WO2016140442A1

WO2016140442A1 - 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치

Info

Publication number: WO2016140442A1
Application number: PCT/KR2016/001247
Authority: WO
Inventors: 김정훈
Original assignee: 김정훈
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2016-09-09
Also published as: US20180009003A1

Abstract

본 발명은 전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 다양한 형태의 구비한 압전소자 진동장치를 구성하여서, 압전소자 진동장치를 설치함에 있어 간단하게 부착설치하는 것이 가능함에 따라 조립 공정을 단순화시킬 수 있고, 압전소자 진동장치의 두께가 얇아져 어느 위치에나 설치가 가능하며, 두께를 최소화하면서도 진동량을 증대시키고 진동소음은 감소시킬 수 있으며, 낙하충격에 의한 압전진동체(2)(2a)(2b)의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치

본 발명은 진동장치에 관한 것으로, 특히 압전효과에 의해 진동을 발생시키는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치에 관한 것이다.

요즈음 가상현실 구현기술이 발달하면서 사용자는 가상현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되었다. 이를 충족시키기 위해 개발된 것 중의 하나로 진동에 의해 사용자에게 촉각을 전달하는 햅틱(Haptic) 기술이 있다. 단순한 햅틱 기술은 현재 휴대폰에 널리 쓰이는 진동모터를 이용한 알림 기능을 들 수 있으며, 이 밖에도 의료 시뮬레이터나 게임 기기 등 여러 분야에 폭넓게 응용되고 있다.

특히 앞으로는 컴퓨팅 장치의 출력 장치로서 모니터, 스피커와 더불어 햅틱 디바이스도 기본 장착되어 갈 전망이다. 이는 휴대용 전자기기 내에 햅틱 디바이스를 설치함으로써 사용자의 촉감인식률이 높다는 점 그리고 IT기기와의 연동성이 우수하다는 장점이 있기 때문이다.

스마트폰과 같은 휴대용 전자기기에 햅틱 기술을 적용한 구체적인 사례인 이동단말의 진동모터는 기존 이동단말에서 출력되는 소리와 영상에 진동을 덧입혀 입체적으로 느끼게 해준다.

종래의 햅틱 기술은 필요한 효과를 생성하기 위해 파형을 설계하여 디지털 파형으로 제작한 후(주로 PWM, sine wave), 기억장치에 저장하여 필요한 경우에 저장된 단순파형을 불러와 사용함에 따라 사실감을 전달하지 못하는 것이었다.

이동단말에 설치되는 진동모터의 일 예로 본원 출원인에 의해 등록된 특허 제10-793682호, '초소형 선형 진동모터'가 개시되어 있다.

하지만, 상기의 이동단말용 진동모터는 설치공간이 협소한 이동단말 내에 진동장치를 설치할 경우 진동발생위치를 결정함에 있어 부품배치에 어려움이 있으며,더욱이 리니어 모터의 경우 미리 저장된 파형을 불러와 주파수로 구동시켜야 함으로 실행회로가 복잡한 것이다.

또한, 코일과 자석의 인력과 척력을 이용하는 것임에 따라 진동모터의 응답속도(Response time)가 느려서 동시감을 확보하지 못하며, 크기가 소형화됨에 따라 진동량이 미비한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 압전소자 진동장치를 설치함에 있어 설치공간을 자유로이 배치하면서도 설치가 용이한 초박형의 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치를 제공하는데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 압전소자 진동장치의 진동량은 증대시키면서 진동에 의한 소음은 감소시키며 낙하 충격에 의한 파손은 방지할 수 있는 압전소자 진동장치를 제공하는데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b)의 하방에는 전극 기판(4)으로부터 연장형성되어 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 다리부(8)를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 전극 기판(4)의 하부에는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 절연처리된 고정용 하우징(18)을 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b)의 양단에는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 브래킷(22)을 끼움설치하여 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 전극 기판(4)의 하부에는 압전진동체(2)(2a)(2b)의 진동효율을 높이기 위한 탄성부재(32)를 설치하며, 상기 탄성부재(32)의 하부에는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 하부판(36)을 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b) 전체를 감싸도록 형성하여 진동량 증대와 진동소음 감소 및 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 연질의 케이스(38)를 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 압전소자 진동장치를 이동단말 내에 설치함에 있어 간단하게 부착설치하는 것이 가능함에 따라 설치 공정을 단순화시킬 수 있고, 압전소자 진동장치의 두께가 얇아져 이동단말 내의 어느 위치에나 설치가 가능하며, 빠른 진동응답에 의한 햅틱신호를 사용자에게 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 압전소자 진동장치는 크기를 최소화하면서도 진동량을 증대시키고 진동소음은 감소시킬 수 있으며, 낙하충격에 의한 압전진동체의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치의 사시 구성도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유니모프형 압전소자 진동장치의 설치단면도,

도 3은 도 2의 사용상태도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예인 바이모프형 압전소자 진동장치의 구성도,

도 5 내지 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시 예인 멀티모프형 압전소자 진동장치의 구성도,

도 7 내지 도 26은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 압전진동체의 설치구성도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치는 역압전효과(Reverse Piezoelectric effect)를 이용하여 진동을 발생시키는 진동수단이다.

압전효과는 압전물질에 힘을 가해 신축되는 순간에 전압이 발생되는 것이며, 이와 반대로 압전물질에 전압을 가했을 때 신축하는 성질을 역압전효과라고 한다. 압전효과의 일 예로는 착화용 압전소자(전기 라이터, 점화식 가스레인지), 압력센서, 가속도센서 등이 있으며, 역압전효과의 일 예로는 액츄에이터, 피에조 모터 등이 있다.

본 발명의 진동장치는 정확히 말하면 역압전효과를 이용해 진동수단을 구현하는 것으로, 압전물질로 압전소자층을 형성하고 전압을 인가하여 신축되는 성질로 진동을 발생시키게 된다. 이러한 압전물질의 대표적 예로서 복합세라믹인 PZT((Pb(Ti,Zr)O₃), 강유전체인 티탄산 바륨(BaTiO₃) 등이 있으며, 이를 사용하여 압전 세라믹을 형성한다.

압전효과를 이용하는 진동장치는 형태에 따라 크게 유니모프형(unimorph), 바이모프형(bimorph), 멀티모프형(multimorph) 등으로 구분되고, 바이모프형은 분극되는 방향에 따라 직렬형(serial), 병렬형(parallel)으로 구분된다.

본 발명에서는 유니모프형, 바이모프형, 멀티모프형 등 다양한 형태의 압전진동체를 이동단말 내의 케이싱에 설치하기 위한 구성을 개시한다.

상기 이동단말은 통화기능을 갖는 휴대단말(예를 들면 스마트폰), 의료기기, 테블릿 PC, 게임기기, 진동 마우스, 진동 리모컨, 진동 키패드, 휴대단말용 보호케이스 등이 될 수 있으며, 사용자에게 진동 피드백을 제공하기 위한 전자기기를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예인 유니모프형 압전소자 진동장치의 구성을 나타낸다. 이를 참조하면, 본 발명은 전기 전도성이 좋은 소재의 전극 기판(Substrate)(4)을 두고 상단에 압전소자층(6)을 배치하여 압전진동체(2)를 형성한다.

본 발명의 실시 예에 따른 압전진동체(2)의 압전소자층(6)의 상단 전극과 하단 전극에 (+,-) 전압을 교대로 걸어주어 압전진동체(2)가 팽창과 수축현상에 의한 굴곡현상이 발생하게 되며, 인가되는 구동전압의 주파수에 따라 진동을 발생시키는 것이다. 압전소자층(6)의 상하면에 각각 (+,-)전압을 교대로 걸어줌에 따라 압전소자층(6)의 하면과 접착된 전극 기판(4)에도 전압이 인가된다.

본 발명에서는 압전진동체(2)의 전체 두께를 얇게 하기 위해 FPCB(Flexible PCB) 형태로 전극 기판(4)과 압전소자층(6)의 상단 전극에 각각 전압을 인가한다. 필요에 따라서는 전선을 이용하여 전압을 인가하는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 압전진동체(2)의 설치단면도, 도 3은 압전진동체(2)를 이동단말 내에 설치한 사용상태도로, 압전소자층(6)의 상부에 인가된 구동전압이 이동단말 내로 누설되는 것을 방지하는 절연부재(10)가 부착된다. 절연부재(10)는 절연필름을 부착하거나 에폭시, 우레탄 등을 이용한 절연피막을 형성할 수 있다.

또한, 절연부재(10)가 구비된 압전소자층(6)의 상부에는 절연과 함께 압전진동체(2)에서 발생하는 소음을 흡수하기 위해 포론(Poron)테이프를 더 구비할 수도 있다.

포론테이프는 고밀도 셀구조의 우레탄폼 박형 테이프로 절연효과와 더불어 소음흡수 효과가 있어 압전진동체(2)의 진동소음을 줄일 수 있으며, 외부충격을 흡수하여 압전진동체(2)의 손상을 방지하는 기능을 갖는다.

본 발명의 전극 기판(4)은 Brass, Stainless steel, Ni-alloy, 알루미늄 등의 소재를 사용할 수 있으며, 전극 기판(4)의 하단에는 전압을 인가하여 발생하는 진동을 증대시키기 위한 무게편(12)이 소정의 위치에 다수개 부착된다. 압전진동체(2)의 상하 굴곡변위에 의해 자체 진동이 발생되지만 이동단말에 전달되는 진동량은 미약하므로 압전소자층(6)에 일정한 무게를 갖는 무게편(12)을 부착하여 발생하는 진동을 증대시킬 수 있다.

본 발명에서는 압전진동체(2)를 이동단말 내부의 케이싱(16)에 부착하기 위해 전극 기판(4)을 연장하여 절곡 형성한 다리부(8)를 구비한다. 다리부(8)는 도 2에서와 같이 압전진동체(2)의 외측 방향으로 형성되며, 이동단말 내부와 같이 공간이 협소한 곳에 설치할 경우에는 도 6에서와 같이 압전진동체(2)의 내측으로 연장형성하여 설치공간을 줄이는 것도 가능하다. 다리부(8)를 접착제나 양면테이프를 이용하여 이동단말 내의 케이싱(16)에 접착하거나 용접에 의해 부착하여 압전진동체(2)를 고정한다.

전극 기판(4)에는 (+,-)전압이 교대로 인가되는 것이므로, 전극 기판(4)에 인가된 전류가 이동단말 내의 케이싱(16)으로 누설되는 것을 방지하기 위해 연장형성된 다리부(8)는 실리콘이나 우레탄, 에폭시, 폴리에스터, 아크릴 등의 합성수지 소재를 코팅하여 절연피막을 형성함으로써 절연되게 하는 것이 바람직하다.

또한, 압전소자층(6)의 표면에도 연질의 합성수지나 합성고무로 코팅층을 형성하여 진동시 발생하는 잡음성 음향을 감쇄시킬 수 있으며 절연효과도 도모할 수도 있다. 코팅층의 일예로는 연질 에폭시, 연질 우레탄, 실리콘 등이 될 수 있다.

상기의 설명에서는 본 발명의 일 실시 예인 유니모프형 압전소자 진동장치를 개시하고 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 전극 기판(4)을 가운데 두고 양단에 압전소자층(6)을 배치한 바이모프형 압전소자 진동장치 및 도 5에 도시된 바와 같이 전극 기판(4)의 상단에 다수의 압전소자층(6)을 적층한 멀티모프형 압전소자 진동장치로 압전진동체(2a)(2b)를 형성하여 이동단말 내에 설치하는 것도 가능하다.

도 6a 내지 6b는 압전진동체(2b)를 설치하기 위한 다른 실시 예로서, 멀티모프형 압전소자 진동장치로 압전진동체(2b)를 형성하는 경우 이동단말 내의 케이싱(16)에 압전진동체(2b)를 부착설치하기 위한 브래킷(22)을 압전진동체(2b)의 양단에 형성할 수도 있다.

상기 브래킷(22)은 전극 기판(4)의 양단에 끼움결합되는 것이며, 양단의 브래킷(22)을 케이싱(16) 내면에 직접 부착하여 압전진동체(2b)를 고정하게 된다.

이때, 도 6b와 같이 압전진동체(2b)의 외면에는 보호테이프(24)를 부착하여 형성하는 것도 가능하다. 보호테이프(24)는 압전진동체(2b)의 일면이나 양면을 깜싸 부착될 수 있으며, 압전진동체(2b)의 진동이나 이동단말의 낙하 및 충격 등에 의한 압전소자층(6)의 파손방지 및 무게편(12)의 탈락을 방지함과 함께 절연효과를 가질 수 있다.

보호테이프(24)를 부착한 후 압전진동체(2b)의 양단에 브래킷(22)을 끼움설치한 후 브래킷(22)을 이동단말의 내부에 설치할 수 있는 것이다.

상기 보호테이프(24)는 압전소자층(6)을 유니모프, 바이모프형으로 형성하는 경우에도 부착될 수 있으며, 압전진동체(2)(2a)(2b) 전체를 감싸는 형태로 부착하는 것이 좋다.

도 6a 내지 도 6b에서와 같이 압전소자층(6)을 멀티모프형으로 형성하면 압전진동체(2b)의 크기가 작아지고 두께가 얇아질 수 있으며, 그에 따라 이동단말과 같이 설치공간이 협소한 곳에 부착할 경우 설치위치에 따른 공간의 제약이 줄어들어 다양한 위치에 부착하는 것이 가능해진다.

상기에서는 멀티모프형 압전진동체(2b)를 부착설치하기 위해 브래킷(22)을 형성하는 것이나, 유니모프형, 바이모프형 압전진동체(2)(2a)의 경우에도 양단에 브래킷(22)을 끼움결합하여 압전진동체(2)(2a)를 부착설치함으로써 고정하는 것도 가능하다.

도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 전극 기판(4)의 형태를 다양하게 변형하여 압전진동체(2)를 이동단말 내의 케이싱(16)에 설치하는 구성을 나타낸다.

도 7에 도시된 압전진동체(2)는 전극 기판(4)의 양단을 압전진동체(2)의 내측으로 연장하여 절곡 형성하고, 형성된 다리부(8)를 케이싱(16)에 부착하여 압전진동체(2)를 고정한다. 다리부(8)가 압전진동체(2)의 내측으로 꺾여지게 형성함으로써 이동단말 내의 케이싱(16)에 압전진동체(2)를 부착할 경우 설치공간을 적게 차지하여 효율적으로 공간을 활용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전진동체(2)의 설치구성을 나타내는 것으로, 전극 기판(4)을 박스형으로 형성하여 압전진동체(2)를 이동단말 내의 케이싱(16)에 부착한다. 전극 기판(4)으로부터 연장형성된 양단의 다리부(8)가 연결되어 압전진동체(2)의 하방 전체가 케이싱(16)에 부착됨으로써 다리부(8)에 의해 케이싱(16)과 부착되는 면적이 증가하여 압전진동체(2)가 좀 더 견고하게 부착고정될 수 있다.

도 9 내지 도 10는 본 발명의 변형 실시 예를 나타내는 것으로, 일반적으로 이동단말과 같은 전자기기에 설치되는 압전진동체(2)는 크기가 매우 작은 것이며, 특히 본 발명의 전극 기판(4)은 소형이면서 두께가 0.1~0.3T 정도의 얇은 박막형으로 형성된다. 전극 기판(4)은 얇은 박막형태로 형성되어 취급시 구겨지거나 변형될 우려가 있으며, 이러한 박막의 전극 기판(4)를 연장하여 절곡 형성한 다리부(8)를부착하여 압전진동체(2)를 케이싱(16)에 설치할 경우 다리부분이 힘을 받지 못해 압전진동체(2)를 고정하기 위한 기능을 제대로 수행하지 못한다.

본 발명에서는 전극 기판(4)의 양단에 형성된 다리부(8)를 견고하게 지지하기 위한 버팀부재(14)를 구비한다. 버팀부재(14)는 다리부(8)의 양측면을 "┗┛" 형상으로 절곡하여 형성하는 것으로, 다리부(8)에 버팀부재(14)를 구비함으로써 이동단말 내의 케이싱(16)에 부착하여 진동이 발생될 경우 압전진동체(2)의 양단이 견고하게 고정되며, 조립공정에서 압전진동체(2)의 취급시에 박막형태의 전극 기판(4)이 쉽게 구겨지거나 변형되지 않게 된다.

본 발명의 압전진동체(2)는 진동 발생시 팽창과 수축현상에 의해 상하 굴곡현상이 발생하게 되는데, 이러한 굴곡범위와 무게편(12)의 두께를 고려하여 압전진동체(2)가 굴곡운동이 발생할 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 버팀부재(14)의 높이를 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에서는 전극 기판(4)을 연장형성한 다리부(8)를 케이싱(16)에 부착하여 압전진동체(2)를 설치하는 것이나, 도 11에서와 같이 압전진동체(2)를 케이싱(16)에 설치하기 위해 별도의 공정으로 절곡 형성한 고정용 하우징(18)을 구비하여 고정하는 것도 가능하다.

고정용 하우징(18)은 전극 기판(4)의 하방에 접착 또는 용접되어 고정되며, 고정용 하우징(18)의 저면을 케이싱(16)에 부착함으로써 압전진동체(2)를 설치한다. 상기의 고정용 하우징(18)은 전극 기판(4)과 같은 소재를 사용할 필요가 없음에 따라 강도가 좋은 소재를 사용하는 것이 좋으며, 별도의 공정으로 제작함으로써 고정용 하우징(18)을 절연처리하는 공정이 간편하고, 압전진동체(2)를 제작하는 공정이 간소화되는 효과가 있다. 또한, 고정용 하우징(18)을 비전도성 소재를 사용하여 제작함으로써 전극 기판(4)에 인가된 전류가 고정용 하우징(18)으로 흘러 케이싱(16)으로 누설되는 것을 방지할 수도 있다.

고정용 하우징(18)을 이용하여 압전진동체(2)를 케이싱(16)에 설치할 경우에도 도 12에 도시한 바와 같이 고정용 하우징(18)의 상부에 지지용 버팀부재(14)를 구비할 수 있다.

본 발명에서는 도 13 내지 도 14에서와 같이 케이싱(12)에 부착된 압전진동체(2)에서 발생하는 진동음향을 억제하기 위해 압전진동체(2)의 상부를 덮어씌우는 형태로 별도의 방음 케이스(20)가 구비된다. 방음 케이스(20)는 금속판, 플라스틱 및 고무 소재로 형성할 수 있으며, 특히 플라스틱이나 고무 소재를 사용할 경우 진동시 발생하는 음향을 억제하는 효과가 증대될 수 있다.

또한, 도 15a 내지 도 16과 같이 압전진동체(2)를 끼움설치할 수 있는 진동모듈케이스(26)를 구비하고, 내부에 압전진동체(2)를 끼워 넣어 고정한 후 케이싱(16)의 내면에 진동모듈케이스(26)를 부착고정하는 것도 가능하다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 내부공간이 형성되어 있는 관체의 진동모듈케이스(26) 일측에서 압전진동체(2)를 끼워 넣어 진동모듈케이스(26)의 내부공간에 압전진동체(2)를 수용하게 된다. 상기 진동모듈케이스(26)는 알루미늄, 스테인리스, 철판 및 별도의 합성수지 성형물 등의 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

압전진동체(2)를 진동모듈케이스(26)에 끼운 후 양단을 도 15a와 같이 밀봉부재(28)로 마감 처리한다. 밀봉부재(28)는 실리콘, UV 접착제, 에폭시 등을 사용하며, 밀봉부재(28)로 진동모듈케이스(26)의 양단을 마감 처리함으로써 압전진동체(2)의 진동에 의해 발생하는 음파가 외부로 새어나오지 않게 방음 역할을 한다. 또한 진동모듈케이스(26) 내에 압전진동체(2)를 끼워 넣음으로써 자체 보호기능을 갖게 된다.

또한, 도 15b와 같이 진동모듈케이스(26)의 양단에 막음판(30)을 형성하여 내측에 끼움설치된 압전진동체(2)를 밀봉하는 것도 가능하다.

상기 막음판(30)은 진동모듈케이스(26)와 일체로 형성하거나 별도의 막음판(30)을 설치하는 것도 가능하며, 진동모듈케이스(26)의 양단이 개방된 형태로 내측에 압전진동체(2)가 끼움설치된 형태에서 개방된 양단을 막음판(30)으로 막아 진동 음파가 외부로 새어나오지 않도록 방음 역할을 하게 된다.

진동모듈케이스(26) 내부에 압전진동체(2)를 끼운 상태에서 진동모듈케이스(26)의 하면을 케이싱(16) 내면에 접착제로 부착고정한다. 진동모듈케이스(26)를 고정하기 위한 접착제로는 양면 테이프가 바람직하며, 에폭시, 아크릴계 접착제 등을 사용하는 것도 가능하다.

압전진동체(2)가 내부에 삽입된 진동모듈케이스(26)의 하면 전체를 케이싱(16)에 부착고정함으로써 접착면적이 넓어져 안정적으로 고정될 수 있으며, 그에 따라 압전진동체(2)의 발생진동을 케이싱(16)을 통해 이동단말에 전달하는 효과도 높아진다. 또한, 상기와 같이 진동모듈케이스(26) 내에 압전진동체(2)를 내설하여 일체화함으로써 이동단말에 진동장치를 부착하는 작업공정시에 작업시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 15 내지 도 16에서는 압전진동체(2) 부착을 위한 다리부(8)가 구비된 압전진동체(2)를 진동모듈케이스(26)에 끼움설치하는 것으로 설명하고 있으나, 도 6a 내지 도 6b와 같이 브래킷(22)을 양단에 끼움결합하여 케이싱(16)에 부착하는 경우에도 가능한 것이다.

도 17 내지 도 18에서는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 압전진동체(2)의 고정구조를 보여준다.

본 발명의 도 11 내지 도 12에서와 같이 압전진동체(2)를 고정하기 위한 고정용 하우징(18)을 구비할 경우 압전진동체(2)의 양단이 고정용 하우징(18)과 완전히 고정된 상태가 되어 진동의 폭을 제한하게 되는 경우가 발생한다.

따라서, 압전진동체(2)의 고정 방식을 도 17 내지 도 19에서와 같이 끼움 구조로 형성하면 압전진동체(2)의 양단이 완전히 고정된 상태가 아닌 자유단을 형성함으로써 압전진동체(2)의 상하 굴곡변위에 의한 진동 폭을 제한하지 않게 되어 가변진동 제어가 가능함과 함께 보다 큰 진동을 얻을 수 있다.

상기와 같이 끼움 구조에 의해 압전진동체(2)의 양단을 고정할 경우에는 끼워진 고정용 하우징(18)의 끝단에 형성된 날개편을 접어 끼워진 압전진동체(2)가 이탈되지 않도록 하는 후공정이 필요하다.

도 20 내지 도 21은 본 발명의 압전진동체(2b)의 또 다른 실시 예를 나타낸다.

본 발명에서는 압전진동체(2b)의 진동효율을 높이기 위해 전극 기판(4)의 양단에 탄성부재(32)를 구비한다. 탄성부재(32)는 실리콘 우레탄과 같은 합성수지나 합성고무, 천연고무 등을 사용하며, 그 외에 연질의 탄성이 있는 소재이면 어느것이든 좋다.

상기 탄성부재(32)는 전극 기판(4)의 양단에 접착, 결합 및 사출에 의해 형성될 수 있으며, 전극 기판(4) 하부의 무게편(12)의 두께보다 두껍게 형성하여 압전진동체(2b)의 상하 굴곡변위가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

전극 기판(4) 양단에 연질의 탄성부재(32)를 형성하면 압전소자층(6)과 전극 기판(4)의 굴곡으로 인한 무게편(12)의 진동시 진동효율이 높아지며, 전극 기판(4)의 신축이 자유로워 공진주파수 제약이 없어지므로 다양한 주파수의 가변진동제어가 가능하게 된다. 더욱이 압전소자층(6)과 전극 기판(4)의 굴곡 변위에 의한 진동소음이 감쇄되는 효과가 있는 것이다.

탄성부재(32)가 설치된 전극 기판(4)의 하부에는 압전진동체(2b)를 케이싱(16)에 설치하기 위한 하부판(36)을 더 구비하며, 하부판(36)을 케이싱(16)이 접착하여 압전진동체(2b)를 부착고정한다.

또한, 도 21과 같이 케이싱(16)에 부착된 압전진동체(2b)의 상부에는 압전진동체(2b)의 낙하 충격에 의한 파손을 보호함과 함께 진동에 의한 소음을 줄이기 위해 압전진동체(2b)의 상부에 덮개(34)를 덮어 전체를 감싸도록 형성하는 것도 가능하다.

상기 덮개(34)는 금속판, 플라스틱 및 고무 소재로 형성할 수 있으며, 특히 플라스틱이나 고무 소재를 사용할 경우 진동시 발생하는 음향을 억제하는 효과가 증대될 수 있다.

도 22 내지 도 24은 압전진동체(2b)를 구성하는 전극 기판(4)의 다른 형태를 보여준다.

본 발명에서는 동일한 크기에서 압전진동체(2b)의 진동력을 높이거나 진동력은 동일하나 압전진동체(2b)의 크기를 줄일 수 있도록 전극 기판(4)의 폭을 좁게 형성한다.

도 22 내지 도 24를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 압전진동체(2b)를 진동의 힘이 큰 멀티모프형으로 구성함에 따라 압전소자층(6)의 크기를 작게 형성하여 압전소자층(6)이 부착되지 않는 전극 기판(4)의 좌우 폭을 좁게 형성하는 것이 가능하다.

이동단말과 같이 내부 공간이 협소한 전자기기 내에 압전진동체(2b)를 부착할 경우 도 22와 같이 압전소자층(6)이 부착되지 않는 전극 기판(4)의 양단 가장자리 부분을 최소화함으로써 압전진동체(2b)이 체적이 작아져 전자기기 내에 여유공간이 생김에 따라 다른 부품의 설치가 용이해질 수 있다.

또한, 전극 기판(4)의 양단 폭이 좁아짐에 따라 생긴 여유공간을 활용하기 위해 도 23에서와 같은 형태의 무게편(12)을 전극 기판(4)에 부착하여 도 24와 같은 형태의 압전진동체(2b)를 형성할 수 있으며, 무게편(12)의 중량을 높임으로써 진동효과를 높일 수 있게 된다.

즉, 압전소자층(6)의 동일한 진동량이라 할지라도 전극 기판(4)에 부착되는 무게편(12)의 중량이 무거워져 진동효율이 증대되는 것이며, 이는 압전진동체(2b)의 크기는 작아져도 진동효과는 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 25 내지 도 26은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전소자 진동장치의 구성을 보여준다.

본 발명의 압전진동체(2b)는 진동량의 증대와 함께 진동에 의한 소음을 감소시키면서 압전진동체(2b)를 이동단말의 내측에 부착고정할 수 있는 케이스(38)를 구비할 수 있다.

상기 케이스(38)는 천연고무, 합성고무와 같은 연질의 소재로 형성할 수 있으며, 특히 합성고무 중 실리콘, 네오프렌, EPDM, 불소 고무, 아크릴 고무 등을 사용할 수 있다. 그 외에도 연질의 합성수지와 같이 탄성이 있는 소재이면 어느 것이든 사용가능하다.

본 발명의 케이스(38)는 상기에서 설명한 압전진동체(2b)를 부착고정하기 위한 브래킷(22), 진동효율 증대를 위한 탄성부재(32), 진동소음 감소를 위한 덮개(34)의 기능을 겸하는 것이며, 압전진동체(2b)를 감싸도록 일체형으로 형성함으로써 공정을 단순화할 수 있다.

상기 케이스(38)의 구성을 살펴보면, 압전진동체(2b)를 감싸도록 결합되는 상부결합부(40)와 하부결합부(42)를 구비하고 하부결합부(42)의 양단에는 전극 기판(4)이 끼워지는 안착부(44)를 형성한다.

상,하부결합부(40)(42)에 의해 압전진동체(2b) 전체를 연질의 고무소재로 감싸도록 결합됨에 따라 압전진동체(2b)의 양단이 케이스(38)의 결합에 의해 고정된다.

압전진동체(2b)의 양단을 연질의 케이스(38)에 의해 고정하면 진동시 탄성으로 인한 증폭으로 진동효율이 높아지며, 전극 기판(4)의 신축이 자유로워 공진주파수 제약이 없어지므로 다양한 주파수의 진동제어가 가능하게 된다.

더욱이 압전소자층(6)과 전극 기판(4)의 굴곡 변위에 의한 진동소음이 감쇄되는 효과가 있는 것이다.

또한, 압전진동체(2b) 전체를 연질의 고무 소재인 상,하부결합부(40)(42)에 의해 감싸도록 형성하여 밀폐함에 따라 압전진동체(2b)의 진동음향이 연질의 케이스(38)로 전달되지 않아 압전진동체(2b)의 소음이 줄어들게 되며, 압전진동체(2b)를 고무 소재인 케이스(38)로 보호하고 있어 낙하 충격시에 연질의 케이스(38)가 압전진동체(2b)에 가해지는 충격을 흡수하는 역할을 하여 압전진동체(2b)의 파손을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에서는 압전소자층(6)의 형태를 도면에 도시한 바와 같이 특정 형태로 한정하는 것은 아니며, 다양한 실시 예에서 압전소자층(6)을 유니모프, 바이모프, 멀티모프형으로 압전진동체(2)(2a)(2b)를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 예로 나타낸 밴더형(Bender type) 압전진동체(2)(2a)(2b) 뿐만 아니라 디스크 타입의 압전진동체(2)(2a)(2b)로 형성할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)를 다양한 전자기기에 설치하여 진동응답을 전달할 수 있는 실시 예를 설명하며, 하기에 설명한 실시 예 이외에도 진동응답을 사용자에게 전달하기 위한 다양한 전자기기에 적용하는 것이 가능할 것이다.

본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)는 이동단말에 설치하여 빠른 진동응답을 사용자에게 전달할 수 있으며, 종래의 진동모터에 비해 두께가 극히 얇아짐에 따라 설치공간이 협소한 이동단말에 설치하기에 효과적인 것이다.

또한, 응답속도가 빨라 소리와 영상에 맞춰진 동시감을 느낄 수 있으며, 넓은 대역폭 범위내에서 진동의 크기와 속도를 조절하는 제어가 가능하여 사용자에게 사실감을 줄 수 있다.

본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)를 진동 마우스의 내측에 설치하여 디스플레이되는 시각정보에 대응하는 빠른 진동응답을 사용자의 손에 전달함으로써 사용자의 마우스 조작에 따른 동시감과 사실감을 줄 수 있다.

상기 진동 마우스에 본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)를 설치하면 시각정보에 맞는 다양한 진동을 손에 전달할 수 있으며, 마우스의 클릭시에 조작감을 진동응답으로 사용자에게 전달할 수 있다.

본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)는 스마트 TV와 연동하는 스마트 입력장치, 예를 들면 키패드나 리모컨에 설치하여 스마트 입력장치의 버튼 조작시에 조작감을 손가락 끝에 전달할 수 있어 두께가 얇아진 스마트 입력장치의 정확한 신호입력이 이루어질 수 있다.

또한, 스마트 TV를 통해 출력되는 화면정보를 진동피드백으로 사용자에게 전달할 수 있으며, 특히 화면으로 출력되는 게임영상에 대응하는 진동을 사용자에게 전달함으로써 사실감과 함께 빠른 진동응답에 의한 동시감을 줄 수 있다.

본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)는 소니의 PSP, 닌텐도와 같은 게임기기의 컨트롤러에 설치하여 게임조작시에 게임영상에 대응하는 진동응답을 실시간으로 사용자에게 전달할 수 있어 사실감을 줄 수 있다.

더욱이 본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)는 종래의 진동모터에 비해 진동 응답속도가 빠르고 넓은 대역폭에서 가변 진동이 가능함에 따라 게임 컨트롤러에 설치할 경우 실시간 진동응답에 의한 동시감과 가변 진동에 의한 사실감을 전달할 수 있다.

본 발명의 압전진동체(2)(2a)(2b)는 스마트폰과 같은 휴대단말의 파손방지를 위한 보호케이스에 설치하여 스마트폰에 보호케이스를 장착한 상태에서 출력되는 영상과 소리에 맞는 진동을 실시간으로 사용자에게 전달할 수 있다.

스마트폰을 통해 게임을 조작하는 경우에도 게임영상에 맞는 실시간 진동 피드백을 전달할 수 있어 사실감과 동시감을 줄 수 있다.

상기 스마트폰의 영상과 음향에 대응하는 진동 피드백 제어는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 제어하기 위한 별도의 제어모듈을 휴대단말의 보호케이스에 구비하고 유,무선을 통해 스마트폰으로부터 진동제어신호를 전송받아 진동 피드백을 제공하는 것이다.

또한, 휴대단말용 보호케이스에는 스마트폰의 메인배터리를 보조하는 대용량의 보조배터리를 내장할 수 있으며, 메인배터리의 방전이나 압전진동체(2)(2a)(2b)의 진동에 필요한 전원의 공급시에 사용하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 압전소자 진동장치를 설치함에 있어 간단하게 부착설치하는 것이 가능함에 따라 조립 공정을 단순화시킬 수 있으며, 압전소자 진동장치의 두께가 얇아져 어느 위치에나 설치가 가능하다.

또한, 본 발명의 압전소자 진동장치는 크기를 최소화하면서도 진동량을 증대시키고 진동소음은 감소시킬 수 있으며, 낙하충격에 의한 압전진동체(2)(2a)(2b)의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

본 발명의 압전소자 진동장치는 스마트폰, 의료기기, 테블릿 PC, 게임기기, 진동 마우스, 진동 리모컨, 진동 키패드, 휴대단말용 보호케이스 등을 포함하는 이동단말에 설치하여 진동 피드백을 제공하도록 사용할 수 있다.

Claims

전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b)의 하부에는 전극 기판(4)으로부터 연장형성되어 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 다리부(8)를 구비하여 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항에 있어서,

다리부(8)는 압전진동체(2)(2a)(2b)의 내측 또는 외측 중 어느 하나로 절곡 형성되게 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제2항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)의 내측으로 절곡된 다리부(8)는 양단을 연결 형성하여 부착되는 접착면적이 확대되게 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

다리부(8)의 양측면에는 부착된 압전진동체(2)(2a)(2b)의 고정을 견고하게 지지하는 버팀부재(14)를 "┗┛" 형상으로 절곡 형성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항에 있어서,

다리부(8)에는 실리콘이나 우레탄, 에폭시, 폴리에스터, 아크릴을 포함하는 합성수지소재 중 어느 하나로 코팅하여 절연피막이 형성되게 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 전극 기판(4)의 하부에는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위해 절연처리된 고정용 하우징(18)을 구비하여 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제6항에 있어서,

고정용 하우징(18)에는 부착된 압전진동체(2)(2a)(2b)의 고정을 견고하게 지지하는 버팀부재(14)를 형성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b)의 양단에는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 브래킷(22)을 끼움설치하여 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 전극 기판(4)의 양단에는 압전진동체(2)(2a)(2b)의 진동효율을 높이기 위한 탄성부재(32)를 설치하며, 상기 탄성부재(32)의 하부에는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 하부판(36)을 구비하여 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)에는 낙하 충격에 의한 압전진동체(2)(2a)(2b)의 파손을 방지함과 함께 진동에 의한 소음을 줄이기 위한 덮개(34)를 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)에는 낙하 충격에 의한 압전진동체(2)(2a)(2b)의 파손을 방지함과 함께 진동에 의한 소음을 줄이기 위한 방음 케이스(20)를 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)에는 낙하 충격에 의한 압전진동체(2)(2a)(2b)의 파손을 방지함과 함께 진동에 의한 소음을 줄이기 위한 진동모듈케이스(26)를 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
전도성있는 소재의 전극 기판(4)을 두고 압전소자층(6)을 배치한 압전진동체(2)(2a)(2b)에 구동전압을 인가하여 진동을 발생시키는 압전소자 진동장치를 구성하되, 압전소자층(6)에는 인가된 구동전압이 누설되는 것을 방지하기 위한 절연부재(10)를 형성하고, 압전진동체(2)(2a)(2b) 전체를 감싸도록 형성하여 진동량 증대와 진동소음 감소 및 압전진동체(2)(2a)(2b)를 부착설치하기 위한 연질의 케이스(38)를 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제13항에 있어서,

케이스(38)는 압전진동체(2)(2a)(2b)를 감싸기 위한 상,하부결합부(40)(42)를 구비하고, 하부결합부(42)에는 전극 기판이 끼워지는 안착부(44)를 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제13항에 있어서,

케이스(38)는 천연고무, 합성고무, 합성수지 중 어느 하나로 형성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항, 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)에는 진동을 증대시키는 무게편(12)을 일측면 및 양측면 중 어느 하나 이상에 부착고정함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항, 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)는 유니모프형, 바이모프형, 멀티모프형 압전소자 진동장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항, 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)의 일면 또는 양면 중 어느 하나 이상에는 압전소자층(6)의 파손방지와 무게편(12)의 탈락방지를 위한 보호테이프(24)를 부착하여 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항, 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b) 표면에는 연질의 합성수지 및 합성고무 중 어느 하나를 이용한 코팅층을 형성하여 절연과 진동에 의해 발생하는 음향이 감쇄되게 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.
제1항, 제6항, 제8항, 제9항, 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

압전진동체(2)(2a)(2b)는 통화기능을 갖는 휴대단말, 의료기기, 테블릿 PC, 게임기기, 진동 마우스, 진동 리모컨, 진동 키패드, 진동 피드백을 제공하는 휴대단말용 보호케이스를 포함하는 이동단말에 설치하게 구성함을 특징으로 하는 실시간 진동 피드백을 제공하는 압전소자 진동장치.