KR20070040534A

KR20070040534A - Micro piezoelectric linear motor

Info

Publication number: KR20070040534A
Application number: KR1020050096014A
Authority: KR
Inventors: 홍삼열; 맹서영; 이정규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-17

Abstract

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 샤프트를 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 샤프트에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서, 상기 압전효과에 의한 탄성체의 굴곡운동이 이동체에 직접 전달되도록 하고 상기 이동체를 구성하는 부품의 수를 줄여, 부피가 줄어들고 구성이 간단해지도록 개선된 리니어 모터에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric linear motor used for driving a lens such as a camera. More specifically, in a linear motor in which a piezoelectric plate is attached to an elastic body, and the shaft is attached to the piezoelectric effect, the piezoelectric plate and the moving body mounted on the shaft also vibrate linearly as the elastic body is displaced. The present invention relates to a linear motor improved to allow the bending motion of an elastic body to be directly transmitted to a moving body and to reduce the number of parts constituting the moving body, thereby reducing volume and simplifying construction.

압전 리니어 모터, 이동체, 탄성체 Piezoelectric Linear Motor, Moving Body, Elastic Body

Description

Micro piezoelectric linear motor

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다. Figure 1 shows a simplified structure of a conventional piezoelectric linear motor.

도 2는 종래의 압전 리니어 모터에 구비된 이동체의 일 예를 나타낸 것이다. Figure 2 shows an example of a moving body provided in a conventional piezoelectric linear motor.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 3A to 3B are perspective views showing one embodiment of the piezoelectric linear motor of the present invention.

{도면의 주요부분에 대한 설명}{Description of main parts of the drawing}

11, 31 : 탄성체 기판 12, 32 : 압전기판11 and 31: elastic substrate 12, 32: piezoelectric plate

13, 33 : 지지수단 14 : 샤프트13, 33 support means 14 shaft

15 : 이동체 21 : 이송계15: moving body 21: transfer system

22 : 압착링 34 : 이동체22: pressing ring 34: moving body

35 : 돌출부35: protrusion

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 구조가 개선된 리니어 모터에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric linear motor used to drive a lens such as a camera, and more particularly, a shaft is attached to a piezoelectric plate attached to an elastic body, and the piezoelectric plate and the elastic body are displaced by the piezoelectric effect. The mounted motor also relates to a linear motor having improved structure in a linear motor vibrating linearly together.

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. A motor mounted to drive a camera lens in a portable mobile communication terminal such as a mobile phone or a PDA is formed in a very small size. Stepping motor among the small motors that can be used for driving camera lens should use reduction gear and cam to change the fast rotation to linear movement. Due to the error occurs and the power consumption is large, the use is limited, and there are disadvantages such as generating high current and heat.

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. In order to solve the above disadvantages, a linear motor driven by using a piezoelectric effect has been developed. The linear motor using the piezoelectric effect combines the method of driving with the traveling wave generated by the flexural wave and the longitudinal and lateral vibration actuators to generate vertical and horizontal vibrations repeatedly. Known driving methods and the like are known.

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. The basic form of the standing wave type linear motor is to use plural vibrations generated by combining vibrators having different operating modes, which are used to control the vibration of the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator in the vertical and horizontal directions. It consists of a shaft that transmits mechanical displacement to a moving body.

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. Various methods have been proposed as a method of transmitting vertical vibration of the piezoelectric actuator in the vertical direction to the moving body through the shaft. In particular, there is a method in which the piezoelectric substrate is bonded to the elastic body to use the bending motion of the elastic body and the piezoelectric plate as a driving force as a driving force.

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. In FIG. 1, a piezoelectric linear motor is attached to an elastic substrate 11 and a piezoelectric plate 12 bonded to the elastic substrate, a support means 13 supporting the elastic substrate from below, and the elastic substrate to bend the elastic substrate. And a shaft 14 for transmitting movement to the movable body, and the movable body 15.

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. The elastic substrate 11 is deformed together with the piezoelectric plate as the piezoelectric plate 12 attached to one or both surfaces thereof is extended or contracted by the piezoelectric effect, and the peripheral portion of the elastic substrate 11 is supported by the support means 13. It is fixed and its center part is displaced upward or downward.

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 압전기판의 굴곡운동이 이동체(15)에 전달되어 이동체가 구동되며, 상기 이동체(15)는 렌즈 등에 직간접적으로 연결되어 렌즈를 구동한다. The shaft 14 is attached to the upper portion of the elastic substrate. The shaft vibrates in the vertical direction according to the bending displacement motion, and thus the movable body 15 is driven to perform an operation as a linear motor. When the middle portions of the elastic substrate 11 and the piezoelectric plate 12 are displaced up and down, the shaft 14 attached to the upper portion of the elastic substrate moves linearly. Through the linear movement of the shaft, the bending motion of the elastic substrate and the piezoelectric plate is transmitted to the movable body 15 to drive the movable body, and the movable body 15 is directly or indirectly connected to the lens to drive the lens.

도 2는 종래의 압전 리니어 모터에 구비된 이동체의 일 예를 나타낸 것으로, 도 1에 나타난 압전 리니어 모터에 포함되는 이동체를 나타낸 것이다. 2 illustrates an example of a moving body provided in a conventional piezoelectric linear motor, and illustrates a moving body included in the piezoelectric linear motor shown in FIG. 1.

도 2에서 이동체는 안쪽의 'ㄴ' 모양의 이송계(21)와 상기 이송계를 샤프트에 압착시키는 바깥쪽의 압착링(22)을 포함한다. 상기 이동체는 샤프트의 운동에 연동되어 이루어지는 운동에 의한 관성과 상기 샤프트와의 마찰에 의해 상기 샤프트에 고정되거나 상기 샤프트를 따라 미끄러져 이동하면서 운동한다. In FIG. 2, the movable body includes an inner 'b' shaped feed system 21 and an outer press ring 22 for pressing the feed system to the shaft. The movable body moves while being fixed to the shaft or sliding along the shaft by the inertia caused by the movement linked to the shaft movement and the friction with the shaft.

상기와 같이 종래의 압전 리니어 모터에서 이동체는 샤프트와의 마찰 및 관성에 따라 운동하기 위해 샤프트와 접촉하는 둘 이상의 이송계와 상기 이송계를 외부에서 감싸며 샤프트 쪽으로 압착시키는 압착링을 포함하여 여러 부품을 포함하는 복잡한 구조로 이루어진다. As described above, in the conventional piezoelectric linear motor, the movable body includes a plurality of components including two or more transfer systems in contact with the shaft and a compression ring for compressing the transfer system to the outside in order to move according to the friction and inertia of the shaft. It consists of a complex structure that includes.

종래에는 상기와 같이 압전기판 위에 기둥형의 샤프트가 부착되어 있고, 상기 샤프트에 이동체가 일정한 압력으로 접촉한 구조로, 압전기판 및 탄성체 기판으로 이루어진 압전 액츄에이터의 운동이 이동체에 간접적으로 전달되었다. 그리고 상기 이동체는 샤프트와의 마찰에 따라 상기 샤프트에 대해서 고정되거나 상기 샤프트 위를 미끄러져 이동하도록 하기 위해 여러 개의 부품으로 이루어져 있다. Conventionally, a columnar shaft is attached on the piezoelectric plate as described above, and the movement of the piezoelectric actuator made of the piezoelectric plate and the elastic substrate is indirectly transmitted to the movable body in a structure in which the movable body contacts the shaft at a constant pressure. And the movable body is composed of a plurality of parts to be fixed to the shaft or to slide on the shaft in accordance with the friction with the shaft.

상기와 같이 종래의 압전 리니어 모터에서는 압전 액츄에이터와 이동체 사이에 기둥 형태의 샤프트가 존재함으로써 그 부피가 필요 이상으로 크며, 이동체가 여러 개의 부품으로 이루어짐으로써 복잡한 구조로 이루어져 있었다. As described above, in the conventional piezoelectric linear motor, a columnar shaft is present between the piezoelectric actuator and the movable body, so that the volume thereof is larger than necessary, and the movable body is composed of a plurality of parts, thereby forming a complicated structure.

상기와 같은 압전 리니어 모터는 부피를 감소시키고 부품 수를 줄여 구조가 간단해지도록 그 구조가 개선될 필요가 있다. The piezoelectric linear motor as described above needs to be improved in structure to simplify the structure by reducing the volume and the number of parts.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 부피가 감소되고 구조가 간단해진 압전 리니어 모터를 제공하는 데 있다. An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a piezoelectric linear motor with reduced volume and simplified structure.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 압전 리니어 모터는 양면에 전극이 형성되고 가운데에 상하를 관통하는 통공이 형성된 압전기판; 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되고 한가운데에서 상하를 관통하는 통공이 형성된 탄성체 기판; 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단; 및 상기 탄성체 기판에 형성된 통공의 측벽면에 일측단의 외주면이 부착되어 고정되고 상기 탄성체 기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 기둥 형상인 이동체를 포함한다. Piezoelectric linear motor of the present invention devised to solve the above problems is a piezoelectric plate formed with electrodes on both sides and a through-hole formed in the center; An elastic substrate on which one or both surfaces of the piezoelectric plate are attached and a through hole penetrates up and down in the middle thereof; Support means positioned under the elastic substrate and having an outer portion of the elastic substrate fixed thereto to support the elastic substrate; And an outer circumferential surface of one side end is attached to and fixed to a side wall surface of the through hole formed in the elastic substrate, and has a columnar moving body linearly linked to the deformation of the elastic substrate.

본 발명에서, 상기 탄성체 기판에 형성된 통공 및 상기 이동체의 단면은 원형인 것이 바람직하다. In the present invention, the cross section of the through hole and the movable body formed in the elastic substrate is preferably circular.

본 발명에서, 상기 탄성체 기판은 통공의 종단을 따라서 상하로 돌출부가 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the elastic substrate is preferably formed with a protrusion up and down along the end of the through hole.

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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예를 나타낸 사시도로, 도 3a는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예 전체를 나타낸 것이고 도 3b는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예를 수직 방향으로 절단한 단면을 나타낸 것이다. 3A to 3B are perspective views showing one embodiment of the piezoelectric linear motor of the present invention, and FIG. 3A shows the whole embodiment of the piezoelectric linear motor of the present invention, and FIG. 3B is one embodiment of the piezoelectric linear motor of the present invention. The example shows the cross section cut in the vertical direction.

도 3a의 실시예에서 압전 리니어 모터는 탄성체 기판(31), 상기 탄성체 기판(31)의 상하에 부착되는 압전기판(32), 상기 탄성체 기판(31)의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판(31)의 외곽이 고정되는 지지수단(33), 및 상기 탄성체 기판에 부착되어 고정되는 이동체(34)를 포함한다. In the embodiment of FIG. 3A, the piezoelectric linear motor is positioned below the elastic substrate 31, the piezoelectric substrate 32 attached above and below the elastic substrate 31, and the lower portion of the elastic substrate 31. It includes a support means 33 is fixed to the outside, and a movable body 34 is fixed to the elastic substrate.

상기 탄성체 기판(31)은 한가운데에 상하를 관통하는 통공이 형성된 환형이고, 상기 탄성체 기판(31)의 상하에 부착된 압전기판(32)은 각각 가운데에 상하를 관통하는 통공이 형성된 환형이다. 상기 이동체(34)는 원기둥의 형상으로, 그 일측단의 외주면의 일정 부분이 상기 탄성체 기판(31)에 형성된 통공의 측벽면에 부착된다. 상기 압전기판(32)에 형성된 통공은 그 단면이 상기 탄성체 기판(31)에 형성 된 통공의 단면을 포함할 수 있을 정도로 더 커서, 상기 이동체(34)는 상기 압전기판(32)에 형성된 통공의 측벽면과는 접촉하지 않고 상기 탄성체 기판(31)에 형성된 통공의 측벽면에만 접촉하고 부착된다. The elastic substrate 31 has an annular shape with a through hole penetrating up and down in the middle, and the piezoelectric plates 32 attached to the upper and lower sides of the elastic substrate 31 have an annular shape with a through hole penetrating therebetween. The movable body 34 has a cylindrical shape, and a portion of an outer circumferential surface of one side end thereof is attached to a side wall surface of a through hole formed in the elastic substrate 31. The through hole formed in the piezoelectric plate 32 is so large that its cross section may include the cross section of the through hole formed in the elastic substrate 31, so that the movable body 34 is formed of the through hole formed in the piezoelectric plate 32. Only the side wall surface of the through hole formed in the elastic substrate 31 is contacted and attached without contacting the side wall surface.

도 3b에는 상기 도 3a에 나타난 압전 리니어 모터의 일 실시예를 수직 방향으로 자른 단면이 나타나 있다. FIG. 3B is a vertical cross-sectional view of an embodiment of the piezoelectric linear motor shown in FIG. 3A.

상기 실시예에서 상기 탄성체 기판(31)은 한가운데에서 통공이 형성된 주변부에서 위 아래로 돌출부(35)가 형성되어, 기판의 다른 부분에 비해 두께가 두껍다. In the above embodiment, the elastic substrate 31 has a protrusion 35 formed up and down at the periphery in which the through hole is formed in the middle, and is thicker than other portions of the substrate.

상기 탄성체 기판(31)의 통공은 상기 돌출부(35) 내에서 상기 탄성체 기판(31)을 상하로 관통하도록 형성되고 상기 이동체(34)는 상기 통공의 측벽면 전체에 부착된다. 상기와 같이 돌출부(35)가 형성되어, 상기 이동체(34)가 상기 탄성체 기판(31)과 서로 접촉, 부착되는 면적이 더 넓어진다. 상기와 같이 이동체(34)와 탄성체 기판(31)이 서로 접촉, 부착되는 면적이 넓어질수록 상기 이동체의 상기 탄성체 기판에 대한 접착력이 증대되어 압전 리니어 모터의 구조가 더 안정적이다. The through hole of the elastic substrate 31 is formed to penetrate the elastic substrate 31 up and down in the protrusion 35, and the movable body 34 is attached to the entire sidewall surface of the through hole. As described above, the protruding portion 35 is formed, so that the area in which the movable body 34 is in contact with and attached to the elastic substrate 31 becomes larger. As the moving body 34 and the elastic substrate 31 are in contact with and attached to each other as described above, the adhesive force of the movable body to the elastic substrate is increased, so that the structure of the piezoelectric linear motor is more stable.

상기 압전기판(32)은 상기 실시예에서와 같이 상기 탄성체 기판(31)의 상부 및 하부의 양면에 부착되거나 또는 상부 또는 하부 가운데 일면에 부착될 수 있다. 상기 상부 또는 하부에 부착되는 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. The piezoelectric plate 32 may be attached to both surfaces of the upper and lower portions of the elastic substrate 31 or attached to one surface of the upper or lower center, as in the embodiment. The piezoelectric plate attached to the upper part or the lower part may be polarized in advance, and the shrinkage and extension may be determined according to the polarization direction of the piezoelectric plate and the direction of the electric field applied to the piezoelectric plate, respectively. For example, when the upper and lower piezoelectric plates are both polarized in the same direction, and the same potential is applied to the elastic substrate in the middle where the ground potential is applied to the upper and lower piezoelectric plates, the upper and lower piezoelectric plates are Whether the contraction or elongation is opposite to each other, depending on the potential determines whether the contraction or elongation.

상기 압전기판의 수축 또는 신장에 따라 상기 압전기판 및 압전기판이 접착된 탄성체 기판은 상하 방향으로 진동, 굴곡운동하며, 상기 탄성체 기판에 형성된 통공의 측벽면에 부착된 이동체는 상기 굴곡운동에 연동되어 상하 방향으로 선형 운동한다. According to the contraction or extension of the piezoelectric plate, the piezoelectric plate and the elastic substrate to which the piezoelectric plate is bonded are vibrated and bent in the vertical direction. Linear movement in the vertical direction.

상기와 같이 본 발명에서는 압전효과에 의한 굴곡운동이 이동체에 직접 전달되고, 이동체도 종래의 압전 리니어 모터의 그것에 비해 더 적은 부품으로 구성되어, 압전 리니어 모터의 부피가 줄어들고 구조가 간단해진다. 그리고 부품 수가 줄어들고 구조가 간단해짐으로써, 압전 리니어 모터를 생산하는 비용이 절감되어 가격 경쟁력 측면에서도 유리한 점이 있다. As described above, in the present invention, the bending motion due to the piezoelectric effect is directly transmitted to the moving body, and the moving body is also composed of fewer parts than that of the conventional piezoelectric linear motor, thereby reducing the volume of the piezoelectric linear motor and simplifying the structure. In addition, the reduced number of parts and the simplified structure reduce the cost of producing piezoelectric linear motors, which is advantageous in terms of price competitiveness.

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. As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 압전 리니어 모터의 부피가 감소되고 구조가 간단해진다. As described above, according to the present invention, the volume of the piezoelectric linear motor is reduced and the structure is simplified.

Claims

An electrode formed on both sides and a piezoelectric plate having a through-hole formed in the center thereof;

An elastic substrate on which one or both surfaces of the piezoelectric plate are attached and a through hole penetrates up and down in the middle thereof;

Support means positioned under the elastic substrate and having an outer portion of the elastic substrate fixed thereto to support the elastic substrate; And

A piezoelectric linear motor comprising a movable body having a columnar shape in which the outer circumferential surface of one end is attached to and fixed to the side wall surface of the through hole formed in the elastic substrate and linearly moves in association with the deformation of the elastic substrate.

The piezoelectric linear motor according to claim 1, wherein the through hole formed in the elastic substrate and the cross section of the movable body have a circular shape.

The piezoelectric linear motor according to claim 1, wherein the elastic substrate has protrusions formed up and down along an end of the through hole.