KR100773852B1 - 진동파 구동장치 및 진동자 - Google Patents

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Abstract

기계 가공에 의해 취득한 필요한 부품 정밀도를 지키면서 장치의 사이즈에 대한 파워 비를 향상시킬 수 있는 진동파 구동장치. 복수의 접촉부가, 진동자의 탄성 진동판의 한편의 면에 설치되고, 슬라이더의 마찰 부재에 접촉하고 있다. 또, 압전 소자판이 탄성 진동판의 한편의 면에 접합되어 있다. 그리고, 함볼부로서의 박판부가, 탄성 진동판에서, 접촉부 이외의 개소에 형성되어 있어, 탄성 진동판은 접촉부에서 슬라이더의 마찰 부재와 접촉해 배치되어 있다.
진동파, 진동자. 초음파, 신축진동

Description

진동파 구동장치 및 진동자{VIBRATION WAVE DRIVEN APPARATUS AND VIBRATOR}
본 발명은, 진동파 구동장치 및 진동자에 관한 것이다. 특히, 소형의 선형 초음파 모터의 진동자의 형상에 관한 것이다.
일본국 공개특허(Kokoku) 특공평 6-106028호에 개시된 초음파 모터는, 돌기를 가진 막대 모양 또는 판 모양의 진동자를 이용한다. 또, 일본국 공개특허(Kokai) 특개 2001－111128호 공보에 개시된 초음파 모터는 돌기 대신에 접촉부를 갖는 진동자를 갖는다.
일본국 공개특허(Kokoku) 특공평 6－106028호에 개시된 초음파 모터는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 돌기 52a 및 52b가 그것의 한편의 면에 형성된 진동판(51)과, 진동판(51)의 다른 한편의 면에 설치된 압전 소자 53a, 53b, 53c와, 돌기 52a 및 52b와 접촉하여 배치된 피구동 부재(55)를 포함한다. 압전 소자 53a, 53b, 53c는 진동판(51)을 여기하여 신축 진동 모드와 휨 진동 모드에서 진동을 발생한다. 돌기 52a 및 52b는, 그것의 선단이 도 12에서 "X"로 표시된 방향으로 왕복 운동을 하도록 신축 진동 모드에서의 진동의 복부에 또는 그 근방에 배치된다. 또, 돌기 52a 및 52b는, 그러한 선단이 도 12에서 "Z"로 표시된 방향으로 왕복 운동을 하도 록 휨 진동 모드에서의 진동의 복부 부근에 배치된다. 상기 신축 진동 모드에서의 진동과 휨 진동 모드에서의 진동은, 돌기 52a 및 52b의 선단이 타원 운동을 하도록 조합된다. 이 타원 운동으로 피구동 부재(55)에 이송력을 송신해서, 피구동 부재(55)를 진동판(51)에 대해서 도 12에서 "X"로 표시된 방향으로 이동시킨다.
진동판(51)이 돌기 52a 및 52b를 신축 진동 모드에서의 진동의 복부 또는 그 근방에 배치하고, 또 휨 진동 모드에서의 진동의 복부 부근에 배치하는 이유는, 이들 위치 이외의 위치에서 피구동 부재(55)가 진동판(51)과 접촉하면 이상한 음 발생 또는 출력 감소 등의 불편이 생기기 때문이다. 이들 위치 이외의 위치에서 생긴 타원 운동은, 그 크기나 위상이, 신축 진동 모드에서의 진동의 복부 또는 그 근방에서, 그리고, 휨 진동 모드에서의 진동의 복부 부근에서 발생하는 타원 운동과는 다르다. 이것은 오히려 피구동 부재(55)의 이동을 방해한다.
일본국 공개특허(Kokai) 특개 2001－111128호 공보에 개시된 초음파 모터는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 프레임 형상의 베이스(60)와, 4개의 스테이(stay)를 통해서 베이스(60)에 의해 지지를 받고, 또 돌기나 함몰부가 없는 대략 평활한 면을 갖는 구형 평판 진동판(61)과, 진동판(61)의 일 단부(62)에서 진동판(61)의 한편의 면에 설치된 압전 소자(63)와, 진동판(61)의 다른 한편의 면과 접촉하여 배치된 피구동 부재(65)를 포함한다.
압전 소자(63)는, 진동판(61)을 여기하여 1차의 면외 휨 진동을 발생시켜서 진동판(61)을 활 모양으로 변형시킨다. 이 변형에 의해 진동판(61)의 양단을 변위시킴으로써, 피구동 부재(65)를, 진동판(61)에 대해서, 도 13에서 화살표로 표시된 방향으로 이동시킨다. 이 진동판(61)은, 돌기를 갖지 않기 때문에 가공성이 뛰어나, 제조 공정의 간소화와 필요한 부품 정밀도를 쉽게 취득할 수 있는 이점을 제공한다.
그렇지만, 일본국 공개특허(Kokai) 특개 2001－111128호 공보에 개시된 초음파 모터의 경우에, 진동자의 진동판(61)은, 진동을 발생하도록 여기될 수 있는 진동 모드로서 면외 휨 진동 모드만을 가져, 피구동 부재를 이송시키는 큰 힘을 얻는 것이 곤란하다. 더 나아가서, 일본국 공개특허(Kokai) 특개 2001－111128호 공보에 개시된 초음파 모터에서는, 진동판(61)이 피구동 부재(65)와 접촉하는 접촉부가 매우 작은 영역을 갖는 진동판(61)의 에지이다. 그 때문에, 진동자의 진동판이 피구동 부재와 접촉하는 접촉부를, 높은 정밀도로 원하는 형상 및 원하는 평면도를 얻도록 성형하는 것이 곤란하다.
다른 한편, 일본국 공개특허(Kokoku) 특공평 6－106028호에 개시된 초음파 모터의 경우에, 진동자의 진동판(51)은, 2개의 진동 모드에서 여기되기 때문에, 상기와 같은 문제, 즉 초음파 모터로부터의 출력을 충분히 확보할 수 없는 문제는 없다. 또한, 이 초음파 모터는 2개의 돌기 52a 및 52b를 갖기 때문에, 상기와 같은 접촉부의 형상 및 평면도의 문제도 없다. 그러나, 이 진동판(51)에서는, 돌기 52a, 52b가 일반적으로 재료로부터 기계가공에 의해 제작되고, 이 기계가공에 의해 돌기 이외의 진동판(51)의 중요한 부분이 절단된다. 그 때문에, 진동판(51)은 기계가공에 의한 변형이 발생하기 쉽다. 또, 필요한 정밀도를 가진 기계가공된 부분을 제공하는 것이 곤란하다. 게다가, 돌기 52a 및 52b의 존재로 인해, 진동자의 사이즈가 커져, 초음파 모터의 소형화에 적합하지 않다.
본 발명의 목적은, 기계가공에 의해 취득한 필요한 부품 정밀도를 안전하게 유지하면서 장치의 사이즈에 대한 파워 비를 증대시킬 수가 있는 진동파 구동장치 및 진동자를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 국면에 의하면, 피구동 부재와, 상기 피구동 부재와 대향한 한편의 면 및 다른 한편의 면을 갖고, 상기 한편의 면에 형성되어 상기 피구동 부재와 접촉하여 배치된 복수의 접촉부를 가지며, 단일 부재로 구성되어 있는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재의 다른 한편의 면에 접합된 전기 기계 변환 소자를 구비하고, 상기 탄성 부재 및 상기 전기 기계 변환 소자 중 적어도 하나는, 상기 피구동 부재에 대향한 부위를 갖고, 상기 부위는 상기 접촉부 이외의 개소에 적어도 1개의 함몰부가 형성되어 있음으로써, 상기 탄성 부재는 상기 접촉부에서 상기 피구동 부재와 접촉하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재는 상기 피구동 부재와 대향하지 않는 제2 부분을 갖고, 상기 제2 부분은 상기 접촉부와 동일 면 내에 있다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재는, 금속의 판재로부터 프레스 펀칭 또는 에칭 가공에 의해 형성된다.
바람직하게는 상기 전기 기계 변환 소자는, 압전 재료와 전극 재료가 교대로 적층된 적층 압전 소자를 구비한다.
바람직하게는 상기 탄성 부재는, 그것의 복수의 개소에, 상기 진동자의 진동 특성을 조정하기 위한 복수의 제2 함몰부가 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재에, 상기 진동자를 지지하기 위한 적어도 1개의 지지부가 일체적으로 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 전기 기계 변환 소자는, 파장 방향이 다른 복수의 면외 휨 진동 모드에서 상기 탄성 부재를 여기한다.
더 바람직하게는, 상기 복수의 접촉부는 상기 휨 진동 모드들 중 하나의 휨 진동 모드의 복부 부근과 상기 휨 진동 모드들 중 다른 하나의 휨 진동 모드의 절부 부근에 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 접촉부는, 상기 전기 기계 변환 소자와 대향한 면에 적어도 1개의 스페이스가 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 피구동 부재와 상기 탄성 부재는 자기회로를 형성하다.
또, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 국면에 의하면, 한편의 면 및 다른 한편의 면을 갖고, 상기 한편의 면에 형성된 복수의 접촉부를 가지며, 단일의 부재로 구성되어 있는 탄성 부재와, 상기 탄성 부재의 상기 다른 한편의 면에 접합된 전기 기계 변환 소자를 구비하고, 상기 전기 기계 변환 소자는, 파장 방향이 다른 복수의 면외 휨 진동 모드에서 상기 탄성 부재를 여기하고, 상기 탄성 부재는 상기 복수의 접촉부들 사이에서 함몰부가 상기 한편의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동자가 제공된다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재는, 금속의 판재로부터 프레스 펀칭 또는 에칭 가공에 의해 형성된다.
바람직하게는, 상기 전기 기계 변환 소자는, 압전 재료와 전극 재료가 교대로 적층된 적층 압전 소자를 구비한다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재는, 그것의 복수의 개소에, 상기 진동자의 진동 특성을 조정하기 위한 복수의 제2 함몰부가 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재에, 상기 진동자를 지지하기 위한 적어도 1개의 지지부가 일체적으로 형성되어 있다.
바람직하게는 상기 복수의 접촉부는 상기 휨 진동 모드들 중 하나의 휨 진동 모드의 복부 부근과 상기 휨 진동 모드들 중 다른 하나의 휨 진동 모드의 절부 부근에 형성되어 있다.
바람직하게는 상기 접촉부는, 상기 전기 기계 변환 소자와 대향 면에 적어도 1개의 스페이스가 형성되어 있다.
본 발명의 상기 및 그 외의 특징 및 이점들은 첨부도면과 관련하여 얻은 이하의 설명으로부터 명확해질 것이며, 도면 전반에서, 동일한 명칭 또는 동일한 부분에는 같은 참조문자가 부여되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진동파 구동장치를 나타내는 개략적 사시도이다.
도 2는, 도 1에 있어서의 진동자를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2의 진동자를 나타내는, 도 2의 X-Z에 따른 단면도이다.
도 4a는, 도 1에 있어서의 진동자가 여기되는 제1 진동 모드를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 4b는 상기 진동자가 여기되는 제2 진동 모드를 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 5a~도 5g는, 도 2에 나타낸 압전 소자판에 적층된 각각의 압전 소자막을 나타내는 평면도이다.
도 6은, 도 2의 진동자의 제1 변형 예의 구성을 개략적으로 나타내는 도 2의 X-Z에 따른 단면도이다.
도 7은, 도 2의 진동자의 제2 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 8은, 도 2의 진동자의 제3 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 9는, 도 2의 진동자의 제4 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 10은, 도 9의 선 X－X에 따른 단면도이다.
도 11은, 도 2의 진동자의 제5 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 12는, 종래의 초음파 모터의 구성을 설명하는데 이용되는 도면이다.
도 13은, 종래의 다른 초음파 모터의 구성을 설명하는데 이용되는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 진동파 구동장치로서의 초음파 모터를 나타내는 개략적 사시도이다.
도 1의 초음파 모터(1)는, 주로, 진동자(2)와, 진동자(2)에 의해 가압되어 진동차 2와 접촉한 상태로 보유된 슬라이더(3)로 구성되어 있다. 이들 구성요소 외에도, 초음파 모터(1)는, 진동자(2)를 외부기기와 전기적으로 접속시키는 플렉서블 기판과, 진동자(2)를 지지하는 지지부와, 슬라이더(3)의 가이드 부재와, 슬라이더(3)를 진동자(2)에 대해서 가압하는 가압 기구를 포함한다. 이들 플렉서블 기판 및 지지부 등의 구성요소는 이미 공지되어 있어, 그것의 설명은 생략한다.
슬라이더(3)는, 자석 재료로 이루어진 사각형 막대 모양의 슬라이더 베이스부(31)과, 슬라이더 베이스부(31)에 접합되며 높은 마찰 계수와 높은 마찰 내구성을 갖는 재료로 이루어진 판 모양의 마찰 부재(32)로 구성되어 있다. 본 실시 예에서는, 마찰 부재(32)의 재료로서는, 표면을 질화 처리한 마루텐사이트(martensite)계 재료 SUS440C가 이용된다.
슬라이더 베이스부(31)를 구성하는 자석 재료는, 진동판(11)을 구성하는 강자성의 재료 SUS440C와 함께 자기회로를 형성한다. 마찰 부재(32)는, 진동자(2)에 대하여 슬라이더(3)가 가압될 때에 마찰 부재(32)와 진동판(11) 사이에 작용하는 마찰력을 발생한다.
진동자(2)는, 한편의 면의 일부가 접촉부 11-a(도 2 참조)로서 형성되고, 슬 라이더(3)의 마찰 부재(32)와 접촉해 있는 구형 평판 모양의 탄성 진동판(11)과, 구형 평판 모양의 형상을 갖고, 진동판(11)의 다른 한편의 면에 접착제를 이용해서 본딩함으로써 접합된 압전 소자판(12)으로 구성되어, 이른바 유니모르프(unimorph) 구조를 이룬다. 이 진동판(11)은, 강자성의 마루텐사이트계 스텐레스 스틸인 두께 0.15 mm의 판재 SUS440C으로부터 기계가공에 의해 형성된다. 진동판(11)은 전체가 대략 평판 모양의 형상을 가지므로, 원하는 면내 방향의 강성을 제시할 수가 있다. 그 때문에, 진동자(2)는 유니모르프 구조에 요구되는 진동판(11)의 면내 방향의 강성을 만족할 수가 있다.
도 2는, 도 1에 있어서의 진동자(2)를 나타내는 사시도이다.
도 2의 진동자(2)에 있어서, 진동판(11)과 압전 소자판(12)은, 이 2개의 부재의 에지가 "X" 및 "Y" 방향으로 서로 대략 정렬되도록 결정된 형상과 그것의 상대 위치를 갖는다. 진동자(2)는 5.5mm의 긴 변과, 3.1mm의 짧은 변과, 0.5 mm의 두께를 갖는다.
진동판(11)은, 그것의 한편의 면에, 두꺼운 부분을 구성하는 2개의 접촉부 11-a와 2개의 에지부 11-b를 갖는다. 접촉부 11-a는 "Y"방향으로 연장되고, 에지부 11-b는 "X"방향으로 연장된다. 또, 진동판(11)은, 슬라이더(3)와 대향한 영역에서, 진동판(11)의 중앙에 "X"방향으로 설치된 함몰부로서의 박판부 11-c와, 진동판(11)의 양단에 "Y"방향으로 설치된 함몰부로서의 2개의 박판부 11-d를 포함한다. 접촉부 11-a의 표면은 에지부 11-b의 표면과 동일 평면 내에 있다. 2개의 에지부 11-b는 슬라이더(3)와 대향하고 있지 않다. 또, 진동판(11)에는, 진동자(2)를 지지하기 위한 도시하지 않는 지지부가 일체적으로 형성되어 있다.
2개의 접촉부 11-a는, 각각, 제1 진동 모드의 복부 부근과 제2 진동 모드의 절부(node) 부근에 배치된다(도 4a 및 도 4b). 진동판(11)은 제1 진동 모드와 제2 진동 모드에서 압전 소자판(12)에 의해 여기된다.
진동판(11)은, 박판부 11-c 및 11-d에 대응하는 진동판의 한편의 면 위의 부분이 두께가 얇아지도록 에칭 가공되어, 박판부 11-c, 11-d를 형성한다. 박판부 11-c 및 11-d의 두께는 0.1 mm이다.
박판부 11-c 및 11-d를, 프레스 펀칭을 이용해 노칭(notching)해서 형성해도 된다. 상술한 진동판(11) 및 압전 소자판(12)의 사이즈 값은 단순히 하나의 예이며, 이러한 사이즈는 상술한 값에 한정되는 것이 아니라는 것에 유념해야 한다. 진동자(2)의 이들 사이즈 값은 진동자(2)의 필요한 전체 사이즈 및 진동 모드의 공진 주파수에 따라 자유롭게 설정 가능하다.
도 3은, 도 2의 진동자(2)를 나타내는 도 2의 X-Z에 따른 단면도이다.
도 3에 나타낸 압전 소자판(12)은, 후술하는 도 5의 적층 압전 소자로 형성되어 있다. 또한, 이 압전 소자판(12)은, 벌크 압전 소자로 형성되어도 된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 압전 소자판(12)은, "X" 방향으로 나란히 배치된 2개의 활성부 13－A 및 13－B로 구성되어 있다. 이들 활성부 13－A 및 13－B의 각각에 소정의 전계를 인가하면, 진동자(2)는 휜 것처럼 변형된다. 압전 소자판(12)은, 접촉부 11-a 이외의 개소 11-b, 11-c, 11-d를 포함하고, 진동판(11)에 단단하게 접합되며, 진동판(11)과 함께 휜 것처럼 변형된다. 구체적으로는, 활성부 13－A 및 13－B의 각각에, 후에 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하는 제1 및 제2 진동 모드에 있어서의 진동판(11)의 공진 주파수에 가까운 주파수의 교류 신호를, 그 교류 신호의 위상이 서로 90°어긋나도록 인가하면, 진동자(2)를 제1 및 제2 진동 모드에서 여기시킬 수가 있다. 따라서, 제1 진동 모드에서의 진동은 제2 진동 모드에서의 진동으로부터 대략 90°어긋나 있다.
도 4a는, 도 1에 있어서의 진동자(2)가 여기되는 제1 진동 모드를 설명하는데 이용되는 도면이고, 도 4b는 진동자(2)가 여기되는 제2 진동 모드를 설명하는데 이용되는 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 제1 진동 모드 및 제2 진동 모드의 이해를 용이하게 하기 위해서, 진동자(2)의 변위량을 확장해 나타낸 것이다.
도 4a에 있어서, 제1 진동 모드는, 도 2에서의 "X" 방향에서 봤을 때 2개의 진동 절부가 발생하는 면외 1차 휨 모드이다. 도 4b에 있어서, 제2 진동 모드는 도 2에서의 "Y"방향에서 봤을 때 3개의 진동 절부가 발생하는 면외 2차 휨 모드이다. 제1 진동 모드와 제2 진동 모드는 파장의 방향, 즉 절부가 발생하는 방향이 다르다. 이들 2개의 진동 모드는 대략 같은 공진 주파수를 갖도록 진동자(2)의 형상이 선택된다.
진동자(2)가 제1 진동 모드에서 여기되어 있는 경우, 2개의 접촉부 11-a는 도 4에서의 "Z"방향으로 반복적으로 상하 운동을 행한다. 진동자(2)가 제2 진동 모드에서 여기되어 있는 경우에는, 2개의 접촉부 11-a는 도 4에서의 "X"방향으로 반복적으로 전후 운동을 행한다. 제1 및 제2 진동 모드에서의 여기를, 각 진동 모드가 시간적인 위상이 예를 들면 90°어긋나도록 행하면, 복수의 접촉부 11-a는, X-Z 면 내에서 위상은 다르지만 동일한 궤적을 갖는 타원 운동을 각각 행한다. 이 타원 운동에 의해, 도 1에서의 "X"방향으로 이송력이 접촉부 11-a와 가압 접촉하여 배치되어 있는 슬라이더(3)에 작용하여 슬라이더(3)를 진동자(2)에 대해서 이동시킨다.
박판부 11-c 및 11-d는 접촉부 11-a보다 함몰되어 있거나 레벨이 낮다. 따라서, 도 4a 및 도 4b에서는, 진동자(2)의 변위량이 확장되어 나타나 있지만, 실제로는 접촉부 11-a가 타원 운동을 하고 있는 경우에도, 박판부 11-c 및 11-d가 슬라이더(3)를 간섭하지 않는다. 그 결과, 원하는 이송력을 발생하는(접촉부 11-a의 각각이 대략 같은 이송력을 발생한다) 복수의 접촉부 11-a만이 슬라이더(3)에 접촉해, 원하는 이송력을 슬라이더(3)에 인가할 수가 있다.
도 5a~도 5g는, 각각, 도 2에 나타낸 적층 구조를 갖는 압전 소자판(12)을 구성하는 각 압전 소자막 S1~S7을 일로서 나타내는 평면도이다. 압전 소자막 S1~S7은, 예를 들면 일본국 공개특허(Kokai) 특개 2004­320846호 공보에 개시되어 있는 것과 같이 여러 가지의 구성으로 설계되어도 된다.
도 5a~도 5g에 나타낸 바와 같이, 압전 소자판(12)은, 7개의 압전 소자막S1~S7를 이 순서대로 정렬 및 적층하고, 적층막을 굽는 것으로 적층 압전 소자로서 제작된다. 압전 소자막 S2의 한편의 면에는 전극막 S2－A, S2－B 및 S2－S가 형성되어 있다. 압전 소자막 S3의 한편의 면에는 전극막 S3－G가 형성되어 있다. 압전 소자막 S4의 한편의 면에는 전극막 S4－A 및 S4－B가 형성되어 있다. 압전 소자막 S5의 한편의 면에는 전극막 S5－G가 형성되어 있다. 압전 소자막 S6의 한편의 면에는 전극막 S6－A 및 S6－B가 형성되어 있다. 압전 소자막 S7의 한편의 면에는 전극 막 S7－G가 형성되어 있다.
압전 소자막 S1에는 4개의 관통 전극 S1－HA, S1－HB, S1－HS, S1－HG가 형성되어 있다. 압전 소자막 S2에는 3개의 관통 전극 S2－HA, S2－HB, S2－HG가 형성되어 있다. 압전 소자막 S3에는 3개의 관통 전극 S3－HA, S3－HB, S3－HG가 형성되어 있다. 압전 소자막 S4에는 3개의 관통 전극 S4－HA, S4－HB, S4－HG가 형성되어 있다. 압전 소자막 S5에는 3개의 관통 전극 S5－HA, S5－HB, S5－HG가 형성되어 있다. 압전 소자막 S6에는 1개의 관통 전극 S6－HG가 형성되어 있다.
상기 관통 전극은 압전 소자막의 두께 방향으로 각 압전 소자막을 관통해 형성되어, 관련된 전극막들 간의 도통을 제공한다. 또, 표면층을 형성하는 압전 소자막 S1의 표면에 압전 소자 S1의 관통 전극이 노출되어, 이들 관통 전극이 압전 소자판(12)과 외부 회로와의 도통을 제공하기 위해 이용된다.
관통 전극 S1－HA는 그 자신과 전극막 S2－A, S4－A, S6－A와의 도통을 제공한다. 관통 전극 S1－HB는 그 자신과 전극막 S2－B, S4－B, S6－B와의 도통을 제공한다. 관통 전극 S1－HG는 그 자신과 전극막 S3－G, S5－G, S7－G와의 도통을 제공한다. 관통 전극 S1－HS는 그 자신과 전극막 S2－S와의 도통을 제공한다.
관통 전극 S1－HG를 공통 전위 전극으로서 사용하고, 관통 전극 S1－HA에 교류 전위를 인가하면, 압전 소자판의 약 절반이 활성부 13－A(도 3)로서 작용한다. 관통 전극 S1－HG를 공통 전위 전극으로서 사용하고, 관통 전극 S1－HB에 교류 전위를 인가하면, 압전 소자판의 약 절반이 활성부 13－B(도 3)로서 작용한다. 그리고, 진동자 1가 구동 상태에 있을 때 관통 전극 S1－HG를 공통 전위 전극으로서 사 용해 관통 전극 S1－HS의 출력 전위를 검출함으로써, 진동자 1의 진동 상태를 모니터하는 센서가 제공된다.
본 실시 예의 초음파 모터(1)에 의하면, 접촉부 11-a의 표면은 에지부 11-b의 표면과 동일 평면 내에 있으므로, 기계가공으로 취득한 필요한 부품 정밀도를 용이하게 안전하게 유지할 수가 있다. 한층 더, 진동자는 돌기가 없어, 진동자의 사이즈를 작게 할 수 있어, 초음파 모터(1)의 사이즈에 대한 파워 비를 증대시킬 수가 있다.
또, 본 실시 예의 초음파 모터(1)에 의하면, 접촉부 11-a와 에지부 11-b 전역에 진동판(11)이 대략 동일한 두께를 갖는다. 따라서, 진동판 2는, 금속의 판재를 프레스 펀칭하거나 또는 에칭 가공에 의해 형성될 수 있고, 즉, 진동판 2를 형성하는 방법을 선택할 수 있다.
제1 진동 모드와 제2 진동 모드를 각각, 면외 1차 휨 모드와 면외 2차 휨 모드로서 설명했지만, 제1 진동 모드와 제2 진동 모드는 이것에 한정되는 것은 아니다. 제1 진동 모드와 제2 진동 모드는 각각 면외 1차 휨 모드와 면외 4차 휨 모드여도 되고, 또는 면외 2차 휨 모드와 면외 3차 휨 모드여도 된다. 짧게 말하면, 제1 진동 모드와 제2 진동 모드는 한편의 휨 진동 모드의 복부 부근과 다른 한편의 휨 진동 모드의 절부 부근에서 타원 운동이 대략 동일한 궤적을 갖는 복수의 위치가 존재하면 어떠한 휨 진동 모드라도 좋다.
도 6은, 도 2의 진동자의 제1 변형 예의 구성을 개략적으로 나타내는, X-Z에 따른 단면도이다.
도 6의 진동자 102는, 도 2의 진동자(2)와 구성이 대략적으로 같다. 따라서, 도 1의 것과 동일한 구성요소에는 동일 부호를 교부해 중복 설명은 생략한다. 도 2의 진동자(2)와 다른 구성요소에 대해서만 이하에 설명한다. 이것은, 이하의 변형 예에도 적용한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 압전 소자판(12)과 진동판(11)과의 사이에 비활성부(14)가 삽입되어 있다. 진동판(11)과 압전 소자판(12)이 비활성부(14)를 통해서 함께 일체적으로 접합된 상태로, 진동판 12와 비활성부(14)가 유니모르프 구조에 필요한 면내의 강성 부위로서 작용한다.
본 제1 변형 예의 압전 소자판(12)은 적층 압전 소자로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 5에 나타낸 적층 압전 소자의 압전 소자막 S7의 다음에, 전극이 없고, 비활성부(14)로서 작용하는 압전 소자막을 두어서, 도 6에 나타낸 바와 같이 비활성부(14)를 포함하는 압전 소자판(12)의 구성을 제공할 수 있다.
도 7은, 도 2의 진동자의 제2 변형 예의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7의 진동자(202)의 진동판(101)은, 도 2의 진동자(2)의 경우와 같이 접촉부 11-a와 에지부 11-b로 구성된다. 진동판(101)의 "X" 및 "Y" 방향의 길이는, 각각 압전 소자판(12)의 것보다 짧다.
도 7의 진동자(202)에 의하면, 진동판(11)의 형상은 단순해서, 더 쉽게 제조 가능하다. 또한, 진동판(11)은 압전 소자판(12)과의 접합 면적을 감소시켜서, 접착제에 의해 흡수된 진동 에너지의 양을 줄여 초음파 모터의 효율을 향상시킨다.
도 8은, 도 2의 진동자의 제3 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 8의 진동자 302의 진동판(11)은, 박판부 11-c의 대향한 긴 변에 설치되어 있는 4개의 보상용 박판부 11-e를 포함하고, 2개의 보상용 박판부 11-e는 각 긴 변에 배치되어 있다. 보상용 박판부 11-e는, 각각 박판부 11-c의 것과 같은 두께를 갖는다. 보상용 박판부 11-e는, 금속의 판재로부터 불필요한 부분을 제거하도록 박판부 11-c와 동시에 예를 들면 에칭 가공을 행함으로써 금속 판재로부터 형성된다.
이러한 보상용 박판부 11-e는, 2개의 진동 모드의 양쪽에서 진동자 11의 공진 주파수가 같은 방식으로 변화하고, 2개의 박판부 11-c 및 11-e의 두께에 따라 변화하도록 형상이 규정된다. 본 제3 변형 예에서는, 보상용 박판부 11-e가 제2 진동 모드의 절부 부근의 대략 4개의 개소에 형성되어, 2개의 진동 모드의 양쪽에서 공진 주파수가 같은 비율로 변화한다.
도 8의 진동자 302에 의하면, 박판부 형성 시에 생긴 두께의 변동에 기인한 2개의 진동 모드의 각각에 있어서의 진동자(2)의 공진 주파수의 차의 편차를 조정해, 진동자(2)의 진동 특성의 저하를 방지할 수가 있다.
도 9는, 도 2의 진동자의 제4 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 9의 진동자 402의 진동판(11)에서, 접촉부 11-a는 압전 소자판(12)과 대향한 진동판(11)의 면에 스페이스를 형성하기 위하여 함몰부 11-a'를 각각 갖는다(도 10). 그 결과, 접촉부 11-a는, 도 9에서의 "Z" 방향으로 나타난 탄성 특성을 진동판(11)에 부여해, 접촉부 11-a가 슬라이더(3)에 안정적으로 접촉함으로써, 진동자 402의 진동 에너지를 효율적으로 슬라이더(3)에 전달할 수가 있다. 이 탄성 특성은, 접촉부 11-a의 두께나 "X" 방향의 두께 또는 사이즈를 선택함으로써 원하는 값으로 설정될 수 있다.
도 11은, 도 2의 진동자의 제5 변형 예의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 11의 진동자(502)의 진동판(11)은, 도 11의 "Y" 방향으로 진동판(11)의 몸체로부터 돌출한 진동자(502)의 한 쌍의 지지부 11－f와 일체적으로 형성되어 있다.
도 11의 진동자(502)에 의하면, 지지부 11－f가 진동자(502)와 일체적으로 형성되어 있어, 부품의 접합 상태에 의해 생긴 진동 에너지의 소산과 진동 특성의 변동 등을 억제할 수가 있다.
지지부 11－f는, 진동판(11)이 프레스 펀칭 또는 에칭 가공에 의해 형성될 때 진동판(11)과 동시에 형성되어도 된다. 이것은, 양산에 적절하며, 안정된 부품 정밀도를 제공함으로써, 지지부의 치수 정밀도의 향상에 의해, 진동자(502)의 지지 상태에 의해 생긴 특성의 변동을 억제할 수가 있다.
본 발명의 많은 다른 실시 예들은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 기재된 것을 제외하고 본 발명의 특정 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
이상 상세하게 설명한 것처럼, 본 발명의 제1 국면에 따른 진동파 구동장치에 의하면, 단일 부재로 구성되는 한편의 면에 피구동 부재와 접촉해 배치된 복수의 접촉부가 형성된 탄성 부재와, 탄성 부재의 한편의 면에 접합된 평판 모양의 전기 기계 변환 소자 중 적어도 하나는, 피구동 부재와 대향하는 부위를 갖고, 또, 그 부위에서 접촉부 이외의 개소에 적어도 1개의 함몰부가 형성됨으로써, 탄성 부재가 접촉부에서 피구동 부재와 접촉해 배치되며, 그 결과, 기계 가공으로 취득한 필요한 부품 정밀도를 안전하게 유지하면서 장치의 사이즈에 대한 파워 비를 증대시킬 수가 있다.
본 발명의 제2 국면에 따른 진동자에 의하면, 탄성 부재는, 단일 부재로 구성되고, 그 한편의 면에 복수의 접촉부가 형성되며, 이들 접촉부 사이에서 상기 한편의 면에 함몰부가 형성되고, 또, 전기 기계 변환 소자는, 탄성 부재의 다른 한편의 면에 접합되어 있고, 파장 방향이 다른 복수의 면외 휨 진동 모드에서 탄성 부재를 여기하고, 그 결과, 기계 가공으로 취득한 필요한 부품 정밀도를 안전하게 유지하면서 장치의 사이즈에 대한 파워 비를 증대시킬 수가 있다.

Claims (17)

  1. 피구동 부재와,
    상기 피구동 부재와 대향한 한편의 면 및 다른 한편의 면을 갖고, 상기 한편의 면에 형성되어 상기 피구동 부재와 접촉해 배치된 복수의 접촉부를 가지며, 단일 부재로 구성되어 있는 탄성 부재와,
    상기 탄성 부재의 다른 한편의 면에 접합된 전기 기계 변환 소자를 구비하고,
    상기 탄성 부재 및 상기 전기 기계 변환 소자 중 적어도 하나는, 상기 피구동 부재와 대향한 부위를 갖고, 상기 부위는 상기 접촉부 이외의 개소에 적어도 1개의 함몰부가 형성되어 있음으로써, 상기 탄성 부재는 상기 접촉부에서 상기 피구동 부재와 접촉해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 피구동 부재와 대향하지 않는 제2 부위를 갖고, 상기 제2 부위는, 상기 접촉부와 동일 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 금속의 판재로부터 프레스 펀칭 또는 에칭 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 기계 변환 소자는, 압전 재료와 전극 재료가 교대로 적층된 적층 압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 그것의 복수의 개소에, 상기 진동자의 진동 특성을 조정하기 위한 복수의 제2 함몰부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 부재에, 상기 진동자를 지지하기 위한 적어도 1개의 지지부가 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 기계 변환 소자는, 파장 방향이 다른 복수의 면외 휨 진동 모드에서 상기 탄성 부재를 여기하는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉부는 상기 휨 진동 모드들 중 하나의 휨 진동 모드의 복부 부근과 상기 휨 진동 모드들 중 다른 하나의 휨 진동 모드의 절부 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부는, 상기 전기 기계 변환 소자와 대향한 면에 적어도 1개의 스페이스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 피구동 부재와 상기 탄성 부재는 자기회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 진동파 구동장치.
  11. 한편의 면 및 다른 한편의 면을 갖고, 상기 한편의 면에 형성된 복수의 접촉부를 가지며, 단일의 부재로 구성되어 있는 탄성 부재와,
    상기 탄성 부재의 상기 다른 한편의 면에 접합된 전기 기계 변환 소자를 구비하고,
    상기 전기 기계 변환 소자는, 파장 방향이 다른 복수의 면외 휨 진동 모드에서 상기 탄성 부재를 여기하고, 상기 탄성 부재는 상기 복수의 접촉부들 사이에서 함몰부가 상기 한편의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 금속의 판재로부터 프레스 펀칭 또는 에칭 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 진동자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기 기계 변환 소자는, 압전 재료와 전극 재료가 교대로 적층된 적층 압전 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는, 그것의 복수의 개소에, 상기 진동자의 진동 특성을 조정하기 위한 복수의 제2 함몰부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동자.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄성 부재에, 상기 진동자를 지지하기 위한 적어도 1개의 지지부가 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동자.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 접촉부는 상기 휨 진동 모드들 중 하나의 휨 진동 모드의 복부 부근과 상기 휨 진동 모드들 중 다른 하나의 휨 진동 모드의 절부 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동자.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 접촉부는, 상기 전기 기계 변환 소자와 대향 면에 적어도 1개의 스페이스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동자.
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