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무연 적층 압전세라믹스를 이용한 소형 초음파 모터의 연구

전문가 제언: ○ 초음파 모터(ultrasonic motor)는 고주파 전류에 의한 압전소자의 진동을 이용한 소형모터이다. 이것은 압전체를 이용하기 때문에 피에조 모터(piezo- motor)라고 부르기도 한다. 디지털카메라의 주요 기능으로 꼽히는 자동초첨(AF)기능과 줌(zoom), 손떨림 방지 기능을 구현하기 위해 사용한다. 이것은 자석이나 코일이 없이 초음파를 활용해 회전을 만들어내므로, 일반 모터에 비해서 작동 시에 소음이 거의 없고, 소비전력이 적으며 구조가 단순하여 소형, 경량화가 가능하다. 특히 응답속도가 빠르고 정밀제어가 가능한 특징이 있다.

○ 여기에 사용되는 압전체는 유전체인 적층세라믹 커패시터(MLCC)와 같이 얇은 피막을 다층으로 쌓은 것이지만 그 핵심기술은 다르다. 즉 MLCC는 내부전극이 서로 교번되는 패턴을 사용하지만, 압전 액추에이터는 기계적인 신축/팽창이 지속적으로 일어나기 때문에 크랙이 발생할 우려가 매우 높다. 따라서 전면전극을 이용하거나 더미(dummy) 전극을 형성하여 응력이 집중되는 것을 방지한다.

○ 또 MLCC는 1㎛ 정도의 시트를 이용한 제품도 생산되고 있으나, 압전 액추에이터는 구동전압이 높기 때문에 적어도 5㎛ 이상의 두께가 필요하다. 따라서 아직 새로운 캐스팅 방법을 쓰지는 않는다. 그러나 디젤엔진의 연료 분사 장치용 액추에이터의 경우, 85㎛ 시트를 350층 적층하여 30㎜ 크기의 소자를 만드는 경우도 있다.

○ 우리나라에서는 압전체를 이용한 소형 초음파를 기존의 모터회사나 최근에 설립된 벤처기업에서 개발하여 판매에 착수했다. 그러나 제품의 신뢰성 문제로 시장은 주로 일본계 업체인 TDK-EPC와 Murata가 양분하고 있는 것으로 판단된다. 본 논문은 초음파 모터의 설계단계에서 필요한 기본적인 요소기술을 소개하고 있어서, 좋은 참고 자료가 될 것으로 생각된다. 앞으로 초소형 정밀 모터는 카메라뿐만 아니라 자동차, 정밀기기 등 광범위하게 활용될 것이므로 개발에 더 많은 노력이 필요하다.

저자: Yutaka Doshida
자료유형: 학술정보