KR100384955B1 - 전기-기계에너지변환소자를 구동원으로서 이용하는진동부재, 이 진동부재를 구동원으로서 이용하는진동파구동장치 및 진동파구동장치를 구비한 장치 - Google Patents

전기-기계에너지변환소자를 구동원으로서 이용하는진동부재, 이 진동부재를 구동원으로서 이용하는진동파구동장치 및 진동파구동장치를 구비한 장치 Download PDF

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Abstract

구동부와; 구동부를 포함하는 탄성부재와; 탄성부재와 접촉하는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와를 포함하는 진동부재를 개시하고 있다. 전기-기계에너지 변환소자에 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 생성하고, 복수의 진동을 합성하여 구동부에서 구동진동을 생성한다. 전기-기계에너지변환소자상에 행해진 분극처리에 의해 발생되는 진동부재의 강성의 불균일성은 진동부재의 강성을 부분적으로 변경함으로써 상쇄되고, 따라서 진동부재을 출력할 수 있다.

Description

전기-기계에너지변환소자를 구동원으로서 이용하는 진동부재, 이 진동부재를 구동원으로서 이용하는 진동파구동장치 및 진동파구동장치를 구비한 장치{VIBRATION MEMBER USING ELECTRO-MECHANICAL ENERGY CONVERSION ELEMENT AS DRIVING SOURCE, VIBRATION WAVE DRIVING APPARATUS USING VIBRATION MEMBER AS DRIVING SOURCE AND APPARATUS PROVIDED WITH VIBRATION WAVE DRIVING APPARATUS}
본 발명은 탄성부재에서 구동진동을 형성하기 위해, 압전소자 즉 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자를 이용하는 진동부재와, 구동원으로서의 진동부재를 사용하는 진동파구동장치 및 진동파구동장치를 구비한 장치에 관한 것이다.
압전소자의 진동원을 전기-기계에너지변환소자로서 압전소자의 진동원을 사용하는 탄성부재에 구동진동을 형성하는 진동부재를 구동원으로서, 사용하는 진동파구동장치로서, 진동부재와 이 진동부재에 가압접촉된 접촉부재를 상대적으로 이동시키는 일시스템으로서의 진동파모터가 있다. 진동파모터는 저속도에서 큰 토크를 추출할 수 있는 액추에이터로서 기능하고, 전자기모터상에 형성되는코깅(cogging)이 없으며, 진동파모터는 회전불균일이 거의 없는것이 특징이다.
특히, 진행파형의 진동파모터에서는, 균일한 진동진폭을 갖는 진행성의 진동파가 탄성부재에서 생성되고, 탄성부재에 가압접촉된 접촉부재로서의 이동부재는 연속적으로 구동되기 때문에, 대체적으로 회전불균일이 생성되지 않는다. 도 21은 종래의 진동파모터의 진동부재의 투시도이다.
(1)은 금속등으로 형성된 환형상탄성부재이고, (2)는 환형상의 전기-기계에너지변환소자인 압전소자이고, 압전소자(2)는 접착제에 의해 탄성부재(1)의 편면에 접착고정된다.
압전소자(2)에 있어서, 전극은 분극처리를 실행하는 세라믹으로 구성된 압전부재의 양표면상에 형성되고, 도 21에 도시된 바와 같이, 전압인가전극(3)은 표면상의 외주방향으로 간격을 두고 배열되고, 전체표면을 덮는 전체표면전극(도시되지 않음)은 탄성부재(1)에 접착되는 표면상에 배치된다.
한편, 내마모성 마찰재료 등의 내마모성층은 탄성부재(1)의 다른쪽 표면(압전소자(2))에 접착된 표면에 대향하는 표면)에 형성되고, 이동부재(도시되지 않음)는 내마모층을 경유하여 가압접촉된다.
도 17에 있어서, (1) 내지 (3)은 진행파형의 진동파모터의 구동원리를 도시하는 전개도이다.
도 17에 있어서, (1)은 진동부재에서 여기되는 파장λ를 갖는 제 1정재파(A상으로 칭함)를 도시하고, (2)는 진동부재에서 여기되는 파장λ를 갖는 제 2정재파(B상으로 칭함)을 도시한다. 도시된 A상 및 B상은, 각각의 노드위치(파복위치)는 1/4파장만큼 서로 어긋난다. 90°의 시간위상차를 갖는 이런 2개의 정재파를 동시에 여기하고 또한 중첩시킴으로써, 도 17의 (3)에 도시된 바와 같이 균일한 진폭을 갖는 진행파를 합성할 수 있다.
이와 같은 방식으로 굴곡진행파가 여기되는 진동부재에서는, 굴곡변형의 중립면으로부터 떨어진 점은 타원운동을 행하기 때문에, 타원운동의 정점근방에 접촉하기 위해 이동부재를 진동부재의 상면상에 가압함으로써, 진동부재와 이동부재간의 마찰력 작용에 의해 이동부재는 구동된다.
각각의 정재파 A, B를 여기시키기 위해 진동부재를 구성하는 탄성부재에 접착된 압전소자는, 증착등에 의해 단일의 디스크상에 복수의 전극을 형성하고 이 복수의 영역을 분극처리함으로써, 단일의 압전소자에 의해 서로 위상이 편차된 2개의 정재파를 여기할 수 있다.
도 18A 및 18B는 대표적인 분극패턴을 도시한다. A상 및 B상의 각각의 전극군은 비구동부를 경유하여 1/4파장의 길이로 형성되고, 각각의 군에 있어서, 각각의 전극은 1/2파장의 길이를 갖고, 서로 인접한 전극은 도 18A에 도시된 (+),(-)기호에 의해 도시된 바와 같이 역방향으로 분극된다.
A상 및 B상의 각각의 전극군은, 도전성페이스트 및 플렉시블 인쇄기판 등의 수단에 의해 단락되고, 따라서, 수축력과 신축력은 이면상의 접지전극과 전극간에 소망의 전압을 인가함으로써 분극방향에 직교하는 방향으로 발생되고, 상기 언급한 2개의 정재파는 진동부재에 굴곡모우먼트를 인가함으로써 A상 및 B상의 각각의 전압에서 여기된다.
그러나, 상기 언급한 종래의 예에 있어서는, 한개의 압전소자내에 서로 대향하는 분극방향의 인접한 분극영역을 형성하기 위해 분극처리가 실행될때는, 다음과 같은 문제가 발생한다.
도 19는 인접한 분극영역의 분극방향이 서로 대향하는 부분의 압전소자의 전개단면도이다. 도 19의 화살표는 분극시에 각각의 전극에 인가되는 전위차에 의한 전기력선을 도시한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 2개의 전극(1) 및 (2)의 경계부(3)로부터 떨어진 부분에서, 전기력선은 두께방향으로 대략 형성되고, 분극방향도 전기력선의 방향을 따라서 형성된다.
그러나, 인접한 전극(1)과 (2)간의 경계부(3)의 복수의 전력선은 두께방향대신에 인접한 전극간의 두께방향에 직교하는 방향으로 형성된다. 따라서, 본 발명자들은 분극방향도 압전소자의 두께방향에 직교하는 방향으로 형성되는 것을 해명하고 있다.
한편, 진동부재의 굴곡강성은 탄성부재의 굴곡강성과 접착된 압전소자의 강성에 의해 주로 결정된다.
압전소자는 두께방향으로 진동부재의 중립표면으로부터 떨어진 위치에 접착되기 때문에, 진동방향에 직교하는 방향의 강성은 진동부재의 굽힘강성에 기여한다. 압전소자는, 종탄성계수는 인가된 분극방향에 의존하는 이방성이다. 특히, 도 9에 있어서, 이상적인 분극방향으로 처리되는 영역의 분극방향에 평행한 방향의종탄성계수가 Y11일때, 이상적인 분극방향에 직교하는 방향의 종탄성계수는 Y33이고, 일반적으로 Y11＞Y33인 관계가 있다.
전기(1)과 (2)의 중심근처의 두께방향으로 대략 분극되기 때문에, 두께방향의 종탄성계수는 Y11이다. 그러나, 인접전극이 역방향으로 분극될때는, 두께방향에 직교하는 방향의 종탄성계수는 경계부(3)에서 Y33이다. 따라서, 역방향으로 분극된 전극의 경계부의 종탄성계수는 전극부의 종탄성계수보다 작은 값이다.
탄성부재의 종탄성계수에 부분적으로 차이가 있으면, 다음의 현상이 발생한다.
특히, 탄성부재에 의해 여기되는 정재파에 있어서, 전파속도는 탄성부재의 각 부분의 굴곡강성과 선밀도에 의해 결정된다. 강성 및 밀도가 불균일할때는, 굴곡진동의 전파속도는 부분적으로 변화하고, 여기된 정재파의 파장은 변화하고, 파장불균일이 몇몇의 장소에서 발생한다.
도 20은 도 18에 도시되는 압전소자의 분극패턴에 의해 생성되는 파장불균일이 1/4파장을 갖는 구동부상에 중심하도록 도시한 전개도이다.
A상 전극군에 의해 여기되는 파수가 7개인 정재파(파장λ)에 있어서, 진동파복이 A상전극군의 영역에 있는 전극의 중심에 대응하는 것이 이상적이고, 이 진동파복은 B상 전극군의 영역에 있는 전극의 경계부와 위치적으로 일치한다.
또한, 도 19에 도시된 바와 같이, 압전소자의 전극(1)의 중심의 종탄성계수는 전극(1)과 (2)의 경계부(3)의 종탄성계수보다 크기 때문에, A상정재파에 있어서 굴곡강성은 정재파의 파복위치가 압전소자전극의 중심에 있는 진동부재의 A상 전극군영역에서 높고, 굴곡강성은 파복위치가 압전소자의 전극간에 있는 B상 전극군영역에서 낮다.
따라서, A상 영역에서 진동전파속도는 증가하고 파장은 길어지는 반면에, B상영역에서 진동전파속도는 감소하고 따라서 파장은 짧아진다. 마찬가지로, B상 전극군에 의해 여기되는 정재파에 대해서는, 역으로 A상 영역에서 파장이 짧고 B상영역에서 파장이 길다.
상기 설명한 바와 같이, 7개의 파수를 갖는 각가의 A 및 B정재파의 파장에 불균일이 존재하고, 위치위상 λ/4로부터 어긋남이 존재함으로, 진폭불균일은 합성진행파의 진폭에서 발생하는 것을 도 20으로부터 알 수 있다.
진행파진폭에 불균일이 존재하는 경우, 이동부재의 구동속도에서 불균일은 발생한다. 따라서, 이동부재의 압접력에 불균일이 있고, 또는 접촉면이 완전히 평면이 아니므로, 이동부재와 진동부재의 상대위치에 의해 이동부재의 속도불균일을 야기한다.
또한, 반송속도(feeding speed)가 차이가 있는 영역을 이동부재가 등속도로서 접동하고, 따라서 반송력이 서로 상쇄되는 영역이 발생하므로서, 효율은 마찰손실에 의해 열화된다.
또한, 이동부재와 진동부재간에 작용하는 압접력은 진동부재의 위치에 차이가 있기 때문에, 편마찰은 진동부재의 마찰표면상에 야기되고, 결과적으로 모터의 수명은 단축된다.
또한, 분체 또는 파장과 비교하여 미소한 다른 재료가 진동부재에 집적적으로 놓이고 전송되는 전송장치에 있어서, 복수의 파의 이동속도는 평균화되지 않기 때문에, 분체는 진행파진폭이 작은 장소에서 모이거나, 또는 다른 문제가 발생하고, 따라서 윤활한 반송을 방지한다.
상기 언급한 진폭불균일은 압전소자의 분극방향에 의존할 뿐만아니라, 예를 들면, 다음 상황에서도 또한 발생한다.
특히, 도 22에 도시한 바와 같이 단일의 압전소자이외에 진동부재의 구성으로서 단일 방향으로 분극화된 1/2파장의 길이를 각각 갖는 복수의 압전소자가 탄성부재에 접합되거나, 또는 압전소자의 길이는 1/4파장으로 설정된다.
이 경우에는, 각각의 압전소자의 단일방향으로 분극되기 때문에, 분극방향에 의한 탄성계수의 차의 상기 언급한 문제는 발생하지 않으나, 압전소자간의 갭에서 다른 영역과 비교시에 단면 2차모우먼트가 감소된다.
단일의 압전소자에 있어서, 도 23에서 도시된 바와 같이, 전체표면상에 전극을 도포하고, 균일한 극성을 제공하기 의해 분극을 실시하고, 전극을 복수의 전극으로 분할하기 위해 그라인드스톤, 금속톱 등으로 전극을 연마함으로서, 단면형상은 일부가 절결된 홈(3-3)을 갖고, 전극간의 강성을 열화되며, 마찬가지의 진동폭불균일이 야기된다.
또한, 상기 언급한 방법으로 비분극상태에서 전극을 복수의 전극으로 분할하고 압전소자를 진동부재에 접착하고 극성을 변화시키기 위해 분극처리를 대략 실행함으로써, 마찬가지의 결과를 얻는다.
본 발명의 목적은 복수의 정재파에서 생성되는 파장불균일을 제거하고 복수의 정재파의 합성된 파인 구동파가 안정화될 수 있는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자를 사용하는 진동부재와, 구동원으로서 진동부재를 사용하는 진동파구동장치 및 진동파구동장치를 구비한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 교류신호를 변환소자에 인가하여 탄성부재에서 구동진동을 생성함으로써 형성된 복수의 진동을 합성하고 또한 탄성부재와 전기-기계에너지변환소자를 구비한 진동부재를 제공한다. 진동부재에 있어서, 변환소자의 분극에 의해 야기되는 진동부재의 강성의 부분적인 불균일은 진동부재의 강성을 부분적으로 변경함으로써 상쇄되고, 이에 의해 진동부재의 안정된 구동진동이 출력될 수 있다.
기타 목적은 이하 상세한 설명에 의해 명확하게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예의 사시도
도 2A, 2B는 본 발명의 제 1실시예의 압전소자의 패턴도
도 3은 본 발명의 제 2실시예의 압전진동부재의 부분전개도
도 4는 본 발명의 제 2실시예의 압전진동부재의 부분전개도
도 5는 본 발명의 제 3실시예의 압전진동부재의 부분전개도
도 6은 본 발명의 제 4실시예의 압전진동부재의 부분전개도
도 7은 본 발명의 제 5실시예의 압전진동부재의 부분전개도
도 8은 본 발명의 제 6실시예의 압전진동부재의 분해사시도
도 9는 본 발명의 제 6실시예의 압전진동부재의 분해사시도
도 10은 종래의 형상에서 본 발명의 제 6실시에의 압전진동부재의 주파수응답을 도시하는 도면
도 11은 본 발명의 제 6실시예의 압전진동부재의 부분전개도
도 12는 본 발명의 제 7실시예의 압전진동부재의 사시도
도 13은 본 발명의 제 8실시예의 압전진동부재의 사시도
도 14는 본 발명의 제 9실시예의 압전진동부재의 분해사시도
도 15는 본 발명의 제 10실시예의 진동파모터의 사시도
도 16은 본 발명의 제 11실시예의 분체반송장치의 사시도
도 17은 진동파모터의 구동원리를 도시하는 부분전개도
도 18A, 18B는 진동파모터의 압전소자의 분극패턴을 도시하는 평면도
도 19는 압전소자의 분극시의 전기력선과 세종탄성계수의 분포를 도시하는 단면도
도 20은 종래의 압전진동부재의 진동진폭불균일의 설명도
도 21은 종래의 진동부재의 투시도
도 22는 압전소자가 분할된 종래의 압전진동부재의 부분전개도
도 23은 전극이 연마에 의해 분할된 종래의 압전진동부재의 부분전개도
도 24는 본 발명의 제 12실시예를 도시하는 사시도
도 25는 본 발명의 제 13실시예를 도시하는 분해사시도
도 26은 본 발명의 제 14실시예를 도시하는 사시도
도 27은 도 26의 탄성부재를 제작하는 방법을 도시하는 사시도
도 28은 제 15실시예를 도시하는 사시도
도 29는 제 16실시예를 도시하는 압전소자의 평면도
도 30은 제 16실시예의 주파수와 진폭간의 관계를 도시하는 그래프
도 31A, 31B는 제 17실시예를 도시하는 진동부재의 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 탄성부재 2: 압전소자
3: 전극 4: 홈
5: 진동부재돌기부 6: 공기구멍
7: 플렉시블인쇄기판 8: 볼트
9: 절결부 10: 이동부재
12: 튜브 13: 분체
14, 15: 몰드
도 1은 본 발명의 제 1실시예를 도시한다.
우선, 본 발명의 전체구성을 설명한다.
본 발명의 실시예의 진동부재에서는, 굴곡진동에 의해 발생되는 주변방향의 변위를 확대하기 위해 환형상으로 형성된 금속탄성부재(1)상의 방사방향을 따라서 복수의 변위확대용 홈(4)이 형성되어 있다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 전기-기계에너지변환소자인 압전소자(2)에는, 패턴전극(3)은 탄성부재(1)에 접착되지 않은 기판상에 형성되고, 각각의 전극은 소정의 갭을 두고 배열된다. 이 갭에 의해 분극과정에서 서로 인접한 전극이 전기를 방전하는 것을 방지한다.
압전소자(2)에는, 도 2A의 (+),(-)기호로 도시된 방향으로 전위를 인가함으로써 이면의 전체를 덮는 패턴전극(3-1)과 전극(3-2)사이에 분극이 형성된다. 패턴전극(3-1)에는, 도 2A에 도시된 A상, B상의 각 군은 도전페이스트, 플렉시블인쇄기판등에 의해 그룹내에서 단락되고, 각상과 이면전극사이에 전위를 인가함으로서 각 전극영역에서 분극방향과 직교하는 방향의 힘에 의해 탄성부재(1)에 굴곡모우먼트를 인가하여 진동한다. 전극(3-1)의 분극방향은, 도 2A에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 영역이 대향하는 방향으로 분극된다.
도 19에 도시된 바와 같이, 분극시에 가로방향으로 인접패턴전극간의 공간(3-3)에 전위가 인가되기 때문에, 인접전극을 연결하는 방향으로 분극되고, 압전소자의 변형방향의 종탄성계수는 전극사이에서 낮아진다.
본 실시예에서는, 탄성부재(1)에 형성된 변위확대용 홈(4)은 외주방향을 따라서 동일간격(λ/4)으로 형성되고, 압전소자(2)의 패턴전극공간(3)의 각도는 변위확대용 홈(4)(패턴전극공간(3-3)은 축방향으로 변위-확대용 홈(4)에 일치함)의 각도에 일치하도록 되어있고, 변위확대용 홈(4)은 전극(3-1)에 대응하도록 또한 배치되고, 패턴전극공간(3-3)에 대응하는 변위확대용 홈(4-1)은 전극(3-1)에 대한 변위확대용 홈(4)의 깊이에 대해서는 특히 얕게되도록 설정되어 있다.
상기 언급한 구조에서는, 얕은 홈을 갖는 진동부재의 단면의 단면 2차모우먼트는 다른 홈부를 갖는 진동부재의 단면과 비교할때 부분적으로 크게될 수 있다.
따라서, 탄성부재(1)의 얕은 홈(4)이 작은 종탄성계수를 갖는 압전소자(2)의 일부에 중첩되도록 접착되는 경우, 압전소자(2)의 강성저하가 보상되고, 일체화된진동부재의 굴곡강성이 균일하게 될수 있다.
또한, 전체의 홈(4)에 있어서, 주변방향의 홈의 깊이는 다르지만(일반깊이를 갖는 홈(4)에 인접하는 홈(4-1)은 얕음), 깊이차에 의해 진동부재의 A와 B그룹 양자의 진동시스템의 고유주파수의 차이를 야기시키지는 않는다.
본 발명의 구성에 대해서는 다음에 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 압전소자는 접착제, 땜납 또는 다른 방법에 의해 금속탄성부재(1)에 고착된다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 전극(3)의 그룹은 압전소자(2)의 진동부재에 고착되지 않는 표면상에 형성된다. 전극(3)은 증착, 스크린프린팅 등에 의해 필름에 도전성재료를 형성함으로써 구성되고, 각각의 전극은 소정의 갭을 두고 배열된다.
압전소자(2)는 도 2A에 도시된 방향으로 패턴전극(3-1)과 그 이면전극(3-2)사이에 전위를 인가함으로써 분극화된다.
압전소자(2)의 이면전극(3-2)은 진동부재에 연결된다. 패턴전극(3-1)에는, 도 2A에 도시된 A상, B상의 각군은 도전성페이스트, 플렉시블프린트기판 등에 의해 그룹내에서 단락되고, 각 상과 이면전극(탄성부재 1)사이에 전위를 인가함으로써 각각의 전극영역에서 분극방향과 직교하는 방향의 힘에 의해 진동부재에 굴곡모우먼트가 인가되어 진동한다.
전극(3-1)의 분극방향은, 도 2A의 (+),(-)에 의해 도시된 바와 같이, 인접한 영역은 대향방향으로 분극화된다.
인접전극간의 공간(3-3)에 대하여는, 도 19에 도시된 바와 같이, 분극시에가로방향으로 전위가 인가되기 때문에, 서로 인접한 전극을 접속하는 방향으로 분극되고, 진동부재의 굴곡변형방향의 종탄성계수는 전극사이에서 저하된다.
굴곡진동에 의해 야기되는 외주방향의 변위를 확장하기 위해 복수의 홈(4)이 탄성부재에 형성되어 있다.
압전소자(2)의 패턴전극(3-1)의 배치의 최소단위는 1/4파장이고, 이 패턴에서는, 하나의 랩(lap)상에 7개의 굴곡진동을 진동하기 위해 7차 굴곡모드가 사용된다. 따라서, 모든 전극공간(3-3)을 홈(4)을 갖는 위치에 위치시키기 위해서는, 홈의수는 4×7=28의 정수배이다. 여기서, 홈(4)은 원주방향으로 28등분된다.
압전소자(2)의 패턴전극공간(3-3)과 각도가 일치하는 홈(4-1)은 다른 홈보다 더 얕게 되어 있다. 따라서, 압전소자의 전극간의 종탄성계수의 저하에 의해 야기되는 진동부재의 굴곡강성의 저하는 진동부재의 단면영역과 단면의 2차모우먼트를 증가시킴으로써 수정된다.
따라서, 진동부재상에 형성되는 위상이 상이한 정재파의 진동의 전파속도는 압전소자(2)의 전극공간에 대응하는 부분에서도 변화하지 않고, 파장불균일도 발생하지 않으며, 2개위상 정재파를 합성함으로써 얻은 구동파로서의 진행성의 진행파의 파형은 안정되고, 구동화율은 강화되고, 편차마찰이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
(제 2실시예)
도 3은 본 발명의 제 2실시예의 부분전개도이다.
본 실시예에서는, 압전소자(2)의 패턴전극(3)은 분극시에 전체면상에 배열되고, 모든 영역에서 동일한 두께방향으로 분극된다. 분극후에는, 전극은 그라이드스톤, 금속톱등으로 연마되고 복수의 전극그룹으로 분할된다. 전극을 분할하기 위해 제거된 부분(3-30)(이하 전극분할부로 칭함)의 강성은 낮기 때문에, 본 실시예에서는, 전극분할부는 진동부재의 홈(4)에 대응하여 배치되고, 축방향(압전소자의 두께방향)으로 전극분할부(3-30)에 대응하는 홈(4-1)은 깊이가 감소되고 단면영역이 확대되기 때문에, 압전소자(2)의 부분형태불균일성에 의한 부분적인 강성차이는 수정되고, 탄성부재(1)와 압전소자(2)로 구성된 진동부재의 종탄성계수는 외주방향에 균일하게 설정된다.
(제 2실시예의 변형예)
도 4는 제 2실시예의 변형예를 도시한다.
제 2실시예에서는, 압전소자(2)는 동일방향으로 분극처리되고, 다음에 각각의 전극은 절단처리에 의해 분할되어 형성된다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극을 미리 분할한후에, 제 1실시예의 분극패턴과 마찬가지의 분극패턴을 얻기위해 분극처리를 실행해도 된다.
(제 3실시예)
도 5는 본 발명의 제 3실시예의 부분전개도이다.
본 실시예에서는, 압전소자로서, 복수의 분할된 소자가 사용된다. 각각의 압전소자(2)는 영역내에서 단일방향으로 분극되어 있고, 진동부재에 고착하는 방향을 전후면에 대해 변경하여 배치하여 고착하기 때문에, 분극방향의 상이한 패턴배열은 실현된다.
이 구성에서는, 미세한 칩형상의 압전소자가 사용될 수 있기 때문에, 압전소자의 총면적이 큰 경우에도 저렴하게 제작될 수 있다. 그러나, 소자간의 경계부에 소자가 존재하지 않기 때문에, 압전소자(2)가 존재하는 영역과 비교할때 강성이 상당히 열화된다.
탄성부재(1)는 분말소결법 등에 의해 형성되고, 다수의 공기구멍(6)을 포함한다. 영역(1-2)(도 5의 흑색원에 의해 도시됨)를 형성하기 위해 탄성부재(1)의 재료의 융점보다 낮은 융점의 재료로 소자(3)간의 경계부(3-3)의 공기구멍을 침지함으로써, 조성은 변화되고, 탄성계수는 증가되며, 경계(3-3)부에 압전소자의 부재에 의한 강성저하분을 보상되고, 강도의 균일화가 실현된다.
본 실시예에서는, 압전소자부분의 부근에서 수정되기 때문에, 진동부재의 중립축은 거의 변화하지 않고, 진동방향의 진폭불균일뿐만 아니라, 전파방향의 진폭불균일도 정확하게 수정될 수 있다.
본 실시에에서는, 진동부재의 고착면의 형상으로 수정되기 때문에, 홈피치는 압전소자의 배열에는 관계하지 않아도 된다.
(제 4실시예)
도 6은 본 발명의 제 4실시예의 부분전개도이다.
압전소자(2)를 구성하는 압전부재(2)에서는, 큰전위차가 분극시에 분극방향이 상이한 인접전극영역의 경계(2-1)에서 형성되기 때문에, 압전소자는 입계파괴(도 6의 백색원으로 도시됨)를 야기시킨다. 탄성계수가 이 영역에서 낮기 때문에, 제 1실시예와 마찬가지로, 경계(2-1)에 대응하는 탄성부재의 홈(4-1)은 얕게 설정되기 때문에, 국소영역의 2차 모우먼트는 증가되고, 압전소자(2)에서 부분적으로 발생되는 상이한 강성은 탄성부재(1)에 의해 수정되고, 탄성부재(1)와 압전소자(2)로 구성되는 진동부재의 종탄성계수는 외주방향에서 균일하게 된다.
(제 5실시예)
도 7은 본 발명의 제 5실시예의 부분전개도이다.
본 실시예의 탄성부재(1)는 분말소결법 등에 의해 형성되고, 다수의 공기구멍(6)을 포함한다. 낮은 세로탄성계수를 갖는 영역에 소수의 공기구멍이 존재하는 영역(1-2)를 형성함으로써, 조성은 변화되고, 탄성계수는 증가되고, 압전소자(2)의 부부적인 강성저하가 탄성부재(1)에 의해 수정되고, 탄성부재(1)와 압전소자(2)로 구성된 진동부재의 종탄성계수는 외주방향으로 균일하다.
공기구멍(6)을 감소시키는 방법은 압전소자(2)의 경계(1-2)에 대응하는 부분만을 고압으로 압축하고, 공기구멍을 폐쇠하거나 기계가공에 의해 부재를 다듬질함으로써 실현된다.
(제 6실시예)
도 8은 본 발명의 제 6실시예의 진동부재의 분해도이고, 도 9는 도 8의 조립상태를 도시하는 도면이다.
본 발명의 진동부재는 제 1탄성부재(1a)와 제 2탄성부재(1b)사이에 압전소자(2)와 전압인가 플렉시블프린트기판(flexible printed board)(7)을 위치시키고 이 구성요소를 볼트(8)에 의해 유지시킴으로써 형성되는 소위 비형상진동부재이며, 압전소자(2)는 도 8의 (+),(-)기호에 의해 도시된 바와 같이 두께방향으로분극처리된다.
진동부재에 있어서, 중심구멍을 경유하여 서로 대향배치된 2세트의 (+),(-)전극을 A상과 B상의 2개의 상으로서 사용하여 90°의 시간적위상차로서 교류전압을 인가함으로써 굴곡 1차진동모드는 진동하고, 90°로 서로 어긋난 2개의 진동을 합성함으로써 진동한다.
본 실시예의 압전소자(2)는 두께방향의 분극방향에 평행한 방향, 즉 두께방향의 변위를 이용하고, 압전소자의 두께방향이 축방향(Z방향)의 종탄성계수, 즉, 분극방향의 종탄성계수(Y33으로함)가 진동부재의 굴곡강성에 크게 기여한다.
그러나, 분극방향이 상이하고 서로 인접하는 전극사이에, 분극시에 평면에 전위차가 발생되고, 이에 의해 분극은 횡방향에 형성되고, 이 경우에 축방향의 종탄성계수는 분극방향에 직교하는 방향의 종탄성계수(Y11로함)를 나타낸다.
상기 설명한 바와 같이, 2개의 종탄성계수간에는 Y11＞Y33의 관계가 있기 때문에, 탄성부재의 굴곡강성에 대해서는 Y축주위의 굴곡강성은 도 8의 X축주위의 굴곡과 비교할때 크게 된다.
특히, X축주위의 굴곡의 경우, 전극(41)과 전극(42)의 분극처리방향은 전극(43)과 (44)의 분극처릴방향과 극성이 다르기 때문에, 전극(41)과 전극(42)간의 경계(45)와 전극(43)과 전극(44)간의 경계(46)는 횡방향의 분극을 실행하고, 종탄성계수는 Y11이다. 또한, Y축주위의 굴곡의 경우, 전극(41)과 전극(43)간의 경계(47)와 전극(42)와 전극(44)간의 경계(48)는 Z축방향의 분극을 실행하고, 종탄성계수는 Y33이다.
각각의 A, B전극부분에 의해 진동되는 굴곡진동은 X, Y축주위의 굴곡진동의 합성에 의해 표시될 수 있다. X축과 Y축 주위의 굴곡진동의 주파수특성에 대해서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 강성이 높은 Y축주위의 진동은 고주파측으로 이동하기 때문에, 공진점의 주파수보다 높은 주파수로 진동되면, 각각의 A, B입력에 의한 굴곡진동에 의해, Y축주위의 굴곡진폭성분이 A와 B양자에 대해 증가한다. 그 결과, A, B의 굴곡진동의 각각의 위치는 X축방향으로 어긋나고, A, B의 위치적위상차는 소정의 90°로부터 어긋나게 된다.
따라서, 합성된 진동에 의한 진동운동은 Y축주위의 굴곡이 큰 타원으로 된다.
상기 문제를 해결하기 위해서는, 본 실시예에서는, Y축주위의 굴곡강성이 낮도록 축방향을 따라서 홈(40)이 제 1, 제 2진동부재에 형성되고, 각각의 축주변의 굴곡강성은 조정된다.
탄성부재에 대한 수정방법은, 상기 설명한 홈가공이외에, 표면과 외부의 주위면을 지지하는 압전소자에 의해 형성되는 리지드(ridge)를 넓히거나 또는 깎음으로서 또한 실현될 수 있다. 압전소자로부터 떨어져있는 부분에서 수정하면, 진동부재의 등가질량은 변화된다. 따라서, 도 11에 도시된 바와 같은 압전소자(2)의 부근에서만 홈을 가공하여도 된다. 다수의 공기구멍을 갖는 분말소결재에 의해 탄성부재를 형성하고, X축주위의 굴곡강성을 증가시키기 위해 후술하는 도 27에 도시되는 프레스성형에 의해 경계부분(45)과 경계부분(46)의 밀도를 증가시키거나 또는 부재에 다른 금속재료를 충전시킴으로써, 강도의 불균일성을 수정될 수 있다.
(실시예 7)
도 12는 본 발명의 제 7실시예를 도시한다.
본 실시예의 진동부재에서는, 환형상 탄성부재(1)에 고착하는 환형상의 압전소자(2)에서 서로 인접하는 전극은 도 12의 (+),(-)기호로 도시한 바와 같이 서로 두께방향으로 역방향으로 분극된다.
본 실시예의 진동부재는 굴곡진동을 여기하기 위해 압전소자의 분극방향과 직교하는 방향(외주방향)의 변위를 이용하고, 분극소자의 종탄성계수는 진동부재의 굴곡강성에 기여한다. 인접한 전극간의 영역으로서, 외주방향으로 분극된 전극공간(3-3)에서는, 상기 설명한 바와 같이 외주방향의 종탄성계수가 분극처리방향의 영향에 의해 저하된다. 따라서, 본 실시예에서는, 전극공간(3-3)의 폭과 단면적을 크게함으로써, 낮은 탄성계수를 갖는 영역의 강성을 균일하게 한다.
상기 설명한 바와 같이, 압전소자의 종탄성계수의 분포는 압전소자형상에 의해 균일하게 되기 때문에, 고착하는 탄성부재와의 위치결정이 불필요하고, 이에 의해 고착시의 어긋남에 의한 오차가 쉽게 발생되지 않는 장점을 제공한다.
(실시예 8)
도 13은 본 발명의 제 8실시예를 도시한다.
본 실시예의 진동부재는 환형상의 압전소자(2)를 환형상의 탄성부재(1)에 접착시킴으로써 구성된다. 압전소자(2)는, 탄성부재(1)에 대한 접착면 및 패턴전극(3)이 형성되는 패턴전극표면양자에 전극막을 전체적으로 형성하고, 이어서 분극처리를 실행하고, 전극을 분리하기 위해 그라인드스톤, 금속톱 등으로 전극을 연마함으로써, 도시된 바와 같은 전극을 얻는다.
전극이 분리되는 부분(3-3)은 두께가 감소되기 때문에, 강성이 열화된다. 본 실시예에서는, 두께가 감소하고 강성이 열화되는 부분을 넓힘으로써, 대략 균일한 단면적을 얻는다. 이에 의해 진동부재의 굴곡강성이 균일하게 실현되고 진동진폭불균일을 저감시킬 수 있다.
(실시예 9)
도 14는 본 발명의 제 9실시예를 도시한다.
본 실시예의 진동부재의 구성 및 기능은 제 6실시예에 도시된 구성과 기능과 마찬가지이다.
본 실시예에서는, 압전소자(2)의 인접전극이 역방향으로 분극된 영역의 경계의 부근에 절결부(9)를 위치시킴으로써, 압전소자의 Y축주위의 굴곡강성이 낮아지고, X축주위의 굴곡강성에 적응된다. 제 6실시예에서는, 압전소자(2)가 2개의 탄성부재(1a),(1b)의 각각의 홈(40)에 배열되도록 각도를 조정하고 구성요소를 조여야할 필요가 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 압전소자만으로 이미 수정되었기 때문에, 위치결정을 행하지 않고 보정을 할 수 있는 이점이 있다.
(실시예 10)
도 15는 본 발명의 제 10실시예를 도시한다.
금속등의 탄성부재로 형성된 이동부재(10)는, 오일 및 그리스 등의 점성유체로 구성되는 점성유체층을 개재하여, 제 1실시예의 탄성부재(1)상에 압압되는 진동파모터가 제공되고, 이동부재(10)는 고압력하에서 오일막의 전달력에 의해 구동된다.
전달력은 점성유체를 경유하여 구동부재의 막두께에 의해 주로 변화한다. 따라서, 종래의 진동파모터와 같이 진행파진폭의 불균일이 있을 경우에는, 큰 진폭을 갖는 위치에서 막두께가 증가한다. 작은 진폭을 갖는 위치에서 막이 두껍게되기 때문에, 힘을 효과적으로 전달하는 막두께를 얻는 것은 어렵다. 한편, 본 실시예에서는, 상기 설명한 바와 같이 진폭불균일이 감소되기 때문에, 균일한 막두께분포를 얻을 수 있고, 구동은 효과적으로 수행될 수 있다.
(실시예 11)
도 16은 본 발명의 제 11실시예의 분체반송장치를 도시한다.
본 실시에에서는, 탄성부재(1)와 압전소자(2)로 구성되는 제 1실시예의 진동부재가 사용되고, 탄성부재(1)의 홈(4)의 깊이를 변경함으로써 진행파진폭불균일이 감소된다.
탄성부재(1)의 구동표면상의 홈(4)에 의해 형성된 돌출부상의 외주방향을 따라서, 수지 등의 유연한 재료의 튜브(12)의 일부에 의해 형성된 환형상부는 놓고 접착등에 의해 고정된다.
튜브(12)내에 넣은 분말재료(13)는 진동부재에서 여기되는 진행파의 타원운동에 의해 환형상의 튜브에 반송된다. 이 반송장치는, 튜브(12)내의 분말재료는 연속적으로 반송될 수 있다. 또한, 응집하기 쉬운 분말재료인 경우에는, 재료가 응집되어 고체화될때에도, 재료는 진동에 의해 분쇄되고 본래의 입자상태로 공급될 수 있다.
환형상의 이동부재가 일반적인 진동파모터와 같이 구동될때, 각각의 구동위치에서 구동력의 합계가 이동부재의 구동력에 대응한다. 따라서, 이동부재의 가압력, 평면도, 강성 등의 불균일을 제거함으로써, 구동력은 평균화된다.
그러나, 본 실시예의 분말재료와 같이 미소한 물체의 경우에는 구동력은 평균화되지 않고, 그 속도가 위치에 따라 다르고, 또한 구동력이 작은 장소에서는 막히는 등의 문제가 발생한다.
그러나, 본 실시예에서는, 압전소자에 기인하는 강성차를 수정함으로써, 진행파진폭은 균일하게 될 수 있고, 상기 언급한 문제는 효과적으로 감소될 수 있다.
(제 12실시예)
도 24는 본 발명의 제 12실시에의 부분전개도이다.
제 1실시예에서는, 압전소자(2)의 인접한 전극간의 간격은 홈을 갖는 위치에 일치하였으나, 본 실시예의 진동부재에서는, 전극간격은 홈을 갖는 부분과 일치할 필요는 없다.
본 실시에에서는, 열화된 강성을 갖는 전극간의 간격(3-3)의 위치에 대응하여 홈(4)이 배치되지 않을때는, 얕게되는 부분에 가장 근접하게 홈(4-3)을 설정함으로써 강성차를 수정하거나, 또는 얕은 홈사이에 전극간격(3-3)을 위치하기 위한 복수의 얕은홈(4-2)을 배치함으로써 전극간격의 주변부에 강도차를 수정된다.
강도차를 수정하기 위해서는, 홈은 전극간격을 갖는 위치에 일치하지 않아도 되고, 진동부재의 굴곡변위에 대항하는 강도는 균일하게 되도록 복수의 홈에 강성차를 형성하여도 된다.
(제 13실시예)
도 25는 본 발명의 제 13실시예의 분해투시도이다.
본 실시예에서는, 진동부재는 도 25에 도시되는 바와 같은 상대적인 각도로 접착제 등에 의해 탄성부재(1)를 압전소자(2)에 접착시킴으로써 진동부재를 구성한다.
본 실시예는, 압전소자(2)에서 서로 다른 방향으로 분극된 인접한 전극간의 간격(3-3)은 진동부재의 홈(4)을 갖는 위치에 일치하지 않고, 전극간격(3-3)과 대략 일치하는 탄성부재(1)의 영역의 강도는 다른 영역에 비해서 크도록, 전극간격(3-3)과 일치하지 않는 돌출부의 내부직경측(1-2)을 제거한다.
(제 14실시예)
도 26은 본 발명의 제 14실시에의 진동부재의 부분전개도이고, 도 27은 도 26의 진동부재에 강성차를 갖게하는 공정을 도시하는 사시도이다.
탄성부재(1)은 분체소결법등에 의해 다수의 공기구멍(6)을 포함하는 재료로 형성된다. 금속분말을 압축함으로써 얻어지는 압분체는 소결된 재료를 얻기위해서 금속의 융점보다 낮거나 동일한 고온에서 소결되기 때문에, 뒤틀림 또는 변형이 소결처리공정에서 발생되어, 정밀도가 열화되므로, 재료를 그대로 탄성부재로 사용하는데는 적합하지 않다.
따라서, 본 실시예는, 재료를 유지하고 가압하기 위해 탄성부재(1)의 복수의 홈(4)의 바닥에 몰드(14)를 위치시키고 또한 압전소자(2)의 접합면상에 몰드(15)를 위치시킴으로서, 형상이 똑바르게 된다.
압전소자(2)의 고착시에 서로 상이한 방향으로 분극된 인접한 전극간의 간격(3-3)에 위치적으로 대략 대응하는 소결부재의 홈(4-4)은 미리 다른 홈에 비해 두껍게 되도록 형성되어 있기 때문에, 홈바닥을 가압하는 몰드의 돌출부(16)는 미리 동일높이로 형성되고, 형상을 똑바로하기 위해 이 구성을 가압함으로써, 홈(4-4)의 구멍은 다른 부분보다 더욱 강하게 분쇄되어 밀도를 증가시킨다.
이와 같이 탄성의 계수를 증가시킴으로써, 강성의 불균일성은 수정될 수 있다.
다수의 공기구멍이 형성된 재료인 경우, 진동시에 내부손실이 증가하고, 작동기로서의 효율은 저하된다. 따라서, 탄성부재를 구성하는 소결된 금속의 탄성상수보다 작은 재료는 용융되어 나머지의 공기구멍을 침지하거나 또는 충전하여도 된다.
본 실시예는, 완성품의 형상을 변경하지 않고서 강성이 수정될 수 있기 때문에, 굴곡표면의 중립표면은 거의 변하지 않는다. 또한, 사이즈의 정밀도를 강화시키기 위한 가압처리공정과, 강성차를 수정하기 위한 처리공정을 실행함으로써, 또한 저렴한 제조가 가능하다.
(제 15실시예)
도 28은 본 발명의 제 15실시예의 사시도이다.
본 실시예에서는, 진동파모터에서 생성되는 불필요한 진행성의 진동을 제어하기 위해, 홈이 다른 홈보다 깊은 강성불균일부(4-5)가 탄성부재(1)에 형성되어 있다. 진동파모터에서 생성되는 불필요한 진행성의 진동과, 구동시에 사용하기위해, 구동용 압전소자에 의해 형성된 복수의 정재파를 합성함으로써 얻은 진행파의 진동과의 상이한 차수에서, 외측이나 내측결함으로부터 진동파모터에 영향을 주는 각종요소에 의해 가청범위내에서 진행파가 형성될 때, 파동은 스킥(squeak)으로 들린다.
따라서, 이런 스킥이 생성되는 차수에서 진행파가 발생하는 것을 방지하기 위해서, 스킥이 발생되는 차수의 진행파를 형성하는 2개모드의 고유주파수를 충분한 차이를 가지도록 한다. 또한, 이런 2개의 모드 진동이 동시에 여기되는 것을 방지하기 위해서는, 불필요한 진동의 굴곡진동차수에 대응하는 분할수에 의해 진동부재에 강도불균일부(4-5)가 형성된다.
압전소자(2)는 전극(3)이 형성되고, 인접한 전극영역은 서로 반대 방향과 두께방향으로 분극화된다. 상이한 방향으로 분극된 인접한 전극간의 간격에 대응하는 탄성부재(1)의 부분에서, 얕게되는 홈(4-1)을 형성하고, 굴곡강성을 상승시키고, 압전소자(2)의 전극간의 낮은 강성부를 상쇄함으로써, 압전소자(2)의 전극간 낮은 강성부에 의해 생성되는 진행파진폭의 불균일은 감소된다.
불필요한 진동을 제거하는 깊은홈(4-5)과 강성차를 수정하기 위한 홈(4-1)은 서로 일치하지 않게 배치된다. 그러나, 동일홈이 불필요한 진동을 제거하는 깊은홈(4-5)과 강성차를 수정하는 홈(4-5)을 동일한 홈으로 사용될 때는, 불필요한 진동을 제거하는 강성저하와 강성차를 수정하는 강성증가의 합의 강성변화를 동일효과를 얻는다.
또한, 제 6실시예의 도 8, 9에 도시된 바형상의 진동부재에 있어서도, 강도차를 보정하기 위한 홈이외에, 불필요한 진동제거용 홈, 절결부, 체임퍼등을 형성함으로써, 마찬가지의 유사한 효과를 얻는다. 2개의 홈이 서로 일치하는 경우에는, 합의 강성변화를 부여하여도 된다.
본 실시예에서는, 다른 목적을 위해 진동부재에 강성차를 형성하는 경우에도, 압전소자의 강성차를 수정하기 위한 강성차를 첨가시킴으로써, 마찬가지의 효과를 얻는다.
(제 16실시예)
도 29와 도 30은 본 발명의 제 16실시예를 도시한다.
도 2에 도시되는 실시예의 압전소자에 있어서, 압전소자의 A 및 B 그룹은 좌측 및 우측에 분포되고, 인접한 전극패턴의 분극방향은 서로 상이하다. 그러나, 본 실시에의 압전소자는, 도 29에 도시된 바와 같이, A및 B그룹 전극을 서로 인접하여 배치하고(한쌍의 전극의 길이는 1파장임), 또한 인접한 A 및 B그룹전극의 분극방향은 서로 상이하다.
본 실시예에서는, 상이한 방향으로 분극화된 전극간의 공간(3-3)의 강도는 동일방향으로 분극화된 전극간의 공간(3-4)의 강도보다 작다. 여기서, A상전극에 전압을 인가시킴으로써 여기되는 정재파는 파복으로서의 전극공간(3-4)을 포함하는 정재파와 파복으로서 전극공간(3-3)을 포함하는 정재파로서 분해된다. 전극공간(3-3)이 파복일때, 굴곡강성은 저하된다. 인가된 전압에 대한 진동폭에 대해서는, 도 30에 도시된 바와 같이, 공진주파수는 떨어진다. 공진주파수보다 높은 주파수로 구동하는 동안에, 전극공간(3-4)에서 파복을 갖는 정재파의 진폭은 증가한다. 그 결과, A상으로의 여기에 의해 얻은 정재파에 있어서, 전극공간(3-4)에서 파복을 갖는 성분의 진폭은 크고, 진동형상은 어긋나고 전극공간(3-4)으로 시프트한다.
B상에 대해서도 마찬가지로, 진동형상은 어긋나고 전극공간(3-4)으로 시프트하기 때문에, A-B위상의 위치위상차는 소정의 파장인 λ/4로부터 어긋나고, 균일한 진폭을 얻을 수 없다.
상기 언급한 실시예와 같이, 압전소자에 있어서도 진동부재의 강성은 비균일강성을 갖는 탄성부재의 대응부분을 형성함으로써 균일화될수도 있고, 또는 진동부재의 강성은 압전소자 자제를 처리함으로써 균일하게 될수도 있다.
(제 17실시예)
도 31A, 31B는 본 발명의 제 17실시예를 도시한다.
본 실시예의 진동부재는 압전소자(2)를 디스크형상의 탄성부재(1)에 접합시킴으로써 구성되고, 1차모드에서 직경방향으로 구동된다.
탄성부재(1)에는, 복수의 변위확대용 돌기(4)가 형성되고, 서로 인접한 압전소자패턴전극(3-1)은 서로 대향하는 방향과 두께방향으로 분극화되고, 인접한 전극간의 공간(3-3)에 대응하는 진동부재의 부분의 굴곡강성은 다른 부분의 굴곡강성보다 작다.
본 실시예에 있어서, 디스크형상의 탄성부재(1)의 전극공간(3-3)의 위치에 대응하는 각도와 직경방향위치에 돌기형상의 강성불균일부(4-5)를 설치함으로써, 압전소자의 전극공간의 굴곡강성의 저하분은 보상되고 또한 균일한 진동은 임의의불균일없이 얻어진다.
탄성부재(1)상에 설치되는 강성불균일부는 제 1실시예에 설명된 바와 같이 인접한 돌기간의 홈의 깊이를 변경함으로써 또한 얻어지고, 불균일한 돌기형상을 형성함으로써 부가적으로 얻어진다.
게다가, 복수의 압전소자가 동심원상에 배열되어 구동될때, 탄성부재(1)의 강성불균일부(4-5)는 각각의 압전소자에서 서로 대향하는 방향으로 분극화된 전극간의 영역에 대응하는 각도와 직경방향위치에 배치되어도 된다.
상기 언급한 실시예에 의하면, 진동부재는 안정된 구동진동을 출력할 수 있다.
또한, 환형상 또는 디스크형상의 탄성부재의 진동부재에서, 안정된 구동진동을 출력할 수 있다.
게다가, 바형상의 탄성부재의 진동부재에서도, 안정된 구동진동을 출력할 수 있다.
부가적으로, 안정된 구동진동은 다양한 압전소자 등의 전기-기계에너지 변환소자를 위해 얻는 것이 가능하다.
또한, 강성변화가 전기-에너지변환소자의 분극화된 영역간에 발생시에도, 진동부재자체의 강성은 균일하게 되고, 안정된 구동진동을 출력할 수 있다.
또한, 탄성부재의 강성을 불균일하게 함으로써, 진동부재의 강성을 균일하게 할 수 있다.
또한, 강성변화가 전기-기계에너지변환소자의 분극화된 영역간에 발생하여도, 전기-기계에너지변환소자의 단면형상을 착안함으로써, 진동부재의 강성은 균일하게 된다.
또한, 탄성부재의 진동변위를 크기하기 위해 형성된 홈을 사용함으로써, 예를 들면, 일반적인 홈보다 더 얕은 홈을 형성함으로써, 강성의 부분적인 불균일성은 수정될 수 있다.
또한, 탄성부재홈이 위치적으로 전기-기계에너지변환소자의 전극공간과 일치하지 않은경우, 외주부홈의 깊이를 변경함으로써, 진동부재의 강성을 균일하게할 수 있다.
또한, 홈깊이를 변경하는 대신에, 돌기가 다른쪽 돌기보다 더 작게되도록 형성되거나 또는 다른 형상으로 변형될때, 강성의 부분적인 불균일성을 수정할 수 있다.
또한, 탄성부재홈의 깊이를 변경하지 않고서 강성을 부분적으로 변경하는 방법이 또한 제안되고 있다.
더군다나, 스킥(squeak)등이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 진동부재의 중심축의 변경은 감소될 수 있다.
또한, 구동효율이 강화되고, 편차마찰력이 발생되는 것이 방지되고 수명이 연장된 진동파모터와 같은 진동파구동장치가 제공될 수 있다.

Claims (75)

  1. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 상기 탄성부재에 접촉되는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와,
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    상기 전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 강성을 탄성체의 다른 부위의 강성보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  2. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 상기 탄성부재에 접촉되는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 단면적을 탄성체의 다른 부위보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  3. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 상기 탄성부재에 접촉되는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 밀도를 탄성체의 다른 부위보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
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  13. 환형상 또는 디스크형상을 갖는 진동부재로서,
    구동부와;
    상기 구동부를 포함하고, 또한 환형상 또는 디스크형상을 갖는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 생성하도록 교류의 신호를 인가하여 복수의 진동을 생성하고, 또한 상기 탄성부재의 편면에 접착되는 환형상을 갖는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 강성을 탄성체의 다른 부위의 강성보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  14. 환형상 또는 디스크형상을 갖는 진동부재로서,
    구동부와;
    상기 구동부를 포함하고, 또한 환형상 또는 디스크형성을 갖는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 상기 탄성부재의 편면에 접착되는 환형상을 갖는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 단면적을 탄성체의 다른 부위의 강성보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  15. 환형상 또는 디스크형상을 갖는 진동부재로서,
    구동부와;
    상기 구동부를 포함하고, 또한 환형상 또는 디스크형상을 갖는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 상기 탄성부재의 편면에 접착되는 환형상을 갖는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비한 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변화소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 밀도를 탄성체의 다른 부위의 강성보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  16. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와 다른 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 탄성부재간에 지지되어 고정되는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 다른 극으로 분극된 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위를 탄성체의 다른 부위의 강성보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  17. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와 다른 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 탄성부재간에 지지되어 고정되는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 다른 극으로 분극된 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위를 도려낸 것을 특징으로 하는 진동부재.
  18. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와 다른 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 탄성부재간에 지지되어 고정되는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 다른 극으로 분극된 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 밀도를 탄성체의 다른 부위보다 높게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
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  57. 1항, 제 2항, 제 3항, 제 13항, 제 14항, 제 15항, 제 16항, 제 17항, 제 18항 중 어느 한 항에 기재된 상기 진동부재를 포함하고, 또한 상기 진동부재와 상기 진동부재에 가압접촉된 접촉부재와를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 진동파구동장치.
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  63. 제 1항, 제 2항, 제 12항, 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 상기 진동부재를 포함하고, 또한 상기 진동부재와 유체를 개재하여 상기 진동부재에 가압접촉된 접촉부재를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 진동파구동장치.
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  67. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 상기 탄성부재와 접촉하는 구동원으로서의 전기-기계에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간의 근방에 위치하는 탄성체의 부위의 강성을 탄성체의 다른 부위의 강성보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  68. 구동부와;
    상기 구동부를 포함하는 탄성부재와;
    복수의 전극을 형성하고, 또한 복수의 진동을 합성함으로써 상기 구동부에서 구동진동을 발생하도록 교류신호를 인가하여 복수의 진동을 발생하고, 또한 상기 탄성부재와 접촉하는 구동원으로서의 전기-기게에너지변환소자와
    를 구비하는 진동부재에 있어서,
    전기-기계에너지변환소자의 분극에 의한 진동체의 강성의 차를 상쇄하기 위하여, 전극간의 근방에 위치하는 탄성체의 부위의 단면적을 탄성체의 다른 부위보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  69. 제 1항 내지 제 3항, 제 13항 내지 제 18항, 제 67항, 제 68항 중에 어느 한 항에 있어서, 인접하는 전극은 다른 전극임을 특징으로 하는 진동부재.
  70. 제 1항 내지 제 3항, 제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 각 전극의 영역은 전기-기계에너지변환소자를 연마해서 분할함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  71. 제 1항, 제 3항, 제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 전기-기계에너지변환소자는 복수의 소자로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  72. 제 1항, 제 2항, 제 13항, 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성체는 변위확대용의 복수의 홈을 가지고 있으며, 전극간과 동위상에 위치하는 변위확대용의 홈이, 탄성체의 다른 부위의 변위확대용의 홈보다 얕은 것을 특징으로 하는 진동부재.
  73. 제 3항 또는 제 15항에 있어서, 탄성체는 빈구멍을 가진 부재로 구성되어 있으며, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 빈구멍이, 탄성체의 다른 부위의 빈구멍보다 적은 것을 특징으로 하는 진동부재.
  74. 제 3항 또는 제 15항에 있어서, 탄성체는 빈구멍을 가진 부재로 구성되어 있으며, 전극간과 동위상에 위치하는 탄성체의 부위의 빈구멍에, 융점이 낮은 재료를 포함시키는 것을 특징으로 하는 진동부재.
  75. 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 전기-기계에너지변환소자는 둘레방향으로 복수의 전극이 설치되어 있으며, 전극간의 직경방향의 폭이, 전극의 직경방향의 폭보다도 큰 것을 특징으로 하는 진동부재.
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