• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.205-205
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• 2012

Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) 장치는 국내 유일의 초전도 자석을 이용한 핵융합 연구 장치로서 초고온의 플라즈마를 생성하여 차세대 에너지원인 핵융합 에너지를 획득하는 것을 목표로 두고 있다. 플라즈마를 생성부터 유지하기 위해서는 수소 동위원소를 토카막 내부로 공급해 주어야 하는데 이러한 수소동위원소를 "연료"라 부르며, 이 연료를 토카막 내부로 공급해 주는 시스템을 연료주입 시스템(Fueling System)이라고 한다. KSTAR에서는 토카막 내부로 고속의 연료 주입이 필요하고 정밀한 양의 연료를 공급하는 밸브를 사용하여야 하며, 이러한 밸브를 제어 할 수 있는 제어기를 필요로 한다. 위의 사항에 적합한 피에조 밸브(Piezoelectric Valve)는 2 msec 이내의 개폐시간과 500 Torr ${\ell}$/s 이상의 유량을 흘려줄 수 있는 피에조 밸브로 압전소자에 가해지는 전압(0~250 V)에 따라 변위의 양에 비례하여 연료가 진공용기 내로 유입된다. 압전소자의 변위는 최대 140 ${\mu}m$로 최적화되어 있어야 하며, 정전용량(Capacitance)는 30~40 nF이어야 한다. 또한 소자에 힘(Force)를 가해 최대 7 N으로 136 ${\mu}m$의 변위를 가진 소자를 사용해야 한다. 피에조 밸브의 특성으로는 아날로그 신호로 작동이 되어야 하며, 유량신호를 피드백하여 밸브의 구동 전압을 정밀하게 제어 되어야 한다. 피드백 제어를 위해 압력센서는 XCS-190 Series를 사용하여 낮은 유량에서도 민감하게 반응하도록 제작하였으며, 고전압이 유기 되었을 때 제어기를 보호하기 위한 정션박스를 설치하였다. 밸브 제어기는 피에조 밸브의 개방 속도를 높이기 위해 밸브 구동 전압을 순간적으로 높이는 POP 전압을 생성하는 기능과 유량 신호를 피드백해서 밸브 구동 전압을 정밀 제어 하는 기능을 가지고 있다. 제어장치는 아날로그 및 디지털 제어회로의 전원용 +15 V DC와 밸브 구동용 +250 V DC 출력용의 전원 공급 장치(Power supply unit), 펄스 및 트리거 신호를 생성하는 Master Programmer unit), Pop 전압과 피드백의 중요한 기능을 수행하는 Valve controller unit로 제작 되었다. 피에조 밸브와 제어기는 상호 작용하여 동작을 원활히 할 수 있도록 특성 실험을 진행하여야 하며, 진공상태에서 Lack의 유무를 확인하여야 한다. 현재 개발 제작된 밸브의 진공누설시험 및 특성실험을 진행하고 있으며, KSTAR 5차 캠페인에 적용할 계획이다.

• 전기전자학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.190-198
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• 2010

피에조소자를 구동하여 자동카메라의 초점을 자동으로 제어하는 시스템에서 피에조를 구동하는 집적회로를 설계하였다. 가공된 피에조에 변위를 만들기 위해서는 고전압 DC가 필요하다. 휴대형기기에서 사용하는 3[V]~4.2[V]정도의 낮은 전원전압을 약 80[V]로 승압하여 피에조 구동전압으로 제공하는 한편 입력되는 1[Vp-p]의 제어신호를 -20[V]에서 +80[V]까지 조절되도록 설계하였다. 또한 IC 외부에 적용되는 소자가 최소가 되도록 하여 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있도록 하였다. 제어용 프로세서로 IIC(Inter-IC) 인터페이스를 적용하기 위하여 구동회로 내부에 IIC 인터페이스 디지털 로직을 내장하였는데, 이는 제품의 검증, 양산시 양품판정을 쉽게 해주는 장점이 있다. 제작공정은 AMIS 사의 I2T100 2P_3M 공정을 사용하였는데 0.6[um], 100[V]급 BCD공정이며, 6INCH 웨이퍼를 사용하였다. 전원전압 3.6[V], 소비전력은 약 40[mW]정도이다. 칩 사이즈는 1600*1500 [$um^2$]이며, 칩을 소형패키지에 내장하여 조립하였기 때문에 휴대형기기에 적용이 편리하게 되어있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권10호
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• pp.2551-2556
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• 2009

링 레이저 자이로스콥의 주 동작은 폐경로 내의 상대 전파에 대한 위상 차에 의존한다. 공명 블록위에 설치 된 반사경들이 순항 파를 형성한다. 따라서, 공명 블록의 차원 정확도가 빔의 순항 경로에 영향을 미친다. 링의 공진 내에서 안정된 광학 빔 경로를 유지하기 위해서 피에조로 구동되는 이동거울이 공명 블록의 열팽창이나 기계적 변형하에서 경로치 제어를 하고자 선택되었다. 이 논문에서는 피에조 구동 거울의 탄성거동에 대한 수학적 설명을 제시하였다. 이 설명은 피에조 구동 거울의 개념 설계에도 적용될 수 있다.

• 한국분무공학회지
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• 제15권2호
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• pp.67-73
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• 2010

The capability of pilot injection with small fuel quantity at all engine operating conditions is one of the main feature of the common rail direct injection system. The purpose of the pilot injection is to lower the engine noise and to reduce the NOx emissions. This study describes the pilot spray structure characteristics of the common-rail diesel injectors with different electric driving characteristics, including solenoid-driven and piezo-driven type. Namely three common-rail injectors with different electric current wave were investigated in this study. The pilot spray characteristics such as spray speed, spray tip penetration, and spray angle were obtained by spray images, which is measured by the back diffusion light illumination method with optical system for high-speed temporal photography. As this research results, it was found that pilot injection of common-rail system was effected by rate of injection with different electrical characteristic for injector driving.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.108-115
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• 2014

In this study, experimental approaching method was applied under and single-cylinder engine to research the performance of direct needle-driven piezo injector (DPI) for CR direct-injection. As key-point factor of this DPI that relies on direct-acting operating of injector needle, unlike conventional hydraulic-servo, its nozzle needle can be directly driven by piezo actuator. Thus, effect of direct-acting injection of DPI on diesel combustion and emission characteristics was investigated under common-rail single-cylinder direct-injection engine, equipped with three different driving mechanism, including indirect-acting solenoid, piezo and DPI system. As main results, it found that a direct-acting piezo injector has higher of IMEP. And it has higher heat release rate during premixed combustion and mixing controlled combustion phase due to its higher heat release, even though nitrogen oxide (NOx) formations were increased slightly.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권10호
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• pp.971-977
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• 2012

고압 인젝터의 성능은 디젤 연소엔진의 동력, 배출물, 연료소모와 직접적인 관계가 있다. 본 논문에서는 솔레노이드 코일과 피에조 세라믹으로 구동되는 커먼레일 디젤 분사용 인젝터의 응답 특성을 AMESim 코드를 사용하여 상대 비교 연구를 수행하였다. 따라서 연료압력, 분공경을 주요 해석변수로 설정하였다. 본 연구를 수행한 결과, 솔레노이드 구동 인젝터에 비해 피에조 구동 인젝터가 상대적으로 더 빠른 응답성과 더 높은 제어성을 가짐을 알 수 있었으며, 특히 다단분사 적용시, 이런 결과가 매우 효과적임을 확인할 수 있었다.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2006년도 전기학술대회논문집
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• pp.33-34
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• 2006

In this study, a prototype piezo-driven Injector. as a new method driven by piezoelectric energy, has been designed and fabricated based on the concept of inverse piezo-electric effect to overcome the major drawbacks of conventional solenoid-driven injector with a fixed and slow control of injection rate. The effects of an electric control between the solenoid valve and piezo-ceramic stack for injector needle's driving on the dynamic characteristics were usually investigated. We found that this piezo-electric actuator has the main advantage to drastically reducing the time of injector nozzle opening, as well to exert higher force output levels.

• 한국가시화정보학회지
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• 제10권1호
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• pp.9-14
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• 2012

In this study, a piezoelectric inkjet nozzle with a rectangular shaped channel has been developed, and the characteristics of droplet formation have been investigated according to the variation of pulse widths in bipolar waveform. The channel of the nozzle was fabricated transparently by a precision machining technique. A tantalum membrane which was attached to a piezoelectric material covers the channel. By applying two types of bipolar waveforms to the piezoelectric actuators, droplet formation through the nozzle was monitored by a CCD camera. For the variety of the first and second pulse widths in the bipolar waveforms, the regimes of single and double droplet formations are presented. The change of droplet velocity which depends on the pulse width and the type of waveform is also discussed.

• 한국가시화정보학회지
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• 제6권1호
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• pp.47-52
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• 2008

The present study has focused on the characteristics of droplet formation from an inkjet nozzle driven by a piezoelectric actuator. As an operating fluid, ethylene glycol was used and the physical properties of it such as viscosity, surface tension, contact angle and shear stress were measured. During the experiments, various temperatures and driving voltages are imposed on a capillary tube. These conditions result in a proper drive condition or an overdrive condition. In case of the proper drive condition, an image processing technique is applied to measure the diameter of a single free drop. As a result, the size of droplet is increased when the driving voltage is increased from 160 V to 190 V at 25$^{\circ}C$ In the overdrive condition where temperature or driving voltage becomes higher than the proper drive condition, satellites and the misdirected jets happen.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2012년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.163-164
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• 2012