KR20110062509A - 햅틱 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 햅틱 디바이스는 외부터치에 의해 수축 또는 팽창하며 진동을 발생시키는 액츄에이터 및 상기 액츄에이터의 하부에 장착되어 상기 진동을 배가시키도록 스프링이 구비된 스프링타입플레이트를 포함한다.

햅틱, 액츄에이터, 터치, 진동

Description

햅틱 디바이스{Haptic device}

본 발명은 햅틱 디바이스에 관한 것이다.

최근 전자제품을 간편하게 사용하려는 사용자의 요구에 따라 전자제품을 터치하여 입력하는 터치스크린의 사용이 보편화되고 있다. 터치스크린 장치는 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하고 피드백을 좀더 다양화하는 개념이 포함된다.

터치스크린 장치는 공간절약이 가능하고 조작성 향상과 간편성을 이룰 수 있고, 사양변경 간편하며 이용자 인식이 높다는 점 외에도 IT 기기와의 연동성이 용이하다는 많은 장점이 있다. 이와 같은 장점으로 인해, 산업, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등 다양한 분야에서 폭넓게 이용되고 있다.

일반적으로 터치스크린 장치는 투명성을 갖는 터치패널이 화상을 표시하는 LCD 등의 화상표시장치에 밀착되게 배치되고, 사용자가 터치패널을 통하여 화상을 보면서 터치패널을 압박 조작하는 경우 햅틱 디바이스에 의해 터치패널에 진동감이 인가됨으로써 사용자에게 진동감이 전달된다.

햅틱 디바이스에는 압전특성을 활용하는 액츄에이터가 활용되는바, 이경우 분극(Polling) 방향에 따라 특성이 달라진다.

예를 들어, 분극방향이 동일하면 변위량을 0.36, 발생력은 0.42가 되어 변환률이 8.4%가 되지만, 분극방향이 반대방향이면 변위량은 43, 발생력은 0.08이 되어 변환율이 4.9%가 된다. 이에 따라, 분극방향을 변화시킴으로써 변위를 키울 것인지 발생력을 키울 것인지를 선택할 수 있다.

분극방향이 동일방향인 경우 액츄에이터의 하부에 플레이트를 부착시켜 상하진동을 일으키도록 한다.

반면, 분극방향이 반대방향이며 2층 이상 적층형인 경우 액츄에이터 자체로 상하진동을 만들어낸다. 이때 액츄에이터 자체로는 발생력이 작아 액츄에이터로서의 성능이 낮으나, 스프링타입에 적용하면 스프링이 발생력을 증폭시키므로 액츄에이터로서의 성능을 만들어 낼 수 있다

그러나, 종래기술에 따른 액츄에이터는 일반적으로 스프링타입 플레이트에 길이방향으로 장착되므로 햅틱 디바이스의 길이이 길어진다는 단점이 발생되었다.

따라서, 햅틱 디바이스의 길이뿐 아니라 사이즈를 감소시켜 고효율화를 이룰 수 있는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사이즈를 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 고효율화가 가능한 햅틱 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 햅틱 디바이스는 외부터치에 의해 수축 또는 팽창하며 진동을 발생시키는 액츄에이터 및 상기 액츄에이터의 하부에 장착되어 상기 진동을 배가시키도록 스프링이 구비된 스프링타입플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 액츄에이터는 상기 스프링타입플레이트의 너비방향으로 부착된 것을 특징으로 한다.

또한, 스프링타입플레이트는 가장자리부에 두 개 이상의 스프링이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 스프링은 판스프링인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액츄에이터는 피에조 또는 폴리머 액츄에이터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액츄에이터는 2층 이상 적층형이며 분극방향이 반대방향인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

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.

본 발명에 따르면, 스프링타입플레이트의 상부에 액츄에이터를 장착함으로써 모듈의 사이즈를 감소할 수 있으며, 사이즈 감소로 인한 액츄에이터의 고효율화가 가능하다.

특히, 액츄에이터의 발생력이 작아도 햅틱 디바이스의 손끝 접촉을 원하는 만큼 생성할 수 있어 액츄에이터의 소형화가 가능하고 이에 따라 원자재 비용을 감소시켜 자재 단가를 인하할 수 있다. 특히나 원자재 가격의 비중이 높은 피에조 액츄에이터의 경우 그 효과가 더 크다.

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.

도 1은 액츄에이터(110)의 분극방향이 동일한 것을 형상화한 도면이고, 도 2는 액츄에이터(110)의 분극방향이 반대인 것을 형상화한 도면이며, 도 3은 액츄에이터(110)의 분극방향이 동일한 경우 길이방향으로 수축 또는 증가되는 것을 나타낸다. 또한, 도 4는 액츄에이터(110)의 하부에 플레이트가 장착된 것을 나타내며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스프링타입플레이트(121)에 액츄에이터(110)가 장착된 것을 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 액츄에이터(110)의 분극방향이 동일한 경우를 형상화한 도면이고 도 2는 본 발명에 따른 액츄에이터(110)의 분극방향이 반대인 경우를 형상화한 도면이다. 여기서, 본 발명에 따른 액츄에이터(110)에 사용되는 압전체는 외부의 기계적인 압력이 가해졌을 때 물질 내부에 분극이 유도되거나 외부 전기장에 의해 기계적인 변형이 일어나는 재료를 말한다. 전자시계에 사용되는 수정이 대표적인 응용사례이다. 수정결정에 약한 전기를 흘려주면 결정의 방향이나 크기에 따라 일정한 주파수를 가지고 진동을 하게 되는데 이 진동회수를 계산하여 시계로 사용된다.

현재, 압전체로 가장 많이 사용되는 재료는 PZT 재료인데 페로브스카이트 결정구조를 가지며 가스레인지 착화기, 초음파 발진기(가습기, 초음파 탐지, 비파괴검사), 압전변압기 등에 널리 사용된다. 최근에는 아주 정밀한 변위가 가능하여 액츄에이터(110) 응용에 대한 연구가 활발히 진행되어 원자력간현미경, 초음파모터 등에 응용되고 있다. 그러나 PZT는 중량 대비 납이 60% 이상 차지하고 있어 환경오염이나 인체에 유해할 가능성이 있어 최근에는 납이 들어가지 않는 압전재료의 개발이 활발히 연구되고 있다.

여기서, 압전체의 분극이란 전기장을 가했을때 전기적으로 극성을 띤 분자들이 전체적으로 정렬하여 물체가 전기를 띠는 현상을 말하며, 분극방향이란 이러한 전기를 띠는 방향을 말한다. 전기장 내에 물체를 놓으면 도체인 경우는 자유전자들이 물체 내에서 움직여 정전기 유도현상이 나타나지만, 전기장을 가하면 극성 분자들이 전기장과 반대방향으로 정렬하여 표면에 전기를 띠게 되는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분극방향이 동일한 경우 변위는 약 0.36이며, 발생력은 약 0.42가 되어 변환율이 약 8.4%가 된다.

반면, 도 2에 도시된 바와 같이, 분극방향이 반대방향인 경우에는 변위가 약 43이며, 발생력은 약 0.08이 되어 변환율이 약 4.9%가 된다.

이와 같이, 압전특성을 활용하는 액츄에이터(110)의 경우 분극방향에 따라 특성이 달라지므로 변위를 키울 것인지 발생력을 키울 것인지에 따라 분극방향을 결정하면 된다.

도 3은 분극방향이 동일한 경우 액츄에이터(110)가 길이방향으로 수축 또는 팽창하는 것을 도시한 것이며, 도 4는 수축 또는 팽창하는 액츄에이터(110)의 하부에 플레이트(120)를 부착하여 진동력을 배가시키는 것을 나타낸다. 액츄에이터(110)의 하부에 플레이트(120)가 부착됨에 따라 액츄에이터(110)의 수축 또는 팽창에 의해 플레이트(120)가 휘어지게 되고 이로 인해 상하진동이 원활히 진행하게 된다.

본 발명에 따른 액츄에이터(110)는 분극방향이 반대인 2층 이상의 액츄에이터(110)를 적층시켜 상하진동을 만들어내는 것으로, 이 경우 상기 기술한 바와 같이 분극방향이 동일한 경우보다 발생력이 작고 액츄에이터(110)로서의 성능이 낮다.

따라서, 이를 극복하기 위하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 액츄에이터(110)의 하부에 스프링타입플레이트(121)를 장착한다.

스프링타입플레이트(121)는 액츄에이터(110)가 진동시 스프링이 발생력을 증 폭시키므로 액츄에이터(110)로서의 성능을 증폭시킬 수 있다. 스프링타입플레이트(121)의 상부에 액츄에이터(110)를 길이방향으로 장착시키면 모듈의 길이가 길어지므로, 도 5에 도시한 바와 같이 스프링타입플레이트(121)의 너비방향으로 액츄에이터(110)를 장착시킨다.

여기서, 스프링타입플레이트(121)는 바람직하기로 가장자리부에 두 개 이상의 스프링이 장착되며, 모든 종류의 스프링이 사용가능하며, 판스프링이 사용될 수도 있다.

액츄에이터(110)의 장착위치는 스프링타입플레이트(121)의 너비방향이 가장 바람직하나, 모듈의 길이를 증가시키지 않는 범위 내에서 스프링타입플레이트(121)의 길이방향장착도 가능하며 모든 방향으로도 장착이 가능하다

액츄에이터(110)는 피에조 또는 폴리머 액츄에이터를 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명의 바람직할 실시예에 따른 액츄에이터(110)는 스프링타입플레이트(121)의 상부에 장착되어 모듈의 사이즈를 감소할 수 있으며, 사이즈 감소로 인한 액츄에이터(110)의 고효율화가 가능하다. 특히, 액츄에이터(110)의 발생력이 작아도 햅틱 디바이스의 손끝 접촉을 원하는 만큼 생성할 수 있어 액츄에이터(110)의 소형화가 가능하고 이에 따라 원자재 비용을 감소시켜 자재 단가를 인하할 수 있다. 특히나 원자재 가격의 비중이 높은 피에조 액츄에이터(110)의 경우 그 효과가 더 크다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 햅틱 디바이스는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

도 1은 액츄에이터의 분극방향이 동일한 형상을 나타낸 도면;

도 2는 액츄에이터의 분극방향이 반대인 형상을 나타낸 도면;

도 3은 본 발명에 따른 액츄에이터의 수축 및 팽창을 나타낸 도면;

도 4는 본 발명에 따른 액츄에이터의 하부에 플레이트가 장착된 것을 나타낸 도면;

도 5는 본 발명에 따른 액츄에이터의 하부에 스프링타입플레이트가 장착된 것을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 햅틱 디바이스 110 : 액츄에이터

120 : 플레이트 121: 스프링타입플레이트

Claims (6)

1. 외부터치에 의해 수축 또는 팽창하며 진동을 발생시키는 액츄에이터; 및

   상기 액츄에이터의 하부에 장착되어 상기 진동을 배가시키도록 스프링이 구비된 스프링타입플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 액츄에이터는 상기 스프링타입플레이트의 너비방향으로 부착된 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.
3. 상기 스프링타입플레이트는 가장자리부에 두 개 이상의 스프링이 구비된 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 스프링은 판스프링인 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 액츄에이터는 피에조 또는 폴리머 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 액츄에이터는 2층 이상 적층형이며 분극방향이 반대방향인 것을 특징으로 하는 햅틱 디바이스.

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