KR101737942B1 - 박형 선형 진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 진동자에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 웨어러블기기에 적용 가능한 구조의 박형 선행 진동자에 대한 것이다.

Description

박형 선형 진동자{Thin Type Linear Actuator}

본 발명은 선형 진동자에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 웨어러블 전자기기에 적용 가능하도록 두께가 종래 선형 진동자보다 얇아진 구조의 박형 선행 진동자에 대한 것이다.

일반적으로 통신기기에서 반드시 필요한 기능 중의 하나가 착신기능이다. 이러한 착신기능으로 소리 또는 진동으로 알려주는 기능이 있다. 이중 진동기능은 스피커를 통해 멜로디나 벨이 외부로 전달되어 타인에게 피해를 입히지 않고자 하는 경우에 주로 사용되는데, 이러한 진동을 위해서는 소형의 진동자를 구동시켜, 그 구동력이 기기의 케이스로 전달되도록 하여 기기가 진동 할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.

또한, 최근에는 터치스크린을 장착한 스마트폰, 스마트워치 및 태블릿 등 스마트기기의 보급이 늘어나면서, 진동기능은 단순한 착신기능을 넘어 가상의 터치감을 사용자에게 제공하는 기능이 요구되고 있다. 과거 착신 기능만을 필요로 할 때에는 중량체가 회전하는 형태의 진동자가 주로 사용되었지만, 터치스크린을 장착한 기기에서는 터치에 대한 반응에 빠른 응답을 해야 하기 때문에 선형운동을 하는 선형 진동자가 주로 사용되고 있다.

최근에는 스마트폰의 보급이 활발해지며 스마트폰과 연동되는 웨어러블 디바이스 시장이 폭발적으로 성장하고 있다. 그런데 웨어러블 디바이스는 안경, 시계, 목걸이 등 사용자의 몸에 착용하는 기기로서 크기가 작아 스마트폰에 사용되는 선형 진동자보다 더 얇고 작으면서도 고성능을 갖는 선형 진동자의 필요성이 부각되고 있다.

일본공개특허공보 제2012-213710호 (2012.11.08)

본 발명자들은 다수의 연구 결과 선형 진동자의 두께를 얇게 하면서도 진동성능은 더 우수한 구조의 박형 선형 진동차를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 복수개의 축부재가 서로 접촉된 상태로 동일 평면상에 배치되는 지지축 구조를 통해 얇아지면서 폭이 넓어진 영구자석 및 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있는 구조의 박형 선형 진동자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 선형 진동자로서 빠른 응답이 가능하면서 수직방향으로의 높이가 낮아 웨어러블 디바이스 등 소형 기기에도 적용이 가능한 구조의 박형 선형 진동자를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공진주파수의 조정으로 선형 진동자의 구성 부품의 산포에 의해 주파수가 적정 범위를 벗어나 진동력이 약해지는 것을 보완할 수 있어 진동자에서 발생하는 진동력을 극대화 시킬 수 있어 우수한 진동력을 발생시키면서도 전력소모가 적은 구조의 박형 선형 진동자를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 내측에 일정 공간을 구비한 코일; 상기 코일 내측의 일정 공간에 배치되고, 그 중심부분에 관통공간이 형성된 영구자석 및 상기 영구자석의 양단에 결합되는 베어링을 포함하는 운동부; 상기 영구자석의 관통공간 및 상기 운동부에 형성된 관통공간을 통과하는 복수개의 축부재가 서로 접촉하여 동일 평면상에 배치되어 구성되는 지지축; 상기 지지축을 감싸며 상기 운동부의 양단에 그 일단이 결합되는 복수개의 탄성부재; 상기 지지축 각각의 양단부가 고정되는 지지부재; 및 상기 지지부재를 양 측면으로 하여 코일을 감싸는 케이스;를 포함하는 박형 선형 진동자를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 축부재의 폭 단면은 원형이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지지축은 상기 영구자석의 관통공간 내면과 이격되어 배치된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 케이스 또는 지지부재 중 하나 이상은 강자성체로 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 영구자석은 복수개로 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 영구자석과 상기 베어링은 결합부재에 의해 결합된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지지부재의 일측면에 배치되는 주파수 조정부재를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 운동부는 상기 영구자석과 베어링 사이에 일체로 결합되는 질량체를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄성부재와 접하는 베어링의 측면 또는 상기 지지부재의 측면에 상기 탄성부재를 고정하는 고정돌기가 더 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 영구자석은 상기 운동부의 운동방향과 동일한 방향으로 착자된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄성부재의 결합위치를 조절하는 가이드부재를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 베어링은 소결 함유 금속 베어링 또는 수지 베어링이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 케이스 또는 상기 지지부재는 상기 코일의 단부가 통과하는 코일 고정홈을 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 축부재가 배치되는 동일평면은 박형 선형 진동자가 설치되는 평면과 평행하다.

또한, 본 발명은 상술된 박형 선형 진동자를 포함하는 웨어러블 전자기기를 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 의하면 복수개의 지지축을 서로 접촉된 상태로 동일 평면상에 배치하는 구조를 통해 얇아지면서 폭이 넓어진 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있다.

또한, 본 발명은 선형 진동자로서 빠른 응답이 가능하면서 수직방향으로의 높이가 낮아 웨어러블 디바이스 등 소형 전자기기에도 적용이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면 공진주파수의 조정으로 선형 진동자의 구성 부품의 산포에 의해 주파수가 적정 범위를 벗어나 진동력이 약해지는 것을 보완할 수 있어 진동자에서 발생하는 진동력을 극대화 시킬 수 있어 우수한 진동력을 발생시키면서도 전력소모가 적다.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.

도 1a 내지 도 1c는 선형진동자의 두께를 얇게 하는 경우 지지축 구조에 따른 문제점을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 박형 선형진동자에 포함되는 지지축의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 선형진동자의 분해사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 박형 선형 진동자(100)의 평면측 횡단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 박형 선형 진동자(100)의 정면측 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 정면측 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 정면측 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 정면측 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 박형 선형 진동자에서 영구자석의 착자방향을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 박형 선형 진동자에서 공진주파수 조정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 기술적 특징은 웨어러블 디바이스 등 소형기기에 적용이 가능하도록 얇아지면서 폭이 넓어진 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동 할 수 있는 지지축 구조로서 복수개의 지지축을 서로 접촉된 상태로 동일 평면상에 배치한 박형 선형 진동자에 있다.

즉, 기존 선형 진동자를 수직방향으로의 높이가 낮도록 두께를 얇게 하는 경우 당연히 폭이 넓어진 운동부를 기울어지지 않도록 지지하는 것은 다음과 같은 문제점이 있기 때문이다. 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 중심부에 원형의 지지축을 설치하여 지지하게 되면 양측 중 어느 일방으로 운동부가 기울어질 수 있는데, 이와 같이 운동부가 기울어져서 직선운동하게 되면 코일과 접촉하여 파손 또는 단선의 문제가 발생할 수 있다. 또한 도 1b와 같이 중심부에 상면과 하면이 평평한 지지축을 사용하게 되면 운동부의 양측이 기울어지지 않도록 지지하기 위해 운동부와 닿는 지지축의 상면 및 하면에 너무 많은 부하가 걸려서 운동부의 직선운동이 안정적이지 않고 지지축의 마모가 극심한 문제점이 있을 뿐만 아니라 상면과 하면을 정확한 규격으로 연마가공하기 위한 생산원가 상승을 무시할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 지지축을 복수개 사용할 수 있는데, 도 1c와 같이 지지축이 조립 오차 등에 의해 서로 평행하게 조립되지 않을 수 있고 이러한 구조로 조립되어 지지축의 양단 간격이 미세한 차이라도 있으면 지지축에 의해 관통되어 배치되는 베어링이 정상적으로 이동할 수 없어 운동부의 직선운동이 원활하지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 박형 선형진동자는 내측에 일정 공간을 구비한 코일; 상기 코일 내측의 일정 공간에 배치되고, 그 중심부분에 관통공간이 형성된 영구자석 및 상기 영구자석의 양단에 결합되는 베어링을 포함하는 운동부; 상기 영구자석의 관통공간 및 상기 운동부에 형성된 관통공간을 통과하는 복수개의 축부재가 서로 접촉하여 동일 평면상에 배치되어 구성되는 지지축; 상기 지지축을 감싸며 상기 운동부의 양단에 그 일단이 결합되는 복수개의 탄성부재; 상기 지지축 각각의 양단부가 고정되는 지지부재; 및 상기 지지부재를 양 측면으로 하여 코일을 감싸는 케이스;를 포함한다.

이와 같이 본 발명의 박형 선형진동자는 지지축을 중심으로 영구자석과 운동부가 코일의 내측공간에 배치되며 탄성부재가 지지축을 감싸고 배치됨으로써 직경이 작으면서도 보다 향상된 진동력을 얻을 수 있는 구조를 제공한다. 특히 본 발명에서는 얇고 측면으로 퍼진 운동부를 그 중심측으로 복수개의 축부재를 서로 접촉된 상태로 동일 평면상에 배치하는 구조의 지지축을 통해 지지함으로써 운동부가 기울어지지 않고 안정적으로 직선운동이 가능하게 할 뿐만 아니라, 도 2에 도시된 바와 같이 폭 단면이 원형인 복수개의 축부재를 서로 접촉하여 동일 평면상에 배치하는 구조를 통해 운동부와 접촉하는 접촉면을 가능한 줄여서 지지축의 마모를 최소화하는 동시에 조립시에 발생할 수 있는 조립오차를 최소화하였다.

지지축은 영구자석의 관통공간 내면과 이격되어 배치될 수 있는데, 이 경우 지지축은 영구자석과 접촉하지 않고 영구자석의 양단에 결합된 베어링과 접촉하게 영구자석의 직선운동을 지지할 수 있다.

운동부에 포함된 영구자석과 베어링은 직접 결합하거나 본드 등 접착제 등을 사용하여 결합하는 등 별도의 부품인 결합부재 없이 결합될 수도 있으나, 별도의 부품인 결합부재를 사용하여 결합될 수도 있다. 특히, 영구자석은 그 중심부분에 관통공간을 형성해야 하므로 필요한 경우 관통 공간 가공의 어려움 및 가공시 영구자석의 손상을 피하기 위해관통 공간이 형성되도록 복수개의 영구자석을 결합하여 형성할 수 있다. 또한, 영구자석과 베어링을 결합하는 결합부재로 강자성체를 사용하면 영구자석을 중심으로 자기회로를 형성할 수 있어 자기력의 효율을 증대시킬 수 있다.

케이스 또는 지지부재는 비자성체로 형성될 수도 있지만, 케이스 또는 지지부재 중 하나 이상을 강자성체로 형성할 수도 있는데 이와 같이 코일을 둘러싼 케이스와 지지부재가 강자성체 재질로 형성되면 영구자석에서 발생하는 자력이 외부로 누설되지 않게 한다. 케이스 또는 지지부재는 별도의 부품일 수도 있으나 필요한 경우 일부 또는 전부를 일체로 형성할 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 박형 선형 진동자에 포함된 지지축의 일 구현예가 도시된 도 2 및 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 횡단면도, 종단면도 및 분해사시도가 도시된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 박형 선형 진동자에 대해 구체적으로 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 선형 진동자(100)의 분해사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 박형 선형 진동자(100)의 평면측 횡단면도이고, 도 5는 정면측 종단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박형 선형 진동자(100)는 전원공급장치(115), 코일(125), 영구자석(113) 및 베어링(117)을 포함하는 운동부(120), 지지축(121), 탄성부재(123), 지지부재(111) 및 케이스(110)를 포함한다.

전원공급장치(115)는 외부로부터 전원을 박형선형진동자(100)에 공급하기 위한 것으로 도시된 바와 같이 지지부재(111)의 일측면에 형성될 수 있다. 이 때 전원공급장치(115)는 지지부재(111)에 포함하여 일체로 사출하여 구비할 수 있으며, 금속 재질의 단자 또는 인쇄회로기판으로 구성할 수 있다. 경우에 따라서는 전원공급장치(115)를 지지부재(111)에 일체로 포함하여 형성하지 않고 별도로 구성하여 지지부재(111)의 일측면에 결합할 수도 있다.

지지부재(111)는 케이스(110)의 양단에 형성된 개구와 각각 결합함으로써 케이스(110)에 수납되는 구성부품을 보호하고, 지지축(121)을 지지하는 구성요소로서, 지지부재(111)의 일예로 브라켓이 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이 지지부재(111)는 2개가 마련되어 졌으나 필요한 경우 2개 이상 사용될 수도 있을 것이다. 지지부재(111)의 일부에 전원공급장치(115)와 코일(125)이 연결될 수 있도록 코일 고정홈(131)을 구비하여 코일(125)이 지나가도록 할 수 있다.

코일(125)은 전원공급장치(115)를 통해 공급되는 전원에 의해 영구자석 및 운동부를 이동시켜 진동을 일으켜서 전자기력을 발생시켜 주는 진동자의 역할을 하는 구성요소로서, 하나의 원통 형 금속실린더와 금속실린더 둘레에 설치되는 코일부로 이루어질 수 있다. 이와 같이 코일(125)은 양단이 개구된 통형상으로서 내측에 소정의 공간이 형성되고 외측면은 케이스(110)의 일측면에 고정될 수 있다. 또한, 코일(125)은 전원공급장치(115)와 공지된 방법으로 연결될 수 있는데, 예를 들면 열융착 또는 용접 또는 솔더로 연결될 수 있으며, 이 때 코일은 지지부재(111) 또는 케이스(110)의 일부에 형성된 코일 고정홈(131)을 통해 전원공급장치(115)와 연결된다.

케이스(110)는 양 단이 개구된 통 형상으로 내부에 박형선형진동자(100)의 구성부품을 포함할 수 있는 공간이 형성되어 있으며, 필요한 경우 코일 고정홈(131)이 형성될 수 있다. 상술된 바와 같이 케이스(110)의 개구된 양 단에 지지부재(111)가 결합되어 케이스(110) 내부에 수납된 박형선형진동자(100)의 구성부품이 외부로부터 발생하는 이물, 충격 등으로부터 손상되지 않게 방지하여 준다. 또한 케이스(110) 및 지지부재(111) 중 적어도 어느 하나는 영구자석(113)에서 발생하는 자력이 외부로 누설되지 않도록 강자성체의 재질로 구성될 수 있고, 케이스(110)와 지지부재(111)의 일부를 일체로 형성할 수도 있다.

운동부(120)는 코일(125)의 내측 공간에 배치되어 코일(125)과 상호작용을 하여 진동력을 발생하는 구성요소로서, 영구자석(113)과 베어링(117)을 포함한다.

영구자석(113)은 코일 내측의 일정 공간에 배치되고 그 중심부분에 지지축(121)이 통과할 수 있는 관통공간이 형성될 수 있다. 도면에서는 1개의 영구자석을 사용하고 영구자석의 중심부분을 가공하여 관통공간이 형성된 것으로 도시하였으나, 관통공간이 형성될 수 있기만 하면 사용되는 자석의 개수 및 형태는 제한되지 않는다.

특히, 지지축(121)이 통과할 수 있는 관통공간을 형성하기에 적합한 형태로 복수개 자석을 결합하여 영구자석(113)을 구성함으로써 관통공간을 형성하기 위한 가공공정 자체를 생략할 수 있다. 이와 같은 구조로 형성되면 본 발명의 박형 선형 진동자를 제조할 때 발생될 수 있는 문제점 즉 진동자 자체의 두께가 얇으므로 진동자 내부에 포함되는 영구자석도 얇아져야 하는데, 영구자석이 얇아지면 중심부분에 관통공간을 형성하는 가공공정이 어렵고, 가공도중 영구자석이 깨져서 불량률이 높아져서 생산원가가 상승되는 문제점을 해결할 수 있다.

이러한 복수개 자석으로 구성된 영구자석(113)의 일예로 도시하지는 않았지만, 코일 공간 내에 수용될 수 있는 두께로 일정폭과 일정길이를 갖는 동일한 크기의 영구자석 2개를 준비한 후, 2개의 영구자석 사이를 지지축(121)이 통과할 수 있는 관통공간을 형성하도록 길이방향으로 이격시킨 후 각각의 양단부를 베어링으로 잡아주는 구조가 제안될 수 있다. 이 경우 관통공간은 실질적으로 육면 중 4개의 면은 형성되지 않고 2개의 면만 형성된 구조일 수 있다.

특히, 영구자석(113)은 케이스(110) 및/또는 지지부재(111)가 강자성체로 이루어지는 경우 영구자석(113)의 자력에 의해 인력이 발생하여 운동부(120)가 운동하는데 방해가 되는 것을 방지하기 위해 도 9에서 도시한 바와 같이 운동부(120)의 운동방향과 동일한 방향으로 착자를 하는 것이 바람직하다.

또한 베어링(117)은 영구자석(113)의 양단에 결합되고 지지축(121)과 접촉되어 영구자석(113)이 지지축(121)과 접촉되지 않은 상태로 운동부(120)를 직선운동시키는 구성요소로서, 소결함유 금속 베어링 또는 수지 베어링으로 구성할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 베어링(117)과 영구자석(113)을 결합할 때 단단하게 붙이기 어렵기 때문에 별도의 부품으로서 결합부재(119)가 사용될 수 있다. 결합부재(119)는 베어링(117)과 영구자석(113) 양단 사이에 각각 배치되어 베어링(117)의 일부를 감싸는 형상으로 베어링(117)과 영구자석(113)양단의 결합력을 강화시킨다. 이 때 결합부재(119)의 재질을 강자성체를 사용하면 영구자석(113)을 중심으로 자기회로를 형성할 수 있어 자기력의 효율을 증대시킬 수 있다.

필요한 경우, 결합부재(119)는 부품수를 줄이기 위해 본드 등 접착제로 대치하여 베어링(117)과 영구자석(113)을 직접 결합할 수도 있으며, 특히 베어링(117)의 재질에 따라서는 영구자석(113)에 베어링(117)을 직접 결합할 수도 있다. 예를 들어 수지로 이루어진 수지 베어링을 사용하게 되면 소결 함유 메탈 베어링보다 영구자석(113)과의 결합 강도가 좋기 때문에, 결합부재(119)를 사용하지 않고 영구자석(113)에 베어링(117)을 직접 결합할 수 있기 때문이다.

탄성부재(123)는 코일 스프링일 수 있지만, 이에 국한되지 않고 탄성력을 제공할 수 있는 수단이라면 어느 것이라도 무방하다. 도시된 바와 같이 탄성부재(123)는 지지축을 감싸며 운동부(120)의 양단에 그 일단이 결합되고 타단은 각각 지지부재(111)에 결합되도록 2개가 마련될 수 있으나, 필요한 경우 탄성부재는 2개를 초과하여 사용될 수도 있을 것이다. 탄성부재(123)로 코일 스프링이 사용되는 경우 코일스프링의 일단 측면은 베어링(117)의 일측면에 형성된 고정돌기(129)에 결합되고, 타단 측면은 지지부재(111)에 형성된 고정돌기(129)에 결합되어 중심이 틀어지지 않고 견고하게 조립될 수 있다.

특히, 도 4에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 일부에 가이드부재(133)를 구비하여 지지부재(111)의 조립 위치를 조정함으로써 탄성부재(123)의 조립간격을 조정하게 되면 선형 진동자(100)의 공진주파수를 조정할 수 있게 되므로, 이러한 공진 주파수 조정을 통해 최적의 진동력을 발생하게 할 수 있다.

지지축(121)은 양 단부가 각각 케이스(110)의 양측면을 이루는 지지부재(111)에 고정되어 운동부(120)의 직선운동을 지지하는 구성요소로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 영구자석(113)의 관통공간 및 운동부(120)의 중심부분에 형성된 관통공간을 통과하는 복수개의 축부재로 이루어진다.

특히, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 지지축(121)에 포함된 복수개의 축부재는 폭 단면이 원형이며, 복수개의 축부재는 서로 접촉하여 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 동일 평면상에 배치되어 지지축(121)을 이루게 된다. 이 때 축부재가 배치되는 동일평면은 박형 선형 진동자가 설치되는 평면과 평행할 수 있다. 이와 같이 복수개의 축부재가 서로 접촉하여 동일 평면상에 배치되는 구조를 통해 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이 장축 방향으로 평탄하게 지지할 수 있는 면을 형성할 수 있다. 이러한 구조는 실제로 베어링(117)과 접하는 접촉면적이 작아서 마찰력은 감소하지만 실질적으로 장축방향으로 퍼진 형상의 베어링(117)을 지지하여 운동부(120)가 틀어지지 않고 직선운동을 원활하게 하는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 지지축(121)은 축부재가 복수개지만 일체로서 취급할 수 있으므로 조립시 오차 발생 없이 모든 축부재의 양단부가 서로 평행하게 조립할 수 있어, 복수개의 축부재를 따로 배치할 때 조립오차에 의해 축부재간의 평행이 맞지 않아 운동부(120)가 정상적으로 이동하지 못하는 현상이 발생되지 않는다.

더욱이, 본 발명의 지지축(121)은 장축방향으로 평탄하게 지지할 수 있는 면을 형성하기 위해 별도의 연마가공 또는 절단가공의 필요 없이 원통상 축부재를 복수개 사용하여 장축방향 평탄 지지면을 형성할 수 있으므로 생산원가가 절감될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 정면측 종단면도이다.

도 6에 도시된 박형 선형 진동자는 지지부재(111)에 탄성부재(123)를 결합하기 위한 고정돌기(129)를 지지부재(111)와 일체로 형성하지 않고 고정부재(135)를 별도로 구비한 것을 제외하면 도 3 내지 도 5에 도시된 박형 선형진동자의 구성과 동일하므로 이하에서는 고정부재(135)에 대해서만 설명하기로 한다.

고정부재(135)는 지지부재(111)에 고정되어 탄성부재의 일단과 결합될 수 있기만 하면 형상은 제한되지 않으며, 사출되거나 금속 또는 필름 등의 다양한 재질로 구성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 정면측 종단면도이다.

도 7에 도시된 박형 선형 진동자는 선형 진동자(100)의 주파수를 조절하기 위하여 도 3과 같이 지지부재(111)의 조립 위치를 조정하지 않고, 양단의 지지부재(111)와 탄성부재(123) 사이 중 적어도 하나에 주파수 조정부재(137)를 배치하여 탄성부재(123)의 조립 간격을 조정할 수 있도록 구성한 것을 제외하면 도 3 내지 도 5에 도시된 박형 선형진동자의 구성과 동일하므로 이하에서는 주파수 조정부재(137)에 대해서만 설명하기로 한다.

주파수 조정부재(137)는 일면이 지지부재(111)와 접하고 지지부재와 접하지 않는 면에 탄성부재(123)와 고정되는 돌출부를 형성하고 주파수 조정부재(137)를 좌우로 이동시켜 탄성부재(123)의 조립 간격을 조정하는 구성으로서, 사출되거나 금속 또는 필름 등의 다양한 재질로 구성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박형 선형 진동자의 정면측 종단면도이다.

도 8에 도시된 박형 선형 진동자는 진동력을 증대시키기 위해 운동부(120)가 질량체(127)를 더 포함도록 구성된 것을 제외하면 도 3 내지 도 5에 도시된 박형 선형진동자의 구성과 동일하므로 이하에서는 운동부(120)에 대해서만 설명하기로 한다.

운동부(120)가 질량체(127)를 더 포함하게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이 질량체(127)의 일측면은 영구자석(113)과 결합되고 다른 일측면은 베어링(117)의 외측 일부를 감싸면서 결합하여 강하게 결합될 수 있도록 구성할 수 있다. 여기서 질량체(127)는 비중이 높은 텅스텐과 같은 금속으로 구성하는 것이 좋다. 경우에 따라서는 질량체(127)와 영구자석(113)을 직접 결합하지 않고 영구자석(113)의 측면에 강자성체로 이루어진 결합부재(119)를 구비하여 영구자석(113)을 중심으로 자기회로를 구성하여 코일(125)과 영구자석(113)의 효과를 증대시킬 수도 있을 것이다.

상술된 도 2 내지 도 8에 도시된 본 발명의 실시예들과 같은 구조를 갖는 박형 선형진동자(100)는 지지축(121)을 중심으로 영구자석(113)을 포함한 운동부(120)가 코일(125)의 내측에 배치되고 탄성부재(123)가 지지축(121)을 감싸고 배치됨으로써 직경이 작고 두께를 얇게 하면서도 보다 향상된 진동력을 얻을 수 있어 빠른 응답이 가능한 선형 진동자의 특성을 갖는다.

이러한 구조를 통해 본 발명은 기존의 공지된 다른 선형 진동자 구조가 영구자석(113)과 코일(125) 사이에 배치되는 요크, 질량체, 고정부재 등을 사용함으로써 소형화하기 어려운 점을 극복하였다.

또한 영구자석(113)과 코일(125) 사이에서 전자기력의 상호작용에 의해 발생한 힘을 영구자석(113)과 코일(125) 사이의 공간을 최대한 줄이고 탄성부재(123)의 공진특성을 극대화하여 사용함으로써 최소 입력 전력으로 큰 힘을 내는 특징을 가진 선형 진동자를 구현하였다.

또한, 지지부재의 조립위치 조정 또는 주파수조정부재를 통해 공진주파수를 조정함으로써 선형 진동자의 구성부품의 산포에 의해 주파수가 적정 범위를 벗어나 진동력이 약해지는 것을 보완할 수 있어, 최적의 공진주파수에서 최소의 전원 입력에서도 진동력을 극대화하는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 박형 선형 진동자에서 케이스 또는 지지부재가 강자성체로 이루어지는 경우 영구자석(113)의 착자방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이 케이스(110) 또는 지지부재(111)가 강자성체로 이루어지면 영구자석(113)의 자력에 의해 인력이 발생하여 운동부(120)가 운동하는데 방해가 되는 것을 방지하기 위해 운동부(120)의 운동방향과 동일한 방향으로 착자를 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 박형 선형 진동자에서 공진주파수 조정을 설명하기 위한 도면으로서, 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 예시로 설명하였다.

원래 선형진동자는 영구자석과 코일 사이에서 전자기력의 상호작용에 의해 발생한 힘을 탄성부재의 공진에 의해 극대화하여 큰 힘을 낼 수 있다. 그러나 선형 진동자의 구성 부품의 산포에 의해 주파수가 적정 범위를 벗어나게 되면 진동력이 약해지게 되는 단점이 있다. 따라서 선형 진동자의 주파수 특성을 조정할 수 있다면 이러한 단점을 보완하여 최적의 진동력을 발휘할 수 있게 된다.

이러한 공진주파수 조절의 방안으로, 본 발명은 도 10의 (a) 및 도 4에서 도시한 바와 같이 박형 선형 진동자(100)의 케이스(110)의 일부에 지지부재(111)가 이동할 수 있도록 가이드부재(133)를 구비하여 지지부재(111)의 조립 위치를 조정하여 탄성부재(123)의 조립 시 눌려있는 상태를 변경하여 주파수를 조정할 수 있다. 탄성부재(123)의 스프링 상수 k는 탄성부재(123)를 1mm 누르는데 가해지는 힘을 말하는 것으로 특정한 변위 x만큼을 누를 때의 힘을 F라고 하면 아래와 같이 표현될 수 있다.

압축할 때의 힘(F) = 스프링 상수(k) × 변위(x)

따라서 눌려있는 변위가 커질수록 탄성부재(123)를 압축하기 위해 필요한 힘은 커지게 되고, 일정한 변위를 운동한다고 하면 초기의 평형상태에서 특정 변위까지 이동하는데 들어가는 힘이 커지는 효과가 있다. 다시 말하면 일정 변위의 구간에서 본다면 도 10의 (b)에 도시한 그래프와 같이 기울기, 즉 스프링 상수가 커지는 효과로 볼 수 있다. 공진주파수는 스프링 상수의 제곱근에 비례하므로 스프링 상수를 조정할 수 있다는 것은 공진주파수를 조정할 수 있다는 것을 의미한다. 도10의 (c)와 (d)는 지지부재(111)의 조립 높이를 조정하여 탄성부재(123)의 장착시 눌림을 조절하는 예를 도시한 것이다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 박형 선형 진동자는 선형 진동자로서 빠른 응답이 가능하면서 수직방향으로의 높이가 낮아 얇고 소형화될 수 있으므로 시계, 안경 등의 다양한 형태로 매우 소형화되어 몸에 착용하는 각종 웨어러블 전자기기에 적용되기에 적합하다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100 : 박형 선형 진동자 110 : 케이스
111 : 지지부재 113 : 영구자석
115 : 전원공급장치 117 : 베어링
119 : 결합부재 120 : 운동부
121 : 지지축 123 : 탄성부재
125 : 코일 127 : 질량체
129 : 고정돌기 131 : 코일 고정홈
133 : 가이드부재 135 : 고정부재
137 : 주파수 조정부재

Claims (14)

1. 내측에 일정 공간을 형성하고, 공급되는 전원에 의하여 자기장을 발생시키는 코일;
   상기 코일의 내측에 형성되는 일정 공간에 배치되고, 그 중심부분에 관통공간이 형성되는 영구자석 및 상기 영구자석의 양단에 결합되는 베어링을 포함하는 운동부;
   상기 영구자석의 관통공간 및 상기 운동부에 형성된 관통 공간을 통과하는 한 쌍의 축부재가 전체적으로 서로 접촉하여 일체가 되어 하나의 축을 형성하여 동일 평면 상에 배치되는 지지축;
   각각 그 일단이 상기 운동부의 양단에 결합되는 복수개의 탄성부재;
   상기 지지축의 양단부가 지지되고, 각각 상기 탄성부재의 타단이 지지되는 지지부재;
   그 내부에 상기 코일을 지지하여 고정하고, 상기 지지부재를 양 측면으로 하여 상기 코일을 감싸는 케이스; 및
   상기 코일에 전원을 공급하는 전원 공급부를 구비하고,
   상기 코일은 양단이 개구된 통형상을 가지며, 그 내측에 일정 공간이 형성되고, 외측면은 상기 케이스의 내부에 지지되어 고정되며,
   상기 케이스는 그 내부에 상기 코일이 고정되며,
   상기 영구자석은 1개로 이루어지거나 복수개가 결합되어 이루어지는 박형 선형 진동자.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 축부재의 폭 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지축은 상기 영구자석의 관통 공간 내면과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스 또는 지지부재 중 하나 이상은 강자성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구자석은 복수개로 구성된 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 영구자석과 상기 베어링은 결합부재에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지부재의 일측면에 배치되는 주파수 조정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 운동부는 상기 영구자석과 베어링 사이에 일체로 결합되는 질량체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄성부재와 접하는 베어링의 측면 또는 상기 지지부재의 측면에 상기 탄성부재를 고정하는 고정돌기가 더 형성된 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 운동부의 운동방향과 동일한 방향으로 착자되는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부재의 결합위치를 조절하는 가이드부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링은 소결함유 금속 베어링 또는 수지 베어링인 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
    
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스 또는 상기 지지부재는 상기 코일의 단부가 통과하는 코일 고정홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.
    
14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축부재가 배치되는 동일평면은 박형 선형 진동자가 설치되는 평면과 평행한 것을 특징으로 하는 박형 선형 진동자.

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