KR20140110581A

KR20140110581A - Piezo Actuator

Info

Publication number: KR20140110581A
Application number: KR1020130025176A
Authority: KR
Inventors: 이인호
Original assignee: (주)테라다인; 이인호
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-17

Abstract

According to the present invention, a piezo actuator includes: a plurality of piezos which contract and expand by applied voltages; a vibration plate to which piezos are attached and which generates vibrations by bending movements resulting from the contraction and expansion of the piezos; a power supplying terminal which supplies electric power to the piezos; and a weight which is connected to the vibration plate, and is joined with the piezos to enable the piezos to integrally move therewith.

Description

Piezo Actuator

본 발명은 피에조 액츄에이터에 관한 것이다.
The present invention relates to a piezo actuator.

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.The touch screen has many advantages such as space saving, ease of operation, simplicity of specification, high user awareness, easy interoperability with IT, and product differentiation. Because of this advantage, many people have the advantage of easy access to information, which is widely used in various fields such as industry, transportation, service, medical, and mobile. Especially, due to the rapid change into the information society, the importance of the device for the convenience of using the information anytime and anywhere has increased, and the touch screen using the touch panel, which is one of the input devices, has appeared. As an input method of the touch panel, a signal input is generated by touching the panel using a finger or a display exclusive pen. At this time, as a method of recognizing whether a signal input is generated, a method using a tactile sense is used. Currently, a vibration motor or a linear motor is used as a method using a tactile sense. These are small motors that operate by generating electromagnetic force using permanent magnets and coils. The vibrating body of this type has a limited application field due to complicated structure and constitution, and problems such as electromagnetic induction disorder.

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.
Therefore, there are active researches on vibrating bodies that overcome these problems and are small and lightweight, and have excellent responsiveness to start and stop. Recently, research on piezo actuators has been actively carried out.

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.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a piezoelectric actuator having improved vibration power, small size, light weight, and characteristics such as dropping and impact.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 복수개의 피에조, 상기 피에조가 부착되고 상기 피에조의 수축 또는 팽창에 따른 벤딩 운동에 의해 진동을 발생시키는 진동판, 상기 피에조에 전원을 공급하는 전원공급단자 및 상기 진동판과 연결되고 상기 복수개의 피에조가 일체로 동작하도록 결합된 웨이트를 포함한다. 또한 상기 진동판의 일부와 결합되고 상기 피에조를 적어도 일부를 감싸는 케이스를 포함하는 것이 바람직하다.In order to achieve this object, A plurality of piezos that contract or expand due to an applied voltage, a diaphragm attached with the piezo and generating vibration by bending motion due to contraction or expansion of the piezo, a power supply terminal for supplying power to the piezo, And a weight coupled to the plurality of piezos so as to operate integrally. And a case coupled to a part of the diaphragm and surrounding at least a part of the piezo.

그리고 상기 진동판 하나에 복수개의 피에조가 결합될 수도 있고, 상기 피에조가 결합되어 있는 상기 진동판의 복수개를 상기 웨이트로 일체로 결합할 수도 있다.A plurality of piezos may be coupled to the diaphragm, or a plurality of the diaphragms coupled with the piezos may be integrally coupled to the weight.

상기 웨이트는 텅스텐 또는 금속 성분을 포함한 것이 바람직하다The weight preferably includes tungsten or a metal component

상기 복수개의 피에조 사이에 완충돌기를 배치할 수 있다.And the buffer protrusion may be disposed between the plurality of piezo elements.

이 때 상기 완충돌기는 굴곡 형상을 가질 수 있다 .At this time, the buffer protrusion may have a bent shape.

상기 완충돌기는 상기 진동판과 일체로 형성하되 구멍을 두거나 단면적을 작게하여 상기 피에조가 결합된 부위의 진동판보다 탄성을 크게할 수 있다.
The buffering protrusion may be formed integrally with the diaphragm, but may have a hole or a small cross-sectional area to make the diaphragm more elastic than the diaphragm of the portion to which the piezo is coupled.

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
The features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should be construed in accordance with the spirit and scope of the present invention, on the basis of the principle that a concept of a term can be properly defined to explain it in a normal and best manner. Should be interpreted as

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.
In the piezoelectric actuator according to the present invention having such a structure, the piezoelectric body bends with the diaphragm according to the intensity and direction of the voltage, so that the weight can operate in the bending direction to generate vibration. In the piezo actuator according to the present invention, by using a piezo instead of a conventional permanent magnet and a coil, it is possible to reduce the size and thickness of the piezo actuator, and to obtain improved vibration power and quick response speed. Further, the present invention has the effect of increasing the structural stability, providing a high vibration force, and greatly improving dropping reliability.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 액츄에이터의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 액츄에이터의 분해사시도
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 액츄에이터의 동작을 설명하는 도면
도 4은 본 발명의 또다른 실시 예를 설명하는 도면
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 완충돌기를 설명하는 도면1 is a cross-sectional view of a piezo actuator according to an embodiment of the present invention;
2 is an exploded perspective view of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the operation of the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention;
4 is a view for explaining another embodiment of the present invention
5 is a view for explaining a buffering projection according to an embodiment of the present invention;

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터(100)의 단면도 이고, 도2는 상기 피에조 액츄에이터(100)의 분해사시도이다. 도시된 바와 같이 상기 피에조 액츄에이터(100)는 외부로부터 공급되는 전원을 연결하여주는 전원공급단자(170)와, 상기 전원공급단자(170)를 통해 공급되는 전압의 세기나 방향에 따라 상측 또는 하측으로 구부러지면서 진동을 발생시키는 복수개의 피에조(140)와, 상기 피에조(140)의 일면에 고정되어 피에조(140)에 의해 상측 또는 하측으로 구부러지는 진동판(130), 상기 진동판(130)의 중앙에 고정 설치되는 웨이트(120), 상기 진동판(130)의 양측 끝단을 고정시켜주는 케이스2(160), 상기 케이스2(160)의 개방된 상부를 덮어주는 케이스1(110), 케이스1(110) 및 케이스2(160)의 웨이트(120)와 마주보는 면에 장착하여 케이스1(110) 및 케이스2(160)과 웨이트(120)가 서로 부딪히는 충격을 완화시키는 댐핑부재(180)를 포함한다. 그리고 낙하 등의 충격에서 상기 피에조(140)와 상기 진동판(130)이 상기 케이스(110,160)에 직접 접촉하여 큰 충격을 받지 않도록 웨이트 완충 돌기(220)를 상기 웨이트(120)와 일체로 형성하여 배치하였다.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric actuator 100 according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator 100. FIG. As shown in the figure, the piezoelectric actuator 100 includes a power supply terminal 170 for connecting a power source supplied from the outside, and a power supply terminal 170 for supplying power to the upper side or the lower side according to the intensity or direction of the voltage supplied through the power supply terminal 170 A diaphragm 130 which is fixed to one surface of the piezo 140 and bent upward or downward by the piezo 140, a plurality of piezoelectric elements 140 which are fixed to the center of the diaphragm 130, A case 2 for fixing both ends of the diaphragm 130; a case 1 for covering the open top of the case 2; a case 1 110; And a damping member 180 mounted on a surface of the case 2 160 facing the weight 120 to alleviate the impact of the case 1 110 and the case 2 160 against the weight 120. The weight buffering protrusion 220 is integrally formed with the weight 120 so that the piezo 140 and the diaphragm 130 are in direct contact with the case 110 and 160 and are not subjected to a large impact under an impact such as a drop, Respectively.

상기 피에조 액츄에이터(100)는 복수개의 피에조(140)를 이용하여 상기 피에조(140)의 단일 부품의 길이를 짧게 줄이는 구조를 가지고 있다. 기본적으로 상기 피에조(140)는 재질이 충격이나 진동 등에 약한 재질이어서 피에조(140)의 길이가 길면 외부 충격에 의해 피에조(140)가 부러지는 등의 파손에 취약한데, 상기 피에조 액츄에이터(100)에서는 액츄에이터 성능에 영향을 주지 않으면서도 단위 부품당 피에조(140)길이가 짧아짐에 따라 충격에 의해 피에조(140)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 즉 피에조(140) 1개를 사용하여 동작하는 것보다 복수개의 피에조를 사용하여 각 개별의 피에조 극성에 맞게 적절히 전압을 걸어줌으로써 상기 웨이트(120)의 동작을 원할히 하여 진동을 발생시킬 수 있다. 이때 상기 웨이트(120)은 상기 진동판(130)의 중앙부와 연결되고 상기 진동판(130)에는 상기 복수개의 피에조(140)가 일체로 동작하도록 결합되어 있음을 알수 있다. 이 때 상기 진동판(130)은 상기 피에조(140)가 인가되는 전원에 따라 수축 또는 팽창을 하며 상측 또는 하측으로 구부러질 때 상기 피에조(140)와 일면이 고정되어 함께 구부러질 수 있도록 유연성이 있는 재질로 구성하는 것이 바람직하다. The piezo actuator 100 has a structure in which a length of a single component of the piezo 140 is shortened by using a plurality of piezo 140. Basically, the piezo 140 is made of a weak material such as shock or vibration, so that if the length of the piezo 140 is long, the piezo 140 is vulnerable to breakage such as breakage of the piezo 140 due to an external impact. In the piezo actuator 100 It is possible to prevent the piezo 140 from being damaged by the impact as the length of the piezo 140 per unit component is shortened without affecting the performance of the actuator. That is, rather than operating using one piezo 140, by applying a voltage appropriately to each individual piezo polarity using a plurality of piezos, the operation of the weight 120 can be made smooth and vibration can be generated. It is noted that the weight 120 is connected to the center of the diaphragm 130 and the diaphragm 130 is coupled to the plurality of piezoelectric actuators 140 so as to operate integrally. At this time, the diaphragm 130 is shrunk or expanded according to the power source to which the piezo 140 is applied. When the piezoelectric 140 is bent upward or downward, a flexible material .

상기 케이스1(110) 및 케이스2(160)의 내부에 피에조 액츄에이터(100)의 구성 부품을 포함할 수 있도록 공간이 형성되어 있다. 상기 진동판(130)의 끝단은 상기 케이스2(160)에 고정되는데, 이때 진동판(130)의 고정으로 레이저용접, 저항용접, 본드접착 등의 방법을 사용할 수 있다.A space is formed in the case 1 (110) and the case 2 (160) so as to include the components of the piezoelectric actuator (100). The end of the diaphragm 130 is fixed to the case 2 160. The diaphragm 130 may be fixed by laser welding, resistance welding, bond bonding, or the like.

상기 웨이트(120)는 상기 진동판(130)의 중앙부에 결합되어 상기 피에조(140) 및 진동판(130)이 상측 또는 하측으로 구부러지며 구동할 때 함께 상승 및 하강하며 진동력을 높이게 된다. 상기 웨이트(120)는 텅스텐 등의 비중이 큰 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 웨이트(120)의 마주보는 상기 케이스1(110) 및 케이스2(160) 면에 댐핑부재(180)가 설치되어, 상기 웨이트(120)가 상승/하강할 때 상기 케이스1(110) 및 케이스2(160)에 직접 충돌하여 발생하는 충격을 감소시켜 피에조 액츄에이터(100)가 구동할 때 발생하는 소음을 방지하여 주고, 웨이트(120)의 구동 변위를 제한한다.
The weight 120 is coupled to the center of the diaphragm 130 so that the piezo 140 and the diaphragm 130 are bent upward or downward. When the diaphragm 130 and the diaphragm 130 are driven, they move up and down together to increase the vibration power. The weight 120 is preferably made of a material having a high specific gravity such as tungsten. A damping member 180 is provided on the surface of the case 1 110 and the case 2 160 facing the weight 120 so that when the weight 120 is lifted up or down, The impact generated by direct collision with the case 2 160 is reduced to prevent noise generated when the piezoelectric actuator 100 is driven, and the driving displacement of the weight 120 is restricted.

도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 액츄에이터의 동작을 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the operation of the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.

도 3의 (a)는 피에조(140)를 하나를 사용하여 길게 만든 제품으로 진동판이 가장 많이 휜 상태를 나타낸다. 도 3의 (b)는 피에조(140)를 두개를 사용하여 길게 만든 제품으로 진동판이 가장 많이 휜 상태를 나타낸다. 여기에서 상기 진동판(130)이 가장 많이 휜 지점인 "A"부분을 보면 도 3의 (a)의 경우에는 상기 피에조(140)도 가장 많이 휘어있는 지점과 일치하여 외부의 충격이나 진동에 쉽게 깨질 수 있음을 알수 있다. 이와 반대로 도 3의 (b)에서 상기 진동판(130)이 가장 많이 휜 지점인 "A"부분을 보면 상기 피에조(140)가 도피되어 있어서 진동판(130)이 가장 많이 휘어있는 지점과 일치하지 않아 외부의 충격이나 진동에 쉽게 깨지지 않음을 알 수 있다. 그리고 단위 부품당의 길이도 줄어들어서 훨씬 낙하 특성이 개선될 수 있음을 알 수 있다.
FIG. 3 (a) shows a product in which the diaphragm 140 is bent to a longest length by using one piece of the piezoelectric 140. FIG. 3 (b) shows a product in which the diaphragm 140 is bent to the longest by using two piezoelectric diodes 140 and 140. Here, in the case of FIG. 3 (a), when the diaphragm 130 is bent most in the portion "A", the piezo 140 is easily broken by external shock or vibration Can be found. On the other hand, in FIG. 3 (b), when the "A" portion where the diaphragm 130 is bent most is escaped from the piezo 140, the diaphragm 130 does not coincide with the point where the diaphragm 130 is bent most, It is not easily broken by impact or vibration of the motor. It can be seen that the dropping characteristic can be improved by decreasing the length per unit part.

도4은 본 발명에 따른 피에조 액츄에이터(100)의 다른 실시예이다. 도4(a)는 피에조(140)를 진동판(130)의 상측면에 부착하여 피에조 액츄에이터(100)를 구성한 실시예이다. 도4(b) 및 도4(c)는 진동판(130)의 중앙부를 케이스2(160)에 고정하고 상기 진동판(130)의 양측면을 웨이트(120)에 고정하는 구조를 가진 피에조 액츄에이터(100)의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 웨이트(120)가 케이스2(160) 방향으로 이동시 중앙부가 아닌 길이방향의 양측 끝단이 함께 접촉함으로써 피에조 액츄에이터(100)가 구동시 균형의 안정도를 향상시킬 수 있다. 여기에서도 보면 상기 피에조(140)가 복수개로 구성되어 진동판(130)이 가장 많이 휘는 지점을 도피하여 부착함으로써 외부의 충격이나 진동에 쉽게 깨지지 않음을 알 수 있다
4 is another embodiment of the piezoelectric actuator 100 according to the present invention. 4 (a) shows an embodiment in which the piezo actuator 140 is attached to the upper surface of the diaphragm 130 to constitute the piezo actuator 100. FIG. 4 (b) and 4 (c) show a piezoelectric actuator 100 having a structure in which the central portion of the diaphragm 130 is fixed to the case 2 160 and both side surfaces of the diaphragm 130 are fixed to the weight 120, When the weight 120 is moved in the direction of the case 2 (160), both longitudinal ends of the weight 120 are brought into contact with each other so as to improve the stability of the balance when the piezoelectric actuator 100 is driven. . In this case as well, it can be seen that the piezo 140 is composed of a plurality of piezoelectric diaphragms 130, so that the diaphragm 130 can be easily broken by external shock or vibration

도5는 본 발명의 실시 예에 따른 진동판(130)의 구조와 완충돌기(210)를 설명하는 도면이다. 도면에서 본 바와 같이 상기 복수개의 피에조(140) 사이에 완충돌기(210)를 배치한 것을 특징으로 하고 있다. 도5(a)와 같이 진동판(130)을 일체로 구성할 수 있고, 도5(b)와 같이 진동판(130)을 분리하여 진동판(130)에 전해지는 충격을 완충하여 진동판(130)에 부착되어있는 피에조(140)에 전달되는 충격을 줄여 줄 수 있다. 특히 도5(b)의 경우에는 상기 웨이트(120)가 상기 진동판(130) 각각의 일측면과 연결되고 상기 진동판(130)에는 각각 상기 피에조(140)가 결합되어 있으며 복수 개의 상기 피에조(140)가 일체로 동작하도록 결합되어 있음을 알수 있다.5 is a view for explaining the structure of the diaphragm 130 and the buffering protrusion 210 according to the embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the buffer protrusions 210 are disposed between the plurality of piezo 140. The diaphragm 130 can be integrally formed as shown in FIG. 5A and the diaphragm 130 is separated as shown in FIG. 5B so that the impact transmitted to the diaphragm 130 is buffered and attached to the diaphragm 130 So that the impact transmitted to the piezo 140 can be reduced. 5 (b), the weight 120 is connected to one side of each of the diaphragms 130, the diaphragm 130 is coupled with the piezo 140, Are combined to operate in unison.

도5(c)와 같이 진동판(130)에 굴곡 형상의 완충돌기(210)를 구성하여 충격을 완화시키는 효과를 낼 수도 있다. 그리고 상기 완충돌기(210)는 상기 진동판(130)과 일체로 형성하되 구멍을 두거나 단면적을 작게하여 상기 피에조(140)가 결합된 부위의 진동판(130)의 탄성보다 탄성이 크도록 형성할 수 있다.
As shown in Fig. 5 (c), a buffering protrusion 210 having a curved shape may be formed in the diaphragm 130 to reduce the shock. The buffering protrusion 210 may be integrally formed with the diaphragm 130 so as to have a larger elasticity than the elasticity of the diaphragm 130 at a portion where the piezo 140 is coupled by making a hole or reducing a cross- .

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is obvious that the present invention can be modified or improved by those skilled in the art. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 피에조 액츄에이터
110 : 케이스 1 120 : 웨이트
130 : 진동판 140 : 피에조
160 : 케이스 2 170 : 전원공급단자
180 : 댐핑 부재 210 : 완충돌기
220 : 웨이트 완충돌기100: Piezo actuator
110: Case 1 120: Weight
130: diaphragm 140: piezo
160: Case 2 170: Power supply terminal
180: damping member 210: buffering projection
220: Weight buffering projection

Claims

A plurality of piezoelectric elements which are contracted or expanded by an applied voltage;
A diaphragm to which the piezo is attached and which generates vibration by bending motion due to contraction or expansion of the piezo;
A power supply terminal for supplying power to the piezo; And
And a weight coupled to the diaphragm and coupled such that the plurality of piezos operate together.

The method according to claim 1,
And a case coupled to a portion of the diaphragm and surrounding at least a portion of the piezo.

The method according to claim 1,
And a plurality of piezoelectric elements are coupled to the diaphragm.

The method according to claim 1,
Wherein a plurality of diaphragms, to which the piezo is coupled, are integrally coupled with the weight.

The method according to claim 1,
Wherein the weight comprises tungsten or a metal component.

The method according to claim 1,
And a buffer projection is disposed between the plurality of piezo actuators.

7. The method of claim 1 or 6,
Wherein the buffer protrusion has a curved shape.

7. The method of claim 1 or 6,
Wherein the buffer protrusion is formed integrally with the diaphragm so that the diaphragm is more resilient than the diaphragm of the portion to which the piezo is coupled by making a hole or a small cross-sectional area.