KR101598584B1 - 진동발생장치 - Google Patents

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Abstract

내부 공간을 가지는 하우징과, 상기 하우징에 고정 설치되며 디스크 형상을 가지는 진동플레이트와, 상기 진동플레이트에 설치되며 중공의 디스크 형상을 가지는 압전소자 및 상기 압전소자의 변형 시 진동플레이트와 연동하여 진동되는 진동자를 포함하며, 상기 진동자는 상기 진동플레이트의 가장자리에 연결되는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 중앙부에 고정 설치되는 설치부재 및 상기 설치부재에 고정 설치되어 상기 탄성부재와 연동하여 진동되는 중량체부를 구비하는 진동발생장치가 개시된다.

Description

진동발생장치{vibrator}
본 발명은 진동발생장치에 관한 것이다.
진동발생장치는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 부품으로서, 휴대전화에 탑재되어 무음 착신알림음으로 사용되고 있다.
한편, 휴대전화 시장이 급속도로 팽창되고 있고, 이와 더불어 여러 가지 기능이 휴대폰에 부가되는 추세에 따라 휴대폰 부품의 소형화, 고품질화가 요구되어지는 상황에서 진동발생장치 또한 기존제품의 단점을 개선하고 품질을 획기적으로 개선시킬 수 있는 새로운 구조의 제품개발 필요성이 대두되고 있다.
그리고, 휴대폰 중에서 스마트폰의 출시가 급증하면서 터치스크린 방식이 채택됨에 따라 터치시 진동을 발생시키는 용도로 진동발생장치의 채용이 증가되고 있다.
터치스크린에서의 터치시 발생되는 진동에 있어서, 특히 요구되는 성능은 첫째 착신시 진동발생에 비하여 사용횟수가 많아짐에 따라서 동작수명시간의 증가, 둘째 사용자가 터치시 진동을 체감하는데 있어서 만족감을 높일 수 있도록 화면을 터치하는 속도에 맞추어 진동의 빠른 응답속도이다.
그리고, 이러한 성능을 구현할 수 있는 제품으로서 피에조 햅틱 액추에이터(Piezo Haptic Actuator)가 사용되고 있다. 즉, 피에조소자에 전압을 인가하면 변위가 발생하는 역압전효과의 원리를 이용한 것으로서, 발생된 변위로 가동자의 웨이트를 움직이도록 하여 진동력을 발생시키는 원리이다.
이러한 구조를 갖는 진동자의 특징으로는, 일정수준 이상의 진동력을 얻을 수 있는 주파수 대역폭이 넓어서 안정적인 진동특성을 구현할 수 있다는 것과 일정한 주파수 범위에서 단일주파수가 아닌 낮고 높은 주파수의 진동을 다양하게 사용할 수 있다는 점이다. 또한 빠른 동작응답특성을 구현할 수 있어서, 휴대폰 등 모바일기기의 햅틱 진동 구현에 접합하다고 할 수 있다.
한편, 일반적으로 피에조소자는 길이가 폭보다 긴 직육면체 형상으로 형성되며, 이러한 경우 피에조소자의 길이가 길어야 변위 및 진동확보가 가능하므로, 진동발생장치의 전체 길이가 길어지고, 피에조소자가 낙하충격에 취약한 문제가 있다.
나아가, 진동발생장치의 전체적인 형상이 직육면체 형상을 가지므로, 전체 부피가 증가되어 부품의 소형화에 부합되지 않는 문제가 있다.
대한민국 특허공개공보 제2006-0000894호
소형화를 구현할 수 있는 동시에 진동량을 향상시킬 수 있는 진동발생장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치는 내부 공간을 가지는 하우징과, 상기 하우징에 고정 설치되며 디스크 형상을 가지는 진동플레이트와, 상기 진동플레이트에 설치되며 중공의 디스크 형상을 가지는 압전소자 및 상기 압전소자의 변형 시 진동플레이트와 연동하여 진동되는 진동자를 포함하며, 상기 진동자는 상기 진동플레이트의 가장자리에 연결되는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 중앙부에 고정 설치되는 설치부재 및 상기 설치부재에 고정 설치되어 상기 탄성부재와 연동하여 진동되는 중량체부를 구비할 수 있다.
삭제
상기 중량체부는 상기 설치부재의 외부면에 고정 설치되며 코인 형상을 가지는 제1 중량체를 구비할 수 있다.
상기 중량체부는 상기 설치부재의 내부면에 고정 설치되는 원기둥 형상을 가지는 제2 중량체를 더 구비할 수 있다.
상기 제2 중량체의 상면과 저면 중 적어도 하나에는 댐퍼부재가 설치될 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 진동플레이트에 고정 설치되는 링부와, 상기 링부로부터 내측으로 연장 형성되는 탄성변형부 및 상기 탄성변형부에 연결되며 상기 설치부재가 안착 설치되는 디스크부를 구비할 수 있다.
상기 하우징은 내부 공간을 가지며 하단부가 개구된 케이스와, 상기 케이스의 하단부에 조립되는 플레이트 형상을 가지는 브라켓을 구비할 수 있다.
상기 진동플레이트는 상기 브라켓에 구비되는 설치베이스에 중앙부가 고정 설치될 수 있다.
상기한 진동발생장치는 상기 압전소자에 연결되며 일측이 상기 하우징의 외부로 노출되는 회로기판을 더 포함할 수 있다.
삭제
디스크 형상을 가진 압전소자를 통해 소형화 및 박형화를 구현할 수 있는 동시에 제1,2 중량체로 구성되는 중량체부를 통해 진동량을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실실예에 따른 진동발생장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치에 구비되는 케이스를 제거한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 작동을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6a, 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치에 구비되는 압전소자의 변형 상태를 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실실예에 따른 진동발생장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치에 구비되는 케이스를 제거한 상태를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치를 나타내는 개략 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치(100)는 일예로서, 하우징(110), 진동플레이트(120), 압전소자(130), 진동자(140) 및 회로기판(180)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 용어에 대한 정의를 하면 높이 방향은 도 1의 상,하 방향을 의미하고, 반경방향은 도 3에서 좌,우 방향, 즉 하우징(110)의 외주면으로부터 중심을 향하는 방향 또는 하우징(110)의 중심으로부터 외주면을 향하는 방향을 의미하며, 원주방향은 하우징(110)의 외주면을 따라 회전되는 방향을 의미한다.
하우징(110)은 내부공간을 가지도록 형성될 수 있다. 한편, 하우징(110)은 내부 공간을 가지는 코인 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 하우징(110)은 상부에서 바라볼 때 원형을 가질 수 있다.
한편, 하우징(110)은 내부 공간을 가지며 하단부가 개구된 케이스(112)와, 케이스(112)의 하단부에 조립되는 플레이트 형상을 가지는 브라켓(114)을 구비할 수 있다.
또한, 케이스(112)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 회로기판(180)의 인출을 위한 인출홈(112a)이 구비될 수 있다.
그리고, 브라켓(1140은 케이스(112)의 개구된 하단부를 폐쇄하는 역할을 수행한다. 또한, 브라켓(114)에는 설치베이스(116)이 고정 설치되는 설치부(114a)가 구비될 수 있다. 설치베이스(116)는 설치부(114a)에 고정 설치되며 원통 형상을 가질 수 있다.
일예로서, 설치베이스(116)는 하단부가 홈 형상을 가지는 설치부(114a)에 삽입 배치되며, 접착제에 의해 고정 설치될 수 있을 것이다.
한편, 본 실시예에서는 설치베이스(116)가 별도로 제조되어 브라켓(114)의 설치부(114a)에 설치되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 설치베이스(116)는 브라켓(114)과 일체로 형성될 수도 있을 것이다.
한편, 브라켓(114)에는 반경방향으로 연장 형성되어 하우징(110)의 외부로 인출되는 회로기판(180)의 일단이 안착되는 연장부(114b)가 구비될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 자세하게 도시하지 않았으나, 케이스(112)의 내부면에는 진동자(140)와의 접촉에 의한 소음 발생 및 케이스(112)의 파손을 방지토록 복수개의 완충부재(미도시)가 설치될 수도 있을 것이다.
완충부재는 자성유체, 고무 등 충격을 완화시킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.
진동플레이트(120)는 하우징(110)에 고정 설치되며 디스크 형상을 가질 수 있다. 일예로서, 진동플레이트(120)는 하우징(110)의 설치베이스(116)의 상면에 중앙부가 고정 설치될 수 있다.
한편, 진동플레이트(120)는 압전소자(130)의 변형 시 압전소자(130)와 함께 변형되어 진동자(140)가 진동되도록 하는 역할을 수행한다. 즉, 압전소자(130)의 변형량을 증폭시켜 진동자(140)로 전달하는 역할을 수행한다.
그리고, 진동플레이트(120)는 중앙부가 설치베이스(116)에 고정되므로, 압전소자(130)의 변형 시 진동플레이트(120)의 가장자리가 상,하로 변형되어 진동을 증폭시킬 수 있다.
또한, 진동플레이트(120)는 일예로서, 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 나아가 스틸(Steel) 재질로 이루어질 수 있다.
압전소자(130)는 진동플레이트(120)에 설치되며 중공의 디스크 형상을 가질 수 있다. 즉, 압전소자(130)는 일예로서, 도넛 형상을 가질 수 있으며, 진동플레이트(120)의 저면에 설치될 수 있다. 그리고, 설치케이스(116)에 진동플레이트(120)가 고정 설치될 수 있도록 압전소자(130)의 중앙에는 설치베이스(116)가 관통되는 홀이 형성되는 것이다.
한편, 압전소자(130)에는 전원인가용 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 그리고, 전원인가용 전극은 수평방향으로 형성되어 있으며, 상면과 하면에 전원이 인가되면 인장 압축이 발생되면서 중앙부에 비하여 가장자리 부분이 상하로 움직인다. 일예로서, 압전소자(130) 가장자리의 상하변위는 수 미크론 정도일 수 있다.
이와 같이, 압전소자(130)에 전원이 인가되면 압전소자(130)와 진동플레이트(120)의 가장자리가 상하로 움직이면서 진동자(140)가 진동되도록 하는 것이다.
진동자(140)는 압전소자(130)의 변형 시 진동플레이트(120)와 연동하여 진동된다. 이를 위해 진동자(140)는 진동플레이트(120)의 상면에 연결될 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 진동자(140)는 탄성부재(150), 설치부재(160) 및 중량체부(170)를 구비할 수 있다.
탄성부재(150)는 진동플레이트(120)의 가장자리에 연결된다. 즉, 탄성부재(150)는 가장자리가 진동플레이트(120)에 고정 설치되며 중앙부에는 설치부재(160)가 고정 설치될 수 있다.
그리고, 탄성부재(150)는 압전소자(130)의 변형 시 진동자(140)가 상,하 방향으로 진동될 수 있도록 탄성력을 제공하는 역할을 수행한다.
한편, 탄성부재(150)는 진동플레이트(120)의 가장자리에 고정 설치되는 링부(152)와, 링부(152)로부터 내측으로 연장 형성되는 탄성변형부(154) 및 탄성변형부(154)에 연결되며 설치부재(160)가 안착 설치되는 디스크부(156)를 구비할 수 있다.
탄성변형부(154)는 나선 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 디스크부(156)와 링부(152)를 연결하여 상,하 방향으로 신축될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 탄성부재가 판 스프링으로 이루어지는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 코일 스프링이 채용될 수도 있을 것이다. 즉, 탄성력을 제공할 수 있는 어떠한 구성도 탄성부재를 대체할 수 있을 것이다.
설치부재(160)는 탄성부재(150)의 디스크부(156)의 상면에 고정 설치되며, 일예로서 단면이 'ㄴ'자 형상을 가질 수 있다. 한편, 설치부재(160)는 중량체부(170)가 고정 설치될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
즉, 설치부재(160)의 외주면 및 중공부에 중량체부(170)가 고정 설치될 수 있도록 단면이 'ㄴ'자 형상을 가질 수 있을 것이다. 다시 말해, 후술할 제1 중량체(172)가 'ㄴ'자 형상을 가진 설치부재(160)의 외부면에 고정 설치되며, 제2 중량체(174)가 설치부재(160)의 내부면에 고정 설치될 수 있다.
그리고, 제1 중량체(172)의 저면 중심부는 설치부재(160)의 절곡된 부분에 안착 설치될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 설치부재(160)가 구비되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 설치부재(160)는 생략 가능할 것이다. 즉, 중량체부(170)가 직접 탄성부재(150)에 고정 설치될 수도 있을 것이다.
그리고, 본 실시예에서는 설치부재(160)의 단면이 'ㄴ'자 형상을 가진 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 설치부재(160)의 형상은 다양하게 변형 가능할 것이다.
중량체부(170)는 설치부재(160)의 외부면에 고정 설치되며 코인 형상을 가지는 제1 중량체(172)와, 설치부재(160)의 내부면에 고정 설치되며 원기둥 형상을 가지는 제2 중량체(174)를 구비할 수 있다.
한편, 제1,2 중량체(172,174)는 비중이 큰 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1,2 중량체(172,174)는 텅스텐, 철 재질로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 동일한 체적 내에서 진동자(140)의 질량을 증가시킴으로써 공진주파수를 조절하여 진동량을 증가시키기 위하여 중량체부(170)는 비중이 큰 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 중량체(174)의 상면과 저면 중 적어도 하나에는 진동 시 또는 외부 충격 시 제2 중량체(174)와 하우징(110) 및 진동플레이트(120)의 접촉을 방지하기 위한 댐퍼부재(176)가 설치될 수 있다.
다만, 댐퍼부재(176)는 소음 발생 및 충격을 방지하기 위한 구성으로서 생략 가능할 것이다.
또한, 본 실시예에서는 중량체부(170)가 제1,2 중량체(172,174)로 구성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 중량체부(170)는 제1,2 중량체(172,174) 중 어느 하나만으로 이루어질 수도 있을 것이다.
나아가, 본 실시예에서는 진동자(140)가 탄성부재(150), 설치부재(160), 중량체부(170)로 이루어지는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 진동자(140)는 다양하게 변경 가능할 것이다. 예를 들어 진동자(140)는 탄성부재(150)와 중량체부(170)로만 구성될 수도 있으며, 판 스프링 대신 코일 스프링으로 이루어지는 탄성부재(150)와 중량체부(170)만으로도 구성될 수 있을 것이다.
회로기판(180)은 압전소자(130)에 연결되며 일측이 하우징(110)의 외부로 노출된다. 그리고, 하우징(110)의 외부로 노출되는 회로기판(180)의 일측에는 외부 전원과의 연결을 위한 연결전극(182)가 구비될 수 있다.
한편, 일예로서 회로기판(180)은 압전소자(130)에 대응되도록 대략 원형의 고리 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고, 회로기판(180)는 변형량이 상대적으로 작은 압전소자(130)에 연결되므로, 진동자(140)의 진동에 의해 파손되는 것을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 회로기판(180)을 보다 박형화시킬 수 있다.
일예로서, 회로기판(180)은 플렉시블 회로기판으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 디스크 형상을 가지는 압전소자(130)를 통해 진동발생장치(100)의 형상이 코인 형상을 가지도록 할 수 있다. 이에 따라 진동발생장치(100)의 소형화 및 박형화를 구현할 수 있다.
나아가, 제1,2 중량체(172,174)로 이루어지는 중량체부(170)를 통해 단위체적 당 중량체(170)가 차지하는 비율을 증가시킬 수 있으므로, 진동량을 증대시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 작동에 대하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 작동을 설명하기 위한 설명도이고, 도 6a, 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치에 구비되는 압전소자의 변형 상태를 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 회로기판(180)을 통해 외부로부터 전원이 공급되면, 압전소자(130)가 변형된다. 한편, 압전소자(130)에는 전원인가용 전극이 수평방향으로 형성되어 있으며, 상면과 하면에 전원이 인가되면 도 5에 도시된 바와 같이 반경 방향으로 인장 압축이 발생되면서 도 6a, 6b에 도시된 바와 같이 중앙부와 비교하여 가장자리가 상,하로 움직이게 된다.
한편, 이러한 상하변위의 크기는 수 미크론 정도일 수 있다.
이와 같이 압전소자(130)가 변형되면, 압전소자(130)가 고정 설치되는 진동플레이트(120)도 압전소자(130)와 함께 변형된다. 그리고, 진동플레이트(120)의 중앙부가 설치베이스(116)에 고정 설치되므로, 진동플레이트(120)도 가장자리가 상,하로 변형되며 압전소자(130)의 가장자리 변위량 보다 큰 변위량을 가지도록 변형될 수 있다.
이에 따라, 진동플레이트(120)의 상면에 설치되는 진동자(140)가 진동플레이트(120)와 연동하여 진동되는 것이다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 진동플레이트(120)의 변형에 의해 탄성부재(150)의 링부(152)가 진동플레이트(120)와 함께 변형되며, 이에 따라 링부(152)에 연결되는 탄성변형부(154)가 상,하로 진동된다.
이후, 설치부재(160)에 고정 설치되는 중량체부(170)도 탄성부재(150)와 함께 진동되어 압전소자(130)의 변형에 의해 발생되는 진동이 증폭되는 것이다.
이와 같이, 디스크 형상을 가지는 압전소자(130)를 통해 진동발생장치(100)의 형상이 코인 형상을 가지도록 할 수 있다. 이에 따라 진동발생장치(100)의 소형화 및 박형화를 구현할 수 있다.
나아가, 제1,2 중량체(172,174)로 이루어지는 중량체부(170)를 통해 단위체적 당 중량체(170)가 차지하는 비율을 증가시킬 수 있으므로, 진동량을 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 진동발생장치
110 : 하우징
120 : 진동플레이트
130 : 압전소자
140 : 진동자
150 : 탄성부재
160 : 설치부재
170 : 중량체부
180 : 회로기판

Claims (10)

  1. 내부 공간을 가지는 하우징;
    상기 하우징에 고정 설치되며 디스크 형상을 가지는 진동플레이트;
    상기 진동플레이트에 설치되며 중공의 디스크 형상을 가지는 압전소자; 및
    상기 압전소자의 변형 시 진동플레이트와 연동하여 진동되는 진동자;
    를 포함하며,
    상기 진동자는
    상기 진동플레이트의 가장자리에 연결되는 탄성부재;
    상기 탄성부재의 중앙부에 고정 설치되는 설치부재; 및
    상기 설치부재에 고정설치되어 상기 탄성부재와 연동하여 진동되는 중량체부;
    를 구비하는 진동발생장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중량체부는 상기 설치부재의 외부면에 고정 설치되며 코인 형상을 가지는 제1 중량체를 구비하는 진동발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중량체부는 상기 설치부재의 내부면에 고정 설치되는 원기둥 형상을 가지는 제2 중량체를 더 구비하는 진동발생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 중량체의 상면과 저면 중 적어도 하나에는 댐퍼부재가 설치되는 진동발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재은 상기 진동플레이트에 고정 설치되는 링부와, 상기 링부로부터 내측으로 연장 형성되는 탄성변형부 및 상기 탄성변형부에 연결되며 상기 설치부재가 안착 설치되는 디스크부를 구비하는 진동발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 내부 공간을 가지며 하단부가 개구된 케이스와, 상기 케이스의 하단부에 조립되는 플레이트 형상을 가지는 브라켓을 구비하는 진동발생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 진동플레이트는 상기 브라켓에 구비되는 설치베이스에 중앙부가 고정 설치되는 진동발생장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자에 연결되며 일측이 상기 하우징의 외부로 노출되는 회로기판을 더 포함하는 진동발생장치.
  10. 삭제
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