KR20120118281A - 압전소자가 장착된 바이브레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것으로서, 특히 압전소자의 휨변형을 이용하여 진동을 발생시키는 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것이다.
본 발명의 압전소자가 장착된 바이브레이터는, 일면이 대상물에 면접촉하여 고정 결합되는 진동부재와; 상기 진동부재에 결합되는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부로 이루어지되, 상기 진동부재는, 하면이 대상물에 면접촉하여 고정되는 고정부와; 상기 고정부에서 상방향으로 절곡 형성되고 상기 압전소자가 면접촉하여 결합되는 가동부로 이루어지며, 상기 압전소자는 상기 전원부로부터 전원이 공급되면 휨 변형되어 상기 가동부를 변형시켜 진동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

압전소자가 장착된 바이브레이터 { VIBRATOR MOUNTED PIEZOELECTRIC ELEMENT }
본 발명은 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것으로서, 특히 압전소자의 휨변형을 이용하여 진동을 발생시키는 압전소자가 장착된 바이브레이터에 관한 것이다.
근래에는 소형 휴대단말기의 터치스크린 또는 터치패드를 통해 햅틱 피드백을 구현하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이러한 휴대단말기에 햅틱 피드백을 제공하기 위한 장치로 진동발생장치가 주로 이용되고 있는데 이러한 진동발생장치는 솔레노이드의 원리를 이용하고 있다.
이렇게 솔레노이드를 이용한 진동발생장치는 보빈에 권취되는 코일의 수 및 전류 세기에 비례하여 자력을 발생시킨다.
따라서, 솔레노이드를 이용한 진동발생장치는 자력의 세기를 증대하여 진동력을 강화하기 위해서는 필연적으로 부피가 커지거나 전력소모가 심해지는 문제가 있다.
이에 진동력을 증대시키면서 저전력을 소모하고 소형화가 가능한 진동발생장치의 개발이 요원한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 진동력을 증대시키면서 저전력을 소모하며 소형화할 수 있는 압전소자가 장착된 바이브레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 압전소자가 장착된 바이브레이터는, 일면이 대상물에 면접촉하여 고정 결합되는 진동부재와; 상기 진동부재에 결합되는 압전소자와; 상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부로 이루어지되, 상기 진동부재는, 하면이 대상물에 면접촉하여 고정되는 고정부와; 상기 고정부에서 상방향으로 절곡 형성되고 상기 압전소자가 면접촉하여 결합되는 가동부로 이루어지며, 상기 압전소자는 상기 전원부로부터 전원이 공급되면 휨 변형되어 상기 가동부를 변형시켜 진동을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 가동부는, 상기 고정부에서 상방향으로 절곡되어 연장 형성된 제1가동면과; 상기 제2가동면의 상부에서 수평방향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면으로 이루어지되, 상기 압전소자는 상기 제2가동면에 면접촉하여 결합된다.
상기 제2가동면의 길이는 상기 제1가동면의 길이보다 길도록 한다.
상기 가동부는 상기 제2가동면에서 하방향으로 절곡되어 연장 형성된 제3가동면을 더 포함하여 이루어지되, 상기 제3가동면은 대상물과 이격되어 있고, 상기 제3가동면에는 중량체가 장착되어 있다.
상기 중량체는 긴 막대 형상으로 형성되어, 일단이 상기 제3가동면에 고정결합되고 타단은 상기 제2가동면 방향으로 돌출되어 자유단으로 배치된다.
또한, 상기 전원부를 제어하여 상기 압전소자에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어지되, 상기 압전소자는 상기 제어부에 의해 인가되는 전원에 의해 변형되어 상기 진동부재의 진동을 발생시키고, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 파형은 사인파 형태로 이루어진다.
상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수가 되도록 한다.
상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 100 ~ 350 HZ임이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 압전소자가 장착된 바이브레이터에 따르면, 진동력을 증대시키면서 저전력을 소모하며 소형화할 수 있다.
대상물에 고정되는 고정부로부터 상방향으로 절곡 형성된 가동부에 압전소자가 장착되어 있는바, 상기 고정부를 통해 상기 대상물에 상기 진동부재를 강하게 고정결합시킬 수 있고, 상기 가동부에서 발생된 진동을 상기 대상물에 보다 잘 전달할 수 있다.
또한, 상기 가동부가 제1가동부와 제2가동부로 이루어지고, 상기 제2가동부에 압전소자가 장착되도록 함으로써, 상기 압전소자가 결합된 제2가동부가 절곡부위를 통해 고정부와 연결되기 때문에 상기 압전소자의 휨변형에 따라 상기 제2가동부의 상하변형량을 크게 할 수 있어 상기 진동부재의 진동발생량을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이브레이터의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이브레이터를 대상물에 설치한 상태의 정면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 다른 바이브레이터를 대상물에 설치한 상태의 정면도,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이브레이터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이브레이터를 대상물에 설치한 상태의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 다른 바이브레이터를 대상물에 설치한 상태의 정면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압전소자(20)가 장착된 바이브레이터는, 진동부재(10)와, 압전소자(20)와, 전원부(미도시)와, 중량체(30)를 포함하여 이루어진다.
상기 진동부재(10)는 일면이 진동시키고자 하는 대상물(40)에 면접촉하여 고정 결합된다.
이러한 상기 진동부재(10)는 고정부(11)와 가동부(12)로 이루어진다.
상기 고정부(11)는 하면이 대상물(40)에 면접촉하여 고정되어 있다.
상기 가동부(12)는 상기 고정부(11)에서 상방향으로 절곡 형성되고 상기 압전소자(20)가 면접촉하여 결합된다.
따라서, 상기 압전소자(20)에 의해 상기 가동부(12)는 휨변형이 발생하게 되고, 상기 고정부(11)는 이러한 상기 가동부(12)의 휨변형에 따른 진동을 상기 대상물(40)에 전달한다.
상기 압전소자(20)는 일반적인 제품을 하는 것인바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 전원부는 상기 압전소자(20)에 전원을 공급하여 상기 압전소자(20)가 휨변형을 발생할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 가동부(12)는, 상기 고정부(11)에서 상방향으로 절곡되어 연장 형성된 제1가동면(13)과, 상기 제2가동면(14)의 상부에서 수평방향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면(14)으로 이루어진다.
이때, 상기 제2가동면(14)은 상기 고정부(11)의 상부에 배치되어 있도록 한다.
상기 압전소자(20)는 상기 제2가동면(14)에 면접촉하여 결합된다.
상기 가동부(12)는 상기 제2가동면(14) 없이 상기 제1가동면(13)만으로 형성될 수도 있으나, 상기 제1가동면(13)과 제2가동면(14) 모두를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 압전소자(20)는 상기 제1가동면(13)에 면접촉하여 결합될 수도 있으나, 상기 고정부(11)의 거리를 멀리하기 위해 상기 제2가동면(14)에 면접촉하여 결합되도록 한다.
그리고, 상기 제2가동면(14)의 길이는 상기 제1가동면(13)의 길이보다 길도록 한다.
이는 상기 제2가동면(14)에 결합된 상기 압전소자(20)가 휨변형될 때 상기 제2가동면(14)도 함께 휨변형되게 되는데, 이때 상기 제2가동면(14)의 길이가 길게 되면, 상기 제2가동면(14)의 휨변형폭이 커져 높다 큰 진동을 발생시킬 수 있기 때문이다.
상기 가동부(12)는 상기 제2가동면(14)에서 하방향으로 절곡되어 연장 형성된 제3가동면(15)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제3가동면(15)의 하부는 상기 고정부(11)가 결합된 대상물(40)과 이격되어 있도록 한다.
상기 제3가동면(15)에는 긴 막대 형상의 상기 중량체(30)가 결합되어 있다.
상기 중량체(30)는 일단이 상기 제2가동면(14)에 고정결합되고, 타단이 상기 제2가동면(14) 방향으로 돌출되어 자유단으로 배치된다.
이러한 상기 중량체(30)는 상기 진동부재(10)의 진동시 진동발생량을 더욱 크게 하는 역할을 한다.
만일 상기 중량체(30)가 상기 제2가동면(14)에 결합되어 있다면 상기 제2가동면(14)의 휨변형시 상기 중량체(30)에 의해 상기 제2가동면(14)의 휨변형에 장애가 발생할 수 있으나, 본 발명은 상기 중량체(30)가 상기 제2가동면(14)이 아닌 제3가동면(15)에 장착되어 있는바 상기 제2가동면(14)의 휨변형시 상기 중량체(30)의 장애없이 잘 휘어질 수 있다.
또한, 상기 중량체(30)가 상기 고정부(11)로부터 상기 가동부(12)를 통해 가장 먼 거리에 배치되어 있는바, 상기 가동부(12)의 진동시 진동량을 더욱 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 압전소자(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2가동면(14)에만 장착될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1가동면(13)에만 장착될 수도 있으며, 필요에 따라서는 상기 압전소자(20)가 2개로 이루어져 상기 제1가동면(13) 및 제2가동면(14) 모두에 장착될 수도 있다.
또한, 상기 전원부를 제어하여 상기 압전소자(20)에 인가되는 전원을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
이때, 상기 압전소자(20)에 인가되는 전압의 파형은 사인파 형태로 이루어지도록 한다.
즉, 입력전압의 파형이 종래의 구형파와 같이 급격한 변화가 있는 것이 아니라, 구형파보다 완만한 기울기를 가지면서 일정한 주기를 갖는 곡선형태로 입력되는 것이다.
그리고, 상기 압전소자(20)에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재(10)의 고유진동수와 일치하는 공진주파수가 되도록 한다.
이로 인해 상기 압전소자(20)에 전압이 인가되면, 인가되는 전압의 주파수가 상기 진동부재(10)의 고유진동수와 일치하기 때문에, 상기 진동부재(10)의 변위량을 극대화하여 진동특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 압전소자(20)에 인가되는 전압의 주파수는 100 ~ 350 HZ임이 바람직하다.
즉, 상기 진동부재(10)의 고유진동수는 100 ~ 350 HZ사이의 주파수이고, 상기 압전소자(20)에 인가되는 전압의 주파수도 100 ~ 350 HZ이기 때문에, 공진현상에 의해 상기 진동부재(10)의 변위량을 크게 할 수 있다.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(20)가 상기 제2가동면(14)에 장착되어 있는 경우에, 상기 전원부에서 상기 압전소자(20)에 전원을 인가하면, 상기 압전소자(20)는 상하방향으로 휨변형을 일으키게 된다.
상기 압전소자(20)가 상하방향으로 휨변형을 일으킴에 따라, 상기 압전소자(20)가 면접촉하여 결합되어 있는 상기 제2가동면(14)도 함께 휨변형된다.
이때, 상기 제2가동면(14)의 일단은 상기 제1가동면(13) 및 고정부(11)를 통해 상기 대상물(40)에 고정되어 있는바, 고정되어 있지 않는 상기 제3가동면(15)과 연결된 상기 제2가동면(14)의 타단이 상하방향으로 휨변형을 일으키면서 휘어지게 된다.
그러다가 상기 압전소자(20)에 인가되는 전원을 차단하면 상기 압전소자(20) 및 제2가동면(14)은 휨변형이 없는 초기상태로 복원한다.
이러한 휨변형을 발생시키기 위해 상기 압전소자(20)에 전원을 인가 및 차단하는 것을 반복하게 되면, 상기 압전소자(20) 및 제2가동면(14)은 상하방향으로 휨변형되면서 상기 진동부재(10)는 상하방향으로 진동을 발생시키게 된다.
즉, 상기 가동부(12)재는 상기 제1가동면(13)과 제2가동면(14)이 접하는 지점을 중심으로 상기 제2가동면(14)이 상하방향으로 운동하면서 진동을 발생시키게 된다.
이때, 상기 중량체(30)에 의해 상기 가동부(12)재는 더욱 큰 진동을 발생시키게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(20)가 상기 제1가동면(13)에 장착되어 있는 경우에는, 상기 제1가동면(13)은 좌우방향으로 휨변형되고, 상기 제1가동면(13)과 연결된 상기 제2가동면(14)은 상기 제1가동면(13)이 좌우방향으로 휨에 따라 자연스럽게 상하방향으로 운동을 하면서 진동을 발생시키게 된다.
위와 같이 본 발명은 대상물(40)에 고정되는 고정부(11)로부터 상방향으로 절곡 형성된 가동부(12)에 압전소자(20)가 장착되어 있는바, 상기 고정부(11)를 통해 상기 대상물(40)에 상기 진동부재(10)를 강하게 고정결합시킬 수 있고, 상기 가동부(12)에서 발생된 진동을 상기 대상물(40)에 보다 잘 전달할 수 있다.
또한, 상기 가동부(12)가 제1가동부(12)와 제2가동부(12)로 이루어지고, 상기 제2가동부(12)에 압전소자(20)가 장착되도록 함으로써, 상기 압전소자(20)가 결합된 제2가동부(12)가 절곡부위를 통해 고정부(11)와 연결되기 때문에 상기 압전소자(20)의 휨변형에 따라 상기 제2가동부(12)의 상하변형량을 크게 할 수 있어 상기 진동부재(10)의 진동발생량을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 파형이 사인파 형태이고, 상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수가 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수이기 때문에, 저전력으로 진동량을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명인 압전소자가 장착된 바이브레이터는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10 : 진동부재, 11 : 고정부, 12 : 가동부, 13 : 제1가동면, 14 : 제2가동면, 15 : 제3가동면,
20 : 압전소자, 30 : 중량체, 40 : 대상물,

Claims (8)

  1. 일면이 대상물에 면접촉하여 고정 결합되는 진동부재와;
    상기 진동부재에 결합되는 압전소자와;
    상기 압전소자에 전원을 인가하는 전원부로 이루어지되,
    상기 진동부재는,
    하면이 대상물에 면접촉하여 고정되는 고정부와;
    상기 고정부에서 상방향으로 절곡 형성되고 상기 압전소자가 면접촉하여 결합되는 가동부로 이루어지며,
    상기 압전소자는 상기 전원부로부터 전원이 공급되면 휨 변형되어 상기 가동부를 변형시켜 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가동부는,
    상기 고정부에서 상방향으로 절곡되어 연장 형성된 제1가동면과;
    상기 제2가동면의 상부에서 수평방향으로 절곡되어 연장 형성된 제2가동면으로 이루어지되,
    상기 압전소자는 상기 제2가동면에 면접촉하여 결합된 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2가동면의 길이는 상기 제1가동면의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 가동부는 상기 제2가동면에서 하방향으로 절곡되어 연장 형성된 제3가동면을 더 포함하여 이루어지되,
    상기 제3가동면은 대상물과 이격되어 있고,
    상기 제3가동면에는 중량체가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 중량체는 긴 막대 형상으로 형성되어, 일단이 상기 제3가동면에 고정결합되고 타단은 상기 제2가동면 방향으로 돌출되어 자유단으로 배치되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전원부를 제어하여 상기 압전소자에 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 압전소자는 상기 제어부에 의해 인가되는 전원에 의해 변형되어 상기 진동부재의 진동을 발생시키고,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 파형은 사인파 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 상기 진동부재의 고유진동수와 일치하는 공진주파수인 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 압전소자에 인가되는 전압의 주파수는 100 ~ 350 HZ인 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 바이브레이터.
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