KR20150097276A - 압전 진동 액츄에이터와 이의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 진동 액츄에이터에 관한 것으로, 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 및 좌측벽으로 구획된 내부 공간을 형성하고, 일측벽을 개방하고 있는 케이스와; 이 케이스에 결합되어, 케이스의 내부 공간에서 상부벽과 바닥벽을 향해 선형으로 병진이동하는 구동부;로 이루어져 있다.
특히, 본 발명은 전술된 압전 진동 액츄에이트의 제작 방법도 포함한다.

Description

압전 진동 액츄에이터와 이의 제작 방법 {Piezoelectric vibration actuator and method for manufacturing thereof}
본 발명은 압전 진동 액츄에이터와 이 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대전화, 전자책(E-book) 단말기, 게임기, PMP 등의 휴대용 전자기기에 있어서, 진동 기능은 여러 가지 용도로 활용되고 있다.
특히, 이러한 진동을 발생시키기 위한 진동발생장치는 휴대용 전자기기에 주로 탑재되어 무음의 착신 신호인 경보 기능으로 이용되고 있다.
휴대용 전자기기의 다기능화에 맞춰 진동발생장치는 현재 소형화 뿐만 아니라 집적화 그리고 다양한 고기능화를 요구하고 있는 실정이다.
최근 휴대용 전자기기는 간편하게 사용하려는 사용자의 요구에 따라 휴대용 전자기기를 터치하여 입력하는 터치 방식의 디바이스를 일반적으로 채택하고 있으며, 사용자가 컴퓨터 또는 프로그램과의 의사 소통을 보다 쉽고 편리하게 할 수 있도록 감각 인터페이스의 일종인 햅틱(haptic) 모듈을 적용할 수도 있다. "촉각인지"를 뜻하는 햅틱은 터치하여 입력하는 개념 이외에도 인터페이스에 사용자의 직관적 경험을 반영하여 터치에 대한 피드백을 더욱 다양화하는 개념까지도 광범위하게 포함한다.
종래기술에 따른 특허문헌 1은 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어진 내부공간 내에서 상·하방향으로 굴곡 진동하는 진동 플레이트를 갖춘 압전 진동 모듈을 제안하고 있다. 종래기술은 하부면을 개방한 박스형상의 상부 케이스와 이 개방 하부면을 덮어 씌어 압전 진동 모듈의 내부공간을 한정하는 하부 케이스를 구비하고 있다.
종래기술에 따른 특허문헌 1에 개시된 압전 진동 모듈은 상·하방향으로 선형 진동하여 외부로 진동력을 전달하는바, 압전소자를 갖춘 진동 플레이트의 진동방향과 대응되게 상부 케이스의 개방 하부면을 형성하고 있어 지속적인 굴곡진동을 통해 상부 케이스와 하부 케이스의 상호 결속력에 영향을 미치게 될 수 있다. 만약 상부 케이스와 하부 케이스가 해체되는 경우에 굴곡진동하는 압전소자와 진동 플레이트가 외부에 노출될 수 있다. 당해 분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 압전소자는 취성이 강하여 쉽게 깨지는 특성을 가지고 있어, 외부와의 접촉 혹은 충돌을 방지할 수 있도록 케이스의 역할이 매우 중요하다 할 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0125170호
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 케이스 내부에 압전소자를 적층하는 진동 플레이트의 상하 병진운동을 보장할 수 있게 진동 플레이트의 선형 병진운동 방향과 다른 방향으로 케이스의 개방벽을 형성하는 압전 진동 액츄에이터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 압전 진동 액츄에이터에 관한 것으로, 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 및 좌측벽으로 구획된 내부 공간을 형성하고, 일측벽을 개방하고 있는 케이스와; 이 케이스에 결합되어, 케이스의 내부 공간에서 상부벽과 바닥벽을 향해 선형으로 병진이동하는 구동부;로 이루어져 있다. 여기서, 케이스의 개방 일측벽은 구동부의 굴곡 진동 방향과 상관없는 측벽으로 형성되도록 한다.
본 발명은 케이스의 개방 일측벽을 커버부재로 덮어쒸어 압전 진동 액츄에이터를 외부 환경으로 영향받지 않게 설계된다.
선택가능하기로, 케이스는 전측벽과, 이 전측벽과 마주보는 후측벽을 개방한 사각형상의 프레임 형태로 이루어질 수 있다. 물론, 개방 전측벽과 후측벽은 커버부재로 폐쇄될 수도 있다.
이와 달리, 케이스는 전측벽만을 개방한 박스형상으로 설계되어, 하나의 커버부재로 압전 진동 액츄에이터를 밀폐시킬 수 있다.
본 발명은 케이스의 우측벽과 좌측벽에 하나 이상의 관통공을 형성한다.
본 발명의 구동부는 편평한 진동 플레이트와, 이 진동 플레이트의 양 단부에서 하방을 향해 절곡된 다리부, 및 진동 플레이트의 일면 또는 일면과 대향되는 타면에 배치된 압전소자를 구비한다.
다리부의 이격 거리는 케이스의 우측벽과 좌측벽 사이의 거리와 동일한 길이를 갖는다. 따라서, 다리부는 케이스의 우측벽과 좌측벽과 평행하게 접촉배열되고, 케이스의 길이방향으로 구동부를 끼워 넣어 가조립상태에서도 결합을 유지시킬 수 있다.
관통공은 구동부의 다리부로 막혀질 수 있게, 관통공의 최상단부가 진동 플레이트보다 낮게 형성되도록 한다.
본 발명은 케이스의 관통공으로 노출된 구동부의 다리부를 상호 결합하기 위해 관통공에 다양한 방식으로 접착부를 형성할 수 있다.
덧붙여서, 구동부는 진동 플레이트의 공진 주파수를 조율할 수 있도록 진동 플레이트 혹은 구동부의 양 단부에 인접하게 주파수 보정부를 추가로 구비할 수 있다. 이 주파수 보정부는 진동 플레이트의 굴곡 범위를 제한하게 될 것이다.
추가로, 본 발명은 진동 플레이트의 양 측면 가장자리에서 수직방향으로 설치된 한쌍의 지지대를 갖추고, 이 한쌍의 지지대 사이에 중량체를 배치할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법은 일측벽을 개방한 케이스를 준비하는 단계(S100)와; 압전소자의 반복적인 팽창 및 수축 변형을 통해 케이스 내부 공간에서 선형으로 병진이동하는 구동부를 준비하는 단계(S200); 케이스의 내부 공간에서 구동부를 안착하는 단계(S300); 및 케이스의 개방 일측벽을 커버부재로 마감하는 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명의 제작 방법은 구동부의 안착 단계(S300)와 커버부재의 마감 단계(S500) 사이에 구동부의 공진 주파수를 조절하는 단계(S400);를 추가로 포함하는데, 이 공진 주파수의 조절 단계(S400)는 여러 번에 걸쳐 반복 실시될 수 있다.
여기서, 구동부는 편평한 진동 플레이트와, 이 진동 플레이트의 양 단부에서 하방을 향해 절곡된 다리부, 및 진동 플레이트에 배치된 압전소자를 구비한다.
또한, 케이스는 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 좌측벽, 및 후측벽으로 구획된 내부 공간을 형성하고, 전측벽만을 개방하고 있다.
케이스의 우측벽과 좌측벽은 하나 이상의 관통공을 형성한다.
관통공은 구동부의 다리부로 막혀질 수 있게, 관통공의 최상단부가 진동 플레이트보다 낮게 형성되도록 한다.
본 발명은 케이스의 관통공으로 노출된 구동부의 다리부를 상호 결합하기 위해 관통공에 다양한 방식, 구체적으로 용접방식으로 접착부를 형성할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 압전소자의 수축 및/또는 팽창 변형을 통해 굴곡진동하는 구동부의 선형적 병진운동를 확실하게 보장할 수 있게 내부 공간을 갖춘 압전 진동 액츄에이터를 제공한다.
본 발명은 케이스의 상부벽과, 바닥벽, 우측벽, 및 좌측벽을 제외한 일측면을 개방하여, 케이스 내부 공간에 압전소자를 적층한 구동부를 수평방향으로 용이하게 삽입 및 조립을 가능하게 하는 한편 케이스 내부 공간에 구동부를 장착한 이후에도 구동상태를 육안으로 직접 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 진동 액츄에이터의 사시도이다.
도 2는 커버부재를 분리한 압전 진동 액츄에이터의 내부를 도시한 도면이다
도 3은 도 1에 도시된 압전 진동 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 진동 액츄에이터를 도시한 것으로, 내부공간에 배치될 구동부를 제외하였다.
도 5는 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법을 도해한 플로우차트이다.
이제, 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터와 이의 제작 방법은 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 반복적인 수축 및 팽창 변형을 통해 압전소자의 진동력을 외부 부품으로 전달할 수 있는 압전 진동 액츄에이터(1)에 관한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 진동 액츄에이터(1)는 예컨대 터치 스크린 패널(touch screen panel; 미도시) 등에 진동력을 발생시키는 수단으로서, 케이스(100)와 커버부재(400)로 둘러싸여 있고, 그 내부에 인쇄회로기판(미도시)의 전원 인가에 따라 상·하방향으로 굴곡 진동하는 구동부(200)를 배치한다. 본 발명의 압전 진동 액츄에이터(1)는 그 내부 공간에 중량체(300)를 추가로 구비할 수 있다.
케이스(100)는 일측벽(예컨대 전측벽)을 개방한 사각형상의 가늘고 긴 박스(box)형상으로 이루어지며, 그 내부 공간에 구동부(200), 다시 말하자면 압전소자(220)와 진동 플레이트(210)를 수용할 수 있다.
도시된 바와 같이, 케이스(100)는 상부벽(110)과 이와 마주보는 바닥벽(130), 우측벽(120)과 이와 마주보는 좌측벽(140), 및 후측벽(150)을 가지고, 케이스(100)는 단일 부품으로 형성되어 압전 진동 액츄에이터(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서, 케이스(100)는 후측벽(150)과 마주보는 전측벽을 개방하는 것을 특징으로 하고 있다. 구동부(200)는 케이스(100)의 상부벽(110)과 하부벽(130)을 향해 선형 진동(병진운동)할 수 있게 케이스(100) 내부에 장착된다. 이는 상·하방향으로 선형 굴곡진동하는 구동부(200)의 진동방향과 다른 타방향으로 개방 일측벽을 형성하는 것으로, 구동부(200)의 병진운동을 통해 케이스(100)의 휨 현상을 최소화시킬 수 있다.
케이스(100)의 개방 전측벽은 전반적으로 가늘고 긴 편평한 형상의 커버부재(400)로 덮어 씌어져, 케이스(100)의 내부 공간을 폐쇄할 수 있다. 커버부재(400)는 케이스(100)의 개방 전측벽을 폐쇄할 수 있는 크기와 형상으로 형성되어 있다.
케이스(100)와 커버부재(400)는 당해 분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있는 코킹(caulking), 용접 혹은 본딩 등의 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
본 발명의 압전 진동 액츄에이터(1)는 외부 전원의 인가로 인해 상·하 방향으로 팽창 및 수축 변형을 반복하는 압전소자(210)의 병진이동을 매개로 하여 진동력을 유발하는 구동부(200)로 작동한다.
도시된 바와 같이, 구동부(200)는 진동 플레이트(210)와 압전소자(220)로 이루어진다. 구동부(200)는 압전소자(220)를 구동하기 위한 전원을 인가하는 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된다. 여기서, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해 압전소자(220)와 인쇄회로기판(미도시) 간의 배선에 대한 설명은 배제한다.
인쇄회로기판을 통해 압전소자(220)에 전원이 인가되는 경우에, 압전소자(220)는 진동 플레이트(210)에 완전히 부착되어 있어 팽창 및/또는 수축 과정을 통해 진동 플레이트(210)의 중심부를 중심으로 하여 모멘트가 발생하게 된다. 진동 플레이트(210)가 우측벽(120)과 좌측벽(140)에 고정된 상태로 모멘트가 발생하기 때문에 진동 플레이트(210)의 중심부가 상하방향으로 굴곡 변형이 일어나게 된다. 진동 플레이트(210)의 상·하 방향으로의 변위로 인해 압전소자(220)와 바닥벽(130)의 충돌을 미연에 방지하기 위해 진동 플레이트(210)는 바닥벽(130) 위로 소정의 간격(진동 플레이트의 변위를 고려하여)을 두고 떨어지게 배열되는 것이 바람직하다. 당해 분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 압전소자(220)는 다양한 재질로 만들어질 수 있으며, 특히 폴리머, 세라믹 등으로 만들어질 수 있다.
덧붙여서, 압전소자(220)는 단층형 또는 다층형으로 적층되게 구성될 수 있다. 다층형으로 적층된 압전소자는 낮은 외부 전압에서도 압전소자의 구동에 필요한 전계를 확보할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터의 구동 전압을 낮출 수 있는 효과를 성취할 수 있으므로 본 발명에서는 다층형으로 적층된 압전소자를 채용하는 것이 바람직하다.
진동 플레이트(210)는 압전소자(220)와 일체로 팽창 및 수축 변형을 반복하여 압전소자(220)의 진동력을 외부 부품으로 전달하는 것으로, 전반적으로 편평한 플레이트 형상으로 이루어져 있다. 진동 플레이트(120)의 편평한 일면은 압전소자(220)를 장착하고, 진동 플레이트(210)의 타면에는 중량체(300)를 추가로 장착 혹은 배치할 수 있다.
진동 플레이트(210)는 인쇄회로기판을 통한 외부 전원의 인가에 따라 팽창 및 수축 변형을 반복하는 압전소자(220)와 일체로 변형될 수 있도록 탄성력을 가진 금속 재질, 예컨대 서스(SUS)로 제작될 수 있다. 또한, 진동 플레이트(210)와 압전소자(220)는 본딩 결합방식으로 서로 결합되는 경우에 접착부재의 경화에 의해 발생할 수 있는 밴딩(bending) 현상을 미연에 방지하도록 압전소자의 열팽창계수와 유사한 재질인 인바(invar)로 이루어질 수도 있다.
전술되었듯이, 진동 플레이트(210)가 압전소자(220)와 유사한 열팽창계수를 가진 인바 재질로 형성되어, 압전소자(220)는 고온의 외부 환경 하에서도 작동 혹은 열 충격시 발생하는 써멀 스트레스(thermal stress)가 감소되기 때문에 전기적 특성이 저하되는 압전 열화 현상을 방지하는 효과를 제공한다.
구동부(200)는 전술된 바와 같이 진동 플레이트(210)에 중량체(300)를 추가로 장착할 수 있는데, 이 중량체(300)는 진동 플레이트(210)의 양 측면 가장자리에서 상호 평행하게 배열되고 수직방향으로 입설되어 있는 한쌍의 지지대(230) 사이에 위치고정된다. 지지대(230)는 진동 플레이트(210)의 중심부에 결합된다. 진동 플레이트(210)와 지지대(230)는 일체형 단일부품으로 이루어질 수 있으며, 이와 달리 다양한 접합방식으로 고정결합될 수도 있다.
중량체(300)는 구동부(200)의 진동력을 최대로 증가시키는 매개물로서, 도시되었듯이 진동 플레이트(210)와의 접촉을 방지하기 위해 중량체(300)의 중심부에서 양단부를 향하여 상향 경사지게 형성되어 있다. 기술되었듯이, 중량체(300)가 진동 플레이트(210)와 접촉하고 있지 않기 때문에, 압전소자(220)를 진동 플레이트(210)의 편평한 타면 위에 배열할 수도 있다. 덧붙여서, 본 발명의 압전 진동 액츄에이터(1)에서 케이스(100)는 중량체(300)의 상부와 이격되도록 배열되어 진동 플레이트(210)의 윗방향으로 휘어지는 구동 변위하는 동안에 중량체(300)와 케이스(100)의 상부벽(110) 내측과의 접촉 혹은 충돌을 방지한다. 참고로, 중량체(300)는 금속 재질로 제작될 수 있으며, 동일 체적에서 상대적으로 밀도가 높은 텅스텐 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
구동부(200)의 진동 플레이트(210)는 케이스(100)의 바닥벽(130)과 소정의 간격을 두고 평행하게 이격되되, 바람직하기로 진동 플레이트(210)는 이의 양단부에서 하방을 향해 직각으로 절곡된 다리부(211;leg)를 각각 구비하고 있어, 케이스(100)의 바닥벽(130)과 진동 플레이트(210) 사이에 공간을 형성할 수 있다. 구동부(200)의 진동 플레이트(210)와 바닥벽(130) 사이의 공간을 통해, 본 발명은 진동 플레이트(210)의 아래 방향으로 휘어지는 구동 변위하는 동안에 구동부(200)와 바닥벽(130)의 접촉 혹은 충돌을 방지한다.
진동 플레이트(210)는 상호 이격되어 서로 마주보고 있는 2개의 다리부(211)를 구비하는데, 2개의 다리부(211)의 이격 거리는 케이스(100)의 우측벽(120)과 좌측벽(140) 사이의 이격 거리와 동일하게 유지되는 것이 바람직하다. 이는 진동 플레이트(210)의 양 단부가 케이스의 개방 전측벽을 통해 수평방향으로 우측벽(120)과 좌측벽(140) 사이에 끼워 넣어져 조립시 케이스(100)와 구동부(200)의 위치선정을 돕는다. 이에 국한되지 않고, 2개의 다리부 간의 이격 거리는 우측벽(120)과 좌측벽(140) 사이의 이격 거리보다 짧게 형성될 수도 있다.
바람직하기로, 케이스(100)는 하나 이상의 관통공(170)을 우측벽(120)과 좌측벽(140)에 각각 천공한다. 진동 플레이트(210)의 다리부(211) 일부는 케이스(100)의 관통공(170)을 통해 외부에 노출될 수 있다. 따라서, 작업자는 케이스(100)의 관통공(170)과 다리부(211)의 접촉 둘레를 따라 접착부(600)를 형성하거나 관통공(170)과 다리부(211)로 한정된 공간을 접착부(600)로 채워 넣거나 용접을 실시할 수도 있다.
접착부(600)는 케이스(100)와 이 케이스의 길이방향으로 배치된 진동 플레이트(210)를 결합하는 매개부재로서, 본딩방식 혹은 용접방식 등으로 상호 고정시킬 수 있다.
이러한 접착부(600)를 형성하기 위해, 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터(1)는 바닥벽(130) 상부로부터 관통공(170)의 최상단부까지의 높이가 바닥벽(130) 상부로부터 진동 플레이트(210)의 높이보다 낮게 유지될 수 있게 관통공(170)의 천공 높이를 제한해야 한다. 바람직하기로, 관통공(170)의 최상단부는 진동 플레이트(210)보다 낮게 형성되어야 한다.
관통공(170)의 최하단부가 진동 플레이트(210)의 높이보다 높게 우·좌측벽(120,140)에 천공되어 있으면, 진동 플레이트(210)와 케이스(100)에 접촉 영역이 존재하지 않아 접착부(600)로 상호 고정될 수 없을 것이다. 이와 달리, 관통공(170)의 최상단부와 최하단부 사이에 진동 플레이트(210)가 배치되면, 접착부(600)가 진동 플레이트(210)의 편평면 상에 코팅되어 구동부(200)의 공진 주파수에 영향을 미치게 될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 케이스의 일측벽(전측벽)을 개방하고 있어 커버부재로 마감처리하기 전에 구동부(200)와 케이스(100)의 조립을 도울 수 있을 뿐만 아니라 케이스(100)에 구동부(200)를 장착하고서 구동부(200)의 공진 주파수 뿐만 아니라 작동을 육안으로 직접 확인 및 제어할 수 있다.
이러한 제어는 진동 플레이트(210)의 일면에 주파수 보정부(500)를 용접방식등을 부착하여 구현될 수 있다. 바람직하기로, 주파수 보정부(500)는 진동 플레이트(210)와의 용접시 발생되는 고열로 인한 열 충격을 최소화하기 위해 진동 플레이트(210)와 동일 재질로 형성될 수 있다.
본 발명은 압전 진동 액츄에이터를 적용한 햅틱 디바이스(예컨대, 휴대폰 혹은 다른 휴대용 기기)에서 사용주파수를 조립 중에도 조율할 수 있는데, 일반적으로 햅틱(haptic)감을 제공할 수 있는 주파수는 300Hz 이하, 바람직한 긍적적인 주파수는 대략 150~250Hz, 더욱 바람직하기로는 200Hz이다.
본 발명은 앞서 기술되었듯이 진동 플레이트(210)와 햅틱감을 제공할 수 있는 주파수 사이의 상관 관계는 아래의 수학식으로부터 유추해 볼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Fn는 공진 주파수를 나타내고, k는 구동부 강성, m은 구동부의 질량이다. 구동부라는 용어는 본 발명의 압전 진동 모듈에서 전원의 인가로 인해 상하방향으로 병진이동하여 진동력을 유발시키는 구성부재로, 진동플레이트(210), 중량체(300), 압전소자(220) 등을 의미한다.
Figure pat00002
여기서, k는 구동부 강성이고, C는 상수, E는 영률, I는 관성 모멘트, L은 유효길이를 나타낸다.
위의 수학식 2를 기초로 하여, 구동부 강성(k)은 진동 플레이트(210)의 길이가 길어질수록 작아지게 된다. 이러한 결과를 수학식 1에 대입하게 되면, 구동부 강성(k)이 작아지면서 이에 따라 공진주파수(Fn)가 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
진동 플레이트(210)의 길이가 길어질수록 공진 주파수(Fn)가 줄어들게 되는바, 결과적으로 진동 플레이트(120)의 길이는 사용 공진주파수에 매우 큰 영향을 미치는 요소이다. 이와 같이, 진동 플레이트(210)는 주파수 보정부(500)를 통해 진동 플레이트(210)의 실제 굴곡 범위(길이)를 조절할 수 있고, 이러한 과정은 커버부재(400)로 마감되기 전까지 실시될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 진동 액츄에이터를 도시한 것으로, 내부공간에 배치될 구동부를 제외하였다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이스(100')는 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 진동 액츄에이터(1)에서 케이스(100)의 형상을 제외하고는 유사하거나 동일하다. 따라서, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성부재에 대한 설명은 여기서는 배제할 것이다.
도 4를 참조로 하면, 케이스(100')는 마주보는 양측벽(예컨대 전측벽과 후측벽)을 개방한 사각형상의 프레임(frame)형상으로 이루어지며, 그 내부 공간에 구동부(200;도 2 참조)를 수용할 수 있다.
도시된 바와 같이, 케이스(100')는 상부벽(110')과 이와 마주보는 바닥벽(130') 그리고 우측벽(120')과 이와 마주보는 좌측벽(140')을 가지고, 본 발명의 다른 실시예에서, 케이스(100')는 후측벽과 이와 마주보는 전측벽을 개방하는 것을 특징으로 한다.
케이스(100')의 개방 후측벽과 개방 전측벽은 전반적으로 가늘고 긴 편평한 형상의 커버부재(400')로 덮어 씌어져, 케이스(100')의 내부 공간을 한정할 수 있다. 커버부재(400')는 케이스(100')의 개방 후측벽과 개방 전측벽을 각각 폐쇄할 수 있는 크기와 형상으로 형성되어 있다.
덧붙여서, 케이스(100')는 하나 이상의 관통공(170')을 우측벽(120')과 좌측벽(140')에 각각 천공한다.
도 5는 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법을 도해한 플로우차트이다.
본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터는 전측벽(앞벽)을 개방하고, 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 좌측벽, 및 후측벽(뒷벽)으로 구획되어 있는 케이스(100;도 2 참조)를 준비하는 단계(S100)를 포함한다. 5개의 벽으로 둘러싸인 케이스(100)의 내부 공간으로 구동부(200)를 장착할 수 있다. 이러한 구조의 케이스는 추후 케이스의 내부 공간에 바닥벽을 기준으로 구동부를 수평방향으로 삽입할 수 있고, 삽입된 후에 케이스와 구동부의 조립상태를 육안으로 확인가능하다.
선택가능하기로, 다른 유형의 케이스(100';도 4 참조)가 적용될 수 있는데, 다른 유형의 케이스(100')는 전측벽(앞벽) 및 후측벽(뒷벽)을 개방하고, 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 및 좌측벽으로 구획되고, 4개의 벽으로 둘러싸인 내부 공간 내에 구동부(200)를 장착할 수 있다.
그런 다음에, 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터는 케이스(100) 내부에 위치고정되어 상부벽과 바닥벽을 향해 선형 병진이동하는 구동부를 준비하는 단계(S200)를 포함한다.
여기서, 구동부(200)는 편평한 진동 플레이트와, 이 진동 플레이트의 양 단부에서 하방을 향해 절곡된 다리부, 및 진동 플레이트의 일면 혹은 타면에 배치된 압전소자를 구비한다. 압전소자는 외부 전원의 인가에 따라 팽창 및 수축 변형을 반복하여 구동부에 진동력을 생성한다.
바람직하기로, 2개의 다리부의 이격 거리는 케이스의 우측벽과 좌측벽 사이의 거리와 동일하도록 한다. 따라서, 다리부는 케이스의 우측벽 및/또는 좌측벽과 접촉되게 배열되는 한편 바닥벽과 진동 플레이트 사이에 소정의 공간을 제공할 수 있다.
본 발명은 케이스의 내부 공간에 구동부를 위치고정하는 단계(S300)를 포함한다. 단계(S300)은 케이스의 우측벽과 좌측벽 사이에 역U자형상의 진동 플레이트로 이루어진 구동부를 끼워 넣는다. 구동부의 양 단부에 각각의 다리부는 전술된 바와 같이 우측벽과 좌측벽에 나란히 접촉되게 배열되는 동시에 바닥벽 상에 안착된다.
그런 다음에, 케이스와 구동부의 다리부는 다양한 접촉방식(예컨대 용접방식)을 통해 케이스의 관통공에 접착부를 형성하게 된다. 이에 구동부의 양 단부는 케이스의 우측벽과 좌측벽에 고정결합될 수 있다.
본 발명은 개방 일측벽, 구체적으로 개방 전측벽을 커버부재로 덮어씌어(단계(500)) 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법을 마감함으로써, 케이스 내부에서 선형진동하는 구동부를 보호할 수 있다.
바람직하기로, 본 발명은 구동부의 진동 플레이트의 공진 주파수를 조절 혹은 조율하는 단계(S400)를 커버부재로 마감하는 단계(S500) 이전에 실시하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 본 발명의 압전 진동 액츄에이터에 요구되는 햅틱감을 제공할 수 있도록 주파수를 조율할 수 있다. 이는 구동부와 케이스를 결합한 이후에 실시할 수 있어 각각의 압전 진동 액츄에이터에 맞는 주파수로 보정하게 됨으로써, 수율을 향상시키고 이로 인해 생산단가를 효과적으로 낮출 수 있다.
이와 더불어서, 본 발명은 케이스와 커버부재로 완전히 밀폐되기 전에 구동부의 구동상태를 육안을 직접 확인할 수 있는 장점을 가지게 될 것이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 압전 진동 액츄에이터와 이의 제작 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1 ----- 압전 진동 액츄에이터
100 ----- 케이스
200 ----- 구동부
210 ----- 진동 플레이트
220 ----- 압전소자
300 ----- 중량체
400 ----- 커버부재
500 ----- 주파수 보정부

Claims (24)

  1. 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 및 좌측벽으로 구획된 내부 공간을 형성하고, 일측벽을 개방하고 있는 케이스와;
    상기 케이스에 결합되어, 상기 케이스의 내부 공간에서 상기 상부벽과 바닥벽을 향해 선형으로 병진이동하는 구동부;로 이루어진 압전 진동 액츄에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스의 개방 일측벽은 커버부재로 덮어쒸어지는 압전 진동 액츄에이터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스는 전측벽과 후측벽을 개방 일측벽으로 형성하고 있는 압전 진동 액츄에이터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스는 후측벽을 추가로 구비하고, 상기 케이스는 전측벽만을 개방 일측벽으로 형성하고 있는 압전 진동 액츄에이터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스의 우측벽과 좌측벽은 하나 이상의 관통공을 천공하는 압전 진동 액츄에이터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는 편평한 진동 플레이트와, 상기 진동 플레이트의 양 단부에서 하방을 향해 절곡된 다리부, 및 상기 진동 플레이트에 배치된 압전소자를 구비한 압전 진동 액츄에이터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 다리부의 이격 거리는 상기 케이스의 우측벽과 좌측벽 사이의 거리와 동일한 길이로 떨어져 있는 압전 진동 액츄에이터.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 다리부는 상기 케이스의 우측벽과 좌측벽과 평행하게 접촉배열되어 있는 압전 진동 액츄에이터.
  9. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 관통공은 상기 구동부의 다리부로 막혀지는 압전 진동 액츄에이터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 관통공의 최상단부는 상기 진동 플레이트보다 낮게 형성되어 있는 압전 진동 액츄에이터.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 관통공은 접착부를 통해 상기 케이스와 다리부를 결합하는 압전 진동 액츄에이터.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는 주파수 보정부를 추가로 구비하는 압전 진동 액츄에이터.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 주파수 보정부는 상기 구동부의 양 단부에 인접하게 구비되는 압전 진동 액츄에이터.
  14. 청구항 6에 있어서,
    상기 구동부는 상기 진동 플레이트와 접촉되지 않게 중량체를 추가로 구비하는 압전 진동 액츄에이터.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 진동 플레이트는 이의 양 측면 가장자리에서 수직방향으로 설치된 한쌍의 지지대를 추가로 구비하는 압전 진동 액츄에이터.
  16. 일측벽을 개방한 케이스를 준비하는 단계(S100)와;
    압전소자의 반복적인 팽창 및 수축 변형을 통해 상기 케이스 내부 공간에서 선형으로 병진이동하는 구동부를 준비하는 단계(S200);
    상기 케이스의 내부 공간에서 상기 구동부를 안착하는 단계(S300); 및
    상기 케이스의 개방 일측벽을 커버부재로 마감하는 단계(S500);를 포함하는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 구동부의 공진 주파수를 조절하는 단계(S400);를 추가로 포함하는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 구동부는 편평한 진동 플레이트와, 상기 진동 플레이트의 양 단부에서 하방을 향해 절곡된 다리부, 및 상기 진동 플레이트에 배치된 압전소자를 구비한 압전 진동 액츄에이터.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 케이스는 상부벽과, 우측벽, 바닥벽, 좌측벽, 및 후측벽으로 구획된 내부 공간을 형성하고, 전측벽을 개방하고 있는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 케이스의 우측벽과 좌측벽은 하나 이상의 관통공을 천공하는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  21. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 다리부는 상기 케이스의 우측벽과 좌측벽과 평행하게 접촉배열되어 있는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 관통공은 상기 구동부의 다리부로 막혀지는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 관통공은 접착부를 통해 상기 케이스와 다리부를 결합하는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 접합부는 용접방식으로 형성되는 압전 진동 액츄에이터의 제작 방법.
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