KR101618473B1 - 압전 소자, 진동파 모터 및 광학 장치 - Google Patents

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히로시 사이토
마코토 구보타
겐이치 아카시
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Abstract

검지 상 전극과 위상 비교기 사이의 강압 회로를 필요로 하지 않고, 구동용 입력 전압에 대한 검지용 출력 전압을 감소시킬 수 있는 압전 소자와, 이러한 압전 소자를 포함하는 진동파 모터가 제공된다. 압전 소자(20)는 제1면과 제2면을 갖는 압전 재료를 포함하며, 공통 전극(2)은 제1면에 배치되고 구동 상 전극(3) 및 검지 상 전극(8)은 제2면에 배치된다. 구동 상 전극(3)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료의 제1 부분의 압전 상수의 절대값 d(1)과 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료의 제2 부분의 압전 상수의 절대값 d(2)의 관계는 d(2)<d(1)을 만족한다. 진동파 모터는 이러한 압전 소자를 포함한다.

Description

압전 소자, 진동파 모터 및 광학 장치{PIEZOELECTRIC ELEMENT, OSCILLATORY WAVE MOTOR, AND OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 압전 소자, 진동파 모터용 스테이터(stator), 진동파 모터, 구동 제어 시스템, 광학 장치 및 진동 모터용 스테이터의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기 기계 에너지 변환 디바이스가 진동체에 진동을 여진하는 데 사용되고, 결과적인 진동 에너지가 구동력을 생성하는 데 사용되는 진동 모터와 같은 진동형 액추에이터에 대한 구동 제어 시스템에 관한 것이다.
진동형(진동파) 액추에이터는, 압전 소자와 같은, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 디바이스에 AC 전압과 같은 전기 신호가 인가될 때, 원환 형상, 편장형 타원 형상 또는 막대 형상의 탄성체에 구동 진동을 여기하는 진동자를 갖는다. 이상 제안된 진동형 액추에이터의 예로서는 진동자에 가압하여 접촉시킨 탄성체에 대해 진동자가 상대적으로 이동되는 진동파 모터가 있다.
이하, 일례로서 원환 형상의 진동파 모터의 일반 구조를 설명한다.
원환 형상의 진동파 모터는, 전체 둘레가 특정 길이 λ의 정수배와 동등한 내경과 외경을 갖는 압전 재료를 갖는다. 이 압전 재료의 한쪽 면에 복수의 전극이 배치되고, 압전 소자의 반대쪽 면에 공통 전극이 배치되어 압전 소자를 형성한다.
복수의 전극은 2개의 구동 상 전극, 검지 상 전극 및 비구동 상 전극을 포함한다. 각각의 구동 상 전극부의 압전 재료에 λ/2의 피치로 교대로 역방향의 전계가 인가되어 분극 처리를 실시한다. 그로 인해, 동일한 방향의 전계에 대한 압전 재료의 신축 극성은 λ/2 피치마다 역전된다. 2개의 구동 상 전극은 λ/4의 홀수배와 동등한 거리만큼 서로 이격되어 있다. 통상적으로, 이 간격부에서 압전 재료가 형성되어, 이 부분의 압전 재료가 진동되지 않고 단락 배선 등을 통해 공통 전극과 단락되어 있다.
검지 상 전극은 압전 재료의 진동 상태를 검지하기 위한 전극이다. 검지 상 전극부의 압전 재료에서 발생된 스트레인(strain)은, 압전 재료의 압전 상수에 대응하는 전기 신호로 변환되어 검지 상 전극으로 출력된다.
이 압전 소자에 전력을 입력 및 출력하기 위한 배선이 형성되고, 탄성 재료로 이루어지는 진동판이 부착되어 스테이터를 형성한다. 스테이터의 한쪽의 구동 상 전극에 AC 전압이 인가되면, 진동판의 전체 둘레에 걸쳐 파장 λ를 갖는 정재파가 발생한다. 다른쪽의 구동 상에만 AC 전압이 인가되면, 마찬가지의 방식으로 정재파가 발생하지만, 정재파의 위치는 상술한 정재파에 대하여 λ/4만큼 원주 방향으로 회전 시프트된다.
스테이터의, 진동판과 반대측의 면에, 원환 형상 탄성체가 가압 접촉되어 원환 형상의 진동파 모터를 형성한다.
다른 유형의 진동파 모터는, 원환 형상의 압전 재료의 내측 및 외측에 전극 및 진동판이 부착되는 진동 모터이다. 이러한 유형의 모터는 내측 또는 외측에서 가압 접촉되어 있는 로터의 회전에 의해 구동될 수 있으며, 그 회전은 압전 재료의 신축(진동)에 의해 야기된다.
진동파 모터의 각 구동 상 전극에, 동일한 주파수와 π/4의 시간 위상차를 갖는 AC 전압이 인가되면, 정재파가 합성되고, 진동판에는 원주 방향으로 진행하는 굽힘 진동의 진행파(파장 λ)가 발생한다.
이러한 프로세스 동안, 로터측 진동판에 놓인 점들은 일종의 타원 운동을 경험하고, 로터는 진동판으로부터의 원주 방향의 마찰력으로 인해 회전한다. 회전 방향은, 각 구동 상 전극에 인가되는 AC 전압의 위상차를 플러스와 마이너스로 스위칭함으로써 역전될 수 있다.
제어 회로가 진동파 모터에 접속되어, 회전 속도를 제어할 수 있는 구동 제어 시스템을 형성한다. 이 제어 회로는, 위상을 비교하여 비교 결과에 대응하는 전압값을 출력하는 위상 비교기를 갖는다.
진동파 모터가 구동될 때에, 검지 상 전극으로부터 출력되는 전기 신호는, 구동 상 전극에 인가되는 전기 신호와 함께 위상 비교기에 입력된다. 위상 비교기는 위상차를 출력하여, 공진 상태로부터의 어긋남 정도가 검지될 수 있다. 데이터가 구동 상 전극에 인가되는 전기 신호를 결정하고 원하는 진행파를 발생시키는 데 사용되어, 로터의 회전 속도가 제어될 수 있다.
그러나, 검지 상 전극으로부터 출력된 전압값은 통상적으로 위상 비교기의 입력 상한 전압값을 상회한다. 그 때문에, 특허 문헌 1에 개시되는 진동파 모터 제어 시스템은 검지 상 전극과 위상 비교기 사이에 기구(강압(step-down) 회로)를 제공하여, 전압을 로직 레벨로 저하시킨다.
일본 특허 공개 소62－85684호
최근, 전자기 모터를 포함하는 각종 모터에 대해 저비용의 부품을 사용하고 공간 축소를 달성하기 위한 요구가 점점 증대되고 있다. 그로 인해, 진동파 모터에 있어서도, 강압 회로와 같이 더 적은 부품을 사용하는 것이 요구되고 있다.
비구동 상의 상하측 제공된 전극을 단락시키기 위한 단락 배선은 진동으로 인해 파손될 수 있고, 수율이 감소될 수 있고, 그에 따라 고품질을 유지하기 위해 생략하는 것이 바람직하다.
본 발명은 종래 기술에서 요구되었던 검지 상 전극과 위상 비교기 사이의 강압 회로를 필요로 하지 않고, 구동용 입력 전압에 대한 검지용 출력 전압을 감소시킬 수 있는 압전 소자를 제공함으로써 문제점을 해결한다. 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터 및 진동파 모터 구동 제어 시스템도 제공된다.
본 발명의 제1 양태는, 제1면과 제2면을 갖는 압전 재료와, 상기 압전 재료의 제1면에 배치된 공통 전극과, 상기 압전 재료의 제2면에 배치된 구동 상 전극 및 검지 상 전극을 포함하는 압전 소자를 제공한다. 상기 구동 상 전극과 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)과 상기 검지 상 전극과 상기 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분(2)의 압전 상수의 절대값 d(2)가 d(2)<d(1)의 관계를 만족한다.
본 발명의 제2 양태는 진동파 모터용 스테이터를 제공한다. 스테이터는 상기 공통 전극을 포함하는 제1면과 상기 구동 상 전극 및 상기 검지 상 전극을 포함하는 제2면을 포함하는, 제1 양태에 따른 압전 소자; 상기 압전 소자의 제1면에 배치된 진동판; 및 상기 압전 소자의 제2면에 배치된 전력 입력/출력 배선을 포함한다.
본 발명의 제3 양태는 제2 양태에 따른 스테이터를 포함하는 진동파 모터를 제공한다.
본 발명의 제4 양태는 제3 양태에 따른 진동파 모터를 포함하는 구동 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 제5 양태는 제2 양태에 따른 진동파 모터용 스테이터의 하나의 제조 방법을 제공한다. 본 방법은, 상기 공통 전극과 분극용 전극 사이에 상기 압전 재료를 개재하도록 상기 압전 재료의 제1면에 상기 공통 전극을 형성하고, 상기 압전 재료의 제2면에 상기 분극용 전극을 형성하고, 상기 압전 재료를 분극시키기 위한 전압을 인가하여 상기 압전 소자를 얻는 단계 (A); 및 상기 분극용 전극을 접합하여 적어도 상기 구동 상 전극, 상기 검지 상 전극 및 상기 비구동 상 전극을 형성한 후, 상기 압전 재료의 탈분극 온도 Td 이상의 온도에서 상기 검지 상 전극 또는 상기 비구동 상 전극의 표면에 전력 입력/출력 배선을 접착하는 단계 (B)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에서 요구되었던, 검지 상 전극과 위상 비교기 사이의 강압 회로를 필요로 하지 않고, 구동용 입력 전압에 대한 검지용 출력 전압을 감소시킬 수 있는 압전 소자가 제공될 수 있다. 또한, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터 및 진동파 모터 구동 제어 시스템도 제공될 수 있다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 개략도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 개략도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 진동파 모터용 스테이터를 나타내는 개략도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 진동파 모터를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동 제어 시스템의 회로의 개략도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치의 개략도이다.
도 ７은 광학 장치의 개략도이다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 실시예에 따른 진동파 모터용 스테이터를 제조하기 위한 예시적인 방법을 나타내는 프로세스 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 발명을 구현하는 실시예로서 원환 형상 진동파 모터를 설명하지만, 본 발명은 원환 형상 진동파 모터에 한정되지 않고, 다중층 진동파 모터와 막대 형상 진동파 모터와 같은 임의의 다른 적절한 유형의 모터에 적용될 수도 있다.
일 실시예에 따른 압전 소자는 제1면 및 제2면을 갖는 압전 재료와, 압전 재료의 제1면에 배치된 공통 전극과, 압전 재료의 제2면에 배치된 구동 상 전극 및 검지 상 전극을 포함한다. 구동 상 전극과 공통 전극에 사이에 개재된 압전 재료 부분(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)과, 검지 상 전극과 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분(2)의 압전 상수의 절대값 d(2)의 관계는 d(2)<d(1)을 만족한다.
도 1a 내지 1c는 일 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 개략도이다. 도 1a는 압전 소자의 표면의 개략 평면도이다. 도 1b은 도 1a에서 IB－IB 선에서 바라본 압전 소자의 단면도이다. 도 1c는 압전 소자의 이면의 평면도이다.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 압전 소자(20)는 제1면(11)과 제2면(12)을 갖는 압전 재료(1)와, 제1면(11)에 배치된 공통 전극(2)과, 제2면(12)에 배치된 구동 상 전극(3, 4) 및 검지 상 전극(8)을 갖는다. 압전 재료(1)는, 예를 들어, 0.5mm의 실질적으로 균일한 두께와 원환 형상을 갖는 한 단편의 압전 재료이다. 구동 상 전극(3)은 제1 구동 상("A상"이라 칭함)에 배치되고, 구동 상 전극(4)은 제2 구동 상("B상"이라 칭함)에 배치된다. 검지 상 전극(8)은 검지 상에 배치된다.
압전 재료(1)를 설명하는 "한 단편의 압전 재료"라는 문구는, 압전 재료(1)가 동종의 조성을 갖는 단일 원료로부터 소성하여 만들어진 이음매가 없는 한 단편의 세라믹이라는 것을 의미한다.
구동 상 전극(3, 4)과 검지 상 전극(8)은 압전 재료(1)의 동일 평면(제2면)에 배치된다. 압전 재료(1)의 반대면(제1면)에는, 구동 상 전극(3, 4) 및 검지 상 전극(8)에 대한 공통의 공통 전극(2)(접지 전극)이 도 1c에 나타낸 바와 같이 배치된다.
구동 상 A 및 B의 압전 재료는 λ/2의 피치로 교대로 역방향으로 전계를 인가하는 분극 처리를 받는다. 그로 인해, 한 방향의 전계에 대해 신축 극성은 λ/2의 피치마다 역전된다. 또한, 위상 A와 위상 B의 구동 상 전극은 λ/4의 홀수배와 동등한 거리만큼 서로 이격되어 있다. 여기에서, "신축 극성"이라는 용어는, 특정 방향의 전계에 대한 압전 재료의 면 내 또는 면 외 방향의 응력-스트레인의 부호(＋ 또는 －)를 나타낸다.
검지 상 전극(8)은 압전 재료(1)의 제2면(12) 상에 배치되지만, 구동 상 전극(3, 4)이 형성되는 장소와 다른 장소에 배치된다. 예를 들어, 검지 상 전극(8)은 원주 방향으로 λ/2의 길이를 갖는다.
구동 상 전극(3, 4)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료 부분(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)과, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료 부분(2)의 압전 상수의 절대값 d(2)의 관계는 d(2)<d(1) 관계를 만족하며, 즉, 절대값 d(2)는 절대값 d(1)보다 작다.
검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 부분은, 2개의 전극, 즉 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2)의 면에 수직한 선과 압전 재료가 교차하는 영역을 나타낸다. 하지만, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2)이 서로 평행하지 않은 경우에는, 이 부분은 검지 상 전극(8)이 투사된 검지 상 전극(8)의 면과 공통 전극(2)의 면인 2개의 면에 수직한 선과 압전 재료가 교차하는 영역을 나타낸다. 이하, 이러한 정의가 "사이에 개재된 부분"이라는 문구에 대해 적용된다.
압전 상수 d는 굴곡 진동을 이용한 원환 형상 진동파 모터의 경우에 전극들 간에 인가된 단위 전계에 수직한 면에 발생하는 스트레인량(통상적으로 d31 또는 d32로 표현됨)이다.
압전 상수 d는 세로 진동 또는 전단 진동을 이용한 원환 형상 진동파 모터, 다중층 진동파 모터 또는 막대 형상 진동파 모터의 경우에, 전극 간에 인가된 단위 전계의 방향으로 발생하는 스트레인량(통상적으로 d33 또는 d15로 표현됨)이다.
예를 들어, 원환 형상 압전 재료(1)를 진동판으로부터 분리하고, 각 구동 상 전극의 중앙 부근의 영역이며, 동일한 신축 압전 극성을 갖는 영역으로부터 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직사각형 세그먼트로 잘라내고, 공진-반공진법에 의해 그 세그먼트의 압전 상수를 측정함으로써, 구동 상 전극(3, 4)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 부분의 압전 재료의 압전 상수가 측정될 수 있다.
압전 재료 부분(2)의 압전 상수의 절대값 d(2)(이하 단순히 절대값 d(2)로 나타냄)가 압전 재료 부분(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)(이하, 단순히 절대값 d(1)로 나타냄)보다 작으므로, 압전 소자(20)가 동작되었을 때, 검지 상 전극(8)으로부터 출력되는 전압 레벨은 구동 상 전극(3, 4)으로 입력된 전압 레벨보다도 작게 될 수 있다.
절대값 d(2)는 절대값 d(1)의 0.5배 이하인 것이 바람직하고, 절대값 d(1)의 0.001배 내지 0.5배인 것이 더욱 바람직하고, 절대값 d(1)의 0.001배 내지 0.2배인 것이 더더욱 바람직하고, 절대값 d(1)의 0.001배 내지 0.1배인 것이 가장 바람직하다.
압전 재료 부분(2)의 절대값 d(2)가 압전 재료 부분(1)의 절대값 d(1)의 0.5배 이하인 경우에, 압전 소자(20)가 동작되었을 때 검지 상 전극(8)으로부터 출력되는 전압 레벨이 더욱 저하될 수 있다. 예를 들어, 절대값 d(2)가 절대값 d(1)의 0.5배인 경우, 검지 상으로부터 출력되는 전압 레벨은 구동 상 전극(3, 4)에 입력되는 전압 크기의 0.1배 내지 0.2배가 되는 것으로 예측될 수 있다.
절대값 d(2)가 절대값 d(1)의 0.001배 이상인 경우, 검지 상으로부터 출력되는 전압에 대한 노이즈의 영향은 저감될 수 있다.
도 2a 및 2b는 다른 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 개략도이다. 도 2a는 압전 소자의 개략 평면도이고, 도 2b는 도 2a에서 IIB-IIB 선을 따라 취해진 압전 소자의 단면도이다.
상술한 바와 같이, 구동 상 전극들 사이에는 λ/4의 홀수배와 각각 동등한 하나 이상의 간격이 형성되고, 검지 상 전극이 그 간격에 형성된다.
도 2a 및 2b에 나타낸 압전 소자에 있어서, 검지 상 전극이 형성되는 부분과 다른 부분에는, 자발적인 압전 진동을 방지하기 위해서 하나 이상의 비구동 상 전극(5)이 비구동 상에 형성된다. 구체적으로는, 압전 재료(1)의 제2면(12)에 적어도 1개의 비구동 상 전극(5)이 형성된다. 비구동 상 전극(5)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료 부분(3)의 압전 상수의 절대값 d(3)과 압전 재료 부분(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)은 d(3)<d(1)의 관계를 만족한다.
비구동 상 전극(5)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료의 압전 상수의 절대값 d(3)은 상술한 바와 같이, 구동 상 전극(3, 4)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 압전 재료의 압전 상수의 절대값 d(1)보다 작은 것이 바람직하다. 절대값 d(3)은 절대값 d(1)의 0.02배 이하인 것이 바람직하다.
절대값 d(3)이 절대값 d(1)보다 작은 경우, 압전 소자(20)의 동작 동안 절대값 d(3)을 갖는 압전 재료 부분에 의해 생성된 진동이 작아진다.
또한, 절대값 d(3)이 절대값 d(1)의 0.02배 이하인 경우, 압전 소자(20)의 구동 동안 절대값 d(3)을 갖는 압전 재료 부분으로부터 생성되는 진동이 더욱 작아진다. 예를 들어, 절대값 d(3)이 절대값 d(1)의 0.02배인 경우, 압전 상수의 절대값 d(3)을 갖는 압전 재료 부분에 의해 생성되는 진동 변위는 d(1)에 대한 진동 변위의 0.005배로 감소될 수 있다.
압전 소자에서, 비구동 상 전극 중에서, d(3)<d(1)의 관계를 만족하는 비구동 상 전극이 공통 전극과 전기적으로 독립적인 것이 바람직하다.
도 2a에 있어서, 모든 비구동 상 전극(5)이 d(3)<d(1)의 관계를 만족하고, 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2)과 전기적으로 독립적이다. 이 구성에 따르면, 비구동 상 전극(5)을 공통 전극(2)에 전기적으로 접속하는 단락 배선을 제공할 필요가 없다. 따라서, 제조 공정수가 감소하고, 단락부의 불량으로 인한 수율 저하가 회피된다.
여기에서, "전기적으로 독립"이라는 것은, 2개의 전극 사이의 전기 저항이 10ｋΩ 이상인 것을 의미한다.
압전 소자의 압전 재료(1)의 납 함유량은 1000ppm 미만이다.
압전 재료(1)는 1000ppm 미만의 납을 함유한다. 통상적인 압전 소자에 사용되는 대부분의 압전 재료는 지르콘산 티타늄산 납을 주성분으로 함유하는 압전 세라믹이다. 따라서, 압전 소자가 폐기되어 산성비에 노출되거나 가혹 환경에 방치되는 경우, 압전 재료 중의 납이 토양으로 흘러 생태계에 악영향을 미치는 가능성이 지적되었다. 그러나, 납 함유량이 1000ppm 미만이면, 압전 소자가 폐기되어 산성비에 노출되거나 가혹 환경에 방치되는 경우에도 압전 재료(1) 중의 납이 환경에 악영향을 미칠 가능성은 낮다.
압전 재료(1)의 납 함유량은 X선 형광 분석(XRF), ICP 원자 발광 분석 등에 의해 결정되는 압전 재료(1)의 총 중량에 대한 납 함유량으로서 결정될 수 있다.
압전 재료(1)는 티타늄산바륨을 주성분으로 함유하는 압전 세라믹일 수 있다. 납을 포함하지 않는 압전 세라믹 중에서, 티타늄산바륨을 주성분으로 함유하는 압전 세라믹은 압전 상수의 높은 절대값 d를 갖는다. 따라서, 동일한 스트레인량을 얻기 위하여 필요한 전압이 작아질 수 있다. 이로 인해, 압전 재료(1)는 환경적인 관점에서도 티타늄산바륨을 주성분으로 함유하는 압전 세라믹인 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, "세라믹"은, 기본 성분으로서 금속 산화물을 함유하고 열처리에 의해 굳혀지는 결정 입자의 응집체(벌크체로도 지칭됨)로서, 소위 다결정을 지칭한다. "세라믹"은 소결 후에 가공된 세라믹을 지칭할 수도 있다.
상기 압전 재료는, 주성분으로서 하기의 화학식 1로 나타내지는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유할 수 있다:
[화학식 1]
(Ba1 - xCax)(Ti1 - yZry)O3 (0.02≤x≤0.30, 0.020≤y≤0.095이며, y≤x)
티타늄산 바륨을 주성분으로 함유하는 압전 재료는, 강유전성 결정상(crystal phase)으로부터 다른 강유전성 결정상으로 전이가 발생하는 상 전이 온도(Tr)를 갖는다.
여기서, "강유전성 결정상"은, 결정 격자로 불리는 7개의 결정계 중 6개의 결정계, 즉 삼사정계(triclinic), 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 육방정계(hexagonal), 삼방정계(trigonal) 또는 능면정계(rhombohedral), 정방정계(tetragonal) 중 어느 하나에 속하는 재료를 지칭한다.
상 전이 온도 Tr은, 예를 들어 미소 AC 전계를 사용하여 측정 온도를 바꾸면서 압전 소자(20)의 유전율을 측정하고, 유전율이 극대를 나타내는 온도를 결정함으로써 구해질 수 있다. 대안적으로, 상 전이 온도 Tr은 X선 회절 또는 라만 분광을 사용하여 측정 온도를 바꾸면서, 압전 재료(1) 또는 압전 소자(20)의 결정상이 변화하는 온도로부터 구해질 수 있다. 일반적으로, 강유전체의 제1 강유전성 결정상으로부터 제2 강유전성 결정상으로의 상 전이 온도(강온시의 상 전이 온도)는 제2 강유전성 결정상으로부터 제1 강유전성 결정상으로의 상 전이 온도(승온시의 상 전이 온도)와 약간 상이하다. 본 명세서에 있어서, 상 전이 온도 Tr은 제1 강유전성 결정상으로부터 제2 강유전성 결정상으로의 상 전이가 발생하는 온도, 즉 강온시의 상 전이 온도이다.
일반적으로, 압전 상수는 현저히 증가되어, 상 전이 온도 Tr에서의 극대에 도달한다. 따라서, 상 전이 온도 Tr 근방에서 온도 변화에 수반하는 압전 상수의 변화가 크고, 따라서 동일한 입력 전압에 대한 스트레인량이 변화한다. 온도 변화에 따른 스트레인량을 안정시키기 위해 이러한 압전 재료(1)가 압전 소자(20)에서 사용되면, 압전 소자(20)는 온도 변화에 대하여 안정된 진동 성능을 나타낼 수 있다.
상 전이 온도 Tr은 0℃ 이상 35℃ 이하의 범위에는 존재하지 않는 것이 바람직하고, -5℃ 이상 50℃ 이하의 범위에 존재하지 않는 것이 보다 바람직하다. 상 전이 온도 Tr이 0℃ 이상 35℃ 이하의 범위 밖에 존재하면, 예를 들어 5℃의 온도 변화에 대해, 동일한 입력 전압에 대한 스트레인량의 변동은 20％ 이하로 억제되는 것이 기대될 수 있다. 상 전이 온도 Tr이 -5℃ 이상 50℃ 이하의 범위에 존재하지 않으면, 예를 들어 5℃의 온도 변화에 대해, 동일한 입력 전압에 대한 스트레인량의 변동은 10％ 이하로 억제될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 페로브스카이트형 금속 산화물은, 이와나미 이화학 사전 제5판(이와나미 출판사에 의해 1998년 2월 20일자로 발행됨)에 기재되어 있는 바와 같은, 이상적으로는 입방정 구조인 페로브스카이트형 구조를 갖는 금속 산화물을 지칭한다. 페로브스카이트형 구조를 갖는 금속 산화물은 일반적으로 ABO3의 화학식으로 표현된다. 페로브스카이트형 금속 산화물에서의 원소 A 및 원소 B는 각각 이온의 형태를 취하며 A 사이트 및 B 사이트로 불리는 단위 격자에서 특정 위치를 차지한다. 예를 들어, 입방정계의 단위 격자에 있어서, 원소 A는 입방체의 정점을 차지하고, 원소 B는 입방체의 체심(body-centered) 위치를 차지한다. 원소 O는 음이온 형태의 산소이고 입방체의 면심(face-centered) 위치를 차지한다.
상기 화학식 1로 나타내지는 금속 산화물에서, 바륨(Ba) 및 칼슘(Ca)이 A 사이트를 차지하는 금속 원소이고, 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)이 B 사이트를 차지하는 금속 원소이다. Ba 및 Ca 원자의 일부가 B 사이트를 차지할 수 있고, 그리고/또는, Ti 및 Zr 원자의 일부가 A 사이트를 차지할 수 있다는 점에 유의한다.
화학식 1에 있어서, O에 대한 B 사이트 원소의 몰비는 1:3이다. B/O 비율이 약간 어긋난, 예를 들어 1.00:2.94 내지 1.00:3.06인 금속 산화물도, 페로브스카이트 구조를 주상(main phase)으로서 갖는 금속 산화물인 한, 본 발명의 범주에 포함된다.
금속 산화물이 페로브스카이트형 구조를 갖는지 여부는, 예를 들어 X선 회절 또는 전자 빔 회절을 통한 구조 해석을 사용하여 판단할 수 있다.
화학식 1에 있어서, x는 A 사이트에 있어서의 Ca의 몰비를 나타내고, 0.02≤x≤0.30의 범위에 있다. x가 0.02보다 작으면, 유전 손실(tanδ)이 증가한다. 유전 손실이 증가하면, 압전 소자(20)에 전압을 인가하여 압전 소자를 구동시켰을 때에 발생되는 발열이 증가하고, 작동 효율이 저하될 수 있다. x가 0.30보다 크면, 압전 특성이 충분하지 않을 수 있다.
화학식 1에 있어서, y는 B 사이트에 있어서의 Zr의 몰비를 나타내고, 0.020≤y≤0.095의 범위에 있다. y가 0.020보다 작으면, 압전 특성이 충분하지 않을 수 있다. y가 0.095보다 크면, 퀴리 온도(Tc)는 85℃ 미만이 되고, 고온에서 압전 특성이 소실될 것이다.
본 명세서에 있어서, 퀴리 온도는 강유전성이 소실되는 온도를 지칭한다. 온도의 검지 방법의 예는, 측정 온도를 바꿈으로써 강유전성이 소실되는 온도를 직접 측정하는 방법과, 미소 AC 전계를 사용하여 측정 온도를 바꾸면서 유전율을 측정하고 유전율이 극대인 온도를 결정하는 방법을 포함한다.
화학식 1에 있어서, Ca의 몰비 x와 Zr의 몰비 y는 y≤x를 만족시킨다. y>x이면, 유전 손실이 증가될 수 있고, 절연성이 불충분할 수 있다. 또한, 상술한 x 및 y에 관한 모든 범위가 동시에 만족되면, 상 전이 온도 Tr은 실온 근방으로부터 동작 온도 범위 이하의 온도로 이동될 수 있고, 따라서 압전 소자(20)가 넓은 온도 영역에서 안정적으로 동작될 수 있다.
B 사이트에 있어서의 Ti 및 Zr의 몰량에 대한 A 사이트에 있어서의 Ba 및 Ca의 몰량의 비 A/B는, 1.00≤A/B≤1.01의 범위에 있을 수 있다. A/B가 1.00보다 작으면, 이상 입자 성장이 발생하기 쉽고, 압전 재료(1)의 기계적 강도가 저하된다. 반면에, A/B가 1.01보다 크면, 입자 성장에 필요한 온도가 너무 높아지고, 따라서 일반적인 소성 노(firing furnace)에 의해서는 충분한 밀도가 얻어질 수 없으며, 압전 재료(1) 내에 포어(pore)나 결함이 발생할 수 있다.
압전 재료(1)의 조성을 판정하는 기술은 특별히 한정되지 않는다. 상기 기술의 예는, X선 형광 분석, ICP(inductively coupled plasma) 발광 분광 분석, 원자 흡광 분석을 포함한다. 이들 기술 중 하나에 의해, 압전 재료(1)에 함유되는 원소의 중량비 및 조성비가 판정될 수 있다.
압전 재료(1)는 상기 화학식 1로 나타내지는 페로브스카이트형 금속 산화물을 주성분으로 함유하고, 상기 금속 산화물에는 Mn이 포함되어 있다. 상기 Mn의 함유량은 상기 금속 산화물 100중량부에 대해 금속 환산으로 0.02중량부 이상 0.40중량부 이하일 수 있다.
Mn 함유량이 상술된 범위 내에 있으면, 절연성 및 기계적 품질 계수 Qm이 향상된다. 여기서, 기계적 품질 계수는, 압전 소자가 진동자로서 사용되었을 때 진동에 의해 야기되는 탄성 손실을 나타내는 계수를 지칭한다. 기계적 품질 계수의 크기는, 임피던스 측정에 있어서의 공진 곡선의 날카로움으로서 관찰된다. 다시 말해, 기계적 품질 계수는 진동자의 공진의 날카로움을 나타내는 계수이다. 기계적 품질 계수 Qm이 크면, 공진 주파수 근방에서 압전 소자의 스트레인량이 더욱 증가되고, 효과적으로 압전 소자를 진동시킬 수 있다. 아마도, 절연성 및 기계적 품질 계수는 Ti 및 Zr과 상이한 원자가를 갖는 Mn으로 인한 결함 쌍극자의 도입과 그로 인한 내부 전계의 발생에 의해 향상된다. 내부 전계가 존재하면, 전압을 인가함으로써 동작되는 압전 소자(20)의 장기간의 신뢰성이 확보될 수 있다.
Mn의 함유량에 관한 용어 "금속 환산으로"는, XRF, ICP 발광 분광 분석, 원자 흡광 분석 등에 의해 측정된 Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn의 함유량에 기초하여, 화학식 1로 나타내지는 금속 산화물을 구성하는 원소들의 산화계 양을 우선 측정하고, 그 후 중량 환산으로 금속 산화물을 구성하는 원소들의 총량의 100중량부에 대한 Mn의 중량의 비율을 계산함으로써 구해진 값을 지칭한다.
Mn의 함유량이 0.02중량부 미만이면, 압전 소자(20)를 구동시키기 위한 분극 처리의 효과가 충분하지 않게 된다. Mn의 함유량이 0.40중량부보다 커지면, 압전 특성이 충분하지 않게 되고, 압전 특성에 기여하지 않는 육방정 구조를 갖는 결정이 발현하게 된다.
망간은 금속 Mn에 한정되지 않고, 망간이 성분으로서 압전 재료에 함유되어 있는 한, 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 망간이 B 사이트에 고용(dissolve)되어 있을 수 있고, 또는 입계에 포함되어 있을 수 있다. 망간은 압전 재료 내에서 금속, 이온, 산화물, 금속염, 또는 착체 등의 형태를 취할 수 있다. 바람직하게, 망간은 절연성 및 소결 용이성의 관점으로부터 B 사이트에 고용된다. 망간이 B 사이트에 고용되었을 경우, A 사이트에 있어서의 Ba 및 Ca의 몰량을 A로 하고, B 사이트에 있어서의 Ti, Zr 및 Mn의 몰량을 B로 했을 때, 몰비 A/B의 바람직한 범위는 0.993≤A/B≤0.998이다. 이러한 범위 내의 A/B를 갖는 압전 소자(20)는 압전 소자(20)의 길이 방향으로 크게 신축하여 진동을 생성하고, 높은 기계적 품질 계수를 갖는다. 따라서, 우수한 진동 성능과 우수한 내구성을 갖는 압전 소자(20)가 얻어질 수 있다.
압전 소자의 압전 재료(1)는, 특성이 변동되지 않는 한, 화학식 1로 나타내지는 화합물 및 Mn 이외의 성분(이하, 부 성분(auxiliary component))을 함유할 수 있다. 부 성분의 총 함유량은, 화학식 1로 나타내지는 금속 산화물 100중량부에 대해 1.2중량부 이하일 수 있다. 부 성분 함유량이 1.2중량부를 초과하면, 압전 재료의 압전 특성 및 절연 특성이 저하될 수 있다. 부 성분 중 Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn 이외의 금속 원소의 함유량은, 압전 재료(1)에 대해 산화물 환산으로 1.0중량부 이하 또는 금속 환산으로 0.9 중량부 이하인 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, "금속 원소"는 Si, Ge, Sb 등의 반금속 원소를 포함한다. 부 성분 중 Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn 이외의 금속 원소의 함유량이 압전 재료(1)에 대해 산화물 환산으로 1.0중량부 또는 금속 환산으로 0.9중량부를 초과하면, 압전 재료(1)의 압전 특성 및 절연 특성이 현저하게 저하될 수 있다. 부 성분 중 Li, Na, Mg 및 Al의 총 함유량은 압전 재료(1)에 대해 금속 환산으로 0.5 중량부 이하일 수 있다. 부 성분 중 Li, Na, Mg 및 Al의 총 함유량이 압전 재료에 대해 금속 환산으로 0.5중량부를 초과하면, 불충분한 소결이 발생할 수 있다. 부 성분 중 Y 및 V의 합계는 압전 재료에 대해 금속 환산으로 0.2중량부 이하일 수 있다. Y 및 V의 합계가 압전 재료에 대해 금속 환산으로 0.2중량부를 초과하면, 분극 처리가 어려워질 수 있다.
부 성분의 예는, Si 및 Cu 등의 소결 보조제를 포함한다. 상업적으로 이용 가능한 Ba 및 Ca 원료는 불가피한 불순물로서 Sr 및 Mg를 함유하며, 따라서 압전 재료는 Sr 및 Mg의 불순물양을 함유할 수 있다. 유사하게, 상업적으로 이용 가능한 Ti 원료는 불가피한 불순물로서 Nb를 함유하며, 상업적으로 이용 가능한 Zr 원료는 불가피한 불순물로서 Hf를 함유한다. 따라서, 압전 재료(1)는 Nb 및 Hf의 불순물양을 함유할 수 있다.
부 성분의 중량부를 측정하는 기술은 특별히 한정되지 않는다. 상기 기술의 예는, 형광 X선 분석(XRF), ICP 발광 분광 분석, 원자 흡광 분석을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 진동파 모터용 스테이터를 이하에 설명한다. 상기 스테이터는, 제1면에 공통 전극을, 제2면에 구동 상 전극 및 검지 상 전극을 포함하는 상술된 압전 소자와; 압전 소자의 제1면에 배치된 진동판과; 압전 소자의 제2면에 배치된 전력의 입력/출력 배선을 포함한다.
도 3a 및 도 3b는 진동파 모터용 스테이터의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 3a는 스테이터의 개략적인 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 선 IIIB-IIIB를 따라 취한 스테이터의 단면도이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 진동파 모터용 스테이터(30)는 압전 소자(20)와, 압전 소자(20)의 한쪽 면에 공통 전극(2) 상에 탄성 재료로 구성된 진동판(7)을 포함한다. 압전 소자(20)의 다른 쪽 면에는 전력의 입력/출력 배선(9)이 배치된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 스테이터(30)의 입력/출력 배선(9)은, 구동 상 전극(3 및 4)에 전력을 공급하기 위한 전기 배선과, 비구동 상 전극(5)을 통하여 공통 전극(2)과 접속되는 전기 배선과, 검지 상 전극(8)으로부터 출력되는 전기 신호를 전달하기 위한 전기 배선을 구비하며, 각각의 전극 상에 접속된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 비구동 상 전극(5) 중 적어도 하나는 단락 배선(10)을 통해 공통 전극(2)과 진동판(7)에 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 구성에 따라, 전극들에 대응하는 배선 수를 구비한 입력/출력 배선(9)이 이방성 도전 필름을 사용하여 위로부터 장착되는 경우, 적어도 하나의 배선이 비구동 상 전극(5)을 통해 공통 전극(2)에 전기적으로 접속될 수 있다.
이러한 진동파 모터용 스테이터에 있어서, A 상(A phase)의 구동 상 전극(3)에 AC 전압을 인가함으로써 여기되는 정재파(standing wave) 진동을 A 상 정재파로 지칭하고, B 상의 구동 상 전극(4)에 동일한 주파수의 AC 전압을 인가함으로써 여기되는 정재파 진동을 B 상 정재파로 지칭한다. 시간의 위상차가 90°가 되도록 동일한 진폭을 갖는 A 상 정재파와 B 상 정재파를 동시에 발생시켜, 2개의 정재파의 합성 결과로서 진행성 진동파가 여기된다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 진동파 모터를 이하에 설명한다. 진동파 모터는 스테이터를 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 진동파 모터의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 4a는 진동파 모터의 개략적인 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 선 IVB-IVB를 따라 취한 진동파 모터의 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 진동파 모터(40)는 상술된 스테이터(30)와 진동판(7) 상의 로터(6)를 포함한다. 예를 들어, 탄성 재료로 구성된 원환 형상의 로터(6)는 입력/출력 배선(9)과는 반대의 면인, 진동판(7)의 면에 가압하여 접촉되어 있다.
스테이터(30)에 진행파가 여기되면, 압전 소자에 반대면인 진동판(7) 상의 점은 일종의 타원 운동을 받는다. 따라서, 로터는 진동판(7)으로부터 원주 방향의 마찰력을 받고, 회전된다. 그 회전 방향은, 구동 상 전극(3 및 4)에 인가되는 AC 전압의 위상차의 부호를 전환함으로써 반전될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 구동 제어 시스템을 이하에 설명한다. 구동 제어 시스템은 진동파 모터를 사용한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구동 제어 시스템을 나타내는 회로의 개략도이며, 구동 제어 시스템의 간이 제어 회로도이다.
도 5를 참조하면, 진동파 모터는 도 4a 및 도 4b에 도시된 진동파 모터와 유사하고, 진동파 모터의 압전 소자(20)의 A 상 전극을 포함하며, A 상 전극은 A로 나타내지고, B 상 전극은 B로 나타내지며, 검지 상 전극은 S로 나타내지고, 공통 전극(2)은 G로 나타내진다. 이들 전극은 전력의 입력/출력 배선(9)에 전기적으로 독립하여 접속되어 있다.
도 5를 참조하면, CPU(central processing unit)로부터 출력된 전기 신호는, 구동 회로를 통해, π/2만큼 전압 위상이 시프트된 상태로 A 상 및 B 상에 입력된다. B 상에 입력되는 전기 신호는 강압 회로(step-down circuit)를 통해 위상 검지 회로에 동시에 입력된다. 진동파 모터에서 진행파가 여기되면, 검지 상 전극과 공통 전극 사이에 개재된 부분의 압전 재료가 진동하고, 검지 상 전극으로부터 전기 신호가 출력된다. 출력된 전기 신호는 강압 회로를 통하지 않고 직접 위상 검지 회로에 입력된다. 이들 2개의 전기 신호는 위상 검지 회로 내의 위상 비교기에 입력되고, 2개의 전기 신호 사이의 위상차에 대응하는 전기 신호가 위상 검지 회로로부터 CPU로 출력된다. 이러한 프로세스 동안에, 진동파 모터의 회전 속도를 광학적으로 측정하는 인코더로부터 출력된 전기 신호가 CPU로 출력된다. 이러한 구성에 따르면, 종래 기술에서 필요했던 검지 상 전극과 위상 비교기 사이의 강압 회로를 생략할 수 있다.
진동파 모터의 회전 속도와 구동 명령 신호(도면에 도시되지 않음)에 의해 지정된 회전 속도 사이의 차와, 위상 검지 회로로부터 출력된 전기 신호에 기초하여, 미리 설정된 로직에 기초하여, 전기 신호가 CPU로부터 구동 회로로 다시 출력 되어 피드백 제어를 행한다.
다음에, 본 발명의 일 실시형태에 따른 광학 장치에 대하여 설명한다. 광학 장치는 상술된 구동 제어 시스템을 구동 유닛에 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 촬상 장치의 일례인 단일 렌즈 리플렉스 카메라의 교환 가능한 렌즈 경통의 관련 부품의 단면도이다. 도 7은 교환 가능한 렌즈 경통의 분해 사시도이다.
도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하면, 고정 경통(712), 직진 가이드 경통(713), 전군 렌즈 경통(714)이 카메라에 착탈 가능한 마운트(711)에 고정되어 있다. 이들은 교환 가능한 렌즈 경통의 고정 부재이다.
직진 가이드 경통(713)에는, 포커스 렌즈(702)를 안내하기 위해 광축 방향으로 연장되는 직진 가이드 홈(713a)이 형성되어 있다. 포커스 렌즈(702)를 유지하는 후군 렌즈 경통(716)에, 반경 방향 외측으로 돌출된 캠 롤러(717a) 및 캠 롤러(717b)가 샤프트 스크류(718)에 의해 고정된다. 캠 롤러(717a)는 직진 가이드 홈(713a) 내에 끼워진다.
직진 가이드 경통(713)의 내주에 캠 링(715)이 회전 가능하게 끼워진다. 직진 가이드 경통(713)과 캠 링(715) 사이의 광축 방향으로의 상대 이동은, 캠 링(715)에 고정된 롤러(719)가 직진 가이드 경통(713)의 환형 홈(713b)에 끼워지기 때문에, 규제되어 있다. 포커스 렌즈(702)용의 캠 홈(715a)이 캠 링(715)에 형성되어 있다. 캠 홈(715a)에는 캠 롤러(717b)가 끼워진다.
고정 경통(712)의 외주측에는 회전 전달 링(720)이 설치되어 있다. 회전 전달 링(720)은 고정 경통(712)에 대해 특정 위치에서 회전할 수 있도록 볼 레이스(727)에 의해 유지된다. 회전 전달 링(720)으로부터 방사상으로 연장된 샤프트(720f)에 의해 롤러(722)가 회전 전달 링(720)에 회전 가능하게 유지되고, 롤러(722)의 대직경부(722a)가 매뉴얼 포커스 링(724)의 마운트측 단부면(724b)과 접촉된다. 롤러(722)의 소직경부(722b)는 접합 부재(729)와 접촉된다. 6개의 등간격으로 이격된 롤러(722)가 회전 전달 링(720)의 외주에 배치되어 있고, 각각의 롤러는 상술된 관계로 구성되어 있다.
매뉴얼 포커스 링(724)의 내측 반경부에는 저마찰 시트(와셔 부재)(733)가 배치된다. 저마찰 시트(733)는 고정 경통(712)의 마운트측 단부면(712a)과 매뉴얼 포커스 링(724)의 전방측 단부면(724a) 사이에 개재된다. 저마찰 시트(733)의 외측 반경면은 원환 형상을 갖고, 매뉴얼 포커스 링(724)의 내측 반경부(724c)에 끼워진다. 매뉴얼 포커스 링(724)의 내측 반경부(724c)는 고정 경통(712)의 외측 반경부(712b)에 끼워진다. 저마찰 시트(733)는, 매뉴얼 포커스 링(724)이 고정 경통(712)에 대해 광축을 중심으로 회전되는 회전 링 기구에 있어서의 마찰을 경감시킨다.
롤러(722)의 대직경부(722a)와 매뉴얼 포커스 링(724)의 마운트측 단부면(724b)은, 진동파 모터(725)를 렌즈의 전방측을 향해 가압하는 파형 와셔(726)에 의해 가압되는 압력에 의해 서로 접촉하고 있다. 진동파 모터(725)를 렌즈의 전방측을 향해 가압하는 파형 와셔(726)로부터의 힘에 의해서도, 롤러(722)의 소직경부(722b)와 접합 부재(729)가 적절한 정도의 압력 하에서 서로 접촉한다. 파형 와셔(726)는 고정 경통(712)에 대해 베이오넷(bayonet)-마운트된 와셔(732)에 의해 마운트 방향으로의 이동을 규제한다. 파형 와셔(726)에 의해 발생되는 스프링력(가압력)은 진동파 모터(725) 및 롤러(722)에 전달되고, 고정 경통(712)의 마운트측 단부면(712a)에 대한 매뉴얼 포커스 링(724)의 추력으로서 제공된다. 다시 말해, 매뉴얼 포커스 링(724)은 저마찰 시트(733)를 통해 고정 경통(712)의 마운트측 단부면(712a)에 대해 가압된 상태로 조립되어 있다.
따라서, 도 5에 도시된 제어 CPU에 의해 진동파 모터(725)가 고정 경통(712)에 대해 회전 구동되면, 접합 부재(729)가 롤러(722)의 소직경부(722b)와 마찰 접촉하고 있기 때문에, 롤러(722)는 샤프트(720f)의 중심에 대해 회전한다. 롤러(722)가 샤프트(720f)를 중심으로 회전하면, 회전 전달 링(720)은 광축을 중심으로 회전된다(오토 포커스 동작).
도면에 도시되지 않은 매뉴얼 조작 입력 유닛으로부터 매뉴얼 포커스 링(724)에 광축을 중심으로 하는 회전력이 가해지면, 매뉴얼 포커스 링(724)의 마운트측 단부면(724b)이 롤러(722)의 대직경부(722a)와 가압 접촉하고 있기 때문에, 롤러(722)가 샤프트(720f)를 중심으로 회전한다. 롤러(722)의 대직경부(722a)가 샤프트(720f)를 중심으로 회전하면, 회전 전달 링(720)이 광축을 중심으로 회전된다. 이 때의 진동파 모터(725)는 로터(725c) 및 진동판(725b)의 마찰 보유력으로 인해 회전이 방지된다(매뉴얼 포커스 동작).
2개의 포커스 키(728)가 서로 대향하는 위치에서 회전 전달 링(720)에 설치되고, 캠 링(715)의 선단의 노치(715b)에 끼워진다. 오토 포커스 동작 또는 매뉴얼 포커스 동작이 행해지고 회전 전달 링(720)이 광축을 중심으로 회전되면, 회전력이 포커스 키(728)를 통해 캠 링(715)에 전달된다. 캠 링(715)이 광축을 중심으로 회전되면, 캠 롤러(717a)와 직진 가이드 홈(713a)에 의해 회전 규제된 후군 렌즈 경통(716)은 캠 롤러(717b)에 의해 캠 링(715)의 캠 홈(715a)을 따라 진퇴 이동한다. 이에 의해, 포커스 렌즈(702)가 구동되어, 포커스 동작이 행해진다.
본 발명의 광학 장치의 일례로서, 단일 렌즈 리플렉스 카메라의 교환 가능한 렌즈 경통에 대하여 설명했지만, 광학 장치의 범위는 이에 한정되지 않는다. 광학 장치는, 콤팩트 카메라, 전자 스틸 카메라 등의 임의의 종류의 카메라일 수 있다. 구동 유닛에 진동파 모터 또는 구동 제어 시스템을 갖는 임의의 광학 장치는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
다음에, 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법에 대하여 설명한다.
진동파 모터용 스테이터의 제조 방법은, 압전 재료의 제1면에 공통 전극을 형성하고 압전 재료의 제2면에 분극용 전극을 형성하여 공통 전극과 분극용 전극 사이에 압전 재료를 개재한 후, 압전 재료에 전압을 인가하여 압전 재료를 분극 처리하고 압전 소자를 얻는 단계 (A)와; 분극용 전극을 접합하여 적어도 구동 상 전극, 검지 상 전극 및 비구동 상 전극을 형성하고, 압전 재료의 탈분극 온도 Td 이상의 온도에서 상기 검지 상 전극 또는 상기 비구동 상 전극의 표면 상에 전력의 입력/출력 배선을 접착하는 단계 (B)를 포함한다.
도 8a 내지 도 8d는 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도이다.
우선, 압전 소자에 사용되는 압전 재료의 제조 방법에 대하여 설명한다.
원하는 조성을 갖도록 조정된 원료 분말에, 필요에 따라 분산제, 바인더, 가소제 및 다른 첨가물과, 물 또는 유기 용매를 첨가하여 혼합한다. 얻어진 혼합물을 고밀도의 소결체를 형성하는데 필요한 압력 하에서 프레스 성형하여 성형체를 제조한다. 프레스 성형만으로 필요한 압력이 얻어지지 않는 경우, 원하는 압력을 가하기 위해 CIP(cold isostatic press)가 행해질 수 있다. 대안적으로, 성형체 잉곳은 프레스 성형을 행하지 않고 CIP에 의해 제조될 수 있다. 다른 대안으로, 닥터 블레이드 기술 또는 다이 코팅 기술 등의 기술에 의해 필름 등의 지지체에 슬러리가 소정의 두께로 도포되고, 건조되어 그린 시트 성형체를 형성할 수 있다.
이어서, 성형체를 소성하여 세라믹 소결체 형상의 압전 재료를 제작한다. 소성 조건은 원하는 압전 재료에 최적인 방법을 선택하면 된다. 가능한 한 밀도는 높고, 균일한 크기의 입성장을 시키는 것이 좋다. 또한, 필요하면 소성 전에 성형체를 원하는 형상으로 가공해도 좋다.
이어서, 압전 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다. 압전 재료를 끼워서 압전 재료의 제1면에 공통 전극을, 상기 압전 재료의 제2면에 분극용 전극을 설치한 후, 전압을 인가하여 압전 재료를 분극 처리한 압전 소자를 얻는다(공정 A).
상기의 방법으로 제작한 세라믹 소결체 형상의 압전 재료를, 원하는 치수에 연삭 가공하여, 도 8a에 도시한 바와 같은 원환 형상의 하나의 압전 재료(1)를 제작한다. 그 후, 도 8b에 도시한 바와 같이, 은 페이스트의 베이킹이나 Au 스퍼터링, Au 도금 등에 의해, 압전 재료(1)의 한쪽 면에 분극용 전극(33)을 설치하고 압전 재료(1)의 전체 반대면에는 공통 전극(2)을 설치하여 압전 소자(20)를 얻는다.
분극용 전극(33) 중 개개의 전극은, 진동을 여기하는 효율의 관점에서, 압전 재료 표면에 대하여 가능한 한 넓게 하는 것이 바람직하다. 단, 전극 간의 거리는, 분극 동안 전극들 간에 방전을 방지할 수 있는 범위 내 이도록 가능한 짧다.
본 발명의 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법은, 압전 소자를 분극 처리하는 공정 A와, 분극용 전극을 접합하여 적어도 구동 상 전극, 검지 상 전극 및 비구동 상 전극을 형성한 후, 검지 상 전극 또는 비구동 상 전극의 표면에 압전 재료의 탈분극 온도 Td 이상의 온도로 전력의 입출력 배선을 접착하는 공정 B를 포함한다.
우선, 압전 소자(20)를 분극 처리한다. 분극 처리 온도는 퀴리 온도 Tc 또는 탈분극 온도 Td 이하가 바람직하다. 처리 시간은 5분 내지 10시간이 바람직하다. 처리 분위기는, 공기 중 또는 실리콘 오일 등의 불연성의 오일 중이 바람직하다. 처리 전압으로서, 0.5 내지 5.0 kV/mm의 전계를 인가한다.
도 8c에 도시한 바와 같이, 인접하는 전극 사이에 전계 방향이 역인 특정 전계를 인가하여 분극 처리를 행하면, 특정 방향의 전계에 대한 신축 극성이 λ/2의 피치마다 서로 역이 된다.
압전 재료의 탈분극 온도란, 압전 재료를 분극 처리하여 충분히 시간이 경과한 후에, 실온으로부터 온도 Td(℃)까지 인상하여, 다시 실온까지 내렸을 때에 압전 재료의 압전 상수가 온도를 올리기 전의 압전 재료의 압전 상수에 비하여 감소하고 있을 경우, 예를 들어 95％ 이하로 되는 Td를 탈분극 온도라 칭한다.
퀴리 온도란, 중심 대칭을 갖는 결정 구조(압전성을 갖지 않는 구조)로 상전이 하는 온도이다. 예를 들어 항온조 내에서 온도를 올려, 유전 상수가 극대가 되는 온도 Tc을 측정함으로써, 간접적으로 퀴리 온도 Tc를 측정할 수 있다.
일반적으로는, 분극 처리를 행하면 내부의 응력이나 변형의 분포가 변화한다. 따라서, 비구동 상 전극에도 동일한 온도 및 전계를 인가하지 않으면, 원환 형상을 갖는 둘레 방향 전체 영역에서 분극에 의한 변형 및/또는 응력의 변화를 발생시키지 않아, 비구동 상 영역에서 휨이나 스트레인을 발생시켜 진동판(7)을 압전 소자에 접착할 때에 깨짐이나 금, 또는 접착 불량 등이 일어난다. 그로 인해, 도 8c에 도시한 바와 같이, 비구동 상에 대해서도 동일한 분극 처리를 하는 것이 바람직하다.
분극 처리는, 탄성체 부착 전에 행하는 것이 바람직하나, 부착 후에 수행해도 된다.
이어서, 분극 처리된 압전 소자(20)의 공통 전극(2) 표면측에, 압전 재료(1)와 같은 내경, 외경을 갖는 원환 형상의 탄성체를 에폭시계 접착제 등으로 열 압착한다. 접착 온도는 압전 재료(1)의 퀴리 온도 또는 탈분극 온도 미만인 것이 바람직하다. 접착 온도가 압전 재료(1)의 Tc 또는 Td 이상이면, 압전 소자(20)의 구동 상의 압전 상수의 절대값 d(1)이 작아 수 있다.
이어서, 도 8d에 도시한 바와 같이, 분극용 전극 중, λ/2 피치로 형성된 인접 및 이격하는 전극 사이를 도전 페이스트 등으로 접속시켜, A-상 전극(3) 및 B상 전극(4)을 제작한다. A상 전극(3)과 B상 전극(4)은 각각 구동 상 전극(3, 4)으로서 작용한다. 검지 상 전극(8)은, A상 전극(3)과 B상 전극(4) 사이의 λ/4 및 3λ/4의 영역의 전극 중에서 선택하면 된다. 그 밖의 전극은 비구동 상 전극(5)으로서 작용한다.
이러한 일련의 제조 공정의 결과로서 진동파 모터용 스테이터를 얻는다. 또한, 진동파 모터용 스테이터에 대하여, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 압전 재료(1)의 구동 상 전극(3, 4) 및 비구동 상 전극(5), 검지 상 전극(8)에 전력이 입력될 수 있도록 입출력 배선(9)을 정렬하고, 입출력 배선(9)을 압전 재료(1)에 접착한다. 입출력 배선(9)으로서는, 폭 넓게 이용가능한 플렉시블 케이블을 사용할 수 있다. 에폭시계 접착제로 접착을 행할 수 있지만, 바람직하게는 도전성을 갖는 이방성 도전 페이스트(ACP)를 사용함으로써 도통 불량을 경감할 수 있다. 프로세스 속도의 향상을 위한 양산성의 관점으로부터는 이방성 도전 필름(ACF)이 보다 바람직하다.
이때의 접착을 압전 재료(1)의 탈분극 온도 Td 이상으로 행함으로써, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수의 절대값을 감소시킬 수 있다. 이때, 구동 상 전극(3, 4)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)보다, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수의 절대값 d(2)이 작아지게 된다.
또한, 보다 바람직하게는 퀴리 온도 Tc 이상으로 접착함으로써, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수의 절대값을 더 감소시키거나 또는 압전 상수를 제로로 할 수 있다.
이때, 적어도 1개 이상의 비구동 상 전극(5)에 대해서도, 마찬가지인 접착 온도를 부여함으로써, 비구동 상 전극(5)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수의 절대값을 감소시키거나 또는 압전 상수를 제로로 할 수 있다. 그로 인해, 입출력 배선(9) 내의 배선과 전기적으로 접속하지 않는 비구동 상 전극(5) 중 적어도 하나는, 공통 전극(2)과 전기적으로 접속하지 않아도, 구동 시에 A상과 B상으로부터 여기되는 진동 이외의 불필요한 진동에 의해 영향을 받는 것이 방지될 수 있다.
이상과 같은 공정에 의해, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수(절대값)를 저하시킴으로써, 검지 상 전극(8)으로부터 출력되는 전기 신호의 전압값을 페이즈 비교기에 설정되어 있는 상한 전압값 이하로 조정할 수 있다.
단, 압전 상수(절대값)를 내리는 이러한 방법에 따르면, 압전 재료(1)의 탈분극 온도 또는 퀴리 온도 Tc와 입출력 배선(9)의 접착에 필요한 온도와의 관계에 따라, 원하는 레벨까지 압전 상수를 내릴 수 없을 경우나 압전 상수를 너무 내려서 검지 상으로부터 출력되는 전기 신호의 크기가 너무 작을 경우가 있다. 따라서, 입출력 배선(9)의 접착 온도 Tf(예를 들어 200℃)를 조정함으로써, 검지 상과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수를 원하는 레벨까지 내리기 위해서, 압전 재료(1)의 탈분극 온도는 적어도 Tf 이하인 것이 바람직하다.
단, 압전 재료의 탈분극 온도 Td가, 예를 들어 입출력 배선(9)의 접착 온도 Tf보다 상당히 낮은 온도(예를 들어, Td=Tf-100)인 경우, 입출력 배선(9)의 접착시의 열전도에 의해, A상 및 B상의 압전 재료의 일부의 온도가 상승하고, 압전 상수가 급격하게 감소한다. 따라서, 압전 재료(1)의 탈분극 온도 Td는 Tf-100℃ 이상 Tf 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상 200℃ 이하이다.
또한, 상기 공정 (B) 후에, 검지 상 전극과 공통 전극 사이에 의해 끼워져 있는 부분의 압전 재료를 분극 처리하는 공정(C)을 수행하는 것이 바람직하다. 공정 (B) 후에 분극 처리를 행함으로써, 압전 재료(1)의 검지 상 부분의 압전 재료의 압전 상수를 조정할 수 있다.
여기서, 분극 처리를 행할 때의 온도는, 탄성체 접착부의 접착제나 입출력 배선(9) 접착부의 접착제가 박리되지 않는 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 분극 처리는 60℃ 이하에서 행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 실온(25℃)에서 행함으로써 실질적으로 접착제에 끼치는 영향 없이 분극 처리를 행할 수 있다.
또한, 재 분극 처리를 행할 때의 전계는, 입출력 배선(9) 등의 배선 간에 방전을 초래하지 않는 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.
상술된 분극 처리를 행하는 공정, 진동체에 고착하는 공정, 전극간을 단락시키는 공정, 및 입출력 배선을 접착하는 공정은, 반드시 상술된 순서로 행할 필요는 없다. 구동 상 전극(3, 4)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수(절대값)보다, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 영역의 압전 재료(1)의 압전 상수(절대값)가 작기만 하다면, 어떠한 순서도 상관없다. 이에 관하여, 공정(A), (B), (C)의 순서만이 필수적이다.
마지막으로, 입출력 배선(9)이 상 비교기를 포함하는 구동 제어 회로에 접속됨으로써, 진동파 모터의 구동 제어 시스템을 제작할 수 있다.
[실시예]
이어서, 실시예를 들어 본 발명의 진동파 모터를 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면을 참조로 하고 도면 중의 부호를 사용하여 실시예들을 설명한다.
[실시예 1]
우선, 압전 재료의 제작 방법에 대하여 설명한다.
원료가 되는 K2CO3, Na2CO3, Nb2O5, Ta2O5를, 원하는 조성비의 페로브스카이트형 소결체(K, Na)(Nb, Ta)O3가 얻어지도록 혼합하고, 스프레이 드라이어 장치 내에서, 바인더 및 분산제와 함께 조립(granulate)하여 조립 분체를 얻었다. 제작한 조립 분체를, 원판 형상의 금형 내에 충전하여, 200 MPa의 압력하에서 1축 성형하여, 성형체를 제작하였다. 이어서, 이 성형체를 전기로에서 공기 분위기 중 1300℃로 5시간 동안 소성하였다. 승온 속도는 2.5℃/분으로 하고, 가열 동안 600℃로 3시간 유지하였다. 그 결과, 압전 재료를 제작하였다.
이어서, 소결한 압전 재료를 두께 0.5mm의 대략 균일한 원환 형상에 각각 연삭 가공하였다. 원환의 양면에 은 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포함으로써 공통 전극 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 이때, 분극용 전극이 인접하는 전극간 거리는 0.5mm이었다.
이어서, 원환 형상의 압전 재료에 1kV/mm의 전계가 인가되도록 직류 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃이었으며, 인가 전계는 1kV/mm이었고, 전압 인가 시간은 180분이었다.
참조용으로서 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극(33)에 상당하는 위치에서, 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체를 잘라내었다. 이 직육면체 형상의 프리즘의 압전 재료의 유전 상수의 변화를, 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전 상수가 극대가 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc=200℃임을 알았다. 또한, 다른 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료를 항온조 내에 배치하여, 온도를 올리고 내리면서, 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td=180℃임을 알았다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여, 200℃에서 입출력 배선(9)을 원환 형상의 압전 재료(1)에 대하여 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트로 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3) 및 B상 전극(4)을 형성하여, 압전 소자(20)를 제작하였다. 모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 단락 배선(10)을 통하여 접속되어 있다.
압전 소자(20)를 스테인리스강제의 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 압접시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)은 구동 제어 회로와 접속함으로써, 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
로터의 부하가 150g·cm, 최고 회전 속도가 100rpm이 되도록 준비된 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 진동파 모터를 구동시켰다. 그 결과, 입력한 전압에 대하여 검지 상으로부터 출력된 전압은 0.4배 이하이었다.
압전 재료의 원환 형상의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체 형상의 프리즘을 잘라내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.5배이었다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, (Bi, Na, K) TiO3-BaTiO3으로 나타내는 페로브스카이트형 압전 재료(1)를 준비하고, 이러한 페로브스카이트형 압전 재료(1)로 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 단, 원료는 Bi2O3, Na2CO3, K2CO3, BaCO3, TiO2를 사용하였다. 소성 조건은 공기 분위기에서 1150℃로 5시간 동안 소성하였다. 승온 속도는 2.5℃/분으로 하였고, 가열 동안 600℃에서 3시간 유지하였고, 그 결과, 압전 재료(1)를 제작하였다.
이어서, 소결한 압전 재료(1)를 두께 0.5mm의 대략 균일한 원환 형상으로 각각 연삭 가공하였다. 원환의 양면에 은 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하여 공통 전극(2) 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 이때, 분극용 전극이 인접하는 전극간 거리는 0.5mm이었다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 1kV/mm의 전계가 걸리도록 직류 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃이었으며, 인가 전계는 1kV/mm이었으며, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로서 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서, 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체를 잘라내었다. 이 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료의 유전 상수의 변화를 항온조에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전 상수가 극대가 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc=180℃이었음을 알았다. 또한, 다른 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료(1)를 항온조 내에 배치하였고, 온도를 올리고 내리면서, 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td=150℃이었음을 알았다.
이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 입출력 배선(9)을 원환 형상의 압전 재료(1)에 대하여 압착하였다. 그 후, 스크린 인쇄에 의해, A상 전극(3) 및 B상 전극(4)을 전극 페이스트로 형성하여, 압전 소자(20)를 제작하였다. 모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 단락 배선에 의해 단락되었다.
또한, 압전 소자(20)를 스테인리스강제의 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 압접시켜 진동파 모터를 제작하였다. 또한, 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 접속함으로써 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
로터의 부하가 150g·cm, 최고 회전 속도가 100rpm이 되도록 준비된 진동파 모터 제어 시스템을 이용하여 진동파 모터를 구동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력된 전압은 입력 전압에 대하여 0.1배 이하이었다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치로부터 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체 형상의 프리즘을 잘라내고, 공진-반공진법 법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.5배이었다.
[실시예 3]
실시예 3에서, 실시예 2와 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 준비하였다. 사용된 원료는 Bi2O3, Na2CO3, K2CO3, BaCO3, TiO2이었다. 공기 분위기에서 1150℃로 5시간 동안 소성하였다. 승온 속도는 2.5℃/분이었고, 가열 동안 600℃로 3시간 유지하였고, 그 결과 압전 재료(1)를 제작하였다.
이어서, 소결한 압전 재료(1)을 두께 0.5mm의 대략 균일한 원환 형상으로 연삭 가공하였다. 원환의 양면에 은 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하여 공통 전극(2) 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 분극용 전극이 인접하는 전극간 거리는 0.5mm이었다.
이어서, 1kV/mm의 전계가 걸리도록 직류 전원을 사용하여 공기 중에서 원환 형상의 압전 재료(1)를 분극 처리하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm이었으며, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서, 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체 형상의 프리즘을 잘라냈다. 이 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료의 유전 상수의 변화를, 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전 상수가 극대가 되는 온도 Tc을 결정하였다. 그 결과, Tc=180℃이었음을 알았다. 다른 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료(1)를 항온조 내에 배치하였고, 온도를 올리고 내리면서, 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td=150℃이었음을 알았다.
이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 입출력 배선(9)을 원환 형상의 압전 재료(1)에 압착하였다. A상과 B상의 사이가 λ/4만큼 서로 이격된 영역의 비구동 상에 대해서도, 200℃의 히터를 접촉시켰다.
그 후, 스크린 인쇄에 의해 전극 페이스트로 A상 전극(3) 및 B상 전극(4)를 형성하였다. 그 결과, 압전 소자(20)를 제작하였다.
여기서, 검지 상의 양측에 위치하는 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 단락 배선(10)에 의해 단락되었다. 단, A상과 B상의 사이가 λ/2만큼 이격된 부분의 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2) 및 진동판(7)에 전기적으로 독립되어 있다.
압전 소자(20)를 스테인리스강제의 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 압접시켜 진동파 모터를 제작하였다. 또한 입출력 배선(9)은 구동 제어 회로와 접속함으로써, 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
로터의 부하가 150g·cm, 최고 회전 속도가 100rpm이 되도록 준비된 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여 진동파 모터를 구동하였다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력된 전압은 입력 전압에 대하여 0.1배 이하이었다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각 및 A상과 B상의 사이가 λ/2만큼 서로 이격된 부분의 비구동 상 전극으로부터, 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체 형상의 프리즘를 잘라내었다. 공진-반공진 측정법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.5배이었다. 또한, 비구동 상 전극(5)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료(1)의 압전 상수는, 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.5배이었다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, BaTiO3의 화학식으로 나타내는 조성으로 Mn이 0.12 중량부 함유되어 있는 압전 재료(1)를 제작하고, 이러한 압전 재료(1) 만을 제외하고 실시예 1과 마찬가지로 하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 원료로서, 수열 합성법에 의해 제작된 평균 입경 100nm의 티타늄산바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01)을 사용하고, 스프레이 드라이어 장치에서 바인더, 분산제, 아세트산 망간 수용액을 부가함으로써 조립(granulation)하였다. 공기 분위기에서 1300℃로 5시간 소성하였다. 승온 속도는 2.5℃/분이었고, 가열 동안 600℃에서 3시간 유지하였으며, 그 결과 압전 재료(1)를 제작하였다.
이어서, 소결한 압전 재료(1)을 두께 0.5mm의 대략 균일한 원환 형상으로 연삭 가공하였다. 원환의 양면에 은 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하여, 공통 전극(2) 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 분극용 전극이 인접하는 전극간 거리는 0.5mm이었다.
1kV/mm의 전계가 걸리도록 직류 전원을 사용하여 공기 중에서 원환 형상의 압전 재료(1)를 분극 처리하였다. 분위기 온도는 100℃이었으며, 인가 전계는 1kV/mm이었으며, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로서 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서, 10×2.5×0.5의 종횡비를 갖는 직육면체 형상의 프리즘을 잘라내었다. 이 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료의 유전 상수의 변화를, 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전율이 극대가 되는 온도 Tc을 결정하였다. 그 결과, Tc=130℃이었음을 알았다. 또한, 다른 직육면체 형상의 프리즘 압전 재료(1)를 항온조 내에 배치하였고, 온도를 올리고 내리면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td=100℃이었음을 알았다.
이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 입출력 배선(9)을 원환 형상의 압전 재료(1)에 대하여 압착하였다. 그 후, 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3) 및 B상 전극(4)을 전극 페이스트로 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 단락 배선에 의해 단락되었다.
압전 소자를 스테인리스강제의 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 압접시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로와 접속함으로써, 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
로터의 부하가 150g·cm, 최고 회전 속도가 100rpm이 되도록 준비된 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여 진동파 모터를 구동하였다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력된 전압은 입력 전압에 대하여 0.001배 이하이었다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.001배이었다.
실시예 5
실시예 5에서는, BaTiO3으로 나타내는 조성에 망간이 0.12 중량부 함유되어 있는 압전 재료 1을 제작하고, 이 압전 재료 1을 제외하고는 실시예 4와 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 원료로는 수열 합성법에 의해 형성된 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01)을 사용하고, 바인더, 분산제, 아세트산 망간 수용액을 첨가하여 스프레이 드라이어를 사용하여 조립을 행하였다.
소성은 공기 분위기에서 5시간 동안 1300℃에서 행하였다. 가열 속도는 2.5℃/분으로 하고, 가열시 600℃ 온도를 3시간 동안 유지하고, 그 결과, 압전 재료 1을 제작하였다.
이렇게 얻어진 소결한 압전 재료 1을 대략 균일한 0.5mm 두께의 원환 형상으로 연삭하였다. 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 원환 형상의 양면에 도포하여 패터닝에 의해 공통 전극(2)과 분극용 전극들을 형성하였다. 인접하는 분극용 전극들 간의 전극간 거리는 0.5mm였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 1kV/mm 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료 1의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려냈다. 온도를 증가시키면서 이 직육면체 압전 재료의 유전율 변화를 항온조에서 측정함으로써, 유전율이 최대로 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc는 130℃였다. 다른 직육면체 압전 재료 1을 항온조에 두고 온도를 증가 및 감소시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 100℃였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 대하여 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트를 사용한 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다.
이 압전 소자를 분위기 온도 60℃의 항온조 내에 두고, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료 1에 0.5kV/mm의 전계를 180분 동안 인가하여 검지 상에 대하여 두 번째 분극 처리를 행하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 예를 들어, 도전성 페이스트로 단락시켰다.
압전 소자(20)를 스테인리스 스틸로 된 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 가압 접촉시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 연결하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
이상과 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터의 부하를 150g·cm, 최고 회전 수를 100rpm으로 하여 진동파 모터를 작동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력되는 전압이 입력 전압의 0.05배 이하였다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.07배이었다.
실시예 6
실시예 6에서, BaTiO3으로 나타내는 조성에 망간이 0.12 중량부 함유되어 있는 압전 재료를 제작하고, 실시예 4와 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 원료로는 수열 합성법에 의해 형성된 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01)을 사용하고, 바인더, 분산제, 아세트산 망간 수용액을 첨가하여 스프레이 드라이어를 사용하여 조립을 행하였다.
소성은 공기 분위기에서 5시간 동안 1300℃에서 행하였다. 가열 속도는 2.5℃/분으로 하고, 가열시 600℃ 온도를 3시간 동안 유지하고, 그 결과, 압전 재료 1을 제작하였다.
이렇게 얻어진 소결한 압전 재료 1을 대략 균일한 0.5mm 두께의 원환 형상으로 연삭하였다. 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 원환 형상의 양면에 도포하여 패터닝에 의해 공통 전극(2)과 분극용 전극들을 형성하였다. 인접하는 분극용 전극들 간의 전극간 거리는 0.5mm였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 1kV/mm 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료 1의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려냈다. 온도를 증가시키면서 이 직육면체 압전 재료의 유전율 변화를 항온조에서 측정함으로써, 유전율이 최대로 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc는 130℃였다. 다른 직육면체 압전 재료 1을 항온조에 두고 온도를 증가 및 감소시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 100℃였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 대하여 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트를 사용한 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다.
이 압전 소자를 분위기 온도 60℃의 항온조 내에 두고, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 재료 1에 1.0kV/mm의 전계를 180분 동안 인가하여 검지 상에 대하여 두 번째 분극 처리를 행하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 예를 들어, 단락 배선(10)으로 단락시켰다.
압전 소자(20)를 스테인리스 스틸로 된 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 가압 접촉시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 연결하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
이상과 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터의 부하를 150g·cm, 최고 회전 수를 100rpm으로 하여 진동파 모터를 작동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력되는 전압이 입력 전압의 0.1배 이하였다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.2배이었다.
실시예 7
실시예 7에서는, BaTiO3으로 나타내는 조성에 망간이 0.12 중량부 함유되어 있는 압전 재료 1을 제작하고, 실시예 4와 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 원료로는 수열 합성법에 의해 형성된 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01)을 사용하고, 바인더, 분산제, 아세트산 망간 수용액을 첨가하여 스프레이 드라이어를 사용하여 조립을 행하였다.
소성은 공기 분위기에서 5시간 동안 1300℃에서 행하였다. 가열 속도는 2.5℃/분으로 하고, 가열시 600℃ 온도를 3시간 동안 유지하고, 그 결과, 압전 재료 1을 제작하였다.
이렇게 얻어진 소결한 압전 재료 1을 대략 균일한 0.5mm 두께의 원환 형상으로 연삭하였다. 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 원환 형상의 양면에 도포하여 패터닝에 의해 공통 전극(2)과 분극용 전극들을 형성하였다. 인접하는 분극용 전극들 간의 전극간 거리는 0.5mm였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 1kV/mm 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료 1의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려냈다. 온도를 증가시키면서 이 직육면체 압전 재료의 유전율 변화를 항온조에서 측정함으로써, 유전율이 최대로 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc는 130℃였다. 다른 직육면체 압전 재료 1을 항온조에 두고 온도를 증가 및 감소시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 100℃였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 대하여 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트를 사용한 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다.
검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 소자의 압전 재료 1에 0.5kV/mm의 전계를 180분 동안 실온(25℃)에서 인가하여 검지 상에 대하여 두 번째 분극 처리를 행하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 예를 들어, 단락 회로 배선(10)으로 단락시켰다.
압전 소자(20)를 스테인리스 스틸로 된 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 가압 접촉시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 연결하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
이상과 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터의 부하를 150g·cm, 최고 회전 수를 100rpm으로 하여 진동파 모터를 작동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력되는 전압이 입력 전압의 0.01배 이하였다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.03배이었다.
실시예 8
실시예 8에서는, BaTiO3으로 나타내는 조성에 망간이 0.12 중량부 함유되어 있는 압전 재료 1을 제작하고, 실시예 4와 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 원료로는 수열 합성법에 의해 형성된 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01)을 사용하고, 바인더, 분산제, 아세트산 망간 수용액을 첨가하여 스프레이 드라이어를 사용하여 조립을 행하였다.
소성은 공기 분위기에서 5시간 동안 1300℃에서 행하였다. 가열 속도는 2.5℃/분으로 하고, 가열시 600℃ 온도를 3시간 동안 유지하고, 그 결과, 압전 재료 1을 제작하였다.
이렇게 얻어진 소결한 압전 재료 1을 대략 균일한 0.5mm 두께의 원환 형상으로 연삭하였다. 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 원환 형상의 양면에 도포하여 패터닝에 의해 공통 전극(2)과 분극용 전극들을 형성하였다. 인접하는 분극용 전극들 간의 전극간 거리는 0.5mm였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 1kV/mm 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료 1의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려냈다. 온도를 증가시키면서 이 직육면체 압전 재료의 유전율 변화를 항온조에서 측정함으로써, 유전율이 최대로 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc는 130℃였다. 다른 직육면체 압전 재료 1을 항온조에 두고 온도를 증가 및 감소시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 100℃였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 대하여 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트를 사용한 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다.
검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 소자의 압전 재료 1에 1.0kV/mm의 전계를 180분 동안 실온(25℃)에서 인가하여 검지 상에 대하여 두 번째 분극 처리를 행하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 예를 들어, 단락 회로 배선(10)으로 단락시켰다.
압전 소자(20)를 스테인리스 스틸로 된 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 가압 접촉시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 연결하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
이상과 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터의 부하를 150g·cm, 최고 회전 수를 100rpm으로 하여 진동파 모터를 작동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력되는 전압이 입력 전압의 0.08배 이하였다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.1배이었다.
실시예 9
실시예 9에서는, BaTiO3으로 나타내는 조성에 망간이 0.12 중량부 함유되어 있는 압전 재료 1을 제작하고, 실시예 7과 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 원료로는 수열 합성법에 의해 형성된 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01)을 사용하고, 바인더, 분산제, 아세트산 망간 수용액을 첨가하여 스프레이 드라이어를 사용하여 조립을 행하였다.
소성은 공기 분위기에서 5시간 동안 1300℃에서 행하였다. 가열 속도는 2.5℃/분으로 하고, 가열시 600℃ 온도를 3시간 동안 유지하고, 그 결과, 압전 재료 1을 제작하였다.
이렇게 얻어진 소결한 압전 재료 1을 대략 균일한 0.5mm 두께의 원환 형상으로 연삭하였다. 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 원환 형상의 양면에 도포하여 패터닝에 의해 공통 전극(2)과 분극용 전극들을 형성하였다. 인접하는 분극용 전극들 간의 전극간 거리는 0.5mm였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 1kV/mm 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료 1의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려냈다. 온도를 증가시키면서 이 직육면체 압전 재료의 유전율 변화를 항온조에서 측정함으로써, 유전율이 최대로 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc는 130℃였다. 다른 직육면체 압전 재료 1을 항온조에 두고 온도를 증가 및 감소시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 100℃였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 대하여 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트를 사용한 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다. A상과 B상의 사이가 서로 λ/4만큼 이격된 영역의 비구동 상에 대하여 200℃의 히터를 직접 접촉시켰다.
검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 끼워진 부분의 압전 소자(20)의 압전 재료 1에 1.0kV/mm의 전계를 180분 동안 실온(25℃)에서 인가하여 검지 상에 대하여 두 번째 분극 처리를 행하였다.
검지 상의 양측에 있는 비구동 상 전극들(5)이 공통 전극(2)과 진동판(7)에 전기적으로 접속되도록 그 비구동 상 전극들(5)을 단락 회로 배선(10)으로 단락시켰다. 그러나, A상과 B상의 사이가 λ/2만큼 이격된 부분의 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2)과 진동판(7)에 대하여 전기적으로 독립되었다.
압전 소자(20)를 스테인리스 스틸로 된 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 가압 접촉시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 연결하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
이상과 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터의 부하를 150g·cm, 최고 회전 수를 100rpm으로 하여 진동파 모터를 작동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력되는 전압이 입력 전압의 0.03배 이하였다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 그리고 서로 λ/2만큼 이격된 A상과 B상 간의 압전 재료의 비구동 상으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내었다. 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.05배이었다. 비구동 상 전극(5)과 공통 전극(2) 사이의 부분에서의 압전 재료 1의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.02배이었다.
실시예 10
실시예 10에서는, (Ba0 .860Ca0 .140)(Ti0 .94Zr0 .06)O3으로 나타내는 조성에 망간이 0.18 중량부 함유되어 있는 압전 재료 1을 제작하고, 이 압전 재료를 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 가가꾸 고교제: BT-01), 평균 입경 300nm의 티타늄산 칼슘(사까이 가가꾸 고교제: CT-03), 및 평균 입경 300nm의 지르콘산 칼슘(사까이 가가꾸 고교제: CZ-03)을, 몰비가 86.0 : 8.0 : 6.0 이 되도록 칭량하였다.
칭량된 분말을 볼 밀을 사용해서 24시간 동안 건식 혼합하였다. 얻어진 혼합 분말을 조립하기 위해, 망간 금속 환산으로 0.18 중량부의 아세트산 망간(II)과 혼합 분말에 대한 3 중량부의 PVA 바인더를 그 혼합 분말의 표면에 스프레이 드라이어를 사용하여 부착하였다.
얻어진 조립 분말을 금형에 충전하고, 프레스 성형기를 사용해서 200MPa의 성형 압력으로 가압하여 원반 형상의 성형체를 제작하였다. 이 성형체는 냉간 등방 가압 성형기를 사용하여 더 가압되어도 된다.
얻어진 성형체를 전기로에 넣어, 1340℃의 최고 온도에서 5시간 동안 유지하고, 총 24시간에 걸쳐 대기 분위기에서 소결하였다.
이어서, 형광 X선 분석에 의해 조성을 평가하였다. 그 결과, (Ba0.86Ca0.14)(Ti0.94Zr0.06)O3으로 나타내는 조성에 망간이 0.18 중량부 함유되어 있는 것을 알았다. 이는 칭량에 의해 얻은 조성이 소결 후의 조성과 일치하고 있음을 의미한다. Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn 이외의 원소의 함량은 검출 한계 미만이었으며, 즉, 1 중량부 미만이었다.
이렇게 얻어진 소결한 압전 재료 1을 대략 균일한 0.5mm 두께의 원환 형상으로 연삭하였다. 스크린 인쇄에 의해 은 페이스트를 원환 형상의 양면에 도포하여 패터닝에 의해 공통 전극(2)과 분극용 전극들을 형성하였다. 인접하는 분극용 전극들 간의 전극간 거리는 0.5mm였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 1kV/mm 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료 1의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치에서 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려냈다. 온도를 증가시키면서 이 직육면체 압전 재료의 유전율 변화를 항온조에서 측정함으로써, 유전율이 최대로 되는 온도 Tc를 결정하였다. 그 결과, Tc는 110℃였다. 다른 직육면체 압전 재료 1을 항온조에 두고 온도를 증가 및 감소시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 95℃였다.
원환 형상의 압전 재료 1에 대하여 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여 200℃에서 압착하였다. 그 후, 전극 페이스트를 사용한 스크린 인쇄에 의해 A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여 압전 소자(20)를 제작하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은, 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록, 예를 들어, 단락 회로 배선(10)으로 단락시켰다.
압전 소자(20)를 스테인리스 스틸로 된 진동판(7)에 부착하고, 로터를 압전 소자(20)에 가압 접촉시켜 진동파 모터를 제작하였다. 입출력 배선(9)을 구동 제어 회로에 연결하여 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다.
이상과 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터의 부하를 150g·cm, 최고 회전 수를 100rpm으로 하여 진동파 모터를 작동시켰다. 그 결과, 검지 상으로부터 출력되는 전압이 입력 전압의 0.001배 이하였다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치의 각각으로부터 10×2.5×0.5인 종횡비의 직육면체를 오려내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.001배이었다.
(실시예 11)
실시예 11에서는, (Ba0 .813Ca0 .187)(Ti0 .94Zr0 .06)O3로 나타내어지는 조성에서 망간이 0.24중량부 함유되어 있는 압전 재료(1)를 제작하고, 압전 재료 외에는 실시예 1과 마찬가지인 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 BT-01), 평균 입경 300nm의 티타늄산 칼슘(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 CT-03), 평균 입경 300nm의 지르콘산 칼슘(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제. CZ-03)을 몰비로 81.3 : 12.7 : 6.0이 되도록 칭량하였다.
칭량분을 볼 밀을 사용해서 24시간 동안 건식 혼합하였다. 혼합분을 조립화하기 위해서, 얻어진 혼합분에 대하여 망간 중량이 금속 환산으로 0.24중량부의 아세트산 망간(II)과, 혼합분에 대하여 3중량부의 PVA 바인더를, 스프레이 드라이어를 사용하여 혼합분 표면에 부착시켰다.
조립분을 금형에 충전하고, 프레스 성형기를 사용해서 200MPa의 성형압을 가하여 원반 형상의 성형체를 제작하였다. 이 성형체는 냉간 등방 가압 성형기를 사용하여 추가로 가압할 수 있다.
성형체를 전기로에 넣고, 1340℃의 최고 온도로 5시간 유지하고, 합계 24시간에 걸쳐 대기 분위기에서 소결하였다.
형광 X선 분석에 의해 성형체를 분석하였다. 그 결과, (Ba0.813Ca0.187)(Ti0.94Zr0.06)O3로 나타내어지는 조성에 망간이 0.24중량부 함유되어 있는 것을 발견하였다. 이것은 칭량한 조성과 소결 후의 조성이 일치하고 있는 것을 의미한다. 또한, Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn 이외의 원소의 함량은 검출 한계 이하, 즉 1 중량부 이하이다.
소결된 압전 재료(1)를 대략 균일한 두께 0.5mm를 갖는 원환 형상으로 연삭 가공하였다. 스크린 인쇄에 의해 원환의 양면에 은 페이스트를 도포하여 공통 전극(2) 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 인접하는 분극용 전극 사이의 전극간 거리는 0.5mm이다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 1kV/mm의 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극에 상당하는 위치로부터, 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체(rectangular prism)를 잘라냈다. 직육면체 형상의 압전 재료의 유전율 변화를 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전율이 극대가 되는 온도 Tc를 측정하였다. 그 결과, Tc는 105℃인 것을 알아냈다. 다른 직육면체 형상의 압전 재료(1)를 항온조 내에 위치시키고, 온도를 상승 하강시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 90℃인 것을 알아냈다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여, 200℃에서 압착하였다. 그 후, 스크린 인쇄에 의해 전극 페이스트를 사용하여, A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여, 압전 소자(20)를 제작하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록 단락 배선에 의해 단락 접속되어 있다.
압전 소자(20)는 스테인리스 스틸로 제조된 진동판(7)에 부착되고, 로터를 압전 소자(20)와 가압 접촉하여 진동파 모터를 제작한다. 입출력 배선(9)은 구동 제어 회로에 접속되어 진동파 모터 제어 시스템을 구성한다.
이와 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터 부하 150g·cm, 최고 회전수 100rpm 하에서 진동파 모터를 구동하였다. 그 결과, 입력 전압에 대하여 검지 상으로부터 출력된 전압은 0.001배 이하이다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치로부터 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.002배이다.
(실시예 12)
실시예 12에서는, (Ba0 .860Ca0 .140)(Ti0 .94Zr0 .06)O3으로 나타내어지는 조성에 망간이 0.18중량부 함유되어 있는 압전 재료(1)를 제작하고, 이러한 압전 재료 외에는 실시예 7과 마찬가지인 진동파 모터 제어 시스템을 제작하였다. 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 BT-01), 평균 입경 300nm의 티타늄산 칼슘(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 CT-03), 평균 입경 300nm의 지르콘산 칼슘(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 CZ-03)을 몰비로 86.0 : 8.0 : 6.0이 되도록 칭량하였다.
칭량분을 볼 밀을 사용해서 24시간 건식 혼합하였다. 혼합분을 조립화하기 위해서, 얻어진 혼합분에 대하여 망간 중량이 금속 환산으로 0.24중량부의 아세트산 망간(II)과, 혼합분에 대하여 3중량부의 PVA 바인더를, 스프레이 드라이어 장치를 사용하여 혼합분 표면에 부착시켰다.
조립분을 금형에 충전하고, 프레스 성형기를 사용해서 200MPa의 성형압을 가하여 원반 형상의 성형체를 제작하였다. 이 성형체는 냉간 등방 가압 성형기를 사용하여 추가로 가압할 수 있다.
성형체를 전기로에 넣고, 1340℃의 최고 온도로 5시간 유지하고, 합계 24시간에 걸쳐 대기 분위기에서 소결하였다.
형광 X선 분석에 의해 성형체를 분석하였다. 그 결과, (Ba0.860Ca0.140)(Ti0.94Zr0.06)O3로 나타내어지는 조성에 망간이 0.18중량부 함유되어 있는 것을 발견하였다. 이것은 칭량한 조성과 소결 후의 조성이 일치하고 있는 것을 의미한다. 또한, Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn 이외의 원소의 함량은 검출 한계 이하, 즉 1 중량부 이하이다.
소결된 압전 재료(1)를 대략 균일한 두께 0.5mm를 갖는 원환 형상으로 연삭 가공하였다. 스크린 인쇄에 의해 원환의 양면에 은 페이스트를 도포하여 공통 전극(2) 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 인접하는 분극용 전극 사이의 전극간 거리는 0.5mm이다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 1kV/mm의 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극(33)에 상당하는 위치로부터, 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라냈다. 직육면체 형상의 압전 재료의 유전율 변화를 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전율이 극대가 되는 온도 Tc를 측정하였다. 그 결과, Tc는 110℃인 것을 알아냈다. 다른 직육면체 형상의 압전 재료(1)를 항온조 내에 위치시키고, 온도를 상승 하강시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 95℃인 것을 알아냈다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여, 200℃에서 압착하였다. 그 후, 스크린 인쇄에 의해 전극 페이스트를 사용하여, A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여, 압전 소자(20)를 제작하였다.
실온(25℃)에서, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 부분의 압전 소자의 압전 재료(1)에 대하여 0.5kV/mm의 전계를 180분 인가하여, 검지 상에 대하여 재분극 처리를 행하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록 단락 배선(10)에 의해 단락 접속되어 있다.
압전 소자(20)는 스테인리스 스틸로 제조된 진동판(7)에 부착되고, 로터를 압전 소자(20)와 가압 접촉하여 진동파 모터를 제작한다. 입출력 배선(9)은 구동 제어 회로에 접속되어 진동파 모터 제어 시스템을 구성한다.
이와 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터 부하 150g·cm, 최고 회전수 100rpm 하에서 진동파 모터를 구동하였다. 그 결과, 입력 전압에 대하여 검지 상으로부터 출력된 전압은 0.005배 이하이다.
압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치로부터 각각 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.02배이다.
(실시예 13)
실시예 13에서는, (Ba0 .813Ca0 .187)(Ti0 .94Zr0 .06)O3로 나타내어지는 조성에서 망간이 0.24중량부 함유되어 있는 압전 재료(1)를 제작하고, 진동파 모터 제어 시스템은 실시예 7과 같이 구성하였다. 수열 합성법(hydrothermal synthesis method)에 의해 형성된 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 BT-01)이 원료로서 사용되고, 스프레이 드라이어 내에 결착제(binder), 분산제 및 수성 아세트산 망간 용액을 첨가함으로써 조립화가 행해진다. 평균 입경 100nm의 티타늄산 바륨(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 BT-01), 평균 입경 300nm의 티타늄산 칼슘(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 CT-03), 평균 입경 300nm의 지르콘산 칼슘(사까이 케미컬 인더스트리 코포레이션, 엘티디.제 CZ-03)을 몰비로 81.3 : 12.7 : 6.0이 되도록 칭량하였다.
칭량분을 볼 밀을 사용해서 24시간 동안 건식 혼합하였다. 혼합분을 조립화하기 위해서, 얻어진 혼합분에 대하여 망간 중량이 금속 환산으로 0.24중량부의 아세트산 망간(II)과, 혼합분에 대하여 3중량부의 PVA 바인더를, 스프레이 드라이어를 사용하여, 혼합분 표면에 부착시켰다.
조립분을 금형에 충전하고, 프레스 성형기를 사용해서 200MPa의 성형압을 가하여 원반 형상의 성형체를 제작하였다. 이 성형체는 냉간 등방 가압 성형기를 사용하여 추가로 가압할 수 있다.
성형체를 전기로에 넣고, 1380℃의 최고 온도로 5시간 유지하고, 합계 24시간에 걸쳐 대기 분위기로 소결하였다.
형광 X선 분석에 의해 성형체를 분석하였다. 그 결과, (Ba0.813Ca0.187)(Ti0.94Zr0.06)O3로 나타내어지는 조성에 망간이 0.24중량부 함유되어 있는 것을 발견하였다. 이것은 칭량한 조성과 소결 후의 조성이 일치하고 있는 것을 의미한다. 또한, Ba, Ca, Ti, Zr 및 Mn 이외의 원소는 검출 한계 이하, 즉 1 중량부 이하이다.
소결된 압전 재료(1)를 대략 균일한 두께 0.5mm를 갖는 원환 형상으로 연삭 가공하였다. 스크린 인쇄에 의해 원환의 양면에 은 페이스트를 도포하여 공통 전극(2) 및 분극용 전극을 패턴 형성하였다. 인접하는 분극용 전극 사이의 전극간 거리는 0.5mm이다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 1kV/mm의 전계가 인가되도록 DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃, 인가 전계는 1kV/mm, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이었다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극(33)에 상당하는 위치로부터, 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라냈다. 이러한 직육면체 형상의 압전 재료의 유전율 변화를 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전율이 극대가 되는 온도 Tc를 측정하였다. 그 결과, Tc는 105℃인 것을 알아냈다. 다른 직육면체 형상의 압전 재료(1)를 항온조 내에 위치시키고, 온도를 상승 하강시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 90℃인 것을 알아냈다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여, 200℃에서 압착하였다. 그 후, 스크린 인쇄에 의해 전극 페이스트를 사용하여, A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여, 압전 소자(20)를 제작하였다.
실온(25℃)에서, 검지 상 전극(8)과 공통 전극(2) 사이에 개재된 부분의 압전 소자의 압전 재료(1)에 대하여 0.5kV/mm의 전계를 180분 인가하여, 검지 상에 대하여 재분극 처리를 행하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록 단락 배선(10)에 의해 단락 접속되어 있다.
압전 소자(20)는 스테인리스 스틸로 제조된 진동판(7)에 부착되고, 로터를 압전 소자(20)와 가압 접촉하여 진동파 모터를 제작한다. 입출력 배선(9)은 구동 제어 회로에 접속되어 진동파 모터 제어 시스템을 구성한다.
이와 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터 부하 150g·cm, 최고 회전수 100rpm 하에서 진동파 모터를 구동하였다. 그 결과, 입력 전압에 대하여 검지 상으로부터 출력된 전압은 0.007배 이하이다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치로부터 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 0.01배이다.
(비교예 1)
비교예 1에서, 시판되는 티타늄산 지르콘산납(PZT)을 사용하여 원환 형상의 압전 재료(1)를 제작하였다.
원환 형상의 압전 재료(1)는 0.6kV/mm의 전계가 인가되도록, DC 전원을 사용하여 공기 중에서 분극 처리를 행하였다. 분위기 온도는 100℃이고, 전압 인가 시간은 100℃에서 180분이다.
참조용으로 발취한 원환 형상의 압전 재료(1)의 A상 전극의 분극용 전극(33)에 상당하는 위치에서, 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라냈다. 이 직육면체 형상의 압전 재료의 유전율 변화를 항온조 내에서 온도를 상승시키면서 측정함으로써, 유전율이 극대가 되는 온도 Tc를 측정하였다. 그 결과, Tc는 310℃인 것을 알아냈다. 다른 직육면체 형상의 압전 재료(1)를 항온조 내에 위치시키고 온도를 상승 하강시키면서 공진-반공진법에 의해 탈분극 온도 Td를 측정하였다. 그 결과, Td는 250℃인 것을 알아냈다.
원환 형상의 압전 재료(1)에 입출력 배선(9)을 이방성 도전 필름(ACF)을 사용하여, 200℃에서 압착하였다. 그 후, 스크린 인쇄에 의해 전극 페이스트를 사용하여, A상 전극(3)과 B상 전극(4)을 형성하여, 압전 소자(20)를 제작하였다.
모든 비구동 상 전극(5)은 공통 전극(2)과 진동판(7)에 모두 전기적으로 접속되도록 단락 배선(10)에 의해 단락 접속되어 있다.
압전 소자(20)는 스테인리스 스틸로 제조된 진동판(7)에 부착되고, 로터를 압전 소자(20)와 가압 접촉하여 진동파 모터를 제작한다. 입출력 배선(9)은 구동 제어 회로에 접속되어 비교예 1의 진동파 모터 제어 시스템을 구성한다.
이와 같이 제작한 진동파 모터 제어 시스템을 사용하여, 로터 부하 150g·cm, 최고 회전수 100rpm 하에서 진동파 구동 모터를 구동하였다. 그 결과, 입력 전압에 대하여 검지 상으로부터 출력된 전압은 0.8배이다. 예를 들어, 출력 전압은 70 내지 120V이며, 위상 검지 회로의 위상 비교기로부터 위상차 정보가 출력되지 않는 문제가 발생했다.
원환 형상의 압전 재료의 구동 상 전극 위치와 검지 상 전극 위치로부터 각각 10×2.5×0.5의 종횡비의 직육면체를 잘라내고, 공진-반공진법에 의해 압전 상수를 구하였다. 그 결과, 검지 상 전극부의 압전 상수는 구동 상 전극부의 압전 상수의 1.0배이다.
표 1에 실시예 및 비교예의 결과를 나타낸다.
Figure 112014007693600-pct00001
표의 범례는 아래에 나타낸다.
KNNT : (K,Na)(Nb,Ta)O3
BNKT-BT : (Bi,Na,K)TiO3-BaTiO3
BTO-Mn : BaTiO3-Mn
(I) BCTZ-Mn : (Ba0 .860Ca0 .140)(Ti0 .94Zr0 .06)O3+Mn 0.18중량부
(II) BCTZ-Mn : (Ba0 .813Ca0 .187)(Ti0 .94Zr0 .06)O3+Mn 0.24중량부
PZT : Pb(Zr,Ti)O3
로터 부하를 150g·cm, 최고 회전수를 100rpm이 되도록 했을 때의 실시예 4 내지 13 및 비교예 1의 입력 전압은, 실시예 1 내지 3에 비하여 0.8배 이하이다. 그러나, 비교예 1에서는 출력 전압도, 예를 들어 입력 전압의 0.8배로 크다.
실시예 4 내지 9의 상전이 온도 Tr은 0℃ 이상 35℃ 이하의 범위이다. 실시예 10 내지 13의 상전이 온도 Tr은 -5℃ 이상 50℃ 이하의 범위에서 존재하지 않는다. 실시예 10 내지 13에서 사용된 압전 재료(1)와 진동파 모터 제어 시스템에서는, 분위기 온도의 변화가 5℃ 이상이더라도, 로터 부하가 150g·cm, 최고 회전수가 100rpm일 때의 입력 전압은 ±10％ 이내의 변동으로 억제할 수 있다.
<기타 실시예>
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 한정되지 않는다는 점이 이해될 것이다. 이하의 청구범위의 범주는 이러한 모든 변경 및 등가 구조와 기능을 포함하도록 광의의 해석에 따라야 한다.
본 출원은 본원에서 그 전체 내용이 참조로서 포함된 2011년 6월 27일자로 출원된 일본 특허 출원 제2011-141470호를 우선권 주장한다.
본 발명에 따른 압전 소자, 진동파 모터용 스테이터, 진동파 모터, 구동 제어 시스템은, 입력 전압에 대하여 출력 전압을 작게 할 수 있고, 원환형 진동파 모터 이외에, 다중층형 진동파 모터나 막대 형상 진동파 모터 등의 각종 공진 디바이스에도 적용할 수 있다.
1 : 압전 재료
2 : 공통 전극
3 : 구동 상 전극(A상 전극)
4 : 구동 상 전극(B상 전극)
5 : 비구동 상 전극
6, 725c : 로터
7, 725b : 진동판
8 : 검지 상 전극
9 : 입출력 배선
10 : 단락 배선
11 : 제1면
12 : 제2면
20 : 압전 소자
30 : 진동파 모터용 스테이터
33 : 분극용 전극
40, 725 : 진동파 모터
701 : 전군 렌즈 경통
702 : 후군 렌즈(포커스 렌즈)
711 : 마운트
712 : 고정 경통
713 : 직진 가이드 경통
714 : 전군 렌즈 경통
715 : 캠 링
716 : 후군 렌즈 경통
717 : 캠 롤러
718 : 샤프트 스크류
719 : 롤러
720 : 회전 전달 링
722 : 롤러
724 : 매뉴얼 포커스 링
726 : 파형 와셔
727 : 볼 레이스
728 : 포커스 키
729 : 접합 부재
732 : 와셔
733 : 저마찰 시트

Claims (16)

  1. 제1면과 제2면을 갖는 단일 단편의 압전 재료;
    상기 압전 재료의 제1면에 배치된 공통 전극;
    상기 압전 재료의 단일 단편의 제2면에 간격을 두고 배치된 한 쌍의 구동 상 전극; 및
    상기 압전 재료의 단일 단편의 제2면이지만, 상기 한 쌍의 구동 상 전극과 상이한 위치에 배치되는 검지 상 전극
    을 포함하고,
    상기 구동 상 전극과 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분(1)의 압전 상수의 절대값 d(1)과 상기 검지 상 전극과 상기 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분(2)의 압전 상수의 절대값 d(2)가 d(2)<d(1)의 관계를 만족하는, 압전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절대값 d(2)는 상기 절대값 d(1)의 0.5배 이하인, 압전 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전 재료의 제2면에 배치된 하나 이상의 비구동 상 전극을 더 포함하고,
    상기 비구동 상 전극과 상기 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분(3)의 압전 상수의 절대값 d(3)과 상기 절대값 d(1)은 d(3)<d(1)의 관계를 만족하는, 압전 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절대값 d(3)은 상기 절대값 d(1)의 0.02배 이하인, 압전 소자.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    하나 이상의 상기 비구동 상 전극 중에서, d(3)<d(1)의 관계를 만족하는 비구동 상 전극은 상기 공통 전극과 전기적으로 독립적인, 압전 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 재료는 1000ppm 미만의 납 함유량을 갖는, 압전 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 재료는 티타늄산바륨을 함유하는 압전 세라믹인, 압전 소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 재료는 하기의 화학식 1로 나타내지는 페로브스카이트형(perovskite-type) 금속 산화물을 함유하는, 압전 소자.
    [화학식 1]
    (Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3 (0.02≤x≤0.30, 0.020≤y≤0.095이며, y≤x)
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전 재료는 화학식 1로 나타내어지는 페로브스카이트형 금속 산화물을 함유하고, 상기 페로브스카이트형 금속 산화물의 100중량부에 대하여 망간 함유량은 금속 환산으로 0.02중량부 이상 0.40중량부 이하이고, 상기 화학식 1은 아래와 같이 나타내어지는, 압전 소자.
    [화학식 1]
    (Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3 (0.02≤x≤0.30, 0.020≤y≤0.095이며, y≤x)
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 압전 소자로서, 상기 공통 전극을 포함하는 제1면과 상기 구동 상 전극 및 상기 검지 상 전극을 포함하는 제2면을 포함하는, 상기 압전 소자;
    상기 압전 소자의 제1면에 배치된 진동판; 및
    상기 압전 소자의 제2면에 배치된 전력 입력/출력 배선을 포함하는, 진동파 모터용 스테이터.
  11. 제10항에 따른 스테이터를 포함하는, 진동파 모터.
  12. 제11항에 따른 진동파 모터를 포함하는 구동 제어 시스템.
  13. 제12항에 따른 구동 제어 시스템을 포함하는 광학 장치.
  14. 제10항에 따른 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법으로서,
    상기 공통 전극과 분극용 전극 사이에 상기 압전 재료를 개재하도록 상기 단일 단편의 압전 재료의 제1면에 상기 공통 전극을 형성하고, 상기 압전 재료의 제2면에 상기 분극용 전극을 형성하고, 상기 압전 재료를 분극시키기 위한 전압을 인가하여 상기 압전 소자를 얻는 단계 (A); 및
    상기 분극용 전극을 접합하여 적어도 상기 구동 상 전극, 상기 검지 상 전극 및 비구동 상 전극을 형성한 후, 상기 압전 재료의 탈분극 온도 Td 이상의 온도에서 상기 검지 상 전극 또는 상기 비구동 상 전극의 표면에 전력 입력/출력 배선을 접착하는 단계 (B)를 포함하는, 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 (B) 후에,
    상기 검지 상 전극과 상기 공통 전극 사이에 개재된 압전 재료 부분을 분극시키는 단계 (C)를 더 포함하는, 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 탈분극 온도 Td는 100℃ 이상 200℃ 이하인, 진동파 모터용 스테이터의 제조 방법.
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