KR20070065699A - 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 이동축을 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 이동축에 탑재된 이동체도 함께 선형적으로 진동하는 리니어 모터에 있어서, 상기 샤프트를 상기 탄성체와 일체로 형성하여, 상기 압전효과에 의한 진동이 이동체에 전달되는 효율을 높여 그 구동성능을 개선한 리니어 모터에 관한 것이다.

압전효과, 리니어 모터, 이동체, 샤프트, 마찰력, 선 접촉

Description

초소형 압전 리니어 모터{Micro piezoelectric linear motor}

도 1은 종래 압전 리니어 모터의 구조를 간략히 나타낸 것이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 이동체의 일 예를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 압전 리니어 모터의 모습을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 압전 리니어 모터의 모습을 나타낸 것이다.

{도면의 주요부분에 대한 설명}

11 : 탄성체 기판 12 : 압전기판

13 : 지지수단 14 : 샤프트

15 : 이동체 16 : 이송계

17 : 압착링 21: 샤프트

22,24: 압전체 23: 탄성체 기판

31: 샤프트 32: 끼움돌기

33: 탄성체 기판 34,35: 압전체

본 발명은 카메라 등의 렌즈를 구동하기 위해 사용되는 압전 리니어 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전기판을 탄성체에 부착한 것에 이동축을 부착하여 압전효과에 의해 압전기판 및 탄성체가 변위됨에 따라 이동축에 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 발 생시켜 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 변형되는데, 탄성체 기판(11)의 주변부가 지지수단(13)에 고정되어 있어서 지지수단(13)에 고정되지 않은 가운데 부분이 위쪽 또는 아래쪽으로 변위한다.

상기 탄성체 기판의 상부에는 샤프트(14)가 부착되는데, 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.

상기 이동체(15)는 관성과 마찰에 의하여 움직이는데, 종래의 이동체는 샤프트(14)에 일정한 마찰력을 가지고 접촉되는 이송계와 상기 이송계를 샤프트에 압착시켜 구속하는 구속수단으로 이루어진다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 이동체의 일 예를 나타낸 것으로, 도 1에 나타난 압전 리니어 모터에 포함되는 이동체를 나타낸 것이다.

도 2a는 이동체 부분만을 나타낸 것으로, 상기 이동체는 안쪽의 'ㄴ' 모양의 이송계(16)와 상기 이송계를 샤프트에 압착시키는 바깥쪽의 압착링(17)을 포함한다.

도 2b는 이동체가 샤프트에 접촉된 모습을 나타낸 것으로, 도 2a의 이동체의 이송계(16)가 샤프트(14)에 접촉된 모습을 나타낸 것이다.

상기 이동체는 이송계(16)가 샤프트(14)에 대해 마찰력을 가지고 접촉됨으로써 샤프트의 운동을 전달받아 구동된다. 상기 도 2a 및 도 2b에 나타난 종래의 이동체는 'ㄴ' 형태의 이송계 하나당 샤프트에 2개의 선 접촉으로 접촉되어, 이송계 와 샤프트의 접촉이 전체적으로 네 개의 선 접촉으로 이루어진다.

상기와 같이 종래의 이동체는 'ㄴ' 형태 또는 기타의 형태의 이송계가 샤프트에 선 접촉으로 접촉된다.

따라서, 상기의 선 접촉의 접촉면적을 넓혀 마찰력을 증대시킴으로써 이동체에 탄성체 기판과 압전기판의 굴곡운동이 전달되는 효율을 높이는 것이 바람직하다.

종래 기술에 의한 압전 리니어 모터는, 상기 탄성체와 상기 샤프트의 접착 구조는 상기 탄성체의 양쪽 표면에 에폭시를 이용하여 압전체를 접착한 후, 상기 샤프트를 탄성체와 접착시키는 방식이다. 물론, 상기 압전체에는 상기 샤프트를 접착하기 위한 구멍이 형성되어 있다.

이러한 경우, 상기 압전체와 탄성체의 접착시 흘러 나오는 에폭시에 의해 상가 샤프트가 접착되는 면이 평평하지 못하여 탄성체와 샤프트 간의 직각도가 균일 하지 못하다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래의 탄성체 기판과 샤프트 사이의 접착 구조를 개선시켯, 압전효과에 의한 진동이 이동체에 전달되는 효 율을 높여 그 구동성능을 개선한 리니어 모터를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 압전 리니어 모터는, 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되는 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단, 상기 탄성체 기판과 일체로 형성되어 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 접촉하여 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함한다.

또 다른 본 발명의 압전 리니어 모터는, 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되고 일측으로 돌출된 끼움돌기가 형성되는 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단, 상기 탄성체 기판의 끼움돌기와 결합하여 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 접촉하여 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함한다.

상기 샤프트는 상기 끼움돌기의 내부에 형성된 삽입홀에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 샤프트는 상기 끼움돌기를 내부에 삽입할 수 있는 끼움돌기홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 샤프트는 원형 또는 다각형의 단면으로 형성되는 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.

본 발명의 압전 리니어 모터는 샤프트에 이동체가 접촉하는 방식 및 샤프트와 이동체의 형태를 개선한 것으로, 이동체와 샤프트는 도 1에 나타난 종래의 압전 리니어 모터의 그것과 크게 다르지 않다.

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 실시예1에 따른 압전 리니어 모터의 샤프트(21)가 탄성체 기판(23)과 일체로 형성된 모습을 나타낸 것이다.

상기와 같은 샤프트 일체형인 탄성체 기판(23)의 제작은 압출 등의 사출방법 에 의해 제작될 수 있다.

또한, 사출을 위한 다이제작에서 오차조정을 하므로, 종래 기술과 같이 샤프트를 탄성체 기판에 에폭시 수지와 같은 접착제로 부착시 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있다.

압전체(22,24)는 종래 기술과 같은 형상을 가지고, 상기 탄성체기판(23)에 부착되는 형태도 동일하다.

다만, 종래기술과 달리 상기 샤프트(21) 측의 압전체(22)는 상기 샤프트(21)를 그 내부의 홀을 통과시켜 상기 탄성체기판(23)과 결합되게 된다.

따라서, 상기 샤프트(21)와 상기 탄성체기판(23)은 언제나 정확한 직각도를 유지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 압전 리니어 모터의 샤프트(31)가 탄성체 기판(33)과 일체로 형성된 끼움돌기(32)와 결합하여 설치된 모습을 나타낸 것이다.

상기 탄성체 기판(33)은 제작될 때, 일체로 끼움돌기(32)가 형성된다.

상기 끼움돌기(32)는 상기 샤프트(31)와의 결합관계에 따라 내부에 삽입홀이 형성되거나, 형성되지 않는다.

즉, 상기 샤프트(31)를 상기 끼움돌기(32)의 내부에 삽입할 경우에는 상기 끼움돌기(32)의 내부에 삽입홀을 형성하여 상기 샤프트(31)를 상기 삽입홀 내로 끼워 결합할 수 있다.

또, 상기 샤프트(31)에 상기 끼움돌기(32)를 삽입할 수 있는 끼움돌기홀을 형성하고, 상기 끼움돌기(32)를 상기 샤프트(31)의 끼움돌기홀에 삽입하여 결합할 수 있다. 이 경우에는 상기 끼움돌기(32)는 그 내부에 삽입홀을 형성할 필요는 없으나, 중량증가를 막기 위해 그 내부에 구멍을 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 끼움돌기(32) 일체형인 탄성체 기판(33)의 제작은 압출 등의 사출방법에 의해 제작될 수 있다.

또한, 사출을 위한 다이제작에서 오차조정을 하므로, 종래 기술과 같이 샤프트를 탄성체 기판에 에폭시 수지와 같은 접착제로 부착시 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있다.

상기 끼움돌기(32)와 상기 샤프트(31)의 결합은 억지끼워맞춤 또는 에폭시 수지와 같은 접착제를 이용할 수 있다. 이 때, 상기 샤프트(31)의 하단면이 직접 상기 탄성체 기판(33)의 상면과 접착제의 개재에 의한 결합이 아니므로, 탄성체 기판과 샤프트 사이의 직각도를 정확하게 유지할 수 있게 된다.

본 발명의 압전 리니어 모터에서도 도 1에 나타난 것과 같이, 압전기판의 수축 또는 신장에 따라 상기 압전기판 및 압전기판이 접착된 탄성체 기판이 상하 방향으로 진동, 굴곡운동하며, 상기 탄성체 기판 또는 압전기판의 상부에 일측이 부착된 샤프트가 상기 굴곡운동에 연동되어 상하 방향으로 선형 운동한다. 상기 샤프트는 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 굴곡운동을 이동체에 보다 효율적으로 전달하기 위해 가는 원형의 단면을 갖는 원기둥 또는 다각형의 단면을 갖는 막대의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 샤프트에 접촉된 이동체는 상기 샤프트와 연동되어 선형 운동하 는데, 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 있고, 마찰력이 매우 큰 경우에는 샤프트에 대한 상대적 위치가 크게 달라지지 않으면서 운동할 수도 있다. 본 발명에서는 특히 상기 마찰력을 증대시키며, 이는 샤프트와 이동체가 일체로 운동할 필요가 있는 경우에 보다 유용하다.

상기 샤프트와 상기 이동체의 형태 및 구성을 제외한 탄성체 기판, 압전기판, 지지수단의 구성, 굴곡운동의 발생 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, 탄성체와 샤프트의 접착 구조에서 탄성 체의 중앙 부분에 보스를 세워 샤프트를 상기 보스와 결합하는 구조와, 탄성체와 샤프트를 일체형으로 하여 단품으로 제작하는 방식은 탄성체의 수평방향(반지름방향)의 진동을 샤프트의 위/아래 방향의 움직임으로 변화시켜주는데 있어서, 기존의 구조보다 에너지 변환 효율이 증가 할 것이고, 두 부품의 조립 안전성으로 낙하/충격에 대한 신뢰성을 보장 할 수 있게 된다.

또한, 제작시 압전 기판과 탄성체 접착 때 흘러나오는 에폭시가 샤프트가 접착되는 표면에 묻어 샤프트와 탄성체의 직각도를 유지 하기 힘들거나, 모터의 이동체가 비틀게 움직이는 문제점들을 사전에 방지 할 수 있다.

Claims (6)

1. 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되는 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단, 상기 탄성체 기판과 일체로 형성되어 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 접촉하여 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함하는 압전 리니어 모터.
2. 양면에 전극이 형성된 압전기판, 일면 또는 양면에 상기 압전기판이 부착되고 일측으로 돌출된 끼움돌기가 형성되는 탄성체 기판, 상기 탄성체 기판의 하부에 위치하고 상기 탄성체 기판의 외곽이 고정되어 상기 탄성체 기판을 지지하는 지지수단, 상기 탄성체 기판의 끼움돌기와 결합하여 상기 탄성체 기판 및 압전기판의 변형에 연동되어 선형 운동하는 샤프트, 및 상기 샤프트와 접촉하여 상기 샤프트의 운동에 따라 선형 운동하는 이동체를 포함하는 압전 리니어 모터.
3. 제2항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 끼움돌기의 내부에 형성된 삽입홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
4. 제2항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 끼움돌기를 내부에 삽입할 수 있는 끼 움돌기홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샤프트는 원형 또는 다각형의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 리니어 모터.
6. 제1항 또는 제2항에 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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