KR100728370B1 - 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 이동축을 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 이동축에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서, 상기 압전기판 및 탄성체에 의해 발생되는 진동의 파형이 압전 리니어 모터가 설치되는 어플리케이션에 의한 반사파로 소멸 또는 간섭되는 것을 막고 공진특성을 향상시켜 그 구동성능을 개선한 리니어 모터에 관한 것이다.

압전효과, 리니어 모터, 이동체, 샤프트, 마찰력

Description

초소형 압전 리니어 모터{Micro piezoelectric linear motor}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 샤프트, 압전기판, 및 탄성체 기판의 상부측 사시도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 샤프트, 압전기판, 및 탄성체 기판의 하부측 사시도

도 3은 본 발명의 실시예에 다른 캡의 사시도

도 4는 도 3의 부분단면도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압전 리니어 모터의 사시도

도 6은 도 5의 이동체의 사시도

{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}

11 : 탄성체 기판 12 : 압전기판

13 : 공진증폭부재 14 : 샤프트

15 : 이동체 16 : 이송계

17 : 압착링 131 : 전기접속홀

132 : 단차

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 이동축을 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 이동축에 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 발 생시켜 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.

상기와 같이 압전체 기판을 탄성체 기판에 접착형성한 압전 리니어 모터를 직접 어플리케이션에 설치할 경우, 상기 압전체 기판에 의해 발생되는 횡진동이 어플리케이션의 구조물에 의해 반사되어 상기 압전 액츄에이터에 전달되므로 인하여, 파의 간섭이나 소멸에 의해 압전 리니어 모터의 특성이 저하된다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 압전기판 및 탄성체기판에 의해 발생되는 파형의 반사파를 흡수하여 공진특성의 향상을 통해 성능이 개선된 압전 리니어 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 압전 리니어 모터는 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되는 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 공진증폭부재, 상기 탄성체 기판 또는 상기 탄성체 기판에 부착된 상기 압전기판 상부에 일측이 고정되고 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트를 감싸는 모양으로 형성되고 상기 샤프트와 마주보는 위치에 적어도 둘 이상의 돌기가 형성되며 상기 돌기에서 상기 샤프트와 접촉하고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함하고, 상기 공진증폭부재는 상기 탄성체 기판보다 하측에 형성되는 바닥부를 가지며, 여기서 상기 바닥부는 상기 탄성체 기판의 가운데 부분의 최대하측변위 시에 상기 탄성체 기판에 닿지 않도록 상기 탄성체기판의 하측에 형성된다.

본 발명에서, 상기 공진증폭부재의 상단부에는 상기 탄성체 기판이 놓여져 지지되는 단차가 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 공진증폭부재의 상단부에는 상기 압전체 기판에 전기를 공급할 수 있는 전선이 설치될 수 있도록 상기 탄성체 기판에 형성된 접속돌기가 외부로 노출될 수 있도록 형성된 전기접속홀이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 샤프트는 원형 또는 다각형의 단면으로 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 샤프트 에 접촉되는 위치가 달라지는 것이 바람직하다.

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.

본 발명은 탄성체 기판 및 압전기판이 적층되어 이루어진 압전 액츄에이터를 공진증폭부재를 이용하여 지지하는 것으로, 상기 공진증폭부재는 상기 압전 액츄에이터로부터 발생되는 진동의 반사파를 흡수하여 반사파에 의한 소멸 또는 간섭을 막아주는 역할을 한다.

상기 공진증폭부재는 상기 탄성체기판을 지지해 주는 형상을 가지며, 상기 탄성체기판의 횡진동이 가능하도록 탄성체기판의 가운데 부분의 최대하측변위보다 아래측에 바닥면이 형성된다.

따라서, 상기 공진증폭부재의 형상은 상기 탄성체기판의 형상에 따라 내부에 요홈이 형성된 컵(단면은 원형 또는 다각형)형상 또는 U자형 형상을 가질 수 있으며, 그 제한은 없다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탄성체 기판(11)과 압전기판(12)과 샤프트(14) 및 공진증폭부재(13)을 포함하는 압전리니어 모터를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 압전 리니어 모터는 탄성체 기판(11)과 상기 탄성체 기판에 접착된 압전기판(12), 상기 탄성체 기판(11)을 하부에서 지지하는 공진증폭부재(13)와 상기 탄성체 기판(11)에 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 변형되는데, 탄성체 기판(11)의 주변부가 공진증폭부재(13)에 고정되어 있어서 공진증폭부재(13)에 고정되지 않은 가운데 부분이 위쪽 또는 아래쪽으로 변위한다.

상기 탄성체 기판(11) 및 압전기판(12)의 가운데 부분이 위아래로 변위되면, 상기 탄성체 기판의 상부에 부착된 샤프트(14)는 선형적으로 운동한다.

상기 탄성체 기판(11)은 원형이고, 상기 공진증폭부재(13)는 요홈을 가지며, 상기 요홈은 상기 탄성체 기판(11)의 가운데 부분이 아래쪽으로 굴곡 변위할 수 있도록 빈 공간을 제공해주는 것이다.

상기 요홈은 상기 공진증폭부재(13)의 표면으로부터 소정의 깊이만큼 형성되며, 상기 소정의 깊이는 상기 탄성체 기판(11)의 가운데 부분의 굴곡 변위 최대값보다 큰 값인 것이 바람직하다.

따라서, 상기 공진증폭부재(13)의 형상은 대략 컵의 형상을 가지게 된다.

상술한 바와 같이 만일, 상기 탄성체 기판이 빔의 형상이라면, 상기 공진증 폭부재는 U자형이 되어야만 한다.

그리고, 상기 공진증폭부재(13)의 상단부에는 상기 탄성체 기판(11)이 안착되어 고정되는 단차(132)가 형성된다.

상기 단차(132)의 존재로 인해 단지 탄성체 기판(11)을 접착제에 의해 상기 공진증폭부재(13)에 부착하는 것보다 안정적이고, 상기 탄성체 기판(11)과의 접촉부분이 상기 탄성체 기판(11)의 둘레면과 그 하부이기 때문에 수평방향과 수직방향에서 모두 상기 탄성체 기판(11)을 지지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 공진증폭부재(13)의 상단 일측에는 상기 탄성체 기판(11)에 형성된 접속돌기를 외부로 노출시킬 수 있는 전기접속홀(131)이 형성된다.

상기 접속돌기는 상기 압전기판(12)에 전기를 공급하기 위한 전선이 설치되는 부분이다.

상기 공진증폭부재(13)에 의해 상기 탄성체 기판(11)에서 발생되는 진동이 상기 공진증폭부재(13)에 흡수되어서 반사파가 형성되지 않아, 상기 탄성체 기판(11)은 고유진동수까지 진동수가 빠르게 올라가면서 공진이 형성되고, 이에 따라 상기 샤프트(14)가 상기 공진에 의해 선형운동을 하게 된다.

또한, 상기 공진증폭부재(13)의 중량에 의해 공진모드를 이용하는 압전 리니어 모터의 변위량을 증폭시키고 공진특성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 샤프트(14)의 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 이동체(15)는 관성과 마찰에 의하여 움직이며, 즉 상기 이동체(15)는 샤프트(14)에 일정한 마찰력을 가지고 접촉되는 이송계와 상기 이송계를 샤프트에 압착시켜 구속하는 구속수단으로 이루어진다.

도 6은 이동체 부분만을 나타낸 것으로, 상기 이동체는 안쪽의 'ㄴ' 모양의 이송계(16)와 상기 이송계를 샤프트에 압착시키는 바깥쪽의 압착링(17)을 포함한다.

따라서, 상기 샤프트(14)는 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 굴곡운동을 이동체에 보다 효율적으로 전달하기 위해 가는 원형의 단면을 갖는 원기둥 또는 다각형의 단면을 갖는 막대의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 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 미끄러져 이동하여 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지면서 운동할 수도 있고, 마찰력이 매우 큰 경우에는 샤프트에 대한 상대적 위치가 크게 달라지지 않으면서 운동할 수도 있다. 본 발명에서는 특히 상기 마찰력을 증대시키며, 이는 샤프트와 이동체가 일체로 운동할 필요가 있는 경우에 보다 유용하다.

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, 탄성체기판의 진동이 어플리케이션에 전달되고, 이로부터 반사되는 반사파에 의해 상기 탄성체기판의 진동이 소멸 또는 간섭되는 것을 막아서 모터 특성이 저하되는 현상을 저지하여 공진특성을 향상시켜서 그 구동성능을 개선시킬 수 있다.

또한, 공진증폭부재가 상기 압전기판을 보호하는 역할도 하게 된다.

Claims (5)

1. 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되는 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 공진증폭부재, 상기 탄성체 기판 또는 상기 탄성체 기판에 부착된 상기 압전기판 상부에 일측이 고정되고 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트를 감싸는 모양으로 형성되고 상기 샤프트와 마주보는 위치에 적어도 둘 이상의 돌기가 형성되며 상기 돌기에서 상기 샤프트와 접촉하고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함하고,

   상기 공진증폭부재는 상기 탄성체 기판보다 하측에 형성되는 바닥부를 가지며, 상기 바닥부는 상기 탄성체 기판의 가운데 부분의 최대하측변위보다 하측에 형성된 압전 리니어 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공진증폭부재의 상단부에는 상기 탄성체 기판이 놓여져 지지되는 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 공진증폭부재의 상단부에는 상기 압전체 기판에 전기를 공급할 수 있는 전선이 설치될 수 있도록 상기 탄성체 기판에 형성된 접속돌기가 외부로 노출될 수 있도록 형성된 전기접속홀이 형성된 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 샤프트는 원형 또는 다각형의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
5. 제1항에 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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