KR20140142799A - 압전진동발생기 - Google Patents

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유한호
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

압전진동발생기가 개시된다. 본 발명에 따른 압전진동발생기는 중량체 연결구조를 최적화하여 중량체의 체적 증가를 용이하게 함으로써 압전진동발생기의 진동 성능을 향상시킬 수 있고, 중량체의 설계 자유도를 높임으로써 효율적인 공간 활용과 함께 소형화 요구에 능동적으로 대처할 수 있다. 또한, 압전진동발생기의 크기를 줄이면서도 진동 주파수를 낮춰 진동 체감을 향상시킬 수 있다.

Description

압전진동발생기{piezo-electric vibrator}
본 발명은 압전진동발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중량체의 연결구조를 최적화하여 중량체의 체적 증가를 용이하게 하고 설계 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 부품 단가를 감소시켜 가격경쟁력을 높이고 크기를 줄이면서도 진동 주파수를 낮춰 진동 체감을 향상시킬 수 있는 압전진동발생기에 관한 것이다.
압전(壓電, piezo-electric)소재는 전기적 에너지를 기계적 에너지로, 또는 그 반대로 외부에서 힘을 가하면 이를 전기적 에너지로 변환하는 특성이 있는 재료이다. 이러한 압전소재로 사용되는 압전 세라믹스는 전자부품분야의 기초재료로서 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 레조네이터(resonator), LCD 백라이트용 트랜스포머, 초정밀 액츄에이터, 초음파 모터, 각종 정밀 센서와 측정·계측기기 등 가정용에서부터 첨단 기술 분야까지 광범위하게 사용되고 있다.
한편, 핸드폰, 디지털카메라, 뮤직플레이어와 같은 소형이면서 휴대 가능한 모바일기기가 우리 삶 속에 빠르게 침투하고 있다. 이러한 모바일 기기는 기존의 데스크톱 컴퓨터가 수행하던 기능을 뛰어넘어 인간의 오감을 자극하여 실감형 정보를 제공하기 위한 3차원 인터페이스와 멀티모달(Multimodal) 기반의 휴먼 인터페이스 기술인 촉감생성(햅틱) 기능을 구비함으로써 과거와는 비할 수 없는 사용자 친화적인 환경을 제공하게 되었다.
이미 이러한 모바일 기기들은 공공 에티켓을 지킬 수 있도록 진동 기능이 필수로 되었을 뿐 아니라 전화번호나 문자 입력을 위해 화면을 터치할 때 진동을 느낄 수 있고 게임을 할 때에 진동 기능을 가미하여 사용자에게 보다 생생하고 실감난 현장감과 몰입감을 제공하고 있다.
이러한 진동 기능을 구현하기 위하여 보통 진동을 발생하는 진동발생기가 구비되는데, 까다로운 소비자의 요구를 만족시키면서도 점차 얇고 소형화되어 가는 모바일 기기에 진동 기능을 구현하여야 하기 때문에 진동발생기의 소형화, 장시간 사용할 수 있는 고내구성, 높은 신뢰성과 다양한 진동 형태(Mode) 구현 및 진동체감 성능의 향상 등에 대한 요구가 증대되고 있다.
한편, 진동발생기의 진동력을 향상시키기 위하여 중량체가 연결되는데, 한정된 공간에서 중량체의 체적을 최대한 증가시키기 위해서는 중량체와 압전소재와의 연결구조를 최적화할 필요가 있다.
그리고 소형화 요구에 맞춰 압전소재의 길이를 줄이는 경우 동작 주파수가 높아지며, 주파수가 높아질수록 낮은 대역의 주파수에 비해 상대적으로 진동을 체감하기 어렵게 되는 문제가 있다.
따라서, 중량체의 연결구조를 최적화하여 중량체의 체적 증가를 용이하게 하고 설계 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 크기를 줄이면서도 진동 주파수를 낮춰 진동 체감을 향상시킬 수 있는 진동발생기에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 실시 예들은 중량체 연결구조를 최적화하여 중량체의 체적 증가를 용이하게 함으로써 압전진동발생기의 진동 성능을 향상시키고자 한다.
또한, 중량체의 설계 자유도를 높임으로써 효율적인 공간 활용과 함께 소형화 요구에 능동적으로 대처하고자 한다.
또한, 압전진동발생기의 크기를 줄이면서도 진동 주파수를 낮춰 진동 체감을 향상시키고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시키는 압전부재와, 상기 압전부재와 결합하여 함께 진동하는 제1 스프링부재와, 상기 압전부재의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재와 연결되는 중량체 및, 상기 중량체와 연결되도록 상기 제1 스프링부재로부터 상기 중량체를 향하여 돌출 형성되는 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 압전진동발생기가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 압전진동발생기는 상기 돌출부가 삽입되어 결합되도록 상기 중량체의 일측에 형성되는 적어도 하나의 결합홈을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1 스프링부재의 일면 중앙에 형성되며, 상기 결합홈은 상기 돌출부에 대응되도록 상기 중량체의 대향되는 일면 중앙에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 돌출부는 용접에 의해 상기 결합홈 상에 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시키는 압전부재와, 상기 압전부재와 결합하여 함께 진동하는 제1 스프링부재와, 상기 압전부재의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재와 연결되는 중량체 및, 상기 중량체와 연결되도록 상기 제1 스프링부재의 일부를 잘라 절곡하여 형성되는 적어도 하나의 결합절편을 포함하는 압전진동발생기가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 압전진동발생기는 상기 결합절편을 삽입하여 관통하도록 상기 중량체에 형성되는 적어도 하나의 삽입홀을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 압전진동발생기는 상기 중량체를 관통하여 타측으로 빠져나온 상기 결합절편의 단부를 절곡하여 형성된 이탈방지부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압전진동발생기는 상기 이탈방지부가 안착되어 용접 결합되도록 상기 중량체의 타측면에 형성되는 안착홈을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 압전진동발생기는 상기 제1 스프링부재와 고정자를 연결하며 상기 제1 스프링부재와 서로 다른 재질로 이루어지는 제2 스프링부재를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제1 스프링부재는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 황동 재질로 이루어지고 상기 제2 스프링부재는 PBT(PolyButylene Terphthalate)수지 또는 고무로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 압전부재의 신장 및 수축변형에 따라 진동하며 상기 압전부재와 결합하여 함께 진동하도록 탄성 재질로 이루어진 제1 스프링부재를 구비하는 진동자와, 상기 진동자가 진동 가능하게 연결되는 고정자 및, 상기 제1 스프링부재와 고정자를 연결하며 상기 제1 스프링부재와 서로 다른 이종 재질로 이루어지는 제2 스프링부재를 포함하는 압전진동발생기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 스프링부재는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 황동 재질로 이루어지고 상기 제2 스프링부재는 PBT(PolyButylene Terphthalate)수지 또는 고무로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 압전진동발생기는 상기 압전부재의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재와 연결되는 중량체를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 중량체는 상기 제1 스프링부재에 형성되는 돌출부가 상기 중량체에 형성된 결합홈에 용접결합하여 제1 스프링부재에 연결될 수 있다.
그리고, 상기 중량체는 상기 제1 스프링부재의 일부를 잘라 절곡하여 형성된 결합절편이 상기 중량체에 형성된 삽입홀에 삽입 결합되어 제1 스프링부재에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 중량체 연결구조를 최적화하여 중량체의 체적 증가를 용이하게 함으로써 압전진동발생기의 진동 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 중량체의 설계 자유도를 높임으로써 효율적인 공간 활용과 함께 소형화 요구에 능동적으로 대처할 수 있다.
또한, 압전진동발생기의 크기를 줄이면서도 진동 주파수를 낮춰 진동 체감을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기의 사시도
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 사시도
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기의 사시도
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 사시도
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도
도 15는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도
도 16은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 압전진동발생기(100)는 크게 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시키는 압전부재(110)와, 상기 압전부재(110)와 결합하여 함께 진동하는 제1 스프링부재(120)와, 상기 압전부재(110)의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재(120)와 연결되는 중량체(130) 및, 상기 중량체(130)와 연결되도록 상기 제1 스프링부재(120)로부터 상기 중량체(130)를 향하여 돌출 형성되는 적어도 하나의 돌출부(122)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 압전부재(110)는 압전 세라믹스(piezo-electric ceramics)로 이루어질 수 있는데, 여기서 압전 세라믹스는 금속산화물의 미세분말을 적당량 혼합하여 1,000~1,500℃ 에서 소결하고 직류 고전압에서 처리한 무기(無機) 압전체를 총칭하는 것이다. 대표적인 예로 압전 세라믹스 중 하나인 티탄산바륨(BaTiO3)은 산화바륨(BaO)과 티타니아(TiO2)의 미세분말체를 혼합하여 약 1,400℃에서 소결하고, 분극처리를 한 세라믹스이다.
이러한 압전 세라믹스는 미세한 결정립으로 되어 있는데 특히 대칭 중심이 없는 결정 구조로 되어 있으며, 응력을 받으면 전기 쌍극자(電氣雙極子)가 된다. 이 현상을 자발분극(自發分極)이라 부르며 이 자발분극으로 생긴 전기 쌍극자를 일정 방향으로 정렬되도록 분극 처리함으로써 압전 효과를 얻게 된다.
압전 세라믹스는 전기적 에너지를 가하면 기계적 진동이 발생(압전역효과)하고 압력을 가하면 전기적 에너지가 발생(압전효과)하게 된다. 압전역효과를 이용한 압전진동발생기는 에너지 손실이 적고, 응답 속도가 빠르며, 소요 면적이 작고, 저 전력에서 구동할 수 있다는 장점을 가지며 진동의 크기와 속도를 자유자재로 구현할 수 있다.
압전 세라믹스를 사용하여 상기 압전부재(110)를 형성하는 구조는 여러 가지 형태가 있을 수 있으며, 가장 많이 활용되고 있는 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 비압전층(non-piezoelectric layer) 상에 압전 세라믹스를 적층하는 유니몰프(unimorph) 방식과 전극을 사이에 두고 위, 아래에 압전 세라믹스를 적층하는 바이몰프(bimorph) 방식이다.
바이몰프 방식의 압전부재(110)는 동일한 전압 하에서 유니몰프 방식에 비해 큰 변위와 힘을 갖는다. 바이몰프 방식의 압전부재(110)는 전압을 가하면 한 소자는 길이방향으로 수축하고 다른 한 소자는 늘어나려는 성질 때문에 가해지는 전압에 따라서 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 휘게 되면서 진동을 발생시킨다.
바이몰프 방식은 저전압에서도 일정 크기 이상의 변위량을 얻을 수 있으나, 변위량에 따른 발생력은 작다. 이에 반해 유니몰프 방식은 고전압을 인가하여도 큰 변위량을 얻을 수 없으며, 변위량에 따른 발생력이 크다. 하지만, 발생력이 큰 유니몰프 방식을 사용할 경우 바이몰프 방식보다 몇 배 이상의 인가전압이 필요하다. 따라서, 바이몰프 방식 압전부재(110)는 저전력 햅틱 진동자로서도 사용이 가능하다.
본 발명은 압전진동발생기(100)가 설치되는 기기와 그 용도 및 특성에 따라 상기 어느 방식의 압전부재(110)든 적용 가능하며, 특정 방식에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성된 상기 압전부재(110)는 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시킨다. 구체적으로, 상기 압전부재(110)에 펄스 입력을 가하게 되면 압전부재(110)는 위·아래로 입력에 따라 진동하게 되며 이때, 펄스의 주파수는 압전부재(110)의 진동 주파수를 조정해 주고 펄스의 크기는 진동의 크기를 제어한다. 따라서, 진동의 주파수와 크기를 독립적으로 쉽고 빠르게 제어할 수 있어 다양한 진동력을 생성할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 압전부재(110)는 제1 스프링부재(120)와 결합하여 함께 진동하도록 구성된다. 본 실시 예에서 상기 압전부재(110)는 소정 길이를 갖는 판형으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 스프링부재(120)는 상기 압전부재(110)에 대응되도록 역시 소정 길이를 갖는 판형으로 형성될 수 있다. 물론 상기 압전부재(110)와 제1 스프링부재(120)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태를 갖도록 실시될 수 있다.
구체적으로 본 실시 예에서 상기 제1 스프링부재(120)의 하부면에는 상기 압전부재(110)가 부착되어 상기 압전부재(110)가 상하로 굴곡하여 진동함에 따라 상기 제1 스프링부재(120) 또한 함께 상하로 굴곡하여 진동하게 된다.
이때, 상기 압전부재(110)와 상기 제1 스프링부재(120)의 결합은 접착, 용접, 기구적인 코킹(calking) 등 여러 가지 방법이 사용될 수 있는데, 압전부재(110)와 제1 스프링부재(120)의 재질 형상 결합구조 등에 따라 적합한 방식을 선택하여 사용할 수 있으며, 본 실시 예에서는 접착 방식을 적용하였다.
상기 제1 스프링부재(120)의 상부에는 중량체(130)가 연결 고정될 수 있다. 여기서 상기 중량체(130)는 예를 들어 텅스텐(tungsten) 소결체와 같이 고비중체로 이루어지며, 상기 제1 스프링부재(120)가 상기 압전부재(110)와 함께 상하로 굴곡하여 진동함에 따라 함께 진동하면서 진동 크기를 증대시키는 역할을 수행한다.
상기 제1 스프링부재(120)와 중량체(130)의 연결을 위하여 상기 제1 스프링부재(120)는 상기 중량체(130)를 향하여 돌출 형성되는 적어도 하나의 돌출부(122)를 구비할 수 있다.
상기 돌출부(122)는 상기 제1 스프링부재(120)의 일부가 구부러진 방식으로 상기 중량체(130)를 향하여 볼록한 형상을 이루도록 형성될 수 있고, 상기 제1 스프링부재(120)의 일면으로부터 별도의 부재가 돌출 형성되어 이루어지는 것도 가능하다.
상기 제1 스프링부재(120)와 결합하는 상기 중량체(130)의 대향되는 면에는 상기 돌출부가 삽입되어 결합되도록 결합홈(132)이 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 돌출부(122)는 상기 제1 스프링부재(120)의 일면 중앙에 형성되며, 상기 결합홈(132)은 상기 돌출부(122)에 대응되도록 상기 중량체(130)의 대향되는 일면 중앙에 형성될 수 있다.
이때, 상기 결합홈(132)은 볼록한 형상의 돌출부(122)에 대응되도록 소정 깊이로 파여진 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 결합홈(132)과 서로 대응되는 형상으로 이루어진 상기 돌출부(122)는 용접에 의해 상기 결합홈(132) 상에 고정될 수 있다. 물론 접착이나 열융착 등 다른 결합방식이 적용되는 것도 가능하다.
이와 같이 상기 제1 스프링부재(120) 상부면에 형성된 돌출부(122)와 상기 중량체(130) 하부면에 형성된 결합홈(132)은 상기 제1 스프링부재(120)와 중량체(130)를 서로 연결하여 고정시키는 역할을 수행한다.
본 실시 예에 따른 압전진동발생기(100)는 상기 중량체(130)와 제1 스프링부재(120)의 결합을 위한 구성이 중량체(130) 하부에만 위치하고, 결합을 위하여 별도의 추가적인 부재가 추가되지 않으므로 중량체(130)의 체적을 증가시키기 용이하고, 중량체(130)의 설계 자유도를 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 중량체(130)의 체적을 증가시킴으로써 공진주파수를 저주파수로 낮추어 궁극적으로 진동 체감을 높일 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 제1 스프링부재(120)는 제2 스프링부재(140)를 통해 베이스(103)와 연결될 수 있다. 전술한 압전부재(110), 제1 스프링부재(120) 및 중량체(130)는 압전부재(110)의 굴곡 변형에 따라 발생하는 진동력에 의해 진동하게 되는 진동자를 이룬다. 그리고 이러한 진동자는 제2 스프링부재(140)를 통해 베이스(103)와 케이스(101) 등으로 이루어진 고정자에 연결되어 진동 가능하게 지지될 수 있다.
본 실시 예에서는 압전부재(110)의 하부에 진동자가 진동 가능하게 지지되도록 연결되는 베이스(103)가 구비되며, 상기 중량체(130) 상부로부터 케이스(101)가 덮여져 조립됨으로써 하나의 모듈로 이루어진 압전진동발생기(100)를 이루게 된다.
물론, 압전진동발생기(100)가 적용되는 제품이나, 설치 공간 등을 고려하여 필요에 따라 상기 베이스(103)와 케이스(101)는 생략되고 제품 내부에 직접 압전부재(110)와 제1 스프링부재(120) 및 중량체(130)가 진동 가능하게 연결 설치되는 경우도 상정할 수 있다.
상기 제2 스프링부재(140)는 진동자와 고정자를 연결하는 역할을 수행한다. 구체적으로 본 실시 예에서 상기 제2 스프링부재(140) 일측에는 제1 연결돌기(141)가 구비되며, 상기 제1 연결돌기(141)는 상기 베이스(103)에 형성된 제1 연결홀(104)에 삽입 고정될 수 있다. 그리고, 상기 제2 스프링부재(140) 타측에는 제2 연결돌기(143)가 구비되며, 상기 제2 연결돌기(143)는 상기 제1 스프링부재(120)에 형성된 제2 연결홀(123)에 삽입 고정될 수 있다.
이때, 상기 제1 연결돌기(141)와 제2 연결돌기(143)가 각각 제1 연결홀(104)과 제2 연결홀(123)에 고정될 수 있도록 추가적으로 접착제를 사용하거나 열융착 방식 등이 적용될 수 있다.
한편, 상기 제1 스프링부재(120)와 제2 스프링부재(140)는 동작주파수를 낮추기 위하여 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 스프링부재(120)는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 황동 재질로 이루어지고 상기 제2 스프링부재(140)는 PBT(PolyButylene Terphthalate)수지 또는 고무로 이루어질 수 있다.
일반적으로 압전 방식의 진동발생기는 동작주파수가 높게 형성되며 주파수가 높으면 낮은 대역의 주파수에 비해 상대적으로 진동을 체감하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 압전부재(110)가 가지고 있는 변하지 않는 고유의 주파수정수(주파수정수 = 공진주파수 × 압전부재 길이)로 인하여 압전부재(110)의 길이가 줄어들수록 주파수가 증가하게 되며 이는 제품의 소형화를 저해하는 요인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 제1 스프링부재(120)와 제2 스프링부재(140)를 금속재질과 플라스틱 재질의 이종 재질로 구성함으로써 동작주파수를 낮추고 궁극적으로 진동 체감을 향상시키고 제품의 소형화를 달성할 수 있게 된다.
실제로 실험결과 기존 42mm 길이를 갖는 압전부재(110)를 적용한 압전진동발생기(100)의 동작주파수는 251Hz이고, 길이를 반으로 줄인 21mm 길이의 압전부재(110)를 적용한 압전진동발생기(100)의 동작주파수는 831.56Hz로서 길이 감소에 따른 주파수 상승폭이 매우 컸다.
그런데 이를 해결하기 위하여, 21mm의 길이의 압전부재(110)에 SUS 재질의 제1 스프링부재(120)와 PBT 재질의 제2 스프링부재(140)를 적용하여 서로 이종 재질로 구성한 경우에는 동작주파수가 284Hz가 나와 현저한 주파수 감소 효과를 달성할 수 있었다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전진동발생기(100)는 이종 재질의 제1 스프링부재(120)와 제2 스프링부재(140)를 각각 금속 재질과 플라스틱 재질로 이종 재질을 적용함으로써 주파수 감소와 함께 진동 체감 향상 및 소형화 설계를 달성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도이며, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 압전진동발생기(200)는 제1 실시 예에서와 비슷한 구조를 가지지만, 돌출부(222)의 형상과 연결구조가 다르게 구성된다.
상기 돌출부(222)는 제1 실시 예에서와 마찬가지로 상기 제1 스프링부재(220)와 중량체(230)의 연결을 위하여 상기 제1 스프링부재(220)의 일측으로부터 상기 중량체(230)를 향하여 돌출 형성될 수 있다.
제1 실시 예에서 상기 돌출부(222)는 상기 제1 스프링부재(220)의 일부가 구부러진 방식으로 상기 중량체(230)를 향하여 볼록한 형상을 이루도록 형성된 반면, 본 실시 예에서는 상기 돌출부(222)가 별도의 부재로서, 상기 제1 스프링부재(220)의 일면으로부터 돌출 형성되어 이루어진다.
상기 돌출부(222)는 상기 제1 스프링부재(220)의 일면 중앙으로부터 2 개가 얇은 판형으로 연장되어 형성되며, 상기 제1 스프링부재(220)와 결합하는 상기 중량체(230)의 대향되는 면에는 상기 돌출부(222)가 삽입되어 결합되도록 결합홈(232)이 2 개 형성될 수 있다.
이때, 상기 결합홈(232)은 얇은 판형으로 연장된 돌출부(222) 형상에 대응되도록 소정 깊이로 파여진 얇은 홈의 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 돌출부(222)와 결합홈(232)은 접착, 용접, 열융착 등 여하한 방식이 적용되어 결합될 수 있다.
이와 같이 상기 제1 스프링부재(220) 상부면에 돌출 형성된 돌출부(222)와 상기 중량체(230) 하부면에 형성된 결합홈(232)은 상기 제1 스프링부재(220)와 중량체(230)를 서로 연결하여 고정시키는 역할을 수행한다.
제2 실시 예에서도 상기 중량체(230)와 제1 스프링부재(220)의 결합을 위한 구성이 중량체(230) 하부에만 위치하고, 결합을 위하여 별도의 추가적인 부재가 추가되지 않으므로 중량체(230)의 체적을 증가시키기 용이하고, 중량체(230)의 설계 자유도를 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 중량체(230)의 체적을 증가시킴으로써 공진주파수를 저주파수로 낮추어 궁극적으로 진동 체감을 높일 수 있는 효과가 있다.
그 외의 압전부재(210)와 제1 스프링부재(220)의 형상이나 결합방식, 베이스(203)와 케이스(201)의 구조 및 제1 스프링부재(220)와 제2 스프링부재(240)의 재질과 연결구조는 제1 실시 예에서 설명한 사항과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도이며, 도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도이다. 도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 사시도이고, 도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 9 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 압전진동발생기(300)는 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시키는 압전부재(310)와, 상기 압전부재(310)와 결합하여 함께 진동하는 제1 스프링부재(320)와, 상기 압전부재(310)의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재(320)와 연결되는 중량체(330) 및, 상기 중량체(330)와 연결되도록 상기 제1 스프링부재(320)의 일부를 잘라 절곡하여 형성되는 적어도 하나의 결합절편(322)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 결합절편(322)은 상기 제1 스프링부재(320)를 일정 형상으로 절개한 후 이를 구부려 형성될 수 있다. 상기 결합절편(322)은 중앙부를 대칭으로 2 개가 형성되는데, 이때, 상기 2 개의 결합절편(322)은 상기 중량체(330)와 결합되는 측을 향하여 절곡되며, 상기 중량체(330)에는 상기 결합절편(322)을 삽입하여 관통하도록 삽입홀(332)이 형성될 수 있다.
상기 결합절편(322)은 상기 삽입홀(332)을 관통한 후에도 상기 중량체(330) 상면을 지나 연장될 정도의 길이를 가지며, 상기 중량체(330)를 관통하여 타측으로 빠져나온 상기 결합절편(322)의 단부는 다시 상기 중량체(330) 상면측으로 절곡됨으로써 이탈방지부(324)를 이루게 된다.
상기 이탈방지부(324)는 상기 중량체(330) 상면에 형성된 안착홈(334)에 안착된 후 용접되어 고정되며 상기 제1 스프링부재(320)와 중량체(330)의 분리를 방지하는 역할을 수행한다. 물론, 상기 이탈방지부(324)를 고정함에 있어서 접착이나 열융착 등의 다른 방식을 적용하는 것도 가능하다.
한편, 상기 결합절편(322)의 하부 양측에는 안착돌기(326)가 형성되며 상기 중량체(330)의 삽입홀(332) 양측에 형성된 안착면(336)이 상기 안착돌기(326)에 걸려 지지됨으로써 상기 중량체(330)가 상기 제1 스프링부재(320)와 소정 거리 이격된 상태로 지지된다.
이와 같이 상기 제1 스프링부재(320)의 일부를 절개하여 절곡된 결합절편(322)이 상기 삽입홀(332)을 관통하고 상기 안착홈(334) 상에 이탈방지부(324)가 용접 고정됨으로써 제1 스프링부재(320)와 중량체(330)가 서로 연결된 상태로 고정될 수 있다.
이와 같이 제1 스프링부재(320)의 일부를 사용하여 중량체(330)를 고정함으로써 제1 스프링부재(320)의 부품 단가를 감소시키고 전체 제조비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 제1 스프링부재(320)와 중량체(330)의 결합을 위하여 별도의 추가적인 부재가 추가되지 않으므로 중량체(330)의 체적을 증가시키기 용이하고, 중량체(330)의 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 상기 중량체(330)의 체적을 증가시킴으로써 공진주파수를 저주파수로 낮추어 궁극적으로 진동 체감을 높일 수 있는 효과가 있다.
그 외의 압전부재(310)와 제1 스프링부재(320)의 형상이나 결합방식, 베이스(303)와 케이스(301)의 구조 및 제1 스프링부재(320)와 제2 스프링부재(340)의 재질과 연결구조는 제1 실시 예에서 설명한 사항과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기의 분해사시도이고, 도 15는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기를 밑에서 바라본 분해사시도이며, 도 16은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 압전진동발생기(400)는 제3 실시 예에서와 같이 결합절편(422)을 포함하는데, 상기 결합절편(422)은 상기 제1 스프링부재(420)를 일정 형상으로 절개한 후 이를 구부려 형성될 수 있다.
이때, 상기 결합절편(422)은 동일한 형상으로 서로 대칭되도록 2 개가 형성될 수 있는데, 상기 중량체(430)와 결합되는 측을 향하여 한 번 절곡된 후 다시 서로를 향해 절곡되어 그 단부가 맞붙어 서로 연결된다. 이와 같이 서로 단부가 연결된 2 개의 결합절편(422)은 마치 제1 실시 예에서 도시된 볼록한 형상의 돌출부(422)와 비슷한 형상을 이루게 된다.
그리고, 상기 중량체(430)에는 상기 절곡된 결합절편(422)과 대응되도록 결합홈(432)이 형성되며 이때, 상기 결합홈(432)은 볼록한 형상을 이루도록 절곡된 결합절편(422)에 대응되도록 소정 깊이로 파여진 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 결합홈(432)과 서로 대응되는 형상으로 이루어진 절곡된 상기 결합절편(422)은 용접에 의해 상기 결합홈(432) 상에 고정될 수 있다. 물론 접착이나 열융착 등 다른 결합방식이 적용되는 것도 가능하다.
이와 같이 상기 제1 스프링부재(420)를 절곡하여 형성된 결합절편(422)과 상기 중량체(430) 하부면에 형성된 결합홈(432)은 상기 제1 스프링부재(420)와 중량체(430)를 서로 연결하여 고정시키는 역할을 수행한다.
제4 실시 예에서도 상기 중량체(430)와 제1 스프링부재(420)의 결합을 위한 구성이 중량체(430) 하부에만 위치하고, 결합을 위하여 별도의 추가적인 부재가 추가되지 않으므로 중량체(430)의 체적을 증가시키기 용이하고, 중량체(430)의 설계 자유도를 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 중량체(430)의 체적을 증가시킴으로써 공진주파수를 저주파수로 낮추어 궁극적으로 진동 체감을 높일 수 있는 효과가 있다.
그 외의 압전부재(410)와 제1 스프링부재(420)의 형상이나 결합방식, 베이스(403)와 케이스(401)의 구조 및 제1 스프링부재(420)와 제2 스프링부재(440)의 연결구조는 제1 실시 예에서 설명한 사항과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시 예들에 따른 압전진동발생기에 따르면, 중량체 연결구조를 최적화하여 중량체의 체적 증가를 용이하게 함으로써 압전진동발생기의 진동 성능을 향상시킬 수 있고, 중량체의 설계 자유도를 높임으로써 효율적인 공간 활용과 함께 소형화 요구에 능동적으로 대처할 수 있다. 또한, 압전진동발생기의 크기를 줄이면서도 진동 주파수를 낮춰 진동 체감을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100: 압전진동발생기 101: 케이스
103: 베이스 110: 압전부재
120: 제1 스프링부재 122: 돌출부
130: 중량체 132: 결합홈
140: 제2 스프링부재

Claims (15)

  1. 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시키는 압전부재;
    상기 압전부재와 결합하여 함께 진동하는 제1 스프링부재;
    상기 압전부재의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재와 연결되는 중량체; 및
    상기 중량체와 연결되도록 상기 제1 스프링부재로부터 상기 중량체를 향하여 돌출 형성되는 적어도 하나의 돌출부;를 포함하는 압전진동발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부가 삽입되어 결합되도록 상기 중량체의 일측에 형성되는 적어도 하나의 결합홈을 더 포함하는 압전진동발생기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제1 스프링부재의 일면 중앙에 형성되며, 상기 결합홈은 상기 돌출부에 대응되도록 상기 중량체의 대향되는 일면 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전진동발생기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부는 용접에 의해 상기 결합홈 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 압전진동발생기.
  5. 전원의 인가에 따라 신장 및 수축변형을 반복하여 진동을 발생시키는 압전부재;
    상기 압전부재와 결합하여 함께 진동하는 제1 스프링부재;
    상기 압전부재의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재와 연결되는 중량체; 및
    상기 중량체와 연결되도록 상기 제1 스프링부재의 일부를 잘라 절곡하여 형성되는 적어도 하나의 결합절편;을 포함하는 압전진동발생기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합절편을 삽입하여 관통하도록 상기 중량체에 형성되는 적어도 하나의 삽입홀을 더 포함하는 압전진동발생기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중량체를 관통하여 타측으로 빠져나온 상기 결합절편의 단부를 절곡하여 형성된 이탈방지부를 더 포함하는 압전진동발생기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이탈방지부가 안착되어 용접 결합되도록 상기 중량체의 타측면에 형성되는 안착홈을 더 포함하는 압전진동발생기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 스프링부재와 고정자를 연결하며 상기 제1 스프링부재와 서로 다른 재질로 이루어지는 제2 스프링부재를 더 포함하는 압전진동발생기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스프링부재는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 황동 재질로 이루어지고 상기 제2 스프링부재는 PBT(PolyButylene Terphthalate)수지 또는 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전진동발생기.
  11. 압전부재의 신장 및 수축변형에 따라 진동하며 상기 압전부재와 결합하여 함께 진동하도록 탄성 재질로 이루어진 제1 스프링부재를 구비하는 진동자;
    상기 진동자가 진동 가능하게 연결되는 고정자; 및
    상기 제1 스프링부재와 고정자를 연결하며 상기 제1 스프링부재와 서로 다른 이종 재질로 이루어지는 제2 스프링부재;를 포함하는 압전진동발생기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스프링부재는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 황동 재질로 이루어지고 상기 제2 스프링부재는 PBT(PolyButylene Terphthalate)수지 또는 고무로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전진동발생기.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 압전부재의 진동력을 증가시키기 위하여 상기 제1 스프링부재와 연결되는 중량체를 더 포함하는 압전진동발생기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 중량체는 상기 제1 스프링부재에 형성되는 돌출부가 상기 중량체에 형성된 결합홈에 용접결합하여 제1 스프링부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 압전진동발생기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 중량체는 상기 제1 스프링부재의 일부를 잘라 절곡하여 형성된 결합절편이 상기 중량체에 형성된 삽입홀에 삽입 결합되어 제1 스프링부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 압전진동발생기.
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