KR101538646B1

KR101538646B1 - 진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터

Info

Publication number: KR101538646B1
Application number: KR1020080094234A
Authority: KR
Inventors: 조진우; 임지혁; 박성혁
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2015-07-23
Also published as: US8237330B2; JP2010081785A; KR20100034974A; US20100072861A1; JP5524505B2

Abstract

제조하기 쉽고 간단할 뿐 아니라 신뢰성이 있는 전극 연결부를 갖는 진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터가 개시된다. 개시된 초음파 모터의 진동체는, 진동부재, 및 전압인가시 진행파를 생성하여 진동부재를 진동시키는 압전체를 포함하며, 압전체는, +극과 -극이 교대로 분극되고, 진동부재에 부착된 제1압전층, +극과 -극이 교대로 분극되고, 제1압전층에 부착된 제2압전층, 제1 및 제2압전층의 제1면과 제1면과 반대면인 제2면에 형성된 복수 개의 전극을 구비하는 전극부, 및 제1 및 제2압전층의 외주면에 형성되고, 복수 개의 전극들을 서로에 선택적으로 연결하는 전극연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

초음파, 모터, 진동체, 압전체, 복층, 전극, 연결, 페이스트

Description

진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터{Vibrating element, fabration method thereof and ultrasonic motor having the same}

본 발명은 진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조하기 쉽고 간단할 뿐 아니라 신뢰성이 있는 전극 연결부를 갖는 진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터에 관한 것이다.

일반적으로, 초음파 모터, 예를들면, 진행파 타입 초음파 모터는 진동을 발생하는 진동체와, 진동체의 진동에 따라 진동체와 마찰접촉하여 회전하는 접촉체를 구비한다. 진동을 발생하기 위해, 진동체에는 가청주파수 이상의 고주파전압 인가시 압전효과로 인해 변위 또는 변형을 발생하는 압전체가 부착되어 있다. 접촉체는 압전체에 의한 진동체의 진동에 따라 진동체와 마찰하면서 회전한다.

이러한 진행파 타입 초음파 모터는 진동체의 진동변위에 따라 성능이 좌우되므로, 진동체의 진동변위를 크게 하기 위해서는 압전체에서 가능한 한 큰 변형을 발생하는 것이 유리하다.

압전체로는 하나의 압전층으로 구성된 단층 구조의 압전체가 일반적으로 알려져 있다. 단층구조의 압전체는 제작이 용이하고 압전층에 전압을 인가하기 위한 전극을 형성하기 쉬우나, 압전층이 비교적 두껍기 때문에 압전층에 전기장이 크게 걸리도록 하기 위해서는 매우 높은 전압을 인가해야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 복수 개의 압전층을 적층하고 각 압전층들 사이에 전극을 설치한 복층구조의 압전체가 제안되고 있다. 복층구조의 압전체는 매우 얇은 두께, 예를들면 수십 미크론 두께를 갖는 복수 개의 압전층을 적층하여 구성되므로, 각 압전층에 낮은 전압이 인가되더라도, 압전체에 걸리는 전기장의 세기는 커진다. 하지만, 각 압전층들 사이에 설치된 전극들이 수 내지 수십 미크론 두께로 얇기 때문에, 전극들을 도선(Lead wire)으로 전기적으로 연결하는 것은 매우 힘들뿐 아니라 모터의 구성을 복잡하게 한다. 또한, 전극들을 도선으로 전기적으로 연결한다하더라도, 전극연결의 신뢰성을 보증하기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 각 압전층들에 홀을 형성하여 각 전극들을 연결하는 방법이 제안되었다. 하지만, 압전체들에 홀을 형성하는 공정은 복잡하고, 제조비용을 증가시키는 문제가 있다.

따라서, 제조가 쉽고 간단할 뿐 아니라 신뢰성이 있는 전극연결부를 갖는 진동체를 구비하는 초음파 모터의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 제조하기 쉽고 간단할 뿐 아니라 신뢰성이 있는 전극 연결부를 갖는 진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터를 제공하는 데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양태에 따른 초음파 모터 의 진동체는, 진동부재, 및 전압인가시 진행파를 생성하여 진동부재를 진동시키는 압전체를 포함하며, 압전체는, +극과 -극이 교대로 분극되고, 진동부재에 부착된 제1압전층, +극과 -극이 교대로 분극되고, 제1압전층에 부착된 제2압전층, 제1 및 제2압전층의 제1면과 제1면과 반대면인 제2면에 형성된 복수 개의 전극을 구비하는 전극부, 및 제1 및 제2압전층의 외주면에 형성되고, 복수 개의 전극들을 서로에 선택적으로 연결하는 전극연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 진동부재는 전기전도성을 가지는 재료로 형성될 수 있다.

제1압전층과 제2압전층은 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제에 의해 서로 접착될 수 있다. 이때, 전도성 접척제 또는 비전도성 접착제는 전도성 에폭시 수지 또는 비전도성 에폭시 수지인 것이 바람직하다.

제1압전층과 제2압전층은 +극과 -극의 분극배열이 λ/4(여기서, λ는 원주방향의 한 파장의 길이)의 공간적인 위상차를 가지도록 배치될 수 있다.

전극부는, 제1압전층의 제1면과 제2면에 각각 형성된 제1 및 제2전극, 제2압전층의 제1면과 제2면에 각각 형성된 제3 및 제4전극, 제2압전층의 제2면에 제4전극과 분리되어 형성된 제5전극, 및 제2압전층의 제2면에 제4 및 제5전극과 분리되어 형성된 제6전극을 포함할 수 있다.

이때, 전극연결부는, 제1 및 제2압전층의 외주면에 형성되고, 제5전극과 제6전극을 각각 제1전극과, 제2전극과, 제3전극과 진동부재 중의 적어도 하나와 선택적으로 연결한다.

전극연결부는 제5전극과 제1전극을 전기적으로 연결하는 제1전도체, 및 제6 전극과 제3전극을 전기적으로 연결하는 제2전도체를 포함할 수 있다.

이 경우, 제1전도체는 제5전극에서부터 제2압전층의 외주면을 따라 제1압전층의 외주면까지 연장되어, 제1압전층의 외주면상으로 연장된 제1전극의 접점과 연결되고, 제2전도체는 제6전극에서부터 제2압전층의 외주면상으로 연장되어, 제2압전층의 외주면상으로 연장된 제3전극의 접점과 연결될 수 있다. 여기서, 제1전도체는 진동부재까지 더 연장되고, 제2전도체는 제1압전층의 하면 외측가장자리 까지 연장된 제2전극의 접점까지 더 연장될 수 있다.

또한, 선택적으로, 전극부는 제1압전층에 형성된 전극들의 패턴과 제2압전층에 형성된 전극들의 패턴이 서로 동일하고 공간적으로 λ/4의 위상차로 배치되도록 형성될 수 있다.

이 경우, 전극연결부는 제5전극과 진동부재를 전기적으로 연결하는 제1전도체를 포함할 수 있다. 이때, 제1압전층은, 제2면에서 외주면을 거쳐 제1면까지 연장되고 제1 및 제2전극과 분리된 제1더미 전극, 외주면에 형성되고 제1 및 제2전극과 분리된 보조연결부, 및 제2면에서 외주면까지 연장되고 제1 및 제2전극과 분리된 제2더미 전극이 원주 방향의 λ/4 간격으로 배치되는 전극패턴을 구비하고, 제2압전층은 제1압전층의 제1더미 전극, 보조연결부, 및 제2더미 전극과 동일한 패턴의 제6전극, 더미 보조연결부 및 제5전극이 λ/4 간격의 위상차 갖도록 배치되는 전극패턴을 구비할 수 있다. 이때, 제1전도체는 제2압전층의 외주면 까지 연장 형성된 제5전극의 부분에서부터 제1압전층의 외주면에 형성된 보조연결부를 거쳐 진동부재의 외주면까지 연장된 것이 바람직하다.

또한, 전극연결부는 및 제6전극과 제2전극을 전기적으로 연결하는 제2전도체를 더 포함할 수 있다. 이때, 제2전도체는 제2압전층의 외주면까지 연장된 제6전극의 부분에서부터 제1압전층의 제2전극의 외측 가장자리부분까지 연장된 것이 바람직하다.

제1 및 제2전도체가 어떻게 구성되든, 제1 및 제2전도체는 전도성 페이스트일 수 있다.

또한, 제4전극은 sine 형태의 교류전압과 cosine 형태의 교류전압 중에서 하나가 인가되고, 제5전극은 sine 형태의 교류전압과 cosine 형태의 교류전압 중에서 다른 하나가 인가되고, 제6전극은 그라운드될 수 있다.

본 발명의 다른 실시양태에 따른 진동체를 구비한 초음파 모터는, 진동부재, 및 진동부재에 부착되고, 전압인가시 진행파를 생성하는 압전체를 구비하는 위에서 기재한 바와 같은 진동체, 및 진행파에 의해 진동체가 변형될 때 진동체와 마찰 접촉하는 접촉체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 초음파 모터의 진동체 제조방법은 상면과 하면에 각각 적어도 하나의 전극을 구비한 제1 및 제2 압전체를 준비하는 단계, 제1 및 제2 압전체를 진동부재에 순차적으로 부착하는 단계, 및 제1 및 제2 압전체의 외주면에 제1 및 제2 압전체의 전극들을 선택적으로 연결하는 전극연결부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 전극들은 제1압전층의 상면과 하면에 각각 형성된 제1 및 제2전극, 제2압전층의 상면과 하면에 각각 형성된 제3 및 제4전극, 제2압전층의 하면에 제4 전극과 분리되어 형성된 제5전극, 및 제2압전층의 하면에 제4 및 제5전극과 분리되어 형성된 제6전극을 포함하며, 전극연결부는, 제1 및 제2압전층의 외주면에 형성되고, 제5전극과 제6전극을 각각 제1전극과, 제2전극과, 제3전극과 진동부재 중에서 적어도 하나와 선택적으로 연결할 수 있다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 진동체 및 그 제조방법과 그것을 구비한 초음파 모터를 첨부도면에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동체(20)가 적용된 초음파 모터(1)를 구비한 렌즈배럴을 도시하는 단면도이다.

초음파 모터(1)는 진행파 타입 중공형 초음파 모터로써, 렌즈배럴의 이동실린더(10)와 고정실린더(12) 사이에 배치되며, 접촉체(30)와 진동체(20)를 구비한다. 렌즈배럴의 이동실린더(10), 고정실린더(12) 등의 세부구성은 종래 기술에 공지되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

접촉체(30)는 회전자로써, 이동실린더(10)의 외주면에 나사 맞물림된 회전링(15)을 회전시키는 회전력을 제공한다. 이를 위해, 접촉체(30)는 회전링(15)에 상부 우측에 고정된 회전부재(31)를 구비한다. 회전부재(31)는 우단부에서 하측으로 돌출부(33)를 형성하고 있다. 돌출부(33)의 우측면에는 진동체(20)와의 압착시 마찰력을 크게 하고 마모를 줄이기 위해 마찰재층(35)이 코팅되어 있다. 여기서, 마찰재층(35)은 돌출부(33)의 우측면에만 형성되는 대신, 접촉체(30)의 외부표면 전체에 형성될 수 있다.

접촉체(30)의 마찰재층(35)과 압착되는 진동체(20)는 고정자로써, 고정실린더(12)의 내측에 설치된 진동부재(20a)로 구성된다. 진동부재(20a)는 펠트 고정부재(25)에 의해 지지되고, 펠트 고정부재(25)를 탄성지지하는 탄성부재(26)에 의해 접촉체(30) 쪽으로 가압되어 접촉체(30)의 마찰재층(35)과 압착된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 진동부재(20a)는 중공 원판 형상으로 가지며, 마찰재층(35)과 압착되는 접촉면쪽으로 복수 개의 돌기(28)가 형성되어 있다. 복수 개의 돌기(28)는 마찰재층(35)과 마찰 접촉하는 접촉면에 내마모성 코팅층(29)이 형성되어 있다. 내마모성 코팅층(29)은, 접촉체(30)의 마찰재층(35)과 마찬가지로, 마찰재층(35)과 마찰 접촉하는 돌기(28)의 접촉면에만 형성되는 대신, 진동부재(20a)의 외부표면 전체에 형성될 수 있다. 진동체(20)가 압전체(21)에 의해 생성되는 진행파에 의해 진동할 때 마찰재층(35)에 접촉하는 진동체(20)의 표면에 발생하는 타원운동의 진폭을 크게 하는 역할을 한다.

진동부재(20a)는 전기전도성을 갖는 재료, 예를들면, 스테인레스 스틸과 같은 강철재 또는 청동재로 형성될 수 있다.

진동부재(20a)는 전압인가시 진행파를 생성하는 압전체(21)를 하면에 부착하고 있다. 진동부재(20a)는 압전체(21)에 의해 생성되는 진행파에 의해 변형 또는 변위되어 진동을 발생하면서 접촉체(30)와 압착된다.

압전체(21)는 전도성 재료가 첨가된 에폭시와 같은 전도성 접착제(38; 도 3b참조)에 의해 진동부재(20a)에 접착될 수 있다. 따라서, 압전체(21)의 제1압전층(22)의 제1전극(41)은 진동부재(20a)와 전기적으로 연결된다. 선택적으로, 압전체(21)는 비전도성 에폭시 수지와 같은 비전도성 접착제(도시하지 않음)에 의해 진동부재(20a)에 접착될 수도 있다. 이 경우, 비전도성 접착제의 두께가 약 10 미크론으로 매우 얇기 때문에, 진동부재(20a)와 제1압전층(22)의 제1전극(41)은 표면거칠기에 따라 국부적으로 서로 접촉하는 부위가 발생하므로 서로 전기적으로 연결된다.

압전체(21)는 낮은 전압으로 큰 전기장을 얻을 수 있는 2층 구조로서, 각각 +극과 -극이 교대로 분극된 제1 및 제2 압전층(22, 23)을 구비한다. 제1 및 제2 압전층(22, 23)의 각각은 낮은 전압을 인가하더라도 압전효과로 인해 미세 변위 또는 변형되어 진동을 발생하도록 얇은 두께, 예를들면 수십∼수백 미크론 두께를 갖는 중공 세라믹 원판으로 형성된다.

도 3d에 도시한 바와 같이, 제1압전층(22)은 상면과 하면에 전극부(40)의 제1 및 제2전극(41, 42)을 각각 형성하고 있다.

제1전극(41)은 제1압전층(22)의 분극화(Poling) 공정시 제1압전층(22)에 +극과 -극의 분극전압을 교대로 인가하기 위해 복수 개의 전극면(41a; 도 4a 참조)으로 구성된다. 제1전극(41)의 전극면의 갯수는 압전체(21)에서 생성하도록 미리결정된 진행파의 원주방향의 파장의 수(N)에 따라 2N 개로 구성된다. 예를들면, 도 4a에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 압전체(21)에서 생성하도록 미리결정된 진행파의 원주방향의 파장의 수(N)가 3 개이므로, 제1전극(41)의 전극면의 갯수는 6 개가 된다.

도 3a 내지 도 3d 및 도 4 a에 도시한 바와 같이, 복수 개의 전극면 중 하 나(41a)는 1압전층(22)의 외주면까지 연장된 접점(41b)이 형성되어 있다. 접점(41b)은 후술하는 전극연결부(60)의 제1전도체(63)와 연결된다. 제1전도체(63)는 sine 형태의 교류전압이 인가되도록 전도성 범프(37)에 의해 전원제어회로(도시하지 않음)를 구비한 가요성 인쇄회로기판(68)(Flexible printed circuit board)에 접속된 제2압전층(23)의 제5전극(45)과 연결된다.

선택적으로, 제1전극(41)의 전극면들은 연결부들(도시하지 않음)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 연결부들은 제1압전층(22)의 분극화 공정후 형성된다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 제2전극(42)은 하나의 전극면으로 구성된다. 제2전극(42)을 하나의 전극면으로 형성하는 이유는 제1압전층(22)의 분극화 공정시 제2전극(42)이 그라운드 전극의 역할만을 하면되므로, 제1전극(41)과 같이 복수 개의 전극면이 필요없기 때문이다. 제2전극(42)의 전극면은 일측 가장자리, 예를들면, 도 4b의 상부 우측 가장자리에 제1압전층(22)의 하면 가장자리까지 연장된 접점(42b)이 형성되어 있다. 도 3c 및 도 3d에 도시한 바와 같이, 접점(42b)은 후술하는 제6전극(46)과 연결된 전극연결부(60)의 제2전도체(61)와 연결된다. 제6전극(46)은 전도성 범프(37)에 의해 가요성 인쇄회로기판(68)에 연결되어 그라운드된다.

제2압전층(23)은 전도성 재료가 첨가된 에폭시 수지와 같은 전도성 접착제(38)에 의해 제1압전층(22)에 접착된다. 따라서, 제1압전층(22)의 제2전극(42)과 제2압전층(23)의 제3전극(43)은 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 제2전극(42)의 접점(42b)과 제3전극(43)의 접점(43b)은 전극연결부(60)의 제2전도체(61)를 통해 제6전극(46)에 연결되어 그라운드된다.

선택적으로, 제2압전층(23)은 비전도성 에폭시 수지와 같은 비전도성 접착제(도시하지 않음)에 의해 제1압전층(22)에 접착될 수도 있다. 이 경우, 비전도성 접착제의 두께가 약 십 미크론으로 매우 얇기 때문에, 제1압전층(22)의 제2전극(42)과 제2압전층(23)의 제3전극(43)은 표면거칠기에 따라 국부적으로 서로 접촉하는 부위가 발생하기 때문에, 서로 전기적으로 연결된다.

제2압전층(23)이 제1압전층(22)에 접착될 때, 제1압전층(22)과 제2압전층(23)은 +극과 -극의 분극배열이 λ/4(여기서, λ는 원주방향의 한 파장의 길이)의 공간적인 위상차를 가지도록 배치된다. 제1압전층(22)과 제2압전층(23)을 λ/4의 공간적인 위상차를 가지도록 배치하는 이유는 제1전극(41)과 제4전극(44)에 주파수가 일치하는 sine 및 cosine 형태의 교류전압을 인가할 때 제1압전층(22)과 제2압전층(23)에서 각각 발생하는 정현파가 공간적으로 λ/4의 위상차를 가져야만 진행파를 형성하기 때문이다.

제2압전층(23)은 +극과 -극이 교대로 분극되고, 상면과 하면에 전극부(40)의 제3 및 제4전극(43, 44)을 각각 형성하고 있다.

도 4c에 도시한 바와 같이, 제3전극(43)은 제1전극(41)과 마찬가지로 제2압전층(23)의 분극화 공정시 제2압전층(23)에 +극과 -극의 분극전압을 교대로 인가하기 위해 복수 개, 예를들면, 6 개의 전극면으로 구성된다.

도 3a 내지 도 3d에 도시한 바와 같이, 복수 개의 전극면 중 하나(43a)는 제 2압전층(23)의 외주면까지 연장된 접점(43b)이 형성되어 있다. 접점(43b)은 가요성 인쇄회로기판(68)을 통해 그라운드된 제6전극(46)과 접속된 전극연결부(60)의 제2전도체(61)와 연결된다.

선택적으로, 제3전극(43)의 전극면들(43a)은 제1전극(41)의 전극면들(41a)과 마찬가지로 연결부(도시하지 않음)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 연결부들은 제2압전층(23)의 분극화 공정후 형성된다.

도 4d에 도시한 바와 같이, 제4전극(44)은 제2전극(42)과 마찬가지로 하나의 전극면으로 구성된다. 제4전극(44)의 전극면은 일측 가장자리, 예를들면, 도 4d의 상부우측 가장자리에 제2압전층(23)의 하면 가장자리까지 연장된 접점(44b)이 형성되어 있다. 접점(44b)은 cosine 형태의 교류전압이 인가되도록 전도성 범프(37)에 의해 전원제어회로를 구비한 가요성 인쇄회로기판(68)과 연결된다.

제4전극(44)의 접점(44b)이 형성된 부근의 제2압전층(23) 하면에는 전극부(40)의 제5 및 제6전극(45, 46)이 제4전극(44)과 분리되어 형성되어 있다. 제5전극(45)은 위에서 언급한 바와 같이, 전도성 범프(37)에 의해 가요성 인쇄회로기판(68)과 연결되어 sine 형태의 교류전압이 인가된다. 제6전극(46)은 역시 범프(37)에 의해 가요성 인쇄회로기판(68)과 연결되어 그라운드되어 있다.

제5전극(45)을 제1전극(41)의 접점(41b) 및/또는 진동부재(20a)에 연결하고 제6전극(46)을 제3전극(43)의 접점(43b) 및/또는 제2전극(42)의 접점(42b)에 연결하기 위해, 제1 및 제2압전층(22, 23)의 외주면에는 전극연결부(60)가 형성된다.

전극연결부(60)는 제1전도체(63), 및 제2전도체(61)로 구성된다.

제1전도체(63)는 제5전극(45)과 제1전극(41)을 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 제1전도체(63)는 제5전극(45)에서부터 제2압전층(23)의 외주면을 따라 제1압전층(22)의 외주면까지 연장된다. 이때, 제1전도체(63)는 제1압전층(23)의 외주면상으로 연장된 제1전극(41)의 접점(41b)과 연결된다. 여기서, 제1전극(41)과 진동부재(20a)가 이미 전도성 접착재(38)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있고 제1전극(41)과 진동부재(20a)가 서로 전기적으로 연결되더라도 제1압전층(22)에서 생성되는 전기장에는 영향이 없기 때문에, 제1전도체(63)는 진동부재(20a)까지 더 연장될 수도 있다. 도 2 및 도 3d에 도시한 본 실시예에서는 제1전도체(63)는 진동부재(20a)까지 더 연장된 것으로 예시되었다.

따라서, 제5전극(45)은 전극연결부(60)의 제1전도체(63)를 통해 제1전극(41)의 접점(41b) 및/또는 진동부재(20a)에 전기적으로 연결된다.

제2전도체(61)는 제6전극(46)과 제3전극(43)을 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 제2전도체(61)는 제6전극(46)의 외측 가장자리에서부터 제2압전층(23)의 외주면상으로 연장된 제3전극(43)의 접점(43b)까지 연장된다. 따라서, 제3전극(43)이 이미 전도성 접착재(38)에 의해 제2전극(42)에 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제6전극(46)은 제3전극(43)을 통해 제2전극(42)에 전기적으로 연결된다. 하지만, 제2전도체(61)는, 제2전극(42) 및/또는 제3전극(43)에 대한 전기적 연결의 안정성을 확보하기 위해, 제1압전층(22)의 하면 외측가장자리 까지 연장된 제2전극(42)의 접점(42b) 까지 더 연장될 수도 있다. 도 3c 및 도 3d에 도시한 실시예에서는 제2전도체(61)가 제2전극(42)의 접점(42b) 까지 더 연장된 것으로 예시되었다.

제1 및 제2전도체(63, 61)는 제1 및 제2압전층(22, 23) 및/또는 진동부재(20a)에 쉽게 형성할 수 있는 실버 페이스트와 같은 전도성 페이스트로 구성된 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 진동체(20)의 제조방법은 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 상면과 하면에 각각 제1 및 제2전극(41, 42)과 제3 및 제4전극(43, 44)이 형성된 중공 세라믹 원판형태의 제1 및 제2압전층(22, 23)이 준비된다.

이어서, 제1 및 제2압전층(22, 23)은 각각 +극과 -극이 교대로 배치되는 분극배열을 갖도록 분극화된다. 이때, 제1전극(41)과 제3전극(43)의 전극면들에는 각각 +극 및 -극의 분극전압, 예를들면, +1000V 및 -1000V의 전압이 교대로 인가되고, 제2전극(42)과 제4전극(44)은 그라운드된다.

그 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2압전층(22)은 전도성 접착제(38)에 의해 미리 준비된 진동부재(20a)에 접착된다. 이때, 제1 및 제2압전층(22)은 분극배열이 공간적으로 λ/4의 위상차를 가지도록 접착된다.

제1 및 제2압전층(22)이 진동부재(20a)에 접착된 후, 도 3c에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2압전층(22, 23)의 외주면에는 전도성 페이스트에 의해 전극연결부(60)가 형성된다. 그 결과, 제5전극(45)은 제1전도체(63)에 의해 제1전극(41)의 접점(41b) 및/또는 진동부재(20a)에 연결되고, 제6전극(46)은 제1전도체(61)에 의해 제3전극(43)의 접점(43b) 및/또는 제2전극(42)의 접점(42b)에 연결된다.

제1 및 제2압전층(22, 23)의 외주면에 전극연결부(60)가 형성된 후, 도 3d에 도시한 바와 같이, 제4, 제5 및 제6전극(44, 45, 46)은 납땜 등에 의해 형성된 범프(37)에 의해 가요성 인쇄회로기판(68)에 연결되고, 진동체(20)의 제조는 완료된다.

이와 같이 제조되는 진동체(20)는 전극연결부(60)가 제1 및 제2압전층(22, 23)의 외주면에 형성되어 제1 및 제2압전층(22, 23)의 전극들(41, 42, 43, 44)을 선택적으로 연결하므로, 도선으로 전극들을 연결하거나 제1 및 제2압전층에 홀들을 형성하고 이를 통해 전극들을 연결하는 종래의 초음파 모터의 진동체 보다 더 제조하기 쉽고 간단할 뿐 아니라 전극연결의 신뢰성이 보장된다.

그러나, 위와 같은 진동체(20)는 제1압전층(22)의 제1 및 제2전극(41, 42)과 제2압전층(23)의 제3 및 제4전극(43, 44)이 서로 다른 구조를 가지므로, 제조시 제1압전층(22)과 제2압전층(23)을 서로 호환하여 사용하지 못하고 별도로 제작하여야하는 번거로움이 있다.

도 5 내지 도 6b는 압전체(21')의 제1 및 제2압전층(22', 23')의 전극부의 전극패턴을 서로 동일하게 하여 제조시 제1압전층(22')과 제2압전층(23')을 서로 호환하여 사용할 수 있는 변형예의 진동체(20')를 도시한다.

변형예의 진동체(20')는 진동부재(20a'), 제1압전층(22'), 제2 압전층(23'), 및 전극연결부(60')를 구비한다.

진동부재(20a')는 도 1 내지 도 4d과 관련하여 설명한 진동부재(20a)와 동일하다.

제1 및 제2압전층(22', 23')는 각각 +극과 -극이 교대로 분극된 중공 세라믹 원판으로 형성된다. 제1 및 제2압전층(22', 23')은 분극배열이 공간적으로 λ/4의 위상차를 가지도록 배치된 것 만 다를 뿐 실질적으로 서로 동일한 전극패턴을 갖는다.

보다 상세히 설명하면, 제1압전층(22')은 +극과 -극이 교대로 분극되고, 상면과 하면에 제1 및 제2전극(41', 42')을 각각 형성하고 있다.

도 6a 및 도 7a에 도시한 바와 같이, 제1전극(41')은 제1압전층(22')의 분극화 공정시 제1압전층(22')에 +극과 -극의 분극전압을 교대로 인가하기 위해 복수 개의 전극면으로 구성된다. 제1전극(41')의 전극면의 갯수는 도 4a에 도시한 제1압전층(22)의 제1전극(41)과 마찬가지로 압전체(21')에서 생성하도록 미리결정된 진행파의 원주방향의 파장의 수(N)에 따라 2N 개로 구성된다. 예를들면, 본 실시예에서는 압전체(21')에서 생성하도록 미리결정된 진행파의 원주방향의 파장의 수(N)가 10 개이므로, 제1전극(41')의 전극면의 갯수는 20 개가 된다.

제1전극(41')의 복수 개의 전극면 중 하나(41a')에는 제1더미 전극(46")이 전극면(41a')과 분리되게 형성되어 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 제1더미 전극(46")은 ㄷ자 형상을 가지며, 제1압전층(22')의 하면에서 형성되어 상면까지 연장되어 있다. 이러한 제1더미 전극(46")은 제1압전층(22')의 전극패턴을 제2압전층(23')의 전극패턴과 동일하게 하기 위한 것으로, 다른 전극들과 연결되지 않으며, 그에 따라, 전극으로써 아무런 역할을 하지 않는다.

전극면(41a')과 그에 인접한 전극면(41a") 사이에는 다른 전극면 경계영역(48") 보다 제1압전층(22')의 외주면쪽에서 확장된 크기를 갖는 확장 전극면 경 계영역(48)이 형성되어 있다. 확장 전극면 경계영역(48)은 전극면(41a', 41a")을 제1압전층(22')의 외주면에 형성된 보조연결부(47)로부터 확실히 격리시키기 위해 형성된다. 보조연결부(47)는 후술하는 제5전극(45')과 진동부재(20a')를 연결하는 전극연결부(60')의 제1전도체(63')와 접속된다.

전극면(41a")의 제1압전층(22')의 외주면 근처에는 제1 전극면 분리영역(49)이 형성된다. 제1 전극면 분리영역(49)은 제1압전층(22')의 하면에 형성되어 제1압전층(22')의 외주면까지 연장된 제2더미전극(45")을 전극면(41a")과 분리하기 위해 형성된다. 제2더미전극(45") 역시 제1압전층(22')의 전극패턴을 제2압전층(23')의 전극패턴과 동일하게 하기 위한 것으로, 다른 전극들과 연결되지 않으며, 그에 따라, 전극으로써 아무런 역할을 하지 않는다.

이와 같이 구성된 제1더미 전극(46"), 확장 전극면 경계영역(48)/보조연결부(47), 및 제1 전극면 분리영역(49)/제2더미전극(45")은 λ/4의 간격을 두고 형성된다.

도 6b 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 제2전극(42')은 도 4b에 도시한 제1압전층(22)의 제2전극(42)과 마찬가지로 하나의 전극면으로 구성된다. 제2전극(42')의 전극면은 제1압전층(22')의 하면에 형성된 제1더미전극(46") 및 제2더미전극(45" )과 분리되게 형성된다. 보조연결부(47)를 제2전극(42')의 전극면과 분리하기 위해, 보조연결부(47)와 인접한 제2전극(42')의 전극면에는 제2 전극면 분리영역(54)이 형성된다.

제2압전층(23')은 도 2에 도시한 제2압전층(23)과 마찬가지로, 제1압전층(22')과 전도성 재료가 첨가된 에폭시 수지와 같은 전도성 접착제, 또는 비전도성 접착제에 의해 서로 접착된다. 이때, 제1압전층(22')과 제2압전층(23')은 전압인가시 하나의 진행파를 형성하기 위해 +극과 -극의 분극배열이 λ/4의 공간적인 위상차를 가지도록 배치된다.

제2압전층(23')은 상면과 하면에 제3전극(43')과 제4, 제5 및 6전극(44', 45', 46')을 각각 형성하고 있다.

제2압전층(23')의 전극패턴은 λ/4의 공간적인 위상차를 가지도록 배치된 것만 다를 뿐 제1압전층(22')의 전극패턴과 동일하다.

즉, 도 6a 및 도 7a에 도시한 바와 같이, 제2압전층(23')의 상면에는 제1압전층(22')의 제1전극(41'), 제1더미 전극(46"), 제1확장 전극면 경계영역(48), 및 제1 전극면 분리영역(49)과 동일한 패턴의 제3전극(43'), 제6전극(46'), 제2확장 전극면 경계영역(48'), 및 제3 전극면 분리영역(49')이 형성된다. 또, 도 6b 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 제2압전층(23')의 하면에는 제1압전층(22')의 제2전극(42'), 제1더미 전극(46"), 제2 전극면 분리영역(54), 및 제2더미전극(45")과 동일한 패턴의 제4전극(44'), 제6전극(46'), 제4 전극면 분리영역(54'), 및 제5전극(45')이 형성된다. 또한, 제2압전층(23')의 외주면에는 제1압전층(22')의 보조연결부(47)와 대응하는 더미 보조연결부(47')가 형성된다. 더미 보조연결부(47')는 제1압전층(22')의 전극패턴과 제2압전층(23')의 전극패턴을 서로 동일하게 하기 위한 것으로, 다른 전극 또는 전극연결부와 연결되지 않으며, 그에 따라, 보조연결부로의 역할을 하지 않는다.

제5전극(45')을 진동부재(20a')에 연결하고 제6전극(46')을 제2전극(42')에 연결하기 위해, 제1 및 제2압전층(22', 23')의 외주면에는 전극연결부(60')가 형성된다.

전극연결부(60')는 제1전도체(63'), 및 제2전도체(61')로 구성된다.

제1전도체(63')는 제5전극(45')과 진동부재(20a')를 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 제1전도체(63')는 제2압전층(23')의 외주면상의 제5전극(45')의 부분에서부터 제1 압전층(23')의 외주면상의 보조연결부(47)을 지나 진동부재(20a')의 외주면의 하부까지 연장된다. 이때, 제1전극(41')과 진동부재(20a')가 이미 전도성 또는 비전도성 접착재에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제5전극(45')은 전극연결부(60')의 제1전도체(63') 및 진동부재(20a')를 통해 제1전극(41')에 연결된다.

제2전도체(61')는 제6전극(46')과 제2전극(42')을 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 제2전도체(61')는 제2압전층(23')의 외주면상의 제6전극(46')의 부분에서부터 제2전극(42')의 외측 가장자리까지 연장된다. 이때, 제2전극(42')과 제3전극(43')이 전도성 또는 비전도성 접착재에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제6전극(46')은 전극연결부(60')의 제2전도체(61')을 통해 제2전극(42') 및 제3전극(43')과 연결된다.

여기서, 제2전도체(61')가 제6전극(46')과 제2전극(42')을 전기적으로 연결하도록 형성된 것으로 설명 및 예시하였지만, 제2압전층(23')의 상면에 위치한 제6전극(46')의 부분이 이미 전도성 또는 비전도성 접착제에 의해 제2전극(42')과 전 기적으로 연결되어 있기 때문에, 제2전도체(61')는 생략될 수 있음은 물론이다.

제1 및 제2전도체(63', 61')는 제1 및 제2압전층(22'. 23') 및/또는 진동부재(20a)에 쉽게 형성할 수 있는 실버 페이스트와 같은 전도성 페이스트로 구성된 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 변형예의 진동체(20')는 제1 및 제2압전층(22', 23')이 동일 전극패턴을 가지므로, 제1 및 제2압전층(22', 23')를 서로 다르게 별도 제작해야할 필요가 없을 뿐 아니라 제1 및 제2압전층(22', 23')를 서로 호환하여 사용할 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 4d과 관련하여 설명한 진동체(20)보다 제조하기 쉽고, 제조비용이 절감된다.

이하에서는 도 1 내지 도 4d를 참조하여 위와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 진동체(20)가 적용된 초음파 모터(1)를 구비한 렌즈배럴의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 가요성 인쇄회로기판(68)을 통해 압전체(21)의 제1 및 제압전층(22, 23)의 제4전극(44) 및 제5전극(45)에 각각 주파수가 일치하는 cosine 및 sine 형태의 교류전압이 인가되면, 제4전극(44)이 형성된 제2압전층(23)과, 제1전도체(63)를 통해 제5전극(45)과 연결된 제1전극(41)이 형성된 제1압전층(22)은 각각 원주방향으로 정현파를 발생한다. 이때, 제1 및 제2압전층(22, 23)은 분극배열이 서로 공간적으로 λ/4위상차를 가지도록 배치되므로, 두 개의 정현파는 서로 합해져서 하나의 균일한 진행파를 형성한다. 그 결과, 압전체(21)는 진행파에 의해 진행파 형태(물결 모양)의 미세 변위 또는 변형을 발생한다. 따라서, 압전체(21)를 부착한 진 동체(20) 역시 진행파 형태의 미세 변위 또는 변형을 발생하면서 진동한다.

진동체(20)가 진동함에 따라, 진동체(20)에 형성된 복수 개의 돌기(28) 역시 진동하며, 돌기(28)의 내마모성 코팅층(29)은 접촉체(30)의 마찰재층(35)과 함께 마찰 접촉하면서 접촉체(30)를 회전시킨다. 접촉체(30)가 회전함에 따라, 접촉체(30)의 회전부재(31)와 연결된 회전링(15)은 이동실린더(10)의 광축에 관해 회전한다. 이때, 회전링(15)은 이동실린더(10)와 나사 맞물림되어 있고 고정실린더(12)에 고정된 키부재(14)는 이동실린더(10)의 키홈(16)에 상하로 이동할 수 있게 맞물려 있으므로, 이동실린더(10)는 회전링(15)의 회전에 의해 광축을 따라 좌측 또는 우측으로 이동한다. 그 결과, 이동실린더(10)에 고정된 렌즈들(L)은 초점이 조절된다.

이상에서, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 수정과 변형실시가 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 모터가 적용된 렌즈배럴을 도시하는 단면도,

도 2는 도 1에 도시한 초음파 모터의 진동체를 도시하는 사시도,

도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 초음파 모터의 진동체의 제조방법을 예시하는 단면도,

도 4a 및 도 4c와 도 4b 및 도 4d는 도 2에 도시한 초음파 모터의 진동체의 전극을 예시하는 평면도 및 저면도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 모터에 적용되는 진동체의 변형예를 아래쪽에서 위로 올려다 본 사시도,

도 6a 및 도 6b는 전극 연결부를 생략한 상태에서 도 5에 도시한 진동체를 위에서 아래로 내려다 본 분해사시도와 아래쪽에서 위로 올려다 본 분해 사시도, 및

도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시한 진동체의 압전체의 제1 및 제2 압전층의 전극을 예시하는 평면도 및 저면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 초음파 모터 20, 20': 진동체

20a, 20a': 진동부재 21, 21': 압전체

22, 22', 23, 23': 압전층 38: 접착재

41, 41', 42, 42', 43, 43', 44, 44', 45, 45', 46, 46': 전극

45", 46": 더미전극 47: 보조연결부

47': 더미 보조연결부 60, 60': 전극연결부

61, 61', 63, 63': 전도체

Claims

진동부재, 및

전압인가시 진행파를 생성하여 상기 진동부재를 진동시키는 압전체를 포함하며,

상기 압전체는, +극과 -극이 교대로 분극되고, 상기 진동부재에 부착된 제1압전층,

+극과 -극이 교대로 분극되고, 상기 제1압전층에 부착된 제2압전층,

상기 제1 및 제2압전층의 제1면과 상기 제1면과 반대면인 제2면에 형성된 복수 개의 전극을 구비하는 전극부, 및

상기 제1 및 제2압전층의 외주면에 형성되고, 상기 복수 개의 전극들을 서로에 선택적으로 연결하는 전극연결부를 포함하며,

상기 전극부는, 상기 제1압전층의 상기 제1면과 상기 제2면에 각각 형성된 제1 및 제2전극, 상기 제2압전층의 상기 제1면과 상기 제2면에 각각 형성된 제3 및 제4전극, 상기 제2압전층의 상기 제2면에 상기 제4전극과 분리되어 형성된 제5전극, 및 상기 제2압전층의 상기 제2면에 상기 제4 및 제5전극과 분리되어 형성된 제6전극을 포함하며,

상기 제1압전층의 제1전극은 상기 진동부재와 전기적으로 연결되고, 상기 제1압전층의 제2전극과 상기 제2압전층의 제3전극은 전기적으로 연결되며,

상기 전극연결부는, 상기 제1 및 제2압전층의 외주면에 형성되고, 상기 제5전극을 상기 제1전극과 상기 진동부재 중에서 적어도 하나와 연결하고, 상기 제6전극을 상기 제2전극과 상기 제3전극 중에서 적어도 하나와 연결하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제1항에 있어서, 상기 진동부재는 전기전도성을 가지는 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제1항에 있어서, 상기 제1압전층과 상기 제2압전층은 전도성 접착제와 비전도성 접착제 중의 하나에 의해 서로 접착된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제3항에 있어서, 상기 전도성 접착제와 비전도성 접착제는 각각 전도성 에폭시 수지와 비전도성 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제1항에 있어서, 상기 제1압전층과 상기 제2압전층은 +극과 -극의 분극배열이 λ/4(여기서, λ는 원주방향의 한 파장의 길이)의 공간적인 위상차를 가지도록 배치된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
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제1항에 있어서,

상기 제4전극은 sine 형태의 교류전압과 cosine 형태의 교류전압 중에서 하나가 인가되고,

상기 제5전극은 sine 형태의 교류전압과 cosine 형태의 교류전압 중에서 다른 하나가 인가되고,

상기 제6전극은 그라운드된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제1항에 있어서, 상기 전극연결부는,

상기 제5전극과 상기 제1전극을 전기적으로 연결하는 제1전도체; 및

상기 제6전극과 상기 제3전극을 전기적으로 연결하는 제2전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제8항에 있어서, 상기 제1전도체는 상기 제5전극에서부터 상기 제2압전층의 외주면을 따라 상기 제1압전층의 외주면까지 연장되어 상기 제1압전층의 상기 외주면상으로 연장된 상기 제1전극의 접점과 연결된 된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제9항에 있어서, 상기 제1전도체는 상기 진동부재까지 더 연장된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제8항에 있어서, 상기 제2전도체는 상기 제6전극에서부터 상기 제2압전층의 외주면으로 연장되어, 상기 제2압전층의 외주면상으로 연장된 상기 제3전극의 접점과 연결된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제11항에 있어서, 상기 제2전도체는 상기 제1압전층의 하면 외측가장자리 까지 연장된 상기 제2전극의 접점까지 더 연장된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2전도체는 전도성 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제1항에 있어서, 상기 전극부는 상기 제1압전층에 형성된 상기 전극들의 패턴과 상기 제2압전층에 형성된 상기 전극들의 패턴이 서로 동일하고 공간적으로 λ/4의 위상차로 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제1항에 있어서, 상기 전극연결부는 상기 제5전극과 상기 진동부재를 전기적으로 연결하는 제1전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제15항에 있어서,

상기 제1압전층은 상기 제2면에서 외주면을 거쳐 상기 제1면까지 연장되고 상기 제1 및 제2전극과 분리된 제1더미 전극, 상기 외주면에 형성되고 상기 제1 및 제2전극과 분리된 보조연결부, 및 상기 제2면에서 상기 외주면까지 연장되고 상기 제1 및 제2전극과 분리된 제2더미 전극이 원주 방향의 λ/4 간격으로 배치되는 전극패턴을 구비하고,

상기 제2압전층은 상기 제1압전층의 상기 제1더미 전극, 상기 보조연결부, 및 상기 제2더미 전극과 동일한 패턴의 제6전극, 더미 보조연결부 및 제5전극이 λ/4 간격의 위상차 갖도록 배치되는 전극패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제16항에 있어서, 상기 제1전도체는 상기 제2압전층의 외주면까지 연장된 상기 5전극의 부분에서부터 상기 제1압전층의 상기 외주면에 형성된 상기 보조연결부를 거쳐 상기 진동부재의 외주면까지 연장된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제15항에 있어서, 상기 제1전도체는 전도성 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제16항에 있어서, 상기 전극연결부는 상기 제6전극과 상기 제2전극을 전기적으로 연결하는 제2전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제19항에 있어서, 상기 제2전도체는 상기 제2압전층의 외주면까지 연장된 상기 제6전극의 부분에서 상기 제2전극의 외측 가장자리 부분까지 연장된 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
제19항에 있어서, 상기 제2전도체는 전도성 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체.
진동부재, 및 진동부재에 부착되고, 전압인가시 진행파를 생성하는 압전체를 구비하는 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 기재된 진동체; 및

상기 진행파에 의해 상기 진동체가 변형될 때 상기 진동체와 마찰 접촉하는 접촉체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터.
상면과 하면에 각각 적어도 하나의 전극을 구비한 제1 및 제2 압전층을 준비하는 단계;

상기 제1 및 제2 압전층을 진동부재에 순차적으로 부착하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 압전층의 외주면에 상기 제1 및 제2 압전층의 상기 전극들을 선택적으로 연결하는 전극연결부를 형성하는 단계를 포함하며,

상기 전극들은 상기 제1압전층의 상기 상면과 상기 하면에 각각 형성된 제1 및 제2전극, 상기 제2압전층의 상기 상면과 상기 하면에 각각 형성된 제3 및 제4전극, 상기 제2압전층의 상기 하면에 상기 제4전극과 분리되어 형성된 제5전극, 및 상기 제2압전층의 하면에 상기 제4 및 제5전극과 분리되어 형성된 제6전극을 포함하며,

상기 제1압전층의 제1전극은 상기 진동부재와 전기적으로 연결되고, 상기 제1압전층의 제2전극과 상기 제2압전층의 제3전극은 전기적으로 연결되며,

상기 전극연결부는, 상기 제1 및 제2압전층의 상기 외주면에 형성되고, 상기 제5전극을 상기 제1전극과 상기 진동부재 중에서 적어도 하나와 연결하고, 상기 제6전극을 상기 제2전극과 상기 제3전극 중에서 적어도 하나와 연결하는 것을 특징으로 하는 초음파 모터의 진동체 제조방법.
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