KR101650335B1 - 압전구동 메커니즘 및 이를 포함하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지 - Google Patents

압전구동 메커니즘 및 이를 포함하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전구동 메커니즘 및 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지에 관한 것으로서, 지지부에 탄성링크로 운동단이 연결되고, 상기 운동부에 탄성링크로 최종단이 연결되어, 상기 운동단과 최종단은 서로 직교하는 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 상기 운동단과 지지부 사이에 압전 액추에이터가 개재되는 한 쌍의 압전 구동부를 포함하여 이루어지며, 상기 한 쌍의 압전 구동부는 이격되어 적층되며 평면상에서 서로 직교하도록 배치되고, 상기 한 쌍의 압전 구동부들의 최종단에는 회전관절의 양단이 결합되도록 구성되는 압전구동 메커니즘이 중심을 기준으로 3개가 서로 120도 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 압전구동 메커니즘들의 회전관절에 결합되어 상기 3개의 압전구동 메커니즘들 사이에 플랫폼이 배치되며, 상기 압전구동 메커니즘들이 지지부가 베이스에 고정되어 수직으로 배치되도록 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지가 형성됨으로써, 탄성링크 및 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 고르게 분산되어 압전 액추에이터의 구동에 의해 수직평면 상에서 평판 플랫폼이 원활하게 병진운동과 회전운동을 할 수 있는 압전구동 메커니즘 및 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지에 관한 것이다.

Description

압전구동 메커니즘 및 이를 포함하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지 {Piezo-driven mechanism and Flexure hinge-based piezo-driven fine stage for vertical planar 3-DOF motion with high load capacity having the same}
본 발명은 압전구동 메커니즘 및 이를 포함하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지에 관한 것으로서, 탄성링크 및 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 고르게 분산되어 압전 액추에이터의 구동에 의해 수직평면 상에서 평판 플랫폼이 원활하게 병진운동과 회전운동을 할 수 있는 압전구동 메커니즘 및 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지에 관한 것이다.
피에조 소자(압전 소자)는 전압을 인가하여 전압에 비례한 변형이 발생되도록 함으로써 구동력을 발생시킬 수 있으며, 피에조 소자는 작은 영역에서 큰 힘을 발생시킬 수 있는 구동소자로써 초정밀 구동형 스테이지의 구동기로 널리 이용되고 있다.
그리고 넓은 작업영역에서 미세위치결정이 필요한 경우에는 기존의 모터구동 스테이지와 압전구동 스테이지를 결합한 조미동 스테이지가 제안되었다. 이때, 기존의 모터구동 스테이지는 대부분 한 축 위에 다른 한 축이 연결되어 구동하는 직렬 메커니즘으로 구성되어 있으며, 기존의 모터구동 스테이지의 각 축에 압전구동 메커니즘이 연결되는 경우에는 저단부의 압전구동 메커니즘에 많은 하중이 가해져 큰 부하로 작용할 수 있다.
반면, 기존의 모터구동 스테이지의 최종단에 다축 병렬형 압전구동 메커니즘을 부가하는 방법이 제시되고 있으며, 이 경우 직렬 메커니즘에 비해 압전 액추에이터 및 메커니즘에 가해지는 부하가 고르게 분포될 수 있다. 그러나 이러한 병렬형 압전구동 메커니즘이 수직으로 배치될 경우 수평구동 메커니즘에 비해 각각의 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 균일하지 않으며 압전 액추에이터에 큰 부하가 작용할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 압전구동 메커니즘의 경우 탄성힌지로 이루어지는 조인트에 의해 운동이 안내되는데, 각 조인트에 가해지는 하중이 균일하지 않은 경우 특정한 탄성힌지 부분에 과도한 응력이 가해져 메커니즘이 파괴될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 수직으로 배치되는 압전구동 메커니즘에 있어서, 탄성힌지 및 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 고르게 분산되도록 함으로써 압전 액추에이터의 구동에 의해 수직평면 상에서 원활하게 구동될 수 있으며, 과도한 응력 집중에 의한 메커니즘의 파손을 방지할 수 있는 압전구동 메커니즘 및 압전구동 스테이지의 개발이 요구된다.
KR 10-0102541 B1 (1996.07.24.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄성링크 및 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 고르게 분산되어 수직평면 상에서 고하중이 작용하더라도 메커니즘의 파손을 방지할 수 있으며, 압전 액추에이터의 구동에 의해 수직평면 상에서 평판 플랫폼이 원활하게 병진운동과 회전운동을 할 수 있는 압전구동 메커니즘 및 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전구동 메커니즘은, 지지부에 탄성링크로 운동단이 연결되고, 상기 운동단에 탄성링크로 최종단이 연결되어, 상기 운동단과 최종단은 서로 직교하는 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 상기 운동단과 지지부 사이에 압전 액추에이터가 개재되는 한 쌍의 압전 구동부를 포함하여 이루어지며, 상기 한 쌍의 압전 구동부는 이격되어 적층되며 평면상에서 서로 직교하도록 배치되고, 상기 한 쌍의 압전 구동부들의 최종단에는 회전관절의 양단이 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 한 쌍의 압전 구동부는 제1압전 구동부 및 제2압전 구동부로 형성되며, 상기 제1압전 구동부는, 제1지지부; 상기 제1지지부에 제1-1탄성링크로 연결되어 x축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제1운동단; 상기 제1지지부와 제1운동단 사이에 개재되어 상기 제1운동단을 x축 방향으로 구동시키는 제1압전 액추에이터; 및 상기 제1운동단에 제1-2탄성링크로 연결되어 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제1최종단; 을 포함하며, 상기 제2압전 구동부는, 제2지지부; 상기 제2지지부에 제2-1탄성링크로 연결되어 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제2운동단; 상기 제2지지부와 제2운동단 사이에 개재되어 상기 제2운동단을 y축 방향으로 구동시키는 제2압전 액추에이터; 및 상기 제2운동단에 제2-2탄성링크로 연결되어 x축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제2최종단; 을 포함하며, 상기 제1압전 구동부의 제1최종단과 제2압전 구동부의 제2최종단에 상기 회전관절의 양단이 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압전구동 메커니즘은 수직평면상에 배치되며, 상기 압전 액추에이터들이 하측에 위치하도록 45도 회전된 상태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 한 쌍의 압전 구동부의 최종단에는 각각 회전관절 결합공이 형성되어 상기 회전관절의 양단이 회전관절 결합공에 삽입되며, 상기 회전관절 결합공들은 서로 중심이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부는 "ㄱ"자형으로 형성되어 그 일측 내측면에 탄성링크가 연결되고 타측 내측면에 압전 액추에이터가 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 운동단은 내부에 공간이 형성되어, 상기 내부 공간에 최종단이 배치되고 상기 운동단의 내측면과 최종단의 외측면이 탄성링크에 의해 연결되는 것을 특징을 한다.
또한, 상기 압전 구동부들의 지지부가 각각 고정되도록 일측면에 2개의 돌출부가 각각 다른 두께로 돌출 형성되는 고정판을 더 포함하여 이루어져, 상기 압전 구동부들이 적층된 상태로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지는, 중심을 기준으로 서로 120도 간격으로 이격되어 3개가 배치되는 상기 압전구동 메커니즘; 상기 압전구동 메커니즘들의 회전관절에 결합되며, 상기 3개의 압전구동 메커니즘들 사이에 배치되는 플랫폼; 및 상기 압전구동 메커니즘들의 지지부가 고정되며, 수직으로 배치되는 베이스; 를 포함하여 이루어져, 상기 압전구동 메커니즘들의 작동에 의해 상기 플랫폼이 수직평면상에서 병진운동 및 회전운동 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3개의 압전구동 메커니즘은, 높이방향 상측에 서로 이격되어 2개의 압전구동 메커니즘이 배치되되, 상기 2개의 압전구동 메커니즘은 서로 마주보는 방향으로 아래쪽에 적층된 압전 구동부가 위치하도록 배치되며, 상기 2개의 압전구동 메커니즘의 사이의 하측에 이격되어 1개의 압전구동 메커니즘이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압전구동 메커니즘 및 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지는, 탄성링크 및 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 고르게 분산되어 압전 액추에이터의 구동에 의해 수직평면 상에서 평판 플랫폼이 원활하게 병진운동과 회전운동을 할 수 있으며, 메커니즘의 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하나의 압전 구동부를 나타낸 평면도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전구동 메커니즘을 나타낸 분해사시도 및 조립사시도.
도 5는 본 발명에 따른 고정판을 제외한 압전구동 메커니즘을 나타낸 도 3의 A방향 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 고정판을 포함한 압전구동 메커니즘을 나타낸 도 3의 A방향 정면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 압전구동 메커니즘을 포함하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지의 일 실시예를 나타낸 사시도 및 정면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 압전구동 메커니즘 및 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명에 따른 하나의 압전 구동부를 나타낸 평면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전구동 메커니즘을 나타낸 분해사시도 및 조립사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고정판을 제외한 압전구동 메커니즘을 나타낸 도 3의 A방향 정면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 고정판을 포함한 압전구동 메커니즘을 나타낸 도 3의 A방향 정면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 압전구동 메커니즘(1000)은, 지지부(110)에 탄성링크(120)로 운동단(130)이 연결되고, 상기 운동단(130)에 탄성링크(140)로 최종단(150)이 연결되어, 상기 운동단(130)과 최종단(150)은 서로 직교하는 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 상기 운동단(130)과 지지부(110) 사이에 압전 액추에이터(160)가 개재되는 한 쌍의 압전 구동부(100)를 포함하여 이루어지며, 상기 한 쌍의 압전 구동부(100)는 이격되어 적층되며 평면상에서 서로 직교하도록 배치되고, 상기 한 쌍의 압전 구동부(100)들의 최종단(150)에는 회전관절(200)의 양단이 결합되도록 구성될 수 있다.
크게 본 발명의 압전구동 메커니즘은 동일한 형태로 형성된 한 쌍의 압전 구동부(100)가 서로 상하로 이격되어 적층되되 한 쌍의 압전 구동부(100)가 서로 대칭이 되도록 배치되어 적층되고, 한 쌍의 압전 구동부(100)의 최종단(150)들이 회전관절(200)에 의해 결합되도록 구성되며, 한 쌍의 압전 구동부(100)는 평면상에서 서로 직교하도록 배치될 수 있다.
보다 상세하게, 먼저 지지부(110)는 별도의 베이스나 프레임 등에 결합되어 고정되는 부분이며, 운동단(130) 및 최종단(150)의 운동을 지지하는 부분이다.
그리고 지지부(110)의 일측에는 한 쌍으로 이격되어 형성되는 탄성링크(120)가 연장 형성되고, 탄성링크(120)의 단부에 운동단(130)이 형성된다. 즉, 지지부(110)의 일측과 운동단(130)은 탄성링크(120)에 의해 연결되며, 지지부(110) 탄성링크(120) 및 운동단(130)은 단일체로 가공되어 형성될 수 있다.
운동단(130)에는 한 쌍으로 이격되어 형성되는 탄성링크(140)가 연장 형성되고, 탄성링크(1400의 단부에 최종단(150)이 형성된다. 즉, 운동단(130)과 최종단(150)은 탄성링크(140)에 의해 연결되어, 지지부(110) 탄성링크(120), 운동단(130), 탄성링크(140) 및 최종단(150)은 단일체로 가공되어 형성될 수 있다.
또한, 지지부(110)의 타측과 운동단(130) 사이에는 압전 액추에이터(160)가 개재되어, 압전 액추에이터(160)의 양단이 지지부(110)의 타측과 운동단(130)에 결합되어 고정될 수 있다. 이때, 압전 액추에이터(160)는 탄성링크(120)와는 직교하도록 배치되고 탄성링크(140)와는 평행하도록 배치된다.
여기에서 도 2를 참조하면 상기와 같이 형성되는 하나의 압전 구동부(100-1)와 다른 하나의 압전 구동부(100-2)를 상하로 이격되도록 적층 배치하되, 두 개의 압전 구동부가 서로 상하방향의 평면을 기준으로 서로 대칭(좌우 대칭)이 되도록 배치하고 하나의 압전 구동부와 다른 하나의 압전 구동부가 평면상에서 직교하도록 배치된다. 즉, 대응되는 탄성링크들, 운동단, 최종단 및 압전 액추에이터들이 서로 90도를 이루도록 배치된다.
그리고 도 3 및 도 4와 같이 한 쌍의 압전 구동부(100)의 최종단(150)들이 회전관절(200)에 의해 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 하나의 압전 구동부(100-1)에 회전관절(200)의 일측이 결합되고, 다른 하나의 압전 구동부(100-2)에 회전관절(200)의 타측이 결합되어, 최종단(150)들이 회전관절(200)에 의해 결합될 수 있다.
그리하여 본 발명의 압전구동 메커니즘은 탄성링크 및 압전 액추에이터에 가해지는 하중이 고르게 분산될 수 있어 탄성링크의 파손을 방지할 수 있으며 압전 액추에이터에 작용하는 부하를 분산시킬 수 있어 수직평면에서도 용이하게 병진운동 및 회전운동을 할 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 한 쌍의 압전 구동부(100)는 제1압전 구동부(100-1) 및 제2압전 구동부(100-2)로 형성되며, 상기 제1압전 구동부(100-1)는, 제1지지부(110-1); 상기 제1지지부(110-1)에 제1-1탄성링크(121-1)로 연결되어 x축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제1운동단(130-1); 상기 제1지지부(110-1)와 제1운동단(130-1) 사이에 개재되어 상기 제1운동단(130-1)을 x축 방향으로 구동시키는 제1압전 액추에이터(160-1); 및 상기 제1운동단(130-1)에 제1-2탄성링크(141-2)로 연결되어 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제1최종단(150-1); 을 포함하며, 상기 제2압전 구동부(100-2)는, 제2지지부(110-2); 상기 제2지지부(110-2)에 제2-1탄성링크(122-1)로 연결되어 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제2운동단(130-2); 상기 제2지지부(110-2)와 제2운동단(130-2) 사이에 개재되어 상기 제2운동단(130-2)을 y축 방향으로 구동시키는 제2압전 액추에이터(160-2); 및 상기 제2운동단(130-2)에 제2-2탄성링크(142-2)로 연결되어 x축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제2최종단(150-2); 을 포함하며, 상기 제1압전 구동부(100-1)의 제1최종단(150-1)과 제2압전 구동부(100-2)의 제2최종단(150-2)에 상기 회전관절(200)의 양단이 결합될 수 있다.
즉, 상기한 바와 같이 압전구동 메커니즘의 좌표계 내에서 제1압전 구동부(100-1)는 제1압전 액추에이터(160-1)에 의해 제1운동단(130-1) 및 제1최종단(150-1)이 x축 방향으로 구동되고, 제2압전 구동부(100-2)는 제2압전 액추에이터(160-2)에 의해 제2운동단(130-2) 및 제2최종단(150-2)이 y축 방향으로 구동되며, 제1최종단(150-1)은 y축 방향으로 이동이 가능하고 제2최종단(150-2)은 x축 방향으로 이동이 가능하므로, 제1압전 액추에이터(160-1) 및 제2압전 액추에이터(160-2)의 구동에 의해 회전관절(200)이 병진운동 및 회전운동을 할 수 있다.
또한, 상기 압전구동 메커니즘(1000)은 수직평면상에 배치되며, 상기 압전 액추에이터(160)들이 하측에 위치하도록 45도 회전된 상태로 배치될 수 있다. 즉, 본 발명의 압전구동 메커니즘(1000)이 수직으로 배치되어 사각형 형태를 45도 회전시킨 형태로 압전 액추에이터(160)들이 하측에 배치되도록 구성됨으로써, 탄성링크들 및 압전 액추에이터들에 가해지는 하중이 고르게 분산될 수 있어 탄성링크의 파손을 방지할 수 있으며 압전 액추에이터에 작용하는 부하를 분산시킬 수 있어 수직평면에서도 용이하게 병진운동 및 회전운동을 할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 압전 구동부(100)의 최종단(150)에는 각각 회전관절 결합공(151,152)이 형성되어 상기 회전관절(200)의 양단이 회전관절 결합공(151,152)에 삽입되며, 상기 회전관절 결합공(151,152)들은 서로 중심이 일치하도록 형성될 수 있다.
즉, 회전관절 결합공(151,152)들은 서로 중심이 일치하도록 형성됨으로써, 압전 액추에이터(160)들의 작동 시 각각의 압전 구동부(100)들의 구동력이 회전관절(200)에 정확하게 작용할 수 있고, 회전관절(200)의 불필요한 회전을 방지할 수 있으며, 회전관절(200)을 구성하는 몸체(210)의 양단에 형성된 회전축(220)이 최종단(150)에 형성된 회전관절 결합공(151,152)들에 삽입된 상태에서 회전이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 회전관절(200)을 간단한 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 지지부(110)는 "ㄱ"자형으로 형성되어 그 일측 내측면에 탄성링크(120)가 연결되고 타측 내측면에 압전 액추에이터(160)가 결합될 수 있다.
즉, 지지부(110)와 운동단(130)을 연결하는 탄성링크(120)가 압전 액추에이터(160)와 직교하도록 배치하기 위해 지지부(110)가 "ㄱ"자형으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 탄성링크(120) 및 압전 액추에이터(160)의 배치가 용이해지고 지지부(110)의 내측에 탄성링크(120), 운동단(130), 탄성링크(140), 최종단(150) 및 압전 액추에이터(160)가 배치되도록 할 수 있어 컴팩트한 구성이 가능한 장점이 있다.
또한, 상기 운동단(130)은 내부에 공간이 형성되어, 상기 내부 공간에 최종단이 배치되고 상기 운동단의 내측면과 최종단의 외측면이 탄성링크에 의해 연결될 수 있다.
즉, 운동단(130)은 상하방향으로 관통되도록 내부가 비어있는 공간이 형성되어, 내부 빈 공간에 탄성링크(140) 및 최종단(150)이 배치되어 탄성링크(140)에 의해 운동단(130)과 최종단(150)이 연결되어 컴팩트하고 압전 구동부(100)의 두께를 얇게 형성할 수 있다.
또한, 상기 압전 구동부(100)들의 지지부(110)가 각각 고정되도록 일측면에 2개의 돌출부(320)가 각각 다른 두께로 돌출 형성되는 고정판(300)을 더 포함하여 이루어져, 상기 압전 구동부(100)들이 적층된 상태로 이격되어 배치될 수 있다.
즉, 도 2 및 도 6과 같이 고정판(300)은 평판 형태의 플레이트(310)상면에 2개의 돌출부(320)가 지지부(110)의 형태에 대응되도록 "ㄱ"자형으로 돌출 형성되되, 2개의 돌출부(320)가 두께가 각각 다르게 형성되어, 제2압전 구동부(100-2)가 플레이트(310)의 상면에서 이격되어 배치되고 그 상측에 이격되어 제1압전 구동부(100-1)가 배치될 수 있다. 그리하여 각각의 압전 구동부(100)들이 운동단(130) 및 최종단(150)들이 원활하게 작동될 수 있다.
여기에서 탄성링크(120, 121-1, 122-1, 140, 141-2, 142-2)들은 탄성힌지-링크-탄성힌지로 연결된 형태의 부재로 형성될 수 있으며, 블록 형태로 형성된 링크의 길이방향 양단에 탄성힌지가 연결되되 탄성힌지들은 폭방향 양측이 반원 형태로 오목하게 형성되어 얇은 판형으로 형성될 수 있다. 그리고 회전관절(200)은 베어링 또는 회전용 탄성힌지 메커니즘(예; Flexture pivot bearing) 등으로 형성될 수 있으며, 몸체(210) 부분에 베어링이 결합된 형태나 양단 회전축(220)에 베어링이 결합된 형태로 형성될 수도 있다.
[실시예 2]
도 7 및 도 8은 본 발명의 압전구동 메커니즘을 포함하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지의 일 실시예를 나타낸 사시도 및 정면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지(2000)는, 중심을 기준으로 서로 120도 간격으로 이격되어 3개가 배치되는 상기 압전구동 메커니즘(1000); 상기 압전구동 메커니즘(1000)들의 회전관절(200)에 결합되며, 상기 3개의 압전구동 메커니즘(1000)들 사이에 배치되는 플랫폼(1100); 및 상기 압전구동 메커니즘(1000)들의 지지부(110)가 고정되며, 수직으로 배치되는 베이스(1200); 를 포함하여 이루어져, 상기 압전구동 메커니즘(1000)들의 작동에 의해 상기 플랫폼(1100)이 수직평면상에서 병진운동 및 회전운동 되도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지(2000)는 3개의 상기한 바와 같은 압전구동 메커니즘(1000)을 포함하여 이루어지고, 압전구동 메커니즘(1000)들은 중심을 기준으로 3개가 120도 각도로 이격되어 원형 배열되어 베이스(1200)에 지지부(110)들이 고정될 수 있다. 그리고 압전구동 메커니즘(1000)들의 회전관절(200)에 플랫폼(1100)이 결합되어, 압전구동 메커니즘(1000)들 사이에 플랫폼(1100)이 배치될 수 있다.
그리하여 본 발명의 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지(2000)는 수직으로 배치되어 수직평면상에서 압전구동 메커니즘(1000)들의 작동에 의해 플랫폼(1100)이 병진운동 및 회전운동을 할 수 있다. 그리고 플랫폼(1100)에 고하중이 작용하더라도 압전구동 메커니즘(1000)들의 탄성링크(120,140)들 및 압전 액추에이터(160)들에 하중이 분산될 수 있으며, 탄성링크들의 파손을 방지할 수 있으며 압전 액추에이터들에 작용하는 부하를 줄일 수 있어, 고하중용 미세 수직평면운동이 가능하다.
이때, 각각의 압전구동 메커니즘(1000)들은 도시된 바와 같이 압전 액추에이터(160)들이 하측에 위치하도록 수직방향에 대해 45도 회전된 상태로 배치될 수 있다. 즉, 본 발명의 압전구동 메커니즘(1000)이 수직으로 배치되어 사각형 형태를 z축을 중심으로 45도 회전시킨 형태로 압전 액추에이터(160)들이 하측에 배치되도록 구성됨으로써, 탄성링크들 및 압전 액추에이터들에 가해지는 하중이 고르게 분산될 수 있어 탄성링크의 파손을 방지할 수 있으며 압전 액추에이터에 작용하는 부하를 분산시킬 수 있어 수직평면에서도 용이하게 병진운동 및 회전운동을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지(2000)에는 상기한 바와 같은 압전구동 메커니즘(1000)들의 실시예들이 다양하게 적용될 수 있으며, 압전 구동부(100)들의 지지부(110)가 고정판(300)에 결합되어 고정되고 고정판(300)이 베이스(1200)에 고정될 수 있다. 이때, 고정판(300)은 플레이트(310)에서 돌출 형성된 돌출부(320)들이 플랫폼(1100)과의 간섭이 없도록 일부가 삭제된 형태로 형성되어, 플랫폼(110)이 원활하게 병진운동 및 회전운동 되도록 할 수 있다.
또한, 상기 3개의 압전구동 메커니즘(1000)은, 높이방향 상측에 서로 이격되어 2개의 압전구동 메커니즘(1000)이 배치되되, 상기 2개의 압전구동 메커니즘(1000)은 서로 마주보는 방향으로 아래쪽에 적층된 압전 구동부(100-2)가 위치하도록 배치되며, 상기 2개의 압전구동 메커니즘(1000)의 사이의 하측에 이격되어 1개의 압전구동 메커니즘(1000)이 배치될 수 있다.
즉, 3개의 압전구동 메커니즘(1000)을 도시된 바와 같이 각각 M1, M2 및 M3라 하면, M1과 M2는 높이방향의 상측에 배치되고, M1과 M2는 서로 이격되어 배치되되 M1은 자체의 좌표계상으로 아래쪽에 적층된 제2압전 구동부(100-2)의 제2지지부(110-2)가 우측에 배치되고 M2는 자체의 좌표계상으로 아래쪽에 적층된 제2압전 구동부(100-2)의 제2지지부(110-2)가 좌측에 배치되어 M1과 M2가 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 그리하여 압전구동 메커니즘과 플랫폼(1100)과의 간섭을 피할 수 있다. 그리고 M3은 M1 및 M2의 하측에 이격되어 배치되며, M1 또는 M2의 형태와 같이 배치될 수 있다. 이때, M3의 돌출부(320)는 플랫폼(1100)과의 간섭을 방지할 수 있도록 일부가 삭제된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지(2000)는, 상기한바 이외에도 다양하게 3개의 압전구동 메커니즘(1000)이 배치될 수 있으며, 2개 또는 4개 이상의 압전구동 메커니즘(1000)을 배치하여 구성할 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 압전구동 메커니즘
100 : 압전 구동부
100-1 : 제1압전 구동부 100-2 : 제2압전 구동부
110 : 지지부
110-1 : 제1지지부 110-2 : 제2지지부
120 : 탄성링크
121-1 : 제1-1탄성링크 122-1 : 제2-1탄성링크
130 : 운동단
130-1 : 제1운동단 130-2 : 제2운동단
140 : 탄성링크
141-2 : 제1-2탄성링크 142-2 : 제2-2탄성링크
150 : 최종단
150-1 : 제1최종단 150-2 : 제2최종단
151, 152 : 회전관절 결합공
160 : 압전 액추에이터
160-1 : 제1압전 액추에이터 160-2 : 제2압전 액추에이터
200 : 회전관절
210 : 몸체 220 : 회전축
300 : 고정판
310 : 플레이트 320 : 돌출부
2000 : 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지
1100 : 플랫폼
1200 : 베이스

Claims (9)

  1. 지지부에 탄성링크로 운동단이 연결되고, 상기 운동단에 탄성링크로 최종단이 연결되어, 상기 운동단과 최종단은 서로 직교하는 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 상기 운동단과 지지부 사이에 압전 액추에이터가 개재되는 한 쌍의 압전 구동부를 포함하여 이루어지며,
    상기 한 쌍의 압전 구동부는 이격되어 적층되며 평면상에서 서로 직교하도록 배치되고, 상기 한 쌍의 압전 구동부들의 최종단에는 회전관절의 양단이 결합되어 압전구동 메커니즘을 형성하며,
    상기 압전구동 메커니즘은 수직평면상에 배치되며, 상기 회전관절을 기준으로 상기 탄성링크들이 상측에 배치되고 상기 압전 액추에이터들이 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전구동 메커니즘.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 압전 구동부는 제1압전 구동부 및 제2압전 구동부로 형성되며,
    상기 제1압전 구동부는,
    제1지지부; 상기 제1지지부에 제1-1탄성링크로 연결되어 x축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제1운동단; 상기 제1지지부와 제1운동단 사이에 개재되어 상기 제1운동단을 x축 방향으로 구동시키는 제1압전 액추에이터; 및 상기 제1운동단에 제1-2탄성링크로 연결되어 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제1최종단; 을 포함하며,
    상기 제2압전 구동부는,
    제2지지부; 상기 제2지지부에 제2-1탄성링크로 연결되어 y축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제2운동단; 상기 제2지지부와 제2운동단 사이에 개재되어 상기 제2운동단을 y축 방향으로 구동시키는 제2압전 액추에이터; 및 상기 제2운동단에 제2-2탄성링크로 연결되어 x축 방향으로 이동 가능하도록 형성되는 제2최종단; 을 포함하며,
    상기 제1압전 구동부의 제1최종단과 제2압전 구동부의 제2최종단에 상기 회전관절의 양단이 결합되는 것을 특징으로 하는 압전구동 메커니즘.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터들은 수직방향에 대해 45도 회전된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 압전구동 메커니즘.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 압전 구동부의 최종단에는 각각 회전관절 결합공이 형성되어 상기 회전관절의 양단이 회전관절 결합공에 삽입되며,
    상기 회전관절 결합공들은 서로 중심이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압전구동 메커니즘.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 "ㄱ"자형으로 형성되어 그 일측 내측면에 탄성링크가 연결되고 타측 내측면에 압전 액추에이터가 결합되는 것을 특징으로 하는 압전구동 메커니즘.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 운동단은 내부에 공간이 형성되어, 상기 내부 공간에 최종단이 배치되고 상기 운동단의 내측면과 최종단의 외측면이 탄성링크에 의해 연결되는 것을 특징을 하는 압전구동 메커니즘.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압전 구동부들의 지지부가 각각 고정되도록 일측면에 2개의 돌출부가 각각 다른 두께로 돌출 형성되는 고정판을 더 포함하여 이루어져,
    상기 압전 구동부들이 적층된 상태로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 압전구동 메커니즘.
  8. 중심을 기준으로 서로 120도 간격으로 이격되어 3개가 배치되는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 압전구동 메커니즘;
    상기 압전구동 메커니즘들의 회전관절에 결합되며, 상기 3개의 압전구동 메커니즘들 사이에 배치되는 플랫폼; 및
    상기 압전구동 메커니즘들의 지지부가 고정되며, 수직으로 배치되는 베이스;
    를 포함하여 이루어져,
    상기 압전구동 메커니즘들의 작동에 의해 상기 플랫폼이 수직평면상에서 병진운동 및 회전운동 되는 것을 특징으로 하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3개의 압전구동 메커니즘은,
    높이방향 상측에 서로 이격되어 2개의 압전구동 메커니즘이 배치되되, 상기 2개의 압전구동 메커니즘은 서로 마주보는 방향으로 아래쪽에 적층된 압전 구동부가 위치하도록 배치되며,
    상기 2개의 압전구동 메커니즘의 사이의 하측에 이격되어 1개의 압전구동 메커니즘이 배치되는 것을 특징으로 하는 고하중용 3축 미세 수직평면운동 압전구동 스테이지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108672212B (zh) * 2018-06-04 2020-08-25 江西理工大学 一种微喷射点胶驱动装置
CN111308638B (zh) * 2020-04-27 2021-08-27 江苏科技大学 基于压电驱动的镜头移动机构
CN111618185A (zh) * 2020-06-10 2020-09-04 徐州工业职业技术学院 一种柔性铰链位移三角放大器及复合模具
CN114172405B (zh) * 2021-12-14 2023-08-15 山东大学 一种压电旋转驱动器及其使用方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101443055B1 (ko) * 2013-04-11 2014-09-19 한국기계연구원 단일체로 가공된 탄성 힌지 기반의 압전구동 스테이지 및 이의 제작방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100738415B1 (ko) * 2005-11-17 2007-07-12 한국기계연구원 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101443055B1 (ko) * 2013-04-11 2014-09-19 한국기계연구원 단일체로 가공된 탄성 힌지 기반의 압전구동 스테이지 및 이의 제작방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌1*
비특허문헌2

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220011853A (ko) 2020-07-21 2022-02-03 한국기계연구원 임프린팅 장치 및 임프린팅 방법

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