KR20210107391A - 초음파 리니어 모터 - Google Patents

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KR20210107391A
KR20210107391A KR1020200022333A KR20200022333A KR20210107391A KR 20210107391 A KR20210107391 A KR 20210107391A KR 1020200022333 A KR1020200022333 A KR 1020200022333A KR 20200022333 A KR20200022333 A KR 20200022333A KR 20210107391 A KR20210107391 A KR 20210107391A
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ultrasonic linear
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이상영
김갑영
최용재
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 의한 초음파 리니어 모터가 개시된다. 상기 초음파 리니어 모터는 탄성체와 상기 탄성체의 양면에 부착되는 제1 압전 소자와 제2 압전 소자를 포함하는 진동체; 상기 진동체의 양측 단부에 각각 배치되는 제1 중량체와 제2 중량체; 상기 진동체의 중앙부에 결합되고 상기 압전 소자의 변위에 따라 이동하는 이동축; 및 상기 이동축에 삽입되고 상기 이동축 상에서 이동하는 이동체를 포함한다.

Description

초음파 리니어 모터{ULTRASONIC LINEAR MOTOR}
실시예는 진동체의 양측 단부에 중량체가 배치된 초음파 리니어 모터에 관한 것이다.
초음파 모터는 기존에 폭넓게 활용되고 있는 전자 모터에 비해 상대적으로 낮은 속도에서 높은 토크를 발생시키기 때문에 감속 장치가 불필요하고, 단위 중량당 발생되는 기계적 출력이 높으며, 기동 및 정지 시 속용성을 갖고, 소형 및 경량화가 가능하고, 자계와 무관하기 때문에 전자 유도 등의 장애가 없고, 사용시 정속성을 보이는 등의 다양한 장점을 갖고 있어 현재 다양한 분야에서 활용되고 있다.
최근 모바일 기기의 카메라 줌 배율 경쟁이 가속화되면서 카메라에 적용하기 위한 회전형, 선형 등 다양한 컨셉의 초음파 모터에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터는 탄성체(110)의 상부와 하부에 압전 소자(120)가 부착되고, 상부에 부착된 압전 소자(120)에 이동축(200)이 수직으로 부착되고 이동축(200)에 이동체(300)가 결합되어 이동축 상에서 이동하게 된다.
이러한 관성형 기반의 초음파 모터는 마찰력 기반의 초음파 모터에 비해 이동 속도가 느리고, 동일 체적당 원형 형태의 압전체의 공진 주파수가 상대적으로 높아져 공진 변위가 저하되고, 구동 시 드라이버 IC의 부하가 커지는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0768890호 등록특허공보 제10-0683933호
실시예는, 진동체의 양측 단부에 중량체가 배치된 초음파 리니어 모터를 제공할 수 있다.
실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 탄성체와 상기 탄성체의 양면에 부착되는 제1 압전 소자와 제2 압전 소자를 포함하는 진동체; 상기 진동체의 양측 단부에 각각 배치되는 제1 중량체와 제2 중량체; 상기 진동체의 중앙부에 결합되고 상기 압전 소자의 변위에 따라 이동하는 이동축; 및 상기 이동축에 삽입되고 상기 이동축 상에서 이동하는 이동체를 포함할 수 있다.
상기 제1 중량체는 상기 제1 압전 소자의 상부 일단부에 배치되고, 상기 제2 중량체는 상기 제1 압전 소자의 상부 타단부에 배치될 수 있다.
상기 제1 중량체는 상기 제2 압전 소자의 하부 일단부에 배치되고, 상기 제2 중량체는 상기 제2 압전 소자의 하부 타단부에 배치될 수 있다.
상기 제1 중량체는 상기 진동체의 일측 측면부에 배치되고, 상기 제2 중량체는 상기 진동체의 타측 측면부에 배치될 수 있다.
상기 제1 중량체는 상기 제1 압전 소자의 양측 측면부에 각각 배치되고, 상기 제2 중량체는 상기 제2 압전 소자의 양측 측면부에 각각 배치될 수 있다.
상기 탄성체의 일면에는 상기 제1 압전 소자와 상기 제1 중량체가 배치되고, 상기 탄성체의 타면에는 상기 제2 압전 소자와 상기 제2 중량체가 배치될 수 있다.
상기 초음파 리니어 모터는 상기 탄성체, 상기 제1 압전 소자, 상기 제2 압전 소자에 전기적인 신호를 인가하는 접속 부재를 더 포함하고, 상기 접속 부재는 상기 탄성체의 일측에 연결되는 제1 접속 부재; 상기 제1 압전 소자의 일측에 연결되는 제2 접속 부재; 및 상기 제2 압전 소자의 일측에 연결되는 제3 접속 부재를 포함할 수 있다.
상기 제2 접속 부재는 상기 제1 중량체와 상기 제1 압전 소자 사이에 배치되거나, 상기 제2 중량체와 상기 제1 압전 소자 사이에 배치될 수 있다.
상기 제3 접속 부재는 상기 제2 중량체에 대응하는 상기 제2 압전 소자의 하부에 배치되거나, 상기 제1 중량체에 대응하는 상기 제1 압전 소자의 하부에 배치될 수 있다.
상기 제1 압전 소자와 상기 제2 압전 소자는 길이가 폭의 2배 이상이고, 상기 제1 압전 소자와 상기 제2 압전 소자는 두께가 길이의 1/10이하이고, 상기 탄성체는 두께가 상기 제1 압전 소자 또는 상기 제2 압전 소자의 두께의 1~1.5배일 수 있다. 상기 중량체는 길이가 상기 제1 압전 소자 또는 상기 제2 압전 소자의 길이의 1/5이하이고, 상기 중량체는 두께가 1mm미만이고, 상기 중량체는 재질이 스테인레스일 수 있다.
상기 이동축은 직경이 상기 제1 압전 소자 또는 상기 제2 압전 소자의 폭의 1/3~3/5이고, 상기 이동축은 길이가 상기 탄성체의 길이의 2.5~3.5배일 수 있다.
실시예에 따르면, 진동체를 사각형 형상으로 형성하기 때문에, 기존의 원형 형태의 진동체에 비해 공간 최적화가 가능할 수 있다.
실시예에 따르면, 진동체의 양측 단부에 각각 중량체를 배치하기 때문에 중량체 추가로 의한 관성력이 증가할 수 있고 이로 인해 이동 속도가 향상될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 이동축의 단면을 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제1 구조를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제2 구조를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제3 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제4 구조를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 진동체에 접속부재가 배치되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는 초음파 리니어 모터의 성능 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 초음파 리니어 모터의 장착 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예에서는, 진동체를 사각형 형상으로 형성하고, 진동체의 중앙부에는 이동축이 결합되고, 진동체의 양측 단부에 중량체를 배치하도록 한, 새로운 구조를 제안한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 이동축의 단면을 보여주는 도면이고, 도 4a 내지 도 4b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제1 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 탄성체(110)와 압전 소자(120)로 구성된 진동체(100)의 양측 단부에 중량체(100a)가 배치된 구조로 형성될 수 있다.
탄성체(110)의 양면에는 압전 소자(120)가 부착될 수 있다. 탄성체(110)의 양면에 압전 소자가 부착되는 경우에 한정되지 않고 탄성체(110)의 일면에 압전 소자가 부착될 수 있다.
이러한 탄성체(110)의 재질로는 알루미늄(Al), 황동(Brass), 스테인레스(Stainless)가 사용될 수 있다. 여기서 스테인레스는 SS(Stainless Steel), STS(Steel Type Stainless), SUS(Stainless Use Steel)를 포괄하는 개념일 수 있다.
압전 소자(120)는 탄성체(110)의 일면에 부착되는 제1 압전 소자(120a)와 탄성체(110)의 타면에 부착되는 제2 압전 소자(120b)를 포함할 수 있다.
탄성체(110)와 압전 소자(120)는 전도성 에폭시에 의해 접착 결합될 수 있다. 여기서 전도성 에폭시에 의한 접착 두께는 2㎛ ~ 20㎛의 범위 이내일 수 있다.
압전 소자(120)의 양면에는 전극이 소결되어 형성될 수 있다. 여기서, 전극은 Ag 전극일 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다. 전극의 두께는 2.5㎛ 이하로 형성될 수 있고, 압전 세라믹과 전극 간의 공차는 50㎛ ~ 200㎛의 범위 이내일 수 있다.
압전 소자(120)의 제1축 방향으로의 길이는 제1 축 방향과 수직한 제2축 방향으로의 폭보다 길게 설계될 수 있다. 여기서 제1축 방향은 X축, 제2축 방향은 Y축이거나 제1축 방향은 Y축, 제2축 방향은 X축일 수 있다. 압전 소자(120)의 길이는 폭보다 2배 이상일 수 있는데, 예컨대, 길이는 4~5mm이고, 폭은 2~2.5mm일 수 있다.
압전 소자(120)의 두께는 길이보다 작게 설계될 수 있다. 압전 소자(120)의 두께는 길이의 1/10 이하일 수 있는데, 예컨대, 길이는 4~5mm이고, 두께는 0.1~0.5mm일 수 있다.
하나의 압전 소자(120)의 두께는 탄성체(110)의 두께보다 얇게 설계되고, 두 개의 압전 소자(120)의 총 두께는 탄성체(110)의 두께보다 두껍게 설계될 수 있다. 탄성체(110)의 두께는 압전 소자(120)의 두께의 1~1.5배일 수 있는데, 예컨대, 압전 소자의 두께는 0.1~0.5mm이고, 탄성체(110)의 두께는 0.1~0.75mm일 수 있다.
이동축(200)은 압전 소자(120)의 상부에 접착 레진에 의해 접착 결합될 수 있다. 이동축(200)의 길이는 탄성체(110)의 길이의 2.5배 ~ 3.5배로 설계될 수 있다.
이동축(200)의 직경은 압전 소자(120)의 폭보다 작게 설계될 수 있다. 이동축(200)의 직경은 압전 소자(120)의 폭의 1/3~3/5일 수 있는데, 예컨대, 압전 소자(120)의 폭은 2~2.5mm이고 이동축(200)의 직경은 0.7~1.5mm일 수 있다.
이동체(300)는 이동축(200)에 마찰 삽입되고 이동축(200)의 선형 운동에 따라 발생하는 마찰력에 의해 이동축(200) 상에서 이동 즉, 전진 또는 후진할 수 있다. 이때, 이동체(300)와 이동축(200)을 연결해주는 기계적 결합체가 존재할 수 있는데, 기계적 결합체는 이동체가 이동축에 물리적인 압력을 유지하도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 이동축(200)은 외경과 내경을 갖도록 중앙에 관통홀이 형성될 수 있다. 내경의 크기는 외경의 25% ~ 40%의 범위 이내일 수 있다. 여기서는 이동축이 내경을 갖는 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다.
중량체(100a)는 진동체(100)의 양측 단부에 배치될 수 있다. 중량체(100a)의 재질로는 스테인레스(Stainless), 황동(BRASS), 텅스텐(W, tungsten)이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 스테인레스가 사용될 수 있다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 중량체(100a)는 제1 중량체(100a1)와 제2 중량체(100a2)를 포함할 수 있고, 제1 중량체(100a1)와 제2 중량체(100a2)는 진동체(100)를 이루는 제1 압전 소자(120a)의 상부의 양측 단부에 각각 배치될 수 있다.
제1 중량체(100a1)와 제2 중량체(100a2)는 서로 동일한 크기와 무게를 가질 수 있다. 이렇게 제1 중량체(100a1)와 제2 중량체(100a2)의 크기와 무게를 동일하게 하는 이유는 크기와 무게가 다를 경우 특성 변화가 생길 수 있기 때문이다.
이러한 압전 소자의 외형 변경 즉, 기존의 원형에서 사각형으로의 변경과 중량체의 추가로 인해 성능 향상을 기대할 수 있는데, 그 시뮬레이션 결과는 다음의 [표 1]과 같다.
입력 전압
[VPP]		 원형의 압전 소자 사각형의 압전 소자 사각형의 압전 소자, 중량체 추가
3V 2mm/s 3.8mm/s 5.3mm/s
12V 7.7mm/s 15.6mm/s 21.6mm/s
상기 [표1]과 같이 압전 소자의 외형 변경과 중량체 추가로 변위가 크게 향상됨을 알 수 있다. 이러한 변위의 증기로 인해 이동 속도의 향상이 가능할 수 있다. 따라서 기존의 VCM에 비해 이동 속도가 떨어지는 단점의 해결이 가능할 수 있다. 이는 3V, 12V에서의 이동 속도를 보여주는 예로, 상대적으로 저전압인 3V에서도 이동 속도가 향상되어 외형 변경과 중량체의 추가로 저전압 구동이 가능함을 알 수 있다.도 5a 내지 도 5b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제2 구조를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 실시예에 따른 중량체(100a-1)는 제1 중량체(100a1-1)와 제2 중량체(100a2-1)를 포함할 수 있고, 제1 중량체(100a1-1)와 제2 중량체(100a2-1)는 진동체(100)를 이루는 제2 압전 소자(120b)의 하부의 양측 단부에 각각 배치될 수 있다.
제1 중량체(100a1-1)와 제2 중량체(100a2-1)는 서로 동일한 크기와 무게를 가질 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제3 구조를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 실시예에 따른 중량체(100a-2)는 제1 중량체(100a1-2)와 제2 중량체(100a2-2)를 포함할 수 있고, 제1 중량체(100a1-2)와 제2 중량체(100a2-2)는 진동체(100)의 양쪽 측면에 각각 배치될 수 있다.
예를 들면, 제1 중량체(100a1-2)는 탄성체(110)와 압전 소자(120)로 이루어진 진동체(100)의 일측 측면에 배치 결합되고, 제2 중량체(100a2-2)는 탄성체(110)와 압전 소자(120)로 이루어진 진동체(100)의 타측 측면에 배치 결합될 수 있다.
제1 중량체(100a1-2)의 접합면의 크기와 진동체(100)의 일측 측면의 크기는 동일하고, 제2 중량체(100a2-2)의 접합면의 크기와 진동체(100)의 타측 측면의 크기는 동일하다.
제1 중량체(100a1-2)와 제2 중량체(100a2-2)는 서로 동일한 크기와 무게를 가질 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 도 2에 도시된 중량체가 배치된 진동체의 제4 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하면, 실시예에 따른 중량체(100a-3)는 복수의 제1 중량체(100a1-3), 복수의 제2 중량체(100a2-3) 를 포함할 수 있고, 복수의 제1 중량체(100a1-3), 복수의 제2 중량체(100a2-3) 는 진동체(100)의 양쪽 측면에 각각 배치될 수 있다.
제1 중량체(100a1-3), 제2 중량체(100a2-3)는 서로 동일한 크기와 무게를 가질 수 있다.
제1 중량체(100a1-3)는 제11 중량체(100a11-3), 제12 중량체(100a12-3)를 포함하고, 제11 중량체(100a11-3), 제12 중량체(100a12-3)는 제1 압전 소자(120a)의 양쪽 측면에 각각 배치되고, 제2 중량체(100a2-3)는 제21 중량체(100a21-3), 제22 중량체(100a22-3)를 포함하고, 제21 중량체(100a21-3), 제22 중량체(100a22-3)는 제2 압전 소자(120b)의 양쪽 측면에 각각 배치될 수 있다.
탄성체(110)의 길이는 압전 소자(120a, 120b)의 길이보다 길고, 압전 소자(120a)와 압전 소자(120a)의 양측 측면에 배치된 제11 중량체(100a11-3), 제12 중량체(100a12-3)의 전체 길이와 동일하다.
제11 중량체(100a11-3), 제12 중량체(100a12-3) 각각의 길이는 압전 소자(120a)의 길이의 1/5이하로 설계되되, 1mm 미만일 수 있다. 제11 중량체(100a11-3), 제12 중량체(100a12-3) 각각의 폭은 압전 소자(120a)의 폭과 동일하다. 제11 중량체(100a11-3), 제12 중량체(100a12-3)의 두께는 1mm 이하일 수 있다.
탄성체(110)의 길이는 압전 소자(120a, 120b)의 길이보다 길고, 압전 소자(120b)와 압전 소자(120b)의 양측 측면에 배치된 제21 중량체(100a21-3), 제22 중량체(100a22-3)의 전체 길이와 동일하다.
제21 중량체(100a21-3), 제22 중량체(100a22-3) 각각의 길이는 압전 소자(120b)의 길이의 1/5이하로 설계되되, 1mm 미만일 수 있다. 제21 중량체(100a21-3), 제22 중량체(100a22-3) 각각의 폭은 압전 소자(120b)의 폭과 동일하다. 제21 중량체(100a21-3), 제22 중량체(100a22-3)의 두께는 1mm 이하일 수 있다.
상기 도 4a 내지 도 7b에서 설명한 중량체의 개수, 형태, 배치 위치는 일 예일 뿐 반드시 이에 한정되지 않고 설계 목적에 따라 다양하게 변경이 가능할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 진동체에 접속 부재가 배치되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 실시예에 따른 접속 부재는 진동체(100)를 이루는 탄성체(110)와 제1 압전 소자(120a), 제2 압전소자(120b)에 전기적인 신호를 인가할 수 있다. 접속 부재는 제1 접속 부재(11), 제2 접속 부재(12a), 제3 접속 부재(12b)를 포함할 수 있다.
제1 접속 부재(11)는 전도성의 탄성체(110)에 배치되고, 제2 접속 부재(12a)는 제1 압전 소자(120a)와 제1 중량체(110a1)의 사이에 배치되어 제1 압전 소자(120a)에 형성된 전극에 접속되고, 제3 접속 부재(12b)는 제2 압전 소자(120b)의 하부에 배치되어 제2 압전 소자(120b)에 형성된 전극에 접속될 수 있다.
제1 접속 부재(11), 제2 접속 부재(12a), 제3 접속 부재(12b)는 접착 부재에 의해 접착 배치될 수 있다. 이때, 접착 부재는 반드시 전도성 재료일 필요는 없으며, 3~10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
제1 접속 부재(11)는 탄성체(110)의 일측의 정중앙에 배치되고, 탄성체(110)의 일측으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다.
제3 접속 부재(12b)는 제2 중량체(110a2)에 대응하는 제2 압전 소자(120b)의 하부에 배치될 수 있다. 따라서 제2 접속 부재(12a)와 제3 접속 부재(12b)는 제1 접속 부재(11)를 기준으로 제1 접속 부재(11)의 일측과 타측에 각각 배치될 수 있다.
제2 접속 부재(12a)와 제3 접속 부재(12b)는 제1 접속 부재(11)로부터의 이격 거리가 동일하고 제2 접속 부재(12a)와 제3 접속 부재(12b)의 크기와 무게는 서로 동일할 수 있다.
이러한 접속 부재로는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)이 사용될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 실시예에 따른 제1 접속 부재(11)는 탄성체(110)에 배치되고, 제2 접속 부재(12a)는 제1 압전 소자(120a)와 제2 중량체(110a2)의 사이에 배치되고, 제3 접속 부재(12b)는 제2 압전 소자(120b)의 하부에 배치될 수 있다.
제1 접속 부재(11)는 탄성체(110)의 일측의 정중앙에 배치되고, 탄성체(110)의 일측으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다.
제3 접속 부재(12b)는 제1 중량체(110a1)에 대응하는 제2 압전 소자(120b)의 하부에 배치될 수 있다. 따라서 제2 접속 부재(12a)와 제3 접속 부재(12b)는 제1 접속 부재(11)를 기준으로 제1 접속 부재(11)의 일측과 타측에 각각 배치될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 실시예에 따른 제1 접속 부재(11)는 탄성체(110)에 배치되고, 제2 접속 부재(12a)는 제1 압전 소자(120a)와 제1 중량체(110a1)의 사이, 제1 압전 소자(120a)와 제2 중량체(110a2)의 사이에 각각 배치되고, 제3 접속 부재(12b)는 제2 압전 소자(120b)의 하부 일단부와 타단부에 각각 배치될 수 있다.
제1 접속 부재(11)는 탄성체(110)의 일측의 정중앙에 배치되고, 탄성체(110)의 일측으로부터 돌출되도록 배치될 수 있다.
제3 접속 부재(12b)는 제1 중량체(110a1)에 대응하는 제2 압전 소자(120b)의 하부 일단부와 제2 중량체(110a2)에 대응하는 제2 압전 소자(120b)의 하부 타단부에 각각 배치될 수 있다. 따라서 제2 접속 부재(12a)와 제3 접속 부재(12b)는 제1 접속 부재(11)를 기준으로 제1 접속 부재(11)의 일측과 타측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 접속부재는 무게중심을 고려하여 배치된다.
상기 도 8a 내지 도 8c에서 설명한 접속 부재의 개수 및 그 배치 위치는 일 예일 뿐 반드시 이에 한정되지 않고, 설계 목적에 따라 다양하게 변경이 가능할 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 초음파 리니어 모터의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 종래 기술의 초음파 리니어 모터를 이용하되, 스테인레스 재질의 이동축을 이용한 시뮬레이션 결과로 공진 주파수 또는 구동 주파수와 압전 소자와 이동축의 접합 부분과 이동축의 끝단 부분에서의 z축 변위를 각각 보여주고 있다.
도 9a와 같이 구동 주파수는 84.5kHz임을 알 수 있다.
도 9b와 같이 접합 부분의 z축 변위와 끝단 부분의 z축 변위는 시간에 따라 급격히 저하되고, 접합 부분의 z축 변위가 끝단 부분의 z축 변위보다 상당히 작은 것을 알 수 있다.
도 9c 내지 도 9d를 참조하면, 실시예에 따른 초음파 리니어 모터를 이용하되, 스테인레스 재질의 이동축을 이용한 시뮬레이션 결과로 구동 주파수와 압전 소자와 이동축의 접합 부분과 이동축의 끝단 부분에서의 z축 변위를 각각 보여주고 있다.
도 9c와 같이 구동 주파수는 28.3kHz로 종래 기술의 모터에 비해 저역대로 이동한 것을 알 수 있다. 구동 주파수와 구동 전압의 크기는 비례 관계이기 때문에 이렇게 구동 주파수가 저역대로 이동하게 되면 소모 전력도 줄어들 수 있다.
도 9와 같이 접합 부분의 z축 변위와 끝단 부분의 z축 변위는 시간에 따라 서서히 저하되고, 접합 부분의 z축 변위와 끝단 부분의 z축 변위가 거의 동일하다는 것을 알 수 있다.
이러한 스테인레스와 같은 재질은 무거워 변위 저하와 공진 변형의 가능성이 있지만, 중량체의 무게 증가로 인해 변위 저하 및 탄성체가 가지는 공진 변형을 최소화할 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 초음파 리니어 모터의 장착 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 실시예에 따른 초음파 리니어 모터는 예컨대, DSLR 카메라의 줌을 조절하기 위해 사용될 수 있는데, 하우징(10)에 형성된 지지 부재(10a, 10b)에 이동축을 삽입하되, 이동축을 고정 부재(11a, 11b)를 이용하여 고정시킬 수 있다.
이러한 고정 부재(11a, 11b)로는 예컨대, 고무링이나 레진(resin)이 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 진동체
110: 탄성체
120: 압전 소자
100a: 중량체
200: 이동축
300: 이동체

Claims (17)

  1. 탄성체와 상기 탄성체의 양면에 부착되는 제1 압전 소자와 제2 압전 소자를 포함하는 진동체;
    상기 진동체의 양측 단부에 각각 배치되는 제1 중량체와 제2 중량체;
    상기 진동체의 중앙부에 결합되고 상기 압전 소자의 변위에 따라 이동하는 이동축; 및
    상기 이동축에 삽입되고 상기 이동축 상에서 이동하는 이동체를 포함하는, 초음파 리니어 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중량체는 상기 제1 압전 소자의 상부 일단부에 배치되고,
    상기 제2 중량체는 상기 제1 압전 소자의 상부 타단부에 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중량체는 상기 제2 압전 소자의 하부 일단부에 배치되고,
    상기 제2 중량체는 상기 제2 압전 소자의 하부 타단부에 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중량체는 상기 진동체의 일측 측면부에 배치되고,
    상기 제2 중량체는 상기 진동체의 타측 측면부에 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중량체는 상기 제1 압전 소자의 양측 측면부에 각각 배치되고,
    상기 제2 중량체는 상기 제2 압전 소자의 양측 측면부에 각각 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성체의 일면에는 상기 제1 압전 소자와 상기 제1 중량체가 배치되고,
    상기 탄성체의 타면에는 상기 제2 압전 소자와 상기 제2 중량체가 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄성체, 상기 제1 압전 소자, 상기 제2 압전 소자에 전기적인 신호를 인가하는 접속 부재를 더 포함하고,
    상기 접속 부재는,
    상기 탄성체의 일측에 연결되는 제1 접속 부재;
    상기 제1 압전 소자의 일측에 연결되는 제2 접속 부재; 및
    상기 제2 압전 소자의 일측에 연결되는 제3 접속 부재를 포함하는, 초음파 리니어 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 접속 부재는,
    상기 제1 중량체와 상기 제1 압전 소자 사이에 배치되거나, 상기 제2 중량체와 상기 제1 압전 소자 사이에 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 접속 부재는,
    상기 제2 중량체에 대응하는 상기 제2 압전 소자의 하부에 배치되거나, 상기 제1 중량체에 대응하는 상기 제1 압전 소자의 하부에 배치되는, 초음파 리니어 모터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압전 소자와 상기 제2 압전 소자는 길이가 폭의 2배 이상인, 초음파 리니어 모터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압전 소자와 상기 제2 압전 소자는 두께가 길이의 1/10이하인, 초음파 리니어 모터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 탄성체는 두께가 상기 제1 압전 소자 또는 상기 제2 압전 소자의 두께의 1~1.5배인, 초음파 리니어 모터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 중량체는 길이가 상기 제1 압전 소자 또는 상기 제2 압전 소자의 길이의 1/5이하인, 초음파 리니어 모터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 중량체는 두께가 1mm미만인, 초음파 리니어 모터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 중량체는 재질이 스테인레스인, 초음파 리니어 모터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 이동축은 직경이 상기 제1 압전 소자 또는 상기 제2 압전 소자의 폭의 1/3~3/5인, 초음파 리니어 모터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 이동축은 길이가 상기 탄성체의 길이의 2.5~3.5배인, 초음파 리니어 모터.
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