KR20120138374A - Piezoelectric vibrator of ultrasonic motor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A piezoelectric vibrator of an ultrasonic motor is provided to combine a longitudinal vibration with lateral vibration to increase mechanical output. CONSTITUTION: An elastomer(30) has a sticking groove. A protrusion(35) touches a rotor(10) in the lower surface of the elastomer. The elastomer has a square bar shape. Piezoelectric ceramics(40) is inserted into the sticking groove of the elastomer. The piezoelectric ceramic combines a longitudinal vibration with a lateral vibration according to voltage.

Description

초음파모터의 압전진동자{Piezoelectric vibrator of ultrasonic motor}Piezoelectric vibrator of ultrasonic motor

본 발명은 초음파모터의 압전진동자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 선형모터 또는 초음파 회전형모터에 적용되는 압전진동자에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric vibrator of an ultrasonic motor, and more particularly, to a piezoelectric vibrator applied to an ultrasonic linear motor or an ultrasonic rotary motor.

일반적으로 선형의 전자기력 모터는 자석과 코일의 자기력을 이용하므로 보조기구물 없이는 정밀한 위치제어가 용이하지 않다. 이로 인해 선형의 전자기력 모터는 정밀한 위치제어를 위해 기어와 같은 별도의 장치가 필요하게 되므로 부피가 크고 무게가 무거워 진다.In general, linear electromagnetic force motors use magnetic forces of magnets and coils, so precise position control is not easy without auxiliary devices. This makes linear electromagnetic force motors bulky and heavy because they require a separate device, such as a gear, for precise position control.

그리고 회전형 모터를 이용하여 직선운동을 얻어내는 선형기구물도 마찬가지로 기어와 같은 별도의 장치가 필요하며, 정지신호가 들어갔을 때 응답속도가 느리고 소형화되었을 때 효율이 떨어진다.In addition, a linear device that obtains linear motion by using a rotary motor also needs a separate device such as a gear, and when the stop signal is input, the response speed is slow and efficiency is reduced when the size is reduced.

상기와 같은 문제점을 가지지 않는 선형모터로는 압전세라믹을 이용하는 초음파모터가 있다. 이러한 초음파모터는 20kHz 이상의 주파수로 압전세라믹에 전압을 인가하여 압전세라믹에서 발생하는 미세변위를 이용하여 기계적 힘을 얻어내는 장치이다.As a linear motor having no problem as described above, there is an ultrasonic motor using a piezoelectric ceramic. The ultrasonic motor is a device that obtains a mechanical force by applying a voltage to the piezoelectric ceramic at a frequency of 20 kHz or more by using a micro displacement generated in the piezoelectric ceramic.

이때, 압전세라믹의 변위는 분자들의 변위를 합하여 움직이고자 하는 변위의 크기를 결정하므로 모터의 크기와 형상을 자유롭게 제작할 수 있다. 그러나 이러한 압전세라믹의 미소한 변위를 이용하여 모터를 동작시키기 위해서는 별도의 변위확대기구를 포함해야 한다. 변위확대기구는 종방향 진동과 횡방향 진동을 이용한 변위확대기구가 있다. At this time, the displacement of the piezoceramic determines the magnitude of the displacement to move by summing the displacements of the molecules so that the size and shape of the motor can be freely produced. However, in order to operate the motor using such a small displacement of the piezoceramic, a separate displacement expanding mechanism must be included. Displacement expansion mechanisms include displacement expansion mechanisms using longitudinal vibration and lateral vibration.

종방향 진동모드를 이용한 압전진동자는 다층의 압전세라믹 또는 단층의 압전세라믹에 봉 또는 사각 보형태의 금속과 같은 탄성체를 변위를 얻고자 하는 방향으로 부착함으로써 만들어진다. 즉, 종방향 진동모드를 이용한 압전진동자는 탄성체의 종방향 공진주파수에 의해 진동하는 압전세라믹을 이용하는 장치로 응답속도가 빠른 장점이 있다. 그러나 상기의 압전진동자는 종방향의 진동만을 이용하므로 변위가 작은 단점이 있다. The piezoelectric vibrator using the longitudinal vibration mode is made by attaching an elastic body such as a rod or a square beam metal to a multilayer piezoelectric ceramic or a single layer piezoelectric ceramic in a direction to obtain displacement. That is, the piezoelectric vibrator using the longitudinal vibration mode is an apparatus using a piezoelectric ceramic which vibrates by the longitudinal resonant frequency of the elastic body. However, the piezoelectric vibrator uses only longitudinal vibration, so the displacement is small.

횡방향 진동모드를 이용한 압전진동자는 판형태로 된 금속과 같은 탄성체의 한쪽 면에 압전세라믹을 부착함으로써 만들어진다. 즉, 횡방향 진동모드를 이용한 압전진동자는 탄성체의 횡방향 공진주파수에 의해 진동하는 압전세라믹을 이용하는 장치로 변위가 비교적 큰 장점이 있지만 응답속도가 느린 단점이 있다.Piezoelectric vibrators using the lateral vibration mode are made by attaching piezoelectric ceramics to one side of an elastic body such as metal in the form of a plate. That is, the piezoelectric vibrator using the lateral vibration mode is a device using a piezoelectric ceramic vibrating by the lateral resonant frequency of the elastic body has a relatively large displacement, but has a disadvantage in that the response speed is slow.

특히, 단순한 종방향 진동이나 횡방향 진동을 이용한 압전진동자의 경우에는 변위의 방향이 일직선 상에 위치하므로 모터로 사용하기에는 부적합한 단점이 있다.In particular, in the case of a piezoelectric vibrator using simple longitudinal vibration or lateral vibration, the displacement direction is located in a straight line, which is not suitable for use as a motor.

한편, 단순한 종방향 진동이나 횡방향 진동만을 이용하는 압전진동자의 단점을 보완하기 위한 선형 초음파모터의 하프-바이몰프형 진동자가 대한민국 공개특허 2003-0013927호에 개시되어 있다.On the other hand, a half-bimorph oscillator of a linear ultrasonic motor for compensating for the disadvantages of piezoelectric vibrators using only longitudinal vibration or lateral vibration is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0013927.

개시된 진동자는 압전세라믹스의 분극방향에 따라 인가되는 전압의 형태를 달리하여 횡방향과 종방향 진동모드를 동시에 이용함에 따라 구조가 단순하면서도 타원의 진동을 얻어내는 것을 특징으로 한다.The disclosed oscillator is characterized by obtaining an elliptic vibration with a simple structure by simultaneously using the lateral and longitudinal vibration modes by varying the type of voltage applied according to the polarization direction of the piezoelectric ceramics.

그러나 개시된 진동자는 타원의 진동을 얻어낼 수 있지만 기계적 출력이 적어서 실용화에 이르지 못한 단점이 있다. 구체적으로, 개시된 진동자는 타원의 진동을 얻기 위해 1차 종방향 진동과 4차 횡방향 진동의 공진주파수를 일치시키는데, 4차 횡방향 진동을 얻기 위해 탄성체의 길이가 길어지고, 횡방향 진동이 4개로 분산되어 횡방향 진동이 줄어들어 기계적 출력이 적은 문제점이 있다. However, the disclosed oscillator can obtain the vibration of the ellipse, but the mechanical output is low, there is a disadvantage that has not been put to practical use. Specifically, the disclosed oscillator matches the resonant frequencies of the first longitudinal vibration and the fourth lateral vibration to obtain the elliptic vibration, the length of the elastic body is increased to obtain the fourth lateral vibration, and the lateral vibration is four. Dispersion into the dog reduces the lateral vibration, there is a problem that less mechanical output.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 단순한 구조를 가지면서도 기계적 출력이 증가되는 초음파모터의 압전진동자를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator of an ultrasonic motor having a simple structure but increasing mechanical output.

상기의 목적을 달성하기 위한 초음파모터의 압전진동자는, 전압의 인가 시 진동되고, 회전자에 접촉되어 상기 회전자에 진동을 전달하되,Piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor for achieving the above object is vibrated when the voltage is applied, and in contact with the rotor to transmit the vibration to the rotor,

상면에 부착홈이 형성되고 하면에 상기 회전자와 접촉되는 돌기가 돌출되는 탄성체와, An elastic body having an attachment groove formed on an upper surface thereof and a protrusion protruding in contact with the rotor on a lower surface thereof;

상기 탄성체의 부착홈에 삽입되어 부착되며, 인가되는 전압에 따라 종방향 진동과 횡방향 진동을 결합하여 상기 압전진동자가 타원형태의 변위를 가지도록 하는 압전세라믹스를 포함하고,Inserted and attached to the attachment groove of the elastic body, and includes a piezoelectric ceramics to combine the longitudinal vibration and the lateral vibration in accordance with the applied voltage so that the piezoelectric vibrator has an elliptical displacement,

상기 부착홈은 상기 압전세라믹스가 삽입되어 부착될 때 상기 압전세라믹스의 양 측면과 저면에 접촉되도록 형성되고,The attachment groove is formed to contact both sides and the bottom surface of the piezoceramic when the piezoceramic is inserted and attached,

상기 부착홈에 부착된 압전세라믹스의 분극방향은 상기 압전세라믹스의 저면과 수직하는 방향으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The polarization direction of the piezoelectric ceramics attached to the attachment groove is characterized in that the direction made perpendicular to the bottom surface of the piezoelectric ceramics.

상기 압전세라믹스는 단층 또는 다층으로 구성된 것을 특징으로 한다.The piezoelectric ceramics is characterized in that composed of a single layer or multiple layers.

상기 탄성체에는 두 개의 부착홈과 두 개의 돌기가 마련되되, 상기 두 개의 돌기는 상기 두 개의 부착홈의 맞은편에서 상기 압전진동자에 전압의 인가 시 최대변위를 일으키는 지점에 돌출되고,The elastic body is provided with two attachment grooves and two projections, the two projections protrude at the point causing the maximum displacement when the voltage is applied to the piezoelectric vibrator opposite the two attachment grooves,

상기 압전세라믹스는 상기 두 개의 부착홈과 대응되도록 두 개의 개수로 마련된 것을 특징으로 한다.The piezoelectric ceramics may be provided in two numbers so as to correspond to the two attachment grooves.

상기 탄성체는 적어도 일부가 금속, 세라믹, 플라스틱 중 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.The elastic body is characterized in that at least a part made of a material of one of metal, ceramic, plastic.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 초음파모터의 압전진동자는 전압의 인가에 따라 종방향 진동과 횡방향 진동을 결합하여 타원형태의 변위를 일으키되, 탄성체의 부착홈에 압전세라믹스의 삼면 즉, 양 측면과 저면이 접촉되도록 삽입하여 부착함에 따라 사이즈가 작고 단순한 구조를 가지면서도 횡방향 진동이 강해 기계적 출력이 증가되는 장점이 있다.As described above, the piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor of the present invention generates an elliptical displacement by combining longitudinal vibration and lateral vibration in response to the application of voltage, and the three surfaces of the piezoelectric ceramics, that is, both sides, in the attachment groove of the elastic body. By inserting and attaching to contact the bottom and the bottom, the size is small and has a simple structure, but the lateral vibration is strong, thereby increasing the mechanical output.

도 1은 본 발명의 압전진동자가 적용된 초음파모터를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 압전진동자를 도시한 분해사시도이다.
도 3는 본 발명의 압전진동자에 동상의 전원이 인가되었을 때의 변형 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 압전진동자에 역상의 전원이 인가되었을 때의 변형 형상을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 압전진동자의 실시예를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an ultrasonic motor to which a piezoelectric vibrator of the present invention is applied.
2 is an exploded perspective view showing a piezoelectric vibrator of the present invention.
3 is a diagram showing a deformed shape when the in-phase power is applied to the piezoelectric vibrator of the present invention.
Fig. 4 is a diagram showing a deformed shape when reverse power is applied to the piezoelectric vibrator of the present invention.
5 is a diagram showing an embodiment of a piezoelectric vibrator of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 초음파모터의 압전진동자에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 압전진동자(20)는 초음파모터에 적용된다. 이와 같이 초음파모터에 적용되는 압전진동자(20)는 전압을 인가하면 발생하는 전기 왜곡 즉, 전기적 에너지가 물리적 에너지로 전이되는 현상으로 인해 진동된다.As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrator 20 of the present invention is applied to an ultrasonic motor. As described above, the piezoelectric vibrator 20 applied to the ultrasonic motor is vibrated due to electric distortion generated when a voltage is applied, that is, electric energy is transferred to physical energy.

다시 말하면, 압전진동자(20)는 회전자(10)와 접촉되도록 배치되고, 이와 같이 회전자(10)에 접촉됨에 따라 전압의 인가에 의해 진동될 때 이러한 진동을 회전자(10)로 전달한다.In other words, the piezoelectric vibrator 20 is disposed to be in contact with the rotor 10, and thus transmits this vibration to the rotor 10 when the piezoelectric vibrator is vibrated by the application of a voltage as it is in contact with the rotor 10. .

상기의 압전진동자(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 사각바 형상의 탄성체(30)와, 이 탄성체(30)에 부착되는 압전세라믹스(40)를 포함한다.The piezoelectric vibrator 20 includes a rectangular bar-shaped elastic body 30 and a piezoelectric ceramic 40 attached to the elastic body 30, as shown in FIG.

먼저, 탄성체(30)는 용이하게 탄성 변형될 수 있도록, 금속 또는 경질의 탄성을 가진 재질로 구성된다. 여기서 경질의 탄성을 가진 재질은 세라믹 또는 플라스틱일 수 있다.First, the elastic body 30 is made of a material having a metal or hard elasticity so that it can be easily elastically deformed. Herein, the hard elastic material may be ceramic or plastic.

탄성체(30)의 하부에는 회전자(10)를 향해 돌출되어 압전진동자(20)의 변위를 확대하는 역할을 하는 돌기(35)가 형성된다. 이러한 돌기(35)는 상술한 바와 같이 회전자(10)를 향해 돌출되되 본 발명의 압전진동자(20)에 전압의 인가 시 최대변위를 일으키는 지점에 돌출된다. The lower part of the elastic body 30 is formed with a protrusion 35 protruding toward the rotor 10 to enlarge the displacement of the piezoelectric vibrator 20. The protrusion 35 protrudes toward the rotor 10 as described above, but protrudes at a point causing maximum displacement when a voltage is applied to the piezoelectric vibrator 20 of the present invention.

즉, 본 발명의 압전진동자(20)는 전압의 인가에 따라 진동이 결합되어 타원형상으로 변위를 일으키고, 이로 인해 압전진동자(20)의 탄성체(30)에서 돌출되는 돌기(35)도 타원형상의 변위를 일으키며 이에 접촉된 회전자(10)는 정역의 회전변위를 일으킨다. 여기서, 돌기(35)가 타원형태로 진동하는 구체적인 과정은 후술한다. That is, in the piezoelectric vibrator 20 of the present invention, the vibration is coupled with the application of the voltage to cause the displacement in the elliptical shape, and thus the protrusion 35 protruding from the elastic body 30 of the piezoelectric vibrator 20 is also the elliptical displacement. And the rotor 10 in contact with it causes a rotational displacement of the stationary region. Here, a specific process of the protrusion 35 oscillating in an elliptical shape will be described later.

탄성체(30)의 상부에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압전세라믹스(40)가 삽입되어 부착되는 부착홈(31)이 형성된다. 이때의 부착홈(31)은 압전세라믹스(40)의 삼면과 대응되는 형상을 갖는다. As shown in FIGS. 1 and 2, an attachment groove 31 to which the piezoelectric ceramics 40 are inserted and attached is formed on the elastic body 30. At this time, the attachment groove 31 has a shape corresponding to three surfaces of the piezoelectric ceramics 40.

압전세라믹스(40)는 상술한 바와 같이 탄성체(30)의 상부에 형성된 부착홈(31)에 삽입되어 부착된다. 이러한 압전세라믹스(40)는 단층 또는 다층으로 구성되는데, 부착홈(31)에 부착될 때 삼면이 부착홈(31)과 접촉된다.The piezoelectric ceramics 40 are inserted into and attached to the attachment grooves 31 formed on the elastic body 30 as described above. The piezoelectric ceramics 40 is composed of a single layer or a multilayer, and when attached to the attachment groove 31, three surfaces are in contact with the attachment groove 31.

즉, 압전세라믹스(40)는 양 측면과 저면이 부착홈(31)의 내면과 각각 접촉되도록 배치된다. 그리고 부착홈(31)에 부착되는 압전세라믹스(40)의 상면은 본 발명의 압전진동자(20)의 두께가 두꺼워지는 것을 지양하기 위하여 탄성체(30)의 상면과 대략 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하다.That is, the piezoelectric ceramics 40 are disposed such that both side surfaces and bottom surfaces contact the inner surfaces of the attachment grooves 31, respectively. In addition, the upper surface of the piezoelectric ceramics 40 attached to the attachment groove 31 preferably has a height substantially equal to the upper surface of the elastic body 30 in order to prevent the thickness of the piezoelectric vibrator 20 of the present invention from being thickened.

또, 상기와 같이 부착홈(31)에 삼면이 부착되는 압전세라믹스(40)는 분극방향이 압전세라믹스(40)의 저면과 수직을 이룬다.
In addition, as described above, the piezoelectric ceramics 40 having three surfaces attached to the attachment groove 31 have a polarization direction perpendicular to the bottom surface of the piezoelectric ceramics 40.

이하에서는 본 발명의 초음파모터의 압전진동자의 동작에 대해 상세히 살펴본다.Hereinafter, the operation of the piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor of the present invention will be described in detail.

탄성체(30)의 부착홈(31)에 부착된 각 압전세라믹스(40)에 압전진동자(20)의 첫 번째 종방향의 공진주파수를 가진 동상(同狀)의 전압을 인가하면 도 3에 도시된 바와 같이, 1방향으로 돌기(35)가 진동된다.3 is applied to each piezoelectric ceramics 40 attached to the attachment grooves 31 of the elastic body 30, and the in-phase voltage having the first longitudinal resonance frequency of the piezoelectric vibrator 20 is shown in FIG. As described above, the projection 35 vibrates in one direction.

그리고 탄성체(30)의 부착홈(31)에 부착된 각 압전세라믹스(40)에 압전진동자(20)의 두 번째 횡방향 공진주파수를 가진 역상(逆狀)의 전압을 인가하면 도 4에 도시된 바와 같이, 3방향으로 돌기(35)가 진동된다.In addition, when a reverse phase voltage having a second transverse resonant frequency of the piezoelectric vibrator 20 is applied to each piezoelectric ceramic 40 attached to the attachment groove 31 of the elastic body 30 as illustrated in FIG. 4. As shown, the projection 35 vibrates in three directions.

상기와 같은 원리를 이용하여 압전진동자(20)의 1방향으로의 길이와 3방향으로의 길이를 조절하여 종방향 공진주파수와 횡방향 공진주파수를 동일하게 구성할 경우 각각의 압전세라믹스(40)에 (+)동상, (+,-)역상, (-)동상, (-,+)역상의 공진주파수 부근의 전압을 차례로 인가하면 탄성체의 돌기는 위상이 다른 타원형태의 진동을 하게 된다.When the length of the piezoelectric vibrator 20 in one direction and the length of the three directions are adjusted by using the same principle as described above, each of the piezoelectric ceramics 40 has a longitudinal resonance frequency and a transverse resonance frequency. Applying voltages near the resonant frequencies of (+)-phase, (+,-) reverse phase, (-)-phase, and (-, +) reverse phase in turn causes the protrusions of the elastic body to oscillate in an elliptical state with different phases.

한편, 상기와 같은 동작으로 작동되는 압전진동자의 실시예를 도 5를 참고하여 살펴보면 다음과 같다.Meanwhile, an embodiment of a piezoelectric vibrator operated by the above operation will be described with reference to FIG. 5.

V1(51)에 V0sinω의 전압을 인가하고 동시에 V2(53)에 V0cosωt의 전압을 인가할 경우 압전세라믹스(40)에는 (+)동상, (+,-)역상, (-)동상, (-,+)역상의 전압이 차례대로 인가된다.When applying a voltage of V 0 sinω to V 1 (51) and simultaneously applying a voltage of V 0 cosωt to V 2 (53), the piezoceramic 40 has (+) phase, (+,-) reverse phase, (- The phases of the phases (-, +) are applied in sequence.

이와 같은 경우 돌기(35)는 제1화살표(61)의 방향과 위상차를 가진 제2화살표(62)의 방향으로 타원운동을 하게 된다. 이에 따라 돌기(35)에 회전자(10)를 접촉시키고 압전진동자(20)를 도면에 도시되지 않은 가압장치에 의해 가압하면 회전자(10)는 제3화살표(63)의 방향으로 기계적 운동을 하게 된다.In this case, the protrusion 35 performs an elliptic motion in the direction of the second arrow 62 having a phase difference from the direction of the first arrow 61. Accordingly, when the rotor 10 is brought into contact with the protrusion 35 and the piezoelectric vibrator 20 is pressurized by a pressure device not shown in the drawing, the rotor 10 performs mechanical movement in the direction of the third arrow 63. Done.

반대로 V1(51)에 V0cosωt의 전압을 인가하고 동시에 V2(53)에 V0sinω의 전압을 인가할 경우 돌기(35)는 제1,2화살표(61,62)와 반대방향의 타원형태로 운동을 하고, 이로 인해 회전자(10)는 제3화살표(63)의 반대방향으로 기계적 운동을 하게 된다.
On the contrary, when the voltage of V 0 cosωt is applied to V 1 (51) and the voltage of V 0 sinω is applied to V 2 (53), the projection 35 is opposite to the first and second arrows 61 and 62. The elliptical movement is caused, thereby causing the rotor 10 to mechanically move in the opposite direction of the third arrow 63.

또한, 상기와 같은 동작으로 작동되는 압전진동자의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.In addition, the operational effects of the piezoelectric vibrator operated by the operation as described above are as follows.

본 발명의 초음파모터의 압전진동자는 상술한 바와 같이 종방향 첫 번째 진동과 횡방향 두 번째 진동을 결합한 진동모드를 사용한다. 이로 인해 본 발명의 압전진동자는 종래의 압전진동자 즉, 대한민국 공개특허 2003-0013927호에 개시된 압전진동자와 비교할 때 그 길이를 반으로 줄일 수 있다.The piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor of the present invention uses a vibration mode combining the first longitudinal vibration and the second horizontal vibration. As a result, the piezoelectric vibrator of the present invention can be reduced in half in comparison with the conventional piezoelectric vibrator, that is, the piezoelectric vibrator disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0013927.

하지만 본 발명의 압전진동자(20)는 종방향 진동과 횡방향 진동의 공진주파수를 일치시키기 위해 탄성체(30)의 두께가 두꺼워지므로 횡방향의 진동이 약하게 된다.However, in the piezoelectric vibrator 20 of the present invention, since the thickness of the elastic body 30 is increased to match the resonance frequency of the longitudinal vibration and the lateral vibration, the vibration in the lateral direction is weak.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 압전세라믹스(40)의 삼면 즉, 양 측면과 저면을 탄성체(30)의 부착홈(31)에 삽입한 후 부착하여 압전세라믹스(40)의 종방향의 기계적 힘이 횡방향의 변위를 증가시킬 수 있도록 구성된다.In order to solve this problem, in the present invention, the three surfaces of the piezoelectric ceramics 40, that is, both side surfaces and the bottom surface, are inserted into the attachment grooves 31 of the elastic body 30 and then attached to each other so that the mechanical force in the longitudinal direction of the piezoelectric ceramics 40 is transverse. It is configured to increase the displacement of the direction.

또, 두꺼워진 탄성체(30)의 변위는 공진주파수 부근에서의 진동으로 인한 횡방향의 힘이 누적되어 기계적 출력을 증가시키게 된다. 이와 더불어 탄성체(30)의 하부에는 타원형태의 변위를 일으키는 두 개의 지점에 돌기(35)를 돌출시켜 타원형태의 변위를 확대시키고, 이러한 돌기(35)를 회전자(10)에 접촉시켜 기계적인 힘이 회전자(10)로 전달될 수 있게 하였다.In addition, the displacement of the thickened elastic body 30 causes the force in the lateral direction due to vibration in the vicinity of the resonance frequency to accumulate to increase the mechanical output. In addition, the lower portion of the elastic body 30 protrudes the protrusion 35 at two points causing the displacement of the elliptical shape to enlarge the displacement of the elliptical shape, and the protrusion 35 is brought into contact with the rotor 10 for mechanical Force could be transferred to the rotor 10.

따라서 본 발명의 초음파모터의 압전진동자는 기존의 선형 전자기모터의 정밀제어의 어려움이나 통상의 압전진동자의 작은 기계적 출력의 문제점을 보완한 것으로서 구조가 단순하여 제작이 쉽고 큰 기계적 출력을 얻을 수 있다.Therefore, the piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor of the present invention compensates for the difficulty of precise control of the conventional linear electromagnetic motor or the problem of the small mechanical output of the conventional piezoelectric vibrator.

10 : 회전자 20 : 압전진동자
30 : 탄성체 31 : 부착홈
35 : 돌기 40 : 압전세라믹스
51,53 : 전압 61,62,63 : 제1,2,3화살표10: rotor 20: piezoelectric vibrator
30: elastic body 31: attachment groove
35: projection 40: piezoceramic
51,53: voltage 61,62,63: 1st, 2nd, 3rd arrow

Claims (4)

전압의 인가 시 진동되고, 회전자(10)에 접촉되어 상기 회전자(10)에 진동을 전달하는 초음파모터의 압전진동자에 있어서,
상기 압전진동자(20)는,
상면에 부착홈(31)이 형성되고 하면에 상기 회전자(10)와 접촉되는 돌기(35)가 돌출되는 사각바 형상의 탄성체(30)와,
상기 탄성체(30)의 부착홈(31)에 삽입되어 부착되며, 인가되는 전압에 따라 종방향 진동과 횡방향 진동을 결합하여 상기 압전진동자(20)가 타원형태의 변위를 가지도록 하는 압전세라믹스(40)를 포함하고,
상기 부착홈(31)은 상기 압전세라믹스(40)가 삽입되어 부착될 때 상기 압전세라믹스(40)의 양 측면과 저면에 접촉되도록 형성되고,
상기 부착홈(31)에 부착된 압전세라믹스(40)의 분극방향은 상기 압전세라믹스(40)의 저면과 수직하는 방향으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터의 압전진동자.In the piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor which is vibrated when the voltage is applied, and in contact with the rotor 10 to transmit the vibration to the rotor 10,
The piezoelectric vibrator 20,
An attachment groove 31 is formed on an upper surface and a rectangular bar-shaped elastic body 30 on which a protrusion 35 is in contact with the rotor 10 on the lower surface thereof, and
The piezoelectric ceramics are inserted into and attached to the attachment grooves 31 of the elastic body 30 and combine the longitudinal vibration and the lateral vibration according to the applied voltage so that the piezoelectric vibrator 20 has an elliptic displacement. 40),
The attachment groove 31 is formed to contact both side surfaces and the bottom surface of the piezoelectric ceramics 40 when the piezoelectric ceramics 40 are inserted and attached thereto.
The piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor, characterized in that the polarization direction of the piezoelectric ceramics 40 attached to the attachment groove 31 is made perpendicular to the bottom surface of the piezoelectric ceramics 40. 제1항에 있어서,
상기 압전세라믹스(40)는 단층 또는 다층으로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파모터의 압전진동자.The method of claim 1,
The piezoelectric ceramics 40 is a piezoelectric vibrator of an ultrasonic motor, characterized in that consisting of a single layer or multiple layers. 제1항에 있어서,
상기 탄성체(30)에는 두 개의 부착홈(31)과 두 개의 돌기(35)가 마련되되, 상기 두 개의 돌기(35)는 상기 두 개의 부착홈(31)의 맞은편에서 상기 압전진동자(20)에 전압의 인가 시 최대변위를 일으키는 지점에 돌출되고,
상기 압전세라믹스(40)는 상기 두 개의 부착홈(31)과 대응되도록 두 개의 개수로 마련된 것을 특징으로 하는 초음파모터의 압전진동자.The method of claim 1,
The elastic body 30 is provided with two attachment grooves 31 and two projections 35, wherein the two projections 35 are opposite to the piezoelectric vibrator 20 at the two attachment grooves 31. Protrudes at the point causing maximum displacement when voltage is applied to
The piezoelectric ceramics 40 is a piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor, characterized in that provided in two numbers to correspond to the two attachment grooves (31). 제1항에 있어서,
상기 탄성체(30)는 적어도 일부가 금속, 세라믹, 플라스틱 중 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파모터의 압전진동자.
The method of claim 1,
The elastic body 30 is a piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor, characterized in that at least a portion made of a material of one of metal, ceramic, plastic.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107994804A (en) * 2017-12-19 2018-05-04 广东工业大学 A kind of grand micro- composite motion platform of ultrasound-driven
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3173902B2 (en) * 1992-09-24 2001-06-04 オリンパス光学工業株式会社 Ultrasonic linear motor and method of manufacturing the same
JPH07231680A (en) * 1994-02-10 1995-08-29 Nikon Corp Ultrasonic motor
JPH09117166A (en) * 1995-10-12 1997-05-02 Olympus Optical Co Ltd Ultrasonic motor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107994804A (en) * 2017-12-19 2018-05-04 广东工业大学 A kind of grand micro- composite motion platform of ultrasound-driven
CN107994804B (en) * 2017-12-19 2024-05-07 广东工业大学 Ultrasonic driving macro-micro composite motion platform
KR20210060971A (en) * 2019-11-19 2021-05-27 주식회사 삼전 A Ultrasonic Motor Using Piezoelectric

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