일반기술

고정밀 적층형 압전세라믹 엑츄에이터

○ 본 기술은 표면탄성파의 기본개념에 신개념의 적층구조로서 큰 힘을 내기 위해 적층구조를 이용하려는 것으로, 초소형 slim형의 Actuator 구현이 가능하며, MHz 대역의 높은 주파수를 이용하여 고정자 표면에 수～수십 nm의 기계적 파동을 발생시켜 구동하기 때문에 매우 높은 위치결정 정밀도의 구현이 가능한 기술로, 모바일화 및 소형박형화 되고 있는 핸드폰, PDA 등의 각종 전자정보 기기들이 보다 소형박형화될 수 있는 기반이 되며, 더 나아가서는 아직까지는 없는 새로운 기능의 개발 및 채용이 가능해질 수 있음. 또한 고정밀 산업기기, 산업용 및 가정용 서비스로봇, 의료기기 등 제품들에 적용 및 신기능 부여의 가능성이 있는 다양한 산업분야에 적용 가능한 기술임- 최근에는 각종 전자정보 기기들의 Mobile화 및 소형화에 따라 기존의 모터 및 Actuator보다 매우 작으면서도 위치결정능력 및 토크가 우수한 구동체를 요구하고 있으며, 이에 대한 해법으로 세라믹 소재에 기반하여 신 구동원리를 적용한 Actuating기술 개발 등이 모색되고 있음- 압전/전왜 소재의 변형현상에 기반하여 기계적 구동을 얻는 엑츄에이터 기술은 다양한 구조 및 응용분야로 연구되고 있고, 수축/팽창하는 몇개의 전왜 소자들을 진동편으로 사용하여 inchworm 방식으로 구동을 구현하는 것에서 복수개의 전왜 소자를 이용하여 탄성체에 진행파(정재파)를 발생시켜 이동(또는 회전)을 구현하는 방식이 연구되어 일부 상용화에 성공하였으나, 아직까지 매우 얇은 초박형 구조와 높은 위치결정 정밀도를 구현하는 데에는 어려움을 겪고 있음. 또한 재료의 마모문제, 구동전압의 문제, 성능재현성 및 양산성의 문제 등 아직 해결되어야 할 과제들이 많이 남아 있음- 본 기술은 적층 압전세라믹 소재에 기반한 Actuator로서 높은 주파수의 전기장을 인가하여 기계적인 탄성파를 생성시키고 이를 이용하여 이동자를 구동하는 Actuating 기술로서, 종래 電磁형 모터와는 원리적으로 완전히 다른 기술임(444A4500)○ 고정밀 적층형 압전세라믹 액츄에이터(Multi-Layer type piezoelectric ceramic Actuator: MLA) - Operating Temp : -20℃ ~ +60℃ - Storage Temp : -30℃ ~ +80℃ - Storage Humidity : 2 ~ 85%(Disapprove of condensation) - Packaging Size : 4 x 4 x 1.1mm - Drive frequency : 30khz ～ 수십 MHz - Drive voltage : 5.0V(±2volt) - Motion Step : 5μm 이하 - 발생변위: 3 mm - 토크: 0.1 Nm - 응답성: 100 μsec○ 조성의 선정은 상업적으로 구현이 용이한 저융점 산화물을 첨가하는 방법과 complex perovskite를 혼합하는 복합 방법으로 저온소결재료를 제조하며, tape casting방법이 있으며 200㎛ 이하의 sheet 성형공정 set up 하고, 저온 소결재료와 내부전극의 matching은 재료 간 화학적 반응이 없고 기계적 결합이 충분한 수축율이 비슷한 성질이 있는 상업용 전극을 선택 적용- PZT 세라믹스 : kp≥0.5, d33≥650pC/N (소결 온도≤ 880oC)- 비납계 압전 세라믹스 : kp≥0.3, d33≥200pC/N (소결 온도≤ 950oC)- PZT 세라믹스 : 불순물(NiO, MnO2, WO3 등)이 시편의 압전 및 유전 특성에 미치는 영향 규명 및 소결온도 900oC 이하에서 kp≥0.5, d33≥600pC/N 구현- NKN-LNTS 세라믹스 : 저온 소결제(ZnO, CuO 등)이 시편의 소결성과 압전 및 유전 특성에 미치는 영향 규명 및 소결온도 1000oC 이하에서 kp≥0.3, d33≥200pC/N 구현