(57)【要約】【課題】    より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターの提供。【解決手段】  圧電式リニアモーターは、ドーム状圧電セラミックを使用し、より大きな変位を提供することができ、圧電式リニアモーターは、ドーム型圧電セラミック１００の処理を含み、この処理により異なる電極は圧電セラミックの対応する表面に形成され、振動軸２００は、圧電セラミックの第一曲面に固定され、このためこの振動軸と圧電セラミックの変位は一緒に移動し、移動可能部品３００が振動軸に接触する時には、リニア駆動と振動軸の摩擦を経由し、振動軸の移動時に、移動可能部品の慣性力が、それと振動軸との間の摩擦力より低ければ、移動可能部品は振動軸の運動方向へと移動し、本発明により圧電セラミックはドーム状を形成し、よってその運動変位を拡大することができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターは、以下を備え、
ドーム型圧電セラミックの処理により、異なる電極は該圧電セラミックの対応する表面に形成され、
振動軸は前記圧電セラミックの第一曲面に固定され、よって前記振動軸は前記圧電セラミックの変位と一緒に移動し、
移動可能部品が進入し前記振動軸に接触する時には、リニア駆動と振動軸摩擦を経由することを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーター。
【請求項２】
請求項１記載のより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、前記より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターは、さらにブラケットを備え、これにより圧電セラミックの変位を制限し、それが圧電セラミックを支える時には、周囲方向において所定の長さを形成することを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーター。
【請求項３】
請求項１記載のより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、前記移動可能部品と前記振動軸はこの種の方式により構成され、所定の圧迫部品により、前記移動可能部品と前記振動軸の間の接触部分において特定の摩擦力により維持されることを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーター。
【請求項４】
請求項１或いは請求項２或いは請求項３記載のより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、前記振動軸が移動する時には、前記移動可能部品の慣性力が、前記振動軸との間の摩擦力より低ければ、前記移動可能部品は前記振動軸の運動方向へと移動することを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電式リニアモーターに関し、特にドーム型圧電セラミックを採用する圧電式リニアモーターで、伝統的な円盤型圧電セラミックに比べ、簡単に伸長/收縮、変位を行うことができ、より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電効果を利用する圧電セラミックにより、圧電式モーターは次世代のモーターとなりつつある。その振動は、そこに加える電場の変化に従う。
圧電式モーターは２０ＫＨｚ以上の超音波駆動周波数を備え、すでに人類が聞くことができる範囲を超えている。つまり、無音モーターということで、また超音波モーターとも呼ばれる。
典型的な電磁モーターに比べ、圧電式モーターは３ｋｇ／ｃｍ以下の力を発生することができ、その反応速度は０．１ミリ秒以下である。さらにサイズは典型的な電磁モーターの十分の一以下しかなく、しかも０・１ｍ以下の精度を備える。
よって、圧電式モーターはすでに、例えば、ズーム機能、オートフォーカス機能、及びデジカメの減震機能、或いはCD／ DVDを駆動するＲＯＭピックアップヘッド等の、ハイレベルトルクと低速度が必要な応用領域に広く用いられている。
【０００３】
一般には、圧電式モーターは湾曲波形或いは定常波形等の振動伝播の方法を利用し実現する。
しかし、この種の振動伝播の方法は、圧電式モーターの連続駆動により、その接触部分に磨損を発生し、理想的な振幅を得ることができないという欠点がある。
【０００４】
特許文献１は、圧電式リニアモーターと関連のある代替措置によりこの欠点を克服する。
そのリニア移動は、移動ブラケット上に設置する移動可能部品が、湾曲運動を利用することで完成され、弾性体と圧電板を通して、その駆動のソースとするものである。
【０００５】
【特許文献１】韓国特許第10-0443638号明細書
【０００６】
公知技術中に示す圧電式リニアモーターは、伝統的なモーターに比べ、コンパクトで、相対的に簡単な製造過程を採用可能で、スピーディーな運転速度を提供することができる。
但し、その圧電セラミックは円盤状であるため、その位置に弾性を備える隔絶板を設置し変位可能としなければならず、よって製造コストの拡大と生産過程の複雑化を招いているという問題がある。
さらには、公知の技術に基づけば、移動可能シャフトと移動可能部品の移し変えは、特定の長さに制限されるため、モーターが適用可能な製品の範囲を制限してしまっている。
本発明は、従来の圧電式リニアモーターの上記した欠点に鑑みてなされたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、振動変位が可能な圧電式リニアモーターを実現し、それは弾性を備える隔絶板を圧電セラミックに結合する必要がなく、しかもリニア振動変位を提供可能で、円盤型圧電セラミック上の変位を改善することができ、このようにして、圧電式リニアモーターの応用範囲をさらに拡大することができ、同時に、圧電式リニアモーターの移動効率を向上させることができるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターは、以下を備え、
ドーム型圧電セラミックの処理により、異なる電極は前記圧電セラミックの対応する表面に形成され、
振動軸は前記圧電セラミックの第一曲面に固定され、よって前記振動軸は前記圧電セラミックの変位と一緒に移動し、
移動可能部品が進入し前記振動軸に接触する時には、リニア駆動と振動軸摩擦を経由することを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載のより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、前記より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターは、さらにブラケットを備え、これにより圧電セラミックの変位を制限し、それが圧電セラミックを支える時には、周囲方向において所定の長さを形成することを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターとしている。 
請求項３の発明は、請求項１記載のより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、前記移動可能部品と前記振動軸はこの種の方式により構成され、所定の圧迫部品により、前記移動可能部品と前記振動軸の間の接触部分において特定の摩擦力により維持されることを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターとしている。
請求項４の発明は、請求項１或いは請求項２或いは請求項３記載のより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、前記振動軸が移動する時には、前記移動可能部品の慣性力が、前記振動軸との間の摩擦力より低ければ、前記移動可能部品は前記振動軸の運動方向へと移動することを特徴とするより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターとしている。
【発明の効果】
【０００９】
弾性を備える隔絶板により振動変位を実現可能でありながら、圧電セラミックは独自にドーム型を形成し、このようにして生産プロセスを単純化し、弾性体付着物の複雑性によらず、しかも生産コストを低下させることができ、伝統的な円盤型圧電セラミックを採用する構造に比べ、圧電式リニアモーターはその振動変位或いは操作の幅を拡大することができるため、モーターが適用可能な製品の範囲を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターは、ドーム型圧電セラミックの処理を備え、この処理により、異なる電極は圧電セラミックの対応する表面に形成される。
より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターはさらに、振動軸を圧電セラミックの第一曲面に固定し、これにより振動軸と圧電セラミックの変位は一緒に移動し、しかも移動可能部品が進入し振動軸に接触する時には、リニア駆動と振動軸摩擦を経由する。
より大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターはさらに、ブラケットを備え、これにより圧電セラミックの変位を制限し、それが圧電セラミックを支える時には、周囲方向に沿って所定の長さを形成する。
最適実施形態では、振動軸が移動する時に、移動可能部品の慣性力が、振動軸との間の摩擦力より低ければ、移動可能部品は振動軸の運動方向へと移動する。
最適実施形態では、移動可能部品と振動軸はこの種の方式により構成され、所定の圧迫部品により、移動可能部品と振動軸の間の接触部分において特定の摩擦力により維持される。
【００１１】
図１から図３は、典型的な圧電式モーターの変位形成の原理を示す概略図である。
図１は、圧電セラミック１０の軸方向が極化される状況を示す(矢印が示す方向)。
電場Uが圧電セラミック１０の上表面及び下表面に応用され、電極を形成する時には、逆圧電効果により、圧縮力或いは抗引力は、圧電セラミック１０に応用される。
つまり、電場Uの作用により、圧電セラミック１０の極化方向と電場方向が完全に一致する時、圧電セラミック１０は、周囲の方向に沿って伸長し、軸方向は同時に收縮される。
この時、圧電セラミック１０は弾性板２０により緊密に支えられるため、弾性板２０は圧電セラミック１０の表面に付着し、これにより周囲方向への收縮変位は、弾性板２０が付着しない圧電セラミック１０表面より小さい。
その結果、図２に示すように、弾性板２０と圧電セラミック １０の組合せ構造は変位を生じ、それによりこの組合せ構造は圧電セラミック１０の方向へと湾曲し、この単層圧電装置(Unimorph)の中心において最大の変位を生じる。
【００１２】
これに相対し、電場Uの作用により、圧電セラミック１０の極化方向と電場方向が反対である時には、圧電セラミック １０は周囲の方向に沿って收縮し、軸方向に同時に伸長する。
この時、上記した実施形態と相対し、圧電セラミック１０の表面には既に弾性板２０が付着し、これにより周囲方向への伸長変位は、弾性板が付着しない圧電セラミック表面より小さい。
その結果、図３に示すように、弾性板２０と圧電セラミック１０の組合せ構造は変位を生じ、これによりこの組合せ構造は弾性板２０の方向へと湾曲し、この単層圧電装置(Unimorph)の中心において最大の変位を生じる。
【００１３】
上記したように、円盤型圧電セラミック１０において振動変位を実現するためには、圧電セラミック１０以外に、実質的には弾性板２０も必要である。
それに比べ、本発明の特徴は、ドーム型の圧電セラミックを形成するため、振動変位の確保には、セラミックの部分だけを使用し、弾性の隔絶板を使用する必要がない。
以下に、本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターの駆動原理について詳細に説明する。
先ず、本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターの構成部材について説明し、続いて、振動軸及び波形電圧応用により得られる移動可能部品の移動軌跡に基づき、モーターの駆動原理について説明する。
【００１４】
図４は、本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターの断面図である。
図４に示すように、ドーム型を形成する圧電セラミック１０は、その反対の表面に異なる電極を形成し、しかも圧電セラミック１０が軸方向に伸出或いは収縮する状況下における振動は、圧電セラミック１０反対表面の電圧極性の変化にかかっている。
この実施形態で、ドーム型の圧電セラミックの振動発生原理(或いは振動変位発生の原理)は、以下の図示に関する説明において詳細に記載する。
図５は、圧電モーターのドーム型圧電セラミックが形成する施力方向を示す。
【００１５】
つまり、圧電セラミック１０が圧電モーターを形成する時、その軸方向は收縮され、周囲方向は伸長される。
これによりドームの厚みを減らし、微小部品により、圧縮力は軸の周囲に応用され、微小部品を形成し、圧縮力の合計量は軸心の突出方向に作用し、これにより圧電セラミックの中心は突出する。
図５に圧電セラミック１０の側面部分を示すが、図が示す圧電セラミック１０の形状は、同軸心の円盤状である。
よって、微小部品が軸の四周に形成されており、しかも軸を中心として、環状を呈し排列する様子を示している。
この実施形態のシミュレーションの結果において、圧電セラミック１０上に各自緊張状況が存在しない、という仮説をすると図６において確認される。
３Ｄ空間において見られるシミュレーションの結果は、図７において確認される。
【００１６】
続いて、圧電セラミック１０が圧電モーターを形成する時、その軸方向は、伸長され、周囲方向は收縮されるため、ドームの厚みを増す。
図５に示すこれら相対する作用力は、軸の周囲に応用され、微小部品を形成し、作用力の合計量は、軸心突出の反対方向に作用するため、中心の圧電セラミックの収縮を招く。
この実施形態が行うシミュレーションの結果は、図８と図９に示す。
振動軸３０は圧電セラミック１０の第一曲面に固定されるため、振動軸と圧電セラミック１０の変位は一緒に移動する。
通常の状況下では、圧電セラミック１０の第一曲面は、モーターフレーム６０或いはハウジング（図示なし）の正面により適している。
振動軸３０は、曲面と反対の表面に固定しなければならず、フレーム６０或いはハウジング上に配置しなければならない。
【００１７】
移動可能部品４０が振動軸３０に接触する時、リニア駆動と振動軸摩擦を経由する。移動可能部品４０と振動軸３０の間の接触部分は、バネ或いはボルト等所定の圧迫部品の使用が最適で、これによりその特定の磨擦力を維持する。
振動軸３０を圧電セラミック１０に連結し、圧電セラミック１０の振動により移動する時、移動可能部品４０の慣性力が振動軸３０との間の摩擦力より低ければ、移動可能部品４０は振動軸の運動方向へと移動する。
さもなければ振動軸３０だけが作動し、移動可能部品４０は動作しない。
以下に、圧電式リニアモーターの駆動原理を説明し、振動軸３０と移動可能部品４０の間の対応過程について記載する。
この実施形態中では、一般に、のこぎり型の駆動電圧とし、本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターに適用する（図１０参照）。
【００１８】
のこぎり型電圧が圧電セラミック１０に応用される時、圧電セラミック１０上の振動軸は、突出の方向に沿って移動し、低速時の電圧変化は、相対的に低速の間隔期間(a->b，c->d，とe->f)(これら間隔は間隔Aとする)である。
よって、振動軸３０と移動可能部品４０の間の摩擦力は、移動可能部品４０の慣性力より大きくなり、よって振動軸３０と移動可能部品４０は一緒に移動する。
これに相対し、高速時には、その間隔期間の電圧変化(b->cとd->e)(これら間隔は間隔Bとする)は、圧電セラミック１０上の振動軸において、相対的に高速である時だけ、振動軸突出方向の反対方向に沿って移動する。
よって、移動可能部品４０の慣性力は、振動軸３０と移動可能部品４０の間の摩擦力より大きくなり、よって、振動軸３０が移動可能部品４０をスライドし超えると、振動軸３０だけが移動する。
その結果、間隔Aと間隔Bの重複により、移動可能部品４０の運動変位は累積され、よって、移動可能部品４０は突出の方向へと移動する。
図１０と関連するにこぎり波に、相位差180°の電圧が応用されるなら、移動可能部品４０の運動変位は、突出方向の反対方向に累積され、よって、移動可能部品４０は突出方向の反対方向へと移動する。
【００１９】
同時に、本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターは、さらに圧電セラミックを支えるブラケット５０を備える。
ブラケット５０は、ボルト７０及びナット７１等の緊密固定部品によりフレーム６０或いはハウジング上に付着する。
ブラケット５０はまた圧電セラミック１０変位の機能を制限し、周囲方向において所定の長さを形成し、よって、さらに圧電セラミック１０中心の軸方向への変位を拡大することができる。
図１１に、本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターがドーム型圧電セラミックを採用し、伝統的な圧電リニアモーターと円盤型圧電セラミックを採用する操作効率について、示す。
図１１は、円盤型圧電セラミック及びドーム型圧電セラミック中心運動変位が実現する実験値の折れ線グラフで、レーザー干渉器を使用し、各ディメンションは28piと2tである。
図１１に示すように、電場強度の増加に従い、円盤型圧電セラミックの最頂端変位及びドーム型圧電セラミックの最頂端変位の間には、顕著な差異が見られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】典型的な圧電式モーターの変位形成の原理を示す概略図である。
【図２】典型的な圧電式モーターの変位形成の原理を示す概略図である。
【図３】典型的な圧電式モーターの変位形成の原理を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、変位を生じる原理を示す圧電セラミックの側面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、その軸方向の変位シミュレーションの結果を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、その軸方向の変位シミュレーションの結果を示す概略図である。
【図８】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、軸に反対方向の変位シミュレーションの結果を示す概略図である。
【図９】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーターにおいて、軸に反対方向の変位シミュレーションの結果を示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるより大きな変位を提供可能な圧電式リニアモーター駆動に適用する電圧波動を示す折れ線グラフである。
【図１１】伝統的な円盤型圧電セラミック及び本発明ドーム型圧電セラミック中央部分において測定した運動変位により得られた実験値を示す折れ線グラフである。
【符号の説明】
【００２１】
１０  圧電セラミック
２０  弾性板
３０  振動軸
４０  移動可能部品
５０  ブラケット
６０  モーターフレーム
７０  ボルト
７１  ナット
【図１】
2009534014.tif 000003
【図２】
2009534014.tif 000004
【図３】
2009534014.tif 000005
【図４】
2009534014.tif 000006
【図５】
2009534014.tif 000007
【図６】
2009534014.tif 000008
【図７】
2009534014.tif 000009
【図８】
2009534014.tif 000010
【図９】
2009534014.tif 000011
【図１０】
2009534014.tif 000012
【図１１】
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【国際調査報告】
2009534014.tif 000014
2009534014.tif 000015