KR20090014415A

KR20090014415A - 압전모터

Info

Publication number: KR20090014415A
Application number: KR1020090005043A
Authority: KR
Inventors: 임대순; 안진철
Original assignee: 성우전자 주식회사
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2009-02-10
Also published as: KR101042203B1; KR20100085806A

Abstract

압전모터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압전모터는, 외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적인 진동을 유발하는 압전소자를 포함하며, 구동대상물의 적어도 일부를 수용하는 관통홀이 형성된 압전체; 및 상기 압전체의 외측면에서 상기 관통홀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 압전체가 진동함에 따라 상기 구동대상물의 양측에 마찰구동력을 제공하여 상기 구동대상물을 구동하는 적어도 한 쌍의 구동부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

압전, piezo electric, 모터, 액츄에이터

Description

압전모터{PIEZO ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 압전모터에 관한 것이다.

압전소자(piezo electric material)는 압력을 가하면 전압을 발생하며 전압을 가하면 기계적으로 진동하며 변형하는 물질이다. 이러한 물리적 특성에 기초하여 압전소자는 다양한 기술 분야에 응용되고 있으며, 압전액츄에이터(piezo electric actuator)라고도 불리우는 압전모터(piezo electric motor)가 그 중 하나이다.

이러한 압전모터는 전자기 모터와 달리 자석이나 권선을 필요로 하지 않으며 동력을 전달하기 위한 복잡한 기어 구조 또한 필요로 하지 않는다. 따라서, 압전모터는 전자기 모터에 비해 소음과 노이즈가 적고 소형화에 적합한 장점을 지닌다.

도 1은 종래의 압전모터의 일 예를 개략적으로 도시하는 측면도이다. 도 1에 도시된 종래의 압전모터(10)는 복수의 압전층(12)이 적층된 압전체(11)와 압전체(11)의 일측면에 마련된 한 쌍의 구동부재(13, 14)를 포함한다. 한 쌍의 구동부재(13, 14)는 구동대상물(R)에 대향 접촉하도록 배치되며 압전체(11)는 판스프링으로서 구비된 가압수단(20)에 의해 구동대상물(R) 측으로 탄성 가압된다. 그리하여 압전모터(10)에 전압을 인가하면 압전체(11)는 길이 방향의 신장변형과 두께 방향의 굽힘변형이 조합된 진동변위를 갖게 되며, 이때 한 쌍의 구동부재(13, 14)는 구동대상물(R)에 마찰력을 가하여 구동대상물(R)을 구동할 수 있게 된다.

이러한 종래의 압전모터(10)에 따르면, 압전모터(10)를 구동대상물(R) 측으로 가압하는 가압수단(20)이 추가적으로 구비되어야 하므로 압전모터(10)가 적용되는 장치는 구성이 복잡해지고 생산 비용이 상승하는 측면이 있으므로, 그러한 가압수단을 필요로 하지 않는 압전모터의 개발이 요구된다.

또한 종래의 압전모터(10)와 같이 구동대상물(R)의 일측에만 마찰을 가하는 방식보다 성능을 보다 향상시킬 수 있는 방안이 있는지 모색해볼 필요성이 있다.

본 발명은 압전모터를 가압하는 수단이 필요하지 않으며 성능이 보다 향상된 압전모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적인 진동을 유발하는 압전소자를 포함하며, 구동대상물의 적어도 일부를 수용하는 관통홀이 형성된 압전체; 및 상기 압전체의 외측면에서 상기 관통홀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 압전체가 진동함에 따라 상기 구동대상물의 양측에 마찰구동력을 제공하여 상기 구동대상물을 구동하는 적어도 한 쌍의 구동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전모터가 제공된다.

상기 관통홀은 상기 관통홀에 수용되는 상기 구동대상물의 형상과 대응하는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 관통홀은 실린더 형상일 수 있다.

상기 관통홀과 상기 관통홀에 수용된 상기 구동대상물 사이에는 유격이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 관통홀은 상기 압전체의 중앙부를 두께 방향으로 관통하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 적어도 한 쌍의 구동부재는 상기 구동대상물에 마찰력을 가할 수 있도록 상기 구동대상물의 외측면에 밀착 배치되는 것이 바람직하다.

상기 구동부재는 상기 관통홀이 노출되는 상기 압전체의 양측면에 각각 한 쌍씩 구비될 수 있다.

상기 구동부재는 로드(rod) 형상을 갖는 것일 수 있다.

상기 구동부재는 원형 단면을 갖는 것일 수 있다.

상기 압전체는 적층된 복수의 압전층들을 포함하는 것일 수 있다.

상기 압전층 각각은 위상차를 갖는 두 전압이 각각 인가되고 상기 압전층의 길이 방향으로 나란하게 배치되는 제1 진동부와 제2 진동부로 구성되며, 하나의 압전층에 구비된 제1 진동부 및 제2 진동부는 인접 배치된 다른 압전층에 구비된 제1 진동부 및 제2 진동부와 각각 대향 배치되는 것일 수 있다.

상기 압전층은 일측 표면에 상기 제1 진동부 및 제2 진동부에 각각 전압을 인가하는 제1 전극 및 제2 전극이 패턴형성되고 반대측 표면에는 접지전극이 패턴 형성된 것일 수 있다.

인접한 두 개의 상기 압전층은 제1 전극 간에 상호 대향되고 제2 전극 간에 상호 대향되게 배치되며, 상기 두 개의 압전층에 포함된 압전소자들은 서로 반대 방향으로 분극된 것일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적인 진동을 유발하는 압전소자를 포함하며, 두께 방향으로 관통홀이 형성된 압전체; 상기 관통홀에 일부분이 수용되도록 고정 설치된 가이드부재; 및 상기 압전체의 외측면에 상기 관통홀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 압전체가 진동할 때 상기 가이드부재와 마찰력을 주고받는 적어도 한 쌍의 구동부재;를 포함하며, 상기 마찰력에 의해 상기 압전체는 상기 가이드부재를 따라 이동하며, 상기 가이드부재의 이동에 연동하여 상기 압전체에 기구적으로 연결된 구동대상물이 구동되는 것을 특징으로 하는 압전모터가 또한 제공된다.

본 발명에 의하면 적어도 한 쌍의 구동부재가 그 사이에 배치된 구동대상물의 양측에서 마찰구동력을 제공함으로써, 압전모터를 구동대상물 측으로 가압하는 수단이 필요하지 않게 되고 구동대상물에 보다 더 큰 마찰력을 제공할 수 있다. 이로 인하여, 압전모터가 적용되는 장치의 구성이 간결해져 그 생산 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 압전모터의 성능이 향상될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 압전모터 를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전모터의 개략적인 정면 사시도이고, 도 3은 도 2의 압전모터의 평면도이며, 도 4는 도 2의 압전모터의 배면도이고, 도 5는 도 2의 압전모터의 저면도이다.

도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전모터(100)는, 육면체 형상의 압전체(110)와, 상기 압전체(110)의 상면에 부착된 한 쌍의 구동부재(121, 122)를 포함한다.

상기 압전체(110)는 복수의 압전층들(130, 140)과, 최하단의 압전층에 부착되어 압전층들(130, 140)을 보호하는 보호층(150)을 포함한다.

본 실시예에서 상기 압전층들(130, 140)은 총 10개로 구비되어 있는데, 위에서 아래로 카운트할 때 홀수 번째로 배치된 압전층들을 제1 압전층(130)이라 하고 짝수 번째로 배치된 압전층들을 제2 압전층(140)으로 부르기로 한다. 따라서, 상기 압전체(110)는 5개의 제1 압전층(130)과 5개의 제2 압전층(140)이 교대로 배치되며 최하단의 제2 압전층(140)에 보호층(150)이 하나 결합되는 적층 구조를 갖는다. 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)에 대한 보다 구체적인 설명은 후술한다.

상기 압전층들(130, 140)은 외부로부터 전압이 인가되면 기계적인 진동을 발생시키는 압전소자를 포함하고 있다. 따라서 다수의 압전층들(130, 140)을 포함하는 상기 압전체(100)는 압전층들(130, 140)에 전압이 인가될 때 기계적으로 진동하게 된다.

또한 상기 압전층들(130, 140) 각각에는 위상차를 갖는 제1 및 제2 전압과 함께 접지 전압이 인가된다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압전체(110)의 보호층(150)은 저면에 제1, 제2 및 제3 베이스전극(151, 152, 153)을 구비하고 있다. 여기서 제1 베이스전극(151)에는 외부 전원으로부터 제1 전압이 인가되고, 제2 베이스전극(152)에는 외부 전원으로부터 제2 전압이 인가되며, 제3 베이스전극(153)은 일종의 접지전극이다.

여기서 제1 전압 및 제2 전압은 파형이 동일한 즉, 주파수(frequency)와 진폭(amplitude)이 동일한 전압으로서, 서로 일정값의 위상차를 갖는다. 이러한 전압들에는 다양한 형태의 파형들이 적용될 수 있으며, 예로써 제1 전압 및 제2 전압으로서 일정 주파수를 가지며 서로 90°의 위상차를 갖는 사인(sin) 및 코사인(cos) 파형의 교류전압이 각각 적용될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 압전체(110)의 정면에는 제1 연결전극(171)과 제2 연결전극(172)이 나란하게 구비되어 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 압전체(110)의 후면에는 제3 연결전극(173)이 구비되어 있다. 상기 제1 연결전극(171)은 보호층(150)에 구비된 제1 베이스전극(151)과 전기적으로 연결된 것으로서 압전층들(130, 140) 각각에 제1 전압을 인가한다. 그리고 제2 연결전극(172)은 보호층(150)에 구비된 제2 베이스전극(152)과 전기적으로 연결된 것으로서 압전층들(130, 140) 각각에 제2 전압을 인가한다. 또한 제3 연결전극(173)은 보호층(150)에 구비된 제3 베이스전극(153)과 전기적으로 연결된 것으로서 제1 및 제2 연결전극(171, 172)에 대한 접지전극으로 작용한다.

도 2를 참조하면, 상기 압전체(110)에는 상기 압전체(110)를 두께 방향(Z축 방향)으로 관통하는 관통홀(H)이 형성되어 있다. 이러한 관통홀(H)은 본 실시예의 압전모터(100)를 사용하여 구동하고자 하는 구동대상물(R)의 일부분을 수용하기 위한 공간으로서, 수용되는 구동대상물(R)의 형상과 대응하는 형상을 갖는 것이 바람직하다.

여기서 구동대상물(R)이라는 용어는 압전모터(100)에 의해 궁극적으로 구동하고자 하는 목적물 또는 그러한 목적물과 기구적으로 연결되어 압전모터(100)의 구동력을 전달하는 구동력 전달부재를 포함하는 의미로서 사용한다. 예를 들어, 본 실시예의 압전모터(100)가 줌렌즈의 렌즈경통을 구동하는 렌즈이송장치에 적용되는 경우, 압전모터(100)의 관통홀(H)에는 구동 목적물인 렌즈경통의 일부분이 구동대상물(R)로서 수용되거나 또는 렌즈경통에 연결된 구동력 전달부재의 일부분이 구동대상물(R)로서 수용될 수 있다.

상기 관통홀(H)과 상기 관통홀(H)에 수용되는 구동대상물(R) 사이에는 유격(clearance)이 형성된다. 그리하여 압전체(110)는 관통홀(H)에 수용된 구동대상물(R)에 의해 방해받지 않고 구동대상물(R)의 구동에 필요한 진동변형을 발생할 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 관통홀(H)은 실린더 형상(원기둥 형상)을 갖도록 구비되었으나, 그에 한정되지 않고 각기둥 또는 타원기둥 등 다양한 형상으로 구비될 수 있다.

도 2 및 3을 참조하면, 상기 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 상기 관통홀(H)을 사이에 두고 서로 마주보면서 상기 압전체(100)의 폭 방향(Y 방향)으로 서로 나 란하게 배치되어 있다. 그리고 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 원형 단면을 갖는 로드(rod) 형상을 갖는데, 그 단면 형상은 다각형 또는 타원형 등 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 관통홀(H)에 수용되는 구동대상물(R)과 밀착되게 배치된다. 그리하여, 상기 압전체(110)가 진동함에 따라 압전체(110)에 부착된 한 쌍의 구동부재(121, 122)는 관통홀(H)에 수용된 구동대상물(R)의 양측면에 마찰력을 가함으로써 구동대상물(R)을 관통홀(H)의 형성 방향(Z 방향)으로 구동할 수 있게 된다.

이와 같이 한 쌍의 구동부재(121, 122)가 그것들 사이에 배치된 구동대상물(R)의 양측에서 마찰구동력을 제공함으로써, 구동대상물의 일측에서만 마찰구동력을 제공하는 유형의 종래에 압전모터에 비해 모터 성능이 향상될 수 있다. 비유하자면, 종래의 압전모터가 한 손만을 사용하여 나무를 오르내리는 경우라면 본 실시예의 압전모터는 두 손을 모두 사용하여 나무를 오르내리는 경우라고 볼 수 있을 것이다.

또한 본 실시예에서는 한 쌍의 구동부재(121, 122) 사이에 구동대상물(R)이 배치되므로, 종래 기술에서 적용되는 압전모터를 가압하기 위한 가압수단이 필요하지 않다. 다시 말해서, 본 실시예의 한 쌍의 구동부재(121, 122) 각각은 구동대상물(R)에 구동력을 제공할 뿐만 아니라 대향된 다른 구동부재(122, 121)를 향하여 구동대상물(R)을 가압하는 역할도 함께 수행하므로, 종래와 같은 가압수단이 필요하지 않게 된다.

상기 압전체(110)에 구비된 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)에 대해 도 6 내지 8을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 6은 도 2의 압전모터의 정면 분해 사시도이고, 도 7은 도 2의 압전모터의 후면 분해 사시도이며, 도 8은 도 6에 도시된 제1 압전층의 A-A 선에 따른 단면도와 도 6에 도시된 제2 압전층의 B-B 선에 따른 단면도를 함께 도시한 도면이다.

도 6 및 7을 참조하면, 제1 압전층(130)과 제2 압전층(140)은 서로 번갈아가는 순서로 적층된다. 즉, 하나의 제1 압전층(130) 다음에는 하나의 제2 압전층(140)이 적층되며 그 제2 압전층(140) 다음에는 다른 하나의 제1 압전층(130)이 적층된다. 또한 최상단에 적층된 제1 압전층(130)에는 전술한 한 쌍이 구동부재(121, 122)가 설치되며, 최하단에 적층된 제2 압전층(140)에는 전술한 보호층(150)이 결합된다.

또한, 제1 및 제2 압전층(130, 140)과 보호층(150)의 일측면에는 각각 제1 서브 연결전극(171a) 및 제2 서브 연결전극(172a)가 형성되어 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 압전층(130, 140)과 보호층(150)의 타측면에는 각각 제3 서브 연결전극(173a)이 형성되어 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 서브 연결전극들(171a, 172a, 173a)은 각각, 도 2 및 도 4에 도시된 제1, 제2 및 제3 연결전극들(171, 172, 173)의 일부분을 이룬다.

도 8을 참조하면, 상기 제1 압전층(130)은, 직사각의 플레이트 형상을 갖는 압전소자(135)와, 압전소자(135)의 하면에 패턴형성된 제1 및 제2 전극(131, 132)과, 압전소자(135)의 상면에 패턴형성된 제3 전극(133)을 포함한다. 또한 상기 제2 압전층(140)은, 직사각의 플레이트 형상을 갖는 압전소자(145)와, 압전소자(145)의 상면에 패턴형성된 제1 및 제2 전극(141, 142)과, 압전소자(145)의 하면에 패턴형성된 제3 전극(143)을 포함한다.

여기서 제1 압전층(130)의 제1, 제2 및 제3 전극(131, 132, 133)은 각각 상기 제1, 제2 , 제3 서브 연결전극(171a, 172a, 173a)과 전기적으로 연결되어 있다. 마찬가지로, 상기 제2 압전층(140)의 제1, 제2 및 제3 전극(141, 142, 143)은 각각 상기 제1, 제2 , 제3 서브 연결전극(171a, 172a, 173a)와 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 제1 전극들(131, 141)에는 제1 전압이 인가되고, 제2 전극들(132, 141)에는 제2 전압이 인가되며, 제3 전극들(133, 143)은 접지전극이 된다.

한편, 제1 압전층(130) 및 제2 압전층(140)의 상면 및 하면에서 전극들이 형성되지 않은 나머지 부분은 절연막(137, 147)이 패턴형성되어 있다.

그리고, 제1 압전층(130)의 제1 전극(131)과 제2 압전층(140)의 제1 전극(141)은 상호 대향되게 배치되며, 제1 압전층(130)의 제2 전극(132)과 제2 압전층(140)의 제2 전극(142)은 상호 대향되게 배치된다. 그리고, 제1 압전층(130)의 압전소자(135)는 하방으로 분극(polling)되어 있고, 제2 압전층(140)의 압전소자(145)는 상방으로 분극되어 있다.

그리하여, 상기 제1 압전층(130)의 길이방향의 중앙을 경계로 좌측부는 제1 진동부(130a)를 이루고 우측부는 제2 진동부(130a)를 이루며, 제2 압전층(140)도 좌측부는 제1 진동부(140a)로 이루고 우측부는 제2 진동부(140b)를 이룬다.

이때, 제1 압전층(130)의 제1 진동부(130a)와 제2 진동부(140a)는 각각 위상 차를 갖는 제1 및 제2 전압을 인가받으므로, 제1 진동부(130a)와 제2 진동부(140a)의 진동변위도 위상차를 갖게 된다. 마찬가지로 제2 압전층(140)의 제1 진동부(140a)와 제2 진동부(140b)의 진동 변위도 위상차를 갖게 된다.

반면, 제1 압전층(130)의 제1 진동부(130a)와 제2 압전층(140)의 제1 진동부(140a)의 진동 변위는 위상차를 갖지 않고 일치하는 변위를 갖는다. 이에 대해 더 설명하면 다음과 같다.

제1 압전층(130)의 제1 진동부(130a)의 진동변위와 제2 압전층(140)의 제1 진동부(140a) 진동변위 간의 위상차는 두 가지 요소에 의해 결정된다. 하나는 진동부들(130a, 140a)에 포함된 압전소자의 분극방향이며, 다른 하나는 접지전극에 대한 제1 전극의 상대적인 배치관계 즉 접지전극에 대해 제1 전극이 상측에 위치하는지 아니면 하측에 위치하는지 여부이다. 이들 두 가지 요소 중에서 어느 하나가 반대로 설정되면, 제1 진동부들(130a, 140a)은 동일한 위상의 전압이 인가되더라도 그들 간의 진동변위는 서로 180°의 위상차를 갖게 된다.

그런데, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 압전층(130)의 제1 진동부(130a)의 분극방향(136a)과 제2 압전층(140)의 제1 진동부(140a)의 분극방향(146a)이 서로 반대로 설정되어 있다. 한편, 제1 압전층(130)의 제1 진동부(130a)에서 제1 전극(131)은 접지전극(133)에 대해 하측에 배치되고 제2 압전층(140)의 제1 진동부(140a)에서 제1 전극(141)은 접지전극(143)에 대해 상측에 배치됨으로써, 접지전극에 대한 전극의 상대적인 배치관계가 또한 반대로 설정되어 있다.

따라서, 제1 압전층(130)의 제1 진동부(130a)와 제2 압전층(140)의 제1 진동 부(140a)는 진동변위 간의 위상차를 결정하는 두 가지 요소가 모두 반대로 설정되어 있어서 그들 간의 진동변위의 위상차는 360°가 된다. 이때 360°의 위상차는 0°의 위상차에 해당하므로 결국 제1 진동부(130a, 140a)는 일치하는 진동변위를 갖게 된다. 동일한 원리로, 제1 압전층(130)의 제2 진동부(130b)와 제2 압전층(140)의 제2 진동부(140b)도 일치하는 진동변위를 갖게 된다.

이와 같이, 적층된 다수의 압전층들(130, 140)의 길이방향 일측에 배치되는 제1 진동부들(130a, 140a)은 제1 전압을 인가받아 서로 동일한 진동변위를 갖게 되며, 다수의 압전층들(130, 140)의 타측에 배치되는 제2 진동부들(130b, 140b)은 제2 전압을 인가받아 서로 동일한 진동변위를 갖게 된다. 이때 제1 전압과 제2 전압 사이에는 위상차가 있으므로, 제1 진동부들(130a, 140a)의 진동변위와 제2 진동부들(140a, 140b)의 진동변위는 서로 위상차가 있음은 물론이다.

이하에서는 앞서 참조된 도면들과 함께 도 9를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전모터(100)의 동작에 대하여 설명한다.

도 9는 도 2의 압전모터와 유사구조를 갖는 압전모터의 진동모습을 촬영한 사시도이다. 도 9는 압전모터의 진동시 일 순간의 모습을 촬영한 것으로서, 도 9의 압전모터(100')는 도 2의 압전모터(100)와 비교할 때 압전층의 개수와 구동부재의 형상 면에서 약간의 차이가 있다. 하지만, 도 9의 압전모터(100')는 도 2의 압전모터(100)와 나머지 구성들은 동일하므로, 도 9로부터 도 2의 압전모터(100)의 진동모습을 이해할 수 있다.

우선, 압전체(110)의 하단에 형성된 제1 및 제2 베이스전극(151, 152, 도 5 참조)에 위상차(예를 들어 90°)를 갖는 제1 및 제2 전압을 인가하면, 이들 제1 및 제2 전압은 각각 제1 및 제2 연결전극(171, 172, 도 3 참조)을 통하여 압전층들(130, 140)에 구비된 제1 및 제2 전극(131;141, 132;142)에 각각 인가된다.

제1 전압을 인가받은 압전층들(130, 140)의 제1 진동부들(130a, 140a, 도 8 참조)은 서로 동일한 진동변위를 가지고 진동하고, 제2 전압을 인가받은 압전층들(130, 140)의 제2 진동부들(130b, 140b, 도 8 참조)도 서로 동일한 진동변위를 가지고 진동하되, 제1 진동부들(130a, 140a)의 진동변위와 제2 진동부들(130b, 140b) 사이의 진동변위는 제1 및 제2 전압간의 위상차에 대응하는 위상차를 갖게 된다.

이에 따라 압전모터(100)는 도 9에 도시된 압전모터(100')와 같은 양상의 진동을 하게 된다. 도 9를 참조하면, 압전체(110')는 길이방향(X 방향)으로의 신축진동과 두께방향(Z 방향)으로의 굽힘진동이 조합된 진동변위를 일으키며, 이에 따라 한 쌍의 구동부재(121', 122')는 X 방향 또는 Z 방향으로 변위하며 구동대상물(R)에 Z 방향의 마찰구동력을 제공한다.

이에 대해 더 설명하면, 도 9에서와 같은 순간에는 일측의 구동부재(121')가 -X 방향 및 +Z 방향으로 변위하고 타측의 구동부재(122')가 +X 방향 및 -Z 방향으로 변위한 순간에는 타측의 구동부재(122')가 구동대상물(R)과 접촉하는 상태에 있다. 여기서, X 방향의 변위는 압전체(110')의 X 방향 신장진동에 의하여 발생되고 Y 방향의 변위는 압전체(110')의 Y 방향 굽힘진동에 의해 발생된 것으로 이해할 수 있다.

이후, 두 구동부재(121', 122')의 변위가 역전되는 도중 즉, 타측의 구동부재(122')가 -X 방향 및 +Z 방향으로 변위하고 일측의 구동부재(121')가 +X 방향 및 -Z 방향으로 변위하는 도중, 타측의 구동부재(122')는 +Z 방향으로 구동대상물(R)에 마찰구동력을 제공한 후 구동대상물(R)과의 접촉을 해제하며, 일측의 구동부재(121')는 구동대상물(R)에 접촉하는 배치를 갖게 된다. 이와 같은 두 구동부재(121', 122') 간의 변위의 역전이 짧은 시간 내에 반복되면서 구동대상물(R)의 +Z 방향에서의 구동이 수행된다.

이와 같이 본 실시예의 압전모터(100)에 의하면, 압전모터(100)를 구동대상물(R)에 가압하는 수단을 구비하지 않아도 되므로 압전모터(100)가 적용되는 장치의 구성이 간결해지고 그 생산비용이 절감될 수 있다. 또한, 한 쌍의 구동부재(121, 122)가 구동대상물(R)의 양측에 접촉하며 구동력을 제공함으로써, 구동대상물의 일측에만 마찰력을 제공하는 유형의 종래의 압전모터에 비해 모터성능이 향상될 수 있다.

다음으로 도 10을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전모터를 설명한다. 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전모터의 정면도이다.

도 10을 참조하면, 제2 실시예의 압전모터(200)는, 압전체(210)의 상면에 설치된 한 쌍의 구동부재(221, 222)와는 별도로 압전체(210)의 하면에 한 쌍의 구동부재(223, 224)를 추가적으로 설치한 점을 제외하고는, 전술한 제1 실시예의 압전모터(100)와 동일한 구성을 갖는다.

이러한 제2 실시예의 압전모터(200)에 의하면, 두 쌍의 구동부재(221, 222 ; 223, 224)를 통하여 구동대상물(R)의 네 지점에서 마찰력을 제공함으로써 제1 실시예의 압전모터(100)에 비해 보다 향상된 모터성능을 기대할 수 있다.

다음으로 도 11을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전모터를 설명한다. 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전모터의 정면도이다.

도 11을 참조하면, 제3 실시예의 압전모터(300)는, 압전체(310)에 형성된 관통홀(H)에 구동대상물이 아닌 가이드부재(380)가 수용되는 점을 제외하고는, 전술한 실시예에 따른 압전모터(100)와 동일한 구성을 갖는다.

여기서 가이드부재(380)는 관통홀(H)과 대응하는 형상을 갖도록 마련되며 압전모터(300)가 적용되는 장치에 고정 설치된다. 그리하여 압전체(310)가 전압을 인가받고 진동변위를 일으키면 압전체(310)의 상면에 설치된 한 쌍의 구동부재(321, 322)는 가이드부재(380)와 마찰력을 주고받는다. 이에 따라, 압전체(310)는 가이드부재(380)에 안내되어 가이드부재(380)를 따라 이동되며, 압전체(310)와 기구적으로 연결된 구동대상물(미도시)이 압전체(310)의 이동에 연동하여 구동된다.

이처럼 제3 실시예의 압전모터(300)는 전술한 실시예들과 달리 압전모터(300)가 직접 이동하면서 연결된 구동대상물을 구동하는 구성을 갖는다.

이상 설명한 제2 및 제3 실시예에 따른 압전모터들(200, 300)은 전술한 제1 실시예의 압전모터(100)와 마찬가지로 가압수단이 불필요하고 모터성능이 향상되는 이점을 가짐은 물론이다.

도 1은 종래의 압전모터의 일 예를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전모터의 개략적인 정면 사시도이다.

도 3은 도 2의 압전모터의 평면도이다.

도 4는 도 2의 압전모터의 배면도이다.

도 5는 도 2의 압전모터의 저면도이다.

도 6은 도 2의 압전모터의 정면 분해 사시도이다.

도 7은 도 2의 압전모터의 후면 분해 사시도이다.

도 8은 도 6에 도시된 제1 압전층의 A-A 선에 따른 단면도와 도 6에 도시된 제2 압전층의 B-B 선에 따른 단면도를 함께 도시한 도면이다.

도 9는 도 2의 압전모터와 유사구조를 갖는 압전모터의 진동모습을 촬영한 사시도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전모터의 정면도이다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전모터의 정면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200, 300 : 압전모터 110, 210, 310 : 압전체

121, 122, 221, 222, 223, 224, 321, 322 : 구동부재

H : 관통홀 R : 구동대상물

130 : 제1 압전층 140 : 제2 압전층

130a, 140a : 제1 진동부 130b, 140b : 제2 진동부

131, 141 : 제1 전극 132, 142 : 제2 전극

133, 143 : 제3 전극(접지전극) 135, 145 : 압전소자

150 : 보호층 151 : 제1 베이스전극

152 : 제2 베이스전극 153 : 제3 베이스전극

171 : 제1 연결전극 172 : 제2 연결전극

173 : 제3 연결전극 380 : 가이드부재

Claims

외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적인 진동을 유발하는 압전소자를 포함하며, 구동대상물의 적어도 일부를 수용하는 관통홀이 형성된 압전체; 및

상기 압전체의 외측면에서 상기 관통홀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 압전체가 진동함에 따라 상기 구동대상물의 양측에 마찰구동력을 제공하여 상기 구동대상물을 구동하는 적어도 한 쌍의 구동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 관통홀은 상기 관통홀에 수용되는 상기 구동대상물의 형상과 대응하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제2항에 있어서,

상기 관통홀은 실린더 형상인 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 관통홀과 상기 관통홀에 수용된 상기 구동대상물 사이에는 유격이 형성되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 관통홀은 상기 압전체의 중앙부를 두께 방향으로 관통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 적어도 한 쌍의 구동부재는 상기 구동대상물에 마찰력을 가할 수 있도록 상기 구동대상물의 외측면에 밀착 배치되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 구동부재는 상기 관통홀이 노출되는 상기 압전체의 반대편 양측면에 각각 한 쌍씩 구비되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 구동부재는 로드(rod) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제8항에 있어서,

상기 구동부재는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제1항에 있어서,

상기 압전체는 적층된 복수의 압전층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 모터.
제10항에 있어서,

상기 압전층 각각은, 위상차를 갖는 두 전압이 각각 인가되며 상기 압전층의 길이 방향으로 나란하게 배치되는 제1 진동부와 제2 진동부로 구성되며,

하나의 압전층에 구비된 제1 진동부 및 제2 진동부는 인접 배치된 다른 압전층에 구비된 제1 진동부 및 제2 진동부와 각각 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 압전모터.
제11항에 있어서,

상기 압전층은, 일측 표면에 상기 제1 진동부 및 제2 진동부에 각각 전압을 인가하는 제1 전극 및 제2 전극이 패턴형성되고, 반대측 표면에는 접지전극이 패턴형성된 것을 특징으로 하는 압전모터.
제12항에 있어서,

인접한 두 개의 압전층은 제1 전극 간에 상호 대향되고 제2 전극 간에 상호 대향되게 배치되며, 상기 두 개의 압전층에 포함된 압전소자들은 서로 반대 방향으로 분극된 것을 특징으로 하는 압전모터.
외부로부터 인가되는 전압에 의해 기계적인 진동을 유발하는 압전소자를 포 함하며, 두께 방향으로 관통홀이 형성된 압전체;

상기 관통홀에 일부분이 수용되도록 고정 설치된 가이드부재; 및

상기 압전체의 외측면에 상기 관통홀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 압전체가 진동할 때 상기 가이드부재와 마찰력을 주고받는 적어도 한 쌍의 구동부재;를 포함하며,

상기 마찰력에 의해 상기 압전체는 상기 가이드부재를 따라 이동하며, 상기 압전체의 이동에 연동하여 상기 압전체에 기구적으로 연결된 구동대상물이 구동되는 것을 특징으로 하는 압전모터.