KR20070042772A - 초소형 압전 리니어 모터 - Google Patents

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 모터가, 주변의 기판 등에 부착될 때 상기 기판 주위에 상기 압전 리니어 모터의 구동을 위해 확보되는 공간을 줄여 상기 압전 리니어 모터를 포함한 장치의 크기를 줄일 수 있도록 구조가 개선된 리니어 모터에 관한 것이다.

압전, 리니어 모터, 하우징, 요홈

Description

초소형 압전 리니어 모터{Micro piezoelectric linear motor}

도 1a 및 도 1b은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 2는 종래 압전 리니어 모터가 상기 모터 및 다른 부속물들이 부착되고 지지되는 어플리케이션 구조물에 부착된 모습을 나타낸 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예를 나타낸 것이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

11, 21, 31 : 탄성체 기판 12, 32 : 압전기판

13, 23 : 지지수단 14, 24, 34 : 샤프트

15 : 이동체 25 : 어플리케이션 구조물

33 : 하우징 35 : 요홈

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.

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 1a 및 도 1b은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 1a에서 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 부착되며, 상기 샤프트는 상기 굴곡변위운동에 따라 수직방향으로 진동한다. 상기 탄성체 기판(11) 및 압전기판(12)의 가운데 부분이 위아래로 변위되면, 상기 탄성체 기판의 상부에 부착된 샤프트(14)는 선형적으로 운동한다. 상기 샤프트에는 소정의 이동체(15)가 탑재될 수 있고, 상기 샤프트의 선형적인 운동을 통해 탄성체 기판 및 압전기판의 굴곡운동이 상기 이동체(15)에 전달되며 이동체가 구동되며, 상기 이동체(15)가 렌즈 등에 직 간접적으로 연결되어 렌즈가 구동된다.

도 1b는 상기 도 1a에 나타난 종래 압전 리니어 모터를 분해한 일부를 나타낸 것으로, 특히 탄성체 기판(11)과 지지수단(13) 사이의 접촉부분을 분리한 모습을 나타낸 것이다.

도 1b에 나타난 것과 같이 상기 지지수단(13)은 상기 탄성체 기판(11)의 외곽을 고정하며, 상기 탄성체 기판(11) 및 압전기판(12)이 아래쪽으로 변위할 수 있도록 상기 지지수단(13)의 가운데 부분은 빈 공간으로 형성된다.

도 2는 종래 압전 리니어 모터가 상기 모터 및 다른 부속물들이 부착되고 지지되는 어플리케이션 구조물에 부착된 모습을 나타낸 것이다.

상기 모터는 도 1에 나타난 것과 같은 구성을 그대로 갖추고 상기 어플리케이션 구조물(25)에 부착된다. 상기 모터는 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착된 탄성체 기판(21), 상기 탄성체 기판(21)의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판(21)의 외곽이 부착되어 고정되며 가운데 부분에 빈 공간이 형성된 지지수단(23), 및 상기 탄성체 기판(21)에 일측이 부착된 샤프트(24)를 모두 구비하고 도 1에 나타난 모터와 각 부분의 구성 및 결합형태와 전체 모터의 구성 등이 서로 크게 다르지 않다. 상기 모터는 상기 지지수단(23)의 아랫면이 상기 어플리케이션 구조물(25)에 에폭시 등에 의해 접착되어 부착된다.

상기 지지수단(23)에는 상기 탄성체 기판(21)이 아래쪽으로 굴곡 변위할 수 있도록 소정의 빈 공간이 형성되어 있으며, 상기 빈 공간을 내포하기 위해 소정의 높이를 가진 기둥으로 형성된다.

상기 어플리케이션 구조물(25)에 부착된 모터는 상기 지지수단(23)이 소정의 높이를 가지는 형상이고, 상기 샤프트(24)도 상기 지지수단(23)의 높이 방향과 같은 방향으로 높이를 가지는 기둥의 형상이다.

상기 모터가 상기 어플리케이션 구조물(25)에 부착되어 모터로서 기능을 하기 위해서는 상기 어플리케이션 구조물(25)의 상기 모터가 부착된 면 상에 소정의 높이를 갖는 공간이 필요하며, 상기 소정의 높이는 상기 지지수단과 상기 샤프트의 높이의 합보다 더 커야 한다.

상기와 같이 종래의 압전 리니어 모터가 다른 구조물에 부착될 때, 상기 구조물 주위에는 소정의 크기 이상의 공간이 확보될 필요가 있고, 이로부터 상기 모터를 포함하는 기기는 그 크기가 필요 이상으로 크게 형성해야 하는 문제점이 있다. 이는 최근 각종 기기를 슬림화, 소형화하는 경향과 어긋나는 것으로, 이 문제점을 해결하기 위해 압전 리니어 모터의 구조를 개선할 필요가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 압전 리니어 모터가 그를 지지하는 구조물에 부착되는 구성이 개선된 압전 리니어 모터를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 압전 리니어 모터는 양면에 전극이 형성된 압전기판; 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되는 탄성체 기판; 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 포함하고 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 표면에 요홈이 형성되며 상기 요홈의 종단에 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되는 하우징에 설치된다.

본 발명에서, 상기 탄성체 기판은 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 하우징에 형성된 요홈의 단면은 원형 또는 다각형인 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 하우징에 형성된 요홈의 깊이는 상기 탄성체 기판이 외곽이 고정된 상태에서 가운데 부분이 굴곡 변위되는 최대값보다 큰 것이 바람직하다.

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

본 발명에서, 상기 이동체는 상기 샤프트를 감싸도록 접촉되는 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 3a 및 도 3b는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예를 나타낸 것으로, 도 3a는 본 발명의 압전 리니어 모터의 일 실시예의 사시도를, 도 3b는 도 3a의 실시예에서 하우징에 요홈이 형성된 부분에서의 수직 단면도를 각각 나타낸 것이다.

도 3a에서 압전 리니어 모터는 양면에 전극이 형성된 압전기판(32), 상하 양면에 상기 압전기판(32)이 부착되는 탄성체 기판(31), 상기 탄성체 기판(31) 및 상기 압전기판(32)의 상부에 일측이 고정되는 샤프트(34), 및 상기 샤프트와 접촉되고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체(미도시)를 포함하며, 상기 탄성체 기판(31)의 하부에 위치하는 하우징(33)에 설치된다.

도 3b에서 하우징(33)은 탄성체 기판(31)의 하부에 위치하고 그 표면에 요홈(35)이 형성되며 상기 요홈(35)의 종단에 상기 탄성체 기판(31)의 외곽이 고정된다.

상기 도 3a 및 도 3b에 나타난 실시예에서, 상기 탄성체 기판(31)은 원형이 고, 상기 하우징(33)에 형성된 요홈(35)은 그 단면이 원의 형상이다.

상기 요홈(35)은 상기 하우징(33)에 그 외곽이 고정된 탄성체 기판(31)의 가운데 부분이 아래쪽으로 굴곡 변위할 수 있도록 빈 공간을 제공해주는 것으로, 도 1a 및 도 1b에 나타난 종래 압전 리니어 모터의 지지수단에 내포된 빈 공간과 같은 역할을 하며, 상기 탄성체 기판(31)은 아래쪽으로 굴곡 변위할 때 상기 요홈 내부로 변위한다.

상기 요홈(35)은 상기 하우징(33)의 표면으로부터 소정의 깊이만큼 형성되며, 상기 소정의 깊이는 상기 탄성체 기판(31)의 가운데 부분의 굴곡 변위 최대값보다 큰 값인 것이 바람직하다.

상기 하우징(33)은 넓은 판형의 구조물로 상기 모터 외의 다른 부속품들이 결합할 수 있다.

상기 실시예에서 상기 상부 및 하부의 압전기판(32)은 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 압전기판(32)의 수축 또는 신장에 따라 상기 압전기판 및 압전기판이 접착된 탄성체 기판(31)은 상하 방향으로 진동, 굴곡운동하며, 상기 탄성체 기판 또는 압전기판의 상부에 일측이 부착된 샤프트(34)는 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 샤프트(34)에 접촉되는 이동체(미도시)는 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 1a에 나타난 종래의 압전 리니어 모터의 그것과 크게 다르지 않은 바, 이하 그에 대한 설명은 생략한다.

상기의 실시예에서와 같이 본 발명에서는 여러 부속이 부착되는 구조물인 하우징에 요홈을 형성하고 탄성체 기판의 외곽을 상기 요홈의 종단에 고정시켜, 탄성체 기판의 아래쪽으로의 굴곡 변위가 가능하게 한다. 이는 종래 탄성체 기판을 도 1a에 나타난 것과 같은, 빈 공간을 내포한 지지수단에 고정하고 상기 지지수단을 상기 하우징과 같은 구조물에 부착하여, 상기 하우징 구조물 주변에 상기 지지수단 의 높이만큼 불필요한 공간을 더 확보해야했던 문제점을 해소한다.

그리고 탄성체 기판이 지지수단 없이 하우징 구조물에 직접 부착됨으로써 종래 압전 리니어 모터에서 지지수단의 형성에 필요했던 부품의 불필요한 사용을 줄일 수 있다.

카메라 모듈 등에서는 외곽 몰드 또는 PCB기판 등의 하우징 구조물에 압전기판과 샤프트가 부착된 탄성체 기판을 직접 부착하는 방법 등으로 본 발명의 압전 리니어 모터를 구성할 수 있다.

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, 압전 리니어 모터가 부착되는 기판 주변에 상기 압전 리니어 모터의 구동을 위해 요구되던 공간이 줄어들어 기기의 크기가 작아진다.

Claims (7)

1. 양면에 전극이 형성된 압전기판;

   일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되는 탄성체 기판;

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

   상기 샤프트와 접촉되고 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체; 및

   상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 표면에 요홈이 형성되며 상기 요홈의 종단에 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되는 하우징에 설치되는 압전 리니어 모터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탄성체 기판은 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 하우징에 형성된 요홈의 단면은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 하우징에 형성된 요홈의 깊이는 상기 탄성체 기판이 외곽이 고정된 상태에서 가운데 부분이 굴곡 변위되는 최대값보다 큰 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 샤프트의 단면은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
6. 제 1항에 있어서, 상기 이동체는 상기 샤프트를 감싸도록 접촉되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
7. 제 1항에 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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