KR101306993B1 - 변위 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 변위 증폭기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 증폭기의 증폭 비율을 높일 수 있는 변위 증폭기에 관한 것이며, 이를 위하여 변위 출력을 생성하는 아웃풋; 아웃풋의 양단에서 수평방향으로 경사지게 연장되어 형성되는 증폭 레버; 증폭 레버의 양단에서 수직하게 연장되게 형성되는 한 쌍의 플랫폼;; 한 쌍의 플랫폼이 서로 마주하는 측면의 소정 위치에 장착되어 전압이 인가되는 인풋; 및 한 쌍의 플랫폼의 저면에 설치되는 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기를 제공한다.

Description

변위 증폭기{DISPLACEMENT AMPLIFIER}
본 발명은 변위 증폭기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 증폭기의 증폭 비율을 높일 수 있는 변위 증폭기에 관한 것이다.
액츄에이터(actuator)는 망원경에서의 렌즈 배치, 현미경에서의 집속, 또는 정교한 장비에서의 진동 억제와 같이, 기계식 시스템, 전자 시스템 및 광학 시스템에 광범위하게 사용되고 있다.
공압수단, 유압수단 또는 전자기수단에 의한 종래의 액츄에이션(actuation)은 반응시간, 주파수, 해상도 및 치수의 관점에서 현대의 기계적 필요조건을 충족할 수 없다.
따라서, 이러한 응용분야에서는 압전재료, 자왜 재료(magnetostrictive) 및 형상기억 합금 스마트(smart) 재료를 사용하는 몇가지 등급의 액츄에이터가 개발되었다.
이러한 액츄에이터의 구조는 보통 압전 다층 스택(piezoelectric multilayer stack)과 같은 부피가 크고, 취약하며 고가의 스마트 재료 엘리먼트와 복잡한 고가의 기계식 증폭기에 기초를 두고 있으며, 엘리먼트 및 증폭기는 상기 액츄에이터에 손상을 주기 쉽고 매우 복잡하고 값이 비싸다.
도 1은 종래 기술에 따른 변위 증폭기를 도시한 사시도를 나타내며, 도 2는 도 1에 따른 변위 증폭기의 단면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 변위 증폭기(100)는 변위가 출력되는 아웃풋(112), 아웃풋(112)의 양단에서 수평으로 형성되어 아웃풋(112)을 상·하 운동시키는 한 쌍의 증폭 레버(114), 증폭 레버(114)의 양단에서 수직하게 연장되는 한 쌍의 플랫폼(120), 및 한 쌍의 플랫폼(120) 사이에 연결되는 인풋(130)으로 구성된다.
또한, 한 쌍의 플랫폼(120)의 저면에는 한 쌍의 플랫폼(120)을 지지하는 플레이트(140)가 장착되며, 한 쌍의 플랫폼(120) 내에는 인풋(130)에서 인가된 전압으로 힘을 발생시키는 압전 소자(PZT, 150)가 구비된다.
상술한 구성을 갖는 종래 기술에 다른 변위 증폭기(100)의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.
인풋(130)을 통하여 전압이 플랫폼(120) 내에 구비된 압전 소자(150)로 인가되며(화살표 A 참조), 압전 소자(150)로 인가된 전압에 의해 압전 소자(150)는 힘을 발생한다. 압전 소자(150)에서 발생하는 힘에 의해 한 쌍의 플랫폼(120) 사이의 간격은 벌어지게 된다.
한 쌍의 플랫폼(120) 사이가 벌어지게 되면, 플랫폼(120)과 연결된 증폭 레버(114)에서 회전이 발생하고, 이 회전에 의해 아웃풋(112) 및 아웃풋(112)과 연결된 증폭 레버(114)가 상·하로 운동하게 되고, 이에 따라 아웃풋(112)을 통해 힘이 증폭되어 출력된다.
그러나 이러한 구성을 갖는 종래 기술의 변위 증폭기(110)는 플랫폼(120)과 아웃풋(112)을 연결하는 증폭 레버(114)가 소정의 두께를 가지고 장착되기 때문에, 소정의 두께를 갖는 증폭 레버(114)에 의해 아웃풋(112)의 상·하 운동이 용이하지 않아 낮은 증폭 비율을 갖는다는 문제점이 있었다.
또한, 플레이트(140)가 플랫폼(120)의 저면에 각각 장착되어 한 쌍의 플랫폼(120) 사이가 벌어져 상·하 운동하는 아웃풋(112)과 증폭 레버(114)가 안정적으로 구동할 수 없다는 문제점이 있었다.
대한민국등록특허 10-0779870 (등록일자 2007년 11월 21일)
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 플랫폼과 증폭 레버 사이 및 증폭 레버와 아웃풋 사이에 얇은 판 형상의 힌지를 구비함으로써, 아웃풋이 상·하로 운동하는 것이 용이하게 되고, 이에 따라 증폭기의 높은 증폭 비율을 갖는 변위 증폭기를 제공할 수 있다.
또한, 플랫폼을 지지하는 플레이트가 일측 플랫폼에서 타측 플랫폼까지 일체형으로 구비되므로 상·하 운동하는 아웃풋과 증폭 레버가 안정적으로 구동할 수 있는 변위 증폭기를 제공할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 변위 출력을 생성하는 아웃풋; 아웃풋의 양단에서 수평방향으로 경사지게 연장되어 형성되는 증폭 레버; 증폭 레버의 양단에서 수직하게 연장되게 형성되는 한 쌍의 플랫폼; 한 쌍의 플랫폼이 서로 마주하는 측면의 소정 위치에 장착되어 전압이 인가되는 인풋; 및 한 쌍의 플랫폼의 저면에 설치되는 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 증폭 레버와 플랫폼은 원형 힌지로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 증폭 레버는 얇은 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 증폭 레버는 판 스프링이 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 플랫폼 및 증폭 레버 사이가 이루는 각도는 0° 내지 90° 사이인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 플랫폼 내에 압전 소자가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 증폭 레버와 아웃풋은 원형 힌지로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변위 증폭기에 따르면, 플랫폼과 증폭 레버 사이 및 증폭 레버와 아웃풋 사이에 얇은 판 형상의 힌지를 구비하고, 힌지에서 회전이 일어나고 얇은 판 형상을 가지기 때문에, 아웃풋이 상·하로 운동하는 것이 용이하게 되고, 이에 따라 증폭기의 높은 증폭 비율을 갖는 변위 증폭기를 제공한다.
또한, 플랫폼을 지지하는 플레이트가 일측 플랫폼에서 타측 플랫폼까지 일체형으로 구비되므로 상·하 운동하는 아웃풋과 증폭 레버가 안정적으로 구동할 수 있는 변위 증폭기를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 변위 증폭기를 도시한 사시도;
도 2는 도 1에 따른 변위 증폭기의 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 증폭기를 도시한 사시도;
도 4는 도 3에 따른 변위 증폭기의 단면도; 및
도 5는 도 3에 따른 변위 증폭기의 작동 상태를 개략적으로 도시한 사시도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위 증폭기를 도시한 사시도;
도 7은 도 6에 따른 변위 증폭기의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 변위 증폭기를 도시한 사시도를 나타내며, 도 4는 도 3에 따른 변위 증폭기의 단면도를 나타낸다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 변위 증폭기(200)는 증폭기(210), 플랫폼(220), 인풋(230), 및 플레이트(240)로 구성된다.
증폭기(210)는 변위 출력을 생성하며, 실질적으로 변위가 출력하는 아웃풋(212), 및 아웃풋(212)의 양단에서 수평 방향으로 경사지게 연장되어 형성되는 한 쌍의 증폭 레버(214)로 구성된다.
여기서, 증폭기(210)는 스테인레스 강, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 등과 같은 단일의 고강도 금속 재료로부터 제조될 수 있다.
플랫폼(220)은 아웃풋(212)과 연결되지 않은 한 쌍의 증폭 레버(214)의 타단에서 수직하게 연장되도록 형성된다. 더욱 상세하게는, 증폭기(210)의 증폭 레버(214)와 플랫폼(220)은 실질적으로 일정 각을 가지고 배열된다.
또한, 플랫폼(220)의 저면은 아래 설명될 플레이트(240) 상에 힌지(260)를 통하여 나사(262) 결합되어 고정되며, 플랫폼(220) 내에는 인풋(230)에서 인가된 전압으로 힘을 발생시키는 압전 소자(PZT, 250)가 구비된다.
여기서, 증폭기(210)의 증폭 레버(214)와 아웃풋(212) 사이 및 증폭기(210)와 플랫폼(220) 사이에는 원형 힌지(right-circular hinge, 260)가 장착되며, 원형 힌지(260)에 의해 증폭기(210)가 상·하 운동하는 것이 용이하며, 이에 따라 증폭기의 증폭비율을 종래 기술의 변위 증폭기 보다 높일 수 있다.
또한, 증폭기(210)의 증폭 레버(214)와 아웃풋(212) 사이 및 증폭기(210)와 플랫폼(220) 사이를 연결하는 힌지가 원형 힌지(260)가 사용되는 것으로 도시 및 설명하고 있지만, 본 발명의 구성이 이로 한정되는 것은 아니다. 증폭기(210)가 상·하로 운동을 시킬 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이라도 자유롭게 구성될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 증폭기(210)의 증폭 비율을 높이기 위하여, 증폭기(210)의 증폭 레버(214)와 아웃풋(212) 사이 및 증폭기(210)와 플랫폼(220) 사이를 연결하는 힌지가 얇은 판 형상을 갖는 것이 바람직하다.
인풋(230)은 전압이 생성되며, 한 쌍의 플랫폼(220)이 서로 마주하는 측면에서 소정 위치에 각각 장착된다.
플레이트(240)는 증폭기(210) 및 플랫폼(220)이 안정적으로 변위를 증폭시킬 수 있도록 지지해주는 역할로서, 일측 플랫폼(220)에서 타측 플랫폼(220)까지 연결되도록 한 쌍의 플랫폼(220) 저면에 일체형으로 구비된다.
여기서, 플레이트(240)는 금속 재료로 증폭기(210)와 동일 부재로 제조될 수 있으며, 증폭기(210)에 독립적으로 접합된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변위 증폭기의 작동 상태를 개략적으로 도시한 사시도를 나타낸다.
먼저, 인풋(230)을 통하여 전압이 플랫폼(220) 내에 구비된 압전 소자(250)로 인가되며(화살표 B 참조), 압전 소자(250)로 인가된 전압에 의해 압전 소자(250)는 힘이 발생한다. 압전 소자(250)에서 발생하는 힘에 의해 한 쌍의 플랫폼(220) 사이의 간격은 벌어지게 된다.
플랫폼(220)과 증폭 레버(214) 사이 및 증폭 레버(214)와 아웃풋(212) 사이가 원형 힌지(260)로 연결되고, 원형 힌지(260)는 두께가 얇은 판 형상을 가지기 때문에 한 쌍의 플랫폼(220) 사이가 벌어지게 된다.
한 쌍의 플랫폼(220)사이가 벌어지면, 얇은 판 형상의 원형 힌지(260)에서 회전일 발생하게 되며, 이 회전에 의해 증폭 레버(214) 및 아웃풋(212)이 상·하로 운동하게 되고, 이에 따라 아웃풋(212)을 통해 힘이 증폭되어 출력된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 변위 증폭기(200)는 플랫폼(220)과 증폭 레버(214) 사이 및 증폭 레버(214)와 아웃풋(212) 사이에 얇은 판 형상의 힌지(260)를 구비하고, 이러한 힌지(260)에서 회전이 일어나기 때문에, 아웃풋(212)이 상·하로 운동하는 것이 용이하게 되고, 이에 따라 증폭기의 높은 증폭 비율을 갖는다.
또한, 플랫폼(220)을 지지하는 플레이트(240)가 일측 플랫폼(220)에서 타측 플랫폼(220)까지 일체형으로 구비되므로 상·하 운동하는 아웃풋과 증폭 레버가 안정적으로 구동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위 증폭기를 도시한 사시도를 나타내며, 도 7은 도 6에 따른 변위 증폭기의 단면도를 나타낸다.
도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위 증폭기(300)는 도 3 및 도 4와 같이 증폭기(310), 플랫폼(320), 인풋(330), 및 플레이트(340)로 구성되며, 본 발명의 일 실시예와 비교하면, 도 6 및 도 7에서는 증폭기(310)의 구성 요소인 증폭 레버(314)의 형상에 차이가 있다.
증폭기(310)는 변위 출력을 생성하며, 실질적으로 변위가 출력하는 아웃풋(312), 및 아웃풋(312)의 양단에서 수평 방향으로 경사지게 연장되어 형성되는 한 쌍의 증폭 레버(314)로 구성된다.
플랫폼(320)은 아웃풋(312)과 연결되지 않은 한 쌍의 증폭 레버(314)의 타단에서 수직하게 연장되도록 형성된다. 더욱 상세하게는, 상·하 운동하는 것이 용이하도록, 증폭기(310)의 증폭 레버(314)와 플랫폼(320)이 연결되는 각도는 0° 내지 90°를 이루는 것이 바람직하다.
또한, 플랫폼(320)의 저면은 플레이트(340) 상에 힌지(360)를 통하여 나사(362) 결합되어 고정되며, 플랫폼(340)의 내에는 인풋(330)에서 인가된 전압으로 힘을 발생시키는 압전 소자(PZT, 350)가 구비된다.
여기서, 한 쌍의 증폭 레버(314)는 두께 대략 3㎜이하의 두께를 갖는 얇은 판 형상이며, 얇은 판 형상으로 한 쌍의 증폭 레버(314)로 판 스프링이 사용될 수 있다.
또한, 얇은 판 형상의 증폭 레버(314)가 아웃풋(312)과 플랫폼(320) 사이에 결합되어, 얇은 판 형상의 증폭 레버(314)에 의해 증폭기(310)가 상·하 운동하는 것이 용이하며, 이에 따라 증폭기의 증폭 비율이 종래 기술의 변위 증폭기 보다 높일 수 있다.
또한, 증폭기(310)는 스테인레스 강, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 등과 같은 단일의 고강도 금속 재료로부터 제조될 수 있다.
인풋(330)은 전압이 생성되며, 한 쌍의 플랫폼(320)이 서로 마주하는 측면에서 소정 위치에 각각 장착된다.
플레이트(340)는 증폭기(310) 및 플랫폼(320)이 안정적으로 변위를 증폭시킬 수 있도록 지지해주는 역할로서, 일측 플랫폼(320)에서 타측 플랫폼(320)까지 연결되도록 한 쌍의 플랫폼(320) 저면에 일체형으로 구비된다.
여기서, 플레이트(340)는 금속 재료로 증폭기(310)와 동일 부재로 제조될 수 있으며, 증폭기(310)에 독립적으로 접합된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 변위 증폭기(300)의 작동 방법은 도 5 및 그에 따른 상세한 설명에 기술된 바와 동일하므로 생략하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 변위 증폭기(300)는 플랫폼(320)과 아웃풋(312) 사이에 얇은 판 형상의 증폭 레버(314)를 구비하고, 이 증폭 레버(314)에서 회전이 일어나기 때문에, 아웃풋(312)이 상·하로 운동하는 것이 용이하게 되고, 이에 따라 증폭기(310)의 높은 증폭 비율을 갖는다.
또한, 플랫폼(320)을 지지하는 플레이트(340)가 일측 플랫폼(320)에서 타측 플랫폼(320)까지 일체형으로 구비되므로 상·하 운동하는 아웃풋(312)과 증폭 레버(314)가 안정적으로 구동할 수 있다.
한편, 본 발명의 변위 증폭기(200, 300)는 압전 구동기 뿐만 아니라 전자기 액츄에이터(electromagnetic actuator) 등을 대신하여 다양하게 사용될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명의 변위 증폭기에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형 실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
200, 300 : 변위 증폭기 210, 310 : 증폭기
212, 312 : 아웃풋 214, 314 : 증폭 레버
220, 320 : 플랫폼 230, 330 : 인풋
240, 340 : 플레이트 250, 350 : 압전 소자
260, 360 : 원형 힌지 262, 362 : 나사 결합

Claims (7)

  1. 변위 출력을 생성하는 아웃풋;
    상기 아웃풋의 양단에서 수평방향으로 경사지게 연장되어 형성되는 증폭 레버;
    상기 증폭 레버의 양단에서 수직하게 연장되게 형성되는 한 쌍의 플랫폼;
    상기 한 쌍의 플랫폼이 서로 마주하는 측면의 소정 위치에 장착되어 전압이 인가되는 인풋; 및
    상기 한 쌍의 플랫폼의 저면에 설치되는 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 레버와 상기 플랫폼은 원형 힌지로 연결되는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 레버는 얇은 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증폭 레버는 판 스프링이 사용되는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플랫폼 및 상기 증폭 레버 사이가 이루는 각도는 0° 내지 90° 사이인 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫폼 내에 압전 소자가 구비되는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭 레버와 상기 아웃풋은 원형 힌지로 연결되는 것을 특징으로 하는 변위 증폭기.



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