KR100718896B1 - Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof - Google Patents

Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof Download PDF

Info

Publication number
KR100718896B1
KR100718896B1 KR1020050099082A KR20050099082A KR100718896B1 KR 100718896 B1 KR100718896 B1 KR 100718896B1 KR 1020050099082 A KR1020050099082 A KR 1020050099082A KR 20050099082 A KR20050099082 A KR 20050099082A KR 100718896 B1 KR100718896 B1 KR 100718896B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tactile
polymer dielectric
driver
dielectric film
display device
Prior art date
Application number
KR1020050099082A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20070043146A (en
Inventor
최혁렬
구익모
정광목
구자춘
남재도
이영관
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020050099082A priority Critical patent/KR100718896B1/en
Publication of KR20070043146A publication Critical patent/KR20070043146A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100718896B1 publication Critical patent/KR100718896B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/014Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

기존의 촉각 제시 장치에 사용된 모터, 솔레노이드, 압전소자, 공압 등의 구동기의 단단한 성질로 인한 착용 가능한 촉각 제시 장치로의 응용성 문제를 개선한 유연한 구동기 및 그를 이용한 촉각 제시 장치에 관한 것으로, 비압축성 성질을 갖는 고분자 유전체 필름, 고분자 유전체 필름의 상하면에 각각 코팅된 전극 및 고분자 유전체 필름의 외각을 고정하는 프레임을 포함하는 구동기를 다수개 사용하여 매트릭스로 배열된 구성을 마련한다.The present invention relates to a flexible driver and a tactile presenting device using the same, which improves the applicability to a wearable tactile presenting device due to the rigid properties of a motor, a solenoid, a piezoelectric element, and a pneumatic actuator used in a conventional tactile presenting device. Using a plurality of actuators including a polymer dielectric film having a property, an electrode coated on the upper and lower surfaces of the polymer dielectric film, and a frame fixing the outer shell of the polymer dielectric film, a configuration arranged in a matrix is provided.

상기와 같은 유연한 구동기 및 그를 이용한 촉각 제시 장치를 이용하는 것에 의해, 구동 방향을 제시하는데 있어 선장력 방식이 아닌 구동 필름의 형태 변형을 통한 제시 방법을 사용하여 구동기 성능의 저하에 대한 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 얻어진다. By using the flexible driver as described above and the tactile display device using the same, it is possible to solve the problem of deterioration of the driver performance by using the presentation method through the deformation of the shape of the driving film rather than the pretension method in presenting the driving direction. Effect is obtained.

구동기, 유연, 촉각제시장치, 프레스, 엠보싱 Actuator, Flexible, Tactile Display, Press, Embossing

Description

유연한 구동기 및 그를 이용한 촉각제시장치{Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof}Flexible Actuator and Tactile Display Device Using It

도 1은 일반적인 고분자 유전체의 구동 원리를 나타낸 설명도,1 is an explanatory diagram showing a driving principle of a general polymer dielectric,

도 2는 고분자 유전체의 일반적인 구동 원리를 프레임을 이용하여 좌굴을 유도, 수직방향 구동을 나타낸 설명도,2 is an explanatory view showing a vertical driving by buckling using a frame as a general driving principle of a polymer dielectric;

도 3은 고분자 유전체 구동기를 만들기 위한 제작과정을 나타낸 설명도,3 is an explanatory diagram showing a manufacturing process for making a polymer dielectric driver;

도 4는 도 3의 방법을 연속적으로 수행하여 구동기를 적층한 단면도,4 is a cross-sectional view of stacking a driver by continuously performing the method of FIG. 3;

도 5는 도 3의 방법을 이용하여 실제로 제작한 10 x 10 메트릭스 배열을 갖는 촉각 제시 장치 셀의 실제 사진,FIG. 5 is a real photograph of a tactile presenting device cell having a 10 × 10 matrix array actually fabricated using the method of FIG.

도 6은 도 2에서 도시된 구동을 원하는 방향으로 구동시키기 위하여 구동 방향을 결정하는 방법을 나타낸 설명도,6 is an explanatory diagram showing a method of determining a driving direction for driving the driving shown in FIG. 2 in a desired direction;

도 7은 도 6의 방법을 이용하여 구동 방향을 부여한 촉각 자극 요소의 단면도,7 is a cross-sectional view of a tactile stimulus element imparted with a driving direction using the method of FIG. 6;

도 8은 도 6의 방법을 도 5의 촉각 자극요소에 실제로 적용한 사진,8 is a photograph actually applying the method of FIG. 6 to the tactile stimulating element of FIG.

도 9는 도 8에서 실제로 제작된 촉각 자극 요소의 착용 가능성을 나타낸 사진,9 is a photograph showing the possibility of wearing the tactile stimulation element actually manufactured in FIG. 8,

도 10은 도 8에서 실제로 제작된 촉각 자극 요소의 구동 전압에 따른 변위를 나타낸 그래프,FIG. 10 is a graph showing displacement according to a driving voltage of a tactile magnetic pole element actually manufactured in FIG. 8;

도 11은 도 8에서 실제로 제작된 촉각 자극 요소의 구동 주파수 영역을 나타낸 그래프,FIG. 11 is a graph showing a driving frequency range of a tactile stimulus element actually manufactured in FIG. 8;

도 12는 도 8에서 실제로 제작된 촉각 자극 요소의 구동 전압에 따른 출력 힘을 나타낸 그래프.FIG. 12 is a graph showing an output force according to a driving voltage of a tactile stimulus element actually manufactured in FIG. 8. FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 유전체 필름 100, 200 : 전극10: dielectric film 100, 200: electrode

300 : 프레임 400 : 보호필름 300: frame 400: protective film

500 : 소형 주조 틀500: small casting mold

본 발명은 고분자 유전체를 사용한 유연한 구동기 및 그를 이용한 유연한 촉각 제시 장치에 관한 것으로, 특히 기존의 촉각 제시 장치에 사용된 모터, 솔레노이드, 압전소자, 공압 등의 구동기의 단단한 성질로 인한 착용 가능한 촉각 제시 장치로의 응용성 문제를 개선한 유연한 구동기 및 그를 이용한 촉각 제시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flexible actuator using a polymer dielectric and a flexible tactile presentation device using the same, and in particular, a wearable tactile presentation device due to the rigid properties of a motor, a solenoid, a piezoelectric element, and a pneumatic actuator used in a conventional tactile presentation device. The present invention relates to a flexible driver and a tactile presentation device using the same, which improve the problem of applicability to a furnace.

일반적으로 햅틱(Haptic)이란 단어의 사전적인 의미는 "촉감”으로써 물체를 만질 때 사람이 느낄 수 있는 촉각적 감각을 통칭하는 것으로, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감(tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해 될 때 느껴지는 근 감각적인 힘(kinesthetic force) 모두를 합쳐서 부르는 말이다. In general, the word haptic means "tactile" to refer to the tactile sensation that a person can feel when touching an object, tactile feedback and joints that the skin feels when touching the surface of the object. It is a combination of all the kinesthetic forces that are felt when muscle movement is disturbed.

이러한 촉감에 관한 연구를 촉감 구현(haptic display feedback) 연구라고 하며, 이는 물리적 장치를 이용하여 사람이 사물과의 직접적인 접촉이 없이도 그 사물에 대한 정보를 전달 받을 수 있는 분야를 일컫는 말로, 사람에게 원격지에 있는 물체의 물리적 특성을 전달하는 원격조종(teleoperation)에 관한 연구로부터 시작되었다. This tactile research is called haptic display feedback research, which refers to a field in which a person can receive information about an object without using direct contact with the object by using a physical device. It began with a study on teleoperation that conveys the physical properties of an object in.

하지만, 최근에 들어서는 시각의 촉각화를 이용한 시각장애인용 점자출력기(braille display), 가상현실(virture rearity), 컴퓨터 인터페이스, 의용공학 등 여러 분야에서도 적용되고 있다. 또한, 시각 및 촉각의 정보와 그로인한 의사소통의 중요성이 나날이 증가함으로써 햅틱 디스플레이의 중요성은 계속적으로 부각되어지고 있다. However, recently, it has been applied to various fields such as braille display, virtual reality, computer interface, and medical engineering for the visually impaired. In addition, the importance of haptic display is continuously increasing due to the increasing importance of visual and tactile information and communication.

일반적인 촉감 디스플레이 장치는 사용자의 피부와 접촉하는 부분의 변위 혹은 힘을 능동적으로 제어함으로서, 촉각을 자극하며, 이로부터 촉감을 전달한다. 이러한 촉감 디스플레이 장치의 핵심 기술은 좁은 면적에 다수의 촉각 자극 요소(Tactile Stimulating Element)를 배치하는 데에 있으며, 인간의 피부 감각을 모사할 수 있을 만큼 다수의 구동기(Actuator)를 좁은 면적에 집적할 수 있는 기술이 중요하다.A general tactile display device stimulates tactile sensation by actively controlling displacement or force of a part in contact with a user's skin, thereby transmitting a tactile sensation. The core technology of these tactile display devices is to place a large number of tactile stimulating elements in a small area, and to integrate a large number of actuators in a small area to simulate the human skin sense. The skills that can be important are important.

따라서, 이상적인 촉감 디스플레이를 위한 구동기의 밀도는 1개/㎟이며 2㎜정도의 돌출부, 각 촉각 자극 요소당 1N이하, 구동속도 50Hz이상, 10W/㎠정도의 에 너지밀도를 가져야 하는 것으로 알려져 있다. 이는 인간 손의 접촉면에 대하여 실험적으로 구한 결과이나 인간의 손은 자극 속도와 자극의 깊이, 힘의 세기 등 관련된 요소들의 조합에 따라 반응에 관한 민감도의 차이가 존재하며, 또한 손바닥의 부위에 따라서도 많은 차이가 있으므로 실제로 촉감 디스플레이의 설계를 할 때에는 다양한 형태의 장치를 개발할 수 있다.Therefore, it is known that the density of the actuator for the ideal tactile display is 1 / mm 2 and has a protrusion of about 2 mm, 1N or less for each tactile magnetic pole element, a driving speed of 50 Hz or more, and an energy density of about 10 W / cm 2. This is the result of experimental evaluation of the contact surface of the human hand, but there is a difference in the sensitivity of the human hand depending on the combination of related factors such as the speed of the stimulus, the depth of the stimulus, and the strength of the stimulus. As there are many differences, when designing a tactile display, various types of devices can be developed.

이러한 촉감 디스플레이 장치로는 공압과 솔레노이드를 이용한 기구, 형상 기억 합금을 이용한 것, 보이스 코일(Voice Coil), 모터를 구동기로 이용한 것, 정전기 원리를 이용한 것, 고분자 유전체를 이용한 것 및 전기를 이용한 피부 자극기 등이 개발된 바 있다. Such tactile display devices include pneumatic and solenoid instruments, shape memory alloys, voice coils, motors as drivers, electrostatic principles, polymer dielectrics, and electricity skin. Stimulators have been developed.

이러한 촉감 디스플레이 장치에 대한 일례가 미국 특허 US19954102939An example of such a tactile display device is US Patent US19954102939

(Tactile display driven by shape memory wires), US19788695067(Tactile indicating device), US19942860319(Method and device for producing a tactile display using an electrorheological fluid), 유럽특허 EP20010988927 (Tactile display driven by shape memory wires), US19788695067 (Tactile indicating device), US19942860319 (Method and device for producing a tactile display using an electrorheological fluid), European Patent EP20010988927

(TACTILE DISPLAY SYSTEM), EP2003725735(Tactile display device and method of controlling tactile display device) 및 (1) P. M. Taylor, A. Moser, A.(TACTILE DISPLAY SYSTEM), EP2003725735 (Tactile display device and method of controlling tactile display device) and (1) P. M. Taylor, A. Moser, A.

Creed, "The design and control of a tactile display based on shape Creed, "The design and control of a tactile display based on shape

memory alloy" in Proc. of IEEE IntConf. on Robotics and Automation, Volume:2, pp.1/1-1/4, 1997, (2) F. Toshio, M. Hideyuki, A. Fumihito, I. Hidenori, M. Hideo, "Micro resonator using electromagnetic actuator for tactile display," Int. Symposium on micromechatronics and human science, pp.143-148,1997, (3) C. R. Wagner, S. J. Lederman, R. D. Howe, "A tactile shape display using servomotor," The Tenth Symposium on Haptic Interfaces fo Virtual Environment and Teleoperator Systems, March 24-25, 2002, (4) Orlando, N. Masahi, K. Hiroyuki, S. Dairoku, "3D form display withmemory alloy "in Proc. of IEEE Int Conf. on Robotics and Automation, Volume: 2, pp. 1 / 1-1 / 4, 1997, (2) F. Toshio, M. Hideyuki, A. Fumihito, I. Hidenori, M. Hideo, "Micro resonator using electromagnetic actuator for tactile display," Int. Symposium on micromechatronics and human science, pp.143-148,1997, (3) CR Wagner, SJ Lederman, RD Howe, "A tactile shape display using servomotor, "The Tenth Symposium on Haptic Interfaces fo Virtual Environment and Teleoperator Systems, March 24-25, 2002, (4) Orlando, N. Masahi, K. Hiroyuki, S. Dairoku," 3D form display with

shape memory alloy," Int. Conf. on Artificial Reality and Tele-Existenceshape memory alloy, "Int. Conf. on Artificial Reality and Tele-Existence

(ICAT), December 3-5,2003, Japan 등에 개시되어 있다.(ICAT), December 3-5,2003, Japan and the like.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에 있어서는 초소형 구동기 개발의 어려움으로 인한 실제 구동 면적의 협소, 중량대비 낮은 출력(Low power density), 구동기 제작비의 고가, 별도의 보조 장치의 필요 등의 문제점을 지니고 있으며, 특히 구동기의 단단한 성질로 인하여 실제로 개발되어진 촉각 제시 장치의 응용에서도 여러 어려움이 나타나고 있다.However, in the conventional technology as described above, there are problems such as narrow real driving area, low power density, high cost of manufacturing cost, and the need for a separate auxiliary device due to the difficulty of developing a small driver. In particular, due to the rigid nature of the actuator, various difficulties are encountered in the application of the tactile display device, which is actually developed.

반면에, 기능성 고분자는 소형, 경향의 구동기 제작이 가능하며, 중량대 출력비가 우수하고(High power density), 별도의 장치없이 중저속의 높은 구동력을 낼 수 있으며, 입력 에너지에 대한 출력 효율이 좋고, 재료비가 저렴하며, 무엇보다 다른 구동기에 비하여 유연하다는 장점을 지니고 있다. On the other hand, functional polymers are capable of manufacturing small sized, inclined actuators, have a high power-to-power ratio (High power density), high driving power at low to medium speeds without a separate device, and have good output efficiency for input energy. The material cost is low, and above all, it is flexible compared to other actuators.

이와 같은 고분자 유전체 구동기의 제작을 통하여 기존에 제시된 촉각 제시 장치의 응용성 문제를 보다 쉽게 해결 할 수 있다.By fabricating such a polymer dielectric driver, it is possible to more easily solve the problem of applicability of the existing tactile presentation device.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 촉각 제시 장치의 응용성이 제한적인 문제점을 해결하기 위한 것으로 기능성 고분자를 이용하여 유연한 구동기 및 그를 이 용한 유연한 촉각 제시 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the problem that the application of the tactile display device described above is limited, to provide a flexible actuator using a functional polymer and a flexible tactile display device using the same.

본 발명의 다른 목적은 기존의 고분자 구동기의 구동 방향 결정법으로 사용되던 선장력 방식이 아닌 제작과정에서 핫 프레싱(Hot-pressing) 방법을 사용하여 구동 필름의 변형을 통한 구동 방향 결정 방법을 사용하여 선장력 방식으로 인한 구동기 성능 저하의 문제점을 해결하는 유연한 촉각 제시 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to use the method of determining the driving direction through the deformation of the driving film using a hot-pressing method in the manufacturing process, not the tensioning method used in the conventional method of determining the driving direction of the polymer actuator. It is to provide a flexible tactile presentation device that solves the problem of deterioration of the driver performance due to the tension method.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 구동기는 비압축성 성질을 갖는 고분자 유전체를 이용한 구동기로서, 고분자 유전체 필름, 상기 고분자 유전체 필름의 상하면에 각각 코팅된 전극 및 상기 고분자 유전체 필름의 외각을 고정하는 프레임을 포함하며, 상기 전극은 유연한 전극이고, 상기 프레임은 상기 고분자 유전체로 이루어진 것인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the driver according to the present invention is a driver using a polymer dielectric having an incompressible property, and includes a polymer dielectric film, an electrode coated on the upper and lower surfaces of the polymer dielectric film, and a frame fixing the outer shell of the polymer dielectric film, respectively. And the electrode is a flexible electrode, and the frame is made of the polymer dielectric.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 구동기에 전기장을 인가하면, 상기 고분자 유전체 필름은 두께/축 방향으로 압축력이 작용하여 수평/원주 방향으로 팽창하고, 수직 방향으로 원형 돌출하는 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, when the electric field is applied to the driver, the polymer dielectric film is characterized in that the compressive force acts in the thickness / axial direction expands in the horizontal / circumferential direction, and protrudes in a vertical direction.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 고분자 유전체 필름의 돌출 높이 h는 In the driver according to the present invention, the protrusion height h of the polymer dielectric film is

Figure 112005059383513-pat00001
Figure 112005059383513-pat00001

로 정의되며, 여기서 r은 곡률 반경, θ는 원호각인 것을 특징으로 한다.Where r is the radius of curvature, θ is an arc angle.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 고분자 유전체 필름은 스핀 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, the polymer dielectric film is formed by spin coating.

삭제delete

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 유연한 전극은 카본 파우더 용액을 스프레이하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In the actuator according to the present invention, the flexible electrode is formed by spraying a carbon powder solution.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 구동기는 연속한 다층구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, the driver is characterized in that the continuous multi-layer structure.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 연속한 다층구조의 최 상단 및 하단 면에 보호필름이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, the protective film is formed on the top and bottom surfaces of the continuous multi-layer structure.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 상단 및 하단의 보호필름은 각각 5 내지 20㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, the upper and lower protective film is characterized in that each formed in 5 to 20㎛.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 구동기의 전체 두께는 200 내지 600㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, the overall thickness of the driver is characterized in that formed from 200 to 600㎛.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 구동기의 표면에 엠보싱을 형성한 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, an embossing is formed on the surface of the driver.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 엠보싱은 소형 주조 틀과 핫 프레스에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.In the actuator according to the present invention, the embossing is formed by a small casting die and a hot press.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 핫 프레스는 일정 압력과 150 내지 190도의 온도로 조절되는 것을 특징으로 한다.In the actuator according to the present invention, the hot press is characterized in that it is adjusted to a predetermined pressure and a temperature of 150 to 190 degrees.

또 본 발명에 따른 구동기에 있어서, 상기 구동기의 변위 및 출력힘은 일관된 방향으로 균일하게 발생하는 것을 특징으로 한다.In the driver according to the present invention, the displacement and the output force of the driver are characterized in that it occurs uniformly in a consistent direction.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 촉각 제시 장치는 비압축성 성질을 갖는 고분자 유전체 필름, 상기 고분자 유전체 필름의 상하면에 각각 코팅된 전극 및 상기 고분자 유전체 필름의 외각을 고정하는 프레임을 포함하는 구동기를 다수개 사용하여 매트릭스로 배열되고, 상기 프레임은 고분자 유전체로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the tactile display device according to the present invention includes a polymer dielectric film having an incompressible property, an electrode coated on the upper and lower surfaces of the polymer dielectric film, and a driver including a frame fixing the outer shell of the polymer dielectric film. It is arranged in a matrix using a plurality of, characterized in that the frame is made of a polymer dielectric.

또 본 발명에 따른 촉각 제시 장치에 있어서, 상기 구동기를 10 X 10(100개의 촉각 자극 요소 내장) 매트릭스 배열로 마련하고, 그 전체 크기가 31mm X 31mm인 경우, 촉각 자극 요소의 간격이 중심에서 중심까지 3mm, 촉각 자극 요소의 직경 크기가 2mm인 것을 특징으로 한다.In the tactile display device according to the present invention, when the actuator is provided in a 10 X 10 (100 tactile stimulus elements) matrix array, and the total size thereof is 31 mm X 31 mm, the spacing of the tactile stimulus elements is centered from the center. Until 3mm, the diameter size of the tactile stimulation element is characterized in that 2mm.

또 본 발명에 따른 촉각 제시 장치에 있어서, 상기 촉각 자극 요소는 각각 독립적으로 구동이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, in the tactile presentation device according to the present invention, the tactile stimulation elements are each independently driven.

또 본 발명에 따른 촉각 제시 장치에 있어서, 상기 100개의 촉각 자극 요소는 총 무게가 0.55g, 각 촉각 자극 요소의 변위가 1.8mm, 주파수 구동 역역이 10Hz이며, 상기 촉각 제시 장치의 전체 출력힘은 37N/kg 이상인 것을 특징으로 In the tactile presentation device according to the present invention, the 100 tactile stimulating elements have a total weight of 0.55 g, a displacement of each tactile stimulating element is 1.8 mm, a frequency driving range of 10 Hz, and the total output force of the tactile presenting device is It is characterized by more than 37N / kg

한다.do.

또 본 발명에 따른 촉각 제시 장치에 있어서, 상기 촉각 제시 장치는 유연한 것을 특징으로 한다.In the tactile presentation device according to the present invention, the tactile presentation device is flexible.

본 발명의 상기 및 그밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and novel features of the present invention will become more apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated according to drawing.

또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In addition, in description of this invention, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and the repeated description is abbreviate | omitted.

먼저 본 발명에 따른 고분자 유전체의 구동 원리를 간단하게 설명하면 도 1과 같이 나타낼 수 있으며 이는 다음과 같다. 도 1은 일반적인 고분자 유전체의 구동 원리를 나타낸 설명도이다.First, the driving principle of the polymer dielectric according to the present invention will be briefly described as shown in FIG. 1, which is as follows. 1 is an explanatory diagram showing a driving principle of a general polymer dielectric.

얇은 탄성체 필름(10) 위에 유연한(compliant) 전극(20)을 입히고 전압을 공급하면 필름의 두께는 감소하고 면적은 늘어나는 변형이 발생한다. 이러한 변형은 정전기에 의하여 생성된 전기장으로부터 유발되는 것으로, 필름의 변형을 발생시키는 유효 압력σz 는 전기장의 방향으로 수축을 일으키며 다음과 같은 수학식 1에 의하여 구할 수 있다.Applying a compliant electrode 20 over a thin elastomeric film 10 and applying a voltage causes deformation to decrease the thickness of the film and increase its area. Such deformation is caused from an electric field generated by static electricity, and the effective pressure σ z causing deformation of the film causes shrinkage in the direction of the electric field and can be obtained by Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112005059383513-pat00002
Figure 112005059383513-pat00002

여기서 σ는 두께방향 스트레스, εr와 εo는 각각 고분자의 비유전율과 대기 중에서의 절대 유전율을 나타내며, E는 전기장, V와 t는 전압과 최종 두께를 나타낸다. Where σ is the thickness stress, ε r and ε o are the relative permittivity and absolute dielectric constant of the polymer, E is the electric field, and V and t are the voltage and final thickness.

그러므로, 유효 압력σz에 의해서 유발된 변형율은 작용된 전기장의 제곱에 비례한다.Therefore, the strain caused by the effective pressure σ z is proportional to the square of the applied electric field.

고분자 유전체는 비압축성이기 때문에 전압을 가했을 경우, 두께 방향으로 수축이 발생하면서 면적 방향으로 팽창이 된다. 압축력에 의한 최종 두께t 는 다 음과 같이 나타낼 수 있다.Since the polymer dielectric material is incompressible, when a voltage is applied, the polymer dielectric expands in the area direction while shrinkage occurs in the thickness direction. The final thickness t by the compressive force can be expressed as follows.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112005059383513-pat00003
Figure 112005059383513-pat00003

여기에서 δz는 수직 방향 변형률이며, to는 초기 두께이다. 상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 δz에 의한 z방향의 변형률로 정리하면 수학식 3과 같다.Where δ z is the vertical strain and t o is the initial thickness. Using Equation 1 and Equation 2, it can be summarized as Equation 3 by the strain in the z direction by δ z .

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112005059383513-pat00004
Figure 112005059383513-pat00004

여기에서 Y는 재료의 인장 강도, δx는 수직 방향 변형률이다. 수학식 3에서 우변은 전압에 따른 상수항이므로, 수학식 3은 δz에 대한 3차 방정식으로 나타내면 수학식 4와 같다.Where Y is the tensile strength of the material and δ x is the strain in the vertical direction. In Equation 3, since the right side is a constant term according to voltage, Equation 3 is expressed as Equation 4 when expressed as a cubic equation for δ z .

<수학식 4><Equation 4>

Figure 112005059383513-pat00005
Figure 112005059383513-pat00005

또한 수평 방향 변형률 δr은 다음과 같이 계산할 수 있다.In addition, the horizontal strain δ r can be calculated as follows.

<수학식 5><Equation 5>

Figure 112005059383513-pat00006
Figure 112005059383513-pat00006

δr은 수학식 5와 같이 구할 수 있으나 급수전개를 통하여 근사치를 구해보면 다음과 같다. δ r can be obtained as shown in Equation 5, but when the approximation is obtained through series expansion, it is as follows.

<수학식 6><Equation 6>

Figure 112005059383513-pat00007
Figure 112005059383513-pat00007

이와 같은 과정을 통하여 고분자 유전체의 수직, 수평 방향에 대한 변형량을 모두 구할 수 있으며, 이러한 고분자 유전체의 기본 구동원리를 다른 외부 장치의 사용 없이 그대로 구동기로 응용할 수 있다.Through this process, both strains in the vertical and horizontal directions of the polymer dielectric can be obtained, and the basic driving principle of the polymer dielectric can be applied as a driver without using any external device.

상술한 바와 같은 고분자 유전체의 기본 구동원리를 이용하여 촉각 제시 장치의 구동기를 만들기 위해서는 고분자 유전체의 수평 방향 변형을 수직방향 변형으로 변화시켜야 한다. In order to make the actuator of the tactile presentation device using the basic driving principle of the polymer dielectric as described above, the horizontal deformation of the polymer dielectric should be changed to the vertical deformation.

따라서 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같은 “진동판 방법(Diaphragm Method)"를 사용한다. 도 2는 고분자 유전체의 일반적인 구동 원리를 프레임을 이용하여 좌굴을 유도, 수직방향 구동을 나타낸 설명도이다.Therefore, the present invention uses the "Diaphragm Method" as shown in Figure 2. Figure 2 is an explanatory view showing the vertical driving by buckling by using a frame to the general driving principle of the polymer dielectric.

이 진동판 방법은 도 2(a)와 같이 유연한 전극(100, 200)이 코팅되어 있는 고분자 유전체 필름(10)의 외각 즉, 비구동 영역(전극이 코팅되어 있지 않은 부분) 을 프레임(300)을 사용하여 고정한 후, 전기장을 인가하면 비압축성 재료인 유전체 필름(10)은 수직 방향으로 압축력이 작용하여 수평 방향으로 필름이 팽창하게 된다. 이때, 고분자 유전체 필름(10)의 구동 영역의 외각이 고정되어 있어 수평방형 팽창 변형은 프레임(300)에 의한 간섭으로 버클링(“Buckling")이 발생하여 좌굴이 생기게 되며, 이는 도 2(b)와 같이 중심부의 원형 돌출로 나타나게 된다. 또한 본 발명에서 사용하는 프레임(300)은 구동기와 같은 재료 또는 매우 유사한 유연한 재료를 사용함으로 구동기의 유연성이 떨어지는 것을 방지 하였다. 위에서 언급한 구동 원리는 도 2에 나타낸 원주 길이 b로부터 기하학적으로 간단하게 정의 할 수 있다.In this diaphragm method, as shown in FIG. 2 (a), the frame 300 is formed by the outer shell of the polymer dielectric film 10 coated with the flexible electrodes 100 and 200, that is, the non-driving region (the portion where the electrode is not coated). After fixing by using an electric field, the dielectric film 10, which is an incompressible material, causes the compressive force to act in the vertical direction to expand the film in the horizontal direction. At this time, since the outer angle of the driving region of the polymer dielectric film 10 is fixed, the horizontal rectangular expansion deformation causes buckling due to interference caused by the frame 300, which causes buckling, which is illustrated in FIG. In addition, the frame 300 used in the present invention prevents the driver's flexibility from falling by using a material such as a driver or a very similar flexible material. It can be simply defined geometrically from the circumferential length b shown in Fig. 2.

먼저 변형율 δa에 대한 곡률 반경r과 θ의 변화는 다음과 같이 구해진다.First, changes in the radius of curvature r and θ with respect to the strain δ a are obtained as follows.

<수학식 7><Equation 7>

Figure 112005059383513-pat00008
Figure 112005059383513-pat00008

<수학식 8><Equation 8>

Figure 112005059383513-pat00009
Figure 112005059383513-pat00009

상기 수학식 8에서 sin(θ/2)를 2차까지 급수전개하면,In the above Equation 8, when sin (θ / 2) is expanded to the second order,

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112005059383513-pat00010
Figure 112005059383513-pat00010

수학식 9을 수학식 8에 대입하고 정리하면 다음과 같다.Substituting Equation 9 into Equation 8 and arranging is as follows.

<수학식 10><Equation 10>

Figure 112005059383513-pat00011
Figure 112005059383513-pat00011

앞서 수학식 2, 3, 4, 5를 이용하여 δa를 구할 수 있으며, 수학식 9에서 θ를 얻을 수 있다. Δ a can be obtained using Equations 2, 3, 4, and 5, and θ can be obtained from Equation 9.

또한, 곡률 반경 r=[(1+ δa)a]/θ와 같다. 따라서 얻고자 하는 변위 h는 다음 식을 통해서 계산된다.Further, the radius of curvature r = [(1 + δ a ) a] / θ is equal. Therefore, the desired displacement h is calculated by the following equation.

<수학식 11><Equation 11>

Figure 112005059383513-pat00012
Figure 112005059383513-pat00012

다음에 본 발명에 따른 구동기의 제작과정을 도 3에 따라 설명한다. 도 3은 구동기의 제작과정을 간단하게 도시화 한 것이다. Next, a manufacturing process of the driver according to the present invention will be described with reference to FIG. 3 is a simplified illustration of the manufacturing process of the driver.

스핀 코팅을 이용하여 수 ㎛ 두께의 얇은 고분자 필름의 제작 후, 필름 위에 공압 노즐을 이용하여 유연한 전극(카본 파우더 용액)을 스프레이 하여 전극을 형성시키는 일련의 과정을 연속적으로 수행하여 고분자 필름을 적층시킨다. 전극은 미리 결정되어진 형상대로 도포시키기 위해 필름 표면의 도포되지 않아야 하는 영역을 마스크한 후 스프레이를 하게 된다.After manufacturing a thin polymer film having a thickness of several μm using spin coating, a series of processes of forming an electrode by spraying a flexible electrode (carbon powder solution) using a pneumatic nozzle on the film is successively performed to stack the polymer film. . The electrode is then sprayed after masking the uncoated area of the film surface in order to apply it in a predetermined shape.

이때 고분자 필름은 구동 전압을 낮추기 위해 매우 얇은 두께로 적층하며, 이는 도 4와 같은 다층(Multi-Layer) 구조로 이루어지게 된다. 도 4는 도 3의 방 법을 연속적으로 수행하여 구동기를 적층한 단면도이다.At this time, the polymer film is laminated in a very thin thickness to reduce the driving voltage, which is made of a multi-layer structure as shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of stacking actuators by continuously performing the method of FIG. 3.

도 3과 같은 일련의 과정에 의해 실제로 제작된 촉각 제시 장치의 필름은 총 18층으로 이루어져 있으며, 구동기의 전체 두께는 200 내지 600㎛, 바람직하게는 약 400㎛로 형성되어 진다. 또한 완성된 고분자 필름은 구동시 사물과의 접촉으로 인한 손상을 방지하기 위해 도 4에서와 같이 필름의 최 상단 및 하단 면에 5 내지 20㎛, 바람직하게는 10㎛ 두께의 보호필름(400)을 입혀 주었다. 이는 차후에 사용자와 전도성 층의 직접적인 접촉 또한 방지하여 사용자에게 전기적인 충격을 주는 것을 예방하여 준다. The film of the tactile display device actually manufactured by the series of processes as shown in FIG. 3 has a total of 18 layers, and the total thickness of the actuator is 200 to 600 µm, preferably about 400 µm. In addition, the finished polymer film has a protective film 400 having a thickness of 5 to 20 μm, preferably 10 μm, on the top and bottom surfaces of the film, as shown in FIG. 4, in order to prevent damage due to contact with objects when driving. I clothed you. This also prevents direct contact between the user and the conductive layer in the future, thereby preventing an electric shock to the user.

도 5는 실제 제작된 구동기 필름을 나타낸 것으로 총 크기는 31mm X 31mm, 촉각 자극 요소중심에서 중심까지의 간격(Spacing)은 3mm, 촉각 자극 요소의 크기는 2mm로 구성되어져 있다.Figure 5 shows the actual production of the actuator film, the total size is composed of 31mm x 31mm, the spacing from the center of the tactile stimulus element (center) to 3mm, the size of the tactile stimulus element is 2mm.

이와 같은 과정으로 구동기의 제작이 끝나면, 균일한 구동 방향을 부여해 주기 위해 도 6에서 나타낸바와 같이 핫 프레스(Hot-press)를 이용하여 필름의 표면에 엠보싱(Embossing)을 형성시킨다. 도 6은 도 2에서 도시된 구동을 원하는 방향으로 구동시키기 위하여 구동 방향을 결정하는 방법을 나타낸 설명도이다.After the manufacture of the driver by the above process, in order to give a uniform driving direction as shown in Figure 6 by using a hot press (Hot-press) to form the embossing (Embossing) on the surface of the film. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a method of determining a driving direction in order to drive the driving illustrated in FIG. 2 in a desired direction.

이때, 균일한 엠보싱을 형성시키기 위해 소형 주조 틀(Micro mold die)(500)을 사용하며, 핫 프레스의 온도는 150 내지 190도, 바람직하게는 170도로 조절한다. 이렇게 제작된 구동 필름은 도 7과 같이 2.5 차원의 형태를 갖으며, 엠보싱된 돌출 면은 앞에서 언급한 필름의 적층시에 코팅하는 유연한 전극(100, 200)이 코팅되어 있으며, 이는 차후에 촉각 자극 요소로서 구동을 하게 된다. At this time, to form a uniform embossing (Micro mold die) 500 is used, the temperature of the hot press is adjusted to 150 to 190 degrees, preferably 170 degrees. The drive film thus manufactured has a 2.5-dimensional shape as shown in FIG. 7, and the embossed protruding surface is coated with flexible electrodes 100 and 200 which are coated at the time of stacking the aforementioned film, which is subsequently touched. Will be driven.

여기서 언급한 엠보싱은 안정적인 수직 방향 구동을 위해서는 꼭 필요한 것으로, 만약 엠보싱을 하지 않고 필름의 굽힘으로 발생하는 변위만을 사용하면 변위 및 출력 힘이 수직 방향 아래, 위로 불균일하게 동시에 작용하여 요구되는 구동방향(즉, 한쪽 방향 구동)으로의 원활한 구동이 이루어지지 않기 때문이다.The embossing mentioned here is necessary for stable vertical driving. If only the displacement caused by the bending of the film is used without embossing, the displacement and output force act unevenly under and vertically at the same time. That is, smooth driving to one direction drive) is not performed.

도 8은 상술한 바와 같은 모든 과정을 거쳐 실제로 제작한 10 X 10 매트릭스 배열(Matrix array)의 촉각 제시 장치로서, 도 8a는 촉각 제시 장치의 상면도이고, 도 8b는 촉각 제시 장치의 측면도이다. 이는 도 9와 같이 매우 유연한 성질을 갖고 있어서 착용 가능한 특성을 지닌다.FIG. 8 is a tactile presentation device of a 10 × 10 matrix array actually fabricated through all the processes described above, FIG. 8A is a top view of the tactile presentation device, and FIG. 8B is a side view of the tactile presentation device. It has a very flexible property as shown in Figure 9 has a wearable property.

본 발명에서는 촉각 제시 장치 구동기로서의 성능을 평가하기 위해 변위 및 출력 힘, 주파수 응답 성능에 대하여 실험을 실행하였다. In the present invention, in order to evaluate the performance as a tactile display device driver, experiments were conducted on displacement, output force, and frequency response performance.

변위 실험은 구동 주파수 10Hz 영역에서 구동 입력 전압을 0~3Kv 까지 변화를 주어 측정하였다. 실험 결과 도 10에서와 같이 촉각 자극 요소의 최대 변위는 1.8mm 로 나타났으며, 이때 구동에 필요한 최대 소모 전류는 0.1mA 이하로 사용자에게 아주 미세한 전기적 충격을 주는 정도였다. The displacement experiment was measured by varying the driving input voltage from 0 to 3Kv in the driving frequency range of 10Hz. As a result of the experiment, as shown in FIG. 10, the maximum displacement of the tactile stimulus element was 1.8 mm , and the maximum current consumption for driving was 0.1 mA or less, which gave a very minute electric shock to the user.

따라서, 제안된 촉각 자극 요소는 촉각 제시 장치로 충분히 사용 가능한 변위 성능을 지니고 있음을 알 수 있었다.Therefore, it can be seen that the proposed tactile stimulus element has displacement performance that can be sufficiently used as a tactile presentation device.

주파수 응답 성능 실험은 구동 전압 2㎸에서 구동 주파수를 0~300Hz 까지 점차적으로 증가시키면서 측정하였으며, 실험 결과 도 11과 같이 10Hz 정도의 대역폭(bandwidth)을 갖고 있음을 알 수 있었다. Frequency response performance test was measured while gradually increasing the drive frequency from 0 to 300 Hz at the drive voltage 2㎸, and as a result of the experiment it can be seen that has a bandwidth (bandwidth) of about 10 Hz .

이와 같은 결과는 대부분 촉각 제시 장치 기판의 부드러움이 원인으로 작용 하는 것으로, 촉각 제시 장치의 유연성에 부정적인 영향을 주더라도 조금 덜 부드러움 기판의 사용 등과 같은 장치 구조상의 단단함을 증가시킴으로서 쉽게 해결 할 수 있다. Such a result is mostly caused by the softness of the tactile presentation device substrate, and can be easily solved by increasing the rigidity of the device structure such as the use of a slightly less soft substrate, even if it adversely affects the flexibility of the tactile presentation device.

또한, 본 발명에 따른 실험은 구동기 자체 성능만을 측정하기 위하여 전기적은 제어를 사용하지 않은 일반적인 결과이므로, 실제 장치로의 사용시 전기적인 제어 방법을 적용하면 구조상의 단단함을 증가시키지 않고도 약 200Hz 정도의 매우 높은 주파수 응답 성능을 갖게 될 것이라고 확신한다.In addition, since the experiment according to the present invention is a general result without using the electric control to measure the performance of the driver itself, the application of the electric control method when using the actual device does not increase the rigidity of the structure about 200 Hz . I am sure we will have very high frequency response performance.

도 12는 하나의 촉각 자극 셀에 대한 출력 힘을 측정한 결과이다. 실험에 사용된 10×10 촉각 제시 장치 모듈의 총 무게는 0.55g이다. 이때 실험 결과로부터 알 수 있는 출력 힘-모듈의 무게 비를 고려하면, 하나의 모듈은 37 N/Kg 이상의 출력 힘을 낼 수 있음을 알 수 있으며, 부가적인 기계적 전달 장치를 적용하지 않은 기존의 다른 구동기들과 비교 할 경우 매우 효과적인 구동 성능을 지니고 있다는 것을 알 수 있다. 12 is a result of measuring the output force for one tactile stimulation cell. The total weight of the 10 × 10 tactile presentation module used in the experiment was 0.55 g . At this time, considering the weight ratio of output force-module, which can be seen from the experimental results, it can be seen that one module can output power of 37 N / Kg or more, and the other conventional Compared with the driver, it can be seen that it has a very effective driving performance.

또한, 구동기의 출력 힘은 구동기 제작시 필름의 적층 횟수 따라 증가가 가능하지만, 필름의 적층 횟수가 증가하면 장치의 유연성 또한 비례하여 감소한다는 사항을 고려하여야 한다.In addition, the output force of the driver can be increased according to the number of lamination of the film when manufacturing the driver, it should be considered that the flexibility of the device also decreases proportionally as the number of lamination of the film increases.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary.

즉, 상기 실시예에 있어서는 That is, in the above embodiment

실시예에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 Although the embodiment has been described, it is not limited thereto.

도 실현할 수 있음은 물론이다.Of course, it can be realized.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 유전체를 이용한 구동기는 기존의 다른 구동기에 비하여 유연하다는 장점을 지니고 있으며, 구동 방향을 제시하는데 있어 선장력 방식이 아닌 구동 필름의 형태 변형을 통한 제시 방법을 사용하여 구동기 성능의 저하에 대한 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, the driver using the polymer dielectric according to the present invention has the advantage that it is flexible compared to other conventional drivers, and in presenting the driving direction using a presentation method through the deformation of the shape of the drive film rather than the tensioning method. Thus, the effect of solving the problem of deterioration of the driver performance is obtained.

또, 본 발명에 따른 촉각 제시 장치는 구동기의 유연성을 그대로 사용하기 때문에 개발된 촉각 제시 장치 또한 매우 유연한 특징을 갖고 있어 착용 가능한 촉각 제시 장치 등의 넓은 범위에서의 응용성을 가능하게 하는 효과도 얻어진다.In addition, since the tactile presentation device according to the present invention uses the flexibility of the driver as it is, the developed tactile presentation device also has a very flexible feature, thereby obtaining an effect of enabling applicability in a wide range of wearable tactile presentation devices. Lose.

또한, 본 발명에 의하면, 고분자 재료 하나만을 사용하여 구동기의 제작이 가능함으로, 제작과정이 매우 쉬우며, 효율적인 비용절감이 가능하다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the present invention, since it is possible to manufacture the driver using only one polymer material, the manufacturing process is very easy, and the effect of efficient cost reduction is also obtained.

Claims (32)

비압축성 성질을 갖는 고분자 유전체를 이용한 구동기로서,An actuator using a polymer dielectric having incompressible properties, 고분자 유전체 필름,Polymer dielectric film, 상기 고분자 유전체 필름의 상하면에 각각 코팅된 전극 및Electrodes coated on upper and lower surfaces of the polymer dielectric film; 상기 고분자 유전체 필름의 외각을 고정하는 프레임을 포함하며,It includes a frame for fixing the outer shell of the polymer dielectric film, 상기 전극은 유연한 전극이고,The electrode is a flexible electrode, 상기 프레임은 상기 고분자 유전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 구동기.And the frame is made of the polymer dielectric. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동기에 전기장을 인가하면, 상기 고분자 유전체 필름은 두께/축 방향으로 압축력이 작용하여 수평/원주 방향으로 팽창하고, 수직 방향으로 원형 돌출하는 것을 특징으로 하는 구동기.When the electric field is applied to the driver, the polymer dielectric film is a driver, characterized in that the compressive force acts in the thickness / axis direction to expand in the horizontal / circumferential direction, and protrude circularly in the vertical direction. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 고분자 유전체 필름의 돌출 높이 h는 Protruding height h of the polymer dielectric film
Figure 112005059383513-pat00013
Figure 112005059383513-pat00013
로 정의되며, 여기서 r은 곡률 반경, θ는 원호각인 것을 특징으로 하는 구동기.Wherein r is a radius of curvature, θ is an arc angle.
삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 유전체 필름은 스핀 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 구동기.And the polymer dielectric film is formed by spin coating. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 유연한 전극은 카본 파우더 용액을 스프레이하여 형성되는 것을 특징으로 하는 구동기.The flexible electrode is characterized in that formed by spraying the carbon powder solution. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 구동기는 연속한 다층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 구동기.The driver is characterized in that the continuous multi-layer structure. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 연속한 다층구조의 최 상단 및 하단 면에 보호필름이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구동기.The driver, characterized in that the protective film is formed on the top and bottom surfaces of the continuous multi-layer structure. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 상단 및 하단의 보호필름은 각각 5 내지 20㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 구동기.The upper and lower protective film is an actuator, characterized in that formed in 5 to 20㎛ each. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 구동기의 전체 두께는 200 내지 600㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 구동기.The driver is characterized in that the overall thickness of the driver is formed from 200 to 600㎛. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동기의 표면에 엠보싱을 형성한 것을 특징으로 하는 구동기.An embossing is formed on the surface of the driver. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 엠보싱은 소형 주조 틀과 핫 프레스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 구동기.And said embossing is formed by a compact casting die and a hot press. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 핫 프레스는 일정 압력과 150 내지 190도의 온도로 조절되는 것을 특징으로 하는 구동기.The hot press is an actuator, characterized in that the pressure is controlled to a temperature of 150 to 190 degrees. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 구동기의 변위 및 출력힘은 일관된 방향으로 균일하게 발생하는 것을 특징으로 하는 구동기.And said displacement and output force of said driver occur uniformly in a consistent direction. 비압축성 성질을 갖는 고분자 유전체 필름, 상기 고분자 유전체 필름의 상하면에 각각 코팅된 전극 및 상기 고분자 유전체 필름의 외각을 고정하는 프레임을 포함하는 구동기를 다수개 사용하여 매트릭스로 배열되며,It is arranged in a matrix using a plurality of actuators including a polymer dielectric film having an incompressible property, an electrode coated on the upper and lower surfaces of the polymer dielectric film, and a frame fixing the outer shell of the polymer dielectric film. 상기 프레임은 고분자 유전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And the frame is made of a polymer dielectric. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 구동기를 10 X 10(100개의 촉각 자극 요소 내장) 매트릭스 배열로 마련하고, 그 전체 크기가 31mm X 31mm인 경우, 촉각 자극 요소의 간격이 중심에서 중심까지 3mm, 촉각 자극 요소의 직경 크기가 2mm인 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.If the actuator is arranged in a 10 X 10 (100 tactile stimulation element) matrix arrangement, the total size of which is 31 mm x 31 mm, the spacing of the tactile stimulation elements is 3 mm from center to center, and the diameter size of the tactile stimulation elements is 2 mm. Tactile display device characterized in that. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 촉각 자극 요소는 각각 독립적으로 구동이 가능한 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And the tactile stimulating elements can be driven independently from each other. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 100개의 촉각 자극 요소는 총 무게가 0.55g, 각 촉각 자극 요소의 변위가 1.8mm, 주파수 구동 역역이 10Hz이며, 상기 촉각 제시 장치의 전체 출력힘은 37N/kg 이상인 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.The 100 tactile stimulating elements have a total weight of 0.55 g, a displacement of each tactile stimulating element is 1.8 mm, a frequency driving range of 10 Hz, and the total output force of the tactile presenting device is 37 N / kg or more. . 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 촉각 제시 장치는 유연한 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And the tactile presentation device is flexible. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 구동기에 전기장을 인가하면, 상기 고분자 유전체 필름은 두께/축 방향으로 압축력이 작용하여 수평/원주 방향으로 팽창하고, 수직 방향으로 원형 돌출하는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.When the electric field is applied to the driver, the polymer dielectric film is a tactile display device characterized in that the compressive force acts in the thickness / axial direction to expand in the horizontal / circumferential direction, and protrude circularly in the vertical direction. 제 20항에 있어서,The method of claim 20, 상기 고분자 유전체 필름의 돌출 높이 h는 Protruding height h of the polymer dielectric film
Figure 112005059383513-pat00014
Figure 112005059383513-pat00014
로 정의되며, 여기서 r은 곡률 반경, θ는 원호각인 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.Wherein r is a radius of curvature, θ is an arc angle.
삭제delete 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 고분자 유전체 필름은 스핀 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And the polymer dielectric film is formed by spin coating. 제 23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 유연한 전극은 카본 파우더 용액을 스프레이하여 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.The flexible electrode is a tactile display device, characterized in that formed by spraying a carbon powder solution. 제 24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 구동기는 연속한 다층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And the driver is a continuous multi-layered structure. 제 25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 연속한 다층구조의 최 상단 및 하단 면에 보호필름이 형성되어 있는 것 을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.Tactile presentation device characterized in that the protective film is formed on the top and bottom surfaces of the continuous multi-layer structure. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 상단 및 하단의 보호필름은 각각 5 내지 20㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.The top and bottom of the protective film is a tactile display device, characterized in that each formed in 5 to 20㎛. 제 27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 구동기의 전체 두께는 200 내지 600㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.The total thickness of the driver is 200 to 600㎛ tactile display device characterized in that formed. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 구동기의 표면에 엠보싱을 형성한 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.Tactile presentation device characterized in that the embossing is formed on the surface of the driver. 제 29항에 있어서,The method of claim 29, 상기 엠보싱은 소형 주조 틀과 핫 프레스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And said embossing is formed by a compact casting die and a hot press. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 상기 핫 프레스는 일정 압력과 150 내지 190도의 온도로 조절되는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.The hot press is a tactile display device characterized in that it is controlled at a constant pressure and a temperature of 150 to 190 degrees. 제 31항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 구동기의 변위 및 출력힘은 일관된 방향으로 균일하게 발생하는 것을 특징으로 하는 촉각 제시 장치.And the displacement and output force of the actuator occur uniformly in a consistent direction.
KR1020050099082A 2005-10-20 2005-10-20 Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof KR100718896B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050099082A KR100718896B1 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050099082A KR100718896B1 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070043146A KR20070043146A (en) 2007-04-25
KR100718896B1 true KR100718896B1 (en) 2007-05-16

Family

ID=38177683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050099082A KR100718896B1 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100718896B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100964706B1 (en) * 2008-05-24 2010-06-21 한국과학기술원 A control device with awareness feedback
KR101326235B1 (en) * 2012-03-07 2013-11-11 한국표준과학연구원 Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback
KR20150083482A (en) * 2014-01-09 2015-07-20 한국표준과학연구원 Flexible Haptic Module Using ESP Actuator(Electrostatic Polymer Actuator) And Way of Offering Tactile Sense
KR101562240B1 (en) * 2013-10-25 2015-10-26 한국표준과학연구원 Flexible Haptic Module Using Corrugated Dielectric Elastomer And Way of Offering Tactile Sense

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100901381B1 (en) * 2008-07-02 2009-06-05 인하대학교 산학협력단 A haptic button system using a layer-structured electro-active polymer
KR101300287B1 (en) * 2011-06-20 2013-09-10 한국기술교육대학교 산학협력단 A haptic actuator process with film shape based on cellulose
KR101243384B1 (en) * 2011-06-21 2013-03-14 한국기술교육대학교 산학협력단 A haptic actuator with film shape based on cellulose
KR101859509B1 (en) * 2015-09-15 2018-05-18 한국과학기술원 Haptic display pannel for using wavelength and amplitude change of wrinkle pattern for generating various texture and method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010100923A (en) * 1999-08-31 2001-11-14 야스이 쇼사꾸 Transparent conductive multilayer body and touch panel comprising the same
KR20030001273A (en) * 2001-06-27 2003-01-06 가부시키가이샤 브리지스톤 Transparent electroconductive film and touch panel
US6684469B2 (en) 2000-07-11 2004-02-03 Honeywell International Inc. Method for forming an actuator array device
KR20050019885A (en) * 2002-07-17 2005-03-03 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Resistive touch sensor having microstructured conductive layer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010100923A (en) * 1999-08-31 2001-11-14 야스이 쇼사꾸 Transparent conductive multilayer body and touch panel comprising the same
US6684469B2 (en) 2000-07-11 2004-02-03 Honeywell International Inc. Method for forming an actuator array device
KR20030001273A (en) * 2001-06-27 2003-01-06 가부시키가이샤 브리지스톤 Transparent electroconductive film and touch panel
KR20050019885A (en) * 2002-07-17 2005-03-03 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Resistive touch sensor having microstructured conductive layer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100964706B1 (en) * 2008-05-24 2010-06-21 한국과학기술원 A control device with awareness feedback
KR101326235B1 (en) * 2012-03-07 2013-11-11 한국표준과학연구원 Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback
KR101562240B1 (en) * 2013-10-25 2015-10-26 한국표준과학연구원 Flexible Haptic Module Using Corrugated Dielectric Elastomer And Way of Offering Tactile Sense
KR20150083482A (en) * 2014-01-09 2015-07-20 한국표준과학연구원 Flexible Haptic Module Using ESP Actuator(Electrostatic Polymer Actuator) And Way of Offering Tactile Sense
KR101587338B1 (en) 2014-01-09 2016-01-21 한국표준과학연구원 Flexible Haptic Module Using ESP Actuator(Electrostatic Polymer Actuator) And Way of Offering Tactile Sense

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070043146A (en) 2007-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100718896B1 (en) Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof
Zhao et al. A wearable soft haptic communicator based on dielectric elastomer actuators
Benali-Khoudja et al. Tactile interfaces: a state-of-the-art survey
EP3278375B1 (en) Actuator or sensor device based on an electroactive polymer
Lee et al. Design analysis and fabrication of arrayed tactile display based on dielectric elastomer actuator
Yobas et al. A novel integrable microvalve for refreshable braille display system
Matysek et al. Dielectric elastomer actuators for tactile displays
EP3203353A1 (en) Magnetic apparatus for providing tactile sensation
Ganet et al. Haptic feedback using an all-organic electroactive polymer composite
US11088316B2 (en) Helical dielectric elastomer actuator
Lauff et al. Differentiating bending from folding in origami engineering using active materials
Phung et al. Bidirectional tactile display driven by electrostatic dielectric elastomer actuator
Calabrese et al. Active compression bandage made of electroactive elastomers
Araromi et al. A finite element approach for modelling multilayer unimorph dielectric elastomer actuators with inhomogeneous layer geometry
Liu et al. Electromechanical control and stability analysis of a soft swim-bladder robot driven by dielectric elastomer
Jungmann et al. Miniaturised electrostatic tactile display with high structural compliance
Wang et al. Engineering electroactive dielectric elastomers for miniature electromechanical transducers
Yang et al. A survey on tactile displays for visually impaired people
Hafez Tactile interfaces: technologies, applications and challenges
Phung et al. Interactive haptic display based on soft actuator and soft sensor
Feng et al. Investigation of tactile bump array actuated with ionic polymer–metal composite cantilever beams for refreshable braille display application
Takeshita et al. Development of a nail-deformation haptics device fabricated adopting ultra-thin PZT-MEMS technology
JP2008211885A (en) Transducer and its manufacturing process
Trase et al. Thin-film bidirectional transducers for haptic wearables
Narvaez et al. Analysis and Design of a PMUT-based transducer for Powering Brain Implants

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120718

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130409

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee