KR100768889B1 - 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법 - Google Patents
소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 다수의 소형 초음파 리니어 액추에이터를 필요로 하는 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이를 일괄 공정에 의해 제조함과 아울러 효율을 저하시키지 않고도 인쇄회로기판에 간단하고도 용이하게 탑재할 수 있도록 한 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이는 각각이 탄성체 시트의 상면 또는 하면이나 상면 및 하면에 압전세라믹 시트가 부착되어 이루어진 진동체와 상기 상면측 압전세라믹 시트면에서 수직 방향으로 부착된 이동축 및 상기 이동축에 마찰 삽입되어 상기 이동축 상에서 전/후진하는 이동체를 구비하여 이루어진 다수의 초음파 리니어 액추이에터; 상기 탄성체 시트를 각각을 상호 연결하는 2개 이상의 지지팔 및 가장자리에 존재하는 상기 탄성체 시트의 상기 지지팔과 연결되어 인쇄회로기판의 전극 패턴과 접촉되는 지지 프레임을 포함하여 이루어진다.
TULA, 압전, 전왜, 진동, 리니어, 액추에이터, 어레이
Description
도 1은 단일 소형 초음파 리니어 액추에이터의 동작원리를 설명하기 위한 설치 상태도,
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이의 평면도 및 정면도,
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법을 설명하기 위한 개략 평면도 및 측면도,
도 4는 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도,
도 5는 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이의 인쇄회로기판에의 탑재 과정을 설명하기 위한 분리 사시도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10: 진동체, 12: 탄성체 시트,
14, 16: 압전세라믹 시트, 20: 이동축 지지대,
30, 32: 축받이용 고무링, 40: 이동축,
50: 이동체, 100: TULA 어레이,
100B: 탄성체시트 원판, 110: 지지 프레임,
120: 단일체 TULA, 121: 개별 탄성체 시트,
122, 123: 개별 압전세라믹 시트, 122a, 123a, 124a: 접착제,
124: 이동축, 200: 인쇄회로기판
본 발명은 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
휴대폰이나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 카메라 렌즈구동용으로 탑재할 수 있는 초소형 스테핑모터(Stepping Motor)의 경우 빠른 회전을 직선운동으로 바꾸기 위해 감속기어와 캠(cam)를 사용해야 하며 정 또는 역 회전시 백래시(backlash)가 생겨 오차가 발생하고 전력소모가 크기 때문에 사용에 많은 제한을 받고 있다. 또한 이와 같은 스테핑모터는 높은 전류와 열 발생 등의 단점도 가지고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해 본 출원인은 압전/전왜 소자를 이용한 초음파 리니어 액추에이터를 2004년 특허출원 제14050호로 출원하여 특허번호 제443638호로 등록받았는바, 압전 현상이라 함은 결정체가 압력을 받아 결정체 내에 전하가 발생하거나 반대로 결정체에 전계를 가할 때 기계적 변형을 일으키는 것을 말한다. 전왜 현상이라 함은 전왜 물질에 전계를 인가했을 때 기계적인 변형, 즉 왜곡이 발생하는 현상을 말하는바, 이하에서는 압전/전왜 소자를 통칭하여 '압전 소자'라 하고, 이에는 주로 세라믹 재질이 사용되기 때문에 이를 통칭하여 '압전세라믹' 소자라 한다. 한편, 초음파 액추에이터라는 명칭은 그 구동 주파수가 초음파 대역에 속해 있기 때문인바, 이하에서는 소형 초음파 리니어 액추에이터를 Tiny Ultrasonic Linear Actuator라는 영문 명칭의 두문자를 따서 'TULA'라고도 한다.
도 1은 단일 소형 초음파 리니어 액추에이터의 동작원리를 설명하기 위한 설치 상태도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 단일 TULA는 크게 황동판 등으로 이루어진 탄성체 시트(12)와 탄성체 시트(12)의 상면이나 하면(uni-morph 타입) 또는 상면과 하면(bi-morph 타입)에 모두 부착되는 압전세라믹 시트(14),(16)로 이루어진 진동체(10), 진동체(10)의 상면측 압전세라믹 시트(14)의 중심에 시트 표면에 대해 수직 방향으로 부착된 이동축(40), 이동축(40)에 마찰 삽입되어 이동축(40) 상에서 전/후진하는 이동체(50), 이동축(40)의 양단을 지지하는 이동축 지지대(40) 및 이동축 지지대(20)에 장착되어 이동축(50)의 진퇴 운동을 허용한 채로 이동축(50)을 받치는 축받이용 고무링(30),(32)을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 진동체(10)는 원판형 시트나 각형 시트로 구현될 수 있고, 이동축(40)은 가볍고 튼튼한 소재, 예를 들어 탄소섬유 재질로 제작될 수 있다.
그러나 전술한 바와 같은 단일 TULA 및 그 제조방법은 디지털 카메라의 줌렌즈 구동 등과 같이 단일 대상물의 이동에나 적합할 뿐 다수의 TULA 조립체를 필요로 하는 분야, 예를 들어 원하는 입력에 따라 그 출력이 변화하는 전자 점자판과 같이 다수의 라인 또는 매트릭스형 TULA 어레이를 필요로 하는 분야에서는 비효율적이라는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 다수의 소형 초음파 리니어 액추에이터를 필요로 하는 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이를 일괄 공정에 의해 제조함과 아울러 효율을 저하시키지 않고도 인쇄회로기판 혹은 기타 기구부 등에 간단하고도 용이하게 탑재할 수 있도록 한 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이는 각각이 탄성체 시트의 상면 또는 하면이나 상면 및 하면에 압전세라믹 시트가 부착되어 이루어진 진동체와 상기 상면측 압전세라믹 시트면에서 수직 방향으로 부착된 이동축 및 상기 이동축에 마찰 삽입되어 상기 이동축 상에서 전/후진하는 이동체를 구비하여 이루어진 다수의 초음파 리니어 액추이에터; 상기 탄성체 시트를 각각을 상호 연결하는 2개 이상의 지지팔 및 가장자리에 존재하는 상기 탄성체 시트의 상기 지지팔과 연결되어 인쇄회로기판의 전극 패턴과 접촉되는 지지 프레임을 포함하여 이루어진다.
한편, 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법은 (a) 탄성체시트 원판을 준비하는 단계; (b) 상기 탄성체 시트 원판을 가공하여 다수의 초음파 리니어 액추에이터 어레이를 구성하는 다수의 개별 탄성체 시트와 상기 개별 탄성체 시트를 상호 연결하는 지지팔 및 인쇄회로기판의 전극 패턴과 접촉되는 지지 프레임으로 이루어진 초음파 리니어 액추에이터 어레이 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 개별 탄성체 시트의 상면이나 하면 또는 상/하면에 압전세라릭 전용의 접착제를 도포하는 단계; (d) 상기 접착제 상에 개별 압전세라믹 시트를 부착한 후에 상기 접착제를 열경화시키는 단계; (e) 상기 개별 압전세라믹 시트의 상면측에 이 동축 고정용 접착제를 점 도포하는 단계 및 (f) 상기 점 도포된 접착세 상에 이동축을 일괄 부착하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이의 평면도 및 정면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 TULA 어레이는 본 실시예와 같은 장방(rectangular) 형이나 선(line) 형, 원형, 타원형, 다각형 또는 별 모양이나 하트 모양과 같은 특정 모양을 형성하는 다수의 TULA(120), 가장자리에 위치한 TULA(120)의 탄성체 시트(121)를 지지한 채로 인쇄회로기판(미도시)의 프린트 패턴 위에 접촉되는 지지 프레임(110) 및 개개의 TULA(120)의 탄성체 시트(121)를 상호간 또는 지지 프레임(110)에 연결하는 지지팔(130)을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 개개의 탄성체 시트(121), 지지팔(130) 및 지지 프레임(110)은 단일체로 이루어진 탄성체시트 원판(原板)을 가공하여 형성될 수 있는바, 이러한 탄성체시트 원판은 소정 두께, 예를 들어 0.2㎜ 두께의 소정 재질, 예를 들어 황동이나 인청동 원판으로 이루어질 수 있다. 개개의 TULA(120)의 개별 탄성체 시트(121)는 원형, 각형 또는 다른 모양으로 이루어질 수 있고, 나아가 지지팔(130)의 길이와 폭은 개별 탄성체 시트(121)의 크기와 모양 등에 따라 달라질 수 있을 것이다.
한편, 개개의 TULA(120)는 전술한 바와 같이 개별 탄성체 시트(121)와 개별 탄성체 시트(121)의 상면이나 하면(uni-morph 타입) 또는 상면과 하면(bi-morph 타입)에 모두 부착되는 개별 압전세라믹 시트(122),(123), 상면측의 개별 압전세라믹 시트(123)의 중심에 시트 표면에 대해 수직 방향으로 부착된 이동축(124) 및 이동축(124)에 마찰 삽입되어 이동축(124) 상에서 전/후진하는 이동체(125)를 포함하여 이루어질 수 있는데, 응용 태양에 따라 적절한 형상 및 구조로 이루어진 부품이 이러한 이동체에 장착될 수 있을 것이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법을 설명하기 위한 개략 평면도 및 측면도이고, 도 4는 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에는 탄성체시트 원판(100B)으로 사용될 황동판 내지는 인청동판을 준비하는데, 이러한 탄성체시트 원판(100B)은 예를 들어 0.2㎜의 두께로 구현될 수 있을 것인바, 본 실시예에서는 도 3a에 도시한 바와 같이 원형판으로 이루어진 탄성체시트 원판(100B)을 예시하고 있다.
다음으로, 단계 S12에서는 이렇게 준비된 탄성체시트 원판을 가공하여 TULA 어레이 패턴을 형성하게 되는데, 그 가공 방식으로는 주지의 에칭 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 탄성체시트 원판(100B)의 상면 및 후면에 포토 레지스트를 도포하고, 그 위에 TULA 어레이 패턴이 형성된 마스크를 위치시키며, 다시 상기 마스크의 상부에서 UV(Ultra Violet)광을 조사하여 상기 TULA 어레이 패턴을 노광시킴으로써 포토 레지스트 패턴을 형성시키고, 상기 포토 레지스트 패턴이 형성된 부분을 식각에 의해 제거함으로써 탄성체시트 원판에 원하는 TULA 어레이 패턴을 형 성할 수 있다.
도 3b는 단계 S12에 의해 탄성체시트 원판(100B)에 원하는 TULA 어레이 패턴이 형성된 상태를 도시하고 있는바, 참조부호 CL은 TULA 어레이(100)의 제작이 완료된 후에 이를 탄성체시트 원판(100B)으로부터 분리하기 위한 커팅 라인을 나타낸다. 그리고 도 3c부터는 도 3b의 A-A 선을 절취하여 본 단면도에 의해 공정을 설명한다.
다시 도 4로 되돌아가서, 단계 S14에서는 도 3c에 도시한 바와 같이 TULA 어레이 패턴의 개별 탄성체 시트 상면이나 하면 또는 상/하면 압전세라릭 전용의 에폭시 수지(122a),(122b)를 일괄 도포하는데, 예를 들어 에어로프린터(Aeroprinter)를 사용한 프린팅 방식에 의해 프린팅하여 도포할 수 있다.
다음으로, 단계 S16에서는 도 3d에 도시한 바와 같이 이렇게 도포된 에폭시 수지(122a),(123a) 상에 압전세라믹 시트(122),(123)를 부착하는데, 이 역시 압전세라믹 시트 자동공급장비에 의해 일괄 부착할 수 있을 것이다. 다음으로 단계 S18에서는 압전세라믹 시트(122),(123)가 부착된 에폭시 수지(122a),(123a)에 열을 가하여 경화시키게 되는데, 이 단계 S18은 CB(Ceramic Bonding) 장비를 사용하여 수행될 수 있다.
이렇게 하여 진동체에 대한 제조 공정이 완료된 후에 단계 S20에서는 도 3e에 도시한 바와 같이 상면측 압전세라믹 시트(123) 상에 이동축(124)을 부착하기 위해 이동축 고정용 에폭시 수지(124a)를 점 도포하는데, 이 단계 S20은 AE(Automatic Ejcetion) 장비를 사용하여 수행될 수 있다.
다음으로, 단계 S22는 이렇게 점 도포된 에폭시 수지(124a) 상에 도 3f에 도시된 바와 같이 이동축(124)을 샤프트 고정지그를 사용하여 일괄 부착하고, 다시 단계 S24에서는 상기한 CB 장비를 사용하여 진동체와 이동축(124) 사이에 있는 에폭시 수지(124a)를 경화시키게 된다.
다음으로 탄성체시트 원판(100B)의 커팅 라인(CL)을 절단함으로써 상기 제작된 TULA 어레이(100)를 탄성체시트 원판(100B)으로부터 분리하게 된다. 마지막으로 이렇게 제작된 TULA 어레이의 각 이동축(124)에 이동체(125)를 삽입함으로써 TULA 어레이의 제작이 최종적으로 완료되게 된다. 물론, 이후에 개별 압전세라믹 시트(122),(123)에 전극선을 연결해야 하는데, 이는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등으로 구현될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터의 인쇄회로기판에의 탑재 과정을 설명하기 위한 분리 사시도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 TULA 어레이(100)를 인쇄회로기판(200)에 탑재함에 있어서는 인쇄회로기판(200)에, 예를 들어 지지 프레임(110)의 형상 및 폭에 대응되도록 박스 형상으로 프린트된 전극 패턴(220)에 올려놓고 납땜하는 간단한 조작에 의해 다수의 TULA의 탄성체 시트(121)에 대한 전극 납땜 작업을 일회의 작업으로 끝낼 수가 있다. 이 경우에 인쇄회로기판(200)의 TULA 어레이(100가 자리 잡는 부분은 진동체의 원활한 진동을 보장하기 위해 빈 공간(210)으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변 형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 도 2에 도시한 실시예에서와는 달리 개개의 탄성체 시트에 연결되는 임의의 지지팔 사이의 공간을 실체로 할 수도 있는바, 이 경우에 지지팔의 개수를 2개 또는 3개로 줄이거나 4개 이상으로 늘릴 수도 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 제조방법에 따르면, 다수의 소형 초음파 리니어 액추에이터를 필요로 하는 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이를 일괄 공정에 의해 제조함과 아울러 효율을 저하시키지 않고도 인쇄회로기판에 간단하고도 효율적으로 탑재할 수 있게 된다.
Claims (3)
- 각각이 탄성체 시트의 상면 또는 하면이나 상면 및 하면에 압전세라믹 시트가 부착되어 이루어진 진동체와 상기 상면측 압전세라믹 시트면에서 수직 방향으로 부착된 이동축 및 상기 이동축에 마찰 삽입되어 상기 이동축 상에서 전/후진하는 이동체를 구비하여 이루어진 다수의 초음파 리니어 액추이에터;상기 탄성체 시트를 각각을 상호 연결하는 2개 이상의 지지팔 및가장자리에 존재하는 상기 탄성체 시트의 상기 지지팔과 연결되어 인쇄회로기판의 전극 패턴과 접촉되는 지지 프레임을 포함하여 이루어진 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이.
- (a) 탄성체시트 원판을 준비하는 단계;(b) 상기 탄성체 시트 원판을 가공하여 다수의 초음파 리니어 액추에이터 어레이를 구성하는 다수의 개별 탄성체 시트와 상기 개별 탄성체 시트를 상호 연결하는 지지팔 및 인쇄회로기판의 전극 패턴과 접촉되는 지지 프레임으로 이루어진 초음파 리니어 액추에이터 어레이 패턴을 형성하는 단계;(c) 상기 개별 탄성체 시트의 상면이나 하면 또는 상/하면에 압전세라릭 전용의 접착제를 도포하는 단계;(d) 상기 접착제 상에 개별 압전세라믹 시트를 부착한 후에 상기 접착제를 열경화시키는 단계;(e) 상기 개별 압전세라믹 시트의 상면측에 이동축 고정용 접착제를 점 도포하는 단계 및(f) 상기 점 도포된 접착세 상에 이동축을 일괄 부착하는 단계를 포함하여 이루어진 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 접착제는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 제조방법.
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| KR1020060052492A KR100768889B1 (ko) | 2006-06-12 | 2006-06-12 | 소형 초음파 리니어 액추에이터 어레이 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100768889B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001178162A (ja) | 1999-12-20 | 2001-06-29 | Seiko Instruments Inc | 圧電アクチュエータとその製造方法 |
| JP2001352769A (ja) | 2000-04-05 | 2001-12-21 | Seiko Instruments Inc | 圧電アクチュエータの製造方法及び圧電アクチュエータ |
| KR20040027753A (ko) * | 2004-03-02 | 2004-04-01 | (주)피에조테크놀리지 | 소형 압전/전왜 초음파 리니어모터 |
| JP2005039175A (ja) | 2003-06-30 | 2005-02-10 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びにインクジェット記録ヘッド |
-
2006
- 2006-06-12 KR KR1020060052492A patent/KR100768889B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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