KR102167474B1 - 하이브리드 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 소자와 액추에이터를 일체화한 하이브리드 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

하이브리드 액추에이터 {HYBRID ACTUATOR}
본 발명은 압전 소자와 액추에이터를 일체화한 하이브리드 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
평면 패널 스피커는 예컨대 휴대 전화기나 휴대 정보 단말기(PDA), 퍼스널 컴퓨터(PC) 등의 기기에서 사용되며, 일반적으로 액정 표시 소자 등의 표시 소자의 표시면을 덮어 기기의 표면에 배치되는 투명한 패널(평면)을 진동판으로 사용하는 구조로 되어 있다.
도 1은 평면 패널 스피커의 종래 구성의 일 예로서 일본 특허 출원 공개 2004-104327호 공보에 기재되어 있는 구성을 도시한 것으로, 액추에이터(10)가 장착된 패널(21)에는, 휴대 전화기의 케이스(22)에 그 가장자리 부분이 고정 지지되어 휴대 전화기의 표면에 배치된다. 이때, 패널(21)의 가장자리 부분과 케이스(22) 사이에는 가스켓(23)이 전체 둘레에 걸쳐 끼워지고, 이 가스켓(23)을 통하여 패널(21)이 케이스(22)에 지지된다. 도 1에서, 24는 인쇄 회로 기판을 나타내고, 25는 액추에이터(10)를 인쇄 회로 기판(24)에 연결하기 위한 리드 선을 나타낸다. 도시하지는 않았으나, 인쇄 회로 기판(24) 상에는 표시 소자로서 예컨대 액정 표시 소자가 실장된다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 평면 패널 스피커에서는 액추에이터(10)에 음성 신호를 입력하면 압전 진동판(11, 12)이 진동하고, 그 진동이 홀더(13)를 통과하여 파 형태로 패널(21)에 전달되어 패널(21) 전체에서 소리를 방사하도록 되어 있다. 패널(21)과 케이스(22) 사이에 끼워진 가스켓(23)에 의해 케이스(22)로 전달되는 진동이 감소되고 패널(21)의 진동량을 증가시킬 수 있다.
그러나 압전 진동판은 중고역 대역의 음압은 충분한 반면 저역대의 음압 발생은 부족하다는 한계가 있다. 또한 압전소자는 음향을 발생시킬만한 진동력은 충분히 발생시킬 수 있으나, 진동 기능으로 사용할만큼의 강한 진동력은 제공할 수 없다는 단점이 있다.
일본 특허 출원 공개 2004-104327호
본 발명은 중고역 대역의 음향은 압전소자를 통해 발생시키고, 저음역 대역의 음향과 진동 신호는 리니어 액추에이터를 통해 발생시키는 하이브리드 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 외관을 형성하는 하우징, 하우징에 고정되며 코일을 구비하는 고정자, 고정자와의 상호 전자기력에 의해 진동하는 영구자석을 구비하는 진동자, 진동자를 하우징에 대해 탄성 지지하는 탄성 부재, 하우징의 일 면에 부착되는 압전 소자 및 하우징 내에서 압전 소자 및 코일과 통전하며, 일부가 하우징의 외부로 연장되어 입력단자가 형성되어 진동 신호와 음성 신호를 입력받는 F-PCB를 포함하여, 진동 신호와 음성 신호를 모두 재생할 수 있고, 고정자는 하우징에 압입되어 고정되는 폴 피스를 더 구비하며, 코일은 폴 피스의 외주에 배치되고, 폴 피스는 F-PCB를 관통하여, 폴 피스의 외주에 배치된 코일이 F-PCB 상면에 배치되고, 압전소자는 F-PCB의 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, F-PCB는 압전소자와 코일 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 압전 소자는 하우징에 조립하기 위한 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 압전 소자는 바이모프 구조인 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 압전 소자와 F-PCB의 전기적 접점은 진동자의 외경보다 더 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 고정자는 하우징에 압입되어 고정되는 폴 피스를 더 구비하며, 코일은 폴 피스의 외주에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 폴 피스는, 하우징에 압입되는 제1 지름부과, 코일이 외주에 배치되는 제2 지름부 및 코일 상부에 위치하며 제1 지름과 제2 지름보다 큰 지름을 가지는 제3 지름부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, F-PCB의 입력 단자는 2개 이상이며, 코일과 압전 소자에 원래의 신호 레벨이 입력되거나, 각각 입력 레벨이 다른 동일 소스 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 음성 신호를 재생할 때, 진동 신호 주파수 대역의 입력 레벨은 원래의 신호 레벨보다 같거나 낮게 재생하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 고정자는 에어갭 주변에 도포되는 자성 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, F-PCB 상면에 배치되며, 진동자의 터치 충격을 완화하기 위한 탄성 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터를 제공한다.
본 발명이 제공하는 하이브리드 액추에이터 및 이를 구비하는 모바일 기기는, 리니어 액추에이터와 압전 소자를 일체화하여 저역대의 음향과 체감 진동을 리니어 액추에이터가 담당하고, 중고역의 음향을 압전 소자가 담당함으로써 종래 압전 소자를 사용한 패널 스피커의 단점을 보완할 수 있다.
또한 본 발명이 제공하는 하이브리드 액추에이터는 진동 모듈과 압전 소자를 별도로 구비하지 않으므로 설치 공간 확보가 유리하다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 압전 소자를 구비하는 평면 패널 스피커의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 분해도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 단면도,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터가 구비하는 폴 피스를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터가 구비하는 압전 소자를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터가 구비하는 F-PCB의 제1 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터가 구비하는 F-PCB의 제2 예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 분해도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터는, 하면을 이루는 하부 하우징(110)과 측면과 상면을 이루는 상부 하우징(120)이 결합된 하우징 내에 부품들이 설치된다. 하부 하우징(110)의 하면에는 권선된 코일(210), 코일(210)의 중앙에 삽입되는 폴피스(220)가 결합된다.
고정자(210, 220)와 동일 축 상에 상호 전자기력에 의해 상하로 진동하는 진동자가 배치된다. 진동자는 고정자(210, 220)와 에어갭을 가지며 배치되는 링 형상의 영구자석(240), 영구자석(240)의 상면에 결합되며 일부가 연장되어 하방으로 절곡되어 영구자석(240)의 외주를 감싸는 요크(250) 및 진동자의 진동력을 더하기 위해 요크(250)의 외측에 결합되는 웨이트(260)를 포함한다. 한편, 진동자를 탄성 지지하는 탄성부재(270)가 진동자와 상부 하우징(120) 사이에 개재될 수 있다. 탄성부재(280)는 원형으로 외주는 상부 하우징(120)에 중앙은 진동자에 고정되는 형상이다.
하부 하우징(110)과 상부 하우징(120)은 단면이 사각형이며, 고정자와 진동자는 동심의 원형으로 형성된다. 하부 하우징(110)의 중앙에는 내측(상측)으로 돌출된 보스(112)가 구비되는데, 보스(112) 내에 상기한 폴피스(220) 하단이 삽입된다. 도 4를 참조하면, 폴피스(220)는 하부 하우징(110)에 보스(112)에 압입되는 제1 지름부(222)과, 코일(210)이 외주에 배치되는 제2 지름부(220) 및 코일 상부에 위치하며 제1 지름부(222)와 제2 지름부(224)보다 큰 지름을 가지는 제3 지름부(226)를 구비한다.
한편 압전 소자(300)는 사각형으로, 하부 하우징(110)의 상면에 설치된다. 도 5를 참조하면, 압전 소자(300)는 중앙에 홀(310)을 구비하는데, 홀(310)의 위치는 하부 하우징(110)의 보스(112)의 위치와 대응하여 보스(112)가 홀(310)을 관통하여 지나간다. 한편, 압전 소자(300)는 바이모프 구조로 진동력을 향상시키는 것이 바람직하며, 압전 소자(300)로 전기적 신호를 전달할 수 있는 전기적 접점(320)이 네 모서리 중 세 곳에 마련된다. 즉, 압전 소자(300)의 전기적 접점(320)은 진동자를 피해, 즉 지름이 가장 큰 웨이트(260)의 외주보다 더 외곽에 형성되는 것이 바람직하다.
진동자는 50~300Hz의 주파수로 진동하여 사용자가 체감할 수 있는 체감 진동을 발생할 수 있고, 50~10000Hz의 주파수로 진동하여 하이브리드 액추에이터가 설치된 모바일 기기 전체를 진동시켜 저음역대의 음향을 발생시킬 수 있다. 또한, 압전 소자는 300~20000Hz의 주파수로 진동하여 하이브리드 액추에이터가 설치된 모바일 기기 전체를 진동시켜 중고음역대의 음향 발생을 발생시킬 수 있다.
한편, 코일(210)과 압전 소자(300)와 전기 신호를 전달할 수 있는 F-PCB(400)가 하부 하우징(110)의 상측에 더 구비될 수 있다. 하측으로부터 차례대로 하부 하우징(110), 압전 소자(300), F-PCB(400), 코일(210) 순으로 배치된다. F-PCB(400)는 하우징(110, 120) 내에서 압전 소자(300) 및 코일(210)과 통전하며, 일부가 하우징(110, 120)의 외부로 연장되어 입력단자(도 6 및 도 7 참조)가 형성되어 진동 신호와 음성 신호를 입력받음으로써, 하이브리드 액추에이터는 진동 신호와 음성 신호를 모두 재생할 수 있다.
또한, F-PCB(400)의 상면에는 진동자의 터치로 인해 F-PCB(400)가 손상되는 것을 방지하기 위해 보스(112)의 외주에 끼워지는 탄성 부재(280)를 더 구비할 수 있다. 탄성 부재(280)는 링 형상으로 진동자가 직접적으로 F-PCB(400)를 터치 하는 것을 방지하면서, 탄성 변형하며 진동자의 터치 충격을 흡수할 수 있는 부재이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터가 구비하는 F-PCB의 제1 예를 도시한 도면이다. F-PCB(400)는 압전 소자(300; 도 2 참조)를 위한 입력 레벨의 소스 신호가 입력되는 단자(412)와, 압전 소자(300; 도 2 참조)의 전기적 접점(320; 도 4 참조)과 연결되는 출력 단자(416)를 구비하며, 입력 단자(412)와 출력 단자(416)를 연결하는 연결 패턴(414)을 구비한다. 또한, 코일(210)을 위한 입력 레벨의 소스 신호가 입력되는 단자(422)와 코일(210; 도 2 참조)이 전기적으로 연결되는 출력 단자(426), 그리고 코일(210; 도 2 참조)을 위한 입력 단자(422)와 출력 단자(426)를 연결하는 연결 패턴(424)을 구비한다. 음성 신호를 재생할 때, 진동 신호 주파수 대역의 입력 레벨은 원래의 신호 레벨보다 같거나 낮게 재생하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터가 구비하는 F-PCB의 제2 예를 도시한 도면이다. F-PCB는 입력 단자(402)를 한 쌍만 구비하며, 코일(210; 도 2 참조)과 압전 소자(300; 도 2 참조)에 원래의 신호 레벨이 입력된다. F-PCB는 압전 소자(300; 도 2 참조)의 전기적 접점(320; 도 4 참조)과 연결되는 출력 단자(416)와 코일(210; 도 2 참조)이 전기적으로 연결되는 출력 단자(426)를 구비하며, 입력단자(402)에서 각 출력 단자(416, 426)를 연결하는 연결 패턴(414, 424)가 구비된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터의 단면도이다. 진동자의 구성을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예와 구성 요소의 형상이나 배치는 모두 동일하다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 액추에이터는 에어갭 주변에 자성 유체(230)가 도포된다. 바람직하게는, 영구 자석(240)의 내주면, 영구자석(240)의 하면, 및 웨이트(260)의 하면 일부에까지 자성 유체(230)가 도포된다.
본 발명의 제2 실시예에서는 진동자에 자성 유체(230)가 도포되었으나, 고정자 주변, 즉 코일(210)이나 폴 피스(220) 또는 탄성 부재(280)의 주위에 자성 유체가 도포될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 외관을 형성하는 하우징;
    하우징에 고정되며 코일을 구비하는 고정자;
    고정자와의 상호 전자기력에 의해 진동하는 영구자석을 구비하는 진동자;
    진동자를 하우징에 대해 탄성 지지하는 탄성 부재;
    하우징의 일 면에 부착되는 압전 소자; 및
    하우징 내에서 압전 소자 및 코일과 통전하며, 일부가 하우징의 외부로 연장되어 입력단자가 형성되어 진동 신호와 음성 신호를 입력받는 F-PCB;를 포함하여,
    진동자의 진동에 의해 진동 신호와 음성 신호를 재생할 수 있으며, 압전 소자의 진동에 의해 음성신호를 재생함으로써, 진동 신호와 음성 신호를 모두 재생할 수 있고,
    고정자는 하우징에 압입되어 고정되는 폴 피스를 더 구비하며, 코일은 폴 피스의 외주에 배치되고,
    폴 피스는 F-PCB를 관통하여, 폴 피스의 외주에 배치된 코일이 F-PCB 상면에 배치되고, 압전소자는 F-PCB의 하면에 폴 피스가 관통하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    하우징은 내측으로 돌출된 보스를 구비하고,
    압전 소자는 하우징의 보스에 조립하기 위한 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    압전 소자는 바이모프 구조인 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    압전 소자와 F-PCB의 전기적 접점은 진동자의 외경보다 더 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    하우징은 내측으로 돌출된 보스를 구비하고,
    폴 피스는, 하우징의 보스에 압입되는 제1 지름부과, 코일이 외주에 배치되는 제2 지름부 및 코일 상부에 위치하며 제1 지름과 제2 지름보다 큰 지름을 가지는 제3 지름부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  8. 제1항에 있어서,
    F-PCB의 입력 단자는 2개 이상이며, 코일과 압전 소자에 원래의 신호 레벨이 입력되거나, 각각 입력 레벨이 다른 동일 소스 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  9. 제8항에 있어서,
    음성 신호를 재생할 때, 진동 신호 주파수 대역의 입력 레벨은 원래의 신호 레벨보다 같거나 낮게 재생하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  10. 제1항에 있어서,
    고정자 또는 진동자는 에어갭 주변에 도포되는 자성 유체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
  11. 제1항에 있어서,
    F-PCB 상면에 배치되며, 진동자의 터치 충격을 완화하기 위한 탄성 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액추에이터.
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