KR20140111579A - 피에조 엑츄에이터용 진동판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피에조 엑츄에이터용 진동판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나, 태블릿 PC, 게임기 또는 리모콘 등에 장착되어 진동하도록 설계되는 피에조 엑츄에이터용 진동판에 관한 것이다.

Description

피에조 엑츄에이터용 진동판{Diaphragm for Piezo Actuator}

본 발명은 진동판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나, 태블릿 PC, 게임기 또는 리모콘 등에 장착되어 진동하도록 설계되는 피에조 엑츄에이터용 진동판에 관한 것이다.

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.

터치스크린은 공간 절약이 가능하고 조작성과 간편성, 사양변경 간편, 이용자 인식 높음, IT와의 연동성이 용이, 상품 차별화 등의 많은 장점을 지니고 있다. 특히, 많은 사람들이 누구나 쉽게 정보 접근이 가능한 이점을 제공하여 산업, 교통, 서비스, 의료, 모바일 등 다양한 분야에서 폭 넓게 사용되고 있다.

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 엑츄에이터에 대한 연구가 활발하나 낙하시 깨지는 문제로 인해 사용상에 여러 가지 제약을 받고 있다.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과 종래의 피에조 엑츄에이터가 가지고 있는 낙하신뢰성의 문제점을 해결함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 완충부를 구비함으로써 낙하 및 충격 등에 파손을 줄여 낙하신뢰성을 향상 시킬 수 있는 피에조 엑츄에이터용 진동판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 완충부가 진동판과 일체형으로 형성되어, 완충작용을 위한 부품의 수를 줄일 수 있어서, 조립 시 작업 공수를 감소할 수 있고 외부 충격을 흡수하여 완충 효과를 향상 시킬 수 있는 피에조 엑츄에이터용 진동판을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고정돌기부가 포함됨으로써 고정돌기부가 웨이트와 결합되고 안정적인 조립상태를 유지할 수 있어, 구조적인 안정도를 증가시킬 수 있는 피에조 엑츄에이터용 진동판를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 피에조 엑츄에이터용 진동판으로서, 피에조와 결합되어 상기 피에조의 반복되는 수축 및 팽창에 의해 진동을 발생시키고, 상기 피에조 및 웨이트와 면접하지 않는 영역에 형성된 완충부가 포함되는 피에조 엑츄에이터용 진동판를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 완충부는 상기 진동판과 일체형으로 형성될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)은 상기 피에조가 면접하는 영역의 스프링 상수 K 값(K1)보다 작게 형성될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)과 상기 피에조가 면접하는 영역 스프링상수 K 값(K1)은 하기 수학식과 같은 관계를 갖는다.

[수학식]

0.1 < K2/K1 < 1

바람직한 실시예에 있어서, 상기 완충부는 굴곡부 또는 관통홀을 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 웨이트가 삽입될 수 있는 고정돌기부가 상기 피에조가 형성되지 않는 영역에 더 형성되어, 상기 웨이트와 결합될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 댐핑부재와 결합되는 홈 또는 돌기가 양측 단부에 더 형성될 수 있다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 의하면 완충부를 구비함으로써 낙하 및 충격 등에 파손을 줄여 낙하신뢰성을 향상 시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 완충부가 진동판과 일체형으로 형성되어, 완충작용을 위한 부품의 수를 줄일 수 있어서, 조립 시 작업 공수를 감소할 수 있고 외부 충격을 흡수하여 완충 효과를 향상 시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 고정돌기부가 포함됨으로써 고정돌기부가 웨이트와 결합되고 안정적인 조립상태를 유지할 수 있어, 구조적인 안정도를 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 스프링 상수 K값의 변화를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 또 다른 실시예에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 사시도 이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 기술적 특징은 진동판이 낙하 및 충격 등에 파손을 줄여 낙하신뢰성을 향상 시킬 수 있도록 완충부를 구비한 것에 있다.

따라서, 본 발명에 따른 피에조 엑추에이터용 진동판은 피에조와 결합되어 피에조의 반복되는 수축 및 팽창에 의해 진동을 발생시키는데, 피에조 및 웨이트와 면접하지 않는 영역에 형성된 완충부가 포함된다.

완충부는 개별적으로 형성되어 진동판에 부착될 수도 있지만, 진동판과 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다. 일체형으로 형성되는 경우 완충조건을 제어하는 것이 용이하고 생산원가가 절감될 수 있기 때문이다.

또한, 진동판의 낙하신뢰성을 향상시키기 위해 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)은 피에조가 면접하는 영역의 스프링 상수 K 값(K1)보다 작게 형성될 수 있는데, 특히, 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)과 피에조가 면접하는 영역의 스프링상수 K 값(K1)은 하기 수학식과 같은 관계를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

[수학식]

0.1 < K2/K1 < 1

이러한 스프링상수 K값에 대한 수학식은 무수한 반복실험을 통해 실험적으로 결정된 최적 범위로서 이 범위를 벗어나게 되면 낙하신뢰성이 특별히 향상되지 않으면서 생산원가가 상승되거나 오히려 낙하신뢰성이 저하되는 경향을 보였다.

본 발명의 피에조 엑추에이터용 진동판에 포함되는 완충부가 진동판과 일체형으로 형성되는 경우, 진동판의 영역 중 피에조가 결합되는 중앙부분은 비교적 큰 탄성을 가지도록 형성하고, 진동판의 영역 중 중앙부분을 제외한 완충부가 형성되는 영역이 비교적 작은 탄성을 갖도록 구현할 수 있기만 하면, 즉 피에조가 면접하는 영역과 완충부가 형성되는 영역이 서로 다른 탄성계수 즉 스프링상수 K값을 갖기만 하면, 이를 구현하기 위해 양 영역을 구성하는 재질을 서로 다르게 형성하든지 또는 양 영역의 형상을 달리하든지 제한되지 않는다.

이하 후술하는 본 발명의 실시예에서는 생산원가 절감에 보다 효과적이고 안정성이 더 뛰어난 양 영역의 형상을 달리하는 구성을 설명한다. 특히 본 발명의 진동판에 형성되는 완충부는 완충효과를 나타내기만 하면 어떠한 형상을 갖더라도 제한되지 않지만, 스프링상수 K 값을 제어하기 위해 굴곡부 또는 관통홀을 포함하도록 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 피에조 엑추에이터용 진동판에 대해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 스프링 상수 K값의 변화를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판(100)은 피에조(130)와 완충부(110)를 포함한다.

일반적으로 피에조는 전원공급장치를 통해 외부로부터 전원이 인가되면, 전압이 인가되는 방향에 따라 그 길이 방향으로 수축 또는 팽창하게 되는데, 이러한 특성을 지니는 피에조(130)가 부착된 피에조 엑츄에이터용 진동판(100)은 피에조(130)의 수축 또는 팽창에 따라 상측 또는 하측방향으로 휘어지게 되어 진동을 발생시킨다. 이때 피에조(130)는 피에조 엑츄에이터용 진동판(100)의 일면 또는 타면에 결합될 수 있다.

따라서, 피에조 엑츄에이터용 진동판(100)은 피에조(130)의 변형에 의해 오목 또는 볼록하게 구부러질 수 있도록 유연성 즉 탄성력이 있는 금속 재질로 구성될 수 있다.

이와 같이 피에조(130)가 진동판(100)에 결합되어 피에조(130)의 반복되는 수축 및 팽창에 의해 진동을 발생시키는 구성을 포함하는 피에조 엑추에이터는 이러한 피에조의 진동을 증폭하기 위해 진동판(100)에 웨이트를 면접하여 더 포함할 수 있으므로, 완충부(110)는 피에조(130) 및 웨이트(미도시)와 면접하지 않는 영역에 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 완충부(110)가 진동판(100)과 일체형으로 형성하게 되면, 완충작용을 보강하기 위한 댐핑부재(140)를 줄이고 조립 시 작업 공수를 줄일 수 있으며, 외부 충격을 자연스럽게 흡수함으로써 완충 효과를 보다 향상 시킬 수 있고, 제품의 견고성을 높일 수 있다. 완충부(110)는 피에조 엑추에이터의 필요에 따라 복수개가 구성될 수 있다.

이와 같이 완충부(110)가 진동판(100)의 일부로서 일체형으로 형성되는 경우 완충부(110)가 완충작용을 하기 위해서는 진동판(100)의 영역 중 완충부(110)를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)이 피에조(130)가 면접하는 영역의 스프링상수 K 값(K1)보다 작게 형성되어야 한다. 특히, 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)과 피에조가 면접하는 영역 스프링상수 K 값(K1)은 하기 수학식과 같은 관계를 갖는 것이 낙하신뢰성 향상에 보다 바람직할 수 있다.

[수학식]

0.1 < K2/K1 < 1

일예로 상기 수학식을 만족하도록 도 1 및 도 2(a)에 도시된 바와 같이 진동판(100)의 영역 중 피에조(130)가 결합되는 중앙부분은 비교적 큰 탄성을 가지도록 넓게 형성하고, 진동판(100)의 영역 중 완충부(110)가 형성되는 영역인 양단부 부분은 비교적 작은 탄성을 갖도록 좁게 형성할 수 있다. 즉 완충부(110)가 진동판(100)의 중앙부에 피에조(130)와 결합되는 부위보다 좁게 형성됨으로써 스프링 상수 K 값이 상기 수학식을 만족하도록 형성될 수 있기 때문이다.

따라서 충격 발생시 스프링 상수 K 값이 상대적으로 작은 완충부(110)가 휨으로써 충격을 완화시켜 피에조(130)가 구부러져 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 2(b) 및 (c)를 참조하여 완충부(110)가 포함되는 본 발명의 진동판(100)의 다른 실시예를 살펴보면, 진동판(100)의 영역 중 완충부(110)가 형성되는 영역에 관통홀(112)이 포함된 것을 알 수 있다.

즉, 도 2 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 완충부(110)는 복수개의 관통홀(112)로 형성될 수 있다. 이때 관통홀(112)은 복수개의 다각형의 형상으로 형성되어, 진동판의 완충부(110)가 형성되는 영역의 단면적을 감소시켜 스프링상수 K값을 감소시킬 뿐만 아니라 진동판(100)의 뒤틀림을 감소시킬 수 있다.

특히, 도 2 (c)에 도시된 바와 같이 완충부(110)가 관통홀(112)을 복수개 구 형태로 형성하고, 각각의 관통홀(112)이 진동판(100)의 중심부에서 양측 방향으로 점점 커지는 구조로 이루어지게 되면, 단면적을 감소시켜 스프링상수 K값을 감소시키고, 충격발생시 전달되는 힘이 한 지점으로 집중되는 것을 방지하여 낙하신뢰성을 보다 향상 시킬 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여 완충부(110)가 포함되는 본 발명의 진동판(100)의 또 다른 실시예를 살펴보면, 진동판(100)의 영역 중 완충부(110)가 형성되는 영역에 굴곡부(111)가 포함된 것을 알 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 완충부(110)가 복수개의 굴곡형상의 굴곡부(111)로 형성되더라도 스프링상수 K값이 작아지게 되어 완충 효과를 증가시킬 수 있다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 진동판(100)은 웨이트가 삽입될 수 있는 고정돌기부(120)가 피에조(130)가 형성되지 않는 영역에 더 형성되어, 웨이트(미도시)와 결합될 수 있다. 이때 고정돌기부(120)의 형상은 웨이트(미도시)와 고정 될 때 일정하고 안정적인 조립상태를 유지하기 위해 웨이트를 수용할 수 있는 구조이기만 하면 특별한 제한은 없다.

일반적으로 본 발명의 진동판(100)이 포함되는 피에조 엑츄에이터에서 댐핑부재(140)는 웨이트(미도시)가 상승 또는 하강할 때 케이스, 피에조(130), 진동판(100)이 충돌하여 발생하는 충격을 감소시켜 피에조 엑츄에이터가 구동 할 때 발생하는 소음을 방지 할 수 있으며, 외부의 급격한 충격 등에 의해 웨이트와 진동판(100)이 케이스와 부딪혀서 파괴되거나 변형이 되는 것을 막아주고, 피에조(130)가 파괴되는 것을 방지하는 기능을 한다.

본 발명에 따른 진동판(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 댐핑부재(140)와 결합을 위하여 홈 또는 돌기가 양측 단부에 더 형성될 수 있다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 진동판(100)의 양측단부에 홈이 형성되면 용이하게 댐핑부재(140)와 결합될 수 있으며, 도 5(b)와 같이 진동판(100) 양측 결합부위와 댐핑부재(140) 내측이 맞물리도록 돌기를 형성하여 상기 진동판(100)이 쉽게 분리되지 않도록 형성될 수 있다. 즉 진동판(100)의 양측 단부에 돌기나 굴곡 형상을 두어 댐핑부재(140)와 안정적으로 결합될 수 있어 피에조 엑츄에이터에 충격 발생 시 진동판(100)에 전달되는 충격을 안정적으로 흡수함으로써 진동판(100)이 변형되지 않도록 하고, 진동판(100)에 결합되어 있는 피에조(130)가 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이 경우 진동판(100)의 양측 단부에 완충부(110)가 형성되므로 댐핑부재(140)와 결합을 위하여 형성되는 홈 또는 돌기또한 스프링상수 K값을 고려하여 형성해야 한다.

실험예

낙하 신뢰성을 확인하기 위하여 종래 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터와 본 발명의 도 1에 도시된 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터를 사용하여 낙하 시험을 수행하였다. 종래의 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터와 본 발명의 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터는 모두 200g의 중량이었으며, 시험 조건은 1.5m의 높이에서 24회 추락시켰다. 그 결과 종래의 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터는 90%이상이 파손되었으나, 본 발명의 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터는 모두 변화가 없었다. 또한 종래의 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터는 작동되지 않았으며, 본 발명의 진동판을 이용한 피에조 엑츄에이터는 시험 전과 비교하여 고장이 발생하지 않았으며, 작동성능에도 변화가 없었다. 이 결과로부터 본 발명에 따른 피에조 엑츄에이터용 진동판의 경우에는 낙하신뢰성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.

상술된 실시예에서 구체적으로 설명하지는 않았지만 원형 진동판에 대해서도 완충부를 포함하게 되면 낙하신뢰성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100 : 진동판 110 : 완충부
111 : 굴곡부 112 : 관통홀
120 : 고정돌기부 130 : 피에조
140 : 댐핑부재

Claims (7)

1. 피에조 엑츄에이터용 진동판으로서,
   피에조와 결합되어 상기 피에조의 반복되는 수축 및 팽창에 의해 진동을 발생시키고, 상기 피에조 및 웨이트와 면접하지 않는 영역에 형성된 완충부가 포함되는 피에조 엑츄에이터용 진동판.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 완충부는 상기 진동판과 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 엑츄에이터용 진동판.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)은 상기 피에조가 면접하는 영역의 스프링 상수 K 값(K1)보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 피에조 엑츄에이터용 진동판.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 완충부를 포함하는 영역의 스프링상수 K 값(K2)과 상기 피에조가 면접하는 영역 스프링상수 K 값(K1)은 하기 수학식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 피에조 엑츄에이터용 진동판.
   [수학식]
   0.1 < K2/K1 < 1
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 완충부는 굴곡부 또는 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 엑츄에이터용 진동판
   
6. 제 1항에 있어서,
   웨이트가 삽입될 수 있는 고정돌기부가 상기 피에조가 형성되지 않는 영역에 더 형성되어, 상기 웨이트와 결합되는 것을 특징으로 하는 피에조 엑츄에이터용 진동판.
   
7. 제 1항에 있어서,
   댐핑부재와 결합되는 홈 또는 돌기가 양측 단부에 더 형성되는 것을 특징으로 하는 피에조 엑츄에이터용 진동판.
   

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