KR20070040532A - 초소형 압전 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 소정의 샤프트를 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 샤프트에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서, 상기 탄성체의 강성계수를 감소시킴으로써 압전기판 및 탄성체의 변위의 효율을 높일 수 있는 초소형 압전 리니어 모터에 관한 것이다.

압전효과, 탄성체, 리니어 모터, 강성계수

Description

초소형 압전 리니어 모터{Micro piezoelectric linear motor}

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 2a 및 도 2b는 종래 압전 리니어 모터의 일부분을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예에 사용되는 탄성체 기판을 나타낸 것이다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예에서 탄성체 기판과 압전기판이 변형되는 모습을 나타낸 것이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

11, 31 : 탄성체 기판 12, 32 : 압전기판

13 : 지지수단 14 : 샤프트

15 : 이동체 33 : 통공

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 샤프트를 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 샤프트에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서 그 구동성능이 개선된 리니어 모터에 관한 것이다.

모바일폰, PDA 등 휴대용 이동통신 단말기에서 카메라 렌즈를 구동하기 위해 탑재되는 모터는 초소형으로 형성된다. 카메라 렌즈구동용으로 탑재 가능한 초소형 모터 중 전자계 방식의 모터(Stepping Motor)는, 빠른 회전을 직선운동으로 바꾸기 위해 감속기어와 캠(cam)을 사용하여야 하며 정 또는 역회전 시 백레쉬(backlash)가 생겨 오차가 발생하고 전력소모가 크기 때문에 사용에 제한을 받으며, 높은 전류와 열을 발생하는 등의 단점이 있다.

상기와 같은 단점을 해결하기 위해 압전효과를 이용해서 구동되는 리니어 모터가 개발되었다. 압전효과를 이용한 리니어 모터는 굴곡파(flexural wave)에 의해 발생한 진행파로 구동하는 방법과 종진동(longitudinal vibration)과 횡진동(transversal vibration) 액츄에이터를 결합하여 수직과 수평진동을 반복적으로 발생시켜 이동체를 구동하는 정상파형 방법 등이 알려져 있다.

정상파형(standing wave type) 리니어 모터의 기본적인 형태로 서로 다른 동작 양태를 갖는 진동자를 결합하여 발생하는 복수진동을 이용하는 것이 있는데, 이는 수직방향과 수평방향으로 진동하는 압전 액츄에이터와 상기 압전 액츄에이터의 진동을 동작하는 이동체에 기계적 변위로 전달하는 샤프트로 구성되어 있다.

압전 액츄에이터의 수직방향의 종진동을 샤프트를 통해 이동체에 전달하는 방법으로 여러 가지 방법이 제안되고 있다. 특히 압전체 기판을 탄성체에 접착 형성하여 탄성체와 압전기판의 굴곡운동을 구동력으로 구동원으로 사용하는 방법이 있다.

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 1에서 압전 리니어 모터는 탄성체 기판(11)과 상기 탄성체 기판에 접착된 압전기판(12), 상기 탄성체 기판을 하부에서 지지하는 지지수단(13)과 상기 탄성체 기판에 부착되어 상기 탄성체 기판의 굴곡운동을 이동체에 전달하는 샤프트(14), 및 이동체(15)를 포함한다.

상기 탄성체 기판(11)은 일면 또는 양면에 부착된 압전기판(12)이 압전효과에 의해 신장 또는 수축됨에 따라 압전기판과 함께 변형되고, 이때 탄성체 기판(11)의 주변부는 지지수단(13)에 고정되어 있으며, 가운데 부분이 위쪽 또는 아래쪽으로 변위한다.

상기 탄성체 기판의 상부에는 샤프트(14)가 부착된다. 상기 샤프트는 상기 굴곡변위운동에 따라 수직방향으로 진동하며, 이에 따라 이동체(15)가 구동되어 리니어 모터로서의 동작이 수행된다. 상기 탄성체 기판(11) 및 압전기판(12)의 가운데 부분이 위아래로 변위되면, 상기 탄성체 기판의 상부에 부착된 샤프트(14)는 선형적으로 운동한다. 상기 샤프트의 선형적인 운동을 통해 탄성체 기판 및 압전기판 의 굴곡운동이 이동체(15)에 전달되어 이동체가 구동되며, 상기 이동체(15)는 렌즈 등에 직간접적으로 연결되어 렌즈를 구동한다.

도 2a 및 도 2b는 종래 압전 리니어 모터의 일부분을 나타낸 것으로, 압전효과에 의해 굴곡운동을 발생시키는 부분을 간략히 나타낸 것이다.

도 2a에서 압전 리니어 모터는 탄성체 기판(11)과 상기 탄성체 기판에 접착된 압전기판(12) 및 상기 탄성체 기판을 하부에서 지지하는 지지수단(13)을 포함한다.

도 2b는 상기 도 2a에서 탄성체 기판(11)만을 분리해서 나타낸 것이다. 상기 탄성체 기판(11)은 압전효과에 의해 외부로부터 힘이 가해지지 않은 정상상태에서 그 전체적인 외관이 평평한 원판의 형태이다.

상기 탄성체 기판(11)과 압전기판(12)은 에폭시로 접착되며, 탄성체 기판의 주변부와 지지수단(13) 사이에 접착이 이루어진다. 상기 접착은 원판의 형태인 탄성체의 외곽 모두를 지지수단에 접착하는 것으로 이루어져, 상기 탄성체 기판의 외곽은 빠짐없이 상기 지지수단에 접착되어 고정된다.

상기 탄성체 기판(11)의 상하에 부착되고 상하에 부착된 것이 서로 반대 방향으로 수축 또는 신장하는 압전기판(12)이 수축 또는 신장함으로써 상기 탄성체 기판(11) 및 상기 압전기판(12)이 수직방향으로 굴곡변위운동을 하는 경우, 상기 탄성체 기판(11)의 외곽은 상기 지지수단(13)에 고정되어 운동하지 않으며, 가운데 부분이 상하의 선형적인 방향으로 진동된다.

상기 탄성체 기판(11)의 일면에만 압전기판이 부착된 경우에도, 압전기판이 수축 또는 신장함으로써 탄성체 기판(11) 및 압전기판이 수직방향으로 굴곡변위운동하며, 가운데 부분만이 상하로 진동된다.

이와 같은 압전 리니어 모터는, 상기 탄성체 기판의 물성치에 따라 수직변위량이 제한되어 있고, 압전효과에 의한 압전구동력 또한 제한되어 있으므로, 탄성체 기판의 재질을 교체하는 것 이외의 방법으로 그 변위량을 늘릴 필요가 있다.

본 발명의 목적은 굴곡운동의 효율이 개선된 압전 리니어 모터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 압전 리니어 모터는 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되고 상하를 관통하는 적어도 하나 이상의 통공이 형성된 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단, 상기 탄성체 기판 또는 상기 압전기판 상부에 일측이 고정되고 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 접촉되고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함한다.

본 발명에서, 상기 탄성체 기판은 원형으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 탄성체 기판에 형성되는 구멍은 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 샤프트의 단면은 원형 또는 다각형인 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 이동체는 상기 샤프트를 감싸도록 접착되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 이동체는 상기 샤프트가 상기 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동함에 있어서 상기 이동체와 상기 샤프트 사이의 마찰력보다 상기 이동체의 관성력이 더 큰 경우에는 상기 샤프트를 따라 미끄러져 이동하여 상기 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예에 사용되는 탄성체 기판을 나타낸 것이다.

도 2b에 나타난 종래의 압전 리니어 모터에 사용되는 탄성체 기판은 완전한 원판의 형상으로 형성된다. 그에 대해서 도 3에 나타난 탄성체 기판은 전체적인 형 태는 원판으로 도 2b의 그것과 동일하면서, 상기 원판을 상하로 관통하는 통공이 다수 개 형성되어 있는 점이 다르다.

도 3에서와 같이 구멍이 뚫려있는 탄성체는 도 2b의 그것에 비해 탄성체의 표면에 구멍이 뚫려 단면적이 작으므로 강성계수가 감소한다. 탄성체의 강성계수가 감소함으로써 더욱 작은 크기의 압전구동력에 의해서도 탄성체 기판이 상부 또는 하부 쪽으로 종래와 같은 수준으로 변위될 수 있어 압전효과에 의한 모터 구동의 효율이 상승한다.

또한, 상기 탄성체 기판의 강성계수가 감소함에 따라, 리니어 모터의 공진 주파수 또한 감소하는 장점이 있다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예에서 탄성체 기판과 압전기판이 변형된 모습을 나타낸 것이다.

도 3과 같은 탄성체 기판(31)의 일면 또는 상하에 압전기판(32)이 부착되어 있어 압전효과에 의해 압전기판이 수축 또는 신장함에 따라 탄성체 또한 형태가 변형된다. 이때 상기 탄성체 기판의 주변부는 지지수단에 단단히 고정되어 있고 압전기판이 부착된 부분만이 변형된다.

도 4a에서 탄성체 기판(31)의 하부에 부착된 압전기판(32)은 신장하고, 이때 상기 압전기판의 신장에 의한 압전구동력에 의해 탄성체 기판 및 압전기판의 가운데 부분이 아래쪽으로 크게 변위되는 변형이 일어난다.

도 4b에서 탄성체 기판(31)의 하부에 부착된 압전기판(32)은 수축하고, 이때 상기 압전기판의 수축에 의한 압전구동력에 의해 탄성체 기판 및 압전기판의 가운데 부분이 위쪽으로 크게 변위되는 변형이 일어난다.

도 4c는 탄성체 기판 및 압전기판이 아래쪽으로 변위되는 모습을 나타낸 사시도로, 도 4a에서와 같이 탄성체 기판의 하부에만 부착된 압전기판이 신장하는 경우이거나 또는 탄성체 기판의 상부 및 하부에 부착된 압전기판 중에서 상부에 부착된 압전기판은 수축하고 하부에 부착된 압전기판은 신장하는 경우이다. 상부 및 하부 압전기판의 신장 및 수축에 의한 압전구동력에 의해 탄성체 기판 및 압전기판의 가운데 부분이 아래쪽으로 크게 변위되는 변형이 일어난다.

도 4d는 탄성체 기판 및 압전기판이 위쪽으로 변위되는 모습을 나타낸 사시도로, 도 4b에서와 같이 탄성체 기판의 하부에만 부착된 압전기판이 수축하는 경우이거나 또는 탄성체 기판의 상부 및 하부에 부착된 압전기판 중에서 상부에 부착된 압전기판은 신장하고 하부에 부착된 압전기판은 수축하는 경우이다. 상부 및 하부 압전기판의 신장 및 수축에 의한 압전구동력에 의해 탄성체 기판 및 압전기판의 가운데 부분이 위쪽으로 크게 변위되는 변형이 일어난다.

상기와 같이 통공(33, 도 4a 내지 도 4d에 미도시)이 형성된 탄성체 기판(31)을 사용하는 경우, 같은 크기의 압전효과에 대해서 탄성체 기판이 변형되는 수직변위량이 증가하여 압전효과에 의한 굴곡운동의 효율이 개선된다.

상기 상부 및 하부의 압전기판은 미리 분극처리될 수 있으며, 압전기판의 분극 방향 및 압전기판에 인가되는 전계의 방향에 따라 각기 그 수축 및 신장 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상부 및 하부의 압전기판이 모두 같은 방향으로 분극되고, 상부 및 하부의 압전기판에 접지 전위가 인가되는 가운데의 탄성체 기판에 대해 같은 전위가 인가되는 경우, 상부 및 하부의 압전기판은 수축 또는 신장 여부가 서로 반대가 되며, 전위에 따라 수축 또는 신장 여부가 결정된다.

상기 압전기판의 수축 또는 신장에 따라 상기 압전기판 및 압전기판이 접착된 탄성체 기판은 상하 방향으로 진동, 굴곡운동하며, 상기 탄성체 기판 또는 압전기판의 상부에 일측이 부착된 샤프트는 상기 굴곡운동에 연동되어 상하 방향으로 선형 운동한다. 상기 샤프트는 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 굴곡운동을 이동체에 보다 효율적으로 전달하기 위해 가는 원형 또는 다각형의 단면을 가지는 것으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 샤프트에 접촉된 이동체는 상기 샤프트와 연동되어 선형 운동하는데, 상기 샤프트의 일부 이상을 감싸도록 상기 샤프트에 접촉되어 있어 상기 샤프트와 상기 이동체 사이에는 소정의 마찰력이 발생한다. 상기 이동체는 상기 샤프트와 일체로 운동하거나 또는 상기 샤프트와의 마찰력과 운동의 계속에 따른 관성력의 상호작용에 따라 상기 샤프트 상에서 이동하면서 운동할 수도 있다. 예를 들어 상기 마찰력보다 상기 관성력이 더 큰 경우에는 상기 이동체는 상기 샤프트를 따라 미끄러져 이동하여 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지면서 운동할 수도 있다.

상기 샤프트와 상기 이동체의 형태 및 구성 등은 도 1에 나타난 종래의 압전 리니어 모터의 그것과 크게 다르지 않은 바, 도면을 참조하는 설명은 생략한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 탄성체 기판 및 압전기판이 보다 용이하게 변형되어 굴곡변위가 확대되고 굴곡운동의 효율이 증대되며, 초소형 리니어 모터의 공진 주파수를 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 양면에 전극이 형성된 압전기판;

   일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되고 상하를 관통하는 적어도 하나 이상의 통공이 형성된 탄성체 기판;

   상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단;

   상기 탄성체 기판 또는 상기 압전기판 상부에 일측이 고정되고 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트; 및

   상기 샤프트와 접촉되고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함하는 압전 리니어 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체 기판은 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체 기판에 형성된 통공은 원형인 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 샤프트의 단면은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
5. 제1항에 있어서, 상기 이동체는 상기 샤프트를 감싸도록 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
6. 제1항에 있어서, 상기 이동체는 상기 샤프트가 상기 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동함에 있어서 상기 이동체와 상기 샤프트 사이의 마찰력보다 상기 이동체의 관성력이 더 큰 경우에는 상기 샤프트를 따라 미끄러져 이동하여 상기 샤프트에 접촉되는 위치가 달라지는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.

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