KR20050061442A - 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극 - Google Patents

다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극 Download PDF

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KR20050061442A
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세람텍 아게 이노바티베 세라믹 엔지니어링
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Abstract

본 발명은 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극에 관한 것이다. 상기 외부 전극에서는 동작시 금속 모체 코팅 하부의 절연 영역에 대해 강력한 인장응력이 작용한다. 전압을 공급하기 위해 제공되는 외부 전극에 전기 접속부를 연결시키면 문제가 발생한다. 상기 외부 전극은 납땜 또는 용접에 의해서 보강되고, 납땜 또는 용접 포인트에서 탄성을 잃게 된다. 그 뒤에 동작시 이러한 납땜 또는 용접 포인트 하부에 기계적 전단 응력이 발생한다. 왜냐하면 상기 납땜 또는 용접 포인트 위에 놓인 전극 영역은 더 이상 함께 팽창되지 않기 때문이다. 이로 인해 수백만의 동작 주기 후에 금속 모체 코팅을 포함한 외부 전극이 분리되어서, 부품이 고장날 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 상기 외부 전극들(23, 24; 26, 27)이 전도성 재료 층들(19) 및 비전도성 재료 층들(22, 25)이 교대로 적층되는 구조로 이루어지고, 외부에 놓인 상기 두 개의 전도성 재료 층들(19) 중 하나는 상기 액추에이터(1)의 금속 모체 코팅(11)과 연결되고, 다른 하나는 전압 공급 리드(6)와 연결되며, 상기 전도성 재료 층들(19)이 전기적으로 상호 접속된다.

Description

다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극{EXTERNAL ELECTRODE ON A PIEZOCERAMIC MULTI-LAYER ACTUATOR}
본 발명은 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극에 관한 것이다.
다층의 압전세라믹 액추에이터는 모놀리스(monolith)로 제조된다. 다시 말해서, 소결 전에 스크린 프린팅(screen printing)에 의해 내부 전극이 부가된 활성 재료(active material)가 소위 그린 필름(green film) 형태로 한 스택으로 적층되고, 프레싱되어서, 그린 바디(green body)를 형성한 것이다. 상기 그린 바디의 프레싱은 통상적으로 적층 몰드(laminating mould) 내에서 압력 및 온도의 작용하에 적층되는 방식으로 실행된다.
도 1은 상기 방식으로 제조된 다층의 압전세라믹 액추에이터(1)의 개략도를 확대한 것이다. 액추에이터는 압전 활성 재료, 예컨대 납지르코늄티탄산화물(PZT)로 적층된 얇은 층들(2)로 이루어지고, 상기 층들 사이에 전도성 내부 전극들(3)이 배치되며, 상기 전도성 내부 전극들(3)은 번갈아 액추에이터 표면으로 이른다. 외부 전극들(4, 5)이 내부 전극들(3)을 연결시킨다. 이러한 방식으로 내부 전극들(3)이 전기적으로 병렬 접속되어, 두 개의 그룹을 형성하게 된다. 두 개의 외부 전극(4, 5)은 액추에이터(1)의 연결 극(connecting pole)이다. 상기 외부 전극들은 단자들(6)에 의해서 전압원(도시되지 않음)에 접속된다. 단자들(6)에 의해서 외부 전극(4, 5)에 전압이 인가되면, 이러한 전압이 모든 내부 전극들(3)로 병렬로 전달되어 모든 활성 재료 층들(2) 내에서 전기장을 유발하며, 상기 전기장으로 인해 활성 재료 층들이 기계적으로 변형된다. 이러한 모든 기계적 변형들은 다층 액추에이터(1)의 헤드 영역(7)의 단부면 및 푸트 영역(8)의 단부면에서 유용한 확장(extension) 및/또는 힘(9)으로 이용될 수 있다.
도 2는 종래기술에 따른 다층의 압전세라믹 액추에이터(1)의 외부 전극(4) 및 표면의 단면을 도시한다. 한 스택으로 프레싱된 얇은 압전 활성 재료 층들(2) 위에서 다층 액추에이터(1)의 표면(10)으로 이끌어져 나온 내부 전극(3) 영역에, 예컨대 전기분해법(electrolytic method) 또는 금속 페이스트(metal paste)의 스크린 프린팅에 의해서, 동일한 극을 가진 내부 전극들(3)을 연결시키기 위한 금속 모체 코팅(base metallic coating)(11)이 제공된다. 금속 모체 코팅(11)은 금속 재료로 이루어진 추가의 층, 예컨대 EP 0 844 678 A1에 공지되어 있는 3차원 구조의 전극(12)으로 형성된 금속 시트(metal sheet) 또는 와이어망(wire mesh)에 의해 강화된다. 3차원 구조의 전극(12)과 금속 모체 코팅(11)의 연결은 연결층(13), 통상적으로 납땜 층에 의해서 이루어진다. 전기 단자 와이어(6)가 납땜 비드(soldering bead)에 의해서 3차원 구조의 전극(12) 상의 콘택 포인트(18)에 납땜된다.
액추에이터(1)의 표면(10)에 제공된 전술한 구조의 외부 전극의 경우에는, 동작시에 비활성 영역, 즉 금속 모체 코팅(11)의 하부에 놓인 절연 영역(14)에 대해 강력한 인장응력(tensile stress)이 작용한다. 이러한 절연 영역(14)은 금속 모체 코팅(11) 및 연결층(13)과 함께 동종의 유니트(homogeneous unit)를 형성하기 때문에, 가장 약한 부분의 인장 강도(tensile strength)가 초과될 때 상기 유니트가 고장나서 균열이 발생하게 된다. 이러한 균열 형성은 대략 106의 공정 주기(working cycle) 마다 발생한다. 이때 발생하는 응력으로 인해 균열(15)은 통상적으로 부서지기 쉽고 인장 강도가 약한 금속 모체 코팅(11)으로부터 절연 영역(insulating region)(14)으로 진행되어서, 상기 절연 영역(14)에서 높은 인장응력을 가진 영역에 의해 바람직하게는 금속 모체 코팅(11)에 접촉하지 않는 전극(3)의 끝(16)에서 흡수되거나, 상기 균열(15)은 전극 끝(16)의 최대 인장응력 영역에서 시작되어서 금속 모체 코팅(11) 방향으로 진행된다. 이와 같은 균열 진행이 액추에이터의 기능을 손상시키지는 않으므로, 금속 모체 코팅(11)에 접촉하는 내부 전극(3)을 따라 나타나는 균열(17)의 확장은 비임계적인 것으로 분류될 수 있다. 금속 모체 코팅(11)이 균열에 의해 쪼개지면, 3차원 구조의 탄성 전극(12)이 전기 브리지(electrical bridge)로 작용하여, 이러한 균열이 액추에이터(1)의 특성 또는 수명에 영향을 미치지 않게 한다. 그러나 절연 영역(14)을 통해 제어 불가능하게 진행되는 균열(15)은 매우 임계적이다. 왜냐하면 이와 같은 균열은 절연 간격(insulation distance)을 줄여서, 아크 방전(arcing)에 의한 액추에이터 고장 가능성을 크게 증가시키기 때문이다.
또한 전술한 방식의 구조로 형성된 전극은 전압을 전달하기 위한 전도성 접속부(conductive connection)가 부가될 때 문제를 일으킨다.
종래기술에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 와이어(6)가 콘택 포인트(18)에서 3차원 구조의 전극(12)에 납땜되거나 용접된다. 그러나 이러한 납땜 또는 용접에 의해서 3차원 구조의 전극(12)이 보강되어서, 납땜 또는 용접 포인트(18) 상에서 탄성(elasticity)을 잃게 된다. 그리고 나서 동작시에 이러한 납땜 또는 용접 포인트(18)의 하부에서 기계적 전단 응력(mechanical shear stress)이 발생한다. 왜냐하면 상기 납땜 또는 용접 포인트 위에 놓인 전극 영역은 더 이상 함께 팽창되지 않기 때문이다. 이 때문에 몇 백만의 동작 주기(operating cycle) 후에 금속 모체 코팅과 함께 금속 전극의 분리가 일어나서, 소자의 고장이 야기될 수 있다.
DE 100 26 005 A1에는 3차원 구조의 전극이 액추에이터 밖으로 돌출하고 전기 콘택이 상기 전극에, 경우에 따라서는 폴딩되거나(folded) 롤링된(rolled) 전극에 납땜된다는 사실이 공지되어 있다. 돌출한 단부들은 수축 튜브(shrink-fit tubing)에 의해서 절연된다. 이러한 방식의 단자들은 복잡한 구조를 가지므로, 복잡한 외부 전극을 초래한다. 전극의 휘어진 부분에서 노치 효과(notch effect)가 발생할 수 있다.
DE 199 09 452 C1에는 액추에이터의 한 면, 예컨대 푸트(foot)에 압전 비활성 영역이 제공되고 상기 영역에 전기 콘택이 부착된다는 사실이 공지되어 있다. 수동 푸트(passive foot)는 부품의 전체 길이가 동일할 때 강성도(stiffness) 및 팽창도(expansion)를 크게 감소시킨다. 왜냐하면 강성 스프링(stiff spring)과 같은 수동 푸트가 작용하여 활성 영역을 단축시키기 때문이다.
도 1은 종래기술에 따른 모놀리식(monolithic) 다층 액추에이터의 개략도이고,
도 2는 대략 106 공정 주기(working cycle) 마다 발생하는 전형적인 균열을 갖는, 도 1에 따른 액추에이터의 세부도이며,
도 3은 종래기술에 따른 폴딩된 금속망 전극을 갖는 액추에이터를 도시한 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 일회 폴딩된 금속망 전극 및 플라스틱 충전물(inlay)을 갖는 액추에이터를 도시한 도이며,
도 5는 본 발명에 따른 나사선형으로 폴딩된 금속망 전극 및 두 개의 플라스틱 충전물을 가진 액추에이터를 도시한 도이고,
도 6은 본 발명에 따른 일회 폴딩된 금속망 전극 및 플라스틱 충전물, 그리고 용접된 단자 핀(terminal pin)을 갖는 액추에이터를 도시한 도이다.
4개의 실시예를 참고로 본 발명에 따른 외부 전극의 제조를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 목적은 전극의 형상에 의해서 전압 공급 리드(voltage supply lead)를 외부 전극에 연결하는 것을 개선시키는데 있다.
상기 목적은 외부 전극이 전도성 재료 층들 및 비전도성 재료 층들이 교대로 적층된 구조로 형성되며, 외부에 놓인 상기 두 개의 전도성 층 중 하나는 액추에이터의 금속 모체 코팅과 연결되고, 다른 하나는 전압 공급 리드와 연결되며, 상기 전도성 재료 층들이 서로 전기적으로 연결됨으로써 달성된다.
전도성 재료 층과 비전도성 재료 층이 교대로 위아래로 적층됨으로써 상기 전도성 재료 층들이 기계적으로 서로 분리된다. 전기적인 상호 접속부는 별도로 제조되거나, 전도성 재료로 형성된 연속 박막(continuous foil)의 폴딩(folding)에 의해서 제조된다. 따라서 납땜 또는 접착에 의해 금속 모체 코팅과 연결되는 하부 전도층은 정해진 한계치 내에서 상부 층과 무관하게 이동되므로, 이때 발생하는 응력은 보상될 수 있다.
납땜된 또는 용접된 전기 콘택은 단지 최상부의 전도성 층과 연결된다. 이로 인해 층을 통한 납땜을 막을 수 있다. 그러므로 외부 전극의 외부 전도성 층에 단자 와이어(terminal wire)를 접촉시키더라도 더 이상 전극이 보강되지 않는다. 금속 모체 코팅에 의해서 외부 전극에 작용하는 힘들은 층 구조에 의해 바람직한 방식으로 감쇠되어서, 연결 지점에 어떠한 작용도 미치지 않는다.
본 발명에 따른 외부 전극을 갖는 액추에이터 상에서 외부 전극의 임의의 지점에 전기 콘택이 제공될 수 있는데, 이는 액추에이터의 수명 또는 그 밖의 특성에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 그러므로 종래기술에 공지된 바와 같이 복잡하거나 번거로운 보호 조치 없이 콤팩트한 액추에이터 모듈이 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 구조의 외부 전극은 두 개 이상의 전도성 재료 층 및 전도성 재료 층들 사이에 배치된 비전도성 재료 층으로 구성된다.
전도성 재료는 적은 두께로 인해 쉽게 가공될 수 있는 금속 박막(metal foil)으로 이루어질 수 있다. 박막의 두께는 대략 30㎛ 내지 200㎛이며, 바람직하게는 50㎛ 내지 100㎛이다. 박막은 예컨대 스탬핑(stamping)에 의해서 구조화될 수도 있다. 이로 인해 박막의 전체 두께가 박막 두께의 3배로 증가될 수 있다.
전도성 재료 층들은 3차원으로 구조화될 수도 있다. 이 경우에는 상기 전도성 재료 층은 고체 층이 아니라, 금속 거즈(gauze)나 직물(fabric), 망(mesh) 또는 금속 포움(foam)으로 이루어진다.
금속 와이어로 이루어진 거즈, 직물 또는 망은 대략 100㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖는다. 직물 또는 망의 격자 폭(lattice width)은 와이어 직경이 대략 50㎛ 내지 100㎛일 때 대략 100㎛ 내지 200㎛이다.
비전도성 재료 층들은 탄성 플라스틱, 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론) 또는 폴리이미드와 같은 열가소성 플라스틱으로 이루어진다. 상기 층들은 대략 10㎛ 내지 대략 100㎛의 두께의 박막으로 형성된다.
전도성 층 재료는 비전도성 층 재료에 의해 코팅될 수도 있다. 이는 예컨대 일면이 플라스틱으로 코팅된 박막일 수 있다. 이러한 박막들은 예컨대 본 발명에 따른 외부 전극을 형성하기 위해 폴딩될 수 있다. 또한 전도성 재료 층과 비전도성 재료 층이 교대로 적층될 수 있다.
각각의 전도성 재료 층은 상이한 금속 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대 액추에이터 재료에 납땜되거나 접착되는 하나 이상의 전도성 재료 층이 액추에이터의 세라믹 재료에 매칭된 열확장계수를 갖도록 선택될 수 있다.
금속 재료로 이루어진 층들 간의 전기 접속을 제조하기 위해서는 이러한 층들을 통해 또는 이러한 층들 주변에 콘택이 형성될 수 있다. 이를 위해서 상기 층들은 길이가 긴 측면에 의해, 예컨대 돌출한 측면들을 납땜함으로써 전기적으로 상호 접속된다.
또한 전도성 재료를 바람직하게는 박막 또는 거즈 형태로 곡류 형태로 또는 나사선 모양으로 폴딩하여, 비전도성 재료가 예컨대 폴드(fold) 사이에, 또는 턴(turn) 내부에 하나의 층으로 제공될 수 있다. 이를 통해서 다음과 같은 효과가 달성된다: 박막 층 또는 거즈 층이 플라스틱 층에 의해 중단(interrupting)됨으로써, 납땜된 또는 용접된 전기 콘택은 단지 상부 전도층에만 연결될 수 있다. 이를 통해서 층을 통한 납땜 및 층의 보강이 생략될 수 있다.
본 발명에 따른 액추에이터의 제조를 설명하면 다음과 같다. DE 198 40 488에 따른 낮은 소결점을 갖는 압전세라믹은 125㎛ 두께의 박막으로 제공된 유기 접착 시스템(organic binder system)에 의해 제조된다. 70/30의 중량비를 갖는 은-팔라듐 분말 및 적합한 접착 시스템으로 이루어진 내부 전극 페이스트가 스크린 프린팅에 의해 상기 박막에 부가된다. 상기와 같은 다수의 박막은 적층되고 가압되어서, 라미네이트(laminate)를 형성한다. 상기 라미네이트는 로드(rod) 형태의 개별 액추에이터로 분할되며, 분할된 액추에이터는 대략 400℃에서 열분해되어 대략 1100℃에서 소결된다. 그리고 나서 액추에이터 예비 성형물이 전 측면에서 기계적으로 가공된다.
예컨대 적합한 은-팔라듐 말단 페이스트(termination paste)로 이루어진 금속 모체 코팅은 스크린 프린팅/연소 공정에 의해서 제공된다.
본 발명에 따른 구조의 폴딩된 외부 전극은 이러한 금속 모체 코팅에 납땜된다.
그 뒤에 예컨대 납땜 또는 용접에 의해서 전기 접속부가 제공될 수 있다. 이러한 공정은 액추에이터에 납땜되기 전에 예컨대 폴딩된 전극 상에 콘택 핀(contact pin)이 제공되는 방식으로 수행될 수도 있다. 그 뒤에 액추에이터는 니스층(layer of varnish)에 의해 보호된다. 또한 니스 칠 이후에야 비로소 콘택이 제조될 수 있으므로, 납땜 또는 용접 영역은 통상적으로 니스 층 없이 유지되어야만 한다. 그 결과 액추에이터가 분극화되고 전기적으로 측정된다.
실시예를 참고로 본 발명을 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 10mm x 10mm(기본면)의 치수 및 30mm의 길이를 가진 액추에이터 예비 성형물(1)이 제조된다. 개별 세라믹 층(2)의 두께는 소결 후에 100㎛이고, 내부 금속 코팅의 두께는 2㎛이다. 금속 모체 코팅(3)은 통상적으로 이용가능한 단말 페이스트를 이용한 스크린 프린팅에 의해서 제조되고, 공기 중의 750℃에서 30분 동안 연소된다. 연소 후에 금속 코팅의 두께는 10㎛ 내지 12㎛이다. 이러한 액추에이터 예비 성형물의 추가 공정을 설명하면 다음과 같다:
예 1: 도 3에 따르면, 0.1mm 와이어 직경 및 0.2mm 격자 폭을 가진 구리-주석 합금(CuSn6)으로 이루어진 와이어 거즈(wire gauze)(19)가 전기분해에 의해서 20㎛ 두께의 땜납(SnPb10)으로 코팅되어서 전도성 재료가 형성된다. 이러한 와이어 거즈로부터 날실(warp wire) 방향으로 45°각도로 8mm 폭 및 29mm 길이의 스트립(strip)이 절단된다. 이러한 스트립은 두 개의 에지가 중앙에 놓이도록 세로로 폴딩된다.
이러한 방식의 외부 전극(20, 21)은 맞은편에 놓인 단자 표면에서 리플로우 납땜(reflow soldering) 공정에 의해서 액추에이터 예비 성형물의 금속 모체 코팅(11) 상에 납땜된다. 액추에이터 단부면 주변에서 맞은편에 놓인 외부 전극(20, 21) 상에 단자 와이어(6)를 위한 납땜 포인트(18)가 각각 제공된다. 이러한 조치들은 종래기술에 따른 것이다. 납땜 시간은 240℃에서 10분이다.
예 2: 도 4에 따르면, 0.1mm 와이어 직경 및 0.2mm 격자 폭을 갖는 구리-주석 합금(CuSn6)으로 이루어진 와이어 거즈(19)가 전기분해에 의해서 20㎛ 두께의 땜납(SnPb10)으로 코팅된다. 이러한 와이어 거즈로부터 날실 방향으로 45°각도로 8mm 폭 및 29mm 길이의 스트립이 절단된다. 이러한 스트립의 중심에 PTFE 중합체로 이루어진 3.5mm x 29mm 치수의 스트립(22)이 제공된다. 이러한 스트립 주변에서 거즈 스트립(19)은 두 개의 에지가 중앙에 놓이도록 세로로 폴딩된다.
이러한 방식의 외부 전극들은 예컨대 리플로우 납땜 공정에 의해서 액추에이터 예비 성형물의 금속 모체 코팅 상에 납땜된다. 액추에이터 단부면 주변에서 맞은편에 놓인 외부 전극(23, 24) 상에 단자 와이어(6)를 위한 납땜 포인트(18)가 각각 제공된다. 납땜 시간은 240℃에서 10분이다.
예 3: 도 5에 따르면, 0.1mm 와이어 직경 및 0.2mm 격자 폭을 갖는 구리-주석 합금(CuSn6)으로 이루어진 와이어 거즈(19)가 전기분해에 의해서 20㎛ 두께의 땜납(SnPb10)으로 코팅된다. 이러한 와이어 거즈로부터 날실 방향으로 45°각도로 16mm 폭 및 29mm 길이의 스트립이 절단된다. 이러한 스트립의 중심을 벗어난 지점에 PTFE 중합체로 이루어진 3.5mm x 29mm 치수의 스트립(22)이 놓인다. 이러한 스트립 주변에서 거즈 스트립(19)이 세로로 폴딩된다. 또한 PTFE 스트립(25)이 부가되고 거즈 스트립이 나사선형으로 그 주변을 폴딩한다.
이러한 방식의 외부 전극은 리플로우 납땜 공정에 의해 액추에이터 예비 성형물의 금속 모체 코팅(11) 상에 납땜됨으로써, 이중으로 포개어진 금속망 층이 액추에이터로부터 멀리 떨어지게 된다. 액추에이터 단부면 주변에서 맞은편에 놓인 외부 전극(26, 27) 상에 단자 와이어(6)를 위한 납땜 포인트(18)가 제공된다. 납땜 시간은 240℃에서 10분이다.
예 4: 도 4에 따른 실시예 2에 상응하는 도 6에 따르면, 0.08mm 와이어 직경 및 0.18mm 격자 폭을 가진 철-니켈 합금(FeNi42)으로 이루어진 와이어 거즈(19)가 전기분해에 의해서 6㎛ 두께의 구리 및 20㎛ 두께의 땜납(SnPb10)으로 코팅된다. 이러한 와이어 거즈로부터 날실 방향으로 45°각도로 8mm 폭 및 29m 길이의 스트립이 절단된다. 이러한 스트립의 중심에 폴리이미드 중합체로 이루어진 3.5mm x 29mm 치수의 스트립(22)이 놓인다. 거즈 스트립은 두 개의 에지가 중앙에 놓이도록 상기 스트립 주변을 세로로 폴딩한다. 이러한 방식으로 제조된 외부 전극(23, 24) 상에 0.8mm 직경의 금속 핀(28)이 저항 용접(resistance welding)을 이용하여 대략 5mm로 중첩(overlapping)되는 방식으로 용접되어서, 상기 금속 핀(28)이 와이어망(19)의 한 측면 밖으로 돌출한다.
이러한 실시예에서는 망 재료 및 미리 성형된 단자 핀의 열확장계수가 매칭되는 것이 바람직하다.
전술한 방식의 외부 전극들은 리플로우 납땜 공정에 의해서 액추에이터 예비 성형물의 금속 모체 코팅 상에 납땜된다. 납땜 시간은 240℃일 때 10분이다.
4개의 변형예는 예컨대 함침(immersion) 또는 분무(spraying)와 같은 적합한 방법에 의해 실리콘 니스(silicone varnish)로 코팅된다.
니스의 건조 및 경화 후에, 변형예 1 내지 3의 납땜 포인트로부터 상기 니스가 제거되고, 상기 납땜 포인트 상에 단자 와이어가 납땜된다.
액추에이터는 테스트 프레임(test frame) 내에서 2000N으로 예비 응축되고 사다리꼴 신호에 의해서 구동된다. 이 경우에 구동 전압은 100㎲일 때 0V에서 200V로 상승하고, 1㎲일 때 200V로 유지되며, 100㎲일 때 0V로 하강한다. 반복 주파수는 200Hz이다. 이 경우에 액추에이터는 150℃ 내지 160℃의 동작 온도를 달성한다.
예 1은 107 주기에서 납땜 포인트 영역에 있는 세라믹으로부터 망 전극(mesh electrode)의 확실한 분리를 보여준다. 2107 주기마다 액추에이터가 납땜 포인트에서 형성되는 아크 방전(arcing)에 의해서 파손된다.
예 2 내지 예 4는 예 1과는 확실히 구분되는 동일한 특성을 나타낸다. 109 주기일 경우에도 망 분리 또는 방전 아크 형성은 어떠한 예에서도 나타나지 않는다.
본 발명에 따른 외부 전극을 제조할 경우에는 당업자에 의해서 상이한 방법들이 선택될 수 있다. 외부 전극은 예컨대 플라스틱으로 코팅된 얇은 시트 금속으로 폴딩되거나, 전술한 바와 같이 금속망으로서 플라스틱 스트립 주변을 폴딩할 수 있다. 인쇄회로기판과 유사하게, 플라스틱 층 및 금속 코팅이 서로 적층되고 상기 층들을 통해 전기적인 접촉이 달성되는 방식으로 제조될 수도 있다. 이러한 인쇄회로기판은 예컨대 예비 성형된 플렉스보드(flexboard)로서 전체 액추에이터를 둘러싸고 보호할 수 있다. 외부 전극을 액추에이터 상에 납땜하는 대신에, 전도성 접착제가 사용될 수도 있다. 사용될 재료들은 소정의 작동 조건에 따라 실질적으로 좌우된다. 높은 온도 및 신속한 온도 변화를 위해서 PTFE 재료 및 폴리이미드 재료, 그리고 FeNi42와 같은 팽창 합금(expansion alloy)이 적합하다.

Claims (22)

  1. 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극으로서, 상기 외부 전극들(23, 24; 26, 27)은 전도성 재료 층들(19) 및 비전도성 재료 층들(22, 25)이 교대로 적층된 구조로 이루어지고, 외부에 놓인 상기 두 개의 전도성 재료 층들(19) 중 하나는 상기 액추에이터(1)의 금속 모체 코팅(base metallic coating)(11)과 연결되고, 다른 하나는 전압 공급 리드(voltage supply lead)(6)와 연결되며, 상기 전도성 재료 층들(19)은 전기적으로 상호 접속되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 외부 전극은 상기 두 개 이상의 전도성 재료 층들(19) 및 상기 전도성 재료 층들 사이에 배치된 비전도성 재료 층(22, 25)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19)이 각각 금속 박막(metal foil)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 금속 박막(19)은 대략 30㎛ 내지 대략 200㎛의 두께, 바람직하게는 50㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 금속 박막(19)은 공간적 구조를 가지므로, 상기 금속 박막층이 상기 박막 두께의 3배를 달성할 수 있는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19)은 3차원으로 구조화되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19)은 금속 거즈(gauze) 또는 직물(fabric), 망(mesh) 또는 금속 포움(metal foam)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19)의 거즈, 직물 또는 망이 대략 100㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19)의 직물 또는 망의 격자 폭(lattice width)이 대략 10㎛ 내지 200㎛이며, 와이어 직경은 대략 50㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비전도성 재료 층(22, 25)은 탄성 플라스틱, 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 폴리이미드와 같은 열가소성 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 비전도성 재료 층(22, 25)은 대략 10㎛ 내지 대략 100㎛의 두께를 갖는 박막 형태의 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층(19)은 상기 비전도성 재료 층(22, 25)으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 전도성 재료 층(19)은 상이한 금속 재료들로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19) 중 적어도 액추에이터 재료 상에 납땜된 층이 상기 액추에이터(1)의 세라믹 재료에 매칭된 열확장계수를 갖는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전극이 상기 전도성 재료 층들(19) 및 상기 비전도성 재료 층들(22, 25)이 적층된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19) 간의 전기 접속부가 상기 층들을 통한 접촉 또는 상기 층들 주변과의 접촉에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 전도성 재료 층들(19) 각각의 길이가 긴 측면이 상호 연결되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  18. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층(19)이 곡류 형태로 또는 나사선 모양으로 폴딩(folding)되고, 상기 비전도성 재료 층(22, 25)은 서로 포개어진 두 개의 상기 전도성 재료 층들(19) 사이에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  19. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층(19)은 C 형태로 휘어지고 상기 비전도성 재료 층(22)을 둘러싸며, 상기 휘어진 측면은 상기 액추에이터(1)의 상기 금속 모체 코팅(11)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층(19)은 구리 합금 또는 은 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  21. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 재료 층(19)은 철-니켈 합금 또는 철-니켈-코발트 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전극은 전도성 접착제에 의한 납땜 또는 접착에 의해서 상기 액추에이터(1)의 상기 금속 모체 코팅(11)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 다층의 압전세라믹 액추에이터 상에 제공된 외부 전극.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10241992B4 (de) * 2002-09-11 2005-05-04 Siemens Ag Piezoelektrischer Aktor
EP1605527A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-14 Delphi Technologies, Inc. Fused external electrode to a piezoelectric multilayer actuator and piezoelectric multilayer actuator incorporating the same
DE102005014163B4 (de) * 2005-03-29 2015-09-17 Continental Automotive Gmbh Piezoelektrische Aktoreinheit mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit sowie Kraftstoffinjektor
DE102005044391B4 (de) * 2005-09-16 2008-10-09 Siemens Ag Piezoaktor mit verbesserter Kontaktierung des Aktorkörpers mit den Kontaktstiften
JP2007173320A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Denso Corp 積層型圧電素子及びその製造方法
US7679273B2 (en) * 2006-07-31 2010-03-16 Delphi Technologies, Inc. Strain tolerant metal electrode design
DE102007015457B4 (de) * 2007-03-30 2009-07-09 Siemens Ag Piezoelektrisches Bauteil mit Sicherheitsschicht, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
WO2009125553A1 (ja) * 2008-04-11 2009-10-15 株式会社村田製作所 積層型圧電アクチュエータ
DE102008031641B4 (de) * 2008-07-04 2017-11-09 Epcos Ag Piezoaktor in Vielschichtbauweise
DE102008062021A1 (de) * 2008-08-18 2010-03-04 Epcos Ag Piezoaktor in Vielschichtbauweise
JP5566393B2 (ja) * 2008-11-20 2014-08-06 セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 多孔性の伸張可能な金属製の導電層としての外部電極を備えた多層アクチュエータ
DE102011015219B4 (de) * 2010-03-30 2020-09-24 Waldemar Hoening Ohg Verlötbare Elektrode und Verfahren zur Herstellung einer verlötbaren Elektrode
DE102010013486B4 (de) * 2010-03-30 2022-10-20 Waldemar Hoening Ohg Verlötbare Elektrode und Verfahren zur Herstellung einer verlötbaren Elektrode
DE102010042969A1 (de) * 2010-10-26 2012-04-26 Continental Automotive Gmbh Piezoelektrisches Bauteil mit Kontaktierung
DE102010062850A1 (de) 2010-12-10 2012-06-14 Robert Bosch Gmbh Piezoelektrisches Bauelement und Brennstoffeinspritzventil mit einem Piezoaktor
DE102012109250B4 (de) 2012-09-28 2020-07-16 Tdk Electronics Ag Elektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung eines Elektrischen Bauelements
JP5705386B1 (ja) * 2013-07-26 2015-04-22 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 超音波振動子及び超音波振動子の製造方法
DE102013216666A1 (de) 2013-08-22 2015-02-26 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor
DE102013216628A1 (de) 2013-08-22 2015-02-26 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil und piezokeramisches Vielschichtbauteil mit einer Außenelektrode
CN107533784B (zh) * 2015-03-09 2019-10-08 不列颠哥伦比亚大学 包括三层致动器的用于提供触感刺激的装置和方法
CN115643783B (zh) * 2022-11-07 2023-07-25 中南大学 多层定向多孔压电复合材料及制备和压电能量收集器

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511202A (en) * 1981-12-29 1985-04-16 Fujitsu Limited Ceramic resonator and a ceramic filter using the same
US4803763A (en) * 1986-08-28 1989-02-14 Nippon Soken, Inc. Method of making a laminated piezoelectric transducer
DE4201937C2 (de) * 1991-01-25 1997-05-22 Murata Manufacturing Co Piezoelektrisches laminiertes Stellglied
US5406164A (en) * 1993-06-10 1995-04-11 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Multilayer piezoelectric element
US5406682A (en) * 1993-12-23 1995-04-18 Motorola, Inc. Method of compliantly mounting a piezoelectric device
JPH07226541A (ja) * 1994-02-09 1995-08-22 Brother Ind Ltd 積層型圧電素子
DE19620826C2 (de) * 1996-05-23 1998-07-09 Siemens Ag Piezoelektrischer Biegewandler sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE19648545B4 (de) * 1996-11-25 2009-05-07 Ceramtec Ag Monolithischer Vielschichtaktor mit Außenelektroden
JPH10233537A (ja) * 1997-02-20 1998-09-02 Toyota Motor Corp 圧電積層体
DE19917728A1 (de) * 1999-04-20 2000-10-26 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Aktor
DE19928189A1 (de) * 1999-06-19 2001-04-19 Bosch Gmbh Robert Piezoaktor
DE19928190A1 (de) * 1999-06-19 2001-01-11 Bosch Gmbh Robert Piezoaktor
DE50014127D1 (de) * 1999-06-29 2007-04-19 Siemens Ag Piezoaktor mit einer elektrisch leitenden Mehrschichtfolie
JP2002203999A (ja) * 2000-11-06 2002-07-19 Denso Corp 積層型圧電体素子とその製造方法
JP3964184B2 (ja) * 2000-12-28 2007-08-22 株式会社デンソー 積層型圧電アクチュエータ
EP1278253B1 (en) * 2001-07-19 2013-05-08 Greatbatch Ltd. Insulative component for an electrochemical cell
DE10329028A1 (de) * 2002-07-11 2004-01-29 Ceram Tec Ag Innovative Ceramic Engineering Isolierung für piezokeramische Vielschichtaktoren

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Publication number Publication date
EP1527483A2 (de) 2005-05-04
US20060022558A1 (en) 2006-02-02
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WO2004010511A2 (de) 2004-01-29
DE10327902A1 (de) 2004-06-24
DE50308356D1 (de) 2007-11-22
EP1527483B1 (de) 2007-10-10
JP4630059B2 (ja) 2011-02-09
WO2004010511A3 (de) 2004-07-22
DK1527483T3 (da) 2008-02-11
WO2004010511A8 (de) 2005-04-21
ATE375604T1 (de) 2007-10-15

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