KR100661311B1

KR100661311B1 - Piezoelectric ultrasonic motor

Info

Publication number: KR100661311B1
Application number: KR1020050018568A
Authority: KR
Inventors: 김진오; 이정현
Original assignee: 김진오; 이정현
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-12-27
Also published as: KR20060097831A

Abstract

본 발명에 따른 압전 초음파 모터는 비틀림 진동자와, 상기 비틀림 진동자에서 발생되는 회전 진동을 중심축의 방사상으로 전파시키는 원통 진동자와, 상기 원통 진동자의 외주면 또는 내주면과 접하도록 결합되는 로터를 포함하여 구성되며, 각기 다른 운동 형태를 갖는 두 가지 압전 진동자를 접착하여 축 회전 구동시킬 수 있고, 압전체의 운동 변위가 원주를 따라 발생되어 축 회전을 위한 마찰력으로만 작용되므로 에너지 손실이 적으며, 축 방향 변위 발생이 없으므로 정밀 제어에 보다 유리하다는 장점이 있다.The piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention includes a torsional vibrator, a cylindrical vibrator for radially propagating rotational vibrations generated by the torsional vibrator, and a rotor coupled to contact the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the cylindrical vibrator, Two piezoelectric vibrators with different movement patterns can be bonded and driven to rotate the shaft. The movement displacement of the piezoelectric body is generated along the circumference, which acts only as a friction force for rotating the shaft, resulting in low energy loss and axial displacement. There is no advantage in precision control.

초음파, 압전, 진동자, 로터, 방사 진동, 비틀림 진동. Ultrasonic, piezoelectric, vibrator, rotor, radial vibration, torsional vibration.

Description

Piezoelectric Ultrasonic Motors

도 1은 종래의 진행파 방식의 압전 초음파 모터를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional traveling wave type piezoelectric ultrasonic motor.

도 2는 종래의 하이브리드 압전 초음파 모터를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing a conventional hybrid piezoelectric ultrasonic motor.

도 3은 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 구동 원리를 도시한 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the driving principle of the piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 일 실시예를 도시한 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing an embodiment of a piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention.

도 5는 도 4의 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view of FIG. 4.

도 6은 도 4의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of FIG. 4.

도 7은 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.7 is a perspective view showing another embodiment of a piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention.

도 8은 도 7의 분해 사시도이다.8 is an exploded perspective view of FIG. 7.

도 9는 도 7의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of FIG. 7.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 비틀림 진동자 110 : 상단 결합체100: torsional oscillator 110: upper assembly

112 : 볼트 120, 220 : 전극체112: bolt 120, 220: electrode body

130 : 비틀림 압전체 140 : 하단 결합체130: torsional piezoelectric 140: lower assembly

200 : 원통 진동자 210 : 원통형 압전체200: cylindrical vibrator 210: cylindrical piezoelectric

222 : 전원 연결부 230 : 프로젝션222: power connection 230: projection

232 : 돌기 300 : 로터232: projection 300: rotor

310 : 로터의 중심축 400 : 캡310: central axis of the rotor 400: cap

412 : 너트 420 : 베어링412 nut 420 bearing

본 발명은 압전 초음파 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각기 다른 운동 성향을 갖는 두 가지 형태의 압전 진동자를 조합하여 비틀림 진동으로부터 회전 운동을 위한 진동 에너지를 발생시킬 수 있도록 구성된 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric ultrasonic motor, and more particularly, to a device configured to generate vibration energy for rotational movement from torsional vibration by combining two types of piezoelectric vibrators having different movement tendencies.

일반적으로 압전 초음파 모터는 20kHz 이상의 주파수로 진동되는 탄성파(Elastic wave)를 스테이터(Stator)를 통해 발진시키고, 발진된 탄성파를 로터(Rotor)로 전달하여 마찰시킴에 따라 구동되는 모터를 말한다. 이와 같은 압전 초음파 모터는 압전 모터(piezoelectric motor)라고도 불리며 페러데이(Faraday)의 전자유도법칙을 응용한 보통의 모터와 달리 자석이나 권선을 필요로 하지 않는다. 압전 초음파 모터의 용도는 저속 회전에서 큰 힘을 필요로 하는 다이렉트 드라이브나 자기 에너지의 영향을 피해야 하는 장치의 구동원 또는 초소형 사이즈의 구동원 등이다.In general, a piezoelectric ultrasonic motor refers to a motor driven by oscillating an elastic wave oscillated at a frequency of 20 kHz or more through a stator, and transferring the oscillated elastic wave to a rotor to friction. Such piezoelectric ultrasonic motors are also called piezoelectric motors and do not require magnets or windings, unlike ordinary motors using Faraday's law of induction. The use of piezoelectric ultrasonic motors is a direct drive that requires a large force in low speed rotation, a drive source of a device that must avoid the influence of magnetic energy, or a drive source of a very small size.

압전 초음파 모터에는 스테이터의 진동 형태에 따라 크게 정재파 방식 (Stranding wave type)과 진행파 방식(Travelling wave type)으로 구분할 수 있으며, 이러한 압전 초음파 모터는 소형화 및 경량화가 가능하고, 소음 발생이 적으며, 외부로부터 유입되는 전자기장에 의한 영향을 받지 않고, 기존의 전자기 모터에 비하여 에너지 효율이 상대적으로 높으며, 또한 복잡한 기어 구조를 필요로 하지 않는 장점을 가지고 있다.Piezoelectric ultrasonic motors can be classified into a standing wave type and a traveling wave type according to the vibration type of the stator.The piezoelectric ultrasonic motors can be miniaturized and lightweight, generate less noise, and have no external noise. It is not affected by the electromagnetic fields flowing from it, has a relatively high energy efficiency compared to the existing electromagnetic motor, and does not require a complicated gear structure.

실용화된 최초의 압전 초음파 모터는 두 개의 압전 진동자와 회전체를 이용한 것으로 1973년 IBM의 에이취. 브이. 바스(H. V. Barth)에 의하여 개발되어 여러 가지 연구가 수행되어왔으나 마모 및 온도에 따른 진동 유지 문제 등으로 인하여 실제적인 적용에는 한계가 있었다. 그러나 1980년대에 접어들면서 반도체 산업 등에서 전자기에 의한 영향을 받지 않는 모터의 개발이 요구됨에 따라 초음파 모터의 개발이 본격화되기 시작하였다.The first piezoelectric ultrasonic motors to be commercialized used two piezoelectric vibrators and a rotating body. V. It has been developed by H. V. Barth and various studies have been carried out, but practical applications have been limited due to wear and vibration maintenance problems due to temperature. However, in the 1980s, the development of ultrasonic motors has begun in earnest as the semiconductor industry requires development of motors that are not affected by electromagnetic.

상기와 같은 압전 초음파 모터의 압전 진동자(Piezoelectric transducer)는 외부 전원에서 공급되는 전기 신호에 따라 세라믹 압전체(Piezoelectric transducer)에서 초음파를 발생시키는 역 압전 현상을 이용하는 것으로 종진동, 횡진동, 비틀림 진동 등 여러 가지 운동 형태의 진동파를 생성시키는 것이 개시되어있으며, 현재 초음파를 이용하는 여러 분야에서 음원 소스로 널리 활용되고 있다.The piezoelectric transducer of the piezoelectric ultrasonic motor as described above uses a reverse piezoelectric phenomenon of generating ultrasonic waves in a ceramic piezoelectric transducer according to an electric signal supplied from an external power source, such as longitudinal vibration, lateral vibration, and torsional vibration. It is disclosed to generate vibration waves in the form of branch motion, and is currently widely used as a sound source in various fields using ultrasonic waves.

도 1은 종래의 진행파 방식의 압전 초음파 모터를 도시한 사시도이고, 도 2는 종래의 하이브리드 압전 초음파 모터를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional piezoelectric ultrasonic motor of the traveling wave method, Figure 2 is a perspective view showing a conventional hybrid piezoelectric ultrasonic motor.

도 1에 도시된 진행파 방식의 압전 초음파 모터는 두 가지 종진동 압전체를 상호 적층하여 상단면이 회전 방향을 따라 물결과 같은 굴곡의 변위를 일으켜 회전 되도록 구성된 것이다.The piezoelectric ultrasonic motor of the traveling wave type shown in FIG. 1 is configured to stack two longitudinal vibration piezoelectric bodies so that the top surface rotates by causing displacement of wave-like bends along the rotational direction.

또한, 축 회전 모터로서 사용되는 종래의 압전 초음파 모터는 주로 비틀림 진동자(22)의 운동을 이용한 것이 대부분이며, 이중 종진동과 비틀림 진동을 발생시키는 두 가지 압전체(22, 26)의 조합에 의해 회전 구동되는 하이브리드 압전 초음파 모터도 개시되어 있다.In addition, conventional piezoelectric ultrasonic motors used as axial rotation motors are mainly used by the motion of the torsional vibrator 22, and are rotated by a combination of two piezoelectric bodies 22 and 26 which generate double longitudinal vibration and torsional vibration. A hybrid piezoelectric ultrasonic motor driven is also disclosed.

상기와 같은 하이브리드 압전 초음파 모터는 도 2에 도시된 바와 같이 중심부에 비틀림 진동 압전체(24)가 결합되는 비틀림 진동자(22)와, 상기 비틀림 진동자(22)의 상단부에 결합되는 다층 구조의 종진동 원판형 압전체(26)를 포함하는 스테이터(20)가 상기 스테이터(20)의 상단에 결합된 로터(10)를 축 회전시킬 수 있도록 구성된다.As described above, the hybrid piezoelectric ultrasonic motor includes a torsional vibrator 22 having a torsional vibration piezoelectric body 24 coupled to a central portion thereof, and a longitudinal vibration source having a multilayer structure coupled to an upper end of the torsional oscillator 22. The stator 20 including the plate-shaped piezoelectric member 26 is configured to axially rotate the rotor 10 coupled to the top of the stator 20.

상기 로터(10)는 보다 용이한 축회전이 가능하도록 중심축과 결합되는 부위에 베어링(12)이 구비되며, 상기 로터(10)의 하단에 접촉된 상하 종진동 압전체의 신장 운동에 따른 미소 변위 즉, 로터(10) 위치의 복원을 위해 회전축 상단의 스토퍼(30)와 상기 로터(10)의 상단 사이에 스프링(32)을 결합한다. The rotor 10 is provided with a bearing 12 at a portion coupled with the central axis to allow easier axial rotation, and the micro displacement according to the stretching motion of the vertical longitudinal vibrating piezoelectric body in contact with the lower end of the rotor 10. That is, the spring 32 is coupled between the stopper 30 of the upper end of the rotating shaft and the upper end of the rotor 10 to restore the position of the rotor 10.

한편, 상기 비틀림 진동 압전체(24)는 전원이 인가될 때 회전을 교번하는 진동을 발생시키며, 상기 종진동 원판형 압전체(26)는 상하로 교번하는 진동을 발생시킨다. 이러한 상기 압전체(22, 26)들의 운동을 조합하여 로터(10)를 회전시키는 진동 에너지 즉, 초음파 에너지를 발생시키는 원리는 다음과 같다.On the other hand, the torsional vibrating piezoelectric member 24 generates vibrations alternately rotating when power is applied, and the longitudinal vibration discotic piezoelectric member 26 generates vibrations alternately up and down. The principle of generating vibration energy, ie, ultrasonic energy, which rotates the rotor 10 by combining the movements of the piezoelectric bodies 22 and 26 is as follows.

예를 들어, 비틀림 진동 압전체(24)가 시계 방향으로 회전할 때 상기 종진동 원판형 압전체(26)를 신장시키고, 반대로 상기 비틀림 진동 압전체(24)가 시계 반 대 방향으로 회전 때 상기 종진동 원판형 압전체(26)를 수축시킬 경우, 상기 로터(10)의 하단면은 종진동 원판형 압전체(26)의 신장 때 시계 방향으로 회전되려는 마찰력을 전달받게 된다.For example, when the torsional vibrating piezoelectric member 24 rotates clockwise, the longitudinal vibrational piezoelectric element 26 is stretched, and conversely, when the torsional vibrating piezoelectric member 24 rotates counterclockwise, the longitudinal vibrating circle is rotated. When the plate-shaped piezoelectric body 26 is contracted, the lower end surface of the rotor 10 receives a frictional force to be rotated in a clockwise direction when the longitudinally vibrating disc-shaped piezoelectric body 26 is extended.

이때, 스테이터(20)의 표면에서 발생되는 운동은 비틀림 진동 압전체(24)와 종진동 원판형 압전체(26)의 운동이 조합되어 국소적인 회전운동으로 나타나게 되며, 따라서 이에 접하는 로터(10)의 하단면과 마찰을 일으키게 됨에 따라 상기 로터(10)를 한쪽 방향으로만 회전시킬 수 있게 되는 것이다. At this time, the movement generated on the surface of the stator 20 is a combination of the movement of the torsional vibration piezoelectric member 24 and the longitudinal vibration disc-shaped piezoelectric member 26 appears as a local rotational movement, thus the lower end of the rotor 10 in contact with As the friction with the surface will be able to rotate the rotor 10 in only one direction.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래의 압전 초음파 모터는 다음과 같은 문제가 있다.However, the conventional piezoelectric ultrasonic motors configured as described above have the following problems.

종진동 원판형 압전체(26)의 상하 진동과 비틀림 진동자(22)의 비틀림 운동이 조합된 형태로 로터(10)를 회전시키므로 종진동 원판형 압전체(26)에 의해 축방향 종진동이 발생하게 되므로 정밀 제어에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다는 문제가 있다.Since the rotor 10 is rotated in the form of a combination of the up-and-down vibration of the longitudinal vibratory piezoelectric member 26 and the torsional motion of the torsion vibrator 22, the longitudinal vibration is generated by the longitudinal vibration discotic piezoelectric member 26. There is a problem that can adversely affect the precision control.

본 발명은 상기 전술한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 각기 다른 운동 형태를 갖는 두 가지 진동자를 상호 접착하되 축방향 운동 없이 축 회전 구동시킬 수 있는 압전 초음파 모터를 제공하여 정밀 제어에 보다 유리한 압전 초음파 모터를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, piezoelectric ultrasonic wave which is more advantageous for precise control by providing a piezoelectric ultrasonic motor which can be bonded to two vibrators having different movement forms but axially rotates without axial movement. To provide a motor.

아울러, 본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적에 국한되지 않으며, 언급되 지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전 초음파 모터는, 비틀림 진동자와, 상기 비틀림 진동자에서 발생되는 회전 진동을 중심축의 방사상으로 전파시키는 원통 진동자와, 상기 원통 진동자의 외주면 또는 내주면과 접하도록 결합되는 로터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention for achieving the above object is coupled to a torsional vibrator, a cylindrical vibrator for radially propagating the rotational vibration generated by the torsional vibrator, and to be in contact with the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the cylindrical vibrator Characterized in that configured to include a rotor.

또한, 상기 원통 진동자의 하단은 상기 비틀림 진동자의 상단과 접하도록 적층되는 것을 특징으로 한다.In addition, the lower end of the cylindrical vibrator is characterized in that it is laminated so as to contact the upper end of the torsional vibrator.

또한, 상기 원통 진동자의 외주면 또는 내주면과 상기 로터의 결합 부위 사이에는 상기 로터와 접촉되는 부위에 다수의 돌기가 형성된 원통형 프로젝션이 삽입 안착되는 것을 특징으로 한다.In addition, between the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the cylindrical vibrator and the coupling portion of the rotor is characterized in that the cylindrical projection formed with a plurality of projections is inserted and seated in the portion in contact with the rotor.

또한, 상기 압전 초음파 모터의 상단에는 상기 원통 진동자가 외부로 노출되지 않도록 형성되어 상기 비틀림 진동자와 고정 결합되는 캡이 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the upper end of the piezoelectric ultrasonic motor is characterized in that the cylindrical vibrator is formed so as not to be exposed to the outside is provided with a cap fixedly coupled to the torsional vibrator.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of a piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention.

본 발명에 따른 압전 초음파 모터는 압전현상을 이용하여 회전 진동을 발생 시키는 비틀림 진동자(100)와, 압전현상을 이용하여 축을 기준으로 방사되는 반경 방향의 방사 진동을 발생시키는 원통 진동자(200)의 운동을 조합하여 일 방향으로의 연속적인 회전이 가능하도록 구성된다.The piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention is a torsional vibrator 100 for generating a rotary vibration using a piezoelectric phenomenon, and the motion of the cylindrical vibrator 200 for generating radial radial vibrations radiated about an axis using a piezoelectric phenomenon Combination is configured to enable continuous rotation in one direction.

상기 비틀림 진동자(100)는 압전 현상(Piezoelectric effect)을 이용한 것 외에도 자왜 현상(magnetostriction)을 이용하는 것도 있으나 바람직하게는 일반적으로 널리 사용되는 공지의 볼트 체결형 랑주방형 변환기(BLT: bolt-clamped Langevin type transducer) 형태에 압전 비틀림 원판을 결합한 것을 이용함이 바람직하며, 상기 원통 진동자(200)는 원통 형상으로 형성되는 세라믹 압전체의 내벽면과 외벽면에 전극이 칠해져있어 방사파를 발생시키는 원통형 압전 변환기를 이용함이 바람직하다.The torsional vibrator 100 uses a magnetostriction in addition to using a piezoelectric effect, but is preferably a well-known bolt-clamped Langevin converter (BLT) widely used. It is preferable to use a combination of piezoelectric torsion disk in the form of a type transducer, and the cylindrical vibrator 200 is a cylindrical piezoelectric transducer which generates radiation waves by applying electrodes to inner and outer walls of the ceramic piezoelectric body formed in a cylindrical shape. It is preferable to use.

상기와 같은 두 가지 다른 형태의 초음파를 발생시키는 진동자를 조합하여 회전 운동을 위한 초음파를 발생시키는 원리는 다음과 같다.The principle of generating an ultrasonic wave for rotational motion by combining a vibrator for generating two different types of ultrasonic waves as described above is as follows.

비틀림 진동자(100) 위에 원통 진동자(200)의 일단이 결합되어 있고, 상기 원통 진동자(200)의 외주면에 로터(300)가 삽입되어 상기 외주면을 따라 회전 가능하게 결합되어 있다고 가정할 경우, 상기 비틀림 진동자(100)가 시계 방향 회전의 진동을 시작할 때 상기 원통 진동자(200)의 변위가 바깥 방향으로 확대되는 운동을 시작하면, 그 원통 진동자(200)의 외주면에 결합된 로터(300)에 도시된 바와 같이 비틀림 진동자(100)로부터 발생되는 회전 진동이 전달되어 로터(300)가 시계 방향으로 회전하게 된다. When one end of the cylindrical vibrator 200 is coupled to the torsional vibrator 100, and the rotor 300 is inserted into the outer circumferential surface of the cylindrical vibrator 200, the torsional oscillator is rotatably coupled along the outer circumferential surface. When the vibrator 100 starts a movement in which the displacement of the cylindrical vibrator 200 expands outward when the vibrator 100 starts to rotate clockwise, the rotor 300 coupled to the outer circumferential surface of the cylindrical vibrator 200 is shown. As described above, the rotational vibration generated from the torsional vibrator 100 is transmitted so that the rotor 300 rotates clockwise.

반대로 상기 비틀림 진동자(100)가 반 시계 방향 회전의 진동을 시작할 때는 상기 원통 진동자(200)의 변위가 안쪽 방향으로 축소되는 운동을 시작하면, 로터(300)와 원통 진동자(200)의 외주면은 상호간의 접촉이 미소간격 이탈되어 비틀림 진동자(100)로부터 발생되는 회전 진동을 로터(300)로 전달할 수 없게 되므로 로터(300)가 반 시계 방향으로 회전되지 않게 된다.On the contrary, when the torsional vibrator 100 starts the vibration of the counterclockwise rotation, when the displacement of the cylindrical vibrator 200 starts to be reduced inwardly, the outer circumferential surfaces of the rotor 300 and the cylindrical vibrator 200 are mutually different. Since the contact of the deviated from the micro-interval can not transmit the rotational vibration generated from the torsional vibrator 100 to the rotor 300, the rotor 300 is not rotated counterclockwise.

따라서, 상기와 같은 시계 방향 운동과 반 시계 방향 운동이 반복되어 연속적으로 이루어지면, 상기 로터(300)는 연속적으로 시계 방향 회전될 수 있게 된다.Therefore, when the clockwise motion and the counterclockwise motion as described above are repeated and made continuously, the rotor 300 can be continuously rotated clockwise.

아울러, 로터(300)를 반 시계 방향으로 회전시키고자 할 경우도 상기와 같은 원리에 의해 회전됨은 물론이며, 상기 로터(300)를 원통 진동자(200)의 내주면에 결합시켜 내주면의 진동 변위를 이용하는 것도 가능함은 물론이다.In addition, when the rotor 300 is to be rotated counterclockwise, the rotor 300 is rotated according to the same principle as described above, and the rotor 300 is coupled to the inner circumferential surface of the cylindrical vibrator 200 to use the vibration displacement of the inner circumferential surface. Of course it is also possible.

도 4는 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 단면도이다.Figure 4 is a perspective view showing an embodiment of a piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention, Figure 5 is an exploded perspective view of Figure 4, Figure 6 is a cross-sectional view of FIG.

본 발명에 따른 압전 초음파 모터는 회전 진동을 발생시키는 비틀림 진동자(100)와, 상기 비틀림 진동자(100)에서 발생되는 회전 진동을 중심축의 방사상으로 전파시키는 원통 진동자(200)와, 상기 원통 진동자(200)의 외주면과 접하도록 결합되는 로터(300)를 포함하여 구성된다.The piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention includes a torsional vibrator 100 for generating rotational vibration, a cylindrical vibrator 200 for propagating the rotational vibration generated in the torsional vibrator 100 radially on a central axis, and the cylindrical vibrator 200. It is configured to include a rotor 300 coupled to contact with the outer peripheral surface of the).

이때, 상기 원통 진동자(200)의 하단은 상기 비틀림 진동자(100)의 상단과 접하도록 적층되며, 압전체용 접착제에 의해 상호 접합되도록 결합된다.At this time, the lower end of the cylindrical vibrator 200 is laminated to contact the upper end of the torsional vibrator 100, it is coupled to be bonded to each other by the piezoelectric adhesive.

또한, 상기 원통 진동자(200)에서 방출되는 초음파 에너지를 전달 시켜주기 위해, 상기 원통 진동자(200)의 외주면과 상기 로터(300)의 결합 부위 사이에는 상기 로터(300)와 접촉되는 부위에 다수의 돌기(232)가 형성된 원통형 프로젝션 (230)(Projection)이 삽입 안착되는 것이 바람직하다.In addition, in order to deliver the ultrasonic energy emitted from the cylindrical vibrator 200, between the outer peripheral surface of the cylindrical vibrator 200 and the coupling portion of the rotor 300 a plurality of parts in contact with the rotor 300 It is preferable that the cylindrical projection 230 in which the protrusion 232 is formed is inserted and seated.

상기 원통형 프로젝션(230)은 비틀림 진동자(100)와 원통 진동자(200)를 통해 조합되는 로터(300)의 회전을 위한 초음파 진동 변위가 상기 다수의 돌기(232)들에 의해 더욱 큰 변위로 증폭되도록 구비되는 부품으로써, 이외에도 초음파 진동 변위를 증폭시켜줄 수 있는 다른 여러 가지 형상이 있을 수 있으며, 아울러 프로젝션(230)의 형상이 전술한 바와 같이 한정되지 않음을 밝혀둔다.The cylindrical projection 230 is such that the ultrasonic vibration displacement for rotation of the rotor 300 combined through the torsional vibrator 100 and the cylindrical vibrator 200 is amplified to a larger displacement by the plurality of protrusions 232. As the component provided, there may be other various shapes that can amplify the ultrasonic vibration displacement, and the shape of the projection 230 is not limited as described above.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터의 세부적인 구성은 다음과 같다.Detailed configuration of the piezoelectric ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention is as follows.

상기 비틀림 진동자(100)는 초음파의 전파가 잘 이루어지는 재질로 구성된 상단 결합체(110)와 하단 결합체(140)의 사이에 두 개의 비틀림 압전체(130)와 전극체(120)들이 회로적으로 연결되도록 적층되어 구성된다.The torsion vibrator 100 is laminated so that the two torsional piezoelectric members 130 and the electrode body 120 are connected between the upper assembly 110 and the lower assembly 140 made of a material in which ultrasonic wave propagates well. It is configured.

또한, 상기 원통 진동자(200)는 내주면과 외주면에 전극층이 형성되는 원통형 압전체(210)와, 상기 원통형 압전체(210)의 상기 내주면과 외주면을 감싸는 형상으로 접촉되는 전극체(220)를 포함하여 구성된다. In addition, the cylindrical vibrator 200 includes a cylindrical piezoelectric body 210 having an electrode layer formed on an inner circumferential surface and an outer circumferential surface thereof, and an electrode body 220 contacted in a shape surrounding the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the cylindrical piezoelectric body 210. do.

상기 원통 진동자(200)의 하단은 상기 비틀림 진동자(100)의 상단 즉, 상단 결합체(110)의 상단과 접하도록 결합되어 상기 비틀림 진동자(100)로부터 발생되는 회전 진동이 전파될 수 있도록 하며, 상기 원통 진동자(200)의 외주 표면에는 다수의 돌기(232)를 갖는 프로젝션(230)이 삽입 체결된다.The lower end of the cylindrical vibrator 200 is coupled to contact the upper end of the torsional vibrator 100, that is, the upper end of the upper assembly 110 to propagate the rotational vibration generated from the torsional vibrator 100, On the outer circumferential surface of the cylindrical vibrator 200, a projection 230 having a plurality of projections 232 is inserted and fastened.

또한, 상기 로터(300)는 상기 프로젝션(230)의 돌기(232) 형성 부위와 접하도록 삽입 체결되어 원통 진동자(200) 외주면의 진동 변위가 바깥 방향으로 확대되 는 운동을 시작할 때 상기 프로젝션(230)과 압착되며, 이때 상기 원통 진동자(200)의 하단에 결합되는 비틀림 진동자(100)의 회전 방향으로 회전하게 된다. 반대로 상기 원통 진동자(200) 외주면의 진동 변위가 안쪽 방향으로 축소되는 운동을 시작할 때는, 상기 로터(300)와 상기 프로젝션(230)과의 압착이 풀려져 비틀림 진동자(100)로부터 전파되는 회전 진동이 상기 로터(300)로 전달되지 못하게 되어 로터(300)가 회전하지 않게 된다.In addition, the rotor 300 is inserted and fastened to contact the protrusion 232 forming portion of the projection 230 so that the projection 230 when the vibration displacement of the outer peripheral surface of the cylindrical vibrator 200 starts to expand in the outward direction. ) And is rotated in the rotation direction of the torsional vibrator 100 coupled to the lower end of the cylindrical vibrator 200. On the contrary, when the vibration displacement of the outer surface of the cylindrical vibrator 200 starts to be reduced inwardly, the rotational vibration propagated from the torsional vibrator 100 is released by squeezing the rotor 300 and the projection 230. The rotor 300 is not transmitted to the rotor 300 so as not to rotate.

또한, 상기 압전 초음파 모터의 상단에는 상기 원통 진동자(200)가 외부로 노출되지 않도록 형성되어 상기 비틀림 진동자(100)와 고정 결합되는 캡(400)(Cap)이 구비된다.In addition, a cap 400 is formed on the upper end of the piezoelectric ultrasonic motor so that the cylindrical vibrator 200 is not exposed to the outside and is fixedly coupled to the torsion vibrator 100.

상기 캡(400)은 상기 로터(300)의 중단 내부로 삽입되어 상기 비틀림 진동자(100)의 상단으로 돌출되는 볼트(112)와 너트(412)를 결합함으로써 체결되며, 상기 로터(300)의 회전을 안내하는 가이드 역할을 하도록 구비되는 부분이다.The cap 400 is inserted into the middle of the rotor 300 is fastened by coupling the bolt 112 and the nut 412 protruding to the upper end of the torsional vibrator 100, the rotation of the rotor 300 The part is provided to serve as a guide to guide.

상기 원통 진동자(200)의 전극체(220)는 전도성이 우수한 구리 등으로 이루어진 금속판을 이용하며 원통형 압전체(210)의 내주면과 외주면에 전체에 접촉되도록 결합된다. 이러한 각각의 전극체(220)에는 전원인가를 위한 전원 연결부(222)가 형성되며, 이들 전원 연결부(222)는 캡(400)의 일단을 관통하여 캡(400)의 내부에 위치되는 것이 보다 쉽게 전원을 인가할 수 있게 되므로 바람직하다.The electrode body 220 of the cylindrical vibrator 200 uses a metal plate made of copper or the like having excellent conductivity, and is coupled to be in contact with the entire inner and outer peripheral surfaces of the cylindrical piezoelectric body 210. Each of the electrode bodies 220 is provided with a power connection part 222 for applying power, and these power connection parts 222 penetrate one end of the cap 400 more easily to be located inside the cap 400. It is preferable because the power can be applied.

또한, 상기 로터(300)와 상단 결합체(110) 사이에 상호간의 마찰을 감소시켜줄 수 있도록 베어링(420)을 체결하는 것도 바람직하다. In addition, it is also preferable to fasten the bearing 420 to reduce the friction between the rotor 300 and the upper assembly 110.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터는, 사 용하고자 하는 목적에 따라 캡(400) 또는 로터(300)의 형상을 변화시켜 축 회전 구동을 필요로 하는 여러 다양한 분야에서 적용시킬 수 있음은 물론이며, 따라서 상기 캡(400) 또는 로터(300)의 형상 변화에 따라 나타날 수 있는 다른 부수적인 효과도 모두 본 발명의 범위에 포함되어 있음을 본 발명의 기술 분야에 종사하는 통상의 전문가라면 이해할 수 있을 것이다.Piezoelectric ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention configured as described above, in various various fields requiring the axis rotation drive by changing the shape of the cap 400 or the rotor 300 according to the purpose to use Of course, it is possible to apply, and therefore all other ancillary effects that may occur according to the shape change of the cap 400 or the rotor 300 are also included in the scope of the present invention Those skilled in the art will understand.

아울러, 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 원통형 압전체(210)와 비틀림 압전체(130)의 운동 변위는 각각 반경 방향과 원주를 따라 발생되는 변위이므로 상하향 운동 변위(축 방향 변위)가 최소화되어 종래의 압전 초음파 모터에 비해 정밀 제어에 더욱 유리하게 적용될 수 있다.In addition, since the movement displacement of the cylindrical piezoelectric body 210 and the torsional piezoelectric body 130 of the piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention are displacements generated along the radial direction and the circumference, respectively, the vertical movement displacement (axial displacement) is minimized, and thus the conventional piezoelectric element is used. Compared to the ultrasonic motor it can be applied more advantageously to precise control.

도 7은 본 발명에 따른 압전 초음파 모터의 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 분해 사시도이며, 도 9는 도 7의 단면도이다.7 is a perspective view showing another embodiment of a piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention, FIG. 8 is an exploded perspective view of FIG. 7, and FIG. 9 is a sectional view of FIG. 7.

본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 압전 초음파 모터는 회전 진동을 발생시키는 비틀림 진동자(100)와, 상기 비틀림 진동자(100)에서 발생되는 회전 진동을 중심축의 방사상으로 전파시키는 원통 진동자(200)와, 상기 원통 진동자(200)의 내주면과 접하도록 결합되는 로터(300)를 포함하여 구성된다.Piezoelectric ultrasonic motor according to another embodiment according to the present invention is a torsional vibrator 100 for generating a rotational vibration, a cylindrical vibrator 200 for propagating the rotational vibration generated in the torsional vibrator 100 in the radial direction of the central axis, It is configured to include a rotor 300 coupled to contact with the inner peripheral surface of the cylindrical vibrator (200).

본 발명에 따른 다른 실시예의 압전 초음파 모터는 상기 원통 진동자(200)은 내주면에서 중심축으로 방사되는 초음파 에너지를 이용하는 것으로서, 이를 전달 시켜주기 위해 상기 원통 진동자(200)의 내주면과 상기 로터(300)의 결합 부위 사 이에 다수의 돌기(232)가 형성된 원통형 프로젝션(230)이 삽입 안착되는 것이 바람직하다.The piezoelectric ultrasonic motor of another embodiment according to the present invention is that the cylindrical vibrator 200 uses ultrasonic energy radiated from the inner circumferential surface to the central axis, and the inner circumferential surface of the cylindrical vibrator 200 and the rotor 300 to deliver them. It is preferable that a cylindrical projection 230 having a plurality of protrusions 232 formed therebetween is inserted and seated therebetween.

상기 로터(300)의 중심축(310)은 압전 초음파 모터의 상단에 결합되는 캡(400)의 중심을 관통하도록 결합되며, 상기 로터(300)의 중심축(310) 부근을 하향으로 요입한 홈을 형성하고 상기 홈 내부로 베어링(420)을 삽입 체결함으로써 로터(300)의 회전을 원활하게 하는 것이 바람직하다.The central axis 310 of the rotor 300 is coupled to penetrate the center of the cap 400 coupled to the upper end of the piezoelectric ultrasonic motor, the groove recessed downward near the central axis 310 of the rotor 300 It is preferable to smoothly rotate the rotor 300 by forming and inserting and fastening the bearing 420 into the groove.

상기 비틀림 진동자(100)는 전술한 일 실시예에서의 비틀림 진동자(100)와 마찬가지로 하나 이상의 비틀림 압전체(130)와, 상기 비틀림 압전체(130)를 회로적으로 연결하도록 전극체(120)를 적층하고, 상기 상단 결합체(110)와 하단 결합체(140)를 결합함으로써 구성된다.The torsional vibrator 100 stacks the electrode body 120 to connect at least one torsional piezoelectric body 130 and the torsional piezoelectric body 130 similarly to the torsional oscillator 100 according to the above-described embodiment. , By combining the upper assembly 110 and the lower assembly 140.

상기 원통 진동자(200)의 구성 또한 전술한 일 실시예에서의 원통 진동자(200)와 거의 유사하며, 이러한 상기 원통 진동자(200)는 상기 비틀림 진동자(100)의 상단 결합체(110) 내부로 삽입 안착된다.The configuration of the cylindrical vibrator 200 is also almost similar to the cylindrical vibrator 200 in the above-described embodiment, and the cylindrical vibrator 200 is inserted and seated inside the upper assembly 110 of the torsional vibrator 100. do.

상기 원통 진동자(200)가 외부로 노출되지 않도록 형성되어 상기 비틀림 진동자(100)와 고정 결합되는 캡(400)은 상기 상단 결합체(110)의 상단에 형성되는 볼트(112)가 관통공에 삽입되어 너트(412)에 의해 체결되도록 함이 바람직하다.The cap 400, which is formed so that the cylindrical vibrator 200 is not exposed to the outside and is fixedly coupled to the torsion vibrator 100, has a bolt 112 formed at an upper end of the upper assembly 110 inserted into the through hole. It is preferred to be fastened by the nut 412.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이 다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the preferable Example, the scope of the present invention is not limited to a specific Example and should be interpreted by the attached Claim. In addition, those of ordinary skill in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

본 발명에 따른 압전 초음파 모터는 각기 다른 운동 형태를 갖는 두 가지 진동자를 상호 접착하여 축 회전 구동시킬 수 있고, 압전체의 운동 변위가 원주를 따라 발생되어 축 회전을 위한 마찰력으로만 작용되므로 에너지 손실이 적으며, 축방향 변위의 발생량이 적으므로 정밀 제어에 보다 유리하다는 장점이 있다.The piezoelectric ultrasonic motor according to the present invention can drive two axis oscillators having different movement forms by bonding to each other, and the displacement of the piezoelectric body is generated along the circumference to act only as a frictional force for rotating the axis. It is advantageous in that it is less advantageous in precision control since the amount of axial displacement is small.

Claims

delete

A torsional vibrator 100;

A cylindrical vibrator 200 which propagates the rotational vibration generated by the torsional vibrator 100 in a radial direction of the central axis;

A rotor 300 coupled to contact the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the cylindrical vibrator 200;

It is configured to include,

The lower end of the cylindrical vibrator (200) is a piezoelectric ultrasonic motor, characterized in that laminated in contact with the upper end of the torsional vibrator (100).

The method according to claim 2,

Between the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the cylindrical vibrator 200 and the coupling portion of the rotor 300, a cylindrical projection 230 having a plurality of protrusions 232 formed at a portion in contact with the rotor 300 is inserted and seated. Piezoelectric ultrasonic motor.

The method according to claim 3,

The torsional vibrator 100 is configured by stacking two torsional piezoelectric members 130 and three electrode bodies 120 between the upper assembly 110 and the lower assembly 140 to be connected in a circuit.

The cylindrical vibrator 200 includes a cylindrical piezoelectric body 210 having an electrode layer formed on an inner circumferential surface and an outer circumferential surface thereof, and an electrode body 220 contacted in a shape surrounding the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the cylindrical piezoelectric body 210. Piezoelectric ultrasonic motor characterized by the above.