KR101055553B1 - 압전모터 - Google Patents

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이귀연
이중석
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Abstract

본 발명은 압전모터에 관한 것으로, 전극패턴이 인쇄된 압전시트가 적층된 압전진동체, 상기 압전진동체에 형성된 더미 압전시트층, 및 상기 더미 압전시트층의 외부면에 구비되어, 상기 압전진동체에서 발생한 진동을 외부로 전달하는 마찰부재를 포함하고, 상기 더미 압전시트층은 두께방향으로 함몰 형성된 오목부를 구비하고, 상기 마찰부재는 상기 오목부에 일부분이 만입 고정되어, 압전진동체의 전극패턴과 마찰부재와의 접촉에 의한 진동특성 변화를 최소화할 수 있는 압전모터를 제공한다.
압전진동체, 압전시트, 전극패턴, 더미 압전시트층, 오목부, 마찰부재

Description

압전모터{Piezoelectric motor}
본 발명은 압전모터에 관한 것이다.
최근, 전자기모터를 대신하는 새로운 모터로서 압전체를 이용한 압전모터(압전 초음파 모터)가 주목받고 있다. 압전모터는 미세 진폭의 고주파 진동을 압전진동체에 발생시키고, 압전진동체에 부착된 마찰부재와 슬라이더(또는 로터)의 접촉 마찰을 통하여 이러한 미세 진동을 전달함으로써, 슬라이더의 미세 운동을 가능하게 한다. 이러한 압전모터는 종래의 전자기모터에 비하여 소형화가 가능하고 분해능이 높고 소음이 적으며 노이즈 발생이 적다는 등 여러 가지 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면으로, (a)는 결합 사시도, (b)는 정면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 압전모터(10)는 전극패턴이 인쇄된 압전 세라믹시트가 적층되어 인가되는 전원에 따라 길이방향으로 신축변형하는 신축 진동모드와 두께방향으로 굴곡변형하는 굴곡 진동모드로 진동하는 된 압전진동체(11)와 상기 압전진동체(11)의 표면 일측에 부착되어 발생하는 진동을 외부로 전달하는 마찰부재(12)로 구성된다. 이때, 전극패턴은 압전진동체(11)에서 발생하는 진동형태, 진동방향, 마찰부재(12)가 장착되는 개수 및 위치 등을 고려하여 압전 세라믹시트의 표면에 다양한 형태로 형성된다.
이러한 구조를 갖는 압전모터(10)에서는, 압전진동체(11)가 두 가지 진동모드르 진동하는 경우, 마찰부재(12)에는 타원운동이 발생하게 되고, 이러한 타원운동은 슬라이더 또는 로터에 전달되어 슬라이드의 직선운동 또는 로터의 회전운동을 가능하게 한다.
그러나, 종래기술에 따른 압전모터(10)는 마찰부재(12)가 압전진동체(11)의 표면에 직접 부착되는 구조를 갖기 때문에, 마찰부재(12)가 압전 세라믹시트에 인쇄된 전극패턴과 접촉함으로써 압전진동체(11)의 진동특성에 영향을 미치는 문제점을 초래하였다. 특히, 마찰부재(12)를 압전진동체(11)에 부착될 때 야기되는 질량변화는 전극패턴에 자극을 주어 압전모터(10)의 구동주파수에 영향을 미치게 되고, 이에 따라 압전모터(10)의 전기적 구동 및 제어를 어렵게 하였다.
한편, 마찰부재(12)와 전극패턴의 직접적인 접촉을 방지하기 위해서는 전극패턴의 인쇄위치를 변경해야 하는데, 압전모터(10)의 소형화 추세에 따라 인쇄위치 변경이 용이하지 않아 패턴 인쇄 자유도가 현저히 저하되는 문제점을 초래하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 압전진동체의 전극패턴과 마찰부재와의 접촉에 의한 진동특성 변화를 최소화할 수 있는 압전모터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전모터는, 전극패턴이 인쇄된 압전시트가 적층된 압전진동체, 상기 압전진동체에 형성된 더미 압전시트층, 및 상기 더미 압전시트층의 외부면에 구비되어, 상기 압전진동체에서 발생한 진동을 외부로 전달하는 마찰부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 압전진동체는 상기 전극패턴에 인가되는 전원에 의해 진동모드를 발생시키고, 상기 압전진동체에서 발생한 진동은 압전시트가 적층된 구조를 갖는 상기 더미 압전시트층을 통해 상기 마찰부재에 전달되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 더미 압전시트층은 두께방향으로 함몰 형성된 오목부를 구비하고, 상기 마찰부재는 상기 오목부에 일부분이 만입 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 더미 압전시트층이 두께방향으로 일부 함몰 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 마찰부재에 대응하는 개수 및 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마찰부재는 원형단면, 타원형 단면 또는 각형단면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 더미 압전시트층에 다수개 형성되며, 상기 마찰부재는 각각의 상기 오목부에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 더미 압전시트층의 길이방향 또는 너비방향 전체를 가로질러 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 더미 압전시트층의 일부영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 상기 더미 압전시트층에 홀 형상으로 형성되고, 상기 마찰부재는 홀 형상을 갖는 상기 오목부에 삽입 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마찰부재는 상기 더미 압전시트층의 외부로 돌출된 부분이 곡면형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부는 내부의 적어도 일부가 입구부보다 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 마찰부재가 압전진동체에 형성된 더미 압전시트층에 구비되기 때문에, 압전진동체의 전극패턴과 마찰부재와의 접촉에 의한 진동특성 변화를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 마찰부재를 더미 압전시트층의 오목부에 만입시켜 고정함으로써 마찰부재의 부착이 구동주파수에 미치는 영향을 최소화할 수 있고, 마찰부재가 더미 압전시트층과 접촉하는 면적이 넓으므로 마찰부재의 부착 강도가 개선될 뿐만 아니라, 마찰부재의 더미 압전시트층에 대한 고정 위치가 일정하여 부착 위치 변화에 따른 공진주파수 변화를 막을 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 오목부 내부의 적어도 일부가 입구부보다 큰 폭을 가짐으로써, 마찰부재가 더미 압전시트층으로부터 이탈하는 현상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면으로, (a)는 분해 사시도, (b)는 결합 사시도, (c)는 정면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 압전모터(100a)에 대해 설명하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 압전모터(100a)는 압전진동체(110), 더미 압전시트층(120), 및 마찰부재(130)를 포함하여 구성된다.
압전진동체(110)는 전원인가시 변형력에 의해 진동(진동모드)을 생성하기 위한 것으로, 전극패턴이 형성된 압전시트(압전세라믹시트)가 적층된 구조를 갖는다. 여기서, 압전시트의 표면에 인쇄되는 전극패턴을 적절히 설정함으로써 압전진동체(110)는 제1 진동모드와 제2 진동모드, 예를 들어 압전진동체(110)의 길이방향으로 발생하는 신축 진동모드와 압전진동체(110)의 두께방향으로 발생하는 굴곡 진동모드를 발생시키게 된다. 그러나, 이러한 제1 및 제2 진동모드는 이에 한정되는 것은 아니며, 마찰부재(130)에 타원운동을 발생시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 한편, 압전진동체(110)의 압전시트의 적층구조와 전극패턴 구조는 다양한 방식으로 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
더미 압전시트층(120)은 마찰부재(130)가 부착되는 공간을 제공하기 위한 것 으로서, 전극패턴이 형성되지 않은 압전시트가 단일 또는 적층된 구조로 압전진동체(110)에 형성된다. 여기서, 더미 압전시트층(120)은 압전진동체(110)와 마찰부재(130) 사이에 구비되어, 마찰부재(130)가 압전진동체(110)에 직접 접촉되는 것을 방지하고, 압전진동체(110)로부터 발생하는 진동을 마찰부재(130)에 전달하게 된다.
마찰부재(130)는 압전진동체(110)로부터 발생하는 진동을 외부(예를 들어, 로터 또는 슬라이드)로 전달하기 위한 것으로서, 더미 압전시트층(120)의 외부면에 구비된다. 이러한 마찰부재(130)는 세라믹 재료 도는 초경합금 등으로 형성된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면으로, (a)는 분해 사시도, (b)는 결합 사시도, (c)는 정면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 압전모터(100b)에 대해 설명하기로 한다. 본 실시예를 설명함에 있어, 이전 실시예와 동일 또는 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 압전모터(100b)는 더미 압전시트층(120)에 두께방향으로 함몰 형성된 오목부(125)가 형성되고, 마찰부재(130)가 오목부(125)에 일부분이 만입 고정된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 오목부(125)에 마찰부재(130)를 만입 고정하는 경우, 마찰부재(130)의 부착시 질량변화에 따른 압전모터(100b)의 구동주파수에 영향을 미치는 현상을 최소화할 수 있 어, 압전모터(100b)의 효과적 구동/제어가 가능하게 된다. 또한, 더미 압전시트층(120)과 마찰부재(130)의 접촉면적이 넓어져 마찰부재(130)의 부착강도가 개선될 뿐만 아니라, 마찰부재(130)가 오목부(125)에 고정되기 때문에 고정위치가 일정하여 부착위치변화에 따른 공진주파수 변화를 막을 수 있게 된다.
여기서, 오목부(125)는 그 내부에 고정되는 마찰부재(130)가 압전진동체(110)의 전극패턴과 접촉하지 않도록, 더미 압전시트층(120)의 두께방향 일부에 함몰 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 오목부(125)는 마찰부재(130)에 대응하는 개수 및 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 마찰부재(130)는 타원운동을 전달하기 위해 접촉하는 로터 또는 슬라이드와의 접촉부위, 접촉개수, 접촉면적 등을 고려하여 하나 이상 구비될 필요가 있는 경우, 각각의 마찰부재(130)가 오목부(125)에 만입 고정될 수 있도록 대응하는 개수로 구비되는 것이 바람직하다. 한편, 도 3에는 마찰부재(130)가 원형단면(또는 타원형 단면)을 갖는 긴 원통형 구조를 갖고, 오목부(125)가 너비방향(또는 길이방향) 전체를 가로질러 오목한 원통 형상으로 형성된 것으로 도시되어 있으나, 마찰부재(130)는 로터 또는 슬라이드와의 접촉부를 고려하여 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 대해서는 도 4에 대한 설명부분에서 더 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 압전모터의 다양한 변형예를 나타내는 결합 사시도이다. 이하, 이를 참조하여 마찰부재(130)와 오목부(125)의 다양한 형상에 대해 설명 하기로 한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 마찰부재(130)는 원형단면 외에도 각형단면(도 4의 (a) 참조)을 가질 수 있다. 또한, 슬라이더 또는 로터와 접촉하는 더미 압전시트층(120)의 외부로 돌출된 부분은 예를 들어, 반원형 단면 또는 타원형 단면과 같이 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다(도 4의 (b) 참조).
한편, 마찰부재(130)가 오목부(125)로부터 이탈하는 현상을 방지하기 위해, 내부의 적어도 일부가 입구부보다 큰 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다(도 4의 (c) 참조). 예를 들어, 오목부(125)는 입구부로부터 내부로 갈수록 그 폭이 넓어지는 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조를 갖는 경우, 오목부(125)가 내부에만입 고정되는 마찰부재(130)의 이탈을 방지하는 앵커역할을 수행할 수 있게 된다. 이때, 마찰부재(130)는 오목부(125)의 측면으로부터 슬라이딩시킴으로써, 오목부(125)에 만입 고정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면으로, (a)는 분해 사시도, (b)는 결합 사시도, (c)는 정면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 압전모터(100c)에 대해 설명하기로 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 압전모터(100c)는 오목부(125)가 더미 압전시트층(120)의 일부영역에 구비되는 것을 특징으로 한다. 즉, 오목부(125)가 더미 압전시트층(120)에 홀 형상으로 형성되고, 마찰부재(130)가 홀 형상을 갖는 오목부(125)에 삽입고정된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 오목부(125)는 더미 압전시트층(120)의 중앙영역에 원형의 홀 형상으로 형성되고, 원기둥 형상(원형 단면 또는 타원형 단면)의 마찰부재(130)가 삽입되는 구조를 가질 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 압전모터의 다양한 변형예를 나타내는 결합 사시도이다. 이하, 이를 참조하여 마찰부재(130)와 오목부(125)의 다양한 형상에 대해 설명하기로 한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 마찰부재(130)는 각기둥 형상(각형 단면)을 가질 수 있다(도 6의 (a)참조), 이때, 슬라이더 또는 로터와 접촉하는 더미 압전시트층(120)의 외부로 돌출된 부분은 예를 들어, 반원형 단면 또는 타원형 단면과 같이 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다(도 6의 (b) 참조).
한편, 마찰부재(130)가 오목부(125)로부터 이탈하는 현상을 방지하기 위해, 내부의 적어도 일부가 입구부보다 큰 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다(도 6의 (c) 참조).
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 압전모터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 압전모터의 다양한 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 압전모터의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 압전모터의 다양한 변형예를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 압전진동체 120 : 더미 압전시트층
125 : 오목부 130 : 마찰부재

Claims (12)

  1. 전극패턴이 인쇄된 압전시트가 적층된 압전진동체;
    상기 압전진동체에 형성된 더미 압전시트층; 및
    상기 더미 압전시트층의 외부면에 구비되어, 상기 압전진동체에서 발생한 진동을 외부로 전달하는 마찰부재를 포함하고,
    상기 더미 압전시트층은 두께방향으로 함몰 형성된 오목부를 구비하고, 상기 마찰부재는 상기 오목부에 일부분이 만입 고정되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전진동체는 상기 전극패턴에 인가되는 전원에 의해 진동모드를 발생시키고,
    상기 압전진동체에서 발생한 진동은 압전시트가 적층된 구조를 갖는 상기 더미 압전시트층을 통해 상기 마찰부재에 전달되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 상기 더미 압전시트층이 두께방향으로 일부 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 압전모터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 상기 마찰부재에 대응하는 개수 및 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰부재는 원형단면, 타원형 단면 또는 각형단면을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 상기 더미 압전시트층에 다수개 형성되며, 상기 마찰부재는 각각의 상기 오목부에 고정되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 상기 더미 압전시트층의 길이방향 또는 너비방향 전체를 가로질러 형성된 것을 특징으로 하는 압전모터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 상기 더미 압전시트층의 일부영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 상기 더미 압전시트층에 홀 형상으로 형성되고, 상기 마찰부재는 홀 형상을 갖는 상기 오목부에 삽입 고정되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰부재는 상기 더미 압전시트층의 외부로 돌출된 부분이 곡면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목부는 내부의 적어도 일부가 입구부보다 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
KR1020090104228A 2009-10-30 2009-10-30 압전모터 KR101055553B1 (ko)

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