KR20140088678A - 피에조 액츄에이터 - Google Patents

피에조 액츄에이터 Download PDF

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이인호
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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 진동판과 적어도 일부가 마주보고 배치되는 브라켓, 상기 브라켓과 마주보고 배치되어 상기 피에조, 진동판 및 상기 웨이트를 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스 및 상기 웨이트와 결합되고 상기 웨이트와 상기 브라켓 또는 상기 웨이트와 상기 케이스 사에에 배치된 완충돌기를 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 결합되고 상기 웨이트와 상기 브라켓 또는 상기 웨이트와 상기 케이스 사에에 배치된 완충돌기를 포함한다. 상기 완충돌기는 상기 웨이트와 일체로 형성된 것이 바람직하다.
그리고 상기 완충돌기는 금속이나 수지 또는 고무 성분이 포함된 재질로 형성되어 상기 웨이트와 일체로 결합될 수 있다. 또한 상기 완충돌기는 복수개의 높이를 가진 돌기 형상으로구성될 수 있다. 상기 완충돌기는 평면 또는 곡면 형상으로 구성 된다.
상기 웨이트는 텅스텐 성분이 포함된 재질로 구성하는 것이 좋다..
또한 상기 완충돌기는 돌기형상으로 형성되되 상기 진동판과 비접촉되도록 배치된 것이 바람직하다.
상기 웨이트와 상기 브라켓 사이 또는 상기 웨이트와 상기 케이스 사이에 배치되고 소음 및 충격을 완화시키기 위해 탄성을 갖는 댐핑 부재를 포함한다.
상기 완충 돌기는 상기 웨이트와 상기 댐핑부재 사이에 배치된 것이 바람직하다.
상기 댐핑부재는 동작점이 다른 복수개의 댐핑부재로 형성할 수 있다.
또한 상기 댐핑부재는 탄성이 다른 복수개의 댐핑부재로 형성할 수 있다.
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 실시 예에 따른 동작을 설명하는 도면
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 완충돌기를 설명하는 도면
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 완충돌기와 댐핑부재의 상호 동작을 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, 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)를 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) 및 상기 웨이트(120)와 상기 브라켓(160)사이에 댐핑부재(180)를 두며, 상기 진동판(130)과 상기 웨이트(120) 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.
보통은 상기 웨이트(120) 아래에 상기 진동판(130) 및 상기 피에조(140)가 배치되어 있으므로, 외부로부터 낙하, 진동 등의 강한 충격에는 상기 진동판(130)과 상기 피에조(140)가 상기 댐핑부재(180)나 상기 브라켓(160)과 직접 접촉됨으로써 상기 피에조(140)에 전달되는 충격에 대해 적당한 완충 작용을 하기 어렵다. 따라서 외부 충격등의 에너지가 상기 피에조(140)에 바로 전달되어 상기 피에조(140)가 파괴되기 쉽다. 즉 상기 진동판(130)및 상기 진동판(130)과 일체로 형성된 상기 피에조(140)에 직접적인 접촉으로 인해 생기는 파손문제를 해결하는 것이 매우 중요하다. 특히 상기 피에조(140)는 충격, 진동 등에 깨지기 쉬운 세라믹 재질이다.
따라서 이런 문제를 해결하고자 상기 상기 웨이트(120)와 댐핑 부재(180)사이에 돌기 형상을 갖는 완충돌기(210)를 상기 웨이트(120)에 일체로 형성하여 배치하였다.
도면 3의 (a)에서 (c)까지 정상동작하는 도면에서 본 바와 같이 상기 완충돌기(210)은 평소에는 댐핑부재의 일부만을 접촉하여 동작을 한다. 일부만 접촉하도록 한 이유는 접촉 면적이 작을수록 소음이 줄어들기 때문이다. 그리고 접촉 면적이 적을수록 댐핑부재의 재질 선정 및 면적 설계가 비교적 용이하다. 상기 댐핑부재(180)는 압축율이 클수록 부드러워 소음이 줄어드나, 외부의 충격이나 진동 그리고 내부의 과도한 전원 공급 등에 의해 상기 웨이트(120)의 변동 범위가 과도하게 커지면 상기 댐핑부재(180)가 그 힘을 완전히 흡수하지 못하고 밀착됨으로 도면 3의 (d)와 같이 상기 완충돌기(210)와 상기 댐핑부재(180)가 전체 면에 걸처 밀착하게 된다. 따라서 상기 완충돌기(210)와 상기 댐핑부재(180)의 접촉 면적이 증가하게 된다. 이 때는 상기 댐핑부재(180)가 상기 완충돌기(210)와 넓은 면적에 걸쳐 작용함으로써 외부의 충격이나 진동 등의 과도한 동작에서도 완충을 할 수 있도록 고안하였다. 또한 도면 3에서 본 바와 같이 상기 웨이트(120)의 과도한 동작 상태에서도 상기 진동판(130)이나 상기 피에조(140)가 직접 상기 댐핑부재(180)와 부딪히지 않게 상기 완충돌기(210)를 둠으로써 상기 피에조(140)의 파손을 억제하였다. 보통은 상기 완충돌기(210)를 형성할 때 상기 진동판(130)이나 상기 피에조(140)의 적어도 일부를 감싸고 형성함으로써 어떠한 사용 조건과 환경에서도 상기 진동판(130)과 상기 피에조(140)에 직접적인 충격이나 마찰을 발생하지 않도록 배치하였다.
일반적으로 상기 웨이트(120)는 텅스텐 성분이 포함된 재질을 이용하여 소결하여 사용한다. 그리고 상기 완충돌기(210)는 상기 웨이트(120)와 일체로 형성하여 사용함이 조립공정을 단순화하고 고진동을 발생시키는데 유리하다. 그러나 소결 과정에서 변형이 심해 정밀한 완충돌기를 상기 웨이트(120)와 일체로 형성하기 어려운 경우에는 상기 웨이트(120)와 상기 완충돌기(210)를 별도로 만들어서 결합하여 사용할 수 있다. 이 때의 상기 완충돌기(210)는 금속이나 수지, 또는 고무성분이 포함된 재질을 사용하여 형성할 수 있다. 그리고 상기 완충돌기(210)를 상기 웨이트(120)에 결합하는 방법으로 본딩, 용접, 코킹 등의 방법을 사용할 수 있다.
이 때에는 상기 완충돌기(210)의 재질과 크기에 따라 무게가 달라짐으로 공진주파수가 변동한다. 따라서 적절한 상호 조합을 통해 공진주파수도 조절할 수 있도록 몇가지 종류의 완충돌기(210)를 만들어놓고 선택적으로 결합하여 사용함으로써 종진 주파수 불량을 없앨 수 있는 효과도 있다.
그리고 상기 완충돌기(210)를 복수개로 배치하거나 곡면형상으로 형성하여, 상기 댐핑부재(180)와 접촉되는 동작점의 위치(상기 웨이트(120)의 운동 변위)에 따라 상기 웨이트(120)에 작용하는 상기 댐핑부재(180)의 탄성을 다르게 함으로써 사용자가 원하는 원만한 완충작용을 얻을 수 있다.
도면 4에서 보면 여러가지 완충돌기의 실시 예를 보여 준다. 도면 4의 (a)는 상기 웨이트(120)에 상기 완충돌기(210)를 단순하게 하나를 두되 일체로 형성한 실시 예이다. 도면 4의 (b)는 상기 웨이트(120)에 상기 완충돌기(210)를 계단 형상으로 이중으로 두어 동작점을 다르게 할 수 있도록 고안하여 상기 완충돌기(210)와 상기 웨이트(120)을 일체로 형성한 실시 예이다. 도면 4의 (c)는 상기 웨이트(120)와 상기 완충돌기(210)를 분리형으로 만들어 결합한 구조의 실시 예를 보여준다.
상기 완충돌기(210)는 제품의 형상과 요구되는 특성에 따라 그 형상이 곡면형상이나 사선 형상으로 만들 수도 있으며 위치에 따라 복수개의 돌기형상으로 구성될 수 도 있다.
도면 5의 (a)는 상기 완충돌기(210)를 이중으로 형성하여 상기 댐핑부재(180)와 마주보고 있는 구조의 실시 예이다. 여기에서 보는 바와 같이 상기 완충돌기(210)는 이동 변위 상태에 따라 상기 댐핑부재(180)와 접촉되는 면적을 다르게 가져갈 수 있어서, 상기 웨이트(120)의 정상 동작 상태와 낙하 충격 등의 비정상 동작 상태에서의 상기 댐핑부재(180)와 상기 완충돌기(210)의 완충작용을 다르게 가져갈 수 있도록 고안된 실시 예이다. 특히 상기 댐핑부재(18)를 복수개로 가져가되 압축율을 다르게 가겨갈 경우 다양한 댐핑 효과를 갖는 설계가 가능하다.
도면 5의 (b)는 상기 완충돌기(210)를 일정하게 형성하고 상기 댐핑부재(180)는 높이나 압축율 등을 다르게 형성하여 배치된 구조의 실시 예이다. 여기에서도 마찬가지로 상기 완충돌기(210)는 이동 변위 상태에 따라 상기 댐핑부재(180)와 접촉되는 면적을 다르게 가져갈 수 있어서, 상기 웨이트(120)의 정상 동작 상태와 낙하 충격 등의 비정상 동작 상태에서의 상기 댐핑부재(180)와 상기 완충돌기(210)의 완충작용을 다르게 가져갈 수 있도록 고안된 실시 예이다.
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
210 : 완충돌기

Claims (11)

  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 결합되고 상기 웨이트와 상기 브라켓 또는 상기 웨이트와 상기 케이스 사에에 배치된 완충돌기를 포함하는 피에조 액츄에이터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 상기 웨이트와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 금속이나 수지 또는 고무 성분이 포함된 재질로 형성되어 상기 웨이트와 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 평면 또는 곡면 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 복수개의 높이를 가진 돌기 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이트는 텅스텐 성분이 포함된 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 완충돌기는 돌기형상으로 형성되되 상기 진동판과 비접촉되도록 배치된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이트와 상기 브라켓 사이 또는 상기 웨이트와 상기 케이스 사이에 배치되고 소음 및 충격을 완화시키기 위해 탄성을 갖는 댐핑 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  9. 제1 항 및 제 8항에 있어서,
    상기 완충 돌기는 상기 웨이트와 상기 댐핑부재 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는 동작점이 다른 복수개의 댐핑부재로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 댐핑부재는 탄성이 다른 복수개의 댐핑부재로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터.


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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105357361A (zh) * 2014-08-22 2016-02-24 志丰电子股份有限公司 手持电子装置的发音或震动装置及方法
KR20160056203A (ko) * 2014-11-11 2016-05-19 주식회사 엠플러스 진동 발생장치
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