KR100690343B1

KR100690343B1 - 인치웜 액츄에이터

Info

Publication number: KR100690343B1
Application number: KR1020050065315A
Authority: KR
Inventors: 강형원; 이형규
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-03-09
Also published as: KR20070010593A

Abstract

본 발명은 인치웜 액츄에이터(Inchworm Actuator)에 관한 것으로서, 상·하부가이드면(10,20) 사이에 마련되는 제1,2압전소자(30,40)와; 제1압전소자(30)의 양측에 결합되며, 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 접촉되는 대칭형 구조의 제1클램퍼(50)와; 제1클램퍼(50)와 교차되도록 제2압전소자(40)의 양측에 결합되며, 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 접촉되는 대칭형 구조의 제2클램퍼(60)와; 제1,2클램퍼(50,60) 중 어느 하나에 설치되는 지렛대부(70)와; 지렛대부(70) 및 지렛대부(70)가 설치되지 않은 제1,2클램퍼(50,60) 중 어느 하나에 연결되는 연결부(80)를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 인치웜 액츄에이터의 구성을 단순화시킴으로써 조립성 및 사용성을 향상시킬 수 있다.

인치웜, 압전소자, 클램퍼, 지렛대부, 연결부, 보강부

Description

인치웜 액츄에이터 {INCHWORM ACTUATOR}

도 1은 종래 인치웜 액츄에이터의 작동상태를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 인치웜 액츄에이터의 구조를 도시한 개략도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 인치웜 액츄에이터의 작동상태를 도시한 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 인치웜 액츄에이터의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 상부가이드면 20 : 하부가이드면

30 : 제1압전소자 40 : 제2압전소자

50 : 제1클램퍼 60 : 제2클램퍼

52,62 : 접촉부 70 : 지렛대부

80 : 연결부 82 : 제1링크

84 : 제2링크 90 : 보강부

본 발명은 인치웜 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전소자의 팽창 또는 수축동작에 의해 미세하게 이동할 수 있는 인치웜 액츄에이터에 관한 것이다.

현대에 들어, 가공·조립시스템의 마이크로화가 생산기계 분야에서 국제적인 이슈가 되고 있으며, 멤스(MEMS:Microelectromechanical System) 등과 같은 마이크로기술발전에 의해 가공·조립기계 및 시스템의 초소형화가 가능해지고 있다.

특히, 압전소자를 이용한 인치웜(Inchworm) 방식의 액츄에이터는 미세이동이 용이하여 핸드폰의 줌(zoom) 기능 또는 광학 디스크 드라이브(Optical Disk Driver: ODD)용 픽업을 수행하기 위한 용도에 주로 사용된다.

종래의 인치웜 액츄에이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 상·하부가이드면(1,2) 사이에 마련되는 제1,2압전소자(3,4)와; 제1,2압전소자(3,4) 각각에 결합되며, 일측에 상·하부가이드면(1,2)에 접촉되는 접촉부(5a,6a)가 형성되어 있는 제1,2클램퍼(clamper, 죔쇠)(5,6)와; 제1,2클램퍼(5,6) 사이에 연결되는 제3압전소자(7)로 이루어진다. 이와 같은 구성에 의해, 제1압전소자(3)가 전기신호의 인가에 의해 팽창하게 되면, 제1클램퍼(5)의 밀착부(5a)가 상·하부가이드면(1,2)으로부터 분리된다. 이렇게 제1압전소자(3)가 팽창된 상태에서 제3압전소자(7)가 전기신호의 인가에 의해 팽창됨으로써 제1클램퍼(5)가 우측으로 이동하게 되고, 제3압전소자(7)의 팽창이 완료된 후에는 제1압전소자(3)가 다시 수축되어 상·하부가이드면(1,2)에 밀착된다.

그리고 제2압전소자(4)가 전기신호의 인가에 의해 팽창하게 되면, 제2클램퍼(6)의 밀착부(6a)가 상·하부가이드면(1,2)으로부터 분리된다. 이렇게 제2압전소자(4)가 팽창된 상태에서 제3압전소자(7)가 전기신호의 인가에 의해 수축됨으로써 제2클램퍼(6)가 우측으로 이동하게 되고, 제3압전소자(7)의 수축이 완료된 후에는 제2압전소자(4)가 다시 수축되어 상·하부가이드면(1,2)에 밀착된다.

그러나 상기와 같은 구조의 인치웜 액츄에이터는 압전소자 및 인가신호가 각각 3개씩 소요됨으로써 전체적인 구성이 복잡하며, 이는 인치웜 액츄에이터의 조립성 및 사용성을 저하시킬 뿐 아니라 외형을 간소하게 구성하는 데 있어 저해요인이 된다.

그리고 인치웜 액츄에이터의 생산 및 작동에 소요되는 경제적 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

또한, 인치웜 액츄에이터를 구동시키기 위한 구동회로가 복잡하여 인치웜 액츄에이터의 원스텝(one step) 이동시간이 상대적으로 오래 걸린다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 작동구조를 단순화시킴과 아울러 외형을 간소하게 구성할 수 있는 인치웜 액츄에이터를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기신호의 인가에 의해 상·하부가이드면을 따라 이동하는 인치웜 액츄에이터에 있어서, 상기 상·하부가이드면 사이에 마련되며, 전기신호의 인가에 의해 팽창 또는 수축되는 제1,2압전소자와; 상기 제1압전소자의 양측에 결합되며, 선단부가 상기 제1압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 상기 상·하부가이드면에 밀착 또는 분리되는 대칭형 구조의 제1클램퍼와; 상기 제1클램퍼와 교차되도록 상기 제2압전소자의 양측에 결합되며, 선단부가 상기 제2압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 상기 상·하부가이드면에 밀착 또는 분리되는 대칭형 구조의 제2클램퍼와; 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나에 설치되어, 상기 제1,2압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나를 상기 상·하부가이드면으로부터 분리 또는 밀착시키는 지렛대부와; 상기 지렛대부 및 상기 지렛대부가 설치되지 않은 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제1,2압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 전·후진되어 상기 제1,2클램퍼를 이동 가능하게 하는 연결부를 포함하여 구성되는 데 그 특징이 있다.

상기 제1,2클램퍼의 선단부 각각에는 판 형상의 접촉부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 연결부는 V형 연결링크 구조를 가지는 것이 바람직하다.

상기 제1,2클램퍼와 상기 지렛대부 및 상기 연결부는 탄성력을 가진 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 지렛대부 및 상기 지렛대부가 설치된 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나에 연결되는 보강부를 더 포함할 수 있다. 상기 보강부는 V형 연결링크 구조를 가지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인치웜 액츄에이터(Inchworm Actuator)는 상·하부가이드면(10,20) 사이에 마련되는 제1,2압전소자(30,40)와; 제1압전소자(30)의 양측에 결합되며, 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 접촉되는 대칭형 구조의 제1클램퍼(50)와; 제1클램퍼(50)와 교차되도록 제2압전소자(40)의 양측에 결합되며, 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 접촉되는 대칭형 구조의 제2클램퍼(60)와; 제2클램퍼(60)에 설치되는 지렛대부(70)와; 지렛대부(70) 및 제1클램퍼(50) 사이에 연결되는 연결부(80)를 포함하여 구성된다.

제1,2압전소자(30,40)는 상·하부가이드면(10,20) 사이에 병렬로 수직 배치되며, 전기신호의 인가에 의해 상하방향으로 팽창 또는 수축된다. 예컨대, 제1,2압전소자(30,40)는 (+)신호가 인가되었을 때 팽창되고, (-)신호가 인가되었을 때 수축된다.

제1,2압전소자(30,40)로는 압전세라믹이 사용되며, 그 소재는 전기신호의 인가에 의해 팽창 또는 수축 가능한 공지된 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.

제1클램퍼(50)는 제1압전소자(30)의 양측에 결합되어 제2압전소자(40) 방향으로 연장 형성되며, 그 선단부가 제1압전소자(30)의 팽창 또는 수축동작에 의해 상·하부가이드면(10,20)에 밀착 또는 분리된다. 즉, 제1압전소자(30)가 팽창되었을 경우에는 제1클램퍼(50)의 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 더욱 밀착되고, 제1압전소자(30)가 수축되었을 경우에는 제1클램퍼(50)의 선단부가 상·하부가이드면(10,20)으로부터 분리된다.

제2클램퍼(60)는 제1클램퍼(50)와 교차되도록 제2압전소자(40)의 양측에 결합되어 제1압전소자(30) 방향으로 연장 형성되며, 그 선단부가 제2압전소자(40)의 팽창 또는 수축동작에 의해 상·하부가이드면(10,20)에 밀착 또는 분리된다. 즉, 제2압전소자(40)가 팽창되었을 경우에는 제2클램퍼(60)의 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 밀착되고, 제2압전소자(40)가 수축되었을 경우에는 제2클램퍼(60)의 선단부가 상·하부가이드면(10,20)으로부터 분리된다.

그리고 제1,2클램퍼(50,60) 각각의 선단부에는 지지가 용이하도록 판 형상의 접촉부(52,62)가 형성되어 있으며, 접촉부(52,62)의 형상 및 재질은 필요에 따라 다양하게 변경 가능하다.

지렛대부(70)는 제2클램퍼(60)와 상호작용하여 제2클램퍼(60)의 원동작과는 반대로 제2압전소자(40)의 팽창 또는 수축동작에 의해 제2클램퍼(60)를 상·하부가이드면(10,20)에 분리 또는 밀착시키는 역할을 한다. 즉, 지렛대 원리에 의해 제2압전소자(40)의 팽창시에는 제2클램퍼(60)를 상·하부가이드면(10,20)으로부터 분리시키고, 제2압전소자(40)의 수축시에는 제2클램퍼(60)를 상·하부가이드면 (10,20)에 밀착시키는 역할을 한다.

이에 따라, 제1,2압전소자(30,40)에 동일신호가 인가될 경우, 제1,2클램퍼(50,60)가 서로 반대되는 동작을 수행하여 원스텝(one step) 이동이 가능하게 된다.

한편, 지렛대부(70)는 이동하고자 하는 위치에 따라 제1클램퍼(50)에 설치될 수도 있음은 물론이다.

연결부(80)는 제1,2압전소자(30,40)의 팽창 또는 수축동작에 의해 전·후진되어 지렛대부(70)를 유동시킴으로써 제1,2클램퍼(50,60)를 이동 가능하게 하는 역할을 수행한다.

연결부(80)는 제1압전소자(30)의 일단에 위치하는 제1클램퍼(50) 및 지렛대부(70) 사이에 연결되는 제1링크(82)와; 제1압전소자(30)의 타단에 위치하는 제1클램퍼(50) 및 지렛대부(70) 사이에 연결되는 제2링크(84)를 포함한다. 이와 같이, 제1,2링크(82,84)는 제1압전소자(30)의 팽창 또는 수축동작에 의해 상호작용하여 전·후진된다.

제1,2링크(82,84)는 전·후진 동작이 용이한 V형 연결링크 구조를 가지며, 제1,2링크(82,84)는 지렛대부(70)의 설치위치에 따라 그 설치구조가 달라짐은 물론이다.

한편, 제1,2클램퍼(50,60)와 지렛대부(70) 및 연결부(80)는 일정의 탄성력을 가짐과 아울러 내구성이 우수한 금속 재질로 이루어진다. 금속 재질의 종류는 공지된 것을 선택적으로 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 인치웜 액츄에이터의 작동과정을 도 3a 및 도 3b를 참조하여 간단히 살펴보면 하기와 같다.

먼저, 도 3a에서와 같이 제1단계에서 제1,2압전소자(30,40)에 (+)의 동일한 전기신호가 인가되면, 제1클램퍼(50)는 제1압전소자(30)의 팽창에 의해 상·하부가이드면(10,20)에 밀착됨과 아울러 제2클램퍼(60)는 제2압전소자(40) 및 지렛대부(70)의 상호작용에 의해 상·하부가이드면(10,20)으로부터 분리된다. 이와 동시에 연결부(80)가 후진되어 지렛대부(70)를 잡아당김으로써 제2클램퍼(60) 및 제2압전소자(40)가 좌측으로 이동된다.

그리고 도 3b에서와 같이 제2단계에서 제1,2압전소자(30,40)에 (-)의 동일한 신호가 인가되면, 제1클램퍼(50)는 제1압전소자(30)의 수축에 의해 상·하부가이드면(10,20)으로부터 분리됨과 아울러 제2클램퍼(60)는 제2압전소자(40) 및 지렛대부(70)의 상호작용에 의해 상·하부가이드면(10,20)에 밀착된다. 이와 동시에 연결부(80)가 전진되어 지렛대부(70)를 밀어줌으로써 제1클램퍼(50) 및 제1압전소자(30)가 좌측으로 이동된다.

이와 같이, 제1단계와 제2단계가 반복되면서 인치웜 액츄에이터가 상·하부가이드면(10,20)을 따라 미세이동 가능하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 인치웜 액츄에이터의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상·하부가이드면(10,20) 사이에 마련되는 제1,2압전소자(30,40)와; 제1압전소 자(30)의 양측에 결합되며, 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 접촉되는 대칭형 구조의 제1클램퍼(50)와; 제1클램퍼(50)와 교차되도록 제2압전소자(40)의 양측에 결합되며, 선단부가 상·하부가이드면(10,20)에 접촉되는 대칭형 구조의 제2클램퍼(60)와; 제2클램퍼(50,60)에 설치되는 지렛대부(70)와; 지렛대부(70) 및 제1클램퍼(50,60) 사이에 연결되는 연결부(80)와; 지렛대부(70) 및 제2클램퍼(60) 사이에 연결되는 보강부(90)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 지닌 인치웜 액츄에이터의 동작상태는 도 1 내지 도 3b를 통해 설명한 내용과 동일하므로 생략하기로 한다.

본 실시예에서는 지렛대부(70) 및 제2클램퍼(60) 사이에 보강부(90)를 추가로 연결시킴으로써 제2클램퍼(60)의 상태를 보다 견고히 유지시킬 수 있을 뿐 아니라 이동이 용이하다는 장점이 있다.

보강부(90)의 구조는 다양하게 변경 가능하나, V형 링크구조를 가지는 것이 바람직하다. 그리고 보강부(90)의 재질은 탄성력을 가진 금속 재질로 이루어진다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 인치웜 액츄에이터의 구성을 단순화시킴으로써 조립성 및 사용성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 압전소자의 수 및 인가신호를 줄일 수 있다. 그로 인해, 외형을 간소하게 구성할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 인치웜 액츄에이터의 생산 및 작동에 소요되는 경제적 비용을 상대적으로 절감할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

전기신호의 인가에 의해 상·하부가이드면을 따라 이동하는 인치웜 액츄에이터에 있어서,

상기 상·하부가이드면 사이에 마련되며, 전기신호의 인가에 의해 팽창 또는 수축되는 제1,2압전소자와;

상기 제1압전소자의 양측에 결합되며, 선단부가 상기 제1압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 상기 상·하부가이드면에 밀착 또는 분리되는 대칭형 구조의 제1클램퍼와;

상기 제1클램퍼와 교차되도록 상기 제2압전소자의 양측에 결합되며, 선단부가 상기 제2압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 상기 상·하부가이드면에 밀착 또는 분리되는 대칭형 구조의 제2클램퍼와;

상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나에 설치되어, 상기 제1,2압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나를 상기 상·하부가이드면으로부터 분리 또는 밀착시키는 지렛대부와;

상기 지렛대부 및 상기 지렛대부가 설치되지 않은 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나에 연결되며, 상기 제1,2압전소자의 팽창 또는 수축에 의해 전·후진되어 상기 제1,2클램퍼를 이동 가능하게 하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인치웜 액츄에이터.
제1항에 있어서,

상기 제1,2클램퍼의 선단부 각각에는 판 형상의 접촉부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인치웜 액츄에이터.
제1항에 있어서,

상기 연결부는 V형 연결링크 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 인치웜 액츄에이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1,2클램퍼와 상기 지렛대부 및 상기 연결부는 탄성력을 가진 금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인치웜 액츄에이터.
제1항에 있어서,

상기 지렛대부 및 상기 지렛대부가 설치된 상기 제1,2클램퍼 중 어느 하나에 연결되는 보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인치웜 액츄에이터.
제5항에 있어서,

상기 보강부는 V형 연결링크 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 인치웜 액츄에이터.