KR20090005631A - 압전 액츄에이터의 폴링 방법 - Google Patents
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Abstract
다수의 압전 액츄에이터의 압전 특성의 균일성을 향상시키기 위한 압전 액츄에이터의 폴링 방법이 개시된다. 먼저, 다수의 압전 액츄에이터를 준비한다. 이어서, 준비된 다수의 압전 액츄에이터를 서로 다른 예비 전압으로 적어도 2회 예비 폴링하고, 적어도 2회의 예비 폴링 각각에 대해 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정한다. 측정된 변위를 이용하여, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 인가된 전압 대비 변위의 관계식을 수립한 후, 이 관계식을 사용하여 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 동일한 목표 변위를 가지기 위한 폴링 전압을 산출한다. 다수의 압전 액츄에이터 각각을 산출된 폴링 전압하에서 정식 폴링한 후, 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정한다.
Description
본 발명은 압전 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 압전 액츄에이터의 균일성을 향상시키기 위한 압전 액츄에이터의 폴링 방법에 관한 것이다.
압전 액츄에이터는 압전 재료가 가진 압전 특성을 이용하여 구동력을 발생시키는 장치로서, 잉크젯 헤드, 마이크로 펌프 및 유체 시스템(fluidics system) 등과 같은 다양한 응용 분야에 채용되고 있다.
이러한 압전 액츄에이터는, 제조된 후 압전 재료의 다이폴(dipole)을 한 방향화 시켜 주는 폴링(poling) 공정을 거쳐서 최종적으로 구동 가능한 형태로 완성된다.
도 1은 벌크 압전 재료의 전형적인 폴링 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 벌크 압전 재료가 폴링되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 벌크(bulk) 압전 재료의 전형적인 폴링 방법은, 실리콘 오일 욕조(20)내에서 벌크 압전 재료(10)의 양극단에 폴링 전압(Vp)을 인가함으로써 이루어진다. 여기에서, 폴링 전압(Vp)으로는 일반적으로 브레이크다운(breakdown) 이 일어나지 않는 한도 내에서 가능한 한 높은 DC 전압이 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 벌크 압전 재료의 그레인(grain) 내에는 서로 다른 방향의 다이폴을 가진 도메인들이 존재한다. 이러한 벌크 압전 재료에 폴링 전압을 인가하면, 전기장이 발생하게 되고, 이 전기장에 의해 인접한 도멘인들의 다이폴의 방향이 점차 일치하게 된다. 하나의 그레인 내의 다이폴의 방향이 일치되면서 도메인 영역이 넓어지게 되고, 또한 서로 인접한 그레인들 내의 다이폴의 방향도 일치되거나 유사하게 된다.
압전 액츄에이터는 일반적으로 도전성 금속 재료로 이루어진 하부 전극과 상부 전극 사이에 압전 재료로 이루어진 압전층이 형성된 구조를 가지고 있다. 이와 같은 압전 액츄에이터도 폴링(poling) 공정을 거침으로써 압전 특성을 가지게 된다. 압전 액츄에이터에 대한 폴링 공정은 일반적으로 실리콘 오일 속에서 또는 공기 중에서 하부 전극과 상부 전극 사이에 폴링 전압을 인가함으로써 수행된다.
잉크젯 헤드, 마이크로 펌프 및 유체 시스템 등과 같은 다양한 응용 장치에는 다수의 압전 액츄에이터가 구비될 수 있다. 예컨대, 압전 방식의 잉크젯 헤드에는 다수의 압력 챔버에 대응하여 다수의 압전 액츄에이터가 마련된다. 이와 같이, 다수의 압전 액츄에이터가 구비된 장치의 경우, 다수의 압전 액츄에이터가 가진 압전 특성들이 균일할 것을 요구할 수 있다. 즉, 다수의 압전 액츄에이터에 동일한 구동 전압을 인가하였을 때, 다수의 압전 액츄에이터가 동일한 변위를 생성할 것이 요구될 수 있다. 또한, 다수의 응용 장치가 각각 적어도 하나의 압전 액츄에이터를 구비한 경우, 다수의 장치 상호 간에 균일한 압전 특성이 요구될 수 있다.
상기한 바와 같이, 다수의 압전 액츄에이터가 마련된 경우, 종래에는 다수의 압전 액츄에이터 모두에 대해 동일한 폴링 조건하에서, 예컨대 폴링 전압 및/또는 전압 인가 시간 등을 동일하게 인가한 상태에서 폴링 공정을 수행하고 있다.
그러나, 생산자, 제조 장비 및/또는 작업 환경 등의 다양한 요인으로 인해 다수의 압전 액츄에이터는 상호 간에 제조상의 편차를 가지게 된다. 이와 같이, 이미 제조상의 편차를 가진 다수의 압전 액츄에이터를 상기한 바와 같이 동일한 조건으로 폴링한다 하더라도, 다수의 압전 액츄에이터의 압전 특성들은 균일하지 않게 된다.
현재, 다수의 압전 액츄에이터의 압전 특성들을 균일화하기 위해, 제조 공정을 개선하거나, 고가의 장비를 활용하여 다수의 액츄에이터 각각의 치수(dimension)를 균일화하고 압전 재료의 도포를 균일화하는 등의 많은 개선 활동과 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 활동과 연구는 당연하고 중요한 것이지만, 제조 공정의 개선에 의한 방법은 생산자, 생산장비 및 작업 환경 등의 한계로 인해 그 균일성 확보에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 다수의 압전 액츄에이터가 가지는 압전 특성들을 균일화할 수 있는 압전 액츄에이터의 폴링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 폴링 방법은,
(가) 다수의 압전 액츄에이터를 준비하는 단계; (나) 준비된 다수의 압전 액츄에이터를 서로 다른 폴링 조건으로써 적어도 2회 예비 폴링하고, 상기 적어도 2회의 예비 폴링 각각에 대해 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 압전 특성을 측정하는 단계; (다) 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 폴링 조건 대비 압전 특성의 관계식을 수립하는 단계; (라) 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 동일한 목표 압전 특성을 가지기 위한 폴링 조건을 산출하는 단계; (마) 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각을 산출된 폴링 조건하에서 정식 폴링하는 단계; 및 (바) 상기 정식 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 압전 특성을 측정하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가) 단계는, 다수의 압전 액츄에이터를 구비한 장치를 준비하는 단계 또는 각각 적어도 하나의 압전 액츄에이터를 구비한 다수의 장치를 구비하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 장치는, 잉크젯 헤드, 마이 크로 펌프 및 유체 시스템으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 장치일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (바) 단계에서 측정된 압전 특성들이 목표한 균일도를 벗어난 경우, 상기 (나) 단계부터 (바) 단계까지 다시 수행할 수 있다. 이 경우, 다시 수행되는 (나) 단계에서의 폴링 조건은 먼저 수행된 (나) 단계에서의 폴링 조건과 다른 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 폴링 조건은 인가되는 전압의 크기이고, 상기 압전 특성은 변위인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는, 상기 다수의 압전 액츄에이터를 1차 예비 전압하에서 폴링하는 1차 예비 폴링 단계와, 상기 1차 예비 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정하는 1차 변위 측정 단계와, 상기 다수의 압전 액츄에이터를 2차 예비 전압하에서 폴링하는 2차 예비 폴링 단계와, 상기 2차 예비 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정하는 2차 변위 측정 단계를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 1차 예비 전압보다 상기 2차 예비 전압의 크기가 큰 것이 바람직하다.
그리고, 상기 1차 예비 폴링 단계에서, 상기 다수의 압전 액츄에이터에는 상기 1차 예비 전압이 동일하게 인가되고, 상기 2차 예비 폴링 단계에서 상기 다수의 압전 액츄에이터에는 상기 2차 예비 전압이 동일하게 인가된다.
또한, 상기 1차 변위 측정 단계와 상기 2차 변위 측정 단계에서, 상기 다수 의 압전 액츄에이터에 동일한 구동 전압을 인가한 상태에서 그 각각의 변위를 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는, 상기 다수의 압전 액츄에이터를 3차 예비 전압하에서 폴링하는 3차 예비 폴링 단계와, 상기 3차 예비 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정하는 3차 변위 측정 단계를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 1차 예비 전압, 2차 예비 전압 및 3차 예비 전압은 점차 큰 크기를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는, 상기 (나) 단계에서 상기 다수의 압전 액츄에이터에 인가된 전압들과 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 측정된 변위들을 사용하여, 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 인가된 전압 대비 측정된 변위의 관계식을 수립하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (라) 단계는, 상기 (다) 단계에서 수립된 상기 관계식을 이용하여, 상기 다수의 압전 액츄에이터가 동일한 목표 변위를 가지기 위해 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 인가되어야 할 폴링 전압을 산출하는 단계인 것이 바람직하다. 여기에서, 산출된 상기 폴링 전압은 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 서로 다를 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (마) 단계는, 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 상기 (라) 단계에서 산출된 폴링 전압을 인가하여 정식 폴링하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (바) 단계에서, 상기 다수의 압전 액츄에이터에 동일한 구동 전압을 인가한 상태에서 그 각각의 변위를 측정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 폴링 방법에 의하면, 예비 폴링을 통해 수립된 전압 대비 변위의 관계식으로부터 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 목표 변위를 얻을 수 있는 폴링 전압을 산출한 후, 그 폴링 전압을 인가하여 다수의 압전 액츄에이터 각각을 폴링하기 때문에, 다수의 압전 액츄에이터의 압전 특성의 균일도가 향상되는 장점이 있다. 또한, 장치 내의 다수의 압전 액츄에이터 상호간의 특성 균일도뿐만 아니라, 다수의 장치 상호간의 특성 균일도도 향상될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 압전 액츄에이터의 폴링 방법은 다양한 종류의 응용 장치, 예컨대 잉크젯 헤드, 마이크로 펌프 및 유체 시스템 등에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 대한 설명을 명료하고 용이하게 하기 위하여, 압전 방식의 잉크젯 헤드에 구비되는 다수의 압전 액츄에이터를 예로 들어 본 발명을 설명하기로 한다. 일반적으로 잉크젯 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 특히, 압전 방식의 잉크젯 헤드는, 압전 액츄에이터의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의 해 잉크를 토출시키는 방식의 잉크젯 헤드이다.
도 3은 잉크젯 헤드의 일반적인 구조를 간략하게 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A'선을 따른 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 압전 방식의 잉크젯 헤드는, 잉크유로가 형성된 유로 플레이트(110)와, 상기 유로 플레이트(110)의 상면에 형성된 다수의 압전 액츄에이터(130)를 구비한다.
상기 유로 플레이트(110)는 제1 기판(111)과, 상기 제1 기판(111)의 저면에 접합된 제2 기판(112)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 기판(111)과 제2 기판(112)은 모두 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 기판(111)에는 공통 잉크유로인 매니폴드(122)와, 개별 잉크유로인 다수의 압력 챔버(124) 및 다수의 리스트릭터(123)가 형성되고, 상기 제2 기판(112)에는 개별 잉크 유로인 다수의 노즐(127)이 형성된다. 상기 제1 기판(111)에 형성된 다수의 압력 챔버(124)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 소정의 간격을 두고 일 방향으로 배열되어 있다. 상기 매니폴드(122)는 상기 다수의 압력 챔버(124)에 잉크를 공급하기 위한 것으로, 상기 다수의 압력챔버(124)의 일측에 상기 다수의 압력 챔버(124)의 배열방향과 나란하게 연장된다. 이러한 매니폴드(122)에는 잉크저장고(미도시)로부터 잉크 공급구(121)를 통해 잉크가 공급되어 채워진다. 상기 다수의 리스트릭터(123)는 상기 매니폴드(122)와 다수의 압력 챔버(124) 각각을 연결하는 통로이다.
상기 제2 기판(112)에 형성된 다수의 노즐(127)은 상기 다수의 압력 챔버(124) 각각에 연결되어, 다수의 압력 챔버(124)로부터 잉크 액적을 토출시키는 역할을 하게 된다.
상기 유로 플레이트(110)의 상면, 구체적으로 상기 제1 기판(111)의 상면에는 다수의 압력 챔버(124) 각각에 대응하도록 다수의 압전 액츄에이터(130)가 형성된다. 상기 다수의 압전 액츄에이터(130)는 상기 압력 챔버(124)의 상부에 위치하는 제1 기판(111)을 진동시킴으로써 압력 챔버(124) 내의 압력을 변화시킨다. 이러한 압전 액츄에이터(130)는 제1 기판(111)의 상면을 덮도록 형성되는 하부 전극(131), 상기 하부 전극(131) 상에 형성되는 압전층(132) 및 상기 압전층(132) 상에 형성되는 상부 전극(133)을 포함한다. 상기 하부 전극(131)은 도전성 금속 재료를 제1 기판(111) 상면에 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 압전층(132)은 소정의 압전 재료, 예를 들면 페이스트 상태의 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료를 하부 전극(131) 위에 도포한 후 소결함으로써 형성될 수 있다. 상기 상부 전극(133)은 페이스트 상태의 도전성 금속 재료를 압전층(132) 위에 도포한 후 소결함으로써 형성될 수 있다.
이하에서는, 도 5에 도시된 흐름도를 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 폴링 방법의 단계들을 설명하기로 한다.
먼저, 다수의 압전 액츄에이터를 준비한다(S210 단계).
구체적으로, 도 3과 4에 도시된 다수의 압전 액츄에이터(130)를 구비한 잉크젯 헤드 또는 다른 장치(device), 예컨대 마이크로 펌프 또는 유체 시스템 등을 준비할 수 있다. 한편, 각각 적어도 하나의 압전 액츄에이터를 구비한 다수의 장치를 구비할 수도 있다. 이와 같이 준비된 다수의 압전 액츄에이터는 전술한 바와 같은 다양한 요인으로 인해 서로 간에 제조상의 편차를 가질 수 있다.
다음으로, 준비된 다수의 압전 액츄에이터를 서로 다른 폴링 조건으로써 적어도 2회 예비 폴링하고, 상기 적어도 2회의 예비 폴링 각각에 대해 다수의 압전 액츄에이터 각각의 압전 특성을 측정한다.
여기에서, 상기 폴링 조건은 인가되는 전압의 크기와 전압의 인가 시간을 포함할 수 있으나, 본 실시예에서와 같이 인가되는 전압의 크기를 폴링 조건으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 측정되는 압전 특성은 압전 액츄에이터의 변위인 것이 바람직하다.
구체적으로, 준비된 다수의 압전 액츄에이터를 1차 예비 폴링한다(S220 단계). 여기에서, 상기 1차 예비 폴링은 다수의 압전 액츄에이터에 1차 예비 전압(V1)을 동일하게 인가한 상태에서 수행된다. 상기 1차 예비 전압(V1)은 전형적인 폴링 전압에 비해 충분히 낮은 크기를 가진다.
이어서, 1차 예비 폴링이 완료된 다수의 압전 액츄에이터 각각의 1차 변위를 측정한다(S230 단계). 여기에서, 상기 1차 변위 측정은 다수의 압전 액츄에이터에 소정의 구동 전압(Vd)을 동일하게 인가한 상태에서 수행된다. 상기 구동 전압(Vd)은 압전 재료, 압전 액츄에이터의 크기, 응용 장치의 종류 및 크기 등 다양한 요인에 근거하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 전압(Vd)의 크기는 35Volt 일 수 있다.
이어서, 다수의 압전 액츄에이터를 2차 예비 폴링한다(S240 단계). 여기에서, 상기 2차 예비 폴링은 다수의 압전 액츄에이터에 2차 예비 전압(V2)을 동일하 게 인가한 상태에서 수행된다. 상기 2차 예비 전압(V2)은 전형적인 폴링 전압보다 낮지만, 상기 1차 예비 전압(V1)보다는 큰 것이 바람직하다.
이어서, 2차 예비 폴링이 완료된 다수의 압전 액츄에이터 각각의 2차 변위를 측정한다(S250 단계). 여기에서, 상기 2차 변위 측정은 다수의 압전 액츄에이터에 상기 구동 전압(Vd)을 동일하게 인가한 상태에서 수행된다.
한편, 후술하는 관계식을 수립하기 위해서는, 상기한 바와 같이 2회의 예비 폴링과 2회의 변위 측정이 필요하지만, 보다 정확한 관계식을 수립하기 위해서는 3회 이상의 예비 폴링과 3회 이상의 변위 측정이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 3차 예비 폴링을 실시할 경우에는, 3차 예비 전압(V3)은 2차 예비 전압(V2)보다 크고 폴링 전압(Vp)보다 낮은 것이 바람직하다. 그리고, 3차 변위 측정도 다수의 압전 액츄에이터에 상기 구동 전압(Vd)을 동일하게 인가한 상태에서 수행될 수 있다. 이와 같이, 예비 전압의 크기를 점차 높여 가며 적어도 2회, 바람직하게는 3회 이상의 예비 폴링을 실시할 수 있다.
다음으로, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 전압 대비 변위의 관계식을 수립한다(S260 단계).
구체적으로, 전술한 단계들에서 다수의 압전 액츄에이터에는 적어도 두 개의 예비 전압이 인가되었고, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 적어도 두 개의 변위들이 측정되었다. 따라서, 두 개의 전압과 두 개의 변위를 사용하면, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 전압 대비 변위의 관계식을 수립할 수 있다.
도 6에는, 6개의 압전 액츄에이터에 대해 4회의 예비 폴링을 실시하고 4회의 변위를 측정한 결과가 도시되어 있다. 6개의 압전 액츄에이터에는 ①번부터 ⑥번까지의 번호가 표시되어 있다.
도 6의 그래프를 보면, 6개의 압전 액츄에이터 각각에 대해 전압의 증가에 비례하여 변위도 증가하는 것을 알 수 있으며, 이로부터 아래와 같은 1차 관계식을 얻을 수 있다. 아래 관계식들에서 y는 변위를 가리키고, x는 전압을 가리킨다.
①번 압전 액츄에이터 ; y = 0.1782x - 25.569
②번 압전 액츄에이터 ; y = 0.1658x - 31.853
③번 압전 액츄에이터 ; y = 0.1449x - 37.105
④번 압전 액츄에이터 ; y = 0.1463x - 39.004
⑤번 압전 액츄에이터 ; y = 0.1703x - 38.537
⑥번 압전 액츄에이터 ; y = 0.1407x - 42.237
다음으로, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 동일한 목표 변위를 가지기 위한 폴링 전압(Vp)을 산출한다(S270 단계).
구체적으로, 상기한 S260 단계에서 수립된 관계식을 이용하면, 동일한 목표 변위를 가지기 위해 다수의 압전 액츄에이터 각각에 인가되어야 할 폴링 전압(Vp)을 산출할 수 있으며, 이와 같이 산출되는 폴링 전압(Vp)은 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 다를 수 있다.
다음으로, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 산출된 폴링 전압(Vp)을 인가하여 정식 폴링한다(S280 단계). 이때, 다수의 압전 액츄에이터 각각에 인가되는 폴링 전압(Vp)은 전술한 바와 같이 서로 다를 수 있다.
다음으로, 정식 폴링이 완료된 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정한다(S290 단계). 여기에서, 상기 변위 측정은 다수의 압전 액츄에이터에 상기한 구동 전압(Vd)을 동일하게 인가한 상태에서 수행된다. 이 단계는, 상기한 폴링 방법이 성공적으로 수행되었는지를 확인하는 단계로서, 다수의 압전 액츄에이터의 압전 특성들, 즉 변위들이 균일한지 여부를 확인할 수 있다.
한편, 상기 S290 단계에서 측정된 변위들의 균일도(uniformity)가 목표 균일도를 벗어난 경우에는, 상기한 S220 단계부터 S290 단계까지 다시 수행할 수 있다. 이때, 다시 수행되는 S220 단계와 S240 단계에서 다수의 압전 액츄에이터에 인가되는 예비 전압들은 전술한 1차 예비 전압(V1) 및 2차 예비 전압(V2)과 다른 크기를 가지는 것이 바람직하다. 그 이유는, S260 단계에서 더욱 많은 개수의 변위 값들을 이용하여 더욱 정확한 전압 대비 변위의 관계식을 수립할 수 있고, 이에 따라 S270 단계에서 더욱 정확한 폴링 전압(Vp)을 산출할 수 있기 때문이다.
상기한 바와 같이, S220 단계부터 S290 단계까지 반복 수행할 경우, 다수의 압전 액츄에이터의 압전 특성의 균일도가 더욱 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 폴링 방법에 의한 다수의 압전 액츄에이터의 변위들과 종래의 폴링 방법에 의한 다수의 압전 액츄에이터의 변위들을 비교하여 보여주는 그래프이다. 여기에서, 본 발명에 따른 폴링 방법에 있어서, 목표 변위는 45nm로 설정되었고, 종래의 폴링 방법에 있어서는, 다수의 압전 액츄에이터에 90Volt 의 DC 전압을 동일하게 인가하였다.
그리고, 도 7에 도시된 데이터를 정리하여 아래 표 1에 나타내었다.
종래 기술 | 본 발명 | |
평균 변위(nm) | -42.22 | -45.31 |
표준편차(STD) | 3.45 | 1.36 |
%STD | 8.18 | 3.10 |
균일도(%range) | 37.6 | 11.73 |
위 표 1에서, %STD는 표준편차(STD)를 평균 변위로 나눈 뒤 %로 나타낸 것이고, 균일도는 최대 변위와 최소 변위의 차이를 평균 변위로 나눈 뒤 %로 나타낸 것이다.
도 7의 그래프와 표 1을 보면, 종래의 폴링 방법에 의한 다수의 압전 액츄에이터의 변위들은 표준편차가 크고 균일도도 37.6% 정도로 나쁜데 반하여, 본 발명에 따른 폴링 방법에 의한 다수의 압전 액츄에이터의 변위들은 표준편차도 작아지고 그 균일도도 11.73% 정도로 훨씬 향상되었음을 알 수 있다.
도 8은 각각 다수의 압전 액츄에이터를 구비한 6개의 잉크젯 헤드에 대해 본 발명에 따른 폴링 방법을 실시할 경우, 각 단계별 각 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터들의 평균 변위를 나타낸 그래프이다.
도 8의 그래프를 보면, 1차 예비 폴링 후 다수의 잉크젯 헤드의 압전 특성의 균일도(%range)는 18.8%인데 반하여, 2차 예비 폴링 후 그 균일도는 15.8%로 향상되었고, 정식 폴링 후 그 균일도는 5.6%로 급격히 향상되었음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 폴링 방법에 의하면. 다수의 장치 상호간에도 압전 특성의 균일도가 향상될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 위에서 도시되고 설명된 다수의 압전 액츄에이터를 구비한 잉크젯 헤드는 본 발명을 용이하게 설명하기 위해 예시한 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되지는 않는다. 즉, 본 발명은 압전 액츄에이터를 구비한 다양한 응용 장치에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 벌크 압전 재료의 전형적인 폴링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 벌크 압전 재료가 폴링되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 잉크젯 헤드의 일반적인 구조를 간략하게 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 표시된 A-A'선을 따른 잉크젯 헤드의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 폴링 방법의 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 6은 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 전압에 따른 변위를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 폴링 방법에 의한 다수의 압전 액츄에이터의 변위들과 종래의 폴링 방법에 의한 다수의 압전 액츄에이터의 변위들을 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 8은 각각 다수의 압전 액츄에이터를 구비한 6개의 잉크젯 헤드에 대해 본 발명에 따른 폴링 방법을 실시할 경우, 각 단계별 각 잉크젯 헤드의 압전 액츄에이터들의 평균 변위를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...유로 플레이트 111...제1 기판
112...제2 기판 121...잉크 공급구
122...매니폴드 123...리스트릭터
124...압력 챔버 125...노즐
130...압전 액츄에이터 131...하부 전극
132...압전층 133...상부 전극
Claims (17)
- 압전 액츄에이터의 폴링 방법에 있어서,(가) 다수의 압전 액츄에이터를 준비하는 단계;(나) 준비된 다수의 압전 액츄에이터를 서로 다른 폴링 조건으로써 적어도 2회 예비 폴링하고, 상기 적어도 2회의 예비 폴링 각각에 대해 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 압전 특성을 측정하는 단계;(다) 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 폴링 조건 대비 압전 특성의 관계식을 수립하는 단계;(라) 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 동일한 목표 압전 특성을 가지기 위한 폴링 조건을 산출하는 단계;(마) 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각을 산출된 폴링 조건하에서 정식 폴링하는 단계; 및(바) 상기 정식 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 압전 특성을 측정하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (가) 단계는,다수의 압전 액츄에이터를 구비한 장치를 준비하는 단계 또는 각각 적어도 하나의 압전 액츄에이터를 구비한 다수의 장치를 구비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 장치는, 잉크젯 헤드, 마이크로 펌프 및 유체 시스템으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 장치인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 (바) 단계에서 측정된 압전 특성들이 목표한 균일도를 벗어난 경우, 상기 (나) 단계부터 (바) 단계까지 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 4항에 있어서,다시 수행되는 (나) 단계에서의 폴링 조건은 먼저 수행된 (나) 단계에서의 폴링 조건과 다른 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 폴링 조건은 인가되는 전압의 크기이고, 상기 압전 특성은 변위인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 (나) 단계는,상기 다수의 압전 액츄에이터를 1차 예비 전압하에서 폴링하는 1차 예비 폴링 단계와,상기 1차 예비 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정하는 1차 변위 측정 단계와,상기 다수의 압전 액츄에이터를 2차 예비 전압하에서 폴링하는 2차 예비 폴링 단계와,상기 2차 예비 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정하는 2차 변위 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 1차 예비 전압보다 상기 2차 예비 전압의 크기가 큰 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 1차 예비 폴링 단계에서, 상기 다수의 압전 액츄에이터에는 상기 1차 예비 전압이 동일하게 인가되고, 상기 2차 예비 폴링 단계에서 상기 다수의 압전 액츄에이터에는 상기 2차 예비 전압이 동일하게 인가되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 1차 변위 측정 단계와 상기 2차 변위 측정 단계에서, 상기 다수의 압전 액츄에이터에 동일한 구동 전압을 인가한 상태에서 그 각각의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 (나) 단계는,상기 다수의 압전 액츄에이터를 3차 예비 전압하에서 폴링하는 3차 예비 폴링 단계와,상기 3차 예비 폴링이 완료된 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 변위를 측정하는 3차 변위 측정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 1차 예비 전압, 2차 예비 전압 및 3차 예비 전압은 점차 큰 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 (다) 단계는, 상기 (나) 단계에서 상기 다수의 압전 액츄에이터에 인가된 전압들과 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각의 측정된 변위들을 사용하여, 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 인가된 전압 대비 측정된 변위의 관계식을 수립하는 단계인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 (라) 단계는, 상기 (다) 단계에서 수립된 상기 관계식을 이용하여, 상기 다수의 압전 액츄에이터가 동일한 목표 변위를 가지기 위해 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 인가되어야 할 폴링 전압을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 14항에 있어서,산출된 상기 폴링 전압은 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 대해 서로 다른 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 (마) 단계는, 상기 다수의 압전 액츄에이터 각각에 상기 (라) 단계에서 산출된 폴링 전압을 인가하여 정식 폴링하는 단계인 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 (바) 단계에서, 상기 다수의 압전 액츄에이터에 동일한 구동 전압을 인 가한 상태에서 그 각각의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 폴링 방법.
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JP3454250B2 (ja) * | 1999-12-27 | 2003-10-06 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電振動子ユニットの製造方法、及び、液体噴射ヘッド |
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