KR910003671B1 - 초음파 모우터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초음파 모우터

제 1 도는, 본 발명에 관한 초음파 모우터의 바람직한 실시예의 요부 구성을 나타내는 사시도.

제 2(a)도, 제 2(b)도, 제 2(c)도, 제 2(d)도 및 제 2(e)도들은 각각, 본 발명에 관한 초음파 모우터의 마찰부재의 바람직한 실시예들을 나타내는 사시도.

제 3(a)도는, 본 발명에 관한 초음파 모우터의 마찰부재내의 보강 섬유의 구성의 실시예를 나타내는 입단면도.

제 3(b)도는, 본 발명에 관한 초음파 모우터의 마찰부재의 보강섬유들의 구성의 다른 실시예를 나타내는 사시도.

제 4 도는, 본 발명에 관한 초음파 모우터를 나타내는 일부절개 사시도.

제 5(a)도 및 제 5(b)도는, 각각 본 발명에 관한 마찰부재의 보강섬유의 구성의 또다른 실시예들을 나타내는 입단면도.

제 6 도는, 본 발명에 관한 마찰부재의 보강섬유의 구성의 또다른 실시예를 나타내는 사시도.

제 7 도는, 본 발명의 상시 실시예들과의 비교를 위한, 마찰부재의 보강섬유들의 구성의 1예를 나타내는 입단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압전소자 2 : 진동 고정자

3 : 피구동 부재 4 : 마찰부재

4a : 보강섬유 4b : 유기 결합제

5 : 압전소자 6 : 진동 고정자

7 : 피구동 부재 8 : 마찰부재

9 : 접촉면 c : 피구동 부재(3)의 운동방향

본 발명은, 압전(壓電)소자에 의하여 발생되는 초음파 진동에 의하여 구동되는 초음파 모우터에 관한 것이다.

전형적인 초음파 모우터로서는, 구동되어질 대상물(피구동 부재)이 진동하는 고정자에 걸리고, 진동 고정자는, 압전소자의 진동으로부터 진행파(Travelling wave)들을 발생하게되는 조립체가 알려져 있다.

이러한 초음파 모우터에 있어서, 피구동 부재는, 마찰접촉의 조건하에서, 피구동 부재와 진동 고정자 사이에 발생되는 마찰력에 의하여 구동된다. 따라서, 피구동 부재와 진동 고정자의 마찰접촉 조건은, 출력, 에너지 변환 효율, 수명등과 같은 초음파 모우터의 특성을 결정하는데 중요한 요인이 된다.

종래의 초음파 모우터에 있어서는, 높은 마찰계수를 가지며 슬라이더(Slider)로 불리우는 마찰부재가, 피구동 부재 및 진동 고정자의 마찰적인 접촉표면들의 마모를 감소하고, 초음파 모우터의 출력을 제고할 수 있도록, 피구동 부재 및 진동 고정자 사이에 설치된다.

이러한 마찰부재로서는, 미합중국 특허 제4,484,099호, 제4,562,373호, 제4,634,916호, 또는 제4,495,432호 등에 의하여, 경질고무, 플라스틱 등이 사용 가능한 것으로서 제안되어 있다.

그러나, 압력을 받는 조건하에서 피구동 부재와 진동 고정자 사이의 마찰력을 이용하는, 종래의 초음파 모우터의 마찰부재로서, 높은 마찰계수를 가지는 경질고무와 같은 시중의 물질이 단순하게 사용될 때, 마찰부재는 현저하게 마모되었다.

마찰부재의 마모가 진행됨에 따라, 피구동 부재와 진동 고정자의 마찰접촉 조건은 변하게 된다. 따라서, 종래의 초음파 모우터는, 모우터의 시동 토오크가 감소된다는 결점이 있으며, 회전속도의 변화와 같은 모우터의 특성이 떨어지며, 모우터의 수명도 짧아지게 된다.

마찰부재의 마모를 감소시킴으로서 모우터의 수명을 연장시키기 위하여, 마찰부재내에 내마모성을 가지는 무기 충전재의 분말체를 포함시키는 것이 제안되었다.

이 경우에, 충전재가 진동 고정자의 표면을 손상시키므로, 모우터가 구동될 때, 진동 고정자의 표면이 고르지 않게 된다. 진동 고정자의 표면이 고르지 않게되면, 피구동 부재와 진동 고정자의 마찰접촉 조건이, 시간이 지남에 따라 변화하게 되며, 모우터의 재시동 특성이 심각하게 영향을 받게 된다.

따라서, 이러한 기술도, 모우터의 특성의 안정도가 달성될 수 없다고 하는 불리함을 가지게 된다.

더우기, 마찰접촉의 조건이 일정하게 유지되지 않기 때문에, 종래의 초음파 모우터가 구동될 때에는 소음이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은, 장시간 사용하여도, 피구동 부재와 진동 고정자 사이의 마찰접촉 조건이 일정하며, 모우터의 특성이 안정되게 유지되고, 높은 내마모성을 가지며, 거의 소음을 일으키지 않는 개량된 초음파 모우터를 제공하는데에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 초음파 모우터는 : 압전부재와 ; 진행파를 발생하도록 압전부재상에 설치되는 진동 고정자와 ; 피구동 부재 ; 및 진동 고정자와 피구동 부재 사이에 설치되며, 적어도 소형 방향으로 배열된 보강섬유를 가지는 마찰부재들로 구성된다.

본 발명의 신규성은 첨부된 특허청구의 범위에 상세히 개시되어 있으나, 본 발명은 그 구성 및 내용의 양자에 있어서, 도면과 관련된 이하의 상세한 기술로부터, 기타의 목적 및 특징들과 함께, 보다 잘 이해되고 인식될 수 있다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제 1 도는, 본 발명에 관한 초음파 모우터의 바람직한 실시예의 요부구성을 나타내는 사시도이다.

도면중, 부호(1)은 압전소자를 나타낸다 진동 고정자(2)는 접착제를 사용하여 압전소자의 표면에 접합된다. (3)은 구동되어질, 피구동 부재를 나타낸다. 화살표(c)로 나타낸 피구동 부재(3)의 운동방향에 대하여, 적어도 하나의 소정방향으로 적어도 하나의 보강섬유(4a)의 배열을 가지는 마찰부재(4)는, 피구동 부재(3)와 진동 고정자(2) 사이에 설치된다.

또한, 진동 고정자(2) 및 피구동 부재(3)를 압착시킴으로써, 진동 고정자(2)는 마찰부재(4)와 압력을 가지고 접속된다. 진동 고정자(2)의 공진주파수에 근접하는 주파수를 가지는 교류 전기장이 압전소자(1)에 가해지면, 굴곡 진동의 진행파들이 진동 고정자(2)내에 발생된다.

진동 고정자(2)와 마찰부재(4) 사이의 마찰력에 의하여, 압력이 가해진 진동 고정자(2)의 표면과 접촉되는 마찰부재(4)는 피구동 부재(3)와 일체로되어 구동된다. 전기력이 압전소자(1)에 가해지지 않을때는, 진동 고정자(2)와 마찰부재(4) 사이에 작용하는 압력과, 진동 고정자 및 마찰부재(4)의 접촉면상에 발생하는 이들 사이의 마찰계수의 곱에 해당하는 지지토오크 또는 제동 토오크가 발생된다.

제 2(a)도, 제 2(b)도, 제 2(c)도, 제 2(d)도 및 제 2(e)도들은 본 발명에 관한 초음파 모우터의 마찰부재의 바람직한 실시예들을 각각 나타내는 사시도들이다.

제 2(a)도는, 마찰부재(4)의 구성의 바람직한 1실시예를 나타내며, 여기에서 보상섬유(4a)들은, 화살표(c)에 의하여 나타낸 피구동 부재(3)의 운동방향과 근본적으로 같은 방향으로 배열된다.

제 2(a)도에서 나타낸 바와같은 마찰부재를 사용한 초음파 모우터가 구동될 때, 특히 마찰부재내의 보강 섬유와 진동 고정자 사이의 마찰과 관련하여, 진동 고정자(2)는, 접촉면(9)상에서, 화살표(c)로 나타낸 피구동 부재(3)의 운동방향과 평행한 방향으로 배열된 보강섬유(4a)들의 단면들에만 접촉된다.

즉, 마찰부재(4)내의 보강섬유(4a)들은, 마찰부재(4)에 작용하는 마찰력의 방향과 근본적으로 평행하게 배열된다.

제 2(b)도는, 마찰부재(4)의 구성의 다른 바람직한 실시예를 나타내며, 여기에서, 보강섬유(4a)들은, 화살표(c)에 의하여 나타낸 피구동 부재(3)의 운동방향에 근본적으로 수직인 방향으로 배열되며, 그의 축에 수직인 방향에서의 보강섬유(4a)들의 원형 단면들은, 마찰부재(4)의 표면(9)상에 노출된다.

제 2(b)도에서 나타낸 마찰부재를 사용하는 초음파 모우터가 구동될 때, 특히 마찰부재내의 보강섬유와 진동 고정자 사이의 마찰과 관련하여, 진동 고정자(2)는 그의 축에 수직인 보강섬유(4a)의 원형 단면에서만 접촉하게 된다.

즉, 마찰부재내의 보강섬유(4a)들은, 마찰부재(4)에 작용하는 마찰력의 방향에 수직인 방향으로 배열된다.

제 2(c)도는, 제 2(a)도 및 제 2(b)에서 나타낸 특징이 연합된 특징을 가지는, 마찰부재(4)의 구성의 또다른 바람직한 실시예를 나타낸다.

즉, 마찰부재(4)는, 2셋트의 보강섬유(4a) 배열을 포함한다. 1셋트의 보강섬유(4a)의 배열은, 화살표(c)에 의하여 나타낸 피구동 부재(3)의 운동방향에 평행하게 배열된다.

다른 1셋트의 보강섬유(4a)의 배열은 피구동 부재(3)의 운동방향에 수직으로 배열되며, 그의 축에 수직인 섬유(4a)의 원형단면들은 마찰부재(4)의 표면(9)상에 노출된다.

제 2(c)도에서 나타낸 마찰부재(4)를 사용한 초음파 모우터가 구동될 때, 특히 마찰부재내의 보강섬유와 진동 고정자 사이의 마찰과 관련하여, 진동 고정자는, 피구동 부재(3)의 운동방향에 평행인 보강섬유(4a)의 단면과, 그의 축에 수직인 보강섬유(4a)의 원형단면에서 접촉하게 된다.

즉, 마찰부재(4)내의 보강섬유(4a)의 배열들은, 상호간에 평행하게 배열되며, 마찰부재(4)에 작용하는 마찰력과 수직인 방향으로 배열된다.

제 2(d) 도는, 마찰부재(4)의 구성의 또 다른 바람직한 실시예를 나타내며, 여기에서, 보강섬유(4a)들은 피구동 부재(3)의 운동방향에 근본적으로 수직인 방향으로 배열되며, 그의 축에 수직인 보강섬유(4a)들의 원형단면들은, 진동 고정자(2)와 접촉하지 않는 마찰부재(4)의 측면에 노출된다.

제 2(d)에 나타낸 마찰부재를 사용한 초음파 모우터가 구동될 때, 특히, 마찰부재내의 보강섬유들과 진동 고정자 사이의 마찰에 관하여는, 진동 고정자(2)가 단지 그의 축에 수직인 방향으로 배열된 단면에서만 보강섬유(4a)들과 접촉한다. 즉, 마찰부재(4)내의 보강섬유(4a)들이, 마찰부재(4)에 작용하는 마찰의 방향에 수직으로 배열된다.

제 2(e)는, 마찰부재(4)의 구성의 또다른 바람직한 실시예를 나타내며, 여기에서, 보강섬유(4a)들은 화살표(c)에 의하여 나타낸 피구동 부재(3)의 운동방향에 대하여 소정의 각도(θ)로 채택된 방향으로 배열된다.

제 2(e)도에서 나타낸 마찰부재(4)를 사용한 초음파 모우터가 구동될 때, 특히 마찰부재내의 보강섬유들과 진동 고정자 사이의 마찰에 관하여는, 진동 고정자(2)는, 보강섬유(4a)의 축에 대하여 θ의 각도로 채택된, 보강섬유(4a)의 타원형 단면들에만 접촉된다. 즉, 마찰부재내의 보강섬유(4a)들은, 마찰부내에 작용하는 마찰의 방향에 대하여 각도 θ로 채택된 방향으로 배열된다.

제 2(a)도 내지 제 2(e)도에 나타낸 상술한 실시예들에 있어서, 보강섬유(4a)들은 유기 결합제(4b)에 의하여 결합되고 지지된다. 보강섬유(4a)의 재료로서는, 아무런 제한이 없다.

그러나, 탄소섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 세라믹 섬유, 고밀도 폴리에틸렌 섬유, 유리섬유 등이 채택될 수 있다. 특히, 탄소섬유 및 방향족 폴리아미드 섬유들이 적절하다.

유기 결합제(4b)의 재료도, 제한은 없다. 다만, 폴리이미드수지, 폴리아미드이미드수지, 비스말레이미드 트리아진수지, 페놀수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 물질들은 개별적으로 혹은 연합하여 사용될 수 있다. 이하에서 실시예들의 상세를 기술한다.

A) 보강섬유들이 피구동 부재의 운동방향에 평행한 적어도 1방향으로 배열되는 마찰부재를 사용한 실시예들의 균.

[실시예1]

탄소섬유를 보강섬유(4a) 재료로 사용하였다. 이 탄소섬유의 단방향성 테이프(상표면 "카보론 테이프": 닛뽄 카본 주식회사제)를 페놀수지에 함침시켜 단방향성 프레프레그재(Prepreg材)를 만들었다. 이 프레프레그재를 와류형상으로 감아, 탄소섬유가 원둘레 방향으로 배열된 적층체를 형성시켰다. 감겨진 프레프레그재의 와류형상체를 오토클레브(Autoclave)내에서 가열 및 가압 조건하에서 경화시켰다.

그결과, 원통형상체가 얻어졌다.

다음에, 이 원통형상체에서, 1mm의 두께를 가지는 고리형상의 마찰부재(A)를 절단하였다. 예를들면, 제 3(a)도는, 고리형상의 마찰부재(A)의 단면을 나타낸다. 제 3(a)도에 나타낸 바와같이, 고리형상의 마찰부재(A)는, 원둘레 방향으로 연속적으로 감겨진 탄소섬유의 배열을 가진다.

[실시예 2]

보강섬유(4a) 재료로 탄소섬유를 사용하였다. 프레프레그재는, 탄소섬유의 평직 직포를 폴리이미드수지에 함침시킴으로써 만들어졌다. 프레프레그재는, 적층체를 만들기 위하여 와류형으로 감겨지며 오토클레브내에서 가열 및 가압하에 경화되었다. 그 결과, 원통형상체가 얻어졌다.

다음에, 1m의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재(B)가 원통형상체로부터 절단되었다. 제 3(b)도는, 예를들면, 고리형상 마찰부재(B)를 나타내는 사시도이다.

제 3(b)도에서 나타낸 바와같이, 고리형상 마찰부재(B)는, 원둘레 방향으로 감겨진 탄소섬유의 배열 1셋트와, 탄소섬유의 단면이 마찰부재의 표면상에 노출되는 탄소섬유의 또다른 배열 1셋트를 가졌다.

[실시예 3]

방향족 폴리아미드 섬유를, 보강섬유(4a)의 재료로서 사용하였다. 방향족 폴리아미드 섬유(상표명 "테크노라" : 테이진 유한 회사제)의 필라메트 얀은, 원둘레 방향으로 방향족 폴리아미드 섬유가 배향되도록 원통형으로 감기고, 폴리이미드수지에 함침되었다.

다음에, 이 원통형상체는, 오토클레브내에서 가열 및 가압 조건하에서, 감겨진 방향족 폴리아미드 섬유를 경화시킴으로써 형성되었다.

마지막으로, 1mm의 두께를 가지는 고리형상의 마찰부재(c)가 원통형상체로부터 절단되었다. 예를들면, 제 3(a)도에서 나타낸 고리형상의 마찰부재(c)는, 원둘레 방향으로 감겨진 방향족 폴리아미드 섬유의 배열을 가진다.

[실시예 4]

보강섬유(4a) 재료로서는 방향족 폴리아미드 섬유가 사용되었다. 프레프레그재는, 방향족 폴리아미드섬유(상표명 "케블러" : 듀퐁 주식회사제)의 평직 직포를 페놀수지에 함침시킴으로써 만들어졌다.

프레프레그재는, 적층체를 만들기 위하여 와류형으로 감겨지며 오토클레브내에서 가열 및 가압하에 경화되었다. 그 결과, 원통형상체가 얻어졌다.

다음에, 1mm의 두께를 가지는 고리형상의 마찰부재(D)가 원통형상체로부터 절단되었다. 예를들면, 제 3(b)도에 나타낸 바와같은 고리형상 마찰부재(D)는, 원둘레 방향으로 감겨진 방향족 폴리아미드 섬유의 배열 1셋트와, 방향족 폴리아미드 섬유의 단면이 마찰부재의 표면상에 노출되는 방향족 폴리아미드 섬유의 또다른 배열 1셋트를 가진다.

[실시예 5]

보강섬유(4a)의 재료로서, 탄소섬유 및 방향족 폴리아미드 섬유를 사용하였다. 프레프레그재는, 위사로서 탄소섬유와 경사로서 방향족 폴리아미드섬유를 직조한 하이브리드 평직 직포(상표명 "탄소-케블러 하이브리드 직포":가네보 유한회사제)를 폴리이미드수지에 함침시킴으로써 만들어졌다.

프레프레그재는, 적층체를 만들기 위하여 와류형으로 감겨졌고, 오토클레브내에서 가열 및 가압조건하에서 경화되었다. 그 결과, 원통형상체가 얻어졌다.

다음에, 1mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재(E)가 원통형상체로부터 절단되었다. 예를들면, 제 3(b)도에 나타낸 고리형상 마찰부재(E)는, 원둘레 방향으로 감겨진 방향족 폴리아미드 섬유의 배열 1셋트와, 탄소섬유의 단면들이, 마찰부재의 표면에서 노출되는 탄소섬유의 다른 배열 1셋트를 가진다.

[실시예 6]

보강섬유(4a) 재료로서, 탄소섬유를 사용하였다. 단방향 프레프레그재는, 탄소섬유(상표명 "비스파이트":도호 레이온 주식회사제)의 연속적인 얀 1다발을 비스말레이미드-트리아진 수지(상표명 "BT 2160" : 미쓰비시 기화 주식회사제)에 함침시킴으로써 만들어졌다.

프레프레그재는 원둘레 방향으로 감겨진 탄소섬유의 적층제를 만들기 위하여 와류형으로 감겨졌고, 오토클레브내에서 가열 및 가압 조건하에 경화되었다. 그 결과 섬유함량 65중량%를 가지는 원통형상체가 얻어졌다. 다음에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상의 마찰부재(H)가 원통형상체로부터 절단 되었다.

예를들면, 제 3(a)도에 나타낸 고리형상 마찰부재(H)는, 원둘레 방향으로 연속적으로 감겨진 탄소섬유의 배열을 가진다.

[실시예 7]

보강섬유(4a) 재료로서는 방향족 폴리아미드 섬유를 사용하였다. 단방향 프레프레그재는, 방향족 폴리아미드 섬유(상표명 "케블러":듀퐁 주식회사제)의 연속적인 얀1다발을 비스말레이미드-트리아진 수지(상표명 "BT 2160":미쓰비시 기화 주식회사제)에 함침시킴으로써 만들어졌다.

프레프레그재는, 감겨진 방향족 폴리아미드 섬유의 적층체를 만들기 위하여 원둘레 방향으로 감겨졌고, 오토클레브내에서 가열 및 가압하에 경화되었다.

그 결과, 섬유함량 65중량%를 가지는 원통형상체가 얻어졌다. 다음에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재(I)가 원통형상체로부터 절단되었다. 예를들면, 제3(a)도에 나타낸 고리형상 마찰부재(I)는 원둘레 방향으로 연속적으로 감겨진 방향족 폴리아미드 섬유의 배열을 가진다.

[비교예 1]

보강섬유(4a) 재료로서, 탄소섬유를 사용하였다. 단방향 프레프레그재는, 단방향으로 연신된 탄소섬유(상표명 "비스파이트" : 도호 레이온 주식회사제)의 연속적인 얀의 1 다발을 비스말레이미드-트리아진 수지(상표명 "BT 2160":미쓰비시 기화 주식회사제)에 함침시킴으로써 만들어졌다.

프레프레그재는, 오토클레브내에서 가열 및 가압하에 적층되고 경화되었다. 그 결과, 섬유함량 65중량%를 가지는 원통형상체가 얻어졌다. 다음에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재(J)가 원통형상체로부터 절단되었다.

예를들면, 제 7 도에 나타낸 고리형상 마찰부재(J)는 피구동 부재의 운동방향과 관계없는 방향인, 탄소섬유의 배열을 가진다. 마찰부재로서, 초음파 모우터에 고리형상 마찰부재(J)를 사용할 때, 마찰부재내의 보강섬유(4a)들이 일방향으로만 배열되므로, 진동 고정자(2) 및 보강섬유(4a) 사이의 마찰은, 항상 섬유(4a)의 축방향과는 다른 각도에 있게 된다.

[비교예 2]

보강섬유(4a) 재료로서는 방향족 폴리아미드 섬유를 사용하였다. 단방향 프레프레그재는, 단방향으로 연신된 방향족 폴리아미드 섬유(상표명 "케블러" : 듀퐁 주식회사제)의 연속적인 얀의 1다발을 비스말레이미드-트리아진 수지(상표명 "BT 2160":미쓰비시 기화 주식회사제)에 함침시킴으로써 만들어졌다. 프레프레그재는, 오토클레브내에서 가열 및 가압 조건하에서 적층되고 경화되었다.

그 결과, 섬유함량 65중량%를 가지는 원통형상체가 얻어졌다. 다음에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재가 원통형상체로부터 절단되었다.

예를들면, 제 7 도에 나타낸 고리형상 마찰부재(K)는 피구동 부재의 운동방향과 관계없는 방향인, 방향족 폴리아미드 섬유의 배열을 가진다.

먼저, 상술한 실시예 1 내지 실시예 5로부터 얻어진 고리형상 마찰부재(A) 내지 (E)를, 스테인레스강으로 만들어진 원판상에 고착시켰다.

마찰면상의 원둘레 방향내의 각 마찰부재(A) 내지 (E)의 마찰계수의 변화를 시간의 흐름에 따라 측정하였다. 마찰계수의 측정은, 상술한 마찰부재가 고착된 원판상에 소정 압력으로서, 스테인레스강으로 만들어진 볼(ball)과 접촉되는 조건하에서 원판을 회전시킴으로써 시행되었다. 원판이 회전될 때, 원판과 볼 사이에 마찰저항이 일어난다. 마찰계수의 값은, 마찰저항계에 의하여, 마찰저항의 측정으로부터 얻어졌다. 시간의 경과에 따른 마찰부재의 마찰계수의 변화를 제 1 표에 나타내었다.

본 발명에 관한 마찰부재의 마찰계수들을 비교함에 있어서, 섬유들이 임의로 배향된 다른 마찰부재(F) 및 (G)의 마찰계수의 변화도 역시 제 1 표에 나타내었다. 마찰부재(F)(1mm의 두께)는, 4mm로 절단된 탄소섬유 재료(40중량%)와 페놀수지(60중량%)의 혼합물을 압축함으로써 얻어졌다. 마찰부재(G)는, 2mm단위로 절단된 방향족 폴리아미드 섬유와 폴리이미드수지의 혼합물을 압축함으로써 얻어졌다.

[표 1]

제 1 표에 나타낸 바와같이, 스테인레스강으로 만들어진 볼과 실험 1 내지 5에서의 마찰부재 사이에 일어났을 때, 마찰부재(A) 내지 (E)의 마찰계수의 변화는 매우 적으며, 그 이유는 섬유들의 배향 방향과 동일 방향으로 마찰이 작용하기 때문이다.

한편, 마찰부재(F) 및 (G)의 마찰계수들은 실험 6 및 7에서 시간경과에 따라 비교적 크게 변화하는데, 그 이유는 섬유들이 어떤 소정 방향으로 배향되지 않기 때문이다.

다음에, 상술한 실시예 1 내지 실시예 5로부터 얻어진 마찰부재(A),(B),(C),(D) 및 (E)중의 하나를, 사용하여, 예를들면, 제 4 도에 나타낸 바와같은 원판형상 초음파 모우터들을 구성한다.

제 4 도에서, 부호(5)는 압전소자를 나타낸다.

스테인레스강으로 만들어진 진동 고정자(6)는, 접착제를 사용함으로써 압전소자(5)의 표면에 고착된다. (7)은 스테인레스강으로 만들어진 피구동 부재를 나타내며, 마찰부재(8)는, 피구동 부재(7)상에 고정되는 마찰부재(A) 내지, (E)들중의 하나에 해당한다. 피구동 부재(7) 및 진동 고정자(6)에 가해지는 스프링(도시하지 않음)의 압력은, 500gf.cm의 초기 제동 토오크를 만들수 있도록 조정된다.

마찰부재(A) 내지 (G)들을 사용한 초음파 모우터에 관하여, 전력을 차단한 후의 제동 토오크치와, 전력 공급 및 차단을 반복함에 따른 재시동 특성, 공진 주파수, 소정 시간의 구동후의 진동 고정자 및 마찰부재의 마모도를 측정하여 제 2 표에 나타내었다.

[표 2]

제 2 표로부터 명백한 바와같이, 피구동 부재의 회전방향과 동일방향으로 연속적으로 감겨진 섬유의 배열을 포함하는 마찰부재(A) 및 (C)중의 하나를 각각 사용한 초음파 모우터들은 실험결과를 실험번호 8 및 10의 열(列)에서 나타내었다. 양 모우터에 관하여, 제동 토오크의 변화는 시간의 경과에 따라 근소하였다. 또한, 시간의 경과에 따른 각 모우터의 공진 주파수의 변화도 근소하였으며, 재시동 특성은 어떠한 불리성을 나타내지 않았다. 더우기, 마찰부재의 마모도 적었으며, 다른 마찰부재에서 보였던 진동 고정자에서의 흠은 거의 관찰되지 않았다.

피구동 부재의 회전방향과 원칙적으로 동일한 방향으로 감겨진 섬유들의 배열 1셋트와, 마찰부재의 마찰면상에 단면들이 노출되는 섬유들의 다른 1셋트의 배열을 포함하는 마찰부재(B),(D) 및 (E)중의 하나를 각각 사용하는 초음파 모우터가 실험 9,11 및 12로서 실험되고 나타내어져 있다. 모우터들에 관하여는, 각 진동 고정자의 면에서는 약간의 흠이 발견되었다.

그러나, 마찰부재의 마모는 적었으며, 시간 경과에 따르는 제동 토오크의 변화 또한 적었다.

또한, 공진 주파수의 변화도 적고, 재시동 특성의 결점도 없었다.

한편, 띄엄띄엄하게 섬유들을 포함하는 마찰부재(F) 및 (G)중의 하나를 각각 사용하는 초음파 모우터는 실험 13 및 14로서 실험되고 나타내었다. 이 경우에, 양 모우터의 제동 토오크는 크게 변하였으며, 공진 주파수도 변화하였다. 결과적으로 모우터는 가끔 재시동되지 않았다. 더우기, 진동 고정자상의 흠도 심하게 나타나고, 마찰부재의 마모 역시 심하였다.

또 다른 원판형 초음파 모우터, 예를들면 제 4 도에서 나타낸 바와같이, 상술한 실시예 6 및 실시예 7에 의하여 만들어진 마찰부재(H) 및 (I)중의 하나를 각각 사용한 초음파 모우터들이 조립된다. 도면중, 마찰부재(H) 또는 (I)인 마찰부재(8)는 스테인레스강으로 만들어진 피구동 부재(7)상에 고착된다.

마찰부재(H), (I), (J) 및 (K)중의 하나를 각각 사용한 초음파 모우터들에 관하여, 모우터가 구동될때의 시동 토오크, 부하가 없을때의 회전수; 소음의 발생; 회전방향에 대하여 반대방향으로 300gf.cm의 부하를 건 상태에서 250r.p.m의 속도로 천만회 구동시킨후의 마찰부재 및 진동 고정자의 마모 깊이를 측정하고 결과를 제3표에 나타내었다.

[표 3]

제 3 표로부터 명백한 바와같이, 피구동 부재의 회전방향과 동일한 방향으로 연속적으로 감겨진 섬유의 배열을 포함하는 마찰부재(H) 및 (I)중의 하나를 각각 사용하는 초음파 모우터들이 실험15 및 16으로서 실험되고 나타내어져 있다. 양 모우터에 있어서는, 소음이 거의 나지 않았으며, 고출력이 발휘되었다. 천만회 회전 시킨후에도, 마찰부재 및 진동 고정자의 마모도가 매우 적었기 때문에 모우터는 일정한 성능을 나타내었으며, 연속 구동시에도 회전속도의 감소를 나타내지 않았다.

한편, 피구동 부재의 운동방향과 관계없는 방향으로 배열된 섬유들을 포함하는 마찰부재(J) 및 (K)중의 하나를 각각 사용한 초음파 모우터들은, 실험 17 및 18로서 실험되고 나타내어져 있다. 양 모우터에 있어서, 소음 발생은 현저하였다.

또한, 연속 구동시의 회전 속도의 변화도 관찰되었다. 즉, 천만회 회전후, 마찰부재(J)를 사용한 모우터의 회전 속도는 180r.p.m으로 감소되었고, 마찰부재(K)를 사용한 모우터의 회전속도는, 150r.p.m으로 감소되었다. 더우기, 천만회 회전후의 마찰부재의 마모와 진동 고정자의 마모는 현저하였다.

상술한 바와같이, 본 발명에 관한 초음파 모우터는, 피구동 부재의 이동 방향과 적어도 근본적으로는 같은 방향으로 배향되는 섬유 배열을 가지며, 압전소자의 압전효과에 의한 진행파를 발생하는 진동 고정자와 피구동 부재 사이에 설치되는 마찰부재를 사용한다.

즉, 마찰부재내의 보강섬유들은, 피구동 부재의 이동방향에 대하여 일정하게 배열된다. 따라서, 마찰부재의 마모가 진행되더라도, 마찰부재의 표면상에서 섬유들의 불규칙함이 거의 나타나지 않으며, 일정한 마찰접촉이 유지될 수 있다. 동시에, 섬유들은 진동 고정자의 표면을 거의 손상시키지 않는다.

더우기, 마찰부재는 상술한 바와같이 구성되며, 마찰부재의 마모 및 진동 고정자의 마모가 본질적으로 적고, 제동 토오크의 시간 경과에 다른 변화도 마찬가지로 감소된다. 더우기, 시간 경과에 따른 고정 진동자의 공진 주파수의 변화 역시 감소되며, 모우터의 안정된 시동이 유지된다. 따라서, 장기간 동안의 초음파 모우터의 신뢰도가 향상된다.

B) 보강섬유들이 피구동 부재의 운동방향에 직각으로 배열된 마찰부재를 사용한 바람직한 실시예의 다른 군:

[실시예 8]

탄소섬유가 보강섬유(4a)의 재료로서 사용되었다. 프레프레그재는 탄소섬유의 단방향성 테이프(상표명 "카보론 테이프":닛본 카본 주식회사제)를 페놀수지(상표명 "미렉스":미쓰이 도아쓰 화학 주식회사제)에 함침시킴으로써 만들어졌다. 프레프레그재는, 탄소섬유가, 감겨진 프레프레그재의 축방향과 평행한 방향으로 배열되도록 나선형으로 감겨졌다. 섬유함량 70중량%를 가지는 원통형상체는, 감겨진 프레프레그재를 오토클레브내에서 가열 및 가압 조건하에서 경화시킴으로써 얻어졌다. 이후에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상의 마찰부재(L)가 원통형상체로부터 절단되었다. 예를들면, 제5(a)도에서 나타낸 바와 같은 고리형상 마찰부재(L)는, 탄소섬유의 단면이 마찰부재의 표면에 노출되는, 탄소섬유의 배열을 가진다.

[실시예 9]

보강 섬유(4a)의 재료로서는, 방향족 폴리아미드 섬유를 사용하였다. 프레프레그재는 단방향으로 연신된 방향족 폴리아미드 섬유(상표명 "케블러":듀퐁 주식회사제)연속적인 얀들이 1다발을 페놀수지(상표명 "미렉스":미쓰이 도아쓰 화학 주식회사제)에 함침시킴으로써 만들어졌다. 프레프레그재는, 방향족 폴리아미드 섬유들이, 감겨진 프레프레그재의 축방향으로 배열되도록 나선형으로 감겨졌다. 섬유함량 70중량%를 가지는 원통형상체는, 감겨진 프레프레그재를 오토클레브내에서 가열 및 가압 조건하에서 경화시킴으로써 구해졌다. 이후에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재가 원통형상체로부터 절단 되었다. 예를들면, 제 5(a)도에서 나타낸 고리형상 마찰부재(M)는, 그의 단면이 마찰부재의 표면에 노출되는 방향족 폴리아미드섬유의 배열을 가진다.

[실시예 10]

보강 섬유(4a)의 재료로서 탄소섬유를 사용하였다. 탄소섬유(상표명 "비스파이트":도호 레이온 주식회사제)의 연속적인 얀은, 폴리이미드 수지(상표명 "케리미드" : 로네 푸랑 주식회사제)에 함침하였다. 얀은 금형 셋트내에 방사상으로 배치시킨 후, 섬유함량 70중량%를 가지는 원통형상체는,가열 및 가압하에서 주조에 의하여 얻어졌다. 다음에, 0.5mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재(N)가 원통형상체로부터 절단되었다. 예를들면, 제 5(b)도에서 나타낸 고리형상 마찰부재(N)는, 방사상으로 배치된 탄소의 배열을 가진다.

또 다른 원판형 초음파 모우터, 예를들면, 상술한 실시예 8, 실시예 9 및 실시예 10으로부터 만들어진 마찰부재(L),(M), 및 (N)중의 하나를 각각 사용하는 초음파 모우터들이 조립되었다. 도면중, 마찰부재(L), (M) 및 (N)중의 하나인 마찰부재(8)는 스테인레스강으로 만들어진 피구동 부재(7)상에 고정된다. 마찰부재(L),(M) 및 (N)중의 하나를 각각 이용한 초음파 모우터들에 관하여는, 모우터가 구동될때의 시동 토오크, 부하가 없을때의 회전수, 소음의 발생, 회전방향에 대하여 반대방향으로 300gf.cm의 부하를 걸고 250r.p.m의 속도로 천만회 구동후의 마찰부재와 진동 고정자의 마모도 등은 제 4 표에 나타내어져 있다.

[표 4]

제 4 표로부터 명백한 바와같이, 피구동 부재의 회전방향과 수직인 방향으로 연속 배향된 섬유들의 배열을 포함하는 마찰부재(L),(M), 및 (N)중의 하나를 각각 사용하는 초음파 모우터들은, 실험번호 19,20 및 21로써 실험되고 나타내어졌다. 각 모우터에 관하여는, 소음이 발생되지 않았으며, 고출력을 만들어 낸다.

천만회 회전후에도, 마찰부재 및 진동고정자의 마모도가 매우 적기 때문에, 초음파 모우터는 안정된 성능을 나타내었으며, 회전속도의 감소는, 연속구동시에 나타나지 않았다.

[비교예]

본 발명에 관한 상술한 마찰부재에 대한 배교예로서, 예를들면, 제 4 도에서 나타낸 바와같은 상술한 실시예들과 유사한 원판형 초음파 모우터가 조립되었다. 이 초음파 모우터는, 가열 및 가압 조건하에서 페놀수지 및 석면섬유의 혼합물의 주조에 의하여 만들어지는 마찰부재(1mm 두께)를 사용한다. 상술한 물질은, 큰 마찰계수를 가지기 때문에 전통적으로 클러치의 라이닝 재료로서 사용되었다. 원판형 초음파 모우터가 구동될 때, 800gf.cm의 시동 토오크와, 800r.p.m의 비부하 회전수가 얻어졌다. 그러나, 구동중에 소음의 발생이 있었다.

또한, 이 초음파 모우터는, 시초에는 300gf.cm의 부하가 걸린 상태에서 250r.p.m의 회전속도로 구동되었지만, 시간의 경과에 따라 회전속도가 점점 감소되었다. 이러한 초음파 모우터는 실제적인 이용이 불가능하였다.

더우기, 천만회 회전후의 마찰부재의 마모 깊이가 측정되었는 바, 약 85μm의 마모가 있었다. 시동 토오크 및 비부하 회전수의 값들도 초기값 보다 각각 감소되었다. 또한, 다른 종류의 마찰부재인 스테인레스강으로 만들어진 진동 고정자의 마모도가 측정되었을 때, 진동 고정자의 표면의 불규칙도 및 부분적인 흠이 관찰되었으며, 표면은 평균 약 8μm정도 마모되었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 관한 초음파 모우터는, 적어도 피구동 부재의 운동방향에 수직인 방향으로 배향되는 섬유의 배열을 가지며, 압전소자의 진동에 의하여 진행파를 발생시키는 진동 고정자 및 피구동 부재 사이에 설치되는 마찰부재를 사용한다. 즉, 마찰부재의 보강섬유는 피구동 부재의 운동방향에 대하여 일정하게 배열된다. 따라서, 마찰부재의 마모가 진행되더라도, 마찰부재상에서 섬유의 불규칙성이 거의 발생되지 않으며, 일정한 마찰 접촉이 유지될 수 있다. 동시에, 섬유는 진동 고정자의 표면을 거의 손상시키지 않는다.

더우기, 초음파 모우터가 장기간 구동되더라도, 마찰부재의 마모는 근본적으로 매우 적었다. 또한, 초음파 모우터가 장기간 구동될때라도 초음파 모우터의 특성은 거의 악화되지 않는다. 그 결과, 신뢰성있고 소음이 없는 초음파 모우터가 구해진다.

C) 피구동 부재의 이동 방향에 대해 소정 각도로된 방향으로 보강섬유들이 배열된 마찰부재를 사용한 또 다른 바람직한 실시예 :

[실시예 11]

보강섬유(4a)의 재료로서는 방향족 폴리아미드 섬유가 사용되었다. 프레프레그재는, 방향족 폴리아미드 섬유(상표명"케블러":듀퐁 주식회사제)를 고무 변성 페놀수지(상표명 "미렉스" : 미쓰이 도아쓰 화학 주식회사제)에 함침시킴으로써 제조되었다. 프레프레그재는 절단면에 대하여 45도의 각도를 취하는 방향으로 섬유가 배향되는 다수개의 테이프로 절단되었다. 이후에, 테이프들은 나선형으로 감겨지며, 오토클레브내에서 가열 및 가압 조건하에서 경화되었다. 그 결과, 섬유함량 60중량%를 가지는 원통형상체가 얻어졌다. 다음에, 1.0mm의 두께를 가지는 고리형상 마찰부재가 원통형상체로 부터 절단되었다. 제 6 도에서 나타낸 바와 같이 고리형상 마찰부재는, 마찰면에 대하여 45도 각도를 취하는 방향족 폴리아미드 섬유의 배열을 가진다. 예를들면, 제 4 도에서는, 이러한 마찰부재를 사용한 다른 원판형 초음파 모우터를 나타낸다.

이러한 원판형 초음파 모우터가 구동될때, 소음의 발생은 없었으며, 비부하 회전수 800r.p.m 및 90gf.cm의 큰 시동 토오크를 얻었다.

또한, 이 초음파 모우터가 회전방향과 반대방향으로 300gf.cm의 부하가 걸린상태에서 250r.p.m의 회전속도로 구동되었을때, 모우터의 회전속도는 시간의 경과에 따라 감소되지 않았으며, 모우터는 천만회 회전후에도 안정된 성능을 나타내었다.

더우기, 천만회 회전후에 마찰부재의 마모 깊이가 측정되었을때, 마찰부재의 마모도는 겨우 21μm이었다. 또한, 천만회 회전후에도, 시동 토오크의 값과 비부하 회전수는 초기값으로부터 거의 변하지 않았다. 또한, 다른 종류의 마찰부재인 스테인레스강으로 만들어진 진동 고정자의 마모 깊이가 측정 되었을때, 마모 깊이의 값을 1μm이하 였다. 즉, 진동 고정자는 거의 마모되지 않았다.

상술한 바와같이, 본 발명에 관한 초음파 모우터는, 피구동 부재의 운동방향에 대하여 적어도 45도의 각도를 취하는 방향으로 배향되는 섬유들의 배열을 가지며, 압전소자의 진동에 의하여 진행파를 발생하는 진동 고정자 및 피구동 부재 사이에 배치되는 마찰부재를 사용한다. 즉, 마찰부재내의 보강섬유들은, 피구동 부재의 운동방향에 대하여 일정하게 배열된다. 따라서, 마찰부재의 마모가 진행되더라도, 마찰부재의 표면상에서 섬유의 불규칙성이 거의 발생하지 않으며 일정한 마찰 접촉이 유지된다.

동시에, 섬유는 진동 고정자의 표면을 거의 손상시키지 않는다.

또한, 초음파 모우터가 장기간 구동되어도, 마찰부재의 마모가 근본적으로 매우적다. 또한, 장기간 구동 후에도 특성이 악화되지 않으며, 그 결과, 신뢰도가 높고 소음이 없는 초음파 모우터를 얻을 수 있다. 비록 본 발명은 어느정도 특수성을 가지는 바람직한 실시형태로 기술되었으나, 이들은, 특허청구의 범위 및 요지를 벗어나지 않고서, 구성과, 조합 및 배치등의 상세가 변화될 수 있는 것임을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 압전소자(1)와; 진행파를 발생하도록 상기 압전소자(1)상에 설치되는 진동 고정자(2)와; 피구동 부재(3); 및 상기 진동 고정자(2)와 상기 피구동 부재(3) 사이에 설치되며, 적어도 소정방향으로 배열된 보강섬유(4a)를 가지는 마찰부재(4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유(4a)들의 상기 배열은, 상기 피구동 부재(3)의 운동방향과 근본적으로 동일방향에 연속적으로 배향되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유(4a)들의 상기 배열은, 상기 피구동 부재(3)의 운동방향에 근본적으로 수직방향에 배향되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 보강섬유(4a)들의 상기 배열은, 상기 피구동 부재(3)의 운동방향에 대하여 소정각도를 취한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
5. 압전소자(5)와; 진행파를 발생하도록 상기 압전소자(5)상에 마련되는 진동 고정자(6)와; 피구동 부재(7); 및 보강섬유(4a)의 감겨진 직포로 만들어지며, 상기 진동 고정자(6)와 상기 피구동 부재(7)의 사이에 설치되는 마찰부재(8)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 보강섬유(4a)의 상기 직포는, 2 또는 3종류의 섬유로 직조된 하이브리드 직포인 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.

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