KR20150114685A

KR20150114685A - 피에조 액추에이터

Info

Publication number: KR20150114685A
Application number: KR1020140039151A
Authority: KR
Inventors: 이인호
Original assignee: 이인호
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-10-13

Abstract

본 발명에 따르면, 외부로부터 전원을 공급하여주는 전원공급장치, 상기 전원공급장치를 통하여 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 피에조, 상기 피에조와 결합된 고정부재, 상기 고정부재의 상면에 결합되는 진동판, 상기 진동판의 양 끝단에 연결되어 상기 진동판에 의해 발생되는 진동을 증폭시키기 위한 웨이트, 상기 진동판의 일부를 고정하는 브라켓 및 상기 브라켓과 연결되어 상기 피에조, 상기 고정부재, 상기 진동판, 상기 웨이트의 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스를 포함하는 피에조 액추에이터에 있어서, 금속이 아닌 피에조의 소재로 인해 용접을 이용할 수 없기 때문에 본드로 피에조와 진동판을 결합한다. 이 때 고정부재에 피에조의 측면을 감싸는 피에조 고정턱을 구비하여 결합 면적을 극대화시켜 피에조와 강하게 결합될 수 있도록 하여 피에조 액추에이터의 내구성을 증대시키며 공진주파수 및 진동력 등의 피에조 액추에이터의 특성이 달라져 발생하는 불량을 방지할 수 있다.
또한 고정부재의 상면에 진동판을 배치하여 피에조의 상측에 고정점을 형성할 수 있도록 하여 진동판의 탄성부를 길게 할 수 있어 완충효과를 극대화 할 수 있으며, 고정점의 이동으로 탄성부의 길이를 조절할 수 있어 피에조 액추에이터의 주파수를 조정할 수 있다.
그리고 고정부재로 인해 스프링상수가 높아져 공진주파수가 상승할 수 있는데, 진동판의 탄성부 폭을 작게 구성하거나 탄성부에 홈을 구비하여 스프링상수를 낮게 함으로써 공진주파수를 낮춰 요구되는 공진주파수를 실현할 수 있도록 하여줄 수 있으며, 외부 충격 등으로 웨이트가 외력에 의해 이동하여도 스프링상수가 작은 진동판이 휨으로써 충격을 완화시켜 피에조가 외력에 의해 강제적으로 구부러지는 것을 막아 피에조의 파손을 방지할 수 있다.
즉 피에조를 강하게 결합될 수 있도록 하여 내구성을 증대시켜 공진주파수 및 진동력 등의 피에조 액추에이터의 특성이 달라져 발생하는 불량을 방지할 수 있고, 외부로부터 발생하는 충격을 완화시켜 낙하 및 충격에 강한 특성을 갖는 피에조 액추에이터를 제공한다.

Description

피에조 액추에이터 {Piezo Actuator}

본 발명은 피에조 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인 휴대 단말기나 태블릿PC, 게임기 또는 리모콘 등에 장착되어 진동하도록 설계되는 피에조 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 통신기기에서 반드시 필요한 기능 중의 하나가 착신기능이다. 이러한 착신기능으로 소리 또는 진동으로 알려주는 기능이 있다.

이 중 진동기능은 스피커를 통해 멜로디나 벨이 외부로 전달되어 타인에게 피해를 입히지 않고자 하는 경우에 주로 사용되는데, 이러한 진동을 위해서는 소형의 액추에이터를 구동시켜, 그 구동력이 기기의 케이스로 전달되도록 하여 기기가 진동 할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.

또한, 최근에는 터치스크린을 장착한 스마트폰 및 태블릿 등의 보급이 늘어나면서, 진동기능은 단순한 착신기능을 넘어 가상의 터치감을 사용자에게 제공하는 기능이 요구되고 있다.

이와 같이 진동을 이용하여 가상의 터치감을 사용자에게 제공하는 기능을 구현하기 위하여 빠른 응답성과 고진동의 성능을 가진 피에조 액추에이터가 사용된다.

종래의 피에조 액추에이터에서는 진동판과 피에조의 일측면만을 이용하여 결합하여 결합 강도가 약하여 피에조 액추에이터의 구동이나 외부 충격 시 피에조와 진동판이 분리될 수 있으며, 피에조와 진동판이 분리되면 전원이 인가된 피에조의 변형을 진동판에 정상적으로 전달할 수 없어 진동력이 감소하고 공진주파수가 달라지는 등의 문제가 발생한다. 그리고 낙하 등에 의해 외부에서 충격이 발생할 때 진동판을 통해 충격이 피에조에 전달되어 피에조의 파손이 발생할 수 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 금속이 아닌 피에조의 소재로 인해 용접을 이용할 수 없기 때문에 본드로 피에조와 진동판을 결합한다. 이 때 고정부재에 피에조의 측면을 감싸는 피에조 고정턱을 구비하여 결합 면적을 극대화시켜 피에조와 강하게 결합될 수 있도록 하여 피에조 액추에이터의 내구성을 증대시키며 공진주파수 및 진동력 등의 피에조 액추에이터의 특성이 달라져 발생하는 불량을 방지할 수 있다.

또한 고정부재의 상면에 진동판을 배치하여 피에조의 상측에 고정점을 형성할 수 있도록 하여 진동판의 탄성부를 길게 할 수 있어 완충효과를 극대화 할 수 있으며, 고정점의 이동으로 탄성부의 길이를 조절할 수 있어 피에조 액추에이터의 주파수를 조정할 수 있다.

그리고 고정부재로 인해 스프링상수가 높아져 공진주파수가 상승할 수 있는데, 진동판의 탄성부 폭을 작게 구성하거나 탄성부에 홈을 구비하여 스프링상수를 낮게 함으로써 공진주파수를 낮춰 요구되는 공진주파수를 실현할 수 있도록 하여줄 수 있으며, 외부 충격 등으로 웨이트가 외력에 의해 이동하여도 스프링상수가 작은 진동판이 휨으로써 충격을 완화시켜 피에조가 외력에 의해 강제적으로 구부러지는 것을 막아 피에조의 파손을 방지할 수 있다.

즉 피에조를 강하게 결합될 수 있도록 하여 내구성을 증대시켜 공진주파수 및 진동력 등의 피에조 액추에이터의 특성이 달라져 발생하는 불량을 방지할 수 있고, 외부로부터 발생하는 충격을 완화시켜 낙하 및 충격에 강한 특성을 갖는 피에조 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 외부로부터 전원을 공급하여주는 전원공급장치, 상기 전원공급장치를 통하여 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 피에조, 상기 피에조와 결합된 고정부재, 상기 고정부재의 상면에 결합되는 진동판, 상기 진동판의 양 끝단에 연결되어 상기 진동판에 의해 발생되는 진동을 증폭시키기 위한 웨이트, 상기 진동판의 일부를 고정하는 브라켓 및 상기 브라켓과 연결되어 상기 피에조, 상기 고정부재, 상기 진동판, 상기 웨이트의 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스를 포함한다.

상기 고정부재는 복수개의 피에조 고정턱을 구비할 수 있다.

또한 상기 고정부재의 중심으로부터 길이방향으로 고정날개를 구비할 수도 있다.

그리고 상기 고정날개의 일부분이 상기 진동판의 폭보다 작게 형성될 수도 있다.

상기 진동판은 상기 고정부재와 용접, 본딩 또는 코킹으로 결합될 수 있다.

상기 진동판과 상기 고정부재를 결합하는 고정점이 배치되되 상기 피에조 상측면에 형성될 수 있다.

그리고 상기 고정부재 또는 상기 진동판에 결합홈을 구비할 수도 있다.

상기 진동판은 진동판 고정턱을 구비할 수 있다.

상기 진동판은 복수개로 구성되어 상기 고정부재에 결합될 수도 있다.

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.

본 발명에 따르면, 금속이 아닌 피에조의 소재로 인해 용접을 이용할 수 없기 때문에 본드로 피에조와 진동판을 결합한다. 이 때 고정부재에 피에조의 측면을 감싸는 피에조 고정턱을 구비하여 결합 면적을 극대화시켜 피에조와 강하게 결합될 수 있도록 하여 피에조 액추에이터의 내구성을 증대시키며 공진주파수 및 진동력 등의 피에조 액추에이터의 특성이 달라져 발생하는 불량을 방지할 수 있다.

즉 피에조를 강하게 결합될 수 있도록 하여 내구성을 증대시켜 공진주파수 및 진동력 등의 피에조 액추에이터의 특성이 달라져 발생하는 불량을 방지할 수 있고, 외부로부터 발생하는 충격을 완화시켜 낙하 및 충격에 강한 특성을 갖는 효과가 있다.

도1 본 발명에 따른 피에조 액추에이터의 단면도
도2 본 발명에 따른 피에조 액추에이터의 분해사시도
도3 고정부재를 설명하는 도면
도4 진동판과 고정부재의 결합시 고정점의 배치를 설명하는 도면
도5 진동판 고정턱의 배치를 설명하는 도면
도6 피에조 고정턱의 실시 예
도7 고정부재의 실시 예
도8 고정부재 및 진동판의 스프링상수를 설명하는 도면
도9 고정부재에 구비된 고정날개의 실시 예
도10 진동판에 구비된 탄성부의 실시 예
도11 결합홈을 설명하는 도면
도12 피에조 액추에이터의 동작을 설명하는 도면

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)의 종단면도 및 횡단면도이고, 도2는 상기 피에조 액추에이터(100)의 분해사시도이다. 도시된 바와 같이 상기 피에조 액추에이터(100)는 외부로부터 전원을 공급하여주는 전원공급장치(170), 상기 전원공급장치(170)를 통하여 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창을 하며 변형하는 피에조(140), 상기 피에조(140)와 결합되는 고정부재(150), 상기 고정부재(150)의 상면에 결합되는 진동판(130), 상기 진동판(130)의 양측 끝단에 연결되어 상측 또는 하측으로 운동하는 웨이트(120), 상기 진동판(130)의 일부를 고정하는 브라켓(160), 상기 브라켓(160)과 연결되어 상기 피에조(140)와 상기 고정부재(150), 상기 진동판(130) 및 상기 웨이트(120)의 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스(110), 상기 브라켓(160) 및 상기 케이스(110)와 내부의 구성물의 접촉에 의한 충격을 완화시키는 댐핑부재(180)로 구성된다.

상기 전원공급장치(170)의 일부는 상기 피에조(140)와 전기적으로 연결되고 또 다른 일부에 상기 피에조 액추에이터(100)의 외부와 연결할 수 있는 단자를 구비하여, 외부로부터 인가되는 전원을 상기 피에조(140)에 공급하여 준다. 상기 전원공급장치(170)는 상기 피에조(140)의 움직임에 따라 유연하게 움직일수 있도록 연성회로기판으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 피에조(140)는 상기 전원공급장치(170)를 통해 외부로부터 교류전원이 공급되면, 인가된 전압에 따라 수축 또는 팽창을 하며 변형을 한다. 상기 피에조(140)는 상기 고정부재(150) 및 상기 진동판(130)과 결합하여 오목 또는 볼록하게 구부러져 진동을 발생한다. 금속이 아닌 상기 피에조(140)의 소재로 인해 상기 피에조(140)를 용접할 수 없기 때문에 상기 피에조(140)는 본드를 이용하여 결합하게 되는데, 종래에는 도3(a)와 같이 피에조(140)의 일측면에 진동판(130)을 직접 결합하였고, 이 때 상기 피에조(140)와 상기 진동판(130)의 결합된 면의 일부가 떨어지게 되면 공진주파수, 진동력 등의 특성이 달라져 불량이 발생하게 된다. 이를 개선하기 위하여 도3(b)에 도시된 바와 같이 피에조 고정턱(210)이 구비된 상기 고정부재(150)을 배치하여 상기 피에조(140)와 결합 시 위치가 틀어지지 않도록 하며, 상기 피에조(140)의 측면까지 고정하여 강하게 결합하여 상기 피에조(140)가 분리되지 않도록 할 수 있다.

그리고 도4(a)와 같이 고정부재(150)의 끝단에 진동판(130)을 배치하고 상기 고정부재(150)의 끝단에 고정점(260)을 두면, 상기 진동판(130)의 길이가 짧아 외부로부터 충격이 발생시 상기 피에조(140)에 전달되는 충격이 충분히 완화되기 어렵고, 스프링상수가 커서 공진주파수가 높아 상기 진동판(130)의 폭 또는 두께를 작게 하여야 하므로 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 그러나 도4(b)내지 도4(d)와 같이 상기 고정부재(150)의 상면에 상기 진동판(130)을 배치하고 상기 피에조(140)가 장착되는 상측면에 고정점(260)을 형성하면 상기 고정점(260)의 위치를 조정하여 상기 진동판(130)의 양측에 배치된 탄성이 있는 유연한 구간인 탄성부(250)의 길이를 조정할 수 있다. 따라서 탄성부(250)의 길이를 극대화 시킬 수 있어 진동판(130)에 의한 완충효과를 증대시킬 수 있고, 상기 진동판(130)의 두께 또는 폭을 크게 구성할 수 있어 기구적 강도를 증대시킬 수 있다. 또한 상기 고정점(260)의 위치에 따라 상기 탄성부(250)의 길이가 달라지는 효과가 있어 스프링상수를 조절함으로써 공진주파수의 조정이 가능하다.

상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)은 용접 또는 본딩 또는 코킹으로 결합할 수 있다.

그리고 도5에 도시한 바와 같이 상기 진동판(130)에 진동판 고정턱(240)을 구비하여 상기 진동판(130)이 상기 케이스(110)와 결합시 상기 진동판(130)의 결합 위치가 틀어지지 않도록 할 수 있다. 이 때 도5(a)와 같이 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)을 별도로 구성하되 상기 고정부재(150)에 상기 피에조 고정턱(210)을 구비하고, 상기 진동판(130)에 상기 진동판 고정턱(240)을 배치하면 상기 고정부재(150) 및 상기 진동판(130)의 형상을 단순화 시킬 수 있어 부품 생산시 치수 및 형상의 오차가 적어 불량을 감소시키는 효과를 낼 수 있다. 도5(b)와 같이 진동판(130)에 피에조 고정턱(210) 및 진동판 고정턱(240)을 모두 구비하거나 도5(c)와 같이 고정부재(150)에 피에조 고정턱(210) 및 진동판 고정턱(240)을 함께 배치하여 일체로 형성하면 형상이 복잡하여 구현하기 어려우며, 상기 진동판 고정턱(240)과 상기 피에조 고정턱(210)이 만나는 지점을 꺾어주는 가공으로 인하여 상기 피에조 액추에이터(100)의 구동의 중심축을 고정하여주는 상기 진동판 고정턱(240)의 내구성이 약해지게 된다. 도5(a)의 진동판(130)은 형상을 변형하는 가공이 없이 외곽만 절단하여 평면으로 상기 피에조 고정턱(240)을 형성하므로 기구적 안정도를 증대시킬 수 있다.

또한 공진을 하는 상기 진동판(130)은 형상 및 재질이 상기 피에조 액추에이터(100)의 특성에 큰 영향을 주게 되어 재질의 선택에 제한적일 수 밖에 없다. 그러나 상기 고정부재(150)는 상기 진동판(130)과 별도로 구성되어 서로 다른 재질로 구성할 수 있으며, 상기 피에조(140)와 결합되어 단단한 구간에 배치됨으로써 상기 고정부재(150)에 의한 전체 스프링상수의 변화는 작기 때문에 상기 고정부재(150)는 가격이 낮은 재질이나 가공이 용이한 재질 등으로 구성 재질의 선택이 자유롭다.

그리고 도9에 도시한 바와 같이 상기 고정부재(150)의 중심으로부터 길이방향으로 고정날개(220)를 구비하여 상기 진동판(130)과 결합되는 면적을 증대시켜 상기 고정부재(150)를 상기 진동판(130)과 강하게 결합되도록 하여 내구성을 증대시킬 수도 있다.

또한 상기 피에조 고정턱(210)으로 인하여 상기 진동판(130)의 스프링상수가 높아져 공진주파수가 상승할 수 있는데, 도10과 같이 스프링상수를 작게 할 수 있도록 상기 진동판(130)의 상기 탄성부(250)의 폭을 줄이거나 홈을 구비하여 공진주파수를 낮춰 요구되는 공진주파수를 실현할 수 있으며, 외부 충격 등으로 상기 웨이트(120)가 외력에 의해 이동하여도 스프링상수가 작은 상기 탄성부(250)가 휨으로써 충격을 완화시켜 상기 피에조(140)가 외력에 의해 강제적으로 구부러지는 것을 막아 상기 피에조(140)의 파손을 방지할 수 있다.

상기 웨이트(120)는 상기 진동판(130)의 양측 끝단에 결합되어 상기 피에조(140) 및 상기 진동판(130)이 오목 또는 볼록하게 구부러지며 발생하는 진동력을 증대시켜준다. 상기 웨이트(120)는 상기 진동판(130)과 용접 또는 코킹 또는 본딩으로 결합할 수 있다. 상기 웨이트(120)는 중량을 크게 할 수 있도록 텅스텐 등의 비중이 큰 금속 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 브라켓(160)은 일부에 지지축(190)을 형성하여 상기 진동판(130)을 고정하여 준다. 상기 지지축(190)은 상기 브라켓(160)의 일부를 성형하여 일체로 형성할 수 있고, 별도의 기구물로 구성하여 상기 브라켓(160) 및 상기 진동판(130)과 결합할 수도 있다.

상기 케이스(110)는 내부에 소정의 공간을 구비하여 상기 피에조(140)와 상기 진동판(130) 및 상기 웨이트(120)의 적어도 일부를 감싸고 배치되어 외부로부터의 충격이나 이물을 방지하여 준다.

상기 댐핑부재(180)는 상기 웨이트(120)가 상측 또는 하측으로 운동할 때, 상기 웨이트(120)가 상기 브라켓(160) 또는 상기 케이스(110)와 직접 충돌하여 발생하는 충격을 감소시켜 상기 피에조 액추에이터(100)가 구동할 때 발생하는 소음을 방지하여 주고, 내부의 기구물을 보호한다. 또한 상기 웨이트(120)의 구동변위를 제한하여 상기 피에조 액추에이터(100)의 진동력을 조정할 수 있다. 상기 댐핑부재(180)는 충격을 흡수할 수 있도록 실리콘, 우레탄, 고무 등의 부드러운 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

도3은 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)의 상기 고정부재(150)을 설명하는 도면이다.

도3(a)은 종래의 피에조 액추에이터의 피에조(140) 및 진동판(130)의 결합을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 상기 피에조(140)의 일측면에 상기 진동판(130)을 직접 결합한다. 금속이 아닌 상기 피에조(140)의 소재로 인해 상기 피에조(140)는 용접을 이용하여 결합할 수 없기 때문에 본드로 결합하게 되는데, 상기 피에조(140)의 일측면만을 이용하여 상기 진동판(130)과 결합되어 있어, 상기 피에조 액추에이터의 구동시 또는 낙하 등의 충격 발생시 상기 피에조(140)와 상기 진동판(130)의 일부가 분리될 수 있어 공진주파수, 진동력 등의 특성이 달라져 불량이 발생할 수 있는 문제가 있다.

도3(b)는 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)에서의 상기 피에조(140) 및 상기 진동판(130)의 배치를 도시한 것이다. 종래의 문제점을 개선하기 위하여 상기 피에조(140)와 상기 진동판(130)의 사이에 상기 고정부재(150)를 배치하였다. 상기 고정부재(150)의 일부에 피에조 고정턱(210)을 형성하여 상기 피에조(140)의 측면까지 고정하여 강하게 결합할 수 있다. 또한 상기 고정부재(150)는 금속 재질로 구성하여 상기 진동판(130)과 용접을 이용하여 강하게 결합할 수 있으며, 본드 또는 코킹을 이용하여 결합할 수도 있다.

즉, 상기 고정부재(150)을 배치함으로써 상기 피에조(140)와 상기 진동판(130)을 강하게 결합할 수 있어 상기 피에조 액추에이터(100)의 내구성을 증대시킬 수 있다.

도4는 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)의 결합을 위한 상기 고정점(260)의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

상기 피에조 액추에이터(100)에 외부에서 충격이 발생하면, 상기 진동판(130)을 통해 상기 피에조(140)에 전달되어 상기 피에조(140)의 파손이 발생할 수 있다.

도4(a)와 같이 상기 고정부재(150)의 끝단에 상기 진동판(130)을 배치하고 상기 고정부재(150)의 끝단에 고정점(260)을 두면, 상기 진동판(130)의 길이가 짧아 외부로부터 충격이 발생시 피에조에 전달되는 충격이 충분히 완화되기 어려워 상기 피에조(140)의 파손이 발생할 수 있다. 또한 진동판(130)의 길이가 짧으면 스프링상수가 커서 공진주파수가 높아지므로, 공진주파수를 낮추기 위하여 상기 진동판(130)의 폭 또는 두께를 작게 구성하여야 하므로 내구성에 문제가 발생할 수 있다.

도4(b) 내지 도4(d)는 상기 고정부재(150)의 상면에 상기 진동판(130)을 배치하고 상기 피에조(140)가 장착되는 상측면에 상기 고정점(260)을 형성한 것을 도시한 것이다. 도시한 바와 같이 상기 고정점(260)의 위치를 조정할 수 있고, 이것은 상기 진동판(130)의 양측에 배치된 탄성이 있는 유연한 구간인 탄성부(250)의 길이를 조정하는 효과를 낼 수 있다. 따라서 상기 탄성부(250)의 길이를 극대화 시킬 수 있어 상기 진동판(130)에 의한 완충효과를 증대시킬 수 있고, 상기 진동판(130)의 두께 또는 폭을 크게 구성할 수 있어 기구적 강도를 증대시킬 수 있다.

또한 상기 탄성부(250)의 길이가 달라지는 효과로 인해 스프링상수를 조절할 수 있어 공진주파수의 조정이 가능하다.

도5는 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)의 진동판 고정턱(240)의 배치를 설명하는 도면이다. 도시한 바와 같이 상기 진동판(130)에 진동판 고정턱(240)을 구비하여 상기 진동판(130)이 상기 케이스(110)와 결합시 상기 진동판(130)의 결합 위치가 틀어지지 않도록 할 수 있다.

이 때 도5(a)와 같이 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)을 별도로 구성하되 상기 고정부재(150)에 상기 피에조 고정턱(210)을 구비하고, 상기 진동판(130)에 상기 진동판 고정턱(240)을 배치하면 상기 고정부재(150) 및 상기 진동판(130)의 형상을 단순화 시킬 수 있어 부품 생산시 치수 및 형상의 오차가 적어 불량을 감소시키는 효과를 낼 수 있다. 또한 상기 진동판(130)은 형상을 변형하는 가공이 없이 외곽만 절단하여 평면으로 상기 피에조 고정턱(240)을 형성하므로 물성의 변화가 없어 기구적 안정도를 증대시킬 수 있다.

도5(b)와 같이 진동판(130)에 피에조 고정턱(210) 및 진동판 고정특(240)을 모두 구비하거나 도5(c)와 같이 고정부재(150)에 피에조 고정턱(210) 및 진동판 고정턱(240)을 함께 배치하여 일체로 형성하면 형상이 복잡하여 구현하기 어려우며, 상기 진동판 고정턱(240)과 상기 피에조 고정턱(210)이 만나는 지점을 꺾어주는 가공으로 인하여 상기 피에조 액추에이터(100)의 구동의 중심축을 고정하여주는 상기 진동판 고정턱(240)의 내구성이 약해지게 된다.

도6은 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)의 상기 고정부재(150)에 구비되는 상기 피에조 고정턱(210)의 실시 예를 도시한 것이다. 도4(a)는 상기 피에조 고정턱(21)이 상기 피에조(140)의 길이방향 전체를 감싸고 형성된 것을 도시하였다. 상기 피에조 고정턱(210)이 길게 형성되면 상기 고정부재(150)의 스프링상수가 크게 되어 상기 고정부재(150)가 결합되어 구동되는 상기 피에조 액추에이터(100)의 공진주파수가 상승하게 되고, 상기 피에조 고정턱(210)이 배치된 구간이 단단하여 상기 피에조(140)와 함께 변형하며 운동하기 어려워 진동력이 저하될 수 있다. 스프링상수가 요구 성능보다 큰 경우, 도4(b)와 같이 상기 피에조 고정턱(210)을 상기 피에조(140)의 측면의 일부만 감싸도록 하여 상기 피에조 고정턱(210)의 배치 구간을 줄여 스프링상수를 작게 할 수도 있다. 그리고 도4(c)와 같이 상기 피에조 고정턱(210)을 상기 고정부재(150)의 중심으로부터 길이방향으로 멀어질수록 높이가 낮아지는 형상으로 형성하여 구성할 수도 있다.

도7은 본 발명에 따른 상기 고정부재(150)의 실시 예를 도시한 것이다.

도7(a)는 상기 고정부재(150)의 상면에 상기 진동판(130)을 결합한 것을 나타낸 것이다.

도7(b)는 상기 고정부재(150)를 상기 진동판(130)에 견고하게 결합하기 위해 상기 고정부재(150)의 중심으로부터 길이방향으로 고정날개(220)를 형성하여 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)의 결합 면적을 크게한 것이다.

도7(c)는 상기 진동판(130)을 복수개로 구성하여 상기 고정부재(150)의 양측 끝단에 결합하는 것을 도시한 것이다. 이와 같이 구성하면 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)이 중첩하여 결합되어 스프링상수가 커짐으로 인해 상기 피에조 액추에이터(100)의 공진주파수가 높아지는 것을 보완할 수 있다.

도7(d)는 상기 진동판(130)을 복수개로 구성하되 상기 고정부재(150)에 상기 고정날개(220)를 형성하여 상기 진동판(130)과 결합 면적을 크게하여 결합 강도를 증대시킴으로써 내구성을 높이는 것을 도시한 것이다.

도8은 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)의 상기 고정부재(150) 및 상기 진동판(130)의 스프링상수에 대하여 설명하는 도면이다. 도8(a)는 상기 고정부재(150)에 상기 고정날개(220)가 구비되지 않았을 때의 스프링상수를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 상기 고정부재(150)가 결합된 중앙부의 스프링상수가 높고 상기 진동판(130)만 있는 양측은 스프링상수가 낮다. 이 때 상기 고정부재(150)의 끝단에서 스프링상수가 급격하게 높아지는데, 이와 같이 물성의 급격한 변화가 있는 지점에 힘의 집중이 발생하여 상기 진동판(130)의 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 도8(b)는 상기 고정날개(220)를 구비하되 상기 고정부재(150)의 중심으로부터 길이방향으로 멀어질수록 상기 고정날개(220)의 폭이 작아지도록 구성할 때의 스프링상수를 나타낸 것이다. 이 경우 스프링상수가 점차적으로 증가하여 힘의 집중이 발생하지 않도록 할 수 있다.

도9는 본 발명에 따른 고정부재(150)에 구비된 고정날개(220)의 실시 예를 도시한 것이다. 도9(a)와 같이 상기 고정날개(220)를 넓게 형성하여 상기 진동판(130)과 결합 면적을 극대화 할 수도 있고, 도9(b)와 같이 상기 고정날개(220)를 사다리꼴 형상으로 구성하여 상기 고정부재(150)의 중심으로부터 길이방향으로 멀어질수록 폭이 좁아지게 형성할 수도 있다. 또한 도9(c)와 같이 곡면으로 형성할 수도 있다.

도10은 상기 진동판(130)에 구비된 상기 탄성부(250)의 실시 예를 도시한 것이다. 도10(a)는 상기 진동판(130)을 일정한 폭을 가지도록 형성한 것이다. 이 때 상기 고정부재(150)에 의해 스프링 상수가 충분히 작게 구성되지 못하는 경우 도10(b)와 같이 상기 탄성부(250)의 폭을 작게 형성하여 스프링상수를 작게 할 수 있다. 또한 도10(c)와 같이 상기 탄성부(250)에 홈을 구비하여 스프링상수를 낮출 수도 있으며, 도10(d)와 같이 상기 탄성부(250)에 복수개의 홈을 형성하여 스프링상수를 낮추는 효과를 낼 수도 있다.

도11은 상기 고정부재(150)에 상기 진동판(130)과 상기 고정부재(150)를 강하게 결합할 수 있도록 결합홈(230)을 형성하는 것을 도시하였다.

도11(a)에 도시한 바와 같이 상기 고정부재(150)에 상기 결합홈(230)을 구비하여 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)을 용접 또는 본드로 결합시 강하게 결합할 수 있다.

도11(b)는 상기 고정부재(150)에 상기 결합홈(230)이 구비되지 않았을 때의 용접을 나타낸 것이다. 상기 고정부재(150)의 윗면에 용접을 위해 레이저를 조사하면 상기 고정부재(150)의 두께를 모두 녹여낸 후 하면에 접촉된 상기 진동판(130)과 결합할 수 있다. 따라서 용접을 위한 레이저의 출력도 높아야하고, 상기 고정부재(150)의 하측면이 정상적으로 녹아 상기 진동판(130)과 결합되었는지 확인하기 어렵다.

도11(c)는 상기 고정부재(150)에 상기 결합홈(230)을 구비했을 때의 용접을 나타낸 것으로, 상기 고정부재(150)와 함께 상기 진동판(130)도 함께 가열되어 단단하게 결합될 수 있다.

도11(d)는 상기 고정부재(150)에 상기 결합홈(230)을 구비하고 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)을 본드로 결합할 때 상기 결합홈(230)의 효과를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 상기 결합홈(23)에 본드가 채워지며 상기 고정부재(150)와 상기 진동판(130)이 견고하게 결합될 수 있다.

그리고 상기 결합홈(23)은 상기 진동판(130)에 형성할 수도 있다.

도12는 본 발명에 따른 피에조 액추에이터(100)의 동작원리를 나타낸 도면이다. 상기 피에조 액추에이터(100)에 전압이 인가되지 않은 무부하 상태일 때 도12(a)와 같이 상기 피에조(140)는 변화하지 않고, 따라서 상기 피에조 액추에이터(100)는 정지 상태가 된다. 상기 피에조 액추에이터(100)에 전압을 인가하면, 인가된 전압에 따라 상기 피에조(140)가 팽창 또는 수축하며 변형하게 되고, 상기 고정부재(150) 및 상기 진동판(130)과 결합되어 함께 오목 또는 볼록하게 구부러지게 된다. 이 때 상기 지지축(190)에 의해 상기 진동판(130)의 중앙부가 움직이지 않도록 고정되어 상기 진동판(130)의 양측 끝단이 상승 또는 하강하게 되며, 상기 진동판(130)의 양측 끝단에 결합된 상기 웨이트(120)가 상측 또는 하측으로 이동하며 진동하게 된다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

100 : 피에조 액추에이터 110 : 케이스
120 : 웨이트 130 : 진동판
140 : 피에조 150 : 고정부재
160 : 브라켓 170 : 전원공급장치
180 : 댐핑부재 190 : 지지축
210 : 피에조 고정턱 220 : 고정날개
230 : 결합홈 240 : 진동판 고정턱
250 : 탄성부 260 : 고정점

Claims

외부로부터 전원을 공급하여주는 전원공급장치;
상기 전원공급장치를 통하여 인가되는 전압에 의해 수축 또는 팽창이 이루어지는 피에조;
상기 피에조와 결합된 고정부재;
상기 고정부재의 상면에 결합되는 진동판;
상기 진동판의 양 끝단에 연결되어 상기 진동판에 의해 발생되는 진동을 증폭시키기 위한 웨이트;
상기 진동판의 일부를 고정하는 브라켓;
및 상기 브라켓과 연결되어 상기 피에조, 상기 고정부재, 상기 진동판, 상기 웨이트의 적어도 일부를 감싸고 있는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 고정부재는 복수개의 피에조 고정턱을 구비한 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 고정부재의 중심으로부터 길이방향으로 고정날개를 구비한 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항 및 제 3항에 있어서,
상기 고정날개의 일부분이 상기 진동판의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 진동판은 상기 고정부재와 용접, 본딩 또는 코킹으로 결합된 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 진동판과 상기 고정부재를 결합하는 고정점이 배치되되 상기 피에조 상측면에 형성된 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 고정부재 또는 상기 진동판에 결합홈을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 진동판은 진동판 고정턱을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터
제1 항에 있어서,
상기 진동판은 복수개로 구성되어 상기 고정부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 피에조 액추에이터