Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.821-826
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2006
This paper presents a novel type of hybrid dispensing head for IC fabrication and surface mount technology. The proposed mechanism consists of solenoid valve and piezoelectric stack as actuators, and provides positive-displacement and jet dispensing. The positive-displacement dispensing can produce desired adhesive amount without viscosity effect, while the jet dispensing can produce high precision adhesive amount. In order to determine the relationship between required voltage of the piezo actuator and needle displacement, both static and dynamic analysis are undertaken, In addition, finite element analysis is performed in order to find optimal design parameters. Dispensing flow rate and pressure in the chamber are evaluated through fluid dynamic model.
Kim, Jae-Min;Lee, Jong-Choon;Chung, Gwiy-Sang;Yoon, Suk-Jin
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.11a
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pp.383-386
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2002
This paper reports on the fluid flow simulation results of an active microvalve. The mechanical and fluidic analysis are done by finite element method. The designed structure is normally closed microvalve using buckling effect, which is consist of three separate structures; a valve seat die, an actuator die and a small piezoelectric actuator. It is confirmed that the complete laminar flow and the lowest flow leakage are strongly depend on the valve seat geometry. In addition, turbulent flow was occurs in valve outlet according to increase seat dimension, height and inlet pressure. From this, we was deducts the optimum geometry of the valve seat and diaphragm deflection that have an great influence fluid flow in microvalve. Thus, it is expected that our simulation results would be apply for constructing integrated chemical analyzing system or drug delivery system.
This paper describes the design, fabrication and characteristics of a buckling microvalve using a MCA (multilayer ceramic actuator). The mechanical and fluidic analysis are done by finite element method. The designed structure is normally closed microvalve using buckling effect, which is consist of three separate structures; a valve seat die, an actuator die and a small piezoelectric actuator. The flow rate of the fabricated MCA valve was 0-8.13 ml/min at the applied pressure of 0-50 kPa. Maximum non-linearity was 2.24 % FS at a duty cycle of 50 %. The maximum pressure was 230 kPa and the leak rate was $3.03{\times}10^{-8}\;Pa{\cdot}m^{3}/cm^{2}$ at a supply voltage of 100 V.
The therapy of injecting a fixed amount of a prescribed drug for a predetermined time is an effective treatment in relieving pain during anticancer treatments. Due to recent medical technology development, cancer is currently classified as a disease that can be managed in the patient's lifetime. If patients were able to use a drug delivery system that was portable, sustainable and had an accurate flow control, they would be able to inject medication whenever they need. In this study we developed a piezoelectric micropump for a drug delivery system by designing a pump chamber, check valve and diaphragm. We also developed a driving circuit that consumes low power and to which we applied a variety of signals. We fabricated a portable drug delivery system with this piezoelectric micropump and driving circuit. In addition, through a performance test, we confirmed that the system can precisely control the drug flow rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.567-573
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2014
Since the development of microelectromechanical systems (MEMS) technology for the medical field, various micro-fluid transfer systems have been studied. This paper proposes a micro-piezoelectric pump that imitates a stomach's peristalsis by using two separate piezoelectric elements, in contrast to existing micro-pumps. This piezoelectric pump is operated by using the valve-less traveling wave of peristalsis movement. If the piezoelectric plates at the two separated plates are actuated at the input voltage, a traveling wave occurs between the two plates. Then, the fluid migrates by the pressure difference generated by the traveling wave. Finite element analysis was performed to understand the mechanics of the combined system with piezoelectric elements, elastic structures, and fluids. The effects of design variables such as the chamber height and number of ceramics on the flow rate of the fluid were examined.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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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.
In this paper, an equivalent brake hydraulic circuit with a piezoelectric hydraulic pump was constructed, and load pressure control for better pressurization/depressurization characteristics was conducted. To understand pressurization/depressurization characteristics of the equivalent hydraulic circuit, the relation between the load pressure and the input voltage was revealed experimentally. Experiments were also conducted to observe effect of the solenoid valve on depressurization characteristics. In the pressurization experiment, it was validated that transient response time required to achieve desired load pressure may be reduced through voltage control to change pressurization gradient. By applying the valve on/off time control and voltage control, it was also possible to reduce response time in the depressurization process. Therefore, transient response time may be improved within 10ms for pressurization and within 30 ms for depressurization using the control technique suggested in this study. The load pressure control method proposed in this study is useful for controlling load pressure of a hydraulic brake system with the piezoelectric hydraulic pump.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.9
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pp.822-829
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2015
In this paper, the piezoelectric-hydraulic pump with a piezostack actuator as a driving source has been designed, fabricated, and evaluated for its application to UAV's brake system. The performance requirements of the piezoelectric-hydraulic pump were decided based on the requirements analysis of the target aircraft brake system. The geometric design of the piezoelectric-hydraulic pump to meet the performance requirements of the pump was conducted, and all components of the pump including the spring sheet type check valves were machined with close tolerance. By constructing a test apparatus for the performance check of the piezoelectric-hydraulic pump, the performance characteristics of the pump, such as the outlet flow rate for load-free condition and the outlet oil pressure for closed loop condition, have been evaluated. It has been found by the performance test result that the developed piezoelectric-hydraulic pump satisfies the design requirements effectively.
Jin, Xiao Long;Ha, Ngoc San;Li, Yong Zhe;Goo, Nam Seo;Woo, Jangmi;Ko, Han Seo;Kim, Tae Heun;Lee, Chang Seop
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.4
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pp.520-528
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2015
The piezoelectric-hydraulic actuator is a hybrid device that consists of a hydraulic pump driven by a piezo-stack coupled to a conventional hydraulic cylinder. The actuator is of compact size, but can produce a moderate energy output. Such hybrid actuators are currently being researched and developed in many industrialized countries due to the requirement for high performance and compact flight systems. In a previous study, we designed and manufactured a unidirectional hybrid actuator. However, the blocking force was not as high as expected. Therefore, in this study, we redesigned the pump chamber and hydraulic cylinder and also improved the system by removing the air bubbles. Two different types of piezo-stacks were used. In order to achieve bidirectional capabilities in the actuator, commercial solenoid valves were used to control the direction of the output cylinder. Experimental testing of the actuator in unidirectional and bidirectional modes was performed to examine performance issues related to driving frequency, bias pressure, reed valve thickness, etc. The results showed that the maximum blocking force was measured as 970.2N when the frequency was 185Hz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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