KR101050852B1 - 압전 모터용 렌즈 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동축에 일정한 마찰력으로 작용하며, 반복적인 축방향 신축에도 안정적인 작동을 유지할 수 있으며, 조립의 단순화 및 모듈 크기의 소형화를 달성하기 위하여, 구동축의 외주면에 대칭되게 배치되는 2개의 마찰판과 상기 마찰판을 구동축에 균일한 압력으로 압착시켜주는 한 쌍의 코일 스프링 및 와셔를 구비하는 압전 모터용 렌즈 구동장치를 제공한다.

Description

압전 모터용 렌즈 구동장치 {Actuating apparatus of an actuated member for piezoelectric motor}

도 1 은 종래의 압전모터용 렌즈 구동장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 압전모터에 인가되는 펄스전압을 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전모터용 렌즈 구동장치를 도시하는 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전모터용 렌즈 구동장치의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전모터용 렌즈 구동장치의 측면도이다.

도 6은 마찰판과 구동축 외주면 사이의 접촉면의 단면에 따른 실시예를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10 : 렌즈 11 : 렌즈 배럴

15a,15b,15c : 본체 18 : 압전 모터

19 : 구동축 20,21 : 마찰판

20a,21a : 접촉 홈 25 : 코일스프링

30 : 볼트 32 : 와셔

본 발명은 카메라 렌즈의 구동장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 카메라의 자동초점 렌즈를 구동하기 위한 압전모터용 렌즈 구동장치에 관한 것이다.

디지털 스틸 카메라를 비롯한 카메라 경통내에서 줌(zoom) 또는 자동초점조절(Auto Focusing : AF)시 렌즈를 지지하는 렌즈 배럴을 가이드부에 따라 이동시킬 필요가 있다.

이러한 구동장치로서 스테핑 모터를 이용하거나 피에조 모터등을 이용하고 있다. 스테핑 모터는 입력 펄스를 스텝 파형으로 고쳐서 스텝 파형으로 구동되며, 스텝상으로 움직이는 모터로서 직류전원에 의해 전자회로로 제어 및 운전되며, 짧은 거리의 위치제어에서 빠른 응답성을 보이는 장점을 가지고 있다.

그러나 감속기어, 연결부위 및 모터 자체의 크기로 적용 부품수가 늘어나 작동모듈의 크기가 커지는 단점과 부품수의 증가로 인한 가격의 상승이라는 단점이 있어서 제품의 경량화 소형화 추세에 따라 최근에는 소형 디지털 카메라 등에 압전모터(piezo-electric motor)와 같은 초음파 모터를 이용한 렌즈 구동방식이 많이 사용되고 있다.

특히, 초음파 모터의 경우 저속 운전 시 높은 토크를 얻을 수 있고, 종래의 모터 구조와는 다른 구조의 제작이 가능하고 크기의 제한을 탈피할 수 있어 카메라 등을 포함한 정밀기기 구동원으로서 수요의 증대가 기대되고 있다.

도 1 은 종래의 압전모터용 렌즈 구동장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

렌즈의 경통(1)을 지지하는 지지체(2)의 습동 접합부(2a,2b)가 구동축(3)에마찰 접촉하며 운동할 수 있도록 끼워져 있다. 구동축(3)은 프레임(7)의 지지부(5,6)에 의하여 지지되고, 구동축의 축방향으로 운동할 수 있도록 되어 있다. 두께 방향으로 신축할 수 있는 압전 소자(8)의 한 끝은 구동축(3)의 한 끝에 고정되고, 압전 소자(8)의 다른 쪽 끝은 프레임(7)에 고정된다. 따라서, 압전 소자(8)의 축방향 신축운동에 의하여 구동축(3)은 축방향 운동이 가능하다. 또한, 판 스프링(4)의 양끝은 지지체(2)의 습동 접합부(2a,2b)에 아래로부터 고정되어 있다. 판 스프링(4)의 중앙 부분에 형성된 굴곡부(4a)는 구동축(3)에 압접함으로써 구동축(3)과 지지체(2)사이에 적당한 마찰력을 발생시킨다.

위와 같은 구성에 의한 압전 모터용 렌즈 구동장치의 압전 소자(8)에 도 2a에 도시된 펄스 전압이 인가되면, 완만한 상승펄스를 이루는 동안에는 압전 소자의 두께가 a 방향으로 천천히 늘어난다. 이 때, a 방향으로 작용하는 구동축(3) 축방향력(Axial force)이 판 스프링(4)에 의해 발생한 렌즈 지지체(2)와 구동축(3)사이의 정지마찰력보다 작으므로 렌즈 경통(1) 및 지지체(2)는 구동축이 a 방향으로 이동한 변위만큼 a 방향으로 이동한다.

이 후, 급격한 하강펄스가 인가되는 동안에는 압전 소자의 두께가 a의 반대 방향으로 급격히 줄어든다. 이 때, a의 반대방향으로 작용하는 구동축(3) 축방향력(Axial force)이 판 스프링(4)에 의해 발생한 렌즈 지지체(2)와 구동축(3)사이의 정지마찰력보다 커서 슬립이 일어나므로 렌즈 경통(1) 및 지지체(2)는 구동축이 a 반대방향으로 이동하더라도 이동하지 않게 된다. 즉, 도 2a와 같은 펄스 전압이 인가되는 동안에는 렌즈 경통(1) 및 지지체(2)는 a 방향으로 이동되며, 도 2b와 같은 펄스 전압이 인가되는 동안에는 렌즈 경통(1) 및 지지체(2)는 a 반대방향으로 이동된다.

그러나 압전 모터에 기존 판 스프링을 적용한 위와 같은 방식은 스프링 압력을 일정하게 맞추기 어렵고 반복 시험 후 스프링 압력이 풀어져서 작동이 안되는 문제점이 있다.

또한 마찰력을 유지하기 위해 기존 하나의 코일스프링으로 잡아주는 방식은 구동축과의 접촉면 위치가 균등하게 맞추기 어렵다는 문제점 및 코일 스프링의 압축시 압축높이에 따라 잡아주는 힘이 균일하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 구동축의 외주면에 대칭되게 배치되는 2개의 마찰판과 상기 마찰판을 구동축에 압착시켜주는 2개의 코일 스프링을 구비하는 압전모터용 렌즈 구동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피구동부재를 고정 결합하며 상기 피구동부재와 일체로 이동하는 본체; 압전 모터; 상기 압전 모터의 일측에 연결되며, 상기 압전 모터에 인가되는 펄스전압에 대응하는 축방향 진동이 발생되는 구동축; 상기 구동축의 외주면과 접촉면을 형성하도록 서로 대칭되게 배치되며 상기 본체와 일체로 이동하는 한 쌍의 마찰판; 일단이 상기 쌍을 이루는 마찰판 중 하나의 마찰판의 적어도 한 쌍의 부분에 접촉하며, 상기 마찰판에 상기 구동축 방향으로 탄성력을 가하여 상기 구동축과 상기 쌍을 이루는 마찰판을 탄성 결합시키는 적어도 한 쌍의 탄성체; 및 상기 탄성체에 일정 압력을 가하여 가압시키는 체결수단을 구비하는 압전 모터용 피구동부재 구동장치를 제공한다.

상기 체결수단은 나사결합에 의한 것을 특징으로 하며, 상기 체결수단이 일정 깊이 이상 결합되지 않도록 상기 체결수단과 상기 탄성체 사이에 개재되는 와셔를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 마찰판과 상기 구동축 외주면 사이의 접촉면이 4개 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 압전모터용 렌즈 구동장치를 도시하는 분해 사시도, 평면도 및 측면도이며, 도 6은 마찰판과 구동축 외주면 사이의 접촉면의 단면에 따른 실시예를 보여주는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈는 렌즈(10)와 렌즈(10)를 지지하도록 둘러싸는 렌즈 배럴(11)이다. 렌즈 배럴(11)은 나사끼움등의 방법에 의하여 본체(15a)와 고정 결합되며, 렌즈 배럴(11)은 본체(15a)의 축방향 이동에 의하여 일체로 이 동한다.

본체(15a,15b,15c)는 렌즈 배럴(11)과 결합되는 결합부(15a); 구동축에 의해 이동되며 후술할 마찰판과 맞닿는 부분인 이동부(15b); 및 후술할 볼트(30)가 체결되는 나사결합부(15c)를 구비한다.

결합부(15a)는 렌즈 배럴(11)과 결합되어 고정될 수 있게 하는 수단이라면 나사결합 뿐만 아니라 어떠한 수단이라도 적용될 수 있다. 이동부(15b)의 중앙 부분에는 마찰판의 접촉 홈(20a,21a)과 대응하도록 V자형 또는 반원형 홈이 형성되어 있다. 이동부(15b)의 좌우 양측에는 나사결합부(15c)가 형성되어 있어서 볼트(30)와 나사결합된다. 나사결합부(15c)에는 암나사가 형성된 것이 바람직하다.

본체의 2개의 나사결합부(15c)에 마찰판(20,21) 홈이 끼워맞춰져 있다. 마찰판(20,21)의 중앙에는 구동축이 끼워맞춤될 수 있도록 그루브(groove)가 형성되어 있다. 그루브의 형태는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6의 경우 그루브는 V자형의 형태이므로 구동축(19)과 접촉하는 면이 4개가 된다.

마찰판(21)과 본체의 이동부(15b)사이에는 간극재(22)가 구비되어 마찰판(21)과 본체(15b)가 정확하게 맞물려서 이동할 수 있도록 해준다.

2개의 마찰판(20,21)은 순차적으로 조립되어 마찰판(20,21)의 중앙부에는 구동축(19)이 끼워질 수 있도록 사각형의 공간을 형성한다.

본체의 나사결합부(15c)를 둘러싸며, 마찰판(20)의 일면과 접촉하도록 두 개의 코일스프링(25)이 끼워진다. 각 코일스프링(25)의 타단에는 와셔가 개재되어 코일스프링(25)이 튀어나오는 것을 방지한다. 또한, 본체의 나사결합부(15c)에 나사 결합되는 볼트(30)가 일정 깊이 이상 박히지 않도록 스토퍼(stopper)역할도 수행한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 모터(18)는 피에조 모터(piezo-electric motor)이다. 피에조 모터는 압전 소자라고 불리는 전압을 압력으로 변환시키는 소자에 특정 주파수(20kHz)이상의 교류 전압을 인가하면 기계적 진동이 발생하는 소자를 구비한다. 이러한 압전 소자에서 발생하는 진동에서 탄성체와 마찰판등을 통해 구동력을 얻을 수 있으며 회전형(rotary type)과 리니어형(linear type)이 있으나, 본 발명에서는 리니어형을 사용하였다.

압전 모터(18)의 일측에는 구동축(19)이 연결되어 있으며, 압전 모터(18)에서 발생하는 축방향 진동이 그대로 전달된다. 구동축(19)은 조립된 2개의 마찰판(20,21)의 접촉 홈(20a,21a)에 삽입되어 볼트(30)로 일정 텐션을 가하도록 조여진다.

이하에서는 위와 같은 구성에 의한 압전모터용 렌즈 구동장치의 기능 및 작용을 설명한다.

압전 모터(18)에 도 2a에 도시된 펄스 전압이 인가되면, 완만한 상승펄스 기간동안에는 압전 소자(미도시)의 두께가 a 방향으로 천천히 늘어난다. 이 때, a 방향으로 작용하는 구동축(19)의 축방향력(Axial force)이 마찰판(20)의 양측에 설치된 2개의 코일스프링(25)에 의해 발생한 마찰판(20,21)과 구동축(19)사이의 정지마찰력보다 작으므로 렌즈(10)를 포함한 본체(15a,15b,15c)는 구동축(19)이 a 방향으로 이동한 변위만큼 a 방향으로 이동한다.

이 후, 급격한 하강펄스가 인가되는 동안에는 압전 소자의 두께가 b 방향으로 급격히 줄어든다. 이 때, b 방향으로 작용하는 구동축(19)의 축방향력(Axial force)이 마찰판(20)의 양측에 설치된 2개의 코일스프링(25)에 의해 발생한 마찰판(20,21)과 구동축(19)사이의 정지마찰력보다 커서 슬립이 일어나므로 렌즈(10)를 포함한 본체(15a,15b,15c)는 구동축(19)이 b 방향으로 이동하더라도 이동하지 않게 된다.

여기서, 급격한 하강펄스에 의한 축방향력보다 마찰판(20,21)과 구동축(19)사이의 정지마찰력이 크지 않도록 적절히 조정되어야 한다. 축방향력은 하강펄스의 기울기로 조절이 가능하다. 마찰판(20,21)과 구동축(19) 사시의 마찰력은 코일 스프링(25)이 가하는 압축력 및 마찰판(20,21)과 구동축(19) 사이의 마찰계수에 의하여 조절될 수 있다. 상기 마찰계수는 마찰판(20,21)과 구동축(19) 접촉면의 재료에 따라 달라질 수 있다.

반대로, 도 2b에 도시된 펄스 전압이 인가되면, 급격한 상승펄스 기간동안에는 a 방향으로의 축방향력이 마찰력보다 크므로 렌즈(10)를 포함한 본체(15a,15b,15c)는 a 방향으로 이동하지 않고, 완만한 하강펄스 기간동안에는 b 방향으로의 축방향력이 마찰력보다 작으므로 렌즈(10)를 포함한 본체(15a,15b,15c)는 b 방향으로 이동함으로써 렌즈(10)의 축방향 신축이 가능하게 된다.

여기서, 2개의 마찰판(20,21)이 구동축(19)의 중심으로부터 대칭되는 거리에 배치되고, 상기 마찰판(20)의 양쪽을 동일한 코일 스프링(25)이 가압하기 때문에 도 6의 경우 4점 대칭 접촉방식으로 4점에 균일한 압력을 분포시킬 수 있게 된다. 그리고, 반복 재현시에도 안정적인 작동이 유지될 수 있다.

또한, 코일스프링(25)과 볼트(30) 사이에는 와셔가 개재되어 있고, 와셔의 직경은 마찰판(20,21)(20,21)의 홈 직경보다 크므로 볼트(30)가 일정 깊이 이상 들어가는 것을 방지한다. 따라서 제품별로 코일 스프링(25)이 동일 압축력을 가할 수 있도록 해준다.

압전 모터(18)와 구동축(19)은 렌즈(10), 렌즈 배럴(11), 본체(15a,15b,15c), 마찰판(20,21)(20,21), 코일스프링(25), 와셔, 볼트(30)가 순서대로 일체로 조립된 후 마찰판(20,21) 사이에 구동축(19)을 삽입하면 조립이 완료되기 때문에 조립 부품수의 감소, 조립의 단순화 및 모듈 크기의 소형화를 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 압전모터용 렌즈 구동장치에 의하면, 구동축의 외주면에 대칭되게 배치되는 2개의 마찰판과 상기 마찰판을 구동축에 균일한 압력으로 압착시켜주는 2개의 코일 스프링을 구비하고 있다.

따라서, 첫째, 구동축에 균일한 압력으로 가압시킬 수 있으며, 반복적인 축방향 신축에도 안정적인 작동을 유지할 수 있다.

둘째, 압전모터 단품을 제외한 일체를 조립 후 압전모터와 구동축을 결합함으로써 조립 부품수의 감소, 조립의 단순화 및 모듈크기의 소형화를 달성할 수 있다.

셋째, 볼트와 코일스프링 사이에 개재되는 와셔를 이용하여 볼트의 체결 깊 이를 일정하게 유지함으로써 제품별로 동일 압축력을 가할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 피구동부재를 고정 결합하며 상기 피구동부재와 일체로 이동하는 본체;

   압전 모터;

   상기 압전 모터의 일측에 연결되며, 상기 압전 모터에 인가되는 펄스전압에 대응하는 축방향 진동이 발생되는 구동축;

   상기 구동축의 외주면과 접촉면을 형성하도록 서로 대칭되게 배치되며 상기 본체와 일체로 이동하는 한 쌍의 마찰판;

   일단이 상기 쌍을 이루는 마찰판 중 하나의 마찰판의 적어도 한 쌍의 부분에 접촉하며, 상기 마찰판에 상기 구동축 방향으로 탄성력을 가하여 상기 구동축과 상기 쌍을 이루는 마찰판을 탄성 결합시키는 적어도 한 쌍의 탄성체; 및

   상기 탄성체에 일정 압력을 가하여 가압시키는 체결수단을 구비하는 압전 모터용 렌즈 구동장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 체결수단은 나사결합에 의한 것을 특징으로 하는 압전 모터용 렌즈 구동장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 체결수단이 일정 깊이 이상 결합되지 않도록 상기 체결수단과 상기 탄 성체 사이에 개재되는 와셔를 더 구비하는 압전 모터용 렌즈 구동장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 마찰판과 상기 구동축 외주면 사이의 접촉면이 4개 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 모터용 렌즈 구동장치.

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