KR20190038068A - 선형 진동 발생장치 - Google Patents

Abstract

선형 진동 발생장치가 개시된다. 본 발명에 따른 선형 진동 발생장치는, 환형의 자석과 자석의 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 진동체, 자석 중앙에 배치되는 코일과 코일에 둘러싸인 요크를 포함하는 고정체, 진동체와 고정체 사이에 배치되며 진동체를 탄성 지지하는 탄성부재 및 요크 상단에 임의 높이로 동축 결합되는 틸팅방지수단을 포함하며, 틸팅방지수단은 외경 또는 폭이 적어도 요크의 최외곽 직경보다 크거나 같고 자석의 내경보다는 작은 비자성체로 구성되는 것을 요지로 한다.

Description

선형 진동 발생장치{Linear vibration generating device}

본 발명은 선형 진동 발생장치에 관한 것으로, 특히 휴대 전화 등에 사용되며 코일이 발생시키는 전기장과 자석에 의한 자기장의 상호 작용에 의한 중량체의 요동으로 진동을 발생시키는 선형 진동 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 휴대 단말기에 착신장치로 사용되는 진동 발생장치로서 편심 회전형 진동발생장치가 보편적으로 사용되어 왔다. 그러나 이 기술은 긴 수명을 보장하지 못하고 응답성이 빠르지 못하며 다양한 진동모드를 구현하는데 한계가 있어, 터치 조작 방식의 스마트폰이 급속도로 대중화되는 추세에서 수요자의 요구를 충족시키지 못하는 문제가 있다.

이에 대한 대응방안으로 중량체를 선형적으로 요동시켜 진동을 발생시키는 선형 진동 발생장치 기술이 개발되었다. 개발된 선형 진동 발생장치는 코일이 발생시키는 전기장과 코일을 둘러싸는 영구자석의 자기장 사이의 상호 작용을 이용하여 중량체를 선형적으로 요동시킴으로써 목적하는 진동이 발생될 수 있도록 한 것이다.

대한민국 등록특허 제1180486호(이하, '선행특허문헌'이라 함)에는 '리니어 진동모터'라는 명칭으로 중량체를 선형적으로 요동시켜 진동을 발생시키는 기술이 개시되어 있다. 상기 선행특허문헌을 통해 제안된 기술은 자기효율을 증대시켜 안정적인 동작 특성이 유지되도록 하면서도 장치 소형화를 도모할 수 있는 장점이 있다.

선행특허문헌에 나타난 선형 진동체를 도 1을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 선형 진동체는 크게, 진동체(115)와 고정체(110), 그리고 이들을 보호하는 케이스(135)로 구성된다. 진동체(115)는 자계를 만드는 마그네트(111)와 이를 둘러싸는 중량체(112)로 구성되며, 고정체(110)는 브라켓(102) 중앙의 요크(107), 요크(107) 둘레에 배치된 코일(106)로 구성된다.

브라켓(102) 중앙 상부면에는 상기 코일과 전기적으로 접촉하여 외부로부터 제공되는 전기적인 신호를 코일에 전달하는 PCB(105)가 배치되며, 상기 브라켓(102)과 중량체(112) 사이에는 탄성부재(120)가 개재되어, 원활한 진동이 구현될 수 있도록 진동체(115)를 탄성 지지하는 동시에 진폭을 일정폭으로 제한하게 된다.

이러한 선형 진동체는 고정체(110)와 진동체(115) 사이의 전자기적인 상호 작용에 의한 진동체(115)의 상하 요동으로 진동을 발생시킨다. 그런데 진동 발생과정에서 진동체(115)는 정상적인 상하 요동뿐 아니라, 좌우 흔들림 즉, 틸팅(Tilting)을 수반한다(파선 참조). 이러한 틸팅의 원인에는 여러 가지가 있으나 주로 탄성부재(120)의 특성에 기인한다.

틸팅은 주로 진동체가 상향 행정일 때 진동체(115)가 요크(107)와 겹치는 구간을 벗어나는 경우 더욱 크게 발생한다. 진동체(115)가 요크(105)와 겹치는 구간에서는 틸팅 발생하더라도 마그네트(111)의 내측 주면이 요크(107)의 외면부에 닿아 큰 폭의 틸팅은 억제되지만, 그 구간을 벗어나면 진동체(115)의 틸팅에 아무런 제약이 없기 때문이다.

요크(107)와 겹치는 구간을 벗어난(요크 상부 공간) 상태에서 발생하는 큰 폭의 틸팅은 케이스(135)와 진동체(115) 간 물리적인 접촉을 유발시키고 소음을 발생시키는 원인이 된다. 좀 더 구체적으로는, 탄성부재(120) 반대쪽의 중량체(112) 상부면 외곽 모서리가 케이스(135)의 내측 평면부에 직접적으로 닿게 됨으로써 소음과 충격을 발생시키게 된다.

틸팅은 단순히 케이스(135)와 접촉으로 인한 소음과 충격만을 유발하는 것이 아니라, 탄성부재(120)의 변형과 그로 인한 진동 주파수 변형도 유발할 수 있다. 즉 틸팅은 탄성부재 일측에만 진동력을 집중시켜 탄성부재의 변형이나 파손의 요인이 되기도 하며, 이로 인해 제품의 내구성이 떨어지고 수명이 단축되는 등 품질과 신뢰도에 악영향을 미치는 문제가 있다.

한국등록특허 제1180486호(등록 공고일 2012. 9. 6)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 진동체가 요크와 겹치는 구간을 벗어난 구간에서도 진동체의 틸팅(Tilting)을 억제할 수 있으며, 이에 따라 구성품 사이의 물리적인 접촉과 소음 발생을 확실하게 저감시킬 수 있는 선형 진동 발생장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 실시 예에 따르면,

환형의 자석과 자석의 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 진동체;

자석 중앙에 배치되는 코일과 코일에 둘러싸인 요크를 포함하는 고정체;

진동체와 고정체 사이에 배치되며 상기 진동체를 탄성 지지하는 탄성부재; 및

상기 요크 상단에 임의 높이로 동축 결합되는 틸팅방지수단;을 포함하며,

상기 틸팅방지수단은 외경이 적어도 요크의 최외곽 직경보다 크거나 같고 자석의 내경보다는 작은 원기둥 모양의 비자성체인 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치를 제공한다.

과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 다른 실시 예에 따르면,

환형의 자석과 자석의 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 진동체;

자석 중앙에 배치되는 코일과 코일에 둘러싸인 요크를 포함하는 고정체;

진동체와 고정체 사이에 배치되며 상기 진동체를 탄성 지지하는 탄성부재; 및

상기 요크 상단에 임의 높이로 동축 결합되는 틸팅방지수단;을 포함하며,

상기 틸팅방지수단은 중심에서부터의 거리가 가장 먼 최외곽 면이 요크의 최외곽 면과 같은 위치에 정렬되거나 적어도 요크의 최외곽 면보다는 바깥쪽으로 돌출되면서 자석의 내주면과는 소정의 갭을 두고 이격되는 삼각 이상 다각 기둥 모양의 비자성체인 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예 및 다른 실시 예에 적용된 상기 고정체는, 상기 코일 및 코일에 둘러싸인 요크를 지지하는 브라켓과, 브라켓과 결합하여 진동체가 실장되는 내부공간을 형성시키는 케이스와, 상기 브라켓과 코일 사이에 배치되며 코일에 전기를 인가하는 PCB를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 진동체는, 상기 자석과 탄성부재 사이에서 상기 자석의 일면을 덮도록 설치되는 판상의 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 플레이트 반대편의 자석 노출면 또는 노출면과 대면하는 고정체의 일면 중 적어도 한 면에 댐핑부재가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 자석의 노출면에 형성되는 댐핑부재는 자성유체일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예 및 다른 실시 예에 적용된 상기 틸팅방지수단은, 비자성 재질의 금속 또는 비전도성 수지계열의 비금속물로서 속이 빈 중공축 구조일 수 있으며, 요크 상면 중앙에 임의 높이로 형성된 돌기부에 억지 끼워 맞춤(Interference fit) 조립되어 요크에 고정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 틸팅방지수단이 수지계열 사출물인 경우, 요크의 상부 중앙에 상기 틸팅방지수단의 하단 일부가 인서트(Insert) 성형되어 요크에 고정될 수 있다.

또한, 상기 틸팅방지수단은 장치 구동 시 최상점에서의 자석의 최상면과 그 상부면의 수평방향 높이가 같거나 상기 최상면보다 적어도 높게 위치할 수 있는 높이로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예로서, 상기 일 실시 예 및 다른 실시 예에서 상기 코일 및 코일에 둘러싸인 요크를 지지하는 브라켓과 결합하여 진동체가 실장되는 내부공간을 형성시키는 케이스의 일면에 일단이 고정되고, 타단은 상기 진동체의 상부면에 접하거나 소정거리 이격되도록 배치되는 틸팅방지스프링을 더 포함하는 선형 진동 발생장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 의한 선형 진동 발생장치에 따르면, 요크의 상부 공간에서 진동체가 큰 폭으로 틸팅되지 않도록 억제하는 틸팅방지수단이 적용됨으로써, 요크와 겹치는 구간을 벗어난 구간에서도 진동체의 틸팅(Tilting)이 억제되어 구성품 사이의 물리적인 접촉 및 그에 따른 소음이 확실하게 저감될 수 있다.

즉 모든 진폭 구간에서 진동체의 큰 폭의 틸팅이 억제되므로, 큰 폭의 틸팅에 따른 물리적인 충격과 그로 인한 소음이 분명하게 저감될 수 있다. 결과적으로, 충격과 소음 발생이 획기적으로 줄어 높은 내구성을 가지면서 안정적인 진동 성능이 오래도록 발휘될 수 있는 신뢰도 높은 고품질의 진동 발생장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 자석 상면에 도포되고 댐퍼 역할을 하는 자성유체 중 일부가 장치 구동 시 요크와의 인력에 의해 자석 내측 주면으로 이동하여 틸팅방지수단과의 사이에서 진동체 상승 및 하강 행정 시 마찰재로 기능함으로써, 정지 명령에 따라 진동체가 정지할 때 응답속도 중 폴링타임(Falling time)이 단축될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 선형 진동 발생장치 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 결합 단면도.
도 4는 도 3에 나타난 틸팅방지수단의 바람직한 변형 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 주요부를 확대 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 작동 상태도.
도 7은 진동 발생장치 구동 시 입력 주파수에 따라 변화하는 진동 크기(Magnitude)를 나타내는 시험 데이터.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 결합 단면도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치는 크게, 진동체(10)와 고정체(20)로 구성된다. 진동체(10)와 고정체(20) 사이에는 진동체(10)의 상하 운동을 탄성 지지하는 탄성부재(40)가 개재되며, 고정체(20)를 구성하는 판상의 브라켓(34) 상에는 진동발생을 위한 전기를 공급하는 PCB(50)가 배치된다.

진동체(10)는 자계를 형성시키는 환형의 자석(12)과, 자석(12) 둘레를 둘러싸는 구조로 결합되며 중량을 부여하는 중량체(13)를 포함한다. 그리고 고정체(20)는 브라켓(34), 브라켓(34) 상면에 안착되며 자석(12)의 중앙에 배치되는 원통형의 코일(22), 코일(22)의 내경부에 실장된 요크(24), 그리고 케이스(30)로 구성된다.

코일(22)은 브라켓(34) 상의 상기 PCB(50)와 전기적으로 연결되어 고정체(20)에 대해 진동체(10)가 진동할 수 있도록 전기 신호를 제공받고, 제공받은 전기 신호로부터 코일(22)이 발생시키는 전기장과 상기 자석(12)의 자기장 사이의 인력(引力)과 척력(斥力)에 의해 고정체(20)에 대해 진동체(10)가 상하로 움직여 진동이 발생하게 된다.

진동체(10)의 진폭은 상기 탄성부재(40)의 탄성계수 및 자석(12)과 상기 요크(24) 사이에 작용하는 인력(引力)에 의해 적정범위로 제한될 수 있으며, 자석(12)은 고정체(20)를 구성하는 상기 요크(24)와 간섭이 발생되지 않을 정도의 내경을 갖고 상하방향으로 반대되는 극성을 가진 환형(環形) 즉, 도넛 모양의 자석일 수 있다.

요크(24)는 상기 코일(22)의 상부면을 덮는 판상의 차폐부를 형성한 단면 형상이 T자 또는 +자형인 원기둥 형태로 구비될 수 있다. 특히 자성체 재질로 이루어져 자석(12)으로부터 발생되는 자속을 그 외연에 감긴 상기 코일(22) 측으로 집중시키는가 하면, 상기 자석(12)과의 사이에 인력(引力)을 발생시켜 진동체(10)의 진폭을 소정 폭으로 제한하는 역할을 한다.

진동체(10)는 자석(12)의 일면을 덮는 플레이트(18)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 플레이트(18)는 자석의 하부면 전부와 자석(12)과 인접한 중량체(13)의 하부면 일부를 덮도록 설치된다. 플레이트(18)는 중앙에 홀을 형성한 판상체일 수 있으며, 자속을 코일(22) 측으로 집중시키는 자기 차폐 역할을 한다.

도면에는 자석(12) 하부면에만 플레이트(18)가 적용된 구성을 예시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 플레이트(18)는 자석(12)의 상부면 및 이와 인접한 중량체(13)의 일부를 덮는 구조로 진동체(10)의 상면부 측에도 부가될 수 있다(미도시). 따라서 이러한 변형 예 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀둔다.

이 경우 진동체(10)의 상면부에 설치되는 플레이트(미도시) 역시, 진동체(10)의 하면부에 설치되는 상기 플레이트(18)와 마찬가지로 중앙에 홀을 형성한 판상체일 수 있으며, 역시 자속을 코일(22) 측으로 집중시키는 자기 차폐 역할을 하게 된다. 물론 진동체 상면부에 플레이트를 부가하는 것은 필요에 따라 선택 적용 가능한 것이므로 필수 구성은 아니다.

플레이트(18)와 브라켓(34) 사이에는 앞서 언급했듯이 탄성부재(40)가 개재된다. 탄성부재(400는 고정체(20)에 대한 진동체(10)의 상하 방향 진동을 탄성지지하며 그 진폭을 제한하도록 기능한다. 이를 위해 탄성부재(40)의 일단은 상기 브라켓(34)에 용접 등의 접합방식으로 고정되며, 대향부 타단은 상기 플레이트(18)의 하부면에 용접 등으로 고정될 수 있다.

자석(12)의 주변의 중량체(13) 하부면에는 상기 플레이트(18)의 높이에 대응되는 높이로 하부 요입면(130)이 형성될 수도 있다. 이 경우 플레이트(18)의 하부면과 자석(12) 주변의 중량체(13) 최하부면의 수평방향 높이가 동일해지기 때문에, 제한된 공간 내에서의 진동체(10)가 상하 방향으로 움직일 수 있는 행정거리를 최대로 확보할 수 있다.

탄성부재(40)는 상하 방향으로 진동하는 자석(12)과 중량체(13)로 이루어진 진동체(10)를 탄성 지지함으로써 고정체(20)에 대한 진동체(10)의 위치 복원을 위한 탄성력을 제공하고, 동시에 진동체(10)의 진폭을 소정거리로 제한하여 자석(12)과 중량체(13)로 이루어진 상기 진동체(10)가 케이스(30)에 충돌하는 것을 방지하는 역할도 겸한다.

고정체(20)를 구성하는 상기 케이스(30)는 상기 브라켓(34)과 결합하여 진동체(10)와 탄성부재(40)가 실장될 수 있는 내부공간을 형성한다. 이때 케이스(30)는 재질은 특별히 한정되는 것은 아니나, 플레이트가 하나만 적용되거나 둘 다 생략된 경우라면 자성체로 구성하여 자속 차폐수단으로서 기능하도록 하는 것이 바람직하다.

장치 구동을 위한 전기신호는 PCB(50)를 통해 외부로부터 상기 코일(22)에 공급된다. PCB(50)는 도 2에 예시한 바와 같이, 환형의 고리모양으로 형성될 수 있으며, PCB(50) 중앙의 구멍을 통해 상기 코일(22)과 코일 내경부에 실장된 요크(24)가 브라켓(34)에 직접 접하거나 브라켓(34) 중앙의 결합공(부호 생략)에 결합되는 형태로 고정될 수 있다.

플레이트(18) 반대편의 자석(12) 노출면, 즉 자석(12)의 상부면 및 이와 대면하는 고정체(20), 구체적으로는 케이스(30)의 일면에는 댐핑부재(70, 72)가 각각 구비될 수 있다. 댐핑부재(70, 72)는 장치 구동 시, 좀 더 구체적으로 상향 행정 시 진동체(10)와 케이스(30) 사이의 직접적인 물리적 접촉 및 그에 따른 소음을 방지하는 역할을 한다.

케이스(30)에 적용되는 댐핑부재(70)는 충격을 흡수/완화시킬 수 있는 재질, 예를 들어, 고무(rubber), 실리콘(silicon), 다공성 고무(foam rubber) 재질의 탄성 패드일 수 있으며, 자석(12)의 상부면에 구비되는 댐핑부재(72)는 액체 속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 분산시킨 자성유체(Magnetic fluid)일 수 있다.

자석(12)의 둘레의 중량체(13) 상부면에도 상기 자성유체의 높이에 대응되는 높이로 상부 요입면(132)이 형성될 수도 있다. 이 경우 역시 자성유체의 하부면과 자석(12) 주변의 중량체(13) 최상부면의 수평방향 높이가 대략 같아지기 때문에, 제한된 공간에서 자성유체가 자석(12) 보다 위로 돌출됨에 따른 진동체(10)의 행정거리 손실을 최소화할 수 있다.

즉 중량체(13)에 상부 요입면(132)이 형성되면, 자성유체의 적용에 따라 그 높이에 해당하는 만큼의 진동체의 진폭 손실을 상구 요입면(132)을 통해 상쇄시킬 수 있기 때문에 충분한 진동 성능 발휘를 위한 진폭 확보를 위해 케이스(30)의 높이를 늘이지 않아도 된다. 이러한 상부 요입면(132)과 상기 하부 요입면(130)은 절삭과 같은 적절한 기계가공을 통해 형성 가능하다.

고정체(20)를 구성하는 전술한 요크(24)의 상단에는 임의 높이로 틸팅방지수단(28)이 동축 결합된다. 틸팅방지수단(28)은 요크(24)와 겹치는 구간을 벗어난 구간에서의 진동체(10)의 좌우 요동, 즉 틸팅(Tilting)을 억제하는 기능을 한다. 즉 상향 또는 하향 행정 시 요크(24)의 상부 공간에서 진동체(10)가 큰 폭으로 좌우 틸팅되지 않도록 방지한다.

틸팅방지수단(28)은 외경 또는 폭(D2)이 적어도 요크(24)의 최외곽 직경(D1)보다 크거나 같고 자석의 내경(D3)보다는 작은 원기둥 모양의 비자성체일 수 있다. 바람직하게는, 황동과 같은 비자성 재질의 금속이나 플라스틱과 같은 비전도성 수지계열의 비금속일 수 있으며, 단면 모양이 환형인 중공축 구조의 기둥 모양으로 형성하면 장치 경량화 및 경제성 측면에서 유리함을 도모할 수 있다.

틸팅방지수단(28)의 주된 기능은 요크(24) 상부 공간에서의 진동체(10)의 틸팅을 억제하는 것이지만, 한편으로는 외부에서 물리적인 충격이 가해졌을 때 브라켓(34)으로부터 요크(24)가 완전히 이탈되지 않도록 케이스(30)와의 사이에서 이를 저지하는 기능도 한다. 즉 외부의 물리적인 충격에 의한 요크(24)의 이탈을 방지하는 스토퍼로서 기능도 겸비한다.

스토퍼로서의 기능은 틸팅방지수단(28)의 상부면을 이와 대면하는 케이스(30)의 내측의 댐핑부재(70, 72)에 살짝 닿을 정도의 높이로 형성하는 것에 의해 발휘될 수 있다. 물론 이에 국한되는 것은 아니며, 틸팅방지수단(28)과 댐핑부재(70) 사이의 거리(H1)가 브라켓(34)과 요크(24)의 결속 높이(H2) 보다 작기만 하면 된다.

주된 기능인 틸팅 억제 성능을 고려하면, 틸팅방지수단(28)의 상단면이 이와 대면하는 케이스(30)의 내측의 댐핑부재(70, 72)에 살짝 닿는 것을 포함하여, 장치 구동 시 최상점에서의 자석(12)의 최상면과 틸팅방지수단(28)의 상부면의 수평방향 높이가 같거나 상기 최상면보다는 적어도 높게 위치할 수 있는 높이가 가장 바람직하다.

틸팅방지수단(28)은 도면의 예시와 같이 속이 빈 중공축 구조일 수 있으며, 요크(24) 상면 중앙에 임의 높이로 형성된 돌기부(240)에 억지 끼워 맞춤(Interference fit) 조립되어 요크(24)에 고정될 수 있으나, 틸팅방지수단(28)의 재질이 비전도성 수지계열의 비금속인 경우, 인서트(Insert) 성형을 통해 요크(24)와 틸팅방지수단(28)이 한 몸체를 이루도록 구성할 수도 있다.

즉 도 4의 바람직한 변형 예와 같이, 수지계열의 사출물인 경우, 요크(24)의 상부 중앙에 상기 틸팅방지수단(28)의 하단 일부가 삽입되도록 인서트(Insert) 성형하여 요크(24)와 견고한 결속을 이루도록 구성할 수도 있다. 물론 이 방법 외에도 나사 체결 방식을 포함하여 두 구성품 사이 동축 결합을 구현할 수 있는 공지된 모든 형태의 결속 방법을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 예시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 틸팅방지수단(28)은 중심으로부터 거리가 가장 먼 최외곽 면이 적어도 요크(24)의 최외곽 면과 같은 위치에 정렬되거나 적어도 요크의 최외곽 면보다는 바깥쪽으로 돌출되면서 자석의 내주면과는 소정의 갭을 두고 이격되는 단면 모양이 삼각 이상 다각형이고 속이 빈 중공축 구조의 다각 기둥 모양일 수도 있다.

도 5에 예시된 다른 실시 예의 경우, 틸팅방지수단(28)의 주된 기능인 틸팅 억제 효과가 앞선 일 실시 예의 단면 모양이 원형이 경우와 동일하게 발휘되면서도 틸팅방지수단(28)의 전체 부피는 원형인 경우보다 작게 할 수 있다. 이에 따라 재료 절감을 통한 제작 비용을 낮추는 효과가 있으며, 전체적인 무게를 더 가볍게 할 수 있어 장치 경량화에 유리한 구조이다.

이하, 상기한 구성의 본 발명에 따른 선형 진동 발생장치의 작동 및 효과에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 선형 진동 발생장치의 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, PCB(50)의 전원단자(부호 생략)를 통해 입력되는 소정의 주파수를 가진 전기신호가 PCB(50)에 형성된 패턴회로를 거쳐 코일(22)에 전달됨으로써 전기장이 형성된다. 이처럼 형성된 코일(22)의 전기장과 요크(24)로 인해 코일 측으로 집중되는 코일(22) 둘레의 자석(12)이 발생시킨 자기장이 상호 작용을 일으켜 인력과 척력이 차례로 발생된다.

차례로 발생되는 인력과 척력으로 자석(12)과 중량체(13)로 구성된 진동체(10)가 케이스(30) 내에서 고정체(20)에 대해 도면과 같이 상하 방향으로 요동함으로써 진동이 발생되며, 진동체(10)에 의한 진동을 외부에 전달하는 매개체 역할을 탄성부재(40)가 한다. 물론 탄성부재(40)는 진동체(10)의 진폭을 제한하고 진동체(10)를 원위치에 복원시키는 역할도 한다.

한편, 진동체(10)인 자석(12)의 상부면에 도포된 자성유체(72) 중 일부는 장치 구동 시 요크(24)와 사이의 인력에 의해 자석(12)의 내주면 측으로 유동한다. 이때 자석(12)의 내측 주면으로 이동된 자성유체(72)는 진동체(10)에 틸팅 발생 시 상기 자석(12)과 틸팅방지수단(28) 사이의 직접적인 물리적 충돌을 방지하는 댐퍼로서 기능한다.

물론, 요크(24) 및 그 상부에 설치된 틸팅방지수단(28)에 의하여 행정거리 전구간에 걸쳐 큰 폭의 틸팅(Tilting)은 억제되지만, 틸팅방지수단(28)과 자석(12) 사이의 갭(g)에 의하여 약간의 틸팅이 발생하더라도 자석(12)의 내측 주면으로 이동된 일부 자성유체(72)가 중간에서 틸팅방지수단(28)과 자석(12) 사이의 접촉을 막아주기 때문에 틸팅 충격이 흡수/완화될 수 있다.

한편으로는, 장치 구동 시 요크(24)와의 인력에 의해 자석(12) 내측 주면으로 이동한 일부 자성유체는 틸팅방지수단(28)과의 사이에서 진동체(10)이 상승 및 하강 행정 시 마찰재로서도 기능한다. 이에 따라 장치 정지 명령에 따라 진동체(10)가 정지할 때 응답속도 중 폴링타임(Falling time)이 크게 단축될 수 있다.

다른 한편, 도면을 통해 구체적으로 예시하지는 않았으나, 요크의 최외곽 직경을 코일의 최외곽 직경보다 더 작게하는 변형이 있을 수 있다. 이 경우에는 틸팅방지수단(28)의 외경 또는 폭을 코일의 최외곽 직경보다 크거나 같게만 하면 전술한 구성과 동일한 작용, 효과가 발휘될 수 있다. 따라서 이러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.

도 7은 진동 발생장치 구동 시 입력 주파수에 따라 변화하는 진동 크기(Magnitude)를 나타내는 진동 시험 데이터로서, 도 7의 (a)는 틸팅방지수단을 적용하지 않은 종래 일반적인 선형 진동 발생장치의 진동 시험 데이터이며, 도 7의 (b)는 틸팅방지수단이 적용된 본 발명에 따른 선형 진동 발생장치의 진동 시험 데이터이다.

도 7을 보면, 입력 주파수가 커질수록 진동 크기(Magnitude)가 선형적으로 증가하다가 특정 주파수 구간을 기점으로 다시 안정적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 이때 특정 주파수 구간에서 진동 크기(Magnitude)가 최대인 지점이 공진이 발생한 공진점(그래프에서 변곡점)이며, 공진점을 기점으로 진동 크기는 서서히 줄어든다.

그런데 도 7의 (a)를 보면 공진점 이후 다른 특정 주파수 구간(200 ~ 202 Hz)에서 진동 크기(Magnitude)가 일시적으로 커진 것을 알 수 있다. 이는 해당 주파수 구간에서 진동체에 틸트와 같은 불안정한 진동이 발생했음을 의미하는데, 틸팅방지수단이 적용된 도 7의 (b)를 보면 같은 구간(200 ~ 202 Hz)에서 불안정한 진동이 전혀 발생하지 않은 것을 알 수 있다.

즉 틸팅방지수단이 적용되지 않은 종래의 진동 발생장치에 비해 본 발명처럼 틸팅방지수단을 적용했을 때 장치의 진동 성능이 안정적으로 발휘됨을 시험 데이터를 통해 분명히 알 수 있으며, 이는 다시 말해 장치 구동 시 틸팅방지수단이 진동체의 틸팅 억제에 분명한 효과가 있음을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 결합 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 선형 진동 발생장치의 기본적인 구성 및 구조는 전술한 일 실시 예 및 다른 실시 예의 선형 진동 발생장치와 동일하다. 다만, 탄성부재 반대편의 케이스(30)와 진동체(10) 사이에 틸팅방지스프링(80)을 하나 더 추가하여 틸팅 억제 성능이 보다 확실하게 발휘될 수 있도록 한 것이 특징이다.

본 실시 예에 적용된 틸팅방지스프링(80)은 구체적으로, 브라켓(34)과 결합하여 진동체(10)가 실장되는 내부공간을 형성시키는 상기 케이스(30)의 일면에 일단이 용접이나 특수 접착제 등을 통해 접합 고정되며, 반대편 타단은 상기 케이스(30) 일면과 마주하는 상기 진동체(10)의 상부면에 살짝 접하거나 소정거리 이격되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 구성의 본 발명의 또 다른 실시 예는, 진동체의 상부 역시 틸팅방지스프링(80)에 의해 탄성 지지되는 구조로서, 진동체(10)가 고속으로 진동할 때 특정 주파수 대역에서 하부 탄성부재(40) 특성에 기인한 진동체(10)의 회전이나 틸팅을 상기 틸팅방지스프링(80)이 억제함으로써, 진동체 회전이나 틸팅에 따른 잡음을 보다 확실히 저감시킬 수 있다.

한편, 도면을 통해 구체적으로 예시하지는 않았으나 상기 틸팅방지스프링(80)을 진동체(10)의 하부에 배치하되, 마찬가지로 진동체(10)의 하부면에 살짝 접하거나 소정거리 이격되도록 구성하고, 반대로 탄성부재(40)를 그 일단과 타단이 각각 케이스(30)와 진동체(10)의 상부면에 고정되도록 진동체(10) 상부의 케이스(30)와의 사이에 배치하는 변형이 가능하다. 따라서 이러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 의한 선형 진동 발생장치에 따르면, 요크의 상부 공간에 진동체가 큰 폭으로 틸팅되지 않도록 억제하는 틸팅방지수단이 적용됨으로써, 요크와 겹치는 구간을 벗어난 구간에서도 진동체의 틸팅(Tilting)이 억제되어 구성품 사이의 물리적인 접촉 및 그에 따른 소음이 확실하게 저감될 수 있다.

즉 모든 진폭 구간에서 진동체의 큰 폭의 틸팅이 억제되므로, 큰 폭의 틸팅에 따른 물리적인 충격과 그로 인한 소음이 분명하게 저감될 수 있다. 결과적으로, 충격과 소음 발생이 획기적으로 줄어 높은 내구성을 가지면서 안정적인 진동 성능이 오래도록 발휘될 수 있는 신뢰도 높은 고품질의 진동 발생장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 자석 상면에 도포되고 댐퍼 역할을 하는 자성유체 중 일부가 장치 구동 시 요크와의 인력에 의해 자석 내측 주면으로 이동하여 틸팅방지수단과의 사이에서 진동체 상승 및 하강 행정 시 마찰재로 기능함으로써, 정지 명령에 따라 진동체가 정지할 때 응답속도 중 폴링타임(Falling time)이 단축될 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 진동체
12 : 자석
13 : 중량체
18 : 플레이트
20 : 고정체
22 : 코일
24 : 요크
28 : 틸팅방지수단
30 : 케이스
34 : 브라켓
40 : 탄성부재
50 : PCB
70 , 72: 댐핑부재(72는 자성유체)
80 : 틸팅방지스프링

Claims (11)

1. 환형의 자석과 자석의 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 진동체;
   자석 중앙에 배치되는 코일과 코일에 둘러싸인 요크를 포함하는 고정체;
   진동체와 고정체 사이에 배치되며 상기 진동체를 탄성 지지하는 탄성부재; 및
   상기 요크 상단에 임의 높이로 동축 결합되는 틸팅방지수단;을 포함하며,
   상기 틸팅방지수단은 외경이 적어도 요크의 최외곽 직경보다 크거나 같고 자석의 내경보다는 작은 원기둥 모양의 비자성체인 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
2. 환형의 자석과 자석의 둘레를 둘러싸는 중량체를 포함하는 진동체;
   자석 중앙에 배치되는 코일과 코일에 둘러싸인 요크를 포함하는 고정체;
   진동체와 고정체 사이에 배치되며 상기 진동체를 탄성 지지하는 탄성부재; 및
   상기 요크 상단에 임의 높이로 동축 결합되는 틸팅방지수단;을 포함하며,
   상기 틸팅방지수단은 중심에서부터의 거리가 가장 먼 최외곽 면이 요크의 최외곽 면과 같은 위치에 정렬되거나 적어도 요크의 최외곽 면보다는 바깥쪽으로 돌출되면서 자석의 내주면과는 소정의 갭(g)을 두고 이격되는 삼각 이상 다각 기둥 모양의 비자성체인 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생 장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 고정체는,
   상기 코일 및 코일에 둘러싸인 요크를 지지하는 브라켓과,
   브라켓과 결합하여 진동체가 실장되는 내부공간을 형성시키는 케이스와,
   상기 브라켓과 코일 사이에 배치되며 코일에 전기를 인가하는 PCB를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 진동체는, 상기 자석과 탄성부재 사이에서 상기 자석의 일면을 덮도록 설치되는 판상의 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 플레이트 반대편의 자석 노출면 또는 노출면과 대면하는 고정체의 일면 중 적어도 한 면에 댐핑부재가 구비됨을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 자석의 노출면에 형성되는 댐핑부재는 자성유체인 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 틸팅방지수단은, 비자성 재질의 금속 또는 비전도성 수지계열의 비금속인 것을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 틸팅방지수단은 속이 빈 중공축 구조이며, 요크 상면 중앙에 임의 높이로 형성된 돌기부에 억지 끼워 맞춤(Interference fit) 조립되어 요크에 고정됨을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 틸팅방지수단이 비전도성 수지계열의 비금속 재질인 경우, 요크의 상부 중앙에 상기 틸팅방지수단의 하단 일부가 인서트(Insert) 성형되어 요크에 고정됨을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 틸팅방지수단은 장치 구동 시 최상점에서의 자석의 최상면과 그 상부면의 수평방향 높이가 같거나 상기 최상면보다 적어도 높게 위치할 수 있는 높이로 형성됨을 특징으로 하는 선형 진동 발생장치.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코일 및 코일에 둘러싸인 요크를 지지하는 브라켓과 결합하여 진동체가 실장되는 내부공간을 형성시키는 케이스의 일면에 일단이 고정되고, 타단은 상기 진동체의 상부면에 접하거나 소정거리 이격되도록 배치되는 틸팅방지스프링;을 더 포함하는 선형 진동 발생장치.
    

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