KR20120140173A - 에너지 변환 모듈 - Google Patents
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Abstract
에너지 변환 모듈은 제1 트랜스듀서, 지지체 및 블록을 포함한다. 지지체의 제1 단은 제1 평판에 가압접촉되거나 고정설치되고, 제2 단은 제1 트랜스듀서의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치된다. 블록의 제1 단은 제1 트랜스듀서의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되고, 제2 단은 제2 평판에 가압접촉되거나 고정설치된다.
Description
본 발명은 트랜스듀서(transducer)에 관한 것이며, 특히 트랜스듀서를 사용하여 음향파 또는 햅틱 진동을 발생시키는 에너지 변환 모듈에 관한 것이다.
트랜스듀서는 일종의 에너지 형태를 다른 에너지 형태로 변환시키는 에너지 변환 장치이다. 가장 흔히 보는 것은 모터 또는 발전기와 같은 전기기계식의 트랜스듀서이며, 모터는 입력되는 전기에너지를 전자기유도를 통해 기계에너지로 변환하여 출력하며, 일반적으로 흔히 보는 모터는 회전 운동의 방식으로 기계에너지를 출력하며, 예를 들면 브러쉬 직류 모터, 서보 모터(servo motor), 스테퍼 모터 등이다. 기타 비교적 보기 드문 리니어 모터(liner motor) 같은 경우는 입력되는 전기에너지를 선형 운동에너지로 직접적으로 변환하여 출력한다. 에너지 변환 방향을 변화시켜 입력되는 기계에너지를 전기에너지로 변환하여 출력하는 장치를 발전기라 부르며, 흔히 보는 발전기형식은 전력시스템에 이용되는 단상 또는 3상 교류발전기이다. 이밖에, 트랜스듀서는 지능재료(smart material)로 설계를 실현할 수 있으며, 흔히 보는 지능재료는 예를 들면 압전 재료(piezoelectric material), 전기 활성 고분자(EAP), 형상 기억 합금(SMA), 자왜 재료(magnetostrictive material), 전왜 재료(electrostrictive material) 등이다. 도 1은 종래의 에너지 변환 장치를 나타내며, 그 중 트랜스듀서(10)는 흔히 압전 재료로 구성되며, 예를 들면 유니몰프(unimorph), 바이몰프(bimorph) 또는 멀티몰프(multimorph)로서 그 역압전 효과(reverse piezoelectric effect)의 특성을 이용하여 입력된 전기 신호를 기계 운동으로 변환하여 출력한다. 일반적으로 사용하는 압전 시트 형태는 직사각형 또는 원형(버저(buzzer)의 제조에 이용됨)이나, 기타의 형식일 수도 있으며, 실제적인 응용 상황에 따라 결정한다. 만약 출력되는 힘크기를 성능 지표로 하면, 멀티몰프가 가장 바람직하고, 그 다음은 바이몰프이며, 유니몰프가 가장 바람직하지 않다. 만약 원가면에서 보자면, 압전 웨이퍼의 가격은 그 압전 재료의 퇴적층수와 양의 상관관계를 가지므로, 만약 성능요구가 높지 않다면, 원가를 고려하여 일반적으로 유니몰프를 사용한다. 도 1에 나타난 구조는 종래의 진동 전달 장치(Vibration propagation Device)이며, 탄성 트랜스듀서(10)를 구동시켜, 접착 부재(12)를 통해 트랜스듀서(10)의 진동에너지를 상부 하우징(14)에 전달하여 음파(acoustic wave) 또는 햅틱 피드백(haptic feedback)을 발생시킨다. 일반적인 종래의 방법은 접착 또는 잠금 고정 등 방식을 통해 트랜스듀서를 상부 하우징(14)의 하측에 고정하며, 진동에너지는 트랜스듀서(10)를 통해 직접적으로 상부 하우징(14)에 전달된다. 그러나 일반적으로 상용되는 트랜스듀서(10)의 재료 때문에, 그 엔드포인트(端點) 또는 가장자리의 진폭 및 출력은 제한이 있어서 전달되는 진동에너지가 제한되므로, 햅틱피드백의 터치반응이 명확하지 않거나 또는 상부 하우징(14)에 의해 발생되는 음압(Sound Pressure Level, SPL)을 과도하게 저감시킨다. 또한 종래의 에너지 변환 장치의 트랜스듀서(10)는 일반적으로 접착 부재(12)를 통해 상부 하우징(14)의 내부 표면에 접착된다. 이러한 조립 방법은 상당한 작업시간을 필요로 하며, 또한 트랜스듀서(10)가 오랫동안 진동한 후에 탈락하는 현상이 쉽게 발생한다.
그러므로, 새로운 에너지 변환 모듈을 안출하여 트랜스듀서의 탈락 문제를 개선하고, 조립 과정을 간단화하거나 또는 관성력을 증가시키는 것이 매우 시급하다.
상기 내용을 감안하여, 본 발명의 실시예의 목적은 에너지 변환 모듈을 제공하는 것이며, 종래의 에너지 변환 장치와 비교하면 비교적 좋은 음파 또는 햅틱 피드백 진동 효과가 있으며, 또는 에너지 변환 장치의 조립 과정 및 사용 수명 또는 안정성을 개선할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 에너지 변환 모듈은 제1 트랜스듀서, 지지체 및 블록을 포함한다. 그 중, 지지체의 제1 단은 제1 평판에 가압접촉되거나 고정설치되고, 제2 단은 제1 트랜스듀서의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치된다. 블록의 제1 단은 제1 트랜스듀서의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되고, 제2 단은 제2 평판에 가압접촉되거나 고정설치된다. 이를 통해, 제1 트랜스듀서의 관성에너지는 블록을 통해 제2 평판에 전달됨으로써 음파 또는 햅틱 피드백을 발생시킨다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 변환 모듈은 제1 트랜스듀서, 지지체 및 블록 외에, 하나 이상의 질량블록을 더 포함하며, 제1 트랜스듀서의 외측 섹션에 설치되어, 제1 트랜스듀서 외측 섹션의 진폭을 증가시키고 전달되는 관성력을 향상시키는데 이용되며 또는 공진 모드(resonant mode)를 조절하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 3 실시예에 따른 에너지 변환 모듈은 제1 트랜스듀서, 지지체, 블록 및 질량블록 외에 하나 이상의 제2 트랜스듀서를 더 포함하며, 질량블록에 고정설치되어 향상시키고자 하는 관성력을 추가적으로 강화시키고, 햅틱 피드백 및 성음(聲音) 출력의 효과를 강화시키며, 또는 공진 모드를 조절하는데 이용할 수 있다.
본 발명의 에너지 변환 장치에 의하면, 종래의 에너지 변한 장치에 비해 비교적 좋은 음파 또는 햅틱 피드백 진동 효과가 있으며, 에너지 변환 장치의 조립 과정 및 사용 수명 또는 안정성을 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 에너지 변환 모듈을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 에너지 변환 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 3은 삽입 방식을 사용하여 지지체, 블록을 각각 제1 평판, 제2 평판에 결합한 것을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 2의 변형을 나타낸 것이다.
도 5a는 제1 트랜스듀서의 상세한 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6e는 각종 형태의 제1 트랜스듀서를 예시한 평면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제2 실시예의 각종 에너지 변환 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 8a 내지 도 8f는 각종 형상의 제1 트랜스듀서 및 질량블록을 예시한 평면도 또는 저면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제3 실시예의 에너지 변환 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 에너지 변환 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 3은 삽입 방식을 사용하여 지지체, 블록을 각각 제1 평판, 제2 평판에 결합한 것을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 2의 변형을 나타낸 것이다.
도 5a는 제1 트랜스듀서의 상세한 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6e는 각종 형태의 제1 트랜스듀서를 예시한 평면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제2 실시예의 각종 에너지 변환 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 8a 내지 도 8f는 각종 형상의 제1 트랜스듀서 및 질량블록을 예시한 평면도 또는 저면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제3 실시예의 에너지 변환 모듈을 나타낸 단면도이다.
[제1 실시예]
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 에너지 변환 모듈(transducer module)의 단면도를 나타내고 있다. 본 실시예에서 에너지 변환 모듈은 전기에너지를 기계에너지로 변환시키는 것이나 이것에 한정하지 않는다.
본 실시예의 에너지 변환 모듈은 주로 제1 트랜스듀서(23, transducer, P로 표시함), 지지체(24) 및 블록(25, block member)을 포함한다. 그 중, 지지체(24)의 제1 단은 제1 평판(21)에 가압접촉되거나 고정설치되고, 제2 단은 제1 트랜스듀서(23)의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치된다. 본 설명서에서 "중앙 섹션"은 물건의 중앙 위치 또는 중앙에 근접한 위치를 말하며, "외측 섹션"은 물건의 중앙 섹션 이외의 위치를 말한다. 블록(25)의 제1 단은 제1 트랜스듀서(23)의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되며, 제2 단은 제2 평판(22)에 가압접촉되거나 고정설치된다. 신속하게 조립하는데 유리하도록 상기의 제1 트랜스듀서(23), 지지체(24) 및 블록(25), 또는 상기의 제1 평판(21), 제1 트랜스듀서(23), 지지체(24) 및 블록(25)은 모듈형태로 제작될 수 있다.
지지체(24)와 제1 평판(21)은 일체로 성형될 수 있거나 또는 분리제작된다. 앞에서 언급한 것과 같이, 블록(25)은 제2 평판(22)에 가압접촉되거나 고정설치된다. 그 중, 가압접촉 방식을 사용하면 조립 및 교체를 쉽게 할 수 있다. 고정설치 방식은 일체 성형, 접착 고정, 잠금 고정, 나사 고정 또는 기타 기술을 사용할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 실시에 있어서 블록(25)은 삽입 방식을 사용하여 제2 평판(22)에 가압접촉하거나 고정설치할 수 있다. 지지체(24)는 또한 삽입 방식을 이용하여 제1 평판(21)에 가압접촉하거나 고정설치할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 평판(21) 또는 제2 평판(22)은 스크린, 터치 패널, 프레임(frame), 기판 또는 하우징일 수 있다. 제1 트랜스듀서(23)의 관성에너지는 블록(25)을 통해 제2 평판(22)에 전달되어 음파(acoustic wave) 또는 햅틱 피드백(haptic feedback)을 발생시킨다. 지지체(24) 또는 블록(25)은 중공체 또는 고형체일 수 있으며, 형상은 통형, 막대형 또는 기타 형상일 수 있으며, 또한 수량은 하나 또는 다수 개이다. 일 실시예의 변형에서 도 4a에 도시한 바와 같이, 지지체(24)는 댐퍼(24B)이며, 그것은 스프링, 탄성고무와 같은 탄성체일 수 있다.
다른 일 실시예의 변형에서 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 제1 평판(21) 상의 지지체(24)에 인접하는 하나 이상의 일측에는 하나 이상의 제1 오목부(24A)가 형성되고, 상기 지지체(24)와 제1 오목부(24A)는 제1 평판(21)이 제작될 때 일체로 성형되거나 또는 제1 평판(21)이 제작된 후 가공 방식으로 형성된다. 지지체(24)는 제1 트랜스듀서(23)의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되며, 상기 제1 오목부(24A) 수량 및 형상은 제1 트랜스듀서(23)의 형상에 따라 변할 수 있으며, 제1 트랜스듀서(23)로 하여금 제1 오목부(24A)에 의해 형성된 제1 오목부 공간 내에서 스윙함으로써 설치 공간을 줄여 박형화의 목적에 도달할 수 있다. 예를 들면, 제1 트랜스듀서(23)가 직사각형이면, 지지체(24) 양측에는 대칭된 2개의 제1 오목부(24A)가 형성되어 있고, 제1 트랜스듀서(23)가 원형이면, 지지체(24) 외측에 환형의 제1 오목부(24A)가 형성되어 있다.
유사한 상황에서, 상기 제2 평판(22) 상의 블록(25)에 인접하는 하나 이상의 일측에는 하나 이상의 제2 오목부(25A)가 형성되어 있고, 상기 블록(25)과 제2 오목부(25A)는 제2 평판(22)이 제작될 때 일체로 성형되거나 또는 제2 평판(22)이 제작된 후 가공 방식으로 형성된다. 블록(25)은 상기 제1 트랜스듀서(23)의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되며, 상기 제2 오목부(25A)의 수량 및 형상은 제1 트랜스듀서(23)의 형상에 따라 변할 수 있으며, 제1 트랜스듀서(23)로 하여금 제2 오목부(25A)에 의해 형성된 내부 오목 공간 내에서 스윙함으로써 설치 공간을 줄여 박형화의 목적에 도달할 수 있다. 예를 들자면, 제1 트랜스듀서(23)가 직사형이면, 블록(25)양측에는 대칭된 2개의 제2 오목부(25A)가 형성되어 있고, 제1 트랜스듀서(23)가 원형이면, 블록(25)의 외측에는 환형의 제2 오목부(25A)가 형성되어 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 지지체(24)와 제1 평판(21)이 일체 성형되며, 블록(25)과 제2 평판(22)은 일체 성형된다. 예에서, 굴착기술을 사용하여 도 4b에 도시된 제1 오목부(24A)와 제2 오목부(25A)를 형성할 수 있다. 블록(25)과 지지체(24)는 각각 제1 트랜스듀서(23)의 상부 표면, 하부 표면에 가압접촉되거나 고정설치된다.
본 실시예에서, 제1 트랜스듀서(23)에 사용되는 지능재료는 압전 재료(예를 들면, 지르콘 티탄산 납(lead zirconate titanate, PZT)), 전기 활성 중합체(electroactive polymer, EAP), 형상 기억 합금(shape memory alloy, SMA) 또는 자왜 재료(magnetostrictive material)일 수 있으나, 그것에 한정하지 않는다.
상기의 에너지 변환 모듈은 제1 트랜스듀서(23)가 전기에너지를 받아 구동되면, 상하 진동을 발생시킨다. 제1 트랜스듀서(23)의 중앙 섹션은 지지체(24), 블록(25)을 통해 제1 평판(21)과 제2 평판(22) 사이에서 결합되며, 외측 섹션의 상하진동은 지지체(24), 블록(25)을 관통하는 중심축(200)으로 하여금 관성력을 발생시키며, 이는 블록(25)을 통해 제2 평판(22)으로 전달되며, 제2 평판(22)을 진동시켜 공기를 밀어내므로, 음파를 발생시키거나 또는 햅틱 피드백을 발생시킨다. 도 1에 도시한 종래의 에너지 변환 장치와 비교하자면, 본 실시예에서는 블록(25)이 탈락하는 상황이 다시 발생하지 않으며, 또한 본 실시예는 종래의 에너지 변환 장치에 비하여 비교적 좋은 음파 또는 햅틱 진동 효과를 가진다. 만약 댐퍼(24B)(도 4a)를 사용한다면, 지지체(24)에 전달되는 진동은 댐퍼(24B)에 의해 흡수되므로, 제1 평판(21)에서 음파 또는 햅틱 진동이 발생하지 않는다.
도 5a는 제1 트랜스듀서(23)의 상세 단면도를 나타낸다. 제1 트랜스듀서(23)는 도전층(230), 제1 지능재료층(231A) 및 제1 전극층(232A)을 포함한다. 그 중, 제1 지능재료층(231A)은 도전층(230)의 상부 표면에 형성되고, 제1 지능재료층(231A)의 상부 표면에 제1 전극층(232A)을 도포한다. 도전층(230) 및 제1 전극층(232A)은 각각 제1 지능재료층(231A)의 구동에 필요한 2개의 전극으로서 상기 도전층(230)은 실시에 있어서 전기전도가 가능한 박막재료(예를 들면 전극층) 또는 판상 재료(예를 들면 금속판)이다. 도전층(230)이 금속판일 때, 제1 트랜스듀서(23)의 견고성, 내구성을 증가시킬 수 있으며, 제2 평판(22)에 전달되는 관성력을 증가시킴으로써 음파(acoustic wave) 또는 햅틱 피드백(haptic feedback)을 발생시킨다. 도 5a의 제1 트랜스듀서(23)는 단일층의 제1 지능재료층(231A)을 사용하므로, 일반적으로 압전 재료로 사용하면 유니몰프(unimorph)라고 부른다.
그밖에, 실시에 있어서 제1 트랜스듀서(23)는 이층 또는 다층의 제1 지능재료층(231A)을 사용하여 종래의 다/적층(multi-layers) 압전 웨이퍼를 형성할 수 있다.
도 5b는 다른 제1 트랜스듀서(23)의 상세 단면도를 나타낸다. 제1 트랜스듀서(23)는 도전층(230), 제1 지능재료층(231A), 제1 전극층(232A), 제2 지능재료층(231B) 및 제2 전극층(232B)을 포함한다. 그 중, 제1 지능재료층(231A)은 도전층(230)의 상부 표면에 형성되고, 제1 지능재료층(231A)의 상부 표면에 제1 전극층(232A)을 도포한다. 제2 지능재료층(231B)은 도전층(230)의 아래에 형성되고, 제2 지능재료층(231B)의 하부 표면에 제2 전극층(232B)을 도포한다. 도전층(230)은 제1 지능재료층/제2 지능재료층(231A/231B)의 공전극(共電極)이며, 제1 전극층/제2 전극층(232A/232B)은 각각 제1 지능재료층/제2 지능재료층(231A/231B)의 구동에 필요한 전극이다. 도 5b의 제1 트랜스듀서(23)는 쌍층의 제1 지능재료층/제2 지능재료층(231A/231B)을 사용하므로, 일반적으로 압전 재료로 사용하면 바이몰프(bimorph)라고 부른다.
도 6a 내지 도 6e는 각종 형태의 제1 트랜스듀서(23)를 예시한 평면도이다. 그 중, 도 6a는 직사각형 제1 트랜스듀서(23)의 평면도를 나타내며, 상기 직사각형 제1 트랜스듀서(23)는 하나 이상의 직사각형 도전층(230) 및 직사각형 제2 지능재료층(231A)을 포함한다(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음). 도 6b는 원형 제1 트랜스듀서(23)의 평면도를 나타내며, 상기 원형 제1 트랜스듀서(23)는 하나 이상의 원형 도전층(230) 및 원형 제1 지능재료층(231A)을 포함한다(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음). 도 6c는 삼각별(tri-forked star)형의 제1 트랜스듀서(23)의 평면도이며, 상기 삼각별형의 제1 트랜스듀서(23)는 하나 이상의 삼각별형 도전층(230) 및 삼각별형 제1 지능재료층(231A)을 포함한다(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음). 도 6d는 십자형 제1 트랜스듀서(23)의 평면도를 나타내며, 상기 십자형 제1 트랜스듀서(23)는 하나 이상의 도전층(230) 및 제1 지능재료층(231A)을 포함한다(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음).
상기 각종 형상의 제1 트랜스듀서(23)는 유니몰프(unimorph)를 예로 들었다. 실시에 있어서 마찬가지로 도전층(230)의 하부 표면에 형성되는 제2 지능재료층을 증가시키고 제2 지능재료층(231b)의 표면에 제2 전극층(232B)을 도포하여, 상기 바이몰프(bimorph)를 형성할 수 있다.
도 6e는 십자형 제1 트랜스듀서(23)의 평면도를 나타내고 있으며, 상기 십자형 도전층(230)에 수직으로 서로 교차되는 2개의 십자형 제1 지능재료층(231A)을 구비하고, 절연 부재(233)를 사용하여 양자를 절연 격리시키며, 상기 절연 부재(233)는 절연층 또는 절연체일 수 있다.
[제2 실시예]
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 변환 모듈의 단면도를 나타낸다. 이하, 본 실시예와 제1 실시예의 다른 점만 설명하며, 나머지 부분은 제1 실시예의 각항 설명을 그대로 사용한다. 본 실시예는 제1 실시예에서 제시한 제1 트랜스듀서(23), 지지체(24) 및 블록(25)을 포함하는 것 외에, 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션에 고정설치되는 하나 이상의 질량블록(inertial mass)을 더 포함한다. 도 7a에 표시된 M과 같이, 질량블록(26A, 26B)은 각각 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 상부 표면에 고정설치된다. 본 설명서에서, 방향 "상(上)"은 제2 평판(22)의 방향을 향하며, 방향 "하(下)"는 제1 평판(21)의 방향을 향한다. 질량블록(26A, 26B)은 각종 형상의 각종 재질을 사용할 수 있으며, 예를 들면 고밀도 재료(예를 들면 금속) 또는 고영률(Young's modulus) 재료(예를 들면 지르코니아(zirconia))이다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 질량블록(26C, 26D)은 각각 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 하부 표면에 고정설치된다. 도 7c는 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 상부 표면, 하부 표면에 고정설치된 질량블록(26A, 26B) 및 질량블록(26C, 26D)을 나타낸다. 도 7d에 도시한 바와 같이, 질량블록(26E, 26F)은 각각 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 측단변에 고정설치된다. 상기 도 7a 내지 도 7d에 도시된 질량블록의 배치 형식은 결합사용할 수 있으며, 예를 들면, 도 7c의 질량블록(26A, 26B) 및 질량블록(26C, 26D)을 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 상부 표면, 하부표면에 고정설치하고, 도 7d의 질량블록(26E, 26F)을 사용하여 각각 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 양측 단변에 고정설치한다.
도 8a 내지 도 8f는 각종 형상의 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록을 예시한 평면도 또는 저면도이다. 그 중, 도 8a는 하나 이상의 직사각형 도전층(230) 및 직사각형 제1 지능재료층(231A)(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음)을 포함한 직사각형 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록(26A, 26B)의 평면도 또는 저면도를 나타낸다. 질량블록(26A, 26B)은 도전층(230)의 외측 섹션에 배치할 수 있으나, 그것에 한정하지 않는다. 도 8b는 하나 이상의 원형 도전층(230) 및 원형 제1 지능재료층(231A)(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음)을 포함한 원형의 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록(26A, 26B, 26C)의 상부도 및 저면도를 나타낸다. 질량블록(26A, 26B, 26C)은 도전층(230) 주변 등각도(120도 각도)의 외측 섹션 3개의 사이드에 배치될 수 있으나, 그것에 한정하지 않으며, 예를 들면, 등각도(90도 각도)의 외측 섹션 4개의 사이드에 배치될 수도 있다. 도 8c는 또 다른 원형 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록(26)의 평면도 또는 저면도를 나타내며, 질량블록(26)은 도전층(230)의 외측 섹션 원주상에 배치된다. 도 8d는 하나 이상의 삼각별형 도전층(230) 및 제1 지능재료층(231A, 제1 전극층(232A)은 도시하지 않음)을 포함한 삼각별(tri-forked star)형 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록(26A, 26B, 26C)의 평면도 또는 저면도를 나타낸다. 질량블록(26A, 26B, 26C)은 도전층(230)의 외측 섹션 3개의 사이드에 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 도 8e는 하나 이상의 십자형 도전층(230) 및 제1 지능재료층(231A)(제1 전극층(232A)은 도시하지 않음)을 포함한 십자형 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록(26A, 26B, 26C, 26D)의 평면도 또는 저면도를 나타낸다. 질량블록(26A, 26B, 26C, 26D)은 도전층(230)의 외측 섹션 4개의 사이드에 배치될 수 있으나, 그것에 한정하지 않는다.
상기 각종 형상의 제1 트랜스듀서(23)는 유니몰프를 예로 들고 있다. 실시에 있어서 마찬가지로 도전층(230)의 하부표면에 형성되는 제2 지능재료층(231B)을 증가시키고, 제2 지능재료층(231B)의 표면에 제2 전극층(232B)을 도포하여, 상기 바이몰프를 형성할 수 있다.
도 8f는 다른 십자형 제1 트랜스듀서(23) 및 질량블록(26A, 26B, 26C, 26D)의 평면도 또는 저면도를 나타내며, 상기 십자형 도전층(230) 상에 수직으로 서로 교차되는 2개의 십자형 제1 지능재료층(231A)을 구비하고, 절연 부재(233)를 사용하여 양자를 절연 격리시킨다. 질량블록(26A, 26B, 26C, 26D)은 도전층(230)의 외측 섹션 4개의 사이드에 배치될 수 있으나 이것에 한정하지 않는다.
상기 제2 실시예에 따른 에너지 변환 모듈에 있어서, 제1 트랜스듀서(23)가 전기에너지를 받아 구동되면 질량블록은 제1 트랜스듀서(23)의 외측 섹션의 관성질량을 증가시키거나 또는 공진 모드를 조절하는데 이용될 수 있다.
[제3 실시예]
도 9a는 본 발명의 제3 실시예의 에너지 변환 모듈의 단면도이다. 이하, 본 실시예와 제1 실시예, 제2 실시예의 다른 점만을 설명하며, 나머지 부분은 제1 실시예, 제2 실시예의 각항 설명을 그대로 사용한다. 본 실시예는 제2 실시예에서 제시한 제1 트랜스듀서(23), 지지체(24), 블록(25) 및 질량블록(26A, 26B)을 포함하는 것 외에, 또한 질량블록(26A, 26B)에 배치된 하나 이상의 제2 트랜스듀서(27A, 27B)를 더 포함한다. 제2 트랜스듀서(27A, 27B)의 재질은 제1 트랜스듀서(23)의 재질을 사용하거나 또는 보이스 코일 모터(voice coil motor), 편축 회전 질량 모터(ERM motor) 또는 선형 공진 액추에이터(Linear Resonance actuator, LRA)의 재질을 사용할 수 있다. 도 9a에 P'로 표시된 제2 트랜스듀서(27A, 27B)는 각각 질량블록(26A, 26B)의 상부 표면에 고정설치되고, 몸체 일부분이 외측을 향해 연신된다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 제2 트랜스듀서(27A, 27B)는 질량블록(26A, 26B)의 측단변에 각각 고정설치된다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 제2 트랜스듀서(27C, 27D)는 질량블록(26C, 26D)의 하부 표면에 각각 고정설치되며, 몸체 일부분이 외측을 향해 연신된다.
상기 제3 실시예에 따른 에너지 변환 모듈에 있어서, 제1 트랜스듀서(23)가 전기에너지를 받아 구동되면, 제2 트랜스듀서(27A~27D)를 더 선택하여 구동시켜 진동을 발생시킬 수 있으며, 동시에 지지체(24), 블록(25)을 관통하는 중심축(200)을 연동시켜 더욱 큰 관성력을 발생시켜, 제2 평판(22)에 전달하여 제2 평판(22)을 구동시켜 공기를 밀어내므로, 더욱 강렬한 음파를 발생시키거나 또는 더욱 강렬한 햅틱 피드백을 발생시킨다. 또는 제2 트랜스듀서(27A~27D)를 더 선택하여 구동시켜 진동을 발생시킴으로써 진동 모드를 조절하는 선택성을 증가시키거나 또는 제1 트랜스듀서(23)의 양단의 진폭을 증가시켜 전달되는 관성력을 더 증가시킬 수 있다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명했으나 본 발명의 권리범위는 여기에 한정되지 않는다. 본 발명에 개시된 정신에 따라 진행한 균등한 변경 또는 수정은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다
10: 트랜스듀서
12: 접착 부재
14: 상부 하우징
21: 제1 평판
22: 제2 평판
23: 제1 트랜스듀서
230: 도전층
231A: 제1 지능재료층
231B: 제2 지능재료층
232A: 제1 전극층
232B: 제2 전극층
233: 절연 부재
24: 지지체
24A: 제1 오목부
24B: 댐퍼
25: 블록
26, 26A~26F: 질량블록
27A~27D: 제2 트랜스듀서
200: 중심축
P: 제1 트랜스듀서
P': 제2 트랜스듀서
M: 질량블록
12: 접착 부재
14: 상부 하우징
21: 제1 평판
22: 제2 평판
23: 제1 트랜스듀서
230: 도전층
231A: 제1 지능재료층
231B: 제2 지능재료층
232A: 제1 전극층
232B: 제2 전극층
233: 절연 부재
24: 지지체
24A: 제1 오목부
24B: 댐퍼
25: 블록
26, 26A~26F: 질량블록
27A~27D: 제2 트랜스듀서
200: 중심축
P: 제1 트랜스듀서
P': 제2 트랜스듀서
M: 질량블록
Claims (20)
- 제1 트랜스듀서;
제1 단은 제1 평판에 가압접촉되거나 고정설치되고, 제2 단은 상기 제1 트랜스듀서의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되어 있는 지지체; 및
상기 제1 단이 상기 제1 트랜스듀서의 중앙 섹션에 가압접촉되거나 고정설치되고, 상기 제2 단은 제2 평판에 가압접촉되거나 고정설치되는 블록;
을 포함하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 지지체 또는 블록은 삽입 방식으로 상기 제1 평판 또는 상기 제2 평판에 결합되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 평판 또는 상기 제2 평판은 스크린, 터치 패널, 프레임(frame), 기판 또는 하우징(housing)인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서에 사용되는 지능재료는 압전 재료, 전기 활성 중합체(EAP), 또는 형상 기억 합금(SMA)인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 압전 재료는 지르콘 티탄산 납(PZT)인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서의 외측 섹션에 설치된 하나 이상의 질량블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서는,
하나의 도전층;
상기 도전층의 상부 표면에 형성된 하나 이상의 제1 지능재료층; 및
상기 제1 지능재료층의 상부 표면에 형성된 하나 이상의 제1 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 도전층은 금속판인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서는 직사각형, 원형, 십자형, 또는 삼각별(tri-forked star)형인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 십자형의 제1 트랜스듀서는 십자형 도전층을 구비하고, 2개의 제1 지능재료층은 상기 십자형 도전층 상에 수직으로 서로 교차되고, 절연 부재를 사용하여 양자를 격리시키는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서는
상기 도전층의 하부 표면에 형성되는 제2 지능재료층; 및
상기 제2 지능재료층의 하부 표면에 형성되는 제2 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 지지체는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 댐퍼는 탄성체, 스프링, 또는 탄성고무인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2 평판상의 블록에 인접하는 하나 이상의 일측에는 하나 이상의 제2 오목부가 형성되어 상기 제1 트랜스듀서가 상기 오목부에 의해 형성된 공간 내에서 스윙하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 블록과 제2 오목부는 제2 평판이 제작될 때 일체로 성형되거나 또는 제2 평판이 제작된 후 가공 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 평판상의 지지체에 인접하는 하나 이상의 일측에는 하나 이상의 제1 오목부가 형성되어 상기 제1 트랜스듀서가 상기 제1 오목부에 의해 형성된 공간 내에서 스윙하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제16항에 있어서,
상기 지지체와 제1 오목부는 제1 평판이 제작될 때 일체로 성형되거나 또는 제1 평판이 제작된 후 가공 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 질량블록에 고정설치된 하나 이상의 제2 트랜스듀서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제18항에 있어서,
상기 제2 트랜스듀서는 상기 질량블록의 상부 표면, 하부 표면, 또는 측단변에 고정설치되는 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈. - 제19항에 있어서,
상기 제2 트랜스듀서에 사용되는 지능재료는 압전 재료, 전기 활성 중합체(EAP), 형상 기억 합금(SMA), 보이스 코일 모터(voice coil motor), 편축 회전 질량 모터(ERM motor) 또는 선형 공진 액추에이터(LRA)인 것을 특징으로 하는 에너지 변환 모듈.
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