KR100728372B1 - 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 샤프트에 단차를 두어 샤프트의 단면적을 크게 하여 이동체와 샤프트 사이의 마찰력을 증대시킴으로써, 상기 압전효과에 의한 진동이 이동체에 전달되는 효율을 높여 그 구동성능을 개선한 리니어 모터에 관한 것이다.

압전효과, 리니어 모터, 이동체, 샤프트, 마찰력, 선 접촉

Description

초소형 압전 리니어 모터{Micro piezoelectric linear motor}

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 이동체의 일 예를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예에서 단차를 가지는 샤프트가 접촉된 모습을 나타낸 것이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

11 : 탄성체 기판 12 : 압전기판

13 : 지지수단 14 : 샤프트

15 : 이동체 16 : 이송계

17 : 압착링 20: 샤프트

21: 접촉부 22: 고정단부

31: 탄성체 기판 32: 압전기판

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 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 변형되는데, 탄성체 기판(11)의 주변부가 지지수단(13)에 고정되어 있어서 지지수단(13)에 고정되지 않은 가운데 부분이 위쪽 또는 아래쪽으로 변위한다.

상기 탄성체 기판의 상부에는 샤프트(14)가 부착되는데, 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 압전기판 의 굴곡운동이 이동체(15)에 전달되어 이동체가 구동되며, 상기 이동체(15)는 렌즈 등에 직간접적으로 연결되어 렌즈를 구동한다.

상기 이동체(15)는 관성과 마찰에 의하여 움직이는데, 종래의 이동체는 샤프트(14)에 일정한 마찰력을 가지고 접촉되는 이송계와 상기 이송계를 샤프트에 압착시켜 구속하는 구속수단으로 이루어진다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 이동체의 일 예를 나타낸 것으로, 도 1에 나타난 압전 리니어 모터에 포함되는 이동체를 나타낸 것이다.

도 2a는 이동체 부분만을 나타낸 것으로, 상기 이동체는 안쪽의 'ㄴ' 모양의 이송계(16)와 상기 이송계를 샤프트에 압착시키는 바깥쪽의 압착링(17)을 포함한다.

도 2b는 이동체가 샤프트에 접촉된 모습을 나타낸 것으로, 도 2a의 이동체의 이송계(16)가 샤프트(14)에 접촉된 모습을 나타낸 것이다.

상기 이동체는 이송계(16)가 샤프트(14)에 대해 마찰력을 가지고 접촉됨으로써 샤프트의 운동을 전달받아 구동된다. 상기 도 2a 및 도 2b에 나타난 종래의 이동체는 'ㄴ' 형태의 이송계 하나당 샤프트에 2개의 선 접촉으로 접촉되어, 이송계와 샤프트의 접촉이 전체적으로 네 개의 선 접촉으로 이루어진다.

상기와 같이 종래의 이동체는 'ㄴ' 형태 또는 기타의 형태의 이송계가 샤프트에 선 접촉으로 접촉된다.

따라서, 상기의 선 접촉의 접촉면적을 넓혀 마찰력을 증대시킴으로써 이동체에 탄성체 기판과 압전기판의 굴곡운동이 전달되는 효율을 높이는 것이 바람직하다.

이러한, 마찰력을 증대시키는 방법으로 샤프트의 직경을 크게 하는 것이 있지만, 상기 압전 리니어 모터의 탄성체 기판 또는 압전기판의 제한된 크기 때문에 샤프트의 직경의 확장은 제한이 있다.

본 발명의 목적은 동일한 크기의 탄성체 기판 및 압전기판을 가지면서도 샤프트의 직경을 확장시켜 굴곡운동의 전달 효율이 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 지지수단, 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 샤프트는 상기 압전기판 상부에 고정되는 고정단부의 단면적보다 상기 이동체가 접촉하는 접촉부의 단면적이 더 크게 형성된다.

본 발명에서, 상기 샤프트의 접촉부와 고정단부는 단차가 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 샤프트의 고정단부의 길이는 상기 탄성기판의 종진동의 진폭보다 긴 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 샤프트는 원형 또는 다각형의 단면으로 형성되는 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 샤프트에 이동체가 접촉하는 방식 및 샤프트와 이동체의 형태를 개선한 것으로, 이동체와 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 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전 리니어 모터의 샤프트(20)가 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)에 고정설치된 모습을 나타낸 것이다.

도 3의 샤프트(20)는 두 부분을 포함하여 구성된다. 즉, 상기 샤프트(20)는 이동체(도시생략)가 설치되는 접촉부(21)와 상기 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)에 고정설치되는 고정단부(22)를 포함한다.

상기 접촉부(21)의 단면적은 상기 고정단부(22)의 단면적보다 크다. 물론 상기 접촉부(21)와 상기 고정단부(22)는 횡진동시 편심에 의한 모멘트발생이 없도록 동심축 상에 형성되어야 한다.

따라서, 상기 샤프트(20)는 접촉부(21)와 고정단부(22)의 단면적의 크기 변화로 인하여 단차가 형성된다.

상기 고정단부(22)의 단면적의 크기는 종래 기술의 도 1에 도시한 샤프트(14)의 단면적의 크기와 대략 동일하다.

즉, 상기 고정단부(22)는 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)의 상하 진동을 방해하지 않을 정도의 면적을 가져야 한다.

또한, 상기 고정단부(22)의 길이 역시 상기 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)의 상하 진동을 방해하지 않을 정도의 길이를 가져야 한다. 물론 상기 고정단부(22)의 길이는 상기 접촉부(21)의 단면적의 크기에 따라 달라지게 되며, 적어도 상기 접촉부(21)에 상기 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)이 닿지 않아야 한다.

즉, 상기 고정단부(22)의 길이는 상기 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)의 횡진동의 진폭보다 커야 한다.

상기 접촉부(21)는 상기 고정단부(22)의 단면적보다 큰 단면적을 가지며, 적어도 상기 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)의 최외측을 벗어나지 않는 단면적을 가지는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 접촉부(21)의 표면의 둘레길이는 상기 고정단부(22)의 둘레길이에 비해 상당히 길어지게 된다.

상기 접촉부(21)와 고정단부(22)의 단면의 모양은 제한이 없으며, 원형 또는 다각형의 형상으로 할 수 있다. 다만, 상기 접촉부(21)와 고정단부(22)의 면적중심 선상에 상기 압전기판(32) 및 탄성체 기판(31)의 횡진동의 최대변위점(예를 들어 원형인 경우 중심점)이 위치하도록 해서, 편심에 의한 모멘트가 발생하지 않도록 하여야 한다.

본 발명과 같은 방식에 의하면 샤프트(20)가 이동체(도시생략)과 접촉하는 접촉부(21)의 둘레길이가 증가함에 따라, 이동체와 샤프트가 접촉되는 면적이 증가하여 샤프트와 이동체 간의 마찰력이 커짐으로써 기존의 모터에서보다 굴곡운동이 이동체에 전달되는 효율이 증대된다.

본 발명의 압전 리니어 모터에서도 도 1에 나타난 것과 같이, 압전기판의 수축 또는 신장에 따라 상기 압전기판 및 압전기판이 접착된 탄성체 기판이 상하 방향으로 진동, 굴곡운동하며, 상기 탄성체 기판 또는 압전기판의 상부에 일측이 부착된 샤프트가 상기 굴곡운동에 연동되어 상하 방향으로 선형 운동한다. 상기 샤프트는 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.

상기 샤프트와 상기 이동체의 형태 및 구성을 제외한 탄성체 기판, 압전기 판, 지지수단의 구성, 굴곡운동의 발생 등은 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, 동일한 크기의 압전기판과 탄성체기판을 사용하면서도 단면적이 큰 샤프트를 사용할 수 있어서, 이동체와 샤프트가 더 많은 부분에서 서로 접촉됨으로써, 이동체와 샤프트 간의 마찰력이 증대되어 압전효과에 의한 굴곡운동이 이동체에 전달되는 효율이 높아진다.

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 지지수단, 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 샤프트는 상기 압전기판 상부에 고정되는 고정단부의 단면적보다 상기 이동체가 접촉하는 접촉부의 단면적이 더 크게 형성되고,

   상기 샤프트의 접촉부와 고정단부는 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트의 고정단부의 길이는 상기 탄성기판의 종진동의 진폭보다 긴 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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