KR20140085304A - 다기능형 진동 액추에이터 - Google Patents

Abstract

(과제) 각형(角形) 형상의 틀 형상 서스펜션을 이용한 구조로 진동 특성을 안정화함과 함께, 입력 신호 주파수의 증감시에 있어서의 진동파형을 구비하여, 공진 주파수의 변동을 개선하는 것이 가능한 다기능형 진동 액추에이터를 제공한다.
(해결 수단) 각형 형상의 틀 형상 서스펜션에 있어서의 모든 모서리부에 대해서, 연장부와 원호를 연결한 J자형 구조를 이용함으로써 틀 형상 서스펜션의 스프링 특성을 개선하여, 체감 진동 발생시에 있어서의 진동파형 및 공진 주파수의 변동을 저감하는 것이 가능한 다기능형 진동 액추에이터를 제공할 수 있다.

Description

다기능형 진동 액추에이터{MULTI-FUNCTIONAL TYPE VIBRATION ACTUATOR}

본 발명은, 보이스 코일(voice coil)을 설치한 다이어프램(diaphragm)을 하우징에 부착함으로써 음향 재생부를 구성하고, 틀(frame)형 형상의 서스펜션(suspension)에 의해 마그넷과 요크(yoke)를 갖는 자기(磁氣) 회로부를 상기 하우징 내에 지지함으로써, 상기 보이스 코일을 상기 자기 회로부가 형성하는 자기 공극에 배치한 다이나믹 구조의 다기능형 진동 액추에이터에 관한 것이다.

현재, 휴대 전화로 대표되는 이동체 통신 기구에는, 소리에 의해 사용자에게 착신을 알리는 음향 재생 기능에 더하여, 체감 진동에 의해 사용자에게 착신을 알리는 진동 발생 기능이 탑재되어 있다. 이들 두가지의 기능을 단일의 디바이스에 의해 부여할 수 있는 부품으로서, 일본특허 4520547호(이하 인용문헌 1로서 기재)에 기재된 바와 같은 다기능형 진동 액추에이터가 이용되고 있다. 인용문헌 1에 기재된 다기능형 진동 액추에이터에서는, 각형(角形)의 하우징에 대하여 평면 형상을 원형으로 한 자기 회로부를 탑재한 구조로 되어 있고, 탑재되는 이동체 통신 기구의 케이스체에 있어서 안정된 진동 특성을 유지하면서, 휴대 전화 등의 케이스체 실장시에 있어서의 스페이스 효율을 향상시키는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 일본특허 5007413호(이하 인용문헌 2로서 기재)에 기재된 다기능형 진동 액추에이터에서는, 마그넷을 갖는 각형의 자기 회로부에 대해서, 2회 회전 대칭 형상의 틀 형상 서스펜션을 통하여 하우징 내벽에 지지하고 있다. 이 때문에, 대향하는 모서리부끼리가 쌍이 되어 왜곡을 흡수하는 구조가 되고, 자기 회로부를 포함하여 각형으로 하는 것에 의한 자기 회로부의 용적 증가라는 효과를 부여하면서, 자기 회로부의 거동을 안정시킬 수 있다.

일본특허 4520547호 일본특허 5007413호

전술한 이점을 갖는 한편으로, 인용문헌 1에 기재된 다기능형 진동 액추에이터는 그 구조상, 인용문헌 2에 기재된 다기능형 진동 액추에이터와 비교하여 자기 회로부의 용적이 제한되어 버린다. 이 때문에, 방사상의 아암 배치로 한 서스펜션을 이용함으로써 진동 특성의 안정화를 가능하게 하고 있는 한편으로, 체감 진동 발생시의 진동량이라는 점에서 인용문헌 2에 기재된 다기능형 진동 액추에이터에 뒤떨어진다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 인용문헌 2에 기재된 다기능형 진동 액추에이터에서는 거동의 안정화가 가능해지는 한편으로, 후술하는 틀 형상 서스펜션의 스프링 특성으로부터, 구동 신호의 입력 레벨에 의해 공진 주파수가 변동된다는 과제를 갖고 있다. 게다가, 동일한 이유로부터, 입력 신호 주파수를 크게 했을 때에 있어서의 자기 회로부의 진동파형과, 입력 신호 주파수를 작게 했을 때에 있어서의 자기 회로부의 진동파형이 상이하게 출력된다는 과제도 갖고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본원에 기재된 다기능형 진동 액추에이터는, 틀 형상 서스펜션을 이용한 구조로 진동 특성을 안정화함과 함께, 상기 입력 신호 주파수의 증감시에 있어서의 진동파형을 같게하여, 공진 주파수의 변동을 개선하는 것이 가능한 다기능형 진동 액추에이터의 제공을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 위해 본 발명에 있어서의 제1 실시 형태에서는, 각형의 평면 형상을 갖는 틀 형상 서스펜션에 의해 상기 자기 회로부를 지지하는 다기능형 진동 액추에이터에 있어서, 틀 형상 서스펜션 모서리부에 J자형 구조를 형성한 것을 그 기술적 특징으로 하고 있다. 보다 구체적으로는, 자기 회로부를 지지하는 각형의 틀 형상 서스펜션의 평면 형상에 대해서, 모든 모서리부가, 연결되는 아암부와 고정부로부터 연신된 연장부를 원호에 의해 이은 J자형 구조를 돌출시켜 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 당해 연장부에 대해서, 당해 아암부와 평행 배치되는 부위를 포함한 평면 형상에 의해 구성되어 있다.

또한, 본 발명 제2 실시 형태에서는, 상기 제1 실시 형태에 기재된 틀 형상 서스펜션에 대해서, J자형 구조의 모서리부를 절곡한 것을 기술적 특징으로 하고 있다. 보다 구체적으로는, 상기 직선상의 연장부를 남겨 J자형의 모서리부를 절곡한 구조를 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명 제3 실시 형태에서는, 상기 제1 실시 형태에 기재된 틀 형상 서스펜션에 대해서, 아암부가 절곡되어 있는 형상으로 한 것을 기술적 특징으로 하고 있다.

전술한 구조를 이용함으로써 본 발명 제1 실시 형태에 기재된 다기능형 진동 액추에이터는, 입력 신호 주파수의 증감시에 있어서의 진동파형을 같게하는 것을 가능하게 하고 있다. 보다 구체적으로는, 진동 신호의 입력 레벨에 따라 발생하고 있던 공진 주파수의 변동을 저감할 수 있다. 또한, 입력 신호 주파수를 크게 했을 때에 있어서의 자기 회로부의 진동파형과, 입력 신호 주파수를 작게 했을 때에 있어서의 자기 회로부의 진동파형이 상이한 진동 특성을 나타낸다는 과제에 대해서도, 동일한 구조에 의한 신호파형으로의 대칭성 부여라는 효과에 의해 개선하는 것이 가능해진다.

여기에서, 표 1에 본 발명의 틀 형상 서스펜션을 이용한 다기능형 진동 액추에이터에 있어서의, 입력 신호 레벨마다의 진동 특성 F1, F2, F3 및, 종래의 틀 형상 서스펜션을 이용한 다기능형 진동 액추에이터에 있어서의 입력 신호 레벨마다의 진동 특성 F1', F2', F3'을, 표2에 동(同)다기능형 진동 액추에이터에 있어서의 입력 신호의 주파수를 올렸던 경우와 내렸던 경우에서의 진동 특성 F4, F5 및 F4', F5'를 나타낸다.

일반적으로, 인용문헌 2에 기재된 서스펜션으로 대표되는 종래의 다기능형 진동 액추에이터용 틀 형상 서스펜션은, 그 형상으로부터 변위와 하중의 관계가 일정한 비율로 증가하지 않고, 변위량이 커짐에 따라 서스펜션이 단단해지며, 하중이 증가하는 비율이 커진다는 스프링 특성을 갖고 있다. 이 때문에, 보이스 코일에 구동 신호를 입력함으로써 틀 형상 서스펜션에 가진력(vibratory force)을 작용시키는 경우, 당해 틀 형상 서스펜션의 탄성력에 의해 발생하는 응답 진폭도 또한 일정한 비율로는 증가하지 않는다. 즉, 종래의 틀 형상 서스펜션을 이용한 다기능형 진동 액추에이터에 있어서, 각 주파수마다의 가속도를 연결한 진동 특성은 표 1에 나타내는 정점이 치우쳐있는 등뼈 곡선 F1', F2' 및 F3'을 나타내게 된다.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 전술한 구조상의 과제에 의해 종래의 틀 형상 서스펜션을 이용한 다기능형 진동 액추에이터에서는, 가진력이 되는 상기 입력 레벨의 증감에 따라 각 파형의 정점인 공진 주파수가 변동된다는 특성상의 과제가 발생한다. 게다가, 상기 응답 진폭에 대해서 가진력의 주파수를 올리는 경우 F4'와 내리는 경우 F5'와의 공진 주파수 및 응답값이 표 2 중과 같이 상이하게 출력되어 버린다.

본 실시 형태에 기재된 틀 형상 서스펜션에서는 상기 구조상의 과제를, J자형 구조를 돌출시킨 모서리부에 의해 틀 형상 서스펜션의 스프링 특성을 개선함으로써 해결하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서 이용하는 틀 형상 서스펜션에서는, 서스펜션 모서리부가 흡수하는 왜곡량을 증가시키고, 상기 하중이 증가하는 비율을 저감함으로써 틀 형상 서스펜션의 스프링 특성을 통상의 선형 스프링과 비슷하게 하여, 상기 등뼈 곡선을 나타내고 있던 표 1 및 표 2 중 F1', F2', F3', F4' 및 F5'의 진동 특성에 대해서, 동 표 1 및 표 2에 나타내는 대칭성이 있는 진동 특성 F1, F2, F3, F4 및 F5로 개선하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 기재된 구조를 이용함으로써 상기 특성상의 과제를 해결하고, 앞서 서술한 공진 주파수의 변동 저감 및 신호 입력의 간략화, 회로 부품으로서의 신뢰성 향상과 같은 당해 대칭성에 기인하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명 제2 실시 형태에 기재된 구조를 이용함으로써, 상기 왜곡량을 흡수함으로써 발생하는 응력을, 틀 형상 서스펜션이 지지하는 자기 회로부의 진동 방향과는 다른 방향으로 흘려보내는 것이 가능해진다. 이 때문에, 상기 제1 실시 형태에 기재된 틀 형상 서스펜션 모서리부에서 흡수된 왜곡량에 의한 진동 특성으로의 영향을 억제하고, 응력을 자기 회로부의 진동 방향과는 다른 방향으로 흘려보냄으로써 상기 대칭성을 강하게 하여, 공진 주파수의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명 제3 실시 형태에 기재된 구조를 이용함으로써, 상기 왜곡량을 서스펜션 모서리부뿐만 아니라, 서스펜션 아암부에서도 흡수하는 것이 가능해진다. 이 때문에, J자형 구조를 돌출시킨 모서리부 및 아암부의 양방에서, 상기 틀 형상 서스펜션의 스프링 특성을 선형 스프링과 비슷하게 하는 것이 가능해진다.

이상 서술한 바와 같이, 본원 청구항에 기재된 구조를 이용함으로써 틀 형상 서스펜션을 이용한 구조로 진동 특성을 안정화시킴과 함께, 상기 입력 신호 주파수의 증감시에 있어서의 진동파형을 구비하고, 공진 주파수의 변동을 개선하는 것이 가능한 다기능형 진동 액추에이터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서 이용하는 다기능형 진동 액추에이터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서 이용하는 다기능형 진동 액추에이터의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 있어서 나타낸 다기능형 진동 액추에이터의 A-A' 및 B-B'에 있어서의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 및 종래예에 있어서 이용하는 틀 형상 서스펜션의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서 이용하는 틀 형상 서스펜션 변경예의 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6을 이용하여, 본 발명에 있어서의 최량의 실시 형태를 나타낸다. 또한, 도면 중의 기호 및 부품 번호에 대해서, 동일한 부품으로서 기능하는 것에는 공통의 기호 또는 번호를 부여하고 있다.

도 1에 본 발명의 실시 형태에 있어서의 다기능형 진동 액추에이터의 전체 사시도를, 도 2에 분해 사시도를, 도 3에 도 1에 있어서 나타낸 다기능형 진동 액추에이터의 A-A' 및 B-B'에 있어서의 측단면도를, 도 4에 본 발명의 실시 형태에 있어서의 구동부의 사시도를, 도 5에 본 발명의 실시 형태 및 종래예에 있어서 이용되는 틀 형상 서스펜션의 평면도를, 그리고 도 6에 본 발명의 실시 형태에 있어서 이용하는 틀 형상 서스펜션 변경예의 사시도를 각각 나타낸다.

도 1, 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서 이용하는 다기능형 진동 액추에이터는, 센터 캡(2), 다이어프램(3), 보이스 코일(4)로 이루어지는 음향 재생부를 하우징(5)의 상부에 고정하고, 폴 피스(pole piece; 7), 마그넷(8), 요크(yoke; 10) 및 분동(9)으로 이루어지는 자기 회로부를 틀 형상 서스펜션(6) 및 탄성 부재(11)를 통하여 하우징(5)의 내벽에 지지함과 함께, 음향 재생부의 상측에 그릴(1)을, 하우징(5)의 하측에 커버(12) 및 접점 단자(13)를 각각 부착한 구조로 되어 있다. 이러한 구조를 이용함으로써 본 실시 형태에 기재된 다기능형 진동 액추에이터에서는 하우징(5), 음향 재생부 및 자기 회로부에 더하여, 서스펜션 형상도 포함하여 각형의 형상으로 구성되어 있다. 이 때문에, 휴대 전화 등의 케이스체 실장시에 있어서의 스페이스 효율을 향상시키면서, 자기 회로부를 포함하여 각형으로 한 것에 의한 자기 회로부의 용적 증가라는 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 틀 형상 서스펜션(6) 및 탄성 부재(11)를 통하여 하우징 내벽에 지지된 자기 회로부에 대해서, 자성체로 이루어지는 폴 피스(7) 및 요크(10)에 의해 마그넷(8)을 사이에 끼움으로써 마그넷(8)이 발생하는 자속(磁束)을 집중시킨 자기 공극(g)에, 음향 재생부의 보이스 코일(4)을 배치한 다이나믹 구조를 이용하고 있다. 이 때문에, 보이스 코일(4)로의 입력 신호 주파수를 음향 재생부측의 공진 주파수 부근으로 설정함으로써 음향 재생부를, 자기 회로부측의 공진 주파수 부근으로 설정함으로써 자기 회로부를, 각각 진동시켜, 음향 재생부의 진동에 의한 음향 재생 기능과, 자기 회로부의 진동에 의한 체감 진동 발생 기능을 입력 신호의 주파수에 의해 제어하는 것이 가능해졌다. 또한, 공진 주파수를 이용하기 때문에, 음향 재생용과 체감 진동 발생용의 입력 신호를 합성하여, 단일의 신호로 함으로써 당해 두가지의 기능을 동시에 이용할 수 있다. 게다가, 자속이 집중되는 자기 공극(g)에 보이스 코일(4)을 설치함으로써 구동시의 자기 효율을 향상시키고 있기 때문에, 손실이 적은 상태에서 상기 음향 및 체감 진동의 발생이 가능해지고 있다.

상기 기본 구조의 기술적 특징 및 그에 따라 얻어지는 효과에 더하여, 도 4 및 도 5를 이용하여 본 발명에 의해 부여되는 기술적 특징 및 효과를 설명한다. 도 4에 나타내는 음향 재생부를 제외한 상태에서의 구동부 사시도 및, 도 5에 나타내는 종래의 틀 형상 서스펜션(6')과의 비교도로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 틀 형상 서스펜션에 있어서의 모든 모서리부에 대해서, 아암부(m)와 동방향으로 연신된 연장부(e)를 형성한 J자형 구조를 이용하고 있다.

이러한 구조를 이용함으로써 본 실시 형태에 기재된 다기능형 진동 액추에이터에 있어서의 진동 특성은, 종래의 틀 형상 서스펜션을 이용한 구조가 갖는 진동 특성에 대칭성을 부여하고, 입력 레벨에 의해 발생하고 있던 공진 주파수의 변동을 저감할 수 있었다. 이것은, 상기 전체 모서리부에 연장부를 형성하여 J자 구조로 한 것에 의한 효과가 되고 있다. 즉, 전체 모서리부의 J자 구조에 의해 틀 형상 서스펜션의 모서리부에서 흡수할 수 있는 왜곡량을 증가시키고, 틀 형상 서스펜션 전체의 스프링 특성을 선형 스프링의 스프링 특성과 비슷하게 함으로써, 통상의 선형 스프링과 동일하게 대칭 형상을 나타내는 스프링 특성을 얻고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태의 다기능형 진동 액추에이터에서는 전술한 기본 구조에 의한 효과를 손상시키는 일 없이, 체감 진동의 발생에 필요한 구동 신호의 주파수 설정 등을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 상기 스프링 특성에 의해 종래의 틀 형상 서스펜션을 이용한 구조가 갖고 있던, 구동 신호의 입력시, 입력 신호 주파수의 증감 방향에 따라 공진 주파수 및 최대 진폭이 변화된다는 과제를 해결할 수 있었다. 보다 구체적으로는, 구동 신호 입력시에 있어서, 목적으로 하는 입력 신호 주파수로 근접시키는 방향에 따라 상이한 진동파형을 나타낸다는 과제를 해결하여, 입력 신호 주파수의 변동에 따른 진동량의 변화를 저감시킴으로써, 안정된 체감 진동의 발생이 가능해졌다.

또한, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 자기 회로부와 틀 형상 서스펜션과의 사이에 탄성 부재(11)를 사이에 끼운 지지 구조를 이용하고 있다. 이 때문에, 상기 틀 형상 서스펜션의 형상에 따른 효과에 더하여, 틀 형상 서스펜션(6)과 탄성 부재(11)를 한 조(組)로 한 자기 회로부의 지지 구조로서의 스프링 특성에 있어서 흡수하는 왜곡량을 증가시키고, 상기 진동 특성의 대칭성 및 그에 따른 효과를 지지 구조에 의해서도 부여할 수 있었다.

여기에서, 도 6에 전술한 본 발명과 동일한 기술적 견지에 기초하는 틀 형상 서스펜션의 변경예 S1, S2 및, S3을 나타낸다. 본 변경예 중, S1 및 S2에서는, 상기 J자형 구조로 한 모서리부를 절곡한 것을 기술적 특징으로 하고 있다. 이러한 구조를 이용함으로써 틀 형상 서스펜션 변경예 S1 및 S2는, 상기 모서리부에서 흡수하는 왜곡량의 증가에 더하여, 당해 왜곡량의 흡수에 의해 발생하는 모서리부 내의 응력을 자기 회로부의 진동 방향과는 다른 방향으로 흘려보내는 것이 가능해진다. 이 때문에, 본 변경예에 기재된 틀 형상 서스펜션을 이용함으로써, 상기 모서리부 내의 응력에 의한 진동 특성으로의 영향을 억제하고, 전술한 본 발명의 효과에 더하여, 더 한층의 스프링 특성의 개선 및 진동 특성의 대칭성 향상이라는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 절곡 방향을 인접하는 모서리부와는 상이한 방향으로 함으로써, 본 변경예에 기재된 틀 형상 서스펜션은 S1에 나타내는 바와 같은 2회 회전 대칭 형상이 된다. 이 때문에, 인용문헌 2와 동일하게 자기 회로부의 거동 안정화를 가능하게 하면서, 상기 서술한 본 발명에 의한 효과를 부여하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 S1 및 S2와는 상이하게, S3에서는 아암부(m)를 절곡한 구조로 하고 있다. 이 때문에, 상기 모서리부의 J자형 구조에 더하여, 아암부(m)의 절곡에 의해서도 틀 형상 서스펜션이 흡수하는 왜곡량을 증가시켜, 스프링 특성을 개선할 수 있다. 또한, S3도 또한 상기 S1과 동일하게 2회 회전 대칭 형상으로 하는 것이 가능하며, S3을 이용함으로써 흡수하는 휨량의 증가와 거동의 안정화라는 2가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 변경예에 기재된 구조는 상호 조합하여 이용할 수 있다. 이 때문에, 상기 변경예뿐만 아니라, 상기 모서리부와 아암부의 양방을 절곡한 구조로 하는 것도 가능해지고 있다.

이상 서술한 바와 같이, 본원 청구항에 기재된 구조를 이용함으로써 틀 형상 서스펜션을 이용한 구조로 진동 특성을 안정화함과 함께, 상기 입력 신호 주파수의 증감시에 있어서의 진동파형을 같게하고, 공진 주파수의 변동을 개선하는 것이 가능한 다기능형 진동 액추에이터를 제공할 수 있었다.

1 : 그릴
2 : 센터 캡
3 : 다이어프램
4 : 보이스 코일
5 : 하우징
6 : 틀 형상 서스펜션
6' : 종래의 틀 형상 서스펜션
7 : 폴 피스
8 : 마그넷
9 : 분동
10 : 요크
11 : 탄성 부재
12 : 커버
13 : 접점 단자
F1, F2, F3, F4, F5 : 본 발명의 다기능형 진동 액추에이터에 있어서의 진동 특성
F1', F2', F3', F4', F5' : 종래의 틀 형상 서스펜션을 이용한 다기능형 진동 액추에이터에 있어서의 진동 특성
g : 자기 공극
e : 연장부
p : 고정부
r : 원호부
m : 아암부

Claims (3)

1. 보이스 코일(voice coil)을 설치한 다이어프램(diaphragm)에 의해 구성된 음향 재생부와,
   마그넷을 갖고, 각형(角形) 형상의 틀(frame) 형상 서스펜션(suspension)을 통하여 지지되는 자기 회로부를 하우징에 형성하고, 상기 음향 재생부와 자기 회로부와의 사이에 작용하는 상호의 자기력에 의해 음향 재생과 체감 진동의 발생을 행하는 다이나믹 구조의 다기능형 진동 액추에이터로서,
   상기 틀 형상 서스펜션의 모든 모서리부를,
   자기 회로부 또는 하우징측에 형성된 고정부로부터 연신하고 있는 연장부와, 당해 연장부에 접속된 원호에 의해 구성되는 J자형 구조로 한 다기능형 진동 액추에이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모서리부가 절곡되어 있는 다기능형 진동 액추에이터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 틀 형상 서스펜션의 아암부가 절곡되어 있는 다기능형 진동 액추에이터.

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