KR0176729B1

KR0176729B1 - 진동파작동기

Info

Publication number: KR0176729B1
Application number: KR1019940037087A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 코지마; 이찌로 오쿠무라; 유타카 마루야마
Original assignee: 미타라이 하지메; 캐논가부시키가이샤
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1999-05-15
Also published as: EP0661764B1; DE69416989D1; CN1108971A; US6051911A; KR950021954A; CN1035930C; DE69416989T2; EP0661764A1

Abstract

본원 발명은, 진동자와, 상기 진동자에 진동을 발생하는 복수의 전기기계에너지 변환소자로 이루어지며, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자는 그의 각 영역에 적어도 4개의 분할전극을 각각 가지는 복수의 제1에너지변환소자를 포함하고, 상기 복수의 제1전기기계에너지변환소자의 각각은 다른 분극방향을 가진 적어도 2개의 군으로 분극처리가 행해지며, 상기 복수의 제1에너지변환소자는 적층되어 있는 진동작동기에 있어서, 서로 동일위상에 있는 각 분할전극은 이들 사이에 전기접속을 달성하기 위해 상기 에너지변환소자의 각 영역에서 접속되고, 그에 의해 상기 복수의 제1에너지변환소자중 하나의 한 분할전극에 공급되는 신호가 서로 동일위상에 있는 상기 복수의 제1에너지변환소자의 각 분할전극에도 공급되는 것을 특징으로 하는 진동작동기에 관한 것이다.

Description

진동파작동기

제1도는 본 발명의 실시예 1에 따른 적층압전소자의 구성을 도시한 분해평면도.

제2도는 본 발명의 실시예 2에 따른 적층압전소자의 구성을 도시한 분해평면도.

제3a, 3b도는 제1도에 도시한 적층압전소자의 분극처리방법을 도시하는 사시도 및 단면도.

제4a, 4b도는 압전소자의 전극막구성을 도시하는 평면도.

제5도는 제1도에 도시한 적층압전소자를 사용하는 봉형상초음파진동자의 분해사시도.

제6도는 제5도에 도시한 봉형상초음파진동자에 사용된 가요성 프린트기판의 평면도.

제7a, 7b도는 제2도에 적층압전소자의 분극처리방법을 도시하는 사시도 및 단면도.

제8도는 제2도에 도시한 적층압전소자의 다른 구성을 도시한 도면.

제9도는 제2도에 도시한 적층압전소자를 사용하는 봉형상초음파진동자의 분해사시도.

제10도는 제9도에 도시한 봉형상초음파진동자에 사용된 가요성 프린트기판의 평면도.

제11도는 실시예 2에 사용된 초음파모터용 구동회로의 구성을 도시한 회로도.

제12도는 구동원으로서 제1도 또는 제2도에 도시한 적층압전소자를 지닌 봉형상초음파진동자를 사용하는 렌즈구동기구를 조합한 렌즈통의 단면도.

제13도는 종래의 봉형상초음파진동자의 분해사시도.

제14도는 종래의 봉형상초음파진동자의 단면도.

제15도는 종래의 압전세라믹의 구조를 도시한 평면도.

제16a, 16b도는 종래의 압전세라믹의 동작을 도시한 평면도.

제17도는 실시예 1에 사용된 초음파모터용 구동회로의 구동을 도시한 회로도.

제18도는 본 발명의 실시예 3에 따른 적층압전소자의 분해사시도.

제19a∼19f도는 제18도에 도시한 적층압전소자를 구성하는 압전소자판의 전극을 도시한 평면도.

제20도는 제18도에 도시한 적층압전소자의 분극처리방법을 도시한 사시도.

제21도는 제18도에 도시한 적층압전소자의 분극방향을 도시한 전개도.

제22도는 제18도에 도시한 변형실시예에 따른 최상층 압전소자판의 전극평면도.

제23도는 제18도에 도시한 적층압전소자를 사용하는 초음파모터의 진동자의 분해사시도.

제24a∼24f도는 제19a∼19f도에 도시한 변형실시예에 따른 압전소자판의 전극을 도시한 평면도.

제25도는 제24a∼24f도에 도시한 적층압전소자에 사용된 접속용 가요성 프린트기판의 평면도.

제26a∼26f도는 본 발명의 실시예 4에 따른 적층압전소자를 구성하는 압전소자판의 전극을 도시하는 평면도.

제27a∼27f도는 본 발명의 실시예 5에 따른 적층압전소자를 구성하는 압전소자판의 전극을 도시하는 평면도.

제28도는 제27a∼27f도에 도시한 적층압전소자의 분극방향을 도시한 전개도.

제29도는 제27a∼27f도에 도시한 적층압전소자에 사용된 접속용 가요성 프린트기판의 평면도.

제30도는 구동원으로서 실시예 3∼실시예 5중의 적층압전소자를 사용한 초음파모터를 사용한 렌즈통의 단면도.

본 발명은 진동파작동기 및 구동원으로서 진동파작동기를 사용하는 장치에 관한 것이다.

봉상초음파모터가 일본 특허공개 제3-40767, 3-289375호에 이미 개시되어 있으며, 제13도는 봉형상초음파 진동부재의 분해사시도이고, 제14도는 봉형상초음파모터의 세로방향단면도이다.

제13도에 도시한 진동자에 있어서, 2개의 압전소자 PZT1, PZT2를 1군으로 하는 구동용 A상 압전소자 a1, 2개의 압전소자 PZT3, PZT4를 1군으로 하는 구동용 B상 압전소자 a2, 1개의 압전소자로 이루어진 센서용압전소자 S1이 제12도에 도시되어 있는 바와 같이 쌓여 있는 (적층)한편, 이들 압전소자사이에 전압을 공급하기 위한 전극판 A1, A2 및 센서신호를 출력하기 위한 전극판 S이 배치되어 있다. 이들 전극이외에, GND(접지)전극판 G1, G2, G3이 GND전위를 부여하기 위해 배치되어 있다. 또, 이들 압전소자 및 전극판을 클램프하도록 전후에, 예를 들면, 청동, 스텐레스스틸 등의 진동감쇠가 비교적 작은 금속제블록 b2, b2이 배치되어 있어, 체결볼트 C를 사용하여 금속제블록 b1, b2을 체결함으로서, 압전소자와 전극판을 일체화하고, 압전소자에 압축응력을 부여한다. 이때, 1개의 센서용 압전소자 S1만을 사용하기 위해, 체결볼트 C와 금속제블록 b2사이에 절연시트 d를 배치한다.

또, 전극판의 돌출부에 땜납에 의해 와이어등을 부착시키고 구동회로(도시안함)에 접속시킨다.

이때, A 및 B상 압전소자 a1, a2는 이들 사이에 위치적으로 π/2rad 각 이동되도록 배치되어 있고, 이들 압전소자가 진동자의 축을 포함하는 직교하는 2개의 면내방향에서 굴곡진동을 여기시켜 이들 사이에 적당한 시간적 위상차를 부여하는 경우, 진동자의 표면입자는 원형 또는 타원운동을 일으킴으로써, 진동자 상부에 대해 압압된 이동체를 마찰 구동시킨다.

제14도는, 이러한 진동자를 봉형상초음파모터에 사용한 예를 도시한 것이다. 이 예에서, 진동자의 체결볼트 C는 그 선단부 세경의 지주부 C2를 지녀, 지주부 C2의 선단부에 고정된 고정부재 g에 의해 모터자체의 고정을 행하도록 하고, 또한 체결볼트 C는 로우터 γ등의 회전지지작용도 겸하고 있다. 로우터 γ는 금속블록 b1의 선단부에 접촉하여, 고정부재 g에서 베어링 부재 e와 기어 g를 개재하여 스프링케이스 i의 코일스프링 h을 압압함으로서 가압된다.

이런 봉형상초음파모터에 사용된 압전소자에 대해 보다 상세히 설명하면, 독립부재로서 각각의 압전소자 PZT1∼PZT2는 다음과 같이 형성된다. 즉, 제15도에 도시한 바와 같이, 분말을 성형 및 소결하여 제조한 압전세라믹(200)을 직경 10mm의 원반형상으로 기계가공하고, 원반의 양면을 랩가공하여 두께 0.5mm로 한다. 원반상부면에는 슬릿(201)을 개재하여 2개의 거의 반원형상인 분할전극막(202-1), (202-2)을 형성하고, 전체하부면에는 전극막(203)을 형성한다. 그후, 반원형전극막(202-1), (202-1)을 분극의 극성이 서로 다른 방향(+), (-)로 분극 처리를 행하여 압전특성을 부여한다. 이와 같은 압전소자를 제13도에 도시한 바와 같이 A상 압전소자 a1와 같이 조합하면, 제16a, 16b도에 도시한 바와 같이 압전소자 PZT1, PZT2가 전극판(A1)을 샌드위치하도록 적층되어, 동일 분극극성을 지닌 부분이 서로 대향하여(화살표(205)는 분극방향을 표시한다), 동시에 슬릿도 서로 중첩하게 된다.

또한, GND전극판 G1, G2도 수직으로 적층되어 있으며, 이 상태에서, 전극판 A1에 구동용 AC전압이 인가되면, 제16a, 16b도에서 압전소자 PZT1, PZT2의 좌우부가 상이한 분극특성을 지니게 되어, 한쪽이 연장되면 다른쪽이 수축하여 이 작동을 교대로 반복하므로 진동자에 굴곡진동을 발생하게 된다. 또, B상 압전소자도, A상 압전소자와 슬릿방향이 π/2rad다른 점을 제외하고는, A상 압전소자와 동일한 상태를 발생하게 된다.

그러나, 상기 종래예에서는 각각의 압전소자를 분말에서 성형, 소결하고, 기계가공을 행한 다음 전극을 형성한 후 분극처리를 행함으로서 제작되므로, 각각의 압전소자제조에 다대한 시간과 비용을 요구하고 있다.

또, 압전소자의 매칭, 분극처리 및 진동자의 조립시의 취급을 고려할 때, 기계강도상 압전세라믹의 두께도 얇게할 수 없었던 결과, 압전소자의 층수를 증가시키는 경우, 다층화된 압전소자부의 치수가 불가피하게 크게 되어, 연필과 동일 직경, 혹은, 그 이하의 초음파모터의 소형화를 방해하고 있었다. 또한, 상기 제조방법은 다층구조에 의해 달성되는 초음파모터의 출력증가 및 구동전압 감소의 달성을 어렵게 하고 있다.

종래 기술로부터 알 수 있듯이, 진동자를 조립할 때에는 다수의 압전소자와 다수의 전극판을 교대로 적층하고, 그후, 전극판의 단부에 땜납에 의해 와이어를 부착시키고 있으므로, 그 결과, 조립공정에 많은 시간을 요하고, 조립신뢰성도 만족스러운 것은 아니었다.

반면, 일본 특허공고 제1-17354호 등에 개시된 바와 같이, 링형상 또는 원반형상의 초음파모터는, 예를 들면, 금속 등의 진동감쇠특성이 작은 탄성체에 전왜소자 혹은 압전소자를 고정한 진동자를 지니고, 탄성체의 표면에 가동체(접촉제)를 가압접촉시켜, 병렬한 전왜소자 또는 압전소자의 전극에 시간적으로 위상이 다른 높은 고주파전압을 인가함으로서, 가동체(접촉제)를 (상대적으로)구동시킨다.

이런 진동자에 사용된 각각의 압전소자에는, 다수로 분할된 전극이 한쪽면에 형성되어 있는 한편 탄성체와 접합된 다른 쪽면에는 전면전극이 형성되어 있어, 한쪽면의 복수의 전극은, 구동에 제공되는 복수의 위상, 즉, 2개의 A, B상에 상응하는 전극군을 이룬다. 이들 2상에 대응하는 전극군은 1/4파장, 혹은 1/4파장의 홀수배에 대응하는 간격으로 배치되고, 서로 다른 방향으로 분극처리가 시행되는 각 군의 복수의 압전소자는 1/2파장의 간격을 지니고 있어, 분극방향이 다른 각군의 압전소자에 고주파전압이 인가되면, 1파장분의 진동이 여기되고, 복수군의 압전소자를 제조하면, 이수에 대응하는 파수의 정재파가 형성되어, 그 결과, 1 또는 복수의 파수를 지니는 진행파가 여기된다.

그러나, 종래의 전왜소자 혹은 압전소자는 단일층 구조이기 때문에, 그 압전소자를 사용한 초음파모터를 실용적인 출력으로 구동하는 데에는 수십볼트의 고주파전압을 인가해야 하며, 카메라등의 휴대용 기구의 전원으로서 전지의 전압이 불충분하여 상승회로를 제조해야만 한다.

압전소자판을 적층시켜 구성한 압전소자를 사용하는 적층형 세라믹 작동기[우찌노켄지 Piezoelectric/electrostrictive Actuator 모리기타출판]가 알려져 있으나, 이 작동기에 있어서는, 분극방향이 단순한 압전소자를 단순히 적층한 것으로, 다수의 전극으로 분할되고, 분극극성이 상호 번갈아져 있는 복잡한 구조의 압전소자판을 적층하는 경우에는, 분극처리 및 구동을 위한 배선이 복잡화하여 이런 작동기를 실용화 하기는 불가능하였다.

본 발명의 일측면은 각각 적어도 4개로 분할된 전극을 지닌 전기-기계에너지 전환부재를 한쪽면에 적층시키고, 서로 동일상인 전극을 부재영역에서 서로 접속시킨 진동파작동기를 제공하는 것이다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명에 다른 압전소자의 실시예 1을, 제3도는 압전소자의 분극처리방법을, 제5도는 본 실시예의 적층 압전소자군을 사용한 봉형상초음파진동자의 구성을, 제6도는 본 실시예에 사용된 회로판을 도시한 것이다.

제1도와 관련하여, 적층압전소자군(1)은 전기-기계 변환부재로서 평면의 압전소자(4-1), (4-2)와 (4-3)∼(4-23)의 합계 23개를 적층시켜 얻은 압전세라믹이다.

이들 각각의 압전소자에 있어서는, 두께방향으로 관통하는 5개의 연통구멍(9A1), (9A2), (9B1), (9B2) 및 (9G)가 형성되어 있다. 제1도와 관련하여, 최상층, 즉, 제1층으로서 압전소자(4-1)의 상부 표면에는 전체주위를 개략 4개 영역으로 분할하고, 분할한 영역의 1개를 2개, 즉, 내 외주의 주위영역으로 분할하여 5개 영역에, 전체 5개의 분할전극막(8A2)(8B1), (8B2)(8A1) 및 (8S)을 형성한다. 또한, 분할전극막(8A1)과 (8B1) 사이에는 5개의 분할전극막 보다 작은 분할전극막(8G)이 형성되어 있다.

더욱이, 두께 방향으로 관통하는 5개의 연통구멍(9A1), (9A2), (9B1), (9B2) 및 (9G)을, 분할전극막(8A1), (8A2), (8B1), (8B2), (8G)의 영역내에 각각 위치하도록 형성한다.

제2층으로 압전소자(4-2)의 전체 상부면에는 전극막(7)이 형성되어 있고, 연통구멍(9A1), (9A2), (9B1), (9B2)의 주위에는 전극막이 형성되어 있지 않은 비전극막(11E)를 지닌다. 연통구멍(9G)은 전극막(7)을 관통하고 있다.

제3층으로서, 압전소자(4-3)의 상부면에서 개략 4등분으로 분할된 영역에 분할전극막(12A1), (12A2), (12B1), (12B2)이 형성되어 있고, 또한 압전소자(4-3)는, 분할전극막(12A1)과 (12B1)사이에는 전극막이 형성되어 있지 않은 비전극막부(11G)를 지니고 있고, 연통구멍(9A1), (9A2), (9B1), (9B2)은 분할전극막(12A1), (12A2), (12B1), (12B2)의 각 영역을 관통하도록 형성되어 있으며, 연통구멍(9G)은 비전극막부(11G)의 영역에 위치하고 있다.

마찬가지로, 제4층으로서, 압전소자(4-4)에는 압전소자(4-2)와 동일한 전극막과 연통구멍이 형성되어 있고, 제5층으로서, 압전소자(4-5)에는 압전소자(4-3)와 동일한 전극막과 연통구멍이 형성되어 있다. 이하, 제6층 이하 짝수층에는, 압전소자(4-4)와 동일한 전극막이 연통구멍이, 제7층 이하 홀수층에는 압전소자(4-5)와 동일한 전극막과 연통구멍이 형성되어 있다.

최하층, 즉, 제23층으로서 압전소자(4-23)에는 압전소자(4-3)과 마찬가지로 4개로 분할된 전극막(12'A1), (12'A2), (12'B1), (12'B2)이 형성되어 있고, 또한 비전극막부(11'G)가 형성되어 있다. 그러나, 전극막부와 비전극막부에는 연통구멍은 형성되어 있지 않다. 또, 상기 전극막은 상기 각각의 압전소자의 한쪽면에만 형성되어 있고, 다른 쪽면에는 형성되어 있지 않다.

이와 같이 제1층∼제23층으로서 압전소자(4)를 제1도에 도시한 바와 같이 전극막을 형성한 표면을 위로하여 적층함으로서, 전극막의 위치와 압전소자의 연통구멍(a)을 정렬시키면서 중심축에 대해 전극막부를 서로 동일위상에 놓아 적층구조를 만든다.

상술한 바와 같이 압전소자를 적층시키면, 적층압전소자군(1)에는 5개의 연통구멍(9A1), (9A2), (9B1), (9B2), (9G)에 의해 관통구멍(10A1), (10A2), (10B1), (10B2), (10G)이 구획된다. 그리고, 미리 분할전극을 형성할 때 연통구멍(9)에 분할전극막과 개략 동일한 금속전극페이스트를 충전시켜두면, 관통구멍(10)중의 도통이 달성될 뿐만 아니라, 연통구멍과 접촉하는 분할전극막 및 전체표면전극막과의 도통도 달성될 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 각층의 분할전극막, 즉, 제1층으로서 압전소자(4-1)상의 분할전극막(9A1), 제3층으로서 압전소자(4-3)상의 분할전극막(12A1), 제5층위의 분할전극막(12A1)… 및 최하부층으로서 압전소자(4-23)상의 분할전극막(12'A1)이 관통구멍(10A1)을 개재해서 서로 도통되어 있다. 마찬가지로, 관통구멍(10G)을 개재하여 제1층으로서 압전소자(4-1)상의 전극막(9G), 제2층으로서 압전소자(4-2)상의 전체표면전극막(7), 제4층으로서 압전소자(4-4)상의 전체표면전극막(7), 및 최하부층으로서 압전소자(4-23)바로 위의 압전소자(제1도에서는 도시하지 않음)상의 전체표면전극막(7)이 서로 도통되어 있다. 또, 남아있는 관통구멍에(10A2), (10B1), (10B2)을 개재하여 홀수층상의 압전소자의 분할전극막도 도통될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 각각의 압전소자(4)의 외경은 10mm, 내경은 4.3mm 두께는 0.1mm이며, 적층된 압전소자군(1)의 총두께는 2.3mm이다.

제3a도에 도시한 바와 같이, 상기 형성된 적층압전소자군은 회로에 접속됨으로써, 2개의 100MΩ의 고저항레지스터(102)를 사용하여 전압분할작동을 달성할 수 있게 되고, 접촉핀(103)이 적층압전소자군의 상단면의 분할전극막(8)과 접촉하게 된다. 그리고, DC전원(101)에서 DC전압 500V를 30분간, 140℃의 항온조의 공기분위기중으로 적층압전소자군에 인가하여 분극처리를 행한다.

그 결과, 분할전극막(8A1), (8B1), (8S)에 500V의 전압, 분할전극막(8G)에 250V의 전압 및 분할전극막(8A2), P8B2)에 0V의 전압이 인가된다. 따라서, 제3a도의 X-X단면을 도시하는 제3b도에 도시한 바와 같이, 제1층으로서 압전소자(4-1)의 분할전극막(8A1), (8S)와 전체표면전극막(7)사이의 샌드위치된 영역(분극방향을 화살표로 표시) 및 분할전극막(8A2)과 전체표면전극막(7)사이에 샌드위치된 영역(분극방향을 화살표로 표시)이 다른 방향으로 분극되어 있다.

마찬가지로, 분할전극막(12A1)과 전체표면전극막(7)사이에 샌드위치된 영역 및 분할전극막(12A2)과 전체표면전극막(7)사이에 샌드위치된 영역은 제3b도에 도시된 바아 같이 분극되어 있다. 도시하지는 않았지만, 제3a도의 X-X단면과 90°회전하여, 분할전극막(8B1), (8B2)를 절단하는 단면도 마찬가지로 분극된다.

적층압전소자군(1)에 있어서, 제1층위의 분할전극막(8A1), (8A2)에서 최하층까지 뻗어있는 부분을 구동상으로서 A상 A라고 규정하고, 제1층위의 분할전극막(8B1), (8B2)에서 최하층까지 뻗어있는 부분으로 구동상으로서 B상 B라고 규정하여, 분할전극막(8S)과 전체표면전극막(7)사이에 샌드위치된 부분을 센서상으로서 S상 S라고 규정하며, 적층압전소자군(1)은 봉형상의 초음파모터로 조립되어 사용된다.

종래 기술에서 설명한 압전소자에 있어서는, 전체주위를 2개영역으로 동등분할하고, 이들 2개영역을 역방향으로 분극함으로서 진동자에 굴곡진동을 발생시키고, 다른 압전소자판에 의해 A, B상을 구성하였다. 이 실시예에서는, 한 개의 적층압전소자군의 1층으로서 압전소자를 개략 4개 영역으로 분할하고, 4개로 분할된 영역중 대향하는 1쌍의 분할전극에 의해 A, B상을 규정하였다. 즉, 압전소자느 4개영역으로 분할되어 있으므로, 2개영역으로 분할된 압전소자에 의해 발생된 것 보다 큰 굴곡진동을 단일 적층압전소자군에서부터 발생시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 봉형상초음파모터의 출력증가는, 기본원리상, 압전소자의 두께방향으로 발생하는 변위를 유효하게 진동자의 굴곡진동의 변위로 변환시킬 수 있는 가에 달려있고, 이점과 관련하여 4분할된 전극막을 지니는 압전소자가 2분할된 전극막을 지니는 전극막보다 우수하다.

제4a도는 본 출원의 전체로서의 예를 도시한 것이다. 단일압전소자(200)에 있어서, (1)에 나타낸 상면을 2개영역으로 분할하고, 그위에 분할전극막(202-1)(202-2)을 형성한다. (2)에 나타낸 하면에는 전체표면전극막(203)을 형성한다. 반면, 제4b도에 있어서, 본 실시예로서 (1)에 나타낸 단일압전소자의 상면에는 4개로 분할된 전극막(204-1), (204-2), (205-1), (205-2)을 형성하고, (2)에 나타낸 하면에는 전체표면전극막(203)을 형성한다. 제4a도에 나타낸 압전소자(200)의 1개로 분할된 전극막 부분에서 발생한 굴곡력 α은 압전소자(200)의 영역 ds의 면적과 Y축에서의 영역 ds의 거리 h와의 곱을 사용하여 다음식으로 표현된다.

반면, 제4b도에 도시한 압전소자의 1개로 분할된 전극막부분에서 발생된 굴곡력 β은 하기와 같이 표현된다.

여기서, α는 압전상수, E는 인가된 전압, h는 영역 ds의 Y축에서의 거리이며, 슬릿부분은 그 면적이 작으므로 무시한다. 그 결과, 제4a, 4b도에 도시한 압전소자의 진동자의 굴곡진동을 일으키는 변위사이의 비 γ는로 계산되고, 4분할전극막을 지닌 압전소자는 2분할전극막을 지닌 압전소자에 비해배의 굴곡력을 발생한다.

이 결과는 봉형상초음파모터의 진동자의 굴곡량을 증가시키고, 봉형상초음파모터의 출력증가를 실현시킬 수 있다. 반대로,출력이 동일하게 존재하면, 인가된 전압을로 감소시킬 수 있고, 저전압구동작동을 실현시킬 수 있다. 상기 이유에 의해 적층압전소자의 모든 층은 개략 4분할전극을 지닌다.

종래 기술에서는, S상은 단일압전소자에 의해 실현시켰으나, 제3b도에 도시한 바와 같이, 제1층위의 분할전극막(8A1)의 외주측에 분할전막(8S)을 형성하고, 분할전극막(8S)과 제1층과 제2층 표면사이의 전체표면전극막(7)사이에 구성된 부분을 S상으로서 사용한다. S상은 단일적층압전소자군(1)에 내장시킨다.

본 실시예에서, 제1층의 상면의 A상의 1개로 분할된 전극의 절반을 사용하여 외주측에 S상을 형성한다. 이런 구성에 의해, 적층압전소자군의 외주측에서 왜곡이 봉형상초음파모터의 구성시 커지게 되므로, 따라서 센서의 출력을 크게 얻을 수 있다. 그러나, S상의 위치 및 크기는 S상에서의 출력이 제어상 충분하기만 하면 특별한 제한은 없다. 예를 들어, S상은 A상 내주측 혹은 A상의 2분할전극 양측에 설치될 수도 있고 B상 혹은 A, B상 양측에 설치될 수도 있다. 더욱이, S상의 위치는 S상의 출력이 소자외부회로에 출력될 수 있는 한 적층압전소자군의 최상층에 한정된 것은 아니다. S상의 제어시에 문제가 없다면 생략할 수 있다.

본 실시예에서는, 적층압전소자군의 층수는 23이다. 그러나, 층수는 특히 제한된 것은 아니며, 봉형상초음파모터의 사양, 진동자의 성능, 구동회로부의 사양등과 같은 각종 조건에 따라 결정해야 한다.

본 실시예의 적층압전소자군(1)이 조립되어 있는 진동자의 실시예에 대해 하기 설명한다.

제5도는 본 실시예의 적층압전소자군(1)을 사용하는 봉형상초음파진동자의 분해사시도이다. 진동자는 적층압전소자군(1), 금속재료로 이루어진 상, 하부진동체(b1), (b2), 적층압전소자군(1)에 전기적으로 접속해 있고 외부제어회로에 접속하는 프린트기판(j) 및 이들 부재를 일체화하는 체결볼트 C로 구성된다.

프린트기판 j으로서, 고분자중합체시트로 이루어진 가요성 프린트기판을 사용한다. 제6도에 도시한 바와 같이, 프린트기판 j은 진동자내에 삽입된 원반부와, 외부에 접속된 접속부에 의해 구성된다. 원반부에는 적층압전소자군(1)의 상면에 형성된 분할전극막(8)과 접촉하는 위치에 기판전극(21)이 배치되며, 기판전극(21A1), (21A2)을 전기적으로 접속하기 위한 패턴(21A3) 및 기판전극(21B1), (21B2)을 전기적으로 접속하기 위한 패턴(21B3)이 배치되어 있다. 프린트기판(j)의 접속부에는 외부제어회로에 접속되는 접속단자(22)가 배치되고, 프린트배선패턴을 통해 전극(21A1), (21B1), (21G), (21S)이 각각 단자(22A), (22B), (22G) 및 (22S)에 접속된다. 제5도에 도시한 바와 같이 진동자가 조립되면, 기판전극(21A1)과 분할전극(8A1), 기판전극(21A2)과 분할전극(8A2)이 서로 접촉하여 도통하게 되고, 남아있는 기판전극과 분할전극이 마찬가지로 서로 접촉하여 도통하게 된다.

요약한다면, 적층압전소자군의 최상층위의 분할전극막(8)이 프린트기판(j)의 단부의 단자(22S), (22A), (22G), (22B)에 도통되면, 이들 단자가 봉형상초음파 모터구동회로부에 접속되어, 진동자는 봉형상진동파모터로서 적당한 굴곡진동을 발생하고, 센서는 제어하는데 필요한 출력을 구동회로에 피이드백할 수 있다.

제8도에 도시한 프린트기판(j)은 베이스로서 두께 25㎛가 폴리이미드필름을, 전극재료로서 두께 35㎛의 구리호일을 사용하여, 베이스와 전극재료사이에는 접착층이 없는 프린트기판재료를 사용한다. 이것은, 수지재료등이 진동자내에 존재함으로서 진동감쇠의 증가를 방지하기 때문에, 본 실시예에서 설명한 적층압전소자군(1)은 외부회로와의 전기접속을 일단면에서 행하고 있다. 이 구조에 의해 초음파진동자에 배치된 프린트기판등의 접속부재의 수는 1개로 되고, 구성이 간략하고, 신뢰성이 높은 진동자를 형성할 수 있다.

본 실시예에 설명한 바와 같이, 적층압전소자군은 전압저하와 부품수의 저하를 달성할 수 있다. 이런 효과는 공정수의 감소와 비용감소를 가져온다. 동시에, 부품간의 접촉계면수를 감소시킬 수 있고, 진동감쇠가 작은 양호한 진동자를 형성할 수가 있다.

[실시예 2]

제2도는 실시예 2를 도시한 것이다.

제2도에 도시한 적층압전소자군(2)은 실시예 1과 같이 23개의 압전소자(5)를 적층시킴으로서 구성된다.

적층압전소자군(2)은 6개의 다른 형태의 압전소자(5)로 구성된다. 압전소자(5-1), (5-2), (5-3), (5-4), (5-5), (5-23)는 각각 다른 분할막구성과 도통구멍 구성을 지닌다. 제6층∼제22층중에서, 짝수층은 제4층(5-4)과 동일구성을 지니며, 홀수층은 제5층(5-5)과 동일구성을 지닌다.

최상층(제1층 5-1)에는, 7개의 분할전극막((13A1), (13A2), (13B1), (13B2), (13S), (13GA) 및 (13GB)가 형성되어 있다.

제4층∼제22층의 짝수층에는, 개략 4등분된 분할전극막(19A1), (19A2), (19B1), (19B2)의 형성되어 있으며, 연통구멍(14) 및 관통구멍(15)을 통해 동일부호로 표시한 전극막이 접속되어 있다. 제2층위의 전극막(16A), (16B)과 제3층위의 전극막(16A2)은 각각 전극막(19A1)과 (19A2), 전극막(19B1)과 (19B2)를 접속시키며, 또한, 이들을 그위의 제1층의 전극막(13GA)과 (13GB)에 접속시킨다.

제5층∼제23층(최하층)의 홀수층에도, 개략 4등분된 전극막 20A1(20'A1), 20A2(20'A2), 20B1(20'B1) 및 20B2(20'B2)이 형성되어 있고, 연통구멍을 통해 동일부호로 표시된 전극막이 접속되어 있다. 이들 전극막은 제3층위의 전극막(18A1), (18A2), (18B1), (18B2)을 통해 제1층위의 전극막(13A1), (13A2), (3B1) 및 (13B2)에 접속되어 있다.

제7a도에 도시한 바와 같이, 상기와 같이 형성된 적층압전소자군을 회로에 접속시킴으로서, 2개의 10MΩ의 고저항레지스터(102)를 사용하여 전압분할작동을 달성할 수 있게 되고, 접촉핀(103)은 적층압전소자군(2)의 상단면상의 분할전극막(13)과 접촉하게 된다.

500V의 DC전압을 DC전원(101)에서 30분간, 140℃의 항온조의 공기분위기중에서 적층압전소자군에 인가하여 분극처리를 행한다. 그 결과, 분할전극막(13A2), (13B2)에는 0V의 전압이, 분할전극막(13GA), (13GB)에는 250V의 분할전극막(13A1), (13B1), (13S)에는 500V의 전압이 인가되어 있으므로, 압전소자(5)는 제7b도에 도시한 화살표방향으로 분극되어 있다.

본 실시예의 적층압전소자군을 분극하기 위하여, 제7a도에 도시한 바와 같이, 7개의 접촉핀을 적층압전소자군과 접촉시켜야 한다. 그러나, 압전소자군(2)의 외경은 대략 10mm이므로, 이들 접촉핀을 이 면적내로 배치하기는 곤란하다. 제8도는 이런 문제점을 해결할 수 있는 예를 도시한 것이다. 최상층위의 압전소자로서, 제8도에 도시한 형상의 전극을 지니는 압전소자(5-1')를 사용한다. 제8도에 길고 짧은 쇄선으로 나탄내 원은 마무리된 외경치수를 나타내며, 각각의 압전소자(5)는 이 크기보다 큰 원반형상으로 형성된다. 압전소자(5-1')에는, 4개의 분할전극막부 즉, 상술한 길고 짧은 쇄선으로 나타낸 원보다도 외주부에 연장되어 있는 전극막(13C1)을 개재하여 접속된 분할전극막(13S), (13A1), (13B1) 마찬가지로 전극막(13C2)을 개재하여 접속된 분할전극막(13GA), (13GB), 마찬가지로 전극막(13C3)에 접속된 분할전극막(13B2) 및 내주측에 위치하여 불변인 채로 있는 분할전극막(13A2)이 형성되어 있다.

그러므로, 분극접촉핀의 수는 4개일 수 있다. 외경을 분극후 길고 짧은 쇄선으로 나타낸 원까지 감소시키면, 제2도와 동일한 압전소자를 얻을 수 있다.

제9도는 본 실시예의 적층압전소자군을 사용하는 봉형상초음파진동자를 나타낸 것으로, 실시예 1에서 설명한 진동자와 동일한 구성을 지닌다. 제10도는 본 실시예의 봉형상초음파진동자에서 사용된 프린트기판의 전극구성을 도시한다.

본 실시예에서는, 프린트기판으로서 가요성 프린트기판(j')을 사용한다. 프린트기판(j')의 원반부에는 적층압전소자(2)의 상면에 형성된 분할전극막(13)과 접촉하는 위치에서 기판전극(24)이 배치되어 있다.

기판전극(24A)은 분할전극막(13A1), (13A2)과 전기적으로 접속되어 있고, 마찬가지로, 기판전극(24B)은 분할전극막(13B1), (13B2)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 기판전극(24GA), (24GB)은 분할전극막(13GA), (13GB)에 전기적으로 접속되어 있다. 프린트기판(j')은 접속부에는 외부제어회로에 접속된 접속단자(25)가 배치되고, 단자(25S), (25A), (25B), (25GA) 및 (25GB)는 프린트패턴을 개재하여 각각 전극(24S), (24A), (24B), (24GA), (24GB)에 접속되어 있다.

프린트기판(j')은 진동자에 배치됨으로서, 기판전극은 제9도에 도시한 바와 같이, 적층압전소자군의 분할전극막을 지닌 면과 접촉하며, 이 구성에 의해, 프린트기판(j')의 접속단자(25A)는 적층압전소자군(2)의 분할전극막(13A1), (132A2)과 전기적으로 접속되어 그곳에 A상 전위를 부여한다. 마찬가지로, 접속단자(25GA)는 압전소자군(2)의 분할전극막(13GA)과 접속되어 그곳에 A상의 GND상으로서 A'상 전위를 부여한다. 마찬가지로, 접속단자(25B)는 B상 전위를 부여하고, 접속단자(25GB)는 B상의 GND상으로서 B'상전위를 부여한다. 접속단자(25S)는 S상 전위를 출력한다.

제어상 필요가 없으면, S상은 불필요하고, 이 경우, 접속단자(13S), (24S), (25S)를 생략할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 적층압전소자군에 있어서, 실시예 1에서의 GND상에 대응하는 전체표면전극막은 실시예 1에서와 달리, 대향하는 4분할 전극막에서와 같이 4개영역으로 분할되며, A 및 B상에 대향하는 GND상이 독립적으로 배치되어 있다.

제17도는 실시예 1에서 사용된 구동회로를 나타낸 것이고, 제11도는 실시예 2에서 사용된 구동회로를 나타낸 것이다.

제17도에 나타낸 구동회로는, 적층압전소자군에 교류전압을 인가하는 구동전극 A, B, 적층압전소자군에 GND전위를 인가하는 구동전극 GND, 교류전압을 발생하는 발진기, 90°상이동기(3), 발진기 및 상이동기에서의 교류전압을 전원전압으로 스위칭하는 스위칭회로(44A), (45B) 및 스위칭회로(44A), (45B)로 스위칭된 펄스전압을 증폭하는 승압코일(46), (47)로 이루어진다.

A상을 예로들어 설명하면, A상을 구성하는 적층압전소자군(1)의 단면에 위치하는 구동전극 A에는 스위칭회로(44A)에서 출력하는 전압이 인가된다. 적층압전소자군(1)의 타단면에 위치하는 구동전극 GND은 GND전위이므로, 전압소자군(1)에 인가되는 전압은 스위칭회로(44A)에서 출력하는 전압이다. B상에 대해서도 마찬가지의 구성이다.

제11도에 도시한 구동회로는, 적층압전소자군(2)에 교류전압을 인가하는 구동전극 A, A', B, B', 교류전압을 발생하는 발진기(42), π/2rad 상이동기(43), 발진기 및 상이동기에서의 교류전압을 전원전압으로 스위칭하는 스위칭회로(44A), (44A'), (45B). (45B') 및 스위칭회로(44A), (44A'), (45B), (45B')로 스위칭된 펄스전압을 증폭하는 승압코일(46), (47)로 이루어진다.

제어용 마이크로컴퓨터(48)는 초음파 모터가 구동되는 주파수로 교류전압을 발생시키도록 발진기에 명령을 부여한다. 이때, 스위칭회로(44A), (44A'), (45B), (45B')에는 위상이 πrad 이동한 신호가 입력되고, 이들 타이밍에서 스위칭회로가 스위칭된다.

A상을 예로 들어 설명하면, A상을 구성하는 적층압전소자군(2)의 단면에 위치하는 구동전극 A에 스위칭회로(44A)에서 출력하는 전압이 인가되고, 스위칭회로(44A')에서 출력하는 전압이 구동전극(A')에 인가된다. 이들 전압의 전압차는 적층압전소자군(2)에 인가되는 구동전압에 대응한다. 스위칭회로(44A), (44A')에서 출력하는 전압은 πrad이동하고, 적층압전소자(2)에 인가되는 구동전압은 GND전위로서 구동전극(A')을 사용하는 회로구성(예를 들면, 제17도)과 비교하여 2배정도가 된다. 이 때문에, 실시예 2의 전원전압은 실시예 1과 비교하여 절반으로 될 수 있다. 제어상 필요하지 않다면 코일(46), (47)은 생략할 수 있다.

제12도는 본 발명에 따른 적층압전소자군(1)을 조립한 봉형상초음파모터를 사용한 구동장치(시스템)을 나타낸 것이다.

이 봉형상초음파모터의 기본구조는 제14도에 도시한 종래기술과 동일하나, 적층압전소자 및 외부회로와의 접속을 달성하기 위해 진동자에 회로기판을 삽입한 점이 다르다. 초음파모터의 로우터와 일체적으로 조립된 기어(f)는 기어전달기구(G)의 입력기어(G1)과 맞물리고, 전달기구(GT)의 출력기어(G0)는 렌즈(L1)를 보유하는 렌즈보유부재(H)에 형성된 기어(H1)와 맞무린다. 렌즈보유부재(H)는 고정실린더(K)에 나선상으로 결합하고, 초음파모터의 구동력에 의해 기어전달기구(G)를 개재하여 포커싱 동작이 행해진다.

상술한 바와 같이, 상기 실시예에서는 4분할 전극막이 형성되어 있으므로, 저전압에서도 충분한 구동동작을 보장할 수 있고, 봉형상 초음파 부재에 상기 실시예의 적층압전소자군을 사용하면, 초소형이고, 대출력의 모터를 제공할 수가 있다.

또, 봉형상초음파모터와 구동회로 간의 접속을 달성하기 위해 가요성 프린트기판 등을 삽입하고 있으므로, 진동자의 조립성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

더우기, 4개 이상의 분할 전극막에 대한 분극처리도, 분극처리후에 불필요한 부분을 단지 절단해낼 뿐으로, 4분할전극막에 대한 분극동작과, 동일한 동작으로 달성할 수 있다.

[실시예 3]

제18도는 본 발명에 따른 적층압전소자군의 실시예 3을 도시하는 분해사시도이고, 제19A∼19f도는 제18도에 도시한 적층압전소자군을 구성하는 압전세라믹판의 한쪽면에 형성된 전극의 평면도이다.

본 실시예의 적층압전소자는, 각각 제19a∼19f도에 도시한 링형상 압전세라믹으로 이루어지는 6개의 평면 압전소자를 적층하며 이루어지며, 이들 압전소자는 압전세라믹판의 한쪽표면쪽에 형성된 전극에 따라 3개의 다른 형태의 소자로 분류된다.

제1전극패턴을 지니는 최상층압전소자(104)에는, 원주방향에서 1/4파장(λ)길이로 접지(GND)용 GND전극(114G)이 형성되고, GND전극(114G)의 양쪽에는 A상 급전전극(114A), (114A(+) 및 114A(-))과, B상 급전전극(114B)(114B(+) 및 114B(-1))이 형성된다. 내주측의 급전전극(114A(-)), (114B(-))을 외주측의 급전전극(114A(+)), 114B(+))보다 짧게 형성하고 있는 이유는, A상, B상(후술하는)의 (+)방향으로 분극된 부분이 (-)방향으로 분극된 부분보다도 GND전극(114G)에서 떨어진 위치에 배치되어 있기 때문이다. 또 이들 급전전극의 일단은 GND전극(114G)근방에 배치되어 있기 때문에, 제23도에 도시한 바와 같이 구동회로(도시안함)와 접속하는 가요성 프린트기판(130)에 콤팩트한 구조로 접속되어 있다.

제2전극패턴을 지니는 압전소자는, 상부위치에서부터 제2압전소자(102), 제4압전소자(104), 제6(최하층) 압전소자(103)이다(제19b, 19d 및 19f도). 이들 각각의 압전소자에는, 최상층 압전소자(104)상의 GND전극(114G)을 기준으로 하면, GND전극(114G)의 원주방향 중심과 동일한 중심을 지니도록 3/4파장(λ)의 길이를 지닌 전극이 형성되어 있지 않은 제1무전극부(115-1)가 설치되고, 제1무전극부(115-1)과 대칭의 위치에 1/4파장(λ)길이를 지닌, 전극이 형성되어 있지 않은 제2무전극부(115-2)가 설치되어 있다. 이들 무전극부 사이에 1/2파장길이를 지니도록 A상 정부전극 112A(+)(113A(+))과 112A(-)(113A(+)), B상 정부전극 112B(+)(113B(+)과 112B(-))(113(-))이 양측에 형성되어 있다.

제2, 제4압전소자(102)와 제6(최하층), 압전소자(103)사이의 차이는, 제1(최상층) 압전소자(104)와 최하층 압전소자(103)사이에 배치된 제2, 제4압전소자에는, 전극과 도전선(142)∼(145)이 접촉하여 관통하는 연통구멍(150)이, 제1무전극부에는 도전용의 도전선(141)이 관통하는 연통구멍(150a)이 형성되어 있다는 것으로, 이들 압전소자의 다른 구성은 동일하다.

제3전극패턴을 지닌 압전소자는, 상부위치에서부터 제3, 제5압전소자(101)(제19c, 19e도)로, 이들 소자의 각각에는, 전체표면에 GND전극(111G)이 형성되어 있고, GND전극과 비접촉상태로 형성되어 도전선(142)∼(145)이 관통하는 관통구멍(151)과, 전극(111G)과 접촉상태로 도전선(141)이 관통하는 관통구멍(152)이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 6개의 압전소자(101), (102), (103), (104)는, 제19a∼19b도에 도시한 배치의 위상으로 적층된다. 도전선(141)은, 제1층의 GND전극(114G) 및 제3, 제5압전소자(101)의 GND전극(111G)에 전기적으로 접속되고, 도전선(142)은 제2, 제4, 제6압전소자(102), (103)의 전극 114B(-), 112(-), 113B(-)에 전기적으로 접속되고, 도전선(143)은 전극 114B(+), 112B(+), 113B(+)에 전기적으로 접속되고, 도전선(144)는 전극 114A(-), 112A(-), 113(A)에 전기적으로 접속되고, 도전선(145)은 전극 114B(+), 112B(+), 113B(+)에 전기적으로 접속된다.

이해를 용이하게 하기 위해, 상기 설명에 있어 적층압전소자의 전극은 도전선(141)∼(145)를 개재하여 전기적으로 접속된다. 그러나, 실제로, 이들 전기접속은 관통구멍에 의해 달성된다. 이 구조에 의해, 한층마다 도선을 접촉할 필요는 없고, 혹은 외부 가장자리부에 도전성 도료를 도포하여 형성한 돌출부를 회피할 수 있다.

제20도는 제18도에 도시한 적층압전 세라믹판의 분극처리법을 도시한 개략도이다.

분극처리하기 위한 접촉핀은 모두 최상층의 압전소자(104)상의 전극과 접촉하게 되고, GND전극(114G)에 대하여 A, B상의 양전극 114A(+), 114B(+)과 A, B상의 음전극 114A(-), 114B(-)에 양, 음의 전압을 인가한다. 제3, 제5압전소자(101)상의 전체표면전극(111G)에는 최상층의 압전소자(104)의 GND전극(114G)에 도통하는 관통구멍(제18도에서 도선(141)로 표시)을 개재하여 분극용전압이 인가된다. 또, 제3, 제5압전소자(101)를 샌드위치하도록 배치된 제2, 제4, 제6의 압전소자(102), (103)상의 양전극 112A(+)(113A(-)), 112B(+)((113B(+))에는, 최상층의 압전소자(104)의 전극 114A(+), 114B(+)에 도통하는 관통구멍(제18도에서 도선(143), (145)로 표시)을 개재하여 분극용전압이 인가되고, 이들 압전소자의 음전극 112A(-)((113A(-)), 112B(-)((113B(-))에는 최상층의 압전소자(104)의 전극 114A(-), (114B(-)에 도통하는 관통구멍(제18도에서 도선(142), (144)로 표시)을 개재하여 분극용전압이 인가된다.

제21도는 제20도에 도시한 분극처리된 적층압전소자군(110)의 분극상태를 도시하는 전개도(전극(114G)의 중심에서 전개하고 있다)이고, 제21도에 있어서, 화살표는 분극방향을 표시한다.

분극처리된 압전소자(세라믹판)는 제2, 제3, 제4, 제5의 압전소자(세라믹판)이고, GND전극에 대하여 고전위전압이 인가되는 양의 전극 112A(+)((113A(+))과 112B(+)((133(+)) 사이에는 GND전극(111G)으로 향하여 분극처리가 실시되어 음의 전극 122A(-)((113A(-))과 112B(-)((113B(-))사이에는 GND전극(111G)에서 음의 전극 112A(-)((113A(-)) 및 112B(-)((113B(-))으로 향하여 분극처리가 시행된다.

그러므로, 상기 분극처리된 적층압전소자군(110)의 최상층의 압전소자(104)상의 양의 급전전극 114A(+), (114B(+)와 GND전극(114G)와의 사이에 양의 전압을 인가하면, 중간층의 압전소자(세라믹판)의 양의 전극 112A(+)(113A(+), 112B(+)((113B(+))에 대응하는 부분이 두께 방향으로 수축하고, 반면, 음의 급전전극 114A(-), 114B(-)와 GND전극(114G)과의 사이에 음의 전압이 인가되면, 중간층의 압전소자(세라믹판)의 음극전극 112A(-)((113A(-)), 112B(-)((113B(-))에 대응하는 부분이 두께방향으로 연장되므로, 이들 급전전극에 교류전압을 인가하면, 팽창/수축이 반복되어 진동이 여기된다.

제23도에 있어서, 적층압전소자(10)를 링형상의 진동탄성체(120)의 하부면측에 접착제를 개재하여 고정시키고, 제1압전소자(104)의 급전전극에 접속용의 가요성기판(130)이 접착된다. 가요성기판(130)은 구동회로(도시안함)에 접속되어 있고, A상 급전전극 114A'(+), 114A(-)에는 A상 급전패턴(131A)이 접속되고, B상 급전전극 114B(+), 114B(-)에는 B상 급전패턴(131B)이 접속되고, GND전극 (114G)에는 GND급전패턴(131G)이 접속되어 있다. A상급전패턴(131A)의 타단측의 단자부(132A)와, B상급전패턴(131B)의 타단층의 단자부(132B)에는 위상차이를 지닌 교류전압이 구동회로(도시안함)에서 입력되면, A상과 B상이 1/4의 위치적 위상을 지니기 때문에, 진동탄성체(120)의 구동면의 표면입자에 타원운동이 형성된다. 그러므로, 적층압전소자군(110)과 진동탄성체(120)로 구성된 진동자를 스테이터로서 사용하면, 진동탄성체(120)의 구동면과 가압접촉된 로우터(도시안함)를, 로우터를 회전지시키는 초음파모터에 활용할 수 있다. 또한, 종이등의 시트부재를 진동탄성체(120)의 구동면과 가압접촉시키면, 진동자를 시트공급기로서 사용할 수 있다. 더우기, 적층압전소자군과 진동탄성체(120)를 긴 타원형상으로 형성하고, 타원형상의 한쪽직선부를 레일형상 스테이터(도시안함)로 가압접촉시키면, 진동자를 리니어 구동장치에 사용할 수 있다. 이 방법으로, 진동자는 각종 진동파구동장치에 활용할 수가 있다.

제20도에 도시한 분극처리방법으로, A, B상의 양, 음의 전극에는 다른 접촉핀이 접촉되고, 동일 전위의 전압이 인가된다. 이와 달리, 제22도에 도시한 바와 같이, 최상층의 압전소자(104)의 양의 급전전극 114A(+)과 114B(+)을 미리 서로 접속시키고, 음의 급전전극 114A(-)과 114B(-)을 미리 서로 접촉시킴으로서 접속되는 접촉핀의 수를 절감한다. 분극처리후, 접속부(114C), (114D)를 절단함으로서, 제18도에 도시한 동일 적층압전소자군을 얻을 수 있다.

제18도에 도시한 적층압전소자군(110)은 진동상태를 검출하기 위한 선세상을 지니지 않으나, 제24b도에 도시한 바와 같이, 제1무전극부(115-1)에는 1/4의 파장폭을 지닌 센서전극(112S)을 연통구멍(150a)과 비접촉이 되도록 배치되어 있고, 최상층의 압전소자(104)에는 예를 들어 관통구멍을 개재하여 센서전극(112S)과 도통하는 전극(114S)이 형성되어 있다.

그러므로, 분극처리시 전극(114S)에 양 또는 음의 전압이 인가되면, 제3의 압전소자(101)상의 전극(114S)과 전극(111G)사이에서 센서용 분극처리가 행해진다. 또, 전극(114S)를 다른 급전전극, 예를 들어 급전전극 114A(+)과 외주부를 개재하여 접속시켜 두면, 분극처리를 위해 특히 센서용 배선을 제조할 필요가 없게 된다.

또, 구동을 위해 구동회로와 접속되는 가요성 프린트기판(130)에, 제25도에 도시한 바와 같이, S상 급전패턴(131S)을 GND급전패턴(131G)과 접촉하지 않도록 배치하고 있다.

[실시예 4]

제26a∼26f도는 실시예 4를 도시한 것이다.

본 실시예의 적층압전소자군은 제19a∼19f도에 도시한 실시예에서와 같이 6개의 압전소자(세라믹판)로 구성되어 있다. 실시예 3의 구성과 다른 점은, 제26b, 26d 및 26f도에 나타낸 각각의 제2, 제4, 제6압전소자(102), (103)의 한쪽면에 1/4파장의 간격으로 전체주위에 전극을 형성한 점으로, A상의 양전극 112A(+)((113A(+)) 및 음전극 112A(-)((113A(-))과, B상의 양전극 112B(+)((113B(+)) 및 음전극 112B(-)((113B(-))은 교대로 배치되어 있고, A상 및 B상은 이들 사이에 전체적으로 1/4파장의 간격을 지닌다.

따라서, 각각의 압전소자(세라믹판)를 전체주위에 걸쳐 이용할 수가 있으므로, 상기한 실시예 3보다 낮은 전압에서 동일한 출력을 얻을 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제2, 제4, 제6압전소자(10), (103)의 전체주위에 A상, B상 전극이 교대로 배치되어 있으므로, 분극처리 및 급전을 위한 최상층에 배치된 제1층의 압전소자(104)에 형성된 급전전극은 4개의 내외주방향으로 배치되어 있고, 실시예 3과 마찬가지로 제2 및 그 이하의 압전소자의 관통구멍에 접속될 수 있다.

또, 이들 급전전극 114A(+), 114A(-), 114B(+), 114B(-)의 일단측은, GND전극(114G)근방에 배치되고, 이런 구성은 실시예 3과 마찬가지로 가요성 프린트기판과의 일괄접속을 용이하게 해준다.

제24a∼24f도에 도시한 바와 같이, 진동상태를 검출하는 전극을 제2압전소자부에 배치할 수 있다.

[실시예 5]

제27a∼27f도는 실시예 5를 도시한 것이다.

본 실시예에서는, 제27b, 27d, 27f도에 도시한 바와 같이, 각각 제2, 제4, 제6의 압전소자(102), (103)의 제26a∼26f도에 도시한 실시예 4와 마찬가지로 1/4파장의 간격으로 전체주위에 전극이 형성되어 있으나, 제27c 및 27e도에 도시한 제3, 제5압전소자에는, 제3, 제5압전소자의 상하에 배치되는 압전소자(102), (103)상의 A 및 B상의 전극과 위치적으로 동일위상으로 1/4파장간격으로 GND전극(116A), (116B)이 교대로 형성되어 있다. 반면, 최상층(제1)압전소자(104)에는, 분극 및 급전용전극이 6개의 동심부로서 형성되어 있고, 내측부의 2개의 급전전극(114AG), (114BG)이 상기 실시예와 마찬가지로 관통구멍을 개재하여 제3, 제5압전소자(106)의 전극에 접속되어 있다. 보다 상세하게는, 급전전극(114AG)은 A상용의 GND전극(116A)에 관통구멍을 개재하여 접속되고, 급전전극(114BG)은 관통구멍을 개재하여 B상용의 GND전극(116B)에 접속되어 있다. 급전전극 114A(+), 114A(-), 114B(+), 114B(-)는 제2, 제4 및 제6압전소자(102), (103)상의 동일 위상, 동일 분극성을 지닌 전극 112B(+)((113B(+)), 112B(-)((113B(-))에 관통구멍을 개재하여 각각 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 적층압전소자군의 분극처리 방법은 상기한 실시예 3과 실질적으로 동일하며, 다른 점은 2개의 GND급전전극(114AG), (114BG)이 배치되어 있다는 것으로, 이들 2개의 GND급전전극(114AG)와 (114BG)에 중간전위를 인가하면, 제3, 제5압전소자(106)의 GND전극(116A), (116B)에 중간전위가 인가된다.

급전전극 114A(+), 114B(+)에 양의 전압을, 또 급전전극 114(A), 114B(-)에 음의 전압을 구동회로(도시안함)로부터 인가하면, 제2, 제4, 제6압전소자(102), (103)의 양, 음전극에 각각 양 및 음전압이 인가된다. 제28도는 이런 적층압전소자군의 분극상태를 도시한 것이다.

이런 적층압전소자군의 급전전극에 접속된 가요성기판(130)은, 제29도에 도시한 바와 같이, 급전패턴 131A'이 GND전극(114AG)에 접속되고, 급전패턴 131B'이 GND전극(114BG)에 접속되도록 디자인 되어 있어, 이들 2개의 급전패턴 131A' 및 131B'은 다음과 같이 단자부 132A', 132B'를 개재하여 구동회로(도시안함)로부터 구동전압을 수용한다.

보다 상세하게는, 급전전극 114A(+), 114A(-)에 도통하는 단자부(132A)와, 급전전극 114B(+), 114B(-)에 도통하는 단자부(132B)에 인가되는 구동주파수전압간의 위상차는 +90deg 또는 -90deg이나, 단자부(132A), (132A') 및 단자부(132B), (132B')간에 인가되는 구동주파수전압간의 위상차는 180deg로 된다. 이 때문에, GND전극(116A), (116B)와 전극 112A(+)((113A(+)), 112A(-)((113A(-)), 112B(+)((113B(+)), 112B(-)((113B(-))사이에 샌드위치된 제2, 제3, 제4, 제5압전소자(세라믹판)에는 상기 실시예 3, 4와 같이, 전극 114A(+)와 114B(+), 114A(-)와 114B(-) 및 (114AG)와 (114BG)를 불사용부분을 개재하여 접속하고, 분극처리후에 이들 접속부를 절단할 수 있다. 또, 이와 달리 실시예 4와 같이 제1, 제2층에 분할하여 배치할 수도 있다. 진동상태 검출용전극을 제30도는 상기 실시예에 있어서 적층압전소자를 이용한 초음파모터를 구동원으로서 사용하는 렌즈통을 나타낸다.

진동자(100)는 예를 들면 제23도에 도시한 탄성체(120)에 적층압전소자군(110)을 접합시켜 구성되며, 진동자(100)는 압축스프링(1101)을 개재하여 스톱퍼부재(1102)에 접촉한다. 링형상로우터로서 출력부재(1103)가 마찰부재(1104)를 개재하여 진동자(1100)의 구동면과 가압접촉하고 있다. 로울러(1105)는 포커싱키이(1106)에 연결되어서 광축방향으로 포커싱렌즈L를 이동시키도록 광축 둘레에 회전된다. 로울러(1105)는 초음파모터에서의 출력부재(1103)와, 광축방향으로 이동하여 수동포커싱링(1107)과 연결시 광축둘레에 회전하는 수동 출력링(1108)과 마찰접촉하여, 수동 포커싱 모드와 자동포커싱 모드사이로 포커싱모드를 전환시킨다. 수동포커싱링(1107)이 수동출력링(1108)과 비결합되어 있는 자동포커싱모드에서, 롤러(1105)는 출력부재(1103)의 회전시 다르게 회전하여 포커싱키이(1106)를 회전시킴으로서, 초음파모터를 개재하여 포커싱렌즈L를 구동하여 포커싱작동을 달성한다. 수동포커싱링(1107)이 수동출력링(1108)과 결합한 경우에는, 수동포커싱링(1107)이 회전할 경우 포커싱렌즈L는 롤러(1105)의 차동회전에 의해 마찬가지로 포커싱키이(1106)에 의해 이동하여 수동포커싱 작동을 달성한다.

상기 각각의 실시예에서, 적층압전소자는 6개의 압전소자(세라믹판)을 적층하여 구성되나, 본 발명은 이것에 한정된 것은 아니다. 또한, 중간층으로서 압전소자에 형성된 전극수는 필요로하는 진행파의 파수에 대응하여 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 실시예 1∼5에 따른 적층압전소자군은 1 또는 복수의 파수의 정재파의 합성에 의해 진행파를 형성할 수 있고, 또, 분극처리 및 구동용 급전에 필요한 배선의 수를 절감할 수 있다.

각층위의 전극은 관통구멍을 개재하여 접속되어 있으므로, 일층마다 도선을 접속하는 작업을 생략할 수 있고, 혹은 외부가장자리부에 도전도료를 도포하여 형성한 돌출부를 피할 수 있다.

더우기, 최상층압전소자에 형성된 전극에 의해서만, 분극처리 및 구동을 위한 급전이 실행될 수 있으므로, 구동을 위한 배선수를 감소시킬 수 있다.

반면 구동회로와의 접속으로서, 급전전극이 단일층에 집중하고 있으므로, 접속용의 가요성 기판의 접속부면적을 감소시킬 수 있어, 비용절감, 기판수지에 의한 진동감쇠를 억제할 수 있다. 따라서, 이런 압전소자군을 사용한 진동파모터등의 진동파구동장치의 구동효율성을 향상시킬 수 있다.

물론, 이 적층압전소자군에 센서상을 설치할 수 있으므로, 진동파구동장치의 구동제어를 고정밀도로 행할 수 있다. 또, 적층압전소자군은 최하층의 외면에 전극을 지니지 않으므로, 적층압전소자를 진동탄성체에 접합하는 경우, 최하층의 압전소자를 접착제를 사용하여 탄성체에 접착시킬 수 있다. 그러므로, 종래 기술과 달리, 접합면측에 형성된 전체표면을 구동회로의 GND측과 접속을 용이하게 하기 위해 압전소자(세라믹판)의 측면에 도전성재료를 도포할 필요가 없게 된다.

Claims

진동자와, 상기 진동자에 진동을 발생하는 복수의 전기기계에너지변환소자로 이루어지며, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자는 그의 각 영역에 적어도 4개의 분할전극을 각각 가지는 복수의 제1에너지변환소자를 포함하고, 상기 복수의 제1전기기계에너지변환소자의 각각은 다른 분극방향을 가진 적어도 2개의 군으로 분극처리가 행해지며, 상기 복수의 제1에너지변환소자는 적층되어 있는 진동작동기에 있어서, 서로 동일위상에 있는 각 분할전극은 이들 사이에 전기접속을 달성하기 위해 상기 에너지변환소자의 각 영역에서 접속되고, 그에 의해 상기 복수의 제1에너지변환소자중 하나의 한 분할전극에 공급되는 신호가 서로 동일위상에 있는 상기 복수의 제1에너지변환소자의 각 분할전극에도 공급되는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 전극은 상기 각각의 복수의 제1에너지변환소자의 한쪽표면측에만 형성되어 있고, 상기 복수의 제1에너지변환소자는 전극이 형성되어 있는 표면이 일방향으로 향하면서 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자는 적층상태로 접착되어 있고, 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제2항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자는 적층상태로 접착되어 있고, 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자에 적층되어 있는 기계전기에너지변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제5항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자 및 상기 기계전기에너지변환소자는 적층 상태로 접착되어 있고, 블록을 구성하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제2항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자는 비분할전극을 지닌 제2에너지변환소자를 지니고, 상기 제2에너지변환소자는 상기 복수의 제1에너지변환소자사이에 적층되어 있으며, 상기 제2에너지변환소자의 상기 전극은 상기 각각의 복수의 제1에너지변환소자의 상기 4분할전극을 중첩하는 크기를 지닌 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 분극에 사용된 접속영역을 분극후 절단해내는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자의 각각은 중공링형상이며, 바아형상을 지닌 상기 진동자와 접촉하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제3항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자의 각각은 중공링형상이며, 바아형상을 지닌 상기 진동자와 접촉하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전기기계에너지변환소자와 상기 진동자사이에 배치되어, 상기 복수의 제1에너지변환소자의 전극에 전위를 공급하기 위한 분할전극영역을 지니는 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 진동자와 접촉하여 상기 진동자에서 발생한 진동으로 상대이동하는 접촉부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 제1에너지변환소자의, 서로 동일위상에 있는 전극은 관통구멍을 개재하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 구동원으로서 상기 진동작동기를 사용하는 이동장치를 지니는 장비를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제14항에 있어서, 상기 진동작동기에 의해 이동성렌즈를 이동시키는 상기 장비는 렌즈통인 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 제1에너지변환소자에 전위를 공급하는 공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제7항에 있어서, 상기 복수의 제1에너지변환소자는 두께방향으로의 수축/팽창에 따라 원주방향내로 파장(λ)으로 복수의 정재파를 여기하고, 상기 전극은 상기 원주방향으로 1/4파장의 홀수배에 대응하는 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제17항에 있어서, 상기 복수의 제1에너지변환소자중 하나의 전극은 일부분에서 집중되어 있는 것을 특징으로 하는 진동작동기.
제17항에 있어서, 구동원으로서 상기 진동작동기를 사용하는 이동장치를 지니는 장비를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동작동기.