KR20140079679A - 피에조 액츄에이터 - Google Patents

피에조 액츄에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 피에조 액츄에이터는 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 피에조, 상기 피에조가 부착되고 상기 피에조의 수축 또는 팽창에 따른 벤딩 운동에 의해 진동을 발생시키는 진동판, 상기 진동판과 연결되어 상기 진동판에 의해 발생되는 진동을 증폭시키기 위한 웨이트, 상기 진동판 과 마주보고 배치되는 브라켓, 상기 진동판과 상기 브라켓 사이에 배치되며 탄성을 갖는 완충돌기 및 상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판, 웨이트 및 연결부재를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스를 포함한다.

Description

피에조 액츄에이터{Piezo Actuator}
본 발명은 피에조 액츄에이터에 관한 것이다.
터치스크린은 공간 절약이 가능하고 조작성과 간편성, 사양변경 간편, 이용자 인식 높음, IT와의 연동성이 용이, 상품 차별화등의 많은 장점을 지니고 있다. 이와 같은 잇점으로 인해 많은 사람들이 누구나 쉽게 정보 접근이 가능한 잇점을 제공하여 산업, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등 다양한 분야에서 폭 넓게 사용되고 있다. 특히 정보화 사회로의 빠른 변화로 인해 언제 어디서나 정보를 이용할 수 있고 편리한 작동을 위한 장치의 중요성이 증가함에 따라 입력 장치의 하나인 터치 패널을 적용한 터치스크린이 등장하게 되었다. 터치 패널의 입력 방법으로는 손가락이나 디스플레이 전용 펜을 사용하여 패널을 접촉함으로서 신호 입력이 발생된다. 이 때 신호 입력의 발생 여부를 인식하는 방법의 하나로 촉각을 이용하는 방법이 사용되고 있는데, 현재 촉각을 이용하는 방법으로 진동모터나 리니어 모터가 사용되고 있다. 이들은 소형 모터의 일종으로 영구자석과 코일을 사용하여 전자기력을 발생시켜 동작하고 있고 있다. 이러한 방식의 진동체는 구조 및 구성물이 복잡하고 전자기 유도 장애 등의 문제로 인해 그 응용분야가 제한적이다.
따라서 이와 같은 문제점을 극복하고 소형 경량화 및 기동과 정지의 속응성이 우수한 진동체에 대한 연구가 활발한 실정이다.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 향상된 진동력과 소형 경량화 및 빠른 응답속도를 얻을 수 있는 피에조 액츄에이터를 제공하기 위한 것이다.
이런한 목적을 달성하기 위하여, 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 피에조,상기 피에조가 부착되고 상기 피에조의 수축 또는 팽창에 따른 벤딩 운동에 의해 진동을 발생시키는 진동판, 상기 진동판과 연결되어 상기 진동판에 의해 발생되는 진동을 증폭시키기 위한 웨이트, 상기 진동판 과 마주보고 배치되는 브라켓, 상기 진동판과 상기 브라켓 사이에 배치되며 탄성을 갖는 완충돌기 및 상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판, 웨이트 및 연결부재를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스를 포함한다.
상기 완충돌기는 상기 진동판과 일체형으로 형성할 수 있거나 또는 상기 브라켓과 일체형으로 형성할 수 있다.
상기 완충돌기는 상기 브라켓 또는 상기 진동판의 일부에 복수개로 형성될 수 있다.
또한 상기 완충돌기는 적어도 일부분이 "U"자형으로 형상을 가질 수 있다.
상기 웨이트의 일부는 상기 진동판의 일부와 고정돌기로 연결될 수 있다.
또한 상기 케이스 또는 상기 브라켓과 상기 웨이트 또는 상기 진동판 사이에 배치되며 충격과 소음을 흡수하는 댐핑부재를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 피에조에서 일단이 피에조에 연결되고 타단이 케이스 외부로 노출되어 외부의 입력 전원을 연결하수 있도록 인쇄회로 기판을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징 및 잇점들을 첨부 도면에 의거하여 다음의 상세한 설명으로 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터는 전압의 세기와 방향에 따라 피에조의 양 끝단이 웨이트와 함께 높이 방향으로 동작하여 진동을 발생시킬 수 있다. 이 때 탄성부재는 웨이트를 따라 탄력적으로 진동하며, 웨이트와 함께 진동모터의 진동량을 상승시킬 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터는 기존의 영구자석과 코일 대신에 피에조를 사용함으로써 경박단소화가 가능하고 보다 향상된 진동력과 빠른 응답속도를 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 구조적인 안정도를 증가시키고 높은 진동력을 낼 수 있으며 낙하신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선형진동자의 개략적인 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단면도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 완충돌기를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판을 설명하는 도면
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명에 다른 피에조 액츄에이터는 도면 1 내지 도면 3에 도시한 바와 같이, 평판 형태의 브라켓(160)과 상기 브라켓(160)의 양 측면에 위치하며 탄성이 있는 진동판(130)과 완충돌기(210)를 통하여 결합되어 있다. 일반적으로 상기 완충돌기(210)는 상기 진동판(130)과 일체로 형성된 것이 양산성 및 품질 안정화를 위해 바람직하다. 일반적으로 상기 완충돌기(210)가 있는 상기 진동판(130)과 상기 브라켓(160)을 결합할 때는 보통 용접이나 본딩 또는 코킹 기술을 사용한다.
그리고 상기 진동판(130)에는 피에조(140)가 부착되어 있다. 상기 피에조(140)는 전압이 인가되는 방향에 따라 그 길이 방향으로 수축 또는 팽창하는 특성을 가지며, 이러한 특성을 가진 피에조(140)가 부착된 진동판(130)은 상기 피에조(140)의 수축 또는 팽창에 따라 상측 또는 하측으로 휘어지게 된다.
예를 들어 도면 2에서 진동판(130)이 부착된 피에조(140)에 정방향으로 전압이 인가되면, 피에조(140)의 길이가 수축하게 되고, 이에 따라 진동판(130)의 측면이 하측으로 휘게 된다. 반대로, 피에조(140)에 역방향으로 전압이 인가되면, 그 길이가 팽창하게 되고, 이에 따라 진동판(130)의 측면이 상측으로 휘게 된다. 즉, 피에조(140)에 인가되는 전압에 따라 진동판(130)의 측면이 상측 또는 하측으로 휘면서 진동을 발생시키는 것이다. 만일 상기 피에조(140)가 상기 진동판(130)과 부착위치가 반대로 되어 상기 진동판(130) 윗면에 부착된다면 동작 방향도 반대로 된다.
도면 3의 (a) 및 (b) 에서는 상기 완충돌기가 상기 진동판(130)과 일체형으로 형성되거나 상기 브라켓(160)과 일체형으로 형성된 사례를 보여주고 있다.
이 때 상기 진동판(130)으로는 일반적으로 인바(invar)가 사용되고 있으나 특별히 한정하는 것은 아니다.
상기 진동판(130) 양 끝에 고정돌기(200)가 있고 이 고정돌기를 이용하여 웨이트(120)를 고정시킨다. 상기 고정돌기(200)는 상기 웨이트(120)을 조립할 때 항상 일정하고 안정적인 조립상태를 유지하기 위해 오목형상이나 볼록 형상 또는 일부 평면 형상의 고정 돌기(200)를 둘 수 있다. 그러나 상기 웨이트(120)와 상기 진동판(130)을 고정시킬 때, 상기 고정 돌기(200) 등을 특별히 한정하는 것은 아니다.
상기 웨이트(120)는 질량이 높은 재질을 사용함으로써 작은 부피에서 큰 진동을 낼 수 있도록 하며 보통은 텅스텐 성분이 블어가는 분발 소결 제품을 사용한다.
이 때 상기 웨이트(120), 상기 진동판(130) 등의 재질 및 형상에 따라 본 발명의 진동 주파수에 크게 영향을 미친다.
그리고 상기 웨이트(120)와 케이스(110), 상기 진동판(130)과 상기 웨이트(120) 사이에 댐핑부재(180)을 둔다. 그리고 상기 진동판(130)과 상기 브라켓(160)사이에도 댐핑부재(180)를 둘 수 있다. 상기 댐핑부재(180)는 상기 웨이트(120)와 상기 진동판(130)이 진동을 발생할 때 상기 케이스(110)나 상기 브라켓(160)과 직접 접촉하여 소음을 발생시키는 것을 막아주며, 외부의 급격한 충격 등에 의해 상기 웨이트(120)와 상기 진동판(130)이 상기 케이스(110)나 상기 브라켓(160)과 부딪혀서 파괴가 되거나 변형이 되는 것을 막아주고,상기 피에조(140)가 파괴되는 것을 방지해준다.
또한 도면 3에서는 완충돌기(210)의 실시 예를 보여주고 있다. 상기 완충돌기(210)는 상기 진동판(130) 일부에 일체형으로 형성하거나 상기 브라켓(160)에 일체형으로 형성할 수 있다. 그리고 그 형상은 다향하게 만들수 있으며 "U"자형을 두어 완충 특성을 개선할 수 있다. 상기 완충돌기(210)를 일체형으로 형성함으로써 부품수를 줄이고 조립시 작업 공수를 줄일 수 있으며 부품수를 줄임으로써 높이를 낮게 할 수 있어서 박형 제품을 만들 수 있다. 특히 완충돌기(210)를 최적으로 설계하면 형상과 특성에 따라 상기 브라켓(1160) 등을 통해 들어오는 외부 충격을 자연스럽게 흡수함으로써 제품의 견고성을 높일 수 있다.
도면 4에서는 상기 피에조(140) 일단에 연결되고 타단이 상기 케이스(110) 또는 상기 브라켓(160) 외측으로 노출되어 외부의 입력 전원을 연결하수 있도록 인쇄회로 기판(170)을 구비하고 있다. 이 때 상기 인쇄 회로 기판(170)은 상기 피에조(140)가 진동 발생 시 상기 인쇄 회로 기판(170)으로 전달되는 진동 충격을 완화하기 위해 연성회로기판으로 구성되며 연성회로 기판의 형상 일부에 오목 형상과 볼록 형상을 이용하여 굴곡부를 둘 수 있다.
상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터가 동작되는 과정을 도면 1 내지 도면 4을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 인쇄회로기판(170)을 통해 피에조(140)에 교류 전원이 인가되면, 상기 피에조(140)는 전압의 세기와 방향에 따라 탄성을 가진 상기 진동판(130)의 양쪽 측면을 상하로 변형시킨다. 이에 따라 상기 진동판(130)의 양쪽 측면으로 연결되어 고정된 상기 웨이트(120)가 상하로 움직이며 진동한다. 이 때 탄성을 가진 상기 진동판(130)과 상기 웨이트(120)는 상기 피에조(140)으로부터 발생된 진동을 증폭시킨다. 그리고 넓은 주파수 대역에서 일정 세기 이상의 진동값을 낼 수 있다.
그리고 상기 완충돌기(210)는 탄성을 가지고 있어서 진동을 좀 더 효과적으로 발생시켜준다.
더불어 본 발명의 피에조 액츄에이터가 가지는 공진 주파수에서 구동을 하면 적은 입력 에너지로도 높은 진동량으르 얻을 수 있다.
그리고 외부로부터 충격이 상기 완충돌기(210)를 통하여 상기 진동판(130)에 전달될 때, 그 충격량이 상기 진동판(130)과 상기 완충부재(210)의 탄성에 의해 충격을 서로 분담하여 완충시킴으로써, 상기 완충돌기(210)가 없는 제품보다 훨씬 더 완충 시킬 수 있고 낙하 신뢰성에 유리하다. 특히 외부 충격을 분담하여 완충시킴으로써 상기 완충돌기(210)이 없는 것보다는 상기 진동판(130)과 상기 완충돌기(210)를 설계할 때 좀더 자유롭고 신뢰성이 높은 재질 및 형상으로 설계 가능하다. 또한 본 발명은 피에조 액츄에이터에 공급되는 교류 전원의 주파수 대역을 보다 넓힐 수 있어 제어가 용이하다는 장점도 있다.
이상 본 발명은 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터에 한정되지않으며, 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 특허 청구 범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 피에조 액츄에이터
110 : 케이스 120 : 웨이트
130 : 진동판 140 : 피에조
160 : 브라켓 170 : 인쇄회로기판
180 : 댐핑 부재 200 : 고정 돌기
210 : 완충돌기

Claims (8)

  1. 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 피에조;
    상기 피에조가 부착되고 상기 피에조의 수축 또는 팽창에 따른 벤딩 운동에 의해 진동을 발생시키는 진동판;
    상기 진동판과 연결되어 상기 진동판에 의해 발생되는 진동을 증폭시키기 위한 웨이트;
    상기 진동판 과 마주보고 배치되는 브라켓;
    상기 진동판과 상기 브라켓 사이에 배치되며 탄성을 갖는 완충돌기; 및 상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판, 웨이트 및 연결부재를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스가 포함된 피에조 액츄에이터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 상기 진동판과 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 상기 브라켓과 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 상기 브라켓 또는 상기 진동판의 일부에 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 적어도 일부분이 "U"자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이트의 일부는 상기 진동판의 일부와 고정돌기로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스 또는 상기 브라켓과 상기 웨이트 또는 상기 진동판 사이에 배치되며 충격과 소음을 흡수하는 댐핑부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 피에조에서 일단이 피에조에 연결되고 타단이 케이스 외부로 노출되어 외부의 입력 전원을 연결하수 있도록 인쇄회로 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터






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* Cited by examiner, † Cited by third party
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