KR20060118927A - 변위 확대 기구를 갖는 압전 선형 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 선형 모터, 보다 자세하게는 변위 확대 기구를 갖는 압전 선형 모터에 관한 것이다. 본 발명의 압전 선형 모터는 압전 세라믹과, 압전 세라믹 상에 장착된 변위 확대 기구와, 변위 확대 기구 상에 장착된 축과, 일정 마찰력을 갖고 축 둘레에 장착된 이동자를 포함한다. 상기 변위 확대 기구는 탄성 재료로 이루어지며, 압전 세라믹에 부착되는 기부 판 및 기부 판의 가장자리로부터 예각을 형성하며 내측으로 연장하고, 중심부가 축의 장착을 위하여 평평하게 형성되는 변형 판을 포함한다. 본 발명의 압전 선형 모터에 의하면, 동일한 시간에 달성 가능한 변위가 확대되어, 구동 대상물을 보다 빠르게 구동할 수 있게 된다.
압전 선형 모터, 압전 세라믹, 변위 확대 기구, 탄성체, 이동자, 포와슨 비

Description

변위 확대 기구를 갖는 압전 선형 모터{PIEZOELECTRIC LINEAR MOTOR WITH DISPLACEMENT AMPLIFYING DEVICE}
도1은 종래 기술의 압전 선형 모터를 도시한 도면이고,
도2a는 압전 세라믹의 분극 방향과 전계의 방향이 동일한 경우에 압전 세라믹과 그 위에 장착된 변위 확대 기구의 거동을 도시한 도면이고,
도2b는 압전 세라믹의 분극 방향과 전계의 방향이 반대일 경우에 압전 세라믹과 그 위에 장착된 변위 확대 기구의 거동을 도시한 도면이고,
도3a는 압전 세라믹과 탄성체로 구성된 압전 액츄에이터 상에 변위 확대 기구가 장착되고, 이 변위 확대 기구 상에 축이 장착된 구조의 측면도이고,
도3b는 이러한 구조의 사시도이며,
도4는 본 발명에 따른 압전 선형 모터의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 압전 선형 모터, 보다 자세하게는 변위 확대 기구를 갖는 압전 선형 모터에 관한 것이다.
종래 기술의 압전 선형 모터는 도1에 도시되어 있다. 도1의 압전 선형 모터 는 미놀타 주식회사에서 개발된 된 것으로서, 축(2) 방향으로 이동 가능하게 설치된 이동자(1), 축(2)의 일 단부에 연결되고 복수 개 적층되어 있는 압전 세라믹(3), 압전 세라믹(3)의 한쪽 끝을 고정하는 지지부(4) 및 압전 세라믹(3)에 구동 전압을 인가하는 구동 회로(5)를 포함한다. 도1의 압전 선형 모터의 이동자(1)에는 촬영 렌즈 등의 구동 대상물이 고정된다. 구동 대상물은 이동자(1)와 축(2) 간의 상대적 이동에 의하여 구동된다. 축(2)이 저속으로 이동할 때는 축(2)과 이동자(1) 간의 마찰력 작용시간이 길어져서 이동자(1)와 축(2)이 동시에 움직인다. 축(2)이 고속으로 이동할 때는 축(2)과 이동자(1) 간의 마찰력 작용시간이 짧아져서 이동자(1)는 관성에 의하여 제 자리에 있고, 축(2)만 이동하게 된다. 이러한 원리에 의하여 축(2)의 이동을 조절함으로써, 이동자(1)를 전후로 이동시킬 수 있고(예컨대, 축(2)의 저속 전방 이동과 고속 후방 이동을 반복하면 이동자(1)는 전방으로 이동할 것이고, 축(2)의 저속 후방 이동과 고속 전방 이동을 반복하면 이동자(1)는 후방으로 이동할 것임), 이동자(1)의 이동에 의하여 구동 대상물을 구동할 수 있다. 이러한 방식으로 구동 대상물을 구동하는 압전 선형 모터를 임팩트형 압전 선형 모터라고 한다. 그러나, 이러한 종래 기술의 임팩트형 압전 선형 모터에서는 적층형 압전 세라믹(3)에서 선형 운동을 위해 제공되는 변위에는 한계가 있기 때문에, 이동자(1)를 더 큰 구동력과 빠른 속도로 이동시키는 것이 힘들다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여, 압전 세라믹 의 변형에 의하여 주어지는 변위를 최대한 확대할 수 있는 변위 확대 기구를 사용함으로써, 구동 대상물을 더 큰 구동력과 빠른 속도로 구동할 수 있는 압전 선형 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 압전 선형 모터는 압전 세라믹과, 압전 세라믹 상에 장착된 변위 확대 기구와, 변위 확대 기구 상에 장착된 축과, 일정 마찰력을 갖고 축 둘레에 장착된 이동자를 포함한다. 상기 변위 확대 기구는 탄성 재료로 이루어지며, 압전 세라믹에 부착되는 기부 판 및 기부 판의 가장자리로부터 예각을 형성하며 내측으로 연장하고, 중심부가 축의 장착을 위하여 평평하게 형성되는 변형 판을 포함한다.
또한, 본 발명의 압전 선형 모터는 압전 세라믹 하부에 탄성체가 장착된 구조를 가질 수도 있으며, 이러한 구조는 복수개 형성될 수도 있다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다.
도2a 및 도2b에서 변위 확대 기구(9)의 원리가 설명된다. 변위 확대 기구(9)는 압전 세라믹(6) 상에 장착되고, 압전 세라믹(6)은 탄성체(7) 상에 장착된다. 압전 세라믹(6)이 탄성체(7) 상에 장착됨으로써, 세라믹(6) 자체의 취성(재료가 갑작스럽게 파괴되는 성질)에 의하여 모터의 내구성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다. 본 실시예에서는 압전 세라믹(6)의 하부에 탄성체(7)가 장착되는 구조에 대하여 기술하고 있으나, 이러한 탄성체(7)는 압전 세라믹(6)의 Z방향 변위를 확대하기 위한 변위 확대 기구(9)의 기능을 발휘하는 데 있어서 필수적인 것은 아니다. 변위 확대 기구(9)는 압전 세라믹(6)에 부착되는 기부 판(91)과 이 기부 판(91)의 가장자리로부터 예각을 형성하며 내측으로 연장하고, 중심부가 축의 장착을 위하여 평평하게 형성되는 변형 판(92)을 포함한다. 기부 판(91)과 변형 판(92)은 모두 탄성 재질로 이루어진다. 화살표(P)는 압전 세라믹(6)의 분극 방향을 표시한다. 이 분극 방향(P)과 압전 세라믹(6)에 가해지는 전계의 방향이 일치하면 압전 세라믹(6)은 X방향으로 수축하게 된다. 압전 세라믹(6)이 X방향으로 수축하게 되면, 압전 세라믹(6) 상에 장착된 변위 확대 기구(9)도 X방향으로 수축하게 되고, 이에 따라 변위 확대 기구(9)의 기부 판(91)과 변형 판(92) 사이의 각도가 커진다. 즉, 도2a의 점섬으로 도시된 형상으로 변형되어 Z방향으로 확대된다. 도2b는 압전 세라믹(6)의 분극 방향(P)과 압전 세라믹(6)에 가해지는 전계의 방향이 반대일 경우를 도시한다. 이 경우 압전 세라믹(6)은 Z방향으로 수축하게 되고, 그 결과로 X방향으로는 팽창하게 된다. 이에 따라, 변위 확대 기구(9)의 기부 판(91)과 변형 판(92) 사이의 각도가 작아지고, 변위 확대 기구(9)는 점선으로 도시된 형상으로 Z방향으로 수축된다. 이러한 원리에 의하여, 압전 세라믹(6) 상에 변위 확대 기구(9)를 장착함으로써, 압전 세라믹(6) 자체의 Z방향 변위보다 큰 Z방향 변위를 얻을 수 있다.
도3a에는 압전 세라믹(6)과 탄성체(7)로 구성된 압전 액츄에이터 상에 변위 확대 기구(9)가 장착되고, 이 변위 확대 기구(9) 상에 축(13)이 장착된 구조의 측면도가 도시되어 있고, 도3b에는 이러한 구조의 사시도가 도시되어 있다.
도4에는 본 발명에 따른 압전 선형 모터의 실시예가 도시된다. 본 실시예에 서는 압전 세라믹(6)의 하부에 탄성체(7)가 장착되는 구조가 복수개 형성되어 있다. 이와 같이, 압전 세라믹(6)의 하부에 탄성체(7)가 장착되는 구조를 복수개 형성함으로써, 세라믹(6) 자체의 취성에 의하여 모터의 내구성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 모터의 구동력을 향상시킬 수 있다. 축(13)의 둘레에는 이동자(12)가 장착되는데, 이러한 이동자(12)가 이동하는 원리는 도1에 도시된 종래기술에서의 이동자(1)의 이동 원리와 동일하다. 즉, 축(13)의 저속 전방 이동과 고속 후방 이동을 반복하면 이동자(12)는 전방으로 이동할 것이고, 축(13)의 저속 후방 이동과 고속 전방 이동을 반복하면 이동자(12)는 후방으로 이동할 것이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 의하여 제한되는 것이 아니며, 이러한 실시예에는 특허청구범위에 기재된 사항의 범위 내에서 얼마든지 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 변위 확대 기구(9)가 압전 세라믹(6) 상에 장착되므로, 압전 세라믹(6)만 사용되는 경우에 비하여 동일한 시간에 달성 가능한 변위가 확대된다. 따라서, 구동 대상물을 더 큰 구동력과 빠른 속도로 구동하게 된다.

Claims (3)

  1. 압전 세라믹과,
    압전 세라믹 상에 장착된 변위 확대 기구와,
    변위 확대 기구 상에 장착된 축과,
    일정 마찰력을 갖고 축 둘레에 장착된 이동자를 포함하고,
    상기 변위 확대 기구는 탄성 재료로 이루어지며, 압전 세라믹에 부착되는 기부 판 및 기부 판의 가장자리로부터 예각을 형성하며 내측으로 연장하고, 중심부가 축의 장착을 위하여 평평하게 형성되는 변형 판을 포함하는 압전 선형 모터.
  2. 제1항에 있어서, 압전 세라믹 하부에 탄성체가 장착되는 압전 선형 모터.
  3. 제2항에 있어서, 압전 세라믹 하부에 탄성체가 장착되는 구조가 복수개 형성되는 압전 선형 모터.
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