KR100269189B1 - Actuator for Positioning Mechanism - Google Patents

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Abstract

위치결정기구용 액츄에이터를 개시한다.An actuator for positioning mechanism is disclosed.

메인프레임의 일측에 관통공이 형성되고, 이를 중심으로 그 외주면에 설치부가 마련되고; 운동부재가 메인프레임의 선단과 소정의 간극을 유지하도록 위치되며 이 간극의 범위 내에서 변위이동 가능하고; 탄성부재의 일단이 관통공에 삽입되어 메인프레임에 설치되고, 그 타단은 운동부재에 설치되어 운동부재와 메인프레임을 상대적으로 탄성 바이어스시키고; 솔레노이드가 메인프레임의 설치부에 설치되며, 외부로부터 인가된 전류에 의해 자기장을 발생시킴에 의해 탄성부재의 탄성력에 변화를 가하여 메인프레임에 대해 운동부재를 변위이동 시키고; 감쇠수단이 메인프레임과 운동부재 사이에 설치되어 운동부재를 지지하면서 그 변위이동을 감쇠시킨다.A through hole is formed at one side of the main frame, and an installation part is provided at an outer circumferential surface thereof; The movement member is positioned to maintain a predetermined gap with the tip of the main frame and is displaceable within the range of the gap; One end of the elastic member is inserted into the through hole and installed in the main frame, and the other end is installed in the movement member to relatively elastically bias the movement member and the main frame; The solenoid is installed in the installation portion of the main frame, by changing the elastic force of the elastic member by generating a magnetic field by the current applied from the outside to displace the moving member relative to the main frame; A damping means is provided between the main frame and the movement member to attenuate the displacement movement while supporting the movement member.

따라서, 이 액츄에이터는, 솔레노이드의 자기력과 탄성부재의 탄성력의 평형/불평형 원리를 이용하여 고속으로 구동되는 액츄에이터의 미세 변위를 미리 결정된 간극의 범위 내에서 결정할 수 있기 때문에, 장치를 소형화할 수 있고, 소형화에 따른 전류에 대한 응답특성의 저하를 방지할 수 있다.Therefore, the actuator can reduce the size of the apparatus because the micro displacement of the actuator driven at high speed can be determined within a predetermined gap range by using the principle of equilibrium / unbalance between the magnetic force of the solenoid and the elastic force of the elastic member. The fall of the response characteristic with respect to an electric current by miniaturization can be prevented.

Description

위치결정기구용 액츄에이터Actuator for Positioning Mechanism

본 발명은 예를 들어 광학기기 등과 같은 미세조정이 요구되는 소형/고속의 위치결정기구용 액츄에이터에 관한 것으로서, 상세하게는 약 50 μm 이하의 미소 변위 내에서 고속으로 반복 구동됨으로써 위치결정기구의 해상도, 정밀도 등을 증대시킬 수 있는 위치결정기구용 액츄에이터에 관한 것이다.The present invention relates to an actuator for a small / high speed positioning mechanism that requires fine adjustment, such as an optical device, for example. The resolution of the positioning mechanism is repeatedly driven at high speed within a micro displacement of about 50 μm or less. The present invention relates to an actuator for positioning mechanism that can increase accuracy, accuracy, and the like.

일반적으로, CCD 촬상기 등과 같은 광학기기에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 미도시된 촬상소자 위에 정확하게 광이 조사될 수 있도록 광학렌즈(2)를 X-Y평면상에서 이동시키는 2축 위치결정기구가 마련된다. 이러한 2축 위치결정기구는 미도시된 광원으로부터 출사된 광이 상기 촬상소자 위에 정확하게 조사될 수 있도록 광학렌즈(2)의 위치를 조정하기 위한 것으로서 액츄에이터(10)를 구비한다. 이 액츄에이터(10)는 각각 2축을 이루는 X축계 액츄에이터(4) 및 Y축계 액츄에이터(6)가 수직으로 겹쳐져 이루어지고, 이 액츄에이터(10) 상에는 광학렌즈(2)가 탑재된 이동대(8)가 설치된다.In general, an optical apparatus such as a CCD imager or the like has a two-axis positioning mechanism for moving the optical lens 2 on the XY plane so that light can be accurately irradiated onto an image element not shown, as shown in FIG. Prepared. This biaxial positioning mechanism is provided with an actuator 10 for adjusting the position of the optical lens 2 so that light emitted from a light source not shown can be accurately irradiated onto the image pickup device. The actuator 10 is formed by vertically overlapping the X-axis actuator 4 and the Y-axis actuator 6, which constitute two axes, respectively, and on the actuator 10, the movable table 8 on which the optical lens 2 is mounted is provided. Is installed.

상기 2축 위치결정기구는 그 특성상 정밀제어의 필요성이 요구되므로 상기 X축계 액츄에이터(4) 및 Y축계 액츄에이터(6)는 소형이어야 하므로, 통상적으로 외부로부터의 기계적 변형에 의해 전기 분극이 나타나도록 구성된 압전소자(piezo-electric element)를 사용한다.Since the X-axis actuator 4 and the Y-axis actuator 6 should be compact because the two-axis positioning mechanism requires the necessity of precise control due to its characteristics, it is usually configured to exhibit electrical polarization by mechanical deformation from the outside. Piezo-electric elements are used.

그런데, 종래기술에 의한 상기 X,Y축계 액츄에이터들(4)(6)은 그 구동거리가 지나치게 한정되어 있기 때문에 큰 변위를 얻을 수 없으며, 이동대(8)의 가동 변위를 확장하기 위해서는 상기 압전소자를 다층으로 배열 적층시켜야 한다. 따라서, 액츄에이터(10)가 대형화됨으로써 위치결정기구가 필요로 하는 본래 특성인 장치의 소형화 요구에 장애가 되고 있다.However, the X and Y axis actuators 4 and 6 according to the prior art cannot obtain a large displacement because their driving distance is too limited, and in order to expand the movable displacement of the movable table 8, the piezoelectric The devices must be stacked in multiple layers. Therefore, the actuator 10 is enlarged, which hinders the demand for miniaturization of the device, which is a characteristic of the positioning mechanism.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 솔레노이드의 자기력과 탄성부재의 탄성력간의 힘의 평형/불평형에 의해 운동부재가 고속으로 미세한 변위 내에서 구동될 수 있도록 그 구조를 개선시킨 위치결정기구용 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised in view of the above problems, and the positioning mechanism has been improved in such a way that the moving member can be driven within a fine displacement at high speed by the balance / unbalance of the force between the magnetic force of the solenoid and the elastic force of the elastic member. The purpose is to provide an actuator for the purpose.

도 1은 종래 위치결정기구용 액츄에이터의 일례를 개략적으로 도시한 사시도.1 is a perspective view schematically showing an example of a conventional positioning mechanism actuator.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치결정기구용 액츄에이터의 주요부위를 개략적으로 도시한 분리 사시도.Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing the main parts of the positioning mechanism actuator according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 단면도.3 is a cross-sectional view of FIG.

도 4는 도 2의 메인프레임의 저면부를 개략적으로 도시한 저면도.4 is a bottom view schematically showing the bottom of the mainframe of FIG.

도 5 및 도 6은 도 2의 운동부재 부위를 개략적으로 나타낸 단면도 및 저면도.5 and 6 are a cross-sectional view and a bottom view schematically showing the movement member portion of FIG.

도 7은 본 발명에 따른 위치결정기구용 액츄에이터에 있어서 탄성부재의 탄성력과 솔레노이드의 자기력의 상호 관계를 설명하는 그래프.7 is a graph for explaining a correlation between the elastic force of the elastic member and the magnetic force of the solenoid in the actuator for positioning mechanism according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

20...메인프레임 22...관통공 22a...고정부20 ... main frame 22 ... through-hole 22a ... fixed

24...설치부 26...장착홈 28...고정편24 Mounting section 26 Mounting groove 28

29...세트스크류 30...운동부재 32...결합공29 Set screw 30 Movement member 32

34...절개부 36...체결홈 38...안착홈34.Incision 36 ... Tightening groove 38 ... Settling groove

39...수축링 40...탄성부재 42...헤드부39.Retracting ring 40 ... Elastic member 42 ... Head

44...탄성부 50...솔레노이드 60...감쇠수단44 Elastic part 50 Solenoid 60 Attenuation means

70...커버프레임 72...V홈70 ... Cover frame 72 ... V groove

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위치결정기구용 액츄에이터는, 일측에 형성된 관통공을 중심으로 그 외주면에 설치부가 마련된 메인프레임; 상기 메인프레임의 선단과 소정의 간극을 유지하도록 위치되며, 상기 간극의 범위 내에서 변위이동 가능하도록 설치된 운동부재; 일단은 상기 관통공에 삽입되어 메인프레임에 설치되고, 타단은 상기 운동부재에 설치되며, 상기 운동부재와 상기 메인프레임을 상대적으로 탄성 바이어스시키는 탄성부재; 상기 메인프레임의 설치부에 설치되며, 외부로부터 인가된 전류에 의해 자기장을 발생시킴에 의해 상기 탄성부재의 탄성력에 변화를 가하여 상기 메인프레임에 대해 상기 운동부재를 변위이동 시키는 솔레노이드; 및 상기 메인프레임과 상기 운동부재 사이에 설치되어 상기 운동부재를 지지하면서 상기 운동부재의 변위이동을 감쇠시키는 감쇠수단;을 구비한다.Actuator for positioning mechanism according to the present invention for achieving the above object, the main frame provided on the outer circumferential surface centered on the through-hole formed on one side; A movement member positioned to maintain a predetermined gap with the front end of the main frame and installed to be displaceable within the range of the gap; An elastic member having one end inserted into the through hole and installed in the main frame, and the other end installed in the movement member, the elastic member relatively elastically biasing the movement member and the main frame; A solenoid installed on an installation portion of the main frame, the solenoid for displacing the moving member relative to the main frame by applying a change to the elastic force of the elastic member by generating a magnetic field by an electric current applied from the outside; And damping means installed between the main frame and the movement member to attenuate displacement movement of the movement member while supporting the movement member.

여기서, 상기 감쇠수단은 메인프레임의 일측과 운동부재 사이에 형성된 V홈에 충진된 실리콘이거나, 상기 메인프레임 외부를 감싸도록 설치된 커버프레임을 더 구비하며, 상기 운동부재의 외면과 상기 커버프레임 사이에 형성된 V홈에 설치되는 것이 바람직하다.Here, the damping means is silicon filled in the V groove formed between one side of the main frame and the movement member, or further provided with a cover frame installed to surround the outside of the main frame, between the outer surface of the movement member and the cover frame It is preferable to be installed in the formed V groove.

한편, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 운동부재는 상기 관통공과 동축적으로 위치될 수 있도록 그 중심부에 형성된 결합공을 중심으로 방사상으로 절개부가 2개 이상 형성되며, 그 외주면에는 체결홈이 인입 형성되며, 상기 탄성부재가 상기 결합공에 삽입된 상태에서 상기 체결홈을 밴딩하는 수축링을 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, according to another feature of the invention, the movement member is formed with two or more incisions radially around the coupling hole formed in the center so that it can be located coaxially with the through hole, the fastening groove is drawn in the outer peripheral surface It is preferable that the elastic member includes a shrinkage ring for bending the fastening groove in the state inserted into the coupling hole.

본 발명에 따른 액츄에이터의 또 다른 특징은, 상기 메인프레임의 관통공의 일측에 장착홈이 형성되며, 상기 관통공에 삽입된 상기 탄성부재의 일단을 고정할 수 있도록 상기 장착홈에 장착된 고정편을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 메인프레임은 고투자율이며, 잔류자속이 없는 저탄소강 또는 실리콘 강인 것이 바람직하다.Another feature of the actuator according to the present invention, the mounting groove is formed on one side of the through hole of the main frame, the fixing piece mounted to the mounting groove so as to fix one end of the elastic member inserted into the through hole Preferably, the mainframe has a high permeability and is preferably low carbon steel or silicon steel without residual magnetic flux.

나아가, 본 발명은 상기 간극의 범위는 구동범위의 3배로 결정되어 변위운동의 비선형성을 제거되는 것이 바람직하며, 상기 탄성부재의 탄성력(Fs)이 상기 솔레노이드의 자기력(Fb) 보다 큰 범위 내에서 상기 솔레노이드에 전압을 인가시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 탄성력(Fs)과 상기 자기력(Fb)은 다음과 같은 수학식에 의해 계산된다.Furthermore, in the present invention, the range of the gap is determined to be three times the driving range to remove the nonlinearity of the displacement motion, and the elastic force (Fs) of the elastic member is within a range larger than the magnetic force (Fb) of the solenoid. The voltage is applied to the solenoid. Here, the elastic force (Fs) and the magnetic force (Fb) is calculated by the following equation.

여기서, x는 평행상태로부터 상기 운동부재의 변위를, k는 탄성계수를 각각 나타낸다.Here, x represents the displacement of the moving member from the parallel state, k represents the elastic modulus, respectively.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 탄성부재는 그 지름이 상기 관통공의 지름 보다 약 0.20mm 작은 와이어 스프링인 것이 바람직하다.On the other hand, in the present invention, it is preferable that the elastic member is a wire spring whose diameter is about 0.20 mm smaller than the diameter of the through hole.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위치결정기구용 액츄에이터에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, an actuator for a positioning mechanism according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치결정기구용 액츄에이터를 개략적으로 도시한 분해 사시도, 도 3은 도 2의 단면도이다.2 is an exploded perspective view schematically showing an actuator for a positioning mechanism according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 액츄에이터는 관통공(22)이 형성된 메인프레임(20)과, 이 메인프레임(20)의 선단과 소정의 간극(G)을 유지하도록 위치된 운동부재(30)와, 관통공(22)에 삽입되어 메인프레임(20)의 일측에 설치된 탄성부재(40)와, 메인프레임(20)에 형성된 설치부(24)에 설치된 솔레노이드(50)와, 메인프레임(20)과 운동부재(30) 사이에 설치된 감쇠수단(60) 및 메인프레임(20)의 외측을 감싸도록 설치된 커버프레임(70)을 구비한다.2 and 3, the actuator of the present invention includes a main frame 20 in which a through hole 22 is formed, and a moving member positioned to maintain a tip and a predetermined gap G of the main frame 20. 30, the elastic member 40 inserted into the through hole 22 and installed on one side of the main frame 20, the solenoid 50 provided on the mounting portion 24 formed on the main frame 20, and the main A damping means 60 provided between the frame 20 and the movement member 30 and a cover frame 70 provided to surround the outside of the main frame 20.

상기 메인프레임(20)은 원통 형상을 한 부재로서, 투자율이 높고 잔류자속이 없는 저탄소강 또는 실리콘 강으로 제조되는 것이 바람직하다. 메인프레임(20)의 중심에 형성된 관통공(22)의 지름은 탄성부재(40)의 지름 보다 약 0.20mm 큰 것이 바람직하다. 왜냐하면, 탄성부재(40)의 수축/팽창시 이를 가이드할 수 있어야 하기 때문이다. 또한, 관통공(22)으로부터 고정부(22a)가 연장 형성되는데, 이 고정부(22a)는 탄성부재(40)가 압압되어 고정될 수 있는 부위로서, 탄성부재(40)와 동일한 크기의 지름을 갖는다.The main frame 20 is a cylindrical member, it is preferable that the magnetic permeability is made of low carbon steel or silicon steel having a high permeability and no residual magnetic flux. The diameter of the through hole 22 formed in the center of the main frame 20 is preferably about 0.20 mm larger than the diameter of the elastic member 40. This is because it must be able to guide this during contraction / expansion of the elastic member 40. In addition, the fixing portion 22a is formed to extend from the through hole 22. The fixing portion 22a is a portion in which the elastic member 40 is pressed and fixed, and has the same diameter as the elastic member 40. Has

도 4에 도시된 바와 같이, 메인프레임(20)의 고정부(22a) 일측에는 장착홈(26)이 마련되며, 이 장착홈(26)에는 고정편(28)이 설치되어 고정부(22a)에 삽입된 탄성부재(30)를 고정편(28)이 압압하여 고정할 수 있도록 한다. 이 고정편(28)의 세트스크류(29) 등과 같은 체결수단에 의해 고정된다.As shown in FIG. 4, a mounting groove 26 is provided at one side of the fixing portion 22a of the main frame 20, and a fixing piece 28 is installed in the mounting groove 26 to fix the fixing portion 22a. The fixing piece 28 is pressed to fix the elastic member 30 inserted in the. The fixing piece 28 is fixed by fastening means such as a set screw 29 or the like.

메인프레임(20)의 보호를 위해 커버프레임(70)을 그 외측에 결합시킬 수도 있다. 이 커버프레임(70)도 메인프레임(20)과 동일한 재질을 사용하여 제조된다.The cover frame 70 may be coupled to the outside of the main frame 20 to protect the main frame 20. The cover frame 70 is also manufactured using the same material as the main frame 20.

상기 운동부재(30)는 간극(G)의 범위 내에서 변위이동 가능한 것으로서, 미도시된 광학기기의 광학렌즈 등에 연결되도록 설치된다. 여기서, 간극(G)의 범위는 액츄에이터의 비선형성 변위운동을 방지하기 위해 액츄에이터의 구동범위의 3배로 결정되는 것이 바람직하다.The movement member 30 is displaceable within the range of the gap G, and is installed to be connected to an optical lens of an optical device, not shown. Here, the range of the gap G is preferably determined to be three times the driving range of the actuator in order to prevent the nonlinear displacement movement of the actuator.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 운동부재(30)는 관통공(22)과 동축적으로 위치될 수 있도록 그 중심부에 결합공(32)이 형성되며, 이 결합공(32)을 중심으로 방사상으로 절개부(34)가 2개 이상 형성된다. 도면에는 120도의 등각으로 절개부(34)가 형성된 예를 도시하고 있다. 이 절개부(34)는 탄성부재(40)가 결합공(32)에 삽입된 상태에서 운동부재(30)의 외주면을 압축시키기 위해 마련되는 공간이다. 이를 위해, 운동부재(30)는 그 외주면 일측에 체결홈(36)이 인입 형성된다. 이 체결홈(36)은 수축링(39)이 체결되는 공간으로서, 탄성부재(40)가 결합공(32)에 삽입된 상태에서 체결홈(36)에 수축링(39)을 이용하여 밴딩시킴으로써 탄성부재(40)의 일단을 결합공(32)에 고정시킨다. 한편, 결합공(32)에 연장 형성되는 것으로서 안착홈(38)이 형성되어 탄성부재(40)가 결합될 수 있는 공간이 마련된다. 운동부재(30)의 일측에는 부하를 장착하기 위하여 탭(미도시)이 가공되어지는 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 5 and 6, the movement member 30 has a coupling hole 32 formed at a center thereof so as to be coaxially located with the through hole 22. Two or more cutouts 34 are formed radially. The figure shows an example in which the cutout 34 is formed at an angle of 120 degrees. The cutout 34 is a space provided to compress the outer circumferential surface of the movement member 30 in a state where the elastic member 40 is inserted into the coupling hole 32. To this end, the movement member 30 has a fastening groove 36 is formed in the outer peripheral surface side. The fastening groove 36 is a space in which the shrink ring 39 is fastened, and is bent by using the shrink ring 39 in the fastening groove 36 while the elastic member 40 is inserted into the coupling hole 32. One end of the elastic member 40 is fixed to the coupling hole (32). On the other hand, it is formed to extend in the coupling hole 32, the seating groove 38 is formed is provided a space for the elastic member 40 can be coupled. One side of the movement member 30 is preferably a tab (not shown) is processed to mount the load.

상기 탄성부재(40)는 헤드부(42)와 탄성부(44)를 포함한다. 이 헤드부(42)는 운동부재(30)의 안착홈(38)으로 안착되고, 탄성부(44)의 일단은 메인프레임(20)에 설치된다. 이 탄성부재(40)는 와이어 스프링의 일종으로서 이 스프링의 굵기 및 길이는 그 자체의 탄성력과 후술할 솔레노이드의 자기력의 평형/불평형에 의해 액츄에이터가 간극(G)의 범위 내에서 구동될 수 있을 정도의 탄성계수(k)로 결정된다. 한편, 메인프레임(20)과 운동부재(30) 사이에 설치된 탄성부재(40)는 운동부재(30)를 메인프레임(20)에 대해 상대적으로 즉, 메인프레임(20)을 향하는측 혹은 그 반대측으로 운동부재(30)를 탄성바이어스시킨다.The elastic member 40 includes a head portion 42 and the elastic portion 44. This head portion 42 is seated in the seating groove 38 of the movement member 30, one end of the elastic portion 44 is installed in the main frame 20. The elastic member 40 is a kind of wire spring. The thickness and length of the spring are such that the actuator can be driven within the gap G by the balance / unbalance of its own elastic force and the magnetic force of the solenoid to be described later. It is determined by the elastic modulus of k. On the other hand, the elastic member 40 provided between the main frame 20 and the movement member 30 is relative to the main frame 20, that is, the side facing the main frame 20 or the opposite side The elastic member 30 is elastically biased.

솔레노이드(50)는 외부로부터 인가된 전류에 의해 자기장을 발생시켜 탄성부재(40)의 탄성력을 변화시킴으로써 메인프레임(20)에 대해 운동부재(30)를 변위이동 시키기 위한 것으로서, 예를 들어, 메인프레임(20)의 설치부(24) 외주면에 소정 회수로 코일을 권회시킬 수 있도 있고, 전자적으로 작동되는 전자식 솔레노이드를 설치할 수도 있다.The solenoid 50 is used to displace the movement member 30 with respect to the main frame 20 by changing the elastic force of the elastic member 40 by generating a magnetic field by an electric current applied from the outside. The coil may be wound around the outer peripheral surface of the mounting portion 24 of the frame 20 by a predetermined number of times, or an electronically actuated electronic solenoid may be provided.

감쇠수단(60)은 운동부재(30)를 지지하면서 그 운동부재(30)의 변위이동을 감쇠시키기 위한 것으로서, 운동부재(30)의 변위이동 특성상 내열성, 내습성 등의 성능이 뛰어난 실리콘 등을 이용한다. 즉, 메인프레임(20) 혹은 커버프레임(70)의 일측과 운동부재(30)의 외면 사이에 형성된 V홈(72)에 상기 실리콘을 충진시킨다.The damping means 60 is for attenuating the displacement movement of the movement member 30 while supporting the movement member 30. The damping means 60 includes silicon having excellent performances such as heat resistance, moisture resistance, etc., due to the displacement movement characteristics of the movement member 30. I use it. That is, the silicon is filled in the V groove 72 formed between one side of the main frame 20 or the cover frame 70 and the outer surface of the movement member 30.

이하, 본 발명에 따른 액츄에이터의 조립공정을 설명한다.Hereinafter, the assembly process of the actuator according to the present invention will be described.

먼저, 메인프레임(20)의 설치부(24)에 솔레노이드(50)를 설치한다. 다음, 운동부재(30)의 안착홈(38)으로 탄성부재(40)의 탄성부(44) 일단을 삽입하여 그 헤드부(42)를 상기 안착홈(38)에 안착시킨다. 이어서, 운동부재(30)의 체결홈(38)에 수축링(39)을 밴딩하여 상기 절개부(34)의 틈이 좁혀지면서 운동부재(30)의 결합공(32) 수축되도록 하여 탄성부재(40)를 운동부재(30)에 고정시킨다. 이 상태에서 탄성부재(40)의 탄성부(44)의 일단을 관통공(22)으로 삽입하여 고정부(22a)에 도달시킨다. 그 후 소망하는 간극(G)을 조정한 후, 세트스크류(72)를 체결하여 고정편(26)에 의해 탄성부(44)의 일단을 고정시킨다. 다음, 커버프레임(70)을 메인프레임(20)에 고정시킨 후, 커버프레임(70)과 운동부재(30) 사이에 형성된 V홈(72)에 실리콘(70)을 충진시켜 운동부재(30)가 탄성부재(40) 및 감쇠수단(70)에 의해 지지되도록 한다.First, the solenoid 50 is installed in the installation portion 24 of the main frame 20. Next, one end of the elastic portion 44 of the elastic member 40 is inserted into the seating groove 38 of the movement member 30 and the head 42 is seated in the seating groove 38. Subsequently, the contraction ring 39 is bent in the fastening groove 38 of the movement member 30 so that the gap of the cutout 34 is narrowed so that the coupling hole 32 of the movement member 30 shrinks. 40) is fixed to the movement member (30). In this state, one end of the elastic portion 44 of the elastic member 40 is inserted into the through hole 22 to reach the fixed portion 22a. Thereafter, after adjusting the desired gap G, the set screw 72 is fastened to fix one end of the elastic portion 44 by the fixing piece 26. Next, the cover frame 70 is fixed to the main frame 20, and then the silicon 70 is filled in the V groove 72 formed between the cover frame 70 and the movement member 30 to move the movement member 30. To be supported by the elastic member 40 and the damping means 70.

상기와 같이 조립된 액츄에이터의 작동을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 7 the operation of the actuator assembled as described above is as follows.

도시된 바와 같이, 탄성부재(40)의 탄성력(Fs)은 스프링선의 굵기와 길이에 의해 음의 기울기를 갖고, 탄성력(Fs)과 자기력(Fb)은 각각 아래의 [수학식]에 의해 계산된 값이다. 상기 자기력(Fb)과 탄성력(Fs)이 평행을 이루는 변위 즉, 평행상태에서 상기 운동부재(30)는 정지되어 있다. 이 상태에서 솔레노이드(50)에 전류가 가해지면 자기력(Fb)이 발생되어 탄성부재(40)를 압축시킨다. 이 과정에서, 자기력 곡선(C1)은 솔레노이드(50)에 흐르는 전류에 의해 결정되고, 이 전류는 인가되는 전압에 의해 결정되므로, 결국 인가전압에 의해 자기력 곡선(C1)의 위치가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 A영역과 같이 자기력 곡선(C1)이 탄성곡선(C2)과 교차되지 않을 만큼 높아지면, 전류가 제거되지 않는 한 간극(G)이 제로가 되므로 운동부재(30)의 위치를 제어할 수 없다. 따라서, 솔레노이드(50)에 인가되는 전압은 솔레노이드(50)의 자기력(Fb)이 탄성부재(40)의 탄성력(Fs) 보다 작은 범위에서 결정될 수 있도록 한다. 즉, 솔레노이드(50)에 인가되는 전압의 범위는 Fs > Fb인 구간(B영역)에서 결정된다.As shown, the elastic force (Fs) of the elastic member 40 has a negative slope by the thickness and length of the spring line, the elastic force (Fs) and the magnetic force (Fb) are respectively calculated by the following [Equation] Value. The displacement of the magnetic force Fb and the elastic force Fs in parallel, that is, in the parallel state, the movement member 30 is stopped. In this state, when a current is applied to the solenoid 50, a magnetic force Fb is generated to compress the elastic member 40. In this process, the magnetic force curve C1 is determined by the current flowing in the solenoid 50, and this current is determined by the applied voltage, so that the position of the magnetic force curve C1 can be determined by the applied voltage. For example, if the magnetic force curve C1 becomes high so as not to intersect the elastic curve C2 as in region A of FIG. 7, the gap G becomes zero unless current is removed, so that the movement member 30 is You cannot control the position. Therefore, the voltage applied to the solenoid 50 allows the magnetic force Fb of the solenoid 50 to be determined in a range smaller than the elastic force Fs of the elastic member 40. That is, the range of the voltage applied to the solenoid 50 is determined in the section (region B) where Fs> Fb.

한편, 평형상태에서 외부 가진력이 있어 간극(G)이 작아진 경우에는 탄성부재(40)의 탄성력(Fs)에 의한 반력이 자기력(Fb) 보다 더 크므로 간극(G)이 커지도록 운동부재(30)가 이동되고, 반대로 외부 가진력에 의해 간극(G)이 커진 경우에는 자기력(Fb)이 탄성력(Fs) 보다 더 크므로 상기 간극(G)을 작게 하는 방향으로 운동부재(30)가 이동한다.On the other hand, when there is an external excitation force in the equilibrium state and the gap G becomes small, the reaction force due to the elastic force Fs of the elastic member 40 is greater than the magnetic force Fb, so that the movement member (G) increases. 30) is moved, on the contrary, when the gap G is increased by the external excitation force, the magnetic member Fb is larger than the elastic force Fs, so that the movement member 30 moves in the direction of decreasing the gap G. .

결국, 본 발명의 액츄에이터는 운동부재(30)가 외란에 대한 평행상태를 찾아가는 과정에 의해 인가된 전압에 따라 운동부재(30)의 위치를 제어할 수 있는 구조이다. 상술한 바와 같이, 상기 간극(G)은 액츄에이터의 비선형성을 피하기 위해 구동범위의 3배로 결정된다. 나아가, 솔레노이드(50)의 시상수(τ)는 인가된 전압에 따른 전류의 증가속도를 표현하므로 가능한 작게 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 고속 동작을 위해 전압에 대한 전류의 추종속도를 최대한 높이기 위한 것이다.As a result, the actuator of the present invention is a structure that can control the position of the movement member 30 in accordance with the voltage applied by the process of moving the movement member 30 to the parallel to the disturbance. As described above, the gap G is determined to be three times the driving range in order to avoid nonlinearity of the actuator. Further, the time constant τ of the solenoid 50 represents an increase rate of the current according to the applied voltage, so it is preferable to make it as small as possible. This is because the maximum tracking speed of the current to the voltage for the high speed operation.

[수학식][Equation]

여기서, x는 운동부재의 평행상태로부터의 변위를, k는 탄성계수를 각각 나타낸다.Here, x denotes the displacement from the parallel state of the moving member, and k denotes the elastic modulus, respectively.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 위치결정기구용 액츄에이터는, 솔레노이드의 자기력과 탄성부재의 탄성력의 평형/불평형 원리를 이용하여 고속으로 구동되는 액츄에이터의 미세 변위를 미리 결정된 간극의 범위 내에서 결정할 수 있기 때문에, 장치를 소형화할 수 있고, 소형화에 따른 전류에 대한 응답특성의 저하를 방지할 수 있다.As described above, the actuator for positioning mechanism according to the present invention can determine the fine displacement of the actuator driven at high speed within the range of the predetermined gap by using the principle of equilibrium / unbalance of the magnetic force of the solenoid and the elastic force of the elastic member. Therefore, the device can be miniaturized, and the degradation of the response characteristics with respect to the current due to the miniaturization can be prevented.

또한, 액츄에이터의 구동범위의 3배에 해당되는 간극을 설정하는 경우 액츄에이터의 선형특성을 극대화할 수 있다.In addition, when setting the gap corresponding to three times the driving range of the actuator, it is possible to maximize the linear characteristics of the actuator.

Claims (10)

일측에 형성된 관통공을 중심으로 그 외주면에 설치부가 마련된 메인프레임;A main frame having an installation portion provided at an outer circumferential surface of the through hole formed at one side thereof; 상기 메인프레임의 선단과 소정의 간극을 유지하도록 위치되며, 상기 간극의 범위 내에서 변위이동 가능하도록 설치된 운동부재;A movement member positioned to maintain a predetermined gap with the front end of the main frame and installed to be displaceable within the range of the gap; 일단은 상기 관통공에 삽입되어 메인프레임에 설치되고, 타단은 상기 운동부재에 설치되며, 상기 운동부재와 상기 메인프레임을 상대적으로 탄성 바이어스시키는 탄성부재;An elastic member having one end inserted into the through hole and installed in the main frame, and the other end installed in the movement member, the elastic member relatively elastically biasing the movement member and the main frame; 상기 메인프레임의 설치부에 설치되며, 외부로부터 인가된 전류에 의해 자기장을 발생시킴에 의해 상기 탄성부재의 탄성력에 변화를 가하여 상기 메인프레임에 대해 상기 운동부재를 변위이동 시키는 솔레노이드; 및A solenoid installed on an installation portion of the main frame, the solenoid for displacing the moving member relative to the main frame by applying a change to the elastic force of the elastic member by generating a magnetic field by an electric current applied from the outside; And 상기 메인프레임과 상기 운동부재 사이에 설치되어 상기 운동부재를 지지하면서 상기 운동부재의 변위이동을 감쇠시키는 감쇠수단;을 구비하는 위치결정기구용 액츄에이터.And damping means provided between the main frame and the movement member to attenuate displacement movement of the movement member while supporting the movement member. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감쇠수단은 메인프레임의 일측과 운동부재 사이에 형성된 V홈에 충진된 실리콘인 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.The damping means is an actuator for positioning mechanism, characterized in that the silicon filled in the V groove formed between one side of the main frame and the movement member. 제1항에 있어서, 상기 운동부재는 상기 관통공과 동축적으로 위치될 수 있도록 그 중심부에 형성된 결합공을 중심으로 방사상으로 절개부가 2개 이상 형성되며, 그 외주면에는 체결홈이 인입 형성되며, 상기 탄성부재가 상기 결합공에 삽입된 상태에서 상기 체결홈을 밴딩하는 수축링을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.According to claim 1, wherein the movement member is formed with two or more incisions radially around the coupling hole formed in the center so as to be located coaxially with the through hole, the outer peripheral surface is formed with a fastening groove is introduced, And a shrinkage ring for bending the fastening groove in a state in which an elastic member is inserted into the coupling hole. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메인프레임의 관통공의 일측에 장착홈이 형성되며, 상기 관통공에 삽입된 상기 탄성부재의 일단을 고정할 수 있도록 상기 장착홈에 장착된 고정편을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.The mounting groove is formed on one side of the through-hole of the main frame, and having a fixing piece mounted to the mounting groove for fixing one end of the elastic member inserted into the through-hole Actuator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메인프레임 외부를 감싸도록 설치된 커버프레임을 더 구비하며, 상기 운동부재의 외면과 상기 커버프레임 사이에 형성된 V홈에 상기 감쇠수단이 설치된 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.And a cover frame installed to surround the outside of the main frame, wherein the damping means is installed in a V groove formed between the outer surface of the moving member and the cover frame. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메인프레임은 고투자율이며, 잔류자속이 없는 저탄소강 또는 실리콘 강인 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.The mainframe has a high permeability, actuator for positioning mechanism, characterized in that the low carbon steel or silicon steel without residual magnetic flux. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 간극의 범위는 구동범위의 3배로 결정되어 변위운동의 비선형성을 제거하는 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.The range of the gap is determined by three times the driving range to remove the non-linearity of the displacement movement actuator for a positioning mechanism. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄성부재의 탄성력(Fs)이 상기 솔레노이드의 자기력(Fb) 보다 큰 범위 내에서 상기 솔레노이드에 전압을 인가시키는 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.And the voltage is applied to the solenoid within a range in which the elastic force (Fs) of the elastic member is greater than the magnetic force (Fb) of the solenoid. 제8항에 있어서, 상기 탄성력(Fs)과 상기 자기력(Fb)은 아래의 수학식에 의해 계산된 값인 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.The actuator for positioning mechanism according to claim 8, wherein the elastic force (Fs) and the magnetic force (Fb) are values calculated by the following equation. [수학식][Equation] 여기서, x는 평행상태로부터 상기 운동부재의 변위를, k는 탄성계수를 각각 나타낸다.Here, x represents the displacement of the moving member from the parallel state, k represents the elastic modulus, respectively. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄성부재는 그 지름이 상기 관통공의 지름 보다 약 0.20mm 작은 와이어 스프링인 것을 특징으로 하는 위치결정기구용 액츄에이터.And the elastic member is a wire spring whose diameter is about 0.20 mm smaller than the diameter of the through hole.
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