KR20160141399A - 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 기능을 갖는 전자기기에 적용되는 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터를 제공하고자 한다.

Description

형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터 {COMPACT ACTUATOR USING SHAPE MEMORY ALLOY}

본 발명은 디지털 카메라 등의 카메라 또는 이동통신 단말기 등과 같이 카메라 기능을 갖는 전자기기에 적용되는 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터에 관한 것이다.

카메라는 피사체를 촬영하기 위한 광학기기로서 렌즈를 통해 수용한 영상을 필름에 투사하여 기록하는 아날로그 방식과 렌즈를 통해 수용한 영상을 이미지 센서에 투사하여 기록하는 디지털 방식이 있다.

디지털 방식의 카메라는 휴대폰 및 태블릿 PC 등의 전자기기에 탑재된다. 이러한 전자기기에 장착된 카메라는 광학적 줌 기능, 자동 초점(Auto Focus) 기능 등의 다양한 기능들을 탑재하고 있다.

이 때, 모바일 카메라가 500만 화소 이상의 고화소인 경우, 대부분의 모바일 카메라는 카메라 모듈용 자동 초점 액추에이터(Auto Focus Actuator, AFA)가 탑재되어 있다. 카메라 모듈용 자동 초점 액추에이터에는 전자기 모터를 이용한 보이스 코일 모더(voice coil motor, VCM), 하이브리드 보이스 코일 모터(hybrid voice coil motor), 하이브리드 인코터(hybrid encoder), 피에조 모터(piezo motor) 등이 있다.

하지만 이와 같은 종래의 카메라 모듈용 자동 초점 액추에이터는 구조가 복잡하고, 공정 자동화가 어려우며, 제조 단가를 줄이기 힘들다는 문제점이 있다.

한편, 전자기기는 카메라의 보조광원으로서 카메라 플래시 모듈을 구비하고 있다. 카메라 플래시 모듈은 어두운 촬영 환경, 특히 야간 촬영시에 피사체를 조명하는 장치로서, 고출력 발광 다이오드를 사용한 플래시 모듈에서 풍부한 광량을 제공하는 제논 플래시(xenon flash)까지 다양한 방식의 카메라 플래시 모듈이 모바일 단말기기에 적용되고 있다. 종래의 카메라 플래시 모듈은 카메라 모듈과 피사체 간의 거리 및 피사체의 위치에 관계없이 조명되는 영역이 일정하며 이로 인한 광손실 영역이 발생하게 된다. 이러한 카메라 플래시 모듈에서 출사되는 조명광의 광 손실을 최소화하기 위하여 카메라 플래시 모듈에 액추에이터를 구비한 종래 기술들이 있다.

그러나 종래의 카메라 플래시 모듈에 포함되는 액추에이터 또한 자동 초점 장치에 포함되는 액추에이터와 동일한 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명은 카메라 기능을 갖는 전자기기에 적용되는 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터를 제공하고자 한다.

형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터.

본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터는 단순한 구조를 가지며 제조 공정이 간단한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 제1 이동부재의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 제2 이동부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터(100)의 사시도 및 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 액추에이터(100)는 제1 하우징(12), 제2 하우징(14), 제1 이동부재(22), 제2 이동부재(24), 형상기억합금 와이어(30), 터미널(32) 및 스프링(40)을 포함한다.

제1 하우징(12)과 제2 하우징(14)은 서로 조립 가능하도록 구비된다. 제1 하우징(12)은 기판 형상일 수 있으며, 제1 이동부재(22), 형상기억합금 와이어(30) 및 터미널(32) 등을 고정 또는 지지하기 위한 구조를 가진다. 제2 하우징(14)은 제1 하우징(12)을 덮으며 제1 하우징(12)과 조립 가능한 상태로 구비된다. 조립된 제1 하우징(12)과 제2 하우징(14)의 사이에는 수납 공간이 마련된다. 상기 수납 공간에는 전술한 제1 하우징(12), 제2 하우징(14), 제1 이동부재(22), 제2 이동부재(24), 형상기억합금 와이어(30), 터미널(32) 및 스프링(40)을 포함한 각종 부품이 수납된다.

도 3은 도 1에 도시한 제1 이동부재(22)를 나타내고, 도 4는 도 1에 도시한 제2 이동부재(24)를 나타낸다.

제1 이동부재(22)는 한 쌍으로 구비된다. 한 쌍의 제1 이동부재(22)는 동일한 형상일 수 있으며, 서로 마주보도록 배치된다. 제1 이동부재(22)는 제1 경사면(221)을 포함한다. 제1 경사면(221)은 제1 이동부재(22)의 내측에 형성된다.

제2 이동부재(24)는 제1 이동부재(22)의 내측에서 슬라이딩 가능하도록 배치된다. 제2 이동부재(24)는 제1 이동부재(22)의 제1 경사면(221)에 대향하는 제2 경사면(241)을 포함한다. 제2 이동부재(24)는 선접촉부(242)를 더 포함할 수 있다. 선접촉부(242)는 제2 경사면(241)에서 제1 경사면(221)을 향하는 방향으로 돌출된 돌기 형상을 가진다. 선접촉부(242)는 제1 경사면(221)과 선접촉하며 제1 이동부재(22)와 제2 이동부재(24) 사이의 마찰 저항을 줄일 수 있다. 그에 따라 ㅈ제2 이동부재(24)는 제1 이동부재(22)의 내측에서 작은 힘으로 쉽게 이동이 가능하다.

도 5는 도 2에 도시한 제1 하우징(12)에 각 구성요소들이 조립된 상태를 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제1 하우징(12)에 제1 이동부재(22)와 제2 이동부재(24)가 차례로 조립된다. 그리고 형상기억합금 와이어(30)가 제1 이동부재(22)의 외측을 감싸며 배치되고, 그 양단은 터미널(32)에 연결되어 제1 하우징(12)에 고정된다. 그리고 제2 이동부재(24)의 위로 스프링(40)이 배치되어 제2 이동부재(24)를 탄성 지지한다.

형상기억합금 와이어(shape memory alloy, SMA-Wire)(30)는 열탄성 변형을 일으키는 합금으로서, 일정한 온도에 이르면 형상이 탄성적으로 변하는 합금 소재이다. 즉, 형상기억합금 와이어(30)는 합금 와이어에 힘을 가해 다른 모양으로 변형시킨 상태에서 온도를 높여주면 처음의 모양을 기억해서 그 모양으로 돌아가도록 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(100)는 형상기억합금 와이어(30)에 전류를 인가하여 형상기억합금 와이어(30)의 수축 또는 이완을 제어할 수 있다. 일례로, 형상기억합금 와이어(30)에 전류가 인가되면 저항치가 낮아지고 온도가 상승하면서 체적 수축 현상이 발생하고, 전류 인가를 해제하면 온도가 낮아짐과 동시에 체적 수축 현상이 중단되면서 다시 이완된다. 그리고 이때 터미널(32)은 형상기억합금 와이어(30)의 양단에 각각 결합되며, 전류를 인가할 수 있다.

도 6을 참조하여 형상기억합금 와이어(30)에 의한 액추에이터(100)의 동작 원리를 설명한다.

도 6a는 액추에이터(100)의 초기 상태로서, 형상기억합금 와이어(30)에 전류가 인가되지 않은 상태이다. 이때 제2 이동부재(24)는 제1 하우징(12)에 가깝게 위치되어 있다.

도 6b는 액추에이터(100)의 변형 상태로서, 형상기억합금 와이어(30)에 전류가 인가된 상태이다. 형상기억합금 와이어(30)는 온도 상승에 따라 초기 상태보다 그 길이가 짧아지게 된다. 이에 따라 형상기억합금 와이어(30)가 감싸고 있는 제1 이동부재(22)는 내측을 향해 이동하게 된다. 즉, 한 쌍의 제1 이동부재(22)가 서로를 향해 수평 이동하게 된다. 그리고 제1 이동부재(22)의 이동에 따라 이와 접하고 있는 제2 이동부재(24)는 제1 이동부재(22)의 제1 경사면(221)을 따라 슬라이딩되며 상측으로 이동하게 된다. 제2 이동부재(24)는 이동시키고자 하는 대상을 포함하고 있다. 액추에이터(100)가 자동 초점 조절 장치에 적용된다면 제2 이동부재(24)에는 카메라 렌즈(미도시)가 포함될 수 있고, 플래시 광량 조절 장치에 적용된다면 제2 이동부재(24)에는 리플렉터(미도시)가 포함될 수 있다.

도 6b의 변형 상태에서 형상기억합금 와이어(30)에 인가되고 있던 전류 공급이 중단되면, 형상기억합금 와이어(30)는 초기 상태의 길이로 회복되며 제2 이동부재(24)를 상승시키고 있던 힘이 제거된다. 그리고 제2 이동부재(24)의 상측을 탄성 지지하고 있는 스프링(40)에 의해 제2 이동부재(24)는 제1 하우징(12)을 향해 이동하고, 제1 이동부재(22)는 외측을 향해 이동하며 도 6a의 초기 상태로 돌아가게 된다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(100)의 조립 순서를 설명한다. 먼저, 제1 하우징(12)이 준비되고, 그 위에 순서로 제1 이동부재(22)와 제2 이동부재(24) 및 스프링(40)이 배치된다. 그리고 제1 이동부재(22)를 둘러싸도록 형상기억합금 와이어(30)가 배치되며, 형상기억합금 와이어의(30)의 양단은 터미널(32)에 의해 제1 하우징(12)에 고정된다. 마지막으로 제2 하우징(14)이 제1 이동부재(22), 제2 이동부재(24), 형상기억합금 와이어(30) 및 스프링(40)을 덮으며 제1 하우징(12)에 조립된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 액추에이터

Claims (1)

1. 형상기억합금을 이용한 소형 액추에이터.

Images