KR101273699B1 - 구동장치 - Google Patents

Abstract

안정된 구동이 가능하고 염가의 자주식 구동장치를 제공하기 위해, 구동장치(1)는, 전기기계 변환소자(13)의 일단을 고정하고, 전기기계 변환소자(13)의 타단에 접속된 구동 마찰부재(14)를 전기기계 변환소자(13)의 신축방향 A-B로 이동할 수 있게 보유지지하며, 전기기계 변환소자(13)의 신축방향 A-B로 이동할 수 있게 지지되는 이동체(12)와, 전기기계 변환소자(13)의 신축방향 A-B로 대상으로 연신해서 구동 마찰부재(14)를 끼워 넣는 1쌍의 주판스프링(8) 및, 주판스프링(8)을 단변 방향으로 한쪽 지지로 보유지지하는 베이스 부재(11)를 갖고, 주판스프링(8)의 바깥쪽으로 각각 배치되고, 주판스프링(8)의 양단부에 대해서만 탄성력을 발휘하는 보조스프링(9)을 더 갖는다.

Description

구동장치{DRIVE DEVICE}

본 발명은 구동장치에 관한 것으로, 특히 전기기계 변환소자를 이용한 자주식(self-propelled) 구동장치에 관한 것이다.

압전소자 등의 전기기계 변환소자에 의한 구동 마찰부재의 미끄럼 이동에 의해 이동체를 위치결정하는 구동장치가 공지되어 있는 바, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 압전소자가 이동하지 않는 임팩트식의 구동장치와, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 압전소자가 이동체에 보유지지되어 이동체와 함께 이동하는 자주식 구동장치가 있다.

특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 종래의 자주식 구동장치에서는 구동 마찰부재가 미끄러져 움직이는 고정 안내부재와, 구동 마찰부재를 고정 안내부재에 누르도록 힘이 인가된 힘 인가 안내부재를 이용한다.

그러나, 종래의 구동장치에서는 이동체가 구동하는 스테이지와 같은 피구동부재의 가동 방향과 고정 안내부재의 설치 방향을 완전히 일치시키지 않으면, 구동 마찰부재와 고정 안내부재의 마찰력이 일정하게 유지되지 않아, 안정된 구동이 될 수 없게 된다.

또, 고정 안내부재 및 힘 인가 안내부재는 강성이 높고 마찰력이 안정된 재질로 형성될 필요가 있어, 구동장치의 코스트를 끌어 올리는 요인으로 되고 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 제2004-80964호 공보

특허문헌 2 : 일본국 특허공개 평10-225150호 공보

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 안정된 구동이 가능하고 염가인 자주식 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구동장치는, 전기기계 변환소자의 일단을 고정하고, 상기 전기기계 변환소자의 타단에 접속된 구동 마찰부재를 상기 전기기계 변환소자의 신축 방향으로 이동할 수 있게 보유지지하며, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향으로 이동할 수 있게 지지되는 이동체와, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향으로 대상으로 연신해서 상기 구동 마찰부재를 끼워 넣는 1쌍의 판스프링 및, 상기 판스프링을 단변 방향으로 한쪽 지지로 유지하는 베이스 부재를 갖춘 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 구동 마찰부재를 1쌍의 판스프링에 끼워 넣어 보유지지하기 때문에, 구동 마찰부재가 판스프링의 법선방향으로 다소 위치가 어긋나도, 판스프링이 구동 마찰부재를 좁게 유지하는 힘이 변동되지 않아, 안정된 마찰력을 발휘할 수 있게 된다. 이 때문에, 판스프링이 보유지지되는 방향과, 이동체의 이동할 수 있는 방향이 엄밀하게 일치하지 않아도, 이동체를 일정한 힘으로 구동시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 구동장치는 구동 마찰부재를 직접 판스프링에 좁게 유지하기 때문에, 구조가 간단하면서 염가로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 구동장치에 있어서, 상기 판스프링의 바깥쪽에 각각 배치되고, 상기 판스프링의 양단부에 대해서만 탄성력을 발휘하는 보조 스프링을 더 갖추어도 된다.

이 구성에 의하면, 판스프링의 양단부에서 판스프링이 구동 마찰부재를 좁게 유지하는 힘을 보조 스프링이 보강한다. 이에 의해, 판스프링이 길이방향으로 만곡해서 양단에서 구동 마찰부재를 좁게 유지하는 힘이 감소하는 것을 방지하여, 이동체의 위치에 관계없이 일정한 구동력을 발생시킬 수가 있게 된다.

또, 본 발명의 구동장치에 있어서, 상기 판스프링은 자유단의 선단이 각각 바깥쪽으로 절곡되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 판스프링이 길이 방향으로 만곡하기 어렵게 되어, 판스프링의 위치에 의해 구동 마찰부재를 좁게 유지하는 힘이 변화되기 어렵고 된다. 이에 의해, 이동체의 위치에 관계없이 일정한 구동력을 발생시킬 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 이동체의 구동 마찰부재를 1쌍의 판스프링에 끼워 넣기 때문에, 이동체의 이동방향과 판스프링의 고정 방향의 방향이 완전히 일치하지 않아도 이동체의 위치에 관계없이 일정한 구동력을 발생시킬 수 있어, 안정된 구동이 가능하고 염가의 자주식 구동장치를 제공할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태의 구동장치의 분해사시도,

도 2는 주판스프링 및 보조 스프링의 상세 사시도,

도 3은 도 1의 이동 유니트의 단면도,

도 4는 도 1의 구동장치를 구동하는 위한 구동회로의 회로도,

도 5는 도 4의 구동회로의 구동 전압 신호를 나타낸 타임 차트,

도 6은 도 5와 역방향으로 이동시키는 경우의 구동 전압 신호를 나타낸 타임 차트,

도 7은 도 1의 주판스프링 및 보조 스프링에 의한 가압력의 분포를 나타낸 도면,

도 8은 도 3의 대안으로 되는 주판스프링의 사시도이다.

(도면참조부호의 설명)

1 --- 구동장치

8 --- 주판스프링

9 --- 보조 스프링

11 --- 베이스 부재

12 --- 이동체

13 --- 압전소자(전기기계 변환소자)

14 --- 구동 마찰부재

이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1에 본 발명의 1실시형태의 구동장치(1)를 나타낸다. 구동장치(1)는 대좌(2;臺座) 상에서 스테이지(3)를 화살표 A-B 방향으로 위치결정하는 것이다. 스테이지(3)는 대좌(2)에 설치된 안내 블록(4)에 미끄러져 움직일 수 있게 걸어 맞추어지는 미끄럼 운동 블록(5)를 갖고, 대좌(2)에 대해 화살표 A- B 방향으로만 이동할 수 있게 조립된다.

스테이지(3)에는 이동 유니트(6)가 볼트(7)로 고정된다. 대좌(2)에는 이동 유니트(6)를 끼워 넣는 1쌍의 주판스프링(8)과, 주판스프링(8)의 바깥쪽으로 각각 배치되는 보조 스프링(9)을 나사(10)에 의해 조여 보유지지하는 베이스 부재(11)가 고정되어 있다. 즉, 이동 유니트(6)는 주판스프링(8) 및 보조 스프링(9)을 펴서 넓히는 것과 같이, 주판스프링(8)의 사이에 개재해서, 주판스프링(8) 및 보조 스프링(9)의 탄성에 의한 반력(反力)에 의해 끼워져 들어가 있다.

주판스프링(8)은 본 발명에 있어서 판스프링으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 대상(臺狀)의 금속판으로 이루어지고, 단변 방향으로 한쪽 지지(cantilever)가 되도록, 아래쪽이 베이스 부재(11)에 보유지지되어 있다. 또한, 주판스프링(8)은 베이스 부재(11)에 보유지지되어 있지 않은 자유단인 위쪽의 선단부가 약 45°바깥쪽으로 전체 길이에 걸쳐 절곡되어 있다.

보조 스프링(9)은 주판스프링(8)의 바깥쪽으로 겹쳐 베이스 부재(11)에 한쪽 지지로 보유지지되어 있다. 보조 스프링(9)은 주판스프링(8)의 장변 방향의 양단부에 겹쳐지는 부분만이 주판스프링(8)의 단변 방향의 상단 근방까지 연신되고, 중앙부는 베이스 부재(11)로부터 위쪽으로 거의 돌출되지 않는다.

베이스 부재(11)는 주판스프링(8)을 스테이지(3)의 이동할 수 있는 A-B 방향과 평행하게 보유지지하도록 대좌(2)에 대해 고정되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이동 유니트(6)는 대략 직방체인 금속 블록으로 이루어진 이동체(12)에 압전소자(13)와 구동 마찰부재(14)를 수용한 것이다.

압전소자(13)는 본 발명에 있어서 전기기계 변환소자로서, 일단이 이동체(12)에 고정되어 있고, 리드선(15) 및 플렉시블 기판(16)을 매개로 구동 전압이 인가되는 것으로, 스테이지(3)의 이동방향과 같은 A-B 방향으로 신축한다.

구동 마찰부재(14)는, 예컨대 카본 파인으로 형성되고, 이동체(12)로부터 측방으로 돌출해서 주판스프링(8)에 끼워져 들어가는 마찰부(14a)와, 마찰부(14a)로부터 압전소자(13)의 신축방향 양쪽으로 돌출해서 이동체(12) 및 이동체(12)의 단부에 나사(17)로 고정한 밀봉판(18)에 각각 미끄럼 운동이 가능하게 지지되는 축부(14b 및 14c)로 되어 있다. 구동 마찰부재(14)는 한쪽 축부(14b)가 압전소자(13)의 이동체(12)에 고정된 단부와 반대측의 단부에 접속되어 있고, 압전소자(13)의 신축에 의해 이동체(12)의 내부에서 A-B 방향[압전소자(13)의 신축방향]으로 진동하게 된다.

도 4에 압전소자(13)에 전압을 인가하는 구동회로를 나타낸다. 이 구동회로는 Vp(V)의 전원과, 4개의 FET(19,20,21,22) 및, FET(19,20,21,22)를 스위칭하는 제어신호(Sc1,Sc2,Sc3,Sc4)를 출력하는 제어회로(23)로 이루어져 있다. 구동회로는 제어신호(Sc1,Sc2,Sc3,Sc4)의 조합에 의해 압전소자(13)의 양 단자 사이에 인가되는 구동전압(Vload)을 +Vp(V), -Vp(V) 또는 O(V)로 절환할 수가 있다.

구동장치(1)에 있어서, 스테이지(3)를 화살표 A방향으로 구동하는 경우, 구동회로는 압전소자(13)에 도 5에 나타낸 바와 같은 구동 전압(Vload)을 인가한다. 도 5에 있어서, 구동회로는 압전소자(13)에, 먼저 시간 t1 만큼 +Vp(V)를 인가하고, 계속해서 시간 t2 만큼 -Vp(V)를 인가하며, 더욱이 시간 t3 만큼 O(V)을 인가한다.

압전소자(13)는, 먼저 시간 t1에서 무전압의 표준 길이로부터 +Vp(V)가 인가되어 최대 길이로 신장하고, 계속해서 시간 t2에서 -Vp(V)가 인가되어 최소 길이까지 수축하며, 시간 t3에서 무전압의 표준 길이로 되돌려진다. 이때, 구동 전압(Vload)이 0(V)로부터 Vp(V)로, 또는 -Vp(V)로부터 0(V)로 증가하는 경우, 그 전압 변화가 작기 때문에, 압전소자(13)는 비교적 완만하게 신장된다. 한편, 구동 전압(Vload)이 +Vp(V)로부터 -Vp(V)로 감소할 때는, 그 전압 변화가 크기 때문에, 압전소자(13)는 비교적 급하게 수축된다.

시간 t1 및 시간 t3에서, 압전소자(13)가 완만하게 신장하는 경우, 구동 마찰부재(14)의 마찰부(14a)가 주판스프링(8)에 좁게 유지되어 있기 때문에 이동체(12)가 베이스 부재(11)에 대해 화살표 A방향으로 이동시켜지게 된다. 또한, 시간 t2에서 압전소자(13)가 급하게 수축되는 경우, 이동체(12)의 관성력이 구동 마찰부재(14)의 마찰부(14a)와 주판스프링(8) 사이의 마찰력에 우수해서, 이동 체(12)가 그 장소에 머물러 구동 마찰부재(14)의 마찰부(14a)를 주판스프링(8) 사이에서 화살표 A방향으로 미끄러져 이동시킨다. 이 시간 t1,t2,t3를 합계한 시간 Td에 있어서 이동체(12), 즉 스테이지(3)의 이동량은 압전소자(13)의 길이 변화와, 구동 마찰부재(14)의 마찰부(14a)와 주판스프링(8) 사이의 마찰력에 의해 결정된다. 따라서, 구동회로는 이 동작 시간 Td에 있어서 일련의 전압 변화를 1회의 구동 동작으로 하고, 스테이지(3)를 이동해야 할 거리에 따라 일련의 구동 동작을 반복한다.

구동장치(1)에 있어서, 스테이지(3)를 화살표 B방향으로 이동시키는데에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어신호(Sc1,Sc2)의 출력 타이밍과 제어신호(Sc3,Sc4)의 출력 타이밍을, 스테이지(3)를 화살표 A방향으로 이동시키는 경우와 역으로 하면 된다. 이 경우, 압전소자(13)의 신축 파형은 도 5의 구동 전압에 의한 구동 때과는 역으로 완만하게 수축하고, 급하게 신장하기 때문에, 이동체(12)가 베이스 부재(11)에 대해 화살표 B방향으로 이동시켜지게 된다. 이 경우의 이동체(12) 및 스테이지(3)의 1 구동 동작 당 이동량은 구동 마찰부재(14)와 주판스프링(8) 사이의 마찰력이 일정하면, 도 5의 경우와 역방향으로 같은 거리로 된다.

도 7에 구동 마찰부재(14)가 좁게 지지되는 위치(보유지지 위치)에 의한 주판스프링(8)의 구동 마찰부재(14)에 대한 가압력의 변화, 즉 주판스프링(8) 및, 보조 스프링(9)의 장변 방향의 탄성력의 분포를 나타낸다. 주판스프링(8)은 단변 방향으로 휘어져 구동 마찰부재(14)를 가압하지만, 장변 방향으로도 휘어질 수 있다. 이 때문에, 보조 스프링(9)이 없을 때에는 구동 마찰부재(14)를 보유지지하 고 있는 부분의 근방만이 단변 방향으로 휘어져 가압력을 발휘하는 것으로 된다. 즉, 주판스프링(8)은 구동 마찰부재(14)를 그 장변 방향의 양단부에서 보유지지할 때는, 장변 방향 한쪽 편에서 휘어지는 것이 가능한 부분이 적기 때문에, 단변 방향으로 휘어지는 실효길이가 짧아지게 되어 가압력이 작아지게 된다.

본 실시형태에서는, 주판스프링(8)의 단변 방향의 선단을 절곡하고 있기 때문에, 절곡 부분이 주판스프링(8)의 장변 방향의 휨을 억제하는 리브로서 작용해서, 구동 마찰부재(14)의 위치에 의한 주판스프링(8)의 가압력의 변화를 작게하고 있다. 그러나, 이에 의해서도, 도 7에 도시된 바와 같이, 주판스프링(8)의 양단부에서 가압력이 감소하는 것을 피할 수 없다.

그래서, 본 실시형태에서는 주판스프링(8)의 바깥쪽에 보조 스프링(9)이 배치되어 있다. 보조 스프링(9)은 양단부 만이 단변 방향 위쪽으로 연신되어, 주판스프링(8)에 대해 탄성력을 발휘할 수 있다. 즉, 보조 스프링(9)은 양 단부에서만 주판스프링(8)을 지지해서, 주판스프링(8)을 매개로 구동 마찰부재(14)를 가압하도록 작용한다. 이 때문에, 도 7에 도시된 바와 같이, 주판스프링(8)과 보조 스프링(9)에 의한 가압력은 구동 마찰부재(14)의 위치에 따라 거의 변화하지 않는다. 이에 따라, 주판스프링(8)과 구동 마찰부재(14) 사이의 마찰력이 이동 유니트(6)의 위치에 따라 변화하는 것이 없고, 상기 시간 Td의 1 구동동작 당 스테이지(3)의 이동량은 그 위치에 의하지 않고 항상 일정하다.

또한, 이동 유니트(6)의 양측이 탄성변형 가능한 주판스프링(8)에 끼워 넣어져 있기 때문에, 안내 블록(4)과 베이스 부재(11)의 설치 방향에 수평방향의 어긋 남이 있어도, 주판스프링(8)의 단변 방향의 탄성변형 범위 내이면, 구동 마찰부재(14)에 대한 가압력이 거의 변화하는 것이 없어, 구동장치(1)의 구동성능에 제조오차가 적다.

또한, 주판스프링(8)의 선단을 바깥쪽으로 절곡한 것으로, 베이스 부재(11)에 주판스프링(8) 및 보조 스프링(9)을 고정한 상태에서, 이동 유니트(6)를 위쪽으로부터, 1쌍의 주판스프링(8)의 사이에 용이하게 삽입할 수가 있어, 구동장치(1)의 조립이 간단하다.

한편, 본 실시형태에 나타낸 보조 스프링(9) 대신, 주판스프링(8)의 장변 방향의 양단부에 A-B 방향으로 짧은 판스프링을 각각 배치하여도 된다. 또, 주판스프링(8)의 장변 방향의 양단부에만 탄성력을 발휘하는 압축 스프링과 같은 다른 종류의 스프링을 이용하여도 된다.

또한, 보조 스프링(9)을 이용하지 않고도, 도 8에 나타낸, 주판스프링(8')을 이용함으로써 구동 마찰부재(14)에 대한 가압력을 일정하게 유지할 수 있다. 이 주판스프링(8')은 탄성변형하는 부분에 탄성력을 줄이기 위한 관통구멍(8a)을 설치하고 있고, 중앙부의 관통구멍(8a)을 크게, 양단부의 관통구멍(8a)을 작게 하고 있다.

더욱이, 주판스프링(8')은 관통구멍(8a) 대신, 관통하지 않는 복수의 구멍 또는 홈을 형성하여도 되고, 구멍 또는 홈의 크기를 변화시키지 않고서 그 깊이나 수를 변화시켜도 된다. 또한, 주판스프링(8')은 그 판두께가 양단부에서 두껍고 되도록 형성하여도 된다.

Claims (3)

1. 전기기계 변환소자의 일단을 고정하고, 상기 전기기계 변환소자의 타단에 접속된 구동 마찰부재를 상기 전기기계 변환소자의 신축 방향으로 이동할 수 있게 보유지지하며, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향으로 이동할 수 있게 지지되는 이동체와,

   상기 전기기계 변환소자의 신축방향으로 대상으로 연신해서 상기 구동 마찰부재를 끼워 넣는 1쌍의 판스프링 및,

   상기 판스프링을 단변 방향으로 한쪽 지지로 유지하는 베이스 부재를 갖추되,

   상기 판스프링의 바깥쪽에 각각 배치되고, 상기 판스프링의 양단부에 대해서만 탄성력을 발휘하는 보조 스프링을 더 갖춘 것을 특징으로 하는 구동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 판스프링은 자유단의 선단이 각각 바깥쪽으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
3. 삭제

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