KR20140115915A - 압전 진동 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 진동 디바이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전소자가 부착된 탄성부재에 연결된 진동 플레이트의 진동을 이용하여 휴대폰, PDA 등의 소형 전자기기의 진동모터나 햅틱 피드백 제공수단으로 적용 가능한 압전 진동 디바이스에 관한 것이다.
본 발명에 의한 압전 진동 디바이스는, 진동 플레이트;
상기 진동 플레이트에서 일정거리 이격하여 배치되는 2개의 제1 탄성부재;
상기 제1 탄성부재에 일단이 연결되는 2개의 제2 탄성부재;
양단이 각각 상기 진동 플레이트와 상기 제2 탄성부재에 연결되는 2개의 연결부재;
상기 제1 탄성부재의 일면 또는 양면에 부착되는 압전소자; 및
상기 제1 탄성부재의 일단이 부착되는 베이스(70)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되어 이루어지는 본 발명에 따른 압전 진동 디바이스는 기존의 기술에 비해 구조가 간단하고 제조가 용이한 효과가 있다.

Description

압전 진동 디바이스{PIEZOELECTRIC VIBRATION DEVICE}

본 발명은 압전 진동 디바이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전소자가 부착된 탄성부재에 연결된 진동 플레이트의 진동을 이용하여 휴대폰, PDA 등의 소형 전자기기의 진동모터나 햅틱 피드백 제공수단으로 적용 가능한 압전 진동 디바이스에 관한 것이다.

휴대폰과 같은 통신기기에는 신호의 착신 상태를 무음으로 소유자에게 알리는 기능을 하는 소형 진동모터가 사용되고 있다. 또한, 터치스크린이나 터치패드에는 가상의 물체인 윈도우 화면의 버튼을 눌렀을때 실제의 버튼을 누른것 처럼 진동을 전달하는 햅틱피드백(Haptic Feedback) 장치도 사용되고 있다.

종래의 진동 디바이스로는, 대한민국 등록특허 10-1004134와 10-0968892에 영구자석과 코일의 전자기적 상호작용에 의해 진동을 발생시키는 것이 있으나 소형경량화에 다소 제한이 있고 전력소모가 상대적으로 큰 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1004134 대한민국 등록특허 10-0968892

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것으로써, 압전소자는 빠른 응답속도, 저 전력소모, 높은 발생력 등의 특징이 있고 구조가 간단하여 소형 경량화가 가능하여 각종 모터, 센서 등에 사용이 확대되고 있는 추세이다. 압전소자가 부착된 한쌍의 탄성부재에 연결된 진동 플레이트의 진동에 의한 간단한 구조의 압전 진동 디바이스를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압전 진동 디바이스는,

진동 플레이트;

상기 진동 플레이트에서 일정거리 이격하여 배치되는 2개의 제1 탄성부재;

상기 제1 탄성부재에 일단이 연결되는 2개의 제2 탄성부재;

양단이 각각 상기 진동 플레이트와 상기 제2 탄성부재에 연결되는 2개의 연결부재;

상기 제1 탄성부재의 일면 또는 양면에 부착되는 압전소자; 및

상기 제1 탄성부재의 일단이 부착되는 베이스(70)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되어 이루어지는 본 발명에 따른 압전 진동 디바이스는 기존의 기술에 비해 구조가 간단하고 제조가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.
도 2은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 압전 진동 디바이스의 1차 공진모드를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다. 이하, 첨부된 도 면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다. 상하면에 도전성 금속의 도금 또는 실버 페이스트 등의 도포 후 열경화 등의 방법으로 전극이 형성된 압전소자(10)는 제1 탄성부재(20)의 상면 또는 하면에 도전성 에폭시 수지 등을 도포하여 오븐에 의한 열경화로 부착되고,제1 탄성부재(20)의 한쪽 끝단은 제2 탄성부재(30)의 한쪽 끝단에 연결된다. 중심부에 위치한 진동 플레이트(40)는 연결부재(50)의 한쪽 끝단에 연결되고 연결부재(50)의 다른 끝단은 제2 탄성부재(30)의 일단에 연결된다. 제1 탄성부재(20)의 다른쪽 끝단은 도5(b)에 도시된 바와 같이 인쇄회로 기판 등의 재질의 베이스(70)에 납땜 또는 에폭시 접작제에 의한 접착 등의 방법으로 부착된다.

제1 탄성부재(20), 제2 탄성부재(30), 연결부재(50)와 진동 플레이트(40)는 탄성특성이 우수한 금속물질인 인청동 재질이나 스프링강 또는 인쇄회로 기판 등을 사용하여 용접, 접착 등의 방법으로 서로 연결될 수 있다. 제1 탄성부재(20)의 일면에 부착된 압전소자(10)의 분극 방향과 인가된 전압에 의한 전계의 방향이 반대가 될 때에는 압전소자(10)에 길이 방향으로 팽창이 일어나게 되어 제1 탄성부재(20)는 압전소자(10)가 부착된 반대 방향으로 휨이 발생한다. 또 압전소자(10)의 분극 방향과 인가된 전압에 의한 전계의 방향이 동일할 때에는 압전소자(10)에 길이 방향으로 수축이 일어나게 되어 제1 탄성부재(20)는 압전소자(10)가 부착된 방향으로 휨이 발생한다. 따라서 교류전원이 인가되면 제1 탄성부재(20)에 상호 연결된 진동 플레이트(40)는 상하 진동을 반복하게 된다. 압전소자(10)은 PZT, PZT4 등이나 구동전압은 낮추기 용이한 적층된 PZT4 등도 사용될 수 있다. 진동 플레이트(40)는 사각형과 같은 다각형이나 원형 형상 등이 사용될 수 있다. 제1 탄성부재(20)의 양면에 압전소자(10)가 부착되면 일면에 압전소자(10)가 부착된 경우보다 진동 변위를 크게할 수 있다.

도 2은 좌우진동을 반복하도록 구성된 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이 제2 탄성부재(30)의 일면 또는 양면에 압전소자(10)가 추가적으로 부착된 경우 제1 탄성부재(20)와 제2 탄성부재(30)의 진동이 합성되어 진동 플레이트(40)의 진동 변위는 더욱 확대될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 제1 탄성부재(20), 제2 탄성부재(30), 연결부재(50), 진동 플레이트(40)와 베이스(70)는 FR4와 같은 유전체 층의 일면 또는 양면에 구리 등과 같은 금속 박판이 적층된 인쇄회로 기판 등과 같은 동일 재질의 자재에 스템핑, CNC routing등의 방법으로 일체형으로 형성하면 구조가 간단하여 제조공정이 단순화되고 소형화가 용이하다. 또한 인쇄회로 기판에 일체형으로 형성하는 경우, 압전소자(10)의 하부는 인쇄회로 기판의 패드에 땜납, 도전성 페이스트 등을 사용하여 부착되고, 압전소자(10)의 상부 일단에서 Gold, Copper, Aluminum 등의 재질의 wire 또는 ribbon 등의 도전부재(80)를 Ball Bonding, Wedge Bonding 등의 방법으로 PCB의 다른 패드에 연결하여 제조 공정의 자동화가 용이하다. 도 7(a)에 도시된 바와 같이 진동발생부(100)와 베이스(70)를 원형으로 형성하면 동전형 압전 진동 디바이스로 적용도 가능하다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이 베이스(70)의 상부에 압전 진동 디바이스를 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 커버(90)가 부착되어 사용될 수도 있다.

도 5은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이 진동 플레이트(40)의 일면 또는 양면에 스테인레스 스틸 또는 텅스텐 재질 등의 중량체(60)를 용접, 접착 등의 방법으로 부착하여 진동 플레이트(40)의 진동력을 확대시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 압전 진동디바이스의 1차 공진모드를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 압전 진동 디바이스의 사시도이다. 본 발명의 진동 디바이스가 부착되는 기판과의 전기적인 연결 또는 진동시 기판과의 간섭을 방지하기 위하여, 도 7(b)에 도시된 바와 베이스(70)의 하면에 최소한 두개의 솔더볼(75)를 reflow 등의 방법으로 부착하거나 도 7(c)에 도시된 바와 베이스(70)의 하면에 최소한 두개의 구리와 같은 금속의 스트립(75)을 도전성 페이스트 등을 사용하여 부착할 수 있다. 또한 최소한 한개의 인쇄회로 기판 스트립(도시되지 않음)을 납땜등의 방법으로 부착하는 것도 가능하다. 인쇄회로 기판으로 형성된 베이스(70)의 관통홀을 통하여 하부의 솔더볼(Solder Ball) 또는 금속 스트립 또는 인쇄회로 기판 스트립은 전기적으로 연결되어 압전소자에 전원을 공급하는 터미날로써 사용될 수 있다.

또한 터치패널에 압전소자(10)가 부착된 반대 면을 부착하여 햅틱 피드백 장치도 적용할 도수 있다

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10: 압전소자 20: 제1 탄성부재
30: 제2 탄성부재 40: 진동 플레이트
50: 연결부재 60: 중량체

Claims (5)

1. 진동 플레이트(40);
   상기 진동 플레이트에서 일정거리 이격하여 배치되는 2개의 제1 탄성부재(20);
   상기 제1 탄성부재에 일단이 연결되는 2개의 제2 탄성부재(30);
   양단이 각각 상기 진동 플레이트와 상기 제2 탄성부재에 연결되는 2개의 연결부재(50);
   상기 제1 탄성부재의 일면 또는 양면에 부착되는 압전소자(10); 및
   상기 제1 탄성부재의 일단이 부착되는 베이스(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 진동 디바이스.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 탄성부재의 일면 또는 양면에 부착되는 압전소자(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 디바이스.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 탄성부재와 상기 제2 탄성부재와 상기 연결부재 와 상기 진동 플레이트 및 상기 베이스는 인쇄회로 기판의 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 진동 디바이스.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 진동 플레이트(40)의 일면 또는 양면에 부착되는 중량체(60);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 디바이스.
   
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 베이스의 일면에 부착되는 솔더볼 또는 금속 스트립 또는 인쇄회로 기판 스트립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 진동 디바이스.
   

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