KR101167403B1 - Haptic device - Google Patents

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KR101167403B1 KR1020100044111A KR20100044111A KR101167403B1 KR 101167403 B1 KR101167403 B1 KR 101167403B1 KR 1020100044111 A KR1020100044111 A KR 1020100044111A KR 20100044111 A KR20100044111 A KR 20100044111A KR 101167403 B1 KR101167403 B1 KR 101167403B1
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Abstract

본 발명의 햅틱 디바이스는 굴곡부가 형성된 진동판과, 상기 진동판의 상부에 장착되며 전압에 따라 수축 및 팽창이 이루어지는 피에조층과, 상기 진동판의 하부에 연결된 탄성부재 및 상기 탄성부재의 하부에 연결되어 상기 진동판과 상기 피에조층을 지지하는 지지판을 포함한다.The haptic device of the present invention comprises a diaphragm formed with a bent portion, a piezoelectric layer mounted on the diaphragm to shrink and expand according to a voltage, an elastic member connected to a lower portion of the diaphragm, And a support plate for supporting the piezoelectric layer.

Description

햅틱 디바이스{Haptic device}Haptic device

본 발명은 햅틱 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a haptic device.

최근 전자제품을 간편하게 사용하려는 사용자의 요구에 따라 전자제품을 터치하여 입력하는 터치스크린과 햅틱 디바이스의 사용이 보편화되고 있다. 햅틱 디바이스는 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하고 피드백을 좀더 다양화하는 개념이 포함된다.2. Description of the Related Art In recent years, the use of touch screens and haptic devices for inputting and touching electronic products has become commonplace according to the demand of users who want to use electronic products easily. In addition to the concept of touch input, the haptic device includes a concept that reflects the user's intuitive experience in the interface and further diversifies the feedback.

햅틱 디바이스는 공간절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있고, 사양변경이 간편하며 이용자 인식이 높다는 점 외에도 IT 기기와의 연동성이 용이하다는 많은 장점이 있다. 이와 같은 장점으로 인해, 산업, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등 다양한 분야에서 폭넓게 이용되고 있다.The haptic device has many merits such that space saving is possible, operability improvement and simplicity can be achieved, specification change is simple, user recognition is high, and interoperability with IT devices is easy. Because of these advantages, it is widely used in various fields such as industry, transportation, service, medical, and mobile.

여러가지 햅틱 디바이스의 기술들 중 현재 상품화되어 있는 기술들도 많이 있는데 그중 하나가 진동이다. 핸드폰 등 다양한 모바일 기기에서 키입력, 목록검색, 각종 알림동작 시에 진동을 발생시켜 촉감을 표현한다.Among the various haptic device technologies, there are many commercially available technologies, one of which is vibration. In mobile devices such as mobile phones, vibrations are generated during key input, list search, and various notification operations to express touch.

여기서, 진동을 발생시키는 진동발생기가 사용되는바, 보통 진동을 발생시키는 모터가 사용된다. 또한, 이러한 진동 방식 이외에도 다양한 촉감표현을 위한 기계적변위 및 동작을 구현하는 구동기가 필요하다.Here, a vibration generator that generates vibration is used, and a motor that usually generates vibration is used. In addition to this vibration system, there is a need for a driver that implements mechanical displacement and motion for various tactile expressions.

종래기술에 따른 햅틱 디바이스의 대표적인 방식은 진동방식에 사용되는 편평형 진동모터로, 상하부 커버의 내측에 스테이터와, 스테이터와 대향하여 설치된 로터에 의하여 진동모터의 구동토크를 발생시켜서 진동을 발생시키는 원리이다.A typical method of a haptic device according to the related art is a flat vibration motor used for a vibration type, and a stator and a rotor installed opposite to the stator generate a driving torque of the vibration motor to generate vibration in the upper and lower covers .

편평형 진동모터는 서로 결합하는 상,하부커버, 상,하부커버의 내측 중심부에 수직하게 제공된 지지축, 하부커버의 내측에 제공된 스테이터, 스테이터와 대응하여 지지축에 회전가능하게 제공된 로터 등을 포함하는 구조로 그 구조 및 구성물이 복합하다. The flat vibration motor includes upper and lower covers, a support shaft provided perpendicularly to the inner center portion of the upper and lower covers, a stator provided inside the lower cover, a rotor rotatably provided on the support shaft in correspondence with the stator, Structure, and the structure and constitution are complex.

이에 따라 그 크기의 소형화에 제약이 따르고 동작 주파수도 수백 Hz로 제한되어 그 응용분야가 제한적이었다.As a result, there are restrictions on the miniaturization of its size, and the operating frequency is also limited to several hundred Hz, limiting its application field.

따라서, 종래기술의 단점을 극복하고 소형이면서 진동효과를 극대화할 수 있는 햅틱 디바이스에 대한 연구가 활발한 실정이다.Therefore, researches on a haptic device that can overcome the disadvantages of the related art and can miniaturize and maximize the vibration effect are actively conducted.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 진동효과를 극대화할 수 있는 햅틱 디바이스를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a haptic device capable of maximizing a vibration effect.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 햅틱 디바이스는 굴곡부가 형성된 진동판과, 상기 진동판의 상부에 장착되며 전압에 따라 수축 및 팽창이 이루어지는 피에조층과, 상기 진동판의 하부에 연결된 탄성부재 및 상기 탄성부재의 하부에 연결되어 상기 진동판과 상기 피에조층을 지지하는 지지판을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a haptic device comprising: a diaphragm having a curved portion; a piezoelectric layer mounted on the diaphragm to shrink and expand according to a voltage; an elastic member connected to a lower portion of the diaphragm; And a supporting plate connected to the lower part to support the diaphragm and the piezoelectric layer.

여기서, 상기 굴곡부는 상기 진동판과 상기 피에조층 사이의 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.Here, the bent portion forms a space between the diaphragm and the piezoelectric layer.

또한, 상기 진동판은 강철, 황동, 구리, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 중 하나를 선택하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The diaphragm may be made of one selected from the group consisting of steel, brass, copper, aluminum, titanium, and tungsten.

또한, 상기 피에조층은 인가되는 전압에 따라 인장 또는 수축되는 압전세라믹 또는 압전크리스탈로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the piezoelectric layer is formed of a piezoelectric ceramic or a piezoelectric crystal which is stretched or shrunk according to an applied voltage.

또한, 상기 피에조층의 폭과 길이는 상기 진동판의 폭과 길이에 대응되는 것을 특징으로 한다.The width and length of the piezoelectric layer correspond to the width and length of the diaphragm.

또한, 상기 굴곡부는 원형상인 것을 특징으로 하는 한다.Further, the bent portion is a circular shape.

또한, 상기 굴곡부는 다각형상인 것을 특징으로 한다.Further, the bent portion may be polygonal.

본 발명에 따른 햅틱 디바이스는 진동판과 피에조층 사이에 공간이 생기도록 굴곡부를 형성하여 진동력을 최대화시키는 것에 그 목적이 있으며, 햅틱 디바이스의 사용목적에 따라 다양하게 설계될 수 있다.The haptic device according to the present invention has a purpose of maximizing the vibration power by forming a bent portion so that a space is formed between the diaphragm and the piezoelectric layer, and can be variously designed according to the purpose of use of the haptic device.

또한, 진동판과 피에조층의 변위량이 최대화됨과 동시에, 공진 주파수 이외의 영역에서도 활용이 가능하다.In addition, the amount of displacement of the diaphragm and the piezoelectric layer is maximized, and at the same time, it can be utilized in an area other than the resonance frequency.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 햅틱 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 햅틱 디바이스가 상하로 구동하는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 햅틱 디바이스의 굴곡부 형상의 다양한 실시예들이다.1 is a schematic cross-sectional view of a haptic device according to a preferred embodiment of the present invention.
2 and 3 are perspective views schematically illustrating a haptic device according to a preferred embodiment of the present invention being driven up and down.
4 and 5 are various embodiments of the shape of the bend of a haptic device according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 햅틱 디바이스의 개략적인 단면도이고, 도 2와 도 3은 햅틱 디바이스가 상하로 구동하는 것을 개략적으로 나타낸 사시도, 도 4와 도 5는 햅틱 디바이스의 굴곡부 형상의 다양한 실시예들을 나타낸 것이다.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a haptic device according to a preferred embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are perspective views schematically illustrating driving of the haptic device up and down, FIGS. 4 and 5 are cross- Various embodiments are shown.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 햅틱 디바이스(100)는 진동판(110), 굴곡부(111), 피에조층(120), 탄성부재(130), 지지판(140)으로 이루어져 있다.
1 to 5, the haptic device 100 according to the present embodiment includes a diaphragm 110, a bend section 111, a piezo layer 120, an elastic member 130, and a support plate 140 have.

진동판(110)은 상부에 피에조층(120)이 장착되어, 피에조층(120)에 전압이 인가되면 진동판(110)이 상하운동되면서 진동이 발생된다. 이때, 진동판(110)의 진동변위를 극대화하기 위하여 진동판(110)과 피에조층(120) 사이에 공간을 형성하도록 진동판(110)에 굴곡부(111)가 형성된다.The diaphragm 110 has a piezoelectric layer 120 mounted thereon. When a voltage is applied to the piezoelectric layer 120, the diaphragm 110 moves up and down to generate vibration. At this time, in order to maximize the vibration displacement of the diaphragm 110, the diaphragm 110 is formed with a bent portion 111 so as to form a space between the diaphragm 110 and the piezo layer 120.

진동판(110)의 재질은 강철, 황동, 구리, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 등 휘어짐이 가능한 다양한 재질이 사용될 수 있다.The diaphragm 110 may be made of various materials such as steel, brass, copper, aluminum, titanium, and tungsten.

또한, 진동판(110)은 일정한 폭을 갖고 길게 형성되는데, 진동판(110)의 폭과 길이는 최종적으로 햅틱 디바이스(100)의 전체 크기를 결정할 뿐만 아니라, 햅틱 디바이스(100)의 특성인 동작변위 및 공진주파수 등에 영향을 주는 요소이므로 햅틱 디바이스(100)의 사용목적에 따라 설계시 다양하게 고려되어야 한다.
The width and the length of the diaphragm 110 determine the overall size of the haptic device 100 as well as the operating displacement and the characteristic of the haptic device 100. [ Resonance frequency, etc. Therefore, various considerations must be taken into account in designing the haptic device 100 according to the purpose of use.

진동판(110)의 굴곡부(111)는 진동판(110)에 특정한 모양으로 굴곡형성되는데, 이러한 구조로 인해, 진동판(110)은 굴곡진동을 이룸과 동시에 상하 구동변위를 최대로 이룰 수 있다.The bending portion 111 of the diaphragm 110 is bent in a specific shape to the diaphragm 110. Such a structure allows the diaphragm 110 to generate the bending vibration and maximize the up-down driving displacement.

굴곡부(111)의 형상은 다양하게 형성될 수 있으며 추후 도 4 및 도 5를 참조로 보다 상세히 설명하기로 한다.
The shape of the bent portion 111 may be variously formed and will be described later in detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

진동판(110)의 상부에는 피에조층(120)이 장착된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 피에조는 유니모프(Unimorph) 타입으로, 유니모프 타입의 피에조는 팽창률이 큰 재료와 작은 재료를 겹쳐놓은 구조의 액츄에이터로서 인쇄한 유기재료에 전기를 흘리면 내부의 탄소미립자가 주율열에 의해 발열하여 팽창하게 된다.A piezo layer 120 is mounted on the top of the diaphragm 110. In the preferred embodiment of the present invention, the piezo is an unimorph type, and the unimorph piezo is an actuator having a structure in which a material having a large expansion ratio and a small material are stacked. When electric power is applied to an organic material printed, The fine particles are exothermically heated by the heat of the main chain and expanded.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유니모프 타입의 피에조는 바이모프(Bimorph) 타입과 같은 다른 피에조 타입에 비하여 변형은 적으나 충분한 힘을 발생하여 피에조의 방해를 최소화하는 특성을 가진다.The unimorph type piezo according to the preferred embodiment of the present invention is less deformable than other piezo types such as a bimorph type but generates enough force to minimize disturbance of the piezo.

피에조층(120)은 압전물질로 이루어져 있는데, PZT(압전세라믹), 압전크리스탈 등 다양한 압전물질이 사용될 수 있다.The piezoelectric layer 120 is made of a piezoelectric material, and various piezoelectric materials such as PZT (piezoelectric ceramics) and piezoelectric crystal can be used.

또한, 피에조층(120)은 진동판(110)의 폭과 길이에 대응되는 폭과 길이로 장착되며, 햅틱 디바이스(100)의 사용목적과 원하는 촉감에 따라 다양한 형상 및 재질로 형성된다.The piezoelectric layer 120 is mounted with a width and a length corresponding to the width and the length of the diaphragm 110 and is formed in various shapes and materials according to the intended use and the desired touch of the haptic device 100.

피에조층(120)의 내부에는 전극이 형성되어 있는바, 전극에 일정한 전압을 인가하면 피에조층(120)이 수축 및 팽창하며 굴곡진동함에 따라 상하로 구동하게 되고 이에 따라 햅틱 디바이스(100)가 전체적으로 상하구동한다.When a constant voltage is applied to the electrode, the piezoelectric layer 120 contracts and expands and is driven to move up and down according to bending vibration. As a result, the haptic device 100 as a whole Up and down.

이때, 진동판(110)의 굴곡부(111)로 인해 진동판(110)과 피에조층(120) 사이에 공간이 형성됨으로써 피에조층(210)이 수축 및 팽창하며 굴곡진동하는 것이 증대된다. 이에 따라, 피에조층(120)이 상부에 장착된 진동판(110)의 진동 변위량이 크게 증가되어 진동판(110)의 진동량이 크게 늘어난다. 이로 인해 공진 주파수 이외의 영역에서도 활용이 가능하다.
At this time, since a space is formed between the diaphragm 110 and the piezo layer 120 due to the bending portion 111 of the diaphragm 110, the piezo layer 210 is contracted, expanded, and flexed and vibrated. Accordingly, the amount of vibration displacement of the vibration plate 110 on which the piezoelectric layer 120 is mounted is greatly increased, and the vibration amount of the vibration plate 110 is greatly increased. As a result, it can be used in areas other than the resonance frequency.

진동판(110)의 하부에는 탄성부재(130)가 구비되어 햅틱 디바이스를 하부에서 지지하는 지지판(140)과 탄성연결되도록 한다. 탄성부재(130)는 스프링 등 다양한 형상의 탄성부재가 사용가능하다.
An elastic member 130 is provided under the diaphragm 110 so as to be elastically connected to the support plate 140 supporting the haptic device from below. As the elastic member 130, elastic members of various shapes such as a spring can be used.

도 2 및 도 3은 피에조층(120)에 전압이 가해져 진동판(110)과 피에조층(120)이 상하구동함에 따라 햅틱 디바이스(100)가 전체적으로 상하구동하며 진동하는 것을 나타낸 것이다.FIGS. 2 and 3 show that the haptic device 100 vibrates as a whole by vertically driving as the diaphragm 110 and the piezoelectric layer 120 are driven up and down by applying a voltage to the piezoelectric layer 120. FIG.

피에조층(120)은 내부에 구비된 전극으로부터 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창을 반복구현하면서 상하로 구동된다.
The piezoelectric layer 120 is vertically driven while repeatedly performing contraction or expansion by a voltage applied from an electrode provided therein.

도 4 및 도 5는 햅틱 디바이스(100)의 단면을 나타낸 것으로, 진동판(110)에 상하구현이 용이하도록 굴곡부(111)가 형성되고, 진동판(110)의 수평부의 상부에는 피에조층(120)이 장착된다. 4 and 5 show a cross section of the haptic device 100. The piezoelectric layer 120 is formed on the upper part of the horizontal part of the diaphragm 110, Respectively.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 진동판(110)에 형성된 굴곡부(111)의 형상은 다양하게 실시할 수 있는바, 도 4와 같이 원형상으로 구현되어 상하구동을 용이하게 할 수도 있고, 도 5와 같이 다각형상으로 구현되어 상하구동을 용이하게 할 수도 있다. 4 and 5, the shape of the bending portion 111 formed on the diaphragm 110 may be various, and may be implemented as a circular shape as shown in FIG. 4, It may be implemented as a polygonal shape as shown in FIG. 5 to facilitate the vertical movement.

굴곡부(111)는 진동판(110)에 장착되어 있는 피에조층(120)이 동작시 진동판(110)에 의한 구속력을 최대한 감소시키기 위한 구조로 상기 언급된 형상 이외에 다양한 형태로 구현이 가능하다.The bent portion 111 may be formed in various shapes other than the shape described above so as to reduce the constraining force of the diaphragm 110 when the piezoelectric layer 120 mounted on the diaphragm 110 is operated.

이와 같이 본 발명에 따른 굴곡부(111)는 그 형상에 관계없이 진동판(110)과 피에조층(120) 사이에 공간을 형성하여 진동력을 최대화시키는 것에 그 목적이 있으며, 햅틱 디바이스(100)의 사용목적에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
As described above, the bending part 111 according to the present invention is intended to maximize the vibration power by forming a space between the diaphragm 110 and the piezoelectric layer 120 irrespective of the shape of the bending part 111. The use of the haptic device 100 It can be designed variously according to purpose.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 햅틱 디바이스는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the haptic device and that the haptic device according to the present invention is not limited thereto. It will be apparent that modifications and improvements can be made by those skilled in the art.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 햅틱 디바이스 110: 진동판
111: 굴곡부 120: 피에조층
130: 탄성부재 140: 지지판100: haptic device 110: diaphragm
111: bent portion 120: piezo layer
130: elastic member 140:

Claims (7)

굴곡부가 형성된 진동판;
상기 진동판의 상부에 장착되며 전압에 따라 수축 및 팽창이 이루어지는 피에조층;
상기 진동판의 하부에 연결된 탄성부재; 및
상기 탄성부재의 하부에 연결되어 상기 진동판과 상기 피에조층을 지지하는 지지판을 포함하되,
상기 굴곡부는 상기 진동판과 상기 피에조층 사이의 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.A diaphragm having a bent portion;
A piezo layer mounted on the diaphragm and contracting and expanding according to a voltage;
An elastic member connected to a lower portion of the diaphragm; And
And a support plate connected to a lower portion of the elastic member and supporting the vibration plate and the piezoelectric layer,
Wherein the bend defines a space between the diaphragm and the piezo layer. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 진동판은 강철, 황동, 구리, 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 중 하나를 선택하여 이루어진 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.The method according to claim 1,
Wherein the diaphragm is made of one of steel, brass, copper, aluminum, titanium, and tungsten. 청구항 1에 있어서,
상기 피에조층은 인가되는 전압에 따라 인장 또는 수축되는 압전세라믹 또는 압전크리스탈로 이루어진 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.The method according to claim 1,
Wherein the piezoelectric layer comprises a piezoelectric ceramic or a piezoelectric crystal which is stretched or shrunk according to an applied voltage. 청구항 1에 있어서,
상기 피에조층의 폭과 길이는 상기 진동판의 폭과 길이에 대응되는 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.The method according to claim 1,
Wherein the width and length of the piezo layer correspond to the width and length of the diaphragm. 청구항 1에 있어서,
상기 굴곡부는 원형상인 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.The method according to claim 1,
Wherein the bent portion is a circular shape. 청구항 1에 있어서,
상기 굴곡부는 다각형상인 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.The method according to claim 1,
Wherein the bent portion is polygonal.
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