• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.329-329
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• 2010

적층 액츄에이터는 우수한 압전특성 및 그 재료가 가진 고유한 특성 때문에 최근 이동통신 단말기용 햅틱 소자 및 PC 와 그 주변기기로 수요가 폭발적으로 증대되고 있으며, 향후에도 CATV 네트워크와 무선통신기기를 비롯한 디지털 통신분야로 응용분야가 확대되리라 예상된다. 적층 액츄에이터에서 발생되는 에너지는 세라믹 그린시트 두께와 전극 면적에 비례하여 변위 및 응력이 증가하게 되므로 고적층형에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이러한 고적층 액츄에이터의 경우 소성과정에 서 warpage 및 de-lamination 같은 결함이 발생하기 쉬우므로 그린시트의 균일성 및 전극과의 matching성 확보가 중요한 요소이다. 본 연구에서는 슬러리의 분산성과 시트 내 유기물 함량 최적화 실험을 진행하여 적층 액츄에이터용 그린시트를 최적화 한 후 공정 적용성 및 저온소성 전극인 Ag-Pd 전극과의 매칭성을 확보하고자 하였다. 이러한 후막공정 기술 개선을 통해 적층 액츄에이터를 제조하여 압전 특성을 측정하였다.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.12 no.1
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• pp.97-103
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• 2013

A new precision positioning mechanism for stage was been developed by Displacement Magnification Device(DMD) in this paper. The DMD was composed of the beam and multilayer piezoelectric actuators. The theoretical and experimental analysis of DMD to enlarge displacement more then 50times were discussed. And the 2-axis stage by using displacement amplification apparatus was added in the new DMD, and it was able to do it through finite element analysis and experiment. As the results, the magnification of DMD can be obtained about $100{mu}m$ displacement to the 10V input voltage($1.5{mu}m$). And the about 50nm of linearity error in the $30{mu}m$ measurement range and 20times of the amplification in displacement can be measured. In addition, the experimental results are confirmed the possibility of millimeter displacement characteristics and correspond to finite element analysis results.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.317-317
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• 2008

기존의 초음파 노즐은 단판액츄에이터형 초음파 노즐을 사용하여 연체 연료를 분사하였다. 하지만 단판액추에이터형 초음파 노즐은 300V이상의 고전압을 필요로 하여 소비전력이 높은 단점을 가지고 있다. 하지만 적층액츄에이터형 초음파 노즐은 저전압 구동이 가능하여 낮은 소비전력을 가지며, 단판액츄에이터헝 초음파 노즐보다 우수한 분사특성을 가지고 있는 장점이 있다. 또한 공진형 인버터를 사용하여 초음파 노즐을 구동하는 경우 노즐의 구동 전압을 공진에 의하여 쉽게 얻어질 수 있는 장점과 구동 스위치에 가해지는 전압의 크기가 상대적으로 작게되므로 인버터 구동에 저전압 MOSFET를 사용함으로써 도통손실의 저감 및 구성회로의 저압화 등에 유리한 이점이 있다. 본 연구에서는 적층액츄에이터형 초음파노즐을 개발하고 그에 따른 공진형 인버터를 설계하여 적층엑츄에이터형 초음파 노즐의 분사 시스템을 제안 한다. 또한 실제 액체연료인 경유를 분사하여 전기적특성과 분사특성을 조사한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.05c
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• pp.219-222
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• 2003

$0.2(PbMg_{1/3}Nb_{2/3}O_3)-0.8(PbZr_{0.475}Ti_{0.525}O_3)$ 조성을 이용하여 $5{\times}5{\times}5mm^3$의 적층형 세라믹 액츄에이터 소자를 tape casting 방법으로 제작하였다. 전극재로서는 Ag-Pd를 이용하여 총 50층의 layer를 적층하였으며, 적층된 액츄에이터를 $1100^{\circ}C$의 온도에서 소결하였다. X-ray diffractometer를 이용하여 제작된 소자와 열화된 소자의 구조적인 특성을 분석하였다. 제작된 소자의 열화 특성을 알아보기 위하여 60 Hz 의 triangular wave를 인가하여 열화전과 후의 p-E hystcresis loop의 변화를 살펴보았으며, 인가된 전압의 변화에 따라서 소자에서 발생되는 양의 열을 측정하였다. 파괴된 소자의 파단면에 대한 SEM 분석을 통하여 소자의 파괴 메카니즘을 알아보도록 하였다. 이로부터 전기적 기계적 열화가 소자의 동작에 미치는 영향에 대해서 알아 보았다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.24 no.10
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• pp.803-806
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• 2011

1 mol% $Li_2O$ excess $0.9(Na_{0.52}K_{0.48})NbO_3-0.1LiTaO_3$ lead-free piezoelectric multilayer ceramic actuators were investigated to determine their aging properties. To reduce the thermal aging behavior, we applied a rectified unipolar electric field of 5 kV/mm to the specimen to accelerate the electric aging behavior. By employing a rectified unipolar electric field for the piezoelectric actuators, we could remove undesirable heating from the relaxation current in the motion of the ferroelectric domain. To accelerate the aging test, the applied electric fields had a frequency of 900 Hz. To have enough time for charging and discharging, we employed an accurate time constant to design the equivalent circuit model for the aging tester. To extract exact aging behavior, we measured the pseudo-piezoelectric coefficient before and after the aging process. We also measured the electro-mechanical coupling coefficient, the frequency-dependent dielectric permittivity, and the impedance to compare with fresh and aged specimen.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.684-687
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• 2004

일반적으로 적층형 압전 액츄에이터의 변위는 액츄에이터의 내부 적층수와 압전정수($d_{33}$)에 비례적으로 증가한다. 그러나 압전현상을 이용한 액츄에이터는 전기적, 기계적 부하에 의한 dipole 거동을 보이기 때문에 domain wall에 의한 압전정수의 비선형 거동을 보인다. 본 논문에서는 PMN-PZ-PT 세라믹스를 이용하여 $2{\times}3{\times}10$ (mm)의 적층형 세라믹 액츄에이터를 제조 후 1kV/mm의 일정한 전계를 인가하고 $0\sim990N$의 기계적 부하 인가하에서 적층형 세라믹 액츄에이터의 비선형 특성을 조사하였다. 압전 액츄에이터의 비선형 거동은 기계적 응력에 의한 유전 및 전왜 특성에 영향주고, 액츄에이터의 변위 특성은 유전 및 전왜 특성의 영향에 크게 의존한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.802-805
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• 2004

압전 액츄에이터는 다른 종류의 액츄에이터와 비교할 때 높은 강성, 빠른 응답성의 우수한 특성을 가지고 있다. 벤더형 액츄에이터는 높은 변위의 장점을 가지나 높은 전기장과 기계적 부하인가시에는 내부 응력이 증가하므로서 신뢰성이 감소한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 여러 방법으로 내부 응력을 줄이려는 시도가 있으며 그중 하나는 경사기능 소재나 경사기능 구조를 가지는 액츄에이터의 개발이다. 본 연구에서는 경사기능 특성을 모사한 액츄에이터 구조를 제작하고 그 특성을 조사하였다. 두 가지의 압전상수 d31= - 220 pC/N, d31 =- 100 pC/N를 가지는 세라믹층을 적층하여 벤더형 액츄에이터의 특성을 관찰하였다. 그 결과 두 종류의 세라믹층으로 적층한 액츄에이터가 한가지 특성의 세라믹으로 제작한 액츄에이터 보다 전압인가시 20%이상의 우수한 변위 특성을 나타내었다. 이러한 변화는 내부 응력의 감소에 기인한 것으로 예상된다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.33 no.5
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• pp.337-343
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• 2020

This study investigated the low temperature sintering with various templates of Bi-based lead-free piezoelectric ceramics. The effects of using CuO-coated Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅ templates on the sintering behavior as well as the dielectric, ferroelectric, and piezoelectric properties of Bi_1/2(Na_0.78K_0.22)_1/2TiO₃ (BNKT) ceramics have been examined. In comparison with the specimens sintered with the Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅ templates without CuO coating, those sintered with the CuO-coated Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅ templates showed larger template sizes as well as a larger electric field induced strain (S_max/E_max) of 422 pm/V after sintering at temperatures as low as 975℃. These results are promising for low-cost multilayer ceramic actuator applications.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.06a
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• pp.246-250
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• 2003

In this study, two new types of micro-grippers in which micro-fingers are actuated by piezoelectric multi-layer benders and stacks are introduced for the manipulation of micrometer-sized objects. First, we constructed a 3-chopstick-mechanism tungsten gripper, which is composed of three chopsticks: two are designed to grip micro-objects, and tile third is used to help grasp and release the objects through overcoming especially electrostatic force among some surface effects including electrostatic, van der Waals forces and surface tension. Second, a 2-chopstick-mechanism silicon micro-gripper that uses an integrated force sensor to control the gripping force was developed. The micro-gripper is composed of a piezoelectric multilayer bender for actuating the gripper fingers, silicon fingertips fabricated by use of silicon-based micromachining, and supplementary supports. The micro-gripper is referred to as a hybrid-type micro-gripper because it is composed of two main components; micro-fingertips fabricated using micromachining technology to integrate a very sensitive force sensor for measuring the gripping force, and piezoelectric gripper finger actuators that are capable of large gripping forces and moving strokes. The gripping force signal was found to have a sensitivity of 667 N/V. To the design of each of components of both of the grippers. a systematic design approach was applied, which made it possible to establish the functional requirements and design parameters of the micro-grippers. The micro-grippers were installed on a manual manipulator to assess its performance in tasks such as moving micro-objects from one position to a desired position. The experiment showed that the micro-grippers function effectively.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.206-206
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• 2008

압전소자를 이용한 초음파 모터는 전자기적 원리로 동작하는 기존의 모터에 비해 구조가 간단하고 소형, 경량화가 가능하며 저속에서 큰 토크가 가능하고 ${\mu}m$단위 까지 정밀제어가 가능하다는 장점 등으로 인해 그 응용분야가 점차 확대되고 있다. 초음파 모터의 원리는 수평과 수직방향에서 변위가 타원형 운동을 형성하는 것이다. 따라서 선택한 타원운동의 방식에 의해서 모터의 형상이 달라진다. 초음파 모터는 액츄에이터를 사용하여 만들기 때문에 액츄에이터의 특성은 모터의 타원변위나 토크에 영향을 미친다. 단판형 액츄에이터에 비하여 적층 액츄에이터는 입력 임피던스를 낮추어 낮은 구동전압에서 구동이 가능하며 큰 변위와 토크를 발생하기 때문에 진동자의 수명 향상과 구동전압을 낮추기에 적합하다. 적층 액츄에이터는 변위량이나 응력 등을 개선하기 위해서 전기기계 결합계수(kp) 및 압전 d상수가 큰 재료가 요구되며, 고전압에서 장시간 구동 시 마찰에 의한 열손실을 감소시키기 위해 높은 기계적 품질계수(Qm)를 가져야한다. 적층 시 내부전극으로 사용하는 Pd, Pt가 함유된 전극은 가격이 비싸 제조비용을 상승시킨다. 상대적으로 값싼 Ag전극을 사용하면 비용절감을 할 수 있지만 융점이 낮아서 저온소결이 불가피하다. 따라서, 특성이 우수한 적층 액츄에이터를 제조하기 위해서 저손실, 저온소결 할 수 있는 액츄에이터 재료가 필요한 실정이다. L1-B4 혈 선혈 초음파 모터는 L1모드와 B4모드의 공진 주파수가 일치하여야 큰 변위를 얻을 수 있는데 이전의 논문에서 Atila를 이용한 시뮬레이션 결과를 분석한 봐 있다. 적층 액츄에이터의 층수를 5,7,9,11,13,15층으로 하여 L1-B4모드에서의 공진주파수를 비교한 결과 13 층일 때 두 모드가 비슷한 공진주파수를 보였고, 티원변위궤적도 다른 층수에 비해 크게 나타났다. 본 연구에서는 시뮬레이션 결과 가장 좋은 특성을 보인 13층 액츄에이터로 선형 초음파 모터를 제작하였다. 또한, 액츄에이터는 압전 및 유전특성이 우수한 저온소결 PZW-PMN-PZT세라믹을 이용하여 제작하였고, 내부전극으로 Ag전극을 사용하였다. 제작된 13 층 선형초음파모터를 가지고 프리로드 및 전압에 따른 속도를 조사하였고, 시뮬레이션 결과와 비교해 보았다.