KR910003672B1

KR910003672B1 - 초음파 모우터

Info

Publication number: KR910003672B1
Application number: KR1019880014775A
Authority: KR
Inventors: 오사무 가와사끼; 다까히로 니시쿠라; 가쯔 다께다
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교오 가부시끼가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1991-06-08
Also published as: JP2638856B2; KR890009049A; DE3883483D1; US5408156A; EP0315933B1; EP0315933A3; JPH01129782A; EP0315933A2; DE3883483T2

Abstract

내용 없음.

Description

초음파 모우터

제 1 도는, 종래의 고리형 초음파 모우터를 나타내는 사시도.

제 2 도는, 제 1 도에서의 압전(壓電) 세라믹 부재(2)상에 배설된 전극들을 나타내는 저면도.

제 3 도는, 회전자(6)의 운동과 진동하는 고정자(3)의 진동 사이의 관계를 나타내는 도면.

제 4 도는, 고리형상의 진동하는 고정자(3)를 나타내는 도면 및, 그의 변위 분포를 나타내는 그래프.

제 5 도는, 종래의 원판형 초음파 모우터를 나타내는 일부 절개 사시도.

제 6 도는, 제 5 도의 진동하는 고정자(9)를 나타내는 도면 및, 그의 변위 분포를 나타내는 그래프.

제 7 도는, 종래의 원판형 초음파 모우터의 진동하는 고정자(9A)를 나타내는 확대 사시도.

제 8 도는, 또 다른 종래의 원판형 초음파 모우터의 진동하는 고정자(9B)를 나타내는 확대 사시도.

제 8 도의 a는, 본 발명의 고리형 초음파 모우터를 나타내는 사시도.

제 8 도의 b, 본 발명의 원판형 초음파 모우터를 나타태는 일부 절개 사시도.

제 9 도는, 본 발명의 1실시예인 고리형 초음파 모우터내의 압전부재(25)를 나타내는 평면도.

제 10 도는, 본 발명의 제 1 실시예의 2개의 구동 전극 내에서의 굴곡 진동의 위치적 관계를 나타내는 그래프.

제 11 도의 (a)는, 본 발명의 제 2 실시예인 고리형 초음파 모우터내의 압전 부재(26)를 나타내는 평면도.

제 11 도의 (b)는, 제 11 도의 (a)의 저면도.

제 12 도의 (a)는, 본 발명의 제 3 실시예인 원판형 초음파 모우터내의 압전 부재(29)를 나타내는 평면도.

제 12 도의 (b)는, 제 12 도의 (a)의 저면도.

제 13 도의 (a)는, 본 발명의 제 4 실시예인 선형 초음파 모우터내의 압전 부재(60)를 나타내는 평면도.

제 13 도의 (b)는, 제 13 도의 (a)의 저면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 탄성 부재 2 : 압전 세라믹 부재

3 : 고정자 4 : 라이닝 부재

5 : 탄성 부재 6 : 회전자

7 : 탄성 부재 8 : 압전 부재

9,9A : 고정자 10 : 라이닝 부재

11 : 탄성 부재 12 : 회전자

14,15 : 압전 부재 14a, 15a : 단편 전극

16:금속판 17 : 탄성 부재

18 : 돌출 부재 20,21 : 전극군

20a, 21a : 단편전극 22 : 압전 부재

23 : 탄성 부재 24 : 축

25,26 : 압전 부재 28 : 단자

29 : 압전 부재 30 : 외부톱니형 전극

30a, 31a : 단편 전극 30b, 31b : 전극형상의 띠

31 : 내부 톱니형 전극 34 : 단편 전극

43 : 고정자 49 : 고정자

51 : 화살표 55 : 접속 수단

56 : 전극형상의 띠 57 : 간격

60 : 압전 부재 61, 62 : 톱니형 전극

61a, 62a : 단편전극 61b, 62b : 전극형상의 띠

62 : 간격(단편 전극) a 내지 x, z : 단편전극

본 발명은, 압전(壓電) 소자와 같은 전기 기계적 변환기에 의하여 발생되는 탄성 진행파에 의하여 구동력이 부여되는 초음파 모우터에 관한 것이다.

제 1 도는, 미합중국 특허 제4,484,099호 및 제4,692,651호에 개시된 종래의 고리형 초음파 모우터를 나타내는 도면이다. 진동하는 고정자(3)는, 강철과 같은 탄성물질로 만들어지는 고리형상의 탄성부재(1)와, 고리형상의 압전 세라믹 부재(2)로 구성된다. 압전 세라믹 부재(2)는 탄성부재(1)의 한쪽면상에 부착된다. 회전자(6)는, 마찬가지로 강철과 같은 탄성 물질로 만들어진 고리형상의 탄성부재(5)와, 내마모성 물질로 만들어지는 고리형상의 라이닝(Lining) 부재(4)로 구성된다.

라이닝 부재(4)는 탄성부재(5)의 한쪽면 상에 부착된다.

회전자(6)의 라이닝 부재(4)는, 탄성부재(1)의 다른쪽 면과 소정 압력으로 접촉한다. 전압이 압전 세라믹 부재(2)에 가해지면, 굴곡진동하는 진행파가 진동하는 고정자(3)의 원주 방향으로 발생하며, 이에 의하여 회전자(6)는 화살표(51)로 나타낸 방향으로 회전한다.

제 2 도는, 제 1 도에서의 압전 세라믹 부재(2)상에 배설된 전극들을 나타내는 저면도이다. 제 2 도에서 나타낸 구성에 있어서는, 진행파의 9개의 파장이 압전 세라믹 부재(2)의 원주 방향으로 진행된다.

전극군(群)(A) 및 (B)는, 각각 다수개의 단편적인 전극(a) 및 (b)들로 구성된다.

원주방향의 각 단편 전극(a) 또는 (b)의 길이는 진행파의 반파장(굴곡 진동의 파장)에 해당한다.

원주 방향의 전극(c) 및 (D)의 길이는, 각각 진행파의 파장의 4분의 3 및 4분의 1에 해당한다. 전극(C) 및 (D)는, 전극군(A) 및 (B)로부터 4분의 1파장(π/2 라디안)의 위치적 차이를 두고 배치된다.

전극군(A) 및 (B)내의 단편전극(a) 또는 (b)들 아래의 인접한 2 구역의 분극 방향은, 전극의 두께 방향에 관하여 상호 반대로 된다.

평판 전극(도시하지 않음)은, 압전 세라믹 부재(2)의 반대면(즉, 제2도에서 나타낸 상부면의 뒤쪽)전체에 배치된다.

이 반대면은 탄성부재(1)(제 1 도)와 접합된다. 전극군(A) 및 (B)에 전압을 가하기 위하여, 다수개의 단편전극(a) 및 (b)들은, 각각 하나의 구동전극으로 기능하도록 전기적으로 접속된다.

상술한 압전 세라믹 부재(2)에 있어서, 다음과 같이 정의되는 전압

V₁=V₀·sin(

t)…………………………………………………………………… (1)

V₂=V₀·cos(

t)…………………………………………………………………… (2)

(여기에서, V₀는 전압의 진폭, ω는 각 주파수, t는 시간이다)들이 각각 전극군(A) 및 (B)에 가해지면, 원주방향으로 진행하는 굴곡진동이, 진동하는 고정자(3)내에 발생된다.

굴곡진동은 다음과 같은 관계를 가진다 ;

ζ=ζ₀[cos(

t)·cos(kx)+sin(

t)·sin(kx)]

=ζ₀cos(

t-kx)………………………………………………………………… (3)

여기에서, ζ는 굴곡진동의 순시치이고, ζ₀는 굴곡진동의 진폭이며, k는 파수(λ/2π), λ는 파장이며, x는 위치이다.

제 3 도는, 진동하는 고정자(3)와, 회전자(6)의 운동 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 진동하는 고정자(3)의 표면상의 A 점은, 진행파에 의하여 대축(2w) 및 소축 (2u)으로써 타원 운동을 한다. 회전자(6)는, 타원의 꼭대기 부근의 위치에서 소정의 압력으로, 진동하는 고정자와 접촉되며, 이에 의하여, 화살표(53)로써 나타낸 진행파의 진행 방향과 반대인, 화살표(52)에 의하여 나타낸 방향으로 마찰적인 운동을 하게 된다.

이 운동의 속도는 다음 식으로 주어진다:

V=w×u

제 4 도는, 고리형의 진동하는 고정자(3)를 나타내는 도면 및, 그의 변위 분포를 나타내는 그래프로서, Z는 진동하는 고정자(3)의 직각 방향에서의 변위이며, r는 방사방향 내의 위치에 대한 반지름이다.

통상, 방사방향으로는 1차의 굴곡 진동형식과, 원주방향으로는 3차 이상의 굴곡 진동형식이 고리형의 초음파 모우터에 가해진다.

상술한 종래의 초음파 모우터에 있어서, 압전 세라믹 부재(3)의 원주방향으로, 진행파의 1파장[(3/4)λ+(1/4)λ=λ]을 점유하는 전극(C) 및 (D)(제 2 도)의 어느 것에도 전압은 인가되지 않는다.

이들 전극(C) 및 (D)들은 구동력에 아무런 기여도 하지 않기 때문에, 초음파 모우터에 대한 출력을 저하시킨다.

그 외에도, 하나의 구동전극(A) 또는 (B)가, 고리형의 압전 세라믹 부재(2)의 길이의 절반내에 마련되므로, 회전자(6)의 회전이 불안정하여 2개의 전극(A) 및 (B)가 상호간에 상이한 악 영향을 주며, 이에 의하여 초음파 모우터에 있어서 바람직하지 않은 특성의 변화를 가져오게 된다.

제 5 도는, 종래의 원판형 초음파 모우터를 나타내는 일부 절개 사시도이다. 진동하는 고정자(9)는, 원판형 압전 부재(8)와 원판형 탄성부재(7)로 구성된다.

회전자(12)는, 내마모성 물질로 만들어진 라이닝 부재(10) 및 탄성부재(11)로 구성된다. 회전자(12)의 라이닝 부재(10)는, 진동하는 고정자(9)의 탄성부재(7)와 소정압력으로 접촉된다.

방사방향으로 고차(高次)의 굴곡 진동 및, 원주방향으로 3차 이상의 굴곡 진동으로 구성되는 진행파는, 진동하는 고정자(9)내에서 발생되며, 이에 의하여 회전자(12)의 회전 운동을 하도록 한다.

제 6 도는, 제 5 도의 진동하는 고정자(9)를 나타내는 도면 및, 그의 방사방향에서의 변위 분포를 나타내는 그래프로서, Z는 진동하는 고정자(9)의 면에 수직인 방향에서의 변위이며, r는 방사방향내의 위치에 대한 간격이다.

제 7 도는, 종래의 원판형 초음파 모우터의 진동하는 고정자(9A)를 나타내는 확대 사시도이다. 진동하는 고정자(9A)는, 탄성부재(17)와 2개의 압전부재(14) 및 (15)를 포함한다. 압전부재(14) 및 (15)는, 각각 그의 위에, 많은 단편전극(14a) 및 (15a)의 구역들로 구성되는 구동 전극을 가진다.

원주방향내의 각 단편 전극(14a) 또는 (15a)의 길이는, 진행파의 반파장에 해당한다.

압전부재(15), 금속판(16), 압전부재(14) 및 탄성부재(17)는 그 순서대로 축방향으로 포개어져서, 상호 동축적으로 접합되며, 이에 의하여 진동하는 고정자(9A)를 완성한다.

단편전극의 각 구역(14a)은, 진동하는 고정자(9A)이 원주방향내에서 단편전극의 각 중앙부(15a)의 바로 위에 위치된다.

상호간에 π/2 라디안의 위상차를 가지는 상이한 전압이 동시에, 공통단자로서 기능하는 금속판(16)과 함께 상술한 압전부재(14) 및 (15)에 가해지면, 그의 파장의 4분의 1(π/2 라디안)만큼 상호간에 상이한 공간적 위치를 가지는 2개의 정재파(定在波)가 발생된다.

이에 의하여, 진행파는 진동하는 고정자(9A)내에 발생된다.

돌출부재(18)는, 진동의 파복(波腹)(54)(제 6 도)이 형성되는 위치에서 탄성부재(17)상에 배치된다. 돌출부재(18)를 통하여, 기계적인 출력이 회전자(도시하지않음)로 전달되고, 이에 의하여 회전자를 축(19)주위로 회전시킨다.

제 7 도에서 나타낸 상술한 원판형 초음파 모우터에 있어서는, 동축적으로 접합된 2개의 압전부재(14) 및 (15)로부터 나타나는 기계적인 하중이 서로 다르다.

따라서, 2개의 압전부재(14) 및 (15)의 전극단자(도시하지 않음)로부터 나타나는 임피던스도 상호 다르다. 상호간의 진폭은 동일하지만, 위상이 π/2 라디안 만큼 차이나는 2 전압이 각 압전부재(14) 및 (15)에 가해지면, 상호간에 상이한 진폭을 가지는 2개의 정재파가 각 압전부재(14) 및 (15)내에 발생된다.

결과적으로, 큰 정재파로 구성되는 진행파가 발생되며, 이에 의하여 초음파 모우터의 효율저하가 초래된다. 또한 그외에도, 외부 부하(도시하지 않음)의 변화가 압전부재(14) 및 (15)에 상이하게 미치기 때문에, 부하의 변화에 대한 초음파 모우터의 회전 특성에 있어서의 바람직하지 못한 변화가 생긴다.

더우기, 2개의 압전부재(14)(15), 금속판(16) 및 탄성부재(17)사이에 많은 접착제의 접합층이 존재하기 때문에, 윤활작용의 신뢰도를 향상하기도 어렵다.

제 8 도는 종래의 또다른 원판형 초음파 모우터의 진동하는 고정자(9B)를 나타내는 확대 사시도이다. 진동하는 고정자(9B)는, 탄성부재(23)과, 이 탄성부재(23)에 접합되는 압전부재(22)를 포함하며 구성된다. 전극군(20) 및 (21)들은, 압전부재(22)상에 동축적으로 배치된다. 전극군(20) 및 (21)들은, 단편전극(20a) 및 (21a)으로 각각 구성된다.

원주방향의 각 전극(20a) 또는 (21a)의 길이는 진행파의 반파장에 해당한다. 이들 단편전극(20a) 및 (21a)들은 인접한 전극들에 잇달아서 전기적으로 접속되며, 이에 의하여 2개의 원형전극군(20) 및 (21)을 형성한다.

상호간에 π/2 라디안의 위상차를 가지는 전압들이 전극군(20) 및 (21)에 가해지면, 진동하는 고정자(9B)내에 진행파가 발생된다. 기계적인 출력이 회전자(도시하지 않음)로 전달되며, 이에 의하여 회전자는 축(24)주위로 회전하게 된다.

제 8 도에서 나타낸 상술한 원판형 초음파 모우터에 있어서는, 회전특성이, 원주방향에서의 부하 변화에 대하여 안정하다.

그러나, 회전자가 그의 방사 방향으로 힘을 받을 때, 방사방향에 있어서 변위 분포가 변화되며, 이에 의하여, 각 전극(20) 및 (21)은 상호간으로부터 상이한 영향을 받게 된다. 따라서, 2개의 전극군(20) 및 (21)로부터 나타나는 임피던스가 균형이 맞지 않게 되고, 회전 특성이 바람직하지 않게 변화된다.

본 발명의 목적은, 부하의 변동에 대한 모우터의 특성을 거의 변화시키지 않으며, 높은 효율로서 큰 기계적 힘을 출력할 수 있는 초음파 모우터를 제공하는 데에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 초음파 모우터는 : 회전자와, 이 회전자를 구동하기 위하여 진행파가 발생되는 진동하는 고정자를 포함하여 구성되며, 진동하는 고정자는 : 압전 부재와 ; 제1구동 신호를 수납하도록 상호간에 전기적으로 접속되며, 제1간헐(間歇)고리를 형성하는 방식으로 압전 부재의 원주방향 및 그의 제1면 상에 배열되며, 각각은 4분의 1파장에 상당하는 원주방향의 길이를 가지며, 인접하는 전극과 반대방향으로 분극(分極)되는 다수개의 제1단편(單片) 구동 전극과 ; 제2구동 신호를 수납하도록 상호간에 전기적으로 접속되며, 제2간헐고리를 형성하는 방식으로 압전 부재의 원주방향 및 그의 제1면상에 배설되며, 각각은 4분의 1파장에 상당하는 원주방향의 길이를 가지며, 인접하는 전극과 반대방향으로 분극되는 다수개의 제2단편 구동 전극과, 제1간헐고리 및 제2간헐고리는 제1단편 전극과 제2단편 전극의 어느 하나를 교대로 설치함으로써 하나의 실질적인 연속고리를 형성하고 ; 압전 부재의 제2면상에 설치되는 제3구동전극 및 ; 압전부재의 제2면에 고정되는 탄성부재를 포함하여 구성되는 초음파 모우터가 제공된다.

상술한 초음파 모우터에 있어서, 모우터의 기계적 출력은 종래의 초음파 모우터보다 크며, 회전자의 회전은 부하의 변동에 대하여 안정된 것이다.

본 발명의 신규한 특징들은 첨부된 특허청구의 범위에 특별히 개시되어 있으나, 본 발명은, 첨부된 도면에 관련된 이하의 상세한 기술로부터, 구성 및 내용의 양면에 대하여 그의 목적 및 특징들에 따라 좀더 잘 이해되고 인식될 수 있다.

[실시예]

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 기술한다.

제 8 도의 a는, 본 발명의 고리형 초음파 모우터를 나타내는 사시도이다.

진동하는 고정자(43)는, 강철등과 같은 탄성부재로 만들어지는 고리형상 탄성부재와, 세라믹등으로 만들어진 고리형상 압전부재(25)를 포함하여 구성된다. 압전부재(25)는 탄성부재(1)의 한쪽면 상에 접합된다.

회전자(6)는, 마찬가지로 강철과 같은 탄성물질로 만들어지는 고리형상 탄성부재(5)와, 내마모성 물질로 만들어지는 고리형상 라이닝 부재(4)를 포함하여 구성된다. 라이닝 부재(4)는 탄성부재(5)의 한쪽면상에 접합된다. 회전자(6)의 라이닝 부재(4)는, 탄성부재(1)의 다른면과 소정압력으로 접촉된다.

압전부재(25)에 전압이 가해지면, 진동하는 고정자(43)의 원주방향으로 굴곡진동의 진행파가 발생되며, 이에 의하여, 회전자(6)는 화살표(51)에 의하여 나타낸 방향으로 회전한다. 제 8 도의 b는, 원판형 초음파 모우터를 나타내는 일부 절개 사시도이다. 진동하는 고정자(49)는, 원판형상 압전부재(29) 및 원판형상 탄성부재(7)를 포함하여 구성된다.

회전자(12)는 탄성부재(11)와, 내마모성물질로 만들어지는 라이닝 부재(10)를 포함하여 구성된다. 회전자(12)의 라이닝 부재(10)는, 진동하는 고정자(49)의 탄성부재(7)와 소정의 압력으로 접촉된다.

방사방향으로 고차의 굴곡 진동으로 구성되며, 원주방향으로는 3차 이상의 굴곡 진동으로 구성되는 진행파는, 진동하는 고정자(49)내에 발생되며, 이에 의하여 회전자(12)의 회전 운동이 일어난다.

제 9 도는, 고리형 초음파 모우터에 사용되는 제 1실시예의 압전부재(25)를 나타내는 평면도이다. 다수개의 단편전극(a) 내지 (p)들이 압전부재(25)의 한쪽면(제1면)상에 배설된다. 각 단편전극의 길이는, 압전부재(25)를 진행하는 진행파의 파장(굴곡 진동의 파장)의 4분의 1에 해당하도록 채택된다. 평판 전극(도시하지 않음)은, 압전부재(25)의 반대면(제2면, 즉 제 9 도의 뒤쪽)전체에 배설된다.

모든 2개의 인접한 단편전극들[예를들면, 전극(a) 및 (b)와, 전극(c) 및 (d)]의 분극 방향은, 단편전극(a) 내지 (p)의 두께 방향에 대하여 상호 반대로 된다. 압전부재(25)의 제2면과 탄성부재(1)(제 8 도의 A)의 제2면을 접합함으로써 고리형상의 진동하는 고정자(43)(제 8 도의 A)가 형성된다.

단편전극(a) 내지 (p)에 전압을 가하기 위하여, 단편전극(a) 내지 (p)들은 다음 전극과 교대로 접속된다. 즉, 단편전극(a),(c),(e),(g),(i),(k),(m) 및 (o)들은 상호접속되어 제1구동전극군(제1간헐고리)을 형성하며, 마찬가지로, 단편전극(b),(d),(f),(h),(j),(l),(n) 및 (p)들은 상호 접속되어 제2구동전극군(제2간헐고리)을 형성한다.

상호간에 π/2 라디안의 위상차를 가지는 2개의 전압들이, 본질적으로 연속적인 고리를 형성하는 원주방향 내에 교대로 배설되는 2개의 구동 전극들에 가해지면, 압전 부재(25)내에 굴곡진동이 발생된다.

제 10 도는, 2개의 구동 전극들내의 굴곡 진동들의 위치 관계를 나타내는 그래프이다. 굴곡 진동의 2개의 정재파(A) 및 (B)의 위치들은 상호간에 그들의 파장의 4분의 1씩 상이하며, 이에 의하여, 진동하는 고정자(43)(제 8 도의 A)내에 진행파가 발생되며, 원주방향으로 진행하게 된다.

제 11 도의 (a)는, 고리형상 초음파 모우터 내의 제2실시예의 압전부재(26)를 나타내는 평면도이다. 다수개의 단편전극(a) 내지 (p)들은 압전부재(26)의 한쪽면(제1면)상에 배설된다. 원주방향에서의 각 단편전극의 길이는, 진행파의 파장의 4분의 1에 해당하도록 채택된다. 단편전극(a),(c),(e),(g),(i),(k),(m) 및 (o)들은 각각 하나의 전극 형상의 띠(56)를 통하여 접속되며, 이에 의하여 제1간헐고리를 형성한다. 제 11 도의 (b)는 제 11 도의 (a)의 저면도로서, 압전부재(26)의 또다른면(제2면)을 나타낸다.

다수개의 단편전극(q) 내지 (x)들은 압전부재(26)의 제2면상에 배설된다. 원주방향의 각 단편전극의 길이는, 진행파의 반파장에 해당한다. 제2면상의 단편전극의 점유면적은 제1면상의 단편전극 1쌍에 해당한다.

예를들면, 제 1면상의 단편전극(a) 및 (b)는, 제2면상의 단편전극(q)에 해당한다. 인접하는 단편전극[예를들면, 전극(q) 및 (r)]들의 분극 방향은, 단편전극(q) 내지 (x)의 두께방향에 관하여 상호반대로 된다. 따라서, 제 1면상의 인접한 단편전극쌍[예를들면, 전극(a) 및 (b)와 전극(c) 및 (d)]에 나타나는 분극방향은, 제 1실시예(제 9 도)와 유사한 상태로, 단편전극(a) 내지 (p)의 두께 방향에 관하여 서로 반대로 된다.

다시 말해서, 단편전극(a),(c),(e),(g),(i),(k),(m) 및 (o)의 분극 방향들은 원주방향에서 교대로 바뀌어지며, 단편전극(b),(d),(f),(h),(j),(l),(n) 및 (p)의 분극 방향들도 마찬가지로 유사하게 바뀐다.

압전부재(26)가 진동하는 고정자(43)(제 8 도의 A)에 조립될 때, 압전부재(26)의 제2면은, 강철이나 알루미늄으로 만들어진 탄성부재(1)(제 8 도의 A)에 접합된다. 만약 탄성부재(1)가 도체로 만들어진다면, 제2면상의 단편전극(q) 내지(x)들은 그들을 탄성부재(1)에 직접 부착시킴으로써 전기적으로 접속된다. 만약 탄성부재가 절연체로 만들어진다면, 단편전극(q) 내지 (x)들은 도시하지 않은 전기적인 접속수단에 의하여 전기적으로 접속된다.

단편전극(b),(d),(f),(h),(j),(l),(n) 및 (p)들은, 와이어등과 같은 전기적인 접속수단(55)에 의하여 전기적으로 접속되며, 이에 의하여 제2간헐고리를 형성한다.

단자(27)는, 상호 일체적으로 형성된 전극(a),(c),(e),(g),(i),(k),(m) 및 (o)로부터 인출되며, 또다른 단자(28)는, 상호 전기적으로 접속되는 전극(b),(d),(f),(h),(j),(l),(n) 및 (p)로부터 인출된다. 상호 π/2 라디안의 위상차를 가지는 2개의 구동 전압들이 각 단자(27) 및 (28)에 가해지면, 굴곡진동이 진동하는 고정자(43)내에 발생되며, 진행파는 원주방향으로 진행한다.

제 12 도의 (a)는 원판형 초음파 모우터의 제 3 실시예의 압전부재(29)를 나타내는 평면도이다. 외부톱니형 전극(30)은, 다수개의 단편전극(30a)들과, 인접하는 2개의 단편전극(30a) 및 (30a)을 접속하는 전극형상의 띠(30b)를 구비하도록 형성된다. 또한, 내부 톱니형 전극(31)은, 다수개의 단편전극(31a)들과, 인접하는 2개의 단편전극(31a) 및 (31a)을 접속하는 전극 형상의 띠(31b)를 구비하도록 형성된다.

전극(30) 및 (31)들은, 그들 사이에 간격(57)을 두고서 압전부재(29)상에 마련되며, 이에 의하여 2개의 구동전극으로 기능한다. 원주방향의 각 단편전극(30a) 또는 (31a)의 각각의 길이는, 진행파의 파장의 4분의 1에 해당되도록 선택된다. 제 12 도의 (b)는 제 12 도의 (a)의 저면도로서, 압전부재(29)의 또 다른면(제2면)을 나타낸다.

다수개의 단편전극(34)들은 압전부재(26)의 제2면상에 배설된다. 원주방향의 각 단편 전극(34)의 길이는 진행파의 반파장에 상당하도록 채택된다. 제2면상의 단편전극(34)의 점유 면적은, 제1면상의 단편전극쌍(30a) 및 (31a)의 면적에 해당한다. 인접하는 단편전극(34)의 분극 방향은, 단편전극(34)의 두께 방향에 관하여 상호 반대로 된다. 따라서, 인접하는 2쌍의 단편전극[(30a,31a) 및 (30a,31a)]들에 나타나는 분극의 방향은, 전극(30) 및 (31)의 두께 방향에 관하여 상호 반대로 되며, 그 상태는 제 1실시예(제 9 도) 및 제 2실시예(제 11 도의 (a))와 유사하다.

압전부재(29)가 진동하는 고정자(4a)(제 8 도의 B)내에서 조립될 때, 압전부재(29)의 제 2 면은 강철 또는 알루미늄으로 만들어지는 탄성부재(7)(제 8 도의 B)에 접합된다. 만약 탄성부재(7)가 도체로 만들어진다면, 제2면상의 단편전극(34)들은, 그들을 탄성부재(7)에 직접 부착함으로써 전기적으로 접속된다. 만약 탄성부재(7)가 절연체로 만들어진다면, 단편전극(34)들은 도시하지 않은 전기적 접속 수단에 의하여 전기적으로 접속된다.

단자(32) 및 (33)들은 각각 전극(30) 및 (31)로부터 인출된다. 상호 π/2 라디안의 위상차를 가지는 2개의 구동전압이 각 단자(32) 및 (33)상에 가해지면, 방사방향으로 고차의 굴곡진동이, 진동하는 고정자(49)내에 발생되며, 원주방향으로는 진행파가 진행한다.

상술한 제 2실시예 및 제 3실시예에 있어서, 제2면상의 각 단편 전극(q) 내지 (x) 또는 (34)의 원주방향 길이는, 각 단편전극(q) 내지 (x)(제 11 도의 (b)) 또는 (34)(제 12 도의 (b))들이 그 구역으로 분할된다면, 상술한 각 실시예에 따르면, 구동전극들은 압전소자의 전체 표면에 걸쳐 분산적으로 배설되므로, 큰 기계적 출력을 얻게 된다. 또한, 구동전극들이 원주방향으로 분산되어 배설되므로, 회전특성은 초음파 모우터의 부하변동에 대하여 거의 변화되지 않는다.

비록 상술한 실시예들은 회전기계내에서 기술되었으나, 본 발명은 선형 초음파 모우터와 같은 비회전 모우터에도 적용가능하다. 선형 초음파 모우터에 있어서는, 예를들면 제12도의 (a)를 직선형으로 발전시킨것에 해당하는 제13도의 (a)에서 나타낸 바와같은 선형의 진동하는 고정자를 진행하는 진행파의 진행방향으로, 작은 전극들의 2군들이 교대로 배설된다.

도면에 있어서, 톱니 형상 전극(61)은, 다수개의 단편전극(61a)들과, 인접한 2개의 단편전극(61a) 및 (61a)와 접속되는 전극 형상의 띠(61b)를 가지도록 형성되며, 또다른 톱니형상 전극(62)은, 다수개의 단편전극(62a)과, 인접하는 2개의 단편전극(62a) 및 (62a)와 접속되는 전극 형상의 띠(62b)를 가지도록 형성된다.

전극(61) 및 (62)들은 그들 사이에 간격(63)을 두고 압전부재(60)상에 배설되어, 2개의 간헐 열(列)형상 구동 전극을 형성한다. 진행 방향 내의 각 단편전극(61a) 또는 (62a)의 길이는, 진행파의 파장의 4분의 1에 해당한다.

제 13 도의 (b)는, 제 13 도의 (a)이 저면도로서, 압전부재(60)의 다른면(제 2 면)을 나타낸다. 다수개의 단편전극(63)들은, 압전부재(60)의 제2면상에 배설된다. 원주방향의 각 단편전극(63)의 길이는, 진행파의 반파장에 해당하도록 채택된다. 비록, 본 발명은 어느정도의 특성을 가진 바람직한 형태내에서 기술되었으나, 이하에서 청구된 본 발명의 범위 및 요지를 벗어나지 않고서, 부분들의 구성과 조합 및 배치의 상세한 내용에 있어서 본 바람직한 형태의 개시가 변화될 수 있음을 알 수 있다.

Claims

회전자와(6,12)와, 상기 회전자를 구동하기 위하여 진행파가 발생되는 진동하는 고정자(43,49)를 포함하여 구성되며, 상기 진동하는 고정자는 : 압전(壓電)부재(25,26,29)와 ; 제1구동 신호를 수납하도록 상호간에 전기적으로 접속되며, 제1간헐(間歇)고리를 형성하는 방식으로 상기 압전부재의 원주방향 및 그의 제1면상에 배설되며, 각각은 4분의 1파장에 상당하는 원주방향의 길이를 가지며 인접하는 전극과 반대 방향으로 분극(分極)되는 다수개의 제1단편(單片)구동전극(a,c,e,g,i,k,m 및 o, 또는 30)과; 제2구동신호를 수납하도록 상호간에 전기적으로 접속되며, 제2간헐고리를 형성하는 방식으로 상기 압전부재의 원주방향 및 그의 제1면상에 배열되며, 각각은 4분의 1파장에 상당하는 원주방향의 길이를 가지며, 인접하는 전극과 반대방향으로 분극되는 다수개의 제2단편 구동전극(b,d,f,h,j,l,n 및 p, 또는 30)과, 상기 제1간헐고리 및 제2간헐고리는, 상기 제1단편전극과 제2단편전극의 각각을 교대로 설치함으로써 하나의 실질적인 연속고리를 형성하고 ; 상기 압전부재의 제2면상에 설치되는 제3구동전극(z,q 내지 x,34) 및 ; 상기 압전 부재의 제2면에 고정되는 탄성 부재(1,7)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 1 항에 있어서, 상기 제3전극은, 상기 압전부재의 상기 제2면 전체에 걸쳐 배설되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 1 항에 있어서, 상기 제3전극은, 다수개의 제3단편 전극(q 내지 x,34)들로 구성되며, 상기 제3단편 전극의 각각은, 상기 진행파의 반파장에 해당하는 원주 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 1 항에 있어서, 상기 제3전극은, 다수개의 제3단편전극(q 내지 x,34)들로 구성되며, 상기 제3단편 전극의 각각은, 상기 진행파의 파장의 4분의 1에 해당하는 원주길이를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 1 항에 있어서, 상기 제1단편전극 및/또는 상기 제2단편 전극들은, 전극형상의 띠(56,30b,31b)를 통하여 인접한 전극들에 접속되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
이동가능한 부재와, 이 상기 이동가능한 부재를 구동하기 위하여 진행파가 발생되는 진동하는 고정자를 포함하여 구성되며, 진동하는 고정자는 : 압전(壓電)부재(60)와: 제1구동 신호를 수납하도록 상호간에 전기적으로 접속되며, 제1간헐열(間歇列)을 형성하는 방식으로 상기 진행파의 진행방향으로, 상기 압접부재의 제1면상에 배열되며, 각각은 4분의 1파장에 상당하는 상기 진행 방향의 길이를 가지며, 인접하는 전극과 반대 방향으로 분극(分極)되는 제1구동전극과 ; 제2구동신호를 수납하도록 상호간에 전기적으로 접속되며, 제2간헐열을 형성하는 방식으로 상기 압전부재의 상기 진행 방향 및 그의 제1면상에 배설되며, 각각은 4분의 1파장에 상당하는 상기 진행 방향의 길이를 가지며, 인접하는 전극과 반대방향으로 분극되는 제2구동전극과, 상기 제1간헐열 및 제2간헐열은, 상기 제1단편전극과 제2단편전극의 각각을 교대로 설치함으로써 하나의 실질적인 연속열을 형성하고 ; 상기 압전부재의 제2면상에 설치되는 제3전극(63) 및 ; 상기 압전부재의 상기 제2면이 고정되는 탄성부재(1,7)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 6 항에 있어서, 상기 제3전극은 상기 압전부재의 상기 제2면 전체에 배설되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 6 항에 있어서, 상기 제3전극은 다수개의 제3단편 전극(63)들로 구성되며, 상기 제3단편 전극의 각각은, 상기 진행파의 반파장에 해당하는 진행 방향의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 6 항에 있어서, 상기 제3전극은 다수개의 제3단편전극(63)들로 구성되며, 상기 제3단편 전극의 각각은, 상기 진행파의 파장의 4분의 1에 해당하는 진행 방향의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.
제 6 항에 있어서, 상기 제1단편 전극 및/또는 제2단편 전극들은, 전극 형상의 띠(61b,62b)를 통하여 인접한 전극과 접속되는 것을 특징으로 하는 초음파 모우터.