KR20100090528A - Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same - Google Patents

Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20100090528A
KR20100090528A KR1020090009863A KR20090009863A KR20100090528A KR 20100090528 A KR20100090528 A KR 20100090528A KR 1020090009863 A KR1020090009863 A KR 1020090009863A KR 20090009863 A KR20090009863 A KR 20090009863A KR 20100090528 A KR20100090528 A KR 20100090528A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
piezoelectric
vibrating body
ultrasonic motor
contact
friction
Prior art date
Application number
KR1020090009863A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
임지혁
조진우
박성혁
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020090009863A priority Critical patent/KR20100090528A/en
Publication of KR20100090528A publication Critical patent/KR20100090528A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/12—Constructional details

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE: A piezoelectric ultrasound motor and a manufacturing method thereof are provided to improve the lifetime of the piezoelectric ultrasound motor by improving the abrasion resistance and the frictional property of a contact part between a vibrator and a rotator. CONSTITUTION: A piezoelectric ultrasound motor includes a piezoelectric element(101), a vibrator(105), and a rotator(110). The piezoelectric element generates a traveling wave by a voltage signal. The vibrator is attached to the piezoelectric element. The vibrator includes a frictional layer on the contact surface with the rotator. The frictional layer is made of titanium nitride. The rotator rotates with the friction with the vibrator. The rotator has a contact layer on the contact surface with the vibrator. The contact layer is made of aluminum oxide.

Description

압전 초음파 모터 및 이의 제조방법{Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same} Piezoelectric ultrasonic motor and method for manufacturing the same {Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same}

진동체와 회전제의 마찰에 의해 구동력을 갖는 압전 초음파 모터와 이의 제조방법이 개시된다. Disclosed are a piezoelectric ultrasonic motor having a driving force by friction between a vibrating body and a rotating agent and a method of manufacturing the same.

압전 초음파 모터는 구동 주파수가 인간이 감지할 수 없는 20kHz 이상의 초음파인 구동 전압을 인가하여 진동체와 회전체의 마찰에 의해 회전 구동하는 모터이다. 압전 초음파 모터는 고속 및 고토오크(high torque)인 전자기 모터와 달리 저속 및 고토오크의 특징을 가지며, 별도의 감속기어 없이 직접 구동이 가능한 특징을 갖는다. 또한, 압전 초음파 모터는 마찰력에 의해 자체 브레이크 기능을 갖추고 있고, 코일이나 자성체를 사용하지 않으므로 전자파가 발생하지 않으며, 정밀한 위치 제어가 가능하고 콤팩트(compact)한 사이즈를 가지므로 정밀 기기 등의 시스템에 적용하기 용이하다. 압전 초음파 모터는 로봇, 의료 장비, 카메라, 반도체 검사 장비, 빌딩 자동화 기기 등 초정밀 위치 제어를 필요로 하는 분야에 이용되고 있다. A piezoelectric ultrasonic motor is a motor which rotates by the friction of a vibrating body and a rotating body by applying a driving voltage whose driving frequency is 20kHz or more ultrasonic waves which humans cannot detect. Piezoelectric ultrasonic motors have the characteristics of low speed and high torque, unlike high speed and high torque electromagnetic motors, and can be directly driven without a separate reduction gear. In addition, the piezoelectric ultrasonic motor has its own brake function by frictional force, and does not use coils or magnetic materials, so it does not generate electromagnetic waves, enables precise position control, and has a compact size. Easy to apply Piezoelectric ultrasonic motors are used in applications requiring ultra-precision position control, such as robots, medical equipment, cameras, semiconductor inspection equipment, and building automation equipment.

압전 초음파 모터는 진동체와 회전체의 마찰 접촉에 의해 구동되는 모터이기 때문에 접촉되는 부분의 마찰계수가 클수록 큰 회전력을 생성할 수 있다. 그러나, 일반적으로 마찰계수가 클수록 접촉되는 부분의 마모량 또한 커지므로 모터의 수명에는 나쁜 영향을 미친다. 따라서, 마찰계수가 크면서 동시에 내마모성도 우수한, 압전 초음파 모터의 접촉되는 부분에 적용 가능한 박막층에 대한 연구가 필요하다. Since the piezoelectric ultrasonic motor is a motor driven by frictional contact between the vibrating body and the rotating body, the larger the friction coefficient of the contacted portion, the greater the rotational force can be generated. However, in general, the greater the friction coefficient, the greater the amount of wear of the parts to be contacted, which adversely affects the life of the motor. Therefore, there is a need for a study on a thin film layer that can be applied to a contact portion of a piezoelectric ultrasonic motor having a high friction coefficient and excellent wear resistance.

진동체와 회전체가 접촉되는 부분에 마찰계수가 크고 내마모성도 우수한 박막층을 구비한 압전 초음파 모터와, 이의 제조방법이 개시된다. Disclosed are a piezoelectric ultrasonic motor having a thin film layer having a high coefficient of friction and excellent wear resistance at a portion where a vibrating body and a rotating body are in contact with each other, and a manufacturing method thereof.

인가된 전압 신호에 의해 진행파를 생성하는 압전체; 상기 압전체에 부착되어 진동하는 진동체; 및, 상기 진동체와 접촉하여, 상기 진동하는 진동체와의 마찰에 의해 회전 구동하는 회전체;를 구비하고, 상기 진동체는 상기 회전체와 접촉하는 면에 마찰층을 구비하고, 상기 회전체는 상기 진동체와 접촉하는 면에 알루미늄 산화물(aluminium oxide)로 이루어진 접촉층을 구비한 압전 초음파 모터가 개시된다. A piezoelectric body for generating a traveling wave by an applied voltage signal; A vibrating body attached to the piezoelectric body and vibrating; And a rotating body in contact with the vibrating body and rotationally driven by friction with the vibrating vibrating body, wherein the vibrating body includes a friction layer on a surface in contact with the rotating body. Disclosed is a piezoelectric ultrasonic motor having a contact layer made of aluminum oxide on a surface in contact with the vibrating body.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마찰층은 티타늄 질화물(titanium nitride) 계열 물질로 이루어질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the friction layer may be made of a titanium nitride-based material.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 티타늄 질화물 계열 물질은 TiN, TiCN, 및 TiAlN 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the titanium nitride-based material may include at least one of TiN, TiCN, and TiAlN.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마찰층은 크롬 질화물(chromium nitride) 계열 물질로 이루어질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the friction layer may be made of a chromium nitride based material.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마찰층의 두께는 0 보다 크고 15 ㎛ 이하일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the friction layer may have a thickness greater than 0 and less than or equal to 15 μm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마찰층의 표면 조도(稠度)는 중심선 평 균 거칠기(Ra)가 3 nm 이상 30 nm 이하일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the surface roughness of the friction layer may have a center line average roughness Ra of 3 nm or more and 30 nm or less.

또한, 진동체를 준비하는 단계; 인가된 전압 신호에 의해 진행파를 생성하는 압전체에 상기 진동체를 부착하는 단계; 상기 진동체와의 마찰에 의해 회전 구동하는 회전체를 준비하는 단계; 및, 상기 회전체를 상기 진동체에 접촉시키는 단계;를 구비하고, 상기 진동체를 준비하는 단계는 상기 회전체와 접촉하는 진동체의 일 면에 물리적 증착(physical vapor deposition)에 의해 마찰층을 형성하는 단계를 구비하고, 상기 회전체를 준비하는 단계는 상기 진동체와 접촉하는 회전체의 일 면에 경질 양극산화처리(hard anodizing)을 통하여 알루미늄 산화물(aluminium oxide)로 이루어진 접촉층을 형성하는 단계를 구비하는 압전 초음파 모터 제조방법이 개시된다. In addition, preparing a vibrating body; Attaching the vibrator to a piezoelectric body that generates traveling waves by an applied voltage signal; Preparing a rotating body rotating by friction with the vibrating body; And contacting the rotating body with the vibrating body, and preparing the vibrating body includes applying a friction layer to one surface of the vibrating body in contact with the rotating body by physical vapor deposition. And forming a contact layer of aluminum oxide through hard anodizing on one surface of the rotating body in contact with the vibrating body. Disclosed is a piezoelectric ultrasonic motor manufacturing method having a step.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마찰층을 형성하는 단계는 티타늄 질화물(titanium nitride) 계열 물질을 물리적 증착에 의해 형성하는 단계를 구비할 수 있고, 그 물리적 증착의 온도 조건은 250 내지 500 ℃ 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the forming of the friction layer may include forming a titanium nitride based material by physical vapor deposition, and the temperature condition of the physical vapor deposition is 250 to 500 ° C. Can be.

본 발명의 일 실시에에 따르면, 상기 마찰층을 형성하는 단계는 크롬 질화물(chromium nitride) 계열 물질을 물리적 증착에 의해 형성하는 단계를 구비할 수 있고, 그 물리적 증착의 온도 조건은 200 내지 300 ℃ 일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the forming of the friction layer may include forming a chromium nitride based material by physical vapor deposition, and the temperature condition of the physical vapor deposition is 200 to 300 ° C. Can be.

본 발명의 실시예에 따르면, 진동체와 회전체가 접촉되는 부분의 마찰 특성과 내마모 특성이 향상되어 압전 초음파 모터의 고속 및 고회전력 구현이 가능하고, 내구 수명도 향상될 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present invention, the frictional characteristics and the wear resistance characteristics of the contact portion between the vibrating body and the rotating body may be improved, thereby realizing high speed and high rotational power of the piezoelectric ultrasonic motor, and also improving endurance life.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압전 초음파 모터와 이의 제조방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a piezoelectric ultrasonic motor and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터를 도시한 분해 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 압전 초음파 모터의 일부분을 확대 도시한 단면도로서, 도 2는 작동하지 않을 때를 도시한 도면이고, 도 3은 작동할 때를 도시한 도면이다.1 is an exploded perspective view showing a piezoelectric ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the piezoelectric ultrasonic motor of Figure 1, Figure 2 when not in operation FIG. 3 is a diagram showing when it is operating.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 초음파 모터(100)는 압전체(101)와, 상기 압전체(101)에 부착된 진동체(105)와, 상기 진동체(105)와 접촉한 회전체(110)를 구비한다. 상기 압전 초음파 모터(100)는 압전체(101), 진동체(105), 및 회전체(110)가 모두 링(ring) 형상이고, 전체적으로도 링 형상인 압전 초음파 모터로서, 링(ring)형 또는 중공(中空)형 압전 초음파 모터로도 불리운다.Referring to FIG. 1, a piezoelectric ultrasonic motor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may contact the piezoelectric body 101, the vibrating body 105 attached to the piezoelectric body 101, and the vibrating body 105. The rotating body 110 is provided. The piezoelectric ultrasonic motor 100 is a piezoelectric ultrasonic motor in which all of the piezoelectric body 101, the vibrating body 105, and the rotating body 110 are in a ring shape, and are also ring-shaped as a whole. It is also called a hollow piezoelectric ultrasonic motor.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 압전체(101)는 20kHz 이상의 초음파 구동 전압의 인가에 의해 진동한다. 이 진동은 링 형상의 압전체(101)의 원주 방향으로 진행파를 형성한다. 상기 진동체(105)는 상기 압전체(101)의 진동에 의해 진동한다. 상기 회전체(110)는 상기 진동체(105)와 접촉하여, 압전체(101)의 진동에 의해 진동하는 진동체(105)와의 마찰에 의해 회전 중심(C)에 대해 회전한다. 구체적으로 진동체(105)의 진동에 의해 형성되는 진행파는 링 형상 진동체(105)의 원주 방향으로 진행하고, 상기 회전체(110)는 이 진행파의 방향으로 움직이게 되어 결과적으로 회전 중심(C)에 대해 회전하게 된다. 도 3의 화살표는 상기 진행파의 방향 및 회전 체(110)의 이동 방향을 나타내며, 압전체(101) 및 진동체(105)의 진동 방향은 상기 화살표에 직교하는 방향(즉, 상하 방향)이다. 명확히 도시되진 않았으나 압전체(101)에 인가되는 구동 전압 파형의 위상이 전환되면 상기 화살표의 방향이 반대로 될 수 있다. 즉, 압전체(101)에 인가되는 구동 전압 파형의 위상에 따라 회전체(110)의 회전 방향이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 전환된다. 1 and 3, the piezoelectric body 101 vibrates by application of an ultrasonic driving voltage of 20 kHz or more. This vibration forms traveling waves in the circumferential direction of the ring-shaped piezoelectric body 101. The vibrator 105 vibrates by the vibration of the piezoelectric body 101. The rotating body 110 contacts the vibrating body 105 and rotates about the rotational center C by friction with the vibrating body 105 vibrating by the vibration of the piezoelectric body 101. Specifically, the traveling wave formed by the vibration of the vibrating body 105 travels in the circumferential direction of the ring-shaped vibrating body 105, and the rotating body 110 moves in the direction of the traveling wave, resulting in the rotation center C. Will rotate about. The arrow of FIG. 3 shows the direction of the traveling wave and the moving direction of the rotating body 110, and the vibration directions of the piezoelectric body 101 and the vibrating body 105 are directions perpendicular to the arrow (that is, up and down direction). Although not clearly shown, when the phase of the driving voltage waveform applied to the piezoelectric body 101 is switched, the direction of the arrow may be reversed. That is, the rotation direction of the rotating body 110 is switched clockwise or counterclockwise according to the phase of the driving voltage waveform applied to the piezoelectric body 101.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 진동체(105)는 진동체 보디(106)와, 상기 회전체(110)와 접촉하는 면에 형성된 마찰층(108)을 구비한다. 상기 진동체 보디(106)의 소재로는 예컨대, 스테인리스 스틸과 같은 금속이 사용될 수 있다. 압전 초음파 모터(100)의 일 실시예에서 상기 마찰층(108)은 물리적 증착(PVD; physical vapor deposition)에 의해 상기 진동체 보디(106) 상에 형성된 티타늄 질화물(titanium nitride) 계열 물질로 이루어진다. 상기 티타늄 질화물 계열 물질은 TiN 일 수 있다. 또는 상기 티타늄 질화물 계열 물질은 TiN을 물리적 증착하는 과정에 C(carbon) 또는 Al(aluminium)을 첨가한 TiCN 또는 TiAlN 일 수 있다. 2 and 3, the vibrating body 105 includes a vibrating body 106 and a friction layer 108 formed on a surface in contact with the rotating body 110. As a material of the vibrating body 106, for example, a metal such as stainless steel may be used. In one embodiment of the piezoelectric ultrasonic motor 100, the friction layer 108 is made of a titanium nitride based material formed on the vibrating body 106 by physical vapor deposition (PVD). The titanium nitride based material may be TiN. Alternatively, the titanium nitride-based material may be TiCN or TiAlN added with C (carbon) or Al (aluminium) in the process of physically depositing TiN.

상기 티타늄 질화물 계열 물질 물리적 증착의 온도 조건은 250 내지 500 ℃ 일 수 있다. 물리적 증착의 온도가 250 ℃ 보다 낮으면 구조가 치밀하지 못한 티타늄 질화물 계열 물질로 이루어진 마찰층(108)이 형성될 수도 있다. 한편, 물리적 증착의 온도가 500 ℃ 보다 높으면 진동체 보디(106)가 휘어지는 등 진동체 보디(106)의 변형의 우려가 있다. Temperature conditions of the titanium nitride-based material physical deposition may be 250 to 500 ℃. If the temperature of physical deposition is lower than 250 ° C., a friction layer 108 made of a titanium nitride based material having a poor structure may be formed. On the other hand, when the temperature of physical vapor deposition is higher than 500 degreeC, there exists a possibility of the deformation of the vibrating body 106, such as the vibrating body 106 bending.

압전 초음파 모터(100)의 다른 일 실시예에서 상기 마찰층(108)은 물리적 증착(PVD; physical vapor deposition)에 의해 상기 진동체 보디(106) 상에 형성된 크롬 질화물(chromium nitride) 계열 물질로 이루어진다. 상기 크롬 질화물 계열 물질 물리적 증착의 온도 조건은 200 내지 300 ℃ 일 수 있다. 물리적 증착의 온도가 200 ℃ 보다 낮으면 구조가 치밀하지 못한 크롬 질화물 계열 물질로 이루어진 마찰층(108)이 형성될 수도 있다. 한편, 물리적 증착의 온도가 300 ℃ 보다 높으면 진동체 보디(106)가 휘어지는 등 진동체 보디(106)의 변형의 우려가 있다. In another embodiment of the piezoelectric ultrasonic motor 100, the friction layer 108 is made of a chromium nitride based material formed on the vibrating body 106 by physical vapor deposition (PVD). . The temperature condition of the chromium nitride-based material physical deposition may be 200 to 300 ℃. If the temperature of physical deposition is lower than 200 ° C., a friction layer 108 made of a chromium nitride based material having a poor structure may be formed. On the other hand, when the temperature of physical vapor deposition is higher than 300 degreeC, there exists a possibility of the deformation of the vibrating body 106, such as the vibrating body 106 bending.

상기 마찰층(108)의 두께는 15 ㎛ 이하일 수 있다. 그보다 두껍게 형성하지 않더라도 마찰층(108)은 충분히 큰 마찰계수(μ)와 우수한 내마모 특성을 가질 수 있기 때문이다. 따라서, 압전 초음파 모터(100) 제조의 생산성이 향상될 수 있다. The friction layer 108 may have a thickness of 15 μm or less. This is because the friction layer 108 may have a sufficiently large coefficient of friction μ and excellent wear resistance even if it is not formed thicker than that. Therefore, productivity of the piezoelectric ultrasonic motor 100 may be improved.

상기 마찰층(108)의 표면 조도(稠度)는 중심선 평균 거칠기(Ra)가 3 nm 이상 30 nm 이하일 수 있다. 중심선 평균 거칠기(Ra)가 30 nm 보다 크면 마찰계수는 더 커지지만 내마모 특성이 저하되어 압전 초음파 모터(100)의 기대 수명이 단축될 수 있다. The surface roughness of the friction layer 108 may have a center line average roughness Ra of 3 nm or more and 30 nm or less. If the center line average roughness Ra is greater than 30 nm, the coefficient of friction becomes larger, but the wear resistance is lowered, thereby reducing the life expectancy of the piezoelectric ultrasonic motor 100.

상기 회전체(110)는 회전체 보디(112)와, 상기 진동체(105)와 접촉하는 면에 형성된 접촉층(114)을 구비한다. 상기 회전체 보디(112)의 소재로는 예컨대, 알루미늄과 같은 금속이 사용될 수 있다. 상기 접촉층(114)은 경질 양극산화처리(hard anodizing)에 의해 형성된 알루미늄 산화물(aluminium oxide)로 이루어진다. The rotating body 110 includes a rotating body 112 and a contact layer 114 formed on a surface in contact with the vibrating body 105. As a material of the rotor body 112, for example, a metal such as aluminum may be used. The contact layer 114 is made of aluminum oxide formed by hard anodizing.

구체적으로, 황산 수용액과 같은 전해 용액을 전기 분해하되 알루미늄 소재의 양극(anode)을 사용하면 알루미늄 표면에 알루미늄 산화물(Al2O3) 피막이 형성되는데 이러한 방법을 양극산화처리(anodizing)라 한다. 한편, 예컨대 0 내지 5 ℃ 의 저온 조건에서 양극산화처리를 행하면 알루미늄 산화물 피막의 구조가 치밀해서 고경도의 피막이 형성되는데, 이를 경질 양극산화처리(hard anodizing)이라 한다. Specifically, when an electrolytic solution such as an aqueous sulfuric acid solution is electrolyzed, but an aluminum anode is used, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film is formed on the aluminum surface. This method is called anodizing. On the other hand, for example, when anodizing is performed at a low temperature of 0 to 5 ° C., the structure of the aluminum oxide film is dense and a high hardness film is formed. This is called hard anodizing.

발명자는 본 발명 실시예의 특성을 알아보기 위하여 마찰 시험기를 이용하여 마찰층(108)에 대응되는 피막의 마찰계수 및 마모량을 측정해 보았다. 측정 결과, TiN 로 이루어지고 두께가 5 ㎛ 이하인 피막의 마찰계수(μ)는 0.7, TiAlN 로 이루어지고 두께가 5 ㎛ 이하인 피막의 마찰계수(μ)는 0.6, CrN 로 이루어지고 두께가 5 ㎛ 이하인 피막의 마찰계수(μ)는 0.55 이었다. 반면, 종래에 마찰층으로 통상적으로 적용되는 무전해 도금 Ni-P 로 이루어지고 두께가 30 ㎛ 인 피막의 마찰계수(μ)는 0.35 이고, 별도의 마찰층이 없는 스테인레스 스틸의 마찰계수(μ)는 0.60 이었다. 이 결과로부터 본 발명 실시예의 마찰층(108)의 마찰계수(μ)가 향상된 성능을 보일 것임을 유추할 수 있다. The inventors measured the friction coefficient and the amount of wear of the film corresponding to the friction layer 108 by using a friction tester in order to find out the characteristics of the embodiment of the present invention. As a result of the measurement, the coefficient of friction (μ) of the film having a thickness of 5 μm or less and made of TiN was 0.7, and the coefficient of friction (μ) of the film made of TiAlN and 5 μm or less was made of 0.6, CrN, and had a thickness of 5 μm or less. The coefficient of friction (μ) of the film was 0.55. On the other hand, the coefficient of friction (μ) of a film having a thickness of 30 μm and made of electroless plating Ni-P conventionally applied as a friction layer is 0.35, and the coefficient of friction of stainless steel without a separate friction layer (μ) Was 0.60. From these results, it can be inferred that the coefficient of friction (μ) of the friction layer 108 of the embodiment of the present invention will show improved performance.

한편, 상기 TiN 로 이루어지고 두께가 5 ㎛ 이하인 피막의 마모 폭(wear scar length)은 400 ㎛, TiAlN 로 이루어지고 두께가 5 ㎛ 이하인 피막의 마모 폭은 350 ㎛, CrN 로 이루어지고 두께가 5 ㎛ 이하인 피막의 마모 폭은 450 ㎛ 이었다. 반면, 별도의 마찰층이 없는 스테인레스 스틸의 마모 폭은 550 ㎛ 이었다. 이 결과로부터 본 발명 실시예의 마찰층(108)의 내마모 특성이 향상된 성능을 보일 것임을 유추할 수 있다. Meanwhile, a wear scar length of the film having a thickness of 5 μm or less is made of 400 μm and TiAlN, and a wear width of the film having a thickness of 5 μm or less is made of 350 μm, CrN, and has a thickness of 5 μm. The wear width of the following films was 450 µm. On the other hand, the wear width of the stainless steel without the friction layer was 550 μm. From these results it can be inferred that the wear resistance of the friction layer 108 of the embodiment of the present invention will show improved performance.

발명자는 또한, 진동체 보디(106), 마찰층(108), 회전체 보디(112), 및 접촉층(114)이 각각, 스테인레스 스틸, 물리적 증착에 의해 형성된 CrN, 알루미늄, 및 경질 양극산화처리에 의해 형성된 알루미늄 산화물로 이루어진 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 초음파 모터(100)와, 진동체 보디, 마찰층, 회전체 보디, 및 접촉층이 각각, 스테인레스 스틸, 무전해 도금된 Ni-P, 알루미늄, 및 경질 양극산화처리에 의해 형성된 알루미늄 산화물로 이루어진 비교예의 압전 초음파 모터의 성능(performance)를 비교해 보았다. 비교 결과, 상기 본 발명 실시예의 압전 초음파 모터(100)의 최대 회전 속도는 275 rpm, 최대 토크(torque)는 48 gf·cm 인 반면, 상기 비교예의 압전 초음파 모터의 최대 회전 속도는 267 rpm, 최대 토크(torque)는 42 gf·cm 로서, 본 발명 실시예의 압전 초음파 모터(100)가 우수한 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다. The inventors also found that the vibrating body 106, the friction layer 108, the rotating body 112, and the contact layer 114 are each made of stainless steel, physical vapor deposition, CrN, aluminum, and hard anodization. The piezoelectric ultrasonic motor 100 and the vibrating body, the friction layer, the rotating body, and the contact layer each made of aluminum oxide formed of aluminum oxide and electroless plated Ni-P are formed of aluminum oxide. The performance of the piezoelectric ultrasonic motors of the comparative example, which consisted of aluminum, aluminum, and aluminum oxide formed by hard anodization, were compared. As a result, the maximum rotational speed of the piezoelectric ultrasonic motor 100 of the embodiment of the present invention is 275 rpm, the maximum torque is 48 gf · cm, while the maximum rotational speed of the piezoelectric ultrasonic motor of the comparative example is 267 rpm, the maximum Torque was 42 gf · cm, and it was confirmed that the piezoelectric ultrasonic motor 100 of the embodiment of the present invention exhibited excellent performance.

이하에서, 도 1 내지 도 3을 다시 참조하여 상기 압전 초음파 모터(100)의 제조방법을 설명한다. 상기 압전 초음파 모터(100)의 제조방법은 진동체(105)를 준비하는 단계와, 인가된 전압 신호에 의해 진행파를 생성하는 압전체(101)에 상기 진동체(105)를 부착하는 단계와, 상기 진동체(105)와의 마찰에 의해 회전 구동하는 회전체(110)를 준비하는 단계와, 상기 회전체(110)를 상기 진동체(105)에 접촉시키는 단계를 구비한다. 상기 진동체(105)를 준비하는 단계는 상기 회전체(110)와 접촉하는 진동체(105)의 일 면에 물리적 증착(physical vapor deposition)에 의해 마찰층(108)을 형성하는 단계를 구비한다. 상기 회전체(110)를 준비하는 단계는 상기 진동체(105)와 접촉하는 회전체(110)의 일 면에 경질 양극산화처리(hard anodizing)을 통하여 알루미늄 산화물(aluminium oxide)로 이루어진 접촉층(114)을 형성하는 단계를 구비한다. Hereinafter, a method of manufacturing the piezoelectric ultrasonic motor 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 3 again. The method of manufacturing the piezoelectric ultrasonic motor 100 includes preparing a vibrating body 105, attaching the vibrating body 105 to a piezoelectric body 101 generating a traveling wave by an applied voltage signal, and And preparing a rotating body 110 that is rotationally driven by friction with the vibrating body 105, and bringing the rotating body 110 into contact with the vibrating body 105. The preparing of the vibrator 105 includes forming a friction layer 108 by physical vapor deposition on one surface of the vibrator 105 in contact with the rotating body 110. . The preparing of the rotating body 110 may include a contact layer made of aluminum oxide through hard anodizing on one surface of the rotating body 110 in contact with the vibrating body 105 ( 114).

상기 마찰층(108)을 형성하는 단계는 티타늄 질화물(titanium nitride) 계열 물질을 물리적 증착에 의해 형성하는 단계를 구비할 수 있다. 이때, 물리적 증착의 온도 조건은 250 내지 500 ℃ 일 수 있다. 한편, 상기 마찰층을 형성하는 단계는 크롬 질화물(chromium nitride) 계열 물질을 물리적 증착에 의해 형성하는 단계를 구비할 수도 있다. 이때, 물리적 증착의 온도 조건은 200 내지 300 ℃ 일 수 있다. 상기 마찰층(108)과 접촉층(114)의 구체적 특성에 대해서는 앞서 이미 설명하였으므로 중복된 설명은 생략한다. Forming the friction layer 108 may include forming a titanium nitride based material by physical vapor deposition. At this time, the temperature condition of the physical deposition may be 250 to 500 ℃. Meanwhile, the forming of the friction layer may include forming a chromium nitride based material by physical vapor deposition. At this time, the temperature condition of the physical deposition may be 200 to 300 ℃. Specific characteristics of the friction layer 108 and the contact layer 114 have been described above, and thus redundant description thereof will be omitted.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 초음파 모터를 도시한 분해 사시도이다. 1 is an exploded perspective view showing a piezoelectric ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3은 도 1의 압전 초음파 모터의 일부분을 확대 도시한 단면도로서, 도 2는 작동하지 않을 때를 도시한 도면이고, 도 3은 작동할 때를 도시한 도면이다.2 and 3 are enlarged cross-sectional views of a portion of the piezoelectric ultrasonic motor of FIG. 1, and FIG. 2 is a diagram illustrating when not in operation, and FIG. 3 is a diagram illustrating when in operation.

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

100 ...압전 초음파 모터 101 ...압전체100 ... Piezoelectric Ultrasonic Motors 101 ... Piezoelectric

105 ...진동체 106 ...진동체 보디105 ... vibrator 106 ... vibrator body

108 ...마찰층 110 ...회전체108 ... friction layer 110 ... rotating body

112 ...회전체 보디 114 ...접촉층112 ... rotating body 114 ... contact layer

Claims (11)

인가된 전압 신호에 의해 진행파를 생성하는 압전체;A piezoelectric body for generating a traveling wave by an applied voltage signal; 상기 압전체에 부착되어 진동하는 진동체; 및, A vibrating body attached to the piezoelectric body and vibrating; And, 상기 진동체와 접촉하여, 상기 진동하는 진동체와의 마찰에 의해 회전 구동하는 회전체;를 구비하고, And a rotating body in contact with the vibrating body and rotationally driven by friction with the vibrating vibrating body. 상기 진동체는 상기 회전체와 접촉하는 면에 마찰층을 구비하고, The vibrating body has a friction layer on a surface in contact with the rotating body, 상기 회전체는 상기 진동체와 접촉하는 면에 알루미늄 산화물(aluminium oxide)로 이루어진 접촉층을 구비한 압전 초음파 모터. The rotating body has a piezoelectric ultrasonic motor having a contact layer made of aluminum oxide on the surface in contact with the vibrating body. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 마찰층은 티타늄 질화물(titanium nitride) 계열 물질로 이루어진 압전 초음파 모터.The friction layer is a piezoelectric ultrasonic motor made of a titanium nitride-based material. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 티타늄 질화물 계열 물질은 TiN, TiCN, 및 TiAlN 중에 적어도 하나를 포함하는 압전 초음파 모터. The titanium nitride based material includes at least one of TiN, TiCN, and TiAlN. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 마찰층은 크롬 질화물(chromium nitride) 계열 물질로 이루어진 압전 초음파 모터. The friction layer is a piezoelectric ultrasonic motor made of a chromium nitride-based material. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 마찰층의 두께는 0 보다 크고 15 ㎛ 이하인 압전 초음파 모터. The thickness of the friction layer is greater than 0 and less than 15 ㎛ piezoelectric motor. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 마찰층의 표면 조도(稠度)는 중심선 평균 거칠기(Ra)가 3 nm 이상 30 nm 이하인 압전 초음파 모터. The surface roughness of the friction layer is a piezoelectric ultrasonic motor having a center line average roughness Ra of 3 nm to 30 nm. 진동체를 준비하는 단계;Preparing a vibrating body; 인가된 전압 신호에 의해 진행파를 생성하는 압전체에 상기 진동체를 부착하는 단계;Attaching the vibrator to a piezoelectric body that generates traveling waves by an applied voltage signal; 상기 진동체와의 마찰에 의해 회전 구동하는 회전체를 준비하는 단계; 및, Preparing a rotating body rotating by friction with the vibrating body; And, 상기 회전체를 상기 진동체에 접촉시키는 단계;를 구비하고,Contacting the rotating body with the vibrating body; 상기 진동체를 준비하는 단계는 상기 회전체와 접촉하는 진동체의 일 면에 물리적 증착(physical vapor deposition)에 의해 마찰층을 형성하는 단계를 구비하고,The preparing of the vibrating body may include forming a friction layer on one surface of the vibrating body in contact with the rotating body by physical vapor deposition. 상기 회전체를 준비하는 단계는 상기 진동체와 접촉하는 회전체의 일 면에 경질 양극산화처리(hard anodizing)을 통하여 알루미늄 산화물(aluminium oxide)로 이루어진 접촉층을 형성하는 단계를 구비하는 압전 초음파 모터 제조방법. The preparing of the rotating body may include forming a contact layer made of aluminum oxide on a surface of the rotating body in contact with the vibrating body through hard anodizing. Manufacturing method. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 마찰층을 형성하는 단계는 티타늄 질화물(titanium nitride) 계열 물질을 물리적 증착에 의해 형성하는 단계를 구비하는 압전 초음파 모터 제조방법.The forming of the friction layer may include forming a titanium nitride based material by physical vapor deposition. 제8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 물리적 증착의 온도 조건은 250 내지 500 ℃ 인 압전 초음파 모터 제조방법. The temperature condition of the physical deposition is a piezoelectric ultrasonic motor manufacturing method of 250 to 500 ℃. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 마찰층을 형성하는 단계는 크롬 질화물(chromium nitride) 계열 물질을 물리적 증착에 의해 형성하는 단계를 구비하는 압전 초음파 모터 제조방법.The forming of the friction layer may include forming a chromium nitride based material by physical vapor deposition. 제10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 물리적 증착의 온도 조건은 200 내지 300 ℃ 인 압전 초음파 모터 제조방법. The temperature condition of the physical deposition is a piezoelectric ultrasonic motor manufacturing method of 200 to 300 ℃.
KR1020090009863A 2009-02-06 2009-02-06 Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same KR20100090528A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090009863A KR20100090528A (en) 2009-02-06 2009-02-06 Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090009863A KR20100090528A (en) 2009-02-06 2009-02-06 Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100090528A true KR20100090528A (en) 2010-08-16

Family

ID=42756084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090009863A KR20100090528A (en) 2009-02-06 2009-02-06 Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100090528A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105897046A (en) * 2016-04-18 2016-08-24 南京航空航天大学 Ultrasonic wave motor rotor surface texture and production method thereof
US9622764B2 (en) 2010-12-03 2017-04-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Surgical instrument

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9622764B2 (en) 2010-12-03 2017-04-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Surgical instrument
CN105897046A (en) * 2016-04-18 2016-08-24 南京航空航天大学 Ultrasonic wave motor rotor surface texture and production method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8928205B2 (en) Actuator
US8049396B2 (en) Piezoelectric ultrasonic motor and method of manufacturing the same
KR20100090528A (en) Piezoelectric ultrasonic motor and method for fabricating the same
JPH072024B2 (en) Vibration wave motor
JP4882252B2 (en) Vibration wave motor
JP2007231351A (en) Method for producing surface-hardened member, surface-hardened member and vibration type driving apparatus
TW201810914A (en) Vibration wave motor and optical device
US7245061B2 (en) Micro-beam friction liner and method of transferring energy
JP5308808B2 (en) Ultrasonic motor
Padgurskas et al. 905. Tribological evaluation of nano-composite coatings in piezoelectric contact
JPH0824428B2 (en) Ultrasonic motor
KR20100017021A (en) Ultrasonic motor having lightweight vibrating element
JP2012191846A (en) Friction member and vibration type drive device
JP3419204B2 (en) Rotating part current transmission mechanism
JP3834612B2 (en) Bearing with deterioration sensor
CN109713836A (en) A kind of motor central spindle, the processing method of motor and motor central spindle
JPH07264881A (en) Ultrasonic motor
KR100711619B1 (en) The Ultra-low Friction Carbon Film for Micro-Devices and The Same Method
JP2005269770A (en) Vibration wave motor and method for manufacturing the same
Uchino et al. Compact piezoelectric ultrasonic motors
JP2003111450A (en) Vibrator having electro-mechanical energy transducer as vibration source, vibration wave driver having vibrator as drive source, drive system having vibration wave driver and conveyor having vibrator as conveying source
JP2006177759A (en) Processing of tip of carbon nanotube
JP2000213533A (en) Dynamic pressure bearing device and motor using it
JP2002118304A (en) Piezoelectric actuator, method of manufacturing piezoelectric actuator, and electronic apparatus with piezoelectric actuator
JP4333124B2 (en) Vibration wave motor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application