KIST 박막재료연구센터 윤석진 박사팀·피에조테크놀로지 공동 압전 리니어 모터 개발 위치제어 정밀도 4nm, 기존보다 10배 우수, 나노위치제어시스템 경쟁력 확보 압전세라믹 단순진동 선형으로 바꾸는 구조 적용, 소음·전자파 장애 없어 국내 연구진에 의해 구조가 간단할 뿐 아니라 소형이며 경량이고 이동거리를 자유롭게 조절할 수 있는 새로운 압전 리니어모터가 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 박호군) 박막재료연구센터 윤석진 박사팀은 최근 중소기업청 부품소재연구사업에 참여한 피에조테크놀로지와 공동으로 수 나노미터까지 정밀제어가 가능한 압전 리니어모터를 개발하는데 성공했다. KIST 연구팀이 개발한 리니어모터는 위치제어의 정밀도가 4nm로 기존의 압전 리니어모터(50나노미터)에 비해 10배정도 우수할 뿐만 아니라 3kg의 무게를 이동할 수 있어 매우 획기적이다. 특히 개발된 리니어모터를 이용한 나노위치제어시스템의 경우 구조가 매우 간단하고 컴팩트하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 가격이 저렴하여 국제적인 경쟁력을 확보할 수 있게 되었다고 밝히고 있다. 이번에 윤 박사팀이 개발한 리니어모터는 전기를 가하면 수축과 팽창이 일어나는 압전세라믹의 단순 진동을 선형으로 바꾸는 독창적인 구조를 적용하였고 또한 이에 사용된 압전세라믹도 이미 개발이 완료되어 특허가 등록된 상태이다. 특히 개발된 리니어 모터는 초음파(20㎑이상) 교류전원으로 구동되기 때문에 소음이 없고 전자파 장애가 없어 정밀 위치제어에 유리한 조건을 갖추었다. 일반적으로 모터(Motor)는 전기적 에너지를 이용해 기계적 에너지(동력)를 발생시키는 장치로 회전운동을 기본으로 한다. 따라서 직선운동을 구현하기 위해서는 모터의 회전을 직선운동으로 바꾸기 위한 별도의 기구(볼스크류, 랙피니온, 벨트 등)가 필요하게 되어 부피가 크고 전력소모가 많다는 단점이 있다. 또한, 현재 사용하고 있는 전자기 방식의 리니어모터는 자석과 코일을 필요로 하며 구조상 모터자체의 부피와 무게가 크기 때문에 대형일 수밖에 없다. 또한 나노미터의 정밀도를 얻기 위해서는 DC 또는 Stepping Motor 등의 전자기 방식의 모터와 압전 적층액츄에이터를 사용하는 2개의 구동방식을 적용하기 때문에 제어방식이 복잡하고 나노스케일의 정밀위치제어 이동거리 또한 수 마이크로미터(㎛) 이하로 극히 제한적이다. 그러나 이번에 개발된 압전 리니어모터는 나노미터의 정밀도를 갖고 1초 동안 40cm를 이동할 정도로 빠르며, 작동 중 발생하는 소음이 매우 작고 속도와 위치를 자유자재로 제어할 수 있는 장점이 있다. 반도체 제조장비·정밀광학 제어장치·정밀공작 기계분야 등에 활용가능 기대 나노미터의 정밀도를 갖는 압전 리니어 모터는 반도체 제조장비, 정밀광학제어 장치와 정밀공작기계 분야 등 직선 운동을 필요로 하는 산업전반에 폭넓게 활용이 가능할 것이며, 반도체 제조 및 정밀선반 장비에 필요한 ‘XY테이블’을 대부분 수입하여 사용해 오고 있는 우리의 실정을 감안할 때 수입대체효과는 물론이고 충분한 국제경쟁력을 가지고 있기 때문에 기술 및 제품 수출도 크게 기대되고 있다. 또한 정밀공작 및 위치제어분야의 국내 시장규모가 매년 10배 정도로 빠르게 성장을 거듭하고 있는 상황에서 이 같은 컴팩트한 구조와 저렴하고 독창적인 구조를 갖는 소형 리니어모터의 개발은 선진국과 당당히 겨룰수 있는 기술적 토대를 마련했다는데 큰 의미를 가질 수 있다. 한국, 미국, 일본 등에 리니어 모터에 대한 특허를 출원중인 KIST 연구팀은 “개발된 압전리니어 모터를 적용한 시제품 제작을 통해 일축방향의 나노위치 제어를 구현했기 때문에 1~2년 내로 상용화가 가능할 것”으로 내다봤다. 문의)02-958-5550 吳德根 기자