KR101177231B1 - 보이스 코일 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 보이스 코일 모터는 외면에 코일이 장착되는 보빈과, 상기 보빈의 외면을 따라 배치되어 상기 코일과 대면하는 적어도 하나의 영구자석과, 상기 보빈에 결합되는 렌즈 유닛을 포함하며, 상기 렌즈 유닛의 외주면에는 적어도 하나의 돌기가 형성되고, 상기 보빈의 내주면에는 상기 돌기가 접하여 이동할 수 있는 단턱이 연속되게 형성되며, 상기 보빈의 일측 내경은 상기 단턱이 형성된 상기 보빈의 타측 내경에 비하여 크다.

Description

보이스 코일 모터{VOICE COIL MOTOR}

본 발명은 휴대 전화, 휴대용 컴퓨터 등과 같은 소형화 및 슬림화를 추구하는 장치에 내장되는 카메라 모듈의 액추에이터로 사용되는 보이스 코일 모터에 관한 것이다.

일반적으로 휴대 전화기의 카메라나 디지털 카메라와 같은 소형 광학 기기에 사용되는 카메라 모듈에는 배율 조정이나 초점 조절을 위하여 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor, 이하 'VCM')가 각광을 받고 있다.

상기 VCM은 스피커의 보이스 코일에 흐르는 음성 전류와 영구 자석에서 플레밍의 왼손 법칙에 의하여 발생하는 자기력을 이용하여 스피커의 진동판이 앞뒤로 진동하는 것에 착안하여 개발된 모터이다.

상기 VCM은 전기 소모량이 적고, 부피도 작으며, 작동 변위가 정확하면서도 가격이 저렴하므로, 상기 카메라 모듈에서 렌즈의 이동과 같이 비교적 짧은 거리를 정밀하게 직선으로 이동시키는 카메라의 자동초점조절장치 등에 사용된다.

상기 VCM의 구성부품 중에는 렌즈 유닛과, 상기 렌즈 유닛을 내장하여 하우징 내에서 왕복 직선 운동하는 보빈이 포함되며, 상기 렌즈 유닛의 외면과 상기 보빈의 내면에는 각각 나사산 가공이 되어 나사 결합된다.

이때, 상기 나사산은 상기 렌즈 유닛의 외면 전체와 상기 보빈의 내면 전체에 걸쳐 형성되어야 하는데, 실제 초기 초점을 맞추기 위하여 상기 렌즈 유닛이 사용하는 상기 나사산의 피치는 0.1~0.2mm 정도에 지나지 않는다.

따라서, 상기 나사산은 상기 보빈과 상기 렌즈 유닛 모두 그 치수 관리를 정확하게 하기 힘들 뿐 아니라, 나사 결합에 따른 마모 및 이물질 혼입 등으로 인하여 작동 오차 및 고정이 발생할 수도 있다.

그리고, 상기 나사산은 상기 보빈과 상기 렌즈 유닛이 모두 합성수지로 이루어진 사출물이므로, 열변형에 따른 치수의 오차가 발생하기 쉽고 금형의 코어인 나사산을 분리할 때도 변형이 발생할 우려가 있다.

또한, 상기 나사산은 상기 보빈과 상기 렌즈 유닛을 결합하고 고정시킬 때 상기 나사산 전체에 접착제가 도포되어야 하므로 불필요한 재료의 낭비가 불가피할 뿐 아니라, 도포된 접착제가 흘러내려 센서나 정밀 부품을 오염시킬 우려도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로 치수 관리가 간편하고 제조시 변형 및 마모를 미연에 방지할 수 있도록 하는 보이스 코일 모터를 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 불필요한 재료의 낭비를 줄이고, 제품의 결합과 실링이 깔끔하고 효율적으로 이루어지는 보이스 코일 모터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예로, 본 발명의 보이스 코일 모터는 외면에 코일이 장착되는 보빈과, 상기 보빈의 외면을 따라 배치되어 상기 코일과 대면하는 적어도 하나의 영구자석과, 상기 보빈에 결합되는 렌즈 유닛을 포함하며, 상기 렌즈 유닛의 외주면에는 적어도 하나의 돌기가 형성되고, 상기 보빈의 내주면에는 상기 돌기가 접하여 이동할 수 있는 단턱이 연속되게 형성되며, 상기 보빈의 일측 내경은 상기 단턱이 형성된 상기 보빈의 타측 내경에 비하여 크다.

일 실시예로, 상기 단턱은 상기 보빈의 내주면에 상기 보빈의 왕복 방향을 따라 일정한 패턴이 반복된다.

일 실시예로, 상기 단턱은 상기 보빈의 일측을 향하여 경사진 원호의 일단과 상기 보빈의 이동방향과 평행한 직선의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성된다.

다른 실시예로, 상기 단턱은 일측으로 볼록한 원호의 일단과 타측으로 볼록한 원호의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성된다.

또 다른 실시예로, 상기 단턱은 상기 보빈의 일측을 향하여 경사진 직선의 일단과 상기 보빈의 타측을 향하여 경사진 직선의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성된다.

여기서, 상기 단턱의 일정한 패턴은 0.3 내지 0.4mm의 피치를 형성한다.

이때, 상기 렌즈 유닛의 타측 외면을 따라 장착되는 오링을 포함한다.

또한, 상기 돌기는 2 내지 6개이다.

본 발명은 상기와 같이 렌즈 유닛의 일측 외면에 돌출된 돌기가 보빈의 내면에 일정한 형상으로 반복 배치되는 단턱을 따라 이동하면서 상기 렌즈 유닛의 최초 초점을 맞추는 구조를 채택하여 제작단계에서 변형 및 마모 우려가 있으며 복잡한 형상의 나사산을 형성할 필요가 없으므로, 치수 관리와 상호 체결이 편리하며 최초 초점을 용이하고 효율적으로 맞출 수 있다.

그리고, 본 발명은 렌즈 유닛의 타측 외면에 오링을 장착하고 상기 보빈의 타측 내면에 밀착 고정되는 방식을 채택하여 렌즈의 고정에 사용되는 상기 접착제로 인한 부품의 오손을 방지하고 이물질의 혼입을 미연에 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 전체적인 구성을 나타낸 단면 개념도이며, 도 2는 본 발명의 주요부인 보빈과 렌즈 유닛의 결합관계를 나타낸 부분 절개 사시도이다.

본 발명은 코일(600)이 장착되고 단턱(202)이 형성된 보빈(200), 보빈(200)과 대면하는 영구자석(500), 돌기(402)가 마련된 렌즈 유닛(400)을 포함한다.

참고로, 도 1에서 미설명 부호로 700은 CCD센서 또는 CMOS센서와 같은 이미지 센서를, 800은 상기 이미지 센서(700)가 감지하는 가시광선과 근적외선 및 적외선 파장 중 상기 근적외선 및 적외선 파장을 차단하기 위한 IR 필터를 각각 나타낸다.

보빈(200)은 외측에 코일(600)이 고정되고, 영구자석(500)과 대면하여 발생되는 기전력으로 후술할 하우징(100) 내에서 왕복 이동하는 것으로, 후술할 렌즈 유닛(400)의 최초 초점을 맞추기 위하여 렌즈 유닛(400)이 장착되는 공간을 제공한다.

렌즈 유닛(400)은 보빈(200)의 내면과 결합하여 최초 초점이 맞춰진 상태에서 고정되며, 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상을 맺히게 한다.

여기서, 렌즈 유닛(400)의 일측 외면에는 적어도 하나의 돌기(402)가 돌출되고, 보빈(200)의 내면에는 보빈(200)의 왕복 방향을 따라 일정한 패턴이 반복되는 단턱(202)이 형성된다.

따라서, 렌즈 유닛(400)의 돌기(402)가 단턱(202)을 따라 이동하면서 렌즈 유닛(400)의 최초 초점을 맞출 수 있게 되므로, 복잡한 나사산의 가공을 렌즈 유닛(400)의 외면과 보빈(200)의 내면에 실시할 필요가 없다.

이때, 보빈(200)의 일측 내경(d)은 단턱(202)이 형성된 보빈(200)의 타측 내경(d')에 비하여 크며, 상기 일측 내경(d)은 렌즈 유닛(400)의 외경과 돌기(402)의 돌출 높이와 대응한다.

또한, 보빈(200)의 타측 내경(d')은 렌즈 유닛(400)의 외경과 대응하며 렌즈 유닛(400)의 외면이 보빈(200)의 내면, 즉 도 2와 같이 상기 타측 내경(d')을 지닌 내면에 밀착된다.

본 발명은 상기와 같은 구성으로 적용 및 실시가 가능하며, 다양한 실시예의 적용을 위하여 도 3 내지 도 8을 참고로 하여 아래와 같이 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 주요부인 보빈과 렌즈 유닛이 결합하는 다양한 실시예를 나타낸 것으로, 도 3, 도 5 및 도 7은 분해 사시도이고, 도 4, 도 6 및 도 8은 본 발명의 주요부인 보빈 내측에 형성된 단턱의 패턴을 실시예별로 전개하여 나타낸 개념도이다.

도 3 내지 도 8에서 표기되지 않은 도면의 부호는 도 1 및 도 2를 참고한다.

요크(900)는 코일(600)과 대면하는 적어도 하나의 영구자석(500)을 내장하고 보빈(200)의 외면을 감싸며 코일(600)과 영구자석(500)의 기전력으로 발생하는 자기장의 자로(磁路)를 형성한다.

하우징(100)은 요크(900)와 영구자석(500)을 고정하고 보빈(200)과 함께 후술할 스프링(300, 300'), 렌즈 유닛(400) 등을 수용하는 공간이 형성된다.

스프링(300, 300')은 하우징(100)에 내장되어 도시된 바와 같이 보빈(200)의 양단부 가장자리에 각각 결합되어 탄성 변형과 탄성 복원을 허용하면서 보빈(200)의 왕복을 지지한다.

렌즈 유닛(400)은 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상을 맺히게 하며 몸체(410)와 렌즈(420)를 포함한다.

몸체(410)는 일측이 밀폐되고 타측이 개방된 원통 형상의 것으로, 몸체(410)의 밀폐된 일측면에는 촛점구멍(412)이 관통된다.

몸체(410)에 마련된 돌기(402)는 보빈(200)의 단턱(202)을 따라 원활하게 이동하도록 안내하면서 동시에 렌즈 유닛(400)의 외면과 보빈(200)의 내면이 일정 간격을 유지하도록 하는 간격 유지구, 즉 스페이서의 역할도 한다.

이를 위하여, 돌기(402)는 편의에 따라 몸체(410) 외면에 2 내지 6개 정도로 적절히 가감하여 형성할 수 있으며, 통상 업계에서는 단턱(202)의 패턴에 따른 원 활한 이동과 일정한 간격의 유지를 위하여 3 내지 4개 정도 형성한다.

렌즈(420)는 몸체(410)에 내장되며 보빈(200)의 왕복에 따라 초점을 맞추는 역할을 한다.

본 발명에서는 간략하게 렌즈(420)를 볼록 렌즈만 장착된 것으로 도시하였으나, 고배율의 영상 촬영을 위하여 특별히 도시하지 않았으나 볼록렌즈와 오목렌즈를 적절하게 조합하여 몸체(410)에 내장시킨다.

몸체(410)에는 일측 외면을 따라 돌출된 적어도 하나 이상의 돌기(402)와 함께 타측 외면을 따라 오링(401)이 장착된다.

오링(401)은 천연고무, 합성고무 또는 합성수지로 제작된 탄성을 지닌 것으로 몸체(410)의 타측 외면에 장착되어 보빈(200)의 내면에 밀착되어 실링 작용을 지속한다.

즉, 오링(401)은 접착제가 경화되기 전에 렌즈(402)가 장착되어야 하는 정확한 위치로부터 벗어나거나 어긋나는 문제를 보빈(200)의 내면과 밀착하여 발생하는 마찰력으로 방지하면서 접착제가 흘러내리는 것도 방지한다.

또한, 오링(401)은 보빈(200)의 내면에 몸체(410)를 밀착 고정시키면서 몸체(410) 내측 및 하우징(100) 내로 먼지가 유입되거나 사출 성형에서 발생하는 버(burr)와 같은 이물질이 혼입되는 것을 방지한다.

한편, 본 발명의 주요부인 보빈(200)에 형성된 단턱(202)은 도 3 및 도 4와 같이 보빈(200)의 일측을 향하여 경사진 원호의 일단과 보빈(200)의 이동방향과 평행한 직선의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성된다.

즉, 상기 일 패턴은 전체적으로 톱니 형상을 이루면서 편향성을 가지고 렌즈 유닛(400)을 일방향으로 회전시킬 수 있게 하며 상기 톱니 형상의 높이, 즉 상기 직선의 길이에 따라 초기 초점을 맞출 수 있다.

도 1을 참고로 하여 보빈(200)이 도면상에서 상하로 하우징(100)에서 왕복한다고 가정하면 상기 직선의 길이, 즉 보빈(200)의 이동방향을 따라 상기 일 패턴의 최고점과 최저점 사이의 거리(h)는 0.3 내지 0.4mm이다.

상기 거리(h)의 범위는 실제 렌즈 유닛(400)으로 초점을 맞추는데 필요한 일반적인 나사산의 피치가 대략 0.1 내지 0.2 mm인 것을 감안하여 약간의 여유를 잡은 것이다.

그리고, 단턱(202)은 도 5 및 도 6과 같이 일측으로 볼록한 원호의 일단과 타측으로 볼록한 원호의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성된다.

즉, 상기 일 패턴은 전체적으로 물결 형상을 이루면서 방향성이 없이 물결의 고저에 따라 어느 지점에서든 초기 초점을 맞출 수 있다.

도 1을 참고로 하여 보빈(200)이 도면상에서 상하로 하우징(100)에서 왕복한다고 가정하면 상기 고저의 길이, 즉 보빈(200)의 이동방향을 따라 상기 일 패턴의 최고점과 최저점 사이의 거리(h)는 0.3 내지 0.4mm이다.

상기 거리(h)의 범위는 실제 렌즈 유닛(400)으로 초점을 맞추는데 필요한 일반적인 나사산의 피치가 대략 0.1 내지 0.2 mm인 것을 감안하여 약간의 여유를 잡은 것이다.

또한, 단턱(202)은 도 7 및 도 8과 같이 보빈(200)의 일측을 향하여 경사진 직선의 일단과 보빈(200)의 타측을 향하여 경사진 직선의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성된다.

즉, 상기 일 패턴은 전체적으로 산[山]과 골[谷]이 반복하여 전체적으로 톱니 형상을 이루되 도 3 및 도 4에 도시된 일 패턴의 편향성은 보이지 않고, 또한 도 5 및 도 6에 도시된 일 패턴의 비선형성에 비하여 선형성을 보이면서 상기 산과 골의 어느 지점에서든 초기 초점을 맞출 수 있다.

도 1을 참고로 하여 보빈(200)이 도면상에서 상하로 하우징(100)에서 왕복한다고 가정하면 상기 산과 골과의 거리, 즉 보빈(200)의 이동방향을 따라 상기 일 패턴의 최고점과 최저점 사이의 거리(h)는 0.3 내지 0.4mm이다.

상기 거리(h)의 범위는 실제 렌즈 유닛(400)으로 초점을 맞추는데 필요한 일반적인 나사산의 피치가 대략 0.1 내지 0.2 mm인 것을 감안하여 약간의 여유를 잡은 것이다.

이상과 같이 본 발명은 치수 관리가 간편하고 제조시 변형 및 마모를 미연에 방지할 수 있고, 제품의 결합과 실링이 깔끔하고 효율적으로 이루어지는 보이스 코일 모터를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 전체적인 구성을 나타낸 단면 개념도

도 2는 본 발명의 주요부인 보빈과 렌즈 유닛의 결합관계를 나타낸 부분 절개 사시도

도 3 내지 도 8은 본 발명의 주요부인 보빈과 렌즈 유닛이 결합하는 다양한 실시예를 나타낸 것으로,

도 3, 도 5 및 도 7은 분해 사시도

도 4, 도 6 및 도 8은 본 발명의 주요부인 보빈 내측에 형성된 단턱의 패턴을 실시예별로 전개하여 나타낸 개념도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...하우징 200...보빈

202...단턱 300, 300'...스프링

400...렌즈 유닛 401...오링

402...돌기 410...몸체

412...촛점 구멍 420...렌즈

500...영구자석 600...코일

700...이미지 센서 800...IR 필터

900...요크

Claims (11)

1. 외면에 코일이 장착되는 보빈;

   상기 보빈의 외면을 따라 배치되어 상기 코일과 대면하는 적어도 하나의 영구자석;

   상기 보빈에 결합되는 렌즈 유닛;을 포함하며,

   상기 렌즈 유닛의 외주면에는 적어도 하나의 돌기가 형성되고,

   상기 보빈의 내주면에는 상기 돌기가 접하여 이동할 수 있는 단턱이 연속되게 형성되며,

   상기 보빈의 일측 내경은 상기 단턱이 형성된 상기 보빈의 타측 내경에 비하여 큰 보이스 코일 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보빈은 상기 코일과 상기 영구자석의 기전력으로 발생하는 자기장의 자로를 형성하며 상기 영구자석이 내장되는 요크에 수용되는 보이스 코일 모터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 요크와 상기 영구자석을 고정하고 상기 보빈과 상기 요크를 수용하는 하우징을 더 포함하는 보이스 코일 모터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 하우징은 상기 보빈과 연결되게 상기 하우징에 내장되어 상기 보빈의 왕복을 지지하는 스프링을 더 포함하는 보이스 코일 모터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 단턱은 상기 보빈의 내주면에 상기 보빈의 왕복 방향을 따라 일정한 패턴이 반복되는 보이스 코일 모터.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 단턱은,

   상기 보빈의 일측을 향하여 경사진 원호의 일단과 상기 보빈의 이동방향과 평행한 직선의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성되고,

   상기 렌즈 유닛의 타측 외면은 상기 보빈의 타측 내면에 접촉하는 보이스 코일 모터.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 단턱은,

   일측으로 볼록한 원호의 일단과 타측으로 볼록한 원호의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성되고,

   상기 렌즈 유닛의 타측 외면은 상기 보빈의 타측 내면에 접촉하는 보이스 코일 모터.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 단턱은,

   상기 보빈의 일측을 향하여 경사진 직선의 일단과 상기 보빈의 타측을 향하여 경사진 직선의 일단이 연결되는 일 패턴이 반복하여 형성되고,

   상기 렌즈 유닛의 타측 외면은 상기 보빈의 타측 내면에 접촉하는 보이스 코일 모터.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 단턱의 일정한 패턴은 0.3 내지 0.4mm의 피치를 형성하는 보이스 코일 모터.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 렌즈 유닛의 타측 외면을 따라 장착되는 오링을 포함하는 보이스 코일 모터.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 돌기는 2 내지 6개인 보이스 코일 모터.

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