KR102274437B1 - 진동 액추에이터 - Google Patents

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KR102274437B1
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허용해
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김상연
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면,
전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부와, 상기 제 1 탄성부 상부에 배치되는 제 1 전극부와, 상기 제 1 탄성부 하부에 배치되는 제 2 전극부와, 상기 제 2 전극부 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부 및 상기 제 2 탄성부 하부에 배치되는 제 3 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터를 제공한다.

Description

진동 액추에이터{Vibrating Actuator}
본 발명은 진동 액추에이터에 관한 것으로, 상세하게는 공진점을 변화시킬 수 있는 진동 액추에이터에 관한 것이다.
최근의 휴대용 전자기기(portable electronic devices), 가상 현실기기(virtual reality devices), 훈련용 시뮬레이터 등에는 사용자에게 다양하고 생생한 촉각피드백을 제공하기 위한 진동 액추에이터가 설치되어 있다.
상기와 같은 진동 액추에이터에는 편심 모터 액추에이터(ERM : Eccentric Rotating Mass), 선형 공진 액추에이터(LRA : Linear Resonant Actuator), 압전소자 액추에이터(piezoelectric device actuator) 및 전기 활성 고분자 액추에이터(electroactive polymer actuator) 등과 같이 다양한 유형이 있다.
한편, 공개특허공보 제 2019-0059259호에는 스토퍼 사이에 삽입되고 리니어 가이드에 의해 둘러싸이도록 배치되는 영구자석을 구비하고, 상기 영구자석이 전압 인가에 따라 왕복운동하는 충격식 진동 액추에이터에 대해 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 충격식 진동 발생장치는 영구자석을 스토퍼에 삽입시키기 위해 영구자석에 별도의 스토퍼 삽입부를 구비해야 하고, 영구자석에 가해지는 인력과 척력의 변화에 따라 스토퍼 삽입부마다 삽입되는 스토퍼에 영구자석이 충돌함으로써 영구자석에 무리한 충격이 가해질 수 있다.
공개특허공보 제 2019-0059259호
본 발명은 탄성체에 전기장을 인가함으로써 공진점을 변화시켜 사용자에게 다양한 진동을 제공할 수 있는 진동 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터는, 전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부와, 상기 제 1 탄성부 상부에 배치되는 제 1 전극부와, 상기 제 1 탄성부 하부에 배치되는 제 2 전극부와, 상기 제 2 전극부 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부 및 상기 제 2 탄성부 하부에 배치되는 제 3 전극부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부는 제 1 전압 인가부와 연결되며, 상기 제 1 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 1 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부는 제 2 전압 인가부와 연결되며, 상기 제 2 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 2 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 1 탄성부의 강성이 주기적으로 변화되고, 상기 제 1 탄성부의 강성 변화에 따라 상기 진동 액추에이터의 탄성계수가 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 2 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고, 상기 제 2 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 진동 액추에이터가 주기적으로 진동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 액추에이터는, 전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부와, 상기 제 1 탄성부 상부에 배치되는 제 1 전극부와, 상기 제 1 탄성부 하부에 배치되는 제 2 전극부와, 상기 제 2 전극부 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부와, 상기 제 2 탄성부 하부에 배치되는 제 3 전극부 및 상기 제 1 탄성부 양측 및 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부 사이에 배치되는 제 3 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부는 제 1 전압 인가부와 연결되며, 상기 제 1 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 1 탄성부 및 상기 제 3 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부는 제 2 전압 인가부와 연결되며, 상기 제 2 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 2 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 1 탄성부의 강성이 주기적으로 변화되고, 상기 제 1 탄성부의 강성 변화에 따라 상기 진동 액추에이터의 탄성계수가 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 3 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고, 상기 제 2 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 제 1 전극부 양측의 높낮이가 주기적으로 변동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 2 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고, 상기 제 2 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 진동 액추에이터가 주기적으로 진동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 액추에이터는, 전기장 인가에 따라 적어도 일부의 강성이 변화되는 제 1 탄성부와, 상기 제 1 탄성부 상부에 배치되는 제 1 전극부와, 상기 제 1 탄성부 하부에 배치되는 제 2 전극부와, 상기 제 2 전극부 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부와, 상기 제 2 탄성부 하부에 배치되는 제 3 전극부 및 상기 제 1 전극부 내에 형성되는 적어도 하나의 절연부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부는 제 1 전압 인가부와 연결되며, 상기 제 1 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 1 전극부 중 적어도 일부와 상기 제 2 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 1 탄성부 중 적어도 일부는 압축되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부는 제 2 전압 인가부와 연결되며, 상기 제 2 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 2 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 절연부는 상기 제 1 전극부를 복수의 구획으로 나누고,상기 제 1 전극부의 복수의 구획에는 선택적으로 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 1 탄성부의 적어도 일부의 강성이 주기적으로 변화되고, 상기 제 1 탄성부의 강성 변화에 따라 상기 진동 액추에이터의 탄성계수가 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며, 상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 2 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고, 상기 제 2 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 진동 액추에이터가 주기적으로 진동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부의 극성은 서로 다르고, 상기 제 1 전극부와 상기 제 3 전극부의 극성은 서로 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따르면, 상기 제 1 탄성부 내에는 적어도 하나의 유전 입자가 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극부, 상기 제 2 전극부 및 상기 제 3 전극부는 유연 전극인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기장 인가에 의해 발생되는 진동 액추에이터의 진동 및 탄성계수 변화에 따라 진동 액추에이터의 공진점을 변화시켜 사용자에게 보다 다양한 진동을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터의 동작 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터의 공진점 변화를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터의 변형례를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 액추에이터를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 액추에이터를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)의 동작 원리를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)의 공진점 변화를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)는, 전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부(10)와, 제 1 탄성부(10) 상부에 배치되는 제 1 전극부(13)와, 제 1 탄성부(10) 하부에 배치되는 제 2 전극부(14)와, 제 2 전극부(14) 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부(11) 및 제 2 탄성부(11) 하부에 배치되는 제 3 전극부(15)를 포함할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나 전술한 진동 액추에이터(100)는 하우징 내에 위치될 수 있으며, 상기 하우징은 비자성체일 수 있다.
또한, 제 1 탄성부(10)는 전기 유변 탄성체(ERE : electrorheological elastomers)의 일종일 수 있다.
전술한 전기 유변 탄성체는 외부에서 인가되는 전압에 의해 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에서 전기장이 발생되어, 발생된 전기장에 따라 점성 또는 강성이 변화되는 성질을 띠는 물질일 수 있다.
제 1 탄성부(10) 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 입자(C)들이 넓게 퍼져 있는 형태로 배치될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서의 입자(C)는 유전 입자일 수 있다.
제 2 탄성부(11)는 유전 탄성체(Dielectric elastomer)의 일종일 수 있다.
유전 탄성체는 두 전극 사이에 위치된 유전체 필름의 양단에 전압을 인가하면 두께 방향으로 압축력이 작용하여 압축되고 면적 방향으로 팽창되는 물질을 의미할 수 있다.
또한, 전술한 제 1 전극부(13), 제 2 전극부(14) 및 제 3 전극부(15)는 변형이 용이한 유연 전극(Flexible electrode)일 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에서의 제 1 전극부(13)와 제 2 전극부(14)의 극성은 서로 다를 수 있고, 제 1 전극부(13)와 제 3 전극부(15)의 극성은 서로 동일할 수 있다. 또한, 제 1 전극부(13)와 제 3 전극부(15)는 애노드 전극(Anode electrode), 제 2 전극부(14)는 캐소드 전극(Cathode electrode)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2(a)를 참조하면, 제 1 전극부(13)와 제 2 전극부(14)는 제 1 전압 인가부(16)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제 2 전극부(14)와 제 3 전극부(15)는 제 2 전압 인가부(17)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 도 2(a)는 제 1 전압 인가부(16) 및 제 2 전압 인가부(17)로부터 진동 액추에이터(100)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태를 나타낸다.
도 2(b)는, 제 1 전압 인가부(16)로부터 제 1 전극부(13)와 제 2 전극부(14)에 전압이 인가된 상태를 나타낸다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이 제 1 전압 인가부(16)로부터 제 1 전극부(13)와 제 2 전극부(14)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 제 1 전극부(13)와 제 2 전극부(14) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 1 탄성부(10) 내부의 입자(C)들 간의 상호 간격이 짧아질 수 있다.
이 때, 제 1 탄성부(10)의 압축으로 인해 제 1 탄성부(10)의 강성이 변화될 수 있다(제 1 탄성부(10)의 강성이 초기 상태보다 강해질 수 있다).
이 때, 제 1 전압 인가부(16)로부터 인가되는 전압은 교류 전압일 수 있으며, 제 1 탄성부(10)의 강성이 강해지면 진동 액추에이터(100)의 탄성계수도 증가될 수 있다.
한편 도 2(c)는, 제 2 전압 인가부(17)로부터 제 2 전극부(14)와 제 3 전극부(15)에 전압이 인가된 상태를 나타낸다. 제 1 전압 인가부(16)와 마찬가지로 제 2 전압 인가부(17)로부터 인가되는 전압 또한 교류 전압일 수 있다.
도 2(c)에 도시된 바와 같이 제 2 전압 인가부(17)로부터 제 2 전극부(14)와제 3 전극부(15)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 제 2 전극부(14)와 제 3 전극부(15) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 2 탄성부(11)가 압축될 수 있다.
또한, 도 2(d)에 도시된 바와 같이 제 1 전압 인가부(16) 및 제 2 전압 인가부(17)로부터 제 1 전극부(13), 제 2 전극부(14) 및 제 3 전극부(15)에 동시에 전압을 인가해주면 제 1 탄성부(10)의 강성 증가(진동 액추에이터(100)의 탄성계수 증가)와 제 2 탄성부(11)의 압축이 동시에 이루어질 수 있다.
이 때, 제 1 전압 인가부(16)로부터 제 1 전극부(13) 및 제 2 전극부(14)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 1 탄성부(10)의 강성이 주기적으로 변할 수 있고, 제 1 탄성부(10)의 강성 변화에 따라 진동 액추에이터(100)의 탄성계수도 주기적으로 변화될 수 있다.
또한, 제 2 전압 인가부(17)로부터 제 2 전극부(14) 및 제 3 전극부(15)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 2 탄성부(11)의 압축과 복원이 주기적으로 이루어질 수 있고, 제 2 탄성부(11)의 압축 또는 복원에 따라 진동 액추에이터(100)가 주기적으로 진동될 수 있다.
이 때, 제 1 탄성부(10)의 강성 및 탄성계수의 변화 주기는 제 1 전극부(13) 및 제 2 전극부(14)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 1 탄성부(10)의 강성 및 탄성계수의 크기 변화는 제 1 전극부(13) 및 제 2 전극부(14)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 제 2 탄성부(11)의 압축 및 복원 주기(진동 액추에이터(100)의 진동 주기)는 제 2 전극부(14) 및 제 3 전극부(15)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 2 탄성부(11)의 압축량 및 복원량의 크기(진동 액추에이터(100)의 진동 세기)는 제 2 전극부(14) 및 제 3 전극부(15)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 제 1 탄성부(10)에 인가되는 전기장의 세기가 커질 수록 제 1 탄성부(10)의 강성이 높아져 진동 액추에이터(100)의 탄성계수가 증가될 수 있다.
진동 액추에이터(100)의 탄성계수가 증가되면, 도 3에 도시된 바와 같이 제 2 탄성부(11)의 주기적인 압축 또는 복원에 의해 발생되는 진동 액추에이터(100)의 진동에 따라 진동 액추에이터(100)의 공진점 위치가 더 높은 주파수 위치로 변경될 수 있다.
따라서, 제 1 탄성부(10) 및 제 2 탄성부(11)에 인가되는 전기장의 발생 주기 및 전기장의 세기에 따라 진동 액추에이터(100)를 주기적으로 진동시키면서 공진점을 변화시킬 수 있으므로 사용자에게 좀 더 다양한 진동을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)의 변형례를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 진동 액추에이터(100)의 제 2 탄성부(11)는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 물결 형상, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 그루브 구조 또는 도 4(c)에 도시된 바와 같이 스펀지 구조로 배치될 수 있다.
상기와 같이 제 2 탄성부(11)를 다양한 형태로 구성할 수 있고 제 2 탄성부(11)의 형상 변경시 각각의 제 2 탄성부(11)의 무게 중심이 다르므로, 제 2 탄성부(11)의 압축 및 복원시 사용자는 좀 더 다양한 진동을 느낄 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 액추에이터(200)를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 액추에이터(200)는, 전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부(20)와, 제 1 탄성부(20) 상부에 배치되는 제 1 전극부(23)와, 제 1 탄성부(20) 하부에 배치되는 제 2 전극부(24)와, 제 2 전극부(24) 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부(21)와, 제 2 탄성부(21) 하부에 배치되는 제 3 전극부(25) 및 제 1 탄성부(20) 양측 및 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24) 사이에 배치되는 제 3 탄성부(22)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 액추에이터(200)는 제 1 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)와 마찬가지로 하우징(미도시) 내에 위치될 수 있으며, 상기 하우징은 비자성체일 수 있다.
또한, 제 1 탄성부(20)는 제 1 실시예의 제 1 탄성부(10)와 마찬가지로 전기 유변 탄성체의 일종일 수 있고, 제 2 탄성부(21)와 제 3 탄성부(22)는 유전 탄성체의 일종일 수 있다.
또한, 제 1 전극부(23), 제 2 전극부(24) 및 제 3 전극부(25)는 제 1 실시예와 마찬가지로 변형이 용이한 유연 전극(Flexible electrode)일 수 있다.
그리고 본 발명의 제 2 실시예에서의 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24)의 극성은 서로 다를 수 있고, 제 1 전극부(23)와 제 3 전극부(25)의 극성은 서로 동일할 수 있다. 또한, 제 1 전극부(23)와 제 3 전극부(25)는 애노드 전극(Anode electrode), 제 2 전극부(24)는 캐소드 전극(Cathode electrode)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5(a)를 참조하면, 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24)는 제 1 전압 인가부(26)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제 2 전극부(24)와 제 3 전극부(25)는 제 2 전압 인가부(27)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 도 5(a)는 제 1 전압 인가부(26) 및 제 2 전압 인가부(27)로부터 진동 액추에이터(200)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태를 나타낸다.
도 5(b)는, 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24)에 전압이 인가된 상태를 나타낸다.
한편 제 1 실시예에서의 진동 액추에이터(100)와 달리, 제 2 실시예의 진동 액추에이터(200)는 제 1 탄성부(20) 양측 및 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24) 사이에 배치되는 제 3 탄성부(22)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 구조에 의해 후술하는 바와 같이 제 2 전극부(24)와 제 3 전극부(25) 사이에 위치된 제 2 탄성부(21)가 교류 전압의 인가 및 해제에 따라 압축과 복원을 반복하면서 진동을 발생시킬 수 있다.
또한, 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24) 사이에 위치된 제 1 탄성부(20)는 교류 전압의 인가 및 해제에 따라 탄성계수가 주기적으로 변화되어 진동 액추에이터(200)의 공진점을 변화시키고, 제 3 탄성부(22)의 압축 및 복원에 따라 진동 액추에이터(200)의 형상을 변화시킬 수 있다.
상세하게는, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 1 탄성부(20) 내부의 입자(C)들 간의 상호 간격이 짧아질 수 있다.
이 때, 제 1 탄성부(20)의 압축으로 인해 제 1 탄성부(20)의 강성이 변화될 수 있다(제 1 탄성부(20)의 강성이 초기 상태보다 강해질 수 있다).
이 때, 제 1 전압 인가부(26)로부터 인가되는 전압은 교류 전압일 수 있으며, 제 1 탄성부(20)의 강성이 강해지면 진동 액추에이터(200)의 탄성계수도 증가될 수 있다.
또한, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 제 1 전극부(23)와 제 2 전극부(24) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 3 탄성부(22)가 압축될 수 있다.
한편 도 5(b)에 도시된 바와 같이 제 3 탄성부(22)는 제 1 탄성부(20) 양측에 배치될 수 있는데, 전기장 인가에 따라 제 1 탄성부(20)의 강성이 강해질 때 제 1 탄성부(20) 양측에 배치된 제 3 탄성부(22)는 압축될 수 있다.
이에 따라 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 전압이 인가되면, 제 3 탄성부(22)의 압축에 의해 제 1 전극부(23)의 양측 부분(제 3 탄성부(22)의 상부에 배치된 제 1 전극부(23))의 위치는 도 5(a)의 초기 상태에 비해 낮아질 수 있다.
따라서 본 발명의 제 2 실시예에서는 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 전압 인가시, 제 1 탄성부(20)의 강성 변화로 진동 액추에이터(200)의 공진점을 변화시킴과 동시에 제 3 탄성부(22)의 압축 및 복원에 따라 진동 액추에이터(200)의 형상을 변화시킬 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 제 1 실시예의 도 2(c)에 도시된 바와 마찬가지로 제 2 실시예의 진동 액추에이터(200)도 제 2 전압 인가부(27)로부터 제 2 전극부(24)와 제 3 전극부(25)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 제 2 전극부(24)와 제 3 전극부(25) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 2 탄성부(21)가 압축될 수 있다.
또한, 제 1 실시예의 도 2(d)에 도시된 바와 마찬가지로 제 2 실시예의 진동 액추에이터(200)도 제 1 전압 인가부(26) 및 제 2 전압 인가부(27)로부터 제 1 전극부(23), 제 2 전극부(24) 및 제 3 전극부(25)에 동시에 전압을 인가해주면 제 1 탄성부(20)의 강성 증가(진동 액추에이터(200)의 탄성계수 증가)와 제 2 탄성부(21)의 압축 및 제 3 탄성부(22)의 압축이 동시에 이루어질 수 있다.
이 때, 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 1 탄성부(20)의 강성이 주기적으로 변할 수 있고, 제 1 탄성부(20)의 강성 변화에 따라 진동 액추에이터(200)의 탄성계수도 주기적으로 변화될 수 있다.
또한, 제 2 전압 인가부(27)로부터 제 2 전극부(24) 및 제 3 전극부(25)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 2 탄성부(21)의 압축과 복원이 주기적으로 이루어질 수 있고, 제 2 탄성부(21)의 압축 또는 복원에 따라 진동 액추에이터(200)가 주기적으로 진동될 수 있다.
또한, 제 1 전압 인가부(26)로부터 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 3 탄성부(22)의 압축과 복원이 주기적으로 이루어질 수 있고, 제 3 탄성부(22)의 압축 또는 복원에 따라 제 1 전극부(23) 양측의 높낮이가 주기적으로 변동될 수 있다.
이 때, 제 1 탄성부(20)의 강성 및 탄성계수의 변화 주기는 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 1 탄성부(20)의 강성 및 탄성계수의 크기 변화는 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 제 2 탄성부(21)의 압축 및 복원 주기(진동 액추에이터(200)의 진동 주기)는 제 2 전극부(24) 및 제 3 전극부(25)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 2 탄성부(21)의 압축량 및 복원량의 크기(진동 액추에이터(200)의 진동 세기)는 제 2 전극부(24) 및 제 3 전극부(25)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 제 3 탄성부(22)의 압축 및 복원 주기(진동 액추에이터(200)의 형상 변화 주기)는 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 3 탄성부(22)의 압축량 및 복원량의 크기(진동 액추에이터(200)의 형상 변화 크기)는 제 1 전극부(23) 및 제 2 전극부(24)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
한편, 제 1 실시예의 진동 액추에이터(100)와 마찬가지로 제 1 탄성부(20)에 인가되는 전기장의 세기가 커질수록 제 1 탄성부(20)의 강성이 높아져 진동 액추에이터(200)의 탄성계수가 증가될 수 있다.
진동 액추에이터(200)의 탄성계수가 증가되면, 도 3에 도시된 바와 마찬가지로 제 2 탄성부(21)의 주기적인 압축 또는 복원에 의해 발생되는 진동 액추에이터(200)의 진동에 따라 진동 액추에이터(200)의 공진점 위치가 더 높은 주파수 위치로 변경될 수 있다.
또한, 제 2 실시예의 진동 액추에이터(200)는 제 3 탄성부(22)에 인가되는 전기장에 의해 제 1 전극부(23) 양측의 높낮이가 변경되므로, 제 1 실시예의 진동 액추에이터(100)에 비해 진동 액추에이터(200)의 표면을 더 다양하게 느낄 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 액추에이터(200)는 제 1 탄성부(20) 및 제 2 탄성부(21)에 인가되는 전기장의 발생 주기 및 전기장의 세기에 따라 진동 액추에이터(200)를 주기적으로 진동시키면서 공진점을 변화시킬 수 있고, 제 3 탄성부(22)에 인가되는 전기장의 발생 주기 및 전기장의 세기에 따라 진동 액추에이터(200)의 형상을 변화시킬 수 있어 사용자에게 좀 더 다양한 진동 자극을 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 액추에이터(300)를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 액추에이터(300)는, 전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부(30)와, 제 1 탄성부(30) 상부에 배치되는 제 1 전극부(33)와, 제 1 탄성부(30) 하부에 배치되는 제 2 전극부(34)와, 제 2 전극부(34) 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부(31)와, 제 2 탄성부(31) 하부에 배치되는 제 3 전극부(35) 및 제 1 전극부(33) 내에 형성되는 적어도 하나의 절연부(38)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 액추에이터(300)는 제 1 실시예에 따른 진동 액추에이터(100)와 마찬가지로 하우징(미도시) 내에 위치될 수 있으며, 상기 하우징은 비자성체일 수 있다.
또한, 제 1 탄성부(30)는 제 1 실시예의 제 1 탄성부(10)와 마찬가지로 전기 유변 탄성체의 일종일 수 있고, 제 2 탄성부(31)는 유전 탄성체의 일종일 수 있다.
또한, 제 1 전극부(33), 제 2 전극부(34) 및 제 3 전극부(35)는 제 1 실시예와 마찬가지로 변형이 용이한 유연 전극(Flexible electrode)일 수 있다.
그리고 본 발명의 제 3 실시예에서의 제 1 전극부(33)와 제 2 전극부(34)의 극성은 서로 다를 수 있고, 제 1 전극부(33)와 제 3 전극부(35)의 극성은 서로 동일할 수 있다. 또한, 제 1 전극부(33)와 제 3 전극부(35)는 애노드 전극(Anode electrode), 제 2 전극부(34)는 캐소드 전극(Cathode electrode)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6(a)를 참조하면, 제 1 전극부(33)와 제 2 전극부(34)는 제 1 전압 인가부(36)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제 2 전극부(34)와 제 3 전극부(35)는 제 2 전압 인가부(37)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 도 6(a)는 제 1 전압 인가부(36) 및 제 2 전압 인가부(37)로부터 진동 액추에이터(300)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태를 나타낸다.
도 6(b)는, 제 1 전압 인가부(36)로부터 제 1 전극부(33)와 제 2 전극부(34)에 전압이 인가된 상태를 나타낸다.
한편, 제 1 실시예에서의 진동 액추에이터(100)와 달리, 제 3 실시예의 진동 액추에이터(200)는 제 1 전극부(33) 내에 형성되는 적어도 하나의 절연부(38)를 더 포함할 수 있다.
절연부(38)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 제 1 전극부(33)를 복수의 구획으로 나눌 수 있으며, 절연부(38)에 의해 구분된 제 1 전극부(33)의 복수의 구획에는 제 1 전압 인가부(36)를 통해 선택적으로 전압이 인가될 수 있다.
상세하게는, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 제 1 전압 인가부(36)로부터 복수의 구획으로 나누어진 제 1 전극부(33) 중 일부와 제 2 전극부(34)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 전압이 인가된 제 1 전극부(33) 중 일부와 제 2 전극부(34) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 1 탄성부(30) 중 일부의 내부에 위치된 입자(C)들 간의 상호 간격이 짧아질 수 있다.
이 때, 제 1 탄성부(30) 중 일부의 압축으로 인해 제 1 탄성부(30) 중 일부의 강성이 변화될 수 있고(제 1 탄성부(30) 중 일부의 강성이 초기 상태보다 강해질 수 있다), 초기 상태에 비해 딱딱해질 수 있다.
이 때, 제 1 전압 인가부(36)로부터 인가되는 전압은 교류 전압일 수 있으며, 제 1 탄성부(30)의 중 일부의 강성이 강해지면 진동 액추에이터(300)의 탄성계수도 증가될 수 있다.
또한, 제 1 전압 인가부(36)로부터 전압이 인가되지 않은 제 1 전극부(33) 하부에 위치된 제 1 탄성부(30)의 경우 전기장이 인가되지 않아 강성이 변화되지 않고, 따라서 전기장을 인가받은 제 1 탄성부(30)에 비해 상대적으로 강성이 낮을 수 있고 말랑말랑한 상태일 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 제 1 실시예의 도 2(c)에 도시된 바와 마찬가지로 제 3 실시예의 진동 액추에이터(300)도 제 2 전압 인가부(37)로부터 제 2 전극부(34)와 제 3 전극부(35)에 전압을 인가해주면 전기장이 발생되고, 이에 따라 제 2 전극부(34)와 제 3 전극부(35) 사이에 정전기적 인력이 발생하여 제 2 탄성부(31)가 압축될 수 있다.
또한, 제 1 실시예의 도 2(d)에 도시된 바와 마찬가지로 제 3 실시예의 진동 액추에이터(300)도 제 1 전압 인가부(36) 및 제 2 전압 인가부(37)로부터 제 1 전극부(33) 중 일부, 제 2 전극부(34) 및 제 3 전극부(35)에 동시에 전압을 인가해주면 제 1 탄성부(30)중 일부의 강성 증가(진동 액추에이터(300)의 탄성계수 증가)와 제 2 탄성부(31)의 압축이 동시에 이루어질 수 있다.
이 때, 제 1 전압 인가부(36)로부터 제 1 전극부(33) 중 일부 및 제 2 전극부(34)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 1 탄성부(30) 중 일부의 강성이 주기적으로 변할 수 있고, 제 1 탄성부(30)중 일부의 강성 변화에 따라 진동 액추에이터(300)의 탄성계수도 주기적으로 변화될 수 있다.
또한, 제 2 전압 인가부(37)로부터 제 2 전극부(34) 및 제 3 전극부(35)에 교류 전압을 인가해주면 전압의 인가 및 해제에 따라 제 2 탄성부(31)의 압축과 복원이 주기적으로 이루어질 수 있고, 제 2 탄성부(31)의 압축 또는 복원에 따라 진동 액추에이터(300)가 주기적으로 진동될 수 있다.
이 때 전기장이 인가되어 강성이 강해진(딱딱해진) 제 1 탄성부(30)의 경우, 제 2 탄성부(31)의 주기적인 압축 및 복원에 의해 발생하는 진동을 진동 액추에이터(300)의 상부 방향으로 원활하게 전달할 수 있다.
그러나, 전기장이 인가되지 않아 강성이 변화되지 않은(말랑말랑한) 제 1 탄성부(30)의 경우 제 2 탄성부(31)의 주기적인 압축 및 복원에 의해 발생하는 진동을 흡수할 수 있다.
이 때, 전기장이 인가된 제 1 탄성부(30) 중 일부의 강성 및 탄성계수의 변화 주기는 제 1 전극부(33) 중 일부 및 제 2 전극부(34)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 1 탄성부(30) 중 일부의 강성 및 탄성계수의 크기 변화는 제 1 전극부(33) 및 제 2 전극부(34)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 제 2 탄성부(31)의 압축 및 복원 주기(진동 액추에이터(300)의 진동 주기)는 제 2 전극부(34) 및 제 3 전극부(35)에 인가되는 교류 전압의 주파수에 따라 달라질 수 있고, 제 2 탄성부(31)의 압축량 및 복원량의 크기(진동 액추에이터(300)의 진동 세기)는 제 2 전극부(34) 및 제 3 전극부(35)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
한편, 제 1 실시예의 진동 액추에이터(100)와 마찬가지로 제 1 탄성부(30) 중 일부에 인가되는 전기장의 세기가 커질수록 제 1 탄성부(30)의 강성이 높아져 진동 액추에이터(300)의 탄성계수가 증가될 수 있다.
진동 액추에이터(300)의 탄성계수가 증가되면, 도 3에 도시된 바와 마찬가지로 제 2 탄성부(31)의 주기적인 압축 또는 복원에 의해 발생되는 진동 액추에이터(300)의 진동에 따라 진동 액추에이터(300)의 공진점 위치가 더 높은 주파수 위치로 변경될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 액추에이터(300)는 제 1 탄성부(30) 중 일부 및 제 2 탄성부(31)에 인가되는 전기장의 발생 주기 및 전기장의 세기에 따라 진동 액추에이터(300)를 주기적으로 진동시키면서 공진점을 변화시킬 수 있다.
또한 본 발명의 제 3 실시예에서는, 전기장이 인가되지 않은 제 1 탄성부(30)의 강성은 변화되지 않으며 이에 따라 전기장이 인가되지 않은 제 1 탄성부(30)에서는 진동을 흡수하므로, 절연부(38)에 의해 구획된 제 1 전극부(33)의 일부 또는 전부에 선택적으로 전압을 인가함으로써 제 1 탄성부(30)의 특정 부분의 강성을 변화시켜 사용자에게 보다 다양한 진동 패턴을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300 : 진동 액추에이터
10, 20, 30 : 제 1 탄성부
11, 21, 31 : 제 2 탄성부
22 : 제 3 탄성부
13, 23, 33 : 제 1 전극부
14, 24, 34 : 제 2 전극부
15, 25, 35 : 제 3 전극부
16, 26, 36 : 제 1 전압 인가부
17, 27, 37 : 제 2 전압 인가부
38 : 절연부
C : 입자

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전기장 인가에 따라 강성이 변화되는 제 1 탄성부;
    상기 제 1 탄성부의 상부에 배치되는 제 1 전극부;
    상기 제 1 탄성부의 하부에 배치되는 제 2 전극부;
    상기 제 2 전극부의 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부;
    상기 제 2 탄성부의 하부에 배치되는 제 3 전극부; 및
    상기 제 1 탄성부 양측 및 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부 사이에 배치되는 제 3 탄성부;를 포함하고,
    상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 3 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고, 상기 제 3 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 제 1 전극부 양측의 높낮이가 주기적으로 변동되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부는 제 1 전압 인가부와 연결되며,
    상기 제 1 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 1 탄성부 및 상기 제 3 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부는 제 2 전압 인가부와 연결되며,
    상기 제 2 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 2 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며,
    상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 1 탄성부의 강성이 주기적으로 변화되고,
    상기 제 1 탄성부의 강성 변화에 따라 상기 진동 액추에이터의 탄성계수가 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며,
    상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 2 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고,
    상기 제 2 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 진동 액추에이터가 주기적으로 진동되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  12. 전기장 인가에 따라 적어도 일부의 강성이 변화되는 제 1 탄성부;
    상기 제 1 탄성부의 상부에 배치되는 제 1 전극부;
    상기 제 1 탄성부의 하부에 배치되는 제 2 전극부;
    상기 제 2 전극부의 하부에 배치되고 전기장 인가에 따라 압축되는 제 2 탄성부;
    상기 제 2 탄성부의 하부에 배치되는 제 3 전극부; 및
    상기 제 1 전극부 내에 형성되는 적어도 하나의 절연부;를 포함하고,
    상기 절연부는 상기 제 1 전극부를 복수의 구획으로 나누고, 상기 제 1 전극부의 복수의 구획에는 선택적으로 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부는 제 1 전압 인가부와 연결되며,
    상기 제 1 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 1 전극부 중 적어도 일부와 상기 제 2 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 1 탄성부 중 적어도 일부는 압축되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부는 제 2 전압 인가부와 연결되며,
    상기 제 2 전압 인가부로부터 전압 인가시 상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부 사이에 정전기적 인력이 발생되고 상기 제 2 탄성부는 압축되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  15. 삭제
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며,
    상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 1 탄성부의 적어도 일부의 강성이 주기적으로 변화되고,
    상기 제 1 탄성부의 강성 변화에 따라 상기 진동 액추에이터의 탄성계수가 주기적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2 전극부와 상기 제 3 전극부에 인가되는 전압은 교류 전압이며,
    상기 전압의 인가 및 해제에 따라 상기 제 2 탄성부의 압축과 복원이 주기적으로 이루어지고,
    상기 제 2 탄성부의 압축 또는 복원에 따라 상기 진동 액추에이터가 주기적으로 진동되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  18. 제 6항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부의 극성은 서로 다르고, 상기 제 1 전극부와 상기 제 3 전극부의 극성은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  19. 제 6항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 탄성부 내에는 적어도 하나의 유전 입자가 배치되는 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.
  20. 제 6항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 전극부, 상기 제 2 전극부 및 상기 제 3 전극부는 유연 전극인 것을 특징으로 하는 진동 액추에이터.


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