KR101282923B1 - The bonding method of Lambda shape metal-ceramic ultrasonic vibrator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메탈세라믹(metal-ceramic) 초음파 진동자의 접합에 관한 것으로, 특히 휴대용 정보통신 기기 등과 같이 가볍고 작으며, 저속에서 큰 토크가 필요한 초음파 모터에 적용하기 위한 초음파 진동자의 접합 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the joining of metal-ceramic ultrasonic vibrators, and more particularly, to a method of joining ultrasonic vibrators for application to an ultrasonic motor which is light and small, such as a portable information communication device, and which requires a large torque at a low speed.
본 발명은 초음파 모터용 메탈 세라믹 진동자에서 메탈과 세라믹을 정밀하게 접합하기 위하여 내부에 정사각형의 돌출부가 있는 람다(Lambda)모양의 치구와; 이보다 높이가 낮고 한쪽 모서리부가 정사각형으로 잘려나가 앞의 치구에 정확하게 결합되는 치구; Lambda 모양의 돌출된 정사각형의 양 변에 낮은 치구 위에서 정확히 정렬될 직사각형의 압전체; 정렬된 직사각형의 압전체 뒷부분을 밀어주어 정확히 정렬되도록 한 2 단 돌출된 Lambda 모양의 치구; 정렬된 압전세라믹 위에 정확히 놓이게 되는 Lambda형 모양의 메탈; 그 메탈 위에 정확히 정렬된 직사각형의 압전체; 2단 돌출 구조의 Lambda 형 치구의 돌출된 2 단에 정확히 정렬되는 구조의 치구를 포함하는 고효율 초음파 진동자 접합을 위한 정렬방법을 제공한다.The present invention includes a lambda-shaped jig having a square protrusion therein for precisely joining metal and ceramic in a metal ceramic vibrator for an ultrasonic motor; Jig lower than this and one edge is cut into a square to be precisely coupled to the front jig; Rectangular piezoelectric elements to be exactly aligned on the lower jig on both sides of the Lambda-shaped protruding square; A two-stage protruding Lambda-shaped jig for pushing back the aligned rectangular piezoelectric body for precise alignment; Lambda shaped metal placed exactly on the aligned piezoceramic; Rectangular piezoelectric elements exactly aligned on the metal; The present invention provides an alignment method for joining a high efficiency ultrasonic vibrator including a jig of a structure that is exactly aligned with a projected two-stage of a Lambda-type jig of a two-stage projecting structure.
Description
도 1은 람다형 메탈 세라믹 진동자의 구조도이다.1 is a structural diagram of a lambda type metal ceramic vibrator.
도 2는 람다형 메탈 세라믹 진동자의 조립 방법이다,2 is a method of assembling a lambda type metal ceramic vibrator,
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
3 : 압전체 5 : 메탈3: piezoelectric 5: metal
11 : 제1치구 12 : 제2치구 14 : 제3치구11: 1st fixture 12: 2nd fixture 14: 3rd fixture
16 : 제4치구16: fourth fixture
본 발명은 메탈세라믹(metal-ceramic) 초음파 진동자의 접합에 관한 것으로, 특히 휴대용 정보통신 기기 등과 같이 가볍고 작으며, 저속에서 큰 토크가 필요한 초음파 모터에 적용하기 위한 초음파 진동자의 접합 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 모터에는 전자기 모터와 초음파 모터가 있다. 통상 30W 이상의 출력을 갖는 경우에는 전자기 모터의 효율이 아주 우수하지만, 그 이하의 적은 출력에서는 전자기 모터 코일의 굵기가 가늘어 지면서 손실이 증가하여, 전자기 모터 의 효율이 30% 이하로 출력이 감소하면서 거의 선형적으로 떨어지는 특성이 있다. 반면에 출력에 관계없이 거의 30%의 일정한 효율을 갖는 초음파 모터는 30W 이하에서 효율이 전자기 모터에 비하여 훨씬 높은 소형 모터를 제작할 수 있는 장점이 있어, 미국, 일본을 비롯한 선진국에서 많은 연구가 진행되고 있다.Generally, motors include electromagnetic motors and ultrasonic motors. In general, the efficiency of the electromagnetic motor is very good when the output is 30W or more, but at the lower output, the loss increases as the thickness of the electromagnetic motor coil becomes thinner, and the efficiency of the electromagnetic motor decreases to 30% or less, and the output is almost reduced. There is a characteristic of falling linearly. On the other hand, ultrasonic motors with a constant efficiency of almost 30%, regardless of output, have the advantage of producing smaller motors with a higher efficiency than electromagnetic motors at less than 30W. Therefore, many studies have been conducted in developed countries including the US and Japan. have.
이러한 초음파 모터는 특정한 모양의 금속에 PZT 압전 세라믹을 접합하여 전기적 여기에 의해 압전 세라믹이 금속을 진동하여 특정 주파수에서 공진을 만들어 낸다. 이때 만들어진 공진 모드 중 서로 직각되는 공진 모드의 변위를 동시에 발생시켜 타원 운동을 만들어내 모터의 구동력으로 사용한다.Such an ultrasonic motor bonds a PZT piezoelectric ceramic to a metal of a specific shape, and the piezoelectric ceramic vibrates the metal by electrical excitation to generate a resonance at a specific frequency. At this time, the displacements of the resonance modes that are perpendicular to each other in the resonance modes are generated at the same time to generate an elliptic motion and use it as the driving force of the motor.
도 1에는 압전체 4개를 사용한 람다(lambda)형 초음파 모터의 구조를 나타내었다.1 shows the structure of a lambda type ultrasonic motor using four piezoelectric elements.
일반적으로, 공진 주파수가 일정하고 진동 변위가 우수한 특성의 진동자를 접합하기 위하여, 종래에는 수작업을 통하거나 간단한 치구를 이용하여 접합하는 방식을 이용하였다. 그러나, 2가지 직각 모드의 공진변위 사이의 주파수에서 타원모양의 진동을 이용하는 초음파 모터의 응용에서는 압전 세라믹과 메탈이 정확한 위치에 정렬되지 않고 접합되면 진동자의 2개 모드 공진 주파수가 원래보다 멀어지거나 이동이 일어나 진동특성이 떨어지는 문제점이 발생한다. In general, in order to bond a vibrator having a constant resonance frequency and excellent vibration displacement, a conventional method of joining by hand or using a simple jig is used. However, in applications of ultrasonic motors that use elliptic vibrations at frequencies between the two orthogonal modes of resonant displacement, the two-mode resonant frequencies of the vibrator move away from or move when the piezoelectric ceramic and metal are bonded without being aligned in the correct position. This problem occurs when the vibration characteristics are lowered.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 변형된 사각과 람다(Lambda) 모양의 치구들을 제작하여 압전세라믹과 메탈을 정확하게 정렬하여 접합하기 위한 방법을 제시함으로써, 모터의 구동에 사용될 두 가지 공진 모드의 주파수를 일치시켜 최대 효율의 모터를 제작하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems, by producing a jagged jagged and lambda shaped jigsaw and presenting a method for precisely aligning and joining the piezoceramic and metal, to drive the motor The goal is to produce a motor with maximum efficiency by matching the frequencies of the two resonant modes to be used.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 람다(Lambda)형 메탈 세라믹 진동자의 접합에 있어서, 내측에 정사각형의 돌출부가 있는 제1치구(11)와 한쪽 모서리가 정사각형으로 잘려나가고 압전체(3)의 두께만큼 낮은 높이의 제2치구(12)를 밀착하여 정렬하는 제1단계와; 상기 제1치구(11)와 상기 제2치구(12)가 정렬된 턱 부분에 접착제가 도포된 직사각형의 상기 압전체(3)를 도포부가 위로 향하도록 정렬하는 제2단계와; 상기 압전체(3)의 밀착되지 않은 나머지 변을 완전히 밀착할 수 있는 구조로 제작된 제3치구(14)로 상기 압전체(3)와 제1, 제2치구 모두를 밀착, 정합하는 제3단계와; 람다(Lambda) 모양의 메탈(5)을 접착제가 도포된 상기 압전체(3)의 면과 상기 제3치구(14)의 2 단 내면에 밀착되도록 밀어 정렬하는 제4단계와;According to the present invention for achieving the above object, in the joining of a lambda-type metal ceramic vibrator, the
접착제가 도포된 동일 크기의 다른 압전체(3)를 접착제 도포면이 아래 방향으로 향하도록 하여 상기 메탈(5)의 윗면과 제3치구(14)의 내면에 밀착되도록 정렬하는 제5단계와; 제4치구(16)를 상기 압전체(3)의 윗면과 상기 제3치구(14)의 내면에 밀착 되도록 정열하는 제6단계와; 프레스(press)를 이용하여 상기 제4치구(16)의 윗부분과 상기 제2치구(12)의 아랫부분을 눌러 접합하고, 상기 제1치구(11)와 상기 제3치구(14)를 제거하는 제7단계로 구성된 것을 특징으로 한다.A fifth step of aligning another
부연하면, 초음파 모터용 메탈 세라믹 진동자에서 메탈과 세라믹을 정밀하게 접합하기 위하여 내부에 정사각형의 돌출부가 있는 람다(Lambda)모양의 치구와; 이보다 높이가 낮고 한쪽 모서리부가 정사각형으로 잘려나가 앞의 치구에 정확하게 결합되는 치구; Lambda 모양의 돌출된 정사각형의 양 변에 낮은 치구 위에서 정확히 정렬될 직사각형의 압전체; 정렬된 직사각형의 압전체 뒷부분을 밀어주어 정확히 정렬되도록 한 2 단 돌출된 Lambda 모양의 치구; 정렬된 압전세라믹 위에 정확히 놓이게 되는 Lambda형 모양의 메탈; 그 메탈 위에 정확히 정렬된 직사각형의 압전체; 2단 돌출 구조의 Lambda 형 치구의 돌출된 2 단에 정확히 정렬되는 구조의 치구를 포함하는 고효율 초음파 진동자 접합을 위한 정렬방법을 제공한다.In other words, a lambda-shaped jig having a square protrusion therein for precisely joining metal and ceramic in a metal ceramic vibrator for an ultrasonic motor; Jig lower than this and one edge is cut into a square to be precisely coupled to the front jig; Rectangular piezoelectric elements to be exactly aligned on the lower jig on both sides of the Lambda-shaped protruding square; A two-stage protruding Lambda-shaped jig for pushing back the aligned rectangular piezoelectric body for precise alignment; Lambda shaped metal placed exactly on the aligned piezoceramic; Rectangular piezoelectric elements exactly aligned on the metal; The present invention provides an alignment method for joining a high efficiency ultrasonic vibrator including a jig of a structure that is exactly aligned with a projected two-stage of a Lambda type jig of a two-stage projecting structure.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 조립도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows an assembly view according to the present invention.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 Lambda 형 초음파 진동자의 접합방법은, 먼저 도 2의 제1치구(11)와 제2치구(12)를 그림과 같이 서로 맛 닿도록 정렬한다. 제2치구(12)는 제1치구(11)에 비하여 직사각형 압전체(3)의 두께 만큼 높이가 낮게 제작되어야 한다. 제1치구는 내측이 직각으로 돌출된 부분이 있고, 반대로 제2치구는 한쪽 모서리가 직각으로 잘려나간 형태를 가지므로서 이 부분들이 정확히 정렬되어야 한다. 제1치구(11)와 제2치구(12)가 정렬된 턱 부분에 접착제가 도포된 직사각형의 압전체(3)를 도포부가 위로 향하도록 정렬한다. 이때 제1치구(11)와 제2치구(12)의 높이 차이로 두 치구의 접합면에 형성된 턱에 의하여 압전체(3)가 정확한 위치에 정렬되게 된다. As shown in the figure, in the bonding method of the Lambda type ultrasonic vibrator according to the present invention, the
제3치구(14)는 도 2의 Step 3-2와 같이 정렬된 제1 및 제2치구 위에 위치하 게 되는 데, 이때 제3치구(14)의 아랫면 중에서 제1치구와 면접하게 되는 부분과, 제2치구(11)와 면접하게 되는 부분, 그리고 압전체(3)와 면접하는 부분 모두는 서로 높이 차이가 상쇄되어 완전히 밀착될 수 있는 구조로 제작된다. 즉, 제2치구(12) 위에 위치하게 될 제3치구(14) 부분과 제1치구(11) 위에 위치하게 될 제3치구(14) 부분은 세라믹 두께 만큼의 높이 차를 갖고 있고, 또 직사각형 압전체(3)의 밀착되지 않은 나머지 변을 완전히 밀착할 수 있는 구조로 제작된 제3치구(14)를 이용하여 압전체(3)를 밀어준다. The
다음은 도 2의 Step 4-2와 같이 람다(Lambda) 모양의 메탈(5)을 접착제가 도포된 직사각형 압전체(3)의 면과 제3치구(14)의 2 단 내면에 밀착되도록 밀어 정렬한다. 다시 도 2의 Step 5-2와 같이 접착제가 도포된 동일 크기의 압전체(3)를 접착제 도포면이 아래 방향으로 향하도록 메탈(5)의 윗면에 제3치구(14)의 내면에 밀착되도록 정렬한다. Next, as shown in Step 4-2 of FIG. 2, the lambda-
그리고 제4치구(16)를 직사각형 압전체(3)의 위면과 제3치구(14)의 내면에 밀착 되도록 정열 한 다음 접합을 위한 프레스(press)를 이용하여 제4치구(16)의 윗부분과 제2치구(12)의 아랫부분을 누른 다음 제1치구(11)와 제3치구(14)를 제거한다. 이렇게하여 완벽한 구조로 정렬된 람다(lambda) 형 메탈 세라믹 진동자를 상온에서 접합을 하는 방법이다.Then, the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기한 바와 같은 본 발명은, 메탈과 세라믹을 정확한 위치에 정열할 수 있도록 함으로써 모터에 구동력을 주는 두 직각 방향의 진동모드를 일정하게 하여 줌으로써 초음파 모터의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above, by aligning the metal and ceramic in the correct position has the effect of maximizing the efficiency of the ultrasonic motor by making the vibration mode of the two right-angle direction giving a driving force to the motor constant.
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