KR101715926B1 - 진동발생장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동발생장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로서, 내부공간을 구비하는 하우징과, 탄성변형 가능하게 상기 내부공간에 배치되도록 양단이 상기 하우징에 고정되는 탄성부재 및 상기 탄성부재의 일면에 장착되는 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자에는 상기 탄성부재의 일면 또는 일면의 반대면인 타면 중 어느 일측 방향으로만 휨이 발생하도록 전원이 공급될 수 있다.

Description

진동발생장치 및 이를 포함하는 전자 장치 {VIBRATOR AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 진동발생장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
진동발생장치는 전자기적 힘의 발생원리를 이용하여 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환하는 장치이다.
이러한 진동발생장치는 압전소자를 이용하는 피에죠 햅틱 액추에이터(Piezo Haptic Actuator)를 구동원으로 할 수 있다. 압전소자에 전압을 인가하면 변위가 발생하는 역압전효과의 원리를 이용한 것으로서, 발생된 변위로 가동자의 중량체를 움직이도록 하여 진동력을 발생시키는 원리이다.
그런데, 최근 전자제품의 소형화 추세에 따라 진동발생장치 모듈의 사이즈의 축소가 요구되고 있다. 또한, 내구성 향상을 위해 장기간 동일 성능을 발현할 수 있는 피에죠 햅틱 액추에이터가 요구되는 실정이다.
본 발명은 진동발생장치 모듈의 사이즈를 최소화하면서, 액추에이터의 내구성을 향상시킬 수 있는 피에죠 햅틱 액추에이터를 제공하고자 한다.
본 발명은 내부공간을 구비하는 하우징; 탄성변형 가능하게 상기 내부공간에 배치되도록 양단이 상기 하우징에 고정되는 탄성부재; 및 상기 탄성부재의 일면에 장착되는 압전소자;를 포함하고, 상기 압전소자에는 상기 탄성부재의 일면 또는 일면의 반대면인 타면 중 어느 일측 방향으로만 휨이 발생하도록 전원이 공급되는 진동발생장치를 제공할 수 있다.
즉, 본 발명에서 상기 압전소자에는 상기 압전소자의 전계(電界)에 상응하는 전압값만 입력되어 상기 탄성부재가 일방향 진동 발생이 주가 되도록 할 수 있다.
본 발명을 이용하면, 진동발생장치 모듈의 사이즈를 최소화하면서, 액추에이터의 내구성을 향상시킬 수 있는 피에죠 햅틱 액추에이터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 분해사시도이며,
도 3은 종래기술에 따른 압전소자에 입력되는 전압의 일 예를 그래프로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자에 입력되는 전압의 일 예를 그래프로 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 구동 모습을 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치(100)는 탄성부재에 구비되는 압전소자에 입력되는 전압이 상기 압전소자를 일방향으로만 변형되도록 하는 일방향 변형 전압만 입력하도록 하는 진동발생장치에 관한 것으로서, 진동발생장치 모듈의 사이즈를 최소화하면서, 액추에이터의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 진동발생장치(100)는 상부 케이스(122)와 하부 케이스(130)를 포함하는 하우징(120), 탄성부재(140), 압전소자(160), 중량체(180), 회로기판(200)을 포함한다.
아울러, 추가로 상기 탄성부재(140)가 상기 압전소자(160)에 공급되는 전원에 의해 변형되는 방향과 반대 방향의 진동공간(SL)에 구비되는 스토퍼 내지는 댐퍼(300)를 구비할 수 있다.
여기서 방향에 대한 용어를 정의하면, 도 1 및 도 2에서 길이방향은 X 방향을 의미하고, 폭 방향은 Z 방향 - X 방향과 Y 방향에 모두 수직한 방향 - 을 의미한다. 그리고, 높이 방향은 Y 방향을 의미한다. 그리고, 상기에서 정의한 용어는 이하에서 동일하게 사용하기로 한다. 즉, 각 구성들에 대하여 상기한 용어는 동일한 방향을 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치(100)를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 실시예는 이하 설명하는 것에 한정되지 않으며 본 발명의 사상에 해당하는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
하우징(120)은 상부 케이스(122)와 하부 케이스(130)를 구비할 수 있다. 그리고, 상부 케이스(122)는 내부 공간을 가지는 박스 형상을 가질 수 있다. 하부 케이스(130)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기 상부 케이스(122)와 상기 하부 케이스(130)는 용접 또는 접착제를 이용한 본딩 방식 등으로 상호 단단히 결합된다.
그리고, 상기 상부 케이스(122) 또는 상기 하부 케이스(130)의 양단부 측에는 탄성부재(140)의 양단부를 지지하기 위한 지지부재(132)가 구비될 수 있다.
상기 지지부재(132)는 상기 상부 케이스(122) 또는 상기 하부 케이스(130)의 덴팅에 의해 형성되거나, 별도의 부재를 부착하여 구비될 수 있다. 다만, 이는 일 예시이며 이에 한정하는 것은 아니다.
탄성부재(140)는 판 형상으로 구비될 수 있으며, 길이 방향으로 양 단부는 상기한 상부 케이스(130) 또는 하부 케이스(122)에 구비되는 지지부재(132)에 거치된다.
물론, 상기 탄성부재(140)의 양 단부는 상기 지지부재(132)에 용접 또는 접착제에 의한 본딩 방식으로 단단히 고정된다.
판 형상의 상기 탄성부재(140)에는 높이 방향으로 상측 또는 하측 면에 압전소자(160)가 구비된다. 상기 압전소자(160)는 접착제를 이용한 본딩 방식 등으로 상기 탄성부재(140)에 고정된다.
압전소자(160)는 상기한 바와 같이 탄성부재(140)에 고정 설치되며, 직육면체 형상을 가질 수 있다. 또한, 압전소자(160)의 저면에는 전극이 구비될 수 있다. 전극은 압전소자(160)의 저면으로부터 돌출 형성될 수 있으며, '+' 전극과 '-' 전극으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 압전소자(160)는 전원 공급을 위해 회로기판(200)과 연결된다. 상기 회로기판(200)은 외부 전원과 연결될 수 있도록 상기 하우징(120)의 외부로 노출되는 외부단자(210)를 구비한다. 그리고, 상기 압전소자(160)에 전원을 공급하도록 상기 압전소자(160)와 접촉되는 내부단자(220)을 구비한다.
한편, 상기 압전소자(160)에는 상기 탄성부재(140)의 일면 또는 일면의 반대면인 타면 중 어느 일측 방향으로만 휨이 발생하도록 전원이 공급될 수 있다. 즉, 상기 탄성부재(140)가 상기 압전소자(160)의 휨력에 의해서는 일방향 변형만 발생하도록 전원이 공급될 수 있다.
이에, 상기 압전소자(160)에는 상기 압전소자(160)의 전계(電界)에 상응하는 전압값만 입력될 수 있다.
다시 말해, 상기 압전소자(160)가 (+) 방향으로 전계(電界)가 있는 경우에는 (+) 전압만 공급하고, 상기 압전소자(160)가 (-) 방향으로 전계(電界)가 있는 경우에는 (-) 전압만 공급한다(도 4 참조 - 압전소자가 (+) 방향으로 전계(電界)가 있는 경우에 전압이 공급되는 예시임).
압전소자가 (+) 방향으로 전계가 있는 경우 압전소자에 (+) 전압만 공급된다 함은 압전소자 분극 시 (polarization) (+) 전계가 인가된 전극에 구동시 같은 (+) 전계를 인가하는 것으로, De-Poling을 방지하기 위함이다. 그러므로 (-) 전하로 분극된 부분에 (+) 전압을 공급하고 (+) 전하로 분극된 부분에 (-) 전압을 공급하게 된다.
항전계(抗電界)는 연속하여 반복되는 강유전체의 주 히스테리시스 곡선상의 전속밀도(電束密度)가 영이 되는 장소에서의 전계의 세기를 의미한다. 즉, 항전계는 압전소자 내부에 구비되는 각각의 입자의 극성이 바뀌는(또는 없어지는) 전압을 의미한다.
다만, 항전계는 처음 압전소자에 입력한 방향의 반대 방향에 대해서만 존재하므로, (+) 방향으로 전계가 있는 압전소자에 (+) 전계는 아무리 큰 값이 입력되어도 무방하나, (-) 전계가 항전계 값의 크기만큼 입력되면 입자의 극성이 바뀌게(없어지게) 된다. 반대의 경우도 동일하다.
그러므로, 압전소자에 100v를 최대 변위값으로 전압을 주기적으로 인가하는 경우라도, 0 ~ 100v를 입력하는 경우(도 4 참조)와 -50v ~ +50v를 입력하는 경우(도 3 참조)는 차이가 있다.
(+) 방향으로 전계가 있는 압전소자라면 비록 항전계 값이 50v를 초과하는 경우라도 -50v의 반복적인 입력 때문에 장기적으로 성능이 저하된다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 압전소자(160)가 (+) 방향으로 전계(電界)가 있는 경우에는 (+) 전압만 공급하고, 상기 압전소자(160)가 (-) 방향으로 전계(電界)가 있는 경우에는 (-) 전압만 공급하여(도 4 참조 - 압전소자가 (+) 방향으로 전계(電界)가 있는 경우에 전압이 공급되는 예시임), 압전소자(160)의 반복적이고 장기적인 사용에도 성능이 저하되지 않도록 한다.
중량체(180)는 상기 탄성부재(140)와 함께 진동하도록 구비될 수 있다. 상기 중량체(180)는 상기 탄성부재(140)에 중량을 부과하여 진동수를 조절할 수 있도록 한다.
상기 중량체(180)는 상기 탄성부재(140)의 일면에 접착제 또는 접착테잎(260)을 매개로 본딩 결합될 수 있다. 여기서, 상기 접착제 또는 접착테잎(260)은 상기 탄성부재(140)의 파손을 방지하도록 완충력을 구비한 것일 수 있다.
다만, 상기 중량체(180)의 길이방향 전면이 상기 탄성부재(140)와 결합되는 경우에는 상기 탄성부재(140)의 휨을 방해할 수 있으므로, 휨이 가장 크게 발생하는 상기 탄성부재(140)의 길이방향 중앙부 부분에만 상기 접착제 또는 접착테잎(260)이 개재될 수 있다.
그리고, 상기 중량체(180)는 상기 탄성부재(140)를 기준으로 상기 압전소자(160)가 결합되는 방향과 동일한 방향에 구비되는 경우에는 상기 압전소자(160)에 상기 중량체(180)가 접착제 또는 접착테잎(260)을 매개로 본딩 결합될 수도 있다.
다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 중량체(180)는 상기 탄성부재(140)의 폭방향 양 측면에서 높이 방향으로 돌출되는 결합부재 내지는 가이드 부재에 고정결합될 수도 있다.
한편, 상기 중량체(180)에는 중량체 커버(170)가 구비될 수 있다. 상기 중량체 커버(170)는 플레이트 형상으로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 중량체 커버(170)에는 상기 중량체(180)와의 결합이 용이하도록 폭방향 양 측면에서 높이 방향으로 돌출되는 지지돌기(171)를 구비하여 상기 중량체(180)가 상기 지지돌기(171)의 사이에 단단히 결합되도록 할 수 있다.
또한, 상기 중량체 커버(170)에는 상기 중량체(170)의 높이 방향 이동이 용이하도록 폭방향 양 측면에서 높이 방향으로 돌출되는 가이드 돌기(173)를 구비할 수 있다.
상기 가이드 돌기(173)는 상기 중량체(180)가 높이 방향으로 진동하는 경우에 항상 상기 탄성부재(140)의 측면을 감싸도록 높이 방향으로 충분한 길이로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치(100)에서, 압전소자(160)에는 탄성부재(140)의 일면 또는 일면의 반대면인 타면 중 어느 일측 방향으로만 휨이 발생하도록 전원이 공급될 수 있다.
즉, 상기 탄성부재(140)가 상기 압전소자(160)의 휨력에 의해서는 일방향 변형만 발생하도록 전원이 공급될 수 있다. 그러므로, 상기 탄성부재(140)가 진동하는 경우, 높이 방향으로 어느 일측 방향으로만 진동공간이 확보될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치(100)는, 전원공급에 의해 상기 압전소자(160)의 휨이 발생하는 방향의 상부 진동공간의 폭(SU)이 반대 방향의 하부 진동공간의 폭(SL)보다 더 크게 구비되도록 할 수 있다(도 1의 확대도 참조).
나아가, 전원공급에 의해 상기 압전소자(160)의 휨이 발생하는 방향과 반대 방향의 진동공간에는 상기 탄성부재(140)의 진동을 흡수하거나 제한하는 댐퍼 또는 스토퍼(300)가 구비될 수 있다.
비록, 상기 압전소자(160)에 공급되는 전압은 일방향 휨력만을 제공하지만, 상기 탄성부재(140)의 탄성복원력 내지는 관성력에 의해 상기 일 방향의 반대방향으로도 상기 탄성부재(140)의 변형이 발생할 것이므로 상기 압전소자(160)의 휨이 발생하는 방향과 반대 방향의 진동공간에는 상기 탄성부재(140)의 진동을 흡수하거나 제한하는 댐퍼 또는 스토퍼(300)가 구비되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 댐퍼 또는 스토퍼(300)는 상기 탄성부재(140)의 하면 또는 상기 하우징(120) - 더욱 상세하게는, 하부 케이스(130)의 상면 - 에 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치의 구동 모습을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생장치(100)는 탄성부재(140)가 대체로 높이 방향으로 일 방향으로만 휨이 발생하거나, 아예 일 방향의 반대 방향으로는 휨이 발생하지 않도록 할 수 있다.
다만, 상기 탄성부재(140)의 탄성복원력 내지는 관성력 - 중량체(180)에 의해 관성력이 더욱 커질 수 있음 - 에 의해 일 방향의 반대방향으로도 상기 탄성부재(140)의 변형이 발생할 것이므로 상기 압전소자(160)의 휨이 발생하는 방향과 반대 방향의 진동공간에는 상기 탄성부재(140)의 진동을 흡수하거나 제한하는 댐퍼 또는 스토퍼(220)가 구비되도록 할 수 있다.
물론, 상기 댐퍼 또는 스토퍼(220)를 구비하는 경우라도 상기 탄성부재(140)는 타 방향으로 적은 양이라도 변형이 발생할 수는 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 단면도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 단면도이다.
도 6 내지 도 8과 같이 본 발명의 전자 장치(1000)는 사용자의 선택에 따라 이미지를 디스플레이할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 전자 장치의 일 실시형태(1000)는 사용자의 선택에 따라 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 모듈과 상기 디스플레이 모듈을 수납하는 내부 공간을 갖는 케이스(1400)로 구성될 수 있다.
상기 디스플레이 모듈은 사용자의 접촉 압력을 제공하는 터치 패널(1200)과 터치 패널(1200)의 하면에 장착되어 사용자의 선택에 따라 이미지를 제공하는 디스플레이 패널(1300)로 구성될 수 있으며, 본 발명의 진동발생장치(100)는 디스플레이 패널(1300)의 하면에 장착되어, 사용자의 선택에 따라 진동을 제공할 수 있다(도 7 참조).
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진동 장치(100)는 케이스(1400)의 내면에 장착되어 상기 디스플레이 모듈에 직접 진동을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 진동발생장치
120 : 하우징
140 : 탄성부재
160 : 압전소자
180 : 중량체
200 : 회로기판
260 : 접착제 또는 접착테잎
300 : 스토퍼 또는 댐퍼

Claims (11)

  1. 내부공간을 구비하는 하우징;
    탄성변형 가능하게 상기 내부공간에 배치되도록 양단이 상기 하우징에 고정되는 탄성부재; 및
    상기 탄성부재의 하면에 장착되는 압전소자; 를 포함하고,
    상기 압전소자에는 상기 탄성부재의 상측 방향으로만 휨이 발생하도록 상기 압전소자의 전계에 상응하는 전압값을 가지는 전원이 공급되고,
    전원공급에 의해 상기 압전소자의 휨이 발생하는 방향의 진동공간의 폭이 반대 방향의 진동공간의 폭보다 더 크고,
    상기 탄성부재의 하측에는 전원공급에 의한 상기 탄성부재의 진동을 흡수하거나 제한하는 댐퍼 또는 스토퍼가 구비되며,
    상기 전원은 상기 압전소자가 (+) 방향으로 전계가 있는 경우에는 (+) 전압만 공급하고, 상기 압전소자가 (-) 방향으로 전계가 있는 경우에는 (-) 전압만 공급하는 것을 특징으로 하는 진동발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재와 함께 진동하는 중량체를 더 포함하는 진동발생장치.
  7. 삭제
  8. 사용자의 선택에 따라 이미지를 표시하는 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈을 수납하는 내부 공간을 갖는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부에 장착되고, 내부공간을 구비하는 하우징과, 탄성변형 가능하게 상기 내부공간에 배치되도록 양단이 상기 하우징에 고정되는 탄성부재 및 상기 탄성부재의 상면에 장착되는 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자에는 상기 탄성부재의 상측 방향으로만 휨이 발생하도록 상기 압전소자의 전계에 상응하는 전압값을 가지는 전원이 공급되고, 전원공급에 의해 상기 압전소자의 휨이 발생하는 방향의 진동공간의 폭이 반대 방향의 진동공간의 폭보다 더 크고, 상기 탄성부재의 하측에는 전원공급에 의한 상기 탄성부재의 진동을 흡수하거나 제한하는 댐퍼 또는 스토퍼가 구비되며,
    상기 전원은 상기 압전소자가 (+) 방향으로 전계가 있는 경우에는 (+) 전압만 공급하고, 상기 압전소자가 (-) 방향으로 전계가 있는 경우에는 (-) 전압만 공급하는 것을 특징으로 하는 진동발생장치;
    를 포함하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진동발생장치는 상기 케이스의 내면에 장착되는 전자 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 진동발생장치는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 장착되는 전자 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 디스플레이 모듈은,
    사용자의 접촉을 입력받는 터치 패널; 및
    상기 터치 패널의 하면에 접촉되어 상기 터치 패널의 접촉에 따라 해당하는 이미지를 제공하는 디스플레이 패널;을 포함하는 전자 장치.
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