KR100502782B1 - 압전형 진동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동판에 부착되고 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창하여 진동판을 진동시키는 복수의 압전소자를 구비한 압전형 진동장치에 관한 것으로, 특히 이 진동판을 초기상태로 복원시키기 위한 추나 스프링 없이도 진동판을 초기상태로 복원시키는 압전형 진동장치에 관한 것이다.
본 발명의 압전형 진동장치는 진동판의 한 면 또는 양면에는 복수 개의 압전소자를 부착하고 있다. 이 압전소자들 중 진동판에 인접한 복원용 압전소자에는 일정전압을 인가할 수 있도록 구성하고, 나머지 진동용 압전소자들에는 가변전압을 인가할 수 있도록 구성하고 있다. 따라서 복원용 압전소자와 진동용 압전소자를 다르게 동작시킬 수 있으므로 복원용 압전소자를 이용하여 진동판을 초기상태로 강제 복원시킴으로써 진동판을 복원시키기 위한 별도의 추나 스프링과 같은 역응력을 주는 장치가 불필요하여 장치를 단순화 및 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 장기간 사용시 내구성이 향상된다.

Description

압전형 진동장치{PIEZO-ELECTRO VIBRATION DEVICE}
본 발명은 휴대전화기나 호출기 등의 휴대용 이동통신기기의 착신 알림기에 사용되는 압전형 진동장치에 관한 것으로, 특히 진동판에 부착되고 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창하여 진동판을 진동시키는 복수의 압전소자를 구비한 압전형 진동장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰 등의 이동통신기기에 사용되고 있는 압전형 진동장치는 전기적 쌍극자가 일정한 방향으로 배열된 압전소자에 전계를 가하면 압전소자에 물리적인 변형이 생기는 역 압전효과를 이용하여 탄성체와 같은 진동판을 진동시키는 장치이다.
종래의 압전형 진동장치는 진동판에 전기적 쌍극자가 일정한 방향으로 배열된 압전소자를 복수개로 접착하고 있다. 이러한 압전형 진동장치에서는 이 압전소자에 소정 전압범위 내에서 변화되는 톱니파의 가변전압을 가하여 압전소자를 수축 또는 팽창시킴으로써 진동판을 진동시킨다. 즉, 압전소자에 인가되는 구동전압이 최소치에서 최대치로 증가하면 역 압전효과에 의해 압전소자가 수축 또는 팽창하여 진동판이 휨 변형되고, 다시 최소치로 감소하면 진동판이 초기 정지 상태로 복원됨을 반복하여 진동하게 된다. 이때, 진동이 종료된 후에도 진동판이 원래의 초기 정지 상태로 정확히 돌아가지 않으므로 종래의 압전형 진동장치에서는 진동판에 별도로 장착된 추나 스프링을 연결하여 추나 스프링의 복원력에 의해 진동판을 초기 정지 상태로 복귀시켰다.
그러나, 종래의 압전형 진동장치는 진동판을 초기상태로 복귀시키기 위해 별도의 추나 스프링과 같은 외부장치를 장착해야 하므로, 그 구성이 복잡하고 외부장치 장착에 따른 추가 공정이 요구될 뿐만 아니라, 장기간 사용시 추나 스프링의 탄성 성질이 변화하여 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 추나 스프링과 같은 장치를 제거함으로써 구조를 간단히 하여 제조공정을 단순화 하는 압전형 진동장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 장기간 사용시에도 내구성이 양호한 압전형 진동장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 신속하면서도 비교적 정확히 진동판을 초기상태로 강제 복원시키는 압전형 진동장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전형 진동장치는 진동판, 상기 진동판이 휨과 복원을 반복하게 하여 상기 진동판을 진동시키는 진동용 압전소자, 상기 진동판을 초기상태로 강제 복원시키는 복원용 압전소자, 상기 진동판이 복원되는 동안에 상기 복원용 압전소자에 일정한 전압을 인가하는 제 1전원부, 상기 진동용 압전소자에 소정범위 내에서 가변되는 가변전압을 인가하는 제 2전원부, 상기 제 1전원부와 제 2전원부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전형 진동장치에 사용되는 압전소자는 사용 이전에 분극처리과정을 통해 내부의 전기 쌍극자(음극 쌍극자와 양극 쌍극자)가 용도에 맞게 한 쪽 방향으로 배열되도록 고전압을 일정시간 인가하여 일정한 분극방향을 갖도록 한다. 이에 따라, 인가되는 전압에 의한 전계방향과 분극 방향이 일치하면 압전소자는 수축하고, 분극방향과 반대방향으로 전계방향이 형성되도록 전압을 인가하면 압전소자는 팽창하게 된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전형 진동장치에서 복수의 압전소자가 진동판 상부에 부착된 것을 보인 정면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 분극방향을 갖고 인가되는 전압의 전계방향에 따라 수축 또는 팽창하는 압전소자(10)는 탄성체와 같은 진동판(20)의 상부에 복수 매(본 발명의 실시예에서는 5매)로 적층되어 부착된다.
진동판(20)의 상부에 인접하는 부위에는 일정한 레벨의 전압이 인가되는 복원용 압전소자(11)가 부착되고 이 복원용 압전소자(11) 위에는 진동용 압전소자들(12 내지 15)이 적층된다. 이때, 진동용 압전소자들(12 내지 15)에는 소정주기의 톱니파형을 갖는 가변전압이 인가된다.
그리고, 진동판(20)의 강제복원시 진동판(20)을 아랫방향(↓)으로 휘게 하기 위해 복원용 압전소자(11)를 팽창시키도록 이 복원용 압전소자(11)의 리드단자에는 자체 내에 두께방향 측으로 형성된 분극방향(↓)과 인가되는 전압의 전계방향을 반대 방향이 되도록 극성을 고려하여 제 1전원부(30)를 연결한다.
한편, 진동판(20)의 진동시 이 복원용 압전소자(11)에 의해 아랫방향(↓)으로의 휘어진 진동판(20)을 그 아랫방향(↓)으로의 휨을 이기고 진동을 위해 윗방향(↑)으로 휘게 하기 위해 진동용 압전소자들(12 내지 15)을 수축시키도록 진동용 압전소자들(12 내지 15)의 각 리드단자에는 자체 내에 형성된 분극방향(↓ 또는 ↓)과 인가되는 전압의 전계방향이 같은 방향이 되도록 극성을 고려하여 제 2전원부(40)를 연결한다. 각 압전소자 내에 형성된 실선 화살표 방향은 각 압전소자 내에서의 분극방향을 나타내고, 점선 화살표 방향은 인가되는 전압의 전계방향을 나타낸다.
이 제 1전원부(30)와 제 2전원부(40)는 전반적인 진동제어를 수행하는 제어부(50)에 의해 제어된다. 이 제어부(50)는 제 1전원부(30)와 제 2전원부(40)를 제어하여 복원용 압전소자(11) 단독 또는 복원용 압전소자(11) 및 진동용 압전소자들(12 내지 15) 함께 전압이 인가되도록 제어한다.
이러한 제 1전원부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복원용 압전소자(11)가 수축 또는 팽창된 상태를 계속해서 일정하게 유지하도록 전압크기가 +Vmax인 일정전압을 복원용 압전소자(11)에 인가하는 장치이고, 제 2전원부(40)는 진동용 압전소자들(12 내지 15)이 수축 또는 팽창을 소정주기로 반복하도록 전압크기가 0V 내지 +Vmax 내에서 변화되는 톱니파의 가변전압을 진동용 압전소자들(12 내지 15)에 인가하는 장치이다. 이때, 제 2전원부(40)는 톱니파의 가변전압 뿐만 아니라, 도 3에 도시된 것과 같이, 소정주기로 OV 와 Vmax를 반복하는 펄스파형 형태의 가변전압도 가능하다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압전형 진동장치의 작동을 설명한다.
도 4는 도 1의 압전형 진동장치의 초기상태를 설명하기 위한 도이다.
대기모드와 같이 초기 정지상태에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 복원용 압전소자(11)에는 분극방향과 반대되는 방향으로 전계방향이 형성되는 제 1전원부(30)의 일정전압을 인가하고, 진동용 압전소자들(12 내지 15)에는 전원을 인가하지 않는다. 이에 따라, 초기 정지상태에서는 복원용 압전소자(11)만이 팽창되어 진동판(20)이 기준선에서 소정치 아랫방향(↓)으로 휜 상태이다.
도 5는 도 1의 압전형 진동장치의 운전상태를 설명하기 위한 도이다.
진동모드와 같이 운전상태가 시작되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 진동용 압전소자들(12 내지 15)에는 분극 방향과 같은 방향으로 전계방향이 형성되는 제 2전원부(40)의 가변전압을 인가한다. 이 가변전압이 0V 에서 최대전압(+Vmax)으로 증가하면 아랫방향(↓)으로 휘어진 진동판(20)이 점차 윗방향(↑)으로 휘고, 이후 가변전압이 최대전압(+Vmax)에서 다시 0V 로 감소하면 다시 진동판(20)이 점차 초기상태의 아랫방향(↓)으로 휘어지는 과정을 반복한다.
이에 따라, 진동판(20)을 초기 정지상태로 복원시키기 위해 별도의 추나 스프링 없이도 복원용 압전소자(11)에 의해 진동판이 초기 정지상태로 강제 복원되기 때문에 압전형 진동장치의 구조를 간단히 하면서도 장치를 간단히 구성할 수 있어 압전형 진동장치를 소형화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 진동장치에서 복수의 압전소자가 진동판 상부와 하부 모두에 부착된 것을 보인 정면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 압전소자(10)는 진동판(20)의 상부 및 하부에 복수 매(본 발명의 실시예에서는 각 5매)로 적층되어 부착된다.
도 1과 마찬가지로 진동판(20)의 상부에 인접되게 부착되고 일정전압을 인가받는 복원용 압전소자(11)와, 복원용 압전소자(11) 위에 적층되고 가변전압을 인가받는 진동용 압전소자들(12 내지 15)은 도 1에서와 동일하게 구성된다.
그리고, 복원용 압전소자(11)의 리드선에는 내부의 분극방향(↓)에 대하여 점선의 화살표와 같은 전계방향이 생기도록 극성을 고려하여 일정전압을 인가하는 미도시된 제 1전원부를 연결된다. 또한, 진동용 압전소자들(12 내지 15)의 각 리드선에는 각 진동용 압전소자들(12 내지 15)에서의 점선의 화살표와 같은 전계방향이 생기도록 극성을 고려하여 가변전압을 인가하는 미도시된 제 2전원부를 연결된다. 이때, 압전소자(10)의 두께방향의 실선 화살표는 압전소자(10)의 내부에 형성된 분극방향을 나타내고, 점선의 화살표는 각 압전소자(10)에 인가되는 전압의 전계방향을 나타낸다.
한편, 진동판(20)의 하부에서는 상부에서와 마찬가지로 진동판(20)의 하부에 인접되게 복원용 압전소자(11')이 부착되고, 이 압전소자(11') 위에 진동용 압전소자들(12' 내지 15')이 적층된다.
그러나, 진동판(20)의 상부와는 달리 하부에 부착된 복원용 압전소자(11')의 리드선에는 내부의 분극방향과 같은 방향의 전계방향이 형성되도록 극성을 고려하여 상기한 제 1전원부를 연결시킨다. 그리고, 진동용 압전소자(12' 내지 15')의 리드선에는 내부의 분극방향과 반대 방향으로 전계방향이 형성되도록 극성을 고려하여 상기한 제 2전원부를 연결시킨다.
이에 따라, 압전소자(11,11')에 일정전압을 인가하면, 복원용 압전소자(11)는 팽창하고, 복원용 압전소자(11')는 수축하므로 진동판(20)이 아랫방향(↓)으로 휜다.
그리고, 진동용 압전소자(12 내지 15)(12' 내지 15)에 가변전압을 인가하면, 진동판(20) 상부의 진동용 압전소자(12 내지 15)는 수축하고, 진동판(20) 하부의 진동용 압전소자(12" 내지 15')는 팽창하므로, 진동판(20)이 윗방향(↑)으로 휜다.
즉, 압전소자(10)를 진동판에 상하부에 인접되게 부착되는 복원용 압전소자(11,11')와, 이 복원용 압전소자(11,11') 위에 적층되는 진동용 압전소자(12 내지 15)(12' 내지 15')로 구분하고, 구분된 압전소자를 서로 다른 전압방식으로 작동시킴에 따라 진동용 압전소자(12 내지 15)(12' 내지 15)에 의해 기존과 같이 진동판을 진동시키면서도 복원용 압전소자(11,11')를 이용하여 별도의 추나 스프링 없이도 진동에 의해 휘어지는 진동판(20)을 초기 정지상태로 복원시킬 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 진동장치의 작동을 설명한다.
도 7은 도 6의 압전형 진동장치의 초기상태를 설명하기 위한 도이다.
대기모드와 같이 초기 정지상태에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 진동판(20)이 아랫방향(↓)으로 휘어지게 하기 위해 먼저, 진동판(20)의 상부에 인접되게 부착되는 복원용 압전소자(11)에는 제 1전원부의 일정전압을 인가하되, 복원용 압전소자(11)의 분극방향과 반대 방향으로 전계방향이 형성되도록 하여 복원용 압전소자(11)를 팽창시킨다. 이와 함께 진동판(20)의 하부에 인접되게 부착되는 복원용 압전소자(11')에는 상기한 제 1전원부의 일정전압을 인가하되, 압전소자(11')의 분극방향과 같은 방향으로 전계방향이 형성되도록 하여 복원용 압전소자(11')를 수축시킨다.
그리고, 진동판 상하부의 진동용 압전소자들(12 내지 15)(12' 내지 15')에는 전압을 인가하지 않는다.
이에 따라, 진동판(20)은 복원용 압전소자(11, 11')에 의해 아래 방향(↓)으로 휘어진다. 이러한 진동판의 상태가 초기 정지상태이다.
도 8은 도 6의 압전형 진동장치의 운전상태를 설명하기 위한 도이다.
진동모드와 같이 운전상태가 시작되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 압전소자(11, 11')에 의해 먼저, 아랫방향(↓)으로 휘어진 진동판(20)을 윗방향(↑)으로 휘어지게 하기 위해 진동판(20) 상부의 진동용 압전소자(12 내지 15)에는 제 2전원부의 가변전압을 인가하되, 진동용 압전소자(12 내지 15)의 분극 방향과 같은 방향으로 전계방향이 형성되도록 하여 진동용 압전소자(12 내지 15)를 수축시킨다. 이와 함께 진동판(20) 하부의 진동용 압전소자(12' 내지 15')에는 제 2전원부의 가변전압을 인가하되, 분극방향과 반대 방향으로 전계방향이 형성되도록 하여 압전소자(12" 내지 15')를 팽창시킨다.
이러한 압전소자((12 내지 15, 12' 내지 15')는 압전소자가 복수 매로 적층된 형태이므로, 가변전압이 0V 에서 최대전압(+Vmax)으로 증가하면 진동판(20)이 점차 윗방향(↑)으로 휘고, 이후 가변전압이 최대전압(+Vmax)에서 다시 0V 로 감소하면 다시 진동판(20)이 점차 초기 정지상태의 아랫방향(↓)으로 휘어지는 과정을 반복한다.
이에 따라, 진동판을 초기 정지상태로 복원시키기 위해 별도의 추나 스프링없이도 압전소자(11,11')에 의해 진동판(20)이 초기 정지상태로 복원되기 때문에 압전형 진동장치의 구조를 간단히 하면서도 장치를 간단히 구성할 수 있어 압전형 진동장치를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 진동판이 복원상태로 신속히 복귀됨으로써 진동성이 커진다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 별도의 추나 스프링 대신에 진동판에 부착되는 압전소자를 이용하여 진동판을 초기 정지상태로 강제 복원시킴으로써 추나 스프링과 같은 외부장치를 장착하는 데 따른 추가 공정을 줄일 수 있으며, 그 구조를 간단히 할 수 있어 제조공정이 단순하고 장치를 소형화하기 쉽다.
또한, 본 발명은 진동판이 신속하면서도 비교적 정확히 초기상태로 복원됨으로써 진동성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 장기간 사용시에도 내구성이 양호한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전형 진동장치로 복수의 압전소자가 진동판 상부에 부착된 것을 보인 정면도이다.
도 2는 도 1에서의 제 1전원부와 제 2전원부의 전압파형도이다.
도 3은 도 2에서 제 2전원부의 다른 변형형태의 전압파형도이다.
도 4는 도 1의 압전형 진동장치의 초기상태를 설명하기 위한 도이다.
도 5는 도 1의 압전형 진동장치의 운전상태를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전형 진동장치로 복수의 압전소자가 진동판 상부와 하부 모두에 부착된 것을 보인 정면도이다.
도 7은 도 6의 압전형 진동장치의 초기상태를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 도 6의 압전형 진동장치의 운전상태를 설명하기 위한 도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
10 : 압전소자 20 : 진동판
30 : 제 1전원부 40 : 제 2전원부
50 : 제어부

Claims (6)

  1. 진동판과,
    상기 진동판의 한 면 또는 양면에 인접되게 부착되는 복원용 압전소자와,
    상기 복원용 압전소자에 적층되는 복수의 진동용 압전소자와,
    상기 진동판이 진동방향과 반대방향으로 휘어지도록 상기 복원용 압전소자에 일정전압을 인가하는 제1전원부와,
    상기 진동판이 진동방향으로 진동하도록 상기 복수의 진동용 압전소자에 소정범위 내에서 가변되는 가변전압을 인가하는 제2전원부와,
    대기모드시 상기 진동판이 진동방향과 반대방향으로 휘어지도록 상기 제1전원부의 작동을 제어하고, 진동모드시 상기 진동판이 진동방향과 반대방향으로 휘어진 상태에서 상기 진동판이 진동방향으로 진동하도록 상기 제1전원부 및 제2전원부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 압전형 진동장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 진동용 압전소자와 복원용 압전소자는 자체 내에 소정의 분극방향을 갖고, 상기 분극방향에 대하여 같은 방향으로 전계방향이 형성되도록 전압이 인가되면 수축하고, 반대방향으로 전계방향이 형성되도록 전압이 인가되면 팽창하는 것을 특징으로 하는 압전형 진동장치.
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