KR100741207B1 - Micro stage - Google Patents

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KR100741207B1
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김성혁
최정훈
조일주
부종욱
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엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions

Abstract

본 발명은 마이크로 스테이지에 관한 것으로, 내부에 개구가 형성되어 있는 고정부와; 상기 고정부의 개구에 삽입되며, 내부에 개구가 형성되어 있는 제 1 가동부와; 상기 제 1 가동부의 개구에 삽입되고, 상부에 자성체가 형성된 제 2 가동부와; 상기 제 1 가동부와 상기 제 2 가동부 각각의 하부에 고정된 제 1 압전체판과; 상기 제 1 가동부와 상기 고정부 각각의 하부에 고정된 제 2 압전체판과; 상기 자성체 상부에 자기력에 의해 접촉되어 있는 영구자석을 포함하여 구성된다.The present invention relates to a micro stage, comprising: a fixing part having an opening formed therein; A first movable part inserted into the opening of the fixing part and having an opening formed therein; A second movable part inserted into an opening of the first movable part and having a magnetic material formed thereon; A first piezoelectric plate fixed to a lower portion of each of the first movable portion and the second movable portion; A second piezoelectric plate fixed to a lower portion of each of the first movable portion and the fixed portion; It is configured to include a permanent magnet that is in contact with the magnetic body by a magnetic force.

따라서, 본 발명은 압전체, 자성체와 영구 자석과 같은 간단한 구성요소로 결합된 압전 구동 선형 모터로 스테이지를 구현함으로써, 제조 경비를 줄일 수 있고, 소형화 및 경량화시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention can implement the stage by a piezoelectric drive linear motor coupled to a simple component such as a piezoelectric body, a magnetic material and a permanent magnet, it is possible to reduce the manufacturing cost, it is possible to reduce the size and weight.

압전, 구동, 모터, 영구자석, 자성체, 스테이지, 가동부, 펄스, 전압 Piezoelectric, Driven, Motor, Permanent Magnet, Magnetic Material, Stage, Moving Part, Pulse, Voltage

Description

마이크로 스테이지 { Micro stage } Micro stage {

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터에 적용된 압전체의 변형을 설명하기 위한 개념도1A and 1B are conceptual views for explaining the deformation of a piezoelectric material applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터의 개략적인 사시도2 is a schematic perspective view of a piezoelectric drive linear motor according to the present invention;

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터의 구동 원리를 설명하기 위한 개념도3A to 3C are conceptual views for explaining a driving principle of a piezoelectric linear motor according to the present invention.

도 4a 및 4b는 도 3b와 3c에 도시된 압전 구동 선형 모터의 동작을 위하여 인가된 전압의 파형도4A and 4B are waveform diagrams of voltages applied for the operation of the piezoelectric drive linear motor shown in FIGS. 3B and 3C.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따라 압전 구동 선형 모터에 인가되는 사각 펄스 파형도5A and 5B are square pulse waveform diagrams applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention.

도 6a 및 6b는 본 발명에 따라 압전 구동 선형 모터에 인가되는 톱니 펄스 파형도6A and 6B are sawtooth pulse waveform diagrams applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따라 압전 구동 선형 모터에 인가되는 다른 형태의 톱니 펄스 파형도7 is a sawtooth pulse waveform diagram of another type applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention.

도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터를 이용한 마이크로 스테이지의 사시도8A and 8B are perspective views of a micro stage using a piezoelectric drive linear motor according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 마이크로 스테이지에 있는 제 2 가동부의 사시도9 is a perspective view of a second movable part in the micro stage according to the present invention;

도 10a 내지 10e는 본 발명에 따른 마이크로 스테이지의 구동 원리를 설명하는 개략적인 평면도10A to 10E are schematic plan views illustrating the driving principle of the micro stage according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 압전체 11,12 : 전극10 piezoelectric 11,12 electrode

20 : 자성체 30 : 영구자석20: magnetic material 30: permanent magnet

200 : 고정부 201,211 : 개구200: fixing part 201, 211: opening

205,215 : 스프링 210,220 : 가동부205,215: Spring 210,220: Moving part

213 : 홈 225 : 자성체213: home 225: magnetic material

228 : 돌출부 250,260 : 압전체판228: protrusion 250,260: piezoelectric plate

본 발명은 마이크로 스테이지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전체, 자성체와 영구 자석과 같은 간단한 구성요소로 결합된 압전 구동 선형 모터로 스테이지를 구현함으로써, 제조 경비를 줄일 수 있고, 소형화 및 경량화시킬 수 있는 마이크로 스테이지에 관한 것이다.The present invention relates to a micro stage, and more particularly, by implementing the stage with a piezoelectric drive linear motor coupled with simple components such as piezoelectric body, magnetic material and permanent magnet, it is possible to reduce manufacturing cost, miniaturization and light weight It is about a micro stage.

일반적으로, 초정밀 스테이지는 시스템 전체가 처리해야 할 영역이 크기 때 문에, 제어장치가 복잡해지고, 그 결과 전자적 장치의 부가가 요구되거나 복잡한 프로세스로 이동 시간이 지연되고, 고장의 요인이 되는 문제가 있었다. In general, the ultra-precision stage has a large area to be handled by the entire system, which complicates the control, resulting in the need for the addition of electronic devices, delayed travel time to complex processes, and the problem of failure. there was.

그리고, 장행정이 가능하도록 구성하는 것이 가능하지만 시스템의 구성이 굉장히 복잡해진다는 단점이 있다.In addition, although it is possible to configure the long stroke, the configuration of the system is very complicated.

또한, 2축 평면운동을 구현하기 위한 스테이지는 1축 운동 시스템들을 적층하여 만들었기 때문에, 스테이지의 크기가 커지고, 장행정을 이동하는 스테이지에서는 강성을 높이기 위해 두꺼운 재질을 사용함으로써, 시스템의 중량이 커지는 문제점이 있었다.In addition, since the stage for realizing two-axis plane motion is made by stacking single-axis motion systems, the size of the stage increases, and in the stage moving long strokes, the weight of the system is increased by using a thick material to increase rigidity. There was a growing problem.

한편, 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor, VCM)을 이용한 xy 스테이지도 보고되고 있다.On the other hand, the xy stage using the voice coil motor (VCM) is also reported.

그러나, 판스프링과 코일 및 자석 등으로 구성된 보이스 코일 모터는 일정 변위를 유지하기 위하여 계속적으로 전류를 소모하므로, 전력을 많이 소모하는 단점이 있으며, 스프링 구조물을 채용하여 충격에 강인하지 못하다는 단점이 있다.However, voice coil motors composed of leaf springs, coils, and magnets continuously consume current in order to maintain a constant displacement, and thus have a disadvantage of consuming a lot of power. have.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 압전체, 자성체와 영구 자석과 같은 간단한 구성요소로 결합된 압전 구동 선형 모터로 스테이지를 구현함으로써, 제조 경비를 줄일 수 있고, 소형화 및 경량화시킬 수 있는 마이크로 스테이지를 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention implements a stage with a piezoelectric drive linear motor coupled with simple components such as piezoelectric body, magnetic material and permanent magnet, thereby reducing manufacturing cost, miniaturization and weight reduction. The purpose is to provide a micro stage.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, Preferred embodiments for achieving the above object of the present invention,

내부에 개구가 형성되어 있는 고정부와; A fixing part having an opening formed therein;

상기 고정부의 개구에 삽입되며, 내부에 개구가 형성되어 있는 제 1 가동부와; A first movable part inserted into the opening of the fixing part and having an opening formed therein;

상기 제 1 가동부의 개구에 삽입되고, 상부에 자성체가 형성된 제 2 가동부와; A second movable part inserted into an opening of the first movable part and having a magnetic material formed thereon;

상기 제 1 가동부와 상기 제 2 가동부 각각의 하부에 고정된 제 1 압전체판과; A first piezoelectric plate fixed to a lower portion of each of the first movable portion and the second movable portion;

상기 제 1 가동부와 상기 고정부 각각의 하부에 고정된 제 2 압전체판과; A second piezoelectric plate fixed to a lower portion of each of the first movable portion and the fixed portion;

상기 자성체 상부에 자기력에 의해 접촉되어 있는 영구자석을 포함하여 구성된 스테이지가 제공된다.There is provided a stage comprising a permanent magnet in contact with the magnetic body by a magnetic force on top.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터에 적용된 압전체의 변형을 설명하기 위한 개념도로서, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 압전체(10) 상부에 상부전극(11)을 형성하고, 상기 압전체(10) 하부에 하부전극(12)을 형성하고, 상기 상부 및 하부전극(11,12)에 전압을 인가하면, 도 1b와 같이, 상기 압전체(10)에서는 길이 방향(L)으로 수축하고, 두께 방향(T)으로는 팽창한다.1A and 1B are conceptual views for explaining the deformation of a piezoelectric material applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, an upper electrode 11 is formed on the piezoelectric body 10. When the lower electrode 12 is formed below the piezoelectric body 10 and a voltage is applied to the upper and lower electrodes 11 and 12, as shown in FIG. 1B, the piezoelectric body 10 contracts in the longitudinal direction L. And expands in the thickness direction T.

즉, 압전체는 인가된 전압으로 발생하는 전계에 의해 압전체가 두께 및 길이 방향으로 수축/팽창하는 물질이다.That is, the piezoelectric material is a material in which the piezoelectric body shrinks / expands in the thickness and length directions by an electric field generated by an applied voltage.

본 발명에서는 이러한 압전체를 이용하여 후술되는 바와 같이, 압전 선형 모터를 구현하는 것이다. In the present invention, a piezoelectric linear motor is implemented using the piezoelectric body as described below.

도 2는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터의 개략적인 사시도로서, 압전 구동 선형 모터는 전압에 의해 발생하는 전계에 의해 두께 방향 및 길이 방향으로 수축 및 팽창되는 압전체(10)와; 상기 압전체(10)의 일부에 고정되어 있는 자성체(20)와; 상기 자성체(20)의 일부에 자기력에 의해 접촉되어 있는 영구 자석(30)으로 구성되어 있다. 2 is a schematic perspective view of a piezoelectric drive linear motor according to the present invention, wherein the piezoelectric drive linear motor includes a piezoelectric body 10 that contracts and expands in a thickness direction and a length direction by an electric field generated by a voltage; A magnetic body 20 fixed to a part of the piezoelectric body 10; It consists of the permanent magnet 30 which contacts a part of the said magnetic body 20 by magnetic force.

이러한 압전 구동 선형 모터는 인가된 전압에 의해 압전체(10)가 수축 및 팽창되면, 상기 압전체(10)에 고정되어 있는 자성체(20)는 상기 압전체(10)의 변형에 따라 선형 이동을 한다.In the piezoelectric drive linear motor, when the piezoelectric body 10 is contracted and expanded by an applied voltage, the magnetic body 20 fixed to the piezoelectric body 10 linearly moves according to the deformation of the piezoelectric body 10.

한편, 상기 영구 자석(30)과 접촉되는 자성체(20) 면(面)을 노출시키고, 상기 압전체(10)와 자성체(20)를 감싸고, 상기 압전체(10)와 자성체(20)의 변형을 방해하지 않도록 탄성물질로 이루어진 커버(Cover)가 더 구비된 것이 바람직하다.Meanwhile, the surface of the magnetic body 20 in contact with the permanent magnet 30 is exposed, and the piezoelectric body 10 and the magnetic body 20 are wrapped to prevent deformation of the piezoelectric body 10 and the magnetic body 20. It is preferable that a cover (Cover) made of an elastic material is further provided so as not to.

그리고, 상기 영구 자석(30)이 접촉되는 자성체(20) 면에 마모를 방지하기 위한 폴리머(Polymer) 또는 금속물질이 형성되어 더 있는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a polymer or metal material is further formed on the surface of the magnetic body 20 to which the permanent magnet 30 is in contact.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터의 구동 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 먼저, 도 3a와 같은 상태에서, 압전 구동 선형 모터의 압전체(10)에 전압이 인가되게 되면, 도 3b와 같이, 상기 압전체(10)는 두께 방향으로 팽창하게 되고, 길이 방향으로는 수축하게 된다.3A to 3C are conceptual views illustrating the driving principle of the piezoelectric drive linear motor according to the present invention. First, when a voltage is applied to the piezoelectric body 10 of the piezoelectric drive linear motor in the same state as in FIG. 3A, FIG. As described above, the piezoelectric body 10 expands in the thickness direction and contracts in the longitudinal direction.

그러므로, 상기 압전체(10)가 길이 방향으로 수축하여 변형이 발생할 때, 상기 자성체(20) 및 영구자석(30)은 상기 압전체(10)가 수축되는 길이 방향으로, 즉, 압전체(10)의 중심(P) 방향으로 이동한다.Therefore, when the piezoelectric body 10 shrinks in the longitudinal direction and deformation occurs, the magnetic body 20 and the permanent magnet 30 are in the longitudinal direction in which the piezoelectric body 10 is contracted, that is, the center of the piezoelectric body 10. Move in the (P) direction.

이 때, 도 3a와 같이, 압전체(10)에 변형이 발생되지 않을 때는 전압을 인가하지 않은 상태이고, 도 4a와 같이 초기전압은 'V0 '이다.At this time, as shown in FIG. 3A, when no deformation occurs in the piezoelectric body 10, no voltage is applied, and as shown in FIG. 4A, the initial voltage is 'V 0 '.

그리고, 도 3b와 같이, 압전체(10)에 변형이 발생되었을 때의 전압은 도 4a에 도시된 'Vh'이다.3B, the voltage when deformation occurs in the piezoelectric body 10 is 'V h ' shown in FIG. 4A.

이 때, 상기 영구자석(30)은 상기 자성체(20)의 이동으로 'A'방향으로 이동되고, 상기 영구자석(30)과 상기 자성체(20)는 정지마찰력이 운동마찰력보다 크기 때문에, 상기 영구자석(30)은 상기 자성체(20)의 이동 변위와 동일한 변위로 이동된다.At this time, the permanent magnet 30 is moved in the 'A' direction by the movement of the magnetic body 20, the permanent magnet 30 and the magnetic body 20 is because the static friction force is greater than the movement friction force, the permanent The magnet 30 is moved at the same displacement as the displacement of the magnetic body 20.

도 3b에서, 점선 '31'은 상기 영구자석(30)이 최초에 존재했던 위치이다.In FIG. 3B, the dotted line 31 is the position where the permanent magnet 30 originally existed.

그 후, 상기 압전체(10)에 인가된 전압 상태를 해제하여 최초 전압을 인가하지 않은 상태로 복귀시키면, 상기 압전체(10)는 두께 방향으로 수축되고, 길이 방향으로 팽창된다.Thereafter, when the voltage state applied to the piezoelectric body 10 is released and returned to the state where the initial voltage is not applied, the piezoelectric body 10 contracts in the thickness direction and expands in the longitudinal direction.

즉, 상기 압전체(10)는 전압이 인가되지 않은 도 3a의 상태인, 최초 상태로 복귀된다.That is, the piezoelectric body 10 is returned to its initial state, which is the state of FIG. 3A with no voltage applied.

여기서, 상기 자성체(20)는 상기 압전체(10)가 팽창하는 길이 방향, 즉, 'B'방향으로 이동되고, 상기 영구자석(30)은 상기 도 3b에서의 관성력에 의해 'A'방향 으로 이동하려는 상태를 유지하려 한다.Here, the magnetic body 20 is moved in the longitudinal direction in which the piezoelectric body 10 expands, that is, 'B' direction, and the permanent magnet 30 is moved in the 'A' direction by the inertial force in FIG. 3B. You want to keep what you want to do.

이 때, 상기 영구자석(30)과 상기 자성체(20)는 관성력에 의해 정지마찰력이 운동마찰력보다 작기 때문에, 상기 영구자석(30)은 상기 자성체(20)의 이동 변위로 이동되지 않고, 도 3b의 이동된 상태를 유지한다.At this time, the permanent magnet 30 and the magnetic body 20 because the static frictional force is less than the movement friction force by the inertial force, the permanent magnet 30 is not moved by the displacement of the magnetic body 20, Figure 3b To be moved.

그러므로, 본 발명의 압전 구동 선형 모터는 후술되는 사각 펄스파와 같은 펄스를 압전체에 인가하면, 영구자석의 이동과 압전체의 최초 상태로의 복귀를 반복하면서 영구자석을 자성체의 접촉면에서 선형 운동시킬 수 있는 것이다.Therefore, the piezoelectric drive linear motor of the present invention can linearly move the permanent magnet on the contact surface of the magnetic body while repeating the movement of the permanent magnet and returning to the initial state of the piezoelectric body by applying a pulse such as a square pulse wave described later to the piezoelectric body. will be.

따라서, 본 발명의 압전 구동 선형 모터는 기존의 회전 모터, 기어 및 리드 스크류를 사용한 구동기와 달리 복잡한 구동부품을 구비하지 않아도 왕복 선형 운동을 구현할 수 있으므로, 소형화 및 경량화에 적합하므로 다양한 응용이 가능하다. Therefore, the piezoelectric drive linear motor of the present invention can implement a reciprocating linear motion without the need for complicated driving parts, unlike a conventional rotary motor, a drive using a gear and a lead screw, so that various applications are possible because it is suitable for miniaturization and light weight. .

특히, 이를 광학 줌 및 자동 초점 카메라 모듈에 적용할 경우 최소한의 공간을 점유하면서 필요 성능을 충족시킬 수 있어 PDA, 핸드폰 등 다양한 휴대용 기기에 적용될 것으로 기대된다.In particular, when applied to the optical zoom and auto focus camera module, it is expected to be applied to various portable devices such as PDA and mobile phone because it can satisfy the required performance while occupying the minimum space.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따라 압전 구동 선형 모터에 인가되는 사각 펄스 파형도로서, 전술된 바와 같이, 압전 구동 선형 모터의 압전체에는 사각 펄스파를 인가하게 된다.5A and 5B are square pulse waveform diagrams applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention. As described above, square pulse waves are applied to a piezoelectric body of a piezoelectric drive linear motor.

먼저, 도 5a는 영구자석을 최초 지점에서 특정 지점까지 이동시키기 위한 사각 펄스로, 'V0' 초기상태에서 하이(High)인 'Vh'와 로우(Low)인 'V0'가 반복적으로 진행되는 사각 펄스파를 압전체에 인가하면, 'Vh'인 'a'에서는 영구자석이 이동되고, 'V0'인 'b'에서는 압전체가 최초 상태로 복귀한다.First, FIG. 5A is a rectangular pulse for moving a permanent magnet from an initial point to a specific point. In the initial state of 'V 0 ', a high 'V h ' and a low 'V 0 ' are repeatedly Applying the advancing square pulse wave to the piezoelectric body, the permanent magnet is moved at 'a' which is 'V h ', and the piezoelectric is returned to its initial state at 'b' which is 'V 0 '.

이 때, 상기 로우(Low)인 'V0'는 상기 하이(High)인 'Vh'에서 순간적으로 바뀌어지는 것이다.In this case, the low 'V 0 ' is instantaneously changed from the high 'V h '.

이런, 사각 펄스파는 영구자석의 이동과 압전체의 복귀를 반복적으로 수행할 수 있으므로, 자성체의 접촉면에서 영구자석을 최초 지점에서 특정 지점으로 이동시키는 선형 운동을 수행할 수 있다.Since the square pulse wave can repeatedly perform the movement of the permanent magnet and the return of the piezoelectric body, the linear pulse wave can perform a linear motion for moving the permanent magnet from the initial point to the specific point on the contact surface of the magnetic material.

그리고, 도 5b는 영구자석을 특정 지점에서 최초 지점으로 이동시키기 위한 사각 펄스로, 전술된 도 5a의 사각 펄스와 반대의 파형을 갖는 사각펄스를 상기 압전체에 인가하면 된다.5B is a square pulse for moving the permanent magnet from a specific point to the first point. A square pulse having a waveform opposite to the square pulse of FIG. 5A may be applied to the piezoelectric body.

즉, 'V0' 초기상태에서 '-Vh'와 'V0'가 반복적으로 진행되는 사각 펄스파를 압전체에 인가하면, '-Vh'인 'a1'에서는 영구자석이 이동되고, 'V0'인 'b1'에서는 압전체가 최초 상태로 복귀한다.That is, when applying a square pulse wave is' V 0 '' -V h 'and' V 0 'in the initial state is taking place repeatedly on the piezoelectric body, and a permanent magnet moves the' -V h 'a' a1 ',' At 'b1' of V 0 ', the piezoelectric body returns to the initial state.

이 때, 상기 '-Vh'에서 영구자석은 상기 도 5a에서의 영구자석 이동과 반대 방향으로 이동된다.At this time, the permanent magnet in the '-V h ' is moved in the direction opposite to the permanent magnet movement in Figure 5a.

이런, 도 5b의 사각 펄스파는 영구자석의 이동과 압전체의 복귀를 반복적으로 수행하여, 자성체의 접촉면에서 영구자석을 특정 지점에서 최초 지점으로 이동시키는 선형 운동을 수행할 수 있다.Such a square pulse wave of FIG. 5B may repeatedly perform the movement of the permanent magnet and the return of the piezoelectric body to perform a linear motion of moving the permanent magnet from a specific point to an initial point on the contact surface of the magnetic material.

한편, 도 5a와 같이, 상기 영구자석을 최초 지점에서 특정 지점까지 이동시키기 위한 사각 펄스와 영구자석을 특정 지점에서 최초 지점으로 이동시키기 위한 사각 펄스의 주기는 동일한 것이 바람직하다.On the other hand, as shown in Figure 5a, it is preferable that the period of the square pulse for moving the permanent magnet from the initial point to a specific point and the square pulse for moving the permanent magnet from the specific point to the first point is the same.

여기서, 도 5a와 도 5b에서 상기 압전체에 인가되는 전압의 크기가 일정한 구간인 'a'와 'a1'에서 영구자석이 이동되고, 전압의 크기가 급격히 증가하거나 감소시키면, 영구자석은 이동을 멈춘다.Here, in FIGS. 5A and 5B, the permanent magnets are moved at 'a' and 'a1', in which the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric body is constant, and when the magnitude of the voltage increases or decreases rapidly, the permanent magnet stops moving. .

도 6a 및 6b는 본 발명에 따라 압전 구동 선형 모터에 인가되는 톱니 펄스 파형도로서, 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터는 압전체에는 톱니 펄스파를 인가하여 구동시킬 수 있다.6A and 6B are sawtooth pulse waveforms applied to a piezoelectric drive linear motor according to the present invention. The piezoelectric drive linear motor according to the present invention can be driven by applying a sawtooth pulse wave to a piezoelectric body.

먼저, 도 6a는 영구자석을 최초 지점에서 특정 지점까지 이동시키기 위한 톱니 펄스로, 'V0' 초기상태에서 'Vh'까지 서서히 증가되는 구간 'C'에서는 영구자석이 이동되고, 'Vh'에서 순간적으로 'V0' 상태로 떨어지는 구간 'D'에서는 압전체가 최초 상태로 복귀한다.First, Figure 6a is a sawtooth pulse for moving the permanent magnet from the initial point to a specific point, the permanent magnet is moved in the section 'C' gradually increasing from the initial state of 'V 0 ' to 'V h ', 'V h In the section 'D' that momentarily drops from 'V 0 ' to 'P', the piezoelectric returns to the initial state.

이 때, 상기 'Vh'에서 순간적으로 'V0' 상태로 떨어지는 구간 'D'과 'V0'에서 'Vh'까지 서서히 증가되는 구간 'C' 사이에는 도 7에 도시된 바와 같이, 'V0'가 일정시간 지속되는 구간 'E'를 더 존재하는 톱니 펄스를 압전체에 인가해도 된다.In this case, as shown in FIG. 7, between the section 'D' falling momentarily from 'V h ' to 'V 0 ' and the section 'C' gradually increasing from 'V 0 ' to 'V h ', The sawtooth pulse further having the section 'E' where 'V 0 ' lasts for a certain time may be applied to the piezoelectric body.

그리고, 도 6b는 영구자석을 특정 지점에서 최초 지점으로 이동시키기 위한 톱니펄스로, 상기 도 6a의 사각 펄스와 반대의 파형을 갖는 톱니펄스를 상기 압전 체에 인가하면 되는 것으로, 'V0' 초기상태에서 '-Vh'까지 서서히 감소되는 구간 'C'에서는 영구자석이 이동되고, 'Vh'에서 순간적으로 'V0' 상태로 상승되는 구간 'D'에서는 압전체가 최초 상태로 복귀한다.Then, the initial Figure 6b to be when the permanent magnet is applied to a tooth to move the first point pulse at a certain point, the Figure the teeth pulses having a rectangular pulse and a reverse waveform of the 6a piezoelectric body, 'V 0' In the period 'C' which is gradually reduced to '-V h ' in the state, the permanent magnet is moved, and in the period 'D' which is raised to the 'V 0 ' state momentarily in 'V h ', the piezoelectric returns to the initial state.

이와 같이, 톱니 펄스파는 영구자석의 이동과 압전체의 복귀를 반복적으로 수행하여, 자성체의 접촉면에서 영구자석을 최초 지점에서 특정 지점으로 또는, 특정지점에서 최초 지점으로 이동시키는 선형 운동을 수행할 수 있다.As described above, the sawtooth pulse wave repeatedly performs the movement of the permanent magnet and the return of the piezoelectric body, thereby performing a linear motion of moving the permanent magnet from the initial point to the specific point or from the specific point to the initial point on the contact surface of the magnetic body. .

도 6a와 도 6b에서 상기 압전체에 전압을 서서히 감소시키거나 증가시키면(구간 'C'와 'C1') 영구자석은 이동되고, 전압의 크기를 급격히 증가하거나 감소시키면, 영구자석은 이동을 멈춘다.6A and 6B, when the voltage is gradually decreased or increased in the piezoelectric body (sections 'C' and 'C1'), the permanent magnet is moved, and when the magnitude of the voltage is rapidly increased or decreased, the permanent magnet stops moving.

따라서, 전술된 도 5와 도 6의 설명과 같이, 본 발명의 압전 구동 선형 모터의 구동 방법은 전압에 의해 발생하는 전계에 의해 두께 방향 및 길이 방향으로 수축 및 팽창되는 압전체와, 상기 압전체의 일부에 고정되어 있는 자성체와, 상기 자성체의 일부에 자기력에 의해 접촉되어 있는 영구 자석으로 이루어진 압전 구동 선형 모터를 준비하는 단계와; 상기 압전체에 전압을 인가하여 상기 압전체를 수축 및 팽창시켜 상기 자성체 및 영구 자석을 최초 위치에서 특정위치로 이동시키는 단계를 포함한다.Accordingly, as described above with reference to FIGS. 5 and 6, the piezoelectric drive linear motor driving method of the present invention includes a piezoelectric body contracted and expanded in a thickness direction and a longitudinal direction by an electric field generated by a voltage, and a part of the piezoelectric body. Preparing a piezoelectric drive linear motor comprising a magnetic body fixed to the permanent magnet and a permanent magnet in contact with a portion of the magnetic body by magnetic force; And applying a voltage to the piezoelectric material to contract and expand the piezoelectric material to move the magnetic material and the permanent magnet from an initial position to a specific position.

상기 압전체에 인가되는 전압은 사각 펄스 파형의 전압 또는 톱니 파형의 전압이다.The voltage applied to the piezoelectric body is a voltage of a square pulse waveform or a sawtooth waveform voltage.

이 때, 상기 특정위치로 이동시키기 위하여 인가된 사각 펄스 파형의 전압 또는 톱니 파형의 전압과 반대의 파형을 갖는 사각 펄스 파형의 전압 또는 톱니 파형의 전압을 상기 압전체에 인가하여 특정위치에서 최초 위치로 복귀하는 단계가 더 포함된 것이 바람직하다.At this time, the voltage of the square pulse waveform or the voltage of the sawtooth waveform having the waveform opposite to the voltage of the square pulse waveform or the sawtooth waveform applied to move to the specific position is applied to the piezoelectric to the initial position from the specific position. Preferably, the step of returning is further included.

도 8a 및 8b는 본 발명에 따른 압전 구동 선형 모터를 이용한 마이크로 스테이지의 사시도로서, 내부에 개구(201)가 형성되어 있는 고정부(200)와; 상기 고정부(200)의 개구(201)에 삽입되며, 내부에 개구(211)가 형성되어 있는 제 1 가동부(210)와; 상기 제 1 가동부(210)의 개구(211)에 삽입되고, 상부에 자성체(225)가 형성된 제 2 가동부(220)와; 상기 제 1 가동부(210)와 상기 제 2 가동부(220) 각각의 하부에 고정된 제 1 압전체판(250)과; 상기 제 1 가동부(210)와 상기 고정부(200) 각각의 하부에 고정된 제 2 압전체판(260)과; 상기 자성체(225) 상부에 자기력에 의해 접촉되어 있는 영구자석을 포함하여 구성된다.8A and 8B are perspective views of a micro stage using a piezoelectric drive linear motor according to the present invention, including a fixing part 200 having an opening 201 formed therein; A first movable part 210 inserted into the opening 201 of the fixing part 200 and having an opening 211 formed therein; A second movable part 220 inserted into the opening 211 of the first movable part 210 and having a magnetic material 225 formed thereon; A first piezoelectric plate 250 fixed to a lower portion of each of the first movable part 210 and the second movable part 220; A second piezoelectric plate 260 fixed to a lower portion of each of the first movable part 210 and the fixing part 200; The magnetic body 225 is configured to include a permanent magnet in contact with the magnetic force.

여기서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(200)의 개구(201) 양측벽에 스프링(205)이 고정되어 있고, 상기 제 1 가동부(210) 하부에는 홈(213)이 형성되어 있고, 상기 스프링(205)은 홈(213)에 삽입되어 상기 제 1 가동부(210)가 스프링(205)에 매달려있다.Here, as shown in FIG. 8A, springs 205 are fixed to both side walls of the opening 201 of the fixing part 200, and grooves 213 are formed below the first movable part 210. The spring 205 is inserted into the groove 213 so that the first movable part 210 is suspended from the spring 205.

그리고, 상기 스프링(205)은 상호 이격되어 상기 고정부(200)의 개구(201) 양측벽에 고정된 복수개이며, 상기 복수개의 스프링(205)이 삽입되는 복수개의 홈이 상기 제 1 가동부(210) 하부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.The springs 205 are spaced apart from each other and fixed to both sides of the opening 201 of the fixing part 200, and the plurality of grooves into which the plurality of springs 205 are inserted are the first movable parts 210. It is preferable that it is formed in the lower part.

상기 스프링은 복원력을 제공하기 위한 것이다.The spring is for providing restoring force.

한편, 상기 제 2 가동부(220) 하부에는 돌출부(228)가 형성되어 있고, 이 돌 출부(228)와 제 1 가동부(210)의 개구(211) 측벽에는 스프링(215)이 고정된다.The protrusion 228 is formed below the second movable part 220, and the spring 215 is fixed to the sidewall of the opening 211 of the protrusion 228 and the first movable part 210.

또한, 도 8b과 같이, 고정부(200)의 개구(201) 내부에는 제 1 가동부(210)가 위치되고, 제 1 가동부(210)의 개구(201) 내부에는 제 2 가동부(210)가 위치된다.In addition, as shown in FIG. 8B, the first movable part 210 is positioned inside the opening 201 of the fixing part 200, and the second movable part 210 is positioned inside the opening 201 of the first movable part 210. do.

그리고, 상기 제 2 가동부(220)의 상부에는 자성체(225)가 형성되어 있다.In addition, a magnetic body 225 is formed on the second movable part 220.

이러한, 압전 구동 선형 모터를 이용한 스테이지는 전술된 압전 구동 선형 모터의 구동방법을 이용하여, 상기 자성체 상부에 있는 상기 영구자석을 제 1과 2축 방향으로 이동시키게 된다.The stage using the piezoelectric drive linear motor moves the permanent magnet on the magnetic material in the first and second axial directions by using the aforementioned method of driving the piezoelectric drive linear motor.

여기서, 상기 제 1과 2 압전체판(250,260)은 장방형(長方形) 형상이고, 상호 수직되는 방향으로 길게 형성되어 있어 있는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the first and second piezoelectric plates 250 and 260 have a rectangular shape and are elongated in a direction perpendicular to each other.

즉, 상기 제 1 압전체판(250)이 X축 선상에 위치되고, 상기 제 2 압전체판(260)이 Y축 선상에 위치되도록 길게 형성되어 있으면, 스테이지는 X와 Y축으로 이동할 수 있는 스테이지가 된다.That is, when the first piezoelectric plate 250 is positioned on the X-axis line and the second piezoelectric plate 260 is formed to be long on the Y-axis line, the stage may move to the X and Y axes. do.

그러므로, 제 1 가동부(210)는 상기 제 2 압전체판(260)의 변형으로 Y축 방향으로 이동되고, 상기 제 2 가동부(220)는 상기 제 1 압전체판(250)의 변형으로 X축 방향으로 이동된다.Therefore, the first movable part 210 is moved in the Y axis direction by the deformation of the second piezoelectric plate 260, and the second movable part 220 is moved in the X axis direction by the deformation of the first piezoelectric plate 250. Is moved.

그리고, 상기 제 1 가동부(210)가 Y축 방향으로 이동될 때, 제 2 가동부(220)는 제 1 압전체판(250)으로 제 1 가동부(210)에 고정되어 있기 때문에, Y축 방향으로 이동된다.When the first movable part 210 is moved in the Y-axis direction, the second movable part 220 is fixed to the first movable part 210 by the first piezoelectric plate 250, and thus, moves in the Y-axis direction. do.

따라서, 제 1과 2 압전체판에 전압이 인가되면, 제 1과 2 압전체판이 수축 및 팽창되어 제 1과 2축 가동부를 이동시키게 되고, 상기 영구자석은 전술된 압전 구동 선형 모터의 구동방법으로 선형 이동된다.Accordingly, when a voltage is applied to the first and second piezoelectric plates, the first and second piezoelectric plates are contracted and expanded to move the first and second axis moving parts, and the permanent magnet is linear by the driving method of the piezoelectric drive linear motor described above. Is moved.

한편, 상기 자성체 표면에는 자성체와 영구자석 사이에 일정 수준의 마찰을 유지하고, 마모를 방지하기 위하여 폴리싱(Polishing) 또는 식각(Etching) 처리가되어 있는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the surface of the magnetic body is polished or etched to maintain a certain level of friction between the magnetic body and the permanent magnet and to prevent wear.

도 9는 본 발명에 따른 마이크로 스테이지에 있는 제 2 가동부의 사시도로서, 제 2 가동부(220)의 상부에는 자성체(225)가 형성되어 있고, 제 2 가동부(220) 하부에는 제 1 압전체판(250)가 형성되어 있다.9 is a perspective view of a second movable part in a micro stage according to the present invention, in which a magnetic material 225 is formed on an upper portion of the second movable portion 220, and a first piezoelectric plate 250 is disposed below the second movable portion 220. ) Is formed.

도 10a 내지 10e는 본 발명에 따른 마이크로 스테이지의 구동 원리를 설명하는 개략적인 평면도로서, 먼저, 마이크로 스테이지에 전압이 인가되지 않으면, 도 10a와 같은 상태가 된다. 10A to 10E are schematic plan views illustrating the driving principle of the micro stage according to the present invention. First, when a voltage is not applied to the micro stage, the state becomes as shown in FIG. 10A.

이 후, 제 1 압전체판(250)에 전압이 인가되면, 도 10b 및 10c와 같이, 제 2 가동부(220)는 왼쪽 및 오른쪽 화살표 방향으로 이동된다.Thereafter, when a voltage is applied to the first piezoelectric plate 250, as shown in FIGS. 10B and 10C, the second movable part 220 is moved in the left and right arrow directions.

그리고, 제 2 압전체판(260)에 전압이 인가되면, 도 10d 및 10e와 같이, 제 1 가동부(210)는 위쪽 및 아래쪽 화살표 방향으로 이동된다.When a voltage is applied to the second piezoelectric plate 260, as shown in FIGS. 10D and 10E, the first movable part 210 is moved in the up and down arrow directions.

이 때, 전술된 압전 구동 선형 모터의 구동방법과 같이, 상기 제 1과 2 압전체판(250,260)에 인가된 전압은 사각 펄스 파형 또는 톱니 펄스 파형의 전압이고, 영구자석은 관성력과 자기력에 의한 접촉 마찰력의 관계로 좌우, 상하 왕복 운동을 할 수 있게 된다.At this time, as in the aforementioned method of driving the piezoelectric drive linear motor, the voltages applied to the first and second piezoelectric plates 250 and 260 are the voltages of the square pulse waveform or the sawtooth pulse waveform, and the permanent magnet is contacted by inertia and magnetic force. Due to the frictional force, the left and right reciprocating motions can be performed.

그러므로, 영구자석에 이동하고자 하는 대상을 고정시키면, 스테이지 기능을 수행할 수 있는 것이다.Therefore, if the object to be moved is fixed to the permanent magnet, the stage function can be performed.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 압전체, 자성체와 영구 자석과 같은 간단한 구성요소로 결합된 압전 구동 선형 모터로 스테이지를 구현함으로써, 제조 경비를 줄일 수 있고, 소형화 및 경량화시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention implements a stage with a piezoelectric drive linear motor coupled with simple components such as a piezoelectric body, a magnetic body, and a permanent magnet, thereby reducing manufacturing costs, and miniaturizing and reducing weight.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

Claims (9)

내부에 개구가 형성되어 있는 고정부와; A fixing part having an opening formed therein; 상기 고정부의 개구에 삽입되며, 내부에 개구가 형성되어 있는 제 1 가동부와; A first movable part inserted into the opening of the fixing part and having an opening formed therein; 상기 제 1 가동부의 개구에 삽입되고, 상부에 자성체가 형성된 제 2 가동부와; A second movable part inserted into an opening of the first movable part and having a magnetic material formed thereon; 상기 제 1 가동부와 상기 제 2 가동부 각각의 하부에 고정된 제 1 압전체판과; A first piezoelectric plate fixed to a lower portion of each of the first movable portion and the second movable portion; 상기 제 1 가동부와 상기 고정부 각각의 하부에 고정된 제 2 압전체판과; A second piezoelectric plate fixed to a lower portion of each of the first movable portion and the fixed portion; 상기 자성체 상부에 자기력에 의해 접촉되어 있는 영구자석을 포함하여 구성된 마이크로 스테이지.A micro stage comprising a permanent magnet in contact with the magnetic body by a magnetic force. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고정부의 개구 양측벽에 스프링이 더 고정되어 있고, The spring is further fixed to both sides of the opening of the fixing portion, 상기 제 1 가동부 하부에 홈이 더 형성되어 있고, Grooves are further formed below the first movable part, 상기 스프링은 홈에 삽입되어 상기 제 1 가동부가 스프링에 매달려있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.And the spring is inserted into the groove such that the first movable part is suspended from the spring. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 스프링은 상호 이격되어 상기 고정부의 개구 양측벽에 고정된 복수개이며, The spring is spaced apart from each other and fixed to the both sides of the opening of the fixing portion, 상기 복수개의 스프링이 삽입되는 복수개의 홈이 상기 제 1 가동부 하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.And a plurality of grooves into which the plurality of springs are inserted are formed below the first movable portion. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제 2 가동부 하부에는 돌출부가 형성되어 있고, A protruding portion is formed below the second movable portion, 이 돌출부와 제 1 가동부의 개구 측벽에는 스프링이 더 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.And a spring is further fixed to the opening side wall of the protrusion and the first movable portion. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1과 2 압전체판은 장방형(長方形) 형상이고, The first and second piezoelectric plates are rectangular in shape, 상호 수직되는 방향으로 길게 형성되어 있어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.The micro stage is formed long in the mutually perpendicular direction. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 제 1 압전체판이 X축 선상에 위치되고 상기 제 2 압전체판이 Y축 선상에 위치되도록 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.And the first piezoelectric plate is formed long on the X axis line and the second piezoelectric plate is formed on the Y axis line. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 영구 자석이 접촉되는 자성체 면에,On the magnetic surface that the permanent magnet is in contact, 마모를 방지하기 위한 폴리머(Polymer) 또는 금속물질이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.Micro stage characterized in that a polymer or metal material is further formed to prevent wear. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제 1과 2 압전체판에 인가되는 전압은,The voltage applied to the first and second piezoelectric plates, 사각 펄스 파형의 전압 또는 톱니 파형의 전압인 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.A micro stage, characterized in that the voltage of the square pulse waveform or the voltage of the sawtooth waveform. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 자성체 표면에는,On the magnetic surface, 자성체와 영구자석 사이에 일정 수준의 마찰을 유지하고, 마모를 방지하기 위하여 폴리싱(Polishing) 또는 식각(Etching) 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지.A micro-stage characterized in that it is polished or etched to maintain a certain level of friction between the magnetic body and the permanent magnet and to prevent wear.
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