KR101326235B1 - Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback - Google Patents

Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback Download PDF

Info

Publication number
KR101326235B1
KR101326235B1 KR1020120023562A KR20120023562A KR101326235B1 KR 101326235 B1 KR101326235 B1 KR 101326235B1 KR 1020120023562 A KR1020120023562 A KR 1020120023562A KR 20120023562 A KR20120023562 A KR 20120023562A KR 101326235 B1 KR101326235 B1 KR 101326235B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
force generating
generating unit
polymer dielectric
compressive force
voltage
Prior art date
Application number
KR1020120023562A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130102374A (en
Inventor
양태헌
최인묵
박연규
김민석
송한욱
이성준
Original Assignee
한국표준과학연구원
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 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020120023562A priority Critical patent/KR101326235B1/en
Publication of KR20130102374A publication Critical patent/KR20130102374A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101326235B1 publication Critical patent/KR101326235B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • H02K7/065Electromechanical oscillators; Vibrating magnetic drives
    • 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
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

본 발명은 고분자유전체 기반 고성능 구동기, 그 구동기를 이용한 액추에이터, 표면질감제공장치, 진동모터 및 촉각 피드백 제공장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기에 있어서, 유연성을 갖는 하우징; 하우징의 상부 또는 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖는 압축력 생성부; 및 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 복원력을 생성시키는 복원력생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기에 관한 것이다. The present invention relates to a polymer dielectric-based high performance driver, an actuator using the driver, a surface texture providing device, a vibration motor and a tactile feedback providing device. More specifically, a polymer dielectric based high performance driver comprising: a housing having flexibility; A compressive force generating unit provided at an upper or lower portion of the housing and having a polymer dielectric stretched in a plane direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage, and electrode layers provided on upper and lower surfaces of the polymer dielectric; And a restoring force generating unit generating a restoring force in response to the compressive force generated by the compressive force generating unit.

Description

고분자유전체 기반 고성능 구동기, 그 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터, 표면질감제공장치, 진동모터 및 촉각 피드백 제공장치{Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback}High-performance polymer dielectric-based high performance actuators, tactile feedback actuators, surface texture providing devices, vibration motors and tactile feedback providing devices }

본 발명은 고분자유전체 기반 고성능 구동기, 그 구동기를 이용한 액추에이터, 표면질감제공장치, 진동모터 및 촉각 피드백 제공장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는 압축력생성부와 복원력생성부 및 자기력생성부를 포함하여 빠른 응답속도와 고출력을 동시에 갖게 되는 고분자 유전체 기반 촉감제공 액추에이터 등에 관한 것이다. The present invention relates to a polymer dielectric-based high performance driver, an actuator using the driver, a surface texture providing device, a vibration motor and a tactile feedback providing device. More specifically, the present invention relates to a polymer dielectric-based tactile actuator providing a fast response speed and a high output power, including a compression force generation unit, a restoring force generation unit, and a magnetic force generation unit.

일반적으로 햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑거팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다.In general, a haptic is a tactile sensation that can be felt by a person's finger tip (fingertip or stylus pen) when touching an object. The tactile feedback that the skin touches the object surface, (Kinesthetic force feedback), which is felt when the movement of the robot is disturbed.

사람의 감각수용기로서, 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian corpuscle), 저주파의 진동을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's disc)와 피부를 눌려주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's ending)가 있다. 이러한 다양한 촉감수용기를 자극하여, 현실감있는 촉감을 재현하기 위해선, 액추에이터의 주파수 대역폭이 중요하다. 촉감수용기들은 각각 활성화되는 주파수 범위가 다르기 때문에, 이들을 모두 자극하기 위해선 250Hz이상의 대역폭을 갖는 액추에이터가 필요하다. As a human sensory receptor, a mechanical stimulus receptor is a Pacinian corpuscle that senses high-frequency vibration, Meissner's corpuscle that senses low-frequency vibration, and Merkel's that senses local pressure. Ruffini's ending, which detects the disc and the stretch that presses on the skin. In order to stimulate these various tactile receptors and reproduce realistic touch, the frequency bandwidth of the actuator is important. Since the tactile receptors each have different frequency ranges to be activated, actuators having a bandwidth of 250 Hz or more are required to stimulate them all.

상기의 250Hz 이상의 대역폭을 만족시키는 기존의 액추에이터로는 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터, 형상기억합금세라믹 액추에이터 등 다양한 액추에이터들이 있다. 촉감제시장치의 대표적인 예로는 모바일디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로, 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.Existing actuators satisfying the bandwidth of 250 Hz or more include various actuators such as solenoid actuators, DC / AC motors, server motors, ultrasonic actuators, and shape memory alloy ceramic actuators. A representative example of the tactile display device is a vibration motor according to an input of a touch screen in a mobile device, and a device for stimulating a Pachinian / Minus body that generates vibration by detecting vibration of high frequency / low frequency.

하지만 실제와 동일한 미세한 촉감을 구현하기 위해선, 사람이 구분 가능한 대역폭인 250Hz 보다 훨씬 높은 수 kHz의 대역폭을 제공할 수 있는 액추에이터가 필요하다. 이머젼사(immersion.com)에선 모바일기기에서 대역폭이 높은 피에조 액추에이터로 수 kHz의 대역폭을 제공하는 HD(High Definition) Haptic Device를 개발하였다. 피에조 액추에이터는 응답속도가 1ms정도로 빨라, 높은 대역폭을 갖는 장점이 있지만, 생성할 수 있는 변위가 작고 Brittle하여 Portable Device에 장착하기 어려운 단점을 가지고 있다. However, in order to achieve the same subtle touch, an actuator is needed that can provide a bandwidth of several kHz that is much higher than the human-identifiable bandwidth of 250 Hz. Immersion.com has developed a High Definition Haptic Device that provides a bandwidth of several kHz with a high bandwidth piezo actuator in mobile devices. The piezo actuator has the advantage of having a high bandwidth because the response speed is about 1ms, but it has a disadvantage that it is difficult to install in a portable device due to the small displacement that can be generated and the Brittle.

반면에 본 발명에서 제시하는, 고분자 유전체 액추에이터는 반응속도가 어느 정도 빠르며, 높은 변위를 생성할 수 있고, 폴리머 형태로 구성됨으로 Brittle하지 않아 Portal Device 등 다양한 전자기기에 햅틱 액추에이터로 적용이 가능하다. 하지만 고분자 유전체의 고유의 점탄성 특성 때문에, 응답속도를 개선하는 데는 한계가 있다. 그래서 본 발명에선 점탄성 특성에 따른 응답속도의 한계를 개선하기 위해 빠르게 복원되도록 하는 복원력 생성부를 추가한 액추에이터를 도시한다. 복원력생성부는 탄성복원력 또는 점탄성복원력을 활용하여 구성이 가능하며, 이를 Compact하게 구성하는 것에 그 진보성이 있다. On the other hand, the polymer dielectric actuator proposed in the present invention is capable of generating a high displacement and high displacement, and is formed in a polymer shape, so that the polymer dielectric actuator can be applied to various electronic devices such as a portal device as a haptic actuator. However, due to the inherent viscoelastic properties of polymer dielectrics, there is a limit to improving the response speed. Thus, in the present invention, the actuator is added to the restoring force generating unit to be quickly restored to improve the limit of the response speed according to the viscoelastic properties. The restoring force generating unit can be configured using elastic restoring force or viscoelastic restoring force.

상기의 복원력 생성부를 장착한 고분자 유전체 액추에이터는 고성능의 진동모터로 활용될 수도 있고, 사용자에게 미세한 촉감, 돌기, 및 형상을 표현할 수 있는 핀어레이 촉감제시장치(Pin-Array Tactile Display)로 활용될 수 있다. 상기의 핀어레이 촉감제시장치로 활용되기 위해선, 인간의 피부 감각을 모사할 수 있을 만큼 다수의 구동기(Actuator)를 좁은 면적에 집적할 수 있는 기술이 중요하다. 그래서 복원력생성부가 Compact하게 디자인되어 삽입되는 것이 중요한 디자인 요소가 될 수 있다. The polymer dielectric actuator equipped with the restoring force generating unit may be used as a high-performance vibration motor, or may be used as a pin-array tactile display device capable of expressing fine touch, protrusion, and shape to a user. have. In order to be utilized as the pin array tactile display device, a technology capable of integrating a plurality of actuators in a small area so as to simulate the human skin sense is important. Therefore, the resilience generating unit is designed to be compact and inserted can be an important design element.

도 1a 고분자유전체(1)의 사시도를 도시한 것이고, 도 1b는 전극층(2)에 전압이 인가된 상태의 고분자유전체(1)의 사시도를 도시한 것이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 고분자유전체(1)의 구동원리는 얇은 고분자유전체(1) 필름 위에 유연한 전극을 입히고 전압을 공급하면 필름의 두께는 감소하고 면적은 늘어나는 변형이 발생한다. 1A illustrates a perspective view of the polymer dielectric 1, and FIG. 1B illustrates a perspective view of the polymer dielectric 1 in a state where a voltage is applied to the electrode layer 2. As shown in FIGS. 1A and 1B, the driving principle of the polymer dielectric 1 is to apply a flexible electrode on a thin polymer dielectric 1 film and supply a voltage to reduce the thickness of the film and increase the area.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

이러한 촉감 디스플레이 장치에 대한 일 예로 2007년 4월 25일자로 공개된 대한민국 등록 특허 제718896호는 고분자 유전체(1)의 외각을 고정하는 프레임을 설치하여 구동방향을 제시하는데 있어 선장력 방식이 아닌 구동필름의 형태 변형을 통한 제시방법에 대해 기재하고 있다. As an example of such a tactile display device, the Republic of Korea Patent No. 718896, published on April 25, 2007, installs a frame that fixes the outer shell of the polymer dielectric 1 so that the driving direction is not a tension force method in presenting a driving direction. It describes the method of presentation through the deformation of the film.

도 2a는 종래 고분자 유전체 기반 구동기(3)의 분해 사시도를 도시한 것이고, 도 2b는 종래 고분자 유전체 기반 구동기(3)의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 2c는 전극층(2)에 전압이 인가된 상태의 종래 고분자 유전체 기반 구동기(3)의 사시도를 도시한 것이고, 도 3은 종래 고분자 유전체 기반 구동기(3)를 이용한 촉감제시장치(6)의 사시도를 도시한 것이다. 2A shows an exploded perspective view of a conventional polymer dielectric based driver 3, and FIG. 2B shows a perspective view of a conventional polymer dielectric based driver 3. 2C illustrates a perspective view of a conventional polymer dielectric based driver 3 in a state where a voltage is applied to the electrode layer 2, and FIG. 3 illustrates a tactile display device 6 using the conventional polymer dielectric based driver 3. It shows a perspective view of the.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 고분자 유전체(1) 기반 구동기(3)는 고분자 유전체(1) 필름, 고분자 유전체(1) 필름의 상하면에 각각 코팅된 유연한 전극층(2) 그리고, 고분자유전체(1) 필름의 외각을 고정하는 프레임(4)을 포함하고 있음을 알 수 있다. 그리고, 종래 고분자 유전체(1) 기반 구동기 상부와 하부 각각에 보호필름(5)이 결합되게 된다. As shown in Figs. 2A, 2B, 2C and 3, the conventional polymer dielectric (1) based driver (3) is a flexible electrode layer coated on the upper and lower surfaces of the polymer dielectric (1) film and the polymer dielectric (1) film, respectively. (2) And it turns out that it contains the frame 4 which fixes the outer shell of the polymeric dielectric 1 film. In addition, the protective film 5 is coupled to the upper and lower portions of the conventional polymer dielectric 1 based driver.

따라서 전극에 전압이 인가되면 고분자 유전체(1)는 평면방향으로 인장되게 되고, 프레임(4)에 의해 고분자 유전체(1)의 외각이 구속되어있어 결국 도 2c 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상부로 돌출되게 된다. Therefore, when a voltage is applied to the electrode, the polymer dielectric material 1 is stretched in the planar direction, and the outer surface of the polymer dielectric material 1 is constrained by the frame 4, and as a result, as shown in FIGS. 2C and 3, To protrude.

그러나 이러한 구동기(3) 및 촉감제시장치(6)는 수직방향의 변위를 상승시킬 수는 있으나 수직변위를 간접적으로 생성하게 됨으로써 수직력이 13mN정도의 수준으로 상대적으로 큰 힘(수직력)을 발생시키지 못하게 되는 문제가 존재하고, 고집적 모듈의 개발이 어렵고, 와이어링(Wiring) 및 제어가 어렵고, 유연한 전극 패터닝의 한계가 존재하게 되는 문제가 존재하게 된다. However, the driver 3 and the tactile display device 6 can raise the displacement in the vertical direction, but indirectly generate the vertical displacement so that the vertical force does not generate a relatively large force (vertical force) at a level of about 13 mN. There is a problem that there is a problem, difficult to develop a highly integrated module, difficult to wire and control, there is a problem that there is a limit of flexible electrode patterning.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 압축력생성부에서 생성되는 압축력에 반대로 복원력생성부에서 복원력을 생성시키게 됨으로써 복원 응답속도를 높일 수 있고, 자기력생성부를 포함하여 압축력과 동일한 방향으로 자기력을 생성시켜 수직력을 상승시킬 수 있는 고성능 구동기, 촉감제공 액추에이터 및 진동모터를 제공하게 된다. 또한, 사람 촉감의 시간분해능 내에서 공진주파수를 조절하여 자극주기뿐 아니라 자극강도까지 조절할 수 있는 촉각피드백 제공장치를 제공하게 된다. The present invention is derived to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention by generating a restoring force in the restoring force generation unit as opposed to the compressive force generated in the compressive force generation unit can increase the responsive response speed, magnetic force It provides a high performance driver, a tactile actuator and a vibration motor that can generate a magnetic force in the same direction as the compression force, including the generating unit to increase the vertical force. In addition, the present invention provides a tactile feedback providing apparatus which can control not only the stimulation period but also the stimulus intensity by adjusting the resonance frequency within the time resolution of the human tactile sense.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 제1목적은, 고분자 유전체 기반 고성능 구동기에 있어서, 유연성을 갖는 하우징; 하우징의 상부 또는 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖는 압축력 생성부; 및 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 복원력을 생성시키는 복원력생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a polymer dielectric based high performance driver, comprising: a housing having flexibility; A compressive force generating unit provided at an upper or lower portion of the housing and having a polymer dielectric stretched in a plane direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage, and electrode layers provided on upper and lower surfaces of the polymer dielectric; And a restoring force generating unit for generating a restoring force in response to the compressive force generated by the compressive force generating unit.

압축력 생성부는 복수로 적층되어 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compressive force generating unit may be characterized in that a plurality of stacked is provided.

복원력 생성부는 압축력 생성부의 하부 또는 상부에 구비되며, 탄성부재 또는 고분자유전체로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The restoring force generating unit may be provided below or above the compressive force generating unit, and may be made of an elastic member or a polymer dielectric.

압축력 생성부와 복원력 생성부 사이에 구비되는 영구자석; 및 하우징의 상부판과 하부판 각각에 구비되는 강자성체층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A permanent magnet provided between the compressive force generating unit and the restoring force generating unit; And it may be characterized in that it further comprises a ferromagnetic layer provided on each of the upper plate and the lower plate of the housing.

본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감 제공 액추에이터에 있어서, 구동기에 구비된 하우징의 상부기판 중앙부와 압축력 생성부의 중앙부에 형성되는 홀; 및 압축력 생성부와 복원력 생성부 사이에 결합되고, 홀에서 돌출과 복귀를 반복 구동하는 컨택터;를 포함하여 전극층에 의해 고분자유전체에 전압이 인가되면 압축력에 의해 컨택터가 상부로 돌출되게 되고, 전압인가가 제거되면 복원력 생성부의 복원력에 의해 컨택터가 복귀되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감 제공 액추에이터로서 달성될 수 있다. According to a second aspect of the present invention, there is provided a tactile actuator using a polymer dielectric-based high-performance driver as described above, comprising: a hole formed in a center of an upper substrate of a housing and a compression force generating unit; And a contactor coupled between the compressive force generating unit and the restoring force generating unit, wherein the contactor repeatedly drives the protrusion and the return from the hole. When a voltage is applied to the polymer dielectric by the electrode layer, the contactor protrudes upward due to the compressive force. When the voltage application is removed, the contactor may be returned by the restoring force of the restoring force generating unit, and thus may be achieved as a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver.

본 발명의 제3목적은, 앞서 언급한 촉감 제공 액추에이터를 이용한 표면질감제시장치에 있어서, 액추에이터에 구비된 하우징의 상부 또는 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자 유전체와 고분자 유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 패터닝 된 다수의 전극층을 갖는 압축력 생성부 및 하우징에 구비되며, 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여복원력을 생성시키는 패터닝 된 다수의 복원력생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 표면질감제시장치로서 달성될 수 있다. The third object of the present invention, in the surface texture display apparatus using the above-described tactile feel actuator, provided in the upper or lower portion of the housing provided in the actuator and is tensioned in the plane direction and compressed in the vertical direction by the applied voltage A plurality of patterned restoring forces provided in the compressive force generating unit and the housing having a plurality of patterned electrode layers provided on the polymer dielectric and the upper and lower surfaces of the polymer dielectric, respectively, to generate a restoring force in response to the compressive force generated by the compressive force generating unit. It can be achieved as a high-performance surface texture display apparatus based on a polymer dielectric, characterized in that it comprises a generator.

본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터에 있어서, 구동기에 구비된 압축력 생성부와 복원력 생성부 사이에 결합되는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention is a vibration motor using the polymer dielectric-based high performance driver mentioned above, wherein the polymer dielectric-based high performance driver comprises a mass body coupled between the compressive force generating unit and the restoring force generating unit provided in the driver. It can be achieved as a vibration motor using.

질량체는 텅스텐, 철 및 SUS 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.The mass may be at least one of tungsten, iron, and SUS.

본 발명의 제5목적은, 촉각피드백 제공장치에 있어서, 앞서 언급한 촉감제공 액추에이터; 액추에이터에 구비된 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및 전압인가부를 제어하여 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치로서 달성될 수 있다. A fifth object of the present invention is to provide a haptic feedback providing apparatus comprising: a tactile feedback actuator as described above; A voltage applying unit for applying a voltage to the electrode layer provided in the actuator; And a control unit controlling a voltage period applied to the electrode layer by controlling the voltage applying unit.

또한, 본 발명의 제6목적은 촉각피드백 제공장치에 있어서, 앞서 언급한 진동모터; 진동모터에 구비된 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및 전압인가부를 제어하여 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치로서 달성될 수 있다. In addition, a sixth object of the present invention is a tactile feedback providing apparatus, the vibration motor mentioned above; A voltage applying unit for applying a voltage to the electrode layer provided in the vibration motor; And a control unit controlling a voltage period applied to the electrode layer by controlling the voltage applying unit.

그리고 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 조절하여 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하며, 공진주파수는 사람촉감의 시간분해능 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The controller may control the intensity and period of the tactile feedback by adjusting the voltage period of the resonant frequency pulse, and the resonant frequency may be less than the time resolution of the human touch.

본 발명의 제7목적은 고분자유전체 기반 고성능 구동기에 있어서, 유연성을 갖는 하우징; 하우징의 상부판 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖는 상부 압축력 생성부; 상부 압축력 생성부의 하부에 결합되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖고, 하부면은 하우징의 하부판에 결합되는 하부 압축력 생성부;를 포함하여 상부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 상부 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 하부 압축력 생성부에 복원력이 생성되고, 하부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 하부 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 상부 압축력 생성부에 복원력이 생성되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기로서 달성될 수 있다. A seventh object of the present invention is a polymer dielectric-based high performance driver comprising: a housing having flexibility; An upper compressive force generating unit provided below the upper plate of the housing and having a polymer dielectric stretched in a plane direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage, and electrode layers provided on upper and lower surfaces of the polymer dielectric; It is coupled to the lower portion of the upper compressive force generating portion and has a polymer dielectric which is tensioned in the planar direction by the applied voltage and is compressed in the vertical direction, and an electrode layer provided on each of the upper and lower surfaces of the polymer dielectric, the lower surface is coupled to the lower plate of the housing When a voltage is applied to the upper compressive force generating unit side including a lower compressive force generating unit which is a restoring force is generated in the lower compressive force generating unit corresponding to the compression force generated in the upper compressive force generating unit, when the voltage is applied to the lower compressive force generating unit The restoring force is generated in the upper compressive force generating unit in response to the compressive force generated in the lower compressive force generating unit.

상부 압축력 생성부 및 하부 압축력 생성부 중 적어도 어느 하나는 복수로 적층되어 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.At least one of the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit may be characterized by being provided in a plurality of stacked.

고분자유전체는 유전 탄성체인 것을 특징으로 할 수 있다.The polymer dielectric may be a dielectric elastomer.

상부 압축력 생성부와 하부 압축력 생성부 사이에 구비되는 영구자석; 및 상부기판과 하우징의 하부판 각각에 구비되는 강자성체층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A permanent magnet provided between the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit; And a ferromagnetic layer provided on each of the upper substrate and the lower plate of the housing.

하우징 내부에는 적어도 하나의 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The housing may further include at least one elastic member.

본 발명의 제8목적은, 앞서 언급한 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 액추에이터에 있어서, 구동기에 구비된 하우징의 상부판 중앙부와 상부 압축력 생성부의 중앙부에 형성된 홀; 및 상부 압축력생성부와 하부 압축력 생성부 사이에 결합되고, 홀에서 돌출과 복귀를 반복 구동하는 컨택터;를 포함하여 상부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 컨택터가 상부로 돌출되게 되고, 하부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 컨택터가 출몰되게 되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 액추에이터로서 달성될 수 있다. An eighth object of the present invention is an actuator using a polymer dielectric-based high performance actuator as described above, comprising: a hole formed in a central portion of a top plate of a housing and a central portion of an upper compression force generating unit of the housing; And a contactor coupled between the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit, the contactor repeatedly driving the protrusion and return from the hole, and the contactor protrudes upward when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit. When a voltage is applied to the compressive force generating unit side, the contactor may be achieved as an actuator using a polymer dielectric-based high performance driver.

하우징의 내부에는 적어도 하나의 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The housing may further include at least one elastic member.

본 발명의 제9목적은 앞서 언급한 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터에 있어서, 구동기에 구비된 상부 압축력 생성부와 하부 압축력 생성부 사이에 결합되는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 촉각모듈을 이용한 진동모터로서 달성될 수 있다. A ninth object of the present invention is a vibration motor using the polymer dielectric-based high performance driver as described above, wherein the polymer dielectric substrate includes a mass body coupled between an upper compression force generation unit and a lower compression force generation unit provided in the driver. It can be achieved as a vibration motor using a tactile module.

본 발명의 제10목적은 앞서 언급한 액추에이터; 액추에이터의 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및 전압인가부를 제어하여 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하고, 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 조절하여 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하며, 공진주파수는 사람촉감의 시간분해능 이하인 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치로서 달성될 수 있다. A tenth object of the present invention is the actuator mentioned above; A voltage applying unit for applying a voltage to the electrode layer of the actuator; And a control unit controlling a voltage period applied to the electrode layer by controlling the voltage applying unit, wherein the control unit controls the intensity and period of the tactile feedback by adjusting the voltage period of the resonant frequency pulse, and the resonant frequency is the time resolution of the human touch. It can be achieved as a tactile feedback providing device characterized by the following.

본 발명의 제11목적은 앞서 언급한 진동모터; 진동모터의 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및 전압인가부를 제어하여 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하고, 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 조절하여 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하며, 공진주파수는 사람촉감의 시간분해능 이하인 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치로서 달성될 수 있다. An eleventh object of the present invention is the aforementioned vibration motor; A voltage applying unit for applying a voltage to the electrode layer of the vibration motor; And a control unit controlling a voltage period applied to the electrode layer by controlling the voltage applying unit, wherein the control unit controls the intensity and period of the tactile feedback by adjusting the voltage period of the resonant frequency pulse, and the resonant frequency is the time resolution of the human touch. It can be achieved as a tactile feedback providing device characterized by the following.

따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 압축력생성부에서 생성되는 압축력에 반대로 복원력생성부에서 복원력을 생성시키게 됨으로써 복원 응답속도를 높일 수 있고, 자기력생성부를 포함하여 압축력과 동일한 방향으로 자기력을 생성시켜 수직력을 상승시킬 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 제공장치에 따르면 사람 촉감의 시간분해능 내에서 공진주파수를 조절하여 자극주기뿐 아니라 자극강도까지 조절할 수 있는 장점을 갖는다.Therefore, according to the embodiment of the present invention as described, it is derived to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention to generate a restoring force in the restoring force generation unit as opposed to the compression force generated in the compression force generation unit As a result, the responsive response speed can be increased, and the magnetic force generation unit can increase the vertical force by generating the magnetic force in the same direction as the compressive force. In addition, according to the tactile feedback providing apparatus according to an embodiment of the present invention has the advantage that can be adjusted not only the stimulation period but also the stimulus intensity by adjusting the resonance frequency within the time resolution of the human touch.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.

도 1a 고분자유전체의 사시도,
도 1b는 전극층에 전압이 인가된 상태의 고분자유전체의 사시도,
도 2a는 종래 고분자 유전체 기반 구동기의 분해 사시도,
도 2b는 종래 고분자 유전체 기반 구동기의 사시도,
도 2c는 전극층에 전압이 인가된 상태의 종래 고분자 유전체 기반 구동기의 사시도,
도 3은 종래 고분자 유전체 기반 구동기를 이용한 촉감제시장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 8a는 본 발명의 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 8b는 본 발명의 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 분해사시도,
도 8c는 본 발명의 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 사시도,
도 8d는 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터들이 결합된 표면질감제시장치의 사시도,
도 8e는 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터들이 결합된 표면질감제시장치의 부분 단면도,
도 8f는 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터들이 결합된 표면질감제시장치의 일구성인 다수의 코일스프링이 결합된 사시도,
도 9a는 하부 압축력 생성부에 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 9b는 하부 압축력 생성부에 전압이 인가가 제거된 상태에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 9c는 상부 압축력 생성부에 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도,
도 10a는 상부 압축력생성부와 하부 압축력생성부를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프,
도 10b는 하부 압축력 생성부에 전압이 인가된 상태와 전압 인가를 제거한 상태에서, 상부 압축력생성부와 하부 압축력생성부를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프,
도 11a는 하부 압축력 생성부에 전압이 인가한 후 전압 인가를 제거한 상태에서, 상부 압축력생성부와 하부 압축력생성부를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프,
도 11b는 상부 압축력 생성부에 전압이 인가한 상태에서, 상부 압축력생성부와 하부 압축력생성부를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프,
도 12a는 본 발명의 일실시예에 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터에서 수직 변위에 대한 자기력, 자기력에서 복원력을 뺀 힘 그리고 자기력에서 복원력을 빼고 압축력을 더한 힘 그래프,
도 12b는 본 발명의 일실시예에 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터에서 수직 변위에 대한 자기력에서 복원력을 빼고 압축력을 더한 힘 그리고 순수 압축력과 액추에이팅 영역을 나타낸 그래프,
도 13a는 본 발명의 제1실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터의 단면도,
도 13b는 본 발명의 제2실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터의 단면도,
도 13c는 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터의 단면도,
도 13d는 본 발명의 제4실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터의 단면도,
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터 또는 촉감제공 액추에이터를 적용한 촉각피드백 제공장치에서의 공진주파수와 자극 주기를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
1A is a perspective view of a polymer dielectric,
1B is a perspective view of a polymer dielectric in a state where a voltage is applied to an electrode layer;
Figure 2a is an exploded perspective view of a conventional polymer dielectric based driver,
Figure 2b is a perspective view of a conventional polymer dielectric based driver,
Figure 2c is a perspective view of a conventional polymer dielectric based driver with a voltage applied to the electrode layer,
3 is a perspective view of a tactile display device using a conventional polymer dielectric-based actuator;
4 is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a first embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a second embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a third embodiment of the present invention;
7 is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a fourth embodiment of the present invention;
8A is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a fifth embodiment of the present invention;
8B is an exploded perspective view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a fifth embodiment of the present invention;
8C is a perspective view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a fifth embodiment of the present invention;
8D is a perspective view of a surface texture display apparatus combined with touch-providing actuators using a polymer dielectric-based high performance driver according to a fifth embodiment;
8E is a partial cross-sectional view of the surface texture display apparatus combined with the tactile providing actuators using the polymer dielectric-based high performance driver according to the fifth embodiment;
8F is a perspective view illustrating a combination of a plurality of coil springs as one component of a surface texture display apparatus in which a touch providing actuators using a polymer dielectric-based high performance driver according to a fifth embodiment are combined;
9A is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a third embodiment of the present invention with a voltage applied to a lower compressive force generating unit;
9B is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a third embodiment of the present invention in a state in which voltage is applied to the lower compressive force generating unit;
9C is a cross-sectional view of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a third embodiment of the present invention in a state where a voltage is applied to the upper compressive force generating unit;
10A is a magnetic force graph according to a cross-sectional view and a vertical displacement of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance actuator according to a third embodiment of the present invention modeling an upper compressive force generating portion and a lower compressive force generating portion with a damper and a spring;
10B is a polymer dielectric based high performance driver according to a third embodiment of the present invention modeling the upper compressive force generating portion and the lower compressive force generating portion with a damper and a spring in a state where a voltage is applied to a lower compressive force generating portion and a voltage is removed. Magnetic force graph according to the cross-sectional view and the vertical displacement of the actuator providing tactile feeling,
11A illustrates a polymer dielectric-based high performance driver according to a third embodiment of the present invention modeling the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit with a damper and a spring in a state in which the voltage is removed after the voltage is applied to the lower compressive force generating unit. Sectional view of the used tactile actuator and magnetic force graph according to the vertical displacement,
11B illustrates a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance driver according to a third embodiment of the present invention in which an upper compressive force generating unit and a lower compressive force generating unit are modeled by a damper and a spring while a voltage is applied to the upper compressive force generating unit. Magnetic force graph according to cross section and vertical displacement,
Figure 12a is a magnetic force against the vertical displacement, the force minus the restoring force from the magnetic force and the force force minus the restoring force from the magnetic force in the tactile providing actuator using the polymer dielectric-based high-performance actuator according to the third embodiment in accordance with one embodiment of the present invention ,
FIG. 12B illustrates a pure compressive force and an actuating region of a tactile providing actuator using a polymer dielectric-based high performance actuator according to an exemplary embodiment of the present invention minus a restoring force and a compressive force in a magnetic force against vertical displacement graph,
13A is a cross-sectional view of a vibration motor using a polymer dielectric based high performance driver according to a first embodiment of the present invention;
13B is a cross-sectional view of a vibration motor using a polymer dielectric based high performance driver according to a second embodiment of the present invention;
13C is a cross-sectional view of a vibration motor using a polymer dielectric based high performance driver according to a third embodiment of the present invention;
13d is a cross-sectional view of a vibration motor using a polymer dielectric based high performance driver according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a graph showing a resonance frequency and a stimulation period in a tactile feedback providing apparatus using a vibration motor or a tactile feedback providing actuator using a polymer dielectric based high performance driver according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, this includes not only the case where it is directly connected, but also the case where it is indirectly connected with another element in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기 및 그 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기의 구성을 전부 그대로 포함하고 있기 때문에 구동기 및 그 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)를 중심으로 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration and function of the polymer dielectric-based high performance driver and the tactile providing actuator 100 using the driver according to an embodiment of the present invention will be described. Since the tactile providing actuator 100 according to the exemplary embodiment of the present invention includes the polymer dielectric-based high performance driver as it is, the driver and the tactile providing actuator 100 using the driver will be described.

본 발명의 일실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)는 기본적으로 유연성을 갖는 하우징, 하우징의 상부 또는 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체(1)와 고분자유전체(1)의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층(2)을 갖는 압축력생성부(30) 및 압축력생성부(30)에서 생성된 압축력에 대응하여 복원력을 생성시키는 복원력생성부를 포함하고 있다. The touch-providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to an embodiment of the present invention is basically provided in a flexible housing, the upper or lower portion of the housing, and is tensioned in a planar direction and vertically by an applied voltage. Restoring force corresponding to the compressive force generated by the compressive force generating portion 30 and the compressive force generating portion 30 having an electrode layer (2) provided on each of the polymer dielectric (1) and the upper and lower surfaces of the polymer dielectric (1) to be compressed It includes a resilience generating unit for generating a.

이하에서는 복원력생성부가 없는 기본 구조를 설명한 후, 복원력생성부의 다양한 예를 중심으로 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 실시예에 따른 구성에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, after describing the basic structure without the restoring force generating unit, the configuration according to the embodiment of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric based high performance driver will be described based on various examples of the restoring force generating unit.

먼저, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)는 유연한 성질을 갖는 하우징과 압축력생성부(30) 및 컨택터(40)를 포함하고 있음을 알 수 있다. First, FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of a tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance driver according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, it can be seen that the tactile providing actuator 100 according to the first embodiment of the present invention includes a housing having a flexible property, a compressive force generation unit 30, and a contactor 40. .

하우징의 상부판(21)에는 홀이 형성되어 있고, 압축력생성부(30)가 하우징의 상부판(21) 하부면에 결합되며, 압축력생성부(30)는 다수개가 적층된 고분자유전체((1)구체적 실시예에서는 유전 탄성체(dielectric elastomer)로 구성된다.)와 고분자유전체(1)의 상부와 하부 각각에 유연성을 갖는 전극층(2)을 구비하고 있다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 압축력생성부(30)에도 하우징의 상부판(21)과 같이 홀이 형성되어 있어 있음을 알 수 있다. A hole is formed in the upper plate 21 of the housing, and the compressive force generating unit 30 is coupled to the lower surface of the upper plate 21 of the housing, and the compressive force generating unit 30 is formed of a plurality of laminated polymer dielectrics ((1 In a specific embodiment, the dielectric layer comprises a dielectric elastomer) and an electrode layer 2 having flexibility on each of the upper and lower portions of the polymer dielectric 1. And, as shown in Figure 4, it can be seen that the hole is formed in the compression force generating unit 30, like the upper plate 21 of the housing.

컨택터(40)는 돌출부(41)와 고정판(42)으로 구성되어 고정판(42)에 의해 압축력생성부(30)의 하부면에 결합고정되고, 돌출부(41)는 압축력생성부(30)와 하우징의 상부판(21)에 삽입되어 진다. 따라서 전극층(2)에 전압이 인가되면 압축력생성부(30)가 압축되면서, 압축력생성부(30) 하부면에 고정판(42)에 의해 결합된 컨택터(40)가 상부로 돌출되게 되며, 전압인가가 제거되면 컨택터(40)는 다시 하부측으로 복귀되게 된다. The contactor 40 is composed of the protrusion 41 and the fixing plate 42 is fixed to the lower surface of the compression force generating portion 30 by the fixing plate 42, the protrusion 41 is the compression force generating portion 30 and It is inserted into the upper plate 21 of the housing. Therefore, when a voltage is applied to the electrode layer 2, the compressive force generating unit 30 is compressed, and the contactor 40 coupled by the fixing plate 42 to the lower surface of the compressive force generating unit 30 protrudes upward, and the voltage When the application is removed, the contactor 40 is returned to the lower side again.

이하에 설명되는 본 발명의 제2실시예 내지 제5실시예는 이러한 제1실시예에 따른 기본 구조에 복원력생성부를 더 포함하여 복원력을 제공하여 전압인가가 제거된 후 빠르게 컨택터(40)를 복귀시키게 됨으로써 응답속도를 상승시킬 수 있게 된다.
The second to fifth embodiments of the present invention described below further include a restoring force generating unit in the basic structure according to the first embodiment to provide a restoring force to quickly remove the contactor 40 after the voltage application is removed. By returning, the response speed can be increased.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)를 구성하는 복원력생성부는 또 따른 압축력생성부(30)에 의해 실현되게 된다. 5 illustrates a cross-sectional view of a tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance driver according to a second embodiment of the present invention. The restoring force generating portion constituting the tactile providing actuator 100 according to the second embodiment of the present invention is realized by the further compressive force generating portion 30.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)는 하우징의 상부판(21)에는 홀이 형성되어 있고, 상부 압축력생성부(31)가 하우징의 상부판(21) 하부면에 결합되며, 압축력생성부(30)는 다수개가 적층된 고분자유전체((1)구체적 실시예에서는 유전 탄성체(dielectric elastomer)로 구성된다.)와 고분자유전체(1)의 상부와 하부 각각에 유연성을 갖는 전극층(2)을 구비하고 있다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 상부 압축력생성부(31)에도 하우징의 상부판(21)과 같이 홀이 형성되어 있어 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 5, in the tactile providing actuator 100 according to the second embodiment, a hole is formed in the upper plate 21 of the housing, and the upper compressive force generating unit 31 is formed in the upper plate 21 of the housing. Coupled to the lower surface, the compressive force generating portion 30 is a plurality of laminated polymer dielectric ((1) in the specific embodiment is composed of a dielectric elastomer (dielectric elastomer)) and the polymer dielectric (1) on the top and bottom, respectively An electrode layer 2 having flexibility is provided. And, as shown in Figure 5, it can be seen that the hole is formed in the upper compressive force generating portion 31 as in the upper plate 21 of the housing.

컨택터(40)는 돌출부(41)와 고정판(42)으로 구성되어 고정판(42)에 의해 상부 압축력생성부(31)의 하부면에 결합고정되고, 돌출부(41)는 상부 압축력생성부(31)와 하우징의 상부판(21)에 삽입되어진다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)는 상부 압축력생성부(31)의 하부에 구비되는 하부 압축력생성부(32)를 더 포함하고 있다. 즉, 하부 압축력생성부(32)의 상부면은 컨택터(40)의 고정판(42) 하부면에 결합되어 지고, 하부 압축력생성부(32)의 하부면은 하우징의 하부판(22) 상부에 결합되어 진다. 또한, 기존 구조는 상부 압축력생성부(31)와 같이 다수개가 적층된 고분자유전체(1)와 고분자유전체(1)의 상부와 하부 각각에 유연성을 갖는 전극층(2)으로 구성된다. The contactor 40 is composed of the protrusion 41 and the fixing plate 42 is fixed to the lower surface of the upper compressive force generating portion 31 by the fixing plate 42, the protrusion 41 is the upper compressive force generating portion 31 And the top plate 21 of the housing. As shown in FIG. 5, the tactile providing actuator 100 further includes a lower compression force generation unit 32 provided below the upper compression force generation unit 31. That is, the upper surface of the lower compressive force generating portion 32 is coupled to the lower surface of the fixing plate 42 of the contactor 40, and the lower surface of the lower compressive force generating portion 32 is coupled to the upper portion of the lower plate 22 of the housing. It is done. In addition, the existing structure is composed of a plurality of laminated polymer dielectric 1, such as the upper compressive force generating portion 31 and the electrode layer (2) having flexibility in each of the upper and lower portions of the polymer dielectric (1).

따라서 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가되면 상부 압축력생성부(31)가 압축되어 컨택터(40)가 돌출되게 되고, 동시에 하부 압축력생성부(32)에서는 복원력이 발생되게 된다(즉, 압축력생성부(30)는 일종의 탄성부재에 해당하여 수직방향으로 인장되거나 압축되게 되면 복원력을 갖게 된다.). 따라서 상부 압축력생성부(31)에 전압인가를 제거하게 되면 빠른 응답속도로 컨택터(40)가 복귀하게 된다. 반대로, 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가되면 하부 압축력생성부(32)가 압축되어 컨택터(40)가 출몰되게 되고, 동시에 상부 압축력생성부(31)에서는 복원력이 발생되게 된다. 따라서 하부 압축력생성부(32)에 전압인가를 제거하게 되면 빠른 응답속도로 컨택터(40)가 복귀하게 된다.Accordingly, when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31, the upper compressive force generating unit 31 is compressed to protrude the contactor 40, and at the same time, a restoring force is generated at the lower compressive force generating unit 32 (that is, The compressive force generating unit 30 corresponds to a kind of elastic member and has a restoring force when it is tensioned or compressed in the vertical direction.). Therefore, if the voltage applied to the upper compressive force generating unit 31 is removed, the contactor 40 returns at a high response speed. On the contrary, when a voltage is applied to the lower compressive force generating unit 32, the lower compressive force generating unit 32 is compressed to float the contactor 40, and at the same time, a restoring force is generated in the upper compressive force generating unit 31. Therefore, when the voltage applied to the lower compressive force generation unit 32 is removed, the contactor 40 returns at a high response speed.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)는 앞서 설명한 제2실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)의 구성을 전부 그대로 포함하면서, 자기력생성부를 더 포함하고 있음을 알 수 있다. Figure 6 shows a cross-sectional view of the tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance driver according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third exemplary embodiment includes the entire configuration of the tactile providing actuator 100 according to the second exemplary embodiment as it is. It can be seen that it further comprises a magnetic force generation unit.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)는 컨택터(40)의 고정판(42)의 하부면에 영구자석(50)이 결합되고, 하우징의 상부판(21)과 하부판(22) 각각에 강자성체층(51)을 포함하고 있음을 알 수 있다. 따라서 후에 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 자기력생성부를 더 포함하여 상부 압축력생성부(31) 또는 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가되면 압축력에 자기력이 더해져 더욱 빠른 응답속도와 더 큰 수직변위 및 수직힘을 낼 수 있게 된다. That is, as shown in Figure 6, the tactile providing actuator 100 according to the third embodiment of the present invention, the permanent magnet 50 is coupled to the lower surface of the fixing plate 42 of the contactor 40, the housing It can be seen that each of the upper plate 21 and the lower plate 22 of the ferromagnetic material layer 51 is included. Therefore, as will be described in detail later, when a voltage is applied to the upper compressive force generating portion 31 or the lower compressive force generating portion 32, further including such a magnetic force generating portion, the magnetic force is added to the compressive force, resulting in faster response speed and greater vertical displacement and It will be able to exert a vertical force.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제4실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)는 앞서 설명한 제3실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)의 구성을 전부 그대로 포함하면서, 복원력을 더욱 증가시키기 위해 다수개의 코일스프링(60)을 더 포함하고 있음을 알 수 있다. 7 illustrates a cross-sectional view of a tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance driver according to a fourth embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 7, the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the fourth exemplary embodiment includes all of the configurations of the tactile providing actuator 100 according to the third exemplary embodiment. It can be seen that it further includes a plurality of coil springs 60 to further increase the restoring force.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징의 상부판(21)과 상부 압축력생성부(31)의 하부기판(33) 사이 그리고, 하부 압축력생성부(32)의 상부기판(34)과 하우징의 하부판(22) 사이에 다수의 코일스프링(60)이 구비됨을 알 수 있다. That is, as shown in Figure 7, between the upper plate 21 of the housing and the lower substrate 33 of the upper compressive force generating portion 31, and the upper substrate 34 of the lower compressive force generating portion 32 and the housing It can be seen that a plurality of coil springs 60 are provided between the lower plate 22.

따라서 이러한 다수개의 코일스프링(60)에 의해 촉감제공 액추에이터(100)에 복원력을 더욱 상승시키게 된다. 즉, 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가되면 상부 압축력생성부(31)가 압축되어 컨택터(40)가 돌출되게 되고, 동시에 하부 압축력생성부(32)에서는 복원력이 발생되게 되고, 동시에 코일스프링(60)에 복원력이 발생되게 된다. 따라서 상부 압축력생성부(31)에 인가된 전압을 제거하게 되면 이러한 복원력에 의해 빠른 응답속도로 컨택터(40)가 복귀하게 된다. 반대로, 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가되면 하부 압축력생성부(32)가 압축되어 컨택터(40)가 출몰되게 되고, 동시에 상부 압축력생성부(31)에서는 복원력이 생성되고 동시에 코일스프링(60)에도 복원력이 발생되게 된다. 따라서 하부 압축력생성부(32)에 인가된 전압을 제거하게 되면 빠른 응답속도로 컨택터(40)가 복귀하게 된다.Therefore, the plurality of coil springs 60 further increases the restoring force on the tactile providing actuator 100. That is, when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31, the upper compressive force generating unit 31 is compressed to protrude the contactor 40, and at the same time, a restoring force is generated at the lower compressive force generating unit 32. Restoring force is generated in the coil spring 60. Therefore, when the voltage applied to the upper compressive force generating unit 31 is removed, the contactor 40 returns at a fast response speed by the restoring force. On the contrary, when a voltage is applied to the lower compressive force generating unit 32, the lower compressive force generating unit 32 is compressed to float the contactor 40, and at the same time, a restoring force is generated at the upper compressive force generating unit 31, and at the same time, the coil spring is The restoring force is also generated at 60. Therefore, when the voltage applied to the lower compressive force generation unit 32 is removed, the contactor 40 returns at a high response speed.

도 8a는 본 발명의 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 기본구조에서 압축력생성부(30)의 하부 측에 탄성수단(70)으로 구성된 복원력생성부를 포함하고 있음을 알 수 있다. 따라서 압축력생성부(30)에 전압이 인가되면 압축력생성부(30)가 압축되어 컨택터(40)가 돌출되게 되고, 동시에 스프링으로 구성된 탄성수단(70)에 복원력이 발생되게 된다. 따라서 압축력생성부(30)에 인가된 전압을 제거하게 되면 이러한 복원력에 의해 빠른 응답속도로 컨택터(40)가 복귀하게 된다.8A illustrates a cross-sectional view of a tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance driver according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in Figure 8a, it can be seen that in the basic structure shown in Figure 4 includes a restoring force generating portion composed of elastic means 70 on the lower side of the compressive force generating portion 30. Therefore, when a voltage is applied to the compressive force generating unit 30, the compressive force generating unit 30 is compressed to protrude the contactor 40, and at the same time, a restoring force is generated on the elastic means 70 formed of a spring. Therefore, when the voltage applied to the compressive force generation unit 30 is removed, the contactor 40 returns to the fast response speed by the restoring force.

도 8b는 본 발명의 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8c는 본 발명의 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 사시도를 도시한 것이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)는 구체적으로 유연성을 갖는 하우징의 상부판(21), 고분자유전체(1), 고분자유전체(1)의 상하부면 각각에 결합되는 유연성을 갖는 전극층(2), 그리고, 고분자유전체(1)의 하부면 가장자리에 결합되는 유연성을 갖는 프레임(4)을 포함하고 있음을 알 수 있다. 또한, 하부 전극층(2)의 하부에는 보호필름(5)을 더 포함할 수 있다. 8B illustrates an exploded perspective view of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric based high performance driver according to the fifth embodiment of the present invention. 8C illustrates a perspective view of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric based high performance driver according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8B, the tactile providing actuator 100 according to the fifth embodiment of the present invention is specifically a top plate 21, a polymer dielectric 1, and a top and bottom of the polymer dielectric 1 having a flexible housing. It can be seen that it comprises an electrode layer (2) having flexibility coupled to each surface, and a frame (4) having flexibility coupled to the edge of the lower surface of the polymer dielectric (1). In addition, the lower electrode layer 2 may further include a protective film 5.

또한, 본 발명의 제5실시예에 따른 탄성수단(70)은 하부측 외곽에는 스페이서(71)가 구비되어 하우징에 결합되며 하부에서 상부측으로 점진적으로 직경이 작아지는 형태로 구성되고 상부 끝단에는 컨택터(40)가 결합되게 된다. In addition, the elastic means 70 according to the fifth embodiment of the present invention is provided with a spacer 71 at the lower side thereof, coupled to the housing, and configured to gradually decrease in diameter from the lower side to the upper side, and the contact at the upper end thereof. The rotor 40 is to be coupled.

그리고, 도 8d는 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)들이 결합된 표면질감제시장치의 사시도를 도시한 것이고, 도 8e는 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)들이 결합된 표면질감제시장치의 부분 단면도를 도시한 것이다. 8D illustrates a perspective view of a surface texture display apparatus combined with the touch providing actuators 100 using the polymer dielectric based high performance driver according to the fifth embodiment, and FIG. 8E illustrates the polymer dielectric based according to the fifth embodiment. A partial cross-sectional view of the surface texture display apparatus combined with the tactile providing actuators 100 using a high performance driver is shown.

도 8d 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 표면질감제시장치는 앞서 설명한 제5실시예에 따른 다수의 촉감제공 액추에이터(100)가 평면방향으로 결합되어 짐을 알 수 있다. 즉, 압축력생성부(30)는 액추에이터(100)에 구비된 하우징 내부의 상부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자 유전체(1)와 고분자 유전체(1)의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 패터닝 된 다수의 전극층(2)을 갖게 되고, 하우징에 구비되며 압축력생성부(30)에서 생성된 압축력에 대응하여 복원력을 생성시키는 패터닝 된 다수의 복원력생성부를 포함하고 있다. As shown in FIGS. 8D and 8E, it can be seen that the surface texture market value is coupled with a plurality of tactile feel providing actuators 100 according to the fifth embodiment described above in a planar direction. That is, the compressive force generating unit 30 is provided on the upper portion of the housing provided in the actuator 100 and is tensioned in the plane direction by the applied voltage and compressed in the vertical direction of the polymer dielectric 1 and the polymer dielectric 1. It has a plurality of patterned electrode layer (2) installed on each of the upper and lower surfaces, and includes a patterned plurality of restoring force generating portion provided in the housing and generating a restoring force in response to the compressive force generated by the compressive force generating portion (30) Doing.

도 8f는 제5실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)들이 결합된 표면질감제시장치의 일구성인 다수의 탄성수단이 평면방향으로 결합된 복원력 생성부의 사시도를 도시한 것이다. 도 8f에 도시된 바와 같이, 탄성수단(70) 각각의 외주부는 밴딩 에지(bendable edge, 72)를 포함하여 다수의 탄성수단(70)이 평면방향으로 결합된 복원력 생성부는 유연성을 가질 수 있게 된다.
FIG. 8F illustrates a perspective view of a restoring force generating unit having a plurality of elastic means coupled in a planar direction as one component of the surface texture display apparatus combined with the tactile providing actuators 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the fifth embodiment. will be. As shown in FIG. 8F, the outer circumferential portion of each elastic means 70 includes a bendable edge 72 so that the restoring force generating portion in which the plurality of elastic means 70 is coupled in the planar direction may have flexibility. .

이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)를 중심으로 액추에이터(100)의 구동방법 및 원리에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the driving method and principle of the actuator 100 will be described in more detail based on the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third embodiment of the present invention.

먼저, 도 9a는 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가되면 압축력(Fc)에 의해 하부 압축력생성부(32)가 수직방향으로 압축되고, 상부 압축력생성부(31)는 팽창되어 복원력(Fe)을 생성하게 된다. 또한, 영구자석(50)이 하부측으로 이동되면서 하우징 하부판(22)에 구비된 강자성체층(51) 사이에서의 자기력(Fm)이 상승되게 된다. 따라서 빠르게 컨택터(40)가 출몰되게 된다. First, FIG. 9A illustrates a cross-sectional view of a tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance driver according to a third embodiment of the present invention in a state where a voltage is applied to the lower compressive force generation unit 32. As shown in FIG. 9A, when a voltage is applied to the lower compression force generation unit 32, the lower compression force generation unit 32 is compressed in the vertical direction by the compression force F c , and the upper compression force generation unit 31 is expanded. To generate a restoring force (F e ). In addition, as the permanent magnet 50 is moved to the lower side, the magnetic force (F m ) between the ferromagnetic layer 51 provided on the housing lower plate 22 is increased. Therefore, the contactor 40 quickly emerges.

도 9b는 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가가 제거된 상태에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 하부 압축력생성부(32)에 인가된 전압을 제거하면, 압축력(Fc)이 제거되어 컨택터(40)가 약간 상부측으로 이동되지만, 영구자석(50)과 하부판(22)에 구비된 강자성체층(51) 사이의 자기력(Fm)에 의해 여전히 컨택터(40)가 출몰된 상태로 유지되게 된다. FIG. 9B illustrates a cross-sectional view of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third embodiment of the present invention in a state in which voltage is applied to the lower compressive force generating unit 32. As shown in FIG. 9B, when the voltage applied to the lower compressive force generating unit 32 is removed, the compressive force F c is removed to move the contactor 40 slightly upward, but the permanent magnet 50 and the lower plate are removed. By the magnetic force F m between the ferromagnetic layer 51 provided in the (22), the contactor 40 is still maintained in the sunk state.

도 9c는 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가된 상태에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가되면 상부 압축력생성부(31)에서 압축력(Fc)이 발생되어 상부 압축력생성부(31)가 압축되면서 컨택터(40)가 돌출되게 되며, 하부 압축력생성부(32)는 팽창되면서 복원력(Fe)을 생성하게 된다. 동시에 영구자석(50)과 하우징 상부판(21)에 구비된 강자성체층(51) 사이에 자기력(Fm)이 발생되면서 빠르게 컨택터(40)가 돌출되게 된다. FIG. 9C illustrates a cross-sectional view of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third embodiment of the present invention in a state where a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31. As shown in FIG. 9C, when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31, a compressive force F c is generated in the upper compressive force generating unit 31, and the upper compressive force generating unit 31 is compressed, thereby contacting the contactor 40. ) Is protruded, and the lower compression force generating unit 32 is expanded to generate a restoring force (F e ). At the same time, as the magnetic force F m is generated between the permanent magnet 50 and the ferromagnetic layer 51 provided on the housing upper plate 21, the contactor 40 quickly protrudes.

또한, 상부 압축력생성부(31)에 인가된 전압을 제거하면, 압축력(Fc)이 제거되어 컨택터(40)가 약간 하부측으로 이동되지만, 영구자석(50)과 상부판(21)에 구비된 강자성체층(51) 사이의 자기력(Fm)에 의해 여전히 컨택터(40)가 돌출된 상태로 유지되게 된다. 따라서 이러한 자기력생성부에 의해 더욱 빠른 응답속도를 갖고, 더 큰 수직변위를 가지게 된다. In addition, if the voltage applied to the upper compressive force generating portion 31 is removed, the compressive force (F c ) is removed to move the contactor 40 slightly to the lower side, but provided in the permanent magnet 50 and the upper plate 21 The magnetic force (F m ) between the ferromagnetic material layer 51 is to maintain the contactor 40 in a protruding state. Therefore, the magnetic force generating unit has a faster response speed and a larger vertical displacement.

도 10a는 상부 압축력생성부(31)와 하부 압축력생성부(32)를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프를 도시한 것이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 그래프 도시를 용이하게 하기 위해 상부 압축력생성부(31)를 우측에 하부 압축력생성부(32)를 좌측에 그리고, 상부 압축력생성부(31)와 하부 압축력생성부(32) 사이에 영구자석(50)을 나타내었고, 압축력생성부(30)는 하나의 탄성부재와 같이 복원력과 점성을 가져 탄성계수와 댐핑계수를 갖는 것으로 모델링하였다. 10A is a cross-sectional view of a tactile providing actuator 100 using a polymer dielectric based high performance actuator according to a third embodiment of the present invention modeling the upper compressive force generating portion 31 and the lower compressive force generating portion 32 as a damper and a spring. A graph of magnetic force versus vertical displacement is shown. As shown in FIG. 10A, the upper compressive force generating portion 31 is drawn on the right side, and the lower compressive force generating portion 32 is drawn on the left side, and the upper compressive force generating portion 31 and the lower compressive force generating portion ( 32) is shown between the permanent magnet 50, the compressive force generating unit 30 is modeled as having an elastic modulus and damping coefficient having a restoring force and viscosity as one elastic member.

그리고, 하단에 도시된 그래프의 평행점은 압축력생성부(30)에 전압이 인가되지 않아 압축력(Fc)은 없는 상태에서 자기력(Fm)과 복원력(Fe)이 평행을 이루게 되는 지점이 된다. 또한, 복원력은 이하의 수학식 7로 표현된 수 있다. Then, the parallel points of the graph shown in the lower part is not voltage is applied to the pressing force generating unit (30) a compressive force (F c) is a branch state in which the magnetic force (F m), and the restoring force (F e) is formed in line in the absence of do. In addition, the restoring force may be expressed by Equation 7 below.

<수학식 7>&Quot; (7) &quot;

Fe = (ke1*x + c1*x`) + (ke2*x + c2*x`)F e = (k e1 * x + c 1 * x`) + (k e2 * x + c 2 * x`)

ke1, c1은 상부 압축력생성부(30)의 탄성계수, 댐핌계수이고, ke2, c2는 하부 압축력생성부(32)의 탄성계수, 댐핌계수이다. 또한, x는 중심점을 기준으로 이동한 변위이고, x`는 이동속도에 해당한다. k e1 , c 1 is the elastic modulus, damping coefficient of the upper compression force generating portion 30, k e2 , c 2 is the elastic modulus, damping coefficient of the lower compressive force generating portion (32). In addition, x is the displacement moved relative to the center point, x` corresponds to the moving speed.

도 10b는 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가된 상태와 전압 인가를 제거한 상태에서, 상부 압축력생성부(31)와 하부 압축력생성부(32)를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프를 도시한 것이다. FIG. 10B illustrates the upper compression force generation unit 31 and the lower compression force generation unit 32 modeled by a damper and a spring in a state where a voltage is applied to the lower compression force generation unit 32 and a voltage application is removed. 3 is a cross-sectional view of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third embodiment, and a graph of the magnetic force according to the vertical displacement.

도 10b에 도시된 바와 같이, 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가되면 좌측(도 10b에 도시된 것을 기준)으로 압축력(Fc)이 발생되게 된다. 따라서 도 10b의 위에서 두번째 나타낸 그래프와 같이, 평행점이 좌측으로 이동되게 된다. 즉, 자기력(Fm)과 압축력(Fc)은 복원력(Fe)과 평행을 이루는 평행점이 좌측으로 이동되게 된다.As shown in FIG. 10B, when a voltage is applied to the lower compressive force generating unit 32, the compressive force F c is generated on the left side (as shown in FIG. 10B). Thus, as shown in the second graph from the top of Figure 10b, the parallel point is moved to the left. That is, the magnetic force (F m ) and the compressive force (F c ) is to move the parallel point parallel to the restoring force (F e ) to the left.

도 11a는 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가한 후 전압 인가를 제거한 상태에서, 상부 압축력생성부(31)와 하부 압축력생성부(32)를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프를 도시한 것이다. 즉, 인가된 전압을 제거하게 되면 평행점은 앞서 언급한 도 10a의 그래프와 동일하게 된다. 따라서 자기력(Fm)과 복원력(Fe)과 평행을 이루게 되고, 영구자석(50)은 여전히 좌측편에 존재하지만 압축력이 제거되어 약간 우측으로 이동하게 된다. 11A illustrates a third model of the present invention in which the upper compressive force generating unit 31 and the lower compressive force generating unit 32 are modeled by dampers and springs after voltage is applied to the lower compressive force generating unit 32. A cross-sectional view of the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the embodiment and a graph of the magnetic force according to the vertical displacement are shown. That is, when the applied voltage is removed, the parallel point becomes the same as the graph of FIG. 10A mentioned above. Therefore, the magnetic force (F m ) and the restoring force (F e ) is parallel to, and the permanent magnet 50 is still present on the left side but the compression force is removed to move slightly to the right.

도 11b는 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가한 상태에서, 상부 압축력생성부(31)와 하부 압축력생성부(32)를 댐퍼와 스프링으로 모델링한 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)의 단면도와 수직 변위에 따른 자기력 그래프를 도시한 것이다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가되어 압축력(Fc)이 제공되면 위에서 첫번째 나타낸 도면과 같이 영구자석(50)이 중심점을 통과한 후 우측(도 11b에 도시된 것 기준)으로 이동되게 된다. 그리고, 영구자석(50)은 압축력(Fc)과 자기력(Fm)이 합쳐진 힘과 그와 반대로 작용하는 복원력(Fe)이 평행이 되는 평행점까지 이동하게 된다. 11B illustrates a polymer according to a third embodiment of the present invention in which the upper compressive force generating unit 31 and the lower compressive force generating unit 32 are modeled by a damper and a spring while a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31. A sectional view of the tactile providing actuator 100 using the dielectric-based high performance driver and a graph of the magnetic force according to the vertical displacement are shown. As shown in FIG. 11B, when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31 to provide the compressive force F c , the permanent magnet 50 passes through the center point as shown in the drawing shown first above, and then the right side (FIG. 11B). As shown). Then, the permanent magnet 50 is moved to a parallel point where the compressive force (F c ) and the magnetic force (F m ) of the combined force and the restoring force (F e ) acting on the contrary becomes parallel.

이러한 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가한 상태에서의 평행점은 도 11a에 도시된 우측 평행점보다 우측으로 이동됨을 알 수 있다. 따라서, 전압인가시 압축력(Fc)과 같은 방향으로 자기력(Fm)이 더해지게 됨으로써 응답속도와 수직힘 및 수직변위가 상승되게 된다. It can be seen that the parallel point in the state where the voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31 is moved to the right side than the right parallel point shown in FIG. 11A. Therefore, when the voltage is applied, the magnetic force F m is added in the same direction as the compressive force F c , thereby increasing the response speed, the vertical force, and the vertical displacement.

도 12a는 본 발명의 일실시예에 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)에서 수직 변위에 대한 자기력(Fm), 자기력(Fm)에서 복원력(Fe)을 뺀 힘 그리고 자기력(Fm)에서 복원력(Fe)을 빼고 압축력(Fc)을 더한 힘 그래프를 도시한 것이다. 도 12b는 본 발명의 일실시예에 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)에서 수직 변위에 대한 자기력(Fm)에서 복원력(Fe)을 빼고 압축력(Fc)을 더한 힘 그리고 순수 압축력과 액추에이팅 영역을 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 12a와 도 12b에 도시된 바와 같이, 압축력(Fc)과 동일한 방향으로 자기력(Fm)이 더해지게 됨으로써 30%이상의 출력 힘이 상승됨을 알 수 있다.
Figure 12a is a restoring force (F e from one embodiment to the magnetic force of the vertical displacement at the touch providing actuator 100 with a polymeric dielectric-based high-performance actuator according to the third embodiment (F m), magnetic force (F m) of the invention The force graph minus) and the magnetic force (F m ) minus the restoring force (F e ) plus the compressive force (F c ). 12B is a compressive force (F e ) by subtracting the restoring force (F e ) from the magnetic force (F m ) for vertical displacement in the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third embodiment of the present invention. c ) plus force, and a graph showing the net compressive force and the actuation area. 12A and 12B, it can be seen that the output force of 30% or more is increased by adding the magnetic force F m in the same direction as the compressive force F c .

이하에서는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120)의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 기본적으로 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120)의 구성은 앞서 설명한 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감제공 액추에이터(100)에서 컨택터(40) 대신 단위밀도가 높은 금속(예를 들어, 텅스텐, 철, SUS, 또는 이의 혼합물 등)으로 구성된 질량체(80)를 갖는 것 외에 그 구성과 작동원리는 동일하다. Hereinafter, the configuration and operation of the vibration motor 120 using the polymer dielectric-based high performance driver will be described. Basically, the structure of the vibration motor 120 using the polymer dielectric based high performance driver is a metal having a high unit density instead of the contactor 40 in the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric based high performance driver described above (eg, tungsten). , Iron, SUS, or a mixture thereof) and the like, except that the mass 80 is composed of the same.

도 13a는 본 발명의 제1실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120)의 단면도를 도시한 것이다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 구동기는 앞서 설명한 도 8a에 도시된 제5실시예에 따른 촉감제공 액추에이터(100)와 유사한 구동을 갖는다. 즉, 하우징 내부 상부에 압축력생성부(30)를 갖고, 하부에 탄성수단(70)으로 구성된 복원력생성부 그리고, 압축력생성부(30)와 복원력생성부 사이에 구비되는 영구자석(50)과 질량체(80) 그리고, 하우징 상부와 하부 각각에 구비된 강자성체층(51)을 포함하고 있다. 따라서 압축력생성부(30)에 전압을 인가, 제거를 반복하게 됨으로써 질량체(80)가 진동하게 되고, 복원력이 작용하여 복귀 응답속도를 상승시키고, 압축력과 동일한 방향의 자기력에 의해 출력을 높여주게 된다. FIG. 13A illustrates a cross-sectional view of a vibration motor 120 using a polymer dielectric based high performance driver according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13A, the driver according to the first embodiment of the present invention has a similar drive to the tactile providing actuator 100 according to the fifth embodiment shown in FIG. 8A described above. That is, the compression force generating portion 30 in the upper portion of the housing, the restoring force generating portion composed of the elastic means 70 in the lower portion, the permanent magnet 50 and the mass body provided between the compressive force generating portion 30 and the restoring force generating portion (80) and a ferromagnetic layer 51 provided on the upper and lower portions of the housing, respectively. Therefore, by repeatedly applying and removing voltage to the compressive force generation unit 30, the mass 80 vibrates, and the restoring force acts to increase the return response speed, thereby increasing the output by the magnetic force in the same direction as the compressive force. .

도 13b는 본 발명의 제2실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120)의 단면도를 도시한 것이다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 본 발명명의 제2실시예에 따른 진동모터(120)는 기본적으로 도 6에 도시된 촉감제공 액추에이터(100)와 유사한 구성을 갖으나 컨택터(40) 대신 질량체(80)를 구비하고 있다. 또한, 도 13c는 본 발명의 제3실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120)의 단면도를 도시한 것으로 컨택터(40) 대신 질량체(80)를 구비한 것을 제외하고 도 7에 도시된 촉감제공 액추에이터(100)와 구성 및 작동원리가 동일하다. FIG. 13B illustrates a cross-sectional view of the vibration motor 120 using the polymer dielectric based high performance driver according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13B, the vibration motor 120 according to the second exemplary embodiment of the present invention basically has a configuration similar to that of the tactile providing actuator 100 shown in FIG. 6, but instead of the contactor 40, a mass body ( 80). FIG. 13C is a cross-sectional view of the vibration motor 120 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the third exemplary embodiment of the present invention except that the mass body 80 is provided instead of the contactor 40. The configuration and operation principle are the same as the tactile providing actuator 100 shown in FIG.

그리고, 도 13d는 본 발명의 제4실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120)의 단면도를 도시한 것이다. 도 13d에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 진동모터(120)는 도 13c에 도시된 제3실시예에 따른 진동모터(120)와 비교하여 상부 압축력생성부(31)와 하부 압축력생성부(32)에서 고분자유전체(1)가 수직방향으로 적층된 것이 아닌 수평방향으로 적층되어 있음을 알 수 있다. 13D illustrates a cross-sectional view of the vibration motor 120 using the polymer dielectric-based high performance driver according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13D, the vibration motor 120 according to the fourth embodiment of the present invention has an upper compression force generation unit 31 and a lower portion as compared with the vibration motor 120 according to the third embodiment shown in FIG. 13C. In the compressive force generation unit 32, the polymer dielectrics 1 are stacked in the horizontal direction, not in the vertical direction.

따라서 상부 압축력생성부(31)에 전압이 인가되면 상부 압축력생성부(31)가 수직방향으로 인장되어 질량체(80)와 영구자석(50)이 하부로 내려가고, 영구자석(50)과 하우징 하부판(22)에 구비된 강자성체층(51) 간의 자기력이 상승되게 된다. 또한, 상부 압축력생성부(31)에 인가된 전압을 제거하고, 하부 압축력생성부(32)에 전압이 인가되면 하부 압축력생성부(32)가 수직방향으로 인장되어 질량체(80)와 영구자석(50)이 상부로 올라가고, 영구자석(50)과 하우징 상부판(21)에 구비된 강자성체층(51) 간의 자기력이 상승되게 된다.
Therefore, when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit 31, the upper compressive force generating unit 31 is tensioned in the vertical direction so that the mass 80 and the permanent magnet 50 are lowered, and the permanent magnet 50 and the housing lower plate The magnetic force between the ferromagnetic layer 51 provided in (22) is increased. Also, when the voltage applied to the upper compressive force generating unit 31 is removed and a voltage is applied to the lower compressive force generating unit 32, the lower compressive force generating unit 32 is stretched in the vertical direction so that the mass body 80 and the permanent magnet ( 50 is raised to the top, the magnetic force between the permanent magnet 50 and the ferromagnetic layer 51 provided on the housing upper plate 21 is increased.

이하에서는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120) 또는 촉감제공 액추에이터(100)를 적용한 촉각피드백 제공장치(110)의 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 촉각피드백 제공장치(110)는 앞서 설명한 촉감제공 액추에이터(100) 또는 진동모터(120)가 구비되고, 액추에이터(100) 또는 진동모터(120)의 전극층(2)에 전압을 인가하는 전압인가부 및 전압인가부를 제어하여 전극층(2)에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부를 포함하고 있다. Hereinafter, a method of operating the tactile feedback providing apparatus 110 to which the vibration motor 120 or the tactile providing actuator 100 using the polymer dielectric based high performance driver is applied will be described. The tactile feedback providing apparatus 110 according to an embodiment of the present invention is provided with the tactile feedback providing actuator 100 or the vibration motor 120 described above, in the electrode layer 2 of the actuator 100 or the vibration motor 120. And a controller for controlling the voltage period applied to the electrode layer 2 by controlling the voltage applying unit and the voltage applying unit for applying the voltage.

그리고 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 사람촉감의 시간분해능 이하에서 조절하며, 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하게 된다. 즉, 사람 촉감의 시간분해능(Temporal acuity)은 5.5ms에 해당한다. 따라서 이러한 사람 촉감의 시간분해능 내에서 여러 번의 진동자극이 전달되어도 사람은 한 번의 자극이 왔다고 느끼게 된다. 그러나 이러한 사람 촉감의 시간분해능 내에서 진동주파수가 크게 되면 즉, 여러 번의 자극을 주게 되면 한 번의 자극으로 느끼지만 자극 횟수에 비례하여 큰 출력을 인가받게 된다. 따라서 제어부는 공진주파수를 시간분해능 이하에서 조절하여 자극의 강도를 제어할 수 있게 된다. The control unit adjusts the voltage period of the resonant frequency pulse below the time resolution of the human touch, and controls the intensity and period of the tactile feedback. In other words, the temporal acuity of human touch corresponds to 5.5 ms. Therefore, even when several vibrational stimuli are transmitted within the time resolution of the human touch, one feels that one stimulus has come. However, when the vibration frequency increases within the time resolution of the human touch, that is, when a plurality of stimuli are applied, it is felt as one stimulus, but a large output is applied in proportion to the number of stimuli. Therefore, the controller can control the intensity of the stimulus by adjusting the resonance frequency below the time resolution.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터(120) 또는 촉감제공 액추에이터(100)를 적용한 촉각피드백 제공장치(110)에서의 공진주파수(1/T2(T2=공진주기))와 자극 주기(T3)를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 14의 왼쪽 첫번째 도시된 바와 같이, 사람 촉감의 시간분해능(T1) 내에서 3번의 자극을 주는 경우(즉, 공진주기(T2)가 사람 촉감의 시간분해능(T1)의 1/3배) 사람은 한 번의 자극으로 느끼게 된다. 14 is a resonance frequency (1 / T 2 (T / T 2 ) in the tactile feedback providing apparatus 110 to which the vibration motor 120 or the tactile feedback actuator 100 using the polymer dielectric based high performance driver according to the embodiment of the present invention is applied. 2 = resonant cycle) and the stimulus cycle (T 3 ). As shown in the left first of FIG. 14, when three stimuli are applied within the time resolution T 1 of the human touch (that is, the resonance period T 2 is 1/3 of the time resolution T 1 of the human touch). Pear) A person feels a stimulus.

또한, 제어부는 자극주기(T3)를 제어할 수 있다. 즉, 도 14의 왼쪽 두번째 도시된 바와 같이, 사람 촉감의 시간분해능(T1) 내에서 3번의 자극을 주고, 1~2초 정도 자극주기(T3)를 두고 다시 사람 촉감의 시간분해능(T1) 내에서 3번의 자극을 주게 할 수 있다. 또한, 제어부는 자극의 강도를 제어할 수 있다. 즉, 도 14의 왼쪽 세번째 도시된 바와 같이, 첫번째 사람 촉감의 시간분해능(T1) 내에서 2번의 자극을 주고(공진주기(T2))가 사람 촉감의 시간분해능(T1)의 1/2배), 일정한 자극주기(T3) 후에 다시 사람 촉감의 시간분해능(T1) 내에서 4번의 자극을 주게(공진주기(T2)가 사람 촉감의 시간분해능(T1)의 1/4배)되면 사람은 2번의 자극을 받았다고 느끼게 되나 두번째 자극이 첫번째 자극보다 큰 것으로 느끼게 된다. 이러한 사람 촉감의 시간분해능(T1) 내 공진주파수를 제어할 수 있는 것은 앞서 설명한 진동모터(120) 및 액추에이터(100)가 복원력생성부와 자기력생성부를 가져 빠른 응답속도를 가질 수 있기 때문에 가능하다. In addition, the controller may control the stimulation period (T 3 ). That is, as shown in the left of the 14 second city, one time resolution (T1) to give three stimuli in the 1 to 2 seconds to stimulation period with the (T 3) again From time resolution of the texture of the skin (T 1 You can give three stimuli within). In addition, the controller may control the intensity of the stimulus. That is, as shown in the left third of FIG. 14, two stimuli within the time resolution T 1 of the first human touch (resonance period T 2 ) are 1 / time of the time resolution T 1 of the human touch. 2x), constant stimulation period (T 3) after the time resolution of the human skin again (T 1) to give the four magnetic poles in the (resonance period (T 2) 1/4 from the time resolution (T 1) of the soft When a person feels twice, he feels he has received two stimuli but feels that the second stimulus is greater than the first. It is possible to control the resonant frequency in the time resolution (T 1 ) of the human touch because the vibration motor 120 and the actuator 100 described above can have a fast response speed with a restoring force generating portion and a magnetic force generating portion. .

1:고분자유전체
2:전극층
3:종래 고분자유전체 기반 구동기
4:프레임
5:보호필름
6:종래 촉감제시장치
21:하우징 상부판
22:하우징 하부판
30:압축력생성부
31:상부 압축력생성부
32:하부 압축력생성부
33:상부 압축력생성부의 하부기판
34:하부 압축력생성부의 상부기판
40:컨택터
41:돌출부
42:고정판
50:영구자석
51:강자성체층
60:코일스프링
70:탄성수단
71:스페이서
72:밴딩에지
80:질량체
100:촉감제공 액추에이터
110:표면질감제공장치
120:진동모터
Fm:자기력
Fe:복원력
Fc:압축력
T1:사람촉감의 시간분해능
T2:공진주기
T3:자극주기
1: Polymer dielectric
2: electrode layer
3: Conventional polymer dielectric based actuator
4: frame
5: protective film
6: Conventional tactile display device
21: housing top plate
22: housing lower plate
30: compression generation unit
31: Upper compression force generation unit
32: lower compression force generation unit
33: lower substrate of the upper compression force generating portion
34: Upper substrate of the lower compression force generating portion
40: contactor
41: protrusion
42: Fixed Edition
50: permanent magnet
51: ferromagnetic layer
60: coil spring
70: elastic means
71: Spacer
72: bending edge
80: mass
100: Tactile Actuator
110: surface texture providing device
120: vibration motor
F m : Magnetic force
F e : Resilience
F c : Compression force
T 1 : Time resolution of human touch
T 2 : resonance cycle
T 3 : Stimulus cycle

Claims (21)

고분자 유전체 기반 고성능 구동기에 있어서,
유연성을 갖는 하우징;
상기 하우징의 상부 또는 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 상기 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖는 압축력 생성부;
상기 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 복원력을 생성시키는 복원력생성부;
상기 압축력 생성부와 상기 복원력 생성부 사이에 구비되는 영구자석; 및
상기 하우징의 상부판과 하부판 각각에 구비되는 강자성체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기.
In the polymer dielectric based high performance driver,
A housing having flexibility;
A compressive force generating unit provided on the upper or lower portion of the housing and having a polymer dielectric that is stretched in a plane direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage and an electrode layer provided on each of upper and lower surfaces of the polymer dielectric;
A restoring force generating unit generating a restoring force in response to the compressing force generated by the compressing force generating unit;
A permanent magnet provided between the compressive force generating unit and the restoring force generating unit; And
A polymer dielectric based high performance driver comprising a ferromagnetic layer provided on each of the upper plate and the lower plate of the housing.
제 1항에 있어서,
상기 압축력 생성부는 복수로 적층되어 구비되는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기.
The method of claim 1,
The compressive force generating unit is a polymer dielectric-based high performance driver, characterized in that provided with a plurality of stacked.
제 1항에 있어서,
상기 복원력 생성부는
상기 압축력 생성부의 하부 또는 상부에 구비되며,
탄성부재 또는 고분자유전체로 구성되는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기.
The method of claim 1,
The resilience generating unit
Is provided below or above the compression force generating unit,
Polymer dielectric-based high performance driver, characterized in that composed of an elastic member or a polymer dielectric.
삭제delete 제 1항의 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감 제공 액추에이터에 있어서,
상기 구동기에 구비된 하우징의 상부기판 중앙부와 압축력 생성부의 중앙부에 형성되는 홀; 및
상기 압축력 생성부와 상기 복원력 생성부 사이에 결합되고, 상기 홀에서 돌출과 복귀를 반복 구동하는 컨택터;를 포함하여 상기 전극층에 의해 상기 고분자유전체에 전압이 인가되면 압축력에 의해 상기 컨택터가 상부로 돌출되게 되고, 상기 전압인가가 제거되면 상기 복원력 생성부의 복원력에 의해 상기 컨택터가 복귀되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 촉감 제공 액추에이터.
In the tactile providing actuator using the polymer dielectric-based high performance driver of claim 1,
A hole formed in a central portion of the upper substrate of the housing provided in the driver and a central portion of the compressive force generating portion; And
A contactor coupled between the compressive force generating unit and the restoring force generating unit, the contactor repeatedly driving and protruding from the hole, when the voltage is applied to the polymer dielectric by the electrode layer. And the contactor is returned by the restoring force of the restoring force generation unit when the voltage application is removed.
제 5항의 촉감 제공 액추에이터를 이용한 표면질감제시장치에 있어서,
상기 액추에이터에 구비된 하우징의 상부 또는 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자 유전체와 상기 고분자 유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 패터닝 된 다수의 전극층을 갖는 압축력 생성부 및
상기 하우징에 구비되며, 상기 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여복원력을 생성시키는 패터닝 된 다수의 복원력생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 표면질감제시장치.
In the surface texture display apparatus using a tactile feel providing actuator of claim 5,
A polymer dielectric provided on the upper or lower portion of the housing provided in the actuator and tensioned in a planar direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage and a plurality of patterned electrode layers provided on each of the upper and lower surfaces of the polymer dielectric; Compression force generation unit having
And a patterned plurality of restoring force generating units provided in the housing and generating a restoring force in response to the compressive force generated by the compressive force generating unit.
제 1항의 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터에 있어서,
상기 구동기에 구비된 압축력 생성부와 복원력 생성부 사이에 결합되는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터.
In the vibration motor using a polymer dielectric-based high performance driver of claim 1,
Vibration motor using a polymer dielectric based high performance driver, characterized in that it comprises a mass body coupled between the compression force generating unit and the restoring force generating unit provided in the driver.
제 7항에 있어서,
상기 질량체는 텅스텐, 철 및 SUS 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 촉각모듈을 이용한 진동모터.
8. The method of claim 7,
The mass body is a vibration motor using a polymer dielectric-based tactile module, characterized in that at least one of tungsten, iron and SUS.
촉각피드백 제공장치에 있어서,
제 5항의 액추에이터;
상기 액추에이터에 구비된 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및
상기 전압인가부를 제어하여 상기 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치.
In the haptic feedback providing device,
The actuator of claim 5;
A voltage applying unit for applying a voltage to an electrode layer provided in the actuator; And
And a control unit controlling the voltage application unit to control the voltage period applied to the electrode layer.
촉각피드백 제공장치에 있어서,
제 7항의 진동모터;
상기 진동모터에 구비된 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및
상기 전압인가부를 제어하여 상기 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치.

In the haptic feedback providing device,
The vibration motor of claim 7;
A voltage applying unit for applying a voltage to the electrode layer provided in the vibration motor; And
And a control unit controlling the voltage application unit to control the voltage period applied to the electrode layer.

제 9항에 있어서,
상기 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 조절하여 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하며, 상기 공진주파수는 사람촉감의 시간분해능 이하인 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치.
The method of claim 9,
The control unit controls the intensity and period of the haptic feedback by adjusting the voltage period of the resonant frequency pulse, the resonant frequency providing device, characterized in that the resonant frequency is less than the time resolution of the human touch.
고분자유전체 기반 고성능 구동기에 있어서,
유연성을 갖는 하우징;
상기 하우징의 상부판 하부에 구비되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 상기 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖는 상부 압축력 생성부;
상기 상부 압축력 생성부의 하부에 결합되며 인가되는 전압에 의해 평면방향으로 인장되고 수직방향으로 압축되는 고분자유전체와 상기 고분자유전체의 상부면과 하부면 각각에 설치되는 전극층을 갖고, 하부면은 상기 하우징의 하부판에 결합되는 하부 압축력 생성부;를 포함하여 상기 상부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 상기 상부 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 상기 하부 압축력 생성부에 복원력이 생성되고, 상기 하부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 상기 하부 압축력 생성부에서 생성된 압축력에 대응하여 상기 상부 압축력 생성부에 복원력이 생성되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기.
In the polymer dielectric based high performance driver,
A housing having flexibility;
An upper compressive force generating unit provided below the upper plate of the housing and having a polymer dielectric that is stretched in a plane direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage and an electrode layer provided on each of the upper and lower surfaces of the polymer dielectric;
A polymer dielectric coupled to a lower portion of the upper compressive force generating unit and tensioned in a plane direction and compressed in a vertical direction by an applied voltage, and an electrode layer provided on each of an upper surface and a lower surface of the polymer dielectric, and a lower surface of the housing A lower compressive force generating unit coupled to a lower plate; when a voltage is applied to the upper compressive force generating unit side, a restoring force is generated in the lower compressive force generating unit in response to the compressive force generated by the upper compressive force generating unit, and generates the lower compressive force. When the voltage is applied to the secondary side, the high-molecular dielectric-based high-performance driver, characterized in that the restoring force is generated in the upper compression force generating unit corresponding to the compression force generated in the lower compression force generating unit.
제 12항에 있어서,
상기 상부 압축력 생성부 및 상기 하부 압축력 생성부 중 적어도 어느 하나는 복수로 적층되어 구비되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기.
13. The method of claim 12,
At least one of the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit is a polymer dielectric based high-performance driver, characterized in that provided in a plurality stacked.
제 1항 또는 제 12항에 있어서,
상기 고분자유전체는 유전 탄성체인 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기.
The method according to claim 1 or 12,
The polymer dielectric is a polymer dielectric based high performance driver, characterized in that the dielectric elastomer.
제 12항에 있어서,
상기 상부 압축력 생성부와 상기 하부 압축력 생성부 사이에 구비되는 영구자석; 및
상기 하부압축력 생성부의 상부기판과 상기 하우징의 하부판 각각에 구비되는 강자성체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기.
13. The method of claim 12,
A permanent magnet provided between the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit; And
Polymeric dielectric-based high performance driver further comprises a ferromagnetic layer provided on each of the upper substrate and the lower plate of the lower compression force generating unit.
제 12항 또는 제15항에 있어서,
상기 하우징 내부에는 적어도 하나의 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기.
16. The method according to claim 12 or 15,
The polymer dielectric-based high performance driver further comprises at least one elastic member inside the housing.
제 12항 또는 제15항의 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 액추에이터에 있어서,
상기 구동기에 구비된 하우징의 상부판 중앙부와 상부 압축력 생성부의 중앙부에 형성된 홀; 및
상기 상부 압축력생성부와 상기 하부 압축력 생성부 사이에 결합되고, 상기 홀에서 돌출과 복귀를 반복 구동하는 컨택터;를 포함하여 상기 상부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 상기 컨택터가 상부로 돌출되게 되고, 상기 하부 압축력 생성부 측에 전압이 인가되면 상기 컨택터가 출몰되게 되는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 액추에이터.
The actuator using the polymer dielectric-based high performance driver of claim 12 or 15,
A hole formed in the center of the upper plate of the housing and the upper compressive force generating unit of the housing; And
A contactor coupled between the upper compressive force generating unit and the lower compressive force generating unit and repeatedly driving the protrusion and the return in the hole, when the voltage is applied to the upper compressive force generating unit, the contactor protrudes upward. And a contactor is sunk when a voltage is applied to the lower compressive force generating unit.
제 17항에 있어서,
상기 하우징의 내부에는 적어도 하나의 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 액추에이터.
18. The method of claim 17,
An actuator using a polymer dielectric-based high performance driver, characterized in that it further comprises at least one elastic member inside the housing.
제 11항의 고분자유전체 기반 고성능 구동기를 이용한 진동모터에 있어서,
상기 구동기에 구비된 상부 압축력 생성부와 하부 압축력 생성부 사이에 결합되는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자유전체 기반 촉각모듈을 이용한 진동모터.
In the vibration motor using the polymer dielectric-based high performance driver of claim 11,
Vibration motor using a polymer dielectric based tactile module, characterized in that it comprises a mass body coupled between the upper compression force generating unit and the lower compression force generating unit provided in the driver.
제 18항의 액추에이터;
상기 액추에이터의 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및
상기 전압인가부를 제어하여 상기 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 조절하여 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하며, 상기 공진주파수는 사람촉감의 시간분해능 이하인 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치.
The actuator of claim 18;
A voltage applying unit applying a voltage to the electrode layer of the actuator; And
And a controller configured to control the voltage applying unit to adjust a voltage period applied to the electrode layer.
The control unit controls the intensity and period of the haptic feedback by adjusting the voltage period of the resonant frequency pulse, the resonant frequency providing device, characterized in that the resonant frequency is less than the time resolution of the human touch.
제 19항의 진동모터;
상기 진동모터의 전극층에 전압을 인가하는 전압인가부; 및
상기 전압인가부를 제어하여 상기 전극층에 인가되는 전압주기를 조절하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 공진주파수 펄스의 전압주기를 조절하여 촉각피드백의 강도와 주기를 제어하며, 상기 공진주파수는 사람촉감의 시간분해능 이하인 것을 특징으로 하는 촉각피드백 제공장치.

The vibration motor of claim 19;
A voltage applying unit applying a voltage to the electrode layer of the vibration motor; And
And a controller configured to control the voltage applying unit to adjust a voltage period applied to the electrode layer.
The control unit controls the intensity and period of the haptic feedback by adjusting the voltage period of the resonant frequency pulse, the resonant frequency providing device, characterized in that the resonant frequency is less than the time resolution of the human touch.

KR1020120023562A 2012-03-07 2012-03-07 Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback KR101326235B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120023562A KR101326235B1 (en) 2012-03-07 2012-03-07 Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120023562A KR101326235B1 (en) 2012-03-07 2012-03-07 Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130102374A KR20130102374A (en) 2013-09-17
KR101326235B1 true KR101326235B1 (en) 2013-11-11

Family

ID=49452157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120023562A KR101326235B1 (en) 2012-03-07 2012-03-07 Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101326235B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102032926B1 (en) 2018-05-14 2019-10-17 주식회사 넥스벨 Vibration actuator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718896B1 (en) * 2005-10-20 2007-05-16 성균관대학교산학협력단 Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof
KR20090048215A (en) * 2007-11-09 2009-05-13 한국과학기술원 Thin type device for tactile feedback
KR20110087058A (en) * 2010-01-25 2011-08-02 전자부품연구원 Capacitance touch screen
KR101097857B1 (en) 2009-09-30 2011-12-23 한국과학기술원 Apparatus Using Spring based on Reaction upon External Force for Providing Passive Haptic Feedback, Module Providing Passive Haptic Feedback Using the Same, Portable Unit Using the Same and Control Method therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718896B1 (en) * 2005-10-20 2007-05-16 성균관대학교산학협력단 Flexible Actuator and Tactile Display Device using thereof
KR20090048215A (en) * 2007-11-09 2009-05-13 한국과학기술원 Thin type device for tactile feedback
KR101097857B1 (en) 2009-09-30 2011-12-23 한국과학기술원 Apparatus Using Spring based on Reaction upon External Force for Providing Passive Haptic Feedback, Module Providing Passive Haptic Feedback Using the Same, Portable Unit Using the Same and Control Method therewith
KR20110087058A (en) * 2010-01-25 2011-08-02 전자부품연구원 Capacitance touch screen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102032926B1 (en) 2018-05-14 2019-10-17 주식회사 넥스벨 Vibration actuator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130102374A (en) 2013-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101391710B1 (en) Module for providing tactile feedback, apparatus and method for providing tactile feedback using the module, device for indicating direction having the apparatus and portable terminal having the apparatus
Pasquero et al. STReSS: A practical tactile display system with one millimeter spatial resolution and 700 Hz refresh rate
JP5079820B2 (en) Tactile stimulation device and device using the same
JP6708757B2 (en) Tactile actuator and control method thereof
KR100896812B1 (en) Haptic module using magnetic force, electronic apparatuses having the module
US8847741B2 (en) System and method for display of multiple data channels on a single haptic display
KR101515410B1 (en) Apparatus and method for providing complex haptic stimulation
JP2013537660A (en) A system for simulating surface contact by tactile stimulation
CN110609637A (en) Haptic actuator assembly with spring preload device
US20120126959A1 (en) Electroactive polymer transducers for tactile feedback devices
JP2013508913A (en) Flex assembly and fixture for tactile feedback
KR20150060575A (en) Systems and methods for generating friction and vibrotactile effects
KR20120125353A (en) Tactile feedback device
KR20100102412A (en) Haptic feedback providing device and method therewith
KR101303329B1 (en) Apparatus for providing texture with highly integrated, highly integrated-performance actuator, actuator array, and apparatus for providing tactile feedback
JP2019221132A (en) Piezoelectric displacement amplification apparatus
KR100968904B1 (en) Haptic feedback providing device and control method thereof
Laitinen et al. Enabling mobile haptic design: Piezoelectric actuator technology properties in hand held devices
JP6594731B2 (en) Tactile output device
KR101466226B1 (en) Flexible complex haptic generating module
KR101284132B1 (en) Dielectricpolymer high-perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, method for operating the actuator, apparatus for providing tactile feedback and apparatus for providing tactile feedback to sight and hearing disabled person
US20210232308A1 (en) Systems, devices, and methods for providing localized haptic effects
Breitschaft et al. The haptic fidelity framework: A qualitative overview and categorization of cutaneous-based haptic technologies through fidelity
KR101326235B1 (en) Dielectricpolymer high­perpormance driver, actuator and vibratingmotor using the driver, apparatus for providing texture of surface and apparatus for providing tactile feedback
KR101032306B1 (en) Haptic feedback providing device and method therewith

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: 20170913

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee