KR20100084308A - An angle control device using piezoelectric actuator - Google Patents

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KR20100084308A
KR20100084308A KR1020090003728A KR20090003728A KR20100084308A KR 20100084308 A KR20100084308 A KR 20100084308A KR 1020090003728 A KR1020090003728 A KR 1020090003728A KR 20090003728 A KR20090003728 A KR 20090003728A KR 20100084308 A KR20100084308 A KR 20100084308A
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Abstract

PURPOSE: A device for adjusting an angle using a piezoelectric element is provided to finely adjust the angle of an output board using the length variation of the piezoelectric element. CONSTITUTION: A supporting stand(20) is fixed to a base. A piezoelectric element unit(30) is fixed to the base. A hinge hole(40) is fixed to the supporting stand and changes and amplifies the length direction displacement of the piezoelectric element to the angle displacement. An output board is fixed to the hinge hole. A controller controls the piezoelectric element unit. An angle adjuster is fixed using a notch type hinge.

Description

압전 소자를 이용한 각도 조절 장치{an angle control device using Piezoelectric actuator}Angle control device using piezoelectric actuator

본 발명은 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전 소자의 길이 변환을 이용하여 출력판의 각도를 미세하게 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치이다.The present invention relates to an angle adjusting device using a piezoelectric element, and more particularly, to an angle adjusting device using a piezoelectric element, wherein the angle of the output plate can be finely adjusted using the length conversion of the piezoelectric element.

주지하는 바와 같이, 산업현장의 각 분야에서 초정밀급 위치결정기술의 중요성은 날로 증대되고 있다. 특히, 반도체 기술의 발전은 회로의 고집적화를 불러온 결과, 최신 마이크로프로세서의 경우 사용되는 선폭이 0.18μm 수준으로 머리카락 굵기의 1/500수준이며, 이 경우 웨이퍼를 제작하는 스테이지에 요구되는 정밀도는 선폭의 1/10수준으로 20μm의 재현성(Reproducibility)이 요구된다.As is well known, the importance of ultra-precision positioning technology in each field of industrial field is increasing day by day. In particular, the development of semiconductor technology has led to high integration of circuits, and the line width used in the latest microprocessors is 0.18 μm, which is about 1 / 500th of the thickness of the hair. In this case, the precision required for the stage for manufacturing a wafer is the line width. Reproducibility of 20μm is required at 1/10 of the level.

또한, 서브미크론 수준의 초정밀 이송장치의 구현은 원자간력현미경(AFM:Atomic Force Microscope), 주사형전자현미경(SEM:Scannig Electron Microscope), 레이져 스캐너 시스템(Laser Scanner System) 등의 초정밀 측정분야 와 정보 산업 등의 산업분야에서도 활용될 수 있는 등 그 응용범위가 광범위하다.In addition, the implementation of sub-micron-level ultra-precision conveying apparatuses includes ultra-precision measuring fields such as atomic force microscope (AFM), scanning electron microscope (SEM), and laser scanner system. It can be used in industrial fields such as information industry, and its application range is wide.

리니어모터를 이용하거나 서보머터와 볼스크류를 이용하는 일반적인 위치결정장치는 비교적 긴 행정거리를 가지고 있으나 백래시 등의 구조적인 한계로 인하여 구현할 수 있는 위치정밀도에 한계가 있다. 또한, 일반적인 위치결정장치에서는 수직방향의 운동을 얻기 위하여 구동기(Actuator) 자체를 수직방향으로 배열함으로써 시스템 전체의 높이가 높아지는 단점이 있다. A general positioning device using a linear motor or a servomer and a ball screw has a relatively long stroke, but there is a limit in the positional accuracy that can be realized due to structural limitations such as backlash. In addition, in the general positioning device, the height of the entire system is increased by arranging the actuator itself in the vertical direction to obtain the vertical movement.

일반적으로 초정밀 위치제어기술 분야에서는 압전효과(piezo effect)를 이용하여 위치를 제어하는 기술을 사용하고 있다. 이러한 압전 효과란, 압전 소자의 특수한 결정에 외부적인 힘을 가하여 변형을 주면 그 표면에 전압이 발생하고, 반대로 결정에 전압을 걸면 변위나 힘이 발생하는 현상을 말한다. 이러한 압전 현상을 나타내는 소자로는 수정, 전기석, 티탄, 산바륨 등이 있으며, 압전 현상은 초정밀 위치제어기술, 전기음향 변환기, 압전 정화, 초음파 가습기 등에 응용되고 있다.In general, the ultra-precision position control technology uses a technique for controlling the position by using the piezo effect (piezo effect). The piezoelectric effect refers to a phenomenon in which an external force is applied to a specific crystal of a piezoelectric element to give a deformation, and a voltage is generated on the surface thereof. Examples of such piezoelectric elements include quartz, tourmaline, titanium, and barium oxide. Piezoelectric phenomenon is applied to ultra-precision position control technology, electroacoustic transducer, piezoelectric purification, and ultrasonic humidifier.

특히, 다계층 압전소자(multilayer piezoactuators)는 센티미터 당 약 10μm의 변형 범위를 가지며, 다양한 분야에 적용하기 위해서는 유연성있는 힌지를 사용하여 압전소자의 작은 변위를 증폭시킬 필요가 있다.In particular, multilayer piezoactuators have a deformation range of about 10 μm per centimeter, and for various applications, it is necessary to amplify small displacements of piezoelectric elements using flexible hinges.

또한, 일반적으로 변위 증폭 메커니즘은 지렛대 방식의 유연성 힌지 메커니즘과 브릿지 방식의 유연성 힌지 메커니즘의 두가지 방법으로 나누어진다.In addition, the displacement amplification mechanism is generally divided into two methods, a lever-type flexible hinge mechanism and a bridge-type flexible hinge mechanism.

이와 같은 다계층 압전 소자를 이용한 위치 및 각도 제어 시스템에는 대한민국 특허청에 출원된 출원번호 제10-2004-0062092, 10-2001-0028892호 등이 있다.Position and angle control system using a multi-layer piezoelectric element is the application number 10-2004-0062092, 10-2001-0028892 and the like filed with the Republic of Korea Patent Office.

그러나, 종래의 지렛대 방식은 힌지의 크기와 변형량이 증폭 비에 따라 비례 하므로 각도 증폭 비율이 한정적이며, 브릿지 방식은 힌지의 유연성이 보다 높을 것을 요구하므로 제작이 힘들다는 사용상의 문제점이 존재한다.However, in the conventional lever method, the angle amplification ratio is limited because the hinge size and the amount of deformation are proportional to the amplification ratio, and the bridge method requires a higher flexibility of the hinge, thus making it difficult to manufacture.

또한, 종래의 각도 증폭 장치는 초소형으로 제작하기 힘들다는 사용상의 문제점이 존재한다.In addition, there is a problem in use that the conventional angle amplification device is difficult to manufacture in a miniature.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 초소형으로 제작가능하면서도 각도 증폭 비율을 증대시킬 수 있는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an angle adjusting apparatus using a piezoelectric element capable of increasing the angle amplification ratio while being manufactured in a very small size.

본 발명에 따른 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치는 베이스와, 상기 베이스에 고정된 지지대와, 상기 베이스에 고정된 압전 소자부와, 상기 지지대에 고정되며, 상기 압전 소자부의 길이 방향 변위를 각도 변위로 변화 및 증폭시키는 힌지구와, 상기 힌지구에 고정된 출력판과, 상기 압전 소자부를 제어하는 제어 수단을 포함하여, 상기 압전 소자부의 길이 변위를 이용하여 출력판의 각도를 조절할 수 있음을 특징으로 한다.An angle adjusting device using a piezoelectric element according to the present invention is a base, a support fixed to the base, a piezoelectric element portion fixed to the base, fixed to the support, the longitudinal displacement of the piezoelectric element portion to the angular displacement A hinge for changing and amplifying, an output plate fixed to the hinge, and a control means for controlling the piezoelectric element, wherein the angle of the output plate can be adjusted using a length displacement of the piezoelectric element. do.

여기서, 상기 힌지구는 상기 지지대에 고정된 몸체와, 상기 몸체와 편심된 위치에 노치형 힌지를 통해서 고정되어, 상기 압전 소자부의 상부면이 단축 하부면에 접촉되는 각도 변환 부재와, 상기 각도 변환 부재의 장축 단부에 노치형 힌지를 통해서 연결된 제1변형량 전달 부재와, 상기 몸체와 편심된 위치에 노치형 힌지를 통해서 고정되고, 상기 제1변형량 전달 부재와 단축 단부에 노치형 힌지를 통해서 연결된 각도 증폭 부재와, 상기 출력판의 가장자리부에 노치형 힌지를 통해서 연결되고, 상기 각도 증폭 부재의 장축와 노치형 힌지를 통해서 연결된 제2변형량 전달 부재로 구성되어, 상기 각도 변환 부재의 단축에 전달된 압전 소자부의 길이 변화에 따라 상기 몸체에 노치형 힌지를 통해서 고정된 출력판의 각도가 변화됨을 특징으로 한다.Here, the hinge is fixed to the support, the body is fixed through a notched hinge in a position eccentric with the body, the angle conversion member that the upper surface of the piezoelectric element portion is in contact with the short axis lower surface, the angle conversion member An angle amplification member fixed through a notched hinge at a position eccentric with the body, the first strain transmitting member connected to the long shaft end of the notch by a notched hinge, and an angle amplification connected to the first strain transmitting member and the short axis end via a notched hinge A piezoelectric element configured to be connected to the edge portion of the output plate through a notched hinge, and a second strain transmitting member connected to the long axis and the notched hinge of the angle amplifying member, and transmitted to the short axis of the angle conversion member. According to the change in the length of the body is characterized in that the angle of the output plate fixed through the notched hinge on the body is changed.

그리고 상기 각도 변환 부재는 상기 몸체의 하부면에 고정되고 상기 각도 증폭 부재 및 출력판은 상기 몸체의 상부면에 고정됨을 특징으로 한다.And the angle conversion member is fixed to the lower surface of the body and the angle amplifying member and the output plate is characterized in that fixed to the upper surface of the body.

또한, 상기 각도 증폭 부재와 상기 몸체를 연결하는 상기 노치형 힌지는 상기 출력판이 상기 몸체에 고정된 노치형 힌지의 연장상에 설치됨을 특징으로 하고, 상기 출력판은 레이저 반사판이 고정됨을 특징으로 한다.In addition, the notched hinge connecting the angle amplifying member and the body is characterized in that the output plate is installed on the extension of the notched hinge fixed to the body, the output plate is characterized in that the laser reflector is fixed .

본 발명에 따른 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치는 압전 소자부의 길이 방향 변위를 각도 변위로 변화 및 증폭시키는 힌지구를 통해서 각도 증폭 비율을 증대시켜 출력판의 각도를 미세하게 조정할 수 있다는 장점이 있다.The angle adjusting device using the piezoelectric element according to the present invention has an advantage that the angle of the output plate can be finely adjusted by increasing the angle amplification ratio through a hinge for changing and amplifying the longitudinal displacement of the piezoelectric element into an angular displacement.

또한, 몸체의 상부면에 각도 변화 부재가 고정되고 하부면에 각도 증폭 부재가 고정되는 구조를 채택하여 초소형으로 제작가능하다는 장점이 있다. In addition, by adopting a structure that is fixed to the angle change member on the upper surface of the body and the angle amplification member is fixed to the lower surface there is an advantage that can be manufactured in a very small.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an angle adjusting device using the piezoelectric element of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치을 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이다.1 is a perspective view showing an angle adjusting device using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a front view of FIG.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치는 베이스(10)와, 상기 베이스(10)에 고정된 지지대(20)와, 상기 베이스(10)에 고정된 압전 소자부(30)와, 상기 지지대(20)에 고정된 힌지구(40)와, 상기 힌지구(40)에 고정된 출력판(50)과, 제어 수단(미도시)을 포함하여 구성되며, 상기 압전 소자부(30)의 길이 변위를 이용하여 출력판의 각도를 미세하게 조절할 수 있음을 특징으로 한다.1 and 2, the angle adjusting device using the piezoelectric element according to the present invention includes a base 10, a support 20 fixed to the base 10, and a base 10 fixed to the base 10. It comprises a piezoelectric element portion 30, the hinge 40 fixed to the support 20, the output plate 50 fixed to the hinge 40, and a control means (not shown) The angle of the output plate may be finely adjusted by using the length displacement of the piezoelectric element part 30.

먼저, 상기 제어 수단은 상기 압전소자부(30)에 가하는 전압을 조절하여 압전소자부(30)의 변위 변화를 통해서 출력판(50)의 각도를 미세하게 조절할 수 있는 것으로, 사용자 명령에 따라 압전 소자 구동신호를 출력하고 제어하는 콘트롤러, 상기 콘트롤러로부터의 구동 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하여 구성되며, 보다 정밀한 제어를 위하여 상기 출력판에 각도 변위를 센싱할 수 있는 센서를 설치하고, 상기 센서부로부터 입력되는 신호에 따라서 상기 콘트롤러의 구동 신호를 제어할 수 있는 제어 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.First, the control means may adjust the voltage applied to the piezoelectric element part 30 to finely adjust the angle of the output plate 50 through the displacement change of the piezoelectric element part 30, and according to a user command A controller configured to output and control an element drive signal, and an amplifier to amplify a drive signal from the controller. The sensor unit may include a sensor capable of sensing an angular displacement on the output plate for more precise control. The controller may further include a control circuit for controlling the driving signal of the controller according to a signal input from the controller.

상기 압전소자부(30)는 다계층 압전소자(multilayer piezoactuators)로 구성되는 것이 바람직하며, 전압이 인가되며 수직으로 길이가 변화될 수 있도록 상기 베이스(10)에 고정된다.The piezoelectric element part 30 is preferably composed of multilayer piezoactuators, and is fixed to the base 10 so that a voltage is applied and the length thereof is vertically changed.

구체적으로는 상기 출력판(50)에는 레이저 반사판(52)이 고정되어, 입력되는 레이저의 반사 각도를 정밀하게 제어하여 레이저를 이용한 커팅 장치, 레이져 쇼 등의 정밀 제어 기계에 응용할 수 있다.Specifically, the laser reflector 52 is fixed to the output plate 50, so that the reflection angle of the input laser can be precisely controlled and applied to a precision control machine such as a cutting device using a laser, a laser show, or the like.

다음으로 본 발명의 주요 특징부인 힌지구에 대해 상세히 살펴보기로 한다. Next will be described in detail with respect to the hinge portion of the main feature of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 힌지구를 도시하는 정면도이다.3 is a front view showing a hinge sphere according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 힌지구(40)는 상기 압전 소자부의 길이 방향 변위를 각도 변위로 변화 및 증폭시키는 역할을 하므로 알루미늄 수재로 제작되는 것이 바람직하며, 지지대에 고정된 몸체(42), 각도 변환 부재(44), 제1변형량 전달 부재(46), 각도 증폭 부재(48) 및 제2변형량 전달 부재(49)로 구성된다.Since the hinge 40 shown in FIG. 3 serves to change and amplify the longitudinal displacement of the piezoelectric element into angular displacement, it is preferably made of aluminum, and the body 42 fixed to the support, the angle conversion member (44), the first strain transmission member 46, the angle amplification member 48, and the second strain transmission member (49).

여기서, 상기 각도 변환 부재(44)는 상기 몸체(42)의 하부면에 고정되어 압전소자부(30)의 길이 변화를 증폭하는 역할을 수행하고, 상기 각도 증폭 부재(48) 및 출력판(50)은 상기 몸체(42)의 상부면에 고정되며, 상기 제1변형량 전달 부재(46)은 상기 몸체(42)의 측면에 위치하여 상기 각도 변환 부재(44)와 각도 증폭 부재(48)를 연결하며, 상기 제2변형량 전달 부재(49)는 상기 출력판(50)과 각도 증폭 부재(48)를 연결하도록 구성되는 것이 바람직하다.Here, the angle conversion member 44 is fixed to the lower surface of the body 42 serves to amplify the change in the length of the piezoelectric element portion 30, the angle amplification member 48 and the output plate 50 ) Is fixed to the upper surface of the body 42, the first deformation transfer member 46 is located on the side of the body 42 to connect the angle conversion member 44 and the angle amplification member 48 The second strain transmitting member 49 is preferably configured to connect the output plate 50 and the angle amplifying member 48.

구체적으로는, 상기 각도 변환 부재(44)는 상기 몸체(42)와 편심된 위치에 노치형 힌지(a1)를 통해서 고정되고 상기 압전 소자부(30)의 상부면이 단축 하부면에 접촉된다.Specifically, the angle conversion member 44 is fixed to the position eccentric with the body 42 through the notched hinge a1 and the upper surface of the piezoelectric element portion 30 is in contact with the short axis lower surface.

여기서, 편심된 위치라 함은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 각도 변환 부재(44)가 상기 몸체(42)에 고정되는 노치형 힌지(a1)을 중심으로 좌측은 단축을 우측은 장축을 형성하게 됨을 말한다. Here, the eccentric position means that the left side has a short axis and the right side has a long axis around the notched hinge a1 fixed to the body 42 as shown in FIG. 3. Say it is.

또한, 상기 노치형 힌지(a1)는 본 발명에서 포괄적으로 사용되는 것으로 반원 형태의 함몰홈이 좌우 대칭으로 형성되어 노치를 형성하며, 노치 부위를 중심으 로 상하 회전 운동될 수 있는 것이다.In addition, the notched hinge (a1) is to be used in the present invention as a semi-circular recessed groove is formed symmetrically to form a notch, it can be rotated up and down around the notch portion.

이러한 노치형 힌지는 종래의 많은 기술들에서 차용하고 있는 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the notched hinge is borrowed from many conventional technologies, a detailed description thereof will be omitted.

따라서, 상기 압전 소자부(30)에 전압이 인가되어 압전 소자부(30)가 길이 방향으로 변형되면 상기 각도 변환 부재(44)는 상기 노치형 힌지(a1)를 중심으로 회전하게 된다.Therefore, when a voltage is applied to the piezoelectric element part 30 and the piezoelectric element part 30 is deformed in the longitudinal direction, the angle conversion member 44 rotates about the notched hinge a1.

다음으로 제1변형량 전달 부재(46)는 상기 각도 변환 부재(44)의 장축 단부에 노치형 힌지(a2)를 통해서 연결되어 상기 압전소자부(30)를 통해서 전달된 변형량을 상측(구체적으로는 각도 증폭 부재)으로 전달하는 역할을 수행한다.Next, the first deformation amount transmission member 46 is connected to the long axis end of the angle conversion member 44 via a notch hinge a2, so that the deformation amount transmitted through the piezoelectric element part 30 is upward (specifically,). Angular amplification member).

이때 압전소자부(30)가 상기 각도 변환 부재(44)에 접촉되는 부위와 노치형 힌지(a1) 사이의 거리(L1)은 노치형 힌지(a1)와 상기 각도 변환 부재(44)가 제1변형량 전달 부재(46)에 연결된 노치형 힌지(a2) 사이의 거리(L2)보다 작으므로 상기 압전소자부(30)의 길이 변형량이 지렛대 원리를 통해서 증폭된다.In this case, the distance L1 between the portion where the piezoelectric element part 30 contacts the angle conversion member 44 and the notched hinge a1 is the first notch hinge a1 and the angle conversion member 44. Since the distance L2 between the notched hinge a2 connected to the strain transmission member 46 is smaller, the amount of deformation of the length of the piezoelectric element part 30 is amplified through the lever principle.

또한, 상기 각도 증폭 부재(48)는 상기 몸체(42)와 편심된 위치에 노치형 힌지(a4)를 통해서 고정되고 상기 제1변형량 전달 부재(46)와 단축 단부에 노치형 힌지(a3)를 통해서 연결된다.In addition, the angular amplification member 48 is fixed through a notched hinge a4 at a position eccentric with the body 42 and a notched hinge a3 at the first strain transmission member 46 and a short end. Connected through.

그리고 상기 제2변형량 전달 부재(49)는 상기 각도 증폭 부재(48)의 장축과 노치형 힌지(a5)를 통해서, 상기 출력판(50)의 가장자리부와 노치형 힌지(a6)를 통해서 연결된다.The second strain transmitting member 49 is connected through the long axis of the angle amplifying member 48 and the notched hinge a5, and the edge of the output plate 50 through the notched hinge a6. .

따라서, 상기 제1변형량 전달 부재(46)를 통해서 상기 각도 증폭 부재(48)가 노치형 힌지(a4)를 중심으로 회동 되면, 제2변형량 전달 부재(49)를 통해서 상기 출력판(50)을 회전시킬 수 있게 된다.Therefore, when the angle amplifying member 48 is rotated about the notched hinge a4 through the first strain transmitting member 46, the output plate 50 is opened through the second strain transmitting member 49. It can be rotated.

이때 상기 각도 증폭 부재(48)이 상기 몸체(42)에 고정된 노치형 힌지(a4)와 상기 제1변형량 전달 부재(46)와 상기 각도 증폭 부재(48)를 연결하는 노치형 힌지(a3) 사이의 거리(L3)는 상기 제2변형량 전달 부재(49)와 상기 각도 증폭 부재(48)를 연결하는 노치형 힌지(a5)와 노치형 힌지(a4) 사이의 거리(L4)보다 작으므로 지렛대 원리를 통해서 길이 변형량이 증폭된다.At this time, the angle amplifying member 48 is a notched hinge (a3) connecting the notched hinge a4 fixed to the body 42, the first strain transmission member 46 and the angle amplifying member 48. The distance L3 between the levers is smaller than the distance L4 between the notched hinge a5 and the notched hinge a4 connecting the second strain transmitting member 49 and the angle amplifying member 48. The principle amplifies the length strain.

상기와 같이 구성된 힌지구의 구체적인 작동 원리에 대해 살펴보기로 한다.It will be described with respect to the specific operating principle of the hinge configured as described above.

도 4는 도 3의 작동도이다.4 is an operation diagram of FIG. 3.

도 4에 도시된 바와 같이 압전소자부(30)의 길이 변형량(A)는 노치형 힌지(a1)를 중심으로 지렛대 원리를 통해서 노치형 힌지(a2) 부위에서는 길이 변형량(B)이 증가하게 된다.As shown in FIG. 4, the length deformation amount A of the piezoelectric element part 30 is increased by the length deformation amount B at the notched hinge a2 portion based on the notch hinge a1. .

또한, 제1변형량 전달 부재(46)를 통해서 각도 증폭 부재(48)의 단축에 전달되는 길이 변형량(C)은 지렛대 원리를 통해서 제2변형량 전달 부재에는 길이 변형량(D)가 증폭된 수치로 전달된다.In addition, the length deformation amount C transmitted to the short axis of the angular amplification member 48 through the first deformation amount transmission member 46 is transmitted to the second deformation amount transmission member as a value obtained by amplifying the length deformation amount D through the lever principle. do.

따라서, 최종적으로 출력판(50)의 회전각도(θ)는 압전소자부의 길이 변형량(A)가 미세하더라도 크게 변화하게 된다.Accordingly, the rotation angle θ of the output plate 50 is greatly changed even if the length deformation amount A of the piezoelectric element portion is minute.

다음으로 상기 각도 증폭 부재와 출력판이 몸체에 고정되는 위치에 대해 살펴보기로 한다.Next, the position where the angle amplification member and the output plate are fixed to the body will be described.

도 5는 각도 증폭 부재와 출력판이 몸체에 고정되는 위치를 설명하는 개념도 이다.5 is a conceptual view illustrating a position where the angle amplifying member and the output plate are fixed to the body.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 각도 증폭 부재(48)가 회전되는 중심점은 노치형 힌지(a4)의 중심(E)이며, 출력판(50)의 회전 중심은 노치형 힌지(a7)의 중심(F)이다.As shown in FIG. 5B, the center point at which the angle amplifying member 48 is rotated is the center E of the notched hinge a4, and the center of rotation of the output plate 50 is the notched hinge a7. Is the center (F) of.

따라서, 상기 출력판(50)이 몸체(42)에 고정되는 노치형 힌지(a7)가 각도 증폭 부재(48)가 몸체(42)에 고정되는 노치형 힌지(a4)보다 상측(또는 하측인 경우에도)에 위치하게 되면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 Y축 변화량과 X축 변화량으로 길이 변형량이 분산되어 출력판(50)의 각도 변화가 크게 발생되지 않는다.Therefore, when the notch-type hinge a7 to which the output plate 50 is fixed to the body 42 is higher (or lower than the notch-type hinge a4 to which the angle amplifying member 48 is fixed to the body 42). Edo), as shown in FIG.

즉, 상기 출력판(50)은 수평으로 상기 몸체(42)에 고정되므로 각도 변화는 Y축 변화량이 많이 전달될수록 크게 된다.That is, since the output plate 50 is fixed to the body 42 horizontally, the angle change becomes larger as the amount of Y-axis change is transmitted.

따라서, 상기 각도 증폭 부재(48)와 상기 몸체(42)를 연결하는 상기 노치형 힌지(a4)는 상기 출력판(50)이 상기 몸체(42)에 고정된 노치형 힌지(a7)의 연장상에 설치되는 것이 바람직하다.Accordingly, the notched hinge a4 connecting the angle amplifying member 48 and the body 42 is an extension of the notched hinge a7 in which the output plate 50 is fixed to the body 42. It is preferably installed in.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 각도 증폭 부재(48)와 상기 몸체(42)를 연결하는 상기 노치형 힌지(a4)의 중심(E)는 상기 출력판(50)이 상기 몸체(42)에 고정된 노치형 힌지(a7)의 중심(F)와 동일 연장 선상에 위치하도록 제작되면, 상기 각도 증폭 부재(48)의 Y축 변화량이 상기 출력판(50)의 각도 변화에 크게 작용될 수 있게 된다.As shown in (a) of FIG. 5, the center E of the notched hinge a4 connecting the angle amplifying member 48 and the body 42 may include the output plate 50. When it is manufactured to be positioned on the same extension line as the center F of the notched hinge a7 fixed to 42, the amount of Y-axis change of the angle amplifying member 48 greatly affects the angle change of the output plate 50. It becomes possible.

부가적으로, 전술한 대로 출력판(50)과 각도 증폭 부재(48)를 상기 몸체(42)에 고정시키기 위해서는 각도 증폭 부재(48)의 장축은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 절곡된 형태로 제작되는 것이 바람직하다.Additionally, in order to fix the output plate 50 and the angle amplifying member 48 to the body 42 as described above, the long axis of the angle amplifying member 48 is bent as shown in FIG. It is preferred to be manufactured in the form.

도 6은 도 4의 각 부위의 길이 변형량을 도시하는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the length deformation amount of each site of FIG. 4. FIG.

도 6에 도시된 바와 같이 압전소자부에 최대 전압 150V인 교류 전압이 인가되면, 압전 소자부의 길이 변형량(A)은 최대 전압이 인가될 때 40μm의 최대진폭을 가지며, 노치형 힌지(a2) 부위에서는 길이 변형량(B)는 133μm의 최대진폭을 가지므로 약 2.6배의 증폭효과를 가져 올 수 있다.As shown in FIG. 6, when an AC voltage having a maximum voltage of 150 V is applied to the piezoelectric element portion, the length deformation amount A of the piezoelectric element portion has a maximum amplitude of 40 μm when the maximum voltage is applied, and the notched hinge a2 portion. Since the length strain (B) has a maximum amplitude of 133μm, it can bring about 2.6 times of amplification effect.

또한, 제1변형량 전달 부재를 통해서 각도 증폭 부재의 단축에 전달되는 길이 변형량(C)는 83μm의 최대진폭을 가지며 지렛대 원리를 통해서 제2변형량 전달 부재에는 길이 변형량(D)이 318μm의 최대진폭을 가지므로 약 3배의 증폭효과를 가져 올 수 있다.In addition, the length deformation amount C transmitted to the short axis of the angular amplification member through the first deformation amount transmission member has a maximum amplitude of 83 μm, and the length deformation amount D has a maximum amplitude of 318 μm for the second deformation amount transmission member through the lever principle. It can have about three times the amplification effect.

따라서, 압전 소자부의 길이 변형량이 작더라도 상기 힌지구의 지렛대 작용을 통해서 출력판의 각도를 크게 변화시킬 수 있다.Therefore, even if the length deformation of the piezoelectric element portion is small, the angle of the output plate can be greatly changed through the lever action of the hinge.

이상과 같이 본 발명은 출력판의 각도를 미세하게 조정할 수 있는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.As described above, it can be seen that the present invention has a basic technical idea to provide an angle adjusting device using a piezoelectric element capable of finely adjusting the angle of the output plate, within the scope of the basic idea of the present invention. Of course, many other variations are possible to those of ordinary skill in the art.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치을 도시하는 사시도.1 is a perspective view showing an angle adjusting device using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 정면도.2 is a front view of FIG. 1;

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 힌지구를 도시하는 정면도.3 is a front view showing a hinge sphere according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 작동도.4 is an operation of FIG.

도 5는 각도 증폭 부재와 출력판이 몸체에 고정되는 위치를 설명하는 개념도.5 is a conceptual view illustrating a position where the angle amplifying member and the output plate are fixed to the body.

도 6은 도 4의 각 부위의 길이 변형량을 도시하는 그래프.FIG. 6 is a graph showing the length deformation amount of each site of FIG. 4. FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

a1,a2,a3,a3,a4,a5,a6,a7: 노치형 힌지a1, a2, a3, a3, a4, a5, a6, a7: notched hinge

10: 베이스10: base

20: 지지대20: support

30: 압전소자부30: piezoelectric element part

40: 힌지구40: hinge

42: 몸체42: body

44: 각도 변환 부재44: angle conversion member

46: 제1변형량 전달 부재46: first strain transmission member

48: 각도 증폭 부재48: angle amplification member

49: 제2변형량 전달 부재49: second strain transmission member

50: 출력판50: Output board

52: 반사판52: reflector

Claims (5)

베이스와;A base; 상기 베이스에 고정된 지지대와;A support fixed to the base; 상기 베이스에 고정된 압전 소자부와;A piezoelectric element unit fixed to the base; 상기 지지대에 고정되며, 상기 압전 소자부의 길이 방향 변위를 각도 변위로 변화 및 증폭시키는 힌지구와;A hinge tool fixed to the support to change and amplify the longitudinal displacement of the piezoelectric element portion into an angular displacement; 상기 힌지구에 고정된 출력판과;An output plate fixed to the hinge hole; 상기 압전 소자부를 제어하는 제어 수단;을 포함하여, 상기 압전 소자부의 길이 변위를 이용하여 출력판의 각도를 조절할 수 있음을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치.And a control means for controlling the piezoelectric element portion, wherein the angle of the output plate can be adjusted by using a length displacement of the piezoelectric element portion. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 힌지구는,The hinge is, 상기 지지대에 고정된 몸체와;A body fixed to the support; 상기 몸체와 편심된 위치에 노치형 힌지를 통해서 고정되어, 상기 압전 소자부의 상부면이 단축의 하부면에 접촉되는 각도 변환 부재와;An angle conversion member fixed to the position eccentrically with the body, the upper surface of the piezoelectric element being in contact with the lower surface of the short axis; 상기 각도 변환 부재의 장축 단부에 노치형 힌지를 통해서 연결된 제1변형량 전달 부재와;A first strain transmitting member connected to a long axis end of the angle converting member through a notched hinge; 상기 몸체와 편심된 위치에 노치형 힌지를 통해서 고정되고, 상기 제1변형량 전달 부재와 단축 단부에 노치형 힌지를 통해서 연결된 각도 증폭 부재와;An angle amplifying member fixed at a position eccentric to the body and connected to the first strain transmitting member and a short end by a notched hinge; 상기 출력판의 가장자리부에 노치형 힌지를 통해서 연결되고, 상기 각도 증폭 부재의 장축와 노치형 힌지를 통해서 연결된 제2변형량 전달 부재;로 구성되어,And a second strain transmitting member connected to an edge portion of the output plate through a notched hinge and connected through a long axis of the angle amplifying member and a notched hinge. 상기 각도 변환 부재의 단축에 전달된 압전 소자부의 길이 변화에 따라 상기 몸체에 노치형 힌지를 통해서 고정된 출력판의 각도가 변화됨을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치.Angle of the piezoelectric element characterized in that the angle of the output plate fixed to the body through the notched hinge changes in accordance with the change in the length of the piezoelectric element portion transmitted to the short axis of the angle conversion member. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 각도 변환 부재는,The angle conversion member, 상기 몸체의 하부면에 고정되고,Fixed to the lower surface of the body, 상기 각도 증폭 부재 및 출력판은 상기 몸체의 상부면에 고정됨을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치.And the angle amplifying member and the output plate are fixed to an upper surface of the body. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 각도 증폭 부재와 상기 몸체를 연결하는 상기 노치형 힌지는,The notched hinge connecting the angle amplifying member and the body, 상기 출력판이 상기 몸체에 고정된 노치형 힌지의 연장상에 설치됨을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치.And the output plate is installed on an extension of a notched hinge fixed to the body. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 출력판은,The output plate, 레이저 반사판이 고정됨을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 각도 조절 장치.An angle adjusting device using a piezoelectric element, characterized in that the laser reflector is fixed.
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