KR102063025B1 - 압전 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정부; 상기 고정부를 기준으로 4 방향으로 배치되는 레그부; 및 상기 각각의 레그부의 끝단에 체결되는 팁부를 포함하고, 상기 레그부는 각각 탄성체 및 상기 탄성체 상에 위치하는 압전체로 구성되는 압전 액추에이터에 관한 것으로, 간단한 구조로 구동이 가능한 압전 액추에이터를 제공할 수 있으며, 또한, 상기 압전 액추에이터의 이동을 제어하기 위한 구동 원리가 간단하여, 상기 압전 액추에이터를 제어하는 것이 매우 용이하다.

Description

압전 액추에이터{Piezoelectric actuator}

본 발명은 압전 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단한 구조로 구동이 가능한 압전 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 압전 액추에이터는 압전 소자를 이용한 액추에이터로서, 판 상의 플레이트 위에 부착된 모듈로 제작될 수 있다.

이러한 압전 소자는 기계적 압력이나 인장 하에서 전하를 발생시키고, 전기적으로 신호 인가 시 팽창 또는 수축하는 특성을 가진다.

즉, 압전 액추에이터는, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 또는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 압전 소자의 특성을 이용하는데, 자동차, 의료기기, 카메라, 기타 각종 전자 기기 등에 폭넓게 활용되고 있다.

이러한 압전 액추에이터는 기존의 전자식 모터와는 달리 철심과 코일과 같은 자기 회로가 필요없는 단순한 구조를 가지며, 별도의 전동 수단 없이 직접 이동자의 속도와 위치를 전기적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 정지시에도 미끄러짐이 없는 장점을 가져, 현재 그 개발이 활발히 이루어지고 있다.

상기 압전 액추에이터는 이동자의 구동 형태에 따라 회전형과 선형 등으로 구분될 수 있다.

압전 선형 액추에이터의 하나의 예로서, 서로 다른 동작 모드를 가지는 진동자를 진동빔으로 서로 연결하고, 각 진동자에서 발생된 종진동에 의한 진동빔의 기계적 변위를 마찰력을 이용해 이동자의 기계적 변위로 실현시키는 진동빔 구동형 압전 선형 액추에이터가 있다.

대한민국 특허등록공보 제10-0483804호는 한 쌍의 압전 세라믹스에 각각 90°의 위상차를 갖는 sin과 cos의 두 개의 고주파 전류 전계를 가함으로써, 이와 연결된 진동빔(shaking beam)에 타원형의 기계적 변위를 발생시켜 마찰력을 통해 이동자를 선형으로 구동하는 압전 선형 초음파 모터를 개시한다.

상기 특허 문헌에 의하면, 다수의 압전 세라믹스를 가지는 한 쌍의 반파장 변환기의 교호적 진동으로 진동빔의 타원형 궤적의 변위를 발생시키고 이 변위를 마찰력을 이용해 이동자의 선형 운동으로 실현하는 선형 압전 초음파 모터가 제공된다.

그러나, 상기 특허 문헌에 개시된 선형 압전 초음파 모터는 진동빔이 배향된 방향의 1축 방향으로의 이동자의 선형 구동만이 가능할 뿐, 2차원 평면 내에서의 이동자의 전방향 구동이 불가능하다는 문제점이 있다.

또한, 상기 특허 문헌에 개시된 선형 압전 초음파 모터는 그 구조가 복잡하여 상기 선형 압전 초음파 모터의 구동을 제어하는 것이 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 구조로 구동이 가능한 압전 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 고정부; 상기 고정부를 기준으로 4 방향으로 배치되는 레그부; 및 상기 각각의 레그부의 끝단에 체결되는 팁부를 포함하고, 상기 레그부는 각각 탄성체 및 상기 탄성체 상에 위치하는 압전체로 구성되는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 레그부는, 상기 고정부를 기준으로 제1방향으로 배치되는 제1레그부; 상기 고정부를 기준으로 제2방향으로 배치되고, 상기 제1레그부와 동일선상에 위치하는 제2레그부; 상기 고정부를 기준으로 제3방향으로 배치되는 제3레그부; 및 상기 고정부를 기준으로 제4방향으로 배치되고, 상기 제3레그부와 동일선상에 위치하는 제4레그부를 포함하는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1레그부는 제1탄성체 및 상기 제1탄성체 상에 위치하는 제1압전체를 포함하고, 상기 제2레그부는 제2탄성체 및 상기 제2탄성체 상에 위치하는 제2압전체를 포함하며, 상기 제3레그부는 제3탄성체 및 상기 제3탄성체 상에 위치하는 제3압전체를 포함하고, 상기 제4레그부는 제4탄성체 및 상기 제4탄성체) 상에 위치하는 제4압전체를 포함하는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1탄성체와 상기 제2탄성체는 탄성체 제1연결부를 통해 연결되어 연속적으로 형성되고, 상기 제3탄성체와 상기 제4탄성체는 탄성체 제2연결부를 통해 연결되어 연속적으로 형성되는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 팁부는, 상기 제1레그부의 끝단에 체결되는 제1팁부; 상기 제2레그부의 끝단에 체결되는 제2팁부; 상기 제3레그부의 끝단에 체결되는 제3팁부; 및 상기 제4레그부의 끝단에 체결되는 제4팁부를 포함하는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1팁부는 상기 제1레그부의 끝단과 연결되는 제1몸체부 및 상기 제1몸체부의 저면에 위치하는 제1받침부를 포함하고, 상기 제2팁부는 상기 제2레그부의 끝단과 연결되는 제2몸체부 및 상기 제2몸체부의 저면에 위치하는 제2받침부를 포함하며, 상기 제3팁부는 상기 제3레그부의 끝단과 연결되는 제3몸체부 및 상기 제3몸체부의 저면에 위치하는 제3받침부를 포함하고, 상기 제4팁부는 상기 제4레그부의 끝단과 연결되는 제4몸체부 및 상기 제4몸체부의 저면에 위치하는 제4받침부를 포함하는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 고정부; 상기 고정부에 체결되는 제1축 레그부; 상기 고정부에 체결되고, 상기 제1축 레그부와 교차하여 배치되는 제2축 레그부; 상기 제1축 레그부의 일측 끝단에 체결되는 제1팁부; 상기 제1축 레그부의 타측 끝단에 체결되는 제2팁부; 상기 제2축 레그부의 일측 끝단에 체결되는 제3팁부; 및 상기 제2축 레그부의 타측 끝단에 체결되는 제4팁부를 포함하고, 상기 제1축 레그부 및 상기 제2축 레그부는, 각각 탄성체 및 상기 탄성체 상에 위치하는 압전체로 구성되는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1축 레그부는 제1축 탄성체를 포함하고, 상기 제1축 탄성체는, 탄성체 제1연결부; 상기 탄성체 제1연결부의 일측에 위치하는 제1탄성체; 및 상기 탄성체 제1연결부의 타측에 위치하는 제2탄성체를 포함하고, 상기 제1축 레그부는, 상기 제1탄성체 영역에 위치하는 제1압전체; 및 상기 제2탄성체 영역에 위치하는 제2압전체를 포함하며, 상기 제2축 레그부는 제2축 탄성체를 포함하고, 상기 제2축 탄성체는, 탄성체 제2연결부; 상기 탄성체 제2연결부의 일측에 위치하는 제3탄성체; 및 상기 탄성체 제2연결부의 타측에 위치하는 제4탄성체를 포함하고, 상기 제2축 레그부는, 상기 제3탄성체 영역에 위치하는 제3압전체; 및 상기 제4탄성체 영역에 위치하는 제4압전체를 포함하는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 압전 액추에이터는, 제1극 및 제2극을 포함하는 전원공급수단을 더 포함하고, 상기 제1극에는, 상기 제1압전체의 제1측, 상기 제2압전체의 제1측, 상기 제3압전체의 제1측 및 상기 제4압전체의 제1측이 연결되고, 상기 제2극에는, 상기 제1압전체의 제2측, 상기 제2압전체의 제2측, 상기 제3압전체의 제2측 및 상기 제4압전체의 제2측이 연결되어, 하나의 전원공급수단을 통해, 상기 제1압전체, 상기 제2압전체, 상기 제3압전체 및 상기 제4압전체에 전원을 공급하는 압전 액추에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 압전 액추에이터는, 제1-1극 및 제2-1극을 포함하는 제1전원공급수단 및 제1-2극 및 제2-2극을 포함하는 제2전원공급수단을 더 포함하고, 상기 제1전원공급수단은, 상기 제1-1극에 상기 제1압전체의 제1측 및 상기 제2압전체의 제1측이 연결되고, 상기 제2-1극에 상기 제1압전체의 제2측 및 상기 제2압전체의 제2측이 연결되어, 상기 제1압전체 및 상기 제2압전체에 전원을 공급하고, 상기 제2전원공급수단은, 상기 제1-2극에 상기 제3압전체의 제1측 및 상기 제4압전체의 제1측이 연결되고, 상기 제2-2극에 상기 제3압전체의 제2측 및 상기 제4압전체의 제2측이 연결되어, 상기 제3압전체 및 상기 제4압전체에 전원을 공급하는 압전 액추에이터를 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 간단한 구조로 구동이 가능한 압전 액추에이터를 제공할 수 있으며, 또한, 상기 압전 액추에이터의 이동을 제어하기 위한 구동 원리가 간단하여, 상기 압전 액추에이터를 제어하는 것이 매우 용이하다.

또한, 본 발명은 압전체에 공급되는 전압의 듀티비의 조정에 따라, 압전 액추에이터의 구동을 용이하게 제어할 수 있으며, 또한, 압전 액추에이터의 구동에 있어서의 이동 속도도 압전체에 공급되는 전압의 듀티비의 조정에 따라 용이하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 전방향 구동이 가능한 압전 액추에이터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 압전 액추에이터를 설명하기 위한 개략적인 사시도이고, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 레그부의 구조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 압전체에 공급되는 전원의 듀티비를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 정방향 수평 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 역방향 수평 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 역방향 수직 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 서로 접촉하고 있는 두 물체가 상대 운동을 시작하려고 할 때, 접촉면에서는 일정 마찰력이 작용하게 된다. 달리 말하면 서로 접촉하고 있는 어떤 두 물체가 정지 상태에서부터 운동을 시작하기 위해 극복해야 할 최대 힘이 양방향에 존재하고, 이것을 최대 정지 마찰력이라고 할 수 있다.

이때 최대 정지마찰력보다 작은 외력이 존재한다면 두 물체는 서로 상대 운동하지 않고, 이때의 두 물체 간의 마찰력은 작용 외력을 완전히 상쇄하는 작용 외력과 같은 크기의 값이라 할 수 있다.

즉, 속도가 0인 상태를 벗어나, 두 물체 간의 상대 운동을 일으키기 위해서는 외력의 크기가 마찰력보다 커야 두 물체 간의 접촉 상태를 완전히 분리시켜 운동할 수 있다.

이러한 접촉 상태를 스틱킹(Sticking)이라 한다. 외력이 이러한 응착력(Stiction Force)을 넘어서 가해지면, 물체 간의 접촉은 분리되고, 서로 간 표면의 미끄러짐이 발생하여 상대운동을 하게 된다. 이때 작용하는 마찰력은 미끄러짐 마찰력(Slip Force)이다. 이와 같이 속도가 없을 때 일어나는 특별한 형태의 마찰이 스틱-슬립이다.

한편, 압전 소자의 급속 신장(수축) 및 저속 수축(신장) 과정을 통해 물체가 바닥 면에 대해 스틱-슬립 하는 과정을 반복하게 함으로써 이동량을 얻는 방식으로, 압전 소자의 급속한 수축/신장에 의한 충격 관성력(Impulse Inertial Force)을 이용한다는 것으로부터 IDM(Impact Drive Mechanism) 방식이라 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

먼저, 도 1(a)를 참조하면, 고정부(Fixture, 10)와 상기 고정부(10)에 일측 끝단이 부착된 압전소자(20), 상기 압전소자(20)의 타측 끝단에 부착된 마찰용 부재(Friction part, 30) 및 상기 마찰용 부재(30)의 상부에 놓여 있는 슬라이더(Slider, 40)를 포함하는 구동기가 있다고 가정하기로 한다.

이때, 도 1(b)를 참조하면, 상기 압전소자(20)를 서서히 신장시키면, 슬라이더(40)와 마찰용 부재(30) 사이의 마찰력이 슬라이더(40)의 관성력 보다 크므로, 상기 슬라이더(40)는 마찰용 부재(30)와 같이 이동(스틱 상태라고 함)하게 된다.

하지만, 도 1(c)에서와 같이, 압전소자(20)를 급속히 수축시키면, 슬라이더(40)의 관성력이 마찰력보다 커져 슬라이더(40)와 마찰용 부재(30) 사이에 미끄러짐이 발생하게 되고, 따라서, 슬라이더(40)는 거의 제자리에 머물러 있게(슬립 상태라고 함) 된다.

이 방식은 압전소자의 급속한 수축/신장에 의한 충격 관성력을 이용한다는 것으로부터 IDM 방식이라고 불리 우며, 슬라이더가 마찰용 부재에 대해 "스틱-슬립"하는 과정을 반복한다는 것으로부터 "스틱-슬립" 구동 방식으로도 불린다.

이하에서는 본 발명에 따른 압전 액추에이터를 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 압전 액추에이터를 설명하기 위한 개략적인 사시도이고, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 레그부의 구조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 액추에이터(100)는 고정부(150); 상기 고정부(150)를 기준으로 4 방향으로 배치되는 레그부(110, 120, 130, 140); 및 상기 각각의 레그부(110, 120, 130, 140)의 끝단에 체결되는 팁부(161, 162, 163, 164)를 포함한다.

이때, 상기 고정부는 ABS 필라멘트 재료를 사용하여 제조할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 고정부의 재질을 제한하는 것은 아니다.

또한, 레그부는 각각 탄성체 및 상기 탄성체 상에 위치하는 압전체로 구성될 수 있으며, 상기 탄성체는 철, 스테인레스, 황동, 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 형성될 수 있고, 상기 압전체는 알루미나, 지르코니아 등과 같은 세라믹 재질로 형성될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 탄성체 및 상기 압전체의 재질을 제한하는 것은 아니다.

또한, 상기 레그부는 가볍고 강도가 높은 카본 파이버를 사용하여 제조할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 레그부의 재질을 제한하는 것은 아니다.

이때, 상술한 도 1과 비교하여, 상기 고정부(150)는 도 1의 고정부(Fixture, 10), 상기 레그부(110, 120, 130, 140)는 도 1의 압전소자(20), 상기 팁부(161, 162, 163, 164)는 도 1의 마찰용 부재(Friction part, 30)와 대응된다고 할 수 있으며, 도 1의 슬라이더(40)는 본 발명에 따른 압전 액추에이터가 이동하는 지면과 대응된다고 할 수 있다.

즉, 도 1의 마찰용 부재(30)와 슬라이더(40)의 사이에 발생되는 "스틱-슬립" 현상이, 본 발명에 따른 팁부(161, 162, 163, 164)와 지면 사이에서 발생하는 것으로 이해할 수 있다.

보다 구체적으로 상기 레그부(110, 120, 130, 140)는 상기 고정부(150)를 기준으로 제1방향으로 배치되는 제1레그부(110); 상기 고정부(150)를 기준으로 제2방향으로 배치되고, 상기 제1레그부(110)와 동일선상에 위치하는 제2레그부(120); 상기 고정부(150)를 기준으로 제3방향으로 배치되는 제3레그부(130); 상기 고정부(150)를 기준으로 제4방향으로 배치되고, 상기 제3레그부(130)와 동일선상에 위치하는 제4레그부(140)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1방향을 기준으로, 상기 제2방향은 180°의 각도에 해당하고, 상기 제3방향은 90°의 각도에 해당하며, 상기 제4방향은 270°의 각도에 해당할 수 있으며, 따라서, 상기 제1레그부(110)와 상기 제3레그부(130)는 90°의 각도를 유지하여 배치될 수 있고, 상기 제3레그부(130)와 상기 제2레그부(120)는 90°의 각도를 유지하여 배치될 수 있으며, 상기 제2레그부(120)와 상기 제4레그부(140)는 90°의 각도를 유지하여 배치될 수 있고, 상기 제4레그부(140)와 상기 제1레그부(110)는 90°의 각도를 유지하여 배치될 수 있다.

다만, 본 발명에서 상기 레그부들 간의 배치 각도를 제한하는 것은 아니나, 본 발명에서는, 상기 제2레그부(120)는 상기 제1레그부(110)와 동일선상에 위치하도록 배치되고, 상기 제4레그부(140)는 상기 제3레그부(130)와 동일선상에 위치하도록 배치되어야 한다.

한편, 본 발명에서의 이와 같은 형태의 레그부를 "X" 형상의 레그부 또는 "+" 형상 레그부로 정의할 수 있다.

계속해서, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 상기 제1레그부(110)는 제1탄성체(112) 및 상기 제1탄성체(112) 상에 위치하는 제1압전체(111)를 포함하고, 또한, 상기 제2레그부(120)는 제2탄성체(122) 및 상기 제2탄성체(122) 상에 위치하는 제2압전체(121)를 포함하며, 또한, 상기 제3레그부(130)는 제3탄성체(132) 및 상기 제3탄성체(132) 상에 위치하는 제3압전체(132)를 포함하고, 또한, 상기 제4레그부(140)는 제4탄성체(142) 및 상기 제4탄성체(142) 상에 위치하는 제4압전체(141)를 포함한다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는, 상기 제2레그부(120)는 상기 제1레그부(110)와 동일선상에 위치하도록 배치된다.

이를 위하여, 상기 제1탄성체(112) 및 상기 제2탄성체(122)는 동일선상에 위치하는 것이 바람직하며, 따라서, 상기 제1탄성체(112) 및 상기 제2탄성체(122)는 단일의 탄성체인 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제1탄성체(112)와 상기 제2탄성체(122)는 탄성체 제1연결부(171)를 통해 연결되어 연속적으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 탄성체 제1연결부(171)를 통해 연속적으로 형성되는 상기 제1탄성체(112)와 상기 제2탄성체(122)를 제1축 탄성체로 정의할 수 있다.

이때, 상기 제1탄성체(112)의 일면에는 제1압전체(111)를 포함하여, 상기 제1탄성체(112) 및 상기 제1탄성체(112)의 일면에 위치하는 상기 제1압전체(111)는 상기 제1레그부(110)를 구성하며, 또한, 상기 제2탄성체(122)의 일면에는 제2압전체(121)를 포함하여, 상기 제2탄성체(122) 및 상기 제2탄성체(122)의 일면에 위치하는 상기 제2압전체(121)는 상기 제2레그부(120)를 구성하게 된다.

한편, 상기 제1탄성체(112)와 상기 제2탄성체(122)가 탄성체 제1연결부(171)를 통해 연결되어 연속적으로 형성됨에 있어서, 상기 제1탄성체(112) 영역에는 제1압전체(111)가 형성되고, 상기 제2탄성체(122) 영역에는 제2압전체(121)가 형성되나, 상기 탄성체 제1연결부(171) 영역에는 압전체가 형성되지 않는 제1영역(172)을 포함하게 된다.

또한, 본 발명에서는, 상기 제4레그부(140)는 상기 제3레그부(130)와 동일선상에 위치하도록 배치된다.

이를 위하여, 상기 제3탄성체(132) 및 상기 제4탄성체(142)는 동일선상에 위치하는 것이 바람직하며, 따라서, 상기 제3탄성체(132) 및 상기 제4탄성체(142)는 단일의 탄성체인 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 제3탄성체(132)와 상기 제4탄성체(142)는 탄성체 제2연결부(181)를 통해 연결되어 연속적으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 탄성체 제2연결부(181)를 통해 연속적으로 형성되는 상기 제3탄성체(132)와 상기 제4탄성체(142)를 제2축 탄성체로 정의할 수 있다.

이때, 상기 제3탄성체(132)의 일면에는 제3압전체(131)를 포함하여, 상기 제3탄성체(132) 및 상기 제3탄성체(132)의 일면에 위치하는 상기 제3압전체(131)는 상기 제3레그부(130)를 구성하며, 또한, 상기 제4탄성체(142)의 일면에는 제4압전체(141)를 포함하여, 상기 제4탄성체(142) 및 상기 제4탄성체(142)의 일면에 위치하는 상기 제4압전체(141)는 상기 제4레그부(140)를 구성하게 된다.

한편, 상기 제3탄성체(132)와 상기 제4탄성체(142)가 탄성체 제2연결부(181)를 통해 연결되어 연속적으로 형성됨에 있어서, 상기 제3탄성체(132) 영역에는 제3압전체(131)가 형성되고, 상기 제4탄성체(142) 영역에는 제4압전체(141)가 형성되나, 상기 탄성체 제2연결부(181) 영역에는 압전체가 형성되지 않는 제2영역(182)을 포함하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 압전 액추에이터(100)를 달리 표현하자면, 본 발명에 따른 압전 액추에이터(100)는 고정부(150); 상기 고정부(150)에 체결되는 제1축 레그부(170); 및 상기 고정부(150)에 체결되고, 상기 제1축 레그부(170)와 교차하여 배치되는 제2축 레그부(180)를 포함한다.

이때, 상기 제1축 레그부(170)는, 제1축 탄성체를 포함하고, 상기 제1축 탄성체는, 탄성체 제1연결부(171); 상기 탄성체 제1연결부(171)의 일측에 위치하는 제1탄성체(112); 및 상기 탄성체 제1연결부(171)의 타측에 위치하는 제2탄성체(122)를 포함하고, 상기 제1축 레그부(170)는, 상기 제1탄성체(112) 영역에 위치하는 제1압전체(111); 상기 제2탄성체(122) 영역에 위치하는 제2압전체(121); 및 상기 탄성체 제1연결부(171) 영역에는 압전체가 형성되지 않는 제1영역(172)을 포함한다.

또한, 상기 제2축 레그부(180)는, 제2축 탄성체를 포함하고, 상기 제2축 탄성체는, 탄성체 제2연결부(181); 상기 탄성체 제2연결부(181)의 일측에 위치하는 제3탄성체(132); 및 상기 탄성체 제2연결부(181)의 타측에 위치하는 제4탄성체(142)를 포함하고, 상기 제2축 레그부(180)는, 상기 제3탄성체(132) 영역에 위치하는 제3압전체(131); 상기 제4탄성체(142) 영역에 위치하는 제4압전체(141); 및 상기 탄성체 제2연결부(181) 영역에는 압전체가 형성되지 않는 제2영역(182)을 포함한다.

이때, 상기 제1축 레그부(170)와 상기 제2축 레그부(180)가 교차하는 영역은 상기 고정부(150) 영역에 해당한다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 액추에이터(100)는 상술한 바와 같이, 상기 각각의 레그부(110, 120, 130, 140)의 끝단에 체결되는 팁부(161, 162, 163, 164)를 포함하며, 상기 팁부(161, 162, 163, 164)는, 상기 제1레그부(110)의 끝단에 체결되는 제1팁부(161); 상기 제2레그부(120)의 끝단에 체결되는 제2팁부(162); 상기 제3레그부(130)의 끝단에 체결되는 제3팁부(163); 및 상기 제4레그부(140)의 끝단에 체결되는 제4팁부(164)를 포함한다.

이때, 상기 제1팁부(161)는 상기 제1레그부(110)의 끝단과 연결되는 제1몸체부(161a) 및 상기 제1몸체부(161a)의 저면에 위치하는 제1받침부(161b)를 포함하고, 상기 제2팁부(162)는 상기 제2레그부(120)의 끝단과 연결되는 제2몸체부(162a) 및 상기 제2몸체부(162a)의 저면에 위치하는 제2받침부(162b)를 포함하며, 상기 제3팁부(163)는 상기 제3레그부(130)의 끝단과 연결되는 제3몸체부(163a) 및 상기 제3몸체부(163a)의 저면에 위치하는 제3받침부(163b)를 포함하고, 상기 제4팁부(164)는 상기 제4레그부(140)의 끝단과 연결되는 제4몸체부(164a) 및 상기 제4몸체부(164a)의 저면에 위치하는 제4받침부(164b)를 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 압전 액추에이터를 달리 표현하자면, 본 발명에 따른 압전 액추에이터(100)는 고정부(150); 상기 고정부(150)에 체결되는 제1축 레그부(170); 및 상기 고정부(150)에 체결되고, 상기 제1축 레그부(170)와 교차하여 배치되는 제2축 레그부(180)를 포함하는 것으로 정의할 수 있고, 이 경우에 있어서의 상기 팁부에 대해 달리 표현하자면, 다음과 같다.

즉, 상기 팁부(161, 162, 163, 164)는, 상기 제1축 레그부(170)의 일측 끝단에 체결되는 제1팁부(161); 상기 제1축 레그부(170)의 타측 끝단에 체결되는 제2팁부(162); 상기 제2축 레그부(180)의 일측 끝단에 체결되는 제3팁부(163); 및 상기 제2축 레그부(180)의 타측 끝단에 체결되는 제4팁부(164)를 포함한다.

이때, 상기 제1팁부(161)는 상기 제1축 레그부(170)의 일측 끝단과 연결되는 제1몸체부(161a) 및 상기 제1몸체부(161a)의 저면에 위치하는 제1받침부(161b)를 포함하고, 상기 제2팁부(162)는 상기 제1축 레그부(170)의 타측 끝단과 연결되는 제2몸체부(162a) 및 상기 제2몸체부(162a)의 저면에 위치하는 제2받침부(162b)를 포함하며, 상기 제3팁부(163)는 상기 제2축 레그부(180)의 일측 끝단과 연결되는 제3몸체부(163a) 및 상기 제3몸체부(163a)의 저면에 위치하는 제3받침부(163b)를 포함하고, 상기 제4팁부(164)는 상기 제2축 레그부(180)의 타측 끝단과 연결되는 제4몸체부(164a) 및 상기 제4몸체부(164a)의 저면에 위치하는 제4받침부(164b)를 포함한다.

한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 압전 액추에이터는 상기 압전체에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 발명에서는, 상기 전원공급수단은 제1극 및 제2극을 포함하고, 상기 제1극에는, 상기 제1압전체(111)의 제1측, 상기 제2압전체(121)의 제1측, 상기 제3압전체(131)의 제1측 및 상기 제4압전체(141)의 제1측이 연결되고, 상기 제2극에는, 상기 제1압전체(111)의 제2측, 상기 제2압전체(121)의 제2측, 상기 제3압전체(131)의 제2측 및 상기 제4압전체(141)의 제2측이 연결될 수 있으며, 즉, 하나의 전원공급수단을 통해, 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 압전 액추에이터는 상기 압전체에 전원을 공급하기 위한 제1전원공급수단 및 제2전원공급수단을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1전원공급수단은 제1-1극 및 제2-1극을 포함하고, 상기 제1-1극에는, 상기 제1압전체(111)의 제1측 및 상기 제2압전체(121)의 제1측이 연결되고, 상기 제2-1극에는, 상기 제1압전체(111)의 제2측 및 상기 제2압전체(121)의 제2측이 연결되어, 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급할 수 있다.

또한, 상기 제2전원공급수단은 제1-2극 및 제2-2극을 포함하고, 상기 제1-2극에는, 상기 제3압전체(131)의 제1측 및 상기 제4압전체(141)의 제1측이 연결되고, 상기 제2-2극에는, 상기 제3압전체(131)의 제2측 및 상기 제4압전체(141)의 제2측이 연결되어, 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있다.

즉, 전원공급수단이 1개인 경우에는, 하나의 전원공급수단을 통해, 4개의 압전체, 즉, 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있으며, 전원공급수단이 2개인 경우에는, 제1전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급하고, 또한, 제2전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 압전체에 공급되는 전원에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 압전체에 공급되는 전원의 듀티비를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

일반적으로 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM)에서는 클럭이 상승하는 구간과 다음 상승하는 구간 사이를 주기(Period)라고 하며, 듀티 사이클(Duty Cycle)을 결정하는 클럭이 하이(High)인 상태를 펄스폭(Pulse Width)이라고 한다.

이때, 듀티 사이클(Duty Cycle)은 펄스폭(Pulse Width)×100/주기(Period)로 계산될 수 있으며, 듀티비(duty ratio)는 전류가 흐르지 않은 시간에 대한 전류가 흐fms 시간의 비를 의미한다.

예를 들어, 도 3에서 Duty Cycle 10%는 1 주기(Period) 동안의 펄스폭(Pulse Width)이 10%에 해당함을 의미하며, 이때의 듀티비(duty ratio)는 10:90에 해당한다.

또한, 이와 동일한 방법으로, 도 3에서 Duty Cycle 30%는 1 주기(Period) 동안의 펄스폭(Pulse Width)이 30%에 해당함을 의미하며, 이때의 듀티비(duty ratio)는 30:70에 해당한다.

또한, 이와 동일한 방법으로, 도 3에서 Duty Cycle 90%는 1 주기(Period) 동안의 펄스폭(Pulse Width)이 90%에 해당함을 의미하며, 이때의 듀티비(duty ratio)는 90:10에 해당한다.

본 발명에서는, 이러한 듀티비를 조정하여 상기 압전체에 전원을 공급함으로써, 상기 압전체의 느린 확장과 빠른 수축, 또는 상기 압전체의 빠른 확장과 느린 수축을 통해 발생되는 "스틱-슬립" 현상을 통해, 2차원 평면 내에서의 전방향 구동이 가능한 압전 액추에이터를 제공할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 상기 정방향 수직 구동의 의미는, 방향을 설정하기 위해 도입된 개념으로, 본 발명에서 정방향 또는 수직의 의미에 제한되는 것은 아니다. 한편, 이하에서 설명되는 역방향 또는 수평의 의미도, 방향을 설정하기 위해 도입된 개념으로, 본 발명에서 역방향 또는 수평의 의미에 제한되는 것은 아니다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기준라인(S)으로부터 일정 간격 이격된 압전 액추에이터의 압전체, 즉, 상술한 도 2a 내지 도 2c의 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급에 따른 전류를 인가한다.

이때, 하나의 전원공급수단을 통해, 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있다.

다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전원공급수단을 통해 압전체에 전원을 공급함에 있어서, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 공급하는 경우, 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)가 확장을 하게 된다.

이때, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 인가하므로, Duty Cycle 70% 동안 전류가 인가되어, 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)가 느린 확장을 하게 된다.

한편, 도 4b의 화살표에서 빗금 영역은 Duty Cycle 70% 동안 전류가 인가됨을 의미하며, 빗금이 없는 영역은 Duty Cycle 30% 동안은 전류가 인가되지 않음을 의미한다.

다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 전원공급수단을 통해 압전체에 전원을 공급함에 있어서, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 공급하는 경우, Duty Cycle 30% 동안 전류가 인가되지 않으므로, 상기 제1압전체(111), 상기 제2압전체(121), 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)가 빠른 수축을 하게 된다. 단, 상기 빠른 수축은 압전체의 느린 확장 후에, 압전체가 최초 상태로의 복귀하는 것을 의미할 수 있다.

즉, 압전체의 느린 확장과 빠른 수축에 의한, "스틱-슬립" 현상이 발생하고, 이로 인하여, 도 4c에 도시된 바와 같이, 기준라인(S)와 근접하도록 상기 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동(도 4c의 진행방향 참조)이 가능하다.

이때, 상기 듀티비(duty ratio)를 80:20으로 하여 전원을 공급하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30인 경우보다 보다 빠른 속도로 상기 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동(도 4c의 진행방향 참조)이 가능하며, 상기 듀티비(duty ratio)를 60:40으로 하여 전원을 공급하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30인 경우보다 보다 느린 속도로 상기 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동(도 4c의 진행방향 참조)이 가능하다.

한편, 도 4c에서와 같은 정방향 수직 구동(도 4c의 진행방향 참조)과는 다른 방향, 즉, 역방향 수직 구동을 하고자 하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30으로인가된 전원을, 듀티비(duty ratio)를 30:70으로 하여 전원을 인가하는 경우, 역방향 수직 구동이 가능하다.

또한, 상기 듀티비(duty ratio)를 달리하는 경우, 상기 압전 액추에이터의 역방향 수직 구동의 속도를 제어할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는, 압전체에 공급되는 전압의 듀티비의 조정에 따라, 정방향 수직 구동 또는 역방향 수직 구동을 용이하게 제어할 수 있으며, 또한, 정방향 수직 구동 또는 역방향 수직 구동에 있어서의 이동 속도도 압전체에 공급되는 전압의 듀티비의 조정에 따라 용이하게 제어할 수 있다.

따라서, 본 발명은 간단한 구조로 구동이 가능한 압전 액추에이터를 제공할 수 있으며, 또한, 상기 압전 액추에이터의 이동을 제어하기 위한 구동 원리가 간단하여, 상기 압전 액추에이터를 제어하는 것이 매우 용이하다.

이하에서는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 전방향 구동을 설명하기로 한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 정방향 수평 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기준라인(S)으로부터 일정 간격 이격된 압전 액추에이터의 압전체, 즉, 상술한 도 2a 내지 도 2c의 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급에 따른 전류를 인가한다.

이 경우는 전원공급수단이 2개인 경우로, 제1전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급하고, 또한, 제2전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있으나, 도 5a 및 도 5b는 제2전원공급수단은 전원을 공급하지 않는 상태를 가정한다.

이때, 상기 제1전원공급수단을 통해, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급함에 있어서, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 공급하는 경우, 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)가 확장을 하게 된다.

이때, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 인가하므로, Duty Cycle 70% 동안 전류가 인가되어, 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)가 느린 확장을 하게 된다.

한편, 도 5a 및 도 5b의 화살표에서 빗금 영역은 Duty Cycle 70% 동안 전류가 인가됨을 의미하며, 빗금이 없는 영역은 Duty Cycle 30% 동안은 전류가 인가되지 않음을 의미한다.

다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제1전원공급수단을 통해, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급함에 있어서, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 공급하는 경우, Duty Cycle 30% 동안 전류가 인가되지 않으므로, 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)가 빠른 수축을 하게 된다. 단, 상기 빠른 수축은 압전체의 느린 확장 후에, 압전체가 최초 상태로의 복귀하는 것을 의미할 수 있다.

즉, 압전체의 느린 확장과 빠른 수축에 의한, "스틱-슬립" 현상이 발생하고, 이로 인하여, 도 5b에 도시된 바와 같이, 기준라인(S)와 근접하도록 상기 압전 액추에이터의 정방향 수평 구동(도 5b의 진행방향 참조)이 가능하다.

이때, 상기 듀티비(duty ratio)를 80:20으로 하여 전원을 공급하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30인 경우보다 보다 빠른 속도로 상기 압전 액추에이터의 정방향 수평 구동(도 5b의 진행방향 참조)이 가능하며, 상기 듀티비(duty ratio)를 60:40으로 하여 전원을 공급하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30인 경우보다 보다 느린 속도로 상기 압전 액추에이터의 정방향 수평 구동(도 5b의 진행방향 참조)이 가능하다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 역방향 수평 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

즉, 도 5b에서와 같은 정방향 수평 구동(도 5b의 진행방향 참조)과는 다른 방향, 즉, 역방향 수평 구동(도 6b의 진행방향 참조)을 하고자 하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30으로인가된 전원을, 듀티비(duty ratio)를 30:70으로 하여 전원을 인가하는 경우, 역방향 수평 구동이 가능하다.

또한, 상기 듀티비(duty ratio)를 달리하는 경우, 상기 압전 액추에이터의 역방향 수평 구동의 속도를 제어할 수 있다.

구체적인 내용은 상술한 도 5a 및 도 5b의 관련설명을 참조할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기준라인(S)으로부터 일정 간격 이격된 압전 액추에이터의 압전체, 즉, 상술한 도 2a 내지 도 2c의 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급에 따른 전류를 인가한다.

이 경우는 전원공급수단이 2개인 경우로, 제1전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급하고, 또한, 제2전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있으나, 도 7a 및 도 7b는 제1전원공급수단은 전원을 공급하지 않는 상태를 가정한다.

이때, 상기 제2전원공급수단을 통해, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급함에 있어서, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 공급하는 경우, 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)가 확장을 하게 된다.

이때, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 인가하므로, Duty Cycle 70% 동안 전류가 인가되어, 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)가 느린 확장을 하게 된다.

한편, 도 7a 및 도 7b의 화살표에서 빗금 영역은 Duty Cycle 70% 동안 전류가 인가됨을 의미하며, 빗금이 없는 영역은 Duty Cycle 30% 동안은 전류가 인가되지 않음을 의미한다.

다음으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 제2전원공급수단을 통해, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급함에 있어서, 듀티비(duty ratio)를 70:30으로 하여 전원을 공급하는 경우, Duty Cycle 30% 동안 전류가 인가되지 않으므로, 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)가 빠른 수축을 하게 된다. 단, 상기 빠른 수축은 압전체의 느린 확장 후에, 압전체가 최초 상태로의 복귀하는 것을 의미할 수 있다.

즉, 압전체의 느린 확장과 빠른 수축에 의한, "스틱-슬립" 현상이 발생하고, 이로 인하여, 도 7b에 도시된 바와 같이, 기준라인(S)와 근접하도록 상기 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동(도 7b의 진행방향 참조)이 가능하다.

이때, 상기 듀티비(duty ratio)를 80:20으로 하여 전원을 공급하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30인 경우보다 보다 빠른 속도로 상기 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동(도 7b의 진행방향 참조)이 가능하며, 상기 듀티비(duty ratio)를 60:40으로 하여 전원을 공급하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30인 경우보다 보다 느린 속도로 상기 압전 액추에이터의 정방향 수직 구동(도 7b의 진행방향 참조)이 가능하다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 역방향 수직 구동을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

즉, 도 7b에서와 같은 정방향 수직 구동(도 7b의 진행방향 참조)과는 다른 방향, 즉, 역방향 수직 구동(도 8b의 진행방향 참조)을 하고자 하는 경우, 듀티비(duty ratio)가 70:30으로 인가된 전원을, 듀티비(duty ratio)를 30:70으로 하여 전원을 인가하는 경우, 역방향 수직 구동이 가능하다.

또한, 상기 듀티비(duty ratio)를 달리하는 경우, 상기 압전 액추에이터의 역방향 수직 구동의 속도를 제어할 수 있다.

구체적인 내용은 상술한 도 7a 및 도 7b의 관련설명을 참조할 수 있다.

이상과 같이, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b 및 관련설명에서는, 압전 액추에이터가 정방향 수평 구동 또는 역방향 수평 구동을 할 수 있음을 확인할 수 있고, 또한, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b 및 관련설명에서는, 압전 액추에이터가 정방향 수직 구동 또는 역방향 수직 구동을 할 수 있음을 확인할 수 있다.

이때, 이 경우는 전원공급수단이 2개인 경우로, 제1전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 전원을 공급하고, 또한, 제2전원공급수단을 통해서는, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 전원을 공급할 수 있으나, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b 및 관련설명에서는 제2전원공급수단은 전원을 공급하지 않는 상태를 가정하였으며, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b 및 관련설명에서는 제1전원공급수단은 전원을 공급하지 않는 상태를 가정하였다.

하지만, 이와는 달리, 동일선상에 위치하는 상기 제1압전체(111) 및 상기 제2압전체(121)에 제1전원공급수단을 통해 전원을 공급하고, 또한, 이와 동시에, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체(131) 및 상기 제4압전체(141)에 제2전원공급수단을 통해 전원을 공급하는 경우, 상기 제1전원공급수단 및 상기 제2전원공급수단 에 공급되는 전원의 듀티비(duty ratio)를 달리하는 경우, 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 전방향 구동이 가능함을 예측할 수 있다.

예를 들어, 상술한 도 5b의 정방향 수평 구동과 같은 X축 변위에 의한 벡터량과 도 7b의 정방향 수직 구동과 같은 Y축 변위에 따른 벡터량의 합력에 의해, XY축의 변위에 따른 벡터량이 발생하게 되고, 이러한 XY축의 변위에 따른 벡터량에 따라 상기 압전 액추에이터의 이동이 발생하므로, 상기 제1전원공급수단 및 상기 제2전원공급수단 에 공급되는 전원의 듀티비(duty ratio)를 달리하는 경우, 본 발명에 따른 압전 액추에이터의 전방향 구동이 가능하다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

1. 압전 액추에이터에 있어서,
   상기 압전 액추에이터는,
   고정부;
   상기 고정부를 기준으로 4 방향으로 배치되는 레그부; 및
   상기 각각의 레그부의 끝단에 체결되는 팁부를 포함하고,
   상기 레그부는 각각 탄성체 및 상기 탄성체 상에 위치하는 압전체로 구성되고,
   상기 레그부는, 상기 고정부를 기준으로 제1방향으로 배치되는 제1레그부; 상기 고정부를 기준으로 제2방향으로 배치되고, 상기 제1레그부와 동일선상에 위치하는 제2레그부; 상기 고정부를 기준으로 제3방향으로 배치되는 제3레그부; 및 상기 고정부를 기준으로 제4방향으로 배치되고, 상기 제3레그부와 동일선상에 위치하는 제4레그부를 포함하며,
   상기 제1레그부는 제1탄성체 및 상기 제1탄성체 상에 위치하는 제1압전체를 포함하고, 상기 제2레그부는 제2탄성체 및 상기 제2탄성체 상에 위치하는 제2압전체를 포함하며, 상기 제3레그부는 제3탄성체 및 상기 제3탄성체 상에 위치하는 제3압전체를 포함하고, 상기 제4레그부는 제4탄성체 및 상기 제4탄성체 상에 위치하는 제4압전체를 포함하며,
   상기 제1압전체는 상기 제1탄성체의 일면에 위치하고, 상기 제2압전체는 상기 제2탄성체의 일면에 위치하며, 상기 제1탄성체의 일면과 상기 제2탄성체의 일면은 동일한 방향이고,
   상기 제3압전체는 상기 제3탄성체의 일면에 위치하고, 상기 제4압전체는 상기 제4탄성체의 일면에 위치하며, 상기 제3탄성체의 일면과 상기 제4탄성체의 일면은 동일한 방향이고,
   동일선상에 위치하는 상기 제1압전체 및 상기 제2압전체에 동일한 듀티비의 제1전원이 공급되고, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체 및 상기 제4압전체에 동일한 듀티비의 제2전원이 공급되어, 상기 압전 액추에이터는, 정방향 수직구동, 역방향 수직구동, 정방향 수평구동, 또는 역방향 수평구동을 하는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1탄성체와 상기 제2탄성체는 탄성체 제1연결부를 통해 연결되어 연속적으로 형성되고,
   상기 제3탄성체와 상기 제4탄성체는 탄성체 제2연결부를 통해 연결되어 연속적으로 형성되는 압전 액추에이터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 팁부는, 상기 제1레그부의 끝단에 체결되는 제1팁부; 상기 제2레그부의 끝단에 체결되는 제2팁부; 상기 제3레그부의 끝단에 체결되는 제3팁부; 및 상기 제4레그부의 끝단에 체결되는 제4팁부를 포함하는 압전 액추에이터.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1팁부는 상기 제1레그부의 끝단과 연결되는 제1몸체부 및 상기 제1몸체부의 저면에 위치하는 제1받침부를 포함하고, 상기 제2팁부는 상기 제2레그부의 끝단과 연결되는 제2몸체부 및 상기 제2몸체부의 저면에 위치하는 제2받침부를 포함하며, 상기 제3팁부는 상기 제3레그부의 끝단과 연결되는 제3몸체부 및 상기 제3몸체부의 저면에 위치하는 제3받침부를 포함하고, 상기 제4팁부는 상기 제4레그부의 끝단과 연결되는 제4몸체부 및 상기 제4몸체부의 저면에 위치하는 제4받침부를 포함하는 압전 액추에이터.
7. 압전 액추에이터에 있어서,
   상기 압전 액추에이터는,
   고정부;
   상기 고정부에 체결되는 제1축 레그부;
   상기 고정부에 체결되고, 상기 제1축 레그부와 교차하여 배치되는 제2축 레그부;
   상기 제1축 레그부의 일측 끝단에 체결되는 제1팁부;
   상기 제1축 레그부의 타측 끝단에 체결되는 제2팁부;
   상기 제2축 레그부의 일측 끝단에 체결되는 제3팁부; 및
   상기 제2축 레그부의 타측 끝단에 체결되는 제4팁부를 포함하고,
   상기 제1축 레그부 및 상기 제2축 레그부는, 각각 탄성체 및 상기 탄성체 상에 위치하는 압전체로 구성되고,
   상기 제1축 레그부는 제1축 탄성체를 포함하고,
   상기 제1축 탄성체는, 탄성체 제1연결부; 상기 탄성체 제1연결부의 일측에 위치하는 제1탄성체; 및 상기 탄성체 제1연결부의 타측에 위치하는 제2탄성체를 포함하고,
   상기 제1축 레그부는, 상기 제1탄성체의 영역에 위치하는 제1압전체; 및 상기 제2탄성체의 영역에 위치하는 제2압전체를 포함하며,
   상기 제2축 레그부는 제2축 탄성체를 포함하고,
   상기 제2축 탄성체는, 탄성체 제2연결부; 상기 탄성체 제2연결부의 일측에 위치하는 제3탄성체; 및 상기 탄성체 제2연결부의 타측에 위치하는 제4탄성체를 포함하고,
   상기 제2축 레그부는, 상기 제3탄성체의 영역에 위치하는 제3압전체; 및 상기 제4탄성체의 영역에 위치하는 제4압전체를 포함하며,
   상기 제1압전체는 상기 제1탄성체의 일면에 위치하고, 상기 제2압전체는 상기 제2탄성체의 일면에 위치하며, 상기 제1탄성체의 일면과 상기 제2탄성체의 일면은 동일한 방향이고,
   상기 제3압전체는 상기 제3탄성체의 일면에 위치하고, 상기 제4압전체는 상기 제4탄성체의 일면에 위치하며, 상기 제3탄성체의 일면과 상기 제4탄성체의 일면은 동일한 방향이고,
   동일선상에 위치하는 상기 제1압전체 및 상기 제2압전체에 동일한 듀티비의 제1전원이 공급되고, 동일선상에 위치하는 상기 제3압전체 및 상기 제4압전체에 동일한 듀티비의 제2전원이 공급되어, 상기 압전 액추에이터는, 정방향 수직구동, 역방향 수직구동, 정방향 수평구동, 또는 역방향 수평구동을 하는 것을 특징으로 하는 압전 액추에이터.
8. 삭제
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제1팁부는 상기 제1축 레그부의 일측 끝단과 연결되는 제1몸체부 및 상기 제1몸체부의 저면에 위치하는 제1받침부를 포함하고, 상기 제2팁부는 상기 제1축 레그부의 타측 끝단과 연결되는 제2몸체부 및 상기 제2몸체부의 저면에 위치하는 제2받침부를 포함하며, 상기 제3팁부는 상기 제2축 레그부의 일측 끝단과 연결되는 제3몸체부 및 상기 제3몸체부의 저면에 위치하는 제3받침부를 포함하고, 상기 제4팁부는 상기 제2축 레그부의 타측 끝단과 연결되는 제4몸체부 및 상기 제4몸체부의 저면에 위치하는 제4받침부를 포함하는 압전 액추에이터.
10. 삭제
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터는, 제1-1극 및 제2-1극을 포함하는 제1전원공급수단 및 제1-2극 및 제2-2극을 포함하는 제2전원공급수단을 더 포함하고,
    상기 제1전원공급수단은, 상기 제1-1극에 상기 제1압전체의 제1측 및 상기 제2압전체의 제1측이 연결되고, 상기 제2-1극에 상기 제1압전체의 제2측 및 상기 제2압전체의 제2측이 연결되어, 상기 제1압전체 및 상기 제2압전체에 전원을 공급하고,
    상기 제2전원공급수단은, 상기 제1-2극에 상기 제3압전체의 제1측 및 상기 제4압전체의 제1측이 연결되고, 상기 제2-2극에 상기 제3압전체의 제2측 및 상기 제4압전체의 제2측이 연결되어, 상기 제3압전체 및 상기 제4압전체에 전원을 공급하는 압전 액추에이터.

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