KR101822013B1 - Piezo Actuator - Google Patents
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Abstract
본 발명의 피에조 액츄에이터는 전압인가시 인장 및 수축하는 압전소자와, 상기 압전소자가 장착된 지지부 및 상기 지지부에 연결된 질량체로 이루어진 진동부를 구비하며, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 구동구간을 주파수로 나누어 주파수에 따라 출력전압을 컨트롤하는 드라이브 IC를 포함한다.The piezoelectric actuator of the present invention includes a vibrating part composed of a piezoelectric element which is stretched and contracted when a voltage is applied, a supporting part on which the piezoelectric element is mounted, and a mass connected to the supporting part, And a drive IC that divides and controls the output voltage according to the frequency.
Description
본 발명은 피에조 액츄에이터에 관한 것이다.The present invention relates to a piezo actuator.
터치스크린은 공간절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성, 사양 변경 간편, 이용자 인식 높음, IT와의 연동이 용이, 상품 차별화 등 많은 장점을 지니고 있다. 이같은 이점으로 인해 남녀노소 누구나 쉽게 정보접근이 가능한 장점을 제공하여 산업, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있다.
The touch screen has many advantages such as space saving, ease of operation, simplicity of specification change, high user awareness, easy interworking with IT, product differentiation. With this advantage, it is widely used in a variety of fields such as industry, transportation, service, medical, and mobile, providing advantages of easy information access for all ages.
정보통신기술의 발전은 다양한 용도의 컴퓨터 기반 시스템 개발로 이어지고 있으며, 디스플레이 장치는 사람과 전자기기와의 연결을 담당하며 중요한 기능을 한다. 1897년 최초 브라운관이 발명되어 각종 전자기기에서 다양한 정보를 인간이 볼 수 있도록 화면상에 구현해 주는 역할을 해온 디스플레이는 미래 정보화 시대의 핵심 산업으로 각광받아 왔으며, 박형 액정패널 및 PDP, OLED 등 다양한 장점을 가진 플랫패널 D-P들이 등장하였다.
The development of information and communication technology has led to the development of computer-based systems for various purposes, and the display device plays an important role in connection with human and electronic devices. The first cathode ray tube was invented in 1897, and the display has played a key role in realizing various information on the screen so that human beings can see various information in various electronic devices. The display has become a key industry in the future information age and has various advantages such as thin liquid crystal panel, PDP and OLED Have emerged.
정보화 사회로의 빠른 변화로 인해 언제 어디서나 정보를 이용할 수 있고 편리한 작동을 위한 장치의 필요성이 증가함에 따라 터치 패널을 적용한 터치스크린이 등장하게 되었다. 터치패널은 최초 미국에서 군사용으로 처음 개발된 입력장치의 하나로서 디스플레이에 전용 펜, 손가락 등을 이용한 접촉에 의한 신호전달 및 조작으로 누구나 편리하게 사용할 수 있도록 하는 장치이다.
Due to the rapid change in the information society, the need for a device for convenient and convenient operation of information can be increased anytime and anywhere, resulting in a touch screen using a touch panel. The touch panel is one of the first input devices developed for military purposes in the United States. It is a device that allows anyone to conveniently use the touch panel by transmitting and manipulating signals by touch using a dedicated pen, a finger or the like on the display.
현재 사용되고 있는 촉각효과방식은 진동모터 혹은 리니어 액츄에이터를 핸드폰 세트의 한부분에 장착시켜 진동을 전달하는 방식이다. The tactile effect system currently used is a vibration motor or linear actuator mounted on a part of a mobile phone set to transmit vibration.
여기서, 진동체가 장착되는 위치가 핸드폰 세트 쪽이기 때문에 터치 스크린 패널에서 손가락을 눌러 작동시킬 때 핸드폰을 쥐고 있는 손에는 진동력에 잘 전달되지만 손가락으로 누르는 TSP 에서는 진동력이 작아 진동 느낌이 작은 문제점이 있었다.
Here, since the position where the vibrating body is mounted is on the mobile phone set, when the user presses the finger on the touch screen panel, the hand holding the mobile phone is easily transmitted to the vibration power, but the vibration force is small in the TSP there was.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주파수별 진동력의 크기에 따라 출력전압을 컨트롤함으로써 사용자의 진동력 편차를 조정할 수 있는 피에조 액츄에이터를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a piezoelectric actuator capable of adjusting a deviation of a vibration force of a user by controlling an output voltage according to a magnitude of a vibration force for each frequency.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 피에조 액츄에이터는 전압인가시 인장 및 수축하는 압전소자와, 상기 압전소자가 장착된 지지부 및 상기 지지부에 연결된 질량체로 이루어진 진동부를 구비하며, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 구동구간을 주파수로 나누어 주파수에 따라 출력전압을 컨트롤하는 드라이브 IC를 포함하는 것을 특징으로 한다.A piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention includes a vibrating part including a piezoelectric element that is tensioned and contracted when a voltage is applied, a supporting part on which the piezoelectric element is mounted, and a mass connected to the supporting part, And a drive IC for dividing a driving period of the driving IC into a frequency and controlling the output voltage according to the frequency.
여기서, 상기 질량체는 지지부에 양단에 연결된 진동판의 양측 상부에 구성되거나, 상기 지지부의 양단에 수직으로 벤딩되어 연결된 진동판에 의해 지지부 상단에 위치하는 것을 특징으로 한다.Here, the mass body may be formed on both sides of the diaphragm connected to both ends of the support portion, or may be positioned at the upper end of the support portion by a diaphragm vertically bent at both ends of the support portion.
또한, 진동력 최대 주파수를 중심으로 -5Hz 내지 +5Hz인 주파수 이외의 구간에서는 최대 구간 구동전압의 90% 이하의 전압으로 구동하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it is driven at a voltage of 90% or less of the maximum section drive voltage in a period other than the frequency of -5 Hz to + 5 Hz centering on the maximum power of the vibration power.
또한, 최대 구간 구동전압은 피에조에 인가되는 전압이 1Vpp 이상의 전압으로 구동하는 것을 특징으로 한다.Also, the maximum section drive voltage is characterized in that the voltage applied to the piezo is driven at a voltage of 1 Vpp or more.
또한, 상기 압전소자는 단층형 또는 다층형으로 형성된 것을 특징으로 한다.Further, the piezoelectric element is characterized by being formed into a single layer type or a multilayer type.
또한, 상기 지지부는 상기 압전소자의 구동에 의해 상하로 구동하는 것을 특징으로 한다.Further, the support portion is driven up and down by driving the piezoelectric element.
또한, 질량체는 SUS 또는 텅스텐인 것을 특징으로 한다.
Further, the mass is characterized by being SUS or tungsten.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of a term in order to best describe its invention The present invention should be construed in accordance with the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 피에조 액츄에이터는 주파수에 따른 출력전압을 컨트롤하는 드라이브 IC를 제공하여 진동력이 큰 구간에서는 낮은 전압으로 구동을 하고 진동력이 낮은 구간에서는 높은 전압으로 구동함으로써 진동력의 편차를 조정할 수 있다. The piezoelectric actuator of the present invention provides a drive IC that controls the output voltage according to the frequency, so that it can be driven at a low voltage in a section with a large vibration power and at a high voltage in a section with a low vibration power, .
또한, 진동시 발생되는 노이즈 등을 최소화할 수 있다.
In addition, noise generated during vibration can be minimized.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 1차 공진모드를 나타낸 것이다.
도 3은 피에조 액츄에이터 모듈의 전압별 주파수 응답특성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터 모듈의 전압 합성시 주파수 응답 특성을 나타낸 것이다.1 is a perspective view of a piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
2 shows a first resonance mode of a piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
3 shows the frequency response characteristics of the piezoelectric actuator module according to the voltage.
FIG. 4 illustrates a frequency response characteristic of a piezoelectric actuator module according to a preferred embodiment of the present invention during voltage synthesis.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 사시도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 1차 공진모드를 나타낸 것이다. FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a first resonance mode of a piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 피에조 액츄에이터 모듈의 전압별 주파수 응답특성을 나타낸 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터 모듈의 전압 합성시 주파수 응답 특성을 나타낸 것이다.
3 shows the frequency response characteristics of the piezoelectric actuator module according to the voltage. 4 is a graph illustrating a frequency response characteristic of a piezoelectric actuator module according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(100)는 진동판(110), 질량체(120), 지지부(125), 압전소자(130)로 이루어져 있다.
1, a
진동판(110)은 상부에 질량체(120)가 구비되어 진동이 인가되는 판이다. 질량체(120)와 일체를 이루는 진동판(110)은 지지부(125)를 사이에 두고 양쪽으로 구비되어 있다. 진동판(110)과 질량체(120)는 함께 진동부를 이룬다.The
질량체(120)는 지지부(125)에 양단에 연결된 진동판(110)의 양측 상부에 구성되거나, 지지부(125)의 양단에 수직으로 벤딩되어 연결된 진동판(110)에 의해 지지부(125) 상단에 위치한다.The
질량체(120)는 서스(SUS), 텅스텐 등 비중이 6.0 이상의 물질로 이루어진다.
The
진동판(110)과 지지부(125)는 넥(neck)구조로 연결되어 구동력 손실 및 두께를 최소화한 상태로 질량 추가가 가능하며 지지부(125)의 상부에는 압전소자(130)가 구비된다.
The
압전소자(130)는 형상 및 길이에 대한 제한은 없으며 단층형과 다층형 압전소자가 모두 사용가능하다. 다층형 압전소자를 사용시에는 낮은 전압에서도 압전소자의 구동에 필요한 전계를 얻을 수 있어 구동전압을 낮게 가져갈 수 있는 효과를 낼 수 있다. The shape and length of the
또한, 압전소자(130)의 구동원리는 전압 인가시 인장-압축이 발생하게 되고 지지부(125)는 상하방향으로 벤딩(bending)이 발생되는 것이다.In addition, the driving principle of the
이때, 지지부(125)의 질량 편심 및 질량체의 상하 병진운동에 의하여 진동력이 발생하게 된다. 질량체는 구동시 변위가 최대가 되는 지점에 집중되므로 진동력을 극대화할 수 있다.
At this time, a vibration force is generated due to the mass eccentricity of the
[수학식 1][Equation 1]
G= (-m x X x W2 )/MG = (-m x X x W 2 ) / M
(m: 액츄에이터 구동체 질량, X: 구동부 변위, W: 구동주파수, M: 전체질량)
(m: mass of actuator actuator, X: displacement of drive, W: drive frequency, M: total mass)
상기 [수학식 1]과 같이, 질량체의 구동변위에 의하여 진동은 발생되고, 구동체의 질량을 증가하거나 구동 변위를 증가시 진동력은 증가된다.
As shown in Equation (1), vibration is generated by the driving displacement of the mass, and when the mass of the driving body is increased or the driving displacement is increased, the vibration power is increased.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터(100)의 1차 공진모드를 나타낸 것이다.2 shows a first resonance mode of the
피에조 액츄에이터(100)의 1차 공진모드는 지지부(125)가 상하로 벤딩을 일으키는 모드이다.
The primary resonance mode of the
[수학식 2]&Quot; (2) "
Fn=√(k/m)Fn =? (K / m)
(Fn: 공진주파수, k: 강성률, m: 구동부 질량)
(Fn: resonance frequency, k: rigidity, m:
[수학식 2]와 같이 공진주파수는 액츄에이터 구동부 질량 및 강성에 의하여 결정 되어진다.
As shown in Equation (2), the resonant frequency is determined by the actuator driving mass and stiffness.
도 3은 피에조 액츄에이터(100)의 전압별 주파수와 진동량을 나타낸 것이다.3 shows frequency and vibration amount of the
도 3에 도시된 바와 같이, 액츄에이터의 출력전압을 150Vpp로 구동을 하면 150~250Hz 구간에서 사용할 수 있는 진동량은 0.4~0.92Grms 로 진동력의 최대치는 최소치의 약 230%의 편차를 보인다.As shown in FIG. 3, when the output voltage of the actuator is driven at 150 Vpp, the amount of vibration that can be used in the range of 150 to 250 Hz is 0.4 to 0.92 Grms, and the maximum value of the vibration power deviates by about 230% of the minimum value.
한편, 액츄에이터의 출력전압을 120Vpp로 구동을 하였을 때 150~250Hz 구간에서 사용할 수 있는 진동량은 0.27~0.68Grms로 진동력의 최대치는 최소치의 약 250%의 편차를 보인다.
On the other hand, when the output voltage of the actuator is driven at 120 Vpp, the amount of vibration that can be used in the range of 150 to 250 Hz is 0.27 to 0.68 Grms, and the maximum value of the vibration power deviates about 250% of the minimum value.
이처럼 피에조 액츄에이터(100)는 100Hz 이상의 넓은 주파수에서 다양한 특성을 낼 수 있으나 도 3과 같이 주파수에 따라 200% 이상의 큰 편차를 보이게 되면 사람이 주파수 편차 크게 느끼게 된다.
As shown in FIG. 3, when the
도 4는 본원 발명의 바람직한 실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 전압 합성시 주파수 응답특성을 나타낸 것이다.4 is a graph illustrating a frequency response characteristic of a piezoelectric actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 진동력의 크기와 구동하는 전압의 높낮이를 상호연계시켜 본원 발명은 진동력이 큰 구간에서는 낮은 전압으로 구동을 하고 진동력이 낮은 구간에서는 높은 전압으로 구동을 하여 진동력의 편차를 최소화하는 피에조 액츄에이터의 주파수 콘트롤 방법을 제안한다.As shown in FIG. 4, the magnitude of the vibration power and the height of the driving voltage are correlated to each other, so that the present invention is driven with a low voltage in a section with a large vibration power and with a high voltage in a section with a low vibration power We propose a frequency control method of piezo actuator that minimizes power deviation.
도 4와 같이, 150~170Hz에서는 150Vpp, 170~250Hz에서는 120Vpp, 205~250Hz에서는 150Vpp를 구동하게 되면, G값의 최소치는 0.4G, 최대치는 0.69로서 진동의 편차는 최소치 대비 최대 173% 수준으로서 기존 단일 주파수 구동 230~250% 에 비해 현저히 감소하게 된다.As shown in FIG. 4, when 150 Vpp is driven at 150 to 170 Hz, 120 Vpp is applied at 170 to 250 Hz, and 150 Vpp is driven at 205 to 250 Hz, the minimum value of G is 0.4 G and the maximum value is 0.69 and the deviation of vibration is 173% Compared with the conventional single frequency drive of 230 to 250%.
진동력 최대 주파수를 중심으로 -5Hz 내지 +5Hz인 주파수를 진동력 최대 주파수 구간이라 하는데, 진동력 최대 주파수 이외의 구간에서는 최대 구간 구동전압의 90% 이하의 전압으로 구동한다.The frequency of -5 Hz to +5 Hz around the maximum power of vibration power is referred to as the maximum power frequency range of vibration power. In a section other than the maximum power of vibration power, the voltage is driven to a voltage of 90% or less of the maximum section drive voltage.
최대 구간 구동전압은 피에조에 인가되는 전압이 1Vpp 이상의 전압으로 구동한다.The maximum section drive voltage is driven by a voltage applied to the piezo of 1 Vpp or more.
또한, 2종류 이상의 출력전압을 사용시 진동력의 크기에 반비례 관계의 전압을 상용할 수 있다.
In addition, when two or more types of output voltages are used, a voltage having an inversely proportional relationship with the magnitude of the vibration force can be used.
이때 구동구간을 더 많은 주파수로 나누어 컨트롤하면 편차는 더욱 줄일 수 있게 된다. 주파수에 따른 출력전압의 컨트롤은 제품에 내부에 구비된 드라이브 IC에 의해 수행된다.At this time, by dividing the driving section into more frequencies, the deviation can be further reduced. The control of the output voltage according to the frequency is carried out by the drive IC built in the product.
이와 같은 방법은 구동을 하면 높은 전압에서 최대 진동값을 나타내는 구간에서 발생할 수 있는 노이즈 및 큰변위차이를 방지할 수 있다.Such a method can prevent noise and large displacement difference which may occur in a section showing a maximum vibration value at a high voltage by driving.
도 4에 도시된 드라이브 IC의 주파수 컨트롤 방법은 일실시예를 나타낸 것이며, 모터의 종류 및 특성에 따라 다양하게 구현될 수 있다, 또한, 출력전압은 모터의 종류에 따라 2종류 이상으로 구현될 수도 있다.
The frequency control method of the drive IC shown in FIG. 4 is one embodiment, and can be variously implemented according to the type and characteristics of the motor. In addition, the output voltage may be implemented in two or more types have.
따라서, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명은 주파수에 따른 출력전압을 컨트롤하는 드라이브 IC를 제공하여 진동력이 큰 구간에서는 낮은 전압으로 구동을 하고 진동력이 낮은 구간에서는 높은 전압으로 구동을 하는 피에조 액츄에이터를 제공함으로써 진동력의 편차를 최소화할 수 있다. 또한, 진동시 발생되는 노이즈 등을 최소화할 수 있다.
Therefore, the present invention having the above-described structure provides a drive IC that controls an output voltage according to a frequency, so that a piezo-electric actuator that drives a low voltage in a section with a large vibration power and drives a high voltage in a section with a low vibration power The deviation of the vibration force can be minimized. In addition, noise generated during vibration can be minimized.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not to be limited to the details thereof except that the present invention is not limited thereto. It will be apparent that modifications and improvements can be made by those skilled in the art.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 피에조 액츄에이터 110: 진동판
120: 질량체 125: 지지부
130: 압전소자 100: Piezo actuator 110: Diaphragm
120: mass body 125:
130: piezoelectric element
Claims (7)
상기 압전소자가 장착된 지지부; 및
상기 지지부에 연결된 질량체로 이루어진 진동부를 구비하며,
상기 압전소자에 인가되는 전압의 구동구간을 주파수로 나누어 주파수에 따라 출력전압을 컨트롤하는 드라이브 IC를 포함하되,
진동력의 크기와 구동하는 전압의 높낮이를 상호연계시켜 진동력의 편차를 최소화하기 위하여, 진동력 최대 주파수를 중심으로 -5Hz 내지 +5Hz인 주파수 이외의 구간에서는 진동량이 최대가 되도록 제어된 구동전압의 90% 이하의 전압으로 구동하고, 최대 구간 구동전압은 피에조에 인가되는 전압이 1Vpp 이상의 전압으로 구동하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터
A piezoelectric element for stretching and shrinking upon application of a voltage;
A supporting portion on which the piezoelectric element is mounted; And
And a vibration part composed of a mass connected to the support part,
And a drive IC for dividing a driving period of a voltage applied to the piezoelectric element by a frequency to control an output voltage according to a frequency,
In order to minimize the deviation of the driving power by correlating the magnitude of the vibration power and the height of the driving voltage, the driving voltage is controlled so that the vibration amount is maximized in a period other than the frequency of -5 Hz to +5 Hz centered on the maximum vibration power , And the maximum section drive voltage is driven by a voltage applied to the piezo at a voltage of 1 Vpp or more. The piezo-
상기 압전소자는 단층형 또는 다층형으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the piezoelectric element is formed as a single-layer type or a multi-layer type.
질량체는 SUS 또는 텅스텐인 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the mass is SUS or tungsten.
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- 2011-05-24 KR KR1020110049143A patent/KR101822013B1/en active IP Right Grant
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