KR20140085849A - 피에조 액츄에이터 - Google Patents

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 진동판과 적어도 일부가 마주보고 배치되는 브라켓, 상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판 및 상기 웨이트를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스 및 상기 웨이트와 상기 브라켓 사이에 일렬로 형성되며 두께가 다른 댐핑 부재를 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 응답성이 우수한 진동체에 대한 연구가 활발한 실정이다. 이에 따라 최근에는 피에조 액츄에이터에 대한 연구가 활발하나 낙하시 깨지는 문제로 인해 사용상에 여러가지 제약을 받고 있다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 향상된 진동력과 소형 경량화 및 낙하 및 충격 등에 강한 특성을 갖는 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 진동판과 적어도 일부가 마주보고 배치되는 브라켓, 상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판 및 상기 웨이트를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스 및 상기 웨이트와 상기 브라켓 사이에 일렬로 형성되며 두께가 다른 댐핑 부재를 포함한다.

상기 댐핑부재는 고무나 수지 재질이 포함되며 공기의 기포를 이용하여 형성된 것으로 탄성을 갖는 것이 바람직하다.

또한 상기 댐핑부재는 상기 웨이트와 마주보면 면이 적어도 일부가 곡면으로 이루어지는 것이 좋다. 그리고 상기 댐핑부재는 상기 댐핑부재와 마주보는 상기 피에조나 상기 웨이트의 동작 형상에 맞추어, 상호 접촉시 압축되는 힘이 상기 댐핑부재의 접촉면에 골고루 분포되도록 적어도 상기 댐핑 부재의 일부가 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 댐핑부재는 두께가 다른 복수개의 댐핑부재로 구성되어 상기 케이스나 상기 브라켓에 일렬로 형성될 수도 있다.

상기 댐핑부재는 박판의 재료를 이용하여 굴곡형상으로 형성할 수 있다. 이때

상기 댐핑부재는 고무나 수지 재질을 사용하여 형성된 필름으로 구성된 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 피에조가 진동판과 함께 벤딩 작용을 하여 웨이트를 벤딩 방향으로 동작하여 진동을 발생시킬 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 피에조 액츄에이터의 개략적인 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단면도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 댐핑부재를 설명하는 도면
도 4은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 댐핑부재를 설명하는 도면
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 댐핑부재의 동작을 설명하는 도면
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 댐핑부재를 설명하는 도면
도 7는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 댐핑부재를 설명하는 도면

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명에 다른 피에조 액츄에이터는 도면 1 내지 도면 4에 도시한 바와 같이, 일부분이 평판 형태를 갖는 브라켓(160)과, 상기 브라켓(160)의 일측면에 위치하며 고정부재(200)를 통하여 결합되고 탄성이 있는 진동판(130)이 있다. 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. 그리고 상기 진동판(130) 양 끝의 일부를 이용하여 웨이트(120)를 고정시킨다. 상기 진동판(130) 끝단에 상기 웨이트(120)을 조립할 때 항상 일정하고 안정적인 조립상태를 유지하기 위해 오목형상이나 볼록 형상 또는 일부 평면 형상의 별도의 상기 웨이트(120) 고정용 돌기와 함께 구성될 수있다. 그러나 상기 웨이트(120)와 상기 진동판(130)을 고정시키는 방법을 특별히 한정하는 것은 아니다.

그리고 상기 진동판(130)에 고정된 상기 웨이트(120)는 질량이 높은 재질을 사용함으로써 작은 부피에서 큰 진동을 낼 수 있도록 하며 보통은 텅스텐 성분이 들어가는 분말 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 상기 케이스(110), 상기 진동판(130)과 상기 웨이트(120) 사이에 댐핑부재(180)를 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)도 파괴되는 것을 방지해준다. 그러나 댐핑부재(180)는 상기 웨이트(120)가 상하로 움직일 때 항상 순시접촉을 통하여 동작하며 이로 인해 소음이 발생한다. 따라서 댐핑부재(180)는 재질이 딱딱하고 압축율이 작을수록 소음이 크게 발생함으로, 보통은 부드러운 러버나 수지 재질에 기포를 발생시켜 압축율을 높여 사용한다. 따라서 웨이트가 정상 동작에서는 적절한 댐핑부재(180)를 설정하여 사용하면 저소음의 액츄에이터를 만들 수 있으나 압축율이 높고 부드러워 외부로부터 낙하, 진동 등의 강한 충격에는 적당한 완충 작용을 하기 어렵다. 따라서 외부 충격등의 에너지가 상기 피에조(140)에 바로 전달되어 상기 피에조(140)가 파괴되기 쉽다.

따라서 이런 문제를 해결하고자 상기 브라켓(160)과 상기 웨이트(120)사이에 있는댐핑 부재(180)를 일반 평면 형상이 아닌 곡면 형상을 두어 배치하였다.

특히 도면 2 내지 도면4에서 본 바와 같이 상기 댐핑부재(180)는 상기 웨이트(120)와 상기 브라켓(160) 사이에 배치되되 보통은 상기 브라켓(160) 위에 형성하는 것이 일반적이다. 도면 2와 도면 3의 (a) 및 도면 4의 (a)와 같이 상기 댐핑부재(180)는 곡면 형상을 가지되 일체로 형성되어 있는 것이 일반적이다.

즉 상기 댐핑부재(180)는 상기 웨이트(120)와 마주보면 면이 적어도 일부가 곡면으로 이루어진 것이 특징이다.

그리고 도면 3의 (b) 및 도면 4의 (b)와 같이 두께가 다른 댐핑 부재를 복수개로 배치하되 상기 브라켓(160)에 일렬로 배치되어 있는 경우도 있다. 상기 복수 개의 댐핑부재(180)는 면적이나 두께가 서로 다를 지라도 모두 상기 브라켓(160)위에 고정되어 있고 상기 피에조(140) 또는 상기 진동판(130)과 마주보고 일렬로 배치되어 접촉하며 완충 동작을 하게 되어 있다.

도면 3과 도면 4에서 상기 댐핑부재(180)의 두께가 서로 다르다는 것을 보여주고 있다. 예를 들면 도면 3의 경우에는 상기 댐핑부재(180)의 중앙부가 양측면보다 두께가 더 두껍고 도면 4의 경우에는 상기 댐핑부재(180)의 중앙부가 양측면보다 두께가 더 얇은 것을 보여주고 있다.

도면 5는 상기 댐핑 부재(160)의 형상 및 동작 원리를 예를 들어 나타낸 것이다. 도면 5의 (a)는 상기 진동판(130)의 중앙이 아래로 굽어지는 경우에 종래의 평면 형상의 댐핑부재와 접촉하여 상기 진동판(130)이 댐핑부재(180)를 누른다면 중심부가 가장 많이 눌리고 진동판에 걸리는 힘 또한 중앙부에 제일 많이 걸리게 된다.

그러나 도면 5의 (b)와 같이 상기 진동판(130)의 동작 형상에 맞추어 상기 댐핑 부재(180)의 일측면을 곡면으로 형성한다면, 상기 진동판(130)이 상기 댐핑부재(180)을 누르더라도 접촉하는 모든 면에 걸쳐 힘이 골고루 분산되어 누르게 된다. 따라서 상기 진동판(130)의 중심부와 측면에 걸리는 힘 또한 거의 동일하게 된다.

즉 상기 댐핑부재(180)는 상기 댐핑부재(180)와 마주보는 상기 피에조(140)나 상기 웨이트(120)의 동작 형상에 맞추어, 상호 접촉시 압축되는 힘이 상기 댐핑부재(180)의 접촉면에 골고루 분포되도록 적어도 상기 댐핑 부재(180)의 일부가 곡면 형상을 갖도록 형성하였다

도면 6은 댐핑부재의 형상에 대한 것으로 일반적인 평면이나 곡면 형상이 아닌

굴곡 형상의 완충부재(180)의 실시 예를 보여준다. 이 때 상기 완충부재(180)의 재질은 보통 고무나 수지 재질로 된 얇은 필름을 사용하기도 한다.

일반적으로 상기 댐핑부재(180)가 평면 형상으로 되어 있으면 도면 5의 (a)에서와 같이 힘이 상기 진동판(130)의 중심부에 집중되어, 외부로부터의 강한 충격이나 진동이 상기 진동판(130)을 통하여 바로 상기 피에조(140)에 전달됨으로 상기 피에조(140)가 파괴되기 쉽다. 특히 상기 피에조(140)이 상기 진동판(130)과 일체로 형성되어 있어서 상기 진동판(130)의 일부에 힘이 과도하게 걸리게되면 상기 피에조(140)는 그 영향을 매우 민감하게 직접적으로 받아 낙하, 충격 등에 매우 취약한 구조로 된다. 따라서 잘 깨지기 쉬운 상기 피에조(140)를 보호하기 위해서는 외부의 충격 등의 힘이 바로 상기 진동판(130)의 일부에 집중되지 않고 골고루 분포되게 상기 댐핑부재(180)의 일측면을 곡면 형상으로 하든지 또는 두께가 다른 복수 개로 구성하는 것이 바람직하다.

이상 도면 1내지 도면 7에서 본 바와 같이, 상기 댐핑부재(180)는 상기 웨이트와 상기 브라켓 사이에 일렬로 형성되며 두께가 다른 댐핑 부재를 배치함으로써 외부의 충격이나 낙하시에 발생되는 강한 진동을 완충하는 역할을 한다. 따라서 외부 충격에 강한 피에조 액츄에이터 실현이 가능하다.

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 부재

Claims (7)

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 진동판과 적어도 일부가 마주보고 배치되는 브라켓;
   상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판 및 상기 웨이트를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스; 및
   상기 웨이트와 상기 브라켓 사이에 일렬로 형성되며 두께가 다른 댐핑 부재를 포함하는 피에조 액츄에이터.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 댐핑부재는 고무나 수지 재질이 포함되며 공기의 기포를 이용하여 형성된 것으로 탄성을 갖는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 댐핑부재는 상기 웨이트와 마주보면 면이 적어도 일부가 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 댐핑부재는 상기 댐핑부재와 마주보는 상기 피에조나 상기 웨이트의 동작 형상에 맞추어, 상호 접촉시 압축되는 힘이 상기 댐핑부재의 접촉면에 골고루 분포되도록 적어도 상기 댐핑 부재의 일부가 곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 댐핑부재는 두께가 다른 복수개의 댐핑부재로 구성되어 상기 케이스나 상기 브라켓에 일렬로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 댐핑부재는 박판의 재료를 이용하여 굴곡형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 댐핑부재는 고무나 수지 재질을 사용하여 형성된 필름으로 구성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
   
   
   
   
   
   

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