KR20110003764U - 선형 진동발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형으로 진동할 수 있는 탄성구조체를 공진주파수 부근에서 진동을 발생시키는 선형 진동발생기에 관한 것이다.

보다 상세하게는 케이스의 안쪽에 충격 흡수용 댐퍼를 결합한 후에 상기 케이스와 요크에 각각 결합되는 스프링, 상기 요크에 결합되는 마그네트, 상기 마그네트 다른 일면에 결합되는 평면 요크, 그리고, 상기 결합상태에서 요크 외측으로 질량체를 추가 결합시키고, 통전 수단을 같이 구비하는 베이스 어셈블리의 안 쪽에 두 번째의 충격 흡수용 댐퍼를 결합하고, 상기 평면 요크와 요크의 개구부에 배치되게 코일을 베이스 어셈블리에 결합한 후에 코일을 베이스 어셈블리 상의 통전 수단과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스와 피가진부의 결합체와 최종 결합하여 구성되는 선형 진동발생기를 제공한다.

선형, 코어리스, 진동 발생기, 휴대폰

Description

선형 진동발생기 {Linear Type Vibrator}

본 발명은 선형 진동발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄성체에 의해 지지되는 마그네트를 포함하는 피가진(加振) 질량체를 공진 주파수 부근에서 가진 시키는 선형진동 발생기에 관한 것이다. 여러 응용 사례가 있을 수 있으나 최근에 용도가 증가하고 있는 휴대폰이나 PDA, 게임기 등에 사용되는 진동 발생용 사례로 설명을 하고자 한다.

일반적으로 최근 통신기술 발달과 함께 대중들에게 가장 널리 보급된 것들 중에 잘 알려진 것들은 휴대폰, 개인정보단말기(PDA) 등이다. 이러한 기기들은 그 크기가 갈수록 작아져 휴대가 간편할 뿐만 아니라 언제 어디서나 음성 및 데이타 입출력이 가능하기 때문에 필수 휴대품으로서 자리를 굳혀가고 있다. 요즘은 공공 에티켓으로 진동 기능이 필수로 되었을 뿐 아니라 터치형으로 전화번호와 같은 데이터를 입력할 때나 게임을 할 때에도 진동 기능을 이용하는 것들이 제공되고 있다. 또, 일반 게임기능에서도 총을 쏘거나 스포츠 게임에서 공을 칠 때 등의 경우에 진동을 발생시켜 게임자가 보다 실감 있게 게임을 할 수 있는 기능을 제공하기 시작했다. 이런 경우 보통 진동을 발생하는 모터를 채용하는데 이와 같이 다양한 경우에 진동 기능을 사용하게 됨으로써 진동 발생기의 사용 빈도가 증가하게 되어 모터에 대해 장수명화, 높은 신뢰성의 요구가 증대되고 있다.

종래의 브러시를 사용하는 회전형의 진동 모터로는 브러시 및 정류자와 같은 접점부품의 마모를 수반하여 기술적으로 긴 수명을 보장하기에 한계가 있기 때문에 이에 대한 대응의 한 방법으로 선형 진동발생기가 등장하였다.

선형 진동발생기로서는 일본특허공개공보 제1997-205763호에서 진동발생장치가 제안된 바 있으며, 이와 같은 유형의 고안에서 제시하는 구조는 도 1에서 개념적으로 도시되고 있다. 도 1를 참조하여 그 작용을 살펴보면, 진동 발생장치는 케이스(112) 내부에 스프링(120)이 배치되고, 상기 스프링(120)에 마그네트(142), 요크(141) 및 평면요크(143)에 의해서 자기장(磁氣場)이 발생된다. 상기 자기장 내에 코일(130)이 배치되는데 코일(130) 한 끝단은 상기 베이스(111)의 내측면에 고정된다. 상기 진동 발생기는 상기 자기장의 방향과 상기 코일(130)을 따라 흐르는 전류의 방향이 수직으로 형성되어, 상기 코일(130)에 전류가 흐르면 플레밍의 왼손의 법칙에 따라 상기 자기장방향과 전류의 방향에 수직인 방향, 즉 도 1에서는 아래 또는 위로 스프링(120)에 의해 지지되는 자기장 형성부품이 움직이게 된다. 코일(130)에 인가되는 전류의 방향을 연속적으로 바꿔 주면 피가진체는 연속적으로 상하 진동을 발생하게 된다, 이런 선형 진동 발생기는 회전형 진동발생기와 달리 습동 접점이 없으므로 내구성을 향상시킬 수 있고 소형화가 가능하다. 또한, 이러한 선형 진동발생기는 종래 브러쉬타입 진동모터에서 진동량을 얻기 위한 방식인 회전형 구조를 탈피하여, 공진을 이용하여 최대변위를 발생시켜 원하는 주파수 대 역에서 진동량을 얻을 수 있는 구조를 갖는다. 그러나, 종래의 회전형 구조의 진동모터의 진동 크기가 모터의 회전 주파수에 상대적으로 둔감한 반면 선형 진동 발생기는 공진주파수와 수 헤르츠(Hz)의 차이에도 진동의 세기가 급격히 줄어들게 된다. 피가진체의 중량, 탄성지지체의 스프링 상수의 산포에 의해 공진주파수는 편차를 가지게 되는 것이므로 어떤 수단을 통하여 피가진체의 질량, 탄성지지체의 스프링 상수를 원하는 규격으로 관리 하여 가진주파수에 가까운 공진주파수를 가지는 피가진체를 구성하느냐가 선형 진동기의 핵심 기술이라 할 수 있다. 여기서, 공진주파수는(fn)는 아래 [식 1] 에서 보듯이 피가진체의 질량(m)과 스프링 상수(k)에 영향을 받는다.

[식 1]

본 발명에서는 진동체의 질량을 기존의 고안들 보다 훨씬 용이하게 조정할 수 있는 방안을 제공하여 가진주파수 부근의 공진주파수를 달성하는 선형 진동발생기에 관한 것이다.

도 1의 종래의 기술에서는 고안 진동발생기의 설계 구조에 기인하여 조립 순서상 피가진체 부품 중에 최종적으로 조립되는 평면요크(143)의 중량을 가변시키는 것으로 피가진체의 공진주파수를 조정하는 수단을 제안하고 있으나 휴대폰과 같이 휴대용 기기에 사용되는 소형의 진동 발생기에서는 실제로 평면요크(143)는 아주 작은 부품이다. 예를 들어 설명하면 휴대폰에 많이 사용되는 케이스(112)의 외경이 10밀리미터(mm)인 진동 발생기의 경우는 상기 평면요크(143)의 외경은 2.5밀리미터(mm), 두께는 0.4밀리미터(mm) 전후의 아주 작은 크기가 되어 이렇게 작은 부품으로 피가진체의 중량을 다양하게 조정하기에는 한계에 부딪히게 된다. 상기 외경이 10밀리미터(mm)인 진동 발생기의 경우는 평면요크(143)의 무게는 피가진체 무게의 1% 정도로 평면요크(143)의 두께를 20% 키워도 피가진체 전체 무게 증가는 0.2% 정도의 증가에 거치게 되어, 평면요크(143)를 조정하여서는 피가진체의 고유진동수를 1헤르츠(Hz)를 변경하기도 어려워 실질적으로 진동하는 부품의 공진주파수를 조정하기 어렵게 되고, 진동력의 저하라는 결과로 나타나서 실용성이 크게 떨어진다.

이에 대한 대책으로 고안된 사례를 도 3에 나타내었다. 도 3에서는 스프링(220)이 결합되는 요크(212) 상부에 자성체 가루가 분산된 액체 즉, 자성유체(245)의 도포량을 가감하여 진동하는 부품의 공진주파수를 미세 조정도 하고 진동 진폭이 크게 되어 기구적으로 접촉이 발생하게 되면 발생하는 충격과 소음도 줄 이는 방안을 제시하고 있다. 이 개량된 고안에서는 도 1의 고안 보다는 훌륭한 조정 수단을 제공하지만 자성유체(245)를 스프링(220)과 결합되는 요크(241) 상부에 도포하게 된다. 도 3의 고안에서 제시한 설계 구조적 요인으로 스프링(220)이 케이스(212)에 결합된 후에 자성유체(245)를 도포할 수 밖에 없게 되어 결국 케이스(212)의 상부에 자성유체(245) 도포를 위한 개구부(213)를 만들어 개구부를 통해 자성유체(245)를 도포하게 되어 액체를 도포하는 작업도 어렵고 과다하게 도포 되었을 경우는 자성유체(245)를 제거하는 작업은 더 까다롭다. 또한, 이물 침입을 막기 위해서 별도의 밀봉작업을 필요로 하고, 이런 자성유체(245)는 가격이 비싼 특수한 재료이기 때문에 제품의 단가를 비싸게 하는 단점이 있다.

이런 단점을 개선한 또 다른 개량 고안을 도 4에 소개한다. 요크(341) 외측으로 결합되는 질량체(344)의 노출 표면에 링 형상의 요홈부(345)를 만들고 상기 요홈부(345)에 링 형상의 추가 질량체를 별도로 추가 결합시키는 방법을 제안하고 있다. 그러나 이 방법은 별도의 추가 질량 도포용 개구부(도3의 213)는 필요하지는 않지만 질량체(344)의 노출 표면에 링 형상의 요홈부(345)에 조립될 별도의 링 형상으로 된 부품을 따로 만들어야 하고 또 별도로 부착하는 공정이 필요하여 원가적으로 비용이 추가 발생하는 단점이 있다.

본 고안은 케이스(12)의 안쪽에 충격 흡수용 댐퍼(13)을 결합한 후에 상기 케이스(12)와 요크(41)에 각각 결합되는 스프링(20), 상기 요크(41)에 결합되는 마그네트(42), 상기 마그네트(42) 다른 일면에 결합되는 평면요크(43), 그리고, 상기 결합상태에서 요크(41) 외측으로 질량체(44)를 추가 결합시키고, 통전 수단을 같이 구비하는 베이스 어셈블리(11)의 안 쪽에 두 번째의 충격 흡수용 댐퍼(14)를 결합하고, 상기 평면 요크(43)와 요크(41)의 개구부에 배치되게 코일(30)을 베이스 어셈블리(11)에 결합한 후에 코일(30)을 베이스 어셈블리(11) 상의 통전 수단과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스(12)와 피가진부의 결합체와 최종 결합하는 것으로 구성된다.

본 고안에서는 두 가지 면에서 종래의 고안들과 차별화된다.

첫 번째로, 진동발생기의 구조를 설계함에 있어서 중량이 제일 큰 중량체(44)를 피가진체 조립시 최종적으로 결합시킬 수 있는 구조로 설계하였다. 바람직하기로는 스프링상수(k) 측정값에 따라 두께를 몇 가지로 차별화하여 여러 종류의 질량으로 미리 준비한 중량체(44) 중에서 공진주파수를 가진주파수에 가장 가깝게 하는 중량체(44)를 선정하여 조립할 수 있게 하는 것이다. 이는 도 1의 고안보다 공진주파수 조절력이 훨씬 우수하고 도 3의 고안에서 필요로 하는 고가의 자성유체(245)를 사용 않고 또, 밀봉해야 하는 개구부(213)도 필요 없으며 도 4의 고안과 비교하여도 질량체(344)의 노출 표면에 링 형상의 요홈부(345)에 조립될 별도의 링 형상으로 된 부품을 따로 만들거나 별도로 부착하는 공정이 필요 없게 된다. 예를 들어 설명하면 휴대폰에 많이 사용되는 케이스(12)의 외경이 10 밀리미터(mm)인 진동 발생기의 경우는 도 6에서 나타난 것처럼 피가진체의 공진주파수가 가진주파수에서 대략 5 헤르츠(Hz)만 벗어나도 진동의 세기가 많이 줄어든다. 즉, 피가진체의 공진주파수를 가진주파수와 수 헤르츠(Hz) 차이가 나지 않도록 피가진체의 공진주파수를 조절할 수 있는 설계 구조가 되어야 한다는 의미이며 본 고안은 도 7에서 나타난 것처럼 피가진체 조립시 최종적으로 조립하는 질량체(44)의 두께의 미세한 조정으로 피가진체의 공진주파수를 수 헤르츠(Hz)의 수준으로 훌륭하게 조정할 수 있음을 나타내고 있다.

두 번째로 본 고안의 구조 설계에 따라 베이스 어셈블리(11) 안 쪽 뿐 아니라 케이스(12) 안 쪽에도 자성유체(245)와는 비교할 수 없이 저렴한 수지류 발포재나 고무류 등의 일반 댐퍼(13)를 부착하여 과도한 진폭이 발생하더라도 충격을 줄여서 불필요한 소음을 감소시키므로 저렴한 부품으로도 자성유체(245)가 제공하는 효과를 거둘 수 있어 성능 및 원가적으로 타 고안들과 비교시 차별화된다.

본 고안은 일반적으로 금속으로 제조되는 케이스(12)의 안쪽에 수지류 발포재나 고무류 등의 탄성이 있는 충격 흡수용 댐퍼(13)를 결합한 후에 상기 케이스(12)와 통상 연자성체 재질로 제조되는 요크(41)에 바람직하기는 용접방식 혹은 접착방식으로 결합되는 스프링(20), 상기 요크(41)에 결합되는 상하 방향으로 착자되는 마그네트(42), 상기 마그네트(42) 다른 일면에 결합되는 통상 연자성체 재질의 평면 요크(43), 그리고, 상기 결합상태에서 요크(41) 외 측으로 바람직하기에는 텅스텐과 같은 고비중재의 소결품으로 제조되는 질량체(44)를 추가 결합시키 고, 얇은 회로기판이나 금속 단자와 같은 통전 수단을 같이 구비하는 베이스 어셈블리(11)의 안 쪽에 두 번째의 충격 흡수용 댐퍼(14)를 결합하고, 상기 평면 요크(43)와 요크(41)의 개구부에 배치되게 코일(30)을 베이스 어셈블리(11)에 결합한 후 베이스 어셈블리(11) 상의 통전 수단과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스(12)와 피가진부의 결합체와 최종 결합하는 것으로 구성된다.

본 고안에서 피가진부를 조립할 때 질량체(44)를 최종적으로 조립할 수 있게 요크(41)를 설계함으로써, 중량체(44) 조립 전에 스프링(20)의 스프링 상수(k)를 측정하고 그 결과에 따라 통상 150~180헤르츠(Hz) 정도에서 선정되는 코일(30)에 인가되는 전류의 변환 주파수인 가진주파수에 피가진체의 공진 주파수가 일치되게 하는 중량체(44)의 무게를 골라 조립할 수 있게 된다. 이 고안의 장점을 이해하기 위해 기 기술한 본 고안의 첫 번째 효과에 대해서 사례를 들어 구체적으로 설명하고자 한다. 예를 들어 휴대폰에 많이 사용되는 케이스(12)의 외경이 10밀리미터(mm)인 진동 발생기의 경우는 소형화를 위해 통상적으로 중량체(44)는 텅스텐 소결품과 같이 고 비중체를 사용하므로 피가진체 무게의 대략 90% 정도를 차지하게 된다. 따라서, 중량체(44)의 두께를 1% 조정하면 피가진체의 중량을 대략 0.9% 조정할 수 있게 된다. 도 1의 종래의 고안에서는 평면요크(143)의 두께를 20%나 변경해도 피가진체의 중량이 0.3% 정도 조정되는 것에 비하면 획기적인 공진주파수 조절력을 확보하게 됨을 알 수 있다. 본 기술 분야 종사자는 쉽게 인지하는 사항이나 중량체(44)의 두께를 조정하는 것은 소결성형 금형을 추가로 만들지 않고 금형의 가압 높이만 조정하는 것으로 다수의 다른 두께를 갖는 중량체(44)를 용이 하게 만들 수 있다.

도 1은 종래의 선형진동발생기의 측 단면을 도시한다.

도 2는 종래의 선형진동발생기의 스프링이 나타나는 평면도를 도시한다.

도 3은 종래의 선형진동발생기 개량사례의 측 단면을 도시한다

도 4는 또 다른 종래의 선형진동발생기 개량사례의 측 단면을 도시한다.

도 5는 본 고안의 구조를 도시한다.

도 6은 본 고안의 가진주파수에 따른 진동의 크기 변화의 사례를 도시한다

도 7은 본 고안의 중량체의 두께와 공진주파수 관계의 사례를 도시한다

Claims (2)

1. 케이스의 안쪽에 충격 흡수용 댐퍼를 결합한 후에 상기 케이스와 요크에 각각 결합되는 스프링, 상기 요크에 결합되는 마그네트, 상기 마그네트 다른 일면에 결합되는 평면 요크, 그리고, 상기 결합상태에서 요크 외측으로 질량체를 추가 결합시키고, 통전 수단을 같이 구비하는 베이스 어셈블리의 안 쪽에 두 번째의 충격 흡수용 댐퍼를 결합하고, 상기 평면 요크와 요크의 개구부에 배치되게 코일을 베이스 어셈블리에 결합한 후에 코일을 베이스 어셈블리 상의 통전 수단과 회로적으로 연결한 후 상기 케이스와 피가진부의 결합체와 최종 결합하는 구성되는 선형 진동발생기.
2. 제 1항에 있어서 케이스측과 베이스 어셈블리 측에 부착되는 충격 흡수용 댐퍼를 한 측 또는 양 측 모두를 삭제한 선형 진동발생기

Images