 구조는 압전기 물질의 2개 층을 포함하지만 선택적으로 유니모르프 또는 멀티모르프 구조를 포함하는 것이다.

그러한 벤더 구조에서는, 압전기 디바이스가 그 사이에 직선부위를 남기면서, 중간 연결부위를 형성하도록 약180도로 직선 변형가능한 연속 압전기 요소의 굽힘 이격공간으로 제조를 간단하게 한다.

다르게는, 본 발명에 따르는 바이모르프 벤더의 지속 및 공-연소 적층(co-fired stacks)은 일반적으로 솔리드 적층 다층 피에조-세라믹분야에서 공지된 공정과 방법을 사용하여 제조되지만, 신규한 방식으로 개조하여 적층된 재곡선 또는 s-벤더로도 달성할 수 있는 것이다.

제2타입의 구조는, 연속 압전기 요소가 직선부위를 따라서 조를 이루어 분리 및 연장되는 시트의 각각의 주 표면에 배열된 반대 전극으로, 슬릿 사이에 직선부위를 형성하도록 교차측으로부터 연장된 겹침 슬릿을 가진 압전기 물질로 이루어진 시트이다.

상기 구조에서는, 직선부위를 횡단하여 분리되는 2개 쌍의 반대 전극이 있다. 활성 시에, 전계는 각 조의 반대 전극 사이에서 발생되며, 전계는 압전기 물질의 극방향에 대해 평행하게 있다. 그러한 결과, 각각의 조의 반대 전극 사이에 압전기 물질은 직선부위를 따라서 길이의 변화를 받아서 팽창-수축 모드에서 활성으로 된다. 사용 중에, 직선부위는 각 조의 반대 전극 사이에 물질의 길이에서 다른 변화로 활성으로 된다. 이들이 일체적이기 때문에 2개 영역의 결과가 제약을 받게 되어, 길이의 다른 변화가 시트의 두께에 대해 평행한 축선을 중심으로 직선부위의 측부 굽힘을 수반한다. 이러한 사실은 굽힘동작이 층을 횡단하는 축선을 중심으로 층의 두께에 대해 수직적으로 굽힘이 발생하는 공지된 벤더 구조의 디바이스에서 발생하는 굽힘과 대비되는 것이다.

제2타입의 구조는 경성(stiffer)의 잇점을 가지어서, 비교할 수 있는 치수의 공지된 벤더 구조의 제1타입의 구조의 디바이스보다 더 큰 힘을 발생하는 것이다. 이러한 것은 시트의 두께를 횡단하기 보다는 직선부위의 폭을 횡단하는 굽힘작용이 발생한다는 사실을 초래한다. 보다 높은 힘의 발생은 압전기 디바이스가 상당한 물량을 이동시키는데 소요되는 적용에서 매우 유익한 것이다.

또한, 제2타입의 구조는 제조시에 많은 잇점을 제공하는 것이다. 먼저, 압전기 물질의 시트에서 포개진 슬릿을 절단하여 본 발명에 따르는 압전기 디바이스를 간단하게 제조할 수 있는 것이다.

제2타입의 구조에서는, 제조가 제1타입의 구조와 대비하여 간단하게 이루어지고, 매립되는 전극이 없기 때문에 시트의 압전기 물질 뒤에 연소(fire) 후에 모든 전극을 적용하는 구조로, 비용의 저하를 초래하는 것이다.

공지된 바이모르프 벤더 구조에서는, 적어도 중앙 전극이 압전기 요소를 소결하면서 층이 공-연소 되어야 한다. 따라서, 귀금속과 같이, 소결 중에 고온도를 견딜 수 있는 중앙 전극용 물질을 사용할 필요가 있다. 그러한 물질은 고가이다. 대조적으로, 매립되는 전극이 없는 제2타입의 구조에서는, 전극이 예를 들어 무전해 증착(electroless deposition)에 의해 또는 금속성 잉크를 증착하여 시트의 소결 후에 적용된다. 이러한 사실은 제조를 간단하게 하고, 소결동작을 견딜 수 있는 고가의 물질로부터 전극을 형성할 필요를 피할 수 있게 하였다. 이러한 잇점은 전극의 쌍이 다층 요소의 두께를 횡단하여 이격공간지기 보다는 직선부위의 폭을 횡단하여 이격공간지게 하는 디바이스의 외형상으로부터 초래되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참고로 본 발명을 제한하는 것이 아닌 설명을 목적으로 기술한다.

활성 시에 굽어지는 2개 타입의 구조를 가진 연속 압전기 요소를 구비하는 압전기 디바이스에 대해서 설명한다. 2개 경우에, 압전기 물질은 요소를 따라서 이어지는 것이다. 본 발명은 활성 시에 굽어지는 다른 구조를 사용하여 동일하게 실시될 수 있는 것이다.

제1타입의 구조는 벤더 구조, 양호하게는 바이모르프 벤더 구조를 연속 압전기 요소가 가지는 것이다.

도3은 압전기 물질의 2개 평행한 층(11)으로 구성된 바이모르프 벤더 구조를 구비한 연속 압전기 요소를 포함하는 압전기 디바이스(10)를 나타낸 도면이다. 층(11)에 수직적으로, 압전기 요소(10)는 요소(10)의 길이를 따라서 일정하게 있는 사각형 단면을 가진다. 요소(10)는 조를 이루는 외부 전극(10)과 층(11)에 대해 평행하게 연장형성된 중앙 전극(13)을 가진다. 층(11)에 대해 수직하는 방향으로의 층(11)의 두께는 명료하게 이해되도록 과장해서 나타낸 것이다. 상기 층(11)은 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 압전기 세라믹 또는 PVDF(polyvinylideneflouride)와 같은 폴리머의 압전기 물질로 이루어진다.

연속 압전기 요소(11)는 적층 방향(S)으로 적층부를 형성하도록 포개져 배열된 복수의 평행한 직선부위(14)를 형성하도록 전후방향으로 교대로 연장형성되게 굽어진다. 연속 요소(10)는 설명을 위해 3개 직선 부위(14)만을 가지는 것으로 도3에 도시하였다. 일반적으로, 요소(10)는 임의 갯수의 직선부위(10)를 형성하도록 전후방향으로 교대로 연장형성되는 것이다. 직선부위(14) 사이에 연속 압전기 요소(10)의 부위(15)는 적층부를 통해 직선부위(14)의 교차 단부에서 연결부위(15)를 형성하도록 180도 회전하여 굽어진다.

중앙 전극(13)은 요소(10)의 전체 길이를 따라서 연장형성되며, 외부 전극(12)은 요소(10)의 길이를 따라서 분할된다. 특정하게, 외부 전극(12)은 갭(18)에 의해 각각의 직선부위(14)의 길이를 따라서 2개 하프(16,17)사이가 분리되어, 조(pair)를 이루는 외부 전극(12)이 2개 하프(16,17) 사이에서 전기적으로 절연된다. 2개 하프(16,17)는 양호하게 동일한 길이 이다. 갭(18)은 명확하게 나타내기 위해 길이를 과장하여 나타내었지만, 실질적으로는 각각의 직선부위(14)를 따라서 연장되는 2개 쌍의 외부 전극(12)을 분리하기에 충분한 크기의 공간인 것이다. 갭(18)이 요소(10)의 동작에 현저한 영향을 미치는 것을 막도록, 갭(18)은 양호하게 적어도 어느 정도의 크기로 직선 부위(14)의 길이보다 짧게 형성된다. 외부 전극(12)은, 이러한 사실이 기본적인 것은 아니지만, 인접한 직선 부위(14) 사이에 연결부위(15) 둘레로 연속적으로 연장형성 된다.

사용 시에, 외부 전극(12)은 활성 시에 외부 전극(12) 사이에 전압 공급 또는 검출용 회로(도시 않음)에 전기적으로 접속된다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 요소(10)의 구조적 배열은 활성 시에 중앙 전극(13)에 전기적 접속을 형성할 필요를 없앤 것이다.

층(11)은 각각의 직선 부위(14)의 각각의 하프(16,17)에서 동일 방향(P)으로 극작용(poling)한다. 극작용 방향(P)은 층(11)에 대한 요소(10)의 길이를 따르는 동일한 방향이어서, 180도로 굽어지는 연결부위(15)의 결과로서, 극작용 방향(P)은 적층부를 통한 직선 부위(14)의 연속성을 위한 교차방향으로 향하게 된다.

요소(10)를 사용하는 중에, 활성 전압이 외부 전극(12)에 가해져서 층(11)을 활성으로 하는데 유효하게 층(11)을 횡단하는 전계(E)를 생성한다. 활성 중에 적용된 전계(E)의 방향은 극작용 방향에 대해 항시 평행하여 층(11)이 전계(E)와 극작용 방향(P)의 상대적인 활성에 따라서 팽창 또는 수축된다. 각각의 직선 부위(14)의 각각의 하프(16,17)에서는, 극작용(P)과 적용된 전계(E)의 상대적인 방향이 일 층(11)이 팽창하고 그리고 층(11)의 타 층이 수축하도록 선택된다. 이러한 사실은 중앙 전극(13)을 통해서 함께 연결되어서 억제되는 층(11)으로 인해서 층(11)에 평행한 직선 부위를 횡단하여 연장하여 축선을 중심으로 각각의 직선 부위(14)의 각각의 하프(16,17)가 굽어지게 한다.

전기적 활성을 위해, 활성 전압이 그에 동반하여 극성을 가진 외부 전극(12) 모두에 동시적으로 적용된다. 디바이스의 일 측에 각각의 직선 부위(14)의 하프(16)의 외부 전극(12)에 가해진 활성 전압의 극성은 제1극성이며, 여기서, 각각의 직선 부위(14)의 반대측 하프(17)의 외부 전극(12) 모두에 가해지는 활성 전압은 제2의 반대 극성으로 이루어진다. 그러한 결과로, 전압은 2개 하프(16,17)에 외부 전극(12)에 가해진 전압 사이에 중간에 있는 중앙 전극(13)에서 유도된다. 양호하게, 적용된 활성 전압은 동일한 크기의 것이어서, 디바이스의 대칭성의 결과로서, 중앙 전극은 그것이 접지되었더라도 0볼트의 유도 전압으로 전해진다. 그러한 결과로서, 적용 전계(E)는 요소(10)의 길이를 따라서 있는 모든 지점에서 2개 층(11)의 반대방향으로 있다. 더우기, 단일로 주어진 층(11)을 횡단하는 적용 전계(E)는 각각의 직선 부위(14)의 각각의 하프(16,17)의 반대방향으로 있다. 따라서, 직선 부위(14)는 2개 하프(16,17)에 있는 반대측 절곡 감지부로 굽어진다.

도4는 활성 시에 디바이스를 설명하는 도면이다. 직선 부위(14)가 2개 하프(16,17)에서 반대 절곡으로 적층방향(S)으로 굽어짐으로서, 적층방향으로 각각의 직선부위(14)의 단부 사이에서 상대적인 변위를 일으킨다. 더우기, 각각의 직선 부위(14)의 단부 사이에 상대적인 변위는 요소(10)의 단부가 상대적으로 변위하도록 직선 부위(14)의 적층부를 통해서 일렬로 더해진다.

양호하지만 근본적이지는 않은 것으로서, 전극(12,13)은 비활성을 유지할 수 있는 연결부위(15) 주위를 연속적으로 연장된다. 연결부위(15) 주위로 연속적으로 연장하는 전극(12,13)의 결과로서, 연결부위의 활성은 부가적인 분배가 요소(10)의 단부 사이에 변위에 제공한다. 특히, 활성 시에, 연결부위(15)는 굽어져 그에 인접한 직선 부위(14)의 상대적인 회전을 일으키어 요소(10)의 단부를 부가적으로 변위시키는 외팔보로서 직선 부위가 동작하도록 개방된다. 이러한 경우에, 양호하게, 연결부위(15)의 활성으로 야기되는 회전이 요소(10)의 하프(16,17)의 어느 하나에 연결부위 사이에서 소거되도록 짝수의 연결부위(15)(예를 들어 홀수의 직선 부위(14))가 있다.

극작용(P)과 전계(E)의 방향의 다른 결합은 활성 시에 동일한 굽힘작용을 생성하는데 사용될 수 있다.

도3에 설명된 요소(10)의 바이모르프 벤더 구조에 대한 선택으로, 본 발명은 압전기 물질의 단일 층과 비활성 물질의 일 층으로 구성된 유니모르프 벤더 구조 또는 압전기 물질의 2개 층 보다 많이 가진 멀티-모르프 벤더 구조를 구비한 요소에서 실행되는 것이다. 그러한 벤더 구조는 그 자체들이 공지된 것이며, 기본적으로 상술된 바이모르프 벤더 구도와 동일한 방식으로 동작하는 것이다.

압전기 디바이스는 요소(10)의 단부 사이에서 기구적 변위를 발생하도록 외부 전극(12)에 활성 전압을 가하여 전기적으로 활성화 되는 것이다. 이러한 경우에, 디바이스는 요소의 단부에 대항하여 배치된 객체를 상대적으로 변위하도록 작동기로서 사용될 수 있다. 역으로, 압전기 디바이스는 외부 전극(12)에서 활성 전압을 발생하도록 요소(10)의 단부를 상대적으로 변위하여 기구적으로 활성적으로 된다. 이러한 경우, 압전기 디바이스는 활성 전압을 검출하는 센서로서 사용된다.

제1타입의 구조로 이루어진 요소를 포함하는 압전기 디바이스의 제조에 관한 설명을 이하에 한다.

기본적으로, 방법은 소망 벤더 구조를 가지고, 그 사이에 직선 부위(14)를 남기며, 중간 연결부위(15)를 형성하도록 180도로 상기 요소의 이격공간진 부위에 있는 직선 변형성 연속 압전기 요소(10)를 제공하는 것을 포함하는 것이다. 상기 굽힘동작을 허용하도록, 충분한 유연성이 초기 제공된 요소(10)에 존재하여 변형을 이룰 수 있는 것이다. 층(11)의 압전기 물질은 양호하게, 물질에 유연성을 제공하는 폴리머 함유 그린 상태에 PZT와 같은 압전기 세라믹이다. 성형작업 후에, 요소는 압전기 물질을 설정하도록 소결된다. 그린 상태에 세라믹 압전기를 사용하고 이어서 이를 소결하는 제조기술은 당분야에서 공지된 것이며, 본 발명에 용이하게 적용할 수 있는 것이다.

제조에 대해서 보다 상세하게 기술하면 다음과 같다.

먼저, 직선 변형성 압전기 요소(10)를 종래 기술을 사용하여 제조한다. 양호한 기술로 압전기 물질의 층(11)과 중앙 전극(13)을 공압출 한다. 이러한 기술로서, 중앙 전극(13)은 그린 상태에서 층(11)의 물질에 유사한 유동성을 가져야 함으로 상대적으로 두께가 두꺼워야 한다. 가능한 물질은 층이 PZT로 이루어지고 중앙 전극(13)이 실버-첨가된 PZT로 이루어지며, 이러한 경우에 층(11)에는 또한 확산을 방지하기 위해 소량의 실버가 첨가 된다.

선택적으로, 연속 압전기 요소(10)를 압전기 물질의 층(11)의 라미네이트로 형성할 수 있다. 이러한 경우에, 중앙 전극(13)은 예를 들어 실버 팔라듐의 백금이 첨가된 잉크인 금속성 잉크로 프린트 될 수 있다. 양호하게, 갭은 층(11) 사이에 원주부 외부 계면과 중앙 전극의 엣지 사이에서 유지되어, 사용 중에 부유하는 동작을 남기는 중앙 전극(13)에 우발적인 전기적 접속을 방지한다. 변형 요소(10)는 개시적으로 단일 압전기 디바이스로 굽어지게 되는 치수로 형성된다.

다른 선택으로, 연속 압전기 요소는 새로운 라미네이팅 또는 적층 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 그러한 적층동작은 널리 공지된 것이며, 주로 압전기 디스크의 다층으로된 적층을 조립하는데 사용된다.

공지된 적층공정은 예를 들어 압전기 적층을 제조하는 공정에서 알려진 단계를 참고로 하여 본원에 기재된 공개된 미국특허원 01/0009344호에 기술되어 있다.

벤더의 적층을 제조하기 위해서 상기 공정은 이하에 기술되는 바와 같은 임의적인 중요한 면으로 개조된다.

벤더 적층은 그린 압전기 테이프의 단일 층을 적층하여 제조되는 단일 벤더 유닛에 기본한다. 본 발명의 이러한 변경에 따르는 제1적층의 2개 유닛을 도5에 도시하였으며, 여기서는 압전기 물질(153,154)의 2개 층을 가진 제1바이모르프 벤더 유닛(152-1)이 베이스(151)에 장착된다. 2개 중앙 전극(155,156)은 2개 층 사이에 매립된다. 2개 외부면 전극(157,158)은 개별적으로 벤더 유닛의 상부와 하부면을 커버한다. 제2유닛(152-2)은 제1유닛의 엣지(159)에 역방향으로 장착된다. 따라서, 복수의 벤더 유닛이 적층을 형성하도록 장착된다. 화살표는 소망 극작용과 활성 장(field) 방향을 설명한다. 극작용 방향은 실선 화살표로 나타내었다. 활성을 발생하는데 가해지는 전계는 점선 화살표를 사용하여 나타내었다. 극작용 중에, 중앙 전극(155,156)은 부유동작을 남긴다.

후술되는 바와 같이, 유닛 셀의 모두 4측면은 인출 포인트를 가지어서 제조 공정과 적층을 활성하는 중에 다양한 단계에서 사용된다.

일 가능한 배열은 도6에 도시된 바와 같이 좌우면에 외부면 전극(157,158)을 접속하면서, 중앙 전극이 일 하프가 전방면을 경유하여 접속되고 타 하프가 후방면을 경유하여 접속되는 패턴이다. 적층이 변경방향으로 벤더 유닛을 적층하여 조립됨으로서, 사용 시에 일 전위가 할당된 모든 전극이 적층 동일 측면을 경유하여 접촉하게 된다.

도7은 벤더 유닛(152)의 분해도로서, 그 제조 중에 소망되는 층과 프린트의 시켄스를 설명하는 도면이다. 도면번호는 도6에서 사용된 것과 동일하다. 하부 외부면 전극(157)은 하부 PZT층(153)에 스크린 프린트 된다. 중앙 전극(155,156)은 제1층의 상부면 또는 제2PZT층(154)의 하부면의 어느 하나에 프린트 되거나 부분적으로 양쪽 PZT층에 프린트 된다. 상부 외부면 전극(158)은 제2층(154)의 상부면에 프린트 된다.

상기 구조를 이룰 시에 주요한 고려사항은 어떻게 유닛의 잔류부 사이에 갭을 유지하면서 엣지(159)에 바이모르프 벤더 유닛(152)을 접합 또는 라미네이트 하는가 이다.

본 발명에서, 소멸성 또는 제거성 층(160)이 벤더 유닛 사이에 배치된다.이러한 층은 전극 프린트를 유지하는 그린 테이프 레이-업 공정 중에 외부 전극층의 상부에 증착될 수 있다. 다음, 이러한 테이프 물질은 구조를 건조한 후에 물리적으로 제거되거나 또는 결합제 제거 상황중에 연소될 수 있다. 폴리에틸렌 시트는 라미네이트를 건조한 후에 제거되어져야 외부 탭이 뒤에 남겨져 제공되는 것으로 알려져 있다. 다르게는, 소멸성 층(fugitive layer)(160)은 소결단계 중에 연소되는 탄소와 같은 물질로 만들어질 수 있다.

그린 테이프의 단일 층 위에는 평행하게 다수 프린트가 생성된다. 적절한 시켄스로 상기 층을 적층하여, 일렬의 벤더 유닛을 포함하는 그린 테이프가 일 소성 공정으로 제조된다. 소멸성 또는 제거성 테이프의 층을 생성한 후에, 벤더 유닛의 제2그린 테이프 층이 제1그린 테이프에 적층된다. 이러한 단계를 반복하여, 그린 테이프의 적층이, 유닛이 연속성 또는 유사 연속성 접합부를 형성하도록 설계되는 엣지 섹션에서 제외한 소멸성 테이프로 각각 분리되는 벤더 유닛의 복합 적층을 형성하여 생성된다. 그린 테이프의 적층부를 압압하고, 건조하여, 제거성 또는 소멸성 테이프 섹션을 제거한 후에, 상기 적층부가 연소되어 소성 된다. 따라서, 완전한 재곡선 또는 S-벤더의 적층부는, 상기 적층부가 제조되는 이전에 후-연소 접합작용을 통하는 반면에, 공-연소 공정을 통해 제조된다. 또한, 이웃한 유닛은 연소 공정 중에 수직적으로 정렬된 유닛 사이에 갭이 붕괴되는 것을 막도록 부가적인 지지부를 제공한다.

모든 외부 전극(156,157)이 공통 전도로 또는 레일을 가지도록 외부면 전극에 적합한 패턴으로 설계하여, 유닛 층의 전체 적층부가 소결 후에 극성으로 될 수있지만, 소결 전에는 조립체가 개별 유닛으로 절단된다. 도6에 실선 화살표로 지시된 방향을 따라서 압전기 층이 자극을 나타내도록, 적절한 극작용 전압(VP(+),VP(-))이 외부면 전극(156,157)에 가해지고 반면에 중앙 전극은 명시된 전위 예를 들면 부동작(floating) 없이 남게 된다.

극작용 후에, 벤더 유닛 층의 적층은 도6에 도시된 개별 적층을 형성하도록 절단된다. 절단 후에, 터미널 또는 면 전극은 중앙 전극(155,156)의 인출부에 접속되며 적절한 면을 따라서 이어지는 패드 프린트 전극에 의해 접속된다. 외부면 전극은 활성 중에 부동작을 남기어서, 적층부의 측부면을 따라서 연결되는 접속부를 필요로 하지 않는다.

공지된 재곡선 또는 S형상 바이모르프 벤더를 극작용과 활성으로 하는 다른 다수의 방법이 있을지라도, 상술된 특정 구조는 적어도 연속성 적층부에 적용될 시에 적어도 2개의 주요한 잇점을 제공하는 것이다. 외부면 전극(157,158)의 사용만을 하는 극작용 공정은 절단동작에 앞서 적층부의 배치를 극작용하도록 한다. 그리고, 활성 중에 벤더 유닛 당 오직 2개 터미널 전극만을 가지어서 적층부의 면을 따라서 터미널 전극의 증착을 용이하게 한다.

그 그린 상태에서 라미네이트 벤더 유닛을 공-연소 하여, 세라믹 섹션은 압전기 벤더의 연속적인 또는 기본적으로 연속적인 적층부를 형성하도록 접합된다.

선택적으로, 벤더의 연속적 적층부를 형성하는 상기 방법으로, 직선 요소가 개시적으로, 연결부위가 본 발명에 따르는 복수의 압전기 디바이스를 형성하도록 그 주위로 굽어지는 축선에 대해 수직적으로 평면 절단으로 절단되는 시트 형태로제공된다. 도7은 압전기 물질의 2개 층(11)을 포함하는 시트(20)의 예를 나타낸 도면이다. 시트(20)는 도3에서 설명되는 바와 같이 단일 디바이스의 압전기 요소(10)로서 길이(L)를 따라서 동일한 구조를 가지는 것이다. 굽힘 후에, 시트(20)는 분리 요소(10)로 시트(20)를 절단하도록 그 길이(L)를 따라서 시트(20)에 대해 수직적으로 평면 절단을 만들어 절단된다. 시트(20)는 시트(20)의 폭(W)을 횡단하여 이격공간지고 길이(L)를 따라서 연장형성되는 복수의 중앙 전극(13)을 구비하며, 평면절단은 전극(13) 사이에서 만들어진다.

직선 압전기 요소로부터 압전기 디바이스를 생산하는 다음의 기술은 복수의 디바이스로 절단되는 도7에 설명된 바와 같은 시트(20)에 또는 개별 디바이스를 형성하는 변형 요소(10)에 동일하게 적용될 것이다.

변형 요소(10)는 외부 전극(12) 없이 개시적으로 제공된다. 그런데, 변형 요소에는 양호하게 압전기 층(11)에 대해 평행하게 연장되는 외부 희생성 층이 설치되며, 예를 들어 탄소와 같은 소결 중에 연소될 수 있는 물질인 제거될 수 있는 물질로 만들어진다. 그러한 희생성 층은 굽힘 후에 직선 부위(14) 사이에 갭을 설정하여, 굽힘공정에서 요망하는 공차를 감소한다. 희생성 층은 요소(10)에 라미네이트 되는 탄소-충전 테이프와 같은 것이다.

다음, 변형 요소는 그들 사이에 직선 부위(14)를 남기고, 특히 중간 연결부위(15)를 형성하도록 180도로 요소의 이격공간부분을 굽으리어 굽혀진다. 굽힘동작을 실행하는 방식은 여러가지가 있다.

도8은 교차 측부로부터 연속적으로 요소를 압압하여 굽힘동작을 실시하는 장치를 나타낸 도면이다. 장치는 아암(31)의 단부에 장착된 실린더(32)를 가진 4개(또는 실질적으론 임의 갯수)의 반경방향 연장 메시 아암(31)을 가진 1쌍의 회전식 프레스(30)를 포함한다. 프레스(30)는 변형 요소(10)가 메시 아암(31) 사이에 구동 롤러(33)로 구동되는 동안에 동시적으로 회전한다. 그 결과, 실린더(32)가 교차측으로부터 연속적으로 부재(10)를 압압하여, 이격공간 부위(15)를 굽으리어 그 사이에 직선 부위(14)를 남기게 된다. 도8의 장치는 서로 평행하게 직선 부위(14)를 남기지 않고 테이프(10)를 주름지도록 180도 미만의 각도 주위로 이격공간진 부위를 굽으린다. 완전 180도 주위로 연결 부위(15)를 굽으리도록, 부차적인 단계에서, 요소(10)의 단부는 서로 평행하게 직선 부위를 남기도록 함께 압압 된다.

도9는 2개 세트로 배열된 복수의 플랩(40)을 사용하여 연속 요소(10)를 굽으리는 제2장치를 설명하는 도면이며, 하나는 구동 롤러(41,42)에 의해 정위치에서 구동될 때에 상기 요소(10)의 어느 일측에 설정되는 것이다. 변형 요소(10)가 제위치에 있으면, 플랩(40)이 요소(10)의 반대측에 2개 세트의 플랩(40)으로부터 교차적으로 플랩(40)을 사용하여 요소(10)에 대항하여 회전된다. 플랩(40)은 플랩(40)이 서로 평행하게 있는 최종 위치에 대해 회전하여서, 교차 측으로부터 연속적으로 요소를 압압하여, 플랩의 단부 주위로 연결 부위(15)를 굽으리고, 플랩(40) 사이에 갭에 직선 부위(14)를 남기는 것이다. 모든 플랩(40)이 회전되어져 있으면, 플랩은 형상 요소(10)를 남기는 직선 부위(14) 사이에 갭 밖으로 선형적으로 철수된다.

요소(10)를 굽으리기 위한 다른 기술은 예를 들어 요소(10)가 그 사이에 형태로 굽어지는 상호결합 돌출부를 가지고 2개 리지드 프레스 사이에 요소(10)를 압압하여서 이루는 것을 동일하게 고려한다.

요소(10)를 굽으릴 때에, 중간 연결부위(15)의 곡률반경은 일반적으로 요소(10)의 두께에 상당할 것이다. 이러한 사실은 요소가 그린 상태에 있기 때문에 요소(10)의 직선부위(14) 사이에 상대적으로 큰 갭을 생성한다. 이러한 사실은 곡선진 중간 연결부위(15) 자신이 요소(10)의 단부의 상대적인 변위로 분산되기 때문에 커다란 문제가 아니다. 선택적으로, 곡률 반경을 감소하기 위해서는 중간 연결부위(15)가 요소(10)가 굽어지기 전에 그 두께가 작아지도록 압압하면 된다.

다음 단계는 종래의 소결기술을 사용하여 압전기 물질을 소결하여 설정하는 것이다. 예를 들어, 일반적인 공정은 먼저 600℃에 이르는 온도로 요소(10)를 소결하고, 이어서 일반적으로 1000℃와 1200℃사이에 온도로 부가적인 소결을 하여 층(11)의 물질이 스며들게 한다.

순차적으로, 외부 전극(12)이 가해진다. 전극(12)이 소결 후에 적용됨으로서, 소결동작을 견딜 수 있는 외부 전극(13)용 물질을 사용할 필요가 없고, 대신에 저렴한 가격의 물질이 사용될 수 있다.

다음 단계는 층(11)의 압전기 물질을 극성으로 하는 것이다. 요소(10)는 요소(10)의 길이를 따라서 층(11)에 대한 동일한 방향으로 극성으로 되어(예를 들면, 요소(10)가 직선으로 내밀어짐), 극작용이 180도 주위로 곡선지는 연결 부위(15)의 결과로서 연속성 직선 부위(14)용으로 반대방향으로 있다. 극작용은 직선 부위(14) 사이에 갭에 교차측으로부터의 극작용 전극을 삽입하여 달성된다.층(11)의 압전기 물질의 재료를 극성으로 하기에 충분한 극작용 전압은, 반대측으로부터 삽입되는 전극을 횡단하여 가해진다. 이러한 사실은 양호하게 극작용 전극과 압전기 물질과의 사이에 필연적인 갭을 횡단하는 필드 드롭을 저하하도록, 적어도 공기보다 큰 고 유전상수를 가진 유체에 잠겨지는 극작용 전극과 요소(11)로 실시된다. 층을 극작용 하는 기술은 특히, 직선 부위(14) 사이에 갭이 상당히 크게 있는 대형 디바이스용으로 적절하다.

외부 전극(13)은 요소(10)의 각각의 하프(16,17)를 분리적으로 딥핑하여 형성된다. 적절한 딥핑 공정은 포토레지스트에 하프(16,17)의 하나를 먼저 딥하고, 다음 전체 요소(10)를 도금하고, 다음 포토레지스트를 제거하는 것이며, 다음 이러한 공정은 하프(16,17)의 나머지 하나에서 반복한다. 그러한 딥핑 공정은 특히 직선 부위(14) 사이에 상대적으로 대형인 갭을 가지는 압전기 디바이스용으로 적절한 것이다. 2개 하프(16,17)에 외부 전극(12) 사이에 충분한 갭(18)을 보장할 필요가 있는 딥핑 공정의 정밀도는 갭을 더욱 가늘게 구함으로서 나빠지는 직선 부위 사이에 갭에서 유체의 모세관작용으로 제약을 받게 된다.

전극을 가하기 위한 다른 방법에는 증발 증착공정이 있다. 분리 요소(10)를 형성하도록 순차적으로 절단되는 시트 형태의 요소에서 수행되는 상기 공정의 예를 이하에 기술한다.

도10과 도11에서 설명되는 시트(50 또는 60)가 사용된다. 시트(50,60)는 다음을 제외하고는 도7의 시트(20)와 동일한 구조를 가지는 것이다.

시트(50,60)에는 중간 연결부위(15)가 형성되는 지점에서 시트(50,60)의 폭을 횡단하여 연장되는 그루브(51)가 형성된다. 그루브(51)는 그루브(51)를 형성하도록 엠보싱 형태를 갖는 롤러를 통해 시트(50,60)를 통과시키어 만들어진다.

시트(50)에는 개별 세트의 릿지(52)가 부가적으로 형성되며, 각 세트의 릿지(52)는 시트(50)의 폭(W)을 횡단하여 이격공간지며 그리고 각각의 릿지는 시트(50)의 절단 후에 단일 요소를 형성하는 시트(50)의 폭의 일부분을 횡단하여 연장형성 된다. 릿지는 시트(50)상에 압전기 물질로 층을 스크린 프린팅하여 형성한다. 선택적으로, 제2스크린 프린팅 작업을 사용하여 상술한 바와 같이 제거할 수 있는 물질로 이루어진 릿지(52) 사이에 갭에 희생성 층을 적용한다. 스크린 프린팅은 적절한 희생성 층의 두께를 획득하도록 수차례 반복될 필요가 있는 것이다. 릿지(52)는 중앙 전극(13)보다 더 넓은 폭이어서, 시트(50)가 요소를 분리하도록 절단될 시에, 릿지(51)는 각각의 직선부위(14)의 전체 폭을 횡단하여 이어진다.

도11의 시트(60)는 도10의 시트(50)의 릿지(52)와 동일한 패턴의 그루브(62)를 가진다.

순차적으로, 시트(50 또는 60)는 상술한 바와 같은 기술을 사용하여 릿지(52)를 가진 교정 구역에 연결부위(15)를 제공하도록 저항지점으로 작용하는 그루브(51)를 굽으리거나 또는 2개 하프(16,17)로 직선부위(14)를 분할하도록 직선부위(14)를 따라서 정확한 절반으로 그루브(62)를 굽으린다.

굽힘작업 후에, 시트(50 또는 60)는 소결된다. 만일 희생 층이 사용되면, 상술한 바와 같이, 시트는 기밀하게 제어되는 그린 상태의 치수를 보장하도록 압압될 수 있다.

소결 후에, 외부 전극(13)은 도12와 도13에서 설명된 바와 같이 증발 증착공정을 사용하여 적용된다. 특히, 시트(50 또는 60)는 원료 물질(70)과 함께 고진공으로 배열된다. 임의적인 적절한 물질이 예를 들어 동 또는 알루미늄이 사용될 수 있다. 원료 물질(70)은 시트(50 또는 60)에 증착을 일으키도록 증발되게 가열된다. 전극 물질이 없는 새도우(shadow)로부터의 시트(60)의 그루브(62) 또는 시트(50)의 릿지(52)가 증착된다.

증착공정은 시트(50 또는 60)와는 다른 각도로 배열된 소스(70)로 반복되어 모든 필요한 면에 전극(13)의 물질을 증착한다.

시트(50)에서와 같이 릿지(52)를 사용하는 잇점은, 이들이 시트(50)를 라미네이트하는데 사용될 수 있는 것과 동일한 표준 스크린 프린팅 장비를 사용하여 제조할 수 있다는 것이다.

시트(60)에서와 같은 그루브(62)를 사용하는 잇점은 이들이 그루브(51)를 형성하는데 사용되는 것과 동일한 엠보싱 공정 중에 형성될 수 있다는 것이다. 더우기, 기화공정 중에, 2개 하프(16,17) 사이에 외부 전극(13)에 분할 폭은 소스(70)에 대한 각도로 미세한 공차를 요구하지 않고 또한, 함입 깊이에 높은 공차를 요구하지 않고 정확하게 설정되는 것이다. 다른 한 편에서는, 릿지(52)를 가진 상태에서, 새도우와 그에 따른 하프(16,17) 사이에 갭(18)의 폭이 시트(50)에 대한 소스(70)의 각도와 릿지(52)의 높이에 크게 종속한다.

증착공정은 릿지(52) 또는 그루브(62) 사이에 갭에 전극 물질을 증착하여, 각각의 직선부위(14)의 2개 하프(16,17)에 외부 전극(12) 사이에 시트(50 또는 60)에 전기적 접속을 제공한다. 순차적으로, 시트(50 또는 60)는, 릿지(52) 또는 그루브(62) 사이에 증착되는 전극 물질을 통하여 시트(50 또는 60)의 전체 길이를 따라서 전기적으로 접속되는 시트(50 또는 60)의 각각의 주 표면에 외부 전극(12)에 단일 접속부를 만들어서 이행될 수 있는 극성으로 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 직선 부위(14) 사이에 갭에 극작용 전극을 삽입할 필요가 있지 않다.

극작용 후에, 시트(50 또는 60)는 도3에서 설명된 바와 같이 분리 압전기 요소(10)를 형성하도록 시트의 길이를 따라서 평면 절단에 의해 절단된다. 그러한 시트(50 또는 60)의 절단동작으로, 릿지(52) 또는 그루브(62) 사이에 시트(50 또는 60)의 폭을 횡단하는 부분이 제거되어, 직선부위(14)의 2개 하프(16,17)에 외부 전극(13) 사이에 전기적 접속이 없다.

상술된 방법은 소결 후에 외부 전극을 적용하는 단계를 포함한다. 다르게는, 외부 전극이 중앙 전극과 동일한 방식으로 소결 전에 변형요소(10)에 스크린 프린트된다. 이러한 사실은 먼저, 비용이 많이 소요되는 물질인, 소결동작을 견딜 수 있는 외부 전극(12)용 물질을 사용할 필요가 있기 때문에, 다음, 중간부위(15)의 곡률의 반경을 변형요소의 증가 두께가 증가하기 때문에, 필요한 옵션을 거의 없게 하여서, 직선부위(14) 사이에 갭을 증가시킨다.

양호하게, 요소(10)의 각 하프(16,17)에 있는 외부 전극(12)은 요소(10)의 양측에 함께 접속되어서, 각각의 하프(16,17)의 외부 전극(12)이 단일 접속으로 회로에 접속된다. 이러한 것을 달성하는 일 방식은 상술된 바와 같이 증발 증착공정을 사용하면서, 디바이스의 측부로 방향진 소스로 양쪽 층(11)을 횡단하는 전기적접속을 형성하는 것이다. 배리어는 각각의 직선부위의 하프(16,17) 사이에 갭(18)을 횡단하여 배열되어, 각각의 하프(16,17)의 외부 전극(12) 사이에 전기적 접속의 증착을 방지한다. 상기 공정은 디바이스에 대한 각도진 소스로 양호하게 반복되어서, 신뢰성 있는 접속부가 층(11)의 측면과 면표면 사이에 각진 코너 주위에 만들어지게 된다. 다음, 동선 또는 전도성 테이프가 디바이스의 측부를 밑으로 데이지-체인으로 되어 직선부위(14)의 대응 하프(16,17)를 함께 접속한다. 동선 또는 전도성 테이프는 솔더링 또는 전도성 에폭시 공정을 사용하여 연결될 수 있다. 선 또는 테이프는 직선부위(14) 사이에서 약간 루프되어 변형되는 전기적 접속이 없는 적절한 변위가 이루어지게 한다.

압전기 요소가 제2타입의 구조를 가지는 압전기 디바이스를 이하에 기술한다.

도14는 시트를 형성하는 압전기 요소(101)를 포함하는 압전기 디바이스(100)를 설명하는 도면이다. 요소(101)는 반대측으로부터 교차 연장되는 겹침 슬릿을 가진다. 따라서, 압전기 요소(101)는 슬릿(102)의 겹침 부위 사이에 형성된 복수의 직선부위(103)를 가진 슬릿(102) 주위로 전후방향으로 교차 연장된다. 연결부위(104)는 직선부위(103)를 개재하는 슬릿(102)의 단부 너머로 요소(101)의 일부분으로 형성된다.

요소(101)는 적절한 압전기 물질, 예를 들면, PZT와 같은 압전기 세라믹 또는 PVDF와 같은 압전기 폴리머로 만들어진다.

압전기 요소의 물질은 주 표면 사이에 시트(101)의 두께를 횡단하여 극작용한다. 또한, 전극(105)은 동반되는 직선부위(103)의 각각을 따라서 제공된다. 전극(105)에는 도14에는 하나만을 볼 수 있는 요소(101)의 대향 주 표면의 각각에 식별 패턴이 설치된다. 각각의 직선부위의 길이를 따라서, 전극(105)은 각 쌍 사이에 갭(106)을 가진 직선부위(103)의 폭을 횡단하여 이격공간진 2개 쌍으로 배열되어서, 쌍의 전극(105)이 서로 전기적으로 절연된다. 전극(105)은 직선부위(103)의 길이를 따라서 연장되지만, 갭(111)에 의해 각각의 직선부위의 2개 하프(107,108) 사이에서 분할되어서, 전극(105)은 2개 하프(107,108) 사이에서 전기적으로 절연된다. 양호하게 2개 하프(107,108)는 동일한 길이이다. 갭(111)은 도14에서 명확하게 나타내고자 그 길이를 확대하여 나타낸것이지만, 전극(105)을 절연시키기에 충분한 크기인 것만큼은 사실이다. 요소(101)의 작동 시에 현저한 영향을 미치는 갭(111)을 방지하고자, 갭(111)은 양호하게 적어도 크기 면에서 직선부위의 길이보다 짧은 것이다.

사용 시에, 전극(105)은 회로(도시 않음)에 전기적으로 접속된다. 회로는 활성 전압을 적용하여 직선 부위(103)를 전기적으로 활성시키거나 요소(101)의 기구적 활성으로 발생되는 활성전압을 탐지하는 것이다.

활성 시에, 전계는 각각의 쌍의 반대 전극(105) 사이에서 즉, 각각의 직선부위(103)의 폭을 횡단하여 이격공간진 2개 영역(109,110)에서 발전된다. 즉, 전계는 직선부위(103)의 두께를 횡단하여 발전된다. 전계(E)의 방향은 극작용 방향에 대해 평행하여서, 영역(109,110)에 있는 각각의 직선부위의 물질이 팽창-수축 모드에서 활성으로 된다. 실질적으로 반대 극성의 활성 전압은 각각의 쌍의 반대전극(105) 사이에 적용되어, 전계가 직선부위(103)의 폭을 횡단하여 2개 영역(109,110)에서 반대측 방향으로 있다. 따라서, 직선부위의 폭을 횡단하는 2개 영역(109,110) 사이에 직선부위(103)의 길이에서의 차등변화가 있고, 그래서 서로 일체적으로 있음으로서 제약을 받게 되는 영역(109,110)의 결과로, 길이의 차등변화가 그 폭과 평행한 직선부위(103)의 굽힘작용과 동시에 일어나는 것이다.

이것은 굽힘작용이 길이방향으로 다른 변화로 운영되는 공지된 벤더 구조를 가지는 요소의 굽힘작용과 유사한 것이다. 그런데, 요소(101)의 굽힘작용은 전계가 나타나게 되는 두께방향에 대해 평행한 축선 주위로 직선부위(103)의 폭을 횡단하여 발생한다. 이러한 것은 영역(109,110)에 전극(105)의 쌍이 직선부위(103)의 폭을 횡단하여 이격공간지기 때문이다. 대조적으로, 공지된 벤더 구조에서는 길이방향으로 다른 변화를 당하게 되는 층이 층의 두께부를 횡단하여 이격공간져서, 굽힘작용은 도2와 도4를 참고로 상술한 바와 같이 전계에 대해 수직적인 층을 횡단하여 연장되는 축선을 중심으로 발생한다.

더우기, 활성 전압은 각각의 직선부위(103)의 2개 하프(107,108)에서 굽힘작용이 반대 굴곡으로 일어나도록 적용된다. 극작용이 전체 압전기(101)를 횡단하는 동일한 방향으로 있음으로, 각각의 직선부위(103)의 2개 하프(107,108)에서의 반대 극성으로 있는 적용된 활성 전압에 의해 이루어진다.

전계(E)와 극작용(P) 방향의 다른 조합도 동일하게 가능한 것이다.

도15는 활성 시에 다른 수의 직선부위(103)를 가진것이지만, 도14의 구조와 동일한 구조를 가진 디바이스를 설명하는 도면이다. 2개 하프(107,108)에 반대 굴곡의 적층방향(S)으로, 적층방향으로 각각 직선부위(103)의 단부 사이에서의 상대적인 변위가 일어난다. 이러한 상대적인 변위를 도15에 명확하게 나타내고자 과장하여 도시하였다. 더우기, 각각의 직선부위(103)의 단부 사이에 상대적인 변위는 직선부위(103)의 적층부를 통하여 일렬로 되어서 각각의 직선부위(103)의 단부 사이에 상대적인 변위가 함께 집약된다.

제2타입의 구조의 상대적인 치수로, 양호하게 각각의 직선부위(103)의 길이(L), 폭(W) 및 두께(T)가 L>>W>T이게 배열된다. 두께(T)는 주어진 활성 전압용의 요소(101)를 횡단하는 고 전계가 나타나게 하도록 작을 필요가 있다. 폭(W)은 두께(T)보다 크며, 양호하게는 상당히 더 큰 것을 고려하도록 선택된다. 예를 들어, 일반작인 두께(T)는 폭(W)이 수 밀리미터인 경우에 1mm보다 작게 되어야 한다.

굽힘작용이 폭을 횡단하여 발생함으로, 직선부위(103)는 굽힘방향으로 경성으로 된다. 이러한 사실은 변위에서의 감소와 상관된 것이기는 하지만 발생된 힘이 증가되는 것을 의미한다. 따라서, 제2타입의 구조의 특별한 잇점은 대비할 수 있는 치수의 요소를 가진 제1타입의 구조의 디바이스와 대비하여, 더 낮은 변위를 가지기는 하지만, 더 높은 힘을 제공하는 것이다.

상술된 실시예에서는 중간 연결부위(104)가 전극 없이 형성되어서, 이들은 비활성을 유지한다. 그런데, 선택적인 것으로서, 인접한 직선부위(103)에 2개 쌍의 전극은, 예를 들어 도16에서 중간 연결부위(104)를 나타내는 압전기 요소(101)의 부분 도면으로 나타낸 바와 같이, 중간 연결부위(104) 주위로 직선부위(103) 사이에서 연속적으로 연장형성된다.

그 결과, 활성 시에 연결부위(104)도 직선부위(103)와 동일한 방식으로 굽어진다. 이러한 사실은 중간부위(104)가 그에 인접하여 있는 직선부위(103)의 상대적인 회전을 일으키는 개폐동작을 발생한다. 이러한 추가적인 배분은 차례로 외팔보로서 직선부위의 방향을 변경하여 요소(101)의 단부 사이에 변위를 제공한다.

복수의 압전기 디바이스(100)는 서로 대면하는 각각의 시트의 주 표면을 가진 요소(101)를 적층하여 평행하게 동작하도록 배열된다.

압전기 디바이스(100)의 제조방법은 직접적인 방법이다. 기본적으로 슬릿(102)을 형성하도록 절단되는 완전한 시트로서 요소(101)를 개시적으로 제공하여 형성되면, 다음, 전극을 종래 기술을 사용하여 적용될 수 있다.

그러한 공정은 압전기 물질의 시트가 용이하게 상용 활용할 수 있기 때문에 저렴하고 간단한 공정인 것이다. 상기 방법은 임의 타입의 압전기에 적용할 수 있는 것이다. 양호한 물질은 PZT와 같은 압전기 세라믹 이다. 이러한 경우에, 요소(101)는 소결동작 전 또는 후에 절단될 수 있지만, 그러나 양호하게는 상기 절단동작은 소결 후에 이행되어서, 슬릿(102)이 소결 중에 필연적으로 발생하는 수축 중에 요소(101)의 변형이 발생하지 않는다.

전극(105)은 금속성 잉크의 무전해 증착과 같은 임의적인 적절한 기술로 적용된다. 기본적으로, 전극은 소결 전 또는 후에 적용될 수 있지만 양호하게는 소결동작 후에 적용되어서, 압전기 물질을 소결하기에 충분한 온도를 견딜 수 있는 물질로 전극을 만들 필요가 없다. 전극은 임의적인 적절한 금속으로 제조되는 것이다.

전극을 적용하는 양호한 방법은 적절한 패턴으로 잉크된 2개 쌍의 잉크 롤러를 통해 요소(101)를 공급하여, 요소(101)의 양쪽 주 표면에 동시적으로 전극(105)을 적용한다. 다르게는, 전기 선-커서가 예를 들어 무전해 증착용 활성물을 소결하기 전에 신장부재에 증착된다. 이러한 경우에는 소결 후에, 전극은 적절한 무전해 도금용액에 요소(101)를 담그어서 생성된다.

전극(103)을 적용한 후에, 요소(101)의 물질은 각 쌍의 대향 전극(105) 사이에 영역(109,110)에 요소(101)의 물질을 극작용하기에 충분한 극작용 전압을 적용하여 극성으로 된다.

Claims (35)

1. 압전기 디바이스는, 직선부위의 교차 단부에 중간 연결부위로 적층 배열된 복수의 평행한 직선부위를 형성하도록 전후방향으로 교대로 연장 형성된 연속 압전기 요소를 포함하며, 각각의 직선부위는 직선부위가 적층부를 통해서 일렬로 더해지는 적층방향으로 직선부위의 단부 사이에서 상대적인 변위를 일으키도록 직선부위의 2개 하프에 반대 굴곡으로 적층되는 적층방향으로 활성시에 굽어지도록 전극에 구조 배열되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 연속 압전기 요소는 압전기 물질의 적어도 일 층을 횡단하는 활성전압을 적용하기 위해 층에 평행하게 직선부위를 따라서 연장되는 전극으로 배열된 복수의 층을 포함하며, 그 적어도 하나는 적어도 일 층을 횡단하는 극성 압전기 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 연속 압전기 요소의 벤더 구조는 압전기 물질의 2개 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 연속 압전기 요소의 중간 연결부위는 180도로 굽어지는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
5. 제4항에 있어서, 전극은 중간 연결부위 주위에 인접 직선부위 사이에서 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
6. 제5항에 있어서, 홀수의 직선부위를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 연결부위는 직선부위보다 더 가늘게 있는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
8. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 직선부위의 2개 하프에 전극은 분할되고 그리고 압전기 물질의 적어도 일 층은 각각의 직선부위의 각 하프에서 동일 방향으로 극작용되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
9. 제1항에 있어서, 연속 압전기 요소는 공-연소에 의해 중간 연결부위에서 접합되는 벤더 요소의 적층부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
10. 제1항에 있어서, 연속 압전기 요소는 직선부위를 따라서 연장되며 그를 횡단하여 분리되는 쌍으로 된 시트의 각 주 표면에 배열된 반대 전극을 가지고, 슬릿 사이에서 직선부위를 형성하도록 시트의 교차 측으로부터 연장되는 겹침 슬릿을 구비한 시트를 횡단하여 극작용하는 압전기 물질의 시트인 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
11. 제10항에 있어서, 각 직선부위의 2개 하프에 전극은 분리되고 그리고 압전기 물질의 시트는 각각의 직선부위의 각 하프에서 동일한 방향으로 극작용하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
12. 제11항에 있어서, 쌍의 전극은 시트의 각 주 표면에 대향된 중간 연결부위 주위로 인접 직선부위 사이에서 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
13. 제12항에 있어서, 홀수의 직선부위를 가지는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
14. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각 직선부위는 적어도 2개의 중앙 매립되고 독립적으로 접촉할 수 있는 전극을 가지어서 직선부위의 2개 하프를 형성하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 중앙 전극은 디바이스의 다른 측면으로의 인출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
16. 제14항에 있어서, 각 직선부위는 단일방향 극작용부를 가지는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
17. 제14항에 있어서, 각 직선부위는 동작 중에 부동 전기적 전위를 유지하도록 채택되는 면 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스.
18. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서의 압전기 디바이스의 제조방법은,

    그 사이에 직선부위를 남기며, 중간 연결부위를 형성하도록 180도로, 적어도 그 하나가 압전기 물질로 이루어진, 복수의 층을 포함하는 벤더 구조를 가진 직선의 변형식 연속 압전기 요소의 이격공간진 부위를 굽으리는 단계와;

    굽어진 연속 압전기 요소로 설정하도록 소결되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
19. 제18항에 있어서, 변형성 연속 압전기 요소는 제거가능한 물질로 제조된 외부 희생식 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 변형성 연속 압전기 요소를 굽으리는 단계는 교차 측부로부터 연속적으로 요소를 압압하여 이행되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 중간 연결부위를 얇게 하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 소결단계에 이어서 연속적 압전기 요소의 외부면의 적어도 하나에 층과 평행한 외부 전극을 적용하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 전극은 각 직선부위의 2개 하프 사이에서 분할되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
24. 제23항에 있어서, 직선부위의 2개 하프에서 동일 방향으로 압전기 물질의 적어도 일 층을 극작용하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 극작용 단계는 직선부위 사이에 압전기 요소의 반대측으로부터 극작용 전극을 삽입하여, 반대측으로부터 삽입된 전극을 횡단하는 극작용 전압을 적용하여 이행되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
26. 제25항에 있어서, 극작용 단계는 높은 유전상수를 가진 유체에 담겨지는 연속성 압전기 요소로 이행되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 전극을 적용하는 단계는 모든 직선부위의 각 하프를 분리적으로 딥핑하여 이행되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
28. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 전극을 적용하는 단계는 증발 증착으로 이행되고, 연속 압전기 요소는 릿지 또는 그루브의 새도우에 의해 분할을 형성하도록 직선부위의 2개 하프 사이에 그루브에 대한 릿지로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나가 압전기 물질로 이루어지는 복수 층을 포함하는 벤더 구조를 가진 압전기 시트를 굽으리는 단계로 동시적으로 다수의 압전기 디바이스의 제조방법이며, 상기 방법은 부가로, 굽힘 단계에 이어서, 시트에 대해 수직적인 평면 절단부를 만들어서 분리 연속성 압전기 요소로 시트를 절단하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
30. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 시트를 절단하는 단계 전 또는 후에, 압전기 물질의 시트에서 겹침 슬릿을 절단하여, 전극을 적용하는 것을 특징으로하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
31. 제30항에 있어서, 시트를 절단하는 단계 전 또는 후에 소결하는 단계를 부가로 포함하며, 전극을 적용하는 단계는 시트를 소결하기 전에 이행되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 전극은 프린팅에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스의 제조방법.
33. 적층부를 통해서 일렬로 더해지는 적층방향으로 직선부위의 단부 사이에 상대적인 변위를 일으키도록 직선부위의 2개 하프에서 반대 굴곡으로 직선부위가 적층되는 적층방향으로, 활성 시에, 굽어지도록 전극이 구조 배열된 각각의 직선부위이며, 직선부위의 교차 단부에 중간 연결부위 적층 상태로 배열된 복수의 평행한 직선 부위를 형성하도록 전후로 교대로 연장형성되는 연속 압전기 요소를 포함하는 압전기 디바이스의 제조방법에서, 상기 제조방법은:

    각각의 세트가 적어도 2개 층의 압전기 물질을 구비하며, 적어도 일 층은 매립된 중앙전극을 형성하며 그리고 각각은 적어도 일 상기 직선부위를 형성하도록 채택되는, 층의 세트 사이에 제거식 또는 소멸성 물질로 이루어진 층으로 그린 테이프의 층의 세트를 적층하는 단계와

    교차 단부에서 수직적으로 인접한 직선부위와 접합하도록 적층 세트의 층을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스 제조방법.
34. 제33항에 있어서, 직선부위의 수평 배열을 형성하도록 층의 각 세트를 채택하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스 제조방법.
35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 수직적으로 인접한 직선부위 사이에서 역으로 있는 극작용 방향을 가지고, 부동 전위로 중앙 전극을 유지하면서 외부면 전극을 사용하는 일 방향으로 각각의 직선부위를 극작용하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압전기 디바이스 제조방법.