KR100708254B1

KR100708254B1 - 액추에이터의 보빈지지 구조

Info

Publication number: KR100708254B1
Application number: KR1020060013323A
Authority: KR
Inventors: 이학주; 김정엽; 이도영; 송지호
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2006-02-11
Filing date: 2006-02-11
Publication date: 2007-04-17

Abstract

본 발명은 베이스 플레이트 상에 코일이 권취된 보빈을 구동 가능하게 지지하는 액추에이터의 보빈지지구조에 관한 것으로서, 보빈을 지지하는 지지 스프링의 구조를 개선하여 설계 및 제작 공정을 단순화할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있고, 축방향 이동의 선형성을 더욱 높여 정밀한 시험이 가능하도록 한 액추에이터의 보빈지지구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액추에이터의 보빈지지구조는 베이스 플레이트 상에 코일이 권취된 보빈을 구동 가능하게 지지하는 액추에이터의 보빈지지구조에 있어서, 상기 보빈을 탄성적으로 지지하는 보부재와, 상기 보부재의 양단에 형성되며 상기 베이스 플레이트와 상기 보부재 사이에서 상기 보부재를 뜬 상태로 유지시키는 지지부재로 이루어진 지지 스프링을 포함하며, 상기 보빈을 지지하기 위해 상기 지지 스프링의 지지부재가 상기 베이스 플레이트에 설치된다.

액추에이터, 자성체, 보빈, 스프링, 댐퍼, 굽힘 모멘트, 보부재, 지지부재, 지주부

Description

액추에이터의 보빈지지 구조 {BOBBIN SUPPORT STRUCTURE OF ACTUATOR}

도 1은 종래 기술에 따른 동전형 액추에이터의 일부를 절개하여 도시한 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 나노인덴터형 액추에이터의 구조를 도시한 단면도.

도 3은 종래 기술에 따른 나노인덴터형 액추에이터의 지지스프링을 도시한 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 도시한 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50 : 액추에이터 51 : 베이스 플레이트

52 : 본체부 54 : 보빈

56 : 지지 스프링 57 : 보부재

58 : 지지부재 59 : 지주부

본 발명은 베이스 플레이트 상에 코일이 권취된 보빈을 구동 가능하게 지지하는 액추에이터의 보빈지지구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보빈의 축방향 운동의 선형성을 높여 정밀한 시험이 가능하도록 한 액추에이터의 보빈지지구조에 관한 것이다.

산업의 발전에 따라 다양한 정밀 측정 기기들이 개발되고 있으며, 그 일례로 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 분야에서도 급속한 기술의 발전이 이루어지고 있다. 따라서, 이러한 기기들의 성능 또는 신뢰성의 평가 또는 정점 중요성을 더해가고 있다.

일반적으로 MEMS 기기는 수 마이크로(micro) 크기를 갖는 박막(thin film)의 측정에 사용되며, 박막의 탄성계수, 인장강도, 피로강도 등의 기본적인 기계적 물성은 MEMS 기기의 성능이나 신뢰성의 평가에 필수적인 데이터로 고려되고 있다. 최근에는 이러한 기계적 물성이나 피로특성을 얻기 위한 다양한 시험기들이 개발되고 있다.

한편, 벌크(bulk) 소재의 시험기에 비해, 마이크로미터 정도의 크기를 갖는 시험편의 시험기는 다양한 형태의 액추에이터(actuator)가 적용되고 있으며, 그 일례로 동전형 액추에이터가 많이 사용되고 있다. 이러한 동전형 액추에이터는 하중제어가 가능하고, 종류가 다양하여 시험편의 크기, 종류 등의 특성에 따라 사용이 가능하고, 정밀한 시험이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 동전형 액추에이터의 일부를 절개하여 도시한 사시도이다.

동전형 액추에이터(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상용 오디오 시스템의 스피커 유닛과 유사한 구조로 이루어지며, 영구 자성체(12)를 갖는 본체부(11)와, 코일(coil)이 감겨진 보빈(14)(bobbin)과, 그리고 상기 보빈(14)을 본체부(11)에 지지하기 위한 지지부재(15)를 포함한다.

이와 같이 구성된 액추에이터(10)는 상기 코일에 전류가 공급될 경우, 자기장이 발생하며 상기 영구 자성체(12)의 자력 등에 의해 상기 보빈(14)이 구동하게 된다.

한편, 상기 보빈(14)의 지지부재(15)는 상기 보빈(14)을 횡방향 이동을 구속하기 위해 하나 또는 복수개의 지지스프링(16)과, 상기 지지스프링(16)을 고정하기 위한 지지부(18)로 이루어진다. 이때, 상기 지지스프링(16)은 축방향 강성은 작고, 횡방향의 강성은 높게 이루어지며, 이에 따라 상기 보빈(14)은 횡방향의 이동은 구속된 상태에서 축방향으로만 자유롭게 이동가능하게 지지된다.

또한, 보빈(14)의 횡방향 운동은 시험편에 굽힘 등의 하중을 발생시키므로 정밀한 시험을 위해서는 상기 보빈(14)을 지지하는 지지스프링(16)의 축방향 강성은 작게 하고, 횡방향의 강성은 크게 설계해야 한다.

그러나, 종래의 액추에이터(10)에 사용되는 지지스프링(16)은 면이나 합성섬유를 열가소성 수지로 함침시킨 직물로 제작되며, 이에 따라 지지스프링(16)의 기계적 특성을 파악하기가 곤란한 문제가 있다. 또한, 종래의 지지스프링(16)은 균 일한 기계적 물성을 보증할 수 없으며, 이에 따라 고도의 정밀성이 요구되는 시험기에 사용하기가 용이하지 않다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 나노인덴터(nano indentor) 등에 적용하는 액추에이터 구조가 제안되었다.

도 2는 종래 기술에 따른 나노인덴터형 액추에이터의 구조를 도시한 단면도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 나노인덴터형 액추에이터의 지지 스프링을 도시한 평면도이다.

전술된 나노인덴터형 액추에이터(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 로드 프레임(21) 상에 코일 및 마그네틱 조합체(22)가 설치되고, 상기 코일 및 마그네틱 조합체(22)의 중심축 상에 시험편(32)과 접촉하는 인덴터(24)가 결합된다. 또한, 상기 인덴터(24)는 상기 코일 및 마그네틱 조합체(22)에 결합된 복수의 지지 스프링(26)에 의해 지지된다.

한편, 상기 로드 프레임(21)에는 상기 시험편(32)을 이동하기 위한 이동 테이블(30)이 설치된다.

도 3을 참고하면, 상기 지지 스프링(26)은 원판체로 이루어지며, 내부에 다수의 요홈부(27)가 형성된다. 상기 인덴터(24)는 상기 지지 스프링(26)에 의해 횡방향의 이동은 구속되고, 상기 지지 스프링(26)에 형성된 요홈부(27)에 의해 축방향으로 자유롭게 이동 가능하다.

그러나, 전술된 나노인덴터형 액추에이터(20)는 상기 지지 스프링(26)의 설계 및 제작과정이 복잡하여 제조비용을 증가시키는 요인이 되고 있으며, 이에 따라 보빈(14)의 지지구조를 개선하여 액추에이터(20)의 생산비용을 낮추기 위한 노력이 요구되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 보빈을 지지하는 지지 스프링의 구조를 개선하여 설계 및 제작 공정을 단순화할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있고, 축방향 이동의 선형성을 더욱 높여 정밀한 시험이 가능하도록 한 액추에이터의 보빈지지구조를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액추에이터의 보빈지지구조는 베이스 플레이트 상에 코일이 권취된 보빈을 구동 가능하게 지지하는 액추에이터의 보빈지지구조에 있어서, 상기 보빈을 탄성적으로 지지하는 보부재와, 상기 보부재의 양단에 형성되며 상기 베이스 플레이트와 상기 보부재 사이에서 상기 보부재를 뜬 상태로 유지시키는 지지부재로 이루어진 지지 스프링을 포함하며, 상기 보빈을 지지하기 위해 상기 지지 스프링의 지지부재가 상기 베이스 플레이트에 설치된다.

여기서, 상기 지지 스프링은 복수개로 이루어져, 상, 하로 소정 거리 이격되게 설치될 수 있다. 또한, 상기 지지 스프링은 인접되는 다른 지지 스프링과 서로 같은 방향으로 설치될 수 있다. 더불어, 상기 지지 스프링은 인접되는 다른 지지 스프링과 소정의 각도를 갖는 방향으로 설치될 수 있다. 또한, 상기 지지 스프링은 인접되는 다른 지지 스프링과 서로 직교하는 방향으로 설치될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 도시한 사시도이다.

본 발명의 실시예에 있어서, 액추에이터(50)는 동전형(electrodynamic) 액추에이터로 이루어진 것으로서, 베이스 플레이트(51)의 내부에 본체부(52)가 배치되고, 상기 본체부(52)의 상부에는 보빈(54)이 배치된다. 상기 보빈(54)은 코일이 권취되며, 상기 코일에 전류를 공급하면 자기장이 발생한다. 이때, 상기 보빈(54)은 상기 코일의 자기장과 상기 본체부(52)내 영구자성체에 의한 자기력에 의해 상기 보빈(54)의 축방향(도면상의 z축)으로 이동한다.

한편, 상기 보빈(54)은 상기 베이스 플레이트(51)에 설치된 지지 스프링(56)에 의해 탄성적으로 지지된다.

이를 위해, 상기 지지 스프링(56)은 두께가 얇은 금속판재로 이루어지고, 소정의 폭을 갖는 띠형으로 형성되며, 전체적인 형상이 '교량형' 또는 'ㄷ'형으로 형성된다.

상기 지지 스프링(56)은 길이방향으로 연장되고, 상기 베이스 플레이트(51) 소정 거리 이격되게 배치된 보부재(57)와, 상기 보부재(57)의 양단부에 수직하게 연결된 한 쌍의 지지부재(58)로 이루어진다.

또한, 상기 보부재(57)의 중앙부에는 상기 보빈(54)의 중심축이 고정된다. 그리고, 상기 지지부재(58)는 일단이 상기 보부재(57)의 양단부에 연결되고, 타단은 상기 베이스 플레이트(51)에 설치된다. 바람직하게는 상기 베이스 플레이트(51)에 상기 지지부재(58)의 타단을 연결하기 위한 지주부(59)가 설치된다.

이러한 지지 스프링(56)은 상기 보빈(54)의 횡방향(도면상의 x, y축 방향)의 운동을 막고 축방향(도면에서 z축 방향)으로만 원활하게 움직일 수 있도록 하여, 시험편의 측정시 가해질 수 있는 굽힘 하중을 감소시킨다.

이와 같이, 상기 지지 스프링(56)은 횡방향(도면상의 x, y축)으로는 강성이 크고, 축방향으로는 강성이 작아 소정의 탄성력이 발생하며 축방향의 이동이 가능하다.

전술된 바와 같이 구성된 액추에이터(50)는 상기 코일에 전류를 공급할 경우, 자기장이 발생하며, 상기 보빈(54)이 구동된다. 이때, 상기 보빈(54)은 상기지지 스프링(56)에 의해 축방향으로 자유롭게 이동가능하고, 횡방향으로는 이동이 제한된다.

한편, 상기 지지 스프링(56)은 굽힘 강성이 작다. 이에 따라 상기 지지 스프링(56)은 횡방향(x, y축 방향) 굽힘 모멘트(Mx, My)에 의해 상기 지지 스프링(56)에 회전운동이 발생할 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 상기 액추에이터(50)는 상기 보빈(54)을 지지하는 지지 스프링(56)이 복수개로 설치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 도시한 사시도로서, 이를 참고하면 액추에이터(50)는 베이스 플레이트(51)의 상부에 2개의 지지 스프링(56, 66)이 상, 하로 배치된다. 이때, 각각의 지지 스프링(56, 66)은 서로 소정 거리 이격되며, 그 보부재(57, 67)에는 상기 보빈(54)의 중심축이 연결된다. 또한, 각각의 보부재(57, 67)의 양단에 형성된 지지부재(58, 68)는 상기 베이스 플레이트(51)에 형성된 지주부(59)에 연결되며, 상기 지주부(59)는 상기 지지 스프링(56)이 서로 소정 거리 이격될 수 있도록 일정한 높이로 형성된다.

이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 액추에이터(50)는 소정 거리 이격되게 배치된 지지 스프링(56, 66)이 서로 같은 방향으로 배치된 실시예에 대해 설명되고 있으나, 각각의 지지 스프링(56, 66)은 서로 소정의 각도를 갖도록 배치되는 것도 물론 가능하다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 도시한 사시도로써, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 액추에이터(50)는 보빈(54)을 지지하기 위해 복수의 지지 스프링(56)이 설치되며, 각각의 지지 스프링(56)이 서로 다른 방향으로 배치될 수 있고, 바람직하게는 상기 지지 스프링(56)은 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 직교하는 방향으로 배치된다.

이때, 각각의 지지 스프링(56, 76)은 보부재(57, 77)의 중앙부에 보빈(54)의 중심축이 연결되고, 각각의 지지부재(58, 78)는 각각 대응되게 형성된 베이스 플레이트(51)의 지주부(59)에 연결된다. 바람직하게는 각각의 지주부(59)는 각각의 지지 스프링(56)이 서로 소정 거리 이격될 수 있도록 서로 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서 상기 액추에이터(50)의 지지 스프링(56, 76)은 2개로 이루어져 서로 직교하는 방향으로 배치된 실시예에 대해 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 보빈(54)을 더욱 안정적으로 지지하기 위해 개수 및 설치되는 각도의 조절이 가능하다. 그 일례로, 지지 스프링이 3개로 이루어질 경우, 각각의 지지 스프링은 사이각이 60°를 이루도록 배치될 수 있으 며, 액추에이터의 필요 사양에 적당한 강성을 갖도록 설계될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 액추에이터의 보빈지지구조를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 액추에이터의 보빈지지구조는 보빈을 지지하는 지지 스프링의 구조를 단순화할 수 있어 그에 따른 설계 및 제작공정이 단순해지고, 제작 비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 액추에이터는 상기 보빈의 축방향 운동의 선형성을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 지지 스프링의 설치 위치 또는 개수의 조절을 통해 더욱 안정적인 지지가 가능한 장점이 있다.

Claims

베이스 플레이트 상에 코일이 권취된 보빈을 구동 가능하게 지지하는 액추에이터의 보빈지지구조에 있어서,

상기 보빈을 탄성적으로 지지하는 보부재와, 상기 보부재의 양단에 형성되며 상기 베이스 플레이트와 상기 보부재 사이에서 상기 보부재를 뜬 상태로 유지시키는 지지부재로 이루어진 지지 스프링을 포함하며,

상기 보빈을 지지하기 위해 상기 지지 스프링의 지지부재가 상기 베이스 플레이트에 설치된 것을 특징으로 하는 액추에이터의 보빈지지구조.
청구항 1에 있어서,

상기 지지 스프링은 복수개로 이루어져, 상, 하로 소정 거리 이격되게 설치된 것을 특징으로 하는 액추에이터의 보빈지지구조.
청구항 2에 있어서,

상기 지지 스프링은 인접되는 다른 지지 스프링과 서로 같은 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 액추에이터의 보빈지지구조.
청구항 2에 있어서,

상기 지지 스프링은 인접되는 다른 지지 스프링과 소정의 각도를 갖는 방향 으로 설치된 것을 특징으로 하는 액추에이터의 보빈지지구조.
청구항 4에 있어서,

상기 지지 스프링은 인접되는 다른 지지 스프링과 서로 직교하는 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 액추에이터의 보빈지지구조.