KR101241030B1 - 복수의 진동전달경로를 갖는 진동 증폭형 압전진동장치 및 이를 진동수단으로 채용한 전자기기 - Google Patents

Abstract

진동 증폭 구조를 갖는 압전진동장치는 수납공간을 제공하는 하우징과 그 수납공간 안에 설치된 압전진동조립체로 구성된다. 압전진동조립체는, 전극층에 가해지는 전압 극성의 교호적 변화에 의해 진동을 일으키는 압전진동부재와, 하우징 안에 밀착되어 있으면서 압전진동부재의 특정 부위를 붙잡아 지지하며 압전진동부재로부터 전해지는 진동을 하우징으로 전달하는 진동지지부재와, 압전진동부재의 진동을 자신의 무게로 증폭시키는 고비중 물질로 된 웨이트와, 웨이트를 압전진동부재와 하우징에 각각 탄성적으로 연결시켜주고 압전진동부재의 진동을 웨이트에 전달하면서 탄성 작용을 가하여 그 진동의 증폭에 기여함과 동시에 그 증폭된 진동을 하우징으로 직접 전달하는 탄성수단을 포함한다. 증폭된 진동은 복수의 전달경로를 통해 하우징에 전달된다. 압전진동부재가 진동할 때 최대 변위를 나타내는 부위와 탄성수단의 일측 단부를 결합시켜주는 결합부재를 더 포함할 수 있다. 하우징 없이 압전진동조립체만을 진동전달대상물체에 설치할 수도 있다.

Description

복수의 진동전달경로를 갖는 진동 증폭형 압전진동장치 및 이를 진동수단으로 채용한 전자기기 {Vibration-amplifying structured Piezo vibration device with a and electronic device employing the same as a vibration means}

본 발명은 압전물질의 역압전효과(inverse piezoelectric effect)를 이용한 진동발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전물질이 적층된 압전진동부재가 발생시킨 진동을 그 힘과 필요에 따라서는 진동의 변위까지 증폭 내지 강화시킬 수 있는 구조로 된 압전진동장치와 이의 응용에 관한 것이다.

이 특허출원은 한국공개특허공보 제10-2011-0045486호(발명의 명칭: 자기-진동 증폭 기능을 갖는 구조로 된 압전진동장치 및 이를 진동수단으로 채용한 전기/전자기기)를 개량한 발명에 관한 것이다.

상기 선출원 발명에서, 압전물질의 역압전효과를 응용한 압전진동부재로 진동을 발생시킬 수 있다는 점과, 압전진동부재가 만들어낸 진동을 사람이 촉각을 통해 인지할 수 있을 정도의 충분한 진동력을 얻기 위해서는 고비중의 웨이트(weight)를 이용하여 증폭시킬 필요가 있으며, 나아가 탄성부재를 이용하여 그 진동을 더욱 증폭시킬 수 있다는 점을 제시한 바 있다.

그런데 상기 선출원 발명의 압전진동장치에 따르면, 그 증폭된 진동이 진동력 전달대상체(즉, 진동이 전달되어야 할 제3의 물체로서, 진동장치를 수납하는 하우징 또는 진동장치가 장착되는 물체)에 전달되는 경로가 외길인 구조 이었다. 즉, 그 증폭된 진동이 반드시 압전진동부재를 통해서만 진동력 전달대상체에 전해지는 단일 진동력전달경로 구조이었다.

그와 같은 단일 진동력전달경로 구조로 인해 몇 가지 단점들이 생겼다.

첫째, 압전진동부재에 대한 피로 누적이 빠르게 일어나 내구성 약화를 초래하였다. 웨이트의 반복적인 진동 충격이 전부 압전진동부재에만 가해지는 구조이기 때문에 압전진동부재에 피로 누적이 빠르게 일어난다. 그로 인해 압전진동부재의 내구성 약화 또한 빠르게 진행된다.

둘째, 외부로부터 압전진동장치에 가해진 충격에 취약하다. 외부로부터 충격이 가해지는 경우, 무게가 많이 나가는 웨이트의 큰 진동을 유발한다. 그 웨이트의 진동은 다른 곳으로 분산되지 못하고 압전진동부재에만 고스란히 전달된다. 충격량이 크면 압전진동부재의 파손을 초래할 수도 있다.

또 다른 단점으로, 웨이트와 탄성부재에 의해 증폭된 진동이 압전진동부재를 통해 진동력 전달대상물로 전달되는 과정에서 전달 손실이 많이 발생한다는 점이다. 압전진동부재는 인가되는 구동전원의 주파수로 진동을 일으키는 진동발생원인 반면, 웨이트는 그 진동에 의해 부수하여 진동을 하되 자체의 무게 때문에 압전진동부재의 진동주파수보다는 낮은 주파수로 진동을 하게 된다. 따라서 이들 양자의 진동주파수에 따라서 웨이트와 탄성부재가 증폭한 진동이 압전진동부재의 진동에 의해 상쇄되는 경우가 발생할 수 있다. 상쇄되는 만큼의 진동 전달 손실이 발생하게 되는 것이다.

상기 선행기술에 따른 압전진동장치는 압전진동부재의 내구성 강화, 내충격성 강화, 진동전달효율 향상을 가능하게 하는 구조의 개선이 요구된다. 이런 점을 고려하여, 본 발명은 웨이트에 의한 증폭된 진동이 복수의 전달경로를 통해 진동력 전달대상으로 전해지도록 함으로써, 압전진동부재에 가해지는 진동부하를 줄여주어 내구성 향상을 도모하고, 웨이트에 의해 증폭된 진동을 압전진동부재를 통하지 않는 별도의 경로로도 전달하여 진동전달효율의 향상도 도모할 수 있는 구조로 된 압전진동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 외부로부터 충격이 가해지더라도 그 충격이 웨이트를 통해 전달되는 과정에서 완충되고 복수 경로로 분산되도록 함으로써 압전진동부재에 가해지는 피로도를 최소화 하고 내구성 향상을 도모하여 긴 수명을 갖는 구조로 된 압전진동장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 그러한 압전진동장치를 진동수단을 채용한 전자기기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 압전진동부재가 발생시키는 진동을 무게가 상대적으로 많이 나가는 웨이트를 이용하여 증폭시킴과 동시에 그 증폭된 진동을 압전진동부재를 통하는 경로뿐만 아니라 압전진동부재를 통하지 않는 다른 전달경로를 통해서도 진동전달대상체(하우징 등)에 전달함으로써 보다 큰 진동력을 얻을 수 있고 진동력의 전달효율도 극대화 할 수 있는 구조를 갖는 압전진동장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하우징; 및 상기 하우징 안에 설치된 압전진동조립체를 구비하며, 상기 압전진동조립체는 탄성 기판의 적어도 한쪽 면에 압전물질층이 상부 및 하부 전극층 사이에 샌드위치된 압전진동층이 적어도 한 층 이상 적층된 구조로 되어 있고 상기 압전물질층의 양면에 걸리는 교류전압에 의해 상기 압전물질층이 압축과 신장을 교대로 반복함에 따라 특정 부위가 진동작용점이 되어 진동을 일으키는 압전진동부재; 일측이 상기 하우징에 고정되고 타측이 상기 압전진동부재의 상기 특정 부위를 붙잡아 지지하는 진동지지부재; 상기 압전진동부재에 결합되어 상기 압전진동부재의 진동에 의해 함께 진동하면서 자신의 무게로 진동을 증폭시키는 고비중의 물질로 이루어진 웨이트를 포함하는 압전진동장치에 있어서, 상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위와 상기 웨이트의 소정부위를 탄성적으로 결합시켜 상기 압전진동부재와 상기 웨이트 간에 진동을 탄성적으로 전달하는 제1탄성부재; 및 직접 또는 상기 제1탄성부재의 일부구간을 경유하여, 상기 웨이트를 상기 하우징의 내면의 제1지점에 탄성적으로 연결하는 제2탄성부재를 더 포함하며, 입력 교류전압에 의해 상기 압전진동부재가 상기 진동지지부재에 붙잡힌 부위를 진동작용점으로 하여 진동을 일으키면, 상기 웨이트도 함께 진동을 하면서 그 진동이 증폭되고, 증폭된 진동은 (i) 상기 제1탄성부재, 상기 압전진동부재, 상기 진동지지부재를 차례로 통하는 제1진동전달경로와 (ii) 상기 제2탄성부재만을 통하거나 또는 상기 제1탄성부재의 일부구간과 상기 제2탄성부재를 통하는 제2진동전달경로의 두 가지 진동전달경로를 통해 동시적으로 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하우징; 및 상기 하우징 안에 설치된 압전진동조립체를 구비하며, 상기 압전진동조립체는 탄성 기판의 적어도 한쪽 면에 압전물질층이 상부 및 하부 전극층 사이에 샌드위치된 압전진동층이 적어도 한 층 이상 적층된 구조로 되어 있고 상기 압전물질층의 양면에 걸리는 교류전압에 의해 상기 압전물질층이 압축과 신장을 교대로 반복함에 따라 특정 부위가 진동작용점이 되어 진동을 일으키는 압전진동부재; 일측이 상기 하우징에 고정되고 타측이 상기 압전진동부재의 상기 특정 부위를 붙잡아 지지하는 진동지지부재; 상기 압전진동부재에 결합되어 상기 압전진동부재의 진동에 의해 함께 진동하면서 자신의 무게로 진동을 증폭시키는 고비중의 물질로 이루어진 웨이트를 포함하는 압전진동장치에 있어서, 상기 웨이트는 일측이 상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위에 결합되고, 상기 압전진동장치는, 상기 웨이트를 상기 하우징의 내면의 제1지점에 탄성적으로 연결하는 제1 탄성부재를 더 포함하며, 입력 교류전압에 의해 상기 압전진동부재가 상기 진동지지부재에 붙잡힌 부위를 진동작용점으로 하여 진동을 일으키면, 상기 웨이트도 함께 진동을 하면서 그 진동이 증폭되고, 증폭된 진동은 (i) 상기 압전진동부재와 상기 진동지지부재를 차례로 통하는 제1진동전달경로와 (ii) 상기 제1 탄성부재를 통하는 제2진동전달경로의 두 가지 진동전달경로를 통해 동시적으로 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하우징; 및 상기 하우징 안에 설치된 압전진동조립체를 구비하며, 상기 압전진동조립체는 탄성 기판의 적어도 한쪽 면에 압전물질층이 상부 및 하부 전극층 사이에 샌드위치된 압전진동층이 적어도 한 층 이상 적층된 구조로 되어 있고 상기 압전물질층의 양면에 걸리는 교류전압에 의해 상기 압전물질층이 압축과 신장을 교대로 반복함에 따라 특정 부위가 진동작용점이 되어 진동을 일으키는 압전진동부재; 일측이 상기 하우징에 고정되고 타측이 상기 압전진동부재의 상기 특정 부위를 붙잡아 지지하는 진동지지부재; 상기 압전진동부재에 결합되어 상기 압전진동부재의 진동에 의해 함께 진동하면서 자신의 무게로 진동을 증폭시키는 고비중의 물질로 이루어진 웨이트를 포함하는 압전진동장치에 있어서, 상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위와 상기 웨이트의 소정부위를 탄성적으로 결합시켜 상기 압전진동부재와 상기 웨이트 간에 진동을 탄성적으로 전달하는 제1탄성부재; 및 상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위와 상기 하우징의 내면의 제1지점을 탄성적으로 결합시켜 상기 압전진동부재와 상기 웨이트의 진동을 상기 하우징에 탄성적으로 전달하는 제2탄성부재를 더 포함하며, 입력 교류전압에 의해 상기 압전진동부재가 상기 진동지지부재에 붙잡힌 부위를 진동작용점으로 하여 진동을 일으키면, 상기 웨이트도 함께 진동을 하면서 그 진동이 증폭되고, 증폭된 진동은 (i) 상기 제1탄성부재, 상기 압전진동부재, 상기 진동지지부재를 차례로 통하는 제1진동전달경로와 (ii) 상기 제1탄성부재와 상기 제2탄성부재를 통하는 제2진동전달경로의 두 가지 진동전달경로를 통해 동시적으로 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치가 제공된다.

한편, 위에서 언급한 압전진동장치들은 하우징을 구성요소에서 배제하고, 그 하우징의 역할을 압전진동장치가 설치되어 진동을 제공하는 진동전달대상물체가 대신하도록 구성할 수 있다. 즉, 위에서 언급한 압전진동장치들의 구성요소들 중 하우징을 제외한 나머지 구성요소들로 이루어진 압전진동장치(압전진동조립체); 진동전달대상물체를 일부로 포함하는 몸체부; 전원부; 및 상기 전원부의 전원을 이용하여 상기 압전진동장치(압전진동조립체)가 진동을 발생시키는 데 필요한 전압을 만들어 상기 압전진동부재에 대한 상기 전압의 공급을 제어함으로써 압전진동장치의 진동을 제어하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기를 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 몸체부; 전원부; 상기 몸체부의 소정의 위치에 장착되며, 진동을 발생시키는 위에서 언급한 압전진동장치들 중 어느 한 가지; 및 상기 전원부의 전원을 이용하여 상기 압전진동장치가 진동을 발생시키는 데 필요한 전압을 만들어 상기 압전진동부재에 대한 상기 전압의 공급을 제어함으로써 압전진동장치의 진동을 제어하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기가 제공된다.

본 발명에 따른 압전진동장치는 단일 진동력 전달경로 구조가 갖는 단점인 압전진동부재의 피로누적에 따른 내구성 약화, 외부 충격에 의한 압전진동부재의 파손의 위험을 크게 개선시켜준다.

또한, 종래기술에 따른 압전진동장치는 만들어낸 진동의 전달경로가 압전진동부재->진동지지부재로 통하는 한 가지 뿐인데 비해, 본 발명은 상기 전달경로 외에 별도의 전달경로를 한 가지 또는 두 가지 더 가지므로 진동의 전달효율이 훨씬 개선된다. 또한 그 추가된 진동 전달경로는 웨이트와 탄성부재에 의해 최대로 증폭된 진동을 전달하는 경로이어서 큰 진동력을 진동전달대상물체(하우징 또는 압전진동장치가 설치되는 제3의 장치)에 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 그 전달경로는 탄성부재를 포함하되 진동의 최초 발생원인 압전진동부재를 포함하지 않기 때문에 압전진동부재의 진동에 의한 진동력 감쇄(전달손실)가 최소화되어 진동의 전달효율도 좋다. 이러한 특장점들이 함께 어우러져, 본 발명의 압전진동장치는 종래기술에 따른 압전진동장치에 비해 훨씬 큰 진동력을 외부에 전달할 수 있고, 진동력의 전달효율 또한 크게 개선할 수 있다.

본 발명의 압전진동장치는 종래기술의 압전진동장치에 비해 큰 진동력을 발생시키는 웨이트를 상기 진동전달대상물체에 탄성적으로 직접 연결해주는 탄성부재로 더 가지는 구조이기 때문에, 진동의 반응성이 아주 좋아진다. 또한, 그 추가된 탄성부재는 압전진동부재와 웨이트를 탄성적으로 연결해주는 기존의 탄성부재와 조화를 이루면서 웨이트에 탄성작용을 가해주므로 종래에 비해 진동의 증폭효과를 더 크게 얻을 수 있다.

본 발명의 압전진동장치는 설치방향을 원하는 대로 할 수 있다. 즉, 한 개 이상의 압전진동장치를 진동전달대상물체에 대하여 예컨대 수평방향 및/또는 수직방향으로 진동을 전달할 수 있도록 설치할 수 있다. 예컨대 압전진동부재와 웨이트의 진동방향이 수직방향이 되도록 설치하거나 또는 수평방향이 되게 설치할 수도 있다. 예컨대 휴대폰의 경우 수직방향 진동에 비해 수평방향 진동을 사람들이 더 잘 인지할 수 있는 점을 압전진동장치의 설치에 활용할 수 있다.

그 밖에, 압전물질을 이용하여 진동부재를 만들기 때문에 진동모터에 비해 전력소모를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 압전진동장치는 소형으로 만들 수 있어서 설치공간이 넉넉하지 않은 소형의 전자기기에 적용성이 좋다.

도 1은 압전진동부재의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, (a)와 (b)는 압전소자층이 단층인 유니모프형과 바이모프형을 도시하며, (c)는 다층구조의 바이모프형을 도시하며, (d)는 다층으로 이루어진 압전소자층의 분해사시도이다.
도 2는 바이모프형 압전진동부재가 진동을 발생시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(100)의 사시도이고, 도 4는 하우징 덮개를 개방한 상태에서 압전진동장치(100)의 측면도 이고, 도 5는 위에서 대각선 방향으로 내려다본 압전진동장치(100)의 분해 사시도이고, 도 6은 아래에서 대 각선 방향으로 올려다본 압전진동장치(100)의 분해 사시도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 압전진동장치(200)의 조립상태의 사시도이고, 도 8은 도 7에서 절단 선 A-A에서 본 단면도이고, 도 9는 하우징 덮개를 개방한 상태의 사시도이며, 도 10은 모든 구성부품들 을 분해한 분해사시도이다.
도 11과 도 12는 제3 실시예에 따른 압전진동장치(300)의 하우징 덮개를 닫은 상태와 개방한 상태의 조립상태도이고, 도 13은 압전진동장치(300)의 분해사시도이다.
도 14는 제4 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(400)의 사시도이고, 도 15는 하우징 덮개를 개방한 상태의 압전진동장치(400)의 사시도이고, 도 16은 아래쪽에서 대각선 방향으로 올려다보았을 때 압전진동장치(400)의 분해 사시도이다.
도 17은 제5 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(500)의 사시도이고, 도 18은 하우징 덮개를 개방한 상태의 압전진동장치(500)의 사시도이고, 도 19는 위쪽에서 대각선 방향으로 내려다보았을 때 압전진동장치(500)의 분해 사시도이다.
도 20은 제6 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(600)의 사시도이고, 도 21은 하우징 덮개를 개방한 상태의 압전진동장치(600)의 사 시도이고, 도 22는 도 20에서 절단선 B-B를 따라서 본 단면도이고, 도 23은 위쪽에서 대각선 방향으로 내려다보았을 때 압전진동장치(600)의 분해 사시도이다.
도 24는 제7 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(700)의 사시도이고, 도 25는 하우징 덮개를 개방한 상태의 압전진동장치(700)의 사시도이다.
도 26은 제8 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(800)의 단면도이고, 도 27은 하우징 덮개를 개방한 상태의 압전진동장치(800)의 사시도이고, 도 28은 압전진동장치(800)의 분해사시도이다.
도 29는 제9 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(900)의 단면도이고, 도 30은 하우징 덮개를 개방한 상태의 그 압전진동장치(900)의 사시도이고, 도 31은 그 압전진동장치(900)의 분해사시도이다.
도 32는 제10 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(1000)의 단면도이고, 도 33은 하우징 덮개를 개방한 상태의 그 압전진동장치(1000)의 사시도이고, 도 34는 그 압전진동장치(1000)의 분해사시도이다.
도 35는 제11 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(1100)의 단면도이고, 도 36은 하우징 덮개를 개방한 상태의 그 압전진동장치(1100)의 사시도이고, 도 37은 그 압전진동장치(1100)의 분해사시도이다.
도 38은 제12 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(1200)의 단면도이고, 도 39와 40은 서로 다른 방향에서 본 그 압전진동장치(1200)의 분해사시도이다.
도 41은 본 발명에 따른 압전진동장치(800)를 휴대용 전자기기(900)의 진동수단으로 장착된 예를 도시한다.
도 42는 하우징을 제외한 압전진동조립체(3000)만의 구성을 예시적으로 도시한 사시도이다.
도 43은 도 42의 압전진동조립체(3000)를 디스플레이 패널의 테두리의 4곳에 설치한 것을 도시한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

1. 압전진동부재의 구성

압전진동부재는 압전진동장치에서 진동 발생원으로서 기능하는 구성요소이다. 이 압전진동부재는 압전물질층을 두 전극층 사이에 배치한 압전진동층을 적어도 한 층 이상을 적층한 구조로 되어 있다. 두 전극층에 교류전압을 인가하면 압전물질층이 역압전효과에 의해 수축과 팽창을 교호적으로 반복함에 따라 휨 방향이 교대로 바뀌는 휨 현상에 의해 진동을 만들어 낸다. 압전진동부재는 도 1의 (a)에 도시된 것처럼 기판(2)의 양면 중 어느 한 면에 압전물질로 된 압전소자층(4a)이 적층된 유니모프형(unimorph type)(5) 또는 기판(2)의 양면에 압전소자층(4a, 4b)이 적층된 바이모프형(bimorph type)(6)으로 구성할 수 있는데, 더 큰 진동을 제공하는 바이모프형 압전진동부재(6)가 더 바람직하다. 압전소자층(4a, 4b)의 양면에는 전극층(4a', 4a", 4b', 4b")이 접합된다. 사용할 수 있는 압전물질의 대표적인 예로는 PZT 계열의 압전세라믹을 들 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.

압전세라믹은 재료가 취약하고 고전압에서 구동하며 초기점 세팅이 어렵다는 단점이 있다. 하지만 도 1의 (c)처럼 전극층들 사이에 적층된 복수의 압전소자층(7, 8)을 갖는 다층구조(multiple layer)의 압전진동부재(10)로 만들면 이런 단점을 유리하게 극복할 수 있고 더 큰 진동을 얻을 수 있다. 또한, 다층 구조의 압전소자층은 동일한 두께의 단층 구조의 압전소자층에 비해 저전압 구동이 가능하다. 압전소자층의 층수는 원하는 진동의 크기를 고려하여 결정하면 될 것이며, 본 발명의 용도로는 수 내지 십 수 개의 층으로 구성할 수 있다. 복수의 압전소자층(7, 8)는 기판(2)의 상면과 하면에 적층하는 것이 바람직하다. 기판(2)은 수평 방향의 신축성은 없고 수직 방향으로의 탄성은 좋은 재질을 이용하는 것이 바람직하다. 도전성이 좋은 금속판을 기판(2)으로 이용하는 경우, 기판(2) 그 자체를 전극으로 이용할 수 있다. 압전진동부재는 그 진동의 힘과 변위가 압전소자층의 구조(유니모프형 또는 바이모프형), 압전소자층의 적층 수와 두께, 기판의 탄성계수 등에 따라서 달라지기 때문에 이를 고려한 설계가 필요하다.

도 1의 (d)는 도 1의 (c)에 도시된 제1 압전소자층(7)의 상세 구조를 예시한다. 제1 압전소자층(7)은 n(단, n은 홀수)개의 층이 적층된 구조이다. 각 층은 압전세라믹으로 이루어진 압전소자층(9-1, 9-2, 9-3, ..., 9-n)과 그의 저면에 도포된 전극층(9-1a, 9-1b, 9-2a, 9-3b, ..., 9-nb)과 제n층(9-n)의 상면에 도포된 전극층(9-na)으로 구성된다. 제1 압전소자층(9-1)의 저면에는 길이방향을 따라 가운데가 분리된 두 베이스전극층(9-1a, 9-1b)이 배치된다. 예컨대 짝수 층의 압전소자층의 저면에 배치된 전극층(9-2a, .., 9-(n-1)a)과 제n층의 압전소자층(9-n)의 상면에 배치된 전극층(9-na)은 제1층의 제1 전극층(9-1a)에 공통적으로 연결된다. 또한 홀수 층의 압전소자층의 저면에 배치된 전극층(9-3b, ..., 9-nb)는 제1층의 제2 전극층(9-1b)에 공통적으로 연결된다. 이는, 최하위 압전소자층(9-1)의 저면에 두 베이스전극층(9-1a, 9-1b)이 도포되고, n개의 각 압전소자층의 상면에 전극층이 도포된 구조에서, 예컨대 제1 베이스전극층(9-1a)과 짝수층의 압전소자층의 상면에 도포된 전극층을 공통연결하고, 제2 베이스전극층(9-1b)과 홀수층의 압전소자층의 상면에 도포된 전극층을 공통 연결하는 것과 동일하다. 제2압전소자층(8)도 같은 방식으로 만든다. 그리고 제1압전소자층(7)과 제2압전소자층(8)에 교류 구동전압을 반대 극성으로 인가하면 진동이 일어난다.

도 2에 도시된 단층 구조의 바이모프형 압전진동부재(6)를 이용하여 압전진동부재가 진동을 발생시키는 원리를 간단히 설명한다. (a)에 도시된 것처럼 압전소자층(4a, 4b)의 극성이 부여된 경우를 가정한다. 압전소자층(4a, 4b)에 교류전압을 걸어주되 각 층에 걸리는 교류전압의 극성은 서로 반대로 한다(물론, 이와 달리 압전소자층(4a, 4b)의 분극방향을 반대가 되게 적층하는 경우, 이들 각각에 인가하는 교류전압의 극성은 같은 방향으로 해도 이하에서 설명하는 진동발생 원리와 같게 진동이 얻어진다). 구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이, 제1압전소자층(4a)의 상면과 하면에는 (+) 전압과 (-) 전압을 각각 걸어주는 반면, 제2압전소자층(4b)의 상면과 하면에 (-) 전압과 (+) 전압을 각각 걸어준다. 이와 같이 반대극성의 전압을 걸어주면, (b)에 도시된 것처럼 제1압전소자층(4a)은 역압전효과로 인해 두께가 두꺼워지는 방향으로 내압이 생기면서 수평방향(즉, 기판(2)의 길이방향)으로 길이가 짧아지게 되는 데 비해, 제2압전소자층(4b)은 두께가 얇아지는 방향으로 내압이 발생하고 그에 따라 수평방향으로 길이가 늘어나게 된다. 그에 따라 압전진동부재(6)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 양쪽 끝 부분이 위로 올라가는 형태( '

' 모양)의 휘어진다.

도 2의 (c)에 표시된 것과 같이 제1 및 제2 압전소자층(4a, 4b)에 걸어주는 전압의 극성을 각각 반대로 바꾸어주면, 이제는 수평방향으로 길이가 늘어나는 것은 제1 압전소자층(4a)이고 길이가 줄어드는 것은 제2 압전소자층(4b)이 된다. 그 결과, 도 2의 (d)에 도시된 것처럼 압전진동부재(6)는 양쪽 끝 부분이 아래로 내려가는 형태('

' 모양)의 휘어짐이 발생한다.

이와 같이 교류 전압을 인가하여 압전진동부재(6)에 걸리는 구동전압의 극성을 교대로 바꾸어 주면 압전진동부재(6)는 도 2의 (b)와 같은 휘어짐과 (d)와 같은 휘어짐을 교대로 반복하게 되는데, 이러한 휘어짐의 교호적 반복이 곧 압전진동부재(6)의 진동으로 나타난다. 교류전압의 주파수를 높여줄수록 압전진동부재(6)의 진동 주파수도 높아짐을 물론이다.

교류전압을 인가하는 방법과 다르게, 직류 전압의 공급과 차단을 교대로 반복하는 단속적 전압 인가에 의해서도 진동을 일으킬 수 있다. 이 경우, 압전진동부재(6)는 어느 한쪽으로의 휘어짐과 휘어짐이 없는 원상태의 복귀를 교대로 반복한다. 예컨대, 압전진동부재(6)에서 어느 하나의 압전소자층(4a)만 있고 나머지 하나의 압전소자층(4b)이 없는 유니모프형인 경우에도 압전소자층(4a)에 인가하는 구동전압의 극성을 교대로 변경하면 진동을 얻을 수 있음은 당연할 뿐만 아니라, 구동전압의 단속적 인가에 의해서도 진동을 일으킬 수 있다. 압전소자층(4a)의 상면과 하면에 (+)전압과 (-)전압의 구동전압을 각각 걸어주면, 압전소자층(4a) 내부에는 그것의 수평방향의 길이가 감소되는 방향으로 압력이 발생하므로 양끝이 위로 올라하는 형태의 휘어짐이 발생한다. 압전소자층(4a)에 구동전압 인가되지 않은 동안에 기판(2)의 탄성력에 의해 압전소자층(4a)은 편평한 원상태로 복귀한다. 이처럼 구동전압의 인가와 제거를 교대로 반복하는 것(즉, 구동전압의 단속적 인가)에 의해서도 압전진동부재(6)는 진동을 일으킨다.

(2) 압전진동장치의 여러 가지 실시예

이하에서는 위와 같은 압전진동부재를 채용한 압전진동장치의 여러 가지 바람직한 실시예들에 관하여 설명한다.

(가) 제1 실시예

도 3은 제1 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(100)의 사시도이고, 도 4는 하우징 덮개(114)를 개방한 상태에서 압전진동장치(100)의 측면도이고, 도 5는 위에서 대각선 방향으로 내려다본 압전진동장치(100)의 분해 사시도이고, 도 6은 아래에서 대각선 방향으로 올려다본 압전진동장치(100)의 분해 사시도이다. 압전진동장치(100)는 평면 모양이 정사각형인 육면체의 하우징(110)과, 이 하우징(110) 안에 수납된 압전진동조립체를 포함한다. 이 압전진동조립체는 압전진동부재(120), 진동지지부재(130), 웨이트(140), 제1 탄성부재(150), 제2 탄성부재(160), 결합핀(170)을 포함한다.

하우징(110)은 하우징 바닥판(112)과 그 위를 덮으면서 결합하는 하우징 덮개(114)를 포함하며, 그 내부에 수납공간이 마련된다. 하우징 바닥판(112)과 하우징 덮개(114)는 스테인리스스틸 박판으로 만들어 예컨대 레이저솔더링으로 접합할 수 있다. 바닥판(112)의 네 모서리에는 체결돌기(116)들이 마련된다. 바닥판(112)의 가운데 부분(117)은 따내어 결합핀(170)의 움직임 공간을 마련할 수도 있다. 하우징 덮개(114)의 가운데 부분(115)도 개방하고 필름(169)으로 폐쇄할 수도 있다. 바닥판(112) 저면에는 그 저면을 가리기 위한 접착시트(118)가 부착된다. 이 접착시트(118)는 예컨대 양면접착테이프로 만들어 압전진동장치(100)를 진동력을 전달할 제3의 물체(비도시, 예컨대 압전진동장치(100)가 장착되는 휴대폰)에 접착시켜주는 역할을 할 수도 있다.

압전진동부재(120)는 위에서 설명한 것처럼, 두 전극층 사이에 배치된 압전물질층이 배치된 압전진동층(124)이 적어도 한 층 이상 적층되고 전극단자(122)가 하우징(110)의 측벽 홈(113)을 통해 바깥으로 노출되도록 돌출된다. 이의 자세한 구조와 진동 원리에 관해서는 앞에서 이미 설명하였으므로 여기서는 그에 관한 설명은 생략한다. 압전진동부재(120)는 하우징 바닥판(112)과 같은 모양으로 만들고 그 중심부에 체결공(126)이 형성된다.

진동지지부재(130)는 4개가 설치되는데 각 진동지지부재(130)는 압전진동부재(120)의 네 모서리에 마련된 체결공(비도시)에 삽입되어 결합된다. 진동지지부재(130)는 또한 저면에서 내부로 홈이 마련되며 그 홈 안으로 하우징 바닥판(112)의 네 모서리에 마련된 결합돌기(116)들이 삽입된다. 그 진동지지부재(130)의 홈 안에 결합돌기(116)들을 삽입하여 예컨대 레이저솔더링 처리를 함으로써 진동지지부재(130)를 하우징 바닥판(112)에 고정한다. 이에 의해 진동지지부재(130)는 하우징 바닥판(112)의 네 모서리를 발판삼아 압전진동부재(120)의 네 모서리를 붙잡으면서 그것을 하우징 바닥판(112)과 평행하게 대면하도록 지지해준다.

웨이트(140)는 고비중의 물질로 만든다. 형상에는 특별한 제한이 없으며, 도시된 디스크 형은 일예에 불과하다. 웨이트(140)의 중앙부(142)는 결합핀(170)의 상하 진동에 방해되지 않도록 뚫려있는 것이 바람직하다. 저면과 상면에는 체결홈(144, 146)들이 다수 마련된다.

제1 탄성부재(150)와 결합핀(170)은 웨이트(140)와 압전진동부재(120) 사이에 개재되어 그들을 탄성적으로 결합시켜준다. 압전진동부재(120)의 진동은 제1탄성부재(150)를 통해 웨이트(140)에 전달된다. 구체적으로, 제1탄성부재(150)는 제1 환형부(152)와, 그 제1 환형부(152)와 다른 높이에서 그것을 포위하는 제2환형부(154), 그리고 제1 환형부(152)의 외측의 세 지점에서 제2 환형부(154)의 내측의 세 지점까지 연결하는 세 개의 탄성 팔부(156a, 156b, 156c)를 포함한다. 제1 환형부(152)의 가운데에는 체결공(153)이 마련된다. 이 체결공(153)과 압전진동부재(120)의 가운데에 마련된 체결공(126)에 결합핀(170)이 삽입된다. 결합핀(170)은 환봉(丸棒)(172)의 양 끝에 머리부(174a, 174b)가 달린 리벳형 결합핀이다. 환봉(172)이 압전진동부재(120)의 체결공(126)과 제1탄성부재(150)의 체결공(153)에 끼움 삽입되고 그 머리부(174a, 174b)가 이들을 구속하여 압전진동부재(120)의 중앙부와 제1탄성부재(150)의 중앙부는 서로 일체로 결합된다. 또한, 제2 환형부(154)에는 세 개의 체결돌기(158)가 마련된다. 이 체결돌기(158)는 웨이트(140)의 체결홈(144)에 삽입되어 예컨대 레이저솔더링 된다. 이에 의해 제1탄성부재(150)의 제2 환형부(154)와 웨이트(140)가 서로 결합된다.

제2 탄성부재(160)는 웨이트(140)와 하우징(110) 내벽 사이에 배치되어 그 둘을 탄성적으로 연결해준다. 제2탄성부재(160)는 제1탄성부재(130)와 비슷한 형상을 갖는다. 구체적으로, 제1 환형부(162))와, 그 제1 환형부(162)를 그와 다른 높이에서 포위하는 제2환형부(164), 그리고 그 제1환형부(162)의 외측의 세 지점에서 제2환형부(164)의 내측의 세 지점까지 연장된 세 개의 탄성 팔부(166a, 166b, 166c)를 포함한다. 그 제2탄성부재(160)의 제2환형부(164)에는 세 개의 체결돌기(168)가 마련된다. 그 체결돌기(168)들은 웨이트(140)의 상면에 마련된 체결홈(146)에 삽입되어 레이저솔더링 된다. 이에 의해, 제2탄성부재(160)의 제2환형부(164)와 웨이트(140)가 일체로 연결된다. 제2탄성부재(160)의 제1환형부(162)는 하우징(110)의 덮개(114)의 내면에 밀착된다. 제2탄성부재(160)의 제1환형부(162)와 하우징 덮개(114) 사이에 시트(169)를 개재시켜 그들 간에 슬립을 방지할 수도 있다.

위와 같은 구성요소들로 이루어진 압전진동장치(100)는 다음과 같이 작동한다. 압전진동부재(120)는 전극단자(122)에 구동전원이 인가되면 진동을 일으킨다. 가장 적합한 구동전원은 두 전극단자(122)에 걸리는 전압의 극성이 소정의 주파수로 교호적으로 변하는 교류전압이다(두 전극단자(122)에 직류전압을 단속적으로 인가하여도 진동은 발생함). 교류전압의 주파수 크기에 따라 압전진동장치(100)에어 발생되는 진동의 크기가 달라진다. 따라서 압전진동부재(120)의 내구성에도 좋으면서 큰 진동을 발생시키는 교류전원의 최적 주파수를 찾아서 그 주파수의 교류전압을 인가하는 것이 바람직하다. 그 최적 주파수는 실제 테스트를 통해 찾을 수 있다.

압전진동부재(120)의 네 모서리는 하우징 바닥판(116)에 고정되어 있기 때문에 압전진동부재(120)의 진동시에 진동작용점으로 기능하며, 압전진동부재(120)의 가운데 부분이 상하로 최대변위를 일으키면서 진동하게 된다. 즉, 압전진동부재(120)는 가운데 부분이 위로 솟아오른 형태로의 휨(상향 휨,

)과 아래로 가라앉는 형태로의 휨(하향 휨,

)을 번갈아 반복하는 것에 의해 진동을 발생한다(직류전압의 단속적 인가 시에는 이 두 가지 휨 중 어느 한 가지 상태와 편평하게 펴진 원상태의 교호적 반복이 일어남). 그 진동은 제1탄성부재(150)를 통해 웨이트(140)에 전달되어 그 웨이트(140) 역시 같은 방향으로 진동을 하게 된다. 웨이트(140)의 진동으로 인해 제2탄성부재(150)도 압축과 신장을 반복한다. 이러한 진동의 전달과정에서, 웨이트(140)에 전달된 진동은 웨이트(140)의 무게 때문에 증폭된다. 또한 그러한 진동의 증폭에 제1 탄성부재(150)와 제2 탄성부재(160)의 탄성이 함께 작용함은 물론이다.

구동전압의 주파수가 웨이트(140)의 무게, 제1 및 제2 탄성부재(160)의 탄성력 등과 가장 잘 매치될 때, 압전진동부재(120)의 진동은 아주 큰 진동으로 증폭된다. 즉, 특정의 구동전압 주파수에서는 제1탄성부재(150)가 압축될 때 제2탄성부재는 신장되고, 반대로 제1탄성부재가 신장될 때 제2탄성부재는 압축되는 동작을 교대로 반복함으로써 제1 및 제2 탄성부재(150, 160)가 진동의 증폭에 기여할 수 있다. 압전진동부재(120)에 인가하는 교류전압의 주파수를 실제로 가변시키면서 압전진동장치(100)의 진동의 세기를 측정함으로써 원하는 세기의 큰 진동을 발생시키는 주파수를 찾을 수 있다. 그 주파수의 교류전압으로 압전진동부재(120)를 구동하면 된다.

이렇게 웨이트(140)와 제1 및 제2 탄성부재에 의해 증폭된 그 진동은 두 가지 전달경로를 통해 하우징(110)에 전해진다. 하나의 경로는 진동지지부재(130)를 통해 하우징 바닥판(112)에 전달되는 경로이고, 나머지 하나의 경로는 제2 탄성부재(160)를 통해 하우징 덮개(114)에 전달되는 경로이다. 즉, 웨이트(140)에 의해 증폭된 진동의 제1 전달경로는 웨이트(140)->제1탄성부재(150)->결합핀(170)->압전진동부재(120)->진동지지부재(130)->하우징 바닥판(112)으로 전달되는 경로이고, 제2 전달경로는 웨이트(140)-> 제2탄성부재(160)-> 하우징 덮개(114)로 전달되는 경로이다. 위에서 언급한 상기 종래기술은 제1 전달경로만을 갖는 데 비해, 본 발명은 이 경로 외에 제2 전달경로를 더 갖는다는 점에서 중요한 차이를 갖는다. 이 차이가 중요한 의미를 갖는 것은 제2전달경로는 증폭된 진동이 진동원인 압전진동부재(120)를 거치지 않고 제2탄성부재(160)를 통해 곧바로 하우징(110)에 전달하기 때문에 진동반응성이 아주 뛰어날 뿐만 아니라, 압전진동부재(120)의 진동에 의한 전달손실이 최소화될 수 있어 큰 진동을 하우징에 전달할 수 있기 때문이다.

(나) 제 2실시예

도 7은 제2 실시예에 따른 압전진동장치(200)의 조립된 상태의 사시도이고, 도 8은 도 7에서 절단선 A-A에서 본 단면도이고, 도 9는 하우징 덮개(214)를 개방한 상태의 사시도이며, 도 10은 모든 구성부품들을 분해한 분해사시도이다. 압전진동부재(120)를 4개의 진동지지부재(130)로 하우징 바닥판(212)에 고정시켜 지지하는 것, 그리고 결합핀(170)을 이용하여 압전진동부재(120)의 중앙부와 탄성부재(250)의 중앙부(252)를 결합하는 것은 제1 실시예와 같다. 하지만, 탄성부재를 2개 사용한 제1 실시예와는 달리, 제2 실시예는 탄성부재를 한 개만 사용하면서도 압전진동부재(120)와 웨이트(240)를 탄성적으로 연결함과 동시에 그 웨이트(240)를 하우징(210)과도 탄성적으로 연결한 구조라는 점이 다르다. 그 하나의 탄성부재(250)가 제1 및 제2 탄성부재(150, 160)의 역할을 동시에 한다. 그에 따라 제2 실시예의 탄성부재(250)와 웨이트(240)의 구조가 제1 실시예와 다르다.

구체적으로, 탄성부재(250)는 가운데에 체결공(253)이 마련된 도우넛형 중앙부(252)와, 이의 가장자리 세 곳에서 나선형으로 위쪽으로 경사지게 연장된 세 개의 제1 탄성팔(254)과, 이 제1 탄성팔(254)의 단부를 기점으로 하여 다시 나선형으로 위쪽으로 경사지게 연장된 세 개의 제2 탄성팔((256)을 포함한다. 세 개의 제1 탄성팔(254)의 말단부에는 체결돌기(257)가 마련된다. 탄성부재(250)의 중앙부(252)와 압전진동부재(120)의 중앙부는 결합핀(170)에 의해 결합된다. 웨이트(240)는 중앙부가 뚫려 있는 디스크형 몸체부(242)와, 그 몸체부(242)의 측면의 세 곳에서 측방으로 돌출된 세 개의 체결돌기(244)를 갖는다. 그 체결돌기(244)들의 저면에는 체결홈(비도시)이 마련된다. 체결돌기(257)을 체결돌기(244)의 저면에 마련된 체결홈에 삽입하여 레이저솔더링을 함으로써 탄성부재(250)의 세 개의 제1 탄성팔(254)은 웨이트(240)에 고정된다. 탄성부재(250)의 세 개의 제2 탄성팔(256)의 단부는 하우징 덮개(214)의 상면에 탄성적으로 밀착된다. 탄성부재(250)의 중앙부(252)와 압전진동부재(120) 사이에 미끄럼과 마모방지를 위한 필름(228)을 삽입할 수도 있다. 제2 탄성팔(256)의 단부가 하우징 덮개(214)에 안정적인 밀착 상태를 유지하기 위해, 하우징 덮개(214)의 가운데 부분에 원형의 싱크(215)를 형성하고(예컨대 프레싱 가공으로), 그 제2 탄성팔(256)의 단부에 단차를 주어 그 단부가 싱크(215)의 경계부 단차에 걸리도록 하는 것이 바람직하다. 그 싱크(215)와 하우징 바닥판(212)은 은폐 필름(216, 218)을 덮어 가린다. 은폐 필름(218)을 양면테이프로 만들 수도 있음은 이미 설명한 바와 같다.

이러한 결합관계에 의해, 탄성부재(250)는 웨이트(240)와 압전진동부재(120)을 탄성적으로 결합시킴과 동시에, 하우징 덮개(214)를 발판삼아 그 웨이트(240)를 탄성적으로 지지해준다. 이런 구조의 압전진동장치(200)의 동작 메커니즘은 제1 실시예의 압전진동장치(100)의 그것과 비슷하다. 구체적으로, 압전진동부재(120)의 중앙부가 최대 변위를 나타내면서 진동을 하는 메커니즘은 제1 실시예와 같다. 압전진동부재(120)의 진동은 그의 중앙부와 결합된 탄성부재(250)의 중앙부(252)에 전달되고, 계속해서 제1탄성팔(254)을 통해 웨이트(240)에 전달된다. 이에 의해 웨이트(240)가 진동을 한다. 웨이트(240)의 무게와 제1탄성팔(254)의 탄성 작용이 함께 작용하여 그 진동을 증폭한다. 증폭된 그 진동은 웨이트(240)와 하우징 덮개(114)를 연결시키는 제2 탄성팔(256)들을 통해 하우징 덮개(114)에 전달되고, 동시에 제2 탄성팔(256)은 웨이트(240)의 진동에 탄성 작용을 가하여 그 진동의 증폭에 관여한다. 제1 탄성팔(254)들과 제2 탄성팔(256)들은 웨이트(240)가 진동하는 동안에 압축과 신장을 서로 엇갈리면서 반복한다. 테스트를 통해 압전진동장치(200)에 최적화된 구동 교류전압의 주파수를 찾아 그 주파수의 교류전압을 구동전원으로 사용하면 큰 진동을 얻을 수 있다.

이렇게 증폭된 진동은 제1 실시예와 마찬가지로 두 가지의 전달경로를 통해 하우징(210)에 전달된다. 즉, 하나의 전달경로는 진동이 압전진동부재(120)와 진동지지부재(130)를 거쳐 하우징 바닥판(112)으로 전해지는 경로이고, 다른 하나의 전달경로는 압전진동부재(120)의 진동이 결합핀(170), 탄성부재(250)의 제1탄성팔(254), 웨이트(240), 탄성부재(250)의 제2탄성팔(256)을 거쳐 증폭되면서 그 제2탄성팔(256)을 통해 하우징 덮개(214)로 전해지는 경로이다.

한편, 도시하지는 않았지만 제1 및 제2 실시예에서 압전진동부재(120)를 코인형으로 만들 수도 있다. 또한 웨이트(140, 240)는 압전진동부재(120)와 닮은꼴로 만들 수 있다.

(다) 제 3실시예

도 11과 도 12는 제3 실시예에 따른 압전진동장치(300)의 하우징 덮개(314)를 닫은 상태와 개방한 상태의 조립상태도이고, 도 13은 압전진동장치(300)의 분해사시도이다. 압전진동장치(300)는 폭에 비해 길이가 상대적으로 더 긴 직육면체 하우징(310)과, 이 하우징(310) 안에 수납되는 압전진동조립체를 포함한다. 압전진동조립체는 압전진동부재(320), 진동지지부재(330), 웨이트(340), 탄성부재(350), 결합캡(360)을 포함한다. 이들의 구조와 결합관계 등은 다음과 같다.

먼저, 하우징(310)은 바닥판(312)과 그 위를 덮으면서 접합된 덮개(314)를 포함한다. 바닥판(312)의 일 측과 덮개(314)의 일 측에는 각각 체결공(316, 315)이 마련되고, 바닥판(312)의 저면에는 은폐용 접착시트(318)가 부착된다. 양면테이프로 은폐용 접착시트(318)를 만들면 압전진동장치(300)를 진동력전달 대상물체(비도시, 예컨대 압전진동장치(300)가 장착되는 휴대폰)에 설치하기가 용이할 것이다.

압전진동부재(320)는 앞의 두 실시예와 달리 폭에 비해 길이가 적어도 3~4배 이상 더 긴 직사각형 모양이다. 구체적으로, 서로 나란하게 인접 배치된 두 개의 직사각형 금속 기판(326)의 상면과 하면에 압전진동층(324)이 적층되어 바이모프형태의 압전진동부재(320)를 구성한다. 두 금속기판(326) 각각의 일측에서 전극단자(322)가 바깥으로 돌출되어 이를 통해 외부 구동회로로부터 구동전압을 제공받는다. 압전진동층(324)의 구조와 전극단자(322)가 바깥으로 돌출되어 있는 점은 앞의 실시예들과 같다.

진동지지부재(330)는 대략 유사 육면체 형상의 몸체(332)의 상면과 하면에 체결돌기(334, 335)가 각각 마련되고, 측면을 관통하는 체결슬롯(336)이 마련된다. 상면의 체결돌기(334)는 탄성부재(350)의 체결돌기(355)의 안쪽 홈에 삽입된 채 덮개(314)의 체결공(315)에 끼움 결합된다. 저면의 체결돌기(335)는 바닥판(312)의 체결홈(316)에 끼움 결합된다. 이에 의해 몸체(332)의 상면과 하면은 하우징(310)의 덮개(314)와 바닥판(312)에 밀착 고정된다. 진동지지부재(330)의 체결슬롯(336)에는 전극단자(322)가 바깥으로 노출되도록 압전진동부재(320)의 일측 단부가 끼움 삽입되어 접착제로 고정된다. 압전진동부재(320)의 진동 시 체결슬롯(336)에 붙잡힌 단부 부분이 진동작용점이 되고, 결합캡(360)과 결합되는 말단 부분이 최대변위를 나타낸다. 진동지지부재(330)의 바깥 측면에는 탄성부재(350)의 결합부(351)가 안착되는 홈(334)이 마련된다.

웨이트(340)는 고비중 물질로 만들며, 유사 직육면체 형태로 도시되어 있으나 형상에는 특별한 제한은 없다. 웨이트(340)의 상면에는 체결홈(342)이 마련되고, 압전진동부재(320)의 말단부와 대면하는 저면 부분은 그 말단부의 진동공간을 제공하기 위해 나머지 부분보다 더 얇도록 단차가 형성되어 있다. 웨이트(340)는 탄성부재(350)에 매달린 채 압전진동부재(320) 위에 길이방향을 따라 포개지도록 배치된다.

결합캡(360)은 슬롯이 마련된 캡부(362)와, 그 캡부(362)의 상면에서 바깥으로 돌출된 돌출부(364)를 갖는다. 압전진동부재(320)의 말단부가 이 캡부(362)의 슬롯에 끼움 삽입된다. 돌출부(364)는 탄성부재(350)의 끼움홈(356)에 삽입되어 걸리게 된다.

탄성부재(350)는 웨이트 위에 길이방향으로 길게 연장된 탄성 판재(353)와 이의 양끝에서 아래쪽으로 수직 절곡된 제1 결합부(351)와 제2 결합부(352)를 포함하며, 판스프링으로서 작용한다. 탄성 금속판재(353)는 압전진동부재(320) 및 그의 양측 단부에 결합한 진동지지부재(330)와 결합캡(360)의 조립체의 길이만큼 길게 연장된 금속 판재로서, 체결돌기(354)가 마련된 가운데 부분보다 양끝 부분이 위로 약간 꺾여 올라간 형태의 꺾인 구조로 되어 있다. 탄성부재(350)의 체결돌기(354)는 웨이트(349)의 체결홈(342)에 삽입되어 레이저솔더링 된다. 이에 의해 탄성부재(360)는 웨이트(340)와는 선접촉 내지 점접촉 결합을 이루어, 탄성 판재(353)는 체결돌기(354)를 기준으로 좌측부와 우측부는 웨이트(340)와 이격되어 있으며 각각 탄성을 갖는다. 또한 탄성판재(353)의 제1 결합부(351)쪽 단부에는 안쪽이 홈 형태로 된 체결돌기(355)가 마련된다. 이 체결돌기(355)는 앞서 언급한 것처럼 하우징 덮개(314)의 상면에 마련된 체결홈(315)에 삽입되어 결합된다. 제1 결합부(351)는 탄성 판재(353)의 체결돌기(355)쪽 끝에서 더 좁은 폭을 가지면서 수직 절곡되어 아래쪽으로 연장된 돌출된다. 그 제1 결합부(351)는 진동지지부재(330)의 체결홈(337)에 끼워져 지지된다. 제2 결합부(352)는 탄성 판재(353)의 다른 쪽 끝에서 수직 절곡되어 아래로 연장된 제2 수직부와 이의 끝 부분에 마련된 끼움홈(356)을 갖는다. 이 끼움홈(356)에는 압전진동부재(320)의 말단부를 덮어씌운 결합캡(360)의 돌출부(364)가 끼움 결합된다. 이러한 구조에 의해 탄성부재(350)는 압전진동부재(320)의 최대변위지점과 하우징 덮개(314) 사이를 탄성적으로 연결하면서 웨이트(340)를 매달고 있는 결합관계를 갖는다. 탄성부재(350)의 제2 결합부(352)와 결합캡(360)은 도 16에 도시된 제2 결합부(452)와 결합캡(460)으로 변형할 수도 있다.

압전진동장치(300)의 작동은 다음과 같이 이루어진다. 교류 구동전압이 전극단자(322)로 인가되면 압전진동부재(320)는 진동지지부재(330)에 삽입 고정된 일측 단부를 진동작용점으로 하여 결합캡(360)이 체결된 말단부가 위쪽과 아래쪽으로 휨을 교대로 반복함으로써 진동을 일으킨다. 당연히 그 말단부가 최대 변위를 나타낸다. 압전진동부재(320)의 그 진동은 탄성부재(350)를 통해 웨이트(340)와 하우징 덮개(314)에 탄성적으로 전달되고, 그에 따라 웨이트(340)의 진동을 유발한다. 탄성부재(350)의 제1 부분(압전진동부재(320)의 최대변위부위와 웨이트(340)를 연결해주는 부분)과 제2부분(웨이트(340)와 하우징 덮개(314)를 연결해주는 부분)은 웨이트(340)가 진동하는 동안에 압축과 신장을 동기적으로 반복하고, 그 과정에서 압전진동부재(320)와 웨이트(340)의 진동에 탄성 작용을 가한다. 이처럼 압전진동부재(320)의 진동은 웨이트(340)의 무게와 탄성부재(350)의 탄성 작용에 의해 증폭된다. 압전진동장치(300)에서도 교류 구동전압의 주파수를 가변시켜 가면서 진동의 증폭이 크게 나타나는 주파수 값을 찾을 수 있을 것이다.

압전진동장치(300)에 있어서도, 증폭된 진동은 두 가지 전달경로를 통해 하우징(310)으로 전달된다. 제1 전달경로는 압전진동부재(320)와 진동지지부재(330)을 통해 하우징(310)의 바닥판(312)과 덮개(314)로 전해지는 경로이고, 제2 전달경로는 탄성부재(350)의 탄성판재(353)를 통해 하우징 덮개(314)에 곧바로 전해지는 경로이다.

(라) 제 4 실시예

도 14는 제4 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(400)의 사시도이고, 도 15는 하우징 덮개(414)를 개방한 상태의 압전진동장치(400)의 사시도이고, 도 16은 아래쪽에서 대각선 방향으로 올려다보았을 때 압전진동장치(400)의 분해 사시도이다. 압전진동장치(400) 역시 하우징(410)과 그 하우징(410) 안에 설치되는 압전진동조립체로 구성된다. 압전진동조립체는 하우징(410)의 바닥판(412) 위에 설치되고 그 위를 하우징 덮개(414)를 덮어 바닥판(412)과 레이저솔더링으로 접합함으로써 압전진동장치(400)가 완성된다. 압전진동장치(400)는 압전진동부재(320)가 수직방향으로 진동하는 제3 실시예와 달리 압전진동부재(320)를 하우징 바닥판(412)에 직각으로 세워서 수평방향으로 진동하도록 되어 있고, 그에 따라 나머지 구성요소들의 결합관계도 바뀐 점에 특징이 있다.

구체적으로, 유사 육면체형 몸체(432)로 된 진동지지부재(430)는 그 수납공간의 한쪽 구석에 위치하며 상면의 체결돌기(434)와 저면의 체결돌기(435)가 하우징 덮개(414)의 체결공(415)과 하우징 바닥판(412)의 체결공(416b)에 끼움 결합된다. 그 결합부위에 레이저솔더링 처리를 할 수도 있다. 이에 의해 진동지지부재(430)은 하우징(410)의 덮개(414) 및 바닥판(412)과 밀착 결합된다. 그 진동지지부재(430)의 내면에 수직방향으로 마련된 슬롯(436)에 압전진동부재(320)의 전극단자(322)가 있는 단부가 끼움 결합된다. 보다 확실한 결합을 위해 접착제로 접합하는 것이 바람직하다. 압전진동층(424)이 공중에 떠있고 전극단자(322)는 바깥으로 노출된다. 이처럼 압전진동부재(320)는 바닥판(412)에 대해 수직으로 세워진 형태로 진동지지부재(430)에 고정되어 지지된다. 압전진동부재(320)의 말단부에는 결합캡(460)이 외삽 된다. 그 결합캡(460)의 상단부에는 체결슬롯(464)이 마련되어 있다.

웨이트(440)도 진동지재부재(430)와 약간의 갭을 가지면서 압전진동부재(320)의 측면과 나란하게 옆으로 세워서 설치된다. 웨이트(400)의 우측면의 가운데 부분에 체결홈(442)을 마련하고, 그 체결홈(442)에 탄성부재(450)의 탄성판재(453)의 가운데 부분에 마련된 체결돌기(454)가 끼움 결합된다. 그리고 탄성판재(453)의 일측 단부에서 결합캡(460) 쪽으로 수직 절곡된 제2결합부(452)의 꼬부라진 말단부(456)는 결합캡(460)의 체결슬롯(464)에 끼움 결합된다. 이에 의해 압전진동부재(320)와 웨이트(440) 간의 탄성적 결합이 이루어진다. 또한, 탄성판재(453)의 타측 단부에는 제1결합부(451)이 연결된다. 그 제1 결합부(451)은 압전진동부재(320) 쪽으로 수직 절곡되고 그 끝에서 다시 바닥판(412)과 수평하게 되도록 수직 절곡된 구조이며, 바닥판(412)과 대면하는 저면에 체결돌기(455)가 마련된다. 그 제1 결합부(451)는 진동지지부재(430)의 바깥 측면을 감싸면서 그 바닥면에 마련된 체결돌기(455)가 하우징 바닥판(412)에 마련된 체결공(416a)과 끼움 결합된다. 이에 의해 웨이트(440)과 하우징 바닥판(412)가 탄성부재(450)에 의해 탄성적 결합을 이룬다.

이처럼 제4실시예의 탄성부재(450)도 제3실시예의 탄성부재(350)처럼 압전진동부재(320)와 웨이트(440) 간의 탄성적 결합 및 웨이트(440)와 하우징(410) 간의 탄성적 결합을 동시에 실현시켜준다. 압전진동부재(320)의 최대변위부위와 웨이트(440)를 연결해주는 탄성부재(450)의 제1 부분과 웨이트(440)와 하우징 덮개(414)를 연결해주는 탄성부재(450)의 제2부분은 웨이트(440)의 진동에 따라 압축과 신장을 동기적으로 반복하면서 그 진동에 탄성 작용을 가한다.

이 압전진동장치(400)의 진동 메커니즘은 제3 실시예의 그것과 비교할 때 압전진동부재(320)가 수평방향으로 진동하는 점만 다를 뿐 진동의 증폭 및 두 개의 전달경로를 통한 증폭된 진동의 하우징(410)으로의 전달 메커니즘은 동일하다. 구체적으로 설명하면, 교류 구동전압이 압전진동부재(320)에 공급되면 그 압전진동부재(320)는 도시된 것처럼 바닥판(412)과 나란한 수평방향으로 진동을 하고, 그 진동은 탄성부재(450)을 통해 웨이트(440)와 하우징(410)에도 전달된다. 그 전달된 진동에 의해 웨이트(440) 역시 수평방향으로 진동을 한다. 그 과정에서 웨이트(440)는 자신의 무게와 탄성부재(450)의 탄성작용이 함께 어우러져 그 진동을 증폭한다. 증폭된 그 진동은 실시예 3과 마찬가지로, 압전진동부재(320)와 진동지지부재(430)를 통하는 제1 전달경로와, 웨이트(440)에서 탄성부재(450)를 통하는 제2 전달경로를 통해 하우징(410)으로 전달된다.

(마) 제5 실시예

도 17은 제5 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(500)의 사시도이고, 도 18은 하우징 덮개(514)를 개방한 상태의 압전진동장치(500)의 사시도이고, 도 19는 위쪽에서 대각선 방향으로 내려다보았을 때 압전진동장치(500)의 분해 사시도이다. 하우징 바닥판(512) 위에 압전진동조립체를 배치하고 그 위를 하우징 덮개(514)로 덮고 그 바닥판(512)과 덮개(514)를 레이저솔더링으로 접합하여 압전진동장치(500)가 만들어진다. 이 실시예에 따른 압전진동장치(500)는 한 개의 탄성부재(550)를 채용한 점에서는 제3 실시예와 유사하나 그 탄성부재(550)가 웨이트(540) 위쪽이 아닌 아래쪽에 배치되어 하우징의 바닥판(512)과 결합된다는 점에서 다르다.

구체적으로, 하우징(510) 안의 수납공간의 위쪽 끝에 육면체형 몸체(532)로 된 진동지지부재(530)가 위치한다. 그 진동지지부재(530)의 저면에 마련된 체결돌기(534)는 탄성부재(550)의 선단부에 마련된 체결돌기(556)의 안쪽 홈에 삽입되어 레이저솔더링으로 접합된다. 그리고 그 체결돌기(556)는 바닥판(512)의 체결홈(516)에 삽입되어 레이저솔더링으로 접합된다. 이에 의해 진동지지부재(530)는 하우징 바닥판(512)과 밀착 결합된다. 압전진동부재(520)는 전극단자(322)의 반대편에 걸림돌기(527)가 마련된 점 외에는 제3실시예의 압전진동부재(320)와 동일한 구성을 갖는다. 진동지지부재(530)의 측면에는 수평방향으로 마련된 슬롯(536)에 압전진동부재(520)의 일측 단부가 삽입 접합되어 압전진동층(524)은 진동지지부재(530)에 의해 지지되고 전극단자(522)는 바깥으로 노출된다. 압전진동부재(520)의 타측 단부에는 결합캡(560)이 끼움 결합된다. 그 결합캡(560)은 수평방향으로 돌출부(564)가 마련된다. 이 돌출부(564) 안으로 압전진동부재(520)의 걸림돌기(527)가 삽입된다.

탄성부재(550)는 탄성판재(553)와, 이의 양끝에 마련된 결합부(551) 및 걸림부(552)를 포함한 구조로 만든다. 걸림부(552)는 결합캡(560)의 돌출부(564)를 끼워서 걸리도록 탄성판재(553)의 끝에서 위로 수직 절곡된 후 안쪽으로 수평 절곡된 형태로 만들어진다. 결합부(551)는 T자 모양으로 되어 세 군데의 말단에 체결돌기(556)들이 형성된다. 탄성판재(553)는 가운데 부위에서 걸림부(552)까지는 대략 평평하고, 그 가운데 부위에서 결합부(551)까지는 아래쪽으로 경사진 형태로 만들어진다. 탄성판재(553)의 가운데 부위에는 체결돌기(554)들이 마련된다.

웨이트(540)는 압전진동부재(520)보다 더 넓은 폭을 가지며 가운데 부분이 압전진동부재(520)가 삽입되어 진동을 할 수 있도록 홈(542) 형태로 길이방향으로 파여 있고, 그 홈(542)의 말단부 근처는 더 깎아내 압전진동부재(520)의 말단부의 진동 공간을 보장해준다. 또한 그 홈(542)의 양쪽 옆 둔턱부의 가운데 부분에는 체결홈(546)들이 마련된다. 웨이트(540)는 결합캡(560)과 압전진동부재(520)의 대부분의 구간을 덮으면서도 그것들과는 직접 접촉하지 않는 대신, 탄성부재(550)와만 결합되어 그것에 의해 탄성적으로 지지된다. 이를 위해 탄성부재(550)의 체결돌기(554)들은 웨이트(540)의 체결홈(546)에 삽입되어 레이저솔더링으로 결합된다. 탄성판재(553)는 체결돌기(554)가 있는 그 부분만 웨이트(540)와 밀착되고 나머지 부분은 이격된다.

결합캡(560)의 돌출부(564)는 탄성판재(553)는 걸림부(552)에 끼움 결합된다. 이에 의해 압전진동부재(520)의 진동 시 최대변위를 나타내는 부위('최대변위부위'라 함)는 탄성부재(550)에 의해 웨이트(540)와 탄성적 결합을 이룬다. 또한, 탄성부재(550)의 결합부(551)에 마련된 체결돌기(556)들이 하우징 바닥판(512)에 마련된 체결홈(517)들에 삽입되어 레이저솔더링으로 결합된다. 이에 의해 웨이트(540)는 또한 탄성부재(550)를 통해 하우징(510)과 탄성적으로 결합된다. 은폐 시트 내지 접착시트(518)이 하우징 바닥판(512)에 부착된다.

이 실시예의 압진진동장치(500)는 하나의 탄성부재(550)가 압전진동부재(520)와 웨이트(540) 간의 탄성적 결합과 웨이트(540)와 하우징(510) 간의 탄성적 결합을 동시에 실현시켜주는 점에서 제3 및 제4 실시예와 같다.

이 압전진동장치(500)의 진동 메커니즘은 앞의 제3 실시예의 그것과 유사하다. 즉, 압전진동부재(520)의 수직방향 진동은 결합캡(560)과 탄성부재(550)를 통해 웨이트(540)에 전달되고, 웨이트(540)의 무게와 탄성부재(550)의 탄성작용에 의해 그 진동의 힘과 변위가 증폭된다. 그렇게 증폭된 진동은 다시 탄성부재(550)와 결합캡(560), 압전진동부재(520)를 거쳐 진동지지부재(530)를 통해 하우징 바닥판(512)에 전달된다(제1 전달경로). 이러한 진동 전달과는 별도로, 웨이트(540)에서 증폭된 그 진동은 탄성부재(550)를 거쳐 하우징 바닥판(512)으로 직접 전달된다(제2 전달경로).

(바) 제6 실시예

도 20은 제6 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(600)의 사시도이고, 도 21은 하우징 덮개(614)를 개방한 상태의 압전진동장치(600)의 사시도이고, 도 22는 도 20에서 절단선 B-B를 따라서 본 단면도이고, 도 23은 위쪽에서 대각선 방향으로 내려다보았을 때 압전진동장치(600)의 분해 사시도이다. 이 실시예는 앞의 제3 내지 제5 실시예와 달리 탄성부재를 두 개 채용한 구조이다. 구체적으로, 하우징 바닥판(612)과 하우징 덮개(614)가 레이저솔더링으로 접합되어 하우징(610)을 구성하고, 그 하우징(610) 안에 압전진동조립체가 설치된다.

구체적으로, 진동지지부재(630)의 저면에 마련된 체결돌기(639)가 하우징 바닥판(612)에 마련된 체결공(616)에 끼움 결합되고, 진동지지부재(630)의 상면에 마련된 체결돌기(634)가 제2탄성부재(670)의 체결돌기(676)의 안쪽 홈에 끼워지고, 그 체결돌기(676)는 하우징 덮개(614)의 체결공(615)에 끼움 결합된다. 이에 의해 진동지지부재(630)가 하우징 바닥판(612) 및 하우징 덮개(614)와 밀착 결합된다. 압전진동부재(320)는 제3 실시예의 압전진동부재와 같다. 압전진동부재(320)는 전극단자(322)가 있는 단부가 진동지지부재(630)의 체결슬롯(636)에 삽입되어 본딩됨으로써 진동지지부재(630)에 의해 지지되고 전극단자(322)는 노출된다. 압전진동부재(320)의 반대쪽 단부에는 결합캡(662) 외삽 되어 본딩된다.

웨이트(640)는 저면과 상면에는 각각 체결홈(644, 642)이 마련된다. 제1탄성부재(650)는 탄성판재(652)와, 그 탄성판재(652)의 한 쪽 끝에서 아래로 수직 절곡되어 결합부(654)가 마련되고 반대쪽 끝의 상면에는 체결돌기(656)들이 마련된다. 제2 탄성부재(650)의 체결돌기(656)는 웨이트(640)의 체결홈(644)에 삽입되어 레이저솔더링으로 결합되고, 제1 탄성부재(650)의 슬롯 형태의 결합부(654)에는 결합캡(660)의 돌출부(664)가 끼움 결합된다. 압전진동부재(320)의 말단부는 이러한 결합을 제공하는 탄성 판재(652)에 의해 웨이트(640)와 탄성적인 결합을 이룬다.

제2 탄성부재(670)는 약간 경사져있는 탄성판재(672)와 이의 한 쪽 끝에서 수직 절곡된 결합부(674)를 가진다. 그 결합부(674)는 진동지지부재(630)의 바깥 측면에 마련된 결합홈(638)에 끼워져 본딩된다. 탄성판재(672)의 결합부(674)쪽 단부 상면과 그 반대쪽 상면에는 각각 위와 아래로 돌출된 체결돌기(676)과 (678)이 마련된다. 그 체결돌기(676)은 앞서 언급한 것처럼 하우징 덮개(675)의 체결공(615)에 끼움 결합되고, 체결돌기(678)는 웨이트(640)의 상면에 마련된 체결홈(642)에 삽입되어 레이저솔더링 방식으로 결합된다. 이와 같이 제2 탄성부재(670)에 의해 웨이트(640)와 하우징(610)은 탄성적으로 결합된다.

압전진동장치(600)는 하우징 바닥판(612)에 은폐시트 내지 양면테이프와 같은 접착시트(618)를 붙이고 그 접착시트를 압전진동장치(600)를 설치하는 대상물 즉, 진동력 전달대상물(예컨대, 휴대폰 등과 같은 전기기기)의 설치공간 표면에 부착함으로써 설치한다.

이 압전진동장치(600)의 진동 발생 및 전달 메커니즘도 앞의 실시예들과 비슷하다. 전극단자(322)에 인가되는 교류전압에 의해 압전진동부재(320)의 말단부가 최대 변위를 나타내면서 진동을 하면, 그 진동은 제1탄성부재(650)를 통해 웨이트(640)에 전달되어 그 웨이트(640)의 진동을 유발한다. 이 때, 웨이트(640)의 무게와 그 웨이트(640)의 아래와 위에 연결된 제1 및 제2 탄성부재(650, 670)가 가하는 탄성작용에 의해 그 진동은 힘과 변위가 증폭된다. 그리고 제1 탄성부재(650)가 웨이트(640)와 결합하는 부위는 제2 탄성부재(670)가 웨이트(640)와 결합하는 부위의 반대쪽에 위치하므로, 웨이트(640)가 진동을 하는 동안에 제1 탄성부재(650)가 압축을 하면 제2 탄성부재(670)은 신장을 하고, 반대로 제1 탄성부재(650)가 신장을 하면 제2 탄성부재(670)는 압축을 하면서 웨이트(640)의 진동을 강화시켜준다. 그리고 그 증폭된 진동은 i) 웨이트(640)에서 제1 탄성부재(650), 압전진동부재(320)를 거쳐 진동지지부재(630)를 통해 하우징(610)에 전달되는 제1 전달경로와, ii) 웨이트(640)에서 제2 탄성부재(670)을 통해 곧바로 하우징(610)에 전달되는 제2 전달경로의 두 경로를 통해 하우징(610)에 전달된다.

(사) 제7 실시예

도 24는 제7 실시예에 따른 조립된 압전진동장치(700)의 사시도이고, 도 25는 하우징 덮개를 개방한 상태의 압전진동장치(700)의 사시도이다.

이 압전진동장치(700)는 제4 실시예에 따른 압전진동장치(400)의 압전진동조립체(480: 320+430+440+450+460) 2개 나란히 병치한 것이다. 즉, 하우징(710)은 압전진동조립체(480) 2개를 수용할 수 있는 크기의 하우징 바닥판(712)과 하우징 덮개(714)를 레이저솔더링으로 접합하여 구성한다. 그 하우징(710) 안에 압전진동조립체(480) 2개를 반대방향으로 즉, 웨이트(440)들이 서로 등을 마주보도록 설치한 구조이다. 물론, 그 두 개의 압전진동조립체(480)를 같은 방향으로 설치할 수도 있다. 하우징(710)의 측면에 마련된 두 개의 개구(713)를 통해 각 압전진동조립체(480)의 전극단자(322)들이 바깥으로 노출된다.

압전진동조립체(480)의 진동 메커니즘은 제4 실시예의 그것과 동일하다. 다만, 2개의 압전진동조립체(480)를 서로 반대방향으로 설치하였으므로, 그들 각각에 인가되는 구동전압의 극성이 같으면 진동의 방향은 서로 반대가 되어 상쇄되어버리고, 극성이 반대인 경우에는 진동의 방향이 같이 2개의 압전진동조립체(480)의 진동은 보강된다는 점에 유의할 필요가 있다.

제7 실시예는 제4 실시예에 따른 2개의 압전진동조립체(480)를 서로 평행하게 병치한 것을 제시하였지만, 이는 예시적인 것에 불과하다. 예컨대 복수 개의 압전진동조립체를 직교하도록 즉, 어떤 것은 진동방향이 수평방향이 되도록 하고, 다른 것은 진동방향이 수직방향이 되도록 설치할 수도 있다. 이 경우 수직방향의 진동과 수평방향의 진동을 적절히 조절함으로써 2차원적인 진동뿐만 아니라 3차원적인 진동도 만들어낼 수 있다. 나아가, 3개 이상의 압전진동조립체(480)를 설치하는 것도 가능하고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전진동조립체를 복수 개 설치한 압전진동장치를 구성하는 것도 가능함을 물론이다. 또한 설치되는 압전진동조립체의 설치 방향은 0도 또는 180도의 위상차를 갖는 것 외에도 예컨대 0도 초과 90도 미만의 위상차를 갖도록 설치할 수도 있을 것이다.

(아) 제8 실시예

제8 실시예에 따른 압전진동장치(800)는 도 26 내지 도 28에 도시되어 있다. 앞의 실시예들과 달리, 이 실시예는 압전진동부재(320)가 웨이트(840)와 비탄성적으로 직접 결합하다는 점에 주요한 특징을 갖는다.

구체적으로, 하우징 덮개(814)는 하우징 바닥판(812)을 덮고 서로 맞물리는 부분은 레이저솔더링 처리를 하여 하우징(810)이 조립된다. 그 하우징(810) 안에 직사각 판형 압전진동부재(320)의 전극(322)이 마련된 단부가 진동지지부재(830)의 체결홈(834)에 삽입되어 본딩된다. 이에 의해 압전진동부재(320)는 진동지지부재(830)에 붙잡혀 지지된다. 압전진동부재(320)의 반대쪽 단부(진동 시 최대변위를 나타내는 부위임)는 웨이트(840)에 마련된 삽입홈(844)에 삽입되어 그 웨이트(840)와 비탄성적으로 결합된다. 탄성부재(850)는 'ㄷ'모양으로 절곡된 탄성판재(또는 탄성 판스프링)(852)로 구성되며, 그 탄성판재(852)의 상측 수평부 단부와 하측 수평부 단부에는 각각 체결돌기(856)와 (854)가 마련된다. 탄성부재(850)의 하측 수평부 단부의 체결돌기(854)는 하우징 바닥판(812)에 마련된 체결홈(815)에 삽입되어 레이저솔더링 된다. 이에 의해, 탄성부재(850)의 하측 수평부 단부는 하우징 바닥판(812)에 고착된다. 웨이트(840)의 상면에 마련된 체결홈(842)에 탄성부재(850)의 체결돌기(856)가 삽입되어 레이저솔더링 된다. 이에 의해, 탄성부재(850)가 웨이트(840)를 탄성적으로 지지하면서 하우징(810)에 연결해준다. 진동지지부재(830)는 하우징(810)에 고정된다. 이를 위해 진동지지부재(830)의 상면과 하면에 각각 마련된 돌기(832, 836)가 하우징 덮개(814)와 하우징 바닥판(812)에 각각 마련된 체결홈(816, 813)에 삽입되어 레이저솔더링으로 결합된다.

이와 같은 구성을 갖는 압전진동장치(800)에 있어서, 전극단자(322)를 통해 소정의 주파수로 전압의 극성이 교호적으로 변하는 구동전원을 인가하면 압전진동부재(320)는 진동지지부재(830)에 결합된 부위를 진동작용점으로 하여 말단부가 최대변위를 나타내며 상하로 진동을 일으킨다. 그 진동은 바로 웨이트(840)에 전달되고 그 웨이트(840)의 무게로 인해 그 진동은 증폭된다. 그와 같은 진동의 증폭과정에서 탄성부재(850)는 탄성작용을 가한다. 탄성부재(850)의 탄성작용은 압전진동부재(320)에 가해지는 충격을 완충시켜 파손을 방지해주며 특정의 진동주파수에서는 진동의 증폭에 기여하기도 한다.

이와 같은 과정을 통해 얻어진 진동은 두 가지 경로를 통하여 다시 하우징에(810)으로 전달된다. 한 가지 경로('제1 경로')는 압전진동부재(320)와 결합된 진동지지부재(830)를 통한 전달경로이고, 다른 한 가지는 웨이트(840)와 결합된 탄성부재(850)를 통한 경로('제2 경로')이다. 특히 제2 경로는 증폭된 진동을 만들어내는 웨이트(840)에 직접 연결된 탄성부재(850)를 통하는 경로이므로 보다 큰 진동이 전달된다.

(자) 제9 실시예

도 29 내지 도 31은 제9 실시예에 따른 압전진동장치(900)를 도시한다. 이 실시예의 압전진동장치(900)는 웨이트(840)의 진동을 하우징(810)으로 전달하는 진동전달경로가 두 가지라는 점에서 제8 실시예와 다르다. 즉, 탄성부재(950)는 웨이트(840)를 하우징 바닥판(812)에 탄성적으로 연결해주는 'ㄷ'모양의 제1 탄성판재(또는 탄성 판스프링)(952)와, 웨이트(840)를 하우징 덮개(814)와 탄성적으로 연결해주는 제2 탄성판재(953)를 포함한다. 제1 탄성판재(952)와 제2 탄성판재(953)는 도시된 것처럼 한 몸체로 구성되거나, 또는 서로 분리되어 별개로 구성될 수도 있을 것이다. 제1 탄성판재(952)의 상측 수평부 단부와 하측 수평부 단부에는 각각 체결돌기(956)와 (954)가 마련된다. 또한, 제2 탄성부재(953)의 단부에는 체결돌기(957)가 마련되고, 그 단부의 끝에는 직각으로 절곡된 걸림부(958)가 마련된다.

압전진동부재(320)의 일측 단부는 진동지지부재(930)에 삽입 결합되고 반대측 단부는 웨이트(840)에 마련된 삽입홈(844)에 삽입된다. 이에 의해 웨이트(840)는 압전진동부재(320)와 직접 결합된 상태로 진동지지부재(930)에 의해 지지된다. 또한, 제1 탄성부재(952)의 체결돌기(956)가 웨이트(840)의 체결홈(842)에 삽입되어 레이저솔더링으로 서로 결합되고, 제2 탄성부재(953)의 체결돌기(953)가 진동지지부재(930)의 상면에 마련된 체결돌기(932)와 끼워진 채 하우징 덮개(814)에 마련된 체결홈(816)에 삽입되어 레이저솔더링 된다. 이에 의해, 웨이트(840)는 탄성부재(950)에 의해 하우징(810)의 두 지점에 고정되며 탄성부재(950)에 의해서도 탄성적으로 지지된다.

압전진동장치(900)에 있어서, 압전진동부재(320)가 만들어낸 진동이 웨이트(840)에 의해 증폭되고, 그 진동 증폭과정에 탄성부재(950)가 탄성 작용을 가하는 점은 앞의 실시예와 동일하다. 실시예 8과 다른 점은, 압전진동장치(900)는 진동을 세 가지 경로를 통해 하우징(810)에 전달한다는 점이다. 제1 전달경로는 압전진동부재(320)를 붙잡아 지지하는 진동지지부재(930)를 통해 하우징(910)에 전달되는 경로이다. 제2 전달경로와 제3 전달경로는 웨이트(840)의 진동을 하우징(910)에 전달하는 경로로서, 그 제2 전달경로는 웨이트(840)를 하우징 바닥판(812)에 연결해주는 제1 탄성판재(952)를 통하여 전달하는 경로이고, 제3 전달경로는 웨이트(840)를 하우징 덮개(814)에 연결해주는 제2 탄성판재(953)를 통하여 전달하는 경로이다.

(차) 제10 실시예

도 32 내지 도 34에는 제10 실시예에 따른 압전진동장치(1000)가 도시되어 있다. 이 실시예의 압전진동장치(1000)는 압전진동부재(320)가 탄성부재(1050)에 의해 하우징(1010)과도 탄성적으로 결합됨과 동시에 웨이트(1040)와도 탄성적으로 결합된 구조라는 점에 특징이 있다. 구체적으로, 탄성부재(1050)는 압전진동부재의 진동시-최대변위부위에 외삽된 결합캡(1060)과 웨이트(1040)의 상면의 가운데 부위를 연결하는 제1탄성부재(1051)와, 상기 결합캡(1060)과 하우징 바닥의 특정 부위를 탄성적으로 연결시켜주는 제2탄성부재(1052)가 일체로 연결되어 'ㄷ'모양의 탄성판재를 이룬다. 제1탄성부재(1051)와 제2탄성부재(1052)의 말단부에는 체결돌기(1056)와 (1054)가 각각 마련되고, 제1탄성부재(1051)와 제2탄성부재(1052)의 연결지점에는 걸림돌기(1053)가 마련된다. 체결돌기(1056)와 (1054)가 웨이트(1040)의 상면에 마련된 체결홈(1042)과 하우징 바닥판(1012)의 체결홈(1015)에 삽입되어 레이저솔더링 된다. 결합캡(1060)에 마련된 체결홈(1062)에 탄성부재(1050)의 걸림돌기(1053)가 삽입된다. 이러한 결합에 의해, 압전진동부재(320)의 진동시-최대변위부위는 하우징 바닥판(1012)과 탄성적으로 연결됨과 동시에 웨이트(1040)와도 탄성적으로 연결된다. 웨이트(1040)는 탄성부재(1050)를 통해 하우징 바닥판(1012)과 탄성적으로 결합되어 있다고도 할 수 있다.

압전진동장치(1000)에 있어서, 압전진동부재(320)가 진동을 하면 그 진동은 결합캡(1060)과 걸림돌기(1053), 그리고 탄성부재(1050)를 통해 웨이트(1040)에 전해지고, 그 웨이트(1040)에 의해 증폭된다. 그 증폭 과정에 탄성부재(1050)는 탄성 작용을 가하여 증폭을 강화하고 압전진동부재(320)에 가해지는 충격을 완화해준다. 그렇게 웨이트(1040)에 의해 증폭된 진동은 두 가지 전달경로 즉, 제1탄성부재(1051)->압전진동부재(320)->진동지지부재(1030)을 통하는 제1 전달경로와, 제1탄성부재(1051)->제2탄성부재(1052)를 통하는 제2 전달경로를 통해 동시적으로 하우징(1010)에 전달된다.

(카) 제11 실시예

도 35 내지 도 37은 제11 실시예에 따른 압전진동장치(1100)를 도시한다. 이 실시예의 압전진동장치(1100)는 제10 실시예의 압전진동장치(1000)에서 웨이트(1040)를 하우징 덮개(1016)에 탄성적으로 연결해주는 제3 탄성부재(1153)를 더 구비한 점에 특징이 있다. 제3 탄성부재(1153)는 제1탄성부재(1051)의 단부에서 일체로 연결되어 진동지지부재(1130)의 상단까지 연장되어 하우징 덮개(1014)의 내면에 결합된다.

따라서 웨이트(1040)에 의해 증폭된 진동은 제10 실시예의 두 가지 전달경로 외에, 웨이트(1040)-> 제3탄성부재(1153)를 통하는 제3전달경로를 통해서도 하우징 덮개(1014)로 전달된다.

(타) 제12 실시예

도 38 내지 도 40은 제12 실시예에 따른 압전진동장치(1200)를 도시한다. 이 실시예는 하나의 탄성부재(1250)를 채용하고 그 탄성부재(1250)가 웨이트(1240)에 결합되는 부위는 압전진동부재(320)와 마주보는 면이라는 점에서 제5 실시예와 유사하다.

압전진동조립체는 앞의 실시예와 비슷하게 압전진동부재(320), 진동지지부재(1230), 웨이트(1240), 탄성부재(1250), 결합캡(460)을 포함한다. 압전진동조립체의 구성을 살펴본다.

진동지지부재(1230)는 비탄성체로 만들어지고, 하우징(1210)의 바닥판(1212)과 덮개(1214) 사이에 샌드위치 되는 유사 육면체형상의 몸체의 상면과 저면의 가운데에 사각형 홈(1235)이 마련되고 그 홈(1235)의 양 옆으로 체결돌기(1236, 1237)들이 마련된다. 또한 진동지지부재(1230)의 몸체의 일측에는 관통슬롯(1233)이 마련되고, 이 관통슬롯(1233) 옆에 나란히 삽입홈(1234)이 마련된다. 이 진동지지부재(1230)의 관통슬롯(1233)에는 압전진동부재(320)의 전극단자(322)가 마련된 단부가 삽입되어 접합되어 진동작용점으로 작용하고, 압전진동부재(320)의 진동 시 최대변위를 나타내는 타측 단부에는 결합캡(460)이 씌워진다. 체결돌기(1236, 1237)들은 하우징 바닥판(1212)과 덮개(1214)에 마련된 체결공(1215a, 1216a)에 삽입되어 레이저 솔더링처리된다. 탄성부재(1250)는 직사각형 평판 탄성판재(1253), 이의 가운데 부분을 소정길이 오려서 위로 경사지게 들어 올린 경사 탄성판재(1255), 상기 평판 탄성판재(1253)의 일측 단부에 아래쪽으로 절곡되어 안쪽으로 꼬부라진 형태로 마련된 걸림고리(1254), 타측 단부 좌우 모서리에서 위로 연장된 두 개의 수직 연장부(1251), 그리고 이 두 개의 수직 연장부(1251) 각각에 마련된 체결돌기(1252a, 1252b)를 포함한다. 경사 탄성판재(1255)의 단부에는 체결돌기(1256)이 마련된다. 평판 탄성판재(1253)와 경사 탄성판재(1255)의 폭은 요구되는 탄성의 크기에 따라 적절히 정하면 되고, 필요 시 도시된 경사 탄성판재(1255)처럼 가운데 일부를 따낸다. 두 개의 수직연장부(1251)는 진동지지부재(1230)의 두 홈(1235) 안에 안치되고, 그 두 개의 수직연장부(1251)에 각각 마련된 돌기(1252a, 1252b)는 하우징 바닥판(1212)과 덮개(1214)에 각각 마련된 체결공(1215b, 1216b)에 삽입되어 레이저 솔더링처리된다. 탄성부재(1250)의 두 수직연장부(1251)와 연결된 일측 단부는 진동지지부재(1230)의 삽입홈(1234)에 삽입된다. 웨이트(1240)는 유사 직육면체 형상이며 일면에 체결홈(1242)이 마련된다. 이 체결홈(1242)에는 탄성부재(1250)의 경사 탄성판재(1255)의 체결돌기(1256)가 삽입되어 레이저솔더링으로 결합된다.

위와 같은 구성을 갖는 압전진동조립체를 하우징 바닥판(1212) 위에 배치하고 그 위를 하우징 덮개(1214)로 덮고 그 바닥판(1212)과 덮개(1214)를 레이저솔더링으로 접합하면 조립된 압전진동장치(1200)가 완성된다. 이 압전진동장치(1200) 역시 웨이트(1240)에 의해 증폭된 진동을 두 가지 전달경로를 통해 하우징(1210)으로 전달한다는 점에서는 앞의 실시예들과 같다. 즉, 압전진동부재(320)가 진동지지부재(1230)의 관통슬롯(1233)을 진동작용점으로 하여 진동을 하면 그 진동이 탄성부재(1250)의 경사 탄성판재(1255)를 통해 웨이트(1240)에 전달되고 그 웨이트(1240)에 의해 증폭된다. 증폭된 진동의 일부는 경사 탄성판재(1255)->걸림고리(1254)->압전진동부재(320)->진동지지부재(1230)를 통해 하우징(1210)으로 전달된다. 증폭된 진동의 나머지 일부는 경사 탄성판재(1255)->평판 탄성판재(1253)를 거쳐 하우징(1210)으로 전달된다.

이 실시예의 압전진동장치(1200)는 탄성부재(1250)의 형태를 단순화하여 부품의 조립성을 높이고 증폭 진동의 전달효율을 강화한 구조이다. 두 가지 진동 전달경로의 종착지가 인접해 있으므로 진동이 집중되어 진동의 세기가 강화될 수 있다.

구체적으로, 하우징(510) 안의 수납공간의 위쪽 끝에 육면체형 몸체(532)로 된 진동지지부재(530)가 위치한다. 그 진동지지부재(530)의 저면에 마련된 체결돌기(534)는 탄성부재(550)의 선단부에 마련된 체결돌기(556)의 안쪽 홈에 삽입되어 레이저솔더링으로 접합된다. 그리고 그 체결돌기(556)는 바닥판(512)의 체결홈(516)에 삽입되어 레이저솔더링으로 접합된다. 이에 의해 진동지지부재(530)는 하우징 바닥판(512)과 밀착 결합된다. 진동지지부재(530)의 측면에는 수평방향으로 마련된 슬롯(536)에 압전진동부재(520)의 일측 단부가 삽입 접합되어 압전진동층(524)은 진동지지부재(530)에 의해 지지되고 전극단자(522)는 바깥으로 노출된다. 압전진동부재(520)의 타측 단부에는 결합캡(560)이 끼움 결합된다. 그 결합캡(560)은 수평방향으로 돌출부(564)가 마련된다.

탄성부재(550)는 탄성판재(553)와, 이의 양끝에 마련된 결합부(551) 및 걸림부(552)를 포함한 구조로 만든다. 걸림부(552)는 결합캡(560)의 돌출부(564)를 끼워서 걸리도록 탄성판재(553)의 끝에서 위로 수직 절곡된 후 안쪽으로 수평 절곡된 형태로 만들어진다. 결합부(551)는 T자 모양으로 되어 세 군데의 말단에 체결돌기(556)들이 형성된다. 탄성판재(553)는 가운데 부위에서 걸림부(552)까지는 대략 평평하고, 그 가운데 부위에서 결합부(551)까지는 아래쪽으로 경사진 형태로 만들어진다. 탄성판재(553)의 가운데 부위에는 체결돌기(554)들이 마련된다.

웨이트(540)는 압전진동부재(520)보다 더 넓은 폭을 가지며 가운데 부분이 압전진동부재(520)가 삽입되어 진동을 할 수 있도록 홈(542) 형태로 길이방향으로 파여 있고, 그 홈(542)의 말단부 근처는 더 깎아내 압전진동부재(520)의 말단부의 진동 공간을 보장해준다. 또한 그 홈(542)의 양쪽 옆 둔턱부의 가운데 부분에는 체결홈(546)들이 마련된다. 웨이트(540)는 결합캡(560)과 압전진동부재(520)의 대부분의 구간을 덮으면서도 그것들과는 직접 접촉하지 않는 대신, 탄성부재(550)와만 결합되어 그것에 의해 탄성적으로 지지된다. 이를 위해 탄성부재(550)의 체결돌기(554)들은 웨이트(540)의 체결홈(546)에 삽입되어 레이저솔더링으로 결합된다. 탄성판재(553)는 체결돌기(554)가 있는 그 부분만 웨이트(540)와 밀착되고 나머지 부분은 이격된다.

결합캡(560)의 돌출부(564)는 탄성판재(553)는 걸림부(552)에 끼움 결합된다. 이에 의해 압전진동부재(520)의 진동 시 최대변위를 나타내는 부위('최대변위부위'라 함)는 탄성부재(550)에 의해 웨이트(540)와 탄성적 결합을 이룬다. 또한, 탄성부재(550)의 결합부(551)에 마련된 체결돌기(556)들이 하우징 바닥판(512)에 마련된 체결홈(517)들에 삽입되어 레이저솔더링으로 결합된다. 이에 의해 웨이트(540)는 또한 탄성부재(550)를 통해 하우징(510)과 탄성적으로 결합된다. 은폐 시트 내지 접착시트(518)이 하우징 바닥판(512)에 부착된다.

이 실시예의 압진진동장치(500)는 하나의 탄성부재(550)가 압전진동부재(520)와 웨이트(540) 간의 탄성적 결합과 웨이트(540)와 하우징(510) 간의 탄성적 결합을 동시에 실현시켜주는 점에서 제3 및 제4 실시예와 같다.

이 압전진동장치(500)의 진동 메커니즘은 앞의 제3 실시예의 그것과 유사하다. 즉, 압전진동부재(520)의 수직방향 진동은 결합캡(560)과 탄성부재(550)를 통해 웨이트(540)에 전달되고, 웨이트(540)의 무게와 탄성부재(550)의 탄성작용에 의해 그 진동의 힘과 변위가 증폭된다. 그렇게 증폭된 진동은 다시 탄성부재(550)와 결합캡(560), 압전진동부재(520)를 거쳐 진동지지부재(530)를 통해 하우징 바닥판(512)에 전달된다(제1 전달경로). 이러한 진동 전달과는 별도로, 웨이트(540)에서 증폭된 그 진동은 탄성부재(550)를 거쳐 하우징 바닥판(512)으로 직접 전달된다(제2 전달경로).

(파) 그 밖에

위의 여러 실시예에서 웨이트에 의해 증폭된 진동이 탄성부재를 통해 하우징에 직접 전달되는 제2 진동전달경로는 그 종착점이 진동지지부재와 하우징의 내면이 접하는 지점인 것이 바람직하다. 제1 진동전달경로 또한 압전진동부재를 경유하여 그 종착점이 진동지지부재이다. 이렇게 두 개의 진동전달경로의 종착점이 같은 곳이므로 전달되는 진동력이 한 곳으로 집중될 수 있어서 강도가 세지는 효과가 있다. 특히 진동을 하우징에 전달하는 진동지지부재는 딱딱한 비탄성체로 만들어서 그 저면과 상면이 하우징의 바닥과 덮개에 밀착 결합되게 설치함으로써 하우징으로 전달되는 진동의 전달효율을 좋게 하는 것이 바람직하다.

실시예 1과 2에서, 압전진동부재(120, 220)와 탄성부재(150, 250)는 결합핀(170, 270)과 같은 결합수단을 통해 결합되고, 다른 실시예들도 별도의 결합수단을 이용하여 압전진동부재는 탄성부재와 결합하는 것을 제시한다. 하지만 탄성부재의 단부에 압전진동부재와 직접 결합할 수 있는 구조 또는 반대로 압전진동부재의 단부에 탄성부재와 직접 결합할 수 있는 구조를 마련하여 별도의 결합수단을 채용하지 않도록 디자인할 수도 있다. 또한, 탄성부재와 압전진동부재 양 쪽 모두가 서로 직접 결합할 수 있는 구조를 자체적으로 가질 수도 있다.

제1 및 제2 실시예와 달리, 원형 또는 정사각형 압전진동부재의 중심을 진동지지부재에 고정하여 진동작용점이 되게 할 수도 있다. 그 경우, 그 압전진동부재는 가장자리 부위가 최대 변위를 나타내며 그 부위를 웨이트와 연결하는 형태로 구성할 수 있다. 또한 제3 내지 제12 실시예와 달리 직사각형 압전진동부재의 가운데 부분을 진동지지부재에 고정하여 진동작용점으로 삼을 수도 있다. 그 경우, 웨이트는 그 압전진동부재의 양쪽 단부와 연결하면 된다.

웨이트는 또한 위에서 내려 본 모양이 압전진동부재와 실질적으로 동일하거나 상당히 비슷하게 만들면 웨이트의 두께를 보다 얇게 만들 수 있어 공간 활용성이 좋아진다. 웨이트를 이와 같이 만들면 웨이트를 압전진동부재의 어느 부위에 결합시키든지 웨이트와 압전진동부재의 중심점의 위치가 서로 실질적으로 일치하여 안정된 진동을 얻을 수 있다. 또한, 웨이트는 압전진동부재에 대하여 그것의 진동방향축선 상에 결합하는 것이 바람직하다. 그렇게 결합되어 있을 때, 안정적으로 진동을 증폭시킬 수 있다. 또한, 웨이트는 압전진동부재의 진동에 의해 그와 함께 진동을 하면서 자신의 무게를 그 진동에 실어준다. 압전진동부재에 웨이트의 무게가 실리면 진동체의 무게가 늘어난 결과가 되어 압전진동부재 단독으로 진동할 때에 비해 진동력이 강화된다. 특히 교류 구동전압의 특정 주파수에서는 진동의 힘이 최대로 증폭(강화)된다. 상기 특정 주파수는 압전진동부재, 웨이트, 결합부재, 진동지지부재 등의 각 구성요소의 물리적 제원과 물성적 특징에 따라 다른 값을 가지며, 실험에 의해 찾아낼 수 있다.

압전진동조립체는 자신의 고유진동수로 진동을 할 때 가장 큰 진동을 일으킨다(참고로, 본 발명자가 압전진동부재만을 단독 진동체로 이용하여 구동전압의 주파수를 가변시키면서 테스트 해본 바에 의하면, 압전진동부재의 진동 변위의 최대값과 최소값의 비가 거의 20배 정도까지 나타남). 진동체가 웨이트 없이 압전진동부재 단독으로 구성된 경우, 그 진동체의 공진점은 압전소자층의 고유진동수에 가깝기 때문에 압전진동부재가 그 공진점에서 최대 진동할 때 압전소자층에 흐르는 전류값이 상대적으로 높다. 이에 비해 진동체가 압전진동부재와 웨이트의 결합체 또는 그 결합체에 탄성부재가 더 부가되어 구성되는 경우, 그 진동체의 공진점은 압전소자층의 고유진동수와는 크게 멀어져서 그 진동체가 그 공진점에서 최대 진동을 일으킬 때 압전소자층에 흐르는 전류값은 상대적으로 낮아진다. 테스트에 의하면, 압전진동부재에 흐르는 전류 값이 전자의 경우 20mA인데 비해 후자의 경우 220μA여서, 거의 90배 정도의 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 그러므로 진동체에 웨이트를 이용할 경우 전력 소모량을 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다.

(4) 압전진동장치를 채용한 휴대용 전자기기

도 41은 본 발명에 따른 압전진동장치(100, 200, ..., 또는 1200)를 휴대용 전자기기(2000)의 진동수단으로 장착된 예를 도시한다. 압전진동장치(100, 200, ..., 또는 1200)를 진동수단으로 이용하기 위해, 전자기기(2000)는 압전진동장치(100, 200, ..., 또는 1200)가 장착되는 몸체부(2030)와, 압전진동장치(100, 200, ..., 또는 1200)의 구동전원으로 사용되는 배터리(2020)와, 이 배터리(2020)를 전원으로 이용하여 압전진동장치(100, 200, ..., 또는 1200)가 진동을 발생시키도록 구동하는 데 필요한 전압을 만들어서 압전진동부재에 제공하는 구동제어부(2010)를 포함한다. 구동제어부(2010)는 배터리(2020) 전압을 압전진동부재의 진동에 필요한 구동전압으로 변환하는 기능과, 그 구동전압의 공급과 차단 등을 제어하는 기능 등을 갖는다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기능을 갖는 구동제어부(2010)를 구성하는 것은 어렵지 않을 것이므로 여기서는 그에 관해서는 설명을 생략한다. 만약, 압전진동장치(100, 200, ..., 또는 1200)가 설치되는 전기/전자 기기가 배터리 전원이 아닌 일반 상용 전원을 이용하는 경우에는 구동제어부(2010)는 그 상용 전원으로부터 압전진동부재의 구동전압을 만들어내도록 구성한다. 구동제어부(2010)는 전자기기(2000)에 설치된 프로세서나 CPU, 그리고 인버터 회로 등으로 구성할 수 있으며 보통 PCB 기판(2040)에 장착된다.

도 42는 하우징을 제외한 압전진동조립체(3000)만의 구성을 예시적으로 도시하며, 도 43은 그 압전진동조립체(3000)를 예컨대 디스플레이 패널의 테두리 4곳에 설치한 것을 보여준다. 위에서 제시한 제1 내지 제12 실시예들에 있어서, 하우징은 압전진동조립체(하우징을 제외한 나머지 구성요소들의 조립체)의 진동을 일차적으로 전달받는 진동전달대상물체인 동시에, 그 스스로 그 진동을 제3의 진동전달대상물체(압전진동장치가 설치되는 장치로서, 예컨대 휴대폰이나 디스플레이패널 등과 같은 전기/전자기기(2000, 3100)에 진동을 전달하는 역할을 한다. 또한, 하우징은 압전진동조립체의 조립과 설치를 용이하게 해주는 역할도 한다. 만약 이런 역할들이 압전진동조립체가 설치되는 진동전달대상물체가 제공할 수 있다면 하우징을 굳이 별도로 채용하지 않을 수 있다. 도 42의 압전진동조립체(3000)는 도 43에 도시된 디스플레이 장치(3100)의 테두리에 설치하기에 적합하도록 제3 실시예의 압전진동조립체(하우징(310)을 제외한 구성요소들의 조립체)의 결합부(351)와 체결돌기(355) 부분만을 변경한 구조이다. 구조가 변경된 부분은 결합부(3351)의 폭을 좀 더 넓게 만들고 거기에 체결돌기(3355)를 배치한 점이다. 이러한 구조 변경은 디스플레이 장치(3100)의 테두리에 마련된 돌출부(3110)의 측벽과 그 테두리의 바닥면(3120)을 이용하여 압전진동조립체(3000)를 고정하기 위함이다. 돌출부(3110)의 측벽과 디스플레이 장치(3100)의 바닥면(3120)에는 체결홈(비도시)들을 마련할 필요가 있다. 이 체결홈(비도시)에 압전진동조립체(3000)의 진동지지부재(330)의 바닥에 마련된 체결돌기(335)와 탄성부재(350)의 결합부(3351)에 마련된 체결돌기(3355)를 각각 삽입하여 예컨대 레이저솔더링으로 결합한다. 이에 의해, 디스플레이 장치(3100)의 테두리 네 군데에 압전진동조립체(3000)가 설치된다. 디스플레이장치(3100)의 테두리가 하우징의 역할을 대신한 것이다. 도시하지는 않았지만, 이들 압전진동조립체(3000)는 구동전압을 공급받기 위해 전원부(비도시)와 연결되어야 함은 물론이다. 이런 구성에 의하면, 구동제어부(비도시)가 압전진동조립체(3000)의 구동전압의 공급을 제어함으로써 네 개의 압전진동조립체(3000)의 일부 또는 전부를 원하는 시간동안 진동하게 할 수 있다.

본 발명이 개시하는 압전진동장치는 휴대폰이나 무선호출기, 휴대용 멀티미디어 재생장치(Potable Multimedia Player; PMP), 게임기, 리모콘, 마우스 등과 같은 전기/전자 기기의 진동수단 내지 알람수단으로 널리 이용될 수 있다.

2, 12c, 22c, 92c, 102c, 142c: 기판 142a, 142b: 압전소자층
4a, 4b, 9-1, 9-2, ..., 9-n, 12a, 12b, 92a, 92b, 102a, 102b,
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200: 압전진동장치
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 1010, 1210: 하우징
120, 320: 압전진동부재
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 1030, 1230: 진동지지부재
140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840, 1040, 1240: 웨이트
150, 160, 250, 350, 450, 550, 650, 670, 850, 950, 1050, 1150, 1250: 탄성부재
170: 결합핀
360, 460, 660, 1060: 결합캡
480: 압전진동조립체
2000: 압전진동장치가 설치된 전기/전자기기

Claims (23)

1. 하우징; 및 상기 하우징 안에 설치된 압전진동조립체를 구비하며, 상기 압전진동조립체는, 탄성 기판의 적어도 한쪽 면에 압전물질층이 상부 및 하부 전극층 사이에 샌드위치된 압전진동층이 적어도 한 층 이상 적층된 구조로 되어 있고 상기 압전물질층의 양면에 걸리는 교류전압에 의해 상기 압전물질층이 압축과 신장을 교대로 반복함에 따라 특정 부위가 진동작용점이 되어 진동을 일으키는 압전진동부재; 일측이 상기 하우징에 고정되고 타측이 상기 압전진동부재의 상기 특정 부위를 붙잡아 지지하는 진동지지부재; 및 상기 압전진동부재에 결합되어 상기 압전진동부재의 진동에 의해 함께 진동하면서 자신의 무게로 진동을 증폭시키는 고비중의 물질로 이루어진 웨이트를 포함하는 압전진동장치에 있어서,
   상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위와 상기 웨이트의 소정부위를 탄성적으로 결합시켜 상기 압전진동부재와 상기 웨이트 간에 진동을 탄성적으로 전달하는 제1탄성부재; 및
   직접 또는 상기 제1탄성부재의 일부구간을 경유하여, 상기 웨이트를 상기 하우징의 내면의 제1지점에 탄성적으로 연결하는 제2탄성부재를 더 포함하며,
   입력 교류전압에 의해 상기 압전진동부재가 상기 진동지지부재에 붙잡힌 부위를 진동작용점으로 하여 진동을 일으키면, 상기 웨이트도 함께 진동을 하면서 그 진동이 증폭되고, 증폭된 진동은 (i) 상기 제1탄성부재, 상기 압전진동부재, 상기 진동지지부재를 차례로 통하는 제1진동전달경로와 (ii) 상기 제2탄성부재만을 통하거나 또는 상기 제1탄성부재의 일부구간과 상기 제2탄성부재를 통하는 제2진동전달경로의 두 가지 진동전달경로를 통해 동시적으로 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 압전진동부재의 진동 시 최대변위부위를 상기 하우징의 내면의 제2지점에 탄성적으로 연결하는 제3탄성부재를 더 포함하여, 상기 웨이트에 의해 증폭된 진동은, 상기 제1 및 제2 진동전달경로 외에, 상기 제1탄성부재와 상기 제3탄성부재를 순차적으로 경유하는 제3진동전달경로를 통해서도 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 압전진동부재의 상기 진동시-최대변위부위에 외삽된 채 상기 제1탄성부재의 단부와 결합되어 상기 제1탄성부재와 상기 진동시-최대변위부위를 연결시키는 결합캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1탄성부재는 상기 압전진동부재와 상기 웨이트의 제1면 사이에, 그리고 상기 제2탄성부재는 상기 웨이트의 상기 제1면의 반대쪽 면인 제2면과 상기 하우징의 내면 사이에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1탄성부재는 상기 압전진동부재와 상기 웨이트의 제1면 사이에, 그리고 상기 제2탄성부재는 상기 웨이트의 상기 제1면과 상기 하우징의 내면 사이에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 압전진동부재는 폭보다 길이가 더 긴 직사각형이고 일측 단부가 상기 진동지지부재에 고정되어 있고 반대측 단부에는 결합캡이 외삽되어 있으며,
   상기 제1 탄성부재는 상기 압전진동부재의 상면 위쪽에 이격되어 나란히 배치된 상기 웨이트의 상면의 특정 부위와 상기 결합캡을 탄성적으로 연결해주며,
   상기 제2 탄성부재는 상기 웨이트의 상면의 상기 특정 부위에서 상기 진동지지부재의 상단까지 연장된 지점에서 상기 하우징의 내면과 결합된 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 압전진동부재는 폭보다 길이가 더 긴 직사각형이고 일측 단부가 상기 진동지지부재에 고정되어 상기 진동작용점의 역할을 하고 반대측 단부에는 결합캡이 외삽되어 있으며,
   상기 웨이트는 상기 압전진동부재보다 더 넓은 폭을 갖고 저면의 가운데 부분에 길이방향의 홈이 마련되어 있고 상기 홈의 양쪽 측벽의 상면에는 체결홈이 마련되어 있고, 상기 압전진동부재가 상기 홈 안에 배치되도록 상기 압전진동부재 위에 배치되며,
   상기 제1 탄성부재와 상기 제2탄성부재는 일체형으로 연결되어 상기 압전진동부재의 진동시 최대변위부위에서 상기 압전진동부재의 상기 진동작용점 쪽으로 연장되어 상기 하우징에 고정되되, 상기 제1 탄성부재의 일측 단부가 상기 결합캡에 맞물려 결합되고, 상기 제2탄성부재와의 경계부위가 상기 웨이트의 상기 체결홈과 결합되며, 상기 제2탄성부재의 말단부는 상기 하우징의 내벽에 결합되는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1탄성부재와 상기 제2탄성부재는 일체형 탄성 금속판재로 만든 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 하우징에 연결된 상기 제2탄성부재의 단부는 상기 진동지지부재와 상기 하우징의 내벽 사이에 샌드위치 되어 있는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 탄성부재가 상기 웨이트와 결합하는 부위는 상기 제2 탄성부재가 상기 웨이트와 결합하는 부위의 반대쪽 면에 위치하여, 상기 웨이트가 진동을 하는 동안에 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성부재는 압축과 신장을 서로 교호적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 제1 탄성부재가 상기 웨이트와 결합하는 부위는 상기 제2 탄성부재가 상기 웨이트와 결합하는 부위와 같은 쪽 면에 위치하여, 상기 웨이트가 진동을 하는 동안에 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성부재는 압축과 신장을 서로 동기적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
12. 하우징; 및 상기 하우징 안에 설치된 압전진동조립체를 구비하며, 상기 압전진동조립체는, 탄성 기판의 적어도 한쪽 면에 압전물질층이 상부 및 하부 전극층 사이에 샌드위치된 압전진동층이 적어도 한 층 이상 적층된 구조로 되어 있고 상기 압전물질층의 양면에 걸리는 교류전압에 의해 상기 압전물질층이 압축과 신장을 교대로 반복함에 따라 특정 부위가 진동작용점이 되어 진동을 일으키는 압전진동부재; 일측이 상기 하우징에 고정되고 타측이 상기 압전진동부재의 상기 특정 부위를 붙잡아 지지하는 진동지지부재; 및 상기 압전진동부재에 결합되어 상기 압전진동부재의 진동에 의해 함께 진동하면서 자신의 무게로 진동을 증폭시키는 고비중의 물질로 이루어진 웨이트를 포함하는 압전진동장치에 있어서,
    상기 웨이트는 일측이 상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위에 결합되고,
    상기 압전진동장치는, 상기 웨이트를 상기 하우징의 내면의 제1지점에 탄성적으로 연결하는 제1 탄성부재를 더 포함하며,
    입력 교류전압에 의해 상기 압전진동부재가 상기 진동지지부재에 붙잡힌 부위를 진동작용점으로 하여 진동을 일으키면, 상기 웨이트도 함께 진동을 하면서 그 진동이 증폭되고, 증폭된 진동은 (i) 상기 압전진동부재와 상기 진동지지부재를 차례로 통하는 제1진동전달경로와 (ii) 상기 제1 탄성부재를 통하는 제2진동전달경로의 두 가지 진동전달경로를 통해 동시적으로 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 탄성부재의 상기 웨이트와의 결합부위와 상기 하우징의 내면의 제2지점을 탄성적으로 연결시켜주는 제2 탄성부재를 더 포함하며, 상기 제1 지점과 상기 제2지점은 서로 마주보는 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 압전진동부재의 상기 진동시-최대변위부위에 외삽된 채 상기 웨이트에 마련된 홈에 삽입되어 상기 진동시-최대변위부위를 상기 웨이트에 걸려 함께 진동하도록 해주는 결합캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
15. 하우징; 및 상기 하우징 안에 설치된 압전진동조립체를 구비하며, 상기 압전진동조립체는, 탄성 기판의 적어도 한쪽 면에 압전물질층이 상부 및 하부 전극층 사이에 샌드위치된 압전진동층이 적어도 한 층 이상 적층된 구조로 되어 있고 상기 압전물질층의 양면에 걸리는 교류전압에 의해 상기 압전물질층이 압축과 신장을 교대로 반복함에 따라 특정 부위가 진동작용점이 되어 진동을 일으키는 압전진동부재; 일측이 상기 하우징에 고정되고 타측이 상기 압전진동부재의 상기 특정 부위를 붙잡아 지지하는 진동지지부재; 및 상기 압전진동부재에 결합되어 상기 압전진동부재의 진동에 의해 함께 진동하면서 자신의 무게로 진동을 증폭시키는 고비중의 물질로 이루어진 웨이트를 포함하는 압전진동장치에 있어서,
    상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위와 상기 웨이트의 소정부위를 탄성적으로 결합시켜 상기 압전진동부재와 상기 웨이트 간에 진동을 탄성적으로 전달하는 제1탄성부재; 및
    상기 압전진동부재의 진동시-최대변위부위와 상기 하우징의 내면의 제1지점을 탄성적으로 결합시켜 상기 압전진동부재와 상기 웨이트의 진동을 상기 하우징에 탄성적으로 전달하는 제2탄성부재를 더 포함하며,
    입력 교류전압에 의해 상기 압전진동부재가 상기 진동지지부재에 붙잡힌 부위를 진동작용점으로 하여 진동을 일으키면, 상기 웨이트도 함께 진동을 하면서 그 진동이 증폭되고, 증폭된 진동은 (i) 상기 제1탄성부재, 상기 압전진동부재, 상기 진동지지부재를 차례로 통하는 제1진동전달경로와 (ii) 상기 제1탄성부재와 상기 제2탄성부재를 통하는 제2진동전달경로의 두 가지 진동전달경로를 통해 동시적으로 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 웨이트를 상기 하우징의 내면의 제2지점에 탄성적으로 연결하는 제3탄성부재를 더 포함하여, 상기 웨이트에 의해 증폭된 진동은, 상기 제1 및 제2 진동전달경로 외에, 상기 제3탄성부재를 통해서도 상기 하우징에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
17. 제1, 12, 15항 중 어느 하나에 있어서, 상기 하우징 안에 설치된 상기 압전진동조립체가 복수 개이며, 상기 복수개의 압전진동조립체는 진동방향이 서로 평행하거나 또는 직교하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
18. 제1, 12, 15항 중 어느 하나에 있어서, 상기 하우징의 외면을 상기 압전진동장치가 설치되는 진동전달대상물체에 접착시키는 접착시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
19. 제1, 12, 15항 중 어느 하나에 있어서, 상기 압전진동부재는, 탄성 기판과 상기 탄성 기판의 상면과 하면에 각각 적층된 제1 및 제2 압전진동층을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 압전진동층 각각은 상기 제1 및 제2 탄성 기판 위에 복수의 전극층과 복수의 압전물질층이 번갈아 포개지는 형태로 적층된 다층구조이고,
    상기 복수의 압전물질층은 압전세라믹으로 이루어지고 수직 적층된 n 개의 압전소자층을 포함하며,
    상기 복수의 전극층은, 최저위 압전소자층의 저면에 길이방향을 따라 서로 이격되어 나란히 도포된 제1a 및 제1b 베이스전극층과, 상기 복수의 압전물질층의 상면마다 도포된 제1 내지 제n 전극층을 포함하며,
    짝수 층의 압전소자층의 상면에 배치된 전극층은 상기 제1a 베이스전극층에 공통 연결되고, 홀수 층의 압전소자층의 상면에 배치된 전극층은 상기 제1b 베이스전극층에 공통 연결되는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 탄성 기판은, 서로의 옆에 이격되어 나란히 병치되어 전기적으로 서로 절연되어 있는 제1 및 제2 도전성 금속박판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 도전성 금속박판은 상기 제1a 및 제1b 베이스전극층에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
21. 제1, 12, 15항 중 어느 하나에 있어서, 상기 진동지지부재는 상기 하우징으로의 진동전달효율을 좋게 하기 위해 저면과 상면이 상기 하우징의 바닥과 덮개에 밀착 결합된 딱딱한 비탄성체로 구성되고, 몸체의 소정 높이에 슬롯이 마련되어 상기 압전진동부재의 단부가 상기 슬롯에 삽입 고정되어 상기 진동작용점으로 작용하도록 해주는 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
22. 제1, 12, 15항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 진동전달경로의 종착점은 상기 진동지지부재와 상기 하우징의 내면이 접하는 지점인 것을 특징으로 하는 압전진동장치.
23. 몸체부;
    전원부;
    상기 몸체부의 소정의 위치에 장착되며, 진동을 발생시키는 제1항, 제12항, 제15항 중 어느 하나의 항에 기재된 압전진동장치; 및
    상기 전원부의 전원을 이용하여 상기 압전진동장치가 진동을 발생시키는 데 필요한 전압을 만들어 상기 압전진동부재에 대한 상기 전압의 공급을 제어함으로써 상기 압전진동장치의 진동을 제어하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.

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