Festo는 밸브 작동 방식에 다양한 장점을 제공하기 때문에, 오랜 기간 동안 피에조 기술을 사용해 왔습니다. 빠르고 정밀한 압력 및 유량 제어를 보장할 뿐만 아니라 낮은 입자 방출 및 조용한 작동으로 높은 평가를 받고 있습니다. 또한 피에조 기술을 사용하여, 열이 일정 수준에 도달하면 에너지 공급이 필요하지 않기 때문에 열이 거의 발생하지 않습니다. 따라서 피에조 밸브의 사용은 열을 방지해야 하는 실내에 특히 적합합니다. 일반적으로 낮은 에너지 소비와 피에조로 작동되는 제품의 컴팩트한 설계 덕분에 높은 밀도의 수납을 달성할 수 있으며, 이것이 피에조 밸브가 다목적 솔루션에 자주 설치되는 이유입니다.
피에조 기술은 전기 전압의 원리에 따라 작동합니다. 두 개의 연결된 플레이트에 전압이 가해지는 즉시 특정 방향으로 휘어집니다. 피에조 밸브는 벤딩 변환기로 개폐되는 벤딩 상태를 사용합니다. 벤딩 변환기가 전압에 연결되면 위쪽으로 구부러지고 밸브가 열립니다. 전압이 낮아지면 벤딩 변환기가 원래 모양으로 되돌아오고 밸브가 닫힙니다. 전압이 높을수록 밸브가 더 많이 열립니다. 따라서 기류의 유량은 피에조 밸브를 사용하여 목표가 있고 정확하며 신뢰할 수 있는 방식으로 제어할 수 있습니다.
Festo 피에조 밸브는 수많은 산업 분야에서 사용됩니다. 산업 자동화 외에도 자동차 산업, 식료품 생산 및 의료 기술 분야에서도 널리 사용됩니다. 물론 개별 요구 사항에 맞는 다양한 피에조 밸브가 있습니다. Festo는 공기, 산소 및 불활성 기체와 함께 사용할 수 있는 매우 긴 작동 수명을 지닌 높은 유량의 제품뿐만 아니라 질소와 함께 사용할 수 있는 고정밀 피에조 밸브를 제공합니다. Festo의 모든 제품은 공통적으로 무게가 가볍고 에너지 소비가 매우 적습니다.
다양한 산업 분야에 유용한 미래 기술
피에조 기술이 효율적이고 정밀한 가스 처리를 위해 제공하는 이점은 에너지 절약, 조용한 작동, 열 발생 없음 등 매우 유용합니다. 반도체 산업, 실험실 자동화 또는 의료 기술 분야에서 빠른 픽 앤 플레이스 애플리케이션, 접착제의 고정밀 주입 또는 환자에게 산소를 안정적으로 이동하면서 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 기존 솔레노이드 밸브와는 완전히 다른 원리를 기반으로 하기에 가능합니다. 피에조 기술의 작동 방식과 피에조 기술이 여러 까다로운 애플리케이션에 더 나은 선택이 될 수 있는 특징에 대해 알아보세요. 피에조 밸브는 설계에 따른 요구 사항에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. 훼스토는 2/2-way 비례제어 밸브부터 비례 유량 밸브 및 비례 압력 레귤레이터에 이르기까지 광범위한 솔루션 포트폴리오를 제공하며, 인더스트리 4.0용 모션 터미널에서 파일럿 밸브로 사용되는 피에조 밸브도 포함되어 있습니다.
피에조의 역사와 원리
피에조의 역사
압전 효과(그리스어 “Πιεζώ”(피에조)에서 유래)는 1880년 마리 퀴리의 남편인 피어르 퀴리와 자크 형제에 의해 발견되었습니다. 이들은 특정 비전도성 물질이 기계적 부하를 받으면 표면에 전하가 발생하여 전도성을 띠게 된다는 사실을 발견했습니다.
피에조 소자란 무엇인가요?
피에조 소자는 전자 기계식 변환기입니다. 소위 압전 효과라고도 하는데요, 피에조 소자는 기계적 힘(압력, 인장 응력 또는 가속도)을 측정 가능한 전압으로 변환합니다. 역 압전 효과는 반대로 작용하는데, 피에조 소자에 전압이 가해지면 피에조 소자가 변형되어 기계적 움직임이나 진동을 발생시킵니다.
원리
피에조 소자는 일반적으로 전도성이 있는 표면을 가진 특수 세라믹 물체로, 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 그 반대로 변환하며, 피에조 세라믹의 분자의 격자 구조는 퀴리 온도(TC) 이하에서 비대칭이므로 쌍극자입니다. 강한 전기장을 사용하면 피에조 세라믹을 영구적으로 편극화하거나 원하는 방향으로 전환할 수 있습니다. 세라믹 소재는 압전 특성을 가지며 전압이 가해지면 모양이 변합니다. 물리적 변형은 전계선을 따라 일어납니다. 세라믹 물질은 부피가 일정하기 때문에 재료가 전계선에 직각으로 수축합니다.
피에조 기반 드라이브의 장점은 전원이 거의 필요하지 않다는 것입니다. 전기적 측면에서 피에조 소자는 두 개의 전기 전도성 플레이트와 유전체 역할을 하는 세라믹 피에조 물질로 구성된 콘덴서입니다. 전류는 콘덴서가 충전되는 동안에만 흐르고 충전이 완료되면 전류량은 0으로 떨어집니다. 전력은 전압 x 전류로 계산되므로 더 이상 전류가 흐르지 않으면 전력은 0이 됩니다. 에너지 효율이 매우 높아야 하는 애플리케이션에서는 드라이브가 리셋될 때 충전 에너지를 회복할 수도 있습니다. 이는 다음 충전 작업에 다시 사용할 수 있습니다.
피에조 밴더
피에조 변환기의 종류와 버전 및 응용 분야
애플리케이션에 따라 앞서 설명한 효과는 다양한 유형의 변환기에서 사용할 수 있습니다. 벤더 액추에이터, 피에조 디스크 및 피에조 스택은 다소 복잡한 디자인의 피에조 소자를 기반으로 할 수 있는 기본 유형입니다. 벤더 액추에이터는 직사각형 모양입니다. 주요 요소는 양면에 전도성 표면이 있는 피에조 세라믹 소재입니다. 이 세라믹 소재는 한쪽 면이 전도성인 기판에 완전히 접착되어 있습니다. 세라믹 층과 기판의 전도성 표면은 전극 역할을 합니다. 이제 이 전극에 전압이 가해지면 세라믹 소재는 전기장 방향으로 팽창합니다. 대부분의 애플리케이션에서 벤더 액추에이터는 앞쪽 끝에 부착되기 때문에 부착되지 않은 끝에서 구부러짐이 발생합니다. 공압 밸브에 사용하기에 매우 적합한 다양한 파워와 액추에이터 동작을 가진 여러 가지 버전의 벤더 액추에이터가 있습니다. 일반적인 특성 데이터에는 수십 밀리미터의 편향과 최대 1N의 힘이 포함됩니다. 자주 사용되는 특수 변형 중 하나는 기판 뒷면에 두 번째 세라믹 층이 적용된 소위 트리모프입니다. 이렇게 하면 변환기의 성능이 향상되고 대칭성 덕분에 더 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있습니다. 벤더 액추에이터는 원형 편직기, 점자 모듈 및 공압 밸브에 적용될 수 있으며, 특히 후자의 경우 압력 및 유량 조절을 위한 비례 밸브에 적합합니다.
피에조 밸브의 장점
피에조 밸브 작동
공압 밸브에 선호되는 피에조 요소는 벤더 액추에이터입니다. 피에조 밸브의 성능은 전기장의 세기에 따라 달라지며, 전기 세기가 클수록 액추에이터와 밸브의 성능이 향상됩니다. 솔레노이드 밸브에 비해 피에조 밸브는 스위칭 상태를 유지하기 위해 유지 전류가 필요하지 않습니다. 솔레노이드 밸브에 비해 피에조 밸브에 필요한 더 높은 공급 전압은 스위치 온 단계에서만 중요합니다. 이 경우에도 스위치를 켜는 동안 소비되는 에너지는 일반적으로 공압을 작동하는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적습니다. 이 스위치 온 에너지 “E”는 대략 E = CU²/2 공식을 사용하여 계산할 수 있으며, 여기서 C는 변환기의 정전용량이고 U는 제어 전압입니다. 변환기의 정전용량은 일반적으로 약 30nF이고 제어 전압은 300V DC에 도달할 수 있기 때문에 값은 일반적으로 0.5~5mW 사이입니다.
피에조 기술의 장점
깨지기 쉬운 제품 취급 시 주의
섬세한 제품을 취급하기 위한 고유한 솔루션은 복동식 공압 실린더용 “스피트 컨트롤러”입니다. 이를 통해 공압 실린더의 속도를 제어하고 흔들림 없는 움직임을 보장할 수 있습니다. 이를 위해 4개의 피에조 밸브가 컨트롤러 장치와 결합되어 복동 실린더에 연결할 수 있는 시스템을 구성합니다. 실린더 배기 유량을 일정하게 유지하여 속도를 제어합니다. 이 저비용 시스템은 값비싼 변위 인코더 없이도 작동합니다. 또한 소프트 스타트와 스탑이 가능합니다.
산업 및 실험실 애플리케이션에서 정밀하고 빠른 분사
산업용 접착제 애플리케이션에서는 지정된 양을 도포한 후 실수로 접착제가 떨어지는 것을 방지하기 위해 음압을 발생시켜야 합니다. 특히 실험실 애플리케이션에서는 액체를 정밀하게 주입하고 흘러내리지 않도록 하는 것이 매우 중요합니다. 기존 애플리케이션은 일반적으로 진공용 밸브와 양압용 밸브, 두 개의 밸브로 작동합니다. 피에조 밸브는 이러한 유형의 애플리케이션에 훨씬 더 정밀하고 빠릅니다. 압력과 진공이 하나의 밸브로 제어되므로 두 번째 밸브가 필요하지 않습니다.
반도체 생산: 웨이퍼 연마 작업
피에조 밸브는 매우 정밀하고 사전 설정 값에 빠르게 도달할 수 있어 반도체 생산 분야에 이상적입니다. 피에조 밸브는 공작물의 정밀 가공에 대한 까다로운 요구 사항을 충족하기 위해 극소량의 공기를 정밀하게 주입해야 합니다. 예를 들어 웨이퍼를 연마할 때는 회전하는 연마 테이블에서 매우 정밀하게 제어된 압력으로 웨이퍼를 눌러야 합니다. 이것이 완벽하게 평평한 표면을 얻을 수 있는 유일한 방법입니다. 완벽한 결과를 얻기 위해 여러 개의 다이어프램 링을 서로 다른 압력으로 웨이퍼에 누릅니다. 이 공정은 진공과 압력을 모두 사용하여 매우 정밀하게 제어해야 합니다. 피에조 밸브는 하나의 콤팩트한 장치로 진공과 압력제어 모두 가능한 제품입니다.