KR100683930B1 - 초소형 압전 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 소정의 샤프트를 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 샤프트에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서, 상기 샤프트와 그에 탑재된 이동체 간의 마찰 시의 마모에 의해 발생하는 미세입자를 효율적으로 배출할 수 있도록 샤프트의 형태를 개선한 초소형 압전 리니어 모터에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 모터의 구동성능이 향상되고 모터의 수명이 늘어난다.

압전 리니어 모터, 샤프트, 마모, 그루브

Description

초소형 압전 리니어 모터{Micro piezoelectric linear motor}

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 2는 종래의 통상적인 압전 리니어 모터에 구비되는 샤프트를 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 압전 리니어 모터의 각 실시예에 구비되는 샤프트의 형상을 나타낸 것이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

11 : 탄성체 기판 12 : 압전기판

13 : 지지수단 14 : 샤프트

15 : 이동체 21 : 샤프트

22, 23, 24 : 그루브

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 샤프트를 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 샤프트에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서 그 구동성능이 개선된 리니어 모터에 관한 것이다.

모바일폰, PDA 등 휴대용 이동통신 단말기에서 카메라 렌즈를 구동하기 위해 탑재되는 모터는 초소형으로 형성된다. 카메라 렌즈구동용으로 탑재 가능한 초소형 모터 중 전자계 방식의 모터(Stepping Motor)는, 빠른 회전을 직선운동으로 바꾸기 위해 감속기어와 캠(cam)을 사용하여야 하며 정 또는 역회전 시 백레쉬(backlash)가 생겨 오차가 발생하고 전력소모가 크기 때문에 사용에 제한을 받으며, 높은 전류와 열을 발생하는 등의 단점이 있다.

상기와 같은 단점을 해결하기 위해 압전효과를 이용해서 구동되는 리니어 모터가 개발되었다. 압전효과를 이용한 리니어 모터는 굴곡파(flexural wave)에 의해 발생한 진행파로 구동하는 방법과 종진동(longitudinal vibration)과 횡진동(transversal vibration) 액츄에이터를 결합하여 수직과 수평진동을 반복적으로 발생시켜 이동체를 구동하는 정상파형 방법 등이 알려져 있다.

정상파형(standing wave type) 리니어 모터의 기본적인 형태로 서로 다른 동작 양태를 갖는 진동자를 결합하여 발생하는 복수진동을 이용하는 것이 있는데, 이는 수직방향과 수평방향으로 진동하는 압전 액츄에이터와 상기 압전 액츄에이터의 진동을 동작하는 이동체에 기계적 변위로 전달하는 샤프트로 구성되어 있다.

압전 액츄에이터의 수직방향의 종진동을 샤프트를 통해 이동체에 전달하는 방법으로 여러 가지 방법이 제안되고 있다. 특히 압전체 기판을 탄성체에 접착 형성하여 탄성체와 압전기판의 굴곡운동을 구동력으로 구동원으로 사용하는 방법이 있다.

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 1에서 압전 리니어 모터는 탄성체 기판(11)과 상기 탄성체 기판에 접착된 압전기판(12), 상기 탄성체 기판을 하부에서 지지하는 지지수단(13)과 상기 탄성체 기판에 부착되어 상기 탄성체 기판의 굴곡운동을 이동체에 전달하는 샤프트(14), 및 이동체(15)를 포함한다.

상기 탄성체 기판(11)은 일면 또는 양면에 부착된 압전기판(12)이 압전효과에 의해 신장 또는 수축됨에 따라 압전기판과 함께 변형되고, 이때 탄성체 기판(11)의 주변부는 지지수단(13)에 고정되어 있으며, 가운데 부분이 위쪽 또는 아래쪽으로 변위한다.

상기 탄성체 기판의 상부에는 샤프트(14)가 부착된다. 상기 샤프트는 상기 굴곡변위운동에 따라 수직방향으로 진동하며, 이에 따라 이동체(15)가 구동되어 리니어 모터로서의 동작이 수행된다. 상기 탄성체 기판(11) 및 압전기판(12)의 가운데 부분이 위아래로 변위되면, 상기 탄성체 기판의 상부에 부착된 샤프트(14)는 선형적으로 운동한다. 상기 샤프트의 선형적인 운동을 통해 탄성체 기판 및 압전기판의 굴곡운동이 이동체(15)에 전달되어 이동체가 구동되며, 상기 이동체(15)는 렌즈 등에 직간접적으로 연결되어 렌즈를 구동한다.

상기 이동체는 관성과 샤프트와의 마찰에 의하여 움직인다. 샤프트가 압전효과에 의한 압전기판의 진동에 의해 위아래로 왕복운동을 하게 되고, 상기 샤프트와 일정한 마찰력으로 접촉하는 이동체가 관성에 의해 미끄러지며 이동을 하게 된다.

이때, 샤프트와 이동체의 마찰면에서는 마모가 발생하고, 상기 샤프트와 상기 이동체를 구성하는 물질로부터 상기 마모에 의한 미세입자들이 배출된다. 상기 미세입자들이 모터 외부로 배출되지 않고 샤프트의 표면에서 이동체가 접촉되거나 또는 미끄러져 이동하여 접촉하게 되는 부위에 쌓이는 경우, 샤프트와 이동체의 접촉선 또는 접촉면이 불규칙하게 된다. 이 경우 모터를 구동함에 따라 이동체와 샤프트 간의 마찰력 조건이 변하게 되어, 모터 각 부분에 뜻하지 않은 열화가 발생할 수도 있고 이동체의 운동 및 모터의 구동성능이 저하되며 모터의 수명이 단축된다.

도 2는 종래의 통상적인 압전 리니어 모터에 구비되는 샤프트를 나타낸 것이다.

종래의 압전 리니어 모터에서 샤프트는 도 2에 나타난 것과 같이 그 단면이 원형이거나 또는 다각형의 어떤 형상이건 간에, 인위적으로 형성된 굴곡이 없는 매끈한 표면을 가진 막대로 형성되었다. 이와 같은 모터에서는 샤프트와 이동체의 마찰로 인한 마모로 발생하는 미세입자의 배출이 쉽게 이루어지지 않아, 샤프트의 표면에 상기 미세입자가 쌓일 가능성이 크다.

이와 같은 이유로, 압전 리니어 모터는 샤프트와 이동체 간의 마찰로 인한 마모로부터 발생하는 미세입자들을 용이하고 효율적으로 배출할 수 있도록 그 구조가 개선될 필요가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 압전 리니어 모터에서 이동체와 샤프트의 마찰로 인한 마모로 발생하는 미세입자를 효율적으로 배출하는 압전 리니어 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 압전 리니어 모터는 양면에 전극이 형성된 압전기판; 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착된 탄성체 기판; 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단; 상기 탄성체 기판 또는 상기 압전기판 상부에 일측이 고정되고 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하며 표면에 적어도 하나 이상의 그루브가 형성된 샤프트; 및 상기 샤프트와 접촉되고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함한다.

본 발명에서, 상기 샤프트에 형성된 그루브는 상기 샤프트의 길이 방향의 선의 형상, 또는 상기 샤프트를 감싸는 환형, 또는 상기 샤프트를 감싸며 진행하는 나선의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 샤프트의 단면은 원형 또는 다각형인 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 이동체는 상기 샤프트를 감싸도록 접촉되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 이동체는 상기 샤프트가 상기 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동함에 있어서 상기 이동체와 상기 샤프트 사이의 마찰력보다 상기 이동체의 관성력이 더 큰 경우에는 상기 샤프트를 따라 미끄러져 이동하여 상기 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지는 것이 바람직하다.

본 발명의 압전 리니어 모터는 샤프트의 형상을 개선한 것으로, 샤프트를 제외한 다른 부분은 도 1에 나타난 종래의 압전 리니어 모터의 그것과 크게 다르지 않다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 압전 리니어 모터의 각 실시예에 구비되는 샤프트의 형상을 나타낸 것이다.

도 3a 내지 도 3c에 나타난 샤프트는 모두 표면에 적어도 하나 이상의 그루 브가 형성되어 있다. 도 3a에 나타난 그루브는 샤프트를 감싸며 진행하는 나선형상이고, 도 3b에 나타난 그루브는 샤프트를 감싸는 환형이며, 도 3c에 나타난 그루브는 샤프트의 길이 방향으로 형성되었다.

도 3a에 나타난 나선형의 그루브는 샤프트 전체에 하나만 형성되어 있으나, 상기 샤프트에는 두 개 이상의 나선형의 그루브가 형성되는 것도 가능하다. 도 3b에 나타난 환형의 그루브는 샤프트의 길이 방향을 따라서 소정의 간격만큼을 사이를 두고, 도 3c에 나타난 선형의 그루브는 샤프트의 둘레 방향을 따라서 소정의 간격만큼을 사이에 두고 각각 다수 개 형성되어 있으며, 각각의 그루브 사이의 간격이 서로 균등하도록 규칙적으로 형성되어 있다.

상기 그루브는 샤프트의 표면을 따라 움직이는 상기 이동체의 운동에 영향을 주지 않아, 상기 이동체의 운동은 그루브가 형성되지 않은 경우의 운동과 다르지 않다. 상기와 같이 샤프트의 표면에 소정의 형상의 그루브가 형성된 경우, 샤프트가 운동하고 상기 샤프트와의 마찰에 의해 이동체도 운동하면, 샤프트와 이동체 사이의 마찰에 의한 마모로 미세입자가 발생하며, 상기 미세입자의 대부분은 상기 그루브를 통해 배출될 수도 있다.

상기와 같이 미세입자가 그루브를 통해서 배출됨으로써, 샤프트의 표면에 그루브가 형성되지 않은 경우에 비해서 미세입자의 배출이 더 효율적으로 이루어진다. 상기 샤프트의 표면에 쌓이는 미세입자의 양이 크게 줄어들어 샤프트의 표면을 따라 이동하는 이동체의 운동에 미세입자가 주는 영향이 줄어든다.

상기와 같은 미세입자의 배출로 모터의 구동의 정확성이 향상되고, 미세입자 와의 마찰로 인한 모터의 특성 열화가 감소하며 모터의 수명이 늘어난다.

상기 상부 및 하부의 압전기판은 미리 분극처리될 수 있으며, 압전기판의 분극 방향 및 압전기판에 인가되는 전계의 방향에 따라 각기 그 수축 및 신장 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상부 및 하부의 압전기판이 모두 같은 방향으로 분극되고, 상부 및 하부의 압전기판에 접지 전위가 인가되는 가운데의 탄성체 기판에 대해 같은 전위가 인가되는 경우, 상부 및 하부의 압전기판은 수축 또는 신장 여부가 서로 반대가 되며, 전위에 따라 수축 또는 신장 여부가 결정된다.

상기 압전기판의 수축 또는 신장에 따라 상기 압전기판 및 압전기판이 접착된 탄성체 기판은 상하 방향으로 진동, 굴곡운동하며, 상기 탄성체 기판 또는 압전기판의 상부에 일측이 부착된 샤프트는 상기 굴곡운동에 연동되어 상하 방향으로 선형 운동한다. 상기 샤프트는 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 굴곡운동을 이동체에 보다 효율적으로 전달하기 위해 가는 원형 또는 다각형의 단면을 가지는 것으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 샤프트에 접촉된 이동체는 상기 샤프트와 연동되어 선형 운동하는데, 상기 샤프트의 일부 이상을 감싸도록 상기 샤프트에 접촉되어 있어 상기 샤프트와 상기 이동체 사이에는 소정의 마찰력이 발생한다. 상기 이동체는 상기 샤프트와 일체로 운동하거나 또는 상기 샤프트와의 마찰력과 운동의 계속에 따른 관성력의 상호작용에 따라 상기 샤프트 상에서 이동하면서 운동할 수도 있다. 예를 들어 상기 마찰력보다 상기 관성력이 더 큰 경우에는 상기 이동체는 상기 샤프트를 따라 미끄 러져 이동하여 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지면서 운동할 수도 있다.

상기 샤프트와 상기 이동체의 형태 및 구성 등은 상기 샤프트의 표면에 그루브가 형성된 점을 제외하면 도 1에 나타난 종래의 압전 리니어 모터의 그것과 크게 다르지 않고, 탄성체 기판, 압전기판, 지지수단의 구성, 굴곡운동의 발생 등도 도 1에 나타난 종래의 압전 리니어 모터의 그것과 크게 다르지 않은 바, 도면을 참조하는 설명은 생략한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 샤프트와 이동체의 마찰 시 마모로 인해 발생하는 미세입자가 효율적으로 배출됨으로써 모터의 구동성능이 향상되고 모터의 수명이 늘어난다.

Claims (7)

1. 양면에 전극이 형성된 압전기판;

   일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착된 탄성체 기판;

   상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단;

   상기 탄성체 기판 또는 상기 압전기판 상부에 일측이 고정되고 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하며 표면에 적어도 하나 이상의 그루브가 형성된 샤프트; 및

   상기 샤프트와 접촉되고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함하는 압전 리니어 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트에 형성된 그루브는 상기 샤프트의 길이 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트에 형성된 그루브는 상기 샤프트를 감싸는 환형으로 형성된 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트에 형성된 그루브는 상기 샤프트를 감싸며 진행하는 나선형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트의 단면은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
6. 제 1항에 있어서, 상기 이동체는 상기 샤프트를 감싸도록 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
7. 제 1항에 있어서, 상기 이동체는 상기 샤프트가 상기 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동함에 있어서 상기 이동체와 상기 샤프트 사이의 마찰력보다 상기 이동체의 관성력이 더 큰 경우에는 상기 샤프트를 따라 미끄러져 이동하여 상기 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.

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