KR100949918B1 - 리니어모터 및 리니어모터를 갖는 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대폰 또는 피디에이(PDA)에 설치되는 카메라의 렌즈와 같이 소형 내지 박형의 부재를 직선형으로 이동시키기 위한 리니어모터에 관한 것으로, 본 발명에서는 이동축의 틸팅현상을 방지하고 그 직진성을 확보할 수 있는 개선된 리니어모터가 제시된다.

리니어모터, 구동장치

Description

리니어모터 및 리니어모터를 갖는 구동장치 {LINEAR MOTOR AND ACTUATOR HAVING THE SAME}

본 발명은 리니어모터에 관한 것으로, 특히, 이동축의 틸팅현상을 방지하고 직진성을 확보할 수 있는 리니어모터에 관한 것이다.

현재의 휴대폰의 추세는 다양한 기능을 구비하면서 소형 내지 박형의 사이즈를 요구하는 방향으로 변화하고 있다. 특히, 카메라폰의 사용이 일반화되면서 고화질을 위한 광학렌즈 및 이미지센서에 관한 기술과 함께 카메라의 줌 기능에 관한 기술의 중요성이 부각되고 있다.

또한, 종전 디지털카메라에서나 가능하였던 300만 이상의 화소를 갖는 카메라가 장착된 휴대폰이 출시되고 있는데, 이러한 휴대폰의 카메라에는 그 성능이 충분히 발휘되도록 오토 포커싱(auto focusing) 기능이 추가로 요구되고 있다.

휴대폰의 카메라에 오토 포커싱 기능을 추가하기 위해서는 카메라의 렌즈를 이동시키는 구동장치가 구비되어야 하는데, 이러한 구동장치는 휴대폰의 사이즈를 최소화시키기 위하여 소형 내지 박형일 것을 요한다. 또한, 구동장치의 사이즈 외에 렌즈의 이동의 직진성, 소비전력 및 구동토크 등이 고려되어야 한다.

오토 포커싱 기능을 위해서 선형제어가 가능한 스테핑 모터와 보이스 코일 모터(voice coil motor)가 적용될 수 있다. 스테핑 모터는 정밀한 제어가 가능하고 큰 토크를 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 구조가 복잡하고 부피가 크다는 단점이 있다. 보이스 코일 모터는 구조가 간단하므로 부피를 줄일 수 있고 정밀한 제어가 가능하다는 장점이 있으나, 소비전력이 크다는 단점이 있다.

따라서, 사이즈를 최소화하면서, 소음을 저감시키고, 소비전력을 줄일 수 있으며, 렌즈의 이동의 직진성을 확보할 수 있는 선형제어가 가능한 모터에 관한 기술이 요구된다.

본 발명은 상기한 종래의 기술의 요구를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 그 사이즈를 최소화하면서 이동축의 틸팅현상을 방지하여 직진성을 확보할 수 있는 리니어모터 및 리니어모터를 갖는 구동장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어모터는 하우징과, 하우징에 지지되는 적어도 하나의 판형상의 압전부재와, 압전부재의 적어도 어느 일면에 부착되는 판형상의 탄성부재와, 압전부재를 전원과 연결하는 전원연결부재와, 압전부재 또는 탄성부재에 부착되고 압전부재의 수직방향으로 연장되는 이동축을 포함하여 구성된다.

여기에서, 하우징은 압전부재의 주위에서 압전부재의 적어도 일면을 그 수직방향으로 지지하도록 구성되는 것이 이동축의 틸팅현상을 효과적으로 방지하는 데에 바람직하다.

또한, 압전부재 및 탄성부재의 결합체를 견고하게 지지하여 이동축의 틸팅현상을 방지할 수 있도록, 탄성부재는 하우징에 그 수평방향으로 지지될 수 있으며, 이를 위하여 탄성부재에는 그 반경방향으로 연장되어 하우징에 지지되는 지지로드가 구비될 수 있다.

한편, 압전부재, 탄성부재 및 전원연결부재의 결합체의 중량을 균일하도록 하여 이동축의 틸팅현상을 방지할 수 있도록, 전원연결부재는 판형상으로 형성되어 압전부재의 일면에 부착되도록 구성되는 것이 바람직하며, 전원연결부재의 중심이 압전부재의 중심과 일치되도록 하고, 전원연결부재를 중공의 링형상으로 형성시키는 것이 이동축의 틸팅현상을 방지하는 데에 바람직하다.

또한, 전원연결부재로부터 그 반경방향으로 연장되어 전원과 연결되는 도선을 하우징에 지지시키는 것이 이동축의 틸팅현상을 방지하는 데에 바람직하다.

또한, 전원연결부재는 압전부재 및 탄성부재와 함께 하우징에 일체로 지지될 수 있다.

압전부재와 탄성부재가 서로 결합되는 구조에 따라, 한 쌍의 압전부재의 사이에 하나의 탄성부재가 개재되는 바이머프(bimorph) 타입과, 하나의 압전부재에 하나의 탄성부재가 구비되는 유니머프(unimorph) 타입으로 나뉠 수 있으며, 본 발명은 두 가지의 타입에 모두 적용될 수 있다.

여기에서, 압전부재를 하우징에 지지시키는 구조로, 압전부재와 탄성부재를 함께 그 수직방향으로 지지하는 구조, 압전부재와 탄성부재를 함께 그 수직방향으로 지지하면서 탄성부재를 그 수평방향으로 더 지지하는 구조, 압전부재를 수직방향으로 지지하고 탄성부재를 수평방향으로 지지하는 구조 및 압전부재만을 지지하는 구조가 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 리니어모터를 갖는 구동장치는 본 발명의 제1실시예 내지 제4실시예에 따른 리니어모터와, 리니어모터의 이동축에 소정의 마찰이 유지되도록 연결되어 이동축의 축방향 진동에 따라 이동축의 축방향으로 이동하는 이동자와, 이동축에 연결되어 이동축에 탄성력을 부여하는 탄성수단을 포 함하여 구성된다.

여기에서, 탄성수단은 구동장치의 전체의 사이즈를 최소화할 수 있도록 판스프링으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 리니어모터는 압전부재, 탄성부재 및 이동축의 결합체가 압전부재가 지지되는 것에 의하여 지지되므로, 리니어모터의 전체의 사이즈를 줄일 수 있고, 이동자의 이동거리를 확보할 수 있으며, 이동축의 틸팅현상을 방지하여 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 리니어모터는 압전부재를 전원과 연결시키는 전원연결부재가 얇은 판형상으로 형성되므로, 이동축의 틸팅현상을 방지하여 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

리니어모터의 이동축은 그 축방향 운동뿐만 아니라 편측으로 기울어져 운동할 수 있는데, 이를 이동축의 틸팅현상이라고 한다. 이동축의 틸팅현상에 의하여 이동자와 연결되는 카메라 렌즈에는 흔들림이나 진동이 발생될 수 있으며, 이는 오토 포커싱 기능면에 있어서 큰 장애요소이다. 본 발명에서는 이러한 이동축의 틸팅현상을 효과적으로 방지할 수 있는 개선된 리니어모터의 구조를 제시한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어모터에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어모 터는 그 내부에 소정의 공간이 제공되는 하우징(10)과, 하우징(10)의 내부에 지지되어 고정되고 판형상으로 형성되는 한 쌍의 압전부재(20)와, 한 쌍의 압전부재(20)의 사이에 개재되고 소정의 탄성력을 갖는 판형상의 탄성부재(30)와, 압전부재(20)에 부착되어 압전부재(20)를 전원과 연결하는 전원연결부재(40)와, 압전부재(20)에 부착되고 압전부재(20)의 수직방향으로 연장되는 이동축(50)과, 이동축(50)의 외주면과 소정의 마찰력을 유지하면서 이동축(50)과 연결되는 이동자(60)를 포함하여 구성된다.

하우징(10)은 압전부재(20)와 탄성부재(30)의 결합체가 위치되는 공간을 제공하는 제1부(11)와, 제1부(11)와 연결되며 그 내부로 이동축(50)이 연장되고 이동축(50)의 끝단(51)이 슬라이드 가능하게 지지되도록 소정의 지지홀(14)이 형성되는 제2부(12)와, 제1부(11)와 제2부(12)의 사이에 위치되고 그 내부로 이동축(50)이 연장될 수 있도록 소정의 관통홀(15)이 형성되는 제3부(13)를 포함하여 구성된다.

압전부재(20)와 탄성부재(30)는 하우징(10)의 제1부(11)와 제3부(13)와의 사이에 위치되며, 이동축(50)은 압전부재(20)의 일면에 부착되고 하우징(10)의 제3부(13)의 관통홀(15)을 통과하여 연장되어 그 끝단(51)이 하우징(10)의 제2부(12)의 지지홀(14)에 그 축방향으로 슬라이드 가능하게 지지되며, 이동자(60)는 하우징(10)의 제2부(12)와 제3부(13)와의 사이의 공간에 위치된다.

압전부재(20), 탄성부재(30) 및 이동축(50)의 결합체를 지지하기 위하여, 이동축(50)을 지지하는 방식과, 탄성부재(30)를 지지하는 방식 및 압전부재(20)를 지지하는 방식이 고려될 수 있다.

여기에서, 이동축(50)을 지지하는 경우에는 이동축(50)의 양측 단부를 슬라이드 가능하게 지지하는 브래킷과 같은 지지구조가 구비되어야 하므로, 리니어모터의 전체의 사이즈가 커지게 되고, 제조공정이 복잡하며, 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 이동축상(50)에서 직선형으로 이동하는 이동자(60)의 이동거리를 제한하는 문제가 있다.

또한, 탄성부재(30)만을 지지하는 경우에는, 소정의 탄성력을 갖는 탄성부재(30)의 특성상 리니어모터의 동작시에 이동축(50)의 직진성이 확보되지 않고 이동축(50)이 그 중심축을 기준으로 반경방향으로 기울어지는, 즉, 이동축(50)의 중심축이 편심되는 틸팅현상이 일어날 가능성이 있다.

따라서, 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하여 그 직진성을 확보하고, 제조공정을 용이하게 수행할 수 있도록 하며, 리니어모터의 전체의 사이즈를 줄이고, 리니어모터의 정해진 사이즈에서 이동자(60)의 이동거리를 충분히 확보할 수 있도록 압전부재(20)를 지지하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 압전부재(20)를 지지하는 데에 있어서, 판형상의 압전부재(20)의 주위에서 압전부재(20)의 양면에 수평되는 방향, 즉, 이동축(50)의 축방향에 수직인 방향으로 지지력이 가해지는 구성이 적용될 수 있다.

다만, 압전부재(20)가 얇은 판형상으로 형성된다는 점과 압전부재(20)는 전압의 인가에 따라 그 일면에 수직인 방향, 즉, 이동축(50)의 축방향으로 오목하거나 볼록한 변형을 일으킨다는 점을 고려할 때, 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하고 리니어모터의 사이즈를 최소화할 수 있도록, 압전부재(20)는 그 주위에서 압전부 재(20)의 일면에 수직인 방향, 즉, 이동축(50)의 축방향과 평행한 방향으로 지지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1실시예에서는 한 쌍의 압전부재(20)와 압전부재(20)의 사이에 개재되는 탄성부재(30)로 구성되는 바이머프(bimorph)타입으로서, 압전부재(20)가 지지되는 구성을 갖는 리니어모터가 제시된다.

즉, 하우징(10)의 제1부(11) 및 제3부(13)의 서로 대향하는 면에는 압전부재(20)의 양측면을 향하여 돌출되는 복수의 지지부재(16)가 구비된다. 지지부재(16)는 압전부재(20)의 주위방향으로 압전부재(20)의 양측면에 각각 밀착되어 압전부재(20)를 지지하게 된다.

지지부재(16)는, 압전부재(20)를 견고하게 지지하여 압전부재(20) 및 이동축(50)의 틸팅현상을 방지할 수 있도록, 압전부재(20)의 둘레방향으로 일정한 간격으로 위치되는 것이 바람직하다.

지지부재(16)는 원통형상 또는 원호형상 등 압전부재(20)의 견고한 지지에 바람직한 형상으로 형성될 수 있다. 여기에서, 지지부재(16)는 하우징(10)의 제1부(11)와 제3부(13)와의 사이의 공간으로 압전부재(20)가 용이하게 위치되어 지지될 수 있도록, 하우징(10)의 제1부(11) 또는 제3부(13)를 관통하여 그 축방향으로 이동이 가능한 나사 내지 볼트의 형상을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 지지부재(16)는 각각 하우징(10)의 제1부(11) 및 제3부(13)의 서로 대향하는 면으로부터 돌출되고 압전부재(20)의 둘레방향으로 연장되는 링형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 바이머프타입의 리니어모터의 압전부재(20)를 지지함으로써, 압전부재(20)와 탄성부재(30)를 함께 하우징(10)에 견고하게 지지시킬 수 있으므로, 이동축(50)의 틸팅현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

압전부재(20)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 특성을 갖는 압전세라믹스의 재질로 이루어지며 인가되는 전압의 극성(+극 또는 -극)에 따라 수축 또는 팽창되는 성질을 갖는다.

압전부재(20)는 외부로부터 전원이 인가되는 경우에 인가되는 전압의 극성에 따라 위로 볼록하거나 아래로 오목한 형태로 변형된다. 그리고, 압전부재(20)에 인가되는 전압의 극성이 바뀌는 경우에는 그 변형의 방향이 바뀌게 된다.

압전부재(20)의 변형은 그 크기가 작으므로 공진점을 이용하여 변위의 크기를 극대화해야만 리니어모터로써의 기능을 할 수 있다. 즉, 공진주파수를 교류전압의 형태로 압전부재(20)에 인가하면, 압전부재(20)는 볼록 또는 오목한 형태의 변형을 1초에 약 10만회 이상으로 반복하며 그로 인해 이동축(50)이 관성에 의하여 선형운동을 하게 된다. 이와 같이, 리니어모터는 공진주파수를 이용하기 때문에 이동축(50)의 축방향 직선왕복운동의 직진성을 확보할 수 있는 공진주파수를 찾는 것이 중요하다.

본 발명의 제1실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 리니어모터에 구속조건이 없는 경우로서, 탄성부재(30)의 두께가 0.15㎜, 직경이 3㎜ 이고, 압전부재(20)의 두께가 0.1㎜, 직경이 2.8㎜인 경우에 약200kHz 공진주파수를 얻을 수 있었으며, 이때의 최대 변위는1㎛ 이었다. 또한, 리니어모터가 카메라모듈에 설치된 상태와 같이 소정의 구속조건이 있는 경우에는 150kHz의 공진주파수를 얻을 수 있었으며, 이때의 최대변위는 2㎛이었다.

탄성부재(30)는 압전부재(20)의 수축과 팽창에 따라 굴곡된 변위를 발생하면서 그 수직방향으로 변형된다. 압전부재(20)의 전압의 인가에 따른 변형과 탄성부재(30)의 탄성복원력에 의하여 이동축(50)은 직선형으로 진동하며, 이동자(60)는 관성에 의하여 이동축(50)의 축방향으로 이동하게 된다.

압전부재(20)를 외부의 전원과 연결시키기 위하여, 압전부재(20)의 일면에 납땜과 같은 용접을 통하여 도선을 연결하는 방식을 적용할 수 있으나, 이러한 경우에는, 용접부의 중량으로 인하여 압전부재(20)와 탄성부재(30)의 결합체의 중량이 균일하지 않기 때문에, 전원의 인가에 따른 압전부재(20)의 변형 내지 진동에 왜곡이 발생되며, 이에 따라, 이동축(50)의 틸팅현상 등의 많은 문제가 발생될 수 있다.

또한, 용접은 부품의 열변형을 수반할 수 있고, 그 공정이 복잡하며, 여러 가지의 조건에 따라 용접의 정도가 달라지기 때문에 제품간의 편차가 심하게 되며, 이에 따라, 제조공정의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 문제의 발생을 방지할 수 있도록 전원연결부재(40)는 박막의 판형상으로 형성되어 압전부재(20)의 일면에 부착되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 전원연결부재(40)는 그 중량을 최소화 할 수 있고, 압전부재(20)의 변형되는 중앙부분에 영향을 주지 않도록 내부가 관통되는 중공의 링형상으로 형성되 는 것이 바람직하며, 그 중심이 압전부재(20)의 중심과 일치되도록 부착되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 얇은 판형상의 전원연결부재(40)가 구비되는 경우에는 압전부재(20), 탄성부재(30) 및 전원연결부재(40)의 결합체의 중량은 그 둘레방향으로 균일하므로, 압전부재(20) 및 탄성부재(30)의 변형에 왜곡이 발생되지 않고 이동축(50)의 틸팅현상이 방지된다.

한 쌍의 압전부재(20)와 그 사이에 개재되는 탄성부재(30)로 이루어진 바이머프(bimorph)방식의 리니어모터의 경우, 전원연결부재(40)는 한 쌍의 압전부재(20)에 각각 부착되도록 복수로 구비된다. 여기에서, 전원연결부재(40)는 압전부재(20)의 탄성부재(30)가 부착되는 면의 반대측의 면에 부착될 수 있으며, 압전부재(20)와 탄성부재(30)와의 사이에 개재될 수 있다.

이동자(60)는 이동축(50)의 외주면의 적어도 일부분을 감싸도록 위치되고 이동축(50)의 외주면과의 사이에서 소정의 마찰력이 유지되도록 이동축(50)의 외주면과 이동자(60)의 내주면과의 사이에는 고무재질의 링과 같은 마찰부재(61)가 개재된다.

이동자(60)는 휴대폰이나 피디에이에 설치된 카메라의 렌즈와 같이 소형 내지 박형의 부재와 연결되고, 압전부재(20)와 탄성부재(30)의 결합체에서 발생되어 이동축(50)으로 전달된 이동축(50)의 축방향의 진동과 관성의 법칙에 의하여 이동축(50)의 축방향으로 이동하면서 소형 내지 박형의 부재를 이동시키는 역할을 수행한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어모터의 동작에 대하여 설명한다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 해석 또는 실험에 의하여 공진주파수가 맞추어진 전압이 전원연결부재(40)를 통하여 압전부재(20)로 인가되면, 압전부재(20)가 전압의 극성에 따라 오목한 형상 또는 볼록한 형상으로 변형된다. 도 5 내지 도 6은 극성이 변하는 소정의 펄스를 갖는 전압이 압전부재(20)에 인가된 경우, 압전부재(20)가 상측방향으로 볼록한 형상으로 변형되었다가 전압의 극성이 바뀌면서 하측방향으로 볼록한 형상으로 변형되는 상태를 순차적으로 도시하고 있다.

그리고, 압전부재(20)의 변형에 따른 탄성부재(30)의 수직방향의 변형 및 탄성부재(30)의 탄성복원력에 의하여 이동축(50)이 그 축방향으로 진동된다. 그리고, 이동축(50)상에 소정의 마찰력을 유지한 상태로 위치된 이동자(60)가 관성의 법칙에 의하여 이동축(50)의 축방향으로 이동하게 된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어모터는 압전부재(20), 탄성부재(30) 및 이동축(50)의 결합체는 압전부재(20)가 하우징(10)에 고정되는 것에 의하여 지지되므로, 이동축(50) 또는 탄성부재(30)가 지지되는 것에 비하여 지지가 용이하여 제조공정이 단순화 할 수 있고, 제조비용을 저감시킬 수 있고, 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하여 그 직진성을 확보할 수 있으며, 리니어모터의 전체의 사이즈를 줄일 수 있고, 이동자(60)의 이동거리를 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 리니어모터는 압전부재(20)를 외부의 전 원과 연결시키는 전원연결부재(40)가 박형의 판형상으로 형성되므로, 압전부재(20)가 용접의 방법으로 전원과 연결되는 것에 비하여 제품간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 압전부재(20)의 변형 내지 진동의 왜곡을 방지하여 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하고, 이동축(20)의 직선왕복운동의 직진성 및 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 리니어모터에 대하여 설명한다. 전술한 실시예에서 설명한 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 설명은 생략한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 리니어모터는 하우징(10)에 지지되는 탄성부재(30)와, 압전부재(20)의 일면에 부착되어 외부의 전원을 압전부재(20)로 연결시키는 얇은 판형상의 전원연결부재(40)를 포함하여 구성된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 탄성부재(30)는 그 일면이 압전부재(20)에 부착되며, 그 반경방향의 일측으로 지지로드(32)가 연장되며, 지지로드(32)상에는 하우징(10)의 체결부에 고정되는 고정부(34)가 구비된다.

탄성부재(30)의 고정부(34)에는 소정의 구멍(33)이 형성되어 하우징(10)의 체결부가 고정부(34)의 구멍(33)에 삽입되는 것에 의하여 탄성부재(30)가 하우징(10)에 고정된다. 이에 따라, 탄성부재(30)는 하우징(10)에 그 수평방향으로 지지된다.

여기에서, 지지로드(32)는 탄성부재(30)의 견고한 지지와 정확한 위치에서의 정렬을 위하여 복수로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 지지로드(32)는 이동 축(50)이 한 쪽으로 치우쳐서 운동하는 것을 방지할 수 있도록 탄성부재(30)의 중심을 기준으로 양방향으로 대칭이 되도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 전원연결부재(40)와 전원을 연결하는 도선(42)은 하우징(10)의 단자지지부에 지지될 수 있도록 지지부(44)를 갖는 것이 바람직하다. 여기에서, 전원연결부재(40)의 지지부(44)에는 소정의 구멍(43)이 형성되어 하우징(10)의 단자지지부가 지지부(44)의 구멍(43)에 삽입되는 것에 의하여 전원연결부재(40)가 하우징(10)에 지지된다.

본 발명의 제2실시예에 따른 리니어모터는 탄성부재(30)가 하우징(10)에 지지되는 것에 의하여 압전부재(10)와 탄성부재(30)의 결합체가 더 견고하게 지지되고 정확하게 정렬되므로, 이동축(50)의 틸팅현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 전원연결부재(40)도 도선(42)이 하우징(10)에 고정되는 것에 의하여 하우징(10)에 지지되므로, 이동축(50)의 틸팅현상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 리니어모터에 대하여 설명한다. 전술한 실시예에서 설명한 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 설명은 생략한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 리니어모터는 한 쌍의 압전부재(20)와 그 사이에 개재되는 탄성부재(30)로 구성되는 바이머프타입의 리니어모터로서, 하우징(10)에 지지되는 탄성부재(30)와, 압전부재(20)에 부착되어 외부의 전원을 압전부재(20)와 연결시키는 얇은 판형상의 전원연결부재(40)를 포함하여 구성된다.

탄성부재(30)는 하우징(10)의 제1부(11) 및 제3부(13)의 일면으로부터 돌출되는 지지부재(16)에 의하여 그 양면이 수직방향으로 지지되며, 지지부재(16)는 전술한 본 발명의 제1실시예에서 설명한 것과 동일한 구성으로 형성될 수 있다.

전원연결부재(40)는 한 쌍의 압전부재(20)에 각각 부착되도록 복수로 구비되고, 압전부재(20)의 탄성부재(30)가 부착되는 면의 반대측의 면에 부착될 수 있으며, 압전부재(20)와 탄성부재(30)와의 사이에 개재될 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 리니어모터는 압전부재(20)를 외부의 전원과 연결시키는 전원연결부재(40)가 얇은 판형상으로 형성되므로, 압전부재(20)를 납땜과 같은 용접을 통하여 전원과 연결시키는 것에 비하여 제품간의 편차를 최소화시킬 수 있고, 압전부재(20)의 변형 내지 진동의 왜곡을 방지하여 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하고, 이동축(20)의 직선왕복운동의 직진성 및 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 리니어모터에 대하여 설명한다. 전술한 실시예에서 설명한 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 설명은 생략한다.

도 9 및 도 10은 리니어모터의 압전부재(20), 탄성부재(30) 및 이동축(50)의 결합구조의 다른 예가 도시된 것으로, 하나의 압전부재(20)와 하나의 탄성부재(30)로 구성되는 유니머프(unimorph)타입의 리니어모터를 도시한 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 압전부재(20)의 일면에는 탄성부재(30)가 부착되며, 이동축(50)은 탄성부재(30)에 부착될 수 있다. 이 경우, 압전부재(20)의 둘레 가 지지부재(16)에 지지될 수 있도록 압전부재(20)의 직경은 탄성부재(30)의 직경에 비하여 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 탄성부재(30)의 일면에 압전부재(20)가 부착되고, 압전부재(20)에 이동축(50)이 부착되며, 압전부재(20)는 지지부재(16)에 의하여 그 면에 수직인 방향으로 지지될 수 있다. 여기에서, 탄성부재(30)의 둘레에 지지부재(16)가 관통되는 홀(31)이 형성되고 지지부재(16)가 그 홀(31)을 관통하여 압전부재(20)의 둘레를 지지한다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 유니머프(unimorph)방식의 리니어모터의 경우, 전원연결부재(40)는 압전부재(20)의 탄성부재(30)가 부착되는 면의 반대측의 면에 부착될 수 있으며, 이에 한정되지 아니하고, 압전부재(20)와 탄성부재(30)와의 사이에 개재될 수 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 리니어모터의 동작 및 효과는 전술한 실시예에서 설명한 바와 동일하다.

본 발명의 제4실시예에 따른 리니어모터는 유니머프타입의 리니어모터로서 압전부재(20)만이 지지된 구성을 제시하고 있다. 그러나, 유니머프타입의 리니어모터에도, 본 발명의 제1실시예와 같이, 압전부재(20)와 탄성부재(30)가 함께 지지부재(16)에 의하여 지지되는 구조가 적용될 수 있다.

이하, 도 11을 참조하여 본 발명의 제5실시예에 따른 리니어모터에 대하여 설명한다. 전술한 실시예에서 설명한 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 설명은 생략한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 리니어모터는 전원연결부재(40)가 압전부재(20) 및 탄성부재(30)와 함께 지지부재(16)에 의하여 일체로 지지된다. 전원연결부재(40)는 도전성 접착제 등에 의하지 않고 지지부재(16)에 의하여 압전부재(20)에 부착될 수 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 리니어모터는 전원연결부재(40)가 지지부재(16)에 의하여 압전부재(20)에 부착됨으로써, 도전성 접착제 등을 이용한 부착공정을 요하지 아니하므로, 제조공정 및 장치의 구성이 간단해지는 효과가 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 리니어모터는 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하기 위하여, 압전부재(20)를 하우징(10)에 지지시키거나, 얇은 판형상의 전원공급부재(40)가 구비되는 구조를 제시하였다. 압전부재(20)를 하우징(10)에 지지시키는 구조 및 얇은 판형상의 전원공급부재(40)를 포함하는 구성은 서로 조합되어 적용될 수 있으며, 서로 별개로 적용될 수 있다.

또한, 압전부재(20)와 탄성부재(30)의 결합체를 하우징(10)에 지지시키기 위하여, 압전부재(20)와 탄성부재(30)를 함께 수직방향으로 지지하는 구조, 압전부재(20)와 탄성부재(30)를 함께 수직방향으로 지지하면서 탄성부재(30)를 수평방향으로 더 지지하는 구조, 압전부재(20)를 수직방향으로 지지하고 탄성부재(30)를 수평방향으로 지지하는 구조 및 압전부재(20)만을 지지하는 구조가 적용될 수 있다.

이하, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명에 따른 리니어모터를 갖는 구동장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 휴대폰이나 피디에이의 카메라모듈에 설치되는 구동장치에 대하여 제시한다. 여기에서, 전술한 본 발 명의 리니어모터의 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어모터를 갖는 구동장치는 카메라모듈(70)을 감싸도록 상부하우징(81) 및 하부하우징(82)로 구성되는 하우징(80)과, 하우징(80)의 내부에서 카메라모듈(70)의 일측에 고정되어 카메라모듈(70)의 렌즈(71)를 직선형으로 이동시키는 리니어모터(100)와, 리니어모터(100)의 이동축(50)과 카메라모듈(70) 또는 하우징(80)을 탄성적으로 연결시키는 탄성수단(83)을 포함하여 구성된다.

리니어모터(100)는 그 이동자(60)가 연결로드(90)를 통하여 카메라모듈(70)의 렌즈(71)와 연결되며, 이에 따라, 렌즈(71)를 이동축(50)의 축방향으로 이동시킨다.

리니어모터(100)의 탄성부재(30)는 그 일면이 압전부재(20)에 부착되고, 그 반경방향의 일측으로 지지로드(32)가 연장되며, 지지로드(32)상에는 하우징(80)의 체결부(85)에 고정되는 고정부(34)가 구비된다.

탄성부재(30)의 고정부(34)에는 소정의 구멍(33)이 형성되고 하우징(80)의 체결부(85)는 돌출되게 형성되어, 하우징(80)의 체결부(85)가 고정부(34)의 구멍(33)에 삽입되는 것에 의하여 탄성부재(30)가 하우징(80)에 고정된다.

한편, 전원연결부재(40)와 외부의 전원을 연결하는 도선(42)은 하우징(80)의 단자지지부(86)에 지지될 수 있도록 지지부(44)를 갖는 것이 바람직하다. 여기에서, 전원연결부재(40)의 지지부(44)에는 소정의 구멍(43)이 형성되고 하우징(80)의 단자지지부(86)는 돌출되게 형성되어, 하우징(80)의 단자지지부(86)가 지지부(44)의 구멍(43)에 삽입되는 것에 의하여 전원연결부재(40)가 하우징(10)에 고정된다.

탄성수단(83)은 그 일단이 카메라모듈(70) 또는 하우징(80)에 고정되고, 그 타단은 리니어모터(100)의 이동축(50)의 외면에 소정의 마찰력을 유지한 상태로 접촉된다.

탄성수단(83)은 이동축(50)에 소정의 탄성력을 부여하면서, 렌즈(71)가 이동되는 경우에 발생될 수 있는 이동축(50)의 틸팅현상을 방지하는 역할을 수행한다. 이러한 탄성수단(83)은 구동장치의 전체의 사이즈를 최소화할 수 있도록 판스프링으로 구성되는 것이 바람직하다.

도 16 내지 도 18은 본 발명에서 제시한 지지구조 및 전원연결부재의 구성을 채용하지 아니한 종래의 기술에서의 주파수의 변화에 따른 렌즈의 Z축방향, X축방향 및 Y축방향의 변위를 각각 나타낸 그래프이고, 도 19 내지 도 21은 본 발명에서 제시한 지지구조 및 전원연결부재의 구성을 채용한 구동장치에서의 주파수의 변화에 따른 렌즈의 Z축방향, X축방향 및 Y축방향의 변위를 각각 나타낸 그래프이다.

종래의 기술에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이, 렌즈의 이동방향인 Z축방향의 변위가 약 178kHz에서 10의 -6승으로 약 4.5마이크로미터의 변위가 발생한다. 그리고, 도 17에 도시된 바와 같이, 렌즈의 X축방향의 변위는 10의 -7승으로 약 0.8마이크로미터의 변위가 발생하며, 도 18에 도시된 바와 같이, 렌즈의 Y축방향 변위는 10의 -7승으로 약 0.32마이크로미터의 변위가 발생한다. 또한, 조화진동이 220kHz에서 발생한다.

이에 따르면, 렌즈의 X축방향의 변위는 Z축방향의 변위의 약 6분의 1정도의 크기로 렌즈의 Z축방향 변위에 방해가 되며, 렌즈의 Y축방향의 변위는 Z축방향의 변위의 약 10분의 1정도의 크기로 렌즈의 Z축방향 변위에 방해가 된다. 따라서, 종래의 기술에 따르면 렌즈 및 이동축이 틸팅운동을 하게 되므로, 렌즈의 진동이 유발되며 리니어모터의 성능이 감소된다.

본 발명에 따르면, 도 19에 도시된 바와 같이, 렌즈의 이동방향인 Z축방향의 변위가 약 175kHz에서 10의 -6승으로 약 5.6마이크로미터의 변위가 발생한다. 그리고, 도 20에 도시된 바와 같이, 렌즈의 X축방향의 변위는 10의 -12승으로 약 2.8나노미터의 변위가 발생하며, 도 21에 도시된 바와 같이, 렌즈의 Y축방향의 변위는 10의 -12승으로 약 7.2나노미터의 변위가 발생한다.

이에 따르면, 렌즈의 X축방향 및 Y축방향의 변위는 Z축방향의 변위의 약 100만분의 1정도의 크기로서 렌즈의 Z축방향의 변위에 영향을 미치지 않는다.

따라서, 본 발명에 따른 리니어모터의 지지구조 및 전원연결부재의 구성을 채용한 구동장치는 종래의 기술에 비하여 렌즈 및 이동축의 틸팅현상을 방지하는 데에 효과가 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 리니어모터를 갖는 구동장치를 오토 포커싱 기능에 적용시킨 휴대폰 또는 피디에이의 카메라는, 스테핑 모터 또는 보이스 코일 모터를 적용시킨 경우에 비하여, 그 사이즈를 최소화시킬 수 있고, 소음을 저감시킬 수 있으며, 구조를 단순화시킬 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있으며, 렌즈의 이동의 직진성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 리니어모터 및 리니어모터를 갖는 구동장치는 휴대폰의 카메라와 관련한 산업분야에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 소형 내지 박형의 부재의 정밀한 제어를 요하는 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어모터가 도시된 개략도이다.

도 2는 도 1의 리니어모터의 분해사시도이다.

도 3은 도 1의 리니어모터의 전원연결부재가 부착된 상태가 도시된 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 리니어모터에서 공진주파수에 대한 이동축의 변위가 도시된 그래프이다.

도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 리니어모터에서 인가전압의 극성에 따라 압전부재, 탄성부재 및 이동축이 변위되는 상태가 순차적으로 도시된 개략도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 리니어모터가 도시된 사시도이다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 리니어모터가 도시된 부분 단면도이다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 리니어모터가 도시된 부분 단면도이다.

도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 리니어모터가 도시된 부분 단면도이다.

도 12는 본 발명에 따른 리니어모터를 갖는 구동장치가 도시된 사시도이다.

도 13는 도 12의 구동장치의 분해사시도이다.

도 14는 도 12의 구동장치의 리니어모터가 도시된 개략도이다.

도 15는 도14의 평면도이다.

도 16 내지 도 21은 본 발명에 따른 리니어모터를 갖는 구동장치에서 주파수의 변화에 따른 렌즈의 X축방향, Y축방향 및 Z축방향의 변위를 종래의 기술과 비교 하여 도시한 그래프이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10, 80: 하우징 16: 지지부재

20: 압전부재 30: 탄성부재

40: 전원연결부재 50: 이동축

60: 이동자 70: 카메라모듈

71: 렌즈 83: 탄성수단

Claims (13)

1. 하우징;

   상기 하우징에 지지되는 적어도 하나의 판형상의 압전부재;

   상기 압전부재의 적어도 어느 일면에 부착되는 판형상의 탄성부재;

   상기 압전부재를 전원과 연결하는 전원연결부재; 및

   상기 압전부재 또는 상기 탄성부재에 부착되고, 상기 압전부재의 수직방향으로 연장되는 이동축을 포함하고,

   상기 하우징에는 상기 압전부재의 양측면을 향하여 돌출되는 지지부재가 구비되고, 상기 압전부재의 양측면은 상기 지지부재에 그 수직방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 탄성부재에는 상기 지지부재가 관통하는 홀이 형성되고, 상기 지지부재는 상기 탄성부재의 홀을 관통하여 상기 압전부재의 적어도 일면을 지지하는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 탄성부재는 상기 하우징에 그 수평방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
4. 제3항에 있어서,

   상기 탄성부재에는 그 반경방향으로 연장되어 상기 하우징에 지지되는 적어도 하나의 지지로드가 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전원연결부재는 판형상으로 형성되어 상기 압전부재의 일면에 부착되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전원연결부재는 그 중심이 상기 압전부재의 중심과 일치하는 중공의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
7. 제1항에 있어서,

   상기 압전부재는 한 쌍으로 구비되고,

   상기 탄성부재는 상기 한 쌍의 압전부재의 사이에 개재되며,

   상기 하우징은 상기 압전부재의 양측면의 둘레를 그 수직방향으로 지지하는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
8. 제1항에 있어서,

   상기 전원연결부재는 판형상으로 형성되고,

   상기 압전부재, 상기 탄성부재 및 상기 전원연결부재는 상기 하우징에 일체로 지지되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,

    상기 전원연결부재에는 그 반경방향으로 연장되어 전원과 연결되고 상기 하우징에 지지되는 도선이 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어모터.
12. 제1항 내지 제8항 또는 제11항 중 어느 하나의 항의 리니어모터를 포함하고,

    상기 이동축에 소정의 마찰이 유지되도록 연결되어 상기 이동축의 축방향 변위에 따라 상기 이동축의 축방향으로 이동하는 이동자와, 상기 이동축에 연결되어 상기 이동축에 탄성력을 부여하는 탄성수단을 더 포함하는 구동장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 탄성수단은 판스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동장치.

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